KR20120021557A - 오?폐수 및 폐기물 처리를 위한 발효장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음식물 쓰레기, 축산분뇨(畜産糞尿), 인분(人糞), 하수슬러지, 농?수산물 및 식품가공공정에서 배출되는 폐기물, 도축장에서 배출되는 폐기물 등과 같은 유기성 폐기물을 호기성 미생물을 이용하여 발효시킴으로써, 이들 오?폐수 및 폐기물로 인한 환경오염을 예방하고 이들을 통합처리시설에서 최소의 비용으로 처리할 수 있는 오?폐수 및 폐기물 처리를 위한 발효장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 오?폐수 및 폐기물 처리를 위한 발효장치는, 상부와 하부에 각각 개폐 가능한 슬라이딩도어가 설치되고, 파이프로 제작한 프레임에 외벽을 부착하여 밀폐되도록 제작되며, 내부는 복수의 층으로 구분되도록 제작된 발효장치 본체; 본체 내부에 형성된 각 층에 일정 간격으로 부착한 앵글; 상기 본체의 하부에 위치하고, 프레임을 이루는 파이프를 통해 본체 내부에 공기를 공급하기 위한 공기공급관; 공기공급관으로부터 공급되는 공기를 상기 본체 내부로 분출하기 위하여 앵글이 부착되는 부분의 프레임에 형성된 공기공급구; 본체의 상부에 형성되고, 본체 내부에서 유기성 폐기물이 발효하면서 발생하는 가스와 증기를 배출시키기 위한 가스배출관을 구비하여 구성되는 것을 구성적 특징으로 한다.

Description

오?폐수 및 폐기물 처리를 위한 발효장치{Fermentation apparatus for treatment of sewage and wastewater}

본 발명은 오?폐수 및 폐기물 발효장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 음식물 쓰레기, 축산분뇨(畜産糞尿), 인분(人糞), 하수슬러지, 농?수산물 및 식품가공공정에서 배출되는 폐기물, 도축장에서 배출되는 폐기물 등과 같은 유기성 폐기물을 호기성 미생물을 이용하여 발효시킴으로써, 이들 오?폐수 및 폐기물로 인한 환경오염을 예방하고 이들을 통합처리시설에서 최소의 비용으로 처리할 수 있는 오?폐수 및 폐기물 처리를 위한 발효장치에 관한 것이다.

일반적으로 유기물을 발효시켜 퇴비로 사용한 것은 오래전부터 인류가 사용해 오던 방법인데, 야적지에 퇴비무덤을 만들어 방치하는 종래의 유기물의 퇴비화 방법은, 악취가 심하게 나고 특히 하절기에는 해충이 들끓는다는 단점이 있었어도 산업화되기 이전에는 그다지 큰 문제가 없었으나, 근래 들어 인구가 증가하고 산업이 발달함에 따라 이와 같은 처리방법은 사용할 수도 없으며 더군다나 음식물 쓰레기, 하수슬러지, 축산폐기물 및 인분 등과 같은 각종 유기성 폐기물의 발생량이 점점 증가하고 있어서, 이러한 유기성 폐기물의 처리는 매우 심각한 사회적인 문제로 대두하고 있다.

일반적으로 축산분뇨(畜産糞尿), 인분(人糞), 음식물쓰레기, 농?수산물가공공정에서 배출되는 폐기물, 식품가공 공정에서 배출되는 폐기물, 도축공장에서 배출되는 폐기물과 같은 유기성 폐기물은 함수율이 높으면서 배출되는 오염물질의 농도가 높은데, 지금까지 이러한 유기성 폐기물의 처리방법으로는 매립하는 방법이 가장 보편적으로 사용되었었지만, 현재 매립은 법으로 금지되어 있을 뿐만 아니라 부패한 침출수가 발생하여 악취가 심하고, 지하수와 주변의 하천을 오염시키므로 발생하는 침출수의 처리에 막대한 비용이 소요되는 단점이 있으나, 아직까지 합리적인 처리방법이 강구되지 않아서 대부분의 유기성 폐기물의 상당량은 비합리적인 해양투기를 하고 있는 실정인데, 이마저도 국제협약에 의해 향후 해양투기가 금지되어 폐수처리 및 폐기물 처리는 국가적으로도 최대의 난제가 되어 있다.

한편, 축산분뇨 혹은 축산폐수의 처리는 폐수처리공정으로 인식되어, 수처리 단위 조작에 의해 혐기성 처리 후 폐수처리공정으로 액상부식법, 장기폭기에 의한 호기성 소화방식으로 처리하는 경우가 있고, 음식물쓰레기의 경우에는, 전처리 후 혐기성 소화방식에 의해 중온 혹은 고온 혐기성 소화로 처리하여 바이오가스를 생성시키고 잔류 슬러지는 탈수하여 호기성 퇴비화 및 액비화하는 방법이 있으나, 음식물 쓰레기는 매년 증가하고 있고, 또한 음식물 쓰레기는 그 자체의 염도가 높아 퇴비화해도 염해 때문에 토양을 산성화시킬 수 있다는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결할 수 있는 최선의 방법은 음식물 쓰레기가 배출되지 않게 하는 것이라 하겠으나, 우리의 식생활 습관과 문화를 감안해 볼 때 배출되는 음식물 쓰레기가 좀처럼 줄어들지 않고 있다.

환경부 자료에 의하면, 우리나라에서 매일 발생하는 음식물 쓰레기, 하수슬러지, 가축분뇨 및 인분의 양은 13,028톤이나 되는데, 현재 국내 음식물 쓰레기와 축산분뇨 및 축산폐수를 한곳에서 동시에 처리할 수 있는 설비는 전무한 실정이며, 메탄 발생량이 적은 축산분뇨 및 축산폐수의 혐기성 처리보다는 발열량이 높은 음식물 쓰레기를 투입하여 통합처리하는 방안이 효율적이지만 현재 음식물 쓰레기를 투입하여 통합처리하는 기술이 전무하여 각각의 폐기물을 단독으로 처리하고 있는 실정이다. 이와 같이 음식물 쓰레기, 하수슬러지, 축산분뇨, 축산폐수 혹은 인분을 각각 단독 처리설비를 구성하여 소량씩 처리하기 때문에 초기투자비 및 유지 관리비가 많이 들고 자원화할 경우 에너지 회수율이 극히 낮다는 문제가 있다.

따라서, 날로 그 발생량이 증가하고 있는 음식물 쓰레기, 하수슬러지, 인분, 축산분뇨와 축산폐수 및 각종 폐기물 등을, 환경오염을 시키지 않으면서 한 곳에서 최소의 비용으로 통합 처리할 수 있는 기술의 출현이 그 어느 때보다도 절실하다고 하겠다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 음식물 쓰레기, 축산분뇨, 인분, 하수슬러지, 농?수산물 및 식품가공공정에서 배출되는 폐기물, 도축장에서 배출되는 폐기물 등과 같은 유기성 폐기물을 호기성 미생물을 이용하여 발효시킴으로써, 이들 오?폐수 및 폐기물로 인한 환경오염을 예방하고 이들을 하나의 통합처리시설에서 최소의 비용으로 처리할 수 있는 오?폐수 및 폐기물 처리를 위한 발효장치를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 과제 해결을 위하여 본 발명에 따른 오?폐수 및 폐기물 처리를 위한 발효장치는, 상부와 하부에 각각 개폐 가능한 슬라이딩도어가 설치되고, 파이프로 제작한 프레임에 외벽을 부착하여 밀폐되도록 제작되며, 내부는 복수의 층으로 구분되도록 제작된 발효장치 본체; 상기 본체 내부에 형성된 각 층에 일정 간격으로 부착한 앵글; 상기 본체의 하부에 위치하고, 프레임을 이루는 파이프를 통해 본체 내부에 공기를 공급하기 위한 공기공급관; 상기 공기공급관으로부터 공급되는 공기를 상기 본체 내부로 분출하기 위하여 상기 앵글이 부착되는 부분의 프레임에 형성된 공기공급구; 상기 본체의 상부에 형성되고, 본체 내부에서 유기성 폐기물이 발효하면서 발생하는 가스와 증기를 배출시키기 위한 가스배출관을 구비하여 구성되는 것을 구성적 특징으로 한다.

바람직하게는, 앵글은 각 층의 프레임 상면에 ∧ 형상으로 부착되고, 프레임에 형성되는 공기공급구는 앵글이 프레임에 부착되는 곳에 생기는 공간부분에 형성되며, 각 층에 부착되는 앵글은 10?30㎝ 간격으로 부착되고, 슬라이딩도어는 공압 또는 유압실린더에 의해 개폐된다.

상기와 같은 구성적 특징을 갖는 본 발명에 따른 오?폐수 및 폐기물 처리를 위한 발효장치는, 음식물 쓰레기, 축산분뇨, 인분, 하수슬러지, 농?수산물 및 식품가공공정에서 배출되는 폐기물, 도축장에서 배출되는 폐기물 등과 같은 유기성 폐기물은 현재 함수비 95% 이상으로 버려지고 있는데, 이러한 유기성 폐기물을 열원을 사용하여 건조장치에서 건조시키지 않고 호기성 미생물을 이용하여 발효시켜 처리함으로써, 이들 오?폐수 및 폐기물 처리를 위한 과다한 비용이 들지 않을 뿐만 아니라 이들로 인한 환경오염을 예방하고, 이들 여러 종류의 폐기물을 종류별로 단독의 처리시설이 아닌 하나의 통합처리시설에서 최소의 비용으로 처리할 수 있다.

또한, 본 발명의 발효장치는, 폐기물에서 음식물 쓰레기에 포함된 뼈, 나무토막, 금속조각, 비닐 등과 같은 발효되지 않는 물질을 걸러낸 상태에서 톱밥을 섞어 함수율이 70% 이하인 상태로 만든 다음, 혐기성 미생물이 아닌 호기성 미생물을 이용하여 발효시키기 때문에 메탄가스가 발생하지 않으므로 악취가 나지 않으며, 발효시키면서 발생한 가스를 소각시키기 때문에 대기오염 등 환경오염을 예방할 수 있을 뿐만 아니라 톱밥과 함께 발효시킨 폐기물은 유기질 비료로 사용할 수 있어서 폐기물도 유용한 자원으로 재활용할 수 있다.

도 1은 오?폐수 및 폐기물 처리 시스템 중 본 발명의 발효장치 관련 부분을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 발효장치를 도시한 도면이다.
도 3은 프레임에 앵글을 부착시키는 예를 도시한 도면이다.

본 발명은 호기성 미생물을 이용하여 음식물 쓰레기, 축산분뇨와 축산폐수, 인분, 하수슬러지, 농?수산물 및 식품가공공정에서 배출되는 폐기물, 도축장에서 배출되는 폐기물 등과 같은 유기성 폐기물을 단독 또는 통합 처리하는 처리시스템에 사용되는 발효장치에 관한 것인데, 상기와 같은 유기성 폐기물에서 뼈, 나무토막, 금속조각, 비닐 등과 같은 발효되지 않는 물질을 걸러낸 상태에서 톱밥을 섞어 폐기물의 함수율이 70% 이하로 만들어진 상태에서 본 발명의 발효장치에 투입되게 된다.

본 발명의 발효장치는 발효장치 본체(20), 본체의 내부에 복수의 층을 형성하도록 부착되는 앵글(23), 본체 내부에 공기를 공급하기 위한 공기공급관(27)과 공기공급구(22), 가스와 증기를 배출시키기 위한 가스배출관(28)을 기본적인 구성으로 구비한다.

발효장치 본체(20)는 하부가 중심부분을 향해 테이퍼진 원기둥 또는 육면체 형상이고, 상부와 하부에 각각 개폐 가능한 투입구 슬라이딩도어(25)와 배출구 슬라이딩도어(26)가 설치되며, 프레임(21)은 사각 파이프로 제작되고, 프레임(21)에는 외벽(24)을 부착하여 밀폐되도록 제작되며, 발효장치 본체(20) 내부는 복수의 층으로 구분되도록 구성된다. 본체 내부에서 유기성 폐기물을 발효시킨 후 원활하게 배출시키도록 하기 위하여 발효장치 본체(20) 하부는 배출구 슬라이딩도어(26)를 향해 테이퍼진 원뿔대 또는 사각뿔대 형상으로 하는 것이 바람직한데, 본체의 형상을 반드시 원기둥과 육면체 형상으로 한정하는 것은 아니다.

발효장치 본체(20) 내부는 프레임(21)에 의해 복수의 층으로 구분되고?층수는 발효장치의 높이에 따라 다르고, 층간 간격은 10?30㎝ 간격으로 하는 것이 바람직하다? 각 층에는 일정 간격으로 앵글(23)을 부착하여 선반 형상으로 제작한 것인데, 같은 층에 부착하는 앵글(23)을 10㎝ 이하의 간격으로 너무 촘촘히 부착하면 공기공급구(22)의 개수는 늘어나지만 자재 비용이 너무 많이 들뿐만 아니라 상부에서 투입된 폐기물이 아래층으로 잘 빠지지 않기 때문에 문제가 있고, 30㎝ 이상의 간격으로 부착하면 공기공급구(22)의 개수가 줄어들기 때문에 발효장치 내로 공급되는 공기의 양이 적기 때문에 발효가 더디게 될 뿐만 아니라 앵글 사이가 너무 벌어져서 상부에서 투입된 폐기물이 곧바로 아래층으로 빠져버리므로 10?30㎝ 간격으로 부착하는 것이 가장 바람직하다.

앵글(23)은 단면(斷面) 형상이 'ㄱ'자 또는 반원형 형상인 것을 사용하고, 앵글(23)을 각 층의 프레임(21) 상면에 부착시킬 때는 ∧ 모양(즉 앵글의 절곡된 부분이 상부를 향하도록 부착) 또는 반원형일 경우에는 둥근 부분이 상부를 향하도록 부착하고, 부착된 앵글(23)과 프레임(21) 상면 사이에 공간이 생긴 부분의 프레임(21)(즉, 파이프)에 공기공급구(22)를 형성하여 공기공급관(27)을 통해 프레임(21)을 이루는 파이프로 공급된 공기가 발효장치 내부에 골고루 공급(분출)되도록 하여야 한다(도 3 참조).

공기공급관(27)은 발효장치 본체(20)의 하부에 위치하여 발효장치 내로 발효에 필요한 공기를 공급하는데, 공기공급관(27)은 본체의 하부측 프레임(21)을 이루는 파이프에 부착하여 설치하는 것이 바람직하고, 호기성 미생물이 가장 왕성하게 번식할 수 있는 온도가 55℃ 정도이므로 공기공급관(27)에 공급하는 공기는 50?60℃의 더운 공기를 발효장치에 폐기물을 투입하고 나서 초기 2일 동안 공급해 주는 것이 좋으며, 공급된 공기에 의해 발효장치 본체(20) 내부에서 호기성 미생물이 번식하면서 폐기물의 발효가 진행되고 온도는 60?70℃까지 올라가게 된다.

발효장치 본체(20) 내부에서 유기성 폐기물이 발효되면서 발생하는 증기와 가스는 발효장치 본체(20)의 상부에 형성된 가스배출관(28)을 통해서 배출시키는데, 배출된 가스는 소각장치에서 소각시킨 후 대기로 배출시키는 것이 바람직하다.

발효장치 본체(20)의 상부에는 유기성 폐기물을 투입할 때 개방하는 투입구 슬라이딩도어(25)가 설치되고, 하부에는 유기성 폐기물을 발효시킨 후 배출시킬 때 개방하는 배출구 슬라이딩도어(26)가 설치되며, 슬라이딩도어는 공압 또는 유압식 실린더(25a, 26a)로 작동되는데, 반드시 실린더로 작동시키는 것으로 한정하는 것은 아니며, 체인이나 로프 등 슬라이딩도어를 개폐시킬 수 있는 수단이라면 어떤 기구든 아무 상관없고 이러한 수단들은 모두 실린더와 균등수단이다.

발효장치 본체(20)의 하부에 위치한 배출구 슬라이딩도어(26)가 설치된 바로 윗부분에는, 배출구 슬라이딩도어(26)를 개방했을 때 발효된 폐기물이 원활하게 배출될 수 있도록 쌓인 폐기물을 저어주거나 본체에 진동 또는 충격을 줄 수 있는 수단을 설치하는 것이 바람직한데, 예를 들면, 감속모터(29)를 설치하고 모터의 회전축(29a)에 로드(rod; 29b)를 부착하여 모터를 작동시키면 회전축(29a)이 회전하면서 로드(29b)가 폐기물을 저어주면서 폐기물이 원활하게 배출되게 된다. 또한 회전축 주위에 스크류 또는 로드를 설치하여 회전축을 회전시키면서 배출시킬 수도 있는데 이들은 모두 폐기물을 원활하게 배출시키기 위한 균등수단이다.

프레임(21)과 앵글(23)은 스테인레스와 같이 부식되지 않는 재질이어야 하며, 외벽(24)의 재질은 SMC(Sheet Molding Compound)와 같이 저렴하고 부식되지 않으며 방수기능을 갖는 것이어야 한다.

미설명부호 10은 발효장치 본체에 유기성 폐기물을 공급하기 위한 공급 스크류피더(screw feeder)이고, 30은 발효장치 본체의 배출구 슬라이딩도어가 열렸을 때 발효된 유기성 폐기물이 배출되어 이송되는 배출 스크류피더이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 게시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 공급 스크류피더(screw feeder)
20 : 발효장치 본체 21 : 프레임
22 : 공기공급구 23 : 앵글
24 : 외벽 25 : 투입구 슬라이딩도어
26 : 배출구 슬라이딩도어 27 : 공기공급관
28 : 가스배출관 29 : 감속모터
30 : 배출 스크류피더(screw feeder)

Claims (9)

1. 음식물 쓰레기, 축산분뇨, 인분 및 하수슬러지와 같은 유기성 폐기물을 처리하기 위한 발효장치에 있어서, 상기 발효장치는,
   상부와 하부에 각각 개폐 가능한 슬라이딩도어가 설치되고, 파이프로 제작한 프레임에 외벽을 부착하여 밀폐되도록 제작되며, 내부는 복수의 층으로 구분되도록 제작된 발효장치 본체;
   상기 본체 내부에 구성된 각 층에 일정 간격으로 부착한 앵글;
   상기 본체의 하부에 위치하고, 프레임을 이루는 파이프를 통해 본체 내부에 공기를 공급하기 위한 공기공급관;
   상기 공기공급관으로부터 공급되는 공기를 상기 본체 내부로 분출하기 위하여 상기 앵글이 부착되는 부분의 프레임에 형성된 공기공급구;
   상기 본체의 상부에 형성되고, 본체 내부에서 유기성 폐기물이 발효하면서 발생하는 가스와 증기를 배출시키기 위한 가스배출관;
   을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 오?폐수 및 폐기물 처리를 위한 발효장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 앵글은 각 층의 프레임 상면에 ∧ 형상으로 부착되며, 상기 공기공급구는 앵글이 프레임에 부착되는 부분에 생기는 공간부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 오?폐수 및 폐기물 처리를 위한 발효장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   각 층에 부착되는 상기 앵글은 10?30㎝ 간격으로 부착되는 것을 특징으로 하는 오?폐수 및 폐기물 처리를 위한 발효장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 슬라이딩도어는 공압 또는 유압실린더에 의해 개폐되는 것을 특징으로 하는 오?폐수 및 폐기물 처리를 위한 발효장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 본체는 원기둥 또는 육면체 형상이고, 본체의 하부는 원뿔대 또는 사각뿔대 형상으로, 배출구 슬라이딩도어를 향해 테이퍼진 형상인 것을 특징으로 하는 오?폐수 및 폐기물 처리를 위한 발효장치.
   
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 본체의 하부에는 폐기물의 원활한 배출을 위하여 감속모터를 설치하고, 모터의 회전축에 로드(rod)를 부착한 것을 특징으로 하는 오?폐수 및 폐기물 처리를 위한 발효장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 프레임과 앵글의 재질은 스테인레스인 것을 특징으로 하는 오?폐수 및 폐기물 처리를 위한 발효장치.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 외벽의 재질은 SMC(Sheet Molding Compound)인 것을 특징으로 하는 오?폐수 및 폐기물 처리를 위한 발효장치.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 공기공급관을 통해 공급되는 공기는 50?60℃의 더운 공기인 것을 특징으로 하는 오?폐수 및 폐기물 처리를 위한 발효장치.

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