KR100249398B1 - 유기물을함유한폐기물및배설물처리방법과장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기물을 함유한 배설물 및 폐기물을 최적의 발효조건과 효율적 기계설비에 의한 호기성 속성발효처리를 할 수 있도록 하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 적은 에너지를 사용하여 빠른 시간내에 발효조건을 맞추어 발효 및 건조하는 효율적인 적층식진공발효공법을 제시하고, 그 장치를 제공하도록 한 것으로,

본 발명의 목적을 달성하기 위한 방안으로 유기물을 함유한 폐기물 및 배설물은 유기물저장조(1)에 투입된 뒤 펌프(2)에 의해 수분활성안정조(3)에 재투입한 다음 최적 발효조건인 C/N : 20∼30, PH : 6∼8에서 발효조절제인 코코피트(야자수찌꺼기)를 투입하여 훑기판(4)을 3∼5rpm으로 회전시킴과 동시에 히팅에어공급장치(5)를 통하여 내부온도를 55。C∼65。C 유지한 후 발효종균을 투입하고, 동시에 각종 식물에 적합한 성분함량을 배합한 후 고압에어공급장치(6)를 통하여 유기물과 발효조절제 1kg당 2∼4ℓ/min을 공급하며, 9시간동안 1차 발효시키고, 1차 발효된 유기물을 펌프(2´)에 의해 다수개의 적층식진공발효조(7)로 분배 이송하여 최적 발효조건으로 안정을 유지하면서 유기물과 발효조절제 1kg당 2∼4ℓ/min의 산소공급과 내부온도 60。C로 7일 동안을 유지하면서 산화분해 및 2차 발효시켜 유해균은 자연 사멸되어 유익한 발효균만 남도록 하고, 자중가압과 가압 및 경계유도 훑기판(4´)에 의하여 자연적으로 필터링된 액체는 액비진공추출기(8)에 의해 추출되어 액비부숙조(9)로 이송되며 부숙 완료된 액체는 액비농도조절조(10)에 의해 일정한 비율로 농축되어진 후 액비주입포장기(11)에서 포장되어 상품 출하되고, 고형물은 더블스크류 콘베어(12)에 의해 입상조립기(13)를 통하여 적정하게 조립되어 수분증발콘베어(14)로 운반된후 부숙조(15)에서 부숙후 고체비료자동포장기(16)에서 포장되어 상품으로 제조하는 방법과 이러한 제조에 투입되는 장치를 구성한 것이다.

Description

유기물을 함유한 폐기물 및 배설물 처리방법과 장치

본 발명은 유기물을 함유한 배설물 및 폐기물을 최적의 발효조건과 효율적 기계설비에 의한 호기성 속성발효처리를 할 수 있도록 하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 적은 에너지를 사용하여 빠른 시간내에 발효조건을 맞추어 효율적으로 발효 및 건조를 할 수 있도록 된 유기물을 함유한 폐기물 및 배설물 처리방법과 장치에 관한 것이다.

종래에도 사람의 분료 및 가축분 등의 배설물 내지는 유기물을 함유한 폐기물을 효과적으로 처리하고, 처리후 부산물로서, 유기질비료와 청정의 액체비료가 생산되게 하는 장치 및 처리방법이 제시되어 가동되고 있다.

그러나 기술의 진보로 인하여 새로운 기술이 속속 개발됨에 따라 기존 설비의 낙후성으로 종래의 이러한 처리방법 및 설비의 가동에 따른 비효율성과 취약성이 제기되는 등 여러 가지 문제점이 발생되고 있다.

종래 기술의 문제점으로는 건조, 발효, 숙성등 일련의 공정이 복잡하고 다양화되어 있어 불필요한 에너지 낭비와 처리시간이 많이 걸리고, 소규모의 한정된 가축분뇨의 처리에 국한되어 가동돼ㅣ고 있으며, 원재료의 함수율을 맞추기에 급급한 나머지 수분활성화(수분증발을 용이하게 하는 조건) 유도를 하지 않고 단순히 많은 수분조절제 투입으로 이를 조절하도록 하고 있으며, 분뇨/폐기불의 고형물과 액체를 강제 분리하므로써 액체의 혼합된 미세한 부유물을 완전히 제거하기가 곤란하며, 이를 해결하기 위한 추가적인 설비를 갖추어야 했다.

또 원재료의 고밀도, 고점도로 인해 산소공급이 원할치 못하여 부분 혐기성(嫌氣性)발효가 일어나면서 원재료 전체가 혐기 발효되는 현상이 발생되어 결구 많은 악취가 발생하고 최종 부산물인 고체비료/액체비료의 품질이 저하되는 등의 문제점이 있기 때문에 종래의 처리방법 및 장치는 효과적이지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 저비용 고양질의 유기질비료 및 액체비룔 생산하기 위하여 착안한 결과 진공 및 대기압 이하에서는 증발잠열 및 비등점이 현저히 떨어진다는 이론을 근거로 유기물을 함유한 폐기물 및 배설물을 최적의 발효조건과 효율적 기계설비에 의한 호기성(好氣性) 속성발효처리를 할 수 있도록 하는 방법을 제시하고, 설비를 구성할 수 있도록 한 유기물을 함유한 폐기물 및 배설물 처리방법과 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

즉, 대부분 공법이 파이롯트 설비로 성공했으나 직접적인 생산설비로서는 성공하지 못하였기 때문에 대량생산설비 가동으로 호기성 발효에 필요한 각종 실질제원을 도출하는데 성공하였기 때문에 이를 실용화할 수 있는 유기물을 함유한 폐기물 및 배설물 처리방법과 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

다른 목적은 수분활성안정조에서는 뫼피우스띠 회전, 희석방법에 의해서 고점도의 원재료를 저구동마력으로 회전, 교반 부하를 최소화함으로써 원재료의 공극율을 최대로 높이고 교반기의 수명을 길게 하는데 있다.

또다른 목적은 기존 공법들은 페들, 평판 방식으로 원재료를 희석, 건조하는데 중점을 두었으나, 원재료를 적절히 가압하고 공기를 분산시켜 산소공급을 원할히 하고 경계층을 형성하여 건조, 발효, 숙성의 한계를 명확하게 구분토록 하는데 있다.

또다른 목적은 액체 흐름을 자연적으로 유도하여 진공으로 액비를 추출하고 고형물은 추출물과 동시에 조립함으로써 비료효과를 증대시키도록 하는데 있다.

도 1은 본 발명의 공정블럭도.

도 2는 본 발명의 공정개략도.

도 3은 본 발명의 수분활성안정조를 나타낸 구성도.

도 4는 본 발명의 적층식진공발효조를 나타낸 구성도.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

1 : 유기물저장조 2,2´: 펌프

3 : 수분활성안정조 4, 4´ : 훑기판, 경계훑기판

5, 5´ : 히팅에어공급장치 6, 6´ : 고압에어공급장치

7 : 적층식진공발효조 8 : 액비진공추출기

9 : 액비부숙조 10 : 액비농도조절조

11 : 액비주입포장기 12 : 더블스크류 콘베어

13 : 입상조립기 14 : 수분증발콘베어

15 : 부숙조 16 : 고체비료자동포장기

17,17´ : 투입구 18, 18´ : 구동감속모터

19, 19´ : 구동샤프트 20 : 배기휀

21 : 탈취기 22 : 타이머

23 : 진공휀

본 발명인 "유기물을 함유한 폐기물 및 배설물 처리방법과 장치" 를 첨부한 도면을 참고로 이하에서 상세하게 설명한다.

본 발명은 도 1 내지 도 4와 같이, 유기물을 함유한 폐기물 및 배설물은 유기물저장조(1)에 투입한 뒤 펌프(2)에 의해 수분활성안정조(3)로 투입하고 이후 최적 발효조건인 C(탄소)/N(질소) : 20~30, PH : 6~8에서 발효조절제인 코코피트(야자수찌꺼기)를 투입한다.

이후 상기 수분활성안정조(3)의 훑기판(4)을 3~5rpm으로 회전시킴과 동시에 히팅에어공급장치(5)를 통하여 내부온도를 55℃ ~ 65℃ 유지한 후 발효종균을 투입하고, 동시에 각종 식물에 적합한 성분함량을 배합한 후 고압에어공급장치(6)를 통하여 유기물과 발효조절제 1㎏당 2∼4ℓ / min을 공급하며, 9시간동안 1차 발효시킨다.

다음 상기 수분활성안정조(3)에서 펌프(2' )에 의해 다수개의 적층식진공발효조(7)로 분배 이송한 1차 발효된 유기물은 55℃ ~ 60℃를 유지하여 고온성 발효종균제에게 적합한 최적의 온도를 유지하고 적절한 산소를 공급하여 주면 72시간 경과후 자체발열에 의하여 65℃ 이상의 고온을 유지하다가 차츰 온도가 떨어지면서 안정화되게 된다.

이때 보통의 병원성균들은 55℃ ~ 65℃의 온도에서 2 ~ 3일간이면 모두 사멸하게 되므로 유기물 분해에 적합한 유익한 고온성 발효종균만 유기물 분해를 위해 생존하고 나머지 유해균은 자연사멸되는 현상이 된다.

또 높은 온도의 유지는 병원성 미생물을 대부분 사멸시킴으로 최종적으로 생성되는 부산물비료는 악취 및 병원균이 없는 안전한 비료가 된다.

이후 상기 적층식진공발효조(7)에서 자중가압과 가압 및 경계유도 훑기판(4)에 의하여 자연적으로 필터링된 액체는 액비진공추출기(8)에 의해 추출되어 액비부숙조(9)로 이송되며 부숙 완료된 액체는 액비농도조절

또한 상기 적층식진공발효조(7)에서 생성된 고형물은은 더블스크류콘베어(12)에 의해 입상조립기(13)를 통하여 적정하게 조립되어 수분증발콘베어(14)로 운반된뒤 부숙조(15)에서 부숙후 고체비료자동포장기(16)에서 포장되어 상품으로 출하되도록 구성하였다.

여기서 상기 코코피트(Cocopeat)의 발효조절기능과 효과에 대해 공개된 자료에 의해 간단히 설명하면, 열대지방에서 자라는 야자수의 섬유물질로 진한 갈색이며 입자의 크기가 0.2~2mm인 분말성분의 물질로서, 코코피트가 발효조절제로서 다른 첨가제 보다 우월한 효과를 갖는 점은 다음과 같다.

첫째, 함습능력 및 제습 능력이 탁월하다. 발효에 있어서 수분조절(moisture control)은 상당히 중요한 요인이 되며 코코피트는 성상이 스폰지와 유사한 형태로 건물(乾物)기준으로 중량의 6~9배의 함습 및 제습능력이 있다.

둘때, 쉽게 용해되고 염분의 함량이 적다. 수분조절제로서 코코피트는 쉽게 축산폐수에 용해되고 빠르게 함습하며, 국내에 수입되는 목재들의 톱밥에 비해 염도가 낮다. 국내에 수급되는 외국산 목재의 가공에서 나오는 부산물 톱밥들은 이미 함수율이 70%이상이며 바닷물에 장시간 부유상태로 보관되기 때문에 염분이 상당히 높아 발효에 부적합할 경우가 많다.

셋째, 통기성확보에 유리하다. 호기성발효가 적절히 되기 위해서는 원할한 공기의 흐름이 상당히 중요한 요인이 되며, 코코피트는 셀룰로스와 리그닌이 90%이상을 차지하고 입자가 다공망 구조(공극량 96%)를 띄고 있어서 통기성 확보가 다른 발효조절제에 비해 상당히 유리하다.

넷째, 발효에 용이한 pH를 가지고 있다.

코코피트의 pH는 5.4~6.8정도로 발효미생물에 적합한 pH 수준을 가지고 있어서 생석회 등 pH를 맞추기위한 부차적인 첨가물이 필요치 않다.

다섯째. 양이온 치환용량(CEC)이 높다. 양이온 치환용량이 높으면 작물이 쉽게 이용할 수 있는 NH4+, K+, Ca+, Mg+2등의 양이온을 많이 보유할 수 있고 부산물비료가 토양에 부려졌을 때 토양이 이 성분들을 흡수하여 보유하므로 농작물이 한번에 많이 흡수하도록 하는 것을 막고 또한 쉽게 유실되지 않아서 비료의 비효성을 지속시켜줄 수 있게 된다. 코코피트는 양이온 치환용량이 160mg/100g으로 부산물 비료의 성분을 더욱 우수하게 만들 수 있는 첨가물이 된다.

한편, 미설명 부호 17은 수분활성안정조(3)에 형성한 투입구이고, 18, 18' 는 수분활성안정조(3) 및 적층식진공발효조(7) 내부의 구동샤프트(19, 19' )를 회전시키는 구동감속모터이고, 20은 수분활성안정조(3)의 상단에 구성한 배기휀이며, 21은 악취를 탈취하는 탈취기이고, 22는 타이머이며, 23은 진공발효조 내의 압력을 진공압력으로 만들어주는 진공휀이다.

이와 같은 본 발명의 제조과정은 먼저, 집하된 유기물저장조(1)에서 유기물을 함유한 폐기물 및 배설물은 펌프(2)의 펌핑동작으로 투입구(17)를 통하여 수분활성안정조(3)로 자동 투입되어 진다.

폐기물 및 배설물을 투입후 발효조절제로 미생물의 먹이인 코코피트(야자수찌꺼기)를 발효의 최적조건(C/N비, PH농도)인 상태로 투입하고 구동감속모터(18)를 통하여 스크류 방식의 훑기판(4)으로 연결되어진 구동샤프트(19)에 동력이 전달되면 원재료 전체를 3~5rpm으로 상. 하. 좌. 우의 전방향으로 균일하게 교반함과 동시에 고압에어공급장치(6)를 통하여 유기물과 발효조절제에 1㎏당 2∼4㎏ℓ /min의 산소를 공급하여 최적의 발효를 유도하며, 특히 배설물에는 유해한 균보다는 유익한 균이 많다는 확실한 검증 아래 멸균목적 보다는 수분활성화 위주로 저온처리(55℃ ~ 65℃)하며 탱크내를 진공(mmHg)상태로 유지시킨다.

이때, 발효종균을 투입하고 히팅에어공급장치(5)의 자켓(20)에 의하여 9시간정도 온도를 유지한다.

이대, 질소, 인산, 카리, 마그네슘, 인, 붕소, ... 등을 투입하여 각종 식물에 적합한 성분 함량을 배합할 수 있다.

초기부터 수분활성안정조(3)내의 함수율 저하와 악취를 제거시키기 위하여 수분활성안정조(3) 상단의 배기휀(20)을 가동하여 탈취기(21)를 통한 배출을 유도한다.

이와 같이 적절한 수분활성화가 된 원재료는 본 발명의 핵심설비인 5개의 적층식진공발효조(7)로 균등 배분하여 이송 및 투입되어지고 구동감속모터(18')를 통하여 특수하게 제작된 가압 및 경계유도 훑기판(4' )에 의하여 약 0.3㎏/㎠으로 원재료를 가압하면서 3~5rpm으로 타이며(22)에 의하여 3시간 가동 30분 정지 방식의 간헐작동을 시킨다.

여기서 30분간 미생물의 활발한 부식작용을 위해 히팅에어공급장치(5´)를 통하여 60。C 정도를 유지하며, 산소공급은 고압에어공급장치(6´)를 통하여 유기물 및 발효조절제 1kg당 2∼4ℓ/min의 필요량을 지속적으로 공급한다.

상기 적층식진공발효조(7)내에서는 7일(168시간)동안 산화분해 및 중숙되어지며 이 과정에서 적층식진공발효조(7) 상단의 진공휀(23)을 가동하여 탱크내의 상부 압력을 350mmHg의 진공압력으로 만들어 탱크의 상·하부 중간 부분에서 ±0mmHg가 되도록 강제 유도한다.

이때 하부에서는 발효와 숙성이 일어나고 상부에서는 2차 건조를 위한 진공상태가 되어 원재료 자체가 필터링 역할을 하게되며, 액체는 액비진공추출기(8)에 의하여 추출 후 액비부숙조(9)로 이송 투입되어 진다.

상기 액비부숙조(9)로 이동되어진 액체는 완숙 후 액비농도조절조(10)로 이송되어 일정한 비율로 농축시킨 다음 기준용기에 포장하여 액체비료로 상품 출하한다.

한편 7일 동안 중숙되어진 고형물은 더블스크류 콘베어(12)에 의해 입상조립기(13)를 통하여 식물에 완효적 작용을 하고 비료성분을 오랜시간 동안 포집할 수 있도록 함수율 20%∼30%, 0.5㎤의 입자로 조립 배출되어 수분증발콘베어(14)로 이송되어 지고 부숙조(15)에 최초 3일 보관후 뒤집기 방식에 의하여 12일 동안 함수율 15% 정도로 완숙 및 건조 시킨후 일정량씩 포장하여 고체비료로 상품출하 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 유기물을 함유한 배설물 및 폐기물을 최적의 발효조건과 효율적 기계설비에 의한 호기성 속성발효처리를 할 수 있도록 하는 방법 및 설비를 제공함으로써, 적은 에너지를 사용하여 빠른 시간내에 발효조건을 맞추어 발효 및 건조할 수 있다.

따라서, 이와 같은 방법과 장치에 의하여 심각한 생활폐기물을 보다 효과적으로 처리하면서 양질의 유기질 고체비료 및 액체비료를 생산할 수 있고, 수질오염을 방지하는데 기여하는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 유기물저장조(1)에 투입된 유기물을 함유한 폐기물 및 배설물이 펌프(2)에 의해 수분활성안정조(3)에 투입되는 단계와, 상기 수분활성안정조의 최적 발효조건인 C/N : 20~30, PH : 6~8에서 발효조절제인 코코피트를 투입하는 단계와, 상기 수분활성안정조의 훑기판(4)을 3~5rpm으로 회전시킴과 동시에 히팅에어공급장치(5)를 통하여 내부온도를 55℃~65℃ 유지한 후 발효종균을 투입함과 동시에 각종 식물에 적합한 성분함량을 배합한 후 고압에어공급장치(6)를 통하여 유기물과 발효조절제 1㎏당 2∼4㎏ℓ /min을 공급하여 9시간동안 1차 발효시키는 단계와, 상기 수분활성안정조에서 1차 발효된 유기물을 펌프(2' )에 의해 다수개의 적층식진공발효조(7)로 분배 이송하여 최적 발효조건으로 안정을 유지하면서 유기물과 발효조절제 1㎏당 2∼4㎏ℓ /min의 산소공급과 내부온도를 60。C로 7일 동안 유지하면서 산화분해 및 2차 발효시켜 유해균은 자연사멸되고 유익한 발효균만 남도록 하는 단계와, 상기 적층식진공발효조에서 자중가압과 가압 및 경계유도 훑기판(4' )에 의하여 자연적으로 필터링된 액체는 액비진공추출기(8)에 의해 추출되어 액비부숙조(9)로 이송되는 단계와, 상기 액부숙조에서 부숙 완료된 액체가 액비농도조절조(10)에 의해 일정한 비율로 농축된 후 액비주입포장기(11)에서 포장되어 상품 출하되는 단계와, 상기 적층식진공발효조에서 생성된 고형물이 더블스크류 콘베어(12)에 의해 입상조립기(13)를 통하여 적정하게 조립된 후 수분증발콘베어(14)에 의해 부숙조(15)로 운반되는 단계와, 상기 부숙조에서 부숙된 고형물이 고체비료자동포장기(16)에서 포장되어 상품 출하되는 단계를 갖는 것을 특징으로 하는 유기물을 함유한 폐기물 및 배설물 처리방법.
2. 유기물을 함유한 폐기물 및 배설물이 투입되는 유기물저장조(1)와, 상기 유기물저장조(1)내의 폐기물 및 배설물이 펌프(2)에 의해 유입되어 최적 발효저건인 C/N : 20~30, PH : 6~8에서 발효조절제인 코코피트를 투입하여 훑기판(4)을 3~5rpm으로 회전시킴과 동시에 내부온도를 내부온도를 55。C∼65。C 유지한 후 발효종균을 투입하고, 필요시 각종 식물에 적합한 성분함량을 배합한 후 유기물과 발효절제 1㎏당 2∼4㎏ℓ /min을 공급하며, 9시간동안 1차 발효시키도록 된 수분활성안정조(3)와, 상기 수분활성안정조(3)에서 고, 1차 발효된 유기물 펌프(2´)에 의해 분배 이송하여 최적 발효조건으로 안정을 유지하면서 유기물과 발효조절제 1kg당 2∼4ℓ/min의 산소공급과 내부온도 60。C로 7일 동안을 유지하면서 산화분해 및 2차 발효시켜 유해균은 자연사멸되어 유익한 발효균만 남도록 설치한 다수개의 적층식진공발효조(7)와, 상기 적층식발효조(7)에서 자연적으로 필터링 된 액체를 추출하도록 설치된 액비진공추출기(8)와, 상기 액비진공추출기(8)에 의해 추출된 액체를 부숙완료된 액체로 만들도록 설치된 액비부숙조(9)와,상기 액비부숙조(9)에서 부숙 완료된 액체를 일정한 비율로 농출하는 액비농도조절조(10)와, 상기 액비농도조절조(10)에 의해 농축된 액체를 포장하는 액비주입포장기(11)와, 상기 적층식발효조(7)에서 생성된 고형물이 더블스크류콘베어(12)에 의해 공급되어 적정하게 조립되도록 설치된 입상조립기(13)와, 상기 입상조립기(13)에서 적정하게 조립된 고형물이 수분증발콘베어(14)로 운반되어 부숙을 하도록 설치된 부숙조(15)와, 상기 부숙조(15)에서 부숙후 상품으로 출하할 수 잇도록 포장하는 고체비료자동포장기(16)를 포함하는 것을 특징으로 한츤 유기물을 함유한 폐기물 및 배설물 처리장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 수분활성안정조(3)는 원재료의 수분활성화로 최적의 발효조건을 조성하고, 안정화를 도모하도록 설치된 훑기판(4)을 다수개 구성한 것을 특징으로 하는 유기물을 함유한 폐기물 및 배설물 처리장치.
4. 제 2항에 있어서, 상기 적층식진공발효조(7)는 지속적인 적층형성과 진공화로 적정한 발효 및 건조를 유발하며, 자연적으로 고형물과 액체를 분리 유도하고 가압 및 경계층을 형성시키는 경계유도 훑기판(4' )를 구성한 것을 특징으로 하는 유기물을 함유한 폐기물 및 배설물 처리장치.
5. 제 2항에 있어서, 상기 수분활성안정조(3) 및 적층식진공발효조(7)에는 적절한 산소공급을 보장해 주는 고압에어공급장치(6,6' )및 적당한 온도를 보장해 주는 히팅에어공급장치(5,5' )가 갖춰진 것을 특징으로 하는 유기물을 함유한 폐기물 및 배설물 처리장치.
6. 제 2항에 있어서, 상기 액비진공추출기는 매우 미세한 입자의 점성을 가진 부유물은 추출되지 않으면서 순수 청정한 중숙 액비를 추출하도록 구성한 것을 특징으로 하는 유기물을 함유한 폐기물 및 배설물 처리장치.