KR100592492B1 - Organic waste treatment method using novel sequencing batch thermophilic/mesophilic two-stage anaerobic digestion - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연속회분식 고온/중온 이단 혐기소화 공정을 이용한 유기성 폐기물의 처리방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 가수분해미생물, 산발효미생물, 메탄생성미생물을 포함하는 혐기성 미생물을 직렬로 연결된 고온 반응조 및 중온 반응조에 각각 식종하고 이들 혐기성 미생물의 공생관계를 유지하도록 하여 유기성 폐기물을 처리하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for treating organic waste using a continuous batch high temperature / mid temperature two-stage anaerobic digestion process. More specifically, a high temperature reactor and a medium temperature in which anaerobic microorganisms including hydrolysis microorganisms, acid-fermenting microorganisms and methane-producing microorganisms are connected in series. The present invention relates to a method for treating organic waste by planting each reactor and maintaining a symbiotic relationship between these anaerobic microorganisms.

본 발명의 연속회분식 고온/중온 이단 혐기소화 공정을 이용한 유기성 폐기물의 처리방법은 The method for treating organic waste using the continuous batch high temperature / medium temperature two-stage anaerobic digestion process of the present invention

(1)혐기성 미생물이 함유된 고온 반응조에 유기성 폐기물을 유입시켜 혐기성 미생물과 반응시키는 단계와,(1) introducing organic waste into a high temperature reactor containing anaerobic microorganisms and reacting with the anaerobic microorganisms,

(2)혐기성 미생물이 함유된 중온 반응조에 상기 (1)단계 처리후의 상등액을 유입시켜 혐기성 미생물과 반응시키는 단계와,(2) reacting with the anaerobic microorganisms by introducing a supernatant after the step (1) to a mesophilic reactor containing anaerobic microorganisms,

(3)상기 (2)단계 후 중온 반응조에서 처리된 유기성 폐기물을 유출시키는 단계를 포함한다. (3) after the step (2) comprises the step of draining the treated organic waste in the medium temperature reaction tank.

Description

연속회분식 고온/중온 이단 혐기소화 공정을 이용한 유기성 폐기물의 처리방법{Organic waste treatment method using novel sequencing batch thermophilic/mesophilic two-stage anaerobic digestion} Organic waste treatment method using novel sequencing batch thermophilic / mesophilic two-stage anaerobic digestion}             

도 1은 본 발명의 연속회분식 고온/중온 이단 혐기소화 공정을 실현하는 시스템의 일예이다.1 is an example of a system for realizing a continuous batch high temperature / medium temperature two-stage anaerobic digestion process of the present invention.

도 2는 본 발명의 유기성 폐기물의 처리방법의 운전공정을 나타낸 것이다.Figure 2 shows the operation of the organic waste treatment method of the present invention.

도 3은 실시예의 연속회분식 고온/중온 이단 혐기소화 공정 및 대조구의 시리즈 시스템의 발효조에서 유기성 폐기물을 처리한 후 단위부피당 메탄발생율을 나타낸 그래프이다.Figure 3 is a graph showing the methane generation rate per unit volume after treating the organic waste in the fermentation tank of the continuous batch high temperature / medium temperature two-stage anaerobic digestion process of the Example and the control series system.

도 4는 실시예의 연속회분식 고온/중온 이단 혐기소화 공정 및 대조구의 시리즈 시스템에 의해 유기성 부하에 따른 유기물 제거효율 변화를 나타낸 그래프이다.Figure 4 is a graph showing the change in organic matter removal efficiency according to the organic load by the continuous batch high temperature / medium temperature two-stage anaerobic digestion process and the control series system.

도 5는 실시예의 연속회분식 고온/중온 이단 혐기소화 공정 및 대조구의 시리즈 시스템의 발효조에서 채취한 미생물을 대상으로 수행한 회분식 실험에서 기질로 아세테이트를 이용한 미생물의 메탄생성을 나타낸 그래프이다.FIG. 5 is a graph showing methane production of microorganisms using acetate as a substrate in a batch experiment performed on microorganisms collected in a fermentation tank of a continuous batch high temperature / medium temperature two-stage anaerobic digestion process and a control series system.

도 6은 실시예의 연속회분식 고온/중온 이단 혐기소화 공정 및 대조구의 시 리즈 시스템의 발효조에서 채취한 미생물을 대상으로 수행한 회분식 실험에서 기질로 프로피온네이트를 이용한 미생물의 메탄생성을 나타낸 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing methane production of microorganisms using propionate as a substrate in a batch batch high temperature / mid temperature two-stage anaerobic digestion process and a batch experiment conducted on a microorganism collected in a fermenter of a control system series.

도 7은 실시예의 연속회분식 고온/중온 이단 혐기소화 공정 및 대조구의 시리즈 시스템의 발효조에서 채취한 미생물을 대상으로 수행한 회분식 실험에서 기질로 뷰티레이트를 이용한 미생물의 메탄생성을 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing the methane production of microorganisms using butyrate as a substrate in a batch experiment performed on microorganisms collected in a fermentation tank of a continuous batch high temperature / medium temperature two-phase anaerobic digestion process and a control system of the example.

도 8은 실시예의 연속회분식 고온/중온 이단 혐기소화 공정 및 대조구의 시리즈 시스템의 발효조에서 채취한 미생물을 대상으로 수행한 회분식 실험에서 기질로 음식물쓰레기와 하수슬러지를 이용하였을 경우 가수분해 후 배출되는 COD 농도를 나타낸 그래프이다.8 is a COD discharged after hydrolysis when using food waste and sewage sludge as a substrate in a batch batch high temperature / medium temperature two-stage anaerobic digestion process and a batch experiment performed on the microorganisms collected in the fermentation tank of the control series system It is a graph showing the concentration.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

1 : 1단 고온 반응조 2 : 2단 중온 반응조1: 1 stage high temperature reactor 2: 2 stage medium temperature reactor

3, 3' : 메탄가스 4 : 교반기 제어장치3, 3 ': methane gas 4: agitator control device

5 : 펌프제어장치 6 : 온도제어장치 5: pump control device 6: temperature control device

7, 8, 9 : 펌프7, 8, 9: pump

본 발명은 연속회분식 고온/중온 이단 혐기소화 공정을 이용한 유기성 폐기 물의 처리방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 가수분해미생물, 산발효미생물, 메탄생성미생물을 포함하는 혐기성 미생물을 직렬로 연결된 고온 반응조 및 중온 반응조에 각각 식종하고 이들 혐기성 미생물의 공생관계를 유지하도록 하여 유기성 폐기물을 처리하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for treating organic waste using a continuous batch high temperature / mid temperature two-stage anaerobic digestion process. More specifically, a high temperature reactor and a medium temperature in which anaerobic microorganisms including hydrolysis microorganisms, acid-fermenting microorganisms and methane-producing microorganisms are connected in series. The present invention relates to a method for treating organic waste by planting each reactor and maintaining a symbiotic relationship between these anaerobic microorganisms.

음식물 쓰레기, 하수 슬러지, 폐수 슬러지, 농산물 폐기물, 축산물 폐기물 등과 같은 유기성 폐기물은 인간이 생활을 영위함에 있어 필연적으로 발생하고 있다. Organic wastes such as food waste, sewage sludge, wastewater sludge, agricultural waste, and livestock waste are inevitably occurring in humans' lives.

보통 유기성 폐기물은 매립지에 매립하거나 또는 소각장에서 소각처리하고 있다. 그러나 매립지에 매립된 유기성 폐기물은 침출수에 의해 2차적으로 토양을 오염시키는 한편 악취를 발생시키고 있어 매립지를 구하기 어려워 점차 소각을 위주로 유기성 폐기물을 처리하고 있다. 그러나 유기성 폐기물은 주로 음식물 쓰레기, 가축의 분류로서 이들은 다량의 수분을 함유하고 있어 이들을 소각하기 전에 전처리로서 유기성 폐기물의 수분을 제거하거나 함수율을 낮춘 다음 소각해야 유기성 폐기물이 연소효율이 우수하다. 그러나 이러한 소각방법은 유기성 폐기물의 처리비용과 시간이 증가하는 문제가 있다. Organic waste is usually landfilled or incinerated at incinerators. However, organic wastes embedded in landfills are polluting soil by leachate and generate odors. Therefore, it is difficult to obtain landfills and is gradually treating organic wastes mainly for incineration. However, organic wastes are mainly classified as food waste and livestock, and they contain a large amount of water. Therefore, before incineration, organic wastes have good combustion efficiency only when the organic wastes are removed or incinerated before the water content is reduced. However, this method of incineration has a problem that the cost and time of disposal of organic waste increases.

우리나라는 2003년 하수슬러지의 직접적인 매립 금지조치가 시행되었고, 2005년 음식물 쓰레기 역시 직접적인 매립이 금지될 예정이다. 이미 1996년 런던협약 개정의정서의 채택으로 전 세계적인 해양투기 규제 또한 계속해서 강화될 것이므로 유기성 폐기물의 처리에 대한 적절한 대응책 마련이 절실하다. In 2003, a direct ban on landfilling of sewage sludge was implemented. In 2005, food waste was also banned from direct landfilling. Adoption of the 1996 London Amendment Protocol will continue to strengthen regulations on dumping at sea, and therefore appropriate measures for the disposal of organic waste are urgently needed.

유기성 폐기물의 처리문제를 해결하기 위해 각 나라마다 유기성 폐기물의 처 리방법 및 처분방법에 대한 공학적 접근을 통해 기존에 알려진 과학적 지식과 핵심 기술을 조합, 응용하여 유기성 폐수 및 폐기물의 처리에 대한 최적화 된 대안을 제시하고 있다. 그러나 근본적인 발생의 억제가 사실상 불가능한 유기성 폐기물에 대한 실효를 거두기 위해서는 유기성 폐기물의 발생부피 감량기술과 자원화기술개발이 반드시 수반되어야 한다.In order to solve the problem of disposal of organic waste, each country has developed an optimized approach to the treatment of organic wastewater and waste by combining and applying scientific knowledge and core technologies that are known through the engineering approach to the treatment and disposal of organic waste. An alternative is proposed. However, in order to achieve the effectiveness of organic waste, which is virtually impossible to suppress fundamental generation, it must be accompanied by the development of technology for reducing the volume of organic waste and resource development.

유기성 폐기물의 처리방법 중 혐기성 처리기술은 시대적 요구에 발맞추어 낮은 처리효율의 완전 혼합형 혐기성 처리공정에 국한되지 않고 다양한 형태로의 발전이 이루어지고 있으며 보다 최적화 된 고효율 처리를 위한 혐기성 시스템의 개발이 진행되고 있다. 고효율 혐기성 공정의 가장 큰 장점은 유기물의 감량과 동시에 감량된 유기물로부터 유용한 에너지원인 메탄가스를 회수율을 극대화하여 재활용할 수 있어 유기성 폐기물의 최종 처분량을 감소시키면서 에너지를 생산할 수 있는 경제적 기술이라는 점이다. 또한 처리대상 물질의 부피에 대한 짧은 수리학적 체류시간(hydraulic retention time, HRT)으로 운전되므로 공정의 설계부피를 보다 작게 하는 것이 가능하여 보다 경제적인 처리가 가능하게 된다. Anaerobic treatment technology among organic waste treatment methods is not limited to the low-efficiency, fully mixed anaerobic treatment process to meet the demands of the times, and is being developed in various forms, and the development of anaerobic systems for more optimized high efficiency treatment is in progress. It is becoming. The biggest advantage of the high efficiency anaerobic process is that it is an economic technology that can produce energy while reducing the final disposal of organic waste by reducing the organic waste and at the same time recovering methane gas, which is a useful energy source from the reduced organic matter, with maximum recovery rate. . In addition, it operates with a short hydraulic retention time (HRT) for the volume of the material to be treated, making it possible to reduce the design volume of the process, thereby enabling more economical treatment.

대표적으로 잘 알려진 혐기성 처리기술로 상향식 혐기성 슬러지 블랑켓(upflow anaerobic sludge blanket, UASB)(참조:Lettinga, G., Hulshoff-Pol, L. W., Wat. Sci. Tech. Vol. 24, 1991, p. 87-107), 2상분리(two-phase separation)(참조:Fox P. and Pohland F. G., Wat. Environ. Res. Vol. 66, 1994, p. 716-724.), 온도-상 혐기성 소화(temperature-phased anaerobic digestion)(참조: Han Y., Sung S. and Dague R. R., Wat. Sci. Tech. Vol. 36, 1997, p. 367- 374), 혐기성 회분식(anaerobic sequencing batch reactor)(참조: Sung S. and Dague R. R., Water Environ. Res. Vol. 67, 1995, p. 294-301) 공정 등은 각종 폐수처리를 중심으로 높은 처리효율과 안정적인 운전이 보고되고 있다. Representative well-known anaerobic treatment technology is an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) (Lettinga, G., Hulshoff-Pol, LW, Wat. Sci.Tech.Vol. 24, 1991, p. 87 -107), two-phase separation (Fox P. and Pohland FG, Wat.Environ.Res. Vol. 66, 1994, p. 716-724), temperature-phase anaerobic digestion phased anaerobic digestion (Han Y., Sung S. and Dague RR, Wat. Sci. Tech. Vol. 36, 1997, p. 367-374), anaerobic sequencing batch reactor (Sung S) and Dague RR, Water Environ.Res. Vol. 67, 1995, p. 294-301), have been reported to have high treatment efficiency and stable operation centering on various wastewater treatments.

높은 고형물 농도를 갖는 슬러리 형태의 유기성 폐기물 처리를 위해서는 대부분 가수분해 및 산발효를 통해 액화된 발효액을 메탄으로 전환하는 이상(two-phase) 혐기성 공정에 국한되어 적용되고 있는 실정이다. 그러나 이런 경우에도 가수분해 반응조, 산발효 반응조 및 메탄발생 반응조와 같이 다단계의 처리를 요하고 있어 반응조의 부피가 증가하는 문제가 있다. For the treatment of organic wastes in the form of slurries having a high solids concentration, most of them are applied to a two-phase anaerobic process for converting liquefied fermentation broth into methane through hydrolysis and acid fermentation. However, even in this case, there is a problem in that the volume of the reaction tank is increased because multi-step treatment is required, such as a hydrolysis reactor, an acid fermentation reactor, and a methane generation reactor.

본 발명은 상기에서 언급한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서 온도-상 분리 혐기성 소화기술과 연속회분식 운전방법의 최적화 된 결합을 도모하여 유기성 폐기물을 처리하는 방법을 제공하고자 한다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and to provide a method for treating organic waste by achieving an optimized combination of temperature-phase separation anaerobic digestion technology and a continuous batch operation method.

본 발명은 연속회분식 고온/중온 이단 혐기성 소화공정을 이용하여 직렬로 연결된 고온 및 중온의 이단 반응조에서 각각 가수분해, 산발효 및 메탄발효를 거쳐 메탄가스를 얻는 동시에 상기의 반응에 의해 유기성 폐기물의 처리효율을 극대화함으로써 유기성 폐기물의 최종 발생량을 감소시키며 고온/중온 이단 반응조를 거친 유기성 폐기물은 안정화되어 퇴비나 토지개량제로 사용할 수 있는 유기성 폐기물 처리방법의 제공을 목적으로 한다.The present invention obtains methane gas through hydrolysis, acid fermentation, and methane fermentation in a high temperature and medium temperature two-stage reactor connected in series using a continuous batch high temperature / medium temperature two-stage anaerobic digestion process, and simultaneously treats organic waste by the above reaction. It aims to provide an organic waste disposal method that can be used as a compost or land improver by stabilizing the final generation of organic waste by maximizing efficiency and stabilizing the organic waste that has undergone the hot / medium two-stage reactor.

본 발명의 연속회분식 고온/중온 이단 혐기성소화를 이용한 유기성 폐기물의 처리방법은 기존의 유사 공정 및 단일 공정이 갖는 문제점을 최소화하고, 환경조건에 민감한 혐기성 메탄발효균의 최적 운전조건 보장을 위한 상호 보완형 운전 특성에 의해 실제 운전에서 발생될 수 있는 온도변화, 충격부하, 독성물질에 의한 미생물 활성 저하 등에 보다 원활하게 대처 가능하면서 유기성 폐기물의 감량 및 메탄전환의 극대화를 도모할 수 있다.
The organic waste treatment method using the continuous batch high temperature / medium temperature two-stage anaerobic digestion of the present invention minimizes the problems of existing similar processes and single processes, and complements each other to ensure the optimal operating conditions of anaerobic methane fermentation bacteria sensitive to environmental conditions. By operating characteristics, it is possible to cope more smoothly with changes in temperature, impact load, and microbial activity caused by toxic substances that can occur in actual operation, and can reduce organic waste and maximize methane conversion.

본 발명은 유기성 폐기물을 반응조에 투입 후 연속적인 가수분해, 산발효 및 메탄발효기작의 진행에 있어 메탄발효균과 유기성 폐기물 기질간의 지속적인 접촉을 시도한 후 침전에 의한 고/액 분리 후 상등액을 유출시키는 연속회분식 반응을 1단 반응조 및 2단 반응조에 적용한다. The present invention is to continuously discharge the supernatant after solid / liquid separation by precipitation after attempting continuous contact between methane fermentation bacteria and organic waste substrate in the continuous hydrolysis, acid fermentation and methane fermentation mechanism after the organic waste is put into the reactor The batch reaction is applied to the single stage and two stage reactors.

반응조에 유입된 유기물중 휘발성 고형물(volatile solid, VS)의 미처리된 입자나 반응조 내의 가수분해물 또는 산발효 부산물과 이를 분해하는 미생물과의 접촉시간을 최대한으로 유지하여 고효율 운전 및 처리효율의 극대화를 나타낼 수 있다. 또한, 1단의 고온 반응조에서 메탄발효가 진행됨으로써 신속한 생물학적 물질대사 속도를 갖는 고온메탄발효균을 우점종으로 유지하여 일반적인 입자성 폐기물의 율속단계(rate-limiting step)로 알려진 가수분해효율의 극대화를 도모할 수 있다. 또한 높은 유기물 부하에 대한 공정의 안정성을 확보하였으며, 부가적으로 병원균사멸효과를 얻을 수 있어 퇴비나 토지개량제 등으로의 이용 가능성도 매우 높다. Among the organic substances introduced into the reactor, the contact time between untreated particles of volatile solids (VS) or hydrolysates or acid fermentation by-products in the reactor and the microorganisms decomposing them is maintained to the maximum to show high efficiency operation and maximize processing efficiency. Can be. In addition, as methane fermentation proceeds in one stage of high temperature reactor, hot methane fermentation bacteria having fast biological metabolism rate are maintained as dominant species to maximize hydrolysis efficiency known as rate-limiting step of general particulate waste. can do. In addition, it has secured the stability of the process against high organic loads, and additionally, it can be used as a compost or land reforming agent because of the pathogen killing effect.

2단 중온 반응조의 메탄발효는 1단의 고온 반응조의 메탄발효에서 유출된 상등액 내에 상대적으로 다량 포함되어 있는 휘발성 지방산(volatile fatty acid, VFA)의 후속처리 및 민감한 고온메탄발효의 유출수의 일시적 품질저하를 보완하여 공정의 안정성과 메탄회수율을 지속적으로 유지할 수 있도록 한다. Methane fermentation in a two-stage mid-temperature reactor was followed by subsequent treatment of volatile fatty acids (VFA) contained in the supernatant from the methane fermentation in one-stage high-temperature reactor and temporary deterioration of the effluent of sensitive hot methane fermentation. To ensure that the process remains stable and methane recovery is maintained.

본 발명의 연속회분식 고온/중온 이단 혐기소화 공정을 이용한 유기성 폐기물의 처리방법은 The method for treating organic waste using the continuous batch high temperature / medium temperature two-stage anaerobic digestion process of the present invention

(1)혐기성 미생물이 함유된 고온 반응조에 유기성 폐기물을 유입시켜 혐기성 미생물과 반응시키는 단계와,(1) introducing organic waste into a high temperature reactor containing anaerobic microorganisms and reacting with the anaerobic microorganisms,

(2)혐기성 미생물이 함유된 중온 반응조에 상기 (1)단계 처리후의 상등액을 유입시켜 혐기성 미생물과 반응시키는 단계와,(2) reacting with the anaerobic microorganisms by introducing a supernatant after the step (1) to a mesophilic reactor containing anaerobic microorganisms,

(3)상기 (2)단계 후 중온 반응조에서 처리된 유기성 폐기물을 유출시키는 단계를 포함한다. (3) after the step (2) comprises the step of draining the treated organic waste in the medium temperature reaction tank.

본 발명에서 상기 (1)단계는 유기성 폐기물을 혐기성 미생물로서 가수분해미생물, 산발효미생물, 메탄생성미생물이 함유된 고온 반응조에 유입시켜 가수분해, 산발효 및 메탄화 반응에 의해 메탄가스를 발생시키며 유기물의 함량을 감소시키는 단계이다.In the present invention, the step (1) is to generate methane gas by the hydrolysis, acid fermentation and methanation reaction by introducing the organic waste into the high-temperature reactor containing hydrolysis microorganisms, acid fermentation microorganisms, methane-producing microorganisms as anaerobic microorganisms It is a step of reducing the content of organic matter.

상기 (1)단계를 보다 상세히 설명하면If step (1) is described in more detail

(a1)혐기성 미생물로서 가수분해미생물, 산발효미생물, 메탄생성미생물이 함유된 고온 반응조에 유기성 폐기물을 유입시키는 공정,(a1) a step of introducing organic waste into a high temperature reactor containing hydrolyzed microorganisms, acid-fermenting microorganisms and methane-producing microorganisms as anaerobic microorganisms,

(a2)유입된 유기성 폐기물을 혐기성 미생물과 가수분해, 산발효 및 메탄화 반응을 시켜 유기성 폐기물로부터 메탄가스를 발생시키는 공정,(a2) process of generating methane gas from organic wastes by hydrolysis, acid fermentation and methanation of the introduced organic wastes with anaerobic microorganisms,

(a3)상기 (a2)공정 후 유기성 폐기물과 혐기성 미생물을 침전시켜 중력에 의해 고/액을 분리하는 공정,(a3) after the step (a2) to precipitate organic waste and anaerobic microorganisms to separate the solid and liquid by gravity,

(a4)상기 (a3)의 고/액 분리 공정 후 생성된 상등액을 고온 반응조로부터 유출시켜 중온 반응조에 유입시키는 공정을 포함한다.(a4) includes a step of flowing out the supernatant generated after the solid / liquid separation process of (a3) from the high temperature reaction tank to flow into the middle temperature reaction tank.

본 발명에서 상기 (2)단계를 상세히 설명하면 In the present invention, the step (2) will be described in detail.

(b1)고온 반응조로부터 유입된 상등액의 유기성 폐기물을 혐기성 미생물로서 가수분해미생물, 산발효미생물, 메탄생성미생물이 함유된 중온 반응조에서 혐기성 미생물과 가수분해, 산발효 및 메탄화 반응을 시켜 유기성 폐기물로부터 메탄가스를 발생시키는 공정,(b1) The organic wastes of the supernatant from the high temperature reactor are anaerobic microorganisms, which are hydrolyzed, acid-fermented and methanated with anaerobic microorganisms in a medium temperature reactor containing hydrolyzed microorganisms, acid-fermenting microorganisms and methane-producing microorganisms. Methane gas generating process,

(b2)상기 (b1)공정 후 유기성 폐기물과 혐기성 미생물을 침전시켜 중력에 의해 고/액을 분리하는 공정,(b2) separating the solid / liquid by gravity by precipitating organic waste and anaerobic microorganisms after the step (b1);

(b3)상기 (b2)공정 후 유기성 폐기물이 처리된 상등액을 중온 반응조로부터 유출시키는 공정,(b3) after the step (b2) the step of flowing out the supernatant treated with organic waste from the medium temperature reaction tank,

(b4)상기 (b3)공정 후 고온 반응조로부터 발생된 상등액을 중온 반응조에 유입시키는 공정을 포함한다.(b4) a step of introducing the supernatant generated from the high temperature reactor after the step (b3) into the medium temperature reactor.

본 발명의 유기성 폐기물 처리시 상기 (1)단계에서 고온 반응조의 온도는 50∼55℃가 되도록 하고, 상기 (2)단계에서 중온 반응조의 온도는 30∼35℃ 되도록 한다. 이는 혐기성 미생물의 경우 고온에서는 50∼55℃에서 최적의 활성을 가지며, 중온에서는 30∼35℃에서 최적의 활성을 가지기 때문이다.In the treatment of the organic waste of the present invention, the temperature of the high temperature reactor in step (1) is 50 to 55 ° C, and the temperature of the medium temperature reactor in step (2) is 30 to 35 ° C. This is because anaerobic microorganisms have an optimum activity at 50 to 55 ° C. at high temperatures and an optimum activity at 30 to 35 ° C. at medium temperatures.

한편 본 발명의 유기성 폐기물은 음식물 쓰레기, 하수 슬러지, 폐수 슬러지, 농산물 폐기물, 축산물 폐기물 중에서 선택된 어느 하나이거나 또는 이들의 혼합물을 연속회분식 고운/중온 이단 반응조의 혐기소화 공정을 거쳐 처리할 수 있다.Meanwhile, the organic waste of the present invention may be any one selected from food waste, sewage sludge, wastewater sludge, agricultural waste, and livestock waste, or a mixture thereof through an anaerobic digestion process of a continuous batch fine / mid temperature two-stage reactor.

본 발명에서 혐기성 미생물은 통상적으로 혐기소화 공정에서 사용되며, 중온(30∼35℃) 또는 고온(50∼55℃)에서 최적의 활성을 나타내는 가수분해미생물, 산발효미생물, 메탄생성미생물 이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 또한 이러한 미생물이 함유되어 미리 운전되고 있는 혐기성 소화조의 슬러지를 사용할 수 있다. 본 발명에서 혐기성 미생물의 일예로 가수분해미생물(hydrolytic fermentative bacteria)은 클로스트리디움 스피시스(clostridium species), 아세티비르리오 스피시스(acetivibrio species), 루미노코커스 스피시스(ruminoccocus species), 박테로이드스 스피시스(bacteroides species) 등의 미생물 중에서 선택된 어느 하나이거나 또는 둘 이상을 사용할 수 있다. 산발효미생물(acidogens)은 아세토박터 스피시스(acetobacter species), 락토바실러스 스피시스(lactobacillus species), 스트렙토코커스 스피시스(streptococcus speices), 페디오코커스 스피시스(pediococcus species), 프로피오니박테리움 스피시스(propionibacterium species) 등의 미생물 중에서 선택된 어느 하나이거나 또는 둘 이상을 사용할 수 있다. 메탄생성미생물(methanogen)은 비교적 자세하게 연구가 진행되어있는데, 메타노박테리움 스피시스(methanobacterium species), 메타노브레비박터 스피시스(methanobrevibacter species), 메타노스프리릴럼 스피시스(methanospririllum species), 메타노프래너스 스피시스(methanoplanus species), 메탄노코커스 스피시스(methanococcus species), 메타노사르시나 스피시스(methanosarcina species), 메타노트릭스 스피시스(methanothrix species), 메타노로버스 스피시스(methanolobus species), 메타노코코이드스 스피시스(methanococcoides species) 중에서 선택된 어느 하나이거나 또는 둘 이상을 사용할 수 있다.In the present invention, anaerobic microorganisms are commonly used in anaerobic digestion, and any hydrolysis microorganism, acid fermentation microorganism, or methane-producing microorganism exhibiting optimal activity at medium temperature (30-35 ° C.) or high temperature (50-55 ° C.) Can also be used. In addition, the sludge of the anaerobic digester which contains these microorganisms and is operated in advance can be used. Hydrolytic fermentative bacteria as an example of the anaerobic microorganisms in the present invention are clostridium species ( clostridium species ), acetivibrio species ( acetivibrio species ), luminococcus spissis ( ruminoccocus species ), bacteroids Any one or two or more selected from microorganisms such as bacteroides species may be used. Acid fermenting microorganism (acidogens) is acetonitrile bakteo speaker system (acetobacter species), Lactobacillus speaker system (lactobacillus species), Streptococcus speaker system (streptococcus speices), Phedi O Lactococcus RY sheath (pediococcus species), propynyl sludge tumefaciens RY cis ( propionibacterium species ), any one selected from among microorganisms, or two or more may be used. Methanogens have been studied in more detail, including: methanobacterium species , methanobrevibacter species , methanospririllum species , and metanopes. Methanoplanus species , methanococcus species , methanosarcina species , methanothrix species , methanothrix species , methanolobus species , Any one selected from methanococcoides species or two or more may be used.

이하 본 발명의 일실시예를 도면을 이용하여 구체적으로 설명하고자 한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 연속회분식 고온/중온 이단 혐기소화 공정을 실현하는 시스템의 일예이다.1 is an example of a system for realizing a continuous batch high temperature / medium temperature two-stage anaerobic digestion process of the present invention.

도 1은 크게 1단 고온 반응조(1)와 2단 중온 반응조(2)가 직결로 연결된 구성되어 있으며 1단 고온 반응조에서 고온을 유지할 수 있도록 하는 온도제어장치(6)가 있다. 1 is largely composed of a first stage high temperature reactor 1 and a two stage medium temperature reactor 2 are directly connected to each other, there is a temperature control device 6 to maintain a high temperature in the first stage high temperature reactor.

각각의 반응조(1)(2) 내부에는 유기성 폐기물과 혐기성 미생물의 반응을 촉진하는 교반기(14, 14')가 있으며, 이 교반기의 속도를 제어하는 제어장치(4)가 각각 반응조(1)(2) 외부에 구비되어 있다. 각각의 반응조 일측면에는 유기성 폐기물을 각각의 반응조에 유입시키거나 또는 유출시킬 수 있는 펌프(7)(8)(9) 및 이 펌프를 제어하는 펌프제어장치(5)가 구비되어 있다. Inside each reactor 1, 2 there are agitators 14, 14 'for promoting the reaction of organic waste and anaerobic microorganisms, and a controller 4 for controlling the speed of the agitator is each reactor 1 ( 2) It is provided outside. One side of each reactor is provided with a pump (7) (8) (9) and a pump control device (5) for controlling the pump, which can introduce or discharge organic waste into each reactor.

유기성폐기물(11)은 공정 내 체류기간 동안 1단 고온 반응조(1) 및 2단 중온 반응조(2)를 거치면서 각각의 반응조(1)(2)에서 가수분해, 산발효 및 메탄발효기작에 의해 유기물이 메탄가스(3, 3')로 전환되고, 미처리 유기물 입자는 고농도로 유지되는 혐기성 미생물과 함께 반응조 내에 침전되어 체류되면서 작은 분자량의 입 자가 되거나 또는 지속적인 액화가 발생한다. The organic waste (11) is subjected to hydrolysis, acid fermentation and methane fermentation in each reactor (1) (2) while passing through the first stage high temperature reactor (1) and the two stage medium temperature reactor (2) during the in-process residence period. The organics are converted to methane gas (3, 3 '), and the untreated organic particles are precipitated and remain in the reactor together with the anaerobic microorganisms maintained at a high concentration, resulting in small molecular weight particles or continuous liquefaction.

도 1에서 도면부호 10은 물자켓(water jacket)이다. 물자켓은 1단 고온 반응조(1)의 외부를 둘러싸고 있어 온도제어장치(6)에 의해 1단 고온 반응조가 고온을 유지하도록 역할을 한다. 도면부호 11은 1단 고온 반응조에 유입되는 유기성 폐기물의 흐름을 나타낸다. 도면부호 13은 1단 고온 반응조(1)에서 유출되는 상등액의 흐름을 나타내고, 도면부호 13'은 펌프(8)에 의해 1단 고온 반응조에서 유출된 상등액이 2단 중온 반응조(2)에 유입되는 흐름을 나타낸다. 도면부호 12는 2단 중온 반응조(2)에서 유출되는 유기성 폐기물의 흐름을 나타낸다. In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a water jacket. The outer jacket surrounds the outside of the first stage high temperature reactor 1 so that the first stage high temperature reactor maintains a high temperature by the temperature control device 6. Reference numeral 11 denotes a flow of organic waste flowing into the first stage high temperature reactor. Reference numeral 13 denotes the flow of the supernatant flowing out of the first stage high temperature reactor 1, and reference numeral 13 ′ denotes that the supernatant flowing out of the first stage high temperature reactor by the pump 8 flows into the two stage intermediate temperature reactor 2. Indicate the flow. Reference numeral 12 denotes a flow of organic waste flowing out of the two-stage mid-temperature reactor 2.

도 2에 본 발명의 유기성 폐기물의 처리방법의 운전공정으로 단계 ① 내지 단계 ⑤를 주기로 하여 연속회분식 고온/중온 이단 혐기소화 공정을 이용하여 유기성 폐기물의 처리방법을 나타내고 있다. 이때 주기의 단위는 하루가 될 수도 있고 수일 내지 수십일이 될 수도 있다.2 shows a method for treating organic waste using a continuous batch high temperature / medium temperature two-stage anaerobic digestion process with steps 1 to 5 as an operation process of the method for treating organic waste of the present invention. In this case, the unit of the cycle may be one day or several days to several tens of days.

단계 ①에서 1단 고온 반응조(1)에는 처리할 유기성 폐기물의 유입 전에 1단 고온 반응조(1)의 상등액이 2단 중온 반응조(2)로 유입되며(단계 ⑤의 완료) 1단 고온 반응조(1)에서 교반이 시작되면서 유기성 폐기물이 1단 고온 반응조(1) 내로 유입된다. 한편 단계 ①에서 2단 중온 반응조(2)에 유입된 1단 고온 반응조(1)의 상등액은 2단 중온 반응조(2) 내의 혐기성 미생물과 반응하여 후속 메탄발효 반응이 일어난다. In step ①, the supernatant of the first stage high temperature reactor 1 is introduced into the second stage medium temperature reactor 2 before the organic waste to be treated is introduced into the first stage high temperature reactor 1 (completed in step ⑤). As the stirring begins at), organic waste is introduced into the first stage high temperature reactor (1). On the other hand, the supernatant of the first stage high temperature reactor (1) introduced into the two stage medium temperature reactor (2) in step ① reacts with the anaerobic microorganisms in the two stage medium temperature reactor (2), and a subsequent methane fermentation reaction occurs.

단계 ②와 ③에서 1단 고온 반응조(1)에는 유입된 유기성 폐기물 중 쉽게 분해되는 곡물류 혹은 탄수화물류(carbohydrates)를 시작으로 단백질(proteins), 지 방류(lipids) 및 생분해성 고분자(biodegradable polymers)에 이르기까지 순차적인 가수분해, 산발효 및 메탄발효가 지속된다. 고온(50∼55℃)에서 최적의 활성을 보이고 중온(30∼35℃)의 메탄발효균 보다 높은 물질대사를 보이는 미생물이 1단 고온 반응조(1)에 우점종으로 유지되므로 빠르게 유기산으로의 액화가 진행되더라도 유기산의 축적 없이 보다 신속하게 유기산으로부터 메탄으로 전환이 가능하여 메탄발효균의 활성을 보장하는 최적 pH 6.5∼7.5의 유지가 가능하다. 한편 단계 ②에서 2단 중온 반응조(2)는 계속적인 후속 메탄발효가 일어나 메탄가스를 발생시키고, 메탄가스 발생이 완료되는 시점인 단계 ③에서 2단 중온 반응조(2)는 교반을 중지하고 침전시켜 중력에 의한 고/액 분리가 일어나게 한다.In steps ② and ③, the first stage high temperature reactor (1) contains proteins, lipoids and biodegradable polymers starting from easily decomposed grains or carbohydrates. Sequential hydrolysis, acid fermentation and methane fermentation continue. Microorganisms showing optimum activity at high temperature (50-55 ℃) and metabolism higher than medium-temperature (30-35 ℃) methane fermentation are maintained as dominant species in the first stage high temperature reactor (1), so that liquefaction to organic acid proceeds rapidly. Even if the organic acid can be converted from the organic acid to methane more quickly without the accumulation of the organic acid it is possible to maintain an optimal pH of 6.5 to 7.5 to ensure the activity of the methane fermentation bacteria. Meanwhile, in step ②, the second stage medium temperature reactor (2) generates methane gas by successive subsequent methane fermentation, and the second stage medium temperature reactor (2) stops stirring and precipitates in step ③, at which point the methane gas generation is completed. It causes solid / liquid separation by gravity.

단계 ④에서 1단 고온 반응조(1)는 메탄가스 발생이 완료되어 유기성 폐기물과 혐기성 미생물의 교반이 중지되고 활성 미생물(active biomass)과 미처리된 유기성 폐기물 입자가 동시에 침전되어 중력에 의해 고/액 분리가 일어난다. 이때 미처리된 유기성 폐기물 입자와 혐기성 미생물과 함께 반응조 내에 장기간 체류되면서 미처리된 유기성 폐기물 입자는 작은 분자량의 입자가 되거나 또는 지속적으로 액화가 발생한다. 단계 ④에서 2단 중온 반응조(2)는 단계 ③의 고/액 분리에 의해 생성된 상등액을 2단 중온 반응조 외부로 유출시킨다.In step ④, the first stage high temperature reactor (1) stops the agitation of organic waste and anaerobic microorganisms by the completion of methane gas generation, and the active micromass and the untreated organic waste particles are precipitated at the same time to separate solid / liquid by gravity. Happens. At this time, the untreated organic waste particles become particles of small molecular weight or continuously liquefy as they remain in the reactor together with the untreated organic waste particles and anaerobic microorganisms for a long time. In step ④, the two-stage mesothelial reactor 2 flows the supernatant generated by the solid / liquid separation in step ③ to the outside of the two-stage mesothelial reactor.

단계 ⑤에서 1단 고온 반응조(1)는 단계 ④의 고/액 분리에 의해 생성된 상등액을 1단 고온 반응조(1) 외부로 유출시키고 이를 2단 중온 반응조(2)로 유입시킨다. 단계 ⑤에서 2단 중온 반응조(2)는 1단 고온 반응조(1) 외부로 유출된 상등액을 2단 중온 반응조(2)로 유입시킨다.In step ⑤, the first stage high temperature reactor 1 flows out the supernatant generated by the solid / liquid separation in step ④ to the outside of the first stage high temperature reactor 1 and introduces it into the two stage medium temperature reactor 2. In step ⑤, the two-stage mesothelial reactor 2 introduces the supernatant flowing out of the first stage high-temperature reactor 1 into the two-stage mesothelial reactor 2.

상기에서 보듯이 본원발명에서 2단 중온 반응조(2)는 1단 고온 반응조(1)와 동일한 운전방식이며 유입되는 기질이 고온 반응조의 상등액인 유출수라는 점이 큰 차이점이고, 1단 고온 반응조(1)에서 미처리된 유기성 폐기물 및 미세한 유기물 입자의 후처리를 담당하게 된다.As described above, in the present invention, the two-stage mesothelial reaction tank (2) has the same operation as that of the first-stage high temperature reactor (1), and the difference is that the inflow substrate is the effluent water, which is the supernatant of the high temperature reaction tank. Will be responsible for the post-treatment of untreated organic waste and fine organic particles.

한편 본 발명에서 유기성 폐기물은 파쇄공정, 선별공정을 거쳐 플라스틱(plastic), 돌(stone), 철(iron)과 같이 미생물과 반응할 수 없는 불순물을 제거한 후 1단 고온 반응조(1) 내부에 유입되도록 한다. 이때 상기의 파쇄공정 및 선별공정은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 적의 선택하여 실시할 수 있으므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.Meanwhile, in the present invention, the organic waste is introduced into the first stage high temperature reactor 1 after removing impurities that cannot react with microorganisms such as plastic, stone, and iron through crushing and sorting. Be sure to At this time, the crushing process and the sorting process can be carried out by a person of ordinary skill in the art to choose appropriate details will be omitted below.

이하 본 발명의 내용을 실시예 및 시험예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the content of the present invention will be described in detail through examples and test examples. However, these are intended to explain the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited thereto.

<실시예><Example>

도 1과 같은 연속회분식 고온/중온 이단 혐기소화 공정의 시스템(이하 TPASBR 공정이라고 약칭한다.)을 이용하여 아래의 표 1과 같은 단계로 유기성 폐기물을 처리하였다. Organic waste was treated in the steps shown in Table 1 below using the system of the continuous batch high temperature / mid temperature two-stage anaerobic digestion process (hereinafter, abbreviated as TPASBR process) as shown in FIG. 1.

도 1에서 1단 고온 반응조(1) 및 2단 중온 반응조(4)는 각각 유효부피 4L인 것을 직결로 연결하였으며 1단 반응조는 55℃, 2단 반응조는 35℃의 온도로 운전하였다. 한편 도 1에는 도시하지 않았으나 도 1의 시스템에는 부가적으로 1개의 유기 성 폐기물의 공급탱크(feed tank)와 각각의 반응조(1)(2)에 연결된 2개의 가스수집기(gas collector)를 설치하여 운전하였다. In Figure 1, the first stage high temperature reactor (1) and the two stage medium temperature reactor (4) were directly connected to each having an effective volume of 4L, and the first stage reactor was operated at 55 ° C and the two stage reactor at 35 ° C. On the other hand, although not shown in FIG. 1, the system of FIG. 1 additionally includes a feed tank of two organic wastes and two gas collectors connected to the respective reaction tanks 1 and 2. Drive.

대조구로 유효부피 4L인 구성을 갖는 반응조 2개를 직렬로 연결하여 중온(35℃)조건에서 운전하여 유기성 폐기물을 처리하였다(이하 시리즈 시스템이라고 약칭한다.).As a control, two reactors having an effective volume of 4L were connected in series and operated at medium temperature (35 ° C.) to treat organic waste (hereinafter abbreviated as series system).

표 1의 단계 1에서 단계 5까지 한번의 주기에 따른 공정운전이 표현되어 있다. 각각의 반응조(1)(2)는 24시간을 한 주기로 하여 유기성 폐기물의 유입공정(1시간)-반응반응(17시간)-침전공정(5시간)-유출공정(1시간)으로 운전하였다. 이때 유기성 폐기물의 가수분해, 산발효 및 메탄발효에 충분한 17시간의 반응과 5시간의 침전은 안정적인 메탄생성과 고/액 분리를 보장하는 유기성 폐기물을 위한 최적 회분식 운전방식이다.[참조: Hyun-Woo Kim, Sun-Kee Han and Hang-Sik Shin, J. KOWREC Vol. 12, 2004 (In press)]. Process operation in one cycle from Step 1 to Step 5 in Table 1 is represented. Each reactor (1) and (2) was operated as an inflow process (1 hour), a reaction reaction (17 hours), a precipitation process (5 hours), and an outflow process (1 hour) of organic waste at a cycle of 24 hours. 17 hours of reaction and 5 hours of precipitation, sufficient for hydrolysis, acid fermentation and methane fermentation of organic wastes, is an optimal batch operation for organic wastes that ensures stable methane production and solid / liquid separation. Woo Kim, Sun-Kee Han and Hang-Sik Shin, J. KOWREC Vol. 12, 2004 (In press)].

도 1에서 1단 고온 반응조 및 2단 중온 반응조에 사용한 혐기성 미생물은 대전광역시 시설관리공단산하 대전하수처리장내 일차슬러지 및 이차슬러지를 처리하는 혐기성소화조의 미생물을 채취하여 식종하여 사용하였다. 기질은 프라이머리 슬러지(primary sludge)와 쓰레기 활성 슬러지(Waste activated sludge, WAS)가 혼합된 대전광역시 하수처리장 농축조내 하수슬러지와 일반식당에서 발생되는 음식물 쓰레기가 50:50의 비로 혼합된 유기성 폐기물을 사용하였다. 유기성 폐기물의 특성을 아래의 표 2에 나타내었다. 한편 유기성 페기물은 파쇄공정, 선별공정을 거쳐 플라스틱, 돌, 철과 같이 미생물과 반응할 수 없는 불순물을 미리 제거하였다.The anaerobic microorganisms used in the first stage high temperature reactor and the second stage medium temperature reactor in FIG. 1 were collected by planting microorganisms of anaerobic digestion tanks treating primary sludge and secondary sludge in Daejeon sewage treatment plant under Daejeon Metropolitan City Facilities Management Corporation. The substrate is composed of organic waste mixed with primary sludge and waste activated sludge (WAS) in a 50:50 ratio of food waste generated from sewage sludge and general restaurant in Daejeon Metropolitan Sewage Treatment Plant concentration tank. Used. The characteristics of the organic wastes are shown in Table 2 below. On the other hand, organic wastes are preliminarily removed impurities that cannot react with microorganisms such as plastic, stone, and iron through crushing and sorting.

표 1. Table 1.

Figure 112004013231097-pat00001
Figure 112004013231097-pat00001

표 2. Table 2.

항목Item 단위unit 하수 슬러지Sewage sludge 음식물 쓰레기Food waste 물리적 특성Physical properties TSTS %% 2.4~3.12.4 ~ 3.1 16.1~21.716.1 ~ 21.7 VSVS %% 1.2~2.01.2 ~ 2.0 14.9~20.214.9-20.2 평균 VS/TSAverage VS / TS -- 54.954.9 95.095.0 화학적 특성Chemical properties 탄소(C)Carbon (C) %% 24.424.4 50.150.1 질소(N)Nitrogen (N) %% 3.43.4 3.63.6 수소(H)Hydrogen (H) %% 3.93.9 6.76.7 황(S)Sulfur (S) %% 0.70.7 -- 탄소/질소(C/N)Carbon / Nitrogen (C / N) -- 7.27.2 13.713.7

<시험예 1><Test Example 1>

상기 실시예의 TPASBR 공정 및 대조구의 시리즈 시스템에 의해 유기성 폐기물을 처리한 후 단위부피당 메탄발생율과 유기물 제거효율 변화를 측정하고 그 결과를 각각 도 3 및 도 4에 나타내었다.After treating the organic waste by the TPASBR process and the control series system of the above embodiment, the change in methane generation rate and organic matter removal efficiency per unit volume was measured and the results are shown in FIGS. 3 and 4, respectively.

단위부피당 메탄발생율은 표준상태(STP)에서 TPASBR 공정의 1단 고온반응조 및 시리즈 시스템의 첫 번째 반응조 모두 49∼62%의 수치를 나타냈다. The methane generation rate per unit volume ranged from 49% to 62% at standard temperature (STP) in both the first stage high temperature reactor of the TPASBR process and the first reactor of the series system.

전체 유기물 부하 0.8∼2.7g VS/L/d에서의 평균 유기물 제거효율을 평가하였는데 도 3에서 보듯 연속회분식 방식의 운전특성으로 인해 낮은 유기물 부하율(Organic loading rate, OLR)에서 매우 우수한 유기물 제거효율 획득이 가능하였으며 이는 생분해도가 높은 음식물 쓰게기의 투입한 영향으로 사료된다. TPASBR 공정의 평균 메탄생성율은 유기물 부하 2.7g VS/L/d에서 0.41 CH4/L/d 이었다. 또한 실시예 및 대조구에서 대부분의 메탄이 1단 반응조에서 생성되었는데 이로서 메탄발생의 주 반응조가 1단 반응조 임을 알 수 있었다. The average organic removal efficiency was evaluated at 0.8 to 2.7 g VS / L / d of total organic matter loading. As shown in FIG. 3, the organic matter removal efficiency was very excellent at low organic loading rate (OLR) due to the continuous batch operation. This was possible due to the input of high biodegradable food waste. The average methane production rate for the TPASBR process was 0.41 CH4 / L / d at 2.7 g VS / L / d of organic load. In addition, most of the methane in the examples and the control was produced in a single stage reaction tank, indicating that the main reactor of methane generation was a single stage reaction tank.

유기물 부하에 대한 VS 제거효율을 도 4에 나타내었다. 도 4에서처럼 실시예의 TPASBR 공정이 대조구의 시리즈 시스템에 비해 VS 제거효율이 우수함을 알 수 있었다. 한편, 실시예의 TPASBR 공정은 유기물 부하 2.7g VS/L/d까지 60% 이상의 높은 VS 제거효율을 보였으며 심각한 VFA 축적이나 거품(foaming)에 의한 와쉬아웃(washout) 등의 이상징후는 관찰되지 않았다. VS removal efficiency for the organic load is shown in FIG. As shown in Figure 4 it can be seen that the TPASBR process of the embodiment is superior to the VS removal efficiency compared to the control series system. On the other hand, the TPASBR process of Example showed high VS removal efficiency of 60% or more up to 2.7g VS / L / d of organic matter, and no abnormal symptoms such as washout due to severe VFA accumulation or foaming were observed. .

상기에서 실시예의 TPASBR 공정 및 대조구의 시리즈 시스템에서 각각의 반응조에서 발생한 기체는 가스 수집기에 모으고, 가스 수집기의 기체 조성분석은 Porapak Q TCD 컬럼(6ft ×2mm 스테인레스 스틸 컬럼)과 이송가스로 헬륨기체를 이용하는 Gow Mac GC(Gas chromatography series 580)를 이용하여 측정하였다.In the TPASBR process and the control series system of the above embodiment, the gas generated in each reactor is collected in a gas collector, and the gas composition analysis of the gas collector is performed using a Porapak Q TCD column (6 ft x 2 mm stainless steel column) and a helium gas with a transfer gas. It measured using Gow Mac GC (Gas chromatography series 580) used.

<시험예 2><Test Example 2>

실시예의 TPASBR 공정 및 대조구의 시리즈 시스템에 각각의 반응조에 대한 pH는 pH 미터(Orion 720A)를 표준 pH 용액(pH 4, pH 7)으로 보정하여 측정하였다. The pH for each reactor in the TPASBR process and control series system of the Example was measured by calibrating the pH meter (Orion 720A) with a standard pH solution (pH 4, pH 7).

pH는 실시예의 TPASBR 공정 및 대조구의 시리즈 시스템의 4개 반응조 모두 7.5 전후를 나타내고 있어 비교적 일정하게 유지되고 있었다. 총알칼리도 역시 큰 차이 없이 2600∼3200 mg/L(as CaCO3)로 유지되어 비교적 높은 유기물 부하에서도 안정적인 운전이 가능하였다.The pH of the four reactors of the TPASBR process of the Example and the control system series system was about 7.5, and was kept relatively constant. Total alkali was also maintained at 2600-3200 mg / L (as CaCO3) without any significant difference, enabling stable operation even at relatively high organic loads.

<시험예 3><Test Example 3>

실시예의 TPASBR 공정 및 대조구의 시리즈 시스템의 각각의 반응조내 미생물(biomass)의 메탄생성 능력을 평가하기 위하여 SMA 시험(Specific methanogenic activity test)을 수행하여 메탄의 전구체로부터 미생물에 의한 메탄생성율을 측정하고 그 결과를 도 5 내지 도 7에 나타내었다. 기질은 메탄의 전구체인 아세테이트(Acetate), 프로피온네이트(Propionate) 및 부티레이트(Butyrate)를 사용하였다. 각 기질의 농도는 2000mg COD/L로 조절하였으며 버퍼(buffer), 알칼리도(alkalinity), 미네랄 솔루션(mineral solution)의 종류 및 농도 Owen et al.(1979)의 방법을 따랐다. In order to evaluate the methane production capacity of the biomass in each reactor of the TPASBR process and the control series system of the example, a specific methanogenic activity test (SMA) was performed to measure the methane production rate by the microorganisms from the precursor of methane. The results are shown in FIGS. 5 to 7. As a substrate, acetate, propionate and butyrate, which are precursors of methane, were used. The concentration of each substrate was adjusted to 2000 mg COD / L and followed by the method of buffer, alkalinity, mineral solution type and concentration Owen et al. (1979).

도 5와 도 7에서 아세테이트 및 부티레이트의 높은 메탄생성율을 알 수 있었다. 특히 70ml CH4/gVSS/d 이상을 보인 아세테이트의 대사효율은 TPASBR 공정의 고온반응조내에 존재하는 미생물중 우점종이 아세토분해성(acetoclastic)의 메탄생성미생물(methanogen)로 잘 알려진 Methanosarcina speciesMethanothrix species으로 사료된다. 또한 고온 반응조에서 빠른 물질대사는 고형 폐기물로부터 메탄생성에 있어 율속단계로 작용하는 가수분해 효율의 증가가 있기 때문이라고 사료된다.5 and 7 it can be seen that the high methane production rate of acetate and butyrate. In particular, the metabolic efficiency of acetate with more than 70ml CH4 / gVSS / d is considered to be the Methanosarcina species and Methanothrix species , the predominant species among the microorganisms in the TPASBR process, known as acetoclastic methanogens. . In addition, the rapid metabolism in the high temperature reactor is considered to be due to the increased hydrolysis efficiency which acts as a rate-limiting step in the production of methane from solid waste.

<시험예 4><Test Example 4>

시험예 3의 가수분해 효율에 대해 알아보기 위해 실시예의 TPASBR 공정 및 대조구의 시리즈 시스템에 의해 4일의 주기로 하여 각각의 반응조에서 미생물의 가수분해 후 화학적산소요구량(COD) 배출 실험을 수행하였다. In order to examine the hydrolysis efficiency of Test Example 3, a chemical oxygen demand (COD) emission experiment was performed after hydrolysis of microorganisms in each reactor by a TPASBR process of Example and a series of control systems.

기질농도는 5g VS/L로 조절하였고, 메탄균의 활성 억제를 위해 메탄생성 억제제로 잘 알려진 브로모에탄 설포닉산(bromoethane sulfonic acid)을 50m mol/L의 농도로 투입하여 각각의 반응조에서 가수분해에 의해 방출되는 COD를 디크로메이트 환류 방법(dichromate reflux method)을 이용하여 측정하고 그 결과를 도 8에 나타내었다.Substrate concentration was adjusted to 5g VS / L, and hydrolysis was carried out in each reactor by adding bromoethane sulfonic acid, which is well known as a methane production inhibitor, at a concentration of 50m mol / L to inhibit methane bacteria activity. COD emitted by was measured using a dichromate reflux method and the results are shown in FIG. 8.

도 8에서처럼 본 발명의 실시예의 TPASBR 공정에서 COD 농도가 높아 대조구의 시리즈 시스템에서 보다 많은 가수분해가 일어났음을 알 수 있다. 이렇게 가분해가 많이 되므로 가수분해 및 산발효 후 생성되는 메탄발생 역시 대조구의 시리즈 시스템에 비해 실시예의 TPASBR 공정에서 보다 많이 발생되고 있음을 알 수 있다. As shown in Figure 8 it can be seen that in the TPASBR process of the embodiment of the present invention has a higher COD concentration, more hydrolysis occurred in the series system of the control. Thus, since the decomposition is much, it can be seen that methane generation after hydrolysis and acid fermentation is also more generated in the TPASBR process of the Example than the control series system.

상기 실시예 및 시험예의 결과로부터 본 발명의 연속회분식 고온/중온 이단 혐기소화 공정을 이용한 유기성 폐기물의 처리방법은 기존 단위기술의 최적결합을 통해 유기성 폐기물을 고온 반응조와 중온 반응조의 연속회분식 운전을 통해 최종 처분되어야 할 부피 감량을 극대화하고 액화된 유기물을 유용한 에너지원인 메탄가스로 전환시켜 바이오에너지를 회수율을 획기적으로 증대할 수 있다. The organic waste treatment method using the continuous batch high temperature / mid temperature two-stage anaerobic digestion process of the present invention from the results of the above examples and test examples is carried out through the continuous batch operation of the high temperature reactor and the medium temperature reactor through the optimal combination of existing unit technology. By maximizing the volume loss to be disposed of last and converting liquefied organics into methane gas, a useful energy source, bioenergy can be dramatically increased.

특히, 페기물 처리에 있어 합리적인 연속회분식 운전에 의해 반응조 내 미처리 잔류물의 체류시간 및 미생물접촉시간 증대와 운전비용의 절감이 가능하다.In particular, in the waste treatment, it is possible to increase the residence time and microbial contact time of the untreated residue in the reaction tank and reduce the operating cost by rational continuous batch operation.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and modified within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. It will be appreciated that it can be changed.

Claims (6)

유기성 폐기물의 처리에 있어서,In the treatment of organic waste, (1) 혐기성 미생물이 함유되고, 50∼55℃로 유지되는 고온 반응조에 유기성 폐기물을 유입시켜 혐기성 미생물과 반응시키는 단계와,(1) reacting with anaerobic microorganisms by introducing organic waste into a high temperature reactor containing anaerobic microorganisms and maintained at 50 to 55 ° C; (2) 혐기성 미생물이 함유되고, 30∼35℃로 유지되는 중온 반응조에 상기 (1)단계 처리 후의 상등액을 유입시켜 혐기성 미생물과 반응시키는 단계와,(2) reacting with the anaerobic microorganisms by introducing a supernatant after the step (1) treatment into a medium temperature reactor containing anaerobic microorganisms and maintained at 30 to 35 ℃; (3) 상기 (2)단계 후 중온 반응조에서 처리된 유기성 폐기물을 유출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 회분식 고온/중온 이단 혐기소화 공정을 이용한 유기성 폐기물의 처리방법(3) a method for treating organic waste using a continuous batch high temperature / medium temperature two-stage anaerobic digestion process comprising the step of flowing out the organic waste treated in a medium temperature reactor after step (2). 제1항에 있어서, 상기 (1)단계는 The method of claim 1, wherein step (1) (a1)혐기성 미생물로서 가수분해미생물, 산발효미생물, 메탄생성미생물이 함유된 고온 반응조에 유기성 폐기물을 유입시키는 공정,(a1) a step of introducing organic waste into a high temperature reactor containing hydrolyzed microorganisms, acid-fermenting microorganisms and methane-producing microorganisms as anaerobic microorganisms, (a2)유입된 유기성 폐기물을 혐기성 미생물과 가수분해, 산발효 및 메탄화 반응을 시켜 유기성 폐기물로부터 메탄가스를 발생시키는 공정,(a2) process of generating methane gas from organic wastes by hydrolysis, acid fermentation and methanation of the introduced organic wastes with anaerobic microorganisms, (a3)상기 (a2)공정 후 유기성 폐기물과 혐기성 미생물을 침전시켜 중력에 의해 고/액을 분리하는 공정,(a3) after the step (a2) to precipitate organic waste and anaerobic microorganisms to separate the solid and liquid by gravity, (a4)상기 (a3)공정 후 생성된 상등액을 고온 반응조로부터 유출시켜 중온 반응조에 유입시키는 공정을 포함함을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 처리방법.(a4) A method for treating organic waste, characterized by including the step of flowing out the supernatant generated after the step (a3) from the high temperature reaction tank and introduced into the middle temperature reaction tank. 제1항에 있어서, 상기 (2)단계는The method of claim 1, wherein step (2) (b1)고온 반응조로부터 유입된 상등액의 유기성 폐기물을 혐기성 미생물로서 가수분해미생물, 산발효미생물, 메탄생성미생물이 함유된 중온 반응조에서 혐기성 미생물과 가수분해, 산발효 및 메탄화 반응을 시켜 유기성 폐기물로부터 메탄가스를 발생시키는 공정,(b1) The organic wastes of the supernatant from the high temperature reactor are anaerobic microorganisms, which are hydrolyzed, acid-fermented and methanated with anaerobic microorganisms in a medium temperature reactor containing hydrolyzed microorganisms, acid-fermenting microorganisms and methane-producing microorganisms. Methane gas generating process, (b2)상기 (b1)공정 후 유기성 폐기물과 혐기성 미생물을 침전시켜 중력에 의해 고/액을 분리하는 공정,(b2) separating the solid / liquid by gravity by precipitating organic waste and anaerobic microorganisms after the step (b1); (b3)상기 (b2)공정 후 유기성 폐기물이 처리된 상등액을 중온 반응조로부터 유출시키는 공정,(b3) after the step (b2) the step of flowing out the supernatant treated with organic waste from the medium temperature reaction tank, (b4)상기 (b3)공정 후 고온 반응조로부터 발생된 상등액을 중온 반응조에 유입시키는 공정을 포함함을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 처리방법.(b4) a method for treating organic waste, comprising the step of introducing the supernatant generated from the high temperature reactor after the step (b3) into the medium temperature reactor. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 유기성 폐기물은 음식물 쓰레기, 하수 및 폐수 슬러지, 농 산물 폐기물, 축산물 폐기물 중에서 선택된 어느 하나이거나 또는 이들의 혼합물 임을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 처리방법.The method of claim 1, wherein the organic waste is any one selected from food waste, sewage and wastewater sludge, agricultural waste, and livestock waste, or a mixture thereof.
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