KR20240012879A - 가축분 자원화 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축사 등으로부터 수집되는 가축분뇨를 발효시켜 퇴비나 에너지 자원으로 재활용되게 하는 가축분 자원화 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 축사로부터 수집되는 가축분뇨와 왕겨 또는 톱밥을 포함하는 수분조절제가 유입되는 발효조; 상기 발효조의 내부공간에 설치되고 선택적으로 작동되어 유입된 가축분뇨와 수분조절제를 교반하는 교반기; 및 상기 발효조의 바닥면에 상호 이격을 형성하면서 길이 방향을 따라 마련되고 상기 발효조로 유입된 가축분뇨에 외부로부터 공급되는 산소를 공급하며 발효물로부터 배출되는 침출수를 선택된 집수공간으로 전달하는 산기장치;를 포함하는 것이 특징이다.

Description

가축분 자원화 시스템{Recycling system for livestock manure}

본 발명은 축사 등으로부터 수집되는 가축분뇨를 발효시켜 퇴비나 에너지 자원으로 재활용되게 하는 가축분 자원화 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 가정이나 음식점 등에서 발생되는 음식물 쓰레기나, 축사에서 발생하는 축분 등의 유기성 폐기물은 수분함량이 많은 데도 유기성 폐기물을 그대로 매립하면 토양오염을 야기하고 침출수에 의한 수질오염 등 환경오염을 가중시킨다.

이 문제를 해결하기 위해 유기성 폐기물을 톱밥, 왕겨 등과 섞어 발효조에 투입한 후 발효시켜 퇴비나 에너지 자원으로 재활용하는 기술이 많이 개발되고 있다.

유기성 폐기물을 처리하는 발효과정에는 공기를 공급하고 배출하는 기술 및 발효조 내에 생성되는 침출수를 처리하는 기술 등이 필요하다.

이러한, 발효조와 관련된 기술이 한국공개실용신안 제1996-17563호에 제안된 바 있다.

그러나 특허문헌 1은 퇴비에 산소가 공급되지 않아 퇴비 발효 효율이 한정되는 문제점이 있었다.

한국공개실용신안 제1996-17563호(19960617)

따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 일 장치를 통해 발효물에 산소를 고르게 공급하여 발효가 촉진되게 함은 물론 발효물로부터 발생하는 침출수를 선택된 집수공간으로 원활하게 집수할 수 있게 하는 가축분 자원화 시스템을 제공하는 것이 목적이다.

상술한 문제점들을 해결하기 위한 수단으로서 본 발명의 가축분 자원화 시스템(이하 "본 발명의 시스템"이라 칭함)은, 축사로부터 수집되는 가축분뇨와 왕겨 또는 톱밥을 포함하는 수분조절제가 유입되는 발효조; 상기 발효조의 내부공간에 설치되고 선택적으로 작동되어 유입된 가축분뇨와 수분조절제를 교반하는 교반기; 및 상기 발효조의 바닥면에 상호 이격을 형성하면서 길이 방향을 따라 마련되고 상기 발효조로 유입된 가축분뇨에 외부로부터 공급되는 산소를 공급하며 발효물로부터 배출되는 침출수를 선택된 집수공간으로 전달하는 산기장치;를 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 교반기는, 상기 발효조의 양 내측벽에 길이 방향을 따라 각각 바닥면과 평행하게 설치되는 한 쌍의 슬라이딩 레일; 양단이 각각 한 쌍의 슬라이딩 레일 간에 장착되어 슬라이딩 레일을 따라 이동하며 외부로부터 회전력이 부여되어 회전 구동하는 회전축; 상기 회전축의 외주연에 일정 간격을 따라 방사형으로 장착되는 복수의 교반날개; 및 상기 회전축에 선택적으로 회전력을 부여하는 구동모터;를 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 산기장치는, 유체를 통과시킬 수 있는 가요성의 판부재; 상부면에 상기 판부재가 장착되고, 상기 판부재가 장착된 하부에는 상부면과 하부면을 관통하는 복수의 제 1관통공이 형성되며, 하부면에는 상기 제 1관통공이 지면으로부터 일정거리 이격되도록 제 1관통공의 외측에서 하부로 일정한 높이를 갖고 일측면으로부터 대향하는 타측면까지 연장된 한 쌍의 다리부와, 상기 복수의 제 1관통공의 외측으로부터 일정거리 이격되어 상기 다리부가 상부면으로부터 일정 높이 연장된 한 쌍의 가이드부가 형성되고, 상기 일측면과 상기 타측면이 대칭인 프레임; 및 상기 프레임의 한 쌍의 가이드부 사이에 삽입되어 상기 판부재의 상부에 설치되고 복수의 제 2관통공을 갖는 그레이팅;을 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 받침부의 상부면에는 복수의 제 1관통공과 가이드부 사이에 길이 방향을 따라 한 쌍의 요홈이 형성되며, 상기 그레이팅의 하부면에는 상기 받침부의 한 쌍의 요홈과 대면하여 길이 방향을 따라 한 쌍의 요홈에 결합되는 한 쌍의 안착돌기가 형성되는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 산기장치는, 상기 판부재와 프레임 및 그레이팅이 각각 분할되는 복수의 단위모듈로 구성되고, 단위모듈로 구성되는 프레임은, 일측면의 일부가 제거되어 있으며, 상기 일측면에 대칭인 타측면의 대응하는 위치에는 상기 일측면의 일부가 제거된 부분과 정합될 수 있도록 돌출되는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 집수공간에 집수된 침출수가 유입되고, 유입된 침출수를 여과하여 배출하는 여과장치;가 더 포함되며, 상기 여과장치는, 하단에 침출수유입라인이 형성되며 상기 침출수유입라인 상부에 여과액배출라인이 형성되고 상단에 미처리침출수배출라인이 형성되는 하우징; 상기 하우징을 상, 하 방향으로 제 1구획공간, 제 2구획공간, 제 3구획공간으로 구획하며 복수의 유동공이 형성되는 상,하부 구획판; 상기 상,하부 구획판의 대향하는 유동공에 장착되는 세라믹필터; 및 상부 구획판에 구성되며 각 세라믹필터를 통과하는 침출수에 부과되는 압력을 조절하는 압력조절수단;을 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 압력조절수단은, 상기 상부 구획판의 상부에 회전연동이 가능하도록 장착되는 회전축과, 상기 회전축에서 방사형으로 복수로 돌출되며 경사구배가 형성되고 회전연동에 의해 유동공을 개폐하는 날개와, 상기 날개의 배면에 장착되는 다공성 재질의 흡착판을 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 상,하 구획판의 유동공과 세라믹필터는 선부재가 나선형으로 적층되어 형성되는 연결구에 의해 연결되고, 상기 상부 구획판은, 상기 하우징에서 회전연동이 가능하도록 장착되되, 상기 하우징에 고정핀에 의해 고정되며, 고정핀의 제거시 상기 하우징에서 회전연동이 가능하도록 장착되는 것이 특징이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 시스템에 의하면, 일 장치를 통해 발효물에 산소를 고르게 공급하여 발효가 촉진되게 함은 물론 발효물로부터 발생하는 침출수가 막힘 현상 없이 선택된 집수공간으로 원활하게 집수될 수 있게 하여 효율적이면서도 경제적인 시설 운용이 가능함은 물론 발효 효율을 향상시킬 수 있게 하는 효과가 있다.

그리고 본 발명의 시스템은 발효조 내에 선택적으로 작동되어 수용된 가축분뇨 등을 교반시키는 교반기가 구비되어 발효 효율이 저감되지 않게 함으로써 생산성이 향상되며 고품질의 자원을 얻을 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 시스템을 개략적으로 나타내는 평면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 산기장치의 구성을 나타내는 분리 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 산기장치를 설치한 상태를 도시하는 측단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 산기장치의 작동 상태를 도시하는 측단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 산기장치의 프레임을 나타내는 사시도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 여과장치의 구성을 나타내는 측단면도.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 여과장치를 부분적으로 나타내는 사시도.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 압력조절수단을 나타내는 A-A' 평단면도.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 압력조절수단을 나타내는 B-B' 측단면도.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 여과장치를 나타내는 측단면도.
도 11은 도 10에 도시된 실시 예에 따른 여과장치의 세척시 작동상태도.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발효물의 부숙기간 중 온도 변화를 나타내는 그래프.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 시스템은 축사로부터 수집되는 가축분뇨와 왕겨 또는 톱밥을 포함하는 수분조절제 등이 유입되는 발효조(10)와, 상기 발효조(10)의 내부공간(100)에 설치되고 선택적으로 작동되어 유입된 가축분뇨와 수분조절제 등을 교반하는 교반기(20) 및 상기 발효조(20)에 수용된 가축분뇨 등에 대하여 발효가 촉진되도록 산소(A)를 공급하면서 발효 과정에서 배출되는 침출수(B)를 집수공간으로 전달하는 산기장치(30)를 포함한다.

상기 발효조(10)는 내부공간(100)과 도면에 도시된 바 없으나 투입구가 형성되어 있다. 이러한 발효조(10)는 상기 투입구를 통해 축사로부터 수집되는 가축분뇨와 왕겨 또는 톱밥을 포함하는 수분조절제 등이 유입될 수 있으며, 이하에서 설명하는 산기장치(30)에 의한 산소(A) 공급을 통해 수용된 가축분뇨 등이 발효물로서 발효되게 한다.

그리고 상기 발효조(20)는 도면에 도시된 바 없으나 최적의 발효 환경을 조성할 수 있도록 내부의 온도 및 습도 등을 조절하는 공기조화기기가 마련될 수 있다.

상기 발효조(20)에는 가축분뇨에 대한 발효 효율이 향상될 수 있게 하는 약품은 물론 발효 과정에서 발생하는 악취 등을 저감시키기 위한 악취저감제 등이 더 투입될 수 있다.

상기 교반기(20)는 상기 발효조(20)에 투입된 가축분뇨와, 톱밥 또는 왕겨 등의 수분조절제 등을 혼합하게 되며, 상대적으로 수분을 많이 포함할 수 있는 고형화 형태의 가축분뇨를 분쇄함으로써 가축분뇨가 발효물로 발효됨에 있어 저해 요소를 저감시킴은 물론 가축분뇨의 균일한 발효 작용을 도모할 수 있도록 한다.

특히 상기 교반기(20)는 발효물의 발효 과정에서 필요에 따라 적층된 가축분뇨 등을 상, 하로 교반시켜 가축분뇨 내 유기물이 호기성 미생물에 의해 분해돼 안정화되게 하는 활동을 촉진시켜 발효 효율이 저하되는 것을 방지한다.

일 예로서 상기 교반기(20)는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 발효조(10)의 양 내측벽에 길이 방향을 따라 각각 바닥면(110)과 평행하게 설치되는 한 쌍의 슬라이딩 레일(220)과, 양단이 각각 한 쌍의 슬라이딩 레일(220) 간에 장착되어 슬라이딩 레일(220)을 따라 이동하며 외부로부터 회전력이 부여되어 회전 구동하는 회전축(200)을 포함한다.

즉 상기 회전축(200)은 상기 발효조(10)의 바닥면(110)으로부터 이격 상부에서 상기 슬라이딩 레일(220)을 따라 슬라이딩 이동할 수 있도록 설치된 것이다.

이때 상기 회전축(200)은 작업자에 의한 수동 조작을 통해 상기 슬라이딩 레일(220)로부터 이동할 수 있음은 물론 공지의 다양한 구동 장치 중 적합한 하나를 장착하여 작업자의 조작에 의해 이동될 수 있다.

그리고 상기 교반기(20)는 상기 회전축(200)의 외주연에 일정 간격을 따라 방사형으로 장착되는 복수의 교반날개(210)와, 도면에 도시된 바 없으나 상기 회전축(210)에 선택적으로 회전력을 부여하는 구동모터를 더 포함하여, 상기 회전축(200)이 슬라이딩 레일(220)을 따라 슬라이딩 이동하는 과정에서 회전 작동되게 함으로써 가축분뇨 등으로 이루어진 발효물이 선택적으로 교반될 수 있게 한다.

상기 구동모터는 기 설정된 시간마다 작동되는 것이거나, 작업자의 임의 조작 시마다 작동되는 것일 수 있다.

상기 산기장치(30)는 상기 발효조(10)의 바닥면(110)에 상호 이격을 형성하면서 길이 방향을 따라 마련되고, 상기 발효조(10)로 유입된 가축분뇨 등에 외부로부터 전달되는 산소(A)를 공급하면서, 발효물로부터 배출되는 침출수(B)를 선택된 집수공간으로 전달한다.

즉 상기 산기장치(30)는 상기 발효조(10)의 바닥면(110)을 통해 산소(A)를 공급하여 가축분뇨에 대한 수분의 증발과 발효를 돕게 하고, 톱밥이나 왕겨 등의 수분조절제에 흡수되어 있는 침출수(B)를 건조시켜 기생충의 발생을 감소시킬 수 있게 함은 물론 발효 과정에서 발생하는 침출수(B)를 집수하는 기능을 병행하는 것이다.

이와 같은 산기장치(30)는 상기 발효조(10)의 바닥면(110)에 있어 기 시공된 배수로에 수용되도록 설치되는 것이거나, 상기 발효조(10)의 바닥면(110)을 시공하는 과정에서 사전 배치된 후 콘크리트 등의 타설 등을 통해 일부가 매립되어 설치되는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 산기장치(30)는 도 2에 도시된 바와 같이 유체를 통과시킬 수 있는 가요성의 판부재(330)와, 상부면에 상기 판부재(330)가 장착할 수 있는 구조로 되어 있는 프레임(320)과, 상기 판부재(330)를 가압하여 고정 지지하기 위하여 판부재(330)의 상부에 분리 가능하게 설치되는 그레이팅(310)을 포함할 수 있다.

상기 가요성의 판부재(330)는 유체를 통과시킬 수 있는 재질이라면 어느 것이라도 좋으나, 부직포를 사용하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 판부재(330)는 도 4에 도시된 바와 같이 설치 상태에서 상부에서 하부로는 침출수(B)가 통과되고, 하부에서 상부로는 이하에서 설명하는 공간부(340)로부터 공급되는 산소(A)가 통과된다.

상기 프레임(320)은 상기 판부재(330)가 장착되고 상기 판부재(330)를 통과하여 여과된 침출수(B)가 배출될 수 있는 복수의 제 1관통공(328a)이 형성된 받침부(328)와, 상기 받침부(328)가 발효조(10)의 바닥면(110)으로부터 일정거리 이격 되도록 제 1관통공(328a)의 외측에서 하부로 일정한 높이를 갖고 일측면으로부터 대향하는 타측면까지 연장되는 한 쌍의 다리부(324, 325)와, 상기 판부재(330) 및 그레이팅(310)을 수용하여 안착시키기 위한 한 쌍의 가이드부(326, 327)를 포함할 수 있다.

상기 프레임(320)의 재질은 적당한 강도를 갖는 것이면, 어느 것이나 좋으나, 적당한 기계적 강도를 갖는 합성수지재로 제작하는 것이 바람직하다.

도 2에 도시된 실시 예의 프레임(320)은 'H 빔'의 형상을 하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 도 5에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 다리부(324, 325)의 폭이 한 쌍의 가이드부(326, 327)의 폭보다 작게 형성할 수 도 있다.

그리고 본 실시 예에 있어 상기 프레임(320)의 받침부(328)는 일정한 두께로 되어 있으며, 직사각형의 판 형상을 가질 수 있다. 그리고 상기 복수의 제 1관통공(328a)은 직사각형의 형상을 하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이격된 한 쌍의 다리부(324, 325) 간에는 공간부(340)가 형성되는 바, 이러한 공간부(340)를 통해 상기 제 1관통공(328a)으로부터 유입되는 침출수(B)가 바닥면(110)을 따라 선택된 집수공간까지 이동될 수 있음은 물로, 외부로부터 공급되는 산소(A)가 상기 공간부(340)를 통해 제 1관통공(328a)으로 토출될 수 있다.

또한 상기 프레임(320)은 상기 공간부(340)로 유입되는 침출수(B)가 원활하게 집수공간으로 이동할 수 있도록 상기 발효조(10)의 바닥면(110)에서 일정한 경사구배가 형성되도록 설치될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 상기 산기장치(30)는 상기 발효조(10)의 바닥면(110)에서 폭 방향으로 상호 이격을 형성하면서 마련될 수 있으며, 상호 인접하는 산기장치(30)의 프레임(320)들은 제 1연결관(1)에 의해 연통될 수 있다.

이에 상기 프레임(320)의 선택된 다리부(124, 125) 중 어느 하나는 타공되어 상기 제 1연결관(1)이 연결될 수 있도록 한다. 각 프레임(320)의 공간부(340)는 상기 제 1연결관(1)에 의해 상호 연통되어 각 공간부(340)로 유입된 침출수(B)가 선택된 집수공간으로 모두 집수될 수 있게 된다.

뿐만 아니라 폭 방향으로 상호 이격을 형성하면서 배치되는 상기 산기장치(30)들의 프레임(320)은 도 1에 도시된 바와 같이 일단이 제 2연결관(2)에 의해 연통될 수 있으며, 상기 제 2연결관(2)은 도면에 도시된 바 없으나 외부에 마련된 송풍장치 및 펌핑장치에 연결될 수 있다.

즉 상기 송풍장치 및 펌핑장치의 주기적인 작동에 의해 공급되는 산소(A)는 상기 제 2연결관(2)을 통해 압송되어 각 산기장치(30)의 프레임(320)으로 전달될 수 있게 되며, 길이방향을 따라 구비되는 제 1관통공(328a)을 통해 판부재(330) 및 그레이팅(310)으로 토출됨으로써 상기 발효조(10)의 내부공간(100)으로 공급될 수 있다.

한편 상기 받침부(328)의 상부면의 복수의 제 1관통공(328a)과 가이드부(326, 327) 사이에는 한 쌍의 요홈(322, 323)이 길이방향으로 형성되어 있다.

상기 요홈(322, 323)은 그레이팅(310)의 하부면에 돌출되어 길이방향으로 길게 형성된 한 쌍의 안착돌기(312, 313)와 결합된다. 이러한 요홈(322, 323)과 안착돌기(312, 313)을 결합에 의해 가요성의 판부재(330)가 고정될 수 있다.

또한 본 실시 예에서는, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이 산기장치(30)의 설치 시에 프레임(320)과 발효조(10)의 바닥면(110)을 구성하는 콘크리트 간의 결합을 좋게 하기 위해서 다리부(324, 325)와 가이드부(326, 327)의 외측면에 복수의 전단홈(321c)이 일정 간격으로 형성될 수 있다.

상기 그레이팅(310)에는 상기 받침부(328)와 동일한 형상을 하고 있는 판부재로서 침출수(B)가 배출되도록 복수의 제 2관통공(311)이 형성되어 있고, 하부면에는 상기 언급한 바와 같이 받침부(328)의 한 쌍의 요홈(322, 323)과 결합될 수 있도록 상기 요홈(322, 323)과 동일한 간격으로 형성된 길이방향으로 긴 한 쌍의 안착돌기(312, 313)가 형성되어 있다.

특히 상기 그레이팅(310)의 제 2관통공(311)과 상기 받침부(328)의 제 1관통공(328a)은 서로 엇갈리도록 형성되어 있다. 그러나 이들 제 1관통공(328a) 및 제 2관통공(311) 간의 배치 구조는 이에 한정되는 것은 아니며, 일정 간격으로 배열되어 충분한 통풍 작용과 침출수(B)의 배출이 용이한 형상이나 배열이면 어느 것이라도 가능하다.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 산기장치(30)를 나타내는 도면으로,산기장치(30)의 설치 시 가이드부(326, 327)에 걸리는 하중을 바닥면(110)을 구성하는 콘크리트에 직접 전달할 수 있도록 가이드부(326, 327)의 폭을 다리부(324, 325)의 폭보다 넓게 한 점에 특징이 있다.

한편 본 발명의 상기 산기장치(30)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 판부재(330)와 프레임(320) 및 그레이팅(310)이 각각 분할되는 복수의 단위모듈로 구성되는 것일 수 있다.

이때 단위모듈로 구성되는 프레임(320)은 일측면의 일부가 제거되어 있으며, 상기 일측면에 대칭인 타측면의 대응하는 위치에는 상기 일측면의 일부가 제거된 부분과 정합될 수 있도록 돌출됨으로써, 인접하는 다른 프레임(320)과 상호 결합될 수 있다.

예를 들면, 단위모듈로 구성되는 프레임(320)의 한 쌍의 다리부(324, 325)와 가이드부(326, 327)의 양단면 각각에는, 인접하는 타 프레임(320)과 연결을 용이하게 하기 위한 단(321a, 321b)이 형성될 수 있다.

즉 일측의 단(321a)은 내부측이 일부 제거되어 있고, 타측의 단(121b)은 외부측이 일부 제거되어 있어서, 인접하는 타 프레임(320)과 연속적으로 연결이 가능하다.

여기서 본 실시 예에 의하면, 다리부(324, 325)와 가이드부(326, 237) 모두에 단이 형성되어 있으나, 도 5에 도시한 프레임(320)의 다른 실시 예에서는 가이드부(326, 327)의 양 단면에만 단이 형성되어 있다.

또한 단위모듈인 프레임(320)이 연속 연결된 상태에서 상호 연결된 공간부(340)를 막는 마개(미도시)가 프레임(320)의 길이방향 양측에 각각 분리 가능하게 장착될 수 있다. 즉, 마개는 연속 연결된 프레임(320) 중 일측에 위치한 프레임(320)에 결합되고 다른 마개는 타측에 위치한 프레임(320)에 각각 장착될 수 있다.

이중 선택된 하나의 마개에는 도면에 도시된 바 없으나 마개 관통공이 형성되어 연속 연결된 프레임(320) 간에서 상기 공간부(340)의 일단이 노출되게 하여 상기 언급한 제 1연결관(1) 또는 제 2연결관(2)이 연통되게 할 수 있다. 상기 마개 관통공는 양측에 위치한 마개에 모두 형성될 수 있다. 그러나 마개는 생략될 수 있다.

이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 산기장치(30)의 설치 및 작동에 대하여 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이 상기 산기장치(30)는 상기 발효조(10)의 바닥면(110)을 시공하는 과정에서 사전 배치된 후 콘크리트 등의 타설 등을 통해 일부가 매립되어 설치되는 것일 수 있는데, 이때 다리부(324, 325)와 가이드부(326, 327)의 외측에 형성된 홈(321c)에 의해 콘크리트와의 결합이 견고해질 수 있게 된다.

가요성과 유체 투과성을 갖는 적어도 받침부(328)의 면적보다 큰 판부재(330), 즉 부직포를 받침부(328) 위에 안치 및 설치한다. 다음으로, 그레이팅(310)을 부직포 위에 설치한다. 이때, 그레이팅(310) 하부의 안착돌기(312, 313)가 받침부(328)의 요홈(322, 323)과 결합하여 부직포가 침출수의 통과에 의하여 변형되거나, 이동되는 것을 방지한다.

한편 상기 발효조(10)의 내부공간(100)에 수용된 가축분뇨 등이 발효하는 과정에서 발생하는 침출수(B)는 도 4에 도시된 바와 같이 그레이팅(310)의 제 2관통공(311)과 판부재(130) 및 프레임(320)의 제 1관통공(328a)을 차례로 통과하여 상기 프레임(320)의 하부와 바닥면(110) 사이에 형성되는 공간부(340)로 낙하하게 된다.

즉, 축사 내에서 사육되는 가축들의 분뇨가 톱밥 또는 왕겨 등의 수분조정제에 의하여 일부는 흡수되고, 여분의 분뇨가 상기 그레이팅(310)의 제 2관통공(311)을 통과하게 되며, 판부재(130)를 통과하는 과정에서 미세한 고형물은 걸러지고 액체만이 통과되어 제 1관통공(328a)을 통해 공간부(340)로 낙하하게 되는 것이다.

이렇게 공간부(340)로 여과 및 낙하한 침출수(B)는 경사구배 등에 의하여 일단에 연통된 제 1연결관(1)으로 유도되고, 제 1연괄관(1)으로 유도된 침출수(B)는 펌프 등을 통해 집수공간으로 집수될 수 있다.

한편 외부에 마련되는 송풍장치 및 펌핑장치가 작동되어 공급되는 산소(A)는 상기 제 2연결관(2)을 통해 각 산기장치(30)에 있어 프레임(320)의 공간부(340)로 이동하게 된다.

이와 같이 이동하는 산소(A)는 침출수(B)의 이동 경로와 반대로 각 프레임(320)의 제 1관통공(328a)을 통해 토출되고 판부재(130)와 그레이팅(310)을 통과한 후 발효조(10)의 내부공간(100)으로 유입되어 가축분뇨 등으로 공급됨으로써, 가축분뇨의 발효 과정에서 수분 증발과 발효 작용을 촉진시키게 된다.

여기서 장기간 사용으로 폐색이 진행된 판부재(130)의 경우 상기 그레이팅(310)을 분리하고, 판부재(130)를 세척 등으로 재생하거나 새로운 것으로 교체하여 사용할 수 있다. 따라서 사용이 편리하고 관리가 용이하다.

한편 본 발명의 시스템은 발효조(10)에 수용된 가축분뇨 등을 발효시킴에 있어 기설정된 제어신호에 따라 상술한 교반기(20) 및 산기장치(30) 등을 제어하기 위한 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

먼저 상기 제어부는 상기 발효조(10)로 투입되는 가축분뇨의 양을 계측하기 위한 계측수단을 포함할 수 있다. 그리고 상기 제어부는 상기 계측수단에 의해 계측되는 가축분뇨의 양 즉 가축분뇨의 투입량과 기입력된 발효조(10)의 체적을 기반으로 수용된 가축분뇨의 발효 일정을 설정하고, 설정결과에 따라 상기 교반기(20) 및 산기장치(30)의 작동 시기와 작동 시간 및 공기 공급량 등을 제어할 수 있다.

일 예로 상기 제어부는 가축분뇨에 대한 발효 일정을 제 1단계와 제 2단계 및 제 3단계로 분류 설정할 수 있으며, 각 단계별로 상기 교반기(20)와 산기장치(30)를 개별 또는 일괄 작동되도록 제어할 수 있다.

먼저 제 1단계는 투입된 가축분뇨의 온도가 단계적으로 상승되게 하는 통풍식 1차 발효 과정을 수행한다.

이를 위해 상기 제어부는 도 12에 도시된 바와 같이 기설정된 기간동안 상기 산기장치(30)를 작동시키면서 공기 공급량을 단계적으로 높이도록 송풍장치를 제어하여 발효 미생물의 활동을 촉진시킴으로써 발효물의 온도 상승을 유도하게 된다.

이때 병원성 미생물의 사멸 온도가 60 내지 70℃ 범위 내인 것을 고려하여, 상기 제 1단계에서는 가축분뇨(발효물)의 온도가 71℃ 내지 80℃ 온도로 도달할 때까지 상기 산기장치(30)의 작동시간과 공기공급량을 적절히 조절하는 것이 바람직하다.

또한 도 12의 그래프에 따르면 상기 제 1단계에 의한 온도 상승 구간은 9일 까지인 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 앞서 언급한 바와 같이 가축분뇨의 투입량과 발효조(10)의 체적에 따라 선택적으로 변경될 수 있음은 당연하다.

그리고 상기 제어부는 가축분뇨(발효물)에 대한 온도를 실시간 계측할 수 있는 온도센서를 더 포함할 수 있는 바, 각 단계별 가축분뇨(발효물)의 온도 변화를 용이하게 파악할 수 있게 하고 그에 따라 단계별로 적절한 제어가 수행될 수 있게 한다.

상기 제 2단계는 1차 발효 과정이 실시된 발효물을 교반하면서 상승된 온도가 일정 기간동안 유지되게 하는 2차 발효 과정을 수행한다. 본 단계에서는 상기 제어부가 기설정된 기간동안 상기 교반기(20)를 반복적으로 작동시켜 1차 발효된 발효물을 교반하게 되며 상기 산기장치(30)의 작동과 공기공급량을 조절하여 교반 과정에 의해 발효물의 온도가 낮아지는 것을 방지한다.

즉 본 단계에서는 1차 발효 과정으로부터 상승된 발효물의 온도가 일정 기간동안 유지될 수 있도록 제어함으로써 병원성 미생물의 사멸을 유도할 뿐 아니라, 발효물의 반복된 교반에 의해 수분증발을 유도하여 발효물의 함수율을 저감시키게 된다.

상기 제 2단계에 의한 교반 구간 역시 가축분뇨의 투입량과 발효조(10)의 체적에 따라 선택적으로 변경될 수 있음은 당연하다.

마지막으로 제 3단계는 후숙발효를 통해 발효물을 안정화시키는 과정으로, 상기 제 2단계에 의한 교반 구간이 완료되는 시점부터 제어부가 상기 교반기(20) 및 산기장치(30)의 작동을 정지시킨다.

상기 발효조(10)에 수용된 발효물은 제 3단계의 후숙발효 과정을 거치면서 발효물의 온도가 서서히 내려가면서 안정화되는데, 발효물의 온도가 40℃ 이하로 내려갈때까지 후숙발효 기간으로 설정하는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명에서는 가축분뇨에 대한 최적의 발효 환경이 조성되도록 제어부가 단계별로 교반기(20) 및 산기장치(30) 등을 적절히 제어함으로써 발효물의 품질을 향상시킬 수 있게 된다.

한편 본 발명의 시스템은 상기 산기장치(30)에 의하여 집수공간으로 집수된 침출수(B)가 유입되고, 유입된 침출수(B)를 여과하여 배출하는 여과장치(40)를 더 포함할 수 있다.

이와 같은 여과장치(40)는 이물질과 유해성 물질을 포함할 수 있는 침출수(B)를 여과한 후 배출함으로써 후단의 수처리 시설에 대한 부하를 저감시킬 수 있게 한다.

이때 상기 여과장치(40)로 유입되는 상기 침출수(B)는 상기 집수공간에서 침전 처리되어 배출되는 상등수일 수 있으며, 여과장치(40)에서 여과 처리된 여과액은 액비생산용 반응기로 전달되어 액비로서 제조될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예로서 상기 여과장치(40)는 도 6에 도시된 바와 같이 하단에 상기 침출수(B)가 유입되는 침출수유입라인(421)이 형성되며 상기 침출수유입라인(421) 상부에 여과액배출라인(422)이 형성되고 상단에 미처리미출수배출라인(423)이 형성되는 하우징(42)과, 상기 하우징(42)을 상,하 방향으로 제 1구획공간(433), 제 2구획공간(434), 제 3구획공간(435)으로 구획하며, 복수의 유동공(4311, 4321)이 형성되는 상,하부 구획판(431, 432) 및 상,하부 구획판(431, 432)의 대향하는 유동공(4311, 4321)에 장착되는 세라믹필터(44)를 포함한다.

그리고 상기 여과장치(40)는 상부 구획판(431)에 구성되며 각 세라믹필터(44)를 통과하는 침출수에 부과되는 압력을 조절하는 압력조절수단(45)을 더 포함할 수 있다.

먼저 상기 하우징(42)은 상부 하우징(425), 중부 하우징(424) 및 하부 하우징(426)으로 구성된다. 이들 상부 하우징(425), 중부 하우징(424) 및 하부 하우징(426)은 도면에 도시된 바는 없으나 볼트 결합 등 공지의 고정수단에 의해 조립될 수 있다.

상기 하부 하우징(426)의 하단에는 침출수유입라인(421)이 형성되어 상기 집수공간으로부 배출되는 침출수(B)가 하우징(42) 내부로 유입되게 한다.

상기 중부하우징(424)에는 여과액배출라인(422)이 형성되어 상기 세라믹필터(44)를 통과하면서 제 2구획공간(434)으로 유도된 여과액이 상기 여과액배출라인(422)으로 배출되도록 한다. 이렇게 여과액배출라인(422)으로 배출되는 여과액이 액비로서 이용될 수 있는 것이다.

상기 상부 하우징(425)에는 미처리침출수배출라인(423)이 형성된다. 상기 세라믹필터(44)를 통해 여과가 이루어지지 않은 미처리침출수가 상기 제 1구획공간(433)으로 배출되고, 이러한 미처리침출수가 상기 미처리침출수배출라인(423)을 통해 외부로 배출되도록 하는 것이다.

상기 미처리침출수배출라인(423)은 도면에서 도시된 바와 같이 침출수유입라인(421)에 연결되어 미처리침출수가 침출수유입라인(421)을 통해 다시 하우징(42) 내부로 순환되어 세라믹필터(44)에 의한 여과 과정을 거칠 수 있도록 한다.

상기 세라믹필터(44)는 상,하부 구획판(431, 432)의 대향하는 유동공(4311, 4321)에 장착되는 구성이다.

이러한 상기 세라믹필터(44)는 봉 형상으로 다공의 재질로 구성되며, 도 7에서 도시된 바와 같이 복수의 유동홀(441)이 타공되어 상기 유동홀(441)을 타고 하부에서 상부로 침출수가 유동하게 되며, 이 과정에서 일정 압력에서 침출수가 상기 세라믹필터(44)를 횡방향으로 통과하면서 오염 물질이 여과될 수 있게 한다.

즉 세라믹필터(44)의 공경 보다 작은 액체는 여과되고, 그 이상의 오염물은 걸러져 배출되는 형태를 갖는다.

상기 세라믹필터(44)의 재질은 다양한 공지의 재질을 사용할 수 있으며, 알루미나, 티타니아, 지르코니아 등이 적용될 수 있다.

그리고 상기 세라믹필터(44)에 있어 침출수가 여과액보다 미처리침출수로 배출되는 경우, 여과를 위해 순환 과정을 길게 가져가야 하는데 이렇게 미처리침출수가 다량으로 배출됨에 따른 여과액 생성효율이 저하되는 문제가 있을 수 있으며, 이를 위해 세라믹필터(44)에서 침출수에 부과되는 압력을 너무 높이는 경우 여과액의 생성효율은 높아지나 세라믹필터(44)의 파손의 문제가 있을 수 있다.

이에 본 발명에서는 압력조절수단(45)이 더 구성되도록 하여 상기와 같은 문제를 해결할 수 있게 한다.

상기 압력조절수단(45)은 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 상기 상부 구획판(431)의 상부에 회전 연동이 가능하도록 장착되는 회전축(451)과, 상기 회전축(451)에서 방사형으로 복수로 돌출되며 경사구배가 형성되고 회전연동에 의해 유동공(4311)을 개폐하는 날개(452)를 포함할 수 있다.

이와 같이 압력조절수단(45)이 구성되는데, 상기 압력조절수단(45)은 각 세라믹필터(44)에서 배출되는 미처리침출수가 경사구배를 형성하는 날개(452)를 타격함에 따라 상기 압력조절수단(45)이 상기 상부 구획판(431) 상부에서 회전을 하게 되는데, 도 9에 나타난 바와 같이 날개(452)가 어느 유동공(4311)의 상부 즉 어느 세라믹필터(44-1)의 상부에 위치하는 경우 해당 세라믹필터(44-1)에서 침출수(B)가 상향으로 유동하는 방향의 반대방향으로 압력이 부과되어 침출수(B)가 세라믹필터(44-1)를 횡방향으로 유동케 하는 힘이 커져 그만큼 여과액 생성효율이 높아지게 되는 것이다.

이 과정에서 상기 세라믹필터(44-1)의 상부에 위치하는 날개(452)도 해당 세라믹필터(44-1)에서 배출되려는 침출수(B)의 압력을 받아 인접하는 세라믹필터(44-2) 방향으로 회전을 하게 되는 것이다.

이와 같이 구성되어 각 세라믹필터(44)에 일정의 압력을 순차적으로 부여하고 해제함으로써 세라믹필터(44)에 부하를 형성함 없이 여과액을 생성효율을 높이도록 하는 것이다.

이에 더하여 상기 날개(452)의 배면에는 다공성 재질의 흡착판(453)이 더 구성되도록 하여 날개(452)에 의해 상기에서 언급한 바와 같이 세라믹필터(44)에 압력을 주는 과정에서 비처리침출수가 상기 흡착판(453)에 충돌하면서 비처리침출수에서 오염물질이 상기 흡착판(453)에 흡착이 되도록 하는 것이다.

이와 같이 구성되어 날개(452)에 의해 세라믹필터(44)에 일정한 압력을 주는 과정에서도 침출수(B)로부터 오염물질의 흡착에 의한 제거가 이루어지도록 함으로써 여과액의 생성효율을 더욱 높이고, 오염물질의 함량이 낮은 고품질의 액비가 생성되도록 하는 것이다.

상기 흡착판(453)은 그 재질을 한정하지 않는 바, 예로 상기 세라믹필터(44)와 동일한 재질로 구성하여도 무방하다.

한편 계속적인 여과에 의해 세라믹필터(44)에 부하가 발생되고 열화되는 부분이 형성되어 세라믹필터(44)의 파괴, 여과효율 저하 등의 문제가 발생되며, 이러한 문제는 상,하부 구획판(431, 432)과 세라믹필터(44)의 접합부분에서 특히 열화의 문제가 발생된다.

이에 본 발명에서는 도 10에 도시된 바와 같이 상,하부 구획판(431, 432)의 유동공(4311, 4321)과 세라믹필터(44)는 선부재가 나선형으로 적층되어 형성되는 연결구(46)에 의해 연결되도록 하는 예를 제시하고 있다.

즉 도면에서 보는 바와 같이 세라믹필터(44)의 양단이 선부재가 나선형으로 적층되는 연결구(46)에 삽입된 상태로 상기 연결구(46)의 단부가 상,하 부 구획판(431, 432)의 유동공(4311, 4321)에 부착되도록 하는 것이다.

이렇게 구성되어 세라믹필터(44)의 단부는 상,하부 구획판(431, 432)의 유동공(4311, 4321)과 이격을 형성하면서 세라믹필터(44)와 상,하부 구획판(431, 432)의 유동공(4311, 4321) 사이에는 연결구(46)가 노출되도록 하는 것이다.

상기 연결구(46)에 의해 세라믹필터(44)가 유동공(4311, 4321)에 연결됨으로써 접합부에서 발생되는 부하가 상기 연결구(46)의 탄성에 의해 완화시킬 수 있게 되는 것이다. 또한 연결구(46)의 경우도 도면에서 보는 바와 같이 여과기능이 발현되도록 함으로써 여과의 사구역 형성도 제어되도록 하는 것이다.

상기 연결구(46)는 탄성을 가진 선부재가 나선형으로 적층되면서 내부에 중공이 형성되는 형상으로 스프링과 같은 구조를 가짐에 따라 당연히 탄성복원력을 가진다.

이러한 구조에 의해 도 10에 도시된 바와 같이 상기 세라믹필터(44)를 상향으로 통과한 원액이 각 선부재의 피치 간을 통과하면서 오염물질이 걸러지도록 하고 이렇게 오염물질이 걸러진 여과액이 상기 여과액배출라인(422)을 통해 배출되도록 하는 것이다.

또한 상기 세라믹필터(44)가 상,하부 구획판(431, 432)에 탄성복원력을 가진 연결구(46)에 의해 연결됨으로써 세척효율을 높일 수 있게 된다.

이를 위해 상기 상부 구획판(431)은 상기 하우징(42)에서 회전연동이 가능하도록 장착됨이 타당하다.

더욱 바람직하게는 상기 상부 구획판(431)은 도 10에 도시된 바와 같이 상기 하우징(42)에 고정핀(4312)에 의해 고정되며, 고정핀(4312)의 제거시 상기 하우징(42)에서 회전연동이 가능하도록 장착됨이 타당하다.

즉 여과작용을 위한 운전 시 상기 상부 구획판(431)은 고정핀(4312)에 의해 고정됨에 따라 상기 압력조절수단(45)의 회전하는 경우에도 고정이 이루어지도록 하여 압력조절이 원활히 이루어지도록 하고, 도 11에 도시된 바와 같이 세척작용을 위한 운전시에는 고정핀(4312)을 제거하여 상기 상부 구획판(431)이 회전연동이 가능하도록 하는 것이다.

그리고 세척시에는 상부 하우징(425)을 탈리시키고 세척수주입라인(427)을 연결하여 제 2구획공간(434)으로 세척수를 분사한다. 그 과정에서 수동 또는 자동으로 상기 상부 구획판(431)을 일정 각도로 회전시키도록 힘을 가하고, 힘을 해제하면 연결구(46)의 복원력에 의해 복원되는 과정에서 각 세라믹필터(44)에 침적된 오염물질이 탈리되는 것이며 이렇게 탈리된 오염물질은 오염물질 배출라인(428)을 통해 배출하게 되는 것이다.

즉 탄성복원력을 가진 연결구(46)에 의해 세라믹필터(44)가 상,하부 구획벽(431, 432)에 고정됨으로써 세척이 용이하게 이루어지도록 하는 것이다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.

1 : 제 1연결과 2 : 제 2연결관
10 : 발효조 20 : 교반기
30 : 산기장치 40 : 여과장치
42 : 하우징 44 : 세라믹필터
45 : 압력조절수단 46 : 연결구
100 : 내부공간 110 : 바닥면
200 : 회전축 210 : 교반날개
220 : 슬라이딩 레일 310 : 그레이딩
311 : 제 2관통공 320 : 프레임
324, 325 : 다리부 326, 327 : 가이드부
328 : 받침부 328a : 제 1관통공
330 : 판부재

Claims (8)

1. 축사로부터 수집되는 가축분뇨와 왕겨 또는 톱밥을 포함하는 수분조절제가 유입되는 발효조;
   상기 발효조의 내부공간에 설치되고 선택적으로 작동되어 유입된 가축분뇨와 수분조절제를 교반하는 교반기; 및
   상기 발효조의 바닥면에 상호 이격을 형성하면서 길이 방향을 따라 마련되고 상기 발효조로 유입된 가축분뇨에 외부로부터 공급되는 산소를 공급하며 발효물로부터 배출되는 침출수를 선택된 집수공간으로 전달하는 산기장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가축분 자원화 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 교반기는,
   상기 발효조의 양 내측벽에 길이 방향을 따라 각각 바닥면과 평행하게 설치되는 한 쌍의 슬라이딩 레일;
   양단이 각각 한 쌍의 슬라이딩 레일 간에 장착되어 슬라이딩 레일을 따라 이동하며 외부로부터 회전력이 부여되어 회전 구동하는 회전축;
   상기 회전축의 외주연에 일정 간격을 따라 방사형으로 장착되는 복수의 교반날개; 및
   상기 회전축에 선택적으로 회전력을 부여하는 구동모터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가축분 자원화 시스템.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 산기장치는,
   유체를 통과시킬 수 있는 가요성의 판부재;
   상부면에 상기 판부재가 장착되고, 상기 판부재가 장착된 하부에는 상부면과 하부면을 관통하는 복수의 제 1관통공이 형성되며, 하부면에는 상기 제 1관통공이 지면으로부터 일정거리 이격되도록 제 1관통공의 외측에서 하부로 일정한 높이를 갖고 일측면으로부터 대향하는 타측면까지 연장된 한 쌍의 다리부와, 상기 복수의 제 1관통공의 외측으로부터 일정거리 이격되어 상기 다리부가 상부면으로부터 일정 높이 연장된 한 쌍의 가이드부가 형성되고, 상기 일측면과 상기 타측면이 대칭인 프레임; 및
   상기 프레임의 한 쌍의 가이드부 사이에 삽입되어 상기 판부재의 상부에 설치되고 복수의 제 2관통공을 갖는 그레이팅;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가축분 자원화 시스템.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 받침부의 상부면에는 복수의 제 1관통공과 가이드부 사이에 길이 방향을 따라 한 쌍의 요홈이 형성되며,
   상기 그레이팅의 하부면에는 상기 받침부의 한 쌍의 요홈과 대면하여 길이 방향을 따라 한 쌍의 요홈에 결합되는 한 쌍의 안착돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 가축분 자원화 시스템.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 산기장치는,
   상기 판부재와 프레임 및 그레이팅이 각각 분할되는 복수의 단위모듈로 구성되고,
   단위모듈로 구성되는 프레임은,
   일측면의 일부가 제거되어 있으며, 상기 일측면에 대칭인 타측면의 대응하는 위치에는 상기 일측면의 일부가 제거된 부분과 정합될 수 있도록 돌출되는 것을 특징으로 하는 가축분 자원화 시스템.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 집수공간에 집수된 침출수가 유입되고, 유입된 침출수를 여과하여 배출하는 여과장치;가 더 포함되며,
   상기 여과장치는,
   하단에 침출수유입라인이 형성되며 상기 침출수유입라인 상부에 여과액배출라인이 형성되고 상단에 미처리침출수배출라인이 형성되는 하우징;
   상기 하우징을 상, 하 방향으로 제 1구획공간, 제 2구획공간, 제 3구획공간으로 구획하며 복수의 유동공이 형성되는 상,하부 구획판;
   상기 상,하부 구획판의 대향하는 유동공에 장착되는 세라믹필터; 및
   상부 구획판에 구성되며 각 세라믹필터를 통과하는 침출수에 부과되는 압력을 조절하는 압력조절수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가축분 자원화 시스템.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 압력조절수단은,
   상기 상부 구획판의 상부에 회전연동이 가능하도록 장착되는 회전축과, 상기 회전축에서 방사형으로 복수로 돌출되며 경사구배가 형성되고 회전연동에 의해 유동공을 개폐하는 날개와, 상기 날개의 배면에 장착되는 다공성 재질의 흡착판을 포함하는 것을 특징으로 하는 가축분 자원화 시스템.
   
8. 제 6항에 있어서,
   상기 상,하 구획판의 유동공과 세라믹필터는 선부재가 나선형으로 적층되어 형성되는 연결구에 의해 연결되고,
   상기 상부 구획판은, 상기 하우징에서 회전연동이 가능하도록 장착되되, 상기 하우징에 고정핀에 의해 고정되며, 고정핀의 제거시 상기 하우징에서 회전연동이 가능하도록 장착되는 것을 특징으로 하는 가축분 자원화 시스템.

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