KR101391638B1 - 고상 혐기발효 퇴비화 장치 - Google Patents

고상 혐기발효 퇴비화 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고상 혐기발효 퇴비화 장치에 관한 것으로, 이를 위해 지하에 매설되는 혐기발효조(11)의 개방된 상부에 덮개(13)를 2중 중첩시켜 산소가 없는 조건 하에서 전처리된 저분자 화합물형태의 유기성폐기물을 교반수단(2)에 의해 교반하면서 메탄발효시켜 퇴비화하고, 메탄발효시 발생되는 바이오가스는 천정 더그매공간에 설치된 포집부(14)를 통해 포집하는 고상 혐기발효부(1);와, 지하에서 혐기발효조(11)와 연설되고, 1차 발효조(31)의 내부로 유기성폐기물을 공급받아 수시간 내지 수일 정도 체류시켜 가수분해와 산발효에 의해 저분자 화합물형태로 변환하고, 저분자 화합물을 치환조(32)의 내부로 바이오가스와 함께를 공급받아 치환반응에 의해 호기상태가 혐기상태로 변환되어 고상 혐기발효부(1)로 공급하는 전처리부(3);와, 지하에서 혐기발효조(11)와 연설되는 후숙조(41)로 발효된 퇴비의 일부를 공급받아 숙성 처리하거나 반출시키는 후처리부(4);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

고상 혐기발효 퇴비화 장치{DRY ANANEROBIC COMPOSTING FACILITY}
본 발명은 고상 혐기발효 퇴비화 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지하에 매설되는 고상 혐기발효부를 통해 유기성폐기물을 발효시키기에 앞서, 전처리부를 고상 혐기발효부와 연설하여 유기성폐기물을 가수분해와 산발효에 의해 저분자 화합물형태의 혐기상태로 변환하여 고상 혐기발효부로 공급하고, 상기 고상 혐기발효부에서는 교반수단을 통해 유기성폐기물을 수분조절제(톱밥 및 왕겨)와 혼합하여 흡입, 분쇄, 이송, 배출 작용을 통해 메탄발효를 촉진시켜 퇴비의 생산성을 증대시킬 수 있으며, 생산된 퇴비는 후숙부를 통해 숙성시켜 양질의 퇴비를 반출시킬 수 있도록 하는 한편, 상기 고상 혐기발효부에서 발생된 바이오가스는 포집하여 자가(열병합)발전기의 에너지원으로 이용함에 따라 에너지 중립화를 이룰 수 있는 구조의 고상 혐기발효 퇴비화 장치에 관한 것이다.
최근, 음식물 쓰레기, 가축분뇨, 하수 슬러지와 같은 유기성폐기물을 혐기성 소화시켜 메탄 등의 바이오가스를 생산하고 이를 열병합 발전 등에 이용하는 기술이 개발되고 있다.
이와 같이 유기성폐기물로부터 바이오가스를 생산, 이용하는 방법은 바이오가스를 에너지원으로 사용할 수 있다는 점 이외에 무방류로 수질, 수질, 대기, 온실가스 저감 등 환경 오염 부하를 감소시킬 수 있다는 점에서 각광을 받고 있다.
하지만 이러한 혐기처리방식은 축사에서 나오는 가축분뇨를 별도로 수거하기 위한 시설이 필요하여 시설비가 많이 들고, 또한 지상에 설치하기 때문에, 특히 우리나라의 경우 토지확보에 어려움이 있으며, 겨울철 저온과 바람에 의한 전도 및 대류에 따른 열손실로 보조열의 공급이 클 수 있으므로 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.
또한 종래의 혐기처리방식은 유기성폐기물을 별도의 전처리과정에서 처리후 퇴비단에 살포하여 퇴비를 생산하는 방식으로 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 제 1목적은, 지하에 매설되는 고상 혐기발효부를 통해 유기성폐기물을 발효시키기에 앞서, 전처리부를 고상 혐기발효부와 연설하여 유기성폐기물을 가수분해와 산발효에 의해 저분자 화합물형태의 혐기상태로 변환하여 고상 혐기발효부로 공급하고, 상기 고상 혐기발효부에서는 교반수단을 통해 유기성폐기물을 수분조절제(톱밥 및 왕겨)와 혼합하여 흡입, 분쇄, 이송, 배출 작용을 통해 메탄발효를 촉진시켜 퇴비의 생산성을 증대시킬 수 있으며, 생산된 퇴비는 후숙부를 통해 숙성시켜 양질의 퇴비를 반출시킬 수 있도록 하는 한편, 상기 고상 혐기발효부에서 발생된 바이오가스는 포집하여 자가(열병합)발전기의 에너지원으로 이용함에 따라 에너지 중립화를 이룰 수 있는 구조의 고상 혐기발효 퇴비화 장치를 제공하는 데 있다.
또한 본 발명의 제 2목적은, 지하에 매설하여 지상공간을 효율적으로 사용할 수 있으며, 주거지역과 인접한 영역에 설치할 수 있어 환경오염 문제뿐만 아니라 혐오시설로 인한 거주민의 민원을 해결할 수 있는 구조의 고상 혐기발효 퇴비화 장치를 제공하는데 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 제 1발명은 고상 혐기발효 퇴비화 장치에 관한 것으로, 지하에 매설되는 혐기발효조(11)의 개방된 상부에 덮개(13)를 2중 중첩시켜 산소가 없는 조건 하에서 전처리된 저분자 화합물형태의 유기성폐기물을 교반수단(2)에 의해 교반하면서 메탄발효시켜 퇴비화하고, 메탄발효시 발생되는 바이오가스는 천정 더그매공간에 설치된 포집부(14)를 통해 포집하는 고상 혐기발효부(1);와, 지하에서 혐기발효조(11)와 연설되고, 1차 발효조(31)의 내부로 유기성폐기물을 공급받아 수시간 내지 수일 정도 체류시켜 가수분해와 산발효에 의해 저분자 화합물형태로 변환하고, 저분자 화합물을 치환조(32)의 내부로 바이오가스와 함께를 공급받아 치환반응에 의해 호기상태가 혐기상태로 변환되어 고상 혐기발효부(1)로 공급하는 전처리부(3);와, 지하에서 혐기발효조(11)와 연설되는 후숙조(41)로 발효된 퇴비의 일부를 공급받아 숙성 처리하거나 반출시키는 후처리부(4);를 포함하여 이루어지되, 상기 전처리부(3)는 고상 혐기발효부와 자동 승강되는 제 1격벽을 통해 격리되고, 상기 후처리부(4)는 이송스크류(S)가 설치된 고정격벽(42)을 통해 고상 혐기발효부(1)와 격리되고, 상기 전처리부(3)와 후처리부(4)는 각각 1차 발효조(31)와 후숙조(41)의 상부에 게이트(G)를 부분 형성하여 유기성폐기물을 공급받거나 생산된 퇴비를 반출시킬 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
제 2발명은, 제 1발명에서, 상기 덮개(13)는 외부의 진공펌프와 연결되는 덕트프레임(131)을 중심으로 2중 피복으로 중첩하여 내부를 진공상태로 유지하고, 표면에는 태양광으로부터 전력을 생산하여 열병합발전기(5)의 에너지원으로 사용하는 솔라모듈(132)이 다수 설치되는 것이 바람직하다.
제 3발명은, 제 2발명에서, 상기 포집부(14)에서 포집된 바이오가스는 열병합발전기(5)의 에너지원으로 사용하고, 상기 열병합발전기(5)로 생산된 전력은 혐기발효조(11)와, 1차 발효조(31)와, 치환조(32)와, 후숙조(41)에 구비된 가열수단(H) 및 조명(R)의 전력과, 교반수단(2)과, 제 1격벽(33) 및 이송스크류(S)의 전력으로 사용되어 에너지 중립화를 이룰 수 있게 구성되는 것이 바람직하다.
제 4발명은, 제 3발명에서, 상기 가열수단(H)은 히트파이프 또는 난방배관으로 구성되는 것이 바람직하다.
제 5발명은, 제 1발명에서, 상기 전처리부(3)의 바닥면은 자중에 의해 유기성폐기물이 고상 혐기발효부(1)로 공급될 수 있도록 경사진 형태로 구성되는 것이 바람직하다.
제 6발명은, 제 1발명에서, 상기 혐기발효조(11)의 길이방향 양측에는 제 1레일(111)이 설치되고, 상기 제 1레일(111)을 따라 이송하는 제 2레일(112)이 제 1레일(111)의 상부에 설치되고, 제 2레일(112) 상에 교반수단(2)이 설치되는 것이 바람직하다.
제 7발명은, 제 6발명에서, 상기 교반수단(2)은 혐기발효조(11) 내의 유기성폐기물을 흡입하여 분쇄 및 교반하기 위한 흡입부(21)와, 상기 흡입부(21)로부터 분쇄된 유기성폐기물을 운반하기 위한 운반부(22)와, 상기 운반부(22)에 연결되어 유기성폐기물을 배출하기 위한 배출부(23)와, 상기 흡입부(21)를 수직방향으로 이송하고 배출부(23)를 혐기발효조(11)의 길이방향과 폭방향으로 이송시키는 이동부(25)와, 상기 각 부(21,22,23,25)를 제어하는 제어부(24)로 구성되는 것이 바람직하다.
제 8발명은, 제 7발명에서, 상기 제어부(24)는 유기성폐기물의 점도, 온도, 압력, 분쇄된 입자크기, 수분 및 가스 방출양을 포함하는 데이터를 획득하여 유기성폐기물의 상태를 확인하기 위한 감지부(241)를 더 구비하고, 상기 감지부(241)에서 획득된 데이터에 따라 상기 흡입부(21)와, 운반부(22)와, 배출부(23) 및 이동부(25)를 제어하는 것이 바람직하다.
제 9발명은, 제 7발명에서, 상기 이동부(25)는교반수단(2)을 혐기발효조(11)의 길이방향으로 이동시키는 제 1모터(251)와, 상기 교반수단(2)을 혐기발효조(11)의 폭방향으로 이동시키는 제 2모터(252)와, 상기 교반수단(2)의 흡입부(21)를 수직방향으로 이동시키는 유압실린더(253)로 구성되는 것이 바람직하다.
제 10발명은, 제 7발명에서, 상기 흡입부(21)는 상기 제어부(24)의 제어에 따라 회전하는 흡입스크류본체(211)와, 상기 흡입스크류본체(211)에 장착되어 회전함으로써 상기 유기성폐기물을 상기 흡입스크류본체(211)의 중심방향으로 이동시키기 위한 흡입스크류날개(212) 및 상기 유기성폐기물이 유입되는 상기 흡입스크류본체(211)의 후면 상에 위치하여 상기 흡입스크류날개(212)와 함께 유기성폐기물을 압착 분쇄하는 흡입스크류커버(214)로 구성되는 것이 바람직하다.
제 11발명은, 제 7발명에서, 상기 배출부(23)는 제어부(24)의 제어에 따라 회전하는 배출스크류본체(231) 및 상기 배출스크류본체(231)에 장착되어 회전함으로써 상기 흡입부(21)로부터 분쇄되어 상기 운반부(22)를 따라 운반된 유기성폐기물을 상기 배출스크류본체(231)의 길이 방향을 따라 분배하기 위한 배출스크류날개(232)와, 상기 배출스크류날개(232)의 하부면 상에 위치하여 배출스크류커버(233)로 구성되는 것이 바람직하다.
제 12발명은, 제 1발명에서, 상기 전처리부(3)의 1차 발효조(31)와 치환조(32)는 자동으로 승강되는 제 2격벽(34)을 통해 개별적으로 격리될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
제 13발명은, 제 1발명에서, 상기 덮개(13)의 끝단으로 빗물을 집수할 수 있는 물받이판(61)이 설치되고, 지중에는 상기 물받이판(61)에 집수된 빗물을 저장할 수 있도록 상기 물받이판(61)과 연결되는 우수집수조(6)가 매설되는 것이 바람직하다.
제 14발명은, 제 2발명에서, 상기 각 솔라모듈(132)은 상호 인접한 솔라모듈(132)의 4방면으로 상기 덮개(13)의 표면이 노출되게 교번 배치되어 태양광이 입사될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
제 15발명은, 제 2발명에서, 상기 덕트프레임(131)은 플렉시블한 재질로 구성되어, 상기 덮개(13)의 표면에 다수 설치된 각 솔라모듈(132)의 무게에 의해 덮개(13)가 처지도록 하고, 혐기발효조(11) 내에서 생성된 바이오가스에 의해 덮개(13)가 팽창하도록 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 고상 혐기발효 퇴비화 장치에 따르면, 지하에 매설되는 고상 혐기발효부를 통해 유기성폐기물을 발효시키기에 앞서, 전처리부를 고상 혐기발효부와 연설하여 유기성폐기물을 가수분해와 산발효에 의해 저분자 화합물형태의 혐기상태로 변환하여 고상 혐기발효부로 공급하고, 상기 고상 혐기발효부에서는 교반수단을 통해 유기성폐기물을 수분조절제(톱밥 및 왕겨)와 혼합하여 흡입, 분쇄, 이송, 배출 작용을 통해 메탄발효를 촉진시켜 퇴비의 생산성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 생산된 퇴비는 후숙부를 통해 숙성시켜 양질의 퇴비를 반출시킬 수 있도록 하는 한편, 상기 고상 혐기발효부에서 발생된 바이오가스는 포집하여 자가(열병합)발전기의 에너지원으로 이용함에 따라 에너지 중립화를 이룰 수 있는 효과가 있다.
또한 지하에 매설하여 지상공간을 효율적으로 사용할 수 있으며, 주거지역과 인접한 영역에 설치할 수 있어 환경오염 문제뿐만 아니라 혐오시설로 인한 거주민의 민원을 해결할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고상 혐기발효 퇴비화 장치의 단면 구성도,
도 2는 도 1에서 고상 혐기발효부를 정면에서 바라본 단면 구성도,
도 3은 도 2의 측면도,
도 4는 도 1에서 발췌된 교반수단을 도시한 사시도,
도 5는 도 4에 따른 교반수단의 이동상태를 도시한 작동도,
도 6은 교반수단을 설명하기 위한 블록도,
도 7 내지 도 11은 고상 혐기발효 퇴비화 장치의 작동도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 고상 혐기발효 퇴비화 장치에 관하여 첨부된 도면과 함께 더불어 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 고상 혐기발효 퇴비화 장치의 단면 구성도이고, 도 2는 도 1에서 고상 혐기발효부를 정면에서 바라본 단면 구성도이고, 도 3은 도 2의 측면도이고, 도 4는 도 1에서 발췌된 교반수단을 도시한 사시도이고, 도 5는 도 4에 따른 교반수단의 이동상태를 도시한 작동도이고, 도 6은 교반수단을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명은 지하에 매설되는 고상 혐기발효부를 통해 유기성폐기물을 발효시키기에 앞서, 전처리부를 고상 혐기발효부와 연설하여 유기성폐기물을 가수분해와 산발효에 의해 저분자 화합물형태의 혐기상태로 변환하여고상 혐기발효부로 공급하고, 상기 고상 혐기발효부에서는 교반수단을 통해 유기성폐기물을 수분조절제(톱밥 및 왕겨)와 혼합하여 흡입, 분쇄, 이송, 배출 작용을 통해 메탄발효를 촉진시켜 퇴비의 생산성을 증대시킬 수 있으며, 생산된 퇴비는 후숙부를 통해 숙성시켜 양질의 퇴비를 반출시킬 수 있도록 하는 한편, 상기 고상 혐기발효부에서 발생된 바이오가스는 포집하여 자가(열병합)발전기의 에너지원으로 이용함에 따라 에너지 중립화를 이룰 수 있는 구조의 고(固)상(狀) 혐기발효 퇴비화 장치(9)에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 고상 혐기발효 퇴비화 장치(9)는 크게 3부분으로 구성되는데, 이는 고상 혐기발효부(1)와, 전처리부(3) 및 후처리부(4)로 구성된다.
여기서 상기 고상 혐기발효부(1)는 지하에 매설되는 혐기발효조(11)의 개방된 상부에 덮개(13)를 2중 중첩시켜 산소가 없는 조건 하에서 전처리된 저분자 화합물 형태의 유기성폐기물을 교반수단(2)에 의해 교반하면서 메탄발효시켜 퇴비화하고, 메탄발효시 발생되는 바이오가스는 천정 더그매공간에 설치된 포집부(14)를 통해 포집하는 기능을 한다.
이러한 고상 혐기발효부(1)의 혐기발효조(11)는 콘크리트 구조물로 구성되며, 지하에 매설되어 온도 변화를 최소화하여 보온의 효과를 극대화할 수 있도록 구성된다.
또한 상기 덮개(13)는 혐기발효조(11)의 개방된 상부에 배치된 덕트프레임(131)에 지지되고, 산소가 없는 조건 하에서 혐기성 미생물의 의해 퇴비단을 안정화시키고, 메탄발효시 발생되는 바이오가스는 천정에 설치된 포집부(14)에 의해 집진하여 외부로 배출시키는 기능을 한다.
여기서 상기 덮개(13)는 도 2 및 도 3과 같이, 태양광이 입사될 수 있도록 투명의 비닐 소재로 구성되며, 이러한 비닐 소재의 덮개를 덕트프레임(131)을 중심으로 2중 피복으로 중첩하여 내부를 진공 상태로 형성할 수 있다. 여기서 상기 덕트프레임(131)은 외부의 진공펌프(미도시)와 연결시켜 중첩된 비닐 소재 사이의 공기층을 제거하여 진공상태에서 보온의 효과를 극대화시킬 수 있게 구성할 수 있다.
또한 상기 덮개(13)는 HDPE(High-density polyethylene) 또는 PE 또는 LDPE 또는 썬라이트 또는 폴리카보네이트 등과 같은 소재로 구성하여 자연온실 효과는 물론, 혐기발효조(11)의 내부 온도가 정상적으로 유지될 수 있도록 하여 겨울철 온도저하를 방지하여 퇴비의 혐기발효를 도모할 수 있다.
또한 상기 덮개(13)의 표면에는 태양광으로부터 전력을 생산하여 열병합발전기의 에너지원으로 사용하는 솔라모듈(132)이 다수 탑재되어 구성될 수 있다.
여기 상기 각 솔라모듈(132)은 상호 인접한 솔라모듈(132)의 4방면으로 상기 덮개(13)의 표면이 노출되게 교번 배치되어 태양광이 입사될 수 있도록 구성할 수 있다. 이러한 구성은 솔라모듈(132)을 통해 전력생산과 함께 태양광이 혐기발효조(11)로 입사될 수 있도록 한 구성이다.
또한
한편 덕트프레임(131)은 플렉시블한 재질로 구성되어, 상기 덮개(13)의 표면에 다수 설치된 각 솔라모듈(132)의 무게에 의해 덮개(13)가 처지도록 하고, 혐기발효조(11) 내에서 생성된 바이오가스에 의해 팽창될 수 있도록 구성된다.
이러한 구성은 덮개(13)의 팽창 정도에 따라 바이오가스의 생산량을 파악할 수 있고, 또한 무동력으로 포집부(14)의 포집배관(141)으로 바이오가스를 강제로 포집할 수 있는 구조가 마련된다. 물론 포집배관(141)에는 덮개(13) 내부의 방폭방지를 위해 펌프(P)가 설치될 수 있다.
또한 상기 덮개(13)의 끝단으로 빗물을 집수할 수 있는 물받이판(61)이 설치되고, 지중에는 상기 물받이판(61)에 집수된 빗물을 저장할 수 있도록 상기 물받이판(61)과 연결되는 우수집수조(6)가 매설되는 구조이다.
이러한 우수집수조(90)는 고상 혐기발효부(1), 전처리부(3) 및 후처리부(4)의 청소수 및 관리수로 활용할 수 있으며, 또한 기타 작물의 수분공급에 사용할 수 있어 별도의 상수도시설 사용을 억제하여 시설 운영비를 절감할 수 있다.
그리고 포집부(14)는 천정 더그매공간(attic space)에 설치되는 포집배관(141)과, 상기 포집배관(141)을 통해 포집된 바이오가스를 열병합발전기(5)의 에너지원으로 사용될 수 있도록 구성된다.
상기 열병합발전기(5)로 생산된 전력은 혐기발효조(11)와, 1차 발효조(31) 및 후숙조(41)에 구비된 가열수단의 전력과, 조명(R)의 전력과, 이송스크류(S) 및 교반수단(2)의 전력으로 사용되어 에너지 중립화를 이룰 수 있는 구조가 마련된다.
상기에서 가열수단(H)은 히트파이프 또는 온수파이프 중 어느 하나이며, 본 발명에서는 히트파이프로 구성된다.
아울러 상기 고상 혐기발효부(1)의 혐기발효조(11)에 설치되는 교반수단(2)은 흡입부(21)와, 운반부(22)와, 배출부(23)와, 이동부(25)와, 제어부(24)로 구성된다.
여기서 상기 흡입부(21)는 혐기발효조(11) 내의 유기성폐기물을 흡입하여 분쇄 및 교반하는 기능을 한다.
이러한 흡입부(21)는 상기 제어부(24)의 제어에 따라 회전하는 흡입스크류본체(211)와, 상기 흡입스크류본체(211)에 장착되어 회전함으로써 상기 유기성폐기물을 상기 흡입스크류본체(211)의 중심방향으로 이동시키기 위한 흡입스크류날개(212) 및 상기 유기성폐기물이 유입되는 상기 흡입스크류본체(211)의 후면 상에 위치하여 상기 흡입스크류날개(212)와 함께 유기성폐기물을 압착 분쇄하는 흡입스크류커버(214)로 구성된다.
여기서 흡입스크류본체(211)의 양측으로 상호 대칭되게 흡입스크류날개(212)를 배치하여 각 흡입스크류날개(212)가 회전하면 유기성폐기물을 흡입스크류본체(211)의 중심으로 이동시키게 되는 구성이다. 이 때 상기 흡입스크류날개(212)에는 분쇄칼날(213)이 더 설치되어 흡입스크류본체(211)의 중심으로 이동되는 유기성폐기물을 분쇄하게 되는 구성이다.
그리고 상기 흡입스크류본체(211)의 후면 상에 위치된 흡입스크류커버(214)는 흡입스크류본체(211)와의 거리를 가변할 수 있도록 유압실린더, 기어 또는 기타 잘 알려진 기계 구성을 이용하여 설치되어 유기성폐기물의 압착 정도를 조절할 수 있다.
따라서 유기성폐기물은 흡입부(21)에 의해 압착 및 분쇄되어 흡입스크류커버(214)를 통해 운반부(22)에 전달된다.
상기 운반부(22)는 컨베이어벨트로 구성되며, 이외에 에스컬레이터 방식과 같은 기계적 구성을 사용할 수도 있다.
상기 배출부(23)는 제어부(24)의 제어에 따라 회전하는 배출스크류본체(231) 및 상기 배출스크류본체(231)에 장착되어 회전함으로써 상기 흡입부(21)로부터 분쇄되어 상기 운반부(22)를 따라 운반된 유기성폐기물을 상기 배출스크류본체(231)의 길이 방향을 따라 분배하기 위한 배출스크류날개(232)와, 상기 배출스크류날개(232)의 하부면 상에 위치하여 배출스크류커버(233)로 구성된다.
여기서 배출스크류본체(231)의 양측으로 상호 대칭되게 배출스크류날개(232)를 배치하여 각 배출스크류날개(232)가 회전하면 유기성폐기물을 배출스크류본체(231)의 중심으로 이동시키게 되는 구성이다.
그리고 상기 배출스크류커버(233)는 하부에 배출구(234)가 형성되어 배출스크류날개(232)에 의해 이동되는 유기성폐기물이 배출구(234)로 낙하될 수 있도록 구성된다.
한편 상기 제어부(24)는 유기성폐기물의 점도, 온도, 압력, 분쇄된 입자크기, 수분 및 가스 방출양을 포함하는 데이터를 획득하여 유기성폐기물의 상태를 확인하기 위한 감지부(241)를 더 구비하고, 상기 감지부(241)에서 획득된 데이터에 따라 상기 흡입부(21)와, 운반부(22)와, 배출부(23) 및 이동부(25)를 제어하는 통상적인 기능을 한다.
그리고 상기 이동부(25)는 교반수단(2)을 혐기발효조(11)의 길이방향으로 이동시키는 제 1모터(251)와, 상기 교반수단(2)을 혐기발효조(11)의 폭방향으로 이동시키는 제 2모터(252)와, 상기 교반수단(2)의 흡입부(21)를 수직방향으로 이동시키는 유압실린더(253)로 구성된다.
상기에서 혐기발효조(11)의 길이방향 양측에는 제 1레일(111)이 설치되고, 상기 제 1레일(111)을 따라 이송하는 제 2레일(112)이 제 1레일(111)의 상부에 설치되고, 제 2레일(112) 상에 교반수단(2)이 설치되는 구조이다.
이 때 상기 제 1모터(251)는 제 1레일(111) 따라 제 2레일(112)이 이동될 수 있도록 하고, 제 2모터(252)는 제 2레일(112)을 따라 교반수단(2)이 이동될 수 있도록 하며, 유압실린더(253)는 교반수단(2)의 흡입부(21)가 수직방향으로 이동될 수 있도록 구성된다.
따라서 상기 교반수단(2)은 제 1모터(251)와, 제 2모터(252)를 통해 혐기발효조(11)의 상부에서 전/후/좌/후 방향으로 이동되고, 유압실린더(253)를 통해 교반수단(2)의 흡입부가 수직방향으로 이동될 수 있도록 하여 혐기발효조에 저장된 유기성 폐기물을 분쇄 및 교반할 수 있도록 구성된다.
한편 상기 전처리부(3)는 지하에서 혐기발효조(11)와 연설되는 구조이며, 자동으로 승강하여 내부를 구획하는 제 1격벽(33)을 통해 혐기발효조(11)와 상호 격리되는 구조이다.
또한 상기 전처리부(3)는 1차 발효조(31)와 치환조(32)로 분리되며, 자동으로 승강되는 제 2격벽(34)을 통해 개별적으로 격리될 수 있도록 구성된다.
이러한 상기 전처리부(3)는 상부에 게이트(G)를 부분 형성하여 1차 발효조(31)로 유기성폐기물을 공급받고 내부가 밀폐될 수 있도록 구성되며, 바닥면이 일방향으로 경사지도록 형성하여 자중에 의해 치환조(32)를 거쳐 혐기발효조(11)로 공급될 수 있도록 구성된다.
따라서 제 1격벽(33)을 통해 전처리부(3)는 혐기발효조(11)와 격리되며, 더불어 상기 전처리부(3) 역시 제 2격벽(34)을 통해 1차 발효조(31)와 치환조(32)로 상호 분리되어 격리되는 구조이다.
상기에서 1차 발효조(31)는 게이트(G)를 통해 유기성폐기물을 공급받아 수시간 내지 수일 정도 체류시켜 가수분해와 산발효에 의해 고분자 화합물을 저분자 화합물형태로 변환하는 기능을 한다.
그리고 상기 치환조(32)는 제 1차 발효조(31)에서 변환된 저분자 화합물형태의 유기성폐기물을 경사진 바닥면의 형태에 따라 자중으로 공급받고, 또한 포집부(14)를 통해 포집된 바이오가스의 일부를 공급받아 치환반응에 의해 유기성폐기물에 포함된 용존산소가 줄어들게 하여 호기상태가 혐기상태로 변환되도록 기능한다.
이러한 혐기상태의 유기성폐기물은 제 1격벽(33)을 개방시켜 자중에 의해 혐기발효조(11)로 공급된다.
그리고 상기 고상 혐기발효부(1)로 공급된 유기성폐기물은 수분조절제(톱밥 및 왕겨)와 혼합하여 전술된 교반수단(2)을 통해 흡입, 분쇄, 이송, 배출 작용을 통해 혐기발효를 촉진시켜 퇴비의 생산성을 증대시킬 수 있는 구조가 마련된다.
아울러 후처리부(4)는 지하에서 혐기발효조(11)와 연설되는 후숙조(41)로 발효된 퇴비의 일부를 공급받아 후숙처리하거나 반출시키는 기능을 한다.
이 때 상기 후처리부(4)의 후숙조(41)는 고상 혐기발효부(1)의 혐기발효조(11)와 고정격벽(42)을 통해 상호 격리되는 구조이며, 고정격벽(42)에 설치되는 이송스크류(S)를 통해 혐기발효조(11)의 퇴비를 후숙조(41)의 내부로 자동공급되도록 하여 후숙조(41)를 통해 퇴비를 숙성시켜 양질의 퇴비가 생산될 수 있도록 한다
후숙조(41)에서 숙성된 퇴비는 후숙조(41)의 상부에 부분 형성된 게이트(G)를 개방하여 컨베이어벨트 또는 이송스크류로 반출시켜 작물의 유기성 퇴비로 사용하거나 별도의 퇴비포장라인으로 공급된다.
이하에서는 본 발명에 따른 고상 혐기발효 퇴비화 장치의 작동에 관하여 간단히 설명하기로 한다.
도 7 내지 도 11은 고상 혐기발효 퇴비화 장치의 작동도이다.
먼저 도 7과 같이, 유기성폐기물(축산폐수, 가축분뇨, 음식물 쓰레기, 하/폐수 슬러지)은 전처리부(3)의 게이트(G)를 개방시켜 제 1차 발효조(31)로 공급된다. 이 때 유기성폐기물의 공급이 완료되면 게이트(G)를 폐쇄시켜 1차 발효조(31)를 밀폐시킨다.
그리고 제 1차 발효조(31)로 공급된 유기성폐기물은 수시간에서 수일 정도 체류시켜 가수분해 및 산발효되어 저분자 화합물이 되도록 한다.
1차 발효과정이 끝나면, 도 8과 같이, 제 2격벽(34)을 개방시켜 제 1차 발효조(31)의 내부의 저분자 화합물 형태의 유기성폐기물이 자중에 의해 치환조(32)로 공급되도록 한다. 이후 제 2격벽(34)은 상승하여 폐쇄된다.
치환조(32)로 공급된 저분자 화합물 형태의 유기성폐기물은 포집부(14)를 통해 포집된 바이오가스의 일부를 공급받아 치환반응에 의해 유기성폐기물에 포함된 용존산소가 줄어들게 하여 호기상태가 슬러리 형태의 혐기상태로 변환되도록 한다.
혐기상태로 변환과정을 끝나면, 도 9와 같이, 제 1격벽(33)을 개방시켜 유기성폐기물이 자중에 의해 고상 혐기발효부(1)의 혐기발효조(11)로 공급되도록 한다.
이후 도 10과 같이, 혐기발효조(11)에 공급된 유기성폐기물은 교반수단(2)을 통해 유기성폐기물을 수분조절제(톱밥 및 왕겨)와 혼합하여 흡입, 분쇄, 이송, 배출 작용을 통해 메탄발효를 촉진시켜 짧은 시간에 퇴비화시킨다.
이 때 메탄발효시 발생되는 바이오가스는 천정 더그매공간에 설치된 포집부(14)를 통해 포집시켜 열병합발전기(5)의 에너지원으로 사용하고, 상기 열병합발전기(5)로 생산된 전력은 혐기발효조(11)와, 1차 발효조(31)와, 치환조(32)와, 후숙조(41)에 구비된 가열수단(H) 및 조명(R)의 전력과, 교반수단(2)과, 제 1격벽(33), 제 2격벽(34) 및 이송스크류(S)의 전력으로 사용되어 에너지 중립화를 이룰 수 있는 구조가 마련된다.
아울러 상기 덮개(13)의 표면에 구비된 다수의 솔라모듈(132)은 태양광으로부터 전력을 생산하여 열병합발전기(5)(도 1참조)의 에너지원으로 사용된다.
마지막으로, 도 11과 같이, 혐기발효조(11)를 통해 생산된 퇴비는 고정격벽(42)에 설치된 이송스크류(S)를 통해 후처리부(4)의 후숙조(41)로 이동시켜 숙성시킨 후 양질의 퇴비가 생산되도록 하고, 생산된 퇴비는 컨베이어벨트 또는 이송스크류를 통해 외부로 반출시켜 작물의 퇴비로 사용하거나 별도의 퇴비포장라인으로 공급된다.
따라서 본 발명은 유기성폐기물의 악취를 없애고, 유기성폐기물을 메탄발효에 의해 발효시켜 퇴비화할 수 있으며, 또한 메탄과정에서 발생된 바이오가스는 열병합발전소의 에너지원으로 사용하여 에너지의 중립화를 이룰 수 있다. 또한 유기성폐기물의 전처리과정과, 혐기발효과정과, 후처리과정으로 생산된 퇴비의 반출을 전자동으로 하여 유지관리 비용을 획기적으로 줄일 수 있다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.
1: 고상 혐기발효부 11: 혐기발효조 111: 제 1레일
112: 제 2레일 13: 덮개
131: 덕트프레임 132: 솔라모듈
14: 포집부 141: 포집배관
2: 교반수단 21: 흡입부 211: 흡입스크류본체
212: 흡입스크류날개 213: 분쇄칼날
214: 흡입스크류커버 22: 운반부
23: 배출부 231: 배출스크류본체
232: 배출스크류날개 233: 배출스크류커버
234: 배출구 24: 제어부
241: 감지부 25: 이동부
251: 제 1모터 252: 제 2모터
253: 유압실린더
3: 전처리부 31: 1차 발효조 32: 치환조
33: 제 1격벽 34: 제 2격벽
4: 후처리부 41: 후숙조 42: 고정격벽
5: 열병합발전기
6: 우수집수조 61: 물받이판
S: 이송스크류 G: 게이트 R: 조명
H: 가열수단
9: 고상 혐기발효 퇴비화 장치

Claims (15)

  1. 지하에 매설되는 혐기발효조(11)의 개방된 상부에 덮개(13)를 2중 중첩시켜 산소가 없는 조건 하에서 전처리된 저분자 화합물형태의 유기성폐기물을 교반수단(2)에 의해 교반하면서 메탄발효시켜 퇴비화하고, 메탄발효시 발생되는 바이오가스는 천정 더그매공간에 설치된 포집부(14)를 통해 포집하는 고상 혐기발효부(1);
    지하에서 혐기발효조(11)와 연설되고, 1차 발효조(31)의 내부로 유기성폐기물을 공급받아 수시간 내지 수일 정도 체류시켜 가수분해와 산발효에 의해 저분자 화합물형태로 변환하고, 저분자 화합물을 치환조(32)의 내부로 바이오가스와 함께를 공급받아 치환반응에 의해 호기상태가 혐기상태로 변환되어 고상 혐기발효부(1)로 공급하는 전처리부(3);
    지하에서 혐기발효조(11)와 연설되는 후숙조(41)로 발효된 퇴비의 일부를 공급받아 숙성 처리하거나 반출시키는 후처리부(4);를 포함하여 이루어지되,
    상기 전처리부(3)는 고상 혐기발효부와 자동 승강되는 제 1격벽을 통해 격리되고,
    상기 후처리부(4)는 이송스크류(S)가 설치된 고정격벽(42)을 통해 고상 혐기발효부(1)와 격리되고,
    상기 전처리부(3)와 후처리부(4)는 각각 1차 발효조(31)와 후숙조(41)의 상부에 게이트(G)를 부분 형성하여 유기성폐기물을 공급받거나 생산된 퇴비를 반출시킬 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 고상 혐기발효 퇴비화 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 덮개(13)는 외부의 진공펌프와 연결되는 덕트프레임(131)을 중심으로 2중 피복으로 중첩하여 내부를 진공상태로 유지하고, 표면에는 태양광으로부터 전력을 생산하여 열병합발전기(5)의 에너지원으로 사용하는 솔라모듈(132)이 다수 설치되는 것을 특징으로 하는 고상 혐기발효 퇴비화 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 포집부(14)에서 포집된 바이오가스는 열병합발전기(5)의 에너지원으로 사용하고, 상기 열병합발전기(5)로 생산된 전력은 혐기발효조(11)와, 1차 발효조(31)와, 치환조(32)와, 후숙조(41)에 구비된 가열수단(H) 및 조명(R)의 전력과, 교반수단(2)과, 제 1격벽(33) 및 이송스크류(S)의 전력으로 사용되어 에너지 중립화를 이룰 수 있게 구성되는 것을 특징으로 하는 고상 혐기발효 퇴비화 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 가열수단(H)은 히트파이프 또는 난방배관으로 구성되는 것을 특징으로 하는 고상 혐기발효 퇴비화 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 전처리부(3)의 바닥면은 자중에 의해 유기성폐기물이 고상 혐기발효부(1)로 공급될 수 있도록 경사진 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 고상 혐기발효 퇴비화 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 혐기발효조(11)의 길이방향 양측에는 제 1레일(111)이 설치되고, 상기 제 1레일(111)을 따라 이송하는 제 2레일(112)이 제 1레일(111)의 상부에 설치되고, 제 2레일(112) 상에 교반수단(2)이 설치되는 것을 특징으로 하는 고상 혐기발효 퇴비화 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 교반수단(2)은 혐기발효조(11) 내의 유기성폐기물을 흡입하여 분쇄 및 교반하기 위한 흡입부(21)와, 상기 흡입부(21)로부터 분쇄된 유기성폐기물을 운반하기 위한 운반부(22)와, 상기 운반부(22)에 연결되어 유기성폐기물을 배출하기 위한 배출부(23)와, 상기 흡입부(21)를 수직방향으로 이송하고 배출부(23)를 혐기발효조(11)의 길이방향과 폭방향으로 이송시키는 이동부(25)와, 상기 각 부(21,22,23,25)를 제어하는 제어부(24)로 구성되는 것을 특징으로 하는 고상 혐기발효 퇴비화 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제어부(24)는 유기성폐기물의 점도, 온도, 압력, 분쇄된 입자크기, 수분 및 가스 방출양을 포함하는 데이터를 획득하여 유기성폐기물의 상태를 확인하기 위한 감지부(241)를 더 구비하고, 상기 감지부(241)에서 획득된 데이터에 따라 상기 흡입부(21)와, 운반부(22)와, 배출부(23) 및 이동부(25)를 제어하는 것을 특징으로 하는 고상 혐기발효 퇴비화 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 이동부(25)는교반수단(2)을 혐기발효조(11)의 길이방향으로 이동시키는 제 1모터(251)와, 상기 교반수단(2)을 혐기발효조(11)의 폭방향으로 이동시키는 제 2모터(252)와, 상기 교반수단(2)의 흡입부(21)를 수직방향으로 이동시키는 유압실린더(253)로 구성되는 것을 특징으로 하는 고상 혐기발효 퇴비화 장치.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 흡입부(21)는 상기 제어부(24)의 제어에 따라 회전하는 흡입스크류본체(211)와, 상기 흡입스크류본체(211)에 장착되어 회전함으로써 상기 유기성폐기물을 상기 흡입스크류본체(211)의 중심방향으로 이동시키기 위한 흡입스크류날개(212) 및 상기 유기성폐기물이 유입되는 상기 흡입스크류본체(211)의 후면 상에 위치하여 상기 흡입스크류날개(212)와 함께 유기성폐기물을 압착 분쇄하는 흡입스크류커버(214)로 구성되는 것을 특징으로 하는 고상 혐기발효 퇴비화 장치.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 배출부(23)는 제어부(24)의 제어에 따라 회전하는 배출스크류본체(231) 및 상기 배출스크류본체(231)에 장착되어 회전함으로써 상기 흡입부(21)로부터 분쇄되어 상기 운반부(22)를 따라 운반된 유기성폐기물을 상기 배출스크류본체(231)의 길이 방향을 따라 분배하기 위한 배출스크류날개(232)와, 상기 배출스크류날개(232)의 하부면 상에 위치하여 배출스크류커버(233)로 구성되는 것을 특징으로 하는 고상 혐기발효 퇴비화 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 전처리부(3)의 1차 발효조(31)와 치환조(32)는 자동으로 승강되는 제 2격벽(34)을 통해 개별적으로 격리될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 고상 혐기발효 퇴비화 장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 덮개(13)의 끝단으로 빗물을 집수할 수 있는 물받이판(61)이 설치되고, 지중에는 상기 물받이판(61)에 집수된 빗물을 저장할 수 있도록 상기 물받이판(61)과 연결되는 우수집수조(60)가 매설되는 것을 특징으로 하는 고상 혐기발효 퇴비화 장치.
  14. 제 2항에 있어서,
    상기 각 솔라모듈(132)은 상호 인접한 솔라모듈(132)의 4방면으로 상기 덮개(13)의 표면이 노출되게 교번 배치되어 태양광이 입사될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 고상 혐기발효 퇴비화 장치.
  15. 제 2항에 있어서,
    상기 덕트프레임(131)은 플렉시블한 재질로 구성되어, 상기 덮개(13)의 표면에 다수 설치된 각 솔라모듈(132)의 무게에 의해 덮개(13)가 처지도록 하고, 혐기발효조(11) 내에서 생성된 바이오가스에 의해 덮개(13)가 팽창하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 고상 혐기발효 퇴비화 장치.






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