KR100456044B1 - 유기물질의생물학적처리방법및그의수행장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 유기 폐기물의 생물학적 처리 방법 및 이 방법의 수행 장치를 제안한다. 물질을 보다 효과적으로 처리하기 위하여, 물질의 동시적인 상승과 더불어 순환을 일으키는 수평적으로 배치된 반응기 (2)에 순환 교반기를 배치한다. 물질(13)은 강력한 통기와 더불어 분무 암 (18)으로부터의 침출액에 의하여 침출되어 호기적 생물학적 분해 처리를 일으킨다.

Description

유기 물질의 생물학적 처리 방법 및 그의 수행 장치

본 발명은 청구항 1에서 기술한 바와 같은 유기 물질의 생물학적 처리 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이 방법의 수행과 관련한 장치에 관한 것이다.

폐기물 처리산업에는 수년간 재구성이 가속화되어 왔다. 또한, 이러한 과정에서, 가정, 상업 및 산업시설로부터의 생물학적 폐기물의 폐기 및 이용의 문제점이 점진적으로 나타나게 되었다. 생물학적, 기계적/생물학적 또는 화학적/생물학적 잔여 폐기물의 이용에 대한 다양한 방법이 개시되어 왔다. 사용되고 있는 가장 널리 알려진 방법은 동물 및 공장 폐기물을 퇴비화(compost)하는 것이고, 여기서 유기 물질은 호기성 전환 과정중에 미생물에 의하여 실질적으로 분해되거나 전환된다. 호기적 부패 방법에 부가하여, 생물학적 폐기물의 처리를 위한 혐기적 발효 또한 개시되어 왔고, 이도 역시 공기를 배제하면서 미생물의 작용에 의해 폐기물을 분해시킨다. 이러한 두 가지 방법이 폐기물 처리 기술에 개별적으로 또는 조합하여 이용되고 있다.

특히, 호기적 처리를 이용하는 퇴비화 동안에, 공지된 예비적 부패 과정에서, 폐기된 물질은 부패 드럼에서 연속적으로 교반되고, 대략 1 내지 2일 동안 새로운 퇴비로 전환된다. 정적 예비 부패의 경우에 있어서, 퇴비화될 물질은 정지 상태에 있게 되고, 이 동안 통기되게 된다. 이는 상당한 공간을 필요로 하는데, 연속된 2차 부패 공정에 있어서 특히 그러하다. 폐기물 혼합물의 연속 혼합을 사용하는 동적 예비 부패의 잇점은 물질이 양호하게 통기되고, 이는 물질중의 혐기적 부분의 발생을 방지한다.

마찬가지로 최근에 개시되고 있는 유기 폐기물 또는 생물폐기물의 혐기적 처리는 혐기적 발효, 즉 공기를 배제하고 약간의 발열 반응시에 바이오가스를 생성시키는 소화 방법을 기초로 한다. 이러한 형태의 방법은, 예를 들어, EP 0 037 612 B1에 개시되어 있고, 여기서 유기 폐기물은 반응기중에서 침출액을 사용하여 처리될 물질로부터 가용성 무기 및(또는) 유기 물질을 침출시키는 정적 방법으로 처리된다. 이 방법은 공기를 배제하고, 즉 소위 가수분해에서와 같은 혐기적 조건하에서 수행된다.

이러한 공지 방법의 단점은 물질의 정적 처리로 인한 단경로 유동 채널의 형성, 즉 가해진 액체가 일종의 굴뚝 효과로 인하여 단리된 채널을 통하여 최소 저항 경로를 찾게 되어, 물질이 세척수로 단지 불완전하게 세척된다는 것이다. 그 결과, 침출되지 않거나, 단지 불완전하게 침출된 데드 존(dead zone)이 형성되게 된다.

WO-A-95/20 554에서는 쉽게 분해되는 유기 폐기물을 단지 호기성 절차를 이용하여 혼합비료로 전환되어야 하는 유기 폐기물의 생물학적 처리를 위한 방법이 공지되어 있다. 유기물의 분해는 생물학적 분해에 의해 수행된다. 이를 위해, 공기를 환기 장치를 이용하여 물질을 상부 공기 공간으로부터 아래로 관통해서 통과시키고 압력을 이용하여 배출시킨다. 생물학적 분해 과정을 촉진시키기 위하여, 물질을 상이한 교반기들을 이용하여 미리 정해진 위치에서 물질의 이동 방향에 대해 횡방향으로 부드럽게 부수고 경우에 따라 물의 장막을 이용하여 습하게 한다. 폐기물이 쌓인 평판은 그 후 수압 밸브 줄기의 힘을 이용하여 단계적으로 퇴비에 의해 밀리고 남는 것은 경우에 따라 앞으로 다시 투입된다.

본 발명의 목적 및 잇점:

본 발명의 목적은 특히, 습윤 유기 물질(생물폐기물)의 개선된 생물학적 처리 방법, 특히 상기 단점을 발생시키지 않고, 이러한 물질을 극히 효과적이고 저렴하게 처리하는 방법을 제공하는 것이다. 여기서, 본 발명의 핵심적인 개념은 침출 공정과 목표한 호기적 물질 처리의 형태로 조합된 폐기물 처리 방법이 매우 고도로 효과적으로 생성물을 부패시킨다는 것이다. 이 방법에 있어서, 본 발명은 개별적인 공정 단계를 이용하고, 이들 중 몇몇은 공지되어 있으나, 이들을 조합함으로써 생물 폐기물을 효과적으로 처리시킨다.

본 발명에 따른 방법은, 특히 물질의 동적 처리로 인하여, 물질의 수직 및 수평 방향에서 단경로 유동 채널을 방지하거나 파괴하여, 침출액이 물질의 모든 부분을 균일하게 덮음으로써, 데드 존을 형성하지 않으면서 관개가 수행된다는 잇점을 지닌다. 유기 폐기물은 연속적으로 또는 비연속적으로 순환되고 동시에 물질의 호기적 분해를 겪게 된다. 이러한 과정에 있어서, 상부에서 하부까지 침출액 관개가 이루어지고, 동시에 하부에서 상부까지 기류에 주기적으로 노출되어 호기적 분해가 이루어진다.

부패 공정은 적절한 물질 순환 장치, 및 관개 시스템, 신선한 공기의 공급 수단 및 침출액의 제거 수단을 갖는, 본 발명에 따라 제조된 반응기에서 수행된다.

종속항은 본 발명에 따른 방법의 유리하고 편리한 개선점을 특정한다.

반응기를 관통-유동(flow-through) 방식으로 조작하는 것, 즉, 반응기의 한쪽면으로부터 물질을 충전하고, 이를 순환 메카니즘에 의해 반응기를 통하여 서서히 이송시키는 것이 특히 유리하다. 따라서, 다른 한쪽 면에서는, 반응기로부터 물질이 제거된다.

이러한 형태의 관통-유동 방식은, 특히, 수일에 걸친 체류 시간으로 인하여 물질의 분해도가 반응기의 길이에 걸쳐 변하고, 따라서 물질이 상이하게 처리될 수 있기 때문에, 반응기 길이에 걸쳐 상이한 물질 특성이 존재한다는 잇점을 지닌다. 그 결과, 공간 및 시간에 따라, 특히, 반응기의 길이에 걸쳐 상이한 처리가 침출액 및 호기적 부패를 위한 신선한 공기를 사용하여 수행될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 반응기에 의해, 도입될 물질의 조성 및, 특히, 유기물 함량, 온도 및 수분 함량에 따라서, 물질을 매우 융통성 있게 취급할 수 있고, 특히 물질의 호기적 전환을 반응기의 길이에 걸쳐 측정할 수 있고, 공정을 폐회로 또는 개회로 조절하에서 수행할 수 있다.

처리될 물질에 의한 반응기의 충전도 및 그의 3-차원 형상 및 물질 표면의 관개를 최대한 물질의 표면적을 균일하게 관개하여, 데드 존이 형성되지 않도록 서로 유리하게 조합한다.

반응기의 하부 영역에, 특히 스크린 필터로 덮혀 있어서 물질의 투과를 가능한 한 억제하는 다수의 챔버를 제공하여, 신선한 공기를 공급하고(하거나) 침출액의 배출구 역할을 하도록 하는 것이 추가로 유리하다. 커버 스크린은 역류에 의해 정화될 수 있고, 다수의 챔버는 상호 작용할 수 있다.

또한, 보다 우수한 순환을 위한 물질의 부유 형태를 제공하기 위하여 반응기의 하부 영역을 침출액으로 범람시키는 것도 유리하고, 이는 물질이 매우 거칠고(거나) 매우 건조한 경우에 있어서 바람직스럽게 편리하다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 방법은 다양한 기계적/생물학적 단계가 관통-유동 반응기의 하류에 정렬되고, 이 단계에서 침출액을 정제 및 재생하고, 이로부터 혐기적 처리에 의하여 높은 유기물 함량을 제거시킴으로써 추가로 개선된다. 이러한 방법으로 처리된 침출액은 본 발명에 따른 반응기로 재순환될 수 있다.

본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 장치와 관련한 잇점은 하기의 예시적인 태양의 설명으로 더욱 자세하게 특정된다.

도 1은 침출액의 처리를 위한 개략도중에서 하류 단계를 갖는, 생물 폐기물을 처리하기 위한 본 발명에 따른 반응기의 측면도를 도시한다.

도 2 내지 6은 다양한 반응 단계중에 하부에 위치한 챔버를 갖는 반응기의 종단면도를 도시한다.

도 7은 교반기 샤프트의 상세한 종단면도를 도시한다.

도 1에 도시한 개략도는 유기 물질 처리용 고상물 반응기 (2) 및 반응기 (2)의 하류에 연결된, 재사용가능한 침출액의 후처리 및 재처리용 처리 단계 (3) 내지 (5)로 구성되는, 바람직하게는, 다수의 성분을 갖는 습윤 생물 폐기물의 생물학적 처리를 위한 플랜트 (1)을 도시한다.

도 1에 따른 반응기 (2)는, 도 2 내지 5에서 도시한 바와 같은 수직 단면을 갖는 긴 하우징 (6)으로 구성된다. 하우징의 길이 ℓ은 플랜트의 크기에 따라 매우 크게 변할 수 있고, 단지 예를 들자면, 이는 20 내지 30 m일 수 있다. 이 경우에 있어서, 반응기 구획의 높이 h는 4 내지 5 m 이다. 하부 영역에 있어서, 반응기 하우징 (6')의 단면은 대략 원통형이고, 상부 영역 (6")에 있어서는, 장방형(도 2), 삼각형(도 3) 또는 전체적으로 타원형(도 4)이다. 반응기 하우징 (6)을 수평 샤프트(7)이 관통하고, 이는 바람직하게는 패들형 또는 블레이드형 순환 요소 (9)를 갖는 돌기가 있는 교반기 (8)로 구성된다. 샤프트 (7)은 구동 모터 (10)으로 구동된다.

도 1에 따르면, 반응기 (2)의 하우징 (6)은 이 도면의 좌측 상부의 한 쪽 말단에 유입구 (11)을 갖고, 이를 통하여 유기물 함유 물질 (13)이 화살표 (12)를 따라서 반응기에 채워진다. 이는, 특히, 가정, 식품-가공 공장, 농장으로부터의 생물학적 폐기물 또는 잔류 폐기물(매립지 폐기물)의 유기 분획 또는 그와 유사한 것(생물폐기물)으로부터 유래된, 습윤 유기 물질 또는 생물질이다. 유기물 함량 및 습도 및 초기 온도에 관련하여 매우 다양한 조성을 갖는 물질을 사용할 수 있다.

도 1에 따르면, 반응기 (2)의 우측 하부의 다른 쪽 말단에, 처리를 수행한 후 물질 (13)을 배출하기 위한 배출구 (14)가 위치하고, 여기서 이 물질은 화살표 (15)를 따라 반응기로부터 배출된다.

도 1에 도시한 반응기 (2)는 그의 내부 (17)이 물질 (13)으로 평균 충전 높이 h_F 이하로 채워져서, 그 위에 공기 공간 (16)이 형성된다. 물질의 충전 높이는, 예를 들어, 전체 높이 h의 3 분의 2가 될 수 있다.

반응기 내부 (17)의 상부 영역에 있어서, 침출액 (19)를 물질 (13)과 접하게 하기 위한 다수의 분무 암 (18)이 설치되어 있고 침출액 (19)가 분무 암(spray arm)(18)로부터 화살표로 나타낸 방향을 따라 방출된다. 조절 밸브 (21)을 갖는 상부 공급 라인 (20)은 침출액 (19)을 각각의 분무 암 (18)로 이송한다. 도 1에 따른 예시적인 태양에 있어서, 예를 들어, 7 개의 분무 암 (18)이 반응기 내부의 길이에 걸쳐 분포되어 정렬되어 있다.

도 1에 따른 예시적인 태양중, 반응기 (2)의 하부 영역에 있어서, 다수의 챔버 (22), 특히, 4 개의 챔버 (22)가 인접하게 정렬되고, 이는 커버 스크린 (23)에 의하여 반응기 내부 (17)과 격리되어, 가능한 한 물질 (13)이 챔버 (22)로 떨어지지 않게 한다. 스크린 구멍 직경은 6 내지 12 mm이고, 특히 8 mm이다. 이 직경은 d₁로서 나타낸다.

챔버 (22)는 이중 작용을 한다. 첫째로, 물질 (13)을 통과한 침출액을 수집한다. 이 침출액은 챔버 (22)중에서 (19')으로 나타내지고 밸브 장치 (25)를 갖는 배출 라인 (24)를 통하여 매니폴드 (26)으로 이송된다.

또한, 챔버 (22)에서는, 도 1에서 화살표로 나타낸 바와 같이, 물질 (13)이 신선한 공기 (27)로 처리된다. 신선한 공기는 압축기 (28)에 의해 매니폴드(29)에 공급되고, 그로부터 조절 밸브 (30)과 라인 (31)에 의해 각각의 챔버(22)에 공급된다.

침출액이 챔버 (22)로부터 반응기 내부 (17)로 역류 및 범람될 가능에 대비하여, 배수벽 (32) 또는 배수둑이 배출구 (14)의 영역에 제공된다. 이와 관련된 상부 액체 수위 (33)을 상징적으로 나타내었다.

챔버로부터 제거된 침출액을 위한 하부 매니폴드 (26)은 밸브 장치 (35)를 갖는 공통의 라인 (34)를 통하여, 침출액을 처리하기 위한 하류 공정 단계 (3) 내지 (5)에 연결된다. 특히, 이들 처리 단계는, 우선, 모든 형태의 침전 물질, 예를 들어, 모래, 돌 등을 분리 제거, 즉, 침전 물질로서 스크린 (23)을 통과하는 모든 물질을 분리 제거하는 간섭 분리기 (3)를 포함한다. 침전 물질은 운송 장치 (36)을 통하여 제거되고, 부유 물질 또는 현탁된 물질, 예를 들어, 플라스틱, 나무 등은 거름 장치(37)을 통하여 간섭 분리기로부터 제거된다.

따라서, 간섭 분리기 (3)내에서 정제된 침출액은 펌프 (39)에 의하여 라인(38)을 통하여, 예를 들어, 메탄 반응기로서 구성된 하류의 혐기적 반응기 단계 (4)로 이송된다. 이 메탄 반응기내에서, 유기물-농후 침출액은 메탄 박테리아에 의하여 분해 및 정제되고, 대사 생성물로서 생물 가스 또는 메탄 가스 (40)가 생성된다.

최종적으로, 하류 처리 단계는 라인 (41)을 통하여 침출액의 혐기적 상태를 호기적 상태로 전환시키는 추가의 호기적 정제 반응기 (5) 및 호기적 분해 및 침출액의 활성화를 보장하는 통풍기 (42)를 포함한다.

공지된 공정도에 따른 종래의 구성 요소 및 플랜트 부분은 침출액을 위한 3 부분의 하류 처리 단계 (3) 내지 (5)에 사용될 수 있다.

이렇게 처리되고 정제되고, 특히 높은 유기물 함량이 제거된 침출액은 라인(43)을 통하여 호기적 정제 단계 (5)로부터 제거되고 펌프 (45)를 통하여 매니폴드(44)에 공급된다. 이 매니폴드 (44)는 각각의 공급 라인 (20)에 연결되고, 이는 분무 암 (18)에 연결된다.

플랜트 (1)의 정의된 개시 단계 후, 이 방법으로 처리된 침출액은 약간 산성화된 액체로 구성되고, 초기 침출액으로서 사용된 순수한 물은 반응기 (2)중에서 물질 (13)의 호기적 처리로 인하여 산성화된다. 이 공정은 가수분해, 즉, 물의 산성화를 수반하는 가용성 염의 용해 단계에 상응한다.

플랜트 및, 특히 고상물 반응기 (2)는 하기와 같이 작동된다:

반응기 (2)의 유입구 (11)로 연속적으로 또는 비연속적으로 공급되는 물질(13)은 일반적으로 상기한 바와 같이 습윤 유기 물질, 특히, 생물폐기물로 구성된다. 물질 (13)의 충전 높이 h_F는 내부 높이 h의 대략 2/3이기 때문에, 상부 공기 공간(16)이 형성된다. 이 경우에 있어서, 도 2 내지 5에서 묘사한 바에 따르면, 충전 높이 h_F는 사실상 침출액 (19)를 물질 (13)의 표면 (46)의 전체 폭 B에 분사할 수 있는 칫수로 할 수 있다. 이러한 이유로써, 상응하는 충전 높이에서 물질 표면적의 감소를 피하기 위하여, 반응기의 상부 영역은 그 단면이 직사각형(도 2), 삼각형(도 3),. 또는 전체적으로 타원형 (도 4)이 되도록 제조한다.

분무 암 (18)에 의해 물질 (13)에 약간 산성화된 액체 (19)를 균일하게 분사함으로써 물질 (13)의 분해에 의하여 형성되는 가용성 유기 및(또는) 무기 물질 및 (또는) 수용성 지방산을 침출시킨다. 본 발명에서 중요한 사실은, 우선, 물질 (13)의 우수한 혼합을 얻기 위하여, 물질 (13)이 패들형 또는 블레이드형 순환 요소 (9)를 갖는 돌기가 있는 교반기 (8)에 의하여 계속적으로 및 연속적으로 또는 비연속적으로 순환된다는 것이다. 그러나, 순환은 또한 특히, 침출액의 액체 스트림으로 인하여 물질 (13)중에서 형성되어 비균일하게 습윤해지거나 침출되고, 따라서 데드 존을 형성시킬 수 있는 소위 수직 및 수평 단순환 유동 채널을 회피하기 위한 작용을 한다. 도 1에 따라서, 패들형 또는 블레이드형 교반기 암 (9)는 서로 차례로 및(또는) 마주보고 다수 정렬될 수 있고, 패들형 말단 블레이드 (9)는 인접하거나 겹쳐서 놓일 수 있기 때문에, 물질의 디스크형 순환이 발생된다. 또한, 샤프트 (7)의 회전 동작으로 인하여(화살표 47), 반응기 내부 (17)을 통하여 화살표 (48)의 방향으로 낮은 속도의 종방향 이동이 발생하여, 물질 (13)은 반응기 내부를 서서히 이동하게 되고 최종적으로는, 예를 들어, 4 내지 8 일의 체류 시간 후에, 배출구 (14)를 통하여 반응기 내부 (17)로부터 배출된다.

이 처리 공정 및 특히, 동시적이거나 간헐적인 침출 공정 동안, 신선한 공기(27)은 특정한 방식으로 하부 챔버 (22)를 통하여 물질 (13)에 공급되어, 물질의 자기 발열과 동시에 호기적 처리가 이루어진다. 이 호기적 처리는 적절한 미생물에 의한 유기 물질의 미생물학적 분해로 완성되고, 반응기의 밀폐된 구조로 인하여 강력한 냄새 발생이 포집된다. 반응기의 물질 (13) 윗쪽의 상부 공기 공간 (16)은 공기 배기구 (50)을 통하여 흡입 펌프 (49)에 의하여 연속적으로 제거되어, 상부 공기 공간 (16)의 적절한 통기 또한 이루어진다. 또한, 감압을 사용한 상부 공기의 목표로하는 배출은 상부 공기 공간 (16)중에 단지 호기적 조건만이 존재하도록 보장한다.

물질 (13)이 연속적이거나 비연속적으로 반응기의 세로 방향에 걸쳐 유동하기 때문에, 상이한 체류 시간에 의해 반응기내에는 매우 상이한 물질 조성이 형성되게 된다. 예를 들어, 유입구 (11)의 영역에는 비교적 신선하고 비처리된 물질이 놓이게 되는 반면, 후미의 배출구 (14)의 영역에서는 이미, 예를 들어, 4 내지 8 일 동안 물질이 처리되고 있다. 따라서, 반응기는 그의 길이 ℓ에 걸쳐 아주 다양하고 매우 상이한 처리 단계를 포함할 수 있다.

보다 상세히 도시하지는 않았지만, 물질의 매우 다양한 파라미터, 예를 들어, 그의 조성, 온도, 수분 함량 등을 측정하기 위한 측정 장치가 반응기에 설치되고, 추가로 측정된 데이터는 침출액 및 공급 공기에 대해서도 이용가능하다. 처리가 진행됨에 따라서, 각각의 암의 하부에 위치하는 물질 조성물이 다양한 침출을 얻기 위하여, 인접하게 정렬된 분무 암 (18)은 상이한 유속의 침출액을 보유할 수 있다. 동일하게, 예를 들어, 하부에 놓인 4 개의 챔버 (22)는 물질 (13)의 호기적 분해 공정에 영향을 주기 위하여 상이한 유속의 신선한 공기 (27)을 보유할 수 있다. 이에 따라서, 수행되는 물질의 혼합은 물질의 성질에 추가로 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 물질의 호기적 분해에 있어서, 유기 물질의 표면적이 어느 정도 증가하고, 이는 동시에 침출액 (19)에 의한 침출 공정을 촉진시킬 수 있다. 따라서, 수행되는 호기적 분해도에 따라서, 최적량의 침출액이 첨가되어야 하고, 이는 실험에 의하여 결정될 수 있다. 더욱이, 예를 들어, 물질의 호기적 분해로 인한 침출액의 온도 증가는, 최적의 재생 침출액을 얻기 위한, 후속적인 처리 단계 3 내지 5에 유리한 영향을 미친다. 반응기의 출발 영역 및 최종 영역에서 물질의 바람직한 처리는 청구항 3 및 4에 기술되어 있다.

따라서, 반응기 (2)의 내부 (17)은 적절한 측정 장치를 사용하여 모니터할 수 있고, 공정의 진행은 미리 조정한 프로그램에 의하여 또는 측정된 값의 함수로서 조절될 수 있다.

인접한 하부 챔버 (22)는 커버 스크린 (23)에 의하여 밀폐되고, 이러한 방법으로 물질 (13)이 가능한 한 챔버 (22)로 유입될 수 없도록 한다. 여기에 있어서 중요한 인자는 직경 d₁을 갖는 메쉬 폭이다.

그러나, 때때로 스크린 (23)은 불순물 또는 방해물이 세척되어야 하고, 이는 역류 조작에 의하여 수행된다. 이 목적을 위하여, 챔버 (22)에 집적되어 존재하는 액체 (19')을 밸브 (25)를 닫아 밀어내므로써, 챔버 (22)내에 액체를 상승시키거나, 정제된 침출액을 매니폴드 (51)을 통하여 라인 (43), (44)로부터 제거하고, 특히 밸브장치 (53)(도 4, 5 참조)을 갖는 공급 라인 (52)를 통하여 챔버 (22)에 공급한다. 액체는 여기에 배수벽 (32)의 높이에 상응하는 상부 액체 수위 (33)까지 밀어낼 수 있다. 압축기 (28)을 통한 압축 공기와 이 액체 구획의 가능한 추가적인 충돌에 의하여, 각각의 충돌된 스크린 (23)은 자유롭게 관통됨으로써 세척될 수 있다. 또한, 이 조작은, 특히, 액체 펌프 (45) 또는 매니폴드 (51)중의 추가 펌프 (54)를 사용하여 보조된다.

또한, 커버 스크린 (23)의 세척 조작은 각각의 경우 단지 하나의 챔버 또는 단지 특정 챔버의 역류 조작과 같은 방법으로 수행될 수 있고, 그 결과 상승된 역류 액체가 인접한 챔버, 또는 인접한 챔버들중 하나 중으로 흘러들어 간다. 따라서, 예를 들어, 도 1의 제1 및 제3 챔버 (22)는 각각 역류 조작 동안에 인접한 챔버로 배수될 수 있다.

더욱이, 예를 들어, 액체 수위 (33)까지 액체를 밀어내면 물질 (13)이 이 액체 쿠션상에 부유되는 것에 영향을 미칠 수도 있고, 이 물질은, 특히, 거칠거나 매우 건조한 물질인 경우에 보다 손쉽게 혼합될 수 있다.

상기에서 언급한 바와 같이, 물질 (13)은 동시적이거나 간헐적으로 물질을 순환시키면서 침출액 (19) 및 신선한 공기 (27)로 매우 다양하게 처리될 수 있다. 예를 들어, 1 일 물질의 메트릭톤 (metric ton) 당 대략 0.5 - 2 m³의 침출액이 반응기 중에서 전환될 수 있다. 교반기의 조작 시간은, 1 내지 2 rpm의 속도에서, 시간 당 5 내지 60 분일 수 있다.

도 2에서는, 예로서, 돌기가 있는 교반기 (8)을 사용한 물질의 동시적인 순환으로 최대 가능한 폭에 걸쳐 가능한한 모든 상부 표면 (46)의 물질의 관개를 도시한다. 균일하게 물질을 통과하는 침출액 (19)는 챔버 (22)의 하부 영역에 액체 (19')로 집적된다. 이 상태에 있어서, 신선한 공기 (27)에 추가로 노출되어, 물질 (13)의 호기적 분해 공정이 동시적으로 일어난다.

통상적인 상태에 있어서, 침출 공정과 신선한 공기 공급이 동시에 일어난다. 도 3은 침출 조작없이 단지 신선한 공기 (27)의 공급만을 도시한다.

도 4는 상기한 바와 같은 액체 수위 (33)을 갖는 액체의 깊이까지의 역류 조작을 도시한다. 결과적으로, 물질은 이 액체 쿠션상에 부유되어, 순환기 (8)이 혼합을 보다 손쉽게 수행할 수 있다. 반응기내에서 약간의 물질 상승은 이 혼합 조작 동안에 유해하지 않다.

도 2, 3의 배치에 대한 묘사는 밸브 장치 (30)을 갖는 라인 (31)을 통하여 물질 (13)까지 하부 커버 스크린 (23)을 통한 신선한 공기의 공급 조작을 도시한다. 공기는 미생물에 의한 물질의 호기적 분해 또는 호기적 부패에 소용되고, 이 공기는 상부 공기 공간 (16)에 집적되고 공기 배기구 (50)을 통하여 반응기 내부 (17)로부터 추출된다.

도 5는 압축 공기에 의한 동시적인 충돌과 더불어, 밸브 (53)을 개방시켜 라인 (52)를 통한 역세척 조작을 도시하고, 도 4는 압축-공기 충돌없이, 즉, 밸브 (30)이 밀폐된 상태에서의 이 조작을 도시한다.

본 발명에 따른 방법 및 관련된 장치는 하기에 기술한 방법에 의하여 추가로 최적화될 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 추가의 격벽 및 침수벽 (55)가 유입구 (11)의 영역 중에 설치된다. 이 침수벽 (55)는 도입된 신선한 물질이 가상의 최단 경로를 통해 유입구 (11)로부터 배출구 (14)까지 물질 표면 (46)상 방해받지 않고 통과되는 것을 방지한다. 신선한 물질은 오히려 초기에 화살표 (56)에 의하여 지시된 경로를 따라 침수벽 (55) 아래로 통과하고 반응기의 하부를 횡단하여야 한다.

특별한 경우에 있어서, 반응기내에서 처리된 물질을 고상물 반응기 (2)로부터 배출시키기 전에, 한정된 시간 동안 한정된 온도로 멸균시키는 것이 편리할 수 있다. 이는 후미 용기 성분 (13)을 한정된 부분 ℓ₁≒(1/3 - 1/4)ℓ상에서 추가로 가열시켜 편리하게 수행될 수 있다. 이러한 목적을 위하여, 예를 들어, 라인 (43)으로부터 평행 라인 (57)을 통하여 순환수가 제거되고, 이것은 자세하게 도시하지 않은 열 수집기중에서 가열되거나, 개략적으로 도시한 열교환기 (58)중에서 가열된다. 이어서, 라인 (57)의 순환수를 반응기의 상부 영역중에서 목표로 하는 방식으로 매니폴드 (44)에 가하거나, 예를 들어, 반응기 후미 영역중의 공급 라인 (20)을 통하여 목표로 하는 접촉을 수행할 수 있다. 이는 도 1에서 최종 공급 라인 (20')을 통하여 개략적으로 도시하였다.

또한, 본 발명 방법의 편리한 개선점으로서 유입구 (11)의 영역에 활성화 플랜트로부터 활성화된 슬러지 또는 과량의 슬러지를 연속적이거나 비연속적으로 첨가할 수 있다. 활성화 슬러지와 함께 도입된 호기적 미생물은 유기 물질의 생물학적 전환을 위한 반응 촉진제의 역할을 한다. 이 첨가는 화살표 (59)에 의하여 개략적으로 나타내어진다. 이미 폐기 물질에 도입된 미생물은 이 경우에 특히 이롭다고 증명되었고, 이 미생물은 호기적 침출 처리 단계 또는, 예를 들어, 생물학적 침출수 정제 플랜트로부터 제거될 수 있다. 또한, 배출구 (14)의 영역중에 도시된 하류(15')로 물질 스트림 (15)의 분배는 라인 (60)을 통하여 침출기 (6)중에서 처리된 물질의 부분적인 재순환을 가능케한다. 추가의 운반 요소 (61)이 이 조작을 지지할 수 있다. 침출기 (6)중에서 처리된 물질 및 물질내에 이미 도입되어 존재하는 미생물의 부분적인 재순환은 동일하게 반응을 촉진시킬 수 있다. 이는 공급 라인 (60)을 통하여 유입구 (11)의 영역중의 화살표 (62)에 의하여 개략적으로 도시되어 있다.

도 2 내지 4중에서 본 발명의 묘사에 따르면, 교반기 (8)은 상응하는 구동 샤프트 (7)로부터 방사상으로 연결된 회전 요소 또는 교반기 암을 갖는다. 도 5 및 6에 따르면, 교반 효과를 지지하기 위하여, 교반기 (8)은 이따금 방향을 바꿀 수도 있다. 이 경우에 있어서, 교반 효과는 도 5에 따른 피치 각도 x에서 작용하는 회전 요소 또는 교반기 암 (8)의 블레이드형 비틀림에 의하여 강화되거나, 도 6에 따른 곡선 정렬에 의하여 강화될 수 있다. 교반기 암 (8)의 블레이드형 정렬의 경우에 있어서, 회전의 주 방향은 화살표 e로써 지시된다. 회전의 방향이 화살표 e의 방향일 때, 최적 혼합이 얻어진다. 그러나, 예를 들어, 플라스틱 필름 및 스트링 등으로 고도로 오염된 물질 (13)에 있어서, 이들은 교반기 암 (8)의 둘레에 감길 수 있다. 교반기 암 (8)의 이러한 오염을 회피하기 위하여, 교반기 샤프트 (7)은 이따금 화살표 f를 따라서 반대 방향으로 회전하게 되고, 이러한 방법으로써, 교반기 암 (8)의 약간 기울어진, 접선 또는 곡선 정렬로 인하여, 오염은 물질 (13) 그 자체의 마찰에 의하여 교반기 암 (8)로부터 벗겨진다. 동일한 효과가 도 5 및 도 6에서 나타난다.

또한, 도 6에 따르면, 하부 스크린 (23)은 교반기를 사용하여 추가로 세척될 수 있다. 이러한 목적을 위하여, 교반기 암 (8)의 말단에, 활판으로써 소모성 부품(63)을 설치할 수 있다. 교반기 암 (8)의 말단에서 이 소모성 부품, 또는 스크래퍼(63)은 자세히 도시하지는 않은 추가의 출입구 (65)를 통하여 클램핑 장치 (64)에 의하여 외부로부터 도입되거나, 조정되거나 교환될 수 있다.

또한, 도 6에 따른 원통형 정렬의 용기 (6')의 경우에 있어서, 교반기 (8)은 종방향의 원통형 축 (66)으로부터 바람직하게는 하향으로 거리 z로 중심을 벗어나 이동될 수 있다. 이러한 정렬의 결과로서, 교반기 반경 R₂는 원통형 용기 반경 R₁ 이하가 되어, 스크래퍼 (63)은 하부 스크린 (23)상에서만 작동하고 바람직하지 않은 용기 내벽의 마멸은 일으키지 않는다.

도 7에 도시한 교반기 샤프트 (7)의 상세한 종단면도에 따르면, 유리하게는 교반기 암 (8)을 샤프트 (7)상에 각 y로 비틀리게 설치할 수 있다. 이러한 교반기 암의 비틀림은 선박의 스크류에서와 유사한 블레이드 효과를 일으킴으로써, 교반기 샤프트 (7)의 종축과 평행하게 진행한다. 예를 들어, 교반기 샤프트 (7)이 화살표 e 방향으로 회전하는 경우, 물질 (13)은 유동 g의 방향으로 이송된다. 회전 방향이 화살표 f에 따라 변하게 되는 경우, 물질 (13)은 화살표 h 방향으로 이동한다. 따라서, 교반기 샤프트 (7)의 회전 방향은 프로펠러 형태로 비틀려진 교반기 암에 의하여 물질의 전진 또는 후진을 일으킬 수 있다.

특정 물질 조성에 따라, 반응기 물질 (13)과 함께 신선한 물질 (12)의 역혼합 및 공급을 위해 상기에 기술한 효과를 필요로 한다.

본 발명은 도시하고 기술한 예시적인 태양에 제한되는 것은 아니다. 오히려, 본 발명은 당업계의 숙련자들이 본 발명의 청구 범위내에서 구현할 수 있는 개선점을 포함한다.

Claims (20)

1. 물질 (13)이 연속적으로 또는 비연속적으로 충전되고, 충전은 반응기(2)의 한쪽 말단에서 수행되고, 제거는 다른쪽 말단에서 수행되며, 물질을 혼합하기 위한 결합된 교반 및(또는) 운반 메카니즘 (7 내지 10)이 부여되고, 신선한 공기 (27) 및 물의 공급으로 유기 물질의 호기적 분해를 일으켜 물질을 반응기내에서 처리 온도까지 가열하는 고상물 반응기 (2)를 이용하고, 물질의 호기적 분해 동안에 침출액 (19)로 연속적이거나 비연속적으로 침출을 수행하여 처리될 물질 (13)으로부터 가용성 유기 및(또는) 무기 물질 및, 적절한 경우, 수용성 지방산이 침출되어 나오고, 침출액 (19)은 반응기 (2)의 하부로부터 제거되고, 이렇게 분리된 침출액을 재활용 용도로 후처리되어, 분무 암 (18)을 통하여 반응기 (2)내의 모든 물질의 표면상에 재공급되고, 교반 및(또는) 운반 메카니즘(7 내지 10)이 운반 메카니즘으로서 물질중의 단경로 유동 채널의 형성을 방지하고 파괴할 뿐만아니라, 물질을 운반하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는, 유기 폐기물 및, 특히, 가정, 식품-가공 산업, 농업 또는 유사 산업으로부터의 생물학적 폐기물(생물폐기물)을 생물학적으로 처리하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 물질 (13)이 반응기 (2)를 통하여 그의 길이 (ℓ)을 따라 전방 및(또는) 후방으로 운반될 수 있고, 반응기의 길이 (ℓ)에 걸쳐 침출액 (19) 및(또는) 신선한 공기 (27)에 의한 물질의 접촉이 바람직하게는 균일하게 수행되거나 물질의 조성에 따라서 변하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 반응기 (2)의 유입구 (11) 영역내에서, 바람직하게는, 침출액 (19) 및 동시에 신선한 공기 공급 (27)에 의한 물질의 균일한 접촉이 수행되고, 물질의 호기적 분해가 1 차로 물질 (13) 및 침출액 (19)를 목적하는 정도로 가열시키고, 상기 침출액이 2 차로 가용성 유기 및(또는) 무기 물질 및(또는) 수용성 지방산을 강력하게 침출시키는 방법.
4. 제1항에 있어서, 반응기 (2)의 배출구 (14)를 갖는 배출 영역에서, 바람직하게는, 침출액 (19)과의 접촉을 감소시키거나 차단시키고(시키거나) 신선한 공기 공급 (27)을 증가시킴으로써, 이 영역에 있는 물질의 수분 함량을 감소(건조)시키고, 바람직하게는, 배출 영역중에서 물질을 소정의 시간 간격에 걸쳐 예열된 역류(backflow)액 (19)를 공급하여 살균시키는 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 개회로 및(또는) 폐회로 조절하에서 물질을 연속적이거나 비연속적으로 순환시켜서, 물질 (13)을 그의 유기물 함량, 온도, 수분 함량에 따라, 호기적 분해 및(또는) 가용성 유기 또는 무기 물질 또는 수용성 지방산의 침출 제거에 의하여 반응기 (2)중에서 처리하는 방법.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 반응기가 물질 (13) 상부에 자유 공기 공간 (16)을 갖고, 이 자유 공기 공간이 최대한의 상부 관개 표면(46)에 대해 최대한 균일하게 관개시키거나 또는 접촉시키도록 하는 방법.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 반응기 (2)가, 그의 하부 영역중에, 신선한 공기 (27)를 공급하고(하거나) 침출액 (19')을 위한 배출구로서 사용되는 2 개 이상의 챔버 (22)를 갖고, 상기 챔버가 필터, 및 특히 스크린 장치(23)에 의해 반응기 내부 (17)로부터 분리되어 고상물의 유입이 방지되는 방법.
8. 제7항에 있어서, 스크린 장치 (23)이, 챔버 (22)를 범람시켜 반응기 내부 (17)로의 역류 조작으로 세척되고, 바람직하게는 역류액이 추가의 챔버 및 바람직하게는 인접한 챔버로 공급될 수 있는 방법.
9. 제8항에 있어서, 역류 조작이 반응기 내부 (17)로 공기를 강제 유입시켜 수행되는 방법.
10. 제8항에 있어서, 반응기 (2)를 챔버 (22)를 통하여 침출액으로 범람시켜, 물질 (13)을 액체상에 부유시키고, 바람직하게는 반응기중에서 교반기 (7 내지 10)을 사용하여 부유 물질 (13)을 순환시키거나 전방 및(또는) 후방으로 이송시키는 방법.
11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 교반 및(또는) 순환 메카니즘이 교반기 암 (8), 및 반응기 내부 (17)을 관통하는 수평 샤프트 (7)을 갖는 돌기가 있는 교반기로 생성되고, 물질 (13)이 디스크형 순환으로 처리되고, 바람직하게는 물질 (13)이 반응기 내부(17)에서 디스크형 또는 플러그형으로 진행되는 방법.
12. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 반응기 (2)로부터 제거된 침출액 (19')이 하류 처리 단계 (3 내지 5)로 공급되고, 여기서 액체가 기계적 및(또는) 혐기적 및(또는) 후속되는 호기적 처리 공정에 의하여 정제 및 재생되고, 이렇게 처리된 침출액이 바람직하게는 역류를 위하여 챔버(22)에 공급되고(되거나) 반응기 (6)내의 물질 (13) 위쪽에 위치한 자유 공간 (16)으로 공급되는 방법.
13. 제12항에 있어서, 처리 단계 (3 내지 5)가 침전 물질, 예를 들어, 모래, 돌 등을 분리하기 위한 간섭 분리기 (3)을 포함하여 부유된 현탁 물질, 예를 들어 플라스틱, 나무 등을 배출할 수 있고, 또한, 바람직하게는 처리 단계 (3 내지 5)가 침출액을 처리하기 위한 하류의 혐기적 메탄 반응기 (4)를 포함하여, 메탄 박테리아에 의하여 유기물-농후 침출액이 대사 생성물로서 생물가스 (40)을 형성시키면서 분해 및 정제되고 이렇게 정제된 침출액이 바람직하게는 하류의 호기적 정제 단계 (5)로 공급되어 호기적 상태가 이루어질 수 있으며, 이렇게 정제 및 재생된 침출액이 반응기(2)로 다시 공급될 수 있는 방법.
14. 제13항에 있어서, 유입구 (11)에서의 반응을 촉진시키기 위하여, 호기적 활성화 플랜트 (59)로부터 활성화된 슬러지가 가해지는 방법.
15. 제14항에 있어서, 반응을 촉진시키기 위하여, 처리된 물질 (13)의 일부분 (15)가 배출구 (14)로부터 재순환되고 유입구 (11) 영역으로 가해지는 (62) 방법.
16. 회전 교반, 혼합 및 운반 메카니즘 (8 내지 10)을 위한 수평 가역적으로 회전하는 회전 샤프트 (7)를 갖는 고상물 반응기 (2)가 길이 방향 또는 물질 처리 방향으로 제공되고, 도입될 물질 (13)을 위한 유입구 (11) 및 배출구 (14)가 직경 방향으로 반대로 배치되고, 침출액 (19)을 위한 분무 암 (18)이 반응기 내부(17)의 길이 (ℓ)에 따라 분포되어 배치되고, 반응기 (2)의 하부에 침출액 (19)을 수집하고(하거나) 신선한 공기 (27)을 주입하기 위한 챔버 (22)가 제공되는, 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 가정, 식품-가공 공장, 농업 또는 유사 산업으로부터의 유기 폐기물 및 특히 생물학적 폐기물(생물폐기물)의 생물학적 처리 방법을 위한 장치.
17. 제16항에 있어서, 교반기가 패들형 또는 블레이드형 교반기 암 또는 순환 요소 (8,9)를 갖는 돌기가 있는 교반기 (8)로서 구성되고, 교반기 암 (8, 9)이, 바람직하게는 프로펠러 방식으로 회전되어 전방향 또는 후방향 거동을 제공할 수 있는 장치.
18. 제16항에 있어서, 패들형 또는 블레이드형 순환 요소 (9)가 샤프트 (7)상에 서로 대향하고(하거나) 중첩되고 인접되게 배치되어 있는 장치.
19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 교반기 암이 방사상 대칭축으로부터 각도 x만큼 경사져 있고, 특히 경사지거나 곡선 경로를 갖는 장치.
20. 제16항에 있어서, 처리된 물질 (13)을 운반 라인 (60)을 통하여 유입구 (11)로 재순환시키기 위한 운송 요소 (61)이 제공되어 있는 장치.