KR101703390B1 - 폐 음식물, 오니, 하수 슬러지 및 가축분뇨 처리방법 - Google Patents

Abstract

폐 음식물을 열처리 소독하여 악취를 제거하고, 음 폐수에서 고형물을 분리하지 않는 상태에서 제올라이트를 혼합하여 폐수가 제올라이트에 흡수 흡착되도록 하고, 제올라이트가 폐수를 완전히 흡수하기에 필요한 시간만큼을 잘 섞어 건조하며, 잘 건조된 고형물과 제올라이트를 분리하여 고형물은 연료화 하고 제올라이트는 재사용하도록하고, 고형물은 유기성 기체 가스로 열분해 하기 좋은 상태로 연료화 하여 기체가스로 변형된 연료를 저 녹스 연소방법으로 하여 친환경으로 처리하는 것임.

Description

폐 음식물, 오니, 하수 슬러지 및 가축분뇨 처리방법{Food wastes disposing method using zeolite}

본 발명은 폐 음식물, 오니, 하수 슬러지 및 가축분뇨를 처리하는 방법에 관한 것으로 특히, 제오라이트(Zeolite)를 포함하는 광물질인 흡수제를 이용하여 위의 폐기물을 처리함으로서 가스 연료를 얻게 하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

음식물 폐기물을 처리 하기 위한 수단으로 사료 혹은 퇴비화 및 메탄 화 방식 등으로 이용하고 있으나 유용하게 활용화 할 수 있는 단계의 기술적 어려움으로 부수적 발생 되는 문제점들이 많아 이를 해결하고, 특히 대기오염 문제, 수질 오염 문제가 되는 것을 해결하고자 하는 것을 목적으로 본 발명에 목적이 있다.

국내 발생되는 음식물 쓰레기양은 약17,100T/일 (환경일보 12년11월29일 기준) 발생 된다. 이를 처리하기 위해 많은 화석 연료들을 소비하여 왔고 또한 해양투기, 매립, 소각 등 환경오염의 주범 중 하나였다.

그런데, 현재까지 개발된 음식 폐기물 또는 오니 및 하수슬러지 처리 방법으로는 연료 비료 매탄가스화 등으로 구분하고 있으나 확실한 결과와 효과에 대해 대체로 회의적으로 인식하고 있는 게 사실이며 일부는 염분의 피해 또는 신선도에 따르는 가축 등에 독성물질에 오염 등 많은 문제들이 작게 혹은 크게 현존하고 있는 것이 현실이고, 국내 하루 발생량도 15,000톤 이상의 많은 양이 배출되고 있는 실정이나 이를 완벽하게 처리할 수 있는 기술이 없는 상태로 있다. 결국, 지금까지 음식물 폐기물의 처리방법은 건조공정과 규격화를 거친 후 사료 비료 등에 한정적 사용 하여 왔다.

현재 음식물 처리 수단으로 사료 혹은 퇴비화를 큰 화두로 두고 처리하거나 매탄 가스화 혹은 분쇄하여 하수구에 흘려보내고 심지어는 불법해양 투기, 매립, 소각 등의 여러 방법으로 처리하고 있는 실정으로 환경오염에 주범으로 분리되어 있는 처리에 확고한 기술이 전무한 상태이다

따라서 이러한 처리 방법에는 처리시간이 많이 걸리고, 공정 과정에서의 오폐수 처리 문제를 별도로 해결하여야 하고 이러한 요인들에 의한 악취 문제로 많은 민원이 제기되는 것이 현실이고, 해양 투기는 이미 금지되는 등 현실적인 어려움을 많이 안고 있고, 또한 부패 된 음식물 쓰레기로 제조 되어진 사료와 비료에 많은 문제점이 있고, 염분에 의한 피해도 적지 않다.

이에 본 발명은 음식물쓰레기를 연료로 사용할 수 있게 하는 방법을 제공하여 음식물 처리 비용을 절감하고 음식물 처리를 효과적으로 수행할 수 있게 하는 방법을 제공하여야 한다는 과제를 해결하고자 한다.

위와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 화석 연료를 사용하지 않고 음식 부산물을 연료화 공정을 갖는 것으로 하여 얻은 신재생 연료로 하여 공해 발생 없이 연소할 수 있는 가스화장치와 구조를 이용하여 발생된 유기성 가스를 연소하여 얻는 열 발생과 그 열을 이용하여 각종 폐수를 어떠한 화학적 구조적인 폐수처리 공정 없이 제올라이트를 포함하는 광물질을 이용한 악취 없이 오폐수를 건조 처리하는 공법을 갖는 전체를 특징으로 한다.

이하 “제올라이트”라 함은 “제올라이트를 포함하는 광물질”을 의미하는 것으로 한다.

본 발명의 기술은 연료화 하기 위하여 물질 소재에 함수율을 최대 8%미만으로 낮추고 이를 열분해구조와 장치를 이용하여 유기성가스(기체)를 발생시켜 약 4,000 Kcal/Kg 이상의 열량을 갖는 신재생 연료로 사용할 수 있다는 결론을 실용화 하는데 목적을 두었고 이를 연료로 연소 가능한 구조와 열화로 저 녹스 연소장치로 최고에 연소가 가능하도록 하는 기술이다.

국내에서 발생 되는 음식물 쓰레기양은 약17,100 T/일 (2012년 기준-환경일보11월29)로 이를 처리하기 위해 많은 화석 연료들을 사용하여 왔고 또한 해양 투기, 매립 등 환경오염의 또 다른 주범으로 낙인 되어 왔음이 현실이었다.

따라서 이 음식물 쓰레기를 기체연료로 사용할 수 있는 규격 및 조건을 갖춘 신 재생에너지로 생산하고, 이에 맞는 연소와 열화로 구조로 연소시켜 발생 된 열을 이용하는 에너지 회수 설비인 건조기, 보이라, 연료 제조 등에 에너지를 공급하도록 하는 구조를 갖추고 연속공정으로 음식물 처리 양의 제한을 받지 않고 처리할 수 있도록 연구 개발되었음이 특징이다.

또한 에너지 회수 주요 열분해 가스화설비에 열을 공급 하고난 폐열을 이용하여 연료공정과 건조 공정으로 하여금 최대한 에너지를 회수하는 장치와 구조로 하여 조금의 폐열이라도 낭비할 수 없도록 한 것 또한 본 설비의 특징으로 하였고,

처리과정은 폐 음식물의 열처리 후 제올라이트와 고른 혼합을 위한 목적으로 절단이나 파쇄과정을 갖도록 하고 수분과 고형물의 분리 과정 없는 상태에서 분말 상태인 제올라이트 분말을 이용하여 음식폐기물에 있는 수분 약 80% 상태에 전체 수분중량 기준 20% 이상의 제올라이트 분말을 파쇄되어 진, 수분이 포함된 폐 음식물에 혼합하면 제올라이트가 음 폐수를 흡수하게 되고 제올라이트에 흡수된 음 폐수 내에 함유되어있는 유해한 무기, 유기질 성분을 포함한 암모니아 성분악취 또한 제올라이트가 흡수하여 가두는 효과로 어떠한 악취 및 환경오염 없이 폐수를 증발 처리하도록 하는 조건을 갖도록 하는 것이며, 또한 처리 공정에서 발생할 수 있는 폐수의 유출과 폐수에 의한 오염을 막을 수 있도록 하는 등의 목적으로 하며 이러한 공정으로 하여 지금까지 여러 방법으로 하고 있는 고형물과 폐수의 분리하여 처리 하는 기존의 방식을 탈피하여 별도의 폐수처리 공정 없이 즉 폐 음식물, 오니, 하수 슬러지 내에 포함되어있는 80%이상의 음 폐수를 별도의 화학 및 필터처리 등의 공정 및 과정 없이 제올라이트 혹은 이와 유사한 효능의 광물 및 물질을 이용하여 자연 친환경적으로 처리하도록 하는 신기술 발명이다.

위와 같은 본 발명은, 본 발명으로 하는 처리 공법으로 하여 완전한 처리를 유도하여 국가의 원천 기술로 하여 국내는 물론 해외로 진출하여 세계적인 폐 음식물 처리에 앞장서고, 폐 음식물을 기본으로 오니, 하수슬러지 외 폐목재 등의 폐 바이오메스 처리를 친 환경적으로 하여 자연을 살리고, 자원을 절약하여 지구를 살리는데 공헌하게 되는 효과가 있다.

1. 총괄적 목적 : 음식물 쓰레기를 포함하는 유기성폐기물을 이용한 가스의 연료화 및 폐수를 제올라이트로 처리하는 것을 특징으로하는 혹은 이와 유사한 효과를 갖는 물질 음 폐수의 친환경처리 방법의 제공.

2. 처리 방법 :

1) 반입된 폐 음식물을 포함하는 유기성폐기물을 열처리하여 악취를 제거하고 파쇄한 후 반입된 음 폐수가 있는 상태에서 분말상태인 제올라이트를 혼합하여 폐 음식물에 있는 음 폐수가 제올라이트에 흡수되어 흡착되도록 하되 제올라이트의 함수율이 낮게 혼합하여 음 폐수 내에 포함된 무 유기물의 악취와 유 해 성분을 제올라이트가 흡수토록 하는 목적의 것과 또한 처리공정에서의 폐수의 유출과 오염을 방지하는 총체적 목적을 갖도록 하는 것이며, 다시 설명한다면, 폐 음식물 처리공정에서의 폐수와 고형물 분리과정이 없고, 포함된 약 80%의 폐수를 별도의 화학 공정이나 필터 처리 등의 폐수처리 과정이나 공정 없이 제올라이트를 폐 음식물에 혼합하는 것으로 하여, 혼합된 고형물을 섞어서(교반하여) 건조과정을 통하여 친환경적인 증발효과를 갖도록 하여 음 폐수를 처리하는 것을 특징으로 하는 것이며,

2) 제올라이트가 섞여있는 고형물과의 혼합물은 건조과정을 거친 후 제올라이트는 다시 회수하여 다음 공정에 반복 사용 하도록 하고, 건조된 유기성 폐기물인 고형물은 분체로 가공한 후, 폐열을 이용한 유기성 가스 발생기내부에 저장하여 서서히 필요 양 만큼의 적정열분해 온도 값 등으로 가스발생이 이루어지게 하고, 발생된 가스를 가스가 연소가능 한 구조와 조건의 연소장치를 갖추고 폐 음식물 처리 공정에 필요한 전체의 열을 폐 음식물로 한 신재생에너지인 연료를 이용 하여 전체 처리에 필요한 사용에너지로 공급하도록 한 것을 특징으로 한다.

3) 부패된 음식물 쓰레기도 연료화로 처리 가능 :

10-30% 변질된 부산물도 2차에 걸친 고온 열처리 소독의 1차 처리온도 80℃이상 열소독 후 2차 처리 100℃이상 온도의 공정으로 된 탄화 혹은 수분 함수율 8-1%미만의 연료화공정을 갖도록 하는 것으로 하고, 연료화 공정을 갖은 연료는 가스발생 후 남아있는 부산물에 제올라이트를 적정 배율로 혼합한 연작 가능 고급 비료로 생산이 가능 한 것을 특징으로 하였다.

4) 열분해 공정으로 발생되어진 유기성 기체(가스)를 연료로 하는 연소 장치와 구조는 저 녹스 연소방법으로 연소하여 NOx, SOx, 다이옥신을 환경기준 이하로 하는 자연 친환경적 연소 공법으로 행하여지는 공법으로 공해 발생이 적다

5) 염분 제거 및 감소 :

음식 폐기물에는 적지 않은 양의 염분이 포함되어 있다. 이런 상태에서의 여러 재활용방법에 적지 않은 문제를 안고 있고, 이를 장기간사용 시 토양오염 및 여러 피해 또한 발생 되는 게 현실이다.

이러한 문제를 최소화 혹은 제거하기 위한 목적으로 제올라이트를 혼합하므로 하여 폐 음식물 내에 포함된 약 80%의 수분에 제올라이트의 혼합으로 제올라이트가 폐수를 흡입하는 과정에서 자연적으로 분리되게 되고 분리된 염분은 제올라이트에 잔류하게 됨으로 하여 염분 제거 효과를 갖도록 하고, 이런 과정을 갖은 제올라이트에 잔류한 염분은 토양이나 다른 재활용 제품사용에 제올라이트 특성에 따라 어떠한 피해나 영향을 최소화할 목적으로 하는 것을 특징으로 하였다.

이러한 폐해로 인한 대기오염, 수질 오염, 토질, 가축 등의 오염 문제가 되는 것을 해결하고자 하는 것을 목적으로 한 본 발명에 큰 목적이 있다.

음식 폐기물 혹은 폐목재는 이물질 제거와, 탈수 탈염 건조공정과 연료를 위한 규격화를 거친 후의 물질 소재에 가스화 하기 위한 건조 기능 및 최고 가스효율의 %화 한 탄화 물질로 변형 혹은 특히 폐 음식물, 오니, 하수슬러지 상태와 구성분에 관계없이 8%미만의 건조 상태로 연료화 하여 약 2,200-4,000 ㎉/h 이상의 열량을 갖는 연료로 재생하여 폐 음식물을 포함한 폐 유기성 바이오 물질을 친환경적으로 처리할 수 있다는 결론을 실용화 하는데 목적을 두었고 이를 화석 연료와 같은 화염의 상태로 친환경적으로 연소 가능한 연소 구조 로 하여 연계된 연소 방법을 SYSTEM화하여 폐 음식물을 비롯한 폐 바이오 물질 처리 해결을 위한 목적으로 하여, 이를 재생 바이오매스연료화 하여 자원낭비와 수질, 대기 전반에 모두를 친환경으로 대처하고자한다.

그간 음식물 쓰레기 처리를 위해 많은 화석 연료를 이용한 에너지를 소모 하고 있고 처리를 위한 비용이 증가되어 처리 비용이 상승하는 등의 국가적 손실이 방대 하였으나 본 공법으로 처리할 경우 음식물 쓰레기 처리와 동시 연료 제조에 에너지 비용이 전혀 들지 않는 것은 물론 생산된 잉여 열 및 연료를 이용하여 대단지( 예: 농업 - 화회, 작물 )에 저렴한 가격으로 공동 열 및 연료로 공급할 수 있다는 특징이 있다.

또한 음식 부산물로 연료화 한 열을 이용 부산물 처리 과정에서 폐 음식물의 고형물이 포함된 오폐수에 제올라이트를 혼합하여, 함수율을 낮추고, 제올라이트 기능인 악취제거 및 무기 유기물질 제거 효과를 이용하여 폐수에 포함된 각종 악취와 유해한 유, 무기질이 함유되어 있는 폐수와 고형물에 녹아있어 함수율을 낮출 때 이들은 제올라이트와 교반하는 과정에서 건조된 분말 상태의 제올라이트가 수분을 흡수하며 흡수된 수분에 녹아 제올라이트 내부에 잔존되는 과정과 시간동안 이들이 제올라이트에 의해 처리되어 악취제거는 물론 유해한 성분의 유기 무기물질도 함께 처리되어 진다 흡수된 수분은 건조하는 과정에서 악취는 물론 유, 무기질은 제올라이트에 가두어져 배출되지 않고 고형물의 건조 시 오염이 없는 수증기상태로 증발 처리 가능하며 이때 발생된 많은 수증기는 냉각 교환기를 거처 순수한 물로 환수하여 열 회수장치인 보이라에 공급원수 및 생활용수로 사용가능하며 광물질이 없는 순수한 물의 사용으로 보이라 수명을 연장시키는 효과와 수자원 재활용의 두 가지 효과를 얻을 수 있다는 수단의 특징을 갖는다.

최종적으로 간접 열로 인한 가스화 후 발생되는 재와 회분 및 카본이나 기타 불연성 물질 등이 남게 되며 여기에 잔류 제올라이트를 포함한 적정 비율의 제올라이트를 첨가하여 비료원료 및 완성된 비료로 생산하도록 하며 이에 효능은 연작 피해 방지 및 농업 생산량 20%이상 증대 등에 효과를 볼 수 있는 특성을 갖는 특성을 갖는 부산물을 원료로 하는 특수 비료제품으로 재생산하여 토양을 살리는 역할을 하게 할 수 있는 효과를 갖도록 한다

음식물 쓰레기를 수거하여 반입되면 모든 부산물은 수거 차량에서 지체 나 일반 저장탱크에 운반 저장하여 부패의 원인 갖는 처리 방식을 탈피하기위하여 반입 즉시 스팀 보일러를 이용 온도(80℃이상) 및 고압( 0.8∼5㎏/cm2) 상태로의 열처리 가능한 (1)저장탱크로 흡입하여 열처리하면서 저장한다고 하는 것과 이때 발생하는 모든 열원은 음식물 재생연료로 얻는 열로써 사용한다는 특징을 갖는다.

열처리한 폐 음식물 혹은 오니, 하수슬러지는 공정에서의 악취원인이 제거되었으므로 더 이상의 악취는 발생 되는 요인을 제거하고,

연료과정에서 필요한 유기성 가스(기체)의 열분해가 완전하게 일어나기 위한 일정 규격화를 위해 파쇄 과정을 갖는다.

파쇄된 고형물에 함께 있는 음 폐수에 제올라이트 혹은 유사한 효과를 갖는 성분의 광물질을 일정비율 투입하여 함수율을 낮춘 상태로 하여 공정상에 폐수의 흐름이나 유출을 방지하도록 한 상태에서 교반하여 음 폐수와 고형물에 포함된 악취를 비롯하여 유해성분의 무기 유기질을 제올라이트가 완전 흡수 처리하도록 한다. 이때 사용하는 제올라이트 규격은 수분 흡수 효율이 높도록 분말 상태로 사용하는 것을 원칙으로 하나, 처리 방법과 처리물질 및 상태에 따라서는 작은 알갱이 상태로 할 수도 있는 것을 특징으로 하였다.

교반과정 후 100℃이상의 열풍으로 건조하게 되며, 이때 제올라이트에 포함된 수분과 고형분이 갖고 있는 수분전체를 증발 건조하여 폐수처리를 완벽하게 수행하게 되고, 이때 제올라이트에 있던 수분은 증발하고, 악취(암모니아) 및 유기 무기물은 제올라이트에 안정적으로 남아있게 되어 더 이상의 오염 발생요인을 처리 및 차단하도록 하는 것이다.

건조가 끝난 고형물과 제올라이트 혹은 광물들을 고형물과 제올라이트 혹은 유사효과의 불연 광물과 분리하여 제올라이트 성분에 광물들은 회수하여 효능이 낮아질 때 까지 재사용 하도록 하는 것을 특징으로 하고,

분리된 고형물은 필요와 연료사용의 방법에 맞도록 분체 혹은 잘게 나누는 등으로 규격화하는 공정을 거치게 하고,

분리된 유기성 고형물들은 열분해 혹은 열분해를 이용한 가스화 장치를 통해 수분 함유가 적은 유기성 기체(가스)로 만들기 위한 2차 건조 및 일부 탄화 목적의 공정을 갖도록 하는 필수적인 연료과정을 갖게 하고,

연료 상태나 구성에 따라 연료과정을 거친 규격화된 연료는 1차 가스(유기성 기체)화 할 수 있는 구조나 순간기화 장치를 이용하여 가스화하고, 다시 한 번 더 연소상태를 높일 목적으로 연속적인 2차 가스화장치로 하여 1번 이상을 추가로 가스화하여 연소 장치 및 구조에 공급하도록 구성하는 것의 특징을 가지며,

이때 연소장치 혹은 구조에 공급되는 가스는 2차 건조나 일부 탄화 목적의 연료화 과정에서 발생된 기체(유기성가스)모두를 연소장치의 연료로 사용하도록 하는 것으로 하였으며,

음식 폐기물, 오니, 하수슬러지 등의 재생 연료를 이용하기 위한 목적으로 하는 열분해 장치에 필요한 열은 폐 음식물을 기본으로 오니, 하수슬러지로 하는 처리하고자 하는 물질을 연료로 재생하여 얻는 열로 하는 것을 특징으로 하였다.

연소 방법은 가스 상태의 유기성 기체를 연소 하도록 하는 구조를 갖고 저 녹스 연소 구조를 갖도록 하여 친환경적으로 하여 녹스, 다이옥신 등의 유해 물질의 배출 농도가 환경부 기준 이하로 하는 것을 특징으로 한다.

Claims (2)

1. 삭제
2. 폐 음식물, 오니, 하수 슬러지 및 가축 분뇨를 포함하는 유기성 폐기물을 열처리 소독하여 악취를 제거하는 악취 제거 단계와,
   악취가 제거된 유기성 폐기물에 제올라이트를 혼합하여 유기성 폐기물의 수분이 제올라이트에 흡수되어 유기성 폐기물의 함수율을 낮추게 하는 제올라이트 혼합 단계와,
   유기성 폐기물과 제올라이트의 혼합물을 건조시키는 건조 단계와,
   건조된 유기성 폐기물과 제올라이트를 분리하는 제올라이트 분리 단계와,
   분리된 제올라이트는 재사용하고, 유기성 폐기물은 분쇄하여 분체화하는 분체화 단계와,
   건조 분체화 된 유기성 폐기물을 유기성 가스 발생기 내부에 저장한 후, 유기성 기체를 발생시키는 가스 발생기에 의해 상기 건조된 유기성 폐기물을 열분해 값의 온도로 가열하여 가스를 발생시키는 가스 생성 단계와, 생성된 가스를 가스연소장치로 연소하여 필요 열량을 얻는 단계로 되는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 처리 방법.