KR101197620B1 - 음식물 쓰레기의 사료화 시스템 - Google Patents

음식물 쓰레기의 사료화 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가정이나 식당 등에서 발생하는 음식물 쓰레기를 가축의 사료로 생산하는 음식물 쓰레기의 사료화 시스템에 관한 기술로서, 선별 분쇄기ㆍ탈수기ㆍ저온진공농축발효기ㆍ금속 선별기ㆍ입자 성형기ㆍ미생물 코팅기ㆍ포장기에서 선별분쇄공정ㆍ탈수공정ㆍ발효건조공정ㆍ금속선별공정ㆍ입자성형공정ㆍ코팅공정ㆍ포장공정을 포함하여 구성되는 음식물 쓰레기의 사료화 시스템의 발효건조공정 시에 이용되는 저온진공농축발효기를 구체화하고, 탈수공정에서 탈수된 탈수액을 양질의 액상사료 및 액상비료로 생산할 수 있도록 하는 음식물 쓰레기의 사료화 시스템에 관한 것이다.
또한 본 발명은 음식물 쓰레기가 탈수기로서 탈수된 이후 발효처리됨에 있어서, 종래의 발효건조기와 비교하여 탈수된 음식물 쓰레기를 효과적으로 발효 건조시키는 저온진공농축발효기를 제공하고, 탈수기에서 탈수된 탈수액을 저농도 탈수액과 고농도 탈수액으로 분리하여 각각을 액상비료와 액상사료로 생산하여 음식물 쓰레기로 인한 자원낭비를 줄이고, 생산성이 향상된 음식물 사료화 시스템으로서 고품질의 발효사료를 축산농가에 제공가능한 효과를 얻을 수 있다.

Description

음식물 쓰레기의 사료화 시스템{Feed production system using garbage}
본 발명은 가정이나 식당 등에서 발생하는 음식물 쓰레기를 가축의 사료로 생산하는 음식물 쓰레기의 사료화 시스템에 관한 기술로서, 선별 분쇄기ㆍ탈수기ㆍ저온진공농축발효기ㆍ금속 선별기ㆍ입자 성형기ㆍ미생물 코팅기ㆍ포장기에서 선별분쇄공정ㆍ탈수공정ㆍ발효건조공정ㆍ금속선별공정ㆍ입자성형공정ㆍ코팅공정ㆍ포장공정을 포함하여 구성되는 음식물 쓰레기의 사료화 시스템의 발효건조공정 시에 이용되는 저온진공농축발효기를 구체화하고, 탈수공정에서 탈수된 탈수액을 양질의 액상사료 및 액상비료로 생산할 수 있도록 하는 음식물 쓰레기의 사료화 시스템에 관한 분야이다.
일반적으로 가정이나 식당 등에서 발생하는 음식물 쓰레기는 대부분 여러 가지 혼합물이 뒤섞여 있고, 다량의 수분을 함유하고 있으므로 기온이 높을 경우 쉽게 부패될 뿐만 아니라 이러한 음식물 쓰레기를 그대로 땅속에 매립할 경우 심한 악취 및 가스와 함께 침출수가 발생하여 토양과 지하수를 오염시키는 심각한 환경오염을 초래하게 된다.
이러한 음식물 쓰레기를 폐기물로 매립할 경우 자원낭비를 초래함은 물론 폐기처리에 따른 비용과 환경오염 즉, 음식물 쓰레기에서 발생하는 침출수로 인하여 토양오염과 수질오염을 초래하고, 음식물의 부패에 따른 악취와 가스 및 병해충으로 인하여 각종 피부질환 및 전염성 질병을 야기하는 등 환경오염의 주요 원인이 되고 있다.
따라서, 최근에는 가정이나 식당 등에서 발생하는 음식물 쓰레기의 문제점을 개선하고 환경오염과 자원낭비를 줄이고자 수분이 함유된 음식물 쓰레기를 일반 쓰레기와 분리 수거하여 가축의 사료나 또는 농업용 퇴비로 생산하여 음식물 쓰레기를 재활용하는 추세이다.
음식물 쓰레기를 가축의 사료나 또는 농업용 퇴비로 생산하여 재활용 하기 위해서는 음식물 쓰레기에 혼합되어 있는 비닐류ㆍ젖가락ㆍ병마개 등 각종 이물질과 금속류를 선별 제거하고, 음식물 쓰레기를 적당한 크기로 분쇄한 다음, 함유된 수분을 탈수하여 어느 정도 제거한 후, 탈수된 음식물 찌꺼기를 살균 처리하는 한편 발효 건조하여 가축의 사료나 또는 농업용 퇴비로 생산하게 된다.
종래 음식물 쓰레기를 가축의 사료로 생산하는 선행기술로서, 국내 등록특허 제10-0589698호(음식물 쓰레기의 사료화 시스템 및 그 방법)가 제안된 바 있으며, 이를 개략적으로 살펴보면 음식물 쓰레기에서 수분을 제거하는 회전드럼과; 수분이 제거된 음식물 쓰레기에서 금속을 분리하는 금속선별장치와; 금속 및 이물질이 분리된 음식물 쓰레기를 잘게 분쇄하는 파쇄기와; 분쇄된 음식물 쓰레기를 배합물과 혼합하는 배합기와; 배합물이 혼합된 음식물 쓰레기를 진공상태에서 수분을 제거하여 외부로 압출하는 홀룡기와; 외부로 압출된 음식물 쓰레기를 입자로 성형하는 진공 펠렛기와; 펠렛으로 성형된 사료를 튀기는 튀김기; 및 튀겨진 사료를 급속 냉각하여 기름기를 제거하는 급속냉각장치;로 이루어져 있다.
상기의 선행기술은 음식물 쓰레기에서 금속 및 이물질을 분리하여 잘게 분쇄한 다음 배합물을 혼합하고 홀룡기에서 수분을 제거하여 외부로 압출하면서 진공펠렛기로 음식물 쓰레기를 적당한 크기의 펠렛으로 성형하여 고품질의 사료를 생산하는 장점이 있으나, 펠렛으로 성형된 사료를 튀김기로 튀긴 후, 기름기를 제거하여 가축의 사료로 공급하므로 사료에 함유된 동물성 기름으로 인하여 영양소의 섭취와 소화력이 저하되는 문제점들이 있었다.
또한 본 출원인이 선출원하여 등록받은 국내등록특허 제10-0959283호 및 제10-1055656호는 음식물 쓰레기를 사료화하기 위한 시스템을 제공하여, 고품질의 발효사료, 액상사료 및 액상비료를 축산농가에 제공가능한 효과를 제공하였으나, 발효건조공정의 발효건조기와 같은 일부 구성에 대한 구체적인 구성이 미흡하고, 탈수기에 의하여 탈수된 탈수액을 효과적으로 이용할 수 있는 구성이 미흡하여 이를 해결하기 위한 지속적인 연구개발이 요구된다.
본 발명은 음식물 쓰레기의 사료화 시스템의 종래기술에 따른 문제점들을 개선하고자 안출된 기술로서, 종래 음식물 쓰레기의 사료화 시스템은 선별분쇄기ㆍ탈수기ㆍ발효건조기ㆍ입자 성형기ㆍ미생물 코팅기에서 선별분쇄공정ㆍ탈수공정ㆍ발효건조공정ㆍ입자성형공정ㆍ코팅공정을 처리하여 고품질의 발효사료를 생산하는 음식물 쓰레기의 사료화 시스템을 제공하였으나, 이를 실현하기 위한 우수한 발효건조기를 제공하지 못하는 문제와 탈수기에서 탈수된 탈수액을 효과적으로 이용하기 위한 구체적인 시스템을 제공하지 못한 문제가 발생하여, 이에 대한 해결점을 제공하는 것을 주된 목적으로 하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 소기의 목적을 실현하고자,
수거된 음식물 쓰레기가 반입되는 반입 저장조와; 상기 반입 저장조에서 음식물 쓰레기가 공급되어 잘게 분쇄되면서 각종 이물질이 분리되는 선별 분쇄기와; 상기 선별 분쇄기로부터 공급되는 음식물 쓰레기에 함유된 수분을 탈수액으로 탈수하는 탈수기와; 상기 탈수기로부터 탈수된 음식물 쓰레기가 공급되어 일시적으로 저장되는 고형물 저장조와; 상기 고형물 저장조에서 탈수된 음식물 쓰레기가 공급되고 감압 진공상태에서 음식물 쓰레기를 저온으로 가열하여 발효 건조하는 저온진공농축발효기와; 상기 저온진공농축발효기에서 발효 건조된 음식물 사료가 공급되어 음식물 사료를 사료분말로 분쇄하고 이물질을 선별하는 선별 분쇄기와; 상기 선별 분쇄기로부터 공급되는 사료분말에서 미세 금속물질을 선별하는 금속 선별기와; 상기 금속 선별기에서 공급되는 사료분말을 환형(丸形) 알갱이 입자로 성형하는 입자 성형기와; 상기 입자 성형기로부터 공급되는 사료입자의 표면에 미생물을 코팅하는 미생물 코팅기와; 상기 미생물 코팅기에서 미생물이 코팅된 사료가 공급되어 숙성되는 사료 저장조와; 상기 사료 저장조로부터 숙성된 사료가 공급되어 포장되는 포장기;를 포함하고, 상기 저온진공농축발효기는, 음식물이 공급되는 투입구와 발효된 음식물이 배출되는 배출구가 구비된 한편 내부공간을 진공상태로 흡입하는 진공흡입관이 구비된 발효챔버와; 상기 발효챔버의 내부공간에 회전가능케 설치되고, 모터의 구동으로 회전하여 음식물을 뒤섞어 교반하는 교반기와; 상기 발효챔버의 외주연에 구현되고, 스팀이 공급되어 발효챔버를 저온으로 가열하는 스팀챔버와; 상기 발효챔버의 상부에 구현되고, 음식물의 발효과정에서 발생하는 수증기를 냉각하는 수증기냉각수단과; 상기 발효챔버에서 발효된 음식물이 배출되는 배출구를 개폐하는 게이트;를 포함하여 구성되는 음식물 쓰레기의 사료화 시스템을 제시한다.
상기와 같이 제시된 본 발명에 의한 음식물 쓰레기의 사료화 시스템은 음식물 쓰레기가 탈수기로서 탈수된 이후 발효처리됨에 있어서, 종래의 발효건조기와 비교하여 탈수된 음식물 쓰레기를 효과적으로 발효 건조시키는 저온진공농축발효기를 제공하고, 탈수기에서 탈수된 탈수액을 저농도 탈수액과 고농도 탈수액으로 분리하여 각각을 액상비료와 액상사료로 생산하여 음식물 쓰레기로 인한 자원낭비를 줄이고, 생산성이 향상된 음식물 사료화 시스템으로서 고품질의 발효사료를 축산농가에 제공하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 음식물 쓰레기의 사료화 시스템의 주요 구성을 나타낸 블럭도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 음식물 쓰레기의 사료화 시스템의 주요 공정을 나타낸 블럭도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 음식물 쓰레기의 사료화 시스템의 저온진공농축발효기를 나타낸 정면도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 음식물 쓰레기의 사료화 시스템의 저온진공농축발효기를 나타낸 측면도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 음식물 쓰레기의 사료화 시스템의 저온진공농축발효기를 나타낸 요부 정단면도.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 음식물 쓰레기의 사료화 시스템의 저온진공농축발효기를 나타낸 요부 측단면도.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 음식물 쓰레기의 사료화 시스템의 저온진공농축발효기 작동상태를 나타낸 요부 정단면도.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 음식물 쓰레기의 사료화 시스템의 저온진공농축발효기의 교반기를 나타낸 사시도.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 음식물 쓰레기의 사료화 시스템의 저온진공농축발효기의 교반기를 나타낸 요부 측단면도.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 음식물 쓰레기의 사료화 시스템의 저온진공농축발효기의 교반기를 나타낸 요부 정면도.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 음식물 쓰레기의 사료화 시스템의 저온진공농축발효기의 내측교반날과 외측교반날을 나타낸 요부 설치상태도.
본 발명은 가정이나 식당 등에서 발생하는 음식물 쓰레기를 가축의 사료로 생산하는 음식물 쓰레기의 사료화 시스템에 관한 것이다.
이하 본 발명의 실시예를 도시한 도면 1내지 11을 참고하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 음식물 쓰레기의 사료화 시스템의 주요 구성을 살펴보면, 가정이나 식당 등에서 분리 수거된 음식물 쓰레기는 차량으로 운반되어 우선 대용량의 반입 저장조(100)로 공급되고, 상기 반입 저장조(100)에서 일정량의 음식물 쓰레기가 스크류컨베이어를 통해 선별 분쇄기(110)로 이송 공급되며, 선별 분쇄기(110)에서 적당한 크기로 잘게 분쇄된 다음, 다시 스크류컨베이어를 통해 수분을 제거하는 탈수기(120)로 이송 공급된다.
상기 선별 분쇄기(110)는 모터의 구동으로 다수개의 분쇄날이 고속으로 회전하여 공급되는 음식물 쓰레기를 적당한 크기로 분쇄하고, 상기 분쇄과정에서 음식물 쓰레기에 혼합된 각종 이물질(비닐류ㆍ젖가락ㆍ병마개 등)과 고형물이 분쇄실의 상부 공간으로 부양되거나 또는 튕겨져 올라가 흡입팬의 강한 흡입력으로 흡입 배출되므로 분쇄과정에서 음식물 쓰레기에 혼합된 각종 이물질과 고형물을 선별 분리하게 된다.
선별 분쇄기(110)에서 적당한 크기로 잘게 분쇄된 음식물 쓰레기는 타공망을 통과하여 호퍼에 모아진 다음, 스크류컨베이어를 통해 탈수기(120)로 이송 공급되고, 탈수기(120)는 모터의 구동으로 회전하는 스크류가 음식물 쓰레기를 가압하여 함유된 수분을 짜서 탈수하게 된다.
아울러 탈수기(120)로부터 수분이 어느 정도 제거된 음식물 쓰레기(건더기)는 스크류컨베이어를 통해 고형물 저장조(130)에 수용되어 일시적으로 저장된 다음, 감압 진공상태에서 음식물 쓰레기를 저온으로 가열하여 발효 건조하는 저온진공농축발효기(140)로 공급되어 발효 건조과정을 거치게 된다.
구체적으로, 본 발명에 의한 저온진공농축발효기(140)는 음식물이 공급되는 투입구(11)와 발효된 음식물이 배출되는 배출구(12)가 구비된 한편 내부공간을 진공상태로 흡입하는 진공흡입관(13, 14)이 구비된 발효챔버(10)와; 상기 발효챔버(10)의 내부공간에 회전가능케 설치되고, 모터(28)의 구동으로 회전하여 음식물을 뒤섞어 교반하는 교반기(20)와; 상기 발효챔버(10)의 외주연에 구현되고, 스팀이 공급되어 발효챔버(10)를 저온으로 가열하는 스팀챔버(30)와; 상기 발효챔버(10)의 상부에 구현되고, 음식물의 발효과정에서 발생하는 수증기를 냉각하는 수증기냉각수단(40)과; 상기 발효챔버(10)에서 발효된 음식물이 배출되는 배출구(12)를 개폐하는 게이트(50);를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 저온진공농축발효기(140)의 교반기(20)는, 발효챔버(10)의 내부공간에 길이 방향으로 회전가능케 설치되고, 스팀이 공급되는 스팀주입공(22)이 관통 형성된 샤프트(21)와; 상기 샤프트(21)의 외주연에 원형으로 설치된 다수개의 내측스팀관(23) 및 외측스팀관(24)과; 상기 샤프트(21)와 내측스팀관(23) 및 외측스팀관(24)에 연결 설치된 스팀공급관(25)과; 상기 샤프트(21)와 내측스팀관(23) 및 외측스팀관(24)에 방사상으로 연결 설치된 다수개의 내측교반날(26) 및 외측교반날(27);을 포함하여 구성된다.
상기 발효챔버(10)는 고형물 조장조에서 공급받은 탈수된 음식물 쓰레기가 투입되어 발효공정이 수행되는 것으로서, 도면에서 도 3 내지 도 6과 같이, 발효챔버(10)는 소정길이의 원통형태로 구현됨이 바람직하고, 프레임 위에 놓여 고정 설치되는 한편 외부에 박스형태로 컨테이너(60)가 감싸여 설치된다.
상기에서 박스형태로 설치되는 컨테이너(60)는 한쪽 면에 점검을 위한 도어가 설치되어 작업자가 내부로 출입할 수 있도록 구현됨이 바람직하고, 상부에 발효챔버(10)의 내부공간으로 탈수된 음식물 쓰레기가 공급되는 투입구(11)와, 다수개의 진공흡입관(13, 14)이 설치된다.
여기서, 발효챔버(10)는 상부와 하부가 반원통형으로 분리되어 조립되고, 상부 한쪽에 내부공간으로 탈수된 음식물 쓰레기가 공급되는 투입구(11)가 구비되는 한편 저면부에서 투입구(11)의 대향쪽으로 배출구(12)가 구비되어 발효 건조된 음식물 사료가 외부로 배출되며, 상부와 전면 및 후면에 일정 간격으로 다수개의 진공흡입관(13, 14)이 설치된다.
상기 발효챔버(10)에서 투입구(11) 위에 스크류컨베이어가 설치되어 탈수된 음식물 쓰레기가 발효챔버(10)의 내부공간으로 공급되고, 발효챔버(10)로 일정량의 음식물 쓰레기가 공급된 후, 투입구(11)를 밀폐시켜 차단할 수 있도록 버터플라이밸브(butterfly valve)가 설치됨이 바람직하다.
상기에서 진공흡입관(13, 14)은 상부에 일정 간격으로 설치되는 한편 전면과 후면의 중간부분에 일정 간격으로 설치되며, 여기서 진공흡입관(13, 14)은 음식물 쓰레기의 발효과정에서 발생하는 수증기와 가스를 진공펌프로부터 흡입하여 외부로 방출하고, 발효챔버(10)의 내부공간을 진공상태로 유지한다.
또한 상기 교반기(20)는 발효챔버(10)의 내부공간으로 공급된 음식물 쓰레기를 골고루 뒤섞어 교반하는 동시에 스팀열로 음식물 쓰레기를 가열하는 기능으로서, 도면에서 도 5 내지 도 10과 같이, 발효챔버(10)의 내부공간에 길이 방향으로 회전가능케 설치되고, 스팀이 공급되는 스팀주입공(22)이 관통 형성된 샤프트(21)와; 상기 샤프트(21)의 외주연에 원형으로 설치된 다수개의 내측스팀관(23) 및 외측스팀관(24)과; 상기 샤프트(21)와 내측스팀관(23) 및 외측스팀관(24)에 연결 설치된 스팀공급관(25)과; 상기 샤프트(21)와 내측스팀관(23) 및 외측스팀관(24)에 방사상으로 연결 설치된 다수개의 내측교반날(26) 및 외측교반날(27);을 포함하여 이루어진다.
상기에서 교반기(20)는 발효챔버(10)의 양측면에 설치된 베어링하우징에 샤프트(21)가 끼워져 회전가능케 설치되며, 상기 샤프트(21)에 구동력을 전달하여 회전시키는 모터(28)와 감속기(29)는 발효챔버(10)의 한쪽 측면에 위치하여 프레임 위에 고정 설치되고, 샤프트(21)와 감속기(29)에 커플링(coupling)이 연결 설치되므로 모터(28)의 구동력이 감속기(29)를 통해 샤프트(21)로 전달됨에 따라 샤프트(21)가 감속 회전하며, 여기서 감속기(29)의 위치에 감속모터를 설치할 수도 있다.
또한 샤프트(21)는 중심에 스팀주입공(22)이 관통 형성되어 내부공간으로 스팀이 공급되고, 외주연에 크고 작은 직경으로 내측스팀관(23) 및 외측스팀관(24)이 원형으로 설치되며, 상기 샤프트(21)와 내측스팀관(23) 및 외측스팀관(24)에 복수개의 스팀공급관(25)이 연결 설치되어 샤프트(21)의 스팀주입공(22)에서 내측스팀관(23) 및 외측스팀관(24)으로 스팀이 공급된다.
상기에서 내측스팀관(23) 및 외측스팀관(24)은 동일한 중심에 크고 작은 직경으로 구현되고, 샤프트(21)의 길이 방향에 일정한 간격으로 이격되어 다수 개가 설치되며, 상기 샤프트(21)와 내측스팀관(23) 및 외측스팀관(24)에 방사상으로 다수개의 내측교반날(26) 및 외측교반날(27)이 연결 설치된다.
상기에서 내측스팀관(23) 및 외측스팀관(24)은 음식물 쓰레기의 발효과정에서 샤프트(21)의 스팀주입공(22)을 통해 공급되는 스팀열로 음식물 쓰레기를 가열하는 기능이고, 또한 방사상으로 설치된 내측교반날(26) 및 외측교반날(27)은 샤프트(21)가 회전할 경우, 음식물 쓰레기를 골고루 뒤섞어 교반하는 기능으로서, 상기 내측교반날(26) 및 외측교반날(27)은 도면에서 도 11과 같이, 서로 반대 방향으로 경사져 설치된다.
즉, 내측교반날(26) 및 외측교반날(27)이 서로 반대 방향으로 경사져 설치됨에 따라 샤프트(21)가 한쪽 방향으로 회전할 경우, 내측교반날(26)은 음식물 쓰레기를 투입구(11)가 위치한 방향으로 교반하면서 이송하고, 외측교반날(27)은 음식물 쓰레기를 배출구(12)가 위치한 방향으로 교반하면서 이송하므로 음식물 쓰레기를 골고루 뒤섞어 효율적으로 교반하게 된다.
상기에서 샤프트(21)로 스팀을 공급하고자 모터(28)의 구동축과 대향쪽 샤프트(21)의 단부에 각각 로터리조인트(21a, 21b)를 설치하고, 상기 로터리조인트(21a, 21b)에 스팀이 공급 및 배기되는 스팀관(31)과 배기관(32)을 각각 연결 설치하며, 여기서 로터리조인트(21a, 21b)는 공지된 선행기술을 적용할 수 있으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
또한 스팀챔버(30)는 도면에서 도 5 내지 도 7과 같이, 음식물 쓰레기의 발효과정에서 발효챔버(10)를 저온으로 가열하는 기능으로서, 스팀챔버(30)는 발효챔버(10)의 외주연을 감싸는 이중구조로 구성되고, 가능한 발효챔버(10)의 중간부분 아래에서 전면ㆍ후면ㆍ저면을 감싸는 형태로 구현됨이 바람직하며, 전면과 후면의 상부에 보일러에서 스팀이 공급되는 스팀관(31)이 연결 설치되고, 저면에 응축수와 잔여 스팀이 배기되는 배기관(32)이 연결 설치된다.
상기에서 스팀챔버(30)는 보일러에서 140~150℃로 가열된 스팀이 스팀관(31)을 통하여 내부로 공급되어 발효챔버(10)를 50~60℃로 가열하므로 발효챔버(10)의 내부공간에 공급된 음식물 쓰레기를 살균하는 한편 발효하게 된다.
따라서, 선별분쇄공정과 탈수공정을 거친 음식물 쓰레기가 스크류컨베이어를 통해 투입구(11)로 이송되어 발효챔버(10)의 내부공간으로 공급되고, 보일러에서 가열된 스팀이 스팀관(31)을 통해 스팀챔버(30)로 공급되어 발효챔버(10)가 50~60℃로 가열되는 한편 교반기(20)의 구동으로 음식물 쓰레기를 골고루 뒤섞어 교반하면서 일정 시간 동안 발효과정이 진행된다.
또한 수증기냉각수단(40)은 음식물 쓰레기의 발효과정에서 발생하는 수증기를 냉각하는 기능으로서, 수증기냉각수단(40)은 발효챔버(10)에서 한쪽 측면의 상부에 형성되고, 급수관(42)이 연결 설치되어 냉각수가 공급되는 급수챔버(41)와; 상기 급수챔버(41)와 마주하도록 발효챔버(10)에서 다른 한쪽 측면의 상부에 형성되고, 배수관(44)이 연결 설치되어 냉각수가 배수되는 배수챔버(43)와; 발효챔버(10)의 내부공간에서 급수챔버(41)와 배수챔버(43)에 연결 설치되는 다수개의 냉각관(45);을 포함하여 구현된다.
상기에서 급수챔버(41)와 배수챔버(43)는 발효챔버(10)의 측면 상부에 양측으로 각각 설치됨이 바람직하고, 급수챔버(41)는 급수관(42)을 통하여 냉각수가 공급되는 한편 배수챔버(43)는 급수챔버(41)에서 냉각관(45)을 경유한 냉각수가 모아져 배수관(44)을 통해 배수된다.
또한 발효챔버(10)의 내부공간 상부에서 급수챔버(41)와 배수챔버(43)에 연결 설치된 다수개의 냉각관(45)은 급수챔버(41)로 공급된 냉각수가 경유하여 저온으로 냉각되고, 음식물 쓰레기의 발효과정에서 발생한 수증기와 접촉하여 수증기를 대기 온도로 냉각하게 된다.
상기에서 냉각수는 급수챔버(41)에서 다수개의 냉각관(45)을 경유하여 냉각관(45)을 저온으로 냉각한 다음, 배수챔버(43)에 모아진 후, 배수관(44)을 통해 쿨링타워(Cooling Tower)로 유입되어 냉각되고, 쿨링타워에서 다시 급수관(42)을 통해 급수챔버(41)로 공급되어 순환된다.
따라서, 발효챔버(10)의 내부공간 상부에 설치된 다수개의 냉각관(45)이 냉각수로 인하여 저온으로 냉각됨에 따라 음식물 쓰레기의 발효과정에서 발생하는 수증기와 가스가 냉각관(45)에 접촉하면서 대기 온도로 냉각된 다음, 다수개의 진공흡입관(13, 14)으로 흡입되어 외부로 방출된다.
아울러 상기 게이트(50)는 발효된 음식물 쓰레기가 배출되는 배출구(12)를 선택적으로 개폐하는 기능으로서, 배출구(12)를 개폐하는 도어와, 상기 도어를 개폐 작동시키는 실린더로 구현되며, 발효챔버(10)에서 음식물 쓰레기의 발효과정이 완료되면, 실린더의 구동으로 도어가 열려 발효 건조된 음식물 사료('발효된 음식물 쓰레기'와 동일한 의미임.)가 배출되고, 배출과정이 완료되면, 다시 실린더가 구동하여 도어가 닫히게 된다.
이러한 구성으로 이루어진 본 발명은 음식물 쓰레기가 투입되는 발효챔버(10)를 스팀으로 가열하여 50~60℃로 저온을 유지하면서 교반기(20)에서 음식물 쓰레기를 골고루 뒤섞어 교반하면서 스팀열로 가열하여 발효환경을 최적으로 조성하므로 가정이나 식당 등에서 발생한 음식물 쓰레기를 영양분이 풍부한 양질의 사료로 생산하게 된다.
특히, 본 발명은 교반기(20)의 샤프트(21)와 다수개의 내측스팀관(23) 및 외측스팀관(24)으로 스팀이 공급됨에 따라 음식물 쓰레기를 골고루 뒤섞어 교반하면서 스팀열로 음식물 쓰레기를 가열하므로 발효환경을 최적으로 조성하여 생산량을 높이는 한편 음식물 쓰레기의 발효 건조 처리시간을 단축할 뿐만 아니라 발효챔버(10)를 저온으로 가열하여 발효과정이 진행되므로 에너지 소모량을 줄이게 된다.
상기와 연관하여, 본 발명은 사용자의 판단에 따라 저온진공농축발효기(140)에서 발효 건조완료되어 배출된 발효 건조된 음식물 사료를 저온진공농축발효기(140)에 재차 인입시켜 1차적으로 발효 건조된 음식물 사료를 재발효 건조하여 2차 발효 건조된 음식물 사료를 만드는 것도 가능하다. 이때, 탈수된 음식물 쓰레기를 저온진공농축발효기(140)로서 반복하여 발효 건조시키면 발효 건조시간을 보다 단축시킬 수 있고, 1차적으로 발효 건조된 음식물 사료에 증식 배양된 미생물과 비지ㆍ미강ㆍ사료첨가제 등을 더 첨가하여 2차 발효 건조할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한 상기 저온진공농축발효기(140)에서 발효 건조된 음식물 사료가 공급되어 음식물 사료를 사료분말로 분쇄하고 이물질을 선별하는 선별 분쇄기(150)는 모터의 구동으로 다수개의 분쇄날이 회전하여 발효 건조된 음식물 사료를 잘게 분쇄하고, 분쇄된 사룔분말에서 비중이 작은 비닐류는 부양시켜 선별 제거한다.
아울러 금속 선별기(160)는 상기 선별 분쇄기(150)로부터 공급되는 사료분말에 존재할 수 있는 미세한 입자 크기의 금속물질을 제거하기 위한 구성으로서, 저온진공농축발효기(140)로서 수분이 상당 부분 건조된 상태이기 때문에, 음식물 쓰레기에 포함되어 있을 수 있는 금속물질을 수분이 다량함유되어 있는 저온진공농축발효공정 이전에 금속물질을 제거하는 것보다 용이하게 제거할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 이때, 금속 선별기(160)는 전자석과 같은 수단을 구비하여 상기와 같은 효과를 실현할 수 있다.
상기 금속 선별기(160)에서 미세 금속물질이 제거된 사료분말은 벨트컨베이어를 통해 입자 성형기(170)로 이송 공급되고, 상기 입자 성형기(170)에서 사료분말을 3~5mm 크기의 환형(丸形) 알갱이 입자로 성형하게 된다.
본 발명의 입자 성형기(170)는 원형 진동스크린을 적용함이 바람직하고, 수분 함유량이 15% 이하인 사료분말을 원형 진동스크린 위로 이송하면서 미립자의 물방울을 사료분말에 분사하여 물방울의 응집작용과 원형진동으로 사료분말을 환형 알갱이 입자로 성형하게 된다.
또한 입자 성형기(170)에서 환형 알갱이 입자로 성형된 사료입자는 스크류컨베이어를 통해 미생물 코팅기(180)로 이송 공급되어 사료입자의 표면에 미생물 코팅층이 형성된다.
상기에서 미생물 코팅기(180)는 다수개의 교반날이 설치된 탱크에 일정량의 사료입자와 증식 배양된 미생물이 투입되고, 탱크의 내부온도를 40~50℃로 유지해 5시간 이상 교반하여 증식 배양된 미생물을 사료입자의 표면에 코팅하게 된다.
본 발명의 실시예에서 환형 알갱이 입자로 성형된 사료입자의 표면에 증식 배양된 미생물 코팅층이 형성되므로 가축이 사료입자를 씹어서 섭취할 경우 효소작용으로 영양소의 섭취와 소화를 촉진하게 된다.
또한 미생물 코팅기(180)에서 미생물 코팅층이 형성된 본 발명에 의한 사료입자는 스크류컨베이어를 통하여 직접 사료 저장조(190)에 저장될 수 있고, 스크류컨베이어를 통해 발효저장탱크로 이송 공급되어 일시적으로 저장되는 한편 숙성과정을 거치며, 발효저장탱크에서 1~2일 정도 숙성과정을 거치면서 사료입자에 코팅된 미생물을 증식 배양시킨 후, 사료 저장조(190)에 저장될 수도 있다.
아울러 상기 사료 저장조(190)에 저장된 사료입자는 스크류컨베이어를 통해 포장기(200)로 이송 공급되고, 상기 포장기(200)에서 20~40㎏ 단위로 포장되어 출하되며, 대부분 축산농가로 운반되어 사료로 공급된다.
또한 본 발명은 상기 탈수기(120)에서 음식물 쓰레기와 분리된(탈수된) 탈수액을 상기 탈수기(120)로부터 공급되는 탈수액이 일시적으로 저장되는 탈수액 저장조(130')와; 상기 탈수액 저장조(130')에서 탈수액이 공급되어 탈수액을 고농도 탈수액과 저농도 탈수액으로 분리하는 미세선별스크린(130'-1)과; 상기 미세선별스크린(130'-1)에서 분리된 고농도 탈수액이 저장되는 고농도 탈수액 저장조(130'-2)와; 상기 고농도 탈수액 저장조(130'-2)에서 공급되는 고농도 탈수액을 끓여 고농도 탈수액을 살균하는 살균기(130'-3)와; 상기 살균기(130'-3)에서 공급되는 살균된 고농도 탈수액과 부산물 투입기(130'-4')에서 공급되는 부산물을 혼합하여 액상사료를 생산하는 배합기(130'-4)와; 상기 배합기(130'-4)에서 공급되는 액상사료에 미생물을 증식 배양하여 발효 액상사료를 만드는 미생물배양기와; 상기 미생물배양기에서 공급되는 발효 액상사료를 저장하는 발효 액상사료 저장조(130'-6);를 포함하여 구성되는 처리공정을 수행함으로서, 음식물 쓰레기의 다량의 수분에 포함된 영양소를 이용한 액상사료를 만들 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
구체적으로, 탈수기(120)에서 음식물 쓰레기로부터 탈수된 탈수액은 일정의 수용량을 갖는 탈수액 저장조(130')에 일시적으로 저장된 후, 미세선별스크린(130'-1)으로 공급되어 음식물 성분을 다량 함유하는 고농도 탈수액과 음식물 성분을 고농도 탈수액보다 적게 함유하는 저농도 탈수액으로 분리된다. 이때, 상기 미세선별스크린(130'-1)은 0.7~1mm 메쉬로 탈수액 저장조(130')에서 탈수액을 펌프로 펌핑하여 공급받으며, 탈수액을 고농도 및 저농도 탈수액으로 분리하여 고농도 탈수액과 저농도 탈수액을 각각의 탈수액 저장조(130')에 이송 공급한다.
상기 미세선별스크린(130'-1)에서 고농도 탈수액 저장조(130'-2)로 공급되어 일시적으로 저장된 고농도 탈수액은 스크류컨베이어를 통해 살균기(130'-3)로 이송 공급되고, 살균기(130'-3)는 고농도 탈수액을 끓여서 각종 병원성 세균을 살균하는 기능으로서, 교반탱크 안에 고농도 탈수액이 일정량 수용되고, 수용된 탈수액을 교반하면서 보일러의 스팀가열로 100℃ 이상에서 15~20분 정도 유지하여 고농도 탈수액을 살균 처리하게 된다.
살균기(130'-3)에서 살균 처리된 고농도 탈수액은 50℃ 이하로 자연 냉각된 후, 배합기(130'-4)로 이송 공급되며, 배합기(130'-4)는 살균된 고농도 탈수액의 영양분과 기호성을 높이고자 미생물이 증식 배양된 탈수액에 부산물 투입기(130'-4')에서 공급되는 비지ㆍ미강ㆍ옥분(玉粉) 등의 부산물을 혼합하는 기능으로서, 고농도 탈수액과 부산물이 혼합된 액상사료의 수분 함유량이 75~80%를 유지하도록 혼합하게 된다. 이때, 배합기(130'-4)에서 혼합되는 부산물은 가축의 기호성에 따라 어느 하나를 선택하여 고농도 탈수액에 혼합하거나 또는 두 가지 이상을 복합하여 혼합할 수 있으며, 최종 제조완료되는 발효 액상사료의 영양분과 기호성에 따라 달리하여 선택할 수 있다.
상기 액상사료는 배합기(130'-4)에서 미생물배양기로 이송 공급되며, 여기서 미생물 배양기(130'-5)는 다수개의 교반날이 설치된 탱크에 일정량의 액상사료와 증식된 호기성미생물(好氣性微生物)이 투입되고, 보일러의 스팀가열로 탱크의 내부온도를 40~50℃로 유지해 4시간 이상 교반하여 액상사료에 미생물을 증식 배양시키게 된다.
상기 미생물배양기에서 미생물이 배양된 발효 액상사료는 발효 액상사료 저장조(130'-6)로 이송 공급되어 일시적으로 저장되면서 숙성과정을 거친 다음, 축산농가에 양돈용 습식사료로 제공되며, 숙성과정이 완료된 발효 액상사료를 가축이 섭취할 경우, 효소작용으로 영양분의 섭취와 소화를 촉진하게 된다.
아울러 본 발명은 상기 미세선별스크린(130'-1)에서 분리된 저농도 탈수액을 폐기처분할 수도 있지만, 저농도 탈수액 저장조(130'-7)에 일시적으로 저장하였다가 발효처리하여 농업용 액상비료로 생산할 수도 있다.
즉, 저농도 탈수액 저장조(130'-7)에 일시적으로 저장된 저농도 탈수액은 스크류컨베이어를 통해 폭기발효탱크(130'-8)로 공급된다. 상기에서 폭기발효탱크(130'-8)는 저농도 탈수액을 짧은 시간에 발효시켜 농업용 액비로 생산하는 기능으로서, 폭기발효탱크(130'-8) 안에 수용된 저농도 탈수액을 보일러의 스팀가열로 30~40℃로 유지하면서 산소를 폭기하여 호기성 미생물의 증식 배양을 활성화하여 발효과정을 촉진하게 된다.
상기 폭기발효탱크(130'-8)는 외주연에 스팀실이 형성되어 보일러의 스팀가열로 내부온도를 30~40℃로 유지하고, 내부 바닥에 폭기관이 설치되어 산소를 폭기하면서 4시간 이상 서서히 교반하여 호기성 미생물의 증식 배양으로 발효과정을 실시함으로써, 저농도 탈수액을 짧은 시간에 발효시켜 농업용 발효 액상비료로 생산하게 된다.
상기 폭기발효탱크(130'-8)에서 호기성 미생물의 증식 배양으로 발효과정이 완료된 발효 액상비료는 액상비료 저장조(130'-9)로 이송 공급되어 일시적으로 저장되면서 숙성과정을 거친 다음, 탱크로리(tank lorry) 차량을 통해 농작물 재배용 퇴비로 농가에 제공된다.
특히, 본 발명의 실시예는 탈수된 음식물 쓰레기를 효과적으로 발효 건조시키는 저온진공농축발효기(140)를 제공하여, 생산성이 향상된 고품질의 발효사료를 제공가능하고, 탈수기(120)에서 탈수된 탈수액을 저농도 탈수액과 고농도 탈수액으로 분리하여 각각을 액상비료와 액상사료로 생산하여 음식물 쓰레기로 인한 자원낭비를 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
상기는 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 설명하였으며, 상기의 실시예에 한정되지 아니하고, 상기의 실시예를 통해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경으로 실시할 수 있는 것이다.
10: 발효챔버 11: 투입구
12: 배출구 13, 14: 진공흡입관
20: 교반기 21: 샤프트
22: 스팀주입공 23: 내측스팀관
24: 외측스팀관 25: 스팀공급관
26: 내측교반날 27: 외측교반날
28: 모터 29: 감속기
30: 스팀챔버 31: 스팀관
32: 배기관 40: 수증기냉각수단
41: 급수챔버 42: 급수관
43: 배수챔버 44: 배수관
45: 냉각관 50: 게이트
60: 컨테이너 100: 반입 저장조
110: 선별 분쇄기 120: 탈수기
130: 고형물 저장조 130': 탈수액 저장조
130'-1: 미세선별스크린 130'-2: 고농도 탈수액 저장조
130'-3: 살균기 130'-4: 배합기
130'-4': 부산물 투입기 130'-5: 미생물 배양기
130'-6: 발효 액상사료 저장조
130'-7: 저농도 탈수액 저장조
130'-8: 폭기발효탱크 130'-9: 액상비료 저장조
140: 저온진공농축발효기 150: 선별 분쇄기
160: 금속 선별기 170: 입자 성형기
180: 미생물 코팅기 190: 사료 저장조
200: 포장기

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 수거된 음식물 쓰레기가 반입되는 반입 저장조(100)와; 상기 반입 저장조(100)에서 음식물 쓰레기가 공급되어 잘게 분쇄되면서 각종 이물질이 분리되는 선별 분쇄기(110)와; 상기 선별 분쇄기(110)로부터 공급되는 음식물 쓰레기에 함유된 수분을 탈수액으로 탈수하는 탈수기(120)와; 상기 탈수기(120)로부터 탈수된 음식물 쓰레기가 공급되어 일시적으로 저장되는 고형물 저장조(130)와; 상기 고형물 저장조(130)에서 탈수된 음식물 쓰레기가 공급되고 감압 진공상태에서 음식물 쓰레기를 저온으로 가열하여 발효 건조하는 저온진공농축발효기(140)와; 상기 저온진공농축발효기(140)에서 발효 건조된 음식물 사료가 공급되어 음식물 사료를 사료분말로 분쇄하고 이물질을 선별하는 선별 분쇄기(150)와; 상기 선별 분쇄기(150)로부터 공급되는 사료분말에서 미세 금속물질을 선별하는 금속 선별기(160)와; 상기 금속 선별기(160)에서 공급되는 사료분말을 환형(丸形) 알갱이 입자로 성형하는 입자 성형기(170)와; 상기 입자 성형기(170)로부터 공급되는 사료입자의 표면에 미생물을 코팅하는 미생물 코팅기(180)와; 상기 미생물 코팅기(180)에서 미생물이 코팅된 사료가 공급되어 숙성되는 사료 저장조(190)와; 상기 사료 저장조(190)로부터 숙성된 사료가 공급되어 포장되는 포장기(200);를 포함하고,
    상기 저온진공농축발효기(140)는 음식물이 공급되는 투입구(11)와 발효된 음식물이 배출되는 배출구(12)가 구비된 한편 내부공간을 진공상태로 흡입하는 진공흡입관(13, 14)이 구비된 발효챔버(10)와; 상기 발효챔버(10)의 내부공간에 회전가능케 설치되고, 모터(28)의 구동으로 회전하여 음식물을 뒤섞어 교반하는 교반기(20)와; 상기 발효챔버(10)의 외주연에 구현되고, 스팀이 공급되어 발효챔버(10)를 저온으로 가열하는 스팀챔버(30)와; 상기 발효챔버(10)의 상부에 구현되고, 음식물의 발효과정에서 발생하는 수증기를 냉각하는 수증기냉각수단(40)과; 상기 발효챔버(10)에서 발효된 음식물이 배출되는 배출구(12)를 개폐하는 게이트(50);를 포함하며,
    상기 탈수기(120)에서 탈수된 탈수액은 상기 탈수기(120)로부터 공급되는 탈수액이 일시적으로 저장되는 탈수액 저장조(130')와; 상기 탈수액 저장조(130')에서 탈수액이 공급되어 탈수액을 고농도 탈수액과 저농도 탈수액으로 분리하는 미세선별스크린(130'-1)과; 상기 미세선별스크린(130'-1)에서 분리된 고농도 탈수액이 저장되는 고농도 탈수액 저장조(130'-2)와; 상기 고농도 탈수액 저장조(130'-2)에서 공급되는 고농도 탈수액을 끓여 고농도 탈수액을 살균하는 살균기(130'-3)와; 상기 살균기(130'-3)에서 공급되는 살균된 고농도 탈수액과 부산물 투입기(130'-4')에서 공급되는 부산물을 혼합하여 액상사료를 생산하는 배합기(130'-4)와; 상기 배합기(130'-4)에서 공급되는 액상사료에 미생물을 증식 배양하여 발효 액상사료를 만드는 미생물배양기와; 상기 미생물배양기에서 공급되는 발효 액상사료를 저장하는 발효 액상사료 저장조(130'-6);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기의 사료화 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    저농도 탈수액은,
    상기 미세선별스크린(130'-1)에서 분리된 저농도 탈수액이 저장되는 저농도 탈수액 저장조(130'-7)와;
    상기 저농도 탈수액 저장탱크로부터 공급되는 저농도 탈수액에 산소를 폭기하여 발효시켜 발효 액상비료를 생산하는 폭기발효탱크(130'-8)와;
    상기 폭기발효탱크(130'-8)에서 공급되는 발효 액상비료를 저장하는 액상비료 저장조(130'-9);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기의 사료화 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    교반기(20)는,
    발효챔버(10)의 내부공간에 길이 방향으로 회전가능케 설치되고, 스팀이 공급되는 스팀주입공(22)이 관통 형성된 샤프트(21)와; 상기 샤프트(21)의 외주연에 원형으로 설치된 다수개의 내측스팀관(23) 및 외측스팀관(24)과; 상기 샤프트(21)와 내측스팀관(23) 및 외측스팀관(24)에 연결 설치된 스팀공급관(25)과; 상기 샤프트(21)와 내측스팀관(23) 및 외측스팀관(24)에 방사상으로 연결 설치된 다수개의 내측교반날(26) 및 외측교반날(27);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기의 사료화 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    내측스팀관(23) 및 외측스팀관(24)은,
    샤프트(21)의 외주연에서 동일한 중심에 크고 작은 직경으로 구현되고, 샤프트(21)의 길이 방향에 일정한 간격으로 이격되어 다수개가 설치되는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기의 사료화 시스템.
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