KR100849219B1 - 음식물 쓰레기의 폐수 처리장치 및 처리방법 - Google Patents

Abstract

각종 음식물 쓰레기의 폐수 중에 함유된 유기성 고형분을 분리 제거하는 수(水) 처리 작업에 사용되며, 특히 수 처리 작업에 소요되는 공정과 시간을 대폭 단축시킬 수 있는 음식물 쓰레기의 폐수 처리장치를 개시한다.

그러한 음식물 쓰레기의 폐수 처리장치는, 폐수에 함유된 유기성 고형분이 원심분리기의 원심력에 의해 폐수로부터 걸러지도록 하는 제1 분리부와, 상기 제1 분리부를 거친 폐수에 유기성 고형분의 응집을 위한 처리 약품이 혼합되도록 하는 약품 혼합부와, 상기 약품 혼합부에서 처리 약품이 혼합된 폐수가 스크류 프레스기의 가압력에 의해 가압되면서 폐수 중에 응집된 유기성 고형분이 걸러지도록 하는 제2 분리부와, 상기 제2 분리부를 거친 폐수에 함유된 기름 성분의 유분 물질이 가압부상기의 미세 기포에 의해 부상되면서 폐수로부터 분리되도록 하는 제3 분리부와, 상기 제3 분리부에서 걸러진 기름 성분의 유분 물질이 침전기에서 침전되면서 유분 물질로부터 잔여 폐원수와 잔여 유기성 고형분이 걸러지도록 하는 제4 분리부를 포함한다.

음식물 쓰레기 폐수, 유기성 고형분, 기름 성분의 유분 물질, 수 처리를 위한 작업 공정 및 시간 단축, 폐수 처리 효율 향상, 유분 물질 재활용

Description

음식물 쓰레기의 폐수 처리장치 및 처리방법{equipment and method for treatment waste water}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음식물 쓰레기의 폐수 처리장치의 전체 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 음식물 쓰레기의 폐수 처리방법의 전체 작업 공정을 단계별로 나타낸 공정도이다.

본 발명은 음식물 쓰레기의 폐수 처리장치 및 처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각종 음식물 쓰레기의 폐수 중에 함유된 유기성 고형분을 분리 제거하는 수(水) 처리 작업에 사용되며, 특히 수 처리 작업에 소요되는 공정과 시간을 대폭 단축시킬 수 있는 음식물 쓰레기의 폐수 처리장치 및 처리방법에 관한 것이다.

일반적으로 각 가정이나 업소 등에서 수거한 음식물 쓰레기는 소정의 처리 과정을 거친 후 고형분 중에 함유된 수분(폐수)을 제거한 상태로 대부분 소각 및 매립 처리하거나 건조 및 발효시켜서 유기질의 비료나 퇴비 등으로 재활용하고 있다.

그리고, 이와 같이 음식물 쓰레기를 처리하는 과정에서 발생하는 폐수의 처리방법으로는, 선박을 이용하여 공해 상에 직접 해양 투기하는 방법과 통상의 폐수처리설비를 이용하여 수 처리하는 방법이 있다.

상기 두 가지의 폐수 처리 방법 중에서 해양투기 방법은, 폐수 중에 함유된 다량의 유기성 물질에 의해 공해 상에서 각종 환경 오염을 유발하고 바다의 생태계를 파괴하는 심각한 문제를 초래할 수 있다.

특히, 바다의 환경 오염에 의해 해양 투기와 관련한 법적 규제가 점차 강화되면서 근래에 들어서는 육상에서 폐수처리설비를 이용한 수 처리 방식으로 음식물 쓰레기의 폐수를 처리하는 방법이 널리 이용된다.

그러나, 상기 폐수처리설비를 이용한 폐수 처리장치 방법은, 대부분 여러 개의 처리용 수조(예를들어, 집수조, 유량조정조, 혐기소화조, 호기소화조, 협기조, 호기조, 농축조, 침전조, 방류조 등)를 거치면서 수 처리하는 방식으로 진행되므로 설비의 전체 사이즈가 클 뿐만 아니라, 과다한 작업 면적을 필요로 한다.

특히, 여러 개의 처리용 수조를 이용한 수 처리 방법은, 각 처리 공정에서 폐수 중에 처리 약품을 첨가하여 유기성 고형분을 분리 제거하는 간접 처리 방식으로 진행되므로 이와 같은 수 처리 방식은 다음과 같은 단점이 있다.

먼저, 각 공정에서 폐수 중에 처리 약품을 첨가하여 약품의 화학 반응에 의해 유기성 고형분을 간접적으로 제거하는 방식으로는 만족할 만한 분리 제거 효과를 얻기가 어렵다.

더욱이, 여러 개의 처리용 수조를 거치면서 각 수조 내부에 폐수를 일정 시 간동안 담아 둔 상태로 수 처리하는 방식은 폐수 처리에 과다한 시간이 소요되고, 이로 인하여 폐수의 처리 용량을 향상시키기 어렵다.

따라서, 상기와 같은 여러 개의 수조를 거치면서 매 공정마다 처리 약품을 이용한 간접 수 처리 방식으로는 폐수 처리시에 만족할 처리 능률과 설비의 효율성을 기대하기 어렵다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 음식물 쓰레기 폐수의 수 처리를 위한 구조 및 공정이 간단하고, 특히 폐수 중에 함유된 유기성 고형분을 직접 분리 제거하는 방식으로 수 처리 작업을 진행할 수 있는 음식물 쓰레기의 폐수 처리장치 및 처리방법을 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 실현하기 위하여,

폐수에 함유된 유기성 고형분이 원심분리기의 원심력에 의해 폐수로부터 걸러지도록 하는 제1 분리부;

상기 제1 분리부를 거친 폐수에 유기성 고형분의 응집을 위한 처리 약품이 혼합되도록 하는 약품 혼합부;

상기 약품 혼합부에서 처리 약품이 혼합된 폐수가 스크류 프레스기의 가압력에 의해 가압되면서 폐수 중에 응집된 유기성 고형분이 걸러지도록 하는 제2 분리부;

상기 제2 분리부를 거친 폐수에 함유된 기름 성분의 유분 물질이 가압부상기의 미세 기포에 의해 부상되면서 폐수로부터 분리되도록 하는 제3 분리부;

상기 제3 분리부에서 걸러진 기름 성분의 유분 물질이 침전기에서 침전되면서 유분 물질로부터 잔여 폐원수와 잔여 유기성 고형분이 걸러지도록 하는 제4 분리부;

를 포함하는 음식물 쓰레기의 폐수 처리장치를 제공한다.

그리고, 상기 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위하여,

폐수 중에 함유된 유기성 고형분을 원심분리기의 원심력에 의해 1차로 걸러내는 제1 분리단계;

상기 제1 분리단계를 거친 폐수 중에 유기성 고형분의 응집을 위한 처리 약품을 혼합하는 약품 혼합단계;

상기 약품 혼합단계를 거친 폐수 중에 응집된 유기성 고형분을 스크류 프레스기의 가압력에 의해 2차로 걸러내는 제2 분리단계;

상기 제2 분리단계를 거친 폐수를 공급받아서 가압부상기의 부력으로 폐수 중에 함유된 기름성분의 유분 물질을 걸러내는 제3 분리단계;

상기 가압부상기로부터 걸러진 유분 물질을 공급받아서 유분 물질 중에 함유된 잔여 폐수와 잔여 유기성 고형분을 침전기에서 침전시키면서 걸러내는 제4 분리단계;

를 포함하는 음식물 쓰레기의 폐수 처리방법을 제공한다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자들이 본 발명의 실시가 가능한 범위 내에서 설명된다.

따라서, 본 발명의 실시예들은 여러가지 다른 형태로 변형할 수 있는 것이므로 본 발명의 특허청구범위는 아래에서 설명하는 실시예들로 인하여 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음식물 쓰레기의 폐수 처리장치의 바람직한 전체 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.

그리고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 음식물 쓰레기의 폐수 처리방법의 바람직한 전체 작업 공정을 단계별로 나타낸 공정도로서, 도면 부호 S1은 제1 분리단계를 지칭한다.

상기 제1 분리단계(S1)는, 각종 음식물 쓰레기를 처리하는 과정에서 발생한 음식물 쓰레기 폐수(W, 이하 "폐수"라고 함.)를 원심분리기(M1)에 공급한 상태로 진행한다.]

상기 폐수(W) 중에는 각종 유기성 고형분(Q)들이 용해된 상태로 포함되어 있으며, 도 1에서와 같이 폐수 저장조(T1)측에 일정량을 저장한 상태에서 이 저장조(T1)와 상기 원심분리기(M1) 사이를 연결한 공급관(L1)을 통해 통상의 유체펌프(P1)의 펌핑 압력으로 공급할 수 있다.

상기 원심분리기(M1)는 도면에는 나타내지 않았지만 모터와 같은 구동원으로부터 동력을 전달받아서 작동하는 탈수조를 구비한 통상의 원심 분리 구조로 이루어진다.

즉, 상기 제1 분리 단계(S1)는, 상기 원심분리기(M1)의 탈수조 내부에 폐수(W)를 공급한 상태로 구동하여 원심력에 의해 폐수(W) 중에서 1차로 유기성 고형분(Q1)을 걸러낸다.

상기와 같이 원심분리기(M1)를 이용한 분리 작업에 의해 폐수(W) 중에 함유된 전체 유기성 고형분(Q) 중에서 50% 이상의 유기성 고형분(Q1)을 폐수(W)로부터 1차로 걸러낼 수 있다.

이와 같이 폐수(W) 중에서 1차로 유기성 고형분(Q1)을 제거하는 작업을 거치면, 후 공정에서 각종 처리 약품(희석제 또는 응집제)의 사용량을 줄일 수 있다.

그리고, 상기와 같이 원심 분리 작업에 의해 1차로 걸러진 유기성 고형분(Q1)은 배출관(K1)을 통해 외부로 배출하여 통상의 퇴비화설비에서 퇴비 제조에 사용할 수 있다.

상기 제1 분리단계(S1)를 완료하면, 폐수(W) 중에 수 처리용 약품을 혼합하는 약품 혼합단계(S2)를 진행한다.

상기 약품 혼합단계(S2)는, 상기 원심분리기(M1)와 공급관(L2)으로 연결한 혼합조(T2) 내부에 1차 분리 작업을 거친 폐수(W)를 공급한 상태로 진행한다.

상기 수 처리용 약품은 통상의 폴리머 응집제를 사용하고, 상기 혼합조(T2)에 담겨진 폐수(W) 중에 일정량을 공급한다.

상기 폴리머 응집제는 상기 혼합조(T2)에 담겨진 폐수(W) 1㎥ 중에 0.8㎏ 내지 1.5㎏을 혼합할 수 있다. 만일 상기한 범위보다 적게 혼합하면 폐수(W) 중에 함유된 유기성 고형분(Q)의 응집력이 저하되고, 상기한 범위보다 많이 혼합하면 약품 의 과다 사용에 의한 수 처리 효율을 저하시킬 수 있다.

상기와 같이 폴리머 응집제를 혼합하면, 폐수(W) 중에 잔존하는 유기성 고형분(Q)들을 응집시킬 수 있으므로 후 처리 작업시 폐수(W)로부터 유기성 고형분(Q)을 용이하게 제거할 수 있는 응집 상태가 된다.

그리고, 상기 약품 혼합단계(S2)는 폴리머 응집제를 혼합하기 전에 폐수(W) 중에 희석제를 혼합하는 작업을 진행할 수 있다.

상기 희석제는 가성소다 희석수를 사용할 수 있으며, 산성(酸性)인 폐수(W)를 알카리성으로 중화시키는 역할을 한다.

상기 희석제는 폐수(W) 1.5㎥ 중에 0.8㎏ 내지 1.5㎏을 혼합할 수 있다. 만일 상기한 범위보다 희석제를 적게 혼합하면 만족할 만한 중화력을 얻기가 어렵고, 상기한 범위보다 많이 혼합하면 유기성 고형분(Q)의 응집력이 도리어 저하될 수 있다.

상기와 같이 폐수(W) 중에 희석제를 일정량 혼합하여 알카리성으로 중화시킨 상태로 폴리머 응집제를 혼합하면 유기성 고형분(Q)의 응집력을 더욱 향상시킬 수 있다. 특히 유기성 응집제 중에 하나인 폴리머 응집제는 폐수(W)가 산성인 경우 응집 효과가 현저하게 저하되는 것으로 알려져 있으므로 상기와 같이 폐수(W)를 희석제(가성소다 희석수)에 의해 알카리성으로 중화시킨 상태로 폴리머 응집제를 혼합해야만 만족할 만한 응집 효과를 얻을 수 있다. 만일, 폐수(W) 중에 함유된 유기성 고형분(Q)의 응집력이 저하된 상태로 공급되면, 예를들어, 폐수(W) 중에 응집된 응집 물질을 강제 분리 방식(스크류 프레스)으로 걸러낼 때 만족할 만한 분리 효과를 얻기가 어렵다.

상기 약품 혼합단계(S2)를 완료하면, 폐수(W) 중에 함유된 유기성 고형분(Q)을 2차로 분리하는 제2 분리단계(S3)를 진행한다.

상기 제2 분리단계(S3)는, 상기 혼합조(T2)에 담겨진 폐수(W)를 스크류 프레스기(M2) 내부에 공급한 상태로 진행할 수 있다.

상기 폐수(W)는 상기 혼합조(T2)의 배출관(K2)을 통해 통상의 유체펌프(P2)의 펌핑 압력으로 상기 스크류 프레스기(M2)측에 공급할 수 있다.

상기 스크류 프레스기(M2)는 도면에는 나타내지 않았지만 구동원으로부터 동 력을 전달받아서 회전하는 탈수용 스크류를 구비한 통상의 수 처리용 스크류 프레스 구조로 이루어진다.

상기 스크류 프레스기(M2) 내부에 공급한 폐수(W)는 유기성 고형분(Q)들이 응집된 상태이므로 상기 스크류 프레스기(M2)를 이용하여 2차 분리 작업을 진행하면서 폐수(W) 중에 응집 고형분(Q2)을 용이하게 분리할 수 있다.

상기 2차 분리 작업을 거치면서 폐수(W)로부터 걸러진 응집 고형분(Q2)은 상기 스크류 프레스기(M2)와 연결한 배출관(K3)을 통해 외부로 배출하여 통상의 방법으로 매립 소각 처리한다.

그리고, 응집 고형분(Q2)을 분리한 폐수(W)는 상기 스크류 프레스기(M2)의 공급관(L3)을 통해 외부로 배출되어 저장조(T3)에 담겨진다.

상기와 같이 2차 분리 작업을 거친 폐수(W) 중에는 대부분 기름 성분의 유분 물질(Q3)만 존재하며, 이 유분 물질(Q3)을 폐수(W)로부터 걸러내기 위한 제3 분리 단계(S4)를 진행한다.

상기 제3 분리단계(S4)는, 가압부상기(M3) 내부에 폐수(W)를 공급한 상태로 진행하고, 상기 폐수(W)는 상기 저장조(T3)와 상기 가압부상기(M3) 사이에 연결한 배출관(K4)을 통해 통상의 유체 펌프(P3)의 펌핑 압력으로 공급할 수 있다.

상기 가압부상기(M3)는 도면에는 나타내지 않았지만 폐수(W)가 담겨지는 내부 공간에 기포발생기들을 부착하여 수처리 작업에 사용하는 통상의 구조로 이루어진다.

즉, 상기 가압부상기(M3) 내부에 폐수(W)가 담겨진 상태에서 기포발생기에 의해 바닥면측에서 기포를 발생하여 기포들의 부상력에 의해 수면 위로 유분 물질(Q3)들을 부유(浮游)시키는 방식으로 분리할 수 있다.

상기와 같은 3차 분리 작업시 상기 가압부상기(M3)의 내부 공간에서 상기 폐수(W)로부터 분리되어 바닥면에 가라앉은 잔여 응집 고형분(Q2)은 상기 가압부상기(M3)와 연결한 어느 하나의 배출관(K5)을 통해 외부로 배출한다.

그리고, 상기 가압부상기(M3) 내부에서 유분 물질(Q3)을 분리한 폐원수(W1)는 다른 하나의 배출관(K6)을 통해 외부로 배출한다.

이와 같이 배출관(K5, K6)을 통해 외부로 배출되는 응집 고형분(Q2)은 상기 폐수 저장조(T1)에 다시 공급하고, 폐원수(W1)는 하수처리장으로 공급하여 통상의 방법으로 처리한다.

상기 제3 분리단계(S4)를 완료하면, 상기 가압부상기(M3)에서 걸러진 기름 성분의 유분 물질(Q3) 중에 함유된 잔여 폐원수(W1)와 잔여 응집 고형분(Q2)을 분리하기 위한 제4 분리단계(S5)를 진행한다.

상기 제4 분리단계(S5)는 침전기(M4)를 이용한 침전 방식으로 분리 작업을 진행한다.

상기 침전기(M4)는 수 처리 작업에 사용하는 통상의 스컴(scum) 분리기를 사용할 수 있으며, 상기 가압부상기(M3)와 상기 침전기(M4) 사이에 연결한 공급관(L4)을 통하여 유분 물질(Q3)을 공급받는다.

즉, 상기 침전기(M4) 내부에 기름 성분의 유분 물질(Q3)을 채운 상태로 담아두면 침전 작용에 의해 유분 물질(Q3)은 수면 위로 뜨고, 잔여 폐원수(W1)는 아래 로 가라앉는다.

그리고, 상기 잔여 폐원수(W1) 중에 함유된 잔여 응집 고형분(Q2)은 침전 공간 바닥면에 가라앉은 상태가 된다.

즉, 상기와 같이 제4 분리 작업을 진행하여 침전기(M4) 내부에서 유분 물질(Q3)과, 이 유분 물질(Q3) 중에 잔존하는 잔여 폐원수(W1) 및 잔여 응집 고형분(Q2)을 간편하게 분리할 수 있다.

상기와 같이 침전 작용에 의해 분리된 기름 성분의 유분 물질(Q3)은 배출관(K7)을 통해 외부로 배출하여 통상의 퇴비 제조를 위한 퇴비화설비에 공급하여 퇴비 제조시 첨가제로 재활용할 수 있다. 이와 같이 폐수(W)로부터 걸러낸 유분 물질(Q3)을 퇴비 제조시 첨가제로 사용하면, 식물의 생장에 유익한 영양소 역할을 한다.

그리고, 상기 침전기(M4) 내부에서 맨 아래쪽에 가라앉은 잔존 응집 고형분(Q2)은 공급관(L5)을 통해서 상기 저장조(T1)측에 다시 공급하고, 잔여 폐원수(W1)는 배출관(K8)을 통해 상기 가압부상기(M3)에서 분리된 폐원수(W1)와 함께 하수처리장으로 공급한다.

따라서, 상기와 같이 분리 작업 단계들을 각각 거치면서 폐수(W)로부터 분리된 유기성 고형물(Q, Q1, Q2)들은 소각 매립하거나 퇴비의 첨가제로 사용하고, 폐원수(W1)는 하수처리장에서 생활 하수와 함께 처리가 가능하도록 간편하게 수 처리할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 음식물 쓰레기의 폐수를 원심분리기와 스크류 프레스기, 가압부상기 그리고 침전조 등을 거치면서 폐수 중에 함유된 유기성 고형분을 직접 분리 제거하는 방식으로 수 처리할 수 있다.

이러한 수 처리 방식은 종래와 같이 여러 개의 처리용 수조와 약품 등을 이용하여 화학 반응에 의해 간접 분리 제거하는 수 처리하는 방식에 비하여 처리 시간과 공정을 대폭 단축 시킬 수 있으며, 처리 설비의 전체 사이즈를 줄일 수 있다.

따라서, 음식물 쓰레기의 폐수를 수 처리할 때 처리 능률과 설비의 효율성을 향상시킬 수 있으며, 폐수로부터 분리한 유기성 고형분(유분 물질)의 재활용에 의해 부가 이익의 창출할 수 있다.

Claims (4)

1. 폐수에 함유된 유기성 고형분이 원심분리기의 원심력에 의해 폐수로부터 걸러지도록 하는 제1 분리부;

   상기 제1 분리부를 거친 폐수 중에 유기성 고형분의 응집을 위한 폴리머 응집제와 가성소다 희석수를 혼합하는 약품 혼합부;

   상기 약품 혼합부에서 처리 약품이 혼합된 폐수가 스크류 프레스기의 가압력에 의해 가압되면서 폐수 중에 응집된 유기성 고형분이 걸러지도록 하는 제2 분리부;

   상기 제2 분리부를 거친 폐수에 함유된 기름 성분의 유분 물질이 가압부상기의 미세 기포에 의해 부상되면서 폐수로부터 분리되도록 하는 제3 분리부;

   상기 제3 분리부에서 걸러진 기름 성분의 유분 물질이 침전기에서 침전되면서 유분 물질로부터 잔여 폐원수와 잔여 유기성 고형분이 걸러지도록 하는 제4 분리부;

   를 포함하는 음식물 쓰레기의 폐수 처리장치.
2. 폐수 중에 함유된 유기성 고형분을 원심분리기의 원심력에 의해 1차로 걸러내는 제1 분리단계;

   상기 제1 분리단계를 거친 폐수 1.0㎥ 중에 폴리머 응집제를 0.8㎏ 내지 1.5㎏ 범위로 혼합하는 약품 혼합단계;

   상기 약품 혼합단계를 거친 폐수 중에 응집된 유기성 고형분을 스크류 프레스기의 가압력에 의해 2차로 걸러내는 제2 분리단계;

   상기 제2 분리단계를 거친 폐수를 공급받아서 가압부상기의 부력으로 폐수 중에 함유된 기름성분의 유분 물질을 걸러내는 제3 분리단계;

   상기 가압부상기로부터 걸러진 유분 물질을 공급받아서 유분 물질 중에 함유된 잔여 폐수와 잔여 유기성 고형분을 침전기에서 침전시키면서 걸러내는 제4 분리단계;

   를 포함하는 음식물 쓰레기의 폐수 처리방법.
3. 삭제
4. 청구항 2에 있어서,

   상기 약품 혼합단계는, 가성소다 희석제를 폐수 중에 더 혼합하고,

   상기 폐수 1.5㎥ 중에 가성소다 희석제를 0.8㎏ 내지 1.5㎏ 범위로 혼합하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기의 폐수 처리방법.

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