KR102327703B1 - 음폐수를 복합공정을 통해 재이용수로 활용하기 위한 처리방법 - Google Patents
음폐수를 복합공정을 통해 재이용수로 활용하기 위한 처리방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 음폐수를 복합공정을 통해 재이용수로 활용하기 위한 처리방법에 관한 것으로서, 수거한 음식물류폐기물을 투입호퍼에 투입하여 일시 저장하는 투입공정과, 상기 투입호퍼에 저장된 음식물류폐기물을 파쇄선별기에서 파쇄하여 협잡물을 선별하는 파쇄 및 선별공정과, 상기 파쇄 및 선별된 음식물류폐기물을 탈수기에서 탈수하여 고형물과 음폐수로 분리하는 탈수공정과, 상기 분리된 음폐수 중 고액분리기에서 고형물을 분리하는 고액분리공정과, 상기 고형물이 제거된 음폐수를 열교환기에서 가열하는 열교환공정과, 상기 가열된 음폐수를 유수분리기에서 비중차를 이용하여 고형물, 유분 및 음폐수로 각각 분리하는 유수분리공정과, 상기 유분이 제거된 음폐수를 음폐수가열기에서 70~90℃로 가열하는 음폐수 가열공정과, 상기 가열된 음폐수에 화학반응조에서 보조제를 투입하는 화학반응공정과, 상기 탈수공정, 고액분리공정 및 유수분리공정을 통해 분리되어 저장호퍼에 저장된 고형물과, 상기 화학반응공정을 통해 처리된 음폐수를 디스크건조기에 투입하고 건조하는 건조공정 및 상기 건조시 발생된 응축수를 냉각, 생물학적 처리, 막분리 및 RO고도처리하는 응축수 처리공정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 음식물류폐기물 중 처리가 어려운 음폐수를 재이용수로 활용하기 위해 유분제거, 음폐수 가열 및 단백질 응고, 화학반응, 결합 및 건조, 응축수처리 등의 공정을 거쳐 고농도 음폐수를 재이용수(냉각수)로 활용할 수 있으며, 부가적으로 회수되는 에너지를 순환하여 사용함에 따라 경제적인 장점이 있다.
본 발명에 따르면, 음식물류폐기물 중 처리가 어려운 음폐수를 재이용수로 활용하기 위해 유분제거, 음폐수 가열 및 단백질 응고, 화학반응, 결합 및 건조, 응축수처리 등의 공정을 거쳐 고농도 음폐수를 재이용수(냉각수)로 활용할 수 있으며, 부가적으로 회수되는 에너지를 순환하여 사용함에 따라 경제적인 장점이 있다.
Description
본 발명은 음폐수를 복합공정을 통해 재이용수로 활용하기 위한 처리방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 음식물류폐기물 중 처리가 어려운 음폐수를 재이용수로 활용하기 위해 유분제거, 음폐수 가열 및 단백질 응고, 화학반응, 결합 및 건조, 응축수 처리 등의 과정을 거쳐 고농도 음폐수를 재이용수(냉각수)로 활용하는 것을 특징으로 하는 음폐수를 복합공정을 통해 재이용수로 활용하기 위한 처리방법에 관한 것이다.
생활수준의 향상과 식품문화의 발달은 생활폐기물의 배출량을 계속 증가시키고 있으며, 특히, 각 가정 및 식당 등에서 폐기되는 음식물류폐기물은 전체 생활 폐기물 발생량의 50% 이상을 점유하기에 이르렀으며, 음식물류폐기물은 쓰레기 매립장에 투입되면서 부패에 의해 악취를 발생시킬 뿐만 아니라, 내재수분(수분함량 85% 정도)으로 인해 침출수를 발생시켜 주변을 오염시키고 있고, 부패로 인해 각종 해충의 서식처를 제공하게 되어 각종 병원체의 온상이 되고 있으며, 이로 인한 병 발생은 심각한 사회 문제가 되어 가고 있다.
이에 따라 음식물류폐기물을 가축의 사료 또는 비료로 사용할 수 있도록 재가공처리하는 방법이 최근에 많이 개발되어 실제 현장에 보급되었음에도 현재의 처리방법은 파쇄-탈수-탈수품의 공정으로서 보편적 처리방법일 뿐이다. 이때, 처리공정에서 발생하는 음폐수는 처리량 대비 60% 이상이 발생되고 오염농도가 높을 뿐만 아니라, 폐수 처리에 발생하는 비용이 10만원/톤을 상회하고 있고, 이마저도 처리가 곤란하여 사회적 문제가 되고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 종래기술의 일예로서, 국내등록특허공보 제10-1841098호에는 유기물의 90% 이상을 바이오가스와 물로 분해시켜서 바이오가스의 생산량을 배가시키고 유기슬러지의 발생량을 줄일 수 있는 음식물류폐기물의 처리장치 및 처리방법이 개시되어 있고, 국내등록특허공보 제10-1761074에는 음식물 폐기물에 남아 있는 추출액을 재활용하면서 폐수처리에 유용한 미생물이 다량으로 함유된 고품질의 유기 탄소원을 생성하게 하는 음식물 폐기물을 이용한 사료의 제조방법이 개시되어 있다.
그러나, 상기와 같이 구성된 종래의 기술들은 여전히 음식물류폐기물에서 발생된 음폐수를 처리하기 위해 지나치게 많은 처리 과정을 거쳐야 하고, 처리과정마다 별도의 세부설비를 갖춰야 하는 등으로 설비비용 및 유지비용이 적지않게 소모될 수 있는 문제가 있다.
따라서, 음식물류폐기물의 처리과정에서 발생되는 에너지를 절감하고, 하나의 설비공정에서 고형물과 음폐수를 모두 재활용하여 처리할 수 있는 방법의 개발이 요구된다.
본 발명은 상기 종래기술이 갖는 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 음식물류폐기물이 갖는 고형물과 고농도의 음폐수를 각각의 성상에 맞게 분리하고, 열교환, 유수분리 및 음폐수 가열과정 등을 통해 효과적으로 처리하여 유분을 제외한 나머지 음식물류폐기물을 건조하여 건조물은 건조사료로 재활용하고, 나머지 응축수는 응축수처리공정을 통해 재이용수로 활용하는, 음폐수를 복합공정을 통해 재이용수로 활용하기 위한 처리방법을 제공함에 그 목적이 있다.
또 다른 목적으로는, 음식물류폐기물의 처리과정에서 발생되는 에너지를 절감하고, 부가적으로 회수되는 에너지를 순환 사용할 수 있는 음식물류폐기물의 처리방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 음폐수를 복합공정을 통해 재이용수로 활용하기 위한 처리방법은 수거한 음식물류폐기물을 투입호퍼에 투입하여 일시 저장하는 투입공정과, 상기 투입호퍼에 저장된 음식물류폐기물을 파쇄선별기에서 파쇄하여 협잡물을 선별하는 파쇄 및 선별공정과, 상기 파쇄 및 선별된 음식물류폐기물을 탈수기에서 탈수하여 고형물과 음폐수로 분리하는 탈수공정과, 상기 분리된 음폐수 중 고액분리기에서 고형물을 분리하는 고액분리공정과, 상기 고형물이 제거된 음폐수를 열교환기에서 가열하는 열교환공정과, 상기 가열된 음폐수를 유수분리기에서 비중차를 이용하여 고형물, 유분 및 음폐수로 각각 분리하는 유수분리공정과, 상기 유분이 제거된 음폐수를 음폐수가열기에서 70~90℃로 가열하는 음폐수 가열공정과, 상기 가열된 음폐수에 화학반응조에서 보조제를 투입하는 화학반응공정과, 상기 탈수공정, 고액분리공정 및 유수분리공정을 통해 분리되어 저장호퍼에 저장된 고형물과, 상기 화학반응공정을 통해 처리된 음폐수를 디스크건조기에 투입하고 건조하는 건조공정 및 상기 건조시 발생된 응축수를 냉각, 생물학적 처리, 막분리 및 RO고도처리하는 응축수 처리공정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또, 상기 열교환공정은 상기 고형물이 제거된 음폐수를 50~70℃의 열교환기에서 가열하여, 음폐수의 온도를 50~60℃까지 상승시키는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 유수분리공정은 상기 가열된 음폐수를 유수분리기에서 비중차를 이용하여 3,000~5,000rpm의 속도로 원심분리함으로써, 고형물, 유분 및 음폐수로 각각 분리하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 화학반응공정은 상기 가열된 음폐수 100중량부 당 보조제 0.01~0.05중량부를 투입하되, 상기 보조제로는 알칼리금속화합물 또는 알카리토금속화합물인 것을 특징으로 한다.
또, 상기 건조공정은 상기 탈수공정, 고액분리공정 및 유수분리공정을 통해 분리되어 저장호퍼에 저장된 고형물과, 상기 화학반응공정을 통해 처리된 음폐수를 중량대비 1 : 0.5~1의 비율로 디스크건조기에 투입하고, 상기 디스크건조기의 스팀온도는 135~145℃, 내부온도는 100~120℃가 되도록 유지시키면서 2~3시간 동안 건조하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 음식물류폐기물 중 처리가 어려운 음폐수를 재이용수로 활용하기 위해 유분제거, 음폐수 가열 및 단백질 응고, 화학반응, 결합 및 건조, 응축수처리 등의 공정을 거쳐 고농도 음폐수를 재이용수(냉각수)로 활용할 수 있으며, 부가적으로 회수되는 에너지를 순환하여 사용함에 따라 경제적인 장점이 있다.
특히, 음식물류폐기물의 음폐수에서 유분을 효율적으로 분리하고, 음폐수의 성상을 고려하여 최적의 온도로 가열한 후, 다시 고형물과 함께 건조과정을 거치면서 영양성분을 갖춘 건조사료를 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 이를 통해 BOD 150,000ppm, 총질소(T-N) 5,000~6,000ppm 이상의 음폐수를 BOD 8,000ppm 이하, 총질소(T-N) 30~50ppm으로 생분해가 가능한 정도 수준의 응축수로 처리하고, 냉각, 생물학적 처리, 막분리 및 RO고도처리 등의 응축수 처리공정을 통하여 BOD 5ppm, 총질소(T-N) 10ppm 이하의 최종 재이용수로 활용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 음폐수를 복합공정을 통해 재이용수로 활용하기 위한 처리방법을 개략적으로 도시한 공정흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 음폐수를 복합공정을 통해 재이용수로 활용하기 위한 처리장치를 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 음폐수를 복합공정을 통해 재이용수로 활용하기 위한 응축수처리장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 음폐수를 복합공정을 통해 재이용수로 활용하기 위한 처리장치를 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 음폐수를 복합공정을 통해 재이용수로 활용하기 위한 응축수처리장치를 나타낸 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 음폐수를 복합공정을 통해 재이용수로 활용하기 위한 처리방법을 개략적으로 도시한 공정흐름도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 음폐수를 복합공정을 통해 재이용수로 활용하기 위한 처리장치를 나타낸 구성도이다.
첨부된 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 음폐수를 복합공정을 통해 재이용수로 활용하기 위한 처리방법은 투입공정(S10), 파쇄 및 선별공정(S20), 탈수공정(S30), 고액분리공정(S40), 열교환공정(S50), 유수분리공정(S60), 음폐수 가열공정(S70), 화학반응공정(S80), 건조공정(S90) 및 응축수 처리공정(S100)을 포함하여 이루어진다.
1. 투입공정(S10)
투입공정(S10)은 수거한 음식물류폐기물을 투입호퍼(10)에 투입하여 일시 저장하는 공정이다.
상기 음식물류폐기물은 가정, 음식점 및 단체급식소 등에서 배출되어 수거한 것으로서, 함수율은 80~85%이고, 금속, 돌, 유리, 비닐 등의 협잡물이 소량 포함되어 있다.
상기 투입호퍼(10)의 상부에는 음식물류폐기물이 투입될 때에 개방될 수 있도록 도어(도면부호 미도시)가 설치되어 음식물류폐기물이 외부 오염원에 의해 오염되는 것을 방지하고, 음식물류폐기물에서 발생한 악취가스가 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있도록 한다.
2. 파쇄 및 선별공정(S20)
파쇄 및 선별공정(S20)은 상기 투입호퍼(10)에 저장된 음식물류폐기물을 파쇄선별기(11)에서 파쇄하고 협잡물을 선별하는 공정이다.
더 상세하게는, 상기 투입호퍼(10)에 저장된 음식물류폐기물을 파쇄선별기(11)에서 입자크기가 50mm 이하의 크기로 파쇄함과 동시에, 상기 파쇄선별기(11)의 파쇄과정에서 금속, 돌, 유리 등과 같은 질량이 높은 협잡물들은 원심력에 의해 튀어 오를 때 따로 선별될 수 있다.
상기 저장된 음식물류폐기물의 입자크기를 50mm 이하로 파쇄하는 것은 하기의 건조과정에서 공기와의 마찰을 높이도록 표면적을 증가시키기 위함이다.
3. 탈수공정(S30)
탈수공정(S30)은 상기 파쇄 및 선별된 음식물류폐기물을 탈수기(20)에서 탈수하여 고형물과 음폐수로 분리하는 공정이다.
상기 탈수기(20)로는 원심탈수장치 또는 프레스탈수장치 등이 이용될 수 있다.
상기 탈수과정을 통해 분리된 고형물은 바로 저장호퍼(21)로 이송되어 대기하게 되고, 음폐수는 고액분리기(30)로 이송된다.
4. 고액분리공정(S40)
고액분리공정(S40)은 상기 탈수공정(S30)에서 분리된 음폐수 중 고액분리기(30)에서 고형물을 분리하는 공정이다.
상기 탈수공정(S30)에서 분리된 음폐수에 함유된 고형물은 음식물류폐기물 원투입량의 5~10중량% 정도로 함유되어 있으며, 상기 고액분리과정을 통해 상기 음폐수에 함유된 유분 회수가 더욱 용이해지게 된다.
여기서, 상기 고형물의 분리효율은 음폐수의 수분함량, 고형물 자체의 입경과 비중 및 고액분리기(30)의 회전력과 중력가속도에 의해 결정될 수 있다.
상기 고액분리과정을 통해 분리된 고형물은 저장호퍼(21)로 이송되어 대기하게 된다.
5. 열교환공정(S50)
열교환공정(S50)은 상기 고형물이 분리된 음폐수를 열교환기(40)에서 가열하는 공정이다.
이때, 유분을 분리하기 용이하도록 폐열을 이용하여 열교환기(40)의 온도를 50~70℃로 조정한다. 여기서, 폐열은 하기의 건조과정에서 디스크건조기(80)에 사용한 건조열의 폐열을 사용하는 것으로서 외부공급 에너지를 절감시키는 효과가 있다.
더 상세하게는, 하기의 건조과정에서 디스크건조기(80)에 사용한 건조열의 폐열은 디스크건조기(80) 후단에 설치된 건조배가스 트랩(82)을 통해, 건조시 발생되어진 습증기(고온악취)를 열교환하고, 이때 얻어진 폐열을 통해 열교환기(40)에서 음폐수를 가열하게 된다. 즉, 유분을 분리하여 제거하기 위해 필요한 에너지는 공정 중에서 버려지는 에너지를 회수하여 활용할 수 있게 된다. 이때, 음폐수의 온도는 5~10℃에서 50~60℃로 상승하게 된다.
음폐수의 영양성분은 생화학적 특성이 서로 다른 지방, 단백질, 탄수화물로 이루어져 있으며, 더 상세하게는 지방 15~20중량%, 단백질 20~25중량%, 탄수화물 55~65중량%로 이루어져 있다
일반적으로, 음폐수는 생화학적산소요구량이 COD 150,000mg/L에 달하는 고농도폐수로서, 난분해성 물질로 이루어져 있어 폐수처리가 용이하지 않아 고도처리공법에 적용되어있는 국내 하수종말처리장에서만 일부 처리되는 실정이다. 이에 본 발명에서는 난분해성 물질인 지방, 단백질, 탄수화물의 특성에 맞추어 가열하여 제어함을 통해, 처리가 가능한 생분해성 물질로 바꾸어 재이용수로 사용하도록 한다.
특히, 음식물류폐기물은 고농도의 유기물로서 성상에 따라 차이는 있으나 상당량의 유분을 함유하고 있으므로, 이러한 유분은 폐수처리공정에서 난분해 물질로써 일반적인 폐수처리시설에서는 그 부하를 감당하기 어렵다.
따라서, 유분을 분리하여 따로 처리하기 위해서는 음폐수의 온도를 일정부분 올려주어 지방과 물을 분리하는 방법을 사용할 수 있다. 온도에 따른 유분제거율은 10℃ 이하에서 10%, 20~30℃에서 50~60%, 40℃에서 70%, 50~60℃에서 90%, 90℃일 경우 92%의 제거율을 보인바, 효율적인 가열온도는 50~60℃이다.
만약, 가열하지 않고 유수분리를 수행하게 되면, 음폐수에 잔존하는 잔류지방성질 때문에 응축수의 농도가 올라가게 되고, 지방과 물이 에멀젼 상태로 존재하므로 난분해성 폐수가 되어 폐수처리가 안되므로 재사용이 어려워진다. 또한, 고형물과 음폐수의 층 분리현상이 발생하여 혼합 및 건조가 원활하게 이루어지지 않으므로 필수적으로 유분을 분리하여야 한다.
6. 유수분리공정(S60)
유수분리공정(S60)은 상기 가열된 음폐수를 유수분리기(50)에서 비중차를 이용하여 고형물, 유분 및 음폐수로 각각 분리하는 공정이다.
더 상세하게는, 상기 가열된 음폐수를 유수분리기(50)에서 비중차를 이용하여 3,000~5,000rpm의 속도로 원심분리함으로써, 고형물, 유분 및 음폐수로 각각 분리되게 된다.
여기서, 상기 가열된 음폐수를 유수분리기(50)에서 비중차를 이용하여 3,000~5,000rpm의 속도로 원심분리하는 것은, 유분의 점도를 낮춤과 동시에 원심분리의 속도를 통해 분리효율이 더욱 상승되게 하기 위함이다.
이때, 상기 분리된 유분은 동,식물성 지방으로서, 총음폐수량의 4~5중량%가 회수되어 가열 및 정제과정을 거쳐 발전소에 보조연료로 사용된다.
그리고, 상기 분리된 고형물은 저장호퍼(21)로 이송되어 대기하게 된다.
또한, 상기 유수분리과정을 통해 고형물과 유분이 분리된 음폐수는 일반적으로 자체 처리장을 설치하여 처리하거나, 하수종말처리장 등으로 위탁하여 처리해야하므로 추가공정에 따른 많은 비용이 발생하게 된다.
본 발명에서는 상기 유수분리과정을 통해 유분이 제거된 음폐수를 고형물과 혼합하여 사료로 재활용되도록 한다. 이를 위해, 상기 유분이 제거된 음폐수의 성상을 고려하여 최적의 온도로 가열하는 과정이 필수적으로 수행되어야 한다.
7. 음폐수 가열공정(S70)
음폐수 가열공정(S70)은 상기 고형물 및 유분이 분리된 음폐수를 음폐수가열기(60)에서 70~90℃로 가열하는 공정이다.
상기 고형물 및 유분이 분리된 음폐수를 음폐수가열기(60)에서 70~90℃로 가열함으로써, 음폐수를 이루는 주성분인 단백질 성분을 응고시키고, 결정질화된 녹말(탄수화물)을 비결정질화로 전환하게 되어, 기존 고형물과 혼합시에 전위성이 향상되어 물의 이동이 빠르고, 열전단율도 좋아져 건조효율을 높일 수 있다.
부연하면, 단백질은 유분(지방)과 마찬가지로 난분해물질로서, 일반적인 폐수처리시설에서는 처리가 곤란하다. 따라서, 본 발명에서는 단백질 성분을 물과 분리하기 위해 단백질의 응고점(60~70℃)까지 가열하여 하기의 건조공정(S90)에 투입하기 위하여, 음폐수가열기(60)에서 70~90℃로 가열함으로써 단백질을 충분히 응고시킬 수 있다.
또한, 음폐수를 이루는 주성분인 녹말(탄수화물)은 국내 음식물류폐기물의 대부분을 차지하는 곡물류, 식물의 종자나 뿌리 등에 많이 포함된 성분으로서, 많은 수의 포도당 단위체들이 글리코사이드 결합으로 연결된 중합체 탄수화물이다. 음폐수는 온도가 낮아 상온에서 결정질화되어 있는 녹말성분을 통해 탈수가 되지 않고 다른 결정체들과 결합이 안되는 단점 때문에 역시 처리가 곤란하다. 따라서, 본 발명에서는 음폐수를 70~90℃로 가열함으로써 결정질화된 녹말(탄수화물)을 비결정질화로 전환시킬 수 있다.
만약, 상기 유분이 제거된 음폐수를 가열하는 과정을 수행하지 않거나, 상기의 온도 미만으로 가열하게 되면, 기존 고형물과 층분리가 일어나 디스크건조기(80) 내부로 음폐수가 흐르게 되고, 디스크건조기(80) 후단까지 음폐수가 밀려 들어와 건조가 원활하게 진행되지 않아 바람직하지 못하다.
또한, 비결정질화된 녹말성분은 고형물과 음폐수의 결합을 유도하는 응집제 역할을 수행하여 원활한 혼합건조가 되고, 건조시 단백질과 탄수화물은 고품질의 건조사료로 공급될 수 있다.
8. 화학반응공정(S80)
화학반응공정(S80)은 상기 가열된 음폐수에 화학반응조(70)에서 보조제를 투입하는 공정이다.
음식물류폐기물은 산발효에 의해 pH 3.0~4.0 정도를 유지하고 있다. 따라서, 산성의 음폐수는 고형물과의 혼합이 원활하게 이루어지지 않아 하기에서 건조공정을 원활하게 수행할 수 없게 된다.
본 발명에서는 상기 가열된 음폐수에 보조제를 투입함으로써, 상기 가열된 음폐수가 응집제 역할을 하여 고형물과 서로 원활하게 응집되고, 수분확산을 높일 수 있도록 도와주어 건조가 용이하고, 건조시 발생되는 응축수의 수질을 수처리가 가능한 상태(BOD 8,000ppm 이하)로 배출될 수 있게 된다.
여기서, 상기 보조제로는 알칼리금속화합물 또는 알카리토금속화합물일 수 있다.
바람직하게는, 알칼리금속화합물은 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)일 수 있으며, 알칼리토금속화합물은 산화마그네슘(MgO), 산화칼슘(CaO)및 탄산칼슘(CaCO3)일 수 있다.
또한, 상기 보조제의 투입량은 음폐수의 산성정도에 따라 달라질 수 있으나, 바람직하게는, 상기 가열된 음폐수 100중량부 당 보조제 0.01~0.05중량부를 투입하는 것이다.
따라서, 산성의 음폐수에 알칼리금속화합물 또는 알카리토금속화합물을 첨가함으로써, 해체, 확산, 분해작용을 통해, 별도 혼합장치를 구성하지 않아도 고형물과 혼합이 잘 이루어지도록 성분을 조절할 수 있게 되고, 바로 디스크건조기(80)에 투입할 수 있게 된다.
만약, 상기 유수분리공정(S60), 음폐수 가열공정(S70) 및 화학반응공정(S80)을 수행하지 아니할 경우에는 음폐수와 고형물의 혼합이 원활하게 이루어지지 않아 음폐수가 디스크건조기(80) 하단의 바닥으로 흘러 디스크건조기(80) 후단까지 밀려 들어와 건조가 제대로 이루어지지 않을 뿐만 아니라, 건조시 발생한 응축수에는 다량의 유분과 탄수화물을 함유하게 되어 폐수처리도 곤란하게 된다.
9. 건조공정(S90)
건조공정(S90)는 상기 탈수공정(S30), 고액분리공정(S40) 및 유수분리공정(S60)을 통해 분리되어 저장호퍼(21)에 저장된 고형물과, 상기 화학반응공정(S80)을 통해 처리된 음폐수를 디스크건조기(80)에 투입하고 건조하는 공정이다.
더 상세하게는, 상기 탈수공정(S30), 고액분리공정(S40) 및 유수분리공정(S60)을 통해 분리되어 저장호퍼(21)에 저장된 고형물과 상기 화학반응공정(S80)을 통해 처리된 음폐수를 중량대비 1 : 0.5~1의 비율로 디스크건조기(80)에 투입하고, 상기 디스크건조기(80)의 스팀온도를 135~145℃, 내부온도를 100~120℃가 되도록 유지시키면서 2~3시간 동안 건조하여 건조물의 함수율이 10~12%가 되도록 건조한다.
이때, 건조시 발생되는 응축수는 물과 분진이 대부분을 차지하므로, 건조기 후단에 설치된 습식집진기(81)를 통해 분진을 제거하고 순수 응축수만 응축하여 응축수처리공정을 통해 재이용수로 활용하게 된다.
상기 탈수공정(S30), 고액분리공정(S40) 및 유수분리공정(S60)을 통해 분리되어 저장호퍼(21)에 저장된 고형물과 상기 화학반응공정(S80)을 통해 처리된 음폐수를 중량대비 1 : 0.5~1의 비율로 혼합하는 것은 고형물과 음폐수가 분리되지 않음과 동시에 고형물의 영양성분과 함께 음폐수의 영양성분이 고르게 혼합되어 사료의 주요 영양원으로 사용되도록 할 뿐만 아니라, BOD 8,000ppm 이하인 생분해가 가능한 정도 수준의 응축수가 배출되도록 하기 위함이다.
그리고 만약, 상기 디스크건조기(80)의 내부온도가 100℃ 미만의 온도에서 건조할 경우에는 건조된 건조물이 원하는 함수율로 건조되지 않을 수 있으며, 120℃를 초과한 온도에서 건조할 경우에는 필요 이상의 고온건조로 인하여 비경제적이다.
여기서, 디스크건조기(80)는 전열면적이 넓은 디스크판을 이용하여 드럼의 내부에서 빠르게 회전하여 내용물을 교반시킴과 동시에 스팀을 공급하여 건조하는 디스크 건조기(80)이다. 상기와 같은 특징을 갖는 디스크건조기(80)에 상기 화학반응공정(S80)을 거치지 않은 음폐수를 그대로 투입하여 건조를 진행하게 되면, 디스크건조기(80)의 디스크판에 막이 생기게 되어 건조효율이 떨어질 뿐만 아니라, 고형물과 음폐수의 층분리가 일어나 건조가 원활하게 진행되지 않는다.
본 발명에서는 상기 화학반응공정(S80)을 통해 음폐수에 보조제가 투입됨으로써, 가열된 음폐수가 응집제 역할을 하여 고형물과 서로 원활하게 응집되고 수분확산을 높일 수 있게 되어 고형물과 음폐수의 층분리가 일어나지 않고, 디스크건조기(80)의 디스크판에 막이 형성되지 않아 건조가 원활하게 진행되어 건조시 발생되는 응축수의 수질을 수처리가 가능한 상태(BOD 8,000ppm 이하)로 배출할 수 있게 된다.
또한, 음식물류폐기물은 계절별 성상이 크게 다르기 때문에 특히, 여름과 겨울에는 탈수공정을 시행할 경우 음폐수 발생량 및 음식물류폐기물의 함수율이 크게 달라진다. 그러나, 본 발명은 고형물과 음폐수를 정확한 혼합비율로 혼합하여 건조공정을 시행함에 따라 계절과 상관없이 일정한 함수율을 갖는 음식물류폐기물을 디스크건조기(80)에 투입할 수 있는 장점이 있다.
특히, 디스크 건조기의 건조구조를 보면 크게 투입구간-점성구간-건조구간으로 나뉘는데, 수분함수율에 따라 점성구간이 변함으로써 건조효율이 달라진다. 상기 점성구간을 조절하기 위해 디스크 판에 패들 및 스크래퍼가 고정되어 있어서 건조되기 전의 함수율이 일정해야만 건조효율을 높일 수 있는 것으로, 본 발명과 같이 일정한 함수율을 갖는 음식물류폐기물을 공급하여 건조시 점성구간을 계절에 상관없이 일정하게 유지시켜 효율을 극대화할 수 있다.
여기서, 일반적으로 음식물류폐기물의 점성이 커져 덩어리 현상을 갖추게 되는 함수율 40~60%를 갖는 구간을 점성구간(Glue Zone)이라고 한다.
건조 이후, 건조된 건조물을 냉각선별기(90)에서 냉각 및 협잡물을 선별하고, 자력선별기(91)에서 금속 협잡물을 선별한 후, 포장하는 공정을 거쳐 유통되게 된다.
냉각선별기(90)는 고온으로 배출되는 건조물을 냉각하고, 이물질을 선별하는 역할을 한다. 냉각선별기(90)는 내부의 냉각판, 선별 스크린이 부착된 회전 드럼 및 가스를 배기하는 사이드프레임으로 크게 나뉘고, 건조물이 들어가는 드럼의 내부에 일정한 간격으로 냉각판이 배열되어 있다. 또한, 드럼 후단에 설치된 선별 스크린을 통해 비닐, 플라스틱 등의 이물질은 선별되고, 이후 건조물은 하부로 배출된다.
이후, 냉각선별기(90)에서 배출되는 건조물은 자력선별기(91)로 유입된다. 자력선별기(91)를 통해 건조물 중에 포함된 각종 금속이 선별 제거되고, 자력선별기(91)에서 배출되는 건조물은 다시 분쇄기(92)로 유입되어 최종적으로 분쇄되고, 사료화 공정을 거쳐 포장되어 유통된다.
따라서, 선별 및 포장과정을 통해, 상기 건조공정에서 고온으로 상승이 된 건조물의 온도를 낮추어줌과 동시에 잔존하는 비닐, 플라스틱, 금속 등의 협잡물을 선별하고 양질의 사료를 제공할 수 있게 된다.
그리고, 상기 건조된 건조물이 건조되는 과정에서 발생된 악취 및 습가스는 악취탈취로(도면부호 미표시)로 포집되어 연소되고, 건조시 증발되어 생성된 습증기(스팀)는 응축수탱크(도면부호 미표시)를 통하여 공정 중에 냉각수로 재사용되게 된다.
10. 응축수 처리공정(S100)
응축수 처리공정(S100)은 상기 건조시 발생된 응축수를 냉각, 생물학적 처리, 막분리 및 RO고도처리하는 공정이다.
부연하면, 상기 건조된 응축수 수질은 BOD 8,000ppm 이하로 생분해가 가능한 정도의 수준으로서, 냉각, 생물학적 처리, 막분리 및 RO고도처리 등을 통하여 BOD 5ppm 이하의 최종 재이용수로 활용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 음폐수를 복합공정을 통해 재이용수로 활용하기 위한 응축수처리장치(100)를 나타낸 구성도이다.
첨부된 도 3을 참조하면, 상기 건조시 발생된 응축수는 60℃ 이상의 온도로 유지되고 있어서, 응축수처리장치(100) 중 냉각장치(101)를 통해 냉각을 시킨 후, 균질화조(101), 오존반응조(102), 활성탄반응조(103), pH조정조(104), 응집조(105), 혼화조(106), 가압부상조(107), 슬러지저류조(108), 유량조정조(109), 생물반응공정조(110), 막분리조(111), 활성탄흡착조(112) 및 RO고도처리조(113) 등을 거쳐 BOD 5ppm 이하로 되어, 최종 재이용수로 재활용될 수 있게 된다.
본 발명의 음폐수를 복합공정을 통해 재이용수로 활용하기 위한 처리방법을 통한 음폐수, 응축수(유분제거, 음폐수 가열 및 단백질 응고, 화학반응, 결합 및 건조과정을 통해 처리됨), 재이용수(냉각, 생물학적 처리, 막분리 및 RO고도처리됨)의 BOD 및 총질소(T-N)의 제거효율을 살펴보기로 한다. 그 결과는 표 1에 나타내었다.
|
|
BOD(ppm) |
총질소(T-N)(ppm) |
| 음폐수 |
150,000(ppm) |
5000~6000(ppm) |
| 응축수 |
8,000(ppm) |
30~50(ppm) |
| 재이용수 |
5(ppm) |
10(ppm) |
| 제거율 |
99% 이상 |
99% 이상 |
표 1에 나타난 바와 같이, 음식물류폐기물 중 처리가 어려운 음폐수를 재이용수로 활용하기 위해 유분제거, 음폐수 가열 및 단백질 응고, 화학반응, 결합 및 건조과정을 통해 BOD 150,000ppm, 총질소(T-N) 5,000~6,000ppm의 음폐수를 BOD 8,000ppm 이하, 총질소(T-N) 30~50ppm으로 생분해가 가능한 정도 수준의 응축수로 처리하고, 냉각, 생물학적 처리, 막분리 및 RO고도처리 등의 응축수 처리공정을 통하여 BOD 5ppm, 총질소(T-N) 10ppm 이하의 최종 재이용수로 활용할 수 있는 효과가 있다.
위에서는 설명의 편의를 위해 바람직한 실시예를 도시한 도면과 도면에 나타난 구성에 도면부호와 명칭을 부여하여 설명하였으나, 이는 본 발명에 따른 하나의 실시예로 도면상에 나타난 형상과 부여된 명칭에 국한되어 그 권리범위가 해석되어서는 안 될 것이며, 발명의 설명으로부터 예측 가능한 다양한 형상으로의 변경과 동일한 작용을 하는 구성으로의 단순 치환은 통상의 기술자가 쉽게 실시하기 위해 변경 가능한 범위 내에 있음은 지극히 자명하다고 볼 것이다.
10 : 투입호퍼 11 : 파쇄선별기
20 : 탈수기 21 : 저장호퍼
30 : 고액분리기 40 : 열교환기
50 : 유수분리기 60 : 음폐수가열기
70 : 화학반응조 80 : 디스크건조기
81 : 습식집진기 82 : 건조배가스 트랩
90 : 냉각선별기 91 : 자력선별기
92 : 분쇄기 100 : 응축수 처리장치
101 : 균질화조 102 : 오존반응조
103 : 활성탄반응조 104 : pH조정조
105 : 응집조 106 : 혼화조
107 : 가압부상조 108 : 슬러지저류조
109 : 유량조정조 110 : 생물반응공정조
111 : 막분리조 112 : 활성탄흡착조
113 : RO고도처리조
20 : 탈수기 21 : 저장호퍼
30 : 고액분리기 40 : 열교환기
50 : 유수분리기 60 : 음폐수가열기
70 : 화학반응조 80 : 디스크건조기
81 : 습식집진기 82 : 건조배가스 트랩
90 : 냉각선별기 91 : 자력선별기
92 : 분쇄기 100 : 응축수 처리장치
101 : 균질화조 102 : 오존반응조
103 : 활성탄반응조 104 : pH조정조
105 : 응집조 106 : 혼화조
107 : 가압부상조 108 : 슬러지저류조
109 : 유량조정조 110 : 생물반응공정조
111 : 막분리조 112 : 활성탄흡착조
113 : RO고도처리조
Claims (5)
- 수거한 음식물류폐기물을 투입호퍼(10)에 투입하여 일시 저장하는 투입공정(S10);
상기 투입호퍼(10)에 저장된 음식물류폐기물을 파쇄선별기(11)에서 파쇄하여 협잡물을 선별하는 파쇄 및 선별공정(S20);
상기 파쇄 및 선별된 음식물류폐기물을 탈수기(20)에서 탈수하여 고형물과 음폐수로 분리하는 탈수공정(S30);
상기 분리된 음폐수 중 고액분리기(30)에서 고형물을 분리하는 고액분리공정(S40);
상기 고형물이 제거된 음폐수를 열교환기(40)에서 가열하는 열교환공정(S50);
상기 가열된 음폐수를 유수분리기(50)에서 비중차를 이용하여 고형물, 유분 및 음폐수로 각각 분리하는 유수분리공정(S60);
음폐수를 이루는 주성분인 단백질 성분을 응고시키고, 결정질화된 녹말을 비결정질화되도록, 상기 유분이 제거된 음폐수를 음폐수가열기(60)에서 70~90℃로 가열하는 음폐수 가열공정(S70);
상기 가열된 음폐수에 화학반응조(70)에서 보조제를 투입하는 화학반응공정(S80);
상기 탈수공정(S30), 고액분리공정(S40) 및 유수분리공정(S60)을 통해 분리되어 저장호퍼(21)에 저장된 고형물과, 상기 화학반응공정(S80)을 통해 처리된 음폐수를 디스크건조기(80)에 투입하고 건조하는 건조공정(S90); 및
상기 건조시 발생된 응축수를 냉각, 생물학적 처리, 막분리 및 RO고도처리하는 응축수 처리공정(S100);
을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 음폐수를 복합공정을 통해 재이용수로 활용하기 위한 처리방법.
- 제1항에 있어서,
상기 열교환공정(S50)은,
상기 고형물이 제거된 음폐수를 50~70℃의 열교환기(40)에서 가열하여, 음폐수의 온도를 50~60℃까지 상승시키는 것을 특징으로 하는 음폐수를 복합공정을 통해 재이용수로 활용하기 위한 처리방법.
- 제1항에 있어서,
상기 유수분리공정(S60)은,
상기 가열된 음폐수를 유수분리기(50)에서 비중차를 이용하여 3,000~5,000rpm의 속도로 원심분리함으로써, 고형물, 유분 및 음폐수로 각각 분리하는 것을 특징으로 하는 음폐수를 복합공정을 통해 재이용수로 활용하기 위한 처리방법.
- 제1항에 있어서,
상기 화학반응공정(S80)은,
상기 가열된 음폐수 100중량부 당 보조제 0.01~0.05중량부를 투입하되,
상기 보조제로는 알칼리금속화합물 또는 알카리토금속화합물인 것을 특징으로 하는 음폐수를 복합공정을 통해 재이용수로 활용하기 위한 처리방법.
- 제1항에 있어서,
상기 건조공정(S90)은,
상기 탈수공정(S30), 고액분리공정(S40) 및 유수분리공정(S60)을 통해 분리되어 저장호퍼(21)에 저장된 고형물과, 상기 화학반응공정(S80)을 통해 처리된 음폐수를 중량대비 1 : 0.5~1의 비율로 디스크건조기(80)에 투입하고, 상기 디스크건조기(80)의 스팀온도는 135~145℃, 내부온도는 100~120℃가 되도록 유지시키면서 2~3시간 동안 건조하는 것을 특징으로 하는 음폐수를 복합공정을 통해 재이용수로 활용하기 위한 처리방법.
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| KR1020210051171A KR102327703B1 (ko) | 2021-04-20 | 2021-04-20 | 음폐수를 복합공정을 통해 재이용수로 활용하기 위한 처리방법 |
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- 2021-04-20 KR KR1020210051171A patent/KR102327703B1/ko active Active
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