KR200176100Y1 - 타워식 유기질 발효 퇴비장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 가축분뇨 및 유기성 오니가 반응조의 일정 높이까지 항시 충진되어 퇴비반응이 진행되고, 원료의 투입과 배출이 연속적으로 이루어지는 퇴비화 장치에 대한 것으로 최소 1일 최대 2일에 1회씩 하부 퇴비배출장치(318)를 통해 반응조 용량의 8 내지 15％의 양이 하부로 배출된 뒤 혼합원료가 수평수직 밀폐형 콘베이어(314)를 통해 반응조의 일정 높이까지 투입되면 상부수평 조절장치(316)에 의해 상부면이 수평상태가 된다. 이렇게 투입된 원료는 반응조(317)의 하부로 이동되면서 최상부의 중온성, 중간부의 고온성, 하부의 중온성 호기성 발효를 거치게 된다.

본 고안은 균질한 퇴비생성의 필수조건으로 간주되었던 물리적 교반장치를 생략하므로 교반시 방출되는 고온의 에너지 손실을 줄여 결국 퇴비반응 시간을 단축시켰다. 원료의 흐름은 하부로 평행이동되고 퇴비화에 필요한 공기는 연속 분할 공급되므로 결국 에너지와 소요부지가 절감되고 악취발생이 최소화된 것을 특징으로 하는 장치이다.

Description

타워식 유기질 발효 퇴비장치{Tower composting system}

본 고안은 가축분뇨 및 유기성 오니를 발효시켜 퇴비화를 만드는 장치로서 수평수직 밀폐형 콘베이어(314)를 이용하여 혼합기(313)에서 혼합된 원료를 반응조 상부로 이송하고, 투입된 원료는 상부수평 조절장치(316)에 의해 수평으로 조절되어 반응조(317)내에 서식하는 다양한 미생물에 의해 퇴비화가 진행되며, 하부의 퇴비배출장치(318)에 의해 반응조내의 내용물이 배출됨에 따라 투입된 원료는 차례로 하부로 이동된다. 반응조 내부에는 별도의 교반장치가 없으므로 에너지 손실이 없고 교란에 의한 발효 지연이 방지되어 발효 속도를 개선하였다. 퇴비배출장치(318)는 작동시 스크루 형태의 회전부가 자체회전과 함께 원주이동을 동시에 함으로써 반응조 하부의 퇴비를 골고루 중심부로 배출할 수 있고 동력이 작게 소요된다. 또한, 송풍기, 공기조절변(valve) 및 하부 공기분배관으로 구성된 공기공급장치(319)는 공기 흐름의 편류발생 방지를 위해 연속 분할방식으로 공기를 공급하므로 양질의 균질 퇴비생산이 가능하다.

본 고안은 가축분뇨 및 유기성 오니 등을 퇴비화하여 퇴비, 토양 개량제 및 복토재로 사용되는 것을 특징으로 하며, 기존 공정에 비해 획기적으로 에너지 및 소요부지의 절감과 용이한 악취제어를 통해 기존 퇴비화 공정의 문제점을 대폭 개선시키는 것을 목적으로 한다.

도 1과 같이 기존 수평더미식 퇴비화 장치의 경우 콘크리리 벽(101)을 사용하여 여러 개의 더미(103)를 조성하고, 하부에서 공기를 공급(IA)하고 상부에서 이동식 교반기(104)로 교반을 하며 냄새발생의 통제를 위해서는 밀폐용 건축물과 배기장치 및 악취 제어설비 등이 필요한 시설로 최근까지 널리 보급된 퇴비화 장치이다. 이 경우 넓은 부지가 필요하고, 공기공급시 하부 공기 분배관의 일부 폐색과 불균일한 퇴비 더미 높이로 인해 균일한 공기공급이 불가능하므로 과량의 공기가 공급되어야 하므로 에너지 손실량이 많다. 또한, 원료투입 및 퇴비배출시 수증기와 냄새로 인해 운전이 불편하고, 필요시 밀폐형 건축물의 개방해야 할 경우 악취로 인해 민원발생의 주된 요인이 되고 있다. 또한, 도 2와 같이 최근 수직교반 반응조 퇴비장치의 경우 내부 교반방식을 채택하면 기계적으로 많은 에너지 소요와 교반기의 휨 및 파괴가 빈번하여 아직 미완의 기술로 알려져 있다.

본 고안은 기존 퇴비화 설비의 소요부지 절감과 악취제어 및 소비 에너지의 절감을 통해 설비 운영의 경제성 및 편의성을 제고시켰다. 본 수직 밀폐형의 반응조는 소요부지가 작고 반응조 상부에서 강제적으로 배출가스를 인발하여 후단의 탈취장치로 이송 처리함으로써 악취문제를 해결하였다. 또한 반응조 내부에는 교반장치가 없으므로 기계적인 장비 고장 문제를 근본적으로 제거했다.

도 1은 기존의 호기식 수평더미식 퇴비장치에 대한 계통도이고,

도 2는 기존의 수직교반 반응조 퇴비장치의 계통도이며,

도 3은 본 고안의 실시예에 따른 타워식 유기질 발효 퇴비장치를 설명하기 위한 계통도이다.

＜부호의 설명＞

101 : 콘크리트 벽 102 : 하부지지층 103 : 원료적재층

104 : 교반기 또는 로우더 IA : 공기 주입구

210 : 원료 211 : 저장조 212 : 수분조절제

213 : 혼합기 214 : 스쿠루형 이송기 215 : 원료투입구

216 : 교반날개 217 : 반응기 218 : 교반기

219 : 퇴비배출구 IA : 주입공기 OA : 배출가스

310 : 원료 311 : 퇴비 312 : 수분조절제 313 : 혼합기 314 : 수평수직 밀폐형 콘베이어

315 : 투입구 316 : 상부수평 조절장치 317 : 반응조

318 : 퇴비배출장치 319 : 공기공급장치

IA : 주입공기 OA : 배출가스

본 고안의 구성은 도 3과 같이 가축분뇨 및 유기성 오니를 발효시켜 퇴비를 만드는 장치로서 주요 공정별 세부내용에 대해 기술하고자 한다. (a) 원료(310) : 가축분뇨인 돈분, 계분, 우분, 마분, 인분 및 하폐수 유기성 오니를 사용한다. (b) 수분조절제(312) : 일반적으로 톱밥, 왕겨, 분쇄왕겨, 팽연왕겨, 볏짚 및 나무 조각등이 사용되며, 크기는 볏짚의 경우 100mm, 나무일 경우 20mm 이하인 것을 사용한다. (c) 혼합기(313) : 원료, 생산퇴비 및 수분조절제를 일정비율로 함께 혼합시킨다. (d) 수평수직 밀폐형 콘베이어(314) : 혼합기(313)에서 혼합된 원료를 밀폐형 외함, 원료수송용 평판, 연결 체인(chain), 구동부 등으로 구성된 콘베이어 설비로 원료를 혼합기(313)에서 반응조 투입구(315)까지 수평- 수직-수평 이송 기능을 하나의 공정으로 수행한다. (e) 상부수평 조절장치(316) : 투입된 원료는 본 장치에 의해 상부면이 수평으로 조절되고 원료 투입시에만 작동한다. (f) 반응조(317) : 원료 투입지점인 최상부는 중온성 호기 박테리아의 활동에 의해 50℃ 정도, 그 아래의 중간부위는 고온성 호기 박테리아의 활동에 의해 55℃ 내지 80℃, 하부에서는 중온성 호기 박테리아의 활동에 의해 45℃ 정도의 온도특성을 갖는 영역으로 구성된다. 이러한 반응조의 특성을 살리려면 원료충진층은 3.5m 이상, 상부의 배출가스 포집층은 0.4m 이상, 하부 공기공급 및 하부지지층 (319)은 0.3m 이상으로 본 반응조의 최소높이는 4.2m 이상이 적당하다. 본 반응조의 내부에는 원료 혼합을 위한 교반장치가 없으므로 에너지 손실이 적고 교란에 의한 발효지연이 없으므로 발효속도가 빠르다. 연속적으로 1일 내지 2일에 1회씩 퇴비배출장치(318)에 의해 하부로 퇴비가 배출되고 동시에 원료가 상부로 투입되며, 반응조 내부의 반응 상태는 온도와 배출가스 조성으로 관찰할 수 있어 투입원료의 함수율, 탄질율(C/N) 및 공기량 등을 외부에서 조절할 수 있다. (g) 퇴비배출장치(318) : 하부지지층(319) 위에 설치된 것으로 작동시 스크루 형태의 회전부가 자체회전과 함께 원주 이동회전을 동시에 함으로써 작은 동력으로 구동이 가능하고 반응조 하부의 퇴비를 균등하게 중심부로 배출한다. 반응조 하부의 균등 배출을 위해 회전부의 피치는 중심부에서 멀어질수록 길어지고 운전시 360℃ 단위로 운전한다. (h) 공기공급장치(319) : 송풍기, 공기조절변 및 하부 공기분배관으로 구성되고 전면 송기시 편류발생으로 구역에 따라 퇴비반응상태가 달라질 수 있으므로 반응조의 하부를 평면으로 보았을 때 4개 이상의 구역으로 구분하고 각각의 구역에 공기 조절변을 1개 이상 설치하여 분할 연속공급을 하므로 별도의 교반장치 없이도 양질의 퇴비생산이 가능토록 한다. (i) 탈취장치 : 물과 이산화탄소 함량이 높은 배출가스는 강제로 수집하여 탈취장치로 이송하여 탈취 후 대기로 방출된다. 이때 탈취장치로는 폐수처리장치의 포기반응조, scrubber 및 bio-filter 등이 사용된다. 퇴비장치의 효과의 검증을 위해 종래의 수평더미식 퇴비장치와 본 고안장치를 사용하여 퇴비의 진행 정도를 동일한 원료의 조건과 공급 공기량으로 28일간 비교하였을 때의 발효효율을 구체적인 실험예를 들어서 본 고안을 보다 상세히 설명한다. (실시예 1) : 본 고안 장치 수분 함량이 90％, pH 4.5인 돈분을 원료 6톤, 톱밥 1.5톤, 퇴비 1.5톤의 비율로 혼합한 후 함수율 70％, pH 5.5상태의 혼합원료를 용량 80톤(직경 4.5m, 높이 5.0m, 면적 15㎡)인 반응조(317)에 2일에 1회씩 투입하고 동시에 7.5톤씩 배출하여 14일 후 최종 발효퇴비의 성상을 14일부터 28일까지 15일동안 분석한 결과 퇴비의 평균 함수율 45％, pH 7.4, 온도 45℃로 양질의 퇴비로 판명되었다. 이때 공기량은 2.0㎥/min으로 주입하였고, 배출가스량은 3.0㎥/min로 측정되었다. 비교실시예 1) : 수평더미식 퇴비화 설비 실시예 1과 동일한 조건으로 실시하였으며, 이때 도 1의 반응조는 폭 2m, 높이 2m, 길이 20m의 크기(면적 40㎡)이며, 동일조건으로 분석한 결과 퇴비의 평균 함수율 60％, pH 5.9, 온도 35℃로 육안 검사결과 원료의 냄새가 일부 남아 있었고, 이는 공기량 부족으로 발효가 진행되었다고 볼 수 없어 공기량을 15㎥/min로 증가시켜 투입하고 실시예와 유사한 조건의 퇴비를 생산하는데 걸리는 시간을 조사한 결과 25일이 소요되었다. 상기의 비교예로 보아 본 고안 장치는 기존의 수평더미식 퇴비비 장치에 비해 소요부지의 약30％, 소비에너지의 약 20％로 운전되는 효과적 장치임이 판명되었다.

본 고안의 구성에 의해 설비의 장점으로는 퇴비화에 필요한 소요부지의 절감(기존 소요부지의 약30％소요), 에너지의 절감(기존 소요동력의 약20％소요) 및 악취제어가 용이하고 운전이 편리하다.

Claims (4)

1. 퇴비 반응조(317)의 내부에 교반장치 없이 상부의 상부수평 조절장치(316)와 하부의 스크류 형상의 퇴비배출장치(318)와 4개 이상의 구역으로 구분하여 공기를 공급할 수 있는 공기공급장치(319)만으로 교반을 대체할 수 있는 것을 특징으로 하는 타워식 유기질 발효 퇴비장치.
2. 제 1항에 있어서,

   수평수직 밀폐형컨베이어(314)의 경우 혼합기(313)에서의 수분함량이 90％ 이상일 때에는 이송되지 않아야 하고, 원료 특성상 이물질 혼입이 빈번하므로 이로 인한 설비의 치명적인 손상을 미연에 방지할 목적으로 밀폐형컨베이어 내부의 이송판에다 PVC판을 조립식으로 부착한 것으로 형상은 사각의 평판, 재질은 SUS304로 만들어진 콘베이어로 전후진이 가능하여 유지관리가 용이한 것을 특징으로 하는 타워식 유기질 발효 퇴비장치.
3. 제 1항에 있어서,

   퇴비의 균질한 배출을 위해 퇴비배출장치(318)의 경우 퇴비배출용 스크류의 피치가 외곽방향으로 증가하고 작동시 자체회전과 함께 이동회전하는 것을 특징으로 하는 타워식 유기질 발효 퇴비장치.
4. 제 1항에 있어서,

   공기공급장치(319)의 경우 반응조내부의 공기흐름의 편류를 방지하기 위해서 반응조 하부의 구역이 4개 이상으로 나누어진 공기분배관에 있어서 각각의 공기조절변(valve)이 1개 이상씩 설치되어 분할 연속 공기공급이 가능한 것을 특징으로 하는 타워식 유기질 발효 퇴비장치.