KR101353428B1 - 유기성 폐기물 발효처리시설의 공기공급시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기성 폐기물을 호기성 발효하여 퇴비화, 감량화하는 퇴적식 발효조나 교반식 발효조에서 유기성 폐기물의 발효능률을 향상시킬 수 있도록 발효조의 내부로 공기를 공급하는 유기성 폐기물 호기성 발효조의 공기공급시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 ① 발효조의 바닥으로부터 소정의 깊이에 수평 또는 소정의 각도로 기울어져 매립되어 있는 급기관 및 ② 상기 급기관이 매립된 수직상부에서 일정한 간격으로, 급기관의 상부를 관통하여 형성된 복수개의 급기구를 포함하는 유기성 폐기물을 발효하기 위한 발효조의 공기공급시스템인 것을 특징으로 한다.

Description

유기성 폐기물 발효처리시설의 공기공급시스템{Air Supply System for Organic Waste Fermenter}

본 발명은 유기성 폐기물을 호기성 발효하여 퇴비화, 감량화하는 퇴적식 발효처리시설이나 교반식 발효처리시설에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유기성 폐기물의 발효능률을 향상시킬 수 있도록 퇴적식 발효처리시설이나 교반식 발효처리시설의 내부로 공기를 공급하는 유기성 폐기물 호기성 발효처리시설의 공기공급시스템에 관한 것이다.

일반적으로 음식물폐기물, 가축분뇨, 하수슬러지 등의 유기성 폐기물은 토양과 수질의 오염을 초래하기 때문에 관련법규에 따라 엄격하게 관리/규제되고 있다. 유기성 폐기물은 크게 ① 매립/해양투기 ② 소각 또는 ③ 재활용의 방법으로 처리되는 것이 일반적이다. 매립법은 넓은 공간이 필요하고 침출수 발생에 따른 이차오염 등의 문제가 있고 해양투기는 국제법에 따라 2016년부터 금지된다. 소각법은 유기성 폐기물의 함수율이 높기 때문에 많은 에너지(연료)가 소비되어 경제성이 떨어진다. 이에 따라 최근 유기성 폐기물의 "유기성"에 주목하여 이를 소정의 공정을 통해 사료나 유기질 비료로 재활용하는 방안이 점차 주목받고 있다. 그러나 사료화는 영양학적으로 크게 장점이 없기 때문에 유기성 폐기물을 호기성 발효에 의해 감량화하거나 퇴비(유기질 비료 또는 토양개량제)화하는 방법이 많이 개발되고 있다.

재래적인 방법으로 퇴비를 야적시켜 부숙시킬 때에는 적정 수분함량과 산소공급이 이루어진 퇴비더미의 중층 내부는 발효가 제대로 이루어지지만 퇴비더미의 바깥 부분과 하단부는 발효가 잘 이루어지지 않고 퇴비화가 더디게 진행되기 때문에 가끔씩 뒤집어 주어야 하는데 이는 호기성, 호열성 미생물들의 생장을 유도하기 위한 통기성과 함수율을 조절해주기 위함이었다.

최근 유기성 폐기물을 퇴비화하는데 가장 중요한 요소는 물질분해의 속도가 빠른 호기성균들을 집중적으로 생장·번식시켜 유기성 폐기물들을 비료로 만들기 위하여 기계 기술이나 건설기술, 화학기술 등을 동원하는 것이다. 즉 오늘날의 퇴비화 시설은 호기·호열성 미생물 생장을 유도하기 위한 통기성과 함수율을 조절해주는 시설이라 할 수 있다.

한편, 유기성 폐기물의 발효시스템은 대개 처리용량에 따라 비교적 저용량을 위해 금속제 탱크와 스크루와 같은 교반/이송장치를 포함하여 이루어지는 "밀폐형"과, 대량처리를 위한 발효조(일종의 건축물) 내에서 에스컬레이터나 로터리 등의 교반기나 페이로더, 포크레인 등의 중장비를 이용하여 교반/이송하는 방식인 "발효처리 시설"로 구별할 수 있다. 이들 밀폐형과 발효처리 시설은 단순히 저용량-대용량, 밀폐-개방의 차이뿐만 아니라 중장비가 발효조 바닥을 운행한다는 점에서 기능적 구조적으로 큰 차이를 보이고 있다. 본 발명은 비교적 대용량의 발효처리 시설에 적용되는 것이다.

발효처리 시설은 크게 '교반식'과 '퇴적식'으로 구분된다. 교반식이란 스크루와 같은 교반장치 또는 페이로더, 포크레인 등의 중장비를 이용하여 주기적으로 발효중인 폐기물을 교반시키는 것이며, 퇴적식(통풍식이라고 불리기도 함)이란 퇴적물을 뒤집어주지 않으면서 퇴적물 사이로 산소를 공급시켜주어 호열·호기성 미생물의 생장환경을 인위적으로 조성시켜주는 방식이다. 그러나 현실적으로는 통풍 없이 교반식으로만 하거나 교반없이 통풍식으로만 하는 경우에는 발효효율이 매우 떨어지기 때문에 양자가 혼합된 형식 즉, 교반식이 가미된 퇴적식 또는 퇴적식이 가미된 교반식 발효처리 시설이 대부분이다. 이하에서는 '발효처리 시설'을 간단히 '발효조'라 칭한다. 본 발명에 의한 공기공급시스템이 적용될 수 있는 발효조 중 퇴적식 발효조(발효처리 시설)의 예를 도 1a 및 1b에 사진으로 첨부하였다.

일반적으로 유기성 폐기물의 양호한 호기성 발효를 위해 적정한 산소공급이 필수적이다. 그렇지 못할 경우 호기·호열성 미생물 생장이 저해되면서 혐기발효가 되어 악취가 심하게 나고 양질의 퇴비생산이나 감량화를 통한 안정화가 불가능하게 된다. 따라서 발효 대상물에 산소를 고르게 접촉시키기 위해 퇴적식 발효조나 교반식 발효조의 바닥에 공기를 공급하는 배관 및 산기관으로 구성된 공기공급시스템을 설치하여 운행하게 된다. 한편, 유기성 폐기물이 과다한 수분을 함유하는 경우 발효조 하부에 액체가 고여 있어 건조 혹은 발효에 악영향을 줄 수 있는데, 이때 공기공급시스템이 배수의 기능을 동시에 수행할 수도 있다.

종래의 퇴적식 발효조 또는 교반식 발효조의 공기공급을 위해 다양한 장치가 개발된 바 있다.

공개실용신안 20-1999-1000001에는, 발효실의 경사진 저면에 형성된 배수로에 급기주관과 산기관을 설치하고 배수로의 나머지 공간을 자갈(14)로 채운 후 그 위(즉 발효실의 바닥 전체)를 철망(13)으로 덮은 구조의 공기공급시스템이 개시되어 있다(도 2a). 이에 의하면 침출수에 포함되어 있는 미세한 슬러지가 침전하여 일정 시간이 지나면 관로가 막히게 되어 발효조에 공기의 공급이 원활하게 되지 않을 뿐만 아니라, 중장비의 무게를 감당하기 어려운 구조이다.

공개특허 10-2008-0105298는 산기채널 및 급기/배수채널, 산기관, 급기관, 여과블럭 및 침출수 배출관이 하나의 조립체로서 유기물 발효시설에 적용하여 급기 및 배수를 위한 공간을 간편하게 확보한 급기 및 배수장치를 개시하고 있다(도 2b). 그러나 이에 의하면 상기 조립체를 구성하는 여러 가지 복잡한 구조의 구성물이 요구될 뿐만 아니라 중장비에 눌려 손상되기 쉬운 단점이 있다.

또한 전술한 선행기술들에 의하면, 구조가 비교적 복잡하여 공사에 시간과 노력이 많이 소요되며, 설치 이후에도 발효 퇴적물을 이송하거나 교반하기 위해 운행하는 덤프트럭, 페이로더, 포크레인 등의 중장비의 바퀴에 눌려 쉽게 막히고 배관이나 다른 구성물들이 자주 파손되어 공기공급이 원활하지 않게 되는 문제점이 있다.

공개실용신안 20-1999-1000001 공개특허 10-2008-0105298

본 발명은 간단한 구조로 되어 있어 시설이 용이한 퇴적식 또는 교반식 발효조처리시설을 위한 공기공급시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 중장비에 의해서 손상되지 않으며, 관로의 막힘 현상이 일어나지 않는 퇴적식 또는 교반식 발효처리시설을 위한 공기공급시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 과다한 수분을 함유한 폐기물에서 발생하는 침출수를 배출하는 기능을 겸하는 퇴적식 또는 교반식 발효처리시설을 위한 공기공급시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 발효처리시설 바닥을 운행하는 중장비에 의해 발효퇴적물이 교반/이송되는, 유기성 폐기물을 발효하기 위한 발효처리시설의 공기공급시스템으로서, ① 발효처리시설의 바닥으로부터 소정의 깊이에 수평 또는 소정의 각도로 기울어져 매립되어 있는 급기관 및 ② 상기 급기관이 매립된 수직상부에서 일정한 간격으로, 급기관의 상부를 관통하는 복수개의 급기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물을 발효하기 위한 발효처리시설의 공기공급시스템인 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면 급기관이 콘크리트로 완전히 덮여 있고, 급기구도 콘크리트에 형성되어 있기 때문에 중장비 등에 의해 손상받지 않아 반영구적인 공기공급시템이 가능하게 된다.

또한 본 발명에 의하면 발효대상물과 접하는 급기구가 상광하협의 나팔관 형태로 되어 있어 혹시 발효대상물의 찌꺼기가 쌓여 급기구를 막게 되더라도 급기구에서 배출되는 공기압에 의해 쉽게 제거될 수 있으므로 종래기술과는 달리 공기공급시스템의 유지보수가 매우 용이한 장점이 있다.

따라서 결과적으로 본 발명에 의하면 유기성 폐기물을 사용하여 퇴비를 생산하는 발효과정에서 안정된 공기공급과 편리한 유지보수로 발효시간 단축과 발효효율을 증대시켜 생산성 향상과 고품질의 퇴비 생산이 가능하게 하므로, 궁극적으로 제조원가 절감효과가 있다.

도 1a 및 1b는 본 발명에 의한 공기공급시스템이 적용될 수 있는 발효조 중 퇴적식 발효조(발효처리 시설) 일예의 사진.
도 2a 및 2b는 종래기술에 의한 공기공급시스템의 예.
도 3a 및 3b는 본 발명에 의한 공기공급시스템이 적용된 발효조 바닥의 수직단면도.
도 3c는 본 발명에 의한 공기공급시스템이 적용된 발효조의 콘크리트 바닥에 형성된 급기구의 사진.
도 4a~4d는 본 발명에 의한 공기공급시스템에서 송풍기-메인배관-연결배관-급기관의 관계 및 청소용 개폐구를 보여주는 개념도 및 송풍기-메인배관-연결배관-급기관 말단을 보여주는 사진.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 또한 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.

본 발명에 대한 설명은 주로 "공기공급" 시스템에 대한 것이지만 동일한 시스템이 발효대상물의 침출수를 제거하기 위한 용도로도 사용될 수 있음을 배제하는 것은 아니다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 발효처리시설 바닥을 운행하는 중장비에 의해 발효퇴적물이 교반/이송되는, 유기성 폐기물을 발효하기 위한 발효처리시설의 공기공급시스템으로서, ① 발효처리시설의 바닥으로부터 소정의 깊이에 수평 또는 소정의 각도로 기울어져 매립되어 있는 급기관 및 ② 상기 급기관이 매립된 수직상부에서 일정한 간격으로, 급기관의 상부를 관통하는 복수개의 급기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물을 발효하기 위한 발효처리시설의 공기공급시스템에 관한 것이다. 본 발명에 의한 급기관(10)과 급기구(20)의 일부의 급기관(10) 배열 방향에 직각인 수직단면도와 급기관(10) 배열방향으로의 수직단면도를 도 3a와 도 3b에 도시하였다.

본 발명에서 상기 급기관(10)은 파이프 형태의 배관일 수도 있고, 마치 구들장처럼 일정한 두께를 가지는 급기공간일 수도 있다.

본 발명에서 상기 급기관(10)은 콘크리트(C)로 매립되는 것이 바람직한데, 이때 콘크리트(C)의 두께는 페이로더나 포크레인 등의 중장비가 운행할 때 파손되지 않을 정도이어야 한다. 콘크리트(C)의 두께는 급기관(10) 상단부에서 5~10센티미터가 적정하다. 너무 얇으면 파손되기 쉽고 너무 두꺼우면 배관위에 설치하게 되는 급기구(20)를 형성하는 것과 이를 청소하는 것이 어렵게 된다. 발효조의 바닥면 즉, 콘크리트(C) 바닥은 수평을 유지하는 것이 좋다.

본 발명에서 상기 급기관(10)은, 발효조의 바닥에 일정한 간격으로 복수개 설치되는 것이 일반적이다.

본 발명에서 상기 급기구(20)는 상기 콘크리트(C) 바닥에서 급기관(10) 상부를 관통하는 지름이 5~12밀리미터 정도인 구멍이다. 급기구(20)의 상하길이는 급기관(10) 상단부에서 콘크리트(C) 표면까지이므로 앞에서 설명하였듯이 5~10센티미터가 적정하다.

한편, 급기구(20)가 일정한 지름의 구멍인 경우 공기의 배출이 원활하지 않을 수 있고, 또한 발효대상물 찌꺼기가 끼어들어가 막혔을 때 이를 청소하기 용이하지 않다.

따라서 본 발명에서는 상기 급기구(20)의 상단부가 상광하협의 나팔관(21) 형상인 것이 바람직하다. 즉, 급기구(20)의 상단부에 위의 지름은 넓고 아래는 급기구(20)의 지름과 같은 상광하협의 나팔관(21) 모양을 성형하여, 발효대상물 찌꺼기에 의해 막히지 않고 발효대상물에 고르게 공기를 공급할수 있도록 하는 것이다. 이 경우 나팔관(21)의 제일 넓은 부분(즉, 발효조 바닥면에서의 급기구(20))의 지름은 20~50밀리미터 정도이고 나팔관(21)의 깊이는 급기구(20) 깊이의 반 전후인 것이 좋다.

도 3a와 도 3b에는 나팔관(21) 모양으로 성형된 급기구(20)가 예시된 것이다. 실제 상단부가 나팔관(21) 모양으로 콘크리트(C)에 형성된 급기구(20)의 사진을 도 3c에 첨부하였다.

이러한 상광하협의 나팔관(21) 모양의 급기구(20)는 잘 막히지 않을 뿐만 아니라 발효조 바닥에 일정한 간격으로 배치되어 있고 상부 원의 지름이 커서 막힌 나팔관(21) 모양의 공기공급 장치를 쉽게 찾아 뚫고 청소할 수도 있다. 발효조에서 발효가 완료되거나 중간과정에서 뒤집거나 반출할 때에 마지막으로 청소를 하기 위하여 페이로더의 삽 아래에 부착된 날을 세워 발효조 바닥을 밀게 되는데 이때 상기 나팔관(21)에 끼인 발효대상물의 찌꺼기는 대부분 공기공급 배관과 연결되어 위에 설치된 급기구(20)의 공기배출 압력으로 뚫리어 제거된다.

퇴적식 발효조나 교반식 발효조에 설치된 급기관(10)의 급기구(20) 상단부에 만든 상광하협의 나팔관(21)에 발효대상물의 찌꺼기가 쌓여 공기공급의 급기구(20)를 막게 되더라도 상광하협 나팔관(21) 모양으로 성형된 발효 대상물 찌꺼기 덩어리는 급기구(20)에서 배출되는 공기압력을 받는 표면적이 넓어 쉽게 제거할 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 의한 발효조의 공기공급시스템은 당연히 압축공기 공급을 위한 송풍기(12), 그에 직접 연결된 메인배관(13)이 있고 이 메인배관(13)에 복수개 설치되어 있는 각각의 급기관(10)이 연결되는 구조일 수 있다. 도 4a~4d에 각각 이러한 구조인 예에서의 개념적 수평단면도, 급기관(10) 방향에 대한 수직단면도, 급기관(10) 방향에 대하여 직각인 방향에 대한 수직단면도 및 송풍기(12)와 메인배관(13) 및 급기관(10) 말단이 보여진 발효조 외부 사진을 각각 도시하였다.

도시된 바와 같이, 송풍기(12)와 직접 연결된 메인배관(13)은 발효조 외벽(W)의 바깥면에 부착하여 발효조 바닥면보다 상부에, 바닥면과 수평하게 설치된다. 메인배관(13)과 각 급기관(10)은 메인배관(13)과 수직으로 직접 연결된 수직 연결배관(14)을 매개로 연결된다. 이때 연결배관(14)에는 개별적으로 밸브(도시 생략)가 설치될 수 있다.

한편, 상기 급기구(20)를 통해 침출수나 분진, 발효대상물 찌꺼기 등이 급기관(10)으로 들어가서 공기공급을 방해할 수 있다. 이러한 경우를 대비하여 본 발명에서는, 상기 급기관(10)의 일측말단이 발효조 외벽(W)의 밖으로 돌출되어 있고, 외부로 돌출된 말단에는 급기관(10) 내부 청소 또는 침출수의 배수를 위한 개폐캡(11)이 장착되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해 간헐적으로 발효조를 비우고 개폐캡(11)을 열어둔 상태에서 발효조 바닥에 또는 각 급기구(20)를 통해 고압수나 고압공기를 불어넣어 급기관(10) 내부를 간편하게 청소할 수 있게 된다.

보다 원활한 급기관(10) 내부 청소 또는 침출수의 배수를 위하여, 상기 급기관(10)은 개폐캡(11)이 장착되어 있는 말단측이 아래로 소정의 각도로 기울어진 상태로 매립되는 것이 좋다.

한편, 또 다른 본 발명은 다음과 같은 과정으로 상기 발효조의 공기공급시스템을 시설(설치)방법에 관한 것이다.

먼저 (A) 발효조의 바닥에 수평 또는 소정의 각도로 기울여서 급기관(10)을 배치한 다음 (B) 상기 급기관(10) 위로 소정 두께의 콘크리트(C)를 타설하여 양생한다. 양생이 완료되면 (C) 상기 급기관(10)이 매립된 수직상부에서 일정한 간격으로 콘크리트(C)와 배관을 관통하는 일정한 지름의 급기구(20)를 뚫은 다음 (D) 상기 급기구(20)의 상단부를 상광하협의 나팔관(21) 형상으로 성형하는 것이다.

예를 들면, 유기성 폐기물을 발효하기 위한 발효조 설비를 시설함에 있어 발효조 바닥에 일정한 간격을 두고 다수의 공기공급을 위한 급기관(10)을 설치하고 이 급기관(10)을 일정한 두께의 콘크리트(C)로 덮어 발효조 바닥면이 정밀한 수평이 되도록 한다. 콘크리트(C) 양생 후 급기관(10) 위에 콘크리트(C)와 급기관(10)의 상면을 관통하는 일정한 지름의 급기구(20)를 뚫고 이 급기구(20)의 상단부에 위의 지름은 넓고 아래는 급기구(20)의 지름과 같은 상광하협의 나팔관(21) 모양을 성형한다. 이에 의하여, 발효대상물 찌꺼기에 의해 막히지 않고 발효대상물에 지속적으로 공기를 공급할 수 있는 발효조의 공기공급시스템을 완성할 수 있게 된다.

콘크리트(C)의 두께, 급기구(20)의 규격 등은 앞에서 설명한 바와 같다.

본 발명에 의한 발효조의 공기공급시스템은 퇴적식 발효조나 교반식 발효조에 동일하게 적용될 수 있다. 다만 교반식 발효조는 퇴적식 발효와 달리 회분식이 아니고 연속식이어서 발효조가 운영되고 있는 동안에는 공기공급시스템의 정상작동 여부를 확인하는 것이나, 이를 청소하는 것이 용이하지 않다. 따라서 장기간 동안 급기구(20)가 막히지 않고 원활하게 공기가 공급될 수 있도록 발효조 바닥 전체에 왕겨나 우드?을 깔아 두는 것도 좋다.

10. 급기관
11. 개폐캡 12. 송풍기 13. 메인배관
14. 연결배관
20. 급기구
21. 나팔관
C. 콘크리트
W. 발효조 외벽

Claims (6)

1. 발효처리시설 바닥을 운행하는 중장비에 의해 발효퇴적물이 교반 또는 이송되거나 교반과 동시에 이송되는, 유기성 폐기물을 발효하기 위한 발효처리시설의 공기공급시스템으로서,
   발효처리시설의 바닥으로부터 소정의 깊이에 수평 또는 소정의 각도로 기울어져 매립되어 있는 급기관(10); 및
   상기 급기관(10)이 매립된 수직상부에서 일정한 간격으로, 급기관(10)의 상부를 관통하는 복수개의 급기구(20);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물을 발효하기 위한 발효처리시설의 공기공급시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 급기구(20)의 상단부는 상광하협의 나팔관(21) 형상인 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물을 발효하기 위한 발효처리시설의 공기공급시스템.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 급기관(10)의 일측말단이 발효처리시설 외부로 돌출되어 있고, 외부로 돌출된 말단에는 급기관(10) 내부 청소 또는 배수를 위한 개폐캡(11)이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물을 발효하기 위한 발효처리시설의 공기공급시스템.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 급기관(10)은 개폐캡(11)이 장착되어 있는 말단측이 아래로 소정의 각도로 기울어져 있는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물을 발효하기 위한 발효처리시설의 공기공급시스템.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 급기관(10)이 일정한 간격으로 복수개 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물을 발효하기 위한 발효처리시설의 공기공급시스템.
   
6. (A) 발효처리시설의 바닥에 수평 또는 소정의 각도로 기울여서 급기관(10)을 배치하는 단계;
   (B) 상기 급기관(10) 위로 소정 두께의 콘크리트(C)를 타설하여 양생하는 단계;
   (C) 상기 급기관(10)이 매립된 수직상부에서 일정한 간격으로 콘크리트(C)와 배관을 관통하는 급기구(20)를 뚫는 단계;
   (D) 상기 급기구(20)의 상단부를 상광하협의 나팔관(21) 형상으로 성형하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 의한 발효처리시설의 공기공급시스템 시설방법.

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