KR20120084052A - 음식물 쓰레기나 유기성 폐기물을 이용하여 토양성분을 개량하는 유기비료를 얻는 제조방법 및 제조시스템 - Google Patents

Abstract

본원은 음식물 쓰레기나 유기성 폐기물의 처리 및 제품화에 있어서 당일 반입되는 처리물량을 당일 제품화가 가능하도록 음식물이나 유기성 폐기물이 짧은 시간 안에 조기 숙성/안정화될 수 있는 조건을 찾고, 별도의 2차 공정 없이도 염분의 분해 및 제거가 가능하며 공정 중에 발생하는 침출수나 별도의 폐기물 발생이 없는 자체 소화 가능한 제조방법 및 제조시스템을 찾고자 하는 과제를 갖고 시작된 발명이다.
본원은 음식물 쓰레기나 유기성 폐기물을 일정 크기 이하로 파쇄하고 금속이나 이물질을 선별처리한 후 처리대상물을 2개의 그룹으로 나눠서 한 그룹은 탈수공정 및 건조공정을 수행하여 건조물을 얻는 단계의 공정과, 또 다른 그룹은 생석회와 혼합되어 수화반응이 실시된 후 수화반응물을 얻는 단계의 공정이 분리되어 수행된 후, 양 쪽의 반응물을 믹서기에서 혼합해주는 수단으로 최적의 비효성분 및 알카리분을 갖고 산성화된 토양을 개량시키는 유기질 비료의 제조방법에 관한 것으로 본원의 제조공정으로 얻은 비효 성분을 확인하기 위하여 경상남도 농업기술원에 분석을 의뢰한 결과 도 6에 첨부되는 시험성적서를 받고 특허출원을 하기에 이른 발명이다.

Description

음식물 쓰레기나 유기성 폐기물을 이용하여 토양성분을 개량하는 유기비료를 얻는 제조방법 및 제조시스템{The manufacturing method and the manufacturing system of an organic fertilizer using food-waste or organic-waste}

본원 발명은 음식물 쓰레기나 동물의 사체나 유기성 폐기물을 효율적으로 처리하여 다량의 비효 성분과 가용성 칼슘 및 유기물, 알카리분을 갖고 산성화된 토양을 개량하는 유기질 비료를 얻기 위한 제조방법 및 제조시스템에 관한 것이다.

더욱 구체적으로 본원은 유기성 폐기물인 처리대상물을 적정비율로 나눠서 일부의 분획물은 탈수기를 이용하여 탈수공정을 실시한 후 건조기로 보내져서 일정함수율을 갖고 유기물 영양 성분을 훼손하지 않은 상태의 비효 성분을 얻는 제조공정과, 또 다른 일부의 분획물은 생석회와 반응시켜 수화반응을 통하여 함수율을 조절한 건조물을 얻어서 2개의 서로 다른 공정루트를 통하여 얻은 결과물을 믹서기에서 다시 하나로 혼합시켜주는 시스템을 도입시켜 유기질 및 비효 성분을 다량 포함하여 토양성분을 개량하는 유기비료를 얻을 수 있음을 확인하여 완성된 발명이다.

종래에는 가정에서 배출하는 음식물 쓰레기는 지하 매립, 해양 투기, 또는 소각하는 방법 등으로 처리하여 왔으나 지하 매립시에는 매립부지 확보 문제와 매립시의 침출수에 의한 토양오염, 지하수 오염이 발생하고, 해양 투기시에는 물고기의 떼죽음과 적조현상, 해양오염이 발생하며, 소각시에는 악취와 분진으로 인한 심각한 대기오염 유발이 발생하여 생활터전과 자연환경이 크게 위협받고 있었다.

상기의 문제점들을 해결하기 위하여 음식물 쓰레기를 가공 처리하여 사료나 비료로 재활용하는 공정이 많이 개발되어 왔는바, 종래에 음식물 쓰레기 처리공정은 가정과 음식점 등에서 음식물 쓰레기를 수거한 후 수거된 음식물 쓰레기의 이물질을 제거하고 잘게 파쇄 및 분쇄한 다음 상온에서 건조, 발효시키는 방법이 많이 사용되고 있다.

그러나 이러한 음식물 쓰레기 처리 시 음식물 쓰레기가 많은 수분과 염분을 함유하고 있으며, 이들 성분을 제거하기가 쉽지 않다는 점이 음식물 쓰레기 처리방법에서 가장 큰 문제점으로 부각되고 있다.

최근 유기성 폐기물의 효율적 건조 및 악취 제거 방법 등을 찾기 위해 많은 연구가 진행/개발되고 있다.

대한민국 특허등록 제10-0327973호에 『함수율 약 80% 정도의 탈수된 슬러지와 건조된 슬러지를 혼합하여 함수율 30-60%로 만드는 혼합단계와; 상기 혼합단계를 거친 슬러지를 마찰 가열방식으로 가열시키며, 고압으로 압착시킨 후에 상대적으로 저압인 대기 중으로 배출시킴으로써 내부에 공극이 형성되고 표면이 거친 슬러지 덩어리를 형성하는 팽적/성형단계와; 상기 팽적/성형단계로부터 공급된 슬러지 덩어리를 가열하여 함수율 약 20% 이하로 건조시키는 건조단계로 구성된 것을 특징으로 하는 슬러지 건조방법』에 관한 기술이 게시된 바 있다.

대한민국 특허등록 제10-0726788호에 『연소실 내부로 가연성 폐기물을 투입하기 위한 폐기물투입장치와; 상기 폐기물투입장치로부터 공급되는 가연성 폐기물을 연소시키기 위하여 연소실 하부에 설치된 연소부와; 상기 연소실에서 연소된 배기가스가 배출되는 배기구와; 상기 배기구를 통하여 배기가스가 공급되는 재연소실과; 상기 재연소실 내부의 배기가스를 재연소시키기 위한 재연소버너로 이루어진 폐기물 소각시스템; 및 함수율이 높은 폐기물을 투입하여 분쇄하기 위한 파쇄기에 의하여 공급되는 폐기물이 투입되는 투입구 및 재연소실의 출구가 연결되고, 회전되는 건조드럼을 포함하여 이루어지는 폐기물 건조시스템』에 관한 기술이 게시된 바 있다.

또한 출원인의 선출원 발명으로서 등록특허 제10-731762호에는 생석회를 이용하여 단시간에 많은 양의 음식물 쓰레기와 유기성 폐기물을 처리할 수 있도록 하기 위해, 생석회의 반응조건을 조절하여 고온에서 다량의 음식물 쓰레기와 유기성 폐기물을 신속히 분해 처리할 수 있도록 하는 유기성 폐기물 처리방법이 개시된바 있으며, 상기 기술은 수거된 음식물 쓰레기와 유기성 폐기물을 일정 크기 이하로 파쇄하고 생석회와 함께 교반기를 갖는 반응조에서 혼합 교반하며 소화반응을 실시하되, 음식물 쓰레기와 유기성 폐기물의 함수율을 85±3 % 범위로 조정하여 반응조에 투입하는 단계; 및 생석회의 전처리 공정으로 CaO의 함량이 80~83 wt% 범위의 생석회를 1600℃이상으로 소성시킨 생석회를 0.5~5cm 정도의 입자크기로 파쇄하여 반응조에 투입하되 음식물 폐기물을 포함하는 유기성 폐기물 총 중량의 30~35 wt% 범위로 생석회를 투입하는 단계; 및 반응조의 압력을 조절하여 140~160℃의 온도를 유지하면서 1~3 시간 교반하며 소화반응을 수행하고 처리된 생성물을 배출하여 건조 및 파쇄하는 단계를 포함하여 이루어지는 유기성 폐기물 처리방법의 특허를 등록받고 상기 방법의 특허공법을 수행하여 왔으나, 상기 공법을 통하여 얻어진 결과물에서 최종제품의 비효성분 중에서 유기물 함유량이 극히 낮아지게 되는 문제점이 발견되어 이의 개선책이 필요하였다.

즉 상기의 제조공정에서는 유기성 폐기물의 높은 함수율과 물리 화학적 특성을 정확하게 파악하지 않은 상태에서 유기성 폐기물을 건조처리하기 때문에 유기성 폐기물의 건조과정에서 탄화가 일어나 생산되는 사료 및 비료원료의 품질이 저하로 이어지는 문제점이 발생되었다.

따라서, 유기질 비료의 제조과정에서 유기성 영양성분을 훼손하지 않고 고 품질의 비료성분을 갖고, 에너지 비용을 절감할 수 있는 제조공정 및 제조시스템의 개발이 절실히 요구되고 있다.

본원은 상기와 같은 제반 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 음식물 쓰레기 및 유기성 폐기물의 처리 및 제품화에서 당일 반입되는 처리물량을 당일 제품화가 가능하도록 음식물이나 유기성 폐기물이 짧은 시간 안에 조기 숙성/안정화될 수 있는 조건을 찾고, 별도의 2차 공정 없이도 염분의 분해 및 제거가 가능하며 공정 중에 발생하는 침출수나 별도의 폐기물 발생이 없는 자체 소화 가능한 제조방법 및 제조시스템을 찾고자 하는 과제를 갖고 시작된 발명이다.

본원은 음식물 쓰레기나 유기성 폐기물을 일정 크기 이하로 파쇄하고 금속이나 이물질을 선별처리한 후 처리대상물을 2개의 그룹으로 나눠서 한 그룹은 탈수공정 및 건조공정을 수행하여 건조물을 얻는 단계의 공정과, 또 다른 그룹은 생석회와 혼합되어 수화반응이 실시된 후 수화반응물을 얻는 단계의 공정이 분리되어 수행된 후, 양 쪽의 반응물을 믹서기에서 혼합해주는 수단으로 최적의 비효성분 및 알카리분을 갖고 산성화된 토양을 개량시키는 유기질 비료의 제조방법 및 제조시스템을 제공하고자 하는 목적을 갖는다.

본원은 상기 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 음식물 쓰레기나 유기성 폐기물을 이용하여 특정되는 제조공정에 의해 최적의 비효성분 및 알카리분을 갖고 토양성분을 개량할 수 있는 유기비료를 얻을 수 있음을 확인하여 완성된 발명이다.

본원은 음식물 쓰레기나 유기성 폐기물의 처리 및 비료 제품화에서 가장 중요한 포인트로 악취발생 없이 당일 반입되는 처리물량을 짧은 시간 내에 숙성/안정화시켜 당일 제품화시키는 공정을 선택하여 미숙성 제품이 출하됨으로 추후에 불량품 발생을 원천적으로 없이하고 제조공정 중에 염분을 포함하는 탈수액을 알카리성을 나타내는 생석회반응조에 공정수로 사용하여 자체 처리공정에서 소화시키는 것이 가능한 공법을 찾고자 하였다.

본원에서 제공되는 기술사상은 음식물 쓰레기나 유기성 폐기물을 이용하여 토양성분을 개량하는 유기비료를 얻는 제조방법으로서, 음식물 쓰레기나 유기성 폐기물을 일정 크기 이하로 파쇄하고 금속이나 이물질을 선별하여 처리대상물 저류조에 보관하는 제1단계와상기 저류조에 보관된 처리대상물을 7±2 : 3±2 중량비율로 제1 분획 및 제2 분획 처리대상물로 구분하여 제1분획 처리대상물(7±2 중량부)은 탈수조로 보내고, 제2분획 처리대상물(3±2 중량부)은 생석회반응조로 보내주는 제2단계와 상기 제2단계공정에서 제1분획 처리대상물은 탈수공정을 수행하여 탈수고형물과 탈수액으로 분류되고 탈수고형물은 건조기로 보내지며 탈수액은 생석회 반응조로 보내지는 제3단계와 상기 제3단계 공정에서 보내지는 탈수고형물은 건조기로 보내져서 함수율 20±5w% 범위로 건조공정이 수행된 유기건조물을 믹서혼합기로 보내주는 제4단계와 상기 제2단계공정에서 제2 분획으로 분류된 처리대상물과 제3단계공정에서 분류된 탈수액은 생석회반응조에서 생석회와 혼합되어 수화반응이 실시된 수화반응물을 믹서혼합기로 보내주는 제5단계와 믹서혼합기에서는 상기 제4단계에서 보내지는 함수율 20±5w% 범위의 유기건조물과 상기 제5단계에서 보내지는 수화반응물이 혼합되어 토양성분을 개량하는 유기비료로 제공되는 제6단계 공정을 포함하여 제공되는 유기비료의 제조방법에 관한 기술사상으로서 본원의 목적을 달성할 수 있음을 확인하여 완성된 발명이다.

상기의 제4단계공정에서 수행되는 건조조건은 130~160℃ 범위에서 수행될 때 유기물을 훼손시키지 않는 유기건조물을 얻으면서 건조효과를 높일 수 있으며, 상기 제5단계에서 수행되는 수화반응은 제2분획 처리대상물과 생석회 및 탈수액의 혼합비율이 2±0.5 : 1±0.5 : 1±0.5 범위의 중량비로 혼합되어 130~160℃ 범위에서 수화반응이 실시된 후 유기건조물과 혼합될 때 최적 조성의 유기비료로 제공될 수 있다.

따라서 본원은 음식물 쓰레기나 유기성 폐기물을 이용하여 토양성분을 개량하는 유기비료를 얻는 제조시스템으로, 음식물 쓰레기나 유기성 폐기물을 일정 크기 이하로 파쇄하고 금속이나 이물질을 선별하여 분리하는 선별기와 상기 선별기를 거친 처리대상물을 7±2 : 3±2 중량비율로 제1 분획 및 제2 분획 처리대상물로 구분하여 제1분획 처리대상물은 탈수조로 보내고, 제2분획 처리대상물은 생석회반응조로 보내주는 분배기를 이용한 분류시스템과 상기 분배기에서 보내지는 제1 분획물을 탈수시켜 탈수고형물과 탈수액으로 분류하여 탈수고형물은 건조기로 보내주고 탈수액은 생석회반응조로 보내주는 탈수기를 이용한 분류시스템과 상기 탈수기에서 보내지는 탈수고형물을 130~160℃ 범위에서 건조시켜 함수율 20±5w% 범위로 건조시키는 건조기와 상기 분배기에서 보내지는 제2분획물과 탈수기에서 분류된 탈수액과 생석회가 2±0.5 : 1±0.5 : 1±0.5 범위의 중량비로 혼합되어 130~160℃ 범위에서 수화반응이 실시되는 생석회반응조와 상기 생석회반응조에서 보내지는 수화반응물과 상기 건조기에서 보내지는 유기건조물을 혼합하여 토양성분을 개량하는 유기비료를 얻는 혼합믹서기를 포함하여 구성의 유기비료의 제조시스템으로 적용될 수 있는 발명이다.

본원의 기술사상이 적용되는 제조시스템에서 예를 들어 1일 처리용량이 100톤의 음식물이 반입되는 조건으로 적용하는 경우 두 공정 분류되어 탈수조에 80톤이 보내지고 20톤이 생석회반응조로 보내지는 시스템으로 적용되더라도 당일 반입되는 처리대상물이 당일 유기질 비료로 약 40~50톤 범위의 제품을 얻을 수 있는바, 생석회반응조에서 처리대상유기물과 탈수액 및 생석회가 수화반응을 일으키면서 열 반응 안정화된 수화반응물을 얻게 되고, 건조공정에서는 처리대상물을 푹 쪄서 익히는 수단으로 약 150도에 달하는 열원에 의거 유기물의 영양소가 훼손되지 않은 채 유해균은 사멸시키는 수단으로 안정화된 유기건조물을 얻을 수 있으며, 최종적으로 믹서혼합기에는 안정화된 유기건조물과 생석회공정에서 배출되는 알카리성분이 혼합된 수화반응물이 약 60~70℃ 범위의 열원이 있는 조건에서 안정/숙성화를 이루면서 질소, 인산, 카리 비효성분을 포함하며 가용성 칼슘을 다량으로 얻을 수 있음과 동시에 알카리분을 20% 이상으로 함유하는 유기질 비료를 제공하는 부분에 발명의 특징부를 갖는다.

또한 음식물의 처리공정에서 가장 고민하는 부분인 염분은 건조기에 들어 가기전 탈수공정이 실시되어 음식물 속에 포함되어 있는 염분탈수액(탈수액)을 빼내 생석회반응조로 보내지는 시스템으로 적용됨으로 탈수액은 생석회와의 중화반응에 의거 염분이 분해되어 최종생산물의 염분을 기준치 이하로 만들 수 있는 특징을 가지며, 더욱 염분을 낮추고자 하는 경우에는 본원의 분리조나 탈수조에서 발생되는 탈수액에 대하여 별도로 전기분해 등의 전처리공정을 통하여 염분을 제거하고 본원의 생석회반응조로 보내주는 방법으로 적용하면 더욱 완전한 제품을 얻을 수 있다.

본원의 생석회반응조에서 생석회는 처리대상물 중에 포함된 물 성분과 탈수기를 통하여 보내지는 탈수액이 반응하면 생석회가 염분을 분해하는 촉매제 역할을 하며, 분해 후의 물질은 식물들이 섭취할 수 있는 양질의 가용성 칼슘 영양분으로 변하게 되는 것으로 예측된다.

CaO + H2O -> Ca(OH)2 + 15.2kcal/kg CaO

상기 반응을 소화반응이라고 하며, 상기에서 발생되는 열은 그 양에 따라 다를 수 있지만 섭씨 150도 이상의 온도를 만들면서 발열반응이 진행되어 물을 수증기로 기화시키며 대장균이나 병원성 미생물인 살모넬라 등의 각종 유해균에 대한 살균작용도 갖게 된다.

또한 본원에서 수화반응이나 처리대상물 건조과정에서 처리대상물 중에 포함되어 있는 수분이 고온조건에서 증발될 때 수분에 포함되어 메탄과 암모니아가 방출되나 이들 냄새를 포함하는 성분은 반응조의 배출구 단부를 물이 저장된 저류조를 통과시키면 물에 암모니아 등의 냄새성분이 대부분 물에 흡수되어 악취를 줄일 수 있다.

본원의 처리공정에서는 원료를 유입시킬 때 음식물 쓰레기와 유기성 폐기물을 혼합하지 않고 음식물은 음식물대로, 유기성 폐기물은 유기성 폐기물대로 따로 처리하고, 처리대상 폐기물의 함수율을 사전 측정하여 최량의 조건으로 원하는 비효성분을 함유하는 방법으로 적용되는 것이 바람직하다.

본원의 기술사상을 구현하기 위한 실시예는 처리대상물의 조건에 따라 다양하게 변형 실시될 수 있을 것이나 구체적인 처리대상물의 조건에 따라 구현되는 적용예는 하기의 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용"란 기재에서 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

본원에 의한 음식물 쓰레기 및 유기성 폐기물의 처리는 당일 반입되는 처리물량을 당일에 완제품으로 처리할 수 있으며, 음식물 쓰레기 및 유기물의 악취를 효과적으로 절감할 수 있고 침출수가 발생하지 않고 또한 처리공정으로 인하여 별도의 폐기물이 발생되지 않으므로 혐오시설로 인식되는 음식물 처리시설에 대한 민원의 소지를 근원적으로 방지할 수 있는 음식물 쓰레기를 처리하는 방법을 제공하는 효과를 갖는다.

또한 본원에서 제공되는 공법을 적용하는 경우 음식물 쓰레기나 유기성 폐기물 처리비용을 받으면서 이들을 오염원을 잔류시키기 않고 처리하며, 덤으로 농업에 유용하게 이용될 수 있도록 질소, 인산, 칼리 비효성분과 다량의 가용성칼슘과 산성토양을 중화시킬 수 있는 알카리분을 다량으로 포함하는 유기질 비료를 제공하는 효과를 갖는다.

도 1 : 본원에서 제시되는 유기성 폐기물의 처리공정 흐름도
도 2a : 본원에서 적용가능한 분류조의 상부 평면도.
도 2b : 도 2a에 제시되는 분류조의 측면도와 분류조의 일측으로 탈수기가 부착되어 함께 적용될 수 있는 예시도.
도 3a : 본원에서 적용가능한 스크류 타입의 건조기 예시도.
도 3b : 본원에서 적용가능한 블로워형 건조기 예시도.
도 4 : 본원에서 적용가능한 생석회반응조의 일 적용 예시도.
도 5 : 본원에서 적용되는 믹서혼합기의 일 적용 예시도.
도 6 : 본원의 제조공정으로 얻은 유기질 비료의 시험성적서.

이하 본원의 기술사상을 구현하기 위한 발명의 적용예를 겸하여 본원 기술사상의 구현양태를 도면으로 제시하여 설명하고자 하는바, 본 출원의 명세서나 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 될 것이며, 본원의 보호범위는 발명의 기술사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 할 것이며, 또한 하기의 도면으로 제시되는 적용예는 본원의 목적을 달성하기 위한 하나의 실시양태를 제시한 것에 불과할 뿐이고 본원의 기술사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

도 1은 본원의 기술사상이 적용되기 위한 전체 처리공정 흐름도를 나타낸 것고, 도 2에서는 본원의 분류조에 적용될 수 있는 분류장치 및 탈수를 나타낸 것이며, 도 3에서는 본원에서 적용가능한 건조장치의 일 적용예를 나타낸 것이며, 도 4에서는 본원에서 적용가능한 생석회반응조의 일 적용예를 나타낸 것이고, 도 5에서는 본원에서 적용가능한 믹서혼합의 일 적용예를 나타낸 것이다.

본원에서는 음식물 쓰레기나 유기성 폐기물을 이용하여 토양성분을 개량하는 유기비료를 얻고자 하는 것으로, 도 1의 음식물 쓰레기 처리공정 흐름도를 참조하여 본원의 기술사상을 개괄적으로 살펴보면, 먼저 처리대상 물량 음식물 쓰레기를 일정 크기 이하로 파쇄하고 금속이나 이물질을 선별기에서 분리시키고 처리대상물을 저류조에 보관하게 되는바, 본원에서는 저류조 겸용 분류조(10)에서 처리대상물을 7±2 : 3±2 중량비율로 제1획 및 제2 분획 처리대상물로 구분하여 각각 서로 다른 루트의 공정을 거친 후 최종적으로 합류하도록 적용될 수 있는바, 먼저 분류조(10)로 유입되는 처리대상물(음식물이나 유기물)중 제1분획 처리대상물로 7±2 중량비율이 탈수기(20)로 보내져서 탈수된 후 건조기 1, 2(30,40)를 거쳐서 유기건조물로 믹서혼합기(60)로 보내지는 A코스공정이 적용되고, 제2분획 처리대상물로 3±2 중량비율이 생석회반응조(50)로 보내져서 수화반응을 거친 후 믹서혼합기(60)로 보내지는 B코스공정이 적용될 수 있다.

도 1의 처리공정 흐름도를 참조하여 예를 들어 1일 유입되는 100톤의 음식물 쓰레기를 A코스 공정 및 B코스 공정으로 분류되어 유입, 출하되는 양으로 쉽게 설명하여 보면, 분류조(10)에서 A코스 공정이 수행될 제1분획 처리대상물 80톤과 B코스 공정이 수행될 제2분획 처리대상물 20톤이 구분되어 이송될 수 있다.

예를 들어 A코스 공정으로 80톤이 보내지면 탈수기(20)를 거치며 약 10톤 정도의 염분탈수액(탈수액)을 하부로 배출하여 이는 다시 B코스 공정의 생석회반응조(50)로 보내지게 되며, 탈수기(20)를 거쳐 탈수액을 배출한 함수율 70~75% 범위의 약 70톤의 탈수고형물은 건조기 1, 2(30,40)를 거치는 A코스 공정을 통하여 함수율 20 w% 범위의 유기건조물을 얻게 된다.

상기의 탈수고형물을 하나의 건조기를 통하여 함수율 20±5w% 범위로 건조시키는 것이 쉽지 않으므로, 본원에서는 건조기 1, 2(30,40)로 구분시켜 건조기 1(30)에서는 공장에 설치되는 보일러의 스팀열을 활용하여 건조기 1(30)의 열원으로 이용하여 함수율 40~50% 범위로 1차 건조시키고, 건조기 2(40)를 이용하여 함수율 20w% 범위로 건조된 유기건조물을 얻는 방법으로 적용될 수 있다.

본원의 건조공정에서는 예를 들어 약 140~160℃ 범위로 유지되는 건조기에 탈수고형물을 넣고 더운 공기를 불어주면서 약 70톤의 탈수고형물을 넣고 함수율 20 w% 범위로 건조시키는 경우 최종적으로 남는 유기건조물로 15±2톤을 얻을 수 있고 나머지 잔량은 수분으로 증발되어 응축시킨 후 응축수 저류조로 보내주는 시스템으로 적용될 수 있다.

한편 B코스 공정에서는 분류조(10)에서 제2분획 처리대상물로 분류된 20톤 및 탈수공정을 통하여 발생되는 염분탈수액(탈수액)은 생석회반응조(50)에 보내져서 생석회와 혼합되어 수화반응이 실시되는바, 제2분획 처리대상물과 생석회 및 탈수액의 혼합비율이 5±0.5 : 2.5±0.5 : 2.5±0.5 범위의 중량비로 혼합되어 140~160℃ 범위에서 수화반응이 실시되며, 예를 들어 제2분획 처리대상물 20톤과 탈수액 10톤에 생석회 10톤이 혼합되는 구성으로 수화반응을 약 1시간 가량 진행시키는 경우 수화반응물로 약 30톤 정도를 얻게 되고 이를 믹서혼합기로 보내주게 되며 나머지 잔량 약 10톤 정도의 수분은 높은 수화반응열에 의해 증발하게 된다.

본원의 생석회반응조(50)에서의 반응과정을 살펴보면, 먼저 제2분획 처리대상물과 생석회 및 탈수액의 혼합비율이 5±0.5 : 2.5±0.5 : 2.5±0.5 범위의 중량비로 투입된 후 전 개폐문은 닫고 교반이 시작되어 수화반응이 진행되고 약 20-30분간 약 130℃ 범위까지 온도가 상승하게 되면 교반을 중지하고 10분 정도 숙성시간을 준 후 다시 교반을 시작하면서 스팀배출구를 열어주고 에어주입구에서 외부공기를 주입하며 반응을 재개하는 경우 생석회반응조 내부의 수증기를 일시에 강제로 배출시켜 함수율을 낮춰주고 나머지 공정에서 온도를 130~160℃ 범위의 마일드 조건에서도 유기물을 안정화시키면서 함수율을 낮출 수 있게 된다.

따라서 상기의 A코스 공정에서 보내주는 유기건조물 15톤과 B코스 공정에서 보내주는 수화반응물 30톤은 약 60~70℃를 유지하는 믹서혼합기에서 혼합되며 안정화되는 과정을 거쳐 토양성분을 개량하는 유기비료 45톤 정도로 제공될 수 있다.

도 2는 본원에서 적용 가능한 분류조(10) 및 탈수기(20)의 예시를 나타낸 것으로, 도 2a는 상광하협 구조를 갖는 분류조의 저장호퍼 상부 평면도를 나타낸 것이고, 도 2b는 분류조의 측면도와 분류조의 일측으로 탈수기가 부착되어 함께 적용될 수 있는 예를 나타낸 것이다.

도 2a에 나타난 분류조(10)는 상광하협 구조의 저장호퍼(11)가 지지프레임(12)에 의해 직립구조를 이루도록 지지되고 저장호퍼(11)의 저부로는 서로 다른 방향으로 이송시킬 수 있는 2개의 이송스크류1, 2(13, 14)를 갖는 구성으로 제공될 수 있는바, 본원의 분류조(10)에서는 7±2 : 3±2 중량비율로 제1 분획 및 제2 분획 처리대상물로 구분하여 A코스 공정과 B코스 공정으로 분류시켜 처리대상물을 이송시키게 된다.

분쥬조에서 제1 분획물과 제2 분획물을 분류시키는 수단은 이송스크류1(13)의 이송날개를 이송스크류2(14)의 이송날개보다 상대적으로 크게 하여 이송량을 크게 할 수 있으며, 이송스크류1(13)을 통하여 제1 분획물을 탈수기(20)로 보내주도록 이송날개의 크기나 이송속도를 조절할 수 있고, 이송스크류2(14)를 통하여 제2 분획물을 생석회반응조(50)로 보내주도록 적용될 수 있으며, 도 2b에 도시된 바와 같이 분류조(10)의 바닥부에 고이는 침출수는 침출수 배출밸브(15)에 의하여 침출수저류조(16)에 저류시키는 구성으로 적용될 수 있다.

도 2b를 통하여 상기의 분류조(10) 일측으로 탈수기(20)가 부착되어 적용될 수 있음을 나타내고 있는바, 도 2b에 제시된 탈수기(20)는 외연을 이루는 실린더(23) 내부에 이송날개(22)가 부착된 샤프트(21)가 모터에 의해 회전되는 구조를 이루고 유입부 쪽의 샤프트 직경(21a) 보다 배출부 쪽의 샤프트 직경(21b)이 굵어짐에 의해 유입물이 압박을 받으며 탈수효과를 높이도록 제공되고 탈수액은 하부에 마련되는 탈수액배출구(24)를 통하여 침출수저류조(16)에 저류시킬 수 있는 적용예를 나타낸 것으로 분류조(10)의 저부로 모이는 침출수와 탈수기(20)에서 생기는 염분탈수액은 침출수저류조(16)에 저류되었다가 생석회반응조(50)로 펌핑되어 생석회와 수화반응을 하게 된다.

도 3은 본원에서 적용가능한 건조기의 일 적용예를 나타낸 것으로서, 도 3a에 나타난 건조기 1(30)은 스크류 타입의 건조기를 나타낸 것이고, 도 3b에 나타난 건조기 2(40)는 블로워 타입의 건조기를 나타낸 것이다.

도 3a에 나타난 스크류 타입의 건조기(30)는 외통(33) 내측으로 내통(34)이 삽입된 구조의 이중 자켓구조를 이루는 실린더 타입의 건조기 구조를 이루고, 원료유입부(31)를 통하여 건조기로 들어온 처리대상물이 스크류 축(37)의 회전에 따라 배출구(32)쪽으로 밀어주면서, 이중 자켓구조는 스팀주입구(35)와 스팀배출구(36)를 가지며, 스크류 축(37)을 회전시켜주기 위한 모터(M)를 갖춘 구조로 제공될 수 있으며, 외통(33)과 내통(34) 사이에서 140~150℃ 범위로 가온되는 스팀열에 의해 내통(34) 안쪽에서 처리대상물이 건조되면서 발생되는 수증기를 수증기배출로(38)를 통하여 냉각수가 채워진 응축기(39)를 거치면서 액화되어 응축수저수조에 담겨지는 구성으로 적용될 수 있음을 나타낸 것이다.

상기의 건조장치 1(40)만으로는 본원에서 요구하는 함수율 20±5w% 범위의 유기건조물을 얻기 어렵기 때문에 도 3b에 나타난 블로워 타입의 건조기(40)가 추가되어 이용될 수 있다.

도 3b에 나타난 블로워 타입의 건조기(40)는 몸체(41) 상부로 뚜껑부(42)를 가지며 뚜껑부의 일측에 원료유입부(43)를 갖고 내용물을 건조시켜 배출하는 배출구(44)를 갖고 몸체(41)의 측면이나 바닥면으로 히터 열선이나 면상발열체가 내장되어 가온 될 수 있는 구성으로 이루고, 중간 중간에 미세 홀(hole)을 갖도록 제공되는 교반날개(45)가 부착된 중공축인 샤프트(46)가 모터(M)의 구동축에 의해 종동축으로 기능하도록 제공되고, 중공축인 샤프트(46)의 중심부로 외부의 블로워(47)에서 뜨거운 150℃ 범위의 열기를 불어주는 블로워를 이용하여 샤프트의 중심부로 공급하게 되면 샤프트의 중간 중간에 마련된 미세 홀(hole)을 갖는 교반날개(45)를 통하여 건조대상물 전체에 뜨거운 공기를 공급 받으면서 함수율 20±5w% 범위의 유기건조물로 만들어져 믹서혼합기(60)로 보내지는 수단으로 적용될 수 있는바, 교반날개는 도면에서는 직립바 형태로 도시되어 있으나 교반날개가 배출구쪽을 향하여 약간의 경사각을 갖도록 제공되어 내용물을 서서히 배출구 쪽으로 밀어내면서 교반해주는 양태로 제공될 수 있다.

도 4는 본원에서 적용가능한 생석회반응조(50)의 일 적용예를 나타낸 것으로, 본원에서 적용되는 생석회반응조(50)는 외통(51) 내부로 외통직경의 약1/3 ~1/4 범위로 상부공간부(52)를 확보하고 나머지 공간에 중심샤프트(53)를 중심으로 큰 교반날개(54a)와 작은 교반날개(54b)의 교반축을 교호적으로 갖는 교반수단이 모터에 의해 회전되며, 생석회반응조(50)의 상부 일측으로는 분류조(10)에서 유입되는 제2분획물이 제1유입구(55)와 침출수저류조(16)에서 공급되는 탈수액공급구 (56)와 이에 대응되는 생석회가 생석회저류조(57)에서 생석회반응조(50)로 내부로 공급되고 중심샤프트(53)에 의해 혼합되면서 수화반응이 수행되는바, 수화반응이 진행되고 약 20-30분이 경과하면 반응조 내구온도가 약 130℃ 범위에 이르면 교반을 중지하고 10분 정도 숙성시간을 준 후 다시 교반을 시작하면서 스팀배출구(58b)를 열어주고 에어주입구(58a)를 통하여 외부공기를 주입하며 교반을 재개하는 수단으로 반응조 내부의 수증기를 일시에 강제로 배출시켜 함수율을 낮춰 주는 방법으로 적용될 수 있고, 생석회저류조(57)는 밀봉구조를 이루는 뚜껑부(57a)에 탄성패킹재 등이 구비되어 외부의 습기가 차단되어 밀봉되는 구조를 이루고, 일정량의 생석회원료가 반응조에 투입되도록 정량투입 피더나 투입량조절밸브(57b)를 통하여 생석회 투입량이 조절되어 유입되도록 조절되어야 한다.

도 5는 본원에서 적용가능한 믹서혼합기(60)의 일 적용예를 나타낸 것으로, 도 5a는 혼합믹서기의 외형을 나타낸 것이고, 도 5b는 혼합믹서기 내부에 설치되는 이송날개를 나타낸 것으로, 본원에서 적용되는 믹서혼합기(60)는 생석회반응조(50)에서 보내주는 수화반응물과 건조기에서 보내주는 유기건조물을 혼합하면서 약 60~70 ℃ 범위에서 30~40분 정도 안정화시키는 공정이 필요하게 되는바, 믹서혼합기(60)의 바닥면 및 측면의 몸체(61)에는 열선이나 면상발열체가 내장되어 가온될 수 있는 구성을 이루고 몸체 상부로는 뚜껑부(62)를 갖고 뚜껑부의 일측으로 유입구(63)를 통하여 유입되는 수화반응물 및 유기건조물 혼합물이 배출구(64)를 통하여 배출되기까지 약 60~70 ℃ 범위에서 50~60분 정도 혼합되면서 수화반응물 및 유기건조물이 하나로 되면서 안정화되어 배출시키는 공정이 필요하므로 샤프트 길이 및 교반날개의 굴곡각도를 조절하여 유입구(61)를 통하여 유입되는 수화반응물 및 유기건조물 혼합물이 배출구(62)를 통하여 배출되기 까지 약 60~70 ℃ 범위에서 30~40분 정도 안정화시키는 공정이 필요하므로 예를 들면 중심축(65)에 부착되어 회전하는 직선바(66)에는 16~20도 범위의 굴곡 각도를 이루는 날개(66a)가 부착되고 경사바(67)에는 10~12도 범위의 굴곡 각도를 이루는 날개(67a)가 부착되는 구성으로 내용물을 균일하게 혼합시키며 배출구 쪽으로 서서히 유도하여 배출시키는 구성으로 적용될 수 있다.

상기의 믹서혼합기(60)에서 숙성된 혼합물은 통상의 펠렛 성형기를 이용하여 제품을 완성하여 농협에 납품하거나 소비자에게 공급하게 되는 구성은 이미 모두 시행되고 있는 사항이므로 별도의 설명이 필요 없다 할 것이다.

출원인은 본원의 기술구성으로 제공되는 처리결과물이 어떤 비효성분을 갖고 얼마의 가용성을 갖는 유기질 비료로 제공되는지 객관적 검증결과를 얻기 위하여 경상북도 농업기술원에 비효성분 시험검사를 의뢰 하였으며, 도 6에 제시되는 시험성적서를 통보받을 수 있었다.

상기의 시험성적분석표에 의하면, 질소, 인산, 카리의 비효성분을 모두 포함하고 가용성 칼슘을 24.4% 포함하고, 유기물을 29.2% 함유하며, 알카리분으로 22.7%를 함유하는 최적상태의 유기질 제품을 얻을 수 있다는 고무적 결과를 확인할 수 있었다.

10 : 분류조 11 : 저장호퍼
12 : 지지프레임 13 : 이송스크류 1
14 : 이송스크류 2 15 : 침출수 배출밸브
16 : 침출수저류조 20 : 탈수기
21 : 샤프트 22 : 이송날개
23 : 실린더 24 : 탈수액배출구
30 : 건조기 1 31 : 원료유입부
32 : 배출구 33 : 외통
34 : 내통 35 : 스팀주입구
36 : 스팀배출구 37 : 스크류 축
38 : 수증기배출로 39 : 응축기
40 : 건조기 2 41 : 몸체
42 : 뚜껑부 43 : 원료유입부
44 : 배출구 45 : 교반날개
46 : 중공축샤프트 47 : 블로워
50 : 생석회반응조 51 : 외통
52 : 상부공간부 53 : 중심샤프트
54 : 교반날개 55 : 제2분획물 유입구
56 : 탈수액공급구 57 : 생석회저류조
58a : 에어주입구 58b : 스팀배출구
59 : 반응물배출구 60 : 믹서혼합기
61 : 믹서몸체 62 : 상부 뚜껑부
63 : 원료유입구 64 : 배출구
65 : 중심축 66 : 직선바
67 : 경사바

Claims (6)

1. 음식물 쓰레기나 유기성 폐기물을 이용하여 토양성분을 개량하는 유기비료를 얻는 제조방법에 있어서,
   음식물 쓰레기나 유기성 폐기물을 일정 크기 이하로 파쇄하고 금속이나 이물질을 선별하여 처리대상물 저류조에 보관하는 제1단계;
   상기 저류조에 보관된 처리대상물을 7±2 : 3±2 중량비율로 제1 분획 및 제2 분획 처리대상물로 구분하여 제1분획 처리대상물(7±2 중량부)은 탈수조로 보내고, 제2분획 처리대상물(3±2 중량부)은 생석회반응조로 보내주는 제2단계;
   상기 제2단계공정에서 제1분획 처리대상물은 탈수공정을 수행하여 탈수고형물과 탈수액으로 분류되고 탈수고형물은 건조기로 보내지며 탈수액은 생석회 반응조로 보내지는 제3단계;
   상기 제3단계 공정에서 보내지는 탈수고형물은 건조기로 보내져서 함수율 20±5w% 범위로 건조공정이 수행된 유기건조물을 믹서혼합기로 보내주는 제4단계;
   상기 제2단계공정에서 제2 분획으로 분류된 처리대상물과 제3단계공정에서 분류된 탈수액은 생석회반응조에서 생석회와 혼합되어 수화반응이 실시된 수화반응물을 믹서혼합기로 보내주는 제5단계;
   믹서혼합기에서는 상기 제4단계에서 보내지는 함수율 20±5w% 범위의 유기건조물과 상기 제5단계에서 보내지는 수화반응물이 혼합되어 토양성분을 개량하는 유기비료로 제공되는 제6단계;
   를 포함하여 제공되는 것을 특징으로 하는 토양성분을 개량하는 유기비료의 제조방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제4단계공정에서 수행되는 건조조건은 130~160℃ 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 토양성분을 개량하는 유기비료의 제조방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제5단계 생석회반응조에서의 수화반응은 제2분획 처리대상물과 생석회 및 탈수액의 혼합비율이 2±0.5 : 1±0.5 : 1±0.5 범위의 중량비로 혼합되어 130~160℃ 범위에서 수화반응이 실시되는 것을 특징으로 하는 토양성분을 개량하는 유기비료의 제조방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 제5단계 생석회반응조에서의 수화반응 중 외부공기를 주입하여 내부의 수증기를 외부로 배출시키는 방법이 적용되는 것을 특징으로 하는 토양성분을 개량하는 유기비료의 제조방법.
   
5. 음식물 쓰레기나 유기성 폐기물을 이용하여 토양성분을 개량하는 유기비료를 얻는 제조시스템에 있어서,
   음식물 쓰레기나 유기성 폐기물을 일정 크기 이하로 파쇄하고 금속이나 이물질을 선별하여 분리하는 선별기;
   선별기를 거친 처리대상물을 7±2 : 3±2 중량비율로 제1 분획 및 제2 분획 처리대상물로 구분하여 제1분획 처리대상물(7±2 중량부)은 탈수조로 보내고, 제2분획 처리대상물(3±2 중량부)은 생석회반응조로 분배시켜 보내주는 분배기;
   상기 분배기에서 보내지는 제1 분획물을 탈수시켜 탈수고형물과 탈수액으로 분류하여 탈수고형물은 건조기로 보내주고 탈수액은 생석회반응조로 보내주는 탈수기;
   상기 탈수기에서 보내지는 탈수고형물을 130~160℃ 범위에서 건조시켜 함수율 20±5w% 범위로 건조시키는 건조기;
   상기 분배기에서 보내지는 제2분획물과 탈수기에서 분류된 탈수액과 생석회가 2±0.5 : 1±0.5 : 1±0.5 범위의 중량비로 혼합되어 130~160℃ 범위에서 수화반응이 실시되는 생석회반응조;
   상기 생석회반응조에서 보내지는 수화반응물과 상기 건조기에서 보내지는 유기건조물을 혼합하여 토양성분을 개량하는 유기비료를 얻는 혼합믹서기;
   를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 토양성분을 개량하는 유기비료의 제조시스템.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 생석회반응조는 에어주입구 및 스팀배출구를 갖고 반응조에 에어를 주입하여 반응조 내부의 수증기를 증발시키도록 제공되는 것을 특징으로 하는 토양성분을 개량하는 유기비료의 제조시스템.

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