KR20010079298A - 유기성 폐기물의 탈염방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 음식물쓰레기, 수산부산물, 식품가공 공장부산물과 같은 염분을 함유한 유기성 폐기물을 퇴비화, 사료화, 혐기성발효에 의해 발생되는 메탄가스의 에너지화 등으로 자원화 경우 염분을 양극실과 음극실로 분리하지 않고 유기성 폐기물 부분은 격막으로 분리한 상태에서 직류전류를 인가하여 경제적이면서 효율적으로 탈염처리를 하는 방법이다.
특이한 사항은 재래적인 전기분해에 의한 탈염방법에 비해서 장치가 간편하면서 전력소모량이 1/10 이하로 감소하기 때문에 경제성이 우수하며, 탈염효율도 우수하면서 양극에서 Cl2, ClO2등의 악취성 가스가 발생하지 않음으로서 2차 공해가 없다.
Description
본 발명은 음식물쓰레기나 수산물가공공장 부산물과 같은 염분(NaCl)을 함유하고 있는 유기성 폐기물을 퇴비화나 사료화로 자원화 경우 제일의 문제점으로 야기되는 염분을 경제적으로 제거하여 양질의 퇴비나 사료를 생산할 수 있는 탈염처리 방법에 관한 것이다.
상기에서 언급된 음식물쓰레기나 수산부산물과 같은 유기성 폐기물을 자원화 하는 방법으로써 퇴비화, 사료화, 혐기성발효에 의해 발생하는 메탄가스(Methane Gas)의 에너지화 등을 하고 있으나 이들 유기성 폐기물을 퇴비로 자원화 하는 경우에는 염분(NaCl)의 농도가 삼투압 현상으로 인한 식물의 성장 장애와 Na가 토양중의 Ca, Mg와 치환되어 토양의 입단구조가 파괴되면서 단립구조로 되어 통기성 및 배수성의 불량으로 인하여 토양의 산소 공급이 저하되어 농작물의 성장에 장애를 주기 때문에 염분을 제거하지 않은 상태의 음식물쓰레기는 그대로 퇴비화는 불가능하다.
또한, 가축에 사료화의 경우에도 음식물쓰레기 중에는 염분농도(2∼6%)가 사료중 염분의 적정치(0.3∼0.5%) 보다 월등히 높아 급여가축의 염독현상이 야기될 수 있을 뿐만 아니라 갈증으로 인하여 수분 섭취량이 많게 되어 소화흡수 효율의 저하로 성장속도가 둔화되면서 뇨배설량이 많아 폐수 발생량이 증가되는 문제점이 있기 때문에 염분의 농도를 0.3∼0.5% 까지 제거한 다음 사료로 사용해야 한다.
혐기성발효에 의한 메탄가스의 에너지화의 경우도 내염성이 약한 혐기성미생물의 생육에 지장을 주기 때문에 메탄가스 발생효율이 저하된다. 따라서, 이 역시염분농도를 최대한 제거해야 한다.
상기와 같은 음식물쓰레기의 탈염장치로 대한민국 특허등록번호 10-0284282는 음식물쓰레기 중에 함유되어 있는 염분 제거율은 우수하였으나 다음과 같은 문제점이 있어 이를 개선할 필요가 있다.
첫째, 양극실과 음극실을 음이온 교환격막과 양이온 교환격막으로 분리된 상태에서 직류전류를 인가하였을 때 양극실에서는 음식물쓰레기 중 Cl-이온이 음이온 교환격막을 통과하여 HClOx와 같은 전해산화수가 생성되며, 음극실에서는 음식물쓰레기 중 Na+이온이 양이온 교환격막을 통과하면서 물(H2O)과 반응하여 NaOH와 수소(H2)가 발생한다.
다시 말해서 음식물쓰레기 중 NaCl을 양극실과 음극실로 음이온 교한격막과 양이온 교환격막으로 분리된 상태에서 직류전기를 인가하여 NaCl을 HClOx와 NaOH로 전기분해 하여 제거한다.
음식물쓰레기 중 NaCl 1몰(mole)을 상기에서와 같이 전기분해에 의해서 제거할 때 필요한 전류는 1파라데이(Faraday ; 26.8KAh/kg-eq)의 전류를 인가해야 한다.
구체적으로 말해서 NaCl 1키로그람물(kg-mol)인 58.5kg을 전기분해에 의해서 제거하는데 26,800암페어(Ampere) 의 전류를 인가해야 한다.
상기한 바와 같이 단순한 전기분해에 의한 탈염방법은 전류 소모량이 많기때문에 전력비가 큰 단점이 있었다.
둘째, 높은 전류를 인가하기 위해서는 전극판의 면적, 이온 교환막의 면적, 정류기의 용량, 장치 용량 등이 커지기 때문에 시설비가 높다.
셋째, 탈염효율을 향상하기 위해서 인가전압(voltage)을 높일 때에는 양극실에서 Cl2, ClO2등의 가스가 발생하여 악취 발생이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하면서 경제적이며 안전한 탈염처리를 하기 위해서 양음극실을 분리하지 않고 통합하여 장치를 간편하게 함으로써 제작비를 절감함과 동시에 NaCl을 분해제거 하는 것이 아니고 전기투석에서와 같이 전극실에 NaCl을 분리제거 함으로써 적은 전류에서 NaCl이 분리제거 되어 전력소모량이 월등히 적으면서 Cl2, ClO2등의 악취성 가스 발생으로 인한 2차 공해문제 등을 해결하는데 목적이 있다.
음식물쓰레기, 수산부산물, 식품가공 공장부산물과 같이 염분함유량이 높은 유기성 폐기물은 염분을 제거하지 않고서는 퇴비화, 사료화, 혐기성발효에 의한 메탄 가스의 에너지화 등으로 자원화를 하는데는 어려움이 있기 때문에 이와 같이 염분을 함유한 유기성 폐기물을 경제적이면서 위생적으로 염분을 제거하고자 한다.
도 1은 소용량의 음식물쓰레기 탈염장치의 정면도
도 2는 소용량의 음식물쓰레기 탈염장치의 상면도
도 3은 소용량의 음식물쓰레기 탈염장치의 단면도
도 4은 대용량의 음식물쓰레기 탈염장치의 정면도
도 5는 대용량의 음식물쓰레기 탈염장치의 상면도
도 6은 대용량의 음식물쓰레기 탈염장치의 단면도
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
1: 탈염장치 몸체 2: 유입 스크루콘베이어(Screw Conveyor)
3: 배출 스크루콘베이어 4: 정류기
5: 음극판 6: 양극판
7: 스크린(screen)또는 다공판 8: 격막
9: 격막 지지망 10: 음극 부스바(Bus - Bar)
11: 양극 부스바 12: 믹서암(Mixer - Arms)
13: 탈염조 14: 절연체
상기의 목적을 달성하기 위하여 도면을 중심으로 설명하면 다음과 같다.
음식물쓰레기, 수산부산물, 식품가공 공장부산물 등과 같은 염분을 함유한유기성 폐기물을 퇴비화, 사료화, 혐기성발효에 의해 발생되는 메탄가스의 에너지화 등으로 자원화를 위해서 처리장에 반입되면 우선 전처리공정에서 비닐(Vinyl)봉투, 돌, 유리파편, 쇠붙이 등의 이물질은 분리제거 및 파쇄기에 의해 파쇄처리된 후 저장조에 저장한다.
저장조에서는 아밀라아제(Amylase), 리파제(Lipase), 프로테아제(Protease) 등과 같은 분해효소를 생성하는 미생물 균제를 주입하여 유기성 폐기물의 악취제거 및 유동성이 좋게 연질화를 한다.
상기에서와 같이 전처리된 유기성 폐기물은 탈염장치의 유입 스크루콘베이어(2)로 일정량을 공급한다.
탈염부분의 내통은 스크린 또는 다공판(7)으로 되어 있으며, 이의 외부에 격막(8)이 설치되고, 격막(8)외부에는 격막(8)을 지지하는 격막지지망(9)이 설치된다.
격막지지망(9)에서 1∼5cm정도 떨어져서 음극관(5)과 양극판(6)을 각각 설치한다.
음극판(5)과 양극판(6) 사이에는 고무(Gum), 플라스틱(Plastics), 베이클라이트(Bakelite)등의 절연체(14)로 격리하여 탈염조(13)내에서 물분해 반응 및 염소산(NaClOx)생성반응과 같은 부반응을 최소한 억제토록 한다.
음극판(5)의 재질은 수소발생과전압이 높은 재질(납)을 사용하며, 양극판(6)은 내식성이 우수하면서 산소 및 염소발생과전압이 높은 재질인 티타늄(Titanium)판에 TiO2- RuO2- SnO2을 소부 코팅(Coating)을 한 디에스에이(DSA : Dimensionally Stable Anode) 전극을 사용한다.
처리물량이 적은 경우에는 [도1]∼[도3]의 탈염장치에 의해 탈염처리를 하며, 처리물량이 많은 경우에는 [도4]∼[도6] 탈염부분의 원통을 크게 하여 믹서암(12)을 설치한 다단의 탈염장치를 적용한다.
[도3]과 [도6]은 탈염조(13)를 보인 개략적인 단면도로써 중간부에는 수분과 염분(NaCl)이 함유된 음식물쓰레기, 수산부산물과 같은 유기성 폐기물을 공급하고 믹서암(12)과 스크루콘베이어(2,3)에 의해 교반하면서 직류전류를 인가하면 음극판(5)으로는 Na+이온(ion)이 격막을 통과해서 탈염조(13)로 이동되고, 양극판(6)으로는Cl-이온이 격막을 통과해서 탈염조(13)로 이동된다. 탈염조(13)에 이동된 Na+이온과 Cl-이온은 다시 동일 시스템(system) 내에서 NaCl로 재결합함으로써 대한민국 특허등록번호 10-0284282 의 NaCl을 Na+이온과 Cl-이온으로 분해 제거하는 방법에 비해서는 적은 전류를 인가하여도 탈염이 일어나게 된다.
이때 일어나는 전기화학반응은 다음과 같다.
①NaCl의 가수분해반응
②양극에서 전기화학반응
③음극에서 전기화학반응
④탈염조에서 전기화학반응
상기한 전기화학 반응은 전위차를 구동력으로 하는 이온성 용질을 막투과에 의해 분리하는 전기투석의 양이온 교환격막과 음이온 교환격막 사이에서 각각 분리되어 나온 Na+이온과 Cl-이온이 재결합하는 것과 같은 원리에 의해서 탈염조(13)에 NaCl이 분리 농축되므로 전기분해에 비해서는 적은 전류를 인가하여도 된다.
따라서 전력 소모량, 장치의 크기 등이 적어진다. 또한 HClOx, Cl2(g), ClO2(g) 등의 생성이 거의 일어나지 않기 때문에 2차 공해의 우려도 없다.
그리고 양음극의 용액이 신속히 혼합하여 Na+이온과 Cl-이온을 NaCl용액으로 되게 하기 위해 공기를 주입하여 교반을 함으로써 탈염효율을 향상하면서 전력 소모량도 줄일 수 있다.
이상에서와 같이 탈염처리된 유기성 폐기물은 배출 스크루콘베이어(3)에 의해 후처리공정으로 이송한다.
[실시 예1]
염분함유량이 2.3wt%인 음식물쓰레기 1Ton/hr을 [도1]∼[도3]과 같은 탈염장치에 전압을 20∼100V의 직류전류를 인가하였을 때 전류(Ampere)의 변화와 처리된 음식물쓰레기 중 염분의 농도 및 염분제거율은 표1의 내용과 같다
표1 탈염장치의 시험 성적표
(*참고사항: 염분함량이 2.3wt%인 음식물쓰레기 1Ton/hr을 0.5wt%까지 전기 분해에 의한 탈염을 하기 위한 이론 인가전류는 8246A이다.)
음식물쓰레기, 수산부산물, 식품가공 공장부산물과 같이 염분이 함유된 유기성 폐기물은 퇴비화, 사료화, 혐기성발효에 의한 메탄가스의 에너지화 등으로 자원화 경우 전술한 기술내용에서와 같이 염분의 피해로 인하여 어려움이 있었다.
본 발명에서는 염분을 함유한 유기성 폐기물을 경제적이면서 안전한 탈염처리를 함으로써 양질의 퇴비와 사료를 생산할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
또한 혐기성발효에 의한 메탄가스의 발생의 경우에도 염분의 제거로 인하여 다종다양한 미생물이 활발한 생육을 할 수 있어 메탄가스 발생효율이 향상되면서 처리수의 오염부하도 감소되는 효과를 기대할 수 있다.
Claims (2)
- 음식물쓰레기, 수산부산물, 식품가공 공장부산물등과 같은 염분을 함유한 유기성 폐기물을 퇴비화, 사료화, 혐기성발효에 의해 발생되는 메탄가스의 에너지화 등으로 자원화하는 경우 전처리된 유기성 폐기물은 탈염장치의 유입 스크루콘베이어(2)에 의해서 일정량을 탈염부분에 공급하며, 탈염부분의 내통은 스크린 또는 다공판(7)으로 되어 있으며, 이의 외부에 격막(8)이 설치되고, 격막(8)외부에는 격막(8)을 지지하는 격막 지지망(9)을 설치하며, 격막 지지망(9)에서 1∼5cm 정도 떨어져 음극판(5)과 양극판(6)을 설치하고, 음극판(5)과 양극판(6) 사이에는 절연체(14)가 설치된 탈염장치에 정류기(4)에서 직류전류를 인가하면 유기성 폐기물에 함유되어 있는 염분(NaCl)의 Na+이온은 음극판(5)쪽으로 격막(8)을 통과하여 이동하고, Cl-이온은 양극판(6)쪽으로 격막(8)을 통과하여 탈염조(13)로 빠져 나온 즉시 NaCl로 재결합하면서 염분이 분리제거 되며, 이때 탈염 효율을 향상하기 위해 탈염조(13)내의 탈염액을 공기로 교반한다. 염분이 제거된 유기성 폐기물은 배출 스크루콘베이어(3)에 의해 후처리공정으로 이송하는 탈염방법.
- 제 1항에 있어서 유기성 폐기물의 처리용량이 많은 경우에는 탈염부분을 확대하여 믹서암(12)을 설치하고 이를 다단으로 하는 탈염장치.
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