KR100365048B1 - 유기성 폐기물을 처리하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 유기성 폐기물을 처리하기 위한 방법은 쿠킹오일을 쿠커내의 건조공간에 일정량 채우고 쿠킹오일을 가열하여 유기성 폐기물을 건조시키기 위한 온도가 되도록 하며, 에젝터를 사용하여 쿠커내에 일정한 진공도가 형성되도록 한다. 쿠커내의 진공도가 유지되도록 처리하고자 하는 유기성 폐기물을 압착하면서 쿠커내로 공급하고, 쿠커의 스크류컨베이어를 작동시켜서 건조공간에서 건조처리되는 유기성 폐기물이 배출유니트의 방향으로 이동되도록 한다. 쿠커내에서 발생되는 증기를 응축배출시키면서 에젝터를 사용하여 쿠커내의 진공도가 일정한 수준을 유지하도록 한다. 쿠커내에 진공도가 유지되도록 건조된 유기성 폐기물을 압착하면서 외부로 배출한다. 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템의 쿠커는 쿠킹오일을 수용하도록 일정한 길이의 건조공간이 형성되고, 건조공간을 가로질러 스크류컨베이어가 설치되어 유기성 폐기물을 수용하여 건조공정을 진행한다. 진공 및 응축유니트는 쿠커와 접속되어 건조공정을 진행할 때 쿠커내에서 발생되는 증기를 응축배출시킴과 동시에 에젝터를 사용하여 쿠커내의 진공도를 조절한다. 히팅유니트는 쿠킹오일을 가열하여 건조공정을 진행하기 위한 온도가 유지되도록 한다. 투입 및 배출유니트는 쿠커와 접속되어 유기성 폐기물을 압착시키면서 처리하여 쿠커내의 진공도가 유지되도록 한다.
Description
본 발명은 유기성 폐기물을 처리하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 음식물 쓰레기, 정수와 하수 그리고 각종 폐수를 처리할 때 발생되는 슬러지, 분뇨 및 축산 슬러지 및 농수축산 잔재물 등을 처리하기 위한 유기성 폐기물을 처리하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
산업의 발전과 함께 인구의 지속적인 증가로 인하여 다량의 다양한 유기성 폐기물들이 발생되어 배출되고 있다. 이 유기성 폐기물들의 대부분은 과다한 수분을 함유하고 있다. 현재, 유기성 폐기물의 수분 제거에 따른 기술적, 경제적 제한으로 인하여 대부분의 유기성 폐기물들은 매립, 소각 그리고 해양 배출 등의 방법으로 처리되고 있다.
음식물 쓰레기, 정수와 하수 그리고 각종 폐수를 처리할 때 발생되는 슬러지, 농수축산 잔재물 및 인분뇨 등 수분이 함유된 유기성 폐기물들은 매립, 소각 그리고 해양 배출하여 처리하므로써 각종 환경 오염을 일으키고 있다는 것이 연구와 보고를 통하여 알려지고 있으며, 각국은 유기성 폐기물의 처리에 대한 규제를 강화하고 있다.
나까소노 슈우소오에 의한 한국특허공고 제88-2174호(1988.10.17)에서는 상술한 바와 같은 유기성 폐기물의 수분을 효과적으로 제거하기 위하여 기름을 사용하는 장치 및 방법을 개시하고 있다. 나까소노 슈우소오에 의하면, 유기성 폐기물을처리하기 위한 장치는 이중관의 내관 내부에 중공 회전축을 가로 걸쳐서 설치하고, 이 중공 회전축에 중공 원반체 및 교반하기 위한 교반용 날개판을 설치하며, 내관 내측면에 삭취판을 설치하여서 구성된다. 그리고, 이와 같은 장치를 사용하여 유기성 폐기물을 처리하기 위한 방법은 내관 내부에 동물유 또는 식물유을 수납하고, 내관과 외관 사이의 간극 및 중공 회전축, 중공 원반체 내에 증기를 주입하므로써, 내관 내에 수납한 동물유 또는 식물유를 가열한다. 다음에 이 가열유 중에 동식물 원료를 투입하여 침지시키고, 내관 내를 감압하면서 가열유를 열매체유로 교반 가열한다. 이때, 초기 감압과정에 있어서는 낮은 감압 조건하에서 가열하고, 뒤이어 큰 감압을 행하므로써 원료 중의 수분을 탈수한다. 그리고 이 장치에서 탈수된 원료를 빼내어 압축 또는 원심분리에 의하여 기름을 분리시킨다.
그러나, 이와 같은 종래 유기성 폐기물을 처리하기 위한 방법 및 장치는 처리공정이 회분식으로 이루어지고 있으므로 그 처리능력이 낮고 처리비용이 증가되는 문제점이 있다. 또한, 증기를 사용하여 가열하도록 하고 있으므로 열원공급에 따른 과다한 연료를 사용하고, 공정이 진행될 때 유지되는 진공도를 진공펌프를 사용하여 조절하므로 그 유지비가 높은 문제점이 있다. 또, 이와 같은 종래 유기성 폐기물을 처리하기 위한 방법 및 장치는 처리되어 건조된 유기성 폐기물로부터 기름을 분리하기 위하여 원심분리기, 익스펠러(expeller) 등 탈유설비를 별도로 구성해야 하므로 설치비와 그 설치면적이 증가되는 문제점이 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 처리능력을 획기적으로 높일 수 있는 새로운 형태의 유기성 폐기물을 처리하기 위한 방법 및 시스템을 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 종래 방법 및 장치에 비하여 유지비를 적게 할 수 있는 새로운 형태의 유기성 폐기물을 처리하기 위한 방법 및 시스템을 제공하는데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 건조처리된 유기성 폐기물을 종래에 비하여 간단한 구성을 통하여 탈유시킬 수 있는 새로운 형태의 유기성 폐기물을 처리하기 위한 방법 및 시스템을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기성 폐기물을 처리하기 위한 방법을 설명하기 위한 플로우챠트;
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템을 쿠커유니트를 기준으로 도시한 블록 다이어그램;
도 3은 도 2의 라인 3-3을 따라 절취하여 스크류컨베이어, 쿠커바디, 쿠커유니트의 단면을 보여주는 도면;
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템을 개략적으로 보인 전체 구성도;
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템에서 쿠킹오일 공급유니트와 히팅유니트의 변형예를 설명하기 위한 도면;
도 6은 도 4의 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템에서 히팅유니트의 또 다른 변형예를 설명하기 위한 도면;
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템에서 진공 및 응축유니트를 설명하기 위한 도면;
도 8은 도 7에서 응축기를 상세히 설명하기 위한 도면;
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템에서 투입유니트를 설명하기 위한 도면;
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템에서 배출유니트를 설명하기 위한 도면;
도 11a은 본 발명에 따른 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템에서 시간에 따른 압력의 변화를 보여주는 그래프이고, 도 11b는 시간에 따른 온도의 변화를 보여주는 그래프;
도 12a 및 도 12b는 본 발명에 따른 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템의 최적운전상태를 알아보기 위하여 압력과 온도의 변화에 따른 함수율을 보여주는 그래프들;
도 13a는 본 발명에 따른 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템에서의 공정진행시 압력의 변화를 보여주는 그래프이고, 도 13b는 종래 회분식 방식이 적용된 시스템에서 공정진행시 압력의 변화를 보여주는 그래프;
도 14는 본 발명에 따른 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템과 종래 회분식 시스템의 처리량을 비교한 그래프;
도 15는 본 발명에 따른 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템과 종래 회분식 시스템의 공정시 온도변화를 비교한 그래프이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 유기성 폐기물 처리시스템 20 : 쿠커
22 : 쿠커 바디 26 : 스크류컨베이어
28 : 스크류컨베이어 회전축 30 : 히팅 매니폴드
40 : 모터 50 : 히팅유니트
51 : 쿠킹오일탱크 52, 52' : 스트레이너
54, 54', 54', 62, 88, 90 : 펌프 56, 56', 56' : 보일러
58 : 보일러오일탱크 60 : 쿠킹오일공급유니트
66 : 쿠킹오일탱크 70 : 진공 및 응축유니트
72 : 증기포집커버 74 : 수증기필터
76 : 응축기 80 : 에젝터
84 : 냉각타워 86 : 냉각수탱크
100 : 투입유니트 102, 114, 220 : 호퍼
106, 112, 118, 226 : 압축기구 110, 124, 230 : 밸브
120 : 레듀샤 200 : 배출유니트
210 : 벨트컨베이어 220 : 호퍼
500 : 제어유니트 600 : 유압유니트
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 음식물 쓰레기, 정수와 하수 그리고 각종 폐수를 처리할 때 발생되는 슬러지, 분뇨 및 축산 슬러지 및 농수축산 잔재물 등을 처리하기 위한 유기성 폐기물을 처리하기 위한 방법 및 시스템을 제공한다. 유기성 폐기물을 처리하기 위한 방법은 쿠킹오일을 쿠커내의 건조공간에 일정량 채우고 상기 쿠킹오일을 가열하여 유기성 폐기물을 건조시키기 위한 온도가 되도록 하며, 에젝터를 사용하여 상기 쿠커내에 일정한 진공도가 형성되도록 하는 준비단계와; 상기 쿠커내의 진공도가 유지되도록 처리하고자 하는 유기성 폐기물을 압착하면서 상기 쿠커내로 공급하는 단계와; 상기 쿠커의 스크류컨베이어를 작동시켜서 상기 건조공간에서 건조처리되는 유기성 폐기물이 배출유니트의 방향으로 이동되도록 하는 단계와; 상기 쿠커내에서 발생되는 증기를 응축배출시키면서 상기 에젝터를 사용하여 상기 쿠커내의 진공도가 일정한 수준을 유지하도록 하는 단계 및; 상기 쿠커내에 진공도가 유지되도록 건조된 유기성 폐기물을 압착하면서 외부로 배출하는 단계를 포함한다.
이와 같은 본 발명의 유기성 폐기물을 처리하기 위한 방법은 그 바람직한 실시예에서 상기 쿠킹오일의 가열은 외부에서 가열되어 상기 스크류컨베이어의 회전축내와 상기 건조공간 주위로 형성된 히팅 매니폴드내로 공급되고 순환되는 열매체유에 의해서 이루어질 수 있으며, 상기 쿠킹오일의 가열은 외부에서 가열되어 상기 건조공간에 공급되고 순환되는 쿠킹오일에 의해서 이루어질 수 있다. 또, 상기 열매체유는 쿠킹오일일 수 있다. 또, 상기 건조된 유기성 폐기물을 배출하는 단계에서 추출되는 쿠킹오일을 스트레이너로 여과하여 상기 건조공간으로 순환시키면서 건조공정을 진행할 수 있으며, 상기 건조된 유기성 폐기물을 배출하는 단계는 상기 스크류컨베이어에 의해서 이송되는 건조된 유기성 폐기물을 금속성벨트컨베이어로 이동시키면서 상기 건조된 유기성 폐기물로부터 쿠킹오일을 1차적으로 탈유하는 단계 및; 상기 금속성벨트컨베이어에 의해서 이송된 건조된 유기성 폐기물을 압축기기로 압축하여 2차적으로 탈유하는 단계를 구비할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템은 쿠커, 진공 및 응축유니트, 히팅유니트, 투입유니트 및 배출유니트를 포함한다. 쿠커는 쿠킹오일을 수용하도록 일정한 길이의 건조공간이 형성되고, 상기 건조공간을 가로질러 스크류컨베이어가 설치되어 유기성 폐기물을 수용하여 건조공정을 진행한다. 진공 및 응축유니트는 상기 쿠커와 접속되어 건조공정을 진행할 때 상기 쿠커내에서 발생되는 증기를 응축배출시킴과 동시에 에젝터를 사용하여 상기 쿠커내의 진공도를 조절한다. 히팅유니트는 상기 쿠킹오일을 가열하여 건조공정을 진행하기 위한 온도가 유지되도록 한다. 투입유니트는 상기 쿠커와 접속되어 처리하고자 하는 유기성 폐기물을 압착시키면서 상기 쿠커내로 공급하므로써 상기 쿠커내의 진공도가 유지되도록 한다. 배출유니트는 상기 쿠커와 접속되어 상기 스크류컨베이어에 의해서 이송되는 건조된 유기성 폐기물을 압착시키면서 외부로 배출시키므로써 상기 쿠커내의 진공도가 유지되도록 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템은 그 바람직한 실시예에서 상기 히팅유니트는 상기 건조공간의 외부를 따라 공간이 형성되도록 설치되는 히팅 매니폴드와; 상기 스크류컨베이어의 회전축에 형성되는 통로와; 상기 매니폴드와 상기 통로로 열매체유를 순환시키기 위한 펌프 및; 상기 펌프에 의해서 순환되는 열매체유를 가열하기 위한 보일러를 구비할 수 있고, 상기 히팅 유니트는 상기 건조공간을 둘러싸도록 상기 쿠커에 설치되는 가열코일을 구비할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템은 그 바람직한 실시예에서 상기 진공 및 응축유니트는 상기 쿠커내에서 발생된 증기가 유입되는 응축기와; 상기 응축기내로 냉각수를 순환시키기 위한 펌프 및; 상기 응축기내에서 발생되는 응축수를 외부로 배출하기 위한 펌프를 구비하되, 상기 에젝터는 상기 응축기를 통하여 나오는 냉각수가 모티브로 유입되도록 상기 응축기와 연결되고, 상기 응축기를 통하여 나오는 증기가 흡입구로 유입되도록 하여 상기 쿠커내의 진공도를 조절할 수 있다. 또, 상기 투입유니트와 배출유니트는 유압실린더와 유압밸브를 구비할 수 있고, 상기 배출유니트로부터 드레인되는 쿠킹오일을 여과시키기 위한 스트레이너 및; 상기 여과된 쿠킹오일을 상기 쿠커에 공급하기 위한 펌프를 더 구비할 수 있으며, 상기 배출 유니트는 금속성벨트컨베이어를 구비할 수 있다. 또 상기 배출유니트는 압착되어 외부로 배출되는 유기성 폐기물을 자르면서 닫히는 램을 구비할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 10에 의거하여 유기성 폐기물을 처리하기 위한 방법 및 시스템에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 바람직한 실시예의 설명에 있어서, 그 실시예에 사용하는 각종 장치와 그의사용방법 및 실험방법에 있어서 이 분야의 종사자들이 용이하게 예측 및 이해할 수 있거나 실시할 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다. 또한, 도 1 내지 도 10에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다. 각 도면에서 주 요소들의 결합ㆍ고정을 위한 체결구성 및 연결구성 등의 도시는 간략히 하거나 생략하였으며, 기본적인 유압 및 배관 부품의 사용 및 설치에서 이 분야의 종사자들이 통상적으로 알 수 있는 부분들의 도시는 생략하고, 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 도시하였다. 특히, 요소들 사이의 크기 비가 다소 상이 하게 표현되거나 서로 결합되는 부품들 사이의 크기가 상이하게 표현된 부분도 있으나, 이와 같은 도면의 표현 차이는 이 분야의 종사자들이 용이하게 이해할 수 있는 부분들이므로 별도의 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기성 폐기물을 처리하기 위한 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기성 폐기물을 처리하기 위한 방법은 쿠킹오일을 쿠커내의 건조공간에 일정량 채우고 상기 쿠킹오일을 가열하여 유기성 폐기물을 건조시키기 위한 온도가 되도록 하며, 에젝터를 사용하여 상기 쿠커내에 일정한 진공도가 형성되도록 하는 준비단계(S1000)를 갖는다. 이 준비단계가 완료되면 상기 쿠커내의 진공도가 유지되도록 처리하고자 하는 유기성 폐기물을 압착하면서 상기 쿠커내로 공급한다(S1100). 그리고, 상기 쿠커의 스크류컨베이어를 작동시켜서 상기 건조공간에서 건조처리되는 유기성 폐기물이 배출유니트의 방향으로 이동되도록 하고, 상기 쿠커내에서 발생되는 증기를 응축배출시키면서 상기 에젝터를 사용하여 상기 쿠커내의 진공도가 일정한 수준을 유지하도록 한다(S1200). 상기 쿠커에서 건조완료된 유기성 폐기물은 상기 쿠커내에 진공도가 유지되도록 건조된 유기성 폐기물을 압착하면서 외부로 배출한다(S1300). 이와 같은 방법은 통하여 유기성 폐기물은 연속적으로 처리되어 그 작업의 효율성을 유지할 수 있도록 한다. 물론, 작업의 진행중 작업자의 조정 또는 미리 프로그램된 내용에 따라 건조공정을 완료시키거나 중단시킬 수 있을 것이다. 이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기성 폐기물을 처리하기 위한 방법은 그 시스템에 대한 설명과 연계하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템을 쿠커유니트를 기준으로 도시한 블록 다이어그램이고, 도 3은 도 2의 라인 3-3을 따라 절취한 쿠커유니트의 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템(10)은 쿠커(20), 히팅유니트(50), 쿠킹오일공급유니트(60), 진공 및 응축유니트(70), 투입유니트(100) 및 배출유니트(200)을 구비하여 이루어진다. 쿠커(20)는 유기성 폐기물을 수용하여 건조공정을 진행하고, 상기 히팅유니트(50)는 유기성 폐기물을 건조시키기 위한 쿠킹오일을 가열하여 그 온도를 조절한다. 상기 쿠킹오일공급유니트(60)는 쿠킹오일이 일정량을 유지하도록 공급하고, 상기 진공 및 응축유니트(70)는 상기 쿠커(20)와 접속되어 건조공정을 진행할 때 상기 쿠커(20)내에서 발생되는 증기를 응축배출시킴과 동시에 상기 쿠커(20)내의 진공도가 일정한 수준을 유지하도록 조절한다.상기 투입유니트(100)는 상기 쿠커(20)내로 처리하고자 하는 유기성 폐기물을 이송시키고, 상기 배출유니트(200)는 상기 쿠커(20)내에서 건조된 유기성 폐기물을 외부로 배출시킨다. 물론, 상기 시스템(10)에는 제어유니트(500)와 유압유니트(600) 등 자동운전을 위한 구성들이 구비될 것이다.
상기 쿠커(20)는 외경 400㎜, 길이 1800㎜의 바디(22)와 이 바디(22) 내부의 스크류컨베이어(26)로 구성되어 있다. 상기 쿠커(20)는 쿠킹오일을 수용하도록 시스템의 크기 또는 사양에 따라 다르게 길이를 갖도록 건조공간(24)이 형성되고, 상기 스크류컨베이어(26)는 상기 건조공간(24)을 가로질러 설치된다. 상기 스크류컨베이어(26)는 스크류컨베이어 회전축(28)을 통하여 외부의 모터(40)와 접속되어 있다. 이 스크류컨베이어(26)는 상기 모터(40)에 의해서 0.5rpm으로 회전하며 유입된 유기성 폐기물을 교반하고 반대방향으로 이동시킨다.
상기 건조공간(24)에 수용되는 식용유 등의 쿠킹오일은 총 600리터정도이며, 도 4에서 보인 바와 같은 쿠킹오일공급유니트(60), 즉 두 개의 스트레이너(52)를 거쳐 펌프(54)에 의해 순환되며 보일러(56)에 의해 가열되어 건조공정을 진행하기 위한 온도가 유지된다. 상기 쿠킹오일공급유니트(60)는 다양한 방법으로 구성할 수 있다. 예컨대, 도 4는 별도의 히팅유니트를 사용하지 않고 순환되는 쿠킹오일을 직접 가열하여 쿠커(20)에 공급시키므로써 쿠킹오일의 온도를 유지시키는 시스템을 보이고 있으며, 도 5는 쿠킹오일을 열매체유로 사용하면서 건조공정에 직접투입되는 쿠킹오일은 가열하지 않고 쿠커(20)에 공급하고, 열매체유로 사용되는 쿠킹오일을 히팅유니트(50)의 보일러(56')에서 가열하여 건조공정에 사용되는 쿠킹오일을 가열하도록 하였다. 물론, 도 4 및 도 5에서 개시된 시스템은 모두 배출유니트(200)에서 탈유되는 쿠킹오일을 재사용하도록 하여 운전비의 절감을 이룰 수 있도록 하였다.
한편, 상기 히팅유니트(50)도 상기 쿠킹오일공급유니트(60)와 연계되거나 별도로 독립되어 다양한 방법으로 구성할 수 있다. 예컨대, 도 4와 같이 순환되는 쿠킹오일을 직접가열하여 쿠커(20)에 공급시키므로써 쿠킹오일의 온도를 유지시키는 시스템 또는 도시하지는 않았지만 쿠킹오일의 온도를 외부에서 가열하지 않고 순환시키는 경우 상기 쿠커(20)의 건조공간(24)을 둘러싸도록 가열코일을 상기 쿠커(20)에 설치하는 방법으로 구성할 수 있고, 도 5에서 보인 바와 같이 순환되는 쿠킹오일을 열매체유로 사용하여 구성할 수 있으며, 도 6에서 보인 바와 같이 상기 쿠킹오일공급유니트(60)와 별개로 구성하여 열매체유를 순환시킬 수 있도록 구성할 수 있을 것이다. 다시, 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 히팅유니트(50)는 쿠킹오일의 온도를 효과적으로 조절하기 위하여 상기 건조공간(24)의 외부를 따라 열매체유가 흐르는 공간이 형성되도록 설치되는 히팅 매니폴드(30)와 상기 스크류컨베이어(26)의 회전축(28)에 열매체유가 흐르도록 형성되는 통로를 구비한다. 이와 같은 구성은 열매체유를 펌프 등을 사용하여 순환시키고, 보일러 등을 사용하여 상기 펌프에 의해 순환되는 열매체유를 가열하므로써 유기성 폐기물을 효과적으로 건조시킬 수 있도록 하는 것이다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 하나의 실시예에 따른 쿠킹오일공급유니트(60)는 히팅유니트(50)의 기능도 겸하도록 구성된다. 즉, 쿠킹오일을외부에서 가열하여 직접 건조공간(24)으로 공급하는 것이다. 이와 같은 경우 전술한 바와 같이 상기 건조공간(24)의 둘레를 둘러싸는 가열코일 등을 설치할 수 있을 것이다. 이와 같은 쿠킹오일공급유니트(60)는 쿠킹오일탱크(51), 스트레이너(52), 펌프(54), 보일러(56), 보일러 오일탱크(58) 등으로 구성된다. 상기 스트레이너(52)는 배출유니트(200)로부터 유입되는 쿠킹오일을 재사용하기 위하여 여과시키는 기능을 한다. 도 2 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 히팅유니트(50) 및 쿠킹오일공급유니트(60)는 동일하게 쿠킹오일을 사용하도록 구성된다. 즉, 히팅유니트(50)는 쿠킹오일공급유니트(60)에 의해서 순환되는 쿠킹오일을 일부를 받아서 가열하여 전술한 바와 같은 히팅 매니폴드(30)와 스크류컨베이어(26)의 회전축(28)내로 순환시키는 것이다. 이와 같은 히팅유니트(50) 및 쿠킹오일공급유니트(60)는 드레인 탱크(66), 스트레이너(52'), 쿠킹오일순환펌프(62), 쿠킹오일탱크(51'), 열매체유순환펌프(54'), 보일러(56')를 구비하여 구성된다. 도 6은 전술한 두 실시예와 다르게 히팅유니트(50)를 별개로 구성하여 열매체유를 순환시킬 수 있도록 구성한 시스템의 예를 보여주고 있다. 이 시스템에서 히팅유니트(50)는 히팅 매니폴드(30)와 스크류컨베이어(26)의 회전축(28)내로 열매체유를 직접 순환시키기 위한 펌프(54')와 열매체유를 가열하기 위한 보일러(56')으로 이루어진다.
이와 같이 히팅유니트(50)와 쿠킹오일공급유니트(60)를 다양한 형태로 구성할 수 있는 본 발명에 따른 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템은 완전진공 상태에서 유기성 폐기물이 건조되지 때문에 낮은 온도에서도 운전이 가능하다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템에서 진공 및 응축유니트를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 4, 도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템은 에젝터(80)가 적용되는 진공 및 응축유니트(70)를 구비한다. 이 진공 및 응축유니트(70)는 상기 쿠커(20)의 상부에 설치되어 상기 쿠커(20)내에서 발생되는 증기를 유도하기 위한 증기포집커버(72), 수증기필터(74), (판형)응축기(76), 응축수탱크(77), 에젝터(80), 냉각타워(84), 냉각수탱크(86), 펌프(88,90) 등을 포함하여 이루어진다. 상기 응축기(76)는 상기 쿠커(20)내에서 발생된 증기가 유입되고, 상기 펌프(88)는 상기 응축기(76)내로 냉각수를 순환시킨다. 상기 에젝터(80)는 상기 응축기(76)를 통하여 나오는 냉각수가 모티브로 유입되도록 상기 응축기(76)와 연결되고, 상기 응축기(76)를 통하여 나오는 증기가 흡입구로 유입되도록 하여 상기 쿠커(20)내의 진공도를 조절한다. 본 실시예에서 상기 응축기(76)에는 상기 쿠커(20)로부터 증기가 유입되는 통로(762), 상기 펌프(88)와 연결되어 냉각수가 유입되도록 하는 통로(766), 상기 에젝터(80)의 모티브로 냉각수가 유입되도록 연결되는 통로(764), 상기 응축기(76)내의 공기와 응축수가 응축수탱크(77)로 흐르도록 하는 통로(768,770), 상기 응축수탱크(77)로부터 공기가 상기 에젝터(80)의 흡입구로 유입되도록 하는 통로(772) 등이 구비된다. 상기 쿠커(20)내에서 발생된 수증기는 수증기필터(74)를 통하여 판형응축기(76)에 유도되고 펌프(88)에 의해 순환되는 냉각수가 진공하에서 응축시킨다. 응축수는 상기 판형응축기(76)의 하부에 설치된 응축수탱크(77)에 모이고펌프(90)에 의해 외부로 배출된다. 본 실시예에서는 5마력 3단 펌프(88)를 통해서 냉각수가 에젝터(80)를 통과하면서 5㎏/㎠압력으로 상기 쿠커(20)내의 진공도를 떨어트린다. 상기 에젝터(80)를 통해서 냉각수가 고속으로 통과할 때 상기 쿠커(20)내에 있는 증기(공기)가 빨려서 나오게 되는데 10분에 90%, 30분에는 완전진공을 유지시키고 사용된 냉각수는 냉각타워(84)에서 냉각되어 다시 순환하게 된다. 이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템에 의하면 음식물의 80%정도가 수분을 포함하고 있는데 함수율이 5%이하가 되도록 건조시킬 수 있었다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템에서 투입유니트를 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템에서 배출유니트를 설명하기 위한 도면이다.
도 2, 도 4, 도 9, 도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에서 투입유니트(100)와 배출유니트(200)는 유압밸브와 유압실린더로 이루어지는 압축기구들(106,112,118,226)과 유압실린더에 의해서 작동되는 밸브들(124,230)을 사용하여 처리하고자 하는 유기성 폐기물의 공급시와 건조된 유기성 폐기물의 배출시 상기 쿠커(20)내의 진공도에 영향을 주는 것을 최대한 방지한다. 물론, 상기 압축기구들(106,112,118,124,226,230)과 밸브들(124,230)은 유압유니트(600)와 제어유니트(500)에 의해 자동제어된다. 본 실시예에서 상기 투입유니트(100)는 1차 호퍼(102), 1차 압축기구(106), 1차 밸브(110), 2차 압축기구(112,118),레듀셔(120), 2차 밸브(124) 등으로 구성되어 1회에 약 1㎏의 유기성 폐기물을 투입시켜 1일 5톤의 음식물을 상기 쿠커(20) 내부로 이송할 수 있도록 설계되어 있다. 상기 배출유니트(200)는 상기 스크류컨베이어(26)에 의해서 이송되는 건조된 유기성 폐기물을 이송시키면서 1차적으로 탈유시키기 위한 금속성벨트컨베이어(210), 호퍼(220), 상기 금속성벨트컨베이어(210)에 의해서 이송되어 상기 호퍼(220)에 적재된 건조된 유기성 폐기물을 2차적으로 탈유하는 압축기기(226), 밸브(230)을 구비한다. 이와 같은 구성을 통하여 건조된 유기성 폐기물은 스크류컨베이어(26)에 의해 투입유니트(100)의 반대편에 모이고 20도정도의 경사를 가지도록 설치된 금속성벨트컨베이어(210)에 의해 1차적으로 탈유되면서 호퍼(220)로 이송된다. 상기 금속성벨트컨베이어(210)는 스텐레스와이어재질이며 잔존하는 유기성 폐기물을 제거하기 위한 브러쉬가 설치된다. 이와 같은 배출유니트(200)는 상기 투입유니트(100)에 의해서 투입된 유기성 폐기물의 양에 관계없이 압축기구(226)가 일정량 이상(0.785리터)의 유기성 폐기물을 80㎏/㎠으로 압축할 때 밸브(230)가 열리도록 설정되어 있다. 본 발명에서는 진공손실을 막기 위해 상기 압축기구(226)의 램과 밸브(230) 사이에는 20㎝정도의 압축된 유기성 폐기물이 잔재하도록 한다. 특히, 본 발명에서 상기 밸브(230)의 램(232)은 칼날형태로 형성하여 압착되어 외부로 배출되는 유기성 폐기물을 자르면서 닫히도록 한다. 이와 같은 밸브(230)의 램(232)에 의해서 배출되는 유기성 폐기물은 일정한 크기로 절단되어 배출되고, 밸브(230)의 작동시 내부의 진공도를 더욱 안정적으로 유지할 수 있도록 한다.
상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템은 완전진공하에서 처리하고자 하는 유기성 폐기물을 쿠커내로 이송시키고 처리된 유기성 폐기물을 쿠커의 외부로 배출시킨다. 투입유니트(100)의 압축기구(106)는 100㎏/㎠의 압력으로 처리하고자 하는 유기성 폐기물을 압축시키면서 이송시킨다. 2차 호퍼(114)를 통과하여 압축기구(118)에 의해서 이송되는 유기성 폐기물은 레듀셔(120)에 의해서 자연적으로 압축이 되면서 들어간다. 상기 투입유니트(100)의 끝단에는 밸브(124)가 설치되어 일정량이상의 유기성 폐기물이 80㎏/㎠정도로 압축될 때 열린다. 상기 쿠커(20)내부로 이송된 유기성 폐기물은 쿠커(20)내부에서 0.5rpm으로 회전하는 스크류컨베이어(26)에 의해서 배출유니트(200)의 방향으로 이송되면서 건조된다. 상기 배출유니트(200)측에 모인 처리된 유기성 폐기물은 20도정도의 경사를 갖도록 설치된 스텐레스와이어 재질의 금속성벨트컨베이어(210)에 의해 탈유되면서 이동되어 호퍼(220)에 모이게 된다. 상기 호퍼(220)에 적재된 유기성 폐기물은 압축기구(226)에 의해 압축되고 80㎏/㎠정도로 압축될 때 밸브(230)가 열리어 상기 압축기구(226)의 램의 이송거리만큼 외부로 배출된다. 이때, 쿠킹오일도 자동적으로 짜져서 나오며, 이 쿠킹오일은 스트레이너에 의해서 여과되어 재사용된다.
다음은 상술한 바와 같은 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템과 종래 회분식 시스템을 비교실험하여 보았다.
먼저, 본 실험에서 사용한 음식물쓰레기는 한국해양대학교 구내 식당에서 채취하여 음식물 외의 다른 이물질을 선별하여 사용하였다. TS, VS, TCOD, SCOD, pH등의 초기시료 특성을 분석하였다. 표 1은 실험에 사용된 음식물 쓰레기의 특성을 보여주고 있다. 실험에 사용된 음식물쓰레기의 주요성분 구성비는 일변화가 컸으나 대체적으로 곡류 39.1%, 채소류 40.1% 및 어육류 20.8% 내외에서 유지되었다.
또한, 본 실험에 사용한 열매체로서의 유지는 국내 H사에서 생산, 시판하는 대두유를 사용하였으며 그 일반적인 특성은 표 2와 같다.
이와 같은 음실물쓰레기와 열매체유를 상술한 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템에 적용하여 실험하면서 쿠커내의 온도와 압력을 측정하고, 응축수의 SS, BOD, COD, T-N, T-P를 측정하였으며, 처리된 음식물의 함수율과 함유율을 측정하였다.
도 11a은 본 발명에 따른 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템에서 시간에 따른 압력의 변화를 보여주는 그래프이고, 도 11b는 시간에 따른 온도의 변화를 보여주는 그래프이다. 그리고, 도 12a 및 도 12b는 본 발명에 따른 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템의 최적운전상태를 알아보기 위하여 압력과 온도의 변화에 따른 함수율을 보여주는 그래프들이다.
도 11a 내지 도 12b를 참조하면, 본 발명에 따른 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템은 압력과 온도가 공정진행시에도 일정하게 유지됨을 알 수 있었다. 또한, 상기 시스템의 최적운전상태는 700mmHg 이상의 압력, 100℃ 이상의 온도, 건조시간 30분에서 1시간 정도임을 알 수 있었다. 본 실험에서 상기와 같은 최적의 운전조건을 유지하여 음식물 쓰레기를 건조하는데 30분정도 소요되었다. 이와 같은 처리능력은 종래 회분식 시스템이 다시 압력을 떨어뜨리고 올리는 시간의 소요되는 점을 고려한다면 73%의 효율을 증대시킨 것이다.
도 13a 내지 도 15는 본 발명에 따른 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템과 종래 회분식 시스템을 비교한 내용을 보여주는 도면들이다.
도 13a 내지 도 15를 참조하면, 본 발명에 따른 시스템은 종래 회분식 시스템에 비하여 압력 및 온도에 있어서 항상 일정한 수준을 유지하면서 건조공정을 진행하는 것을 알 수 있다. 따라서, 그 처리량에 있어서 본 발명에 따른 시스템은 종래 회분식에 비하여 월등히 우수함을 알 수 있었다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기성 폐기물을 처리하기 위한 방법 및 시스템을 설명하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 의한 유기성 폐기물을 처리하기 위한 방법 및 시스템에 의하면, 유기성 폐기물의 투입과 건조된 유기성 폐기물의 배출이 연속적으로 이루어지므로 종래에 비하여 시스템의 구성이 간단하면서도 에너지의 비용이 절감되고 처리능력이 크게 향상된다. 또한, 에젝터를 이용하여 쿠커유니트내의 진공도를 조절하므로 저비용으로 고진공을 얻을 수 있고 고장율을 줄일 수 있으며 시스템의 수명을 반영구적으로 유지시킬 수 있다. 또한, 고진공을 얻을 수 있으므로 건조온도를 100℃미만으로 하여 운전가능하므로 유기성 폐기물의 영양파괴를 줄여 건조된 유기성 폐기물의 사용효율을 높일 수 있다.
Claims (14)
- 쿠킹오일을 쿠커내의 건조공간에 일정량 채우고 상기 쿠킹오일을 가열하여 유기성 폐기물을 건조시키기 위한 온도가 되도록 하며, 에젝터를 사용하여 상기 쿠커내에 일정한 진공도가 형성되도록 하는 준비단계와;상기 쿠커내의 진공도가 유지되도록 처리하고자 하는 유기성 폐기물을 압착하면서 상기 쿠커내로 공급하는 단계와;상기 쿠커의 스크류컨베이어를 작동시켜서 상기 건조공간에서 건조처리되는 유기성 폐기물이 배출유니트의 방향으로 이동되도록 하는 단계와;상기 쿠커내에서 발생되는 증기를 응축배출시키면서 상기 에젝터를 사용하여 상기 쿠커내의 진공도가 일정한 수준을 유지하도록 하는 단계 및;상기 쿠커내에 진공도가 유지되도록 건조된 유기성 폐기물을 압착하면서 외부로 배출하는 단계를 포함하는 유기성 폐기물을 처리하기 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 쿠킹오일의 가열은 외부에서 가열되어 상기 스크류컨베이어의 회전축내와 상기 건조공간 주위로 형성된 히팅 매니폴드내로 공급되고 순환되는 열매체유에 의해서 이루어지는 것을 포함하는 유기성 폐기물을 처리하기 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 쿠킹오일의 가열은 외부에서 가열되어 상기 건조공간에 공급되고 순환되는 쿠킹오일에 의해서 이루어지는 것을 포함하는 유기성 폐기물을 처리하기 위한 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 열매체유는 쿠킹오일인 것을 포함하는 유기성 폐기물을 처리하기 위한 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,상기 건조된 유기성 폐기물을 배출하는 단계에서 추출되는 쿠킹오일을 스트레이너로 여과하여 상기 건조공간으로 순환시키면서 건조공정을 진행하는 것을 포함하는 유기성 폐기물을 처리하기 위한 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,상기 건조된 유기성 폐기물을 배출하는 단계는 상기 스크류컨베이어에 의해서 이송되는 건조된 유기성 폐기물을 금속성벨트컨베이어로 이동시키면서 상기 건조된 유기성 폐기물로부터 쿠킹오일을 1차적으로 탈유하는 단계 및;상기 금속성벨트컨베이어에 의해서 이송된 건조된 유기성 폐기물을 압축기기로 압축하여 2차적으로 탈유하는 단계를 포함하는 유기성 폐기물을 처리하기 위한 방법.
- 쿠킹오일을 수용하도록 일정한 길이의 건조공간이 형성되고, 상기 건조공간을 가로질러 스크류컨베이어가 설치되어 유기성 폐기물을 수용하여 건조공정을 진행하기 위한 쿠커와;상기 쿠커와 접속되어 건조공정을 진행할 때 상기 쿠커내에서 발생되는 증기를 응축배출시킴과 동시에 에젝터를 사용하여 상기 쿠커내의 진공도를 조절하기 위한 진공 및 응축유니트와;상기 쿠킹오일을 가열하여 건조공정을 진행하기 위한 온도가 유지되도록 하기 위한 히팅유니트와;상기 쿠커와 접속되어 처리하고자 하는 유기성 폐기물을 압착시키면서 상기 쿠커내로 공급하므로써 상기 쿠커내의 진공도가 유지되도록 하는 투입유니트 및;상기 쿠커와 접속되어 상기 스크류컨베이어에 의해서 이송되는 건조된 유기성 폐기물을 압착시키면서 외부로 배출시키므로써 상기 쿠커내의 진공도가 유지되도록 하는 배출유니트를 포함하는 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템.
- 제 7 항에 있어서,상기 히팅유니트는 상기 건조공간의 외부를 따라 공간이 형성되도록 설치되는 히팅 매니폴드와;상기 스크류컨베이어의 회전축에 형성되는 통로와;상기 매니폴드와 상기 통로로 열매체유를 순환시키기 위한 펌프 및;상기 펌프에 의해서 순환되는 열매체유를 가열하기 위한 보일러를 포함하는 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템.
- 제 7 항에 있어서,상기 히팅 유니트는 상기 건조공간을 둘러싸도록 상기 쿠커에 설치되는 가열코일을 포함하는 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템.
- 제 7 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서,상기 진공 및 응축유니트는 상기 쿠커내에서 발생된 증기가 유입되는 응축기와;상기 응축기내로 냉각수를 순환시키기 위한 펌프 및;상기 응축기내에서 발생되는 응축수를 외부로 배출하기 위한 펌프를 구비하되,상기 에젝터는 상기 응축기를 통하여 나오는 냉각수가 모티브로 유입되도록 상기 응축기와 연결되고, 상기 응축기를 통하여 나오는 증기가 흡입구로 유입되도록 하여 상기 쿠커내의 진공도를 조절하는 것을 포함하는 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템.
- 제 7 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서,상기 투입유니트와 배출유니트는 유압실린더와 유압밸브를 포함하는 유기성폐기물을 처리하기 위한 시스템.
- 제 7 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서,상기 배출유니트로부터 드레인되는 쿠킹오일을 여과시키기 위한 스트레이너 및;상기 여과된 쿠킹오일을 상기 쿠커에 공급하기 위한 펌프를 더 포함하는 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템.
- 제 11 항에 있어서,상기 배출유니트는 금속성벨트컨베이어를 포함하는 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템.
- 제 11 항에 있어서,상기 배출유니트는 압착되어 외부로 배출되는 유기성 폐기물을 자르면서 닫히는 램을 포함하는 유기성 폐기물을 처리하기 위한 시스템.
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