KR101389307B1 - 김치 절임 공정의 절임수 재이용 장치 - Google Patents

Abstract

김치 절임 공정의 절임수 재이용 장치를 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따라 개시된 김치 절임 공정의 절임수 재이용 장치는 김치의 절임과 세척을 실행하는 절임조; 상기 절임조로부터 절임수가 유입되어 상기 절임수에 함유된 폐기엽 및 협잡물을 스크린을 통해 제거하는 스크린조; 상기 폐기엽 및 협잡물이 제거된 절임수를 회수하고 절임에 적합한 염분농도를 자동제어하는 절임수 회수조; 상기 절임수 회수조에 회수된 절임수에 함유된 토사와 미세 고형물의 입자상 고형물을 제거하면서 역세척수 사용량을 줄일 수 있는 디스크 필터; 상기 디스크 필터를 통과한 절임수에 대해 잔류염소농도를 일정하게 자동 조절할 수 있는 전기화학적 반응(Electrochemical Reaction)을 실행하여, 상기 절임수를 살균하고, 상기 절임수내 유기물을 산화처리하는 전기화학 반응조; 및 상기 살균 및 유기물이 산화처리된 절임수를 살균력을 지속적으로 유지하면서 상기 절임조의 절임 작업량에 따라 절임수량을 완충 및 확보 저장하는 절임수 처리수조를 포함한다.

Description

김치 절임 공정의 절임수 재이용 장치{Reusing Apparatus of high concentration Salt Water from Kimchi salting Process}

본 발명은 김치 절임 공정의 절임수 재이용 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 김치 제조공정에서 다량 소비하는 소금 및 용수를 재이용하여 생산단가를 줄임과 동시에 염분으로 인한 폐수 발생을 절감할 수 있는 재이용 장치에 관한 것이다.

국내의 김치 생산 업체는 2007년 기준 500여 개소이며 시장규모는 1조억원에 다다르고 김치 총 소비량의 10.5% 이상이 김치 생산업체를 통해 유통되고 있다.

김치의 제조를 위해서는 배추의 절임 및 세척이 필수적인 처리 공정인데 배추 1 ton을 절이기 위해서는 절임하는 방법마다 다소의 차이가 있지만 일반적으로 70 ㎏의 소금이 사용되고 절임 및 세척 등을 위하여 필요로 하는 용수의 양은 배추 1 ton당 10 ton이 사용되는 것으로 추정되며, 이를 처리하기 위한 시설 및 운전비용이 많이 소요되고 있다.

김치 제조 공정 중 절임에 사용한 고농도 염수는 5회 이하로 일부 반복 사용하거나 대부분 폐수처리장으로 방류되고 있다. 반복 사용되는 염수에는 절임 공정에서 발생하는 오염물질의 축적으로 인해 김치의 맛, 향, 조직감 등에 영향을 미치게 되며 절임 시 사용되는 다량의 소금(주로 천일염) 및 용수는 공정 운영의 경제적 부담으로 작용하게 된다. 또한 최근 저가의 중국 수입김치의 증가가 상승 추세인 바, 국내 김치산업의 가격 경쟁력의 확보가 절실한 시점이다.

김치 제조 공정에서 발생하는 절임수는 작은 크기의 폐기엽 및 토사 등의 입자성 고형물과 염분 및 배추, 무에서 빠져 나온 당류와 유기산 등을 함유하고 있다.

절임수에 함유된 입자성 고형물은 일반적으로 필터를 이용하여 분리가 가능하다. 그러나 토사 등의 입자성 고형물은 입자크기가 0.5 - 1000 ㎛범위에서 다양하게 분포하고 있기 때문에 필터표면이 빠르게 막히는 현상이 초래되고 필터의 역세척을 통하여 제어 및 유지관리를 한다. 따라서 빈번한 역세척과정에서 다량의 절임수가 유실되어 재이용률이 낮아지고 길어진 역세척 시간을 만회하기 위하여 필터의 크기를 증가시키기 때문에 설비가 커지는 문제점이 발생한다.

또한 단순 필터를 이용하여 입자성 오염 물질만을 제거하는 절임수 재이용방법은 용존성 유기물 처리가 불가능하기 때문에 장기간의 재이용은 부적절하다. 배추, 무에서 빠져 나온 당류와 유기산은 대부분 절임수에 용해되어 있기 때문에 절임수의 부패를 초래시켜 절임수의 재이용 횟수가 상당히 제한적이다. 특히 기온이 상승하는 여름철의 경우는 부패속도가 빨라 재이용 자체가 매우 어렵다. 이러한 부패의 문제를 해결하기 위하여 살균을 하는 기술이 있으며 오존, UV, 광촉매 등에 의한 종래의 살균기술이 있으나 설비비용과 운전비용면에서 경제성이 낮은 문제점을 가지고 있다. 또한 오존, UV, 광촉매에 의한 살균에서 기능상의 주요 문제점은 절임과정에서 배추, 무에서 빠져나오는 당류와 유기산의 농도변화에 의하여 살균효율 또한 영향을 받게 되는데 당류와 유기산의 농도변화에 의한 산화 퍼텐셜(oxidation potential)을 용이하게 조절하기 어렵다는 점이다. 절임수의 재이용 특성에서 배추, 무에서 빠져나오는 당류와 유기산의 농도는 절임수의 재이용 횟수가 반복될수록 농축되어 증가하게 되며 오존, UV, 광촉매에 의하여 산화되기 때문에 절임수의 재이용 횟수와 무관하게 동일한 오존량을 주입하거나, 동일한 세기로 UV를 조사하거나, 동일한 세기로 광촉매에 의한 라디칼을 발생시킨다면 상대적으로 살균효율이 낮아지게 된다. 따라서 절임수의 재이용 횟수가 반복됨에 따라 증가되는 당류와 유기산의 농도에 비례하여 오존 투입량을 증가시키거나, UV 세기를 높이거나, 광촉매에 의한 라디칼 발생량을 증가시켜야 일정한 살균효율을 유지시킬 수 있다. 그러나 오존의 경우 상온·상압 조건에서는 절임수에 10mg/L이상을 용존시키기 어렵고, UV와 광촉매는 빛의 세기를 절임수에 어느 정도로 조절해야 하는지에 판단할 수 있는 방법이 어렵다. 특히 무와 배추의 상태 그리고 염분농도, 온도 등 절임의 조건에 따라 당류와 유기산의 농도가 일정하게 증가되지 않고 불규칙적으로 증가되기 때문에 경험적인 데이터의 축척으로 상기의 문제를 해결하기가 용이하지 않다.

따라서 절임수를 높은 회수율과 일정한 살균효율을 나타내면서 경제성이고 안정적인 방법으로 장기간 재이용할 수 있는 방법과 설비의 도입이 필요하다.

발명의 배경기술이 되는 선행기술로서 김치 절임공정에서의 절임수 또는 염수의 처리 및 회수에 관련되어 다수의 특허문헌들이 검색되고 있다.

(특허문헌 1) 한국등록특허 제 10-0950558호(2010.3.31. 공고)

(특허문헌 2) 한국등록특허 제 10-0950559호(2010.4.1. 공고)

(특허문헌 3) 한국등록특허 제 10-0377542호(2003.3.26. 공고)

(특허문헌 4) 한국등록특허 제 10-0358088호(2002.10.25. 공고)

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 김치 제조 공정 중 발생되는 고농도 염분 절임수에 함유된 폐기엽 및 토사 등의 고형물을 분리함에 있어 절임수의 손실율을 최소화하면서 빠르게 처리할 수 있는 입자성 고형물 제거 시스템과 배추나 무 조직으로부터 빠져 나온 당류와 유기산 등의 유기물 부패를 방지하기 위하여 일정수준으로 살균효율을 자동으로 유지할 수 있는 전기화학 반응시스템이 통합된 김치 절임 공정의 절임수 재이용 장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 관점에 따르는 김치 절임 공정의 절임수 재이용 장치는 김치의 절임과 세척을 실행하는 절임조; 상기 절임조로부터 절임수가 유입되어 상기 절임수에 함유된 폐기엽 및 협잡물을 스크린을 통해 제거하는 스크린조; 상기 폐기엽 및 협잡물이 제거된 절임수를 회수하고 절임에 적합한 염분농도를 자동제어하는 절임수 회수조; 상기 절임수 회수조에 회수된 절임수에 함유된 토사와 미세 고형물의 입자상 고형물을 제거하면서 역세척수 사용량을 줄일 수 있는 디스크 필터; 상기 디스크 필터를 통과한 절임수에 대해 잔류염소농도를 일정하게 자동 조절할 수 있는 전기화학적 반응(Electrochemical Reaction)을 실행하여, 상기 절임수를 살균하고, 상기 절임수내 유기물을 산화처리하는 전기화학 반응조; 및 상기 살균 및 유기물이 산화처리된 절임수를 살균력을 지속적으로 유지하면서 상기 절임조의 절임 작업량에 따라 절임수량을 완충 및 확보 저장하는 절임수 처리수조를 포함한다.

상기 절임수 처리수조에 보관된 절임수내에 잔존하는 소독부산물과 잔류염소를 흡착제거하는 활성탄 여과기; 및 상기 활성탄 여과기에서 미세한 활성탄 입자가 배출되는 것을 방지하는 정밀여과기를 더 포함하되, 상기 절임수 처리수조에 저장한 절임수를 절임작업에 사용하기 전에 상기 활성탄 여과기 및 정밀 여과기를 거쳐서 절임작업에 사용할 수 있다.

상기 절임수 회수조는 회수된 절임수의 염분농도를 실시간 측정하도록 내부에 염분농도 측정기를 장착하고, 절임과정에서 낮아진 염분농도를 절임에 적합한 농도로 자동조절하기 위하여 외부에 연계된 고염수제조 설비에 장착된 고염수 이송펌프와 전기적인 연동을 통하여 제어될 수 있다.

상기 염분농도 측정기는 염소이온선택성 전극방식의 센서를 사용할 수 있다.

상기 디스크 필터는 별도의 압력탱크에 가압 저장된 처리수를 역세척 시 활용할 수 있다.

상기 전기화학 반응조에는 실시간으로 측정되는 잔류염소측정기가 장착되며,상기 잔류염소측정기는 상기 전기화학 반응조에 직류전류를 공급하는 직류전원공급기를 제어할 수 있도록 전기적으로 연동되어 있어, 절임수에 용존된 유기물 산화에 소비되는 전류량과 살균용 잔류염소를 발생시키는데 소비되는 전류량을 자동제어함으로서 잔류염소의 농도를 살균효율을 일정하게 유지할 수 있는 농도로 자동제어할 수 있다.

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본 발명의 실시예에 따르면, 김치 절임수의 재이용을 위한 기존의 방법 및 설비로는 회수율이 낮고 재이용 횟수에 한계가 있으며 안정적이고 일정한 살균효율을 확보하기 어려웠지만, 살균 작업과 동시에 입자상 고형물과 유기물처리를 동시에 수행할 수 있는 통합 공정으로 진행되므로, 절임 염수의 재이용 횟수를 최소 20회 이상 최대화함으로서 소금(주로 천일염)과 용수를 다량 소비하는 김치 제조공정의 생산단가를 줄일 수 있고, 또한 염분으로 인한 폐수의 발생을 절감할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 발명의 일 실시예에 따른 김치 절임 공정의 절임수 재이용 장치의 구성을 나타내는 블록선도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공정 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

통상적인 김치 절임 공정에서 발생되는 폐수는 배추를 절이고 난 후 배출되는 염수와 절임을 마친 배추의 세척 과정에서 발생하는 세척수로 이루어지는 바, 이러한 배추를 절인 염수와 절인 배추를 세척한 세척수를 절임수라 하고, 이러한 절임과 세척을 절임조(100)에서 실행하는 것으로 설명한다.

도 1은 발명의 일 실시예에 따른 김치 절임 공정의 절임수 재이용 장치를 나타내고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 김치 절임 공정의 절임수 재이용 장치는 김치의 절임과 세척을 실행하는 절임조(100)와, 상기 절임조(100)로부터 절임수가 유입되어 상기 절임수에 함유된 폐기엽 및 협잡물을 스크린(200)을 통해 제거하는 스크린조(도시하지 않음)와, 상기 폐기엽 및 협잡물이 제거된 절임수를 회수하고 절임에 적합한 염분농도를 자동제어하는 절임수 회수조(300)와, 상기 절임수 회수조(300)에 회수된 절임수에 함유된 토사와 미세 고형물의 입자상 고형물을 제거하면서 일반적인 필터보다 역세척수 사용량을 10%이하로 줄일 수 있는 디스크 필터(400)와, 이러한 디스크 필터(400)를 통과한 절임수에 대해 잔류염소농도를 일정하게 자동 조절할 수 있는 전기화학적 반응(Electrochemical Reaction)을 실행하여, 상기 절임수의 일정한 살균효율을 확보하고, 상기 절임수내 유기물을 산화처리하는 전기화학 반응조(500)와, 상기 살균 및 유기물이 산화처리된 절임수를 살균력을 지속적으로 유지하면서 상기 절임조(100)의 절임 작업량에 따라 절임수량을 완충 및 확보 저장하는 절임수 처리수조(600)와, 상기 절임수 처리수조(600)에 보관된 절임수를 절임수내에 잔존하는 소독부산물과 잔류염소를 흡착제거하는 활성탄 여과기(700) 및 상기 활성탄 여과기(700)에서 미세한 활성탄 입자가 배출되는 것을 방지하기 위한 정밀 여과기(800)를 포함한다.

먼저, 절임수내 폐기엽 및 협잡물 제거는 김치 절임 공정의 절임조(100)로부터 공급되는 절임수에 함유된 폐기엽 및 협잡물을 스크린(200)을 통해 제거하고, 절임수는 절임수 회수조(300)에 회수한다.

이어서, 절임수 회수조(300)에서는 내부에 염분농도 측정기(301)를 장착하여 회수된 절임수의 염분농도를 실시간으로 측정하고 절임과정에서 낮아진 염분농도를 절임에 적합한 농도(김치 제조방법마다 절임수의 염분 농도는 다르나 일반적으로 10%수준)로 자동조절하기 위하여 외부에 연계된 염분농도 25-30% 수준의 고염수 제조설비(302)의 배관에 장착된 고염수 이송펌프(303)와 전기적인 연동을 통하여 제어함을 특징으로 한다.

이때 사용되는 염분농도 측정기(301)는 염소이온선택성 전극방식의 센서를 사용함을 추가적인 특징으로 한다. 일반적으로 가격이 저렴하면서 흔하게 사용되는 염분측정센서는 전기전도도의 원리를 이용하는데 절임수 재이용 횟수가 반복되면서 농축되는 유기산에 의하여 측정오차가 최대 20%가까이 증가하는 문제점이 발생한다. 그러나 본 발명에서 적용된 염소이온선택성 전극 방식의 센서는 염소이온만을 측정하기 때문에 유기산에 의하여 증가되는 전기전도도의 영향을 받지 않아 정확한 측정이 가능하다.

이어서, 절임수내 입자상 고형물 제거 단계에서 폐기엽 및 협잡물이 제거된 절임수에 함유된 토사와 미세 고형물의 입자상 고형물을 디스크 필터(400)를 통해 제거한다. 이때 디스크 필터(400)는 별도의 압력탱크에서 3톤/시간 처리규모의 예시조건에서 5L의 처리수에 공기압을 3 - 5bar 수준으로 가압하여 저장해 두었다가 역세척시 활용되기 때문에 동일한 기공크기를 갖는 필터조건에서 일반적인 필터보다 역세척에 소비되는 역세척수의 사용량이 10%이하이며 역세척 시간 또한 짧기 때문에 역세척에 의하여 유실되는 절임수 손실율을 일반적인 필터보다 10%로 처리하면서 일반적인 필터보다 작은 용적을 차지할 수 있다.

이어서, 전기화학 반응조(500)는 디스크 필터(400)를 통과한 절임수에 대해 전기화학적 반응을 실행하여, 절임수의 살균 및 절임수내 유기물을 제거한 후, 절임수 처리수조(600)에 저장한다. 이때 절임수의 살균 및 상기 절임수내 유기물을 산화처리하는 전기화학 반응조(500)에는 실시간으로 측정되는 잔류염소측정기(501)가 장착되며, 잔류염소측정기(501)의 데이터 정보는 전기화학 반응조(500)에 직류전류를 공급하는 직류전원공급기(502)를 제어할 수 있도록 전기적으로 연동되어 있어, 절임수에 용존된 유기산 등의 유기물 산화에 소비되는 전류량과 살균을 위하여 잔류염소를 발생시키는데 소비되는 전류량을 자동제어함으로서 잔류염소의 농도를 살균효율을 일정하게 유지할 수 있는 농도 (총잔류염소 농도 기준 1 ?? 10 mg/L)로 자동제어할 수 있다.

이어서, 전기화학반응에 의하여 살균 및 유기물이 산화처리된 절임수를 살균력을 지속적으로 유지하면서 보관하고 상기 절임조(100)의 절임 작업량에 따라 절임수량을 완충 및 확보할 수 있는 절임수 처리수조(600)에 저장한다.

이어서, 절임수 처리수조(600)에 저장한 절임수는 절임작업 이전에 활성탄 여과기(700)를 통해 소독부산물 및 잔류염소를 제거하고, 활성탄 여과기(700)에서 미세한 활성탄 입자가 배출되는 것을 방지하기 위한 정밀여과기(800)를 거쳐서 절임작업에 사용할 수 있다.

이 후, 동일한 과정으로 절임조(100) - 스크린(200) - 절임수 회수조(300) - 디스크 필터(400) - 전기화학 반응조(500) - 절임수 처리수조(600) - 활성탄 여과기 (700) - 정밀 여과기(800)의 단계를 반복 실행함으로서 절임 염수의 재이용 횟수를 20회 이상 반복할 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 김치 절임 공정의 절임수 재이용 장치의 바람직한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않는 것이므로, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다. 그리고 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당해 업계 통상의 지식을 가진 자에 있어서는 다른 많은 변형 및 응용 또한 가능함은 물론이다.

100 : 절임조 200 : 스크린
300 : 절임수 회수조 301 : 염분농도 측정기
302 : 고염수 제조설비 303 : 고염수 이송펌프
400 : 디스크 필터 500 : 전기화학 반응조
501 : 잔류염소측정기 502 : 직류전원공급기
600 : 절임수 처리수조 700 : 활성탄 여과기
800 : 정밀 여과기

Claims (7)

1. 김치 절임 공정의 절임수 재이용 장치로서,
   김치의 절임과 세척을 실행하는 절임조;
   상기 절임조로부터 절임수가 유입되어 상기 절임수에 함유된 폐기엽 및 협잡물을 스크린을 통해 제거하는 스크린조;
   상기 폐기엽 및 협잡물이 제거된 절임수를 회수하고 절임에 적합한 염분농도를 자동제어하는 절임수 회수조;
   상기 절임수 회수조에 회수된 절임수에 함유된 토사와 미세 고형물의 입자상 고형물을 제거하면서 역세척수 사용량을 줄일 수 있는 디스크 필터;
   상기 디스크 필터를 통과한 절임수에 대해 잔류염소농도를 일정하게 자동 조절할 수 있는 전기화학적 반응(Electrochemical Reaction)을 실행하여, 상기 절임수를 살균하고, 상기 절임수내 유기물을 산화처리하는 전기화학 반응조; 및
   상기 살균 및 유기물이 산화처리된 절임수를 살균력을 지속적으로 유지하면서 상기 절임조의 절임 작업량에 따라 절임수량을 완충 및 확보 저장하는 절임수 처리수조를 포함하는
   김치 절임 공정의 절임수 재이용 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 절임수 처리수조에 보관된 절임수내에 잔존하는 소독부산물과 잔류염소를 흡착제거하는 활성탄 여과기; 및 상기 활성탄 여과기에서 미세한 활성탄 입자가 배출되는 것을 방지하는 정밀여과기를 더 포함하되,
   상기 절임수 처리수조에 저장한 절임수를 절임작업에 사용하기 전에 상기 활성탄 여과기 및 정밀 여과기를 거쳐서 절임작업에 사용하는
   김치 절임 공정의 절임수 재이용 장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 절임수 회수조는 회수된 절임수의 염분농도를 실시간 측정하도록 내부에 염분농도 측정기를 장착하고, 절임과정에서 낮아진 염분농도를 절임에 적합한 농도로 자동조절하기 위하여 외부에 연계된 고염수제조 설비에 장착된 고염수 이송펌프와 전기적인 연동을 통하여 제어되는
   김치 절임 공정의 절임수 재이용 장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 염분농도 측정기는 염소이온선택성 전극방식의 센서를 사용하는
   김치 절임 공정의 절임수 재이용 장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 디스크 필터는 별도의 압력탱크에 가압 저장된 처리수를 역세척 시 활용하는
   김치 절임 공정의 절임수 재이용 장치.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 전기화학 반응조에는 실시간으로 측정되는 잔류염소측정기가 장착되며,상기 잔류염소측정기는 상기 전기화학 반응조에 직류전류를 공급하는 직류전원공급기를 제어할 수 있도록 전기적으로 연동되어 있어, 절임수에 용존된 유기물 산화에 소비되는 전류량과 살균용 잔류염소를 발생시키는데 소비되는 전류량을 자동제어함으로서 잔류염소의 농도를 살균효율을 일정하게 유지할 수 있는 농도로 자동제어하는
   김치 절임 공정의 절임수 재이용 장치.
   
7. 삭제

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