KR101106129B1 - A desalter of organicity waste including salt - Google Patents
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Abstract
본 발명은 음식물쓰레기, 축산분뇨나 식품폐기물과 같이 염분을 함유한 유기성 폐기물의 염분(NaCl)을 탈염(脫鹽)하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 음식물쓰레기, 축산분뇨나 식품폐기물과 같이 염분을 함유한 유기성 폐기물을 퇴비화나 사료화를 위해서 유기성 폐기물에 함유되어 있는 염분을 전기영동에 의해서 탈염처리하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for desalting salt (NaCl) of organic waste containing salts such as food waste, livestock manure or food waste, and more specifically, salt such as food waste, livestock manure or food waste. The present invention relates to an apparatus for desalting a salt contained in an organic waste by electrophoresis in order to compost or feed the organic waste containing the same.
이를 위하여 본 발명은, 본 발명은 음식물쓰레기, 축산분뇨나 식품폐기물과 같이 염분을 함유한 유기성 폐기물을 퇴비화나 사료화 경우 염분(NaCl)에 의한 염해(鹽害) 문제가 없는 농도까지 양면에 격막이 부착된 다층스크루 믹서(Screw mixer: 3)가 설치된 탈염실(2)에 염분이 함유된 유기성 폐기물을 주입하고, 격막 외부에 설치된 양극(6)과 음극(7)에 정류기로부터 직류전기를 인가하여 탈염실(2)에 전기장(電氣場)을 형성시켜 전기영동에 의해서 염분을 추출제거하면서, 탈염실(2)의 유기성 폐기물로부터 염분이 염추출실(1)로 추출되면 송풍기(8)로부터 공기를 산기관(9)을 통해서 폭기(曝氣)를 하여 부 반응과 Cl2와 ClO2와 같은 악취발생물질의 발생을 최대한 억제되면서 염분을 함유한 유기성 폐기물로부터 염분을 제거하게 된다. To this end, the present invention, the present invention is a diaphragm on both sides up to a concentration where there is no problem of salts caused by salt (NaCl) when composting or feeding organic waste containing salt such as food waste, livestock manure or food waste. Organic waste containing salt is injected into the desalination chamber (2) where the attached multi-screw mixer (3) is attached, and direct current is applied from the rectifier to the anode (6) and the cathode (7) installed outside the diaphragm. When salt is extracted from the organic waste of the desalting chamber 2 into the salt extraction chamber 1 while forming an electric field in the desalting chamber 2 and extracting and removing the salt by electrophoresis, the air from the blower 8 is removed. By aeration through the acid pipe (9) to suppress the side reactions and the generation of odor generating substances such as Cl 2 and ClO 2 to remove the salt from the organic waste containing salt.
현재 음식물쓰레기를 분리수거하여 퇴비화, 사료화, 에너지화 등 여러 방법으로 자원화하는 처리방법이 시도되고 있으나, 음식물쓰레기에는 염분의 농도가 높 아서 원활한 처리를 하지 못하고 있는 실정에 있기 때문에 본 발명의 음식물쓰레기와 같이 염분을 함유한 유기성 폐기물처리에 널리 이용될 것으로 기대된다.At present, there have been attempts to separate and collect food wastes and to recycle them in various ways, such as composting, feed, and energyization. However, since food wastes have a high salt concentration, they cannot be processed smoothly. Likewise, it is expected to be widely used for the treatment of organic waste containing salt.
탈염장치, 유기성 폐기물, 직류, 염분, 격막, 양극, 음극, 전기장, 전기영동 Desalination unit, organic waste, direct current, salt, diaphragm, anode, cathode, electric field, electrophoresis
Description
도 1은 소용량 유기성 폐기물의 탈염장치 정면도1 is a front view of a desalination apparatus of a small amount organic waste
도 2는 소용량의 유기성 폐기물의 탈염장치 상면도Figure 2 is a top view of the desalination apparatus of a small amount of organic waste
도 3은 유기성 폐기물의 탈염장치 단면도(소용량과 대용량 동일)3 is a cross-sectional view of the desalination unit of the organic waste (small capacity and the same large capacity)
도 4는 대용량의 유기성 폐기물의 탈염장치 정면도Figure 4 is a front view of the desalination device of a large amount of organic waste
도 5는 대용량의 유기성 폐기물의 탈염장치 상면도Figure 5 is a top view of the desalination apparatus of a large amount of organic waste
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
1: 염추출실(鹽抽出室) 2: 탈염실(脫鹽室)1: salt extraction chamber 2: desalination chamber
3: 스크루 믹서(Screw mixer) 4: 격막(膈膜) 3: screw mixer 4: diaphragm
5: 격막 서포터(supporter) 6: 양극 5: diaphragm supporter 6: anode
7: 음극 8: 송풍기(Air blower) 7: Cathode 8: Air blower
9: 산기관(Diffuser)9: diffuser
본 발명은 음식물쓰레기, 축산분뇨나 식품폐기물과 같이 염분을 함유한 유기 성 폐기물을 퇴비화나 사료화 경우 염분(NaCl)에 의한 염해(鹽害) 문제가 없는 농도까지 양면에 격막이 부착된 다층스크루 믹서(Screw mixer)가 설치된 탈염실에 염분을 함유한 유기성 폐기물을 주입하고, 격막 외부에 설치된 양극과 음극에 정류기로부터 직류전기를 인가하여 탈염실에 전기장(電氣場)을 형성시켜 전기영동에 의해서 염분을 염추출실로 추출제거하는 탈염장치(脫鹽裝置)에 관한 것이다.The present invention is a multi-layered screw mixer with a diaphragm attached to both sides to a concentration where there is no salt problem caused by salt (NaCl) when composting or feeding organic waste containing salt such as food waste, livestock manure or food waste. Organic waste containing salt is injected into the desalination chamber where a screw mixer is installed, and direct current is applied from the rectifier to the anode and cathode installed outside the diaphragm to form an electric field in the desalination chamber. It relates to a desalination apparatus (脫鹽 裝置) for extracting and removing the salt into the extraction chamber.
음식물쓰레기, 축산분뇨나 식품폐기물과 같이 염분을 함유한 유기성 폐기물을 자원화하는 방법으로 퇴비화, 사료화, 혐기성 발효에 의해 발생하는 메탄가스(Methane gas)의 에너지화 등을 하고 있으나, 퇴비로 자원화하는 경우에는 염분(NaCl)의 농도가 높기 때문에 삼투압현상으로 인한 식물의 성장장애와 Na가 토양 중의 Ca, Mg와 치환되어 토양의 입단구조(粒團構造)가 파괴되면서 단립구조(單粒構造)로 되어 통기성 및 배수성의 불량으로 인하여 산소공급이 어렵게 되면서 농작물의 생장에 장애를 주기 때문에 염분을 제거하지 않은 상태로는 음식물쓰레기, 축산분뇨나 식품폐기물과 같이 염분을 함유한 유기성 폐기물을 퇴비화는 불가능하다.Methane gas generated by composting, feed, and anaerobic fermentation is made by recycling organic wastes containing salt such as food waste, livestock manure or food waste. Because of high concentration of salt (NaCl), plant growth disorder due to osmotic phenomenon and Na are replaced with Ca and Mg in soil, and the grain structure of soil is destroyed, resulting in a monolithic structure. It is impossible to compost organic wastes containing salt such as food waste, livestock manure or food waste without removing salt because oxygen supply becomes difficult due to poor breathability and drainage, which impedes the growth of crops.
또한, 음식물쓰레기와 같이 염분농도가 높은 유기성 폐기물을 가축에 사료화의 경우, 염분농도(2∼6%)가 사료에서 염분의 적정치(0.3∼1.0%)보다 월등히 높아 급여가축의 염독(鹽毒) 현상이 야기될 수 있을 뿐만 아니라 갈증으로 인하여 수분 섭취량이 많게 되어 소화흡수효율이 저하되어 성장속도가 둔화하면서 뇨(尿) 배설량이 많아 폐수 발생량이 증가하는 문제점이 있기 때문에 염분의 농도를 0.3∼0.5wt%까지 제거한 다음에 사료로 사용해야 한다.In addition, in the case of feeding organic wastes with high salt concentrations such as food waste into livestock, the salt concentration (2 to 6%) is much higher than the optimum level of salinity (0.3 to 1.0%) in feeds, ) As well as the phenomenon of thirst, water intake increases due to thirst, which reduces digestion and absorption efficiency, slows down the growth rate, increases urine excretion, and increases the amount of wastewater generated. It should be removed to 0.5wt% before use as feed.
혐기성 발효에 의한 메탄가스의 에너지화의 경우도 내염성이 약한 혐기성 미 생물의 생육에 지장을 주기 때문에 메탄가스 발생효율이 저하되므로, 이 역시 염분농도를 최대한 제거해야 한다.In the case of methane gas energy by anaerobic fermentation, methane gas generation efficiency is lowered because it impedes the growth of anaerobic microorganisms with low flame resistance, so it must also remove salt concentration as much as possible.
음식물쓰레기의 탈염장치로 대한민국 특허등록번호 10-0284282는 음식물쓰레기 중에 함유되어 있는 염분을 다음과 같은 전기분해에 의한 반응메커니즘(Reaction mechanism)에 의해서 제거한다.As a desalination apparatus for food waste, Korean Patent Registration No. 10-0284282 removes the salts contained in food waste by a reaction mechanism by the following electrolysis.
양극반응: Anode Reaction:
2Cl- → Cl2 ( aq ) + 2e-, E = 1.3961Volt…………………………………………(1) 2Cl - → Cl 2 (aq) + 2e -, E = 1.3961Volt ... … … … … … … … … … … … … … … … (One)
음극반응: Cathodic Reaction:
2Na+ + 2H2O + 2e- → 2NaOH + H2 (g)↑ E = -0.8285Volt………………………(2) 2Na + + 2H 2 O + 2e - → 2NaOH + H 2 (g) ↑ E = -0.8285Volt ... … … … … … … … … (2)
총괄반응: Overall reaction:
2NaCl + 2H2O → Cl2 ( aq ) + 2NaOH + H2 (g)↑ E = 2.2246Volt …………………(3)2NaCl + 2H 2 O → Cl 2 ( aq ) + 2NaOH + H 2 (g) ↑ E = 2.2246 Volt. … … … … … … (3)
양극실 용액반응: Anode chamber solution reaction:
Cl2 ( aq ) + H2O → HClO + HCl ……………………………………………………(4)Cl 2 ( aq ) + H 2 O → HClO + HCl... … … … … … … … … … … … … … … … … … … … (4)
과전압이 인가되었을 때 부 반응: Negative reaction when overvoltage is applied:
HClO + H2O → HClO2 + 2H+ + 2e- ……………………………………………(5) HClO + H 2 O → HClO 2 + 2H + + 2e - ... … … … … … … … … … … … … … … … … (5)
HClO2 + H2O → HClO3 + 2H+ + 2e- …………………………………………(6) HClO 2 + H 2 O → HClO 3 + 2H + + 2e - ... … … … … … … … … … … … … … … … (6)
2HClO + 2H+ + 2e- → Cl2 (g)↑ + 2H2O ………………………………………(7) 2HClO + 2H + + 2e - → Cl 2 (g) ↑ + 2H 2 O … … … … … … … … … … … … … … … (7)
ClO3 - + 2H+ + e- → ClO2 (g)↑ + H2O …………………………………………(8) ClO 3 - + 2H + + e - → ClO 2 (g) ↑ + H 2 O … … … … … … … … … … … … … … … … (8)
상술한 전기분해반응에 의해서 음식물쓰레기로부터 염분을 제거하였을 때는 염분의 제거율은 우수하였으나 다음과 같은 문제점이 있다.When the salinity was removed from the food waste by the above-mentioned electrolysis reaction, the salinity removal rate was excellent, but there are the following problems.
첫째, 양극실과 음극실을 음이온교환 격막과 양이온교환 격막으로 분리된 상태에서 직류전기를 인가하였을 때 양극실에서는 음식물쓰레기 중의 Cl-이온이 음이온교환 격막을 통과하여 HClOx와 같은 전해산화수와 Cl2 (g)가 생성되며, 음극실에서는 음식물쓰레기 중의 Na+이온이 양이온교환 격막을 통과하면서 물(H2O)과 반응하여 NaOH와 수소(H2)를 발생한다.First, when a direct current was applied while the anode chamber and the cathode chamber were separated into anion exchange membrane and cation exchange membrane, Cl - ions in the food waste pass through the anion exchange membrane and electrolytic oxidation water such as HClOx and Cl 2 ( g) is generated, and Na + ions in the food waste react with water (H 2 O) as they pass through the cation exchange diaphragm to generate NaOH and hydrogen (H 2 ).
다시 말해서 음식물쓰레기 중에 함유된 NaCl을 양극실과 음극실로 음이온교환 격막과 양이온교환 격막으로 분리된 상태에서 직류전기를 인가하여 NaCl을 HClOx, HCl, Cl2 (g)과 NaOH, H2O 등으로 전기분해되면서 탈염이 된다.In other words, NaCl contained in the food waste is separated into an anion exchange membrane and a cation exchange diaphragm into an anode chamber and a cathode chamber, so that NaCl is supplied to HClOx, HCl, Cl 2 (g) and NaOH, H 2 O, etc. It decomposes when decomposed.
음식물쓰레기 중에 함유되어 있는 NaCl 1㎏-mole을 상기에서와 같이 전기분해반응에 의해서 제거할 때 필요한 전류는 1 파라데이(Faraday: 26.8㎄-h/㎏-eq)의 전류를 인가해야 한다.When removing 1 kg-mole of NaCl contained in food waste by electrolysis as above, the current required to apply 1 Faraday (26.8 kW-h / kg-eq) should be applied.
구체적으로 말해서 NaCl 1킬로 그람 물(㎏-mole)인 58.5㎏를 전기분해반응에 의해서 제거하는데 이론적으로 필요한 전류는 26,800암페어(Ampere)의 전류를 인가 해야 하며, 인가전압은 반응식 (3)의 이론분해전압 2.2246Volt와 양극과전압(陽極過電壓), 음극과전압(陰極過電壓), 용액의 오움(Ohm)저항, 도체의 오움저항 등을 고려하면 3∼100Volt의 전압을 인가해야 하므로 전력소모량이 크다.Specifically, the current required theoretically to remove 58.5
전술한 바와 같이 전기분해에 의한 탈염방법은 전력소모량이 많은 단점이 있다.As described above, the desalination method by electrolysis has a disadvantage in that a large amount of power is consumed.
둘째, 높은 전류를 인가하기 위해서는 전극 판의 면적, 이온교환막의 면적, 정류기의 용량 및 기타 장치의 용량이 커지기 때문에 시설비도 높다.Second, in order to apply a high current, the facility cost is high because the area of the electrode plate, the area of the ion exchange membrane, the capacity of the rectifier and other devices are increased.
셋째, 탈염효율을 향상하기 위해서 인가전압을 높일 때에는 양극실에서 반응식(5)에서 (8)의 부 반응(副反應)이 일어나면서 Cl2 (g), ClO2 (g) 등의 가스가 발생하여 악취가 발생할 수 있다. Third, in order to improve the desalination efficiency, when the applied voltage is increased, a negative reaction of reaction equation (5) to (8) occurs in the anode chamber, and gases such as Cl 2 (g) and ClO 2 (g) are generated. Odor may occur.
대한민국 특허등록번호 10-0445641호의 경우는 전기투석(電氣透析: Electrodialysis)에 의한 "폐액이나 유기성 폐기물의 탈염방법"의 경우는 음식물쓰레기와 같이 고형물농도가 높은 경우는 탈염실에 공급시 막힘(Plugging) 현상이 심하여 적용할 수 없는 문제점이 있다.In the case of Korean Patent Registration No. 10-0445641, in case of "desalting method of waste liquid or organic waste" by electrodialysis, it is clogged when supplying it to the desalination chamber in case of high solid concentration such as food waste. ) There is a problem that can not be applied to the phenomenon.
상술한 음식물쓰레기와 같이 염분의 농도가 높은 유기성 폐기물의 염분을 탈염하는 방법에서 문제점을 해결하기 위한 특허로써 대한민국 특허등록번호 10-0423568호의 경우에는 다공 스크루 컨베이어(Screw conveyor) 외부에 격막을 설치하고, 격막 바깥 쪽에 원형의 전극을 설치하여 스크루 컨베이어에 음식물쓰레기를 공급하여 이송하면서 정류기로부터 직류전기를 인가하여 이송 스크루 컨베이어 내 부에 전기장(電氣場: Electric field)을 형성시켜 염분을 추출하는 방법이 제시되어 있으나, 원형의 양극과 음극을 설치함으로써 전극 간의 거리가 일정하지 않아 전극 판에서 균일한 전류밀도가 인가되지 않아 거리가 가까운 곳에서 과대한 전류밀도가 형성되면서 탈염수에서 다음과 같은 부 반응이 일어나면서 악취발생과 전력손실이 높은 문제점이 야기되었다. As a patent for solving the problem in the method of desalting salts of organic wastes having high salt concentration such as food waste, in the case of Korea Patent Registration No. 10-0423568, a diaphragm is installed outside the porous screw conveyor. A method of extracting salt by forming an electric field inside the conveying screw conveyor by applying a direct current from the rectifier while supplying and transporting food waste to the screw conveyor by installing a circular electrode outside the diaphragm. Although the distance between the electrodes is not fixed by installing a circular anode and a cathode, a uniform current density is not applied in the electrode plate, and an excessive current density is formed at a short distance. Has caused problems with high odor and high power loss. .
NaCl + H2O → NaClO + H2 (g)↑ ………………………………………………(9)NaCl + H 2 O → NaClO + H 2 (g) ↑. … … … … … … … … … … … … … … … … … (9)
NaClO + 2H2O → NaClO3 + 2H2 (g)↑ ……………………………………………(10)NaClO + 2H 2 O → NaClO 3 + 2H 2 (g) ↑. … … … … … … … … … … … … … … … … 10
NaClO3 + H2O → NaClO4 + H2 (g)↑ ……………………………………………(11)NaClO 3 + H 2 O → NaClO 4 + H 2 (g) ↑. … … … … … … … … … … … … … … … … (11)
2Cl- → Cl2 ( aq ) + 2e- → Cl2 (g)↑ ………………………………………………(12) 2Cl - → Cl 2 (aq) + 2e - → Cl 2 (g) ↑ ... … … … … … … … … … … … … … … … … … (12)
대한민국 특허 등록번호 10-0336868호의 경우는 음식물쓰레기, 하수 슬러지와 같은 유기성 폐자원에 함유되어 있는 중금속, 염분과 같은 유해이온제거를 전극을 이용하여 유기성 폐자원 내의 전해질에 직류전기를 인가하여 유기성 폐자원 내에 함유되어 있는 이온 중에서 전극의 (+)극에는 음이온이, 전극의 (-)극에는 양이온이 모인 이온들을 용액상태로 포집하여 배출시켜 연속적으로 제거하는 방법이 제시되어 있으나, 격막이 없이 탈염처리를 함으로써 처리효율이 떨어지면서 탈염수 중에는 유기오염물질의 농도가 높기 때문에 탈염수 중의 유기물질을 별도로 처리(폐수처리) 해야 하는 문제점이 있다.In the case of Korean Patent Registration No. 10-0336868, organic waste is removed by applying direct current electricity to the electrolyte in organic waste resources by removing harmful ions such as heavy metals and salts contained in organic waste resources such as food waste and sewage sludge. Among the ions contained in the resource, there is a method of collecting and discharging ions collected in a solution state in the positive electrode of the electrode and positive ions in the negative electrode of the electrode. Since the treatment efficiency is reduced by treating, the concentration of organic pollutants in the demineralized water is high, so there is a problem of separately treating the organic material in the demineralized water (wastewater treatment).
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 음식물쓰레기, 축산분뇨나 식품폐기물과 같이 염분을 함유한 유기성 폐기물을 외부에 격막이 부착된 스크루 믹서가 설치된 탈염실에 주입하고, 격막 바깥 쪽에 설치된 양극과 음극에 정류기로부터 직류전기를 인가하여 탈염실 내부에 전기장을 형성함으로써 음식물쓰레기 중에 함유된 염분을 추출제거하는 장치를 제공하는데 본 발명의 목적이 있는 것이다.In order to solve the above problems, the present invention injects organic waste containing salts such as food waste, livestock waste or food waste into a desalting chamber equipped with a screw mixer with a diaphragm attached to the outside, and an anode installed outside the diaphragm. It is an object of the present invention to provide a device for extracting and removing salt contained in food waste by applying a direct current electric current from the rectifier to the cathode to form an electric field inside the desalination chamber.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 양측에 격막이 부착된 다층의 스크루 믹서가 설치된 탈염실에 음식물쓰레기, 축산분뇨나 식품폐기물과 같이 염분을 함유한 유기성 폐기물을 주입하고, 격막 바깥 쪽에 설치된 양극과 음극에 정류기로부터 직류전기를 인가하면서 송풍기로부터 공기를 주입하여 폭기를 하여 탈염수 내에서 최대한 부 반응을 억제토록 하여 전력비를 저렴하게 하면서 Cl2, ClO2 등의 악취가스 발생을 억제하여 2차 공해문제 등이 야기되지 않고 탈염되는 것에 특징이 있는 것이다.In order to achieve the above object, the present invention injects organic waste containing salt such as food waste, livestock waste or food waste into a desalting chamber equipped with a multilayer screw mixer with a diaphragm on both sides, and is installed outside the diaphragm. Injecting air from the blower while applying DC electricity from the rectifier to the anode and cathode to aeration to suppress the side reactions in the demineralized water as much as possible to reduce the power ratio while reducing the generation of odorous gases such as Cl 2 , ClO 2, etc. It is characterized by desalination without causing pollution problems.
이하 첨부된 도면에 의해 상세히 본 발명을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
음식물쓰레기, 축산분뇨나 식품폐기물과 같이 염분을 함유한 유기성 폐기물을 퇴비화, 사료화, 혐기성 발효에 의해서 발생하는 메탄가스의 에너지화 등으로 자원화를 하기 위해서는 우선 비닐(Vinyl)봉투, 돌, 유리파편, 쇠붙이와 같은 이물질은 분리제거 및 파쇄기에 의해서 파쇄처리와 같은 전처리를 한 다음에 저장조에 공급되면 아밀라아제(Amylase), 리파제(Lipase), 프로테아제(Protease) 등과 같은 분해효소를 생성하는 미생물 균제(菌劑)를 주입해서 발효처리를 하여 악취제거 및 유동성이 좋게 연질화(軟質化)를 한 것을 양면에 격막(膈膜: 4)이 부착된 스크루 믹서(Screw mixer: 3)가 수직방향으로 다수 설치된 탈염실(脫鹽室: 2)에 공급하면서 정류기로부터 3∼50볼트(Volt)의 직류전기를 양극(6)과 음극(7)에 인가하여 탈염실(2)에 전기장(電氣場: Electric field)이 형성되면 전기영동(電氣泳動)에 의해서 Na+이온과 같은 양이온은 음극(7) 쪽의 격막(4)을 통과하여 염추출실(1)로 이동하게 되며, Cl-이온과 같은 음이온은 양극(6) 쪽의 격막(4)을 통과하여 염추출실(1)로 이동하게 되어 유기성 폐기물로부터 염분(NaCl)이 탈염처리된다.To recycle organic wastes containing salts such as food waste, livestock manure or food waste into compost, feed, and energyification of methane gas produced by anaerobic fermentation, first, vinyl bags, stones, glass fragments, Foreign substances such as iron are separated by microorganisms that produce degrading enzymes such as amylase, lipase, protease, etc. ), A salt mixer (3) with a diaphragm (4) attached on both sides of the denitrification, which has been subjected to fermentation treatment and soft nitridation for good odor removal and fluidity. The electric field is applied to the
음식물쓰레기, 축산분뇨나 식품폐기물과 같이 염분을 함유한 유기성 폐기물의 처리용량이 큰 경우에는 도 4, 5에서와 같이 양면에 격막(4)이 부착된 스크루 믹서(3)가 수직방향으로 다수 설치된 탈염실(2)을 수평방향으로 다수를 설치하고, 탈염실(2) 사이에는 양극(6)과 음극(7)을 교호적(交互的)으로 설치한 탈염장치의 탈염실(2)로 유기성 폐기물을 공급하면서 정류기로부터 3∼50볼트(Volt)의 직류전기를 양극(6)과 음극(7)에 인가하면 탈염실(2)에 전기장이 형성하여 전기영동에 의해서 Na+이온과 같은 양이온은 음극(7) 쪽의 격막(4)을 통과하여 염추출실(1)로 이동하게 되고, Cl-이온과 같은 음이온은 양극(6) 쪽의 격막(4)을 통과하여 염추출실(1)로 이동하게 되면서 유기성 폐기물에 함유된 염분이 탈염처리된다.When the processing capacity of organic wastes containing salt such as food waste, livestock waste or food waste is large, as shown in FIGS. 4 and 5, a plurality of
본 발명의 염분함량이 높은 유기성 폐기물에서 탈염처리 메커니 즘(Mechanism)을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The desalination mechanism (Mechanism) in the organic waste having a high salt content of the present invention will be described in detail.
음식물쓰레기, 축산분뇨나 식품폐기물과 같이 염분을 함유한 유기성 폐기물에 함유된 NaCl은 수분과 가수분해반응(加水分解反應)에 의해서 Na+과 Cl-이온으로 다음 반응식 (13)과 같이 해리(解離)된다.NaCl contained in salt-containing organic waste such as food waste, livestock waste or food waste is dissociated into Na + and Cl - ions by water and hydrolysis reaction as shown in the following reaction (13). )do.
NaCl ――H2O―→ Na+ + Cl- ………………………………………(13) NaCl --H 2 O- → Na + + Cl - ... … … … … … … … … … … … … … … (13)
정류기로부터 양극(6)과 음극(7)에 직류전기를 인가하여 탈염실(2) 내부에 전기장을 형성하면 탈염실(2)의 유기성 폐기물 중의 Na+이온은 음극(7) 쪽의 격막(4)을 통과하여 염추출실(1)로 이동하게 되며, Cl-이온은 양극(6) 쪽의 격막(4)을 통과하여 염추출실(1)로 이동하게 되어 탈염실(2)의 유기성 폐기물로부터 NaCl이 제거(탈염)하게 된다. When a direct current is applied from the rectifier to the
Na+ ―― 격막 ―→ Na+ …………………………………………(14)Na + --septum-> Na + ... … … … … … … … … … … … … … … … (14)
Cl- ―― 격막 ―→ Cl- …………………………………………(15)Cl - - Diaphragm - → Cl - ... … … … … … … … … … … … … … … … (15)
염추출실(1)로 이동한 Na+이온과 Cl-이온은 원래의 NaCl상태로 인사이투(in situ) 반응이 일어나게 된다.Na + ions and Cl − ions transferred to the
Na+ + Cl- ――H2O―→ NaCl ……………………………………(16)Na + + Cl − -—H 2 O— → NaCl... … … … … … … … … … … … … … (16)
그리고 양극(6)과 음극(7) 측에서는 다음과 같은 부 반응(副反應)이 일어나 면 악취발생과 전력소모가 증가할 우려가 있기 때문에 송풍기(Air blower: 8)로부터 대기 중의 공기를 산기관(Diffuser: 9)을 통해서 폭기(曝氣)를 하여 부 반응이 최대한 억제 되도록 한다.On the
2Cl- → Cl2 ( aq ) + 2e- …………………………………………………(17)2Cl − → Cl 2 ( aq ) + 2e − . … … … … … … … … … … … … … … … … … … (17)
Cl2 ( aq ) → Cl2 (g)↑ ……………………………………………………(18)Cl 2 ( aq ) → Cl 2 (g) ↑. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … (18)
Cl2 ( aq ) + H2O → HClO( aq ) + HCl ………………………………………(19)Cl 2 ( aq ) + H 2 O → HClO ( aq ) + HCl... … … … … … … … … … … … … … … (19)
2HClO( aq ) + 2H+ + 2e- → Cl2 (g)↑ + 2H2O …………………………(20) 2HClO (aq) + 2H + + 2e - → Cl 2 (g) ↑ + 2H 2 O ... … … … … … … … … … 20
2H2O + 2e- → 2OH- + H2 (g)↑ …………………………………………(21) 2H 2 O + 2e - → 2OH - + H 2 (g) ↑ ... … … … … … … … … … … … … … … … (21)
이때 송풍기(8)로부터 산기관(9)을 통해서 공급하는 공기의 공급량은 폭기강도(Intensity of aeration)가 1.2∼2.0공기(㎥)/조용량(㎥)이 되도록 한다. At this time, the supply amount of air supplied from the
본 발명의 특칭은 전기분해(電氣分解)나 전기투석(電氣透析)에 의한 탈염방법에 비해서 NaCl이 분해반응에 의해서 탈염이 전혀 일어나지 않고, 탈염실(2)의 유기성 폐기물에 함유되어 있는 염분(NaCl)을 정류기로부터 양극(6)과 음극(7)에 직류전기를 인가하여 Na+이온은 양극(6) 쪽의 격막(4)을 통과하여 염추출실(1)로 이동하게 하고, Cl-이온은 양극(6) 쪽의 격막(4)을 통과하여 염추출실(1)로 이동하게 하여 NaCl이 원래의 NaCl 상태로 인사이투(in situ) 반응이 일어나면서 추출제거되 기 때문에 NaCl의 분해에 의한 전류소모가 필요 없기 때문에 전력소모가 적다. According to a particular aspect of the present invention, compared to the desalination method by electrolysis or electrodialysis, the desalination does not occur at all by the decomposition reaction of NaCl, and the salt contained in the organic waste of the desalting chamber 2 ( NaCl) is applied from the rectifier to the anode (6) and the cathode (7) by direct current, so that Na + ions pass through the diaphragm (4) toward the anode (6) to the salt extraction chamber (1), Cl − The ions move through the
그리고 양극(6)과 음극(7)의 거리가 일정하며, 어느 특정부분이 가깝게 존재하지 않기 때문에 전술한 반응식 (17)에서 (21)과 같은 부 반응이 일어날 우려가 적으면서, 전극 판에서 균일한 전류밀도(電流密度)를 유지할 수 있기 때문에 탈염처리 효율이 높은 특징이 있다.And since the distance between the
염추출실(1), 탈염실(2) 및 스크루 믹서(3)의 재질은 SUS-316L, 티타늄(Titanium)을 사용하던가 카본 스틸(Carbon steel)에 에폭시(Epoxy) 코팅(Coating)이나 라이닝 (Lining)을 하던가, 유리섬유강화플라스틱(FRP: Fiber glass reinforced plastic)을 라이닝(Lining) 한다.Salt extraction chamber (1), desalination chamber (2) and screw mixer (3) are made of SUS-316L, titanium, or carbon coating or lining of carbon steel. Lining) or lining the fiber glass reinforced plastic (FRP).
음극판(6)의 재질은 수소발생과전압(水素發生過電壓))이 높은 재질인 스틸 판에 레이니 니켈(Ranney nickel)을 라이닝(Lining) 한 것이나 SUS-316L, 티타늄(Titanium)판을 사용하며, 양극판(6)은 내식성이 우수하면서 산소(酸素) 및 염소발생과전압(鹽素發生過電壓)이 높은 재질인 티타늄판에 TiO2-RuO2를 소부(燒付) 코팅(Coating)한 디에스에이(DSA: Dimensionally Stable Anode) 전극을 사용한다.The material of the
격막(4)은 전극투석장치(電極透析裝置)에서와 같이 양극(6) 쪽의 격막(4)은 음이온만 선택적으로 교환하는 음이온교환 격막을 사용하며, 음극(7) 쪽은 양이온을 선택적으로 교환하는 음이온교환 격막을 사용할 수도 있으나, 본 발명에서는 석면(石綿)이나 나이론(Nylon, Polyamide)), 폴리오레핀(Polyolefin), 폴리플루오로올레핀(Polyfluoroolefin), 폴리에스테르(Polyester), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene), 테트라플로오르에틸렌 (Tetrafluoroethylene), 폴리테트라플로오르에틸렌(Polytetrafluoroethylene), 폴리불화비닐리덴(poly vinylindene fluoride)과 헥사플로오르프로필렌(Hexafluoropropylene)의 공중합체(共重合體)인 0.5∼1.0㎜ 두께 막을 사용할 수도 있다.The
격막 서포터(5)는 격막(4) 외부에 1∼10㎜ 두께의 비스코스레이온(Viscose rayon)이나 나이론 등의 합성수지의 부직포(不織布) 위에 SUS-316L이나 티타늄의 다공판(多孔板)이나 격자판(格子板)으로 지지고정시킨다.The
[실시 예1]Example 1
도 1∼도 3과 같은 탈염장치의 사양이, 탈염실 용량은 1㎥(250㎜×1,000㎥×4,000㎜), 염추출실의 용량 3.24㎥(750㎜×1,200㎜×3,600㎜), 양극은 1,000㎜×1,200㎜ 티타늄판에 TiO2-RuO2를 소부 코팅한 DSA전극을 3매, 음극은 1,000㎜×1,200㎜ 티타늄판 전극을 3매, 양극 쪽의 격막과 음극 쪽의 격막의 재질 및 크기가 동일한 폴리에스테르 3㎜ 두께의 3,600㎜×1,000㎜ 크기의 격막을 사용한 1단 탈염실 내에 스크루 믹서 200㎜φ×3,600㎜ 4기를 설치한 탈염장치에 염분 함량이 2.32wt%인 음식물쓰레기 1톤/hr을 공급하면서 정류기로부터 직류전압 3∼10Volt를 인가하여 전류(電流)와 염분제거율을 측정한 결과는 다음 표 1의 내용과 같았다.1 to 3, the desalination apparatus has a capacity of 1 m 3 (250 mm × 1,000
표1 음식물쓰레기 탈염처리 시험 성적표Table 1 Food waste desalination test report
(참고사항: 염분함량이 2.3wt%인 음식물쓰레기 1Ton/hr을 0.5wt%까지 전기 분해에 의한 탈염처리를 하기 위한 이론 인가전류는 8246A이다.)(Note: The theoretical applied current is 8246A for desalination by electrolysis of 1Ton / hr of food waste with salt content of 2.3wt% to 0.5wt%.)
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 음식물쓰레기, 축산분뇨나 식품폐기물과 같이 염분을 함유한 유기성 폐기물은 퇴비화, 사료화, 메탄발효에 의한 메탄가스(CH4)의 에너지화 등으로 자원화 경우 염분의 농도가 높아서 어려움이 있는 유기성 폐기물을 염해 농도 이하의 염분농도로 탈염처리를 할 수 있기 때문에 유기성 폐기물처리공정에 널리 이용되는 효과가 있을 것으로 기대된다.As described above, according to the present invention, organic waste containing salt such as food waste, livestock manure or food waste is composted, feed, methane gas (CH 4 ) energy by methane fermentation, etc. It is expected that the organic waste, which is difficult due to its high concentration, can be desalted to a salt concentration below the salt level, so that the organic waste treatment process can be widely used.
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