KR0173559B1 - 음식물 쓰레기의 가스 및 비료화장치 - Google Patents

음식물 쓰레기의 가스 및 비료화장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음식물쓰레기의 비료화처리장치에 관한 것으로 사회문제화되고 있는 버려지는 음식물쓰레기를 간단히 적은량으로 처리할 수 있고 또 간단한 장치구성으로 저렴하게 설치이용되고 운전비용을 절감시킬 수 있게한 본 발명은 파쇄기로서 파쇄시킨 음식물입자를 박테리아에 의해 가스분해와 소화분해하여 수분분리기에서 유기질물질과 액비료를 분리하게 한것에 있어서 느린속도로 회전하도록 설치된 회전축(6)에 교반대(7)(7')가 동일간격으로 설치되어 있는 혐기성 소화조(4)를 펌프(3)와 저장탱크(8)사이에 연결배치하여 혐기성소화조(4)내에서 20-30일간 분해시켜 나오도록 함으로 안전하고 유효한 유기질비료와 액비료를 얻도록 한 발명이다.

Description

음식물 쓰레기의 가스 및 비료화장치
제1도는 본 발명 실시예에 따른 개략 계통도.
제2도는 본 발명의 수평형 혐기성 소화조의 전체 단면도.
제3도는 본 발명의 소화조내의 거품을 제거하기 위한 구조를 나타낸 단면도.
제4도는 본 발명에 있어서 소화조 저부에 쌓이게 되는 고형물을 빼내는 스크류 콘베이어를 보인 단면도.
제5도는 본 발명에 있어서 소화조내외의 온도조절장치.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 파쇄기 2 : 저장탱크
3 : 펌프 4 : 혐기성 소화조
8 : 유기성 비료저장탱크 9 : 수분분리기
11 : 기초 12 : 탱크내부
13 : 고무판 14 : 투입구
16 : 퇴출구 18 : 가스호스
20 : 혼합교반대 21 : 패들
22 : 가스포집구 23 : 샤프트
30 : 내부 32 : 거품확인장치
33 : 거품센서 34 : 거품
36 : 통제장치 38 : 연결관
40 : 거품제거장치 42 : 분사기
44 : 검프호스 46 : 펌프
50 : 고형물수집통 52 : 스크류 콘베이어
54 : 수집탱크 60 : 수직판
62 : 공간부 63 : 발전기
64 : 열교환기 65 : 온도조절장치
66 : 매니폴드
본 발명은 혐기성 소화조(Anaerobic digester)를 이용한 음식물 쓰레기의 가스 및 비료화장치에 관한 것으로 특수한 이스트균 박테리아 곰팡이(fungi)등의 균주를 유기물에 분해할 목적으로 투입하여 생화학적 반응을 이루는 반응조에 해당하는 소화조에 관계된 시설로 혐기성 소화과정에서 발생되는 가스를 포집하는 장치와 유기물인 음식물 쓰레기를 투입 및 배출하는 장치 발효를 촉진하는 장치 및 발효과정에서 생기는 거품을 제거하는 장치 불순 고형물을 제거시키는 장치로서 음식물 쓰레기를 처리하는데 그 목적이 있다.
이런 종류의 반응조를 때로는 소화조라고 불린다.
이는 외부로부터 산소공급이 없이 반응이 발생할때 이를 혐기성 소화조라 한다.
혐기성 소화시설에서 제일 중요한 시설이 소화조이며 유기물은 이곳에서 분해가 된다. 또 분해과정에서 발생되는 메탄가스를 이용하기 위한 가스발전기 설비가 이 소화조에 연결되어 지고 이 소화조에서 처리되는 유기물로는 음식물 쓰레기, 생선, 야채 쓰레기, 낙옆 등이 있고 소화과정에서 나오는 메탄가스와 마지막 물질 액비료를 추출하여 얻은 후 퇴비로 이용될 수도 있도록 한다.
종래 사용되고 있는 혐기성 소화조는 유기물이 처리과정을 거쳐도 다시 후숙과정을 거쳐야 되고 소화조의 청소 처리과정의 거품으로 인한 효율의 저하 및 유기물의 분해과정에 있어 필요한 적정온도의 유지를 위한 방법등에 있어서 이용상 문제점이 있었고 또 생화학반응을 일으키는 반응조는 이미 알려져 온바 그 형태는 1차 산성반응조와 2차 혐기성반응조로 이루어진 수직원형탱크형태로 탱크는 대체로 시멘트 콘크리트로 구성되어지고 탱크 안에는 혼합기가 설치되는데 첫째로 혐기성 반응조는 대체로 1일기준으로 혼합하므로 혼합되면서 배출되는 유기물에는 어느정도 처리되지 않은 유기물이 나오게 되어 완전히 숙성시키기 위해서는 후속과정이 필요하고 둘째로 1차, 2차반응조에는 운전 중 모래, 흙, 불순고형물이 쌓이게 되어 오랜 운전기간중 전체처리용량이 줄어지는 폐단이 있고 세번째로 운전중 발생될 수 있는 거품문제와 1차, 2차반응조 안쪽 상부에 생기는 유기물 덩어리가 증가하는 점과 넷째로 혐기성 반응조의 운전상 필요에 따라 운전온도를 바꿀경우 오랜시간과 작업상의 지연 등 경제성의 문제가 발생되어 왔다.
본 발명은 위에서 지적한 문제점을 제거, 개선한 것으로서 첫째, 혐기성 소화조는 종전의 1차 반응조와 2차 반응조를 단일화시킨 수평형으로 혐기성 소화조를 설치하였고 산성반응과정을 줄이고 온도 55℃-70℃ 사이에서 소화 처리케 되는 혐기성 발효과정을 대폭 늘리므로서 설치비의 감소와 운영의 효율성을 기하고 유기물이 투입되면 소화조내를 20-30일간의 과정을 통과해야만 배출케 되는 완전 처리과정을 거쳐 배출되므로 또 다시 후숙과정이 필요하지 않고 소화조내는 완전히 밀폐되고 유기물인 음식물 쓰레기가 가득찬 상태로 운전되므로 운전효율의 극대화가 지속될수가 있도록 하였다.
둘째 모래, 흙, 뼈부스러기 등의 고형물은 소화조 밑바닥에 가라앉게 되고 이것들은 나선형(나사형태)으로 움직이는 수평축에 달린 샤후트와 샤후트에 연결된 혼합교반대 패들에 의해 퇴출구 가까이의 소화조 밑바닥에 설치된 고형물 수집통에 모여지고 이 고형물들은 스크류 콘베이어에 의해 소화조밖으로 배출되므로서 지속적인 산성반응조와 2차 혐기성반응조로 이루어진 수직원형탱크형태로 탱크는 대체로 시멘트 콘크리트로 구성되어지고 탱크 안에는 혼합기가 설치되는데 첫째로 혐기성 반응조는 대체로 1일기준으로 혼합하므로 혼합되면서 배출되는 유기물에는 어느정도 처리되지 않은 유기물이 나오게 되어 완전히 숙성시키기 위해서는 후속과정이 필요하고 둘째로 1차, 2차반응조에는 운전 중 모래, 흙, 불순고형물이 쌓이게 되어 오랜 운전기간중 전체처리용량이 줄어지는 폐단이 있고 세번째로 운전중 발생될 수 있는 거품문제와 1차, 2차반응조 안쪽 상부에 생기는 유기물 덩어리가 증가하는 점과 넷째로 혐기성 반응조의 운전상 필요에 따라 운전온도를 바꿀경우 오랜시간과 작업상의 지연 등 경제성의 문제가 발생되어 왔다.
본 발명은 위에서 지적한 문제점을 제거, 개선한 것으로서 첫째, 혐기성 소화조는 종전의 1차 반응조와 2차 반응조를 단일화시킨 수평형으로 혐기성 소화조를 설치하였고 산성반응과정을 줄이고 온도 55℃-70℃ 사이에서 소화 처리케 되는 혐기성 발효과정을 대폭 늘리므로서 설치비의 감소와 운영의 효율성을 기하고 유기물이 투입되면 소화조내를 20-30일간의 과정을 통과해야만 배출케 되는 완전 처리과정을 거쳐 배출되므로 또 다시 후숙과정이 필요하지 않고 소화조내는 완전히 밀폐되고 유기물인 음식물 쓰레기가 가득찬 상태로 운전되므로 운전효율의 극대화가 지속될수가 있도록 하였다.
둘째 모래, 흙, 뼈부스러기 등의 고형물은 소화조 밑바닥에 가라앉게 되고 이것들은 나선형(나사형태)으로 움직이는 수평축에 달린 샤후트와 샤후트에 연결된 혼합교반대 패들에 의해 퇴출구 가까기의 소화조 밑바닥에 설치된 고형물 수집통에 모여지고 이 고형물들은 스크류 콘베이어에 의해 소화조밖으로 배출되므로서 지속적인 소화조의 운영중에도 이 고형물들은 용이 배출할수가 있도록 하였다.
셋째, 운전중 발생하는 거품은 제3도에서 나타난 바와 같이 가스포집구에 모이게 되는데 이 거품은 가스발전기로 연결된 가스호스를 막아 발전에 장애의 문제를 일으키게 됨으로 유기물이 처리되어 물로 변해있는 퇴출구쪽의 하단부에서 펌프를 통해 제3도에서와 같이 분사기로 물분사함으로 거품을 없애고 또한 같은 소화조내에서 물을 순환시켜 거품을 제거함으로서 소화조 운전상 아무런 장애 및 지장도 주지 않도록 하였다.
넷째, 운전상 필요하게 되는 소화조내의 운전온도조절은 때로 필요한 미생물균을 만들기 위하여 필요하고 또한 적절한 온도의 유지는 곧 운영비와 직결되므로 소화조내에 한쌍의 수직판에도 열교환기 기능을 동시하도록 매니폴드에 연결설치하여 필요에 따라 소화조내의 온도조절까지도 효과적으로 가능하게 하였고 소화조 외부에도 3개이상 다수개의 열교환기가 설치되어 온도조절장치인 매니폴드와 연결로서 필요에 따라 온도조절을 하도록 하였다.
다섯째, 음식물 쓰레기 처리시설로서 혐기성 소화조를 사용할 경우 반응조내의 악취로 인하여 주민의 민원이 있으므로 본 발명은 음식물(유기물) 투입후는 일체의 장치들은 밀폐상태로 하고 또 호스를 통해 소화조 퇴출구까지 연결되고 이후에 각 저장탱크에서 나오는 악취를 제거하기 위하여 소화조와 연결된 저장탱크는 덮개 및 밀폐뚜껑을 이용하여 완전밀폐형으로 가스저장시설을 겸용으로 쓰고 가스호스를 통하여 발전기로 연결되고 또 저장탱크도 완전밀폐한 시설로서 이곳에서 발생되는 악취가스는 가스호스를 통하여 발전기에 가서 태워짐으로서 악취를 최소로 막을수가 있게 하였다.
이같은 본 발명의 혐기성 소화조를 이용한 음식물 쓰레기의 가스 및 비료화장치를 첨부된 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도의 본 발명의 실시상태 개략계통도에 나타낸 바와 같이 유기물인 음식물 쓰레기(음식물 찌꺼기)는 파쇄기(1)에서 소립자로 분쇄되어 지고 저장탱크(2)에 옮겨진다.
혐기성 소화조(4)에 다수 분리 설치된 열교환기(61)들은 온도조절장치(65)인 매니폴드(66)에 의하여 열교환되고 온도 55℃-70℃ 사이에서 온도유지케 된다.
유기물은 20-30일간 이스트균, 박테리아, 곰팡이균 등에 의해 혐기성 발효과정을 거쳐 소화처리된다. 여기서 소화된 유기물 및 가스는 유기성 비료 저장탱크(8)에 이송되고 수분분리기(9)를 통과하면서 유기질 비료인 액비료와 메탄가스를 얻게 되며 또 메탄가스는 악취방지를 위해 발전기(63)에 가서 태워지게 되어 있다.
또한 본 발명은 제2도 혐기성 소화조(4)의 단면도에 나타난 바와 같이 혐기성 소화조(4)는 수평형으로 놓여진 밀폐된 원통형 탱크의 구조로 외면은 보온재로 보온되고 철판으로 만들어진다. 소화조(4)의 양면은 외향으로 휘어져 나온 곡면판(26)으로 형성되어져서 막혀진다. 이 소화조(4)는 기초(11)위에 고무판(13)으로 놓은 후 놓여진다. 소화조(4) 오른쪽 끝부분에 음식물 쓰레기 투입구(14)가 설치되어 있고 이곳으로 소화될 유기물이 투입되어 혐기성 박테리아에 의해 소화된다.
소화조(4) 왼쪽에는 소화된 유기물이 퇴출구(16)로 나오게 된다. 소화조(4) 안에는 제2도 도시와 같이 균질화장치가 세로 방향으로 일정한 간격을 두고 설치되는데 일종의 혼합장치가 수평으로 설치된 샤프트(23)에 설치되어 있고 이 샤프트(23)에 혼합교반대(20) 및 패들(21)이 부착되어 있고 느린 저속의 회전샤프트(23)에 의해 유기물이 조금씩 밀려 진행되어진다.
혼합교반대(20) 패들(21)은 전체적으로 나선형(나사의 형태)으로 되어 제2도에 표시된 화살표(T) 방향으로 투입된 유기물을 밀어내게 된다. 소화조(4)의 오른쪽에 표시된 2개의 수직판(60)은 각각의 높이가 소화조내 지름의 약 3분지 2를 차지하고 투입 유기물이 혐기성소화가 되기 위한 준비를 하는 일종의 완충지역의 역할을 하며 이 수직판(60)들은 또한 매니폴드(66)와 연결되어 열교환기로서 역할도 하도록 되어 있어 투입된 유기물의 온도를 조절하는 중요한 역할을 동시 수행하고 유기물의 덩어리지는 것을 분리시키는 역할을 한다.
또한 수직판(60)위의 3분지 1부분 공간부(62)로 투입된 유기물은 투입될때의 압력과 내부의 기구들의 운동으로 혼합되어지며 조금식 밀려 화살표(T) 방향으로 진행하게 된다.
이 2개의 수직판(60)은 투입구 쪽에 설치되고 수직판(60) 사이에는 샤프트(23)와 패들(21)이 놓여져 혼합되고 샤프트(23)와 패들(21)은 화살표(T) 방향의 수직판(60) 가까운 곳에도 설치되어 지역에 투입된 유기물의 혼합을 수행하게 되며 균질화시키는 혼합교반대(20)와 패들(21)은 수직과 수평으로 설치되어 나사형으로 회전되므로 지역(U )은 오버라핑(over laping)이 되고 탱크내부(12)는 고효율의 균질화운동이 이루어지게 된다.
유기물이 이 탱크내부(12)에서 지체되는 기간은 20-30일간이며 하루에 여러번 음식물의 투입과 내부기구의 운동으로 투입과 혼합이 일어나며 투입량은 소화조(4)용량의 20분지 1-30분지 1이 유지되고 이 운전은 자동으로 이루어지게 된다.
탱크내부(12)의 왼쪽끝에는 제2도에서와 같이 가스포집구(22)가 설치되는데 가스호스(18)가 연결되어 있다.
탱크내부(12)는 화살표(T)방향으로 약간 높게 설치되는데 이는 가스포집구(22)에 유기물이 소화될때 발생되는 메탄가스와 이산화탄소등의 가스들이 쉽게 포집되어 가스호스(18)를 통해 발전지(63)로 보내지게 된다.
또한 가스포집구(22)에는 거품제거장치(40)가 설치되는데 거품제거장치(40)에는 거품확인장치(32) 거품센서(33) 분사기(42)가 구비되며 이들은 전체 통제장치(36)와 펌프(46)로 연결되어지며 조절장치연결관(38, 펌프호스(44)로 서로 연결되어지는데 가스포집구(22)의 내부(30) 거품(34)이 발생할 경우 센서(33)가 거품확인장치(32)에 신호를 보내고 이 신호는 통제장치(36)를 통해 펌프(46)를 가동시켜 소화조(4)내의 물로 내부(30)의 거품을 제거하게 되어 이 거품으로 인한 발전기(63)에서의 가스공급의 장애를 해결하게 되고 거품으로 인한 전체 소화조(4) 운전에 따르는 문제점을 해소하는데 이 장치의 우수성은 운전자의 부주위로 인한 운전상의 문제점을 해결해줄뿐만 아니라 이 거품을 제거하기 위하여 쓰이는 물도 자체 소화조(4)내에서 공급함으로서 소화조(4)의 평상 운전에 어떠한 영향도 주지 않고 처리하는 이점이 있다. 또한 제4도에 나타난 이 장치는 소화조(4)에 투입된 고형물인 모래, 흙, 뼈조각등의 비중이 큰 물질등을 제거하여 소화조(4)의 운전을 멈추지 않고 효율을 계속 유지하기 위한 장치인데 제2도에 있어서 패들(21)이 끝나는 지점, 탱크내부(12)에 설치되며 고형물수집통(50)과 스크류 콘베이어(52) 그리고 고형물을 받는 수집탱크(54)로 이루어진다.
샤프트(23)와 패들(21)의 지속적인 회전결과 투입구에서 들어온 고형물들은 탱크내부 밑바닥에 가라앉게 되고 나사형의 패들(21)은 화살표(T)방향으로 이 고형물들은 운반하여 고형물 수집통(50)에 밀어넣게 된다.
이 고형물들은 콘베이어벨트를 통하여 유기물은 다시 탱크내부(12)안에 넣어지고 고형물만 밖으로 스크류 콘베이어(52)에 의해 나오게 되고 수집탱크(54)에 담겨진다.
제5도는 소화조(4)의 운전상 필요한 소화조(4)의 온도조절장치(65)로서 소화조(4) 운전경험결과 때로는 소화조(4) 내부의 온도를 바꿔줄 필요가 있어 이 온도조절장치(65)를 설치하고 있다. 열교환기(64)는 소화조(4)의 외부 밑면에 다수개가 설치되어지고 소화조(4)의 옆면, 투입구의 끝면위치에 부착된다.
소화조(4)내의 수직판(60)들도 온도조절장치(65)의 매니폴드(66)와 연결도어 열교환기로도 쓰이므로 효율적인 소화조(4)의 온도를 관리 조정할수 있고 이 조절은 투입구(14)쪽 소화조(4) 옆면에 설치된 매니폴드(66)으로 각각 온도 조절된다.
또한 본 발명은 주민이 많이 살고 있는 좁은 지역에 음식물 쓰레기 처리시설인 혐기성 소화조(4)를 설치할때는 문제시되고 있는 악취제거를 위해 모든 설비를 밀폐화로 되어지도록 설치되어진다.
파쇄기(1)를 통하여 균질화 저장탱크(2)에 투입된 유기물에서 발산되는 악취는 지상 수평형으로 설치되는 소화조(4)위에 보온커버 및 덮개를 씌우고 밀폐뚜껑을 덮는 등 그 내부에서 발산되는 악취성분은 호스를 통하여 가스발전기(63)에 연결되므로 태워지게 되어 악취를 최소화할 수 있고 환경보호에 안전한 설비로 제공하도록 하였다.
이와 같이 본 발명은 혐기성 소화조(4)는 투입구(14)로 투입된 유기물이 샤프트(23)에 연결 설치된 혼합교반대(20) 및 패드(21)의 나선형 운동으로 퇴출구(16)쪽으로 밀려 나가면서 균질화되도록 되어 있을 뿐 아니라 소화조(4)는 온도조절장치(65)의 매니폴드(66)로 온도조정사용하여 탱크내부(12) 온도 55℃-70℃ 사이의 온도유지시키므로 혐기성 박테리아, 이스트균 등의 소화효율이 좋고 메탄가스가 량산되어지며, 생산된 가스는 약간 높은 가스포집구(22)의 가스포집내부(30)에 용이하게 모이게 되어 또 가스호스(18)를 통해 발전기(63)에 보여지며 태워지므로 악취제거와 가스생산의 효과가 우수하고 또 소화조(4)내의 유기물은 20-30일간의 과정을 통과하면서 소화되므로 후숙과정이 필요없이 효율적인 가스 및 액비료를 얻을수가 있다.
또한 혐기성 소화조(4)는 수평형으로 놓여지며 일체형으로 제작되어질 뿐 아니라 유기물은 일정간격으로 투입구(14)에서 투입되어 화살표(T) 방향으로 운반되어지고 혼입된 고형물들은 고형물 수집통(50)에 모여 스크류 콘베이어(52)에 의해 밖으로 배출되므로 불순고형물 분리제거가 용이하고 소화조(4)내부의 온도는 소화조(4) 외부 밑바닥에 설치된 열교환기(64)와 온도조절장치(65)의 매니폴드(66)에 의하여 온도조절되어져서 이스트균, 박테리아 등에 가장 적합한 온도 55℃-70℃ 사이에서 온도유지하게 되고 또 소화조(4)는 보온재로 열교환기(64)를 덮어주므로서 열효율을 극대화하여 유기물의 소화효율을 향상시키고 또한 가스포집구(22)의 가스포집내부(30)에 모인 거품은 소화조(4) 자체내의 물을 이용하여 분사기(42)로 분사시켜 거품제거시키므로 가스호스(18)에서의 막힘이 없어 발전기(63)에 가스공급이 원할한 효과가 있고 저렴한 운전을 할수 있으며 가스 및 액체비료 생산이 능률적이고 퇴비도 얻을 수 있는 이점이 있다.

Claims (9)

  1. 파쇄기로서 분쇄시킨 음식물 쓰레기입자를 혐기성 소화조에 투입하여 이스트균, 박테리아에 의해 소화분해시키고 수분분리기에서 액비료를 분리하게 된 것에 있어서, 음식물 쓰레기를 분쇄하는 파쇄기(1)와 분쇄시킨 음식물 쓰레기입자를 저장시키는 저장탱크(2)와 내부 중심 회전샤프트(23)에 혼합교반대(20) 및 패들(21)을 구비한 혐기성 소화조(4)와 액비료를 저장시키는 유기성 비료 저장탱크(8)와 메탄가스를 태우는 발전기(63)와 수분분리기(9)로 이루어진 음식물 쓰레기의 가스 및 비료화장치.
  2. 제1항에 있어서 혐기성 소화조(4)는 기초(11) 위 고무판(13)위에 수평형으로 놓여지되 가스포집구(22) 쪽이 약간 높게 되어 가스포집을 용이케 하고 가스포집구(22) 상부에 발전기(63)에 가스공급하는 가스호스(18)를 연결한 음식물 쓰레기의 가스 및 비료화장치.
  3. 제1항에 있어서 소화조(4) 오른쪽에 음식물 쓰레기 투입구(14)와 왼쪽에 퇴출구(16)가 구비되고 소화조안에 중심 회전 샤프트(23)에 일정간격을 두고 혼합교반대(20) 및 패들(21)이 부착되어 전체적으로 나선형으로 되어 퇴출구쪽으로 유기물을 시간차를 두고 점차적 운반을 하며 혼합하도록 된 음식물 쓰레기의 가스 및 비료화장치.
  4. 제1항에 있어서 소화조(4)내에는 투입된 유기물의 덩어리지는 것을 분리시키는 2개의 수직판(60)을 설치하여 된 음식물 쓰레기의 가스 및 비료화장치.
  5. 제1항에 있어서 소화조(4)의 가스포집구(22)에는 거품확인장치(32) 거품센서(33)가 구비되어 연결관(38)으로 통제장치(36)에 연결하고 분사기(42)를 설치하여 소화조(4)에 연결시킨 펌프(46)와 펌프호스(44)로 연결시켜 자체 물로 거품을 제거하게 된 음식물 쓰레기의 가스 및 비료화장치.
  6. 제1항에 있어서 소화조(4) 밑바닥에는 고형물 수집통(50)을 설치하여 스크류 콘베이어(52)로 수집고형물을 밖으로 배출시키도록 한 음식물 쓰레기의 가스 및 비료화장치.
  7. 제1항에 있어서 소화조(4)의 외부 밑면에는 다수의 열교환기(64)를 설치하여 온도조절장치인 매니폴드(66)와 연결시켜 소화조 내부온도 55℃-70℃를 유지시키도록 된 음식물 쓰레기의 가스 및 비료화장치.
  8. 제4항에 있어서 소화조(4)내의 수직판(60)은 온도조절장치인 매니폴드(66)와 연결하여 열교환기 역할을 동시하도록 한 음식물 쓰레기의 가스 및 비료화장치.
  9. 제1항에 있어서 파쇄기, 혐기성 소화조, 저장탱크, 유기성 비료저장탱크, 수분분리시는 밀폐형으로 하고 이곳으로부터의 가스는 가스호스로 뽑아져서 발전기(63)에서 태워서 악취가 해소되게 한 음식물 쓰레기의 가스 및 비료화장치.
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