KR20090083660A - 폐기물을 이용한 고체연료 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐기물을 이용한 고체 연료에 관한 것이다.

목재 분쇄물 65~90 중량%와; 30~70%의 함수율을 가지는 축산분뇨 5~15 중량%와; 가연성 점결재로서 30~70%의 함수율을 가지는 음식물 쓰레기 2~10중량% 및 녹말풀 3~10중량%;를 교반기에서 혼합하여 100~200㎏/㎠의 압력으로 압축성형하고, 일정한 크기로 절단하여서 되는 것으로, 목재 분쇄물과 축산분뇨가 가연성 점결재의 역할을 하는 음식물 쓰레기와 녹말풀에 의하여 점결력을 가지고 압축 성형되어, 산업용 및 난방용으로 충분한 화력을 제공하고, 연소 온도를 일정하게 유지할 수 있어서 연소 상태가 지속적으로 유지되어 연료화 할 수 있는 것이다.

산업 폐기물, 축산 폐기물, 생활 폐기물

Description

폐기물을 이용한 고체연료 {A solid fuel for untreated waste}

본 발명은 산업 폐기물과 축산 폐기물 및 유기성 폐기물을 이용하여 제조되는 연소체에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 산업 폐기물로 발생되는 목재 분쇄물과 축산 농가에서 발생되는 가축의 분뇨, 그리고 음식물 쓰레기와 같은 생활 폐기물로 발생되는 유기성 폐기물의 발화매체를 이용하여 산업용 또는 난방용으로 사용할 수 있는 연소체를 제조함으로써 폐기물을 처리함과 동시에 폐자원을 재활용할 수 있는 폐기물을 이용한 고체연료에 관한 것이다.

산업현장과 실생활에서 각종 산업 폐기물과 축산 폐기물 및 생활폐기물이 발생하고 있다.

과거로부터 목재는 각종 구조물을 형성하는 대표적인 부재로 사용되어 오고 있다.

목재는 가공이 용이하여 목적하는 여러 가지 형상의 부재를 쉽게 만들 수 있고, 이러한 부재들을 현장에서 직접 조합하여 구조물을 비롯한 각종 용도에 적합한 물품을 만들 수 있어서 많이 사용되고 있을 뿐만 아니라, 일상생활용 및 사무용 가 구의 원자재로 사용되고 있어서 폐기물의 발생량이 많은 것인데, 대부분의 목재가 고가의 수입 원목을 사용함에 따라 재활용을 통하여 원가를 회수하는 방안이 검토되어야 한다.

이러한 목재에 의한 산업 폐기물 들은 매립 및 소각시설을 설치하기 위한 부지를 선정함에 있어서도 지역 간의 대립과 지방자치단체에 대한 주민들의 민원이 발생하여 소각처리 시설을 확충하는 데에도 많은 어려움이 있다.

그리고 수거된 폐기물을 소각하기 위한 시설을 설치하는데 따르는 비용과 유지비용이 상당히 많이 지출될 뿐만이 아니라, 단순 소각에 의하여 대기를 오염시키는 미연소 성분이 발생됨으로써 2차적 환경오염을 일으키는 문제가 되고 있다.

또한 가축을 사육하는 축사에서는 많은 양의 축산 분뇨가 발생하게 되는데, 이러한 유기성 폐기물 들은 토양과 하천을 오염시키는 원인이 되기 때문에 적절하게 처리되어야 할 필요가 있다.

축산 분뇨 및 축산 오폐수를 분뇨처리장이나 하수처리장에서 처리할 경우에는 운반상의 문제뿐만이 아니라 막대한 처리비용이 발생되고, 폐기물을 재활용하는 차원에서 유기질 비료로 생산하고 있다.

이러한 악취는 주변 환경을 오염시키는 원인이 되기 때문에 인근 주민들로부터 민원이 발생하거나 혐오시설로 인식되어 축산 분뇨 처리 시설의 부지 선정에도 또한 많은 어려움이 뒤따르고 있다.

한편, 음식물 쓰레기는 소비문화와 외식산업의 발달, 그리고 식생활이 개선되면서 하루에도 가정의 주방이나 요식업소, 또는 대단위 하수종말처리장에서 슬러지 형태로 대단히 많은 양이 배출되어서 매립지에 단순하게 매립시키는 것은 한계에 이르게 되었다.

특히 하수종말처리장에서 나오는 슬러지는 각종오염물질과 화학물질을 포함하고 있어서 독성이 매우 강하기 때문에 매립하거나 바다에 폐기할 경우에는 심각한 환경오염을 유발하게 되기 때문에 자연 폐기를 하여서는 안되는 것이다.

따라서 음식물 쓰레기와 하수종말처리장에서의 슬러지는 환경 보존의 측면에서 방치할 수 없는 문제이기 때문에 이러한 폐기물들을 효과적으로 처리할 수 있는 방안이 새로운 사회적 문제로 요청되었고, 이러한 이유로 각종 산업 폐기물을 처리 및 재활용하는 방안과 함께 음식물 쓰레기의 처리 및 재활용 방안이 여러 각도로 모색되고 있다.

날로 심각해지는 환경오염 문제에 의하여 음식물 쓰레기의 처리에 관한 새로운 인식의 변화가 대두되고 있는 상황이다. 이러한 요구에 의하여 새로운 각도에서 음식물 쓰레기를 처리하고자 많은 처리 방법들이 제시되어 보급되어 있지만 아직까지는 감량화 퇴비화하는 방법이 대부분이다. 대형 음식점, 단체 급식소, 일반 음식점 등에서 발생되는 음식물 잔반은 퇴비화하거나 감량화되어 일부만이 재활용되고 대부분은 쓰레기로 버려져서 매립되는 실정이어서 환경 오염의 문제가 심각하게 대두되고 있고, 일부 퇴비로 사용되는 경우에는 염분 축적으로 인하여 작물과 토양에 오히려 해가 되는 것으로 알려져 있다.

이러한 예를 구체적으로 설명하면 근자에 주방의 씽크대에서 음식물 잔반을 처리하기 위하여 개발되고 있는 여러 가지 형태의 디스포저는 처리된 음식물 잔반이 분리 수거가 용이하도록 탈수 및 건조되는 쓰레기의 상태로 배출되는 것이다.

디스포저에서 배출되는 음식물 쓰레기는 음식물 쓰레기의 부피가 축소되어서 배출될 뿐이며, 부피가 축소된 상태에서 그대로 버려지게 되므로 매립지 확보와 매립에 따르는 비용이 과다하고, 음식물 쓰레기에 의한 환경오염을 방지할 수 있는 궁극적인 목적을 달성할 수는 없는 것이다.

또한 음식물 쓰레기로 만들어지는 대부분의 사료들은 음식물이 가지고 있는 고유한 냄새가 있고, 특히 건조 사료를 제조하는 공정에서는 음식물을 쪼리는 과정에서 심한 악취가 발생하여 민원 문제가 발생하게 되며, 건조 사료의 경우에는 음식물 잔반의 염분이 그대로 남게 되어 염분량이 과다하고 영양소가 파괴되며, 가축 기호성이 떨어져서 품질이 저하되는 문제점이 있다.

음식물 쓰레기를 이용하여 사료를 제조하는 방법은 유해 미생물의 생육을 억제하고 사료의 변질을 방지하기 위하여 이물질과 염분 등을 보다 구체적으로 선별하여 제거하여야 하고, 포장시설을 필요로 하는 공정상의 곤란성이 있다. 또한 무엇보다도 음식물 쓰레기에 포함되어 있을 수 있는 유해물질들이 제거되지 않은 상태에서 사료화 하거나 비료화 하는 것은 2차적 오염을 유발하여 결코 바람직하지 않으며, 음식물 쓰레기를 사료화 및 비료화 하는 비용은 매립시키는 비용 보다 현저하게 높아서 효과적이지 않다.

따라서 어떠한 형태로든 음식물 쓰레기를 처리하여야 음식물의 잔반에서 비롯되는 쓰레기로 인한 환경오염을 방지할 수 있다.

지금까지 알려진 음식물 쓰레기를 처리하거나 재활용하는 방법 중 대부분은 수거된 음식물 쓰레기를 압착, 탈수, 분쇄, 절단 및 건조 과정을 거쳐서 별도의 소각 장치에서 직접 소각시키거나, 사료화 및 퇴비화 시키는 방법이며, 이러한 두 가지의 방법에 의존하는 처리 시설이나 방법이 제안되어왔다.

이러한 종래의 기술은 대한민국 공개특허번호 특2002-0015759 '하수 폐수 슬러지 및 가연성 폐기물과 음식물 쓰레기 건조물을 이용한 고체연료 제조방법', 특2002-0023357 '음식물 쓰레기를 이용한 난방연료 제작 장치 및 방법' 등에 개시되어 있다.

전자의 경우는 슬러지 : 음식물 쓰레기 건조물 : 가연성 폐기물 분말(타이어, 비닐 및 합성수지류)을 50 : 30 : 20의 비율로 혼합하여 산업용이나 난방용 연료로 사용할 수 있게 하는 것을 기술적인 특징으로 하는 것이며, 후자의 경우는 탈수 분쇄된 음식물 쓰레기에 석탄, 목탄분말과 전분 및 유분을 혼합하여 연료를 생산할 수 있는 장치에 대하여 기재되어 있다.

상기한 문헌과 유사한 다른 문헌들도 연료로 사용하기 위하여 가연성 폐기물 분말이나 탄분을 혼합하는 점에 있어서 유사한 부분이 있다.

이와 같이 직접 소각시키는 방법은 음식물 쓰레기와 함께 혼합되는 가연성 폐기물 분말이 연소되면서 다이옥신을 비롯하여 많은 유해 가스를 발생시키기 때문에 음식물 쓰레기를 처리하는 대신에 또 다른 환경오염 요인을 발생시키는 문제가 있다.

폐기물로 인한 환경오염을 방지하기 위해서는 보다 효과적인 처리장치나 처리 방법이 제공되어야 소기의 목적을 이룰 수 있게 될 것이다.

따라서 본 발명은 환경오염의 원인이 되는 것으로 산업 폐기물로 발생하는 목재나 톱밥에 축산 폐기물로 발생되는 가축 분뇨 및 생활폐기물로 발생하는 음식물 쓰레기를 적절하게 혼합하여 일반적인 연료와 같은 화력을 얻을 수 있게 함으로써, 환경오염의 원인이 되는 폐기물을 동시에 처리할 수 있게 하여 민생용 및 산업용 연료로 유용하게 사용될 수 있는 활용성을 제공한다.

이와 같은 본 발명은 폐기물을 이용하여 무공해 고열량의 연료를 얻을 수 있는 유용한 정보를 제공하는 것으로 본 발명에 종사하는 자들은 본 명세서 및 청구범위를 고찰하는 중에 본 발명의 유용성을 인식할 수 있을 것이다.

본 발명이 의도하는 목적을 달성하기 위한 기술적인 특징은

목재 분쇄물 65~90 중량%와;

30~70%의 함수율을 가지는 축산분뇨 5~15 중량%와;

가연성 점결재로서 30~70%의 함수율을 가지는 음식물 쓰레기 2~10중량% 및 녹말풀 3~10중량%;를 교반기에서 혼합하여 100~200㎏/㎠의 압력으로 압축성형하고, 일정한 크기로 절단하여서 되는 것이다.

이와 같이 고체화된 연소체는 목재 분쇄물과 축산분뇨가 가연성 점결재의 역할을 하는 음식물 쓰레기와 녹말풀에 의하여 점결력을 가지고 압축 성형되어, 산업용 및 난방용으로 충분한 화력을 제공하고, 연소 온도를 일정하게 유지할 수 있어서 연소 상태가 지속적으로 유지되어 연료화 할 수 있는 것이다.

이와 같은 본 발명은 환경오염의 원인이 되는 것으로 산업 폐기물로 발생하는 목재나 톱밥에 축산 폐기물로 발생되는 가축 분뇨 및 생활폐기물로 발생하는 음식물 쓰레기를 적절하게 혼합하여 동시에 처리할 수 있게 함으로서 민생용 및 산업용 연료로 유용하게 사용될 수 있는 활용성을 제공한다

본 발명의 특징과 장점은 첨부된 도면에 의하여 설명되는 실시예에 의하여 보다 명확하게 될 것이다.

다음에서 본 발명의 실시예를 설명한다.

가. 목재 분쇄물의 준비

산업 폐기물로서 목재 분쇄물은 목재 가공시에 발생되는 톱밥, 또는 환경 보호 및 폐기물을 재활용하는 측면에서 폐가구를 분쇄기에서 분쇄하거나 가구를 제작하고 남은 잔여분을 분쇄한 것으로 입도 분포가 0.5~1㎤인 것을 사용하였다.

이러한 폐가구의 자재는 합성수지가 표면에 오버 레일된 싱크대나 가구, 또는 종이가 부착된 상태의 것을 포함하는 것으로, 가구 등을 최초 제작할 때에 절단되어 남는 잔여분으로서 재활용이 불가능한 것, 또는 사용 수명이 다 되어 폐기되는 폐품을 신소재로 만들기 위한 자원으로 활용할 수 있는 것으로 본 발명의 주된 연소재로 사용되는 것이다.

나. 축산 폐기물의 준비

축산 폐기물은 본 발명에서 보조 연소재로 사용되는 것으로, 소(牛)의 분뇨를 사용하였다. 소의 분뇨는 고가 섭취하는 음식물의 특성상 많은 양의 섬유질을 포함하고 있어서 목재 분쇄물을 착화시키고 열효율을 발휘하는데 효과적이다.

이러한 소의 분뇨는 함수율이 30~70%가 함유된 것을 사용하는데, 통상 배설된 직후의 것을 사용하여도 좋다.

라. 가연성 점결재의 준비

가연성 점결재로서 유기성 폐기물과 녹말풀을 준비한다.

유기성 폐기물은 특히 음식물 쓰레기가 압축탈수되어 30~90% 정도의 함수울을 가지는 것으로 가급적 녹말이나 전분이 많이 포함된 것을 선별하여 사용하는 것이 고체연료의 성형성에 좋다.

녹말풀은 일반적으로 제조되는 형태로서 목재 분쇄물과 축산 폐기물 및 음식물 쓰레기를 결합하여 성형시킬 수 있는 접착력을 제공한다.

상기와 같이 준비된 준비물을 이용하여 다양한 배합비율로 고체연료를 제조한 결과 목재 분쇄물 77.5중량%, 소의 분뇨 10중량%, 음식물 쓰레기 6중량%, 녹말풀 6.5중량%를 혼합하여 제조하였을 때가 성형성과 연소효율 및 열효율이 가장 좋게 나타났다.

목재 분쇄물은 65중량% 이하가 될 경우 성형성에는 별다른 문제가 없으나 소의 분뇨와 함께 혼합비율이 낮아지면 열효율이 저하되는데, 낮아진 만큼 소의 분뇨를 더 혼합하게 되면 연소지연이 짧아져서 열효율이 저하되었다. 그리고 90중량% 이상에서는 열효율은 좋으나 소의 분뇨와 음식물 쓰레기를 효과적으로 소모시킬 수 없게 된다.

소의 분뇨는 목재 분쇄물이 쉽게 착화될 수 있는 촉매 역할을 하게 되는데, 5중량% 이하에서는 착화 효과가 낮아지고 15중량% 이상이 되면 착화 효과는 좋으나 연소 지연 시간이 짧아지게 된다. 이러한 소의 분뇨는 압축 성형된 다음에 건조되는 과정에서 어느 정도의 점결력을 발휘하여 가연성 점결제 이외에 성형성을 좋게하는 효과도 있다.

음식물 쓰레기는 2중량% 이하가 되어도 연소효율에 큰 문제를 발생하지 않지만 10중량% 이상이 되면 열효율이 저하되는 현상이 나타나게 된다. 이러한 음식물 쓰레기는 점결력을 보조하여 성형성을 향상시키게 됨으로써 가급적이면 녹말이나 전분을 많이 포함한 것일수록 배합비율을 높이면서 상대적으로 녹말풀의 함량을 낮출수가 있어서 음식물 쓰레기를 처리하는데 보다 효과적이다.

녹말풀은 건조된 상태에서 연소 가능함으로 목재 분쇄물과 소의 분뇨 및 음식물 쓰레기를 상기한 비율과 같이 혼합하여 압축 성형한 다음 건조되는 과정에서 결합력을 제공하여 일정한 크기를 유지할 수 있게 하는데 2중량% 이하에서는 결합력이 낮아져서 성형성과 강도가 취약하게 되고 10중량% 이상에서는 건조 성형 시간이 지연된다.

본 발명에 의하여 제조된 고체연료와 천연 고체연료 및 가공고체연료와의 발열량을 비교한 결과를 다음의 표 1에 나타내었다.

연료 종류		발열량(kcal/kg)
천연 고체연료	석탄	4500~8000
	아탄	3000~5000
	장작	3000~4000
가공 고체연료	연탄	3500~5000
	무연탄	5000~7500
	갈탄	4000~5000
	역청탄	5000~7500
	코우크스	6000~7500
본 발명의 고체연료		5000~7000

상기 결과에서 알 수 있듯이 본 발명의 고체연료는 아탄, 장작과 같은 천연 고체연료 보다 발열량이 높게 나타났고, 석탄의 최대 발열량 보다는 낮으나 전반적으로 대등한 발열량을 나타내었다.

또한 가공 고체연료와 비교되는 본 발명의 고체연료는 최소 발열량이 무연탄, 역청탄과 비숫하고, 코우크스 보다 낮지만, 연탄과 갈탄 보다는 높게 나타났다.

도 1은 본 발명의 혼합 비율에 따르는 고체연료를 제조하는 장치를 개략적으로 나타내고 있다.

이 도면을 참조하면 본 발명의 고체연료를 제조하는 장치는 원료이송 컨베이어(10), 교반기(20), 배합원료 이송 컨베이어(30), 이송용 바이브레이터(40), 압출 스크루(50), 절단기(60), 그리고 성형물 이송 컨베이어(70)로 구성된다.

원료이송 컨베이어(10)는 본 발명의 혼합원료가 되는 목재 분쇄물, 축산분료, 음식물 쓰레기, 녹말풀을 교반기(20)에 공급한다.

이러한 원료이송 컨베이어(10)는 다수개를 설치하여 목재 분쇄물, 축산분료, 음식물 쓰레기, 녹말풀을 각각 이송할 수 있게 할 수 있고, 상기 혼합물들이 정량 혼합된 상태에서 하나의 원료 이송컨베이어를 통해서 공급되게 할 수도 있다.

교반기(20)는 상기 원료 이송컨베이어(10)에서 공급된 혼합원료가 고르게 혼합될 수 있게 한다.

상기 교반기(20)에서 배출되는 혼합원료는 배합원료 이송컨베이어(30)에 의하여 이송용 바이브 레이터(40)로 공급된다.

상기 배합원료 이송 컨베이어(30)는 수평상으로 설치하거나 경사지게 설치하여 혼합물이 미끄럼 방식으로 이송되게 할 수도 있다.

이송용 바이브레이터(40)는 반원형의 진동 망체로 형성되어 혼합물을 압출 스크루(50)로 공급하는데, 혼합물과 함께 동반될 수 있는 이물질을 작업자가 육안으로 선별할 수 있게 되어 있다.

압출 스크루(50)는 공급된 혼합물을 배출구 쪽으로 가압 압출하여 일정한 형상으로 성향되어 배출되게 한다.

절단기(60)는 상기 압출 스크루(50)에서 배출되는 혼합 성형물을 일정한 크기로 절단시킨다. 이러한 절단기(60)는 모터의 회전동력을 직선왕복운동을 할 수 있도록 변환시키는 동력전달기구에 의하여 배출구에 설치된 커터가 일정한 주기로 배출되는 성형물을 절단시키거나, 솔레노이드의 선단에 커터가 설치되어 성형물을 절단시킬 수 있는 공지된 절단수단을 포함한다.

성형물 이송 컨베이어(70)는 상기 절단기(60)에서 절단된 성형물을 건조실로 운반할 수 있도록 이송시킨다.

이송된 성형물은 건조실에서 강제건조되거나 또는 자연건조 방식으로 서서히 건조시켜서 완성된 고체연료를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 제조 장치를 개략적으로 나타낸 정면도

Claims (1)

1. 목재 분쇄물 65~90 중량%와;

   30~70%의 함수율을 가지는 축산분뇨 5~15 중량%와;

   가연성 점결재로서 30~70%의 함수율을 가지는 음식물 쓰레기 2~10중량% 및 녹말풀 3~10중량%;를 교반기에서 혼합하여 100~200㎏/㎠의 압력으로 압축성형하고, 일정한 크기로 절단하여서 되는 것을 특징으로 하는 폐기물을 이용한 고체연료.

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