KR20110077627A - 혐기 소화 여액의 처리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 혐기 소화 여액의 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게 혐기 소화 여액에 슬래그를 투입하여 pH를 상승시키고 암모니아를 제거하는 제 1단계, 부유 물질을 침전시킨 후 상등액을 에어스트리핑(airstripping)하여 pH를 상승시키고 암모니아를 추가로 제거하는 제 2단계, 및 이산화탄소를 투입하여 pH를 하강시키는 제 3단계를 포함하는 혐기소화 여액의 처리방법에 관한 것이다.
본 발명의 혐기소화 여액의 처리방법에 의하면, 최종 방류되는 여액의 질소 함량을 획기적으로 낮추어 하수 오염 또는 토양 질소 오염을 감소시킬 수 있으며, 유기성 폐기물의 혐기소화 공정의 폐기물 발생량을 감소시키고 수처리 비용을 절감할 수 있어 경제성을 극대화할 수 있다.
혐기, 소화, 암모니아, pH, 에어스트리핑, 슬래그

Description

혐기 소화 여액의 처리방법{Method for treating anaerobic digestion remainder}
본 발명은 유기성 폐기물의 혐기 소화 수행 후 최종 여액으로 발생되는 혐기 소화 여액을 효과적으로 처리하는 방법에 관한 것으로, 혐기 소화 여액에 슬래그, 공기 및 배기 가스를 투여하여 질소 성분과 부유 물질을 제거하고 pH를 조정하여 혐기 소화 여액을 경제적으로 방류수 수준으로 처리하는 방법에 관한 것이다.
최근 음식물 쓰레기나 하수 슬러지 등 유기성 폐기물의 증가에 따라 유기성 폐기물의 적절한 관리의 필요성이 대두되고 있다.
하수 슬러지 및 음식물 쓰레기 등의 해양 배출 및 육상 매립은 환경 오염의 원인이 될 수 있어 바람직하지 않으며, 따라서 이들 유기성 폐기물의 적절한 처리 방법이 요구되는 실정이다. 이에 따라 유기성 폐기물을 매립하지 않고 퇴비화, 사료화하거나 건조 또는 탈수를 통해 감량화하는 방법 등이 사용되고 있으며, 유기성 폐기물을 처리함에 있어 발생되는 슬러지의 양을 감소시키고 또한 메탄가스를 추출 할 수 있는 혐기 소화 처리장치가 꾸준히 제기되어 왔다.
그러나, 상기한 노력에 개발된 혐기 소화 처리 장치는 혐기 처리된 액상 폐기물이 방류수 수질 기준에 부합하지 않음으로써 혐기 처리된 액상 폐기물을 하수처리장에 연계시켜야 하는 단점이 있다. 특히 혐기 소화 조건에서는 질소를 제거하는 기작이 존재하지 않아서 혐기 처리된 액상 폐기물의 C/N비가 매우 낮으며, 이는 자체적인 생물학적 처리를 어렵게 하는 단점이 있다.
일반적으로 사용되고 있는 혐기 소화 여액의 처리방법으로는 혐기 소화 용량이 작고 소화 여액의 발생량이 작은 경우에는 희석 방법을 사용하여 농도를 낮게 한 후 직접 방류하거나 하수 처리장과 연계시키거나 또는 소화 여액을 간단히 처리한 후 액비로 농지에 직접 활용하는 방법을 사용할 수 있으며, 혐기소 화 여액의 처리량이 많을 경우에는 암모니아 스트리핑, 침전/응집 방법, 하수처리장과 직접 연계시키는 방법 등을 사용할 수 있다.
그러나, 혐기소화 용량이 작을 경우에 사용되는 희석법에 의한 소화 여액의 처리는 장기적으로 주변의 하천에 질소 부영양화를 일으킬 수 있으며, 직접 액비로 농지에 사용하는 경우에는 토양에 질소 오염을 일으킬 수 있고 제거되지 않은 암모니아에 의해 악취가 발생하는 문제가 유발된다.
대용량 소화 여액의 경우 암모니아 성분이 상당한 농도로 존재하며, 특히 축분 혐기소화의 경우에는 암모니아 가스의 발생량이 막대하여 발생하는 악취 또한 처리를 요하는 대상이 된다. 따라서, 경제적이면서 효과적인 혐기 소화 여액의 처리 방법이 요구된다.
이에 본 발명의 한 측면은 질소 성분 및 부유 물질을 제거하고 pH를 조정하여 혐기소화 여액을 경제적으로 방류수 수준으로 처리하는 것이다.
본 발명의 일 견지에 의하면, 혐기소화 여액에 슬래그를 투입하여 pH를 상승시키고 암모니아를 제거하는 제 1단계, 부유 물질을 침전시킨 후 상등액을 에어스트리핑(airstripping)하여 pH를 상승시키고 암모니아를 추가로 제거하는 제 2단계, 및 이산화탄소를 투입하여 pH를 하강시키는 제 3단계를 포함하는 혐기소화 여액의 처리방법이 제공된다.
상기 제 1단계의 최종 pH는 11 내지 12인 것이 바람직하다.
상기 제 2단계의 최종 pH는 12 초과인 것이 바람직하다.
상기 제 3단계의 최종 pH는 8 내지 9인 것이 바람직하다.
상기 제 3단계는 이산화탄소를 포함하는 배기가스를 투입하여 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 제 1단계 및 제 2단계에서 제거된 암모니아를 회수하여 산반응에 의해 비료를 획득하는 것이 바람직하다.
상기 제 2단계의 침전물을 회수하여 비료를 획득하는 것이 바람직하다.
본 발명의 혐기 소화 여액의 처리방법에 의하면, 최종 방류되는 여액의 질소 함량을 획기적으로 낮추어 하수 오염 또는 토양 질소 오염을 감소시킬 수 있으며, 유기성 폐기물의 혐기 소화 공정의 폐기물 발생량을 감소시키고 수처리 비용을 절감할 수 있어 경제성을 극대화할 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하며, 다만 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명은 혐기 소화 여액의 처리 방법에 관한 것으로, 도 1은 본 발명에 따른 혐기 소화 여액의 처리 과정을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 1을 참고하면, 본 발명은 혐기 소화 여액에 슬래그를 투입하여 pH를 상승시키고 암모니아를 제거하는 제 1단계, 부유 물질을 침전시킨 후 상등액을 에어스트리핑(airstripping)하여 pH를 상승시키고 암모니아를 추가로 제거하는 제 2단계 및 이산화탄소를 투입하여 pH를 하강시키는 제 3단계를 포함한다. 한편, 제거된 암모니아 및 침전물은 회수되어 퇴비로 사용될 수 있는 점에서 혐기소화 여액의 경제적인 처리가 가능하다.
본 발명에서 언급되는 '혐기 소화 여액'은 유기성 폐기물을 혐기 소화 처리한 후 남은 액상 폐기물을 통칭하여 의미하는 것이다.
본 발명에 의하면 상기 제 1단계는, 혐기 소화 여액에 슬래그를 투입하여 pH를 상승시키고 암모니아를 제거하기 위한 것으로, 이 때 슬래그는 광석으로부터 금속을 빼내고 남은 찌꺼기를 의미하며, 제강(製鋼)에서는 특히 이것을 강재(鋼滓)라고 한다. 광석에서 금속을 빼내는 데는 광석 속에 있는 불필요한 성분을 녹기 쉬운 화합물로 만든 다음 제거하는 방법이 일반적으로 사용된다. 제철의 경우 석회석을 철광석과 같이 투입하는 것은 노(爐) 속에서 앞으로 생기는 산화칼슘이 철광석 속에 있는 필요 없는 물질인 실리카(이산화규소 SiO2)와 결합하여 녹는점이 낮고 녹은 선철(銑鐵)보다 비중이 낮은 혼합물이 되게 하려는 것이기 때문인데, 용광로에서 유출되면 이 혼합물의 녹은 것이 선철 위에 층을 형성하여 흐르게 되며, 이와 같은 혼합물을 슬래그라 한다.
한편, 어떤 종류의 노를 사용해서 제련하는가에 따라 슬래그의 이름이 상이하며, 전기로에서 나온 전기로재(電氣爐滓), 평로에서 나온 평로재(平爐滓), 고로에서 나온 고로재(高爐滓), 전로에서 나온 전로재(轉爐滓) 등의 이름이 있고, 그 성질 또한 각각 다르다. 본 발명에서 사용될 수 있는 슬래그는 바람직하게는 분상 슬래그이다.
상기 슬래그는 주로 철광석을 제강하는 철강 공정에서 발생되는데, 철강 공정에서는 철광석에서 철 성분을 용이하게 빼내기 위해 석회석을 같이 투입하고, 따라서 배출되는 슬래그에는 미반응 상태의 생석회(CaO)가 포함되어 있어서 이 생석회 성분과 물이 반응하여 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 생성하며, 이 수산화칼슘은 강알카리성을 나타낸다. 본 발명에 따른 방법의 상기 제 1단계에서는 상기와 같이 슬래그를 투입하여 pH를 상승시킴과 동시에 암모니아 성분을 기체상태로 전환시켜 유리되게 한다.
상기 제 1단계에서 제거된 암모니아는 회수하여 산반응에 의해 비료로 회수될 수 있으며, 이 때 사용될 수 있는 산은 바람직하게는 황산(H2SO4)을 이용할 수 있으나, 이에 특히 제한되는 것은 아니다.
황산을 이용하여 암모니아를 회수하는 반응식은 하기와 같다.
NH3(암모니아) + H2SO4 (황산) -> (NH4)2SO4 (황산암모늄) 반응식 (1)
황산을 암모니아와 반응시키면 황산암모늄이 생성되며, 상기 황산암모늄은 비료 중 요소와 더불어 생산량이 가장 많고, 물에 잘 녹는 속효성인 질소 비료이다.
한편, 상기 제 1단계의 최종 pH는 11 내지 12인 것이 바람직하다.
상기 제 1단계에서 분상 슬래그가 소화여액 저장조로 공급되면 여액에는 침전이 발생하는데, 상기 제 2단계에서는 부유 물질을 침전시킨 후 상등액을 에어스트리핑(airstripping)하여 pH를 상승시키고 암모니아의 추가 제거 단계를 수행한다. 상기 제 1단계에서 혐기소화 여액에 분상 슬래그를 투입한 후 여액 내의 부유물질을 침전시키며, 그 상등액을 이용하여 에어스트리핑을 수행한다.
암모니아는 pH가 낮을 경우(즉, 약 9보다 낮으면), NH4 +의 형태를 띠며, pH 가 높으면 NH3의 형태를 갖는다. 상기 두 형태를 비교해 보면, NH4 +는 +를 가지고 있기 때문에 물 속에 녹아있고자 하는 경향이 NH3 보다 높은 반면, NH3는 물 보다 공기를 더 선호하는 경향이 있으므로, 공기 방울을 불어주면 보다 효율적으로 공기 중으로 날려 보낼 수 있는데, 이러한 특성을 이용하는 방법을 에어스트리핑(Air Stripping)이라고 한다. 한편, 상기 에어스트리핑 단계는 소화 여액에 고농도로 존재하는 탄산 성분을 폭기하여 pH를 상승시키고 잔여 암모니아 성분을 제거하는데 기여한다.
상기 제 2단계의 최종 pH는 12를 초과하는 것이 바람직하다.
상기 제 2단계에서 제거된 암모니아 역시 회수하여 산반응에 의해 비료를 획득하는 데 이용될 수 있으며, 상기 제 2단계에서 획득된 침전물 역시 회수하여 비료를 획득하는 데 이용될 수 있다.
최종적으로 상기 제 3단계에서 소화 여액에 이산화탄소를 투입하여 pH를 하강시킨다. 일반적으로 CO2가 많아지면 물은 산성으로 되고(pH 하강) 적어지면 알칼리성(pH 상승)이 되며, pH는 이산화탄소의 분압에 비례한다. 즉, 헨리상수가 지속적으로 변하지 않는 가정 하에 이산화탄소의 압력이 대기압에서의 분압보다 높으면 대기압에서의 이산화탄소 평형에 의한 pH보다 낮은 값을 가지며, 따라서 이산화탄 소의 투입에 의해 소화 여액의 pH가 하강한다.
상기 제 3단계의 최종 pH는 8 내지 9인 것이 바람직하다.
한편, 상기 제 3단계에 있어서 이산화탄소는 이산화탄소를 포함하는 배기 가스의 형태로 투입하는 것이 바람직하다. 발전소 등의 배기가스는 일반적으로 10 내지 20%의 이산화탄소를 포함하고 있으며, 예를 들어 석탄 화력 발전소의 배기가스의 함량은 약 12%로 보고 있으며, 이는 대표적인 온실가스로 환경 문제를 일으키고 있다. 따라서 이와 같은 배기가스를 이용하여 소화 여액의 상승된 pH를 하강시켜 방류수 수준에 도달하도록 함으로써 소화 여액을 경제적으로 처리할 수 있는 효과를 획득할 수 있다.
상기와 같이 유기성 폐기물의 혐기소화 수행 후 최종 여액으로 발생되는 혐기소화 여액에 슬래그, 공기 및 배기 가스를 투여하여 질소 성분과 부유물질을 제거하고 pH를 조정함으로써 혐기소화 여액을 경제적으로 방류수 수준으로 처리할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 혐기소화 여액의 처리 과정을 도식적으로 나타낸 것이다.

Claims (7)

  1. 혐기소화 여액에 슬래그를 투입하여 pH를 상승시키고 암모니아를 제거하는 제 1단계;
    부유 물질을 침전시킨 후 상등액을 에어스트리핑(airstripping)하여 pH를 상승시키고 암모니아를 추가로 제거하는 제 2단계; 및
    이산화탄소를 투입하여 pH를 하강시키는 제 3단계
    를 포함하는 혐기소화 여액의 처리방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1단계의 최종 pH는 11 내지 12인 혐기소화 여액의 처리방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 2단계의 최종 pH는 12 초과인 혐기소화 여액의 처리방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제 3단계의 최종 pH는 8 내지 9인 혐기소화 여액의 처리방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제 1단계 및 제 2단계에서 제거된 암모니아를 회수하여 산반응에 의해 비료를 획득하는 혐기소화 여액의 처리방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 제 2단계의 침전물을 회수하여 비료를 획득하는 혐기소화 여액의 처리방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 제 3단계는 이산화탄소를 포함하는 배기 가스를 투입하여 이루어지는 혐기소화 여액의 처리방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103739173A (zh) * 2014-02-10 2014-04-23 湖南海尚环保投资有限公司 一种餐厨废水处理方法

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