KR102648019B1 - 고상폐기물의 활용이 개선된 유기성폐기물의 처리장치 및 이를 이용한 유기성폐기물의 처리방법 - Google Patents
고상폐기물의 활용이 개선된 유기성폐기물의 처리장치 및 이를 이용한 유기성폐기물의 처리방법 Download PDFInfo
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Abstract
고상폐기물의 활용이 개선된 유기성 폐기물의 처리방법과 처리장치가 제공된다. 이에 의하면, 유기성폐기물 중 분리된 고상폐기물을 이용한 혐기성 소화를 통해서 바이오 가스의 생성량을 최대로 유지시키는 동시에 고상폐기물의 혐기성 소화를 거친 이후의 고형 슬러지를 이용해 연료화, 비료화 및 사료화 함에 따라서 유기성폐기물의 처리를 통해 수득되는 자원의 재활용에 있어서 보다 유리하고, 혐기성 소화공정에서 발생하는 메탄발효의 저해요인을 제거해 혐기성 소화효율을 높이면서 바이오가스인 메탄수득량을 극대화시킬 수 있어서 각종 유기성폐기물의 처리에 널리 응용될 수 있다.
Description
본 발명은 고상폐기물의 활용이 개선된 유기성폐기물의 처리장치 및 이를 이용한 유기성폐기물의 처리방법에 대한 것이다.
현대사회는 고도의 산업 발달과 더불어 발생하는 많은 양의 쓰레기 처리문제에 직면하고 있다. 그 중에서 음식물 쓰레기, 가축 분뇨, 하수 슬러지와 같은 유기성폐기물은 2012년부터 해양 투기가 금지됨에 따라, 현재는 육상 처리만 하고 있는 실정이다.
이러한 유기성폐기물의 처리를 위한 방식으로 여러 종류가 제안되었으며, 현재는 이들 여러 방식이 혼재 및 복합화하여 유기성폐기물이 처리되고 있다. 제안된 방식 중 가장 많이 이용되고 있는 방법 중 하나는 생물학적인 처리방법 중 하나인 혐기성 소화법이 있다. 혐기성 소화법은 호기성 소화법에 비해 우수한 점이 많아 현재 유기성 폐기물의 처리를 위해 널리 사용되고 있다.
특히, 혐기성 소화법은 단순한 유기성 폐기물의 분해, 처리 기능 외에도 유기성 폐기물을 통한 연료를 생산하는 친환경 자원재생산 처리기법으로 발전하고 있고, 이에 따라서 국내 유기성 폐기물 자원화시설의 대부분을 차지하고 있던 퇴비화 시설 및 사료화 시설이 혐기성 소화법을 적용한 바이오가스화 시설로 전환되고 있는 실정이다.
한편, 혐기성 소화법을 적용하는 경우 혐기성 소화조로 투입되는 유기성 폐기물은 고액분리되고, 유분이 제거된 액상폐기물인 것이 일반적이며, 분리된 고상 폐기물은 건조과정을 거친 뒤 연료화, 퇴비화 및/또는 사료화 되는데, 건조과정을 거친 고상폐기물에는 여전히 매우 높은 T-S, T-N, TOC 함량을 가짐에 연료화, 퇴비화 및 사료화 되는데 추가적으로 다수의 공정이 더 수행되어야 함에 따라서 고상폐기물의 자원화에 바람직하지 못한 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 유기성폐기물 중 분리된 고상폐기물을 이용한 혐기성 소화를 통해서 바이오 가스의 생성량을 최대로 유지시키는 동시에 고상폐기물의 혐기성 소화를 거친 이후의 고형 슬러지를 이용해 연료화, 비료화 및 사료화 함에 따라서 유기성폐기물의 처리를 통해 수득되는 자원의 재활용에 있어서 유리한 유기성폐기물의 처리장치 및 그 처리방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 혐기성 소화공정에서 발생하는 메탄발효의 저해요인을 제거해 바이오 가스의 생성량을 최대로 유지시킬 수 있는 유기성폐기물의 처리장치 및 그 처리방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 유기성폐기물을 파쇄 및 이물질을 선별하는 파쇄선별기(10), 상기 파쇄선별기(10)를 통해서 파쇄 및 선별된 유기성폐기물을 각각 고상폐기물 및 액상폐기물로 분리하는 고액분리기(20), 고액분리기(20)로부터 수득된 고상폐기물을 혐기성 소화시키고 바이오 가스를 생산하는 고상 혐기성소화조(100), 분리된 상기 액상폐기물 내 유분을 선택적으로 제거하는 3상 분리기(30), 유분이 선택적으로 제거된 액상폐기물을 혐기성 소화시키고, 바이오 가스를 생산하는 혐기성 소화조, 혐기성 소화폐액을 호기성 소화시키는 호기성 소화조(50) 및 상기 호기성 소화폐액 내 잔류하는 이물질을 여과하는 여과조(80)를 포함하는 유기성폐기물의 처리장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 액상 혐기성소화조(40)에서 분리배출된 혐기성 소화 슬러지가 상기 고상 혐기성소화조(100)로 투입되기 위하여 상기 액상 혐기성소화조(40) 및 고상 혐기성소화조(100)를 연결하는 수단을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 고상 혐기성소화조(100)를 통해 배출된 소화슬러지를 건조시키는 건조기(70) 및 건조기(70)에서 발생된 증기를 응축시키는 응축기(80)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 응축기(80)를 통해서 수득된 응축수는 고상 혐기성소화조(100)의 공정수로서 재투입될 수 있다.
또한, 상기 건조기(70)는 혐기성 소화조에서 생산되는 바이오 가스를 직접 또는 간접 에너지원으로 사용하여 가동될 수 있다.
또한, 상기 3상 분리기(30)는 상기 고액분리기(20)에 의해 분리되는 액상폐기물을 원심력에 의해 적어도 3개의 비중 층으로 분리한 후 상기 유분이 위치하는 비중 층을 선별적으로 추출하여 제거하는 3상원심분리기일 수 있다.
또한, 액상 혐기성소화조(40) 및/또는 고상 혐기성소화조(100)는 광물성 다공질 지지체 및 상기 광물성 다공질 지지체 상에 고정된 탄산무수화효소를 포함하는 효소전환기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 광물성 다공성 지지체는 경석 및 황토를 포함하는 광물성분이 소결된 다공질 소결체로서 비중이 1.0 미만일 수 있다.
또한, 상기 고상 혐기성소화조(100)는 투입되는 고상 폐기물의 고형물 함량이 20 ~ 40중량%가 되도록 제어되며, 상기 고상 혐기성소화조(100)는 고상 폐기물이 공급되는 제1소화조, 고상 폐기물이 가수분해 및 산발효 되는 제2소화조 및 메탄발효되는 제3소화조를 포함하는 다수의 소화조를 포함하고, 제3소화조에서 발생된 침출수를 제1소화조에 투입시켜서 식종 및 고상 폐기물의 고형물 농도를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제2소화조는 1개의 소화조로 구성되어 소화조에서 발생한 침출수를 주기적으로 수거해 상기 소화조로 재투입하거나, 또는 상기 제2소화조는 직렬로 연결된 다수의 소화조로 구성되며 제2소화조 중 마지막 소화조에서 발생하는 침출수를 주기적으로 수거해 제2소화조 중 제1소화조와 직접 연결되는 소화조에 재투입되도록 설계될 수 있다.
또한, 상기 고상 혐기성소화조(100)는 고상폐기물 상에 형성되는 유분층을 제거하기 위한 비이온성 계면활성제 방출장치를 고상 혐기성소화조(100) 내 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 비이온성 계면활성제는 HLB(hydrophile-lipophile balance) 값이 11 ~ 15일 수 있다.
또한, 본 발명은 유기성폐기물을 파쇄하고 이물질을 선별하는 파쇄선별 단계; 상기 파쇄선별 단계에서 공급되는 유기성폐기물을 탈수하여 고상폐기물 및 액상폐기물로 각각 분리하는 탈수 단계; 상기 탈수단계를 통하여 분리된 고상폐기물을 혐기성 소화시키고 바이오 가스를 생산하는 고상 혐기성 소화단계; 상기 탈수단계에서 분리되는 액상폐기물을 3상원심분리하여 유분을 선택적으로 제거하는 유분제거 단계; 유분이 선택적으로 제거된 액상폐기물을 혐기성 소화시키고 바이오 가스를 생산하는 액상 혐기성 소화단계; 액상 혐기성 소화단계를 통해서 수득되는 혐기성 소화폐액을 호기성 소화시키는 호기성 소화단계; 및 호기성 소화폐액 내 이물질을 여과시키는 여과 단계;를 포함하는 유기성폐기물의 처리방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 액상폐기물에 대한 혐기성 소화단계 이후 분리배출된 혐기성 소화 슬러지가 식종원으로서 상기 고상폐기물에 대한 혐기성 소화단계에 투입될 수 있다.
본 발명에 의한 유기성폐기물의 처리장치 및 처리방법은 유기성폐기물 중 분리된 고상폐기물을 이용한 혐기성 소화를 통해서 바이오 가스의 생성량을 최대로 유지시키는 동시에 고상폐기물의 혐기성 소화를 거친 이후의 고형 슬러지를 이용해 연료화, 비료화 및 사료화 함에 따라서 유기성폐기물의 처리를 통해 수득되는 자원의 재활용에 있어서 보다 유리하고, 혐기성 소화공정에서 발생하는 메탄발효의 저해요인을 제거해 혐기성 소화효율을 높이면서 바이오가스인 메탄수득량을 극대화시킬 수 있어서 각종 유기성폐기물의 처리에 널리 응용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기성폐기물의 처리 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기성폐기물 처리장치 내 고상 혐기성처리조의 제2소화조의 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기성폐기물 처리장치 내 고상 혐기성처리조의 제2소화조의 공정도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 유기성폐기물의 처리장치는, 유기성폐기물을 파쇄 및 이물질을 선별하는 파쇄선별기(10), 상기 파쇄선별기(10)를 통해서 파쇄 및 선별된 유기성폐기물을 각각 고상폐기물 및 액상폐기물로 분리하는 고액분리기(20), 상기 고액분리기(20)로부터 분리된 고상폐기물을 혐기성 소화시키고 바이오 가스를 생산하는 고상 혐기성소화조(100), 분리된 상기 액상폐기물 내 유분을 선택적으로 제거하는 3상 분리기(30), 유분이 제거된 액상폐기물을 혐기성 소화시키고, 바이오 가스를 생산하는 혐기성 소화조, 혐기성 소화폐액을 호기성 소화시키는 호기성 소화조(50), 및 상기 호기성 소화폐액 내 잔류하는 이물질을 여과하는 여과조(80)를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 상술한 유기성폐기물의 처리장치를 이용하여 유기성폐기물을 파쇄하고 이물질을 선별하는 파쇄선별 단계; 상기 파쇄선별 단계에서 공급되는 유기성폐기물을 탈수하여 고상폐기물 및 액상폐기물로 각각 분리하는 탈수 단계; 상기 탈수단계를 통하여 분리된 고상폐기물을 혐기성 소화시키고 바이오 가스를 생산하는 고상 혐기성 소화단계; 상기 탈수단계에서 분리되는 액상폐기물을 3상원심분리하여 유분을 선택적으로 제거하는 유분제거 단계; 유분이 제거된 액상폐기물을 혐기성 소화시키고 바이오 가스를 생산하는 혐기성 소화단계; 혐기성 소화폐액을 호기성 소화시키는 호기성 소화단계; 및 호기성 소화폐액 내 이물질을 여과시키는 여과 단계;를 포함하는 유기성폐기물의 처리방법을 포함한다.
먼저, 파쇄선별 단계에 대해서 설명한다.
파쇄선별단계는 다양한 크기의 유기성폐기물을 일정 크기 이하로 분쇄하고, 이물질을 선별하는 단계이다. 파쇄선별기(10)로 투입되는 유기성폐기물은 가축이나 동물의 분뇨, 음식물폐기물 등 유기물이 주를 이루는 폐기물을 모두 포함할 수 있고, 일 예로는 음식물 폐기물일 수 있다. 파쇄선별단계는 폐기물을 일정 크기 이하로 분쇄하여 후속되는 각종 공정에 유리하게 변형시키는 것뿐만 아니라 유기성폐기물에 포함된 각종 이물질을 분리선별기 위한 과정으로써, 분쇄하는 과정에서 상부로 부유하는 비닐이나 종이, 부유 또는 침전하는 금속 등의 협잡물을 선별 제거할 수 있다. 이때 선별제거는 각종 스크린 등의 공지된 방법에 의할 수 있고, 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다. 이때, 선별제거된 각종 협잡물은 재질에 따라서 분별된 후 유기성 협잡물은 압출 등의 공지된 방법을 통해서 고형연료로 재활용될 수 있다. 또한, 선별된 나머지 유기성폐기물은 고액분리기(20)로 공급된다.
파쇄선별 단계는 파쇄선별기(10)를 통해서 수행될 수 있는데, 파쇄선별기(10)는 유기성폐기물에 포함된 비닐이나 금속이나 플라스틱과 같은 각종 이물질을 선별하여 제거함은 물론 상기 유기성폐기물을 건조 및 비료 원료로 가공하기에 적합한 크기로 파쇄하는 것으로서, 상기 유기성폐기물의 파쇄기와 선별기를 순차적으로 구성함이 바람직하다. 이때, 상기 유기성폐기물의 파쇄기 및 선별기는 공지된 것을 이용할 수 있음에 따라서 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않으며, 일 예로 파쇄기로는 파쇄효율이 우수한 스크류 방식의 파쇄기가 바람직하다.
다음으로 탈수 단계에 대해서 설명하면, 공급된 유기성폐기물을 고상폐기물과 액상폐기물로 분리하기 위한 단계이다. 유기성폐기물은 액상의 폐기물을 함유하며, 이를 곧바로 퇴비로 사용 시 오히려 액상의 침출수로 인한 오염이 가속화될 수 있고, 연료로 가공 시 건조 소요되는 시간과 비용이 과다해 바람직하지 못하다. 이에 고상폐기물 및 액상폐기물로 분리하는 단계를 거치게 되며, 이러한 단계가 탈수 단계이다.
상기 탈수 단계는 공지된 고액분리기(20) 또는 탈수장치를 이용해 수행할 수 있으며, 일 예로 원심력을 이용하여 액상폐기물을 제거하는 원심분리방식의 장치일 수 있다.
다음으로 상기 탈수 단계를 통해서 수득되는 고상폐기물 및 액상폐기물 각각은 분리되어 별도의 공정을 통해서 혐기성 소화되는 단계를 거치게 된다.
먼저 분리된 액상폐기물에 대한 처리부터 살펴보면, 분리된 액상폐기물은 유분제거 단계에 공급된다.
분리된 액상폐기물에는 후속되는 생물학적 소화, 즉 혐기성 소화단계와 호기성 소화단계에서 처리될 유기물 이외에 유분을 포함하며, 유분은 후속된 혐기성 소화단계에서 스컴의 형성을 가속화시켜서 혐기성 소화효율을 저하시키며, 바이오가스 생성을 감소시키는 문제가 있다. 이에 분리된 액상폐기물 내 유분을 선별적으로 제거하는 유분제거 단계를 수행한다.
상기 유분제거 단계는 유기성폐기물 내 유분을 제거하는 공지된 장치를 이용하여 수행할 수 있음에 따라서 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는데, 일 예로 3상 분리기(30)를 통하여 수행하며, 상기 3상 분리기(30)는 구체적으로 상기 액상폐기물을 원심력에 의한 비중 차에 의해 추출하는 3상원심분리기일 수 있다. 이때, 상기 3상 분리기(30)에 의해 분리되는 유분은 유해성분을 여과하여 비누 및 바이오디젤, 발전소 연료 등으로 재활용될 수 있다.
다음으로 유분이 제거된 액상폐기물에 대하여 이를 혐기성 소화시키고 바이오 가스를 생산하기 위한 액상 혐기성 소화단계를 수행한다.
상기 액상 혐기성 소화단계는 액상폐기물을 여러 미생물의 분해작용에 의하여 메탄으로 전환하는 일련의 프로세스로서, 구체적으로 유기물을 액상화하고, 가수분해하는 가수분해과정, 식초산, 프로피온산, 부틸산 등의 유기산을 생성하는 유기산생성과정 및 생성된 유기산을 통한 메탄인 바이오 가스를 생성하는 메탄생성과정을 포함하며, 이들 각각의 과정에 관여하는 미생물, 최적의 반응조건은 상이할 수 있다. 이에 따라서 액상 혐기성 소화단계는 가수분해과정과 유기산생성과정이 하나의 혐기성 소화조 내에서 모두 이루어지도록 구성되는 단상의 설비를 이용해 수행하거나 또는 산발효 단계와 메탄발효단계로 나누어 진행되도록 혐기성 소화조를 2상, 즉 산발효조와 메탄발효조로 나누어 구성된 설비를 통해 수행될 수 있다. 이때 구체적인 액상 혐기성소화조(40)의 설비구조 및 구성은 혐기성 소화와 관련된 공지의 설비기술을 적절히 이용할 수 있으므로 본 발명은 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
또한, 액상 혐기성 소화 단계를 산발효 단계와 메탄발효 단계로 이분화하여 수행 시 최적의 조건은 산발효 단계는 중온소화, 예를 들어 30 ~ 40℃로 수행되고, 산발효조에서 가수분해가 함께 수행될 수 있음을 고려해 pH 4.5 ~ 6.5, 보다 바람직하게는 pH 5.5 ~ 6.5로 유지하는 것이 좋다. 또한, 메탄발효 단계는 중온소화, 또는 고온소화 예를 들어 50 ~ 55℃에서 수행될 수 있고, 이때 바람직한 pH는 6.5 ~ 7.5, 보다 바람직하게는 7.0 ~ 7.5에서 수행될 수 있다.
한편, 액상 혐기성 소화 단계에서 발생할 수 있는 소화폐액의 계면에 발생하는 스컴이나 거품은 메탄발효 미생물의 발효효율을 저하시키며, 이에 따라서 메탄발효가 제대로 이루어지지 않고 메탄발생량을 감소시키는 문제가 있을 수 있다. 특히 거품은 밀폐된 혐기성 소화조 내 혐기성 소화를 통해서 발생되는 이산화탄소 분압의 증가에 기인하는데, 혐기성 상태의 유지를 위해서 혐기성 소화조를 밀폐시키는 것을 고려할 때 이산화탄소 분압을 낮추는 것이 용이하지 않다. 이에 본 발명은 발생된 이산화탄소를 다시 소화폐액 내 중탄산이온 상태로 전환시켜서 용해시킴으로써 이산화탄소 분압을 낮춰서 거품생성에 따른 메탄발효 저하를 방지하는 동시에 중탄산이온의 증가에 따른 알칼리도 증가를 통해서 혐기성 소화조 내 pH 완충능력을 강화시킴으로써 pH 감소나 증가에 따른 pH 충격을 최소화할 수 있는 이점이 있다. 이를 위해서 본 발명은 이산화탄소를 전환시킬 수 있는 효소전환기를 혐기성 소화조 내 구비한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 효소전환기는 광물성 다공질 지지체 및 상기 광물성 다공질 지지체 상에 고정된 탄산무수화효소를 포함할 수 있다.
상기 탄산무수화효소는 이산화탄소를 중탄산이온으로 전환시키는 생촉매로서, 이산화탄소 흡수제에 대비해 친환경적이고, 탄산무수화효소는 이론상으로 1초당 백만개의 이산화탄소 분자를 중탄산이온으로 전환할 수 있음에 따라서 빠른 속도로 증가하는 이산화탄소의 전환에 매우 적합하다. 특히, 이산화탄소 분압의 저감을 위해서 이산화탄소 흡수제를 혐기성 소화조 내 구비하는 것을 고려할 수 있으나, 통상적인 이산화탄소 흡수제는 pH가 9 ~ 12로 강알칼리성임에 따라서 혐기성 소화조 내 소화폐액의 pH를 과도하게 상승시키고, 이로 인해서 오히려 메탄발효균의 메탄발효를 억제할 우려가 있다. 그러나 탄산무수화효소는 이산화탄소 흡수제와 같은 pH 변동을 유발시키지 않음에 따라서 메탄발효균의 메탄발효 저하를 방지할 수 있다.
상기 탄산무수화효소는 이산화탄소를 중탄산이온으로 전환시키는 반응을 촉진시키는 기능을 갖는 공지된 효소일 경우 제한 없이 사용될 수 있으며, 일예로, 야생형 탄산무수화효소 및 탄산무수화효소 변이체 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 이때, 상기 야생형 탄산무수화효소는 통상적으로 동물, 식물 등 자연적으로 생체내 존재하는 효소일 수 있음에 따라 α형, β형, γ형, δ형 및 ε형으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이거나 및/또는 생체내 존재하는 효소를 모방하거나 상기 효소를 인공적으로 재조합한 것, 또는 이들과 생체내 존재하는 탄산무수화효소가 병용된 것일 수 있다. 상기 인공적으로 재조합된 탄산무수화효소는 공지된 것일 수 있어 본 발명에서는 이에 대한 아미노산 서열을 특별히 한정하지 않는다. 또한, 상기 탄산무수화효소 변이체는 자연적으로 존재하는 탄산무수화효소의 아미노산 서열의 일부 또는 전부가 변형된 것으로써, 탄산무수화효소의 기본적 기능을 가지는 동시에 자연적으로 존재하는 탄산무수화효소가 갖추지 못하는 내열성 등의 물성을 유리하게 개선, 개량한 것일 수 있으며, 본 발명에서는 이에 대한 아미노산 서열을 특별히 한정하지 않는다.
상술한 탄산무수화효소는 유리상태로 혐기성 소화조 내 소화폐액에 구비될 수 있으나, 이 경우 탄산무수화효소의 안정성 및 탄산무수화효소의 위치 제어가 어려움에 따라서 충분한 이산화탄소 전환 효과를 달성하기 어려울 수 있다. 즉, 이산화탄소 전환은 이산화탄소의 농도가 높은 혐기성 소화조 내 소화폐액과 이산화탄소를 포함하는 가스가 위치하는 가스공간의 계면에서 가장 활발히 이루어질 수 있는데, 유리상태의 탄산무수화효소를 상기 계면에 고농도로 위치시키는 제어는 불가능에 가깝다.
이에 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 탄산무수화효소는 광물성 다공질 지지체에 고정된 상태로 혐기성 소화조 내 구비되며, 이를 통해 혐기성 소화조 내에서 안정적으로 효소활성을 발휘하기에 유리할 수 있다. 또한, 상기 광물성 다공질 지지체가 비중이 1.0 미만일 수 있으며, 이를 통해서 광물성 다공질 지지체가 소화폐액과 가스공간 간의 계면에 부유할 수 있고, 이로써 탄산무수화효소를 상기 계면에 위치시키기에 유리할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 광물성 다공질 지지체는 비중이 1.0 미만으로 구현되기에 유리하고, 혐기성 소화조에 공급되는 액상폐기물에 존재하는 각종 독성물질로 인한 혐기성 미생물의 활성 저하를 방지하도록 독성물질을 흡착할 수 있는 경석 및 황토를 포함하는 광물성분이 소결된 다공질 소결체일 수 있다. 상기 경석은 황토와 함께 비중 1.0 미만의 다공질 소결체를 보다 용이하게 구현하도록 할 수 있다. 또한, 황토는 구성 광물이 석영, 장석, 점토광물, 산화철광물, 깁사이트 등 여러가지 종류의 광물을 포함하며, 그 화학성분으로는 이산화규소, 삼산화알루미늄, 삼산화철, 산화마그네슘, 산화칼륨, 물과 함께 다른 성분을 소량 포함하는 것일 수 있는데, 황토는 혐기성 소화를 저해하는 것으로 알려진 중금속, 암모니아, 등의 독성물질을 흡착해 독성물질로 인한 혐기성 미생물의 활성저하에 따른 혐기성 소화효율 감소를 방지할 수 있다. 바람직하게는 상기 다공질 소결체는 경석 및 황토가 1: 0.5 ~ 0.8 중량비로 혼합될 수 있고, 만일 황토가 0.5 중량비 미만으로 구비 시 혐기성 소화효율 증대가 미미할 수 있으며, 황토가 0.8 중량비를 초과 시 비중이 1.0 미만으로 구현되는 다공질 소결체의 생산효율이 저하될 수 있다.
또한, 상기 다공질 소결체는 규사나 소다회와 같은 유리분말을 더 함유할 수 있고, 이를 통해서 소결체의 기계적 강도를 상승시킬 수 있다. 이때, 유리분말은 경석 및 황토 중량 총합 100 중량부에 대해서 40 ~ 60 중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 만일 유리분말이 40 중량부 미만일 경우 기계적 강도 향상이 미미할 수 있고, 60중량부를 초과 시 상대적으로 경석 및 황토 중량이 감소해 비중 1.0 미만을 구현하기 어렵거나, 독성물질의 흡착성능이 저하될 우려가 있다.
또한, 상기 다공질 소결체는 상술한, 황토, 경석, 유리분말을 기공형성제와 혼합한 슬러리를 소정의 크기와 형상으로 성형한 후 700 ~ 1000℃로 소결하여 수득할 수 있다. 상기 기공형성제는 소결체를 다공질 구조로 제조하기 위한 것으로서, 소결과정을 통해서 열분해되어 기공을 형성하며, 이러한 기능을 갖는 것으로 공지된 기공형성제의 경우 제한 없이 사용될 수 있고, 일 예로 폴리아크릴아미드, 폴리스티렌, 폴리아크릴산나트륨 등을 이용할 수 있다.
또한, 상기 다공질 소결체는 기공율이 바람직하게는 45 ~ 70%로 구현되는 것이 좋고, 이를 통해서 본 발명의 목적을 달성하기에 유리하다.
또한, 상술한 다공질 소결체 상에 탄산무수화효소가 고정되는데, 탄산무수화효소는 다공질 소결체의 외부표면과 기공 내부에 고정될 수 있다. 상기 고정은 일 예로 물리적인 흡착이거나, 결합제, 예를 들어 글루타르알데하이드 등을 이용해 고정시킨 것일 수 있으며, 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.
한편, 액상 혐기성소화조가 2상으로 구비되는 경우 효소전환기는 메탄발효조에 구비될 수 있다. 이를 통해서 발효 중 발생하는 이산화탄소를 중탄산이온(HCO3 -)으로 전환시켜서 메탄발효조 내 중탄산이온의 농도를 증가시킬 수 있고, 증가된 중탄산이온은 메탄발효조의 pH를 완충시키는 능력을 증대시킴으로써 산발효조에서 유기산을 포함하는 1차 혐기성 소화폐액이 과도하게 공급하는 경우에도 pH 저하 충격을 완화해 pH 6.5 이상의 조건을 유지할 수 있고 이를 통해서 안정적인 메탄발효가 가능할 수 있다.
또한, 효소전환기를 구비한 액상 혐기성소화조(40)는 소화온도가 중온소화 또는 고온소화될 수 있으나, 효소전환기에 구비된 탄산무수화효소의 활성 저해를 방지하기 위해서 중온소화가 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 액상 혐기성소화조(40)로 공급되는 액상폐기물 내 잔여 유분에 따른 스컴발생 및 이로 인한 메탄발생량 저하를 방지하기 위해서 소화폐액의 상층에 별도의 유분층을 형성시키지 않고 소화폐액에 용해될 수 있도록 비이온성 계면활성제를 방출할 수 있는 비이온성 계면활성제 방출장치를 액상 혐기성소화조(40)에 더 구비할 수 있다. 상기 비이온성 계면활성제 방출장치는 혐기성 소화조 내부의 스컴발생이나, 유분층 형성정도를 파악해 비온성 계면활성제의 방출량을 외부에서 원격으로 제어할 수 있도록 공지의 기술을 응용해 구성된 것일 수 있고, 본 발명은 방출장치 자체의 구체적 구성에 대해서는 특별히 한정하지 않는다.
한편, 유분층의 제거를 위해서 비온성 계면활성제를 사용하는데, 만일 양쪽성 계면활성제, 음이온성 계면활성제, 또는 양이온성 계면활성제의 사용 시 유기성폐기물, 특히 음식쓰레기 유래의 액상폐기물 내 잔존하는 유분으로 인한 유분층 제거가 원활하지 않을 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 비온성 계면활성제는 HLB 값이 11 ~ 15인 것일 수 있고, 더 바람직하게는 HLB 값이 13 ~ 15인 것일 수 있으며 이를 통해서 음식쓰레기 유래의 액상폐기물 내 잔존하는 유분으로 인한 유분층 제거가 훨씬 용이할 수 있다.
또한, 액상 혐기성 소화를 통해 생성된 바이오 가스인 메탄을 포함하는 기체는 혐기성 소화조에 연결된 별도의 유출수단을 통해서 유출된 후 바이오가스 처리 설비, 예를 들어 응축기(80)를 통한 수증기 제거, 탈황설비를 통한 이산화황 제거 및 이산화탄소 포집장치를 통한 이산화탄소 제거과정을 거쳐서 별도의 저장탱크에 저장되거나 혐기성 소화에 필요한 온도를 유지하기 위한 보일러나, 액상폐기물과 함께 고액분리되어 수득된 뒤 고상 혐기성 소화단계를 거쳐 수득되는 고상 슬러지를 건조하기 위한 건조기(70) 등의 열원 가동을 위한 에너지원으로 직접 또는 간접적으로 사용될 수 있다.
한편, 혐기성 소화된 액상폐기물은 후술되는 호기성 소화 단계에 투입되기 전에 공지의 방법을 이용한 소화슬러지 제거 단계를 더 수행할 수 있다. 소화슬러지 제거는 침전된 소화슬러지를 수거하는 통상의 방법에 의할 수 있다. 또한, 수거된 고형의 소화슬러지는 후술하는 고상 혐기성소화조(100)에 혐기성 미생물을 재투입하기 위한 식종 자원으로 활용하거나, 건조 후 비료화 과정을 거쳐서 비료로 활용되거나 고체연료 또는 가축 사료로 재활용될 수 있다.
다음으로 탈수 단계를 통해서 수득된 고상폐기물에 대한 혐기성 소화단계에 대해서 설명한다.
상술한 것과 같이 종래에는 탈수를 통해 수득되는 고상폐기물에 대해서 혐기성 소화시키지 않고 그대로 수분만 제거시킨 상태로 연료, 비료 및 사료화 시켰는데, 잔존하는 유기물의 함량이 과도하여 연료, 비료 및 사료화에 직접 이용되기에 적합하지 않는 문제가 있다. 이에 따라서 본 발명은 고상폐기물에 대한 혐기성 소화단계를 액상폐기물에 대한 혐기성 소화단계와 병행하여 병렬로 수행한다. 이때 상기 고상 혐기성 소화단계가 수행되는 고상 혐기성소화조(100)는 투입되는 고상 폐기물의 고형물 함량이 20 ~ 40중량%가 되도록 제어될 수 있고, 이를 통해서 고상 폐기물에 대한 안정적 혐기성 소화가 가능할 수 있다. 한편, 탈수를 통해서 수득된 고상 폐기물에는 적어도 10중량%, 다른 일예로 20 중량% 이상의 고형분을 포함하고, 탈수 단계를 거쳤음에도 함수율이 80 ~ 60중량%에 달할 수 있다.
또한, 상기 고상 혐기성소화조(100)는 고상 폐기물이 공급되는 제1소화조(110), 고상 폐기물이 가수분해 및 산발효 되는 제2소화조(120) 및 메탄발효되는 제3소화조(130)를 포함하는 다수의 소화조를 포함하고, 상기 제3소화조(130)에서 발생된 침출수를 제1소화조(110)에 투입시켜서 식종 및 고상 폐기물의 고형물 농도를 제어할 수 있으며, 이를 통해서 고상폐기물에 대한 혐기성 소화효율을 증대시키기에 유리할 수 있다.
또한, 상기 제2소화조(120)는 1개의 소화조로 구성되어 소화조에서 발생한 침출수를 주기적으로 수거해 상기 소화조로 재투입하거나, 또는 도 2에 도시된 것과 같이 제2소화조(120')는 직렬로 연결된 다수의 소화조(121,122)로 구성되며 제2소화조(120') 중 마지막 소화조(122)에서 발생하는 침출수를 주기적으로 수거해 제2소화조(120') 중 제1소화조(110)와 직접 연결되는 소화조(121)에 재투입되도록 설계됨에 따라서 고상폐기물에 대한 혐기성 소화효율을 증대시키기에 유리할 수 있다.
이때, 상기 제3소화조(130)의 경우 상술한 액상 혐기성소화조(40)와 마찬가지로 이산화탄소 분압증가에 따른 메탄수득량 감소를 방지하고, 공급되는 유기산을 함유한 혐기성 소화 폐액으로 인한 pH 충격을 방지하기 위하여 상술한 효소전환기를 고상 혐기성소화조(100)에 더 구비할 수 있다. 이때 효소전환기에 대한 설명은 상술한 것과 동일하므로 이에 대한 구체적 설명은 생략한다.
또한, 액상폐기물의 혐기성 소화 단계에서 액상폐기물에 잔존하는 유분에 따른 스컴발생 및 이로 인한 메탄발생량 저하에 대해서 설명했는데, 고상폐기물은 액상폐기물과 달리 별도의 유분제거 단계를 포함하지 않음에 따라서 유분에 따른 스컴발생 및 이로 인한 메탄발생량 저하가 더욱 심화될 우려가 있다.
이에 따라서 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 고상 혐기성소화조(100)는 고상폐기물의 혐기성 소화 중 형성되는 유분층을 제거하기 위한 비이온성 계면활성제 방출장치를 고상 혐기성소화조(100) 내 더 구비할 수 있다. 이때 가해지는 비이온성 계면활성제에 대한 구체적인 설명은 상술한 액상 혐기성소화조(40)에서의 설명과 동일하므로 이하 생략한다.
다음으로 혐기성 소화된 액상폐기물은 이후 혐기성 소화된 액상폐기물 내 높은 COD 및 BOD 등을 감소시키기 위하여 호기성 소화단계에 투입된다. 상기 호기성 소화 단계는 호기성 미생물을 이용한 혐기성 소화된 액상폐기물내 잔존하는 유기물의 소화를 의미하며, 당업계에 공지된 호기성 소화 설비를 이용해 수행할 수 있으며, 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다. 일 예로 호기성 소화단계는 산소를 필요로 함에 따라서 별도의 폭기조가 호기성 소화조(50) 앞에 배치되거나 폭기장치가 호기성 소화조(50) 내 구비될 수 있다. 또한, 호기성 소화 단계의 구체적인 소화 조건은 구비되는 호기성 미생물의 종류에 따라서 달리 선택될 수 있으므로 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않으며, 공지의 조건을 적절히 활용하여 수행할 수 있다.
한편, 상기 호기성 소화 단계에 전에 무산소 발효 단계를 더 수행할 수 있다. 상기 무산소 발효 단계는 공지된 무산소조를 통해서 수행할 수 있다. 또한, 무산소조를 구비하는 경우 공지된 A2O 공법에 의할 수 있는데, A2O공법의 경우 혐기성 소화조, 무산소조, 호기성 소화조(50)의 순서로 조가 배치되고, 무산소조의 적용을 통해 반송슬러지를 통해서 혐기조로 재공급되는 질산성 질소의 양을 최소화할 수 있다. 혐기성 소화조, 무산소조는 탈질공정, 호기성 소화조(50)는 질산화 공정을 하게 되며, 유입수와 반송(활성)슬러지(외부순환)를 혐기성 소화조로 공급하고, 호기성 소화조(50)의 활성슬러지(내부순환)를 무산소조에 순환시킬 수 있다.
상기 A2O 공법은 질소와 인 모두를 제거할 수 있으며, 질산화에 필요한 알칼리도를 제공할 수 있으며, 슬러지의 침전성이 양호하고 운전이 상대적으로 간단하다는 장점이 있는 반면 질산성 질소를 포함하는 RAS는 혐기조로 반송되는데 이 때 인 제거능에 영향을 주게 되며, 질소 제거는 내부반송비에 의해 제한적이며, AO공법, 즉 혐기성 소화조와 호기성 소화조(50)로 구성하는 경우에 대비해 더 높은 BOD/P비가 필요하므로 외부 탄소원을 투입해야 하는 경우가 있음을 밝혀둔다.
상술한 호기성 소화조(50)를 거친 거친 처리수는 하수종말처리를 거쳐 방류할 수도 있으나, 여과 단계에 공급될 수 있고, 여과 단계를 거친 여과수가 하수관을 통해 방류되거나, 또는 응축기(80)와 함께 구성되는 냉각탑의 냉각수로 공급되어 무방류 시스템을 구성할 수도 있다.
상기 여과 단계는 공지된 여과조(80)를 이용해 수행할 수 있다. 일 예로 상기 여과조(80)는 침전조, 모래조 및/또는 활성탄여과조(80)로 적절히 구성될 수 있고, 각각의 구체적인 조의 설비는 공지의 설비를 이용할 수 있으므로 본 발명은 이에 대한 구체적인 설명을 생략한다. 한편, 여과 단계는 여과막이 장착된 막여과조(80)를 이용해서 수행할 수 있고, 상기 막여과조(80)는 통상의 UF, NF, RO 등의 여과막이 장착될 수 있으며 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.
한편, 유기성폐기물의 처리방법과 처리장치는 상술한 고액분리기(20)를 통해 분리된 고상폐기물을 혐기성 소화하고 난 뒤 배출된 소화슬러지를 건조시키는 건조단계와 이를 위한 건조기(70), 및 상기 건조단계에서 발생하는 증기를 응축시키는 응축수 제조단계 및 이를 위한 응축기(80)를 더 포함할 수 있다.
상기 건조기(70)는 상기 분리되는 고상폐기물의 함수율을 적어도 10％ 이하의 범위로 낮추어주는 것으로서, 상기 건조기(70)의 건조온도는 일 예로 100 ~ 150℃일 수 있고, 건조시간은 2 ~ 3시간일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 건조기(70)에 의해 건조작업이 완료되는 고상폐기물은 파쇄 및 선별될 수 있고. 이 경우 고상폐기물의 선별기로는 메쉬망을 이용한 진동선별기 또는 자력을 이용한 자력선별기가 바람직하지만, 그 밖에도 비중차를 이용한 비중선별기를 적용하더라도 본원의 기술범주에 포함됨을 밝혀둔다. 또한, 파쇄 및 선별된 고상폐기물은 비료 또는 사료의 원료로 재활용되고, 건조물을 비료 또는 사료 제조공정으로 공급하는 건조물 배출라인이 더 구비될 수 있다.
또한, 건조기(70)를 통해 건조 시 발생하는 증기를 재활용하기 위한 증기처리기를 더 구비할 수 있고, 상기 증기 처리기는 증기를 열교환하는 응축기(80)를 포함하고, 응축된 응축수의 온도를 냉각시키기 위한 냉각탑을 더 포함할 수 있다.
수득된 응축수는 별도의 저류조에 저장되거나, 응축수 내 용해된 질소 또는 황, 예를 들어 암모니아나 황화수소의 제거를 위해서 상기 응축수는 혐기성 소화조나 호기성 소화조(50)로 공급될 수 있다. 또한, 상기 응축수는 고상 혐기성소화조(100)의 공정수로서 재투입될 수 있으며, 이를 통해서 고상폐기물 내 고형물 중량을 제어하기 위해 외부에서 물을 공급받는 것을 최소화할 수 있다.
한편, 고상 혐기성소화조(100) 및 액상 혐기성소화조(40)를 통해 생성된 바이오가스는 본 발명의 처리방법의 수행시 요구되는 각종 열원을 생성하는 열원공급기(90)로 공급될 수 있어서 외부의 별도의 에너지원의 공급없이 유기성폐기물의 처리가 가능함에 따라서 절감된 비용으로 유기성폐기물의 처리가 가능하다.
하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
<실시예1>
음식물쓰레기인 유기물폐기물을 유기성 폐기물을 파쇄선별기(10)에 투입한 후 고액 원심분리기에 투입해 고상폐기물 및 액상폐기물을 각각 수득했다. 먼저 수득된 액상폐기물에 대해서 3상원심분리기를 통해서 유분을 제거한 후 유분이 제거된 액상폐기물을 액상폐기물은 산발효조와 메탄발효조 2상으로 구성된 혐기성 소화조로 투입하였고, 산발효조에서는 pH 4.5, 35℃ 온도로 산발효 공정을 수행시켰다. 한편, 산발효조에서 약 10일 이상 단독으로 산발효 후 상기 산발효조와 연결된 메탄발효조로 산발효된, 유기산을 포함하는 1차 혐기성 소화폐액을 메탄발효조로 일정유량으로 지속적으로 공급하되, 메탄발효조 내 공급된 소화폐액과 가스공간 간의 계면에 아래의 준비예에서 제조된 효소전환기를 위치시켜서 메탄발효가 이루어지도록 구성했다. 이후 액상 혐기성 소화 단계를 수행한 후 생성된 메탄을 포함하는 기체를 수증기, 이산화탄소 및 황을 각각 제거할 수 있는 복수의 기체분리막이 구비된 바이오가스 수득장치로 공급하여 메탄가스를 별도의 제1저장탱크에 저장했고, 혐기성 소화 단계를 거친 침전된 소화슬러지는 후술하는 고상 혐기성소화조(100)에 투입하여 혐기성 소화시켰으며, 이때 수득되는 바이오 가스는 수증기, 이산화탄소 및 황을 각각 제거할 수 있는 복수의 기체분리막이 구비된 바이오가스 수득장치로 공급하여 메탄가스를 별도의 제2저장탱크에 저장했고 혐기성 소화되고 소화슬러지를 제외한 나머지 혐기성 소화 폐액은 통상의 호기성 소화조(50) 및 여과조(80)를 통해 여과시켜서 유기성 폐기물을 처리했다. 이때, 고상 혐기성소화조(100)는 고상폐기물을 직접 공급받는 제1소화조, 고상폐기물의 가수분해 및 산발효가 이루어지며 5개 소화조가 직렬배치된 제2소화조 및 상기 제2소화조에 연결되며 메탄발효되는 제3소화조로 구성시켰고, 제3소화조에서 수득되는 침출수는 제1소화조로 식종원으로써 공급되고, 제2소화조의 5번째 소화조에서 수득되는 침출수는 제2소화조의 첫번째 소화조로 식종원으로써 공급되도록 구성했고, 제3소화조에 HLB 값이 11인 비온성 계면활성제(poly sorbate 85)를 방출할 수 있는 비이온성 계면활성제 방출장치를 설치해 메탄발효 중에 비온성 계면활성제를 방출하여 혐기성 소화를 진행했고, 이후 호기성 소화 및 여과 단계를 거쳐서 유기성폐기물을 처리했다.
* 준비예
경석과 황토를 1: 0.6 중량비가 되도록 혼합한 후 규사와 소다회의 용융혼합물로 수득된 유리분말을 경석과 황토 중량 총합 100 중량부 대비 60 중량부로 투입하고, 폴리스티렌 기공형성제를 유리분말을 경석과 황토 중량 총합 100 중량부 대비 400 중량부로 투입한 후 물을 혼합해 교반한 후 압출시키고 건조시킨 뒤 절단해 펠렛형상의 성형체를 제조했다. 제조된 성형체를 소성로에 장입시키고 850℃ 온도로 소성해 기공율이 63%이고, 비중이 0.89이고, 직경이 2㎜이며, 길이가 1㎝인 광물성 다공질 지지체를 수득했다.
이후 수득된 광물성 다공질 지지체를 1mg/ml의 농도로 탄산무수화효소가 분산된 인산버퍼용액에 투입해 광물성 다공질 지지체 상에 탄산무수화효소를 흡착시킨 뒤 세척해 효소전환기를 수득했다.
<실시예 2 ~ 7>
실시예 1과 동일하게 실시하여 수행하되, 비이온성 계면활성제 대신에 하기 표 1에 따른 계면활성제를 투입해 혐기성 소화를 진행했고, 이후 호기성 소화 및 여과 단계를 거쳐서 유기성폐기물을 처리했다.
| 종류 | 상품명 | HLB | |
| 실시예2 | 양이온성 | CTAB | 10 |
| 실시예3 | 음이온성 | SLS | 40 |
| 실시예4 | 양쪽성 | Tego | 13 |
| 실시예5 | 비이온성 | sorbitan laurate | 8.6 |
| 실시예6 | 비이온성 | Tween80 | 15.0 |
| 실시예7 | 비이온성 | Tween 20 | 16.7 |
<실시예 8>
실시예1과 동일하게 실시하여 수행하되, 비이온성 계면활성제 방출장치를 설치하지 않고, 고상 혐기성 소화시켜서 유기성폐기물을 처리했다.
<실험예>
실시예 1 ~ 8을 통한 유기성폐기물 처리장치와 처리방법에 대해 생성되는 메탄가스의 수득량을 측정해 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
고상 혐기성 소화 단계를 수행한지 25일 경과 후 제2탱크를 통해서 수득된 메탄가스의 양을 측정했고, 실시예 8의 제2탱크에 수득된 고상 혐기성 소화에 따른 측정결과를 100% 기준해 나머지 실시예의 결과를 상대적인 수득량으로 환산했다.
| 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 실시예4 | 실시예5 | 실시예6 | 실시예7 | 실시예8 | |
| 투입 계면활성제 종류(HLB값) | 비이온성(11.0) | 양이온성(10) | 음이온성(40) | 양쪽성(13) | 비이온성(8.6) | 비이온성(15.0) | 비이온성(16.7) | 미투입 |
| 메탄 수득량(%) | 204.3 | 141.8 | 130.8 | 145.6 | 173.3 | 220.9 | 180.0 | 100 |
상기 표 2를 통해서 확인할 수 있듯이,
고상 혐기성소화조(100)에 비온성 계면활성제를 투입한 실시예1, 5 ~ 7은 계면활성제를 투입하지 않은 실시예 8에 대비해 메탄수득량이 현격히 증가했고, 이를 통해서 유분층에 따른 스컴발생이 억제되고 이로 인해서 메탄발효 효율이 증대되었음을 예상할 수 있다.
또한, 계면활성제를 투입하는 경우에도 양이온성, 음이온성 및 양쪽성 계면활성제를 투입한 실시예 2 ~ 4의 경우 메탄수득량 증가가 실시예1, 5 ~ 7에 대비해 미미한 것을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
Claims (9)
- 유기성폐기물을 파쇄 및 이물질을 선별하는 파쇄선별기;
상기 파쇄선별기를 통해서 파쇄 및 선별된 유기성폐기물을 각각 고상폐기물 및 액상폐기물로 분리하는 고액분리기;
고액분리기로부터 수득된 고상폐기물을 혐기성 소화시키고 바이오 가스를 생산하는 고상 혐기성소화조;
분리된 상기 액상폐기물 내 유분을 선택적으로 제거하는 3상 분리기;
유분이 선택적으로 제거된 액상폐기물을 혐기성 소화시키고, 바이오 가스를 생산하는 액상 혐기성소화조;
액상 혐기성소화조로부터 배출된 혐기성 소화폐액을 호기성 소화시키는 호기성 소화조; 및
상기 호기성 소화조로부터 배출된 호기성 소화폐액 내 잔류하는 이물질을 여과하는 여과조;를 포함하며,
상기 고상 혐기성소화조는 고상폐기물의 혐기성 소화 중 형성되는 유분층을 제거하기 위하여 HLB 값이 11 ~ 15인 비이온성 계면활성제 방출장치를 고상 혐기성소화조 내 포함하는 것을 특징으로 하는 고상폐기물의 활용이 개선된 유기성폐기물의 처리장치. - 제1항에 있어서,
상기 액상 혐기성소화조에서 분리배출된 혐기성 소화 슬러지가 상기 고상 혐기성소화조로 투입되기 위하여 상기 액상 혐기성소화조 및 고상 혐기성소화조를 연결하는 수단을 더 포함하는 고상폐기물의 활용이 개선된 유기성폐기물의 처리장치. - 제1항에 있어서,
상기 고상 혐기성소화조를 통해 배출된 소화슬러지를 건조시키는 건조기; 및
건조기에서 발생된 증기를 응축시키는 응축기;를 더 포함하며,
응축기를 통해서 수득된 응축수는 고상 혐기성소화조의 공정수로서 재투입되는 고상폐기물의 활용이 개선된 유기성폐기물의 처리장치. - 제3항에 있어서,
상기 건조기는 고상 혐기성소화조 및 액상 혐기성소화조 중 어느 한 곳 이상에서 생산되는 바이오 가스를 직접 또는 간접 에너지원으로 사용하여 가동되는 고상폐기물의 활용이 개선된 유기성폐기물의 처리장치. - 제1항에 있어서,
상기 고상 혐기성소화조는 투입되는 고상 폐기물의 고형물 함량이 20 ~ 40중량%가 되도록 제어되며,
상기 고상 혐기성소화조는 고상 폐기물이 공급되는 제1소화조, 고상 폐기물이 가수분해 및 산발효 되는 제2소화조 및 메탄발효되는 제3소화조를 포함하는 다수의 소화조를 포함하고, 제3소화조에서 발생된 침출수를 제1소화조에 투입시켜서 식종 및 고상 폐기물의 고형물 농도를 제어하는 것을 특징으로 하는 고상폐기물의 활용이 개선된 유기성 폐기물의 처리장치. - 제5항에 있어서,
상기 제2소화조는 1개의 소화조로 구성되어 소화조에서 발생한 침출수를 주기적으로 수거해 상기 소화조로 재투입하거나, 또는
상기 제2소화조는 직렬로 연결된 다수의 소화조로 구성되며 제2소화조 중 마지막 소화조에서 발생하는 침출수를 주기적으로 수거해 제2소화조 중 제1소화조와 직접 연결되는 소화조에 재투입되도록 설계된 것을 특징으로 하는 고상폐기물의 활용이 개선된 유기성 폐기물의 처리장치. - 삭제
- 유기성폐기물을 파쇄하고 이물질을 선별하는 파쇄선별 단계;
상기 파쇄선별 단계에서 공급되는 유기성폐기물을 탈수하여 고상폐기물 및 액상폐기물로 각각 분리하는 탈수 단계;
상기 탈수단계를 통하여 분리된 고상폐기물을 혐기성 소화시키고 바이오 가스를 생산하는 고상 혐기성 소화단계;
상기 탈수단계에서 분리되는 액상폐기물을 3상 원심분리하여 유분을 선택적으로 제거하는 유분제거 단계;
유분이 선택적으로 제거된 액상폐기물을 혐기성 소화시키고 바이오 가스를 생산하는 액상 혐기성 소화단계;
혐기성 소화폐액을 호기성 소화시키는 호기성 소화단계; 및
호기성 소화폐액 내 이물질을 여과시키는 여과 단계;를 포함하되,
상기 고상 혐기성 소화단계는 고상폐기물의 혐기성 소화 중 형성되는 유분층의 제거를 위하여 HLB 값이 11 ~ 15인 비이온성 계면활성제가 고상 혐기성 소화조 내 방출되어 혐기성 소화가 이루어지는 것을 특징으로 하는 고상폐기물의 활용이 개선된 유기성폐기물의 처리방법. - 제8항에 있어서,
상기 액상폐기물에 대한 혐기성 소화단계 이후 분리배출된 혐기성 소화 슬러지가 식종원으로서 상기 고상폐기물에 대한 혐기성 소화단계에 투입되는 고상폐기물의 활용이 개선된 유기성폐기물의 처리방법.
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| KR1020230021431A KR102648019B1 (ko) | 2023-02-17 | 2023-02-17 | 고상폐기물의 활용이 개선된 유기성폐기물의 처리장치 및 이를 이용한 유기성폐기물의 처리방법 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2023
- 2023-02-17 KR KR1020230021431A patent/KR102648019B1/ko active IP Right Grant
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