KR20180078369A - 염분함유 음식물 쓰레기 처리장치 및 처리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 염분함유 음식물 쓰레기 처리장치 및 처리방법에 관한 것으로서, 저온탄화처리 후 세척하는 과정에 의하여 음식물 쓰레기의 후처리에 따른 염분문제, 오염수 문제, 및 재활용 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.

Description

염분함유 음식물 쓰레기 처리장치 및 처리방법{SALINE-CONTAINING FOOD WASTE DISPOSAL APPARATUS AND DISPOSAL METHOD}
본 발명은 염분함유 음식물 쓰레기 처리장치 및 처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 음식물 쓰레기에 포함된 염분을 제거함에 있어서 저온탄화 기술을 이용하여 오염물질의 발생을 저감시키고, 연료화를 통해 음식물 쓰레기가 재활용될 수 있게 하는 염분함유 음식물 쓰레기 처리장치 및 처리방법에 관한 것이다.
현재 환경오염이 전 세계적으로 심각한 문제로 대두되고 있으며, 이러한 환경오염을 야기하는 주된 원인 중의 하나로 음식물 쓰레기를 들 수 있다.
이를 해결하기 위한 음식물 쓰레기 처리장치는, 음식물 쓰레기를 분말 입자 등으로 만들어서 음식물 쓰레기를 따로 음식물 쓰레기 용기에 버리지 않고도 일반 쓰레기 용기에 손쉽게 버릴 수 있도록 하는 장치로서 최근 생활가전 제품으로의 이용이 증가하고 있다.
그러나 가정이나 식당 등에서 발생하는 많은 양의 음식물 쓰레기를 효과적으로 처리하는 수단이 미흡하여, 매립 혹은 해양투기 등으로 처리되고 있어 심각한 환경오염 중 하나로 분류되고 있다.
따라서 음식물 쓰레기를 재활용, 자원화하는 방법이 제시되고 있으며, 그 중 일 예로써 퇴비화, 사료화, 연소에 의한 열 회수, 및 혐기성 발효에 의해 발생하는 메탄가스(Methane Gas)의 에너지화 등이 있다.
그러나 음식물 쓰레기를 퇴비로 자원화하는 경우에는 음식물 쓰레기에 포함된 염분(NaCl)의 농도가 높기 때문에 식물 성장의 장애요인이 될 뿐 아니라, 염분이 2차적인 토양오염을 유발시킬 가능성이 있어서 염분을 함유한 음식물 쓰레기의 경우 염분을 제거하지 않고 퇴비화하는 것은 바람직하지 않다.
즉, 음식물 쓰레기를 퇴비 등으로 활용하는 자원화를 위해서는 음식물 쓰레기에 포함된 염분의 농도가 1% 이하가 되어야 하지만 종래의 음식물 쓰레기 처리장치는 음식물 쓰레기에 포함된 염분을 제거하는데 한계가 있다.
음식물 쓰레기의 염분을 제거하기 위하여 종래의 음식물 쓰레기 처리장치는 미생물을 이용하여 염분을 분해하는 방법이나 물을 이용한 희석방법 등을 이용하고 있다.
미생물을 이용한 염분 분해 방식은 원천적으로 염분을 제거하기 위한 대안이 되지만 미생물의 염분 분해 성능에 한계가 존재하여 현재 기술로는 음식물 쓰레기에 포함된 염분 농도를 약 2% ~ 3% 정도로 낮추는데 그치고 있다. 이는 음식물 쓰레기의 자원화 기준을 충족시키지 못하고 있어, 친환경에 부합하지 못하는 문제점이 있다.
그리고 물을 이용하여 염분 농도를 감소시키는 기술은 현재 가장 많이 이용되는 방법이다. 하지만, 현재까지의 기술은 단순히 물의 양을 높여 염분 농도를 낮추게 하는 정도로써 근본적 해결책이 되지 못한다. 다시 말해 염분 농도를 낮추기 위해 과도하게 많은 양의 물을 사용함으로써, 물 사용량이 급격히 증가하여 유지비용이 상승하게 되는 한계가 있다.
한편, 이와 관련된 선행특허로는 전기분해 및 진공압을 이용하여 음식물 쓰레기에 포함되어 있는 염분 및 수분을 제거하기 위한 음식물 쓰레기 염분제거 및 수분탈수장치와 세척수와 초음파를 이용하여 염분을 제거하여 양질의 비료, 퇴비를 얻을 수 있도록 하는 음식물 쓰레기의 염분제거장치 및 건조, 발효장치 등 음식물 쓰레기에 함유된 염분을 제거하기 위한 여러 수단들이 제시되고 있다.
하지만, 선행특허들은 현실적으로 널리 상용화되고 있지 못할 뿐 아니라 처리과정에서 발생되는 오, 폐수의 효과적인 처리와, 나아가 환경오염 개선을 수행할 수 있는 방안에 대해서는 미흡한 점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0561023호 (2006.03.08. 자 등록)
따라서, 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 저온탄화처리 후 세척하는 과정에 의하여 염분문제, 오염수 문제, 및 재활용 문제를 해결할 수 있는 염분함유 음식물 쓰레기 처리장치 및 처리방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 탄화물 배출 단계에서 세척을 함으로써 염분 및 오염물질 제거와 동시에 탄화물의 냉각을 도모할 수 있는 염분함유 음식물 쓰레기 처리장치 및 처리방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 음식물 쓰레기를 취합하는 취합부; 상기 취합부를 통해 취합된 상기 음식물 쓰레기를 기설정된 온도로 열분해하여 탄화물을 생성하는 탄화부; 및 상기 탄화물의 염분을 제거하고 발열량을 증가시키기 위하여 세척수를 살포하는 세척부를 포함하는 염분함유 음식물 쓰레기 처리장치가 제공된다.
본 발명에 있어서, 상기 탄화부로 이송되기 전의 상기 음식물 쓰레기에 포함된 함수율을 일정하게 조절하기 위한 건조공정을 수행하는 건조부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 세척부를 통해 살포된 상기 세척수로 인해 상기 탄화물에서 분리되는 탄화물찌꺼기를 수거하기 위한 탄화물찌꺼기 수거부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 탄화물찌꺼기 수거부를 통해 수거된 상기 탄화물 찌꺼기를 취합하여 재활용연료 또는 흡착성 여재를 생성하는 재활용부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 탄화물을 300℃~600℃로 저온탄화시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 음식물 쓰레기를 취합하는 유기물 취합단계; 상기 취합된 유기물에 예정된 온도를 가하여 수분 및 휘발성물질을 제거하는 유기물 탄화단계; 상기 유기물 탄화 단계를 통해 생성된 탄화물을 세척수로 세척하여 염분을 제거하는 탄화물 세척단계; 및 상기 탄화물 세척단계를 통해 상기 탄화물에서 분리된 탄화물 찌꺼기로 함께 배출된 배출수에 포함되는 오염물질을 흡착 및 여과시키는 배출수 정화단계를 포함하는 염분함유 음식물 쓰레기 처리방법이 제공된다.
본 발명에 있어서, 상기 유기물 탄화단계를 수행하기 전에 상기 유기물에 포함된 이물질의 분리제거와 상기 유기물의 함수율을 일정하게 조절하기 위한 탄화 전처리단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 유기물 탄화단계에서 발생하는 유해가스 내에서 오염성분을 제거하고 외부로 배출하는 가스배출단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 탄화물 세척단계에서 발생되는 탄화물찌꺼기를 수거하여 재활용연료를 생성하는 연료 생성단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 탄화물 세척단계가 완료된 상기 탄화물을 상기 배출수 정화단계에 투입하여 흡착성 여재로 재활용하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 유기물을 상기 유기물 탄화단계에서 300℃~600℃의 저온탄화과정을 거쳐서 상기 탄화물 세척단계를 통해 5,500cal/g~7,000cal/g의 발열량을 가지는 염분 함유량 1% 내외의 탄화물로 제조하기 위한 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 염분함유 음식물 쓰레기 처리장치 및 처리방법은 원료 대비 탄화물이 대폭 감량되어 사용되는 세척수량을 감소시킬 수 있고, 오염도가 낮아 하수도에 방류해도 오염을 발생시키지 않는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 음식물 쓰레기를 고열량 에너지로 활용함으로써 국가적 에너지 절감 및 이산화탄소 배출량 삭감에 기여할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 소규모 및 대규모 음식물 쓰레기 처리시설에 적용가능하고, 오염유발물질을 열분해 및 세척을 통해 제거하여 연료로써 활용할 수 있을 뿐만 아니라 환경오염 저감에도 기여할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 음식물 쓰레기 탄화물은 5,000cal/g 이상의 열량을 갖추고 있으며, 염분 함유 기준에 적합하여 연료로써 활용가치가 높은 장점이 있다.
또한, 본 발명은 탄화물의 흡착특성으로 인하여 용존성 오염물질도 흡착, 제거할 수 있으므로 별도의 흡착성 여재 추가 사용량을 줄여줌으로써 그에 따른 유지 관리비가 감소되어 보다 효율적인 오염처리가 가능한 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 염분함유 음식물 쓰레기 처리장치를 설명하기 위한 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 염분함유 음식물 쓰레기 처리장치의 음식물 쓰레기 염분 제거에 따른 음식물 쓰레기의 염분 함유율을 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 염분함유 음식물 쓰레기 처리장치를 통해 처리되는 음식물 쓰레기 및 탄화물의 발열량을 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 염분함유 음식물 쓰레기 처리장치의 세척수 오염도 감소율을 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 염분함유 음식물 쓰레기 처리방법의 동작 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도.
도 6은 본 발명에 따른 다른 실시예에 따른 염분함유 음식물 쓰레기 처리방법의 동작 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부 도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
탄화(炭化)란 공기나 산소의 흐름을 차단하고 유기물질을 가열할 때 탄소를 많이 함유하는 검은색 물질로 변화하는 과정을 의미한다. 목탄은 이 탄화 작용에 의한 생성물의 대표적 예이다. 탄화 공정은 탄소질 원료를 약 500℃ 정도로 가열하면 탈수·탈산 현상 등의 분해작용으로 휘발분이 거의 가연성가스로 제거되고 최종 고정탄소가 남게 되는 공정이다.
그리고 음식물 쓰레기의 구성 성분은 85%가 주로 수분이고, 15%가 고형물(=증발잔유물: 수분을 증발시킨 후 남은 잔재물)로 이루어져 있으며, 이 고형물 중에서 75%는 휘발성 고형물(고온을 가할 때 휘발할 수 있는 물질)로 이루어진다.
한편, 저온탄화란 유기물에 제한된 공기를 공급하고 300℃~600℃의 온도에서 열에 의해 분해되도록 하여, 유기물 내의 휘발성 물질을 제거하고 유기물에 다량의 탄소가 포함되도록 하는 반응을 의미한다.
이러한 저온탄화 반응을 거친 탄화물은 탄화가 덜 된 상태로서 불이 잘 붙고, 발열량이 많기 때문에 일반 연료로 쓰이고 있다. 그리고 유기물이 탄화될 때의 온도와 탄화물에 함유되어 있는 회분의 양에 따라서 탄화물의 PH가 결정되는데, 저온에서는 주로 약산성이 된다.
다시 말해, 본 발명은 음식물 쓰레기의 염분을 제거하기 위한 장치 및 방법으로, 음식물 쓰레기를 무산소 상태에서 열처리를 통해 저온탄화함으로써 유기물을 포함한 각종 오염물질과 유해가스를 모두 탄화시켜 세척수의 사용량 및 세척수의 세척 후 오염도를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 염분함유 음식물 쓰레기 처리장치에 대하여 도 1 내지 도 4를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 염분함유 음식물 쓰레기 처리장치를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 염분함유 음식물 쓰레기 처리장치는 음식물 쓰레기를 취합하는 취합부(100), 취합부(100)를 통해 취합된 음식물 쓰레기를 기설정된 온도로 열분해하여 탄화물을 생성하는 탄화부(200) 및 탄화물의 염분을 제거하고 발열량을 증가시키기 위하여 세척수를 살포하는 세척부(400)를 구비한다.
취합부(100)는 자치구 내 각 지역에서 발생하는 음식물 쓰레기를 취합하는 대규모의 음식물 처리 시스템에 적용되는 구성일 수도 있고, 또한 매일 각 가정에서 발생하는 음식물 쓰레기를 취합하는 소규모의 음식물 처리 시스템에 적용되는 구성일 수도 있다.
취합부(100)는 음식물 쓰레기를 취합하기 위한 구성으로서, 음식물 쓰레기 내부 이물질의 분리 및 분쇄 작업을 수행할 수 있는 기능을 구비한 수조 형태의 통상적인 음식물 쓰레기 취합 구조 및 기술을 사용하며, 상세한 설명을 생략한다.
탄화부(200)는 취합부(100)에서 취합된 음식물 쓰레기를 기설정된 온도, 즉 300℃~600℃로 저온탄화하기 위한 구성이다. 탄화부(200)는 취합부(100)를 거쳐 내부로 유입되는 음식물 쓰레기의 내부에 포함된 수분(H2O) 성분을 제거하고, 음식물 쓰레기에 포함된 유기물을 비롯한 오염물질과 유해가스 등을 모두 열분해하여 제거하며, 발열 효율이 향상된 탄화물을 생성하는 역할을 한다.
이때, 탄화부(200)는 외열 탄화로나 전기식 탄화로 등의 밀폐식 탄화로(爐)를 이용하여 탄화물 생성시 분진이 비산되는 것을 방지할 수 있고, 상대적으로 높은 착화력과 발열량을 얻을 수 있도록 구성될 수 있다. 본 발명에서 사용 가능한 외열 탄화로의 일 예로는 외열 킬른형 탄화로가 있고, 전기식 탄화로의 일 예로는 전기로가 있다.
탄화부(200)는 저온탄화 과정을 거침에 따라, 생성되는 탄화물의 양(즉, 부피)을 대폭 감소시킬 수 있어 이하에서 설명할 세척부(400)에서 수행하는 탄화물에 포함된 염분을 제거하는 세척수의 사용량을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 염분함유 음식물 쓰레기 처리장치는 탄화부(200)로 음식물 쓰레기를 이송하기 전에 음식물 쓰레기를 탈수 및 건조하는 건조부(300)를 더 포함한다.
건조부(300)는 취합부(100)의 후단에 구비되어 탄화부(200)로 이송되기 전의 음식물 쓰레기에 포함된 함수율을 일정하게 조절하기 위해 음식물 쓰레기를 탈수 및 건조할 수 있다. 이에 따라, 탄화부(200)로 유입되는 음식물 쓰레기의 형태가 유사하여 탄화 공정을 수행함에 있어서 보다 일괄적이고, 효율적인 작업을 수행할 수 있게 된다.
세척부(400)는 탄화부(200)에서 저온탄화 공정을 통해 생성된 탄화물의 염분을 제거하기 위하여 탄화물에 세척수를 살포하기 위한 구성이다. 세척부(400)는 탄화물에 세척수를 살포하여 탄화물에 포함된 염분 및 오염물질 제거와 동시에 탄화물의 냉각을 도모할 수 있다.
일 실시예에서, 세척부(400)는 일정 방향으로 회동하는 날개 부재를 구비하고 있어, 날개 부재를 통해 탄화물을 교반하면서 세척수를 살포함에 따라 탄화물에 세척수가 골고루 접촉되도록 할 수 있다.
도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명에 따른 염분함유 음식물 쓰레기 처리장치의 음식물 쓰레기 염분 제거에 따른 음식물 쓰레기의 염분 함유율 즉, 나트륨의 함유량(%)을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이 세척 전후의 음식물 쓰레기에 포함된 염분을 측정하기 위해, 200℃, 250℃, 300℃, 및 400℃ 각각의 환경에서 탄화 과정을 거친 탄화물의 염분 함유율을 AAS(Atomic Absorption Spectrometry: 원자흡광분석법)를 통해 측정하였다.
도 2의 측정 결과를 위해 금속 이온을 분석하는 방법으로 많이 사용되고 있는 AAS를 이용하여 나트륨 이온을 분석함으로써 나트륨과 염소 이온이 1:1로 결합한 상태로 존재하는 염분이 연소할 때 발생하는 염산과 같은 유해 기체로 인해 분석 기계에 부식이 발생하는 등의 한계를 극복할 수 있다.
도 2에서 도시된 나트륨 함유량은 중량 퍼센트를 나타낸 것으로 염분(NaCl)에서 나트륨의 중량을 22g/mol, 염소의 중량을 35g/mol의 조건으로 구성하여 실험한 결과이다. 즉, 나트륨이 12g인 경우 1:1로 결합하는 염소의 중량은 19g으로 두 개를 합치면 약 30g의 염분을 포함한 것이다.
이때, 탄화과정을 거칠 경우 1kg의 음식물 쓰레기가 200℃, 250℃, 300℃, 및 400℃에서 각각 약 100g, 150g, 200g, 및 205g의 중량을 가지는 탄화물로 그 중량이 줄어들게 된다. 이때 초기 투여된 염분 30g이 모두 남아 있을 경우 각각 30%, 20%, 15%, 및 14.5%가 되는데, 그래프에서 나타내는 나트륨 중량 퍼센트를 이용하여 염소이온의 중량 퍼센트를 환산하고 이를 합치면 각각 31%, 21.9%, 13.5%, 및 12.2%가 된다.
1g만의 샘플을 채취해서 분석하는 장비의 오차를 고려하면 300℃~400℃에서는 30g의 염분이 모두 남아 있고, 200℃~250℃에서는 염분의 미량이 증발 하였으나 25g~27g의 염분은 남아 있는 것으로 해석할 수 있다.
결과적으로 400℃의 열을 통해 유해물질이 감소된 탄화물에 세척수를 살포할 때 탄화물에 함유된 염분(K, Na, Cl, Br 등) 농도가 세척 전 30% 내외에서 세척 후 1% 내외로 가장 많이 제거되는 것을 알 수 있다.
한편, 세척부(400)를 통해 염분의 농도가 감소된 탄화물을 연료로 사용할 수 있는데, 이러한 경우 탄화물의 연소시 유해가스 발생이 저감되어 환경오염 부담이 줄어드는 효과가 있다.
한편, 세척부(400)는 탄화물에 세척수를 살포하여 탄화물의 발열량을 높일 수 있다. 도 3은 본 발명에 따른 염분함유 음식물 쓰레기 처리장치의 탄화물 발열량을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 200℃, 250℃, 300℃, 및 400℃ 각각의 환경에서 탄화물을 세척하지 않아 염분이 남아있는 상태의 발열량을 측정하였을 때, 4,500cal/g~5,500cal/g의 수치가 측정되었고, 탄화물을 세척하여 염분이 거의 제거된 상태의 발열량을 측정하였을 때, 5,500cal/g~7,000cal/g의 수치가 측정되었다.
이때, 400℃ 환경에서 탄화물을 세척하지 않아 염분이 남아있는 상태의 발열량과 탄화물을 세척하여 염분이 거의 제거된 상태의 발열량 차이가 가장 크게 발생하였음을 알 수 있다.
저온탄화 방식으로 400℃ 환경에서 가열된 음식물 쓰레기는 탄화물로서 세척수로 냉각될 때 단위 부피당 에너지 밀도가 높아짐에 따라 체적당 발열량이 향상되어 발열량에 비례 관계가 있는 탄소비율이 높게 존재하게 된다.
이와 같은 구성을 통해 음식물 쓰레기는 저온탄화 및 염분 세척 과정을 통해 염분이 제거된 높은 발열량을 가지는 탄화물로 생성되고, 이러한 탄화물은 연료로서 사용할 수 있게 된다. 즉, 세척부(400)는 400℃ 환경에서 탄화된 탄화물에 세척수를 살포하면 염분이 가장 많이 제거되고, 발열량이 가장 높은 상태의 탄화물로 전환시킬 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 염분함유 음식물 쓰레기 처리장치의 세척수 오염도 감소율을 개략적으로 도시한 도면으로, 도 4를 참조하면, 음식물 쓰레기를 탄화하는 탄화 온도가 증가할수록 COD(Chemical Oxygen Demand: 화학적 산소요구량), TN(Total Nitrogen: 총 질소), 및 TP(Total Phosphrus: 총 인)의 수치가 점점 감소하는 것을 확인할 수 있으며, 즉, 탄화 온도가 높을수록 탄화물을 세척한 세척수(즉, 배출수) 내에 포함된 오염물질이 감소됨을 알 수 있다.
이에 따라 음식물 쓰레기를 저온탄화(예를 들어, 400℃에서의 탄화)하여 생성한 탄화물을 세척하는 세척수의 오염도가 낮기 때문에 용존성 오염물질의 포함량이 적으며, 일부 부유성 물질은 이하에서 설명할 탄화물찌꺼기 수거부(500)를 통해 제거할 수 있으므로, 오염도가 낮은 사용된 세척수를 외부(예를 들어, 하수도)에 배출하여도 환경오염에 크게 영향을 주지 않는 효과가 있다.
한편, 본 발명에 따른 염분함유 음식물 쓰레기 처리장치는 세척부(400)를 통해 살포된 세척수로 인해 탄화물로부터 분리되는 탄화물 찌꺼기를 수거하기 위한 탄화물찌꺼기 수거부(500) 및 탄화물찌꺼기 수거부(500)를 통해 수거된 탄화물 찌꺼기를 취합하는 재활용부(600)를 더 포함할 수 있다.
탄화물찌꺼기 수거부(500)는 그물망과 같은 매쉬 부재를 통해 탄화물로부터 분리되는 탄화물 찌꺼기를 필터링하여 수거할 수 있으며, 일 실시예로, 일정 시간마다 매쉬 부재에 진동을 가하여 탄화물 찌꺼기에 흡착된 세척수를 분리시킬 수 있다.
재활용부(600)는 탄화물 찌꺼기를 취합하여 재활용 연료 또는 흡착성 여재를 생성할 수 있다. 재활용부(600)에서 생성되는 재활용 연료는 특정 물질의 연소를 위해 사용될 수 있고, 흡착성 여재는 탄화물을 세척한 후 배출되는 배출수에 포함된 오염물질을 흡착하는데 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 염분함유 음식물 쓰레기 처리장치는 탄화물의 발열량을 더욱 높이기 위한 압축부(700)를 더 포함할 수 있다.
압축부(700)는 세척부(400)에서 세척된 탄화물을 압축하여 탄화물의 밀도를 높여줄 수 있으며, 탄화물의 단위 체적당 연소시간을 늘릴 수 있다. 일 실시예에서, 압축부(700)는 보다 안정적인 압축 성형을 위해 탄화물을 분쇄하고 접착제를 혼합하여 압축 건조시킬 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 염분함유 음식물 쓰레기 처리방법의 동작 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 염분함유 음식물 쓰레기 처리방법은 음식물 쓰레기를 취합하는 유기물 취합단계(S100A); 취합된 유기물에 예정된 온도를 가하여 수분 및 휘발성물질을 제거하는 유기물 탄화단계(S200A); 및 유기물 탄화 단계를 통해 생성된 탄화물을 세척수로 세척하여 염분을 제거하는 탄화물 세척단계(S300A)를 포함한다.
S100A 단계는 음식물 쓰레기를 취합부(100)에 취합하는 단계이다.
S200A 단계는 S100A 단계를 통해 취합된 음식물 쓰레기(이하, '유기물'이라 칭함)에 열을 가하여 탄화하는 단계이다. 이때 300℃~600℃의 온도로 유기물을 저온탄화시키며, 저온탄화가 완료된 경우 유기물의 양은 최초 음식물 쓰레기 대비 1/10 정도로 줄어들 수 있다.
S300A 단계는 세척수를 이용하여 탄화물을 세척하는 단계이다. S300A 단계를 통해 탄화물은 고형물과 탄화물 찌꺼기로 분리된다. 여기서, 고형물은 세척수에 의하여 세척이 완료된 탄화물을 의미하며, 탄화물 찌꺼기는 세척수가 살포됨에 따라 세척수와 함께 탄화물에서 떨어져 나와 배출되는 것을 의미한다.
본 발명의 실시예에 따른 염분함유 음식물 쓰레기 처리방법은 세척하고자 하는 대상의 양이 최소화되는 단계인 S200A 단계 이후 세척수를 사용하여 세척하는 S300A 단계를 수행함으로써 양이 최소화된 탄화물을 세척하기 때문에 사용되는 세척수의 양을 절감할 수 있다.
한편, S300A 단계는 저온탄화되어 가열된 상태의 탄화물을 세척함으로써 적은 양의 세척수로 염분의 농도를 감소시킬 수 있고, 세척수로 고형물의 단위 부피당 에너지 밀도를 높여 발열량을 보다 높게 유지되도록 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 염분함유 음식물 쓰레기 처리방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
다른 실시예는 도 5의 실시예와 비교하여 유기물 탄화단계(S300B)를 수행하기 전 유기물에 포함된 이물질의 분리제거와 유기물의 함수율을 일정하게 조절하는 등의 작업을 수행하기 위한 탄화 전처리단계(S200B); 탄화물 세척단계(S400B)에서 발생되는 탄화물찌꺼기를 수거하여 재활용연료를 생성하는 연료 생성단계(S600B)가 더 포함되었다.
도 6을 참조하면, S100B 단계는 음식물 쓰레기를 취합부(100)에 취합하는 단계이다.
S200B 단계는 80% 전후의 함수율을 가지는 음식물 쓰레기와 같은 유기 폐기물에 포함된 불필요한 비닐류, 금속류 등의 협잡물을 선별 또는 파쇄하거나, 선별된 유기물의 입자를 일정크기 이하로 분쇄하는 작업 및 탈수·건조처리를 수행하는 단계이다. 따라서, S200B 단계를 거친 유기물은 이후 탄화작업 시간을 줄일 수 있고, 별도의 조작 없이 일정한 조건 속에서 신속한 작업을 수행할 수 있다.
S300B 단계는 S200B 단계를 통해 전처리된 음식물 쓰레기(이하, '유기물'이라 칭함)에 열을 가하여 탄화하는 단계이다.
한편, S300B 단계에서 발생하는 유해가스 내에서 잔재하는 오염성분을 제거하여 외부로 배출하는 가스배출단계(미도시)를 더 포함할 수 있음은 물론이다.
S400B 단계는 세척수를 이용하여 탄화물을 세척하는 단계이다. S400B 단계를 통해 탄화물은 고형물과 탄화물 찌꺼기로 분리된다. 여기서, 고형물은 세척수에 의하여 세척이 완료된 탄화물을 의미하며, 탄화물찌꺼기는 세척수가 살포됨에 따라 세척수와 함께 탄화물에서 떨어져 나와 배출된 것을 의미한다.
본 발명의 실시예에 따른 염분함유 음식물 쓰레기 처리방법은 세척하고자 하는 대상의 양이 최소화되는 단계인 탄화가 완료되는 S300B 단계 이후 세척수를 사용하여 세척하는 S400B 단계를 수행함으로써 사용되는 세척수의 양을 최소화하여 염분을 제거하는 것이 가능하다.
또한, S400B 단계는 S300B 단계 후 유해성분이 탄화된 가열된 상태의 고형물을 세척함으로써 적은 양의 세척수로 단위 부피당 에너지 밀도를 높임으로써 발열량을 높은 상태로 유지시킬 수 있다.
S500B 단계는 S400B 단계를 통해 배출되는 세척수와 탄화물 찌꺼기가 혼합되어 하수에 방류되는 배출수에 포함된 오염물질을 정화하는 단계이다. 저온탄화 과정이 진행되는 300℃~600℃에서는 용존성 흡착가스를 포함한 유해성분이 모두 탄화되어 잔재하지 않게 되기 때문에 일부 부유성 물질이 함께 혼합되어 있는 탄화물 찌꺼기를 통과하여 여과되는 방식으로 세척수를 정화하게 된다. 용존성 오염물질이 발생하는 경우 탄화물 찌꺼기의 흡착특성을 통하여 오염물질을 흡착 제거하는 것이 가능하다.
결과적으로 S500B 단계를 통해 염분 및 오염물질이 제거된 배출수가 방류될 수 있다.
S600B 단계는 S400B 단계에서 발생되는 탄화물찌꺼기를 수거하여 재활용 연료를 생성하는 단계이다. S600B 단계를 통해 생성된 연료는 연소되면서 유해가스가 거의 발생하지 않아 친환경적인 청정에너지로 활용될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 염분함유 음식물 쓰레기 처리방법을 통하여 유기물을 S300B 단계에서 300℃~600℃의 저온탄화과정을 거쳐서 S400B 단계를 통해 5,500cal/g~7,000cal/g의 발열량을 가지는 염분 함유량 1% 내외의 고형물로 생산하는 것이 가능하다.
한편, S400B 단계가 완료된 고형물을 S500B 단계에 투입하여 흡착성 여재로 재활용하는 단계(미도시)를 더 포함하여 미처 정화되지 못한 배출수의 재정화를 도모할 수 있음은 물론이다.
본 발명의 실시 예에 따른 염분함유 음식물 쓰레기 처리장치 및 처리방법은 음식물 쓰레기를 저온탄화한 후 세척하는 일련의 작업을 통하여 적은 양의 세척수를 통해 음식물 쓰레기에 포함된 염분 및 유해가스를 효과적으로 감소시킬 수 있고, 생성된 탄화물은 열량이 높은 연료 및 기타의 용도로 재활용 가능하게 할 수 있다.
본 명세서에는 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것이 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 취합부
200: 탄화부
300: 건조부
400: 세척부
500: 탄화물찌꺼기 수거부
600: 재활용부
700: 압축부

Claims (11)

  1. 음식물 쓰레기를 취합하는 취합부;
    상기 취합부를 통해 취합된 상기 음식물 쓰레기를 기설정된 온도로 열분해하여 탄화물을 생성하는 탄화부; 및
    상기 탄화물의 염분을 제거하고 발열량을 증가시키기 위하여 세척수를 살포하는 세척부를 포함하는
    염분함유 음식물 쓰레기 처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄화부로 이송되기 전의 상기 음식물 쓰레기에 포함된 함수율을 일정하게 조절하기 위한 건조공정을 수행하는 건조부를 더 포함하는
    염분함유 음식물 쓰레기 처리장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 세척부를 통해 살포된 상기 세척수로 인해 상기 탄화물로부터 분리되는 탄화물 찌꺼기를 수거하기 위한 탄화물찌꺼기 수거부를 더 포함하는
    염분함유 음식물 쓰레기 처리장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 탄화물찌꺼기 수거부를 통해 수거된 상기 탄화물 찌꺼기를 취합하여 재활용 연료 또는 흡착성 여재를 생성하는 재활용부를 더 포함하는
    염분함유 음식물 쓰레기 처리장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 탄화물을 300℃~600℃로 저온탄화시키는
    염분함유 음식물 쓰레기 처리장치.
  6. 음식물 쓰레기를 취합하는 유기물 취합단계;
    상기 취합된 유기물에 예정된 온도를 가하여 수분 및 휘발성물질을 제거하는 유기물 탄화단계;
    상기 유기물 탄화 단계를 통해 생성된 탄화물을 세척수로 세척하여 염분을 제거하는 탄화물 세척단계; 및
    상기 탄화물 세척단계를 통해 상기 탄화물에서 분리된 탄화물 찌꺼기로 함께 배출된 배출수에 포함되는 오염물질을 흡착 및 여과시키는 배출수 정화단계를 포함하는
    염분함유 음식물 쓰레기 처리방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유기물 탄화단계를 수행하기 전에 상기 유기물에 포함된 이물질의 분리제거와 상기 유기물의 함수율을 일정하게 조절하기 위한 탄화 전처리단계를 더 포함하는
    염분함유 음식물 쓰레기 처리방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 유기물 탄화단계에서 발생하는 유해가스 내에서 오염성분을 제거하고 외부로 배출하는 가스배출단계를 더 포함하는
    염분함유 음식물 쓰레기 처리방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 탄화물 세척단계에서 발생되는 탄화물찌꺼기를 수거하여 재활용연료를 생성하는 연료 생성단계를 더 포함하는
    염분함유 음식물 쓰레기 처리방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 탄화물 세척단계가 완료된 상기 탄화물을 상기 배출수 정화단계에 투입하여 흡착성 여재로 재활용하는 단계를 더 포함하는
    염분함유 음식물 쓰레기 처리방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 유기물을 상기 유기물 탄화단계에서 300℃~600℃의 저온탄화과정을 거쳐서 상기 탄화물 세척단계를 통해 5,500cal/g~7,000cal/g의 발열량을 가지는 염분 함유량 1% 내외의 탄화물로 제조하기 위한
    염분함유 음식물 쓰레기 처리방법.
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