KR101563782B1 - 가압식 멤브레인, 전기분해, 혐기성 여상으로 구성된 음식물 소화액 처리장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 음식물 소화액 처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기 분해조를 포함하여 처리기간을 단축하고 콤팩트한 시설로서 운영이 가능한 음식물 소화액 처리장치에 관한 것이다.
본 발명은, 음식물 소화액 처리장치에 관한 것으로서, 음식물 소화액을 임시 저장하는 제1저류조; 상기 제1저류조에 저류된 소화액을 고액분리하기 위한 탈수기; 상기 탈수기에서 탈수된 소화액을 임시저장하는 제2저류조; 상기 가압식 여과막을 이용하여 제2저류조에 저장된 소화액을 통과시켜 부유물을 제거하는 여과수단; 상기 여과수단으로 유입되는 소화액을 가압하기 위한 가압펌프; 상기 여과수단을 통과하여 부유물이 제거된 소화액을 전기 분해하기 위한 전기 분해조; 상기 전기 분해조를 통과한 소화액을 처리하기 위한 혐기성 여상; 및, 상기 가압식 여과막의 농축수를 상기 제1저류조 또는 제2저류조로 반송하기 위한 반송수단; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물 소화액 처리장치를 제공한다.
본 발명은, 음식물 소화액 처리장치에 관한 것으로서, 음식물 소화액을 임시 저장하는 제1저류조; 상기 제1저류조에 저류된 소화액을 고액분리하기 위한 탈수기; 상기 탈수기에서 탈수된 소화액을 임시저장하는 제2저류조; 상기 가압식 여과막을 이용하여 제2저류조에 저장된 소화액을 통과시켜 부유물을 제거하는 여과수단; 상기 여과수단으로 유입되는 소화액을 가압하기 위한 가압펌프; 상기 여과수단을 통과하여 부유물이 제거된 소화액을 전기 분해하기 위한 전기 분해조; 상기 전기 분해조를 통과한 소화액을 처리하기 위한 혐기성 여상; 및, 상기 가압식 여과막의 농축수를 상기 제1저류조 또는 제2저류조로 반송하기 위한 반송수단; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물 소화액 처리장치를 제공한다.
Description
본 발명은 음식물 소화액 처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기 분해조를 포함하여 처리기간을 단축하고 콤팩트한 시설로서 운영할 수 있는 음식물 소화액 처리장치에 관한 것이다.
음식물 소화액은 오염물질의 농도가 매우 높다. 따라서 한가지 방법에 의해 처리하기는 어려워서 여러 가지 처리기법을 적용하여 처리하고 있는데, 음식물 소화액에 있어 가장 대표적인 처리대상물질은 유기물(COD), 부유물질, 질소, 인 등이다. 현재 가동 중인 대부분의 음식물 소화액 처리시설은 A2O(Anaerobic-anoxic, oxic)를 활용한 생물학적 처리기법을 사용하고 있는데, 오염물질의 부하에 따라 다르기는 하지만 대략 일주일 내지 15일 정도의 긴 반응시간이 필요한 단점이 있다.
한편, 혐기소화조에서 발생하는 고농도의 암모니아성 질소는 생물학적 독성을 유발할 수 있으므로 이에 대한 전처리가 반드시 필요한 단점도 있다. 도 1은 종래의 음식물 소화액 처리 시설의 하나의 예를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 시설은 탈수기(1), pH조정조(2), 온도 조정조(3), 열교환기(4), 송풍기(5), 암모니아 탈기탑(6), 무산소조(7), MBR반응조(8), 오존반응조(9) 등으로 구성된다. 도 1에 도시된 시설의 경우 앞서 기술한 암모니아 탈기탑을 이용하여 암모니아성 질소를 질소가스로 전환시켜 배출하는 공정이 포함되어 있다. 암모니아성 질소를 질소가스로 탈기하기 위해서는 50-70℃로 가온하는 것이 필요하고, 송풍기(5)를 이용하여 다량의 공기를 암모니아 탈기탑(6)으로 공급해야 하므로 에너지 소비가 많다. 더욱이 암모니아 탈기를 위해서는 pH를 10~11로 유지하는 것이 필요하므로 많은 량의 알칼리제 주입이 요구된다. 한편, 암모니아 탈기법을 통해 상당량의 질소성분은 처리가 가능하지만 암모니아 탈기탑(6)에서 처리되지 못하는 유기물질과 인성분의 제거를 위하여 생물학적 방법(무산소조(7), MBR반응조(8))가 필요하며, 생물학적 방법으로 처리되지 않은 난분해성 물질의 추가 처리를 위하여 오존반응조(9)가 필요하다.
이처럼 음식물 소화액의 처리시설은 혐기조, 무산소조, 호기조 등을 포함하는 생물학적 처리방법을 대부분 도입하고 있는데 전술한 바와 같이 일주일 내지 15일 정도의 긴 체류시간을 필요로 하므로 이를 위하여 시설이 대규모화되어야 하는 단점도 있다.
이러한 단점을 극복하기 위하여 전기 분해 방법에 대한 연구가 진행되고 있다. 우리나라 음식물에는 높은 농도의 염분이 포함되어 있으므로, 음식물 소화액에 포함된 염소 이온을 전해질로 이용할 수 있기 때문이다. 도 2에는 종래의 전기 분해를 도입한 음식물 소화처리 시설의 하나의 예가 도시되어 있다.
도 2에 도시된 음식물 소화액 처리 시설은 혼화 및 응결조(a), 침전조(b), 저장조(c) 및 전기 분해조(d)로 구성되는데 전기 분해과정에서 발생하는 차아염소산(HOCl)은 암모니아성 질소뿐만 아니라 유기물질도 처리가 가능하므로 암모니아 탈기탑(6)을 포함하는 도 1의 음식물 소화액 처리 시설에 비하여 효율적인 것으로 보인다. 특히 유기물질 중 생물학적으로 분해가 어려운 난분해성 물질의 처리가 가능한 장점도 있다. 그러나 전기 분해조(d)로 부유물질이 유입될 경우 처리에 제약이 있는 문제가 있다. 부유성 물질은 전기 분해 과정 중 발생하는 질소가스와 혼합하여 거품 발생량을 크게 늘이는데, 전극 표면에 거품이 생기면 전극과 처리수의 접촉면적이 줄어들어 전기 분해의 효율이 떨어지게 되는 단점이 발생하게 된다. 또한, 전극 사이에 스케일을 축적시켜 전극 수명이 줄어드는 문제가 있으며, 거품에 의해 폭발사고가 발생할 수 있는 문제점도 있는 것으로 알려져 있다.
본 발명은 전술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 음식물 소화액 속에 포함된 염소 이온을 이용하여 전기 분해를 분해함으로써 처리 시간을 줄이고 이로 인하여 콤팩트한 시설이 가능한 음식물 소화액 처리장치를 제공하는 것이다.
전술한 과제의 해결 수단으로서 본 발명은,
음식물 소화액 처리장치에 관한 것으로서,
음식물 소화액을 임시 저장하는 제1저류조;
상기 제1저류조에 저류된 소화액을 고액분리하기 위한 탈수기;
상기 탈수기에서 탈수된 소화액을 임시저장하는 제2저류조;
상기 가압식 여과막을 이용하여 제2저류조에 저장된 소화액을 통과시켜 부유물을 제거하는 여과수단;
상기 여과수단으로 유입되는 소화액을 가압하기 위한 가압펌프;
상기 여과수단을 통과하여 부유물이 제거된 소화액을 전기 분해하기 위한 전기 분해조;
상기 전기 분해조를 통과한 소화액을 처리하기 위한 혐기성 여상; 및,
상기 가압식 여과막의 농축수를 상기 제1저류조 또는 제2저류조로 반송하기 위한 반송수단;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물 소화액 처리장치를 제공한다.
상기 제1저류조에는 함몰부가 마련되는 것이 좋다.
상기 반송수단은 상기 여과수단과 제1저류조를 연결하는 제1배관 및 제1밸브와, 상기 여과수단과 상기 제2저류조를 연결하는 제2배관 및 제2밸브로 구성되는 것이 바람직하며, 상기 제1배관 및 제2배관으로 흐르는 농축수는 상기 가압펌프에 의해 가압 되도록 구성할 수도 있다.
본 발명에 의하면 전기 분해 처리 이전에 막을 이용하여 소화액 속의 부유물질을 완전히 제거함으로써 전기 분해조에서 부유물질에 의해 발생하는 문제를 완전히 해결하고, 혐기성 여상을 이용하여 질산이온을 효과적으로 제거할 수 있는 음식물 소화액 처리 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 생물학적 처리방법을 포함한 음식물 소화액 처리 시설의 하나의 예를 설명하기 위한 도면.
도 2는 종래의 전기 분해를 도입한 음식물 소화액 처리 시설의 하나의 예를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 음식물 소화액 처리 시설을 설명하기 위한 도면.
도 2는 종래의 전기 분해를 도입한 음식물 소화액 처리 시설의 하나의 예를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 음식물 소화액 처리 시설을 설명하기 위한 도면.
이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명의 하나의 바람직한 실시예에 대하여 설명함으로써 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 제공하기로 한다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 음식물 소화액 처리 시설을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에 따른 음식물 소화액 처리장치는 도 3에 도시된 바와 같이 제1저류조(10), 탈수기(20), 제2저류조(30), 여과수단(40), 가압펌프(45), 전기 분해조(50), 혐기성 여상(60) 및 반송수단으로 구성된다.
상기 제1저류조(10)는 음식물 소화액을 일시저장하는 구성이다. 체류시간에 따라 음식물 소화액 중의 고형성분이 일부 침전될 수도 있다.
상기 제1저류조(10)에는 함몰부(11)가 마련되어 있고, 그 함몰부(11)에 수정펌프(12)가 마련된다. 상기 수중펌프(12)는 상기 제1저류조(10)에 저장된 음식물 소화액을 탈수기(20)로 이송하기 위한 펌프이다. 상기 수중펌프(12)는 함몰부(11)에 마련되어 있으므로, 수위의 변화에도 수중펌프(12)가 안정적으로 운영될 수 있도록 한다.
상기 탈수기(20)는 상기 제1저류조에 저류된 소화액을 이송받아 고액분리하는 구성이다. 본 발명에 있어 가장 중요한 포인트는 부유물을 제거한 상태의 음식물 소화액을 전기 분해조(50)에서 처리하는 것인데, 탈수기(20)에 의하여 고농도 부유물질을 상당부분 제거할 수 있도록 하여 상기 여과수단(40)의 부담을 최소화하도록 하는 것이다. 상기 탈수기(20)에서 고액분리 후의 부유물질(탈수 슬러지)는 별도의 처리시설로 보내 처리하게 된다.
상기 제2저류조(30)는 상기 탈수기(20)에서 고액분리된 액상의 음식물 소화액을 임시 저장하는 구성이다.
상기 여과수단(40)은 가압식 막(예를 들어 한외 여과막)을 이용하여 상기 제2저류조에 저장된 소화액을 통과시킴으로써 소화액 내의 부유물질을 제거하는 구성이다.
전술한 가압식 막의 한 종류인 한외 여과막(ultrafilter membrane)은 물은 통과시키지만 고분자 물질이나 콜로이드상 물질은 통과시키지 않는 막으로서 분리가능한 입자의 크기는 nm단위의 입자이다.
상기 가압펌프(45)는 상기 여과수단(40)으로 유입되는 소화액을 가압하기 위한 구성이다. 본 발명에서는 가압식 막을 채용하고 있으며 가압식 막으로 여과를 하기 위해서는 적절한 수준의 가압이 필요한데 이를 위해 가압펌프(45)를 채용하는 것이다.
상기 전기 분해조(50)는 상기 여과수단(40)을 통과한 소화액을 전기 분해하여 오염물을 제거하는 구성이다.
전기 분해조(50)에서 발생하는 반응은 아래와 같다.
우선 전기 분해조(50)의 양극에서는 다음과 같은 반응이 일어난다.
2Cl- -> Cl2 + 2e-
전기 분해조(50) 내의 용액에서는 다음과 같은 반응이 일어난다.
상기 반응에서 확인할 수 있듯이 전기 분해 과정에서 발생하는 차아염소산(HOCl)에 의하여 암모니아성 질소의 탈질화가 일어나게 된다.
전기 분해반응에 의할 경우 암모니아성 질소를 탈질하기 위한 암모니아 탈기탑을 사용할 필요가 없으므로 매우 공정이 단순화되는 장점이 있다. 또한, 반응시간에 있어서도 종래의 음식물 소화액 처리조에 비하여 훨씬 짧아지므로 이로 인하여 처리 장치 전체의 크기를 줄일 수 있어 처리 시설의 콤팩트 화에도 상당히 효과적이다. 본원 발명에서는 탈수조(20)와 여과수단(40)을 전기 분해조(50)의 전처리 수단으로 두어 부유물질을 전기 분해조(50)에 투입되기 이전에 거의 전부를 제거함으로써 전기 분해조(50)에서 부유물질이 포함된 소화액이 처리될 때 발생하는 여러 가지 문제들을 완전히 해결할 수 있게 되는 것이다. 전기 분해조(50)로 유입되는 소화액의 유량은 밸브로 제어하게 되며 이로 인하여 전기 분해조(50)의 적정 체류시간을 제어하게 된다.
우리 나라 음식 문화의 특성상 음식물 소화액은 높은 농도의 염분을 포함하고 있는데 염분 중의 염소이온을 전해질로 사용함으로써 전기 분해 처리에 매우 적합하며 본 발명에서는 이러한 특징을 이용하여 경제적인 음식물 소화액의 처리가 가능하도록 한 것이다.
상기 혐기성 여상(60)은 상기 전기 분해조(50)를 통과한 소화액을 처리하는 구성으로서 혐기성 미생물의 성장에 적합한 여재를 사용하여 여재 표면에 미생물을 부착, 증식시켜 유기물을 분해하는 공정으로 알려져 있으며, 유기물의 분해와 아울러 본 공정에서는 전기 분해조(50)에서 발생한 질산성 질소를 처리하는 작용도 함께 이루게 된다. 전기 분해조(50)를 통과한 소화액은 자연유하 형태로 혐기성 여상(60)을 통과하게 되며 이로 인하여 혐기성 여상의 적정체류시간을 제어하게 된다. 혐기성 여상으로는 화공 양론의 방식에 의해 일정량의 메탄올을 주입한다.
상기 혐기성 여상(60)의 반응은 다음과 같다.
상기 반송수단은 상기 가압식 여과막의 농축수를 상기 제1저류조(10) 또는 제2저류조(30)로 선택적으로 반송하기 위한 구성으로서 도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이 상기 여과수단(40)과 상기 제1저류조(10)를 서로 연결하는 제1배관(43)과 제1밸브(44), 상기 여과수단(40)과 상기 제2저류조(30)를 서로 연결하는 제2배관(41)과 제2밸브(42)로 구성되며 상기 가압펌프(45)에 의해 이송된다.
여과수단(40)에서는 농축수가 발생하게 되며 농축수를 처리하기 위해 별도의 처리조가 필요하기도 한데 본 발명에서는 농축수의 농도에 따라 반송수단에 의하여 제1저류조(10)나 제2저류조(30)로 선택적으로 반송시킴으로써 농축수를 처리하기 위한 별도의 시설을 마련하지 않아도 되므로 음식물 소화액 전체 설비를 간소화하게 할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 하나의 실시예에 대하여 설명함으로써 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 제공하였으나 본 발명의 기술적 사상이 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 사상 안에서 다양한 형태의 음식물 소화액 처리시설로 구체화될 수 있다.
10 : 제1저류조 20 : 탈수기
30 : 제2저류조 40 : 여과수단
45 : 가압펌프 50 : 전기 분해조
60 : 혐기성 여상
30 : 제2저류조 40 : 여과수단
45 : 가압펌프 50 : 전기 분해조
60 : 혐기성 여상
Claims (4)
- 음식물 소화액 처리장치에 관한 것으로서,
음식물 소화액을 임시 저장하는 제1저류조;
상기 제1저류조에 저류된 소화액을 고액분리하기 위한 탈수기;
상기 제1저류조에 저장된 소화액을 상기 탈수기로 이송하기 위한 수중펌프;
상기 탈수기에서 탈수된 소화액을 임시저장하는 제2저류조;
가압식 여과막을 이용하여 제2저류조에 저장된 소화액을 통과시켜 부유물을 제거하는 여과수단;
상기 여과수단으로 유입되는 소화액을 가압하기 위한 가압펌프;
상기 여과수단을 통과하여 부유물이 제거된 소화액의 염소 이온을 전기분해하여 차아염소산을 발생시켜 암모니아성 질소를 제거하는 전기 분해조;
상기 전기 분해조를 통과한 소화액을 처리하기 위한 혐기성 여상; 및,
상기 가압식 여과막의 농축수를 상기 제1저류조 또는 제2저류조로 반송하기 위한 반송수단;을 포함하되,
상기 제1저류조에는 함몰부가 마련되며 상기 수중펌프는 상기 함몰부에 위치하는 것을 특징으로 하는 음식물 소화액 처리장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 반송수단은 상기 여과수단과 제1저류조를 연결하는 제1배관 및 제1밸브와, 상기 여과수단과 상기 제2저류조를 연결하는 제2배관 및 제2밸브로 구성되는 것을 특징으로 하는 음식물 소화액 처리장치.
- 제3항에 있어서,
상기 제1배관 및 제2배관으로 흐르는 농축수는 상기 가압펌프에 의해 가압되는 것을 특징으로 하는 음식물 소화액 처리장치.
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| KR1020130102724A KR101563782B1 (ko) | 2013-08-28 | 2013-08-28 | 가압식 멤브레인, 전기분해, 혐기성 여상으로 구성된 음식물 소화액 처리장치 |
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Citations (1)
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| KR100841089B1 (ko) | 2007-10-02 | 2008-06-25 | 현대엔지니어링 주식회사 | 막결합형 혐기성 소화조를 이용한 바이오가스 생산 장치 및방법 |
-
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