KR100488171B1 - 유기물 퇴비화시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음식물쓰레기 또는 유기물을 퇴비화하는 시스템으로서 기존의 음식물쓰레기 퇴비화시스템에 구성된 호퍼의 퇴적현상으로 정량공급이 불가능했던 문제와 배관과 자갈 왕겨를 이용한 퇴비발효장치의 문제점을 개선하여 발효실을 수직 다단으로 구성하고 각각의 발효실에 급기장치와 건조장치 또는 온도 및 습도감지장치들로 구성하며 발효실 바닥을 일정한 시간에 일정한 량이 하단 발효실로 낙하되도록 구성하고 하단부는 발효된 퇴비를 용이하게 반출토록 구성한 유기물퇴비화시스템에 관한 것이다.

Description

유기물 퇴비화시스템 {Organic Matter Composting system}

본 발명은 음식물쓰레기 및 각종 유기물을 양질의 퇴비로 생산하는 발명을 제공하여 각종 유기에 의한 환경오염을 방지하고 유기농산물 생산으로 농가소득 증대는 물론, 농토의 산성화를 막는데 발명의 목적이 있다. 특히 도시형 음식물쓰레기 처리시설에 있어서 음식물쓰레기처리장 건설자체를 주민이 반대하고 시설부지면적이 넓어 건설부지선택이 용이하지 못한 문제점을 해결하기 위한 것이다. 또한 기존의 기술에서 발생하는 각종 문제를 해결하여 안전적면서 효율적인 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명자는 발명의 명칭 음식물쓰레기 및 분뇨를 퇴비화시키는 처리시스템 특허 제215585호와 특허 제 0258431호를 발명하였다. 상기한 발명을 1997년 경기도 시흥시가 시행한 1일 100톤규모처리시설기술공모에 응모하여 가장 우수한 기술로 선정되어 설계 시공하게 되었다. 상기 시설은 정부의 음식물쓰레기 퇴비화 정책에 의하여 시공된 시설로서 비료관리법에 따라 비료생산업에 등록된 최초의 역사를 창조하였다.

이와 같은 공노로 2001년 특허기술대전에서 상기기술이 대통령상을 수상하였으며 2002년 행정자치부가 전국 지방자치단체에서 건설하고 운영하는 음식물쓰레기 자원화시설을 조사하여 평가한 결과 가장 우수한 시설로 평가받아 상기기술을 사용한 시흥시가 2002년 3월 15일 6,000만원 상급을 수상하기도 했다. 현재 전국 지방자치단체에서 운영하는 퇴비화시설이 다수 있으나 현재까지 비료관리법에 따라 등록된 시설은 오직 상기특허기술을 적용하여 시공한 경기도시흥시밖에 없는 실정이다.

본 발명자는 이 시설을 설계하고 시공하였으며 준공이후 현재까지 관리운영을 위탁받아 운영하고 있다. 본 발명자는 상기시설을 상당기간 위탁 운영하면서 운영해 보지 않고는 알 수 없는 문제가 많이 있었다. 특히 계절의 기후변화에 따른 문제, 계절별 수거되는 음식물쓰레기의 품질변화가 그것이다. 본 발명은 이 같은 문제를 모두 해결하기 위한 발명이다.

- 기존의 처리시스템의 첫 공정인 저장호퍼의 문제점

모든 음식물쓰레기 또는 유기성 자원화시설의 첫 공정을 보면 원자재를 투입 저장하는 기능과 저장된 원료를 다음공정으로 보내기 위한 정량공급장치를 하단에 구성한 호퍼가 있다. 호퍼에 다량의 원자재를 저장하는 이유는 수거차량을 장 시간 대기시키는 문제를 해결하고 후속공정으로 안정적이고도 지속적으로 정량공급하기 위함이다. 실에를 들어 설명하면 1일 50톤의 음식물쓰레기를 처리하는 호퍼저장규모는 25톤 저장능력 2개를 설치운영하고 있다. 그러나 실상은 수거차량 한 대 분(3톤)도 마음놓고 쏟아 넣을 수가 없는 실정이다.

투입하는 실상을 살펴보면 수거차량이 호퍼 투입구에 진입하여 적재함 문을 열고 음식물쓰레기를 정량공급장치의 공급능력에 따라 투입하고 있다. 음식물쓰레기 3톤을 수거하는 수거자동차의 경우, 관리자가 지켜보는 가운데 20분 이상을 투입하고 있다. 그 이유를 살펴보면 음식물쓰레기 수거에 문제가 있기 때문이다. 음식물쓰레기에 상상할 수 없는 이물질(돼지머리, 늙근호박, 햄머, 페인트통, 옷가지, 공구 등)이 몰래 숨겨져 유입되고 있어 정량공급장치에 각종 문제가 발생하기 때문이다.

시흥시 음식물쓰레기 처리장 호퍼의 설계용량은 저장능력 25톤 2기가 설계 시공되어 있으나 가을철의 경우 2기에 단 3톤도 저장이 불가능한 실정이다. 그 이유가 무엇인지 설명하면 가을에 많이 발생하는 김장쓰레기가 투입되어 호퍼하부에서 퇴적을 이루어 정량공급장치 위에서 지붕을 형성하고 있다.

이때에 이 문제를 해결하는 방법은 오직 호퍼에 쏟아놓은 25톤을 포크레인 등을 이용하여 모두 들어내야 한다.

호퍼사용에 또 다른 문제점을 설명하면 계절에 관계없이 만약 호퍼에 25톤을 저장했는데 상기한 이물질이 비닐봉지에 싸여 투입되었다면 정량공급장치에 고장 또는 작동불가 등 문제가 발생될 수밖에 없다.

호퍼의 구조형태를 상세하게 설명하면 도1에 도시된 모형과 같이 상부 투입구의 규격이 가로세로가 3m인 경우 하부로 가면서 점점 좁아져 최 하단부의 규격은 가로 1m 세로 1m규격로 좁아지고 이 부분에 정량공급장치가 설치되어 있다. 유기물을 일시 저장했다가 후처리로 연계시키는 호퍼는 모두가 이러한 구조로 설계 시공되어 가동되고 있는 실정이다.

이와 같은 구조의 사용상 문제점을 살펴보면, 상술한 바와 같이 정량공급이 불가능한 이물질이 투입되면 포크레인을 동원하여 모두 퍼내야 한다. 만일 김치를 담고 버린 야채쓰레기가 몰려 수거되어 투입되면 돼지머리 등이 투입되지 않아도 문제가 된다. 이 것들은 호퍼 하부에서 서로 얼키고 설켜 집을 짙고 정량공급장치 위에서 지붕형태가 되고 만다. 이때 호퍼 상부에서 포크레인으로 압력을 가해도 지붕을 이룬 야채가 흐트러지지 않는 보통상식으로는 도저히 이해할 수 없는 문제가 발생한다. 이와 같은 현상은 계절에 관계없이 빈번하게 발생하고 있다. 상기한 2가지 문제발생으로 호퍼가 당초설계목적인 설계용량을 단 10%도 활용되지 못하고 있는 실정이다.

- 기존 처리시스템에서 발생한 폐수의 고농도 SS 문제점

음식물쓰레기 퇴비화시설에 또 다른 문제가 있다. 탈수된 폐수에 SS가 하수처리장으로 다량 유입되고 있다는 것이다. 시흥시 하수처리장 처리수의 수질을 보면 BOD수치는 낮은 반면 공장지대라 COD가 대단히 높아 유기성 BOD가 부족하여 인분과 식품공장에서 발생한 주정을 다량유입하고 있는 실정이어서 오히려 폐수처리에 효자라는 평가를 받고 있다. 그러나 본 기술을 범용적으로 사용토록 개선하기 위해서는 SS를 95%이상 제거해야 하는 문제가 있는 것이다.

- 기존 시스템의 퇴비발효장의 문제점

뿐만 아니라 시스템의 최종과제인 퇴비발효장의 문제는 참으로 심각한 실정이다.

시흥시를 예를 든다면, 가로 20m 세로 40m 높이 지상 3m 지하 2m의 건물로 건축되어 있다. 이와 같은 퇴비발효장에 퇴비가 발효되는 가용면적을 살펴보면 가로10m 세로 40m 깊이 2m로 구성되어 있다. 그러나 퇴비발효과정의 퇴비층의 깊이는 1.5m에 불과하다. 그럼으로 실제로 사용되는 가용면적은 가로 10m 세로 40m 세로 1.5m에 불과한 것이다. 그럼으로 실제로 사용되는 가용면적은 건물대비 1/8에도 미치지 못하는 결과를 낳은 실정이다. 특히 동절기의 경우 발효과정에 있는 발효중인 퇴비표면이 넓어 발효온도를 현격하게 빼앗기는 문제로 퇴비발효장 운영에 많은 애로를 느끼고 있는 실정이다. 그러나 이와 같은 건물구조에서는 교반기가 가동됨으로 불가피한 실정이었다.

본 발명은 상기한 3가지 문제점을 해결하여 음식물쓰레기를 저렴한 비용으로 양질의 퇴비를 생산하는데 있다.

상기한 기존의 호퍼에 대한 문제점을 해결하는 본 발명의 구성을 설명하면 1차처리장치(A)에 첫 처리과정인 호퍼(1)구성을 살펴보면, 투입구에 파쇄기(2)를 설치하였으며, 파쇄기를 설치한 일측에는 염분제거에 필요한 용수를 분수화하여 분사하도록 구성하였다.

기존의 시스템에서 파쇄기의 적용구성을 살펴보면, 정량공급장치(5) 후단에 설치되어 뼈와 감자, 무, 사과와 같은 대형음식물과 비닐봉지를 파쇄하는 동시에 비닐봉지 속에 들어있던 음식물쓰레기를 외부로 배출시키기 위하여 사용되어 왔다. 그런데 호퍼 상단부에 구성한 목적은 이미 상술한 바와 같은 돼지머리 등 각종 대형 이물질을 파쇄시켜 정량공급장치에서 발생되는 상기한 문제를 예방하고 위한 수단인 것이다. 또한 상술한 바와 같은 야채쓰레기도 파쇄가 되면 얼키고 설켜 지붕을 만들 수가 없기 때문이다.

종래와 같이 파쇄기가 정량공급장치 후단에 존치할 경우 정량공급된 처리물만 파쇄할 수 있으나 본 발명과 같이 최초 단계에 설치된 경우 정량공급장치가 수용하지 못하는 돼지머리와 개머리뼈 늙은 호박 등은 파쇄가 가능함으로 파쇄하여 정장호퍼에 저장하면 된다.

기존의 호퍼구조에서는 망치, 공구 등과 같은 쇄붙이가 투입된 경우에는 정량공급장치가 가동중단되도록 제어장치를 구성했으므로 정량공급장치의 고장은 예방될 수 있으나 호퍼에 저장된 원료를 모두 들어내야 함으로 포크레인을 동원해야 한다. 그러나 본 발명의 호퍼구조에서는 음식물쓰레기를 고속으로 파쇄 및 파봉하는 파쇄기가 호퍼상단에 있으며 자동차에서 쓰레기를 하차시키는 과정임으로 하차하는 사람이 쇄붙이 등이 투입되는 것을 눈으로 직접 확인하거나 가동중지 되는 즉시 용이하게 제거할 수가 있는 것이다.

이와 같은 구성의 실용적 효과를 살펴보면 3톤 수거차량이 기존에 15분 이상 투입해야하는 시간을 단축시켜 2∼3분만에 투입이 가능하고 호퍼 용량 100%를 활용하여 음식물쓰레기를 투입시키고 투껑(3)을 닫고 안심하고 작업할 수 있는 장점이 있으며 망치 등과 같은 이물질이 투입된다 해도 투입구가 제거에 용이한 거리와 위치에 있으므로 제거가 매우 용이하다.

예를 들어 시흥시 음식물쓰레기 처리장 호퍼 저장 설계용량 25톤 보관이 가능하고 일일이 사람이 지켜봐야 하는 불편이 해결됨은 물론 가을철 또는 야채쓰레기에 의한 문제와 대형음식물쓰레기 등의 문제가 해결된다.

본 발명의 1차처리장치(A)의 첫 공정인 호퍼(1) 하부에는 퇴적방지장치(4)가 구성되어 있다. 상기한 퇴적방지장치를 구성한 이유는 본 발명과 같이 호퍼상단에 파쇄기를 구성하지 않은 기존의 호퍼에 유용한 발명이다.

또한 상술한 바와 같이 가을철에 지붕을 만들어 흐트러지지 않는 문제를 해결하는 발명으로 정량공급장치(5) 상부에 퇴적방지장치(4)를 구성한 것이다. 상기한 퇴적방지장치의 구성을 도2에 도시된 양호한 실시 예를 근거로 설명하면, 호퍼하부 호퍼 몸체와 일체로 된 두 개이상의 철로(41)를 구성하고 상기한 철로 위에 구성된 방지판(42)은 철로와 이탈되지 않도록 구성하였으며, 방지판의 표면은 요철 또는 촛대와 같은 침봉(43)을 구성하여 호퍼외부에서 호퍼내부로 유압기(44)에서 전달된 동력에 의해 방지판이 호퍼 내부에서 전후 왕복운동 또는 회전가능하도록 하였다.

상기한 구성의 실용적 효과를 살펴보면 호퍼몸체와 일체로 구성된 철로(41)에 가동 가능한 방지판을 구성하되 방지판이 철로와 이탈하지 않도록 하고 상기한 방지판이 유입기(44) 또는 회전에 의한 동력전달에 의하여 전후로 왕복가동 될 수 있도록 하였다. 상기한 구성의 실용적 효과를 설명하면 호퍼에 저장된 유기물이 퇴적을 방지하고 하단으로 밀어 넣는 역할을 하게 됨으로 퇴적에 의한 지붕을 형성할 수 없다.

음식물쓰레기가 경사도에서 퇴적을 이루는 가장 큰 원인은 음식물쓰레기들이 서로 엉키고 받치는 결과를 초래하기 때문이다. 본 발명자는 경기도시흥시시설을 설계할 당시 상기한 문제가 발생될 것으로 예측하고 이 문제를 해결하기 위한 방법으로 퇴적이 이루어질 가능성이 있는 위치에 고압의 압축공기를 간헐적으로 투입시키면 문제가 해결될 수 있으리라는 생각으로 압축공기가 일시에 다량을 폭발되도록 설계 시공하였다. 그러나 이론과 같지 않아 실패하고 말았다. 실패한 원인은 다량의 고압공기가 음식물쓰레기에 반응을 주어 음식물쓰레기가 들먹 하면서 지붕이 흐트러질 것으로 예측했으나 압축공기가 정량공급장치 등 엉뚱한 곳으로 빠져나가기 때문에 실패하고 말았다.

본 발명의 퇴적방지장치(4)가 구성된 호퍼에서는 호퍼에 담겨진 음식물쓰레기나 야채쓰레기가 퇴적이 불가능함으로 지붕을 형성할 수 없는 것이다.

또한 호퍼 상단부에 구성된 분수는 탈염과 음식물쓰레기 투입과정에 발생되는 악취 탈취용으로 분사시키는 것이다. 이때 용수 사용량을 살펴보면 처리량 대비 30%를 가수하고 있으나 용수수질은 하수처리장 폐수, 방류수, 하천수 등을 사용할 수 있다. 상기한 구성에서 정량공급장치(5)를 통하여 정량 공급된 음식물쓰레기와 용수는 정량공급장치 이후에 설치된 탈수장치(6)에 의하여 탈수된다.

만일 음식물쓰레기가 비닐봉지, 돌, 켄, 등의 협잡물이 희석되지 않은 식당 등 공동급식소에서 발생한 것을 퇴비나 사료로 생산할 경우에는 상기한 공정의 탈수장치에서 탈수하여 건조 또는 발효시키는 공정으로 연계시키면 된다. 그러나 비닐봉지 등 협잡물을 분리해야 하는 유기물은 본 발명의 후속공정인 비닐제거장치와 드럼스크린 그리고 침전물 제거장치를 통하여 협잡물을 제거하도록 하였다.

상기한 본 발명의 탈수장치(6)는 스크류탈수기를 적용하여 시설비용이 절감되도록 구성하고 탈수장치(6)의 탈수과정에 발생된 폐수는 통상의 가압부상분리장치(18)를 부설하여 처리되도록 구성하였다. 상기한 파쇄장치에서 파쇄된 상태에서 정량공급된 유기물을 탈수장치(6)에서 탈수된 후 탈수된 유기물은 이송장치(7)에 의하여 2차처리장치(B)에 해당하는 방수콤베어(9)로 이송된다. 상기한 방수 콤베어는 경사지게 안치되어 동력에 의해 구동되는 구성이며 상기한 비닐제거장치는 회전하는 벨트에 다수개의 갈고리를 구성하였고 갈고리에 걸린 비닐봉지를 용이하게 분리하기 위하여 분수를 내장하였다.

상기한 구성의 실용적인 측면을 살펴보면 비닐제거장치의 갈고리가 방수콤베어 상단에서 회전됨으로 방수콤베어로 이송되는 비닐봉지가 갈고리에 걸려 분리되어 상단으로 회전될 수밖에 없는 것이다. 갈고리에 걸린 비닐은 분수의 수압 또는 별도로 구성한 갈고리 분리장치에 의하여 비닐이 갈고리에서 분리된다.

상기한 비닐제거장치에 구성된 분수에서 공급되는 용수량의 결정은 침전물제거장치에서 침전물이 침전될 수 있는 용량이어야 한다. 뿐만 아니라 탈수장치(17)를 고속회전방식 원심탈수기를 사용할 경우, 유체가 펌프에 의하여 펌핑될 수 있는 함수율의 용수량으로 다각적인 실험에 따르면 최소한 처리량대비 200%이상 투입해야 한다. 처리량대비 200%의 용수량을 사용한 경우 완숙된 퇴비의 염분농도는 0.07%이하로 확인되었다. 또한 탈수장치(17)를 스크린탈수방식을 채택하여 설계할 경우에는 희석수를 100%만 가수하여 탈염 할 수 있다. 이때 발효퇴비의 잔류염분농도는 0.3%로 확인되었다.

상기 비닐제거장치에서 비닐봉지가 선별된 후에는 드럼스크린 또는 진동스크린에서 야쿠르트병과 같은 자원이 불가능한 각종 이물질이 분리된다. 이물질이 선별된 음식물쓰레기는 가수된 물과 함께 침전물제거장치(11)로 유입된다.

침전물제거장치(11)의 구성은 원통형내부에 교반날개가 회전하는 구성으로 교반날개회전속도에 의하여 비중물의 부침이 결정된다. 쇄붙이나 재활용이 불가능한 침전물이 침전되면 스크류컨베어로 구성된 침전물이송장치(12)에 의하여 자동으로 분리되어 이미 분리된 비닐과 유리조각, 쇄붙이 조개류와 같이 콘테이너로 이송되도록 구성하였다.

상기한 침전물제거장치에서 침전물질이 분리된 음식물쓰레기는 침전물제거장치 상단부에 구성된 슈트를 통해 파쇄기(15)와 분쇄기(16)으로 유입되고 유입된 음식물쓰레기는 미세한 입자로 분쇄된다. 이와 같이 분쇄된 입자들과 용수는 탈수장치(17)에 투입되어 탈수하게 된다.

상기한 탈수장치에서 발생한 폐수는 유기물이 풍부한 폐수로서 하수종말처리장에 유입시켜 처리할 경우 하수처리장에 유익한 폐수가 된다. 그 이유를 설명하면 대부분의 하수처리장에 유입되는 유입수의 BOD농도가 하수처리장 유입수설계기준치(150ppm∼200ppm) 보다 턱없이 부족(평균 70∼80ppm으로 조사됨)하여 COD성 폐수정화에 문제가 발생되고 있는 것으로 확인되었다. 미생물의 먹이인 BOD는 낮고 미생물이 소화하기 어려운 COD가 높아 당연히 미생물이 활성화되지 못해 미생물에 의한 COD분해가 불가능하기 때문이다.

호기성미생물을 활성화시키는 방법은 원활한 산소공급과 미생물의 먹이인 BOD가 유입수설계기준치에 근접하게 유입되어야 한다. 호기성전처리과정에서 탈수된 폐수에는 본 발명자의 연구는 물론 그 동안 사용자와 연구진에 의해 하수처리장에 효자임이 확인이 되었다. 그러나 혐기성소화조에서 발생한 폐수의 경우는 다르다. 혐기성소화조에서 발생한 폐수는 유기물이 소화조에서 혐기성미생물에 의해 완전히 분해되었기 때문이다. 여기에서 발생하는 폐수는 총질소(T/N)로 하수처리에 가장 큰 문제로 고도처리시설이 없이는 처리가 불가능한 것이다.

그러나 상기한 호기성퇴비화시설에서 발생한 폐수라 하더라도 고농도의 SS가 하수처리장으로 유입된다면 기존의 하수처리에 감당하기 어려운 문제가 발생될 수밖에 없다. 이와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 구성을 살펴보면 탈수된 폐수가 가압부상분리장치(18)로 유입되도록 구성하였다. 상기한 가압부상분리장치의 구성은 미세하게 분해된 공기입자가 부상물질에 붙어 부상하는 방식의 통상적인 가압부상분리방법을 채택하였다. 상기한 구성에서 분리된 슬러지를 톱밥을 혼합하거나 건조시켜 발효환경에 적합한 함수율의 유기물로 제조하여 다다식퇴비발효장치로 이송되도록 하였다.

상기한 기압부상분리장치에서 SS가 분리된 폐수는 저장조(19)에 유입된다. 상기한 저장조의 구성은 1일 작업시간 발생한 폐수를 저장하였다가 24시간 균일하게 하수처리장으로 유입될 수 있는 규모로 구성한 것이다. 대부분에 작업시간이 8시간임으로 저장조가 없이 하수처리장으로 유입시킨 경우에는 작업시간에 모두 유입시켜야 함으로 하수처리장 규모와 하수처리장 환경에 따라 문제가 될 수 있기 때문에 이를 방지하기 위한 것이다.

상기한 탈수장치에서 탈수된 케익에 대한 처리과정을 설명하면 탈수된 케익의 탈수함수율은 탈수장치의 성능과 방식에 따라 천차만별이나 대부분 원심탈수장치의 경우 75%내외 스크류탈수기의 경우 80%내외로 확인되었다. 그러나 모든 유기물의 퇴비발효조건은 하절기의 경우 함수율 65%이내 기타 기후에는 함수율 60%±2에 산소 10%를 유지해야 한다. 함수율 60%전후와 처리량대비 산소10%를 꾸준히 공급하면 발효가 최상으로 이루어져 양질의 퇴비로 소속 숙성되고 악취에 대한 염려는 있을 수 없다. 그럼으로 본 발명은 상기 발효조건을 충족시키는 방법으로 건조 또는 톱밥을 혼합할 수 있도록 하고 있다. 그러나 탈수기의 탈수성능에 따라 얼마든지 변경될수 있는 것이다. 예를들어 탈수함수율 60%로 탈수되는 탈수기를 적용할 경우 건조나 톱밥을 사용할 필요가 없게 되는 것이다.

상기한 탈수장치(17)에서 탈수된 케익과 가압부상분리장치(18)에서 부상 분리된 미세한 유기물(SS)에 톱밥을 희석하거나 건조시켜 발효에 적합한 발효조건이 제공될 수 있도록 구성하였다.

다음으로 상기한 퇴비발효장치에 대한 문제를 해결하는 발명을 설명하고자 한다.

대량의 유기물을 고속발효시켜 퇴비화시킬 수 있는 본 발명의 다단식퇴비발효시스템의 구성을 살펴보면, 발효실을 수직다층으로 형성하고 상기한 발효실 벽면의 구성은 외부와 완벽하게 밀폐하여 외부온도가 영향을 미치지 않도록 하였다. 외부와 밀폐된 내부공간에는 퇴비발효실을 다층으로 구성하고 각각의 발효실 바닥을 정량낙하장치(26)를 구성하였다. 상기한 정량낙하장치의 구성은 회전가능한 다수개의 축으로 구성하며 상기한 축 외주연에는 4개이상의 회전날개(26b)를 구성하였다. 상기한 회전날개의 구성은 퇴비를 일정한 시간에 일정한 량으로 하부로 낙하시키는 구조로 형성하였다.

또한 상기한 회전날개가 구성된 축 일측에는 축에 전달된 동력에 의하여 정량낙하장치가 회전되도록 구성하였다. 또한 상기한 축 일측에는 퇴비발효장 외부에서 가동되는 송풍기에서 축에 구성된 통풍구를 통해 발효실 내부로 산소공급이 가능하도록 급기장치(30)를 형성하였다.

상기한 급기장치의 또 다른 구성은 정량낙하장치 하부에 급기장치를 형성하며 상기한 급기관치에는 공기유입량을 조절하는 공기조절벨브를 구성하였다.

상기한 구성의 실용적효과를 설명하면, 외부에 설치된 압축공기를 공기조절벨브(30)를 통하여 산소를 공급함에 있어 발효에 적합한 적정량의 산소공급이 되도록 하였다. 상기한 공기공급으로 제1발효실(25)에서 일정시간 발효된 퇴비는 정량낙하장치의 작동에 의하여 하단부 제2발효실(27)로 낙하된다.

본 발명의 다단식퇴비발효장치를 더욱 상세히 설명하면 상부에는 제1발효실(25)을 구성하고 발효실의 높이는 산소공급에 문제가 없는 범위 내에서 설계되도록 구성하였으며 제1발효실 상단에 퇴비원료를 분산하는 분산장치(24)를 구성하였다. 상기한 분산장치의 구성은 벨트나 체인과 같은 회전체에 다수개의 밀게를 구성하였다. 상기한 분산장치는 다양하게 적용될 수 있다. 그 예로 회전되는 벨트 상단에 음식물쓰레기가 이송되고 일정한 간격으로 배치된 낙하장치를 구성하였다. 이와 같은 구성의 분산장치가 상단부에서 회전되면 일정한 위치에 낙하된 음식물쓰레기가 제1발효실, 정량낙하장치(26) 상단부에 골고루 분산되어 쌓이게 된다. 분산장치에서 분산된 음식물쓰레기는 정량낙하장치(26) 하단에 구성된 급기구의 급기장치에 구성된 공기조절벨브를 통하여 적정량으로 투입된 산소에 의하여 고속발효가 진행되도록 구성한 것이다.

그러나 투입된 퇴비원료가 함수율이 높은 경우에는 발효가 불가능함으로 적정 함수율로 건조가 필요하다. 이때 건조장치를 별도로 구성하거나 도1에 제시된 구성과 같이 제1발효실 정량낙하장치(27) 하부에 열풍구를 구성하여 가열된 열풍을 불어넣는 열풍장치(31)를 구성하거나 파이프와 같은 다공된 배관를 정량낙하장치 하부에 종 또는 횡으로 구성하고 배관 내주연에 열선을 구성하여 압축공기가 공급되도록 하였다.

상기한 열풍장치의 실용적 효과는 외부에서 압축공기를 강제 송풍시키면 열선에 의하여 열풍이 생산되고 열풍은 배관에 구성된 다공된 공기방출구를 통해 제1발효실 정량낙하장치 하부에 분산공급되어 제1발효실에 퇴비층을 통과하면서 유기물을 건조시키는 것이다.

상기한 열풍장치(31)의 구성을 다시 한번 설명하면 벽면에 구성된 열풍장치를 통하여 벽면 외부에서 열풍을 불어넣는 방식과 가열장치를 퇴비발효장 내부에 구성하고 외부에서 압축공기를 불어넣는 것이다. 상기한 열풍장치의 실용적 효과를 살펴보면 가열한 열풍을 정량낙하장치(27) 하단으로 불어넣으므로 제1발효실에 쌓인 퇴비원료를 통과하여 건조시키므로 에너지효율이 효과적이다.

특히 동절기에 반입되는 음식물쓰레기는 결빙되어 반입됨으로 파쇄 분쇄하여 탈수해도 함수율이 대단히 높은 실정이다. 이 것을 건조하지 않을 경우 발효에 문제가 발생하게 된다. 그럼으로 퇴비발효에 건조는 매우 중요한 실정이다.

상기한 건조장치(23) 또는 열풍장치(31)에 의하여 건조된 퇴비원료는 제1발효실(25)에서 발효가 시작된다. 제1발효실(25)에서 건조되거나 발효된 원료는 정량낙하장치(26)의 반복적인 회전에 의하여 제2발효실(27)에 다시 쌓여 발효된다. 이와 같이 반복적인 방법으로 정량낙하장치에 의하여 제3발효실(28)로 낙하된다. 제3발효실을 통과한 퇴비는 제4∼제6발효실로 낙하되어 후숙발효가 진행된다. 이와 같이 발효된 퇴비는 퇴비반출실(29)에 낙하되어 반출을 대기하게 된다. 상기한 각각의 퇴비발효실에 습도와 온도를 측정하는 계측장치를 구성하여 습도가 부족한 경우에는 각각의 퇴비발효실 상단부에 살수장치를 구성하여 적정량을 살수하여 발효를 촉진하도록 하였다.

또한 상기한 퇴비발효실의 산소공급량을 살펴보면 유기물이 풍부하고 함수율이 적정수준인 제1, 제2발효실(27)의 경우 산소가 많이 소모된다. 그러나 제4, 제5발효장의 경우 산소공급이 많으면 오히려 건조되어 발효에 지장을 초래하게 된다. 그럼으로 본 발명의 다단식퇴비발효장치의 산소공급량은 각의 발효실에 따라 상이하다. 각각의 산소공급량 산출은 퇴비발효공법에 따라 공급하되 더욱 정확한 산소공급량의 수치는 해당시설을 가동하면서 발효물체의 함수율, 온도, 습도 등 발효환경에 따라 운영자가 발효상태를 확인하면서 적정산소요구량을 찾아 용이하게 공급할 수 있도록 급기장치(30)를 구성하였다. 유기물을 발효시키는 발효조건은 계절에 따라 발효환경이 변화함으로 변화에 따른 가감조절을 할 수 있는 상기한 급기장치인 공기조절벨브의 구성은 대단히 용이하게 사용될 것으로 예측된다.

또한 상기한 각각의 발효실에는 교반 가능한 교반기를 구성할 수 있으며 상기한 교반기의 구성은 전후 진퇴 교반 또는 수직교반방식을 채택하도록 하였다.

상기 본 발명의 다단식퇴비발효장치를 파일럿프렌트를 제작하고 음식물쓰레기를 계속해서 투입시키면서 산소공급하는 방법으로 제1발효실에 원료가 쌓이는 만큼 정량낙하장치로 낙하시킨 결과 고속발효가 진행되어 톱밥을 혼합하지 않은 경우 완숙발효기간이 15일밖에 소요되지 않는다는 사실을 확인하였다.

대부분 퇴비원료가 투입되는 작업시간이 8시간이며 퇴비원료가 제1발효실에 쌓이는 것도 8시간임으로 정량낙하장치의 가동시간 역시 8시간 가동시켰으며 발효실 내부에 퇴비가 만실된 상태에서 하단 발효실로 정량낙하장치에 의해 낙하시킨 결과 기존 퇴비발효장 시설면적 대비 20배 이상의 실용적 실용적 효과가 있었다. 또한 상기한 다단식퇴비발효장치에서는 일반적인 퇴비교반에 따른 퇴비원료의 뭉침 현상이 발생되지 않는 장점도 있어 발효시간이 기존 방법에 비교하여 50%이상 단축됨을 확인하였다.

이와 같은 방법으로 반숙 또는 완숙된 퇴비를 하단부에 설치된 배출장치(32) 의하여 발효실에서 배출한 후 선별장치(33)에서 미세협잡물을 제거한 다음, 용도에 따라 포장 또는 비포장으로 처리할 수 있도록 구성하였다.

만약 비포장으로 농민에게 반출할 경우에는 배출장치(32)를 다단식퇴비발효장치 하단부로 자동차를 진입시켜 적재함 상부에 있는 퇴비반출실 개폐문을 열면 퇴비가 자동차적재함에 낙하되어 적재할 수 있도록 하여 퇴비반출에 편리를 도모하도록 하였다.

또한 상기한 퇴비발효실과 건조장치에서 발생하는 악취를 해결하는 방법으로 상기한 각각의 장치에 악취흡입라인을 구성하여 습식탈취방법 또는 토양탈취방법 등의 탈취기로 이송하여 악취를 해결하도록 하였다.

상기구성의 실용적 효과를 설명하면 완전밀폐로 악취에 대한 민원문제가 완벽하게 해결되고 동절기 외부온도로 인한 발효장애를 해결할 수 있을 뿐 아니라 귀 존의 퇴비발효장건설면적 가용면적에 비해 8배 이상 가용효율을 얻을 수 있다.

예를 들어 1일 50톤의 음식물쓰레기를 퇴비화하는 기존의 발효시설을 건설한다면 가로 20m 세로 40m 높이 5m의 건축물이 필요하다. 그러나 본 발명의 다단식 퇴비발효장치는 가로 4m 세로 8m 높이 15m 건축물이면 충분하다. 그럼으로 건설부지 면적을 획기적으로 절감할 수 있는 것이다.

상술한 바와 같이 유기물의 함수율을 60%내외로 유지시키고 처리량 대비 10%의 산소가 골고루 공급한다면 발효가 고속으로 진행되어 음식물과 같은 유기물은 7∼10일 이내에 인위적인 산소공급이 불필요한 후숙단계로 접어들게 된다.

퇴비의 후숙단계는 산소공급이 없어도 발효가 가능하고 외부온도와도 무관함으로 퇴비발효장을 이용할 필요없이 퇴비를 사용할 밭이나 논에 이송하여 쌓아두고 비닐 등으로 비만 피할 수 있도록 관리하면 된다. 원활한 산소공급에 의하여 반숙된 퇴비는 후숙단계에 인위적인 산소공급 없이도 발효기간이 다소 시간이 소요될 뿐이지 악취나 침출수가 발생되지 않는 장점이 있다.

본 발명의 다단식발효장치에서는 완벽한 산소공급과 건조 등 발효에 필요한 모든 조건을 최상으로 제공할 수 있으므로 악취에 대한 민원문제와 미발효에 따른 제반문제를 모두 해결할 수 있는 것이다.

또한 도면에 제시하지 않은 구성으로 또 다른 발명의 구성을 설명하면, 음식물쓰레기를 고속으로 파쇄하는 동시에 비닐과 각종 협잡물을 분리하는 일체형의 파쇄 및 협잡물분리장치를 호퍼상단에 구성하거나 파쇄한 후에 비닐과 협잡물을 제거하는 분리공정을 호퍼상단에 구성하였다.

상기한 호퍼 하단에는 정량공급장치를 구성하고 상기한 정량공급장치 후단에 1차탈수장치를 구성하였으며 1차탈수장치에서 탈수된 케익을 이송하는 이송장치 상단에 쇄붙이를 선별하는 자석선별장치를 구성하였다. 이송장치를 통과한 음식물쓰레기를 재차 파쇄하고 분쇄시켜 탈수하고 탈수된 케익을 발효시키는 공정으로 구성한 것이다.

상기한 시스템의 계통을 순서대로 소개하면,

파쇄 및 협잡물분리기→저장호퍼→정량공급장치→1차탈수장치→자석선별장치가 구비된 이송장치→파, 분쇄기→2차탈수장치→발효장치→미세이물질제거장치→반출

상기한 구성의 실용적 효과를 살펴보면 각종 유기물이 저장호퍼에 투입되기 이전에 파쇄되고 이물질이 분리됨으로 상기한 호퍼의 각종 문제점을 완벽하게 해결할 수 있으며 자석에 의하여 쇄붙이가 분리됨으로 침전에 따른 용수량을 절감할 수 있는 것이다. 그럼으로 도1에 제시된 본 발명에 비교하여 폐수발생량을 현저하게 줄일 수 있는 장점이 있다. 따라서 상기한 본 발명은 폐수발생을 최소화해야 하는 지방자치단체의 건설환경에 유용하게 사용될 수 있다.

상기한 본 발명의 구성에서 발생되는 악취를 방지하기 위하여 모든 구조물을 외부와 밀폐되도록 구성하고 수거차량과 음식물쓰레기를 호퍼에 투입시키는 과정에 발생하는 악취와, 건조장치와 단식퇴비발효장에서 발생하는 악취를 악취흡입라인을 통하여 탈취장치(E)에서 탈취되도록 구성하였다.

도면에 제시되지 않은 악취해결에 또 다른 발명을 설명하고자 한다. 본 발명의 유기물처리장치는 물을 이용하여 염분을 세척하는 기술로서 다량의 폐수가 발생된다. 그럼으로 설치장소로서 가장 효율적인 곳이 하수처리장에 설치된 위생처리장과 인접한 위치가 민원발생소지가 적으며 폐수처리에도 용이한 장점이 있다. 하수처리장 인접한 위치에 유기물처리시스템을 설치한 경우에는 1, 2차처리시설과 퇴비화동에 탈취라인을 설치하고 탈취라인 일측에 송풍기를 구성하고 송풍기에서 다시 송풍관을 하수처리장 호기조 폐수 속으로 연결시키는 것이다.

상기한 구성의 실용적효과를 설명하면 악취를 하수처리장 폐수에 용해시키는 동시에 폐수에 용존산소를 공급함으로 일석이조의 효과를 얻을 수 있는 것이다.

유기물 및 음식물쓰레기 재활용시설의 가장 큰 목적은 유기물과 음식물쓰레기에 의한 환경문제를 해결과 양질의 퇴비를 제조하기 위한 것이다. 정부는 음식물쓰레기환경문제를 해결하기 위하여 2005년부터 매립을 금지하였다. 이 같은 정책에 의하여 다수의 지방자치단체가 음식물쓰레기 자원화시설을 시공하였다. 그러나 시흥시 시설을 제외한 대부분의 시설이 사실상 악취에 의한 대기환경오염, 침출수에 의한 수질오염, 염분을 해결하지 않은 불량 퇴비에 의한 농토황폐화, 과다한 협잡물발생에 따른 매립으로 토양오염을 가중시키고 있는 실정이다.

상기한 본 발명은 기존에 음식물쓰레기처리시설을 비롯한 유기물처리시스템에서 호퍼에 대형이물질, 쇄붙이 유입에 따른 문제해결과 폐수에 다량 포함된 SS문제는 물론 다단식퇴비발효장치제공으로 건설부지면적을 획기적으로 절감하게 되었다.

또한 본 발명의 다단식퇴비발효장치는 완전밀폐로 악취에 대한 문제를 방지하고 양질의 퇴비생산으로 유기농산물생산에 기여할 것으로 판단된다.

특히 도시형 음식물쓰레기처리시설에 있어서 악취로 인한 민원발생과 도시내에서 시설용지해결에 도움이 되는 발명으로 도시의 음식물쓰레기 환경문제해결에 획기적 발명으로 평가된다.

도1은 본 발명에 대한 양호한 실시 예를 보인 도면.

도2는 본 발명의 요부에 대한 구성도면

도3은 본 발명의 또 다른 예를 보인 도면

도4는 본발명의 요부에 대한 구성도면

＜도면의 주요 부분에 대한 부호＞

A. 1차처리장치 B. 2차처리장치 C. 폐수처리장치

D. 다단식퇴비발효장치 E. 탈취장치

1.호퍼 2. 파쇄기 3. 투껑 4. 퇴적방지장치 5. 정량공급장치

6. 탈수장치 7. 이송장치 8. 비닐제거장치 9. 방수콤베어

10. 스크린 11. 침전물제거장치 12. 침전물이송장치

13. 협잡물이송장치 14. 컨테이너 15. 파쇄기 16. 분쇄기

17. 탈수장치 18. 가압부상분리장치 19. 저장조 20. 톱밥공급장치

21. 배출구 22. 이송장치 23. 건조장치 24. 분산장치 25. 제1발효실

26. 정량낙하장치 27. 제2발효실 28. 제3발효실 29. 퇴비반출실

30. 급기장치 31. 열풍장치 32. 배출장치 33. 선별장치 34. 포장기

41. 철로 42. 방지판 43. 침봉 44. 유압기

Claims (8)

1. 호퍼와 정량공급장치 파쇄장치, 협잡물제거장치, 침전물제거장치, 파·분쇄장치, 탈수장치, 건조장치, 탈취장치, 퇴비발효장치들로 구성된 통상의 음식물쓰레기 처리장치에 있어서. 탈수장치에서 발생한 폐수의 미세유기물(SS)을 분리하는 가압부상분리장치를 구비한 것이 특징인 유기물퇴비화시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 호퍼와 정량공급장치 파쇄장치, 협잡물제거장치, 침전물제거장치, 파·분쇄장치, 탈수장치, 건조장치, 탈취장치, 퇴비발효장치로 구성된 통상의 음식물쓰레기 처리장치에 있어서. 유기물 처리장치와 퇴비화장치에서 발생하는 악취를 포집하여 이송하는 탈취배관과; 상기 탈취배관 일측에는 악취를 이송하는 송풍기와; 상기 탈취배관을 하수처리장으로 배관한 것이 특징인 유기물 퇴비화시스템.
8. 호퍼와 정량공급장치 파쇄장치, 협잡물제거장치, 침전물제거장치, 파·분쇄장치, 탈수장치, 건조장치, 탈취장치, 퇴비발효장치들로 구성된 통상의 음식물쓰레기 처리장치에 있어서. 유기물을 저장하는 호퍼 상단에 유기물을 파쇄하고 이물질을 분리하는 분리장치와: 상기 호퍼 하단에는 유기물을 정량공급하는 정량공급장치로 구성된 것이 특징인 유기물 퇴비화시스템.