KR20010046705A

KR20010046705A - 음식물쓰레기와 하수슬러지의 병합처리 방법

Info

Publication number: KR20010046705A
Application number: KR1019990050585A
Authority: KR
Inventors: 이응택
Original assignee: 장기훈; 주식회사 제오텍; 최창락
Priority date: 1999-11-15
Filing date: 1999-11-15
Publication date: 2001-06-15
Also published as: KR100354968B1

Abstract

본 발명은 음식물쓰레기와 하수슬러지를 혐기소화하여 병합처리함으로써 미생물 반응과정 이송중에 기계적인 문제점을 최소화하고 유기물질을 균질화하여 반응조건을 일정하게 유지하는 등 효율적인 처리가 이루어지도록 한 음식물쓰레기와 하수슬러지의 병합처리 방법에 관한 것이다.

본 발명은 다양한 물질로 혼합된 음식물쓰레기를 하나의 시스템에 의해 각각의 종류별로 분리처리하고, 여기서 분리된 유기물질은 가수분해조에서 일정량의 수산화나트륨을 공급해 주면서 강알칼리상태를 유지시켜 가수분해을 촉진시키며, 산발효조에서 이미 가수분해된 유기물질을 미생물이 유기산으로 전환시키도록 하며, 혐기소화조에서 하수슬러지를 혼입시켜 그 하수슬러지와 이미 유기산으로 전환된 음식물쓰레기 대부분을 메탄발효균에 의해 메탄가스와 이산화탄소로 전환시키도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

음식물쓰레기와 하수슬러지의 병합처리 방법{Annexation disposal method of food waste and sewage}

음식물쓰레기는 거의 대부분이 유기물질이므로 매립처분시 침출수와 지반의 안정화에 문제점을 안고 있다. 따라서 음식물쓰레기를 처리하기 위한 기존의 방법에는 크게 퇴비화, 사료화, 건조나 탈수를 통한 감량화 등으로 나눌수 있는데 상기 퇴비화하는 방안은 아직까지 수요자의 거부감이 있을 뿐만 아니라 상당기간 이 퇴비를 사용하였을 때 퇴비중의 염분이 토양에 미치는 효과가 검중되지 않은 추세이다.

또한 사료화하는 방안은 사전에 분리작업을 철저히 하여야 하지만 최근에 음식물쓰레기로 만든 사료 역시 가축에게 좋은 먹이가 될 수 없음이 밝혀진바 있다.

또한 건조나 탈수는 감량화하는 방법이 될 수 있으나 분해가능한 유기물의 최종적인 처리방법이 아니다.

한편 하수슬러지의 일반적인 특성을 살펴보면 유기물 함량이 적어 혐기소화 후에도 유기물의 소화율이 그다지 높지 않음이 밝혀졌다. 따라서 음식물쓰레기와 하수슬러지를 비롯한 기존의 유기성 폐기물 처리방법에 대한 거부감이 없을 뿐만 아니라 경제적으로 처리할 수 있는 방법이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 음식물쓰레기와 하수슬러지를 혐기소화하여 병합처리함으로써 미생물 반응과정 이송중에 기계적인 문제점을 최소화하고 유기물질을 균질화하여 반응조건을 일정하게 유지하는 등 효율적인 처리가 이루어지도록 한 음식물쓰레기와 하수슬러지의 병합처리 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 음식물쓰레기와 하수슬러지의 병합처리 방법은, 다양한 물질로 혼합된 음식물쓰레기를 하나의 시스템에 의해 각각의 종류별로 분리처리하고, 여기서 분리된 유기물질은 가수분해조에서 일정량의 수산화나트륨을 공급해 주어 강알칼리상태를 유지시켜 가수분해을 촉진시키며, 산발효조에서 이미 가수분해된 유기물질을 미생물이 유기산으로 전환시키도록 하며, 혐기소화조에서 하수슬러지를 혼입시켜 그 하수슬러지와 이미 유기산으로 전환된 음식물쓰레기 대부분을 메탄발효균에 의해 메탄가스와 이산화탄소로 전화시키도록 하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 음식물쓰레기의 전처리공정을 설명하는 계통도,

도 2는 음식물쓰레기의 전처리공정을 수행하기 위한 장치의 구성도,

도 3은 음식물쓰레기의 전처리장치를 구성하는 선별분쇄기의 요부 사시도,

도 4는 음식물쓰레기의 전처리장치를 구성하는 사이클론의 단면 구성도,

도 5는 본 발명의 구성이 연계된 전체적인 처리계통도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 선별분쇄기 11: 쇠붙이배출구

12: 음식물배출구 13: 와류발생편

14: 오물배출구 15: 수용통

16: 커터 17: 배출구멍

18:커터회전체 19: 용수공급관

20: 비닐수거기 21: 인출기

22: 파쇄기 30: 자동선별기

31: 커터회전체 32: 드럼스크린

32a: 구멍 33: 스크류

34,41: 세정수공급관 40: 쇠붙이 저장박스

50: 사이클론 51: 인입구

52: 인출구 53: 몸체

54,56: 게이트 55: 수용통

60: 농축조 70: 가수분해조

71: 산발효조 72: 혐기소화조

73: NaOH탱크

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 음식물쓰레기의 전처리공정을 설명하는 계통도, 도 2는 음식물쓰레기의 전처리공정을 수행하기 위한 장치의 구성도, 도 3은 음식물쓰레기의 전처리장치를 구성하는 선별분쇄기의 요부 사시도, 도 4는 음식물쓰레기의 전처리장치를 구성하는 사이클론의 단면 구성도, 도 5는 본 발명의 구성이 연계된 전체적인 처리계통도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 음식물쓰레기와 하수슬러지의 병합처리 방법은, 음식물쓰레기를 처리하는 단계와 여기서 분리된 유기물질을 하수슬러지와 병합시켜 처리시키는 단계로 대별된다.

음식물쓰레기의 처리시스템은 본 출원인이 선출원한 특허출원 제98-11183호에 제안된 시스템과 대동소이한 바 이를 근거로 다시 한 번 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 4가 이를 설명하기 위한 도면으로 본 발명의 음식물쓰레기 처리시스템은 도 2에서와 같이 수거 및 이송된 음식물쓰레기가 적정량씩 투입되어 용수를 공급받아 회전혼합시키는 호퍼형태의 선별분쇄기(10)와, 상기 선별분쇄기에 투입된 협잡물중에서 비닐종류와 같은 협잡물을 외곽의 장치로서 분리시키는 비닐수거기(20)와, 상기 선별분쇄기(10)와 연결되어 비교적 작은 크기의 가벼운 비중물을 분리처리되도록 드럼스크린을 포함한 자동선별기(30)와, 상기 선별분쇄기(10)와 연결되어 쇠붙이 등의 비교적 큰 비중을 가진 협잡물을 분리시키는 쇠붙이의 저장박스(40)와, 상기 선별분쇄기(10)와 연결되어 유기물을 분리처리시키는 사이클론(50)으로 대별된다.

상기 선별분쇄기(10)는 하단 일측에 쇠붙이배출구(11)와 음식물배출구(12)가 형성되고 내벽에 와류발생편(13)과 외벽 일측에 내부와 연통된 가벼운 비중물의 배출구(14)가 설치된 수용통(15)과, 다수의 커터(16)가 원주방향으로 설치되고 다수의 배출구멍(17)이 형성되어 상기 수용통(15)의 하부에서 내부 바닥면으로 관통설치되고 모터(M)에 의해 회전되는 커터회전체(18) 및 상기 수용통(15)에 용수를 공급하는 용수공급관(19)을 포함한다.

상기 비닐수거기(20)는 선별분쇄기(10)의 외부에 이격설치되는 것으로서 인출기(21)와 인출된 비닐 등을 파쇄시키는 파쇄기(22)를 포함한다.

상기 자동선별기(30)는 선별분쇄기(10)에 설치된 가벼운 비중물의 배출구(14)에 연결된 것으로서, 선별분쇄기에 설치된 커터회전체(18)의 구성과 동일한 또 다른 커터회전체(31)가 내부에 설치되고 이와 함께 용수를 적절히 공급할 수 있도록 전동밸브(35a)가 설치된다.

또한 상기 자동선별기(30)에는 전동밸브(36a)를 구비한 연결관(36)을 통해 연결된 것으로서 다수의 구멍(32a)이 형성되어 회전하는 드럼스크린(32), 스크류(33)와 세정수공급관(34)이 구성되고, 상기 자동선별기(30)의 후단으로는 전동밸브(37a)를 구비한 회수관(37)이 설치되어 함께 섞여있는 소량의 음식물쓰레기를 회수한다.

상기 쇠붙이의 저장박스(40)는 선별분쇄기(10)의 하단에 형성된 쇠붙이배출구(11)와 연결되고, 상기 저장박스(40)에는 전동밸브(42a)(42b)가 상하단으로 설치되며, 전동밸브(41a)를 구비한 세정수공급관(41)이 연결된다.

상기 사이클론(50)는 도 4에 도시된 바와 같이 선별분쇄기(10)의 하단에 형성된 분쇄된 음식물쓰레기 배출구(12)에 연결된 것으로서, 상단에 인입구(51)와 인출구(52)가 형성되고 하단에 전동밸브(56a)로 작동되는 게이트(56)가 설치된 몸체(53)와, 상기 몸체의 하방으로 연결되고 하단에 전동밸브(54a)로 작동되는 게이트(54)와 상부벽에 전동밸브(57a)로 작동되는 용수공급관(57)이 설치된 이물질수용통(55)과, 상기 배출구(12)와 사이클론(50)를 연결하는 연결관에 설치되는 펌프(58)를 포함한다.

이 때 상기 인입구(51)의 방향은 몸체(53)의 중심을 벗어나 몸체의 내주벽으로 향하도록 설치된다.

한편, 상기 사이클론(50)에는 분리 및 분쇄된 음식물쓰레기를 적절한 수분함량을 가질 수 있도록 농축조(60)를 연결하거나 혹은 상기 농축조(60)를 거치지 않고 바로 후속공정인 산발효공정으로 연결될 수 있다.

상기와 같은 구성으로 도 1에서와 같이 차량 등으로 실려온 음식물쓰레기는 저장호퍼-자동투입기-이송콘베어를 거쳐 선별분쇄기(10)의 수용통(15)에 투입되어짐과 함께 용수공급관(19)을 통해 용수가 공급되고, 모터(M)를 가동시키게 되면 커터회전체(18)의 회전에 의해 수용통(15)내의 음식물쓰레기는 수용통(15)의 내벽에 형성된 와류발생편(13)과 커터회전체(18)의 상면에 설치된 커터(16)들의 작용으로 회류를 일으키며 회전하게 된다.

즉, 선별분쇄기(10)를 통해 스치로폴이나 비닐 등의 비교적 가벼운 협잡물과, 음식물이나 쇠붙이 및 모래 등의 비교적 무거운 협잡물이 분리되고, 특히 음식물쓰레기는 분쇄기(10)의 수용통(15)에서 회전하면서 가라앉은 음식물은 커터회전체(18)의 커터(16)에 의해 분쇄되면서 상기 커터의 바닥면에 형성된 다수의 배출구멍(17)을 통과하게 되고, 통과된 음식물은 다시 음식물배출구(12)를 통해 사이클론(50)에 수용된다.

즉, 인입구(51)를 통해 몸체(53)의 내벽으로 부딪쳐지는 상태로 들어온 음식물은 몸체(53)내에서 회류를 일으키며 회전하게 되고, 이 때 음식물에 포함된 무거운 물체는 몸체 내벽을 타고 회전하면서 내려와 하방의 수용통(55)에 쌓이게 되고, 비교적 가벼운 물과 음식물은 회전하면서 떠 올라 인출구(52)를 통해 빠져나가게 된다.

따라서 상기 인출구(52)를 통해 빠져나가는 음식물에는 거의 이물질이 섞이지 않은 순수 음식물인 유기물질로 되어진 것이다.

한편, 인출구(52)를 통해 빠져나간 순수 음식물은 다음 공정인 농축조(60)에 수용되어 농축될 수 있으나, 그렇지 않을 경우에는 본 발명의 핵심구성인 산발효공정을 거치게 된다.

산발효공정은 도 5에 도시된 바와 같이 사이클론(50) 또는 농축조(60)와 연결된 가수분해조(70)와, 산발효조(71)와, 혐기소화조(72), 및 상기 가수분해조(70)와 산발효조(71)와 연결된 수산화나트륨탱크(73)를 포함하며, 상기 혐기소화조(72)에는 하수슬러지가 혼입될 수 있도록 되어 있다.

이러한 구성으로 이물질분리, 파쇄 및 분쇄된 음식물쓰레기는 상기 산발효공정에 이르러 생물학적으로 분해되면서 하수슬러지와 함께 재처리된다.

혐기성 반응은 생물학적으로 분해가능한 유기물이 산소가 없는 상태에서 이산화탄소(CO₂)와 메탄가스(CH₄)로 분해되는 과정이라 하지만 실제로는 유기물의 종류에 따라 반응의 경로 및 미생물이 정확히 규명되지 않은 복잡한 반응이다.

대개 혐기성 분해반응은 가수분해단계, 산생성단계, 메탄생성단계로 분류되지만 가수분해단계를 산생성단게에 포함시켜 산생성단계와 메탄생성단게의 두가지 과정으로 나누기도 한다. 그리고 실제로 이 모든 혐기성반응을 한 반응조에서 완결시키는 단상 혐기조와, 산생성성반응 이후에 메탄생성을 일으키는 2상 혐기성 반응조는 많이 보편화되어 사용되고 있는 실정이다.

상기 산생성단계는 유기물질 ＋ H₂O → 유기산(Acetate, Propionate, Butyrate, etc)로 나타낼 수 있고, 메탄생성단계는 유기산(Acetate, Propionate, Butyrae, etc) ＋ H₂→ CO₂＋CH₄로 나타낼 수 있으며, 위의 두 단계반응을 C_nHaOb + (n - a/4 - b/2)H₂O → (n/2 - a/8 + b/4)CO_{2 + (}n/2 + a/8 - b/4)CH₄와 같이 하나의 식으로 나타낼 수 있다.

위의 두 단계 반응을 한 반응조내에서 혐기소화시킬 때 첫 단계인 산생성시 중간 생성물인 휘발서 유기산(Volatile Fatty Acids)의 생성으로 pH가 떨어지면서 메탄생성균의 활동에 저해작용을 일으킨다.

대개 산생성균의 활동에 적합한 pH는 5.0~6.5, 메탄생성균은 6.8~7.2정도로 알려져 있다. 미생물의 활성을 적절히 유지하기 위한 알칼리도는 2,000mg/L(as CaCO₃)이상이 되는 것이 바람직하다.

그러나 산생성단계중 가수분해과정은 여러 미생물이 분비하는 체외효소(Extracellular Enzymes)에 의해 고분자물질이 저분자물질로 가수분해되는 과정으로서 전체 혐기성 반응의 율속단계(Rate-Limiting Step)로 알려져 있다.

따라서 본 발명에서는 산생성단계를 가수분해과정과 산생성과정으로 분리하여 반응시킴으로써 혐기성 분해과정을 보다 빠른 시간에 보다 안정적으로 처리할 수 있을 것이다.

즉, 본 발명은 도 5에서와 같이 가수분해와 산발효과정을 거쳐 하수슬러지와 함께 혐기소화조에서 메탄생성반응을 일으키게 된다.

상기 가수분해조(70)는 선별, 파쇄, 분쇄된 음식물쓰레기의 유기물이 유입되는데 이 때 수산화나트륨탱크(73)로 부터 일정량의 수산화나트륨이 공급되어져 강알칼리 상태를 유지시키면서 가수분해과정을 촉진시키게 된다.

이 때 반응조내의 pH는 11이상, 온도는 35℃이상을 유지하도록 하며 필요반응시간은 0.5~2일 정도로 유지한다.

상기 산발효조(71)에서는 이미 가수분해된 유기물질을 미생물이 유기산으로 전환시키게 된다. 이 과정에서 반응조내의 pH는 급격히 떨어지므로 가수분해조(70)에 이미 공급된 NaOH가 산발효조(71)의 pH저하현상을 방지하며 또한 산발효조(71)에 설치된 pH-Meter와 NaOH공급펌프(미도시)를 연동시켜 pH가 5이하로 내려갈 때에는 자동적으로 NaOH를 공급할 수 있도록 구성함이 바람직하다.

산발효조(71)의 반응조건은 온도를 중온 영역인 35~37℃로 유지하거나 고온 영역인 55~60℃로 유지할 수 있으며, 반응시간은 0.5~3일 정도로 유지한다.

상기 혐기소화조(72)에서는 하수슬러지와 이미 유기산으로 전환된 음식물쓰레기 대부분을 메탄발효균에 의하여 메탄가스와 이산화탄소로 전환시키게 된다.

상기 혐기성소화조(72)의 반응조건은 온도를 35~37℃로, 소요반응일수를 10~30일로, pH는 7.0~7.5로 유지한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 음식물쓰레기와 하수슬러지의 병합처리 방법은, 다양한 물질로 혼합된 음식물쓰레기를 하나의 시스템에 의해 각각의 종류별로 분리처리하고, 여기서 분리된 유기물질은 가수분해조에서 일정량의 수산화나트륨을 공급해 주어면서 강알칼리상태를 유지시켜 가수분해를 촉진시키며, 산발효조에서 이미 가수분해된 유기물질을 미생물이 유기산으로 전환시키도록 하며, 혐기소화조에서 하수슬러지를 혼입시켜 그 하수슬러지와 이미 유기산으로 전환된 음식물쓰레기 대부분을 메탄발효균에 의해 메탄가스와 이산화탄소로 전화시키도록 하는 구성에 의해, 이물질이 많이 섞여있는 음식물쓰레기를 효과적으로 선별분리하여 미생물 반응과정 이송중에 기계적인 문제점을 최소화하고, 유기물질을 균질화하여 반응조건을 일정하게 유지시키게 되는 효과가 있다.

더불어 음식물쓰레기처리시 가수분해과정을 거침으로써 짧은 시간에, 그리고 안정적으로 산발효 과정을 매생물에 의하여 반응시킬 수 있고, 음식물쓰레기를 산발효과정을 거치지 않고 바로 소화조로 투입시 국부적인 산발효로 인해 pH가 저하됨에 따라 메탄생성균의 활동에 저해현상을 일으킬 수 있으나 이러한 현상을 예방할 수 있으며, 소화조에 음식물쓰레기를 직접 투입시 산발효 속도차이로 인하여 셀률로오스 성분이 스컴층을 이룰 수 있으나 알칼리에 의한 가수분해을 수행하게 되어 그러한 문제점을 예방할 수 있게 되는 등의 효과를 발휘한다.

본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 사상과 범위내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부한 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

Claims

다양한 물질로 혼합된 음식물쓰레기를 하나의 시스템에 의해 각각의 종류별로 분리처리하고, 여기서 분리된 유기물질은 가수분해조에서 일정량의 수산화나트륨을 공급해 주면서 강알칼리상태를 유지시켜 가수분해를 촉진시키며, 산발효조에서 이미 가수분해된 유기물질을 미생물이 유기산으로 전환시키도록 하며, 혐기소화조에서 하수슬러지를 혼입시켜 그 하수슬러지와 이미 유기산으로 전환된 음식물쓰레기 대부분을 메탄발효균에 의해 메탄가스와 이산화탄소로 전환시키도록 하는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기와 하수슬러지의 병합처리 방법.
제1항에 있어서, 상기 음식물쓰레기 처리시스템은 수거 및 이송된 음식물쓰레기가 적정량씩 투입되어 용수를 공급받아 회전혼합시키는 호퍼형태의 선별분쇄기와, 상기 선별분쇄기에 투입된 협잡물중에서 비닐종류와 같은 협잡물을 외곽의 장치로서 분리시키는 비닐수거기와, 상기 선별분쇄기와 연결되어 비교적 작은 크기의 가벼운 비중물을 분리처리되도록 드럼스크린을 포함한 자동선별기와, 상기 선별분쇄기와 연결되어 쇠붙이 등의 비교적 큰 비중을 가진 협잡물을 분리시키는 쇠붙이의 저장박스와, 상기 선별분쇄기와 연결되어 유기물을 분리처리시키는 사이클론을 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기와 하수슬러지의 병합처리 방법.
제1항에 있어서, 상기 산발효조에 pH-Meter와 NaOH공급펌프를 연동시켜 pH가 5이하로 내려갈 때에 자동적으로 NaOH를 공급할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기와 하수슬러지의 병합처리 방법.