KR100209380B1 - 폐기물의 생물기원 유기성분의 혐기성 분해를 위한 폐기물 처리방법 - Google Patents

Abstract

유기물로 분해되는 폐기물, 젖은 폐기물, 찌꺼기 및 상업 폐기물 같은 쓰레기로 이루어지는 생물기원 유기성분의 혐기성 분해를 위한 폐기물 처리방법 및 장치에서, 생물기원 유기물질의 쉽게 탈수 가능한 서스펜션은, 생물기원 유기물질의 선택적인 용해 및 해섬을 포함하는 기계적인 처리에 의해 예비처리단계에서 형성된다. 조절된 고체농도에 따라, 유동력의 작용이 조절되어, 생물기원이 아닌 유기물질이 예비처리의 종결부분에서 제거되기 전에는 분해로 들어가지 않으면서, 부분해성물질은 제거된다. 서스펜션은 혐기성분해로 생물가스 및 혼합물 같은 찌꺼기로 변한다. 본 발명에 따르는 기구에서 조폐기물에서의 점착고체의 부드러운 처리는, 펄핑용기(13)내의 임펠러(14)의 속도가 고체농도에 따라 조절되는 예비처리단계에서 확실하게 된다. 이는 또한 월등한 에너지절약과 높은 효율성을 가진다.

Description

폐기물의 생물기원 유기성분의 혐기성 분해를 위한 폐기물 처리방법

제1도는 본 발명에 따르는 폐기물 처리공정의 일련단계를 나타낸 흐름도.

제2도는 본 발명의 처리장치의 관련부분 및 그 조합과 함께 공정을 수행하는 장치를 나타내는 모식도.

제3도는 펄핑용기의 작업과 시간에 대한 다양한 작업기간 동안의 액체수준, 전력소비, 속도를 나타낸 도표.

제4도는 펄핑용기 및 관련 레이킹 장치를 나타내는 모식도.

제5도는 제4도의 레이킹 장치대신에 세척실이 구비된 펄핑용기를 나타내는 모식도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

13 : 펄핑용기 14 : 임펠러

17 : 체판 22 : 레이킹장치

23 : 날운반기 23' : 날

25 : 분쇄기 26 : 진동분류장치

본 발명은 폐기물의 생물기원 유기(biogenic-organic)성분, 특히 유기물로 분해되는 폐기물, 젖은 폐기물, 찌꺼기 및 상업 폐기물의 혐기성 분해를 위한 폐기물 처리방법에 관한 것이다.

생활 폐기물 및 상업 폐기물 같은 폐기물의 예비처리 및 분류는 이미 분리수거에 의해 거의 전적으로 이루어져 왔다. 그 다양한 부분들은 수분함량의 본질적인 변화없이 분리되도록 하였다. 통상적인 분류는 분해방법, 체, 공기분급기 및 수작업의 다양한 조합으로 이루어진다. 이런 방법 중의 한예는 독일 특허 명세서 30 37 714에 개시되어 있다.

또한 유압분리로 폐기물을 처리하는 것도 제안되었으며, 유압분리는 상기 종류의 분류계획에 있어서 독립적인 공정 또는 공정의 한 단계로써 수행된다.

예를 들면, 공개독일출원 33 25 504는 생활 폐기물, 부피가 큰 폐기물, 주로 포장물로 이루어진 상업 폐기물, 하수오물의 처리 및 부분적으로 재활용하는 처리 및 그 처리를 수행하는 방법을 나타낸다. 여기서 폐기물은 우선 분해되어, 세개의 체부분으로 분리된다. 물로 채운 통에 중간크기분을 분류해 넣어, 무거운 무기물은 그 바닥에 가라앉히고, 경량물질은 표면에 떠올려 건져내어 혼합하거나 혐기성분해로 보낼 수 있다.

유사한 장치가 공개된 독일출원 38 36 379에 나타나 있으며, 그것은 하수오물을 포함하는, 유기성분의 분해를 위한 젖은 폐기물의 처리방법 및 폐기물의 유기 및 무기 성분의 기계적인 분리장치에 관련한 것이다. 이 경우에 있어서 체에 걸러진 중간 크기분은 유기 및 무기 성분을 분리하는데 이용되는 스파이크 로울러가 장착된 위치로 처리된다.

공개된 독일출원 35 00 132는, 분해되지 않은 경량 성분이 공기분사에 의해 혼합폐기물로부터 공기작용에 의해 분리되어 수조에 채워져, 무거운 물질은 가라앉도록 하는 반면 수조의 표면에 뜨는 물질은 약한 흐름에 의해 배룰장치로 운반되는 처리방법으로 폐기물로부터의 유기성분의 회수 및 분리를 나타낸다.

그러나 정체되어 있거나 경미하게 움직이는 물에서의 폐기물의 분리는 불만족스런 결과만을 낳을 것이다. 무기물, 특히 미세한 무기물의 가라앉는 속도는 느릴 뿐이며, 유기성분과 비슷한 밀도를 가진 플라스틱 물질을 분리하는 것은 불가능하다. 이 때문에 공개 독일출원 35 00 132에서는 유기물의 조직이 가는 체를 통과하여 플라스틱같은 내열성 성분으로부터 분리될 수 있을 정도로 분해되기 위해서는 표면에 떠오른 폐기물은 끓여야 한다는 것을 보여준다. 그러나 그 과정은 값비싼 장비와 높은 에너지 소비를 필요로 할 것이다.

또다른 단점은 고체의 양에 비해 매우 많은 양의 물이 정체되어 있거나 경미하게 움직이는 물에서의 분리를 위해 필요할 것이며, 논의된 처리방법들과 연관하여, 용해 또는 퍼져있는 미립이 유기 및 무기물질로 채워진 물이 어떻게 이용되거나, 정제되어야 하는지에 대해서는 나타나 있지 않다는 것이다.

생물공학적 처리에 앞선 폐기물의 예비처리를 위하여, 반응율을 증가시키기 위해 폐기물의 분리 전, 후, 또는 중간에 유기물의 크기를 감소시키는 것이 유용하며, 생물가스(biogas)가 발생한다면 특히 그러하다. 공개된 독일출원 38 36 379에 따르면, 분리후 유기분획의 분쇄에는 보울밀(ball mill)이 사용된다. 보울밀에서 분해된 유기물은, 하수오물분해나 농업적 생물가스발생에서 알려진 것처럼 단상분해(single phase digestion)로 통상적인 생물가스식물에만 이용될 수 있도록, 펄프를 형성할 것이다.

일단계 생물가스반응기의 작동에 포함된 문제와 작동상의 한계는 본문에 상세히 설명하겠다. 만약 유기고체의 용해(가수분해)가, 용해된 유기물만이 메탄반응기로 들어가게하는 분리반응기 시스템에서의 메탄발생에 앞서 시행되면, 훨씬 효과적인 생물가스-반응기 시스템이 제공될 수 있을 것으로 알려져 있다. 용해된 유기물로부터 메탄을 발생시키는 효과적인 반응기 시스템은 이미 상업적으로 유용해져 있다.

그러나 두단계 분해는 무기질 폐기물 성분으로부터 유기물의 매우 효과적인 분리를 필요로 한다. 상기 유기물은 그들의 섬유성 구조가 유지되는 방법으로 분해되어야 한다. 이는 폐기물의 크기감소를 위해 이용되었던 특히 상기의 보울밀같은 분해방법으로는 될 수 없다. 유기폐기물의 이같은 분해는 용해되지 않은 유기고체를 제거하기가 어려울 정도로 펄프로 될 것이며, 원치않는 중금속이 섞일 정도로 무기고체의 크기를 지나치게 감소시키는 불리함을 항상 포함할 것이다.

상기 분류방법은 비분해물질(유리, 플라스틱판 및 플라스틱 용기, 금속, 돌, 모래)을 분리하기 위한 제한된 이용일 뿐이다. 왜냐면 이같은 물질은 친밀하게 배합되어, 습윤 유기물에 점착적으로 결합하기 때문이다. 그렇기 때문에 상기 분류 및 분해방법과 이같은 방법이 쓰인 처리방법은 생물과학적 이용에 보내기 위한 폐기물의 처리방법에 이용될 수 없다.

펄퍼는 폐기물을 미리 분류 또는 분해할 필요가 없는 폐기물의 습윤처리에 이용될 수 있다. 예를 들면, 이는 독일특허명세서 20 47 006에 나타나 있다. 혼합된 폐기물은 연속적으로 펄퍼에 흘러들어가며, 여기에서 폐기물은 섬유조직이 풀어지면서 분해된다. 반죽은 천공체를 통하여 서스펜션처럼 연속해서 방출된다. 해섬(defibration)은 생물기원 유기 폐기물, 특히 종이 및 판지, 부엌 및 마당 쓰레기에 영향을 미친다. 임펠러(impeller)는 그밖의 모든 물질을 부러뜨리고 자르도록 마련된다. 유리는 분쇄되고, 알루미늄은 공처럼 축소되어 상대적으로 큰 체의 천공때문에 섬유함유 반죽과 함께 펌프되고 다음의 처리단계에서 분리된다. 무기 및 금속성 성분이 하이드로사이클론에 의해 유기물로부터 분리되기 때문에 펄퍼는 낮은 고체농도에서 작동되어야 한다. 해섬될 수 없거나 분해될 수 없는 비분해성 물질은 바닥에 있는 구멍을 통하여 특정 분리 및 세척 시스템으로 들어가고, 거기서 섬유는 펄퍼로 회수되기 위해 분리된다.

그 경우에 비분해성 무기물의 분해는 섬유성의 유기물의 질에 매우 불리한 영향을 영향을 가진다. 왜냐면 미세하게 분쇄된 중금속이, 분해의 결과로 방출되어 농업용 토질개선을 위한 이용에 제한되거나 제외되기까지 할 정도로 최종산물에 포함될 것이기 때문이다. 특별한 단점은 유리의 분쇄에 있는데, 이는 부숴진 유리의 뾰족한 끝의 입자가 탱크와 파이프에 밀집되는 것은 물론이고 펌프 및 파이프에 심한 마멸을 일으켜 그들을 막히게 할 수도 있기 때문이다.

펄퍼내에서 폐기물의 처리 중에 발생하는 특별한 문제는 큰 판자 및 용기의 형태를 가진 플라스틱 물질에 있다. 폐지의 처리에서 여기에 포함된 무생물물질은 코오드 및 와이어가 로우프(rope)를 형성하여, 그 로우프가 윈치(winch)에 의해 서서히 방출되는 독특한 성질을 가진다. 그러나 폐지의 처리에서조차도 무생물 물질의 함량은 그 방법이 만족스럽지 못할만큼 높다. 독일 특허 명세서 35 25 026은 그러한 목적을 위해 적은 노동력의 소비로 거칠고 무거운 폐기물의 신뢰성있고 연속적인 제거에 주장하는 바대로 이용될 수 있는 레이킹 장치를 나타낸다.

폐기물, 특히 찌꺼기 및 상업 폐기물의 처리 중에서는, 판자같은 구성물(플라스틱판) 및 부피가 큰 성분(용기, 병)은 로우프를 만들 수 없다는 것이 확실하다. 이 때문에 폐기물로부터 재활용할 수 있는 성분을 회수하는 처리에 관련된 공개독일출원 24 06 404는, 서스펜션의 부분적인 흐름에 의해 펄퍼로부터 플라스틱을 분리하는 것과, 다른 부수의 기구에서 섬유함유 서스펜션과 비생분해 물질의 분리에 영향을 주는 것을 제안했다. 이 경우 펄퍼에 있는 서스펜션도 역시 낮은 고체 농도에서 작동되는 것이 요구된다.

유럽특허 0 286 100은 생물기원 유기폐기물의 예비처리 및 혐기성 분해에 대한 처리방법 및 그 처리를 수행하는데 필요한 장치를 나타낸다. 이 처리에서는 생분해할 수 없는 부분은 미가공 폐기물(raw waste)로부터 우선 제거된다. 예비처리 단계에서 폐기물의 생물기원 유기부분은 물 및 액체 폐기물의 첨가로 부드럽게 하고, 그때 폐기물의 섬유성 구조는 실질적으로 보존시키면서 폐기물을 분해하기 위하여 유압 및 기계적인 전단작용의 조합으로 보낸다. 이는 미가공 서스펜션을 만들며, 3 내지 15W%의 유기고체를 함유한다. 이어지는 알칼리 예비처리에서는, 미가공 서스펜션을 화학물질의 첨가로 알칼리 상태로 맞추고, 40℃ 내지 60℃까지 가열하여 그 상태에서 2 내지 12시간 동안 지속시킨다. 알칼리 예비처리로부터 나온 서스펜션은 계속해서 고체-액체 분리단계에서 수용성 생물물질을 가진 액체흐름과, 20 내지 50W%의 유기고체가 섞인 고체흐름으로 나누어진다. 액체흐름은 계속해서 메탄 발효를 거치고, 고체흐름은 중온 또는 고온의 산성조건하에서 고체의 혐기성 가수분해에 노출되며, 생성된 가수 분해물은 메탄 발효를 거친다. 예비처리에 이용될 수 있는 필터는 동일 출원인의 공개된 독일특허 37 11 813에 나타나 있다.

거기에 나타낸 장치 및 유기섬유성 부분을 분리하기 위한 작동 양상은 이어지는 혐기성 처리를 위해 섬유성 부분을 만족스럽게 준비하기에 이용될 수 없으며, 비분해 물질을 각자 처리되어 재활용될 수 있는 방법으로 회수하는 것에 이용될 수 없다. 그러한 단점을 폐기물의 비분해성 물질의 농도가 높을수록 중요할 것이며, 이는 서스펜션에 부유하는 비분해성 물질의 작은 부분만을 펄핑 작업동안에 건져낼 수 있기 때문이다. 특히 서스펜션의 고체농도가 높다면 무거운 물질의 분리도 또한 불만족스러운 것이다. 게다가 비분해성 물질은 점착하는 섬유성 물질과 동반하므로, 그 물질은 처리되거나 재활용될 수 있기 전에 후처리되어야 한다.

결과적으로, 비분해성 물질은, 펄퍼를 유기물질의 펄핑 및 해섬에 필요한 시간보다 더 긴 시간동안 작동시키지 않는다면, 제거될 수 없다. 그러나 높은 속도에서 수행된 작업의 장시간은 전력 소비와 마멸을 증가시킬 것이다.

분리효과는 서스펜션의 고체농도가 감소하는 것으로 개선되는 반면, 이는 더비싼 장비를 필요로 하게 되고, 계속되는 단계, 특히 고체-액체 분리 및 고체의 가수분해에서의 에너지 요구가 증가된다.

본 발명의 목적은 상기 설명한, 생물공학적 처리에 의해 이용할 수 없는 그런 물질들로부터, 용해된 유기성분 및 유기 섬유성 물질을 분리하는데 이용될 수 있는 처리방법을 제공하여, 완화한 조건에서 높은 효율로 이같은 분리를 실행시키는데 있다.

이 목적은 특허청구범위 제1항 및 제6항에 규정된 특징에 의한 본 발명에 따라 이루어진다.

본 발명의 또다른 특징은 종속항으로부터 확실해진다.

본 발명에 따른 처리방법에서 생물기원 유기가 아닌 비분해성 물질은 비교적 작은 기계적 손상 및 크기 감소만 받아, 상기 고체의 분리는 쉬워진다. 게다가 유리처럼 부서지기 쉬운 물질의 분쇄에 의해 필연적으로 형성된 마멸성 입자로 인한 손상도 감소될 것이다.

유기물질이 예비처리 단계에서 펄프화되어 해섬되고, 섬유성 서스펜션이 방출되고, 비분해성 물질이 분리되고, 이 작업은 펄핑용기에 연속적인 시간동안 영향을 주며, 여기서 펄핑용기는 특히 그 목적으로 제공되며 이렇게 얻어진 서스펜션으로부터 생물가스를 발생시키는 식물에 주입된다. 이렇기 때문에 예비처리는 적은 마멸과 비교적 낮은 에너지 소비를 바람직하게 수반한다.

비분해성 물질은 거의 제거되기 때문에, 서스펜션은 계속되는 처리단계에서 더 높은 정도까지 분해될 수 있으며, 처리로 생긴 배합토 같은 찌꺼기에 불필요한 중금속의 혼입은 피할 수 있게 된다.

생물기원 유기성분이 정제하지 않은 물질로부터 효과적으로 분리되기 때문에, 분리되어진 비분해성 물질은 높은 정도까지 처리되거나 재활용될 수 있다.

이제 본 발명은 도면을 참고로 하여 더 상세히 설명될 것이다.

제1도는 본 발명에 따르는 처리를 나타낸 흐름도이다. 생물기원 유기물질 및 그의 비분해성 물질로 이루어진 조폐기물(crude waste)은 약간 선분해되어 느슨해져 있다. 그후 철금속은 자석분리기에 의해 분리되어 재활용된다. 철금속이 실질적으로 제거된 조폐기물은 펄핑용기에 채워지며, 물 특히 처리수(processing water)가 가해지고, 폐기물은, 실질적으로 비분해성물질이 없는 조서스펜션을 만들기 위하여 유압 및 기계적 전단이 가해진다. 그 서스펜션이 펌프되어 펄핑용기가 처리수로 다시 채워질 때, 무거운 고체는 방출된다. 물의 밀도와 약간 다른 고유밀도를 가진, 따라서 물에서 부유하거나 수면에 떠올라 있는 비분해성 물질인 경량물질은 제거되고, 섬유 및 그 유사물질같은 점착성 생물기원 유기물질을 제거시키기 위해 선택적으로 후처리될 수도 있다.

펌프된 서스펜션은 특정종류의 폐기물의 분해도를 증가시키기 위해 선택적으로 알칼리 조건 및 상승된 온도하에서 물리적 및/또는 화학적 처리가 행해질 수도 있다.

그런 선택적인 방법에 채택되지 않는다면, 서스펜션은 펄핑용기에서 바로 고체-액체 분리단계로 이동될 것이며, 그 서스펜션은 액체흐름과 고체함유흐름으로 나뉘어진다. 그 서스펜션이 선택적으로 물리적 및/또는 화학적 처리를 받은 후에 고체-액체 분리(1)도 또한 수행될 것이다. 갈라진 액체흐름은 수용성 물질을 포함하며, 고체함유흐름은 20 내지 50W%의 고체를 가진다.

액체흐름은 생물가스를 생산하는 메탄반응기에 채워진다. 메탄반응기의 방류수는 예비처리 단계에서 펄핑용기 속의 처리수 및 가수분해 반응기의 희석수로써 이용된다. 여분의 물은 방류할 수 있도록 처리된다.

첫번째 고체-액체 분리단계로부터 나온 고체함유 흐름은, 고체를 오존같은 물리적 및/또는 화학적 처리를 행한 즉시 또는 후에 가수분해 반응기로 들어가, 가수분해 반응기내에 메탄반응기에서 나온 희석방출수와 혼합된다. 가수분해의 처리로 생긴 서스펜션은 고체-액체 분리기(1)로 다시 들어가, 거기에서 가수분해물은 비가수분해된 고체와 분리된다. 그때 가수분해물은 메탄반응기로 들어가고, 고체는 가수분해 반응기로 다시 돌아온다. 고체-액체 분리단계(1)를 통한 이런 순환은 처리를 거친 가수분해물이 사용할 수 있는 만큼의 용해된 유기물을 더 이상 가지지 않을 때까지 계속된다.

그 상태에 이르렀을 때, 처리에서 더 이상 이용할 수 없는 고체는 두 번째 고체-액체 분리기에 공급되며, 그 고체는 남은 유기물을 호기성 혼합처리로 이루어진 최종처리로 보내기 위한 장치에 공급된다. 두번째 고체-액체 분리로 형성된 액체흐름도 역시 메탄반응기로 들어간다.

제2도에서는 장치의 부분품들 및 처리에서 그들의 기능적인 상호관계를 도식적으로 나타냈다. 때문에 장치의 몇몇 부분품들은 처리순서에 해당하는 순서로 나타냈다.

보통 폐기봉지로 운반되는 조폐기물은 우선 봉지리퍼(11)를 통과하면서 조폐기물의 성분에 더 쉽게 접근될 수 있도록 폐기봉지가 찢겨진다. 봉지리퍼(11)로부터 조폐기물은 컨베이어벨트(12)같은 컨베이어에 옮겨져서 1회분씩 펄핑용기(13)에 채워진다. 어떤 종류의 조폐기물 또는 폐기물은, 폐기물이 펄핑용기(13)에서 처리되기 전에, 미세한 무기 비분해성 물질을 제거하기 위해 체에 걸러지거나, 거칠고 부피가 큰 것을 제거하기 위해 분류 또는 자석으로 철성분 물질을 분리하는 것이 요망되기도 한다.

펄핑용기(13)는 폐지를 처리하는데 이용된 펄퍼처럼 설계된 것이다. 이것은 수직축으로 회전하는 중앙임펠러(14)로 이루어지며, 이 임펠러는 제4도에서 나타난 것처럼 모터(15)와 벨트풀리 주위의 V-벨트로 조종된다. 모터의 속도와 이에 의존하는 임펠러의 속도는 펄핑용기(13)의 작동의 각 시점동안 전기적인 조절로 특정의 예정된 수치로 맞출 수 있다.

펄핑용기(13)는 임펠러(14) 아래에 체판으로 이루어진 중심 배열된 다공체(perforate sieve)(17)를 가진다. 다공체(17)의 구멍은 직경 약 8 내지 12mm이다. 무거운 물질의 갑실(lock chamber)(18)은 펄핑용기(13)의 바닥에 위치하며, 상부입구밸브(19) 및 하부입구밸브(20)로 이루어져 있다. 무거운 물질을 모아, 그들을 이동시키는 빈(bin, 21)은 무거운 물질을 위한 갑실(18)아래에 두었다.

임펠러(14)는 원뿔형이다. 약 45도로 임펠러의 외피로부터 빠져나온 가이드끈이 원뿔의 외곽에 바닥끝에서부터 꼭대기끝까지 나선형으로 뻗어있다. 임펠러(14)의 회전은 펄핑용기(13)속의 서스펜션에 환상 또는 고리 모양의 흐름을 일으킨다. 그 흐름은 외관상 방사상으로 바닥에 향하고, 측면에는 작은 흐름성분을 가진다. 임펠러(14)에 의해 생긴 그 흐름은 서스펜션에 미치는 유압 전단력을 유발하며, 상기 전단력은 생물기원 유기물질을 해섬한다.

레이킹 장치(22)는 펄핑용기(13)에 연결되어, 날운반기(23)로 이루어져 있다. 날운반기는 수직으로 조정할 수 있으며, 날(23')로 이루어져 있고, 이 날들은 경량물질을 잡을 수 있도록 펄핑용기(13)의 액체수준(24) 아래에 잠기도록 되어있다. 날운반기(23)는 잡혔던 경량물질이 그 다음 처리를 위해 날에서 분쇄기(25)로 떨어지도록, 제4도의 실선으로 표시된 잠긴 위치에서부터 펄핑용기(13) 외곽의 점선으로 표시된 위치까지 선회적으로 움직인다. 진동분류장치(26)로 부터 떨어진 물이 펌프(27)에 의해 펄핑용기(13)로 되돌아간다(제4도 참조). 분리된 경량물질은 그때 빈(20)으로 떨어지며, 거기에서 운반된다.

경량물질이 펄핑용기(13)에서 제거되었을 때, 후미부분은 조폐기물의 새다발 또는 조서스펜션이 체판(17)을 통과하면서 펌프(29)로 펌핑되고, 열 및 화학적 예비처리를 하기 위한 교반 반응기에 채워진 후, 남은 그 밖의 폐기물을 받을 준비를 한다. 열 및 화학적 예비처리에 의해 액체상에 용해된 유기물의 성분은 증가되고, 서스펜션은 저온살균되고 더 효과적으로 물이 제거된다. 열 및 화학적 예비처리는 50℃ 내지 90℃의 온도에서 행할 수 있으며, 되도록이면 60℃ 내지 70℃ 알칼리 조건하에서 행한다. 지방은 수용성 형태로 비누화시키기 위해, 알칼리성 용액(31), 바람직하게는 수산화나트륨의 용액을 가한다.

열 및 화학적 예비처리후에, 서스펜션은 펌프(32)에 의해 서스펜션 저장탱크(33)까지 이동되고, 거기서부터 서스펜션은 계속해서 고체-액체 분리기(35)에 계량펌프(34)에 의해 채워지고, 물에 용해되고 예비처리로 용해되어 있던 유기물이 펌프(36)에 의해 저장 탱크(37)에 채워진다. 서스펜션의 물이 제거되었을 때, 이미 녹아있던 유기물은 분리되어, 즉시 메탄반응기에 공급된다. 생성된 액체흐름은 리터당 20 내지 40g의 화학적 산소요구량(COD)의 농도를 가지며 부유고체 1%이하의 잔류성분을 가진다.

고체-액체 분리기(35)에서 물이 제거된 고체는 이제 불용성 탄화수소, 지방, 단백질, 셀룰로오스 및 리그노 셀룰로오스로 거의 구성되며, 펄프 펌프(38)에 의해 고체-가수분해 반응기(39)로 들어가서, 고온성 온도범위의 중온에서 수행될 것이다. 고체의 가수분해로 바이오폴리머는 특정의 가수분해 미생물에 의해 수용성 화합물로 분해된다. 그 고체는, 펌프(40)에 의해 처리수 저장탱크로부터 나온 처리수와 혼합되어, 교반성 서스펜션을 만든다.

가수분해를 하는 동안, 서스펜션은 계속해서 펌프(42)로 고체-액체 분리기(35)로 들어가고, 거기에서 가수분해 산물은 생물가스를 만드는 메탄반응기로 들어가기 위해 분리된다.

아주 작은양의 가수분해물을 가지는 서스펜션은 펌프(44)에 의해 두 번째 고체-액체 분리기(45)로 들어가고, 거기서 물을 제거시킨다. 물이 제거된 고체(46)는 호기성 혼합 처리로 갈 수 있으며, 토지 개량에 이용될 수 있다. 고체-액체 분리기(45)에서 분리된 액체는 펌프(47)로 저장탱크(37)에 채워지며, 거기서 고체 가수분해 반응기에서 나온 액체흐름과 혼합된다.

물에 용해된 유기물은 계속해서 계량펌프(48)에 의해 저장탱크(37)로부터 메탄반응기(43)로 옮겨가서, 메탄 박테리아에 의해 생물가스(49)로 변환된다. 이 가스는 메탄 및 이산화탄소로 이루어지며, 메탄반응기(43)의 꼭대기에서 방출되어 그 가스가 이용되는 위치까지 이동한다. 메탄반응기(43)으로부터 빠져나온 유출액은 처리수(41)의 저장탱크에 수집되고 펌프(50)에 의해 펄핑용기(13)로 이동하여 거기서 폐기물 또는 조폐기물을 펄핑하기 위해 이용된다.

처리수는 전술한 바 대로 펌프(40)에 의해 고체 가수분해 반응기(39)로 들어간다.

본 발명에 따르는 처리중에 포함된 예비처리 단계는 뒤에 더 상세히 설명할 것이다. 조폐기물의 다발이 펄핑용기(13)에 공급된다. 제3도는 시간의 함수로 속도, 전력소비 및 액체 수준의 기록과 동시에 임펠러(14)의 작동기간의 순서를 나타낸다. 제3도는 1회분을 처리하기 위해 수행하는 작동의 한 주기를 나타낸다; 그 주기는 각 삽입물에 대해 반복한다.

펄핑용기(13)에서의 물과 폐기물의 혼합을 개선하기 위해, 펄핑용기(13)의 내용물을, 임펠러(14)가 낮은 속도로 회전하여 휘젖는다. 1회분의 양은, 펄핑용기(13)내의 고체성분이 약10% 되도록 하여 선택된다.

제3도의 실시예에 의해 나타낸 시간측정으로 첫 번째 작동기간이 약 5분 걸렸음을 알 수 있다. 임펠러의 낮은 속도로 인해, 이용될 수 있는 한 낮은 한도에서 극히 낮은 전력소모만이 첫 번째 작동기간동안 요구될 것이다.

전체 폐기물이 펄핑용기(13)에 채워졌을 때, 임펠러(14)가 고속으로 회전하는 동안 유기물을 용해되거나 해섬된다. 결과로써, 고체유기물은 분산되고, 설탕같은 용해성 물질이 용해된다. 특히 폐기물이 수일동안 저장될 때 자연히 개시된 미생물 분해과정으로 생긴 지방산이 녹을 것이다. 생성 서스펜션은 10 내지 35g/l의 COD(용해된)함량을 가진다. 80 내지 100g/l에 달하는 부수적인 유기물질은 용해되지 않은 채로 남아, 서스펜션에 포함되어 있다. 임펠러(14)는, 외관상 방사상으로 바닥에 향해있고 측면에는 작은 수직흐름성분을 가지는 환상 흐름을 일으키기 때문에 유압 전단력을 서스펜션에 가하여, 유연화된 생물기원 유기질을 해섬하는데 이용된다.

임펠러(14)의 속도 때문에 높은 전력이 두 번째 작동기간동안 소모된다. 몇분후에, 예를 들어 제3도에 따르면 5분후에, 서스펜션내의 가용성 유기질의 농도는 포화수치까지 올라간다. 그 시간을 넘어서는 그 전력을 소비하는 펄핑의 연장은 용해된 물질의 농도를 더 증가시키진 않으며, 비분해성 고체의 원치않는 분해의 위험도 또한 포함할 것이다. 실제로 5 내지 15분이 펄핑에 소요된다.

분해 작동후에 서스펜션은 펌프(29)에 의해 체판(17)을 통과하여 교반 반응기(31)로 들어간다. 주로 플라스틱, 가죽 및 나무같은 불용성 성분은 체판(17)에 의해 남는다. 펌핑동안 임펠러(14)의 속도는 감소되어, 원치않는 비분해를 피할 것이며, 제3도에 나타난 대로 이제 낮은 전력만이 소모되기 때문에 에너지가 절약될 것이다.

임펠러(14)가 저속으로 회전하는 동안 펄핑용기(13)는 계속해서 처리수로 채워진다. 처리수는 펌프(50)에 의해 처리수 저장탱크(14)로 부터 방출되고, 정상 가동동안은 메탄반응기(43)의 방출액으로 구성된다. 메탄반응기에서 펄핑용기(13)에 용해되어 있거나 고체 가수분해 반응기에서 가수분해되어 있던 유기물질이 반응하여 메탄 및 이산화탄소를 만든다.

처리수를 부가하는 동안, 펄핑용기(13)의 무거운 물질은 수집되어 유동액체에 의해 무거운 물질을 위한 막 열린 갑실(18)로 들어간다. 그 작동기간 동안만 작동되는 배수조절기는 예정된 시간 간격으로 셔터(19)에 의해 무거운 고체를 위한 갑실(18)을 닫는다. 무거운 고체를 위한 갑실(18)의 내용물은 물로 세척되고, 하부의 셔터(20)가 열릴 때 배수된다. 바닥셔터(20)가 닫히고, 상부셔터(19)가 열릴 때, 무거운 고체를 위한 갑실은 다시 무거운 고체를 받아들일 준비를 한다. 빈(21)에 들어온 무거운 고체는 거기서 수집되어, 상기 빈(21)이 다 채워졌을 때 처분될 것이다.

하기 표 1은 상기 처리에서 분리된 무거운 고체의 성분을 나타낸다. 성분을 구분하기 위해, 무거운 고체를 위한 갑실의 내용물을 1회분 폐기물의 펄핑후에 제거되었으며, 손으로 분류하여 건조시켰다.

경량물질은 레이킹 장치(22)로 제거되며, 이러한 레이킹 장치는 이 방법에 적절한 것이다. 경량물질로 이루어진 물질의 밀도는 물의 밀도와 약간 다르기 때문에, 그들은 표면에 떠오르거나 액체 내에서 부유하므로, 경량물질을 제거하기 위한 날운반기(23)는, 물의 표면아래에 완전히 잠길 정도의 깊이까지 펄핑용기(13)안으로 전기 및 유압의 추진력에 의해 낮춰질 수 있다. 임펠러(14)와 펄핑용기(13)벽사이에 펄핑용기(13)의 자유횡단면은 날운반기(23)에 의해 가능한 한 완전하게 점유되어야 한다. 날운반기는 가로지지대로 이루어진 틀로 구성되고, 틀 위에 10 내지 15cm의 길이를 가지며, 상호 5 내지 7cm 떨어져서 위치하여 가로지지대에 직각으로 걸쳐져 있는 날(23')을 장착하고 있다.

레이킹 장치(22)의 운동의 기하학은, 레이크가 펄핑용기(13)로부터 제거될 수 있으며, 그 움직임이 레이크에 의해 잡힌 경량물질이 떨어지지 않도록 고안되었다. 오직 레이크가 펄핑용기(13)의 바깥쪽에 배열되어 날운반기(23)가 수평위치로 방향을 돌릴때만 경량물질을 놓는다. 그 운동은 전자동 순차 제어기에 의해 레이킹 장치(22)에 전한다. 앞의 제어기는 경량물질의 아주 작은 양이 여전히 날(23')에 의해 붙들려 있을 때까지 꺼지지 않는다.

상기 처리로 분리된 경량물질의 전형적인 조성은 하기 표 2에 나타나 있다.

경량물질이 펄핑용기(13)로부터 제거되었을 때, 펄핑용기는 폐기물의 새다발을 받을 준비를 한다. 경량물질은, 분쇄기와 진동분류기(26)에서 처리된 즉시나 후에 빈(28)으로 떨어진다.

서스펜션이 제거되었을 때, 임펠러(14)의 속도는 처음의 중간속도까지 줄어드는데, 그 속도는 최초 시기중에 썼던 최소의 속도에 근접시키면서, 용기를 처리수로 채운다. 결과적으로 요구된 전력소비도 역시 현저하게 감소된다. 펄핑용기(13)가 처리수로 채워지는 두 번째시기는 다시 약5분 걸린다. 그 두 번째 시기 및 레이킹 장치(22)에 의한 경량물질의 순차적인 제거는 서스펜션의 방출동안에 채택된 처음의 중간 속도와 폐기물의 재충진동안에 채택된 초기속도 사이에 있는 두 번째 중간속도에서 작동된다. 이같은 속도조절이 없는 작동과의 비교에서 에너지절약은 제3도의 빗금친 부분으로 부터 추정할 수 있고, 기본적으로 경량물질의 비에 의존하며, 경량물질이 완전히 제거되는데 요구되는 시간이 길수록 더 크다. 예를 들면, 4㎥용적을 가지는 펄핑용기(13)에 임펠러(14)를 돌아가게 하는데 필요한 전력은 용해시기에 약 10 내지 15kW/㎥이며, 경량물질이 제거되는 혼합시기에는 경우 2.5 내지 3kW/㎥만이 요구될 것이다. 하기 표 3은 전술한 처리의 효과를 나타낸다. 무거운 물질 및 경량물질을 제거시킨 비분해성 물질의 양은, 같은 폐기물을 손으로 분류했을 때에 제거된 양과 비교했다. 각 부분의 제거는 거의 100%이다. 이는 비분해성 물질의 높은 비율은 상기 처리로 제거될 수 있다는 것을 의미한다.

수득률은 손분류로 회수된 동일한 부류의 양 및 장치에 의해 기계적으로 분리시킨 각 부류의 양의 비를 나타낸다. 비교에 이용된 두 다발은 폐기물의 동일한 공급으로부터 대표적인 샘플의 선택으로 얻었다. 100%로부터의 편차는 20%의 허용가능한 범위내에 있으며, 이러한 것은 피할 수 없는 비동일성에 기인하기 때문이다.

다음 표 4의 결과는 교반반응기(30)에서 젖은 폐기물(종이, 유리, 금속 및 플라스틱과 같이 건조한 재활용 가능한 것이 분리 구성될 때 얻어지는 생활쓰레기 부류와 유기물로 분리되는 폐기물의 열 및 화학적 처리를 위한 전형을 모아둔 것이다. 열 및 화학 처리는 유기고체(OS)를 더 분해시켜, 본래의 폐기물에 비해서 중성세제 섬유질(NDF)의 함량을 증가시키며, 이 중성세제 섬유질은, 생화학적 처리에 의해 쉽게 변환될 수 있는 물질의 척도가 된다.

열 및 화학 처리에 의해 용해된 양은 처리에 선택되는 온도에 따라 조절할 수 있다. 다음 표 5에서, 용액 내의 유기물질 함량의 증가에 대한 전형적인 수치를 다양한 작동 온도에 따라 COD 및 고체 함량을 나타내었다.

고체-액체 분리 단계(35)에서 서스펜션의 탈수에 의해, 미리 용해된 유기물질이 제거되고, 바로 메탄반응기(43)로 공급된다. 액체 흐름이 형성되는데, 이는 10 내지 40gCOD/l의 농도와 1%이하의 비용해 고체를 가진다.

다음 표 6에 고체 가수분해 반응기(39)내에서 가수분해에 의해 생긴 용해 유기고체 잔류물(OSR)의 양 및 유기물질(OS)함량의 감소를 %로 나타내었다.

상기에 나타낸 레이킹장치(22)대신에, 경량물질을 제거하기 위해 세척실(51)이 이용될 수도 있으며, 이는 펄핑용기(13)에 바로 연결되거나, 라인으로 연결되어도 된다. 세척실(51)은 폐쇄관으로 이루어지며, 이 폐쇄관은 때로는 게이트 밸브(52)에 의해 펄핑용기(13)에 연결될 수 있다.

조서스펜션이 펄핑용기(13)로부터 제거되었을 때, 처리수에 실린 경량물질은 게이트밸브(52)가 열리면 펄핑용기(13)에서 세척실(51)로 들어간다. 세척실(51)은 가로축위에 위치하고 있는 거의 수직인 임펠러(53)을 가진다. 임펠러(53)뒤에, 슬롯으로 형성된 다공체(54)가 있어, 가는 섬유질 함유 서스펜션이 펌프(55)에 의해 상기 체(54)를 통과하면서 제거된다. 필요에 따라서, 펌프(56)가 계속해서 작동되어 헹굼수로써 처리수를 추가로 공급하면, 섬유질 함유 서스펜션이 추가로 펌프되어 제거될 수 있다. 세척실(51)로부터 펌프된 묽은 서스펜션은 펄핑용기(13)내의 다음 다발을 용해하기 위해 이용되는 물의 일부를 구성한다. 경량물질은 게이트밸브(57)를 통해 세척실(51)로부터 제거될 수 있으며, 컨테이너(58)에 수집되어 운반될 수 있다.

제4도에 나타난 레이킹 장치 빈(22)의 이용과 마찬가지로, 세척실의 이용은 전력소비가 낮다. 임펠러(53)를 가동하는데 필요한 전력과 동일하며, 세척실(51)로 이루어지는 실시에에서는 필핑용기(13)내의 임펠러(14)는 경량물질을 방출하기 위해 작동시킬 필요가 없는 반면에, 펄핑용기내의 임펠러(14)의 작동은 레이킹 장치(22)의 작동동안에 계속된다.

세척실(51)의 이용은, 섬유성 유기물질이 경량물질과 친밀하게 분쇄되는 폐기물, 그리고 레이킹 장치(22)가 사용될 때 원하는 분리가 이루어질 수 없는 폐기물의 처리방법에 특히 바람직할 것이다.

Claims (6)

1. 생물기원 유기물질의 혐기성 분해를 위한 폐기물 및/또는 폐기물 혼합물 처리방법에 있어서, 상기 방법은, (a) 예비처리단계에서, 폐기물 및/또는 폐기물 혼합물의 기계적인 처리에 의해 생물기원 유기물질의 용이하게 탈수가능한 서스펜션을 준비하는 단계와, (b) 상기 생물기원 유기물질의 서스펜션의 적어도 일부를 혐기성 분해 처리에 의해 생물가스와 혼합성 잔류물로 전환시키는 단계를 포함하며, 상기 기계적인 처리는 폐기물 및/또는 폐기물 혼합물과 물을 혼합하고, 조절된 유동력으로 상기 생물기원 유기물질을 연속적으로 또는 선택적으로 분해 및/또는 해섬시키는 것으로 구성되며, 상기 유동력은 상기 혐기성 분해에 적절하지 않은 폐기물 및/또는 폐기물 혼합물에 포함된 물질이 상기 기계적인 처리에 의해 분해되지 않도록 조절되는 것을 특징으로 하는 폐기물 및/또는 폐기물 혼합물 처리방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 방법은, (i) 상기 생물기원 유기물질의 서스펜션의 적어도 일부를 방출시키는 단계와, (ii) 상기 혐기성 분해에 적절하지 않는 잔존하는 물질을 물과 함께 혼합시키는 단계와, (iii) 무거운 고체를 제거하고, 상기 (ii) 단계로부터 가벼운 물질을 분리시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기계적인 처리는 펄핑용기에서 행해지며, 상기 펄핑용기는 회전 임펠러를 포함하며, 상기 회전 임펠러의 속도는 혐기성 분해에 적절하지 않은 폐기물 및/또는 폐기물 혼합물에 포함된 물질을 부드럽게 처리하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 임펠러는 상기 생물기원 유기물질의 분해 및/또는 해섬하는 동안 고속으로 작동하고, 상기 혐기성 분해에 적합하지 않은 물질을 제거하는 동안 감소된 속도로 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제2항에 있어서, 상기 가벼운 물질은 크기가 감소되고, 및/또는 세척처리가 행해지고, 및/또는 압축 수단에 의해 압축되고 탈수되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 방법은, a) 생물기원 유기물질의 전체 서스펜션을 상기 혐기성 분해 처리하는 단계와, b) 상기 서스펜션을 수용성 유기물질을 포함하는 액체흐름과 고체흐름으로 분할하고, 상기 액체흐름을 상기 혐기성 분해 처리하는 것을 특징으로 하는 방법.