KR960004474B1

KR960004474B1 - 유기물의 발효 방법 및 장치

Info

Publication number: KR960004474B1
Application number: KR1019930013734A
Authority: KR
Inventors: 이동헌
Original assignee: 이동헌
Priority date: 1993-07-21
Filing date: 1993-07-21
Publication date: 1996-04-06
Also published as: KR950003240A

Abstract

내용 없음.

Description

유기물의 발효 방법 및 장치

제1도는 본 발명에 의한 유기물 발효 장치의 구성도.

제2a도 내지 제2f도는 본 발명에 의한 유기물의 건조 및 발효 메카니즘을 보이는 도면.

제3a도는 본 발명의 감압수단을 예시한 도면.

제3b도는 제3a도에 도시된 감압수단의 진공발생부를 확대 도시한 도면.

제4도는 본 발명의 발효 장치에 탈취수단을 적용한 예시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 유기물 2 : 발효종균

10 : 건조발효조 11 : 몸체

12 : 단열재 13 : 투입구

14 : 취출구 15, 15a : 뚜껑

16 : 공기인입구 16a : 공기량 조절밸브

17 : 공기배출구 18, 18a : 유기물 및 발효종균 공급통

19, 19a : 콘베이어 20 : 교반수단

21 : 교반축 22 : 페달

23, 23a : 지지베어링 24 : 스프로켓

25 : 모터 26 : 풀리

30 : 히팅수단 31 : 가열기

40 : 감압수단 41 : 물탱크

42 : 진공발생부 421 : 몸체

422 : 공기흡입구 423 : 압력수유입구

424 : 노즐 426 : 공기유입구

426a : 공기량조절밸브 427 : 확산관

43 : 핌프 44, 44a, 53 : 호스

45 : 오버후로구 45a : 배수호스

46 : 수위조절볼탑 46a : 물공급호스

47, 57 : 가스배기구 48 : 핌프연결구

50 : 탈취수단 51 : 탈취통

52 : 피트모스 54 : 배수관

54a : 배수량조절밸브 55 : 압력수공급관

55a : 압력수조절밸브 56 : 샤워기

본 발명은 유기물의 발효에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대형음식점, 급식소 등에서 발생되는 음식찌꺼기와, 식품공장과 폐수처리장 등에서 다량으로 발생되는 유기 폐기물을 효율적으로 발효시켜 사료화 또는 퇴비화 할 수 있는 유기물의 발효 방법 및 장치에 관한 것이다.

기존의 유기물 발효 장치는 대기압에서 유기물의 건조 및 발효 공정을 진행하였기 때문에 유기물의 처리속도가 느리고, 또한 에너지를 많이 필요로 하는 단점이 있다.

또한 본 발명의 출원인이 선출원한 특허출원 제93-12464호 및 실용신안등록출원 제93-3483, 93-5173, 93-6682호에 개시된 유기물 발효기에 있어서도 상기와 같은 문제점으로 인해 유기물의 처리 용량을 늘리는데에 한계가 있다.

따라서, 본 발명자는 이러한 종전의 기술이 갖고 있는 문제점을 해결하고자 한 것으로, 대기압 이하에서는 물이 100℃ 이하에서 끊는 점을 이용하여 감압하에서 유기물 건조를 실시한 결과 기존 기술에 비해 적은 에너지를 사용하고도 빠르게 유기물을 건조시켜 발효시킬 수 있는 기술을 개발하였다.

결국, 본 발명의 목적은 적은 에너지를 사용하여 빠르게 유기물을 건조 및 발효시킬 수 있는 유기물의 발효 방법을 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 유기물을 효과적으로 발효시킬 수 있는 유기물의 발효 장치를 제공하는데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 유기물의 발효 qkdqjq은, 발효시키고자 하는 유기물을 교반하면서 수분 함량 50∼60%로 감압 건조시키는 1단계 ; 감압 건조된 유기물에 활동 적정온도가 50∼60%인 효모균(Yeast), 고초균(Bacillus subtils), 유산균(Lactec Acid)으로 구성된 고정화된 호기성 미생물과 프로테아제(protease), 아밀라제(Amilase), 리파제(Lipase), 셀룰라아제(Cellulase)로 구성된 식물성 효소들로부터 선택된 1종 이상의 발효종균을 투입하여 발효시키는 2단계 ; 및, 상기에서 발효된 유기물을 수분 함량을 15% 이하가 되도록 감압건조시키는 3단계로 이루어져 있다.

본 발명에 있어서, 상기 3단계 공정은 유기물의 수분 함량이 15% 이내가 되도록 한번에 건조시키는 대신 건조 및 발효 공정을 수차례 반복 실시하여도 무방하다.

또한 본발명에 따른 유기물의 발효 장치는, 건조 발효하고자 하는 유기물, 수분조절제 및 발효종균의 투입구, 발효 유기물의 취출구, 유기물 건조시 내부공기가 외부로 배기되는 공기배출구 및 유기물 발효시 외부공기가 유입되는 공기인입구가 설치되어 유기물을 감압건조 및 발효시킬 수 있는 건조발효조; 상기 건조발효조를 가열시키는 히팅수단; 상기 건조발효조내 유기물을 혼합하여 균일한 수분 증발이 일어날 수 있도록 한 교반수단; 및, 상기 건조발효조의 공기배출구에 연결되어 건조발효조 내부의 공기를 외부로 배출시킬 수 있도록 한 감압수단이 구비된 것으로, 유기물의 건조 및 발효시 발생하는 가스의 냄새를 제거할 수 있는 별도의 탈취수단이 더 구성될 수 있다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다. 이러한 실시예는 본 발명의 범주를 한정하고자 하는 것은 아니며, 다만 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 예시일 뿐이다.

제1도는 본 발명에 의한 유기물 발효 장치의 구성도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 장치는 유기물이 투입되어 밀폐된 상태로 감압건조된 후 상기에서 예시한 바있는 발효종균에 의해 발효되는 건조발효조(10), 상기 건조발효조내 유기물을 혼합 및 회전시키는 교반수단(20), 상기 건조발효조를 가열하는 히팅수단(30) 및 상기 건조발효조 내부를 대기압 보다 낮은 압력(400∼650mmHg)으로 낮출 수 있는 감압수단(40)으로 구성되어 있다.

건조발효조(10)는 측벽과 저면이 단열재(12)로 충진되어 있는 이중구조의 몸체(11)와, 상기 몸체(11) 상부에 형성되어 유기물, 수분조절제 및 발효종균이 투입되며 이의 밀폐 뚜껑(15)이 구비된 투입구(13)와, 상기 몸체(11) 하부에 형성되어 발효된 유기물을 취출하며 이의 밀폐 뚜껑(15a)이 구비된 취출구(14)와, 상기 몸체(11)에 형성되어 외부 공기가 유입되며 유입되는 공기량을 조절할 수 있는 조절밸브(16a)(공기량조절밸브)가 구비된 공기인입구(16)와, 그리고 상기 몸체(11) 상부에 형성되고 감압수단(40)에 연결되어 내부공기를 배출하는 공기배출구(17)로 구성된다.

교반수단(20)은 상기 건조발효조(10) 내, 외부에 설치되는 것으로, 일단에 스프로켓(24)이 구비된 교반축(21)과, 건조발효조(10)의 몸체(11) 측벽에 각각 형성되어 상기 상기 교반축(21)이 회전될 수 있도록 지지하는 지지베어링(23)(23a)과, 상기 교반축(21)에 연결되어 조(10)내 유기물을 혼합 및 회전시키는 복수개의 페달(22)과, 상기 교반축(21)의 일단에 구비된 스프로켓(24)을 구동시키는 모터(25)와, 그리고 상기 모터(25)의 회전력을 상기 스프로켓(24)에 전달하는 풀리(26)로 구성된다.

히팅수단(30)은 건조발효조(10)의 이중 벽체를 이루는 측벽과 하부벽 사이에 설치된 것으로, 내벽쪽에 부착 설치된 가열기(31)와 이 가열기(31)에 동력을 전달하는 열원 내지는 동력원(도면에는 도시하지 않음)으로 구성된다.

감압수단(40)은 상기 건조발효조(10)의 공기배출구(17)에 연결 설치된 것으로, 일반적인 진공펌프나 후술하는 장치를 사용한다.

여기서, 미설명 부호 1은 유기물, 2는 발효종균, 18과 18a는 유기물 및 발효종균 공급통이고, 19와 19a는 콘베이어이다.

이와 같이 구성된 유기물의 발효 장치는 유기물이 공급통(18)에서 콘베이어(19)를 타고 이송되어 건조발효조(10)의 투입구(13)에 투입되면, 조(10)를 밀폐시킨 상태, 즉 투입구(13)와 취출구(14)의 뚜껑(15)(15a)을 닫고 공기량조절밸브(16a)를 잠근 상태에서 교반수단(20), 히팅수단(30) 및 감압수단(40)을 가동시킨다.

즉, 모터(25)의 작동에 의해 그 회전력이 풀리(26)를 통해 교반축(21)에 전달되므로, 페달(22)이 조내에서 회전하게 되어 유기물(1)이 혼합되면서 상, 하 위치가 계속하여 바뀌게 된다. 이와 동시에 히팅수단(30)에 동력을 공급하여 조(10)를 내, 외부가 단열된 상태에서 가열하게 되므로 조내의 온도는 상승하고, 감압수단(40)에 의해 조(10)내의 공기는 공기배출구(17)를 통해 외부로 배기된다.

따라서 조(10)내의 온도가 상승하면서 압력이 떨어지게 되므로 유기물(1)내의 수분이 쉽게 증발하여 건조가 빨리 이루어지게 된다.

이와 같은 건조 공정은 건조발효조(10)의 내부온도 60∼70℃, 압력 400∼650mmHg 정도로 유지하는 것이 바람직하며 유기물의 수분 함량이 50∼60%일 때까지 실시한다.

한편 건조발효조(10)에 투입되는 유기물의 수분 함량이 높은 경우에는 유기물의 빠른 건조를 위해 톱밥, 건조비지 및 본 발명에 의한 기발효품 등과 같은 수분조절제를 적정량 투입한다. 수분조절제의 투입량은 유기물의 수분 함량에 따라 적절히 조정하며, 유기물의 수분함량이 80% 이상인 경우에 투입하여 유기물의 수분 함량을 80%이하로 떨어뜨리는 것이 바람직하다. 이러한 수분조절제의 투입은 유기물 건조가 바른 시간내에 이루어지도록 하기 위한 것으로, 유기물의 수분 함량이 80% 이하인 경우에는 투입하지 않아도 무방하다.

다음, 유기물의 수분함량이 50∼60%가 되는 시점에서 건조발효조(10)의 몸체(11)에 설치된 공기량조절밸브(16a)를 열어 공기인입구(16)를 개방하고, 발효종균(2)를 투입한다. 그러면, 외부 공기가 조(10)내로 유입되어 내부 압력은 대기압 수준(실제로는 감압수단이 작동되므로 대기압보다는 낮다)이 되며, 투입된 소량의 발효종균(2)(예를들어 건조된 유기물+수분조절제 100kg에 50∼100g 정도)에 의해 유기물이 발효된다. 이때에 투입되는 발효종균은 이미 상술한 바 있으며, 이들의 적정활동 온도가 50∼60℃로 조(10)내의 건조 온도와 비슷하므로 고속 발효가 일어나게 된다.

유기물의 발효가 완료되면, 다시 공기인입구(16)를 닫아 발효된 유기물의 수분 함량이 15% 이하가 될 때까지 건조, 발효를 계속한다. 이러한 건조 및 발효 공정은 1회 실시하여도 무방하며, 투입되는 유기물의 양에 따라 각 공정에 소요되는 시간을 임의대로 조정할 수 있다. 이러한 유기물의 발효 메카니즘은 제2(a)∼(f)도에 도시하였다. 즉, 본 발명의 발효 방법은 감압건조, 발효의 과정을 1차례 내지는 수차례 반복실시 가능하다.

최종적으로 유기물의 발효가 완료되면, 교반장치(20), 히팅장치(30) 및 감압장치(40)의 가동을 중지하고 건조발효조(10) 하부의 취출구 뚜껑(15a)를 열고 발효된 유기물을 취출한다. 취출된 발효품은 유기물의 종류에 따라 가축의 사료나 퇴비로 사용된다.

이어서 또 유기물을 발효시키고자 할 경우, 투입하고자 하는 유기물의 수분함량과 관계없이 기발효품을 일정량 남겨놓은 상태에서 유기물을 투입하여 다시 건조 및 발효를 실시한다. 이와 같이 기발효품을 조(10)내에 남겨 놓으면 다음 유기물의 발효시 발효종균을 투입하지 않아도 되며, 수회 또는 수십회 유기물을 발효시킨 후 발효종균의 양이 줄어들면 그때 다시 투입한다. 아울러 조(10)내에 남겨진 기발효품은 수분조절제의 역할을 하므로 유기물을 쉽게 건조시킬 수 있게 된다.

제3a도는 본 발명의 감압수단을 예시한 도면으로 진공펌프 대신 사용할 수 있는 장치의 구성도이고, 제3b도는 제3a도에 도시된 감압수단의 진공발생부를 확대 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 감압수단(40)은 다음과 같은 구조로 이루어져 있다.

즉, 상부에 가스배기구(47), 일측벽에 배수호스(45a)가 연결된 구동수의 오버후로구(45) 및 펌프연결구(48)가 구비된 물탱크(41)와, 상기 물탱크(41)에 구동수를 공급하여 일정 수준으로 유지되도록 물공급호스(46a)로 유입되는 구동수를 공급/차단하는 수위조절볼탑(46)과, 상기 물탱크(41) 하단의 펌프연결구(48)에 연결되어 구동수를 압력수로 방출하는 펌프(43)와,상기 펌프(43)에서 방출되는 압력수를 받아들이도록 호스(44a)로 연결된 압력수유입관(423)과 상기 건조발효조(10)의 배기가스를받아들이도록 공기배출구(17)에 호스(44)로 연결되는 공기흡입구(442) 및 상기 압력수에 유입되는 배기가스가 용해되거나 감싸여 물탱크(41)로 방출시키는 확산관(427)이 몸체(421)에 구비되어 있는 진공발생부(42)로 구성되어 있다.

보다 구체적으로 진공발생부(43)를 설명하면 구형몸체(421)에, 건조발효조(10)에서 배출되는 공기(배기가스)가 유입되도록 건조발효조(10)의 공기배출구(17)와호스(44)로 연결되는 공기흡입부(422)와, 펌프(43)에서 방출되는 압력수를 받아들여 몸체(421) 내부로 분무될 수 있도록 노즐(424), 공기유입구(426) 및 이의 공기량조절밸브(426a)가 구비된 압력수유입구(423)와, 그리고 공기흡입구(422)와 압력수유입부(423)로 유입되는 구동수와 가스가 혼합 내지는 흔련되어 물탱크(41) 내부로 방출되는 확산관(427)으로 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 감압수단(40)은 물탱크(41)내의 구동수가 펌프(43)의 작동으로 연결호스(45a)를 통해 압력수로 방출되면 압력수유입구(423)에서 노즐(424)를 거치면서 몸체(421)내로 분무되고, 동시에 공기흡입구(422)를 통해건조발효조(10) 내부 공기(증기)가 유입되어 분무되는 구동수에 일부 용해되고 일부는 감싸여진 상태로 확산관(427)을 통해 물탱크(41)로 흘러가게 된다. 따라서, 수압에너지에 의해 진공발생(42)의 몸체(421) 내부는 대기압에 비해 압력이 떨어지는 감압 현상이 발생하여 연속적으로 건조발효조(10)에서 배출되는 공기가 공기흡입구(422)를 통해 빨려 들어와 분사되는 압력수와 접촉되면서 물탱크(41) 내부로 유입되고, 물탱크(41)에 유입된 공기가 물탱크(41) 상단의 가스배출구(47)를 통해 외부로 배기된다.

한편 가스발효조(10) 내부 공기가 감압수단(40)의 진공발생부(42)로 흘러가기 때문에 조(10) 내부의 압력은 떨어지게 되고, 따라서 100℃ 이하의 온도, 바람직하게는 400mmHg의 압력에서 50∼60℃ 정도로 가열하여도 유기물의 건조가 쉽게 이루어진다.

이렇게 진공펌프가 아닌 별도의 감압수단(40)을 사용하게되면, 이 감압수단(40)이 필터를 사용하지 않으므로 건조된 유기물이 유입된다고 하더라도 장치의 고장이 발생하지 않고 발효시 발생하는 배기가스를 구동수에 일부 용해시킬 수 있어 냄새도 제거할 수 있게 된다.

제4도 본 발명의 발효 장치에 탈취 수단을 적용한 경우의 예시도로서, 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

탈취수단(50)은 건조발효조(10)와 감압수단(40) 사이에 설치되는 것으로, 상부에 피트모스(52)가 설치되고 바로 그 밑에는 건조발효조(10)의 공기배출구(17)에호스(53)로 연결되는 공기유입구가 구비되어 있으며 상부에는 감압수단(40)의 진공발생부(42)에 호스(44)로 연결된 가스배기구(57)가 구비된 탈취통(51)과, 상기 피트모스(52)의 상부에 위치하며 압력수조절밸브(55a)가 구비된 압력수공급관(55)이 감압수단(40)의 펌프(43)에서 방출되는 압력수를 공급받도록 연결된 샤워기(56)와, 상기 탈취통(51)의 하부와 감압수단(40)의 물탱크(41)에 연결되어 샤워기(56)에서 분무된 탈취통(51)내의 구동수를 물탱크(41)로 배수할 수 있도록 배수조절밸브(54a)를 구비한 배수관(54)으로 구성된다.

이러한 탈취수단(50)은 감압수단(40)이 작동되어 가스배기구(57)에 진공이 걸려있는 상태에서 건조발효조(10)에서 발생되는 공기, 수증기, 발효가스가 연결호스(53)를 통해 탈취통(51)내로 들어와서 피트모스(52)를 통과하는 과정에서 탈취미생물의 반응에 의해 탈취된다. 이와 같이 탈취된 가스는 가스배기구(57)를 통해 감압수단(40)의 진공발생부(42)내에서 압력수에 용해 또는 감싸진 상태로 물탱크(41)로 유입되고, 결국 물탱크(41)의 가스배기구(47)를 통해 외부로 배기된다. 한편, 피트모스(52)의 탈취미생물에는 샤워기(56)를 통해 물이 공급되며, 이러한 물공급에 의해 탈취통(51) 내부의 물이 차면 건조발효조(10)와의 연결구까지 수위가 올라가지 않도록 배수관(64)을 개방하여 탈취통(51)내 물을 물탱크(41)로 배수한다.

이상과 같이 본 발명에 다른 유기물의 발효 방법 및 장치는 유기물 발효시 감압건조를 이용함으로써 기존 유기물의 발효시 보다 에너지 및 시간을 절약할 수 있으며, 저온(50∼60℃)에서 유기물을 건조하게 되므로 영양소의 파괴나 변질을 막아줌은 물론 별도의 감압수단을 적용하여 장치의 고장을 없애면서, 2차 공해인 악취까지도 제거한 효과가 있다.

Claims

발효시키고자 하는 유기물을 교반하면서 수분 함량을 50∼60%로 감압건조시키는 1단계; 감압 건조된 유기물에 활동 적정온도가 50∼60℃인 효모균(Yeast), 고초균(Bacillus subtils), 유산균(Lactec Acid)으로 구성된 고정화된 호기성 미생물과 프로테아제(protease), 아밀라제(Amilase), 리파제(Lipase), 셀룰라아제(Cellulase)로 구성된 식물성 효소들로부터 선택된 1종 이상의 발효종균을 투입하여 발효시키는 2단계; 및, 상기에서 발효된유기물을 수분 함량이 15% 이하가 되도록 재차 감압건조시킨후 발효시키거나 감압건조 및 발효공정을 수차례 반복 실시하는 3단계로 이루어진 유기물의 발효 방법.
측벽과 저면이 단열재로 충진되어 있는 이중 구조의 몸체와, 상기 몸체 상부에 형성된 밀폐 뚜껑을 갖는 유기물, 수분조절제 및 발효종균의 투입구와, 상기 몸체 하부에 형성된 밀폐 뚜껑을 갖는 발효 유기물의 취출구와, 상기 몸체 하부에 형성되어 발효시 외부 공기가 유입되는 공기인입구와, 그리고 상기 몸체 상부에 형성된 내부 공기를 외부로 배출하는 공기배출구로 구성되어 유기물을 감압건조 및 발효시키는 건조발효조; 상기 건조발효조를 가열시키는 히팅수단; 상기 건조발효조내 유기물을 혼합 및 상, 하 회전시켜 균일한 수분 증발이 일어날 수 있도록 한 교반수단; 및, 상기 건조발효조의 공기배출구에 연결되어 건조발효조 내부의 공기를 외부로 배출시킬 수 있도록 한 감압수단이 구비된 유기물의 발효장치.
제2항에 있어서, 상기 감압수단은 상부에는 가스배기구, 일측벽에는 구동수의 오버후로구와 펌프연결구가 구비된 물탱크와, 상기 물탱크에 구동수를 공급하여 일정 수준으로 유지되도록 물공급호스로 유입되는 구동수를공급/차단하는 수위조절볼탑과, 상기 물탱크 하단의 펌프연결구에 연결되어 구동수를 압력수로 방출하는 펌프와, 상기 펌프에서 방출되는 압력수를 받아들이도록 호스로 연결된 압력수유입구와 상기 건조발효조의 배기가스를 받아들이도록 공기배출구에 호스로 연결된 공기흡입구 및 상기 압력수에 유입되는 배기가스가 용해되거나 감싸여 상기 물탱크로 방출되는 확산관이 구비된 진공발생부로 구성된 것을 특징으로 하는 유기물의 발효 장치.
제2항에 있어서, 유기물의 건조 및 발효시 발생하는 가스의 냄새를 제거할 수 있는 별도의 탈취수단이 상기 건조발효조와 감압수단 사이에 더 구비된 것을 특징으로 하는 유기물의 발효 장치.
제4항에 있어서, 상기 탈취수단은, 상단에 탈취미생물이 서식하는 피트모스와 그 밑에 건조발효조의 공기배출구에 호스로 연결되는 공기유입구가 구비되고 상부에 감압수단의 진공발생부에 호스로 연결된 가스배기구를 갖는 탈취통과, 상기 피트모스의 상부에 위치하여 탈취미생물에 물을 공급하도록 압력수공급관을 통하여 감압수단의 펌프에서 방출되는 압력수를 공급받도록 연결된 샤워기와, 상기 탈취통과 감압수단의 물탱크에 연결되어 샤워기에서 분무된 탈취통내의 구동수를 물탱크로 배수하는 배수관을 구비하여 이루어진 유기물의 발효 장치.