KR101015269B1 - 자기 에너지장 내에서 생성되는 활성산소를 이용한 고함수 유기물 분해 및 처리장치 - Google Patents

자기 에너지장 내에서 생성되는 활성산소를 이용한 고함수 유기물 분해 및 처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 유기물 분해 및 처리장치는 경사진 내부공간이 마련된 본체와, 상기 본체의 상부 측에 설치된 투입구를 선택적으로 개폐하는 개폐유닛과, 상기 투입구로 유입된 유기물을 단계적으로 이동시키면서 탈수 및 건조시키기 위한 건조부와, 자기 에너지장를 이용하여 활성산소를 생성시키는 활성산소 생성장치와 연결되며 건조부의 하부에 위치되어 건조부에 의해 건조된 유기물을 활성산소의 산화력을 이용하여 분해하는 유기물 분해 처리부를 구비한다.

Description

자기 에너지장 내에서 생성되는 활성산소를 이용한 고함수 유기물 분해 및 처리장치{organic material decomposition and treatment apparatus using magnetic force}
본 발명은 고함수 유기물 분해 및 처리 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 자기 에너지장 내에서 성생되는 활성산소의 산화력을 이용하여 고함수 유기물을 분해 및 처리할 수 있는 고함수 유기물 분해 및 처리장치에 관한 것이다.
일반적으로, 도시 하수처리장치에서 발생된 하수 슬러지를 탈수시킨 하수 슬러지 케익은 해양투기, 소각 및 재활용 방식으로 처리되고 있었으며, 대한민국에서는 해양투기 61%, 소각 16% , 육상매립 4%의 순으로, 주로 해양투기에 의해 하수 슬러지가 처리되고 있음을 알 수 있다. 그러나 해양투기는 2012년부터 전면 금지되어 소각에 의한 처리가 활성화 될 것으로 예상된다. 또한 음식물 쓰레기의 경우 대한민국에서는 2005년 1월부터 매립을 전면 금지시키고, 소각이나 퇴비화 또는 소멸화 처리 후 발생되는 잔재물만 매립할 수 있도록 함으로써, 소각과 재활용에 의한 방식으로 유기물이 처리될 수 있도록 하고 있다. 하지만, 재활용은 경제성이 떨어질 뿐만 아니라 처리과정 중 2차 오염물질의 발생으로 재활용 자체의 장점이 많이 퇴색되는 문제점이 있다.
또한, 소각 처리하는 경우, 특히 하수 슬러지 케익의 소각은 유동상로, 다단로, 로타리 킬른로, 스토커등이 있으나 800℃ 이상의 2차 연소가 필요한 고온처리 방식으로 많은 처리 비용이 소요되는 문제점이 있으며, 불완전 연소로 인해 많은 유해물질(다이옥신, 염화수소, 염소, 불화수소, 중금속, 일산화탄소, 질소화합물, 황산화합물 등)이 다량으로 발생되어 환경파괴 및 지구 온난화 촉진 등의 요인이 되고 있다. 이로 인해 환경기준에 준하는 배출기준을 맞추기 위해서는 복잡하고 고가의 집진설비 및 고온의 연소장치를 설치하여야 하므로 비용이 증가하여 산업현장이나 실생활에 적응하기 어려운 문제점이 있었다.
이러한 점을 감안하여 대한민국 공개 특허 제 2007-0078971호에는 자기력을 이용한 유기물 분해 및 처리방법이 개시되어 있다. 개시된 유기물 분해 및 처리 방법은 유기물을 용기본체에 투입시키고 상기 용기본체를 밀폐시키는 단계; 초기가열을 통해 유기물을 건조화시키는 단계; 상기 용기본체의 내부로 자기력을 유도시키는 단계; 상기 유도되는 자기력에 의해 유기물이 분해되는 단계; 상기 유기물이 분해되면서 분해열이 생성되는 단계; 상기 분해열에 의해 유기물이 탄화되는 단계; 및 상기 분해 및 탄화로 유기물이 폐물재로 되는 단계;를 포함한다.
그러나 이러한 방법은 밀폐된 공간 내에 유기물이 투입된 상태에서 자기파의 진동에 의해 분해되는 구조를 가지고 있으므로 유기물의 분해를 활성화 시킬 수 없으며, 유기물 분해열에 의해 유기물을 탄화시키도록 되어 있으나 분해열에 의한 유기물의 완전탄화가 상대적으로 어렵다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 자기 에너지장 내에서 생성된 활성산소의 산화력을 이용하여 유기물을 별도의 유해물질의 발생 없이 분해 및 처리할 수 있는 자기 에너지장 내에서 생성되는 활성산소를 이용한 고함수 유기물 분해 및 처리장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 활성산소의 고에너지와 고함수 유기물 분해 시 발생되는 반응열에 의해 지속적으로 고함수 유기물을 분해 및 처리할 수 있으므로 가열을 위한 별도의 열원이 불필요하고, 나아가서는 운전비를 대폭 절감할 수 있는 자기 에너지장 내에서 생성되는 활성산소를 이용한 고함수 유기물 분해 및 처리장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자기 에너지장 내에서 생성되는 활성산소를 이용한 고함수 유기물 분해 및 처리장치는 경사진 내부공간이 마련된 본체와, 상기 본체의 상부측에 설치된 투입구를 선택적으로 개폐하는 개폐유닛과, 상기 투입구로 유입된 유기물을 단계적으로 이동시키면서 탈수 및 건조시키기 위한 건조부와, 자기 에너지장를 이용하여 활성산소를 생성시키는 활성산소 생성장치와 연결되며 건조부의 하부에 위치되어 건조부에 의해 건조된 유기물을 활성산소의 산화력을 이용하여 분해하는 유기물 분해 처리부를 구비하여 된 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 건조부는 상기 투입구와 대응되는 본체의 내부에 설치되는 제 1경사부와, 상기 경사부와 연결되는 수평부를 가지며 연속되는 복수의 단차부들과, 최하단의 단차부와 연결되는 제 2경사부를 가지는 유기물 가이드 판과, 상기 유기물 가이드 판에 설치되어 이를 따라 이동되는 유기물을 건조시키기 위한 가열히터를 구비한다. 그리고 상기 유기물 가이드판의 수평부에 다수개의 탈수공이 형성되고, 탈수공과 대응되는 하부의 유기물 가이드판에 설치되어 탈수공을 통하여 배출되는 배출수를 회수하기 위한 물받이들과 각 물받이들과 연결되는 드레인관을 구비한 탈수부를 더 구비한다.
상기 유기물 분해 처리부는 상기 유기물 가이드 판과 연결되며 다수의 재배출공들이 형성된 베이스판과, 상기 베이스판에 소정의 간격으로 설치되며 자기에너지를 이용하여 활성산소를 생성시키는 활성산소 생성장치와 연결되며 활성산소를 베이스판 상의 유기물에 공급하기 위한 노즐유닛들과, 상기 베이스 판의 하부에 설치되어 재배출공을 통하여 배출되는 재를 저장하는 재저장실과, 분해가 완료된 재를 재배출공을 통하여 배출될 수 있도록 상기 베이스판상을 따라 왕복 이송이 가능하게 설치되는 스크랩퍼와, 상기 유기물 가이드 판에 설치되어 스크랩퍼를 왕복 이송시키는 액튜에이터를 가지는 배출유닛을 구비한다.
한편, 상기 본체의 상부측에 내부공간부와 연결되어 건조 및 유기물 분해 시 발생되는 악취제거유닛을 더 구비한다. 그리고 본체의 전면에는 건조된 유기물을 간헐적으로 수동으로 투입하는 전면투입도어가 설치된다.
본 발명에 따른 자기 에너지장 내에서 생성되는 활성산소를 이용한 고함수 유기물 분해 및 처리장치는 고함수 유기물을 외부공기가 없는 밀폐된 상태에서 자기 에너지장 내에서 생성된 활성산소에 의해 분해함으로써 다이옥신과 같은 유해물질의 발생 없이 무공해로 처리 가능하다. 또한 활성산소의 고에너지와 유기물 분해 시 발생되는 반응열에 의해 지속적으로 유기물이 분해 및 처리됨으로써 가열을 위한 별도 열원이 필요하지 않게 되므로 운전비용을 대폭 절감할 수 있다.
그리고 유기물의 분해 후 생성되는 잔재물은 세라믹재로서 양질의 농업비료나 토양 개량재 등으로 재활용 될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자기 에너지장 내에서 생성되는 활성산소를 이용한 고함수 유기물 분해 및 처리장치를 나타내 보인 일부절제 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 자기장 내에서 생성되는 활성산소를 이용한 고함수 유기물 분해 및 처리장치의 단면도,
도 3은 도 1에 도시된 건조부를 발췌하여 도시한 사시도,
도 4는 도 1에 도시된 고함수 유기물 처리부를 발췌하여 도시한 사시도,
도 5는 활성산소 발생장치를 발췌하여 도시한 사시도,
도 6은 활성산소 발생장치의 자계분포 및 공기 유도로를 나타내 보인 사시도,
도 7은 악취제거수단을 발췌하여 도시한 일부절제 사시도.
본 발명에 따른 자기 에너지장 내에서 생성되는 활성산소를 이용한 고함수 유기물 분해 및 처리장치는 유기물을 탈수 및 건조시킨 후 활성산소를 이용하여 분해 및 처리하는 것으로, 그 일 실시예를 도 1 및 도 2에 나타내 보였다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 자기장 내에서 생성되는 활성산소를 이용한 고함수 유기물 분해 및 처리장치(10)는 프레임(11)에 지지되며 유기물을 하방으로 유동시킬 수 있도록 설치되는 경사진 내부공간(12)을 가지는 본체(13)를 구비한다.
그리고 상기 본체(13)의 상부 측에는 투입구(21)가 형성되고, 이 투입구(21)에는 유기물의 투입이 용이하도록 호퍼(22)가 설치된다. 그리고 상기 호퍼(22)와 연결된 투입구 측에는 유기물을 선택적으로 공급 및 차단하기 위한 개폐유닛(23)이 설치된다. 이 개폐유닛(23)은 투입구(21)의 양측에 설치된 가이드에 의해 슬라이딩 가능하게 설치되는 셔터(23a)와 상기 셔터(23a)를 전, 후진 시키기 위한 제 1액튜에이터(23b)인 실린더가 설치된다. 상기 실린더는 유압실린더를 사용함이 바람직하며, 상기 투입구(21)를 개폐하는 셔터(23a)는 외부공기가 유입되거나 내부의 가스가 누설되는 것이 방지될 수 있도록 별도의 실링부재가 더 구비될 수 있다.
그리고 상기 본체(13)의 내부공간에는 상기 투입구(21)를 통하여 유입되는 유기물을 단계적으로 이동시키면서 건조시키기 위한 건조부(30)와, 자기 에너지장를 이용하여 활성산소를 생성시키는 활성산소 생성장치(90)와 연결되며 건조부의 출구 측에 위치되어 건조부(30)에 의해 건조된 유기물을 활성산소의 산화력을 이용하여 유기물을 분해 처리하는 유기물 분해 처리부(80)를 구비한다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 자기 에너지장 내에서 생성되는 활성산소를 이용한 유기물 분해 및 처리장치를 구성요소별로 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
상기 건조부(30)는 본체(13)의 내부에 설치되어 투입구(21)를 통하여 유입되는 유기물을 상기 유기물 처리부(80)로 가이드하기 위한 유기물 가이드 판(31)을 구비한다. 상기 유기물 가이드 판(31)은 상기 투입구(21)와 대응되는 본체(13)의 내부에 경사지게 설치되는 제 1경사부(32)와, 상기 제1경사부(32)의 단부로부터 연장되는 수평부(34a-36a)를 가지며 연속되는 복수의 단차부(34-36)들과, 최하단의 단차부(36)와 연결되는 제 2경사부(37)를 구비한다. 각 단차부에는 유기물을 가열하여 건조시키기 위한 히터유닛(38-40)들이 설치된다. 상기 히터 유닛(38-40)은 수평부의 단부에 설치함이 바람직하다. 그리고 유기물 가이드 판(31에는 온도를 측정하기 위한 온도측정수단인 별도의 온도센서(41)가 설치될 수 있다.
그리고 상기 유기물 가이드판(31)에 형성된 단차부(34-36)의 각 수평부(34a)(35a)(36a)에는 이 수평부에 위치되는 유기물을 경사진 유기물 가이드 판(31)의 하부 즉, 제 2경사부(37)측으로 이동시키기 위한 이송유닛(42-44)들이 설치된다. 이 이송유닛(41-44)들는 수평부를 스크랩핑하기 위한 스크랩퍼(42a-44a)와 상기 스크랩퍼(42a-44a)를 수평부를 따라 전후진 시키기 위한 제 2액튜에이터(42b-44b)를 구비한다. 상기 이송유닛들은 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고, 상기 수평부에 위치되어 건조부와 후술하는 탈수부에 의해 탈수 및 건조된 유기물을 이동시킬 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하다. 예컨대, 상기 유기물 가이드 판의 일부는 메쉬벨트로 이루어질 수도 있다. 이 경우 상기 히터유닛은 메쉬벨트의 상부의 본체 내면에 설치될 수 있다.
한편, 상기 건조부(30)는 유기물이 유기물 가이드 판(31)을 따라 이동되면서 유기물을 탈수시킬 수 있는 탈수부(50)를 더 구비할 수 있다. 이 탈수부(50)는 각 수평부(34a)(36a)에 다수개의 탈수공(51)들이 형성되고, 탈수공(51) 형성된 하부의 유기물 가이드판(31)에는 탈수공(51)을 통하여 배출되는 배출수를 받기 위한 물받이(52-55)들이 형성된다. 그리고 각 물받이(52-55)는 드레이관(56)과 연결된다. 그리고 상기 드레인관(56)은 상기 본체의 하부 즉, 유기물처리부(80)의 하부에 위치되는 드레인실(57)과 연결된다. 상기 드레인실(57)의 일측에는 배출수를 배출하기 위한 배출관(58)과 연결된다. 상기 드레인관(56)에는 도면에는 도시되어 있지 않으나 필터가 설치될 수 있다.
상기 유기물 처리부(80)는 도 1, 2 및 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 건조부(30)에 의해 건조된 유기물을 활성산소의 산화력을 이용하여 분해하기 위한 것으로, 유기물 가이드 판(31)과 연결되며 다수의 재배출공(81)들이 형성된 베이스판(82)과, 상기 베이스판(82)에 소정의 간격으로 설치되며 자기에너지를 이용하여 활성산소를 생성시키는 활성산소 생성장치(90)와 연결되며 활성산소를 베이스판(82)상의 유기물에 공급하기 위한 노즐유닛(85)들을 구비한다.
상기 베이스판(82)에 형성된 재배출공(81)들은 분해가 완료된 유기물이 배출될 수 있도록 복수개가 설치된다. 상기 베이스판(82)는 메쉬판으로 이루어질 수도 있다. 그리고 상기 베이스 판(82)에 형성된 노즐유닛(85)은 유기물이 베이스판(82)의 중앙부로 모아질 수 있도록 본체(13) 내부의 양측 즉, 베이스판(82)의 양측에 경사지게 설치되어 활성산소의 배출을 위한 통로(85c)를 형성하며 다수의 노즐공(85b)이 형성된 노즐판(85a)으로 이루어질 수 있다. 여기에서 노즐 유닛(85)은 베이스판의 중앙부에 소정의 간격으로 설치될 수 있는데, 중앙부위에 설치되는 노즐 유닛(85)은 상기 베이스판(82)의 상부로부터 하부로 갈수록 점차적으로 유기물이 모아질 수 있도록 양면이 경사진 삼격형의 형상으로 이루어질 수 있으며, 양측에는 복수개의 노즐공(85b)이 형성되고 내부에는 활성산소를 노즐공(85b)에 공급하기 위한 통로가 형성된다. 상기 노즐유닛은 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고, 상기 베이스판(82)의 상에 위치되는 유기물에 상기 활성산소 발생장치(90)로부터 발생된 활성산소를 공급할 수 있는 구조이면 가능하다. 예컨대 외주면에 복수개의 노즐공이 형성된 관으로 이루어질 수도 있으며, 베이스판의 주위의 본체 내면에 노즐공이 형성된 이중벽체로 구성될 수도 있다.
상기 노즐유닛(85)의 통로에는 초기 가동 시 자기 에너지 발생장치를 통과한 활성산소의 온도를 설정온도(250℃)로 상승시켜 유기물의 분해반응이 신속하게 이루어질 수 있도록 하는 예열히터(86)가 설치되고, 반응실 즉, 유기물 처리부 에는 온도를 측정하기 위한 온도 센서가 설치된다.
그리고 베이스판(82)의 하부에는 재 배출실(87)이 설치되며, 상기 본체 또는 유기물 가이드 판(31)의 하단부측에는 상기 반응실내에서 분해된 유기물를 재배출실(87)로 원활하게 배출하기 위한 제 배출유닛(88)이 설치된다. 상기 재 배출유닛(88)은 베이스 판(82)의 상면을 따라 왕복 이송되는 재 배출스크랩퍼(88a)와, 상기 재배풀 스크랩퍼(88a)를 전, 후진 시키기 위한 제 3액튜에이터(88b)를 구비한다.
그리고 상기 본체의 전면에는 반응실에 건조된 유기물을 간헐적으로 직접 투입하기 위한 전면투입도어(13a)가 설치되고, 재배출실 전면의 본체(13)에는 재를 배출하기 위한 재 배출도어(13b)가 설치된다.
상기 활성산소 발생장치(90)는 에어펌프(91)와, 이 에어펌프와 연결관(92)에 의해 연결되는 자기 에너지발생유닛(95)과, 상기 자기에너지 발생유닛(95)과 상기 노즐유닛들을 연결하는 공급관(96)을 구비한다. 상기 연결관(92)에는 공기의 공급을 제어하기 위한 밸브(95a)들을 구비한다.
상기 자기 에너지 발생유닛(95)은 상호 결합되어 밀폐된 고안을 형성하는 상하부 케이스(95a)(95b)와, 상기 상하부 케이스(95a)(95b)의 내부에 소정의 패턴으로 설치되는 영구자석(96)들을 구비한다. 상기 영구자석(96)은 공기 유도관로(94)가 형성될 수 있도록 교호적으로 형성된다. 상기 영구자석(96)은 네오디듐(Nedymium)자석이 이용될 수 있으며, 두께 방향으로 N극과 S극이 적층된 사각형상으로 이루어진다. 영구자석의 배열은 N극과 S극이 상호 교대되는 방식으로 배열되며 5000Gauss 이상의 세기를 가진 것을 사용함이 바람직한데, 이에 한정되지는 않는다. 그리고 상하부 케이스(95a)(95b)는 자력선의 누설을 차단하여 자기 에너지 효율을 증대시키기 위한 실드 커버(97)에 의해 감싸여 진다. 상기 공기 유도로 또는 공기 유도관의 입구는 에어펌프와 연결관에 의해 연결되고, 출구는 노즐 유닛의 통로와 공급관에 의해 연결된다.
한편, 상기 본체(13)의 상부 측에는 도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이 내부공간부와 연결되어 건조 및 유기물 분해 시 발생되는 악취제거유닛(100)을 더 구비한다.
상기 악취제거유닛(100) 본체의 상부 측에 유기물 가이드 판(31)의 제 1경사부(32)에 의해 구획된 챔버(101)가 형성된다. 상기 챔버는 제 1경사부(32)에 형성된 연통공(102)에 의해 본체의 내부공간(12)과 연결된다. 상기 챔버(101)의 내부에는 복수개의 격판(103)들이 소정의 간격으로 수직하게 형성되고. 이들의 각 격판에는 가스가 이동될 수 있도록 통기공(104)이 교호적으로 형성된다. 상기 챔버(101)의 일측에는 물탱크(105)가 설치되고, 상기 챔버(101)와 물탱크(105)의 사이에는 필터유닛(107)이 설치된다. 상기 필터유닛(107)과 대응되는 측에는 도어(미도시)가 형성되어 오염될 필터유닛의 필터를 교환할 수 있도록 함이 바람직하다.
그리고 상기 챔버(101)의 상부 측에는 상기 격판(103)들의 사이에 물을 분사하기 위한 분사노즐(108)이 설치되고, 이 분사노즐(108)은 상기 물탱크의 물을 펌핑하는 펌프(110)와 관(111)에 의해 연결된다. 상기 관에는 밸브가 설치된다. 그리고 상기 챔버(102)에 설치된 격판(103)은 물의 이동이 원활하게 이루어질 수 있도록 챔버의 바닥으로부터 소정간격 이격되도록 설치된다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 자기장 내에서 생성되는 활성산소를 이용한 고함수 유기물 분해 및 처리장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 활성산소를 이용한 유기물 분해 및 처리장치(10)를 이용하여 유기물을 분해 처리하기 위해서는 호퍼(22)에 처리하고자 하는 유기물을 투입하고, 상기 개폐유닛(23)의 제1액튜에이터(23b)를 구동시켜 셔터(23b)를 후퇴시킴으로써 호퍼(22)에 튜입 된 유기물이 투입구(21)를 통하여 본체의 내부로 유입되도록 한다. 이 상태에서 상기 셔터(23b)는 제 1액튜에이터(23b)에 의해 닫혀 투입구(21)를 통하여 공기가 유입되지 않도록 기밀을 유지한다. 상기 개폐유닛(23)에 의해 유기물의 투입은 제어수단(미도시)에 의해 주기적으로 이루어진다.
상기와 같이 투입구(21)를 통하여 유입된 유기물은 제 1경사부(32)를 따라 이동하여 단차부의 수평부(34a-36a)로 이동된다. 이 과정에서 상기 수평부(34a-36a)에 형성된 탈수공(51)을 통하여 유기물에 함습된 물이 배출되고, 히터 유닛(38-40)들에 의해 1차적으로 건조된다. 그리고 상기 이송유닛(42-44)의 제 2액튜에이터(42b-44b)가 작동되어 수평부를 따라 스크랩퍼(42a-44a)를 이동시킴으로써 이동 및 건조시킨다. 이러한 작동의 반복으로 단차부들을 통과한 유기물들은 건조가 이루어진 후 상기 제 2경사부(37)를 통하여 반응실 즉, 유기물 처리부(80a)의 반응실로 유입된다.
상기 건조부(30)를 통과하면서 유기물이 건조되는 과정에서 탈수공(51)을 통하여 배출되는 배출수는 물받이(52-55)에 의해 집수된 후 드레인관(56)을 통하여 드레인실(57)로 유입된다.
상술한 바와 같이 건조가 이루어지는 과정에서 발생된 수분 및 가스(냄새)는 상기 연통공을 통하여 챔버(102)의 내부로 유입되고, 유입된 가스는 격판(103)에 의해 구획된 공간의 사이로 분사노즐(108)을 통하여 분사되는 물에 의해 용해되어 제거된다. 정화된 가스는 백연으로 연돌(109)을 통해 배출된다. 이와 같이 가스가 용해된 물은 필터 유닛(107)을 통하여 탱크(105)로 유입되며, 탱크로 유입된 물은 펌프(110)에 의해 상기 분사노즐로(108)를 통하여 분사됨으로써 재활용된다.
상기와 같이 건조된 유기물이 반응실로 유입되며 활성산소 발생장치(95)에서 생성된 활성산소가 노즐유닛(85)을 통하여 반응실로 유입된다. 이 과정에서 상기 예열히터(86)에 의해 빈응실의 온도를 250℃ 이상으로 상승시켜 유기물 분해 반응이 신속하게 이루어지게 하고, 반응실(80a) 온도가 설정된 온도(온도센서에 의해 감지된 온도)에 이루면, 예열히터(86)의 가동이 중지된다.
여기에서 상기 유기물 처리부(80)의 반응실에 활성산소를 공급하는 활성산소 발생장치에 의한 활성산소 생성과정을 살펴보면 다음과 같다.
상기 활성산소 발생장치(95)는 에어펌프(91)에 의해 펌핑된 공기가 상하부 케이스(95a)(95b)내부에 설치된 영구자석에 의해 형성되는 자기장 영역을 통과하게 되면, 공기중의 산소는 자기파의 자기에너지(Um)에 의해 기체 분자들끼리 격렬하게 충돌하게 된다. 충돌이 진행되면서 원자내의 핵 주위를 돌고 있는 궤도전자가 충돌에너지를 얻어 에너지 준위가 높은 상부의 궤도로 천이되는 여기상태(exciting)가 된다. 여기상태에 오른 전자가 자가장 내에서 지속적으로 강력한 에너지를 받으면, 충돌하는 전자의 에너지가 전자의 구속에너지보다 높게 되면서 원자내의 전자가 밖으로 빠져 나오는 이온화 상태가 되고, 다수의 양이온과 전자(e-)가 발생하면서 전자의 재배치 등으로 반응성이 높은 산소산화물로 변환된다.
이러한 해리된 산소를 화학 활성종(radical)이라하며, 발생된 산소 라디칼은 반응실(80a)의 유기물과 격렬한 화학 반응을 연쇄적으로 일으킨다. 반응구조를 좀더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
공기중에는 상자성체의 특성을 갖는 20%의 산소와 반자성인 78%의 질소 및 미량의 원소로 구성되어 있다. 상자성체는 스핀과 궤도 각운동의 총합이 0(zero)이 아닌 순 자기모멘트를 갖는 원자나 이온들로서 강한 자기장 내에서 자기장 방향으로 정열하려는 경향하에 열적 흩어짐이 일어난다. 모든 원자는 원자핵 주위를 전자가 궤도 운동을 하고 있고, 자기적 측면에서 전자의 스핀에 의한 고유 자기 쌍극자가 양전하를 가진 원자핵의 궤도 운동을 하며 만드는 자기장 속에 놓여 있다. 원자 전체 전자의 총 스핀 운동량 값을 S 전체 궤도 운동량 값을 L로 표시하면, 스핀-궤도 상호 작용에 의한 총 운동량 벡타(J)는 L과 S의 결합으로 간주할 수 있다. 강한 자기장 하에서는 스핀-궤도 상호작용보다 인가 자기장 효과가 매우 크므로 L-S 결합이 깨어져서 원자 내의 L과 S는 각각 별도의 자기장 방향으로 세차운동을 하게 됨으로서 들뜬 상태의 에너지 준위 상태로 된다.
강자기장 내에서 상자성체의 반응은 페러데이 및 렌츠의 법칙에 따라 반대 방향으로 유도되는 자기 모멘트에 의해 자기장에 의한 에너지가 이동한다. 원자 번호 8번인 산소는 원자 상태에서 1s22s24p4의 전자 구조를 갖고 있는 전자수용체로서 불안정한 상태로 존재한다. 상자성체인 산소는 자기 에너지 발생장치 내의 영구자석의 자기장을 통과하면서 자기 에너지(Um)의 영향을 받는다. 상자성체의 자극 +m(wb)에 의한 자기장내에서 자계 H(AT/m)로부터 거리 r(m)인 위치에 놓인 자극에 미치는 자기 에너지 Um은 다음과 같다.
자기에너지 Um= 자계내에서 거리 r까지 이동하는데 소요되는 일(J)/+1(Wb)
=m/4πμr(A)
공기중의 자기 에너지 Uma은
Uma=6.33104 X m/r(A)
자기 에너지 발생장치의 공기 유도로를 통과하는 공기중의 산소는 강자성체의 자기에너지 Uma을 전달받아 산소 분자들의 내부에너지를 변화시켜 격렬한 충돌을 유도한다. 지속적인 자기에너지 전달에 의한 원자 내 전자의 충돌에너지가 증대함에 따라 내부 에너지의 변화를 수반하는 비탄성 충돌에 의해 직접운동에너지가 전달되어 여기 충돌상태가 되며, 여기 상태의 원자 내 전자는 구속에너지 보다 높은 에너지 상태에서 쿨롱(Coulomb)인력을 끊고, 자유전자가 되어 궤도에서 이탈되는 이온화가 되고, 강력한 자기 모멘트로 인한 에너지가 점차적으로 증대되어 강한 산화력을 가진 산소라디칼(활성산소)이 생성된다.
생성된 산소라디칼은 강자성체 자기장내 공기 유도관로(94)를 통과하면서 충분히 접촉하여서 산소라디칼의 생성이 더욱 촉진된다.
상기와 같이 발생된 산소라디칼은 공급관(96)과 노즐유닛(85)의 노즐공(85b )을 통하여 반응실(80a)로 유입되어 유기물에 접촉됨으로서 활발한 화학 반응을 생성시켜 유기물을 분해한다. 유기물 분자가 산소라디칼 에너지를 흡수하면, 유기물이 1차적으로 여기상태가 되면서 분자중의 탄소-수소간의 결합이 끊어진다.(분자끼리 전자 이동이 일어난다) 또한 산소라디칼은 강한 산화력으로 불포화 화합물(-C≡C-, -C=C-,-N=N-,-C=C-)을 포화 화합물(-C-C,-N-C-O-)로 전환시키거나 난분해성 방향족 화합물(벤젠, 토로엔, 크레졸 등)을 사슬 화합물로 전환시키거나 긴 사슬화합물을 짧은 사슬화합물의 이온화 물질로 전환시키거나 전하를 띠지 않은 부유물질을 전하를 띠는 이온화 물질로 변환시켜 유기물을 깨어지기 쉬운 형태인 활성화 상태로 전환시키게 된다.
이러한 산화 작용이 극대화 되면서 유기 화합물을 빠른 속도로 산화시켜 유기물의 분해가 이루어지게 된다. 한편, 유기물의 분해시 분해반응은 격렬한 발열반응으로 생성된 반응열에 의해 유기물의 분해가 더욱 촉진된다.
상기 유기물 분해 반응시의 반응수지를 살펴본면 다음과 같다.
유기물을 조성을 일반적인 탄수화물이라 가정하여 반응수지를 살펴보면, 탄수화물은 자기 에너지 발생장치에서 생성된 활성산소에 의해 다음과 같이 분해되어 발열반응을 일으킨다. 0* =산소라디칼(oxygen redicals)
C12 H22O 11 + o* = C+11CO+11H2 + 10,050 Kcal
C12 H22O 11 + o* = 12C+11H2O + 11,798 Kcal
C12 H22O 11 + o* = 7C + 5CO2 +H2O+ 10H2 + 11,087 Kcal
이러한 과정으로 활성산소 발생장치 내에서 생성된 활성산소(oxygen redicals)는 반응실의 유기물과 접촉하면서 격렬한 산화, 환원의 상승반응을 일으켜 유기물을 분해하면서 동시에 열분해를 생성한다. 상기 열분해( 약300℃ 부근)에 의해 유기물 분해가 더욱 촉진되면서 미세 알맹이화 되는 분해가 지속적으로 이루어진다. 이와 같이 하여 연소에 의하지 아니하고, 유기물이 분해되므로 연소로 인한 유해가스가 발생되지 않는다. 또한 다이옥신이 생성되는 원인인 불완전연소에 의한 산소의 체류 및 화학적 반응온도(400-800℃)보다 낮은 300℃이하의 저온 분해공정 및 산소공급을 최대한 억제하여 다이옥신의 근거가 되는 벤젠류와의 산소 결합이 이루어지지 않도록 하여 다이옥신 발생을 효과적으로 저지할 수 있다.
유기물이 분해되고 남은 잔재물은 재 배출유닛(88)의 스크랩퍼(88a)가 제 3액튜에이터(88b)에 의해 베이스판(82)을 따라 이동됨으로써 재배출공(81)을 통하여 재 배출실(87)로 이동시킨다.
이와 같이 배출되는 잔재물인 재는 그 용적이 최초 투입된 양의 대폭 축소되어 양질의 농업비료나 토양개량제 등으로 이용될 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다
본 발명에 따른 자기장 내에서 생성되는 활성산소를 이용한 유기물 분해 및 처리장치에 의한 고함수 하수처리장슬러지, 생 쓰레기, 플라스틱, 석유화학제품 종이, 목재, 고무류 등의 분해 널리 적용 가능하다.

Claims (8)

  1. 경사진 내부공간이 마련된 본체와, 상기 본체의 상부측에 설치된 투입구를 선택적으로 개폐하는 개폐유닛과, 상기 투입구로 유입된 유기물을 단계적으로 이동시키면서 탈수 및 건조시키기 위한 건조부와, 자기 에너지장를 이용하여 활성산소를 생성시키는 활성산소 생성장치와 연결되며 건조부의 하부에 위치되어 건조부에 의해 건조된 유기물을 활성산소의 산화력을 이용하여 분해하는 유기물 분해 처리부를 구비하며,
    상기 활성산소 생성장치는 에어펌프와, 이 에어펌프와 연결관에 의해 연결되는 것으로 상호 결합되어 밀폐된 공간을 형성하는 상하부 케이스와, 상기 상하부 케이스의 내부에 소정의 패턴으로 설치되어 공기 유도관로를 형성하는 영구자석들과, 상기 상하부 케이스를 감싸 자기의 누설을 방지하는 자기 실드 케이스를 가지는 자기 에너지발생유닛과, 상기 자기에너지 발생유닛과 노즐유닛들을 연결하는 공급관과, 상기 연결관와 공급관에 설치되어 공기의 공급을 제어하기 위한 밸브들을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 자기 에너지장 내에서 생성되는 활성산소를 이용한 고함수 유기물 분해 및 처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 건조부는 상기 투입구와 대응되는 본체의 내부에 설치되는 제 1경사부와, 상기 경사부와 연결되는 수평부를 가지며 연속되는 복수의 단차부들과, 최하단의 단차부와 연결되는 제 2경사부를 가지는 유기물 가이드 판과, 상기 유기물 가이드 판에 설치되어 이를 따라 이동되는 유기물을 건조시키기 위한 가열히터를 구비한 것을 특징을 하는 자기 에너지장 내에서 생성되는 활성산소를 이용한 고함수 유기물 분해 및 처리장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 유기물 가이드판의 수평부에 형성되어 다수개의 탈수공이 형성되고, 탈수공이 형성된 하부의 유기물 가이드판에 설치되어 탈수공을 통하여 배출되는 배출수를 받기 위한 물받이들과 각 물받이들과 연결되는 드레인관을 구비한 탈수부를 더 구비하여 된 것을 특징으로 하는 자기장 에너지장 내에서 생성되는 활성산소를 이용한 고함수 유기물 분해 및 처리장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 유기물가이드 판에 설치되어 단차부를 이루는 수평부에 적재된 유기물을 하부측으로 이동시키기 위한 이동유닛을 더 구비하며, 이동유닛은 수평부를 따라 액튜에이터에 의해 전후진 되는 스크레퍼를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 자기 에너지장 내에서 생성되는 활성산소를 이용한 고함수 유기물 분해 및 처리장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 유기물 분해 처리부는 상기 유기물 가이드 판과 연결되며 다수의 재배출공들이 형성된 베이스판과, 상기 베이스판에 소정의 간격으로 설치되며 자기에너지를 이용하여 활성산소를 생성시키는 활성산소 생성장치와 연결되며 활성산소를 베이스판 상의 유기물에 공급하기 위한 노즐유닛들과, 상기 베이스 판의 하부에 설치되어 재배출공을 통하여 배출되는 재를 저장하기 재저장실과, 분해가 완료된 재를 재배출공을 통하여 배출될 수 있도록 상기 베이스판상을 따라 왕복이 이송가능하게 설치되는 스크랩퍼와, 상기 유기물 가이드 판에 설치되어 스크랩퍼를 왕복 이송시키는 액튜에이터를 가지는 배출유닛을 구비한 것을 특징으로 하는 자기 에너지장 내에서 생성되는 활성산소를 이용한 유기물 분해 및 처리장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 본체의 상부측에 내부공간부와 연결되어 건조 및 유기물 분해 시 발생되는 악취제거유닛을 더 구비한 것을 특징으로 하는 자기 에너지장 내에서 생성되는 활성산소를 이용한 고함수 유기물 분해 및 처리장치.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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