KR100792166B1 - 유기물을 함유한 폐기물 및 배설물 처리방법 - Google Patents

유기물을 함유한 폐기물 및 배설물 처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기물을 함유한 축산 배설물및 폐기물을 최적의 발효조건과 효율적 기계설비에 의한 호기성 속성발효처리를 할수 있도록 하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 적은 에너지및 보일러를 이용 빠른 시간 내에 발효조건을 맞추어 발효 및 건조하는 효율적인 수분 증발 공법및 흡수식 자연 발효공법을 제시하고 양질의 유기질 비료를 생산할수 있는 목적을 달성하기 위한 방법으로 유기물을 함유한 축산 배설물및 폐기물은 유기물저장조(1)에 투입 뒤 펌프(2)에 의해 수분증발 조정조(3)에 再 투입한 다음, 축산 배설물 및 폐기물의 수분(85-95%)을 15℃-80,90℃, 5-6hr의 보일러(4)의 히팅코일(5)을 통해 동시에 보일러 배기가스의 폐열(200℃~350℃)을 이용하여 축산 배설 및 폐기물의 수분을 폐열배관(6)에 의해 수분만 증발 되도록 재생펌프(7)를 통해 10-12hr로 재생시킨 후 펌프(7)를 통해 다수개의 흡수식 자연 발효조(9)에 이송, 투입한다,
이때 미생물과 발효 조절제인 팽연왕겨및 톱밥(10-20%)을 넣어 최적의 발효조건(C/N 20-30 ph 6-8)으로 1kg당 2-4/min의 산기장치(10)에 의한 산소공급과 내부온도 60℃로 3일동안 교반기(11)로 교반 유지하면서 1차 발효후 60℃ 유지하면서 자동 액비 분리기(12)로 액체비료는 토출, 액비 저장조(13)에 저장 후숙을 거친후 액비농도 조절조(14)에 농도 조절 후 자동 주입기(15)에 주입후 상품, 출하되고,
남은 고체비료는(40-50℃, 3일동안) 산화 분해및 교반하여 2차 발효시켜 유해균은 자연 사멸되어 유익한 발효균만 남도록 하고 자중 가압과 가압 및 경계유도 교반기(11)에 의해 스크류 콘베어(16,17)에 의하여 부숙조(18)토출 하여 일정기간(14-20일) 자동부숙기(19)에 의하여 부숙시킨후 고체비료 포장기(20)에 포장되어 출하되고, 이러한 공정내에서 발생되는 축산배설물 및 폐기물의 악취(NH3,H2S등) 는 특수 탈취탑(22)에 의해 완전히 제거함을 특징으로한 유기물 함유 폐기물 및 배설물 처리방법이다.
유기물저장조 수분증발저장조 재생펌핑(Reeycle Pumping) 와류형 교반기 발효조 하팅코일 산기장치 농도조절조 포장기 탈취탑 부숙조 부숙기

Description

유기물을 함유한 폐기물 및 배설물 처리방법{omitted}
도 1은 본발명의 공정 블록도
도 2는 본발명의 공정 개략도
도 3은 본발명의 수분 증발 조정조를 나타낸 구성도
도 4는 본발명의 흡수식 자연발효를 나타낸 구성도
도 5는 탈취기를 나타내는 구성도
도 6은 자동 부숙기를 나타낸 구성도
도 7은 탈취탑의 탈취재 이송라인 개략도
〈 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 〉
1 : 유기물 저장조 2 : 펌퍼 3 : 수분증발 조정조
4 : 보일러 5 : 히팅코일(Heating Coil) 6 : 폐열 가스배관
7 : 재생펌프(Recycling Pump) 8 : 공기 브레스터(Air Blaster)
9 : 흡수식 자연발효조 10 : 산기장치 11 : 경계유도 교반기
12 : 액비분리기 13 : 액비저장조 14 : 액비농도 조절조
15 : 액비자동 주입기 16. 17 : 스크류 콘베어
18 : 고체비료 부숙조 19 : 자동부숙기 20 : 고체비료 포장기
21 : 탈취팬 22 : 탈취탑 23 : 구동감속 모터
24 : 축(Shaft) 25 : 와류형 교반기 26 : 액비추출기 라인(官)
27 : 산기장치 28 : 히팅코일(Heating Coil) 29 : 맨홀
30 : 증발배관 라인 31 : 표시기(Indicator) 32 : 구동모터
33 : 탈취기 34 : 모터 35. 37 : 로타리 부러쉬 36 : 몸체
38. 38' : 스프로케트 휠 39 : 체인 40 : 주행레일
41 : 부라케트 42 : 고체비료 43 :순환 펌퍼 44 : 필터층
45 :스프레이 노즐 46 : 흡기 팬
본발명은 유기물을 함유한 배설물및 폐기물을 최적의 발효 조건과 효율적 기계설비에 의한 호기성 속성발효 처리를 할수 있도록 하는 방법및 장치에 관한 것으로서, 특히 적은 에너지 및 폐열을 이용 빠른 시간내에 발효 조건을 맞추어 효율적으로 발효 및 건조하여 양질의 유기물 비료를 생산 할수 있는 유기물을 함유한 폐기물 및 배설물 처리방법에 관한 것이다
종래에도 사람의 분료및 가축분등의 배설물 내지는 유기물을 함유한 폐기물을 효과적으로 처리하고, 처리후 부산물로서 유기질 비료와 청정의 액체비료가 생산 되게하는 장치및 처리방법이 제시되어 가동되고 있으나 과도한 악취의 발생과 반복되풀이 하는 작업과정에서 처음시작시의 가동 능율과 장기간 사용에 따른 능율이 기대치 이하로서 분뇨 및 가축의 배설물 내지 유기물을 함유한 폐기물을 효과적 으로 처리하지 못할뿐만 아니라 처리후 부산물로서 유기질 비료등을 생산치 못하고 폐기시켜 왔던 것이다
끊임없는 개발로 인하여 새로운 기술이 속속 개발됨에 따라 기존설비와 낙후성을 종래의 이러한 처리 방법및 설비가동에 따른 비효율성과 취약성 설비의 문제점이 발생되고 있어 이를 개량하고자 장기간동안 각종 여구와 실험을 한 결과
종래의 기술의 문제점으로는 건조, 발효, 숙성등 일련의 공정이 복잡하고 다양화 되어있어, 불필요한 에너지 사용으로 인한 효율성이 저하되고 처리시간이 많이 걸리고 설비의 유지보수에 따른 설비 가동률 저하, 소규모의 한정된 가축분료의 처리에 국한되어 가동, 대규모 처리용량에 부적합, 원재료의 함수율을 맞추기에 급급한 나머지 수분 활성화(수분증발을 용이)를 유도하지 않고 단순히 많은 수분 조절재 투입으로 조절하고 있으며 분뇨/폐기물의 고형물과 액체를 강제 분리하므로서 액체의 혼합된 미세한 부유물을 완전히 제거하기가 곤란하며 이를 해결하기 위한 추가적인 설비를 갖추어야 했고
또, 원재료의 고밀도, 고점도로 인해 산소공급이 원할치 못하여 부분 염기성발효가 일어나면서, 원재료 전체가 협기 발효되는 현상이 발생되어 결국 많은 악취가 발생하고 최종 부산물인 고체비료, 액체비료의 품질이 저하되는등의 문제점으로 종래의 처리방법및 장치는 효과적이지 못하는 문제점이 있었다,
또한 가축분뇨에 함유된 많은 수분(85-95%)의 증발이 어려워 액체비료 생산량(30TON 처리시 18-20TON 생산)이 과다하여 처리한계를 넘어 再 투입, 방출하는 환경오염방지에 역행하는 사례가 빈번 액체비료의 생산및 처리에 많은 문제점이 있었다,
본발명은 상기한 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 적은 에너지를 소비, 빠른 시간내에 실비용 고향질의 유기질 비료및 액체비료를 생산하기 위하여 착안한 결과 미생물 생성및 발효조건하에 수분이 과다하게 포함된 환경에서는 미생물 생성발효에 장애가 발생되며 우기물을 함유한 폐기물및 배설물을 최적의 발효조건과 효울적인 기계설비에 의한 호기성 속성발효 처리를 할수 있도록 하는 방법을 제시하고 설비를 구성할수 있도록한 유기물을 함유한 폐기물및 배설물 처리방법과 장치를 제공함에 그 목적을 두고 개발한 것으로서,
즉, 수분증발 조정조에서 가축분뇨에 함유된 많은 수분을 증발시킬수 있게 장시간(10-12hr) 원료를 재생시켜 순수한 수분만 증발시켜 비료의 원료인 유용한 미생물이 존재하는 유기질 비료만 생산할수 있게 하였고, 대부분 공법이 포인터로 하여 설비를 성공했으나,
직접적인 생산 설비로서는 성공하지 못하였기 때문에 대량 생산설비 가동으로 호기성 발효에 각종 실질 제원을 토출 하는데 성공 하였기 때문에 이를 실용화 할수 있는 유기물을 함유한 폐기물및 배설물을 처리방법과 장치를 제공함에 그 목적이 있다,
종래에는 배설물및 폐기물은 50-60℃에서는 많은 수분 함량을 발생 시킬수 없어 액체 비료가 많이 토출 되는 문제점을 해소하기 위해서 별도의 가열 시스템(System)을 설치 히팅코일을 통한 원료의 가열및 수증기 증발, 보일러 폐열 배관(Duct)에 의한 수증기 증발을 유도하여 배기 시키므로 많은 량의 순수 수분을 증발시킬수 있는 방법과 장치를 제공하였다, 또한 수증기가 증발할 때 부족한 산소공급 을 특수 산기장치및 와류형 교반장치를 이용해 미생물 활동에 최적의 발효조건을 갖출수 있는 방법과 장치를 제공하고, 또 다른 목적은 수분 조절제를 팽연왕겨나 톱밥을 이용하여 교반 부하를 최소화 하므로서 설비고장에 따른 횟수를 감소시키고 원 재료의 공급률을 최대로 높였다,
기존 공법들은 평판방식으로 원 재료를 회석, 건조하는데 중점을 두었으나, 원재료를 적절히 가압하고 산기장치를 통해서 산소공급을 원활히 하고 경계층을 형성 건조, 발효, 숙성의 한계를 명확히 구분하여 운전자의 숙성 온도를 파악할수 있게 하였고, 과 숙성된 재료가 토출 시 동굴현상으로 인한 인출 불량시 케이싱(Casing) 內部의 사멸(Dead) 현상을 방지하기 위한 에어건(Air Gun)을 설치, 원할한 토출을 도모하였고,
또, 다른 목적은 액체 흐름을 자연적으로 유도하여 액비를 추출하고 고형물은 추출과 동시에 완전한 부숙이 이루어져서 비료의 효과를 증대 시키도록 하는데 있다.
이하 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다
본발명은 도2 내지 도3의 도시와같이 유기물을 함유한 폐기물및 배설물을 유기물 저장조(1)에 투입한 후 펌프(2)에 의해 수분증발 조정조(3)에 투입하고, 보일러(4)에 의한 히팅코일(5)을 상온에서 80-90℃-6hr이 될 때 까지 가온과 동시 보일러(4)의 폐열가스(200-350℃)를 대기로 방출하던 것을 수분증발 조정조(3)에 유턴(U-turn)시켜 내부 온도상승을 도모하고 유턴하는 폐열가스를 가스배관(6) 상부에 가온된 원료를 재생펌프(7)(80℃유지, 10-12hr)를 작동 시키면서 유해한 병원성 균을 자연 사멸되게 하고 유용한 미생물만 rpm5-10의 와류형 교반기(25)를 회전시켜 가온된 원료를 교반과 동시에 수분 증발을 시킨다,
비료가 되는 단계에서 발효조건을 최적화 시키기 위하여 경계유도 교반기(11)를 3-5rpm으로 교반하고 산기장치(10)에 의해 미생물 발효를 촉진 시킨다,
이후 수분 증발 조정조(3)에서 펌프(2)에 의해 다수개의 흡수식 자연발효조(9)에 분배 이송한 유기물과 1차 발효된 유기물을 55-60℃를 유지하여 수분 조절제인 팽연왕겨및 톱밥을 유기물과 고온성 발효 종균제를 동시에 투입한다
또한 발효온도가 40℃이하로 저하됨을 방지하기 위하여 보일러(4)에서 히팅코일(28)을 통하여 가온 시키며, 미생물이 활성화 할 수 있는 조건인 최적의 발효조건(C/N20-30, pH6-8)을 유지 하면서 1차 발효된 유기물을 55-60℃ 유지하여 고온성 종균 발효제에게 적합한 최적의 온도를 유지하고, 산기장치(10)에 의해 적절한 산소를 공급하여(배설물1kg당 2-4ℓ/min, 72hr) 경과후 자체 발열에 의해 65℃이상 고온을 유지하다가 차츰 온도가 떨어지면서 안정화 되게 된다,
이때에 보통의 병원균들은 55-65℃의 온도에서 2-3일간이면 모두 사멸하게 되므로 유기물 분해에 적합한 유익한 고온성 발효 종균만 유기물의 분해를 위해 생존하고 나머지 유해균은 자연 사멸되는 현상이다,
또 적당한 온도의 유지는 병원성 미생물을 대부분 사멸시킴으로 최종적으로 생성되는 부산물 비료는 악취및 병원균이 없는 안정한 비료가 된다 이후 흡수식 자연 발효조(9)에서 자중가압과 가압및 경계유도 교반기(11)에 의해 자연적으로 여과(Filtering)된 액체는 액비 정장조(13)에 의해 추출되어 액비농도 조절조(14)로 이 송되며 자동 액비주입기(15)에 의하여 액체비료가 상품화가 되어 출하된다,
상기 흡수식 자연발효조(9)에서 형성된 고형물은 액비 제거후 자체 발효열60-70℃로 인하여 72hr 자연발효가 진행되고,
스크류 콘베어(16)(17)에 의하여 고체비료 부숙조(18) 토출된 후 14-20일간 자동부숙기(19)로 부숙시킨후 고체비료 포장기(20)로 포대 포장후 상품으로 출하 되도록 구성하였다,
여기에서 종래에는 코코피트(Cocopeat)를 발효 조절제로 사용 하였으나 열대지방에서는 폐기물로 전량 수입에 의존해야 하는 폐단을 없애고 특히, 코코피트나 피트머스가 붙은체 수입되는 식물들에서 병해충 이 자주 발견되어 수입이 어려워 지고있는 실정으로 팽연왕겨와 톱밥으로 이용 대체 하였다,
팽연왕겨와 톱밥의 우월한 효과는 다음과 같다
첫째 : 수분조절은 발효에 있어 매우 중요한 요인중 하나이다
팽연왕겨의 수분흡수율은 580%로 수분을 즉시 흡수하므로 발효가 급속히 진행되고 가스발생이 거의 없다는 특징을 가지고 있으며, 팽연왕겨의 성상은 흡수력및 보수력이 뛰어난 형태로 건물(建物) 기준으로 중량의 6-7배의 능력을 갖는다,
둘째 : 토양 물리성 개선과 밀접한 관계가 있는 토양 입단율과 공극률은 팽화왕겨는 14.1%와 55%, 마쇄왕겨는 13.8%와 54.9%로 나타났다,
그러나 수분 보유력은 팽화왕겨가 가장 높아 19%의 관개수 절감효과가 있는 것으로 조사됐다(관개수 절감효과 마쇄왕겨 7%, 볏짚 6%).
셋째 : 친환경적이다, 팽연왕겨는 200-250℃로 고온, 고압 가공하므로서 잡초씨앗, 기생충및 각종 균을 사멸시키는 것은 물론 천연 규사질 성분이 80%이상, 유기물 함량이 77%이상인 친환경 농자재이다, 또한 각종 성분이 골고루 함유되어 있기 때문에 작물을 재배하는데 손상이 없을뿐더러 폐상후 유기질 비료로 재활용이 가능해 토양개량 효과가 높다,
넷째 : 팽연왕겨의 입자는 0.13mm기준 수분 흡수율이 580%로 톱밥은 285.8%에 불과했다, 가축분뇨는 수분함량이 높기 때문에 입자간의 공극이 적어져 큰 팽연왕겨를 사용하는 것이 큰 효과를 볼수 있다,
삭제
다섯째 : 토양개량에 적합한 pH를 가지고 있다,
평균적으로 식물은 약산성인 pH 5.5-6.5 범위에서 잘 적응하며, 그이유는 필수 양분의 유효도가 이범위에서 데체로 높기 때문이다, 팽연왕겨는 pH가 6.7 정도이기 때문에 산성토양 개량에 적합하고, 수분흡수율, 가비중 등은 톱밥과 유사하고, C/N 비율은 톱밥보다 낮은 경향으로서 가축분 퇴비화에 적합하 재료로 판단되, 팽연왕겨 퇴비가 톱밥퇴비보다 품질면에서 우수하다고 할수 있다,
표1 수분조절재 비교
Figure 112007501642784-pat00010
위와같이 된 본발명의 제조과정은 먼저, 집하된 유기물 저장조(1)에서 유기물을 함유한 폐기물및 배설물을 펌프(2)의 펌핑(Pumping) 동작으로 투입구를 통하여 수분증발 조정조(3)에 자동 투입되어 진다,
초기부터 수분증발 조정조(3)내의 함수율 저하와 악취를 제거하기 위하여 수분증발 조정조(3) 상단에 탈취팬(21)및 액비 저장조(13) 흡수식 자연 발효조(9)로 이송및 투입되어지며, 이때 팽연왕겨 및 톱밥(10-20%), 미생물 발효촉진제를 동시에 투입, 발효의 최적조건(C/N비, pH)인 상태로 구동 감속 모터(23)에 동력이 전달되면 원재료 및 팽연왕겨 및 미생물 발효촉진제 전체를 3-5rpm으로 상, 하, 좌, 우의 전 방향으로 균일하게 교반함과 동시에 산기장치(10)를 통하여 유기물과 발효 촉진제에 1kg당 2-4 ℓ/min의 산소를 공급하여 최적의 발효조건을 유도한다,
또한 구동 감속모터(23)을 통하여 특수하게 제작된 가압및 경계유도 교반기 축(Shaft)(24)에 의해 약 0.3kg/ ㎠ 으로 원재료를 가압하면서 3-5rpm으로 타이머에 의하여 3hr 가동 30min 정지방식의 간헐적으로 작동시킨다
특히, 가축 배설물에는 유해한 균보다는 유익한 균이 많다는 확실한 검증 아래, 멸균목적 보다는 수분 활성화 위주로 저온처리(45-65℃)하며, 원재료가 팽연왕겨에 흡수되어 자연발효 되어지며,
이때 발효종균을 투입하고, 보일러(4)에 의한 히팅코일(28)을 가열 40℃이하로 온도저하를 막으면서 질소, 인산, 칼리, 마그네슘, 인, 붕소등을 투입하여 각종식물에 적합한 성분함량을 배합할수 있다,
이때 하부에서는 발효와 숙성이 일어나고 상부에서는 2차 건조를 위한 진공상태가 되어 원재료 자체가 여과역할을 하게되며 액체는 액비추출라인(26)에 의하여 액비 저장조(13)로 이송되어 지고,
상기 액비 저장조(13)로 이송되어진 액체비료를 완숙 후 액비농도 조절조(14)로 이송되며 일정한 비율로 농축시킨 다음 용기에 포장하여 액체비료를 상품 출하한다,
한편 7일 동안 종숙 되어진 고형물은 스크류 콘베어(16.17)에 의해 추출되는게 비료성분을 오랜 시간동안 포집할수 있도록 함수율 20-30%, 0.5의 입자로 배출되어 고체비료, 부숙조(18)에 최초 3일 보관후 자동 부숙기(19)로 뒤집기 방식에 의하여(14-20일)동안 함수율 15% 정도로 완숙 및 건조시킨 후 고체비료 포장기(20)로 포장 후 상품화 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본발명은 유기물을 함유한 배설물및 폐기물을 최적의 발효조건과 효율적인 기계설비에 의한 호기성 속성발효 처리를 할 수 있도록 하는 방법및 실비를 제공 하므로 서 적은 에너지, 폐열을 이용, 빠른 시간 내에 발효 조건을 맞추어 발효 및 건조 할 수 있다,
따라서 이와 같은 방법과 장치에 의하여 심각한 축산 폐기물을 보다 효과 적(무 방류, 무 취, 무 혐오)으로 처리하면서 양질의 유기질 고체비료 및 액체비료를 생산 할 수 있고, 수질 오염 및 대기오염을 방지하는데 기여하는 효과가 크다.

Claims (4)

  1. 유기물 저장조(1)에 투입된 유기물을 함유한 축산 배설물및 폐기물을 펌프(2)에 의해 수분증발 조정조(3)에 투입되며
    수분증발 조정조(3)에 가온하기 위한 보일러(4)와 히팅코일(5) 및 200-350℃의 폐열가스배기관(6)에 수증기 발생을 촉진하기 위하여 10-12hr의 재생펌프(7)로 공급하고, 유기물 분포를 균일하게 하기위한 5-10rpm의 와류형 교반기(25)와 미생물의 활성을 위한 배설물 및 페기물1kg당 공기량 2-4ℓ /min으로 하는 산기장치(27)로, 상기배설물 및 폐기물을 투입 되게 하여 수분감량과 최적의 발효조건인 C/N(20-30), pH(6-8)의 조건이 되도록 체크하는 표시라인의 장치를 거쳐 수분증발 조정조(3)에서 펌프(2)를 이용, 다수의 흡수식 자연발효조(9)에 투입 공급토록 한것을 특징으로 유기물을 함유한 배설물및 폐기물 처리방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    유기물을 함유한 폐기물및 배설물이 투입되는 흡수식 자연발효조(9)에서 보일러(4)의 히팅코일(5)로 40℃이하로 온도 저하를 방지하며 상기 흡수식 자연발효조 내부에서 산기장치(10)(축산 배설물1kg당 공기량2-4ℓ /min)를 통하여 발효종균을 투입하여 유기물 발효 조절제(팽연왕겨)에 의한 1차 발효단계와,
    상기 흡수식 자연발효조로부터 산소공급을 이용하여 산화분해및 2차발효시켜 유해균이 자연 사멸되고 유익한 발효균만 남도록 하고,
    상기 흡수식 자연발효조 에서 경계유도 교반기(11)에 의하며 자연적으로 교반되어 여과되게한 액체는 액비 저장조(13)에 추출되어 이송되고 액비 농도 조절조(14)에서 농도 조절후 액비 자동주입기(15)에서 상품으로 출하되는 단계와,
    상기 흡수식 자연 발효조에서 고형비료가 토출이 불가능 할 때 스크류 콘베어(16)(17)에 의해 고체비료 부숙조(18)에 균일하게 이송될수 있도록 공기브레스터(8)의 작동으로 원활하게 토출하여 단시간 부숙을 위한 자동 부숙 되게하여 균일한 제품이 포장될수 있도록 자동 고체비료 포장기(20)로 인하여 제품으로 출하되는 단계를 갖는것을 특징으로 한 유기물을 함유한 배설물, 폐기물 처리방법.
  3. 상기 청구항1에 있어서,
    상기공정의 유기물 저장조(1), 수분증발 조정조(3), 다수개의 흡수식 자연 발효조(9) 등에서 발생하는 배설물 및 폐기물의 악취와 유해가스를 탈취탑(22)을 통하여 완전 되는 것을 특징으로 하는 유기물 함유한 폐기물및 배설물 처리방법.
  4. 청구항 2에 있어서, 스크류 콘베어에 의해 이송공급된 원료가 고체비료 부숙조(18)에서 단시간 부숙및 방선균 발생을 돕기위하여 고체비료의 뒤집기 작업을하는 자동 부숙기(19)에서 고체비료를 포장할수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 유기물및 배설물 처리방법.
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