KR101605523B1 - 유기성 폐기물 처리 방법 및 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 메탄 등의 바이오가스 증산과 함께 퇴비 및 액비의 품질 개선이 가능한 유기성 폐기물 처리 방법 및 처리 장치에 관한 것으로, 상기 처리 방법은 유기성 폐기물에 대해 오존 처리 또는 고온 수증기 처리하여 유기성 폐기물을 가수분해시키는 단계, 결과로 수득된 유기성 폐기물의 가수분해물을 혐기성 조건하에서 분해 및 발효시키는 혐기성 소화 단계, 그리고 상기 혐기성 소화의 결과물로서 발생된 기체는 취출 후 정제하여 바이오 가스화하고, 또 혐기성 소화물은 고액 분리한 후 고형물은 퇴비화하고, 액상물은 호기성 폭기 조건에서 액비화하는 자원화 단계를 포함하며, 상기 혐기성 소화 단계는 유기성 폐기물의 가수분해물에 대한 발효 및 분해를 위한 1차 혐기성 소화 단계 및 상기 1차 혐기성 소화 단계에서 혐기성 소화가 완료되지 않은 유기성 폐기물의 가수분해물에 대한 발효 및 분해를 위한 2차 혐기성 소화 단계를 포함한다.

Description

유기성 폐기물 처리 방법 및 처리 장치{METHOD AND APPRATUS FOR TREATING ORGANIC WASTE}

본 발명은 메탄 등의 바이오가스 증산과 함께 퇴비 및 액비의 품질 개선이 가능한 유기성 폐기물 처리 방법 및 처리 장치에 관한 것이다.

가축분뇨, 하폐수 슬러지, 음식물 폐기물 또는 도축 폐기물 등으로 대표되는 유기성 폐기물은, 탄소성분, 질소성분, 인성분, 황화합물 및 기타 다양한 무기염류를 포함한다. 유기성 폐기물은 공기 또는 산소가 원활히 공급되는 환경 하에서 분해될 경우 호기성 미생물에 의해 종국적으로 이산화탄소, 물, 그리고 무기성 잔류물로 분해 및 전환된다. 그러나 공기 또는 산소가 차단된 혐기성 조건 하에서 분해 또는 소화될 경우에는 메탄, 암모니아, 이산화황, 또는 수증기 등을 생성시킨다.

화석연료의 사용으로 인해 대기 중에 이산화탄소가 축적되고, 또 축적된 이산화탄소에 의해 지구온난화가 이루어지고 이로 인해 기후변화가 빠르게 일어난다는 이론이 폭넓게 지지 받고 있다. 또 최근 이 같은 기후변화로 생각되는 기상이변의 빈번한 발생은 이러한 주장에 설득력을 높이고 있다. 기후온난화에 가장 많이 기여하는 것은 이산화탄소로 알려져 있다. 하지만, 이산화탄소보다 지구온난화 지수가 더 큰 것이 메탄이다. 즉, 자연계에 방치된 유기성 폐기물은 지구온난화에 크게 기여하는 셈이다.

한편, 메탄은 8500kcal/m³ 이상의 매우 큰 열량을 갖고 있기 때문에 이를 포집하여 모아둘 수 있다면, 지구온난화도 방지하고 에너지원도 얻는 등 일석이조의 효과를 얻을 수 있다. 즉, 유기성 폐기물을 혐기성 소화를 통해 에너지화하는 것은 환경적으로 매우 바람직하다.

한편, 유기성 폐기물의 혐기성 소화 후 잔류하는 폐액은 소화가 적절히 일어난 경우에는 좋은 퇴비 또는 액비가 될 수 있다. 그러나, 소화가 적절히 일어나지 않은 경우에는 악취를 발생시키고, 농경지에 뿌려졌을 때 토양 중의 질소와 인을 오히려 소모할 수 있으며, 또한 혐기성 소화될 경우에는 메탄을 발생시킬 수 있다. 또, 혐기성 소화 폐액 중에 포함된 병원성균은 농작물에 해를 입히거나 이를 섭취하는 동물들에게 해를 입힐 수도 있다.

따라서, 유기성 폐기물을 혐기성 소화시 발생되는 메탄을 바이오 가스화 할 수 있고, 또 혐기성 소화 후 잔류하는 폐액을 적절히 처리하여 퇴비 또는 액비화할 수 있는 유기성 폐기물의 처리 방법 또는 자원화 방법의 개발이 요구된다.

특허등록 제10-0907035호 (2009년 7월 2일 등록)

Deublin, D. and Steinhauser, A., "Biogas from Waste and Renewable Resources, Wiley-VCH Verlag GmbH, 2008. Rittmann, B. E. and McCarty, P. L., "Environmental Biotechnology: Principles and Applications," McGraw-Hill, 2001.

본 발명의 목적은 메탄 등의 바이오가스 증산과 함께 퇴비 및 액비의 품질 개선이 가능한 유기성 폐기물 처리 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 유기성 폐기물 처리에 유용한 유기성 폐기물 처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 유기성 폐기물의 처리 방법은, 유기성 폐기물에 대해 오존 처리 또는 고온 수증기 처리하여 유기성 폐기물을 가수분해시키는 단계; 결과로 수득된 유기성 폐기물의 가수분해물을 혐기성 조건하에서 분해 및 발효시키는 혐기성 소화 단계; 그리고 상기 혐기성 소화의 결과물로서 발생된 기체는 취출 후 정제하여 바이오 가스화하고, 또 혐기성 소화물은 고액 분리한 후 고형물은 퇴비화하고, 액상물은 호기성 폭기 조건에서 액비화하는 자원화 단계를 포함하며, 상기 혐기성 소화 단계는 유기성 폐기물의 가수분해물에 대한 발효 및 분해를 위한 1차 혐기성 소화 단계 및 상기 1차 혐기성 소화 단계에서 혐기성 소화가 완료되지 않은 유기성 폐기물의 가수분해물에 대한 발효 및 분해를 위한 2차 혐기성 소화 단계를 포함한다.

상기한 유기성 폐기물의 처리 방법은 상기 가수분해 처리 단계 전 유기성 폐기물을 분쇄하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 고온 수증기 처리는 유기성 폐기물에 대해 180 내지 220℃의 수증기로 처리하는 방법에 의해 실시될 수 있다.

또, 상기한 유기성 폐기물의 처리 방법은 상기 액상물에 대한 액비화 후 55 내지 65℃의 조건에서 살균화하거나 오존처리에 의해 살균화하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 측면에 따른 유기성 폐기물 처리 장치는, 유기성 폐기물 저장조, 상기 유기성 폐기물 저장조와 연결되어 상기 유기성 폐기물 저장조로부터 공급되는 유기성 폐기물에 대한 오존 처리 또는 고온 수증기 처리를 통해 가수분해가 이루어지는 가수분해조, 상기 가수분해조와 연결되어 상기 가수분해조로부터 공급되는 유기성 폐기물의 가수분해물에 대한 1차 혐기성 소화를 위한 제1혐기성 소화조, 상기 제1혐기성 소화조와 연결되어, 상기 제1혐기성 소화조에서 혐기성 소화가 완료되지 않은 유기성 폐기물의 가수분해물에 대한 2차 혐기성 소화를 위한 제2혐기성 소화조, 상기 제1 및 제2혐기성 소화조와 각각 연결되어, 각각의 혐기성 소화조에서 발생한 바이오가스를 수집 및 저장하기 위한 바이오가스 저장조, 상기 제2혐기성 소화조와 연결되어, 가수분해물의 혐기성 소화의 결과로 생성된 혐기성 소화물을 고액 분리한 후 퇴비조 및 액비 반응조로 각각 공급하는 고액 분리조, 상기 고액 분리조와 연결되며, 고액 분리조에서 분리된 고형물을 퇴비화하는 퇴비조, 상기 고액 분리조와 연결되며, 고액 분리조에서 분리된 액상물을 액비화하는 액비 반응조, 그리고 액비 반응조에서 형성된 액비를 저장하는 액비 저장조를 포함한다.

또, 상기한 유기성 폐기물 처리 장치는 가수분해조 전단에 유기성 폐기물에 대한 기계적 분쇄를 위한 분쇄처리조, pH 조정을 위한 수산화나트륨(또는 수산화칼륨) 투입부, 액비 반응조 후단에서 액비에 대한 살균처리를 위한 살균조 중에서 1 이상의 반응조를 더 포함할 수 있다.

기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.

본 발명에 따른 유기성 폐기물의 처리 방법에 의해, 종래 혐기성 소화에 의한 유기성 폐기물 처리 방법에서의 낮은 소화율을 개선시킬 수 있고, 그 결과로 메탄 등과 같은 바이오가스의 전환율 및 생성율을 증가시키고, 또 배출되는 퇴비 및 액비의 품질을 개선 및 안정화시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기성 폐기물 처리 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 유기성 폐기물에 대해 오존 처리 또는 고온 수증기 처리하여 유기성 폐기물을 가수분해시키는 단계; 결과로 수득된 유기성 폐기물의 가수분해물을 혐기성 조건하에서 분해 및 발효시키는 혐기성 소화 단계; 그리고 상기 혐기성 소화의 결과물로서 발생된 기체는 취출 후 정제하여 바이오 가스화하고, 또 혐기성 소화물은 고액 분리한 후 고형물은 퇴비화하고, 액상물은 호기성 폭기 조건에서 액비화하는 자원화 단계를 포함하며, 상기 혐기성 소화 단계는 유기성 폐기물의 가수분해물에 대한 발효 및 분해를 위한 1차 혐기성 소화 단계 및 상기 1차 혐기성 소화 단계에서 혐기성 소화가 완료되지 않은 유기성 폐기물의 가수분해물에 대한 발효 및 분해를 위한 2차 혐기성 소화 단계를 포함하는 유기성 폐기물 처리 방법을 제공한다.

본 발명은 또한 유기성 폐기물 저장조, 상기 유기성 폐기물 저장조와 연결되어 상기 유기성 폐기물 저장조로부터 공급되는 유기성 폐기물에 대한 오존 처리 또는 고온 수증기 처리를 통해 가수분해가 이루어지는 가수분해조, 상기 가수분해조와 연결되어 상기 가수분해조로부터 공급되는 유기성 폐기물의 가수분해물에 대한 1차 혐기성 소화를 위한 제1혐기성 소화조, 상기 제1혐기성 소화조와 연결되어, 상기 제1혐기성 소화조에서 혐기성 소화가 완료되지 않은 유기성 폐기물의 가수분해물에 대한 2차 혐기성 소화를 위한 제2혐기성 소화조, 상기 제1 및 제2혐기성 소화조와 각각 연결되어, 각각의 혐기성 소화조에서 발생한 바이오가스를 수집 및 저장하기 위한 바이오가스 저장조, 상기 제2혐기성 소화조와 연결되어, 가수분해물의 혐기성 소화의 결과로 생성된 혐기성 소화물을 고액 분리한 후 퇴비조 및 액비 반응조로 각각 공급하는 고액 분리조, 상기 고액 분리조와 연결되며, 고액 분리조에서 분리된 고형물을 퇴비화하는 퇴비조, 상기 고액 분리조와 연결되며, 고액 분리조에서 분리된 액상물을 액비화하는 액비 반응조, 그리고 액비 반응조에서 형성된 액비를 저장하는 액비 저장조를 포함하는 유기성 폐기물 처리 장치를 제공한다.

이하, 발명의 구현예에 따른 유기성 폐기물의 처리 방법 및 처리 장치에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 유기성 폐기물에 대해 오존 처리 또는 고온 수증기 처리하여 유기성 폐기물을 가수분해시키는 단계(단계 1); 결과로 수득된 유기성 폐기물의 가수분해물을 혐기성 조건하에서 분해 및 발효시키는 혐기성 소화 단계(단계 2); 상기 혐기성 소화의 결과물로서 발생된 기체는 취출 후 정제하여 바이오 가스화하고, 또 혐기성 소화물은 고액 분리한 후 고형물은 퇴비화하고, 액상물은 호기성 폭기 조건에서 액비화하는 자원화 단계(단계 3)을 포함하는 유기성 폐기물의 처리 방법이 제공된다.

이하 각 단계별로 상세히 설명한다.

단계 1은 유기성 폐기물의 가수분해 단계이다.

통상 혐기성 소화 공정은 산소가 존재하지 않는 조건에서 유기물이 가수분해(hydrolysis), 산 발효(acidogenesis), 유기산 발효(acetogenesis), 메탄 발효(methanogenesis) 등의 다단계 생화학적 반응을 통해 메탄 및 이산화탄소로 분해되는 과정이다. 상기 가수분해 반응 단계에서는 다당류, 지방, 단백질과 같은 고분자 유기물이 발효 미생물의 체외 효소에 의해서 단당류, 지방산, 아미노산 등의 용해성 유기물질로 분해되고, 상기 산 발효 반응 단계에서는 가수분해에 의해 생성된 저분자 유기물이 유기산 생성균에 의해 유기산, 알코올 또는 케톤 등으로 전환되며, 상기 아세트산 생성 반응 단계에서는 아세트산 생성균이 지방산과 에탄올, 벤조에이트 등을 산화시켜 아세트산과 수소가 생성되며, 마지막으로 메탄 생성 단계에서는 상기 아세트산 및 수소의 분해로 메탄이 형성되게 된다. 이중 가수분해 반응 단계는 유기성 폐기물의 혐기성 분해시 전체 소화 공정을 지배하는 율속 단계이며, 가수분해 효율이 높을수록 메탄 생성율이 증가하게 된다.

이에 대해 본 발명에서는 상기와 같은 혐기성 소화에 의한 유기성 폐기물 처리 공정에 있어서 오존 처리 또는 고온 수증기 처리에 의해 유기성 폐기물의 가수분해를 촉진시킴으로써 가수분해 공정 시간을 단축하고, 가수분해 효율을 증가시켜 이후 혐기성 소화 단계에서의 혐기성 소화율을 향상시키고, 그 결과로 바이오가스의 생산량 및 메탄 생성율을 증가시킬 수 있다. 특히 유기성 폐기물 중 분해율이 낮은 난분해성 물질의 경우 가수분해된 후 혐기성 소화 공정을 거치게 되므로, 혐기성 소화율이 증가하게 되고, 그 결과로 이후 자원화 단계에서 탄소 화합물의 메탄으로의 전환율이 증가하게 된다. 또, 혐기성 소화율의 증가는 잔류 소화물 중에 포함된 탄소 화합물의 양을 감소시켜 종래 잔류 소화물의 퇴비화시 악취 발생 및 토양 중 질소나 인의 소모를 방지할 수 있다.

상기 유기성 폐기물은 탄소성분, 질소성분, 인성분, 황화합물 및 기타 다양한 무기염류를 포함하는 가축분뇨, 하폐수 슬러지, 음식물 폐기물, 도축 폐기물 또는 농업부산물 등일 수 있다.

또 상기 유기성 폐기물은 가수분해에 앞서 분쇄처리 될 수 있다.

상기와 같은 분쇄 처리에 의해 유기성 폐기물내 고형물이 분쇄되고 미세화됨으로써 가수분해 속도 및 가수분해 효율이 증가될 수 있다. 상기 분쇄 처리는 블레이드 처리 등 통상의 유기성 폐기물에 대한 분쇄 방법에 따라 실시될 수 있다. 구체적으로는 유기성 폐기물을 3,600 내지 15,000 rpm 의 회전속도로 회전하는 블레이드로 처리하는 방법에 의해 실시될 수 있다. 여기서, 블레이드의 회전속도가 3,600 rpm 미만인 경우 유기성 폐기물의 입자 미세화 효과를 얻기 어렵고, 15,000 rpm를 초과하는 경우 블레이드의 과도한 회전속도로 인해 기계의 내구성이 저하되거나 또는 장치 운용면에서 많은 에너지를 필요로 하여 경제성이 낮다.

상기 유기성 폐기물에 대한 가수분해는 오존 처리 또는 고온 수증기 처리에 의해 실시될 수 있다.

상기 오존 처리는 또 유기성 폐기물을 산화시켜 유기성 폐기물의 감량화, 및 탈수 효율과 소화 효율을 향상시킬 수 있다. 오존처리는 통상의 오존 발생 장치를 이용하여 유기성 폐기물에 대해 오존을 공급하고 혼합하는 방법에 의해 실시될 수 있다. 오존 공급시 오존 공급 방법 및 공급량은 특별히 한정되지 않는다.

또, 유기성 폐기물의 가수분해를 위한 고온 수증기 처리 방법은 180 내지 220℃의 수증기를 유기성 폐기물에 공급하여 반응시킴으로써 실시될 수 있다.

고온 수증기 처리시 수증기 공급 방법 및 공급량은 특별히 한정되지 않는다. 다만, 수증기와 유기성 폐기물과의 균질한 혼합 및 가수분해율 증가를 위해 100 내지 200ml/L의 수증기를 일정한 속도로 주입하는 것이 바람직할 수 있다.

또, 상기 오존 또는 고온 수증기와 폐기물의 반응으로 거품이 발생하게 되므로, 이를 제거하기 위해 거품제거기 등을 이용한 거품 제거 공정이 추가로 실시되는 것이 바람직할 수 있다.

단계 2는 상기 단계 1의 결과로 수득된 유기성 폐기물의 가수분해물에 대한 혐기성 소화 단계이다.

상기 혐기성 소화 단계는 유기성 폐기물의 가수분해물을 산소가 존재하지 않는 혐기성 조건하에서 분해 및 발효시킴으로써 실시될 수 있다.

이때 가수분해물의 분해를 촉진시키기 위해 활성 오니 미생물과 같은 혐기성 미생물이 공급될 수 있으며, 또 상기 가수분해물에 대한 교반 공정이 동시에 실시될 수 있다.

또, 상기 혐기성 소화 단계는 빠르게 메탄으로 전환되는 생분해도가 높은 유기물의 발효 및 분해를 위한 1차 혐기성 소화 단계와 생분해도가 낮은 유기물의 발효 및 분해를 위한 2차 혐기성 소화 단계의 2 단계에 의해 실시되는 것이 바람직할 수 있다.

앞서 혐기성 소화 전 단계에서의 분쇄 및 가수분해 처리에 의해 혐기성 소화시 전체 공정 속도가 빨라지게 되지만, 일부 물질의 경우 여전히 느린 생화학 반응을 통해 분해, 안정화되므로 이를 고려할 필요가 있다. 따라서 반응조의 구분으로 상기 혐기성 소화 단계를 다단계화하는 것이 바람직할 수 있다. 구체적으로는 1차 혐기성 소화 단계로서 가용화되어 빠른 분해가 일어나는 유기물을 위한 제1 혐기성 소화조와, 2차 혐기성 소화 단계로서 느린 분해가 일어나는 유기물 고려한 제2혐기성 소화조로 공정을 구성함으로써, 생분해도가 높은 유기물은 제1 혐기성 소화조에서 메탄 발효까지 진행될 수 있고, 생분해도가 낮은 유기물은 제1 혐기성 소화조에서는 산 발효되고, 이후 제2 혐기성 소화조에서 메탄 발효까지 완전한 분해가 될 수 있다. 그 결과 반응 효율을 높이고 공정 운영을 안정화할 수 있다.

또 상기와 같이 반응조를 구분하여 다단계로 혐기성 소화가 이루어지는 경우, 제1 혐기성 소화조에서의 빠른 혐기성 소화 반응에 의해 생성되는 많은 가스가 원활히 바이오가스 저장조로 이동될 수 있도록 제1 혐기성 소화조의 표면적과 깊이 비율을 적절히 조절하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 깊이에 비해 표면적이 넓은 것이 바람직할 수 있다.

단계 3은 단계 2의 혐기성 소화의 결과로 발생되는 기체 및 혐기성 소화물에 대한 자원화 단계이다.

상기 단계 1 및 단계 2에서의 반응의 결과로 유기성 폐기물은 메탄 및 이산화탄소로 분해되며, 이외 반응 부산물로서 미량의 황화수소, 암모니아, 수소, 질소 및 일산화탄소 등이 생성될 수 있다.

이와 같이 생성된 기체상의 메탄, 황화수소, 이산화탄소 또는 수증기 등은 취출 후 추가의 정제공정을 통해 바이오가스로 이용될 수 있다. 일례로 바이오가스화된 메탄의 경우 액비에 대한 저온 살균화 공정에서 에너지 공급원으로 이용될 수 있다.

또, 상기 단계 2의 결과로 생성된 혐기성 소화물은 고액 분리된 후, 고형물은 퇴비화하고, 액상물은 액비화될 수 있다.

상기 고형물의 퇴비화 공정은 통상의 방법에 따라 실시될 수 있다. 구체적으로는 분리된 고형물에 대해 충분한 시간 동안 부숙시킴으로써 퇴비화할 수 있다.

상기 액상물의 액비화 공정 역시 통상의 방법에 따라 실시될 수 있다. 구체적으로는 블로어 등을 이용하여 액상물에 공기 또는 산소를 공급하여 호기성 폭기시킨 후, 토양 미생물 등의 미생물에 의한 호기성 산화 반응을 촉진시킴으로써 제조될 수 있다.

이때, 상기 액상물에 대한 액비화 후 액비의 품질을 높이고, 액비 중에 존재하는 잡종균 및 병원성균에 대한 살균을 위해 살균화 공정이 선택적으로 더 실시될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 유기성 폐기물 처리 방법은 액상물의 액비화 단계 후 제조된 액비에 대한 살균화 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 액비에 대한 살균화 공정은 55 내지 65℃의 조건에서 저온 살균되거나 또는 오존 처리에 의해 실시될 수 있다. 상기 저온 살균 처리시 상기 바이오가스를 연소시켜 발생된 열을 이용할 수 있다.

상기와 같은 유기성 폐기물의 처리 공정은 유기성 폐기물 저장조, 상기 유기성 폐기물 저장조와 연결되어 상기 유기성 폐기물 저장조로부터 공급되는 유기성 폐기물에 대한 오존 처리 또는 고온 수증기 처리를 통해 가수분해가 이루어지는 가수분해조, 상기 가수분해조와 연결되어 상기 가수분해조로부터 공급되는 유기성 폐기물의 가수분해물에 대한 1차 혐기성 소화를 위한 제1혐기성 소화조, 상기 제1혐기성 소화조와 연결되어, 상기 제1혐기성 소화조에서 혐기성 소화가 완료되지 않은 유기성 폐기물의 가수분해물에 대한 2차 혐기성 소화를 위한 제2혐기성 소화조, 상기 제1 및 제2혐기성 소화조와 각각 연결되어, 각각의 혐기성 소화조에서 발생한 바이오가스를 수집 및 저장하기 위한 바이오가스 저장조, 상기 제2혐기성 소화조와 연결되어, 가수분해물의 혐기성 소화의 결과로 생성된 혐기성 소화물을 고액 분리한 후 퇴비조 및 액비 반응조로 각각 공급하는 고액 분리조, 상기 고액 분리조와 연결되며, 고액 분리조에서 분리된 고형물을 퇴비화하는 퇴비조, 상기 고액 분리조와 연결되며, 고액 분리조에서 분리된 액상물을 액비화하는 액비 반응조, 그리고 액비 반응조에서 형성된 액비를 저장하는 액비 저장조를 포함하는 유기성 폐기물 처리 장치를 이용하여 실시될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기성 폐기물 처리 장치(100)를 개략적으로 나타낸 구성도이다. 도 1은 본 발명을 설명하기 위한 일례일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

도 1을 참조하여 유기성 폐기물의 처리 공정을 보다 상세히 설명하면, 수집된 유기성 폐기물은 유기성 폐기물 저장조에 저장된 후, 가수분해조로 공급된다. 가수분해조에서는 상기 유기성 폐기물 저장조로부터 공급되는 유기성 폐기물에 대해 오존 처리 또는 고온 수증기 처리가 이루어진다. 이에 따라 상기 가수분해조는 오존 또는 고온의 수증기 공급을 위한 장치와 연결되어 있을 수 있다.

가수분해가 완료된 유기성 폐기물의 가수분해물은 혐기성 소화를 위한 혐기성 소화조로 이동하게 된다. 이때 혐기성 소화는 반응조의 구분에 따라 다단계로 실시될 수 있다. 구체적으로는 제1혐기성 소화조에서는 가용화되어 빠른 분해가 일어나는 유기물을 위한 1차 혐기성 소화가 이루어지고, 제1혐기성 소화조와 연결된 제2혐기성 소화조에서는 제1혐기성 소화조에서 분해가 완료되지 않은 느린 분해가 일어나는 유기물에 대한 2차 혐기성 소화가 일어난다. 상기 제1 및 제2혐기성 소화조는 각각 바이오가스 저장조와 연결되어 혐기성 소화의 결과로 발생되는 메탄 등의 바이오가스는 바이오가스 저장조와 연결된 통로를 통해 바이오 가스 저장조로 이동하게 된다. 이때 바이오가스 저장조는 제1 및 제2혐기성 소화조에서 수집된 바이오 가스에 대해 필요한 경우 정제 공정을 실시할 수 있는 정제 설비를 포함할 수도 있다.

한편, 기체상을 제외한 혐기성 소화물은 제2혐기성 소화조와 연결된 고액 분리조로 이동한 후 고액 분리된다. 이때 분리된 고체는 고액 분리조와 연결된 퇴비조로 이용하여 퇴비화 공정에 의해 퇴비가 되고, 분리된 액상물은 고액 분리조와 또 다른 관을 통해 연결된 액비 반응조로 이동하여 액비화된 후 액비 저장조에 저장된다. 이때 상기 액비 반응조는 액상물의 액비화시 호기성 폭기 조건을 형성할 수 있도록 블로어 장치와 연결될 수도 있다.

또, 상기 처리 장치는 선택적으로 가수분해조 전단에 유기성 폐기물에 대한 기계적 분쇄를 위한 분쇄처리조(미도시), 및 액비 반응조 후단에서 액비에 대한 살균처리를 위한 살균조 중에서 1 이상의 반응조를 더 포함할 수 있다.

상기와 같은 유기성 폐기물의 처리 방법에 의해, 종래 혐기성 소화에 의한 유기성 폐기물 처리 방법에서의 낮은 소화율을 개선시킬 수 있고, 그 결과로 메탄 등과 같은 바이오가스의 전환율 및 생성율을 증가시키고, 또 배출되는 액비의 품질을 개선 및 안정화시킬 수 있다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

실시예

도 1에서와 같은 구성을 갖도록 유기성 폐기물 처리 장치(100)를 소형으로 제작하여, 이를 이용하여 유기성 폐기물을 처리하였다.

상세하게는, 안성의 한 돈사(분뇨수거: 호퍼방식)에서 입수한 가축분뇨 40ℓ를 유기성 폐기물 처리장치 내 저장조에 저장한 후 공급하였다. 유기성 폐기물의 가수분해에 앞서 3,600rpm의 회전속도로 회전하는 블레이드로 5분 동안 분쇄 공정을 실시한 후, 가수분해 하였다. 가수분해 단계는 50mg/L의 비율로 오존(6% w/w, 오존발생기 15g/hr 용량)을 펌프 및 벤츄리를 이용하여 8분 동안 시료에 주입, 처리하고 40분 정치하였다. 가수분해 완료 후 가수분해물을 혐기성 소화를 위해 시료 5ℓ를 1일 2회에 나누어 제1혐기성 소화조(85L, 35±1℃, 가온조에 의해 온도 유지, 15일 체류)로 상부 투입, 공급하고, 혐기성 조건하에서 교반을 하면서 혐기성 소화를 실시하였다. 제1혐기성 소화조에서 5ℓ를 1일 2회에 나누어 하부에서 인출, 제2혐기성 소화조(85L, 35±1℃, 15일 체류)로 이동하여 2차 혐기성 소화반응이 일어나도록 하였다. 이때, 제1 및 제2혐기성 소화조에서 발생되는 기체는 가스포집백에 포집하였고 그 양을 측정하였다. 가스발생량은 일 평균 97.6리터(74~113리터/일)를 나타내었다.

한편, 혐기성 소화물은 원심분리기(12,000rpm)를 이용하여 고액 분리한 후 고형물은 6일 동안 실내 조건(22℃, 1기압)에서 자연 부숙(1일 2회 뒤집기), 퇴비를 제조하였다(퇴비발생량 200mg/일, 함수율 평균 49%). 또, 액상물은 액비반응조(400리터, 60일 체류)로 이동시킨 후 블로어(1리터/분)를 이용하여 공기를 공급하여 호기성 폭기시킨 후, 호기성 산화반응시켰다. 이어 액비 반응조와 연결된 오존 살균조(펌프 및 벤츄리 이용 2mg/L의 오존 공급)에서 살균 후 최종적으로 액비 저장조(60리터)에 저장하였다. 액비저장조의 대장균군수는 실험기간 동안 30개/mg 이하로 유지되었다. 이에 비해 가수분해처리 및 살균처리를 하지 않은 경우 평균 790개/mg(510~920개/mg)를 나타내었다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

100 유기성 폐기물 처리 장치

Claims (6)

1. 유기성 폐기물에 대해 오존 처리 또는 고온 수증기 처리하여 유기성 폐기물을 가수분해시키는 단계;
   결과로 수득된 유기성 폐기물의 가수분해물을 혐기성 조건하에서 분해 및 발효시키는 혐기성 소화 단계; 그리고
   상기 혐기성 소화의 결과물로서 발생된 기체는 취출 후 정제하여 바이오 가스화하고, 또 혐기성 소화물은 고액 분리한 후 고형물은 퇴비화하고, 액상물은 호기성 폭기 조건에서 액비화하는 자원화 단계를 포함하며,
   상기 혐기성 소화 단계는 유기성 폐기물의 가수분해물에 대한 발효 및 분해를 위한 1차 혐기성 소화 단계 및 상기 1차 혐기성 소화 단계에서 혐기성 소화가 완료되지 않은 유기성 폐기물의 가수분해물에 대한 발효 및 분해를 위한 2차 혐기성 소화 단계를 포함하고,
   상기 1차 및 2차 혐기성 소화 단계는 각각 분리된 소화조에서 실시되는 것이며, 전체 공정 중 반송 및 재순환 공정을 포함하지 않는 유기성 폐기물 처리 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가수분해 처리 단계 전 유기성 폐기물을 분쇄하는 단계를 더 포함하는 유기성 폐기물 처리 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 고온 수증기 처리는 유기성 폐기물에 대해 150 내지 220℃의 수증기로 처리하는 방법에 의해 실시되는 것인 유기성 폐기물 처리 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 액상물에 대한 액비화 후 55 내지 65℃의 조건에서 살균화하거나 오존처리에 의해 살균화하는 단계를 더 포함하는 유기성 폐기물 처리 방법.
5. 유기성 폐기물 저장조;
   상기 유기성 폐기물 저장조와 연결되어 상기 유기성 폐기물 저장조로부터 공급되는 유기성 폐기물에 대한 오존 처리 또는 고온 수증기 처리를 통해 가수분해가 이루어지는 가수분해조;
   상기 가수분해조와 연결되어 상기 가수분해조로부터 공급되는 유기성 폐기물의 가수분해물에 대한 1차 혐기성 소화를 위한 제1혐기성 소화조;
   상기 제1혐기성 소화조와 연결되어, 상기 제1혐기성 소화조에서 혐기성 소화가 완료되지 않은 유기성 폐기물의 가수분해물에 대한 2차 혐기성 소화를 위한 제2혐기성 소화조;
   상기 제1 및 제2혐기성 소화조와 각각 연결되어, 각각의 혐기성 소화조에서 발생한 바이오가스를 수집 및 저장하기 위한 바이오가스 저장조;
   상기 제2혐기성 소화조와 연결되어, 가수분해물의 혐기성 소화의 결과로 생성된 혐기성 소화물을 고액 분리한 후 퇴비조 및 액비 반응조로 각각 공급하는 고액 분리조;
   상기 고액 분리조와 연결되며, 고액 분리조에서 분리된 고형물을 퇴비화하는 퇴비조;
   상기 고액 분리조와 연결되며, 고액 분리조에서 분리된 액상물을 액비화하는 액비 반응조; 그리고
   액비 반응조에서 형성된 액비를 저장하는 액비 저장조를 포함하고,
   상기 제1혐기성 소화조는 표면 직경이 깊이보다 큰 것이며,
   반송 및 재순환 관련 펌프 및 배관을 포함하지 않는 유기성 폐기물 처리 장치.
6. 제5항에 있어서,
   가수분해조 전단에 유기성 폐기물에 대한 기계적 분쇄를 위한 분쇄처리조, pH 조정을 위해 NaOH 또는 KOH 투입조, 및 액비 반응조 후단에서 액비에 대한 살균처리를 위한 살균조 중에서 1 이상의 반응조를 더 포함하는 유기성 폐기물 처리 장치.

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