KR101070725B1 - 분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각 주방에 설치된 분쇄기로부터 수력 수송된 오수, 오물을 매탄가스 취출 에너지화 및 고도 처리화하기 위한 주방분쇄기 대응형 오수, 오물처리시스템에 관한 것으로, 고액분리조로 용존성 저해물질의 혐기성 메탄발효조 유입을 최소화하고 대신 저해물질 처리특성이 양호한 무산소, 호기성 조건에서 이를 처리함으로써 오수처리 효과와 메탄생성 효과를 향상시키는 분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명의 분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템은, 주방에 설치된 분쇄기로부터 수력 수송된 오수, 오물을 균등화와 유량조정 기능을 담당하는 유량조정조와; 상기 유량조정조에서 유입된 오수와 오물을 분리하는 고액분리조와; 상기 고액분리조에서 분리된 오물은 혐기성 메탄발효 전처리조에서 체류되면서 가수분해가 이루어진 오물이 유입되어 분해 및 메탄가스 생성을 위한 혐기성 메탄발효조; 및 상기 혐기성 메탄발효조에서 생성된 메탄가스를 취출하는 취출관과;

상기 혐기성 메탄발효조에서 투입된 슬러지와 고액분리조에서 분리된 상징액인 오수를 제거와 처리하는 것으로 혼합모터를 구비한 무산소조와 공기 공급과 오수처리 여과막을 구비한 호기조로 구성된 무산소,호기 고도처리조와; 상기 무산소,호기 고도처리조의 호기조에서 오수처리 여과막을 통해 투과된 처리수가 넘치게 되면 처리수를 자유낙하 방식으로 방류시키도록 구비된 하수관조;로 이루어진 것을 특징으로 하는 분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템을 제공하는 데 있다.

분쇄기, 오수고도처리, 바이오에너지, 오수, 오물처리시스템, 유량조정조, 고액분리조, 혐기성 메탈발효, 전처리장치, 여과막, 메탄가스

Description

분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템{Diposer Waste and Wastewater Treatment System}

본 발명은 분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템에 관한 것으로 더욱 상세하게는 초고층 아파트나 주상복합건물 등의 공동주택 단지에서 발생하는 음식물쓰레기의 경제적, 위생적 수송 및 폐기물의 안전한 처리를 위한 시스템으로 각 가정의 주방에 1차 습식분쇄기를 설치하여 분쇄한 후 수거된 음식폐기물을 효과적으로 관리, 처리하는 패키지형 고효율 메탄 가스 취출 에너지화, 오수,오물 처리시스템을 제시하는 분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템에 관한 것이다.

주방오물 분쇄기 처리시스템의 적용대상은 단독주택, 집합주택, 업무용 세 가지로 대별할 수 있다.

단독주택용 시스템의 특징은 대상인원이 적고 수량변동과 부하변동이 커서 처리조의 용적이 작으며 옥외에 설치되어 기온의 변동에 영향을 받기 쉽다.

집합주택의 경우는 대상인원이 수십 명부터 수천 명까지 폭이 넓고 수량변동과 부하변동은 규모가 커짐에 따라 작아지는 특징을 가지고 있다. 또한, 지하에 콘 크리트구조물 형태로 건설하여 설치할 수도 있다.

업무용은 사원식당, 학교, 기숙사, 병원 등의 주방에서 나오는 음식물쓰레기를 대상으로 하고 있다. 각 건물용도에 따라서 합류 오수 및 방류수질이 다르기 때문에 처리시스템을 결정하고 구성하는데 유의하여야 한다.

이러한, 분쇄기에 대응하기 위한 종래의 오수처리기술은 크게 액화처리방식과 고액분리방식으로 나눌 수 있다.

액화처리방식은 분쇄한 고형물을 분리하지 않은 상태로 액상형태로 처리하는 방식이다. 음식물쓰레기 고형물의 대부분은 생분해성을 가지므로 미생물의 체외효소를 통해 가수분해된 뒤 호기성 미생물에 의해 최종적으로 물과 이산화탄소로 분해된다.

일반적으로 유기물을 미생물로 처리하면 잉여슬러지가 발생하지만 대부분의 디스포저시스템에서는 잉여슬러지까지도 생물 분해하여 슬러지발생량을 저감하는 방식을 선택하고 있다.

호기성 가용화방식에서는 농축이나 고액분리 없이 분리된 반응조에서 장시간 폭기를 수행하는 다단식 액화처리 방식과 슬러지와 고형물만을 분리하여 호기성가용화 방식으로 처리하는 분리식 액화방식이 있다.

또한, 산소를 사용하지 않는 혐기성 미생물을 이용하여 고형물을 분해시키는 혐기성 가용화방식도 호기성 가용화방식과 함께 널리 사용되고 있다. 혐기성 가용화액화 처리방식에서는 산발효, 메탄발효 과정을 통해 유기물을 최종적으로 이산화탄소와 메탄으로 전환시키는 방식과 유기물이 분해되는 과정에서 발생하는 유기산 에 의해 pH를 6이하로 유지함으로써 가용화를 촉진시키는 방식이 있다.

고액분리식 (퇴비화방식)에서는 유입수를 원심분리기나 탈수기로 분리하여 고형물만을 퇴비화하여 처리한다.

특히 기존에 제시된 처리방식들은 오수처리기능을 염두에 두고 고안되었으며 에너지를 얻기 위한 최적시스템을 구성한 예가 아니며 오수처리시에도 고도처리의 기능이 부족하거나 없는 경우이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 초고층 아파트나 주상복합건물 등의 공동주택 단지에서 발생하는 음식물쓰레기의 경제적, 위생적 수송 및 폐기물의 안전한 처리를 위한 분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템으로 각 가정의 주방에 1차 습식분쇄기를 설치하여 분쇄한 후 수거된 음식폐기물을 효과적으로 관리 처리하는 패키지형 고효율 에너지화 처리시스템을 제시하는 것이다.

따라서, 공동주택 단지 내에서 발생하는 음식폐기물의 최종 감량화, 에너지화 뿐만 아니라 양질의 처리수를 배출 혹은 재이용함으로써 효과적 폐기물 및 물 관리 기술을 목표로 시스템을 제공한다.

그리고, 본 발명의 분쇄기 대응형 오수, 오물처리시스템은 공동주택 단지내에 설치되는 시스템으로 협잡물 및 고효율 혐기성소화를 통하여 고농도 유기물의 감량 및 오수의 고도처리를 통한 하수 오염부하 감소의 목적을 달성할 수 있다.

이러한, 메탄가스 등의 에너지 회수 개념이 포함되어 있는 유기성 폐기물 즉 음식물쓰레기의 처리는 이산화탄소 등의 온실가스 방출 저감효과도 거둘 수 있는 시스템을 제공한다.

따라서, 가용화 및 에너지화는 본 시스템의 단위 공정에서 핵심적인 역할을 담당하고 있으며 분쇄기 오수를 자연 수계 방류시에는 하수관으로 처리 유출수 보다도 엄격하게 관리하여야 하는데 우리나라의 경우 합류식 관거가 많고 분류식의 경우도 우기시 위생하수도 월류수(SSOs)가 상당하므로 본 발명에서는 엄격한 수질을 만족시킬 수 있는 시스템을 제공한다.

따라서, 본 발명의 분쇄기 대응형 주방 오물 및 오수 처리 시스템은 선탈질 분리막 반응조를 배열하여 탈질, 탈인 및 고액분리에 의한 부유고형물의 유출을 막을 수 있도록 하는 분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템을 제공함에 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템은, 주방에 설치된 분쇄기로부터 수력 수송된 오수, 오물을 균등화와 유량조정 기능을 담당하는 유량조정조와; 상기 유량조정조에서 유입된 오수와 오물을 분리하는 고액분리조와; 상기 고액분리조에서 분리된 오물은 혐기성 메탄발효 전처리조에서 체류되면서 가수분해가 이루어진 오물이 유입되어 분해 및 메탄가스 생성을 위한 혐기성 메탄발효조; 및 상기 혐기성 메탄발효조에서 생성된 매탄가스를 취출하는 취출관과; 상기 혐기성 메탄발효조에서 투입된 슬러지와 고액분리조에서 분리된 상징액인 오수를 제거와 처리하는 것으로 혼합모터를 구비한 무산소조와 공기 공급과 오수처리 여과막을 구비한 호기조로 구성된 무산소,호기 고도처리조와; 상기 무산소,호기 고도처리조의 호기조에서 오수처리 여과막을 통해 투과된 처리수가 넘치게 되면 처리수를 자유낙하 방식으로 방류시키도록 구비된 하수관조;로 이루어진 구조이다.

여기서, 상기 고액분리조는 오수와 오물의 분리에 의해 용존성 저해물질이 혐기성 메탄발효조 유입을 최소화하고, 용존성 저해물질을 오수와 함께 무산소,호 기 고도처리조로 유입시켜 무산소조와 호기조에서의 처리로 오수처리와 메탄가스 생성을 향상시키는 구조이다.

그리고, 상기 혐기성 메탄발효조는 유입된 오물 내에 존재하는 용존성 유기물과 입자성 유기물을 혐기성 조건에서 에너지원으로 활용 가능한 메탄가스로 전환시키는 구조이다.

또한, 상기 무산소,호기 고도처리조는 오수의 유기물 및 영양물질을 생물학적으로 제거와 처리하는 것으로 세균으로 구성된 활성슬러지와 처리수를 분리하기 위한 오수처리 여과막으로 구성되어 고도의 수질을 확보하는 구조이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템은 분쇄된 음식물쓰레기를 물로 수송한 후 고액분리 과정에서 상징액은 호기성, 침전고형물은 혐기성 처리를 거치는 것을 특징으로 한다. 이에 따라 음식물 쓰레기 내에 존재하는 저해물질의 대부분은 물에 의한 희석효과로 농도가 저감될 뿐만 아니라, 용존성 저해물질은 세척효과를 통해 쉽게 저해를 받는 혐기성 공정으로의 유입이 차단될 수 있어 보다 효율적인 메탄가스 에너지 회수가 가능한 효과가 있다.

또한, 음식물 쓰레기 내에 존재하는 저해물질로 염분, 중성세제, 마늘을 대상으로 혐기성 및 호기성 저해 특성을 고찰하였으며, 염분의 경우 혐기성 분해 및 호기성 분해에 모두 영향을 미쳤으나 혐기성 분해에 있어 매우 민감하게 영향을 받 았다. 중성세제와 마늘의 경우 주입 농도에 비례적으로 혐기성 분해 저해를 유발시켰으나 호기성 분해에는 거의 영향이 없었으며 오히려 주입된 세제와 마늘의 분해를 통해 BOD가 상승하는 결과를 보여주었다. 따라서, 본 연구에서 제안하는 분쇄기(디스포저) 대응형 주방 오수, 오물 처리시스템은 기존의 음식물쓰레기를 직접 혐기성 소화하는 경우에 비해 국내 음식물쓰레기의 저해특성을 효과적으로 예방할 수 있어 높은 오수처리효율과 에너지회수율을 가능하게 하는 효과가 있다.

또한, 국내 공동주택의 규모 및 비전문가에 의해 운전되는 처리시스템으로서의 수질 안정성 등을 고려한 분쇄기(디스포저) 대응형 주방 오수, 오물 처리시스템으로서 선탈질 막분리 활성슬러지시스템은 고부하 고도처리 및 안정적인 고효율 처리 효율이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은,

주방에 설치된 분쇄기로부터 수력 수송된 오수, 오물을 균등화와 유량조정 기능을 담당하는 유량조정조와;

상기 유량조정조에서 유입된 오수와 오물을 분리하는 고액분리조와;

상기 고액분리조에서 분리된 오물은 혐기성 메탄발효 전처리조에서 체류되면서 가수분해가 이루어진 오물이 유입되어 분해 및 메탄가스 생성을 위한 혐기성 메탄발효조; 및

상기 혐기성 메탄발효조에서 생성된 매탄가스를 취출하는 취출관과;

상기 혐기성 메탄발효조에서 투입된 슬러지와 고액분리조에서 분리된 상징액인 오수를 제거와 처리하는 것으로 혼합모터를 구비한 무산소조와 공기 공급과 오수처리 여과막을 구비한 호기조로 구성된 무산소,호기 고도처리조와;

상기 무산소,호기 고도처리조의 호기조에서 오수처리 여과막을 통해 투과된 처리수가 넘치게 되면 처리수를 자유낙하 방식으로 방류시키도록 구비된 하수관조;로 이루어진 것을 특징으로 하는 분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템을 제공함으로써 달성하였다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의하여 더욱 상세하게 설명한다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템의 전체 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 오물, 오수 처리 시스템은 각 주방에 설치된 분쇄기로부터 수력 수송된 오수, 오물을 매탄가스 취출 에너지화 및 고도 처 리화하기 위한 주방분쇄기 대응형 오수, 오물처리시스템으로 고액분리조(120)로 용존성 저해물질의 혐기성 메탄발효조(130) 유입을 최소화하고 대신 저해물질 처리특성이 양호한 무산소, 호기성 조건에서 이를 처리함으로써 오수처리 효과와 메탄생성 효과를 향상시키는 것이다.

이러한, 주방분쇄기 대응형 오수, 오물처리시스템은, 각 주방에 설치된 분쇄기로부터 수력 수송된 오수, 오물을 메탄가스의 에너지화 및 고도처리화하기 위하여 균등화와 유량조정 기능을 담당하는 유량조정조(110), 오수와 오물을 분리하는 고액분리조(120), 오물 분해 및 메탄가스 생성을 위한 혐기성 메탄발효조(130), 및 오수의 유기물 및 질소, 인 고도처리를 위한 무산소, 호기 고도처리조(150)의 다단계의 단위공정 및 장치의 조합을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 것이다.

그리고, 오수 및 오물 혼합물의 적정 처리를 위한 전처리 장치로서 고액분리조(120)는 혐기성 분해효과가 큰 오물은 혐기성 메탄발효조(130)로 염분이나 그 밖의 저해물질을 포함하는 오수는 무산소, 호기 고도처리조(150)로 분배하는 기능을 담당한다.

이같이, 주방 분쇄기를 통해 수송된 오수와 오물에는 특히 혐기성 메탄발효 특성을 저해할 수 있는 용존성 저해물질이 다량 포함되어 있으며, 이러한, 용존성 저해물질의 혐기성 메탄발효조 유입을 최소화하고 대신 저해물질 처리특성이 양호한 무산소, 호기성 조건에서 이를 처리함으로써 오수처리 효과와 메탄생성 효과를 향상시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 고액분리된 오물의 전처리 장치는 고형물의 가수분해를 촉진시킴으로 써 최종 발생 폐기물량을 삭감하고, 혐기성 메탄 생성을 위한 유효 유기물 함량을 증가시키며 메탄발효 속도를 향상시켜 발효조 체류시간 혹은 용적을 감소시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

그리고, 오물의 혐기성 메탄발효조(130) 장치는 오물 내에 존재하는 용존성 그리고 입자성 유기물을 혐기성 조건에서 에너지원으로 활용 가능한 메탄으로 최종 전환시키는 것을 특징으로 한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 각 주방에 설치된 분쇄기로부터 수력 수송된 오수, 오물 유량조정조(110)로 유입되고, 오수와 오물 혼합물은 다시 고액분리조(120)로 유입된다.

그리고, 상기 고액분리조(120)를 거친 오물은 혐기성 메탄발효 전처리조(132)로, 오수는 무산소, 호기 고도처리조(150)로 이송된다.

상기 혐기성 메탄발효 전처리조(132)를 거쳐 가수분해가 이루어진 오물은 다시 메탄 발효조(130)에서 혐기성 발효되어 메탄으로 전환된다.

이때. 상기 혐기성 메탄 발효조(130)의 고형물 체류시간를 유지하기 위하여 인발된 슬러지는 무산소조(154) 유입되어 무산소조(154)에서 탈질을 위한 탄소원으로 사용된다.

아울러, 고액분리조(120)의 상징액인 오수는 우선 무산소조(154)로 유입되어 탈질 및 인방출을 위한 탄소원으로 활용되며, 무산소조(154) 후단에 설치된 호기조(156)에서 질산화와 잔류 유기물 제거가 이루어진다.

상기 호기조(156) 내 슬러지는 다시 무산소조(154)로 내부 반송되어 앞서 설 명한 바와 같이 탈질 및 인방출이 무산소조(154)에서 이루어진다.

이러한, 오수처리를 위한 무산소, 호기 고도처리조(150)에는 기존의 침전조 역할을 호기조(156) 내부에 설치된 오수처리 여과막(158)이 담당하며, 막 분리를 통해 투과된 유출수는 하수관조(160)로 방류된다.

이와 같은, 분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템을 자세히 설명하면, 주방에 설치된 분쇄기로부터 수력 수송된 오수, 오물을 유량조정조(110)에서 균등화와 유량조정 기능을 담당하게 된다.

상기 유량조정조(110)에서는 펌프(10)로 오수와 오물을 분리하는 고액분리조(110)로 보내게 된다.

여기서, 상기 고액분리조(110)는 오수와 오물의 분리에 의해 용존성 저해물질이 혐기성 메탄발효조(130) 유입을 최소화하고, 용존성 저해물질을 오수와 함께 무산소,호기 고도처리조(150)로 유입시켜 무산소조(154)와 호기조(156)에서의 처리로 오수처리와 메탄가스 생성을 향상시키게 된다.

이러한, 상기 고액분리조(120)는 유량조정조(110)에서 공급되는 오수와 오물에 응집제를 투입하여 오염물질 중 고형성 BOD와 SS를 침강시켜 슬러지를 인발 제거하는 것으로 오수, 오물을 저장하면서 슬러지를 폐기시킬 수 있도록 하단부가 개폐되는 탱크로 구성되어 상기 탱크의 내부에 설치되어 고형성 BOD와 SS의 오염물질을 침강시켜 분리하는 하는 것이다.

이때, 상기 고액분리조(120)에서는 오수, 오물을 전기적인 방법에 의해 그 속에 함유된 불순물을 전기응집시켜 분리하는 더욱 우수한 다른 방법을 사용될 수 도 있음은 물론이다.

이같이, 상기 고액분리조(120)에서 분리된 오물은 펌프(10)로 이송되어 혐기성 메탄발효 전처리조(132)에서 체류되면서 가수분해가 이루어진 오물이 유입되어 분해 및 메탄가스 생성을 위한 혐기성 메탄발효조(130)로 이송된다.

여기서, 상기 혐기성 메탄발효 전처리조(132)는 고액분리된 오물 고형물의 가수분해를 촉진시킴으로써 최종 발생 폐기물량을 삭감하고, 혐기성 메탄 생성을 위한 유효 유기물 함량을 증가시키며 메탄발효 속도를 향상시켜 발효조 체류시간과 용적을 감소시키는 것이다.

그리고, 혐기성 메탄발효조(130)는 상기 혐기성 메탄발효 전처리조(132)에서 유입된 오물 내에 존재하는 용존성 유기물과 입자성 유기물을 혐기성 조건에서 에너지원으로 활용 가능한 메탄가스로 전환시키는 것이다.

이렇게, 상기 혐기성 메탄발효조(130)에서 생성된 매탄가스는 취출관(140)으로 취출하여 에너지원으로 사용하게 된다.

아울러, 상기 혐기성 메탄발효조(130)에서 투입된 슬러지와 고액분리조(120)에서 분리된 상징액인 오수를 제거와 처리하는 무산소,호기 고도처리조(150)는 혼합모터를 구비한 무산소조(154)와 에어 컴프레서(170)의 공기 공급과 오수처리 여과막(158)을 구비한 호기조(156)로 구성된다.

상기 무산소,호기 고도처리조((150)는 오수의 유기물 및 영양물질을 생물학적으로 제거와 처리하는 것으로 세균으로 구성된 활성슬러지와 처리수를 분리하기 위한 오수처리 여과막(158)으로 구성되어 고도의 수질을 확보하는 것이다.

이러한, 상기 무산소,호기 고도처리조(150)는 고액분리조(120)에서 분리된 상징액인 오수가 투입되고, 혐기성 메탄발효조(150)에서 고형물 체류시간을 유지하기 위하여 인발된 슬러지가 각각 무산소조(154)로 투입되어 혼합모터(152)에 의해 혼합되면서 상기 혐기성 메탄발효조(150)에서 투입된 슬러지는 탈질과 인 방출을 위한 탄소원으로 사용한다.

그리고, 상기 고액분리조(120)와 혐기성 메탄발효조(130)에서의 지속적인 투입으로 부상하여 무산소조(154)에서 오수가 넘치게 되면 오수의 자유낙하 방식으로 인해 호기조(156)로 유입된 오수에 공기를 공급하여 질산화와 잔류 유기물을 제거한 슬러지를 무산소조(154)로 다시 반송하게 된다.

이때, 상기 호기조(156) 내부에서는 침전 역할을 하면서 오수를 고도처리하는 오수처리 여과막(158)의 막 분리를 통해 활성슬러지와 처리수로 분리하게 된다.

상기 무산소,호기 고도처리조(150)의 호기조(156)에서 오수처리 여과막(158)을 통해 투과된 처리수가 넘치게 되면 처리수를 자유낙하 방식으로 방류시키도록 구비된 하수관조(160)로 방류되는 분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템이다.

아울러, 도 2는 본 발명에 따른 분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템의 단위 VS 당 누적 메탄가스 발생량 (mL/mg)을 시험한 결과도이고, 도 3은 본 발명에 따른 분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템의 단위 VS당 BOD 증가를 시험한 결과도이다.

상기 도면에 도시된 바와 같이, 주방분쇄기 대응형 오수, 오물처리시스템에 있어서, 오수에 포함된 용존성 저해물질이 혐기성 메탄발효와 호기성 분해에 각각 미치는 영향을 설명한 자료이다.

이러한, 도 2는 단위 VS 당 누적 메탄가스 발생량 (mL/mg)을 시험한 결과도로 실제 음식물쓰레기를 분쇄 후 수돗물과 혼합한 혼합액 (RW), 고액분리 후 상징액(MS, 분쇄 후 음식물쓰레기), 고액분리 후 잔류 고형물(MW, 음식물쓰레기 분쇄/세척 후 세척액)의 혐기성 메탄발효 특성을 평가한 결과이다.

이같이, 단위와 당 발생량은 잔류 고형물(MW)의 경우 가장 높게 나왔으며, 고액분리 후 상징액(MS, 분쇄/세척 후 잔류 음식물쓰레기)가 가장 적게 나왔다.

이는 고액분리 상징액 내에 메탄발효에 저해인자나 물질이 존재함을 보여주는 결과이다.

반면, 도 3은 같은 시료를 대상으로 호기성 분해 결과로 혐기성 메탄발효 특성과 달리 호기성 분해특성은 MW와 RW가 유사하며, MS가 가장 낮은 호기성 분해특성을 보여주었다.

이러한 결과를 바탕으로 고액분리조(120)의 장치를 통해 혐기성 분해 특성이 좋은 오물은 혐기성 메탄발효조(150)로 호기성(156) 분해특성이 우수한 오수는 무산소(154)조, 호기조(156)로 분배되는 시스템 구성을 갖추게 되었다.

아울러, 도 4는 본 발명에 따른 분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템의 오존발생기 실험장치의 모식도이다.

상기 도면에 도시된 바와 같이, 고액분리조(120)를 거쳐 혐기성 메탄발효조(130)로 유입되는 오물의 가수분해 및 가용화 특성을 향상시키기 위한 오존 전처리조라 할수 있는 혐기성 메탄발효 전처리조의 구성이다.

그리고, 도 5에 도시한 바와 같이 오존 혐기성 메탄발효 전처리조(132)의 장치를 통한 가용화 효과 결과를 제시하고, 도 6에 도시한 바와 같이 가용화 후 메탄발효 특성 결과를 제시하였다.

아울러, 고액분리조(120)에서 분리된 오물의 메탄 발생특성은 오존 전처리 가용화 후 13% 이상 향상되었다.

이와 같이, 본 발명에 의한 오수, 오물처리시스템의 고액분리조(120)에서 분리된 오수의 고도처리를 위하여 오수처리 여과막 장치가 포함된 호기조 및 무산소조로 구성된 무산소,호기 고도처리조(150)는 오수의 유기물 및 영양물질을 생물학적으로 제거 및 처리하는 시스템으로서 세균으로 구성된 활성슬러지와 처리수를 분리하기 위한 오수처리 여과막(158)으로 구성되는 것이다.

상기 공정은 고도처리를 위하여 도 7에 도시한 바와 같이 MLE (Modified Ludzack-Ettinger process)- type의 선탈질 반응조를 배열하고 호기조(156)에 침지형 오수처리 여과막(158)을 담그는 선탈질 분리막 활성슬러지 (Pre-denitrification membrane bioreactor) 공정으로 구성되어 있다. 분쇄기 오수는 C/N비가 20 (COD/T-N)으로 일반적인 하수의 6~8보다 상당히 탈질에 유리하고 T-P 함량이 5 mg/L 내외로 세포 합성으로 완전한 제거가 가능한 농도이다.

무산소조(154)의 용량결정은 여러 가지 방법이 있으나 비탈질속도(Specific dentrification rate)를 이용한 방법이 가장 널리 쓰인다.

여기서, NO3, removed: 제거된 nitrate, Vanoxic: 무산소조(154) 용적, rsdr: 비탈질속도, Xv: MLSS(mg/L) 이다.

이때, rsdr은 다음과 같이 F/M비의 함수로 주어진다.

또한 F/M비는 다음과 같다.

따라서, 무산소조(154)의 용적(Vanoxic)은 F/M비를 기준으로 설계된다면 유기물부하가 하수에 비하여 4~6배 크고 Xv가 2배정도 크므로 2~3배정도 하수 처리시보다 커져야 한다.

또한, 이것은 HRT가 기존 하수처리용 반응조에 비하여 2~3배 커지는 것을 의미한다.

한편, 호기조에서 유출되는 질산성질소 농도는 물질수지식에 의하면 내부반송의 함수로 주어진다. 슬러지 폐기에 의한 질소 (Nsludge)가 HRT 및 SRT의 함수로 주어지고 결국 질소 제거율은 내부반송이 클수록 커진다.

이것을 디스포저 오수에 대하여 적용하면 다음과 같다.

즉, 전술한 바와 같이 부하가 일반 하수보다 크기 때문에 수질목표를 달성하기 위해서는 도 8에 도시한 바와 같이 충분한 HRT와 내부반송이 필요하다.

특히, 본 시스템은 외부반송이 없으므로 일반적인 내부반송보다 더 크게 운전할 필요가 있다.

그러나, 내부반송이 커지면 호기조(156)의 고농도 산소의 무산소조(154) 유입과 무산소조(154) 체류시간이 감소하므로 유의하여야 한다.

또한, 호기조(156)의 NO₃,effluent가 방류될 뿐만아니라 무산소조(154)로 반송되므로 반송되는 양(amount)에 의하며 유입 유기물이 소모된다. 이값은 대체로 10~20% 유입 COD에 해당한다. 호기조의 용적 또는 HRT는 F/M의 증가에 따른 2~3배보다 조금 작은 값만큼 증가할 수 있다.

한편, 이론적으로 생물학적인 처리 공정에서 인의 제거는 슬러지의 제거에 의하기 때문에 SRT의 함수로 볼 수 있다. 다음 식은 그러한 표현중의 하나이다. 이 식에서 슬러지의 인함량 (fp)은 슬러지의 표현식 C₅H₇O₂NP_{0 .1}로부터 2.67%로 계산되고 도 9에 도시한 바와 같이 현재 30~40일로 운전(운직임)되는 SRT를 20~30일로 줄이면 별도의 물리화학적 처리없이 본 생물학적 공정만으로 유출수의 인농도를 1 mg/L 이하로 충분히 낮출 수 있을 것이다.

여기서, Y는 수율, So-S는 유기물 소모량이다.

성분	유입오수 수질 (mg/L)*	처리수질 (mg/L)*	비고
BOD	750(60)	<5	긴 HRT
SS	510	3.6	MBR특성
CODcr	1200(180)	280(90)	SMP생성
TOC	270(48)	15(2)	-
T-N	55(9)	7.8(3.2)	선탈질특성
T-P	5.2(1.1)	2.7(1.1)	긴 SRT

():표준편차

표 1은 분쇄기를 통한 오수 고도처리시스템에 오수, 오물이 유입될 경우 유입수의 농도와 처리수의 농도를 실험실규모의 처리시스템을 사용한 결과이다.

이때, 오수, 오물이 모두 유입될 경우, 유입수가 상당히 고부하(COD 1,200 mg/L 및 BOD 750 mg/L)로 하수에 비해 4~6배 높아서 처리조시스템은 높은 미생물농도(MLSS)의 유지가 요구된다. 더불어 C/N비가 20으로 일반하수의 6~8에 비해 높아 질소제거에 유리한 특징이 있다.

그러나, 인(P)의 함량은 5 mg/L 내외로 매우 낮아 생물학적 인제거 공정은 고려 안 해도 운전 조건에 유의한다면 안정된 처리수를 얻을 수 있다.

본 발명의 실험 결과, 분쇄기 유입수의 유입 유기물 농도가 높으나 높은 MLSS 농도 및 연장된 HRT로서 제어가 가능하였다.

또한, 선탈질의 질소 제거는 MBR 공정에서는 외부반송이 없고 제거효율을 고려하여 내부반송의 함수로 제어할 수 있었다.

일반적인 MBR 공정에서는 SRT를 제어하지 않는 경향이 있으나 인의 안정적 제거를 위해서는 SRT 제어가 필요하였다.

이와 같이, 본 발명의 분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템에 의한 고액분리조(120)는 용존성 저해물질의 혐기성 메탄발효조(130) 유입을 최소화하고 대신 저해물질 처리특성이 양호한 무산소, 호기성 조건에서 이를 처리함으로써 오수처리 효과와 메탄생성 효과를 향상시키는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명에 의한 전처리 장치는 고형물의 가수분해를 촉진시킴으로써 최종 발생 폐기물량을 삭감하고, 혐기성 메탄 생성을 위한 유효 유기물 함량을 증가시키며 메탄발효 속도를 향상시켜 발효조 체류시간 혹은 용적을 감소시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 오물의 혐기성 메탄발효조(150) 장치는 오물 내에 존재하는 용존성 그리고 입자성 유기물을 혐기성 조건에서 에너지원으로 활용 가능한 메탄으로 최종 전환시키는 것을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명에 의한 분쇄기 대응형 오수 고도처리 서브시스템은 오수의 유기물 및 영양물질을 생물학적으로 제거 및 처리하는 시스템으로서 세균으로 구성된 활성슬러지와 처리수를 분리하기 위한 분리막으로 구성되어 고도의 수질을 확보하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 바람직한 특정 실시 예를 설명하였지만, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않으며 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양하게 변형되는 실시 예들은 이하에 청구하는 본 발명의 특허 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템의 전체 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템의 단위 VS 당 누적 메탄가스 발생량 (mL/mg)을 시험한 결과도.

도 3은 본 발명에 따른 분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템의 단위 VS당 BOD 증가를 시험한 결과도.

도 4는 본 발명에 따른 분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템의 오존발생기 실험장치의 모식도.

도 5는 본 발명에 따른 분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템의 오존에 의한 분쇄기 오물의 가용화를 시험한 결과도.

도 6은 본 발명에 따른 분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템의 가용화 후 오물의 메탄발효 특성을 시험한 결과도.

도 7은 본 발명에 따른 분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템의 선탈질 분리막 활성슬러지 공정도.

도 8은 본 발명에 따른 분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템의 내부반송 및 필요한 체류시간 시험 결과도.

도 9는 본 발명에 따른 분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템의 SRT 및 유입수 인의 함수로서 유출 인농도 예상도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10:펌프 110:유량조정조

120:고액분리조 130:혐기성 메탄발효조

132:혐기성 메탄발효 전처리조 140:취출관

150:무산소,호기 고도처리조 152:혼합모터

154:무산소조 156:호기조

158:오수처리 여과막 160:하수관조

170:에어 컴프레서

Claims (6)

1. 주방분쇄기에 대응하여 오물 및 오수을 처리하기 위한 오수, 오물처리시스템로서,

   주방에 설치된 분쇄기로부터 수력 수송된 오수, 오물을 균등화와 유량조정 기능을 담당하는 유량조정조(110)와;

   상기 유량조정조(110)에서 유입된 오수와 오물을 분리하는 고액분리조(120)와;

   상기 고액분리조(120)에서 분리된 오물은 혐기성 메탄발효 전처리조(132)에서 체류되면서 가수분해가 이루어진 오물이 유입되어 분해 및 메탄가스 생성을 위한 혐기성 메탄발효조(130); 및

   상기 혐기성 메탄발효조(130)에서 생성된 메탄가스를 취출하는 취출관(140)과;

   상기 혐기성 메탄발효조(130)에서 투입된 슬러지와 고액분리조(120)에서 분리된 상징액인 오수를 제거와 처리하는 것으로 혼합모터(152)를 구비한 무산소조(154)와 공기 공급과 오수처리 여과막(158)을 구비한 호기조(156)로 구성된 무산소,호기 고도처리조(150)와;

   상기 무산소,호기 고도처리조(150)의 호기조(156)에서 오수처리 여과막(158)을 통해 투과된 처리수가 넘치게 되면 처리수를 자유낙하 방식으로 방류시키도록 구비된 하수관조(160);로 이루어진 것을 특징으로 하는 분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 고액분리조(120)는,

   오수와 오물의 분리에 의해 용존성 저해물질이 혐기성 메탄발효조(130) 유입을 최소화하고, 혐기성 분해 특성이 좋은 오물은 혐기성 메탄발효조(130)로 호기성 분해특성이 우수한 오수는 무산소조(154)와 호기조(156)로 분배되는 것을 포함함을 특징으로 하는 분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템.
3. 제1항에 있어서,

   상기 혐기성 메탄발효 전처리조(132)는,

   고액분리된 오물 고형물의 가수분해를 촉진시킴으로써 최종 발생 폐기물량을 삭감하고, 혐기성 메탄 생성을 위한 유효 유기물 함량을 증가시키며 메탄발효 속도를 향상시켜 발효조 체류시간과 용적을 감소시키는 것을 포함함을 특징으로 하는 분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템.
4. 제1항에 있어서,

   상기 혐기성 메탄발효조(130)는,

   유입된 오물 내에 존재하는 용존성 유기물과 입자성 유기물을 혐기성 조건에 서 에너지원으로 활용 가능한 메탄가스로 전환시키는 것을 포함함을 특징으로 하는 분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템.
5. 제1항에 있어서,

   상기 무산소,호기 고도처리조(150)는,

   고액분리조(120)에서 분리된 상징액인 오수가 투입되고, 혐기성 메탄발효조(130)에서 고형물 체류시간을 유지하기 위하여 인발된 슬러지가 투입되어 혼합모터(152)에 의해 혼합되면서 슬러지는 탈질과 인 방출을 위한 탄소원으로 사용하게 되는 무산소조(154)와;

   상기 고액분리조(120)와 혐기성 메탄발효조(132)에서의 지속적인 투입으로 무산소조(154)에서 오수가 넘치게 되면 오수의 자유낙하 방식으로 인해 유입된 오수에 공기를 공급하여 질산화와 잔류 유기물을 제거한 슬러지를 무산소조로 반송하는 호기조(156)와;

   상기 호기조(156) 내부에서 침전 역활을 하면서 오수를 고도처리하는 막 분리를 통해 활성슬러지와 처리수로 분리하는 오수처리 여과막(158);으로 이루어진 것을 포함함을 특징으로 하는 분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템.
6. 제5항에 있어서,

   상기 무산소,호기 고도처리조(150)는,

   오물과 오수를 동시에 고도처리 하기 위하여 오물 가용화의 무산소조(154)와 오수처리 여과막(158) 장치를 구비한 호기조(156)로 구성된 것을 포함함을 특징으로 하는 분쇄기 대응형 주방 오물, 오수 처리 시스템.

Images