KR102645645B1 - 유기성 폐기물을 이용한 악취저감 고체연료 제조방법 - Google Patents
유기성 폐기물을 이용한 악취저감 고체연료 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명 유기성 폐기물을 이용한 악취저감 고체연료 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일정 수분이 함유된 가축분뇨를 1차 교반장으로 투입하는 1단계 공정; 1차 교반장에서 가축분뇨를 교반 및 발효하는 2단계 공정; 발효된 2차 교반장에 투입하여 분쇄된 음식물, 하수슬러지와 함께 호기성 발효를 통해 악취를 제거하는 3단계 공정; 건조하는 4단계 공정; 펠렛으로 성형하는 5단계 공정;을 포함하여 이루어지는 것이 특징인 유기성 폐기물을 이용한 악취저감 고체연료 제조방법에 관한 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명 유기성 폐기물을 이용한 악취저감 고체연료 제조방법은 유기성 폐기물 내에 잔존하는 유기물의 신속한 분해를 통한 호기성 발효로 온실가스인 이산화탄소, 메탄 등을 단기간에 차단하는 효과가 부수적으로 발생하며, 미세먼지의 상당량을 차지하는 황화수소 및 암모니아도 신속히 소멸시키는 현저한 효과가 있다.
이로 인해 화석에너지를 대체하는 바이오매스의 활용은 온실가스 저감 및 탄소배출권 확보 등에 큰 도움이 될 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명 유기성 폐기물을 이용한 악취저감 고체연료 제조방법은 유기성 폐기물 내에 잔존하는 유기물의 신속한 분해를 통한 호기성 발효로 온실가스인 이산화탄소, 메탄 등을 단기간에 차단하는 효과가 부수적으로 발생하며, 미세먼지의 상당량을 차지하는 황화수소 및 암모니아도 신속히 소멸시키는 현저한 효과가 있다.
이로 인해 화석에너지를 대체하는 바이오매스의 활용은 온실가스 저감 및 탄소배출권 확보 등에 큰 도움이 될 것이다.
Description
본 발명은 폐기물을 이용한 고체연료 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유기성 폐기물을 이용한 악취저감 고체연료 제조방법에 관한 것이다.
소, 돼지, 닭과 같은 가축을 사육하는 농가에서는 가축이 배설하는 가축분뇨가 발생하게 된다. 특히 대규모 단위로 가축을 사욕하는 농가에서는 엄청난 양의 가축분뇨가 매일 발생하게 되는데, 이러한 농가에서는 가축분뇨를 처리하는데 상당한 시간과 노력을 들이고 있다.
이에, 가축분뇨를 이용하여 발효퇴비로 사용하거나 석탄과 같은 연료를 대체하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
국내 무연탄의 경우 1Kg당 4500Kcal의 열량을 가지고 있으며, 우분의 경우만 해도 1Kg당 4300Kcal의 발열량을 가지는 것으로 파악되고 있다.
석탄과 같은 고체연료를 대체하기 위해 가축분뇨를 이용하여 고체연료를 제조하는 종래기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-1024527호에 축산분뇨를 건조시키기 위한 장치로서, 호퍼로부터 공급된 축산분뇨를 컨베이어로 이송시키기 위한 이송부; 투입부와 배출부를 양단에 각각 구비하고, 상기 투입부 방향에서 상기 배출부 방향으로 경사지도록 프레임에 눕혀진 상태로 배치되고, 상기 투입부로 공급된 축산분뇨가 배출부 측으로 이동되도록 상기 프레임에 회전가능하게 설치되는 건조부재; 상기 투입부로 공급된 축산분뇨가 교반부재에 의해 교반되면서 상기 배출부 측으로 이동되도록 상기 프레임에 설치되어 상기 건조부재를 회전시키는 회전 구동부재; 고온의 배기가스를 상기 건조부재 내부로 공급하여 교반되면서 이동하는 축산분뇨가 건조되도록 하는 배기가스 공급부; 및 상기 건조부재를 통과하면서 이동되는 축산분뇨를 건조시킨 배기가스를 상기 투입부 측으로 배출시키기 위한 배기가스 배출부를 포함하고, 상기 건조부재는, 내벽에서 중심부 측으로 돌출되게 설치되는 다수개의 교반부재; 및 상기 배기가스 공급부로부터 공급되는 고온의 배기가스를 상기 건조부재의 내부에서 확산시켜, 상기 교반부재에 의해 교반되면서 이동하는 축산분뇨와의 접촉시간을 늘리고, 접촉율이 높아지도록 상기 건조부재의 내부에 설치되는 적어도 하나 이상의 확산판을 구비하고, 상기 배기가스 공급부는, 하부에 점화부가 설치된 연소부; 저장된 톱밥 또는 왕겨를 상기 연소부 내부에 이송공기와 함께 분사시켜 공급하기 위한 연료공급부; 상기 연소부의 내부로 공급된 톱밥 또는 왕겨가 확산되면서 연소되도록 상기 연소부에 공기를 공급하기 위한 공기 공급부; 및 상기 연소부에서 발생된 고온의 배기가스가 상기 배출부 측을 통하여 상기 건조부재 내부로 공급되도록 일단이 상기 연소부의 상부에 연결되고 타단은 상기 배출부 측에 연결되는 배기가스 공급관을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 축산분뇨 건조장치가 등록공개되어 있다.
또 다른 종래기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-0417983호에 음식물쓰레기를 저장·파쇄·탈수·선별할 수 있는 일체식 시설에서 전처리하는 단계(S10); 전처리 단계(S10)에서 인출된 물질을 균질하게 파쇄하는 단계(S20); 파쇄된 물질을 응집탈수하는 단계(S30); 음식물쓰레기 탈수물질과 석탄분말 및 화학첨가제를 혼합하여 1차 압출성형하는 단계(S40); 압출성형된 물질을 1차 건조한 후 2차 압출성형하는 단계(S50); 최종 압출성형된 물질을 2차 건조하는 단계(S60); 및 건조된 최종 제품의 성형성과 발수성을 높이기 위하여 고분자수지를 분사코팅하는 약품처리단계(S70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기를 이용한 고체연료 제조방법이 등록공개되어 있다.
그러나 종래의 유기성 폐기물을 이용한 고체연료를 제작시 가축농가로 부터 공장으로 입고되는 우분,계분, 돈분슬러지 등은 입고시 대부분의 함수율이 70% ~ 80% 정도로 성상이 좋지 않으며. 함수율이 높은 까닭에 악취가 오랜기간 사라지지 않음은 물론이고 미생물 증식이 용이하지 않아 부숙 또는 발효에 상당한 시간이 소요되고 있다는 단점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 기존의 유기성 폐기물을 이용한 악취저감 고체연료 제조방법에 발생하는 노동력과 과다한 장비사용 및 에너지의 낭비가 되는 것을 해소하여 빠른 처리속도로 인하여 사용공간의 축소, 인건비, 장비대, 에너지 절감을 대폭 이룰 수 있으며, 더불어 단순 열처리 건조방식으로 고체연료를 제작하다보니 시간경과에 따른 부패가 진행되어 보관, 적치, 이송시 발생하는 악취문제를 해결한 유기성 폐기물을 이용한 악취저감 고체연료 제조방법을 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.
본 발명 유기성 폐기물을 이용한 악취저감 고체연료 제조방법은 일정 수분이 함유된 가축분뇨를 1차 교반장으로 투입하는 1단계 공정; 1차 교반장에서 가축분뇨를 교반 및 발효하는 2단계 공정; 발효된 가축분뇨를 2차 교반장에 투입하여 분쇄된 음식물, 하수슬러지와 함께 호기성 발효를 통해 악취를 제거하는 3단계 공정; 건조하는 4단계 공정; 펠렛으로 성형하는 5단계 공정;을 포함하여 이루어지는 것이 특징이다.
상술한 바와 같이 본 발명 유기성 폐기물을 이용한 악취저감 고체연료 제조방법은 유기성 폐기물 내에 잔존하는 유기물의 신속한 분해를 통한 호기성 발효로 온실가스인 이산화탄소, 메탄 등을 단기간에 차단하는 효과가 부수적으로 발생하며, 미세먼지의 상당량을 차지하는 황화수소 및 암모니아도 신속히 소멸시키는 현저한 효과가 있다.
이로 인해 화석에너지를 대체하는 바이오매스의 활용은 온실가스 저감 및 탄소배출권 확보 등에 큰 도움이 될 것이다.
도 1은 본 발명 유기성 폐기물을 이용한 악취저감 고체연료 제조방법의 개요도.
본 발명 유기성 폐기물을 이용한 악취저감 고체연료 제조방법은 일정 수분이 함유된 가축분뇨를 1차 교반장으로 투입하는 1단계 공정; 1차 교반장에서 가축분뇨를 교반 및 발효하는 2단계 공정; 발효된 가축분뇨를 2차 교반장에 투입하여 분쇄된 음식물, 하수슬러지와 함께 호기성 발효를 통해 악취를 제거하는 3단계 공정; 건조하는 4단계 공정; 펠렛으로 성형하는 5단계 공정;을 포함하여 이루어지는 것이 특징이다.
상기 1차 교반장으로 투입되는 가축분뇨는 함수율이 70∼85%인 것이 특징이다.
그리고 상기 2단계 공정 후, 발효된 가축분뇨의 일부는 1차 교반장으로 재투입하여 신규로 투입되는 가축분뇨와 함께 혼합하는 것이 특징이다.
또한, 상기 1차 교반장에서 교반 및 발효되는 가축분뇨 중 30%는 1차 교반장으로 재투입하는 것이 특징이다.
또한, 상기 2차 교반장에 투입되는 음식물과 하수슬러지는 함수율은 80% 정도인 것으로, 2차 교반장으로 투입되는 가축분뇨의 중량대비 30% 이내인 것이 특징이다.
또한, 상기 4단계 공정에서 함수율이 20∼25% 정도 되도록 건조하는 것이 특징이다.
이하, 본 발명 유기성 폐기물을 이용한 악취저감 고체연료 제조방법을 첨부한 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명 유기성 폐기물을 이용한 악취저감 고체연료 제조방법의 개요도.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 유기성 폐기물을 이용한 악취저감 고체연료 제조방법은 일정 수분이 함유된 가축분뇨를 1차 교반장으로 투입하는 1단계 공정; 1차 교반장에서 가축분뇨를 교반 및 발효하는 2단계 공정; 발효된 가축분뇨를 2차 교반장에 투입하여 분쇄된 음식물, 하수슬러지와 함께 호기성 발효를 통해 악취를 제거하는 3단계 공정; 건조하는 4단계 공정; 펠렛으로 성형하는 5단계 공정;을 포함하여 이루어지는 것이다.
1단계 공정으로서 가축분뇨를 1차 교반장으로 투입하도록 한다.
이때, 1차 교반장으로 투입되는 가축분뇨는 함수율이 70∼85%인 것을 투입하도록 한다.
계분과 돈분슬러지는 함수율이 비교적 높은 까닭에 가축분뇨는 우분을 기반을 하도록 하되, 우분의 중량부 대비 계분과 돈분은 5∼10% 정도 포함되도록 한다.
한편, 발효를 촉진시키기 위해 가축분뇨의 중량부 대비 발효촉진제를 1% 정도 투입하도록 한다.
발효촉진제는 2차 교반장에서 사용되는 것과 동일하다.
2단계 공정은 1차 교반장으로 투입된 가축분뇨를 교반 및 발효하는 것이다.
더욱 상세하게는, 가축농가로 부터 공장으로 입고되는 우분,계분, 돈분슬러지 등은 입고시 대부분의 함수율이 70∼85% 정도로 성상이 좋지 않다.
함수율이 높은 까닭에 악취가 오랜기간 사라지지 않음은 물론이고 미생물 증식이 용이하지 않아 부숙 또는 발효에 상당한 시간이 소요되고 있다.
미생물 증식이 가장 용이한 함수율은 약 65% 내외이다.
기존 처리 공장에서는 함수율을 낮추기 위하여 수분조절재로 톱밥이나 왕겨 등을 혼합하여 함수율을 낮추고 있으나 이 또한 많은 문제점을 가지고 있다.
톱밥의 경우 리그닌(목질)이 포함되어 있어 부숙이나 발효에 2∼3개월 정도의 시간이 소요된다.
가끔 퇴비를 시비한 후 비가 올 경우 퇴비질은 씻겨 사라지고 밭에 톱밥 찌꺼기만 남아 있는 경우를 종종 보곤 하는데, 남아있는 톱밥이 부숙되기 위해서는 또다시 긴 시간이 소요되고 가스가 발생하는 부작용이 생기기도 한다.
왕겨의 경우 쌀알을 보호하는 기능을 하는 강성의 실리카 성분이 왕겨의 외피에 집중적으로 분포되어 있어 부숙이나 발효 시간이 더 소요되는 경향이 있기 때문에 본 발명에서는 톱밥이나 왕겨 등을 사용하지 않고 있다.
일 2∼3회 교반기를 가동하여 골고루 섞어 주고, 바닥 에어레이션을 통하여 꾸준히 산소를 공급하게 되면 빠른 발효를 통하여 악취가 순식간에 감소되는 효과를 볼 수 있다.
발효촉진체(파우더, 분말가루)를 통하여 발효퇴비에 포함된 미생물의 증식이 이루어지며, 신규 입고된 유기성폐기물의 유기물 분해가 신속히 이루어져 단기간에 65∼80℃의 발효열이 생긴다.
열 발생 이후에는 악취의 대부분이 소멸되며 이후 열은 서서히 떨어지며, 7∼10일 후엔 완전 발효되어 악취가 사라진다.
그리고 상기 2단계 공정 후, 발효된 가축분뇨의 일부는 1차 교반장으로 재투입하여 신규로 투입되는 가축분뇨와 함께 혼합하도록 한다.
상기 1차 교반장에서 교반 및 발효되는 가축분뇨 중 30%를 1차 교반장으로 재투입하되, 다음차 투입되는 신규 가축분뇨의 중량부 대비 20% 정도가 되도록 한다.
그리고 3단계 공정으로는 발효된 가축분뇨를 2차 교반장에 투입하여 분쇄된 음식물, 하수슬러지와 함께 호기성 발효를 통해 악취를 제거하는 것이다.
참고로, 호기성 발효는 원칙적으로 분자상 산소가 있는 미호기성 상태에서 진행되는 반응이다.
2차 교반장에 투입되는 음식물과 하수슬러지는 함수율은 80% 정도인 것으로, 가축분뇨의 중량대비 30%를 투입하도록 한다.
즉, 하수슬러지, 음식물쓰레기, 동·식물성 잔재물 등의 바이오매스를 잘게 분쇄하여 2차 교반장으로 투입하되, 1차 교반장에서 투입된 발효된 가축분뇨의 중량대비 30% 이내의 비율로 혼합하여 교반하도록 한다.
분쇄물의 크기는 1∼2mm 정도가 적당하다.
이때, 전체 함수율을 60∼65%로 조성하여 호기성 미생물 증식이 용이하도록 인위적으로 조절한다.
이에, 함수율이 감소하면서 악취도 대폭 감소한다.
발효촉진제는 해초추출물, 육초추출물, 미네랄수, 해양심층수, 쌀가루, 미강 등을 혼합하여 만든 분말가루를 동시에 투입하도록 하는 것으로, 중량비로 해양심층수 60%, 해초류추출물 15%, 육초추출물 15%, 미네랄수 10%로 이루어진 것과 쌀가루와 미강을 혼합하여 만든 분말가루를 투입하도록 한다.
해양심층수와 미네랄수는 상온 25 ~ 30℃에서 가장 양호한 반응이 일어난다.
해초류추출물은 다시마, 모자반, 파레 등이 주로 사용되며, 육초추출물은 죽순, 어린 대나무를 사용하며, 미네랄수는 주로, 철, 망간, 마그네슘, 아연, 칼륨, 칼슘 요오드가 포함된 것을 사용하도록 한다.
해양심층수와 미네랄 수는 에너지를 대사해 주는 역할을 한다. 더불어 골격이나 근육 등 조직을 구성하는데 중요한 역할을 하고, 신경전달물질과 호르몬 조절 역할도 하기 때문에 미생물이나 소동물의 생체 유지에 아주 중요한 역할을 한다.
특히, 해양심층수는 미생물의 성장에 필수적인 영양염류가 풍부하고 장기간 숙성된 해수자원으로서 저온성, 청정성, 안정성, 부영양성, 숙성성 등의 특징을 가지고 있다.
식물 추출물의 경우 비타민, 아미노산, 요오드, 기타 미네랄이 함유되어 있어서 미생물 및 소동물의 유지와 증식에 탁월한 도움을 준다.
분말가루(발효촉진체)는 유기성 폐기물의 중량부 대비 1∼2% 정도로 조절하도록 한다.
교반장 바닥에는 블로워를 이용한 공기공급을 지속적으로 하여야 하며, 초기에 발생되어지는 암모니아와 황화수소는 세정탑을 이용하여 신속히 제거하여 준다.
더불어 생성되는 수증기는 포화상태가 되지 않도록 내부 수증기도 공조시설과 세정탑을 통하여 신속히 제거하도록 한다.
일반적으로 공장이나 처리시설에서 완전발효 및 완전부숙이 되어지기 위해서는 실제 150∼360일이 소요되며, 처리량과 비례하여 많은 공간을 할애하여야 한다.
더불어 불필요한 노동과 장비사용 및 에너지의 낭비가 수반되나, 해당 공법을 사용할 경우 빠른 처리속도로 인하여 사용공간의 축소, 인건비, 장비대, 에너지 절감을 대폭 이룰 수 있게 된다.
또한, 4단계 공정으로는 상술한 음식물과 하수슬러지와 같은 유기성 폐기물과 함께 호기성 발효된 가축분뇨를 건조기에서 함수율이 20∼25% 이내가 되도록 건조하도록 한다.
5단계 공정으로는 유기성 폐기물과 함께 건조된 가축분뇨를 필렛으로 성형함으로써 고체연료가 되도록 한다.
끝으로, 포장 후 이송하도록 한다,
상술한 바와 같이 본 발명 유기성 폐기물을 이용한 악취저감 고체연료 제조방법은 유기성 폐기물 내에 잔존하는 유기물의 신속한 분해를 통한 호기성 발효로 온실가스인 이산화탄소, 메탄 등을 단기간에 차단하는 효과가 부수적으로 발생하며, 미세먼지의 상당량을 차지하는 황화수소 및 암모니아도 신속히 소멸시키는 현저한 효과가 있다.
이로 인해 화석에너지를 대체하는 바이오매스의 활용은 온실가스 저감 및 탄소배출권 확보 등에 큰 도움이 될 것이다.
Claims (6)
- 함수율이 70∼85%인 가축분뇨를 1차 교반장으로 투입하는 1단계 공정; 1차 교반장에서 가축분뇨를 교반 및 발효하는 2단계 공정; 발효된 가축분뇨를 2차 교반장에 투입하여 분쇄된 음식물, 하수슬러지와 함께 호기성 발효를 통해 악취를 제거하는 3단계 공정; 함수율이 20∼25% 정도가 되도록 건조하는 4단계 공정;펠렛으로 성형하는 5단계 공정;을 포함하여 이루어지는 것으로,
상기 2단계 공정 후, 발효된 가축분뇨 중 30%는 1차 교반장으로 재투입하여 신규로 투입되는 가축분뇨와 함께 혼합하되, 신규로 투입되는 가축분뇨의 중량부 대비 20%가 되도록 하며,
상기 2차 교반장에 투입되는 음식물과 하수슬러지의 함수율은 80% 정도인 것으로, 2차 교반장으로 투입되는 가축분뇨의 중량대비 30% 이내이며,
상기 1차 교반장에는 발효를 촉진시키기 위해 가축분뇨의 중량부 대비 1∼2%의 발효촉진제를 투입하는 것으로, 발효촉진제는 중량비로 해양심층수 60%, 해초류추출물 15%, 육초추출물 15%, 미네랄수 10%로 이루어진 것과 쌀가루와 미강을 혼합하여 이루어진 분말가루를 투입하는 것이 특징인 유기성 폐기물을 이용한 악취저감 고체연료 제조방법.
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