KR101393554B1 - 음식물 쓰레기로 제설제를 생산하는 장치 및 그 방법 - Google Patents

음식물 쓰레기로 제설제를 생산하는 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음식물쓰레기 중의 고형물을 석탄화 하는 과정에서 발생하는 고온 가스를 음식물 쓰레기 침출수의 건조공정에 이용하여 제거하되, 상기 건조공정에서 발생되는 염분은 동절기 도로용 제설제로 활용하기 위한 음식물 쓰레기로 제설제를 생산하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로, 본 발명인 음식물 쓰레기로 제설제를 생산하는 장치는 음식물쓰레기를 공급받아 파쇄 시키는 파쇄장치와; 고농도의 염분을 함유한 고형물을 삼투압의 원리를 이용하여 저농도(염분)의 세척수와 청수로 습식세정한 후 고체와 액체로 분리시키는 고액 분리장치와; 상기 고액 분리장치로 부터 분리된 액상물(음폐수)에 함유된 유기질, 미립자 고형물 등의 이물질 제거를 위하여 응집제를 투여하는 음폐수 전처리 장치와; 유기질 등의 이물질이 제거된 음폐수에 용해되어 있는 염분을 농축시키기 위하여 수분을 증발시켜 염분을 농축시키기 위한 응축열을 함유하고 있는 가스포집장치와; 상기 응축열을 이용하여 농축된 염분에 화학제를 첨가하여 제설제를 생성하는 제설제 생성장치와; 생성된 제설제를 건조시키기 위한 건조로와; 건조된 제설제를 포장하기 위한 포장설비로 이루어진다.
이물질을 제거하기 위한 상기 음폐수 전처리 장치는 응집제와 혼합시켜 유기질과 미립자 등 이물질 제거공정으로 유도하기 위하여 음폐수를 저장하는 음폐수 저류조와; 상기 음폐수 저류조에서 유입되는 음폐수의 저류량을 체크하고 전처리되는 양을 조절하기 위하여 수위조절용 센서와 유량계에 의해 동작이 제어되는 이송용 제어밸브와; 상기 이송용 제어밸브를 통하여 공급되는 음폐수를 음폐수 저류조로부터 음폐수 전처리 공정에 투입하기 위하여 음폐수 저류조에 장착된 양정용 이송펌프와; 상기 양정용 이송펌프에 의하여 운반된 음폐수에 응집제를 공급하는 응집제 공급펌프와; 공급된 음폐수와 응집제를 혼합시켜주는 혼합장치와; 응집제가 첨가된 음폐수를 응집 반응시켜 유기물을 플록형태로 만들고 미세기포를 공급하여 스컴화 시키는 정수처리용 반응조와; 스컴화 된 유기물 덩어리를 걸러내어 분리하는 스컴 저류조와; 상기 정수처리용 반응조에서 응집된 유기물과 미립자를 제거한 음폐수의 잔류하는 이물질을 제거하는 필터군(조합)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 음폐수 정수처리용 반응조의 구성은, 장치(반응조) 내부로 미세기포 발생을 위하여 고압공기를 공급하는 콤프레셔와; 상기 장치 상부에 장착되어 부상하는 스컴을 수집하기 위한 스컴제거용 브레이드를 포함하는 스컴제거장치와; 반응조의 일측에 장착되며 제거되는 스컴을 저류하기 위한 스컴 저장조와; 상기 콤프레셔에서 공급되는 고압공기를 이용하여 미세기포를 발생시키기 위한 노즐을 포함하는 미세기포 발생기로 이루어지도록 한다.
음식물쓰레기로 제설제를 생산하는 방법은, 투입되는 음식물쓰레기를 공급받아 파쇄시키는 음식물쓰레기 투입 및 파쇄단계와; 고농도의 염분을 함유한 고형물을 저농도(염분)의 세척수 및 청수로 습식세정하는 습식세정단계와; 습식세정한 후 액체와 고체로 분리시키는 고액분리단계와; 세척 시에 발생된 염분 함유수와 분리된 액체상태의 음폐수에 응집제를 투여하여 음폐수에 함유된 유기물 등의 이물질을 제거하는 음폐수 전처리 단계와; 전처리된 액체상태의 음폐수로 가스포집장치 내의 250℃의 고온 가스의 응축열을 이용하여 음폐수를 100℃이상으로 가열시켜 수분을 증발시키는 염분수 농축단계; 농축된 상기 염분에 화학제를 첨가하여 혼합하는 화학제 투입단계와; 농축된 염분과 첨가된 화학제와의 혼합물에 응축열을 공급하면서 교반시켜 액상의 제설제를 생성하는 액상 제설제 생성단계와; 생성된 액상의 제설제를 약 200℃ 건조과정을 거쳐 고체형 제설제로 생산하는 고형 제설제 생산단계와; 생산이 완료된 제설제를 포장하는 포장단계로 이루어진다.
한편, 전처리된 음폐수를 제품화 하기위한 공정은 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 음폐수에는 유기질과 고형물 미립자 및 이온형태로 용해되어 염분을 함유하고 있으므로 음폐수 전처리공정을 통하여 유기질과 고형물 미립자가 제거되고 이온형태로 용해된 염분만이 함유된 음폐수를 얻는 음폐수의 전처리 단계(001)와; 상기의 전처리한 음폐수를 250℃이상 고온 가스를 포집하는 가스포집장치(30)에 냉각수로 투입함으로써 포집된 고온 가스는 냉각되고 냉각용으로 투입된 음폐수는 가온되도록 냉각수로 투입하는 냉각수 투입단계(002)와; 투입되는 냉각수(음폐수)의 온도를 100℃ 이상 까지 상승시켜 함유된 수분을 증발시켜 가능한 염분의 농도를 농축시킨 후에 제설제의 원료로 활용하기 위하여 냉각수로 투입되었던 음폐수를 배출시키는 냉각 후 배출단계(003)와; 제설제에 필요한 화학제를 투입하는 화학제 투입단계(004)와; 농축된 염분과 화학제의 혼합물을 가열하고 교반하여 액상의 제설제를 생성시키는 액상제설제 생성단계(005)와, 생성된 액상의 제설제를 약 200℃ 건조과정을 거쳐 고상형 제설제로 생산하는 고상 제설제 생산단계(005)와, 생산된 제설제를 포장하여 제품화하는 포장단계(005)로 이루어진다.
위와 같이 이루어지는 본 발명은, 2013년부터 해양투기가 금지되는 음식물쓰레기를 석탄화 하는 생산 처리기술을 개발함으로써, 음식물쓰레기의 육상처리 할 수 기반을 마련하는 기술적 대안책을 제공하는 효과와 함께, 해양투기를 통하여 해양오염 및 해양수자원의 사멸 등의 해양환경오염을 감소시키는 장점을 가지고 있다.
또한, 폐기물로부터 사용가능한 에너지인 재생석탄을 생산함으로써, 보관과 이송 등 유지관리가 용이하고 공간적 시간적 활용이 용이한 광역화 에너지원을 획득할 수 있는 이점도 있다.
그리고 이를 통하여 폐기물로부터 생산된 재생석탄을 저가로 공급하도록 함으로써, 전체적인 국내 에너지 단가를 줄이는 효과가 있다.
본 발명은 단시간에 음식물쓰레기를 재생석탄으로 생산할 수 있는 석탄화 생산공정을 확립함으로써 음식물 쓰레기의 장기 적체로 인한 악취제거와 수인성 전염병 발생 방지에도 도움을 주는 효과가 있다.
그리고 본 발명이 채택하는 독립 가열형 석탄화 생산시스템과 가스포집장치를 조합하는 시스템 구축으로 인하여 석탄화 생산공정에서 발생하는 배출가스에 의한 2차 환경오염을 방지하는 효과도 기대할 수 있다.
이외에도, 본 발명은 음폐수로부터 염분을 제설제로 재활용함으로써 얻는 경제적 효과와 함께, 음폐수 염분농축공정에서 발생하는 증류수의 재활용을 통하여 다량의 물절약이 가능하고, 제설제 생산공정에서 폐열 재활용을 통한 에너지 절감 효과도 아울러 기대할 수 있다.
한편, 본 발명은 현재 가동되고 있는 음식물 쓰레기 처리장의 적용에도 용이하므로, 본 발명에 따른 예산절약과 함께 장치제작 및 시스템 관리 등을 위한 일자리 창출 효과 등 다양한 효과와 장점을 예상할 수 있다.

Description

음식물 쓰레기로 제설제를 생산하는 장치 및 그 방법{Food waste to produce a de-icing salt device and method for it's}
본 발명은 음식물쓰레기 중의 고형물을 석탄화 하는 과정에서, 발생하는 고온 가스의 폐열은 음식물 쓰레기 침출수(이하, "음폐수"라 함)의 염분 농축공정과 제설제 생산공정에 필요한 외부 열에너지원으로 이용하며, 음폐수에 함유된 유기질과 미립자는 정수처리공정의 전처리공정에서 응집제를 이용하여 스컴화시켜 부상분리하고, 이를 석탄화 공정을 통하여 연료인 재생석탄(Renewable ecological coal)으로 재활용하며, 상기 정수처리공정에서 잔류되는 염분은 동절기 결빙된 도로를 해빙하는 제설제(De-icing salt)로 활용하기 위한 음식물 쓰레기로 제설제를 생산하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
음식물쓰레기를 재활용하기 위하여 전처리하는 과정에서 발생하는 음폐수는 다량의 유기질과 미립자 및 염분을 함유하고 있으나, 이를 적정하게 처리하여 재활용하는 것이 기술적으로 용이하지 않다. 또한 이를 처리하는데 소요되는 비용이 커서 경제적인 이유로 심해에 투기하는 방식을 사용하여 왔으나, 2013년부터 발효되는 런던협약에 의거하여 각국에서는 기존의 해양투기방식을 육상 처리방식으로 변경하여야 하는 과제를 가지고 있다.
뿐만 아니라 종래의 음식물쓰레기를 처리하는 대다수의 업체는 영세한 중소기업으로써 그 처리기술의 축적도가 낮으며, 투자할 수 있는 자본의 여력이 미흡하다는 점에서 좀 더 경제적이면서도 값싼 방식으로 상기 음폐수를 처리할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.
미생물을 이용하여 음식물쓰레기의 용적을 감축시키는 선행기술로는 박승조외 3인이 집필한 '음식물쓰레기 처리에 있어 염분농도의 영향'이 있다.
위 선행기술에서 일반적으로 음식물쓰레기에는 3% 정도의 염분함량(건조물 대비)을 포함하고 있으며, 염분에 내성이 강한 Bacillus균주를 활용한 실험결과에서 12.5%의 염분에서 미생물 활성도가 현저히 저하되는 것으로 나타났다.
따라서 음식물쓰레기로부터 염분(최소 3%~최대 15%)을 생물학적 처리공정에 의하여 추출ㆍ농축하는 경우에는 공정상에 큰 문제점을 가지고 있다.
특히, 발효공정에서 메탄 생성 미생물은 염분농도에 더욱 민감하므로 음폐수의 바이오가스 재활용은 효율성이 낮은 단점과 함께, 바이오가스 생산 후에 잔류하는 음폐수를 처리해야하는 문제점이 동시에 발생할 수 있으므로, 음폐수의 재활용 공정에서는 생물학적이 아닌 물리ㆍ화학적인 방법을 적용하여야 한다.
그러나 음폐수에 함유되어 있는 유기질과 염분을 완전히 제거하지 않는 경우에는, 환경을 악화시킬 수 있어 적극적인 재활용 방안의 모색과 함께 환경오염을 줄일 수 있는 방법이 강구되어야 한다.
본 발명에서는 정수처리기술 가운데 음폐수로부터 유기질과 고형물 미립자를 제거하기 위하여, 응집제로 음폐수에 함유된 유기질과 미립자를 침전 또는 부상시켜 분리시킨 후에, 잔류물을 최종적으로 여과하여 정수하는 방법을 적용한다.
그러나 침전시켜 정수처리하는 경우에는 침전조를 설치해야하며 침전된 침전물에서 수분을 분리ㆍ제거 하여야 하는 공정이 더 필요하다.
한편, 미립자와 유기질을 침전시키기 위하여 철염계, 알루미늄계 등 비중이 높은 금속계열의 응집제를 사용하고, 침전을 촉진하기 위하여 모래, 진흙 등을 추가로 사용할 수 있다.
그러나 이러한 금속계열의 응집제가 함유된 유기질을 석탄화 공정의 원료로 사용함으로써, 석탄화 재활용과정에서 중금속 함유에 대한 논란을 유발할 수 있으므로, 음폐수의 처리공정에서는 금속계열의 응집제의 사용방안은 제외하는 것이 바람직하다.
따라서 본 발명에서는 고분자 응집제를 활용하여 농축된 유기질 및 미립자와 함께 석탄화 공정의 원료로 활용하도록 하는 방법을 적용하고자 한다.
최종적 여과 정수방법으로 섬유(섬유, 섬유사)재질을 여과재로 하는 섬유여과장치를 적용하거나, 모래와 안트라사이트를 여과재로 하는 사여과 장치 혹은 석탄재 또는 다공질성의 무기질 매개체를 활용하는 기타 필터용 여과담체를 사용하는 여과장치로 여과하려는 매질의 특성에 따라 적용할 수 있다.
그러나 공극을 지닌 필터용 여과재를 적재하여 사용하는 여과장치의 경우에는 상부층에 퇴적되는 필터 케익층에 의하여 폐색현상이 발생되므로 역세척을 하기 위한 역세척장치를 필요하며, 역세척 후에도 투과력(flex)이 개선되지 않는 필터케익층의 여과재를 제거해야하므로 여과재를 자주 갈아주어야 한다는 단점이 있다.
다량의 물을 단시간에 정수처리할 수 있는 기술로는 분리막(membrane)을 활용하여 처리할 수 있으며, 이 때 MF(Microfiltration: 정밀여과), UF(Ultrafiltration: 한외여과)를 단계별로 적용하여 분리막의 효율을 최대화 하는 방법이 있으며, 상기 MF와 UF를 조합하는 방법으로 유기질과 고형물 미립자를 분리하고 RO(Revers Osmosis: 역삼투압)를 연계하여 잔류하는 염분을 처리하는 단계별 조합형 분리막 공정 방법을 활용할 수 있다.
위와 같은 분리막 방법을 통하여 양질의 여과수를 얻을 수 있다는 장점과 함께, 장치의 규모에 비하여 처리용량이 높다는 장점도 있으나, 분리막의 사용연한이 짧고 단가가 높아 유지관리 비용이 고가라는 점과, 고가설비인 분리막 장치로 인하여 초기 설치비용이 높다는 단점이 있다.
이 밖에도, 음폐수를 정수처리하는 전처리공정을 통하여 유기질과 고형물 미립자가 제거된 여과수(처리수)에는 여전히 다량의 염분이 녹아 있으므로, 여과수에 잔류하는 용해된 염분을 제거하기 위한 기술로는 전기분해장치나 이온교환수지를 활용할 수 있다.
전기분해장치의 경우 교류전원을 직류로 전환시키는 정류장치를 활용해야 함으로 사용전력에 대한 효율이 저하되는 단점과 함께, 전극으로 사용되는 전극판이 분해ㆍ소멸되어 자주 교체해야 하는 문제점이 있다.
또한, 전기분해장치를 활용하는 경우에는 불순물이 잔류할 경우 전기분해의 효율이 저감될 수 있으므로 여과의 효율성이 높은 장치를 전단에 필요로 하는 제약조건이 있다.
이온교환수지의 경우도, 교환수지의 기술개발이 진행되어 어느 정도 이물질이 혼합된 상태에서도 적용이 가능해 졌으나, 이온교환수지에 교환능력이 저하되면 재생재를 이용하여 이온교환능력을 재생시켜야하며 재생횟수가 잦아지면 교환능력이 현저하게 저감되어 이온교환수지를 교체해야만 하는 문제점을 가지고 있다.
또한, 염분을 완전하게 추출ㆍ분리하는 기술로는 증류하는 방법이 있으며, 증류방법은 간단한 장치로 적용이 가능하다는 장점이 있으나 에너지 소모가 크다는 단점이 있다.
그러나 본 발명에서는 음식물쓰레기의 석탄화 공정에서 발생하는 폐열을 재활용하여 음폐수의 염분을 증류시켜 염분을 농축함으로써 에너지 소모를 절감할 수 있다.
상기에 언급한 종래의 음폐수 처리방법을 이용하여 제거된 유기질, 고형물 미립자는 연계하여 재활용할 수 있으나 추출된 염분은 수분을 증발시켜 염분만 추출하는 증류방법을 제외하고, 여전히 농축된 염분의 상태로 잔류하여 이에 대한 후속조치가 필요하다.
한편, 특허문헌에 개시된 선행기술 가운데, '음식물류 폐기물 폐수의 액비화 처리 시설'(등록특허: 10-0918112)은 음폐수를 액비화 처리하는 기술로써, 다단계의 폭기설비를 활용하여 호기성 발효에 의한 음폐수를 액비화 하려는 기술이며 별도의 화학약품이나 응집제 등을 사용하지 않아 액비의 품질보전 효과와 악취의 감축 등의 장점을 지니고 있으나, 최종 생산물인 액비에서 염분을 제거하는 별도의 기술이 제시되지 않아 액비속의 염분 농도가 높아지는 문제점이 있다.
또한, '자원화설비장과 하수처리장이 연계된 음폐수처리시스템'(공개특허: 10-2011-0006757)은 음폐수를 촉매산화 처리하는 기술로서, 이 기술은 음폐수에 함유된 고형물은 고액분리공정으로 분리제거하고, 함유된 지방성분이 갖는 생물학적 난분해성 물질은 촉매 산화수를 활용하여 정수처리하여 고액분리기 세척수로 재활용하는 장점이 있으나, 세척수로 사용하기 위하여 함유된 염분의 농도를 낮추기 위하여 희석공정을 도입함으로써 염분희석에 필요한 청수(맑은 물)의 수요가 높다는 단점과 함께, 희석된 물에 여전히 염분이 함유됨으로써 세척용 재활용수로 활용할 경우에는 세척하려는 장치설비가 부식되는 문제점이 있다.
뿐만 아니라 위 방식은 하천 등으로 무단 방류될 경우, 생태계가 염분에 의하여 오염되는 가능성을 가지고 있다.
한편, '음식물 쓰레기 처리장치'(등록특허: 10-1039269)에 개시된 기술은, 음식물쓰레기를 가열버너를 이용하여 중숙 건조하는 기술로써, 음식물쓰레기를 고온 가열버너를 활용하여 건조시키고 음폐수와 음식물쓰레기 건조 시 발생하는 증기열의 재활용 및 버너 연통열의 재활용 등을 통하여 빠르게 건조시켜 사료로 재활용할 수 있다는 장점이 있으나, 폐열 또는 잠열의 활용을 위한 설비 구조가 복잡하고 음폐수를 버너 연통열을 활용하여 증발시킬 경우 음폐수에 함유되어 있는 유기질과 고형물로 인하여 가열부의 내측벽이 점착되어 폐색되고 악취가 발생하는 문제점과 음폐수에 함유된 유기질과 염분 등에 대한 재활용이 불가능하다는 단점을 가지고 있다.
효율적인 음폐수의 처리 및 재활용을 위해서는 음폐수에 함유된 유기질과 미립자를 재생석탄으로 생산하는 재활용공정기술의 원료로 이용하기 위하여 추출 및 분리하는 정수처리하는 전처리공정이 필요하다.
이는 전처리된 음폐수에 여전히 잔류하는 용해상태의 염분에 대하여, 수분을 제거하여 농축시켜 제설제로 생산하는 재활용 공정에 생산 효율을 높이는 것으로서, 이를 위한 처리기술로는 유기질과 미립자를 제거하기 위하여 종래의 정수처리기술을 적용하고, 이온 형태로 음폐수에 존재하는 염분에 대하여는 농축하기 위한 증류방법을 조합하는 복합기술이 적용된다.
따라서 본 발명은 음식물쓰레기에 대한 석탄화 과정에서 발생되는 고온 가스의 응축열을, 음폐수에 함유된 염분을 농축시키는 공정에 필요한 외부열원으로 활용할 수 있도록 함과 동시에 농축된 염분을 제설제로 생산하는 공정에 요구되는 외부열원으로 사용하며, 음폐수의 전처리과정에서 발생하는 유기질은 음식물쓰레기의 고형물과 함께 에너지자원의 유용한 연료(재생석탄)로 재활용할 수 있는 장치와 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로 본 발명인 음식물 쓰레기의 음폐수를 제설제로 생산하는 장치의 구성은, 음식물 쓰레기를 공급받아 파쇄 시키는 파쇄장치와; 고농도의 염분을 함유한 고형물을 저농도(염분)의 세척수 및 청수로 습식세정한 후 고체와 액체로 분리시키는 고액 분리장치와; 상기 고액 분리장치로부터 분리된 액상물(음폐수)에 함유된 유기질, 미립자 고형물 등의 이물질 제거를 위하여 응집제를 투여하는 음폐수 전처리 장치와; 유기질 등의 이물질이 제거된 음폐수에 용해되어 있는 수분과 염분을 증발 및 농축시키기 위한 응축열을 함유하는 고온 고압의 기체를 수용하는 가스포집장치와; 상기 응축열을 이용하여 농축된 염분에 화학제를 첨가하여 제설제를 생성하는 제설제 생성장치와; 생성된 제설제를 건조시키기 위한 건조로와; 건조된 제설제를 포장하기 위한 포장설비로 이루어진다.
여기서 가스포집장치는, 음식물쓰레기의 고액분리장치에서 분리된 고형물과 음폐수 전처리 장치를 통하여 음폐수로부터 제거된 유기질과 고형물 미립자를 원료로 하여 재생석탄을 생산하는 석탄화 공정에서 발생하는 응축열이 함유된 고온 고압가스를 수용하는 장치로서, 전처리된 음폐수에 함유된 염분을 농축시킴과 동시에, 농축된 염분을 제설제로 전환(생산)하는데 요구되는 외부열원으로 재활용하기 위한 장치이다.
이물질을 제거하기 위한 상기 음폐수 전처리 장치는, 응집제와 혼합시켜 유기질과 미립자 등 이물질 제거공정으로 유도하기 위하여 음폐수를 저장하는 저류조와; 상기 저류조에서 유입되는 음폐수의 저류량을 체크하고 전처리되는 양을 조절하기 위하여 수위조절용 센서와 유량계에 의해 동작이 제어되는 이송용 제어밸브와; 상기 이송용 제어밸브를 통하여 공급되는 음폐수를 저류조로부터 음폐수 전처리 공정에 투입하기 위하여 저류조에 장착된 양정용 이송펌프와; 상기 양정용 이송펌프에 의하여 운반된 음폐수에 응집제를 공급하는 응집제 공급펌프와; 공급된 음폐수와 응집제를 혼합시켜주는 혼합장치와; 응집제가 첨가된 음폐수를 응집반응시켜 유기물을 플록형태로 만들고 미세기포를 공급하여 스컴화 시키는 반응조와; 스컴화 된 유기물 덩어리를 걸러내어 분리하는 스컴 저류조와; 스컴 저류조에서 처리되지 않는 이물질을 제거하는 필터로 이루어진다.
또한, 상기 음폐수 정수처리용 반응조의 구성은, 장치(반응조) 내부로 미세기포 발생을 위하여 고압공기를 공급하는 콤프레셔와; 상기 장치 상부에 장착되어 부상하는 스컴을 수집하기 위한 스컴제거용 브레이드를 포함하는 스컴제거장치와; 반응조의 일측에 장착되며 제거되는 스컴을 저류하기 위한 스컴 저장조와; 상기 콤프레셔에서 공급되는 고압공기를 이용하여 미세기포를 발생시키기 위한 노즐을 포함하는 미세기포 발생기로 이루어지도록 한다.
한편, 음식물쓰레기로 제설제를 생산하는 방법은, 투입되는 음식물쓰레기를 공급받아 파쇄시키는 음식물쓰레기 투입 및 파쇄단계(S1)와; 고농도의 염분을 함유한 고형물을 저농도(염분)의 세척수 및 청수로 습식세정하는 습식세정단계(S2)와; 습식세정한 후 액체와 고체로 분리시키는 고액분리단계(S3)와; 세척 시에 발생된 염분 함유수와 분리된 액체상태의 음폐수에 응집제를 투여하여 음폐수에 함유된 유기물 등의 이물질을 제거하는 음폐수 전처리 단계(S4)와; 전처리된 액체상태의 음폐수로 가스포집장치 내의 250℃의 고온 가스의 응축열을 이용하여 음폐수를 100℃이상으로 가열시켜 수분을 증발시키는 염분수 농축단계(S5)와; 농축된 상기 염분에 화학제를 첨가하여 혼합하는 화학제 투입단계(S6)와; 농축된 염분과 첨가된 화학제와의 혼합물에 응축열을 공급하면서 교반시켜 액상의 제설제를 생성하는 액상 제설제 생성단계(S7)와; 생성된 액상의 제설제를 약 200℃ 건조과정을 거쳐 고체형 제설제로 생산하는 고형 제설제 생산단계(S8)와; 생산이 완료된 제설제를 포장하는 포장단계(S9)로 이루어진다.
본 발명은 2013년부터 해양투기가 금지되는 음식물쓰레기를 석탄화 하는 생산 처리기술을 개발함으로써, 음식물쓰레기의 육상처리 할 수 기반을 마련하는 기술적 대안을 제공하는 효과와 함께, 해양투기로 인하여 발생하는 해양오염 및 해양수자원의 사멸 등의 해양환경오염 요인을 제거하는 장점을 가지고 있다.
또한 유기성 폐기물로부터 에너지 연료로 사용이 가능한 재생석탄을 생산함으로써, 에너지원의 획득하는 장점과 동시에, 생산한 재생석탄이 보관과 이송 등 유지관리의 용이성을 제공하고, 그 활용 면에서 공간적ㆍ시간적 제약이 없는 광역화 에너지원이라는 장점도 있다.
그리고 유기성 폐기물로부터 재생석탄을 생산하는 일은, 유기성 페기물이 일상생활에서 끊임없이 발생하고 있으므로 유기성 폐기물을 처리하는 효과와 동시에 원료의 공급이 안정적으로 이루어지므로, 고체 형태의 에너지 연료인 석탄자원의 확보를 용이하게 하는 효과가 동시에 있다.
본 발명은 단시간에 음식물쓰레기를 재생석탄으로 생산할 수 있는 석탄화 생산공정을 확립함으로써 음식물 쓰레기의 장기 적체로 인한 악취발생을 방지하고 수인성 전염병 발생의 방지에도 도움이 된다.
그리고 본 발명이 석탄화 생산공정을 간헐식 연속생산 방식(batch sequence process)으로 개선함으로 석탄화 생산장치의 규모를 최소화하는 공간절감 효과와 동시에 재생석탄의 생산성을 향상하는 효과도 아울러 기대할 수 있다.
이외에도, 본 발명은 음폐수로부터 염분을 제설제로 재활용함으로써 얻는 경제적 효과와 함께, 상기 석탄화 생산 공정에서 발생하는 고온의 기체를 냉각시키는데 필요한 냉각수를 음폐수로 대체함으로 다량의 물 절약이 가능하다.
또한, 음폐수 냉각공정에서 발생하는 고온 기체에 함유된 수분이 냉각과정에서 증류수로 되므로 이 증류수를 생산공정에서 필요한 세척수로의 활용을 통하여 다량의 물 절약이 가능하고, 제설제 생산공정에서 요구되는 외부 에너지를 석탄화 생산공정에서 발생하는 폐열을 재활용함으로써, 에너지 절감 효과도 아울러 기대할 수 있다.
그리고 냉각수로 활용된 음폐수에서 함유된 염분은 제설제의 원료로 재활용되므로 염분이 제거된 냉각수는 냉각과정에서 고온 기체가 보유한 응축열에 의하여 수온이 상승되므로 이를 온수로 재활용할 수 있다.
한편, 본 발명은 기존의 음식물쓰레기 처리현장에서 운영 중인 음식물쓰레기에도 적용이 가능하여, 음식물 쓰레기의 처리를 통하여 고형물을 석탄화 하거나 혹은 염분세척에서 발생하는 음폐수를 제설제로 생산하도록 하는데 적용이 가능하도록 함으로써, 기존의 처리장에 설치된 공정의 활용을 통하여 비용절감도 예상된다.
도 1은 본 발명인 음식물 쓰레기의 석탄화 공정 및 제설제 생산공정에 대한 전체처리 장치의 연계도이며,
도 2는 본 발명인 음폐수의 전처리공정에 대한 흐름도이고,
도 3은 본 발명인 음식물 쓰레기의 석탄화 공정 및 음폐수로 제설제를 생산하는 공정 흐름도이고,
도 4는 본 발명인 음폐수로 제설제를 생산하는 공정 계통도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어 종래기술과 동일한 기술구성에 대하여는 동일한 명칭을 그대로 부여하여 설명한다.
본 발명은 도 1 내지 도 3까지에 도시되어 있는 바와 같이 본 발명인 음식물 쓰레기로 제설제를 생산하는 장치는, 음식물쓰레기를 공급받아 파쇄 시키는 파쇄장치(10)와; 고농도의 염분을 함유한 고형물을 삼투압의 원리를 이용하여 저농도(염분)의 세척수와 청수로 습식세정한 후 고체와 액체로 분리시키는 고액 분리장치(40)와; 상기 고액 분리장치로 부터 분리된 액상물(음폐수)에 함유된 유기질, 미립자 고형물 등의 이물질 제거를 위하여 응집제를 투여하는 음폐수 전처리 장치(20)와; 유기질 등의 이물질이 제거된 음폐수에 용해되어 있는 염분을 농축시키기 위하여 수분을 증발시켜 염분을 농축시키기 위한 응축열을 함유하고 있는 가스포집장치(30)와; 상기 응축열을 이용하여 농축된 염분에 화학제(6)를 첨가하여 제설제를 생성하는 제설제 생성장치(60)와; 생성된 제설제를 건조시키기 위한 건조로(70)와; 건조된 제설제를 포장하기 위한 포장설비(80)로 이루어진다.
이때, 상기 음폐수 전처리 장치(20)는 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 응집제와 혼합시켜 유기질과 미립자 등 이물질 제거공정으로 유도하기 위하여 음폐수를 저장하는 음폐수 저류조(21)와; 상기 음폐수 저류조(21)에서 유입되는 음폐수의 저류량을 체크하고 전처리되는 양을 조절하기 위하여 수위조절용 센서와 유량계에 의해 동작이 제어되는 이송용 제어밸브(22)와; 상기 이송용 제어밸브(22)를 통하여 공급되는 음폐수를 음폐수 저류조(21)로부터 음폐수 전처리 공정에 투입하기 위하여 음폐수 저류조(21)에 장착된 양정용 이송펌프(23)와; 상기 양정용 이송펌프(23)에 의하여 운반된 음폐수에 응집제를 공급하는 응집제 공급펌프(24)와; 공급된 음폐수와 응집제를 혼합시켜주는 혼합장치(25)와; 응집제가 첨가된 음폐수를 응집 반응시켜 유기물을 플록형태로 만들기 위하여 미세기포를 공급하는 콤프레셔(261)와 스컴을 제거하는 스컴 제거장치(262)가 장착되는 정수처리용 반응조(26)와; 스컴화 된 유기물 덩어리를 걸러내어 분리하는 스컴 저류조(263)와; 상기 스컴 저류조(263)에서 처리되지 않는 이물질을 제거하는 필터군(28)으로 이루어진다.
여기서 응집처리공정을 거쳐 정수처리된 음폐수에 잔류하는 이물질을 제거하기 위한 상기 필터군(28)은, 최종 여과용 필터(281)와 세척용 필터(282)로 구성된 필터 조합이며, 이때 세척용 필터(282)는 최종 여과용 필터(281)의 전처리용으로써 정수처리 후 잔류 이물질의 농도에 따라 설치 여부를 결정할 수 있으며 내식성이 우수한 메탈 재질의 스트레이너가 적합하고, 최종 여과용 필터(281)는 섬유재질의 필터로 역세척 기능을 갖춘 것으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 처리되는 음폐수의 스컴을 제거하기위한 정수처리용 반응조(26)는, 장치(반응조) 내부로 미세기포 발생을 위하여 고압공기를 공급하는 콤프레셔(261)와; 상기 장치 상부에 장착되어 부상하는 스컴을 수집하기 위한 스컴제거용 브레이드를 포함하는 스컴 제거장치(262)와; 정수 처리용 반응조(26)의 일측에 장착되며 제거되는 스컴을 저류하기 위한 스컴 저류조(263)와; 상기 콤프레셔(261)에서 공급되는 고압공기를 이용하여 미세기포를 발생시키기 위한 노즐을 포함하는 미세기포 발생기(264)로 이루어진다.
이때, 상기 최종 여과용 필터(281)와 세척용 필터(282)의 사이에는, 역세척수 자동제어밸브(1"R)를 두는 한편, 상기 최종 여과용 필터(281)의 출구측에는 전처리용 제어밸브(1'')를 설치한다.
상기 가스포집장치(30)는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 석탄화 반응조(50)과 연계함으로써 석탄화 생산공정을 간헐식 연속생산방식으로 가동할 수 있도록 하며, 그 구체적인 구성은 원통형 구조의 내통(31)과; 그 내통(31)의 외측에 냉각수를 순환시켜 고온 고압의 가스를 냉각하도록 하는 외통(32)을 두되, 상기 내통(31)에는 석탄화 반응조(50)에서 석탄화 숙성공정에서 발생한 고온 가스를 이송하는 가스 이송관(33)과; 냉각된 가스를 배출하기 위한 가스 배출관(34)과; 온도와 압력을 측정하는 온도계(T) 및 압력계(P)와; 일정한 압력에 도달하면 작동되는 안전밸브(5)가 장착하되, 상기 가스 이송관(33)과 배출관(34)의 입구측에는 가스 포집용 제어밸브(4) 각각 설치하고 장치의 하단부에는 응축수 제어밸브(2)를 장착한다.
한편 도 3과 같이 상기 음식물쓰레기로 제설제를 생산하는 방법은, 투입되는 음식물 쓰레기를 공급받아 파쇄시키는 음식물 쓰레기 투입 및 파쇄단계(S1)와; 고농도의 염분을 함유한 고형물을 저농도(염분)의 세척수 및 청수로 습식세정하는 습식세정단계와(S2); 습식세정한 후 액체와 고체로 분리시키는 고액분리단계(S3)와; 세척시에 발생된 염분함유수와 분리된 액체상태의 음폐수에 응집제를 투여하여 음폐수에 함유된 유기물 등의 이물질을 제거하는 음폐수 전처리 단계(S4)와; 전처리된 액체상태의 음폐수로 가스포집장치 내의 250℃의 고온 가스의 응축열을 이용하여 음폐수를 100℃이상으로 가열시켜 수분을 증발시키는 염분수 농축단계(S5)와; 농축된 상기 염분에 화학제를 첨가하여 혼합하는 화학제 투입단계(S6)와; 농축된 염분과 첨가된 화학제와의 혼합물에 응축열을 공급하면서 교반시켜 액상의 제설제를 생성하는 액상 제설제 생성단계(S7)와; 생성된 액상의 제설제를 약 200℃ 건조과정을 거쳐 고체형 제설제로 생산하는 고형 제설제 생산단계(S8)와; 생산이 완료된 제설제를 포장하는 포장단계(S9)로 이루어진다.
이때, 제설제의 생산에 사용되는 화학제는, 탄산칼슘(CaCO3), 황산칼슘(CaSO4), 점토를 주성분으로 하고, 여기에 황산 마그시윰(MgSO4), 염화칼슘(CaCl2), 염화 마그네시윰(MgCl2), Kainite를 추가하는 것이 바람직하다.
이하에서는 음식물 쓰레기를 재생석탄 연료로 재활용하는 기술(본 발명자의 선행기술 출원번호: 10-2011-0147046, 10-2011-0076797)에 대하여는 상세한 설명은 생략하되, 석탄화 숙성과정(석탄화 반응조)에서 발생되는 응축열을 활용하여 음폐수를 제설제로 생산하는 장치와 방법에 대하여 구체적으로 설명하고자 한다.
음식물 쓰레기를 재생석탄으로 재활용하기 위해서는, 음식물 쓰레기에 함유되어 있는 금속, 나무, 비닐, 유리, 도자기, 플라스틱, 섬유질 등 이물질을 선별하여 제거하는 공정이 선행되어야 한다.
이는 대규모의 처리용량을 지닌 석탄화 재활용 장치에 적용될 뿐만 아니라, 처리용량이 적은 단위 사업장이나 개인주택용의 경우에도 적용된다.
이물질이 제거되지 않은 상태에서는 원활한 석탄화 재활용공정에 지장을 초래하며, 특히 음식물쓰레기를 재생석탄으로 생산하는 석탄화 숙성공정에서 장애를 유발할 수 있다.
그 밖에도 각각의 공정에 동반되는 회전체의 정상적인 가동에 장애가 일어날 수 있으며, 일예로 파쇄기나 스크류형 습식세척장치 혹은 스크류형 이송장치 등에 단단한 경도의 이물질이 끼게 되면, 정상적으로 동작되지 못할 뿐만 아니라 장치가 조기에 손상될 우려가 높다.
이물질 제거를 위해서는 자석을 이용한 철계 금속제거방식과, 센서를 이용한 비 철계 금속제거방식 및 부력, 비중차(풍력선별기) 혹은 체(시브 : Sieve)를 이용한 나무, 플라스틱 등과 같이 견고한 고형물 제거 방식과 갈고리식 손(Hook hand)을 이용한 비닐, 섬유질 제거 방식 등이 적용된다.
상기 이외의 방법으로 작업인력을 이용하여 추출해 내는 방법으로써, 장치와 사람이 상호 보완하여 이물질을 제거하는 방식이 있다.
본 발명에서는 위에서 살펴본 바와 같이, 투입되는 음식물 쓰레기에 포함된 이물질이 제거된 것을 전제로 하여 적용하는 것으로 한다.
본 발명에서 투입되는 음식물 쓰레기 투입 및 파쇄장치(10)는, 도 1에 도시된 바와 같이 투입장치는 상부에서 하부로 중력에 의하여 자연낙하 되는 구조로 하며, 파쇄장치(10)는 회전하는 구동축에 디스크 형태의 메스를 한 장 혹은 여러 장이 일정한 간격으로 고정되어 있는 구조로 디스크에 돌출부분이 있거나 혹은 구멍이 뚫려 있음으로써 투입되는 음식물쓰레기가 충돌에 의하여 파쇄 되거나 구멍난 부위에 형성된 칼날에 의하여 파쇄되도록 하는 분쇄기(11)를 장착하되, 그 근본 원리는 재래식 맷돌방법을 응용한 것이다.
더 확실하게는 집게장치, 주걱 등 도구를 이용하여 투입장치에 밀어 넣는 방식에 의하여 공정이 시작되며 필요시 별도의 수분을 추가하는 것으로 한다.
이때 투입구의 설치위치 혹은 방향은 제작하려는 석탄화 재활용 장치에서 우선적으로 작업자의 편의를 고려하여 작업자의 동선을 짧게 할 수 있도록 결정하도록 함과 동시에 유입된 음식물쓰레기가 연계되는 공정을 고려하여 결정하도록 하는 것이 바람직하다.
또한 음식물쓰레기는, 특성상 점도가 있고 수분이 많으며 미생물에 의해 유기질이 쉽게 분해되어 산성에 의한 부식을 유발할 수 있다.
따라서 상기 투입 및 파쇄장치(10)의 유입구의 구조는 완만한 곡선경사를 갖는 호퍼형태로 하고 재질은 작업장의 위생을 고려하여 투입 후 물세척이 용이하면서 내식성이 우수한 재질인 PP, PE, PVC 등의 플라스틱제, 혹은 비철금속제인 스테인리스, 구리, 알루미늄 등을 활용하도록 한다.
투입된 음식물 쓰레기는 투입 및 파쇄장치(10)의 저부에 설치된 분쇄기(11)에 의하여 일정한 입자 크기로 분쇄하여 습식세정공정의 효율을 높여주도록 한다.
여기에 적용되는 상기 분쇄기(11)는 시중에서 제품화 된 복식 스크류, 또는 상기에서 설명한 맷돌방식을 응용하는 디스크 타입 등 어느 형태든 적용 가능하므로 본 발명에서는 특별히 지정하지 않는다.
파쇄된 음식물 쓰레기는 염분을 제거하기 위한 목적으로 세척공정을 수행한다.
본 발명에서의 세척공정은, 고형물 음식물 쓰레기의 최종산물인 재생석탄에서 염분을 추출하기 위한 것으로써, 자칫 염분이 함유된 의 산화공정에서 함유되어 있는 염분에 의해 다이옥신에 의한 2차 환경오염이 유발되는 것을 방지하기 위한 것이다.
따라서 음식물쓰레기의 고형물에 함유되어 있는 염분을 충분히 제거하기 위하여 단일행정의 습식세정공정 혹은 이단 삼단의 복수행정의 습식세정을 실시할 수 있다.
상기 습식 세정공정을 위하여 추가로 외부에서 청수를 도입하며 파쇄된 음식물 쓰레기를 이송하는 중에 실시한다.
이를 위하여 이송용 스크류장치를 도입할 수 있으며, 스크류 이송장치를 중심으로 상단에는 청수를 살수할 수 있도록 노즐장치가 설치되며 하단에는 이송되는 고형물은 잔류하고 세척수는 배출될 수 있도록 하는 여과용 체(걸름장 : sieve)가 설치되도록 하는 것이 바람직하다.
이 과정에서 발생되는 음폐수에는, 고형물에서 추출된 염분을 포함하여 유기질 및 파쇄공정으로부터 고형물 미립자 역시 함유되어 배출될 수 있으며, 본 발명의 습식세정공정은 음식물쓰레기 고형물의 염분제거를 위하여 단일행정 혹은 복수행정을 수행하는 공정방식을 특징으로 한다.
세척단계에서 습식세정을 통하여 염분이 제거된 고형물은, 초기에 음식물 쓰레기에 함유된 수분 및 습식세정공정 세정을 위하여 추가로 투입된 수분에 의하여 높은 수분함량을 보유하고 있다.
따라서 세척단계 이후에 실시되는 고액분리단계는 함수율이 높은 고형물을 재생석탄연료로 재활용하는데 투입되는 에너지 소모량이 높아 경제성이 떨어지므로 함유되어 있는 수분을 제거하기 위하여 도입된다.
또한, 원활한 고액분리를 위하여 여과용 걸름망(41)이 중앙에 설치된 스크류(42)를 둘러싸고 있는 형태를 가지며, 고액분리를 위하여 초기에는 스크류의 피치가 넓은 것에서 점차로 피치간격이 줄어 가는 방식을 채택하거나 혹은 두 개의 스크류가 서로 맞물린 상태로 동작하는 복식스크류를 채택함으로써 진행공정에서 효율적인 탈수가 이루어지도록 한다.
여기서 도입되는 고액분리공정은 별도의 독립행정으로 하거나 혹은 습식공정에서 고형물 이송에 도입되는 이송용 스크류장치를 겸용할 수 있다.
고형물의 이물질에 대한 전처리 장치는, 음식물쓰레기를 재생석탄으로 재활용하기 위하여 도입되는 석탄화 공정에서 요구되는 필수적인 요소인 촉매를 투입하기 위한 장치로써, 별도의 믹스장치(미도시)를 이용하여 유입되는 고액분리된 고형물과 혼합하거나 고액분리된 고형물을 석탄화 공정을 위하여 석탄화 반응조로 이송하는 도중에 정량 스크류를 이용하여 이송량과 맞춰 일정한 비율로 투입할 수 있도록 한다.
여기서 고형물에 대한 전처리는 고액분리된 액상의 음폐수 내에 존재하는 유기물 등의 이물질을 제거하는 하는 것을 공정을 의미하며, 석탄화 반응조(50)는 고액분리시에 분리된 고형물을 재생석탄으로 숙성시키기 위한 장치로써, 외부에서 에너지를 투입하여 고형물을 가열하고 고온 고압상태에서 일정시간 숙성시켜 재생석탄으로 생산하는 장치이다.
상기 석탄화 반응조(50)에 투입된 시료의 혼합을 위하여, 교반용 기어드모터(52)에 의하여 회전하는 교반스크류(51)가 구비되는 스크류형 믹서를 이용하여 시료의 온도를 균질화 시킴으로써, 석탄화를 위한 숙성시간을 단축하고 숙성이 끝난 뒤 생산된 재생석탄이 석탄화 반응조(50) 외측으로 용이하게 배출되도록 한다.
이를 통하여 간헐식 연속생산 공정(semi sequence production)을 채택 할 수 있으나, 석탄화 반응조(50)에는 석탄화 숙성과정에서 발생되는 고온 가스로 인하여 석탄화 반응조(50)내부는 고온 고압의 상태가 형성된다.
이때, 상기 고액분리장치(40)와 석탄화 반응조(50)의 사이에는 유입량을 조절하는 투입량 제어밸브(3)를 설치한다.
석탄화 숙성과정이 종료된 재생석탄의 배출전에 석탄화 반응조(50) 내부를 평압의 상태를 확보하기 위하여 고온 가스를 수용할 수 있는 가스포집장치(30)를 이용하여 석탄화 반응조(50)와 상호 개방되는 형태가 되도록 설치한다.
이때, 상기 가스포집장치(30)의 안전운전을 위하여 안전밸브(5)와 온도계(T), 압력계(P)를 장착하며, 고온 가스를 평압으로 만들기 위하여 냉각작업을 한다.
석탄화 반응조(50)와 가스포집장치(30)를 연계함으로써 석탄화 생산공정을 간헐식 연속생산 방식으로 가동할 수 있는 구성이 구비된다.
본 발명의 석탄화 반응조(50)는 가스포집장치(30)와 연계되며, 교반 스크류와 구동모터가 장착되는 스크류형 믹서, 안전밸브, 온도계(T), 압력계(P)를 주요 부속품이 구비되는 구조를 갖으며, 특히 석탄화 반응조(50)가 압력과 온도에 의하여 공정이 자동 제어되는 것을 특징으로 한다.
여기서 석탄화 반응조(50)에는, 공정을 제어하는 기계식 혹은 전자식 압력계(P) 및 온도계(T)를 부착하여, 주어진 온도 및 압력의 최고점을 기점으로 외부에서 주입되는 에너지를 차단하며 계기장치의 특성에 따라 일정한 편차범위에서 온도 및 압력이 하강하면 다시 외부에너지가 주입되도록 한다.
가스포집장치(30)는 석탄화 반응조(50)에서 전처리된 고형물을 재생석탄으로 숙성시키는 과정에서 발생하는 고온 고압의 가스와 수증기를 수용함으로써 석탄화 생산공정을 연속생산공정으로 구축하기 위한 장치이다.
가스포집장치(30)는 이중구조를 통하여 유입되는 고온 고압의 가스와 수증기를 냉각시킬 수 있도록 하며, 이는 일정한 용적의 용기 안에 고온 고압의 가스와 수증기를 포집하기 위한 것으로써, 고온에 의하여 약 1260배 정도 부피가 팽창된 가스와 수증기를 함유한 고온의 가스를 일정한 용적의 용기 안에 수용할 수 있다.
따라서 가스포집장치(30)의 용적은, 석탄화 반응조(50)의 순수용적의 1.2~6.0배의 규격으로 확장하여 상기 가스포집장치(30)에 걸리는 순간압력이 감소 되도록 함과 동시에, 가스포집장치(30)에 걸리는 고압력을 낮추기 위하여 사용되는 냉각장치를 두되, 경제성과 환경을 감안하여 냉각수로는 전처리공정을 거친 음폐수를 이용하는 것이 바람직하다.
단, 냉각수로써 음폐수를 활용하기 위해서는 음폐수에 함유되어 있는 유기질, 미립자 등을 냉각수로 투입하기 전에 제거함으로써 가스포집장치(30)의 냉각과정에서 냉각수에 함유된 유기질과 미립자 등이 고온상태에서 가스포집장치의 외벽에 점착되어 냉각효율이 저하되며 악취가 발생하는 것을 방지한다.
위와 같은 불순물은 냉각수 이송관로를 폐색시켜, 냉각기능이 마비되는 현상이 발생되므로 유기질등과 같은 불순물은 냉각수로 투입하기 전에 제거하는 것이다.
음폐수로부터 유기질과 고형물 미립자를 제거하기 위하여 음폐수 전처리장치를 설치하며, 음폐수 전처리장치에는 이온상태로 녹아 있는 염분은 제거되지 않으므로 염분을 제거하기 위해서는 별도의 공정을 필요로 한다.
본 발명에서는 음폐수에서 염분을 추출하여 제거하여 단순히 제거하려는 것이 아니라, 추출한 염분에 요소기술을 투입하여 제설제로 생산하는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서 가스포집장치(30) 안에서의 고온의 가스와 음폐수와의 열교환을 통하여 음폐수의 온도를 약 60~100℃이상으로 상승시키는 냉각 및 열교환 과정을 통하여 음폐수로부터 수분을 제거하여 염분의 농도를 높이는 공정을 행한다.
음폐수 전처리장치(20)는 음폐수에 함유된 유기질과 미립자를 제거하기 위한 것으로써, 더욱 구체적으로는 음폐수로부터 유기질과 미립자를 제거하고 이온상태로 잔류하는 염분을 함유한 음폐수를 석탄화 숙성공정에서 배출되는 고온 고압 가스를 냉각시키기 위한 냉각수로 활용하기 위한 것이다.
음폐수의 전처리의 원리는 미립자와 유기질을 동시에 제거하는 방법으로, 응집제를 투여하여 음폐수와 혼합시킨 후, 일정한 반응시간을 주어 고형물미립자와 유기질을 부상시켜 분리할 수 있도록 미세기포를 이용하여 스컴화하여 제거한다.
스컴이 제거된 음폐수는 이를 재 여과함으로써, 잔류하는 유기질과 미립자를 완전히 제거하여 상기 음폐수에 이온상태로 녹아 있는 염분만 잔류하도록 한다.
본 발명의 음폐수 전처리 장치(20)는, 전처리 공정을 자동제어하기 위하여 음폐수를의 이송량을 개폐시키는 이송 제어밸브(1), 음폐수 전처리 후 이송량을 제어하는 전처리용 제어밸브(1"), 역세척 자동제어 밸브(1''R) 등이 구비된다.
여기서 음폐수 전처리공정의 물질이동은, 음폐수 이송 자동제어 밸브(1)에서 음폐수 전처리용 자동제어밸브(1")로 진행된다.
한편, 음폐수 양정용 이송펌프(23)의 형식은 배수 또는 순환형이며, 시중에서 판매되고 있는 다양한 제품 중에서 선택하여 사용할 수 있다.
응집제 공급펌프(24)는 응집제를 투입하기 위한 것으로써, 응집제가 액체형이므로 시중에서 판매되고 있는 튜브펌프, 튜빙펌프, 연동펌프, 정량펌프 등을 이용한다.
이 경우 유입되는 음폐수의 유속 혹은 유량에 따라 일정한 양을 주입하며, 디지털타입 혹은 아날로그 타입 및 원격조정도 가능하고, 그 설치는 음폐수가 이송되는 관로의 상단 일측에 장착되도록 하는 것이 바람직하다.
음폐수와 응집제 혼합장치(25)는, 이송되는 음폐수와 응집제 공급펌프(24)에 의해 투입되는 응집제를 혼합하기 위한 것이다.
혼합장치(25)는, 종래에는 동력모터를 이용하는 교반장치를 이용하였으나, 동력이 과다하게 소요될 뿐만 아니라 별도의 장치설비와 설치공간을 요구하고 있어 최근에는 관로상에서 혼합이 가능하도록 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 관로안에 유체의 흐름에 장애를 주는 격벽(251)을 설치한다.
이때, 이송용 관로보다 관경을 크게 함으로써 순간적인 확장에 의해 와류가 형성되도록 하는 간단한 방법으로, 경제성을 고려하여 시중에서 구입이 용이한 관로형 혼합장치를 활용하는 것이 바람직하다.
음폐수 전처리공정에서 이용되는 유기질과 고형물 미립자를 스컴 형태로 생성시켜 제거하는 원리는, 응집제를 이용하여 플록을 형성시키고 이를 미세기포를 투입하여 스컴화 하여 부상시켜 스컴제거 장치를 이용하여 제거하는 방법으로써, 이때 사용하는 응집제는 무기응집제와 유기응집제로 구분할 수 있으며, 무기응집제의 일예로 황산알루미늄(유산반토), 폴리염화알루미늄(PAC), 폴리황산규산알루미늄, 황산제이철, 염화제이철 등과 유기응집제로 폴리아민, 폴리아크릴아미드 등이 있다.
이들 응집제는 일반적으로 산도(pH)에 민감하게 반응하므로 음폐수의 수질성상에서 일반적으로 약산성을 띄고 있음을 고려하여 황산알루미늄을 투입하여 가벼운 플록이 형성되도록 한 후에 미세기포 등으로 스컴화시켜 부상시키고, 여기서 플록의 형성을 촉진시키기 위하여 응집보조제로 알긴산나트륨, 규산나트륨 등을 이용할 수 있다.
형성된 플록에 미세기포를 투입하여 스컴화시켜 부상시키기 위한 미세 기포 발생기(264)는 정수처리용 반응조(26)의 일측 하단에 설치하며, 미세 기포 발생기(264)는 시중에서 구입할 수 있는 콤프레셔(261)와, 기포 발생용 노즐(미도시)을 활용하며, 부상시킨 스컴은 정수처리용 반응조(26)의 상부에 설치한 스컴 제거장치(262)를 통하여 스컴저류조(263)로 모아지고, 모아진 스컴은 석탄화 공정의 원료로 투입되기 위하여 석탄화 반응조(50)으로 보내져서 재생석탄이 된다.
정수처리용 반응조(26)는, 응집제와 혼합된 음폐수를 반응시켜 플록을 형성하고 이를 미세기포를 이용하여 스컴으로 제거하기 위한 장치로써, 하단부 일측에 위치하며 음폐수와 응집제를 혼합시키는 음폐수 관로형 혼합장치(25), 하단부 혹은 중단부 일측에 위치하며 플록을 부상시켜 분리하기위한 음폐수 전처리용 미세 기포 발생기(264)와; 상단부에 위치하며 발생한 스컴을 일측으로 모으기 위한 브레이드를 장착한 스컴 제거장치(262)로 이루어진다.
음폐수 정수처리용 반응조(26)는, 동력을 이용하는 부상 부유형 스킴머 혹은 반응조 상단에 설치하여 발생된 스컴이 유입될 수 있도록 파이프를 반으로 잘라 스컴을 유도하도록 하는 파이프형 스컴 제거장치 또는, 부상시킨 스컴을 일방향으로 유도하기 위하여 회전형 스컴브레이드를 보조장치로 활용할 수 있다.
여기서 부상 분리된 스컴은 스컴 저류조(263)로 모아지고, 제거된 스컴은 유기질성분을 포함하고 있으므로 이를 음식물 쓰레기 고형물의 석탄화 처리공정으로 투입하여 재생석탄으로 생산되도록 하기 위하여 석탄화 반응조(50)로 이송되어 음폐수처리공정에서 발생하는 폐기물을 석탄화 하여 에너지로 재활용된다.
정수처리용 반응조(26)에서 처리된 처리수의 미립자는, 응집제와 미세기포에 의해 제거됨과 동시에, 유기질 역시 응집제와 미립자에 흡착되어 제거되고 이온형태로 음폐수에 용해된 염분이 잔류하므로 이에 대한 처리공정이 요구된다.
이때 용해된 염분은 제설제로 생산하기 위한 처리공정으로는, 연계되는 음폐수 전처리용 여과장치를 거친 후 연계공정으로 석탄화 반응조에서 발생하는 고온고압의 가스를 포집하여 석탄화 연속생산공정을 가능하도록 하는 가스포집장치와 연계하여 함유된 수분을 증발시켜 농축시킨다.
이때, 가스포집장치에서 발생하는 응축열을 활용하여 음폐수 전처리 후에 잔류하는 염분을 제설제로 생산하기 위한 원료로 이용된다.
음폐수 필터군(28)은 최종 여과용 필터(281)과 세척용 필터(282)로 구성되며, 스컴이 제거된 음폐수 처리수에 잔류할 수 있는 미량의 미립자와 유기질을 제거하기 위한 것이다.
예를 들면, 최종 여과용 필터(281)는 여과재로 섬유질을 이용한 여과장치를 사용하여 필터에 걸리는 부하량을 경감시킬 수 있도록 하며 필요시 역세척이 가능하도록 역세척 시스템을 구축한다.
음폐수 전처리장치에서 미립자를 제거하는 것은, 미립자로 인한 탁도를 제거하기 위함보다는 용해되어 있는 유기질 성분들이 입자성 물질에 쉽게 흡착되려는 성질을 이용하여 용해성 유기질을 제거하기 위함이다.
따라서, 이러한 원리에서 최대한 처리하는 음폐수에서 미립자를 제거하는 것이 탁도 뿐만 아니라 용해성 유기질도 동시에 제거할 수 있기 때문이다.
세척용 필터(282)에 적용되는 필터로는 스트레이너를 도입할 수 있으며, 정수처리 후 잔류하는 미립자의 입도 크기 혹은 정수처리 후 탁도에 따라 일반적으로 널리 시판되고 있는 스트레이너 제품으로 150~400 메쉬를 갖는 최종 여과용 필터(281)를 세척용 필터(282)의 전단에 전처리용으로 설치하는 것이 바람직하다.
상기 필터(281, 282)들은, 일정한 사용시간 후에 공극이 막혀 여과기능을 수행할 수 없게 되므로, 청수를 이용하여 세척할 수 있도록 역세척 장치를 구비하고 있는 것으로 선택한다.
이때, 최종 여과용 필터(281)와 세척용 필터(282)는 역세척시 발생하는 공정수는 초기의 음폐수 정수처리공정으로 환류(feed back)시키거나, 혹은 석탄화 재활용 생산공정에 투입하도록 하여 고농도 농축물(concentrates)에 대한 재활용을 할 수 있도록 한다.
음폐수 전처리공정으로 얻는 처리수는, 음폐수에 함유된 유기질과 고형물이 제거된 상태이며 염분만이 함유된 상태로써, 가스포집장치(30)에서 발생하는 응축열을 활용하여 음폐수 전처리 후에 잔류하는 염분을 농축한 후에 제설제로 생산하기 위한 원료로 이용한다.
전처리가 끝난 음폐수를 제설제로 생산하는 공정은, 전처리 공정 후에 잔류하는 염분에 추가적으로 필요한 화학제를 첨가하여 제설제로 만들고 요구되는 형태로 가공하여 제품으로 생산하기 위한 것이다.
전처리가 끝난 음폐수를 제설제로 생산하는 방법(단계)은, 음폐수에는 유기질과 고형물 미립자 및 이온형태로 용해되어 염분을 함유하고 있으므로 음폐수 전처리공정을 통하여 유기질과 고형물 미립자를 제거되고 염분만이 함유된 음폐수를 얻는 음폐수의 전처리 단계(001)와; 상기의 전처리한 음폐수를 250℃이상 고온 가스를 포집하는 가스포집장치(30)에 냉각수로 투입함으로써 포집된 고온 가스는 냉각되고 냉각용으로 투입된 음폐수는 가온되도록 냉각수로 투입하는 냉각수 투입단계(002)와; 투입되는 냉각수(음폐수)의 온도를 100℃ 이상 까지 상승시켜 함유된 수분을 증발시켜 가능한 염분의 농도를 농축시킨 후에 제설제의 원료로 활용하기 위하여 냉각수로 투입되었던 음폐수를 배출시키는 냉각 후 배출단계(003)와; 제설제에 필요한 화학제를 투입하는 화학제 투입단계(004)와; 농축된 염분과 화학제의 혼합물을 가열하고 교반하여 액상의 제설제를 생성시키는 액상제설제 생성단계(005)와, 생성된 액상의 제설제를 약 200℃ 건조과정을 거쳐 고상형 제설제로 생산하는 고상 제설제 생산단계(005)와, 생산된 제설제를 포장하여 제품화하는 포장단계(005)로 이루어진다.
국내의 친환경 상품화를 위한 제품생산 규정인'녹색제품 정보'에 따르면 액상 제설제의 경우, 중금속과 에틸렌글리콜이 함유되지 않도록 하는 규정이 있다.
또한, 위 지침은 사용단계 배출하용기준에서 총염수의 함량이 20 무게(중량%) 이하, 환경유해성 물질의 총량이 0.2 무게(중량%)를 초과하지 말아야 하며, 외부환경 조건 즉 온도에 따라 제설제의 융빙 효과에 대해 고상과 액상 각각에 대해 규정하여 제품의 품질인증을 하고 있다.
유럽의 경우에서 독일은 겨울철 제설제 사용에 대한 규정(Winterdienstleitfaden: Wege zur Feinstaubreduktion bei der Strassenstreuung)에서 전통적인 제설제 생산을 지침으로 식염 또는 광산염을 토대로 NaCl의 함량이 98% 이상을 요구하는 제품생산지침이 마련되어 있으나 최근 나트륨(Na)이 미치는 생태계영향을 고려하여 환경 친화적인 제설제 생산을 위하여CaCl2를 첨가하고 있으며 차량도로에서 제설제가 도로면과의 양호한 접촉성 유지를 위하여 액상물 형태로 살포하기도 한다.
본 발명은 이러한 제품생산 지침들을 음폐수에 함유된 염분(NaCl)을 제설제를 생산하기 위한 공정 및 장치기술 개발에 참고하고, 특히 음폐수를 제설제의 원료화 공정에서 염분의 함량을 일정 농도로 높이기 위하여 전처리된 음폐수를 가스포집장치(30)의 냉각수로 활용하는 과정에서 수분을 증발시켜 염분의 함량을 높이고, 여기에 칼슘(Ca)을 첨가함으로써 필요시 별도의 건조공정을 도입할 수 있도록 한다.
전처리된 음폐수를 제설제로 생산하는 원리는, 상기에 언급한 국내외 제설제 제품생산규정 및 품질인증 규정에 의거하여, 다량의 수분이 함유된 전처리된 음폐수의 염분(NaCl)을 농축하고, 여기에 환경 친화적인 첨가물인 칼슘 또는 칼슘화합물을 혼합하여 염화칼슘을 생성시키고 이를 건조 시켜 생산하는 것이다.
제설제를 생산하기 위한 일반적인 주요 화학식은 하기와 같다 :
1) 2NH4Cl + Ca(OH)2 → CaCl2 + 2NH3 + 2H2O
2) CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O
3) CaCO3 + 2NaCl → Na2CO3 + CaCl2
여기서 3개의 화학식 1),2),3) 모두 염화칼슘을 생산할 수 있으며, 화학식 2),3)은 탄산칼슘(칼슘계 화학제)을 원료로 투입하여 염화칼슘을 얻는다.
본 발명은 상기 화학식 3)을 토대로 제설제인 염화칼슘을 생산하며, 여기서 침전물인 탄산나트륨(Soda ash, Na2CO3)와 용액상의 염화칼슘을 분리하며, 가스포집장치(30)에서 얻는 응축열을 제설제 생산용 반응조(미도시)에 도입함으로써, 농축된 염분과 첨가된 화학물과 반응하여 액상 제설제를 생산하는데 요구되는 외부열원으로 활용하고, 생산된 액상의 제설제는 건조로(미도시)에서 200℃이상 지속적으로 수분을 증발시켜 고농도로 농축시키는 과정을 거친다.
이때 투입된 염분 가운데 제설제 생산에 기여하고 남은 잉여양은 염분형태로 추출시킬 수 있으며 추출된 염분은 제설제 생산공정에 재사용한다.
상기의 제설제 생산공정을 통하여 약 40%의 염화칼슘용액을 생산할 수 있으며, 생산된 염화칼슘 용액은 산도조절을 통하여 안정화 시키고, 침전물이나 불순물은 여과공정을 통하여 순도를 높일 수 있으며, 고상의 제설제를 생산하기 위해서는 40%의 용액상태의 염화칼슘을 200℃이상 온도로 건조로에서 건조시켜서 생산한다.
전처리된 음폐수의 염분을 원료로 제설제를 생산하는 방법은, 전처리된 음폐수는 제설제의 원료투입시 일반적으로 다량의 수분이 함유된 상태로 염분(NaCl)의 농도는 50%이하(정확하게는 1~35%이하, 보다 더 정확하게는 3~12.5%이하)이므로, 이 원료로 부터 불필요한 수분함량을 제거함으로써 제설제의 원료인 염분(NaCl)의 함량을 적정 농도로 농축시킬 수 있다.
이를 위하여 염분이 함유된 전처리된 음폐수로부터 수분함량을 제거하는 공정이 필요하며, 이를 위하여 가스포집장치로부터 응축열을 투입하여 전처리된 음폐수의 수분량을 일차적으로 감축하고, 농축된 음폐수에 칼슘(Ca)계 화학제를 첨가하여 수분과 칼슘(Ca)이 만날 때 발생하는 발열량(수분을 상온에서 60℃로 상승시킴)으로 일차적으로 수분량이 감축된 상기 음폐수에 필요한 부수적인 화학제를 첨가하여 염화칼슘을 생산하고 연계되는 건조로에서는 생성된 약 200℃이상으로 건조하여 제설제를 생산한다.
이때 부수적으로 첨가 할 수 있는 화학제로는, 탄산칼슘(CaCO3), 황산칼슘(CaSO4), 점토 등이며, 추가적으로 혼합하는 화학제로는 황산마그시윰(MgSO4), 염화칼슘(CaCl2), 염화마그네시윰(MgCl2), Kainite 등이 사용된다.
전처리된 음폐수를 가스포집장치(30)의 냉각수로 활용하기 위한 도시예는 도 2에서, 석탄화 반응조(50)에서 연계된 가스포집장치(30)가 있으며 음폐수 전처리장치(20) 및 자동으로 제어가 가능한 이송 제어 및 전처리용 제어밸브(1, 1")로 구성되는 시스템이다.
여기서 가스포집장치(30)를 설치하는 목적은, 석탄화 반응조(50)에서 재생석탄을 생산하는 석탄화 숙성과정에서 발생하는 고온 고압 가스를 배출하도록 함으로써, 석탄화 생산공정이 회분식 연속생산방식으로 생산력의 향상을 구체화 하기 위한 것이다.
즉 기수포집장치(30)를 설치하지 않을 경우 석탄화 숙성공정의 생산 사이클은, 원료가 투입되고 석탄화 반응조를 가열하기 시작해서 일정한 조건에서 일정시간동안 석탄화 숙성공정이 진행되고(본 발명자의 선행기술 출원번호: 10-2011-0147046, 10-2011-0076797에서 상술하였기에 여기서는 생략함), 이를 통하여 고온 고압의 기체로 포화된 석탄화 반응조가 서서히 냉각되어 반응조 내의 압력이 평압이 될 때까지 냉각시킨 후에 석탄화 반응조를 개폐하여 재생석탄을 배출하는 작업까지 이며, 대략 예상되는 시간은 반응조의 용량에 따라 차이가 있으나 8~24시간 정도가 소요되므로 가스포집장치를 사용할 경우 3시간미만 보다 생산성이 현격하게 낮다.
여기서 가스포집장치(30)를 냉각시키는 목적은, 일정한 용적을 지닌 가스포집장치를 250℃이상 고온상태에서 1260배의 부피팽창을 갖는 고온 고압 가스를 수용하기 위한 것이며, 가스포집장치(30)의 냉각원리는, 상온의 전처리된 음폐수를 냉각수로 활용함으로써 냉각수를 기화점까지 가온하는데 소요된 가온열량과 증발될 때 소실되는 기화열량 등을 통하여 고온 가스가 내재하고 있던 열량을 빼앗아 고온 고압 가스에 함유되었던 수증기는 물로 응축시키고 고온 고압 가스는 상온 상태의 온도와 평압으로 감압(감온)하여 배출하려는 것이다.
여기서 냉각수에 가해진 가온열량과 기화열량을 합한 총열량은 고온 고압 가스가 고온 고압상태에서 상온 평압상태로 전환되면서 상실한 응축열량과 같다.
전처리된 음폐수로 냉각시키는 가스포집장치(30)의 구조는, 고온가스를 포집하기 위해 확산 시킬 수 있는 공간을 확보한 원통형 구조의 내통(31)과 그 내통(31)의 외측에 냉각수를 순환시켜 고온 고압의 가스를 식힐 수 있게 하는 외통(32)의 이중구조로 이루어져 있으며, 가스포집장치(30)는 일단계 혹은 다단계로 구성할 수 있으며, 본원 발명의 상기 가스포집장치(30)는 이중구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 내통(31)에는 석탄화 반응조(50)에서 발생하는 고온 고압의 가스를 이송하는 가스이송관(33), 냉각된 가스를 배출하기 위한 배출관(34), 온도계(T)와 압력계(P), 그리고 안전밸브(5)가 장착되는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 내통(31)의 가스 이송관(33)은 내통(31)의 하부까지 삽입시켜 내통(31)의 전체공간으로 확산되게 한다.
그러나 내통(31) 하부에 고이는 응축수에 의하여 고온 가스가 급작스런 냉각에 의하여 소음발생과 진동이 발생할 수 있으며, 진동발생시 연계된 전체 시스템에 균열을 발생시킬 수 있으므로 가스이송관을 삽입하는 깊이는 응축수 수위보다 높게 한다.
여기서 가스포집장치(30)에 염분이 이온상태로 용해된 전처리된 음폐수를 냉각수로 냉각시키는 방법은, 석탄화 숙성공정에서 발생하는 고온 고압 가스의 배출관을 가스포집장치(30)에 응축수 수위 20cm 상단부 하단까지 내림으로써 고온 가스가 전체 가스포집장치(30)의 내통에 확산되게 하며, 응축수 수위 10cm 상단부 하단까지 내통에 설치된 격벽(미도시)의 상부방향으로 가열된 고온 가스가 급상승하였다가 냉각되면서 격벽의 하단으로 내려오고, 냉각된 고온 고압 가스는 격벽(미도시)를 넘어서 내통의 상단부에 설치된 가스 배출관으로 배출되도록 하여 가능한 고온 고압의 가스가 가스포집장치 내통에 체류하는 공간을 확장시키고, 냉각을 위해서는 가스포집장치(30)의 고온 고압 가스의 배출관이 삽입된 측인 외통 하단부에 전처리된 음폐수관을 연결하여 유입하고 냉각수 배출관은 가스 배출관이 설치된 외통상단에 설치된 배출관으로 하며, 냉각수량의 제어는 유입된 냉각수가 냉각공정을 통하여 온도가 상승되므로 냉각수의 배출구 온도로 냉각수의 유량 혹은 유속이 조절되도록 한다.
상기에 설명한 가스포집장치(30)의 냉각공정은, 전처리된 음폐수를 제설제로 재활용하기 위하여 석탄화 공정의 가스포집장치(30)의 응축열을 이용하는 증발공정을 통하여 음폐수의 염분(NaCl)의 농도를 높이려는 것으로써, 응축폐열을 재활용함으로써 증발건조공정으로 수행 시 요구되는 외부열원에 필요한 에너지를 감축하는 효과를 거둘 수 있다.
한편, 음식물쓰레기의 석탄화 공정 및 음폐수의 제설제 생산공정 전반에 걸쳐 발생하는 악취를 제거할 수 있는 악취제거시스템(미도시)의 구성은, 음식물쓰레기 처리장(석탄화 공정 및 제설제 공정) 내에 설치된 악취흡입용 공조시스템; 고온고압 가스가 냉각되면서 응축수에 함유된 불순물을 제거하기 위한 전처리용 여과장치와; 응축수에 함유된 난분해성 물질을 분해할 수 있는 강한 산화력을 지닌 오존을 제공하는 오존발생기 혹은 UV광선을 조사하는 UV장치 등 산화제 발생기와; 최종적으로 잔류하는 악취성분을 제거하도록 생물학적 공정으로 가동되며 미생물군체의 밀도를 높이기 위한 미생물 담체로 충진된 바이오필터와; 연계되는 이송용 파이프와 원활한 이송을 위한 응축수 양수용 펌프 그리고 가스 혹은 악취성분의 이송을 위한 기체펌프 혹은 브로워로 이루어진다.
악취제거용 시스템(미도시)의 기능은, 전처리용 여과장치를 통하여 고온 고압 가스에 함유된 불순물을 제거하고, 불순물이 제거된 응축수에 함유된 난분해성물질은 오존 혹은 UV광에 의하여 제거한 후에, 응축수 양수용 펌프 와 이송용 파이프를 통하여 바이오 필터의 상단에서 살수되고, 석탄화 공정의 배출가스 및 음식물쓰레기의 석탄화 공정 및 음폐수의 제설제 공정의 작업장 내에 공조장치에서 유입되는 악취성분은 브로워를 통하여 바이오필터로 유입되어 생물학적 처리공정 및 세척공정에 의하여 처리된다.
이때 바이오필터의 상단에서 살수되는 응축수는 세척공정 및 바이오필터의 수분조절제 역할을 한다.
음폐수의 염분(NaCl)의 농도를 높이는데 투입된 열량은 석탄화 숙성공정에서 배출하는 고온 고압의 가스가 내재하고 있던 열량 즉, 응축열량을 활용하는 것인 폐열활용에 대한 것으로써 음식물쓰레기를 석탄화 하는 공정을 위하여 투입되는 총 에너지양에 대한 에너지 효율성을 높이는 효과가 있다.
여기서 음폐수 내 염분의 농도를 증가시키기 위하여 사용한 고온 가스에 함유된 수증기는 냉각됨과 동시에 응축되어 배출되고, 또한 배출되는 응축수는 바이오필터를 통하여 처리한 후에 작업장의 세척용수 등으로 활용함으로써 물 사용량을 절감하는 효과가 있다.
본 발명은 음식물쓰레기의 석탄화 처리공정에서 발생하는 음폐수의 제설제 원료화를 통한 재활용기술로써, 음식물쓰레기의 고형물과 액상물에 함유된 미립자와 유기질은 고상연료인 재생석탄으로 재활용하고, 음식물쓰레기의 액상물(음폐수)에 함유된 염분은 농축하여 제설제의 원료로 투입하여 재활용하고, 염분을 농축하기 위하여 수분을 증발시키는데 필요한 열량은 석탄화 반응조에서 발생하는 고온 고압 가스를 가스포집장치에 포집하는 과정에서 고온 고압 가스가 함유하고 있는 폐열을 재활용하고, 증발된 수분은 포집하여 작업장의 용수로 재활용하며, 고온 고압 가스에 함유된 수분은 연계되는 악취제거장치(미도시)에 수분조절제로 재활용하도록 함으로써, 본 발명의 전체공정을 무방류시스템으로 구축할 수 있다.
위와 같이 이루어지는 본 발명은, 2013년부터 해양투기가 금지되는 음식물쓰레기의 고형물과 음폐수의 미립자와 유기질을 고상연료인 재생석탄으로 생산하는 신재생에너지 재활용기술과 음폐수의 염분을 제설제로 생산하는 재활용기술을 개발함으로써, 음식물쓰레기를 육상처리 할 수 기반을 마련하는 총체적 기술적 대안책을 제공하는 효과와 함께, 종래의 음식물쓰레기 해양투기를 통하여 발생하였던 해양오염 및 해양수자원의 사멸 등의 해양환경문제점을 해소시키는 환경적 측면의 장점을 가지고 있다.
또한, 음식물쓰레기로부터 사용가능한 에너지인 고상연료인 재생석탄을 생산함으로써, 보관과 이송 등 유지관리가 용이하고 공간적 시간적 활용이 용이한 광역화 에너지원을 획득할 수 있는 기술적인 이점도 있다.
그리고 본 발명을 통하여 폐기물로부터 생산된 재생석탄을 저가로 공급하도록 함으로써, 전체적인 국내 에너지 단가를 낮춰 제조업 전반에 걸쳐 낮은 생산단가를 통하여 제품의 경쟁력을 제고하는 효과가 있다.
본 발명은 종래의 음폐수의 처리기술에 대하여 부재하였던 기술적 해법을 음폐수 정수처리공정을 포함하는 음폐수의 전처리기술의 개발과 음폐수에 함유된 염분의 재활용 기술을 개발하고 동시에 단시간에 음식물쓰레기를 재생석탄으로 생산할 수 있는 석탄화 생산공정을 확립함으로써, 음식물쓰레기의 총괄적인 육상처리기반을 구축할 수 있는 기술개발의 효과와 함께 음식물 쓰레기의 장기 적체로 인한 악취발생의 문제를 제거하고 수인성 전염병 발생 방지에도 도움이 된다.
그리고 본 발명이 채택하는 독립 가열형 석탄화 생산시스템과 가스포집장치를 연계하는 시스템 조합을 통하여 석탄화 생산공정이 간헐적 자동생산시스템(Batch sequence product system, semi sequence production) 구축으로 생산성을 향상시키는 효과와 석탄화 공정에서 발생하는 폐열을 재활용하는 효과를 얻을 수 있다.
또한 냉각시스템을 구축한 가스포집장치와 악취제거시스템(미도시)을 연계할 경우 석탄화 반응조에서 발생하는 배출가스에 의한 2차 환경오염을 방지하는 효과도 기대할 수 있다.
이외에도, 본 발명은 음폐수로부터 염분을 제설제로 재활용함으로써 얻는 경제적 효과와 함께, 음폐수를 발생하는 고온 고압 가스의 냉각수로 활용하는 것과, 음폐수를 이용한 고온 고압 가스의 냉각공정에서 발생하는 응축수의 재활용을 통하여 다량의 물 절약이 가능하고, 제설제 생산공정에서 폐열 재활용을 통한 에너지 절감 효과도 아울러 기대할 수 있다.
한편 본 발명은, 현재 가동되고 있는 음식물쓰레기 처리장에도 적용이 용이하므로, 본 발명에 의하여 기존에 구축하고 있던 장치의 본 발명의 시스템 적용을 통한 예산 절약할 수 있는 효과를 주며, 본 발명의 시스템 구축을 위한 전체 혹은 부분 장치제작 및 시스템 관리 등을 위한 일자리 창출 효과 등 다양한 효과와 장점을 예상할 수 있다.
본 발명은 음식물쓰레기를 비롯하여 다량의 수분을 함유하고 있는 축산분뇨, 하수슬러지, 식가공 공장폐기물, 발효공장 폐기물, 도살장 폐기물, 피혁가공공장 등에서 발생하고 있는 유기성 폐기물을 고형연료인 재생석탄으로 재활용하기 위한 공정 및 현재 가동되고 있는 음식물쓰레기 처리장에서 발생하는 음폐수의 적정처리를 위한 정수처리기술로 활용될 수 있으며, 나아가 제설제 생산을 위한 재활용기술로 활용할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에서 음폐수의 전처리 공정에 활용되었던 기술을 모든 산업폐수가 발생하는 산업현장에 적용할 수 있으며, 특히 발생하는 공장폐수가 유기질을 함유하고 있는 경우를 포함하여 피혁가공공장의 폐수처럼 유기질과 염분의 함량이 높아 생물학적 처리가 불가능한 산업현장에 수처리 공정으로도 활용할 수 있다.
10 : 파쇄장치 20 : 음폐수 전처리 장치 21 : 음폐수 저류조
25 : 혼합장치 262 : 스컴 제거장치 28 : 필터군
281 : 최종 여과용 필터 282 : 세척용 필터
30 : 가스포집장치 40 : 고액 분리장치 50 : 석탄화 반응조
60 : 제설제 생성장치 70 : 건조로 80 : 포장설비

Claims (5)

  1. 음식물 쓰레기로 제설제를 생산하는 장치는,
    음식물쓰레기를 공급받아 파쇄 시키는 파쇄장치(10)와; 고농도의 염분을 함유한 고형물을 삼투압의 원리를 이용하여 저농도(염분)의 세척수와 청수로 습식세정한 후 고체와 액체로 분리시키는 고액 분리장치(40)와; 상기 고액 분리장치로 부터 분리된 액상물(음폐수)에 함유된 유기질, 미립자 고형물 등의 이물질 제거를 위하여 응집제를 투여하는 음폐수 전처리 장치(20)와; 유기질 등의 이물질이 제거된 음폐수에 용해되어 있는 염분을 농축시키기 위하여 수분을 증발시켜 염분을 농축시키기 위한 응축열을 함유하고 있는 가스포집장치(30)와; 상기 응축열을 이용하여 농축된 염분에 화학제(6)를 첨가하여 제설제를 생성하는 제설제 생성장치(60)와; 생성된 제설제를 건조시키기 위한 건조로(70)와; 건조된 제설제를 포장하기 위한 포장설비(80)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기로 제설제를 생산하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 음폐수 전처리 장치(20)는 응집제와 혼합시켜 유기질과 미립자 등 이물질 제거공정으로 유도하기 위하여 음폐수를 저장하는 음폐수 저류조(21)와; 상기 음폐수 저류조(21)에서 유입되는 음폐수의 저류량을 체크하고 전처리되는 양을 조절하기 위하여 수위조절용 센서와 유량계에 의해 동작이 제어되는 이송용 제어밸브(22)와; 상기 이송용 제어밸브(22)를 통하여 공급되는 음폐수를 음폐수 저류조(21)로부터 음폐수 전처리 공정에 투입하기 위하여 음폐수 저류조(21)에 장착된 양정용 이송펌프(23)와; 상기 양정용 이송펌프(23)에 의하여 운반된 음폐수에 응집제를 공급하는 응집제 공급펌프(24)와; 공급된 음폐수와 응집제를 혼합시켜주는 혼합장치(25)와; 응집제가 첨가된 음폐수를 응집 반응시켜 유기물을 플록형태로 만들기 위하여 미세기포를 공급하는 콤프레셔(261)와 스컴을 제거하는 스컴 제거장치(262)가 장착되는 정수처리용 반응조(26)와; 스컴화 된 유기물과 고형물을 걸러내어 분리하는 스컴 저류조(27)와; 상기 정수처리용 반응조(26)에서 응집된 유기물과 미립자를 제거한 음폐수의 잔류하는 이물질을 제거하는 필터군(28)을 이루는 최종 여과용 필터(281) 및 세척용 필터(282)와; 음폐수 전처리 공정을 자동제어하기 위하여 음폐수를의 이송량을 개폐시키는 이송 자동 제어밸브(1), 음폐수 전처리 후 이송량을 제어하는 제어밸브(1"), 역세척 자동제어 밸브(1"R)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기로 제설제를 생산하는 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 가스포집장치(30)는 석탄화 반응조(50)과 연계함으로써 석탄화 생산공정을 간헐식 연속생산방식으로 가동할 수 있도록 하되, 그 구성은 원통형 구조의 내통(31)과; 그 내통(31)의 외측에 냉각수를 순환시켜 고온 고압의 가스를 냉각하도록 하는 외통(32)을 둠과 동시에, 상기 내통(31)에는 석탄화 반응조(50)에서 석탄화 숙성공정에서 발생한 고온 가스를 이송하는 가스 이송관(33)과; 냉각된 가스를 배출하기 위한 가스 배출관(34)과; 온도와 압력을 측정하는 온도계(T) 및 압력계(P)와; 일정한 압력에 도달하면 작동되는 안전밸브(5)가 장착되도록 하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기로 제설제를 생산하는 장치.
  4. 음식물쓰레기로 제설제를 생산하는 방법은,
    투입되는 음식물쓰레기를 공급받아 파쇄시키는 음식물쓰레기 투입 및 파쇄단계(S1)와; 고농도의 염분을 함유한 고형물을 저농도(염분)의 세척수 및 청수로 습식세정하는 습식세정단계(S2)와; 습식세정한 후 액체와 고체로 분리시키는 고액분리단계(S3)와; 세척 시에 발생된 염분 함유수와 분리된 액체상태의 음폐수에 응집제를 투여하여 음폐수에 함유된 유기물 등의 이물질을 제거하는 음폐수 전처리 단계(S4)와; 전처리된 액체상태의 음폐수로 가스포집장치 내의 250℃의 고온 가스의 응축열을 이용하여 음폐수를 100℃이상으로 가열시켜 수분을 증발시키는 염분수 농축단계(S5)와; 농축된 상기 염분에 화학제를 첨가하여 혼합하는 화학제(6) 투입단계(S6)와; 농축된 염분과 첨가된 화학제와의 혼합물에 응축열을 공급하면서 교반시켜 액상의 제설제를 생성하는 액상 제설제 생성단계(S7)와; 생성된 액상의 제설제를 200℃ 건조과정을 거쳐 고체형 제설제로 생산하는 고형 제설제 생산단계(S8)와; 생산이 완료된 제설제를 포장하는 포장단계(S9)로 이루어지는 것을 특징으로 음식물 쓰레기로 제설제를 생산하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서.
    상기 화학제(6)는, 탄산칼슘(CaCO3), 황산칼슘(CaSO4), 점토, 황산마그시윰(MgSO4), 염화칼슘(CaCl2), 염화마그네시윰(MgCl2), Kainite 인 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기로 제설제를 생산하는 방법.











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