KR101705493B1 - 고회수율 및 고품질의 음식물 쓰레기 유분 분리 장치 - Google Patents

고회수율 및 고품질의 음식물 쓰레기 유분 분리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음식물 쓰레기로부터 고회수율 및 고품질로 유분을 분리할 수 있는 장치를 제공한다. 이를 위하여, 음식물 쓰레기가 수집되는 음식물 쓰레기 수집부(100); 상기 음식물 쓰레기 수집부(100)에서 수집된 음식물 쓰레기가 파쇄되는 파쇄부(200); 상기 파쇄부(200)에서 파쇄된 음식물 쓰레기가 펌프(P)에 의하여 유입되어 유분, 음폐수 및 건물로 삼상 분리되며, 분리된 음폐수를 배출하는 음폐수 배출 포트(320)를 포함하는 삼상 분리기(300); 상기 삼상 분리기(300)에서 분리된 유분이 유입되어 여과되는 여과부(400); 및 상기 여과부(400)에서 여과된 유분이 수집되는 유분 저류조(500)를 포함하며, 상기 음폐수 배출 포트(320)의 후단에 마이크로 버블 생성기(390)가 구비되어 배출되는 음폐수에 마이크로 버블이 유입되며, 상기 마이크로 버블이 유입된 음폐수가 상기 펌프(P)의 전단으로 유입되고 상기 펌프(P)에 의하여 상기 파쇄부(200)에서 파쇄된 음식물 쓰레기와 함께 상기 삼상 분리기(300)로 재유입되는, 음식물 쓰레기 유분 분리 장치를 제공한다.

Description

고회수율 및 고품질의 음식물 쓰레기 유분 분리 장치{Device for separating oil from food waste with high recovery rate and high quality}
본 발명은 음식물 쓰레기로부터 고회수율 및 고품질로서 유분을 분리할 수 있는 장치에 관한 것이다.
생활 쓰레기 중 음식물 쓰레기의 양은 점차 증가되는 추세로서, 국내의 경우 하루 약 20,000ton에 달하는 것으로 알려져 있다. 토양 및 지하수 오염을 방지하기 위해 2005년부터 음식물 쓰레기를 이용한 퇴비화, 사료화, 연료화가 도입되어 재활용되고 있다.
음식물 쓰레기 재활용을 위한 공정은 다양하나 파쇄 및 탈수 과정을 거쳐 탈리액이 발생하는 과정은 공통된다. 음식물 쓰레기의 탈리액에는 유분과, 음폐수와, 입자상 물질인 건물(乾物)이 공존한다. 이를 분리하기 위하여 삼상 분리기가 사용되기도 한다.
도 1을 참조하여, 종래 기술에 따른 음식물 쓰레치 유분 분리 장치로서 삼상 분리기를 채택한 장치를 설명한다.
탈수 공정 등을 거친 음식물 쓰레기(특히, 탈리액을 포함)은 음식물 쓰레기 수집부(100)에 수집되고, 거름부(110)를 거쳐 파쇄부(200)에 이른다.
파쇄부(200)에서 파쇄된 음식물 쓰레기는 삼상 분리기(300)에 이르러서, 원심력 및 비중 등에 의하여, 위에서부터 차례로, 유분, 음폐수 및 건물의 삼상(三相)으로 분리된다.
상부의 유분은 유분 배출 포트(310)를 통하여 배출되어 유분 저류조(500)에 수집된다. 유분 저류조(500)에서 수집된 유분은 바이오 연료화되어 주요 자원으로 재활용된다.
중간부의 음폐수는 음폐수 배출 포트(320)를 통하여 배출되어, 소정의 처리를 거쳐 하폐수 처리시설로 병합 처리하거나, 매립장으로의 이송되어 처리되는 것이 일반적이다. 다만, 도 1에 도시된 바와 같이 삼상 분리기(300)로 재유입되어 유분의 수집효율인 회수율을 상승시킬 수도 있으며, 이 때에 공기 탱크(380)로부터 공기가 더 주입될 수도 있다.
고형인 건물은 건물 배출 포트(330)를 통하여 배출된다. 배출된 건물은 사료화 또는 퇴비화 과정을 거쳐서 사료나 퇴비가 된다.
이러한 종래 기술에 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 유분 분리 효율이 좋지 않다. 즉, 유분의 수집효율인 회수율이 낮다. 일반적으로 음식물 쓰레기에서 유분의 회수율은 약 2% 정도인데, 이는 삼상 분리기(300)를 통하여 분리된 유분 층에도 여전히 일정량의 음폐수가 존재하며, 마찬가지로 음폐수 층에도 다량의 유분이 존재함에도 분리가 되지 않음에 기인한다.
둘째, 분리된 유분의 품질이 높지 못하다. 즉, 탁질이다. 유분 층에 미세 입자인 건물(예를 들어, 고춧가루) 또는 음폐수 등이 포함되어 있는 경우가 많고, 유분 저류조(500)에 수집된 유분을 그대로 고품질의 바이오 연료로서 사용하기 어렵다.
셋째, 유분 분리 장치 내에서 음식물 쓰레기를 이송시키는 공정이 어렵다. 음식물 쓰레기는 점도가 매우 다양한데, 높은 점도의 음식물 쓰레기는 파쇄부(200)로 이송되기도 어려울뿐더러, 파쇄된 이후에도 삼상 분리기(300)로 이송되기도 어렵다.
이러한 문제점을 해소하기 위한 종래 기술들이 존재한다.
한국등록특허 제10-1142928호는 삼상 분리기에서 분리된 유분을 감압 증발기 등을 이용하여 응축하여 증발액을 생성하고 남은 물질을 오일 필터에서 여과하며, 여기에서 발생된 피여과물질을 먼저 생성된 증발액을 혼합하여 다시 감압 증발기에 재공급함으로써, 유분의 품질을 향상시키고 유분의 수집효율인 회수율을 상승시키는 기술을 개시한다. 다만, 본 특허는 삼상 분리기에서 분리된 상층부의 유분만을 순환 대상으로 하기에, 삼상 분리기의 분리율이 낮은 상황에서는 높은 유분의 수집효율인 회수율을 확보하지 못한다. 즉, 삼상 분리기의 음폐수 층에 잔류된 유분을 회수할 수 없어서, 삼상 분리기의 유분 분리효율 이상의 회수율을 확보할 수 없다. 또한, 오일 필터의 여과 성능이 항상 오염을 유발할 수 있기에 안정성을 확보할 수 있다는 측면에서 장치의 구현이 의심스러우며, 높은 점도의 음식물 쓰레기가 이송되기 어렵다는 문제가 여전히 있다.
한국공개특허 제2001-0029631호는 미세기포를 이용한 음식물 쓰레기 분리 장치를 개시한다. 유분 분리 효율을 상승시키기 위하여 처리조에 미세기포를 공급한다. 이를 삼상 분리기에 적용할 경우 미세기포의 작용에 의하여 유분의 분리 효율이 상승될 것이 예상되나 처리조 자체에 미세기포를 단순 주입하는데 그치고 있기에 분리 효율 상승 정도가 만족할 만한 수준이 아니다.
KR 10-1142928 B1 KR 2001-0029631A JP 2006-035147A KR 10-1282596B1
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것이다.
구체적으로, 음식물 쓰레기 유분 분리 장치에 있어서, 유분의 수집효율인 회수율을 상승시켜서 동일한 음식물 쓰레기가 공급되어도 보다 많은 양의 유분을 확보하여 바이오 연료화할 수 있는 기술을 제안하고자 한다.
또한, 다양한 점도의 음식물 쓰레기가 공급되어도 원활하게 이송되어 처리될 수 있는 음식물 쓰레기 유분 분리 장치를 제안하고자 한다.
또한, 분리된 유분의 품질이 높도록, 다시 말해 탁질이 최소화되도록 미세 입자 등의 제거 효율이 높은 유분 분리 장치를 제안하고자 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 음식물 쓰레기가 수집되는 음식물 쓰레기 수집부(100); 상기 음식물 쓰레기 수집부(100)에서 수집된 음식물 쓰레기가 파쇄되는 파쇄부(200); 상기 파쇄부(200)에서 파쇄된 음식물 쓰레기가 펌프(P)에 의하여 유입되어 유분, 음폐수 및 건물로 삼상 분리되며, 분리된 음폐수를 배출하는 음폐수 배출 포트(320)를 포함하는 삼상 분리기(300); 상기 삼상 분리기(300)에서 분리된 유분이 유입되어 여과되는 여과부(400); 및 상기 여과부(400)에서 여과된 유분이 수집되는 유분 저류조(500)를 포함하며, 상기 음폐수 배출 포트(320)의 후단에 마이크로 버블 생성기(390)가 구비되어 배출되는 음폐수에 마이크로 버블이 유입되며, 상기 마이크로 버블이 유입된 음폐수가 상기 펌프(P)의 전단으로 유입되고 상기 펌프(P)에 의하여 상기 파쇄부(200)에서 파쇄된 음식물 쓰레기와 함께 상기 삼상 분리기(300)로 재유입되는, 음식물 쓰레기 유분 분리 장치를 제공한다.
또한, 상기 여과부(400)에 유입된 유분이 다시 유분, 음폐수 및 건물로 삼상 분리되고, 상기 건물 중 일부는 상기 여과부(400)의 바닥에 슬러리를 형성하고, 상기 여과부(400)에서 분리된 음폐수가 상기 음폐수 배출 포트(320)의 후단으로 유입되어 상기 삼상 분리기(300)에서 분리된 음폐수와 함께 상기 마이크로 버블 생성기(390)를 통과함으로써 마이크로 버블이 유입되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 음식물 쓰레기 수집부(100)의 후단에 음식물 쓰레기 내의 양과 수질과 수분 함량을 센싱하는 센서(S1)가 위치하여, 상기 센서(S1)가 센싱한 수분 함량이 미리 결정된 문턱값 미만인 경우, 상기 마이크로 버블이 유입된 음폐수가 상기 파쇄부(200)의 전단에 공급되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 여과부(400)가 무기막(410)을 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 무기막(410)의 재질은 세라믹, 스테인레스(SUS), 티타늄 등일 수 있다.
또한, 상기 여과부(400)의 하단의 여과되지 않은 음폐수 및 건물의 층과 상단의 유분층 사이의 하단 경계면에 마이크로 버블을 유입시키는 마이크로 버블 생성기(490)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유분 저류조(500)에 포함된 유분 중 일부가 상기 마이크로 버블 생성기(490)에 공급되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 음식물 쓰레기 수집부(100)의 후단에 위치하는 센서(S1)가 상기 파쇄부(200)로 이송되는 음식물 쓰레기의 양을 센싱하고, 상기 여과부(400)의 후단에 위치하는 센서(S2)가 상기 여과부(400)에서 여과된 유분의 양을 센싱하여, 센싱된 값들을 이용하여 회수율이 연산되며, 상기 여과부(400)에는 세정부(420)가 구비되며, 상기 연산된 회수율이 미리 결정된 문턱값 미만인 경우, 상기 세정부(420)가 상기 무기막(410)을 물리세정하는 것이 바람직하다. 여기서, 물리세정은 유분 역세척, 공기 역세척 등일 수 있다.
또한, 상기 세정부(420)가 상기 무기막(410)을 세정하는 경우, 상기 여과부(400)의 작동이 중단되며, 상기 삼상 분리기(300)의 작동이 중단되거나, 또는 상기 삼상 분리기(300)에서 분리된 유분이 상기 여과부(400)를 거치지 않고 상기 유분 저류조(500)에 직접 유입되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유분 저류조(500)에 수집된 유분 중 일부가 상기 세정부(420)에 공급되고, 상기 세정부(420)에 공급된 유분이 상기 무기막(410)을 물리세정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유분 분리 장치는, 상기 마이크로 버블 생성기(390)에 공기를 공급하는 공기 탱크(900)를 더 포함하고, 상기 공기 탱크(900)에 포함된 공기 중 일부가 상기 세정부(420)에 공급되고, 상기 세정부(420)에 공급된 유분이 상기 무기막(410)을 물리세정하며, 상기 공기 탱크(900)에 포함된 공기 중 다른 일부가 상기 여과부(400)의 하단의 여과되지 않은 음폐수 및 건물의 층과 상단의 유분층 사이의 하단 경계면에 마이크로 버블을 유입시키는 마이크로 버블 생성기(490)에 공기를 공급하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유분 처리 장치는, 상기 삼상 분리기(300)에서 분리되어 상기 여과부(400)로 유입되는 유분을 가열하는 가열부(600)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 여과부(400)는, 무기막(410) 및 세정부(420)를 포함하고, 상기 유분 저류조(500)에 수집된 유분 중 일부가 공급되어 상기 세정부(420)에 공급되고, 상기 세정부(420)에 공급된 유분이 상기 가열부(600)에 의하여 가열되어 상기 무기막(410)을 물리세정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하여 고회수율 및 고품질의 음식물 쓰레기 유분 분리 장치를 제공할 수 있다. 동일한 양의 음식물 쓰레기가 공급되어도 본 발명에 의할 경우 보다 높은 양의 유분이 회수되어 바이오 연료화될 수 있다. 이는 여과되지 못한 음폐수를 수 회에 걸쳐서 분리될 수 있도록 하여 회수율을 증가시키고, 가열부 및 마이크로 버블을 사용함으로써 유분의 분리 정도를 극대화시킴에 기인한다. 유분 회수율이 높기에, 경제성이 크게 증가함은 물론, 회수되는 양만큼 방류되는 음폐수의 양이 감소하여 친환경적이다.
본 발명자에 의한 랩 스케일(Lab Scale) 실험 결과, 종래의 일반적인 유분 회수율은 약 2.0%였으나, 본 발명이 적용되어 약 20% 상승한 2.4%에 이르는 것으로 확인되었다.
또한, 고점도의 음식물 쓰레기가 공급되어도 본 발명에 의하여 원활하게 삼상 분리기로 이송될 수 있어서, 장비의 내구성이 증가하고 유지 보수의 필요성이 적어져서 경제적이다.
또한, 무기막의 적용에 의하여 탁질이 최소화된 고품질의 유분을 확보할 수 있다. 공극 크기가 작은 무기막의 적용으로, 오일 필터 등으로 여과되지 않는 고춧가루 등의 미세 입자가 걸러지며, 가열부가 적용되어 더 많은 음폐수 내지 건물이 분리될 수 있다.
본 발명에서의 무기막은 pH가 낮은 음식물 쓰레기의 특성에도 우수한 내구성을 갖는다. 즉, 내부식성과 내열성이 우수하여, 오일 필터와 같이 오염에 의한 잦은 교체가 필요하지 않다. 또한, 별도의 세정부가 구비되며, 막오염 정도에 따라 자동으로 물리세정이 이루어져서, 유지 보수가 용이하여 경제적이다.
물리세정이 이루어지는 동안에도 연속식으로 삼상 분리기의 작동이 이루어질 수 있어서, 생산성이 우수하다.
또한, 마이크로 버블에 의한 산화 효과로 음식물 쓰레기의 악취가 저감된다.
도 1은 종래 기술에 따른 음식물 쓰레기 유분 분리 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 음식물 쓰레기 유분 분리 장치의 개략도이다.
이하에서, "무기막"은 세라믹, 스테인레스, 티타늄 등의 무기 재질로 형성된 막(membrane)을 의미한다.
이하에서, "회수율", 또는 "유분의 회수율"은 음식물 쓰레기의 양에 대비하여 수집되는 유분의 수집 효율을 의미한다.
이하에서, "하단 경계면"은 여과부에서 물질이 유분과 음폐수와 건물로 분리되는 경우 상단의 유분층과 하단의 음폐수 및 건물의 층 사이의 경계면을 의미한다(도 2 참조).
1.1 음식물 쓰레기 유분 분리 장치의 설명
이하, 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 음식물 쓰레기 유분 분리 장치를 설명한다.
본 발명에 따른 음식물 쓰레기 유분 분리 장치는, 종래 기술의 음식물 쓰레기 유분 분리 장치와 유사하게, 음식물 쓰레기가 수집되는 음식물 쓰레기 수집부(100); 수집된 음식물 쓰레기를 1차로 거르는 거름부(110); 수집된 음식물 쓰레기가 파쇄되는 파쇄부(200); 파쇄부(200)에서 파쇄된 음식물 쓰레기가 펌프(P)에 의하여 유입되어, 유분, 음폐수, 및 건물로 삼상 분리되는 삼상 분리기(300); 및 상기 삼상 분리기(300)에서 분리된 유분이 수집되는 유분 저류조(500)를 포함한다.
삼상 분리기(300)는 유분, 음폐수 및 건물을 삼상의 각 층으로 분리하는 어떠한 기기이어도 무방하다. 예를 들어, 비중 및 원심력에 의하여 분리할 수 있다.
삼상 분리기(300)는, 분리된 유분을 배출하는 유분 배출 포트(310), 분리된 음폐수를 배출하는 음폐수 배출 포트(320) 및 분리된 건물을 배출하는 건물 배출 포트(310)를 포함한다. 위에서부터 차례로 유분, 음폐수 및 건물로 분리되는바, 각 배출 포트들도 이러한 순서에 의하여 배열된다.
중간부의 음폐수는 음폐수 배출 포트(320)를 통하여 배출된다. 이는 소정의 처리를 거쳐 하폐수 처리시설로 병합 처리하거나, 매립장으로의 이송되어 처리되는 것이 일반적이나, 후술할 바와 같이 마이크로 버블 생성기(390)로 유입될 수도 있다. 바닥부의 건물은 건물 배출 포트(330)를 통하여 배출되어 사료나 퇴비가 된다.
유분 배출 포트(310)에서 배출된 유분은 여과부(400)에 유입된다. 여과부(400)에서 여과된 유분은 유분 저류조(500)로 유입된다. 여과부(400)는 무기막(410)을 포함하는 것이 바람직하다. 여과부(400)는 아래에서 상술한다.
경우에 따라, 유분 배출 포트(310)에서 배출된 유분은, 밸브(V2)의 조작에 의하여, 여과부(400)를 통과하지 않고 유분 저류조(500)로 이송된다. 여과부(400)를 통과한 유분과 비교하면 이송된 유분의 품질이 상대적으로 낮다. 다만, 후술할 바와 같이 여과부(400)가 세정 중인 경우, 또는 음식물 쓰레기 자체에 오염 물질이 적음 등의 이유로 삼상 분리기(300)에서 분리된 유분의 품질이 비교적 높은 경우, 이러한 방식이 이용될 수 있다.
1.2 마이크로 버블 생성기(390)의 설명
본 발명에 따른 유분 분리 장치에서는, 음폐수 배출 포트(320)의 후단에 마이크로 버블 생성기(390)를 포함한다. 즉, 삼상 분리기(300)에서 분리되어 음폐수 배출 포트(320)로부터 배출되는 음폐수가 마이크로 버블 생성기(390)를 통과하는 시점에 별도의 공기 탱크(900)로부터의 공기가 유입됨으로써 마이크로 버블이 유입된 음폐수가 형성되어 삼상 분리기(300)로 재유입된다.
다른 실시예에서는, 마이크로 버블이 유입된 음폐수에, 여과부(400)에서 여과되고 남은 음폐수가 혼입될 수도 있다. 이 경우, 여과부(400)에서 여과되지 못한 음폐수에 잔존하는 유분마저도 삼상 분리기(300)에서 다시 분리될 수 있어서 회수율이 증가한다.
마이크로 버블이 유입된 음폐수(경우에 따라, 여과부(400)로부터의 음폐수를 포함)는 다음의 두 가지 방법으로 본 발명에 따른 유분 분리 장치에 전달된다. 두 가지 방법의 선택은, 마이크로 버블 생성기(390)의 후단에서 파쇄부(200)의 전단 및 후단으로 분기되는 분기 지점에 위치한 밸브(V1)에 의한다.
첫째, 마이크로 버블이 유입된 음폐수가 펌프(P)의 전단으로 유입되어 파쇄부(200)에서 파쇄된 음식물 쓰레기와 함께 삼상 분리기(300)로 유입된다.
펌프(P)의 전단으로 유입되기 때문에 별도의 동력 장치 없이도 삼상 분리기(300)로 자연스럽게 유입될 수 있다는 점, 파쇄부(200)에서 파쇄되어 크기가 작아진 음식물 쓰레기들 사이로 마이크로 버블이 유입됨으로써 삼상 분리기(300)로의 전체적인 이송에 도움을 준다는 점이 장점이다.
또한, 마이크로 버블이 유입된 음폐수가 삼상 분리기(300) 내에 유입되면 마이크로 버블이 상승하면서 음폐수 층에 포함된 유분을 상승시켜 삼상 분리기(300)의 유분 분리 효율이 증가하고, 일반적으로 배출되는 음폐수를 다시 한번 삼상 분리기(300)로 유입시켜서 분리하므로, 유분의 회수율이 크게 증가한다. 본 발명자에 의한 실험에서 약 20% 회수율이 증가함을 확인하였다.
둘째, 마이크로 버블이 유입된 음폐수가 파쇄부(200)의 전단으로 유입될 수 있다.
이는, 음식물 쓰레기 수집부(100)에서 수집된 음식물 쓰레기의 이송이 현저히 어려울 정도로 수분 함량이 낮은 경우에 적용될 수 있다. 즉, 마이크로 버블이 유입된 음폐수가 수분 함량이 낮은 처리 전 음식물 쓰레기에 혼입되어 가수 역할을 함으로써 음식물 쓰레기의 이송을 도울 수 있다. 또한, 마이크로 버블의 산화 효과로 음식물 쓰레기의 악취를 저감할 수 있다.
이를 위하여, 음식물 쓰레기 수집부(100)의 후단에 음식물 쓰레기의 양과 수질(즉, 수질 입자)와 음식물 쓰레기 내의 수분 함량(즉, 함수율)을 센싱하는 센서(S1)가 위치한다. 센서(S1)가 센싱한 음식물 쓰레기의 수분 함량이 미리 결정된 문턱값 미만인 경우 밸브(V1)가 작동되어 마이크로 버블이 유입된 음폐수가 두 번째 방법인 파쇄부(200)의 전단으로 이송되도록 제어된다.
1.3 여과부(400)의 설명
여과부(400)에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 유분 분리 장치의 여과부(400)는 무기막(410)을 포함한다. 도 2에서는 무기막(410)이 침지식으로 구성되나, 가압식 또는 다른 어떠한 방식으로 구성되어도 무방하다.
삼상 분리기(300)로부터 이송된 유분에는 음폐수와 건물이 일부 포함되어 있다. 무기막(410)이 이를 여과하여 다시 유분과, 음폐수와, 건물이 포함된 슬러리 층의 삼상으로 분리한다. 물론, 삼상 분리기(300)에서의 분리와 달리 유분의 층의 전체 대비 비율은 약 70 ~ 95%로서 가장 높다. 또한, 여과부(400)로 이송된 유분이 포함된 건물 중 일부는 무기막(410)에 걸려지지만 입자가 비교적 큰 건물은 슬러리를 형성하여 바닥에 중력 침전된다.
중간부의 음폐수는 전술한 바와 같이 마이크로 버블 생성기(390)로 유입된다. 바닥부의 건물(즉, 슬러리)는 삼상 분리기(300)에서 분리된 건물과 합쳐져서 사료화 또는 비료화된다.
한편, 여과부(400)에 유입되는 유분은 가열부(600)에 의하여 가열될 수 있다. 음폐수의 가열시 고액 분리 성능이 증가하는바, 여과부(400)에서의 고액 분리의 여과 성능을 보다 상승시키고, 유분의 회수율을 상승시킨다.
한국등록특허 제10-1142928호의 경우와 같이, 유분을 여과하는 경우 오일 필터를 사용하는 것이 일반적이다. 그러나, 부직포와 같이 유기막으로 구성되는 오일 필터는 음식물 쓰레기를 여과하기에 많은 단점이 있다.
첫째, 내열성이 없어서 분리 효율을 상승시키기 위한 가열부를 채택할 수 없다.
둘째, 내부식성이 작아서 잦은 교체가 필요하다. 음식물 쓰레기 탈리액은 pH가 낮기에 내부식성이 작은 오일 필터는 자주 교체하여야 하며, 이에 따라 유지 보수 비용이 크게 증가한다.
셋째, 오일 필터 공극 크기(pore size)가 80 내지 250㎛로서 비교적 큰 편이며 일정하지 못하다. 삼상 분리기(300)에서 분리되지 못한 음식물 쓰레기의 건물은 입자 크기가 매우 작은 물질을 다수 포함하는데, 오일 필터에서는 걸러지지 않는다.
이에 반하여, 무기막(410)은, 내열성이 커서 별도의 가열부(600)를 통하여 가열된 유분이 유입되어 높은 분리 효율을 이룩할 수 있다. 또한, 내부식성이 커서 pH가 높은 음식물 쓰레기 탈리액이 유입되어도 멤브레인에 영향이 거의 없기에 높은 수명을 보여준다. 또한, 공극 크기가 0.1 내지 0.4㎛로 비교적 작고 일정하여(90% 이상 평균 공극) 대부분의 음식물 쓰레기의 건물을 여과할 수 있다.
한편, 여과부(400)의 하단 경계면에 마이크로 버블을 유입시키는 마이크로 버블 생성기(490)가 더 구비될 수 있다. 여과부(400)에서 여과되지 않은 피여과 물질인 음폐수와 건물은 여과부(400)의 하단에 침전되는데, 여과된 유분층과 여과되지 않은 음폐수 및 건물의 층 사이가 하단 경계면이다. 이러한 여과부(400)의 하단 경계면에 마이크로 버블이 공급됨으로써 음폐수를 포함한 피처리 물질과 유분을 효율적으로 분리하기에 유분이 더 회수될 수 있으며 무기막(410)의 분리 효율을 증가시켜서 고품질의 유분을 분리할 수 있다.
밸브(V3, V4)를 조작하여 유분 저류조(500)에 저류된 유분이 마이크로 버블 생성기(490)로 유입된다. 이 때에 공기 탱크(900)로부터 공기가 유입됨으로써, 마이크로 버블이 유입된 유분을 생성한다. 마이크로 버블이 유입된 유분은 여과부(400)의 하단 경계면으로부터 공급되어 부상됨으로써, 하단 경계면 주변에 침전된 슬러리 또는 음폐수 층에 포함된 유분을 더 분리한다. 이에 따라 회수율이 증가된다.
여기에서 사용되는 공기 탱크(900)는 전술한 마이크로 버블 생성기(390)에 공기를 공급하는 공기 탱크(900)와 공용으로 사용될 수 있어서, 초기 설비 투자 비용과 유지 보수 비용을 더욱 감소시킬 수 있다.
1.4 세정부(420)의 설명
본 발명에 따른 유분 분리 장치는 무기막(410)을 채택하여 반영구적인 사용이 가능하되, 여과 공정이 진행됨에 따라 막오염이 진행되므로, 이를 세정하기 위한 세정부(420)를 설명한다.
음식물 쓰레기 수집부(100)의 후단에 구비된 센서(S1)는 전술한 바와 같이 음식물 쓰레기의 수분 함량은 물론 이송되는 음식물 쓰레기의 양을 센싱할 수 있다. 이와 별도로, 여과부(400)의 후단에는 분리된 유분의 양을 센싱하는 센서(S2)가 위치한다. 센서(S1, S2)에서 각각 센싱된 음식물 쓰레기의 양과 유분의 양을 이용하여 유분의 회수율이 연산된다. 한편, 센서(S2) 역시 유분의 전체 양과 수질을 센싱할 수도 있다.
따라서, 연산된 유분 회수율이 미리 결정된 문턱값 미만인 경우 세정부(420)가 작동하여 무기막(410)을 세정하게 된다.
세정부(420)는 물리세정 및 화학세정이 모두 가능하나, 주로 물리세정을 수행한다.
물리세정은 유분을 이용한 유분 역세척, 또는 공기를 이용한 공기 역세척을 포함할 수 있다.
유분을 이용할 경우, 밸브(V3, V4)의 조작으로 유분 저류조(500) 내의 유분이 세정부(420)에 유입된다. 유입된 유분은 무기막(410)을 여과압력 이상의 고압으로 물리세정한다. 전술한 바와 같이, 물리세정은 유분 역세척 또는 공기 역세척을 포함하는 역세척(backwashing)일 수 있다. 유분은 가열부(600)에 의하여 가열되어 여과부(400)에 공급될 수 있어서 세정 효율을 증가시킨다. 가열부(600)는 삼상 분리기(300)에서 분리된 유분을 가열하는 가열부(600)와 공용으로 사용될 수 있어서, 초기 설비 투자 비용과 유지 보수 비용을 더욱 감소시킬 수 있다.
공기를 이용할 경우, 공기 탱크(900)에 포함된 공기가 세정부(420)를 통하여 여과압력 이상의 고압으로 무기막(410)을 물리세정할 수도 있다. 이 때에 공기 탱크(900)는 전술한 마이크로 버블 생성기(390, 490)에 공기를 공급하는 공기 탱크(900)와 공용으로 사용될 수 있어서, 초기 설비 투자 비용과 유지 보수 비용을 더욱 감소시킬 수 있다.
화학세정을 위하여 화학약품 저장조(미도시)에 포함된 화학약품과 물이 세정부(420)를 통하여 여과부(400)에 유입된다.
한편, 세정 동작 중에는 여과부(400)의 여과 동작이 중지되어야 한다. 이를 위하여 삼상 분리기(300)의 동작 역시 중지되어야 하지만, 경우에 따라 삼상 분리기(300)의 연속식 작동이 필요한 경우 전술한 바와 같이 밸브(V2)를 작동시켜 여과부(400)를 거치지 않고 바로 유분 저류조(500)에 분리된 유분이 유입하도록 할 수도 있다.
2.1 음식물 쓰레기 유분 분리 장치의 동작 설명
음식물 쓰레기 수집부(100)에서 수집된 음식물 쓰레기는 거름부(110)를 거쳐 파쇄부(200)에서 파쇄된다. 이 과정에서 음식물 쓰레기의 수분 함량이 낮은 것으로 센서(S1)가 센싱한 경우, 삼상 분리기(300) 내지 여과부(400)에서 분리된 음폐수가 유입되어 이송을 원활하게 한다.
파쇄부(200)에서 파쇄된 음식물 쓰레기는 펌프(P)에 의하여 삼상 분리기(300)로 이송된다. 삼상 분리기(300) 내지 여과부(400)에서 분리된 음폐수가 마이크로 버블과 함께 유입되어 삼상 분리기(300)에 함께 공급될 수 있다. 이로 인하여 회수율이 증가한다.
삼상 분리기(300)는 음식물 쓰레기를 유분, 음폐수 및 건물로 분리한다.
음폐수는 음폐수 배출 포트(320)를 통하여 배출되는데, 소정의 처리를 거쳐 하폐수 처리시설로 병합 처리되거나, 매립장으로의 이송되어 처리되는 것이 일반적이며, 또는 일부가 본 발명의 처리 장치 내의 마이크로 버블 생성기(390)를 향해 배출되어 삼상 분리기(300)에 재유입된다.
건물은 건물 배출 포트(330)를 통하여 배출되어 사료화 또는 비료화된다.
유분은 유분 배출 포트(310)를 통하여 배출되는데, 여과부(400)로 이송되거나, 또는 음식물 쓰레기 자체의 입자성 오염 물질이 적은 경우 또는 여과부(400)가 세정 중인 경우에는 유분 저류조(500)로 이송된다.
여과부(400)로 이송되는 유분은 가열부(600)에 의하여 일정 온도로 가열되어 이송됨으로써, 여과부(400)의 분리 효율을 증진시킨다.
여과부(400)에 포함된 무기막(410)에 의하여, 유입된 유분에서 다시 음폐수와 건물이 분리된다. 건물은 침전되어 슬러리를 형성한다.
여과 처리된 유분은 입자성 물질이 거의 없는 고품질의 유분으로서 유분 저류조(500)에 저류된다.
분리된 음폐수는 삼상 분리기(300)에서 분리된 음폐수와 함께 마이크로 버블 생성기(390)로 이송된 후, 다시 삼상 분리기(300)로 유입됨으로써 회수율을 증가시킨다.
건물은 삼상 분리기(300)에서 배출된 건물과 함께 사료화 또는 비료화된다.
한편, 유분 저류조(500)에 저류된 유분 중 일부는 마이크로 버블 생성기(490)에 유입되어, 마이크로 버블과 함께 여과부(400)의 하단 경계면 주변에 유입된다. 유입된 마이크로 버블이 상승하면서 음폐수 또는 건물 내의 유분을 더 분리하여 회수율을 증가시킨다.
2.2 여과부(400)의 세정 방법의 설명
센서(S1)에서 센싱된 음식물 쓰레기의 양과 센서(S2)에서 센싱된 유분의 양을 이용하여 연산된 회수율이 미리 결정된 문턱값 미만인 경우 세정부(420)가 작동하여 여과부(400)를 세정한다.
세정을 위하여, 먼저 여과부(400)의 작동이 중지된다. 삼상 분리기(300)의 작동도 함께 중지될 수도 있으며, 경우에 따라 삼상 분리기(300)는 연속식으로 작동되되 분리된 유분이 바로 유분 저류조(500)에 저류될 수도 있다.
물리세정과 화학세정이 모두 가능하다.
물리세정은 유분을 이용한 유분 역세척, 또는 공기를 이용한 공기 역세척일 수 있다.
유분을 이용할 경우, 유분 저류조(500)에 저류된 유분 일부가 밸브(V3, V4)의 작동에 의하여 세정부(420)를 통하여 여과부(400)에 공급되어 무기막(410)을 여과압력 이상의 고압으로 물리세정한다. 공급시 가열부(600)에 의하여 유분이 가열됨으로써 세정 효율을 증진시킬 수 있다.
공기를 이용할 경우, 공기 탱크(900)로부터 여과압력 이상의 고압의 공기가 여과부(400)에 공급되어, 무기막(410)을 물리세정한다.
화학세정은 별도의 화학약품을 이용한다. 별도의 화학약품 저장조(미도시)에 포함된 화학약품과 물이 세정부(420)를 통하여 여과부(400)에 유입되어 화학세정이 이루어진다.
이상, 본 명세서에는 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 본 발명의 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
100: 음식물 쓰레기 수집부
110: 거름부
200: 파쇄부
300: 삼상 분리기
310: 유분 배출 포트
320: 음폐수 배출 포트
330: 건물 배출 포트
380: 공기 탱크
390: 마이크로 버블 생성기
400: 여과부
410: 무기막
420: 세정부
490: 마이크로 버블 생성기
500: 유분 저류조
600: 가열부
900: 공기 탱크
S1, S2: 센서
V1, V2, V3, V4: 밸브
P: 펌프

Claims (12)

  1. 음식물 쓰레기가 수집되는 음식물 쓰레기 수집부(100);
    상기 음식물 쓰레기 수집부(100)에서 수집된 음식물 쓰레기가 파쇄되는 파쇄부(200);
    상기 파쇄부(200)에서 파쇄된 음식물 쓰레기가 펌프(P)에 의하여 유입되어 유분, 음폐수 및 건물로 삼상 분리되며, 분리된 음폐수를 배출하는 음폐수 배출 포트(320)를 포함하는 삼상 분리기(300);
    상기 삼상 분리기(300)에서 분리된 유분이 유입되어 여과되는 여과부(400); 및
    상기 여과부(400)에서 여과된 유분이 수집되는 유분 저류조(500)를 포함하며,
    상기 여과부(400)에 유입된 유분이 다시 유분, 음폐수 및 건물로 삼상 분리되고, 상기 건물 중 일부는 상기 여과부(400)의 바닥에 슬러리를 형성하고,
    상기 여과부(400)에서 분리된 음폐수가 상기 음폐수 배출 포트(320)의 후단으로 유입되어 상기 삼상 분리기(300)에서 분리된 음폐수와 함께 마이크로 버블 생성기(390)를 통과함으로써 마이크로 버블이 유입되며,
    상기 음폐수 배출 포트(320)의 후단에 상기 마이크로 버블 생성기(390)가 구비되어 배출되는 음폐수에 마이크로 버블이 유입되며, 상기 마이크로 버블이 유입된 음폐수가 상기 펌프(P)의 전단으로 유입되고 상기 펌프(P)에 의하여 상기 파쇄부(200)에서 파쇄된 음식물 쓰레기와 함께 상기 삼상 분리기(300)로 재유입되는,
    음식물 쓰레기 유분 분리 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 음식물 쓰레기 수집부(100)의 후단에 음식물 쓰레기 내의 수분 함량을 센싱하는 센서(S1)가 위치하여,
    상기 센서(S1)가 센싱한 수분 함량이 미리 결정된 문턱값 미만인 경우, 상기 마이크로 버블이 유입된 음폐수가 상기 파쇄부(200)의 전단에 공급되는,
    음식물 쓰레기 유분 분리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 여과부(400)가 무기막(410)을 포함하는,
    음식물 쓰레기 유분 분리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 여과부(400)의 하단의 여과되지 않은 음폐수 및 건물의 층과 상단의 유분층 사이의 하단 경계면에 마이크로 버블을 유입시키는 마이크로 버블 생성기(490)를 더 포함하는,
    음식물 쓰레기 유분 분리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 유분 저류조(500)에 포함된 유분 중 일부가 상기 마이크로 버블 생성기(490)에 공급되는,
    음식물 쓰레기 유분 분리 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 음식물 쓰레기 수집부(100)의 후단에 위치하는 센서(S1)가 상기 파쇄부(200)로 이송되는 음식물 쓰레기의 양을 센싱하고, 상기 여과부(400)의 후단에 위치하는 센서(S2)가 상기 여과부(400)에서 여과된 유분의 양을 센싱하여, 센싱된 값들을 이용하여 회수율이 연산되며,
    상기 여과부(400)에는 세정부(420)가 구비되며,
    상기 연산된 회수율이 미리 결정된 문턱값 미만인 경우, 상기 세정부(420)가 상기 무기막(410)을 세정하는,
    음식물 쓰레기 유분 분리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 세정부(420)가 상기 무기막(410)을 세정하는 경우,
    상기 여과부(400)의 작동이 중단되며,
    상기 삼상 분리기(300)의 작동이 중단되거나, 또는 상기 삼상 분리기(300)에서 분리된 유분이 상기 여과부(400)를 거치지 않고 상기 유분 저류조(500)에 직접 유입되는,
    음식물 쓰레기 유분 분리 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 유분 저류조(500)에 수집된 유분 중 일부가 상기 세정부(420)에 공급되고, 상기 세정부(420)에 공급된 유분이 상기 무기막(410)을 물리세정하는,
    음식물 쓰레기 유분 분리 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 유분 분리 장치는, 상기 마이크로 버블 생성기(390)에 공기를 공급하는 공기 탱크(900)를 더 포함하고,
    상기 공기 탱크(900)에 포함된 공기 중 일부가 상기 세정부(420)에 공급되고, 상기 세정부(420)에 공급된 공기가 여과압력 이상의 고압으로 상기 무기막(410)을 물리세정하며,
    상기 공기 탱크(900)에 포함된 공기 중 다른 일부가 상기 여과부(400)의 하단의 여과되지 않은 음폐수 및 건물의 층과 상단의 유분층 사이의 하단 경계면에 마이크로 버블을 유입시키는 마이크로 버블 생성기(490)에 공기를 공급하는,
    음식물 쓰레기 유분 분리 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 유분 처리 장치는, 상기 삼상 분리기(300)에서 분리되어 상기 여과부(400)로 유입되는 유분을 가열하는 가열부(600)를 더 포함하는,
    음식물 쓰레기 유분 분리 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 여과부(400)는, 무기막(410) 및 세정부(420)를 포함하고,
    상기 유분 저류조(500)에 수집된 유분 중 일부가 공급되어 상기 세정부(420)에 공급되고, 상기 세정부(420)에 공급된 유분이 상기 가열부(600)에 의하여 가열되어 상기 무기막(410)을 물리세정하는,
    음식물 쓰레기 유분 분리 장치.
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