JP6302612B2 - 生ゴミまたは畜産糞尿を含む廃棄物の処理及びエネルギー生産システムとその方法 - Google Patents

Description

本発明は、生ゴミまたは畜産糞尿を含む廃棄物の処理及びエネルギー生産システムとその方法に関し、より詳細には、廃水処理のため一般的に用いられる沈殿槽や化学添加物を使用せず生ゴミや畜産糞尿などの廃棄物処理が可能であり、前記廃棄物から廃水と固形有機物を分離して処理した後に各々の再活用が可能となる、生ゴミまたは畜産糞尿を含む廃棄物の処理及びエネルギー生産システムとその方法に関する。

生ゴミまたは畜産糞尿を含む廃棄物の処理時に発生する固形有機物は、乾燥後の飼料、燃料や堆肥などに再活用されているが、堆肥発酵の過程で悪臭が発生し苦情を引き起こすという問題があり、また、高濃度廃水は化学薬品を添加して浮遊物質を沈殿させる方法によって処理されるため、環境にやさしくないという問題がある。即ち、化学薬品を添加して廃水を処理した場合、塩分、窒素、リン（燐）などを環境に有害な薬品で中和処理する特性のため環境にやさしくない。一部の有機性スラリーを発酵させる発酵消化システムがあるが、バイオガスの生産後に発生する廃水とスラッジが第２環境汚染を引き起こす可能性があり、発酵消化の過程で発生する悪臭によって苦情が発生し、ガス燃料は生産性に比べて投入費用がもっと多いという問題があって実用化が困難であり、処理期間も１０日〜３１日要求されるという問題がある。

韓国公開特許第１０−２０１１−５５４４２号（公開日：２０１１年０５月２５日）は、有機性廃棄物の資源化処理システムを提供し、前記技術は、有機性廃棄物を固相と液相に分離して、固相廃棄物は堆肥化し液相廃水は液肥化して、液肥化過程でノンスラッジシステムで有機性物質を処理して、有機性廃棄物でメタンを生成し、廃油でエマルジョン燃料を生成することを特徴とする。しかし、前記技術は、化学薬品の使用を抑える代わりに、資源化の過程で嫌気性微生物と好気性微生物を混合して資源を処理する特性のため、微生物を培養および投入する別のプロセスが必要であり、重油、軽油、灯油または廃油などの燃料に水を混合してエマルジョン燃料を生成する別のエマルジョン装置を介して、化石燃料を使用しなければならない特性のため環境にやさしくないという問題があり、処理期間が長く塩分が除去されないという短所がある。

本出願人により出願して登録された韓国登録特許第１０−１１６８６９１号（登録日：２０１２年０７月１９日）は、生ゴミの脱離液の処理方法及び処理システムに関し、生ゴミから脱離した廃水を処理するためのものであるが、固形有機物を処理するには限界があるという問題があった。

本発明は、前記従来技術の問題を解決するために案出され、本発明によれば、廃水処理において一般的に用いられる沈殿槽または化学添加物を使用せず、生ゴミまたは畜産糞尿などの廃棄物処理が可能であり、前記廃棄物から廃水と固形有機物を分離して処理した後、再活用が各々可能となり、固形有機物から製造された固形燃料を利用して廃水から生成されるガス及び気泡の燃焼と水の蒸発を誘導し、また、燃焼炉の熱を固形燃料に再活用することができる、生ゴミまたは畜産糞尿を含む廃棄物の処理及びエネルギー生産システムとその方法に関する。

前記目的を達成するため、本発明における廃棄物処理とエネルギー生産システムは、固形有機物と廃水が含まれている生ゴミまたは畜産糞尿を含む廃棄物が投入される投入ホッパー；前記投入ホッパーの下端に備えられ、前記投入ホッパーを介して投入された廃棄物から不燃性物質と非有機性物質を選別と除去する選別機；不燃性物質と非有機性物質が除去された廃棄物を所定大きさの以下に粉砕する粉砕機；粉砕された廃棄物を回転速度及び粉砕された廃棄物中における固形有機物のサイズを各々異ならせて段階的に廃水と分離して濾す多段遠心分離機；廃棄物のうち、前記多段遠心分離機を介して分離された固形有機物が移送されて集荷される有機物貯蔵所；前記有機物貯蔵所に貯蔵される有機物とおがくず供給機から供給されるおがくずを均一に混合して所定温度に加熱し、有機混合物を製造する混合加熱器；前記混合加熱器を介して製造された有機混合物を成形して固形燃料として製造する成形機；前記遠心分離機を介して分離された廃水から不純物を１次除去する第１フィルタ；前記第１フィルタを通過した廃水を電気分解してガス及び気泡を生成する気泡発生器；前記気泡発生器の残りの廃水から固形有機物及び不純物を２次除去する第２フィルタ；前記気泡発生器から生成されたガス及び気泡と、前記第２フィルタから固形有機物及び不純物が２次除去された水を供給された状態で、前記ガス及び気泡を燃焼するとともに、不純物が除去された水を加熱して蒸気を発生する燃焼炉；を含むことを特徴とする。

また、本発明の燃焼炉は、成形機によって製造された固形燃料を前記気泡発生器から生成されたガス及び気泡と同時に燃焼させて蒸気を発生し、前記燃焼炉で生成された熱は、前記混合加熱器に移送されて有機混合物の製造に利用されることを特徴とする。

また、本発明の廃棄物処理及びエネルギー生産方法は、固形有機物と廃水が含まれている生ゴミまたは畜産糞尿を含む廃棄物を投入ホッパーに投入する工程（Ｓ１０）；前記投入ホッパーの下端に備えられる選別機を介して、投入された廃棄物から不燃性物質と非有機性物質を選別と除去する工程（Ｓ２０）；不燃性物質と非有機性物質が除去された廃棄物を粉砕機を用いて所定大きさの以下に粉砕する工程（Ｓ３０）；回転速度を異ならせるとともに、粉砕された廃棄物のサイズを各々異ならせて濾す多段遠心分離機を介して、粉砕された廃棄物を廃水から分離する工程（Ｓ４０）；廃棄物のうち廃水から分離された固形有機物を有機物貯蔵所に集荷する工程（Ｓ６１）；集荷された有機物とおがくずを混合加熱器を用いて均一に混合して所定温度に加熱し、有機混合物を製造する工程（Ｓ６２）；製造された有機混合物を成形機により成形して固形燃料として製造する工程（Ｓ６３）；で構成されることを特徴とする。

また、本発明における廃棄物処理とエネルギー生産方法は、固形有機物と廃水が含まれている生ゴミまたは畜産糞尿を含む廃棄物を投入ホッパーに投入する工程（Ｓ１０）；前記投入ホッパーの下端に備えられる選別機を介して、投入された廃棄物から不燃性物質と非有機性物質を選別と除去する工程（Ｓ２０）；不燃性物質と非有機性物質が除去された廃棄物を粉砕機を用いて所定大きさの以下に粉砕する工程（Ｓ３０）；回転速度を異ならせるとともに、粉砕された廃棄物のサイズを各々異ならせて濾す多段遠心分離機を介して、粉砕された廃棄物を廃水から分離する工程（Ｓ４０）；分離された廃水から第１フィルタを用いて固形有機物及び不純物を１次除去する工程（Ｓ５１）；固形有機物及び不純物が１次除去された廃水を気泡発生器を利用して電気分解しガス及び気泡を生成する工程（Ｓ５２）；ガス及び気泡が生成されて残った廃水から第２フィルタを用いて固形有機物及び不純物を２次除去する工程（Ｓ５３）；前記Ｓ５２工程を経て生成されたガス及び気泡と、前記Ｓ５３工程を経て固形有機物及び不純物が２次除去された水を供給された状態で、燃焼炉でガス及び気泡を燃焼するとともに、固形有機物及び不純物が除去された水を加熱して蒸気を発生する工程（Ｓ７０）；で構成されることを特徴とする。

さらに、本発明の廃棄物処理とエネルギー生産方法は、前記Ｓ６３工程を経て成形機で製造された固形燃料が燃焼炉に供給されることができ、前記Ｓ７０工程によって燃焼炉から発生した熱が有機混合物の製造のため混合加熱器に供給され得ることを特徴とする。

本発明によれば、化学薬品または微生物を使用せず、物理的に連続した構成だけで廃棄物に含まれている廃水と固形有機物を各々処理することにより、環境汚染の発生のおそれがなく、廃水から不純物が除去された水を燃焼炉で蒸発させる時に固形有機物から製造された固形燃料を使用することになり、また、固形燃料の製造時には燃焼炉で発生する熱を利用することで、廃棄物処理のための外部エネルギーの使用費用が低減されるという効果がある。

本発明に係る廃棄物の処理及びエネルギー生産システムを示す図である。 本発明に係る廃棄物の処理及びエネルギー生産方法を示すフローチャートである。

以下において、添付図面を参照して本発明の好適な実施例をさらに詳細に説明する。

図１は、本発明に係る廃棄物の処理及びエネルギー生産システムを示す図である。本発明は、投入ホッパー（１１０）から成形機（１８０）及び燃焼炉（３００）までのすべての構成が一つの建物内で一体に形成されるが、ただし、構成ごとに階を分けて形成され得る。例えば、地上１階には廃棄物を運搬して処理するために投入ホッパー（１１０）が形成されることができ、地下１階には、不燃性物質と非有機性物質を選別するための選別機（１２０）、粉砕機（１３０）、多段遠心分離機（１４０）、有機物貯蔵所（１５０）、おがくず供給機（１６０）、混合加熱器（１７０）、成形機（１８０）、第１フィルタ（２１０）、気泡発生器（２２０）、第２フィルタ（２３０）と燃焼炉（３００）が、廃棄物を処理する工程順で形成することができ、地下２階には、前記多段遠心分離機を介して固形有機物から分離された廃水が一時的に貯蔵される係留槽が備えられ得る。投入ホッパーが形成される地上１階には、システム運転のための運転室と事務室が備えられることができ、地下１階から地上１階に渡って、燃焼炉で処理された最終排気ガスを排出させるための排気口が備えられ得る。また、建物全体に悪臭を捕集させ、建物の外部に悪臭を排出させない施設を備えることができる。

投入ホッパー（１１０）は、上端に備えられる投入口を介して生ゴミと畜産糞尿を含む廃棄物を、本発明におけるシステムの内部に流入するためのものであり、前記投入ホッパーは、上広下狭の形で構成され、前記投入ホッパーの上端には、外部空気を流入させ得る流入手段と前記投入ホッパーから排出される悪臭を排出させ得る排出手段が備えられることができる。外部空気の強制流入が投入ホッパーの上端における一側で行われる場合、悪臭の排出は反対側の一側で行われることができ、悪臭の流れが一方向に維持された状態で効果的に捕集できるように構成される。外部空気の流入手段としては、送風ファンと空気の通路となる配管があり、排出手段も排出ファンと配管にすることができ、配管が投入ホッパーの上部蓋に連結された状態で構成され得る。

選別機（１２０）は、投入ホッパーの下端に形成され、前記投入ホッパーの下端に形成された排出口を通して一定量ずつ排出される廃棄物から不燃性物質または非有機物質を除去することになる。前記選別機は、廃棄物に含まれている有機物から不純物または不燃性物質を除去するためのものであって、一般的に移送コンベア、ディスク板、駆動軸などを備えた通常の選別機を利用することができ、例えば、浮力沈降式方法によって強制的に注入される空気を利用し、廃棄物から不燃性物質を分離、および／または、廃ビニールなどを除去するために、風力選別機を使用し重量の差によって、非有機物質を分離することができる。

粉砕機（１３０）は、選別機を介して不燃性物質と非有機性物質が除去された廃棄物を所定大きさの以下に粉砕する。廃棄物に含まれている固形有機物のスイカなどの比較的大きいサイズの廃棄物が塊のまま放棄された状態で処理される場合、固形有機物に濃縮含有された廃水の排出が容易でないだけでなく、廃棄物処理に伴う過負荷のため機器故障の原因となり得る。本発明では、廃棄物に含まれている固形有機物のサイズを直径５ｃｍ以下に維持させることで、廃棄物中の固形有機物に含有された廃水を容易に排出させるとともに、以後の処理のための装置の故障を防止することができる。

多段遠心分離機（１４０）は、粉砕された廃棄物を回転速度及び粉砕された廃棄物中の固形有機物のサイズを各々異ならせて段階的に廃水と分離するためのものであって、大別して低速遠心分離機（１４１）、中速遠心分離機（１４２）と高速遠心分離機（１４３）で構成されることができる。しかし、遠心分離機の数は、必要に応じて加減ができ、回転速度に応じて、また濾される固形有機物のサイズ別に各遠心分離機によって濾され、廃水は別に分離された状態で、後述の第１フィルタ（２１０）と第２フィルタ（２３０）を介して濾過する。

前記低速、中速、高速遠心分離機は、相対的な速度の差と分離される有機物のサイズに応じて区別されるものであって、各構成は、有機物の大きさ、形態、または重量などの分離機別に分離され得る有機物の特性を考慮して構成することができる。本発明では、単一の遠心分離機を用いて固形有機物と廃水を分離することより、多段遠心分離機を利用することで遠心分離機の負荷を段階的に軽量化し、故障を防止するとともに固形有機物と廃水の分離能力が向上される。

例えば、本発明に適用される多段遠心分離機がデカンタ型の固液遠心分離機である場合、駆動軸を中心に所定半径の缶が打孔を有する形態で形成され、前記デカンタが前記駆動軸を中心に回転しながら固液分離が行われる。低速遠心分離機（１４１）の場合、前記打孔を１０〜２０ｍｍの範囲にするとともに、８００〜１，２００ｒｐｍの速度で回転させることで、１０〜２０ｍｍを超える直径の固形有機物が濾された状態で、残りの固形有機物と廃水が打孔を介して分離されるようにする。

中速遠心分離機（１４２）の場合、前記の打孔を０．１〜０．２ｍｍの範囲にするとともに、２５００〜３５００ｒｐｍの速度で回転させ、特にお互い直径が異なる二重網の形で構成し、前記速度の範囲内で、お互い異なる回転速度を持たせることで、重量および分子特性が異なる乳脂肪成分、有機物及び廃水が各々分離されるようにする。前記中速遠心分離機によれば、０．１〜０．２ｍｍを超える直径の固形有機物が濾され、高速遠心分離機（１４３）の場合、前記打孔を０．００１〜０．００２ｍｍの範囲にするとともに、５，０００〜６，０００ｒｐｍの速度で回転させ、０．００１〜０．００２ｍｍを超える直径の固形有機物が濾される。

前記多段遠心分離機（１４０）で濾された固形有機物は、後述する有機物貯蔵所（１５０）に移送され、一時的に貯蔵され、廃水及び前記廃水に含まれている０．００１〜０．００２ｍｍ以下の固形有機物及び不純物が第１フィルタを介して再び濾過されることになる。

有機物貯蔵所（１５０）は、廃棄物のうち、前記多段遠心分離機を介して廃水と分離された固形有機物が移送されて集荷される場所であり、本発明では、前記低速遠心分離機（１４１）、中速遠心分離機（１４２）および高速遠心分離機（１４３）のそれぞれを介して濾された固形有機物が次々と前記有機物貯蔵所に移送されて貯蔵され、後述の混合加熱器（１７０）と成形機（１８０）を通過しながら固形燃料として製造される。

混合加熱器（１７０）は、前記有機物貯蔵所に貯蔵される固形有機物とおがくず供給機（１６０）から供給されるおがくずを均一に混合して、一定の温度で加熱しながら有機混合物を製造する。前記おがくず供給機を介して供給されるおがくずは可燃性材料であって、有機物貯蔵所に貯蔵された固形有機物に含まれている水分を吸収して分散させるとともに、有機物を固形燃料に製造する時に熱効率を高めるために利用され、固形有機物とおがくずの混合は０．２５〜１：１の割合で行われ、混合されるおがくずの量が固形有機物の量より多くすることで、燃焼時に大気環境の汚染を最小限に抑えることができる。

前記混合加熱器による加熱は、８０〜９０℃の温度で５〜１０分間行うことができ、固形有機物とおがくずの有機混合物に含まれた水分が１０〜２５％の範囲に維持されたら良い。水分が１０％未満で含まれている場合は、後述する成形機（１８０）による成形が円滑に行われないおそれがあり、水分が２５％を超えて含まれている場合は、水分量が多くて後述の燃焼炉（３００）における燃焼過程が円滑に行われないおそれがある。

成形機（１８０）は、前記混合加熱器で加熱され水分が減少した有機混合物を所定の形態を有する固形燃料として製造するために使用される。固形燃料は、一般的に使用されるペレット形態またはブリケットの形態など、必要に応じて、様々な形態や大きさで製造することができる。前記成形機を介して製造された固形燃料は、燃焼炉の加熱時の燃料として使用することができ、また、外部に送出されて販売されることも可能である。

第１フィルタ（２１０）は、多段遠心分離機（１４０）を介して分離された廃水に残っている固形有機物及び他の不純物を１次除去するために使用される。前記第１フィルタととともに、後述の気泡発生器（２２０）と第２フィルタ（２３０）は、投入された廃棄物から固形有機物が濾された状態で、残っている廃水を浄化するために必要なものであって、各デバイスを通過しながら、廃水は浄化された水で濾過されることになる。

前記第１フィルタ（２１０）は、多様な形態のフィルタの利用が可能であるが、本発明では、例えば、酵素を利用するバイオフィルター、活性炭が含まれている活性炭フィルター又は樹皮が有する吸着およびフィルタリング特性を利用した木質フィルタを利用することができる。前記バイオフィルター、活性炭フィルター、または木質フィルタを第１フィルタで利用する場合、前記第１フィルタは、少なくとも３段形態で組になって形成される。多段遠心分離機（１４０）のうち、高速遠心分離機（１４３）を通過した廃水の中は０．００１〜０．００２ｍｍ以下の固形有機物及び不純物が含まれて、前記の固形有機物及び不純物を除去するためには、フィルタを多段構造の形態で構成する必要がある。

本発明では、前記第１フィルタが３段組〜５段組の形態で多段化されるように形成することで、廃水に残っている微細サイズの固形有機物及び不純物が効果的に除去される。前記第１フィルタが３段組で構成される場合を例にすれば、第１段を通過した廃水がまた第２段を通過し、第２段を通過した廃水が第３段を通過しながら段々固形有機物及び不純物の濃度が希釈された廃水になれる。

気泡発生器（２２０）は、前記第１フィルタを通過した廃水を電気分解してガス及び気泡を生成し、生成されたガス及び気泡は、燃焼炉（３００）に移動されて燃焼され、後述の第２フィルタ（２３０）を経て浄化された水を、加熱して蒸気化させることができる燃料として用いられる。水を電気分解する場合、（＋）電極では酸素（Ｏ_２）が発生され、（−）電極では、水素（Ｈ_２）が発生され、例えば（−）電極板をチタン合金、（＋）電極板をアルミニウムで構成した場合、前記（＋）電極板のアルミニウムが溶解され、多量の微細気泡が発生される。

したがって、電気分解により発生する水素と酸素が、アルミニウムが溶解されて発生する微細気泡に捕集されながら上部に上昇することになり、発生したガス中の微細気泡に捕集されない一部のガスと前記微細気泡が移動通路に沿って燃焼炉（３００）に移動された後、燃焼される。燃焼時には、エネルギー源として作用して熱を発生するようになり、発生した熱によって第２フィルタを通過した水が加熱させ、また、前記発生した熱が混合加熱器に提供されることでエネルギー消費が最小限に抑えられる。

前記気泡発生器（２２０）によれば、第１フィルタを通過した微細サイズの一部固形有機物及び不純物が、発生した気泡に沿って上部に浮上することになり、ガス及び気泡と共に燃焼炉に移動されて燃焼される。

第２フィルタ（２３０）は、前記気泡発生器の残りの廃水から不純物を２次除去することになり、前記第１フィルタ（２１０）と同様に、酵素を利用するバイオフィルター、活性炭が含まれている活性炭フィルターや樹皮が有する吸着とフィルタリング特性を利用した木質フィルタを利用することができ、また、多段で行われることができる。ただし、第１フィルタより少ない数の段で構成されることができ、例えば、２段組〜３段組の形態で構成され得る。

第１フィルタを通過して濃度が低くなった廃水が、気泡発生器を通過し濃度がさらに低くなり、第２フィルタは、第１フィルタより少ない数の段で構成される状態で廃水を最終濾過することができる。前記第２フィルタを通過した廃水は、ほとんどの固形有機物及び不純物が除去された状態であるためそのまま放流しても良いが、本発明では、第２フィルタを通過して濾過された水を燃焼炉で移動させて蒸気化することで、蒸発される過程で発生する蒸気で蒸気発電が行われるようにしたり、固形燃料を燃焼して燃焼炉を加熱する過程で発生し得る有害排気ガスは、前記蒸気を利用して濾過し、ダイオキシンなどの有害成分が空気中に飛散しないようにすることができる。

燃焼炉（３００）は、気泡発生器から生成されたガス及び気泡と、前記第２フィルタから固形有機物及び不純物が２次除去された水を供給された状態で、前記ガス及び気泡を燃焼するとともに、不純物が除去された水を加熱して熱と蒸気を発生することになり、特に前記燃焼炉は、成形機（１８０）によって製造された固形燃料を前記気泡発生器で生成されたガス及び気泡と共に燃焼して蒸気を発生し、前記燃焼炉によって生成された熱の場合、混合加熱器（１７０）に移送され有機混合物の製造に用いられる。

図２は、本発明に係る廃棄物の処理及びエネルギー生産方法を示す順序図であり、図１の構成に従って廃棄物が処理され、固形燃料が生成されるとともに、廃水の処理が行われることを示している。

本発明は、まず、固形有機物と廃水が含まれている生ゴミまたは畜産糞尿を含む廃棄物を投入ホッパー（１１０）に投入する（Ｓ１０）。前記投入ホッパー（１１０）は、上端に備えられる投入口を介して生ごみと畜産糞尿を含む廃棄物を、本発明におけるシステムの内部に流入するためのものであり、上広下狭の形で構成され、必要に応じて、下端の排出口に排出量の調節手段を備えて、選別機への排出量が調節されるようにする。

廃棄物を投入ホッパーに投入した後は、前記投入ホッパーの下端に備えられる選別機を介して、投入された廃棄物から不燃性物質と非有機性物質を選別と除去する（Ｓ２０）。鉄または非鉄金属、廃ビニールなどの不燃性物質と非有機性物質を選別して除去することにより、粉砕過程における粉砕装置の故障を防止し、固形燃料の製造時に不純物が含まれないようにする。

不燃性物質と非有機性物質を除去した後には、残りの廃棄物を粉砕機を用いて所定大きさの以下に粉砕する（Ｓ３０）。粉砕機（１３０）は、選別機を介して不燃性物質と非有機性物質が除去された廃棄物を所定大きさの以下に粉砕し、廃棄物に含まれている固形有機物を所定大きさの以下に粉砕することにより、前記固形有機物内に残っている廃水を遠心分離の過程で円滑に排出させるとともに、また、以後の処理のための過程が円滑に行われるようにする。

廃棄物を所定大きさの以下に粉砕した後には、粉砕された廃棄物を回転速度を異ならせて分離するとともに、廃棄物に含まれている固形有機物のサイズを各々異ならせて段階的に廃水から分離して濾す多段遠心分離機を介して廃水と分離する（Ｓ４０）。本発明では、遠心分離機を低速、中速、高速の３段階に区分して、順番に廃棄物を通過させ、回転速度と打孔を異ならせて、例えば中速遠心分離機などの同じ遠心分離機で異なる回転速度を有する二重網形態の構成を用いて、廃棄物を構成する各構成成分の分離がより容易に行われるようにして、段々回転速度を上昇させるとともに打孔の大きさを小さくすることで、小さいサイズの固形有機物まで多段遠心分離過程を介して濾される。

多段遠心分離過程を経た後には、廃棄物が固形有機物と廃水に分かれて処理される。

固形有機物から固形燃料が製造される過程を見ると、まず、前記多段遠心分離過程を介して廃水から分離された固形有機物が有機物貯蔵所（１５０）に移送と集荷され、一時的に貯蔵される（Ｓ６１）。多段遠心分離過程によると、低速遠心分離過程（Ｓ４１）、中速遠心分離過程（Ｓ４２）、高速遠心分離過程（Ｓ４３）で各々異なったサイズの固形有機物が濾され、濾された前記固形有機物が各遠心分離過程別に有機物貯蔵所に集荷される。

その後、有機物貯蔵所（１５０）に集荷された固形有機物におがくずを均一に混合して所定温度に加熱し、有機混合物を製造する（Ｓ６２）。混合加熱器（１７０）は、前記有機物貯蔵所に貯蔵される固形有機物とおがくず供給機（１６０）から供給されるおがくずを均一に混合して、所定温度で加熱しながら、有機混合物を製造することになり、おがくず供給機を介して供給されるおがくずは可燃性の材質であって、有機物貯蔵所に貯蔵された固形有機物に含まれている水分を吸収して分散させるとともに、有機物を固形燃料に製造時に熱効率を高めるために混合される。

前記混合加熱器による加熱は、過度の加熱により有機混合物の発火が行われないように、８０〜９０℃の温度で行われ、これにより、有機混合物に含有された水分を１０〜２５％の範囲に維持させて水分調節が容易に行われるようにして、成形過程で成形が容易に行われるようにするとともに、燃焼過程の燃焼も円滑に行われるようにする。

有機混合物が製造された後には、製造された有機混合物を成形機（１８０）を介して成形して固形燃料として製造する（Ｓ６３）。成形機（１８０）は、有機混合物を所定形態の固形燃料として製造するために使用され、固形燃料は一般的に使用されるペレット形態またはブリケット形態など、必要に応じて、様々な形態と大きさで製造することができ、また、前記固形燃料は、燃焼炉の燃焼過程において燃料として使用することができ、また、外部に送出されて販売されることもできる。

多段遠心分離過程を経た後、廃水が浄化されて燃焼される過程を見ると、まず、分離された廃水から第１フィルタを利用して、残っている０．００１〜０．００２ｍｍ以下の固形有機物及び不純物を１次除去する（Ｓ５１）。第１フィルタ（２１０）は、多段遠心分離機（１４０）を介して分離された廃液から残っている固形有機物や他の不純物を１次除去するために使用され、前述したように、酵素を利用するバイオフィルター、活性炭が含まれている活性炭フィルタまたは樹皮が有する吸着およびフィルタリング特性を利用した木質フィルタを利用することができ、固形有機物及び不純物を効果的に除去するために多段構造を有する形態で構成する。

固形有機物及び不純物が１次除去された後には、廃水を気泡発生器（２２０）を利用して電気分解することにより、ガス及び気泡を発生する（Ｓ５２）。前記気泡発生器（２２０）は、第１フィルタ（２１０）を通過した廃水を電気分解してガス及び気泡を生成するためのものであって、電気分解のための（−）電極板をチタン合金にして、（＋）電極板をアルミニウムとし、前記（＋）電極板のアルミニウムが溶解され、多量の微細気泡が発生するように構成する。前記微細気泡が電気分解によって生成された水素ガスと酸素ガスと共に、または前記水素と酸素を気泡内に捕集した状態で上部に浮上することになり、上部に浮上する時、一部の残っている微細サイズの固形有機物及び不純物を共に浮上させ、燃焼炉で段々移送される。

その後、ガス及び気泡が生成されて残った廃水から第２フィルタ（２３０）を利用して、固形有機物及び不純物を２次除去することになる（Ｓ５３）。前記第２フィルタも第１フィルタと同様の形態のフィルタを利用することができ、ただし、第１フィルタと気泡発生器を介して固形有機物及び不純物が除去された状態で廃水を最終的な濾過する特性上、前記第１フィルタより少ない数の段からなる形態で構成され得る。前記第２フィルタを通過して、残りの固形有機物及び不純物が除去された状態の水が燃焼炉に移送され、蒸気として蒸発される。

その後、前記Ｓ５２工程を経て生成されたガス及び気泡と、Ｓ５３工程を経て固形有機物及び不純物が２次除去された水を供給された状態で、燃焼炉（３００）で前記ガス及び気泡を燃焼するとともに、固形有機物及び不純物が除去された水を加熱して蒸気を発生する（Ｓ７０）。前記燃焼炉には、必要に応じて外部から燃料の供給を受けて水を蒸気化することができるが、成形過程を介して製造された固形燃料を使用することにより、外部からの燃料供給が最小化された状態で稼働することができる。

即ち、Ｓ６３工程を経て成形機で製造された固形燃料が燃焼炉に供給された状態で燃焼が行われることができ、また、前記Ｓ７０工程を経て燃焼炉で発生した熱が有機混合物の製造のためＳ６２工程で提供されることができ、本発明は、投入された廃棄物をエネルギー化して再活用が可能になる。

Ｓ５３工程を経て固形有機物及び不純物が最終的に濾過された水が燃焼過程で熱を介して加熱され蒸気化され、発生した蒸気は、蒸気発電に利用されたり、排気口を介して、最終的に排出される排ガスに含まれているダイオキシンなどの有害物質を除去するために使用され得る。即ち、燃焼過程で生成される蒸気を排気口の上部から下部方向に投入されるようにする場合は、水分を含んだ投入蒸気が排気ガスをフィルタリングし、有害物質が大気中に飛散することを防ぐことができる。

本発明によれば、化学薬品や微生物を使用せず、物理的に連続した構成だけで廃棄物に含まれる廃水と固形有機物をそれぞれ処理することにより、環境汚染発生のおそれがなく、廃水から不純物が除去された水を燃焼炉で蒸発させる時に固形有機物から製造された固形燃料を使用することになり、また、固形燃料の製造時には、燃焼炉で発生する熱を利用することで、廃棄物処理のための外部エネルギーの使用費用が低減される効果がある。

以上において本発明の好適な実施例を説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、本発明の実施例と実質的に均等な範囲内まで本発明の権利範囲が及ぶことと理解されるべきであり、本発明の思想を超えない限り、当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって様々な変形実施が可能である。

本発明は、廃水処理のために一般的に使用されている沈殿槽や化学添加物を使用せず、生ゴミ又は畜産糞尿などの廃棄物の処理が可能であり、前記廃棄物からの廃水と固形有機物を分離して処理した後、再活用がそれぞれ可能になり、固形有機物から製造された固形燃料を利用して廃水から生成されたガス及び気泡の燃焼と水の蒸発を誘導し、また、燃焼炉の熱を固形燃料に再活用することができる、生ゴミまたは畜産糞尿を含む廃棄物処理とエネルギー生産システムとその方法に関し、この分野で有効な活用が期待される。

１１０： 投入ホッパー
１２０： 選別機
１３０： 粉砕機
１４０： 遠心分離機
１４１： 低速遠心分離機
１４２： 中速遠心分離機
１４３： 高速遠心分離機
１５０： 有機物貯蔵所
１６０： おがくず供給機
１７０： 混合加熱器
１８０： 成形機
２１０： 第１フィルタ
２２０： 気泡発生器
２３０： 第２フィルタ
３００： 燃焼装置

Claims (1)

1. 固形有機物と廃水が含まれている生ゴミまたは畜産糞尿を含む廃棄物が投入される投入ホッパー（１１０）；
   前記投入ホッパー（１１０）の下端に備えられ、前記投入ホッパーを介して投入された廃棄物から不燃性物質と非有機性物質を選別と除去する選別機（１２０）；
   不燃性物質と非有機性物質が除去された廃棄物を所定大きさの以下に粉砕する粉砕機（１３０）；
   粉砕された廃棄物を回転速度及び粉砕された廃棄物中の固形有機物のサイズをそれぞれ異ならせて段階的に廃水と分離して除去する多段遠心分離機（１４０）；
   廃棄物のうち、前記多段遠心分離機を介して分離された固形有機物が移送されて集荷される有機物貯蔵所（１５０）；
   前記有機物貯蔵所に貯蔵される固形有機物とおがくず供給機（１６０）から供給されるおがくずを均一に混合して所定温度に加熱し、有機混合物を製造する混合加熱器（１７０）；
   前記混合加熱器を介して製造された有機混合物を成形し、固形燃料として製造する成形機（１８０）；
   前記多段遠心分離機を介して分離された廃水から固形有機物及び不純物を１次除去する第１フィルタ（２１０）；
   前記第１フィルタを通過した廃水を電気分解してガス及び気泡を生成する気泡発生器（２２０）；
   前記気泡発生器の残りの廃水から固形有機物及び不純物を２次除去する第２フィルタ（２３０）；及び
   前記気泡発生器から生成されたガス及び気泡と、前記第２フィルタから不純物が２次除去された水を供給された状態で、前記ガス及び気泡を燃焼させるとともに、不純物が除去された水を加熱して蒸気を発生する燃焼炉（３００）；
   前記燃焼炉（３００）は、
   前記成形機（１８０）を介して製造された固形燃料を、前記気泡発生器から生成されたガス及び気泡とともに燃焼して蒸気を発生し、
   前記燃焼炉で生成された熱は、前記混合加熱器に移送され、有機混合物の製造に利用されることを特徴とする、生ゴミまたは畜産糞尿を含む廃棄物の処理及びエネルギー生産システム。

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