KR200303436Y1 - Manufacturing equipment of acid fermentation for biological denitrification using food waste and sewage sludge - Google Patents

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KR200303436Y1 KR20-2002-0033335U KR20020033335U KR200303436Y1 KR 200303436 Y1 KR200303436 Y1 KR 200303436Y1 KR 20020033335 U KR20020033335 U KR 20020033335U KR 200303436 Y1 KR200303436 Y1 KR 200303436Y1
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Abstract

본 고안은 음식물쓰레기와 하수슬러지를 산발효시켜 생물학적 탈질용 산발효액을 제조하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전처리하여 분리된 음식물쓰레기 슬러리와 하수슬러지에 알칼리제 등을 첨가하여 가수분해시킨 후, 상향류 슬러지 블랭킷 여상 발효조를 이용하여 산발효시킨 다음, 분해된 산발효액에 초음파를 방사시켜 미분해 물질을 분해가 용이한 용존성 물질과 분자구조로 변화시키는 음식물쓰레기와 하수슬러지를 이용한 생물학적 탈질용 산발효액의 제조장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for producing an acid fermentation solution for biological denitrification by acid fermentation of food waste and sewage sludge, and more specifically, after hydrolyzing by adding an alkaline agent to the food waste slurry and sewage sludge separated by pretreatment, Acid fermentation using an upflow sludge blanket filter fermenter and then biological denitrification using food waste and sewage sludge to convert undissolved substances into easily dissolved dissolved substances and molecular structure by radiating ultrasonic waves to decomposed acid fermentation liquors. An apparatus for producing an acid fermentation liquid.

본 고안은 음식물쓰레기와 하수슬러지를 이용하여 생물학적 탈질용 탄소원으로 이용하기 위한 산발효액 제조장치에 있어서, 협잡물과 이물질이 제거된 음식물쓰레기 슬러리와 하수슬러지에 알칼리제를 투여하여 가수분해시킬 수 있도록 음식물쓰레기 슬리리와 하수슬러지가 조내로 유입되는 유입관과, 알칼리제 등 첨가물을 주입하기 위한 첨가물 주입관과, 유입된 음식물쓰레기 슬러리와 하수슬러지가 알칼리제와 혼합되도록 교반하는 교반장치와, 가수분해된 슬러리를 배출시킬 수 있도록 연통되게 설치된 슬러리 이송관으로 이루어진 가수분해조와; 상기 가수분해조에서 유입된 슬러리를 미생물을 이용하여 산발효시킬 수 있도록 가수분해된 슬러리를 하부의 고밀도 슬러지층으로 유입시킬 수 있도록 연통되게 설치된 슬러리 이송관과, 고밀도 슬러지층을 교반시킬 수 있도록 설치된 교반장치와, 상기 고밀도 슬러지층의 상부에 형성되고 서로 다른 크기와 형태의 매체로 이루어진 매체층과, 상기 매체층을 거쳐 배출된 상징액을 배출시킬 수 있도록 연통되게 설치된 산발효액 이송관을 포함하여 이루어진 상향류 슬러지 블랭킷 여상 발효조를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The present invention is an acid fermentation liquor manufacturing apparatus for use as a carbon source for biological denitrification using food waste and sewage sludge, food waste to be hydrolyzed by administering an alkaline agent to the food waste slurry and sewage sludge from which contaminants and foreign substances are removed An inlet tube into which the sludge and sewage sludge flows into the tank, an additive injecting tube for injecting additives such as an alkaline agent, an agitator for mixing the introduced food waste slurry and the sewage sludge with the alkaline agent, and a hydrolyzed slurry A hydrolysis tank composed of a slurry transfer pipe in communication with each other so as to be discharged; Slurry transfer tube and the high density sludge layer are installed so as to be in communication so that the hydrolyzed slurry can be introduced into the lower density of the sludge layer to acidify the slurry introduced from the hydrolysis tank using the microorganism, A stirring device, a medium layer formed on top of the dense sludge layer and formed of media of different sizes and shapes, and an acid fermentation liquor conveying pipe installed to communicate with the supernatant discharged through the medium layer. Characterized in that it comprises an upstream sludge blanket filter bed fermenter.

Description

음식물쓰레기와 하수슬러지를 이용한 생물학적 탈질용 산발효액의 제조장치{Manufacturing equipment of acid fermentation for biological denitrification using food waste and sewage sludge}Manufacturing equipment of acid fermentation for biological denitrification using food waste and sewage sludge}

본 고안은 음식물쓰레기와 하수슬러지를 산발효시켜 생물학적 탈질용 산발효액을 제조하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전처리하여 분리된 음식물쓰레기 슬러리와 하수슬러지에 알칼리제 등을 첨가하여 가수분해시킨 후, 상향류 슬러지 블랭킷 여상 발효조를 이용하여 산발효시킨 다음, 분해된 산발효액에 초음파를 방사시켜 미분해 물질을 분해가 용이한 용존성 물질과 분자구조로 변화시키는 음식물쓰레기와 하수슬러지를 이용한 생물학적 탈질용 산발효액의 제조장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for producing an acid fermentation solution for biological denitrification by acid fermentation of food waste and sewage sludge, and more specifically, after hydrolyzing by adding an alkaline agent to the food waste slurry and sewage sludge separated by pretreatment, Acid fermentation using an upflow sludge blanket filter fermenter and then biological denitrification using food waste and sewage sludge to convert undissolved substances into easily dissolved dissolved substances and molecular structure by radiating ultrasonic waves to decomposed acid fermentation liquors. An apparatus for producing an acid fermentation liquid.

일반적으로 가정 또는 대형식당 등에서 발생되는 음식물쓰레기는 함수율이 높은 유기성 물질로 구성되어 있으므로 파쇄, 선별, 분리, 발효 또는 탈수 등의 공정으로 구성된 음식물쓰레기 재활용 공정에서 처리하여 가축사료나 퇴비로 이용하고 있다. 이와 같이 음식물쓰레기를 가축사료나 퇴비로 재활용하면 매립 시 발생되는 악취와 침출수에 의한 2차 환경오염을 방지할 수 있기 때문에 음식물쓰레기의 재활용율이 점차 높아지고 있다.In general, since food waste generated in homes or large restaurants is composed of organic substances with high moisture content, it is used in livestock feed or compost by processing in food waste recycling processes composed of processes such as crushing, sorting, separating, fermentation or dehydration. . As such, the recycling of food waste into livestock feed or compost prevents secondary environmental pollution caused by odors and leachate generated during landfill, thereby increasing the recycling rate of food waste.

그러나 이들 기존 처리방법의 문제점을 살펴보면, 사료화에서는 이물질의 혼입에 따른 시설고장 및 품질 저하가 초래되며, 계절별 쓰레기의 성상의 변화로 균질한 품질 유지가 곤란하다. 또한, 곡물 사료에 비해 영양 물질이 부족하고 살균 처리를 하지 않은 경우 가축 질병의 발생이 우려되어 사료 판매 가격이 낮으며, 불안정한 공급 체계로 안정적인 생산·공급이 곤란한 문제점이 있다.However, when looking at the problems of these existing treatment methods, it is difficult to maintain the homogeneous quality due to the change of the characteristics of the waste in the facility, due to the incorporation of foreign matters in the feed. In addition, there is a problem that the production price of the feed is low due to the concern of the occurrence of livestock diseases when the nutrition material is insufficient compared to the grain feed and the sterilization treatment, stable production and supply is difficult due to the unstable supply system.

퇴비화의 경우에는 장기간의 숙성과정을 거침에 따라 시설 부지가 많이 소요되고, 악취 제거가 곤란하여 시설 부지 확보에 어려움이 초래될 뿐만 아니라, 수분 및 염분 제거를 위한 부형제(톱밥, 미강 등)가 많이 소요되어 퇴비 제조비용을 상승시키는 원인이 되고 있다. 또한 계절별 쓰레기의 성상변화로 균질한 품질유지가 곤란하고, 수요처가 한정되어 있어 안정적인 공급·판매가 곤란할 뿐만 아니라 농작물의 생장 저해를 우려하여 농가에서 사용을 기피하는 경향도 있다.In the case of composting, it takes a lot of facility site as it goes through long-term aging process, and it is difficult to remove bad smell, which makes it difficult to secure the facility site, and there are many excipients (sawdust, rice bran, etc.) for removing water and salt. It is a cause which raises compost manufacturing cost. In addition, it is difficult to maintain homogeneous quality due to the change in the characteristics of seasonal wastes, and the demand is limited, which makes it difficult to supply and sell stably, and there is a tendency to avoid the use of farms due to fears of inhibiting the growth of crops.

한편 하수슬러지는 하수처리장에서 하수중의 오염물질을 고형분으로 분리·제거하는 과정에서 필연적으로 발생하는 부산물이기 때문에 슬러지가 최종 처분되어야만 하수처리가 완벽하게 이루어졌다고 할 수 있다.On the other hand, sewage sludge is a by-product that is inevitably generated in the process of separating and removing contaminants in the sewage as solids in the sewage treatment plant.

슬러지 처리시스템의 가장 기본적인 단위공정은 농축, 소화, 탈수, 건조, 소각, 처분으로 구성된다. 그러나 슬러지 케익의 최종처분은 탈수 후 주로 매립에 의존하여 왔으나, 최근에는 슬러지를 직매립할 수 없고 소각 또는 퇴비화 처리후 잔재물만 매립하도록 되어있으며, 해양투기 역시 제한이 될 것으로 예상됨에 따라 소각 및 슬러지의 재이용 방안에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 소각의 경우는 대기오염 등의 2차 오염원과 시설비 및 유지관리비의 경제적인 부담이 큰 것으로 지적되어 왔다. 또한 슬러지의 재이용 방안으로 지렁이 사육, 녹생토 활용, 하수처리장의 외부탄소원 등이 산발적으로 이루어지고 있으나, 이들 방법 중 퇴비화 방안의 경우는 시비 장소의 한계 및 경제성 부족, 법제도 정비 미흡 등으로 제대로 이루어지지 않고 있는 실정이다.The most basic unit process of a sludge treatment system consists of concentration, digestion, dehydration, drying, incineration and disposal. However, the final disposal of sludge cakes has been mainly dependent on landfilling after dehydration, but recently sludges cannot be landfilled, and only residues from incineration or composting are to be landfilled. There is an active research on re-use plans. However, the case of incineration has been pointed out that the economic burden of secondary pollution sources such as air pollution, and facility and maintenance costs is great. In addition, sludge reuse, green soil use, and external carbon source of sewage treatment plant are sporadically used as sludge reuse methods.However, composting methods are not properly made due to limitation of fertilization site, lack of economic feasibility, and lack of legal system maintenance. I'm not doing it.

이러한 문제점을 감안하여 최근에는 음식물쓰레기와 하수슬러지를 발효시킨 산발효액을 생물학적 영양염류 제거공정에서 필요로하는 외부탄소원으로 사용하는 방안에 대한 연구가 진행되고 있다. 그러나, 음식물쓰레기와 하수슬러지의 직접적인 산발효는 음식물쓰레기와 하수슬러지 자체에 고농도로 존재하는 유기성 고형물 성분의 낮은 가용화로 인하여 산발효의 최종산물인 휘발산의 수율이 저조하게 되므로 생분해성을 높이기 위한 적절한 전처리를 행하는 것이 필요하다. 이러한 전처리로서는 열처리, 열-알칼리 처리, 알칼리 처리 등을 들 수 있는데 지금까지는 주로 폐슬러지의 생분해성을 높이기 위하여 적용되어 왔다. 그러나 이들 방법들은 열처리에 의한 에너지 소모가 많고, 약품비가 과다하게 소요되어 실용성에 대한 문제가 있었다.In view of these problems, studies have recently been conducted on the use of acid fermentation liquors fermented with food waste and sewage sludge as an external carbon source for biological nutrient removal processes. However, direct acid fermentation of food waste and sewage sludge results in low yield of volatic acid, the final product of acid fermentation, due to low solubilization of organic solid components present in food waste and sewage sludge itself. Appropriate pretreatment is necessary. As such pretreatment, heat treatment, heat-alkali treatment, alkali treatment, and the like can be cited. Until now, it has been mainly applied to increase the biodegradability of waste sludge. However, these methods consume a lot of energy due to heat treatment, and the chemical cost is excessively consumed, which causes problems in practicality.

이에 본 고안의 주된 목적은 음식물쓰레기와 하수슬러지를 이용하여 생물학적 탈질용 산발효액의 제조시 가수분해조에 알칼리제를 투여하여 유기성 고형물의가용화를 증진시키고 상향류 슬러지 블랭킷 여상 발효조의 고밀도 슬러지 층의 미생물과 상부의 매체 표면에 형성된 생물막을 이용하여 산발효 효율을 증진시킬 수 있는 산발효액 제조장치를 제공하는 것이다.Therefore, the main object of the present invention is to improve the solubilization of organic solids by administering an alkaline agent to a hydrolysis tank in the preparation of acid fermentation for biological denitrification using food waste and sewage sludge, and to increase the solubility of organic solids in the upflow sludge blanket bed fermenter. It is to provide an acid fermentation broth production apparatus that can improve the acid fermentation efficiency using a biofilm formed on the upper surface of the medium.

본 고안의 또 다른 목적은 생산된 산발효액에 초음파를 방사시켜 미분해 물질을 분해가 용이한 용존성 물질과 분자구조로 변화시킬 뿐만 아니라 고액분리된 고형물은 가수분해조로 반송하고 상징액을 생분해 및 질소제거에 우수한 산발효액의 제조장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is not only to change the undissolved substances into dissolved substances and molecular structures which are easy to decompose by emitting ultrasonic waves to the produced acid fermentation liquor, but also the solid-liquid separated solids are returned to the hydrolysis tank and the supernatant is biodegraded and nitrogen. It is to provide an apparatus for producing an acid fermentation liquid that is excellent in removal.

도1은 본 고안에 따른 음식물쓰레기와 하수슬러지를 이용한 생물학적 산발효액 제조장치의 일예를 보여주는 개략적인 장치도이다.1 is a schematic device diagram showing an example of an apparatus for producing a biological acid fermentation solution using food waste and sewage sludge according to the present invention.

도2는 본 고안에 따른 음식물쓰레기와 하수슬러지를 이용한 생물학적 산발효액 제조장치의 다른 실시예를 보여주는 개략적인 장치도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing another embodiment of the biological acid fermentation broth production apparatus using food waste and sewage sludge according to the present invention.

도3은 본 고안에 따른 음식물쓰레기와 하수슬러지를 이용한 생물학적 산발효액의 제조공정을 보여주는 개략적인 공정도이다.Figure 3 is a schematic process diagram showing a process for producing a biological acid fermentation using food waste and sewage sludge according to the present invention.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for main parts of drawing ***

10 : 가수분해조10: hydrolysis tank

11 : 음식물쓰레기와 하수슬러지 유입관11: Food waste and sewage sludge inflow pipe

12 : 슬러리 이송관12: slurry transfer pipe

13 : 첨가제 주입관13: additive injection tube

14 : 가스 배출관14 gas discharge pipe

15 : 미세협잡물 인출관15: fine contaminant extraction pipe

16 : 교반장치16: stirring device

17 : pH 및 ORP 메타17: pH and ORP meta

18 : 스컴스키머18: Scum skimmer

20 : 산발효조(상향류 슬러지 블랭킷 여상 발효조)20: acid fermentation tank (upflow sludge blanket filter bed fermentation tank)

30 : 초음파분해 및 고액분리조30: ultrasonic decomposition and solid-liquid separation tank

33. 반송관33. Return pipe

34. 분리판34. Separator

35. 초음파변환기(또는 진동소자)35. Ultrasonic transducer (or vibrating element)

상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서, 본 고안에 따른 음식물쓰레기와 하수슬러지를 이용하여 생물학적 탈질용 탄소원으로 이용하기 위한 산발효액 제조장치에 있어서, 협잡물과 이물질이 제거된 음식물쓰레기 슬러리와 하수슬러지에 알칼리제를 투여하여 가수분해시킬 수 있도록 음식물쓰레기 슬러리와 하수슬러지를 반응조의 하부로 유입하는 유입관과, 알칼리제 등 첨가물을 주입하기 위한 첨가물 주입관과, 유입된 음식물쓰레기 슬러리 및 하수슬러지에 알칼리제가 혼합되도록 교반하는 교반장치와, 가수분해된 슬러리를 배출시키 위한 슬러리 이송관이 연통되게 설치된 가수분해조와; 상기 가수분해조에서 배출된 슬러리를 미생물을 이용하여 산발효시킬 수 있도록 가수분해된 슬러리를 반응조 하부의 고밀도 슬러지층으로 유입시킬 수 있도록 연통된 슬러리 이송관과, 고밀도 슬러지층을 교반시킬 수 있도록 설치된 교반장치와, 상기 고밀도 슬러지층의 상부에 형성되고 서로 다른 크기와 형태의 매체로 이루어진 적어도 2단 이상의 매체층과, 상기 매체층을 거쳐 배출된 상징액을 배출시킬 수 있도록 연통되게 설치된 산발효액 이송관을 포함하여 이루어진 상향류 슬러지 블랭킷 여상 발효조를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.In order to solve the problems of the prior art described above, in the acid fermentation liquid production apparatus for using as a carbon source for biological denitrification using food waste and sewage sludge according to the present invention, food waste slurry and sewage sludge from which impurities and foreign substances are removed An inlet tube for introducing food waste slurry and sewage sludge into the lower part of the reaction tank so that the hydrolyzate can be hydrolyzed by adding an alkali agent, an additive inlet tube for injecting additives such as an alkali agent, and an alkali agent to the introduced food waste slurry and sewage sludge A hydrolysis tank provided with a stirring device for stirring to be mixed and a slurry transfer pipe for discharging the hydrolyzed slurry; The slurry transfer pipe and the high density sludge layer are installed to stir the hydrolyzed slurry into the high density sludge layer under the reactor so that the slurry discharged from the hydrolysis tank can be acid fermented using microorganisms. An acid fermentation liquor conveying pipe which is formed on top of the agitation device, the dense sludge layer and is in communication with each other so as to discharge the supernatant discharged through the medium layer, and at least two or more layers of media of different size and shape. Characterized in that it comprises an upstream sludge blanket filter bed fermenter consisting of.

본 고안은 또한 상기 상향류 슬러지 블랭킷 여상 발효조를 거친 산발효액에 초음파를 방사시켜 미분해 물질을 분해가 용이한 용존성 물질과 분자구조로 변화시킬 수 있도록 소정의 외벽으로 이루어진 반응조와, 상기 반응조의 내부에 설치된 분리판과, 상기 외벽 및 분리판에 지그재그식으로 설치된 다수의 초음파 변환기(또는 진동자)와, 상기 분리판 사이로 산발효액이 유입되도록 연통되게 설치된 산발효액 이송관과, 반응조의 하부에 설치되어 침전물의 일부를 상술한 가수분해조로 반송시키는 반송관으로 이루어진 초음파분해 및 고액분리조를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The present invention also comprises a reaction tank consisting of a predetermined outer wall to radiate ultrasonic acid into an acid fermentation broth passed through the upflow sludge blanket filter fermentation tank, so that the undecomposed substance can be changed into an easily dissolved dissolved substance and a molecular structure. A separation plate installed inside, a plurality of ultrasonic transducers (or vibrators) installed in a zigzag manner on the outer wall and the separation plate, an acid fermentation liquid feed pipe installed in communication so that acid fermentation liquid flows between the separation plate, and installed in the lower part of the reaction tank. It characterized in that it comprises a sonication and solid-liquid separation tank consisting of a conveying tube to return a portion of the precipitate to the above-described hydrolysis tank.

그리고 상기 가수분해조, 상향류 슬러지 블랭킷 여상 발효조, 초음파 분해 및 고액분리조의 상부에는 발생가스와 스컴을 제거하기 위한 가스배출관과 스컴스키머가 설치되고 하부에는 미세협잡물을 제거하기 위한 미세협잡물 인출관이 설치되며, 반응조의 일측에는 적절한 운전조건을 점검하기 위하여 pH 및 ORP 메타가 설치된 것을 특징으로 한다.And the upper part of the hydrolysis tank, upflow sludge blanket filter fermentation tank, ultrasonic decomposition and solid-liquid separation tank is provided with a gas discharge pipe and scum skimmer to remove the generated gas and scum, and a fine contaminant withdrawal tube for removing the fine contaminants at the bottom One side of the reaction tank is installed, characterized in that the pH and ORP meta is installed to check the appropriate operating conditions.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 음식물쓰레기와 하수슬러지를 이용하여 산발효액의 제조장치를 상세히 설명한다.With reference to the accompanying drawings will be described in detail the manufacturing apparatus of the acid fermentation using food waste and sewage sludge according to the present invention.

먼저 도1은 본 고안에 따른 음식물쓰레기와 하수슬러지를 이용한 생물학적 탈질용 산발효액 제조장치(이하 '산발효액 제조장치'라 약칭 함)의 일예를 보여주는 개략적인 장치도로서, 도시된 바와 같이, 상기 산발효액 제조장치는 크게 가수분해조(10)와 상향류 슬러지 블랭킷 여상 발효조(20)로 구성되어 있다. 상기 가수분해조(10)의 하부에는 음식물쓰레기 슬러리와 하수슬러지가 유입되는 유입관(11)과, 반응조 내로 유입된 음식물쓰레기 슬러리와 하수슬러지에 알칼리제나 첨가제를 주입하는 첨가제 주입관(13) 및 미세협잡물을 제거하기 위한 미세협잡물 인출관(15)이 설치되어 있다. 그리고 반응조의 중앙에는 음식물쓰레기 슬러리 및 하수슬러지를 알칼리제와 혼합하기 위한 교반장치(16)가 구비되어 있다.First, Figure 1 is a schematic device diagram showing an example of an acid fermentation acid production apparatus for biological denitrification using the food waste and sewage sludge according to the present invention (hereinafter abbreviated as "acid fermentation liquid production apparatus"), as shown, The acid fermentation liquor manufacturing apparatus is composed of a hydrolysis tank 10 and an upflow sludge blanket filter fermentation tank 20. An inlet pipe 11 through which food waste slurry and sewage sludge flows into the lower portion of the hydrolysis tank 10, and an additive injection pipe 13 that injects an alkali agent or an additive into the food waste slurry and sewage sludge introduced into the reactor. The fine contaminant withdrawal tube 15 for removing the fine contaminants is installed. In the center of the reaction tank, a stirring device 16 for mixing food waste slurry and sewage sludge with an alkaline agent is provided.

이어 가수분해조(10)의 상부에는 가수분해과정에서 발생되는 가스와 스컴을 제거하기 위한 가스배출관(14)과 스컴스키머(18)가 설치되어 있고, 일측에는 가수분해된 슬러리를 배출하기 위한 슬러리 이송관(12)이 연통되게 설치되어 있다. 그리고 상기 가수분해조(10)에는 적절한 운전조건을 점검하기 위하여 pH 및 ORP 메타(17)가 설치되어 있다.Subsequently, a gas discharge pipe 14 and a scum skimmer 18 are installed at the upper portion of the hydrolysis tank 10 to remove gas and scum generated in the hydrolysis process, and at one side, a slurry for discharging the hydrolyzed slurry. The feed pipe 12 is provided in communication. And the hydrolysis tank 10 is provided with a pH and ORP meta (17) to check the appropriate operating conditions.

그리고 상기 가수분해조(10)에서 배출된 가수분해 슬러리는 상향류 슬러지 블랭킷 여상 발효조(20)로 유입되어 산발효된다. 상기 상향류 슬러지 블랭킷 여상 발효조(20)의 하부에는 고밀도 슬러지층(S)이 형성되어 상기 가수분해조(10)에서 전처리된 슬러리가 슬러리 이송관(12)을 통해 상기 고밀도 슬러지층(S)의 하부로 유입된다. 그리고 상기 고밀도 슬러지층(S)에는 교반장치(16)가 설치되어 분해반응을 촉진시키고, 일측에는 미세협잡물을 제거하기 위한 미세협잡물 인출관(15)이 형성되어 있다.And the hydrolysis slurry discharged from the hydrolysis tank 10 is introduced into the upflow sludge blanket filter fermentation tank 20 is acid fermented. A high density sludge layer (S) is formed at the bottom of the upstream sludge blanket filter fermentation tank (20) so that the slurry pretreated in the hydrolysis tank (10) of the high density sludge layer (S) through the slurry feed pipe (12). Flows into the bottom. And the high density sludge layer (S) is provided with a stirring device 16 to promote the decomposition reaction, one side is formed with a fine contaminant take-out tube 15 for removing the fine contaminants.

그리고 상기 고밀도 슬러지층(S)의 상부에는 서로 다른 크기와 형상을 갖는매체(M1, M2)로 이루어진 적어도 2단 이상의 매체층(26)이 형성되어 있다. 따라서 상기 고밀도 슬러지층(S)의 미생물에 의해 분해된 슬러리는 상부로 상승하면서 상기 매체층(26)에 형성되어 있는 미생물막을 통과하게 된다. 그리고 상기 상향류 슬러지 블랭킷 여상 발효조(20)의 상부에는 산발효과정에서 발생되는 가스와 스컴을 제거하기 위한 가스배출관(14)과 스컴스키머(18)가 설치되고, 상기 고밀도 슬러지층(S)에는 적절한 운전조건을 점검하기 위한 pH 및 ORP메타(17)가 설치된다.In addition, at least two or more media layers 26 including media M1 and M2 having different sizes and shapes are formed on the high density sludge layer S. FIG. Therefore, the slurry decomposed by the microorganisms of the high density sludge layer S passes upward and passes through the microbial membrane formed in the media layer 26. In addition, a gas discharge pipe 14 and a scum skimmer 18 are installed at an upper portion of the upflow sludge blanket filter fermentation tank 20 to remove gas and scum generated from a scattering effect well, and the high density sludge layer S is provided. PH and ORP meta 17 are installed to check proper operating conditions.

따라서 본 고안에 따른 산발효액 제조장치는 고밀도 슬러지층(S)의 미생물에 의해 1차로 분해된 후 매체층(26)의 미생물막을 통과하면서 2차로 분해될 뿐만 아니라 서로 다른 크기와 형상을 갖는 매체층을 통과하여 배출되기 때문에 막힘과 편류현상이 방지된다.Therefore, the acid fermentation liquor manufacturing apparatus according to the present invention is decomposed first by the microorganisms of the high-density sludge layer (S), and then decomposed secondly while passing through the microbial membrane of the media layer 26, as well as the media layers having different sizes and shapes. It is discharged through to prevent clogging and drift.

이어서, 도2는 본 고안에 따른 음식물쓰레기와 하수슬러지를 이용한 생물학적 탈질용 산발효액 제조장치(이하 '산발효액 제조장치'라 약칭 함)의 다른 실시예를 보여주는 개략적인 장치도로서, 도시된 바와 같이, 상술한 실시예의 상향류 슬러지 블랭킷 여상 발효조(20)의 후단에 초음파 분해 및 고액분리조(30)가 더 설치되어 산발효액에 포함된 미분해 물질을 초음파로 분해시킨다.Next, Figure 2 is a schematic device diagram showing another embodiment of the acid fermentation acid production apparatus for biological denitrification using the food waste and sewage sludge (hereinafter abbreviated as "acid fermentation liquid production apparatus") according to the present invention, As such, an ultrasonic decomposition and a solid-liquid separation tank 30 are further installed at the rear end of the upstream sludge blanket filter bed fermentation tank 20 of the above-described embodiment to ultrasonically decompose the undecomposed material contained in the acid fermentation broth.

상기 초음파 분해 및 고액분리조(30)는 소정의 외벽(36)으로 이루어진 반응조와, 상기 반응조의 내부에 설치된 분리판(34)과, 상기 분리판(34) 및/또는 외벽(36)에 지그재그식으로 설치된 다수의 초음파 변환기(35)로 이루어진다. 또한 상부에는 산발효액이 분리판(34) 사이로 유입될 수 있도록 산발효액 이송관(22)이 연통되게 설치되고 상기 분리판(34) 사이에는 교반수단(16)이 구비된다.The ultrasonic decomposition and solid-liquid separation tank 30 is a reaction tank composed of a predetermined outer wall 36, a separator plate 34 provided inside the reaction tank, and the separation plate 34 and / or the outer wall 36 are zigzag. It consists of a plurality of ultrasonic transducers 35 installed in such a manner. In addition, the acid fermentation broth transfer pipe 22 is installed in communication with the acid fermentation liquid to be introduced between the separation plate 34, the stirring means 16 is provided between the separation plate 34.

이어서 초음파 분해된 산발효액 중 침전물은 바닥으로 가라앉고 그 중 일부는 반송관(33)을 통해 상술한 가수분해조(10)로 반송되며 그 상징액은 상부에 설치된 유출관(32)을 통해 배출된다. 그리고 초음파 분해 및 고액분리조(30)의 상부에는 초음파분해 및 고액분리 과정에서 발생되는 가스와 스컴을 제거하기 위한 가스배출관(14)과 스컴스키머(18)가 설치되어 있고 하부에는 미세협잡물을 제거하기 위한 인출관(15)이 설치되어 있다.Subsequently, the precipitate in the ultrasonically decomposed acid fermentation solution sinks to the bottom, and some of the precipitate is returned to the above-described hydrolysis tank 10 through the conveying pipe 33, and the supernatant liquid is discharged through the outlet pipe 32 installed in the upper portion. . In addition, a gas discharge tube 14 and a scum skimmer 18 are installed at an upper portion of the ultrasonic decomposition and solid-liquid separation tank 30 to remove gas and scum generated in the ultrasonic decomposition and solid-liquid separation process, and remove fine particles from the lower portion. The drawing pipe 15 for this purpose is provided.

이하에서는 도3의 개략적인 공정도를 참조하여 본 고안에 따른 산발효액 제공정을 설명한다.Hereinafter, an acid fermentation solution providing well according to the present invention will be described with reference to the schematic process diagram of FIG. 3.

<제 1 단계 : 가수분해공정><Step 1: Hydrolysis Process>

먼저, 음식물쓰레기는 1차 파쇄 및 선별분리 공정에서 협잡물 및 이물질의 분리와 전처리공정에서 반입량의 1.5∼3배로 희석 조제된 슬러리와 하수슬러지는 가수분해조(10)에 유입된다. 음식물쓰레기 슬러리와 하수슬러지는 유입관(11)을 통해 조내로 유입되어 알칼리제(가성소다, 수산화칼륨, 석회 중 NaOH 기준 0.025∼0.15 gNaOH/gTS)을 첨가제 주입관(13)을 통해 조내로 투여한다. 이어서 조내 온도를 35∼37℃로 유지하여 약 6∼24시간 동안 가용화하거나, 또는 첨가제 주입관(13)을 통해 가수분해 효소를 첨가하여 처리한 후 상부의 슬러리 이송관(12)을 통해 상향류 슬러지 블랭킷 여상 발효조(20)로 이송된다.First, the food waste is introduced into the hydrolysis tank 10 in which the slurry and sewage sludge diluted to 1.5 to 3 times the amount of the incoming materials in the separation and pretreatment process of the contaminants and foreign substances in the primary crushing and screening separation process. Food waste slurry and sewage sludge are introduced into the tank through the inlet pipe 11, and the alkali agent (caustic soda, potassium hydroxide, lime based NaOH standard 0.025 to 0.15 g NaOH / gTS) is administered through the additive injection pipe 13 into the tank. . Subsequently, the temperature in the tank is maintained at 35 to 37 ° C. to solubilize for about 6 to 24 hours, or the hydrolysis enzyme is added through the additive injection tube 13 and treated, followed by an upward flow through the upper slurry transfer tube 12. The sludge blanket is passed to the filter bed fermenter 20.

<제 2 단계 : 산발효공정><Step 2: Acid Fermentation Process>

이어서 가수분해조(10)에서 전처리된 슬러리는 크기와 형상이 서로 다른 매체가 조 용적의 약 30% 이상 충전된 상향류 슬러지 블랭킷 여상 발효조(20) 하부로유입된다. 상기 슬러리 이송관(12)을 통해 고밀도 슬러리층(S)으로 유입된 슬러리는 약 35∼37℃ 에서 약 1-3일간 산발효 과정을 거친 후, 상기 매체층(26)에 형성된 생물막을 통과하여 상부의 산발효액 이송관(22)을 통해 초음파 분해 및 고액분리장치(30)로 이송된다. 이때 상기 매체층(26)은 서로 다른 크기와 형태를 갖는 매체로 이루어진 매체층(M1, M2)이 적어도 2단 이상으로 설치되어 있으므로 막힘과 편류현상이 방지된다.The slurry pretreated in the hydrolysis bath 10 is then introduced into the bottom of the upflow sludge blanket filter bed fermenter 20 in which media of different sizes and shapes are filled at least about 30% of the volume of the bath. The slurry introduced into the high-density slurry layer (S) through the slurry transfer pipe 12 undergoes an acid fermentation process at about 35 to 37 ° C. for about 1-3 days, and then passes through a biofilm formed in the media layer 26. It is transferred to the ultrasonic decomposition and solid-liquid separator 30 through the acid fermentation broth transfer pipe 22 of the upper portion. In this case, since the media layers M1 and M2 formed of media having different sizes and shapes are provided in at least two stages, the media layer 26 prevents clogging and drift.

<제 3 단계 : 초음파분해공정><Step 3: Ultrasonic Decomposition Process>

상기 상향류 슬러지 블랭킷 여상 발효조(20)에서 분해된 산발효액은 초음파 분해 및 고액분리장치(30)로 유입된다. 상기 산발효액 이송관(22)을 통해 스텐레스 스틸로 만들어진 분리판(34) 사이로 유입된 산발효액은 상기 분리판(34)에 지그재그로 설치된 초음파 변환기(또는 진동자)(35)에서 방사되는 연속파 또는 멀티펄스형 초음파에 의해 미분해 물질의 분자구조가 바뀌어(예, 고분자구조에서 단분자구조로) 분해가 용이한 용존성 물질로 변화된다. 그리고 초음파 분해된 산발효액의 상징액은 상부의 유출관(32)으로 유출되고, 침전물 중 일부는 반송관(33)을 통해 가수분해조(10)로 약 50-100% 반송된다. 이때 산발효액의 상징액은 외벽(36)에 설치된 초음파 변환기(35)에서 방사되는 초음파에 의해 한번 더 분해되어 분해 효율을 높이는 것이 바람직하다. 그리고 초음파분해 및 침전분리과정에서 발생되는 가스와 스컴은 가스배출관(14)과 스컴스키머(18)을 통해 제거되고, 미세협잡물은 인출관(15)을 통해 제거된다.The acid fermentation liquid decomposed in the upstream sludge blanket filter fermentation tank 20 is introduced into the ultrasonic decomposition and solid-liquid separator 30. The acid fermentation solution introduced between the separation plate 34 made of stainless steel through the acid fermentation liquid conveying pipe 22 is a continuous wave or multi-wave radiated from the ultrasonic transducer (or vibrator) 35 zigzag installed on the separation plate 34. The pulsed ultrasound changes the molecular structure of the undecomposed material (eg, from polymer to monomolecular structure), making it easy to dissolve into dissolved materials. And the supernatant of the ultrasonically decomposed acid fermentation liquid is discharged to the outlet pipe 32 of the upper portion, some of the precipitate is returned to the hydrolysis tank 10 through the conveying pipe 33 to about 50-100%. At this time, the supernatant of the acid fermentation liquid is decomposed once more by the ultrasonic wave radiated from the ultrasonic transducer 35 installed on the outer wall 36 to increase the decomposition efficiency. And the gas and scum generated in the ultrasonic decomposition and sedimentation separation process is removed through the gas discharge pipe 14 and the scum skimmer 18, fine contaminants are removed through the withdrawal pipe (15).

이하에서는 본 고안에 따른 산발효액 제조장치의 구체적인 실시예를 설명한다.Hereinafter will be described a specific embodiment of the acid fermentation broth production apparatus according to the present invention.

<실시예 1 : 가수분해 및 산발효>Example 1 Hydrolysis and Acid Fermentation

전처리한 음식물쓰레기의 슬러리의 평균 농도는 각각 TCOD 206,900㎎/ℓ, SCOD 82,800㎎/ℓ, TS 158,300㎎/ℓ, VS 131,300㎎/ℓ, Cl-3,500㎎/ℓ 이었고, SCOD/TCOD, VS/TS비는 각각 0.4, 0.83이었다. 시료는 TS농도를 기준으로 탈이온수로 2배로 희석하여 조제하였다.The average concentrations of the slurry of pretreated food waste were TCOD 206,900 mg / l, SCOD 82,800 mg / l, TS 158,300 mg / l, VS 131,300 mg / l, Cl - 3,500 mg / l, and SCOD / TCOD, VS / TS The ratios were 0.4 and 0.83, respectively. Samples were prepared by diluting twice with deionized water based on TS concentration.

그리고 하수처리장의 1차 슬러지의 평균 농도가 각각 TCOD 25,550㎎/ℓ, SCOD 2,178㎎/ℓ, TS 23,752㎎/ℓ, VS 16,556㎎/ℓ, Cl-317㎎/ℓ 이었고, SCOD/TCOD, VS/TS비는 각각 0.09, 0.70인 1차슬러지와 음시물쓰레기를 부피비 기준으로 7:3과 3:7로 조제하였다.And the average concentration of primary sludge in sewage treatment plant was TCOD 25,550mg / l, SCOD 2,178mg / l, TS 23,752mg / l, VS 16,556mg / l, Cl - 317mg / l, and SCOD / TCOD, VS / The TS ratio was prepared as 7: 3 and 3: 7 based on the volume ratio of primary sludge and drinking water waste of 0.09 and 0.70, respectively.

앞서 언급한 가수분해조(10)와 산발효조(20)의 유효용적이 각각 5ℓ와 10 ℓ이었고, 조내 온도 35∼37℃, 교반강도 150rpm, 음식물쓰레기와 하수슬러지의 알칼리제 주입량 0.075 및 0.025 gNaOH/gTS, 매체( Φ15mm Pall ring)를 산발효조 용적의 30% 충전하였으며, 총 체류시간이 2일인 운전조건에서 실험한 결과 음식물쓰레기와 하수슬러지 혼합액의 산발효액의 성상은 <표1>과 같다.The above-mentioned effective volumes of the hydrolysis tank 10 and the acid fermentation tank 20 were 5 L and 10 L, respectively, and the tank temperature was 35-37 ° C., the stirring strength was 150 rpm, and the amount of alkaline agents injected with food waste and sewage sludge 0.075 and 0.025 g NaOH / The gTS and the medium (Φ15mm Pall ring) were filled with 30% of the volume of the acid fermentation tank, and the results of the acid fermentation of food waste and sewage sludge mixtures were shown in <Table 1>.

<표1> 음식물쓰레기와 하수슬러지 산발효액의 성상<Table 1> Characteristics of Food Waste and Acid Fermentation Sewage Sludge

항목Item 음식물쓰레기Food waste 음식물쓰레기와 하수슬러지 혼합Mixed food waste and sewage sludge 단독Exclusive 7:37: 3 3:73: 7 체류시간(day)Residence time (day) 00 22 00 22 00 22 pHpH 4.24.2 6.06.0 4.24.2 6.26.2 4.84.8 6.36.3 TCOD(㎎/ℓ)TCOD (mg / ℓ) 103,450103,450 75,64075,640 78,52078,520 72,51372,513 55,06355,063 52,01752,017 SCOD(㎎/ℓ)SCOD (mg / ℓ) 41,40041,400 53,35053,350 38,80738,807 42,64342,643 17,73317,733 21,17321,173 SCOD/TCOD(%)SCOD / TCOD (%) 4040 7070 5050 5959 3232 4141 Ps(%)*Ps (%) * -- 6464 -- 2525 -- 1717 TS(㎎/ℓ)TS (mg / l) 79,15079,150 40,29040,290 54,08354,083 40,00040,000 36,92336,923 30,45330,453 TS 감소율(%)**% Decrease in TS ** -- 4949 -- 2626 -- 1818 TSS(㎎/ℓ)TSS (mg / l) 40,98040,980 21,15021,150 29,22029,220 22,20022,200 26,06026,060 21,70021,700 TSS 감소율(%)**TSS Reduction (%) ** -- 4848 -- 2424 -- 1717 VFAs(㎎/ℓ)VFAs (mg / l) 8,4508,450 19,07019,070 5,5675,567 7,5837,583 2,8462,846 5,1045,104 VFAs 생성율(%)***% VFAs Generated *** -- 126126 -- 3737 -- 8080

주) * Ps(%)=(초기IDCO-t시간후ICOD)/초기ICOD×100Note) * Ps (%) = (initial IDCO-t hours after OICOD) / initial OICO × 100

** TS(TSS) 감소율(%)=(초기TS(TSS)-t시간후TS(TSS))/초기TS(TSS)×100** TS (TSS) Reduction Rate (%) = (Initial TS (TSS) -t After Time TS (TSS)) / Initial TS (TSS) × 100

*** VFAs 생성율(%)=t시간후VFAs- 초기VFAs)/초기VFAs×100***% of VFAs generated (%) = tFAs after tFA- initial VFAs) / initial VFAs × 100

<표1>에서 보듯이 SCOD/TCOD의 경우 음식물쓰레기 단독과 음식물쓰레기와 하수슬러지 혼합액이 7:3 및 3:7에서 각각 70%, 59%, 41%이었으며, 입상 COD의 가용화 효과(Ps)의 경우는 64%, 25%, 17%로 음식물쓰레기 단독에서 가장 높았다. TS(TSS)감소율의 경우는 각각 49(48)%, 26(24)%, 18(17)%이었으며, VFAS농도는 각각 19,070㎎/ℓ, 7,583㎎/ℓ, 5,104㎎/ℓ이 었고, VFAS생성율은 126%, 37%, 80%로 음식물쓰레기 단독에서 가장 많이 생성되었다.As shown in <Table 1>, food waste alone, food waste and sewage sludge mixtures were 70%, 59%, and 41% at 7: 3 and 3: 7, respectively, and the solubilization effect of granular COD was shown in Table 1. In 64%, 25% and 17% of cases, food waste alone was the highest. TS (TSS) reduction rates were 49 (48)%, 26 (24)% and 18 (17)%, respectively, and the VFA S concentrations were 19,070 mg / l, 7,583 mg / l and 5,104 mg / l, respectively. VFA S production rate was 126%, 37%, 80%, which was the highest in food waste alone.

<실시예 2 : 일차슬러지의 초음파 분해>Example 2 Ultrasonic Decomposition of Primary Sludge

하수처리장의 일차슬러지에 0.05 gNaOH/gTS를 주입한 후 가용화 및 산발효 한 경우의 초기 TCOD는 각각 22,700㎎/ℓ, 20,850㎎/ℓ이었고, SCOD는 2,933㎎/ℓ, 3,333㎎/ℓ인 시료를 사용하였다. 각 시료를 초음파 항온조의 온도 20℃에서 6시간 동안 35kHz로 처리한 후 액성변화와 가용화 효과에 대해 분석한 결과는 <표 2>와 같다.After injection of 0.05 gNaOH / gTS into the primary sludge of the sewage treatment plant, the initial TCOD was 22,700 mg / l, 20,850 mg / l, and the SCOD was 2,933 mg / l and 3,333 mg / l, respectively. Used. Each sample was treated at 35 kHz for 6 hours at 20 ° C. in an ultrasonic thermostat, and then analyzed for the effects of solubility and solubilization.

<표 2> 일차슬러지 전처리 방법별 초음파처리 비교<Table 2> Comparison of Ultrasonic Treatment by Primary Sludge Pretreatment Method

구분division gNaOH/gTSgNaOH / gTS 시간(hr)항목Hr item 00 0.50.5 1One 22 33 44 55 가용화액Soluble solution 0.050.05 SCOD/TCOD(%)SCOD / TCOD (%) 1313 3030 3232 3838 4141 4747 5353 Ps(%)Ps (%) 00 1919 2222 2828 3232 3939 4646 산발효액Acid Fermentation Liquid 0.050.05 SCOD/TCOD(%)SCOD / TCOD (%) 1616 3636 3636 3636 3737 3737 3838 Ps(%)Ps (%) 00 2424 2424 2424 2525 2626 2626

일차슬러지의 가용화액과 산발효액을 초음파처리 한 후의 SCOD/TCOD 변화는 각각 13∼53%, 16∼38%로 반응시간이 경과함에 따라 SCOD/TCOD의 변화 및 입상 COD의 가용화 효과(Ps)가 증가하였다. 그러나 반응시간 1hr 이내에서 가장 높은 효율을 보였다.After sonication of primary sludge solubilizer and acid fermentation solution, the SCOD / TCOD change was 13-53% and 16-38%, respectively, and the change of SCOD / TCOD and solubilization effect of granular COD (Ps) Increased. However, the highest efficiency was achieved within 1hr of reaction time.

<실시예 3 : 음식물쓰레기의 초음파 처리>Example 3 Ultrasonication of Food Waste

산발효한 음식물쓰레기의 초기 pH는 6.6이고 TCOD와 SCOD가 각각 53,000㎎/ℓ 및 39,000㎎/ℓ인 시료를 단순침전과 35㎑로 초음파 처리한 상징액을 10분 간격으로 60분동안 측정하여 침전물 깊이와 SCOD/TCOD 변화 및 가용화 효과에 대해 분석한 결과 <표3>과 같다.The initial pH of acid-fermented food waste was 6.6, and the supernatant superseded by simple precipitation and 35 ㎑ for 60 minutes was measured for 60 minutes at 10 minutes interval for samples with TCOD and SCOD of 53,000mg / l and 39,000mg / l, respectively. The results of the analysis of the changes in SCOD / TCOD and solubilization are shown in Table 3.

<표3>에서 보는 바와 같이, 단순침전과 초음파 처리 후 침강 높이는 30분 경과 후 약 50%로 급격히 낮아졌으나 이후에는 약간씩 낮아졌다. SCOD/TCOD의 변화는 단순침전 및 초음파 처리에서 각각 2%, 21%로 약 10배 차이를 보였으며 초음파처리 40분 이후에는 95%의 높은 용존성 물질을 얻을 수 있었다. 또한 입상 COD의 가용화 효과(Ps)의 경우 단순침전에서는 최대 4.4%이었으나, 초음파처리에서는 80%로 약 18배의 높은 효율을 보였다. 이는 입상 COD물질 중 초음파에 의해 미세한 물질은 분해되고 일부 고형물은 고액분리되어 하부에 침강되었기 때문이다. 따라서 산발효조를 거친 발효산물을 40∼60분간 초음파로 분해할 경우 용해성 물질(SCOD)의 비율을 높이는데 효과적이다.As shown in Table 3, after the simple precipitation and sonication, the sedimentation height sharply decreased to about 50% after 30 minutes but slightly decreased thereafter. The change of SCOD / TCOD was about 10 times difference between simple settling and sonication, 2% and 21%, respectively. After 40 minutes of sonication, 95% high dissolved substance was obtained. In addition, the solubilization effect (Ps) of the granular COD was up to 4.4% in simple settling, but 80% in sonication, which was about 18 times higher. This is because fine particles of the particulate COD material are decomposed by ultrasonic waves, and some solids are separated into solids and settled to the bottom. Therefore, it is effective to increase the ratio of soluble substance (SCOD) when the acid fermentation product passed through the acid fermentation tank for 40 to 60 minutes by ultrasound.

<표3> 단순침전과 초음파처리 비교<Table 3> Simple Precipitation and Ultrasonic Treatment

구 분division 시간(분)항목Time (minutes) item 00 1010 2020 3030 4040 5050 6060 단순침전Simple precipitation 침강높이(㎝)Sedimentation height (cm) 1616 1515 9.59.5 9.09.0 7.87.8 6.96.9 6.86.8 초음파처리Ultrasonic treatment 1616 1515 9.69.6 8.08.0 7.87.8 7.47.4 7.37.3 단순침전Simple precipitation SCOD/TCOD (%)SCOD / TCOD (%) 7474 7474 7474 7575 7575 7676 7676 초음파처리Ultrasonic treatment 7474 7979 8181 8484 9494 9595 9595 단순침전Simple precipitation Ps(%)Ps (%) 00 0.70.7 1.51.5 1.51.5 3.73.7 3.73.7 4.44.4 초음파처리Ultrasonic treatment 00 19.119.1 27.227.2 39.039.0 76.576.5 79.479.4 80.180.1 단순침전Simple precipitation TSS감소율(%)TSS Reduction (%) 00 0.60.6 1.11.1 2.42.4 4.64.6 6.66.6 7.17.1 초음파처리Ultrasonic treatment 00 3.63.6 4.14.1 6.16.1 7.67.6 8.68.6 12.612.6

<실시예 4 : 산발효액의 생분해>Example 4 Biodegradation of Acid Fermentation Solution

전처리한 음식물쓰레기 슬러리를 TS농도 기준으로 2배 희석하여 조제한 시료를 <실시예1>에서 언급한 가수분해 및 산발효 장치를 이용하여 조내 온도 35∼37 ℃, 교반강도 150rpm, 음식물쓰레기와 하수슬러지의 알칼리제 주입량 0.075 및 0.025gNaOH/gTS, 체류시간 2일인 운전조건에서 얻어진 산발효액과 이 액을 35㎑로 40분간 초음파처리 한 2종류의 음식물쓰레기와 산발효한 하수슬러지 시료를 사용하였다. 수온이 20℃ 이고 MLSS농도가 약 3000 mg/ℓ 인 호기성 조건에서 생분해한 결과를 토대로 기질제거 속도상수와 비기질 소모율을 산출한 결과는 <표 4>와 같다.A sample prepared by diluting the pretreated food waste slurry twice based on the TS concentration was prepared using the hydrolysis and acid fermentation apparatus mentioned in <Example 1>, and the tank temperature was 35-37 ° C., the stirring strength was 150 rpm, the food waste and sewage sludge. Acid fermentation liquor obtained under the operating conditions of 0.075 and 0.025 g NaOH / gTS and retention time of 2 days, and two kinds of food waste and acid fermentation sewage sludge samples sonicated at 35 kPa for 40 minutes were used. Based on the results of biodegradation under aerobic conditions with a water temperature of 20 ° C and an MLSS concentration of about 3000 mg / ℓ, the results of calculating the substrate removal rate constant and non-substrate consumption are shown in <Table 4>.

<표 4>에서 보듯이 메탄올을 기준하여 음식물쓰레기 단순 산발효액과 산발효 후 초음파처리 한 액 그리고 산발효한 하수슬러지에 대한 기질제거 속도상수를 비교한 결과 0.96, 0.98 및 0.91로 미생물에 의한 기질제거능이 우수하였다. 한편 비기질 소모율을 토대로 반응시간별 비기질 소모속도상수를 산출하여 메탄올과 음식쓰레기 및 하수슬러지의 산발효에 대해 상대 비교한 결과 0.88∼0.94로 상당히 우수한 비기질 소모율을 보였다.As shown in <Table 4>, the substrate removal rate constants for the food waste simple acid fermentation solution, the ultrasonically treated solution after acid fermentation, and the acid fermentation sewage sludge were 0.96, 0.98 and 0.91. The removal ability was excellent. On the other hand, the non-substrate consumption rate constant for each reaction time was calculated based on the non-substrate consumption rate and the relative fermentation rate of methanol, food waste and sewage sludge was 0.88∼0.94.

<표 4> 생분해도 산출결과<Table 4> Result of Biodegradability

구분division gNaOH/gTSgNaOH / gTS 기질제거속도상수(K, hr-1)Substrate Removal Rate Constant (K, hr -1 ) 비기질소모속도상수(a, hr-1)Specific substrate consumption rate constant (a, hr -1 ) MethanolMethanol 00 0.45(1.0)0.45 (1.0) 0.17(1.0)0.17 (1.0) 음식물쓰레지단순 산발효액Food waste simple acid fermentation 0.0750.075 0.43(0.96)0.43 (0.96) 0.15(0.88)0.15 (0.88) 음식물쓰레기산발효 후초음파 처리Ultrasonic Treatment after Food Waste Acid Fermentation 0.0750.075 0.44(0.98)0.44 (0.98) 0.160.94)0.160.94) 하수슬러지산발효액Sewage Sludge Fermentation Liquid 0.0250.025 0.41(0.91)0.41 (0.91) 0.15(0.88)0.15 (0.88)

주) C = Co - e-kt, U = (So - S) / tX, U = Uo·e-at Note) C = Co-e -kt , U = (So-S) / tX, U = Uoe -at

<실시예 5 : 산발효액의 탈질>Example 5 Denitrification of Acid Fermentation Solution

<실시예 4>단계에서 사용한 동일한 시료를 수온 20℃이고 MLSS농도가 3000 mg/ℓ인 무산소조에서 탈질 실험한 결과를 토대로 질소제거속도상수(kDN)와 탈질율 그리고 탈질에 따른 유기물 소모율을 산출한 결과는 <표 5>와 같다.Based on the results of denitrification experiments using the same sample used in Example 4 in an anoxic tank with a water temperature of 20 ° C. and an MLSS concentration of 3000 mg / l, the nitrogen removal rate constant (k DN ), denitrification rate, and organic material consumption rate according to denitrification were calculated. The results are shown in Table 5.

메탄올을 기준하여 음식물쓰레기 단순 산발효액과 산발효 후 초음파처리 한액 그리고 하수슬러지 산발효액의 질소제거속도상수를 상대 비교한 결과 0.84, 0.92 및 0.83이었고, 탈질율의 경우는 0.82, 0.92 및 0.64로서 하수슬러지에 비해 음식물쓰레기 산발효액의 탈질효과가 우수하였으며 유기물 소모율의 경우 메탄올에 비해 약 10∼18% 더 소모되었다.The relative nitrogen removal rate constants of the food waste simple acid fermentation solution, the ultrasonically treated one liquor after acid fermentation, and the sewage sludge acid fermentation were 0.84, 0.92 and 0.83 based on methanol, and the denitrification rate was 0.82, 0.92 and 0.64. Compared with methanol, the denitrification effect of food waste acid fermentation was excellent.

<표 5> 탈질 및 유기물 소모율 산출결과<Table 5> Denitrification and Organic Consumption Rate Calculation Results

구분division gNaOH/gTSgNaOH / gTS 질소제거속도상수(kDN, mgNO3-N/ℓ·hr)Nitrogen removal rate constant (k DN , mgNO 3 -N / ℓ · hr) 탈질율(mgNO3-N/gVSS·hr)Denitrification Rate (mgNO 3 -N / gVSS · hr) 유기물소모율(gSCOD/gNO3-N)Organic material consumption rate (gSCOD / gNO 3 -N) MethanolMethanol 00 31.3(1.0)31.3 (1.0) 12.9(1.0)12.9 (1.0) 2.8(1.0)2.8 (1.0) 단순음식물쓰레기산발효액Simple food waste acid fermentation liquid 0.0750.075 26.4(0.84)26.4 (0.84) 10.6(0.82)10.6 (0.82) 3.2(1.14)3.2 (1.14) 음식물쓰레기산발효 후초음파처리Ultrasonic Treatment after Food Waste Acid Fermentation 0.0750.075 28.80.9228.80.92 11.8(0.92)11.8 (0.92) 3.1(1.10)3.1 (1.10) 하수슬러지산발효액Sewage Sludge Fermentation Liquid 0.0250.025 26.0(0.83)26.0 (0.83) 8.2(0.64)8.2 (0.64) 3.3(1.18)3.3 (1.18)

하수처리장 유입수질이 계획보다 낮게 유입되고 있어 빈부하 현상으로 인한 시설의 유지관리에 상당한 어려움이 초래되고 있을 뿐만 아니라 고도처리시 무산소조의 탈질율을 높이기 위해 외부에서 유기탄소원을 공급해야 하는 경제적인 문제점에 직면하고 있다. 또한 최근에는 방류 수질 기준 강화로 산업폐수 중 산세정 공정에서 발생되는 질소화합물을 처리하기 위해 외부탄소원으로 메탄올을 공급해야 하는 어려움이 있다. 따라서 고가의 메탄올 구입비용은 고도처리공정의 운전비용에 상당한 부담을 줌으로써 하·폐수의 고도처리를 더욱 어렵게 하는 요인이 되고 있다.The inflow of sewage treatment plant is lower than planned, which leads to considerable difficulties in the maintenance of facilities due to poor loads, as well as the economic problem of supplying organic carbon sources from outside to increase the denitrification rate of anoxic tank during advanced treatment. Facing. In addition, in recent years, there is a difficulty in supplying methanol to an external carbon source to treat nitrogen compounds generated in an acid washing process in industrial wastewater due to strengthened discharge water quality standards. Therefore, the expensive methanol purchase cost has a significant burden on the operation cost of the advanced treatment process, which makes the advanced treatment of sewage and wastewater more difficult.

이러한 문제점에 대한 해결방안의 일환으로 탈질공정에 메탄올 대신 음식물쓰레기와 하수슬러지 산발효액을 생물학적 탈질용 외부탄소원으로 대체하므로써 처리비용의 획기적인 절감은 물론 음식물쓰레기와 하수슬러지의 근원적인 처리로 기존의 많은 문제점을 동시에 해소할 수 있을 것으로 기대된다.As a solution to this problem, by replacing food waste and sewage sludge acid fermentation with an external carbon source for biological denitrification in place of methanol in the denitrification process, not only drastically lowers the treatment cost but also the existing treatment of food waste and sewage sludge. It is expected that the problem can be solved at the same time.

아울러 본 공정에서 생산된 산발효액은 생분해성 향상과 용해성 유기물량이 증가된 양질의 탄소원으로 재활용하므로써 처리비용의 절감과 폐자원의 재활용으로 환경친화적인 측면에서도 더욱더 효과가 클 것이다.In addition, the acid fermentation liquid produced in this process will be more effective in terms of environment-friendliness by reducing treatment costs and recycling waste resources by recycling to high quality carbon sources with improved biodegradability and increased soluble organic matter.

Claims (4)

음식물쓰레기와 하수슬러지를 이용하여 생물학적 탈질용 탄소원으로 이용하기 위한 산발효액 제조장치에 있어서,In the acid fermentation liquid production apparatus for using as a carbon source for biological denitrification using food waste and sewage sludge, 협잡물과 이물질이 제거된 음식물쓰레기 슬러리와 하수슬러지에 알칼리제를 투여하여 가수분해시킬 수 있도록 음식물쓰레기 슬리리와 하수슬러지가 조내로 유입되는 유입관과, 알칼리제 등 첨가물을 주입하기 위한 첨가물 주입관과, 유입된 음식물쓰레기 슬러리와 하수슬러지가 알칼리제와 혼합되도록 교반하는 교반장치와, 가수분해된 슬러리를 배출시킬 수 있도록 연통되게 설치된 슬러리 이송관으로 이루어진 가수분해조와;Food inlet sludge and sewage sludge are introduced into the tank to hydrolyze food waste slurries and sewage sludge from which debris and foreign substances are removed, and an inlet pipe for injecting additives such as alkaline agents; A hydrolysis tank composed of a stirring device for mixing the introduced food waste slurry and the sewage sludge with the alkali agent, and a slurry transfer pipe connected to discharge the hydrolyzed slurry; 상기 가수분해조에서 유입된 슬러리를 미생물을 이용하여 산발효시킬 수 있도록 가수분해된 슬러리를 하부의 고밀도 슬러지층으로 유입시킬 수 있도록 연통되게 설치된 슬러리 이송관과, 고밀도 슬러지층을 교반시킬 수 있도록 설치된 교반장치와, 상기 고밀도 슬러지층의 상부에 형성되고 서로 다른 크기와 형태의 매체로 이루어진 매체층과, 상기 매체층을 거쳐 배출된 상징액을 배출시킬 수 있도록 연통되게 설치된 산발효액 이송관을 포함하여 이루어진 상향류 슬러지 블랭킷 여상 발효조를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기와 하수슬러지를 이용한 생물학적 탈질용 산발효액의 제조장치.Slurry transfer tube and the high density sludge layer are installed so as to be in communication so that the hydrolyzed slurry can be introduced into the lower density of the sludge layer to acidify the slurry introduced from the hydrolysis tank using the microorganism, A stirring device, a medium layer formed on top of the dense sludge layer and formed of media of different sizes and shapes, and an acid fermentation liquor conveying pipe installed to communicate with the supernatant discharged through the medium layer. An apparatus for producing an acid fermentation solution for biological denitrification using food waste and sewage sludge, characterized by comprising an upflow sludge blanket filter bed fermenter. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 상향류 슬러지 블랭킷 여상 발효조를 거친 산발효액에 초음파를 방사시켜 미분해 물질을 분해가 용이한 용존성 물질과 분자구조로 변화시킬 수 있도록 소정의 외벽으로 이루어진 반응조와, 상기 반응조의 내부에 설치된 분리판과, 상기 분리판에 지그재그식으로 설치된 다수의 초음파 변환기(또는 진동자)와, 상기 반응조의 하부에 설치되어 침전물의 일부를 상기한 가수분해조로 반송하는 반송관으로 이루어진 초음파 분해 및 고액분리조를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기와 하수슬러지를 이용한 생물학적 탈질용 산발효액의 제조장치.A reaction tank consisting of a predetermined outer wall so as to radiate ultrasonic acid into the acid fermentation broth passed through the upflow sludge blanket filter fermentation tank so as to change undissolved material into an easily dissolved dissolved substance and a molecular structure; Ultrasonic decomposition and solid-liquid separation tank consisting of a plate, a plurality of ultrasonic transducers (or vibrators) provided in a zigzag manner on the separation plate, and a conveying tube installed in the lower portion of the reaction tank to convey a part of the precipitate to the hydrolysis tank described above. Apparatus for producing an acid fermentation for biological denitrification using food waste and sewage sludge, characterized in that comprising. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 매체층은 서로 다른 크기와 형태로 이루어진 적어도 2단 이상의 매체층이 이루어져 막힘과 편류 및 이구(mudball)형성을 방지하는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기와 하수슬러지를 이용한 생물학적 탈질용 산발효액의 제조장치.The media layer is made of at least two or more stages of media layers of different sizes and shapes to prevent clogging, drift and mudball (mudball) formation, characterized in that the production of acid fermentation for biological denitrification using food waste and sewage sludge . 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 다수의 초음파 변화기가 반응조의 외벽에도 지그재그식으로 설치되어 미분해 물질의 분해효율을 높이는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기와 하수슬러지를 이용한 생물학적 탈질용 산발효액의 제조장치.The apparatus for producing an acid fermentation solution for biological denitrification using food waste and sewage sludge, wherein the plurality of ultrasonic transducers are installed in a zigzag manner on the outer wall of the reactor to increase the decomposition efficiency of undecomposed substances.
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KR101126125B1 (en) 2010-01-14 2012-03-29 뉴엔텍(주) Sludge and Organic Matter Treatment Plant Having Two-Phase Digester

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