KR20010006018A

KR20010006018A - 유기성 폐기물의 발효처리장치

Info

Publication number: KR20010006018A
Application number: KR1019997009096A
Authority: KR
Inventors: 오카모토마사카츠; 하야시카주오; 츠치이와노리아키; 하야미야스오
Original assignee: 가부시키가이샤 티엘브이
Priority date: 1998-02-23
Filing date: 1999-02-18
Publication date: 2001-01-15
Also published as: KR100349628B1; TW394712B; CN1256649A; CN1116129C; EP0988900A4; WO1999042229A1; EP0988900A1; CA2287331A1; US6420167B1

Abstract

음식 쓰레기(찌꺼기) 등의 수분을 많이 함유하는 유기성 폐기물을 발효에 적합한 처리조건으로 유지하면서 발효처리하여 유기비료 등으로 제조한다.

본 발명에 관한 유기성 폐기물의 발효처리장치는 발효조(1)의 자켓부(2)에 감압밸브(17, 18)를 거쳐 증기공급관(3)을 접속하고, 자켓부(2)의 하방에 연통로(27)를 거쳐 진공펌프(4)를 접속하여 이루어진 것이다. 자켓부(2) 내로 100℃ 보다 낮은 감압증기가 공급되어 발효조(1) 내로 수용된 폐기물을 증기의 응축열을 이용하여 신속하게 발효처리를 할 수 있다. 또, 발효조(1)에는 공기공급부(36)에서 소정 습도상태의 공기가 공급되어 호기성 발효균에 의해 발효처리를 단시간에 효율적으로 발효처리할 수 있다.

Description

유기성 폐기물의 발효처리장치{FERMENTATION TREATING EQUIPMENT FOR ORGANIC WASTE}

유기성 폐기물, 예를 들면 가정, 레스토랑, 슈퍼마켓 등에서 나오는 음식 쓰레기, 수산시장이나 청과시장이나 양돈·양계장 등에서 나오는 분뇨나 쓰레기, 또는 식품가공공업 등에서 나오는 쓰레기를 발효처리하여 비료 등으로 만들어 리사이클할 수 있는 각종 처리기계가 다수 개발되어 사용되고 있다.

이러한 폐기물의 발효처리장치는, 예를 들면 특개평 7-68239호 공보, 특개평 9-47747호 공보, 특개평 9-77581호 공보, 특개평 9-165283호 공보에 개시되어 있다. 이들 문헌에 개시된 장치에서는 폐기물을 발효처리에 적합한 온도나 수분율로 하기 위한 가열수단으로써 온수나 전기히터를 이용하고 있다. 또 발효조 내의 습도가 발효처리에 적합한 값인 것을 확인하기 위해 발효조 내에 습도 센서를 장착하여 발효조 내의 습도상태의 제어에 유용하게 쓰이고 있다.

이들 종래 기술의 발효처리장치에서는 가열수단으로 온수나 전기히터를 사용하고 있기 때문에 폐기물 전체를 적절하게 가열하여 효율좋게 발효처리할 수가 없는 결점, 특히 대량의 폐기물을 처리하는 경우에는 발효 적온(適溫) 범위내로 당해 폐기물을 유지하는 것이 곤란하여 양호한 발효를 하기위해 장시간이 소요되는 결점이 있다. 즉, 온수나 전기히터를 순환적 내지 연속적으로 사용하여 가열하든, 온수의 경우는 온수 자신을 발효 적온(適溫) 범위내 또는 이것에 가까운 온도에서 사용할 수 있는 것이라도, 그러한 온도의 온수로는 폐기물을 발효에 적합한 온도로 하기 위해 당해 폐기물에 큰 열량을 주는 것이 곤란하고, 또 전기히터의 경우에는 발효 적온(適溫) 범위 보다 제법 높은 온도로 가열하게 되어 폐기물에 고르지 못한 가열이 일어나게 되어 양호한 발효를 할 수 없다.

또, 효율적인 발효처리를 위해서는 폐기물의 양이나 조성의 변동에 따라 운전조건을 적절히 변경 조절할 필요가 있지만, 종래의 발효처리장치로는 상기 운전조건의 하나인 발효조 내의 습도를 신속하고 정확하게 제어하는 것이 곤란하였다. 예를 들면, 특개평 9-77581호 공보에 개시된 장치에서는 발효조 내의 습도상태가 검출된 후 즉, 발효조 내의 습도가 변화된 것을 검출하고 나서 사후적으로 피드백하여 통기팬을 온오프하여 발효조 내의 공기를 배출하거나 혹은 새로운 공기를 발효조 내로 공급하도록 되어 있고, 발효조 내의 습도를 일정값으로 하기 위해 시간적인 지연이 일어나고 정확한 습도상태를 유지할 수 없는 것이다.

본 발명은 폐기물의 온도나 공기의 습도와 같은 발효처리조건을 최적으로 유지하여 폐기물의 발효처리를 신속하고 효율적으로 할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명은 음식 쓰레기 등의 수분을 함유하는 유기성 폐기물을 발효처리하여 유기비료 등으로 만드는 장치에 관한 것으로써, 특히 발효처리를 단기간에 효율적으로 할 수 있도록 폐기물의 온도나 수분율(함수율) 등 발효처리조건을 최적으로 유지할 수 있는 발효처리장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 관한 유기성 폐기물의 발효처리장치의 구성을 나타내는 일부 단면 개략도이다.

도 2는 조합 펌프 기구 대신에 사용되는 액체압송장치의 단면 구성도이다.

도 3은 발효조의 상류측에 구비된 열처리장치를 나타내는 개략도이다.

도 4는 산소부화수단을 설치한 공기공급부의 개략도이다.

본 발명에 관한 유기성 폐기물의 발효처리장치는 유기성 폐기물을 수용하는 발효조와 당해 발효조 내의 폐기물을 발효처리에 적합한 상태로 유지하는 수단을 구비하고 있고, 상기 유지 수단의 하나로서 발효 적온 범위 내에서 기·액 변화를 하는 기체, 특히 감압된 수증기를 사용하여 당해 기체의 액화에 의해 폐기물을 가온 유지하는 것을 특징으로 한다. 증기압은 압력과 온도의 관계가 명료하게 결정되는 것이 알려져 있다(포화증기압곡선). 예를 들면 수증기의 경우, 760mmHg에서는 100℃이지만, 360mmHg로 되면 약 80℃, 60mmHg로 되면 약 40℃의 증기로 된다. 또 에탄올 증기의 경우에는 760mmHg에서 약 80℃, 130mmHg에서 약 40℃의 온도이다. 이와 같이 압력을 변화시켜 당해 기체의 온도를 발효에 적합한 온도범위 내의 것으로 하고, 당해 기체를 액화할 때 발생하는 큰 응축열을 폐기물의 가열에 이용하는 것이다.

감압된 수증기는 압력조절밸브나 감압밸브 등을 통하여 통상의 보일러 등에서 발생된 비교적 고압, 예를 들면 5Kg/㎠나 3Kg/㎠의 증기압력을 대기압 정도 또는 대기압 이상으로 감압하여 공급할 수 있고, 또 일차측 열처리장치 내 또는 자켓부 내를 미리 일정 감압상태로 하거나, 일차측 열처리장치 내 또는 자켓부 내를 진공펌프 등의 흡인수단과 접속하여 일정 감압상태를 유지함으로써 소망의 갑압증기, 즉 100℃보다 낮은 발효 적온의 증기를 이용하여 폐기물을 열처리할 수 있다.

유기성 폐기물을 발효처리하는 경우, 공기중에서 처리하는 경우와 공기를 배제시킨 소정의 가스분위기 중에서 처리하는 경우가 있다. 발효처리하는 경우에 이용되는 발효균의 종류에 따라, 발효균이 호기성인 경우는 공기 분위기 중에서 발효처리를 하고 혐기성인 경우는 공기를 제외시킨 소정의 가스분위기 중에서 발효처리를 한다.

상기 발효조의 일차 측에 열처리장치가 구비되고, 당해 열처리장치를 열처리 적온으로 유지하기 위한 열원으로 대기압 이하의 수증기를 사용하도록 되어 있는 것이 바람직하다. 가축분뇨 등의 유기성 폐기물을 발효처리하는 경우 발효조의 일차 측에 열처리장치를 배치하여 감압된 수증기를 열원으로 함으로써 그 액화시에 발생하는 큰 열량으로 폐기물을 적온으로 가열하고, 폐기물의 함수율을 발효처리에 적합한 범위의 값으로 사전에 조정하거나, 혹은 예비 발효를 행하여 메탄가스 등을 회수하여 발효처리 프로세스를 단시간에 효율적으로 할 수 있다.

상기 기체와 폐기물 사이에서 열교환이 일어나는 열교환부에 흡인수단이 접속되어 있는 것이 바람직하다.

또, 유기성 폐기물을 수용하는 발효조와 당해 발효조 내의 폐기물을 발효처리에 적합한 상태로 유지하는 수단을 구비한 발효처리장치에 있어서, 상기 유지 수단의 하나로서 폐기물에 공급되는 공기의 습도를 발효처리에 적합한 값으로 조정하는 수단을 설치하고, 당해 조정수단에 의해 상기 발효조에 공기 공급을 위해 설치된 공기공급부를 유통하는 공기의 습도를 조정하도록 되어 있어도 발효처리조건을 개선시키고, 발효균의 활동이 활발하게 되어 폐기물의 발효처리를 신속하고 효율적으로 할 수 있다.

상기 조정수단이 가습유체주입수단이고, 당해 가습유체주입수단의 발효조측에 습도검출수단을 장착하여 당해 습도검출수단에서의 검출값에 의해 가습유체주입수단의 유체주입량을 제어하도록 되어 있는 것이 바람직하다.

공기공급부에 가습유체주입수단을 설치함으로써 발효조에 공급되는 공기에 가습유체, 예를 들면 증기나 분무수 등을 주입하여 공기의 습도를 변화시킬 수 있다. 또, 가습유체 주입수단의 발효조측에 습도검출수단을 장착함으로써 발효조에 공급되는 공기의 습도를 검출하여 그 검출값에 따라 가습유체주입수단으로부터의 유체 주입량을 콘트롤하는 것으로써, 발효조에 공급되는 공기의 습도를 소정치로 유지할 수 있다. 발효조에 공급되는 공기의 습도를 사전에 소정치로 할 수 있기 때문에 발효조 내의 습도를 발효처리하기에 적합한 상태로 정확하게 콘트롤할 수 있다. 증기나 물의 주입 전의 공기를 소정온도, 예를 들면 100℃ 정도로 가열하고 나서 증기나 물을 주입하고, 그 후에 당해 공기를 열교환하여 60℃ 정도까지 냉각하는 것으로써, 공급공기의 습도와 온도를 보다 정확하게 제어할 수 있다.

가습유체 주입량의 콘트롤은 가습유체주입수단에 그 개도(開度)를 조절할 수 있는 밸브수단이 설치되어 그 밸브수단의 개도 조절에 의해 주입 증기량이나 물의 양을 콘트롤 할 수 있다. 또 가습유체주입수단에 복수의 분무노즐을 장착하여 이 노즐의 개도 또는 개구노즐의 수를 조절함으로써 수행될 수 있다.

상기 공기공급부에 산소부화수단(oxygen enrichment means)이 설치되어 있으면 더욱 바람직하다. 이러한 산소부화수단에 의해 공급공기중의 산소농도가 발효균에 의해 최적으로 되어 효율적으로 발효가 실현된다. 산소부화수단은 흡착제로서의 제올라이트를 이용하여 공기중의 질소를 흡착시키는 것과 같은 구성으로 되거나, 기체분리막으로서의 산소부화막(oxygen enrichment membrane)을 구비하고 있거나, 혹은 액정의 선택투과기능을 이용하는 액정막 등을 이용한다.

도 1은 본 발명에 관한 유기성 폐기물의 발효처리장치의 전체 구성을 나타내고 있다. 당해 발효처리장치는 발효조(1)와, 발효조(1)의 외주에 설치된 열교환부인 자켓부(2)와, 증기공급관(3)과, 진공펌프로서의 조합 펌프기구(4)와, 발효조(1)내로 공기를 공급하는 공기공급부(36)로 구성된다.

발효조(1)는 단면이 대략 사각형 형상을 갖는 중공체로 되고, 상면부에 폐기물을 위한 투입구(5)와 저부에 처리된 폐기물을 위한 취출구(取出口)(6)가 설치되고, 중앙영역에는 회전가능한 교반날개(7)가 장착되어 있다.

발효조(1)내의 상방역에는 폐기물의 수분율에 따라 증기 또는 순환수를 발효조(1)내에 수용된 폐기물에 분사하는 수분 분사관(8)이 장착되어 있다. 또 상기 투입구(5)와는 다른 기체흡인구(9)가 발효조 상면부에 설치되어, 하방의 조합 펌프기구(4)와 수분 흡수관(10)을 통하여 접속되어 있다. 수분 흡수관(10)은 분기되어 발효가스 회수관(52)을 구비하고, 또한 조합 펌프기구(4)에 이르는 도중에 냉각유체공급관(12)과 배출관(13)을 구비한 보조 열교환기(11)를 갖는다. 당해 보조 열교환기(11)를 경유함으로써, 수분흡수관(10)내를 유통하는 증발 증기를 냉각하여 응축할 수 있도록 되어 있다.

상기 냉각유체 공급관(12)은 보조열교환기(11)에 이르기까지의 도중에 분기된 관부분(14)으로 자켓부(2)에 접속됨과 동시에 관부분(15)으로 조합 펌프기구(4)를 구성하는 탱크(16)에 접속되어 있다.

상기 증기공급관(3)은 보일러(도시되지 않음)와 접속되어 있고, 자켓부(2)에 증기를 공급하여 발효조(1)에 열량을 주는 것이다. 감압밸브(17)를 경유함으로써 보일러에서 공급된 비교적 고압의 증기를 적절히 대기압 정도 또는 그 이하의 압력으로 감압하여 발효조(1)의 자켓부(2)에 공급한다. 또 감압밸브(17)와 병렬로 제2 감압밸브(18)를 설치하여 이 제2 감압밸브(18)의 설정 압력을 대기압 이상부터 2 또는 3 Kg/㎠ 정도로 함으로써 발효조(1)에 투입된 수분을 많이 함유하는 초기 폐기물을 100℃ 이상의 고온상태로 가열하여 잉여의 초기 수분을 단시간에 제거할 수 있는 것이다. 본 예에서는 증기압력을 조정하기 위해 감압밸브(17, 18)를 나타내었으나, 감압밸브 이외의 예를 들면 압력조정밸브나 온도조정밸브 등의 자동조정밸브라든지, 보일러 증기압력이 낮고 안정하게 있는 경우는 볼 밸브나 니들 밸브 등을 스로틀밸브로 이용할 수 있다.

증기공급관(3)은 상기한 바와 같이 자켓부(2)에 증기를 공급하기 위한 관부분(21)과 밸브(22)를 갖고, 또한 도중에 분기되어 관부분(19)과 밸브(20)를 거쳐 수분 분사관(8)에 접속되고, 관부분(23)과 로터리 조인트(24)를 거쳐 교반날개(7)와 접속되어 있다. 교반날개(7)의 내부는 중공이고, 로터리 조인트(24)를 거쳐 공급되는 증기나 순환수가 유통되도록 구성되어 있다.

진공펌프로서의 조합 펌프기구(4)는 이젝터(25)와 탱크(16)와 순환펌프(26)가 조합되어 이루어져 있다. 순환펌프(26)로 탱크(16)내의 물을 이젝터(25)로 토출하고, 이젝터(25)로 당해 물의 온도에 따라 흡인력을 일으켜 탱크(16)에 되돌아가게 하는 것이다. 탱크(16)의 상부에는 이미 설명한 바와 같이, 관부분(15)을 거쳐 냉각유체공급관(12)이 연결되고, 탱크(16)내의 수온과 수량을 온도센서(30)나 레벨센서(도시하지 않음)로 검출하여 필요에 따라 공급관(12)으로부터 냉각유체(본 예의 경우 냉수)가, 또는 관부분(14)으로부터 응축수가 탱크(16)에 공급되어 탱크내의 수온이나 수량이 제어된다. 조합펌프기구(4)의 순환로(31)를 분기하여 잉여 유체 배출관(32)으로 하고, 이 잉여유체배출관(32)에 냉크(16)내의 수위에 따라 개폐가능한 밸브(33)를 장착한다.

순환로(31)를 다시 분기하여 공급관(34)으로 하고, 증기공급관(3)과 연결한다. 당해 공급관(34)을 거쳐 순환수의 일부를 교반날개(7) 내부나 발효조(1)의 자켓부(2), 혹은 수분분사관(8)에 공급가능하게 한다. 온도 제어된 탱크(16)내의 순환수를 수분분사관(8)에 공급함으로써 발효조(1)내에 수용되어 있는 폐기물의 함수율이 어떠한 원인으로 소정치 보다도 낮게 된 경우에 회복될 수 있다. 또 교반날개(7)와 자켓부(2)에 순환수를 공급함으로써 발효처리가 종료된 발효조(1)내의 폐기물을 냉각하는 것도 가능하다.

조합펌프기구(4)의 이젝터(25)는 연통로(27)를 경유하여 자켓부(2)의 하단에 접속되어 있다. 연통로(27)에는 스팀 트랩(28)과 밸브(29)가 병렬도 장착되어 있다. 스팀 트랩(28)은 자동밸브의 일종으로, 기체인 증기는 유통시키지 않고, 액체인 물은 자동적으로 출구측으로 유통시키는 것이다. 또한 연통로(27)는 자켓부(2)의 하단과 스팀 트랩(28) 사이에서 관부분(35)을 연통하고, 로터리 조인트(24)의 배출부와 연결되어 있다.

감압밸브(17, 18) 앞에서 증기공급관(3)과 연결된 공기공급부(36)는 공기유통방향 하류쪽에서 발효조(1)의 상면부에 연결된 공기공급관(37)에 연결되어 있다. 이 공기공급부(36)는 원하는 양의 공기를 공급하는 공기팬(38)과 이 공기팬(38)으로부터 공급된 공기를 소정 온도로 가열하는 에어로핀 히터(39)로 구성되어 있다. 에어로핀 히터(39)는 증기공급관(3)으로부터 소정 압력 또는 소정 온도의 증기를 도입하여 공기팬(38)으로부터 도입된 공기를 소정 온도까지 간접가열하는 것이다.

에어로핀 히터(39)의 하류측에 가습유체 주입수단(40)이 배치되어 있다. 본 예에서는 가습유체로서 증기가 이용된다. 가습유체 주입수단(40)은 공기공급관(37) 보다도 단면적이 큰 혼합부(41)를 갖는다. 이 혼합부(41)의 하방부터 증기공급관(3)과 연통된 증기관(42)을 내통한다. 증기관(42)에는 조절밸브(43)가 설치되어 있다. 증기관(42)으로부터 연속하는 혼합부(41)내의 말초관(44)에는 다수의 증기 취출공(吹出孔)이 설치되어 있다. 가습유체 주입수단(40)의 하부에는 증기관(42)에서 공급되는 가습용 증기가 응축되어 생기는 응축물을 계외로 자동적으로 배출하는 스팀 트랩(45)이 장착되어 있다. 혼합부(41)내를 유통하는 소정 온도의 공기에 증기관(42)으로부터 증기가 공급되어 소정 습도의 공기가 조제된다.

가습유체 주입수단(40)으로 물을 공급하여 유통공기의 습도를 제어하는 것도 본 예와 동일한 구성으로 할 수 있다. 즉, 말초관(44)의 다수의 취출공(吹出孔)으로부터 유통하는 공기중에 물을 분무함으로써 당해 공기의 습도를 제어하는 것이다.

가습유체 주입수단(40)의 하류측에 제2 보조열교환기(46)가 배치되어 있다. 당해 보조열교환기(46)는 내부를 소정 습도의 공기가 유통하는 동안에 열교환 유체공급관(47)과 조절밸브(48)를 거쳐 공급되는 열교환 유체와 당해 공기 사이에 열교환이 일어나 당해 공기의 습도와 온도를 발효조(1)에 적절한 온도와 습도로 조정하는 것이다. 통상, 열교환 유체는 상온수가 이용되고, 상류의 에어로핀 히터(39)와 가습유체 주입수단(40)에 의해 가열된 공기를 소정 온도까지 냉각되어 소정 온도와 습도의 공기로 된다.

제2 보조열교환기(46)는 에어로핀(39)과 가습유체 주입수단(40)에서의 유체주입량을 콘트롤함으로써 발효조(1)에 도입되는 공기의 습도와 온도를 소정치로 할 수 있는 경우에는 반드시 필요한 것은 아니다.

제2 보조열교환기(46)와 발효조(1) 사이에 기액분리기(51)와 습도센서(49)와 온도센서(50)가 부착되어 있다. 습도센서(49)와 온도센서(50)는 공기공급관(37)에서 발효조(1)로 공급되는 공기의 습도와 온도를 검출하는 것이다. 습도센서(49)는 콘트롤러(도시하지 않음)를 거쳐 증기관(42)의 조절밸브(43)와 전기적으로 접속하고, 온도센서(50)는 같은 콘트롤러를 거쳐 열교환 유체공급관(47)의 조절밸브(48)와 전기적으로 접속하고 있어서 필요에 따라 공급공기의 습도와 온도의 수정이 이루어지게 된다.

기액분리기(51)는 제2 보조열교환기(46)를 통과한 공기중에 함유되는 물방울이나 입자상의 이물을 분리하여 소정의 습한 상태의 공기만을 하류쪽으로 통과시키는 것이다. 이 기액분리기(51)는 다공질상의 필터를 구비하거나, 통과 유체에 원심력을 주거나, 통과 유체를 내벽에 충돌시키거나, 혹은 통과 유체의 유속을 변화시켜 물방울이나 이물을 분리할 수 있다.

호기성 발효균을 이용하여 공기분위기 중에서 발효처리하는 경우에는 공기공급부(36)에서 발효조(1)내로 공기를 공급하여 발효처리를 하고, 혐기성 발효균으로 발효를 하는 경우에는 공기를 배제하여 처리를 할 필요가 있으므로, 유체 경로를 약간 변경하고, 공기공급부(36)나 가습유체 주입수단(40)을 제2 보조열교환기(46)와 차단하고, 공기공급관(37)에 공기 이외의 소정 가스를 직접 공급하여 발효처리를 한다.

발효조(1)내의 폐기물을 직접 증기로 가열할 수 있는 경우는 대기압 이하의 소정 압력으로 감압한 증기를 수분 분사관(8)에서 발효조(1) 내로 직접 공급하여 발효처리를 할 수 있으나, 증기로 직접 가열할 수 없는 경우는 발효조(1)를 둘러싸는 자켓부(2)나 내부에 배치된 교반날개(7)에만 감압증기를 공급하여 폐기물을 발효처리한다.

발효처리시에 투입구(5)에서 폐기물이 소정량만 발효조(1)내에 투입된다. 투입된 폐기물의 수분율이 수분율센서(도시하지 않음)로 검출되고 발효처리를 개시하기에 적합한 수분율, 통상 40-60% 정도를 초과하는 경우는 발효처리를 실행하기 전에 사전 건조를 하는 것이 바람직하다. 즉, 대기압 이상에서 100℃ 이상의 증기를 증기공급관(3)의 감압밸브(18)로부터 자켓부(2)에 공급하고, 폐기물에 다량으로 함유되는 수분을 고온 증기로 가열하여 폐기물에서 증발한 증기를 기체흡인구(9)로부터 이젝터(25)로 흡인함으로써, 단시간에 발효처리에 적합한 수분율로 할 수 있다. 자켓부(2)에서 폐기물에 열을 빼앗긴 증기는 응축하여 응축물로 되고, 스팀 트랩(28)을 통하여 조합펌프기구(4)의 이젝터(25)에 흡인된 탱크(16)에 도달하게 된다.

폐기물의 수분율이 발효처리에 적합한 값의 범위로 되면 기체흡인구(9)와 이젝터(25)의 연통을 차단함과 동시에, 감압밸브(18)로부터의 고온증기의 공급을 정지하고, 대신에 감압밸브(17)로부터 대기압보다 낮은 40-70℃ 정도의 발효 적온의 감압증기를 공급하여 발효처리를 한다. 앞에서 설명한 바와 같이, 증기는 압력과 온도의 관계가 명료하게 결정되어 증기압력을 360mmHg(통상 압력보다 400mmHg 낮음)로 함에 따라 증기온도를 약 80℃로 할 수가 있고, 또 60mmHg로 함에 따라 약 40℃의 증기로 할 수가 있다. 증기가 응축물로 되는 경우에 응축열을 발산하므로 같은 정도의 온수와 비교해서 단위 유량당 열용량이 6-12배 정도로 되고, 그 큰 열량으로 발효처리물을 신속하게 가열할 수 있다. 증기는 복잡한 형상부분에도 골고루 미칠 수 있으므로 폐기물에 직접 공급할 수 있는 경우에는 폐기물의 전체를 균등하게 가열하여 고르지 못한 가열을 제어할 수 있다.

발효처리를 하는 경우, 조합펌프기구(4)의 감압도는 공급되는 증기압력 보다도 약간 낮은 것이 바람직하고, 냉각수를 관부분(15)에서 탱크(16)로 공급하여 이젝터(25)의 흡인력을 조절한다.

호기성 발효균을 이용하여 공기분위기 중에서 발효처리를 하는 경우, 발효조(1)내에 공급되는 공기는 가습유체 주입수단(40)으로 가습증기에 의해 소정의 습도상태로 되어, 발효조(1) 내에서의 발효처리를 효율적으로 할 수 있다. 발효조(1) 내에 소정 습도의 공기를 공급할 수 있도록 하기 위해 발효조(1)내의 폐기물이 과도한 건조상태로 되는 것을 방지할 수 있다.

발효조(1)내에서 발생한 발효가스(메탄가스 등)와 가열에 의해 발생한 증발 증기는 차단된 수분흡수관(10)을 열어 순환로(31)에서 탱크(16)로 회수되거나, 또는 발효가스 회수관(52)을 열어 처리장소(도시하지 않음)로 배출된다.

본 예에서는 진공펌프로서 조합펌프기구(4)를 이용한 예를 나타내었으나, 도시된 조합펌프기구(4) 이외에 수봉식(水封式) 진공펌프 등과 같은 각종 진공펌프를 이용할 수 있다. 따라서 일례로서, 조합펌프기구 대신에 사용가능한 액체압송장치를 설명한다. 이 액체압송장치는 빨아올려져야 될 유체에 직접 작용하는 가압유체매체를 사용한다.

도 2에 상세하게 나타낸 액체압송장치(54)의 작동증기도입구(55)는 증기공급관(3)으로부터 연장되는 공급관(34)에 연결되어 있다. 또 응축물 유입구(56)는 연통로(27)를 거쳐 발효조(1)의 자켓부(2)에 연결되어 있다. 연통로(27)에는 밀폐상 용기(57) 안쪽 방향으로 응축물의 흐름만을 허용하는 역지밸브(58)가 설치되어 있다. 또 액체압송장치에 있어서는 본체(61)와 덮개(62)로 밀폐상 용기(57)가 구성되고, 내부에 플로트(63)와 플로트밸브(64)와 스냅기구(65)가 배치되어 있고, 동시에 덮개(62)에 작동증기도입구(55)와 작동증기배출구(66)와 응축물 유입구(56)와 응축물 배출구(67)가 설치되어 있다.

플로트(63)는 지점(68)을 중심으로 상하로 부상강하하여 더블밸브기구의 플로트밸브(64)를 상하로 이동시켜 응축물 배출구(67)를 연통·차단함과 동시에 제1 레버(70)를 지점(71)을 중심으로 상하로 변위시키는 것이다. 마찬가지로 지점(71)을 중심으로 회전가능하게 제2 레버(72)가 배치되고, 이 제2 레버의 단부와 제1 레버(70)의 단부 사이에 압축상태의 코일스프링(73)이 장착되어 있다. 제2 레버(72)의 상부에 조작봉(74)이 연결된다.

조작봉(74)의 상부에는 작동증기 배출구(66)를 개폐하는 구형의 배출밸브체(75)가 장착되어 있고, 조작봉(74)의 중단부에 조작레버(76)가 고착되어 있다. 조작레버(76)의 상부에 상하이동가능하게 작동증기 도입구봉(77)이 배치되고, 이 작동증기 도입구봉(77)의 상방에 구형의 작동증기 도입밸브체(78)가 자유상태로 배치되어 있다. 도입밸브체(78)는 도입구봉(77)이 상방으로 변위함에 따라 작동증기 도입구(55)를 개구하여 작동증기를 밀폐상 용기(57)내로 공급하는 것이다. 도 2에 나타낸 상태는 밀폐상 용기(57)내의 응축물이 적어 플로트(63)가 하방에 위치한 상태이다. 이 상태에서는 플로트밸브(64)는 밸브가 닫혀 밀폐상 용기(57)내와 응축물 배출구(67)를 차단하고 있다. 또, 연통로(27)의 역지밸브(58)에서부터 도시하지 않은 자켓부(2) 쪽에는 수분 흡수관이 분기되어 있고, 급수관이 연결되고, 자켓부(2) 내에 급수하여 당해 자켓부내의 공기를 배출하거나 액체압송장치(54)에 초기에만 급수하여 이 액체압송장치(54)를 강제로 구동시키도록 되어 있다.

응축물 유입구(56)에서 응축물이 유입되어 밀폐상 용기(57)내의 수위가 상승하면, 플로트(63)도 상승하고 플로트밸브(64)도 하방으로 약간 개방된다. 수위가 더욱 상승하여 플로트(63)가 소정 높이에 도달하면, 스냅기구부(65)가 스냅 이동하여 조작봉(74)이 순간적으로 상방으로 변위한다. 조작봉(74)이 상방으로 변위함에 따라 작동증기 배출밸브체(75)가 작동증기 배출구를 개구함과 동시에 도입밸브체(78)가 작동증기 도입구(55)를 개구하여 고압의 작동증기가 밀폐상 용기(57)로 공급되고 잔류된 응축물이 플로트밸브(64), 응축물 배출구(67), 역지밸브(79)를 경유하여 소정 장소로 압송된다. 응축물이 압송되어 수위가 저하하면 플로트(63)도 강하하고 소정 높이에 도달하면 다시 스냅기구부(65)가 반대 방향으로 스냅 이동함에 따라 작동증기 도입구(55)가 폐구되고 작동증기 배출구(66)가 개구되고 플로트밸브(64)도 닫히고, 응축물의 압송을 정지함과 동시에 응축물 유입구(56)에서 다시 응축물이 밀폐상 용기(57)내로 유입되어 상기 사이클이 반복된다.

액체압송장치(54)의 상기 구동 사이클에 따라 자켓부(2)내의 초기 응축수로서 드레인이 배출되는 것에 따라, 또는 수분 흡수관(10)(도 1)에서 공기가 배출되는 것에 따라 자켓부(2)내에는 서서히 대기압 이하의 감압상태로 된다.

또 상기의 두 예에 있어서는 진공펌프나 액체압송장치를 이용한 예를 나타냈으나, 이들 펌프나 장치를 반드시 이용하는 것은 아니고, 미리 자켓부(2)내 또는 발효조(1)내를 진공상태로 유지함으로써 소정의 감압증기를 공급하여 100℃ 이하의 온도로 발효처리를 할 수 있는 것이다.

다음에, 효율이 보다 우수한 발효처리를 실행하기 위해, 유기성 폐기물의 콤포스트화(compost)를 위한 발효조(1) 앞에 폐기물을 미리 가열하기 위한 일차측 열처리장치를 구비한 구성에 대하여 설명한다. 이 예에서는 일차측 열처리장치내에서 열처리된 폐기물은 탈수장치를 거쳐 전술한 발효조(1)의 투입구(5)에 도달하는 것이고, 또한 일차측 열처리장치를 간접 가열하는 증기는 전술한 증기공급관(3)에서 공급되는 것이므로, 이들의 관계를 도 3에서 분명하게 하였고 이들의 상세한 설명은 생략한다.

본 예의 발효처리장치는 일차 발효조에도 있는 열처리장치(80)와, 이차 발효를 실행하여 콤포스트화하는 발효조(1)와, 진공펌프(도시하지 않음)와, 열처리장치(80)와 발효조(1)에 증기를 공급하는 증기공급관(3)으로 구성된다.

열처리장치(80)의 둘레 전체에는 열교환부인 자켓부(81)가 설치되어 있다. 당해 자켓부(81)는 증기공급관(3)과 연결되어 있지만, 그들 사이에는 감압밸브(82, 83)이 설치되어 있고, 전술한 감압밸브(17, 18)와 동일한 기능을 한다. 즉, 감압밸브(82)의 설정 압력을 대기압 이상부터 2 또는 3 Kg/㎠ 정도로 함으로써 열처리장치(80)에 투입된 수분을 많이 함유하는 초기 폐기물을 100℃ 이상의 고온상태로 가열하여 과잉의 초기 수분을 단시간에 제거할 수 있다. 도 감압밸브(83)를 경유함에 따라 보일러에서 공급된 비교적 고압의 증기를 대기압 정도나 그 이하의 압력으로 감압하여 자켓부(81)에 공급한다. 여기서도 증기압력을 조정하기 위해 감압밸브(82, 83)를 이용한 예를 나타냈으나, 감압밸브 이외의 예를 들면 압력조정밸브나 온도조정밸브 등의 자동조절밸브나, 또는 보일러 증기압력이 낮아 안정한 경우에 볼밸브나 니들밸브 등을 스로틀밸브로 이용할 수도 있다.

자켓부(81)의 저면부에는 배출관(84)이 설치되고 스팀 트랩(85)과 밸브(86)를 구비하고, 또한 도 3에는 도시하지 않은 순환로(31)와 연통하여 있다. 또 열처리장치(80)의 상면부에는 폐기물 공급관(87)과 기체배출관(88)이 설치되어 있다. 열처리장치(80)의 저면부는 탈수장치(89)를 거쳐 발효조(1)의 투입구(5)와 접속되어 있다. 또한 발효조(1)와의 접속과는 별도로 탈수장치(89)에는 취수탱크(90)가 접속되어 있다. 탈수장치(89)는 열처리장치(80)에서 발효조(1)로 이송되는 폐기물중의 수분을 탈수하는 것이다.

발효처리의 경우, 먼저 폐기물을 폐기물공급관(87)에서 열처리장치(80)로 수용하고, 증기공급관(3)에서 자켓부(81)로 대기압 이상의 증기 또는 대기압 이하의 감압증기를 공급하여, 폐기물의 여분의 수분을 증발시킴과 동시에 폐기물을 일차 발효한다. 증발된 수분은 기체배출관(88)에서 분기된 관부분(91)을 거쳐 보조열교환기(11)(도 3에서는 도시하지 않음)에 도달하여 냉각수로 열교환되어 응축되어 탱크(16)(도 3에서는 도시하지 않음)로 이송된다. 또 열처리장치(80)에서 발생하는 메탄가스는 기체배출관(88)에서 처리 장소(도시하지 않음)로 배출된다.

일차 발효가 종료된 폐기물은 탈수장치에서 소정의 수분이 더욱 제거되어 발효조(1)에 투입된다. 자켓부(81)에 의해 폐기물에 열량이 주어져 당해 폐기물을 열처리한 증기는 응축되어 응축물로 되고, 진공펌프(도시하지 않음)에 의해 배출관(84)으로부터 스팀 트랩(85)을 거쳐 탱크(도시하지 않음)로 회수된다.

본 예에서의 열처리장치(80)에서 폐기물의 가열도 간접 가열식으로 되어 있지만, 폐기물의 종류에 따라서는 열처리장치(80)내로 증기를 직접 폐기물에 공급하여 열처리할 수 있다. 또 발효조(1)에 구비된 것과 마찬가지로 교반날개를 열처리장치(80)에 부설하여도 된다.

발효조(1)에 공급되는 공기의 산소농도를 조정하기 위해 증기공기공급부(36)에 산소부화수단을 설치할 수도 있다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 공기공급부(36)는 외기로부터 제1단의 산소부화를 실행하기 위해 제올라이트로 제작된 산소부화수단(95)과, 요구되는 양의 공기를 흡인하여 공급하는 공기팬(38)과, 공기팬(38)의 출구측에 장착된 산소부화막으로 된 제2단의 산소부화수단(96)과, 공기팬(38)에서 이송된 소정의 산소농도의 공기를 일정 온도까지 가열하는 에어로핀 히터(39)로 구성된다. 본 예에서는 산소부화수단(95, 96)을 이단계로 직렬로 배치한 예를 나타내고 있으나, 산소부화수단은 일단계로 배치되어도 좋고, 이단계 이상의 다단계로 배치되어도 좋다. 요컨데, 발효조(1)내에서 발효균이 활성화되는 소정의 산소농도가 되도록 설치된 것이다. 에어로핀 히터(39)의 하류측에는 전술한 바와 같이 가습유체 주입수단(40)이 배치되어 있고, 그 다음의 공기유통경로가 도 1과 관련하여 설명되어 있으므로, 여기서 다시 설명하지는 않는다.

Claims

유기성 폐기물을 수용하는 발효조와 당해 발효조 내의 폐기물을 발효처리에 적합한 상태로 유지하는 수단을 구비하고 있는 발효처리장치에 있어서,

상기 유지수단의 하나로서 발효 적온 범위 내에서 기·액 변화를 하는 기체를 사용하여 당해 기체의 액화에 의해 폐기물을 가온 유지하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 발효처리장치.
제 1 항에 있어서, 상기 기체는 감압된 수증기인 것을 특징으로 하는 발효처리장치.
제 1 항에 있어서, 상기 발효조의 일차 측에 열처리장치가 구비되고, 당해 열처리장치를 열처리 적온으로 유지하기 위한 열원으로서 대기압 이하의 수증기를 사용하는 것을 특징으로 하는 발효처리장치.
제 1 항에 있어서, 상기 기체와 폐기물 사이에서 열교환이 일어나는 열교환부에 흡인수단이 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 발효처리장치.
유기성 폐기물을 수용하는 발효조와 당해 발효조 내의 폐기물을 발효처리에 적합한 상태로 유지하는 수단을 구비한 발효처리장치에 있어서,

상기 유지수단의 하나로서 폐기물에 공급되는 공기의 습도를 발효처리에 적합한 값으로 조정하는 수단을 설치하고, 당해 조정수단에 의해 상기 발효조에 공기를 공급하기 위해 설치된 공기공급부를 통하여 유통하는 공기의 습도를 조정하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 발효처리장치.
제 5 항에 있어서, 상기 조정수단이 가습유체주입수단이고, 당해 가습유체주입수단의 발효조측에 습도검출수단을 장착하고, 당해 습도검출수단에서의 검출값에 따라 가습유체주입수단의 유체주입량을 제어하는 것을 특징으로 하는 발효처리장치.
제 5 항에 있어서, 상기 공기공급부에 산소부화수단(oxygen enrichment means)이 설치된 것을 특징으로 하는 발효처리장치.