KR100352761B1 - 음식물 쓰레기 등의 유기물 처리장치와 처리방법 - Google Patents
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Abstract
저수조내의 저류수중에 미세 분쇄된 음식물 쓰레기를 공급하여 처리하는 음식물 쓰레기 처리장치로서, 상기 저류수에 공기를 용존시킨 분출수류를 분사하는 분출수류수단을 구비한 음식물 쓰레기 등의 유기물 처리장치 및 그 처리방법.
Description
본 발명은 음식물 쓰레기 내의 유기질 성분을 분해시켜 처리하는 음식물 쓰레기 등의 유기물 처리 기술분야에 속하는 것이다.
일반적으로, 가정 혹은 레스토랑 등의 업무상으로 발생되는 음식물 쓰레기는 평균적으로 그 대부분이 유기질 성분이며(약 30∼40 중량 %), 비교적 소량의 무기질 성분을 포함하고 있고(약 1∼2 중량 %), 잔여는 대부분이 수분이다.
그런데, 이러한 음식물 쓰레기의 처리방법으로서는, 예를 들면 연소처리, 압축 고형화 하는 처리 외에 미생물을 이용하여 분해 처리하는 방법 등을 들 수 있다.
상기의 미생물을 이용하는 처리기술로서는, 예를 들면 일본국 특개평 10-180128호 공보(공지예)에서 볼 수 있는 바와 같이, 음식물 쓰레기를 절단기구에 의해 절단하고, 고액 분리한 고형분을 이젝터에 의해 바이오 처리조에 반입하여 음식물 쓰레기를 처리하는 것이 제안되고 있다.
상기의 종래 기술에 있어서, 연소처리의 경우에는, 열이나 연기 외에 악취의 발생이 원인으로 되어 환경오염의 점이 우려되고, 또한 고형화하기 위해서는 대규모의 설비가 필요하게 되어 비용 상승을 피할 수 없으며, 공지예의 것에 있어서도 처리중에 악취의 발생을 회피할 수 없는 것이었다.
상기한 문제점을 해결하기 위해 본 발명이 해결하고자 하는 제 1의 과제점은, 환경 오염의 요인이 되지 않으며, 또한 음식물 쓰레기 중에 포함되어 있는 호기성 혹은 혐기성 미생물을 이용하여 악취 발생 없이 음식물 쓰레기를 처리하고자하는데 있다.
또, 본 발명이 해결하고자 하는 제 2의 과제점은, 미세 공기가 용존하는 고속의 분출수류에 의해 저류수를 승강시켜 음식물 쓰레기를 처리하고자 하는데 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 제 3의 과제점은, 고가의 설비를 필요로 하지 않고 운전 비용도 저감할 수 있는 음식물 쓰레기 처리방법을 제공하는데 있다.
도 1은 실시형태의 음식물 쓰레기 처리장치의 측면도.
도 2는 도 1의 요부의 확대 측면도.
도 3은 도 1의 분출수류수단의 설명도.
도 4는 도 1의 미세절단수단의 측면도.
도 5는 도 1의 저류수의 온도 변화를 나타내는 작동시의 타임챠트.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
1000. 음식물 쓰레기의 유기물 처리장치(본 장치)
21. 저수조 30. 분출수류수단
32. 펌프(수류가세수단) 34. 거품 분출기
341. 제 1의 관체 342. 제 2의 관체
343. 오리피스 37. 급기관
40. 미세절단수단
상기의 각 과제를 해결하기 위한 구체적인 수단은 다음과 같다.
(1) 저수조내의 저류수중에 미세 절단된 음식물 쓰레기를 공급하여 처리하는 음식물 쓰레기 처리장치로서, 상기 저류수에 공기를 용존시킨 분출수류를 분사하는 분출수류수단을 구비한 음식물 쓰레기 등의 유기물 처리장치.
(2) 상기 분출수류수단이 펌프 등의 수류 가세수단과 거품 분출기를 구비하고, 거품 분출기에는 큰 직경상의 제 1의 관체와 작은 직경상의 제 2의 관체가 연속상으로 설치되며, 상기 제 1의 관체에 가까운 상기 제 2의 관체에 급기용의 오리피스를 개설한 상기 (1) 기재의 음식물 쓰레기 등의 유기물 처리장치.
(3) 상기 오리피스에 접속된 급기관을 대기 개방상으로한 상기 (2) 기재의 음식물 쓰레기 등의 유기물 처리장치.
(4) 상기 저류수에 미세공을 개설한 다공질 글래스재로 이루어지는 미디어재를 부유시켜 배설한 상기 (1) 또는 (2) 기재의 음식물 쓰레기 등의 유기물 처리장치.
(5) 미세 절단된 음식물 쓰레기를 저수조내의 저류수에 공급하고, 공기를 용존시킨 분출수류를 저류수중에 분사시켜 저류수를 승온시키고, 음식물 쓰레기중의 유기질 성분을 물과 탄산가스로 분해시키는 음식물 쓰레기 등의 유기물 처리방법.
(6) 상기 (5)에 있어서, 음식물 쓰레기의 공급량, 분출수류의 분사량, 저류수량 등을 변경시킬 수 있는 음식물 쓰레기 등의 유기물 처리방법.
따라서, 이들 수단에 의해 환경오염의 우려없이 저비용으로 또한 효율적으로 음식물 쓰레기를 처리하게 되었다.
(실시예)
이하, 본 발명의 내용을 도면에 나타내는 실시의 형태에 기초하여 설명한다.
1. 수단
(1) 전체 구성
도 1에 나타내는 바와 같이, 음식물 쓰레기 등의 유기물 처리장치(1000)는, 프레임수단(10)에 담지된 저수수단(20)내의 저류수(W)내에 미세 절단된 음식물 쓰레기(L)를 투입하고, 고속의 분출수류수단(30)에 의해 미세한 공기를 용존시킨 분사(분출)수류(J)를 저류수(W)에 분사시켜 교반하면서 음식물 쓰레기(L)를 수분(H2O)과 탄산가스(CO2)로 분해 처리하여 소멸시키도록 구성되어 있다.
(2) 각부의 구성
각부의 구성은, 다음과 같다.
① 프레임 수단(10)
도 1에 나타내는 바와 같이, 캐스터(11)에 의해 이동 가능한 프레임(12)은 베이스틀(121)상에 종틀(122)과 횡틀(123)을 연설하여 중공틀조 형상으로 형성시키고, 그 내부에 후술하는 저수수단(20)을 분리 가능하게 장착하고 있다.
또, 이 베이스틀(121)상의 저수수단(20)에 인접하는 위치에는 분출수류수단(30) 및 음식물 쓰레기(L) 미세절단수단(40)을 상하로 격리시켜 설치하고 있다.
② 저수수단(20)
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 스테인레스제나 경질합성수지 등으로 구성된 저수수단(20)의 저수조(21)는 천정벽(211)에 의해 밀폐상으로 형성되고, 개폐뚜껑(212)에 의해 수시로 개폐할 수 있는 것으로서, 급수부(22)로부터는 소요로 하는 용적의 물을 주입할 수 있도록 구성되어 있다.
또, 저부(213)는 처리된 음식물 쓰레기(L) 잔류물(R)의 제거 및 저류수(W)의 교환을 원활하게 하기 위해 테이퍼상으로 형성되어 있으며, 그 가장 깊은 위치에 개폐밸브(231)에 의해 배수되는 드레인관(23)이 형성되어 있다.
또한, 저수조(21)의 저류수(W)에 부유하도록 다공질 글래스 또는 플라스틱 재료로 구성된 평판상의 미디어재(24)를 배설하고 있으며, 이 미디어재(24)에 대략 60∼70%의 비율로 개설된 직경이 100∼300 미크론 정도의 미세공에 저류수(W)에 부유하고 있는 혐기성 효소를 부착시켜, 유기질 성분이 분해될 때에 발생하는 취기를 흡착시킬 수 있도록 구성하고 있다.
또, 그 측벽(214)에는 후술하는 분출수류수단(30)의 노즐(35)과 배수관(36)을 관통 설치하고 있는 바, 그 상세한 점은 후술한다.
상기 측벽(214)의 천정벽(211)의 근방에는, 미세절단수단(40)의 음식물 쓰레기 방출부(432)를 연설하고 있는 바, 이 점에 대해서도 미세절단수단(40)의 설명에서 후술한다.
또, 저수조(21)에는 천정벽(211)에 설치된 급수부(22)로부터 급수되며, 이 급수부(22)는 저류수(W)의 깊이(H1)를 검출하는 레벨 센서(221)에 의해 제어되는 바, 이점도 처리법에서 후술한다.
③ 분출수류수단(30)
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 제 1의 모터(31)에 의해 구동되는 펌프(32)에 접속된 주수관(33)상에는 미세기포 발생기기(거품 분출기)(34)를 연결하고, 이 거품 분출기(34)에 연설한 노즐(35)을 상기 저수조(21)내로 개방시키고 있다.
또, 저수조(21)에 연결된 배수관(36)을 상기 펌프(32)에 연통시켜, 펌프(32)에 의해 가세된 고속의 분출수류(J)를 노즐(35)로부터 저수조(21)에 주입하여 배수관(36)으로부터 환류시키도록 구성하고 있다.
또한, 거품 분출기(34)의 구성은, 도 3에 나타내는 바와 같이 큰 직경상의 제 1의 관체(341)에 연속되는 작은 직경상의 제 2의 관체(342)를 연속상으로 설치하고 있으며, 그 연결부에 가까운 작은 직경상의 제 2의 관체(342)에 개설한 오리피스(343)를 급기관(37)에 접속시키고 있다.
또, 이 급기관(37)의 개방단에는 아지스트밸브(38)를 배설하고 있으며, 오리피스(343)로의 급기량을 조절하도록 구성하고 있다.
또한, 거품 분출기(34)의 기능에 대해서는, 처리법에서 후술한다.
④ 미세절단수단(40)
도 2 및 도 4에 나타내는 미세절단수단(40)은, 처리되는 음식물 쓰레기(L)를 투입할 수 있는 상부 개방상의 홉퍼(41)와, 홉퍼(41)에 연설된 미세절단부(42)와, 반송부(43) 및 제 2의 모터(44)로 구성되어 있다.
누두상 홉퍼(41)의 원추부(411)에 연속하는 음식물 쓰레기 도출부(412)를 미세절단부(42)의 케이싱(421)에 연통상으로 연결시키고 있다.
이 케이싱(421)내에는, 외주에 나선 융기상으로 커터 나이프(422)를 돌출 설치한 커터(423)를 제 2의 모터(44)에 의해 수평축선 방향으로 선회 가능하게 배설하고, 커터 나이프(422)의 선회궤적을 케이싱(421)에 근접시켜 배치하고 있다.
또한, 반송부(43)에는 같은 모양으로, 제 2의 모터(44)로 선회되는 추진기구(431)를 배설하고, 미세 절단되어 케이싱(421)으로부터 투입된 음식물 쓰레기(L)를 음식물 쓰레기 방출부(432)를 경유하여 저수조(21)내에 투입할 수 있도록 배설하고 있다.
2. 처리법
이 장치(1000)에 있어서의 기능상의 특징점을 요약하면, 저류수(W)내에 미세 기포가 혼입된 고속의 분출수류(J)를 분사하여 이 고속의 분출수류(J)에 의해 음식물 쓰레기(L)가 혼입된 저류수(W)의 수온을 상승시키고, 음식물 쓰레기(L)중의 유기성분을 음식물 쓰레기(L)중에 포함되어 있는 미생물을 이용하여 물과 탄산가스로 분해시켜 처리하는 점이다.
이하, 그 내용을 도 5에 나타내는 바와 같이 단일 사이클을 1주야로 하여, 24시간마다 음식물 쓰레기 처리를 완료하는 형식의 처리법의 경우에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
(1) 저수행정
도 2에 나타내는 바와 같이, 급수부(22)로부터 상온의 담수를 미리 저수조(21)에 주입하는 바, 그 수심(H1)은 거품 분출기(34)의 노즐(35)이 설치된 높이(H2) 보다도, 예를 들면, 15cm∼20cm 정도 깊게 되도록 이 실시예의 경우에서는 500리터 정도 주수한다.
이 때, 적절한 때에 급수부(22)를 동작시켜 소요의 수심(H1)을 유지할 수 있도록 레벨 센서(221)에 의해 상시 수심을 검출시키는 것이다.
(2) 음식물 쓰레기 공급행정
이어서, 제 2의 모터(44)를 시동시키고, 홉퍼(41)내에 소요 분량의 음식물 쓰레기(L)를 투입하면, 미세절단부(42)의 케이싱(421)내에서 나이프(422)에 의해 음식물 쓰레기(L)는 약 6mm각 정도의 체적의 미세 절단편으로 미세 절단되어 그 하방에 위치하는 반송부(43)에 투입되며, 제 2의 모터(44)로 구동되는 추진기구(431)에 의해 가세되어 음식물 쓰레기방출부(432)로부터 저수조(21)내의 저류수(W)에 투입된다(도 5A점 참조).
이 실시예에서는 후술하는 바와 같이, 매회 약 50kg 정도의 음식물 쓰레기(L)를 배치(batch)형식으로 투입하여 처리하였다.
(3) 분출수류 기동행정
또, 동시에 도 5의 A점에서 나타내는 바와 같이, 제 1의 모터(31)를 기동시켜 펌프(32)를 시동시키는 것에 의해 저수조(21)내의 저류수(W)는 배수관(36)으로부터 퍼내어지고 펌프(32)에 의해 가세되어 급수관(33)을 경유하여 거품 분출기(34)내에 공급되며, 노즐(35)로부터 저수조(21)내에 순환된다.
거품 분출기(34)내에 있어서는, 도 3에 나타내는 바와 같이 분출수류(J)는 제 1의 관체(341)로부터 제 2의 관체(342)내로 추진되는 바, 이 때 오리피스 효과에 의해 급기관(37)을 경유하여 오리피스(343)로부터는 공기가 도입되고 이 공기는 미세기포상으로 분출수류(J)내에 혼입되는 것으로 되어, 20미크론 정도의 이 기포가 용존된 고속의 분출수류(J)가 저수조(21)의 정수상(淨水狀)의 저류수(W)에 분사되는 것으로 되는 바, 이 점을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
즉, 도 3에 나타내는 바와 같이 오리피스(343)가 결여되어 있으면, a영역에서는 축류가 되어 부압이 발생하고, b영역에서는 흐름이 확대하여 정압으로 되며, c영역에서는 분출수류(J)는 제 2의 관체(342)와의 사이에서 강력한 난류를 발생시키므로 제 2의 관체(342)의 유로저항이 크고, 따라서 압력손실이 크게 될 염려가 있지만, a영역내에 오리피스(343)가 설치되어 있기 때문에, 여기서 발생하는 부압에 의해 급기관(37)을 경유해서 외기를 도입하여 부압발생을 제어함과 동시에, b영역에 있어서의 정압에 의해 흡인된 외기를 분출수류(J)내에 용존시키고, 다시 계속하여 c영역에서 발생하는 강력한 난류의 에너지에 의해 b영역에서 용존되지 않았던 공기는 20미크론 이하의 초미세한 기포로 되어 분출수류(J)중에 효율적으로 용존되게 되며, 이 미세화된 공기에 의해 c영역에서의 난류의 발생을 억압하여 압력손실을 저감시킬 수 있는 것으로서, 초미세한 공기를 균질상으로 용존시킨 고속의 분출수류(J)는 저류수(W)내에 매분 약 45리터∼380리터 정도가 되도록 분사하게 된다.
(4) 음식물 쓰레기 분해행정
상기와 같이 음식물 쓰레기(L)가 투입된 저류수(W)에 초미세한 공기를 용존시킨 고속의 분출수류(J)를 분사하면, 이 분출수류(J)의 물의 힘에 의해 저류수(W)내에서는 음식물 쓰레기(L)가 교반되면서 도 2에 나타내는 바와 같이 급속히 화살표 x방향으로 순환되는 바, 이 때 중요한 점은, 도 5에 나타내는 바와 같이 분출수류(J)의 분사개시시점(A점)으로부터 약 8분∼10분 이내에 저류수(W)의 수온이 상온으로부터 약 36℃∼60℃정도까지 급속히 승온되는 점이다(B점 참조).
이 승온효과의 물리적인 메카니즘으로서는, 예를 들면 폐쇄공간내의 정수에 분출수류(J)에 용존된 초미세한 공기를 고속으로 분사하는 것에 의해서도 수온의 상승 현상이 보이게 되지만, 상기의 분출수류(J)를 미세절단된 음식물 쓰레기(L)가 혼입된 저류수(W)에 분사시키면, 초미세한 공기가 미세절단편상의 음식물 쓰레기(L)에 충돌하고, 또한, 음식물 쓰레기(L)끼리도 고속으로 충돌하여, 이 때의 충돌, 접촉에 기인하여 저류수(W)를 한층 효율적으로 승온시키는 것이다.
이어서, 약 6시간 정도에 걸쳐 분출수류수단(30)을 연속 운전하는 것에 의해 고온의 저류수(W)내에서 충돌과 접촉운동을 반복한 음식물 쓰레기(L)중의 유기질성분은, 통상 음식물 쓰레기(L)중에 혼재되어 있는 호기성 및 혐기성의 각종 효소에 의해 효율적으로 분해된다(도 5C 구간).
즉, 미생물이 각종의 분해 효소를 분비하는 것은 주지의 사실로서, 예를 들면 유기질 성분내에서 단백질은 프로테아제에 의해 아미노산으로 되고, 지방은 리바제에 의해 지방산과 글리세린으로 되며, 셀룰로즈는 셀라제에 의해 포도당이 되는 등과 같이 분해되는 것이다.
또, 미디어재(24)의 미세구멍에는, 혐기성 효소가 부착하여 대기하고 있기 때문에, 취기성분은 여기에 흡착되어 외부로 악취가 유출되는 일이 없고, 이 사이에 유기질 성분의 약 70% 정도까지가 가열 분해되어 물과 탄산가스로 변화된다(도 5C구간).
그 후는, 1시간마다 5분간 정도 간헐적으로 분출수류수단(30)을 작동시켜, 약 24시간 후 정지시킬 때에는 음식물 쓰레기(L)중의 유기질 성분은 거의 100%까지 물과 탄산가스로 분해되는 것으로서, 음식물 쓰레기(L)중에 포함된 무기질 성분만 잔류물(R)로서 저수조(21)의 저부(213)상에 침전하여 음식물 쓰레기(L)의 처리가 종료하는 것이다(도 5D 구간).
또한, 전분이나 당류는 6∼8시간, 단백질은 12시간 이내, 또, 헤미셀룰로즈나 셀룰로즈, 혹은 리그닌 등은 늦어도 24시간 정도에서 충분히 분해되는 것이 검증되고 있다.
또, 처리가 종료된 저류수(W)는 음식물 쓰레기(L)중의 색소성분 등이 용액상으로 되어 통상 반투명 혹은 불투명상의 다갈색을 나타내고 있다.
(5) 잔류물 제거행정
이어서, 음식물 쓰레기(L)에 포함되어 있는 가열 분해되지 않는 무기질 성분 등의 잔류물(R)에 대해서는, 메뉴얼 조작에 의해 개폐밸브(231)를 단시간, 예를 들면 약 1∼2분 정도 개방하여 드레인관(23)으로부터 배출시키는 것이고, 이 때 저수조(21)에는 테이퍼상의 저부(213)가 형성되어 있기 때문에, 잔류물(R)은 자체 중량으로 드레인관(23) 방향으로 유동하여 배출되는 것이며, 필요하면, 이 잔류물(R)을 건조 처리하여 비료 등으로서도 활용하는 것이다.
또, 오리피스(343)로부터 흡인되는 공기량은, 상기와 같이 아지스트밸브(38)에 의해 통기량을 변경하는 것에 의해 제어할 수 있기 때문에 분출수류(J)중의 공기의 용존량을 변경시킬 수가 있는 것이다.
또한, 저수수단(20)을 분출수류수단(30)이나 미세절단수단(40)과 분리 가능하게 조립해 두면, 저수조(21)만을 용이하게 교환할 수 있다.
또, 상세한 설명은 생략하였지만, 도 3에 나타내는 바와 같이 원적외선수단이나 이온발생수단 등(P)을 급기관(37)상에 배설하면, 공급되는 공기가 효과적으로 전(前)처리되어, 음식물 쓰레기(L)의 처리에 유효함은 물론이다.
또한, 유기질 성분의 분해를 촉진시키기 위해 브로테아제, 아미라제, 리바제 등의 분해 효소를 저류수(W)내에 첨가하면, 유기질 성분의 분해가 큰 폭으로 촉진되는 것도 검증되어 있다.
3. 관련사항
또, 본 실시의 형태는 다음의 실시예에 의한 것이다.
· 처리 음식물 쓰레기의 양 … 50kg
· 저수량 … 500리터
· 분출 수류 … 60리터/분
· 처리시간 … 약 24시간
그러나, 처리 음식물 쓰레기의 양, 저수량, 분출 수류 등은 일반 가정용, 업무용 등의 용도에 따라 자유롭게 변경되는 것이며, 처리시간에 대해서도 분출수류수단을 연속 운전하고, 또는 음식물 쓰레기의 공급에 대해서도 추가적으로 간헐적으로 공급하면서 처리하는 방식도 천거될 수가 있다.
본 발명에 의한 특유의 효과는 다음과 같다.
① 음식물 쓰레기의 유기성분을 무색 무취의 물과 탄산가스로 분해 처리할 수 있어 악취를 방지할 수 있다.
② 음식물 쓰레기의 분해처리를 위한 약제, 그 외의 일체의 첨가물을 필요로 하지 않는다.
③ 음식물 쓰레기 처리가 저비용으로 실시될 수 있다.
Claims (6)
- 저수조내의 저류수중에 미세 절단된 음식물 쓰레기를 공급하여 처리하는 음식물 쓰레기 처리장치로서,상기 저류수에 공기를 용존시킨 분출수류를 분사하는 분출수류수단을 구비한 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 등의 유기물 처리장치.
- 제 1항에 있어서,상기 분출수류수단이 펌프 등의 수류 가세수단과 거품 분출기를 구비하고, 거품 분출기에는 큰 직경상의 제 1의 관체와 작은 직경상의 제 2의 관체가 연속상으로 설치되며, 상기 제 1의 관체에 가까운 상기 제 2의 관체에 급기용의 오리피스를 개설한 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 등의 유기물 처리장치.
- 제 2항에 있어서,상기 오리피스에 접속된 급기관을 대기 개방상으로 한 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 등의 유기물 처리장치.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 저류수에 미세구멍을 개설한 다공질 글래스재로 이루어지는 미디어재를 부유시켜 배설한 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 등의 유기물 처리장치.
- 미세 절단된 음식물 쓰레기를 저수조내의 저류수에 공급하고, 공기를 용존시킨 분출수류를 저류수중에 분사시키며, 저류수를 승온시켜, 음식물 쓰레기중의 유기질 성분을 물과 탄산가스로 분해시키는 음식물 쓰레기 등의 유기물 처리방법.
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