KR20000021417A - 음식물찌꺼기의 탈염 및 살균처리장치 - Google Patents
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Abstract
탈염조(1)내에 설치한 양극(6)측에 음이온교환막(2)과 음극(5)측에 양이온교환막(3)을 설치하되 음이온교환막(2)과 양이온교환막(3) 사이의 중간부(4)에 음식물찌꺼기를 투입하여 직류전류를 인가하면 Na+이온은 음극으로 이동하고 Cl-이온은 양극으로 이동하여 음식물찌꺼기중의 염(NaCl)은 제거된다. 그리고 음극에서는 가성소다(NaOH)와 수소(H2)가 생성되면서 알카리성의 전해환원수가 생성되고 양극에서는 산성의 차아염소산(HOCl)의 전자가 부족한 전해산화수가 발생된다. 양극에서 발생한 전해산화수를 중간부(4)의 음식물찌꺼기쪽으로 ORP-조정기를 +700mmV전후로 조정되게 반송하여 음식물찌꺼기중의 유해미생물은 살균되는 음식물찌꺼기의 탈염 및 살균하는 장치에 관한 것이다
Description
본 발명은 음식물찌꺼기의 탈염 및 살균처리장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 음식물 중에 함유하고 있는 염(NaCl)을 전기분해하여 제거하고 그 전기분해에 의하여 염을 제거하는 과정에서 양극에서 생성되는 전해산화수를 이용하여 음식물찌꺼기 중에 오염되어 있는 부패성균, 병원균등의 유해성미생물을 살균하는 장치에 관한 것이다.
음식물찌꺼기와 같은 유기성폐기물을 자원화하는 방법으로는 퇴비화 사료화 메탄발효에 의한 에너지화를 하고 있으나 음식물찌꺼기를 이용하여 퇴비화를 하는 경우에는 음식물찌꺼기내에 함수율이 높으며 NaCl농도가 높아 제조 경비가 많이 소요되고 삼투압에 의한 식물성장애와 Na+가 토양중의 Ca, Mg와 치환되어 토양의 입단구조가 파괴 분산되어 단립구조되고 배수불량으로 인하여 토양산소가 저하되어 농작물의 성장에 장애를 주고 또 토양을 산성화되므로 음식물찌꺼기중에 함유된 염을 제거하지 않은 상태의 음식물찌꺼기 그대로 유기질 퇴비로 사용하는 것은 불가능하다.
또 동물의 경우 사료중에 염분이 부족할시에는 혈액내에 질소화합물의 배설이 증가하여 성장부진 현상이 일어나고, 식욕감퇴 등의 부작용이 일어나게 되므로 동물의 사료에는 반듯이 염분이 필요하지만 음식물찌꺼기를 이용하여 가축에 사료화하는 경우에, NaCl의 농도가 높아 수분급여량이 많게되어 소화흡수율의 저하 및 폐수(뇨) 배출량이 많아지는 문제점이 있으며 또 음식물중에는 유해부패균과 병원성균에 오염되어 있기 때문에 음식물찌꺼기를 그대로 동물의 사료로 사용하는 것은 불가능하므로 음식물찌꺼기내에 함유된 유해미생물의 살균 및 염분을 0.30-0.5% 까지 제거한 다음 사료로 사용하여야 한다.
따라서 음식물중에 함유되어 있는 유해 병원균을 멸균하기 위하여 대한민국 특허 제98-30464호로 출원하였읍니다.
상기의 특허출원 제98-30464호는 전해조내에 염화물을 넣고 직류전류를 통하여 양극에서 생성된 전해산화수를 음식물찌꺼기중에 공급하여 오염된 유해 병원균등을 멸균하도록 하는 기능으로 되어 있는 것을 개량발명한 것이다
본 발명은 음식물찌꺼기를 사료화하는 경우에 문제시되는 염분과 부패균, 병원균등 유해성생성물을 동시에 해결하거나 퇴비화하는 경우 문제시되는 염분의 문제점을 해소하기 위하여 창출한 것으로 동일한 탱크에서 이온교환막을 설치한 탈염조내의 중간부에 음식물찌꺼기를 직접 넣어 탈염을 행하면서 발생되는 전해산화수를 이용하여 음식물찌꺼기중의 유해병원균등을 살균시키는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적은 양극에는 음이온교환막을 설치하고 음극에는 양이온교환막을 설치한 탈염조내의 중간부에 음식물찌꺼기를 넣어 직류전류를 인가하여 음식물찌꺼기중의 염을 1차로 제거한 다음 이때 양극에서 생성된 전해산화수를 이용하여 음식물찌꺼기중에 오염되어 있는 유해성미생물을 살균처리를 함으로서 염분재거와 살균처리를 동시에 수행할 수 있다.
도1은 탈염조를 보인 개략단면도
도2는 본 발명의 탈염조를 보인 것으로로서
가)는 평면의 개략단면도이고
나)는 측면의 개략단면도이며
다)는 교반기와 이온교환막의 조립상태를 보인 개략단면도이다.
도3은 본발명의 음식물찌꺼기를 퇴비화하는 것을 보인 개략단면도
<도면중 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 탈염조 2 : 음이온교환막
3 : 양이온교환막 4 : 중간부
5 : 음극 6 : 양극
7 : 교반기
이하 첨부된 도면에 의하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
탈염조(1)내에 설치한 양극(6)측에는 음이온교환막(2)과 음극(5)측에는 양이온교환막(3)을 설치하되 음이온교환막(2)과 양이온교환막(3) 사이의 중간부(4)에 음식물찌꺼기를 투입하고 직류전류를 인가하면 Na+이온은 음극실로 이동하여 알카리성의 전해환원수가 생성되고 Cl-이온은 양이온실로 이동되어 전해산화수가 생성되면서 음식물찌꺼기중 염은 제거되고 양극실의 전해산화수로 살균하는 공정으로 음식물찌꺼기의 탈염 및 살균을 동시에 하는 장치이다.
도1은 탈염조(1)를 보인 개략단면도로서 중간부(4)에 수분이 함유된 음식물찌꺼기를 공급하고 교반기(7)로 교반하면서 직류전류를 인가하면 양극(6)에는 Cl-가 이동 되고 음극(5)에는 Na+가 이동 된다.
음식물찌꺼기중에 함유되어 있는 NaCl은 직류전류를 인가하면 다음과 같은 전기화학반응이 일어난다.
NaCl의 가수분해반응
NaCl ---> Na++ Cl-
양극의 전기화학반응은
2Cl- 2(aq) ----> Cl2(aq) + 2e- Eo= 1.39V
Cl2(aq) + H20 ----> HCl(aq) + HOCl(aq)
상기의 반응에서와 같이 양극에서는 산성의 전해산화수가 발생하게 되고
음극의 전기화학반응은
2Na++ 2e ---> 2Na(aq)
2Na+(aq) + 2H20 ----> 2Na+(aq) + 2OH-+ H2(g)
2H20(l) + 2e-----> 2OH-(aq) + H2(g) Eo=-0.83V
음극에서는 알카리성의 전해환원수가 생성된다.
따라서 전체적인 전기화학 방응은
2Na++ 2Cl- 2(aq) + 2H20(l) ---> 2Na(aq) + Cl2(aq) + H2(g) + 2OH-
Eo= 1.39-(-0.83) = 2.22V가 된다.
즉 양극(6)에서는 산화력이 큰 산성의 전해산화수가 생성되고 음극(5)에서는 환원력이 큰 알카리성의 전해환원수가 생성하면서 음식물찌꺼기중의 NaCl은 제거되게 된다.
이때 전기 분해에 사용되는 양극(6)의 전극은 내식성이 우수하면서 산소 및 염소발생과전압(over voltage)이 높은 재질(TiO2-RuO2-SnO2-CeO2)를 산화물고용체 상태로 티판윰판에 소부코팅한 것을 사용하여야 하며, 음극(5)의 전극은 수소발생과전압이 낮은 재질을 사용하여야 전극소모가 적고 전해산화수의 생성효율이 증대하게 된다.
실재로 음식물찌꺼기를 중간부(4)에 공급하여 교반하면서 액저항, 도체저항, 양음극저항등을 고려하여 4Volt 이상의 직류전류를 인가하면 음식물찌꺼기중에 함유된 NaCl중의 Na+는 음극(5)으로 이동하여 전해환원수가 생성되고 Cl-은 양극(6)으로 이동되어 산성의 전해산화수가 생성되면서 음식물찌꺼기내에 함유되어 있던 염분은 제거되게 된다.
또 NaCl을 함유한 음식물찌꺼기에 전기를 통하면 양극(6)에서는 산성의 전해산화수가 생성하게 되고, 이 전해산화수는 전자가 상당히 부족한 수용액으로서 미생물과 접촉하는 순간에 세포로부터 전자가 튀어 나오면서 세포막이 파괴되어 살균을 하게되므로 살균효율이 아주 우수하게 된다.
살균을 하기 위하여 반응계의 조정은 양극(6)측에 pH조절기를 설치하여 pH=2.5정도로 조정하여 전류를 인가하는 것이 살균의 효과를 향상할 수 있게 된다.
도2에 보인바와 같이 중간부(4)에 교반기(7)를 스크류형으로 회전하게 설치되고 교반기(7)의 일측이 음식물찌꺼기를 인입하는 위치하도록 설치하고 교반기(7)는 외부로 돌출하게 설치되어 있다.
음식물찌꺼기를 사료화하는 경우에는 중앙부에 음식물찌꺼기를 공급하고 직류전류를 인가하면 음식물찌꺼기중의 염분을 이용하여 양극실에서는 전해산화수가 생성되며, 음극실에서는 전해환원수가 생성된다. 그리고 양극실에서 생성된 전해산화수를 ORP-조정에 의하여 ORP전위를 +700mmV전후로 조정하면서 음식물찌꺼기중에 유해미생물을 사멸되면서 염분이 동시에 제거된다.
또 음식물찌꺼기를 퇴비화하는 경우에는 도3에 보인바와 같이 음식물찌꺼기중에 함유되어 있는 미생물등을 멸균할 필요가 없기 때문에 전해산화수를 음식물찌꺼기로 반송할 필요없이 탈염만처리할 수 도 있다.
동일한 탱크에서 이온교환막을 설치한 탈염조내에 음식물찌꺼기를 넣어 탈염을 하면서 생성되는 전해산화수로 부패균, 병원균등 유해 미생물의 살균을 동시에 할 수 있는 공정이다.
Claims (2)
- 음식물찌꺼기를 사료화하는 경우에는 탈염조(1)내에 설치한 양극(6)측에 음이온교환막(2)과 음극(5)측에는 양이온교환막(3)을 설치하되 음이온교환막(2)과 양이온교환막(3) 사이의 중간부(4)에 음식물찌꺼기를 투입하면서 직류전류를 인가하면 Na+이온은 음극으로 이동되어 전해환원수가 생성되고 Cl-이온은 양극실로 이동되어 전해산화수가 생성되면서 음식물중의 염분(NaCl)을 제거하면서 양극실에서 생성된 전해산화수룰 중간부(1)의 음식물찌꺼기로 공급하면 음식물찌꺼기중의 부패균, 병원균등의 유해미생물을 살균하는 음식물찌꺼기의 탈염 및 샬균하는 장치
- 제1항에 있어서음식물찌꺼기를 퇴비화하는 경우에는 유해미생물의 살균은 필요없기 때문에 양극의 전해산화수를 음식물찌꺼기로 주입할 필요 없이 음식물찌꺼기중의 염을 탈염하는 음식물찌꺼기의 탈염 및 샬균하는 장치
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