KR20120065858A - 음식물 탈리액 유분 분리 장치 - Google Patents

음식물 탈리액 유분 분리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음식물 폐기물 자원화 공정에서 배출되는 음식물 탈리액의 처리에서 유분을 회수하기 위한 음식물 탈리액 유분 분리 장치에 관한 것으로서, 본 발명에서는 전(前) 처리된 음식물 탈리액에 포함된 유분을 분리하는 음식물 탈리액 유분 분리 장치에 관한 것으로서, 밑면이 개방된 형상으로 구비되며 미세 기포와 음식물 탈리액을 담는 내통과, 내통보다 큰 지름을 갖는 통 형상으로 형성되며 내통의 외벽과 일정한 사이 공간을 두고 내통을 내부에 포함하도록 설치되며 내통의 개방된 밑면보다 더 아랫부분에 설치되는 개방된 밑면을 갖는 외통과, 전(前) 처리된 음식물 탈리액을 미세 기포와 함께 혼합한 후 내통의 법선 방향으로 유입시키는 유입관 및 내통과 외통 사이 공간에 생성되는 상등액을 순환수로 유출시키는 유출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물 탈리액 유분 분리 장치가 제공된다.

Description

음식물 탈리액 유분 분리 장치{OIL SEPERATING APPARATUS OF Food waste sludge}
본 발명은 음식물 폐기물 자원화 공정에서 배출되는 음식물 탈리액의 처리에서 유분을 회수하기 위한 음식물 탈리액 유분 분리 장치에 관한 것으로, 상세하게 음식물 탈리액에 미세 기포를 혼합시키고 선회류 방식의 분리조에 유입시켜 탈리액의 유분과 고형물의 분리를 효율적으로 수행하기 위한 음식물 탈리액 유분 분리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 '음식물 탈리액'은 음식물 폐기물 자원화 공정에서 배출되는 고농도의 유기성 폐액을 말한다. 음식물 탈리액은 15% 정도의 고형물을 함유하고 있고 쉽게 부패되는 유기성 물질을 포함하고 있는 폐액이다.
음식물 폐기물 및 탈리액은 직매립이 금지되어 있다. 현재 음식물 탈리액은 함수율 95% 이상에서 해양투기 되거나 하수처리장에 반입하여 처리하고 있다. 그러나 해양투기는 런던협약에 의해 2013년부터 전면금지 될 것으로 예상되고, 고농도로 하수처리장에서 처리하는 경우 처리시설의 악영향과 악취로 인한 민원발생이 우려되고 있다.
음식물 폐기물의 자원화 공정이 혐기성 소화공정을 이용하여 바이오가스 생산을 통해 에너지 회수가 궁극적인 정책방향으로 이에 대한 연구가 수행되어지고 있으나 경제성에서 중소규모의 처리시설에서는 적용이 어려운 현실이다. 특히 민간업체에서 운영되는 중소규모의 경우 음식물 폐기물 및 탈리액에서 회수할 수 있는 자원을 최대한 회수하여 수익성을 개선해야하는 실정이다.
음식물 폐기물/탈리액은 다른 폐기물의 경우와 달리 고형물, 물과 처리공정에 따라 2 ~ 8%의 동식물성 유분 혼합되어 있으나 일반적인 유수분리공정으로는 유분을 회수할 수 없다. 따라서 종래 처리방법은 일정온도 이상 가열한 후 삼상원심분리 방법으로 유분을 회수하거나 일반적인 부상분리방법을 이용하여 유분을 분리하고 있는 형편이다.
그러나 기존의 유분분리 방법에서는 가열 후 원심분리 방법이나 가열 후 가압부상 방법을 적용하고 있어 가열과 높은 회전속도의 원심분리로 인해 에너지 비용이 증가를 가져오게 됨으로써 경제성 측면에서 음식물 폐기물/탈리액에서 유분을 회수하는 방법으로 적용되기 어렵다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 대한민국 등록특허 제10-0949149호에서는 미세 기포를 이용한 유분 분리 장치를 제시하고 있다. 그런데 등록특허 제10-0949149호에 제시된 유분 분리 장치는 미세 기포 발생에 사용되는 물을 유분 분리 장치와 별개로 구성된 후공정의 고액분리용 부상 분리조로부터 끌어와서 사용하기 때문에 순환관 장치를 포함한 장치 구성이 복잡하며, 순환수의 증가에 따라 고액분리용 부상분리조에서의 부하량이 증가하게 되어 장치의 크기 및 소요부지를 증가시키는 단점이 있었다. 또한 전처리 과정을 거쳐 유분 분리 장치에 투입되는 음식물 탈리액을 유분 분리 장치 내에서 충분한 시간 동안 미세 기포와 반응시켜야 하나 비교적 짧은 시간 동안 미세 기포와 음식물 탈리액이 반응됨으로써 만족할만한 유분 분리가 이루어지지 않는 문제점이 발생 되었다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 미세 기포 발생 시 사용되는 물을 유분 분리 장치 내에서 생산하여 사용하도록 함으로써 순환관 등의 장치 구조가 간단한 음식물 탈리액 유분 분리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 유분 분리 장치 내에서 충분한 시간 동안 미세 기포와 음식물 탈리액이 반응하도록 하여 유분 분리 효율을 극대화할 수 있는 음식물 탈리액 유분 분리 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 상기 목적은 전(前) 처리된 음식물 탈리액에 포함된 유분을 분리하는 음식물 탈리액 유분 분리 장치에 관한 것으로서, 밑면이 개방된 형상으로 구비되며 미세 기포와 음식물 탈리액을 담는 내통과, 내통보다 큰 지름을 갖는 통 형상으로 형성되며 내통의 외벽과 일정한 사이 공간을 두고 내통을 내부에 포함하도록 설치되며 내통의 개방된 밑면보다 더 아랫부분에 설치되는 개방된 밑면을 갖는 외통과, 전(前) 처리된 음식물 탈리액을 미세 기포와 함께 혼합한 후 내통의 법선 방향으로 유입시키는 유입관 및 내통과 외통 사이 공간에 생성되는 상등액을 순환수로 유출시키는 유출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물 탈리액 유분 분리 장치에 의해서 달성 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 음식물 탈리액 유분 분리 장치에 의하면, 단일반응조에서 유분을 분리함으로써 음식물 탈리액 처리공정에서 다른 공정과 독립적으로 작용하여 영향을 최소화 할 수 있고, 가열이나 원심분리 공정을 적용하지 않고 유분을 분리할 수 있어 경제적이며, 후단의 응집공정에서 응집효율을 향상시킬 수 있어 최종 처리효율의 향상과 더불어 응집제 주입량이 감소되는 효과를 유발하여 음식물 탈리액의 처리공정을 경제성과 효율성을 크게 개선하는 효과를 가져온다.
또한, 음식물 탈리액 유분 분리 장치로부터 발생되는 물을 이용하여 미세 기포를 발생시킬 수 있으므로 순환관 구조가 간단해지고, 전체 시스템을 분리 구성할 수 있으므로 장치를 간단히 구성할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 음식물 탈리액 유분 분리 장치는 투입되는 고압의 미세 기포를 유분 분리 장치를 구성하는 내통의 법선 방향으로 투입하여 선회류를 발생시킴으로써 충분한 시간동안 미세 기포와 음식물 탈리액이 반응하도록 하여 유분 분리 효율을 극대화할 수 있게 되었다.
도 1은 본 발명에 따른 음식물 탈리액 유분분리 장치의 주요부분의 구성을 보여주는 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예로써 유입관이 내통의 법선 방향으로 형성되어 선회류를 형성하는 과정을 설명하기 위한 설명도.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 음식물 탈리액 처리장치에 대해서 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 음식물 탈리액 유분 분리 장치의 주요부분의 구성을 보여주는 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 음식물 탈리액 유분 분리장치는 밑면이 개방된 형상으로 구비되며 미세 기포와 음식물 탈리액을 담는 내통(114)과, 내통(114)보다 큰 지름을 가지며 밑면이 개방된 통 형상으로 형성되며 내통의 외벽과 일정한 사이 공간을 두고 내통(114)을 내부에 포함하도록 설치되며 내통(114)의 개방된 밑면보다 더 긴 형상을 갖도록 형성되는 외통(120)과, 전(前) 처리된 음식물 탈리액을 미세 기포와 함께 혼합한 후 내통(114)의 법선 방향으로 유입시키는 유입관(131)과, 내통(114)과 외통(120)의 사이 공간의 침전영역(107) 상부에 발생되는 상등액을 순환수(109)로 유출시키는 유출관(121)과, 유출관(121)으로부터 공급되는 순환수를 가압시키는 가압펌프(110)와, 가압된 순환수를 압축 공기와 혼합하는 공기 혼합관(125)과, 공기압축기(112)에 의해 압축된 공기를 공기 혼합관(125)에 제공하는 압축 공기관(123)과, 공기와 순환수를 압축 상태에서 보관하는 가압탱크(111)와, 가압탱크(111)에 저장된 공기와 순환수 압축 혼합액을 유입관(131)에 공급하는 압축 혼합액 공급관(127)을 구비한다. 압축 혼합액 공급관(127)에는 유입관(131)과 결합되는 전(前)단계에서 미세기포를 발생시키기 위한 노즐(113)을 구비하였다. 또한 상층에 발생되는 유분층(103)을 제거하기 위한 스키머(104)와 침전물을 외통(120)의 개방된 하부로 밀어내기 위한 스크래퍼(108)와 이를 구동하기 위한 구동모터(105)를 추가로 구비하도록 하였다.
이하, 본 발명에 따른 음식물 탈리액 유분 분리 장치의 유분 분리 공정에 대해 설명하기로 한다. 유입관(131)을 통해 전(前) 처리된 음식물 탈리액이 미세 기포를 포함한 순환수(109) 100~200% 정도와 함께 혼합되어 내통(114)의 법선 방향으로 유입된다. 법선 방향으로 유입된 미세 기포와 순환수(109)가 혼합된 고압의 혼합수는 선회류 영역(102)에서 선회류로 형성된다. 선회류 영역(102)에서 음식물 탈리액은 선회하면서 이에 포함된 유분이 미세 기포와 결합할 수 있는 시간을 충분히 제공하게 되고, 미세 기포는 유분과 결합한 후 원활하게 상승할 수 있게 된다.
음식물 탈리액에서 미세 기포와 결합된 유분은 상층으로 상승하고, 나머지는 침전물을 형성하면서 내통(114)의 아래 방향으로 침전되고 이어 외통(120)의 아래 방향까지 침전물이 쌓이게 된다. 이때 선회류 영역(102)의 체류시간은 30 ~ 60분을 유지할 수 있도록 선회류 영역(102)의 용적을 결정하는 것이 바람직하다. 내통(114)과 외통(120)의 하부 영역은 아래 방향으로 갈수록 폭이 좁아지는 테이퍼 지는 형상으로 구비하여 내통 또는 외통의 수직 하방으로 침전물이 쌓이는 방향을 일정하게 유지할 수 있도록 하였다.
이어지는 침전영역(107)은 하부로 고형물이 침전이 이루어지며 침전된 고형물은 내통이 밑부분 끝단 높이 이상으로 유지하여 선회류를 감소시키며 침전에 따른 고형물의 분리가 이루어지게 구성하였다. 침전영역(107)은 순환수로 사용될 수 있는 수준의 상등액을 확보될 수 있는 체류 시간인 60 ~ 90분을 유지할 수 있도록 용적이 결정된다.
침전조 상부에 있는 내통(114)과 외통(120) 사이 공간에서 고액 분리된 상등액은 미세 기포 발생을 위한 가압 펌프(110)로 유출될 수 있도록 유출관(121)을 설치하고 가압 펌프(110)에 의해 4 ~ 5기압의 가압순환수를 가압탱크(111)로 이송한다. 가압탱크(111)에는 공기압축기(112)로부터 순환 수량의 10% 수준의 공기를 유입하여 용해시키는 역할을 수행한다. 충분한 수질의 상등액을 얻기 위해서는 유입관(131)의 위치보다 유출관(121)의 위치를 높게 형성하였다.
가압 순환수는 최종적으로 유입관(131)에서 노즐(113)에 의해 생성된 미세 기포와 전 처리된 음식물 탈리액과 혼합되어 유분 분리 장치로 유입되도록 구성한다. 부상조 상부에는 유분을 걷어낼 수 있는 스키머(104)와 하부 침전고형물의 배출을 원할히 할 수 있는 스크래퍼(108)를 설치하고 이를 구동하기 위한 구동모터(105)를 설치한다. 수거된 유분은 도면에는 미 도시된 유분 저장조로 저장되며, 침전고형물은 미 도시된 응집 반응조로 이송된 후 처리된다.
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예로써 유입관이 내통의 법선 방향으로 형성되어 선회류를 형성하는 과정을 설명하기 위한 설명도이다. 도 2는 도 1의 음식물 탈리액 유분 분리 장치의 수평 절단면도로써 유입관이 내통과 법선 방향으로 설치되는 것을 보여주는 설명도이다. 도 2는 정확한 수평 절단면도는 아니며, 설명의 편의상 전 처리된 음식물 탈리액이 유입되는 유입관(131)과 순환수(109)가 유출되는 유출관(121)을 하나의 도면상에 도시하였다.
도 2에 도시된 바와 같이 전 처리된 음식물 탈리액이 유입되는 유입관(131)은 외통(120)을 관통하여 내통(114)과 법선 방향으로 연결되도록 설치하였다. 따라서 유입관(131)을 통해 유입되는 음식물 탈리액과 미세 기포가 포함된 가압수는 도 2에 도시된 바와 같이 내통(114) 내부에서 선회류를 형성하게 되어, 미세 기포와 음식물 탈리액에 포함된 유분이 충분히 반응할 수 있는 시간을 가지게 된다. 고형 침전물 상부에 생성되며 내통(114)과 외통(120)의 사이 공간에 생성되는 순환수(109)는 유출관(121)을 통해 가압펌프(110)로 전달된다.
101: 유입 102: 선회류 영역
103: 유분층 104: 스키머
105: 구동모터 107: 침전 영역
108: 스크래퍼 109: 순환수
110: 가압펌프 111: 가압탱크
112: 공기압축기 113: 노즐
121: 유출관 123: 압축공기관
125: 공기혼합관 127: 압축 혼합액 공급관

Claims (6)

  1. 전(前) 처리된 음식물 탈리액에 포함된 유분을 분리하는 음식물 탈리액 유분 분리 장치에 관한 것으로서,
    밑면이 개방된 형상으로 구비되며 내부에 미세 기포와 음식물 탈리액을 수용하는 내통;
    상기 내통보다 큰 지름을 갖는 통 형상으로 형성되며 내통의 외벽과 일정한 사이 공간을 두고 상기 내통을 내부에 포함하도록 설치되며 상기 내통의 개방된 밑면보다 아랫부분에 구비되는 개방된 밑면을 갖는 외통;
    상기 내통과 상기 외통의 사이 공간에 생성되는 상등액을 순환수로 유출시키는 유출관; 및
    상기 유출관으로부터 유출되는 순환수에 압축 공기를 혼합한 후 전(前) 처리된 음식물 탈리액과 함께 내통의 법선 방향으로 유입시키는 유입관을 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물 탈리액 유분 분리 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유출관으로부터 공급되는 순환수를 가압시키는 가압펌프;
    외부 공기를 유입한 후 이를 압축하는 공기압축기; 및
    상기 공기압축기로부터 공급되는 공기와 상기 가압펌프로부터 공급되는 순환수를 압축 상태에서 보관하는 가압탱크를 더 구비하고, 상기 가압탱크에 저장된 공기와 순환수의 압축 혼합액은 상기 유입관(131)으로 공급되는 것을 특징으로 하는 음식물 탈리액 유분 분리 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 유출관은 상기 유입관보다 높은 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 음식물 탈리액 유분 분리 장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 내통 내부에는 공기와 순환수 압축 혼합액과 상기 전(前) 처리된 음식물 탈리액이 법선 방향으로 유입되면서 선회하는 선회류 영역이 형성되며, 상기 선회류 영역에서 공기와 순환수 압축 혼합액과 상기 전(前) 처리된 음식물 탈리액은 30분 내지 60분동안 체류되도록 하는 것을 특징으로 하는 음식물 탈리액 유분 분리 장치.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 내통 및 상기 외통의 아랫부분은 윗부분보다 좁은 폭을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 음식물 탈리액 유분 분리 장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 가압탱크와 상기 유입관 사이에는 상기 가압탱크로부터 공급되는 공기와 순환수의 압축 혼합액으로부터 미세기포를 발생시키는 노즐이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 음식물 탈리액 유분 분리 장치.
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