KR100930055B1 - 음식물 쓰레기를 이용한 고체연료 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음식물쓰레기를 이용한 고체연료 제조방법에 관한 것으로, 음식물쓰레기를 수거하여 오존수를 분무하여 냄새를 탈취하는 단계; 선별기로 선별하는 단계; 탈취처리된 음식물쓰레기를 건조기에 투입하여 수분함수량이 10％이하가 되도록 180∼200℃의 온도로 30분간 1차 건조시키는 단계; 건조된 음식물쓰레기를 파쇄기를 통해 5mm 이내로 파쇄하는 단계; 건조된 물질은 다시 2mm이하로 미세하게 파쇄하는 단계; 혼합기내에서 음식물쓰레기 파쇄물과 황토, 돌로마이트, 코크스, 석화분말, 피트, 송진, 부식산, 점결제를 47∼60 : 10∼15 : 4∼6 : 15 : 2∼3 : 5∼8 : 0.5 : 0.5 : 3∼5의 비율로 혼합하는 단계; 혼합된 혼합물을 펠렛압출기에 투입하여 압출성형하는 단계; 압출성형된 제품을 건조로에서 약 50∼60℃의 간접 열로 2차 건조하는 단계로 고체연료를 제조함으로써, 특히 제조 중 발생할 수 있는 악취발생을 근원적으로 줄일 수 있으며, 고체연료 연소 시 악취나 대기오염의 우려가 없으며, 연소된 부산물은 다시 퇴비로 이용될 수 있어 자원의 재활용 효과가 증대되므로 고부가가치가 창출될 수 있게 발명된 것이다.

음식물 쓰레기, 황토, 코크스, 돌로마이트, 석화분말, 피트, 송진, 부식산

Description

음식물 쓰레기를 이용한 고체연료 제조방법{omitted}

본 발명은 음식물쓰레기를 이용한 고체연료 제조방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 가정·아파트·음식점·호텔 등에서 배출되는 음식물쓰레기를 효율적으로 재활용하는 방안의 하나로 음식물쓰레기를 수거하여 건조 및 파쇄를 반복하고 첨가제를 혼합하여 혼합물을 압출, 성형하여 고체연료를 제조함으로써, 음식물쓰레기로 인한 환경문제를 해소하고 고품위의 대체에너지를 생산하여 국가 에너지난 해결에 기여할 수 있도록 한 음식물쓰레기를 이용한 고체연료 제조방법에 관한 것이다.

음식물쓰레기는 총 생활폐기물의 30％이상을 차지하고 있을 뿐만 아니라, 물기가 많고 쉽게 부패되어 매립과 소각처리에 어려움을 초래하여 2005년도부터는 직매립을 금지하고 소각처리하거나 재활용을 하도록 폐기물관리법에서 규정하고 있으며 자치단체별로 다양한 처리방법을 도입하여 재활용을 시도하고 있으나 경제성과 대량처리가 가능한 처리방법이 개발되지 못하고 있는 실정이다.

음식물쓰레기의 재활용은 주로 퇴비화나 건조 사료화 및 액상사료화방법이 개발, 보급되고 있으나 퇴비화는 제조공정상 악취가 발생되고 염분농도가 높으며 생산성이 낮아 처리에 따른 경제성이 없으며 건조 사료화는 혼합사료비용과 건조비용이 과다하고 사용처가 제한되어 있으며 액상 사료화는 사료유통 및 사료로서의 안정성에 문제를 안고 있다.

이에 따라 음식물쓰레기의 안정적인 대량처리가 가능하고 대체 에너지로서 부가가치를 높일 수 있는 고형화 연료화방법을 고안하게 되었다.

음식물쓰레기는 85％이상의 수분을 함유하고 쉽게 부패되어 재활용이 어려운 물질이나 고열량의 유기성물질로 구성되어 있는 물질적 특성을 감안할 때 퇴비나 사료로서의 재활용보다 연료로서의 이용가치가 높은 물질이며 그 동안 재활용상에 나타난 문제점을 동시에 해결 가능하다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 최근에 연료로의 재활용 차원에서 음식물쓰레기를 단순 파쇄·탈수 및 성형하여 연료화하는 여러 가지 사례가 발표되었다.

그러나 그러한 기술들은 연료로서의 물리적 최적조건을 갖추도록 하기 위한 음식물쓰레기 파쇄 및 탈수방법, 균질한 품질 및 고발열량 확보를 위한 석탄 등 연료물질 혼합기술, 성형 및 건조기술 등이 미비하여 연료로서의 상용화가 어려운 실정에 있다.

또한, 통상적인 일반쓰레기를 이용한 고체연료 제조방법은, 생활 폐기물을 투입부에 공급하는 단계, 전자석을 이용하여 투입부 내의 생활 폐기물로부터 철을 분리하는 단계, 파쇄기를 이용하여 철금속이 분리된 생활 폐기물을 순차적으로 파쇄하는 단계, 파쇄된 생활 폐기물을 가열 압축기를 이용하여 가열 및 압축하여 생 활 폐기물의 함수율을 균일하게 하는 단계, 함수율이 균일화된 생활 폐기물을 순차적으로 재차 파쇄하는 단계, 재차 파쇄된 생활 폐기물을 비산절단형 회전건조기 및 비산절단 어셈블리에 의해서 미세하게 절단함과 동시에 건조하는 단계, 절단 건조된 생활 폐기물에 중화제를 투입하는 단계, 및 중화제와 혼합된 생활 폐기물을 가열 압축하여 소정 형상의 고체연료로 성형하는 단계가 순차적으로 연결되는 방식으로 구성된다.

그런데, 상기한 일반쓰레기 고체연료 제조방법에 사용되는 설비들은 비교적 고가의 장비로 구성되기 때문에, 고체연료의 제조단가가 높다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 환경오염을 방지할 수 있고 화석연료를 대체할 수 있는 에너지원으로서 음식물쓰레기를 활용하기 위한 음식물쓰레기를 이용한 고체연료 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 효율적이고 경제적인 음식물쓰레기 처리방법을 확립하여 환경친화적이고 제조비용을 크게 절감할 수 있는 음식물쓰레기를 이용한 고체연료 제조방법을 제공하는 데 있으며, 음식물 쓰레기를 이용한 고체연료 제조 시 발생하는 악취발생을 방지하는 데 있다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 해결 수단은 음식물 쓰 레기에서 발생하는 악취를 제거하기 위하여 음식물 쓰레기 수거차에서 음식물 쓰레기를 저장호퍼에 투입할 때, 오존수 발생장치에서 오존수를 연무형태로 분사하여 일차적으로 음식물 쓰레기 냄새를 없애면서 음식물 쓰레기 처리과정을 기존의 처리과정보다 위생적인 환경으로 처리하는 것이 가능하다는 것에 특징이 있다.

또한, 1차 건조 후 다시 파쇄한 음식물쓰레기 파쇄물과 황토, 돌로마이트, 코크스, 석화분말, 피트, 송진, 부식산, 점결제를 47∼60 : 10∼15 : 4∼6 : 15 : 2∼3 : 5∼8 : 0.5 : 0.5 : 3∼5의 비율로 혼합하는 단계에서 고체연료 연소 시에 발생하는 음식물 쓰레기 특유의 냄새가 나지 않게 황토, 돌로마이트, 석화분말, 코크스, 피트, 송진, 부식산, 점결제를 배합하고, 특히 황토를 첨가하여 황토 1g당 약 2억 마리의 미생물이 악취발생을 방지하는 것에 특징이 있다.

그리고 황토, 피트, 부식산, 송진 등의 토양환경 개선작용이 있는 천연물질을 고체연료의 첨가제로 사용함으로 고체연료 사용 후 남는 부산물은 다시 퇴비로 사용하여도 토양에 무해한 것에 특징이 있다.

상기에 언급된 바와 같이, 본 발명에 따라 음식물쓰레기를 주원료로 이용하여 고체연료를 제조함으로써, 환경친화적인 음식물쓰레기 처리가 가능하여 대량처리가 용이하고, 경제성을 갖춘 고발열량을 가진 연료로서 각종 원예 및 채소 재배용 보일러, 가정용 보일러, 각종 산업용 고체연료 보일러, 열병합 또는 화력 발전소의 고체연료 대체품으로 사용 가능한 효과를 거둘 수 있다.

또한, 본 발명의 제조방법에 따른 고체연료는 연소 중에도 악취나 대기오염의 우려가 전혀 없는 것이 특징이며, 타고난 부산물은 다시 퇴비로 사용할 수 있어 효과적인 폐기물 처리와 자원절약, 환경보전, 에너지정책 등에 기여할 수 있는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 음식물쓰레기를 수거하여 오존수를 분무하여 냄새를 탈취하는 단계; 선별기로 선별하는 단계; 탈취처리된 음식물쓰레기를 건조기에 투입하여 수분함수량이 10％이하가 되도록 180∼200℃의 온도로 30분간 1차 건조시키는 단계; 건조된 음식물쓰레기를 파쇄기를 통해 5mm 이내로 파쇄하는 단계; 건조된 물질은 다시 2mm이하로 미세하게 파쇄하는 단계; 혼합기내에서 음식물쓰레기 파쇄물과 첨가제를 47∼60 : 40∼53의 비율로 혼합하는 단계; 혼합된 혼합물을 펠렛압출기에 투입하여 압출성형하는 단계; 압출성형된 제품을 건조로에서 약 50∼60℃의 간접열로 2차 건조하는 단계를 포함한다.

또한 상기 음식물 쓰레기 파쇄물과 첨가제를 47∼60 : 40∼53의 비율로 혼합하는 단계에서 배합비율을 상세하게 설명하면 상기 〔표 1〕에 기재된 바와 같다.

〔표 1〕

그리고, 상기 음식물 쓰레기 파쇄물과 첨가제의 배합비율은음식물 쓰레기의 종류, 사용용도에 따라 조금씩 다르게 첨가되거나 가감되어 적용될 수도 있다.

또한, 도 1은 본 발명에 따른 음식물쓰레기를 이용한 고체연료의 제조공정을 도시한 흐름도로, 상기 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 고체연료의 제조방법에 대해 단계별로 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 음식물 쓰레기 수거차에서 음식물 쓰레기를 저장호퍼에 투입할 때, 오존수 발생장치에서 오존수를 연무형태로 분사하는데, 이는 일차적으로 작업장에서 발생하는 음식물 쓰레기 냄새를 없애면서 음식물 쓰레기 처리과정을 기존의 처리과정보다 위생적인 환경으로 처리하게 한다.

호퍼에 적재되어 있는 음식물 쓰레기는 분사된 오존수에 의해 탈취 및 살균되는데, 이는 오존 특유의 살균, 탈취 효과는 발휘되고, 기존의 소독제와 같은 잔류성이 없으므로 고체연료 부산물의 퇴비 사용 시에 토양보호에 영향을 준다.

그 다음은 탈취처리된 음식물 쓰레기를 혼입되어 있는 각종 비닐류, 철금속, 비철금속 등의 음식물 이외의 여러 이물질을 선별기로 제거한 다음, 탈취처리된 음식물 쓰레기를 건조기에 투입하여 수분함수량이 10％이하가 되도록 180∼200℃의 온도로 30분간 1차 건조시키는 단계를 거치게 된다.

1차 건조된 음식물 쓰레기는 파쇄과정을 거치는데, 1차로 5mm 이내로 파쇄하는 단계를 거쳐 다시 2차로 2mm 이내로 파쇄하는 단계를 거쳐서, 파쇄된 음식물쓰레기 파쇄물은 별도의 혼합기에 투입되어 첨가제와 47∼60 : 40∼53의 비율로 혼합된다.

이렇게 해서 혼합된 혼합물은 펠렛압출기에 투입되어 압출성형되고, 형상은 22공탄, 조개탄, 갈탄 등으로 생산될 수 있다.

마지막으로 압출성형돤 제품은 건조로에 투입하여 약 50∼60℃의 간접열로 2차 건조된다.

그리고 상기 첨가제에 대해서 각각 자세하게 설명하면, 상기 첨가제 중 황토는 마그네슘, 칼슘, 탄산칼륨, 알루미늄 등의 성분을 함유하고 있으며, 규토 등이 주류를 이루어 음식물 쓰레기 파쇄물과 다른 첨가제의 친화력을 높여주며, 황토 1g 당 약 2억 마리의 미생물이 악취발생을 방지한다.

또한 돌로마이트는 육방정계(hexagonal system)에 속하며 화학성분이 CaMg(CO₃)₂ 이고, 석회석과 마그네사이트 중간의 성분을 가지고 있으며 탄산석회와 탄산마그네슘이 1 : 1로 복탄산염을 구성한다. 비정질, 조직이 균일하고, 소성할 때 깨어지지 않는 특징을 가지고 있어서, 내화물용, 건축용, 고토 석회 비료, 유지, 연마제용, 제강용, 철강 로상재용, 돌로마이트 플래스터용, 마그네시아 클링커용 등으로 이용된다.

그리고 코크스(cokes)는 고정탄소가 주성분으로 6,000∼7,500 kcal/kg의 높은 발열량을 가지고 있다.

또한 석화분말 즉 굴껍질에 대하여 설명하면 주성분은 칼슘으로 칼슘영양제 원료로 사용되고 있으며, 이외에도 구리, 요오드, 규산, 비타민 A 등을 함유한다.

그리고 피트(peat)는 이탄 또는 토탄이라고도 하며, 이끼류·갈대·사초 등의 화본과식물, 때로는 소나무·자작나무 등의 수목질의 유체가 분지에 두껍게 퇴적하여 물의 존재 하에서 균류 등의 생물화학적인 변화를 받아 분해·변질된 물질로 구성된 유기 연료이며, 식물질의 주성분인 리그닌, 셀룰로오스 등이 주로 지표에서 분해작용을 받은 것으로 원예업계에서는 배양토로 쓰이기도 하는데, 건조된 이탄 또는 토탄은 연기나는 불꽃과 독특한 냄새를 내면서 쉽게 연소된다.

또한 송진(rosin)은 광택을 내거나 많은 제품생산에 이용되는데 송진은 따뜻하면 끈적거리고 소나무 냄새를 풍긴다. 고무송진은 소나무의 올레오레진을 증류한 나머지이며 증류할 때 휘발되는 성분은 터펜틴이며, 본 발명에서는 건조제, 접착제의 용도 및 착화제로 이용된다.

그리고 부식산(humic acid)은 한랭한 늪지에 오랜동안 퇴적된 식물이 긴 세월에 걸쳐 분해, 중합되어 만들어진 천연적으로 부식된 물질로 탄소 50∼60％, 산소 30∼35％, 수소 3∼5％, 질소 1.5∼6％, 황 1％, 회분 1％ 등으로 조성되어 있으며, 토양의 물리적, 화학적 구조 및 식물성장환경 개선에 탁월한 효능이 있으며 음폐수(침출수)수질의 개선과 폐기물처리에도 효능이 있다.

점결제는 건조한 음식물쓰레기 파쇄물을 결합시키기 위한 결합제 역할을 하면서 고체성분과 액체성분의 분리를 방지하는데, 본 발명에서는 토양오염을 최소화하고 보다 나은 고체연료 부산물을 활용하기 위하여 석회·액체 규산소다 등이 사용된다.

이렇게 생산된 음식물쓰레기 고체연료의 주요 특징으로는 연료의 발열량이 3,500 kcal/kg이상으로서 400℃ 이상의 고열 및 연소지속시간은 1kg 당 2시간 이상 지속되므로 대체연료로서의 기능을 충분히 발휘하며, 연소 중에 악취, 연기가 나지 않아 대기오염의 우려가 없다.

도 1은 본 발명에 따른 음식물쓰레기를 이용한 고체연료의 제조공정을 도시한 흐름도.

Claims (1)

1. 음식물쓰레기를 수거하여 오존수를 분무하여 냄새를 탈취하는 단계;

   탈취처리된 음식물쓰레기를 건조기에 투입하여 수분함수량이 10％이하가 되도록 180∼200℃의 온도로 30분간 1차 건조시키는 단계;

   건조된 음식물쓰레기를 파쇄기를 통해 5mm 이내로 파쇄하는 단계;

   건조된 물질은 다시 2mm이하로 미세하게 파쇄하는 단계;

   혼합기내에서 음식물쓰레기 파쇄물과 황토, 돌로마이트, 코크스, 석화분말, 피트, 송진, 부식산, 점결제를 47∼60 : 10∼15 : 4∼6 : 15 : 2∼3 : 5∼8 : 0.5 : 0.5 : 3∼5의 비율로 혼합하는 단계;

   혼합된 혼합물을 펠렛압출기에 투입하여 압출성형하는 단계;

   압출성형된 제품을 건조로에서 약 50∼60℃의 간접열로 2차 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기를 이용한 고체연료 제조방법.

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