KR101544519B1 - 유기폐기물이 포함된 첨가제를 활용한 생활폐기물 고형연료 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 생활폐기물을 선별, 파쇄, 건조, 성형하는 과정을 통한 고형연료 제조시, 유기폐기물과 부식산 혼합물, 흑연분말과 산화제2철 혼합물 및 수산화칼슘 또는 수산화마그네슘 중 어느 하나를 선택하여 혼합한 첨가제를 혼합하는 과정을 수행함으로써 고형연료의 성형성, 연소성 및 안정성을 향상시키고 악취를 효과적으로 제거할 수 있는 유기폐기물이 포함된 첨가제를 활용한 생활폐기물 고형연료 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 생활폐기물 고형연료 제조방법에 첨가되는 첨가제는, 50~150mesh 분쇄된 음식물쓰레기, 하수 슬러지 또는 축산분뇨로 이루어지는 유기폐기물과 150~250mesh로 분쇄된 부식산을 중량대비 1:0.2~0.3의 비율로 혼합한 유기폐기물과 부식산 혼합물 100 중량부에, 300~350mesh로 분쇄된 흑연분말과 산화제2철을 중량대비 1:1~3의 비율로 혼합한 흑연분말과 산화제2철 혼합물 5~15 중량부; 및 300~350mesh로 분쇄된 수산화칼슘 또는 수산화마그네슘 0.1~1.0 중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 생활폐기물 고형연료 제조방법에 첨가되는 첨가제는, 50~150mesh 분쇄된 음식물쓰레기, 하수 슬러지 또는 축산분뇨로 이루어지는 유기폐기물과 150~250mesh로 분쇄된 부식산을 중량대비 1:0.2~0.3의 비율로 혼합한 유기폐기물과 부식산 혼합물 100 중량부에, 300~350mesh로 분쇄된 흑연분말과 산화제2철을 중량대비 1:1~3의 비율로 혼합한 흑연분말과 산화제2철 혼합물 5~15 중량부; 및 300~350mesh로 분쇄된 수산화칼슘 또는 수산화마그네슘 0.1~1.0 중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 유기폐기물이 포함된 첨가제를 활용한 생활폐기물 고형연료 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생활폐기물을 폐기물처리장치에서 처리하는 과정에서 선별, 파쇄, 건조, 성형하는 과정을 통한 고형연료 제조시, 유기폐기물과 부식산(腐蝕酸)의 혼합물, 흑연부말과 산화제2철 혼합물 및 수산화칼슘 또는 수산화마그네슘 중 어느 하나를 선택하여 혼합한 첨가제를 혼합하는 과정을 수행함으로서 고형연료의 성형성, 연소성 및 안정성을 향상시키고 악취를 효과적으로 제거할 수 있는 유기폐기물이 포함된 첨가제를 활용한 생활폐기물 고형연료 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 생활폐기물은 음식물쓰레기, 하수슬러지 및 축산분뇨 등의 유기폐기물과, 종이류, 수지류, 금속류 또는 유리 등의 무기폐기물로 이루어지며, 이러한 생활폐기물은 지속적인 산업발전과 삶의 질 향상을 통해 현재 다량으로 발생되고 있는 형편이다. 이전에는 해양투기, 매립 또는 소각 등을 통해 대부분의 생활폐기물이 버려지곤 하였으나. 해양투기, 매립 또는 소각은 2차 환경오염을 유발하게 되어 바람직하지 못하며, 현재는 각종 환경규제에 따라 무분별한 투기, 소각 등이 금지되고 있는 상황이다.
이에 따라 생활폐기물을 자원화하기 위한 많은 시도가 진행되고 있으며, 대표적으로 생활폐기물을 처리하기 위한 폐기물처리장치를 통하여 생활폐기물에 함유된 수분, 금속류 및 유리 등의 불연성 성분을 건조, 파쇄, 선별 등의 공정을 거쳐 제거하고 가연성 성분만을 가공하여 만든 고체연료(RDF, Refuse Derived Fule)를 제조하는 방법이 제시되고 있다. 그러나, 생활폐기물은 수분함량이 60~80%이며, 수분함량을 10% 이하로 건조하는 경우 자체발열량은 높아지나 건조를 위한 비용이 많이 들고 심한 악취로 인해 자원으로 활용하기에는 많은 문제점을 안고 있다.
음식물 쓰레기의 경우, 다량의 수분이 포함되어 있어 곧바로 자원화하기가 어려운 문제를 해결하기 위해, 열에너지를 사용하여 강제건조하는 방식을 사용하고 있다. 강제건조를 위해 열풍건조기, 고온증기를 이용한 디스크건조기, 마이크로웨이브건조기 등을 사용하게 되는데, 상기 장치를 이용하게 되면 과다한 에너지가 소모되어 경제적으로 바람직하지 못하다. 또한 강제공기접촉순환방식의 발효부숙을 기본으로 한 썬 드라이어공법, 미생물 발효열에 의한 퇴비화 건조공법을 기본으로 변형된 공법이 다수 존재하곤 있으나, 처리공정 기간이 지나치게 길고 악취발생이 심각하며 미생물 대사활동에 의해 유기물이 소화되어 열량이 감소함으로써 연료로서의 가치가 떨어지는 문제가 있다.
국내공개특허공보 제2012-0064821호(공개일자 2012.06.20)는 가연성 폐기물을 이용한 고형연료의 제조방법에 관한 것으로 소석회를 이용하여 소각시 다이옥신과 같은 환경오염물질이 배출되지 않으며, 비닐을 용융하여 상기 소석회가 포함된 폐기물의 외부를 감싸도록 하여 고형연료를 장시간 저장시키는 것을 특징으로 하고 있다. 그러나, 상기 발명은 고형연료를 태울 때 비닐이 함께 타면서 공기 중에 유해물질을 발생할 수 있는 문제가 있고, 성형을 위해 비닐용융을 위한 별도의 가열기가 더 부가됨으로 인해 설비비용이 증가될 수 있는 문제가 잇다.
국내등록특허공보 제10-1125020호(등록일자 2012.03.02)는 축분을 이용한 고형연료 제조시스템 및 방법에 관한 것으로, 축산분뇨를 일정 시간 동안 발효시키고 열풍에 의해 건조시키는 것을 특징으로 하고 있다. 그러나, 상기 발명은 축산분뇨의 발효를 위해 수거 후 20일 동안 저장하고 이를 발효하기 위해 일정 시간이 필요하는 등 연료제조기간이 장기간에 걸쳐 이루어지는 문제가 있고, 열풍건조방식을 이용함으로써 에너지 소비가 과다하게 되어 경제적으로 바람직하지 못한 문제가 있다.
본 발명은 상기 종래기술이 갖는 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명에 의하면, 생활폐기물을 활용한 고체연료 제조시 유기폐기물, 부식산 등으로 형성되는 첨가제를 혼합하는 과정을 수행함으로써, 악취제거, 연소촉진, 점착성 향상을 도모할 수 있는 유기폐기물이 포함된 첨가제를 활용한 생활폐기물 고형연료 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이를 위하여, 본 발명에 있어서는 음식물쓰레기, 하수 슬러지 및 축산분뇨 등의 유기폐기물과, 종이류, 수지류, 금속류 또는 유리 등의 무기폐기물로 이루어지는 생활폐기물을 생활폐기물의 선별, 파쇄 또는 분쇄, 건조 등의 과정을 수행하기 위한 폐기물처리장치에서 처리하여 고형연료를 제조하는 방법을 제공하는 바, 이 방법이 유기폐기물 및 무기폐기물을 포함하는 상기 생활폐기물을 수집하는 단계, 수집된 상기 생활폐기물을 상기 폐기물처리장치에 투입하는 단계, 상기 투입된 생활폐기물로부터 자성체 금속물질을 자력으로 선별하여 제거하는 단계, 상기 자성체 금속물질이 제거된 상기 생활폐기물을 파쇄하는 단계, 상기 파쇄된 생활폐기물에 첨가제를 첨가하여 혼합하는 단계, 상기 첨가제가 혼합된 생활폐기물을 건조하는 단계, 상기 건조된 생활폐기물로부터 비자성체 금속물질을 선별하여 제거하는 단계, 상기 건조된 생활폐기물을 분쇄하는 단계, 상기 분쇄된 생활폐기물을 단봉상의 고형연료로 성형하는 단계와, 상기 단봉상 고형연료를 냉각시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 생활폐기물 고형연료 제조방법에 첨가되는 첨가제는50~150mesh로 분쇄된 음식물쓰레기, 하수 슬러지 또는 축산분뇨로 이루어지는 유기폐기물과 150~250mesh로 분쇄된 부식산을 중량대비 1:0.2~0.3의 비율로 혼합한 유기폐기물과 부식산 혼합물 100 중량부에, 300~350mesh로 분쇄된 흑연분말과 산화제2철을 중량대비 1:1~3의 비율로 혼합한 흑연분말과 산화제2철 혼합물 5~15 중량부 및 300~350mesh로 분쇄된 수산화칼슘 또는 수산화마그네슘 0.1~1.0 중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징한다.
또한, 상기 첨가제는 폐기물처리장치에 투입되는 생활폐기물 100 중량부에 10~30 중량부를 혼합하는 것을 특징한다.
상기 건조단계는 공기를 공급하는 공기공급부가 형성되고, 2~3회/일 교반을 위한 교반기가 형성되며, 상온 유지를 위한 가열부가 형성된 건조장치를 통해 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 고형연료 제조를 위한 첨가제의 혼합을 통해 악취를 제거할 수 있으며, 또한 고정탄소 보강을 통해 고형연료의 연소성을 개선할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 첨가제를 통해 혼합물의 마찰열 발생을 증가시킬 수 있고, 고체연료 연소시 산소가 원활하게 공급될 수 있도록 할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면 자연건조를 통해 열풍건조에 따른 낮은 온도에서의 휘발분 소멸을 방지할 수 있고 열풍건조를 위한 건조기 설비비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유기폐기물이 포함된 첨가제를 활용한 생활폐기물 고형연료 제조방법의 흐름을 나타내는 순서도.
도 2는 도시 생활폐기물의 저위발열량의 연도별 변화를 나타내는 그래프.
도 2는 도시 생활폐기물의 저위발열량의 연도별 변화를 나타내는 그래프.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 유기폐기물이 포함된 첨가제를 활용한 생활폐기물 고형연료 제조방법의 흐름을 나타내는 순서도이다.
이와 같은 본 발명의 방법은 다음의 단계로 이루어진다.
- 유기폐기물 및 무기폐기물을 포함하는 생활폐기물을 수집하는 단계.
- 수집된 생활폐기물을 폐기물처리장치에 투입하는 단계.
- 투입된 생활폐기물로부터 자성체 금속물질을 자력으로 선별하여 제거하는 단계.
- 생활폐기물을 파쇄하는 단계.
- 파쇄된 생활폐기물에 첨가제를 첨가하여 혼합하는 단계.
- 첨가제가 혼합된 생활폐기물을 건조하는 단계.
- 건조된 생활폐기물로부터 비자성체 금속물질을 선별하여 제거하는 단계.
- 건조된 생활폐기물을 분쇄하는 단계.
- 분쇄된 생활폐기물을 단봉상의 고형연료로 성형하는 단계.
- 단봉상 고형연료를 냉각시키는 단계.
본 발명은 먼저 생활폐기물을 수집하는 단계에서, 음식물쓰레기, 하수 슬러지 및 축산분뇨 등의 유기폐기물과, 종이류, 수지류, 금속류 또는 유리 등의 무기폐기물로 이루어지는 생활폐기물을 수집한다. 이러한 생활폐기물은 상기 유기폐기물이나 무기폐기물로서 언급된 종류 이외에 다른 폐기물을 포함할 수 있을 것이다.
이와 같이 수집된 생활폐기물은 생활폐기물의 최종처분을 위하여 선별, 파쇄 또는 분쇄, 건조 등의 과정을 수행하기 위한 폐기물처리장치에 투입된다. 본 발명은 생활폐기물로부터 고형연료를 제조하기 위한 것이므로 폐기물처리장치는 이러한 목적에 맞추어 구성될 수 있을 것이다.
고형연료를 제조하기 위하여 수입되는 생활폐기물은 비교적 높은 수분, 예를 들면, 음식물 쓰레기의 경우 60~80%의 수분을 함유하고 있으며, 계절 혹은 지역에 따라 성상의 차이가 극심한 특징이 있다. 또한 크기가 다양하고 비정형적이며 여러 종류의 혼합된 폐기물의 특성상 복합발화점을 갖는 것이 일반적이다. 생활폐기물의 성상을 보면, 종이류 6.2%, 수지류 7.4%, 직물류 2.4%, 유리제품 2.3%, 목재류 2.6%, 유기물 31.3%, 회분 8% 등으로 이루어지는 것으로 알려져 있으며, 종이류, 목재류와 같은 휘발분의 발화점은 800도 이상으로서 발화점이 다른 소재들의 연소시에는 불완전연소가 이루어져 다이옥신 등 다량의 유해물질이 발생하게 된다.
본 발명에서는 다른 성상의 다양한 생활폐기물을 폐기물처리장치에 투입한 후 1차적으로 금속물질을 선별하여 제거하도록 한다. 생활폐기물을 고형연료화하기 위해서는 파쇄의 과정을 수행해야 하는데, 자석을 이용하여 자성체의 금속물질을 1차적으로 선별하여 제거함으로써 파쇄장치의 부하를 줄일 수 있도록 한다.
자석을 이용하여 금속물질이 선별 제거된 생활폐기물은 파쇄과정을 거쳐 일정한 크기로 파쇄될 수 있도록 한다.
파쇄된 생활폐기물에 첨가제를 첨가하여 혼합하는 단계에서, 일정한 크기로 파쇄된 생활폐기물에 첨가제를 혼합하도록 한다. 상기 첨가제는 폐기물처리장치에 투입되는 생활폐기물 100 중량부에 대해 10~30 중량부로 혼합될 수 있도록 한다. 본 발명에 적용되는 첨가제는 음식물 쓰레기, 하수 슬러지 또는 축산분뇨와 같은 가연성의 유기폐기물을 활용하는 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 첨가제는 50~150mesh로 분쇄된 상기 유기폐기물에 150~250mesh로 분쇄된 부식산을 중량대비 1:0.2~0.3의 비율로 혼합한 유기폐기물과 부식산 혼합물 100 중량부에, 300~350mesh로 분쇄된 흑연분말과 산화제2철을 중량대비 1:1~3의 비율로 혼합한 흑연분말과 산화제2철 혼합물 5~15 중량부 및 300~350mesh로 분쇄된 수산화칼슘 또는 수산화마그네슘 0.1~1.0 중량부를 혼합하여 이루어지도록 한다. 상기 첨가제는 유기폐기물을 주원료로 사용하되, 수분함량이 적은 건조된 분말형태로 이루어져 있기 때문에 폐기물처리장치에 투입되는 생활폐기물의 함수율을 떨어뜨리는 작용을 하게 된다. 즉, 첨가제가 혼합되기 전 생활폐기물의 함수율은 65%~75% 수준이나, 첨가제를 혼합하는 경우 함수율이 50% 미만의 수준으로 떨어지게 된다.
첨가제에 포함되는 유기폐기물은 50~150mesh로 분쇄된 후 부식산과 혼합되도록 하며, 상기 부식산은 150~250mesh로 분쇄된 상태에서 유기폐기물과 중량대비 1:0.2~0.3의 비율로 혼합되도록 한다. 유기폐기물 중 음식물 쓰레기의 경우, 건조되기 전에는 수분 79.36%, 가연성분 17.65%, 회분2.99%로 이루어지게 되며, 건조 후에는 수분 10.73%, 휘발분 68.72%, 고정탄소 9.35%, 회분 9.26%로 이루어지게 되고 고위발열량은 4,560Kcal/kg 수준으로 형성되게 된다. 즉, 음식물쓰레기에 다량 함유된 수분이 건조되게 되면 가연성 휘발분이 많아 착화가 잘되게 되어 연소성이 좋은 소재로 변화될 수 있음을 알 수 있다. 그러나, 고정탄소가 적기 때문에 연소의 지속성이 떨어질 수 있으며 이로 인해 연소를 위한 적정온도의 유지가 어렵게 될 가능성이 있다. 본 발명은 첨가제로 이용되는 음식물쓰레기를 포함한 유기폐기물에 부식산을 혼합함으로써 부족한 고정탄소를 보강하고 악취를 제거할 수 있도록 한다. 부식산은 부식을 구성하는 성분 중의 하나인 산성물질로서 무정형이고 황갈색 내지 흑갈색을 띠게 되며, 탄소 50%~60%, 수소 3~5%, 질소 1.5%~6%, 황 1% 내외, 산소 30~35%로 이루어져 있다. 또한 양이온 치환 용량이 400`870meq/100g으로 매우 높으며, 1가의 양이온과 결합한 수용성이지만 Ca2 +, Mg2 +, Fe3 +, Al3 +와 같은 다가 이온과 결합한 염은 물에 잘 녹지 않은 특성을 보인다.
상기 부식산을 음식물 쓰레기 등 유기폐기물에 첨가하게 되면, 부족한 고정탄소를 보강함과 동시에 악취를 제거할 수 있다. 부식산은 유익미생물에 인산 및 탄소를 공급함으로써 미생물이 군집을 이룬 상태에서 활성을 증진시키도록 하여 짧은 시간에 미생물의 밀도를 증진시킬 수 있다. 부식산이 유익미생물을 증진 시키게되면 상기 유익미생물이 효소를 다량 증산하게 되는데, 다량 증산된 상기 효소에 의해 악취발생 물질이 분해됨으로써 악취가 소멸되게 된다.
또한 부식산은 친수기와 친유기를 함께 가지고 있는 특성으로 생활폐기물 중 수분과 함께 혼합된 기름성분의 흡착 처리도 가능하게 된다. 따라서, 부식산의 기름제거 특성을 이용하여 생활폐기물에 함유된 기름을 효과적으로 제거하여 생활폐기물의 처리 효율이 향상될 수 있게 된다.
이후, 첨가제가 혼합된 생활폐기물을 건조하는 단계에서, 생활폐기물을 건조시키게 되면, 수분이 증발하면서 폐기물 상호간 뭉치거나 딱딱하게 굳어지는 고결현상이 나타난다. 즉, 표면 내부의 생활폐기물과 외부의 공기접촉이 차단되게 되어 표면 내부의 생활폐기물은 부패되며 표면은 말라 붙게 되어 처리가 안 되는 현상이 발생하게 된다. 부식산은 양이온 치환 능력이 우수하여 염과 같은 양이온을 해리하는 작용을 함으로써 폐기물 입자간 상호 끌어당기는 인력을 해소하고 상호 반발할 수 있도록 하여 폐기물 입자 상호간 어긋나게 배열될 수 있도록 하게 되는데, 이를 통해 폐기물 입자의 구조가 마치 스폰지처럼 느슨하게 되어 공기접촉이 원활하게 이루어지도록 하고 또한 느슨한 구조로 인해 건조시간을 단축시키며, 호기성 미생물의 서식조건을 충족시킴으로써 악취발생을 억제할 수 있게 된다.
상기 부식산은 미생물들이 살아가면서 대사 활동 중에 만들어 낸 최종 부산물과 사멸시점에 유출된 대사계의 중간물질로서 pH가 산성이고 유기화학적 반응성이 강한 물질이다. 또한 상기 부식산은 자체의 산도로 인해 악취의 원인 부패균들의 증식을 억제하게 되고 효모균들이 증식할 수 있는 환경을 만들어주게 된다.
본 발명의 첨가제를 구성하는 부식산은 첨가제 제조를 위한 유기폐기물에 중량대비 1:0.2~0.3의 비율로 혼합될 수 있도록 한다. 부식산이 유기폐기물 중량 1에 대해 0.2 미만의 중량으로 혼합되게 되면, 악취와 염분의 제거 효과 및 수분의 건조시간 단축이 미미하게 되며, 0.3 중량을 초과하여 혼합되는 경우 악취와 염분제거 효과 및 수분 건조시간 단축은 향상될 수 있으나 경제성이 떨어져 바람직하지 못하다.
본 발명에 적용되는 첨가제는 유기폐기물과 부식산이 혼합된 유기폐기물과 부식산 혼합물 100 중량부에 대해, 흑연분말과 산화제2철(Fe2O3)을 중량대비 1:1~3으로 혼합한 혼합물을 5~15 중량부 혼합하도록 한다. 상기 흑연분말과 산화제2철은 입자의 비표면적을 넓혀 첨가제의 효율을 증가시킬 수 있도록 300~350mesh로 분쇄된 것을 사용하도록 한다. 흑연분말은 주요 구성성분이 탄소로서 부식산과 함께, 고정탄소가 부족한 건조 후의 생활폐기물의 연소를 촉진할 수 있도록 한다.산화제2철의 경우 교반기에 의한 혼합시 마찰열의 발생을 증가시켜 연소효율을 상승시키게 된다. 본 발명의 경우, 상기 흑연분말과 산화제2철을 우선 혼합하여 혼합물을 제조한 다음 흑연분말과 산화제2철 혼합물을 상기 유기폐기물과 부식산 혼합물에 혼합하는 것으로 한다. 유기폐기물, 부식한, 흑연분말 및 산화제2철을 동시에 혼합하는 것도 무방하나, 혼합효율을 향상시키고 혼합 후 첨가제의 성능, 즉 수분, 악취 및 염분제거의 효과를 높이기 위해서는 유기폐기물과 부식산을 1차 혼합한 후, 흑연분말과 산화제2철 혼합물을 별도 제조 후 상기 유기폐기물과 부식산 혼합물에 2차 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 흑연분말과 산화제2철 혼합물을 유기폐기물과 부식산 혼합물에 대해 5 중량부 미만으로 혼합하게 되면 발열량이 떨어지게 되어 첨가의 효과가 미미하게 되어 바람직하지 못하며, 15 중량부를 초과하여 혼합하게 되면 마찰에 의한 발열량이 상승하게 되고 연소시 필요한 산소가 충분히 공급되기는 하나 경제성이 떨어지게 되어 바람직하지 못하다. 바람직하기는 상기 흑연분말과 산화제2철 혼합물을 유기폐기물과 부식산 혼합물 100 중량부에 대해 8~12 중량부로 유지함으로써 발열량 유지와 경제성을 보다 효과적으로 얻을 수 있도록 한다.
본 발명에 적용되는 첨가제는 유기폐기물과 부식산 혼합물 100 중량부에 대해, 수산화칼슘 또는 수산화마그네슘 0.1~1.0 중량부를 혼합하도록 한다. 상기 수산화칼슘 또는 수산화마그네슘은 첨가제의 연소촉진 효능을 증진시킬 수 있도록 첨가되는 것으로서, 유기폐기물과 부식산 혼합물에 흑연분말과 산화제2철 혼합물을 혼합한 후에 혼합될 수 있도록 하며, 300~350mesh로 분쇄된 것을 사용함으로써 입자의 비표면적을 높여 연소촉진 성능이 향상될 수 있도록 한다. 수산화칼슘 또는 수산화나트륨은 선택적으로 사용가능하며 상기 수산화칼슘 또는 수산화나트륨을 0.1 중량부 미만으로 혼합하는 경우, 연소 효율 향상이 미미하게 되어 바람직하지 못하며, 1.0 중량부를 초과하여 혼합하는 경우, 연소 효율은 향상되나 경제성이 떨어져 바람직하지 못하다. 바람직하기는 상기 수산화칼슘 또는 수산화나트륨을 유기폐기물과 부식산 혼합물 100 중량부에 대해 0.4~0.8 중량부로 유지함으로써 연소효율 향상과 경제성을 보다 효과적으로 얻을 수 있도록 한다.
유기폐기물과 부식산 혼합물, 흑연분말과 산화제2철 혼합물 및 수산화칼슘 또는 수산화마그네슘 중 어느 하나를 선택하여 혼합한 첨가제는 유기폐기물을 주원료로 사용하기 때문에 첨가제 가격이 저렴하게 되며, 산화제2철 및 수산화칼슘 또는 수산화마그네슘의 연소 촉진 기능을 통해 생활폐기물마다 발화점이 다른 문제를 해결하여 발화가 안정되게 이루어질 수 있도록 한다. 또한 본 발명의 첨가제를 사용하는 경우 음식물 쓰레기를 포함하는 유기폐기물에 포함된 전분 등에 의한 첨가제의 점착능력을 통해 고형연료의 제조시 성형성이 향상되며 부식산의 효소촉매작용으로 인해 악취제거능력이 향상되게 된다.
첨가제가 혼합된 다음에는 생활폐기물을 건조하게 된다. 열풍건조시에는 낮은 온도에서도 생활폐기물의 휘발분이 소멸되게 되어 열량이 감소할 수 있으며, 건조를 위한 설비비용의 과다로 인해 경제성이 떨어지게 되기 때문에, 본 발명에서는 열풍건조 등의 건조방식과는 달리 자연건조방식을 이용하여 생활폐기물을 건조할 수 있도록 한다.
투입된 생활폐기물의 첨가제 혼합 전 함수율은 65~75% 이상이나, 첨가제를 혼합하게 되면 함수율이 50% 이하로 떨어지게 된다. 본 발명의 첨가제는 폐기물처리장치에 투입되는 생활폐기물 100 중량부에 대해 10~30 중량부에 혼합되게 되는데, 첨가제가 건조된 분말형태를 취하고 있는 특성상 생활폐기물과의 혼합만으로 상기 생활폐기물의 함수율을 떨어뜨리는 효과를 얻을 수 있게 된다. 첨가제가 10 중량부 미만으로 혼합되는 경우 생활폐기물로 제조된 고형연료의 열량이 감소되어 연료로서의 가치가 떨어져 바람직하지 못하며, 30 중량부를 초과하여 혼합되는 경우에는 경제성이 떨어져 바람직하지 못하다. 바람직하기는 본 발명의 첨가제는 생활폐기물 100 중량부에 대해 15~25 중량부로 혼합되록 함으로써 안정된 발열량 및 경제성을 함께 얻을 수 있도록 한다.
본 발명은 생활폐기물의 건조를 위해, 첨가제가 혼합된 생활폐기물을 건조장치에 투입하게 되는데, 상기 건조장치는 공기공급을 위한 공기공급부를 구비하고, 교반을 위하나 교반기를 구비하며 또한 상온 유지를 위한 가열부를 구비하는 것을 특징으로 한다. 상기 교반기는 하루에 2~3회 정도 생활폐기물을 교반할 수 있도록 하며, 1회 교반시 1~3시간 운행될 수 있도록 한다. 또한 가열부는 생활폐기물의 온도를 상온으로 유지하기 위한 것으로서, 여름철의 경우 특별히 가동될 필요는 없으나, 온도가 낮은 겨울철에는 25℃ 내외의 상온유지를 위해 가동될 수 있도록 한다. 상기 건조장치를 통과하게 되면 7~8일 이후 생활폐기물의 함수율이 20% 이하로 감소되게 된다.
건조장치를 통과한 생활폐기물은 자력에 의하여 선별제거되지 않는 비자성체 금속물질을 포함하는 불연성물질을 선별하여 제거한 후 분쇄하며, 비철금속물질을 포함한 불연성물질이 제거되고 분쇄된 생활폐기물을 이후 성형 및 냉각하도록 한다. 건조된 생활폐기물을 분쇄한 후 단봉상, 브리켓(briquet) 또는 펠릿(pellet) 형태로 성형하면 완성된 고형연료를 얻을 수 있는데, 성형시 첨가제의 마찰열로 인해 65℃ 이상의 고온이 발생할 수 있기 때문에 냉각기를 설치하여 완성된 고형연료를 냉각 보관할 수 있도록 한다.
도 2는 「음식물 폐기물 정책변화가 도시생활폐기물의 조성변화에 미치는 영향」의 주제로 세명대학교 바이오환경공학과 윤석표교수가 발표한 논문(2008년 1월접수, 2008년 3월 5일 채택)중 도시 생활폐기물의 저위발열량의 변화를 나타내는 그래프로서, 음식물 쓰레기의 매립지 반입금지 이전인 2004년도의 생활폐기물 저위발열량이 1801.1Kcal/kg 이었음을 알 수 있으며, 음식물 쓰레기 직매립금지 직후인 2005년도에는 2434.2Kcal/kg 이며, 음식물 쓰레기 직매립이 정착된 2007년도에는 3565.6Kcal/kg 임을 알 수 있다. 즉, 상기 도 2의 2004년도 그래프를 음식물 쓰레기를 포함한 생활폐기물의 저위발열량이 1801.1Kcal/kg, 2007년도 그래프를 음식물 쓰레기가 포함되지 않은 생활폐기물의 저위발열량이 3565.6Kcal/kg 인 비교예로 활용하도록 한다.
본 발명은 실험예 1로서 음식물 쓰레기를 포함한 유기폐기물100kg과 부식산 20kg으로 이루어지는 유기폐기물과 부식산 혼합물 100중량부에, 흑연분말 2.5kg과 산화제2철 7.5kg을 혼합한 흑연분말과 산화제2철 혼합물 8.3 중량부를 상기 유기폐기물과 부식산 혼합물에 혼합하였으며, 이후 수산화칼슘 0.5kg(유기폐기물과 부식산 혼합물 100 중량부에 대해 0.4 중량부)을 혼합하여 첨가제를 형성하였다. 폐기물처리장치에 투입, 자성체 금속물질제거 및 파쇄된 생활폐기물 100kg에 상기 첨가제 20kg을 혼합한 다음, 건조, 비자성체 금속물질 선별제거 후 분쇄 및 성형냉각과정을 거쳐 형성된 생활폐기물 고형연료를 연소한 결과, 4431.32Kcal/kg의 저위발열량을 얻을 수 있었다. 실험예 1의 폐기물처리장치에 투입되는 생활폐기물은 음식물 쓰레기를 포함한 것으로서, 상기 결과와 도 2의 2004년도 그래프의 저위발열량과 비교할 경우, 본 발명에 의해 제조된 고형연료의 발열량이 2.46배 더 높아 효과적임을 알 수 있다.
또한 본 발명의 실험예 2는 상기 실험예 1과 모두 동일한 조건을 취하되, 폐기물처리장치에 투입되는 생활폐기물을 음식물이 포함되지 않은 것으로 한정하였다. 그 결과 저위발열량은 5195.03Kcal/kg으로 나타났으며, 상기 결과와 도 2의 2007년도 그래프의 저위발열량과 비교할 경우에도, 본 발명에 의해 제조된 생활폐기물 고형연료의 발열량이 1.46배 향상됨을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.
Claims (4)
- 음식물쓰레기, 하수 슬러지 및 축산분뇨 등의 유기폐기물과, 종이류, 수지류, 금속류 또는 유리 등의 무기폐기물로 이루어지는 생활폐기물을 생활폐기물의 선별, 파쇄 또는 분쇄, 건조 등의 과정을 수행하기 위한 폐기물처리장치에서 처리하여 고형연료를 제조하는 방법으로서, 이 방법이 유기폐기물 및 무기폐기물을 포함하는 상기 생활폐기물을 수집하는 단계, 수집된 상기 생활폐기물을 상기 폐기물처리장치에 투입하는 단계, 상기 투입된 생활폐기물로부터 자성체 금속물질을 자력으로 선별하여 제거하는 단계, 상기 자성체 금속물질이 제거된 상기 생활폐기물을 파쇄하는 단계, 상기 파쇄된 생활폐기물에 첨가제를 첨가하여 혼합하는 단계, 상기 첨가제가 혼합된 생활폐기물을 건조하는 단계, 상기 건조된 생활폐기물로부터 비자성체 금속물질을 선별하여 제거하는 단계, 상기 건조된 생활폐기물을 분쇄하는 단계, 상기 분쇄된 생활폐기물을 단봉상의 고형연료로 성형하는 단계, 상기 단봉상 고형연료를 냉각시키는 단계로 이루어지는 유기폐기물이 포함된 첨가제를 활용한 생활폐기물 고형연료 제조방법에 있어서,
상기 첨가제가
50~150mesh로 분쇄된 음식물쓰레기, 하수 슬러지 또는 축산분뇨로 이루어지는 유기폐기물과 150~250mesh로 분쇄된 부식산을 중량대비 1:0.2~0.3의 비율로 혼합한 유기폐기물과 부식산 혼합물 100 중량부에,
300~350mesh로 분쇄된 흑연분말과 산화제2철을 중량대비 1:1~3의 비율로 혼합한 흑연분말과 산화제2철 혼합물 5~15 중량부 및
300~350mesh로 분쇄된 수산화칼슘 또는 수산화마그네슘 0.1~1.0 중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기폐기물이 포함된 첨가제를 활용한 생활폐기물 고형연료 제조방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 첨가제는 폐기물처리장치에 투입되는 생활폐기물 100 중량부에 10~30 중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하는 유기폐기물이 포함된 첨가제를 활용한 생활폐기물 고형연료 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 건조단계는
공기를 공급하는 공기공급부가 형성되고, 2~3회/일 교반을 위한 교반기가 형성되며, 상온 유지를 위한 가열부가 형성된 건조장치를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기폐기물이 포함된 첨가제를 활용한 생활폐기물 고형연료 제조방법.
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| KR1020130035745A KR101544519B1 (ko) | 2013-04-02 | 2013-04-02 | 유기폐기물이 포함된 첨가제를 활용한 생활폐기물 고형연료 제조방법 |
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| KR1020130035745A KR101544519B1 (ko) | 2013-04-02 | 2013-04-02 | 유기폐기물이 포함된 첨가제를 활용한 생활폐기물 고형연료 제조방법 |
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