KR100233324B1 - 유기물 함유 폐기물의 발효분해방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

유기물을 함유한 폐기물을 처리하기 위해, 호기성균과 피분해 유기물을 혼합한 것을 균상에 저류하고, 이 균상에 습한공기를 순환시키고 순환된 공기를 냉각응축시킨후 저습화 된 공기를 균상으로 재순환시켜 일관공정으로 유기물을 발효분해처리하도록 한 방법 및 장치.

Description

유기물 함유 폐기물의 발효분해방법 및 장치

제1도는 종래의 장치의 일례로서 크니아(Kneer) 방식 발효조를 나타낸 것이다.

제2도는 본 발명상의 일 실시예에서의 발효분해공정도이다.

제3도는 본 발명상의 일 실시예에서의 발효분해공정 장치의 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(종래장치)

1 : 탈수장치 2 : 탈수후 오니 싸이로

3 : 리싸이클 퇴비 싸이로 4 : 혼합기

5 : 혼합원료수송콘베이어 6 : 리액터

7 : 공기분산기구 8 : 콘트롤 및 블로어(송풍기)실

9 : 운반차

(본 발명상의 장치)

10 : 발효분해장치 20 : 발효조

21 : 유기물폐기물 또는 폐액 투입조 22 : 공기구멍

23 : 공기유입구 24 : 발효조 저부판

25 : 균상(菌狀) 27 : 배수관

30 : 제어기 31 : 응축기

32 : 송풍기 33, 331, 332, : 전기히터

34 : 감속모터 35 : 온도제어기

35 : 습도제어기 37 : 상판

40 : 연결구 41 : 회전축

43 : 온도센서 44 : 습도센서

51,52,53,54,57,64 : 도관 61 : 냉각기

63 : 냉각수 65 : 물 수집함

A : 공기 Aw : 습한공기

Wo : 폐기물 또는 폐액 C : 응축기

L : 수도수

본 발명은 발효(醱酵)에 의한 산소(酸素)로 유기물을 함유하는 폐기물의 분해하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 유기물을 함유한 폐기물을 처리하기 위해, 호기성균과 피분해 유기물을 혼합한 것을 균상에 저류하고, 이 균상에 습한공기를 순환시키고 순환된 공기를 냉각응축시킨후 저습화된 공기를 균상으로 재순환시켜 일관공정으로 유기물을 발효분해처리하도록 한 방법 및 장치에 관한 것이다.

종래의 발효분해방법 및 장치는 제1도에서 보는 바와 같이, 탈수된 피분해유기물과 호기성균(好氣性菌)을 혼합한 반응조에 넣고, 공기를 불어 넣고 균을 증식케하고 산소를 발생시켜, 산소의 촉매작용에 의해 유기물을 산화분해 하는 기술이었다. 여기에서, 송풍되는 공기량은 균의 증식과 유기물의 산화반응으로 발생하는 열에 의한 온도상승이라든가 반응으로 소비되는 산소의 잔량을 검출하여 제어하여 왔다.

그러나, 유기물의 수분율이 대략 70%를 넘게 되는 경우에는 공기의 유통이 나빠지고, 호기성균의 증식이 방해되어 어려워지므로, 원료 유기물의 수분을 여러 가지 방법으로 탈수하여서 반응조에 투입하여 왔다. 기타 예컨데 조립(祖粒)의 톱밥 부스러기 등을 혼합하여 공기의 통로를 만듬과 아울러 원료유기물의 수분을 부스러기에로 이행시켜서, 전체적으로 수분율을 낮추는 등의 방법도 사용하여 왔다.

유기물을 발효분해장치에 투입하기 전에 수분을 줄이는 방법으로는 벨트프레스, 스크류프레스 등과 같은 프레스로 압축하여 짜는 방법이나 또는 원심분리기와 같이 중력과 비중차를 이용하는 방법등이 사용되어 왔다. 그러나, 유기물의 입자가 미세하다든가 유기물의 점도가 높은 경우에는 수분을 분리하는 것이 곤난하다. 또한, 수분의 분리가 가능한 유기물의 경우라도, 분리된 물속에 미립자가 혼입되어 있다든가, 가용성물이 녹아 있으면, 이 물의 BOD(생물적 산소요구량)가 높으므로 이 물의 처리가 별도로 필요하다는 문제가 있었다.

수분율이 높은 유기물을 발효 분해 장치에 투입할 경우에는 이 분해장치에 외부로부터 많은 공기를 보내고, 많은 열을 가하여 수분을 증발시키면 좋으나, 이 경우 이 분해장치의 열효율이 나빠지므로 현실적으로 실시가능하지 않다는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 유기물을 포함하는 폐기물, 폐액 등을 처리할 수 있도록 한 것이다. 예컨대 소주의 증류폐액(수분을 95% 정도)과, 같은 경우에는 수분율이 높고 점도가 높은 폐액이어서 이들 증류폐액을 증발 농축하고, 수분율을 85%가지 감축시키면 유동성이 없어지는 한계의 농축물이 될 수 있다. 이러한 폐액을 증발농축장치로 유동시켜 가면서 작동시키는 것이 통상의 방법이나, 이 이상 농축을 진행시키는 것은 되지 않는다.

이 수분을 85%의 농축물을 발효분해장치에 투입하여 처리할 경우에는 발효분해장치에 적합한 수분을 65%에 비하여, 단위 고형분당 2, 3배 정도의 물이 투입되어야 한다고 하며, 이 경우 다량의 수분을 증발시켜 제거하지 않으면 안된다.

수분을 증발시키기 위해서는 물에 증발잠열(蒸發潛熱)을 가하지 않으면 안된다. 이 잠열을 가할 때 열효율이 높아지도록 하는 것이 본 발명의 방법과 장치이다.

이하 본 발명을 도면에 의한 일 실시예를 들어 보다 구체적으로 상세히 설명코저 한다.

제1도는 종래의 발효분해장치를 나타낸 것이다.

제2도는 본 발명상의 발효분해장치의 일 실시예를 나타낸 것이다.

본 발명상의 발효분해장치 10 는 발효조 20 와 제어기 30 가 플랜지부 40로 접속되어 일체로 구성된 장치로 되어 있다. 이 발효조 2 에는 단백질 함유물과 같은 피분해유기물(W)을 투입하는 투입구 21 가 구비되고, 저부판 24 에는 다수의 공기구명 22 가 뚫려 있고, 이 구멍 22으로 공기유입구 23 로 들어온 순환공기를 발효조 20안으로 분산시킨다.

제어기 30 안에는 응측기 31, 송풍기 32, 전기히터 33, 감속모터 34, 온도제어기 35, 습도제어기 36 가 제2도에서와 같이 설치되고 또한 제어기 30 의 상판(床板) 37으로부터 아래로 교반용 회전축 41 이 뻗어 있고, 이 회전축 41 은 교반날개 26 가 취부되도록 발효조 20 에 삽입 설치되어 있다. 또한 상기 상판 37 에는 발효조 20 안의 온도를 검출하는 온도 센서 43 와 습도를 검출하는 습도센서 44 가 취부된다.

상기 회전축 41 과 적어도 그 저부 양쪽에 고정 설치한 교반 날개 26 는 공기유입구 23 로 들어온 순환공기(A)를 발효조 20 안으로 분산시켜 균의 증식을 촉진하기 위한 것이다. 또한 발효조내의 고형분 등 잔존물을 청소하기 쉽도록 회전축 41 은 상·하 로 움직일 수 있도록 하였다. 또한 발효조 20 에는, 제2도에서 보는 바와 같이 상기 제어기 30 안에 설치되는 감속모터 34 에 연결된 회전축 41 이 역시 발효조 20 내 아래쪽에 설치된 저부판 24 에 삽설되고, 발효조 20 의 비교적 상면에 발효균을 증식시켜 공급하는 균상(菌床) 25 이 설치 되어 있다. 따라서, 균과 피분해유기물의 혼합물이 있는 균상 25을 통과하는 공기(Aw)는 제어기 30 의 상판 37 위로 설치된 관 51을 통하여 응축기 31 로 흘러 들어가 공기중의 습기가 여기에서 응축된다. 이 응축기 31을 나온 공기는 관 52을 통해 송풍기 32 로 흘러 들어간다. 이 송풍기 32 로 불려 나오는 공기는 관 53을 통해 전기 히터 33 로 흘러 들어 가서 가열된다. 전기 히터 33 로부터 가열된 공기는 나와 관 54을 통해 공기도입구 23 로 흘러 들어가게 되어 순환된다.

이렇게 해서 순환되는 순환공기의 일부는 관 53에서 관 56을 통하여 밖으로 탄산가스(CO₂), 암모니아 가스(NH₃) 등과 함께 대기중으로 신선한 외부 공기는 관 55을 통해 관 52 내로 유입시킨다.

응축기 31 안에 설치되는 냉각기 61 에는 냉각수 도입관 62 과 냉각수 되돌이관 63 에 의해 냉각수가 흐르므로써 발효로 인해 발생된 열에너지를 가진 습기찬 공기가 응축되게 한다. 이 냉각기 61 의 냉각작용으로 응축되는 응축수는 관 64 으로 배출된다. 응축수 수집함 65 은 관 64 으로부터 공기를 역류시키지 않도록 하는 응축수 밀봉용 워터씨일(water seal) 로서의 역할을 한다.

상술한 실시예상의 장치의 작동을 이하에 설명한다.

먼저, 호기성원균(原菌) 에 이 균을 위한 영양소를 함유하는 쌀겨 등을 혼합한 영양균과, 수분이 관다한 피분해유기물을 발효조 2 에 투입한다. 감속 모터 34를 운전하여, 영양균과 이 유기물을 교반하여 균상을 만들고, 이어서 송풍기 32를 운전하여 공기를 순환시킨다. 순화농기량은 유기물의 산화분해에 필요한 산소량에 상당하는 공기량의 대략 10 배 정도로 많은 량으로 한다.

냉각기 61 에는 냉각수를 흐르게 하여 둔다. 운전을 개시하면 순환공기온도가 낮으므로 온도제어기 또는 온도조절기 35가 작동되고, 전기히터의 스윗치가 ON 된다.

균상 25 에 온풍이 흐르게 되면 호기성균이 활성화되고, 균의 증식과 이에 따라 생성되는 산소의 촉매작용으로 균의 증식활성화시에 산화 반응열이 발생하여, 균상의 온도는 대략 70℃ 정도의 온도로 되면, 균상을 나오는 순환공기의 온도도 70℃ 에 가깝게 된다.

공기온도와 공기의 포화습도의 관계는 다음 표 1과 같다.

[표 1]

포화습도(㎏/㎏)는 1㎏의 공기가 보유 가능한 수분량(㎏)이라고 할 수 있으므로 30℃의 공기에 비해 70℃의 공기는 약 10 배의 수분량을 건조시킬수 있는 능력을 가진다.

따라서, 발효열과 전기히터열을 증발잠열로 하여 이를 물에 전달해 주면 공기의 건조능력이 작용하여 다량의 수분을 기화시켜서, 균상의 수분율을 감소시킬 수 있다.

발효열이 적은 때에는 균상을 나오는 순환공기의 온도가 낮아지나, 수분이 많은 균상을 통과하는 공기의 상대습도는 100% 가깝게 되므로 습도제어기 36 가 작용하여 전기히터 33의 스윗치를 넣어, 그 열을 순환공기에 준다. 여기에서 주어지는 얼은 수분의 증발열로서 작용하고, 일층 많은 물을 기화시킨다.

균상 25을 70℃ 정도의 공기는 관 51을 통해 응축기 31 로 들어가서, 냉각기 61 에 의해 냉각되는 수분에 의해 잠열을 빼앗긴 물로 된다. 따라서 공기는 저온으로 온도가 떨어져서 대략 공기온도가 60℃로 되었다 할 때 공기 1 ㎏ 에 대한 함유 수분은 0.1241 ㎏(0.2763 - 0.15241)을 가진 물이 되어 관 64 으로부터 밖으로 배출된다.

수분이 많은 유기물로부터 많은 수분을 기화시키는데는 많은 공기를 흐르게 할 필요가 있다. 이 많은 공기를 20℃의 외기 즉, 신선한 바깥공기를 집어넣어 흐르게할 경우에는 공기의 온도를 70℃ 정도로 높일 열이 필요하다. 상승 온도차는 70℃ - 20℃ = 50℃이다. 이에 대하여 본 발명에서는 70℃ - 60℃ = 10℃ 가 좋으므로 열량은 1/5 정도로 끝난다.

응축기 31를 나온 60℃의 공기는 전기히터에서 대략 90℃로 가열되고, 관 54, 공기도입구 23을 통하여 공기구명 22으로부터 균상 25 으로 분배된다. 90℃의 공기는 수분이 많은 유기물을 접하면 공기의 현열을 여기에 있는 수분으로 기화 잠열로 하여주고, 공기 자신의 온도는 90℃에서 70℃ 로 낮아진다.

유기물중의 수분이 적어지면, 균상에서의 수증기분압이 낮아지므로, 순환 공기중의 상대 습도가 작아지게 되고, 습도제어기 35 가 그 낮은 상대 습도를 검출하여 전기히터를 OFF 시킨다. 또한, 수분이 적어지면, 고온의 공기가 공기구명 22 으로부터 공급되더라도 수분의 기화잠열로서 주어지는 량이 작아지므로, 균상 25 을 나온 공기온도는 낮아지지 않게 되고, 높은 그대로 있게 되므로 온도 제어기 35가 검출하여 전기히터를 OFF 시킨다.

이상 열의 변화라는 관점에서 설명하였으나, 한편 유기물의 산화 반응으로 공기중의 산소가 소모되므로, 순환 공기중의 산소농도를 통상공기의 1/2 이상으로 보지하기 위하여 관56으로부터 순환공기의 일부를 배출하고, 배출로 줄어진 분량을 관 55등으로부터 대기중의 공기를 순환 공기중에 유입하여 보충시킨다.

본 발명에서는 간단한 발효조를 예로 들어 설명하였으나, 모형 등 여러 가지 형태로도 변경하여 적용할 수 있다. 또한 냉각기에 냉매로 냉각수를 흐르게 하는 것으로 하였으나 공기 등 여러 가지 냉매를 사용할 수 있다. 가열수단으로서 전기히터외에도 증기, 온수 등의 열원장치를 내장할 수 있다.

본 발명상의 발효분해장치 및 방법으로 여과분리와 중력분리 등에 의한 종래 기술상 거의 불가능하였던 수분분리 곤난한 유기물의 발효분해처리까지도 가능해진다. 또한 전기히터등 보조열의 소모가 적고 높은 열효율로 처리 가능하다. 아울러 전술한 바와 같이 일관공정으로 단시간내에 다량의 수분을 제거시킬 수가 있게 되었다.

Claims (4)

1. 유기물 분해 산소를 발생시키는 호기성균과 피분해 유기물을 혼합한 것을 균상에 저류한 발효조에 공기를 불어 넣도록 하는 발효분해방법에 있어서, 상기 균상을 통과한 습한 공기를 냉각기로 흐르게 하여 수분을 응축시켜서 그 공기의 습도를 낮추고, 이 저습으로 된 공기를 균상으로 재순환시켜 계속적이고도 반복적인 일관공정으로 처리 유지하도록한 유기물의 발효분해방법.
2. 유기물 분해 산소를 발생시키는 호기성균과 피분해 유기물을 혼합한 것을 균상에 저류한 발효조에 공기를 불어 넣도록 하는 발효분해장치에 있어서, 상기 발효분해장치는 교반용 회전축 41 과 연결구 40 에 의해 상호 일체로 연결되는 제어기 30 과 발효조 20 와로 구성되고, 상기 발효조 20 에는 유기물 폐기물과 균을 혼합하는 균상 25을 설치하고 그 아래로 순환공기유입구 23 로부터 유입되는 공기(A)를 순환시켜 발효를 촉직하도록 교반회전축 41 과 이에 부착된 교반날개 26를 부착 설치하며, 상기 제어기 30 에는 습한 공기를 탈습용 응축기 31 와 이 응축기 다음에 송풍기 32 와 히터 33 및 온도센서 35 ·습도센서 36를 설치하여 상기 발효조의 균상 25의 온도 및 습도를 제어하도록 송풍기 32 및 히터 33 에 연결작동되게 한 발효분해장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 교반회전축 41 은 적어도 그 저부 양쪽에 교반날개 26를 부착하고 교반조 20 내에서 상·하로 승강 자유로이 작동되도록 한 것을 특징으로 하는 발효분해장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 응축기 31 내에는 냉각기 61를 내장하고, 이 냉각기 61 에는 냉각수 또는 기타 액체 냉매를 흐르도록 한 것을 특징으로 한 발효분해장치.

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