KR20220104344A

KR20220104344A - 음식물 폐기물을 활용한 바이오 에탄올 및 메탄 생산 건물

Info

Publication number: KR20220104344A
Application number: KR1020210006484A
Authority: KR
Inventors: 박경섭
Original assignee: 박경섭
Priority date: 2021-01-18
Filing date: 2021-01-18
Publication date: 2022-07-26

Abstract

본 발명은 음식물 폐기물 바이오 메스를 이용 에탄올 생산공정의 전처리 공정 후에 생성되는 당화공정 후에 생성되는 당을 활용하여 바이오 에탄올 전처리 하는 제조장치 및 제조공정 및 제조 방법이다.
또한 바이에 에탄올 폐기물 및 당화 공정이 불가능한 음식물 폐기물 바이오 메스를 활용하여 바이오 메탄을 제조한다.
음식물 쓰레기를 활용하여 바이오 에탄올 및 바이오 메탄을 제조할 수 있으며, 음식물 쓰레기로 인한 환경오염 및 훼손을 방지할 수 있으며, 아파트, 오피스텔, 학교 등의 대량의 음식물쓰레기를 곡물류만 분류하여 대량의 음식물 쓰레기를 처리할 수 있으면서 폐기량을 크게 줄일 수 있는 유용함을 달성할 수 있으며, 비료 및 새로운 에너지를 제조할 수 있다.

Description

음식물 폐기물을 활용한 바이오 에탄올 및 메탄 생산 건물{Bioethanol and methane production building utilizing food waste}

본 발명은 음식물 처리시설에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 음식물 쓰레기로 바이오 에탄올을 제조한다. 또한, 사료화, 비료화, 퇴비화, 에너지화하여 재활용할 수 있도록 하고, 음식물쓰레기를 수거하는 방법에 있어서 아파트 등의 건물을 건축하고 그 내에 각 가정마다 밥, 옥수수, 보리, 등의 곡물을 수거할 수 있는 배출구를 구비한다. 그 배출구의 구성은 싱크대나 화장실에 구비되어 하수처리부 중에 하수처리 중에 스위치 벨브를 설치하여 간단한 버튼 조작만으로 곡물 음식물 보관함으로 곡물 음식물 폐기물이 보관되어 전처리 되는 과정을 포함하는 건축 시설에 관한 것이다.

일반적으로 음식물쓰레기는 개개인의 식사 이후 남아서 폐기하는 밥 등의 음식 찌꺼기 등을 말한다.

이러한 음식물 폐기물은 선진국으로 갈수록 더 많아지는 추세이며 배달음식의 주문이 많아진 요즘, 여성 같은 경우 남성보다 식사의 양이 작으므로 많은 양의 밥을 버리고 있다.

음식물 쓰레기는 전체 쓰레기 발생량의 약 30% 이상을 차지하고 있는 것으로 보고되고 있으며, 쓰레기 중 처리하기 힘든 곤란한 폐기물이며 폐기하는 과정에 비용도 발생하고 환경문제 또한 야기하는 대책이 필요한 실정에 있다.

거기에 더불어 음식물 쓰레기에는 많은 벌레와 미생물이 발생하여, 악취, 다량의 폐수, 주변 오염을 처리에도 많은 비용이 발생하고 수질을 오염시키는 등의 문제점을 유발하고 있다.

특히, 음식물 쓰레기에서 발생하는 폐기물은 바이오매스의 농도가 커서 많은 벌레나 미생물의 좋은 먹이로 사용되지만, 하수도로 흘러 들어갈 경우에는 폐수처리 과정에 상당한 애로점을 드러내고 있는 실정이다.

최근 해양오염의 가증에 따른 해양오염 방지협약(MARPOL), 1996년 의정서등에 의해 해양 투기, 배출, 규제에 의해 이의 처리에 따른 어려움 및 막대한 처리비용이 소요될 것으로 예측된다.

또한, 최근에 COVID-19에 의한 방역체계 및 세균 멸균에 대한 관심이 많아지고 있어서 멸균을 위한 에탄올의 수요가 많아졌으며, 바이오 에탄올은 에너지원으로 사용할 수 있는 신재생에너지에 포함된다.

미국, 브라질, 중국, 일본 및 유럽등은 바이오 에탄올의 제조를 위해 많은 곡물을 사용하고 있으며, 환경오염 및 석유 수입의 의존도를 낮추기 위해 휘발유당 일정양의 바이오 에탄올을 섞는 것을 규정화 하고 있다.

앞으로 더 많은 양의 바이오 에탄올의 수요는 많아질 것이며, 길게 보면 바이오 에탄올로만 달리는 차가 나올 시대가 올 것이라는 전망이 많아지고 있고, 이런 전제로 바이오 에탄올의 성장세는 지속적으로 증가하고 있으며, 최근 지구 온난화에 많은 환경오염이 드러나 물고기 때죽음등의 환경파괴가 직접적으로 드러나고 있는 현실이다.

대한민국의 국제 평판 및 경제 수준은 높은 수준이나 환경 보존 및 신재생 에너지 등의 대체 에너지 개발에는 소극적인 현실에 가정 및 소규모 집합 지역에서의 바이오 에탄올 제조로 국제 정세에 발맞추어 환경보존 및 새로운 신재생 기술에 해당하는 것이라 할 수 있다.

본 발명은 상기 기술한 바와 같은 여러 가지 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로서, 폐기되기 위한 음식물 쓰레기를 싱크대, 욕실, 현관문 밖에 공동 구역 등에 곡물 음식물 폐기물 수거 장치를 설치하여 쌀 등의 곡물만 수집한다. 다른 음식 폐기물은 바이오 에탄올을 제조함에 있어서 에너지원을 제공하지 않을 뿐만 아니라 효모의 발효를 방해하여 바이오 에탄올 제조를 방해하는 것에 있어서, 효율적인 바이오 에탄올 제조를 위해서 분리 되어 보관되어야한다.

본 발명은 음식물 쓰레기의 저장소에 보관되어 있는 곡류 음식물 폐기물은 바이오 에탄올을 제조하기 위한 음식물 폐기물 바이오매스가 되는 것이고 곡류인 음식물 바이오 폐기물 메스를 수집하여 수집고에 수집된다.

상기 수집되어진 음식물 폐기물은 바이오 에탄올이 되기 위한 전처리 과정을 거치며 그 전처리 과정을 다음과 같다.

먼저, 바이오 메스 전처리 과정은 효모가 자라기 용이하게 분쇄 가열되어야 하며 이 과정은 일정 용량(예를 들어 1ton)에 이르면 음식물 폐기물은 모터를 동력으로 사용하는 스테인리스강의 회전하는 회전날이 음식 폐기물 바이오 메스를 분쇄하고 분쇄되어진 음식물 폐기물은 100℃로 일정시간(약 10분정도) 가열되어 멸균처리 된다.

상기 과정은 바이오 메스의 전처리 과정으로 전처리된 바이오 메스는 효모가 자라기 좋은 온도로 유지되어 바이오 에탄올을 제조한다.

본 발명은 음식물 폐기물의 바이오 에너지화 처리 과정으로서 처리 효율을 높이고 재활용할 수 있도록 하고 음식물 쓰레기의 폐수 처리 시 발생하는 환경오염을 감소할 수 있도록 한 음식물쓰레기의 바이오 에탄올 제조시설을 제공하는데 또 다른 목적을 가진다.

본 발명을 바람직한 실시예는 하기의 각 도면에 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 다한 상세한 설명을 생략한다.

본 발명을 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로한다.

또한, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1은 본 발명에 따른 음식물 폐기물을 활용 바이오 에탄올 생산공정의 당은 연계한 바이오 에탄올 제조 공정 운전 흐름도이다.

도 1을 참조하면, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 곡류 음식물 쓰레기의 전처리 및 바이오 에탄올 제조 시설은, 버려진 음식물 쓰레기의 분류(100)로부터 시작된다. 분류된 음식물 보관부에 곡물을 보관하여 당을 활용하여 바이오 에탄올을 제조하는 공정으로서 그 과정에는 전처리 과정이 포함된다. 음식물 쓰레기 폐기물(바이오메스)의 겉보기 밀도를 감소시키기 위한 물리적인 처리를 하기 전에 염분을 포함한 곡류는 바이오 에너지의 당화 처리 과정이 더디고 효율이 떨어지기 때문에 수분을 공급하여 염분을 제거한다. (이 과정은 물을 빠르게 공급하여 씻는 과정이기 때문에 흐름도에서 제외한다.) 상기 기술하였던, 밀도를 감소시키기 위한 물리적인 처리 과정을 진행하며 그 방법은 절단, 분쇄를 포함한다. 음식물 폐기물 바이오 메스 분쇄기는 분쇄한 고형 바이오메스 파우더를 바이오 에탄올 제조기에 공급할 수 있다. 상기 방법을 수행하는 장치는 믹서기, 회전 나이프 커터기, 밀링 스크류 형태 익스트루더 등이 있다. 분류된 음식물 쓰레기를 저장하기 위한 음식물 쓰레기 저장조; 상기 음식물쓰레기 저장조에서는 곡류 바이오 메스의 전처리 과정을 위한 분쇄 작업을 수행하기 위한 분쇄부(300); 상기 분쇄부에서 처리한 음식물 쓰레기 바이오 메스를 멸균하기 위한 가열부(400); 멸균되어진 바이오 메스에 효모를 투입하여 발효 처리 작업을 하기위한 발효처리부(700); 발효처리부의 발효 중에 다른 발효 탱크로 멸균된 바이오 메스를 이동시키기 위한 제어부(800); 상기 제어부의 제어에 의해 바이오 메스의 이동 방향을 직접 제어하는 제어 벨브부(750); 상기 음식물쓰레기 발효부에서 발효를 촉진하기 위하여 온도의 제어를 하는 온도 제어부; 상기 발효 완료된 효모처리부에서 바이오 에탄올을 증류하기 위한 증류부(1100); 증류된 바이오 에탄올을 보관하는 바이오 에탄올 보관부(1500); 상기 바이오 에탄올 보관부에서 증류한 바이오 에탄올 외 잔류 폐기물의 폐수를 하수처리장과 연계하여 방류 처리할 수 있도록 폐수 처리함과 더불어 바이오 가스화하여 재활용 가능토록 하기 위한 폐수처리 및 바이오가스화부(1400); 상기 바이오 가스화를 수행하고 나서의 폐기물을 수거하여 비료화 작업을 수행하는 에탄올 처리 후 폐기물 수거 처리부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 2를 참조하여 제작 흐름에 대해 상세히 설명하면, 상기 살균부는, 상기 분쇄부를 거친 음식물 폐기물을 살균 처리하기위한 가열부(1800); 상기 살균부의 최대 온도를 제어하기 위한 온도제어부(1850); 상기 살균부에서 살균 처리된 음식물 폐기물 바이오 메스를 제 1발효부(5400), 제2발효부(5400), 제3발효부(5400) 등으로 옮기기 위한 제어 벨브부(5200); 제어 벨브부를 컨트롤 하는 제어 컨트롤부; 상기 제어 컨트롤부의 음식 폐기물의 이동후에 바이오 에탄올 생산을 위한 발효부(2200); 상기 발효부의 발효 효율을 증가시키기 위한 온도 제어를 위한 온도 센서부(온도를 20~35℃로 유지); 음식물 폐기물의 발효 탱크에 유입 후 일정기간 동안 발효를 지속적으로 유지하는 발효부(2200); 발효부의 효율을 향상시키기 위한 모터회전부; 발효기간(10~30일)의 제어 완료에 따라 바이오 에탄올의 발생에 따라 증류를 위하여 가열시키기 위한 증류부(2300); 증류부의 온도는 에탄올의 기화 온도인 78.5℃를 유지하는 바이오 에탄올 증류부의 온도제어부(2300); 상기 에탄올 증류부에서 증류되어진 바이오 에탄올을 수집하는 에탄올 수집부(2500); 에탄올을 수집하고 음식물 쓰레기 바이오 메스에서 에탄올 수집 후, 에탄올 쓰레기 바이오 메스의 에탄올 수집 후 폐기물을 수집하는 음식물 쓰레기 바이오 메스의 에탄올 수집후에 잔존 폐기물부(2400);를 포함하도록 구성할 수 있다.

여기에서, 상기 에탄올 수집 후에 잔존 폐기물부에서 상기 에탄올 증류 후 폐기물 부는 건조시켜 비료화 할 수 있다.

도3을 참조하여 폐기물에 대해 설명하면, 상기 비료화 하는 공정에는 폐수가 생성되므로 메탄 세균을 이용하여 폐수 중의 부유물질을 가용화하고 유기물 분해를 통해 바이오 가스를 생성하기 위한 메탄 발효과정을 거치는 폐기물 처리 메탄 발효부; 폐수를 받아 원심력을 이용하여 탈수 처리함으로써 탈리액을 추출함과 동시에 폐수 중의 부유물질을 제거하기 위한 모터를 구비하여 원심운동을 하는 탈수부(2800); 상기 탈수부에 회전에 의해 탈수 처리함으로써 탈리액을 추출함과 동시에 저장하는 제1 탈리액 저장부(2900); 슬러지와 함께 탈리액은 분해되고, 남은 유기물을 혐기성 처리 및 바이오 가스를 생성하기 위한 혐기 소화조(3000); 상기 혐기 소화조를 거친 탈리액에 대해 공기의 부상력을 이용하여 잔존하는 부유물질을 제거하기 위하여 공기를 지속적으로 투입하는 공기투입부; 공기 투입부에 의한 제 2탈리액이 발생하는데 그것을 저장하는 제2탈리액 저장부; 상기 저장부에서는 미생물을 호기성 미생물을 사용하여 유기물을 제거하고, 그 중에 상등수만을 방류하는 방류부; 상기 생산되어진 메탄가스는 메탄 발효를 통해 발생하며, 상기 가스는 바이오 가스로서 가스저장탱크에 저장되며, 상기 가스저장탱크와 가스 연소기를 연결하여 보일러 또는 발전기와 연결하여 에너지자원으로 재활용할 수 있다.

상기 가스 연소기에는 탈황기를 설치하여 황 성분을 제거한다.

상기 소화조(3000)는 혐기성 폐수 처리 프로세스에 따라 상향류 혐기성 입상 슬러지 반응조 또는 외부 순환형 혐기성 소화장치 등의 기존에 사용하는 방법을 사용할 것이며, 이 과정에 의해 전력비 절감의 효과가 있어서 바람직하다.

도 5를 참조하여 자세히 설명하자면 바이오 에탄올 제조를 위한 음식물 분류를 한 모든 집합지역은 포함된다(아파트, 병원, 학원 등)

상기 바이오 에탄올 제조 시스템은 먼저 분류된 음식물 바이오 메스(5010), 바이오 메스 저장 탱크(5400), 바이오 메스 분쇄부(5100), 발효부(2200), 증류부(2300)로 구성된다.

그 과정 중에 음식물 폐기물 바이오 메스가 흘러가는 배관과 출입을 제어하는 벨브(5200, 5500, 5800)를 구비하여 유체처럼 벨브를 통해 파이프로 아래 탱크로 이송되는 것을 제어한다.

바이오 에탄올 제조 탱크는, 음식물 폐기물 처리 탱크에 보관되어진 음식물 폐기물이 일정 용량에 이르면 탱크 내부의 용량 측정 센서(도시하지 않음)에 의해 음식물 폐기물 바이오 메스를 바이오 에탄올로 전환하는 과정에 사용된다.

상기 과정에 사용되는 바이오 에탄올 제조 장치는 가열, 발효, 증류의 과정을 상기에 과제 해결 수단에서 설명한 기술 방법을 활용하며 그 제조기는 바이오 에탄올 제조 과정을 처리하는 내부회로(4200), 전원부(4300), 센서부(4100), 작동 상태표시부(4400), 전원공급부(4500)로 구성되어 바이오 에탄올을 제조하는 전자회로의 구성은 간단한 전자회로이므로 생략한다.

또한, 바이오 메탄을 제조하기 위한 원심 탈수기(6000)로 슬러지를 반출하며, 상기 탈수 처리함으로 탈리액을 추출함과 더불어 폐수 중의 부유물질을 제거하기 위한 원심 탈수기(6000); 원심 탈수기의 원형 외통(6100); 탈리액과 슬러지를 분리하기 위한 원심분리기 필터(6400); 원심분리기기 회전하기 위한 모터(6300)으로 구성되어 바이오 메탄을 생산하기 분류 과정을 수행한다.

상기 과정을 포함하는 바이오 메탄 제조 공정에 혐기 소화조(3000)는 내부 순환식 반응조(IC Reactor) 또는 상향류식 혐기성 입상층(UASB) 반응조로 구성함이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 음식물 쓰레기에서 곡물만 따로 분류하여 바이오 에탄올을 제조하여 에너지화하여 재활용할 수 있고, 음식물 쓰레기를 에탄올 증류 처리 발생 후에 발생한 남은 찌꺼기는 바이오 가스화, 사료화, 퇴비화, 비료화, 에너지화 가능하여, 음식물 쓰레기 처리시 발생하는 폐수는 바이오가스화 하여 재활용 할 수 있다.

그리고 그 과정은 건축물을 건축하는 과정에 따라 쌀, 옥수수, 감자등의 당을 제공할 수 있는 음식물 폐기물만 따로 분류하므로 음식물 처리 효율을 높여서 음식물 쓰레기량 당 바이오 알콜의 제조량이 많아 질 수 있는 유용한 효과를 달성할 수 있다.

본 발명은 음식물 쓰레기를 활용하여 바이오 에탄올을 제조할 수 있으며, 음식물 쓰레기로 인한 환경 오염 및 훼손을 방지할 수 있으며, 아파트, 오피스텔, 학교 등의 대량의 음식물쓰레기를 곡물류만 분류하여 대량의 음식물 쓰레기를 처리할 수 있으면서 폐기량을 크게 줄일 수 있는 유용함을 달성할 수 있다.

도 1은 본발명의 실시예에 따른 음식물 쓰레기의 건조화 및 처리방법에 따른 바이오 에탄올의 제조 방법을 설명하기 위해 나타낸 구성도
도 2는 본발명의 실시예에 따른 음식물 쓰레기의 바이오 에탄올과 바이오 메탄을 분리하기 위해 나타낸 구성도
도 3은 본발명의 실시예에 따른 음식물 쓰레기의 바이오 에탄올을 제조하는 공정을 나타낸 구성도
도 4는 음식물 쓰레기에서 바이오 에탄올을 제외한 바이오 메탄을 제조하는 바이오 메스를 처리하는 방법을 설명하기 위해 나타낸 구성도
도 5는 음식물 쓰레기에 포함되어 있는 바이오 매스의 바이오 에탄올 전처리 장치의 전체적인 형태를 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 음식물 폐기물을 활용한 바이오 메탄올 제조 시스템을 적용한 바이오 에탄올 제조절차 및 장비에 관한 개략도이다.
도 7은 음식물 쓰레기에 포함되어 있는 바이오 매스의 바이오 메탄 제조 장치 필터의 전체적인 형태를 나타낸 사시도이다.

본 발명에 대해 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같으며, 이와 같은 상세한 설명을 통하여 발명의 목적과 그에 따른 특징들을 보다 잘 알 수 있게 될 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 음식물쓰레기의 건조화 및 바이오 에탄올 제조 시설은 도 1에 나타낸 바와 같이, 음식물쓰레기의 분류부(100)에 의해 반입되는 음식물쓰레기를 무게를 측정하기 위한 음식물 보관부(200)와; 상기 보관부에 설치되어 있는 무게 센서부(300)와; 상기 무게 센서부(300)에서 무게를 측정하여 음식물 쓰레기가 일정 용량을 초과하면 음식물을 살균하는 음식물 멸균부(400)와; 상기 음식물 멸균부에서는 음식물을 멸균하기 위하여 온도제어부(500)와; 상기 온도 제어부에서 멸균되어진 음식물 폐기물로 바이오 에탄올을 제조하기 위한 음식물 발효 탱크부(700);와 상기 발효 탱크부에서 바이오 에탄올을 제조하기 위한 온도제어부(800)와; 상기 온도제어부에 의해 발효를 시작하기 위한 효모투입부(900)와; 상기 효모투입 후에 발효를 위한 발효부(1000)와; 상기 발효부를 지속적으로 유지하는 지속보관부(750)와; 음식물 쓰레기 바이오 메스를 바이오 에탄올로 증류하는 에탄올 증류부(1200)와; 증류 되어진 에탄올을 보관하는 증류 탱크(1100)와; 상기 증류 탱크(1100)에 보관되지 않은 바이오 에탄올 폐기물은 바이오 메탄(1400)부;를 포함하는 구성으로 이루어진다.

상기 음식물 쓰레기 분리대(100)는 음식물 보관부(200)와 연결하여 저장된 음식물 쓰레기 중에 곡류만 따로 분류하여, 음식물 보관부(200)에 보관하며, 보관된 음식물 폐기물의 용량을 측정하는 용량센서부(300)의 용량을 측정하여 일정 용량이 초과하면 온도 제어부(800)에서 100℃로 가열하여 곡류계 음식물 폐기물 바이오 메스를 멸균하고, 멸균되어진 바이오 메스는 발효를 위하여 발효하기 좋은 온도인 20 ~ 37℃로 유지하여 발효를 수행하기 위하여 효모투입부(900)로부터 효모를 투입되고 효모에 의해 발효되도록 한다.

상기 효모투입부의 효모의 종류는 야생 효모 12균주(non-Saccharomyces, P. kudriavzevii N77-4, S. cerevisiae등)의 효모를 사용하여 발효되며, 발효되어진 알콜을 포함한 바이오 에탄올을 증류하여 순수 바이오 에탄올을 추출하는 바이오 에탄올 증류부(1200)에 의해 증류 온도 78.4℃를 유지하여 바이오 에탄올을 증류하고, 증류되어진 바이오 에탄올은 증류탱크(1100)에 보관된다.

상기 바이오 에탄올 증류탱크(1100)에 보관 되어진 바이오 에탄올이 아닌 바이오 에탄올 폐기물은 바이오 에탄올 폐기물부(1400)에 의해 바이오 메탄 또는 건조화로 비료로 재생산 된다.

음식물쓰레기의 건조화 및 바이오 에탄올 제조 시설은 도 2에 나타낸 바와 같이, 먼저 음식물 폐기물의 염도 및 세척을 위한 음식물 폐기물 세척부(1600);와 세척된 음식물 폐기물을 가열하는 음식물 폐기물 가열부(1700);와 분쇄되어진 폐기물을 가열하여 멸균하는 음식물 폐기물 탈수부(1800);와 탈수된 음식물 폐기물을 분쇄하는 음식물 폐기물 분쇄부(1900);와 발효부로 이송 후 발효를 위한 수분투입부(2000)와; 발효를 위한 효모투입부(2100);와 발효를 위한 발효부(2200)와; 발효된 바이오 에탄올이 증류하기 위한 증류부(2300)와; 바이오 에탄올 증류후 남은 폐기물을 처리하는 메탄제조부(2400);를 포함하는 구성으로 이루어진다.

상기 음식물 폐기물 세척수는 일반 주택 또는 소규모 집합지역의 생활하수를 활용하여 염분 및 이물질을 제거하는 형태를 지니며 세척후에 생활하수로 버려지는 구조를 가지며 그 기능을 수행하는 음식물 폐기물 세척부(1600)에 의해 곡물계 바이오 메스는 세척되어지며, 세척되어진 음식물 폐기물은 음식물 폐기물 가열부(1700)에 의해 가열되어 멸균되고, 멸균된 곡물계 음식물 폐기물을 탈수하여 무게를 줄이는 탈수부(1800)와 탈수부에 의해 탈수 되어진 곡물계 바이오 메스가 분쇄하는 분쇄부(1900)에 의해 전처리 되는 과정을 갖는다.

상기 바이오 에탄올 제조에 관한 전처리 과정을 마친 음식물 폐기물 바이오 메스는 멸균된 수분이 투입되고(2000) 발효를 위한 효모의 투입(2100)의 과정에 의해 발효부는 발효를 시작한다. 발효의 온도는 20 ~ 37℃의 온도로 유지되며, 그 온도는 효모의 종류와 곡물의 종류에 따라 달라질 수 있다.

효모의 종류는 발효주 제조 부산물, 증류주 제조 부산물을 활용할 수도 있으며, 당화와 효모에 의한 발효를 수행한다.

상기 효소제는 번분분해효소를 생산하는 균주는 Rhizopus sp, 및/또는 Aspergillus usami 균주 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 상기 전분분해효소 생산균주로 Rhizopus sp.을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 발효부에 의해 약 7 ~ 30일 발효되어진 바이오 에탄올은 증류부(2300)에 의해 78.4℃로 유지되어 증류의 과정을 거치며 증류된 바이오 에탄올은 약 95%의 순도의 바이오 에탄올로서 증류 탱크에 보관되고 다 증류되고 남은 음식물 폐기물을 활용한 바이오 에탄올 폐기물은 바이오 메탄 자원으로 재생산된다.

음식물쓰레기의 건조화 및 바이오 에탄올 제조 시설은 도 3에 나타낸 바와 같이, 바이오 에탄올 제조 플로우차트를 가지며, 필요에 따라 당의 함유량에 따른 처리 방법을 설명한다.

음식물쓰레기의 건조화 및 바이오 에탄올 제조 시설은 도 4에 나타낸 바와 같이, 음식물 폐기물의 바이오 에탄올 제조 후에 남은 폐기물을 보관하는 폐기물 보관부(2600);와 폐기물의 양을 측정하는 용량측정부(2700);와 폐기물을 슬러지와 탈리액을 분류하는 원심 탈수부(2800);와 원심탈수부(2800)에서 슬러지가 발생하는 슬러지부(2850);와 탈리액이 발생하는 탈리액부(2900);와 탈리액을 처리하여 적정 온도를 유지하여 메탄가스를 발생하는 혐기소화조(3000);와 혐기소화조의 작업에 의해 발생한 메탄가스를 저장하는 가스저장 탱크(3100);와 비료로 활용할 수 있는 건조 보관부(3050);와 액상비료 고체비료를 포함하는 비료부(3060);와 메탄가스를 보관하고 있는 가스저장 탱크(3100)에서 황을 제거하는 탈황기(3200);와 황을 제거하여 발전시키는 발전기(3300);와 난방을 위해 가열하는 보일러(3350);를 포함하는 구성으로 이루어진다.

상기 폐기물 보관부(2600)는 바이오 에탄올을 추출한 바이오 에탄올 폐기물과 곡류계 음식물 폐기물이 아닌 일반 음식물 쓰레기를 같이 보관하는 곳으로서 폐기물의 일정 용량이 도달하면 폐기물 보관부(2600)에 용량 측정부(2700)에서 용량을 측정하여 원심 분리기(1,000 ~ 15,000 RPM)가 회전하여 슬러지와 탈리액이 발생한다.

상기 슬러지는 슬러지부(2850)에 보관되고 탈리액은 탈리액부(2900)에 보관된다. 탈리액 보관부(2900)에 탈리액은 혐기소화조(3000)에 의해 PSA의 처리유량이 10

, 멤브레인의 처리 유량이

이라 가정할 경우, 최초 공급되어져 공급되는 바이오 가스의 메인유량이 PSA와 멤브레인 중, 처리유량이 작은 PSA의 최초 처리 유량보다 작은 경우 혐기소화조(3000)에서 바이패스 한다.

또한 혐기소화조(3000)로 이송된 음식물 쓰레기는 혐기성 미생물로 소화시키며 유기물 부하는 15.6g COD/L/day(12g VS/L/day)이다. 혐기성 소화조에서는 음식물폐기물 중 유기물을 메탄가스로 전환되어 가스로 전환되고 슬러지는 남는다. 건조 보관된 슬러지(3050)는 비료(3060)로 사용된다.

또한, 상기 가스는 가스저장 탱크(3100)에 저장되고 황을 제거하기 위한 탈황기(3200)에 의해 황이 제거되며, 탈황기에는 탈황 여재 장치가 구비되어 황을 제거한다.

황산화 미생물에 의해 산화되는 필터를 사용하여 산을 제거하는 특징을 가지며, 탈황된 가스는 보일러 및 자가 발전에 사용하여 에너지화되는 특징을 가진다.

음식물쓰레기의 건조화 및 바이오 에탄올 제조 시설은 도 5에 나타낸 바와 같이, 음식물 폐기물을 활용하여 바이오 에탄올 제조를 하는 에탄올 제조부의 사시도이다.

바이오 에탄올을 제조하는 전자회로를 구비하는 원통형의 바이오 에탄올 제조기로서 가열 회로를 구비하고 있다.

음식물쓰레기의 건조화 및 바이오 에탄올 제조 시설은 도 6에 나타낸 바와 같이, 음식물 폐기물을 활용하여 바이오 에탄올 제조 후에 폐기물과 곡류계 폐기물이 아닌 음식물 폐기물을 처리하여 에너지화 하는 개략도이다.

가열온도는 100℃로 가열하여 음식물 폐기물을 가열하여 멸균하여, 음식물 폐기물의 발효 전처리 과정 중 살균 과정을 수행한다.

100 : 음식물 분리대 200 : 음식물 보관부 250: 음식물 지속 보관부
300 : 음식물 보관부에 용량센서부 400 : 음식물 멸균부
500 : 음식물 멸균부의 온도제어부 600 : 타이머 제어부
700 : 음식물 발효 탱크부 800 : 온도 제어부 750: 지속보관부
900 : 효모투입부 1000 : 발효부 1150: 가열
1100 : 증류 탱크 1200 : 에탄올 증류부
1300 : 바이오 에탄올 증류 1400 : 바이오 메탄
1500 : 바이오 에탄올 1600 : 음식물 폐기물 세척부
1700 : 음식물 폐기물가열부 1800 : 음식물 폐기물 탈수부
1900 : 음시물폐기물분쇄부 2000 : 발효를 위한 수분투입부
2100 : 효모 투입부 2200 : 발효부
2300 : 증류부 2400 : 메탄제조부
2500 : 에탄올 제조부 2600 : 폐기물 보관부 2700 : 용량측정부
2800 : 원심탈수부 2850 : 슬러지부 2900: 탈리액부
3000 : 혐기소화조부 3050 : 건조 보관부 3060: 비료부
3100 : 가스저장 탱크부 3200 : 탈황부
3300 : 발전부 3350 : 보일러부
4000 : 휴대용 바이오 에탄올 제조기의 외통
4100 : 휴대용 바이오 에탄올 제조기의
4200 : 휴대용 바이오 에탄올 제조기의 내부회로 4300 : 휴대용 바이오 에탄올 제조기의 전원을 공급하는 전원부
4400 : 휴대용 바이오 에탄올 제조기의 작동의 나타내는 LED 4500 : 휴대용 에탄올 제조기의 전원 공급부
5000 : 모터 5100 : 분쇄부
5200 : 조절벨브 5300 : 바이오 메스 보관탱크
5400 : 바이오메스2차 보관탱크 5500 : 바이오 폐기물 제어 벨브
5600 : 탈수부 5700 : 혐기소화조
5800 : 가스 출구 벨브 5900 : 가스 저장 탱크
6000 : 필터부 6100 : 필터의 외통
6200 : 모터부 6300 : 회전부

Claims

음식물 폐기물의 음식물 보관함(200);
상기 보관함(200)을 통해 음식물이 보관 된 형태는 바이오 에탄올을 제조하기 위한 곡물류만 수집하는 것을 특징으로 하는 음식물 분류부(100);
상기 음식물 쓰레기 분류부(100);로부터 음식물 쓰레기를 받아 음식물 쓰레기의 염도를 조절하며 파이프의 막힘을 방지하기 위한 음식물 폐기물에 공급되는 수분 공급부(150);
공급된 수분에 의해 염도가 제거 된 후에 음식물을 바이오 에탄올 제조 전처리를 하기 위하여 가공을 하는 분쇄부(300);와 가열부(400);에 의해 음식물 쓰레기는 바이오 메스화 되어 바이오 메스 보관부(700);
상기 바이오 메스 보관부에 보관되어 발효를 하기 위해 저온으로 온도 조절 하는 온도 제어부;에 의해 온도는 발효가 되기 적당한 온도인 20 ~ 35℃가 되면 발효를 시작하는 발효부(700); 발효부의 발효를 위해 효모를 투입하는 효모부(900);
상기 적정 발효 시간이 경과하여 바이오 에탄올을 제조하기 위하여 가열을 하는 증류부(1100); 78.5℃를 제어하기 위한 온도제어부(4100); 증류된 바이오 에탄올을 보관하는 바이오 에탄올 보관부(1500); 바이오 에탄올 제조후에 남은 폐기물을 보관하는 바이오 에탄올 폐기 보관부(1400);
상기 바이오 에탄올 폐기 보관부(1400);에서 바이오 에탄올을 제조하고 남은 폐기물에 대해 바이오 메탄을 제조하기 위한 공정을 수행하기 위한 바이오 메탄 보관부(2400);를 포함하여 구성되며,
상기 음식물 보관부(200);에서부터 바이오 에탄올을 제조하고 그 폐기물을 다시 바이오 메탄 에너지화하는 음식물 폐기물 처리 시스템
청구항 1에 있어서,
상기 에탄올 폐기물의 양이 지속적으로 일정량이 배출되면 바이오 에탄올 폐기물만으로 바이오 메탄으로 제조하지만, 바이오 에탄올 폐기물의 양이 원심 분리기를 회전시킬 양이 되지 못한다면, 곡류가 아닌 다른 음식물 폐기물과 같이 혼합하여 일정 용량을 충족시켜 바이오 메탄을 제조하는 공정을 수행하는 바이오 에탄올 제조 및 바이오 메탄을 제조하는 음식물 폐기물 처리 시스템
청구항 1에 있어서,
상기 음식물 폐기물 이송 파이프는 각 탱크와 직결되며,
상기 바이오 에탄올 제조 과정은, 음식물 폐기물 분류 관을 통해 바이오 에탄올을 제조하기 위한 바이오 에탄올 제조용 바이오 메스를 분류한 분류 탱크에서부터 바이오 에탄올 제조 공정은 실시된다. 중력의 법칙과 염분을 제거하기 위한 수분의 공급으로 잔유물 및 배관의 막힘 없이 음식물 폐기물이 분류 탱크로 유체화 되어 흘러가며 바이오 에탄올을 제조하는 공정을 수행하는 바이오 에탄올 제조 및 바이오 메탄을 제조하는 음식물 폐기물 처리 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 에탄올 제조부는 원통형으로 구성되어, 분쇄를 위한 회전날이 회전을 하기 좋게 구성하며, 가열 회로를 구비하여 멸균 및 바이오 에탄올 제조를 위한 전처리 과정을 포함하는 바이오 에탄올 제조 및 바이오 메탄을 제조하는 음식물 폐기물 처리 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 바이오 에탄올 제조기의 보관함에 있는 바이오 메스의 종류에 따라 분쇄날의 속도와 시간이 달라지며, 유도가열 방식을 사용한 바이오 에탄올 제조 및 바이오 메탄을 제조하는 음식물 폐기물 처리 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 바이오 에탄올 처리부는 정제된 음식물 폐기물로부터 발효하여 바이오 에탄올을 추출하고 추출된 바이오 에탄올 외 폐기물을 다시 바이오 메탄 또는 비료로 사용되거나 보일러 연료로 사용 될 수 있는 바이오 에탄올 제조 및 바이오 메탄을 제조하는 음식물 폐기물 처리 시스템.
청구항 1에 있어서,
음식물 폐기물의 흐름은 유체의 흐름과 동일하게 하기 위한 수분 공급 장치가 구비되어 있으며 그 수분 공급기의 역할은 음식물 폐기물의 염도를 제거하기 위한 세척 효과를 포함하며, 세척이 되어진 음식물 폐기물은 발효의 공정이 용이해지는 효과를 갖는 바이오 에탄올 제조 및 바이오 메탄을 제조하는 음식물 폐기물 처리 시스템.
청구항 1에 있어서,
바이오 메탄 처리부에는, 음식물의 처리의 상태에 따라 분쇄, 원심분리, 정제의 작업을 통해 바이오 메탄을 제조하는 과정을 제어부에서 센서와 벨브의 조절에 의해 제어하는 것을 특징으로 하는 바이오 에탄올 제조 및 바이오 메탄을 제조하는 음식물 폐기물 처리 시스템.
청구항 1에 있어서,
바이오 에탄올 처리부에는, 음식물의 처리의 상태에 따라 분쇄, 원심분리, 정제의 작업을 통해 바이오 에탄올을 제조하는 과정을 제어부에서 센서와 벨브의 조절에 의해 제어하는 것을 특징으로 하는 바이오 에탄올 제조 및 바이오 에탄올을 제조하는 음식물 폐기물 처리 시스템.
바이오 에탄올화 되지 않은 음식물 폐기물 바이오 메스는 바이오 메스로 전환되기 위하여 먼저 폐기물 보관부(2600)와;
상기 폐기물보관부의 내부에 음식물 폐기물의 양을 측정하는 용량 측정부; 필터가 구비된 원심 탈수기;에 의해 슬러지와 탈리액;
탈리액은 탈리액 보관부에 보관되어 혐기소화조에 의해 건조 보관 되어 비료;가 되거나, 가스 저장 탱크로 보관되어 탈황기;에 의해 탈황 처리되어 발전기, 보일러의 연료로 사용되는 바이오 에탄올 제조 및 바이오 메탄을 제조하는 음식물 폐기물 처리 시스템.
제 10항에 있어서,
상기 바이오 메탄올 폐기물 보관부의 내부에는 음식물 폐기물의 양(부피 또는 무게)를 제는 센서가 구비되어 있고, 제어부에 의해 허용량을 초과할 시에 바이오 메탄을 제조하기 위한 바이오 에탄올 제조 및 바이오 메탄을 제조하는 음식물 폐기물 처리 시스템.
제 1항에 있어서,
제어부는 벨브의 제어뿐만 아니라 바이오 에탄올 처리부 및 바이오 메탄 제조부의 작동상태를 제어하는 것에 대해 센서를 사용하여 바이오 에탄올 처리부의 동작을 제어하는 특징을 갖는 바이오 에탄올 제조 및 바이오 메탄을 제조하는 음식물 폐기물 처리 시스템.
제 10항에 있어서,
음식물 쓰레기 탈리여액을 모아두는 탈리액 보관부; 상기 탈리여액저류조로부터 공급된 탈리여액을 분리하는 분리기;
슬러지를 중성영역의 ph에서 압력 15~18kg/cm2, 온도 120~150에서 가용화하는 저액 열가용화 장치;를 활용하여 유분의 응집물을 부상시킨 후, 습기를 제거하는 제습기; 및 탈황기를 포함하여 탈황 처리 까지 하여 연료화 하는 바이오 에탄올 제조 및 바이오 메탄을 제조하는 음식물 폐기물 처리 시스템.
제 1항에 있어서,
음식물 쓰레기 폐기물 부에서 염분을 제거하는 물은 설거지, 빨래, 목욕, 청소 등의 생활하수를 사용하여 염분을 제거하며 음식물 폐기물을 바이오 에탄올 제조를 위한 음식물 쓰레기 폐기물 보관부(200)로 이송을 해주는 특징을 가지는 바이오 에탄올 제조 및 바이오 메탄을 제조하는 음식물 폐기물 처리 시스템.
제 1항에 있어서,
바이오 에탄올 제조기, 바이오 메탄 제조기의 이동 공정 사이에는 파이프가 있으며, 이송 과정은 제어벨브에 의해 이루어 진다. 또한, 그 파이프의 이송을 용이하게 하기 위해서는 유체를 활용하는데 그 유체는 생활화수를 활용하는 특징을 가지는 바이오 에탄올 제조 및 바이오 메탄을 제조하는 음식물 폐기물 처리 시스템.