KR20060065851A

KR20060065851A - 생활 환경오염물의 무배출 및 자원화 시스템

Info

Publication number: KR20060065851A
Application number: KR1020040104306A
Authority: KR
Inventors: 윤인학
Original assignee: 이대형; 윤인학; (주)이씨씨엔지니어링
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2006-06-14
Also published as: KR100667011B1

Abstract

본 발명은 공동주택 등에서 사람이 생활하면서 발생시킨 오수나 음식물 쓰레기 등의 환경오염물 전량을 외부로 배출시키지 않고 오염 현장에서 자체 처리하여 폐기물의 무배출을 이룩하여 환경오염을 방지하고, 생활 환경오염물의 현장 처리과정에서 중수, 바이오 가스 및 퇴비를 획득하여 자원화함으로써 수자원과 에너지 자원의 외부 차입을 최소화하고자 한 생활 환경오염물의 무배출 및 자원화 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 오수처리 과정을 수행하는 스크린(1), 유량 조정조(2), 회전순환식 여과기(3), 제1·2무산소조(4)(5), 분리막 여과기(6), 중수 저장조(7)의 시설로 구성되고, 폐기물처리 과정 및 신재생에너지 이용과정을 수행하는 혼합조(8), 소화조(9), 가스 저장탱크(10) 등의 시설로 구성되며, 필요에 따라 열병합 발전시설(11)이 추가적으로 구비됨으로써, 이들 시설이 아파트 등과 같은 밀집된 주거영역 내 또는 그와 인접한 부지에 설치되어서, 생활오수나 생활 쓰레기 등의 환경오염물이 발생되는 즉시 현장 처리되어 외부로 환경오염물을 무배출하여 환경오염을 방지하고, 또한 생활 환경오염물의 현장처리과정에서의 부산물인 중수, 바이오 가스 및 퇴비 등을 획득함으로써 전량 자원화시키는 것이다.

생활오수, 유기성 폐기물, 폐목재, 여과, 중수, 퇴비, 가스, 신재생에너지

Description

생활 환경오염물의 무배출 및 자원화 시스템{Zero-emission and resources recycling system thereof}

도1은 종래 일반적인 하수처리방법을 나타낸 순서도

도2는 본 발명에 의한 환경오염물의 무배출 및 자원화 시스템을 나타낸 순서도

도3은 본 발명에 따른 오수처리과정을 나타낸 순서도

도4는 본 발명에 따른 유기성 폐기물 처리과정을 나타낸 순서도

도5는 본 발명에 따른 신재생에너지 이용과정을 나타낸 순서도

도6은 본 발명에 따른 오수처리과정에서 이용되는 회전순환식 여과기의 구성을 보여주는 단면도

도7은 본 발명에 따른 폐기물 처리과정에서 이용되는 소화조의 설치상태도

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1:스크린 2:유량 조정조

3:회전순환식 여과기 3a:여상

3b:여층 3c:여재공급기

4:제1무산소조 5:제2무산소조

6:분리막 여과기 7:중수 저장조

8:혼합조 9:소화조

9a:트렌치 9b:단열재층

9c:난방코일 10:가스 저장탱크

11:열병합 발전시설

본 발명은 환경오염물의 무배출 및 자원화 시스템에 관한 것으로, 특히 일반 건축물, 아파트 등과 같은 밀집 주거영역에서 발생되는 생활 환경오염물 전량을 외부로 배출시키지 않고 오염 현장에서 자체 처리하여 폐기물의 무배출을 이룩하여 환경오염을 방지하고, 또한 생활 환경오염물의 현장처리과정에서 중수(中水), 바이오 가스(Bio Gas) 및 퇴비를 획득하여 자원화함으로써 수자원과 에너지 자원의 외부로부터의 차입을 최소화하고자 한 생활 환경오염물의 무배출 및 자원화 시스템에 관한 것이다.

즉, 본 발명은 종래 생활 환경에서 배출되는 하오수를 원격지인 하수종말처리장에서 처리하고, 폐기되는 폐기물을 쓰레기 매립장, 소각장 등 외부로 운반하여 처리하던 개별적인 폐기물 처리방법과 달리, 일상 생활에서 발생된 환경오염물(생 활 오수, 음식물 쓰레기, 폐목재 등)을 발생현장에서 종합적으로 자체 처리하여 오수는 전량 중수로 재활용하고, 음식물 쓰레기와 폐목재 등의 유기성 쓰레기 전량을 퇴비 등으로 자원화 하는 동시에, 유기성 쓰레기 자원화 과정에서 대체에너지와 열을 획득 생산하여 주거영역에 공급함으로써, 생활오수나 생활 폐기물로 인한 환경오염을 방지하고 에너지의 외부 차입을 최소화하고자 한 환경오염물의 무배출 및 자원화 시스템에 관한 것이다.

최근 급속한 도시화에 따라 주거영역에서 대량으로 발생되는 생활오수와 음식물 쓰레기 등 생활 환경오염물의 처리에 큰 곤란을 겪고 있으며, 이들을 수거 운반하여 처리하는 과정에서의 많은 문제점이 발생되고 있으며, 또한 이들 폐기물들을 최종처리하기 위한 시설부지 확보의 어려움 및 처리시설의 기피현상 등으로 심각한 사회문제로 대두되고 있으며, 또한 이들 시설을 구축하는 데에도 막대한 비용이 소요되고 있는 실정이다.

현재 공동주택 등의 주거영역에서 발생되는 생활 환경오염물은 주로 외부로 배출시켜 처리하고 있는데, 폐기물의 종류와 형상에 따라 폐기물 처리방법이 하수처리, 쓰레기 매립 및 소각, 해양투기, 퇴비화, 자원화 등 각각 상이한 형태로 이루어져 있고, 또한 서로 상이한 형태의 폐기물 처리방법에 따라 각각의 장소에서 각각의 기술로 개별적으로 처리하는 원거리 집중처리방식(End Of Pipe Treatment)이 일반적이다.

즉, 외부로 분리 배출되는 생활쓰레기중 종이, 플래스틱, 금속, 병 등의 재활용 자원은 별도로 수거 운반하여 재활용 처리하고, 음식물쓰레기 등 나머지 폐기물 등은 해당 폐기물 수거차량에 의해 운반되어 적환장을 거쳐 매립지로 매립하거나 소각 등을 통해 처리하고 있다.

그리고, 하·오수처리는 하수관망을 통해 외부로 배출되어 관망을 통하여 원격지인 하수종말처리장으로 이송시켜 처리하고, 분뇨는 수거차량에 의하여 수거되어 분뇨처리장에서 각각 처리하고 있다.

상기와 같이 종래 하·오수와 폐기물의 처리방법은 대부분 오염 발생원에서 수거하여 각각 대규모의 처리시설로 장시간 운반 이송시킨 후 대형시설에서 처리하는 집중처리방식(End Of Pipe Treatment)이 대부분인데, 이 집중처리방법은 1차처리 형태로써 처리 후 발생되는 부산물인 슬러지 등의 잔재물은 2차오염을 발생시키고 있으며, 또한 이 잔재물을 별도로 처리하기 위하여 막대한 비용이 소요되고 있다.

또한, 원거리 집중처리방식(End Of Pipe Treatment)은 하수처리장, 분뇨처리장, 쓰레기 매립지, 쓰레기 소각장 등의 각 분야별 처리시설을 건설하는데 막대한 비용과 부지가 필요하며, 그 처리시설을 운용함에 있어 막대한 에너지(예를 들면, 시설된 설비를 구동시키기 위해 소요되는 전력)와 비용이 소요되므로 그 처리방법의 개선이 절실히 필요하다.

또한, 종래의 기술인 하·오수처리와 폐기물 매립과 소각 처리방법은 처리 과정 중 발생되는 엄청난 양의 슬러지와 잔재물의 대부분을 자원화하지 못하고, 막대한 경비를 지출하면서 매립이나 해양투기, 소각 등으로 처리를 하지만 이는 해양오염, 대기오염, 토양오염 등 2차 환경오염을 유발하게 됨으로써 환경에 큰 문제가 되고 있다.

일각에서는 분뇨나 음식물 쓰레기·폐기물 처리 후 발생되는 슬러지 등을 퇴비화하거나 동물의 사료로 재생한다거나 또는 바이오 가스 등을 생산하여 자원화하려는 시도를 하고 있지만 아직까지 실용화시키기에는 그 품질 및 경제성이 떨어진다.

그 이유는 하수종말처리장에서 발생된 슬러지의 경우 산업 폐수와 농약, 중금속 등이 포함되어 퇴비로 사용할 수 없는 경우가 대부분으로서 유기성분이 부족하거나, 처리과정에서 대부분 유실되었기 때문이며, 음식물 쓰레기의 경우는 음식물의 염분이 작물에 해를 끼치고 유기성분이 처리과정에서 많이 유실되었기 때문이다.

또한, 종래 슬러지의 최소화 처리기술로는 소화조에서 슬러지를 소화조 내부에서 항상 37℃이상을 유지시켜 혐기소화 처리하여 슬러지 양을 약 1/10로 축소하는 방법을 사용하여 처리 후 발생되는 슬러지의 최소화에 많은 노력을 기울이고 있다.

그러나 하수처리장 등에서 사용하는 소화조는 대용량의 구조물로 구축되며 대부분 지상에 노출시켜 슬러지의 입출이 기계적으로 용이하도록 설치하고, 외부 표면은 고가의 단열재로 단열하여 설치하고 대형의 시설로 큰 부지가 필요하며 표면적이 넓어 특히 동절기에는 소화조의 내부와 외부의 온도 차이가 크기 때문에 단열을 했으나, 열관류 현상으로 인한 열에너지 손실이 크고, 슬러지의 입출시에 열손실이 과다하여 혐기 발효의 적정 발효 온도인 37℃이상의 온도를 항상 유지하는데 별도로 막대한 에너지와 운용경비가 소요되므로 설치를 하고서도 소화조를 잘 사용하지 못하고 있는 실정으로 슬러지 최소화 처리의 실효성이 없는 상태이다.

상기한 바와 같이 종래 기술은 이러한 생활오수를 주거영역 외부로 배출하여 하수관망을 통해 발생원으로부터 멀리 떨어져 있는 하수종말처리장까지 장시간에 걸쳐 이송시켜 처리하는 이른바 하수종말처리방법(End Of Pipe Treatment)을 통해 처리하는 것이 일반적이다.

하수종말처리장은 분뇨를 처리하는 정화조를 크게 확대한 정도의 개념으로서, 침전지 등에서 오수에 포함된 침전물과 부유물질을 1차적으로 제거하고, 그 1차 처리수를 생물학적 처리방법을 사용해 오염물질을 물과 분리시켜는 2차처리한 후에 대부분 하천에 방류한다.

즉, 종래 하수종말처리장의 하수 처리방법은 도1의 도시와 같이 기본적인 처리로 물리학적 처리인 1차처리(스크리닝+침사, 침전)와, 생물학적 처리인 2차처리를 하여 소정의 수질기준에 이르면 방류한다.

그러나, 위와 같은 하수종말처리방법에 의한 오수처리방법은 오염원으로부터 하수종말처리장까지 분리하수관 등의 관망을 설치 구성하는데 막대한 비용이 소요되며, 이 관망 시설의 원활한 기능을 수행토록 유지 보수하는 과정에도 많은 비용이 들어간다.

특히, 위와 같은 하수종말처리방법에 의한 오수처리방법은 침전지 등에서 침전물과 부유물질은 쉽게 제거할 수 있으나, 오수를 장시간 하수관망을 통해 이송시켜 처리하기 때문에, 침전지에서 제거되지 않은 오염물질은 콜로이드, 이온화 상태로 상(相)변화(phase change)되어 그 제거가 어려운 문제점이 있다.

즉, 오수를 장시간 이송시켜 처리할 경우 오수가 이송되는 중에 충돌·침전 등 물리·화학·생물학적 작용을 장시간 거치면서, 오수에 포함된 오물이 용해·부패·산화되고 이에 따라 오물이 입자상태에서 콜로이드·이온화 등의 상(相)변화가 일어나 물과 오물과의 분리가 어렵게 되는 현상이 발생된다.

따라서, 위와 같은 하수종말처리방법에 의한 오수처리방법은 1차처리(물리학적 처리)과정과 2차적인 생물학적 처리과정에 많은 시간이 필요하고, 긴 처리시간을 거치는 만큼 처리수를 대량으로 저장하기 위한 유량 조정조·침사지·포기조 등의 넓은 설비부지가 필요하며, 또한 복잡한 처리과정을 거치게 되며, 이들 시설들을 운용하기 위하여 막대한 에너지와 경비가 소요되는 단점이 있었다.

또한 빗물, 지하수 등 처리하지 않아도 될 물까지 쓸데없이 처리하게 됨으로써 에너지 낭비가 심하여 개선이 필요한 실정이며, 홍수기에는 유입수를 처리하기 위한 용량이 부족하여 유입 하수를 그대로 하천에 방류하는 문제점이 있다.

또한, 오수처리 후 남은 슬러지를 탈수시켜 현재까지는 대부분 케익(Cake) 상태로 뭉쳐 해양에 투기하거나 육상매립 또는 소각처리 등의 방법을 통해 처리하고 있으나, 최근 국제협약에 의해 해양투기가 금지되고 매립지 확보가 어려움에 따라 그 처리에 곤란을 겪고 있을 뿐만 아니라, 2차적인 환경오염을 야기시켜 사회문제화 된지 오래이다.

그 대안으로 슬러지를 소각하는 방법, 건축 골재로 활용하는 방법 또는 퇴비로 재활용하는 방법 등 여러 노력을 하고 있지만 경제적으로 마땅한 방법이 없을 뿐만 아니라, 퇴비화의 경우 하수종말처리장으로 유입되는 하수에는 유해물질을 함유하는 산업폐수와 농약 등이 일부 섞여 있기 때문에 퇴비화 하기에는 곤란한 문제점이 있다.

한편, 좋은 수질을 얻기 위해 1차처리, 2차처리를 거친 처리수를 재처리하는 고도 수처리 과정은 음용수 처리방법인 정수기와 동일한 여과 방법으로서, 최종 수질이 약 5PPM이하로 설계된다.

종래 이러한 고도 수처리 방법으로는 급속 모래 여과법·활성탄 여과법·한외 여과막법 등의 방법이 있는데, 급속 모래 여과법·활성탄 여과법인 경우 고정된 통에 모래, 자갈, 활성탄 등의 여재를 일정량을 고정되게 적층하고 1, 2차 처리수를 통과시켜 여과하는 내부여과(체적여과) 작용을 이용한다.

이러한 급속입자 여과방법은 상수도나 음용수의 최종 정수처리 과정에서 사용하는 종합적인 고액(固液) 분리시스템으로서, 하·오수처리장에서는 처리해야 할 원수(原水)의 오염도가 높아 오염물의 누적이 단시간에 이루어지므로 사용에 많은 운영경비가 소요되므로 잘 사용하지 않는 방법이다.

급속입자 여과방법의 여과작용은 여층에서 오염물질의 제거과정을 2단계로 나눌 수 있다.

제1단계는 오물의 입자가 오수가 흐르는 유선(流線)에서 이탈하여 여재 표면까지 접촉되는 단계로서, 여상의 여층에 의한 체거름 작용, 여재표면에 의한 저지작용과 오물입자의 중력 침강작용을 주로 수행하는 단계이다.

제2단계는 이송된 입자가 여재 표면에 부착하여 포착되는 단계로서, 이때는 오물입자와 억류표면(여과 초기에는 여재 표면이 되고, 그 후에는 포획된 오물입자에 의해 생성된 표면)의 부착 및 흡착이 동시에 작용되는 단계이다.

이러한 여재 표면에서의 부착에 의한 억류가 여과작용의 주요 인자가 되므로 여재의 표면적이 단위그램당 넓은 것이 좋으며, 가능한 한 많은 여재 표면에 오물입자가 부착되도록 하여 여과작용을 유효하게 할 수 있다.

단위 여과 면적당 여재 표면적은 여재 입경을 작게 할수록, 무기성 여재보다 목편 등의 유기성 여재가 억류 효과가 높고 여층 두께가 얇아도 오염물질을 많이 억류할 수 있다.

억류물은 표면 여층에 집중하는 성질이 있어 표면 수㎜내에서 여과가 대부분 이루어진다. 따라서 표면에 오염물질이 단시간에 쌓이고 이에 따라 손실수두가 높아지므로 장시간 여과 지속이 어렵고 얇은 여층에서 억류되는 오염물질량은 한계가 생겨 오염물질이 누출되는 사고가 발생된다.

따라서, 위와 같은 종래의 여과방법은 여과기의 여상(濾床, Filtration bed) 과 여층(濾層, Filter layer)의 여재(餘材, Filter media) 등이 고정식이므로, 큰 면적의 여상과 깊은 여층(700~1,200㎜)을 필요로 할 뿐만 아니라 일정시간이 지나면 여재 표면에 머드볼(Mud Ball) 현상이 발생한다.

머드볼이 발생하는 이유를 살피면, 모든 물리적 여과에서는 여과작용의 대부분이 표면층 여재 표면층 수㎜내에서 이루어지므로, 지속되는 원수의 유입으로 표면에 오염물의 적층 현상이 일어나기 때문이다.

이에 따라, 머드볼(Mud Ball) 현상과 표면 오염물을 제거하여 여과 효과를 높이기 위해 오수의 공급을 차단하고 여재의 적층 표면에 쌓인 오물 슬러지를 고압의 물로 청소하는 표면세척을 자주 실시해 주어야 한다.

또한, 여재 표면 하부에 적층된 오물과 여재 사이에 끼이거나 부착된 오물을 제거하여 여과를 지속케 하면서 여재의 사용기간을 연장하기 위해 오수 유입방향의 역 방항으로 물을 고압으로 분사하여 여재를 청소하는 역세척 과정을 거친 후 탈락된 오염물(슬러지)을 정해진 통로로 이송시켜 반출하여 별도로 처리하는 역세척 방법도 실시해야 한다.

따라서, 상기한 여상 고정식 여과방법은 여재 세척작업이 대단히 불편할 뿐만 아니라 세척에 장시간이 소요되어 그 운전효율이 저하될 수밖에 없었다.

또한, 처리과정에서 사용되는 여재는 여과능력이 떨어지면 새 여재로 교환하고 사용된 여재는 폐기 처분하는데, 새 여재의 교환 작업이 불편할 뿐만 아니라 사용된 여재를 매립하거나 소각하여 폐기 처분하기 때문에 소모적인 비용이 많이 드는 문제점이 있었다.

한편, 폐기물 중 특히 목재폐기물은 처리가 쉽지 않다. 목재 폐기물의 처리는 소각, 매립 등의 방법이 있으나 부피가 크므로 운송비 등 비용이 많이 소요된다. 일반적으로 사용되는 소각방법은 환경오염 방지를 위하여 이산화탄소 등의 발생을 법에서 규제하고 있으며, 매립은 많은 침출수를 배출하므로 매립 또한 금지되어 있다.

따라서 환경에 부담을 주지 않는 목재 폐기물의 처리방법이 요청되는데, 목재 폐기물의 가장 좋은 처리방법으로서는 퇴비화와 바이오 가스를 생산하는 방법이다. 폐기물에서 퇴비와, 대체에너지로서 바이오 가스라는 새로운 자원으로 전환가능하므로 경제적으로도 가치가 있으며, 유용하게 활용할 수 있으며, 또한 환경보전에도 보탬이 되기 때문이다.

그러나, 목재 폐기물의 퇴비화와 바이오 가스 생산시설은 비교적 넓은 장소와 분쇄기 등의 장비를 필요로 하는 등의 문제가 있으며 목재 폐기물이 퇴비화되는 과정에 많은 시간이 소요되는 문제점도 있다.

이에 따라 본 발명자는 이러한 목재 폐기물을 본 발명에 의한 오수처리 과정에서 여재로 1차 사용한 후에 순환자원으로 재활용하도록 하는 것을 제안하고자 한다.

우리의 지구환경이 지속가능한 생태 시스템(Sustainable Ecological System)을 구축할 수 있는 최선의 방법은 첫째 자원의 소비를 줄여서 폐기물 발생 억제에 노력해야 하며, 둘째 발생된 폐기물을 전량 재활용하여 자원을 자연환경에 맞는 완전 순환자원으로 이용하여 신규자원의 생산을 최소화하며, 셋째 화석에너지의 사용을 최소화하여 CO₂ 등 지구 온난화 물질의 발생을 최소화하는 방법일 것이다.

따라서, 현재 폐기물을 가급적 발생시키지 않거나 발생된 폐기물을 전량 재이용하여 기존 폐기물 처리시설의 부담을 덜어주고 폐기물의 대부분을 재생하여 자원화시킬 수 있는 기술개발이 시급하게 요구되고 있다.

본 발명은 종래 생활오수 처리기술과 폐기물 처리기술 및 신재생에너지 생산기술 등에서 나타나는 제 문제점을 해결하고, 각 분야별로 분산되어 개별적으로 처리되어 왔던 환경오염물의 처리기술을 오염발생 현장의 한 장소에서 종합적으로 완벽하게 처리하기 위해 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 아파트 등과 같은 밀집 주거영역에서 발생되는 생활오수와 음식물 쓰레기를 외부로 배출시키지 않고 폐목재 등과 같은 유기성 폐기물과 혼합하여 오염 현장에서 자체 처리하고, 오수는 중수로, 유기성 폐기물은 퇴비 등으로 전량 자원화하는 동시에 자원화 과정에서 신재생에너지와 열을 획득 생산하여 주거영역으로 공급함으로써, 생활오수나 폐기물로 인한 환경오염을 방지하고 생활 필수 에너지의 외부 차입을 최소화하고자 한 생활 환경오염물의 무배출 및 자원화 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 폐기물을 처리하기 위한 매립지 시설 및 하수처리 시 설과 상수도 공급 및 그 생산 시설에 필요한 토지와 시설 설비비, 운영경비를 절감하고, 폐기물 처리 및 운영에 소요되는 에너지 사용을 절감시킴과 동시에 생활에너지를 대폭 절약하여 경제적으로 환경에 끼치는 부담을 최소화할 수 있는 생활 환경오염물의 무배출 및 자원화 시스템을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 생활 환경오염물의 무배출 및 자원화 시스템은, 밀집 주거영역에서 발생되는 생활오수를 발생 즉시 오수관을 통해 이송받아 체거름하는 스크린; 상기 스크린을 통과하는 처리수를 받아서 일시적으로 저장하는 유량 조정조; 연속적으로 회전하면서 순환하는 여상을 가지며 그 여상에 유기성 여재를 공급해 여층을 형성하고, 상기 유량 조정조에 저장된 처리수를 상기 여층 위로 공급받아 여과하는 회전순환식 여과기; 상기 회전순환식 여과기를 거친 처리수를 공급받아 일시적으로 저장하면서 배출유량을 조정하는 제1·2 무산소조; 상기 과정을 거친 처리수를 분리막(分離膜)을 이용해 최종적으로 여과하여 청정화시키는 분리막 여과기; 상기 분리막 여과기를 거쳐 처리된 중수를 받아 저장하면서 그 중수를 수요처로 보내는 중수 저장조; 상기 스크린에서 걸러진 오물과 회전순환식 여과기에서 오물을 흡착한 여재와 주거영역에서 발생되어 정밀 분리 처리된 유기성 쓰레기와 음식물 쓰레기가 투입되고 혼합시키는 혼합조; 상기 혼합조에서 혼합된 혼합물을 받아 혐기 발효시켜 바이오 가스를 생산하고 퇴비화하는 소화조; 상기 소화조에서 생산되는 가스를 포집하여 정화한 후에 압축 저장하고, 저장된 가스 를 수요처로 보내는 가스 저장탱크;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기와 같은 구성을 통해 생산하는 중수(中水)를 화장실용수, 세탁용수, 잡용수로 사용토록 배관을 통해 각 가정에 공급하는 한편, 기타 수요처에 생태 연못, 조경용수, 농업용수, 비상용수, 공업용수, 건천화 방지수, 지하수 보충수, 기타 용수로 송수하여 전량 재사용함을 특징으로 한다.

상기 회전순환식 여과기에서 사용하는 유기성 여재는 폐목재 등을 굵기 1~5㎜, 길이 5~25㎜의 범위에서 다양한 크기로 분쇄한 목편을 주로 사용하며, 여재의 조립율을 오수가 200m/일의 속도로 여층을 통과하도록 설계하여서 오수에 포함된 오물 입자가 95%이상 흡착되도록 한 것을 특징으로 한다.

또한, 회전순환식 여과기에 형성되는 상기 여층은 그 두께를 원수의 오염 정도에 따라 50~200㎜ 범위에서 조정하여 공급하는 것을 특징으로 한다.

상기 소화조는 그 내부온도를 37℃이상 항상 유지하면서, 유입되는 혼합물을 약 100일간 소화시키는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 소화조는 지하로 일정깊이 굴착한 트렌치를 형성하고 그 트렌치 속에 콘크리트 구조물을 세워 구축하며, 그 콘크리트 구조물의 외측에 목편, 톱밥, 왕겨, 볏짚으로 이루어진 유기성 폐기물 중에서 어느 하나 이상을 선택하거나 혼합해 300㎜이상 피복한 단열재층을 형성하여 단열함을 특징으로 한다.

또한, 상기 소화조에서 혐기 발효 과정을 거쳐 바이오 가스 발생을 완료한 혼합물 부식재는 소화조 밖으로 꺼내 일정 후숙(後熟)기간을 거쳐 퇴비화 한 후 유기농 퇴비로 사용토록 함을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 통해 생산하는 가스를 주거영역의 각 가정 보일러, 가스 레인지 등 연소기의 연료가스로 직접 사용토록 하거나, 열병합 발전시설에 공급하여 열과 전기를 동시에 생산토록 하고, 그 전기와 열을 주거영역으로 공급함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 기술구성을 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 첨부도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도2 내지 도7의 첨부도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 생활 환경오염물의 무배출 및 자원화 시스템은 크게 나누어 생활오수처리과정을 단계적으로 수행하는 스크린(1), 유량 조정조(2), 회전순환식 여과기(3), 제1·2무산소조(4)(5), 분리막 여과기(6), 중수 저장조(7)와, 폐기물처리 과정 및 신재생에너지 이용과정을 수행하는 혼합조(8), 소화조(9), 가스 저장탱크(10) 등의 시설로 구성되고, 필요에 따라 열병합 발전시설(11)이 추가적으로 구비되며, 이들 시설이 생활오수 발생 즉시 처리할 수 있도록 아파트 등과 같은 밀집된 주거영역 내 또는 그와 인접한 부지에 설치되어서 현장 처리토록 한다.

우선, 도3을 참조하여 생활오수처리과정을 설명한다.

생활오수는 상수도를 통해 공급된 상수를 주거영역에서 화장실(25%), 주방(15%), 목욕(30%), 세탁(20%), 세면(5%) 기타(5%) 등의 용수로 사용되어서, 분뇨, 음식물 찌꺼기, 비누, 세제, 기타로 오염된 물을 말한다.

스크린(1)은 위와 같은 생활오수를 발생 즉시 오수관을 통해 이송받아 생활오수에 포함된 오물이 분해되기 전에 입자상태에서 체거름 하여 걸러낸다.

이러한 스크린(1)은 스테인레스 제품으로 유니트화 되어 0.5㎜이상의 망눈을 갖는 망체로 형성되며, 오수를 오물이 분해되기 전에 즉시 체거름 하여 오수에 포함된 오물(분뇨, 음식물찌꺼기 등)을 75~80% 정도 걸러내고, 걸러진 오물은 상기 혼합조(8)로 즉시 이송되며, 스크린(1)을 통과하는 오수는 유량 조정조(2)로 자유 낙하하여 이송된다.

상기 스크린(1)을 통과한 처리수는 유량 조정조(2)로 이송된다.

유량 조정조(2)는 상기 스크린(1)을 통과하는 오수를 받아서 일시적으로 저장(공동주택 1,000세대 기준, 기본 용량: 100ton/h)하면서 다음 단계의 회전순환식 여과기(3)로 이송하는 역할을 수행한다.

이 유량 조정조(2)는 콘크리트로 제작되고, 오물이 바닥에 정체하지 않도록 1/10이상의 바닥 경사도를 가지도록 형성된다.

또한 유량 조정조(2)는 주거영역에서 배출되는 오수 발생량이 피크타임(Peak Time) 등 시간대 별로 큰 차이가 있으므로 오수를 회전순환식 여과기(3)로 이송하기 전에 회전순환식 여과기(3)의 처리용량에 맞춰 조절하는 기능을 갖도록 스테인레스 밸브가 설치되어 유량을 조절케 하고 최대 배출능력은 시간당 150ton정도로 설정한다.

상기 유량 조정조(2)로 유입되는 오수는 회전순환식 여과기(3)로 공급된다.

상기 회전순환식 여과기(3)는 도6의 도시와 같이 연속적으로 회전하면서 순환하는 여상(3a)을 가지며 그 여상(3a)에 유기성 여재를 공급해 여층(3b)을 형성하고, 상기 유량 조정조(2)에 저장된 처리수를 상기 여층(3b) 위로 공급하여 여과시킨다.

상기 유기성 여재는 폐목재를 굵기 1~5㎜, 길이 5~25㎜의 범위에서 다양한 크기로 분쇄한 목편을 주로 사용하며, 여재의 조립율을 오수가 200m/일의 속도로 여층(3b)을 통과하도록 설계한다.

상기 폐목재의 굵기가 1㎜미만이면 공극이 적어 여층을 통과하는 속도가 늦어지게 되는 문제가 있으며, 5㎜이상이면 공극이 너무 커서 오염물질이 걸러지지 못할 염려가 있으며, 폐목재의 길이가 5㎜미만이면 여층이 밀실하게 되므로 여과효율은 좋으나 상대적으로 처리속도가 늦어지게 되며, 25㎜이상이면 처리속도가 증가하지만 오수에 혼재된 오염물질이 여과되지 못하고 누출될 우려가 있다.

상기 여층(3b)은 그 두께를 원수의 오염 정도에 따라 50~200㎜ 범위에서 조정하여 공급한다. 상기 여층의 두께가 50㎜미만이면 여과속도는 빠르나 오염물질의 누출 우려가 있으며, 200㎜이상이면 오염물질의 여과처리 효율은 좋으나 여과속도가 늦어지는 단점이 있다.

위와 같은 회전순환식 여과기(3)는 생활오수 발생 즉시 급속입자상 여과법을 통해 고도 수처리하는 것으로, 이를 통해 처리수에 포함된 오물 입자가 여재에 부착되어 분리됨으로써 물로부터 대부분(95%이상)이 제거된다.

즉, 본 발명은 종래 오수처리에 장시간 필요한 생물학적 방법 대신에 최단시간에 오수를 처리할 수 있는 물리적 여과방법을 행하는 회전순환식 여과기(3)의 고도 수처리 과정을 통해 해결하는 것으로, 내부여과(체적여과) 작용을 이용하는 종래의 기술과 달리 주로 표면여과 작용을 이용한다.

이러한 회전순환식 여과기는 예컨대 공동주택 1,000세대 기준으로 오수처리 용량을 시간당 150ton으로 설정할 경우, 여과유효면적이 21㎡로서 설치면적이 50㎡(15평)정도이면 충분하므로 처리용량에 비해 그리 큰 설비부지가 소요되지 않으므로 경제적이다.

또한, 주기적으로 여상의 여층(3b)이 회전이동하므로 여층 표면에 오염물질이 누적되어 발생되는 머드볼 현상이 발생하지 않고, 누적된 오염물질로 인한 손실수두가 발생치 않는다.

따라서 여과 중 오염물질의 누출이 없고, 표면세척, 역세척을 하지 않아도 여과효과가 지속되는 장점이 있다.

또한, 회전순환식 여과기(3)는 여상(Filtration Bed)을 회전, 이동시키므로 여재(filter media)와 여과포(Filter Cloth)가 오염되면 여상을 회전 이동시켜 항상 오염되지 않은 상태로 오수를 여과하게 되므로 얇은 여층(5~20㎝)을 사용하여 큰 에너지를 소모하는 표면세척이나 역세척이 필요 없게 된다.

동시에 종래의 기술은 여재(filter media)를 고가의 무기성 소재인 모래, 활성탄 등을 일정 구조물 안에 고정시켜 사용하고, 여과능력이 떨어지면 폐기물로 처리하여 재활용하지 못하였으나, 본 발명에서 사용하는 회전순환식 여과기(3)는 소각되거나 매립되어 환경에 부담을 주는 폐목재 등 유기성 재료를 일정의 크기로 분쇄하여 여재로 제조하여 사용함으로써 오물을 흡착한 여재를 소화과정을 거쳐 퇴비로 재생하므로 매우 경제적이며 환경오염을 방지한다.

또한, 유기성 소재인 폐목재를 분쇄한 목편을 여재로 사용하므로, 구하기가 쉽고 분쇄된 목편 등은 목재의 특성을 잃지 않으며, 활성탄에는 못미치지만 어떤 무기성 여재보다도 공극이 많아 흡수력이 높고, 표면적이 넓어 오물의 흡착능력이 뛰어나다.

한편, 회전순환식 여과기(3)는 컨베이어 형태로 모터에 의해 회전·구동되며 여상은 0.5㎜ 정도의 간극을 가진 여과포로 피복하고, 구동속도는 200m/day로 설계한다.

여상인 여과포(Filter Cloth)는 여재공급기(3c)로부터 여재를 공급받아 여층(50~200㎜)을 구성한다.

오수가 여층을 통과하는 속도는 200m/day로 여재의 조립율을 설계하며, 오수 중 오물을 대부분 여과하는 고도 수처리를 이루게 한다.

회전순환식 여과기(3)에서 처리된 여과수는 제1·2 무산소조(4)(5)로 이송되며, 오염물질을 체거름 하여 흡수(Absorption), 흡착(Adsorbed)한 여층의 오염된 여재는 회전이동하여 혼합조(8)로 이송된다.

제1·2 무산소조(4)(5)는 상기 회전순환식 여과기(3)를 거친 처리수를 공급받아 일시적으로 저장하면서 다음 단계를 수행하는 분리막 여과기(6)의 시간당 최대 처리용량에 맞춰 배출 유량을 조정하는 기능을 갖는다.

이 제1·2 무산소조(4)(5)는 콘크리트 구조물로 구축하며, 공동주택 1,000세대를 기준으로 할 경우, 기본용량 100ton/h의 처리수를 받을 수 있도록 설계하여 피크타임의 유입 유량을 여유있게 수용할 수 있게 한다.

제1무산소조(4)는 그 처리수가 제2무산소조(5)로 월류되도록 형성하며, 제2무산소조(5)는 상기 분리막 여과기(6)로 보내는 처리수의 공급량을 일정하게 조절하는 역할을 수행하도록 구성된다.

이러한 제1·2 무산소조(4)(5)는 처리수에 포함된 오물입자를 침전시킴과 동시에 질소를 무산소 상태에서 가스화하여 제거하는 과정과 생물학적 처리방법을 통해 인을 제거하는 과정을 수행할 수 있도록 구성하는 것도 가능하다.

제1·2 무산소조(4)(5)를 거친 처리수는 분리막 여과기(6)로 보내져 최종적으로 여과하여 중수화시킨다.

분리막 여과기(6)는 최종 수처리 과정으로 제2무산소조(5)에서 진공흡입식 모터로 처리수를 흡입하여 정수하는 방식을 택하며, 공동주택 1,000세대 기준으로 1일 3,600ton의 처리용량을 갖도록 설비한다.

분리막 여과기(6)는 초고도 수처리 기기로 처리수 수질이 1급수 수준으로 BOD/SS 2ppm이하이면서 대장균을 포함한 대부분의 세균이 걸러지는 초고도 수처리 과정을 수행하여서 안정된 수질을 확보한다.

분리막 여과기(6)는 기존 재래식 처리방법인 응집, 침전, 여과처리를 대신하는 분리막 시스템(membrane filtration system)으로서, 여기서 사용하는 분리막으로 중공사 막(中空絲膜)을 들 수 있으며, 이러한 중공사 막은 0.1㎛~0.4㎛의 미세한 기공을 갖는 고분자 섬유이다.

이러한 분리막은 원수 수질과 처리목표 수질에 따라 주로 한외 여과(Ultra Filter), 미세 여과(Micro Filter)를 사용하므로 확실한 제탁제균(除濁除菌), 자동운전화의 용이성, 수처리 용량에 맞추어 컴팩트하게 유니트화 할 수 있어 설비가 용이하고 소요 설비부지의 축소화, 응집제 감소, 건설공사 기간의 단축 등의 장점이 있다.

분리막 여과기(6)로 최종 처리된 여과수는 1급수 수질로 중수 저장조(7)로 보내 중수(中水)로 전량 재사용 하게 된다.

상기 중수 저장조(7)는 분리막 여과기(6)에서 여과된 여과수를 중수로 재사용하기 위해 저장하는 곳이다.

이 중수 저장조(7)에 저장되는 중수(中水)는 배관을 통해 가정 등으로 화장실용수, 세탁용수, 청소용수, 잡용수 등으로 공급하며, 기타 수요처로 생태 연못, 조경용수, 농업용수, 비상용수, 공업용수, 건천화 방지수, 지하수 보충수, 기타 용수로 송수하여 전량 재사용할 수 있도록 구성하며, 한편으로 상기 회전순환식 여과 기(3)나 혼합조(8) 또는 소화조(9)의 용수로 공급된다.

이러한 중수 저장조(7)는 철근콘크리트 구조물로 구축하고, 수질에 따라 자외선 살균기를 설치할 수도 있다. 처리용량은 1,000가구의 공동주택 단지를 기준으로 중수 1일소요량 500ton의 3배인 1,500ton으로 한다.

상기와 같이, 생활오수를 처리하여 중수화시킴에 있어서, 생활오수는 화장실과 주방에서 배출되는 오수1 라인과, 목욕·세탁·세면·기타 등에서 발생되는 오수2 라인으로 나누어 수거하여 별도로 수처리한 후, 오수1 라인의 처리수는 화장실 용수나 생태 연못 보충수로 사용하도록 공급하고, 오수2 라인의 처리수는 세탁용수나 청소용수 등으로 사용하도록 구성할 수 있음을 밝혀 둔다.

다음으로 도4 및 도5를 참조하여 폐기물 처리과정 및 신재생에너지 이용과정을 설명한다.

본 발명에서 폐기물 처리과정에서 배출되는 폐기물인 비닐, 고무, 플래스틱, 금속, 섬유, 종이, 토사, 목재, 음식물 쓰레기 등 고분자 유기화합물과 유기성 쓰레기 등으로 정밀 분리하여 고분자 유기화합물, 금속 등은 재활용하는 곳으로 운반처리하고, 목재, 음식물 쓰레기 등의 유기성 쓰레기는 주거영역 외부로 배출치 않고 수처리 과정에서 수거되는 오물 및 오염물이 흡착된 여재와 함께 혼합조(8)에 투입하고 이송기계로 소화조(9)로 이송하여서 소화조의 혐기발효 과정에서 신재생에너지(Bio Gas)를 생산하고 잔재물은 부식토로써 고급퇴비로 유기농 수요처에 공급한다.

신재생에너지(Bio Gas)는 열병합 발전시설(11)에 공급하거나, 직접 가정의 연소장치에 공급하므로 현재 고유가 시대의 에너지자원으로서 새로운 대안을 제시한다.

본 발명은 종래 슬러지의 발생을 최소화하려던 것과는 반대로 슬러지의 발생량을 늘려서, 슬러지 등의 폐기물을 고품질 퇴비로 생산함으로써 유가자원, 유용자원으로 활용한다.

이를 위해 우선 하수처리 슬러지, 음식물 쓰레기 등을 퇴비화(Compost)하기 위한 과정에서 최대의 단점인 유기성분이 부족한 퇴비를 폐목재 등을 분쇄하여 회전순환식 여과기에서 여재로 사용함으로써 유기성분이 풍부한 적정 C/N비의 퇴비를 생산할 수 있게 한다. 이에 따라 오물이 흡착된 여재인 목편이나 톱밥을 소화조에 공급함으로써 소화조내에서 일정기간 혐기소화시켜 고품질 퇴비를 생산할 수 있게 된다.

퇴비의 품질 평가기준은 탄소(C):질소(N)의 비(C/N비)로 한다. C/N비 중 탄소는 미생물의 에너지 자원이고, 질소는 미생물을 구성하는 인자이므로 퇴비화 과정과 비료의 유용가치 판단기준이며 적정 C/N비는 30~50 정도이다.

즉, 탄소비율이 높을수록 좋은 퇴비가 된다. 예로 하수 슬러지의 C/N비=15, 인분뇨=10, 음식물퇴비=20, 볏집=50, 톱밥=500이상이다.

본 발명 시스템에서 발생되는 낮은 C/N비의 오수 슬러지(대부분 분뇨)와 음식물 쓰레기를 완전 재활용하기 위해 C/N비가 높은 폐목재를 분쇄하여 만든 목편 (C/N비 500이상)을 오수 슬러지 량보다 2배정도 많은 비율로 공급하여 혼합조(8)에서 혼합시켜 고품질 퇴비(C/N비 30∼40)를 생산한다.

회전순환식 여과기에 사용되는 여재의 주원료인 폐목재는 건축 폐목재, 산림 정리시 발생하는 잔가지, 고사목, 낙엽 등과 가로수 전지목, 정원 폐기목, 목재 파레트, 상자 등 기타 폐목재가 있다. 이들 폐목재는 우리나라의 경우 년간 2천만톤이 발생하지만 재활용율은 미미하고 방치되거나 소각 또는 매립되어진다. 이러한 폐목재는 환경에 큰 부담을 주고 있으며 비점오염원의 주요 오염물질이 된다.

본 발명 시스템은 이러한 폐목재를 일정 크기로 분쇄하여 여재로 사용한 후에 퇴비화하여 유용 자원화하고자 한다.

폐목 반입장과 분쇄는 한 장소에서 이루어지며 분쇄기의 용량은 공동주택 1,000세대를 기준으로 20톤/일 100HP 정도이고, 자력 선별기를 갖추어 금속성 이물질을 제거한다.

여과과정 중 발생된 슬러지(체거름된 오물과 회전순환식 여과기에서 오염된 여재)는 혼합조(8)로 이송하고, 혼합조(8)에서 위와 같이 오물을 흡착한 목편인 여재와 함께 혼합하여 다음 단계의 소화조(9)로 이송한다.

즉, 상기 혼합조(8)는 상기 스크린(1)에서 걸러진 오물과, 회전순환식 여과기(3)에서 오물을 흡착한 여재와, 주거영역에서 발생되는 유기성 쓰레기와 음식물 쓰레기를 투입하여 혼합시킨 후, 다음 단계의 소화조(9)로 배출하는 역할을 수행한다.

이 혼합조(8)는 스크린(1)과 회전순환식 여과기(3)와 인접하여 그 아래 설치 되며 회전순환식 여과기(3)가 회전이동하면서 여재와 슬러지를 자유낙하 시키도록 구성되고, 상부에 각 가정에서 배출되는 음식물 쓰레기를 비롯한 유기성 쓰레기를 투입할 수 있도록 투입구를 설치한다.

이러한 혼합조(8)는 하중과 부식을 이길 수 있는 자재를 사용하여 공동주택 1,000세대를 기준으로 1일 50ton의 처리용량을 갖도록 설비하며, 오물을 흡착한 여재가 투하되는 부분이 경사면으로 형성되어 투하된 오물과 여재가 경사면을 타고 흐르면서 골고루 혼합되도록 한다.

즉, 혼합조(8)의 단면중 1면은 회전식 여상(3a)의 하향 궤도라인 끝 단부분 하부에 경사지게(대략 45°의 각도) 구축하고, 하부의 바닥면을 1/10의 기울기로 구축하여 세척이나 반출시 전량 반출이 쉽도록 한다.

또한, 혼합조(8)에는 별도의 기계를 설치하지 않아도 좋지만 상황에 따라서 모터에 의해 구동되는 혼합물 교반기를 설치할 수도 있고, 내부에서 발생되는 가스를 배출하기 위해 통기관을 적어도 2개소이상 설치한다.

위와 같이 혼합되는 혼합조(8) 내의 내용물은 흡입식 진공펌프 등을 통해 반출해 소화조(9)로 이송한다.

소화조(9)에서는 위와 같은 혼합물을 받아 혐기성 소화과정을 거쳐 퇴비화하거나 바이오 가스를 생산한다.

소화조(9)는 혐기 발효조이다. 혐기발효의 적정온도는 37℃이상 온도를 항상 유지시켜야 한다. 37℃이하의 온도에서는 혐기발효가 잘 일어나지 않으므로 37℃ 온도이하로 내려가지 않도록 하는 것이 중요하다.

이를 위해 소화조(9)는 도7의 도시와 같이, 지하로 일정깊이 굴착한 트렌치(9a)를 형성하고 그 트렌치(9a) 속에 콘크리트 구조물을 세워 구축하며, 내외부는 방수처리를 하고, 바이오 가스 배출구 및 압력계와 온도계를 설비하고, 공동주택 1,000세대를 기준으로 1,000ton(소화조 1기의 용량 100ton)의 용량으로 구축한다.

그리고, 소화조(9)를 이루는 콘크리트 구조물의 외측에는 목편, 톱밥, 왕겨, 볏짚으로 이루어진 유기성 폐기물 중에서 어느 하나 이상을 선택하거나 혼합해 300㎜이상 피복한 단열재층(9b)을 형성하여 단열하며, 소화조(9)의 저부에는 소화조에서 생산된 바이오 가스를 연료로 사용하는 가스보일러에서 열을 공급하는 난방코일(9c)을 설치하여 초기온도를 올리도록 하고, 그 내부온도가 37℃이하가 되면 보일러를 작동시켜 열을 공급하여 내부온도를 37℃이상이 되도록 항상 유지시킨다.

위와 같이 소화조(9)의 외부에 목편 등 유기성 폐기물을 두께 300㎜이상 설치하면 어떤 단열재보다도 단열효과가 좋으며, 더 나아가 목편 등 유기성 폐기물은 호기성 발효하면서 약 60~70℃의 발효열을 장시간(목편, 톱밥의 경우 24개월이상) 발생하게 되어 이 발효열이 소화조 내부로 공급되므로, 동절기 혹한기에도 열손실 없이 완벽한 단열을 이룰 수 있다.

이러한 소화조(9)에서는 그 내부로 유입되는 오물이 흡착된 여재와 유기성 쓰레기의 혼합물을 목재의 주성분인 리그닌과 셀루로이스가 분해되는 기간을 고려하여 약 100일간 혐기 소화시키며, 유기성 혼합물 5㎏당 1㎥의 바이오 가스가 생산되고, 그 가스에는 60%~70%의 메탄 성분이 포함되며, 가스 생산량은 1,000가구를 기준으로 시간당 83㎥/h, 1일당 2,000㎥/day, 년간 730,000㎥를 생산하도록 설계된다.

소화조(9)에서 혐기발효 과정을 거쳐 가스발생을 완료한 혼합물은 상(相)변화하여 부식토가 되며, 이 부식토는 소화조(9) 밖으로 꺼내 일정 후숙기간을 거쳐 안정 퇴비화 한 후 농가 등의 수요처로 공급해 퇴비로 사용토록 한다.

한편, 소화조(9)에서 생산된 바이오 가스는 가스 저장탱크(10)에 저장된다.

상기 가스 저장탱크(10)는 소화조(9)에서 생산되는 가스를 포집하여 정화한 후에 압축 저장하고, 저장된 가스를 수요처로 보내는 역할을 수행한다.

가스 저장탱크(10)에 저장된 가스는 열병합 발전시설(11)과 보일러 등 직접 연소기에 공급된다.

즉, 상기 가스 저장탱크(10)의 가스는 도5의 도시와 같이 상기 주거영역의 각 가정으로 공급하여 보일러, 가스 레인지 등 직접 연소기의 연료가스로 사용토록 하거나, 열병합 발전시설(11)에 공급하여 열과 전기를 동시에 생산토록 하며, 그 가스를 이용해 생산된 전기와 열을 주거영역으로 공급한다.

위와 같이 열과 전기를 생산할 경우 상기 열병합 발전시설의 최대 발전 목표량은 1일 소요전력량의 최대부하 및 최저부하의 사이에서 평균적으로 소모되는 시간대에 맞추어 설계함으로써 열병합 발전기의 발전용량을 주거영역의 최고 수요시기(Peak Time)에 설정하지 않는다. 이는 과잉전력생산을 방지하고, 외부로부터 부 족한 전력량을 최소한으로 수급하여 전기를 최대한으로 자체 생산할 수 있도록 하기 위해서이다.

이때 부족되는 전력은 상용 전력망으로부터 수급을 받으며, 반대로 잉여전력은 상용 전력망에 공급하여 발전기의 최대전력량을 전량 사용하도록 설계된다.

1,000세대기준 년간 전기사용량은 1,000세대×7㎾h/day×365day=2,555,000㎾h이다.

열병합 발전기를 독일의 MDE사 ME 3042 D1 제품을 사용하는 경우, 발전기 정격출력=248㎾, 열출력=426㎾, 가스소비량=73.7㎥/h, 년간 전기생산량=428㎾h×24h×365day=2,172,480㎾h/year이다.

따라서 본 발명의 시스템을 통해 추출한 가스를 이용해 생산되는 신재생에너지는 1,000세대 공동주택 단지에 필요한 전력의 85% 정도를 공급할 수 있으며, 열은 소요량의 30% 정도를 공급하고, 취사용 가스는 100%정도를 공급할 수 있게 된다.

본 발명은 위와 같이 모든 폐기물을 발생되는 현장의 한 장소에서 외부로 배출치 않고 종합 처리되는 과정을 거쳐 생활 환경에서 발생하는 오수와 폐기물인 쓰레기를 전량 재사용하여 자원화한다.

따라서 오수처리과정에서 중수(中水)를 재활용하고, 유기성 쓰레기의 소화 처리과정 중 신재생에너지(Bio Gas)를 획득 사용할 수 있게 되어 생활에 소요되는 에너지의 대부분을 공급할 수 있게 된다. 또한 소화 처리과정의 부산물인 퇴비를 얻어 농가 등의 수요처에 보급할 수 있게 된다.

이로서 본 발명에 따르면, 화석에너지를 절약하여 화석에너지 사용으로 인한 이산화탄소(CO₂) 발생량을 줄여줄 뿐만 아니라 발전, 송배전, 상수 생산 및 공급, 하수처리 및 폐기물 처리인 매립, 소각, 해양투기 등에 소용되는 막대한 부지와 예산을 절약할 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 상기한 실시예 외에도 다양한 유형으로 변형하여 오수와 폐기물을 처리하여 자원화 및 신재생에너지를 생산할 수 있는 것으로, 본 발명의 기술사상에 따르면 또 다른 실시예들의 도출이 얼마든지 가능한 것임을 밝힌다.

이상과 같은 본 발명은, 종래 주거영역에서 발생되는 각종의 생활 환경오염물을 종류별로 분류하여 원거리 지역에 있는 각 대규모의 폐기물 처리시설로 개별적으로 집중시킨 다음 해당 폐기물의 처리기술에 맞게 분산 처리함으로써 막대한 공공비용이 소요되었던 매우 비경제적인 종래 기술과는 달리, 본 발명은 각종의 생활 환경오염물을 분산시키지 않고 발생원 현장에서 소규모 시설을 이용해 일괄하여 오염원 현장에서 자체적으로 종합 처리함으로써 오염물을 외부로 배출시키지 않게 될 뿐만 아니라, 폐기물 처리에 소요되는 공공 비용을 크게 감소시키는 이점이 있으며, 한편 폐기물 처리과정에서 중수와 바이오 가스 및 퇴비 등의 자원을 획득하 게 되므로 매우 경제적인 시스템이다.

즉, 본 발명에 따른 환경오염물의 무배출 및 자원화 시스템은 생활오수 및 유기성 쓰레기의 무배출과 신재생에너지의 생산 시스템으로서, 주거영역(공동주택 단지, 취락지역, 공공기관, 학교, 종교시설, 군부대 등)에서 발생되는 오수와 생활폐기물을 외부로 배출시키지 않고 오염현장에서 자체 처리하여 자원화 하므로 처리과정이 단순화되어 그 처리시간이 대폭 단축되며 수처리, 폐기물 처리비용을 크게 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 수처리, 폐기물 처리과정 중 생산되는 신재생에너지를 이용하여 전기와 열을 생산하여 수요처에 공급함으로 화석에너지를 절감하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 하수처리, 하수 관망 등 막대한 하수처리 시설비용을 절감하고 폐기물 처리를 위한 매립지, 소각장 건설비용을 절약하고, 중수를 사용함으로 상수생산시설, 댐 건설비용을 절감하고, 대체에너지를 생산함으로써 원유수입을 감소시켜 외화를 절약할 수 있는 효과가 있다.

따라서, 본 발명에 의하면, 공동주택단지의 각 가정에서 발생되는 생활오수를 오수관이나 하수관에 연결하여 하수종말처리장으로 유출시키지 않고, 음식물 쓰레기 등의 생활폐기물을 외부로 배출시키지 않게 될 뿐만 아니라, 폐기물을 전량 자원화 함으로써 바람직한 방향으로 자원을 순환시켜 환경을 보호할 수 있는 유용한 발명이다.

Claims

밀집 주거영역에서 발생되는 생활오수를 발생 즉시 오수관을 통해 이송받아 체거름하는 스크린(1);

상기 스크린(1)을 통과하는 처리수를 받아서 일시적으로 저장하는 유량 조정조(2);

연속적으로 회전하면서 순환하는 여상(3a)을 가지며 그 여상(3a)에 유기성 여재를 공급해 여층(3b)을 형성하고, 상기 유량 조정조(2)에 저장된 처리수를 상기 여층(3b) 위로 공급받아 여과하는 회전순환식 여과기(3);

상기 회전순환식 여과기(3)를 거친 처리수를 공급받아 일시적으로 저장하면서 배출유량을 조정하는 제1·2 무산소조(4)(5);

상기 과정을 거친 처리수를 분리막(分離膜)을 이용해 최종적으로 여과하여 청정화시키는 분리막 여과기(6);

상기 분리막 여과기(6)를 거쳐 처리된 중수를 받아 저장하면서 그 중수를 수요처로 보내는 중수 저장조(7);

상기 스크린(1)에서 걸러진 오물과 회전순환식 여과기(3)에서 오물을 흡착한 여재와 주거영역에서 발생되어 정밀 분리 처리된 유기성 쓰레기와 음식물 쓰레기가 투입되고 혼합시키는 혼합조(8);

상기 혼합조(8)에서 혼합된 혼합물을 받아 혐기 발효시켜 바이오 가스를 생산하고 퇴비화하는 소화조(9);

상기 소화조(9)에서 생산되는 가스를 포집하여 정화한 후에 압축 저장하고, 저장된 가스를 수요처로 보내는 가스 저장탱크(10);

로 구성되는 것을 특징으로 하는 생활 환경오염물의 무배출 및 자원화 시스템.
제1항에 있어서, 상기 스크린(1)은 0.5㎜이상의 망눈을 갖는 망체로 형성되며, 오수를 오물이 분해되기 전에 즉시 체거름 하여 오수에 포함된 오물을 75~80% 정도 걸러내고, 걸러진 오물은 상기 혼합조(8)로 즉시 이송되며, 통과하는 오수는 유량 조정조(2)로 자유 낙하하여 이송되는 것을 특징으로 하는 생활 환경오염물의 무배출 및 자원화 시스템.
제1항에 있어서, 상기 유량 조정조(2)는 콘크리트로 제작되고, 오물이 바닥에 정체하지 않도록 1/10이상의 바닥 경사도를 가지며, 스텐레스 밸브가 설치되어 유량을 일정하게 조절하여 오수를 배출하는 것을 특징으로 하는 생활 환경오염물의 무배출 및 자원화 시스템.
제1항에 있어서, 상기 유기성 여재는 폐목재를 굵기 1~5㎜, 길이 5~25㎜의 범위에서 다양한 크기로 분쇄한 목편을 주로 사용하며, 여재의 조립율을 오수가 200m/일의 속도로 여층(3b)을 통과하도록 설계하여서 처리수에 포함된 오물 입자가 95%이상 흡착되도록 한 것을 특징으로 하는 생활 환경오염물의 무배출 및 자원화 시스템.
제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 여층(3b)은 그 두께를 원수의 오염 정도에 따라 50~200㎜ 범위에서 조정하여 공급하는 것을 특징으로 하는 생활 환경오염물의 무배출 및 자원화 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1·2 무산소조(4)(5)는 콘크리트 구조물로 구축하고, 제1무산소조(4)의 처리수가 제2무산소조(5)로 월류되도록 형성하며, 제2무산소조(5)는 상기 분리막 여과기(6)로 보내는 처리수의 공급량을 일정하게 조정하는 역할을 수행함을 특징으로 하는 생활 환경오염물의 무배출 및 자원화 시스템.
제1항에 있어서, 상기 분리막 여과기(6)는 초고도 수처리를 수행하여 대장균을 포함한 대부분의 세균을 거르는 것을 특징으로 하는 생활 환경오염물의 무배출 및 자원화 시스템.
제1항에 있어서, 상기 중수 저장조(7)는 철근콘크리트 구조물로 구축하고, 저장된 중수는 급수모터를 사용하여 배관을 통해 수요처에 공급함을 특징으로 하는 생활 환경오염물의 무배출 및 자원화 시스템.
제1항에 있어서, 상기 혼합조(8)는 오물을 흡착한 여재가 투하되는 부분이 경사면으로 형성되어 투하된 오물과 여재가 경사면을 타고 흐르면서 골고루 혼합되도록 한 것을 특징으로 하는 생활 환경오염물의 무배출 및 자원화 시스템.
제1항 또는 제9항에 있어서, 상기 회전순환식 여과기(3)를 통해 혼합조(8)로 투입되는 목편은 그 목편 외에 투입되는 오수슬러지 및 음식물 쓰레기량의 2배정도로 투입되는 것을 특징으로 하는 생활 환경오염물의 무배출 및 자원화 시스템.
제1항에 있어서, 상기 소화조(9)의 저부에는 난방코일(9c)이 설치되며, 그 내부온도를 37℃이상 유지하는 것을 특징으로 하는 생활 환경오염물의 무배출 및 자원화 시스템.
제1항에 있어서, 상기 소화조(9)는 그 내부로 유입되는 혼합물을 약 100일간 소화시키는 것을 특징으로 하는 생활 환경오염물의 무배출 및 자원화 시스템.
제1항 또는 제11항에 있어서, 상기 소화조(9)는 지하로 일정깊이 굴착한 트렌치(9a)를 형성하고 그 트렌치(9a) 속에 콘크리트 구조물을 세워 구축하며, 그 콘크리트 구조물의 외측에 목편, 톱밥, 왕겨, 볏짚으로 이루어진 유기성 폐기물 중에서 어느 하나 이상을 선택하거나 혼합해 300㎜이상 피복한 단열재층(9b)을 형성하여 단열되도록 하면서 상기 유기성 폐기물의 호기성 발효로 인한 발효열을 공급받아 그 내부온도가 37℃이상 유지되도록 한 것을 특징으로 하는 환경오염물의 무배 출 및 자원화 시스템.
제1항에 있어서, 상기 소화조(9)는 유기성 혼합물 5㎏당 1㎥의 가스가 생산되고, 그 가스에는 60%~70%의 메탄 성분이 포함된 것을 특징으로 하는 생활 환경오염물의 무배출 및 자원화 시스템.
제1항에 있어서, 상기 중수 저장조(7)로 집수되는 중수는 화장실용수, 세탁용수, 잡용수로 사용토록 배관을 통해 각 가정으로 공급하는 한편, 기타 수요처로 생태 연못, 조경용수, 농업용수, 비상용수, 공업용수, 건천화 방지수, 지하수 보충수, 기타용수로 송수하여 전량 재사용함을 특징으로 하는 생활 환경오염물의 무배출 및 자원화 시스템.
제1항에 있어서, 상기 소화조(9)에서 혐기발효 과정을 거쳐 가스발생을 완료한 혼합물 부식재는 소화조(9) 밖으로 꺼내 일정 후숙기간을 거쳐 퇴비화 한 후 농가 등의 수요처로 공급해 퇴비로 사용토록 함을 특징으로 하는 생활 환경오염물의 무배출 및 자원화 시스템.
제1항에 있어서, 상기 가스 저장탱크(10)의 가스를 열병합 발전시설(11)에 공급하여 열과 전기를 동시에 생산토록 하며, 그 가스를 이용해 생산된 전기와 열을 상기 주거영역으로 공급함을 특징으로 하는 생활 환경오염물의 무배출 및 자원 화 시스템.
제1항에 있어서, 상기 가스 저장탱크(10)의 가스를 상기 주거영역의 각 가정으로 공급하여 보일러, 가스 레인지 등 직접 연소기의 연료가스로 사용토록 함을 특징으로 하는 생활 환경오염물의 무배출 및 자원화 시스템.