KR102337503B1 - 시트러스 껍질 폐기물 처리 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
시트러스 껍질 폐기물 처리 장치 및 방법을 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 시트러스(귤속 식물 열매, Citrus) 껍질을 포함하는 폐기물을 유입받아 기 설정된 제1 환경에서 열 가수분해하는 제1 열 가수분해조와 상기 제1 열 가수분해조에서 발생하는 증기를 유입받아 응축시키는 응축조와 증기를 제외한, 제1 열 가수분해조의 반응물을 유입받아 혐기성 소화시키는 혐기성 소화조와 상기 혐기성 소화조를 거친 소화액을 유입받아 탈수하는 제1 탈수기와 상기 제1 탈수기를 거친 탈수케익을 유입받아 기 설정된 제2 환경에서 열 가수분해하는 제2 열 가수분해조 및 상기 제1 열 가수분해조의 반응물을 유입받아 탈수하는 제2 탈수기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시트러스 껍질 폐기물 처리장치를 제공한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 시트러스(귤속 식물 열매, Citrus) 껍질을 포함하는 폐기물을 유입받아 기 설정된 제1 환경에서 열 가수분해하는 제1 열 가수분해조와 상기 제1 열 가수분해조에서 발생하는 증기를 유입받아 응축시키는 응축조와 증기를 제외한, 제1 열 가수분해조의 반응물을 유입받아 혐기성 소화시키는 혐기성 소화조와 상기 혐기성 소화조를 거친 소화액을 유입받아 탈수하는 제1 탈수기와 상기 제1 탈수기를 거친 탈수케익을 유입받아 기 설정된 제2 환경에서 열 가수분해하는 제2 열 가수분해조 및 상기 제1 열 가수분해조의 반응물을 유입받아 탈수하는 제2 탈수기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시트러스 껍질 폐기물 처리장치를 제공한다.
Description
본 발명은 바이오 가스를 생산하고 폐기물 발생량을 최소화하며 시트러스 껍질 폐기물을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
시트러스(Citrus, 귤속 식물 열매)는 대부분 열매의 외곽에 섭취하지 못하는 껍질을 포함한다. 현재 대부분의 시트러스 껍질은 건조 후 사료화를 하거나 발효 후에 퇴비로 전환시켜 사용하고 있다. 그러나 시트러스 껍질을 사료화 또는 퇴비로 전환하는 과정에서 처리비용이 상당히 소모되어 시트러스를 이용한 가공업체(예를 들어, 음료 제조업체)에서는 시트러스 껍질을 처리하는 것이 상당한 부담으로 작용한다.
또한, 시트러스의 생산량이 천재지변이나 병충해 등의 다양한 불가항력적 요인에 의해 해마다 달라질 수 있으며, 사람들의 수요 변화나 유통과정에서의 문제로 인해 폐기되어야 할 시트러스들이 발생한다. 폐기할 시트러스는 다량의 수분을 함유하고 있어 사료화 혹은 퇴비화에 더 많은 비용이 소요되기 때문에 일반적으로 매립 처분되고 있다. 그러나 폐기 처분 대상이 되는 시트러스의 부피가 커 처분 비용이 증가하고 매립장의 사용 용량이 감소하며, 과다한 침출수를 발생시키는 환경문제가 발생하고 있다.
이러한 문제들로 인해, 시트러스 껍질이나 폐기할 시트러스와 같이 시트러스 껍질을 포함하는 열매 등(이하에서, 통칭하여 "시트러스 껍질 폐기물"이라 칭함)을 생물학적으로 처리하고 최종 처분되는 양을 줄이고자 하는 시도가 있어왔다. 그러나 시트러스 껍질 폐기물에 존재하는 에센셜 오일의 주성분인 D-리모넨(limonene)이 생물학적 처리 과정을 저해함에 따라 효과적인 처리 방식이 개발되지 못한 상태이다.
본 발명의 일 실시예는, 시트러스 껍질 폐기물 내 오일 성분을 추출하여, 시트러스 껍질 폐기물의 처리과정에서 소모되는 비용과 시간을 현저히 감소시킨 시트러스 껍질 폐기물 처리 장치 및 방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 시트러스(귤속 식물 열매, Citrus) 껍질을 포함하는 폐기물을 유입받아 기 설정된 제1 환경에서 열 가수분해하는 제1 열 가수분해조와 상기 제1 열 가수분해조에서 발생하는 증기를 유입받아 응축시키는 응축조와 증기를 제외한, 제1 열 가수분해조의 반응물을 유입받아 혐기성 소화시키는 혐기성 소화조와 상기 혐기성 소화조를 거친 소화액을 유입받아 탈수하는 제1 탈수기와 상기 제1 탈수기를 거친 탈수케익을 유입받아 기 설정된 제2 환경에서 열 가수분해하는 제2 열 가수분해조 및 상기 제1 열 가수분해조의 반응물을 유입받아 탈수하는 제2 탈수기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시트러스 껍질 폐기물 처리장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 응축조로 유입되는 증기는 수분과 함께 기 설정된 성분을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 기 설정된 성분은 화장품 또는 세정제 내 원료로 사용되는 에센셜 오일의 성분인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 혐기성 소화조는 혐기성 소화를 하며 바이오 가스를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 바이오 가스는 메탄을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 시트러스 껍질 폐기물 처리장치가 시트러스(귤속 식물 열매, Citrus) 껍질을 포함하는 폐기물을 처리하는 방법에 있어서, 시트러스 껍질을 포함하는 폐기물을 유입받아 기 설정된 제1 환경에서 열 가수분해하는 제1 열 가수분해과정과 상기 제1 열 가수분해과정에서 발생하는 증기를 유입받아 응축시키는 응축과정과 증기를 제외한, 제1 열 가수분해과정의 반응물을 유입받아 혐기성 소화시키는 혐기성 소화과정과 상기 혐기성 소화과정을 거친 소화액을 유입받아 탈수하는 제1 탈수과정과 상기 제1 탈수과정을 거친 탈수케익을 유입받아 기 설정된 제2 환경에서 열 가수분해하는 제2 열 가수분해과정 및 상기 제1 열 가수분해과정의 반응물을 유입받아 탈수하는 제2 탈수과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 시트러스 껍질 폐기물 처리방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 응축조로 유입되는 증기는 수분과 함께 기 설정된 성분을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 기 설정된 성분은 화장품 또는 세정제 내 원료로 사용되는 에센셜 오일의 성분인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 혐기성 소화과정은 혐기성 소화를 하며 바이오 가스를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 바이오 가스는 메탄을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 시트러스 껍질 폐기물 내 오일 성분을 추출하여, 시트러스 껍질 폐기물의 처리과정에서 소모되는 비용과 시간을 현저히 감소시킨 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 시트러스 껍질 폐기물을 처리하는 과정에서 기 설정된 오일 성분을 별도로 추출할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 시트러스 껍질 폐기물 처리 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 시트러스 껍질 폐기물 처리 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 시트러스 껍질 폐기물 처리 장치가 오일 성분을 추출하고 시트러스 껍질 폐기물을 처리하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 시트러스 껍질 폐기물 처리 장치가 오일 성분을 추출하고 시트러스 껍질 폐기물을 처리하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 시트러스 껍질 폐기물 처리 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 시트러스 껍질 폐기물 처리 장치가 오일 성분을 추출하고 시트러스 껍질 폐기물을 처리하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 시트러스 껍질 폐기물 처리 장치가 오일 성분을 추출하고 시트러스 껍질 폐기물을 처리하는 방법을 도시한 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호 간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 시트러스 껍질 폐기물 처리 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 시트러스 껍질 폐기물 처리 장치(100)는 제1 열가수분해조(110), 응축조(120), 혐기성 소화조(130), 제1 탈수기(140), 제2 열가수분해조(150) 및 제2 탈수기(160)를 포함한다. 나아가, 시트러스 껍질 폐기물 처리 장치(100)는 건조기(170)를 더 포함할 수 있다.
시트러스 껍질 폐기물 처리장치(100)는 시트러스 껍질 폐기물을 혐기성 소화시켜, 그로부터 바이오 가스를 획득하며 매립하거나 처리할 폐기물의 양을 현저히 감소시킬 수 있다. 시트러스 껍질 폐기물 처리장치(100)는 하수 슬러지의 혐기성 소화율을 증진시키기 위해, 열 가수분해 방식을 이용한다. 열 가수분해 방식은 혐기성 소화의 전처리로서 슬러지를 열 가수분해시킨 후 혐기성 소화조로 반응물을 투입하는 방식이다. 열 가수분해에 의해 슬러지 내 미생물들의 세포벽이 파괴되며, 보다 빠르게 혐기성 소화가 진행되도록 하고 동일한 시간동안 보다 많은 양의 바이오 가스가 생산될 수 있도록 한다.
다만, 시트러스 껍질 폐기물 내에는 D-리모넨(Limonene)이라는 에센셜 오일의 주성분이 존재한다. D-리모넨은 항산화 효능, 항암 효능 또는 세정 효과 등을 가지고 있어, 화장품, 영양 보조제 또는 세정제 등의 원료로 사용되는 성분이다. 다만, D-리모넨은 미생물의 활동을 억제시키기 때문에, 이러한 성분이 포함된 폐기물이 혐기성 소화조로 유입될 경우, 혐기성 소화가 더디게 진행되는 문제가 발생한다. 이에, 시트러스 껍질 폐기물 처리장치(100)는 시트러스 껍질 폐기물을 처리함에 있어 D-리모넨 성분을 분리하여 추출함으로써, 시트러스 껍질 폐기물의 처리효율을 향상시킴과 동시에 에센셜 오일의 주성분을 추가로 획득한다.
제1 열 가수분해조(110)는 시트러스 껍질 폐기물을 유입받아 기 설정된 제1 환경에서 열 가수분해를 한다. 전술한 대로, 시트러스 껍질 폐기물은 시트러스 껍질 및 폐기할 시트러스와 같이 시트러스 껍질을 포함한 모든 열매를 포함하는 개념이다. 제1 열 가수분해조(110)는 시트러스 껍질 폐기물을 유입받아 열 가수분해를 한다. 시트러스 껍질 폐기물은 생물학적 분해가 용이한 펙틴(Pectin), 셀룰로오스(Cellulose) 또는 헤미 셀룰로오스(Hemicellulose) 등의 물질을 주 성분으로 포함하며, 생물학적 분해가 난해한 리그닌(Lignin)을 상대적으로 적은 함량만큼 포함한다. 열 가수분해 과정을 거치며, 시트러스 껍질 폐기물 내 주성분들은 포도당 또는 과당 등으로 가수분해가 일어난다. 시트러스 껍질 폐기물 내 주성분에 가수분해가 일어나며, 후술할 혐기성 소화조에서 혐기성 소화가 보다 빠르게 진행될 수 있고, 혐기성 소화조의 규모가 작아질 수 있으며, 동일한 시간 동안 보다 많은 양의 바이오 가스가 생산될 수 있다.
제1 열 가수분해조(110)는 유입받은 시트러스 껍질 폐기물을 기 설정된 제1 환경에서 열 가수분해를 한다. 여기서, 기 설정된 제1 환경은 170 내지 180℃의 온도 및 7 내지 10 bar의 압력을 10 내지 30분 동안 가하는 환경일 수 있다. 제1 열 가수분해조(110)는 기 설정된 제1 환경 하에서 시트러스 껍질 폐기물을 열 가수분해한다. 이에 따라, 시트러스 껍질 폐기물의 주성분을 구성하는 셀룰로오스나 헤미 셀룰로오스는 포도당, 과당 또는 HMF(Hydroxy Methyl Furfural) 등으로 가수분해된다. 한편, 시트러스 껍질 폐기물 내 포함된 D-리모넨은 끓는 점으로 176℃를 갖는다. 이에, D-리모넨은 기 설정된 제1 환경 내에서 수분과 함께 증발한다. 제1 열 가수분해조(110)는 열 가수분해 후 반응물은 혐기성 소화조(130)로 전달하고, 발생한 증기는 응축조(120)로 전달한다.
응축조(120)는 제1 열 가수분해조(110)로부터 증기를 유입받아 응축한다. 응축조(120)는 제1 열가수분해조(110)에서 기 설정된 제1 환경에서 열 가수분해되며 발생한 증기를 유입받는다. 응축조(120)로 유입되는 증기 내에는 수분 뿐만 아니라, 기 설정된 제1 환경에서 증발하는 D-리모넨 성분도 포함되어 있다. 응축조(120)는 기 설정된 제1 환경보다 낮은 압력(예를 들어, 대기압)을 제공한다. 제1 열 가수분해조(110)보다 상대적으로 낮은 압력과 온도를 제공하는 응축조(120)로 유입된 증기는 응축조(120) 내에서 응축(액화)된다. 응축조(120)로부터 시트러스 껍질 폐기물 내 포함된 에센셜 오일의 주성분(D-리모넨)이 수분과 함께 회수될 수 있다. 응축조(120)로 D-리모넨 성분이 분리됨에 따라, 후술할 혐기성 소화조(130)에서 열 가수분해 후 반응물의 혐기성 소화가 원활히 수행될 수 있다.
혐기성 소화조(130)는 증기가 분리된 열 가수분해 반응물을 유입받아 혐기성 소화한다. 혐기성 소화조(130) 내로 유입된 열 가수분해 반응물들이 혐기성 소화조(130) 내 미생물들에 의해 혐기성 소화된다. 전술한 대로, 열 가수분해 과정을 거치며 시트러스 껍질 폐기물의 주성분들은 모두 다당류 또는 단당류의 당으로 가수분해되어, 미생물들의 먹이가 될 수 있다. 시트러스 껍질 폐기물들이 이미 미생물의 먹이로 온전히 분해된 채로 유입되기 때문에, 혐기성 소화조(130)에서는 원활히 혐기성 소화가 수행될 수 있다. 혐기성 소화조(130)에서 혐기성 소화가 진행되며, 발생하는 바이오 가스는 외부로 방출된다. 바이오 가스 내에는 메탄이 포함되어, 전력 등을 생산하는 연료로 사용될 수 있다.
제1 탈수기(140)는 혐기성 소화조(130)를 거친 소화액을 유입받아 탈수시킨다. 제1 탈수기(140)는 공정상 혐기성 소화조(130)와 제2 열 가수분해조(150) 사이에서 소화액을 탈수시킨다. 제1 탈수기(140)에 의해 소화액 내 약 15 내지 20%의 수분이 탈수되며, 80 내지 85%의 수분함량을 갖는 탈수케익이 제2 열 가수분해조(150)로 반출된다. 이처럼, 제1 탈수기(140)에서 1차적으로 탈수됨으로써, 열 가수분해될 소화액의 전체 부피가 감소할 수 있다. 열 가수분해될 소화액의 부피 감소는 제2 열 가수분해조(150)의 크기가 지나치게 커지는 것을 방지할 수 있다. 제1 탈수기(140)의 탈수 없이 바로 소화액이 제2 열 가수분해조(150)로 유입될 경우, 제2 열 가수분해조(150)는 소화액 전체를 열 가수분해하기 위해 지나치게 커지거나 전체 소화액을 열 가수분해하기까지 지나치게 오래 시간이 소모될 여지가 있다. 이를 방지하기 위해, 1차적으로 제1 탈수기(140)가 혐기성 소화조(130)를 거친 소화액을 유입받아 탈수시켜 소화액의 부피를 감소시킨다. 제1 탈수기(140)를 거친 탈수케익은 제2 열 가수분해조(150)로 유입되며, 탈수 여액은 폐수 처리장 등 외부로 전달되어 처리된다.
제2 열 가수분해조(150)는 제1 탈수기(140)를 거친 탈수케익을 유입받아 기 설정된 제2 환경에서 열 가수분해한다. 제2 열 가수분해조(150)는 기 설정된 제2 환경에서 탈수케익을 열 가수분해한다. 기 설정된 제2 환경은 180 내지 200℃의 온도 및 10 내지 16 bar의 압력을 10 내지 30분동안 가하는 환경일 수 있다. 탈수케익이 이러한 환경에서 열 가수분해됨에 따라, 탈수케익 내 존재하는 슬러지의 세포벽이 파괴되며 세포 내부의 수분이 빠지며 탈수 효율이 보다 향상될 수 있다. 즉, 후술할 제2 탈수기(160)의 탈수효율을 극대화하기 위해, 제2 열 가수분해조(150)는 탈수케익을 유입받아 열 가수분해한다.
제2 탈수기(160)는 제2 열 가수분해조(150)에서 열 가수분해된 반응물을 유입받아 탈수시킨다. 제2 탈수기(160) 역시, 제1 탈수기(140)와 마찬가지로 유입된 반응물을 탈수시킨다. 이때, 유입되는 탈수케익은 제2 열 가수분해조(150)를 거치며 슬러지 내 미생물들의 세포벽이 파괴되어 세포 내부의 수분이 빠진 상태이기 때문에, 제2 탈수기(160)에서는 상당한 탈수 효율을 확보할 수 있다. 제2 탈수기(160)를 거치며, 탈수케익의 수분함량은 45%이하로 감소할 수 있으며, 이에 따른 슬러지 감량률은 80% 이상이 된다. 전술한 공정을 거침에 따라, 시트러스 껍질 폐기물은 부피가 80% 이상 감량될 수 있으며, 수분함량이 45% 이하로 되어 매립되는데 아무런 문제가 발생하지 않는다. 이와 함께, 추가적으로 에센셜 오일의 주성분인 D-리모넨을 추출할 수 있다. 제2 탈수기(160)로부터 발생하는 탈수 여액은 제1 탈수기(140)와 마찬가지로 폐수 처리장 등 외부로 전달되어 처리된다.
제2 탈수기(160)는 필터 프레스로 구현될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
시트러스 껍질 폐기물 처리 장치(100)는 건조기(170)를 더 포함할 수 있다. 건조기(170)는 제2 탈수기(160)를 거친 탈수케익을 유입받아 건조시킨다. 건조기(170)를 거친 탈수케익은 수분 함량이 15% 이내까지 감소할 수 있다. 이처럼 수분 함량이 15% 이내로 감소할 경우, 탈수케익은 발전소 등의 연료로도 재활용될 수 있다. 시트러스 껍질 폐기물 처리 장치(100)는 시트러스 껍질 폐기물이 보다 원활히 처리되도록 처리함은 물론, 나아가 재활용될 수 있도록 처리할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 시트러스 껍질 폐기물 처리 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 시트러스 껍질 폐기물 처리 장치(200)는 시트러스 껍질 폐기물 처리 장치(100)의 구성에 농축조(210)를 더 포함한다.
농축조(210)는 제1 열 가수분해조(110)의 반응물을 유입받아 반응물 내 탄소원을 분리한다.
일반적인 오·폐수처리 공정은 암모니아 형태로 유입된 질소의 제거를 위해, 질산화과정(NH4 +를 NO3 -로 산화) 및 탈질과정(NO3 -를 N2 기체로 탈질)을 거친다. 질산화 과정은 공기가 공급되는 환경의 반응조 내에서 질산화 미생물에 의해 진행되는데, 오·폐수 내 포함된 대부분의 유기물이 질산화 미생물에 의해 분해되어 제거된다. 한편, 탈질 과정은 무산소 환경의 반응조 내에서 탈질 미생물에 의해 진행되는데. 유기물이 질산화 과정에서 모두 제거되었기 때문에 탈질 미생물의 증식을 위해서는 탄소원이 외부에서 인위적으로 공급되어야만 했다. 외부로부터 탄소원의 공급은 오·폐수처리 공정의 운영비를 증가시키는 원인이 되어 왔다.
제1 열 가수분해조(110)의 반응물은 액체와 고체가 혼합된 혼합물에 해당한다. 전술한 대로, 가수분해에 의해 생성된 포도당 또는 과당 등의 다당류나 단당류가 액체 내에 포함된다. 당류는 미생물이 섭취할 수 있는 물질로서 탄소원으로 사용될 수 있는 성분이다. 농축조(210)는 제1 열 가수분해조(110)로부터 반응물을 유입받아 고액분리한다. 고액 분리할 경우, 상등수와 침전물로 분리된다. 전술한 대로, 상등수 내에는 가수분해된 다당류나 단당류가 포함되어 있다. 농축조(210)는 상등수를 탄소원으로서 외부로 공급할 수 있으며, 침전물을 혐기성 소화조(130)로 전달하여 혐기성 소화되도록 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 시트러스 껍질 폐기물 처리 장치가 오일 성분을 추출하고 시트러스 껍질 폐기물을 처리하는 방법을 도시한 순서도이다.
제1 열 가수분해조(110)는 시트러스 껍질 폐기물을 기 설정된 제1 환경에서 열 가수분해한다(S310). 열 가수분해에 의해 발생한 증기는 농축조(120)로 유입되어, 증기 내 에센셜 오일의 성분(D-리모넨)이 추출된다.
혐기성 소화조(130)는 증기를 제외한 반응물을 혐기성 소화한다(S320). 증기가 분리된 반응물이 혐기성 소화조(130)로 유입되며, 혐기성 소화조(130) 내에서 혐기성 소화된다. 혐기성 소화에 의해 바이오 가스가 생산된다.
제1 탈수기(140)는 소화액을 1차적으로 탈수한다(S330). 후술할 열 가수분해 공정에서 가수분해될 소화액의 부피를 감소시키기 위해 제1 탈수기(140)는 소화액을 1차적으로 탈수한다.
제2 열 가수분해조(150)는 탈수 후 탈수케익을 기 설정된 제2 환경에서 열 가수분해한다(S340). 제2 열 가수분해조(150)는 탈수케익을 추가적으로 열 가수분해하여, 후술할 탈수 공정에 의해 탈수 후 탈수케익의 수분함량이 최소화되며, 처리 후 폐기물의 부피도 최소화될 수 있도록 한다.
제2 탈수기(160)는 반응물을 2차적으로 탈수한다(S350). 추가적으로 건조기(170)에 의해 탈수 후의 탈수케익에 건조가 수행될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 시트러스 껍질 폐기물 처리 장치가 오일 성분을 추출하고 시트러스 껍질 폐기물을 처리하는 방법을 도시한 순서도이다.
제1 열 가수분해조(110)는 시트러스 껍질 폐기물을 기 설정된 제1 환경에서 열 가수분해한다(S410).
농축조(210)는 증기를 제외한 반응물을 유입받아 고액분리하여, 상등수를 배출한다(S420), 농축조(210)는 증기를 제외한 반응물을 유입받아, 고액분리한다. 이에, 반응물은 침전물과 상등수로 분리되며, 상등수를 탄소원으로서 외부로 배출한다.
혐기성 소화조(130)는 고액 분리된 침전물을 유입받아 혐기성 소화한다(S430). 고액분리된 반응물 중 침전물이 혐기성 소화조(130)로 유입되며, 혐기성 소화조(130) 내에서 혐기성 소화된다. 혐기성 소화에 의해 바이오 가스가 생산된다.
제1 탈수기(140)는 소화액을 1차적으로 탈수한다(S440).
제2 열 가수분해조(150)는 탈수 후 탈수케익을 기 설정된 제2 환경에서 열 가수분해한다(S450).
제2 탈수기(160)는 반응물을 2차적으로 탈수한다(S460).
도 3 및 4에서는 각 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 각 도면에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 각 과정 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 3 및 4는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 3 또는 4에 도시된 과정들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 즉, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 200: 시트러스 껍질 폐기물 처리장치
110: 제1 열 가수분해조
120: 농축조
130: 혐기성 소화조
140: 제1 탈수기
150: 제2 열 가수분해조
160: 제2 탈수기
170: 건조기
210: 농축조
110: 제1 열 가수분해조
120: 농축조
130: 혐기성 소화조
140: 제1 탈수기
150: 제2 열 가수분해조
160: 제2 탈수기
170: 건조기
210: 농축조
Claims (10)
- 시트러스(귤속 식물 열매, Citrus) 껍질을 포함하는 폐기물을 유입받아 170 내지 180℃의 온도 및 7 내지 10 bar의 압력을 10 내지 30분 동안 가하는 환경에서 열 가수분해하여, 상기 시트러스 껍질을 포함하는 폐기물을 다당류 또는 단당류로 가수분해하는 한편, 생물학적 처리과정을 저해하는 D-리모넨은 수분과 함께 증발시키는 제1 열 가수분해조;
상기 제1 열 가수분해조에서 발생하는 증기를 유입받아 응축시킴으로서, 시트러스 껍질을 포함하는 폐기물 내 D-리모넨 성분을 수분과 함께 회수하는 응축조;
수분과 함께 D-리모넨이 분리된, 제1 열 가수분해조의 반응물을 유입받아 혐기성 소화시키는 혐기성 소화조;
상기 혐기성 소화조를 거친 소화액을 유입받아 탈수하는 제1 탈수기;
상기 제1 탈수기를 거친 탈수케익을 유입받아 180 내지 200℃의 온도 및 10 내지 16 bar의 압력을 10 내지 30분 동안 가하는 환경에서 열 가수분해하는 제2 열 가수분해조; 및
상기 제1 열 가수분해조의 반응물을 유입받아 탈수하는 제2 탈수기
를 포함하는 것을 특징으로 하는 시트러스 껍질 폐기물 처리장치. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 혐기성 소화조는,
혐기성 소화를 하며 바이오 가스를 발생시키는 것을 특징으로 하는 시트러스 껍질 폐기물 처리장치. - 제4항에 있어서,
상기 바이오 가스는,
메탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 시트러스 껍질 폐기물 처리장치. - 시트러스 껍질 폐기물 처리장치가 시트러스(귤속 식물 열매, Citrus) 껍질을 포함하는 폐기물을 처리하는 방법에 있어서,
시트러스 껍질을 포함하는 폐기물을 유입받아 170 내지 180℃의 온도 및 7 내지 10 bar의 압력을 10 내지 30분 동안 가하는 환경에서 열 가수분해하여, 상기 시트러스 껍질을 포함하는 폐기물을 다당류 또는 단당류로 가수분해하는 한편, 생물학적 처리과정을 저해하는 D-리모넨은 수분과 함께 증발시키는 제1 열 가수분해과정;
상기 제1 열 가수분해조에서 발생하는 증기를 유입받아 응축시킴으로서, 시트러스 껍질을 포함하는 폐기물 내 D-리모넨 성분을 수분과 함께 회수하는 응축과정;
수분과 함께 D-리모넨이 분리된, 제1 열 가수분해과정의 반응물을 유입받아 혐기성 소화시키는 혐기성 소화과정;
상기 혐기성 소화과정을 거친 소화액을 유입받아 탈수하는 제1 탈수과정;
상기 제1 탈수과정을 거친 탈수케익을 유입받아 180 내지 200℃의 온도 및 10 내지 16 bar의 압력을 10 내지 30분 동안 가하는 환경에서 열 가수분해하는 제2 열 가수분해과정; 및
상기 제1 열 가수분해과정의 반응물을 유입받아 탈수하는 제2 탈수과정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 시트러스 껍질 폐기물 처리방법. - 삭제
- 삭제
- 제6항에 있어서,
상기 혐기성 소화과정은,
혐기성 소화를 하며 바이오 가스를 발생시키는 것을 특징으로 하는 시트러스 껍질 폐기물 처리방법. - 제9항에 있어서,
상기 바이오 가스는,
메탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 시트러스 껍질 폐기물 처리방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020210033808A KR102337503B1 (ko) | 2021-03-16 | 2021-03-16 | 시트러스 껍질 폐기물 처리 장치 및 방법 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
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| WO (1) | WO2022196841A1 (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130009903A (ko) * | 2011-07-13 | 2013-01-24 | 한국에너지기술연구원 | 비타민 ｅ 함유 바이오 오일의 생산 방법 |
| KR20170088176A (ko) * | 2016-01-22 | 2017-08-01 | 주식회사 포스코건설 | 열가수분해를 포함하는 유기성 폐기물 혐기소화 시스템 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100059398A (ko) * | 2008-11-26 | 2010-06-04 | 한국과학기술연구원 | 산화물 촉매를 이용한 바이오매스의 열분해에 의한 바이오 오일의 제조방법 |
| FR2942792B1 (fr) * | 2009-03-06 | 2012-06-29 | Otv Sa | Procede d'obtention de boues imputrescibles et d'energie et installation correspondante |
| KR20120080382A (ko) * | 2011-01-07 | 2012-07-17 | 코리아워터텍 주식회사 | 팜 열매 열 가수분해 장치 및 이를 이용한 팜 오일 생산 방법 |
-
2021
- 2021-03-16 KR KR1020210033808A patent/KR102337503B1/ko active IP Right Grant
- 2021-03-17 WO PCT/KR2021/003314 patent/WO2022196841A1/ko active Application Filing
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130009903A (ko) * | 2011-07-13 | 2013-01-24 | 한국에너지기술연구원 | 비타민 ｅ 함유 바이오 오일의 생산 방법 |
| KR20170088176A (ko) * | 2016-01-22 | 2017-08-01 | 주식회사 포스코건설 | 열가수분해를 포함하는 유기성 폐기물 혐기소화 시스템 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2022196841A1 (ko) | 2022-09-22 |
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