KR101386441B1 - 유기성 잔재물 연료화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기성 잔재물 연료화 방법에 관한 것으로, 유기성 폐기물을 수거하여 집하시키는 폐기물 수거단계; 수거된 유기성 폐기물을 파쇄 및 케이크화 하는 가공단계; 파쇄, 케이크화가 완료되면 폐기물 케이크를 발효장으로 이송하고, 발효장에 상기 가공단계에서 생성된 침출 폐수를 살포하면서 발효하는 발효단계; 발효가 완료된 폐기물을 수거하여 건조하고, 건조 후 분말상이 되도록 분쇄가공하는 건조 및 분쇄단계; 건조 및 분쇄가 완료되면 건조된 폐기물 분말을 펠릿화 장치에 투입하여 압출하면서 일정크기의 펠릿으로 가공하는 펠릿가공단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성 잔재물 연료화 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 유기성 폐기물 처리시 버려지던 침출 폐수, 오폐수를 오히려 수거하여 연료화 원료로 사용함으로써 기존과 정반대의 역발상을 통해 유기성 잔재물(폐기물) 내의 유분함량을 높이고, 이를 통해 열량을 증대시킴으로써 화력발전소의 연료로 사용하는 효과를 얻을 수 있다.

Description

유기성 잔재물 연료화 방법{METHOD FOR MAKING HEAT TABS FROM ORGANIC RESIDUE}

본 발명은 유기성 잔재물 연료화 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐기 처분되는 침출 폐수를 역이용하여 화력발전소의 연료로 사용할 수 있도록 개량된 유기성 잔재물 연료화 방법에 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 경주되어 왔다.

그런데, 이러한 유기성 폐기물들을 퇴비화 가공하기 위해서는 유기성 폐기물에 포함된 각종 이물질을을 완전히 분리해 내야 하고, 또한 처리과정에서 발생되는 침출 배수를 정화처리하여야 하는 단점이 있어 처리에 따른 비용이 증대되고, 설비비는 물론 유지 보수에 따른 관리상의 문제도 야기된다.

특히, 음식물 쓰레기의 경우 비닐에 담겨 배출되고 있는 실정을 감안하면 현재 상태에서 퇴비화를 위한 처리공정은 더욱 더 복잡해질 수 밖에 없고, 침출 폐수 처리에 있어서도 환경 규제가 커 제약이 많이 따르므로 유기성 폐기물의 퇴비화 혹은 자원화 등에는 한계가 내재되어 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 유기성 폐기물, 특히 발효처리시 유기성 잔재물에 폐기되던 침출 폐수를 오히려 역이용하여 투입 가공함으로써 유기성 잔재물 속에 유분함량을 높여 화력발전소의 연료로 활용할 수 있도록 한 유기성 잔재물 연료화 방법를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 유기성 폐기물을 수거하여 집하시키는 폐기물 수거단계; 수거된 유기성 폐기물을 파쇄 및 케이크화 하는 가공단계; 파쇄, 케이크화가 완료되면 폐기물 케이크를 발효장으로 이송하고, 발효장에 상기 가공단계에서 생성된 침출 폐수를 살포하면서 발효하는 발효단계; 발효가 완료된 폐기물을 수거하여 건조하고, 건조 후 분말상이 되도록 분쇄가공하는 건조 및 분쇄단계; 건조 및 분쇄가 완료되면 건조된 폐기물 분말을 펠릿화 장치에 투입하여 압출하면서 일정크기의 펠릿으로 가공하는 펠릿가공단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성 잔재물 연료화 방법을 제공한다.

이때, 상기 가공단계에서는, 수거된 폐기물을 포장하고 있는 비닐봉투를 분리 제거하지 않고 함께 파쇄하여 폐기물에 포함되도록 하고, 상기 발효단계를 거친 폐기물의 함수량은 75-80%인 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 건조 및 분쇄단계에서 건조된 후 함수량은 펠릿화를 가능하도록 10-30%로 유지되는 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 유기성 폐기물 처리시 버려지던 침출 폐수, 오폐수를 오히려 수거하여 연료화 원료로 사용함으로써 기존과 정반대의 역발상을 통해 유기성 잔재물(폐기물) 내의 유분함량을 높이고, 이를 통해 열량을 증대시킴으로써 화력발전소의 연료로 사용하는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 유기성 잔재물 연료화 방법를 보인 예시적인 플로우챠트이다.

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, 유기성 폐기물, 예를 들어 가장 쉽게 이해할 수 있는 유기성 폐기물인 음식물 쓰레기는 혼합, 파쇄, 발효, 교반, 수처리, 포장 등 일련의 과정을 거쳐 퇴비화된다.

본 발명은 이와 같은 퇴비화 과정을 거치는 것이 아니라, 화력발전소의 연료로 사용할 수 있는 연료화 방법을 제공함에 가장 큰 특징이 있다.

예컨대, 화력발전소에서 연료로 사용되려면 열량이 최소 4,000kcal 이상은 유지되어야 한다.

하지만, 상기와 같은 퇴비화 과정을 거치기 위해 발효, 교반, 수처리되게 되면 그 과정에서 유분이 거의 대부분 빠져나가 버리기 때문에 사실상 최종 가공된 상태에서는 화력발전소의 연료로 사용할 수 없는 상태가 된다. 즉 열량이 매우 낮아 연료로서의 가치가 없게 된다.

이에, 본 발명자들은 정제 후 폐기되는 침출 폐수가 유기성 폐기물의 초기 파쇄시 발생된다는 점에 주목하여 확인한 결과, 비록 폐수이기는 하지만 유분, 전분, 당분이 다량 존재하고 있음을 확인하였고, 특히 함유된 유분의 양이 화력발전소의 연료로 사용하기에 충분한 열량인 4,000kcal 이상이 될 수 있음을 감안하여 종래 상식과 정반대로 이를 버리지 않고 회수하여 발효장에 재투입하도록 함으로써 발효 후 연료화 대상 폐기물의 유분함량을 자연스럽게 조절하도록 구성하여 연료화가 가능하도록 하였다.

특히, 종래 퇴비화를 위해서는 비닐 등을 분리 제거하였지만, 본 발명에서는 그와 정반대로 비닐 등 연료가 될 수 있는 성분들을 분리 제거하지 않고 그대로 투입되게 함으로써 연료로서의 효용가치를 높이도록 하였다.

삭제

더구나, 음식물 쓰레기를 제외한 하수오니나 축분오니 등은 유기물 함량이 낮기 때문에 더욱 그러하다. 즉, 이들 하수오니나 축분오니의 경우에는 음폐수 등에 함유된 유분, 전분, 당분 등이 보충해 주기 때문에 충분한 발열량을 갖도록 하여 준다.

좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 연료화 방법은, 먼저 폐기물 수거단계(S100)가 수행된다.

폐기물 수거단계(S100)는 음식물 쓰레기는 물론 하수오니, 축분오니 등을 모두 포함한다.

이어, 수거된 유기성 폐기물을 파쇄 및 케이크화 하는 가공단계(S110)가 수행된다.

이때, 기존과 달리 폐기물을 포장하고 있던 비닐봉투 등은 분리 제거하기 않고 그대로 포함시킨 채 파쇄하고, 일정 크기로 케이크화 하여야 한다.

이렇게 하여, 파쇄, 케이크화가 완료되면 폐기물 케이크를 발효장으로 이송하고, 발효장에서 발효하는 발효단계(S120)가 수행된다.

이 경우, 본 발명에 따른 발효단계(S120)는 종래와 달리, 상기 가공단계(S110)에서 생성된 침출 폐수를 회수하여 발효단계(S120)에 투입하는 과정이 더 포함된다.

상기 침출 폐수에는 유분을 포함한 당분, 전분 등이 다량 함유되어 있기 때문에 이를 그대로 활용하기 위한 것으로, 기존에는 완전히 폐기처리되는 형태로 버려졌지만, 본 발명에서는 이러한 폐수도 자원으로 활용되는 것이다.

특히, 상기 발효단계(S120)에 투입되는 폐기물 케이크에는 최소한 비닐이 부피비로 20-30% 투입되어야 한다.

그러면, 발효장에서는 산기장치를 통해 공급되는 산소에 의해 호기성 미생물들이 관여하여 발효를 촉진시키며 이 과정에서 60~70℃의 발열(산화열)이 발생하면서 폐기물을 분해시킴과 동시에 폐기물 속에 함유되어 있던 수분을 증발시켜 건조화시키게 된다.

하지만, 침출 폐수에 포함되어 있던 유분은 그대로 고스란히 폐기물에 침착되면서 함께 건조된다.

이 경우, 건조시 함수량은 75-80% 정도로 유지됨이 바람직하다.

이후, 발효가 완료되면 건조 및 분쇄단계(S130)가 수행된다.

상기 건조 및 분쇄단계(S130)는 발효가 완료된 폐기물을 수거하여 연료 펠릿으로 사용하기 적당하도록 분말에 가깝게 가공하는 단계이다.

특히, 펠릿화를 위해 상기 건조 및 분쇄단계(S130)에서 건조된 후 함수량은 최대 30%를 넘지 않아야 하며, 최소 10% 이상은 유지되어야 한다.

만약, 30%를 넘게 되면 펠릿 가공이 어렵고, 10% 미만이 되면 점착성이 떨어져 압출성이 급격히 저하되므로 상기 범위로 유지되어야 한다.

마지막으로, 건조 및 분쇄가 완료되면 펠릿화 장치에 투입하여 압출하면서 일정크기의 펠릿으로 가공하는 펠릿가공단계(S140)가 수행된다.

이렇게 하여, 펠릿이 완성되면 포장 반출하여 화력발전소의 연료로 사용할 수 있게 되는데, 본 발명에 따르면 유분 함량이 높아 화력발전소에서 연료로 요구하는 수준을 넘기 때문에 연료로서의 가치가 충분하며, 이를 통해 우리나라 당면 과제인 발전량 부족현상을 줄이는데 일조하는 효과도 얻을 수 있다.

S100: 폐기물 수거단계 S110: 가공단계
S120: 발효단계 S130: 건조 및 분쇄단계
S140: 펠릿가공단계

Claims (3)

1. 유기성 폐기물을 수거하여 집하시키는 폐기물 수거단계; 수거된 유기성 폐기물을 파쇄 및 케이크화 하는 가공단계; 파쇄, 케이크화가 완료되면 폐기물 케이크를 발효장으로 이송하고, 발효장에 상기 가공단계에서 생성된 침출 폐수를 살포하면서 발효하는 발효단계; 발효가 완료된 폐기물을 수거하여 건조하고, 건조 후 분말상이 되도록 분쇄가공하는 건조 및 분쇄단계; 건조 및 분쇄가 완료되면 건조된 폐기물 분말을 펠릿화 장치에 투입하여 압출하면서 일정크기의 펠릿으로 가공하는 펠릿가공단계;를 포함하는 유기성 잔재물 연료화 방법에 있어서;
   상기 가공단계에서는, 수거된 폐기물을 포장하고 있는 비닐봉투를 분리 제거하지 않고 함께 파쇄하여 폐기물에 포함되도록 하되, 상기 발효단계에 투입되는 폐기물 케이크에 부피비로 20-30%의 비닐이 포함되도록 하고;
   상기 발효단계를 거친 폐기물의 함수량은 75-80%로 유지되며;
   상기 건조 및 분쇄단계에서 건조된 후 함수량은 펠릿화를 가능하도록 10-30%로 유지되는 것을 특징으로 하는 유기성 잔재물 연료화 방법.
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