KR100495039B1 - 음식물쓰레기 처리방법 및 장치 - Google Patents
음식물쓰레기 처리방법 및 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 일반가정, 음식점, 집단배식소 및 호텔등에서 배출되는 음식물쓰레기를 효율적으로 감량화하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 미생물을 배양하여 음식물을 감량화하는 처리장치의 본체 내에, 미생물의 증식을 증진시키기 위하여 멤브레인을 이용하여 산소를 발생시키는 멤브레인식 산소발생장치나, 제올라이트 등의 흡착제를 이용하여 산소농도를 증가시키는 흡착식 산소발생장치를 이용하여 산소부화(O2 enrichment)된 공기를 유입시켜 음식물쓰레기 처리공간내의 산소농도를 대기중의 산소농도 21%이상으로 증가시켜 혐기성 분위기의 발생을 억제하며, 미생물의 활동에 의한 음식물의 분해활동을 향상시키고 감량화과정에서 발생하는 악취를 저감시키는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기의 효율적인 처리방법 및 장치이다.
Description
본 발명은 일반가정, 음식점, 집단배식소 및 호텔등에서 배출되는 음식물쓰레기를 효율적으로 감량화하는 방법에 관한 방법 및 장치에 관한 것으로, 미생물을 배양하여 음식물을 감량화하는 처리장치의 본체 내에, 미생물의 증식을 증진시키기 위하여 고분자멤브레인 및 세라믹멤브레인 등 멤브레인을 이용하여 산소를 발생시키거나 제올라이트 등의 흡착제를 이용하여 산소농도를 증가시키는 흡착식 산소발생장치를 이용하여 산소부화(O₂enrichment)된공기를 유입시켜 음식물쓰레기 처리공간내의 산소농도를 대기중의 산소농도 21%이상으로 증가시켜 혐기성 분위기의 발생을 억제하며, 미생물의 활동에 의한 음식물의 분해활동을 향상시키고 감량화과정에서 발생하는 악취를 저감시키는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기의 효율적인 처리방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 가정, 음식점 및 호텔등에서 배출되는 음식물쓰레기는 각각 수거되어 가축사료로 이용되거나 탈수시킨 후 쓰레기로 처리되고 있다. 최근 가정용 음식물쓰레기 처리기, 호텔 및 음식점등에서 사용하는 업소형 중대형 음식물쓰레기 처리기, 그리고 지자체 단위의 대형 음식물 처리 플랜트등이 설치되어 음식물쓰레기를 건조, 발효, 퇴비화등의 방법으로 가공처리하여 재활용 또는 폐기하고 있다. 하지만 이러한 처리과정에서 발효 효율의 저하 그리고 악취발생 등으로 인한 많은 문제점이 발생하고 있으며, 이로 인해 음식물쓰레기의 효율적인 재활용은 매우 제한적이다.
현재 개발된 기술중 소각 및 고속건조방식 그리고 혐기성처리방식을 제외하고는 대부분이 호기성미생물을 이용하여 미생물의 대사활동에 의해 유기성 음식물쓰레기를 분해처리하는 방식이 많이 이용되고, 이의 대표적인 처리방법은 발효사료화 및 발효퇴비화 방식이다. 이들 방식은 미생물의 생장조건을 보다 적정하게 유지하기 위해 공기를 하부에 투입시켜주거나 교반기등을 이용해 공기와의 접촉을 증진시켜 호기성 미생물의 활동을 증진시키고 있다.
공개특허공보 제1998-02971호의 경우는 공기교반 음식물쓰레기 처리장치에 관한 것으로 주로 가정에서 발생하는 음식물쓰레기를 별도의 교반장치없이 공기압력에 의해 교반시키고 그 공기와의 접촉으로 호기성 미생물의 활동과 증식을 증대시켜 효율적으로 발효 및 분해 시킬수 있는 공기교반 음식물쓰레기 처리장치를 개발하였다.
또 공개특허공보 제 2001-0087040호는 공기와의 접촉을 증진하기 위해 교반장치와 미생물의 활동을 증진시키기 위한 진동발생부를 이용하여 음식물쓰레기를 단시간에 많은 양을 감량화하고자 하였다.
지금까지 개발된 종래의 기술의 예로, 이러한 호기성 미생물들의 생장조건중 산소를 공급해 주는 방법으로 대기중의 21%의 산소를 효율적으로 공급해 주는 방법에 중점을 두어 공기강제투입 또는 교반방식을 사용하였다. 이러한 경우 산소농도는 21%로 고정되어 있어 공기의 투입량을 증가시켜야 하며, 그렇지 못할 경우, 산소의 공급이 원활하지 못하게 되고 국부적인 혐기성 영역이 형성되어 악취 발생이 증가되거나 유기물의 감량화 속도가 저하되는 부작용을 갖게 되었다.
이러한 종래기술들의 문제점을 보완하기 위해서 본 발명에서는 고분자 및 세라믹 멤브레인을 이용한 멤브레인 산소발생장치 또는 흡착식 산소발생장치 등의 산소부화장치(이하, 산소발생장치를 동일의미로 사용)를 이용하여 산소농도를 대기중의 산소농도 21%보다 높은 상태로 공급함으로써 발효조 내의 혐기성 영역을 감소시키고 악취발생을 억제하고 최적의 미생물 생장조건을 제공함으로써 유기물질의 감량화를 촉진시키고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 도1은 본 발명에 따른 음식물쓰레기 처리장치의 개략도이다. 도 1에서 보는 바와 같이 대기중에 있는 공기는 공기이송수단(3)에 의해 산소발생장치기(1)로 유입된다. 이때 사용되는 산소발생장치는 멤브레인을 이용한 산소발생장치, 흡착특성을 이용한 흡착식 산소발생장치, 전기분해식 산소발생장치 또는 이들의 조합으로 이루어진 산소발생장치이다. 산소발생장치(1)에서 21%이상으로 산소부화(O₂enrichment)된 공기를 발효조(2)내에 공급하여 발효조(2)내의 유기물 음식물쓰레기를 미생물을 이용하여 분해처리 한다. 이때 사용되는 멤브레인 산소발생장치는 고분자멤브레인, 세라믹멤브레인, 또는 이들의 복합물로 이루어진 복합멤브레인 등을 이용하여 제조한 멤브레인 산소발생장치이며, 흡착특성을 이용한 흡착식 산소발생장치는 제올라이트, 선택성을 갖는 흡착제 등을 이용한 PSA(pressure swing adsoption)법, TSA(temperature swing adsorption)법, PTSA(pressure and temperature swing adsorption)법에 의한 산소발생장치이다. 산소부화된 가스의 투입은 발효조내의 상부, 측면부, 하부 그리고 교반기의 날개 등 어느 부분을 이용하여도 된다. 또한 산소발생장치의 설치위치는 발효조의 외부, 내부 및 상부등 어떤 위치를 제한을 받지 않는다.
멤브레인을 이용한 산소발생장치는 가스의 선택적인 침투특성을 이용한 것으로 일반적으로 미세한 고분자 멤브레인을 모듈화하여 사용한다. 멤브레인의 산소부화능력은 일반적으로 35%이상이며 이를 병렬 및 직렬 형태로 조합함으로써 다양한 용량 및 농도의 산소부화 공기를 얻을 수 있다.
흡착식 산소발생장치는 제올라이트 4A와 5A와 같은 제올라이트와 질소와 산소를 선택적으로 흡착하는 흡착제를 이용하여 흡착과 탈착을 번갈아 함으로써 높은 순도의 산소농도를 얻을 수 있다. 일반적으로 제올라이트의 경우, 질소가 제올라이트에 흡착되고 산소를 통과하게 되는데 흡착된 질소를 탈착하는 방법에 따라 PSA(pressure swing adsoption)법, TSA(temperature swing adsorption)법, PTSA(pressure and temperature swing adsorption)법 등으로 분류할 수 있다. 하지만 소량의 가스량을 필요로 할 때는 압력을 이용한 PSA법이 가장 바람직하다. 흡착식 산소발생장치의 경우, 매우 높은 산소농도를 가지는 산소부화가스를 만들 수 있는 장점이 있다.
다음 본 발명의 실시예로 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위한 것이며 본 발명의 범주를 한정지어려 하는 것은 아니다.
도 2는 본 발명에 따른 하나의 실시예로, 고분자멤브레인형 산소발생장치를 이용한 음식물쓰레기 처리기의 단면도이다. 투입된 음식물쓰레기는 발효조(7)에서 미생물에 의해 분해되며, 산소와의 접촉을 원활하게 하기 위해 교반날개(8)에 의해 일정주기로 교반되어 진다. 이 때 공급되어지는 공기는 블로워(10)에의해 가압되어 멤브레인 산소발생장치(9)에서 산소와 질소의 투과속도에 의해 분리되어 진다. 고분자 멤브레인 막을 통과한 산소 농도가 증가된 공기는 공기이송수단(11)에 의해 발효조(7)내로 유입되어 발효조(7)의 산소농도를 21%이상으로 높이게 된다. 상승된 산소농도는 발효조내에 충전된 음식물쓰레기내부를 보다 호기성조건을 만들어 미생물의 증식과 활동을 증진시키고 부분적인 혐기화를 방지해 악취발생량을 저감할 수 있다. 본 발명의 실시예에 사용된 고분자 멤브레인은 대기중의 21%의 산소농도를 35% 이상으로 산소부화시킬 수 있었다. 이러한 고분자 멤브레인 모듈을 직렬 또는 병렬로 연결함으로써 필요한 산소부화공기량과 산소농도를 조절가능하다.
도 3은 본 발명에 따른 또 다른 음식물쓰레기 처리기의 개략도이다. 산소발생장치(14)에 의해 산소부화된 공기는 발효조(15)로 유입된다. 발효조(15)에서 미생물의 대사활동에 관여하고 남은 잉여의 공기가 발효과정에서 발생되는 악취 및 분해산물과 함께 공기이송수단(16)에 의해 배출되는데 이때 악취발생량을 최소로하고 높은 산소농도의 공기를 재활용하기 위해 공기조절댐퍼(17)를 이용하여 배출공기의 일부를 발효조(15)로 재순환시킨다. 재순환비에 따라 수분응축장치(18)을 통해 수분을 응축하여 배출함으로써 음식물쓰레기의 감량화를 증진시킨다. 공기이송수단(120에서 밖으로 배출되는 공기량이 너무 적을 경우, 발효조(15)에서 증발된 수분이 계속해서 내부에서만 순환되어 음식물쓰레기의 수분감량이 저하되는 현상이 발생한다. 이 경우 재순환되는 공기의 량을 적절히 조정하거나 수분응축수단(18)을 설치하는 것이 바람직하다.
상술한 것처럼 본 발명은 음식물쓰레기를 처리하는 장치에 있어 산소농도를 높이는 산소부화장치 또는 산소발생장치를 이용하여 음식물쓰레기의 발효과정에서 미생물의 증식과 대사활동을 증진시키고, 음식물내부까지 산소의 접촉을 원활하게 하여 협기성영역을 감소시킴으로써 음식물의 발효를 촉진하여 감량화속도를 증가시키고 악취발생량을 감소시키는 효과가 있다.
본 발명은 가정용음식물쓰레기 처리기, 업소형 중대형 음식물쓰레기 처리기 및 지자체단위의 대형 음식물쓰레기 처리플랜트 등 호기성 조건하에서 음식물쓰레기를 처리하는데 매우 효과적이다.
도 1 은 본 발명에 따른 음식물쓰레기 처리장치의 개략도
도 2 는 본 발명에 따른 하나의 실시예
도 3 은 본 발명에 따른 또 다른 음식물쓰레기 처리장치의 개략도
* 도면 주요부분의 부호 설명
1, 9, 13 : 산소발생장치 2, 7, 15 : 발효조
3, 4, 5, 11, 13, 14, 19, 20 : 공기이송수단 6 : 음식물쓰레기 처리장치
8 : 교반날개 10 : 블로워 12 : 탈취수단 17 : 공기조절댐퍼
18 : 수분응축수단
Claims (8)
- 공기를 공급하는 공기 이송 수단;제올라이트를 흡착제로 포함하며, PSA(pressure swing adsorption), TSA(temperature swing adsorption) 및 PTSA(pressure and temperature swing adsorption) 중 어느 하나의 방법에 의해, 상기 공기 이송 수단으로부터 공급된 공기로부터 상기 제올라이트에 질소를 번갈아 흡탈착함으로써 산소를 부화시키는 흡착식 산소 발생 장치;교반 장치와 호기성 미생물을 포함하고, 상기 산소 부화된 공기로 상기 미생물의 대사활동에 의해 음식물 쓰레기를 발효하는 발효조; 및상기 발효조에 투입되는 음식물 쓰레기의 수분을 응축하여 배출하는 수분 응축 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 처리 장치.
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