KR101767256B1 - 음폐수를 무방류하는 음식물쓰레기 처리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 음폐수를 무방류하는 음식물쓰레기 처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 음식물쓰레기를 처리하는 과정에서 가축분뇨건조물과 생석회를 혼합하여 반응시키고, 이산화탄소를 공급하는 부숙단계를 포함함으로써 별도의 탈수과정 없이도 반응물의 함수율과 염분농도를 대폭적으로 낮출 수 있는 음식물쓰레기를 처리하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 음폐수를 무방류하는 음식물쓰레기 처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 음식물쓰레기를 처리하는 과정에서 가축분뇨건조물과 생석회를 혼합하여 반응시키고, 이산화탄소를 공급하는 부숙단계를 포함함으로써 별도의 탈수과정 없이도 반응물의 함수율과 염분농도를 대폭적으로 낮출 수 있는 음식물쓰레기를 처리하는 방법에 관한 것이다.
현대 사회에서는 음식물쓰레기의 양이 증대하면서, 음식물쓰레기를 처리하기 위한 여러 방안들이 모색되고 있다.
종래 음식물쓰레기의 처리 방안으로서, 소각 또는 매립에 의한 방안이 활용되었으나, 소각의 경우 대기오염의 문제가 심각하였고, 매립의 경우 매립지 확보의 어려움, 및 매립 후 침출수에 의한 지하수나 토양 오염의 문제가 있었다.
이에, 음식물 쓰레기가 유기물의 함량이 풍부하고 중금속이나 농약 등의 인공 독성물질이나 자연독성을 함유하지 않기 때문에 농업용 비료나 가축의 사료 등으로 재활용할 수 있는 기술들이 많이 개발되고 있다. 하지만 상기 음식물쓰레기를 처리하는 과정에서 탈수과정이 필수적으로 수행되어야 하며, 상기 탈수과정에서 발생되는 음폐수(음식물쓰레기에서 발생된 폐수)는 고염도를 갖기 때문에 별도의 염분처리 후 방류해햐 하는 번거로움이 있다. 또한, 탈수과정을 수행하고 남은 찌꺼기에도 염분이 다량 함유되어 있으므로, 이를 이용하여 농업용 비료로 다년간 사용될 경우, 음식물 쓰레기에 포함된 염분이 토양에 집적됨으로써, 식물 재배에 심각한 문제가 발생하여 사용이 기피되고 있는 실정이다.
상기 음식물쓰레기를 활용하는 대표적으로 비료분야가 있으며, 비료분야에서 음식물쓰레기의 염분을 제거하기 위한 다양한 기술이 제시되고 있다.
한국등록특허 제10-0450718호(2004.09.20.등록; 이하 '선행문헌1'이라 함)에는 음식물쓰레기 내에 함유된 염분을 아토마이징처리된 제강슬래그와 혼합시켜 제강슬래그 내의 활성화 CaO와 음식물쓰레기 내의 NaCl이 서로 치환반응이 일어나게 함으로써 음식물쓰레기 내의 염분이 감소된 유기비료를 제조하는 방법이 개시되어 있으나, 이러한 방법은 제강슬래그를 아토마이징처리하는 공정이 반드시 필요하여 이에 따른 공정처리비용이 상승하고 작업이 번거로운 문제가 있었다.
또한, 한국등록특허 제10-0884601호(2009.02.12.등록; 이하 '선행문헌2'이라 함)에는, 음식물 쓰레기 등의 유기성폐기물처리방법으로서, 소각장 등에서 발생되는 폐열을 이용하여 유기성폐기물을 예열하면서 예열 장치로 열을 더 가하여 1차 가온 교반하여 안정화시킨 후, 폐 굴껍질을 혼합하여 2차 가온 교반하여 안정화시키는 공정을 포함하는 유기성폐기물 처리방법이 개시되어 있으나, 이러한 처리방법은 폐열을 공급할 수 있는 소각장 등의 시설 등이 갖추어져야 하는 문제가 있었다.
또한, 한국등록특허 제10-1178450호(2012.08.24.등록; 이하 '선행문헌3'이라 함)에는, 음식물 등과 같은 유기성 쓰레기를 생석회 및 탈취 및 수분 조절제인 코코피트와 혼합 교반하여, 물리, 화학적 반응을 유도하여 석회처리 비료를 제조하는 방법이 있으나, 이와 같이 단순히 코코피트와 생석회만을 음식물 쓰레기와 혼합 교반하는 방법은 반응 효율이 높지 않고, 수분을 제거하기 위해 상대적으로 많은 생석회를 첨가해야 하는 문제점이 있다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 음식물쓰레기 처리방법은,
음식물쓰레기를 음폐수 무방류로 처리할 수 있는 방법을 제공하는 것이다. 특히 음식물처리과정에 탈수과정 없이 함수율을 낮출 수 있고 염분농도도 저감시킬 수 있으며, 제조된 완제품의 일부를 초기 음식물파쇄물과 혼합시킴으로써 별도의 수분저감제 없이 수분함량을 낮춰 건조비용을 절감시킬 수 있는 음식물쓰레기 처리방법의 제공을 목적으로 한다.
상기 과제를 해소하기 위한 본 발명의 음식물쓰레기 처리방법은,
음폐수를 무방류하여 음식물쓰레기를 처리하는 방법에 있어서, 음식물쓰레기에 포함된 이물질을 선별하고, 음식물쓰레기를 파쇄하는 선별 및 파쇄 단계; 반응기에 파쇄된 음식물쓰레기를 투입하고, 생석회와 가축분뇨건조물을 투입한 후 교반하는 혼합단계; 상기 혼합단계에서 투입된 생석회와 음폐수가 반응하면서 고온의 반응열을 발생시키고, 반응열에 의해 수분증발이 이루어지도록 하는 반응단계; 반응이 완료되면 반응단계에서 발생된 가스와 수증기를 배출시키는 가스 및 수증기 배출단계; 상기 가스 및 수증기 배출 후 일정시간 교반만 수행하여 부숙이 이루어지도록 하는 부숙단계; 상기 부숙이 완료된 반응물의 함수율 10~20%, 염분농도 1%이하의 건조물로 건조시키는 건조단계; 및 상기 건조단계에서 배출되는 건조물의 일부는 혼합단계로 순환시켜 음식물쓰레기 100중량부에 대해 건조물 10~50중량부로 혼합교반되도록 하고, 순환되지 않은 잔량의 건조물을 제품화하는 순환혼합 및 제품화단계;로 이루어진다.
상기 혼합단계는, 선별 및 파쇄된 음식물쓰레기 100 중량부에 대하여, 생석회 3 ~ 5 중량부 및 함수율이 10% 이하인 가축분뇨건조물 10~20 중량부가 혼합될 수 있다.
또한, 상기 가축분뇨건조물은 축산분뇨 100 중량부에 대하여 왕겨 30~50 중량부를 혼합하여 함수율이 10% 이하로 건조된 것이다.
또한, 가스 및 수증기 배출단계의 고온의 가스와 수증기는 선별 및 파쇄단계로 공급하여 파쇄되는 음식물쓰레기를 예열시키는 열교환예열단계;가 더 이루어질 수 있다.
또한, 상기 부숙단계에는 이산화탄소 또는 공기를 지속적으로 공급할 수 있다.
또한, 상기 가축분뇨건조물은 코코피트 또는 사탕수수껍질 건조물을 동일 중량으로 대체하여 공급할 수 있다.
상기 해결수단에 의한 본 발명의 음식물쓰레기 처리방법은,
분쇄된 음식물쓰레기를 별도의 탈수과정없이 처리할 수 있으므로, 탈수과정에서 발생되는 염분을 다량 포함함 수분의 배출을 억제하고, 배출수를 처리하는 후처리공정을 생략할 수 있어 토질오염을 방지할 수 있다.
또한, 수분제거 또는 감소를 위해 다량 투입한 가축분뇨건조물은 다양한 영양분을 제공하면서, 수분을 넓게 분포시켜 표면적을 증가시킴으로써 생석회와 수분이 반응하여 발생된 열의 흡수율을 높일 수 있으므로 증발에 의한 함수율을 낮출수 있으며, 1차 건조처리물의 일부를 초기 분쇄된 음식물쓰레기와 다시 혼합함으로써 가축분뇨건조물의 투입량 증가없이 수분흡수율을 더욱 증대시킬 수 있다.
또한, 부숙단계에서 이산화탄소를 공급하여 염분농도를 0.5% 이하로 감소시킬 수 있으므로, 토양개질제 또는 비료로 다년간 사용되더라고 토양에 염분 축적으로 인한 작물 생장 저해를 방지할 수 있고, 화학비료의 사용량을 줄이면서도 생산량을 향상시킬 수 있고, 추가 건조를 통한 고형화를 통해 보조연료로도 사용할 수 있는 등 다양한 분야로의 사용이 가능한 음식물쓰레기 처리방법의 제공이 가능하게 되었다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음폐수를 무방류하는 음식물쓰레기 처리방법의 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 열교환예열단계가 포함된 실시예를 도시한 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 열교환예열단계가 포함된 실시예를 도시한 순서도.
이하, 본 발명을, 바람직한 실시예를 통하여 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 음폐수를 무방류하는 음식물쓰레기 처리방법은, 음식물쓰레기에 포함된 이물질을 선별하고, 음식물쓰레기를 파쇄하는 선별 및 파쇄 단계(S1); 반응기에 파쇄된 음식물쓰레기를 투입하고, 생석회와 가축분뇨건조물을 투입한 후 교반하는 혼합단계(S2); 상기 혼합단계에서 투입된 생석회와 음폐수가 반응하면서 고온의 반응열을 발생시키고, 반응열에 의해 수분증발이 이루어지도록 하는 반응단계(S3); 반응이 완료되면 반응단계에서 발생된 가스와 수증기를 배출시키는 가스및 수증기 배출단계(S4); 상기 가스 및 수증기 배출 후 일정시간 교반만 수행하여 부숙이 이루어지도록 하는 부숙단계(S5): 상기 부숙이 완료된 반응물의 함수율 10~20%, 염분농도 1%이하의 건조물로 건조시키는 건조단계(S6); 및 상기 건조단계에서 배출되는 건조물의 일부는 혼합단계로 재순환시켜 음식물쓰레기 100중량부에 대해 건조물 10~50중량부로 혼합교반되도록 하고, 나머지 건조물은 제품화하는 순환혼합 및 제품화단계(S7);로 이루어진다.
상기 음식물쓰레기를 선별 및 파쇄 단계(S1)는, 음식물쓰레기의 저장부로부터 비닐봉지에 담긴 음식물쓰레기를 인출하여, 비닐봉지를 파봉한 후, 비닐봉지 속에 담긴 음식물쓰레기와 이물질을 분리하고, 분리된 음식물쓰레기를 파쇄하는 단계이다.
상기 혼합단계(S2)는, 반응기에 선별 및 파쇄단계에서 파쇄된 음식물쓰레기를 투입하고, 이에 생석회 및 가축분뇨건조물을 투입한 다음 반응기를 밀폐시키고, 교반에 의해 투입된 원료를 혼합하는 단계이다.
상기 혼합단계에서의 생석회는 수분과의 소화반응을 발생시키면서 염분을 낮추기 위해 투입하는 것으로, 음식물 쓰레기 100중량부에 대해 생석회 3~5중량부가 혼합된다. 상기 생석회의 사용량이 3중량부 미만이면 음식물쓰레기의 수분과 반응하는 소화반응이 미비하게 발생되고, 상기 생석회의 사용량이 5중량부를 초과하면 석회의 양이 증가함으로써 토양을 오염시킬 수 있어 음식물쓰레기를 건조처리한 처리물을 비료나 토질개량제로 사용하기 어려움으로 상기 범위로 혼합사용하는 것이 바람직하다.
또한, 가축분뇨건조물은 음식물쓰레기에서 발생되는 수분을 흡수하여 전체 함수율을 낮추기 위한 것으로, 음식물쓰레기 100중량부에 대해 가축분뇨건조물을 10~20중량부로 혼합한다. 상기 가축분뇨건조물의 혼합량이 10중량부 미만이면 음식물쓰레기의 함수율을 낮추기 어려워 건조시간이 과다하게 소요되는 단점이 있고, 가축분뇨건조물의 혼합량이 20중량부를 초과하면 사용량 대비 실익이 적다. 물론 상기 30중량부까지는 혼합사용하면 건조효율은 증대시킬 수 있으나 가축분뇨건조물을 지속적으로 공급받기에 곤란함이 있고, 비용도 과다하게 소요됨으로 상기 범위로 혼합사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 가축분뇨건조물은 혼합시 음식물쓰레기의 수분을 흡수시켜 수분의 표면적을 증가시킴으로써 고온의 반응열 흡수가 용이하게 이루어져 증발이 더욱 용이하게 이루어진다. 그러므로, 탈수단계가 제거된 본 발명에서는 가축분뇨건조물에 의해 수분과 열의 접촉면적 증대로 증발량을 더욱 증대시켜 가공되는 음식물쓰레기의 수분함량을 낮출 수 있는 것이다.
상기 혼합단계에서 투입하는 가축분뇨건조물은 축산분뇨와 왕겨를 혼합한 것으로, 함수율이 10% 이하로 건조된 것이다. 상기 가축분뇨건조물은 축산분뇨 100중량부에 대해 왕겨 30~50중량부를 혼합하여 건조시킨 것으로, 수분조절제로 혼합되는 왕겨 대신 톱밥을 대체하여 혼합할 수 있으며, 왕겨를 작은 크기로 분쇄한 왕겨분쇄물을 혼합하여 균일한 혼합이 이루어지게 할 수 있다. 이와같이 수분조절제로 투입되는 왕겨의 혼합이 축산분뇨 100중량부에 대해 30 중량부 이하로 혼합될 경우 가축분뇨건조물을 제조하기 위한 건조비용이 과다하게 소요되고, 왕겨를 50중량부 이상으로 혼합할 경우 건조비용 절감효과의 증진이 미비하면서 축산분뇨처리량이 낮아지는 단점이 있으므로 상기 범위로 혼합하는 것이 바람직하다.
아울러 상기 가축분뇨건조물을 전량 혼합하거나, 일부 또는 전체 중량을 코코피트 또는 사탕수수껍질 건조물로 대체하여 혼합할 수 있다. 상기 코코피트(cocopeat)란, 코이어 더스트(coir dust)라고도 하며 코코넛의 겉껍질(husk) 부위에서 섬유질(coconut fiber)을 제거하고 남은 부산물을 자연 상태에서 부식시켜 제조한 것을 말한다. 본 발명의 코코피트는, pH가 5.5~6.6이고 전기전도도(EC)가 1mS/cm 이하, 바람직하게는 0.5mS/cm 이하로 조정된 것으로서, Na+, Ka+, Cl-와 같은 염류농도가 균일하게 낮은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이때 상기 코코피트는 단가가 높아 제조비용이 상승되고, 사탕수수껍질은 재료수급에 곤란성을 갖고 있으므로, 가축분뇨건조물을 사용하는 것이 제조비용과 재료수급에 안정적이다. 또한, 처리된 음식물쓰레기의 용도가 비료로 사용될 경우 가축분뇨건조물을 사용할 때 가장 큰 영양성분이 포함되고 있으므로, 처리된 음식물쓰레기의 재활용을 수요를 감안한다면 가축분뇨건조물을 사용하는 것이 가장 바람직하다.
상기 반응단계(S3)에는, 혼합단계에서 투입되는 생석회가 음식물쓰레기에 함유된 수분을 흡수하면서 수산화칼슘이 되는 소화(slaking) 반응에 의해 열이 발생하는데, 이 반응열에 의해 반응기 내의 온도가 약 100~130℃ 정도로 상승하게 된다. 이러한 반응기 내의 고온은 미생물의 멸균 및 살균을 가능하게 하고, 생성된 강알칼리성 물질인 수산화칼슘(소석회)의 작용에 의해 유기물을 분해시키는 단계이다.
또한, 상기 수산화칼슘과 음식물쓰레기 내 염분(NaCl)이 반응하여 수산화나트륨과 염화칼슘이 생성되므로, 음식물쓰레기 속의 염분을 감소시키는 효과가 있다.
본 발명의 반응단계에서의 염분 저감과 관련한 반응식을 정리하면 다음과 같다.
CaO + H2O → Ca(OH)2 +15.2kcal/kg CaO
Ca(OH)2 + 2NaCl → CaCl2 + 2NaOH
2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O
상기 반응단계에는, 혼합단계에서의 생석회 투입 후 약 5분~10분 후에 반응열에 의해 수증기가 발생하기 시작하여, 생석회 투입 후 약 20~30분 경과 시점에 반응기 내부의 온도가 100℃~130℃ 정도에 이르는데, 이 온도 범위를 30분~2시간, 바람직하게는 30분~1시간 정도 유지되고, 교반하는 동안 유기물 분해 및 수분증발이 이루어진다.
또한, 상기 반응단계를 수행하는 반응기는 반응열에 의해 증발된 수증기를 주기적 또는 연속적으로 배출시키는 구조로 제공되거나, 밀폐된 환경에서의 반응이 이루어지게 할 수 있다. 밀폐시 반응은 점진적으로 반응기 내부압력이 높아져서 고압에서의 반응이 이루어져 유기물의 분해가 더욱 촉진될 수 있으며, 후불되는 가스배출단계에서 내부 가스 배출시 고압에서 저압으로의 급작스런 압력변화가 발생되어 잔여 유기물의 세포벽이 깨져서 세포내 수분까지 배출시킬 수 있다.
다음으로는 가스 및 수증기 배출단계(S4)가 수행된다.
본 단계는 상기 반응단계에서 발생한 반응열로 인해 생성된 증기 및 기타 유기물의 분해 과정에서 발생된 가스를 배출시키는 단계이다. 본 가스 및 수증기 배출단계를 통해 파쇄된 음식물쓰레기의 수분이 증발되어 배출제거됨으로 반응기 내의 수분함량이 5~10% 제거되며, 이러한 수증기에는 염분성분이 포함되지 않으므로 염분 배출에 의한 인근 토양오염을 방지할 수 있다.
상기 부숙단계(S5)는 반응조에 저장된 반응물을 일정시간 교반시켜 자체적으로 부숙되도록 하는 단계이다. 상기 부숙단계에서 상당량의 수분이 추가로 증발되면서 15~20%정도의 함수율을 낮출 수 있다.
아울러 본 부숙단계에는 염분저감을 극대화시키기 위해 이산화탄소 또는 공기를 추가로 공급하여 음식물쓰레기에 잔존하는 염화나트륨을 효과적으로 저감시킬 수 있다. 즉, 혼합단계에서 생성된 수산화나트륨이 이산화탄소 또는 공기에 포함된 이산화탄소와 반응하여 탄산나트륨으로 전환하는 반응이 촉진되기 때문에, 이에 따라 잔여량의 염화나트륨과 수산화칼슘이 반응해서 수산화나트륨을 생성하는 반응 또한 촉진되기 때문인 것으로 추정된다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 이산화탄소가스를 500cc/min~10L/min의 유량으로 주입한다. 이처럼 이산화탄소가스를 주입하면 pH가 하강하는데, 반응기 내 혼합물의 pH가 11~12에서, 약 pH 9 이하로 하강하는 시점에 이산화탄소가스 주입을 중단하고, 교반만을 수행한다. 이처럼 부숙단계에서 이산화탄소를 주입하는 추가 공정을 수행함으로써, 혼합물 또는 반응물의 염분 함량을 0.5% 이하로 저감시킬 수 있다.
또한, 부숙단계에서는, 이산화탄소의 주입에 의해 발생하는 수산화나트륨이 탄산나트륨으로 전환되는 반응 등에 의해 다시 수분이 발생할 수 있는데, 이러한 수분을 전체 함수율을 증감에 미비하게 작용하고 후술되는 건조단계를 통해 제거시킬 수 있다.
다음으로, 건조 단계(S6)를 통해, 부숙이 완료된 반응물을 건조시킬 수 있다. 상기 건조는 열풍건조 또는 자연풍 건조 또는 다양한 건조방식에 의해 건조될 수 있으며, 건조가 완료된 반응물은 함수율을 45~50%로 낮출수 있다.
상기 건조단계의 수행이 완료되면 순환혼합 및 제품화단계(S7)가 수행된다. 상기 건조단계를 완료한 건조물은 염분농도가 1% 이하이고, 함수율이 45~50%를 갖게 됨으로, 이를 비료나, 토양개질제로 제품화하거나, 추가적인 건조 및 고형화를 통해 고체연료로 제품화할 수 있다.
상기 건조단계에서 건조된 건조물은 일부를 혼합단계로 순환시켜 반응기에 투입하는 순환혼합단계가 이루어진다. 상기 순환되어 혼합되는 건조물은 수분흡수제로서 투입되는 것으로, 가축분뇨건조물의 투입량을 일부 대체함으로써 가축분뇨건조물의 사용량을 절감시키고, 음식물쓰레기의 함량을 증가시킬 수 있다.
상기 순환하여 재투입되는 건조물은 음식물쓰레기 100 중량부에 대해 10~50중량부로 혼합되어 교반된다. 상기 10중량부 이하로 혼합되면 수분제거율과 가축분뇨건조물의 대체효과가 미비하고, 50중량부 이상으로 혼합되면 음식물쓰레기의 처리량이 낮아짐은 물론 함수율저감효과도 미비함으로 상기 범위로 혼합하는 것이 바람직하다.
이와같이 상기 음식물쓰레기에 가축분뇨건조물과, 순환된 건조물을 투입하면 이로인해 수분흡수가 이루어지면서 수분을 넓은 면적으로 분포하게 되어 수분의 비표면적이 증가된다. 이와같이 비표면적이 증가된 수분은 생석회와 수분의 반응에 의해 발생된 열의 흡수율이 증가시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은 생석회의 추가 투입이나 추가 열원 공급없이도 발생된 열을 최대한 흡수하여 수분증발량이 증가되도록 할 수 있다.
한편, 본 발명은 고온의 가스와 수증기의 열을 활용하여 예열의 열공급원으로 사용할 수 있다.
도 2를 참조한 바와같이 본 발명은, 가스 및 수증기 배출단계에서 배출된 고온의 가스와 수증기를 이용하여 선별 및 파쇄단계를 수행하는 음식물쓰레기를 예열시키는 열교환예열단계(S8)가 더 이루어질 수 있다.
상기 열교환예열단계는 가스배출단계를 통해 반응기에서 배출되는 고온의 가스 또는 수증기를 선별 및 파쇄단계를 수행하기 위해 이송되는 음식물쓰레기의 이송라인에 공급하여 통과되도록 함으로써 통과하는 과정에서 음식물쓰레기와 열교환되어 음식물쓰레기를 예열시키고, 일부 증발된 수증기를 같이 배출시켜 반응기로 투입되는 파쇄된 음식물쓰레기의 수분함량을 낮추면서 음식물쓰레기의 온도를 높일 수 있다. 이와같이 예열에 의해 상승된 온도만큼 생석회와 수분의 반응으로 발생된 열 소모를 줄일 수 있어, 추가적인 열공급없이도 반응기의 온도를 고온으로 장시간 유지할 수 있는 것이다.
여기서 음식물쓰레기와 고온의 가스 또는 수증기의 열교환 방식은 고온의 가스나 수증기를 열풍으로 공급하거나, 음식물쓰레기를 파쇄하기 위해 저장하는 호퍼의 외부면에 예열재킷을 설치하여 고온의 가스나 수증기가 통과하면서 열교환되어 간접 가열이 이루어지거나, 파쇄롤의 내부면에 예열파이프를 설치하여 고온의 가스나 수증기가 통과하면서 열교환되어 간접 가열이 이루어지게 하는 등 음식물쓰레기를 임시 저장, 파쇄 및 반응기로 이송하는 과정에서 다양한 방식에 의해 열교환되어 예열이 이루어지게 할 수 있다.
이와같이 가스 및 수증기 배출단계에서 배출되는 고온의 가스나 수증기를 이용하여 열교환예열단계를 수행하면, 음식물쓰레기가 예열 후 반응기로 공급되기 때문에 반응단계 수행시 추가 열을 공급하지 않아도 반응온도를 신속하게 고온으로 형성할 수 있다.
실시예 1: 음폐수를 무방류하여 음식물쓰레기를 처리
음식물쓰레기를 저장호퍼에서, 파쇄부로 이송하고 나서 비닐봉지를 파봉하여 비닐봉지와 이물질을 분리해 낸 후 음식물쓰레기를 2~10mm의 미세입자 크기로 파쇄하였다. 파쇄된 음식물쓰레기 1000kg에 대해 수분함량과 염분(NaCl) 농도를 측정하였다. 수분함량은 85%였고, 염분(NaCl) 농도는 2.1%인 것으로 측정되었다.
이후, 반응기에 파쇄된 음식물쓰레기를 투입한 후, 생석회 40kg과 함수율 10% 이하의 가축분뇨건조물 180kg을 투입한 후, 반응기를 밀폐시키고 나서 교반하면서 반응단계를 수행한 후 온도를 확인하였다. 온도 100℃~110℃에서 40~50분 동안 유지시켜 반응물을 생성한 후, 가스와 수증기를 탈취탑으로 배출시켰다. 가스와 수증기를 배출시킨 후, 반응기 내의 온도를 50~60℃로 유지하면서, 1시간 동안 교반하면서 부숙이 이루어지도록 하였다. 부숙단계를 완료한 반응물은 반응기에서 배출한 후 건조냉각부로 이송하여 건조시켰다.
상기 건조된 1차건조물 400kg을 수취하여 혼합단계로 투입하고, 반응단계와, 가스배출단계, 부숙단계 및 건조단계를 통해 최종 건조된 건조처리물을 수취하였다.
이때 1차건조물을 재순환시켜 반응시킨 건조처리물의 수분함량은 45%였고, 건물중(乾物重)에 대하여 염분(NaCl) 농도는 0.9%로 나타났다.
실시예 2: 음폐수를 무방류하여 음식물쓰레기를 처리
실시예 1과 동일하게 실시하되, 가스 및 수증기를 배출한 다음의 부숙단계에서 이산화탄소를 5L/min의 유량으로 주입한 후, pH가 9가 되는 시점에서 이산화탄소 주입을 중단한 후 20분 더 교반하는 공정을 실시하는 것만 달리하였다. 건조냉각부를 통해 최종 건조처리물을 얻었다.
1차건조물을 재순환시켜 반응시킨 최종 건조처리물의 수분함량이 45%였고, 건물중(乾物重)에 대하여 염분(NaCl) 농도는 0.3%였다.
비교예 1: 음폐수를 무방류하여 음식물쓰레기를 처리
실시예 1과 동일하게 실시하되, 1차건조물을 재순환시켜 혼합단계로 투입하는 단계는 진행하지 않고 건조단계를 수행한 1차건조물을 수취하였다.
1차건조물의 수분함량은 55%였고, 건물중(乾物重)에 대하여 염분(NaCl) 농도는 0.9% 였다.
비교예 2: 음폐수를 무방류하여 음식물쓰레기를 처리
실시예 1과 동일하게 실시하되, 1차건조물을 재순환시켜 혼합단계로 투입하는 단계와 부숙단계는 진행하지 않고, 혼합단계에서 가축분뇨건조물의 투입량을 300kg으로 증가시켜 공급하였다.
건조단계 후 1차건조물의 수분함량이 45%였고, 건물중(乾物重)에 대하여 염분(NaCl) 농도는 1.2% 였다.
비교예 3: 탈수공정을 수행하여 음식물쓰레기를 처리
실시예 1과 동일하게 실시하되, 음식물쓰레기 파쇄후 탈수공정을 수행한 다음 반응기로 투입하였다. 반응기로 투입되는 음식물쓰레기의 수분함량은 75%이고, 염분농도는 1.9%로 나타났다.
이때 1차건조물을 재순환시켜 반응시킨 최종 건조처리물의 수분함량은 45%였고, 건물중(乾物重)에 대하여 염분(NaCl) 농도는 1%로 나타났다.
상기 실시예1의 최종건조물의 염분농도가 0.9%인데, 부숙단계에서 이산화탄소를 공급한 실시예2의 최종건조물의 염분농도는 0.3%로 낮아졌으므로 이산화탄소의 공급여부가 염분농도에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 또한, 동일하게 재순환혼합을 수행하지 않은 비교예1보다 부숙단계를 수행하지 않은 비교예2의 경우 염분농도가 더 높아졌음을 알 수 있으므로, 부숙단계가 염분저감에 기여함을 알 수 있었다.
또한 1차건조물을 재순환하여 혼합단계로 혼합시키는 순환혼합단계를 수행한 실시예1과, 1차건조물을 재순환시킨 량을 제외하고 동일한 량으로 혼합하고 순환혼합단계를 수행하지 않은 비교예1의 최종 건조물의 수분함량을 대비하면 실시예1은 45%인데 비교예1은 55%로 높게 나타났다. 동일하게 순환혼합단계를 수행하지 않고 가축분뇨건조물의 혼합량을 증가시킨 비교예2에서는 수분함량이 45%로 나타난 바, 순환혼합단계를 통해서 가축분뇨건조물의 혼합량을 최소화시키면서 유사한 수분함량을 갖는 건조처리물을 수취할 수 있으므로, 가축분뇨건조물의 공급비용을 절감시킬 수 있다.
또한, 초기 음식물쓰레기를 반응조에 투입하기 전에 탈수를 실시한 비교예3도 최종 건조물에서는 탈수를 실시하지 않은 실시예1과 유사한 수분함량을 나타내고 있으므로, 본 발명의 처리방법은 탈수하지 않고서도 탈수한 방법과 유사한 처리결과가 나타남을 알 수 있다. 또한 초기 수분이 부족하기 때문에 생석회와의 소화반응이 활발하게 이루어지지 않아 수분증발량이 다소 낮았고, 염분을 저감시키는 반응도 활발하게 이루어지지 않아 최종 건조처리물의 염분농도가 다소 높게 나타남으로 오히려 탈수한 것보다 탈수를 안한 실시예1이 더 좋은 결과가 나타남을 알 수 있었다.
즉, 본 발명에 의한 제조방법은 탈수단계를 수행하지 않아도 탈수단계를 수행한 제조방법과 대등 또는 더 향상된 결과를 갖는 건조처리물의 제공이 가능함을 확인하였다.
실험예 1: 고추의 생산 수량 비교 실험
고추 경작지 10a당, 대조군으로서 일반 화학비료(요소, 용성인비, 염화카리), 실시예 1의 건조처리물 및 비교예 1의 건조처리물을 각각 100kg씩 기비(밑거름)로 처리하였다. 토양은 양토를 사용하였으며, 2014년 5월 24일에 재식밀도 130x40cm로 고추(품종: 부촌)를 파종하였다. 기비 처리 후 추비(웃거름)를 농촌진흥청 농업과학기술원의 표준시비량으로 처리하였다. 수확기의 고추 생육 및 수량을 측정한 결과는 다음과 같다.
이상 살펴본 바와 같이, 실시예 1의 건조처리물 처리군이, 대조군의 화학비료 또는 비교예 1의 건조처리물 처리군에 비하여 그 생산량이 전체적으로 10% 정도 증가한 점이 확인되었다. 즉, 실시예 1의 제조방법과 같이 탈수단계없이 파쇄된 음식물쓰레기와 가축분뇨건조물 및 생석회를 교반하여 혼합하는 단계 반응 및 부숙단계를 수행하고, 건조된 처리물 일부를 혼합단계로 순환시켜 최종적으로 건조처리물을 수취하는 본 발명의 음폐수를 무방류하는 음식물쓰레기 처리방법에 의한 건조처리물을 비료로 사용하는 것이 다양한 영양성분이 포함되어 있으면서 염분농도가 낮아 탈수공정을 수행한 것보다 더 우수한 작물 생장효과를 갖는 점을 확인할 수 있었다.
Claims (6)
- 음폐수를 무방류하여 음식물쓰레기를 처리하는 방법에 있어서,
음식물쓰레기에 포함된 이물질을 선별하고, 음식물쓰레기를 파쇄하는 선별 및 파쇄 단계;
반응기에 파쇄된 음식물쓰레기를 투입하고, 생석회와 수분을 흡수시키는 가축분뇨건조물을 투입한 후 교반하되, 파쇄된 음식물쓰레기 100 중량부에 대하여 생석회 3~5 중량부 및 함수율이 10% 이하인 가축분뇨건조물 10~20 중량부가 혼합되는 혼합단계;
상기 혼합단계에서 투입된 생석회와 음폐수가 밀폐된 반응기 내에서 반응하면서 100~130℃의 반응열을 발생시키고, 상기 온도에서 30분~2시간 유지하여 반응열에 의해 유기물을 분해하고, 수분을 흡수한 가축분뇨건조물에 의해 수분의 표면적이 증가되어 열과의 접촉면적을 증가시켜 수분증발이 이루어지도록 하는 반응단계;
반응이 완료되면 반응단계에서 발생된 가스와 수증기에 의해 내부압력이 높아지고, 가스와 수증기 배출시 고압에서 저압으로의 압력을 신속하게 변화시켜 잔여 유기물의 세포벽을 파손시켜 세포내 수분도 배출시키는 가스와 수증기 배출단계;
상기 가스와 수증기 배출 후 반응기 내부 혼합물의 pH가 9 이하로 되는 시점까지 이산화탄소가스를 주입하고 일정시간 교반만 수행하여 부숙이 이루어지도록 하는 부숙단계;
상기 부숙이 완료된 반응물의 함수율 10~20%, 염분농도 1%이하의 건조물로 건조시키는 건조단계; 및
상기 건조단계에서 배출되는 건조물의 일부를 혼합단계로 순환시켜 음식물쓰레기 100중량부에 대해 건조물 10~50중량부로 혼합교반되도록 하고, 순환되지 않은 잔량의 건조물을 제품화하는 순환혼합 및 제품화단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기 처리방법. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 가스 및 수증기 배출단계의 고온의 가스와 수증기는 선별 및 파쇄단계로 공급하여 파쇄되는 음식물쓰레기를 예열시키는 열교환예열단계;가 더 이루어지는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기 처리방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 가축분뇨건조물은 대체 혼합물로 코코피트 또는 사탕수수껍질 건조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기 처리방법.
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