KR100863335B1 - 음식물쓰레기 건조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음식물쓰레기를 건조시키기 위한 건조장치 및 건조방법에 관한 것으로서, 미생물의 대사에너지와 건조공기의 수분흡수력 및 송풍력을 이용하여 음식물쓰레기를 건조시킬 수 있게 구성한 음식물쓰레기 건조장치 및 건조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 음식물쓰레기 건조장치는 음식물쓰레기와 수분흡수제를 혼합하는 혼합기와, 상기 혼합기에서 혼합되어 이송된 혼합물을 발효하는 배양탱크와, 상기 배양탱크에서 발효되어 이송된 혼합물을 건조하는 건조기를 포함하며, 음식물쓰레기 건조장치의 건조방법에 따르면, 음식물쓰레기와 수분흡수제를 혼합하는 단계와, 상기 음식물쓰레기와 수분흡수제가 혼합된 혼합물을 발효하는 단계와, 발효된 혼합물을 건조하는 단계와, 건조 중 발생된 악취를 제거하는 단계를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

음식물쓰레기 건조, 수분흡수제, 배양탱크, 미생물, 건조공기, 악취제거

Description

음식물쓰레기 건조장치{Dry Systems for Food Waste}

본 발명은 음식물쓰레기 건조장치 및 건조방법에 관한 것으로서, 특히 미생물의 대사에너지와 건조공기의 수분흡수력 및 송풍력을 이용하여 음식물쓰레기를 건조시킬 수 있게 구성한 것이다.

종래의 음식물쓰레기 처리는 음식물쓰레기를 파쇄한 후, 여기에서 고액을 분리하고, 남은 고형물을 퇴비로 활용하며 탈리액은 해양투기를 하였으나, 해양투기 쿼터량이 해마다 줄어 2012년부터는 런던협약에 의해 국제적으로 해양투기가 전면 금지되고, 따라서 국내법도 해양오염방지법으로 해양투기를 금지하게 되었다.

이에 따라 정부정책도 음식물쓰레기를 육상에서 처리하는 것으로 바뀌었으며, 그 대안으로 건조방법이 개발되고 있다.

이제까지 개발된 건조방법 및 시스템은 밀폐용기에 흡습제 및 건조제를 넣는 화학적 건조방법과, 히터나 열풍으로 수분을 증발시키는 물리적 건조방법이 있다.

하지만, 화학적 건조방법은 화학약품으로 인해 건조부산물의 처리가 또 다른 폐기물로 남아 폐기물 처리가 어렵고, 약품비용과 폐기물처리 비용이 고가라는 점 에 문제점이 있다.

또한 음식물쓰레기를 히터 및 열풍으로 건조하는 물리적 건조방법은 수분의 비등점(100℃) 이상으로 열을 가해 증발시켜야 하기 때문에, 많은 에너지가 소요되며, 가열 중 악취가 매우 심하고, 악취가 혼입된 수증기가 배출됨으로써, 대기환경오염의 2차적인 환경문제가 발생하여 어려움이 있다.

본 발명은 앞에서 설명한 바와 같은 종래의 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 미생물의 대사에너지와 건조공기의 수분흡수력 및 송풍력을 이용하여 에너지 효율이 우수하며 악취 등의 오염원을 제거할 수 있게 구성한 음식물쓰레기 건조장치 및 건조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 음식물쓰레기 건조장치는 음식물쓰레기와 수분흡수제를 혼합하는 혼합기와, 상기 혼합기에서 혼합되어 이송된 혼합물을 발효하는 배양탱크와, 상기 배양탱크에서 발효되어 이송된 혼합물을 건조하는 건조기를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 수분흡수제는 밀기울, 콘코프, 비트펄프, 코코피트, 건조된 음식물쓰레기 중 어느 하나 또는 이들을 혼합한 것이다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 혼합기 내의 혼합물의 수분함량이 70±5부피%가 될 때까지 상기 수분흡수제와 음식물쓰레기를 혼합한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 배양탱크에는 공기공급기가 설치되어 호기성 미생물의 활성을 촉진할 수 있게 공기를 공급한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 배양탱크에서는 혼합물이 30~40℃가 될 때까지 발효한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 건조기는 그 내부에, 다수 개의 컨베이어가 상하로 위치하며, 길이방향으로 거리 차를 두고 장착되어 상기 건조기에 투입된 혼합물이 윗 컨베이어에서 떨어져 아래 컨베이어를 타고 이동한 후 그 아래 컨베이어로 떨어지는 순서로 이동한 후 상기 건조기 외부로 배출된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 컨베이어의 벨트에는 전체적으로 균일하게 구멍이 형성되어 건조바람이 통과되도록 구성된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 구멍의 직경은 0.01 내지 0.1mm이다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 건조기에는 건조공기공급기가 장착되어 상기 건조기 내부로 건조공기를 공급한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 건조공기공급기는, 공기를 송풍하는 송풍기와, 송풍된 공기에서 수분을 제거하는 제습기와, 상기 제습기를 거친 공기가 상기 건조기 내의 컨베이어의 아래에서 상부로 분출되도록 상기 건조기 내의 컨베이어 아래로 연장된 분기관을 포함한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 건조기에는 상기 건조기에 서 발생한 악취를 제거하는 악취제거기가 장착된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 악취제거기는 그 내부에 악취제거용 광촉매필터가 장착되고, 상기 악취제거용 광촉매필터의 측부에는 상기 악취제거용 광촉매필터를 비춰주는 자외선램프를 포함한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 악취제거기는 그 내부에 광촉매필터 대신 자외선램프가 제외된 악취제거용 금속촉매필터가 장착된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 악취제거기는 공기를 송풍하는 송풍기와, 상기 송풍기에서 송풍된 공기를 냉각시키는 냉각기를 포함하며, 상기 냉각기에서 공기의 수분을 응축시켜 수분을 분리시키고, 냉각된 건조공기를 상기 악취제거기로 공급하여 악취를 제거한 후 상기 건조기로 다시 보내 건조시킨다.

또한, 본 발명에 따른 음식물쓰레기의 건조방법은 음식물쓰레기와 수분흡수제를 혼합하는 단계와, 상기 음식물쓰레기와 수분흡수제가 혼합된 혼합물을 발효하는 단계와, 발효된 혼합물을 건조하는 단계를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 혼합하는 단계에서는, 상기 혼합물의 수분함량이 70±5부피%가 될 때까지 상기 수분흡수제와 음식물쓰레기를 혼합한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 발효하는 단계에서는, 상기 혼합물이 30~40℃가 될 때까지 발효한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 혼합하는 단계 이전에, 음 식물쓰레기를 분쇄하고, 이물질을 제거하는 단계를 더 포함한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 발효된 혼합물을 건조하는 단계에서는, 건조공기를 이용하여 혼합물을 건조시키고, 상기 건조공기는 악취제거단계를 거쳐 배기된다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 음식물쓰레기 건조장치 및 건조방법은 미생물의 대사에너지와 공기의 물리적 화학적 유동적 특성을 고려하여, 대체에너지를 활용하는 음식물쓰레기 건조기술로서, 종래와 같이 열에너지를 이용하여 건조하는 것에 비해 70% 정도의 에너지를 절감할 수 있는 획기적인 대체에너지기술이며, 음식물쓰레기를 저온으로 건조함으로써 음식물쓰레기에 함유된 유기물의 영양이 파괴되지 않아 사료로서의 품질이 매우 우수하여 음식물쓰레기를 사료로 재활용할 수 있다.

이와 같은 효과로 인해, 국제적으로 에너지비용이 높아지고, 국제 곡물가격이 올라가는 현실을 고려할 때, 본 발명은 새로운 대체에너지 건조기술로서 국내외 건조시장과 고농도오폐수의 육상처리시설에 획기적으로 기여할 수 있으며, 부산물은 대체 조사료로서 축산농가의 경쟁력을 증진시킬 수 있다.

아래에서는 본 발명에 따른 음식물쓰레기 건조장치 및 건조방법의 양호한 실 시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도면에서, 도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 음식물쓰레기 건조장치의 개념도이고, 도 2는 도 1에 도시된 음식물쓰레기 건조장치의 건조기를 나타낸 상세도이며, 도 3은 도 1에 도시된 음식물쓰레기 건조장치를 이용한 건조방법을 나타낸 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 음식물쓰레기건조장치(100)는 크게 음식물쓰레기(1)와 수분흡수제(3)를 혼합하여 배출하는 혼합기(120)와, 음식물쓰레기(1)와 수분흡수제(3)가 혼합되어 상기 혼합기(120)에서 배출된 혼합물(5)을 받아 발효시키는 배양탱크(130)와, 상기 배양탱크(130)에서 배출된 혼합물(5)을 다수 회 이송시키면서 혼합 건조하는 건조기(150)를 포함하며, 상기 배양탱크(130)에는 공기공급기(131)가 설치되어 미생물의 활성을 촉진할 수 있게 신선한 공기를 배양탱크(130)에 공급하며, 상기 건조기(150)에는 건조공기를 공급하는 건조공기공급기(151)가 장착된다.

아래에서는 이와 같이 구성된 음식물쓰레기 건조장치 및 건조방법에 대해 구체적으로 설명한다.

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 음식물쓰레기(1)와 수분흡수제(3)가 혼합기(120)에서 혼합되기 이전에, 전처리 공정이 필요하다.

전처리 공정은 음식물쓰레기(1)를 파쇄한 후에 이물질을 제거하는 공정으로, 도 1에 보이듯이, 반입된 음식물쓰레기(1)가 호퍼(111)에 저장되고, 호퍼(111)에서 배출된 음식물쓰레기(1)는 컨베이어를 타고 파쇄기(113)로 유입된다. 파쇄기(113) 에서는 유입된 음식물쓰레기(1)를 파쇄하고 파쇄된 음식물쓰레기에서 이물질을 제거한다. 음식물쓰레기를 파쇄하고 음식물쓰레기에서 이물질을 제거하는 장치 및 공정은 이미 상용화된 것으로 구체적인 설명은 생략한다.

이와 같이 파쇄되고, 이물질이 제거된 음식물쓰레기(1)는 제1 컨베이어(141)를 타고 혼합기(120)로 유입된다. 한편 제2 컨베이어(142)가 혼합기(120)로 연장되는데, 상기 제2 컨베이어(142)를 통해서는 수분흡수제(3)가 공급된다. 수분흡수제(3) 또한 호퍼(112)에 저장되었다가 호퍼(112)의 하부로 배출되면서 호퍼(112) 아래를 지나가는 제2 컨베이어(142)에 실려 혼합기(120)로 유입된다.

혼합기(120)는 그 내부 하단에 스크루(121)가 회전 가능하게 장착되고, 혼합기(120) 바깥으로 연장된 스크루(121)의 일단부에는 모터(123)가 장착되어 스크루(121)를 회전시키며, 스크루(121)의 타단부는 혼합기(120)를 관통해 위치한다. 따라서 제1 컨베이어(141)를 타고 유입된 음식물쓰레기(1)와 제2 컨베이어(142)를 타고 유입된 수분흡수제(3)는 혼합기(120)의 스크루(121) 회전에 의해 혼합되며 스크루(121)를 따라 길이방향으로 이동하면서 상기 혼합기(120) 밖으로 배출된다.

여기에서, 상기 수분흡수제(3)는 밀기울, 콘코프, 비트펄프, 코코피트 등과 같은 건조유기물이며, 85~90부피%의 수분과 10~15부피%의 고형분을 포함하는 음식물쓰레기가 수분 약 70±5부피%가 될 때까지 수분흡수제를 혼합한다. 이와 같이 혼합물의 수분을 약 70±5부피%정도 조절하는 이유는, 미생물의 생장에 적합한 수분함량이기 때문으로서, 수분이 65부피%미만의 경우에는 수분흡수제가 너무 많이 소요되는 비경제성과 미생물이 생장에도 건조하고, 수분이 75부피%를 초과할 경우에는 건조시간이 오래 걸려 작업성이 떨어진다.

한편, 혼합기(120) 밖으로 배출된 혼합물은 제3 컨베이어(143)를 타고 배양탱크(130)로 이송된다. 혼합물(5)이 배양탱크(130)에 투입되면, 혼합물(5)이 미생물의 대사에너지에 의해 약 30~40℃가 될 때까지 기다린다.

배양탱크(130)의 하부에는 내부에 존재하는 호기성 미생물의 활성화를 촉진하기 위해 배양탱크(130)로 신선한 공기를 공급하는 공기공급기(131)가 장착된다. 공기공급기(131)에 의해 공급된 신선한 공기와 함께 미생물의 대사에너지에 의해 혼합물(5)의 온도가 약 30~40℃가 되면, 혼합물은 배양탱크(130)에서 배출된다. 배양탱크(130) 또한 혼합기(120)와 같이 배양탱크(130) 내부 하단에 스크루(133)가 장착되어 스크루(133)의 회전에 의해 혼합물은 배양탱크(130) 외측으로 배출된다. 혼합물(5)의 온도가 30℃미만일 경우에는, 혼합물 자체 열이 낮아 차후 건조기(150)에서 건조하는 시간이 길어지며, 온도가 40℃를 초과하면 이후 온도 상승속도가 떨어지며 상승온도에 비해 발효시간이 상대적으로 길어져 생산성이 떨어진다.

배출된 혼합물(5)은 제4 컨베이어(144)를 통해 건조기(150)로 이송된 후, 건조기(150)에 투입된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 건조기(150)의 내부에는 수평 상태의 컨베이어(145)가 다수 층으로 위치하는데, 상부에서 투하된 혼합물(5)이 아래 위치한 컨베이어(145)에 떨어져 이동하도록 좌우측으로 소정의 거리 차를 두고 장착된다. 배양탱크(130)에서 제4 컨베이어(144)를 타고 이송된 혼합물은 건조기(150) 내 최상층 컨베이어(145H)로 떨어진다. 최상층 컨베이어(145H)에 떨어진 혼합물은 최상층 컨베이어(145H)의 궤도회전을 따라 이동한 후 그 아래 위치한 컨베이어(145)로 떨어지고, 다시 컨베이어(145)를 따라 이동하는 순서로, 점차 아래에 위치한 컨베이어로 떨어진다.

결국 최하층 컨베이어(145L)에 떨어진 혼합물은 최하층 컨베이어(145L)를 따라 이동한 후에 완전히 건조된 상태로 건조기(150) 밖으로 배출된다. 건조기(150) 밖으로 배출된 혼합물(일명 '건조케이크'이라 함)은 사료 및 비료로 사용되거나 또는 수분흡수제로 사용된다.

한편, 상기 건조기(150) 내에 설치된 컨베이어 벨트(147)에는 전체적으로 균일한 구멍(149)들이 형성되는데, 상기 구멍(149)의 직경은 0.01 내지 0.1mm로서, 상부에 올려진 혼합물은 상기 구멍(149)을 통해 아래로 배출되지 않지만, 공기는 통과할 수 있을 정도의 직경이다. 또한 컨베이어(145)의 벨트(147)에 쌓이는 혼합물(5)의 두께는 약 400mm 내지 1000mm정도로서, 400mm 미만일 경우에는 생산성이 떨어지며, 1000mm를 초과하게 되면 아래에서 설명하는 건조공기가 혼합물을 투과효율이 떨어져 건조기(150)의 성능이 떨어지게 된다.

그리고 건조기(150)에는 건조공기공급기(151)가 장착되어 건조한 공기를 건조기(150)의 내부로 공급한다. 건조공기공급기(151)는 외부 공기의 수분을 제거한 후에 건조기(150)로 공급하는데, 송풍기(153)에 의해 공급된 공기가 제습기(155)를 거쳐 수분이 제거된 후에 건조기(150)로 공급된다.

한편 건조공기공급기(151)에서 연장된 배관은 건조기(150) 내부에서 다수 개의 분기관(157)으로 분기된 후에 각 컨베이어(145)의 아래로 연장된다. 그리고 상 부로 건조공기를 배출함으로써, 건조공기는 벨트(147)의 구멍(149)을 통해 혼합물(5)을 통과한 후 상부로 올라간다. 여기에서, 송풍기(153)의 풍압은 800mmAq 내지 1500mmAq로서, 상기 풍압량은 건조공기가 약 400mm 내지 1000mm의 두께를 갖는 혼합물과 0.01 내지 0.1mm의 구멍이 형성된 컨베이어의 벨트(147)를 원활하게 통과할 수 있는 정도의 풍압이다.

이와 같이 건조공기가 혼합물(5)을 통과해 지나감으로써, 혼합물(5)에 포함된 수분을 빼앗아 가게 되며, 건조기 내의 상대적으로 위에 위치한 컨베이어에서 아래 위치한 컨베이어로 혼합물이 떨어지면서 뒤섞여 혼합된다.

한편, 건조기(150)의 상부에는 악취제거기(161)가 장착된다. 악취제거기(161)는 악취제거광촉매필터(163) 또는 금속촉매필터를 포함하며, 악취제거광촉매필터(163)의 경우에는 그 측부에 자외선램프(165)가 설치되어 악취제거광촉매필터(163)에 에너지를 공급한다. 한편, 상기 송풍기(153)에서 송풍된 공기의 일부는 제습기(155) 외에 냉각기(167)로 이송되며, 냉각기(167)를 거친 공기는 악취제거광촉매필터(163)로 공급된다. 냉각기(167)를 거친 공기는 이슬점 온도 이하인 -10℃이하로서, 송풍기(153)에서 송풍된 공기 중에 수분을 응축시켜 수분을 제거하고, 수분이 제거된 건조한 공기를 악취제거기(161)로 유동시킨다. 따라서 건조기(150)에서 배기되는 공기는 악취제거 뿐만 아니라 수분이 제거된 건조한 상태로 배기되며 이는 다시 건조기로 보내 재사용된다.

본 발명에 따른 음식물쓰레기 건조장치 및 건조방법은 종래 열에너지를 이용하여 건조하는 것에 비해 70%정도의 에너지 절감효과가 있으며, 음식물쓰레기를 저 온으로 건조함으로써, 음식물쓰레기에 함유된 유기물의 영양이 파괴되지 않아 사료로서의 품질이 매우 우수하여 음식물쓰레기를 사료로 재활용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 음식물쓰레기 건조장치의 개념도이고,

도 2는 도 1에 도시된 음식물쓰레기 건조장치의 건조기를 나타낸 상세도이며,

도 3은 도 1에 도시된 음식물쓰레기 건조장치를 이용한 건조방법을 나타낸 블록도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 음식물쓰레기 3 : 수분흡수제

5 : 혼합물

100 : 음식물쓰레기처리장치 111, 112 : 호퍼

120 : 혼합기 130 : 배양탱크

141~145 : 컨베이어 147 : 벨트

149 : 구멍 150 : 건조기

151 : 건조공기공급기 153 : 송풍기

155 : 제습기 157 : 분기관

161 : 악취제거기 163 : 악취제거필터

165 : 자외선램프

Claims (19)

1. 음식물쓰레기(1)와 수분흡수제(3)를 혼합하는 혼합기(120)와,

   상기 혼합기에서 혼합되어 이송된 혼합물(5)을 발효하는 배양탱크(130)와,

   상기 배양탱크에서 발효되어 이송된 혼합물을 건조하는 건조기(150)를 포함하며,

   상기 건조기(150)는 그 내부에는 다수 개의 컨베이어(145)가 상하로 위치하며, 길이방향으로 거리 차를 두고 장착되어 상기 건조기에 투입된 혼합물이 윗 컨베이어에서 떨어져 아래 컨베이어를 타고 이동한 후 그 아래 컨베이어로 떨어지는 순서로 이동한 후 상기 건조기 외부로 배출되고,

   상기 건조기(150)에는 건조공기공급기(151)가 장착되어 상기 건조기 내부로 건조공기를 공급하며,

   상기 건조공기공급기는, 공기를 송풍하는 송풍기(153)와, 송풍된 공기에서 수분을 제거하는 제습기(155)와, 상기 제습기를 거친 공기가 상기 건조기 내의 컨베이어의 아래에서 상부로 분출되도록 상기 건조기 내의 컨베이어 아래로 연장된 분기관(157)을 포함하고,

   상기 수분흡수제(3)는 밀기울, 콘코프, 비트펄프, 코코피트, 건조된 음식물쓰레기 중 어느 하나 이상이며,

   상기 혼합기(120) 내의 혼합물(5)의 수분함량이 70±5부피%가 될 때까지 상기 수분흡수제와 음식물쓰레기를 혼합하고,

   상기 배양탱크(130)에는 공기공급기(131)가 설치되어 호기성미생물의 대사를 촉진하여 대사에너지를 이용할 수 있게 공기를 공급하며,

   상기 배양탱크(130)에서는 혼합물이 30~40℃가 될 때까지 발효하고,

   상기 컨베이어의 벨트(147)에는 전체적으로 균일하게 구멍(149)이 형성되며,

   상기 구멍(149)의 직경은 0.01 내지 0.1mm이고,

   상기 건조기에는 상기 건조기에서 발생한 악취를 제거하는 악취제거기(161)가 장착되며,

   상기 악취제거기는 그 내부에 악취제거용 광촉매필터(163) 또는 악취제거용 금속촉매필터가 장착되고, 상기 악취제거용 광촉매필터의 측부에는 상기 악취제거용 광촉매필터를 비춰주는 자외선램프(165)를 포함하며,

   상기 악취제거기는 공기를 송풍하는 송풍기(153)와, 상기 송풍기에서 송풍된 공기를 냉각시키는 냉각기(167)를 더 포함하며, 상기 냉각기에서 공기의 수분을 응축시켜 수분을 분리하고, 냉각된 건조공기를 상기 악취제거기로 공급하여 악취를 제거하는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기 건조장치.
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