KR100935881B1 - 고농도 유기성 폐액 및 폐기물 자원화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고농도 유기성 폐액 및 폐기물을 처리하여 자원화하는 장치에 관한 것으로서, 고농도 유기성 폐액 및 폐기물을 공급받아 일시적으로 저장하는 저류조(100); 상기 저류조(100)로부터 고농도 유기성 폐액 및 폐기물을 원수유입펌프(33)를 통하여 공급받아 산발효 처리를 통하여 고분자 유기화합물을 저분자 유기화합물로 전환하는 유기산조(200); 상기 유기산조(200)에서 처리된 저분자 유기화합물을 메탄발효조주입펌프(44)를 통하여 공급받아 혐기성 미생물과 반응시켜 소화액과 메탄가스를 생성시키는 메탄발효조(300); 및, 상기 메탄발효조(300)에서 생성된 소화액을 공급받아 저장하는 소화액저류조(400);로 구성되는 것을 특징으로 한다.

저류조, 유기산조, 메탄발효조, 소화액저류조, 유기산조순환라인, 유기산조순환펌프, 메탄발효조순환라인, 메탄발효조순환펌프, 흡입관, 반송라인, 메탄가스배출구, 이송관, 유출수유도판, 웨어

Description

고농도 유기성 폐액 및 폐기물 자원화 장치{High Density Organic Wastewater Recycling System}

본 발명은 고농도 유기성 폐액 및 폐기물(유기성 폐수)을 처리하여 자원화하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세히는 새로운 개념의 유기산조와 메탄발효조를 이용하여 고농도 유기성 폐액 및 폐기물의 소화 및 분해를 촉진하여 운영 비용을 절감하고 생산된 메탄가스를 에너지원으로 재활용하는 것을 특징으로 한다.

일반적으로 산업 발달과 함께 소득증대와 소비성향의 변화 및 유통구조의 발달로 인하여 생활 폐기물은 급격히 증가되는 추세이다.

생활 폐기물의 처리 방안으로 선택될 수 있는 것으로는 매립지를 확보하여 매립처리하는 방법, 소각하여 처리하는 소각방법, 재가공하여 새로운 자원으로 활용하는 방법 등이 있다.

매립처리 방법의 경우는 처리 후 매립지의 지질오염과 유해가스발생, 그리고 수질오염 등의 공중위생상 많은 문제점과 함께 매립지 확보를 위한 경제적 부담이 뒤따르는 문제점이 있었고, 소각처리 방법의 경우는 소각처리를 위한 경비의 부담과 소각시 대기오염이 발생되는 문제점이 있으며, 또 처리대상물인 폐기물의 종류에 제한을 받는 문제점이 있다.

재활용처리 방법의 경우는 최상의 처리방법에 해당되는 것으로 보여지나, 재활용으로 인한 효용성에 따라 재활용 가능 여부가 결정된다. 즉, 재활용을 위한 처리비용 문제에서 경제성 여부가 중요하고, 재활용처리 과정에서 이차적인 환경오염발생 여부가 중요하며, 재활용에 의한 최종제품의 품질 만족도에 대한 종합적인 분석을 통하여 재활용 처리 방법이 선택된다.

상기한 바와 같은 생활 폐기물에 대한 처리방법의 결정은 폐기물의 물성에 따라 선택될 수 있는 것이다.

특히, 일반 식생활에서 폐기물로 생성되는 고농동 유기성 폐액 및 폐기물(음식물쓰레기, 하수 슬러지, 폐수 슬러지, 축산폐기물)은 대부분 유기질 폐기물로서, 매립처리시 수질오염 및 부패로 인한 악취발생 등의 심각한 환경오염원인이 되고 있는데, 고농도 유기성 폐액 및 폐기물은 소각처리가 부적당한 바 거의 매립처리 방법으로 처리하고 있었다.

그러나, 매립처리 방법은 매립지 확보, 매립 후 주변의 토질변화, 유기물의 부패에 의한 가스발생으로 악취 및 그에 따른 대기오염과 수질오염 등 여러 형태의 비경제적, 비위생적, 비환경적 처리 방법으로 많은 문제점이 있었다.

따라서, 매립처리 방법의 문제점들을 해소하기 위하여 고농도 유기성 폐액 및 폐기물을 처리하여 재활용하는 방법이 제시된 바 있으나, 기존의 고농도 유기성 폐액 및 폐기물 장치는 소화를 촉진시키기 위해 기계식 교반장치로 구동장치, 샤프트, 상부 일부 구간에 샤프트의 둘레에 일정 간격을 유지하도록 설치되는 튜브, 튜브의 하단에 샤프트와 밀봉 용접되는 받침대, 지지대 등의 제어시스템을 더 설치해야 하고 이를 구동시켜야 하는 바, 과도한 유지관리비가 소요되었으며, 잦은 문제 발생으로 연속적인 운전이 어려웠으며, 불균형적인 운전으로 인하여 악취가 발생하여 시설 주변의 주민들로부터 민원 발생의 근원이 되었다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 창작된 본 발명의 목적은 다음과 같다.

첫째, 종래의 고농도의 유기성 폐기물(유기성 폐수)을 처리하기 위한 혐기성소화 방식의 문제점을 해소하기 위하여 창작된 것으로서, 고농도 유기성 폐액 및 폐기물을 안정적으로 처리하여 처리 효율을 높이고, 슬러지 발생량을 최소화 시키는 것을 본 발명의 목적으로 한다.

둘째, 별도의 교반장치 없이 유기산조나 메탄발효조 내의 미생물과 유기물이 충분히 접촉(혼합)되는 새로운 방식을 도입하여 고농도 유기성 폐액 및 폐기물의 소화를 촉진시키고 유지관리비 절감 및 자동화 시설을 통하여 노동력을 절감하는 것을 본 발명의 다른 목적으로 한다.

셋째, 부산물로 발생되는 바이오메탄을 보일러의 에너지원 등으로 재활용함으로써 공정을 더욱 효율적으로 운영하고 정부의 정책 방향에 부응함을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 창작된 본 발명의 기술적 구성은 다음과 같다.

본 발명은 고농도 유기성 폐액 및 폐기물을 공급받아 일시적으로 저장하는 저류조(100); 상기 저류조(100)로부터 고농도 유기성 폐액 및 폐기물을 원수유입펌 프(33)를 통하여 공급받아 산발효 처리를 통하여 고분자 유기화합물을 저분자 유기화합물로 전환하는 유기산조(200); 상기 유기산조(200)에서 처리된 저분자 유기화합물을 메탄발효조주입펌프(44)를 통하여 공급받아 혐기성 미생물과 반응시켜 소화액과 메탄가스를 생성시키는 메탄발효조(300); 및, 상기 메탄발효조(300)에서 생성된 소화액을 공급받아 저장하는 소화액저류조(400);로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 구성에 따른 기술적 효과는 다음과 같다.

첫째, 고농도 유기성 폐액 및 폐기물을 안정적으로 처리하여 처리 효율을 높이고, 슬러지 발생량을 최소화 시킬 수 있다.

다시 말하면, 유량을 일정하게 조절하는 자동밸브를 설치하여 유기산조나 메탄발효조 내부로 공급되거나 순환되는 유량의 급격한 변화에 따른 충격을 방지하고, 유기산조나 메탄발효조에서 미생물과 유기성 폐기물의 지속적인 접촉을 유도하여 고농도 유기성 폐액 및 폐기물을 신속하고 안정적으로 처리하고 발생되는 슬러지도 최소화 할 수 있으며, 발생된 슬러지는 유기산조나 메탄발효조의 하단부에 구비된 제1, 2 슬러지수집기를 통하여 외부로 배출하여 미생물을 활성화시키고 유기산조나 메탄발효조의 처리 효율 저하를 방지할 수 있다.

둘째, 기계적 교반방식은 자체하중을 비롯한 추력 및 진동 등이 발생하는 구조적인 취약한 결함이 있으나 당 기술은 별도의 교반장치 없이 유기산조나 메탄발 효조 내의 미생물과 유기물이 충분히 접촉(혼합)되는 새로운 방식을 도입하여 고농도 유기성 폐액 및 폐기물의 소화를 촉진시키고 유지관리비 절감 및 자동화 시설을 통하여 노동력을 절감할 수 있다.

다시 말하면, 유기산조순환펌프나 메탄발효조순환펌프를 이용하는 펌프 믹싱 방법을 사용하여 별도의 교반기가 구비되지 않더라도 미생물과 유기물이 순환과정에서 충분히 접촉되도록 하여 고농도 유기성 폐액 및 폐기물의 소화를 촉진함과 동시에 유지관리비를 절감하여 경제성을 추구할 수 있다.

셋째, 부산물로 발생되는 바이오메탄(메탄가스)을 연료 및 전기 에너지원 등으로 재활용함으로써 공정을 더욱 효율적으로 운영하고 정부의 정책(신재생 에너지 사업) 방향에 부응할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 전체 구성을 도시하는 개요도이고, 도2는 메탄발효조(300)의 상부에 구비되는 웨어(320) 및 유출수유도판(310)의 구조를 도시하는 부분확대도이고, 도3은 흡입관(340)의 분포 패턴을 보여주는 평면도이다.

저류조(100)는 고농도 유기성 폐액 및 폐기물(유기성 폐수)을 공급받아 일시적으로 저장하는 탱크 역할을 한다.

유기산조(200)는 저류조(100)로부터 고농도 유기성 폐액 및 폐기물을 원수유 입펌프(33)가 설치된 제1이송라인(77)을 통하여 공급받아 산발효 처리를 통하여 고분자 유기화합물을 저분자 유기화합물로 전환하게 된다.

유기산조(200)는 고온(54 ~ 56 ℃) 소화방식을 도입하여 반응이 급속히 진행되고 저분자 유기지방산으로 급격히 전환되어 취급이 용이하다.

기존의 유기산조는 일반적으로 35 ℃ 내외의 운영되고 있으나 본 발명의 경우 스팀공급배관(55)이 유기산조(200)의 측면에 설치되며 유기산조(200)의 온도가 54 ℃ 이하로 내려가면 자동제어밸브(66)가 개방되어 유기산조(200) 내부로 공급된 스팀으로 유기산조(200)를 56 ℃까지 가열한 후 다시 자동제어밸브(66)를 닫는 고온 소화방식으로 미생물을 활성화시킨다. 메탄발효조(300)에서 생산된 메탄은 이러한 스팀을 생산하는 연료로 사용될 수 있다.

유기산조(200)에는 일반적인 회전식 교반장치가 구비되지 않는데, 그 대신 유기산조순환펌프(230)와 유기산조순환라인(220)을 통한 펌프 믹싱 방식을 통하여 산형성 미생물과 고분자 유기화합물인 유기성 폐액 및 폐기물이 접촉되도록 설계된다.

즉 처리중인 폐기물은 유기산조(200)의 하부 일측으로 배출되어 유기산조순환라인(220)을 따라 유기산조(200)의 상부로 이송된 후 유기산조(200) 내부로 다시 분사되는 과정이 반복되어 유기산조(200) 내부의 산형성 미생물과 폐기물인 고분자 유기화합물의 접촉이 원활하게 이루어져 산발효 처리를 가속할 수 있다.

유기산조순환라인(220)에는 이송 유량을 일정하게 조절하는 자동제어밸브(66)가 설치되어 순환되는 유기성 폐기물의 급격한 유량 변화로 인한 충격을 방 지하는 것이 바람직하다.

유기산조순환펌프(230)는 유기산조순환라인(220)에 설치되어 유기산조(200) 내부의 펌프 믹싱 동력으로 사용된다.

유기산조(200)의 하단부는 콘(cone) 타입으로 구성되어 유기산조(200) 내부에서 생성된 슬러지는 자연스럽게 유기산조(200)의 하단부 중앙으로 모이게 되는 바, 이를 적정 시점에 유기산조(200) 외부로 배출시키는 것이 필요하다.

제1슬러지수집기(210)는 도1에 도시된 바와 같이 유기산조(200)의 하단부에 구비되어 유기산조(200)의 하단부에 가라앉은 슬러지를 외부로 배출하는 역할을 한다.

이러한 제1슬러지수집기(210)는 항상 개방되는 것은 아니며, 슬러지의 발생량이나 발생빈도 등을 고려하여 적절한 주기마다 제1슬러지수집기(210)를 개방하여 유기산조(200) 내부의 슬러지를 제거한다.

유기산조(200)에서 처리된 저분자 유기화합물은 메탄발효조주입펌프(44)가 설치된 제2이송라인(88)을 통하여 메탄발효조(300)로 공급되는데, 공급량의 급격한 변화로 인한 충격을 방지하기 위한 자동제어밸브(66)를 제2이송라인(88) 상에 별도로 구비하여 이송 유량이 일정하게 유지되도록 하는 것이 바람직하다.

메탄발효조(300)는 고농도 유기성 폐액 및 폐기물을 처리하는 핵심 부분으로서 고온(54 ~ 56 ℃)의 혐기성 소화방식을 변형한 시설로서 유기산조(200)에서 1차 처리된 고농도 유기성 폐액 및 폐기물(저분자 유기화합물)을 혐기성 미생물과 반응시켜 메탄가스와 소화액으로 분해시킨다.

기존의 메탄발효조는 일반적으로 35 ℃ 내외의 운영되고 있으나 본 발명의 경우 스팀공급배관(55)이 메탄발효조(300)의 측면에 연결되며 메탄발효조(300)의 온도가 54 ℃ 이하로 내려가면 자동제어밸브(66)가 개방되어 메탄발효조(300) 내부로 공급된 스팀으로 메탄발효조(300)를 56 ℃까지 가열한 후 다시 자동제어밸브(66)를 닫는 고온 소화방식으로 미생물을 활성화시킨다. 메탄발효조(300)에서 생산된 메탄은 이러한 스팀을 생산하는 연료로 사용될 수 있다.

메탄발효조(300)에서 생성된 소화액은 소화액저류조(400)로 이송되어 저장되고, 메탄가스는 메탄발효조(300)의 상단부에 구비된 메탄가스배출구(370)를 통하여 외부로 배출되어 에너지원으로 재활용된다.

메탄발효조(300)의 상단부 내측에는 유출수유도판(310)과 웨어(320)가 구비된다.

유출수유도판(310)은 메탄발효조(300) 상단부 내측면을 따라 일정한 폭으로 구비되며 소화액저류조(400)로 연결되는 이송관(11)을 향하여 기울어진 구조가 된다.

웨어(320)는 유출수유도판(310)의 내측 단부를 따라 수직 방향으로 연장되며, 연장된 상단부를 따라 요철부가 반복적으로 형성된 구조이다.

따라서 유기산조(200)로부터 메탄발효조(300) 내부로 고농도 유기성 폐액 및 폐기물(저분자 유기화합물)이 공급된 만큼 메탄발효조(300) 내부의 상등수(소화액)가 웨어(320) 상단부에 형성된 요철부 사이를 통하여 유출수유도판(310)으로 넘쳐 흐르게 되고, 유출수유도판(310)으로 넘쳐 흐른 상등수는 유출수유도판(310)의 경 사를 따라 이송관(11)으로 모이고 위치에너지에 의한 자연유하방식으로 이송관(11)을 따라 낙하하여 소화액저류조(400)에 저장된다.

웨어(320)의 요철부는 부유하는 하수오니(스컴) 등이 유출수유도판(310)으로 넘어 오는 것은 방지하고 양질의 소화액만 유출수유도판(310)으로 흘러 넘치도록 하는 역할을 수행한다.

서지탱크(12)는 이송관(11)의 초입부에 설치되는데, 중앙부에 상단부가 개방된 격벽(13)이 설치되고 서지탱크(12)의 하부로 유입된 소화액의 수위가 올라가서 격벽(13)을 타고 넘쳐 흐르는 양만큼의 소화액이 소화액저류조(400)이 이송된다.

이러한 서지탱크(12)는 수압과 수량의 급격한 변화를 방지하며 메탄가스가 상등수(소화액)와 함께 소화액저류조(400)로 빠져나가는 것을 방지할 목적으로 설치된다.

메탄발효조(300)에서도 유기산조(200)와 유사하게 펌프 믹싱 방식이 적용된다.

메탄발효조(300)의 하부 공간에 나선형으로 배열된 다수 개의 흡입관(340)을 통하여 처리중인 유기성 폐기물을 흡입하고 메탄발효조순환펌프(360)와 메탄발효조순환라인(350)을 통하여 메탄발효조(300)의 상부로 이송시킨 후 메탄발효조(300)의 내부로 다시 분사하는 과정을 반복하여 혐기성 미생물과 유기성 폐기물이 충분히 접촉되도록 하여 메탄발효조(300)의 반응속도를 가속시킨다.

메탄발효조순환라인(350)에는 이송 유량을 일정하게 조절하는 자동제어밸브가 설치되어 순환되는 유기성 폐기물의 급격한 유량 변화로 인한 충격을 방지하는 것이 바람직하다.

메탄발효조(300)도 유기산조(200)와 마찬가지로 콘 타입이 하단부에 슬러지를 배출하는 제2슬러지수집기(330)를 구비하여 메탄발효조(300)에서 생성된 슬러지를 외부로 배출할 수 있다.

이러한 제2슬러지수집기(330)는 항상 개방되는 것은 아니며, 슬러지의 발생량이나 발생빈도 등을 고려하여 적절한 주기마다 제2슬러지수집기(330)를 개방하여 유기산조(200) 내부의 슬러지를 제거한다.

반송라인(22)은 메탄발효조순환라인(350)에서 분기되어 유기산조순환라인(220)으로 연결되는데, 메탄발효조(300)에서 순환되는 유기성 폐기물의 일부를 유기산조(200)로 반송하는 통로 역할을 한다.

메탄발효조(300)에서 순환되는 유기성 폐기물에는 메탄발효조(300) 내부에서 생성된 소화액도 일부 포함되어 함께 반송되며, 이와 같이 반송라인(22)을 따라 반송된 유기성 폐기물은 유기산조(200) 내부로 다시 공급되어 유기산조(200) 내부의 산형성 미생물의 활성을 높여주게 된다(MLSS(Mixed Liquor Suspended Solid) 향상).

이러한 반송라인(22)에도 이송 유량을 일정하게 조절하는 자동제어밸브를 설치하여 유기산조(200)의 미생물 활성화 정도를 모니터링하여 자동으로 열리고 닫히게 된다.

유기산조(200)와 메탄발효조(300)의 온도를 유지(54 ~ 56 ℃)하기 위하여 스팀공급배관(55)과는 별도로 유기산조순환라인(220)과 메탄발효조순환라인(350)에 각각 열교환기(99)를 설치하여 각 조의 온도를 유지하는 것이 바람직하다.

예를 들어 열교환기(99)가 구비되는 경우 유기산조(200)나 메탄발효조(300)의 온도가 상승하여 정상 범위를 벗어나는 경우 스팀공급배관(55)의 자동제어밸브(66)를 차단하는 것과 병행하여 열교환기(99)를 통하여 방열이 이루어짐으로써 보다 신속하게 유기산조(200)나 메탄발효조(300)의 온도를 정상 범위로 복귀시킬 수 있게 된다.

상기한 바와 같이 본 발명의 구체적 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 설명하였으나 본 발명의 보호범위가 반드시 이러한 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양한 설계 변경, 공지기술의 부가나 삭제, 단순한 수치한정 등의 경우에도 본 발명의 보호범위에 속함을 분명히 한다.

도1은 본 발명의 전체 구성을 도시하는 개요도이다.

도2는 메탄발효조(300)의 상부에 구비되는 웨어(320) 및 유출수유도판(310)의 구조를 도시하는 부분확대도이다.

도3은 흡입관(340)의 분포 패턴을 보여주는 평면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100:저류조

200:유기산조

210:제1슬러지수집기

220:유기산조순환라인

230:유기산조순환펌프

300:메탄발효조

310:유출수유도판

320:웨어(weir)

330:제2슬러지수집기

340:흡입관

350:메탄발효조순환라인

360:메탄발효조순환펌프

370:메탄가스배출구

400:소화액저류조

11:이송관 12:서지탱크 13:격벽

22:반송라인

33:원수유입펌프

44:메탄발효조주입펌프

55:스팀공급배관

66:자동제어밸브

77:제1이송라인

88:제2이송라인

99:열교환기

Claims (7)

1. 고농도 유기성 폐액 및 폐기물을 처리하여 자원화하는 장치에 관한 것으로서,

   고농도 유기성 폐액 및 폐기물을 공급받아 일시적으로 저장하는 저류조(100);

   상기 저류조(100)로부터 고농도 유기성 폐액 및 폐기물을 원수유입펌프(33)를 통하여 공급받아 산발효 처리를 통하여 고분자 유기화합물을 저분자 유기화합물로 전환하는 유기산조(200);

   상기 유기산조(200)에서 처리된 저분자 유기화합물을 메탄발효조주입펌프(44)를 통하여 공급받아 혐기성 미생물과 반응시켜 소화액과 메탄가스를 생성시키는 메탄발효조(300); 및,

   상기 메탄발효조(300)에서 생성된 소화액을 공급받아 저장하는 소화액저류조(400);

   로 구성되되,

   상기 메탄발효조(300)에는,

   상기 메탄발효조(300) 상단부 내측면을 따라 일정한 폭으로 구비되며 상기 소화액저류조(400)로 연결되는 이송관(11)을 향하여 기울어진 유출수유도판(310);

   상기 유출수유도판(310)의 내측 단부를 따라 수직 방향으로 연장되며, 연장된 상단부를 따라 요철부가 반복적으로 형성되어 상기 메탄발효조(300) 내부에서 발생된 스컴이 상등수와 함께 상기 유출수유도판(310)으로 넘어오는 것을 방지하는 웨어(320);

   콘(cone) 타입의 하단부에 구비되어 슬러지를 배출하는 제2슬러지수집기(330);

   상기 메탄발효조(300)의 하부 공간에 나선형으로 배열된 다수 개의 흡입관(340)을 통하여 처리중인 유기성 폐기물을 배출하고 상기 메탄발효조(300)의 상부로 이송하여 상기 메탄발효조(300)의 내부로 다시 분사하는 메탄발효조순환라인(350); 및,

   상기 메탄발효조순환라인(350)에 설치되는 메탄발효조순환펌프(360);

   가 포함되고,

   상기 유기산조(200)에는,

   콘(cone) 타입의 하단부에 구비되어 슬러지를 배출하는 제1슬러지수집기(210);

   처리중인 유기성 폐기물을 상기 유기산조(200)의 하부 일측으로 배출하고 상기 유기산조(200)의 상부로 이송하여 상기 유기산조(200) 내부로 다시 분사하는 유기산조순환라인(220); 및,

   상기 유기산조순환라인(220)에 설치되는 유기산조순환펌프(230);

   가 포함되는 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐액 및 폐기물 자원화 장치.
2. 제1항에서,

   상기 메탄발효조순환라인(350)에서 분기되어 상기 유기산조순환라인(220)으로 연결되어 상기 메탄발효조(300)에서 순환되는 유기성 폐기물의 일부를 상기 유기산조(200)로 반송하는 반송라인(22);

   이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐액 및 폐기물 자원화 장치.
3. 제2항에서,

   상기 메탄발효조(300)의 상단부에는 발생된 메탄가스를 배출하는 메탄가스배출구(370);

   가 구비되는 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐액 및 폐기물 자원화 장치.
4. 제1항 내지 제3항 가운데 어느 한 항에서,

   상기 유기산조(200) 및 상기 메탄발효조(300) 각각의 내부로 스팀을 공급하는 스팀공급배관(55);

   이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐액 및 폐기물 자원화 장치.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제

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