KR101371294B1 - 유기성 잔재물 발효장의 산기장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기성 잔재물 발효장의 산기장치에 관한 것으로, 음식물 쓰레기를 1차 발효시키는 발효장의 콘크리트바닥면 일측에 폭방향으로 매설되고 공기를 공급하는 메인공급관; 상기 메인공급관으로부터 분기된 후 발효장의 길이방향으로 매설 배관된 다수의 분기관; 상기 각 분기관에 일정간격을 두고 다수 설치되고, 상기 콘크리트바닥면을 관통하여 공기를 분출시킬 수 있도록 구비된 에어노즐;을 포함하는 유기성 잔재물 발효장의 산기장치에 있어서; 상기 에어노즐의 상단은 에어노즐의 직경보다 큰 확개부가 형성되되, 상기 확개부는 반구형상 혹은 깔대기 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 유기성 잔재물 발효장의 산기장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 발효된 음식물 쓰레기 수거 과정에서 노즐 막힘이 발생되더라도 공기 공급과 동시에 자동으로 통기되게 되어 산기 기능이 불능되는 일이 없기 때문에 혐기성화를 막아 호기성 상태에서 원활하고 효율적으로 발효를 촉진시키는 효과를 얻을 수 있다.

Description

유기성 잔재물 발효장의 산기장치{AIR DIFFUSER OF ORGANIC RESIDUE FERMENTATION FIELD}

본 발명은 유기성 잔재물 발효장의 산기장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 호기성 미생물의 활성화를 극대화시켜 발효화에 따른 분해를 촉진시킴으로써 음식물 쓰레기의 분해율을 높이고, 함수량을 낮춰 건조시간을 단축하도록 개선된 유기성 잔재물 발효장의 산기장치에 관한 것이다.

급속한 산업화 및 물질문명의 발달로 식생활이 풍요로워지면서 다량의 유기성 폐기물과 농축산 부산물의 발생은 기하급수적으로 늘어나고 있다.

대표적인 예로, 도시 폐기물인 음식물 쓰레기, 하수 오니, 펄프 공장 오니, 식품 산업 폐기물 등을 예시할 수 있는데, 그 중에서도 음식물 쓰레기는 현대 사회의 심각한 문제로 대두되고 있다.

예컨대, 일일 음식물쓰레기의 양은 20,000톤을 초과하고 있으며, 이를 돈으로 환산하면 연간 16-18조원에 이른다고 하니 실로 그 양이 가늠하기 어려울 정도라고 볼 수 있다.

특히, 가정에서 발생되는 음식물 쓰레기는 수분함량이 80% 이상일 뿐만 아니라, 대부분 유기성 물질로 구성되어 있기 때문에 매립하여 폐기할 경우, 기온이 높은 실내나 하절기 등에는 부패로 인한 악취가 심하게 발생되고, 폐기처리과정에서 누출되는 침출수는 토양 및 지하수, 인근 지표수를 오염시키는 등 매우 비위생적이고 심각한 문제가 아닐 수 없다.

뿐만 아니라, 매립의 경우에는 양이 많기 때문에 감량화가 필수적으로 수반되어야 하는데 현실적으로 단순 건조방식 외에 감량화는 어려운 실정이다.

또한, 소각처리할 경우에는 음식물 쓰레기에 함유된 높은 수분함량과 낮은 발열량 때문에 소각로의 운전 및 에너지 회수에 악영향을 미치므로 바람직하지 않다.

이에, 정부의 적극적인 지원 하에 많은 민간 기업들이 이를 처리하기 위한 기술 개발을 다각도로 추진하였는 바, 그 일예로 특허공고 제1996-0016786호, 등록특허 제0282014호, 등록특허 제0360561호, 등록특허 제0359014호, 등록특허 제0403864호, 등록특허 제0607524호를 비롯한 다수의 개시된 특허 기술들을 예시할 수 있다.

그러나, 이들 개시 기술들의 경우 초기 설비비가 증대되거나 처리비용이 상승되는 등 경제적 제한 때문에 실용화 단계까지 추진되지 못하고 사장된 기술들이 대다수였다.

이후, 단순한 폐기물 처리 수준에 머물지 않고 이를 자원화하려는 움직임에 힘입어 공개특허 제2005-0019497호, 공개특허 제2010-0003469호 등과 같이 유기성 폐기물을 퇴비화하려는 노력들이 경주되었다.

특히, 공개특허 제2005-0019497호의 경우에는 미생물제제, 이를 테면 호기성 미생물을 응용한 예가 개시되어 있다.

하지만, 개시 기술의 경우 미생물제제가 활발하게 활동할 수 있는 산기 기술(Air Diffusing Technology) 부족하여, 호기성 미생물의 활성도가 떨어짐으로서 목적하는 바를 달성하지 못하는 한계를 가지고 있다.

그런데, 산기장치와 관련된 기술만 해도 등록특허 제0461491호, 등록특허 제0513295호, 등록특허 제0635382호, 등록특허 제0767389호, 등록특허 제0935997호, 등록특허 제1026964호, 공개특허 제2008-0101037호 등 셀 수 없을 정도로 다양하고 많은 장치들이 개시되어 있다.

그럼에도 불구하고, 음식물 쓰레기를 케이크화시킨 다음 1차 발효장에서 발효 숙성시킬 때 산기를 위해 노즐 막힘에 의해 공기 공급이 불충분하게 이루어짐으로 인해 발효장에서 발효되어야 할 대상이 혐기성으로 변하면서 썩어버리는 문제를 아직까지 해결하지 못하고 있는 실정이다.

이는 일정 발효수준에 이르렀을 때 페로이더와 같은 기계로 발효된 대상물을 밀어 내고, 새로 발효될 대상물을 발효장에 투입하게 되는데, 이 과정에서 도 1의 예시와 같이, 공기가 토출되는 공기구멍, 즉 노즐(30)이 막힘으로 인해 공기가 제대로 분출되지 못함으로서 발생되는 문제이다.

즉, 메인공급관(10)으로 공급된 공기는 분기관(20)을 통해 다수관으로 분급되고, 분기관(20)에는 다수의 노즐(30)이 형성되어 있는데, 표면에 쌓여 있던 발효 대상 폐기물이 발효 후 수거될 때 수거기계인 페로이더 등에 의해 눌리면서 일부가 노즐(30) 속으로 들어가게 되고, 그 상태에서 계속 압박을 받아 노즐(30) 내부에 다져지듯이 눌려 버리므로 노즐(30) 폐색이 일어나게 되며, 이러한 현상 때문에 공기 공급이 불가능하게 되는 것이다.

하지만, 지금껏 숱한 개량, 개선의 시도가 이루어져 왔지만, 아직까지 간단하면서도 효과적인 대안이 제시되지 못하여 일정 기간 단위로 발효장을 완전히 뜯어 내고 다시 깔아야 하는 불편함, 그로 인한 비용 증대, 인력과 시간 낭비의 문제가 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 음식물 쓰레기를 1차 발효시키는 발효장에서 음식물 쓰레기를 발효처리할 때 산기 기능이 충실하게 수행되도록 하여 음식물 쓰레기가 혐기성이 아닌 호기성 상태로 충분하게 발효되도록 공기 공급노즐이 막히더라도 자연스럽게 자동 통기되게 구성한 유기성 잔재물 발효장의 산기장치를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 음식물 쓰레기를 1차 발효시키는 발효장의 콘크리트바닥면 일측에 폭방향으로 매설되고 공기를 공급하는 메인공급관; 상기 메인공급관으로부터 분기된 후 발효장의 길이방향으로 매설 배관된 다수의 분기관; 상기 각 분기관에 일정간격을 두고 다수 설치되고, 상기 콘크리트바닥면을 관통하여 공기를 분출시킬 수 있도록 구비된 에어노즐;을 포함하는 유기성 잔재물 발효장의 산기장치에 있어서; 상기 에어노즐의 상단은 에어노즐의 직경보다 큰 확개부가 형성되되, 상기 확개부는 반구형상 혹은 깔대기 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 유기성 잔재물 발효장의 산기장치를 제공한다.

이때, 상기 확개부가 반구형상을 가질 때, 상기 분기관의 상단으로부터 상기 콘크리트바닥면까지의 거리를 L, 상기 에어노즐의 길이를 L1, 상기 확개부의 길이를 L2라 하면, L = L1 + L2, L1 ＞ L2의 관계를 유지하고; 상기 에어노즐의 직경을 R1, 상기 확개부의 직경을 R2라고 했을 때, R2 ＞ 2R1의 관계를 만족하는 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 확개부가 깔대기 형상을 가질 때, 상기 분기관의 상단으로부터 상기 콘크리트바닥면까지의 거리를 L, 상기 에어노즐의 길이를 L1, 상기 확개부의 길이를 L2라 하면, L = L1 + L2, L1 ＞ L2의 관계를 유지하고; 상기 에어노즐의 직경을 R1, 상기 확개부의 최대직경을 R'2라고 했을 때, R'2 ＞ 2R1의 관계를 만족하는 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 발효된 음식물 쓰레기 수거 과정에서 노즐 막힘이 발생되더라도 공기 공급과 동시에 자동으로 통기되게 되어 산기 기능이 불능되는 일이 없기 때문에 혐기성화를 막아 호기성 상태에서 원활하고 효율적으로 발효를 촉진시키는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 음식물 쓰레기 처리용 발효장의 산기장치를 예시한 부분 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 유기성 잔재물 발효장의 산기장치를 보인 예시적인 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 산기장치의 구조적 특징을 설명하는 예시도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

보통, 음식물 쓰레기는 혼합, 파쇄, 발효, 교반, 수처리, 포장 등 일련의 과정을 거쳐 퇴비화된다.

이때, 발효장은 주로 횡형교반식으로 이루어진 구조를 가지며, 혼합 파쇄된 후 일정량 탈수된 케이크 형태의 음식물 쓰레기(이하, 폐기물이라 함)를 호기성 상태로 유지시켜 발효시키는 공간이다.

즉, 상기 발효장은 1차 발효가 이루어지는 공간으로서 호기성 미생물들이 산소를 충분히 공급받아 소정기간, 예를 들어 상기 폐기물이 약 7~8일 동안 체류될 때 60~70℃의 발열(산화열)을 발생시켜 폐기물을 발효시킴으로써 분해와 동시에 폐기물 속에 함유되어 있던 수분을 증발시켜 건조화시키게 된다.

이러한 발효장의 1차 발효과정은 일종의 정치과정으로서, 호기성 미생물이 유기물의 존재하에 균체를 형성하는 과정이 일어나는 것이며, 이때는 15~45℃ 정도의 중온반응이 유도된 후 서서히 반응이 유도되면서 60~70℃에 이르게 된다.

이때, 발효장에 장치된 산기장치(Air Diffuser)를 통해 산소가 충분히 공급되어야 하지만, 종래와 같은 문제로 산소 공급이 어렵게 되면 호기성이 혐기성으로 바뀌면서 발효가 아닌 썩는 현상이 발생되게 된다.

이에, 본 발명에서는 도 2에 예시된 바와 같이, 콘크리트바닥면(100)에 배관된 다열의 분기관(200) 상에 일정간격을 두고 다수의 에어노즐(210)이 설치되는데,상기 에어노즐(210)의 상단은 반경이 점점 커지는 반구형상을 갖도록 함으로써 노즐 막힘 현상이 생기지 않도록 구성된다.

여기에서, 상기 콘크리트바닥면(100)에는 대략 2~3m 이상의 두께로 폐기물이 쌓이게 되지만, 발효 완료 후 수거될 때는 페로이더와 같은 기계로 밀어 내기 때문에 수거된 후 콘크리트바닥면(100)에는 폐기물 잔여량만 얇은 두께로 남아있을 뿐이고, 후속 처리를 위한 폐기물이 투입된다고 하더라도 투입 초기에는 그 위에 얹혀진 형태이지 다져진 형태는 아니다.

따라서, 상기 에어노즐(210)의 노즐 막힘은 페로이더와 같은 기계로 밀어 발효된 폐기물을 수거할 때 눌리면서 다져진 것이 전부이므로 이 상태만 해소할 수 있으면 된다.

본 발명에서는 도 2의 (a)와 같이 에어노즐(210)의 상단 일부를 반경이 커지도록 반구형상으로 확대시킨 확개부(220)를 구현함으로써 폐기물이 유입되어 다져져 있더라도 공기 공급시 다져진 부분이 쉽고 빠르게 분리 이탈하면서 통기될 수 있도록 구성된다.

다른 예로, 도 2의 (b)와 같이, 에어노즐(210)의 상단 일부를 반경이 점점 커지는 깔대기 형상으로 확대시킨 확개부(220')를 구현할 수도 있다.

이와 같이, 본 발명의 핵심적인 특징은, 에어노즐(210)의 상단, 즉 콘크리트바닥면(100)으로부터 일정깊이 에어노즐(210)의 직경보다 상대적으로 현저히 큰 확개부(220,220')가 마련되어 있다는 점이다.

이는 언듯 보기에 매우 간단한 구조여서 쉽게 생각할 수 있을 것이라고 여길 수 있지만, 지금까지 당해 분야에서 그렇게 많은 출원 기술들이 공개되어 왔지만, 아직까지 이러한 구조가 개시되지 않았다는 점에서 이러한 구조는 쉽게 착상될 수 없는 구조임이 명백하다.

그리고, 상기 분기관(200)은 도 1의 예와 같이, 메인공급관(10, 도 1 참조)에 연결되어 있는데, 이는 종래와 같다.

보다 상세하게, 도 3의 (a)에서와 같이, 상기 확개부(220)가 반구형상인 경우, 분기관(200)의 상단으로부터 콘크리트바닥면(100) 까지의 거리(L)는 에어노즐(210)의 길이(L1)과 확개부(220)의 길이(L2)를 합한 것인데, 이때 L1 ＞ L2의 관계를 유지해야 한다.

왜냐하면, 페로이더 수거 작업시 폐기물이 침투되어 다져지는 부위는 기존과 달리 상기 확개부(220)가 되는데, 기존에는 확개부(220)가 없는 구조이므로 곧바로 에어노즐(210)까지 침투하여 막힘 현상을 유발하지만, 본 발명에서는 확개부(220)가 에어노즐(210) 보다 현저하게 큰 반경을 가지고 있으므로 기존 대비 상대적으로 많은 양이 순간적으로 확개부(220)로 유입되지만 상대적으로 현저히 작은 반경을 갖는 에어노즐(210) 때문에 병목현상이 생겨 초기 유입된 폐기물들은 서로 겹치면서 에어노즐(210) 내부로 침투하지 못하고 확개부(220) 상에 머무르게 되며, 이어 후속 침투되는 폐기물들은 곧바로 그 위에 쌓이면서 다져지는 형태의 성상을 갖게 된다.

따라서, 수거 완료 후 공기를 공급하게 되면 고압의 에어는 에어노즐(210)을 통해 확개부(220)로 공급되고, 확개부(220) 상에 다져져 있던 폐기물들은 순식간에 분리 탈거되게 되는데, 이는 에어노즐(210)에 비해 상대적으로 현저히 넓은 공간, 특히 콘크리트바닥면(100)과 접하는 부위는 가장 넓은 공간을 유지하고 있기 때문에 다져진 폐기물이 쉽게 빠져 나갈 수 있고, 고착력이 약하므로 에어노즐(210)을 통해 훅 불기만 해도 상부가 넓어 폐기물이 쉽게 분리 이탈하게 된다.

이때, 공급되는 에어가 높은 분사력으로 공급되려면 상기 에어노즐(210)의 길이는 확개부(220)의 길이 보다 커야 하며, 그래야 상대적으로 확개부(220)에 누적된 폐기물이 분리 이탈 효율이 향상된다.

그리고, 직경에 있어서도 공급압을 높일 수 있도록 에어노즐(210)의 직경이 확개부(220)의 직경보다는 작아야 함은 당연하나, 가장 효율적고 효과적인 작용을 유도하기 위해서는 에어노즐(210)의 직경(R1)과 확개부(220)의 직경(R2)가 2R1 ＜ R2의 관계를 만족할 때 이다.

즉, 확개부(220)의 직경(R2)은 최소한 에어노즐(210)이 직경 보다 2배를 넘는 크기를 가져야 다져져 있는 폐기물을 밀어 올려 분리시킬 수 있는 가장 적정한 분사압을 유지할 수 있다.

이것은 L1 ＞ L2의 관계를 유지해야 하는 것과 동시에 만족해야 하는 조건이다.

한편, 도 3의 (b)와 같이, 상기 확개부(220')가 깔대기 형상일 경우에는 에어노즐(210)의 길이조건은 (a)와 동일하게 L1 ＞ L2를 만족해야 하지만, 직경의 경우에는 깔대기 형상이라 높이에 따라 반경이 달라지므로 확개부(220')의 최대직경(R'2)이 에어노즐(210)의 직경(R1) 보다 2배를 넘어서게 유지하면 된다.

그러면, 결국 확개부(220')의 직경변화는 최대직경(R'2)에서 에어노즐(210)과 동일한 직경(R1)까지 점점 줄어드는 형태로 테이퍼지게 되므로 누적된 폐기물의 분리 이탈을 쉽게 하여 준다.

이와 같이, 본 발명에 따른 산기장치는 구조적으로 간단한 변화지만, 직경과 노즐 길이 설계에 따른 상관관계를 잘 응용함으로써 고효율적인 산기 기능 수행을 가능하게 하여 발효를 촉진함에 부족함이 없도록 하여 주는 새로운 개념의 신기술이므로 당해 분야의 기술발전에 이바지할 것으로 기대된다.

100: 콘크리트바닥면 200: 분기관
210: 에어노즐 220,220': 확개부

Claims (3)

1. 음식물 쓰레기를 1차 발효시키는 발효장의 콘크리트바닥면 일측에 폭방향으로 매설되고 공기를 공급하는 메인공급관; 상기 메인공급관으로부터 분기된 후 발효장의 길이방향으로 매설 배관된 다수의 분기관; 상기 각 분기관에 일정간격을 두고 다수 설치되고, 상기 콘크리트바닥면을 관통하여 공기를 분출시킬 수 있도록 구비된 에어노즐;을 포함하는 유기성 잔재물 발효장의 산기장치에 있어서;
   상기 에어노즐의 상단은 에어노즐의 직경보다 큰 확개부가 형성되되, 상기 확개부는 깔대기 형상을 갖되,
   상기 분기관의 상단으로부터 상기 콘크리트바닥면까지의 거리를 L, 상기 에어노즐의 길이를 L1, 상기 확개부의 길이를 L2라 하면, L = L1 + L2, L1 ＞ L2의 관계를 유지하고;
   상기 에어노즐의 직경을 R1, 상기 확개부의 최대직경을 R'2라고 했을 때, R'2 ＞ 2R1의 관계를 만족하며; 확개부의 직경변화는 최대직경(R'2)에서 에어노즐의 직경(R1)까지 점점 줄어드는 형태로 테이퍼지게 형성되는 것을 특징으로 하는 유기성 잔재물 발효장의 산기장치.
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