KR100365542B1 - 유기성 폐기물의 호기성 발효장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기성 폐기물의 호기성 발효장치에 관한 것이며, 하우징(2) 내에 설치되어 발효될 유기성 폐기물(OW)이 수용되는 장방형 발효조(10); 상기 발효조(10)를 따라 주행 가능하도록 장착되어 상기 발효조(10)에 수용된 상기 유기성 폐기물(OW)을 교반시킴과 아울러 상기 유기성 폐기물의 발효 스케줄에 따라 상기 유기성 폐기물(OW)을 상기 발효조(10)의 상류로부터 하류로 이송시키는 교반이송수단(20); 상기 유기성 폐기물(OW)의 온도(T), 습도(M), 및 암모니아와 이산화탄소 중 적어도 하나의 농도(AC, CC)를 측정하는 발효상태감지수단(30); 상기 유기성 폐기물(OW)에 상기 발효조(10)의 저부로부터 공기를 공급하는 송풍수단(40); 상기 유기성 폐기물(OW)을 상기 발효조(10)의 저부로부터 가열하도록 온수를 순환시키는 온수순환수단(50); 및 상기 발효상태감지수단(30)에 의해 측정된 상기 유기성 폐기물(OW)의 온도(T), 습도(M), 및 암모니아와 이산화탄소 중 적어도 하나의 농도(AC, CC)의 측정값에 따라 상기 송풍수단(40)에 의해 공급되는 풍량과 상기 온수순환수단(50)에 의해 공급되는 열량을 제어하여 상기 유기성 폐기물(OW)의 온도(T), 습도(M) 및 암모니아와 이산화탄소 중 적어도 하나의 농도(AC, CC) 및 풍량(W)이 상기 유기성 폐기물의 발효진행상태에 맞는 최적의 상태로 유지되도록 제어하는 제어부(60); 를 포함하는 유기성 폐기물의 호기성 발효장치(1)가 개시되어 있다.
Description
(기술분야)
본 발명은 유기성 폐기물의 호기성 발효장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 축산 폐기물, 유기성 슬러지, 음식물 쓰레기 등과 같은 각종 유기성 폐기물을 호기성 미생물에 의해 발효시켜 퇴비 또는 사료 등으로 자원화하는 호기성 발효장치에 관한 것이다.
(배경기술)
인구의 증가, 생활수준의 향상, 경제활동의 다양화 등으로 인하여 각종 쓰레기의 발생량은 지속적으로 증가하는 추세에 있고, 이런 쓰레기의 처리는 각 개인의 차원에서뿐만 아니라 지방자치단체 및 국가의 차원에서 처리비용의 문제, 환경오염의 문제 및 사회적 갈등의 문제 등 여러 가지 문제를 유발하고 있다.
이런 쓰레기 중 대표적인 것 중의 하나가 축산 폐기물, 유기성 슬러지, 음식물 쓰레기, 하수처리장 오니, 식품가공 부산물 등 유기물들과 수분을 함유하는 각종 유기성 폐기물이며, 전통적으로 이런 유기성 폐기물들은 손쉽고 경제적이었던 매립방법으로 폐기 처분하는 것이 일반적이었나, 매립지의 부족, 침출수로 인한 토양과 수질오염, 매립지 확보에 따른 지역간의 갈등 등의 문제로 인하여, 다른 가연성 쓰레기와 함께 소각 처리하는 비중이 늘어난 상태이다.
그러나, 유기성 폐기물의 소각 처리는 비록 다른 건조한 쓰레기들과 혼합하여 소각한다고 하더라도 폐기물에 함유된 수분으로 인하여 보조연료를 사용할 수밖에 없기 때문에 소각효율이 낮을 뿐만 아니라 저온 소각시 발생되는 다이옥신이 또 다른 공해 문제를 야기하는 문제점이 있다.
이와 같은 상황에서 상기한 바와 같은 여러 가지 문제점을 안고 있는 유기성 폐기물의 매립 및 소각 처리 방법을 배제하고 유기성 폐기물에 포함된 유기물을 적절히 이용할 수 있는 처리 방안들에 대한 연구가 활발히 진행되고 왔으며, 이런 연구의 대표적인 것이 각종 미생물을 이용하여 유기성 폐기물을 호기, 혐기 또는 이들의 복합 조건에서 발효시킴으로써 유기물로부터 유기질 퇴비, 사료, 메탄이나 알콜과 같은 바이오가스 등을 생산하여 자원화하는 방법이다.
호기성 발효에 의해 유기성 폐기물을 자원화하는 일연의 과정은, 먼저 유기성 폐기물로부터 이물질을 분리 및 선별하여 호기성 발효를 할 수 있도록 전처리하고, 전처리된 폐기물을 발효장치(발효장)에 투입하여 호기성 미생물에 의해 발효 및 건조시킨 다음, 후처리 공정으로서 이물질의 분리와 입자분리를 거쳐 적당한 단위로 포장하여 퇴비 또는 사료로 공급하는 것이다.
유기성 폐기물의 일연의 호기성 발효 공정에 있어서 최종 생산물인 퇴비 또는 사료의 품질과 그 발효효율은 전술한 발효 및 건조 단계에서의 공기 공급량, 온도 및 수분함량 등의 여러 가지 발효조건에 의해 지대한 영향을 받게 된다. 즉, 발효조건들이 발효 진행 상태에 맞게 적절하게 유지되지 않으면 호기성 미생물의 활성이 저하되어 이상 발효현상이 발생하게 되므로 목적하는 품질의 자원을 얻을 수 없게 되는 것이다.
구체적으로, 유기성 폐기물을 퇴비화함에 있어서 필요한 조건으로서는 다음과 같은 요소들이 있다. (1)처리될 유기성 폐기물은 미생물의 증식과 활동에 필요한 질소와 탄소의 함량이 높아야 한다. 가축분이나 음식물 쓰레기 등은 질소함량이 상대적으로 높고 톱밥, 왕겨, 수피 등은 상대적으로 탄소함량이 높다. (2)유기물을 분해할 수 있는 박테리아, 곰팡이류 등의 발효 미생물들이 존재하여야 한다. (3)유기성 폐기물은 미생물이 잘 작용할 수 있도록 일정한 공극을 가져야 한다. 폐기물의 표면적이 넓을수록 분해율이 증가된다. (4)미생물의 영양원으로서의 탄소, 질소, 인의 비율이 적절해야 한다. C/N 비율이 증가할수록 질소가 부족하여 발효가 지연되며 C/N 비가 15:1 이하로 되면 암모니아가 발생된다. (5)발효를 위해서는 충분한 산소가 공급되어야 한다. 산소 농도가 5% 이하인 경우 호기성 미생물의 증식이 저하되면서 혐기발효가 일어나고 경우에 따라서는 독소가 발생된다. (6)적당량의 수분이 있어야 한다. 수분이 50-65% 정도로 유지되어야 하며 수분이 과다하면 산소의 이동이 불충분하여 혐기발효가 일어나고 수분이 40% 이하로 떨어지면 영양소의 이용이 떨어져서 퇴비의 온도가 낮아진다. (7)적당한 온도가 유지되어야 한다. 미생물에 의해 유기물이 분해되면 열이 발생하는 바, 이때의 온도에 따라 대략 10-43℃의 저온기와 대략 43-66℃의 고온기로 구분되며, 고온기의 온도를 60℃ 이상에서 3-4일 이상 지속시켜야 잡초종자, 병원균, 바이러스, 해충, 애벌레 등을 사멸시켜 위생적인 퇴비를 얻을 수 있다. (8)최적 pH를 유지시켜주어야 한다. 퇴비화의 최적 pH는 5.5-8.5 범위이며, 너무 높거나 낮으면 퇴비화 진행에 영향을 미치게 되고, pH가 8이상이면 암모늄이 휘발성이 되어 암모니아로 전환되기 때문에 퇴비의 질소함량이 저하된다. (9)퇴비화 시간은 제조방법 및 재료 등의 요인에 따라 달라진다. 적정 퇴비화 기간은 C/N 비율, 수분, 온도, 통기의 빈도, 입자크기, 최종퇴비의 이용목적 등에 따라 다르나, 호기성 발효 후에 혐기성 발효가 서서히 진행되어 숙성과정을 거쳐서 성숙되면서 퇴비화가 종료된다.
이와 같은 퇴비화 원리를 이용한 종래 유기성 폐기물의 호기발효장치로서는, 통풍식 발효장치, 기계교반식 발효장치 및 버킷엘리베이터식 발효장치 등 여러 가지가 있다.
통풍식 발효장치는 유기 폐기물에 톱밥과 같은 수분조절재를 첨가하여 그 혼합물을 함수율 약 65%로 유지한 상태로 발효조에 야적하고 상하류의 통기로 약 2개월간 후속시키는 장치로서, 시설이 단순하여 고장이 적고 동절기에도 생분해열로 인한 더미의 고온유지(60-70℃)로 이물질 사멸, 후숙 및 수분 증발 등의 장점이 있으나, 효율이 낮고 수분조절재의 비용 부담이 크다는 단점이 있다.
기계교반식 발효장치는 반개방식 하우스 내의 콘크리트 건조 상에 수분조절재(톱밥, 왕겨 등)를 충전시켜 교반기(로터리, 에스컬레이터)를 레일 위로 주행시키면서 수분조절재 층에 살포와 교반을 동시에 행하면서 강제 송풍을 행하여 유기물의 발효를 유도하고 유기물의 생분해열에 의해 수분을 증발시키는 장치로서, 액상물을 안정적으로 처리할 수 있는 장점이 있고 처리기간을 약 한달 정도로 단축시킬 수 있는 장점이 있으나, 악취발생, 과도한 수분조절재 소요 등의 문제가 있다.
버킷엘리베이터식 발효장치는 전술한 기계교반식 발효장치와 유사하나 송풍을 하지 않고 교반 전에 슬러리를 상면에 살포하고 일정기간(4일)에 한번씩 버킷이 바닥 주행하면서 전면 교반하고 수분조절재(톱밥, 왕겨 등)를 지속적으로 보충하면서 약 6개월간 체류하도록 하는 장치로서, 비용 측면에서 경제적이고 퇴비의 품질이 양호한 장점이 있으나 발효시간이 길다는 단점이 있다.
그러나, 종래의 유기성 폐기물 호기발효장치들은 그것이 어떤 방식이든 전술한 바와 같은 공기(산소) 공급량, 온도 및 수분함량 등의 발효조건을 발효의 진행 상태에 맞게 능동적으로 적절하게 조절하지 못하였고 그 관리 역시 경험적으로 이루어짐으로써, 최종 생산되는 퇴비나 사료의 품질저하, 에너지나 수분조절재의 과도한 소비, 불완전 발효로 인한 악취발생 등의 문제점을 보이고 있다.
본 발명의 목적은, 전술한 바와 같은 종래의 유기성 폐기물 호기성 발효장치에 있어서 발효조건에 관련된 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 발효의 진행 상태에 따라 유기성 폐기물의 온도, 습도, 및 발생되는 암모니아와 이산화탄소 농도 등의 발효상태를 나타내는 지표들을 최적의 상태로 자동으로 제어할 수 있도록 발효장치를 구성함으로써, 소요되는 에너지를 절감하면서 최종 생산되는 퇴비나 사료의품질을 향상시키고 불완전 발효로 인한 악취발생 등의 문제점을 최소화하고자 하는 것이다.
도1은 본 발명에 따른 호기성 발효장치에 의해 발효되는 유기성 폐기물의 예시적인 발효성능곡선,
도2는 본 발명에 따른 예시적인 호기성 발효장치의 측면 개략도,
도3은 본 발명에 따른 예시적인 발효장치의 정면 개략도,
도4는 본 발명의 발효장치에 적용되는 송풍수단과 온수공급수단의 예시적인 평면 개략도,
도5는 본 발명에 따른 예시적인 발효장치의 개략적인 구성도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1: 본 발명의 호기성 발효장치 2: 하우징
3: 레일 10: 발효조
20: 교반이송수단 21: 프레임
22: 교반 스크루 23: 교반모터
24: 주행모터 30: 발효상태감지수단
31: 온도센서 32: 습도센서
33: 암모니아 센서 34: 이산화탄소 센서
40: 송풍수단 41: 송풍기
42: 송풍관 43: 노즐
50: 온수순환수단 51: 보일러
52: 온수공급관 60: 제어부
본 발명에 따라, 발효될 유기성 폐기물이 수용되는 발효조; 상기 발효조를 따라 주행 가능하고 상기 발효조에 수용된 상기 유기성 폐기물을 교반시킴과 아울러 상기 유기성 폐기물의 발효 스케줄에 따라 상기 유기성 폐기물을 상기 발효조의 상류로부터 하류로 이송시키는 교반이송수단; 상기 유기성 폐기물의 온도, 습도, 및 암모니아와 이산화탄소 중 적어도 하나의 농도를 측정하는 발효상태감지수단; 상기 유기성 폐기물에 공기를 공급하는 송풍수단; 상기 유기성 폐기물을 가열하도록 온수를 순환시키는 온수순환수단; 및 상기 발효상태감지수단에 의해 측정된 상기 유기성 폐기물의 온도, 습도, 및 암모니아와 이산화탄소 중 적어도 하나의 농도의 측정값에 따라 상기 송풍수단에 의해 공급되는 풍량과 상기 온수순환수단에 의해 공급되는 열량을 제어하여 상기 유기성 폐기물의 온도, 습도 및 암모니아와 이산화탄소 중 적어도 하나의 농도 및 풍량이 상기 유기성 폐기물의 발효진행상태에 맞는 최적의 상태로 유지되도록 제어하는 제어부; 를 포함하는 유기성 폐기물의 호기성 발효장치가 제공된다.
상기 교반이송수단은, 프레임, 회전 가능한 다수의 교반스크루, 상기 스크루들을 회전시키는 교반모터, 및 상기 프레임을 상기 레일을 따라 주행시키는 주행모터로 구성될 수 있고, 상기 교반이송수단은 상기 발효조에 수용된 상기 유기성 폐기물을 교반시킴과 동시에 상기 유기성 폐기물을 상기 발효조의 상류에서 하류 쪽으로 이송시킨다.
상기 발효상태감지수단은 상기 교반이송수단에 하방으로 돌출되게 설치하여 상기 유기성 폐기물 속에 매몰된 상태로 상기 교반이송수단의 주행에 따라 함께 이동하면서 유기성 폐기물의 온도, 습도, 및 암모니아와 이산화탄소 중 적어도 하나의 농도를 측정하도록 구성하는 것이 바람직하다.
상기 송풍수단은 발효조의 길이방향을 따라 배치된 하나 또는 다수의 송풍기와 상기 발효조의 저면에 배관된 다수의 노즐을 구비한 송풍관으로 구성할 수 있으며, 상기 송풍기로는 상온의 공기와 온풍을 선택적으로 공급할 수 있는 열풍 송풍기를 사용할 수 있다. 상기 온수순환수단은 보일러와 상기 발효조의 저면에 배관된 온수공급관으로 구성할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 유기성 폐기물의 호기성 발효장치를 상세히 설명한다. 이하의 구체예는 본 발명에 따른 호기성 발효장치를 예시적으로 설명하는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 아니한다.
도1은 본 발명에 따른 호기성 발효장치에 의해 발효되는 유기성 폐기물의 예시적인 발효성능곡선, 도2는 본 발명에 따른 예시적인 호기성 발효장치의 측면 개략도, 도3은 본 발명에 따른 예시적인 발효장치의 정면 개략도, 도4는 본 발명의 발효장치에 적용되는 송풍수단과 온수공급수단의 예시적인 평면 개략도, 도5는 본 발명에 따른 예시적인 발효장치의 개략적인 구성도이다.
본 발명에 따른 발효장치의 구성을 설명하기에 앞서 먼저 도1을 참조하여 본 발명의 발효장치가 적용되는 유기성 폐기물의 호기성 발효에 대한 예시적인 발효성능곡선에 대해 설명한다.
도1에 도시된 발효성능곡선은 폭, 높이 및 길이를 각각 5M, 1.8M 및 40M(360M3)으로 한 본 발명의 예시적인 발효장치(1)의 발효조(10)에 유기성 폐기물(OW: 예, 돈사 폐기물의 슬러리)을 고액 분리한 후 그 고형분을 약 70%의 높이로 투입하여 40일간에 걸쳐 교반과 송풍을 동시에 행하면서 호기성 발효를 시킬 때의 발효성능곡선이다. 교반과 송풍을 동시에 행하면서 유기성 폐기물(OW)을 발효시키면 유기성 폐기물에서 호기발효가 일어나고 이때 발효열이 발생함과 동시에 다량의 이산화탄소와 암모니아가 발생하는 바, 발효되는 유기성 폐기물(OW)의 온도(T), 습도(수분: M), 암모니아 농도(AC) 및 이산화탄소 농도(CC)는 유기성 폐기물(OW)의 발효상태를 측정하는 주요한 인자들이 된다.
도시된 바와 같이, 유기성 폐기물(OW)의 호기성 발효는 최초 약 7일 간에 걸쳐 발효조(10)의 전방 7M에 걸쳐 이루어지는 승온발효단계(S1), 다음의 16일간 16M에 걸쳐 이루어지는 발효성숙단계(S2), 다음의 10일간 10M에 걸쳐 이루어지는 후성숙단계(S3) 및 마지막 7일간 7M에 걸쳐 이루어지는 건조단계(S4)로 크게 구성되며, 최적의 상태로 발효될 때 각각의 단계에서 측정되는(최적의 발효를 위해 각각의 단계에 요구되는) 온도(T), 습도(M), 암모니아 농도(AC)와 이산화탄소 농도(CC), 및 제공되어야 할 바람직한 풍량(공기공급량: W)은 그래프로 표시된 바와 같다.
구체적으로, 최적의 발효상태를 유지하기 위해(즉, 최적의 상태로 발효가 될 때), 유기성 폐기물(OW)의 온도(T)는 승온발효단계(S1)에서 상온에서 대략 55℃ 정도로 승온되고 발효성숙단계(S2)에서 대략 60℃를 상회하는 온도를 유지한 후에 후성숙단계(S3)에서 대략 30℃까지 서서히 낮아지고, 마지막 건조단계(S4)에서 약 20℃까지 낮아지는 패턴을 가진다. 습도(M)는 승온발효단계(S1)에서부터 후성숙단계(S3)까지 대략 50% 내외를 유지하다가 건조단계(S4)로 가까워지면서 15% 이하로 낮아지는 패턴을 가진다. 암모니아 및 이산화탄소의 경우, 승온발효단계(S1)에서는 암모니아의 농도(AC)와 이산화탄소의 농도(CC)가 각각 거의 검출되지 않는 상태와 300PPM(공기중의 이산화탄소 농도)에서 대략 6,000PPM과 대략 60,000PPM까지 급증하다가 발효성숙단계(S2)로 접어들면서 급격히 감소하여 그 이후에는 다시 거의 검출되지 않는 상태(암모니아)와 300PPM(이산화탄소)으로 되는 패턴을 보인다. 풍량(W)은 승온발효단계(S1)에서부터 후성숙단계(S3)까지 대략 10M3/분 내외를 유지하면서 서서히 상승하다가 건조단계(S4)에서 20M3/분 정도로 유지하게 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명에 따른 발효장치(1)가 최적의 상태로 유기성 폐기물(OW)을 발효시키고 있을 때에는, 발효상태의 지표로서 온도(T), 수분(M) 및 암모니아와 이산화탄소의 농도(AC, CC)가 도1의 발효성능곡선과 같은 상태를 보이게 되며, 달리 말하면 본 발명에 따른 발효장치(1)에 의해 유기성 폐기물(OW)을 최적의 상태로 발효시키려면, 온도(T), 수분(M), 암모니아와 이산화탄소의 농도(AC, CC), 및 풍량(W)이 도1의 발효성능곡선과 같은 상태로 나타나도록 발효조건을 조절해 주어야 한다.
이하, 도2 내지 도5를 참조하여 본 발명에 따른 유기성 폐기물의 호기성 발효장치(1)의 예시적인 구성을 상세히 설명한다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 발효장치(1)는 발효조(10), 교반이송수단(20), 발효상태감지수단(30), 송풍수단(40), 온수순환수단(50) 및 제어부(60)를 기본적으로 포함하는 구성으로 이루어져 있다.
발효조(10)는 발효시킬 유기성 폐기물(OW)을 수용하는 상부가 개방된 장방형의 탱크 구조물로서, 예를 들어 외기와 차단된 하우징(2) 내에 폭 5M, 높이 1.8M 및 길이 40M의 총 360M3의 체적을 가지도록 방수 처리된 철근 콘크리트 구조물로 구성할 수 있다. 발효조(10)는 발효장(하우징: 2)의 규모에 따라 단일의 발효조를 설치할 수도 있고 2개 이상의 교반이송수단(20)이 설치될 수 있도록 길이 방향을 따라 2개 이상의 발효조를 나란히 설치하는 것도 가능하다.
발효조(10)의 양측 가로벽(11) 상부에는 각각 레일(3)이 설치되어 있어서 이후에서 설명하는 교반이송수단(20)이 발효조(10)의 길이방향을 따라 자유로이 이동할 수 있도록 되어 있다.
교반이송수단(20)은 발효조(10)에 수용된 유기성 폐기물(OW)을 교반시켜 주는 한편 유기성 폐기물(OW)을 발효조(10)의 길이방향을 따라 일정한 시간 스케줄(예, 전술한 40일 간의 발효기간)에 따라 이송시키는 수단이며, 발효조(10)에 투입된 유기성 폐기물(OW)은 발효조(10)를 따라 그 상류에서 하류로 점진적으로 이동하면서 승온발효단계(S1), 발효성숙단계(S2), 후성숙단계(S3) 및 건조단계(S4)를 거치면서 최종적으로 발효가 완성된다.
교반이송수단(20)으로서는 발효조(10)의 유기성 폐기물(OW)을 교반시키면서 발효조의 길이방향을 따라 점진적으로 이송시킬 수 있는 것이라면 특히 제한되지 않으며, 예를 들어 도3에 도시된 바와 같이, 상기 레일(3)을 가로지르는 방향으로 설치되는 프레임(21), 상기 프레임(21)에 회전 가능하게 장착된 다수의 교반스크루(22), 상기 스크루(22)를 회전시키는 교반모터(23), 상기 프레임(21)을 레일(3)을 따라 주행시키는 주행모터(24)를 포함하도록 구성할 수 있으며, 도면부호 25는 주행롤러를 나타낸다.
이와 같은 교반이송수단(20)의 구성에 의해 교반이송수단(20)은 레일(3)을 따라 발효조(10)의 길이방향을 따라 자유자제로 주행할 수 있고, 유기성 폐기물(OW)은 스크루(22)의 작용으로 자체적으로 상하 교반되는 한편 스크루(22)가 작용하는 상태로 교반이송수단(20)이 발효조(10)의 상류에서 하류로 주행할 때 발효조(10)의 길이방향을 따라 전술한 시간 스케줄에 맞추어 조금씩 하류로 이송된다.
발효조(10)의 임의의 지점에는 발효되는 유기성 폐기물(OW)의 발효상태, 즉 발효과정에 있는 유기성 폐기물(OW)의 온도(T), 습도(M), 암모니아의 농도(AC), 및 이산화탄소의 농도(CC)를 측정하는 발효상태감지수단(30)이 설치되어 있다.
온도센서(31)와 습도센서(32: 습도계)는 발효되는 유기성 폐기물(OW)의 온도와 습도를 각 발효단계 별로 측정하여 각 발효단계마다 적정한 온도와 습도가 유지되고 있는지를 검출하기 위한 센서이며, 그 측정신호는 제어부(60)로 전송되어 각단계별 발효 온도와 습도를 최적의 상태로 제어하는 데 사용된다. 암모니아 센서(33)와 이산화탄소 센서(34)는 산소량, 수분, 온도, 및 pH의 적정여부의 지표가 되고 유기성 폐기물(OW)의 발효(퇴비화) 정도를 나타내는 발효 폐기물(OW)에서 발생하는 암모니아의 양과 이산화탄소의 양을 검출하기 위한 센서로서, 그 측정신호 역시 제어부(60)로 보내져서 발효상태의 제어에 적용된다.
각 센서(31,32,33,34)는 각 발효단계의 온도(T), 습도(M), 암모니아 농도(AC), 및 이산화탄소 농도(CC)를 측정할 수 있는 위치라면 그 종류와 설치위치에 특히 제한이 없으며, 유기성 폐기물(OW) 속에 매몰되도록 상기 교반이송수단(20)의 프레임(21)에 하방으로 돌출되게 설치하여 상기 교반이송수단(20)과 함께 주행하면서 현재 교반이송수단(20)이 위치하는 부분에 있는 유기성 폐기물(OW)의 온도, 습도, 암모니아 농도 및 이산화탄소 농도를 측정할 수 있도록 하는 것이 바람직하며, 발효조(10)의 다수 위치에 다수조의 센서들을 설치할 수도 있다.
상기 발효상태감지수단(30)은 암모니아 농도와 이산화탄소 농도 모두를 측정하도록 하는 구성하는 것이 바람직하지만, 앞서 도1의 발효성능곡선에서 알 수 있는 바와 같이 암모니아 농도와 이산화탄소 농도의 변화 패턴은 거의 일치하므로 암모니아 농도와 이산화탄소 농도 중 하나의 농도만을 측정하도록 구성하는 것도 배제되지 않는다. 이들 온도, 습도, 암모니아 농도 및 이산화탄소 농도를 측정하는 센서들은 당해 기술 분야에 공지된 센서들을 본 발명에 맞게 적절히 사용할 수는 것이므로 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 발효장치(1)에는, 유기성 폐기물(CW)에 공기(산소)를 공급하는(송풍하는) 송풍수단(40)과 유기성 폐기물(OW)을 적정온도로 가열시켜주는 온수순환수단(50)이 설치되어 있다.
송풍수단(40)은 발효조(10)의 길이방향을 따라 배치된 하나 또는 다수의 송풍기(41)와 상기 송풍기(41)로부터 발효조(10)의 저면으로 배관된 송풍관(42)을 포함하도록 구성할 수 있고, 송풍관(42)은 예를 들러 약 1M 간격으로 노즐(43: 예, 직경 8MM)이 설치된 강관을 발효조(10)의 저면에 약 1M 간격으로 배관하는 방식으로 설치할 수 있다.
전체 송풍관들(42)을 발효성능곡선의 풍량 패턴에 맞게 구획하여 배관하고 각각의 구획마다 송풍량을 조절할 수 있는 유량제어밸브(44)를 부착하여 각 구획별로 그 송풍량을 조절할 수 있도록 하는 것과 여러 대의 송풍기들(41)을 사용하는 경우에는 각 송풍기(41)의 송풍량을 해당 단계에 필요한 송풍량에 맞게 조절할 수 있도록 하는 것을 단독 또는 병행하여 적용함으로써, 전술한 발효성능곡선에 맞게 각 단계별로 서로 다른 량의 공기를 송풍할 수 있다.
상기 송풍관(42)의 상기 유량조절밸브(44)로는 압력조절이 가능한 솔레노이드 밸브를 사용하고, 상기 송풍관(42)에 고압의 공기를 공급할 수 있는 컴프레서(45)를 별도로 연결하여 노즐(43)이 유기성 폐기물(OW)에 의해 막혔을 때 컴프레서(45)로 고압공기를 분사하여 노즐 막힘을 제거할 수 있도록 할 수 있다. 또한, 상기 송풍기(41)로서는 상온의 공기뿐만 아니라 가열된 온풍을 공급할 수 있도록 히터가 장착된 열풍 송풍기를 사용할 수 있다.
온수순환수단(50)은 보일러(51)와 상기 발효조(10)의 저면에 배관된 온수공급관(52)을 포함하도록 구성할 수 있다. 온수공급관(52) 역시 예를 들러 발효조(10)의 저면에 약 1M 간격으로 배관할 수 있으며, 온수공급관(52)에는 승온발효단계(S1), 발효성숙단계(S2), 후성숙단계(S3) 및 건조단계(S4)에 대응하는 위치마다 순환되는 온수의 양을 개별적으로 조절할 수 있는 유량조절밸브(53)가 설치되는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 송풍수단(40)과 온수순환수단(50)을 사용하여 발효의 진행 상태별로 유기성 폐기물(OW)의 아래로부터 적당량의 공기(또는 온풍)를 공급하고 소정 온도의 온수를 순환시키면, 도1에 도시된 발효성능곡선에 부합하도록 유기성 폐기물(OW)의 온도(T), 습도(M), 암모니아와 이산화탄소의 농도(AC, CC), 및 풍량(W)을 유지할 수 있다.
본 발명에 따라 유기성 폐기물(OW)의 온도, 습도, 암모니아 농도, 이산화탄소 농도, 및 풍량은 제어부(60)에 의해 발효의 최적상태로 유지된다. 즉 상기 발효상태감지수단(30)에 의해 측정된 유기성 폐기물(OW)의 온도, 습도, 암모니아 농도 및 이산화탄소의 농도는 상기 제어부(60)에 의해 적절히 판단되어 상기 송풍수단(40)에 의해 공급되는 상온 또는 가열된 공기량과 상기 온수순환수단(50)에 의해 공급되는 열량을 제어함으로써 최적의 발효조건을 유지시키는 것이다.
예를 들어 도5에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(60)는 먼저 상기 센서(31,32,33,34)의 위치, 즉 센서가 설치되어 있는 교반이송수단(20)의 위치가 승온발효단계(S1), 발효성숙단계(S2), 후성숙단계(S3) 및 건조단계(S4)의 어느 위치인지를 판단하고, 이들 센서로부터 전송된 유기성 폐기물(OW)의 온도, 습도, 암모니아 농도 및 이산화탄소 농도의 측정값을 상기 발효성능곡선에 근거하여 미리 입력해둔 대응하는 위치의 기준값과 비교하고, 온도, 습도, 암모니아 농도, 및 이산화탄소 농도의 측정값이 기준값 쪽으로 접근하도록 송풍수단(40)과 온수순환수단(50)을 제어하여 공기공급과 온수순환 여부, 발효단계별의 공급 공기량과 온수순환량을 조절한다. 상기 제어부(60)는 유기성 폐기물(OW)의 각 발효상태에 맞게 송풍기(41), 보일러(51)의 온오프, 송풍관(42)과 온수순환관(52)에 설치된 밸브들(44,53)의 개폐 및 개폐량을 조절하여 해당 단계의 유기성 폐기물이 최적의 발효조건 하에 있도록 한다. 이때, 송풍관(42)의 노즐(43)이 유기성 폐기물에 의해 맞혀 그 압이 증가되면, 상기 컴프레서(45)를 작동시켜 노즐(43)을 통해 고압의 공기를 일시적으로 분사함으로써 노즐 막힘을 제거한다.
센서들에 의해 측정된 온도, 습도, 암모니아 농도 및 이산화탄소 농도와 발효성능곡선에 근거한 온도, 습도, 암모니아 농도 및 이산화탄소 농도의 최적 기준치 사이의 상관관계로부터 계산되는 송풍수단(40)과 온수순환수단(50)을 통해 제공하여야 할 풍량 및 온수순환량은, 처리되는 유기성 폐기물의 종류(C/N 비율), 함수량, 발효조(10)의 크기 및 체류시간(예, 40일), 최종 재생자원의 이용목적 등에 따라 미리 프로그램된 제어부(60)에 의해 자동적으로 결정되어 실행된다.
이상에서 본 발명의 발효장치(1)에 대해 설명하였으나, 본 발명 발효장치(1)의 발효공정 전후의 공정에 필요한 고액분리, 이물질의 분리 및 선별, 협잡물 수집, 발효 생산물 선별, 발효 생산물 포장, 미생물 투입, 발효조(10)에 대한 유기성폐기물의 반입과 반출 등 본 발명의 특징과 직접적인 관계가 없는 공정에 관련된 주변 장치들에 대한 내용은 공지된 기술을 그대로 적용할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하며, 이런 주변 장치들과 본 발명 발효장치(1) 사이의 상호 작동관계들은 본 발명에 속하는 기술분야의 공지 기술들을 적절히 적용함으로써 전체의 발효 시스템을 효과적으로 구축할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 유기성 폐기물의 호기성 발효장치에 의하면, 발효조(10)에 투입된 유기성 폐기물(OW)을 발효의 진행 스케줄에 맞추어 발효조(10)를 따라 이송 및 교반시키면서 승온발효단계(S1), 발효성숙단계(S2), 후성숙단계(S3) 및 건조단계(S4)를 거쳐 발효시킴과 동시에, 발효되는 유기성 폐기물의 온도, 습도, 암모니아 농도, 이산화탄소 농도 등 발효상태의 지표가 되는 물리량을 센서들에 의해 측정하고, 유기성 폐기물(OW)의 온도, 습도, 암모니아 농도 및 이산화탄소 농도의 측정값을 발효성능곡선을 통해 알 수 있는 최적의 발효조건과 비교하여 제어부(60)에 의해 상기 송풍수단(40)과 온수순환수단(50)을 적절히 제어함으로써 유기성 폐기물(OW)의 발효상태를 발효의 전체 과정 동안 최적의 상태로 유지할 수 있게 되므로, 발효장치의 관리를 자동화할 수 있어 그 운영을 단순화시킬 수 있고, 최종 생산되는 퇴비나 사료의 품질을 더욱 향상시킬 수 있고, 소요되는 에너지를 최소화할 수 있으며, 불완전 발효로 인한 악취발생을 최소화할 수 있는 등의 효과가 있다.
Claims (5)
- 하우징(2) 내에 설치되어 발효될 유기성 폐기물(OW)이 수용되는 장방형 발효조(10); 상기 발효조(10)를 따라 주행 가능하도록 장착되어 상기 발효조(10)에 수용된 상기 유기성 폐기물(OW)을 교반시킴과 아울러 상기 유기성 폐기물의 발효 스케줄에 따라 상기 유기성 폐기물(OW)을 상기 발효조(10)의 상류로부터 하류로 이송시키는 교반이송수단(20); 상기 유기성 폐기물(OW)의 온도(T), 습도(M), 및 암모니아와 이산화탄소 중 적어도 하나의 농도(AC, CC)를 측정하는 발효상태감지수단(30); 상기 유기성 폐기물(OW)에 상기 발효조(10)의 저부로부터 공기를 공급하는 송풍수단(40); 상기 유기성 폐기물(OW)을 상기 발효조(10)의 저부로부터 가열하도록 온수를 순환시키는 온수순환수단(50); 및 상기 발효상태감지수단(30)에 의해 측정된 상기 유기성 폐기물(OW)의 온도(T), 습도(M), 및 암모니아와 이산화탄소 중 적어도 하나의 농도(AC, CC)의 측정값에 따라 상기 송풍수단(40)에 의해 공급되는 풍량과 상기 온수순환수단(50)에 의해 공급되는 열량을 제어하여 상기 유기성 폐기물(OW)의 온도(T), 습도(M) 및 암모니아와 이산화탄소 중 적어도 하나의 농도(AC, CC) 및 풍량(W)이 상기 유기성 폐기물의 발효진행상태에 맞는 최적의 상태로 유지되도록 제어하는 제어부(60); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 호기성 발효장치.
- 제1항에 있어서, 상기 교반이송수단(20)은 상기 레일(3)을 가로지르는 방향으로 설치되는 프레임(21), 상기 프레임(21)에 회전 가능하게 장착된 다수의 교반스크루(22), 상기 스크루들(22)을 회전시키는 교반모터(23), 및 상기 프레임(21)을 레일(3)을 따라 주행시키는 주행모터(24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 호기성 발효장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 발효상태감지수단(30)은, 상기 유기성 폐기물(OW) 속에 매몰되게 상기 교반이송수단(20)에 하방으로 돌출 설치되어 있고 상기 교반이송수단(20)의 주행에 따라 함께 이동되는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 호기성 발효장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 송풍수단(40)은 하나 또는 다수의 송풍기(41)와 상기 송풍기(41)로부터 발효조(10)의 저면으로 배관된 다수의 노즐(43)을 구비한 송풍관(42)을 포함하고, 상기 온수순환수단(50)은 보일러(51)와 상기 발효조(10)의 저면에 배관된 온수공급관(52)을 포함하며, 상기 송풍관(42)에 의해 공급되는 풍량과 상기 온수공급관(52)에 의해 순환되는 온수량은 상기 유기성 폐기물(OW)의 발효진행상태에 대응하는 상기 발효조(10)의 길이방향을 따라 제어되는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 호기성 발효장치.
- 제4항에 있어서, 상기 송풍관(42)에는 솔레노이드 밸브(44) 및 고압의 공기를 공급할 수 있는 컴프레서(45)가 연결되어 있고, 상기 컴프레서(45)는 상기노즐(43)이 상기 유기성 폐기물(OW)에 의해 막혔을 때 고압공기를 분사하여 노즐 막힘을 제거하는 것인 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 호기성 발효장치.
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