KR100230519B1

KR100230519B1 - 음식 폐기물 처리장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100230519B1
Application number: KR1019970034761A
Authority: KR
Inventors: 박칠림; 허관용; 박영재; 정의근; 김동주
Original assignee: 이일쇄; 주식회사대우; 장병주
Priority date: 1997-07-24
Filing date: 1997-07-24
Publication date: 1999-11-15
Anticipated expiration: 2017-07-24
Also published as: KR19990011610A

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

음식 폐기물 처리장치 및 그 방법

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

각종 유기성 음식폐기물을 미생물 발효에 의한 생물학적 공정에 의해 발효되도록 하여 양질의 퇴비로써 자원화가 가능하도록 하고자 함.

3. 발명의 해결방법의 요지

호퍼; 호퍼를 통해 투입된 음식폐기물을 이송하여 분쇄하는 수단; 분쇄된 음식폐기물을 공급받아 호기성 미생물과 수분조절기능이 있는 물질을 충진한 상태에서 음식폐기물과 외기에서 제공되는 산소를 충분히 접촉시켜 발효 및 숙성시키는 수단; 미생물에 의한 최적발효조건을 유지시켜 발효 및 숙성시키는 수단; 발효숙성된 음식폐기물을 외부로 배출시키는 수단; 및 발효수단의 일측에 장착되어 발효시 발생하는 각종 냄새를 유발하는 가스 및 악취를 동반한 수증기를 물리학적인 흡착과, 화학적인 산화 및 중화, 생물학적 분해과정을 거쳐 탈취하는 수단을 포함한다.

4. 발명의 중요한 용도

음식폐기물 처리에 이용됨.

Description

음식 폐기물 처리장치 및 그 방법

제1도는 본 발명에 따른 음식 폐기물 처리장치의 일실시예 구성을 나타낸 평면도.

제2도는 본 발명에 따른 음식 폐기물 처리장치의 정면도.

제3도는 본 발명에 따른 음식 폐기물 처리장치의 측면도.

제4도는 본 발명에 따른 음식 폐기물 처리장치의 제어부의 블럭 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 발효조 10-1 : 제1발효조

10-2 : 제2발효조 20 : 교반기 임펠러

20-1 : 교반기 축 20-2 : 1차 발효조 임펠러

20-3 : 지지대 20-4 : 2차 발효조 임펠러

20-5 : 고정 블라켓과 볼트 40 : 필터

50 : 흡입 팬 60 : 냉각 장치

60-1 : 냉각 팬 60-2 : 라디에이터

70 : 자동배수장치 80 : 제1탈취조

90 : 제2탈취조(오존발생기) 100 : 메인 모터

100-1 : 체인 100-2 : 스프라켓

110 : 스크류 콘베이어 120,121 : 제1 및 제2모터

130 : 분쇄기 140 : 호퍼

140-1 : 투입문 클램프 140-2 : 투입도어

150 : 1차 발효조 점검구 160 : 2차 발효조 점검구

170 : 배기구 180 : 발효산물 배출구

200 : 교반기 축 끼움 홈 210 : 발효조 덮개

220 : 베이스 230 : 냄새 배출관

240 : 발효조내 가스배출관 250 : 공기 공급장치

250-1 : 제3모터 250-2 : 열풍팬

250-3 : 제어기 260 : 격리판 및 자동이송장치

270 : 자동배출구 280 : 보온 히터

301 : 근접센서 302 : 타이머

303 : 부저 304 : 호퍼 투입도어 센서

305 : 폐기물 유입량 센서 306 : 발효조 점검구 센서

307 : 발효조 온도감지센서

본 발명은 아파트나 공동 주택단지내에서 배출되어 나오는 각종 뼈, 어패류와 같은 유기성 음식폐기물을 발효과정을 통해 퇴비화 함으로써, 자원화 및 환경오염방지를 위한 음식폐기물 처리장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 제어가능한 최적 조건하에서 음식폐기물을 구성하는 유기물질을 생물학적인 발효공정을 통해 안정적으로 자원화 가능한 퇴비로 만드는 음식폐기물 처리장치 및 그 방법에 관한 것이다.

최근, 국내에서는 환경오염에 대해 여러 각도에서 실태를 파악하여 환경오염을 방지하기 위한 연구 및 조사가 진행되고 있다. 이중에서도 특히 가정이나 식당등에서 배출되는 음식물 쓰레기등의 유기성 폐기물을 처리하는 문제가 가장 크게 대두되고 있다.

일반적으로 유기성 폐기물은 공공기관에 의하여 수거된 후, 소정 지역에 매립되는 형태로 처리되고 있으나, 대규모 아파트 단지나 공공주택의 오물수거장에서는 음식물 쓰레기로부터 발생되는 악취나 병원균 발생 가능성등의 주변환경오염으로 인해 지역주민들에게 혐오감을 주고 있을 뿐만 아니라 매립지에 매립되는 유기성 폐기물이 부패돼면서 많은 강수량으로 인해 지하로 스며들어 매립지의 침출수 발생을 증가시키거나 지하수를 오염시키는 주된 원인이 되고 있다.

이러한 문제를 해소하고자 현재 유기성 폐기물을 자원화 하기 위한 퇴비화 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이의 결과로 폐기물을 퇴비화할 수 있는 여러가지의 장치가 제안되고 있다.

그 중에서 음식 폐기물 처리를 위한 다양한 방식이 제안되고 있으나, 현재 제안되고 있는 많은 장치들은 기본적으로 미생물에 의한 발효공정에서 생물학적인 방법이 무시된 채 설계되고 있다. 즉, 종래의 처리장치는 고속발효, 발효건조, 건조 퇴비화, 고속건조, 진공건조, 탄화건조, 소각 등의 과정을 통해 주로 수분을 감량시키기 위한 방식으로 운용되고 있다.

이러한 방식은 미생물에 의한 발효열 발생이라기 보다는 보일러를 이용한 외부의 가온으로 이루어지기 때문에 최적온도에서 미생물에 의한 발효공정이 유지될 수 없고, 주로 증발에 의한 감량화 측면이 매우 강하며, 에너지 소비 측면에서도 경제성이 떨어진다. 또한 미생물 발효제를 이용한 호기성 발효 공정을 도입한 장치라 할지라도 후숙발효 공정이 없는 회분식 공정으로 안정화가 완전히 이루어지지 않은 유기물을 배출하는 장치가 대다수이다. 이러한 공정에서 배출된 산물은 퇴비로서의 가치보다는 후처리로서 매립이나 소각공정이 뒤따라야 하며, 매립하는 경우 폐기물의 부피는 감소될지라도 유기물은 그대로 남아 있기 때문에 더러운 침출수는 여전히 발생될 수 있다는 문제점이 있다. 또한, 이러한 장치에서 배출된 물질은 주로 보일러에 의한 수분 감량을 통해 이루어지므로 퇴비로서의 가치는 저하되며, 악취를 유발할 뿐만 아니라 이러한 배출물을 퇴비로 이용시, 폐기물내에 존재하는 영양 염류들이 수분을 흡수하는 성질 때문에 식물에게 공급할 경우 수분이 거의 염류에 흡수되어, 식물의 수분섭취를 방해하는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제로 인하여 고속건조 및 고속발효기라 불리우는 대부분의 음식폐기물 처리장치에서 배출된 배출물은 퇴비로서의 가치보다는 사료 또는 후처리로서 매립이나 소각공정에 의해 처리되어야 하며, 대부분 음식폐기물 처리시설의 설치시 생물학적 공정을 적용하기 위해 미생물 발효제재(종균제, 호기성 미생물)를 수입하거나, 일부 생산업체를 통해 비싼 원가를 지출해가며 구입하고 있다. 또한, 운전 및 설계인자에 관한 노 하우(know-how) 부족으로 보일러 설치비 및 발효제 구입비 등의 많은 운전경비를 지출하는 등 문제점을 내포하고 있다.

따라서, 상기와 같은 제반 문제점은 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은 아파트나 공공 주택단지등에서 배출되는 각종 유기성 음식폐기물을 분쇄 및 발효공정을 거치되, 미생물 발효에 의한 생물학적 공정에 의해 발효되도록 하므로써 발효공정의 안정적인 운전을 도모하며, 양질의 퇴비로써 자원화를 가능하게 하는 음식폐기물 처리장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 호기성 미생물을 배양하는 시설을 구비하여 별도의 발효제품을 투입하지 않고도 유기성 음식 폐기물의 발효공정이 효율적으로 수행될 수 있는 음식 폐기물 처리장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 악취가 발생하지 않고 안정된 상태로 최종산물을 얻는 것이 가능하며, 각종 유기성 음식 쓰레기를 최소로 하여 수거 및 처리과정에서 발생하는 인력낭비 및 시간을 절감하고, 매립에 따른 환경오염을 감소시키는 음식폐기물 처리장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 설치 면적이 작고 유지관리비가 적게 소요되는 음식폐기물 처리장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 음식 폐기물의 투입량이나, 투입도어의 개폐에 따라 분쇄장치의 구동을 제어하며, 설정된 소정이 시간만큼 구동되도록 제어하여 퇴비화에 적정한 크기로 분쇄되도록 하고, 음식 폐기물의 과다 투입량에 의해 각 기기에 걸리는 부하를 감소시키는 음식폐기믈 처리장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 발효조내에 투입되는 분쇄된 음식 폐기물 유입량을 제어하고, 외기중의 산소를 발효조내에 공급하여 음식폐기물과 산소를 충분히 접촉시키므로써 호기성 발효의 최적조건을 유지한 상태로 고온 및 후숙발효공정을 거쳐 양질의 퇴비를 얻을 수 있는 음식 폐기물 처리장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 발효조내에서 발효과정중 발생되는 악취가스를 포함한 수증기를 냉각시켜 응축수는 정화조로 배출시키고, 수분이 제거된 가스는 물리적인 흡착, 화학적 산화 및 생물학적 탈취방법으로 탈취시킬 수 있는 음식 폐기물 처리장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 장치의 각 동작 상태를 감지하는 적어도 하나이상의 감지수단; 상기 감지수단의 출력 신호에 따라 음식 폐기물의 처리공정에 따른 전반적인 동작을 제어하는 제어수단; 음식폐기물의 투입공간을 제공하는 호퍼; 상기 호퍼내에 장착되어 투입된 음식폐기물을 분쇄하는 분쇄수단; 상기 분쇄수단에 의해 분쇄된 음식폐기물 입자를 공급받아 호기성 미생물과 수분조절기능이 있는 물질을 충진한 상태에서 음식폐기물과 외기에서 제공되는 산소를 접촉시켜 발효숙성시키는 발효숙성수단; 및 상기 발효숙성수단에 장착되어 발효시 발생되는 냄새가스 및 악취를 동반한 수증기로부터 냄새를 제거하는 탈취수단을 포함한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 방법은, 음식폐기물 처리장치에 적용되는 음식폐기물 처리 방법에 있어서, 투입된 음식폐기물을 분쇄하여 호기성 미생물 발효제재와 수분조절기능이 있는 물질이 충진된 제1발효조로 정량씩 공급하는 단계; 상기 제1발효조에 투입된 음식폐기물 입자를 미생물 발효제재와 함께 교반하되, 공기중에 함유된 산소를 공급하여 미생물의 최적발효조건을 정해진 기간동안 유지하여 발효시키는 단계; 상기 발효단계 수행후 생성된 발효산물을 제2발효조로 자동이송시켜 정해진 기간동안 후숙발효시키는 단계; 상기 발효단계와, 후숙발효단계에서 생성된 가스와 투입된 음식폐기물에서 생성된 가스를 강제 흡입한 후, 냉각시키는 단계; 상기 냉각단계 수행후 배출되는 가스내에 포함된 냄새를 제거하는 단계; 및 상기 후숙발효가 완료된 발효산물을 배출하는 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제시되는 음식폐기물의 자원화를 위한 퇴비화 공법은 일반적인 원리와 마찬가지로 퇴비 단계(고온발효, 50∼60℃)와 숙성단계(중온발효, 후숙발효, 30∼40℃)를 적용하여 장치의 경제적인 운전을 구현하였다. 퇴비단계는 음식폐기물이 투입되면 온도가 고온 단계로 빠르게 증가하는 단계로 초기에 정체기간(lag phase)이 형성될 수 있으나, 이 단계에서 병원성 세균이 사멸되고 음식폐기물에 함유된 유기물질의 분해는 최고속도에 이른다. 숙성단계는 더 이상 초기에 투입되는 음기폐기물(퇴비원료)의 형태가 아닌 퇴비단계를 거친 퇴비화된 상태로 들어오기 때문에 온도는 고온단계에서 점차 떨어져 음식폐기물은 중온 부근에서 더욱 활성화된 미생물에 의하여 안정화된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 음식폐기물의 처리장치 및 그 방법은 미생물 발효에 의한 생물학적 공정에 의해 최적온도 조건하에서 자원화가 가능한 양질의 퇴비를 얻을 수 있도록 구현한 것으로, 본 실시예에서는 크게 분쇄조, 발효조 및 탈취조로 나뉘며, 이들 각각을 지지하기 위한 소정크기의 베이스(220)가 구비된다. 한편, 경우에 따라서는 베이스(220)의 이동이 자유롭도록 그의 저부에 360° 자유회전이 가능한 바퀴(300)가 장착될 수도 있다.

제3도에 도시된 바와 같이, 상기 베이스(220)의 일측 상면에는 소정량의 음식폐기물을 투입하여 저장하는 호퍼(140)가 장착되며, 또한 상기 호퍼(140)내의 음식폐기물이 밀폐되도록 호퍼의 상단에는 도어용 클램프(140-1)가 장착되고, 하단에는 도어용 클램크(140-1)에 잠겨지는 투입도어(140-2)가 회동가능하게 장착된다. 이때, 상기 투입도어(140-2)에는 그의 개폐동작을 감지하는 투입도어 센서(제1도의 304)가 장착되어 상기 투입도어(140-2)를 개방할 때, 후술될 분쇄기와 전용모터가 정지되도록 하므로써 위험요소가 미연에 제거될 수 있다.

그리고, 상기 호퍼(140)에는 그의 내부에서 부압(-)을 형성시켜 음식폐기물에서 발생되는 악취의 배출 경로를 제공하도록 일측이 상기 호퍼(140)와 연통되며, 타측이 제1발효조(10-1)에 연결된 냄새 배출관(제1도의 230)이 장착된다.

상기 호퍼(140)의 하부에는 저장된 음식폐기물을 소정의 크기로 분쇄하는 분쇄기(130)와, 상기 분쇄기(130)를 구동시키는 제1모터(제1도의 120)가 장착되며, 상기 분쇄기(130)는 제1모터(120)에 의하여 구동 및 회전된다.

여기서, 분쇄기(130)에 의해 분쇄되는 음식폐기물의 입자의 크기는 매우 중요한 요소로 작용되는데, 이는 음식폐기물 입자의 표면적이 증가되면 미생물의 활동을 촉진시키고 분해속도를 증가시키며, 입자가 너무 작으면 발효조 내부공기의 순환이 방해되므로써 이용할 수 있는 산소량이 감소되어 미생물의 활성도가 감소된다. 이와 같이 음식폐기물의 입자의 크기는 음식폐기물에 함유된 탄소와 질소의 이용도에도 영향을 주기 때문에 본 실시예에서는 음식폐기물을 일정한 크기로 분쇄할 수 있도록 하였다.

상기 분쇄기(130)의 축에는 분쇄된 음식폐기물 입자가 이송되도록 제2모터(121)의 동력을 받아 분쇄기(130)와 함께 구동되는 스크류 콘베이어(110)가 장착된다. 또한, 상기 호퍼(140) 내의 소정 위치에는 호퍼내에 축적된 음식폐기물의 양을 감지하기 위해 위치 레벨을 감지하는 근접센서(301)가 장착되며, 상기 본체의 외벽면에는 타이머(302)가 장착되어 상기 분쇄기(130)와 스크류 콘베이어(110)가 주기적으로 소정의 시간동안 연계동작 되도록 한다.

여기서, 상기 제1 및 제2모터(120,121)는 과부하가 걸리는 경우 정지되도록 구성되어 있으며, 상기 제1 및 제2모터(120,121)가 과부하로 동작이 정지되었을 경우 이를 외부로 알리기 위해 경보음을 발생하는 부저(303)가 외부에 장착된다. 이와 같이, 상기 제1 및 제2모터(120,121)가 정지되는 경우에 이로 인한 공회전으로부터 고장을 방지하기 위해 분쇄(130)의 정지 후, 일정 시간 스크류 콘베이어(110)는 더 동작된 후 정지된다.

상기 스크류 콘베이어(110)로부터 공급된 음식폐기물 입자를 발효시키는 발효조(10)는 발효 효과를 증대시키기 위하여 1차 발효단계와 2차 발효단계 즉, 고온단계와 숙성단계를 각각 수행하는 제1 및 제2발효조(10-1, 10-2)로 구성된다. 상기 제1 및 제2발효조(10-1, 10-2)는 격리판 및 자동이송장치(260)에 의해 서로 구분 된다. 즉, 상기 격리판 및 자동이송장치(260)는 제1발효조(10-1)에서 분쇄된 음식 폐기물이 일정한 발효기간을 경과한 후, 제2발효조(10-2)로 자동으로 이송될 수 있도록 구성된다. 또한, 상기 제1발효조(10-1)에는 스크류 콘베이어를 통해 유입되는 분쇄된 음식 폐기물의 양이 적정하게 유지되도록 유입된 음식 폐기물의 양을 감지하는 폐기물 유입량 감지센서(305)가 장착된다. 또한, 발효조(10)에는 상기 발효조(10) 내부가 최적의 호기성 발효 조건을 갖도록 발효조 내부의 온도를 감지하는 온도감지센서(307)가 장착된다.

상기 발효조(10)에는 가로방향으로 가로질러 분해조립이 용이하도록 고정브라켓과 볼트(20-5)를 통해 고정된 교반기축(20-1)이 장착된다. 그리고, 상기 교반기축(20-1)에는 그의 위주에서 돌출된 지지대(20-3)에 의해 지지되는 임펠러(20-2)가 지그재그로 소정 간격마다 장착되는데, 여기서 상기 제1발효조(10-1)측에 위치한 1차 발효조 임펠러(20-2)는 공기와의 접촉 면적을 가능한 크게 유지하기 위해 미생물 발효제와 음식 폐기물이 완전히 혼합되도록 교반하며, 제2발효조(10-2)측에 위치한 2차 발효조 임펠러(20-4)는 제1발효조(10-1)에서 연속적으로 발효산물이 후숙발효공정으로 이송될 수 있도록 하였으며, 교반 및 산소공급과 함께 약 2주 동안의 안정화 기간이 지나면 회전방향이 바뀌어 발효산물을 배출시킬 수 있도록 하였다. 또한, 상기 제2발효조(10-2)의 측면 중앙에는 교반기 임펠러(20)와 교반기축(20-1)의 조립이 용이하도록 세로방향으로 길게 끼움홈(제3도의200)이 형성되어 있다.

상기 발효조(10)의 일측 외부에는 메인 모터(100)와, 상기 메인모터(100)의 동력을 교반기축(20-1)에 전달하는 동력전달수단이 장착된다. 본 실시예에서 동력전달 수단은 짧은 축간의 동력을 전달하는 체인(100-1)과 스프라켓(100-2)으로 이루어진다.

상기 발효조(10)의 일측면에는 그의 내부에 필요한 공기를 제공하되, 발효조의 온도에 따라 공기 공급속도를 자동으로 조절하는 공기공급장치(250)가 구비된다. 상기 공기공급장치(250)는 외부로부터 전원을 인가받아 회전동력을 제공하는 제3모터(25-1)와, 상기 제3모터(250-1)의 축에 끼워져 구동되는 팬(250-2)을 구비한다.

그리고, 제어기(250-3)는 음식폐기물의 발효에 의해 발생되는 온도를 감지하는 온도감지센서(307)의 감지신호에 따라 제3모터(250-1)에 제어신호를 출력하여 상기 팬(250-2)의 회전수를 조절하도록 함으로써, 제1발효조(10-1)로 최적의 호기성 발효조건에 필요한 양만큼 공기가 공급되도록 한다.

상기 발효조(10)의 상부에는 제1 및 제2발효조(10-1, 10-2) 각각에서 교반이 원활히 이루어지고 있는지를 검사하기 위한 점검구(150, 160)가 형성되어 있다. 상기 점검구(150, 160)에는 점검구 감지센서(306)가 장착되어 점검구의 개방에 따른 감지 신호를 제어기(250-3)로 제공하여 점검구(150,160)가 개방되는 경우 메인모터(100)가 정지되도록 한다.

또한, 발효조(10)에는 제1발효조(10-1)와 제2발효조(10-2) 모두를 덮는 덮게(제3도의 210)가 장착된다.

제어기(250-3)는 제4도에 도시된 바와 같이, 주로 음식 폐기물의 처리공정에 따른 각 기기의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어, 상기 호퍼(140)에 폐기물 투입시 투입도어(140-1)가 개방되는 것을 감지하는 센서(304) 혹은 호퍼(140)내에 투입된 폐기물의 위치레벨을 감지하는 센서(301)로부터 감지신호가 입력되는 경우 제어부(250-3)는 제1구동부(308)를 제어하여 분쇄기 모터(120)의 동작을 정지시킨다.

또한, 제어부(250-3)는 상기 발효조(10)에 투입되는 음식 폐기물 양을 감지하는 센서(305)로부터 감지신호가 입력되는 경우에 제1구동부(308)를 제어하여 스크류 콘베이어를 동작시키는 모터(121)의 동작을 정지시킨다. 이로 인해 설정된 음식 폐기물양 이상으로 발효조(10)내로 투입되는 것이 방지된다.

한편, 제어부(250-3)는 발효조(10)내의 온도를 감지하는 온도감지센서(307)로부터 입력된 출력신호에 따라 제2구동부(309)를 통해 팬(250-2)의 회전수를 제어하며, 점검구 감지센서(306)로 부터 감지신호가 입력되면 교반기(20)를 구동시키는 동력전달수단의 구동을 정지시킨다.

상기 발효조(10) 상부의 소정 위치에는 제1 및 제2발효조(10-1, 10-2)에서 생성된 가스를 배출시키는 흡입팬(제2도의 50)과, 상기 흡입팬(제2도의 50)에 연결되어 흡입팬(50)에 의해 배출되는 가스중에서 분진성의 발효산물이 배출되지 않도록 여과하는 필터(제2도의 40)가 구비된다.

또한 상기 제2발효조(10-2)의 외부에는 냉각팬(60-1)과 라디에이터(60-2)로 이루어진 냉각장치(제2도의 60)가 장착되는데, 상기 냉각팬(60-1)은 흡입팬(제2도의 50)에 의해 배출된 가스가 라디에이터(60-2)를 통과하는 동안 냉각되도록 공냉시키며, 상기 라디에이터(60-2)는 제1발효조(10-1)에서 생성된 가스를 관로길이에 따라 형성되는 부압을 이용해 냉각시킨다.

라디에이터(60-2)의 일측 관에는 냉각장치에 의해 생성된 응축수를 자동으로 배수시키기 위한 자동 배수장치(제2도의 70)가 연결된다.

냉각장치(제2도의 60)의 일측에는 소정의 연통간을 매개로 제1탈취조(80)가 장착되어 제2 발효조(10-2)에 장착된 가스배출관(240)을 퉁해 배출된 가스에서 냄새를 제거한다. 상기 제1탈취조(80)는 생물학적 방법에 의해 탈취하는 장치로서, 이는 가스가 생물 여재를 통과하도록 구성된다. 이러한 과정을 통해 투입된 음식폐기물 또는 발효조에서 발생된 가스는 물리학적인 흡착, 화학적인 산화 및 중화, 생물학적인 분해과정을 통해 대부분 제거된다. 또한, 상기 탈취조의 내부에는 전극을 이용한 집진형으로 음이온을 발생시켜 악취를 제거하는 오존발생기를 구비한 제2탈취조(90)가 내장되어 있다.

제3도에 도시된 바와 같이, 상기 탈취조(80, 90)의 정면 상부에는 배기구(170)가 장착되는데, 이를 통해 탈취조(80,90)에 의해 냄새가 제거된 가스는 외부로 배출된다.

그리고, 상기 제2발효조(10-2)의 측면 하부에는 후숙발효 공정을 거친 발효산물을 배출시키기 위한 발효산물 배출구(제3도의 180) 배출구가 구비된다.

발효조(10)는 그의 외벽이 보온재로 둘러 쌓여 있으며, 그의 저부에는 동절기에 대비한 운전 모드를 보유하기 위해 내부 온도를 일정하게 유지하기 위한 보온히터(280)가 구비된다. 상기 보온히터(280)는 제1 및 제2발효조(10-1, 10-2)의 외부 온도가 발효조 내부의 온도에 영향을 미치지 못하도록 하여 외벽의 온도가 호기성 증온발효에 요구되는 최저온도(본 실시예는 20℃)이상으로 유지하게 한다.

상기의 구성에서 보는 바와 같이 호퍼(140), 분쇄기(130), 제1발효조(10-1), 제2발효조(10-20)를 통해 최종 산물은 생산된다. 투입된 음식 폐기물은 이송장치인 스크류 콘베이어(110)에 의해 정량적으로 다음 공정에 운반되며, 최적의 발효조건을 유지하기 위해 투입된 음식폐기물은 일정한 크기로 분쇄되어 제1발효조(10-1)로 유입되고, 교반기(20)에 의해 원활한 산소 전달과 발효과정이 가속화된다. 이 과정에서 일정기간이 지나면 음식폐기물내에 존재하는 대부분의 유기물은 제거되고, 제2발효조(10-2)로 운반된다.

발효공정을 거친 음식폐기물은 안정화되어 재이용 가능한 상태가 된다. 또한, 유기물의 분해에 의해 발생된 열을 이용하여 발효조(10)는 고온으로 유지되며, 이때 발생된 가스에 포함된 물은 대부분 발생된 열에 의해 증발된다. 투입구 등에서의 잔여 음식폐기물에 의해 유발된 냄새는 대부분이 탈취조(80, 90)에 의해 제거된다.

상기와 같이 구성되어 일련의 과정을 거치는 본 발명의 작동상태를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

전원 스위치가 온(on)된 상태에서 투입도어 (140-2)를 열고 호퍼(140)에 음식 폐기물을 소정량 투입한 후, 상기 투입도어(140-1)를 닫게 되면, 제1모터(120)가 작동되며, 이에 따라 분쇄기(130)는 구동되어 음식폐기물을 소정크기의 입자로 분쇄한다.

여기서, 근접센서(310)에 의해 호퍼에 일정량의 음식폐기물이 쌓인 것을 감지하면 더 이상 음식 폐기물이 투입되지 않도록 제어부는 부저(303)를 구동시킨다. 작업자가 타이머(302)를 통해 소정 작동시간을 설정하면 분쇄기(130)와 스크류 콘베이어(110)를 동작시키기 위한 제1 및 제2전용모터(120, 121)가 작동하여 분쇄기(130)는 음식폐기물을 소정크기의 입자로 분쇄하고, 스크류 콘베이어(110)는 분쇄된 폐기물 입자를 발효조로 이송시킨다.

여기서, 상기 분쇄기(130)가 정지되면 임의의 시간 T분 후에 스크류 콘베이어(110)가 정지되도록 하므로써 공회전에 의한 장치의 고장을 방지한다. 즉, 분쇄기 전용보터의 가동시간은 스크류 콘베이어(110) 전용모터의 가동시간 보다 짧게 유지된다.

상기 분쇄된 음식폐기물은 분쇄기(130)와 연계하여 회전하는 스크류 콘베이어(110)를 통해 일정한 양이 제1발효조(10-1)로 운반되어 발효공정이 진행되는데, 이에 앞서 발효조(10)내부에는 호기성 미생물과 수분조절기능이 있는 물질이 충진된 상태이며, 호기성 발효에 요구되는 내부환경 조건(온도, 수분함량, 산소요구량, 교반속도 등)이 최적상태를 유지하도록 하였다.

즉, 상기 제1발효조(10-1)는 미생물 발효제재를 발효조내에 충진한 상태에서 일정한 크기로 분쇄된 음식폐기물을 스크류 콘베이어(110)를 통해 정량적으로 공급받음과 동시에, 공기공급장치(250)에 의해 공기중에 함유되어 있는 산소를 공급받음으로써 미생물에 의한 발효조건이 최적상태가 되도록 한다.

또한, 상기 제1및 제2발효조(10-1, 10-2)의 경우 동절기에 대비한 운전 모드를 보유하기 위하여 외부 온도가 발효조 내부의 온도에 영향을 미치지 않도록 외벽의 온도는 보온히터(280)를 사용하여 20℃에서 유지하도록 하였고, 미생물의 발효에 의해 발생되는 열이 50~60℃의 범위에서 유지하도록 하되 55℃를 넘게 되면, 온도감지센서를 통해 이를 감지하여 제어기는 팬(60-1)을 가동시켜 60℃를 넘지 않도록 제어하며, 50℃ 이하일 경우 온도가 더 이상 저하되지 않도록 공기공급속도를 조절하도록 하였다.

상기와 같이 고온단계의 제1발효조(10-1)에서는 온도가 빠르게 증가하는 기간으로 초기 지체기간을 포함한다. 숙성단계의 제2발효조(10-2)에서는 정체기간이 커지며, 온도가 감소되는 기간으로 발효공정은 이 두 단계의 연속성을 갖는다.

1차 발효단계에서 온도의 증가는 두가지 인자에 의해 발생되는데, 열은 미생물의 활동으로 형성되며, 열손실은 발효조 외부의 보온효과에 따라 달라진다. 미생물에 의해 발생된 열은 호흡활동으로부터 생기며, 미생물은 음식폐기물로부터 화학적인 에너지 경계를 변환시키므로써 사용되지 않은 에너지가 열에너지로 변환되는 것이다.

따라서, 온도의 증가는 미생물 활동의 척도이며, 미생물의 활동이 활발할수록 방출되는 열은 커진다. 이러한 온도증가의 특성은 음식폐기물중 유기물(당, 전부, 단백질 등)이 분해되기 때문이며, 미생물이 지수함수적으로 증가되는 때가 바로 이 기간이다. 분해가 빠른 음식폐기물중 난분해성 물질이 남아 있다면 미생물의 활동은 감소되고 따라서 온도는 떨어진다.

1차 발효공정을 거친 음식 폐기물은 제2발효조(10-2)로 연속적으로 이동되는 2차 발효단계인 숙성과정을 거친다. 2차 발효단계에서는 시간에 따라 온도가 저하되어 음식폐기물중 생물학적으로 불안정한 성분은 점차 안정화되어 재이용이 가능하게 된다. 즉, 음식폐기물의 구성 성분중 대부분의 유기물은 제1발효조(10-1)에서 가스화되어 제거되며, 잔류 유기물만 제2발효조로 이송된 후, 일정기간 동안의 후숙발효기간을 통해 중온에서의 호기성 조건을 유지하여 유기물을 재안정화시킨다.

상기 1차, 2차 발효과정에서 발효공정의 내부환경조건에 대한 각 장치는 주로 제1발효조(10-1)를 제어하기 위하여 이용된다. 음식폐기물은 더 이상 제2발효조(10-2)에 유입되지 않기 때문에 유기물 분해로 인한 발효열에 의한 고온(50∼60℃)은 점차 30∼40℃ 범위로 떨어지게 된다. 이렇게 발효공정이 중온으로 접어듬에 따라서 호기성 중온에서 성장하는 미생물의 활동이 활발하게 되어 잔존유기물의 분해는 더욱 활발하게 된다.

2차 발효 과정이 완료되는 제2 발효조의 교반기에 부착되어 있는 임펠러(20-4)의 역회전에 의해 음식폐기물은 연속적으로 자동배출구(270)로 배출되며, 상기 제2발효조(10-2)에서 생산된 최종산물은 발효산물 배출구(180)를 통해 외부로 배출된다.

한편, 호퍼(140)내에 저장된 음식폐기물에서 발생되는 가스는 냄새배출관(230)을 통해 제1 발효조로 배출되고, 이는 발효과정중 발효조(10)에서 발생되는 혼합가스 및 수증기와 함께 흡입팬(50)을 통해 강제로 탈취조(80, 90)로 이송된다.

상기 발효조(10) 내부에 공급된 산소는 발효공정에서 요구되는 양 만큼 소모되고, 발효과정에서 발생된 가스는 배기팬에 의해 운반되며, 이때 부족한 산소는 외부의 공기를 다시 흡입해 오존발생에 이용되고, 탈취조(80)에서 물리, 화학적 방법으로 냄새가 제거된다.

여기서, 상기 배기팬에 의해 유도되는 발효조 배출공기는 발효공정에서 발생된 가스와 음식폐기물로부터 발생되는 악취 및 증발된 수분이 서로 섞여 혼합가스를 구성한다. 이러한 혼합가스중 냄새 유발물질을 제거하는 탈취과정에 있어서 수분은 오존발생에 의한 화학적 탈취효율을 저하시키는 원인으로 작용하기 때문에 모든 가스나 라디에이터와 냉각팬을 통하여 냉각과정을 통해 수분이 제거된다.

상기 냉각과정에서 발생되는 응축수는 자동배수장치(70)에 저장되며, 수위에 따라 정화조 라인(도면에 미표시)으로 배출되고, 상기 라디에이터(60-2)를 통과한 혼합가스는 수분이 제거된 상태의 혼합가스형태로 탈취조(80, 90)로 유입된다.

전술한 바와 같이 본 발명은 음식폐기물 처리에 적합한 호기성 미생물을 배양하는 시설을 갖추고 있어, 값비싼 발효제를 사용하지 않으며, 미생물의 유기물 분해로부터 발생되는 열을 이용하기 때문에 보일러의 설치비 및 운전비 등을 절감할 수 있다.

또한, 미생물 발효에 의한 생물학적 공정에 의해 유기성 폐기물의 발효 숙성을 일정하게 제어하여 안정된 상태의 최종발효산물을 얻을 수 있으므로, 자원화 측면에서 양질의 퇴비로 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 발효과정에서 발생되는 악취가스를 탈취조에서 신뢰성있게 제거하여 외기로 배출하므로써, 공공주택단지등의 주변 환경을 쾌적하게 할 수 있으며, 설치면적이 작고, 자동화에 의한 운전 및 관리가 용이하여 아파트나 공공주택단지에서 활용이 가능하다.

Claims

장치의 각 동작 상태를 감지하는 적어도 하나이상의 감지 수단; 상기 감지수단의 출력 신호에 따라 음식 폐기물의 처리공정에 따른 전반적인 동작을 제어하는 제어수단; 음식폐기물의 투입공간을 제공하는 호퍼; 상기 호퍼내에 장착되어 투입된 음식폐기물을 분쇄하는 분쇄수단; 상기 분쇄수단에 의한 분쇄된 음식폐기물 입자를 공급받아 호기성 미생물과 수분조절기증이 있는 물질을 충진한 상태에서 음식폐기물과 외기에서 제공되는 산소를 접촉시켜 발효숙성시키는 발효숙성수단; 및 상기 발효숙성수단에 장착되어 발효시 발생되는 냄새가스 및 악취를 동반한 수증기로부터 냄새를 제거하는 탈취수단을 포함한 음식폐기물의 처리장치.
제1항에 있어서, 상기 호퍼는, 내부에 저장된 음식폐기물에서 발생되는 냄새를 상기 발효숙성수단으로 배출하는 냄새배출관을 더 포함한 것을 특징으로 하는 음식폐기물 처리장치.
제2항에 있어서, 상기 발효숙성수단에 장착되며, 상기 냄새배출관을 통해 배출된 음식 폐기물의 냄새가스와, 상기 발효숙성수단내의 혼합가스 및 수증기를 강제흡입하여 상기 탈취수단으로 송출하는 흡입팬; 및 상기 흡입팬과 상기 탈취수단을 연결하는 관에 장착되어 상기 흡입팬의 강제흡입시 분진성의 발효산물이 배출되는 것을 방지하기 위한 필터를 더 포함한 것을 특징으로 하는 음식폐기물 처리장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분쇄수단은 상기 호퍼로 공급된 음식폐기물을 분쇄하는 분쇄기; 상기 분쇄기에 동력을 제공하는 제1모터; 상기 분쇄기와 함께 연계하여 구동하면서 분쇄된 입자를 이송하는 이송수단; 및 상기 이송수단에 동력을 제공하는 제2모터를 포함한 것을 특징으로 하는 음식폐기물 처리장치.
제4항에 있어서, 상기 제1모터와 상기 제2모터의 동작시간을 설정하기 위한 타이머를 더 구비하여, 이를 이용 상기 제어수단이 상기 제1모터 및 제2모터의 동작을 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 음식폐기물 처리장치.
제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2모터가 과부하의 원인으로 인해 정지될 경우 상기 제어수단의 제어에 의해 경보음을 발생하는 부저를 더 포함한 것을 특징으로 하는 음식폐기물 처리장치.
제5항에 있어서, 상기 적어도 하나이상의 감지수단은, 상기 호퍼의 투입도어의 개폐 상태를 감지하여 상기 제어수단으로 출력하는 제1센서; 상기 호퍼에 내장되어 그의 내부에 축적된 음식폐기물의 위치레벨을 감지하여 상기 제어수단으로 출력하는 제2센서; 상기 발효숙성수단으로 공급된 폐기물 양을 감지하여 상기 제어수단으로 출력하는 제3센서; 상기 발효숙성수단내의 온도를 감지하여 상기 제어수단으로 출력하는 제4센서; 상기 발효숙성수단의 점검구 뚜껑의 개방 상태를 감지하여 상기 제어수단으로 출력하는 제5센서를 포함한 것을 특징으로 하는 음식폐기물 처리장치.
제4항에 있어서, 상기 발효숙성수단은, 상부는 각진 형상을 가지고, 하부는 라운딩된 형상을 가지며, 분쇄된 음식폐기물이 저장되는 발효용기; 상기 발효용기의 외부에 장착되어 회전동력을 제공하는 수단; 상기 회전동력 제공수단의 회전력을 전달하는 동력전달수단; 상기 발효용기의 중앙부를 가로길이 방향으로 관통하여 장착되며, 그 외주에 다수개의 임펠러가 장착되어 상기 동력전달수단을 통해 상기 회전동력 제공수단의 동력을 받아 투입된 음식폐기물 입자와 미생물 발효제가 혼합될 수 있도록 교반하는 수단; 상기 발효용기 내에 장착되어 투입되는 음식 폐기물 양을 감지하는 수단; 상기 발효용기 내에 장착되어 내부온도를 감지하는 수단; 및 상기 발효용기의 일측면에 장착되어 내부측으로 호기성 발효조건에 필요한 공기를 공급하는 수단을 포함한 것을 특징으로 하는 음식폐기물 처리장치.
제8항에 있어서, 상기 발효용기는, 상기 이송수단으로부터 공급되는 음식폐기물 입자를 정해진 기간동안 고온발효공정을 진행시킬 수 있도록, 내부에 호기성 물질과 수분조절물질이 충진된 제1 발효조와, 상기 제1발효조에서 이송된 발효산물을 정해진 기간동안 후숙발효시키는 제2발효조; 및 상기 제1발효조와 상기 제2발효조를 구획하는 격리판 및 이송장치를 포함한 것을 특징으로 하는 음식폐기물 처리장치.
제8항에 있어서, 상기 교반수단은, 교반기축과 임펠러를 구비하되, 분해조립이 용이하도록 고정브라켓과 볼트를 이용해 상기 교반기축이 장착되며, 상기 임펠러와 상기 교반기축의 조립이 용이하도록 세로 방향으로 끼움홈이 형성된 것을 특징으로 하는 음식폐기물 처리장치.
제8항에 있어서, 상기 발효용기의 하부에 장착되며, 상기 발효용기 내부의 온도를 유지시키기 위한 보온수단을 더 포함하되, 상기 보온수단은, 상기 발효용기의 하측 라운딩부 전면에 걸쳐 장착된 보온재와, 상기 발효용기에 열원을 제공하기 위한 히터를 포함한 것을 특징으로 하는 음식폐기물 처리장치.
제8항에 있어서, 상기 발효용기의 타측 외부에 장착되어, 그의 내부에서 배출되는 가스를 냉각시키는 냉각팬과, 상기 냉각팬에 의해 냉각된 가스를 관로길이에 따라 형성되는 부압에 의해 냉각시키는 라디에이터를 더 포함한 것을 특징으로 하는 음식폐기물 처리장치.
제12항에 있어서, 상기 탈취수단은, 전극을 이용한 집진형으로 음이온을 발생시켜 상기 라디에이터에서 유입되는 냉각 가스의 악취를 제거하는 오존발생기를 더 포함한 것을 특징으로 하는 음식폐기물 처리장치.
음식폐기물 처리장치에 적용되는 음식폐기물 처리방법에 있어서, 투입된 음식폐기물을 분쇄하여 호기성 미생물 발효제재와 수분조절기능이 있는 물질이 충진된 제1발효조로 정량씩 공급하는 단계; 상기 제1발효조에 투입된 음식폐기물 입자를 미생물 발효제재와 함께 교반화되, 공기중에 함유된 산소를 공급하여 미생물의 최적발효조건을 정해진 기간동안 유지하여 발효시키는 단계; 상기 발효단계 수행후 생성된 발효산물을 제2발효조로 자동이송시켜 정해진 기간동안 후숙발효시키는 단계; 상기 발효단계와, 후숙발효단계에서 생성된 가스와 투입된 음식폐기물에서 생성된 가스를 강제 흡입한 후, 냉각시키는 단계; 상기 냉각단계 수행후 배출되는 가스내에 포함된 냄새를 제거하는 단계; 및 상기 후숙발효가 완료된 발효산물을 배출하는 단계를 포함한 음식폐기물 처리방법.
제14항에 있어서, 상기 발효단계에서의 호기성 최적발효조건은, 발효조의 외벽온도가 약 20℃이상이 되도록 하며, 미생물의 발효에 의한 발생되는 열이 약 55℃를 넘게될 경우, 외부 공기의 주입을 통해 약 60℃가 넘지 않도록 제어하고, 미생물의 발효에 의해 발생되는 열이 약 50℃이하일 경우 온도가 더 이상 저하되지 않도록 외부 공기 주입을 조절하는 것을 특징으로 하는 음식폐기물 처리방법.
제15항에 있어서, 상기 탈취단계는, 오존 발생기를 통해 발생된 음이온을 이용하여 악취를 제거하는 것을 특징으로 하는 음식폐기물 처리방법.