KR20030004238A - 다단식퇴비발효시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음식물쓰레기 또는 유기물을 발효시키는 시스템으로서 기존의 교반방식과 통기방식에 따른 산소공급의 문제점과 시설면적에 비해 가용면적이 비효율적인 문제와 발효시간을 촉진하기 위하여 산소공급을 보다 용이하게 하고 가용면적을 극대화하기 위하여 발효실을 수직 다단으로 구성하고 각각의 발효실에 급기장치와 건조장치, 온도 및 습도감지장치들로 구성하며 각각의 발효실 바닥을 정량낙하장치를 구성하여 효과적인 퇴비발효시스템을 제공하기 위한 다단식퇴비발효시스템에 관한 것이다.

Description

다단식퇴비발효시스템 {Multi-level Composting Machine system}

본 발명은 음식물쓰레기 및 각종 유기물을 보다 효율적인 방법으로 양질의 퇴비로 생산하는 발명을 제공함으로서 각종 유기물에 의한 환경오염을 방지하고 유기농산물 생산으로 농가소득을 증대시키는데 있다.

특히 서울시와 같이 인구가 밀집한 도시에서 발생하는 음식물쓰레기의 환경문제를 해결하는 방법은 악취에 의한 민원문제가 해결되어야 하고 좁은 공간에서도 얼마든지 처리시설을 건설할 수 있어야 한다. 본 발명은 이와 같은 숙제를 해결하는데 목적이 있다.

본 발명자는 발명의 명칭 음식물쓰레기 및 분뇨를 퇴비화시키는 처리시스템 특허 제215585호와, 특허제 0258431호를 발명하였다. 상기한 발명은 1997년 경기도 시흥시가 시행한 1일 100톤규모 처리시설 기술공모에 응모하여 가장 우수한 기술로 선정되어 설계 시공하게 되었다. 따라서 상기 시설은 2000년 10월 준공하였으며 2001년 1월 국내 최초로 비료관리법에 따라 비료생산업에 등록하였으며 염분이 제거된 양질의 퇴비를 생산하여 많은 농가에 공급하고 있는 실정이다.

이와 같은 공노로 2001년 대한민국특허기술대전에서 상기기술이 대통령상을 수상하였으며 2002년 3월 15일 행정자치부가 전국 지방자치단체 음식물쓰레기 자원화시설을 조사 평가한 결과 가장 우수한 시설로 평가받아 상기기술을 사용한 시흥시가 2002년 3월 15일 6,000만원 상급을 수상하기도 했다. 현재 전국 지방자치단체에서 운영하는 퇴비화시설이 다수 있으나 현재까지 비료관리법에 따라 등록된 시설은 오직 상기특허기술을 적용하여 시공한 경기도시흥시밖에 없는 실정이다.

이와 같은 음식물쓰레기 퇴비화시설에 설치된 퇴비발효시설과 양돈농가에 돈분을 퇴비화하기 위한 퇴비화시설을 비롯해 유기물을 발효시키는 퇴비발효장이 다수 있으나 그 구성을 살펴보면 퇴비발효장에 가장 중요한 산소공급을 위하여 바닥에 산소배관과 자갈을 깔로 그 상단에 왕겨를 덮어 산소를 공급하고 교반으로 발효를 시키고 있으나 산소공급이 원활하지 못해 혐기화에 따른 암모니아가스발생으로 악취가 심각한 실정이며 혐기화에 따라 발생하는 침출수처리문제가 따르고 건설부지면적이 많이 소요되는 문제점과 건설면적에 비교하여 가용면적이 매우 작은 단점이 있다.

또한 고속발효가 가능한 원형으로 제작된 원통내부에 교반기를 가동하거나 원통몸체자체가 회전하는 방식으로 산소공급을 원활하게 하는 발효장치들이 있다. 그러나 이 같은 형태의 고속발효장치들은 소량은 가능하나 대량의 유기물을 발효는 불가능한 문제가 있으며 에너지 소모량이 많은 단점이 있다.

본 발명자가 운영 중인 경기도시흥시 퇴비발효장의 시설규모를 보면 가로 20m 세로 50m 높이 지상 2.5m 지하 2m의 건물로 건축되어 있다. 이와 같은 퇴비발효장에 퇴비가 발효되는 가용면적을 살펴보면 가로10m 세로 50m 깊이 2m로 구성되어 있다. 그러나 퇴비발효과정의 퇴비층의 깊이는 1.5m에 불과하다. 그럼으로 실제로 사용되는 가용면적은 가로 10m 세로 50m 세로 1.5m에 불과한 것이다. 그럼으로 실제로 사용되는 가용면적은 건물대비 1/8에도 미치지 못하는 결과를 낳은 실정이다.

특히 동절기의 경우 발효과정에 있는 발효중인 퇴비표면으로 발효온도를 현저하게 빼앗기는 문제로 퇴비발효장 운영에 많은 애로를 느끼고 있는 실정이다. 그러나 이와 같은 건물구조에서는 교반기가 가동됨으로 불가피한 실정이었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하여 음식물쓰레기를 저렴한 비용으로 양질의 퇴비를 생산하는데 있다.

도1은 본 발명에 대한 양호한 실시 예를 보인 도면.

도2는 본 발명의 요부에 대한 양호한 실시 예를 보인 측면도.

도3은 본 발명의 또 다른 구성에 대한 양호한 실시 예를 보인 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호>

23. 건조장치 24. 분산장치 25. 제1발효실 26. 정량낙하장치

27. 제2발효실 28. 제3발효실 29. 퇴비반출실 30. 급기장치

31. 열풍장치 32. 배출장치 33. 이물질선별장치 34. 포장기

대량의 유기물을 고속발효시켜 퇴비화시킬 수 있는 본 발명의 다단식퇴비발효시스템의 구성을 살펴보면, 발효실을 수직다층으로 형성하고 상기한 발효실 벽면의 구성은 외부와 완벽하게 밀폐하여 외부온도가 영향을 미치지 않도록 하였다. 외부와 밀폐된 내부공간에는 퇴비발효실을 다층으로 구성하고 각각의 발효실 바닥을 정량낙하장치(26)를 구성하였다. 상기한 정량낙하장치의 구성은 회전가능한 다수개의 축으로 구성하며 상기한 축 외주연에는 4개이상의 회전날개(26b)를 구성하였다. 상기한 회전날개의 구성은 퇴비를 일정한 시간에 일정한 량으로 하부로 낙하시키는 구조로 형성하였다.

또한 상기한 회전날개가 구성된 축 일측에는 축에 전달된 동력에 의하여 정량낙하장치가 회전되도록 구성하였다. 또한 상기한 축 일측에는 퇴비발효장 외부에서 가동되는 송풍기에서 축에 구성된 통풍구를 통해 발효실 내부로 산소공급이 가능하도록 급기장치(30)를 형성하였다.

상기한 급기장치의 또 다른 구성은 정량낙하장치 하부에 급기장치를 형성하며 상기한 급기관치에는 공기유입량을 조절하는 공기조절벨브를 구성하였다.

상기한 구성의 실용적효과를 설명하면, 외부에 설치된 압축공기를 공기조절벨브(30)를 통하여 산소를 공급함에 있어 발효에 적합한 적정량의 산소공급이 되도록 하였다. 상기한 공기공급으로 제1발효실(25)에서 일정시간 발효된 퇴비는 정량낙하장치의 작동에 의하여 하단부 제2발효실(27)로 낙하된다.

본 발명의 다단식퇴비발효시스템을 더욱 상세히 설명하면 상부에는 제1발효실(25)을 구성하고 발효실의 높이는 산소공급에 문제가 없는 범위 내에서 설계되도록 구성하였으며 제1발효실 상단에 퇴비원료를 분산하는 분산장치(24)를 구성하였다. 상기한 분산장치의 구성은 벨트나 체인과 같은 회전체에 다수개의 밀게를 구성하였다. 상기한 분산장치는 다양하게 적용될 수 있다. 그 예로 회전되는 벨트 상단에 음식물쓰레기가 이송되고 일정한 간격으로 배치된 낙하장치를 구성하였다. 이와 같은 구성의 분산장치가 상단부에서 회전되면 일정한 위치에 낙하된 음식물쓰레기가 제1발효실, 정량낙하장치(26) 상단부에 골고루 분산되어 쌓이게 된다. 분산장치에서 분산된 음식물쓰레기는 정량낙하장치(26) 하단에 구성된 급기구의 급기장치에 구성된 공기조절벨브를 통하여 적정량으로 투입된 산소에 의하여 고속발효가 진행되도록 구성한 것이다.

그러나 투입된 퇴비원료가 함수율이 높은 경우에는 발효가 불가능함으로 적정 함수율로 건조가 필요하다. 이때 건조장치를 별도로 구성하거나 도1에 제시된 구성과 같이 제1발효실 정량낙하장치(27)하부에 열풍구를 구성하여 가열된 열풍을 불어넣는 열풍장치(31)를 구성하거나 파이프와 같은 다공한 배관를 정량낙하장치 하부에 구성하고 배관 내주연에 열선을 구성하여 압축공기가 공급되도록 하였다.

상기한 열풍장치의 실용적효과는 외부에서 압축공기를 강제 송풍시키면 열선에 의하여 열풍이 생산되고 열풍은 배관에 구성된 다공된 공기방출구를 통해 제1발효실 정량낙하장치 하부에 분산공급되어 제1발효실에 퇴비층을 통과하면서 유기물을 건조시키는 것이다.

상기한 열풍장치(31)의 구성을 다시 한번 설명하면 벽면에 구성된 열풍장치를 통하여 벽면 외부에서 열풍을 불어넣는 방식과 가열장치를 퇴비발효장 내부에 구성하고 외부에서 압축공기를 불어넣는 것이다. 상기한 열풍장치의 실용적 효과를살펴보면 가열한 열풍을 정량낙하장치(27) 하단으로 불어넣으므로 제1발효실에 쌓인 퇴비원료를 통과하여 건조시키므로 에너지효율이 효과적이다.

특히 동절기에 반입되는 음식물쓰레기는 결빙되어 반입됨으로 파쇄 분쇄하여 탈수해도 함수율이 대단히 높은 실정이다. 이 것을 건조하지 않을 경우 발효에 문제가 발생하게 된다. 그럼으로 퇴비발효에 건조는 매우 중요한 실정이다.

상기한 건조장치(23) 또는 열풍장치(31)에 의하여 건조된 퇴비원료는 제1발효실(25)에서 발효가 시작된다. 제1발효실(25)에서 건조되거나 발효된 원료는 정량낙하장치(26)의 반복적인 회전에 의하여 제2발효실(27)에 다시 쌓여 발효된다. 이와 같이 반복적인 방법으로 정량낙하장치에 의하여 제3발효실(28)로 낙하된다. 제3발효실을 통과한 퇴비는 제4~제6발효실로 낙하되어 후숙발효가 진행된다. 이와 같이 발효된 퇴비는 퇴비반출실(29)에 낙하되어 반출을 대기하게 된다. 상기한 각각의 퇴비발효실에 습도와 온도를 측정하는 계측장치를 구성하여 습도가 부족한 경우에는 각각의 퇴비발효실 상단부에 살수장치를 구성하여 적정량을 살수하여 발효를 촉진하도록 하였다.

또한 상기한 퇴비발효실의 산소공급량을 살펴보면 유기물이 풍부하고 함수율이 적정수준인 제1, 제2 발효실(27)의 경우 산소가 많이 소모된다. 그러나 제4, 제5발효장의 경우 산소공급이 많으면 오히려 건조되어 발효에 지장을 초래하게 된다. 그럼으로 본 발명의 다단식퇴비발효시스템의 산소공급량은 각의 발효실에 따라 상이하다. 각각의 산소공급량 산출은 퇴비발효공법에 따라 공급하되 더욱 정확한 산소공급량의 수치는 해당시설을 가동하면서 발효물체의 함수율, 온도, 습도 등 발효환경에 따라 운영자가 발효상태를 확인하면서 적정산소요구량을 찾아 용이하게 공급할 수 있도록 급기장치(30)를 구성하였다. 유기물을 발효시키는 발효조건은 계절에 따라 발효환경이 변화함으로 변화에 따른 가감조절을 할 수 있는 상기한 급기장치인 공기조절벨브의 구성은 대단히 용이하게 사용될 것으로 예측된다.

또한 상기한 각각의 발효실에는 교반 가능한 교반기를 구성할 수 있으며 상기한 교반기의 구성은 전후 진퇴 교반 또는 수직교반방식을 채택하도록 하였다.

상기 본 발명의 다단식퇴비발효시스템을 파일럿프렌트를 제작하고 음식물쓰레기를 계속해서 투입시키면서 산소공급하는 방법으로 제1발효실에 원료가 쌓이는 만큼 정량낙하장치로 낙하시킨 결과 고속발효가 진행되어 톱밥을 혼합하지 않은 경우 완숙발효기간이 15일밖에 소요되지 않는다는 사실을 확인하였다.

대부분 퇴비원료가 투입되는 작업시간이 8시간이며 퇴비원료가 제1발효실에 쌓이는 것도 8시간임으로 정량낙하장치의 가동시간 역시 8시간 가동시켰으며 발효실 내부에 퇴비가 만실된 상태에서 하단 발효실로 정량낙하장치에 의해 낙하시킨 결과 기존 퇴비발효장 시설면적 대비 20배 이상의 실용적 실용적 효과가 있었다. 또한 상기한 다단식퇴비발효장치에서는 일반적인 퇴비교반에 따른 퇴비원료의 뭉침 현상이 발생되지 않는 장점도 있어 발효시간이 기존 방법에 비교하여 50%이상 단축됨을 확인하였다.

이와 같은 방법으로 반숙 또는 완숙된 퇴비를 하단부에 설치된 배출장치(32) 의하여 발효실에서 배출한 후 선별장치(33)에서 미세협잡물을 제거한 다음, 용도에 따라 포장 또는 비포장으로 처리할 수 있도록 구성하였다.

만약 비포장으로 농민에게 반출할 경우에는 배출장치(32)를 다단식퇴비발효시스템 하단부로 자동차를 진입시켜 적재함 상부에 있는 퇴비반출실 개폐문을 열면 퇴비가 자동차적재함에 낙하되어 적재할 수 있도록 하여 퇴비반출에 편리를 도모하도록 하였다.

또한 상기한 퇴비발효실과 건조장치에서 발생하는 악취를 해결하는 방법으로 상기한 각각의 장치에 악취흡입라인을 구성하여 습식탈취방법 또는 토양탈취방법 등의 탈취기로 이송하여 악취를 해결하도록 하였다.

상기구성의 실용적 효과를 설명하면 완전밀폐로 악취에 대한 민원문제가 완벽하게 해결되고 동절기 외부온도로 인한 발효장애를 해결할 수 있을 뿐 아니라 귀 존의 퇴비발효장건설면적 가용면적에 비해 8배 이상 가용효율을 얻을 수 있다.

예를 들어 1일 50톤의 음식물쓰레기를 퇴비화하는 기존의 발효시설을 건설한다면 가로 20m 세로 40m 높이 5m의 건축물이 필요하다. 그러나 본 발명의 다단식 퇴비발효시스템은 가로 4m 세로 8m 높이 15m 건축물이면 충분하다. 그럼으로 건설부지 면적을 획기적으로 절감할 수 있는 것이다.

모든 유기물의 퇴비발효조건은 하절기의 경우 함수율 65%이내 기타 기후에는 함수율 60%± 2에 산소 10%를 유지해야 한다. 함수율 60%전후와 처리량대비 산소10%를 차질없이 공급하면 악취에 대한 염려는 있을 수 없다. 그럼으로 본 발명은 상기 발효조건을 충족시키는 방법으로 건조 또는 톱밥을 혼합하는 방법을 채택한 것이다.

상기한 바와 같이 유기물의 함수율을 60%내외로 유지시키고 처리량 대비 10%의 산소가 골고루 공급한다면 발효가 고속으로 진행되어 음식물과 같은 유기물은 7∼10일 이내에 인위적인 산소공급이 불필요한 후숙단계로 접어들게 된다.

퇴비의 후숙단계는 산소공급이 없어도 발효가 가능하고 외부온도와도 무관함으로 퇴비발효장을 이용할 필요없이 퇴비를 사용할 밭이나 논에 이송하여 쌓아두고 비닐 등으로 비만 피할 수 있도록 관리하면 된다. 원활한 산소공급에 의하여 반숙된 퇴비는 후숙단계에 인위적인 산소공급 없이도 발효기간이 다소 시간이 소요될 뿐이지 악취나 침출수가 발생되지 않는 장점이 있다.

본 발명의 다단식발효시스템에서는 완벽한 산소공급과 건조 등 발효에 필요한 모든 조건을 최상으로 제공할 수 있으므로 악취에 대한 민원문제와 미발효에 따른 제반문제를 모두 해결할 수 있는 것이다.

상기한 본 발명은 기존에 음식물쓰레기를 비롯한 유기물퇴비화에 있어서 가장 큰 문제였던 악취해결은 물론 양질의 퇴비생산으로 유기농산물생산에 기여할 것으로 판단된다.

특히 도시형 음식물쓰레기처리시설에 있어서 악취로 인한 민원발생과 도시내에서 시설용지해결에 도움이 되는 발명으로 도시의 음식물쓰레기 환경문제해결에 획기적 발명으로 평가된다.

Claims (5)

1. 외부와 밀폐되고 다단으로 형성된 퇴비발효실과; 상기한 각각의 퇴비발효실 하단부에는 퇴비를 정량낙하시키는 정량낙하장치와; 상기한 각각의 퇴비발효실에 산소를 공급하는 급기장치와; 상기한 퇴비발효장 하단부에는 퇴비를 반출하는 배출장치로 구성된 것을 특징으로 하는 다단식퇴비발효시스템.
2. 유기물을 건조시키는 건조장치를 구비하고 상기한 건조장치에서 건조된 유기물을 투입하는 밀폐된 퇴비발효을 구비하며 상기한 퇴비발효실 상부에는 유기물을 분산시키는 분산장치를 구성하고 상기한 제1발효실의 바닥은 발효물체를 정량낙하시키는 정량낙하장치를 형성하며 상기한 정량낙하장치에는 퇴비발효에 적절한 산소를 공급할 수 있는 급기장치를 구비하고 상기한 발효실과 정량낙하장치, 급기장치를 반복적으로 제2발효실과 제3발효실 순으로 다단으로 형성되며 상기한 발효실 최하단부에는 퇴비반출실을 구비하고 상기한 퇴비반출실에서 배출된 퇴비에서 미세협잡물을 제거하는 스크린으로 구성된 것을 특징으로 하는 다단식퇴비발효시스템.
3. 제1항 내지 제2항에 있어서

   상기한 정량낙하장치는 다수개의 축으로 형성되며 상기한 축에는 다수개의 정량공급날개가 고정되고 상기한 축 일측에는 축을 회전시키는 동력전달장치로 구성된 것을 특징으로 하는 다단식퇴비발효시스템.
4. 제2항에 있어서

   상기한 건조장치는 다공된 배관을 퇴비발효실에 구성하고 상기한 배관내부에 열선을 배열하며 상기한 배관 내부로 압축공기를 불어넣는 송풍장치의 구성된 것을 특징으로 하는 다단식퇴비발효시스템.
5. 상단에는 퇴비를 분산하는 분산장치를 구비하고 상기한 분산장치 하단에는 제1발효실을 구성하며 상기한 제1발효실 바닥은 장량낙하장치를 구성하며 상기한 정량낙하장치 직하방에는 제1발효실에 쌓인 퇴비를 건조시키는 열풍장치와 산소를 공급하는 급기장치로 구성하고 상기한 제1발효실과 정량낙하장치와 급기장치가 반복적으로 형성하고 하단부에는 퇴비를 반출하는 배출장치로 구성된 것을 특징으로 하는 다단식퇴비발효시스템.