KR20180085178A - 살균, 탈취 기능이 있는 나노 아연 탄소 과망간산칼륨 용액의 제조방법과 그를 이용한 음식물쓰레기 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음식물쓰레기를 완벽하게 처리하는 방법에 관한 것이다.
전기분해로 살균, 탈취 기능이 있는 나노 아연 탄소 과망간산칼륨 용액을 제조한 후에, 집수조에서 음식물쓰레기와 침출수를 분리시킨 다음 혼합공정으로 이관시켜 나노 아연 탄소 과망간산칼륨 용액으로 완벽하게 살균탈취시킨 다음 분쇄공정으로 이관시켜 음식물쓰레기와 폐비닐을 일정한 비율로 혼합하여 일정규격으로 분쇄한 다음 스크류 형태의 혼합공정기기에서 상기 분쇄된 음식물쓰레기 조성물과 연탄분말을 일정한량을 혼합하여 연탄압출공정으로 이관시켜 19공탄 연탄을 압출하고 또한 음식물쓰레기 침출수를 연탄분말에 소량 혼합하여 연탄제조공정에 따라 연탄을 압출하여 음식물쓰레기를 완벽하게 처리하는 살균, 탈취 기능이 있는 나노 아연 탄소 과망간산칼륨 용액의 제조방법과 그를 이용한 음식물쓰레기 처리방법에 관한 것이다.

Description

살균, 탈취 기능이 있는 나노 아연 탄소 과망간산칼륨 용액의 제조방법과 그를 이용한 음식물쓰레기 처리방법{Manufacturing method of nano zinc carbon potassium permanganate solution having sterilization and deodorization function and method of treating food waste using the same}

본 발명은 전기분해로 나노 아연 탄소 과망간산칼륨용액을 제조하고, 그를 이용하여 음식물쓰레기를 살균 탈취 시킨 다음, 집수조에서 음식물쓰레기와 침출수를 분리시킨 후, 혼합공정 분쇄공정에서 음식물쓰레기와 폐비닐과 일정비율로 분쇄한 다음, 연탄분말과 일정비율로 압출혼합하여 대체연료를 제조하고, 음식물쓰레기침출수를 연탄분말에 혼합하여 압출하여 살균, 탈취 기능이 있는 나노 아연 탄소 과망간산칼륨 용액의 제조방법과 그를 이용한 음식물쓰레기 처리방법에 관한 것이다.

현재 음식물쓰레기가 증가함에 따라 각 지역 지방자치마다 큰 문제로 대두되고 있다. 음식물쓰레기는 악취가 심하고 침출수는 생분해도 잘 되지 않아 기존의 처리 방법으로는 처리가 불가능하기 때문에 대부분 위탁처리하고 위탁처리 하는 경우에도 해양투기나 하수종말장을 이용하고 처리하고 있으나 최근에는 해양투기를 완전 봉쇄하고 있어 그 처리문제가 심각한 상태에 있다.

음식물쓰레기를 처리하기 위한 일반적인 기술은 음식물쓰레기를 집수조에서 침출수를 분리시켜 고형분을 고열에 건조시켜 분쇄하여 가축사료를 제조하는데 사용하거나 미생물로 발효시켜 퇴비를 생산하여 음식물쓰레기를 자원화하여 처리하는 방법이 주종을 이루고 있다. 그러나 이와같은 방법 역시 음식물쓰레기를 사료로 개발할 때 많은 에너지가 들어가고 고가의 시설 장치를 요구하고 있어 경제적 문제가 야기되고 사료로 질이 떨어져 축산인들이 기피하고 있다. 퇴비 역시 염분 들을 처리하는 기술이 개발되지 않아 염분이 토양을 오염시키고 미생물로 발효시킬 경우 넓은 작업공간과 처리시간이 길다는 점에서 사업화하는데 많은 과제가필요한 실정이다.

국내등록특허공보 등록번호 제1007635160000(2007.09.27.)호에는 음식물 쓰레기를 수집하여 파쇄하고 탈수한 다음 섬유슬러지와 흙 탈취제 발화제를 첨가하여 압출하고 짧은 관체로 성형한 후 건조시켜서 연탄형태의 고체연료를 제조하는 음식물 쓰레기를 이용한 연료 제조장치가 공개되어 있고,

국내등록특허공보 등록번호 제1013192830000 (2013.10.11.)호에는 단일 공정으로 혼합조에서 균일 혼합하여 제조되며 폐기물의 악취 제거 및 수분 감소를 위해 석탄회 또는 석탄 분말 중 어느 하나 이상을 혼합하는 것 외에 추가의 기기나 별도의 공정이 필요하지 않기 때문에 간편하고 효율적이며, 건조하는 데 드는 시간 및 비용을 절약할 수 있는 폐기물에 석탄회 또는 석탄 분말 중 어느 하나 이상을 혼합하여 제조하는 고형연료 및 그 제조 방법이 기재되어 있으며,

국내등록특허공보 등록번호 제1006658100000(2006.12.30.)호에는 음식폐기물(음식쓰레기)을 수거하여 연소시킬 수 없는 물질을 선별 분리하고 선별된 음식폐기물을 5mm 크기로 분쇄한 다음 분쇄된 음식폐기물재료에 탈취흡수재인 플라이애쉬(Fly ash)를 일정량 혼합하여 강제 건조시키고 이에 분탄을 일정비율 혼합하면서 5mm 크기로 분쇄하여 건조시키는 공정으로 제조되는 각종 음식 폐기물(음식쓰레기)을 수거하여 그것으로 건분연료를 제조하는 방법이 공개되어 있고,

국내등록특허공보 등록번호 제1004179830000 (2004.01.28.)호에는 음식물쓰레기를 저장·파쇄·탈수·선별할 수 있는 일체식 시설에서 전처리하는 공정; 전처리 공정에서 인출된 물질을 균질하게 파쇄하는 공정; 파쇄된 물질을 응집탈수하는 공정; 음식물쓰레기 탈수물질과 석탄분말 및 화학첨가제를 혼합하여 1차 압출성형하는 공정; 압출성형된 물질을 1차 건조한 후 2차 압출성형하는 공정; 최종 압출성형된 물질을 2차 건조하는 공정; 및 건조된 최종 제품의 성형성과 발수성을 높이기 위하여 고분자수지를 분사코팅하는 약품처리공정을 포함하여, 환경친화적인 음식물쓰레기 처리가 가능하고, 연료대체품으로 사용가능한 음식물쓰레기를 주원료로 이용한 고체연료의 제조방법이 기재되어 있으며,

국내등록특허공보 등록번호 제1009300550000(2009.11.24.)호에는 음식물쓰레기를 수거하여 오존수를 분무하여 냄새를 탈취하는 공정; 선별기로 선별하는 공정; 탈취처리된 음식물쓰레기를 건조기에 투입하여 수분함수량이 10％이하가 되도록 180∼200℃의 온도로 30분간 1차 건조시키는 공정; 건조된 음식물쓰레기를 파쇄기를 통해 5mm 이내로 파쇄하는 공정; 건조된 물질은 다시 2mm이하로 미세하게 파쇄하는 공정; 혼합기내에서 음식물쓰레기 파쇄물과 황토, 돌로마이트, 코크스, 석화분말, 피트, 송진, 부식산, 점결제를 47∼60 : 10∼15 : 4∼6 : 15 : 2∼3 : 5∼8 : 0.5 : 0.5 : 3∼5의 비율로 혼합하는 공정; 혼합된 혼합물을 펠렛압출기에 투입하여 압출성형하는 공정; 압출성형된 제품을 건조로에서 약 50∼60℃의 간접 열로 2차 건조하는 공정으로 고체연료를 제조하는 음식물쓰레기를 이용한 고체연료 제조방법이 공개되어 있음을 알 수 있다.

1. 국내등록특허공보 등록번호 제1007635160000(2007.09.27.)호 2. 국내등록특허공보 등록번호 제1013192830000 (2013.10.11.)호 3. 국내등록특허공보 등록번호 제1006658100000(2006.12.30.)호 4. 국내등록특허공보 등록번호 제1004179830000 (2004.01.28.)호 5. 국내등록특허공보 등록번호 제1009300550000(2009.11.24.)호

상기 상술한 문제를 해경하고자 본 발명의 과제는 음식물쓰레기를 완벽하게 항균, 탈취하고 기존시설을 간단하게 이용하여 환경공해를 야기시키지 않는 음식물쓰레기를 재활용하면서 음식물 쓰레기를 완벽하게 처리하기 위해 음식물쓰레기를 석탄과 혼합하여 양질의 고형연료 제조원료로 사용하여 음식물쓰레기를 완벽하게 처리하고자 함이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은

1공정으로 전기분해기기의 +극과 극을 각각 두 가닥으로 연결시킨 다음, +극 한 가닥은 일정규격의 탄소봉을 연결시키고 또다른 한 가닥의 +극엔 일정규격 아연봉을 연결시킨 후에, 다른 극 한 가닥엔 일정규격 아연봉을 연결시키고 또 다른 극 한 가닥엔 일정규격 탄소봉을 연결시킨 다음, 전해조엔 살균탈취력이 우수한 과망간산칼륨을 물에 용해시킨 과망간산칼륨용액을 일정한 량을 넣고,

전기분해하면 + -극의 아연봉과 탄소봉을 완전히 용해시켜 나노탄소아연 과망간산칼륨 강력한 살균 탈취 기능이 있는 새로운 탈취 제조하고,

2공정으로 음식물쓰레기 집수조에서 음식물쓰레기에 함유된 물기를 집수조에서 음식물쓰레기와 침출수를 분리시켜 여과시키고,

3공정으로 상기 음식물쓰레기를 분리된 음식물쓰레기 찌꺼기를 1공정에서 제조된 새로운 살균 및 탈취제를 일정한 량을 혼합하여 음식물쓰레기 찌꺼기를 살균 및 탈취하고,

4공정으로 상기와 같이 살균 및 탈취한 음식물쓰레기 찌꺼기를 페비닐의 중량비율100:30으로 혼합하여 분쇄공정으로 이관시켜 음식물쓰레기 찌꺼기를 분쇄하고,

제4공정으로 3공정에서 분쇄된 음식물쓰레기 찌꺼기 200 ~ 300g과 연탄분말 1000g을 혼합하여 연탄공정 제조에 따라 19공탄을 제조한 다음,

제5공정으로 상기 2공정에서 여과된 음식물쓰레기 침출수를 1공정에서 제조된 살균광 및 탈취제를 일정량을 혼합하여 침출수를 살균 및 탈취한 후에,

제6공정

제5공정음식물쓰레기 침출수 50g과 연탄 분말 1000g을 혼합하여 19공탄을 제조하는 음식물쓰레기 처리방법을 제공하는 것이 본 발명이 해결하고자 하는 수단인 것이다.

본 발명은 기존시설을 이용하여 음식물쓰레기를 환경공해를 야기시키지 않고 완벽하게 처리하면서 자원으로 활용하고 음식물쓰레기를 간단하게 19공탄 고형연료로 제조하면서 음식물쓰레기를 처리 단가를 낮추고 완벽하게 음식물쓰레기를 처리하는 방법인 것이다.

도1 본 발명의 음식물쓰레기 처리 흐름도

본 발명은 전기분해로 살균, 탈취 기능이 있는 나노 아연 탄소 과망간산칼륨 용액을 제조한 후에, 집수조에서 음식물쓰레기와 침출수를 분리시킨 다음 혼합공정으로 이관시켜 나노 아연 탄소 과망간산칼륨 용액으로 완벽하게 살균탈취시킨 다음 분쇄공정으로 이관시켜 음식물쓰레기와 폐비닐을 일정한 비율로 혼합하여 일정규격으로 분쇄한 다음 스크류 형태의 혼합공정기기에서 상기 분쇄된 음식물쓰레기 조성물과 연탄분말을 일정한량을 혼합하여 연탄압출공정으로 이관시켜 19공탄 연탄을 압출하고 또한 음식물쓰레기 침출수를 연탄분말에 소량 혼합하여 연탄제조공정에 따라 연탄을 압출하여 음식물쓰레기를 완벽하게 처리하는 살균, 탈취 기능이 있는 나노 아연 탄소 과망간산칼륨 용액의 제조방법과 그를 이용한 음식물쓰레기 처리방법에 관한 것이다.

본 발명의 공정별 기술 요지를 설명하면 다음과 같다.

<1공정>

전기분해방법에 있어서, 현재 항균 또는 살균 금속으로 은, 구리, 아연을 제일 높이 평가하고 있으나 아연과 구리는 인체에 유전변이를 일으키므로 그 사용을 금지하고 있다. 그러나 산화아연은 예외로 옛날부터 땀띠약으로 사용하고 있다.

현재 은(Ag)을 항균금속으로 높이 평가하고 있으나 가격이 고가인 것이 단점으로 지목되어있다. 아연 역시 살균 및 탈취기능은 은(Ag) 못지않게 우수하나 아연 자체로는 그 사용이 금지되고 있다. 본 발명에서 아연봉을 사용한 것은 금속인 아연이 전기분해공정에서 전기분해하면 산화가 이루어져서 산화아연 형태로 되므로 아연봉을 사용하였고

특히 전해질로 강력한 산화제로 사용된 과망간산칼륨 역시 산화력이 우수할 뿐 아니라 살균 탈취력이 있어 사용하였고, 아연이 과망간산칼륨과 용해될 경우 강력한 살균 및 탈취기능을 높일 수 있기 때문에 사용하였다.

현재 항균금속인 아연과 은에 접촉되어 6분간 살아남는 균이 없다고 보고되고 있다.

음식물쓰레기장에 온도가 상승하면 방독면을 착용하지 않으면 접근이 불가능하다. 음식물쓰레기냄새는 세균성냄새로 세균을 살균시키면 냄새가 순간 탈취된다.

그러나 현재까지 음식물쓰레기처리장에서 기존 살균제나 제4급암모늄계열의 살균제로 순간 살균제로 순간탈취가 가능하나 사용 후 몇 분 지나지 않으면 세균이 증식하면서 탈취가 나는 것이 기존 살균 및 탈취제의 기술이다.

현재 살균탈취제로 은나노 살균제가 그 탈취기능이 우수하나 가격이 고가인 것이 문제가 되고 있다.

상기와 같이 본 발명에서 제조된 나노아연 탄소 과망간산칼륨 살균탈취제는 음식물쓰레기에 침적 되는 순간 강력한 살균이 이루어지면서 나노아연은 약 5나노로 입자화되어 분산력과 침투성 및 이온성이 우수하여 음식물쓰레기에 접촉되는 순간 음식물쓰레기 깊숙이 파고 들어가면서 음식물 내부와 표면에 이온형태로 코팅되어 반영구적으로 탈취가 이루어지는 기능을 가지고 있다.

또한 나노탄소 역시 5나노로 입자화 되어 + -이온 즉 양자성을 가지고 있고 흡착력이 우수하고 살균탈취 기능이 있어 병행해서 나노아연탄소조성물을 과망간산칼륨에 용해시켜 그 기능 효과를 극대화한 것이 특징이다.

통상 나노은이온수 1kg은 은분말1000kg 보다 표면적이 넓고 살균 등 그 기능효과가 수 천배 높은 것이 통상 항균금속을 나노로 입자화된 기술이나 특성은 각종 논문이나 실험으로 발표되고 있음을 알 수 있다.

상기 나노아연탄소 과망간산칼륨 용액 1kg으로 음식물쓰레기 1000kg에 혼합하여 완전 살균, 탈취기능이 있고 경제적인 효과가 우수한 것이 입증되고 있다.

<2공정>

음식물쓰레기를 집수조에 모아 2시간~3시간 경과하면 음식물쓰레기에 함유된 물기가 여과장치로 빠져 침출수로 자연히 분리되게 하였다.

<3공정>

상기 2공정에서 분리된 음식물쓰레기 1000kg와 상기 1공정에서 제조된 나노 아연 탄소 과망간산칼륨 용액 1kg을 혼합하여 살균 및 탈취시켰다.

<4공정>

음식물쓰레기를 2공정 분쇄기를 사용한 것은 음식물쓰레기는 80%이상 탄소화합물로 되어있어 열량은 약 3000칼로리로 연료로서 부족하므로 음식물쓰레기를 버릴 때 폐비닐이 많이 발생하므로 상기 폐비닐과 재활용이 불가능한 폐비닐처리 등 문제를 해결하기 위해 상기 음식물쓰레기 1000kg 과 폐비닐200~300kg을 혼합하여 2공정 분쇄기로 분쇄하는 것이 바람직하다.

<5공정>

분쇄된 음식물쓰레기와 폐비닐 혼합물을 연탄분말1000kg 일 경우 200kg을 혼합함에 있어서 혼합기는 스크류형태의 혼합기가 바람직하다.

연탄제조공정의 압출공정에서 기존 19공탄 제조공법에 의해 압출하여 제조하는 것이 바람직하다.

<6공정>

따로 모아둔 음식물쓰레기 침출수는 기존 연탄제조 시 물을 뿌려 연탄을 제조하는 방법을 응용하여, 본 발명에서는 물대신에 연탄분말1000kg에 음식물쓰레기 침출수 50kg을 혼합하여 기존 19공탄 성형압출공정에 따라 연탄을 제조하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

실시예

제1공정

+극을 두 가닥으로 연결시켜 +극 한 가닥엔 직경 1cm 길이 20cm 탄소봉을 연결시키고 다른 +극 한 가닥엔 직경 1cm 길이 20cm 아연봉을 연결시킨 다음 극 역시 두 갈래로 연결시켜 극 한 가닥엔 직경 1cm 길이 20cm 탄소봉을 시키고 또 다른 극에 직경 1cm 길이 20cm 아연봉을 연결시키되, +극과 극의 간격을 10cm로 하여, 과망간산칼륨 100g, 물 1000g 비율로 용해한 과망간산칼륨 용액을 전해조에 100kg을 넣고 볼트 13암페아로 전기분해 하여, 탄소봉과 아연봉을 완전히 용해시켜 살균, 탈취 기능이 있는 나노 아연 탄소 과망간산칼륨 용액을 제조한 다음,

제 2공정

음식물쓰레기 집수조에서 음식물쓰레기에 함유된 물기를 여과시켜, 음식물쓰레기와 침출수를 분리시킨 후에

제 3공정

상기 2공정에서 분리된 음식물쓰레기 1000kg와 상기 1공정에서 제조된 나노 아연 탄소 과망간산칼륨 용액 1kg을 혼합하여 살균 및 탈취시킨 다음,

제 4공정

살균 및 탈취한 음식물쓰레기 1000kg 과 폐비닐 200~300kg을 혼합하여 분쇄공정으로 이관시켜 음식물쓰레기와 비닐 혼합물을 분쇄하고,

제 5공정

분쇄된 음식물쓰레기와 비닐혼합물 200 ~ 300g과 연탄분말 1000g을 혼합하여 연탄공정 제조에 따라 19공탄을 제조한 다음,

제 6공정

상기 제2공정에서 분리된 음식물쓰레기 침출수 50g과 연탄 분말 1000g을 혼합하여 19공탄을 제조하여 음식물쓰레기를 처리하였다.

<실험결과>

상기 실시예 1의 1공정에서 제조한 살균, 탈취 기능이 있는 나노 아연 탄소 과망간산칼륨 용액을 합판 10cm x 10cm에 약 0.3mm 도포하여 탈취 시험한 결과 다음 표1과 같은 결과를 얻었다.

2개의 2ℓ의 밀폐된 삼각 프라스크 용기 안에 시험하고자 하는 10×10㎠ 크기의 상기 살균, 탈취 기능이 있는 나노 아연 탄소 과망간산칼륨 용액을 코팅한 여과지시편 1장과 4㎍의 암모니아와, 1㎍의 포름알데히드를 각각 투여한 다음, 60분 경과 후의 잔류 암모니아 및 포름알데히드의 농도를 분석하여 탈취율을 산출하였으며, 얻어진 결과를 하기 표1에 나타내었다.

탈취율(%) = (Cb - Cs)/ Cb ×100

(Cb : 시험편을 넣지 않은 시험용기의 각 시간 경과후 남아 있는 시험가스의 농도, Cs : 시험편을 넣은 시험용기의 각 시간 경과후 남아 있는 시험가스의 농도)

시험방법 : KICM-FIR-1085

가스명 : 암모니아

가스농도측정기기: FT-IR

비고	경과시간(분)	Blank농도(ppm)	시료농도(ppm)	탈취율(%)
탈취시험	30	470	105	76.66
	60	427	50	89.31
	90	380	35	90.18
	120	325	16	95.08

실험결과 실시예1의 1공정에서 제조된 살균, 탈취 기능이 있는 나노 아연 탄소 과망간산칼륨 용액은 전반적으로 탈취효과가 우수함을 알 수 있었다.

실험예2

상기 실시예 제5공정에 의해 제조된 연탄과 기존 연탄을 비교하여 발열량을 실험하였다.

시 료	실시예 제5공정에서 제조된 연탄	일반 연탄	비 고
발 열 량	5,150 kcal/kg	4,990 kcal/kg

시험항목 ; 발열량

시험기기 : Parr 1241 Calorimeter

Claims (2)

1. 살균, 탈취 기능이 있는 나노 아연 탄소 과망간산칼륨 용액의 제조방법에 있어서
   +극을 두 가닥으로 연결시켜 +극 한 가닥엔 직경 1cm 길이 20cm 탄소봉을 연결시키고 다른 +극 한 가닥엔 직경 1cm 길이 20cm 아연봉을 연결시킨 다음 극 역시 두 갈래로 연결시켜 극 한 가닥엔 직경 1cm 길이 20cm 탄소봉을 시키고 또 다른 극에 직경 1cm 길이 20cm 아연봉을 연결시키되, +극과 극의 간격을 10cm로 하여, 과망간산칼륨 100g, 물 1000g 비율로 용해한 과망간산칼륨 용액을 전해조에 100kg을 넣고 볼트 13암페아로 전기분해 하여, 탄소봉과 아연봉을 완전히 용해시켜 제조함을 특징으로 하는 살균, 탈취 기능이 있는 나노 아연 탄소 과망간산칼륨 용액의 제조방법.
   
2. 음식물쓰레기 처리방법에 있어서,
   제1공정
   +극을 두 가닥으로 연결시켜 +극 한 가닥엔 직경 1cm 길이 20cm 탄소봉을 연결시키고 다른 +극 한 가닥엔 직경 1cm 길이 20cm 아연봉을 연결시킨 다음 극 역시 두 갈래로 연결시켜 극 한 가닥엔 직경 1cm 길이 20cm 탄소봉을 시키고 또 다른 극에 직경 1cm 길이 20cm 아연봉을 연결시키되, +극과 극의 간격을 10cm로 하여, 과망간산칼륨 100g, 물 1000g 비율로 용해한 과망간산칼륨 용액을 전해조에 100kg을 넣고 볼트 13암페아로 전기분해 하여, 탄소봉과 아연봉을 완전히 용해시켜 살균, 탈취 기능이 있는 나노 아연 탄소 과망간산칼륨 용액을 제조한 다음,
   
   제 2공정
   음식물쓰레기 집수조에서 음식물쓰레기에 함유된 물기를 여과시켜, 음식물쓰레기와 침출수를 분리시킨 후에
   
   제 3공정
   상기 2공정에서 분리된 음식물쓰레기 1000kg와 상기 1공정에서 제조된 나노 아연 탄소 과망간산칼륨 용액 1kg을 혼합하여 살균 및 탈취시킨 다음,
   
   제 4공정
   살균 및 탈취한 음식물쓰레기 1000kg과 폐비닐200~300kg을 혼합하여 분쇄공정으로 이관시켜 음식물쓰레기와 비닐 혼합물을 분쇄하고,
   
   제 5공정
   분쇄된 음식물쓰레기와 비닐혼합물 200 ~ 300g과 연탄분말 1000g을 혼합하여 연탄공정 제조에 따라 19공탄을 제조한 다음,
   
   제 6공정
   상기 제2공정에서 분리된 음식물쓰레기 침출수 50g과 연탄 분말 1000g을 혼합하여 19공탄을 제조하여 처리함을 특징으로 하는 음식물처리방법.

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