KR101883548B1 - 유기성 폐기물의 선택적 감량화 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기성 폐기물을 선택적으로 탄화 또는 열분해 하는 감량화 장치에 관한 것으로, 특히, 하수 슬러지, 축산 분뇨, 음식물 쓰레기 등과 같은 유기성 폐기물을 직접 연소 방식이 아닌 고주파 또는 마이크로파를 조사하여 유전 발열체를 가열하고, 발열된 유전 발열체와 유기성 폐기물과의 열교환을 함으로써 유입되는 공기량에 따라 탄화 또는 열분해하여 가스 고형물과 오일로 화학적 상태가 바뀌어 슬러지를 감량화하여 배출하고 에너지 소모량을 최소로 줄이는 탄화 또는 열분해하는 유기성 폐기물 감량화 장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 유기성 폐기물을 선택적으로 탄화 또는 열분해하여 폐기물을 감량화하는 장치에 관한 것으로, 특히, 하수 슬러지, 축산 분뇨, 음식물 쓰레기와 같은 유기성 폐기물을 직접 연소 방식이 아닌 마이크로파에 의한 유전 발열체의 발열을 이용하여 유기성 폐기물을 선택적으로 탄화 또는 열분해하여 폐기물을 감량 및 최소화하여 배출하고, 동시에 에너지 소모량을 최대로 줄이는 유기성 폐기물의 선택적 감량화 장치에 관한 것이다.
통상, 하수 슬러지나 축산 분뇨, 음식물 쓰레기와 같은 유기성 폐기물은 대체로 함수량이 높아 부패하기 쉬워 그대로 땅속에 매립하는 경우 침출수에 의한 토질 오염과 지하수 오염 등의 환경 오염으로 인해 매립지를 필요로하며, 그나마 허용되던 해양 투기가 금지되어 폐기물 처리로 세계적으로 각국마다 애를 먹고 있는 실정이다. 상기 유기성 폐기물의 경우 자원으로 활용할 수 있는 가치가 매우 높지만 현실적으로 악취등으로 많은 민원의 대상이 되어져 왔다. 이러한 민원을 해결하는 방법으로 유기성 폐기물을 탄화 또는 열분해시키는 방법이 시도되고 있는데, 이를 위해 상기 유기성 폐기물을 탄화시켜 숯 등으로 만드는 방법 또는 열분해하여 수소 등 가스와 차코르 회분등으로 감량하여 배출하는 방법 등이 개발되고 있다.
그러나 이러한 처리 방법은 많은 설비 공간을 필요로 하기 때문에, 비용이 많이 들어가는 단점이 있다. 따라서, 이러한 단점을 보완하도록 상기 유기성 폐기물을 효과적으로 처리하는 건조 및 탄화 또는 열분해 장치가 필요하게 되었다.
여기서 사용하는 용어를 살펴보면, 건조라는 용어는 함수율이 높은 유기성 폐기물을 100% 정도의 공기가 유입된 상태에서 열을 가하면 수분이 증발하는데 이를 건조라 부른다.
또한, 탄화라는 용어는 유기성 폐기물을 적당한 조건하에서 즉, 10%이하의 소량의 공기를 유입한 상태에서 가열하면 열분해를 거쳐서 탄소가 풍부한 물질, 즉 무정형(무결정형) 탄소로 된다. 이 열분해로 거치는 과정의 반응을 탄화라고 한다. 목재를 공기 유입을 차단하고 증기 가열하면 목탄이 되는 것이나 초를 점화하면 그을 음이 생기는 것이 그 예이다.
열분해라는 용어는 여러가지 유해성 폐기물을 무산소 상태에서 즉, 공기를 완전 차단한 상태에서 가열하여 열분해시켜 다른 물질로 만드는 화학적 변화를 말하며, 슬러지와 같은 유기성 폐기물을 무산소 상태에서 노 내에서 가열 하면 노 내에서 가스가 발생하고, 열분해가 시작되어 잔존물에 탄소를 주체로 하는 무기물이 남는 것을 말한다. 즉, 유기성 폐기물을 가스 배출구가 있는 용기에서 공기의 공급을 차단하고 가열하면 연소되지 않고 여러가지 화합물을 만들어 이들 화합물이 결합 또는 분해에 의해 가연성 가스와 탄소를 주체로하는 무기물만 남게된다.
다시 말하면 이러한 유기성 슬러지를 탄화 또는 열분해하는 감량화 장치는 유기성 폐기물을 탄화 또는 열분해하여 부피를 최소화한 후, 재활용 또는 폐기할 수 있도록 하는 것인데, 공기 댐퍼에 의해 공기 유입을 조정하여 공기가 희박하거나, 차단된 공간에서 폐기물을 화학적으로 변화시키고 폐기물을 탄화 또는 열분해시켜 선택적으로 감량화하는 장치이다.
종래에는 유기성 폐기물을 자원화하는 경우 폐기물을 건조시키는 건조기에서 발생하는 악취와 화석 연료로 사용시 발생하는 배기 가스를 완전 연소하지 못해 효율적이지 못했다. 또한 배기 가스 활용도 문제이나 이로 인해 발생하는 폐열도 효율적으로 활용하는 것이 관건이다. 종래부터 다양한 산업, 가정, 음식점 등에서 배출되는 쓰레기는 각종 물질을 포함하고 있어, 국가적으로 처리에 고심하고 특히 전세계적으로 환경 보호를 위해 유기성 폐기물인 각종 슬러지에서 수분을 탈취하고 나머지 물질을 케익화하여 해양 투기하던 것을 금지하여 각 나라마다 정해진 법의 규정한도 내에서 소각하여 슬러지를 최소로 줄이는 것이 최선의 방법이라 할 수 있다. 그러나 소각로를 이용하는 방법은 연소시 산소가 필요하고 유기 화합물로 이루어진 폐기물 연소시 다이옥신이라는 유해 물질이 대기중으로 배출되어 또 다른 환경문제가 상당히 큰 문제점이다. 상기 다이옥신은 주로 염소를 함유하고 있는 유기 화합물이 연소될 때 생성되는 물질로 쓰레기를 소각할 때 주로 발생하는 유해한 물질이다. 이렇게 발생된 다이옥신은 공기 중에서 호흡기를 통해 소량 인체에 흡수 되기만 해도 내분비계에 작용하여 기형아 출산, 암 등 인체에 심각한 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 따라서 이러한 유기성 폐기물을 소각로를 이용하여 소각하는 것보다 열 분해기를 이용하여 유해 물질의 배출 없이 완전 분해시키는 것이 필요하게 되었다.
본 발명은 하수 슬러지, 축산 분뇨, 음식물 쓰레기 등의 유해성 폐기물의 탄화 또는 열분해시에 마이크로파의 유전체의 발열을 이용하여 상기 유기성 폐기물을 건조한 후, 유입 공기량을 조절하여 완전 탄화 또는 열분해를 성취하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 유기성 폐기물을 유입 공기량을 조절하여 탄화 또는 열분해하여 그 과정에서 발생하는 악취를 최대한 줄이기 위해 건조, 탄화, 열분해의 3단 챔버별로 유입 공기 공급의 조절을 하여, 산소를 충분 또는 희박 또는 차단하여 탄화 또는 열분해의 화학적 반응이 잘 일어나도록 하며 이를 통해 유기성 폐기물의 경량화 및 대기 오염의 발생을 억제하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 유기성 폐기물을 유입 공기량을 조절하여 탄화 또는 열분해하여 그 과정에서 발생하는 악취를 최대한 줄이기 위해 건조, 탄화, 열분해의 3단 챔버별로 유입 공기 공급의 조절을 하여, 산소를 충분 또는 희박 또는 차단하여 탄화 또는 열분해의 화학적 반응이 잘 일어나도록 하며 이를 통해 유기성 폐기물의 경량화 및 대기 오염의 발생을 억제하는데 그 목적이 있다.
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상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 마이크로파를 유전 발열체에 조사하여 발생된 열을 하수 슬러지, 축산 분뇨, 음식물 쓰레기 등으로 이루어진 유기성 폐기물을 열교환에 의해 탄화 또는 열분해하여 선택적으로 감량화하는 장치로서, 상기 하수 슬러지, 축산 분뇨, 음식물 쓰레기 등으로 이루어진 유기성 폐기물을 저장하는 호퍼와, 상기 호퍼에 저장된 유기성 폐기물을 저장 호퍼로부터 이송하여 하우징 내의 건조 챔버로 이송하는 이송 장치와, 상기 건조 챔버를 커버하는 하우징 외부에 설치한 마이크로파 발생부에 의해 외부는 전자파 투과 물질로 이루어지고, 내부는 유전 발열체로 형성된 이중 내벽의 내부 유전 발열체가 발열되어 에어 댐퍼에 의해 상당량의 공기를 유입하는 상태에서 호퍼로부터 이송된 유기성 폐기물과 열교환하여 함수율을 일정 수준으로 낮추도록 하는 원통형 구조의 건조 챔버와, 상기 건조 챔버로부터 이송되어 하우징 외부에 설치한 마이크로파 발생부에 의해 에어 댐퍼에 의해 소량의 공기를 유입한 상태에서 탄화 챔버의 이중 내벽의 유전 발열체가 발열되고 이송된 유기성 폐기물과 열교환하여 탄화하는 원통형 구조의 탄화 챔버와, 상기 탄화 챔버내로부터 이송되어 하우징 외부에 설치된 마이크로파 발생부에 의해 챔버의 이중 내벽의 유전 발열체가 발열되고 에어 댐퍼에 의해 공기를 차단한 상태에서 상기 유전 발열체에 의해 이송된 유기성 폐기물과 열교환하여 열분해하는 원통형 구조의 열 분해 챔버와, 상기 각각의 건조 챔버, 탄화 챔버 및 열분해 챔버에 공기를 유입하고 배출하는 공기 유입구 및 토출구와, 상기 각각의 건조 챔버, 탄화 챔버 및 열분해 챔버에 설치되어 유입 공기량을 조절하는 에어 댐퍼와, 상기 챔버 들로부터 유기성 폐기물을 배출하는 배출부를 포함하며, 상기 이중 내벽 구조인 건조 챔버, 탄화 챔버, 열분해 챔버가 연속적으로 배치되어 상기 에어 댐퍼에 유입되는 공기 량을 조절하여 건조 챔버, 탄화 챔버 또는 건조 챔버, 탄화 챔버, 열분해 챔버를 선택적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 에어 댐퍼에 유입되는 공기량이 100%이면 건조, 10%이하이면 탄화, 차단이면 열분해를 각각 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 유입되는 공기량은 에어 댐퍼에 설치된 에어 밸브를 이용하여 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기성 폐기물을 탄탕화 및 열분해 하는 장치는 유기성 폐기물을 열분해 하는데 있어서, 마이크로파 조사로 인한 유전 발열체의 발열로 탄화 및 열분해하여 악취의 발생을 억제하고 폐기물 배출을 감량화 하는데 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 탄화 또는 열분해하는 선택적 감량화 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 다른 탄화 또는 열분해하는 선택적 감량화 장치의 탄화 또는 열분해 과정을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명에 다른 탄화 또는 열분해하는 선택적 감량화 장치의 탄화 또는 열분해 과정을 설명하는 도면이다.
이하 도면을 참조로 본 발명에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 탄화 또는 열분해하는 선택적 감량화 장치의 구성도로서, 본 발명의 감량화 장치는 마이크로파를 유전 발열체에 조사하여 발생된 열을 하수 슬러지, 축산 분뇨, 음식물 쓰레기 등으로 이루어진 유기성 폐기물과 열교환하여 탄화 또는 열분해하는 장치로서, 하수 슬러지, 축산 분뇨, 음식물 쓰레기 등으로 이루어진 유기성 폐기물을 탄화 또는 열분해하여 슬러지를 감량화 하기 위해서는 먼저 이러한 슬러지를 저장하는 저장 호퍼(10)에 모으게 된다. 다음에는 이송장치로 유기성 폐기물인 슬러지를 이송하는데, 이 때에는 함수율을 낮추도록 먼저 저장 호퍼(10)로부터 저장된 유기성 폐기물을 건조하기 위해 이송장치(11)로 이송한다.
상기 이송장치(11)를 이용하여 유기성 폐기물을 하우징(20) 내부에 있는 건조 챔버(12)로 이송하는데 상기 건조 챔버(12) 내에서는 하우징 외부에 설치된 마이크로파 발생부(15,15',15")에의해 마이크로파가 유기성 발열체를 발열시켜, 상기 유기성 발열체의 발열에 의해 유기성 폐기물을 건조시킨다. 이때 유기성 폐기물의 함수율을 일정 수준 이하로 낮추도록 상당량(100% 정도)의 공기를 유입하여 유기성 발열체를 가열하여 발생되는 열로 유기성 슬러지의 수분을 증발시켜 함수율을 낮추도록 한다. 여기서 상기 건조 챔버(12)는 외부는 전자파 투과물질로 이루어지고 내부는 유전 발열체 물질로된 이중벽의 형태를 이루도록 한다.
상기 건조 챔버(12)로부터 이송된 유기성 폐기물은 탄화 챔버(13)로 이송되는데 상기 탄화 챔버(13)도 건조 챔버(12)와 같은 재질로 외부는 전자파 투과 물질로 내부는 유전 발열체 물질의 이중벽을 구성하고 있다. 따라서 상기 건조 챔버(12)로부터 이송된 유기성 폐기물은 탄화 챔버(13) 내에서 소량(10% 이하)의 공기를 유입하여 하우징 외부의 마이크로파 발생부(15,15',15")에 의해 발생된 마이크로파가 챔버 내벽을 이루는 유전 발열체가 발열시키고 상기 이송된 유기성 폐기물과 열교환하여 탄화하는 원통형 구조로 이루어져 유기성 폐기물을 탄화한다. 상기 건조 챔버를 거쳐 탄화 챔버내에서 소량의 공기유입에 의해 탄화된 유기성 폐기물은 열분해 챔버(14)로 이송되는데, 상기 열분해 챔버(14)내에서는 공기를 완전 차단한 상태에서 하우징(20) 외부에 설치되어 마이크로파 발생부(15,15',15")에 의해 발생된 마이크로파가 이중벽으로 이루어진 탄화 챔버 내벽의 유전 발열체가 발열되고 탄화 챔버 내로 이송된 유기성 폐기물과 열교환하여 열분해하는 구조로 이루어 진다.
여기서 상기 열분해 챔버 또한 건조 챔버 탄화 챔버와 마찬가지로 외부에 마이크로파 발생부에 의해 마이크로파가 발생되어 유기성 페기물을 열분해한다.
한편, 상기 각각의 건조 챔버(12), 탄화 챔버(13) 및 열분해 챔버(14)에는 각각 공기를 넣어주는 공기 유입구(17)와 공기를 배출하는 공기 토출구(18)를 구성하여 각각의 챔버에 에어 댐퍼에 설치된 밸브에 의해 공기량을 상당량(100%), 소량(10% 이하), 차단할 수 있도록 구성된다.
도 2는 본 발명에 따른 탄화 또는 열분해하는 감량화 장치의 탄화 또는 열분해 과정을 설명하는 도면으로서, 먼저 유기성 폐기물을 저장 호퍼(10)에서 저장하고 이송 장치(11)를 통해 하우징 내부로 이송한다. 상기 하우징 내부에서는 건조 챔버(12), 탄화 챔버(13), 열분해 챔버(14)에서 각각 건조 과정, 탄화 과정, 열분해 과정이 이루어지는데, 하우징 외부에 설치된 마이크로파 발생부(15,15',15")에서 발생된 마이크로파에 의해 유전 발열체를 발열하여 이송장치(11)를 구동하는 챔버 구동부(30)에 의해 구동한다. 이때 각각 건조 챔버, 탄화 챔버, 열분해 챔버에는 공기 유입구를 통해 공기가 상당량(100%), 소량(10% 이하), 완전 차단되어 공기가 유입되어 공기 토출구를 통해 공기가 토출되도록 하여 탄화 또는 열분해된 유기성 폐기물이 배출부(16)를 통해 배출되도록 구성한다. 이와 같은 과정을 반복하면서 유기성 폐기물을 연속해서 건조 과정(12), 탄화 과정(13), 열분해 과정(14)을 통해 유기성 폐기물인 슬러지를 감량화 할 수 있는 것이다. 여기서 각각의 챔버는 외부는 전자파 투과물질, 내부는 유전 발열체로 이중벽으로 구성되어 탄화 또는 열분해를 선택적으로 수행하도록 하여 유기성 폐기물을 감량화 할 수 있는 것이다.
본 발명은 유기성 폐기물을 선택적으로 감량화하는 장치에 이용될 수 있다.
Claims (3)
- 마이크로파를 유전 발열체에 조사하여 발생된 열을 하수 슬러지, 축산 분뇨, 음식물 쓰레기 등으로 이루어진 유기성 폐기물을 열교환에의해 탄화 또는 열분해하여 선택적으로 감량화하는 장치로서,
상기 하수 슬러지, 축산 분뇨, 음식물 쓰레기 등으로 이루어진 유기성 폐기물을 저장하는 저장 호퍼와,
상기 저장 호퍼에 저장된 유기성 폐기물을 저장 호퍼로부터 이송하여 하우징 내의 건조 챔버로 이송하는 이송 장치와,
상기 건조 챔버를 커버하는 하우징 외부에 설치한 마이크로파 발생부에 의해 외부는 전자파 투과 물질로 이루어지고, 내부는 유전 발열체로 형성된 이중 내벽의 내부 유전 발열체가 발열되어 에어 댐퍼에 의해 100% 정도의 상당량의 공기를 유입하는 상태에서 저장 호퍼로부터 이송된 유기성 폐기물과 열교환하여 함수율을 일정 수준으로 낮추도록 하는 원통형 구조의 건조 챔버와,
상기 건조 챔버로부터 이송되어 하우징 외부에 설치한 에어 댐퍼에 의해 10% 이하의 소량 공기를 유입한 상태에서 마이크로파 발생부에 의해 탄화 챔버의 이중 내벽의 유전 발열체가 발열되고 이송된 유기성 폐기물과 열교환하여 탄화하는 원통형 구조의 탄화 챔버와,
상기 탄화 챔버내로부터 이송되어 하우징 외부에 설치된 마이크로파 발생부에 의해 챔버의 이중 내벽의 유전 발열체가 발열되고 에어 댐퍼에 의해 공기를 차단한 상태에서 상기 유전 발열체에 의해 이송된 유기성 폐기물과 열교환하여 열분해하는 원통형 구조의 열분해 챔버와,
상기 각각의 건조 챔버, 탄화 챔버 및 열분해 챔버에 공기를 유입하고 배출하는 공기 유입구 및 토출구와,
상기 각각의 건조 챔버, 탄화 챔버 및 열분해 챔버의 유입구에 설치되어 에어 밸브에 의해 유입 공기량을 조절하는 에어 댐퍼와,
상기 각 챔버 들로부터 유기성 폐기물을 배출하는 배출부를 포함하며,
상기 이중 내벽 구조인 건조 챔버, 탄화 챔버, 열분해 챔버가 연속적으로 배치되어 상기 에어 댐퍼에 유입되는 공기량을 조절하여 건조 챔버, 탄화 챔버 또는 건조 챔버, 탄화 챔버, 열분해 챔버를 선택적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 선택적 감량화 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 에어 댐퍼에 유입되는 공기량에 따라 건조, 탄화, 열분해를 각각 수행하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 선택적 감량화 장치. - 삭제
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