KR101967528B1 - 교대교차 운전제어 방식의 막결합형 유기성 폐기물 처리장치 및 운전방법 - Google Patents

교대교차 운전제어 방식의 막결합형 유기성 폐기물 처리장치 및 운전방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 산발효조(140), 메탄발효조(150), 농축조(300) 및 분리막장치(400)가 포함되어 이루어진 유기성 폐기물 처리장치는, 상기 산발효조(140)에서 산발효 처리중인 상기 유기성 폐기물의 일부가 상기 메탄발효조(150)로 공급되도록 제1순환펌프(143a)가 연계 설치된 제1순환라인(143); 및 상기 메탄발효조(150)에서 메탄발효 처리중인 혐기소화액의 일부가 상기 산발효조(140)로 공급되도록 제2순환펌프(231)가 연계 설치된 제2순환라인(230); 을 포함하고, 상기 농축조(300)는 상기 메탄발효조(150)와 상기 분리막장치(400) 사이에 설치되고, 상기 분리막장치(400)로부터 농축 순환수를 공급받으며, 상기 공급받은 농축 순환수 중 적어도 일부를 상기 메탄발효조(150)로 간접주입방식으로 공급함으로써, 혐기소화액 처리시 발생되는 악취를 완벽하게 제거할 수 있는 수단이 유기적으로 결합되어, 고도처리 과정을 거침으로써 악취를 완벽하게 제거할 수 있고, 전체 설비를 자동화함으로써 노동력 및 유지관리비를 절감할 수 있다.

Description

교대교차 운전제어 방식의 막결합형 유기성 폐기물 처리장치 및 운전방법 {way and system for dealing organic waste}
본 발명은 고농도 유기성 폐기물의 에너지화와 혐기소화액 복합처리를 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고농도 유기성 폐기물이 혐기성 소화조에서 분해되고, 유기성 폐기물이 분해된 메탄발효조의 소화액이 메탄발효조의 소화액이 농축조에 유입된 후 연속적으로 분리막장치를 양방향 교대방식으로 통과하도록 공급되며, 소화액이 농축조 및 분리막장치를 반복적으로 농축순환하면서 고농도로 농축된 후 최후 농축액은 농축조에서 혐기성 반응기에 공급되도록 하고, 농축조에서 혐기성 반응기에 공급되는 농축액은 소화액과 혼합하여 혐기성 반응기 내에서 수직 및 수평 교반 되어 고농도 유기성 폐기물의 고도처리 및 가스화 과정을 거치도록 한 새로운 개념의 교대교차 운전제어 방식의 막결합형 유기성 폐기물 처리장치 및 운전방법에 관한 것이다.
일반적으로 산업발전과 함께 소득증대와 소비성향의 변화 및 유통구조의 발달로 인하여 생활 폐기물은 급격히 증가되는 추세이다.
생활 폐기물의 처리 방안으로 선택될 수 있는 것으로는 매립지를 확보하여 매립처리하는 방법, 소각하여 처리하는 소각방법, 재가공하여 새로운 자원으로 활용하는 방법 등이 있다.
매립처리방법은 처리 후 매립지의 지질오염과 유해가스발생, 수질오염 등이 발생하고, 매립지 확보를 위한 경제적 부담이 뒤따르는 문제점이 있다.
또한, 소각처리방법은 소각처리를 위한 경비의 부담과 더불어 소각시 대기오염이 발생하고, 처리대상물인 폐기물의 종류에 제한이 있다.
또한, 재활용처리방법은 최상의 처리방법에 해당되는 것으로 보여 지나 재활용으로 인한 효용성에 따라 재활용 가능 여부가 결정된다. 즉, 재활용을 위한 처리비용의 경제성 여부와, 재활용처리과정에서 발생하는 2차적 환경오염 여부와, 재활용에 의한 최종 제품의 품질 만족도 등에 따라 재활용처리의 여부가 결정된다.
과거에는, 일반 식생활에서 폐기물로 생성되는 고농도 유기성 폐기물(음식물 쓰레기, 하수 슬러지, 폐수 슬러지, 축산 폐기물 등)이 매립처리방법이 이용되기도 한다. 하지만, 이러한 고농도 유기성 폐기물이 매립처리되면 수질오염 및 부패로 인한 악취 발생 등이 발생하여 심각한 환경오염원인이 되고 있다. 또한 매립 후 주변의 토질변화, 유기물의 부패에 의한 가스발생으로 악취 및 대기오염과 수질오염 등의 여러 형태의 비경제적, 비위생적, 비환경적 문제가 발생한다. 이러한 문제로 인해 우리나라를 비롯하여 전 세계적으로 고농도 유기성 폐기물의 매립처리방법이 금지되고 있는 추세이다.
더 나아가 최근 온실문제와 에너지문제가 대두되면서 고농도 유기성 폐기물을 이용하여 바이오에너지를 생산하는 방식이 세계적으로 선호되고 있다. 즉, 고농도 유기성 폐기물을 단순처리해야 하는 대상이 아닌 신재생에너지를 생산할 수 있는 에너지원으로서 취급하는 것이다. 이에 따라, 혐기성 소화공정을 통해 유기성 폐기물로부터 메탄가스를 생산하고, 소화액은 정화시켜 방류하는 방법이 제시되고 있으며, 이를 위한 유기성 폐기물 처리장치가 개발되어 있다.
따라서, 유기성 폐기물로부터 메탄가스가 추출되면서 기타 유독 가스 및 슬러지가 제거되고, 소화액은 정화시켜 방류하는 재활용 방법이 제시되고 있고, 이를 위한 유기성 폐기물 처리장치가 개발되어 있다.
종래의 유기성 폐기물 처리장치를 간략히 설명하자면, 유기성 폐기물이 산발효조 및 메탄발효조의 혐기성 반응기에서 미생물과 반응한 후 생성된 메탄가스가 별도 저장되고, 메탄발효조에서 배출된 소화액은 퇴비로 활용하거나 생물학적 처리공정과 물리화학적 처리공정을 통해 정화되었다.
최근에는 혐기성 소화효율을 향상시키고, 소화액 처리공정을 간소화하기 위하여 고액분리막을 혐기성 소화조와 결합한, 막결합형 혐기성 소화 기술이 제시되고 있다. 이 기술은 메탄발효조에서 배출되는 소화액을 분리막장치로 고액분리하여 처리하는 동시에 분리된 고형물은 혐기 소화조로 반송시키는 방식이다.
여기서, 산발효조 및 메탄발효조에는 유기성 폐기물과 미생물과의 반응을 상승시키기 위해 교반날개를 포함하는 교반기가 설치되었다.
또한, 분리막장치에서 여과된 농축액이 메탄발효조 및 산발효조로 직접 반송되어 메탄발효조 및 산발효조 내의 미생물 농도를 유지하고, 분해가 느린 생분해성 고형물과 미생물과의 접촉시간을 증가시켜 처리효율을 높이도록 설치되었다.
또한, 분리막장치에 공급되는 소화액은 일방향으로만 유입되어 고액분리하도록 설치되었다.
하지만, 이와 같이 구성된 종래의 유기성 폐기물 처리장치에서, 교반기에 의한 교반은 교반날개가 배치된 주변에서만 유기성 폐기물과 미생물과의 반응이 활발히 발생할 뿐 교반날개에서 멀어질수록 교반 효능이 현저히 감소하였다. 또한, 여과분리막장치에서 1회 농축된 농축액이 혐기성 반응기에 반송되지만 일정기간 이후 관찰한 결과, 혐기성 반응기 내의 발효 분해효능이 급격히 저하되고, 이러한 원인으로 메탄발효액의 온도손실 및 급작스런 농축운전에 따른 충격부하 및 여과를 위한 대량의 순환량 등이 있었다. 또한, 소화액이 일방향으로 여과분리막장치를 통과하기 때문에 오염물질의 누적현상이 급증하면서 공급유량이 저하되고, 여과분리막장치 운전이 어려워지는 문제점이 있었다.
대한민국 특허청 제 10-2015-0123061호
상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 본 발명의 제1목적은, 교반기에 의한 수평교반과 더불어 와류형성에 의한 수직교반이 추가됨으로써, 고농도 유기성 폐기물의 완전혼합을 위한 교반성능이 향상됨은 물론 유기성 폐기물과 미생물과의 반응이 극대화되도록 한 교대교차 운전제어 방식의 막결합형 유기성 폐기물 처리장치 및 제어방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 제2목적은, 소화액이 여과분리막장치 및 농축조를 반복 순환하면서 고도로 농축되어 혐기성 반응기에 재공급되고, 농축조의 내부 음압이 보상되어 소화액 또는 농축액의 원활한 배출이 보장되도록 한 교대교차 기반의 막결합형 유기성 폐기물 처리장치 및 제어방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 제3목적은, 여과분리막장치에 유입되는 소화액 투입 진행 방향을 일정 시간마다 전환하는 양방향 교대교차방식으로 운전제어함으로써, 여과분리막장치 내의 슬러지 케익 등 오염물질 누적을 현저히 저감시켜 일정 범위 내에서 효능이 항상 유지될 수 있도록 하고, 분리막의 수명 연한이 연장되도록 한 교대교차 기반의 막결합형 유기성 폐기물 처리장치 및 제어방법을 제공함에 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기된 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 산발효조(140), 메탄발효조(150), 농축조(300) 및 여과분리막장치(400)가 포함되어 이루어진 고농도 유기성 폐기물 에너지화 장치는, 상기 산발효조(140)에서 산발효 처리중인 상기 유기성 폐기물의 일부가 상기 열교환기(160)를 거쳐 메탄발효조(150)로 공급되도록 제1공급펌프(141a)가 연계 설치된 제1공급라인(141); 상기 산발효조(140)에서 산발효 처리중인 상기 유기성 폐기물의 일부를 상기 열교환기(160)를 거쳐 순환되도록 제1순환펌프(143a)가 연계 설계된 제1순환라인(143) ; 상기 메탄발효조(150)에서 메탄발효 처리중인 혐기소화액의 원활한 내부혼합이 되도록 설치한 교반기(154) ; 상기 메탄발효조(150) 상부 스컴을 분해시키고 혐기소화액의 수직혼합과 상기 메탄발효조(150) 내부에서 난류형성을 유도하는 경사 블레이드(154c)가 장착된 교반기(154) ; 상기 메탄발효조(150)에서 메탄발효 처리중인 혐기소화액의 일부가 상기 열교환기(160)를 거쳐 메탄발효조(150)로 순환되도록 제2순환펌프(231)가 연계 설치된 제2순환라인(230) ; 상기 메탄발효조(150)에서 상기 경사판(260)을 설치하여 상기 교반기(154)와 더불어 메탄발효 처리중인 혐기소화액의 난류형성을 유도하고 협잡물의 침전과 배출을 유도하며, 상기 농축조(300)는 상기 메탄발효조(150)와 상기 분리막장치(400) 사이에 설치되고, 상기 분리막장치(400)로부터 농축 순환수를 공급받으며, 상기 공급받은 농축 순환수 중 적어도 일부를 상기 메탄발효조(150)로 공급할 수 있다.
또한, 상기 분리막장치(400)는 파이프 형태의 멤브레인으로 형성되고, 상기 파이프 형태의 멤브레인은 수평 및 수직 중 적어도 하나의 방향으로 꼬여 배치될 수 있다.
또한, 상기 분리막장치(400)에 유입되는 유체는 미리 설정된 제 1 기간 동안 제 1 방향으로 이동하여 상기 농축 순환수를 상기 농축조(300)에 공급하고, 상기 제 1 기간이 경과하면, 상기 유체는 상기 제 1 방향과 반대방향인 제 2 방향으로 이동하여 상기 농축 순환수를 상기 농축조(300)에 공급할 수 있다.
또한, 상기 분리막장치(400)는 물과 구연산, NaOH 및 NaOCl 중 적어도 하나를 포함한 유체를 통해 주기적으로 유기 파울링(organic fouling)과 무기 파울링(inorganic fouling)이 제거 될 수 있다.
한편, 상기된 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기성 폐기물을 처리하는 방법은, 상기 유기성 폐기물이 산발효조(140) 및 메탄발효조(150)로 공급되어 발효되는 제1단계(S10); 상기 제1단계(S10)에서 발생한 메탄가스가 가스저장조(140)에 저장되는 제2단계(S20); 상기 메탄발효조(120)에서 배출된 소화액 또는 분리막장치(400)에서 배출된 농축액이 공급라인(301)을 통해 농축조(300)로 유입 및 배출되는 제3단계(S30); 공급펌프(320)에 의해 상기 농축조(200)에 저장된 소화액이 분리막장치(400)에 주입되어 농축액과 여과수로 분리되고, 상기 소화액의 주입방향을 소정 시간마다 역전시키는 제4단계(S40); 상기 분리된 농축액을 상기 산발효조(140) 및 상기 메탄발효조(150)로 반송하는 제6단계(S60);를 포함하되, 상기 농축조(300)가 상기 분리막장치(400)로부터 농축 순환수를 공급받는 제 7 단계; 및 상기 농축조(300)가 상기 공급받은 농축 순환수 중 적어도 일부를 상기 메탄발효조(150)로 공급하는 제 8 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 분리막장치(400)에 유입되는 유체는 미리 설정된 제 1 기간 동안 제 1 방향으로 이동하여 상기 농축 순환수를 상기 농축조(300)에서 공급하고, 상기 제 1 기간이 경과하면, 상기 유체는 상기 제 1 방향과 반대방향인 제 2 방향으로 이동하여 상기 농축 순환수를 상기 농축조(300)에서 공급할 수 있다.
또한, 상기 분리막장치(400)에 물과 구연산, NaOH 및 NaOCl 중 적어도 하나를 포함한 유체를 통해 주기적으로 유기 파울링(organic fouling)과 무기 파울링(inorganic fouling)을 제거하는 제 8 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기된 바와 같이 본 발명에 따르면, 수직과 수평 이중 강제 교반에 의해 상기 메탄발효조(150)의 상부와 하부 전체 난류가 형성되어 유기성 폐기물의 교반성능이 극대화되어 미생물과의 접촉효율을 높여주는 효과가 있다.
또한, 산발효조 및 메탄발효조 상부의 유기성 폐기물이 하부로 순환되어 유기성 폐기물이 침전되지 않고, 또한 상부의 유기성 폐기물 유분이 효율적으로 혼합되어 미생물과의 접촉이 향상되도록 교반이 이루어지는 효과가 있다.
또한, 산발효조와 메탄발효조의 발효중인 일부 유기물이 상호 순환되어 pH가 조정됨으로써 산발효조와 메탄발효조 내의 상기 이중 교반에 의해 pH가 균등해지면서 발효 효능이 극대화되는 효과가 있다.
또한, 메탄발효조에서 배출된 소화액이 농축조 및 분리막장치를 반복 순환하면서 고도로 농축되어 혐기성 반응기에 공급되는 간접순환방식으로 전환됨으로써, 혐기성 반응조 내의 혐기성 미생물의 상태가 안정화된다. 또한, 고농도의 농축액 유입으로 성장이 느린 혐기성 미생물의 유실 없이 혐기미생물의 농도와 체류시간(SRT)이 높게 유지되며, 이로 인해 유기물 분해활동이 활발해져 가스발생량 역시 향상되는 효과가 있다.
또한, 메탄발효조에서 처리하는 일일 순환량에 따른 미생물 활성 및 미생물 플럭(floc) 감소되는 것을 농축조와 분리막장치로 재순환되는 과정을 반복시킨 후 고농도의 농축액을 메탄발효조로 미생물의 생태환경이 개선되는 효과가 있다.
또한, 농축조에서 소화액 또는 농축액이 배출될 때, 내부에 발생하는 음압은 소화액에서 배출되는 가스에 의해 보상됨으로써, 소화액 또는 농축액이 원활하게 배출되는 효과가 있다.
또한, 분리막장치에 공급되는 소화액 또는 농축액의 순환방향을 주기적으로 전환함으로써 관상형 여과막의 오염물질 누적에 의한 막오염을 대폭 늦출 수 있고, 이로 인해 여과막의 수명이 현저히 향상된다. 이로 인해, 고가의 여과막을 자주 교체함에 따라 발생하는 비용발생을 최소화할 수 있으며 분리막장치의 효율저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 물세정, 약품세정을 통해 분리막장치를 효율적으로 세정함으로써 여과막의 수명을 더욱 증진시킬 수 있는 효과가 있다.
따라서 본 발명에서는 중간에 농축조(300)를 배치함으로써, 기존에 90Q(quarter)로 순환되는 방식을 30-35 Q로 낮춤으로써, FLOC(균집미생물)이 해체되는 것을 막고, 결국 메탄가스가 20% 이상 증가 발생되도록 할 수 있고, 유기물 분해율을 90% 이상 증가시킬 수 있다.
또한, 메탄발효조(150), 농축조(300)와 분리막장치(400)가 밀폐형 폐쇄순환형식으로 설치되어 농축 순환수에 포함되어 있는 혐기 소화 슬러지를 메탄발효조(150)로 다시 한번 반송함으로써, 메탄발효조(150) 내의 유기물 분해를 촉진하는 효과를 유도하고, 혐기소화액의 폐수처리 과정에서 발생하는 악취를 원천적으로 차단할 수 있으며, 고농도 농축액을 재순환으로 인하여 폐기되는 슬러지량 발생량을 30% 이상 감소시킬 수 있다.
또한, 메탄발효조(150)에서 수평 교반만 하고 일부만 수직 교반을 하면 문제가 될 수 있는데, 본 발명에서는 농축조(300)와 분리막 장치(400)에서 농축순환에 의해 메탄발효조(150)로 간접주입방식을 이용함으로써 수평과 수직의 강제 교반효과가 일어나도록 할 수 있다. 즉, 듀얼 믹싱(dual mixing) 효과를 강화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 분리막 장치(400)는 농축조(300)와 같이 교대교차 운전제어 방식으로 운영되어 일정 기간 동안 제 1 방향으로 유체를 이동시키는 경우, 다음 기간에는 제 1 방향과 반대방향인 제 2 방향으로 유체를 이동시키게 되는데, 이러한 스윙 운전 방식을 통해 슬러지가 침착되지 않고, 멤브레인 파이프 내에서 계속 유동적으로 이동될 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서는 먼저 물을 투입하여 세척한 후 배출하고, 물과 NaOCl을 투입하여 세척한 후 배출하는 과정으로 슬러지 침착 등 유기 파울링(organic fouling)을 제거하고, 마지막으로 flux(투과수량)이 현저하게 떨어질 경우만 물과 NaOH, 물과 구연산을 투입하여 세척 세척하는 무기 파울링(inorganic fouling) 제거를 수행할 수 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 교대교차 개념의 막결합형 유기성폐기물 에너지화 장치가 개략적으로 도시된 구성도이다.
도 2는 도 1의 산발효조와 메탄발효조가 개략적으로 도시된 상태도이다.
도 3은 도 2에 도시된 메탄발효조의 내부가 개략적으로 도시된 도민이다.
도 4 및 도 5는 도 1에 도시된 농축조의 내부에 설치된 가스홀더의 작동상태가 개략적으로 도시된 측단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 막여과 모듈의 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명과 관련하여, 농축조를 이용하여 농축 순환수 중 농축 슬러지를 메탄발효조(150)로 반송하기 위한 구조의 일례를 도시한 것이다.
도 8는 본 발명과 관련하여, 분리막 장치에서 농축 순환수를 농축조로 반송하기 위한 구조의 구체적인 일례를 도시한 것이다.
도 9은 도 8에서 설명한 분리막 장치의 내부 구조의 구체적인 일례를 도시한 것이다.
도 10는 본 발명에 적용할 수 있는 유기 파울링(organic fouling)과 무기 파울링(inorganic fouling)의 제거 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11는 교대교차 운전제어 방식의 막결합형 유기성 폐기물 처리장치를 이용한 유기성 폐기물 처리 및 운전방법이 도시된 블록도이다.
이하에서는 본 발명의 바람 직한 실시예에 따른 교대교차 운전제어 방식의 막결합형 유기성폐기물 처리장치가 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
<구성>
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기성 폐기물 처리장치(100)는 저장조(110), 분쇄기(120), 이물질 선별기(121), 중간저류조(130), 산발효조(140), 메탄발효조(150), 산발효조(140) 및 메탄발효조(150)에 각각 설치된 열교환기(160), 가스저장조(170), 제1소화액 유입라인(301), 농축조(300), 공급펌프(320), 분리막장치(400), 제1농축액 유입라인(401), 주입방향 전환수단, 제1농축액 반송라인(403), 연계저류조(500) 및 세정수단(600)을 포함하여 구성된다.
여기서, 저장조(110)는 유기성 폐기물을 2~3일 정도 저장하고, 파쇄기(120)는 원할한 이물질 선별을 유도하기 위하여 유기성 폐기물을 15~25 mm 크기로 절단하는 유기성 폐기물 중대형의 고형물을 파쇄하는 장치이고, 이물질 선별기(121)는 유기성 폐기물에 포함된 합성수지, 금속 등 생물학적으로 분해되지 않는 이물질을 분리하는 장치이다.
파쇄기(120)는 파쇄된 유기성 폐기물을 잘게 분쇄하는 장치로서, 이 파쇄기(120)에 의해 분쇄된 유기성 폐기물은 80～85% 정도의 수분을 함유하고 있어 유동성이 비교적 원활하다.
이물질 선별기(121)는 잘게 분쇄된 유기성 폐기물 내에 포함된 비닐류와 5mm 이상의 고형분과 불활성물질을 걸러 유동성이 더욱 원활하게 된다.
중간저류조(130)는 파쇄기(120)에서 배출된 유기성 폐기물이 임시 보관되는 곳으로, 이 저류조(130)의 유기성 폐기물을 산발효조(140)로 이송시키기 위한 이송펌프(131)가 구비된다.
열교환기(160)는 보일러(180)와 연결되어 유기성 폐기물을 대략 65～70℃ 온도로 가열시켜 산발효조(140)와 메탄발효조(150) 내에 유기성 폐기물을 대략 35～55℃ 온도로 유지시킨다. 이는 혐기미생물의 성장과 유분이 다량 함유된 유기성 폐기물의 발효가 극대화되도록 하기 위함이다.
가스저장조(170)는 산발효조(140) 및 메탄발효조(150)에서 생성된 바이오가스가 저장되는 곳으로, 이 가스저장조(170)에 저장된 바이오가스의 일부는 보일러(180)로 공급되고, 일부는 고순도 가스정제소로 보내지거나 바이오가스 발전시스템으로 공급되어 전력을 생산하는데 사용된다.
보일러(180)는 가스저장조(170)에 저장된 바이오가스를 에너지원으로 하여 열교환기(160)에 열을 공급하게 된다.
한편, 산발효조(140)는 도 2에 도시된 바와 같이, 산발효된 유기물을 메탄발효조(150)로 공급하기 위한 제1공급라인(141)과, 산발효조(140)의 내부에 설치된 제1교반기(142)와, 상부의 유기성 폐기물을 하부로 순환시키기 위한 교반순환라인(143)이 포함되어 이루어진다.
여기서, 제1교반기(142)는 산발효조(140)의 내부에 위치되는 제1교반날개(142a)가 제1교반모터(142b)에 의해 회전되도록 설치되어 이루어진다. 여기서, 제1교반모터(142b)는 15～25rpm을 갖는 것이 바람직하고, 25rpm을 초과하면 제1교반모터(142b)의 내압이 상승하여 위험하고, 15rpm 미만이면 교반능력이 저하된다.
또한, 교반순환라인(143)에는 산발효조(140)의 상부에서 하부로 연결되고, 산발효조(140) 상부의 유기성 폐기물을 하부로 순환시키는 교반순환펌프(143a)가 연계 설치된다. 제1 교반순환펌프(143a)는 혐기미생물 플럭이 깨어지지 않도록 산발효조(140)에서 유입되는 유기성 폐기물의 유입량보다 6～8배 이하의 유량을 순환시킬 수 있는 용량을 갖는 것이 바람직하다.
여기서, 제1공급라인(141)은 산발효조(140)의 하부에서 메탄발효조(150)의 상부로 산발효된 유기물을 공급시키도록 설치됨이 바람직하고, 대략 1～3 시간마다 일정량이 순환됨이 좋다.
한편, 메탄발효조(150)는 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 혐기소화액이 난류 형성에 의해 혼합되어 발효되도록 설치된 제2교반기(154) 와 경사판(260), 메탄발효조(150)의 발효된 일부 혐기소화액을 내부 순환시키기 위한 제2순환라인(230)이 포함되어 이루어진다. 또한, 제2순환라인(230)은 산발효조(140)에서 유입되는 유기성 폐기물의 유입량보다 2～4배의 유량을 순환시킬 수 있는 용량을 갖는 것이 바람직하다.
여기서, 제2교반기(154)는 메탄발효조(150)의 내부에 위치되는 제2교반날개(154a, 154c)가 제2교반모터(154b)에 의해 회전되도록 설치되어 이루어진다. 제2교반모터(154b)는 15～25rpm을 갖는 것이 바람직하고, 25rpm을 초과하면 제2교반모터(154b)의 내압이 상승하여 위험하고, 15rpm 미만이면 교반능력이 저하된다.
여기서, 제2교반날개(154a)는 메탄발효조(150)의 내부에 수평교반을 유도하고 제2교반날개(154c)는 교반날개에 각도를 주어 상부 스컴파쇄와 수직교반을 유도하도록 설치하여 메탄발효조(150)에서 발생되는 바이오가스의 원활한 배출이 되도록 한다.
여기서, 메탄발효조(150)는 저면 테두리부에 형성된 다수의 경사판(260)과, 슬러지홈(152)과, 이 슬러지홈(152)과 연결되어 슬러지를 배출하도록 설치된 슬러지배출라인(153)이 포함되어 이루어지고, 메탄발효조(150)의 저면은 중심에서 테두리측으로 경사진다.
슬러지홈(152)은 경사판(260)이 형성된 위치의 하방에 위치되도록 형성됨이 좋고, 이는 경사판(260)에 의해 하락하는 슬러지가 슬러지홈(152)에 직접 수집될 수 있도록 하기 위함이다.
또한, 메탄발효조(150)의 경사진 저면은 저면에서 유동되는 슬러지가 저면의 테두리부로 유동된 다음 슬러지홈(152)에 수집되도록 하기 위함이다.
한편, 농축조(300)는 메탄발효조(150)에서 배출된 소화액이 공급라인(301)을 통해 유입되도록 설치되고, 소화액이 유입되면 침전되지 않도록 교반을 위한 제3교반기(303)가 내장된다. 또한, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 농축조(300)의 공급라인(301)에는 후술된 제1농축액 반송라인(403)이 연결된다. 또한, 고농도의 농축액을 생성하기 위한 농축조(300)의 기능 역시 막분리장치(400)의 설명에서 기재된다.
또한, 제1농축액 순환라인(403h)은 분리막장치(400)의 혐기소화액 농축수의 일부를 산발효조(140)로 순환시키게 된다. 이는 산발효조(140)에서 교반되는 산발효된 유기물이 pH 3～4 정도의 강산성의 성질을 갖게 됨에 따라 산발효조(140) 내에서의 발효가 원활치 않게 되는 현상을 지양하기 위해 산발효조(140) 내의 산성도를 낮추기 위함이다.
이 가스홀더(330)는 연질 재질로 팽창 및 수축이 가능하도록 설치된다.
한편, 제1소화액 유입라인(401)은 농축조(300)와 분리막장치(400)를 연결하고, 소화액의 이동통로가 된다. 그리고, 제1소화액 유입라인(401)에는 소화액의 주입유량을 측정하기 위한 제1유량계(401b)가 구비된다. 그리고, 제1유량계(401b)와는 별도로 소화액의 주입압력을 측정하는 제1압력계(401c)가 구비될 수 있다.
공급펌프(320)는 제1소화액 유입라인(401)에 구비되고, 농축조(300)에 저장된 소화액을 분리막장치(400)로 가압 이송하는 역할을 한다. 공급펌프(320)는 농축조(300)의 수위조절장치(미도시)(미도시)와, 제1,2,3유량계(401b,403b,411a) 또는 제1,2압력계(401c,403c)와 연계되어 펌핑속도가 조절될 수 있도록 제어부(미도시)에 의해 인버터제어되는 것이 바람직하다.
분리막장치(400)는 공급펌프(320)에 의해 이송된 소화액을 농축액과 여과수로 고액분리하는 역할을 한다. 본 실시예에 의하면 분리막장치(400)는 도 1에서와 같이 프레임(410), 막여과 모듈(420) 및 제1,2헤더(432,434)로 구성된다.
여기서, 프레임(410)은 막여과 모듈(420)을 수용하고, 지지하는 역할을 한다.
제1,2헤더(432,434)는 소정의 내부공간을 갖는 통체이다. 제1헤더(432)는 제1소화액 유입라인(401)과 다수의 막여과 모듈(420)을 연통시키고, 제2헤더(434)는 다수의 막여과 모듈(420)과 제1농축액 반송라인(403)을 연통시킨다. 따라서, 제1소화액 유입라인(401)을 통해 제1헤더(432)로 유입된 소화액은 다수의 막여과모듈(420)에 분배되고, 다수의 막여과 모듈(420)에서 배출되는 소화액은 제2헤더(434)에 모여서 제1농축액 반송라인(403)으로 배출되는 구조를 갖는다.
막여과 모듈(420)은 소정 길이의 원통 형상을 갖고, 내부에 여과막이 충진된다. 본 실시예에 의하면 막여과모듈(420)은 1개 이상이 구비되고, 양단이 프레임(410)의 외측으로 각각 돌출되도록 프레임(410)에 내장 설치된다. 일실시예로써, 막여과 모듈(420)은 도 1에 도시된 바와 같이 1개 이상이 구비되고, 각 단은 6개의 모듈(420)이 1조로 구성될 수 있다(미도시). 또한, 막여과 모듈(420)은 도 6에 도시된 바와 같이 원통 형상의 케이싱(422) 내부에 다수의 관상형(tubular type)의 여과막(424)이 다발 형태로 내장된다. 그리고, 케이싱(422)은 여과수 배출공(423)이 형성되고, 여과수 배출공(423)은 여과수 배출라인(411)이 연결된다. 도 6에 도시된 "◎" 표시는 소화액의 주입공간 및 방향을 나타낸다. 소화액이 관상형 여과막(424)에 소정의 압력으로 주입되면 소화액 중에 포함된 물이 원통형 막면(424a)에 대하여 교차 투과하면서 여과가 이루어진다. 따라서, 관상형 여과막(424)은 소화 미생물이 포함된 고농도의 농축액이 주입측의 반대편에서 배출되고, 여과수는 케이싱(422)에 형성된 배출공(423)을 통하여 배출되는 구조를 갖는다.
한편, 관상형 여과막(424)은 PVDF, 세라믹 등을 재료로 하고, 다공질 내압성 지지관(미도시)의 내측에 미세공극이 형성된 막(미도시)이 피복된 형태를 갖는다. 이와 같은 관상형 여과막(424)은 주입 원수가 지나가는 유로를 넓게 확보할 수 있어 고탁질 원수의 처리에 적합한 장점이 있다. 또한, 평판형(plate type), 중공사(hollow fiber), 또는 와권형(spiral wound type) 등 다른 형태의 여과막에 비해 막면(424a)에서의 폐색 현상이 적게 발생하고, 여과막의 세정시에도 역세척이 용이하다는 장점을 갖고 있다.
관상형 여과막(420)은 한외여과막(UF membrane)이나 정밀여과막(MF membrane)이 사용될 수 있다.
주입방향 전환수단은 분리막장치(400)에 공급되는 소화액의 주입방향을 미리 설정된 시간에 역방향으로 전환시키는 역할을 한다. 본 실시예에 의하면 주입방향 전환수단은 제2소화액 유입라인(402), 제2농축액 반송라인(404), 제1,2주입밸브(401a,402a), 제1,2배출밸브(403a,404a) 및 제어부(미도시)로 구성된다.
제2소화액 유입라인(402)은 제1소화액 유입라인(401)의 일측에서 분기되어 분리막장치(400)의 제2헤더(434)와 연결된다. 그리고, 제2농축액 반송라인(404)은 분리막장치(400)의 제1헤더(432)와 제1농축액 반송라인(403)의 일측을 연결한다.
제1주입밸브(401a)는 제1헤더(432)에 인접한 제1소화액 유입라인(401)에 구비되고, 제1배출밸브(403a)는 제2헤더(434)에 인접한 제1농축액 반송라인(403)에 구비된다.
제2주입밸브(402a)는 제2헤더(434)에 인접한 제2소화액 유입라인(402)에 구비되고, 제2배출밸브(404a)는 제1헤더(432)에 인접한 제2농축액 반송라인(404)에 구비된다.
제1농축액 반송라인(403)은 분리막장치(400), 산발효조(140)를 연결하고 메탄발효조(150)는 농축조(300)에서 연결하고, 분리막장치(400)에서 생성된 농축액이 산발효조(140) 및 농축조(300)로 반송되는 통로가 된다. 그리고, 제1농축액 반송라인(403)에는 농축액의 배출유량을 측정하는 제2유량계(403b)가 구비된다. 그리고, 제2유랑계(403b)와는 별도로 농축액의 배출압력을 측정하는 제2압력계(403c)가 구비될 수 있다. 또한, 농축액의 공급량을 조절하기 위한 밸브 및 전자유량계 등이 더 설치될 수 있다. 또한, 제1농축액 반송라인(403)에는 분리막장치(400)에서 배출된 농축액이 산발효조(140)와 농축조(300)로 유동되도록 하기 위해 순환밸브(403d,f)가 설치된다. 이 순환밸브(403d,f)는 산발효조(140)의 공급밸브(403f)와 농축조(300) 순환밸브(403d)의 개폐동작과 반대의 개폐동작을 갖고, 메탄발효액의 공급을 차단하는 차단밸브(301a)와도 반대의 개폐동작을 갖도록 제어기에 의해 제어된다. 즉, 제1농축액 반송라인(403)을 통해 유동되는 농축액이 산발효조(140)에 유입되지 않으면서 공급라인(301)을 통해 농축조(300) 및 분리막장치(400)로 재유입되도록 순환밸브(403d)가 개방되게 제어되는 경우, 제1공급밸브(302a) 및 제2반송밸브(302a)가 폐쇄되도록 제어된다. 또한, 제1농축액 반송라인(403)을 통해 유동되는 농축액이 산발효조(140)에 유입되면서 공급라인(301)으로 유동되지 않도록 순환밸브(301a)가 폐쇄되도록 제어되는 경우, 제2공급밸브(403f)는 개방되도록 제어된다. 또는, 메탄발효조(150)에서 배출된 소화액이 농축조(300)의 수위계에 의해 유입하도록 차단밸브(301a)가 개방되게 제어될 수 있다. 여기서, 제1농축액 반송라인(403)에는 산발효조(140)에 유입하고 농축조(300)에 순환되는 농축액의 양을 조절하기 위해 전자유량계 및 보조밸브가 더 설치된다. 또한, 전자유량계는 공급라인(301)에서 메탄발효조(150)와 차단밸브(301a) 사이 및, 농축조(300) 및 분리막장치(400) 사이에도 추가 설치될 수 있다.
제어기는 분리막장치(400)에서 배출되는 농축액의 여과 횟수를 기초로 짜여진 프로그램에 의해 작동된다. 좀 더 자세하게는 분리막장치(400)에서 배출된 저농축액이 곧바로 산발효조(140) 및 메탄발효조(150)로 유입되지 않고, 공급라인(301)을 통해 농축조(300)를 거쳐 분리막장치(400)로 재유입되도록 제어기가 프로그밍되어 있다. 또한, 제어기는 농축조(300)에서 세정수 또는 저농축액의 전량이 공급펌프(420)에 의해 분리막장치(400)로 유입되도록 공급라인(301)에 설치된 제1주입밸브(401a)를 제어한다. 또한 제어기는 산발효조(140)와 메탄발효조(150)에 장착된 각종 펌프 및 밸브 등의 전기/전자 기기이외에도 제1,2주입밸브(401a,402a)와 제1,2배출밸브(403a,404a)의 개폐를 제어함으로써 소화액 또는 저농축액의 주입방향을 역전시키게 된다. 이때, 제어부에 의한 역전 주기는 약 30분～60분의 범위에서 적절히 선택되는 것이 바람직하다. 즉, 소화액 또는 저농축액이 분리막장치(400)에 제1소화액 유입라인(401), 제1농축액 반송라인(403)으로 진행되는 정방향의 주입방향과, 제2소화액 유입라인(402), 제2농축액 반송라인(404) 및 제1농축액 반송라인(403)으로 진행되는 역방향의 주입방향을 주기적으로 전환시키게 된다. 여기서, 고농도의 농축액(일명 고농축액)은 농축조(300) 및 분리막장치(400)를 반복 순환하여 최초 소화액이 고도로 농축된 농축액으로 혐기성 반응기에 공급되기 직전의 농축액을 일컫는다. 또한, 저농도의 농축액(일명 저농축액)은 최초 분리막장치(400)에서 배출되어 반복 순환되는 도중의 농축액을 일컫는다. 물론, 소화액은 메탄발효조(150)에서 배출되어 최초 농축조(300)로 유입되는 물질이다.
연계저류조(500)는 분리막장치(400)로부터 배출되는 여과수를 임시 저장하였다가 폐수처리시설로 이송하는 역할을 한다. 연계저류조(500)는 도 1에 도시된 바와 같이 여과수 배출라인(411)을 통해 분리막장치(400)와 연결되고, 연계펌프(510)를 가동하여 연계라인(511)을 통해 여과수를 폐수처리시설로 이송하게 된다. 한편, 여과수 배출라인(411)에는 각 막여과 모듈(420)에서 배출되는 여과수의 배출유량을 측정하기 위한 제3유량계(411a)가 구비된다.
세정수단(600)은 분리막장치(400)를 세척하여 수명을 향상시키는 역할을 한다. 이때, 세정수단(600)은 전술한 제어부가 제1,2유량계(401b,403b) 또는 제1,2압력계(401c,403c)에서 측정된 유량값 또는 압력값에 기초하여 유량차 또는 압력차를 도출하고, 도출된 유량차 또는 압력차가 소정의 기준치보다 작은 경우에 가동되도록 구성된다. 본 실시예에 따른 세정수단(600)은 도 1에 도시된 바와 같이 세정수 공급라인(601), 물탱크(640), 역세펌프(620), 약품탱크(610, 630)로 구성되어 물세정 또는 약품세정이 가능하다.
세정수 공급라인(601)은 제2소화액 유입라인(402)과 연결된다.
역세펌프(620)는 물탱크(610)에 저장된 세정수를 세정수 공급라인(601) 및 제2소화액 유입라인(402)을 거쳐 분리막장치(400)로 가압 이송하게 된다.
약품탱크(610, 630)는 세정수 공급라인(601)에 연결되어 세정약품을 공급하고, 약품세정을 가능케 한다. 세정약품으로는 NaOCl(차염), 구연산, NaOH 등이 사용될 수 있다.
한편, 분리막장치(400)의 세정 이후의 세정액을 폐수처리시설로 배출시키기 위해 제1,2세정액 반송라인(405,406)과 제5,6,7밸브(403d,405a,406a)가 구비된다.
제5밸브(403d)는 제1농축액 반송라인(403)에 구비되고, 분리막장치(400)의 세정시 폐쇄되어 제1세정액 반송라인(405) 및 제2세정액 반송라인(406)으로 세정액을 유입시키게 된다.
제1세정액 배출라인(405)은 제1농축액 반송라인(403)로부터 분기되고, 제6밸브(405a)가 구비된다. 제2세정액 반송라인(406)은 제1세정액 반송라인(405)로부터 분기되어 폐수처리 연계저류조(500)와 연결된다. 이때, 제2세정액 반송라인(406)에는 제7밸브(406a)가 구비된다.
한편, 유기성 폐기물을 처리하는 과정에서 악취가 발생되는 문제점이 별도로 방생된다.
본 발명에서는 이러한 문제점을 해소하고자 분리막장치(400)에서 농축 순환수를 농축조(300)로 반송하기 위한 구조를 제안하고자 한다.
도 7은 본 발명과 관련하여, 농축조(300)를 이용하여 농축 순환수 중 농축 슬러지를 메탄발효조(150)로 반송하기 위한 구조의 일례를 도시한 것이다.
농축조(300)는 분리막 장치(400)과 메탄발효조(150) 사이에 배치되고, 만약, 농축조(300)가 중간에 배치되지 않는 경우, 메탄발효조(150) 내에 과도한 혼합이 발생되고 분리막 장치(400)를 자동운전과 제어에 문제가 생긴다.
이러한 과도한 혼합은 FLOC(균집미생물)이 해체되는 효과를 가져오게 되고, 메탄가스 발생량이 이에 따라 저하되고, 유해물 분해 효과도 함께 저해된다.
따라서 본 발명에서는 중간에 농축조(300)를 배치함으로써, 기존에 90Q(quarter)로 순환되는 방식을 30-35 Q로 낮춤으로써, FLOC(균집미생물)이 해체되는 것을 막고, 결국 메탄가스가 20% 이상 발생되도록 할 수 있고, 유기물 분해율을 90% 이상 증가시킬 수 있다.
또한, 도 8는 본 발명과 관련하여, 분리막 장치에서 농축 순환수를 농축조(300)로 반송하기 위한 구조의 구체적인 일례를 도시한 것이다.
도 8를 참조하면, 분리막 장치(400)를 통과하는 유체로 인해 기존 폐수처리시설에서 발생되는 악취를 방지할 수 있다.
예를 들어, 악취를 유발하는 혐기소화액과 농축 순환수는 혐기 소화 슬러지를 포함하고, 여과수를 필터링하면 혐기 소화 슬러지의 농도가 더 짙어진 농축 순환수가 농축조(300)에서 메탄발효조(150)로 외부로 배출되지 않고 재순환되기 때문에 악취를 원천적으로 차단할 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명에서서는 이러한 혐기 소화 슬러지를 다수 포함하는 농축 순환수를 외부로 배출하는 대신 농축조(300)로 반송하게 된다.
본 발명과 같이, 농축 순환수에 포함되어 있는 혐기 소화 슬러지를 메탄발효조(150)로 다시 한번 반송함으로써, 메탄발효조(150) 내의 미생물량과 미생물의 체류시간(SRT) 증대와 유기물 분해를 촉진하는 효과를 유도하고, 악취가 발생되지 않도록 할 수 있다.
농축 순환수에 포함되어 있는 혐기 소화 슬러지를 메탄발효조(150)로 다시 한번 반송하는 경우, 바이오 가스의 발생량을 기존의 방식과 비교하여 20% 이상 증가시키고 폐기되는 슬러지량도 30% 이상 감소시킬 수 있게 된다.
메탄발효조(150)에서 수평 교반만 하고 일부만 수직 교반을 하면 문제가 될 수 있는데, 본 발명에서는 농축조(300)와 분리막 장치(400)에서 농축순환에 의해 메탄발효조(150)로 간접주입방식을 이용함으로써 수평과 수직의 강제 교반효과가 일어나도록 할 수 있다. 즉, 듀얼 믹싱(dual mixing) 효과를 강화할 수 있다.
한편, 도 9은 도 8에서 설명한 분리막 장치의 내부 구조의 구체적인 일례를 도시한 것이다.
도 9을 참조하면, 본 발명에 따른 분리막 장치(400)는 파이프 형태의 멤브레인으로 구성된다.
도 9의 (a)와 같이, 본 발명에 따른 분리막 장치(400)는 3m 이상의 길이로 형성될 수 있고, 외부 표면에는 멤브레인 파이프의 형태로 구현될 수 있다.
또한, 꼬인 형태로 구현되므로, 도 9의 (b)와 같이 정면에서 바라보면 멤브레인 파이프라 수직 또는 수평 방향으로 얽혀 꼬인 형태를 취하게 된다.
이러한 본 발명에 따른 분리막 장치(400)는 농축조(300)와 같이 스윙방식으로 운영되어 일정 기간 동안 제 1 방향으로 유체를 이동시키는 경우, 다음 기간에는 제 1 방향과 반대방향인 제 2 방향으로 유체를 이동시키게 된다.
이러한 스윙 운전 방식을 통해 슬러지가 침착되지 않고, 멤브레인 파이프 내에서 계속 유동적으로 이동될 수 있게 된다.
스윙 운전 방식을 운용하는 경우에도 슬러지가 파이프 내벽에 침착되는 문제가 발생될 수 있다.
따라서 본 발명에서는 주기적인 유기 파울링(organic fouling)과 무기 파울링(inorganic fouling)을 통한 투과량 저해 및 압력증가 문제를 해소할 수 있다.
도 10는 본 발명에 적용할 수 있는 유기 파울링(organic fouling)과 무기 파울링(inorganic fouling) 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10에서 설명하는 유기 파울링(organic fouling)은 일 1~4회, 무기 파울링(inorganic fouling)는 월 1-2회 수행할 수 있다.
도 10의 (a)를 참조하면, 물을 기본으로, 구연산을 약 0.1몰, NaOH를 약 0.9 몰, NaOCl을 약 0.1 몰 첨부하는 방식으로 적용할 수 있다.
즉, 도 10의 (b)와 같이, 먼저 물을 투입하여 세척한 후 배출하고, 물과 NaOCl을 투입하여 세척한 후 배출하여 슬러지 등의 침척에 의한 현상을 제어하고, 마지막으로 무기물 등이 심하게 발생된 경우에만 물과 구연산을 투입하여 세척한 후 배출하며, 물과 NaOH를 투입하여 세척하는 무기 파울링(inorganic fouling) 제어를 수행할 수 있다.
<방법>
이하에서는 본 발명에 따른 교대교차 운전제어 방식의 막결합형 유기성 폐기물 처리장치 및 운전방법에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 7은 도 1에 도시된 교대교차 운전제어 방식의 막결합형 유기성 폐기물 처리장치를 이용한 유기성 폐기물 처리방법이 도시된 블록도이다.
먼저, 유기성 폐기물이 산발효조(140) 및 메탄발효조(150)로 공급되어 발효(S10)된다. 물론, 산발효조(140)에 유입되기 전에 유기성 폐기물은 전처리 공정을 거치게 된다. 산발효조(140)에서는 유기성 폐기물이 대략 3～4일 동안 체류하면서 가수분해 및 산발효되어 고분자 유기성 화합물이 저분자 유기성 화합물로 전환된다. 또한, 산발효조(140)의 내부에는 제1교반기(142)에 의한 수평의 수류가 형성되고, 하부에는 교반순환라인(143)에 의해 수평의 수류 및 수직의 순환이 이루어져 상부와 하부의 순환이 원활히 이루어진다. 이때, 산발효조(140)에서는 제1교반기(142)에 의한 교반 및 교반순환라인(143)을 통해 난류가 형성되어 교반된다. 따라서, 제1교반기(142)에 의해 산발효조(140)의 상부 교반이 이루어짐과 더불어 교반순환라인(143)을 통한 하부의 수류가 형성되고 산발효조(140) 상부의 유분이 하부로 원활히 혼합교반되어 산발효가 촉진된다. 또한, 메탄발효조(150)의 내부에서 제2교반기(154a)에 의한 수평의 수류가 형성되고, 제2교반기(154b)에 의한 상부 스컴 파쇄와 수직의 수류가 형성되어 상부와 하부에 수직 및 수평의 이중 교반이 이루어짐으로써 발효처리가 촉진된다.
또한, 수평과 수직으로 유동되는 슬러지가 경사판(260)에 접촉되면서 메탄발효조(150)의 저면에 하락되어 슬러지홈(152)에 수집된다. 물론, 슬러지홈(152)에 수집된 슬러지는 일정 간격으로 외부로 배출되어 제거된다. 또한, 메탄발효조(150) 내의 발효중인 유기물의 일부는 농축조(300)와 분리막장치(400)를 거쳐 제1,2순환라인(403)을 통해 산발효조(140)로 지속적으로 상호 순환된다. 이때, 산발효조(140)로 순환되는 메탄발효조(150)의 혐기소화액은 산발효조(140)에서 메탄발효조(150)로 공급되는 양의 10～20% 정도로 공급하여 산발효조(140) 내의 유기성 폐기물에 대해 pH 4.3～4.5를 지속적으로 유지시킴으로써 산발효 반응을 촉진시킨다. 더불어, 산발효조(140) 내에서도 혐기미생물에 의해 유기물 분해가 산발효 분해량 대비 5～10%정도 이루어진다. 물론 산발효의 정도 및 환경에 따라 메탄발효조(150) 유기물의 공급량을 늘려 pH 5～6까지 상승시킬 수도 있다. 여기서, 산발효조(140)에서는 유기물이 대략 3～4일 정도 체류하면서 산발효되고, 메탄발효조(150)에서는 유기물이 대략 15～30일 정도 체류하면서 소화액 및 메탄가스를 생성시킨다.
다음으로, 산발효조(140)와 메탄발효조(150)에서 생성된 바이오가스는 가스저장조(170)에 저장(S20)된다. 이 가스저장조(170)의 바이오가스는 산발효조(140) 및 메탄발효조(150)에 연결된 열교환기(160)에 열을 제공하는 보일러(180)에 일부 제공된다. 그리고, 잔여 가스는 전력시스템 또는 고순도 가스정제소로 제공된다.
다음으로, 메탄발효조(150)에서 배출된 소화액이 농축조(300)로 유입(S30)된다. 메탄발효조(150)에서 저분자 유기화합물이 반응되어 획득된 소화액이 공급라인(301)을 통해 농축조(300)로 유입되어 침전을 방지하도록 교반된다.
농축조(300)의 소화액이 공급펌프(320)에 의해 배출될 때, 농축조(300) 내부에 음압이 형성되고, 이 음압이 농축조(300) 내부에서 발생되는 바이오가스에 의해 보상된다.
다음으로, 농축조(300)에서 배출된 소화액이 분리막장치(400)로 이송되어 농축액과 여과수로 고액분리(S40)된다. 구체적으로, 농축조(300)에서 유입된 소화액은 제1소화액 유입라인(401)을 통해 정방향으로 분리막장치(400)에 가압 이송된다. 이때, 제1주입밸브(401a) 및 제1배출밸브(403a)는 개방되고, 제2주입밸브(402a) 및 제2배출밸브(404a)는 폐쇄된 상태에 있다. 한편, 소화액은 제1헤더(432)를 거쳐 다수의 막여과 모듈(420)에 분배되어 주입된다. 그리고, 소화액에 포함된 물은 도 6에서와 같이 관상형 여과막(424)을 통과하면서 여과수를 생성하고, 이에 따라 소화 미생물이 포함된 고농도의 농축액이 주입측의 반대편에서 배출된다. 그리고, 다수의 막여과 모듈(420)에서 배출되는 소화액은 제2헤더(434)에 모여서 제1농축액 반송라인(403)으로 배출된다. 이 고액분리단계(S40)에서 소정의 시간마다 소화액의 주입방향을 전환시킴으로써 막여과 모듈(420)의 수명을 향상시키게 된다. 구체적으로, 제어부가 제1주입밸브(401a) 및 제1배출밸브(403a)를 폐쇄하고, 제2주입밸브(402a) 및 제2배출밸브(404a)를 개방함으로써 소화액의 주입방향을 역전시키게 된다. 이에 따라, 소화액은 제2소화액 유입라인(402) 및 제2헤더(434)를 거쳐 관상형 여과막(424)으로 유입되고, 농축액은 제1헤더(432) 및 제2농축액 반송라인(404)을 거쳐 제1농축액 반송라인(403)으로 배출된다. 즉, 관상형 여과막(424)의 주입측이 전환되고, 반대방향의 주입압력에 의해 여과막(424)에 쌓인 오염물질이 어느 정도 제거되는 효과를 가져온다. 또한, 종래의 분리막장치가 여과막의 일단부에만 막의 폐색 현상이 급격하게 발생되는 것에 비해 본 발명의 관상형 여과막(424)은 막면(424a) 전체에 대하여 오염물질이 고르게 쌓이게 됨에 따라 막의 폐색 현상이 늦추어지는 효과를 가져온다. 이는 관상형 여과막(424)의 수명이 증대됨을 의미하고, 여과막(424)의 잦은 교체에 따른 비용발생을 감소시킬 수 있다. 한편, 제어부에 의한 소화액 주입방향의 역전 주기는 약 30～60분의 범위에서 적절하게 선택될 수 있다.
다음으로, 분리막장치(400)에서의 여과 후 농축조(300)로 반송되는 농축액은 제1농축액 반송라인(403)을 통해 배출되면서 농축액이 최초 여과된 상태인지, 반복 여과된 상태인지 판단(S40)하게 된다. 즉, 메탄발효액이 여과되어 얻은 최초 여과된 상태의 저농축액인지, 최초 여과된 농축액이 농축조(300)에서 분리막장치(400)에 재유입되어 재여과된 상태의 고농축액인지 판단하게 된다. 이때, 농축액의 여과 상태 판단은 농축조(300) 농축액의 일정 기준 농도를 기준으로 판단할 수도 있고, 분리막장치(400)에서 배출된 농축액를 다시 여과한 횟수로 판단할 수도 있다. 농축액의 농도를 기준으로 할 경우에는 농도측정계(미도시)가 더 설치되어, 일정 농도 이상이 될 때까지 반복 여과된다. 여과 횟수로 판단할 경우에는 최초 여과된 농축액이 반송되어 여과되는 횟수로 판단하게 되고, 일반적으로 1회의 재여과 횟수를 기준으로 한다. 또한, 농축조(300)와 분리막장치(400) 사이의 공급라인(301)에 설치된 공급밸브(320)의 개폐횟수에 의해 판단될 수도 있다. 즉, 농축조(300)에 수용된 메탄발효액 또는 농축액의 전량이 분리막장치(400)로 공급되기 때문에 공급밸브(320)의 개폐횟수는 최초 여과된 농축액이 분리막장치(400)로 재공급되는 횟수에서 최초 메탄발효액이 유입된 1회를 더한 횟수와 동일하므로 판단 기준으로 활용 가능하다. 여기서, 농축액이 반복 여과된 상태가 아니면, 메탄발효조(150)의 메탄발효액이 농축조(300)로 유입되는 단계(S30)로 순환된다. 이때, 고농축액은 분리막장치(400)에서 제1농축액 반송라인(403)을 통해 농축조(300)에서 메탄발효조(150)의 반송라인(302)으로 유동된다. 여기서, 제1농축액 반송라인(302)에 설치된 순환밸브(302a)가 개방되고, 제1농축액 반송라인(403) 및 산발효조(140)로 농축액을 공급하는 제2공급밸브(403f)가 폐쇄된다. 다음으로, 농축액이 원하는 만큼 반복 여과된 상태이면, 제2헤더(434)에서 배출되는 농축액이 제1농축액 반송라인(403)을 통해 산발효조(140) 또는 메탄발효조(150)로 반송(S40)된다. 여기서, 전술한 바와 같이 소화액의 주입방향이 전환된 경우에는 제2농축액 반송라인(404) 및 제1농축액 반송라인(403)을 통해 산발효조(140) 또는 농축조(300)로 반송된다. 이때, 제1농축액 반송라인(403)의 제2공급밸브(403f)가 개방되어 반복 여과된 고농축액이 산발효조(140) 및 농축조(300)에 유입된다. 여기서, 전자유량계 및 보조밸브 등을 통해 산발효조(140) 및 농축조(300)로 유입되는 농축액의 양이 조절된다. 또한, 필요에 따라 차단밸브(301a)가 개방되어 메탄발효조(150)의 메탄발효액이 농축조(300)에 수용된다.
한편, 본 발명에 따르면 분리막 장치(400)의 관상형 여과막(424)를 역세척하는 세정단계가 더 포함될 수 있다. 고액분리단계(S30)에서는 제1소화액 유입라인(401)에 구비된 제1유량계(401b)와 제1농축액 반송라인(403)에 구비된 제2유량계(403b)가 유량을 측정하게 된다. 그런데, 세정단계는 이와 같은 측정값에 기초하여 제어부가 소화액의 주입유량과 농축액의 배출유량의 차를 계산하고, 도출된 유량차가 소정의 기준치보다 작은 경우에 전술한 고액분리단계(S300) 및 농축액 반송단계(S400)를 멈추고 분리막 장치(400)를 역세척하게 된다. 이에 대하여 설명하면, 분리막 장치(400)의 주입방향을 전환시키더라도 시간이 지남에 따라 관상형 여과막(424)의 막면(424a)에 오염물질이 쌓이게 되어 여과수의 양이 줄어들게 되고, 이로 인해 소화액의 주입유량과 농축액의 배출유량의 차가 갈수록 작아지게 된다. 따라서, 분리막 장치(400)의 수명이 다한 경우(성능이 어느 일정한도로 저하된 경우) 역세척을 수행하게 되는 것이다. 이때, 제어부에 의해 도출된 유량차와 비교되는 기준치는 실험실에서 측정된 데이터를 기초하여 설정될 수 있고, 실제운전을 하면서 적절하게 조정될 수 있다. 예를 들어 약 5톤의 소화액을 주입하는 경우 0.05톤의 여과수와 4.45톤의 농축액이 배출되는 경우를 기준치로 설정할 수 있다. 또한 위와 같은 원리로, 제1소화액 유입라인(401)과 제1농축액 배출라인(403)에 각각 구비된 제1압력계(401c)와 제2압력계(403c)로부터 압력차를 도출하고 소정의 기준치보다 작은 경우에 분리막 장치(400)의 역세척을 수행할 수도 있다.
이와 같은 세정단계는 다음과 같은 절차로 진행된다.
먼저, 공급펌프(320)를 가동하여 세정수 공급라인(601)으로 분리막 장치(400)의 관상형 여과막(424)에 잔류한 소화액을 배출시키게 된다. 이때, 소화액은 제2농축액 반송라인(404) 및 제1농축액 반송라인(403)을 거쳐 산발효조(140) 및 메탄발효조(150)로 반송된다.
다음으로, 역세펌프(620)를 가동하여 물탱크(610)에 저장된 세정수를 관상형 여과막(424)에 가압 주입하여 소정의 시간 동안 물세정을 하게 된다. 이때, 생성된 세정액은 제2농축액 반송라인(404)을 거쳐 제1농축액 반송라인(403)으로 유입되고, 폐쇄된 제5밸브(403d)에 의해 제1세정액 반송라인(405)으로 유입된 후 원수 저장조(412)로 반송된다. 이때, 세정액은 제2세정액 반송라인(406)으로 유입되어 연계 저류조(500)에 저장되었다가 폐수처리시설로 보내질 수 있다. 물론, 제1세정액 유입라인(401), 제1농축액 반송라인(403) 및 제1세정액 반송라인(405)으로 유동되도록 설치되어 세정액의 유동방향을 다양화할 수 있다.
다음으로, 전술한 물세정 단계의 세정주기로 투과수량 감소와 압력증가가 발생되는 소정의 기준치보다 작아지는 경우 세정수에 약품을 첨가하여 약품세정을 하게 된다. 이에 대하여 설명하면, 분리막 장치(400)를 물세정하더라도 세정효과가 완벽할 수 없기 때문에 시간이 지남에 따라 세정주기가 짧아질 수밖에 없다. 예를 들면, 세정주기가 1주일에서 기준치인 3일로 단축되는 경우 세정수에 약품을 첨가하여 약품세정을 함으로써 관상형 여과막(424)의 수명을 더욱 향상시킬 수 있다. 이와 같이 처음부터 약품세정을 하지 않는 이유는 약품세정을 자주 실시하면 관상형 여과막(424)의 미세공극이 빠르게 손상될 뿐만 아니라 약품을 구입하는데 많은 비용이 소요되기 때문이다. 그리고, 약품세정에 의해 생성된 세정액은 제2 농축액 반송라인(L34) 및 제1 세정액 반송라인(L50)을 거쳐 약품탱크(630)로 반송되어 처리된다.
S50 단계 및 S60 단계에서는 분리막 장치(400)에서 혐기 소화 슬러지를 다수 포함하는 농축 순환수를 외부로 배출하는 대신 농축조(300)로 반송하게 된다.
본 발명과 같이, 혐기 소화 슬러지를 다수 포함하는 농축 순환수를 농축조(300)는으로 반송하는 경우, 농축조(300)는 수위가 기존의 방식보다 50% 이하로 낮아질 수 있다.
더 나아가 본 발명에서는 농축 순환수에 포함되어 있는 혐기 소화 슬러지를 메탄발효조(150)로 다시 한번 반송함으로써, 메탄발효조(150) 내의 혐기미생물 체류시간(SRT)을 증가시켜 유기물 분해를 촉진하는 효과를 유도하고, 악취가 발생되지 않도록 할 수 있다.
농축 순환수에 포함되어 있는 혐기 소화 슬러지를 메탄발효조(150)로 다시 한번 반송하는 경우, 바이오 가스의 발생량을 기존의 방식과 비교하여 20% 이상 증가시키고 슬러지 폐기량 30% 이상 감소시킬 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (39)

  1. 산발효조(140), 메탄발효조(150), 농축조(300) 및 분리막장치(400)가 포함되어 이루어진 유기성 폐기물 처리장치에 있어서,
    상기 산발효조(140)에서 산발효 처리중인 상기 유기성 폐기물의 일부가 상기 메탄발효조(150)로 공급되도록 제1순환펌프(143a)가 연계 설치된 제1순환라인(143); 및
    상기 메탄발효조(150)에서 메탄발효 처리중인 혐기소화액의 일부가 상기 산발효조(140)로 공급되도록 제2순환펌프(231)가 연계 설치된 제2순환라인(230); 을 포함하고,
    상기 농축조(300)는 상기 메탄발효조(150)와 상기 분리막장치(400) 사이에 설치되고, 상기 분리막장치(400)로부터 농축 순환수를 공급받으며, 상기 공급받은 농축 순환수 중 적어도 일부를 상기 메탄발효조(150)로 공급하며,
    상기 분리막장치(400)는 파이프 형태의 멤브레인으로 형성되고,
    상기 파이프 형태의 멤브레인은 수평 및 수직 중 적어도 하나의 방향으로 꼬여 배치되며,
    상기 분리막장치(400)에 유입되는 유체는 미리 설정된 제 1 기간 동안 제 1 방향으로 이동하여 상기 농축 순환수를 상기 농축조(300)에 공급하고,
    상기 제 1 기간이 경과하면, 상기 유체는 상기 제 1 방향과 반대방향인 제 2 방향으로 이동하여 상기 농축 순환수를 상기 농축조(300)에 공급하며,
    상기 분리막장치(400)는 물과 구연산, NaOH 및 NaOCl 중 적어도 하나를 포함한 유체를 통해 주기적으로 유기 파울링(organic fouling)과 무기 파울링(inorganic fouling)이 제어되고,
    상기 유기성 폐기물 처리장치(100)는,
    상기 유기성 폐기물을 선별하고 파쇄하는 선별 및 파쇄기(110);
    상기 선별 및 파쇄기(110)를 통과한 상기 유기성 폐기물을 상기 산발효조(140)에 투입하기 위한 크기로 분쇄하는 분쇄기(120);
    상기 유기성 폐기물이 일시 저장되는 저류조(130);
    상기 메탄발효조(150)에서 생성된 메탄가스가 저장되는 가스저장조(170);
    상기 가스저장조(170)의 메탄가스가 유입되어 열을 제공하는 보일러(180);가 더 포함되어 이루어지고,
    상기 메탄발효조(150)는,
    상기 메탄발효조(150)의 저면 테두리부에 경사판(260)과 접촉하여 하락하는 슬러지를 수집하기 위해 형성된 다수의 슬러지홈(152); 및
    상기 슬러지홈(152)들에 연결되어 슬러지를 배출하는 슬러지배출라인(153);이 포함되어 이루어지며,
    상기 메탄발효조(150)의 저면은 중심에서 테두리측으로 하향 경사지고,
    상기 메탄발효조(150)는 메탄발효조(150)의 내부에 제2교반날개(154a)가 제2교반모터(154b)에 의해 회전되도록 설치된 제2교반기(154)가 포함되어 이루어지고,
    상기 산발효조(140)는 상기 산발효조(140)의 내부에 제1교반날개(142a)가 제1교반모터(142b)에 의해 회전되도록 설치된 제1교반기(142)가 포함되어 이루어지며,
    상기 산발효조(140)는 상부와 하부를 연결하도록 설치되고, 상기 유기성 폐기물을 상부에서 하부로 공급시키는 교반순환펌프(143a)가 연계 설치된 교반순환라인(143)이 더 포함되고,
    상기 제2순환라인(230)은 상기 메탄발효조(150)에서 상기 교반순환라인(143)으로 연결된 것을 특징으로 하는 교대교차 운전제어 방식의 막결합형 유기성폐기물 처리장치.
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  12. 제1항에 있어서,
    상기 농축조(300)는 상기 농축 순환수 중 적어도 일부를 상기 메탄발효조(150)로 공급하되면서 발생되는 음압을 보상하기 위해 상부에 설치된 가스홀더(330)가 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 교대교차 운전제어 방식의 막결합형 유기성폐기물 처리장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 가스홀더(330)는 유연재질로 제작되고, 상기 농축조(300) 내부에 음압이 발생하면 포집해 두었던 가스를 방출하면서 수축하도록 설치된 것을 특징으로 하는 교대교차 운전제어 방식의 막결합형 유기성폐기물 처리장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 농축조(300)에 연결된 제1소화액 유입라인(401)에서 분기되어 상기 분리막장치(400)의 다단과 연결된 제2소화액 유입라인(402);
    상기 분리막장치(400)에 연결되어 상기 산발효조(140) 및 상기 메탄발효조(150)에 농축액을 공급하도록 설치된 제1농축액 반송라인(403)을 연결하는 제2농축액 반송라인(404);
    상기 제1소화액 유입라인(401)에 구비된 제1주입밸브(401a);
    상기 제1농축액 반송라인(403)에 구비된 제1배출밸브(403a);
    상기 제2소화액 유입라인(402)에 구비된 제2주입밸브(402a);
    상기 제2농축액 반송라인(404)에 구비된 제2배출밸브(404a);
    상기 제1소화액 유입라인(401)에 설치된 공급펌프(320)와 제1,2주입밸브(401a,402a)와 제1,2배출밸브(403a,404a)를 제어하는 제어부로 구성된 주입방향 전환수단이 더 구비되고,
    상기 주입방향 전환수단은 상기 분리막장치(400)에 상기 제1소화액 및 제2소화액 중 적어도 일부의 주입방향을 소정의 시간마다 역전시키는 것을 특징으로 하는 교대교차 운전제어 방식의 막결합형 유기성폐기물 처리장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 메탄발효조(150)에 농축액을 공급하도록 설치된 제1농축액 반송라인(403)은, 상기 농축액이 상기 농축조(300)로 순환하도록 공급라인(301)과 연결된 것을 특징으로 하는 교대교차 운전제어 방식의 막결합형 유기성폐기물 처리장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1농축액 반송라인(403)을 통해 유동되는 상기 농축액이 상기 공급라인(301)에 유입 또는 차단되도록 상기 제1농축액 반송라인(403)에 설치된 순환밸브(403d);
    상기 제1농축액 반송라인(403)을 통해 유동되는 상기 농축액이 산발효조(200)로 공급 또는 차단되도록 설치된 제1공급밸브(302a);
    상기 제1농축액 반송라인(403)을 통해 유동되는 상기 농축액이 상기 메탄발효조(150)로 공급 또는 차단되도록 설치된 제2공급밸브(403f); 및
    상기 메탄발효조(150)에서 배출되는 상기 제1소화액 및 제2소화액 중 적어도 일부의 유동을 차단하도록 개폐되는 차단밸브(301a);가 더 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 교대교차 운전제어 방식의 막결합형 유기성폐기물 처리장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1농축액 반송라인(403)에 설치된 순환밸브(403d)가 개방되면 상기 차단밸브(301a), 상기 제1공급밸브(302a) 및 상기 제2공급밸브(403f)가 폐쇄되고, 상기 순환밸브(403d)가 폐쇄되면 상기 제1공급밸브(302a) 및 상기 제2공급밸브(403f)가 개방되도록 설치된 것을 특징으로 하는 교대교차 운전제어 방식의 막결합형 유기성폐기물 처리장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 차단밸브(301a)는 상기 제1소화액 및 제2소화액 중 적어도 일부가 상기 농축조(300)에 공급되는 경우만 개방되도록 설치된 것을 특징으로 하는 교대교차 운전제어 방식의 막결합형 유기성폐기물 처리장치.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 분리막장치(400)는,
    프레임(410);
    여과수의 배출을 위한 배출공(423)이 형성된 케이싱(422)과, 상기 케이싱(422)에 내장된 다수의 관상형 여과막(424)으로 이루어져 상기 프레임(410)에 설치된 1개 이상의 막여과 모듈(420);
    상기 1개 이상의 막여과 모듈(420)의 일단에 형성되고, 상기 제1소화액 유입라인(401)과 연결된 제1헤더(432); 및
    상기 1개 이상의 막여과 모듈(420)의 타단에 형성되고, 상기 제1농축액 반송라인(403)과 연결된 제2헤더(434);가 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 교대교차 운전제어 방식의 막결합형 유기성폐기물 처리장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 관상형 여과막은 한외여과막(UF) 또는 정밀여과막(MF)인 것을 특징으로 하는 교대교차 운전제어 방식의 막결합형 유기성폐기물 처리장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 제1소화액 유입라인(401)에 구비되어 상기 제1소화액 및 제2소화액 중 적어도 일부의 주입유량을 측정하는 제1유량계(401b)와,
    상기 제1농축액 반송라인(403)에 구비되어 상기 농축액의 배출유량을 측정하는 제2유량계(403c)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 교대교차 운전제어 방식의 막결합형 유기성폐기물 처리장치.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 제1소화액 유입라인(401)에 구비되어 상기 제1소화액 및 제2소화액 중 적어도 일부의 주입압력을 측정하는 제1압력계(401c)와,
    상기 제1농축액 반송라인(403)에 구비되어 상기 농축액의 배출압력을 측정하는 제2압력계(403c)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 교대교차 운전제어 방식의 막결합형 유기성폐기물 처리장치.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 막여과 모듈(420)에서 배출되는 상기 여과수의 배출유량을 측정하는 제3유량계(411a)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 교대교차 운전제어 방식의 막결합형 유기성폐기물 처리장치.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 분리막장치(400)를 역세척하는 세정수단(600)이 더 구비되고, 그리고
    상기 세정수단(600)은 상기 제1유량계(401b) 및 상기 제2유량계(403c)에서 각각 측정된 유량값에 기초하여 상기 제어부가 유량차를 도출하고, 상기 유량차가 소정의 기준치보다 작은 경우에 가동되는 것을 특징으로 하는 교대교차 운전제어 방식의 막결합형 유기성폐기물 처리장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 제2소화액 유입라인(402)과 연결된 세정수 공급라인(601);
    상기 세정수 공급라인(601)에 연결된 물탱크(610); 및
    상기 물탱크(610)에 저장된 세정수를 상기 세정수 공급라인(601)으로 가압 이송하는 역세펌프(620);가 포함된 세정수단(600)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교대교차 운전제어 방식의 막결합형 유기성폐기물 처리장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 세정수 공급라인(601)에 세정약품을 첨가하는 약품탱크(630)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 교대교차 운전제어 방식의 막결합형 유기성폐기물 처리장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 메탄발효조(150)에 농축액을 공급하도록 설치된 제1농축액 반송라인(403)에 설치되어 상기 역세척시 폐쇄되는 제5밸브(403d)와,
    상기 제5밸브(403d)가 폐쇄됨에 따라 세정액이 유입되도록 상기 제1농축액 반송라인(403)에서 분기되고, 원수저장조(412) 또는 상기 약품탱크(630)와 연결된 세정액 반송라인(405)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 교대교차 운전제어 방식의 막결합형 유기성폐기물 처리장치.
  28. 유기성 폐기물을 처리하는 방법에 있어서,
    상기 유기성 폐기물이 산발효조(140) 및 메탄발효조(150)로 공급되어 발효되는 제1단계(S10);
    상기 제1단계(S10)에서 발생한 메탄가스가 가스저장조(140)에 저장되는 제2단계(S20);
    상기 메탄발효조(150)에서 배출된 소화액 또는 분리막장치(400)에서 배출된 농축액이 공급라인(301)을 통해 농축조(300)로 유입 및 배출되는 제3단계(S30);
    공급펌프(320)에 의해 상기 농축조(300)에 저장된 소화액이 분리막장치(400)에 주입되어 농축액과 여과수로 분리되고, 상기 소화액의 주입방향을 소정 시간마다 역전시키는 제4단계(S40);
    상기 분리된 농축액을 상기 산발효조(140) 및 상기 메탄발효조(150)로 반송하는 제6단계(S60);를 포함하되,
    상기 농축조(300)가 상기 분리막장치(400)로부터 농축 순환수를 공급받는 제 7 단계; 및
    상기 농축조(300)가 상기 공급받은 농축 순환수 중 적어도 일부를 상기 메탄발효조(150)로 공급하는 제 8 단계;를 더 포함하고,
    상기 분리막장치(400)에 유입되는 유체는 미리 설정된 제 1 기간 동안 제 1 방향으로 이동하여 상기 농축 순환수를 상기 농축조(300)에 공급하고,
    상기 제 1 기간이 경과하면, 상기 유체는 상기 제 1 방향과 반대방향인 제 2 방향으로 이동하여 상기 농축 순환수를 상기 농축조(300)에 공급하며,
    상기 분리막장치(400)에 물과 구연산, NaOH 및 NaOCl 중 적어도 하나를 포함한 유체를 통해 주기적으로 무기 파울링(inorganic fouling)하는 제 8 단계;를 더 포함하고,
    상기 제1단계(S10)에서는 상기 메탄발효조(150)의 소화액 일부가 상기 산발효조(140)와 상기 메탄발효조(150)를 연결하는 제2순환라인(230)을 통해 상기 산발효조(140)로 순환되어 pH 4.0~4.5가 유지되며,
    상기 제3단계(S30)에서 상기 농축조(300)에서 소화액이 배출될 때 발생하는 음압은 상기 농축조(300)에 내장되어 상기 농축조(300) 내부에서 발생한 가스를 포집하여 팽창되었던 가스홀더(330)가 가스를 방출하여 수축함으로써 보상되고,
    상기 제4단계(S40)는 상기 분리막장치(400)에 설치된 관상형 여과막(424)의 양단에 걸린 유량차 또는 압력차를 측정하여 소정의 기준치와 비교하는 단계를 더 포함하고,
    상기 비교단계는 상기 유량차 또는 압력차가 상기 기준치보다 작은 경우 상기 제4단계(S40) 내지 제6단계(S60)를 멈추고, 상기 관상형 여과막(424)을 소정시간 동안 역세척하는 세정단계가 더 포함되며,
    상기 세정단계는,
    역세펌프(620)를 가동하여 물탱크(610)에 저장된 세정수를 상기 관상형 여과막(424)에 가압 주입하여 물세정하는 단계와,
    상기 물세정 단계의 세정주기가 소정의 기준치보다 작아지는 경우 상기 세정수에 약품을 첨가하여 약품세정하는 단계로 이루어지고,
    상기 물세정에 의해 생성된 세정액을 원수 저장조(412)로 반송하는 단계와,
    상기 약품세정에 의해 생성된 세정액을 약품탱크(630)로 반송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리방법.
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  37. 제28항에 있어서,
    상기 분리막장치(400)에서 얻은 농축액이 반복하여 여과되었는지를 판단하는 제5단계(S50);가 더 포함되
    는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리방법
  38. 제37항에 있어서,
    상기 농축액이 반복 여과되지 않았으면, 상기 농축액이 제1농축액 반송라인(403) 및 상기 공급라인(301)을 통해 상기 농축조(300)로 유입되도록 메탄발효액이 상기 농축조(300)로 유입되는 단계(S30)로 순환되는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리방법.
  39. 제37항에 있어서,
    상기 제5단계(S50)에서 상기 농축액이 반복 여과되었으면, 상기 제6단계(S60)로 진행되는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리방법.

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