KR101338951B1 - 생물증발법을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법 - Google Patents

생물증발법을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101338951B1
KR101338951B1 KR1020130044961A KR20130044961A KR101338951B1 KR 101338951 B1 KR101338951 B1 KR 101338951B1 KR 1020130044961 A KR1020130044961 A KR 1020130044961A KR 20130044961 A KR20130044961 A KR 20130044961A KR 101338951 B1 KR101338951 B1 KR 101338951B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sludge
organic wastewater
high concentration
water
concentration organic
Prior art date
Application number
KR1020130044961A
Other languages
English (en)
Inventor
장덕진
양빈친
Original Assignee
명지대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 명지대학교 산학협력단 filed Critical 명지대학교 산학협력단
Priority to KR1020130044961A priority Critical patent/KR101338951B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101338951B1 publication Critical patent/KR101338951B1/ko
Priority to PCT/KR2014/003527 priority patent/WO2014175646A1/ko
Priority to US14/396,144 priority patent/US20160272520A1/en
Priority to EP14783992.2A priority patent/EP2829520A4/en
Priority to CN201480001303.3A priority patent/CN104321287A/zh

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/02—Biological treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/006—Regulation methods for biological treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/12—Activated sludge processes
    • C02F3/1205—Particular type of activated sludge processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/34—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
    • C02F3/348—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used characterised by the way or the form in which the microorganisms are added or dosed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F17/00—Preparation of fertilisers characterised by biological or biochemical treatment steps, e.g. composting or fermentation
    • C05F17/40—Treatment of liquids or slurries
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F7/00—Fertilisers from waste water, sewage sludge, sea slime, ooze or similar masses
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/12—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening
    • C02F11/121—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening by mechanical de-watering
    • C02F11/123—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening by mechanical de-watering using belt or band filters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/12—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening
    • C02F11/13—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening by heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/32—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from the food or foodstuff industry, e.g. brewery waste waters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/001—Upstream control, i.e. monitoring for predictive control
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/005—Processes using a programmable logic controller [PLC]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/02—Temperature
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/38—Gas flow rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/10—Energy recovery
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/20—Fertilizers of biological origin, e.g. guano or fertilizers made from animal corpses
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/141—Feedstock
    • Y02P20/145—Feedstock the feedstock being materials of biological origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/40—Bio-organic fraction processing; Production of fertilisers from the organic fraction of waste or refuse

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)

Abstract

본 발명은, 슬러지와 고농도 유기 폐수를 혼합하여 처리하는 것을 특징으로 하는 생물증발을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법을 제공한다. 상기 슬러지는 바이오-건조 슬러지로서, 벨트 압축 슬러지와 건조 슬러지의 혼합물을 제조하는 단계 및 슬러지 혼합물의 온도가 최종적으로 상온으로 안정화되면 이를 수집하는 단계를 포함하는 방법으로 제조된다. 상기 고농도 유기 폐수로는 지름 1 mm이하의 작은 입자로 분쇄된 음식폐기물이 포함된 폐수가 이용되었다. 상기 슬러지에 포함된 미생물들이 유기 물질을 분해하고, 유기 물질의 분해로 발생하는 대사열로 인해 물이 증발되는 과정을 통해 처리가 이루어진다. 이때의 미생물의 대사과정으로는 호기성 대사 과정이 이용된다.

Description

생물증발법을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법 {BIOEVAPORATION PROCESS FOR THE ZERO-DISCHARGE TREATMENT OF HIGHLY CONCENTRATED ORGANIC WASTEWATER}
본 발명은 생물증발을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법에 관한 것으로, 상세하게는, 슬러지와 고농도 유기 폐수를 혼합하여 처리하는 것을 특징으로 하는 생물증발을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법에 관한 것이다.
식품공장, 피혁공장, 화학제품공장 및 제지공장 등에서 배출되는 폐수는 고농도의 유기물질이 포함되는 것이 일반적이다. 이러한 산업상 고농도 유기 폐수는 점액물질을 발생시키는 등 환경 미관을 해치며, 방류 수역의 독성 물질 농도를 증가시켜 수중 생태계에 심각한 영향을 준다. 또한 고농도 유기 폐수는 폐수관을 막히게 하는 주요한 원인이 된다.
전통적인 활성슬러지법(activated sludge treatment)은 처리 방법이 간단하고 비교적 처리 비용이 적게 들기 때문에 다양한 종류의 폐수를 처리하는데 널리 이용되고 있다. 하지만 활성슬러지법에 있어서, 미생물들이 적응 과정을 잘 거친다고 해도, 낮은 농도의 유기 폐수밖에 처리할 수 없다는 문제가 있다. 이에 고농도 유기 폐수를 처리하기 위하여, 혐기성 소화와 같은 생물학적 혐기성 처리법이 널리 응용되고 있다.
하지만 이러한 혐기성 처리법도, 8주에서 12주가량의 긴 기동시간이 필요하다는 점, 메탄생성균이 다양한 독성물질에 취약하다는 점, 혐기성 처리 과정 중 자주 제어 문제가 발생한다는 점 등의 문제점이 지적되고 있는 실정이다. 게다가 혐기성 소화의 경우 혐기성 슬러지와 폐수가 발생하는데, 이러한 폐수에는 BOD(Biochemical Oxygen Demand, 생화학적 산소 요구량), SS(Suspended Solids, 부유 물질), TN(Total Nitrogen, 총질소), TP(Total Phosphorus, 총인) 및 그 외 환원된 물질들의 농도가 높아 추가적인 처리가 필요하다. 상향류식 혐기성 처리 공법(UASB, Upflow Anaerobic Sludge Blanket)과 같은 개선된 혐기성 처리법이 높은 BOD의 폐수 처리에 효과적인 것으로 알려져 있긴 하지만, 이러한 방법도 제한적인 가수분해만이 가능한 환경 하에서의 높은 고체 물질 비율이 혐기성 슬러지의 형성을 지체시키기 때문에 미생물들의 대사가 심각하게 억제되는 문제점을 가진다.
자가발열 고온 호기성 소화(ATAD, Autothermal Thermophilic Aerobic Digestion) 공법은 유기물질의 호기성 분해과정에서 발생하는 열에 의하여 50~60℃의 높은 온도가 유지된다. 이러한 높은 온도 덕분에, ATAD 공법은 35~45%의 휘발성 고형물(Volatile Solid, 이하 'VS')을 감소시키고 3~6일이라는 짧은 HRT(Hydraulic Retention Time, 수리학적 체류 시간) 동안 폐수를 낮은 BOD 농도로 만들 수 있다. 또한 ATAD 공법은 높은 온도에 의한 저온 살균 효과가 발생하기 때문에, 클래스 A 생물고형물(class A biosolid)을 생산하는 것이 가능하다. 그러나 ATAD 공법은 폭기와 관련하여 발생하는 높은 전력비용 및 슬러지 탈수에 이용되는 높은 고분자 비용을 필요로 하는 결점을 가진다.
역삼투압법(reverse osmosis), 한외여과법(ultra-filtration) 및 정밀여과법(micro-filtration)과 같은 막 분리 공정(membrane process)은 물과 오염물질을 막의 세공 크기에 따라 분리하며, 농축된 폐수가 부산물로서 남게 된다. 그러나 고농도 폐수의 경우, 공정 실행에 너무 많은 에너지가 필요하므로 막 분리 공정을 통해 깨끗한 물을 얻기는 매우 힘들다.
이러한 문제점들을 극복하기 위하여 깨끗한 물을 얻는 방법보다 폐수를 증발시키는 방법을 고안할 수 있다. 만약 물과 유기물을 고농도 폐수로부터 최소한의 에너지 소비로 제거하는 것이 가능하다면, 이러한 방법은 무배출 처리 방법으로서 이상적인 폐수 처리 방법이 될 것이다.
증발은 물이 액체 상태에서 기체 상태로 변하는 과정을 말한다. 또한 증발열은 액체 상태에서 기체 상태로 변하는 과정 중 물질의 단위 질량당 열 흡수량을 말한다. 물의 증발열은 대기압 하에서 물 표면으로부터 물 기체 분자의 확산 및 물 표면으로부터 물 기체 분자의 대류 이송에 영향을 받는다. 물의 포화증기압과 실제 물의 증기압 사이의 차이가 물 증기의 확산 속도를 결정한다. 또한 물의 포화증기압은 물 표면 및 대기 온도에 따라 정해진다.
열 건조는, 연료를 이용하여 생산된 열을 젖은 쓰레기에 지속적으로 공급하여 쓰레기의 수분을 증발시키기는 방법을 말한다. 열 건조는 젖은 쓰레기의 처리를 위해 자주 이용되는 방법 중 하나이다. 이때 젖은 쓰레기는 예정된 함수율(MC, moisture content)에 이를 때까지 건조된다. 실질적으로 연료소비에 따른 경제적 문제에 의하여, 젖은 쓰레기의 모든 수분을 증발시키는 것은 불가능하다. 하지만, 만약 비싼 연료의 소비 없이 열을 공급받을 수 있다면, 열 건조가 폐수 처리 방법 중 하나로 이용되는 것도 가능할 것이다.
대사열(metabolic heat)이란 미생물의 대사 과정 중 발생하는 열을 말하는데, 미생물 배양 환경 중 기질의 농도가 높아질수록 생산되는 대사열의 양이 커진다. 호기성 대사와 혐기성 대사는 생산되는 에너지양의 차이를 보이는데, 혐기성 대사의 경우 1 몰의 포도당을 이용하여 2 분자의 ATP를 생산할 뿐이지만, 호기성 대사의 경우 38 분자의 ATP를 형성한다. 따라서 미생물이 호기성 대사를 이용하여 많은 산소를 소비할수록, 미생물의 활성도 및 열 발생률이 높아진다.
미생물 성장 중 발생한 대사열은, 기질 및 세포 물질의 연소열을 이용하여 계산할 수 있다. 기질의 연소열은 미생물이 발생시킨 대사열과 새롭게 합성된 세포 물질의 연소열의 총합과 같기 때문이다. 만약 대사 유지가 새로운 합성 없이 일어난다면, 기질의 연소열을 100% 대사열로 방출할 수도 있다. 비료화(composting) 및 생물건조(biodrying) 처리 과정에 있어서, 생분해성 휘발성 고형물(Biodegradable Volatile Solid, 이하 'BVS')의 생물학적 산화(biological oxidation)를 통해 발생하는 열은 주변 온도를 올리고, 물의 증발을 유도한다. ATAD 공법에 있어서도, 대사열은 반응기를 고온 환경으로 유지하는 요소 중 하나로 알려져 있다. 비료화 과정에서 관찰되는 온도 증가 또한 유기 물질이 미생물에 의해 분해되는 과정에서 생산되는 대사열에 의한 것이다. 혼합 퇴비화(co-composting) 과정에서 폐수는, 함수율을 조정하고 생분해성 유기물을 제공하기 위해 비료와 혼합된다. 이러한 과정은 주로 폐수의 증발보다는 고형 쓰레기를 안정화시키기 위해 수행된다.
본 발명의 목적은, 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 생물증발을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 슬러지와 고농도 유기 폐수를 혼합하여, 생물증발을 발생시킴으로써 고농도 유기 폐수를 무배출 처리하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 바이오-건조 슬러지와 고농도 유기 폐수를 혼합하여, 생물증발을 발생시킴으로써 고농도 유기 폐수를 무배출 처리하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위하여, 지금까지 살핀 고농도 유기폐수 처리 방법의 문제점을 극복하고, 미생물의 대사열을 이용한 열 건조를 폐수 처리에 응용하기 위한 연구를 계속하였다. 그 결과, 폐수에 포함된 BVS의 분해 과정에서 발생하는 미생물의 대사열을 이용하여 폐수를 증발시키는 '생물증발법을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출처리 방법'을 개발하여, 본 발명에 이르렀다.
본 발명은, 슬러지와 고농도 유기 폐수를 혼합하여 처리하는 것을 특징으로 하는 생물증발을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법을 제공한다.
슬러지는 물속의 부유물이 침전된 것을 말하며, 하수도와 산업배수처리의 부산물로서 대량으로 발생한다. 일반적으로 슬러지는 이와 같이 배수의 처리 중에 고액분리에 의해 얻어지는 것이지만, 활성슬러지법과 같이 유기물을 포함한 폐수의 처리법과 같은 경우, 유기물을 처리하며 발생하는 미생물들로 구성된다.
건조 슬러지(dried sludge)는 상술한 슬러지를 건조한 것을 말한다. 바이오-건조 슬러지(biodried sludge)는 슬러지에 포함된 미생물들에 의한 유기 물질의 호기성 분해 시에 발생하는 열을 이용하여 건조된 슬러지를 의미한다.
슬러지에는 미생물들이 포함되어 있기 때문에, 고농도 유기 폐수와 혼합할 경우, 슬러지 내의 미생물들이 활성화되어 유기 폐수의 생분해성 휘발성 고형물을 분해하고 이 과정에서 대사열을 방출한다. 이와 같이 슬러지는 주로 유기 폐수를 분해하는 미생물들을 제공하는 역할을 한다.
상기 슬러지는 바이오-건조 슬러지인 것이 바람직하다. 생물증발법에 있어서 유기 폐수의 농도가 높을수록 대사열의 발생이 크기 때문에, 슬러지와의 혼합으로 인한 농도 저하가 최소화되는 것이 바람직하다. 바이오-건조 슬러지는 함수율이 건조되지 않은 슬러지 보다 낮아, 유기 폐수와 혼합 시 유기 폐수의 농도 저하를 최소화한다. 또한 바이오-건조 슬러지는 일반 건조 슬러지에 비해 물의 첨가 시 미생물들이 더욱 빠르게 활성화된다. 또한 상기 바이오-건조 슬러지는 함수율이 55~70 중량%인 것이 바람직하다. 함수율이 70 중량%보다 높을 경우, 고농도 유기 폐수와의 혼합 시에 혼합물의 농도 저하가 크고, 고농도 유기물의 호기적 산화를 위한 산소 전달에 불리하게 되므로 바람직하지 않고, 함수율이 55 중량%보다 낮을 경우, 미생물들의 활성화가 늦어지게 되어 바람직하지 않다.
상기 바이오-건조 슬러지는 벨트 압축 슬러지와 건조 슬러지의 혼합물을 제조하고 공기를 주입하는 단계 및 혼합된 슬러지의 온도가 상온으로 안정화되면 이를 수집하는 단계를 포함하는 방법으로 제조되는 것이 바람직하다. 벨트 압축 슬러지와 건조 슬러지의 혼합물을 제조하고 공기를 주입하면, BVS가 분해됨에 따라, 슬러지층의 온도가 약 73~75℃로 상승하였다가, 다시 상온으로 되돌아온다. 슬러지의 BVS가 거의 분해되면, 슬러지의 물이 부분적으로 증발되기 시작하는데, 이는 슬러지 온도가 안정화되었음을 의미한다. 혼합된 슬러지의 온도가 최종적으로 상온으로 안정화되면 이를 수집하여 바이오-건조 슬러지로 이용한다. 또한 상기 벨트 압축 슬러지와 건조 슬러지의 혼합물은 함수율이 55~70 중량%인 것이 바람직하다.
상기 고농도 유기 폐수는 농도가 120 g/L 이상인 것이 바람직하다. 고농도 유기 폐수의 농도가 120 g/L 이상이어야, 첨가된 유기 폐수의 모든 물이 미생물의 대사열을 통해 증발되기 때문이다.
상기 고농도 유기 폐수는 음식폐기물을 포함하는 폐수일 수 있다. 하지만 고농도 유기 폐수라면 반드시 음식폐기물을 포함할 필요는 없으며, 음식폐기물뿐만 아니라 하수폐기물, 농산폐기물, 축산폐기물, 산업폐기물 등의 유기 폐기물이라면 어떠한 것도 포함할 수도 있다.
상기 음식폐기물은 지름 1 mm 이하의 작은 입자로 분쇄된 형태인 것이 바람직하다. 고농도 유기 폐수에 포함된 음식폐기물은 작은 입자의 형태로 분쇄될 경우, 미생물들이 음식폐기물에 접촉할 수 있는 표면적이 넓어지게 된다. 그 결과, 미생물들이 음식폐기물을 보다 빠르게 대사할 수 있게 된다. 분쇄된 입자의 크기가 작을수록 미생물들에 의한 대사 속도가 빨라지지만, 작은 입자로 분쇄하려할수록 분쇄에 더 많은 에너지가 필요하게 된다.
상기 처리는 상기 슬러지에 포함된 미생물들이 휘발성 고형물을 대사하여 분해하고, 유기물질의 분해로 발생하는 대사열로 인해 물이 증발되는 과정을 통해 수행된다. 슬러지에 포함된 미생물들은 고농도 유기 폐수에 포함된 휘발성 고형물을 분해하는 대사를 수행한다. 이때 대사과정에서 대사열이 발생하게 되고, 이 대사열은 유기 폐수에 포함된 물을 증발하는데 이용된다.
미생물 성장 중 발생한 대사열은, 기질 및 세포 물질의 연소열을 이용하여 계산할 수 있다. 기질의 연소열은 미생물이 발생시킨 대사열과 새롭게 합성된 세포 물질의 연소열의 총합과 같기 때문이다. 만약 대사 유지가 새로운 합성 없이 일어난다면, 기질의 연소열을 100% 대사열로 방출할 수도 있다.
상기 슬러지는 하수슬러지일 수 있으며, 상기 미생물들은 하수슬러지에 포함된 미생물들일 수 있다. 하지만 이에 국한되는 것은 아니며 유기 폐수에 포함된 휘발성 고형물들을 분해할 수 있는 미생물이라면 어떠한 미생물들도 이용될 수 있다.
상기 대사는 호기성 대사 과정인 것이 바람직하다. 호기성 대사와 혐기성 대사는 생산되는 에너지양의 차이를 보인다. 혐기성 대사의 경우 1 몰의 포도당을 이용하여 2 분자의 ATP를 생산할 뿐이지만, 호기성 대사의 경우 38 분자의 ATP를 형성한다. 이에 미생물이 호기성 대사를 이용할 경우, 미생물의 활성도 및 열 발생률이 높다. 따라서 미생물의 대사열을 통해 유기 폐수를 증발시키는 생물증발법에 있어서 열 발생률이 더 높은 호기성 대사를 이용하는 것이 바람직한 것이다.
상기 처리는 반응기 내에서 수행될 수 있다. 이때 반응기는 단열재를 이용하여 단열되어진 반응기인 것이 바람직하다. 단열된 반응기의 경우, 열의 손실이 최소화되어 생물 증발의 효율이 높아진다. 또한 이때 반응기에는 공기가 주입되는 것이 바람직하다. 생물 증발에 이용되는 미생물들의 대사는 호기성 대사 과정이기 때문에, 지속적으로 산소가 공급될 필요가 있기 때문이다.
상기 공기는 습기가 제거된 공기인 것이 바람직하다. 습기가 제거된 공기를 사용할 경우, 반응기 내의 물의 증발의 효과가 극대화되기 때문이다. 또한 상기 공기는 0.03~0.2 m3/kgTS·hr의 속도로 주입되는 것이 바람직하다. 이보다 높은 속도로 주입될 경우, 에너지의 소비가 커져 바람직하지 않으며, 이보다 낮은 속도로 주입될 경우, 반응기 내의 산소 부족으로 호기성 대사가 저해될 수 있다.
상기 처리는 슬러지와 고농도 유기 폐수 혼합물을 교반하면서 수행되는 것이 바람직하다. 교반을 통해 슬러지와 고농도 유기 폐수가 섞여야, 미생물의 대사가 저해되지 않는다.
상기 처리는 대사열에 의해 슬러지와 고농도 유기 폐수 혼합물의 온도가 상승한 뒤, 다시 상온으로 안정화될 때까지 수행되는 것이 바람직하다. 슬러지와 고농도 유기 폐수 혼합물의 온도가 상온으로 돌아왔다는 것은 미생물들에 의한 유기 폐수의 대사 과정이 종료되었다는 것을 의미한다.
본 발명에 따르면, 신개념 생물증발법을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법이 제공된다. 고농도 유기폐수에 함유된 생분해성 휘발성 고형물은 미생물들의 호기성 대사과정을 통해 분해되고, 그 과정에서 대사열이 발생한다. 대사열은 유기 폐수 중 물을 제거한다. 포도당 및 음식폐기물 분말의 VS 농도가 120 g/L일 때, 유기 폐수에 함유된 물의 완벽한 제거가 이루어진다. 또한 유기 폐수에 포함된 BVS도 완전히 제거된다. 이에 본 발명에서 제공되는 생물증발법을 따르면, 유기 폐수의 처리에 있어서 에너지 소비가 최소화되고, 유기 폐수의 무배출 처리가 가능하다. 또한 이러한 생물증발법은 환경 친화적이라는 장점도 가진다.
도 1은 생물증발을 수행하는 (a) 가스 분석기가 부착된 28.3 L 반응기와 (b) 2.16 L 반응기의 모습을 도식화한 개략도이다.
도 2는 실시예 1의 포도당 용액을 이용한 생물증발 과정에서 (a) 슬러지층의 온도 변화, (b) 배출 가스의 이산화탄소 및 산소 농도 변화, (c) 슬러지층의 함수율 및 VS 비율, (d) 슬러지층에 첨가 또는 제거된 물과 VS의 양을 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 2~6 및 비교예의 포도당 용액을 이용한 생물증발 과정에서 (a) 온도 변화, (b) 열 발생량, (c) 첨가된 물의 양에 대비한 물 제거율을 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 7의 음식폐기물 분말 용액을 이용한 생물증발 과정에서 (a) 슬러지층의 온도 변화, (b) 배출 가스의 이산화탄소 및 산소 농도 변화, (c) 슬러지층의 함수율 및 VS 비율, (d) 슬러지층에 첨가 또는 제거된 물과 VS의 양을 나타낸 그래프이다.
도 5는 실시예 7~11 및 비교예의 음식폐기물 분말 용액을 이용한 생물증발 과정에서 (a) 온도 변화, (b) 열 발생량, (c) 첨가된 물의 양에 대비한 물 제거율을 나타낸 그래프이다.
실험 기구 및 재료
실험 기구 1: 28.3 L 원통형 반응기
생물증발법의 수행을 위한 실험기구로 PMMA(polymethyl methacrylate) 재질로 만들어진 28.3 L 부피의 밀폐된 원통형 반응기(air-tight cylindrical reactor, 지름: 300 mm, 높이: 450 mm)가 이용되었다. 상기 반응기는 도 1의 (a)에 나타낸 바와 같이 가스 분석기(Multi-Master, Sensoronic 社, 한국)가 장착되었다. 상기 반응기를 40 mm 두께의 글라스 울(glass wool) 및 60 mm 두께의 면직물로 쌓아 주었다. 상기 반응기의 두부(head space) 또한 열의 이동을 차단하고 증기의 응축을 막기 위해, 면직물로 채웠다. 슬러지 매트릭스(sludge matrix)를 지지하고 폭기를 돕기 위하여, 디스크형 강선 망사(steel wire mesh disc, 구멍 지름: 0.1 mm)로 덮어진 다공판(perforated plate, 구멍 지름: 1 mm)을 저판(bottom plate)의 40 mm 위에 설치하였다. 공기는 펌프를 이용하여 2.04 L/min의 속도로 반응기에 주입되었다. 주입 공기의 수분 수용력을 증가시키기 위하여, 반응기에 주입되기 전에 실리카 겔(silica gel)을 이용하여 주입 공기의 습기를 제거하였다. 공기의 상대 습도(relative humidity, RH)는 습기-온도 기록기(RH520, 엑스테크 인스트러먼트 社, 나슈아, 뉴 햄프셔, 미국)를 이용하여 측정되었다. 습기가 제거된 공기는 반응기의 하단부로 주입되었으며, 배출 공기는 이산화탄소와 산소의 양을 분석하기 위하여 상단부에 수집되었다. 센서의 손상을 막기 위해서, 배출 공기는 가스 분석기에 도달하기 전에, 증기를 응축시키기 위한 응축기를 통과하여 냉각되었다. 슬러지 매트릭스의 온도는 하단부로부터 200 mm 위, 반응기 외벽으로부터 150 mm 떨어진 곳에 설치된 온도 센서를 통해 측정되었다.
실험 기구 2: 2.16 L 스티로폼 반응기
생물증발 실험을 위한 다른 반응기로서 2.16 L의 크기 및 13 mm의 두께를 지닌 스티로폼 박스가 이용되었다. 또한 이 반응기는 길이 156 mm, 너비 125 mm, 높이 111 mm를 가지도록 제작되었으며, 이의 구조를 도 1의 (b)에 나타내었다. 반응기의 벽을 통하여 열이 손실되는 것을 최소화하기 위하여, 이 반응기를 60 mm 두께의 면직물로 쌓아주었다. 습기가 제거된 공기가 0.204 L/min의 속도로, 반응기 하단부에 위치한 스톤 공기 살포기(stone air diffuser)를 통해 반응기에 주입되었다. 또한 반응기의 하단으로부터 70 mm 위에 설치된 디지털 열전대(digital thermocouples)를 이용하여 슬러지층(sludge bed)의 온도를 측정하였다.
실험 재료 1: 고농도 유기 폐수의 준비
생물증발법을 시행하기 위해 이용된 고농도 유기 폐수로는 포도당 용액과 음식폐기물 분말 용액이 이용되었다. 고농도 유기 폐수 모델로서, 증류수에 분말 포도당을 용해시켜 포화 포도당 용액(610 g/L)을 제조하였다. 다양한 농도의 포도당 용액(40~200 g/L)은 포화 포도당 용액을 희석시켜 제조하였으며, 이는 생물증발법에 있어서 열 생산과 포도당 농도 사이의 관계를 알아보는 실험에 이용되었다. 실제 고농도 유기 폐수로서, 대학 내 음식점에서 수거한 음식폐기물이 포함된 음식폐기물 분말 용액이 이용되었다. 음식폐기물은 면, 쌀, 채소 및 약간의 고기로 구성되어 있었다. 얻어진 음식폐기물은 전기 믹서를 이용하여 지름 1 mm이하의 작은 입자로 분쇄하여 사용하였다. 음식폐기물 분말 용액은 VS 농도가 194 g/L가 되도록 하였으며, 얻어진 음식폐기물 분말 용액은 페이스트(paste)와 같은 상태가 되었다. 이러한 음식폐기물 분말 용액은 열 생산과 음식폐기물 농도 사이의 관계를 알아보는 실험에 있어서 VS 농도가 40~194 g/L가 되도록 희석하여 이용되었다.
실험 재료 2: 바이오-건조 슬러지의 준비
생물증발법의 미생물 접종물로서 이용되는 바이오-건조 슬러지(biodried sludge)를 제조하였다. 용인 폐수 처리 시설부터 수집한 7.57 kg 벨트 압축 슬러지(belt-pressed sludge, 함수율: 82 중량%)를, 28.3 L의 반응기 내에서 2.43 kg의 공기 건조 슬러지(함수율: 12 중량%)와 섞어주었다. 슬러지 혼합물의 함수율은 65 중량%가 되었다. 그 뒤 슬러지 혼합물의 BVS를 분해하기 위하여 공기를 공급하였다. BVS가 분해됨에 따라, 슬러지층의 온도가 약 73~75℃로 상승하였다가, 다시 상온으로 되돌아 왔다. 슬러지의 BVS가 거의 분해되면, 슬러지의 물이 부분적으로 증발되기 시작하는데, 이는 슬러지 온도가 안정화되었음을 의미한다. BVS의 분해가 완료되고, 슬러지의 온도가 최종적으로 안정화되면 이를 바이오-건조 슬러지로 이용하였다.
생물증발 실험 방법
상기 제조한 고농도 유기 폐수(포도당 용액 또는 음식폐기물 분말 용액)를 상기 제조한 바이오-건조 슬러지에 첨가하여, 생물증발을 수행하였다. 구체적으로는, 포도당 용액을 사용할 경우 7.29 kg 의 포화 포도당 용액(610 g/L)을 7.29 kg의 바이오-건조 슬러지(함수율: 56.5 중량%)에 첨가하였으며, 음식폐기물 분말 용액을 사용할 경우 1,235 mL의 음식폐기물 분말 용액(VS 농도: 194 g/L)을 5.98 kg의 바이오-건조 슬러지(함수율: 56.4 중량%)에 첨가하였다. 이는 유기물 부하 율(organic loading rate)을 단위 바이오-건조 슬러지 그램 당 0.08~0.09 g VS가 되도록 한 것이다. 2.16 L의 반응기를 이용할 경우, 0.73 kg의 벨트 압축 슬러지와 0.27 kg의 건조 슬러지를 섞어, 위 바이오-건조 준비과정과 같은 과정으로 바이오-건조하였다. 슬러지의 BVS가 분해되고 슬러지의 온도가 최종적으로 안정화되면, 각기 다른 농도의 포도당 용액(0~200 g/L)과 음식폐기물 분말 용액(0~194 g VS/L)을 바이오-건조 슬러지에 첨가하였다. 이때 유기물 부하율은 단위 바이오-건조 슬러지 그램 당 0~0.08 g VS가 되도록 하였다.
분석 방법
슬러지 제작 시, 열 손실을 최소화하고 물의 증발을 최대화하기 위하여, 슬러지층의 온도가 상온으로 내려갈 때까지 반응기 내의 교반은 실시하지 않았다. 슬러지 온도가 상온에 도달하였을 때, 생물증발 반응기의 무게를 측정하였다. 그 후, 슬러지를 교반한 후 30 g의 슬러지 샘플을 수집하여 함수율 및 VS를 측정하였다. 함수율은 건조 오븐(C-DO2, 창신과학 社, 한국)에서 105℃에서 24시간 동안 샘플을 건조하여 분석하였다. 또한 VS 비율은 샘플을 550℃에서 7시간 동안 전기로(electrical muffle furnace, CRF.M15.P, 상신랩테크놀로지 社, 한국)를 이용하여 가열하여 분석하였다. 음식폐기물의 연소열은 이소페리볼 산소 봄베 열량계(isoperibol oxygen bomb calorimeter, 6200, 팔 인스트러먼트 社, 몰린, 일리노이, 미국)을 이용하여 측정하였다.
열 발생량 및 열 소비량 계산에 이용된 공식들
미생물의 포도당 대사과정 중 열 발생량 및 열 소비량은 하기 표 1과 같은 공식을 이용하여 계산하였다.
상세 내용 공식

열 생산
 포도당 대사열 Qglu = Hglu·mglu
슬러지 내 BVS 대사열 QBVS= HBVS·mBVS
총 대사열 Qbio = Qglu+QBVS



열 소비


 폭기로 인한 열 소비
 주입 공기의 현열 Qdryair = mair·Cair·(Tm-Ta)
수증기의 현열 Qwatvap = mair·ω·Cwatvap·(Tm-Ta)
기화로 인한 열 소비 물의 잠열 Qevapo = meva·Llatwat
슬러지 층의 열 소비
 물의 현열 Qwater = mwater·Cwater·ΔTm
건조 고형물의 현열 Qsolid = msolid·Csolid·ΔTm
전도로 인한 열 소비 Qcondu = U·A·(Tm-Ta)
복사로 인한 열 소비 Qradi = σ·Atop·(Tt 4-Ta 4)·Fa ·Fe
Qglu = 포도당 분해를 통해 발생하는 대사열 (kJ)
Hglu = 포도당의 연소열 (단위 포도당 킬로그램당 15.644 MJ)
mglu = 포도당의 질량 (kg)
QBVS = 슬러지 내 생분해성 휘발성 고형물 분해를 통해 발생하는 대사열 (kJ)
HBVS = 슬러지 내 생분해성 휘발성 고형물의 연소열 (단위 BVS 킬로그램당 21.0 MJ)
mBVS = 슬러지 내 생분해성 휘발성 고형물의 질량 (kg)
Qbio = 생물학적으로 발생하는 총 대사열 (kJ)
Qdryair = 주입 건조 공기의 현열로 소비되는 열량 (kJ)
mair = 건조 공기의 질량 (kg)
Cdryair = 건조 공기의 비열 (1.004 kJ·kg-1·C-1)
Tm = 슬러지층의 온도 (℃)
Ta = 주위 온도 (℃)
Qwatvap = 수증기의 현열로 소비되는 열량 (kJ)
ω = 건조 공기 중 수증기의 질량 비율 = (MH2O / Mair)·(pv / P - pv)
mH2O = 실제로 측정되어진 증발된 물의 질량 (kg)
P = 대기압 (mm Hg)
pv = pvs·RH
pvs = 10[a / (Tm + c) + b]
a, b, c = 앙투안(Antoine) 방정식에서의 실험 상수, a, b, c의 값은 각 -2,238, 8.896 및 273이다.
RH = 상대 습도
Cwatvap = 수증기의 비열 (1.841 kJ·kg-1·C-1)
Qevapo = 물 기화의 잠열로 소비되는 열량 (kJ)
meva = 증발된 물의 질량 (kg)
Llatwat = 물의 증발잠열 (kJ·kg-1)
Qwater = 물의 현열로 소비되는 열량 (kJ)
mwater = 슬러지층 내 물의 질량 (kg)
Cwater = 물의 비열 (4.184 kJ·kg-1·C-1)
Qsolid = 건조 고형물의 현열로 소비되는 열량 (kJ)
msolid = 슬러지층 내 건조 고형물의 질량 (kg)
Csolid = 슬러지층 내 건조 고형물의 비열 (1.046 kJ·kg-1·C-1)
Qcondu = 전도로 손실되는 열량 (kJ)
U = 반응기 벽의 열 전달 계수 (0.5×10-4 kJ·d-1·m-2·C-1)
A = 반응기 벽의 표면적 (m2)
Qradi = 복사로 손실되는 열량 (kJ)
σ = 스테판 볼츠만 상수 (5.67×10-11 kJ·s-1·m-2·K-4)
Atop = 복사체의 표면적 (m2)
Tt = 반응기 상부 표면의 온도 (℃)
Fa = 물체의 상대적 위치 및 기학학적 구조에 기인하는 배열 형태 요소 (0.5, 무차원)
Fe = 비흑체 복사에 기인하는 방사율 요소 (0.85, 무차원)
이산화탄소 발생량, 물 증발량 및 물 생산량 계산에 이용된 공식들
미생물의 포도당 대사과정 중 이산화탄소 발생량, 물 증발량 및 물 생산량은 하기 표 2와 같은 공식을 이용하여 계산하였다.
상세 내용 공식

이산화탄소
발생량

 포도당 분해로 인한 발생량 nCO2 - glu = 6·nglu = 6·(mglu / Mglu)
슬러지 BVS 분해로 인한 발생량 nCO2 - BVS = 5·nBVS = 5·(mBVS / MBVS)
이론적 총 발생량 nCO2 = nCO2 - glu + nCO2 - BVS
측정된 총 발생량 nCO2 - gas = VCO2 / 22.4 (L/mol)
= Vair·conc. / 22.4 (L/mol)
= ν·t ·conc. / 22.4 (L/mol)
= ν·∫t·conc.dt / 22.4 (L/mol)
물 증발량
 이론적 물 증발량 mH2O - bio = Qbio / Llatent
측정된 물 증발량 mH2O = minitial·MCinitial·mfinal·MCfinal
물 발생량
 포도당 분해로 인한 발생량 mH2O - glu = 6·nglu·MH2O = 6·(mglu / Mglu)·MH2O
슬러지 BVS 분해로 인한 발생량 mH2O - BVS = 2·nBVS·MH2O = 2·(mBVS / MBVS)·MH2O
nCO2 - glu = 포도당 분해를 통해 생산된 이산화탄소의 몰 수 (mol)
nglu = 포도당의 몰 수 (mol)
mglu = 포도당의 질량 (kg)
Mglu = 포도당의 몰질량 (g·mol-1)
nCO2-BVS = 슬러지의 생분해성 휘발성 고형물 분해를 통해 생산된 이산화탄소의 몰 수 (mol)
nBVS = 생분해성 휘발성 고형물의 몰 수 (mol)
MBVS = 생분해성 휘발성 고형물의 몰질량 (g·mol-1)
nCO2 = 이산화탄소의 몰 수 (mol)
nCO2-gas = 가스 분석기를 통해 측정된 이산화탄소의 몰 수 (mol)
VCO2 = 이산화탄소의 부피 (L)
Vair = 공기의 부피 (L)
conc. = 공기 중 농도
mH2O-bio = 이론적으로 계산되어진 증발된 물의 질량 (kg)
Qbio = 생물학적으로 발생하는 총 대사열 (kJ)
Llatwat = 물의 증발잠열 (kJ·kg-1)
mH2O = 실제로 측정되어진 증발된 물의 질량 (kg)
minitial = 생물증발 수행 전 슬러지층의 질량 (kg)
MCinitial = 생물증발 수행 전 슬러지층의 함수율 (wt%)
mfinal = 생물증발 수행 후 슬러지층의 질량 (kg)
MCfinal = 생물증발 수행 후 슬러지층의 함수율 (wt%)
mH2O-glu = 포도당의 분해로 생산된 물의 질량 (kg)
MH2O = 물의 몰질량 (g·mol-1)
mH2O-BVS = 슬러지 BVS의 분해로 생산된 물의 질량 (kg)
MBVS = 슬러지 BVS의 몰질량 (g·mol-1)
실시예 및 비교예
이하에서 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예 및 비교예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예 및 비교예는 본 발명을 더욱 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 포도당 용액을 이용한 생물증발
실시예 1로서 404 mL의 포도당 용액(610 g/L)을 7.29 kg의 바이오-건조 슬러지(함수율: 56.5 중량%)와 혼합하여, 28.3 L의 단열된 반응기에 넣은 뒤, 공기 주입 속도를 2.04 L/min으로 하여 공기를 주입하여 생물 증발을 수행하였다.
도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 포도당 용액을 첨가한 뒤 온도가 급격히 증가하였다. 온도는 28시간 후 71.4℃로 최대치에 도달하였으며, 96시간 후에 상온으로 돌아왔다. 그러나 포도당 용액이 첨가되지 않은 대조 반응기의 온도는 거의 상온과 비슷하게 유지되었다. 이와 같이 온도 변화를 살핀 결과, 슬러지층의 미생물들이 포도당을 대사 과정의 에너지원으로 사용하고 있다는 것을 확인할 수 있었으며, 이때 래그타임(lag time)도 매우 짧음을 알 수 있었다.
도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 반응기의 온도가 증가했을 때, 산소 농도는 감소하였으며, 이산화탄소 농도는 증가하였다. 구체적으로는 열 생산 단계에서, 산소 농도는 20.8 부피%에서 8.8 부피%로 감소하였고, 이산화탄소 농도는 0.2 부피%에서 12 부피%로 증가하였다. 흥미로운 점은, 온도 최고점은 산소 농도 최저점 및 이산화탄소 농도 최고점보다 약 12시간 뒤에 나타났다는 것이다. 이러한 현상은 생산된 열이 축적되어 반응기의 온도를 높이는 데에는 일정한 시간이 필요하기 때문인 것으로 파악된다. 이러한 산소 농도, 이산화탄소 농도 및 온도의 관찰을 통해서, 첨가한 포도당이 바이오-건조 슬러지에 포함된 미생물들에 의하여 약 4일간 대사된다는 것을 확인할 수 있었다.
포도당의 분해와 함께 물의 증발이 일어난다는 것을 확인하기 위하여, 슬러지층의 함수율과 VS 비율을 측정하였다. 246 g의 물과 246 g의 포도당이 포도당 용액의 형태로 7.29 kg의 바이오-건조 슬러지(함수율: 56.5 중량%, VS 농도: 62.5%)에 첨가되었으므로, 미생물들에 의해 대사되기 전 함수율은 57 중량%, VS 농도는 64.9%이다. 미생물들에 의해 대사된 후, 포도당 분해로 인한 대사열을 통한 물에 증발이 일어남에 따라 함수율은 49.2%로, VS 비율은 60.9%로 각 감소하였다(도 2의 (c) 참조). 생물증발 전후의 슬러지층의 함수율을 계산함으로써, 생물증발을 통해 5.6일간 1,458 g의 물이 증발되었음을 확인할 수 있었다. 이러한 증발된 물의 양은 포도당 용액의 형태로 첨가한 246 g의 물보다 5.93배나 많은 것이다. 슬러지층의 VS 농도에 기반 하여, VS 소비량은 315 g인 것으로 계산되었다. 이는 포도당 용액의 형태로 첨가한 246 g의 VS보다 많은 양이다. 따라서 소비량에서 첨가량을 제외한 69 g의 VS는 바이오-건조 슬러지가 제거된 것임을 알 수 있다. 이는 바이오-건조 슬러지에, 바이오-건조 과정에서 분해되지 않은, 분해 속도가 느린 생분해성 물질이 여전히 남아 있기 때문인 것으로 파악된다.
하기 표 3은 포도당 용액을 이용한 생물증발 과정에서 열의 생산량과 생산된 열이 어디에 소비되는지를 나타낸 표이다.

열 생산량		 Qglu QBVS Qbio
3848
(72.6%)		 1449
(27.4%)		 5297
(100%)

열 소비량
 습한 공기 Qevapo 슬러지층 손실 총량
Qdryair Qwatvap Qwater Qsolid (Qcondu + Qradi)
410
(7.7%)		 59
(1.1%)		 3418
(64.5%)		 434
(8.2%)		 81
(1.5%)		 895
(16.9%)		 5297
(100%)
Qglu = 포도당 분해를 통해 발생하는 대사열 (kJ), 포도당 농도 저하를 통해 계산되었다.
QBVS = 슬러지 내 생분해성 휘발성 고형물 분해를 통해 발생하는 대사열 (kJ), 슬러지 내 생분해성 휘발성 고형물의 감소량을 통해 계산되었다.
Qbio = 생물학적으로 발생하는 총 대사열 (kJ)
Qdryair = 주입 건조 공기의 현열로 소비되는 열량 (kJ)
Qwatvap = 수증기의 현열로 소비되는 열량 (kJ)
Qevapo = 물 기화의 잠열로 소비되는 열량 (kJ)
Qwater = 물의 현열로 소비되는 열량 (kJ)
Qsolid = 건조 고형물의 현열로 소비되는 열량 (kJ)
Qcondu + Qradi = 전도로 손실되는 열량 + 복사로 손실되는 열량 (kJ), 총 열 생산량에서 다른 열 소비량의 차이를 통해 계산되었다.
미생물의 대사를 통한 포도당 산화에서 발생한 에너지는 포도당의 연소열(단위 포도당 킬로그램 당 15.644 MJ)과 같은 것으로 가정하였다. 첨가된 246 g의 포도당이 완전히 소비되었을 때, 3,848 kJ의 열이 생성된다. 이는 미생물이 생성한 총 열의 72.6%에 해당한다. 바이오-건조 슬러지 중 분해 속도가 느린 생분해성 유기 물질(69 g)의 분해를 통해 발생한 열은 슬러지 BVS의 연소열(단위 BVS 킬로그램 당 21.0 MJ)과 같은 것으로 가정하였다. 이에 의하면 미생물이 생성한 총 열의 27.4%에 해당하는 1,449 kJ이 슬러지 BVS의 분해를 통해 발생한 열인 것으로 계산된다. 또한 생성된 열은 습한 공기와 슬러지층에 흡수되며, 물 증발에도 이용된다. 이에 더하여, 열은 반응기의 열전도 및 복사 과정을 통해서도 손실된다. 건조 공기, 수증기, 물 및 건조 고형물의 비열은 각 1.004, 1.841, 4.184 및 1.046 kJ·kg-1·℃-1이다. 주입 건조 공기(Qdryair), 수증기(Qwatvap), 물(Qwater) 및 건조 고형물(Qsolid)의 온도를 증가시키는데 이용된 현열(sensible heat)은 그들의 비열 용량(specific heat capacity) 및 온도 변화(Tm-Ta)를 통해 상기 표 1에 나타낸 공식으로 계산되었다. 주입 건조 공기 및 수증기의 질량은 공기 주입 속도(2.04 L/min), 상대 습도(10%) 및 생물증발 기간(5.6일)을 이용하여 계산되었다. 이에 따라 계산된 주입 건조 공기(Qdryair), 수증기(Qwatvap), 물(Qwater) 및 건조 고형물(Qsolid)의 온도를 증가시키는데 이용된 현열(sensible heat)은 각 410, 59, 434 및 81 kJ인 것으로 나타났다. 물 중 1,458 g이 슬러지층으로부터 증발되었고, 물 증발의 잠열이 2,344 kJ/kg 이기 때문에, 물 증발에 이용된 잠열은 3,418 kJ로 미생물이 생성한 총 열의 64.5%에 해당하는 것으로 나타났다. 상기 표 1에 공식에 따르면 전도와 복사를 통해 손실된 열은 오직 45 kJ에 불과한 것으로 계산되었다. 하지만 이러한 공식에 따른 계산과 별개로, 실제로 전도와 복사를 통해 손실된 열은 생성된 총 열에서 공기, 슬러지 및 물 증발에 의해 소비된 열의 차로 계산되었으며, 이는 895 kJ로 전체 생성된 열의 16.9%에 해당하였다.
246 g의 포도당의 모두 이산화탄소로 분해되었으며 포도당 분해에 의한 에너지가 모두 열로 방출되었다고 가정한다면, 증발을 통해 제거된 물의 양은 1,068 g인 것으로 계산된다. 이는 위에서 측정된 제거된 물의 총량인 1,458 g보다 390 g이 적은 것인데, 여분의 390 g은 바이오-건조 슬러지로부터 제거된 것임을 알 수 있다.
하기 화학식 1 및 화학식 2에서 보다시피, 이산화탄소가 생성되는 몰 수는 소비된 포도당 몰 수의 6배이고, 소비된 슬러지 BVS 몰 수의 5배이다.
[화학식 1]
C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O + 에너지
[화학식 2]
C5H7NO2 + 5O2 -> 5CO2 + 2H2O + NH3 + 에너지
1.367 몰의 포도당(246 g) 및 0.61 몰의 슬러지 BVS (69 g)이 분해되었기 때문에, 이론적으로 포도당 및 슬러지 BVS 분해를 통해 생성되는 이산화탄소는 각 8.2 몰 및 3.05 몰이다. 따라서 총 이론적 이산화탄소 생성량은 하기 표 4에 나타낸 바와 같이 11.25 몰이다.
이산화탄소 생산량 (mol) nCO2 - glu nCO2 - BVS 이론적인 총 생산량 측정된 총
생산량
8.2 3.05 11.25 11.59
물 증발량 (g) mH20 - bio mH20
2358 1458
물 생산량 (g) mH20 - glu mH20 - BVS 총 H20
147.6 22.0 169.6
nCO2 - glu = 포도당 분해를 통해 생산된 이산화탄소의 몰 수 (mol), 포도당의 분해로 발생된 이산화탄소 양을 이론적으로 계산한 것이다.
nCO2-BVS = 슬러지의 생분해성 휘발성 고형물 분해를 통해 생산된 이산화탄소의 몰 수 (mol), 슬러지의 생분해성 휘발성 고형물 분해로 발생된 이산화탄소 양을 이론적으로 계산한 것이다.
mH2O-bio = 이론적으로 계산되어진 증발된 물의 질량 (kg)
mH2O = 실제로 측정되어진 증발된 물의 질량 (kg)
mH2O-glu = 포도당의 분해로 생산된 물의 질량 (kg), 상기 방정식 1에 기반하여 계산된 것이다.
mH2O-BVS = 슬러지 BVS의 분해로 생산된 물의 질량 (kg), 상기 방정식 2에 기반하여 계산된 것이다.
주입 가스와 배출 가스의 이산화탄소의 농도를 통해 상기 표 2의 공식으로 계산해 보면, 실제 이산화탄소의 생성량은 11.59 몰이었다. 따라서 이론적으로 계산된 이산화탄소 생성량과 실제 이산화탄소의 생성량은 합리적인 범위 내에서 근접한 수치임을 알 수 있다.
미생물이 생성한 총 열이 물 증발로 이용되었다고 가정하면, 이론적인 물 증발량(mH20-bio)은 2,358 g이다. 이는 미생물이 생성한 총 열을 물 증발의 잠열로 나누어 얻어진 값이다. 그러나 슬러지층의 질량 감소 및 함수율 감소를 통해 계산해보면, 실제 증발된 물의 양(mH20)은 1,458 g으로 이론적인 값의 61.8%라는 것을 알 수 있다.
상기 방정식 1 및 2를 이용하여 이론적 이산화탄소 생성량을 계산한 방법과 유사한 방법으로 미생물의 대사를 통한 물 생성량도 계산하는 것이 가능하다. 대사를 통해 생성되는 물의 총 량은 169.6 g인 것으로 나타났으며, 이 중 147.6 g은 포도당의 분해를 통해 발생한 것이며, 22.0 g은 슬러지 BVS의 분해를 통해 발생한 것이었다. 대사를 통해 생성된 물의 양은 제거된 것으로 생각된 물의 양인 1,458 g을 과소평가 되게 하는 요인 중 하나인 것을 알 수 있다.
실시예 2~6 및 비교예: 포도당 용액을 이용한 생물증발
포도당 농도와 열 생산 및 물 증발과의 관계를 밝히기 위하여, 실시예 2에서 6 및 비교예로서 포도당 용액의 농도에 따른 생물증발을 실시하였다. 하기 표 5에 각 비교예 및 실시예 당 이론적으로 시뮬레이션한 포도당 농도에 따른 열 생산 및 물 증발량을 나타내었다.
포도당 농도
(g/L)		 대사열 (kJ) 증발된 물
(g)		 포도당 용액 중 물
(g)		 남은 물
(g)		 물 제거율
(%)
비교예 0 0 0 1000 1000 0
실시예 2 40 626 174 962 788 18.1
실시예 3 80 1252 348 943 595 36.9
실시예 4 120 1877 521 926 405 56.3
실시예 5 160 2503 695 893 198 77.8
실시예 6 200 3129 869 855 -14 101.6
상기 표 5의 값들을 계산하기 위하여 미생물의 대사를 통해 발생하는 열의 65%가 물 증발에 이용된다고 가정하였다. 왜냐하면 위의 실시예 1에서 물 증발에 이용되는 열이 64.5%인 것으로 관찰되었기 때문이다. 또한 생물증발 과정에서의 평균 온도는 50℃인 것으로 가정하였으며, 물 증발의 잠열은 2,344 kJ/kg로 하였다. 대사열에 의해 증발되는 물의 양은 물 증발에 이용되는 열을 잠열로 나누어 계산하였다. 더 높은 농도의 포도당 용액이 더 많은 대사열을 생성하는 반면, 높은 농도의 포도당 용액에는 더 적은 물이 포함되기 때문에, 포도당 농도가 증가할수록 물 제거 효율이 비례하여 늘어나는 것으로 나타났다. 포도당 농도가 200 g/L일 때, 1 L 포도당 용액으로부터 3,129 kJ의 열이 생성되었으며, 이를 통해 869 g의 물이 증발하였다. 200 g/L의 포도당 용액 1 L에는 855 g의 물이 포함되어 있기 때문에, 포도당 용액에 포함된 거의 모든 물이 생물증발을 이용하여 제거되었다고 볼 수 있다.
실험적으로 상기 표 5의 수치들을 입증하기 위하여, 여러 농도의 포도당 용액을 준비하여 바이오-건조 슬러지에 첨가하고, 생물증발을 수행하였다. 그 결과는 도 3에 나타내었다. 도 3의 (a)에서 보는 바와 같이, 포도당 농도가 증가할수록 온도가 더욱 빠르고 높게 증가하였으며, 온도가 높은 주기도 더 길게 지속되었다. 심지어 포도당의 농도가 0 g/L인 비교예 1의 경우, 즉 오직 100 mL의 물만을 첨가한 경우에 있어서도 온도는 50℃까지 상승하였다. 이는 첨가된 물에 의하여 미생물이 활성화되었기 때문이다. 물을 첨가하기 전의 바이오-건조 슬러지 함수율은 51.3 중량% 인데, 이는 미생물이 대사활동을 하기에는 너무 낮은 수치이기 때문에 물을 첨가하기 전에는 바이오-건조 슬러지에 포함된 BVS를 분해할 수 없었을 것으로 판단된다. 슬러지 BVS의 분해를 통하여 생성된 열은 생산된 열의 총량과 첨가된 포도당의 총 연소열의 차를 통하여 계산되었다. 포도당 용액의 포도당 농도가 증가할수록, 대사열로 인해 제거된 물의 양은 증가하였으며 슬러지층의 함수율은 감소하였다. 포도당이 소진된 후에도 슬러지층의 함수율이 미생물 활성에 적절한 범위에 남아있다면, 미생물들은 분해를 계속 할 수 있을 것으로 예상된다. 그러나 포도당이 완전히 소진되고 나면 함수율이 매우 낮은 정도로 떨어지기 때문에 미생물 활성이 감소하고 남아있는 슬러지 BVS를 분해하는 것이 힘들어진다. 도 3의 (b)에 나타낸 결과에 따르면, 포도당의 분해를 통해 생산되는 열량은 포도당의 농도가 증가할수록 생산되는 총 열량에 근접한다. 또한 포도당 농도가 증가할수록 제거되는 물의 양도 증가한다. 이러한 결과를 통해 열 생산량과 물이 제거되는 양은 포도당 용액의 포도당 농도와 비례한다는 것을 다시 확인할 수 있다,
실시예 7~11 및 비교예: 음식폐기물 분말 용액을 이용한 생물증발
생물증발이 실질적으로 폐수에 적용될 수 있는지 살펴보기 위하여, 포도당 용액을 대신하여 음식폐기물 용액을 바이오-건조 슬러지를 섞고 생물증발을 수행하였다. 음식폐기물 분말의 농도를 42, 82, 120, 157 및 194 g/L로 하여, 실시예 7~11로 각 사용하였다. 비교예로서 음식폐기물 분말을 녹이지 않은 100 mL의 물을 이용하였다. 이러한 생물증발 실험의 결과를 도 4 및 도 5에 나타내었다. 음식폐기물을 미생물들이 빠르게 음식폐기물을 대사할 수 있도록 하기 위하여, 전자믹서기를 이용하여 입자 크기를 1 mm이하로 제작한 음식폐기물 분말을 사용하였다. 건조된 상태에서 음식폐기물 분말의 VS 함유율은 총 고형물 대비 93.4%였다.
음식폐기물 분말 용액(194 g VS/L)은 쉽게 생분해되는 휘발성 고형물을 함유하고 있기 때문에, 포도당의 경우와 마찬가지로 온도가 73℃까지 상승하는 것을 확인할 수 있었다. 하지만 포도당의 경우와 조금 다른 점도 확인할 수 있었다. 먼저 포도당의 경우 오직 9.6시간밖에 되지 않던 래그타임이 음식폐기물의 경우에는 약 24시간가량인 것으로 확인되었다. 또한 포도당의 경우(1.3일)보다 최고 온도에 도달하는 시간도 1.8일로 더 길어졌다. 도 4의 (b)에 음식폐기물의 생물증발 과정에서 배출되는 가스의 성분구성을 나타내었다. 이산화탄소 농도가 최고점에 도달하고, 산소 농도가 최저점에 도달하는 시간이 더 길어진 것을 확인할 수 있다. 고분자 기질을 함유한 음식폐기물의 경우, 가수분해를 수행하는 효소들이 고분자 기질을 단량체 물질들로 분해하는 과정이 필요하다. 미생물들은 고분자 기질을 쉽게 이용할 수 없기 때문이다. 따라서 이러한 가수분해 과정에 필요한 시간 때문에 위와 같은 지연 현상이 발생하는 것이다.
도 4의 (c)에 나타낸 바와 같이, 5.9일간의 생물증발 과정 동안 함수율은 61 중량%에서 53 중량%로 감소하였으며, VS 비율도 72.4%에서 68.9%로 감소하였다. 또한 도 4의 (d)를 살피면, 음식폐기물 분말 용액의 형태로 첨가된 물의 양(1,000 g)보다 더 많은 물(1,560 g)이 음식 폐기물과 슬러지에 존재하는 BVS의 분해로 발생한 대사열에 의해 증발된 것을 확인할 수 있다. 슬러지층의 질량 및 VS의 감소를 계산한 결과 분해된 총 BVS는 351 g이며, 음식폐기물의 포함된 BVS가 완전히 분해되었다고 가정하였을 때, 이중 240 g은 음식폐기물이 분해된 것이며 111 g은 슬러지 BVS가 분해된 것임을 알 수 있었다. 음식폐기물 분말 용액에 포함된 에너지가 얼마나 되는지 알아보기 위하여, 음식폐기물의 연소열을 산소 봄베 열량계를 이용하여 측정하였으며, 그 결과 17.99 MJ/kg인 것으로 나타났다. 다른 연구 결과들에 의하면, 탄수화물, 단백질, 지방의 연소열은 각 17.4, 23.4, 39.3 MJ/kg인 것으로 알려져 있다. 본 실시예에서 이용한 음식폐기물은 주로 쌀과 면으로 구성되어 있었으므로, 이러한 연소열 측정결과는 이전에 알려진 결과에 상응하는 신뢰할만한 것이라고 판단된다.
도 5에 음식폐기물 농도에 따른 생물증발의 효과를 나타내었다. VS 농도가 0에서 194 g/L로 증가할수록, 슬러지층의 온도는 더 높아졌다. 음식폐기물 없이 오직 100 mL의 물만 첨가되었던 비교예의 온도도 거의 50℃ 가까이로 증가하였다. 이는 슬러지 입자들 내에 존재하던 BVS가 물의 첨가에 의하여 분해되었기 때문이다. 음식폐기물이 없는 비교예의 경우, 바이오-건조 슬러지에 포함된 분해가 느린 BVS가 분해되며, 이들로 인하여 대사열이 발생한다.(도 5의 (b) 참조) 또한 비교예에서는 온도가 최고점에 도달하는 시간이 더 길었는데, 이를 통해 음식폐기물이 미생물들 대사에 더 선호되는 유기물질이며, 바이오-건조 슬러지에 비하여 더 생분해가 잘되는 물질이라는 것을 확인할 수 있다. 슬러지 BVS의 분해를 통해 생산된 열은 질량과 함수율 측정을 통해 계산된 총 열 생산량과 음식폐기물 VS로부터 발생하는 열의 차를 통해 추산되었다. 도 5의 (c)에 나타낸 바와 같이, 음식폐기물 VS가 높을수록, 더 많은 열이 음식폐기물 VS 분해를 통해서 생성되었으며 더 많은 물이 증발되었다. VS 농도가 194 g/L일 때, 거의 모든 열이 음식폐기물의 분해로부터 생산되었으며, 바이오-건조슬러지에 남아있던 여분의 물도 제거되었다. 포도당의 경우와 유사하게, 음식폐기물 VS 농도가 120 g/L 일 때부터, 음식폐기물 및 슬러지 BVS로 부터 생산된 열이 음식폐기물과 함께 첨가된 모든 물을 증발시킬 수 있었다. 이러한 결과들을 통해 생물증발이 실제 유기 폐수의 처리에 적용될 수 있다는 결론을 얻을 수 있다. 또한 생물증발 과정에서 폐수의 VS 또한 완전히 제거되었으며, 이는 고농도 유기폐수의 무배출 처리를 실현한 것으로 평가할 수 있다. 게다가 생물증발법에 필요한 에너지는 오직 반응기를 폭기하기 위해 사용되는 에너지뿐이며, 추가적인 열 공급은 필요치 않다. 또한 물의 증발을 위한 대사열이 충분히 생산되기 힘든 저농도 하수의 경우에도 다른 고농도 유기 폐기물들과 혼합되어 생물증발법에 적용될 수 있을 것으로 예상된다.
본 발명에 따르면, 고농도 유기폐수 처리에 이용되는 신개념 생물증발법이 제공된다. 생분해성 유기 물질을 함유하고 있는 고농도 유기폐수는 바이오-건조 슬러지 내의 미생물들에 의하여 호기성 대사과정을 통해 분해되고, 그 과정에서 대사열이 발생한다. 생물증발을 통하여, 유기 폐수의 VS 농도가 높을수록 더 많은 열을 생산하고 더 많은 물을 제거하는 것이 가능하다. 포도당 및 음식폐기물 분말의 VS 농도가 120 g/L일 때, 물의 완벽한 제거가 이루어졌다. 게다가 폐수에 포함된 BVS도 완전히 제거되었다. 따라서 본 발명에서 제공되는 생물증발법을 따르면, 폐수의 무배출 처리가 가능하다.

Claims (18)

  1. 슬러지와 고농도 유기 폐수를 혼합하여 처리하는 것을 특징으로 하는 생물 증발을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법에 있어서,
    상기 고농도 유기 폐수는 휘발성 고형물의 농도가 120 g/L 이상이고,
    상기 처리는 상기 슬러지에 포함된 미생물들이 휘발성 고형물을 대사하여 분해하고, 휘발성 고형물의 분해로 발생하는 대사열로 인해 물이 증발되는 과정을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 생물 증발을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬러지는 바이오-건조 슬러지인 것을 특징으로 하는 생물증발을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 바이오-건조 슬러지는 함수율이 55~70 중량%인 것을 특징으로 하는 생물증발을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 바이오-건조 슬러지는,
    벨트 압축 슬러지와 건조 슬러지의 혼합물을 제조하는 단계; 및
    슬러지 혼합물의 온도가 상온으로 안정화되면 이를 수집하는 단계를 포함하는 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 생물증발을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 벨트 압축 슬러지와 건조 슬러지의 혼합물은 함수율이 55~70 중량%인 것을 특징으로 하는 생물 증발을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 고농도 유기 폐수는 음식폐기물을 포함하는 폐수인 것을 특징으로 하는 생물 증발을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 음식폐기물은 지름 1 mm이하의 작은 입자로 분쇄된 형태인 것을 특징으로 하는 생물 증발을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법.
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬러지는 하수슬러지이며,
    상기 미생물들은 상기 하수슬러지에 포함되어 있는 미생물들인 것을 특징으로 하는 생물 증발을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 대사는 호기성 대사인 것을 특징으로 하는 생물 증발을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 처리는 반응기 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는 생물 증발을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 반응기는 단열재를 이용하여 단열되어진 반응기인 것을 특징으로 하는 생물 증발을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 반응기는 공기가 주입되는 것을 특징으로 하는 생물 증발을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 공기는 습기가 제거된 공기인 것을 특징으로 하는 생물 증발을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 공기는 0.03~0.2 m3/kgTS·hr의 속도로 주입되는 것을 특징으로 하는 생물 증발을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 처리는 슬러지와 고농도 유기 폐수 혼합물을 교반하면서 수행되는 것을 특징으로 하는 생물 증발을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법.
  18. 청구항 1에 있어서,
    상기 처리는 대사열에 의해 슬러지와 고농도 유기 폐수를 혼합물의 온도가 상승한 뒤, 다시 상온으로 안정화될 때까지 수행되는 것을 특징으로 하는 생물 증발을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법.
KR1020130044961A 2013-04-23 2013-04-23 생물증발법을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법 KR101338951B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130044961A KR101338951B1 (ko) 2013-04-23 2013-04-23 생물증발법을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법
PCT/KR2014/003527 WO2014175646A1 (ko) 2013-04-23 2014-04-23 생물증발법을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법
US14/396,144 US20160272520A1 (en) 2013-04-23 2014-04-23 Method for zero-discharge treatment of high-concentration organic wastewater via bioevaporation
EP14783992.2A EP2829520A4 (en) 2013-04-23 2014-04-23 NO-EXPOSURE METHOD FOR THE TREATMENT OF HIGH-CONCENTRATED ORGANIC WASTEWATER WITH ORGANIC EVAPORATION
CN201480001303.3A CN104321287A (zh) 2013-04-23 2014-04-23 用于利用生物蒸发对高浓度有机废水进行零排放处理的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130044961A KR101338951B1 (ko) 2013-04-23 2013-04-23 생물증발법을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101338951B1 true KR101338951B1 (ko) 2013-12-09

Family

ID=49987713

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130044961A KR101338951B1 (ko) 2013-04-23 2013-04-23 생물증발법을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20160272520A1 (ko)
EP (1) EP2829520A4 (ko)
KR (1) KR101338951B1 (ko)
CN (1) CN104321287A (ko)
WO (1) WO2014175646A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101448955B1 (ko) * 2014-07-15 2014-10-13 최성철 고농도 악성 폐액 및 폐슬러지의 처리방법
KR101917315B1 (ko) * 2018-01-04 2018-11-09 명지대학교 산학협력단 커피 찌꺼기를 이용한 탈수 슬러지의 고속 생물건조방법

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105060461A (zh) * 2015-07-23 2015-11-18 昆明理工大学 一种高浓度有机废水生物蒸发处理方法
CN105152462B (zh) * 2015-07-23 2017-05-10 昆明理工大学 一种垃圾渗滤液的处理方法
FR3096282B1 (fr) * 2019-05-22 2021-10-08 Institut National De Recherche En Sciences Et Tech Pour Lenvironnement Et Lagriculture Irstea Procede de traitement de dechets alimentaires et d’extraction de la chaleur associee a ce traitement
CN111072134A (zh) * 2019-12-02 2020-04-28 轻工业环境保护研究所 一种高浓有机废液处理工艺
CN111470715A (zh) * 2020-04-15 2020-07-31 河南恒安环保科技有限公司 一种米制膨化食品废水处理回用方法
CN115945508A (zh) * 2023-02-13 2023-04-11 昆明理工大学 一种利用玉米芯强化生物蒸发处理餐厨垃圾的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990046670A (ko) * 1999-04-08 1999-07-05 한상일 가축분뇨의발효시스템
KR19990085510A (ko) * 1998-05-19 1999-12-06 김강권 고농도 유기성폐수의 처리방법 및 그 처리장치
KR20120119346A (ko) * 2011-04-21 2012-10-31 민병욱 폐수 증발처리방법

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1181015C (zh) * 2000-04-06 2004-12-22 张兴权 用固体废弃物生产生物有机复合肥料机械成套设备
CN102471111A (zh) * 2009-07-07 2012-05-23 诺华工艺有限公司 废水污泥处理系统
KR101024447B1 (ko) * 2010-12-16 2011-03-23 이행석 미생물제재를 이용한 유기성 폐기물의 고형연료 제조방법
KR101315807B1 (ko) * 2011-07-29 2013-11-19 주식회사 신재생에너지 미생물제재를 이용한 무방류시스템에 의한 유기성폐기물 처리방법 및 고형연료(퇴비)생산방법과 그 장치
CN102514079A (zh) * 2011-11-25 2012-06-27 盐城工学院 一种实现电镀污泥稳定化、固定化的处理方法
KR101112429B1 (ko) * 2011-12-02 2012-02-24 (주)테크엔비 슬러지 처리 시설 및 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990085510A (ko) * 1998-05-19 1999-12-06 김강권 고농도 유기성폐수의 처리방법 및 그 처리장치
KR19990046670A (ko) * 1999-04-08 1999-07-05 한상일 가축분뇨의발효시스템
KR20120119346A (ko) * 2011-04-21 2012-10-31 민병욱 폐수 증발처리방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101448955B1 (ko) * 2014-07-15 2014-10-13 최성철 고농도 악성 폐액 및 폐슬러지의 처리방법
KR101917315B1 (ko) * 2018-01-04 2018-11-09 명지대학교 산학협력단 커피 찌꺼기를 이용한 탈수 슬러지의 고속 생물건조방법

Also Published As

Publication number Publication date
EP2829520A1 (en) 2015-01-28
WO2014175646A1 (ko) 2014-10-30
EP2829520A4 (en) 2016-02-24
US20160272520A1 (en) 2016-09-22
CN104321287A (zh) 2015-01-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101338951B1 (ko) 생물증발법을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법
Zhao et al. Effect of air-flow rate and turning frequency on bio-drying of dewatered sludge
Cai et al. Moisture variation associated with water input and evaporation during sewage sludge bio-drying
Zhu et al. Avocado seed-derived activated carbon for mitigation of aqueous ammonium
Hao et al. Spent coffee ground as a new bulking agent for accelerated biodrying of dewatered sludge
Tom et al. Biodrying process: A sustainable technology for treatment of municipal solid waste with high moisture content
Sundberg et al. Higher pH and faster decomposition in biowaste composting by increased aeration
Yang et al. Novel bioevaporation process for the zero-discharge treatment of highly concentrated organic wastewater
CN101172899B (zh) 一种以竹炭为重金属固定剂的污泥堆肥及其制备方法
Ma et al. Thermally assisted bio-drying of food waste: Synergistic enhancement and energetic evaluation
Yang et al. Effect of novel sludge and coal cinder ceramic media in combined anaerobic–aerobic bio-filter for tetracycline wastewater treatment at low temperature
Salamat et al. Drying of biogas digestate: A review with a focus on available drying techniques, drying kinetics, and gaseous emission behavior
CN116854327A (zh) 一种有机污泥干化稳定化的处理方法
Janakiram et al. Conversion of waste into wealth: A study in solid waste management
Blazy et al. Process conditions influence on pig slaughter house compost quality under forced aeration
Liang et al. Nitrogen loss reduction by adding KH2PO4-K2HPO4 buffer solution during composting of sewage sludge
Li et al. Biodegradation of volatile solids and water mass balance of bio-drying sewage sludge after electro-dewatering pretreatment
Lu et al. Addition of oyster shell to enhance organic matter degradation and nitrogen conservation during anaerobic digestate composting
Lai et al. Optimal aeration management strategy for a small-scale food waste composting
Li et al. Energy composting allows rapid degradation of food waste using a water bath heated with electricity or solar energy
CN102503061B (zh) 一种污泥堆肥用无机-有机复合调理剂
JP5485732B2 (ja) 汚泥の堆肥化方法
KR101917315B1 (ko) 커피 찌꺼기를 이용한 탈수 슬러지의 고속 생물건조방법
CN107445312A (zh) 一种高浓度有机废水处理方法
CN107151153A (zh) 一种将生活污泥制成堆肥的方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161115

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171204

Year of fee payment: 5