KR20110022987A - 유기성 폐기물 건조용 반응기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기성 폐기물 건조용 반응기에 관한 것으로, 그 목적은 스크레이퍼를 지지하는 회전축으로부터 중압증기를 공급하는 것과 함께 스크레이퍼의 끝단에서도 중압증기가 공급되게 함으로써 반응기의 바닥에 가라앉은 유기성 폐기물과 중압증기의 접촉효율을 높임으로써 결과적으로 유기성 폐기물의 건조효율을 높이도록 한 유기성 폐기물 건조용 반응기를 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 다수개의 교반용 스크레이퍼가 설치된 회전축을 내부에 구비하며, 상기 회전축을 통하여 중압증기를 분사함으로써 투입구를 통해 투입된 유기성 폐기물과 중압증기를 반응시켜 유기성 폐기물을 건조하는 유기성 폐기물 건조용 반응기에 있어서, 상기 다수개의 교반용 스크레이퍼에 중압증기를 분사하는 노즐공이 형성된 유기성 폐기물 건조용 반응기에 관한 것을 기술적 요지로 한다.

반응기, 중압증기, 교반용 스크레이퍼, 노즐공

Description

유기성 폐기물 건조용 반응기{Reactor for drying organic waste}

본 발명은 중압증기와 유기성 폐기물을 반응시켜 유기성 폐기물의 세포벽을 파괴시킴으로써 내부수까지 건조가 가능하도록 한 반응기에 관한 것으로, 특히 중압증기와 유기성 폐기물의 고른 반응을 위하여 유기성 폐기물을 교반시키는 교반용 스크레이퍼의 끝단을 통하여 중압증기를 분사함으로써 반응기 내의 전체영역에서 유기성 폐기물의 고른 건조가 가능하도록 한 유기성 폐기물 건조용 반응기에 관한 것이다.

일반적으로 축사에서 발생된 가축분뇨의 처리는 해양배출, 공공처리시설을 이용한 처리 및 톱밥, 왕겨 등의 수분조절재를 이용한 퇴비화 등에 의해 이루어지고 있으나 아직까지도 애로요인이 많이 남아 있는 것이 현실이다.

즉, 가축분뇨는 순수 비료기능 이외에 토양개량(물리ㆍ화학ㆍ생물성) 등 친환경 농업에 기여할 수 있으나 비료성분이 불균형적이고, 살포시 많은 비용과 노동력이 요구되어 화학비료와의 경쟁에서 현실적으로 불리한 면이 있어 비료 자원화가 어려운 실정이다.

또한, 가축분뇨는 고농도 유기성 물질로 발생 및 처리과정에서 심한 악취발 생으로 인근주민 민원이 발생되고, 일부 비위생적인 축사관리도 환경오염을 가중시킬 우려가 있다.

가축분뇨의 자원화가 어려운 농가는 정화처리 시설을 설치하고 있으나 일반하수나 공장폐수보다 고농도인 경우가 많아 기술적, 경제적인 어려움이 있고, 농가의 관리소홀로 부적절한 처리를 하거나 무단방류하는 사례가 늘고 있는 실정이다.

아울러, 공공처리시설의 경우 시설용량보다 처리량이 적고('03, 가동률 64.5%), 고농도의 혼합분뇨 유입 및 시설의 조기부식에 따른 노후화 등으로 처리효율이 떨어지고 있으며, 소규모 농가에서 발생되는 분뇨의 수거체계가 미흡한 실정이다.

더욱이, 공공처리시설도 혐오시설로 인식되어 입지선정시 주민반대, 지자체의 소극적인 업무추진 등으로 지연되는 사례가 발생되고 있다.

이외에도 가축분뇨 처리시설의 운영측면에서는 수분조절재(톱밥 등)의 가격 상승과 수급곤란, 시설ㆍ장비의 조기 노후화, 사육두수를 초과한 자가 처리능력 등을 꼽을 수 있으며, 무엇보다 중요한 문제가 경종ㆍ축산농가 연계를 통한 자연순환 시스템의 활성화가 잘 이루어지고 있지 않다는 것이다.

아울러, 처리비용 또는 노력의 번거로움 등 여러 가지 이유로 분뇨를 해양배출에 의존하고 있던 농가에서도 폐기물 해양배출 관련 국제협약에 의해 정부에서 폐기물 해양배출감소 정책을 고려하고 있어 더 이상 해양배출이 어려점을 감안한다면 축사에서 발생되는 가축분뇨의 처리를 위한 경제적이고 환경친화적 기술의 개발이 필수적이라 하겠다.

이를 해결하기 위한 대책의 일환으로 정부에서는 소각, 퇴비화, 고형화 또는 고화, 탄화, 시멘트소성로 투입 등 유기성 폐기물의 처리방법을 확대, 자원화공공처리시설(액비, 퇴비 생산) 신설 및 지역단위 통합관리센터 설치 등의 방안을 제시한 바 있으나, 이와 같은 대책에도 불구하고 악취 등으로 인한 잦은 민원의 발생으로 축산농가 또는 처리설비의 확충에 어려움을 가중시키고 있다.

또한, 유기성 폐기물 처리는 대부분 혐기성 소화공정에 의해 이루어지고 있으며, 국내·외적으로 유기성 폐기물 발효에 의한 메탄가스를 이용한 전력 생산기술 개발이 진행되고 있다.

그러나, 혐기성 소화공정에 의한 자원화 기술 개발의 경우 가스 발생을 위해 30∼40일이 필요하며, 악취 발생으로 여전히 민원의 소지를 안고 있을 뿐만 아니라 처리를 위한 충분한 공간확보 및 안정적인 가스발생이 어려운 문제점을 안고 있는 실정이다. 더욱이, 기존 혐기성 소화공정을 이용한 유기성폐기물 처리 후 잔류슬러지(humus)는 지금까지 해양투기 되어 왔으나, 2010년 이후 해양투기의 전면금지조치로 유기성 폐기물에 대한 효율적인 처리방안이 절실하게 요구되고 있다.

한편 본 발명의 출원인은 상기와 같은 실정을 고려하여 유기성 폐기물의 효과적이고 경제적인 처리를 위한 유기성 폐기물 건조장치를 특허출원한 바 있다. 상기 유기성 폐기물 건조장치는 한국등록특허 제0841335호에 개시되어 있으며, 이 유기성 폐기물 건조장치에 대해 간략히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 유기성 폐기물 건조장치의 구성도를 도시하고 있다.

상기 유기성 폐기물 건조장치는 유기성 폐기물의 투입이 이루어지는 투입 구(11)와, 상기 투입구(11)를 통해 투입된 유기성 폐기물을 교반장치(13)로 교반하면서 중압증기와 반응시켜 유기성 폐기물을 건조시키는 반응기(12)와, 상기 반응기(12)의 외부를 감싸도록 설치된 이중자켓(14)과, 상기 반응기(12)의 내부로 중압증기를 공급하는 중압증기공급수단(15)과, 상기 교반장치(13)를 회전시키는 회전수단(16)과, 상기 반응기(12)를 회전시키는 반응기 회전수단(17)을 구비하고 있다.

상기와 같은 유기성 폐기물 건조장치는 반응기의 내부로 공급되는 중압증기에 의하여 유기성 폐기물의 세포벽이 파괴되어 유기성 폐기물의 내부수까지 건조가 이루어짐으로써, 유기성 폐기물의 건조에 사용되는 시간과 에너지를 절감할 수 있는 이점을 가지고 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 유기성 폐기물 건조장치에 사용되는 반응기의 경우, 반응기의 중심부를 가로지르게 설치된 회전축에서 중압증기를 분사하도록 구성되어 반응기의 바닥에 가라앉은 비교적으로 무거운 고형폐기물의 경우 중압증기와 충분히 접촉하지 못함에 따라 건조효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

또한, 반응기의 벽면에 부착된 폐기물까지 교반시키기 위해서는 교반장치가 반응기의 벽면에 밀착된 채로 회전되어야 하나, 이 경우 교반장치나 반응기의 벽면이 상호 마찰에 의하여 쉽게 마모되는 문제를 야기하게 되므로, 실제 교반장치의 끝단은 반응기의 벽면으로부터 일정거리 이격되게 구성됨에 따라 반응기의 벽면에 부착된 폐기물은 교반이 이루어지지 못하여 반응기 벽면에 고착되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 스크레이퍼를 지지하는 회전축으로부터 중압증기를 공급하는 것과 함께 스크레이퍼의 끝단에서도 중압증기가 공급되게 함으로써 반응기의 바닥에 가라앉은 유기성 폐기물과 중압증기의 접촉효율을 높임으로써 결과적으로 유기성 폐기물의 건조효율을 높이도록 한 유기성 폐기물 건조용 반응기를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명의 유기성 폐기물 건조용 반응기는 다수개의 교반용 스크레이퍼가 설치된 회전축을 내부에 구비하며, 상기 회전축을 통하여 중압증기를 분사함으로써 투입구를 통해 투입된 유기성 폐기물과 중압증기를 반응시켜 유기성 폐기물을 건조하는 유기성 폐기물 건조용 반응기에 있어서, 상기 다수개의 교반용 스크레이퍼에 중압증기를 분사하는 노즐공이 형성된 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 각각 교반용 스크레이퍼는 회전축으로부터 연장되는 지지대와, 상기 지지대의 끝단에 설치된 나이프로 구성되며, 상기 노즐공은 나이프에 형성되고, 상기 노즐공으로 중압증기를 공급하기 위한 통로가 지지대에 형성되어 회전축으로부터 공급되는 중압증기가 지지대에 형성된 통로를 통하여 나이프의 노즐공으로 공급되도록 구성된다.

또한, 상기 노즐공은 다수개로 구성되며, 상기 다수개의 노즐공은 나이프의 끝단을 따라 상호 일정한 간격을 두고 형성되되, 반응기의 벽면을 향하여 중압증기 를 분사하도록 형성된다.

또한, 상기 노즐공은 교반용 스크레이퍼의 전/후면 양방향으로 중압증기를 분사하도록 형성된다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 회전축은 물론이고, 교반용 스크레이퍼의 끝단에서도 중압증기를 분사함으로써 반응기의 바닥에 가라앉은 폐기물도 중압증기와 효과적으로 반응이 이루어지게 하여 폐기물의 고른 건조가 가능하게 되었다.

또한 교반용 스크레이퍼로부터 분사되는 중압증기는 반응기 벽면에 부착된 유기성 폐기물을 밀어내는 스크레이퍼의 기능도 제공함으로써 교반용 스크레이퍼를 반응기의 벽면에 직접 밀착시키지 않고도 반응기 벽면에 부착된 유기성 폐기물을 교반시킬 수 있게 되었다.

또한 교반용 스크레이퍼를 구성하는 지지대의 내부에 통로를 형성하여 회전축의 중압증기가 나이프로 공급되게 함으로써 종래 사용되고 있는 건조용 반응기의 간단한 구조변경을 통해 보다 건조효율이 높은 반응기로 사용할 수 있게 되었다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

한편, 이하의 설명에서 기재된 중압증기라 함은 180∼213℃(10∼20atm)조건의 증기를 의미하는 것이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기성 폐기물 건조용 반응기의 단면도를 도시하고 있다.

본 발명의 유기성 폐기물 건조용 반응기(110)는 반응기(110)의 내부로 투입된 유기성 폐기물과 중압증기를 교반하기 위하여 회전하는 교반용 스크레이퍼(120)에서 중압증기가 분사되도록 함으로써, 고형폐기물과 같이 상대적으로 무거운 중량으로 인해 반응기(110)의 바닥에 가라앉은 유기성 폐기물도 중압증기와 접촉을 통해 건조되게 함으로써, 결과적으로 반응기(110)의 내부 전체영역에서 유기성 폐기물이 중압증기와 접촉하며 고르게 건조될 수 있도록 한 것이다.

한편, 반응기(110)는 반응용기(111)의 내부 중앙부를 가로질러 회전축(112)이 설치되고, 상기 회전축(112) 상에 다수개의 교반용 스크레이퍼(120)가 설치된 것으로 구성되며, 회전축(112)의 내부를 통하여 중압증기가 공급되고, 회전축(112)으로 내부로 공급되는 중압증기는 회전축(112)에 형성된 다수개의 구멍(113)을 통해 반응기(110)의 내부로 분사되어 반응기(110)의 내의 온도와 압력을 180∼200℃, 10∼20atm으로 유지시키게 된다.

상기와 같이 반응기(110)의 내부로 분사되는 중압증기에 의하여 유기성 폐기물의 세포벽이 파괴되고, 이로 인해 유기성 폐기물의 내부수까지 건조가 가능하게 되며, 이러한 기술은 앞서 언급된 한국공개특허 제 0841335호에 개시되어 있는 바, 보다 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

한편 본 발명은 반응기(110)의 중앙에 배치된 회전축(112)의 구멍(113)을 통하여 중압증기를 분사하는 것과 함께, 교반용 스크레이퍼(120)를 통해서도 중압증 기를 분사함으로써 반응기(110)의 내부 전체영역에서 유기성 폐기물이 고르게 건조되도록 한 것이다.

이를 위하여 교반용 스크레이퍼(120)는 노즐공(120a)이 형성된 것으로 구성된다.

도 3은 본 발명에 따른 교반용 스크레이퍼의 상세도를, 도 4는 본 발명에 따른 교반용 스크레이퍼에 형성된 노즐공의 상세도를 도시하고 있다.

보다 구체적으로, 상기 교반용 스크레이퍼(120)는 회전축(112)으로 연장되는 지지대(121)와, 상기 지지대(121)의 끝단에 설치된 나이프(122)로 구성되며, 상기 노즐공(120a)은 나이프(122)에 형성되어 중압증기를 분사하게 된다.

한편 상기 나이프(122)에 형성된 노즐공(120a)으로 중압증기를 공급하기 위하여 별도의 배관이나 호스를 설치할 수도 있으나, 이는 추가적인 장비의 설치로 비용이 증가시키게 되므로, 회전축(112)과 나이프(122)를 연결하는 지지대(121)를 이용하여 중압증기의 공급이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 지지대(121)의 내부에 통로(123)를 형성하되, 상기 통로(123)를 회전축(112)의 내부에 형성되어 중압증기의 공급이 이루어지는 유로(114:도 2에 도시됨)와 연결되게 형성함으로써, 회전축(112)으로 공급되는 중압증기의 일부를 나이프(122)로 공급할 수 있게 되며, 나이프(122)로 공급되는 중압증기는 노즐공(120a)을 통해 분사되어 유기성 폐기물의 건조를 돕게 된다.

한편 나이프(122)의 노즐공(120a)으로부터 분사되는 중압증기를 이용하여 반응기(110)의 내부 벽면에 부착된 유기성 폐기물을 띄어낼 수 있도록 하기 위하여 상기 노즐공(120a)은 다수개로 구성되며, 다수개의 노즐공(120a)은 나이프(122)의 끝단부 이웃한 위치에서 나이프(122)의 끝단을 따라 상호 일정한 간격을 유지하도록 형성되는 것과 함께 반응기(110)의 내부 벽면을 향하여 중압증기를 분사하도록 형성된다.

상기와 같이 형성된 다수개의 노즐공(120a)으로부터 반응기(110)의 내부 벽면을 향하여 분사되는 중압증기는 스크레이퍼와 같은 기능을 제공하여 벽면에 부착된 유기성 폐기물을 띄어내게 되는 것과 함께 유기성 폐기물을 건조시키게 된다.

한편 노즐공(120a)으로부터 분사되는 중압증기가 유기성 폐기물과 보다 효과적으로 접촉되게 하기 위해서는 노즐공(120a)이 교반용 스크레이퍼(120)의 전/후면 양방향으로 중압증기를 분사하도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 유기성 폐기물 건조용 반응기(110)는 미도시된 보일러로부터 공급되는 중압증기가 회전축(112)의 내부에 형성된 유로(114)를 통해 공급되고, 유로(114)를 통해 공급되는 중압증기의 일부는 회전축(112)에 형성되는 구멍(113)을 통하여 반응기(110)의 내부로 분사된다. 물론 이와 같은 과정에서 회전축(112)이 회전함으로써 교반용 스크레이퍼(120)가 회전하여 유기성 폐기물를 교반하게 된다.

한편 회전축(112)의 유로(114)를 통하여 공급되는 중압증기는 지지대(121)에 형성된 통로(123)를 통하여 나이프(122)로 공급되고, 나이프(122)로 공급되는 중압증기는 다수개의 노즐공(120a)을 통하여 반응기(110)의 벽면으로 분사되어짐으로써 반응기(110)의 중앙에서 벗어난 외측영역에 있는 유기성 폐기물과 중압증기를 효과적으로 접촉시키게 되어 건조효율을 높일 수 있게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

도 1 은 종래 유기성 폐기물 건조장치의 구성도,

도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기성 폐기물 건조용 반응기의 단면도,

도 3 은 본 발명에 따른 교반용 스크레이퍼의 상세도,

도 4 는 본 발명에 따른 교반용 스크레이퍼에 형성된 노즐공의 상세도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

(110) : 유기성 폐기물 건조용 반응기 (112) : 회전축

(120) : 교반용 스크레이퍼 (120a) : 노즐공

(121) : 지지대 (122) : 나이프

(123) : 통로

Claims (4)

1. 다수개의 교반용 스크레이퍼(120)가 설치된 회전축(112)을 내부에 구비하며, 상기 회전축(112)을 통하여 중압증기를 분사함으로써 유기성 폐기물과 중압증기를 반응시켜 유기성 폐기물을 건조하는 유기성 폐기물 건조용 반응기(110)에 있어서,

   상기 다수개의 교반용 스크레이퍼(120)에 중압증기를 분사하는 노즐공(120a)이 형성된 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 건조용 반응기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 각각 교반용 스크레이퍼(120)는 회전축(112)으로부터 연장되는 지지대(121)와, 상기 지지대(121)의 끝단에 설치된 나이프(122)로 구성되며,

   상기 노즐공(120a)은 나이프(122)에 형성되고, 상기 노즐공(120a)으로 중압증기를 공급하기 위한 통로(123)가 지지대(121)에 형성되어 회전축(112)으로부터 공급되는 중압증기가 지지대(121)에 형성된 통로(113)를 통하여 나이프(122)의 노즐공(120a)으로 공급되어 분사되도록 한 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 건조용 반응기.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 노즐공(120a)은 다수개로 구성되며,

   상기 다수개의 노즐공(120a)은 나이프(122)의 끝단을 따라 상호 일정한 간격 을 두고 형성되되, 반응기(110)의 벽면을 향하여 중압증기를 분사하도록 형성된 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 건조용 반응기.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 노즐공(120a)은 교반용 스크레이퍼(120)의 전/후면 양방향으로 중압증기를 분사하도록 형성된 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 건조용 반응기.

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