KR970007558B1 - 원적외선을 이용한 고함수 폐기물의 발효처리 방법과 그 장치 - Google Patents

Abstract

내용없음.

Description

원적외선을 이용한 고함수 폐기물의 발효처리 방법과 그 장치

제1도는 본 발명 건조로의 정단면도.

제2도는 본 발명 건조로의 횡단면도.

제3도는 본 발명에 사용되는 교반기의 설치 상태도.

제4도는 본 발명에 사용되는 교반기의 확대도.

제5도는 본 발명에 사용되는 교반기의 회전익의 상세도.

제6도는 본 발명에 사용되는 교반기의 회전축과 공기관의 접속상태의 확대 단면도.

본 발명은 인분뇨, 축분뇨, 식품폐기물 및 하수오니등에 고함수 폐기물에 톱밥, 왕겨 제오라이트, 고토등의 건조 분말을 혼합하여 함수율 줄인 다음 호기성 분위기에서 원적외선을 조사하여 발효처리하는 고함수 폐기물의 발효처리하는 방법에 관한 것이다.

종래 고함수 유기물의 처리방법으로는 활성오니법이 주가되고 이를 부분적으로 응용하는 방법으로서 예를 들면 종래 활성오니법에 의한 분뇨처리 방법은 분뇨중의 각종 협잡물을 제거한 후 저장조에 투입하여 액상을 균질화하고 여기에 수배에 해당하는 희석수로 희석시켜 폭기조에 투입하여 폭기하면 호기성균(활성오니)의 작용으로 오수중의 유기물이 산화분해된다. 이를 침전조에 이송하여 일정시간 방치하면 고형분은 침전되고 상징수는 여과한 후 멸균 처리하여 방류시키고 침전물은 필터프레스등의 수단으로 여과 압착하여 수분을 제거한 다음 소각하거나 발효처리하여 유기질 비료를 얻는 것이 통상적인 방법이라 할 수 있다.

이상의 방법은 희석수를 사용함으로써 다량의 수자원이 필요하고 이에 따라 용량이 증가되므로 저수조, 폭기조, 침전조등의 시설규모가 방대해지고 동력비등이 크게 증가할 뿐 아니라 유기물의 산화분해 및 발효처리등에 상당한 시간이 소요된다.

또 종래 방법중의 하나로 하수슬럿지나 인분뇨, 축분뇨등의 처리방법에 있어서 주로 혐기성 및 호기성 소화법을 이용하거나 이를 활용하는 방안으로 생석회를 이용한 슬럿지의 안정화로 유기퇴비를 생산하는 방법이 있으나, 여기에서 혐기성 및 호기성 소화법의 처리기술은 복잡하고 처리비용의 과다와 장시간이 요구되는 문제점을 갖고 있으며, 특히 소석회를 이용한 안정화 방법은 고액분리공정, 안정화반응공정 및 건조공정을 거쳐 유기질 비료를 생산하는 것으로 되어 있으나, 고액분리 공정에서 나오는 슬럿지도 그 함수율이 80% 이상이고, 이와 같은 슬럿지에 통상의 생석회 첨가 중량비인 5∼10%를 첨가하여 안정화시킨다 하더라도 수분함량은 슬럿지가 유동할 수 있는 상태이어서 이를 연속 건조공정으로 투입시킨다는 것은 대량처리를 목적으로 할때 그 설비규모가 방대하고 넓은 장소가 요구되며 비료 생산까지 장시간이 요구되는 결점을 갖고 있다. 그밖에도 인분뇨, 축분뇨와 같은 고함수유기 물레 황토, 점토, 돌마이트, 지오라이트등을 첨가하여 함수율을 줄임과 동시에 반죽하여 일정형태로 성함으로써 무기질비료, 토지개량제, 흡착제 또는 여과제등을 생산하는 방법이 있으나 엄청난 연료비가 소요되는 결점이 있었다.

본 발명은 고함수 유기폐기물에 톱밥, 왕겨 등의 유기질성분과 지오라이트, 석회, 고토 등의 무기질 성분을 혼합하여 고함수 유기질 폐기물의 함수율을 줄임으로, 폭기공정 대신에 교반기에 의한 공기접촉으로 발효처리를 용이하게 함과 동시에 발효조내에서 산소공급하에 원적외선을 조사하여 미생물의 활동을 왕성하게 함으로써, 산화분해를 촉진시켜 발효속도를 크게 단축시킴으로써 유기질성분과 무기질성분을 동시에 함유하는 복합비료를 얻을 수 있는 원적외선을 이용한 고함수유기질 폐기물의 처리방법과 장치에 관한 것이다.

상기 발명에서 고함수유기질 폐기물의 처리방법을 구체적으로 설명하면 우선 함수율 약 90% 이상인 인분뇨, 축분뇨 등의 고함수유기질 폐기물을 저장조로부터 동일 용량이 2개 이상 설치된 1차 발효실에 투입하고, 여기에 왕겨, 톱밥, 지오라이트, 석회, 고토 등의 건조분말을 중량비로 투입된 분뇨량 100부에 대하여 30∼40부를 투입하여 고함수 유기질 폐기물의 분함량을 조정 함수율이 65∼80%되게 조정한 다음 원적외선을 강하게 조사하여 살균한 다음 호기성균을 투입하여 교반기에 의해서 균일하게 섞이게 되고, 송기관을 통하여 충분한 건조공기가 공급되게 함과 동시에 상부에 부착된 원적외선 상부튜브에서 적당한 원적외선이 방사되어 복사열을 발생함으로써 유기물의 분해가 시작되고 튜브주위의 폐열을 배풍기에 의해서 건조공정에 재이용되고 유기물의 분해반응열은 발효물의 수분을 증가시킴으로써 함수율을 줄인다.

이와 같이 1차 발효실에서 처리물의 함수율은 50∼60%로 조정되며, 이와 같은 방법으로 3개의 발효실을 거치면 함수율 15%인 분말상의 복합비료를 얻게되고 이에 소요되는 시간은 16∼24시간 소요되며 발효가 끝난 내용물의 중량은 35∼45부에 이른다. 이를 성형하여 환이나 펠렛의 비료완제품을 얻을 수 있고 이를 건류하면 유용한 탄화품을 얻을 수 있게 된다.

위의 방법에서 원적외선이란 전자기 스펙트럼에서 가시광선과 전자파중 레이다파에 해당하는 빛으로 눈에는 보이지 않으며 태양의 빛중 80%를 점하고 있고 태양의 열에너지를 지구에 전달시켜 주는 빛으로 물체에 가장 잘 흡수되는 빛이라 할 수 있으며, 이와 같은 원적외선의 작용은 생물체에 존재하는 물이나 단백질을 이루는 유기화합물 분자운동의 진동파장대가 비추어지는 원적외선 파장대와 동일한 경우 활성화되어 공명흡수 작용이 일어나며 동시에 유기물의 내부와 외부에 온도상승이 일어나며, 용존산소를 활성화시켜 혐기성균의 침투를 억제하고 호기성균의 번식을 증대시키며, 공기를 음이온화하여 악취발생물질의 양이온을 중화시켜 악취를 제거한다. 또 원적외선을 받으며 미생물의 증식이 활발하게 되거나 균자체가 활성화되어 수화성이 높아지므로 숙성이 촉진되는 것으로 알려져 있다. 이와 같은 원적외선 방사온도가 90∼980℃에서 방사되는 파장 2.3∼7.9㎛을 유기분자화합물의 발효숙성에 이용한 것이라 할 수 있다.

또 위의 방법에서 톱밥, 왕겨, 지오라이트, 석회, 고토의 첨가량은 30∼40부 범위내에서 각각 동량으로 첨가하는 것이 얻어지는 복합 비료의 성분조성에 있어 만족스럽고, 이와 같이 고함수유기질폐기물에 상기 첨가물을 첨가함으로써 통상의 폐수처리에 있어서, 사용되는 폭기처리, 슬럿지처리, 상징수 분리공정, 여과공정을 생략 할 수 있으며 지오라이트, 석회등을 첨가함으로써 기질이 pH 7∼8정도의 알카리성으로 되어 미생물의 성장과 생합성반응을 활성화시킴에 유리하다 하겠고, 여기에서 투입되는 미생물은 호기성이면서 친열성의 미생물이라 할 수 있다. 또 발효과정은 1차 발효실에서 발효가 가장 활발히 진행되고 2차, 3차, 4차 발효실로 갈수록 발효가 감소되며, 원적외선 발생히터에서 발생하는 열과 반응열에 의하여 수분이 감소된다.

이상의 방법은 다음에 설명하는 장치에 의해서 진행되는데 장치와 관련시켜 설명하면 본 방법을 좀더 구체적으로 이해할 수 있다. 이와 같은 장치는 통상의 저장조로부터 고함수 유기질폐기물을 펌프로 1차발효장치에 투입하되 발효장치는 원적외선을 발생하는 원적외선 발생히터(1)를 발효장치 상단내부에 설치하되 감속모터(2)에 의하여 샤프트(3)의 구동으로 와이어선(4)의 길이를 조절하여 원적외선 발생히터(1)의 위치를 상하로 조정 할 수 있도록 되어 있고, 투입구(5)에 의해 발효장치 내부로 투입된 고함수 유기폐기물은 교반기(6)에 의해 분산되어 발효장치 내부에 적층하게 되고 여기에 첨가물을 첨가한다.

이때 교반기(6)가 계속 구동하는 가운데 원적외선 발생히터(1)는 조건에 따라 90∼980℃ 범위의 온도를 갖을수 있고 최하단의 위치로 내려와 높은 온도를 발하여 폐기물에 존재하는 균을 멸균하도록 되어 있고, 충분히 멸균시킨 상태에서 원적외선 발생히터(1)는 상승하여 원위치로 복귀하고 호기성미생물이 투입구(5)로 투입되어 교반기(6)에 의해 전체 기질에 균일하게 섞이게 된다.

한편 발효장치 내부의 바닥면은 발효장치 각실의 길이 방향으로 홈을 형성하며 제2도에 나타나 있는 바와 같이 중심부쪽으로 경사지게 횡으로 제작되고 이와 같은 경사는 내부임 펠러(6)에 의해 발효가 끝난 제품을 장치밖으로 배출하고자 할때 장치하부에 있는 스크류컨베이어(8)쪽으로 잘 흘러가게 하며 발효장치 내부에 설치된 교반 임펠러(6)의 구동은 감속모터(9)에 의해 체인(10)으로 전달되고, 스프로켓(11)과 연결된 보조체인(10')에 의해 내부에 전 교반임 펠러 회전축(6')에 동력이 절단되어 교반목적을 수행할 수 있게 구성되어 있다.

또 발효에 필요한 산소공급은 송풍기(12)에 의해 발생되고, 이송관(13)에 의해 발효조 내부에 부착된 공기분사수단에 의하여 발효물질에 공급되어지며 발효장치 내부의 벽체(14)는 내식성이 강한 재질로 구성되어지며 단열재(15)는 벽체(14)와 외벽(16) 사이에 부착되어지고 장치저부의 내부곡면(14')과 외측곡면(16') 사이에는 공기실(17)을 확보하여 내부의 열손실을 최대한 억제하며, 장치내부에는 온도감지센서와 습도감지센서가 수개소에 설치되어 자동제어장치에 의해 항상 요구되는 온도와 습도로 제어하도록 되어 있고 적정온도 이하이면 온도감지센서에 의해 원적외선히타(1)가 커지고 적정온도 이상이면 낮은 온도를 유지하거나 꺼지게 되어 있다.

또한 습도감지센서에 의해 설정된 습도이상으로 될 경우 발효증기는 배풍기(20)에 의해 장치밖으로 배출되어 공기실(17)의 열교환관(18)에 연결되어 보온용 열원으로 재이용되고, 설정습도 이하이면 공기실내 열교환관(18)에 존재하는 증습증기를 밸브(23)와 발효증기유통로(19)를 통하여 장치내로 재투입하도록 되어 있다.

그리고 상단의 고온공기는 장치외계에 설치된 흡입송풍기에 의해 발효장치에 설치된 수개소의 덕터(21)에 대해 대기중으로 방충되거나 장치 하단의 공기실(17)로 투입하여 보온의 열원으로 이용되거나 공기공급 파이프인 이송관(13)에 연결되어 목적물 건조시에 사용되어 진다.

이때의 유량조절은 댐퍼(22)에 의해 조정되어진다. 회전익(6)은 회전축(6')에 등간격으로 4방향 2열 나선형으로 다수개로 설치되는데 회전익(6)은 축에서 90°방향으로 지지회전익(6a)이 설치되고 지지회전익(6a)끝면에 접해서 회전축(6')과 같은 종방향으로 나선형회전익(6b)축의 길이만큼 연결되어 진다. 이때 각 회전익의 형상은 ㄱ자형으로 제4도와 같은 모양이며 안쪽으로 굽어져 있고 그 각도는 30°로 비틀리게 제작되어 목적물이 이송되면서 일방향으로 교반혼합되어 진다.

그리고 지지회전익(6a)의 ㄱ자형상은 서로 엇갈리게 안쪽과 바깥쪽으로 향하고 있어 회전축(6)과 횡방향으로 교반혼합되게 되어 있다. 즉 본 장치는 횡방향과 종방향의 동시 교반혼합이 가능하다.

한편 투입구(5)에는 투입이 완료되었을 경우 스프링에 의한 자동개폐장치가 부착되어져 있고 장치내부의 U자형 바닥은 발효조의 용량에 따라 수량을 조절하여 설치할 수 있으며, 만곡부위의 일부에 존재하는 발효제품은 배출되지 않게 하여 종균제의 역할을 할 수 있게 하였다. 아울러 제품의 배출은 회전익(6)이 회전하는 동안 슬라이드게이트(24)의 개폐로 하단의 스크류컨베이어(8)에 의해 밖으로 배출된다. 그리고 발효조내부의 공기주입장치는 운동하는 회전축(6')을 통하여 주입하도록 설계되어 있는바 그 방법은 송풍기(12)에 발생된 공기 또는 덕트(21)에 연결된 고온증기는 공기관(29)를 통하여 관으로 되어 있는 회전축(6')으로 연결되어 지지외전익(6a)과 나선형회전익(6b)에 접하여 설치된 확산공기관(6c)에 천공된 공기주입공(6a)에 의하여 발효물질 내부로 주입된다.

이렇게 함으로써, 공기주입시 이물질에 의해 공기관의 노즐이 막히거나 하중에 의해 공기관의 휨이나 교반시의 방해가 제거된다. 그리고 외부에서 유입된 공기관(29)을 통하여 회전축(6')으로 이송될때 관상체의 회전축(6')의 내부에 베어링(32)과 씰링(31)에 의하여 공기가 새는 것을 방지하며 회전체인 회전축(6')에 공기판(29)과의 연결이 용이하도록 구성되어 있다.

상수한 장치의 작용과 효과를 설명하면 본 발효장치는 처음에 기술한 원료물질을 발효시키고자 할때 수분의 조정등을 첨가물질을 첨가시켜 조정하는것 외에 원적외선의 복사열과 원적외선 방사히타 주위의 대류 및 전도열로서 가열하여 발효온도를 유지하고 발생되는 수증기는 배출하여 조정하며, 원적외선 방사히타를 하강시켜 잡균을 멸균할 수 있도록 되어 있으므로 하나의 열원을 효과적으로 사용할 수 있을 뿐만아니라 통상적인 기계 발효장치에 비해 본 장치로는 생물체의 활성화를 돕는 원적외선의 생체효과에 의해 발효속도를 거의반으로 앞당길 수 있고 또한 자연상태에서 분해가 어려운 셀룰로즈의 분해도 용이하다. 특히 본 발명에서 원적외선에 의하여 흡수된 복사열에 의해 미생물자체내의 발열로 온도를 유지하여 항상 일정한 온도를 유지할 뿐 아니라 생물체의 활성화와 물분자의 수화작용 상승으로 미생물의 활동이 매우 왕성하여 영양분의 분해가 종래의 어떤 방법보다 빠르고 혐기성균의 침투를 막아 완벽한 유기발효물을 생산할 수 있을 뿐만 아니라 벽체등에 흡수된 복사열로 인하여 외부온도와의 격리가 쉬워지며 장치내의 대류열을 다른 공정에 이용할 수 있도록 되어 있어 발효온도 유지에 소요되는 연료를 크게 줄일 수 있어 발효제품 생산향상과 원가 절감에 크게 기여할 수 있는 발효처리 방법과 장치라 할 수 있다.

Claims (2)

1. 함수율 90% 이상인 인분뇨, 축분뇨등의 고함수 유기질폐기물 100부를 저장조로부터 1차 발효실에 투입하고, 여기에 왕겨, 톱밥, 지오라이트, 석회, 고토등을 동일량으로 혼합한 혼합건조분말 30∼40부를 투입하여 고함수 유기질폐기물의 수분함량을 65∼80로 되게 조정하고 원적외선을 강하게 조사하여 살균처리한 다음 여기에 호기성균을 투입하여 분사시킨 후 충분한 건조공기가 공급되게 함과 동시에 원적외선이 방사온도가 90∼980℃ 범위내에서 원적외선을 방사하여 복사열로 발효 처리함으로써 1차 발효실에서 함수율은 50∼60%의 발효처리물을 얻고 이와 같은 방법으로 3개의 발효실을 거쳐 함수율 15%인 분말상의 발효 처리물인 복합비료 제조함을 특징으로 하는 원적외선을 이용한 고함수 유기폐물의 발효처리 방법.
2. 발효장치 내부 위쪽에는 감속모터(2)에 의해 샤프트(3)의 구동으로 와이어선(4)의 길이를 조절함으로써 상하로 이동할 수 있는 원적외선 방사히터(1)가 수평으로 현수되어 있고 발효실 내부 하측에는 송풍기(12)에 의하여 발생되는 공기를 이송하는 이송관(13)은 씰링(31)과 베어링(32)을 관체 일단의 내면에 장착시킨 회전축(6')의 관 내부로 연결되어 있으며 회전축(6')에는 제5도에서와 같이 회전익(6)를 구성하는 ㄱ자형의 홈에따라 회전축(6')의 측면에 연결되어 관통된 공기분사공(6d)이 천공된 확산공기관(6c)이 연설되어진 회전익(6)이 등간격으로 4방향 2열의 나선형으로 다수개 설치되고 회전익은 회전축(6')에 대하여 90°방향으로 지지회전익(6a)이 설치되고 지지회전익(6a)의 끝면에 접해서 회전축(6')과 같은 종방향으로 나선회전익(6a)이 회전축의 길이 만큼 연결되어진 교반기(6)가 발효실 안쪽 벽에 고정되어 설치되고 이교반기(6)는 감속모터(9)에 의해 체인(10)으로 전달되고 스프로켓(11)과 연결된 보조체인(10')에 의해 내부에 다른 교반기의 회전축(6')에 동력이 절단되도록 구성되어 있으며 발효실을 구성하는 내부 벽체(14)는 내식성이 강한 재질로 구성되어 있고 내부벽체(14)와 외벽(16) 사이에는 단열재(15)로 충진되어 있으며 발효실의 바닥면은 다수개의 반원 곡면으로 구획되어 구성되어 있고 이 반원곡면은 내부곡면(16')과 외부곡면(16')으로 이루어져 그 사이에서 공기실(17)을 확보함과 동시에 열교환관(18)이 설치되어 있으며, 내부곡면(14')은 이곡면에 따라 교반기(6)가 회전하도록 되어 있고 각 곡면 하부에는 발효제품을 배출하는 슬라이드게이트(24)가 설치되어 이의 개폐로 하단의 스크류컨 베이어(8)에 의해 발효제품이 배출되도록 설계되어 있으며, 발효실의 측벽상부에는 고함수 유기폐기물이 투입되는 저장조의 파이프라인에 연결된 투입구(5), 첨가물투입구(5')가 설치되어 있으며 투입구(5) 및 (5') 바로 아래에는 배풍기(20)가 설치되어 배풍시 파이프라인(19)을 통하여 밸브(23)에 의하여 공기실(17)내에 열교환관(18)에 연결되어 있고 다른 측벽 상단에는 댐퍼(22)가 부착된 덕터(21)가 설치되어 있는 고함수 유기폐기물의 발효처리 장치.