KR20030023115A - 음식물쓰레기를 이용한 고체연료 제조방법 - Google Patents

음식물쓰레기를 이용한 고체연료 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음식물쓰레기를 주원료로 이용한 고체연료의 제조방법에 관한 것으로, 음식물쓰레기를 저장·파쇄·탈수·선별할 수 있는 일체식 시설에서 전처리하는 단계; 전처리 단계에서 인출된 물질을 균질하게 파쇄하는 단계; 파쇄된 물질을 응집탈수하는 단계; 음식물쓰레기 탈수물질과 석탄분말 및 화학첨가제를 혼합하여 1차 압출성형하는 단계; 압출성형된 물질을 1차 건조한 후 2차 압출성형하는 단계; 최종 압출성형된 물질을 2차 건조하는 단계; 및 건조된 최종 제품의 성형성과 발수성을 높이기 위하여 고분자수지를 분사코팅하는 약품처리단계를 포함하여, 환경친화적인 음식물쓰레기 처리가 가능하고, 연료대체품으로 사용가능한 것이다.

Description

음식물쓰레기를 이용한 고체연료 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF SOLID FUEL USING FOOD WASTE}
본 발명은 음식물쓰레기를 이용한 고체연료 제조방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 가정·아파트·음식점·호텔 등에서 배출되는 음식물쓰레기를 효율적으로 재활용하는 방안의 하나로 음식물쓰레기를 선별·파쇄·탈수한 후 석탄분말과 화학첨가제를 혼합하거나 기타 축산분뇨 및 유기성 오.폐수를 추가 혼합하여 연료를 제조함으로서 음식물쓰레기로 인한 환경문제를 해소하고 고품위의 대체에너지를 생산하여 국가 에너지난 해결에 기여할 수 있는 음식물쓰레기를 이용한 고체연료 제조방법에 관한 것이다.
음식물쓰레기는 총 생활폐기물의 30%이상을 차지하고 있을 뿐만 아니라, 물기가 많고 쉽게 부패되어 매립과 소각처리에 어려움을 초래하여 2005년도부터는 직매립을 금지하고 소각처리하거나 재활용을 하도록 폐기물관리법에서 규정하고 있으며 자치단체별로 다양한 처리방법을 도입하여 재활용을 시도하고 있으나 경제성과 대량처리가 가능한 처리방법이 개발되지 못하고 있는 실정이다.
음식물쓰레기의 재활용은 주로 퇴비화나 건조 사료화 및 액상사료화방법이 개발, 보급되고 있으나 퇴비화는 제조공정상 악취가 발생되고 염분농도가 높으며 생산성이 낮아 처리에 따른 경제성이 없으며 건조 사료화는 혼합사료비용과 건조비용이 과다하고 사용처가 제한되어 있으며 액상 사료화는 사료유통 및 사료로서의 안전성에 문제를 안고 있다.
이에 따라 음식물쓰레기의 안정적인 대량처리가 가능하고 대체 에너지로서 부가가치를 높일 수 있는 고형화 연료화방법을 고안하게 되었다.
음식물쓰레기는 85%이상의 수분을 함유하고 쉽게 부패되어 재활용이 어려운 물질이나 고열량의 유기성물질로 구성되어 있는 물질적 특성을 감안할 때 퇴비나 사료로서의 재활용보다 연료로서의 이용가치가 높은 물질이며 그 동안 재활용상에 나타난 문제점을 동시에 해결 가능하다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 최근에 연료로의 재활용 차원에서 음식물쓰레기를 단순 파쇄·탈수 및 성형하여 연료화하는 여러가지 사례가 발표되었다.
예를 들면, 국내공개특허번호 제2000-0012514호는 음식물쓰레기중의 이물질을 제거하고 파쇄·탈수한 후 부패방지제를 투입하고 이를 건조 후 성형·압축하여고체연료를 제조하는 방법, 국내특허공개번호 제1998-067738호에는 음식물쓰레기 중 전분질원료를 분리하여 쿠킹한 후 건조하여 사료화하고 음식물쓰레기에서 선별한 폐비닐을 일반폐기물과 혼합하여 고체연료로 재활용하는 방법, 국내특허공개번호 제2000-0041940호에는 음식물쓰레기, 종이류, 나무류 등 유기물이 함유된 폐기물을 분쇄하여 황토 및 탄분과 65%:20%:9%의 비율로 혼합 성형하여 고체연료를 만드는 방법, 국내특허공개번호 제2000-0056385호에는 음식물찌꺼기의 수분을 폐오일을 열매체유로 이용하여 탈수한 후 원심분리기로 탈유하여 고체연료를 제조하는 방법 등이 공개되어 있다.
그러나 상기 종래의 기술들은 연료로서의 물리적 최적조건을 갖추도록 하기 위한 음식물쓰레기 파쇄 및 탈수방법, 균질한 품질 및 고발열량 확보를 위한 석탄 등 연료물질 혼합기술, 성형 및 건조기술 등이 미비하여 연료로서의 상용화가 어려운 실정에 있다.
본 발명의 목적은 화석연료를 대체할 수 있는 에너지원으로서 음식물쓰레기를 활용하기 위한 음식물쓰레기를 이용한 고체연료 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 효율적이고 경제적인 음식물쓰레기 처리방법을 확립하여 음식물쓰레기로 인한 환경오염을 원천적으로 방지할 수 있도록 한 음식물쓰레기를 이용한 고체연료 제조방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 음식물쓰레기를 이용한 고체연료의 제조방법을 도시한 도면이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 음식물쓰레기를 이용한 고체연료 제조방법은 음식물쓰레기를 저장·파쇄·탈수·선별할 수 있는 일체식 시설에서 전처리하는 단계; 전처리 단계에서 인출된 물질을 균질하게 파쇄하는 단계; 파쇄된 물질을 응집탈수하는 단계; 음식물쓰레기 탈수물질과 석탄분말 및 화학첨가제를 혼합하여 1차 압출성형하는 단계; 압출성형된 물질을 1차 건조한 후 2차 압출성형하는 단계; 최종 압출성형된 물질을 2차 건조하는 단계; 및 건조된 최종 제품의 성형성과 발수성을 높이기 위하여 고분자수지를 분사코팅하는 약품처리단계를 포함한다.
이때, 상기 응집탈수단계에서, 탈수효율을 높이기 위하여 고분자 응집제를 투입하고, 선택적으로, 1차 탈수된 탈수 슬러지를 2차 원심력 탈수기에 통과시켜 2차 탈수할 수도 있다.
상기 고분자 응집제는 폴리염화알루미늄(PAC), 폴리황산규산알루미늄(PASS), 폴리수산화염화규산알루미늄(PACS), 및 폴리아민 중 선택된 어느 하나의 물질인 것이 바람직하다.
또한, 상기 1차 압출성형단계에서, 축산분뇨 및 유기성 오·폐수 슬러지를 추가로 투입하여 혼합할 수도 있으며, 상기 화학첨가제는 수산화리튬, 탄산리튬, 초산리튬, 수산화나트륨, 탄산나트륨, 초산나트륨, 수산화칼륨, 탄산칼륨, 및 초산칼륨 중 선택된 어느 하나의 물질인 것이고, 상기 고분자수지는 폴리비닐알콜, 폴리우레탄, 폴리아크릴아마이드, 및 폴리아크릴에스테르계 화합물 중 선택된 어느하나의 물질인 것을 특징으로 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 음식물쓰레기를 이용한 고체연료의 제조방법에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 음식물쓰레기를 이용한 고체연료의 제조방법을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 음식물 쓰레기를 이용한 고체연료의 제조방법은 크게 음식물쓰레기를 저장·파쇄·탈수·선별할 수 있는 일체식 시설에서 전처리하는 단계(S10), 전처리 단계(S10)에서 인출된 물질을 재차 파쇄하는 단계(S20), 파쇄된 물질을 응집탈수하는 단계(S30), 음식물쓰레기 탈수물질과 석탄분말 및 약품을 혼합하거나 추가로 축산분뇨 및 유기성 오·폐수 슬러지를 투입, 혼합하여 압출성형하는 단계(S40), 압출성형된 물질을 1차 건조한 후 최종 압출성형하는 단계(S50), 최종 압출성형된 물질을 2차 건조하는 단계(S60), 건조된 최종 제품의 성형성과 발수성을 높이기 위하여 약품 처리하는 단계(S70)를 포함한다.
이렇게 해서 제조된 고체연료는 최저 5,000Kcal/Kg이상의 열량을 갖기 때문에 대체연료로서의 기능을 충분히 할 수 있는 것이다.
본 발명에 따른 고체연료의 제조방법에 대해 단계별로 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
음식물쓰레기를 이용한 고체연료 제조방법의 첫 번째 단계는 음식물쓰레기를 저장, 파쇄, 탈수, 및 선별하는 전처리단계(S10)이다. 이 공정은 회전식 음식물쓰레기 저장장치 내에서 상기 전처리공정이 일체로 이루어지는 것으로, 파쇄 및 탈수를 위한 파쇄대를 설치하여 조대 파쇄와 동시에 수분 및 파쇄 물질이 연속적으로 인출되도록 하고, 남은 조대물질과 협잡물은 계속적으로 축적되어 자중에 의한 파쇄가 이루어지도록 하여 전처리 능력을 최대화하도록 되어 있다.
그 후에, 상기 전처리단계(S10)에서 나온 슬러리 형태의 음식물쓰레기를 균일하게 파쇄하는 단계(S20)가 수행된다. 이 단계에서는 음식물쓰레기의 입자를 5∼10㎜이하로 파쇄하기 위하여 햄머식 파쇄기와 격자형 파쇄기를 연속적으로 배치하여 입자크기를 균질하게 파쇄하는 작업이 수행된다. 이렇게 해서 파쇄된 슬러리는 일단의 저장통에 저장된다.
상기 파쇄단계(S20)에서 균질하게 파쇄된 음식물쓰레기는 별도의 이송수단을 통해 탈수기로 이동하여 응집탈수단계(S30)를 거치게 된다. 본 탈수단계에서는 탈수효율을 높이기 위하여 고분자 응집제를 투입한 후 원심력 탈수기를 통과시켜 수분함량 85%이하의 고형물(탈수슬러지)을 인출하게 된다. 이때, 상기 고분자 응집제는 고분자 폴리머로서, 폴리염화알루미늄(PAC), 폴리황산규산알루미늄(PASS), 폴리수산화염화규산알루미늄(PACS), 및 폴리아민 중 선택된 어느 하나의 물질인 것이 바람직하다.
또한, 본 응집탈수단계에서는 탈리액의 처리방법에 따라 필요한 경우 2차 원심력 탈수기를 통과시켜 탈수액의 부유물질농도를 획기적으로 저감시키고 탈수 슬러지를 최대로 인출하는 작업을 선택적으로 부가할 수 있다.
탈수가 완료된 후, 음식물쓰레기 슬러지는 석탄분말과 화학첨가제와 함께 압출성형기에 투입되어 1차 혼합압출성형단계(S40)를 거치게 된다. 이때, 화학첨가제는 연소촉진제로 알려진 알카리 금속화합물로서, 수산화리튬, 탄산리튬, 초산리튬, 수산화나트륨, 탄산나트륨, 초산나트륨, 수산화칼륨, 탄산칼륨, 및 초산칼륨 중 선택된 어느 하나의 물질인 것이 바람직하다. 상기 1차 압출성형단계 음식물쓰레기 슬러지 이외에 기타 유기성 축산분뇨 및 오·폐수 슬러지를 투입하여 혼합할 수 있으며, 혼합·압출·성형기는 본체내에 스크류에 의한 혼합·이송장치를 설치하고 내부에 2~3개의 칸막이형 성형판과 혼합절단날을 설치하여 압출에 의한 성형밀도를 증진시키고 균질한 혼합이 이루어지도록 하였다. 또한, 외부에 예열 자켓을 설치하여 다음 단계에서의 건조가 용이하게 이루어지도록 설계하였다.
그 후에, 상기 압출성형된 물질을 200℃이하의 온도에서 급속하게 1차 건조한 후 성형성을 높이기 위해 2차 혼합압출성형기를 통과시켜 2차 압출성형하는 단계(S50)를 거치게 된다. 본 단계(S50)에서는 과다한 수분을 일정량 제거한 후 성형함으로서 제품의 성형성을 최대한 높이도록 하는 것이다.
이렇게 해서, 2차 압출성형이 완료된 성형 제품은 2차 건조하는 단계(S60)를 거치게 되는데, 2차 건조단계(S60)에서는 120℃이하의 온도조건에서 저속건조를 수행하게 되며 건조에너지원으로는 음식물쓰레기 고체연료를 이용하여 가열하게 된다.
마지막 단계로 2차 건조까지 완료된 음식물쓰레기 고체연료의 발수성을 높이기 위해서 고분자수지를 주원료로 하는 약품을 분사코팅하는 약품처리단계(S70)를 거치게 된다. 이때, 고분자수지는 폴리비닐알콜, 폴리우레탄, 폴리아크릴아마이드, 및 폴리아크릴에스테르계 화합물 중 선택된 어느 하나의 물질인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 음식물쓰레기를 이용한 고체연료 제조방법은 음식물쓰레기의 저장, 파쇄, 탈수, 및 선별공정을 밀폐식 장치내에서 일체로 이루어지게 하여 악취발생을 근원적으로 방지하였으며, 공정을 단순화하여 전처리시설에 소요되는 비용을 절감토록 하였다. 또한 건조에너지 절감을 위하여 성형장치내에 예열시스템과 1,2차 건조공정을 도입하였으며, 성형성을 높이기 위하여 1차 압출·성형을 실시한 후 일정 수분을 제거하고, 2차 압출·성형단계를 거치도록 하였다.
이렇게 생산된 음식물쓰레기 고체연료의 주요 특징으로는 석탄의 탄소성분에 의하여 음식물쓰레기의 악취가 탈취되며, 연료의 발열량이 5,000kcal/kg이상을 나타내어 종래의 방법으로 만들어진 건조된 음식물쓰레기 고체연료에 비해 발열량이 우수하여 경제성을 가진 고열량의 대체 연료로 사용이 가능하고, 음식물쓰레기의 사료화, 퇴비화 및 혐기성 메탄화 방식에 비하여 자원의 재이용 효과가 큼에 따라 음식물쓰레기 처리문제에 있어서 부가가치 창출이 가능하다.
상기에 언급된 바와 같이, 본 발명에 따라 음식물쓰레기를 주원료로 이용하여 고체연료를 제조함으로써, 환경친화적인 음식물쓰레기 처리가 가능하여 대량처리가 용이하고, 경제성을 갖춘 고발열량을 가진 연료로서 각종 원예 및 채소 재배용 보일러, 가정용 보일러, 각종 산업용 고체연료 보일러, 열병합 또는 화력 발전소의 고체연료 대체품으로 사용 가능한 효과를 거둘 수 있다.
한편, 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

  1. 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 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 응집탈수단계(S30)에서, 탈수효율을 높이기 위하여 고분자 응집제를 투입하는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기를 이용한 고체연료 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 응집탈수단계(S30)에서, 1차 탈수된 탈수 슬러지를 2차 원심력 탈수기에 통과시켜 2차 탈수하는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기를 이용한 고체연료 제조방법.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 고분자 응집제는 폴리염화알루미늄(PAC), 폴리황산규산알루미늄(PASS), 폴리수산화염화규산알루미늄(PACS), 및 폴리아민 중 선택된 어느 하나의 물질인 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기를 이용한 고체연료 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 1차 압출성형단계(S40)에서, 축산분뇨 및 유기성 오·폐수 슬러지를 추가로 투입하여 혼합하는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기를 이용한 고체연료 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 화학첨가제는 수산화리튬, 탄산리튬, 초산리튬, 수산화나트륨, 탄산나트륨, 초산나트륨, 수산화칼륨, 탄산칼륨, 및 초산칼륨 중 선택된 어느 하나의 물질인 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기를 이용한 고체연료 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 고분자수지는 폴리비닐알콜, 폴리우레탄, 폴리아크릴아마이드, 및 폴리아크릴에스테르계 화합물 중 선택된 어느 하나의 물질인 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기를 이용한 고체연료 제조방법.
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