KR20100045358A - 유기성 폐기물을 액비화하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기성 폐기물(有機性廢棄物)의 액비화 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 축산분뇨, 인분, 음식물쓰레기, 농·수산물가공공장에서 배출되는 폐기물, 식품가공공장에서 배출되는 폐기물, 도축공장에서 배출되는 폐기물과 같은 유기성 폐기물을 액비화하는 방법에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 축산분뇨, 인분, 음식물쓰레기, 농·수산물가공에서 배출되는 폐기물, 식품가공공장에서 배출되는 폐기물 또는 도축공장에서 배출되는 폐기물 중에서 선택된 한 종류의 유기성 폐기물을 액비화에 있어서, 표층해수 또는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수와 같은 해수를 농축하여 소금을 생산하면서 부산물로 생산된 간수를 유기성 폐기물의 액비화에 이용할 수 있도록 처리하는 단계, 상기 유기성 폐기물을 이물질의 제거, 염분의 농도가 높은 경우는 탈염처리와 같은 유기성 폐기물을 전처리하는 단계와, 상기 유기성 폐기물을 전처리한 것을 상기 간수를 이용하여 액비화하는 단계로 이루어진 것에 특징이 있다.

유기성 폐기물(有機性廢棄物), 액비(液肥), 간수, 해양 심층수, 해수

Description

유기성 폐기물을 액비화하는 방법{Manufacturing method of liquid fertilizer made from organic wastes}

본 발명은 유기성 폐기물(有機性廢棄物)의 액비화 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 축산분뇨, 인분, 음식물쓰레기, 농·수산물가공공장에서 배출되는 폐기물, 식품가공공장에서 배출되는 폐기물, 도축공장에서 배출되는 폐기물과 같은 유기성 폐기물을 액비화하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 축산분뇨, 인분, 음식물쓰레기, 농·수산물가공공장에서 배출되는 폐기물, 식품가공공장에서 배출되는 폐기물, 도축공장에서 배출되는 폐기물과 같은 유기성 폐기물을 폐수리 및 퇴비화로 처리하는 경우, 유기물의 농도가 높아 BOD 및 COD 농도가 높으면서 함수율이 높아 처리비용이 높으면서 합리적인 처리방법이 없어 대부분 해양 투기를 함으로써 해안의 오염을 야기하는 문제점이 있다.

본 발명은 축산분뇨, 인분, 음식물쓰레기, 농·수산물가공공장에서 배출되는 폐기물, 식품가공공장에서 배출되는 폐기물, 도축공장에서 배출되는 폐기물과 같은 유기성 폐기물을 처리경비가 적게 소요되면서 농작물에 사용할 수 있는 유가(有價)의 액비화 방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

본 발명은 축산분뇨, 인분, 음식물쓰레기, 농·수산물가공에서 배출되는 폐기물, 식품가공공장에서 배출되는 폐기물 또는 도축공장에서 배출되는 폐기물 중에서 선택된 한 종류의 유기성 폐기물을 액비화에 있어서, 표층해수 또는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수와 같은 해수를 농축하여 소금을 생산하면서 부산물로 생산된 간수를 유기성 폐기물의 액비화에 이용할 수 있도록 처리하는 단계, 상기 유기성 폐기물을 이물질의 제거, 염분의 농도가 높은 경우는 탈염처리와 같은 유기성 폐기물을 전처리하는 단계와, 상기 유기성 폐기물을 전처리한 것을 상기 간수를 이용하여 액비화하는 단계로 이루어진 것에 특징이 있다.

본원의 발명은 축산분뇨, 인분, 음식물쓰레기, 농·수산물가공공장에서 배출되는 폐기물, 식품가공공장에서 배출되는 폐기물, 도축공장에서 배출되는 폐기물과 같은 유기성 폐기물을 수분조절제를 전혀 사용하지 않고 저렴한 비용으로 농작물에 사용할 수 있는 유가의 액비를 제조할 수 있는 효과가 있기 때문에 유기성 폐기물 처리에 널리 이용될 것으로 기대된다.

먼저, 표층해수와 해양 심층수(海洋深層水)의 특성(特性)을 검토하면, 해양 심층수는 통상 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층(海底深層)의 해수(海水)를 해양 심층수라고 부르며, 표층해수와는 달리 햇빛이 닿지 않아 플랑크톤(Plankton) 및 생명체(生命體)가 증식(增殖) 하지 못하기 때문에 영양염류(營養鹽類)의 농도가 높으면서 수온에 따른 밀도차이로 표층해수와 혼합되지 않아 표층해수에 존재하는 오염물질이 없으며, 표층의 해수와 비교하였을 때 저온안정성, 오염물질, 유해세균이나 유기물이 매우 적은 청정성(淸淨性), 동·식물과 미생물의 성장에 매우 중요한 영양염류(營養鹽類)가 다량 함유되어 있으면서 다양한 미네랄성분(Mineral components)이 균형 있게 존재하는 특성과 고압 저온상태에서 긴 세월동안 물 분자(分子)의 집단(Cluster)이 소집단화(小集團化) 되어 표면장력(Surface tension)이 적어 침투성(浸透性)이 좋은 물로 숙성된 숙성성(熟成性) 등의 특성이 있다.

특히 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층(海底深層)의 해양 심층수란 햇빛이 닿지 않고, 또한, 표층의 해수와 섞이지 않는 깊이에 있는 해수로, 해양 심층수는 표층해수에 비해서 오염물질 및 유해세균이 전혀 함유되어 있지 않으면서 표1의 "해양 심층수와 표층해수의 성분 분석치"에서 보는 바와 같이 미생물의 생장에 필요한 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 철(Fe), 아연(Zn), 나트륨(Na) 등 주요원소(主要元素)가 70종류를 넘는 다종다양(多種多樣)한 미네랄성분(Mineral components)이 포함되어 있으면서 영양염류(營養鹽類)가 다량 함유되어 있는 특성이 있다.

다시 말해서 해수는 다음 표1" 해양 심층수와 표층해수 중에 함유된 중요성분 분석치"에서 보는 바와 같이 농작물 및 미생물의 생육에 필요한 질소, 인산 및 규산과 같은 영양염류와 다양한 미네랄성분이 함유되어 있음을 알 수 있다.

표1 해양 심층수와 표층해수 중에 함유된 중요성분 분석 치

구 분		울릉도 현포
		수심 650m 해양 심층수	표층해수
일 반 항 목	수온(℃)	1.2	20.3
	pH	7.8	8.15
	DO 용존산소(㎎/ℓ)	6	8
	TOC 유기 탄소(㎎/ℓ)	0.962	1.780
	CODMn(㎎/ℓ)	0.2	0.6
	용해성 증발잔류물(㎎/ℓ)	47,750	37,590
	M-알칼리도(㎎/ℓ)	114.7	110.5
주 요 원 소	NaCl(wt%)	2.75	2.69
	Mg 마그네슘(㎎/ℓ)	1,270	1,280
	Ca 칼슘 (㎎/ℓ)	406	405
	K 칼륨 (㎎/ℓ)	414	399
	Br 취소 (㎎/ℓ)	68.2	68.1
	Sr 스트론튬 (㎎/ℓ)	7.76	7.61
	B 붕소 (㎎/ℓ)	4.45	4.48
	Ba 바륨(㎎/ℓ)	0.044	0.025
	F 불소 (㎎/ℓ)	0.52	0.56
	SO4 2-황산 이온(㎎/ℓ)	2,836	2,627
영 양 염 류	NH4 +암모니아태질소(㎎/ℓ)	0.050	0.030
	NO3 -질산태질소(㎎/ℓ)	1.158	0.081
	PO4 3-인산태인(㎎/ℓ)	0.177	0.028
	Si 규소 (㎎/ℓ)	2.800	0.320
미 량 원 소	Pb 납 (㎍/ℓ)	0.110	0.087
	Cd 카드뮴 (㎍/ℓ)	0.050	0.008
	Cu 구리 (㎍/ℓ)	0.260	0.272
	Fe 철 (㎍/ℓ)	0.230	0.355
	Mn 망간 (㎍/ℓ)	0.265	0.313
	Ni 니켈 (㎍/ℓ)	0.360	0.496
	Zn 아연 (㎍/ℓ)	0.450	0.452
	As 비소 (㎍/ℓ)	0.401	0.440
	Mo 몰리브덴(㎍/ℓ)	5.110	5.565
	Cr 크롬(㎍/ℓ)	0.020	-
균 수	생균 수(개/㎖)	0	520
	대장균 수(개/㎖)	음성	음성

상기의 표층해수 또는 해양 심층수와 같은 해수를 증발농축하여 소금을 생산하면서 부산물로 생산된 간수(苦汁, Bittern)에는 해양 심층수에 함유된 미네랄성 분이 농축된 농축 물이라 할 수 있으며, 간수의 주요성분조성은 소금을 생산하는 방법에 따라서 약간의 차이가 있으나, 염전에서 해수를 증발하여 소금을 석출(析出) 하면서 생산된 간수와 이온교환막법(전기투석법)으로 해양 심층수를 1차 농축 후 2차 증발농축하여 생산된 간수의 주요성분의 조성은 표2의 내용과 같다.

표2 해수의 농축방법에 따른 간수의 주요성분조성(wt%)

간수의 종류	NaCl	KCl	MgCl2	MgSO4	MgBr2	CaCl2
염전에서 생산된 간수	2∼11	2∼4	12∼21	2∼7	0.2∼0.4	-
이온교환막 법에서 생산된 간수	1∼8	4∼11	9∼21	-	0.5∼1	2∼10

표층해수 또는 해양 심층수로부터 생산된 간수를 유기성 폐기물의 액비화처리에 사용하였을 때는 다음과 같은 특징이 있다.

① 농작물의 생장에 유용한 질소, 인산, 규산과 같은 영양염류가 다량 함유되어 있으면서, 마그네슘, 칼슘, 가리, 아연, 붕소와 같은 다양한 미네랄성분이 함유되어 있기 때문에 양질의 액비를 생산할 수 있다.

② 또한, 상기의 영양염류와 미네랄성분은 미생물의 생육을 활발하게 함으로써 액비화의 효율을 향상할 수 있다.

특히 토양미생물은 일반 병원성 미생물 등에 비해서 세포질이나 세포의 벽에 미네랄성분을 다량 함유되어 있으며, 이들 토양미생물은 미네랄성분을 충분하게 공급하였을 때 활발한 대사활동을 하면서 길항관계에 있는 병원성 미생물의 생육을 억제하는 작용을 한다.

이와 같은 원리를 응용하여 폐수의 생물학적 처리 또는 미생물의 배양공정과 같은 수계(Water system)에서 충분한 미네랄(Minerals)을 공급하여 미생 물(Bacteria)을 활발하게 배양하는 것을 BMW시스템(Bacteria Minerals Water system)이라 하여 산업분야에 널리 응용되고 있다.

③ 특히 해양 심층수에는 표층해수와는 달리 중금속, 유해병원성 미생물, 오염 물질이 함유되어 있지 않음으로 이로부터 생산된 간수로 퇴비를 생산하였을 때는 위생적으로 안전한 액비를 만들 수 있다.

④ 유기성 폐기물의 액비화처리공정에 상기의 간수를 공급하면, 토양미생물 중에서도 폴리페놀성분(Polyphenol components)의 대사산물(代謝産物)을 배설하는 바실루스 미코이데스(Bacillus mycoides), 바실루스 루테우스(Bacillus luteus), 흑국곰팡이(Aspergillus niger), 방선균(放線菌)과 같은 미생물이 유기성 폐기물을 먹이로 하여 활발하게 생육하면서, 상호길항관계에 있는 부패성 미생물의 생육을 억제하면서 대사산물로 배설한 폴리페놀화합물은 대기 중에서 산화효소(Polyphenol oxidase)의 촉매작용에 의해 퀴논(Quinone) 화합물로 산화된 다음, 이 퀴논화합물의 중·축합반응에 의해서 거대고분자화합물인 부식전구물질(腐植前驅物質)을 거처 안정된 부식물질로 부식화반응이 일어나면서 악취발생물질인 암모니아(NH₃), 유화수소(H₂S), 머캡탄(Mercaptan)류, 인돌(Indole), 스카톨(Skatol), 휘발성 아민류와 같은 물질과도 중축합반응을 하여 비휘발성인 고분자물질(부식전구물질)로 전환하기 때문에 악취발생이 억제될 수 있다.

다시 말해서 액비화 과정에서 휘발성 악취물질을 비휘발성이면서 물에 불용성인 부식전구물질로 처리되므로 악취발생이 억제되는 특징이 있다.

본 발명에서 해수를 농축하였을 때 농도를 보메 비중계에 의해서 측정하는데, 보메 비중계는 15℃에서 순수한 물을 영(零, 0)으로 하고, 15℃에서 10wt%의 식염수를 10보메도로 10등분하고, 이 상하에 동 간격으로 눈금을 새긴 것으로, 15℃에서 비중(d)과 보메도(Be)와의 관계는 다음 식 ①과 같다.

비중(d) = 144.3/(144.3 - Be)…………………………………………………①

표층해수 또는 해양 심층수로부터 생산된 간수에는 농작물과 미생물의 생육에 유용한 미네랄성분이 함유되어 있으며, 특히 해양 심층수에는 영양염류가 다량 함유되어 있는 특성이 있기 때문에 간수에 함유된 미네랄성분과 착염(錯鹽)을 생성하는 유기산을 주입하여 유기산 착염 상태의 간수를 액비화 공정에 이용하는 방법을 도면을 중심으로 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명에서 혼합의 비율을 나타내는 "부"는 특별한 언급이 없는 한 "중량부"를 의미한다.

Ⅰ. 간수를 유기성 폐기물의 액비화에 이용할 수 있도록 처리하는 단계

표층해수 또는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층(海底深層)의 해양 심층수(海洋深層水)와 같은 해수로부터 생산된 간수(Bittern, 苦汁)에는 농작물의 생장에 유용한 규소, 인, 질소 등의 영양염류(Nutritive salts)와 다양한 미네랄성분(Mieral components)이 균형 있게 존재하는 특성이 있지만, NaCl이 과량 함유되어 있기 때문에 액비에 이용하는 간수는 NaCl을 제거할 필요가 있으며, 그리고 미네랄성분과 착염(Complex salts)을 생성하는 유기산을 주입하여 미생물이 섭취가 용이하도록 착염상태의 간수로 처리할 필요가 있다.

1. 해수로부터 2가·3가 철염이 함유된 간수를 만드는 공정

표층해수 또는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수와 같은 해수를 취수하여 20∼30℃로 가온 처리한 것을 모래여과, 정밀여과(Micro filter) 또는 한외여과(限外濾過, Ultra filter)를 단독 또는 2가지 이상의 공정을 조합한 여과를 하여 수중의 부유고형물질(SS. Suspended solid)을 제거한 다음, 나노여과와 역삼투 여과를 하여 담수를 생산하면서 농축된 염수, 전기투석장치 또는 전기추출장치에서 농축된 염수, 해양 심층수를 냉동하여 얼음을 생산하면서 농축된 염수 또는 해양 심층수를 가열증발, 진공가열증발, 천일 염전에서 태양열과 바람에 의한 증발을 하여 생산된 농축된 염수 중에서 한 종류의 농축 염수를 계속 농축하여 보메도 비중이 25°Be가 되면 소금이 석출(析出)하기 시작하며, 계속 염수를 증발 농축하여 보메도 비중이 32∼34°Be까지 석출된 소금을 분리하고, 남는 액체성분인 간수(Bittern)를 생산한다.

본 발명에서는 해수를 농축하여 소금을 생산하는 제염법에 따라서 상기 표2 "해수의 농축방법에 따른 간수의 주요성분조성"에서 보는 바와 같이 간수의 조성이 다소 차이가 있으나, 본 발명에서는 제염법에 따라서 간수의 조성 차이에는 특별히 제한하지 않는다.

간수의 성분조성은 전기투석법에 의해서 농축된 염수로부터 생산된 간수는 CaCl₂가 함유되어 있는 특성이 있으며, 천일 염전이나 가열 증발에 의해서 농축된 염수로부터 생산된 간수는 MgSO₄가 함유된 특성이 있다.

상기 표층해수 또는 해양 심층수와 같은 해수를 보메도 비중이 32∼34°Be까지 농축하여 소금을 생산하면서 부산물로 생산된 간수(Bittern) 100중량부에 2가·3가 철염에 함유된 철 함량을 기준으로 0.01∼5중량부를 첨가하여, 2가·3가 철염이 함유된 간수를 만든다.

상기 2가·3가 철염은 자철광(磁鐵鑛) 또는 4·3산화철(Fe₃O₄)을 5∼20wt%의 HCl수용액을 가해서 용해한 염을 사용하며, 이때 반응은 다음 식②와 같다.

Fe₃O₄ + 8HCl → FeCl₂ + 2FeCl₃ + 4H₂O ……………………………②

[실시 예1]

표1의 해양 심층수를 역삼투 여과를 하여 여과된 탈염수는 음료수제조공정으로 보내고, 여과되지 않은 염수는 천일염전지(天日鹽田池)로 보내어 보매도 비중이 20∼23°Be 범위로 농축된 함수(鹹水)를 보매도 비중이 32°Be까지 가열·증발하여 소금을 석출(析出)하고, 남은 액체인 간수의 성분조성은 표3의 내용과 같았다.

표3 천일염전지에서 해양 심층수를 보매도 비중이 32°Be까지 증발·농축하여 소금을 석출(析出)하고, 남은 간수의 주요성분 분석치

성분	NaCl	KCl	MgCl2	MgSO4	수분 및 기타성분
성분의 농도(wt%)	5.6	2.3	16	5.3	70.8

상기 보매도 비중이 32°Be에서 생산된 간수 100㎏에 자속밀도가 320가우스(Gauss)로 착자된 자철광을 염산용액에 용해하여 철 함량이 28wt%인 2가·3가철염 용액을 3.5㎏을 주입하여 2가·3가철염이 함유된 간수를 만들었다.

2. NaCl이 제거된 2가·3가 철염을 함유한 간수를 생산하는 공정

상기 2가·3가 철염이 함유된 간수에 함유되어 있는 NaCl의 제거는, 1가 양이온선택교환 격막과 1가 음이온선택교환 격막을 사용한 전기투석장치에 의해서 NaCl을 제거하는 공정, 1가 양이온선택교환 격막과 1가 음이온선택교환 격막을 사용한 전기추출장치에 의해서 NaCl을 제거하는 공정 또는 간수를 냉동하여 얼음을 생산하면서 NaCl을 석출·제거하는 공정 중에서 선택된 한가지의 NaCl을 제거하는 공정으로 간수에 함유되어 있는 NaCl이 제거된 2가·3가 철염을 함유한 간수를 생산한다.

상기 2가·3가 철염을 함유한 간수를 액비제조의 호기성 발효공정에 사용하는 간수는 NaCl성분의 농도가 높으면 미생물의 생육을 억제하면서 농작물과 토양에 염해를 야기할 우려가 있기 때문에 간수에 함유된 NaCl을 제거할 필요가 있다.

가. 전기투석장치에 의해서 NaCl을 제거하는 공정

본 발명에서 전기투석장치(電氣透析裝置)에 의해서 2가·3가 철염을 함유한 간수에 함유된 NaCl의 제거는, 1가 양이온선택교환 격막은 고정부전하(固定負電荷)를 가지는 1가 양이온을 선택적으로 투과하고, 1가 음이온선택교환 격막은 고정정전하(固定正電荷)를 가지는 1가 음이온을 선택적으로 투과하는 이온교환 격막을 사용하여 직류전원의 전위차(電位差)를 구동력(Driving force)으로 하여 이온성 용질의 막 투과에 의해 NaCl을 선택적으로 분리하여 간수에 함유된 NaCl을 제거한다.

전기투석장치에 의한 NaCl제거는, 1가 음이온선택교환 격막과 1가 양이온선택교환 격막을 양극과 음극 사이에 교호적(交互的)으로 일렬 다단(多段)을 설치한 양단의 양극실의 양극과 음극실의 음극에 정류기로부터 직류전류를 인가(印加)하고, 간수를 탈염실에 공급하면 Na⁺이온은 음극 쪽의 1가 양이온선택교환 격막을 투과하여 탈염실로 이동하고, Cl이온은 양극 쪽의 1가 음이온선택교환 격막을 투과하여 탈염실로 이동하면서 탈염실의 간수에 함유된 NaCl성분이 제거된다.

나. 전기추출장치에 의해서 NaCl을 제거하는 공정

상기 2가·3가 철염을 함유한 간수에 과잉으로 함유된 NaCl을 제거하기 위한 전기추출장치(14)는 염추출실 내부에 설치된 양극과 음극 사이에 1가 양이온선택교환 격막과 1가 음이온선택교환 격막으로 격리된 탈염실을 다단(多段)으로 설치한 전기추출장치에 의한 간수에 함유된 NaCl의 제거는, 간수를 탈염실에 공급하면서 양극과 음극에 직류전기를 인가하여 전기장(電氣場)을 형성하면 전기영동(電氣泳動)에 의해서 탈염실의 간수에 함유된 Na⁺이온은 음극 쪽의 1가 양이온선택교환 격막을 투과(透過)하여 염추출실로 이동하게 되며, Cl^-이온은 양극 쪽의 1가 음이온선택교환 격막을 투과하여 염추출실로 이동하게 되면서 간수에 함유된 NaCl성분이 선택적으로 제거된다.

다. 냉동에 의해서 NaCl을 제거하는 공정

상기 2가·3가 철염을 함유한 간수에 함유된 NaCl을 냉동에 의해서 NaCl을 제거하는 경우는, 간수를 보온처리된 냉각코일이 내장된 냉장장치에 공급하고, 냉동기로부터 냉매를 냉각코일을 통해서 순환하면서 냉장장치 내의 간수의 온도를 내리면 셔벗(Sherbet) 상태의 얼음이 생성되기 시작하며, 계속 냉각하여 온도가 -11∼-12℃로 떨어지게 되면 반고체 상태의 얼음이 생산되며, 더욱더 냉각하여 온도를 -22∼-23℃로 냉각되면 NaCl·2H₂O가 함유된 고체상태의 얼음이 생산되면서 간수 중의 NaCl이 제거된다.

[실시 예2]

실시 예1에서 생산된 2가·3가 철염이 함유된 간수를, 유효통전면적(有效通電面積)이 236㎜(세로)×220㎜(가로)의 두께 0.2㎜인 양이온교환 격막은 1가 양이온만 선택적으로 투과하는 1가 양이온선택교환 격막(9: Aciplex(등록상표) K-102, 일본 旭化成工業株式會社 제품)과 음이온교환 격막은 1가 음이온만 선택적으로 투과하는 1가 음이온선택교환 격막(8: Aciplex Ａ－102, 일본 旭化成工業株式會社 제품)을 각각 50매를 사용한 탈염실 25실과 염농축실 25실로 구성하고, 양극실의 양극은 티타늄 판에 RuO₂-TiO₂를 코팅한 DSA전극을 사용하고, 음극은 스테인리스강을 사용한 전기투석장치에, 50ℓ의 간수 저장조(1)에 상기 2가·3가 철염이 함유된 간수를 공급하고, 다이어프램(Diaphragm)형 정량펌프인 간수 이송펌프로 막면선속도(膜面線速度)가 10㎝/초가 되게 탈염실에 공급하여 간수 저장조로 순환하고, 20ℓ의 농축 염수 저장조의 염수를 다이어프램형 정량펌프인 농축 염수 이송펌프로 막 면선속도가 3㎝/초가 되게 염농축실에 공급하여 농축 염수 저장조로 순환하면서, 정류기로부터 직류전기를 전류밀도가 3∼4A/dm²로 인가하여(이때 인가전압은 55∼60Volt이었다.) 미네랄 염수 순환라인의 전기전도율지시제어기(ECIS)의 전기전도도 값이 10∼12㎳/㎝로 NaCl을 제거하였을 때 NaCl이 제거된 간수의 주요성분 분석치는 다음 표4의 내용과 같았다.

이때 음극실 용액은 5wt%의 Na₂SO₄수용액을 50㏄/min로 음극실 하부로 공급하여 상부로 배출되는 것을 양극실 하부로 공급하였다.

표4 NaCl이 제거된 2가·3가 철염이 함유된 간수의 주요성분 분석치

성분	NaCl	KCl	MgCl2	MgSO4	수분 및 기타성분
성분의 농도(wt%)	0.52	0.28	15.8	5.2	78.2

3. NaCl이 제거된 2가·3가 철염이 함유된 착염상태의 간수로 처리하는 공정

상기 NaCl이 제거된 2가·3가 철염이 함유된 간수를 유기성 폐기물의 액비화 공정의 호기성 발효공정에서 미생물이 미네랄성분의 섭취효율을 향상하기 위해서 미네랄성분과 착염(錯鹽)을 형성하는 유기산과 반응하여 미네랄성분이 착염상태로된 간수로 처리하는 것이 바람직하다.

그래서 상기 NaCl이 제거된 2가·3가 철염이 함유된 간수 100중량부에 구연산(Citric acid), 구연산염(Citrates), 주석산(Tartaric acid), 주석산염(Tartrates), 호박산(Succinic acid), 호박산염(Succinates), 사과산(Malic acid), 사과산염(Malates), 푸마르산(Fumaric acid), 푸마르산염(Fumarate), 에틸 렌다이아민테트라아세트산(Ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA), 에틸렌다이아민테트라아세트산염(Ethylenediaminetetraacetates), 풀브산(Fulvic acid) 또는 부식산(Humic acid) 중에서 한 종류의 유기산 또는 유기산 염을 5∼20중량부를 첨가하고, 교반·용해하여 NaCl이 제거된 2가·3가 철염이 함유된 착염상태의 간수를 만든다.

미생물이 미네랄성분의 섭취효율이 다소 떨어지더라도 경제성을 감안하여 상기 미네랄성분과 착염을 생성하는 유기산 또는 유기산 염을 첨가를 생략하고, NaCl이 제거된 2가·3가 철염이 함유된 간수를 유기성 폐기물의 액비화 공정에 사용할 수도 있다.

그리고 유기성 폐기물에 염분의 농도가 낮은 경우는, NaCl의 제거와 미네랄성분과 착염을 생성하는 유기산 또는 유기산 염을 첨가를 생략하고, 표층해수 또는 해양 심층수를 보메도 비중을 32∼34°Be까지 농축하여 생산된 간수를 유기성 폐기물의 액비화 공정에 사용할 수도 있다.

[실시 예3]

실시 예2에서 생산된 NaCl이 제거된 2가·3가 철염이 함유된 간수 100㎏에 순도 98.2%의 구연산 칼륨(Potassium citrate) 20㎏을 주입하고, 프로펠러형교반기(Propeller type agitator)로 30분간 180rpm으로 교반하여 NaCl이 제거된 2가·3가 철염이 함유된 착염상태의 간수를 만들었다.

Ⅱ. 유기성 폐기물을 전처리하는 단계

1. 전처리공정

축산분뇨, 인분, 음식물쓰레기, 도축공장부산물, 농·수산부산물, 임산가공부산물 또는 식품공장부산물 중에서 한 종류의 유기성 폐기물이 투입조에 투입되면 액비화 공정의 미생물을 공급하여 악취발생을 억제하면서 대형물질과 이물질을 분리한 다음, 파쇄기로 보내어 파쇄처리한 유기성 폐기물은 탈수공정으로 보낸다. 이때 못, 낚시 바늘, 쇠붙이와 같은 자성체인 이물질이 유기성 폐기물에 함유되어 있는 경우는 이송 컨베이어 상에 자력선별기를 설치하여 자성 이물질을 제거한다.

축산분뇨와 같이 대형물질과 이물질이 존재하지 않은 경우는 특별한 전처리를 하지 않고, 투입조에서 바로 탈수공정으로 보낸다.

2. 탈수처리공정

전 처리된 유기성 폐기물이 탈수처리공정에 공급되면 탈수기로 탈수처리를 하여 탈수케이크는 퇴비화공정으로 보내어 퇴비화를 하고, 탈수 여액인 유기성 폐액은 전 처리된 유기성 폐액 저장조(1)로 보낸다.

본 발명에서 탈수공정의 탈수기는 원심탈수기(Centrifugal dehydrator), 진공탈수기(Vacuum dehydrator), 프레코팅진공탈수기(Pre-coat vacuum filter), 압착식 필터프레스(Filter press), 벨트프레스(Belt press), 진동스크린(Vibrating screen) 또는 회전식 트로멜 스크린(Trommel screen) 중에서 한 종류를 사용한다.

음식물쓰레기와 같이 염분농도가 높은 유기성 폐기물은 1차 진동스크린 또는 회전식 트로멜 스크린 중에서 한 종류의 탈수기로 탈수처리를 한 탈수케이크를 탈 취공정에서 배출되는 탈취액 또는 용수를 공급하여 염분을 세정처리한 다음, 2차 원심탈수기, 진공탈수기, 프레코팅진공탈수기, 압착식 필터프레스, 벨트프레스, 진동스크린 또는 회전식 트로멜 스크린 중에서 한 종류의 탈수기로 2차 탈수를 하여 여액인 유기성 폐액은 1차 탈수에서 탈수된 여액인 유기성 폐액과 함께 탈염처리공정으로 보내어 탈염처리를 한 다음, 전 처리된 유기성 폐액 저장조(1)로 보내고, 염분과 수분이 제거된 탈수케이크는 퇴비화공정으로 보낸다.

3. 탈염공정

상기 음식물쓰레기와 같이 염분농도가 높은 유기성 폐기물을 탈수처리한 여액인 유기성 폐액에는 염분농도가 높으며, 이와 같은 염분농도가 높은 유기성 폐액은 미생물의 생육을 저해하면서 여기서 생산된 액비를 농작물에 시비를 하였을 때는 염해를 야기할 수 있기 때문에 탈염처리한 다음, 전 처리된 유기성 폐액 저장조(1)로 보내는 것이 바람직하다.

본 발명은 음식물쓰레기, 축산분뇨, 인분(人糞), 식품가공공장에서 배출되는 폐기물과 같이 염분의 함량이 높은 유기성 폐기물을 탈수기로 탈수처리한 여액인 유기성 폐액에 함유된 염분을 제거하는 탈염장치에 관한 것으로, 첨부된 도 2를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 유기성 폐액에 함유된 염분의 탈염처리는, 도 2 "유기성 폐액의 탈염처리공정도"와 같은 염추출실(24) 내부에 양극(25)과 음극(26) 사이에 격막(28)으로 격리된 탈염실(27)을 다단(多段)으로 설치한 탈염장치(23)에 의해서 탈 염처리를 한다.

유기성 폐액 저장조(21)의 염분을 함유한 유기성 폐액을 유기성 폐액 이송펌프(22)로 염추출실(24)과 탈염실(27)에 공급하여 유기성 폐액은 유기성 폐액 저장조(21)로 순환하면서, 용수를 염추출실(24)에 공급(운전 촉기에는 0.1∼0.2wt% 범위의 NaCl 수용액의 염수를 공급)하고, 송풍기(30)로부터 대기 중의 공기를 산기관(31)을 통해서 폭기하고, 정류기로부터 4∼50볼트(Volt)의 직류전기를 인가(印加)하여 전기장(電氣場: Electric field)을 형성하면 전기영동(電氣泳動: Electrophoresis)에 의해서 탈염실(27)의 유기성 폐액에 함유된 양이온(Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Zn²⁺ …등)은 음극(26) 쪽의 격막(28)을 투과하여 염추출실(24)로 이동하게 되며, 음이온(Cl^-, Br^-, NO₃ ^-, SO₄ ^2-, HCO₃ ^-, CO₃ ^2-, HPO₄ ^2-, PO₄ ^3- …등)은 양극(25) 쪽의 격막(28)을 투과하여 염추출실(24)로 이동하게 되면서 농축된 염수를 배출하고, 탈염실(27) 내의 유기성 폐액 중에서 염분이 제거된 유기성 폐액 라인에 설치된 전기전도율지시제어기(ECIS: Electric conductivity indicating switch)의 전기전도율이 6∼12㎳/㎝범위로 탈염된 탈염수는 솔레노이드밸브를 작동하여 탈염된 유기성 폐액을 배출한다.

용수는 염추출실(24)에 설치된 보메도 비중 지시제어기(BIS: Baume's hydrometer indicating switch)의 보메도 비중이 12∼20°Be 범위로 유지되게 솔레노이드밸브(ⓢ: Solenoid valve)로 조정하면서 염추출실(24)에 공급한다.

유기성 폐액의 탈염장치(23)는, 염추출실(24) 내부에 양극(25)과 음극(26) 사이에 격막(28)을 설치하여 격리된 탈염실(27)을 양극(25)과 음극(26) 사이에 다단을 설치하고, 처리용량에 따라서 이를 교호적(交互的)으로 반복 설치된 전기추출에 의한 탈염장치(23)의 탈염실(27)에 유기성 폐액 저장조(21)의 유기성 폐액을 유기성 폐액 이송펌프(22)로 공급하면서 정류기로부터 직류전기를 인가하여 탈염실(27)에 전기장(電氣場)을 형성하면 전기영동(電氣泳動)에 의해 염추출실(24)로 염분이 추출되어 탈염처리되는 탈염장치(23)이다.

유기성 폐액에 함유된 염분의 탈염처리는, 유기성 폐액 저장조(21)의 유기성 폐액을 유기성 폐액 이송펌프(22)로 탈염실(27)로 공급하여 유기성 폐액 저장조(21)로 반송하고, 염추출실(24)에는 용수를 공급하면서 송풍기(30)로부터 공기를 염추출실(24) 하부에 설치된 산기관(31)으로 공급하여 폭기를 하고, 정류기로부터 4∼50볼트(Volt)의 직류전기를 양극(25)과 음극(26)에 인가(印加)하여 탈염실(27)에 전기장(電氣場)을 형성하면 전기영동(電氣泳動)에 의해서 탈염실(27)의 유기성 폐액에 함유된 양이온은 음극(26) 쪽의 격막(28)을 투과하여 염추출실(24)로 이동하게 되며, 음이온은 양극(25) 쪽의 격막(28)을 투과하여 염추출실(24)로 이동하게 되면서 염추출실(24)에서 농축된 염수의 보메도 비중 지시제어기(BIS)의 보메도 비중이 12∼20°Be 범위가 유지되게 용수를 솔레노이드밸브(ⓢ)를 작동에 의해 공급하면서 염수를 배출하고, 탈염실(27) 내의 유기성 폐액에 함유된 염분이 제거되어 탈염된 유기성 폐액 라인의 전기전도율지시제어기(ECIS)의 전기전도율이 6∼12㎳/㎝범위로 탈염된 유기성 폐액은 솔레노이드밸브(ⓢ)를 작동하여 배출한다.

상기 유기성 폐액의 탈염장치(23)의 염추출실(24) 내부에 양극(25)과 음극(26) 사이에 탈염실(27)은 2∼10개를 병렬로 설치한 군(群)을 처리용량에 따라서 교호적(交互的)으로 여러 단을 설치한다.

송풍기(30)로부터 산기관(31)을 통해서 공급하는 공기의 공급량은 폭기강도(Intensity of aeration)가 1.2∼2.0[공기(㎥)/조 용적(㎥) 시간]이 되도록 한다.

염추출실(24)과 탈염실(27)의 재질은 내염성 스테인리스강, 티타늄(Titanium)을 사용하던가 카본 스틸(Carbon steel)에 에폭시(Epoxy) 코팅(Coating)이나 라이닝(Lining)을 하던가, 유리섬유강화플라스틱(FRP: Fiber glass reinforced plastic)을 라이닝 한다.

음극판(26)의 재질은 수소발생과전압(水素發生過電壓))이 높은 재질인 스틸 판에 레이니 니켈(Raney nickel)을 라이닝(Lining) 한 것이나, 내염성 스테인리스강, 티타늄(Titanium)판을 사용하며, 양극(25) 판은 내식성이 우수하면서 산소 및 염소발생과전압(鹽素發生過電壓)이 높은 재질인 티타늄판에 TiO₂-RuO₂를 소부(燒付) 코팅(Coating)한 디에스에이(DSA: Dimensionally Stable Anode) 전극을 사용한다.

격막(28)은 양극(25) 쪽과 음극(26) 쪽의 격막을 동일하게 석면(石綿), 나일론(Nylon), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리불화비닐리덴(poly vinylindene fluoride), 폴리오레핀(Polyolefin), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리에스텔(Polyester), 헥사플루오르프로필렌(Hexafluoropropylene), 폴리플루오로올레 핀(Polyfluoroolefin), 테트라플루오르에틸렌(TFE: Tetrafluoroethylene) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(ＰＴＦＥ: Polytetrafluoroethylene) 중에서 한 종류의 막을 사용한다.

유기성 폐액에 함유되어 있는 염분 중에서 2가 이상의 미네랄성분인 다가(多價)의 양이온인 미네랄성분은 제거하지 않고, 1가 양이온만 제거하는 경우(NaCl만 제거하는 경우)에는, 음극(26) 쪽의 격막(28)을 1가 양이온만 선택적으로 투과하는 1가 양이온선택교환 격막을 사용한다.

상기 1가 양이온선택교환 격막은 2가 이상 다가(多價) 의 양이온투과는 억제하면서 1가 양이온만을 선택적으로 투과하는 교환 막으로, 폴리스티렌-디비닐 벤젠(Polystyrene-divinylbenzene) 계의 주 사슬(主鎖: Main chain)에 부전하(負電荷) R-SO₃ ^-를 고정하고 있는 부하전막(負荷電膜)에 측쇄(側鎖: side chain)와 폴리에틸렌 이민(Polyethyleneimine) 또는 폴리비닐 피리딘(Polyvinylpyridine) 등의 그래프트 폴리머(Graft polymer)나 주 사슬이 폴리에틸렌이민 또는 폴리비닐 피리딘으로 된 측쇄가 폴리스티렌인 그래프트 폴리머로 막 표면을 수식(修飾)처리된 이온교환막으로, 그래프트 폴리머의 주 사슬이 양이온교환 격막의 주 사슬 또는 측쇄와 동일한 분자구조를 하고 있는 것이면 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는, 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리염화비닐(Polyvinylchlorde), 폴리스티렌(polystyrene) 등에 부전하 R-SO₃ ^-를 고정한 양이 온교환 격막으로 구성된 고분자분자구조를 가진 주 사슬 혹은 측쇄(側鎖)에 1가 양이온만 투과능(透過能)을 가지는 분자구조인 폴리비닐 피리딘(Polyvinylpyridine), 폴리비닐 아민(Polyethyleneamine) 또는 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine) 막과 같은 1가 양이온선택교환 격막을 사용할 수 있으며, 특히 폴리스티렌-디비닐벤젠계의 폴리스티렌-그래프트-에틸렌 이민이 가장 바람직하게 사용할 수 있다.

격막 서포터(29)는 격막(28)과 격막(28)의 외부에 1∼10㎜ 두께의 비스코스레이온(Viscose rayon)이나 나이론 등의 합성수지의 부직포(不織布) 위에 내염성 스테인리스강이나 티타늄의 다공판(多孔板)이나 격자판(格子板)으로 지지고정시킨다.

Ⅲ. 액비화하는 단계

상기 유기성 폐기물을 전처리하는 단계의 탈수공정에서 탈수 여액인 유기성 폐액이 전 처리된 유기성 폐액 저장조(1)에 공급되면, 전 처리된 유기성 폐액 이송펌프(2)에 의해 호기성 발효조(11)로 보내거나, 또는 자화기(3)로 보내어 자화처리를 한 다음 물의 개질조(4)로 보낸다.

상기 유기성 폐액의 핵자기공명(核磁氣共鳴, Nuclear magnetic resonance) ¹⁷O-NMR 반치폭(半値幅)의 값이 100㎐ 이하이거나, 액비화 효율이 다소 떨어지더라도 물을 개질 하지 않은 경우는 유기성 폐액을 호기성 발효조(11)로 보내어 액비화를 하고, 유기성 폐액의 핵자기공명 ¹⁷O-NMR 반치폭의 값이 120㎐ 이상인 경우는 자 화기(3)로 보내어 자화처리를 한 다음 물의 개질조(4)로 보내어 물을 개질 처리한 다음, 호기성 발효조(11)로 보내어 액비화를 하는 것이 바람직하다.

1. 물의 개질 공정

유기성 폐액의 물을 개질화하는 경우는, 전 처리된 유기성 폐액 저장조(1)의 유기성 폐액은 전 처리된 유기성 폐액 이송펌프(2)에 의해 도전관(導電管)에 감은 코일(Coil)에 0.5∼5볼트(Volt) 범위의 교류 또는 직류의 저전압(低電壓)을 인가한 정전압도전관(靜電壓導電管)의 자화기(3)로 보내어 자화처리를 한 다음, 물의 개질조(4)에 공급하고, 정전압발생장치(9)의 변압기(9a)로부터 고압의 교류 정전압(靜電壓)을 전극(5)에 3,000∼5,000볼트(Volt)의 전압을 인가(印加) 하여 전극(5)을 중심으로 +와 -의 정전장(靜電場)을 교대로 반복해서 4∼10시간 동안 인가하면, 이로 인하여 물 분자 자체가 진동ㆍ회전을 되풀이하면서 물 분자의 수소결합(水素結合)이 부분적으로 절단(切斷)되어 핵자기공명의 ¹⁷O-NMR의 측정값이 48∼60㎐ 범위의 소집단수(小集團水. Microclustered water)로 물을 개질 처리한 것을 호기성 발효조(11)로 보낸다.

물의 개질조(4)의 재질은 내식성의 스테인리스강(Stainless steel) 콘크리트 구조물로 하며, 내부에는 전도도(電導度)가 높은 목탄(木炭) 또는 자철광괴를 충전(充塡)한 스테인리스 스틸(stainless steel)의 철망 전극(5)의 망을 설치하고, 물의 개질조(4) 하부의 절연체(6)는 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리염화비 닐(PVC), 스티로폼(Styrofoam) 중에서 한 종류를 선택하여 설치하고, 절연체(6) 하부에 설치하는 스테인리스강판(7)은, 내식성 재질인 스테인리스강판(7)을 기초콘크리트구조물(8) 사이에 설치하여 스테인리스강판(7)은 땅에 접지(10) 처리한다.

물의 개질조(4)를 콘크리트 구조물로 하는 경우는 상기의 절연체(6)를 설치할 필요가 없으며, 도체인 스테인리스강판(7)은 물의 개질조(4) 바닥에 설치를 하고, 전극(5)과 접촉이 되지 않게 한다.

자화기(3)는 합성수지(PVC, PE, 스티렌 수지 등), 에보나이트 (Ebonite), FRP, 베이클라이트(Bakelite)와 같은 절연성 재료의 원통형 도전관에 코일(Coil)을 감은 정전압도전관(靜電壓導電管)에 0.5∼5볼트(Volt) 범위의 교류 또는 직류의 저전압을 인가하면 코일의 내부에는 자기장(磁氣場)을 형성되고, 여기에 유체를 통과하면 유체는 자화처리된다.

여기서 정전압도전관에 코일(Coil)을 감은 자화기(3) 대신 자속밀도(磁束密度)가 10,000∼15,000가우스(Gauss) 범위로 착자(着磁)된 영구자석 자화기를 사용하여도 된다.

그리고 처리용량이 대용량인 경우에는 목탄(木炭) 또는 자철광괴(磁鐵鑛塊)를 충전(充塡)한 스테인리스(Stainless)철망인 전극(5)의 망이 내장된 물의 개질조(4)를 다단으로 설치한다.

유기성 폐액이 물의 개질조(4)에 공급되면, 정전압발생장치(靜電壓發生裝置: 9)의 변압기(9a)의 2차 권선(9e)의 출력선(9f)을 물의 개질조(4) 내부에 설치된 전극(5)에 연결하여 인입 전원을 100∼220볼트(Volt), 주파수 50∼60㎐의 교류 전원 을 인가하고, 전압조정기(9b)를 조정하여 정전압발생장치(9)의 전압을 1,500∼5,000볼트(Volt), 전류를 10∼150㎂의 정전압을 4∼10시간 동안 인가하면서 정전유도처리를 하면 물 분자의 집단은 소집단수로 처리되면서 표면장력이 떨어져 침투력이 우수한 물로 개질 처리된다.

정전압발생장치(9)의 변압기(9a)는 철심(9d), 1차 권선(9c), 2차 권선(9e), 2차 권선(9e)의 출력선(9f), 2차 코일(9e)의 절연처리 단말(9g)로 구성되어 있으며, 전압조정기(9b)는 1차 권선(9c)에 접속하며, 2차 권선(9e)의 출력선(9f)은 절연(絶緣)된 절연체(6) 위에 설치된 물의 개질조(4)의 전극(5)에 접속한다.

유기성 폐액을 물의 개질조(4)에 공급하고, 정전압발생장치(9) 변압기(9a)의 2차 권선(9e)의 출력선(9f)을 접속하는 것과 동시에, 2차 권선(9e)의 절연처리 단말(9g)을 변압기(9a) 내의 절연물 안에 절연상태로 하고, 물의 개질조(4)를 절연체(6)에 의해서 접지(10)와 절연상태로 한 절연체(6) 위에 설치하고, 절연체(6) 하부에 설치된 스테인리스강판(導體: 7)은 접지(10) 처리한다.

변압기(9a) 내의 고압 측 2차 권선(9e)의 일단인 절연처리 단말(9g)을 변압기(9a) 내의 절연물 안에서 절연상태로 한 콘덴서(C₂)를 형성하는 것과 동시에, 고압 측의 2차 권선(9e)의 나머지 일단의 출력선(9f)을 절연체(6)로 접지(10)와 절연한 물의 개질조(4)에 접속하여 콘덴서(C₁)를 형성하며, 그 결과, 출력선(9f)과 접지(10) 간의 전압은 250∼3,500볼트(Volt), 전류는 10∼150㎂의 미약 전류가 되므로 접지상태에서는 사람이 물의 개질조(4)에 접촉하여도 위험은 없다.

정전유도는 전기적으로 중성인 물질에 대전한 대전체에 접근하면 대전체에 가까운 물질의 표면에 대전체와는 반대의 극성을 가지는 전하가 나타나 먼 쪽의 대전체와 같은 전하가 나타난다. 또, 대전체가 아니고 외부에 전기장이 존재하는 경우에서도 외부전하와 반대의 전하가 나타난다. 이때 나타나는 전하를 유도전하(誘導電荷)라고 하며, 중성물질은 유도전하를 가지게 되어 접촉하고 있지 않은 외부의 전기 작용에 의해서 물질에 전하가 유도되어 +전하와 -전하가 분극(分極)하는 현상이 일어나며, 이 현상을 정전유도를 받고 있다고 하며, 이 현상을 응용하여 물질에 교류전압을 인가하면 물질의 분자에 회전과 진동이 가해져 분자의 이합집산을 촉진하면서 물질에 물리적인 특성을 변화시키는 것을 정전유도처리(靜電誘導處理)라고 한다.

다시 말해서, 본 발명은, 정전압발생장치(9)의 변압기(9a)는 성층(成層)의 철심(9d)을 이용한 외철원형 코일 변압기 타입의 것이며, 변압기(9a)의 1차 측 회로의 1차 권선(9c)을 전압조정기(9b)를 개입시켜 교류 전원에 접속하여 변압기(9a)의 2차 측 회로의 2차 권선(9e) 1단의 절연처리 단말(9g)을 변압기(9a) 내의 절연물 안에서 절연처리한 것과 동시에 2차 측 회로의 2차 권선(9e)의 출력선(9f)을 절연체(6)를 접지(10)에 연결하여 절연한 절연체(6) 위에 배치된 물의 개질조(4)에 250∼3,500볼트(Volt)의 전압과 10∼150㎂의 전류를 흐르게 하는 것에 의해서 정전유도처리를 하면 물의 개질조(4)에 주입된 유기성 폐액의 물 분자는 소집단화되면서 표면장력이 적어져 침투성이 좋아져 액비화 공정에서 미생물의 생육을 활발하게 한다.

변압기(9a)는, 철심(9d)의 중앙부에 통 모양의 절연필름을 끼워 넣고, 다시 절연필름의 외주 면에 1차 권선(9c)과 2차 권선(9e)을 감고, 1차 권선(9c)은 예를 들어 직경 0.6㎜의 폴리에스테르(Polyester)로 피복 한 동선을 사용하여 220∼240권으로 하고, 2차 권선(9e)은, 예를 들어 직경 0.09㎜의 에나멜로 피복 한 동선을 사용하여 40,000회권으로 하지만, 이 2차 권선(9e)의 40,000회 중, 제1의 2차 권선(9e)을 22,000회권으로 하고, 제2의 2차 권선(9e)을 18,000회권으로 하여도 좋고, 이러한 동선코일의 직경, 종류와 동선의 권수 등은 물의 개질조(4)의 용량과 처리시간, 인가전압 등의 조건에 따라서 결정을 한다.

통상의 경우, 이러한 동선코일(Coil)은 0.03∼3㎜의 것을 이용할 수 있으며, 동선의 종류는 폴리에스테르이나 에나멜로 피복 한 동선을 사용하여 동선코일의 권수는 1차 권선(9c)은 200∼250회권으로 하고, 2차 권선(9e)은 28,000∼40,000회권으로 하거나 2차 권선(9e) 내에서 제1의 2차 권선(9e)을 16,800∼22,000권으로 하고, 제2의 2차 권선(9e)을 11,200∼18,000권으로 해도 좋다.

2차 권선(9e)의 절연처리 단말(9g)은 변압기(9a) 내에 있고, 그 첨단 부분을 절연테이프로 감은 후, 타르 피치(Tar pitch) 등의 절연물을 변압기(9a) 내에 충전해서 2차 권선(9e)의 절연처리 단말(9g)을 가려 싸도록 해서 절연하지만, 절연물은 타르 피치 이외에도 절연유, 불포화폴리에스테르, 폴리우레탄 수지 등도 이용할 수도 있다.

변압기(9a)에 교류를 흐르게 하여 변압기(9a)의 1차 전압을 전압조정기(9b)로 조작하여 100∼220볼트(Volt)로 조정하면, 2차 측의 2차 권선(9e) 단말 사이에 는 12,000∼18,000볼트(Volt)의 전압이 발생하지만, 2차 측 회로에서 2차 권선(9e)의 절연처리 단말(9g)은 절연하고 있으므로, 절연된 절연체(6) 위에 물의 개질조(4)에 출력선(9f)과 접속하고 접지(10)와 사이에는 3,500∼5,000볼트(Volt)의 전압과 10∼150㎂의 전류가 흐르게 된다.

상술한, 2차 측에 발생한 12,000∼18,000볼트(Volt)의 전압이, 물의 개질조(4)와 접지(10) 사이에 3,500∼5,000볼트(Volt)의 전압, 10∼150㎂의 전류가 되는 것은 2차 권선(9e)의 절연처리 단말(9g)과 절연체(6)의 저항, 코일의 교류저항회로에 의한 것이다.

즉, 정전압발생장치(9)의 접지(10)와 물의 개질조(4)의 접지(10)에 의한 공진 회로를 형성하는 것이며, 2차 권선(9e)의 일단인 절연처리 단말(9g) 부위인 접지(10)와 2차 권선(9e)의 출력선(9f)을 절연체(6)로 절연되고 있는 접지(10)에 의한 출력전압으로부터의 방전에 의한 공진주파수에 의해서 정전유도를 일어나게 한다.

물의 개질조(4)의 크기, 그리고 충전물을 충전한 전극(5)의 크기와 절연체(6)에 따라서 물의 개질조(4)와 접지(10) 사이의 전압은 3,500∼5,000볼트(Volt)로 변동하며, 전류도 10∼150㎂ 범위로 변화하며, 또한, 입력 전원을 전압조정기(9b)로부터 전압을 조정하는 것에 따라서 전압과 전류를 변동시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 교류저항회로에 의해서 발생시킨 물의 개질조(4)의 전압은 무 부하(無負荷) 시에 3,500∼5,000볼트(Volt)이지만, 전류는 10∼150㎂ 범위의 미약한 전류이므로 인체에 대해서 안전하고, 감전이나 화재 등의 트러블(Trouble)을 일으킬 우려는 없으며, 또한, 물의 개질조(4)에 인가되는 전압과 전류는 조의 충전 용량이나 정전유도처리조건에 따라서 전압조정기(9b)에 의해서 전압을 조정하지만, 통상의 경우는 물의 개질조(4)와 접지(10) 간의 전압이 550∼1,600볼트(Volt), 전류는 30∼100㎂ 범위로 하는 것에 의해서 정전유도를 하면 적절한 교류 전계(電界)를 구성할 수 있다.

그리고 물의 개질조(4)에서는, 물의 개질조(4) 내의 전극(5)이 +전하가 되면, 접지(10) 측에서는 -전하가 유전(誘電)되며, 반대로 물의 개질조(4) 내의 전극(5)이 -전하가 되면 접지(10) 측에서는 +전하가 유전되고, 이후 교류 전원의 주파수에 따라서 물의 개질조(4)는 1초간에 주파수(50 내지 60회)만큼 +전하와 -전하가 바뀌게 되며, 이것에 따라서 접지(10) 측의 전하도 유전되어 +전하와 -전하가 바뀌게 된다.

일반적으로 물질은 원자(原子)에 의해 성립되고 있으며, 이 원자는 원자핵과 전자에 의해 구성되고 있으며, 다시 원자핵은 중성자와 양자로 구성되어 있으며, 그리고 원자핵의 주위에는 부(-)의 전하를 가지는 전자가 원운동을 하고 있고, 외부 전계가 작용하지 않는 정상상태에서는 양자의 +전하와 전자의 -전하가 동량으로 안정된 상태로 되어 있으나, 외부에서 높은 전압을 인가하면 이것에 의해서 전자는 한편으로 이동하면서, 또한 양자도 한편으로 이동하기 때문에 원자의 전기적 중심이 일치하지 않게 되어 원자는 한 개의 전기쌍극자(電氣雙極子)를 형성하게 되면서 전하의 밸런스(Balance)에 의해서 내부전계(內部電界)가 발생하면서 분극(分極)을 일으키게 된다.

이와 같은 경우 원자(분자)가 외부전계(外部電界)에 의해서 분극이 되므로 이를 전자분극(電子分極) 혹은 원자분극(原子分極) 이라고 하며, 물의 개질조(4)에 충전된 유기성 폐액에 높은 정전압을 인가하면 모든 분자는 정전유도에 의해서 +전하와 -전하의 교체에 따라서 순응하려고 하지만, 분자 간의 결합력의 강한 것과 약한 것의 차이가 생겨 유기성 폐액의 물 분자 집단(Cluster)은 수소결합(水素結合)이 부분적으로 절단(切斷) 되어 소집단화(小集團化)하여 소집단수(Microclustered water)로 처리되면서 표면장력(表面張力)이 적게 되면서 점성이 적게 되어 물속에 용해되어 있는 칼슘, 마그네슘, 철분 등의 미네랄성분도 분자의 이온화가 촉진되어 초미립자화 되어 침투성이 높은 활성화된 물로 개질 처리된다.

2. 발효공정

상기 전 처리된 유기성 폐액 저장조(1)의 유기성 폐액 또는 이 유기성 폐액을 자화기(3)로 보내어 자화처리를 한 다음 물의 개질조(4)로 보내어 개질 처리한 유기성 폐기물을 호기성 발효조(11)에 공급하고 송풍기(18)로부터 공기를 주입하여 폭기(曝氣)를 하면서 호기성 발효를 한 다음, 침전조(12)로 보내어 미생물 균체인 고형물은 침전되고, 월류(越流, Over flow)되는 발효된 액비는 액비 저장조(19)로 보내고, 침전조(12)에서 침전된 고형물인 미생물 균체는 침전조 레이크(13)에 의해서 침전조(12) 하부의 중앙 콘(Cone) 부분으로 모이면 반송펌프(14)에 의해서 부식물질 펠렛트(Humic substance pellet), 다공성 규산질 광물, 원적외선(Far infrared ray)을 방사하는 광물(鑛物) 또는 세라믹스(Ceramics), 마이너스 이 온(Minus ion)을 방사하는 광물 또는 세라믹스 및 자철광(磁鐵鑛) 또는 자성 세라믹스의 충전물(17)이 충전(充塡)된 생물반응기(16)가 내장된 미생물활성화조(15)와 전 처리된 유기성 폐액 저장조(1)로 보낸다.

미생물활성화조(15)에서는, 반송펌프(14)에 의해서 침전조(12)에서 침전된 반송 미생물이 미생물활성화조(15)에 공급되면 송풍기(18)로부터 공기를 생물반응기(16) 하부와 미생물활성화조(15) 하부로 공급하여 폭기를 하면서, 미생물활성화조(15)에 상기 NaCl이 제거된 2가·3가 철염이 함유된 착염상태의 간수(苦汁)를 공급하여, 미네랄성분이 충분히 공급되었을 때 활발한 대사활동을 하는 바실루스 미코이데스(Bacillus mycoides), 바실루스 루테우스(Bacillus luteus), 흑국곰팡이(Aspergillus niger), 방선균(放線菌)과 같이 폴리페놀화합물(Polyphenol compounds)의 대사산물(代謝産物)을 배설하여 부식화반응에 의해서 수용성 유기물을 물에 불용성인 부식전구물질(腐植前驅物質)로 전환하여 부식물질(腐植物質)로 전환하는 부식화미생물과 이들 미생물과 공생관계에 있는 미생물이 배양되어 활성화된 미생물을 호기성 발효조(11)로 보내어 유기성 폐액의 액비화처리 시스템(System) 전체가 부식화 미생물과 이들 미생물과 공생관계에 있는 미생물에 의해서 부식화반응에 의해서 액비화처리가 되도록 유도한다.

상기 유기물질을 부식화하여 부식물질을 생성하는 미생물은 세포질(Cytoplasm)이나 세포벽(Cell wall)에 미네랄 함량이 높으면서 이들 미생물은 섭취가 용이한 미네랄성분이 충분히 공급되었을 때 활발한 대사활동을 하기 때문에, 상기 NaCl이 제거된 2가·3가 철염이 함유된 착염상태의 간수를 유입되는 유기성 폐액 100중량부당 0.1∼3중량부를 미생물활성화조(15)에 공급한다.

액비화처리 효율이 다소 떨어지더라도 유기산을 첨가하지 않은 상기 NaCl이 제거된 2가·3가 철염을 함유한 간수를 유입되는 유기성 폐액 100중량부당 0.1∼3중량부를 미생물활성화조(15)에 공급할 수도 있다. 또한, 유기성 폐액에 염분농도가 낮은 경우는, 표층해수 또는 해양 심층수와 같은 해수를 보메도 비중이 32∼34°Be까지 농축하여 소금을 생산하면서 부산물로 생산된 간수 또는 2가·3가 철염이 함유된 간수 중에서 한 종류를 유기성 폐액 100중량부당 0.1∼3중량부를 미생물활성화조(15)에 공급할 수도 있다.

그리고 액비화처리 효율이 떨어지더라도 상기의 간수를 미생물활성화조(15)에 주입하지 않고서도 액비화를 할 수 있다.

부식화반응에 의해서 유기성 폐액처리를 하였을 때는, 암모니아(NH₃), 유화수소(H₂S), 머캡탄(Mercaptan)류, 인돌(Indole), 스카톨(Skatol), 휘발성 아민류와 같은 악취발생물질이 비휘발성이면서 물에 불용성인 부식전구물질 또는 부식물질로 동화(同化)되어 악취발생이 억제되는 효과가 있으며, 수용성 유기물도 물에 불용성인 부식전구물질 또는 부식물질로 고도로 동화되면서 액비화되어 액비화처리 효율이 높은 특징이 있다.

그리고 미생물활성화조(15)에 내장된 부식물질 펠렛트, 규산질(硅酸質) 광물, 자철광 또는 자성 세라믹스, 원적외선을 방사하는 광물 또는 세라믹스 및 마이너스 이온을 방사하는 광물 또는 세라믹스를 동일 중량비율로 충전물(17)이 충전된 생물반응기(16) 하부에 송풍기(18)로부터 공기를 주입하면, 공기와 반송 오니가 함께 생물반응기(16)의 충전물(17) 층을 에어 리프팅(Air lifting) 되면서 통과하면 물이 개질 처리되어 미생물의 생육은 더욱더 활성화하게 된다.

호기성 발효조(11)의 용량은, 유기성 폐액의 유입유량을 기준으로 체류시간이 30∼90일간으로 한다.

침전조(12)의 표면적은 월류부하(Over flow load)를 15∼30(㎥/㎡·일) 범위로 하고, 조의 깊이는 3∼6m로 하며, 바닥의 구배(勾配)는 1/10∼2/10의 범위로 한다.

침전조(12)에서 미생물활성화조(15)로 반송하는 유량은, 호기성 발효조(11)에 유입되는 유기성 폐액 유량의 30∼50%로 하고, 전 처리된 유기성 폐액 저장조(1)로 10∼20%를 보낸다.

미생물활성화조(15)의 용량은 체류시간을 0.5∼2일간으로 하고, 미생물활성화조(15)에 내장된 생물반응기(16)에 충전된 충전물(17)은, 미생물 활성화조(15)의 1㎥ 용적당 부식물질의 펠렛트(Pellet) 1∼2㎏을 충전하고, 규산질 광물은 어영석(御影石), 사문석(蛇紋石), 제올라이트(Zeolite), 유문암(Rhyolite) 또는 대사이트(Dacite)질의 부석(Pumice), 진주암(眞珠岩), 흑요석(黑曜石) 또는 송지암(松脂岩) 중에서 한 종류를 소성하여 팽창한 퍼라이트(Perlite), 크리스토발라이트(Cristobalite), 유크립타이트(Eucryptite) 또는 코디어라이트(Cordierite) 중에서 한 종류를 2∼4㎏을 충전하고, 원적외선(Far infrared ray)을 방사하는 광물 또는 세라믹스는 파장이 6∼12㎛의 범위인 것을 1∼2㎏을 충전하고, 마이너스 이온을 방사하는 광물 또는 세라믹스는 마이너스 방사량이 1,500개/㎠ 이상 되는 것을 1∼2㎏을 충전하고, 자속밀도가 150가우스(Gauss) 이상 착자(着磁)된 자철광 또는 자성 세라믹스를 1∼2㎏을 충전한다.

토르말린(Tourmaline, 電氣石)과 같이 원적외선과 마이너스 이온을 함께 방사하는 광물을 충전하는 경우는, 미생물 활성화조(15)의 1㎥ 용적당 원적외선과 마이너스 이온을 방사하는 광물을 2∼3㎏을 충전한다.

상기 마이너스 이온을 방사하는 광물 또는 세라믹스는 마이너스 방사량은 1,500개/㎠ 이상에서는 방사량이 많을수록 좋기 때문에 상한의 수치는 별도로 제한하지 않으며, 또한, 자철광 또는 자성 세라믹스도 자속밀도가 150가우스(Gauss) 이상 착자된 것일수록 좋기 때문에 상한의 수치는 별도로 제한하지 않는다.

운전 초기의 시운전시에는 완숙퇴비 100중량부에 오염되지 않은 산야의 표토(表土, Regolith) 20∼50중량부와 가용성 규산이 25wt% 이상 되는 규산질 비료 10∼20중량부를 혼합하여 30∼60일간 방치한 것을 종균용으로 유입되는 유기성 폐액 100중량부당 3∼5중량부를 호기성 발효조(11)와 미생물활성화조(15)에 각각 주입한다.

송풍기(18)에서 호기성 발효조(11)에 공급하는 공기량은 용존산소지시계(DOI, Dissolved oxygen indicator)의 용존산소 농도가 0.1∼0.4㎎/ℓ범위로 유지되게 간헐적(間歇的)으로 폭기를 하며, 폭기를 할 때 폭기강도(Intensity of aeration)는 0.6∼2.0N㎥-Air/㎥(용량)·시간 범위로 폭기를 하여 조 하부에 침전된 고형물을 부유상태로 되도록 한다.

미생물 활성화조(15)에 공급하는 공기량은, 미생물 활성화조(15)에 내장된 생물반응기(17)에는 폭기강도가 2.5∼3.5N㎥-Air/㎡(면적)·시간의 범위로 폭기를 하면서, 미생물 활성화조(15)에는 용존산소 지시계(DOI)의 용존산소 농도가 0.4∼2㎎/ℓ범위가 유지되게 지속적으로 폭기를 한다.

호기성 발효조(11)에서 용존산소 농도가 0.1㎎/ℓ이하가 되면 혐기성 상태가 되어 악취가 발생하며, 반면에 용존산소 농도가 0.4㎎/ℓ이상 유지되면 호기성 미생물이 활발하게 대사활동을 하면서 유기물의 분해가 심하여 액비화 효율을 저감하기 때문에, 호기성 발효조(11)에서 용존산소 농도는 0.1∼0.4㎎/ℓ범위로 유지되게 하는 것이 바람직하다.

그리고 미생물 활성화조(15)에서 용존산소 농도는, 용존산소 농도가 0.4㎎/ℓ이하에서는 유기성 폐기물 발효의 주역 균인 통성혐기성 미생물과 호기성 미생물의 활동이 저하되면서 혐기성 미생물이 생육할 우려가 있으며, 용존산소 농도가 2㎎/ℓ이상이 되면 유기물의 분해와 통성혐기성 미생물의 생육이 떨어지기 때문에, 미생물 활성화조(15)에서 용존산소 농도는 0.4∼2㎎/ℓ범위로 유지되게 공기를 공급하는 것이 바람직하다.

그리고 송풍기(18)의 토출압력은 조의 수심에 따른 정압두(Static head)와 배관의 마찰손실에 따른 마찰손실 두(Friction head)를 고려하여 결정한다.

[실시 예4]

슬러지돈사에서 배출되는 축산분뇨 평균 48톤/일을 탈수기(Screw dehydrator)로 탈수처리를 하여 탈수케이크 평균 18톤/일은 퇴비화공정으로 보내 고, 탈수 여액인 유기성 폐액 평균 30톤/일은 전 처리된 유기성 폐액 저장조(1)에 유입된 유기성 폐액의 성상은 표 5와 같았다.

표5 축산폐수를 스크루 탈수기로 탈수한 탈수 여액의 분석치

항목	BOD5	CODMn	SS	총 질소(T-N)	총인(T-P)
농도(㎎/ℓ)	6,230	3,960	4,522	5,852	480

상기 전 처리된 유기성 폐액 저장조(1)에 유입된 전 처리된 유기성 폐액 을 전 처리된 유기성 폐액 이송펌프(2)로 평균 1.25톤/시간의 유량으로 도전관에 감은 코일(Coil)에 1.2볼트(Volt)의 직류를 인가한 정전압도전관(靜電壓導電管)의 자화기(3)로 보내어 자화처리를 한 다음, 6㎥ 용량의 물의 개질조(4)에 공급하고, 정전압발생장치(9)의 변압기(9a)로부터 교류 정전압(靜電壓)을 참숯 4.5㎥를 충전한 철망 전극(5)에 3,500볼트(Volt)의 전압과 0.82㎂의 전류를 인가하여 물을 개질 처리하였을 때 물의 핵자기공명(核磁氣共鳴) ¹⁷O-NMR 반치폭을 측정한 결과 도 3에서 와 같이 72.5㎐로 처리되었다.

발효공정은, 기존 폐수처리공정의 폭기조는 5m(폭)×5m(넓이)×4m(깊이)×8기, 침전조는 5m(폭)×5m(넓이)×4m(깊이)×2기로 구성으로 되어 있는 2단 활성오니 공정에서, 1.2m(폭)×1.2m(넓이)×1.5m(깊이)로 된 미생물활성화조(15)에 활성부식물질펠렛드를 5㎏, 대사이드질 부석을 10㎏, 전기석을 10㎏, 자속밀도가 352가우스(Gauss)로 착자된 자철광 5㎏를 충전한 생물반응기(16)를 설치하여 사용하고, 5m(폭)×5m(넓이)×4m(깊이)×1기를 호기성 발효조(11)로 사용하고, 5m(폭)×5m(넓이)×4m(깊이)×1기에 0.01RPM의 침전조 레이크(13)를 설치하여 침전조(12)로 사용 하였다.

상기 물을 개질 처리한 것을 호기성 발효조(11)에 공급하고, 송풍기(18)로부터 공기를 호기성 발효조(11)는 용존산소 농도가 0.1∼0.2㎎/ℓ가 유지되도록 용존산소지시계(DOI)로 조정하면서 간헐적(間歇的)으로 폭기를 하고, 생물반응기 및 미생물활성화조(15)에는 용존산소 농도가 0.5∼1㎎/ℓ가 유지되도록 지속적으로 폭기를 하면서 침전조(12)로 보내어, 침전조 레이크(13)를 0.01RPM으로 운전하면서 침전된 오니는 반송펌프(14)에 의해서 0.6㎥/시간을 호기성 발효조(11)로 반송하고, 0.2㎥/시간은 미생물활성화조(15)로 보내면서, 실시 예3에서 만든 NaCl이 제거된 2가·3가 철염이 함유된 착염상태의 간수를 200㏄(257g)/시간의 유량으로 미생물 활성화조(15)에 공급하고, 호기성 발효조(11)의 MLSS(Mixed liquor suspended solid) 농도가 6,000∼8,000㎎/ℓ가 유지되도록 하면서 잉여오니(반송 미생물의 일부)와 침전조(13) 상부를 월류하는 월류수는 액비 저장조(19)로 보내어 액비를 만들었다. (상기 호기성 발효공정의 호기성 발효조(11), 침전조(12) 및 미생물활성화조(15) 등의 기기장치 사양은 경비절감을 위해서 기존 폐수처리공정의 활성오니 공정을 이용함으로써 본 발명의 설계조건에서 제시한 내용과는 다소 차이가 있었다.)

[실시 예5]

300평(坪, 10a) 밭에 상기 실시 예4에서 만든 액비 3톤을 기비(基肥)로 시비한 10일 후에 김장용 가을배추를 모판에서 4,820포기를 이식하고, 시험재배를 한 결과, 이식 후 30일째 상기 실시 예4에서 만든 액비 1.5톤을 전기전도도(電氣傳導度) 값이 1.5dS/m로 용수를 혼합하여 희석한 것을 추비(追肥)로 시비를 하고, 이후 15일 간격으로 동일하게 3회를 더 추비로 시비를 하여 수확한 배추의 상태는 도 4와 같이 재배되었다. 수확한 배추의 생산량은 13.2톤이었으며, 배추의 당도를 브릭스(Brix)당도 측정기로 측정한 결과 8.6Brix였다.

[비교 예1]

300평(坪, 10a) 밭에 축산분뇨로 만든 퇴비 3톤, 질소비료 25㎏, 인산질비료 15kg, 칼리질비료 25kg, 석회 100kg, 붕소 1.5㎏를 기비(基肥)로 시비한 10일 후에 김장용 가을배추를 모판에서 4,820포기를 이식하여 재배를 하면서 30일 후에 요소 7㎏와 염화칼리 7㎏를 추비로 주고, 45일 후에 요소 12㎏와 염화칼리 8㎏를 추비로 주고, 60일 후에 요소 8㎏와 염화칼리 7㎏를 추비로 주어 재배한 배추의 수확량은 9.6톤이었으며, 배추의 당도를 브릭스(Brix)당도 측정기로 측정한 결과 5.2Brix였다.

상술한 바와 같이 고농도의 유기성 축산폐수를 많은 비용을 들어 폐수로 처리를 하여 방류하지 않고, 해수로부터 생산된 간수를 이용하여 유기성 폐기물을 유가의 액비로 자원화하였을 때는 종래의 퇴비에 비해서 농작물의 수확량이 증가하면서 당도가 높게 품질이 향상되는 것을 확인할 수 있었다.

도 1은 유기성 폐기물의 액비화 공정도

도 2는 유기성 폐액의 탈염처리 공정도

도 3은 정전압(靜電壓)처리와 자화처리를 하여 물 분자의 집단을 소집단화처리를 한 물의 핵자기공명 ¹⁷O-NMR 반치폭의 측정도

도 4는 액비를 사용하여 재배한 수확된 배추의 사진

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1: 전 처리된 유기성 폐액 저장조 2: 전 처리된 유기성 폐액 이송펌프

3: 자화기(磁化器) 4: 물의 개질조

5: 전극 6: 절연체(絶緣體)

7: 스테인리스강판(導體) 8: 기초 콘크리트구조물

9: 정전압발생장치 9a: 변압기

9b: 전압조정기 9c: 1차 권선

9d: 철심 9e: 2차 권선

9f: 출력선 9g: 절연처리 단말

10: 접지 11: 호기성 발효조

12: 침전조 13: 침전조 레이크(Rake)

14: 반송펌프 15: 미생물 활성화조

16: 생물반응기 17: 충전물

18: 송풍기 19: 액비 저장조

20: 액비 이송펌프 21: 유기성 폐액 저장조

22: 유기성 폐액 이송펌프 23: 탈염장치

24: 염추출실 25: 양극

26: 음극 27: 탈염실

28: 격막 29: 격막 서포터(supporter)

30: 송풍기(Air blower) 31: 산기관

BIS: 보메도 비중 지시제어기(Baume's hydrometer indicating switch)

ECIS: 전기전도율지시제어기(Electric conductivity indicating switch)

DOI: 용존산소 지시계(Dissolved oxygen indicator)

ⓢ: 솔레노이드밸브(Solenoid valve)

Claims (4)

1. 축산분뇨, 인분, 음식물쓰레기, 농·수산물가공에서 배출되는 폐기물, 식품가공공장에서 배출되는 폐기물 또는 도축공장에서 배출되는 폐기물 중에서 선택된 한 종류의 유기성 폐기물을 액비화에 있어서,

   해수를 증발 농축하여 보메도 비중이 32∼34°Be까지 석출된 소금을 분리하고, 남는 액체성분인 간수(Bittern)에 2가·3가 철염 첨가하여, 2가·3가 철염이 함유된 간수를 1가 양이온선택교환 격막과 1가 음이온선택교환 격막을 사용한 전기투석공정, 1가 양이온선택교환 격막과 1가 음이온선택교환 격막을 사용한 전기추출장치에 의해서 NaCl을 제거하는 공정 또는 간수를 냉동하여 얼음을 생산하면서 NaCl을 석출·제거하는 공정 중에서 선택된 한가지의 NaCl을 제거하는 공정으로 간수에 함유되어 있는 NaCl이 제거된 2가·3가 철염을 함유한 간수에 착염을 생성하는 유기산을 첨가하여 착염상태로된 간수로 처리하여, 간수를 유기성 폐기물의 액비화에 이용할 수 있도록 처리하는 단계,

   상기 유기성 폐기물이 투입조에 투입되면 액비화 공정의 미생물을 공급하여 악취발생의 억제와 이물질을 분리한 다음, 파쇄기로 보내어 파쇄처리한 유기성 폐기물은 탈수처리공정에 공급하여 탈수처리된 탈수케이크는 퇴비화공정으로 보내고, 탈수 여액인 유기성 폐액은 전 처리된 유기성 폐액 저장조(1)로 보내고, 또는, 염분 농도가 높은 유기성 폐기물의 탈수 여액은 염추출실(24) 내부에 양극(25)과 음극(26) 사이에 격막(28)으로 격리된 탈염실(27)을 다단(多段)으로 설치한 탈염장 치(23)로 보내어 에 의해서 탈염처리한 유기성 폐액을 다음 유기성 폐액 저장조(1)로 보내는 유기성 폐기물을 전처리하는 단계와,

   상기 유기성 폐액이 유기성 폐액 저장조(1)에 공급되면, 전 처리된 유기성 폐액 이송펌프(2)에 의해 도전관(導電管)에 감은 코일(Coil)에 0.5∼5볼트(Volt) 범위의 교류 또는 직류의 저전압(低電壓)을 인가한 정전압도전관(靜電壓導電管)의 자화기(3)로 보내어 자화처리를 한 다음, 물의 개질조(4)에 공급하고, 정전압발생장치(9)의 변압기(9a)로부터 고압의 교류 정전압(靜電壓)을 전극(5)에 3,000∼5,000볼트(Volt)의 전압을 인가(印加) 하여 전극(5)을 중심으로 +와 -의 정전장(靜電場)을 교대로 반복해서 4∼10시간 동안 인가하여 물을 개질 처리한 것을 호기성 발효조(11)에 공급하고 송풍기(18)로부터 공기를 주입하여 폭기(曝氣)를 하면서 호기성 발효를 한 다음, 침전조(12)로 보내어 미생물 균체인 고형물은 침전되고, 월류(越流, Over flow)되는 발효된 액비는 액비 저장조(19)로 보내고, 침전조(12)에서 침전된 고형물인 미생물 균체는 침전조 레이크(13)에 의해서 침전조(12) 하부의 중앙 콘(Cone) 부분으로 모이면 반송펌프(14)에 의해서 부식물질 펠렛트(Humic substance pellet), 다공성 규산질 광물, 원적외선(Far infrared ray)을 방사하는 광물(鑛物) 또는 세라믹스(Ceramics), 마이너스 이온(Minus ion)을 방사하는 광물 또는 세라믹스 및 자철광(磁鐵鑛) 또는 자성 세라믹스의 충전물(17)이 충전(充塡)된 생물반응기(16)가 내장된 미생물활성화조(15)와 전 처리된 유기성 폐액 저장조(1)로 보내고, 미생물활성화조(15)에서는, 반송펌프(14)에 의해서 침전조(12)에서 침전된 반송 미생물이 미생물활성화조(15)에 공급되면 송풍기(18) 로부터 공기를 생물반응기(16) 하부와 미생물활성화조(15) 하부로 공급하여 폭기를 하면서, 미생물활성화조(15)에 상기 NaCl이 제거된 2가·3가 철염이 함유된 착염상태의 간수(苦汁)를 공급하여, 폴리페놀화합물(Polyphenol compounds)의 대사산물(代謝産物)을 배설하여 부식화반응에 의해서 수용성 유기물을 물에 불용성인 부식전구물질(腐植前驅物質)로 전환하여 부식물질(腐植物質)로 전환하는 부식화미생물과 이들 미생물과 공생관계에 있는 미생물이 배양되어 활성화된 미생물을 호기성 발효조(11)로 보내어 유기성 폐액의 액비화처리 시스템(System) 전체가 부식화 미생물과 이들 미생물과 공생관계에 있는 미생물에 의해서 부식화반응에 의해서 액비화처리가 되도록 유도하여 액비화하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물을 액비화하는 방법.
2. 축산분뇨, 인분, 음식물쓰레기, 농·수산물가공에서 배출되는 폐기물, 식품가공공장에서 배출되는 폐기물 또는 도축공장에서 배출되는 폐기물 중에서 선택된 한 종류의 유기성 폐기물을 액비화에 있어서,

   해수를 증발 농축하여 보메도 비중이 32∼34°Be까지 석출된 소금을 분리하고, 남는 액체성분인 간수에 2가·3가 철염 첨가하여, 2가·3가 철염이 함유된 간수를 1가 양이온선택교환 격막과 1가 음이온선택교환 격막을 사용한 전기투석공정, 1가 양이온선택교환 격막과 1가 음이온선택교환 격막을 사용한 전기추출장치에 의해서 NaCl을 제거하는 공정 또는 간수를 냉동하여 얼음을 생산하면서 NaCl을 석출·제거하는 공정 중에서 선택된 한가지의 NaCl을 제거하는 공정으로 간수에 함유되 어 있는 NaCl이 제거된 2가·3가 철염을 함유한 간수에 착염을 생성하는 유기산을 첨가하여 착염상태로된 간수로 처리하여, 간수를 유기성 폐기물의 액비화에 이용할 수 있도록 처리하는 단계,

   상기 유기성 폐기물이 투입조에 투입되면 액비화 공정의 미생물을 공급하여 악취발생의 억제와 이물질을 분리한 다음, 파쇄기로 보내어 파쇄처리한 유기성 폐기물은 탈수처리공정에 공급하여 탈수처리된 탈수케이크는 퇴비화공정으로 보내고, 탈수 여액인 유기성 폐액은 전 처리된 유기성 폐액 저장조(1)로 보내고, 또는, 염분농도가 높은 유기성 폐기물의 탈수 여액은 염추출실(24) 내부에 양극(25)과 음극(26) 사이에 격막(28)으로 격리된 탈염실(27)을 다단으로 설치한 탈염장치(23)로 보내어 에 의해서 탈염처리한 유기성 폐액을 다음 유기성 폐액 저장조(1)로 보내는 유기성 폐기물을 전처리하는 단계와,

   상기 유기성 폐액이 유기성 폐액 저장조(1)에 공급되면, 전 처리된 유기성 폐액 이송펌프(2)에 의해 호기성 발효조(11)에 공급하고 송풍기(18)로부터 공기를 주입하여 폭기를 하면서 호기성 발효를 한 다음, 침전조(12)로 보내어 미생물 균체인 고형물은 침전되고, 월류되는 발효된 액비는 액비 저장조(19)로 보내고, 침전조(12)에서 침전된 고형물인 미생물 균체는 침전조 레이크(13)에 의해서 침전조(12) 하부의 중앙 콘 부분으로 모이면 반송펌프(14)에 의해서 부식물질 펠렛트, 다공성 규산질 광물, 원적외선을 방사하는 광물 또는 세라믹스, 마이너스 이온을 방사하는 광물 또는 세라믹스 및 자철광 또는 자성 세라믹스의 충전물(17)이 충전된 생물반응기(16)가 내장된 미생물활성화조(15)와 전 처리된 유기성 폐액 저장조(1)로 보내고, 미생물활성화조(15)에서는, 반송펌프(14)에 의해서 침전조(12)에서 침전된 반송 미생물이 미생물활성화조(15)에 공급되면 송풍기(18)로부터 공기를 생물반응기(16) 하부와 미생물활성화조(15) 하부로 공급하여 폭기를 하면서, 미생물활성화조(15)에 상기 NaCl이 제거된 2가·3가 철염이 함유된 착염상태의 간수를 공급하여, 폴리페놀화합물의 대사산물을 배설하여 부식화반응에 의해서 수용성 유기물을 물에 불용성인 부식전구물질로 전환하여 부식물질로 전환하는 부식화미생물과 이들 미생물과 공생관계에 있는 미생물이 배양되어 활성화된 미생물을 호기성 발효조(11)로 보내어 유기성 폐액의 액비화처리 시스템 전체가 부식화 미생물과 이들 미생물과 공생관계에 있는 미생물에 의해서 부식화반응에 의해서 액비화처리가 되도록 유도하여 액비화하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물을 액비화하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 미생물활성화조(15)에 상기 NaCl이 제거된 2가·3가 철염이 함유된 착염상태의 간수를 공급하는 대신에 미생물활성화조(15)에 해수를 보메도 비중이 32∼34°Be까지 농축하여 소금을 생산하면서 부산물로 생산된 간수 또는 2가·3가 철염이 함유된 간수 중에서 한 종류를 공급하여 유기성 폐기물을 액비화하는 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 미생물활성화조(15)에 NaCl이 제거된 2가·3가 철염이 함유된 착염상태의 간수를 공급하지 않고 유기성 폐기물을 액비화하 는 방법.

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