음식물 쓰레기 자원화 < 환경 업사이클링

사업추진 배경
1. 현재의 상황
  국내 하루 배출되는 음식물 쓰레기는 2만 톤이 넘고, 올림픽 수영장(2,500㎥) 8개를 가득 채울 수 있는 양이다. 이 많은 양의 폐기물 처리 현황을 살펴보면 다량의 가스 발생, 환경오염 물질 유발, 침전물 쓰레기, 지나친 염분 함유의 폐액 발생으로 생태계가 위협되고 있음을 쉽게 알 수 있다. 또한 음식물 쓰레기 관련 기준 강화 등으로 유기성 폐기물 처리 시 드는 매년 20조 원의 경제적 손실, 8,000억 원의 처리 비용 및 처리 장소 부족으로 인한 어려움도 있다.
2. 기술력 필요성
  음식물 쓰레기는 높은 함수율(약 85%)과 염분(NaCl) 농도 때문에 비료로 자원화하는 과정에서 부작용 발생률이높다.
  정확한 농도 처리기술이 부족하면 밭에 뿌린 음식물 퇴비의 성분으로 작물이 녹아내려 비료의 제 역할을 하지 못하게 되고, 퇴비를 뿌린 후부터 악취와 벌레에 극심한 고통을 겪는 경우도 발생하며, 지역 상수도 오염도 유발된다.
추진 목표
Ecoshell의 기술력을 바탕으로 음식물 쓰레기에 포함된 수분, 염분을 천연적인 미생물 분해 방식으로 조절하여, 친환경적으로 악취를 제거하고 고품질의 퇴비를 생산하여 현 국내 음식물 쓰레기 처리의 문제를 해결하고 지역 농가의 발전에 기여한다.
추진 방향
1. 음식물 쓰레기 염류해소 및 악취제거
  음식물은 높은 염도로 인해 토양에 염류 집착이란 피해를 가져오기 때문에 발효과정에 들어가기 전에 반드시 염류를 해소해야 한다.
  미생물 중에서 높은 염도에서도 잘 서식하는 남조류나 바실리우스 같은 미생물을 발효 과정에 투입하여 이들 미생물이 지닌 유기물 분해 능력과 염류 해소 능력으로 문제를 해결하는 것이 가장 친환경적인 방법이다. 또한 음식물 쓰레기의 악취제거도 가능할 뿐만 아니라 이런 유익한 미생물은 우점하면서 상대적으로 유해한 미생물이 자라기 어려운 환경을 조성해주기 때문에 일거양득의 효과를 거둘 수가 있다.
2. 고품질 퇴비 생산 및 토양 비옥화
  현재 토양에서 용탈된 다량의 질소와 인산질비료의 하천 유입으로 적조 발생 및 하천과 해양 오염이 심각하게 대두되고 있다. 이에 따라 현재 음식물 쓰레기 처리 문제(긴 부숙기간에 따른 악취 및 토양 오염, 수질 오염) 등을 해소할 수 있는 시스템 도입으로 음식물 쓰레기를 전량 발효시켜 부엽토 등급의 고품질 퇴비를 토양에 환원하면 토양의 비옥화와 환경 보전은 물론, 고품질 다수확의 농작물 생산을 이끌어 낼 수 있다.

기대효과

(1) 악취제거	장기간의 쓰레기 부숙 기간을 대폭 축소 함으로써 악취 발생 환경 억제 및 미생물 발효액으로 근본적 악취 단시간 제거
(2) 친환경 기여	폐기물을 친환경적으로 업사이클링하여 환경오염 피해 통제
(3) 농작물 질적 향상	고품질 비료 사용으로 인한 토양의 비옥화로 건강한 농작물 다수확
(4) 매출 증대	음식물 쓰레기 처리 시간 단축 및 처리량 증가 (기존 처리량의 2~3배에 달하는 200~300t)로 매출 증대 효과 기대 미생물을 사용한 고품질의 퇴비생산으로 농가의 경제발전과 함께 성장할 수 있는 기반 확보
(5) 일자리 창출	음식물 쓰레기 처리 시스템 작동이 쉬워 지역 인력을 이용하여 지역 경제 일자리 창출에 기여함

음식물 소멸화 원리
음식물 쓰레기의 주성분은 당, 지질, 단백질, 셀룰로오스, 등으로 이루어져 있으며, 84~85% 정도의 수분을 함유하고 있다.
음식물 쓰레기 100% 중에서 미생물에 의해 분해되는 과정에서 발생하는 발효열 (60°c)로 수분 증발시켜서 84~85%를 감량화한다.
나머지 14~15%는 대부분이 분해성 유기물로서 이산화탄소, 물, 암모니아 (약 13~14% 정도)로 대기 중에 방출되어 감량이 이루어지고 마지막까지 분해되지 않고 남은 1.6~5%는 무기물질 (인, 칼륨 등)은 음식물 발효 시 투입되는 톱밥 등에 고착되어 식물에 유용한 퇴비가 된다.
단, 위의 결과는 호기성 미생물을 이용한 호기상태의 분해를 기반으로 한다.

퇴비 생산 공정도

음식물 퇴비 과정 공정도

공정번호	공정명	공정의 상세 내용
①	전처리 과정	수분조절
②	Ecoshell 개발 미생물 투입
③	통기개량제 (미강, 톱밥) 혼합	수분 조절, 통기성 조절(40~60%), c/n율 조절
④	발효	발효 온도 60°C : 수분 제거(20~30%), 악취 제거
⑤	숙성	숙성도, 안정도, 입자 크기 Check
⑥	포장 및 출하

음식물 퇴비화 과정 상세 설명
[전처리 과정] 공정번호 ③번
- 톱밥 등을 혼합시키고 고액 분리 등으로 수분을 조절하는 전처리 과정을 거치게 된다.
- 음식물은 유기물 함량과 함수율이 일정하지 않다.
- 이런 요소들은 미생물의 활성에 아주 중요한 요소들이므로 이들의 영양균형의 조정과 pH 등의 조정이 이루어 져야 한다.
- 또한 통기개량제의 혼합으로 수분조절, 통기성 조절, c/n율 조정이 이루어져야 한다.
[본처리 과정] 공정번호 ④번
- 호기성 미생물을 통해 유기물을 분해하는 1차 발효과정이다.
- 전체의 85%를 차지하는 수분의 감소와 유기물의 분해를 통한 감량화가 주목적이다.
- 그러므로 발효 공정을 통해서 호기성 미생물의 활성화를 위한 산소의 공급과 적정 온도 유지로 증발한 수분을 신속하게 제거하여야 한다.
- 암모니아 등의 냄새가 과다 발생하지 않도록 필요한 공정이 이루어져야 한다.
[부숙과정] 공정번호 ⑤번
- 발효 활성화 중인 유기물들을 안정화 시키는 숙성 과정 (부숙과정)이라 할 수 있다.
- 분해 과정 중에 유기물(발효과정 중 발생한 악취물질의 휘산, 휴믹산)이 불안정한 상태에 있는 것을 안정화 시키는 과정이다.
- 부숙 과정에서도 적절한 산소 공급이 중요하며 포장하기 전에 입자가 크거나 발효가 미흡한 재료들은 [본처리 과정]공정번호 ④번으로 이동되어 재처리되며, 이 비율은 30~40% 정도이다.

Ecoshell 복합기능성 미생물
- 일반 미생물과 ㈜에코쉘 에서 연구개발 배양한 복합 미생물 차이

일반 미생물	Ecoshell 복합미생물
20~30%의 활동률	85~98%의 활동률
염도, 당분, 매운 성분별로 각 개 처리	성분 무관. 동시 처리 가능
투입 후 즉시 발효 불가. 악취 발생	투입 직후 즉시 발효됨. 악취제거 가능

부숙발효의 효과
1. 영양분 공급효과
  최종 분해 산물인 무기화된 질소와 인산은 식물 성장 영양소가 된다
2. 물리성 개선 효과
  우리나라 토양은 화강암이 많아서 산성을 띈다. 산성토양에서는 알루미늄 등의 활성도가 높아서 인산을 고정하여 식물의 인산 섭취를 방해한다.
  토양을 입단화하여 공극이 커져 통기성을 높이고, 함수율이 높으며, 유익균의 활성을 돕는다.
3. 생물성 개선효과
  유기물을 분해하는 미생물들은 불용화된 인산을 가용화시켜 식물이 이용하도록 하며, VA균근류 같은 작물 뿌리와 공생관계인 균류를 활성화시켜 유익균 증가로 역병을 일으키는 유해균의 증식을 억제한다.
유박 등의 수입대체 효과
그 동안 유기질 비료의 주원료로 사용해온 아주까리 유박(기름을 짜내고 남은 찌꺼기)의 수입의 대체효과가 있다. 국내 폐자원을 재활용하는 효과를 거두게 된다.
또 상대적으로 가격이 저렴한 음식물 쓰레기 분말을 유기질 비료 원료로 사용하게 됨에 따라 농민들이 영농비를 절감하는 효과를 보게 된다. 농진청 발표에 따르면 외국산 아주까리 유박의 가격은150원/kg였지만, 음식물 쓰레기 퇴비는 30~80원/kg로 약 70~120원/kg 저렴하다.
퇴비의 다양화
국내 대부분의 퇴비는 가축사육 농가에서 생산된 가축분뇨다. 가축분뇨는 질소가 대부분을 차지하므로 식물 생장에 필요한 인, 칼리, 칼슘 등의 주요소와 미네랄 등의 성분이 매우 부족한 비료이다. 또한 지나친 질소함량으로 토양의 부영양화나 암모니아 장애 등 여러 부작용을 불러온다. 그러나 음식물 퇴비는 가축퇴비에 비해 상대적으로 다양한 영양 성분들을 함유하고 있어 토양의 염류장애를 방지할 수 있다.
폐오염원자원의 자원화
환경오염을 일으키는 요인의 제거와 그 오염원의 재활용을 통한 자원화로 이익 창출을 기대할 수 있다.

통기량
- 미생물이 에너지를 얻기 위해서 필수적인 것이 산소다.
- 탄소를 산화시켜서 에너지를 얻는데 산소가 부족하면 혐기성이 되어 악취를 발생시키며 반대로 산소가 너무 많으면 발효열이 냉각되어 분해 속도가 느려지고 수분 증발도 느려진다.
- 대기의 산소 농도는 21%이고 최소 10% 농도를 만들어 주어야 한다.
통기개량제
- 유기물이 점성을 유지하면 통기가 어려워져 혐기성 조건이 되어 문제가 발생한다
- 통기개량제 (미강, 톱밥 등)의 재질이 모두 다르므로 이의 적절한 혼합이 중요하다.
온도
- 탄소 분해율이 좋은 온도는 60°c 정도이며, 이는 미생물이 당류나 단백질, 지방을 분해하면서 발열 반응에 의하여 온도가 상승한다.
- 미생물의 생육 최적 온도는 20~30°c 정도이다.
수분함량
- 물은 미생물의 세포 구성 인자이고 미생물은 양분이 유동 상태에서만 흡수가 가능하므로 수분이 30% 미만이 되면 활동이 급격히 저하된다.
- 반대로 함수율이 높으면 통기성을 방해하고 분해 반응이 느려진다. 적정 초기 함수율은 40~60% 정도이다.
수소이온농도
- 미생물 생육에 있어서 적정한 pH가 중요하다. ph7의 중성 부근에서 미생물 활동이 높아진다.
- 음식물 퇴비화 과정에서 대략 5.5~8.5pH가 일어난다.
- 초기에는 낮은 값을 유지하고 퇴비화 과정이 진행되면서 약알칼리 상태로 변화한다.
- 퇴비화 초기에는 음식물 특성상 충분하게 산소가 공급이 되지 않다가 시간이 경과하면서 공기 공급이 원활해져 분해가 왕성해지고 질소 성분 중의 암모니아가 발생이 활발해지면서 암모늄이온이 증가하여 약알칼리로 변하게 된다.
- 공기 공급이 부족해지면 수소 이온 농도가 4.5ph 이하로 떨어지므로 통기성을 강화하고 소석회 같은 중화제를 사용하여 pH를 조정해 주어야 한다.
c/n비 (탄질비)
- 탄소와 질소는 생물에게 매우 중요한 원소이다. 분해력에 대한 주요 지표가 된다.
- 미생물 세포의 50%는 탄소로 이루어져 있고 질소는 단백질, 핵산, 세포 생성과 기능 조절을 위한 아미노산의 구성 성분으로 대사 분해를 위해서는 두 원소의 최적의 양과 비율을 최적으로 조절해주어야 한다.
- 음식물 퇴비화의 최적의 구성비는 25-30 : 1이다. 비율이 낮을 경우 질소의 유실이 많아지며 암모니아 등의 악취가 심해진다.
- 비율이 높을 경우 경우는 미생물 성장에 필요한 질소원이 적어 미생물 성장에 장애가 와서 퇴비화 속도가 느려진다.