KR101312809B1 - 제지폐수처리공정을 활용한 음폐수를 전처리한 탈리액의 병합처리방법 - Google Patents

제지폐수처리공정을 활용한 음폐수를 전처리한 탈리액의 병합처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기성 폐기물인 음식물폐기물 처리과정에서 발생하는 음폐수를 전 처리한 탈리액을 제지폐수처리공정에 병합처리 방법에 관한 것으로서, 특히, 지속적으로 사회적 문제를 야기하는 음폐수와 이를 전 처리한 탈리액을 제지폐수처리공정에 투입하여 처리하는 기술에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 음폐수에 혼합되어 있는 이물질, 유기물, 유분 등을 제거한 탈리액을 폐수처리공정에 투입하여 침전조, 혼화조, 활성오니조, 농축조를 거쳐 호기성 미생물에 의해 분해되도록 하고, 미생물 분해로 생성되는 슬러지를 탈수하여 소각 또는 퇴비화 하는 것이다. 본 발명은 음폐수를 전 처리한 탈리액을 제지폐수처리공정에 병합처리 함으로서 기존의 무기성 제지폐수처리공정에 유기물을 자연스럽게 병합함으로서 처리방법에 대한 거부감이 없고, 경제적으로 처리할 수 있는 방법이다.

Description

제지폐수처리공정을 활용한 음폐수를 전처리한 탈리액의 병합처리방법{Complex method of foodwaste leachate using the pulpwastewater engineering}
본 발명은 유기성 폐기물인 음식물의 처리과정에서 발생하는 음식물폐기물의 폐수 및 침출수(이하 '음폐수'라 한다)처리 분야에 관한 것으로서, 특히, 지속적으로 사회적 문제를 야기하는 음폐수를 전 처리한 탈리액을 영양원으로 제지폐수처리공정에 적용한 병합처리방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 음폐수를 별도 분리하여 기존의 보편화 되어 있는 처리 공정인 가수분해공정, 혐기성소화공정, 호기성소화공정, 가압부상방법, 응집침강방법, 여과나 탈수방법 등을 이용하여 이물질과 유기물 및 유분 등을 제거하여 탈리액(이하 '음폐수를 전 처리한 탈리액'이라 한다)을 제지폐수처리공정의 집수조, 혼화조, 침전조, 활성오니조, 농축조, 탈수 및 소각과정 등을 거쳐 처리하는 병합처리방법에 관한 것이다.
유기물과 유분, 고농도의 질소와 인이 함유된 음폐수는 그동안 육상처리가 어려워 해양투기 방법으로 처리하였으나 2013년부터 국제적으로 해양투기가 전면 금지되었다.
음폐수에는 유기물, 유분, 질소, 인 등의 함량이 높아 처리에 어려움이 있고 2012년까지는 해양투기 방법을 주로 사용하였다. 질소와 인은 하천이나 호소, 바다 등에서 발생하는 부영양화의 원인 물질로 작용하고 있어 새로운 국제 문제로 대두되고 있어 2013년부터는 국제협약에 따라 해양투기가 전면 금지 된 것이다.
이와는 반대로 제지생산업체에서 가동 중에 있는 폐수처리공정에는 미생물의 활성을 촉진시키고자 질소와 인 등의 영양원을 인위적으로 투입하고 있어 경제적으로 커다란 부담으로 작용하고 있기 때문에 음폐수를 전 처리한 탈리액에 함유된 질소와 인 등 영양물질을 폐수처리공정에 혼합 처리하는 기술을 개발하게 되었다.
따라서 본 발명은 2013년부터 해양투기 금지에 따른 음폐수의 육상처리 방안을 모색하면서 동시에 제지생산 과정에서 발생하는 폐수의 처리비용을 절감하고 폐수처리공정에서 미생물의 활성을 촉진하여 처리효율을 높이기 위함이다.
국내등록특허 10-0322670(B) (2002. 01. 17)
본 발명의 목적은 음폐수를 전 처리한 탈리액에 함유된 고농도의 질소와 인 등을 영양원으로 다양한 제지폐수처리공정에 병합처리 할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 음식물폐기물 처리 과정에서 발생하는 음폐수에서 이물질과 고형물 등을 분리 선별하고, 음폐수에 함유된 유분을 제거하여 제지폐수처리공정에 영양원으로 혼합되었을 때 미생물이 이를 쉽게 소화할 수 있도록 처리 하는 것이다. 상기의 선별, 유분제거 등 전처리과정을 거친 음폐수 탈리액은 영양원으로 제지폐수처리공정에 혼합되어 호기성 상태에서 미생물에 의하여 소화시키는 것이다.
본 발명의 2차적 목적은 심한 악취와 고농도의 질소, 인, 유분 등을 함유하여 처리에 어려움을 겪고 있는 음폐수 처리 방법과 해양투기 방안의 대체 처리 방법으로 육상처리가 가능하도록 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 유기물 함량이 적은 무기성 제지폐수 처리과정에 음폐수를 전 처리한 탈리액을 영양원으로 공급하여 경제적 효과를 높이기 위한 것이다.
본 발명은 음폐수를 전 처리한 탈리액을 제지폐수에 혼합하여 병합 처리하는 것으로 먼저 음폐수에 들어 있는 이물질을 분리 선별하고, 보편화된 처리 방법인 가수분해공정, 혐기성소화공정, 호기성소화공정, 가압부상방법, 응집침강방법, 여과나 탈수방법 등을 이용하여 유분과 유기물을 제거한 탈리액을 제지폐수처리공정에 투입하면 집수조, 혼화조, 침전조, 활성오니조, 농축조, 방류조 등을 거치면서 호기성 미생물의 영양원으로 사용하게 된다. 상기 음폐수를 전 처리하여 탈리액으로 분리 하는 것은 제지폐수처리공정에 공급되었을 때 미생물이 쉽게 분해 할 수 있도록 하고 폐수처리장에 유막형성으로 인한 폭기 저하로 효율이 떨어지는 것을 막기 위함이다.
이와 같이 제지폐수처리공정에 혼합된 음폐수를 전 처리한 탈리액은 미생물의 영양원이 되어 슬러지로 변화되고, 이렇게 발생된 슬러지를 탈수하여 소각하거나 퇴비로 사용할 수 있도록 하는 것이다.
이상에서와 같이 본 발명은 음폐수를 전 처리한 탈리액을 제지폐수처리공정에서 호기성 미생물로 하여금 소화시킴으로써 음폐수를 전 처리한 탈리액을 효율적으로 처리할 수 있으며, 특히 기존의 제지폐수처리시설의 설비를 이용할 경우 음폐수를 전 처리한 탈리액을 영양원으로 대체 투입함으로써 쉽게 적용할 수 있다. 또한 종래 제지폐수처리공정에서 미생물의 영양물질을 인위적으로 공급해주어야 하는 문제점을 음폐수를 전 처리한 탈리액에 함유된 질소와 인을 영양원으로 공급함으로써 해결할 수 있으며, 동시에 음폐수 처리문제도 해결되는 것이다.
그리고 제지폐수에 음폐수를 전 처리한 탈리액을 혼합하여 처리할 때 음폐수로부터 공급되는 유기물질이 대부분 분해되므로 생산되는 슬러지의 양은 제지폐수를 단독 처리할 때와 큰 차이가 없다.
본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 필요에 의해 가능하며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
도 1은 음폐수 탈리액의 병합처리 흐름도이다.
본 발명은 음폐수를 전 처리한 탈리액을 영양원으로 제지폐수처리과정에 투입하기 전에 음폐수에 혼합되어 있는 이물질을 선별하고, 보편화된 처리공정인 가수분해공정, 혐기성소화공정, 호기성소화공정, 가압부상방법, 응집침강방법, 여과나 탈수방법 등을 이용하여 유분과 유기물을 제거하고 탈리액화 하여 제지폐수에 혼합시킨다.
먼저 음폐수의 유분은 유기용제로 용해시켜 유분층과 수분층으로 분리한다. 이때 사용하는 유기용제는 에틸에테르 또는 비등점이 30~85℃이며, 비중이 0.8 이하인 탄화수소와 에틸에테르를 혼합한 유기용제이다. 이 단계의 온도는 20±10℃로로 유지하는 한편, 친유성 성분이 제거된 기질은 HLB(Hydrophilic Liphophilic Blance)가 감소되어 소포성(Defoaming)과 침강성이 개선되어, 부유성 고형분은 하부로 침전된다. 상층에서 분리된 유분 등 친유성 물질을 용해한 용제에서 부유성 협잡물을 제거한 후, 열교환 단계를 경유하여 85℃ 내지 100℃로 증류하여 비등점이 100℃ 이상인 친유성 물질과 용제를 분리한다. 혐기성소화공정은 혐기성소화조(Upflow Anaerobic Sludge Blanket; UASB)를 이용하며, 소화조의 하부에서는 소화조 내부에 형성된 슬러지층이 잘 혼합되고, 내부에서 발생하는 소화가스는 수상층의 교란을 최소화하면서 부상하고, 소화조 내부의 수층 중·상부에서는 현탁물질이 침강된다. 그리고 소화조의 내부에 유입부하 변동을 흡수할 수 있는 충분한 혐기성균체를 일정하게 (F/M비 0.5 이상) 유지할 수 있도록 교반층과 일정한 침강층이 존재할 수 있다. 혐기성소화공정은 50~60℃의 온도범위에서 음폐수의 유기물질을 분해하는 것으로, 음폐수 내의 알코올, 단당류, VFA, VOC, CO2 및 아미노산 등을 소화하여 탈리액을 만들게 된다.
음폐수의 호기성소화공정은 공기가 충분히 공급되는 환경에서 호기성 미생물이 공기 또는 수중의 용존산소를 이용하여 음폐수의 유기성분을 분해해서 탄소화합물은 이산화탄소와 물로, 질소화합물은 암모니아 또는 질산염으로 만드는 공정을 말하며, 대사산물과 비슷한 양의 생물체가 증식한다. 호기성소화공정에서는 용존산소, 수온, pH, 교반 등이 조작인자로서 반응조(폭기조) 내를 호기성으로 유지해야 하며, 수온 20~25℃, pH 5~8이 적정한 조건이다. 호기성소화공정은 비교적 단시간에 진행되므로, 시설규모가 작아도 되나 에너지 소비가 많고, 다량의 잉여오니가 발생, 부하변동에 허용범위가 좁은 것이 결점이다. 가압부상법을 이용하여 음폐수를 처리하는 경우 물리적 전처리를 거친 음폐수를 pH조정 및 응집제 투입을 통하여 미세한 현탁물질과 콜로리드상의 부유물질들을 가압부상조에서 제거한 후 2차 생물학적으로 처리하는 방법이다. 음폐수의 현탁성 부유물의 비중이 1 정도이거나, 용존 불순물중에서 유기물이 많은 경우에 이 방법을 적용한다. 가압부상법은 EJECTOR 및 COMPRESSOR를 사용해 작은기포를 형성시켜 이때 기포가 상승하면서 입자를 흡착하여 표면에 떠오르게 한 다음 SKIMMER로 걷어내어 분리한다. 특히 응집침전법과 비해 침전속도보다 부상 속도가 빨라서 단위 시간당 처리량이 많다. 또한 조용량이 침전조에 비해 작아도 되며, 떠오른 SCUM은 함수율이 적다. 상기 가압부상법을 포함하여 음폐수 속의 부유물을 분리회수하는 방법으로 응집침강법은 고액분리법의 일종이다. 응집침강법은. 처리비용이 싸고 운전관리도 용이하여 널리 이용되는데, 부유물의 침강분리효율이 침전조(沈澱槽)의 면적에 의존된다.
상기 제지폐수에 혼합된 음폐수를 전처리한 탈리액은 미생물에 의해 호기성 소화되며, 소화 후 탈수하여 슬러지를 케이크로 제조하고 이를 소각 또는 퇴비화 한다.
1. 음폐수의 선별과정
제지폐수처리공정에 음폐수를 전 처리한 탈리액을 영양원으로 투입하기 전에 음폐수에 들어 있는 이물질과 유분, 고형물을 분리 선별하는 과정이다. 음폐수에 들어 있는 이와 같은 이물질, 유분, 고형물을 제거하지 않으면, 제지폐수의 미생물 소화율이 저하되며, 최종적으로 생산되는 슬러지의 양도 많아지고 또한 생산된 슬러지의 유용성이 저하된다.
2. 음폐수의 전 처리 후 탈리액화
음폐수를 전 처리한 탈리액을 영양원으로 제지폐수에 혼합되어 신속하게 소화 될 수 있도록 유기물 함량과 유분을 최대한 낮춘다. 이 과정에 사용되는 방법은 보편화된 방법으로 가수분해공정, 혐기성소화공정, 호기성소화공정, 가압부상방법, 응집침강방법, 여과나 탈수방법 등을 이용 할 수 있으며, 유기물 함량이 낮고 질소와 인 등 영양물질이 높을수록 제지폐수처리공정 중 활성오니조 등에서 미생물의 활성화를 높이고, 쉽게 섭취 분해되도록 한다. 유분이 제거되지 아니한 상태에서 제지폐수처리공정에 투입 될 경우 각 처리조의 상층부에 얇은 기름막을 형성하게 되어 대기 중의 산소가 공급되는 것을 막아 호기성 미생물의 활성화를 저해하게 된다.
3. 음폐수를 전 처리한 탈리액의 제지폐수처리공정 투입
상기 선별되고 유기물과 유분이 제거된 음폐수를 전 처리한 탈리액은 제지폐수처리공정 중 집수조, 혼화조, 활성오니조, 침전조, 농축조 등에 투입되어 미생물의 영양원으로 공급되며, 제지폐수의 미생물은 이를 섭취하여 분해하는 동시에 제지폐수에 포함된 각종 수질오염 물질을 포집하여 정화시킨다. 이와 같이 음폐수를 전 처리한 탈리액을 영양원으로 먹고 자란 제지폐수의 미생물은 최종 단계에서 유기성 슬러지로 남게 된다. 제지폐수처리공정에 혼합되는 음폐수를 전 처리한 탈리액은 보편화된 처리공정인 가수분해공정, 혐기성소화공정, 호기성소화공정, 가압부상방법, 응집침강방법, 여과나 탈수방법 등을 이용하여 유기물함량과 유분을 최소화 할수록 미생물에 의한 제지폐수의 처리요율을 높아진다.
4. 제지폐수처리공정의 활성오니조
제지생산 과정에서 발생하는 폐수는 유기물 함량이 낮은 무기성 폐수이나 처리방법은 호기성 미생물에 의한 처리공정을 사용하기 때문에 미생물의 활성화를 촉진시키기 위하여 부족한 영양원을 인위적으로 공급하여야 하기 때문에 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.
그러나 음폐수를 전 처리한 탈리액을 영양원으로 공급하게 되면 음폐수를 처리하면서 동시에 제지폐수까지 깨끗하게 정화시킬 수 있다. 제지폐수처리공정에 음폐수를 전 처리한 탈리액이 영양원으로 공급되면 호기성 미생물은 활성오니조 등에서 충분한 산소를 바탕으로 왕성한 증식과 함께 투입된 음폐수를 전 처리한 탈리액을 분해시키고 제지폐수는 깨끗하게 정화하게 된다.
5. 슬러지의 탈수 및 소각
활성오니조에서 충분히 공급된 산소와 투입된 음폐수를 전 처리한 탈리액을 영양원으로 왕성하게 증식된 미생물은 침전 및 농축 과정을 거치면서 유기물을 소진시키고 슬러지로 배출된다.
배출된 슬러지는 대부분 미생물 사체로 구성되어 있으며, 미생물의 세포막 안에 수분이 들어 있어 탈수가 용이하지 않다. 스크류 또는 원심력 등을 이용하여 슬러지를 탈수시킨 다음 양질의 슬러지케이크는 퇴비 등으로 사용되고, 그렇지 않은 탈수 슬러지는 소각 등의 방법으로 처리한다.

Claims (4)

  1. 제지폐수처리공정을 활용한 음폐수를 전 처리한 탈리액의 병합처리방법에 있어서,
    상기 음폐수에 들어 있는 이물질, 유기물 및 유분을 분리 선별하는 단계;
    상기 선별된 음폐수를 미생물에 의한 분해속도를 촉진시키기 위하여 가수분해공정, 혐기성소화공정, 호기성소화공정, 가압부상법, 응집침강법 및 여과 탈수방법을 이용하여 탈리액화 하는 단계;
    상기 음폐수를 전 처리한 탈리액을 영양원으로 제지폐수처리장의 제지폐수에 투입하는 단계;
    상기 투입된 음폐수를 전 처리한 탈리액을 영양원으로 제지폐수의 미생물에 의해 호기성 조건에서 분해되고 슬러지로 변화하는 단계;
    상기 슬러지를 농축시키고, 탈수하여 소각 또는 비료화 하는 단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 음폐수 탈리액의 병합처리방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 음폐수의 유분을 분리하는 단계에서 사용되는 유기용제는 비등점이 30~85℃이며, 비중이 0.8 이하인 탄화수소와 에틸에테르를 혼합한 유기용제인 것을 특징으로 하는 음폐수 탈리액의 병합처리방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 음폐수의 혐기성 소화공정은 50~60℃의 온도범위에서 음폐수의 유기물질을 분해하는 것으로, 음폐수 내의 알코올, 단당류, VFA, VOC, CO2 및 아미노산을 소화하는 것을 특징으로 하는 음폐수 탈리액의 병합처리방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 음폐수의 호기성 소화공정은 반응조 내를 호기성으로 유지해야 하며, 수온 20~25℃, pH 5~8로 유지하는 것을 특징으로 하는 음폐수 탈리액의 병합처리방법.
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