KR102567554B1 - 음식물쓰레기에 축산슬러지 또는 도축슬러지를 이용한 고형 에너지 연료의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음식물쓰레기로 고형 연료를 제조할 시 축산슬러지 또는 도축슬러지를 이용해서 함께 고형 연료를 제조하여 에너지를 획기적으로 높일 수 있도록 한 고형 에너지 연료의 제조방법을 제공코자 하는 것으로서, 본 발명은 음식물쓰레기를 수거한 후 미분쇄하여 수분과 유기물이 함유된 음식물슬러지를 준비토록 하는 음식물슬러지준비단계(S1)와, 음식물슬러지에 혼합되어 고형 연료로 제조 후 자체 발열량을 높이면서 성형이 용이하도록 점성을 갖는 유기성 고발열량유도조성물을 혼합하여 고발열혼합물을 제조하는 발열량증대혼합단계(S2)와, 음식물슬러지와 고발열량유도조성물이 혼합된 슬러지형태의 고발열혼합물을 소정의 형태를 갖는 고형연료성형물로 성형하는 성형단계(S5)가 포함되며, 발열량증대혼합단계(S2)에서 음식물슬러지에 혼합되는 고발열량유도조성물은 축산분뇨가 섞인 폐수를 정화하는 공정에서 폭기조에 침전된 축산분뇨활성슬러지 또는 도축폐기물이 섞인 폐수를 정화하는 공정에서 폭기조에 침전된 도축폐기물활성슬러지가 혼합된 것을 특징으로 하며, 이에 의하면 음식물쓰레기와 축산 또는 도축슬러지를 혼합하여 고발열량의 고형 에너지 연료를 제조할 수 있으며, 제조원가를 절감하면서 환경오염을 방지하는 등 다양한 효과를 제공토록 한다.

Description

음식물쓰레기에 축산슬러지 또는 도축슬러지를 이용한 고형 에너지 연료의 제조방법{A method of manufacturing solid energy fuel using the method of adding livestock sludge or slaughter sludge to food refuse}

본 발명은 고체 형태의 에너지 연료의 제조방법에 대한 것으로서, 이를 보다 상세히 설명하면 버려지던 음식물쓰레기를 활용해서 고형 연료를 제조할 시 열량이 높은 축산슬러지 또는 도축슬러지를 이용해서 함께 고형 연료를 제조하여 에너지를 획기적으로 높일 수 있도록 한 음식물쓰레기에 축산슬러지 또는 도축슬러지를 이용한 고형 에너지 연료의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 폐기물 고형 에너지 연료(Refuse-Derived Solid Energy Fuel) 또는 폐기물 고형 연료(Refuse-Derived (Solid) Fuel)는 사업장이나 가정 등에서 발생되는 가연성 폐기물 중 에너지 함량이 높은 폐기물을 고형화처리를 통해 생산한 재생 에너지로서, 쓰레기고형화연료나 쓰레기재생연료나 폐기물연료라고도 하고 줄여서 RDF라고도 한다. 가끔 가공하지 않은 폐기물 자체를 연료라고 말하기도 하지만, RDF는 도시폐기물에서 재활용물질을 골라내고 금속이나 유리 같은 불에 타지 않는 물질을 제거한 뒤 종이, 목재, 플라스틱, 음식물쓰레기 같은 가연성 물질을 잘게 부수고 압축하여 적당한 크기로 만든 연료를 말하는 것이며, 형태는 파쇄된 상태, 부스러기, 강화된 펠릿, 벽돌 등으로 다양하며 규격품 생산이 가능하므로 수송 및 저장이 쉬우며, 일반적으로 함수율과 소각재 함량에 따라 차이는 있으나 발열량은 3500㎉/㎏ 정도로 열효율이 높아 소각시설의 규모를 폐기물전량 소각시설보다 작게 만들 수 있다. 처리과정에서 유해성 대기오염물질을 발생시키는 플라스틱 같은 폐기물을 많이 제거할 수 있고 에너지, 수분, 재의 함량을 균일하게 유지할 수 있어 연소조절과 대기오염방지시설의 효율이 높다. 연소 에너지를 얻기 위하여 특별히 설계된 소각로의 연료로도 이용되는데, 이때에는 석탄과 혼합하여 연소시키기도 하며, 증기나 전기를 생산하는 보일러 연료로 많이 이용되며, 열효율이 높은 반면 생산가격이 높으며. 부패하기 쉬운 유기물질로 구성되어 있어 함수율이 높으면 부패하는 단점과 함께 폐기물의 성분에 가연성 물질이 많아야 하며 전처리 공정에서 상당한 동력 및 투자비가 소요되는 단점이 있었던 것이다.

이러한 고형 연료로는 대한민국 공개특허 2004년 제79227호(2004년 9월 14일자 공개)에 게재된 바와 같이 음식물쓰레기를 이용하여 고체연료를 제작하는 기술이 개발되어 있었으며, 대한민국 등록특허 제1319283호(2013년 10월 17일자 공고)에 게재된 바와 같이 상대적으로 발열량이 낮은 산업 폐기물에 석탄회 또는 석탄 분말 중 어느 하나 이상을 혼합하여 폐기물의 수분을 감소시키거나 발열량을 높이도록 하는 기술이 개발되어 있었으나, 상기 음식물쓰레기만으로 고체연료를 제작할 경우 발열량이 낮고, 산업 폐기물에 석탄회 또는 석탄 분말을 혼합할 시 발열량을 향상시키기 위해 고가의 석탁 분말을 사용해야 함으로써 원가가 상승하게 되는 문제점을 가지며, 산업 폐기물의 수분 제거를 위해서는 다량의 석탄회가 사용되므로 이 역시 원가를 상승시키는 문제점을 가지고 있었던 것이다.

이에 더불어서 대한민국 공개특허 2015년 제144612호(2015년 12월 28일자 공개)에 게재된 바와 같이 음식물쓰레기를 원료로 사용할 시 열량을 높이기 위해서 코크스를 혼합하는데 코크스와 혼합이 잘 되도록 점성을 갖게 음식물쓰레기를 분쇄하여 끓이는 공정이 추가되는 바, 이러한 끓임 공정으로 인하여 가열로가 필요하고 가열로의 가열을 위해서 외부의 에너지를 더 소비해야 하므로 고형 에너지 연료를 얻기 위해서 별도의 에너지를 소비하여 열효율이 떨어지는 문제점과 함께 가열로 구비 및 후처리시설 구비로 인해 설비비용이 향상되면서 설비장소를 많이 차지하는 등 다수의 문제점을 가지고 있었던 것이다.

KR 10-2004-0079227 A 2004. 9. 14. KR 101319283 B1 2013. 10. 17. KR 10-2015-0144612 A 2015. 12. 28.

본 발명에서는 상기한 종래 기술의 제반 문제점들을 해결코자 새로운 기술을 창안한 것으로서, 본 발명은 음식물쓰레기를 사용하여 고형 에너지 연료를 제조할 시 음식물쓰레기에 의한 발열량을 일층 향상시킬 수 있도록 버려지거나 처리가 곤란하던 축산분뇨의 처리 시 발생되는 축산슬러지나 도축폐기물의 처리 시 발생되는 도축슬러지를 음식물쓰레기로 된 음식물슬러지와 혼합하여 고형 에너지 연료를 제조토록 해서 발열량이 극대화되도록 한 음식물쓰레기에 축산슬러지 또는 도축슬러지를 이용한 고형 에너지 연료의 제조방법을 제공코자 함에 발명에서 해결하고자 하는 과제를 두고 완성한 것이다.

또한 별도로 기술하지는 않았으나, 본 발명의 음식물쓰레기에 축산슬러지 또는 도축슬러지를 이용한 고형 에너지 연료의 제조방법을 상세하게 기술한 하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 청구범위 및 도면 등을 감안하여 유추할 수 있는 범위 내의 또 다른 목적들도 본 발명의 전체 해결과제에 포함되는 것이다.

상기한 발명의 과제를 해결하기 위한 구체적인 수단으로 본 발명에서는 음식물쓰레기에 축산슬러지 또는 도축슬러지를 이용한 고형 에너지 연료의 제조방법을 제공하되, 상기 본 발명의 음식물쓰레기에 축산슬러지 또는 도축슬러지를 이용한 고형 에너지 연료의 제조방법은 음식물쓰레기를 수거한 후 미분쇄하여 수분과 유기물이 함유된 음식물슬러지를 준비토록 하는 음식물슬러지준비단계가 구비되며, 음식물슬러지에 혼합되어 고형 연료로 제조 후 자체 발열량을 높이면서 성형이 용이하도록 점성을 갖는 유기성 고발열량유도조성물을 혼합하여 고발열혼합물을 제조하는 발열량증대혼합단계가 구비되며, 음식물슬러지와 고발열량유도조성물이 혼합된 슬러지형태의 고발열혼합물을 소정의 형태를 갖는 고형연료성형물로 성형하는 성형단계가 구비되며, 상기 발열량증대혼합단계에서 음식물슬러지에 혼합되는 고발열량유도조성물은 축산분뇨가 섞인 폐수를 정화하는 공정에서 폭기조에 침전된 축산분뇨활성슬러지가 혼합되며, 상기 축산분뇨활성슬러지는 축산분뇨를 수거하는 축산분뇨수거공정과, 수거된 축산분뇨를 고르게 혼합되도록 회전되는 교반날개에 의해서 교반하는 축산분뇨교반공정과, 교반된 축산분뇨를 고속 회전시켜 탈수시켜서 수분을 제거하는 축산분뇨탈수공정과, 탈수된 축산분뇨에 응집제를 투입하여 원심 회전시키면서 고형물이 생성토록 하는 축산분뇨원심공정과, 축산분뇨원심공정에서 생성된 축산분뇨슬러지에 산소와 함께 폭기조에 투입하여 축산분뇨슬러지를 산소 활성화시켜서 발효토록 하는 축산분뇨슬러지폭기공정과, 축산분뇨슬러지폭기공정에서 산소에 의해서 활성화되어 발효된 축산분뇨활성슬러지를 이후에 다양한 정화방법을 거쳐서 정화 후 폐기처분하기 전에 음식물슬러지를 고체 연료로 제조 시 고발열량을 유도하도록 고발열량유도조성물로 사용하기 위해 준비하는 축산분뇨활성슬러지준비공정을 거쳐서 제조된 것을 특징으로 한다.

더불어서 상기 본 발명의 음식물쓰레기에 축산슬러지 또는 도축슬러지를 이용한 고형 에너지 연료의 제조방법은 음식물쓰레기를 수거한 후 미분쇄하여 수분과 유기물이 함유된 음식물슬러지를 준비토록 하는 음식물슬러지준비단계가 구비되며, 음식물슬러지에 혼합되어 고형 연료로 제조 후 자체 발열량을 높이면서 성형이 용이하도록 점성을 갖는 유기성 고발열량유도조성물을 혼합하여 고발열혼합물을 제조하는 발열량증대혼합단계가 구비되며, 음식물슬러지와 고발열량유도조성물이 혼합된 슬러지형태의 고발열혼합물을 소정의 형태를 갖는 고형연료성형물로 성형하는 성형단계가 구비되며, 상기 발열량증대혼합단계에서 음식물슬러지에 혼합되는 고발열량유도조성물은 도축폐기물이 섞인 폐수를 정화하는 공정에서 폭기조에 침전된 도축폐기물활성슬러지가 혼합되며, 상기 도축폐기물활성슬러지는 도축폐기물을 수거하는 도축폐기물수거공정과, 수거된 도축폐기물을 분쇄하는 도축폐기물분쇄공정과, 분쇄된 도축폐기물을 물에 혼합한 도축슬러지 및 도축폐수를 80~150℃로 가열하는 도축슬러지가열공정과, 가열에 의해서 탈취 및 살균된 도축슬러지를 상온에서 식히도록 하는 도축슬러지식힘공정과, 상온으로 냉각된 도축슬러지를 산소와 함께 폭기조에 투입하여 도축슬러지를 산소 활성화시켜서 발효토록 하는 도축슬러지폭기공정과, 도축슬러지폭기공정에서 산소에 의해서 활성화되어 발효된 도축폐기물활성슬러지를 이후 다양한 정화방법을 거쳐서 정화 후 폐기처분하기 전에 음식물슬러지를 고체 연료로 제조 시 고발열량을 유도하도록 고발열량유도조성물로 사용하기 위해 준비하는 도축폐기물활성슬러지준비공정을 거쳐서 제조된 것을 특징으로 한다.
이에 더하여 상기 발열량증대혼합단계에서 음식물슬러지에 혼합되는 고발열량유도조성물은 코크스분이 더 혼합된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 발열량증대혼합단계에서 음식물슬러지 70중량%와 점성을 갖는 유기성 고발열량유도조성물 30중량%가 혼합되도록 한 것을 특징으로 하며, 고발열량유도조성물을 조성할 시 축산분뇨활성슬러지 또는 도축폐기물활성슬러지 60~70중량%와 전분 30~40중량%가 혼합되도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 상기 발열량증대혼합단계에서 음식물슬러지 70중량%와 축산분뇨활성슬러지 또는 도축폐기물활성슬러지 15~25중량%와 코크스분 5~15중량%가 혼합되도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.

상술한 과제 해결을 위한 구체적인 수단에 의하면, 본 발명의 음식물쓰레기에 축산슬러지 또는 도축슬러지를 이용한 고형 에너지 연료의 제조방법은 음식물쓰레기를 수거하여 고형 에너지 연료, 즉 폐기물 고형 연료를 제조함에 있어서, 음식물쓰레기 외에도 폐기하는데 처리가 곤란하던 가축의 사육 시 발생되는 분뇨의 처리에 발생되던 축산슬러지 및 가축을 식용하기 위해서 도축 시에 발생되던 도축폐기물의 처리 시 발생되는 도축슬러지를 음식물쓰레기로 고형 에너지 연료를 제조 시 함께 혼합하여 음식물쓰레기에 의한 음식물슬러지만으로 고형 에너지 연료를 제조할 때보다 자체 발열량이 높은 축산분뇨활성슬러지와 도축폐기물활성슬러지를 함께 투입하여 연료를 제조함으로써, 제조된 고형 에너지 연료의 발열량을 극대화시켜서 발열효율이 월등히 뛰어난 고형 에너지 연료를 득할 수 있는 효과를 제공하게 된다.

이에 더하여 음식물쓰레기에 고가의 석탄 분말이나 석탄회 또는 코크스 대신 버려지고 처리가 곤란하던 축산분뇨 및 도축폐기물을 사용해서 고(高)발열량의 고형 에너지 연료를 제조할 수 있어서, 고형 에너지 연료의 제조 시 제조원가를 현저히 줄일 수 있으며, 음식물쓰레기와 축산분뇨와 도축폐기물을 재활용하도록 해서 폐기 및 처리에 드는 비용을 일소시켜서 경제적 효율이 월등한 효과를 제공하게 되면서, 폐기되던 음식물쓰레기, 축산분뇨, 도축폐기물을 재활용하도록 해서 환경오염을 방지하는 친환경적인 기술을 제공하는 등 그 기대되는 효과가 다대한 발명이다.

도 1은 본 발명의 고형 에너지 연료의 제조방법을 순차적으로 나타낸 공정도
도 2는 본 발명에서 발열량증대혼합단계에서 투입되는 고발열량유도조성물로 사용되는 축산분뇨활성슬러지의 제조방법을 순차적으로 나타낸 공정도
도 3은 본 발명에서 발열량증대혼합단계에서 투입되는 고발열량유도조성물로 사용되는 도축폐기물활성슬러지의 제조방법을 순차적으로 나타낸 공정도

본 발명은 버려지던 음식물쓰레기를 활용해서 고형 연료를 제조할 시 음식물쓰레기에 상대적으로 열량이 높은 축산슬러지 또는 도축슬러지를 이용해서 함께 고형 연료를 제조하여 에너지를 획기적으로 높일 수 있으며 생산효율이 높고, 고 에너지의 고형 연료를 생산할 수 있도록 한 음식물쓰레기에 축산슬러지 또는 도축슬러지를 이용한 고형 에너지 연료의 제조방법을 제공코자 하는 것으로서, 이를 하기에서 도면들과 함께 보다 구체적으로 설명토록 하되, 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니며, 사용되는 용어들 역시 실시 예를 구체적으로 설명하기 위한 것일 뿐 해당 용어에 국한되게 해석되어서는 아니 된다.

전국적으로 하루에 버려지는 음식물쓰레기는 2011년 기준 13,537톤으로, 연간 약 500만톤이 발생하고 있고, 이 중 95.3%가 사료나 퇴비로 재활용되고 나머지는 매립(1.2%)하거나 소각(3.4%) 처리하고 있으며, 이러한 음식물쓰레기는 건조 중량 기준 발열량이 높고 수분이 충분하며, 유기성 물질로서 영양소도 충분하므로 과다한 염분 농도 문제, 매운 맛과 같은 향신료 문제 등을 제거하면 퇴비나 사료로서 유용한 자원으로 재활용이 가능한 것이다.

한국의 음식물쓰레기의 폐기물 처리가 대부분 매립처리에 의존하는 실정으로 먹고 남은 음식물을 그대로 버리면 비위생적인 처리로 인해 생활환경을 더욱 악화시키게 되며, 재활용으로는 가정용 퇴비화 발효용기에 음식물쓰레기와 미생물 발효제를 넣어 퇴비원료를 만들 수 있으며, 퇴비화 발효용기를 사용하면 썩는 냄새가 나지 않으며, 음식물쓰레기를 매일 손쉽게 처리할 수 있으며, 주말농장이나 텃밭, 정원에 유용한 거름으로 사용 가능하며, 가정에서 배출된 퇴비원료는 공동 수거용기로 수집 및 운반하여 퇴비로 이용하며, 음식물쓰레기에 톱밥과 같은 수분 조절제와 발효제를 투입하여 하루 정도 혼합 발효한 후 부숙시키면 퇴비가 생산된다. 발효된 음식물쓰레기를 밭갈이할 때 혼합하여 1주일간 썩히면 토양에 유용한 거름이 되고, 부산물 비료공장에서 다른 물질과 혼합하여 훌륭한 유기성 퇴비로 생산, 판매가 가능하며, 음식물쓰레기가 많이 발생되는 음식점, 구내식당 등에서는 고속발효기를 설치하여 음식물쓰레기, 수분 조절제, 미생물 발효제를 혼합 발효시킨 후 부숙시켜 퇴비로 만들 수 있으며, 음식물쓰레기와 하수처리 슬러지를 혼합하여 지렁이 먹이로 제공하면 이를 먹고 성장한 지렁이는 약품원료 등으로 이용하고, 지렁이가 배출한 분변토는 발아용 또는 원예용의 고품질 및 고가의 퇴비로 이용되며, 음식물쓰레기는 사료의 영양분 함량이 일반 배합 사료보다 2배 이상 높아 사료화의 가능성이 있는 것으로서, 이와 같이 음식물쓰레기를 재활용하는 것은 대부분이 퇴비나 사료 등으로 사용하는 것이 대부분이며, 더불어 상술한 발명의 배경이 되는 기술에서와 같이 고체연료로 재활용하는 방법도 있었으며, 본 발명에서는 음식물쓰레기를 사용해서 고형의 에너지 연료를 제조할 시 발열량을 한층 올리면서도 원가가 저렴한 조성물을 부가토록 하기 위해 아래와 같은 가축분뇨(=축산분뇨) 및 도축폐기물을 사용하여 발열량을 향상시키도록 한 것이다.

이러한 가축분뇨(家畜糞尿,livestock excretions)는 소, 돼지, 닭 같은 가축이 배설하는 똥과 오줌을 이르는 것으로 축산분뇨(畜産糞尿)라고도 하며, 경제성장과 더불어 축산물의 수요가 증가함에 따라 사육규모가 커지면서 사육가축의 마릿수도 증가하여 단일 축산시설에서 발생하는 분뇨의 양도 점점 늘어나고 있으며, 각종 유기화합물과 질소, 인산, 칼륨 등의 비료성분이 많이 함유되어 있어 농작물이나 과수에 거름으로 이용되기도 하지만, 양이 지나치게 많아 미처 활용되지 않고 폐기되는 비율이 높아지면서 축산환경 오염문제의 발생원이 되고 있으며, 방치되어 악취를 일으키고 파리, 모기 등 각종 해충들의 서식지가 되어 주변 생활환경을 악화시키며, 빗물이나 축사를 청소한 물과 섞여 방류될 경우 축산폐수가 되는 등 다수의 문제가 되고 있었다.

상기 축산분뇨의 국내 발생비율은 소의 분뇨가 60.3%, 돼지분뇨는 32.6%, 계분(닭똥)이 약 8.15%를 차지하고 있으며, 이 중에서 계분은 90% 이상이 건조상태 또는 썩힌 거름(腐熟堆肥;부숙퇴비)으로 이용되지만 소똥과 돼지똥은 경지살포와 거름으로 재활용되는 비율이 15% 미만인 것으로 추정되며, 물과 섞여 버려지는 축산폐수로 인한 수계의 오염부하량은 낙동강수계가 17%, 금강수계가 27.7%, 영산강수계가 20%를 차지하고 있는데, 이와 같은 축산분뇨를 적정하게 자원화하거나 처리하여 자연환경과 생활환경을 청결하게 하고 수질오염을 감소시킴으로써 환경과 조화되는 축산업의 발전 및 국민보건에 향상토록 해야 하며, 이를 위해서 축산분뇨를 슬러지화시켜서 연료로 사용하거나 재처리토록 정화설비를 통해서 정화시키도록 하고 있으나, 자원화하고 처리하는데 소요되는 비용이 부담되어 활성화가 되지 못하고 있었다.

그리고 도축(屠畜, Slaughter)은 가축을 고기나 가죽을 얻으려는 목적으로 죽이는 것으로서, 이러한 도축 시에 발생되는 부산물인 내장이나 혈관 등의 도축폐기물을 원상태에서 잘게 분쇄하여 수분과 유기물을 함유하고 있는 상태인 도축슬러지(屠畜sludge)로 가공하여 폐기 또는 연료 등으로 재활용할 수 있는 것으로서, 연료로 사용 시 도축슬러지를 건조 및 탈취 후 가열하면 발열량이 다소 높은 연료로도 사용할 수 있으나, 건조 및 탈취 시 폐수와 악취가 다량으로 발생되며, 가열하여 탄화 시 역시 악취가 심하여 일반적인 연료로 사용하기에 곤란한 점이 있었으며, 대부분의 도축폐기물이 자원화로 재활용하기보다 폐기처분하는 경우가 많았으며, 폐기처분 시에도 폐수 및 악취를 해결하기 위한 여러 설비가 필요하여 많은 비용이 필요하므로 경제적으로 효율이 떨어지는 문제를 가지고 있었다.

상기 본 발명의 음식물쓰레기에 축산 또는 도축슬러지를 이용한 고형 에너지 연료의 제조방법은 버려지던 음식물쓰레기를 활용해서 고형 연료를 제조할 시 음식물쓰레기에 상대적으로 열량이 높은 축산슬러지 또는 도축슬러지를 단독 슬러지 또는 혼합된 혼합 슬러지를 투입하여 혼합해서 함께 고형 연료를 제조할 시 에너지를 획기적으로 높이면서 생산효율이 높고, 고 에너지의 고형 연료를 생산할 수 있도록 한 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 음식물쓰레기를 분쇄하여 수분과 유기물이 함유된 음식물슬러지에 점성을 갖는 유기성 고발열량유도조성물을 혼합하여 고발열혼합물을 제조하여 슬러지형태의 고발열혼합물을 다양한 농축법 중 택일하여 농축시킨 다음, 고발열혼합물을 다양한 탈수법 중 택일하여 탈수시킨 후에 고발열량유도조성물이 갖는 점성에 의해서 고발열혼합물을 소정 형태의 고형연료성형물로 성형하며, 이후 고형연료성형물을 연료로 사용 시 발열량을 높일 수 있도록 수분을 제거하는 고발열량의 고형 에너지 연료를 얻을 수 있도록 수분을 건조하도록 한 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 제조된 본 발명의 음식물쓰레기에 축산 또는 도축슬러지를 이용한 고형 에너지 연료의 제조방법을 보다 구체적으로 도 1에 도시된 공정도와 함께 설명토록 한다.

1.음식물슬러지준비단계(S1)

우선 음식물쓰레기를 수거한 후 미분쇄하여 수분과 유기물이 함유된 음식물슬러지를 준비토록 한다.

2. 발열량증대(增大)혼합단계(S2)

음식물슬러지에 혼합되어 고형 연료로 제조 후 자체 발열량을 높이면서 점성을 공급하여 성형이 용이하도록 점성(粘性)을 갖는 유기성(有機性) 고발열량유도조성물(高發熱量誘導組成物)을 혼합하여 함수율이 60%를 초과하는 고발열혼합물(高發熱混合物)을 제조토록 한다.

상기 발열량증대혼합단계(S2)에서 음식물슬러지에 혼합되는 고발열량유도조성물로는 음식물슬러지의 발열량이 3000kcal인데 반하여 고형 에너지 연료는 3500~4000kcal 정도가 되어야 하므로 음식물슬러지의 발열량을 보충 해주기 위해서 발열량이 2000kcal의 축산분뇨활성슬러지 및 1500kcal의 도축폐기물활성슬러지 중 어느 하나 또는 둘을 혼합하여 사용하며, 이에 더하여 상기 고발열량유도조성물에 고가(高價)이지만 발열량이 8000kcal 정도까지 높은 코크스분(Cokes 粉)을 축산분뇨활성슬러지 또는 도축폐기물활성슬러지에 대비하여 적은 양으로 혼합하여 사용할 수도 있다.

이러한 발열량증대혼합단계(S2)에서 혼합 비율은 음식물슬러지 70중량%에 점성을 갖는 유기성 고발열유도조성물 30중량%가 혼합되며, 이때 축산분뇨활성슬러지과 도축폐기물활성슬러지 또는 이를 혼합한 혼합활성슬러지로 고발열량유도조성물을 조성할 시 축산분뇨활성슬러지 또는 도축폐기물활성슬러지 60~70중량%와 전분 30~40중량%가 혼합 또는 혼합활성슬러지 60~70중량%와 전분 30~40중량%가 혼합되도록 한다.

이에 코크스분을 더 혼합할 시 전체적으로 음식물슬러지 70중량%와 축산분뇨활성슬러지 또는 도축폐기물활성슬러지가 혼합된 혼합활성슬러지 15~25중량%와 코크스분 5~15중량%가 혼합되도록 한다.

상기 축산분뇨활성슬러지 및 도축폐기물활성슬러지의 제조방법을 도 2 및 도 3에 도시된 공정도에서처럼 하기에서 보다 구체적으로 설명토록 한다.

2-1. 축산분뇨활성슬러지 제조공정

(1) 축산분뇨수거공정(S2-11)

소, 돼지, 닭 등의 가축을 키우는 축산 농가의 우리나 막사에서 가축의 분뇨를 수거하여 한 곳으로 모아 두도록 한다.

(2) 축산분뇨교반공정(S2-12)

소, 돼지, 닭 등 가축의 대변과 소변, 즉 분(糞)과 요(尿)가 섞인 상태로 수거된 축산분뇨를 수거 탱크 내부에서 모터 등의 구동수단으로 회전되는 교반날개에 의해서 분과 요가 고르게 혼합되도록 교반토록 한다.

(3) 축산분뇨탈수공정(S2-13)

상기 축산분뇨교반공정(S2-12)에서 분과 요가 고르게 교반된 축산분뇨를 고속 회전시켜 탈수시켜서 수분을 제거토록 한다.

(4) 축산분뇨원심공정(S2-14)

상기 축산분뇨탈수공정(S2-13)에서 수분의 일부가 제거된 축산분뇨에 응집제를 투입하여 원심 회전으로 고형물이 생성토록 한다.

(5) 축산분뇨슬러지폭기공정(S2-15)

상기 축산분뇨원심공정(S2-14)에서 생성된 침전조 하부의 축산분뇨슬러지에 산소와 함께 폭기조에 투입하여 축산분뇨슬러지를 산소 활성화시켜서 발효토록 한다.

(6) 축산분뇨활성슬러지준비공정(S2-16)

상기 축산분뇨슬러지폭기공정(S2-15)에서 산소에 의해서 활성화되어 발효된 축산분뇨활성슬러지를 이후에 다양한 정화방법을 거쳐서 정화 후 폐기처분하기 전에 음식물슬러지를 고체 연료로 제조 시 고발열량을 유도하도록 고발열량유도조성물로 사용하기 위해 준비토록 한다.

상기 2-1의 (1) 내지 (6)에 의해서 제조된 축산분뇨활성슬러지는 본 발명의 고형 에너지 연료의 제조방법 중 발열량증대혼합단계(S2)에서 음식물슬러지에 혼합되는 고발열량유도조성물로 사용되는 것이며. 이와 같은 고형 연료를 음식물슬러지만으로 제조할 때보다 축산분뇨활성슬러지를 소량만 혼합 사용하더라도 발열량을 한층 상승시킬 수 있는 것이다.

2-2. 도축폐기물활성슬러지

(1) 도축폐기물수거공정(S2-21)

소, 돼지 등의 각종 가축을 고기나 가죽을 얻으려고 도축(屠畜)할 시에 발생되는 부산물인 내장이나 혈관 등의 도축폐기물을 수거하여 한 곳으로 모아 두도록 한다.

(2) 도축폐기물분쇄공정(S2-22)

도축 시 생성된 부산물을 한 곳으로 모이도록 수거된 이들 도축폐기물을 분쇄기에 의해서 잘게 분쇄토록 한다.

(3) 도축슬러지가열공정(S2-23)

상기 도축폐기물분쇄공정(S2-22)에 의해서 분쇄된 도축폐기물에 물을 공급하여 수분과 유기물을 갖는 도축슬러지(屠畜sludge) 및 도축폐수가 되도록 하고, 상기 도축슬러지나 도축폐수를 증기(=steam)나 온수에 의해서 80~150℃로 가열하여 도축슬러지가 생성되도록 하며, 이러한 가열에 의해서 탈취 및 살균도 이루어지게 된다.

(4) 도축슬러지식힘공정(S2-24)

상기 도축슬러지가열공정(S2-23)에서 가열에 의해서 탈취와 살균이 동시에 이루어진 도축슬러지를 상온에서 두어 식히면서 숙성이 이루어져서 자연 발효가 이루어지도록 한다.

(5) 도축슬러지폭기공정(S2-25)

상기 도축슬러지식힘공정(S2-24)에 의해서 가열 후 냉각이 이루어진 도축슬러지를 산소와 함께 폭기조로 투입하며, 폭기조 내부에서 도축슬러지를 산소 활성화시켜서 폭기에 의한 강제 발효가 이루어지도록 한다.

(6) 도축폐기물활성슬러지준비공정(S2-26)

상기 도축슬러지폭기공정(S2-25)에서 산소에 의해서 활성화되어 발효된 도축폐기물활성슬러지를 이후 다양한 정화방법을 거쳐서 정화 후 폐기처분하기 전에 음식물슬러지를 고체 연료로 제조 시 고발열량을 유도하도록 고발열량유도조성물로 사용하기 위해 준비토록 한다.

상기 2-2의 (1) 내지 (6)에 의해서 제조된 도축폐기물활성슬러지는 본 발명의 고형 에너지 연료의 제조방법 중 발열량증대혼합단계(S2)에서 음식물슬러지에 혼합되는 고발열량유도조성물로 사용되는 것이며. 이와 같은 고형 연료를 음식물슬러지만으로 제조할 때보다 도축폐기물활성슬러지를 소량만 혼합 사용하더라도 발열량을 한층 상승시킬 수 있는 것이다.

3. 고발열농축단계(S3)

상기한 발열량증대혼합단계(S2)에서 음식물슬러지에 축산분뇨활성슬러지 또는 도축폐기물활성슬러지 또는 축산분뇨활성슬러지와 도축폐기물활성슬러지가 혼합된 혼합활성슬러지 세 가지 중의 어느 하나로 된 고발열혼합물을 슬러지 비중에 의한 중력침전으로 압밀 침전원리를 이용하여 압밀된 슬러지를 인발하여 처리하는 방식의 중력식농축법, 기계적인 회전에 의한 원심력을 이용하여 슬러지를 분리, 회수하는 방식의 원심농축법, 특수 교반에 의한 플록의 성장과 반응조 내부로부터 물을 배출시켜 농축하는 방식의 디스크타입 농축법 등의 다양한 농축법 중 어느 하나의 농축법을 선택하여 슬러지의 농도를 높이도록 하되, 고발열혼합물의 함수율이 40~60%로 수분을 슬러지에서 분리 배출되도록 한다.

4. 고발열탈수단계(S4)

상기 고발열농축단계(S3)에서 음식물슬러지와 고발열량유도조성물이 혼합된 고발열혼합물을 농축한 다음, 다중원판외통형탈수기에서 특수 교반에 의한 플록의 성장과 반응조 내부로부터 물을 배출시켜 농축하는 방식을 가진 농축기와 다중링으로 구성된 원통형 리브에 슬러지형태의 고발열혼합물을 투입 후 적층, 압축시켜 농축과 탈수가 동시에 이루어지는 탈수설비 일체형으로 고발열혼합물을 탈수하는 다중원판외통형탈수방법, 가압탈수기에서 슬러지형태의 고발열혼합물을 여포 중간에 고압펌프를 이용하여 주입하고 공기압으로 여포를 압착하여 탈수하는 가압탈수방법, 원심농축탈수기에서 고속회전체에 슬러지형태의 고발열혼합물을 공급하고 원심력으로 고액분리하고 침강한 고형물은 원추형 스크루의 회전속도차를 이용 탈수하는 원심농축탈수방법, 벨트프레스탈수기에서 슬러지형태의 고발열혼합물을 여포 상에 공급하여 중력 탈수시킨 후 상하면의 여포로 압착 탈수하고 다시 가압하여 여포의 장력을 사용해서 탈수하는 벨트프레스탈수방법 중 어느 하나의 탈수방법을 선택하여 소정의 형태를 갖는 고형 연료로 성형할 수 있도록 함수율이 20~30%로 되게 함유된 수분을 탈수하되, 이때 고발열량유도조성물이 가지고 있던 점성도 높아지게 된다.

5. 성형단계(S5)

고발열혼합물이 고발열탈수단계(S4)에서 탈수되고 남은 수분과 고발열혼합물의 음식물슬러지에 혼합되는 고발열량유도조성물이 갖는 점성에 의해서 고발열혼합물을 가압 성형기에서 소정의 형태를 갖는 고형연료성형물로 성형토록 한다.

6. 건조단계(S6)

상기 성형단계(S5)를 거쳐서 소정의 형태로 성형된 각각의 고형연료성형물을 성형 이후 연료로 사용 시 발열량을 높일 수 있도록 건조기 또는 건조로에서 급격하게 3~10%의 함수율로 남은 수분을 제거하여 고발열량의 고형 에너지 연료를 얻을 수 있게 수분을 건조토록 한다.

상기의 고형 에너지 연료의 제조방법에 의하면, 음식물쓰레기 외에도 폐기하는데 처리가 곤란하던 가축의 사육 시 발생되는 분뇨의 처리에 발생되던 축산슬러지 및 가축을 식용하기 위해서 도축 시에 발생되던 도축폐기물의 처리 시 발생되는 도축슬러지를 음식물쓰레기로 고형 에너지 연료를 제조 시 함께 혼합하여 음식물슬러지만으로 고형 에너지 연료를 제조할 때보다 자체 발열량이 높은 축산분뇨활성슬러지와 도축폐기물활성슬러지를 함께 투입하여 연료를 제조하게 되면, 제조된 고형 에너지 연료의 발열량을 극대화시켜서 발열효율이 월등히 뛰어나게 하는 효능과 함께 고가의 석탄 분말, 석탄회, 코크스들 대신 버려지고 처리가 곤란하던 축산분뇨 및 도축폐기물을 사용해서 고발열량의 고형 에너지 연료를 제조할 수 있으므로 제조원가를 절감하는 효능과 환경오염을 방지하는 효능 등 다양한 효능을 갖는 것이다.

이상과 같이 본 발명의 상세한 설명에는 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 기술범위에 벗어나지 않는 범위 내에서는 다양한 변형실시도 가능하다 할 것이며, 따라서 본 발명의 보호범위는 상기 실시 예에 한정하여 정해지는 것이 아니라, 후술하는 특허청구범위의 기술들과 이들 기술로부터 균등한 기술수단들에까지 보호범위가 인정되어야 할 것이다.

S1:음식물슬러지준비단계
S2:발열량증대혼합단계
S2-11:축산분뇨수거공정 S2-12:축산분뇨교반공정
S2-13:축산분뇨탈수공정 S2-14:축산분뇨원심공정
S2-15:축산분뇨슬러지폭기공정 S2-16:축산분뇨활성슬러지준비공정
S2-21:도축폐기물수거공정 S2-22:도축폐기물분쇄공정
S2-23:도축슬러지가열공정 S2-24:도축슬러지식힘공정
S2-25;도축슬러지폭기공정 S2-26:도축폐기물활성슬러지준비공정
S3:고발열농축단계
S4:고발열탈수단계
S5:성형단계
S6:건조단계

Claims (8)

1. 음식물쓰레기를 수거한 후 미분쇄하여 수분과 유기물이 함유된 음식물슬러지를 준비토록 하는 음식물슬러지준비단계(S1);
   음식물슬러지에 혼합되어 고형 연료로 제조 후 자체 발열량을 높이면서 성형이 용이하도록 점성을 갖는 유기성 고발열량유도조성물을 혼합하여 고발열혼합물을 제조하는 발열량증대혼합단계(S2);
   음식물슬러지와 고발열량유도조성물이 혼합된 슬러지형태의 고발열혼합물을 소정의 형태를 갖는 고형연료성형물로 성형하는 성형단계(S5);
   가 포함되며,
   발열량증대혼합단계(S2)에서 음식물슬러지에 혼합되는 고발열량유도조성물은 축산분뇨가 섞인 폐수를 정화하는 공정에서 폭기조에 침전된 축산분뇨활성슬러지;
   가 혼합되며,
   축산분뇨활성슬러지는,
   축산분뇨를 수거하는 축산분뇨수거공정(S2-11);
   수거된 축산분뇨를 고르게 혼합되도록 회전되는 교반날개에 의해서 교반하는 축산분뇨교반공정(S2-12);
   교반된 축산분뇨를 고속 회전시켜 탈수시켜서 수분을 제거하는 축산분뇨탈수공정(S2-13);
   탈수된 축산분뇨에 응집제를 투입하여 원심 회전시키면서 고형물이 생성토록 하는 축산분뇨원심공정(S2-14);
   축산분뇨원심공정(S2-14)에서 생성된 축산분뇨슬러지에 산소와 함께 폭기조에 투입하여 축산분뇨슬러지를 산소 활성화시켜서 발효토록 하는 축산분뇨슬러지폭기공정(S2-15);
   축산분뇨슬러지폭기공정(S2-15)에서 산소에 의해서 활성화되어 발효된 축산분뇨활성슬러지를 이후에 다양한 정화방법을 거쳐서 정화 후 폐기처분하기 전에 음식물슬러지를 고체 연료로 제조 시 고발열량을 유도하도록 고발열량유도조성물로 사용하기 위해 준비하는 축산분뇨활성슬러지준비공정(S2-16);
   을 거쳐서 제조된 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기에 축산슬러지 또는 도축슬러지를 이용한 고형 에너지 연료의 제조방법.
   
2. 음식물쓰레기를 수거한 후 미분쇄하여 수분과 유기물이 함유된 음식물슬러지를 준비토록 하는 음식물슬러지준비단계(S1);
   음식물슬러지에 혼합되어 고형 연료로 제조 후 자체 발열량을 높이면서 성형이 용이하도록 점성을 갖는 유기성 고발열량유도조성물을 혼합하여 고발열혼합물을 제조하는 발열량증대혼합단계(S2);
   음식물슬러지와 고발열량유도조성물이 혼합된 슬러지형태의 고발열혼합물을 소정의 형태를 갖는 고형연료성형물로 성형하는 성형단계(S5);
   가 포함되며,
   발열량증대혼합단계(S2)에서 음식물슬러지에 혼합되는 고발열량유도조성물은 도축폐기물이 섞인 폐수를 정화하는 공정에서 폭기조에 침전된 도축폐기물활성슬러지;
   가 혼합되며,
   도축폐기물활성슬러지는,
   도축폐기물을 수거하는 도축폐기물수거공정(S2-21);
   수거된 도축폐기물을 분쇄하는 도축폐기물분쇄공정(S2-22);
   분쇄된 도축폐기물을 물에 혼합한 도축슬러지 및 도축폐수를 80~150℃로 가열하는 도축슬러지가열공정(S2-23);
   가열에 의해서 탈취 및 살균된 도축슬러지를 상온에서 식히도록 하는 도축슬러지식힘공정(S2-24);
   상온으로 냉각된 도축슬러지를 산소와 함께 폭기조에 투입하여 도축슬러지를 산소 활성화시켜서 발효토록 하는 도축슬러지폭기공정(S2-25);
   도축슬러지폭기공정(S2-25)에서 산소에 의해서 활성화되어 발효된 도축폐기물활성슬러지를 이후 다양한 정화방법을 거쳐서 정화 후 폐기처분하기 전에 음식물슬러지를 고체 연료로 제조 시 고발열량을 유도하도록 고발열량유도조성물로 사용하기 위해 준비하는 도축폐기물활성슬러지준비공정(S2-26);
   을 거쳐서 제조된 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기에 축산슬러지 또는 도축슬러지를 이용한 고형 에너지 연료의 제조방법.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서;
   고발열량유도조성물은 코크스분이 더 혼합된 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기에 축산슬러지 또는 도축슬러지를 이용한 고형 에너지 연료의 제조방법.
   
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서;
   발열량증대혼합단계(S2)에서 음식물슬러지 70중량%와 점성을 갖는 유기성 고발열량유도조성물 30중량%가 혼합되도록 한 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기에 축산슬러지 또는 도축슬러지를 이용한 고형 에너지 연료의 제조방법.
   
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서;
   축산분뇨활성슬러지 또는 도축폐기물활성슬러지로 고발열량유도조성물을 조성할 시 축산분뇨활성슬러지 또는 도축폐기물활성슬러지 60~70중량%와 전분 30~40중량%가 혼합되도록 한 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기에 축산슬러지 또는 도축슬러지를 이용한 고형 에너지 연료의 제조방법.
   
6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서;
   음식물슬러지 70중량%와 축산분뇨활성슬러지 또는 도축폐기물활성슬러지 15~25중량%와 코크스분 5~15중량%가 혼합되도록 한 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기에 축산슬러지 또는 도축슬러지를 이용한 고형 에너지 연료의 제조방법.
   
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