KR20160145769A - 냄새 배출이 감소된, 폐기물 재활용 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐기물을 압력 용기 내에 도입하는 단계, 상승된 가공 온도 및 압력에서 압력 용기 내의 폐지를 재펄프화하여, 실질적으로 재펄프화된 폐지를 포함한 처리된 폐기물을 형성하는 단계, 이후, 냉각수를 압력 용기 내에 도입하여, 압력 용기 내의 처리된 폐기물을 상승된 가공 온도 미만의 배출 온도까지 냉각시키고, 처리된 폐기물에 의해 방출되는 악취를 감소시키는 단계, 및 이후, 처리된 폐기물을 압력 용기로부터 배출시키는 단계를 포함하는, 폐지를 포함한 폐기물의 재활용 방법에 관한 것이다. 회수된 제지용 펄프 분획은 종이 티슈 및 종이 타월 제품을 포함한 다양한 종이 제품들의 제조에서 공급 원료로서 적합하다.
Description
본 발명은 일반적으로, 재활용 종이 제품에 사용하기 위한 폐지 처리에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은, 가공 동안에 악취 화합물을 포함하거나 이를 형성하는 폐기물로부터 재활용된 제지용 펄프를 제조하는 방법에 관한 것이다.
재활용 폐지는 종이 제품 제조용 공급 원료의 주요 공급원이다. 일부 폐기물들, 예컨대 도시 폐기물, 공업 폐기물 및 주거 폐기물은 폐지 외에도 악취 화합물을 포함하거나, 폐지 물질의 가공 동안에 악취 화합물을 형성할 수 있거나, 둘 다일 수 있으며, 이러한 악취 화합물에 의해 방출되는 냄새는 불쾌하거나 역겨울 수 있다. 이에, 냄새 방출이 감소된, 폐지를 포함한 폐기물의 재활용 방법이 요구되고 있다.
상기 요구는 폐지를 포함한 폐기물의 재활용 방법을 제공하는 본 발명에 의해 충족되며, 본 방법은 폐기물을 압력 용기 내에 도입하는 단계, 상승된 가공 온도 및 압력에서 압력 용기 내의 폐지를 재펄프화하여, 실질적으로 재펄프화된 폐지를 포함한 처리된 폐기물을 형성하는 단계, 이후, 냉각수를 압력 용기 내에 도입하여, 압력 용기 내의 처리된 폐기물을 상승된 가공 온도 미만의 배출 온도까지 냉각시키고 처리된 폐기물에 의해 방출되는 악취를 감소시키는 단계, 및 이후, 처리된 폐기물을 압력 용기로부터 배출시키는 단계를 포함한다. 회수된 제지용 펄프 분획은 비제한적으로 티슈, 타월 및 패키징 제품을 포함한 다양한 종이 제품들의 제조에서 공급 원료로서 적합하다.
이들 목적 및 다른 목적들, 특징 및 이점들은 하기 제공되는 상세한 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.
본 발명은 다수의 실시형태 및 도면들과 함께 하기에 상세히 기술된다. 도면에서:
도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태 중 하나에 사용된 압력 용기의 측면도(side elevational view)이며;
도 2는 도 1의 용기의 도면으로서, 부분 단면도에서 회전 드럼 및, 오픈 위치에서 용기의 클로저 패널을 부분 단면으로 보여주며;
도 3은 도 1의 압력 용기의 단부도로서, 회전하는 드럼을 구동하는 데 사용되는 드라이브 벨트 및 모터를 보여주며;
도 4는 도 1의 용기의 단부도로서, 클로저 패널의 작동을 예시하고 있다.
도 5는 도 1의 장치의 측면도로서, 회전 드럼의 내부를 둘러싼 스페이스드 어레이(spaced array)에 배치된 리프팅 패들을 부분 단면으로 보여주고, 나선형 배플(helical baffle)의 위치는 파선을 사용하여 나타내며;
도 6a는 도 5의 라인 6a--6a를 따라 취해진 횡단면도이며;
도 6b는 도 5의 라인 6b--6b를 따라 취해진 횡단면도이며;
도 7은 도 1 내지 도 6b의 회전 드럼의 내부 표면을 둘러싸서 배치된 나선형 배플과 리프팅 패들의 관계를 나타내며;
도 8은 본 발명과 함께 이용된 전형적인 리프팅 패들의 확대된 도면으로서, 또한 드럼의 인접 부위를 횡단면으로 보여주며, 드럼의 클로저 패널 말단은 본 도면에서 봤을 때 좌측으로 향해 있고;
도 9는 본 발명과 함께 사용된 진공 시스템을 나타낸 도식이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태 중 하나에 사용된 압력 용기의 측면도(side elevational view)이며;
도 2는 도 1의 용기의 도면으로서, 부분 단면도에서 회전 드럼 및, 오픈 위치에서 용기의 클로저 패널을 부분 단면으로 보여주며;
도 3은 도 1의 압력 용기의 단부도로서, 회전하는 드럼을 구동하는 데 사용되는 드라이브 벨트 및 모터를 보여주며;
도 4는 도 1의 용기의 단부도로서, 클로저 패널의 작동을 예시하고 있다.
도 5는 도 1의 장치의 측면도로서, 회전 드럼의 내부를 둘러싼 스페이스드 어레이(spaced array)에 배치된 리프팅 패들을 부분 단면으로 보여주고, 나선형 배플(helical baffle)의 위치는 파선을 사용하여 나타내며;
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도 6b는 도 5의 라인 6b--6b를 따라 취해진 횡단면도이며;
도 7은 도 1 내지 도 6b의 회전 드럼의 내부 표면을 둘러싸서 배치된 나선형 배플과 리프팅 패들의 관계를 나타내며;
도 8은 본 발명과 함께 이용된 전형적인 리프팅 패들의 확대된 도면으로서, 또한 드럼의 인접 부위를 횡단면으로 보여주며, 드럼의 클로저 패널 말단은 본 도면에서 봤을 때 좌측으로 향해 있고;
도 9는 본 발명과 함께 사용된 진공 시스템을 나타낸 도식이다.
본 발명은 단지 예시를 위해 다양한 실시형태들과 함께 상세히 기술된다. 실시형태의 상이한 단계, 구성요소 및 특징의 파라미터들은 개별적으로 기술되지만, 이러한 상세한 설명 및 청구항과 일치하여 조합되어, 다른 실시형태들도 당업자에 의해 이해될 수 있다. 본원에 사용되는 바와 같은 다양한 용어들도 마찬가지로 하기 상세한 설명에 정의되어 있다. 백분율로 표현된 농도는 문맥상 다르게 나타내지 않는 한, 중량%이다.
상기 요약된 바와 같이, 본 발명은 폐기물을 압력 용기 내에 도입하는 단계, 상승된 가공 온도 및 상승된 가공 압력에서 압력 용기 내의 폐지를 재펄프화하여, 실질적으로 재펄프화된 폐지를 포함한 처리된 폐기물을 형성하는 단계, 이후, 냉각수를 압력 용기 내에 도입하여, 압력 용기 내의 처리된 폐기물을 상승된 가공 온도 미만의 배출 온도까지 냉각시키고, 처리된 폐기물에 의해 방출되는 악취를 감소시키는 단계, 및 이후, 처리된 폐기물을 압력 용기로부터 배출시키는 단계를 포함하는, 폐지를 포함한 폐기물의 재활용 방법을 제공한다. 회수된 제지용 펄프 분획은 비제한적으로 종이 티슈, 타월 및 패키징 제품을 포함한 다양한 종이 제품들의 제조에서 공급 원료로서 적합하다.
냉각수의 첨가는 처리된 폐기물을 배출할 때 방출되거나 그렇지 않다면 방출될 악취를 감소시키거나 제거할 것이다. 압력 용기 내의 물 및 처리된 폐기물은 처리된 폐기물 슬러리를 압력 용기에서 형성한다. 이론으로 결부시키고자 하는 것은 아니지만, 냉각수는 처리된 물질의 온도를 감소시키거나, 처리된 물질 슬러리를 희석시키거나 둘 모두에 의해 악취를 감소시키는 것으로 여겨진다. 또한, 냉각수는 처리된 물질 내의 악취 화합물을 흡수하는 것으로 여겨진다. 이러한 악취 화합물은 폐기물에 존재할 수 있거나, 처리된 폐기물 슬러리의 재펄프화 동안에 생성되거나 둘 모두이다. 본 발명의 일부 실시형태에서, 악취 화합물의 공급원은 음식물 쓰레기 또는 음료 찌꺼기 또는 둘 모두를 포함한다.
용어 "재펄프화하다"는 종이 내의 셀룰로스 섬유와 같이, 서로 부착되거나, 서로 결합되거나 서로 엉켜있었던 섬유를 서로로부터 탈착시키거나 적어도 부분적으로 분리하는 것을 의미한다. 본 명세서의 맥락에서, 종이를 재펄프화하는 것은 종이의 셀룰로스 섬유를 서로로부터 적어도 부분적으로 분리하여, 촘촘하지 않은 셀룰로스 섬유 펄프를 형성하는 것을 의미한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 본 발명은 용기의 세로축을 중심으로 경사 회전(inclined rotation)하여 구동되도록 장착된 대략 실린더형의 구성을 가진 압력 용기를 이용하여, 폐지 및 중합체성 폐기물을 비롯한 폐기물을 재활용하는 방법을 제공하며, 상기 방법은, a) 폐기물 및 희석수를 압력 용기의 투입구를 통해 도입하는 단계; b) 열 에너지를 압력 용기 내의 폐기물에 가하여, 압력 용기 내의 폐기물에 대기압을 초과하는 수준까지의 상승된 가공 압력 및 상승된 가공 온도를 부여하는 단계; c) 압력 용기를 이의 세로축을 중심으로 회전시켜 폐기물을 교반하여, 섬유성 종이 분획의 재펄프화를 달성하는 단계; d) 물질의 냉각을 시작하기 위해, 증기를 응축기를 통해 환기시킨 다음, 응축기 상에서 진공을 당김(pulling)으로써, 용기를 감압하는 단계; e) 이후, 냉각수를 압력 용기 내에 도입하여, 압력 용기 내의 처리된 폐기물을 이전 단계에서 달성 가능한 온도 미만의 배출 온도까지 냉각시키고, 처리된 폐기물에 의해 방출되는 악취를 감소시키는 단계; 및 f) 처리된 폐기물을 압력 용기로부터 배출시키는 단계를 포함하며, 여기서, 상기 종이 분획은 상기 중합체성 폐기물 및 상기 폐기물 내의 다른 오염원으로부터 실질적으로 재펄프화되고 실질적으로 탈착된다. 본 발명의 일 실시형태에서, 중합체성 폐기물은 폐기물로부터의 색체(color body)를 비롯한 오염원을 농축시키도록 작동된다.
본 발명의 보다 다른 실시형태에 따르면, 본 발명은, 당업계에서 Rotoclave. RTM. 장치(미국 루이지애나주 매디슨빌 소재의 Tempico, Inc.사로부터 입수가능함)로 지칭되는 회전 장치를 사용하는 방법을 제공한다. 폐기물을 드럼 챔버 내에 유도(draw)하기 위해 드럼 내에서 아거드 베인(augured vane)의 회전 운동을 허용함으로써, 로토클레이브(rotoclave)의 드럼 내에 요망되는 양의 폐기물을 둔다. 폐기물은 폐지 및 하나 이상의 악취 화합물, 또는 재펄프화 동안에 하나 이상의 악취 화합물을 형성하는 물질을 포함한다. 압력 용기 도어를 밀폐시키고, 밀봉하며, 희석수를 첨가하고, 진공을 챔버에서 유도하여, 용기에 포획된 공기의 분압(partial pressure)의 효과를 제거한다. 그런 다음, 로토클레이브 챔버를 분리하고, 요망되는 가공 온도 및 압력에 도달할 때까지 증기를 증기 투입구 밸브를 통해 도입한다. 폐기물이 드럼 내에 들어 있는 채로, 로토클레이브 드럼을 요망되는 가공 온도 및 압력에서 미리 설정된(preset) 반응 시간 동안 회전시켜, 처리된 폐기물을 형성한다. 미리 설정된 반응 시간 전체 동안 온도 및 압력을 유지하기 위해 증기를 사용한다. 미리 설정된 반응 시간이 지난 후, 증기를 드럼 내에 도입하기 위한 증기 밸브를 밀폐하고, 드럼을 대기압까지 환기시키며, 이 또한 챔버 내의 온도를 감소시킨다. 제1 환기 단계 후, 진공을 유도하여, 처리된 폐기물의 온도를 추가로 감소시킨다. 그런 다음, 드럼을 다시 대기로 환기시키고, 이후, 냉각수를 챔버 내에 도입하여, 처리된 폐기물을 배출 온도까지 추가로 냉각시키고, 하나 이상의 악취 화합물을 희석시키고, 챔버를 개방한다. 그런 다음, 드럼 회전을 역전시킴으로써 드럼 내의 처리된 물질을 제거하며, 따라서, 아구 베인(augur vane)은 처리된 물질을 드럼의 전면부까지 전달하며, 그런 다음 여기서, 처리된 물질은 미정제(coarse) 물질을 제거하기 위한 추가적인 스크리닝을 위해 배출 컨베이어 상으로 빠져나간다.
압력 용기
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 압력 용기는 일반적으로, 용기의 세로축을 중심으로 회전하여 구동되도록 장착된 실린더형의 구성을 가진 세장형 용기일 수 있으며, 이러한 용기는 한쪽 말단에 투입구를 가지고 다른 쪽 말단에 배출구를 가지며, 용기에는 상기 용기의 내부에 존재하는 고정형 리프팅 패들의 어레이를 포함한 교반 수단이 구비되어 있다. 폐기물의 교반은 용기에서의 리프팅 패들의 작용을 포함할 수 있으며, 이러한 작용은 상기 용기의 회전과 동시적이다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 용기에는 나선형으로 구성된 부재(member)가 구비될 수 있다.
본 발명의 폐기물의 가공에 있어서 필요한 효과를 발휘할 수 있는 임의의 적합한 압력 용기는 본 발명과 관련하여 적용될 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 압력 용기에는 유리하게는, 폐기물의 적절한 교반을 촉진하는 적합한 교반 수단이 장착될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 적합한 압력 용기는 미국 특허 5,119,994; 4,974,781; 및 6,458,240에 개시된 바와 같이 용기의 세로축을 중심으로 경사 회전하여 구동되도록 장착된 대략 실린더형의 구성을 가진 압력 용기이며, 이들 특허의 개시내용은 그 전체가 원용에 의해 본 명세서에 포함된다. 이러한 압력 용기에는 폐기물을 균일하게 혼합하고 플라스틱-함유 폐기물 및 종이-함유 폐기물을 절단하는데 적합한 교반 수단이 장착된다. 적합한 교반 수단의 예로는, 기계적 디바이스, 유체역학적 디바이스 또는 전기 디바이스가 있다. 기계적 디바이스의 구체적인 예로는, 기계적 교반기, 쉐이커, 블렌더, 텀블러 등이 있다. 압력 용기의 내부 구획에 장착된 고정형 리프팅 패들의 어레이 및 나선형으로 구성된 부재는 본 발명의 실시형태에 있어서 교반 수단의 일례로서 협동하는 것으로 확인되었다. 일 실시형태에 따르면, 교반 수단은 압력 용기 내에 경사 회전되도록 장착된 드럼 내에 구비된다.
따라서, 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치는 수평면에 대해 약간 경사진 각도로 장착된 대략 실린더형의 용기를 포함하며, 경사각의 일례는 약 7°이며, 용기의 상부 말단은 폐기물을 수용하기 위한 개구를 가지고, 용기의 하부 말단은 밀폐되어 있다. 용기는, 밀폐되었을 때 용기를 대기로부터 밀봉시켜 용기의 작동 동안 압력이 용기 내에서 구축될 수 있게 하거나, 대안적으로 적절한 진공 시스템의 작동에 의해 용기 내에 진공이 유지될 수 있게 하는, 개구부 상의 매우 효과적인 밀폐 디바이스와 함께 설계될 수 있다.
드럼이 본 발명의 일 실시형태에 따라 회전함에 따라, 드럼 내의 폐기물은 물질의 안식각(angle of repose) x 물질의 마찰 계수 x 드럼의 회전 속도와 동일한 거리에서 드럼의 측벽과 접촉하여 텀블링되는 것으로 여겨진다. 일 실시형태에 따르면, 처리된 물질의 안식각은 약 45°이고, 마찰 계수는 약 0.2이다.
도 1 내지 도 9를 참조로 하면, 미국 특허 6,458,240에 개시된 바와 같이 본 발명의 일 실시형태에 따른 방법을 시행하기 위한 장치가 도시되어 있다. 장치는, 대략 실린더형 구성의 강벽(heavy walled) 가공 압력 용기(A)를 포함한다. 강벽은, 용기가 높은 내부 압력의 조건 하에서뿐만 아니라 때로는 상기 주지된 바와 같이 진공 조건 하에서 작동할 수 있도록, 압력 용기(A)의 구축에 사용된다. 압력 용기(A)는 견고한 정지형 지지대(26) 상에 회전되지 않게 장착되고, 적당한 안정성을 제공하기 위해 충분히 넓은 기저부(base)를 가진다. 지지대(26)는 프로세서(processor)의 중량 및 여기에 들어 있는 물질을 프로세서 아래의 토대에 효과적으로 전달시키도록 설계된 구조적 강철 부재를 이용할 수 있다.
용기(A)의 쉘 내에서 이용되는 기술된 회전 드럼은 이의 힘을 캐리어 베어링 및 지지 베어링(support bearing)에 전달시키고, 이는 다시 해당 로드(load)를 용기(A)의 쉘 내로 전달시키고, 쉘의 구조적 지지대에 의해 지지되는 로드의 일부가 되며, 따라서, 프로세서 아래의 토대에 전달된다.
시일(41)이 구비된 폐쇄 디바이스 또는 돔형 도어(40)는 용기(A)의 투입구(30)에 인접하게 개폐식으로(hingedly) 장착되며, 따라서, 실질적인 압력 또는 진공은 전술한 바와 같이 선택된 시점들에서 용기 내에서 구축될 수 있다.
비-회전 용기(A)의 내부에는 이의 축에서 어느 방향으로든지 회전할 수 있도록 장착된 대략 실린더형의 드럼(D)이 위치되며, 이 축은 용기(A)의 축과 일치한다. 드럼(D)에는 라이딩 고리 또는 서포트 고리(12)가 드럼의 전면부 말단(50)에 인접하여 구비되어 있으며, 롤러 또는 통이 베어링(trunnion bearing)(58)은 고리(12)와 접촉되도록 용기(A)의 내부 상에 위치하며, 따라서, 드럼(D)의 전면부 말단(50)에 지지를 제공한다. 드럼(D)의 전면부 말단(50)은 개방되어 있는 반면, 드럼의 후면부 또는 하부 말단(56)은 폐쇄되어 있고 물이 새지 않는다.
드럼(D)의 후면부 또는 하부 말단(56)에는 구동 샤프트(16)가 고정되어 있으며, 이는 드럼(D)의 후면부 말단을 지지하고 이를 회전시키도록 배치된다. 샤프트는 롤러 또는 볼 베어링(ball bearing)(17)에 의해 회전 가능하게 지지되며, 이는 다시 용기(A)에 부착된 구조적 부재(19)로부터 지지된다. 이러한 지지 배치는, 용기(A) 내에서의 드럼의 수평 위치화가 관련되어 있는 한, 드럼(D)의 위치를 고정하도록 설계된다.
드럼(D)의 구동 샤프트(16)는 용기(A)의 쉘을 관통하고, 시일(33)에 의해 대기로부터 밀봉되어, 선택된 압력 또는 선택된 진공이 용기(A) 내에서 그리고 당연하게도 드럼(D) 내에서 간간이 유지될 수 있다.
드럼(D)에 대한 전형적인 회전 속도는 2 rpm 내지 30 rpm, 바람직하게는 약 8 rpm 내지 15 rpm이어서, 드럼을 회전시키도록 구동하는 데 이용되는 구동 메커니즘(14) 상에의 힘의 균일한 로드를 촉진한다.
드럼(D)은 도 1에 도시된 구동 어셈블리(14)에 의해 수평축에서 어떤 방향으로든지 회전될 수 있으며, 구동 어셈블리는 예를 들어, 드럼(D)을 선택된 방향으로 돌리기 위해 드럼의 구동 샤프트(16)에 연결된 가역적 전기 모터(20) 및 적합한 감소 기어링(18)을 이용할 수 있다. 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 당업자에게 잘 알려진 배치로, 모터의 회전을 구동 샤프트에 전달시키기 위해 스프로킷(sprocket)(23 및 24)에 걸쳐 지나는 헤비 듀티 사슬(22)을 사용하는 것이 바람직하다.
드럼(D)을 압력 용기(A) 내에 둠으로써, 독립형(free-standing) 회전 드럼에서와 같이 물질들의 방해받지 않는 교반이라는 동일한 이점을 가질 수 있다. 벽들을 적절하게 포함하도록 드럼을 설계함으로써, 처리되는 물질들 및 이들 물질 내로 삽입되어야 하는 첨가제들은 가공 동안에 드럼 내에 들어 있게 된다. 이러한 실시형태에 따르면, 드럼이 압력 용기 내에 배치되기 때문에, 드럼을 구성하는 물질들은, 압력의 힘뿐만 아니라 공정에서 간간이 이용될 진공과 연관된 힘을 견디도록 구조적 온전성을 필요로 하는 독립형 회전 드럼에 필요한 것보다 상당히 더 가볍다.
드럼(D)의 내부에는 일련의 리프팅 패들(70) 및 나선형 플라이팅(helical flighting)(80)이 장착되어 있어서, 드럼(D)의 회전 결과로서 폐기물의 교반 및 운동을 촉진한다. 본 발명에 사용되는 리프팅 패들 및 플라이팅은 하기에 보다 상세히 기술되어 있다.
본 발명에 따르면 용기(A)는 바람직하게는 경사져서 작동한다. 하나의 적합한 경사각은 수평으로부터 7°이며, 전면부 또는 투입구 말단(30)은 용기의 밀폐된 하부 말단(36)보다 더 높다. 경사각은, 드럼이 회전함에 따라 적어도 부분적으로는 중력의 영향 하에 폐기물이 드럼(D)을 통해 후방 말단으로 이동될 것이라는 점에서, 드럼(D) 내에서 처리되어야 하는 물질이 담겨 있게 하는 데 일조한다.
드럼(D)의 크기에 대한 제한이 없긴 하지만, 약 10 피트 길이의 드럼을 이용하는 디바이스가 재활용 스테이션에서 효과적으로 이용될 수 있는 크기임을 주지해야 한다. 즉, 본 발명에 따르면 크기가 보다 작은 버전의 폐기물 프로세서는 상대적으로 제한된 영역 내에 놓일 수 있는 유닛 형태를 취하여, 그 안에서 발생되는 임의의 특수 유형의 폐기물을 보다 소규모로 취급할 수 있다.
동시에, 명백하게는, 대규모 작업을 수행하기 위해 보다 큰 유닛을 사용할 수 있으며, 처리 시설(disposal facility)에 사용되어야 하는 크기의 프로세서에 대한 상기 언급은, 용기의 직경이 선행 크기 감소가 발생하지 않은 물질을 수용하기에 충분히 커야 하는 점을 제외하고는, 임의의 프로세서의 크고 작음을 제한하려는 것이 아니다. 이상적인 직경과 길이의 임의의 조합이 본 발명에 따라 이용될 수 있으며, 이는 실용성에 의해서만 제한된다.
본 발명에 대한 상세한 설명으로 되돌아가서, 리프팅 패들(70)은 드럼(D)의 내부 상에 장착되고, 드럼 내에서 물질의 흐름의 임의의 폐색을 최소화하도록 배열된다. 리프팅 패들은 도 5에 도시된 바와 같이 드럼의 수평 크기를 따라 구획에 분포되고, 하나의 구획에서 다음 구획까지는 약 45° 간격으로 차이를 둔다.
리프팅 패들(70)은 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 드럼의 쉘에 수직으로 드럼(D)의 내부 둘레(perimeter)에 고정되며, 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 드럼의 세로방향 크기에 상응하도록 길이방향으로 배향된다.
도 8에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 수직형 레그(72)는 드럼의 내부 측벽에 고정되며, 각진(angled) 부재(74)는 이의 중앙선(77)에서 수직형 레그의 반경방향 내부에 고정된다. 각진 부재(74)는 외부 표면(75 및 76)을 가지며, 표면(75)은 리프팅 패들의 수직형 레그(72)로부터 약 45° 각도에 존재하고, 표면(76)은 레그(72)에 대해 유사한 각도로 존재한다. 표면(76)은 바람직하게는 제1 부위로 간주되고, 패들의 표면(75)은 제2 부위로 간주된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 각진 부재(74)의 중앙선(77)은 드럼(D)의 내부 표면에 대해 약 52° 각도에 존재할 수 있으며, 중앙선(77)은 드럼(D)의 보다 높은 말단을 향한 방향으로 배치된다. 다소 상이하게 언급하자면, 리프팅 패들의 내부(78)는 드럼(D)의 폐쇄 말단(56)을 마주보며, 이러한 폐쇄 말단(56)은 도 8의 관점에서 봤을 때 좌측이다.
일 실시형태에서, 드럼의 경사각은 수평에 대해 약 7°이며, 따라서, 리프팅 패들의 각진 부위들(75 및 76)의 경사각은 드럼(D)의 쉘 벽에 대해 52°이고, 그 결과, 리프팅 패들의 각진 부위들(75 및 76)은 수평에 대해 45°의 각도에서 작동된다.
나선형 플라이팅 또는 배플(80)은 드럼(D)의 내부 둘레에 고정되어, 드럼 내에서 폐기물의 흐름의 폐색을 최소화하고, 드럼의 길이를 따라 측정되는 드럼의 직경과 동일한 거리에서 나선의 하나의 완벽한 사이클에 상응하는 빈도로 존재할 수 있다. 나선형 플라이팅의 각모양(angularity)은, 드럼(D)이 소위 제1 회전 방향으로 회전될 때, 처리되어야 하는 폐기물이 드럼의 밀폐된 하부 말단(56)쪽으로 포워드(forward) 이동되는 반면, 제2 회전 방향으로의 드럼의 회전은 물질을 드럼의 투입 개구(50)쪽으로 백워드(backward) 이동시키도록 되어 있다. 나선형 플라이팅은 연속성이며, 이는 제작을 가능하게 하기 위해서는 부차적인(occasional) 리프팅 패들(70)이 소정의 위치들에서 제거되어야 함을 의미한다.
리프팅 패들의 크기 및 빈도, 드럼의 경사각 및 드럼의 회전 속도는 가변적이며, 드럼 내에서의 물질의 요구되는 이동 속도 및 주어진 시간 내에 처리되어야 하는 물질의 양의 함수이다.
드럼의 직경은 처리되어야 하는 폐기물의 선택된 양을 수용할 정도로 충분할 수 있으며, 드럼의 내경(interior diameter)의 부피의 약 40%인 부가적인 공간은, 드럼이 회전함에 따라 물질을 드럼 내에서 낙하시키고 혼합시킬 수 있기 위해 비어있는 채로 유지될 필요가 있다. 이러한 유형의 디바이스의 설계에서, 부가적인 가공 용량은 길이를 증가시킴으로써 프로세서에 부가된다. 길이에 대한 직경의 비율은 가변적이며, 폐기물과 물의 완벽한 혼합을 보장하기 위해 드럼의 교반 메커니즘의 크기 및 빈도와 더불어 주어진 시간 내에 처리되어야 하는 물질의 양에 따라 다르다.
공정을 모니터링하고 조절하기 위한 디바이스로는, 예를 들어, 급수 배관, 증기 배관, 진공 배관, 압력 조절기 및 다른 필요한 기계들 등이 있다. 독립형 회전 드럼을 사용할 때, 이들 디바이스는 각각 회전 드럼의 회전축의 중심선에 고정될 수 있으며, 이는 폐쇄 디바이스를 이러한 용기 상에서 복잡하게 만들며, 필요에 의해, 이들 디바이스를 드럼의 말단에 둔다. 압력 조절기, 진공 연결부 및 온도 조절 장치의 경우, 이는 적절한 위치가 아니다. 그보다는, 이러한 유형의 디바이스들은 반응이 발생하는 공정 지점에 더 근접하며 첨가제를 공정에 주입하는 반대쪽 말단에 대해 인접하지 않거나 반대쪽 말단에 있지 않은 위치로부터, 공정을 더 잘 모니터링하고 조절할 수 있다. 따라서, 일부 실시형태는 회전 드럼이 이용되는 압력 용기를 이용한다.
압력 및 진공을 유도하는 것은 독립형 회전 드럼의 이용을 더 복잡하게 만든다. 특히, 진공은, 디바이스가 붕괴되지 않도록 상당한 강도를 가지고, 이는 일반적으로 대량 구성성분들과 동등할 것을 필요로 하며, 이는 이러한 구성성분들이 회전 구동되어야 하는 경우 상당한 마력을 필요로 한다.
부가적으로는, 일반적으로 자유-유동하지 않으며 편리하게는 공정에 도입되기 전에 크기가 감소되지 않는 크기가 큰 물체들을 도입하는 것은 폐쇄 디바이스의 크기가 클 것을 필요로 할 수 있다. 이들의 큰 크기와 공정의 압력 및 진공 조건 때문에, 폐쇄 디바이스들은 수동 취급하기가 매우 어려울 것이다. 독립형 회전 드럼에 고정될 자동 폐쇄 디바이스 오퍼레이터는 복잡해질 수 있다. 이러한 실시형태에서, 드럼은 폐쇄 디바이스가 개방되어 있는 기간 동안 회전되며, 따라서, 폐쇄 디바이스 및 이의 오퍼레이터는 이들 상황 하에서 드럼의 회전 능력을 방해하지 않아야 한다.
도 1을 참조로 하여, 용기(A)에는 증기의 선택적 첨가를 위한 배관(90) 및 희석수와 냉각수 둘 모두의 선택적 첨가를 위한 배관(92)이 장착되어 있으며, 유동을 조절하기 위해 적합한 밸브가 이용된다. 증기 배관 및 급수 배관은 도 1에 도시된 바와 같이 단일 주입 배관(94)으로 조합되며, 증기 및 물을 용기(A)의 측벽을 통해 수송한 다음, 만곡된 고정 배관(95)을 통해 드럼(D)의 개방된 말단 내로 주입할 수 있다.
디바이스의 작동 중 한 기간 동안, 진공은 진공 연결부(46)에 의해 용기에 연결된, 미국 코네티컷주 노워크 소재의 Nash Engineering Company사 또는 미국 뉴저지주 웨스트필드 소재의 Croll-Reynolds Company, Inc.사에 의해 제작된 유형과 같은 진공 시스템에 의해 용기(A) 내에 유도된다; 도 9를 주목한다.
폐기물 도입
본 발명에 따라 재활용된 제지용 펄프를 생산하기 위한 폐기물은 적어도 폐지를 포함한다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 적합한 폐지로는, 신문지 또는 다른 잉크가 사용된 종이 제품, 잡지, 만화, 용기, 컵, 리플릿(leaflet), 전단지(flyer), 봉투, 판지, 박스, 백, 인쇄된 종이 시트, 비-인쇄된 종이 시트, 포스터 등이 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 폐기물은 하나 이상의 악취 화합물, 또는 재펄프화 동안에 하나 이상의 악취 화합물을 형성하는 물질을 포함할 수 있다. 하나 이상의 악취 화합물을 포함하는 물질 또는 재펄프화 동안에 하나 이상의 악취 화합물을 형성하는 물질로는, 플라스틱 컵, 플라스틱 병, 플라스틱 용기 등과 같은 가능한 중합체성 폐기물과 함께 음식물 쓰레기 및 음료 찌꺼기 또는 둘 다가 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 폐기물로는 상업 폐기물, 주거 폐기물, 오수 또는 산업 폐기물 등이 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 폐기물 공급 원료는 휴지, 및 라텍스 코팅, 충전제 등이 제공된 코팅된 공급 원료와 같은 중합체성 폐기물을 포함할 수 있다. 코팅 또는 중합체성 구성성분은 아크릴레이트 및 비닐 아세테이트와 같은 합성 중합체 또는 천연 중합체 및 전분 페이스트 또는 유기 페이스트뿐만 아니라 천연 접착제 및 합성 접착제를 포함할 수 있다. 중합체성 물질은 코팅, 결합제의 형태일 수 있거나, 간단하게는 보드지 구성성분 및 플라스틱 필름 구성성분을 이용한 패키징의 경우에서와 같이 종이 섬유 구성성분과 연관있을 수 있다. 소정의 실시형태에 따르면, 폐기물 공급 원료는 셀룰로스 섬유-함유 종이 및 수지성 중합체성 구성성분을 둘 다 포함할 수 있으며, 이는 공정 동안에 뭉쳐지고, 다른 오염원들을 유리된(liberated) 제지 섬유로부터 분리하기 위해 작동된다.
본 발명의 일부 실시형태에 따라 처리할 수 있는 처리가 어려운 폐기물의 부가적인 구체적 예로는, 습식 강도 수지를 가진 단면 및 양면 플라스틱 코팅 보드, 습식 강도 수지를 갖지 않는 단면 및 양면 플라스틱 코팅 보드, 양면 광택 프린터 트리밍(two-sided glossy printer trimming), 자외선(UV) 경화 잉크 코팅 물품 및 이들의 혼합물을 포함한다. 플라스틱 코팅 보드의 추가적인 예로는, 습식 강도 수지를 가진 양면 코팅(C2S) 플라스틱 식판, 예컨대 우유곽 또는 건조 식품 저장에 사용되는 다른 곽(carton) 등이 있다. 습식 강도 수지를 갖지 않는 플라스틱 코팅 보드의 추가적인 예로는, 아이스크림 용기, 다양한 다른 냉동 식품 패키징 등이 있다. 다른 추가적인 예로는, 양면 광택 포토 트리밍, 아이스크림 뚜껑, 인쇄되지 않은 색상 용지, 신문지 등이 있다.
다시 도 1 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 악취 화합물 또는 악취 발생 화합물과 함께 종이 폐기물 및 선택적으로 플라스틱-함유 폐기물을 포함하는 폐기물은 적합한 컨베이어에 의해 운송되며, 투입 개구(30)를 통해 도입되며, 도어(40)가 개방 위치로 이동되었을 때, 드럼(D)의 개방 말단(50) 내로 도입된다. 폐기물이 임의의 특정한 크기로 패키징되지 않고 크기, 모양 및 밀도가 다양한 여러 가지 물질들을 포함할 수 있고, 이는 반드시 자유 유동할 수 있는 것은 아니기 때문에, 용기(A)의 투입 개구(30) 및 드럼 내로의 개구(50)는 충분히 크고 차단부(obstruction)를 갖지 않아서, 이전에 처리되지 않은 폐기물을 프로세서 내로 직접 도입시킬 수 있다.
폐기물이 드럼 내로 수송되는 동안 드럼(D)은 제1 회전 방향으로 회전되며, 드럼의 나선형 플라이팅(80) 및 경사각으로 인해, 충분한 양의 물질이 자유 유동하지 않더라도 가공용 드럼 내로 로드될 것이다.
드럼(D)에 가공될 물질이 충분한 양으로 충전되었을 때, 폐쇄 디바이스(40)는 밀폐되고, 덴마크 소재의 Klinge Products Company사에 의해 제작된 유형과 같은 잠금 고리(42)에 의해 고정된다.
일반적으로, 폐기물 내 고형 폐기물(즉, 비-펄프화 물질)의 중량%는 폐기물의 총 건조 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 80 중량%의 범위이며; 반면, 그렇지 않다면, 폐기물 내 고형 폐기물의 중량%는 폐기물의 총 건조 중량을 기준으로 약 20 중량% 내지 약 70 중량%의 범위일 수 있다.
전형적으로, 폐지는 제지용 펄프 및 중합체성 폐기물의 총 중량을 기준으로 중합체성 폐기물을 약 80 중량% 이하로 포함한다. 일부 경우, 폐기물은 펄프 및 중합체성 폐기물의 총 중량을 기준으로 중합체성 폐기물을 약 10 중량% 미만으로 포함한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "중합체성", "플라스틱", "중합체" 및 유사한 용어는, 물체 또는 필름 상으로 또는 그 안으로 성형, 캐스트, 인발, 유도 또는 적층되거나 또는 적용되는 수지, 접착제, 폼(foam), 필름, 시트 및 합금(복합물)을 비롯한 모든 유기, 합성, 천연 또는 가공된 천연 중합체성 물질, 예컨대 셀룰로스 아세테이트를 의미하며 포함한다. 이러한 적용은 물 또는 오일을 기재로 하는 래티스(lattice)를 사용하고 당업계의 공지된 기술에 의해 수행될 수 있다. 코팅 기술의 예로는, 블레이드 코팅, 딥 코팅, 스프레이 코팅 등이 있다. 중합체성 물질의 구체적인 예로는, 아크릴레이트 및 비닐 아세테이트를 비롯한 비닐 중합체와 같은 첨가 중합체, 이들의 라텍스, 폴리올레핀, 폴리에스테르 또는 폴리카르보네이트와 같은 축합 중합체 등이 있다.
희석수
다시 도 1 내지 도 9에 예시된 실시형태로 되돌아가서, 상당량의 희석수가 가공될 폐기물에 첨가되며, 이는 충분한 희석수가 만곡된 정지형 배관(95)을 통해 드럼 내의 폐기물과 접촉되도록 배관(92)을 통해 희석수를 주입함으로써 달성된다. 희석수는 통상적으로 압력 용기 드럼(D)에 첨가되어, 드럼(D) 내 물의 함량을 드럼 안의 물과 폐기물의 총 중량을 기준으로 30% 내지 75%로 달성하며, 약 70%는 특정 실시형태에 따른 양이다. 또 다른 실시형태에 따르면, 희석수는, 희석수 약 3 중량부 이하 대 폐기물 약 1 중량부의 양으로, 희석수 약 7 중량부 이하 대 폐기물 약 3 중량부의 양으로, 또는 희석수 약 0.43 중량부 내지 약 3 중량부 대 폐기물 약 1 중량부의 양으로 배관(92)을 통해 압력 용기 드럼(D) 내로 도입된다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 희석수는 실질적으로 순수한 물일 수 있으나, 음료수(potable water)일 수 있거나 음료수가 아닐 수 있다. 희석수는 하기 보다 상세히 기술된 화학적 보조제와 같은 첨가제를 함유할 수 있다.
드럼(D)은 보통 희석수 첨가 동안에 제1 회전 방향으로 회전되어, 폐기물과 희석수의 접촉을 증강시킨다.
일단 모든 물질들이 용기 내로 로딩되면, 압력 용기 도어는 닫히고 밀봉된다. 그런 다음, 드럼(D)은 제1 회전 방향으로 회전되며, 이러는 동안 진공이 챔버 내에서 약 1분 내지 5분 또는 5분 내지 10분과 같은 단기간 동안 유도된다. 이 단계에서 진공을 적용하는 목적들 중 하나는 포획된 비-응축성 기체에 의한 압력의 구축을 방지하기 위한 것이다. 진공 유도 기간의 종료 시, 진공을 차단하고, 밸브를 잠가서 시스템을 분리시킨다. 진공 유도 기간이 끝난 후, 희석수를 드럼(D) 챔버에 첨가한다.
화학적 보조제
본 발명의 실시형태에 따르면, 교반 공정 동안 적합한 화학적 보조제의 첨가는 펄프화된 종이 분획의 품질을 개선할 수 있다. 재펄프화 범위는 화학적 보조제의 사용을 통해 증가될 수 있다. 또한, 소정의 화학적 보조제의 존재 시 형성되는 펄프는 보다 밝을 수 있으며, 부가적인 공정 단계의 범위를 감소시킬 수 있다. 화학적 보조제는 드럼 도어가 닫히고 잠기긴 전 또는 후에 압력 용기 내에 도입될 수 있으며, 폐기물 전에, 폐기물과 함께 또는 폐기물 다음에 또는 희석수와 함께 압력 용기에 첨가될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 선택적으로는, 알칼리제, 완충제, 표백제, 세제, 계면활성제, 용매, 분산제, 킬레이트제, 금속 이온 봉쇄제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 화학적 보조제가 포함될 수 있다. 이들 화학적 보조제는 단독으로 또는 이들이 조합되어, 이들의 벌크 형태 또는 용액, 바람직하게는 수용액으로서 사용될 수 있다. 이들 화학적 보조제는 임의의 양으로 사용되어, 의도되는 이득을 유도할 수 있지만, 바람직한 화학적 보조제 및 그 양은 하기에서 보다 상세히 기술된다.
셀룰로스 물질과 함께 사용되고 물에서 알칼리 pH를 발생시키기 위해 현재 알려지거나 이후 개발되는 임의의 알칼리제는 본 발명의 실시형태와 함께 사용될 수 있다. 이러한 알칼리제의 예로는, 리튬 하이드록사이드, 소듐 하이드록사이드, 포타슘 하이드록사이드 및 다른 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 원소 하이드록사이드가 있다. 실시형태에 따르면, 소듐 하이드록사이드가 사용될 수 있다. 일부 실시형태에 따르면, 사용되는 용액 내 알칼리 화합물의 총 농도는 일반적으로, 압력 용기 드럼에 첨가되는 폐기물 및 희석수의 총 중량의 0.5% 초과가 되도록 선택된다. 일부 실시형태에 따르면, 이러한 농도는 압력 용기 드럼에 첨가되는 폐기물 및 희석수의 총 중량의 0.8% 초과가 되도록 선택된다. 일부 실시형태에 따르면, 이러한 농도는 압력 용기 드럼에 첨가되는 폐기물 및 희석수의 총 중량의 5% 미만에서 유지된다. 일부 실시형태에 따르면, 농도는 압력 용기 드럼에 첨가되는 폐기물 및 희석수의 총 중량의 1% 내지 2.5%, 또는 3%, 또는 5% 이하 또는 10% 이하일 수 있다. 일부 실시형태에 따르면, 소듐 하이드록사이드와 같은 알칼리제는 경사(inclined) 드럼 내에 도입되는 희석수 및 소듐 하이드록사이드의 중량을 기준으로 적어도 약 1%의 농도로 희석수 용액 내에 존재한다. 보다 전형적으로, 소듐 하이드록사이드는 경사 드럼 내에 도입되는 희석수 및 소듐 하이드록사이드의 중량을 기준으로 적어도 약 2%의 농도로 희석수 용액 내에 존재하며, 한편 바람직하게는 일부 경우에 소듐 하이드록사이드는 경사 드럼 내에 도입되는 희석수 및 소듐 하이드록사이드의 중량을 기준으로 적어도 약 3%의 농도로 희석수 용액 내에 존재한다.
현재 알려져 있거나 이후 개발되는 임의의 완충제 물질은 매질 내 pH를 pH 8 내지 pH 10의 범위로 조절하는 데 유용하며, 본 발명의 일부 실시형태에 따른 완충제로서 사용될 수 있다. 이러한 완충제의 일례는 소듐 실리케이트이며, 이는 이러한 pH 범위 내에서 완충제로서 작용한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 표백제는 허용 가능한 휘도(brightness) 값을 가진 펄프화된 종이 분획을 수득하기 위해 폐기물에 첨가될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 셀룰로스 물질 등의 표백용으로 현재 알려져 있거나 이후에 개발되는 임의의 표백제가 본 발명을 실시하는 데 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 사용되는 표백제의 양은 압력 용기에 첨가되는 희석수 및 폐기물의 총 양의 약 0.5 중량% 내지 약 1.3 중량%일 수 있다. 본 발명의 일부 실시형태는 표백제로서 하이드로겐 퍼옥사이드를, 종이-함유 폐기물 및 플라스틱-함유 폐기물을 포함하는 펄프 혼합물을 가공하기 위한 압력 용기에 첨가되는 희석수 및 폐기물의 총 양의 약 1 중량%의 양으로 포함한다. 일부 실시형태에서, 소듐 하이포클로라이트 또한, 적합한 표백제로서뿐만 아니라 살생물제로서 작용할 수 있다.
본 발명의 일부 실시형태에 따르면, 다양한 다른 화학적 보조제들, 예컨대 세제, 계면활성제, 용매, 분산제, 킬레이트제, 금속 이온 봉쇄제는 단독으로 또는 이들의 조합으로, 재펄프화 동안에 사용될 폐기물에 첨가될 수 있다. 이러한 목적을 위해 현재 알려져 있거나 이후 개발되는 이러한 화학적 보조제들은 모두 의도되는 이득을 초래하기에 충분한 양으로 사용될 수 있다. 그러나, 이들 화학적 보조제는 이로부터 형성되는 펄프가 허용 가능한 품질을 나타내야만 사용된다.
본 발명의 일부 실시형태에 따르면, 바람직한 화학적 보조제는 소듐 하이드록사이드 단독 또는 이것과 하이드로겐 퍼옥사이드의 조합이다.
재펄프화
조건
본 발명의 실시형태에 따르면, 폐지를 포함하는 폐기물의 가공은 폐기물을 충분히 재펄프화하고 부수적으로 멸균하기 위해 열 및 기계적 에너지의 첨가에 의해 달성된다. 처리되는 페기물 내로의 열의 이동을 증가시키는 첨가된 희석수로 인해, 폐기물은 필요한 열에 의해 완전하고 신속하게 침투되며, 따라서, 감염성 물질이 완벽한 재펄프화를 달성하는 데 충분한 열로부터 보호될 수 있는 포켓(pocket)의 형성을 피하며, 그렇지 않다면 상기 폐기물은 그 자체와 다른 물질들에 대해 절연 효과를 발휘할 것이다. 전술한 바와 같이 폐기물이 처리됨에 따라 이의 펄프화가능한 분획의 크기가 감소하고, 공정 열이 폐기물의 플라스틱 분획이 존재할 때 이로 하여금 열 왜곡시키고 보다 압축된 형태로 붕괴시키기 때문에, 폐기물의 전체 양이 보다 완전히 교반되고, 따라서, 열에 의해 가장 완전하게 접촉된다.
다시 도 1 내지 도 9에 예시된 실시형태로 되돌아가서, 드럼의 개방 말단으로부터 봤을 때 시계방향으로 추정되는 제1 회전 방향으로, 폐기물은 지향성 플라이팅(directional flighting)(80)에 의해 차단되고, 드럼을 통해 이러한 드럼의 후방 또는 밀폐된 하부 말단(56)쪽으로 이동된다. 동시에, 양방향성 리프팅 패들(70)은 각각의 패들의 각진 부위로 인해, 각각의 패들이 드럼의 회전 동안 물질과 접촉됨에 따라 일부 폐기물을 드럼의 투입구 말단 쪽으로 역류시킨다. 요망되는 방향으로의 드럼(D)이 회전하는 동안 나선형 플라이팅(80) 및 신규 리프팅 패들(70)의 표면(76)의 작동에 의한 이러한 드럼 내에서의 물질의 동시적인 백워드 및 포워드 운동은 처리되는 물질을 유리하고 매우 완전하게 교반시킨다. 이들 작용 및 첨가되는 희석수 때문에, 폐기물의 펄프화가능한 물질의 재펄프화는 매우 효과적으로 달성된다.
일부 실시형태에서, 회전 드럼 장치는 1분당 적어도 약 6 회전수(rpm), 1분당 적어도 약 8 회전수(rpm), 또는 적어도 약 10 rpm의 속도로 회전된다.
본 발명의 일부 실시형태에 따르면, 폐기물의 가공 동안에 열을 압력 용기에 가한다. 이 경우, 드럼이 제1 회전 방향으로 회전되는 동안에 증기는 유리하게는 증기 배관(90)에 의해 용기에 가해질 수 있으며, 주입 배관(94)에 의해 폐기물 내로 주입될 수 있으며; 도 1을 주목한다. 전술한 바와 같이, 플라스틱 물질이 존재하는 경우 가열은 드럼이 회전되는 동안에 이러한 물질을 연화시키고, 분리하며, 따라서, 플라스틱과 밀접하게 접촉해 있는 종이 분획을 완전하게 교반시키고 첨가되는 수분 및 가해지는 열과 접촉시킬 수 있다. 요망되는 압력은 압력 배관(60) 및 환기 연결부(62)와 연관된 압력 조절 시스템의 밸브를 적합하게 사용함으로써 용기(A)에서 유지된다. 밸브(61a)는 압력 배관(60)을 조절하고, 밸브(61b)는 환기 배관(62)을 조절한다. 배관(68)은 용기(A)의 내부에의 연결부를 형성한다. 전술한 바와 같은 화학적 보조제는 부가적으로는, 액체 또는 증기로서 증기 라인 내에 첨가될 수 있거나, 대안적으로는 워터 라인 내에 첨가될 수 있다.
일부 실시형태에 따르면, 충분한 양의 증기가 교반 단계 동안에 도입되어, 내부 온도를 약 212℉ 내지 약 285℉의 범위로 되게 하며 압력을 약 0 psig 내지 약 50 psig 이하의 범위 또는 약 10 psig 내지 약 50 psig의 범위로 되게 한다. 일부 실시형태에 따르면, 펄프화를 달성하는 데 필요한 시간을 단축하기 위해 적어도 약 230℉의 온도 및 적어도 약 15 psig의 압력이 바람직하다.
일부 실시형태에 따르면, 재펄프화를 달성하는 데 필요한 시간이 일반적으로 약 30분 내지 90분이 되도록 조건을 조절하며, 전형적으로 재펄프화를 달성하는 데 필요한 시간은 약 60분일 수 있다.
일부 경우 약 40분 내지 80분일 수 있는 재펄프화를 달성하는 데 필요한 시간을 단축하기 위해 내부 온도를 약 275℉ 및 압력을 약 30 psig로 되게 하기 위해 교반 단계 동안에 충분한 양의 증기를 도입하는 일 실시형태에서; 또한, 펄프화를 달성하는 데 필요한 시간은 전형적으로 약 60분 이하이다. 일부 실시형태에서, 적어도 약 80%의 종이가 재펄프화되며, 일부 실시형태에서, 적어도 90%의 종이가 재펄프화된다. 일부 실시형태에서, 적어도 65%의 존재하는 종이가 재펄프화된다.
일부 실시형태에 따르면, 재펄프화 단계 동안에 폐기물을 적어도 약 212℉의 온도, 약 15 psig의 압력에서 적어도 약 90분의 기간 동안 유지시키거나, 약 285℉의 온도, 약 50 psig의 압력에서 적어도 40분의 기간 동안 유지시키거나, 오염된 폐기물의 완전하고 효과적인 재펄프화를 달성하는 것으로 나타난 압력, 온도 및 시간의 다른 조합들 동안 유지시킨다. 일부 실시형태에 따르면, 폐기물을 교반하는 동안 내부 온도를 약 230℉, 압력을 약 18 psig로 되게 하여, 재펄프화를 달성하는 데 필요한 시간, 약 40분 내지 60분, 또는 60분을 단축하기 위해, 충분한 양의 증기를 드럼 회전 동안에 압력 용기 내에 도입한다. 다른 실시형태에 따르면, 내부 온도는 약 45 psig의 압력에서 약 275℉이며, 재펄프화를 달성하기 위한 시간은 약 40분 내지 80분, 또는 약 60분이다.
재펄프화
후 압력 감소
폐기물을 충분히 높은 온도에서 충분한 시간 동안 처리한 후, 시스템에의 증기 주입을 중단하고, 압력 용기 드럼을 대기압으로 환기시킨 다음, 도 9에 도시된 진공 시스템(46)을 켜고, 이러는 동안 드럼을 제1 회전 방향으로 계속 회전시켜, 압력 용기 챔버 내에서 진공을 유도하여, 압력 용기 내의 처리된 폐기물을 냉각시킨다. 진공이 유도됨에 따라, 처리된 폐기물은 재펄프화 가공 온도로부터 더 낮은 온도까지 냉각된다. 일부 실시형태에 따르면, 유도되는 진공은 약 -5 psig 내지 약 -15 psig 또는 약 -10 psig의 범위이고, 처리된 물질의 온도를 약 170℉, 약 160℉ 또는 약 150℉까지 감소시킨다.
냉각수
냉각수를 압력 용기 내에 도입하여, 압력 용기 내의 처리된 폐기물을 상승된 재펄프화 가공 온도 미만의 배출 온도까지 계속 냉각시키고, 처리된 폐기물에 의해 방출되는 악취를 감소시킨다. 냉각수의 첨가는 악취를 감소시키거나 제거하며, 그렇지 않으면 악취는 처리된 폐기물이 배출될 때 방출되거나 방출될 것이다. 압력 용기 내의 물 및 처리된 폐기물은 처리된 폐기물 슬러리를 압력 용기 내에 형성한다. 이론으로 결부시키고자 하는 것은 아니지만, 냉각수는 처리된 물질의 온도를 감소시키거나 처리된 물질 슬러리를 희석시키거나 또는 둘 모두에 의해 악취를 감소시키는 것으로 여겨진다. 또한, 냉각수는 처리된 물질 내의 악취 화합물을 흡수하는 것으로 여겨지며, 그렇지 않으면 이러한 악취 화합물은 주변 분위기 내로 방출될 것이다. 이러한 악취 화합물은 폐기물에 존재할 수 있거나, 처리된 폐기물 슬러리의 재펄프화 동안에 발생되거나 또는 둘 모두이다. 본 발명의 일부 실시형태에서, 악취 화합물의 공급원은 음식물 쓰레기, 음료 찌꺼기 또는 둘 모두를 포함한다.
다시 도 1 내지 도 9에 예시된 실시형태로 되돌아가서, 소정량의 냉각수가 처리된 폐기물에 첨가되며, 이는 냉각수를 배관(92)을 통해 주입함으로써 달성되며, 이로써, 충분한 냉각수가 만곡된 정지형 배관(95)을 통해 드럼(D) 내의 폐기물과 접촉하게 된다. 드럼(D) 내 총 수분 함량을 드럼 내 총 폐기물 및 물의 중량을 기준으로 78% 내지 95%로 달성하기 위해 냉각수를 압력 용기 드럼(D)에 첨가하며, 약 80%는 특정 실시형태에 따른 양이다. 또 다른 실시형태에 따르면, 냉각 단계 후 압력 용기에 존재하는 물의 총 양이 처리된 폐기물의 적어도 약 3.5 중량부 내지 약 1 중량부 또는 처리된 폐기물의 적어도 약 3.8 중량부 내지 약 1 중량부가 되게 하는 양으로, 냉각수를 배관(92)을 통해 압력 용기 드럼(D) 내에 도입한다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 압력 용기 내 처리된 폐기물의 온도를 적어도 약 10℉, 또는 약 10℉ 내지 약 50℉, 또는 약 10℉ 내지 약 30℉만큼 감소시키기에 충분한 양으로, 처리된 폐기물에 냉각수를 첨가한다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 압력 용기 내 처리된 폐기물의 온도를 적어도 약 170℉의 온도 내지 약 140℉ 이하의 온도, 또는 적어도 약 160℉의 온도 내지 약 140℉ 이하의 온도, 또는 적어도 약 160℉의 온도 내지 약 130℉ 이하의 온도로 감소시키기에 충분한 양으로, 처리된 폐기물에 냉각수를 첨가한다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 약 130℉ 이하, 약 120℉ 이하, 약 70℉ 내지 약 130℉, 약 70℉ 내지 약 120℉, 또는 약 70℉ 내지 약 115℉의 온도에서, 처리된 폐기물에 냉각수를 첨가한다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 압력 용기 내 총 수분 함량을 압력 용기의 총 물 및 폐기물 함량의 적어도 약 5 중량%, 또는 압력 용기의 총 물 및 폐기물 함량의 적어도 약 10 중량%, 또는 압력 용기의 총 물 및 폐기물 함량의 적어도 약 5 중량% 내지 약 40 중량%만큼 증가시키기에 충분한 양으로, 처리된 폐기물에 냉각수를 첨가한다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 냉각수는 실질적으로 순수한 물일 수 있으나, 음료수일 수 있거나 음료수가 아닐 수 있다. 냉각수는 악취 변형제 및/또는 살생물제와 같은 첨가제를 함유할 수 있다.
처리된 폐기물 배출
냉각수를 사용하여 냉각시킨 후, 재활용을 위한 재펄프화된 물질의 회수를 위해 물질을 회전 용기로부터 배출시킨다. 일부 실시형태에 따르면, 배출된 펄프 분획은 배출된 펄프 분획의 총 습식 중량을 기준으로 고체 농도를 약 5 중량% 내지 약 50 중량%로 함유한다. 바람직하게는, 고체 농도는 배출된 펄프 분획의 총 습식 중량을 기준으로 약 10 중량% 내지 약 25 중량%의 범위이다.
나아가, 전술한 바와 같이, 폐지 분획은 본질적으로 재펄프화된다. 일부 실시형태에 따르면, 폐지는 적어도 약 80% 재펄프화되거나, 폐지 분획은 적어도 약 90% 재펄프화된다.
다시 도 1 내지 도 9의 실시형태로 되돌아가서, 폐쇄 디바이스(40)를 개방하고, 드럼(D)을 제2 회전 방향으로 회전시킨다. 제2 회전 방향으로, 시계반대방향 회전을 가정하면, 처리된 폐기물은 나선형 플라이팅(80)에 의해 방해를 받고, 나선형 플라이팅(80)의 작용에 의해 드럼(D)의 투입구 말단 쪽으로 향하게 된다. 드럼(D)이 계속 회전함에 따라, 처리된 물질 또한 들어 올려지고, 전술한 바와 같이 "Y" 모양의 리프팅 패들(70)의 표면(75)에 의해 용기의 투입구 말단 쪽으로 향하게 된다.
패들의 수직형 표면의 각각의 면 상에 있는 각진 표면(75 및 76)은 어떤 회전 방향으로든지 동일한 방식으로 작용하며, 당연하게도 각 경우에 수직 배치된 부재(72)에 의해 보조된다.
리프팅 패들(70)은 가공 동안에 나선형 플라이팅(80)에 대해 역류 또는 환류 방식으로 작용하고 있음을 주지하고, 표면(76)은 이러한 때에 일차적인 방식으로 작용한다. 폐기물이 완전히 가공된 후에만, 드럼(D)의 회전 방향이 역전되며, 따라서, 나선형 플라이팅(80)이 드럼의 립(51)에 걸쳐 물질을 적합한 배출 시스템 내로 배출시키게 할 수 있다. 이러한 배출 시, 패들(70)의 표면(75)은 일차적인 방식으로 작용하여, 나선형 플라이팅(80)의 작용과 공동작용한다.
따라서, 가공된 물질은, 제2 회전 방향으로 드럼(D)이 회전하는 동안에 나선형 플라이팅(80) 및 리프팅 패들(70)의 표면(72 및 75)의 조합된 작용에 의해 용기로부터 배출된다. 드럼(D)의 외부 립(51)이 용기(A)의 외부 림(rim)을 지나 돌출되기 때문에, 배출된 가공 물질은 용기에서 제거된다. 종이 물질의 재펄프화로 인해, 가공된 폐기물의 부피는 이의 본래 부피의 약 1/3까지 감소된다.
당업자에게 명백한 바와 같이, 가공된 물질의 배출 속도는 드럼(D)의 회전 속도, 나선형 플라이팅(80)의 크기 및 빈도, 및 리프팅 패들(70)의 크기 및 수에 따라 다르며, 이들 변수는 주어진 시간 내에 가공되어야 하는 물질의 양에 따라 다르고, 이들 변수의 단일 조합으로 제한되지 않는다.
배수 연결부(64)에는 적합한 밸브(66)가 장착되어 있어서, 이는 수분이 과량 축적될 때 수분을 쉘(압력 용기(A))로부터 배수시킬 수 있도록 개방될 수 있다.
그런 다음, 가공된 물질은 재펄프화된 종이 분획을 분리 및 회수하고, 분리된 플라스틱 물질을 추가로 수합하기 위해 스크린으로 향하게 된다. 그런 다음, 전술한 바와 같이, 재펄프화된 종이 분획은 재활용된 종이 시트, 티슈 또는 보드를 형성하기 위해 추가적인 가공 단계를 거칠 수 있다.
재활용 종이 제품
본 발명의 방법의 일부 실시형태에서, 재펄프화된 종이 분획은 후속적인 가공 단계로 처리되어, 종이 제품이 생산된다. 일부 실시형태에서, 종이 제품은 종이 티슈 또는 종이 타월 제품이다. 일부 실시형태에서, 본 발명의 방법은 종이 접시의 제조에 적합한 재활용 섬유-함유 보드지, 재활용 섬유-함유 압지 시트, 재활용 섬유-함유 종이 티슈, 재활용 섬유-함유 종이 타월, 신문 인쇄용지 종이, 또는 재활용 섬유-함유 골판지 종이 제품을 비롯한 재활용 섬유-함유 판지 제품과 같은 재활용 섬유-함유 종이 제품의 생산을 위해 폐기물의 재펄프화된 종이 분획을 이용하는 단계를 추가로 포함한다. 또한, 재활용 섬유-함유 필기 용지가 쉽게 제조된다.
본 교시를 기술하고 정의하기 위해, 용어 "실질적으로"는 본원에서 임의의 정량적인 비교, 값, 측정 또는 다른 표시로 인한 것일 수 있는 내재적인 불확실도를 나타내기 위해 이용됨을 주지한다. 용어 "실질적으로"는 또한 본원에서, 정량적인 표시가 논쟁중인 주제의 기본적인 기능을 변화시키지 않으면서도 언급된 참조로부터 벗어날 수 있는 정도를 나타내기 위해 이용된다.
교시가 다양한 실시형태들에 대해 기술되어 있긴 하지만, 이들 교시는 또한, 첨부된 개시내용의 사상 및 범위 내에서 광범위하게 다양한 추가적인 다른 실시형태들도 가능하게 할 수 있음을 인식할 것이다.
Claims (24)
- 폐기물을 압력 용기 내에 도입하는 단계;
상승된 가공 온도 및 상승된 가공 압력에서 압력 용기 내의 폐지를 재펄프화하여, 실질적으로 재펄프화된 폐지를 포함한 처리된 폐기물을 형성하는 단계;
이후, 냉각수를 압력 용기 내에 도입하여, 압력 용기 내의 처리된 폐기물을 상승된 가공 온도 미만의 배출 온도까지 냉각시키고, 처리된 폐기물에 의해 방출되는 악취를 감소시키는 단계; 및
이후, 처리된 폐기물을 압력 용기로부터 배출시키는 단계
를 포함하는, 폐지를 포함한 폐기물의 재활용 방법. - 제1항에 있어서,
처리된 폐기물이 악취 화합물을 포함하며, 이러한 화합물은 냉각수에 의해 희석되는, 방법. - 제1항에 있어서,
폐기물이, 악취 화합물을 포함하는 유기 물질을 포함하거나, 재펄프화 단계로 처리 시 냉각수에 의해 희석되는 악취 화합물을 형성하는 유기 물질을 포함하는, 방법. - 제3항에 있어서,
유기 물질이 음식물 쓰레기, 음료 찌꺼기 또는 둘 다를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
폐기물이 중합체성 폐기물을 포함하며,
본 방법이, 냉각수를 도입하는 단계 후, 실질적으로 재펄프화된 폐지를 중합체성 폐기물로부터 분리하는 단계를 추가로 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
재펄프화 단계 동안에 사용할 폐기물 외에도 또는 폐기물과 함께 희석수를 압력 용기에 첨가하는 단계를 추가로 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
압력 용기 내 물의 총 양의 약 3 중량부 내지 폐기물의 약 1 중량부의 양으로 압력 용기에 희석수를 도입하고,
냉각 단계 후 압력 용기에 존재하는 물의 총 양이 처리된 폐기물의 적어도 약 3.5 중량부 내지 약 1 중량부인 양으로 압력 용기에 냉각수를 도입하는, 방법. - 제1항에 있어서,
물의 총 양의 약 3 중량부 이하 내지 폐기물의 약 1 중량부의 양으로 압력 용기에 희석수를 도입하고,
냉각 단계 후이나 배출 단계 전에 압력 용기에 존재하는 물의 총 양이 처리된 폐기물의 적어도 약 3.8 중량부 내지 약 1 중량부인 양으로 압력 용기에 냉각수를 도입하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상승된 가공 온도가 적어도 약 212℉인, 방법. - 제1항에 있어서,
상승된 가공 압력이 적어도 약 5 psig인, 방법. - 제1항에 있어서,
배출 온도가 약 140℉ 미만인, 방법. - 제1항에 있어서,
상승된 가공 온도가 적어도 약 212℉이고,
배출 온도가 약 140℉ 미만인, 방법. - 제1항에 있어서,
냉각수의 온도가 약 115℉ 미만인, 방법. - 제1항에 있어서,
재펄프화 단계가 폐기물을 압력 용기 내에서 교반하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
재펄프화 단계가, 열 에너지를 압력 용기 내에 도입하여, 압력 용기 내에서 상승된 가공 온도 및 압력에 도달하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
재펄프화 단계가, 증기를 압력 용기 내에 도입하여, 압력 용기 내에서 상승된 가공 온도 및 압력에 도달하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
재펄프화 단계가, 하나 이상의 화학적 보조제(chemical aid)를 압력 용기 내에 도입하여, 폐지의 재펄프화를 촉진하는 단계를 포함하는, 방법. - 제16항에 있어서,
하나 이상의 화학적 보조제가 알칼리제, 완충제, 표백제, 세제, 계면활성제, 용매, 분산제, 킬레이트제, 금속 이온 봉쇄제(sequestrant) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 화학물질을 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
압력 용기가 폐기물을 수용하기 위한 회전 드럼을 포함하고,
교반 단계가 드럼을 회전시키는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
재펄프화 단계가 약 30분 내지 약 90분의 시간 동안 수행되는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 압력 용기가 이의 세로축을 중심으로 회전하여 구동되도록 장착된 대략 실린더형의 구성을 가진 세장형 용기인, 방법. - 제6항에 있어서,
압력 용기가, 상기 폐기물 및 희석수를 완전히 혼합하기 위한 적합한 교반 수단이 구비된 경사축을 중심으로 회전하도록 장착되는, 방법. - 제14항에 있어서,
교반 단계가, 상승된 가공 온도 및 압력에서 폐지를 실질적으로 재펄프화하기에 충분한 시간 동안 수행되어, 처리된 폐기물의 구성성분들이 밀도 및 크기에 의해 분리될 수 있는, 방법. - 제1항에 있어서,
재펄프화 단계 후와 냉각수 도입 단계 전에, 압력 용기 내의 상승된 가공 압력을 벤트(vent) 또는 이덕터(eductor) 또는 둘 다를 사용하여 감소시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
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