KR20130123799A - 유기성 폐기물을 처리하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기성 폐기물을 처리하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 음식물쓰레기, 도축공장폐기물, 축산분뇨, 분뇨, 식품제조공장에서 배출되는 유기성 폐기물, 농·수산물가공공장에서 배출되는 유기성 폐기물, 폐기물매립장침출수, 하수처리 슬러지(Sludge), 일반산업공장에서 배출되는 폐기물과 같이 함수율과 유기물의 농도가 높은 유기성 폐기물을 탈수처리하여 탈수케이크인 고형유기물질은 퇴비화공정 또는 혐기성 소화처리공정으로 보내고, 탈수 여액인 폐수는 호기성 생물학처리를 하여 처리수는 방류하는 유기성 폐기물을 처리하는 방법에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 함수율과 유기물의 농도가 높은 유기성 폐기물의 퇴비화방법과 폐수처리방법에 있어서, 본 발명은 함수율과 유기물의 농도가 높은 유기성 폐기물의 처리에 있어서, 상기 함수율과 유기물의 농도가 높은 유기성 폐기물에 플라이애시(Fly ash)와 석회를 공급하여 포졸란 반응(Pozzolanic reaction)이 일어날 때 수용성 유기물과 액상 유기물을 함께 고형화반응이 일어나도록 하고, 또는, 이에 양이온교환 값이 큰 물질, 철염(鐵鹽), 탄종류(炭種類)를 추가로 첨가하고 교반하면서 반응한 다음 탈수처리를 하여 탈수케이크는 퇴비화공정 또는 혐기성 소화공정으로 보내고, 탈수 여액인 폐수는 폐수처리공정으로 보내는 전처리단계와, 상기 탈수공정에서 탈수한 탈수 여액인 폐수가 집수조에 공급되면 호기성 생물학처리공정의 폭기조로 보내어 송풍기로부터 공기를 주입하여 호기성 미생물에 의해 처리된 것을 침전조로 보내어 침전된 오니는 폭기조와 활성부식물질 펠릿과 활성미네랄성분을 함유한 광물의 충전물을 충전한 생물반응기가 내장된 미생물활성화조와 폭기조로 반송하면서, 배출되는 잉여 오니는 전처리단계의 투입조로 보내고, 2차 침전조를 월류(Over flow)하는 호기성 생물학 처리수는 방류하거나, 또는, 살균·여과처리 후 방류하는 폐수처리단계로 구성된 유기성 폐기물을 처리하는 것에 특징이 있다.

Description

유기성 폐기물을 처리하는 방법{Method for treating organic waste matter}
본 발명은 유기성 폐기물을 처리하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 음식물쓰레기, 도축공장폐기물, 축산분뇨, 분뇨, 식품제조공장에서 배출되는 유기성 폐기물, 농·수산물가공공장에서 배출되는 유기성 폐기물, 폐기물매립장침출수, 하수처리 슬러지(Sludge), 일반산업공장에서 배출되는 폐기물과 같이 함수율과 유기물의 농도가 높은 유기성 폐기물을 탈수처리하여 탈수케이크인 고형유기물질은 퇴비화공정 또는 혐기성 소화처리공정으로 보내고, 탈수 여액인 폐수는 호기성 생물학처리를 하여 처리수는 방류하는 유기성 폐기물을 처리하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 축산분뇨, 분뇨, 식품가공공장에서 배출되는 유기성 폐기물, 농·수산물가공과정에서 배출되는 유기성 폐기물, 도축공장폐기물, 매립장에서 배출되는 침출수, 일반산업공장에서 배출되는 유기성 폐기물, 하·폐수 생물학처리공정 잉여 오니(汚泥)의 탈수케이크, 정화조 오니, 도축장 폐기물과 같이 함수율과 유기물의 농도가 높은 유기성 폐기물을 탈수하여 탈수된 케이크를 퇴비화하고, 탈수 여액은 유기물 농도가 높아 합리적인 처리방법이 없어 상당 부분은 해양투기를 하고 있는 실정에 있으며, 이로 인하여 해역(海域)의 오염을 야기하는 심각한 문제가 있다. 그래서 상기 유기성 폐기물 탈수하지 않고, 이에 수분조절제를 첨가하여 퇴비화하는 경우에는 수분조절제의 사용량이 많아 퇴비화비용이 높아서 경제성이 없는 등의 문제점이 있다.
특허문헌 1에서는, 유기성 폐기물을 파쇄하여 혐기성 발효소화조에 공급하고, CH4 및 CO2로 최종 분해되는 메탄발효과정과 발효소화액에 생석회와 희석수를 공급하여 석회액비나, 수분을 증발하여 펠릿형태의 석회 유기질비료를 만드는 장치 및 방법이 제시되어 있으나, 혐기성 발효방법은 종래의 기술에 지나지 않으며, 혐기성 발효소화액에는 식물성장에 악 영양을 주는 낙산(Butyric acid)과 발효 산물이 존재하기 때문에 양질의 비료가 될 수 없는 문제가 있다.
특허문헌 2에서는, 유기성 폐기물을 이물질의 선별 후 침출수를 탈수 분리한 것을 유분분리 후 메탄발효를 하는 방법이 제시되어 있으나, 침출수를 메탄발효를 하였을 때는 유기물 농도가 낮아 발생하는 메탄가스 양이 적어 자체 연료로도 부족한 양이면서 발효조의 용량이 큰 등의 문제가 있는 종래의 기술에 지나지 않는다.
특허문헌 3에서는, 액상 또는 액상화한 고함수유기폐기물의 처리를 침엽수기원(針葉樹起源)의 목질탄소자재(木質炭素資財)를 30% 이상이 첨가 혼합하여 C/N비를 100 이상으로 조정하고, 수분을 50∼80%로 조절하는 것과 동시에 뒤집기를 하면서 퇴비화를 하여 고함수유기폐기물을 처리하는 방법이 제시되어 있으나, 고함수유기폐기물 그대로 퇴비화하는 경우는 수분조절제의 소요량이 많아 경제적인 부담이 큰 문제가 있다.
특허문헌 4에서는, 유기성 폐기물을 농축한 농축물을 생물학적 소화장치에서 분해하는 방법에서, 이 생물학적 소화장치로부터 뽑아낸 소화오니를 전기 유기성 폐기물에 혼합하여 탈수성을 개선한 유기성 폐기물의 처리방법이 제시되어 있으나, 탈수성을 개선한 특징 이외는 종래기술에 지나지 않는다.
그리고 비특허문헌 1에서는, 유기성 폐기물의 혐기성 발효를 하여 메탄가스를 에너지로 자원화할 수 있는 전망을, 비특허문헌 2와 비특허문헌 3에서는, 가축분뇨의 악취발생의 방지와 질소, 인 회수방법이 제시되어 있으나, 유기성 폐기물의 처리에서 공지된 종래기술의 특성, 현황, 정책방향 등을 제시한 자료에 지나지 않는 기술이다.
대한민국특허등록번호 제10-0907035호, 유기성 폐기물 처리 장치 및 방법, 2009년 07월 02일 대한민국특허등록번호 제10-0949246호, 유기성 폐기물 처리 방법, 2010년 03월 16일 일본특허등록번호 제4670098호, 고함수유기폐기물의 처리방법(高含水有機廢棄物の處理方法), 2011년 01월 28일 일본특허공개번호 제2001-104999호, 유기성 폐기물의 처리방법(有機性廢棄物の處理方法), 2001년 04월 17일
신항식·김상현, ≪특집: 유기성 폐기물의 자원화 현황 및 전망≫ : 유기성 폐기물의 혐기성 자원화 기술, 한국폐기물학회지, Vol. 18. No. 8, pp. 14∼21, 2001년 타나카 아키히로(田中章浩), 퇴비흡착에 의한 가축분뇨퇴비의 악취방지와 질소회수기술(堆肥吸着による家畜ふん尿堆肥の臭防止と窒素回技術), (畜産技術)，Vol. 611, pp. 27∼30. 2006년(年) Suzuki, K., Tanaka, Y., Kuroda, K., Hanajima, D., Fukumoto, Y., Yasuda, T. and Waki, T. Removal and recovery of phosphorous from swine wastewater by demonstration crystallization reactor and struvite accumulation device. Bioresource Technol., Vol. 98, pp. 1573∼1578, 2007
본 발명은 음식물쓰레기, 축산분뇨, 도축공장폐기물, 분뇨, 식품제조공장에서 배출되는 유기성 폐기물, 농·수산물가공공장에서 배출되는 유기성 폐기물, 하수처리 슬러지(Sludge), 폐기물매립장침출수, 일반산업공장에서 배출되는 유기성 폐기물과 같이 함수율과 유기물의 농도가 높은 유기성 폐기물에 포졸란(Pozzolan) 활성을 가지는 SiO2와 Al2O3 성분을 다량 함유한 화력발전소에서 배출되는 플라이애시(Fly ash)에 석회를 혼합한 것을 공급하여, 플라이애시와 석회에 함유된 SiO2, Al2O3 성분과 칼슘성분(CaO)의 포졸란 반응(Pozzolanic reaction)이 일어날 때 수용성 유기물을 함께 고형화반응이 일어나도록 하고, 또는, 필요에 따라서는 이에 양이온교환 값이 큰 물질, 철염(鐵鹽), 탄종류(炭種類)를 함께 첨가하여 교반하면서 반응한 다음 탈수처리를 하여 탈수케이크는 퇴비화공정 또는 혐기성 발효공정으로 보내고, 탈수 여액인 폐수는 호기성 생물학처리에 의해 처리한 처리수를 방류하는 유기성 폐기물을 처리하는 방법을 제시하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 함수율과 유기물의 농도가 높은 유기성 폐기물의 처리에 있어서,
상기 함수율과 유기물의 농도가 높은 유기성 폐기물에 플라이애시(Fly ash)와 석회를 공급하여 포졸란 반응(Pozzolanic reaction)이 일어날 때 수용성 유기물과 액상 유기물을 함께 고형화반응이 일어나도록 하고, 또는, 이에 양이온교환 값이 큰 물질, 철염(鐵鹽), 탄종류(炭種類)를 추가로 첨가하고 교반하면서 반응한 다음 탈수처리를 하여 탈수케이크는 퇴비화공정 또는 혐기성 소화공정으로 보내고, 탈수 여액인 폐수는 폐수처리공정으로 보내는 전처리단계와,
상기 탈수공정에서 탈수한 탈수 여액인 폐수가 집수조에 공급되면 호기성 생물학처리공정의 폭기조로 보내어 송풍기로부터 공기를 주입하여 호기성 미생물에 의해 처리된 것을 침전조로 보내어 침전된 오니는 폭기조와 활성부식물질 펠릿과 활성미네랄성분을 함유한 광물의 충전물을 충전한 생물반응기가 내장된 미생물활성화조와 폭기조로 반송하면서, 배출되는 잉여 오니는 전처리단계의 투입조로 보내고, 침전조를 월류(Over flow)하는 호기성 생물학 처리수는 방류하거나, 또는, 살균·여과처리 후 방류하는 폐수처리단계로 구성된 유기성 폐기물을 처리하는 것에 특징이 있다.
본 발명은 화력발전소 등에서 배출되는 플라이애시(Fly ash)에 석회를 혼합한 것을 이용하여 함수율과 유기물의 농도가 높은 유기성 폐기물을 혼화(混和)하여 반응한 다음 탈수를 하였을 때 탈수 여액인 폐수는 유기물 오염부하가 낮아 용이하게 생물학처리를 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 유기성 폐기물처리 블록 선도(Block diagram)
도 2는 유기성 폐기물처리 공정흐름도(Process flow diagram)
본 발명은 음식물쓰레기, 축산분뇨, 분뇨, 도축공장폐기물, 식품제조공장에서 배출되는 유기성 폐기물, 농·수산물가공공장에서 배출되는 유기성 폐기물, 하수처리 슬러지(Sludge), 폐기물매립장침출수, 일반산업공장에서 배출되는 유기성 폐기물과 같이 함수율과 유기물의 농도가 높은 유기성 폐기물을 탈수처리하여 탈수케이크인 고형유기물질은 퇴비화공정 혐기성 소화공정으로 배출하고, 탈수 여액인 폐수는 호기성 생물학처리를 하여 방류하는 유기성 폐기물처리방법을 제시한다.
상기 함수율과 유기물의 농도가 높은 유기성 폐기물을 퇴비화의 경우는 팽윤제(수분조절제)의 소비량이 많아 경제성이 떨어져 탈수 후 탈수케이크만 퇴비화를 하고, 탈수 여액인 폐수는 오염부하가 높아 합리적인 처리방법이 없어 현재까지 이와 같은 고농도 유기성 폐수는 해양투기를 하고 있는 실정에 있었다. 이로 인하여 해역의 오염을 야기하여 유기성 폐기물 해안투기를 금지할 것을 국제협약에 의해서 협정이 되었기 때문에 함수율과 유기물의 농도가 높은 유기성 폐기물의 합리적인 처리방법이 강구되어야 하는 실정에 이르렀다. 이에 대한 한 방법으로 메테인발효(Methane fermentation)에 의한 바이오가스(Biogas, CH4-gas)를 발생하여 전력을 생산하는 등의 방안이 제시되고 있으나, 고온메테인발효의 경우 겨울철에는 혐기성 발효조의 온도를 올리는데, 발생 된 메테인가스(CH4-gas)로만 부족한 실정에 있으며, 또한, 메테인발효에서는 단백질, 아미노산, 요산 등 유기태 질소(有機態窒素) 화합물이 암모니아성 질소(Ammonia nitrogen)로 전환되면서 암모니아성 질소의 오염부하를 가중시켜 희석수를 사용하지 않고서는 호기성 생물학처리를 할 수 없는 문제점이 있다.
그래서 본 발명에서는 상기한 함수율과 유기물의 농도가 높은 유기성 폐기물에 식물생장에 유용한 실리카, 마그네슘, 칼슘과 같은 미네랄성분을 함유한 플라이애시(Fly ash)에 석회를 혼합한 것을 첨가하여 수용성 유기물, 액상 유기물, 인 화합물, 질소화합물 등과 흡착 또는 반응하여 물에 불용성 유기물로 처리하고, 또는, 이에 양이온교환 값이 큰 물질, 철염(鐵鹽), 탄종류(炭種類)를 추가로 첨가하고 교반하면서 반응한 다음 탈수처리하여 탈수케이크는 퇴비화공정 또는 혐기성 발효공정으로 보내고, 탈수 여액인 폐수는 호기성 생물학처리를 하여 처리수를 방류하는 유기성 폐기물 처리하는 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
Ⅰ. 전처리단계
1. 파쇄 및 이물질선별공정
음식물쓰레기, 축산분뇨, 분뇨, 식품제조공장에서 배출되는 유기성 폐기물, 농·수산물가공공장에서 배출되는 유기성 폐기물, 도축공장폐기물, 폐기물매립장침출수, 하수처리 슬러지(Sludge) 또는 일반산업공장에서 배출되는 유기성 폐기물 중에서 한 종류 이상의 유기성 폐기물이 유입되면 이물질과 대형고형물질이 함유되어 있지 않은 경우는 투입조로 바로 보내고, 이물질과 대형고형물질이 함유되어 있는 경우는 파쇄 및 이물질선별공정으로 보내어 파쇄 및 이물질의 선별제거한 다음 투입조로 보낸다.
2. 반응공정
투입조에 유입된 상기 유기성 폐기물과 폐수처리단계의 잉여오니(剩餘汚泥)가 반응기(1)에 공급되면, 화력발전소 등에서 배출되는 플라이애시(Fly ash)에 석회를 혼합한 것을 공급하고 반응기 믹서(2)로 교반하면서 유기성 폐기물에 함유된 수용성 유기물, 플라이애시(Fly ash)와 석회에 함유된 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 칼슘(CaO)과 흡착 또는 반응하여 수용성 유기물, 액상 유기물, 질소화합물, 인화합물, 염분 등이 흡착 또는 반응하여 물에 불용성의 고형물질로 처리하여 탈수공정으로 보낸다.
플라이애시(Fly ash)에 생석회 또는 소석회의 석회성분을 혼합하는 양은 혼합 후 CaO 함양이 10∼15wt% 범위가 되게 혼합한다. 만약 CaO 함양이 10wt% 이상 되는 플라이애시의 경우는 석회성분을 혼합할 필요가 없이 플라이애시 단독으로 사용한다.
화력발전소, 제련소나 소각로 등에서 배출되는 플라이 애시(Fly ash)는 화산회토(Volcanic ash soil)와 같이 표2에서 보는 바와 같이 실리카(SiO2)와 알루미나(Al2O3) 성분을 다량 함유한 비결정질 규산염광물로 수중에서 인산, 요소태질소(Urea nitrogen), 암모니아태질소(Ammonia nitrogen), 수용성 유기물을 흡착하는 효율이 매우 우수한 특성이 있기 때문에 상기 유기성 폐기물과 플라이애시를 혼합하여 교반하면 유기성 폐기물에 함유된 염분, 인산, 요소태질소(Urea nitrogen), 암모니아태질소(Ammonia nitrogen), 수용성 유기물이 상당량 흡착하는 특성이 있다.
플라이애시에 석회를 혼합한 것을 유기성 폐기물에 공급하는 양은, 유기성 폐기물에 함유된 유기물의 함량, 질소화합물의 농도, 인 화합물의 농도 등을 고려하여 결정하여야 하지만, 유기성 폐기물에 플라이애시와 석회 혼합물을 첨가하여 반응 후 유기성 폐기물의 pH가 9.0∼9.5 범위로 첨가하는 것이 좋다. pH가 9.5 이상이 되면 퇴비화공정 또는 혐기성 소화공정에서 미생물활동이 어려워 원만한 처리가 되지 않을 수 있다. 만약, 수용성 유기물, 불포화지방산과 같은 액상유기물, 요소태질소 또는 암모니아태질소와 같은 질소화합물, 인산과 같은 인 화합물의 농도가 높은 유기성 폐기물의 경우 플라이애시와 석회 혼합물의 첨가량이 많아서 혼합·반응 후 pH가 9.5 이상이 되는 경우는 산을 주입하여 pH를 7∼8의 범위로 조정할 필요가 있다.
유기성 폐기물에 플라이애시와 석회 혼합물을 첨가하였을 때 수용성 유기물, 불포화지방산과 같은 액상유기물, 염분 등이 물에 불용성 물질로 전환되는 메커니즘(Mechanism)을 고려하면 다음과 같다.
플라이애시에는 활성화된 SiO2와 Al2O3와 같은 포졸란 물질(Pozzolanic material)이 다량 함유되어 있으며, 이 포졸란 물질은 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 포졸란반응(Pozzolanic reaction)을 하여 규산칼슘수화물(Calcium silicate hydrates, 3CaO·2SiO2·3H2O)과 알류미늄산칼슘수화물(Calcium Aluminate hydrates, 3CaO·Al2O3·6H2O)을 생성하면서 고화되는 반응이 일어나면서 이때 상당량의 수용성 유기물도 흡착 또는 반응을 하여 물에 불용성의 물질로 전환된다.
6CaO + 2SiO2 + 6H2O → 3CaO·2SiO2·3H2O + 3Ca(OH)2…………(1)
4CaO + 2SiO2 + 4H2O → 3CaO·2SiO2·3H2O + Ca(OH)2 …………(2)
3CaO + Al2O3 + 6H2O → 3CaO·Al2O3·6H2O ………………………(3)
상온에서 액상물질인 올레산(Oleic acid), 리놀레산(Linoleic acid), 리놀렌산(Linolenic acid), 아라키돈산(Arachidonic acid), 팔미톨레산(Palmitoleic acid)과 같은 불포화지방산(Unsaturated fatty acid)과 아미노산(Amino acid)은 Ca(OH)2와 반응하여 물에 불용성인 칼슘염으로 처리된다.
2R-COOH(불포화지방산) + Ca(OH)2 → (R-COO)2Ca↓ + 2H2O ………(4)
여기서 R은 불포화지방산 또는 아미노산의 기체(基體)이다.
인산성분도 칼슘과 반응하여 물에 불용성인 인산염으로 처리된다.
Ca(OH)2 + H3PO4 → CaHPO4 + 2H2O …………………………………(5)
그리고 폐수의 호기성 생물학처리에서 미생물의 생육을 억제하는 염화물은 프리델씨염(Friedel's salt)으로 고착화하여 수중의 염소 이온(Cl-) 농도를 줄이게 된다.
3CaO·Al2O3+2Cl-+Ca(OH)2→3CaO·Al2O3·CaCl2(Friedel's salt)+2OH- …(6)
프리델씨염에 존재하는 CaCl2는 암모니아성 질소성분의 흡착력이 매우 우수하여 수중의 암모니아태질소성분도 1차 제거하게 된다.
CaCl2 + 8NH3 → CaCl2·8NH3↓ ………………………………………(7)
그리고 플라이 애시(Fly ash)는 화산회토(Volcanic ash soil)와 같이 비결정질 규산염광물로 수중에서 인산, 요소태질소(Urea nitrogen), 암모니아태질소(Ammonia nitrogen), 수용성 유기물을 흡착하여 수중에서 상당량이 제거된다.
반응기(1)는 도 2에서 수평형으로 도시되어 있으나, 수직형 반응기로 할 수도 있으며, 반응기 믹서(2)도 도 2에서는 리본형 믹서(Ribbon type mixer)로 도시되어 있으나, 피치트 패들형 믹서(Pitched paddle type mixer)를 사용할 수도 있다. 반응기 믹서(2)의 회전속도는 8∼18rpm으로 하고, 반응기(1)의 용량은 반응시간이 40∼60분이 되게 설계를 하는데, 60분 이상 되게 설계하여도 상관은 없다.
그리고 상기 유기성 폐기물에 플라이애시에 석회 혼합물을 첨가하여 반응하면서, 처리비용이 다소 들어가더라도 탈수 여액인 폐수의 오염부하를 더욱더 줄이면서 탈수케이크를 퇴비화하였을 때 양질의 퇴비를 생산하기 위해서는, 양이온교환용량(Cation Exchange Capacity: CEC) 값이 큰 물질, 철(鐵) 화합물 또는 탄(炭) 종류 중에서 한 종류 또는 두 종류 이상 혼합한 것을 추가로 첨가하고 교반하면서 반응한 다음 탈수처리하여 탈수케이크는 퇴비화를 하고, 탈수 여액인 폐수는 폐수 처리를 할 수도 있다.
양이온교환용량(Cation-exchange capacity) 값이 큰 물질은, 석탄회·소각회로부터 제조된 인공제올라이트(Artificial zeolite), 클리노프틸로라이트(Clinoptilolite)류·모데나이트(Mordenite)·소다비석(Natrolite·Sodalite)·휼란다이트(Heulandite, 輝沸石)류·메솔라이트(Mesolite, 中沸石)·아날사임(Analcime, 方沸石)·페리어라이트(Ferrierite)류·캐버자이트(Chabazite, 菱沸石)류·치아벤나이트(Chiavennite)에리오나이트(Erionite)류·로몬타이트(Laumontite, 濁沸石)·필립사이트(Phillipsite, 灰十字沸石)류·레비나이트(Levynite)·스틸바이트(Stilbite, 束沸石)류·에피스틸바이트(Epistilbite, 剝沸石)·와이라카이트(Wairakite)·가로나이트(Garronite)·갈타이트(Gaultite)·고빈사이트(Gobbinsite)·하모톰(Harmotome, 重十字沸石)·나트로라이트(Natrolite, olite)·테라노바이트(Terranovaite)·체르니카이트(Tschernichite)·초트너라이트(Tschortnerite)·웨인벤네이트(Weinebeneite)·웰사이트(Wellsite)·윌헨더손나이트(Willhendersonite)·유가와라아이트(Yugawaralite)와 같은 천연제올라이트(Natural zeolite), 몬모릴로나이트(Montmorillonite), 벤토나이트(Bentonite), 버미큘라이트(Vermiculite) 또는 펄라이트(Perlite) 중에서 한 종류 또는 두 종류 이상을 혼합한 것을 사용할 수 있다.
상기 양이온교환용량(Cation-exchange capacity) 값이 큰 물질을 본 반응공장에 사용하면, 특히 암모니아성 질소(NH4 +-N)와 아민성 질소화합물(Amine nitrogen)의 농도가 높은 분뇨나 축산분뇨와 같은 유기성 폐기물에 공급하면 양이온성인 암모니아성 질소화합물, 아민성 질소화합물과 일부의 수용성 유기물을 흡착하여 탈수 여액인 폐수의 오염부하를 더욱더 저감(低減)하는 효과가 있으면서, 양이온교환용량이 큰 물질을 함유한 탈수케이크를 퇴비화하였을 때는 토양의 이온교환용량의 증대(增大)와 우수(雨水)에 의한 질소성분 및 칼륨(K)과 같은 양이온성 미네랄성분의 유망(流亡, wash-out)을 방지하여 비효성(肥效性)을 향상하는 효과가 있으며, 또한, 토양의 보비력(保肥力)을 개선하는 효과가 있다.
상기 양이온교환용량 값이 큰 물질을 유기성 폐기물에 첨가하는 비율은, 사용하는 양이온교환용량이 큰 물질의 양이온교환 값, 유기성 폐기물에 함유된 암모니아성 질소의 농도, 탈수 여액인 폐수의 오염부하, 탈수케이크를 퇴비화공정에서 탈취성, 퇴비의 비효성, 경제성 등을 감안하여 결정하는 것이 바람직하지만, 일반적으로 축산분뇨(양돈분뇨)를 탈수처리한 탈수케이크를 퇴비화하는 경우 유기성 폐기물 100중량부에 2∼10중량부를 첨가한다.
철 화합물은, 2가 철염, 3가 철염, 4, 3 산화철(Fe3O4) 또는 자철광분말을 산에 용해한 2가·3가 철염, 철 착화합물, 폴리황산제2철(Polyferric sulphate), 비정질의 철 화합물, 결정질산화철 또는 결정질 수산화철 중에서 한 종류 또는 두 종류 이상을 혼합한 철 화합물을 사용한다.
상기 철 화합물은 본 반응공정에서는 응집제로 작용을 하면서, 퇴비화공정에서는 유기성 폐기물에서 용출되는 부식물질(腐植物質), 타닌(Tannin), 리그닌(Lignin) 등의 폴리페놀류(Polyphenols), 유기산(Organic acid) 등과 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg)과 같이 가교물질(架橋物質)로서 작용하여 중합(重合)이나 축합(縮合) 등의 화학반응을 일으키면서, 호기성 미생물의 생육을 활발하게 하여 유기물질의 분해를 촉진해 발열하면서 부식화의 진행을 촉진하면서 악취발생을 줄이게 된다.
그리고 산소 농도가 낮을 때에 철 산화물은 미생물의 일부가 생산하는 효소에 의한 촉매작용에 의해서 철 산화물은 산소를 방출하고, 2가 철로 환원된다. 방출된 산소는 호기성 미생물생육에 이용되고, 산소를 방출하여 환원된 2가철 이온(환원성 철 이온)은, 황화수소(H2S)나 메틸메르캅탄(Methyl mercaptan) 등의 유황화합물 계의 악취물질과 반응하여 악취발생을 억제하게 된다. 또한, 2가 철은 휘발성지방산(Volatile fatty acid) 등과 착체(錯體)를 형성하는 것에 의해 안정화되며, 또한, 유황화합물과는 반응하여 고형물질로 되는 것에 의해서 불활성화된다.
상기 철 화합물을 유기성 폐기물에 첨가하는 비율은, 철 화합물의 종류, 유기성 폐기물의 탈수 여액인 폐수의 오염부하, 탈수케이크를 퇴비화과정에서 탈취성, 경제성 등을 감안하여 결정하는 것이 바람직하지만, 일반적으로 축산분뇨(양돈)를 탈수처리한 탈수케이크를 퇴비화하는 경우 유기성 폐기물 100중량부에 0.1∼2중량부를 첨가한다.
탄(炭) 종류는, 목탄(木炭), 죽탄(竹炭), 활성탄(活性炭), 제지공장의 제지슬러지 탄화물(Paper sludge carbide), 석탄을 활성화한 활성탄소(活性炭素), 연료의 불안전연소에서 생산된 카본블랙(Carbon Black) 또는 왕켜 훈탄(燻炭) 중에서 한 종류 또는 두 종류 이상을 혼합한 탄 종류를 사용할 수 있다.
상기 탄 종류는 다공성이 좋아 흡수성(吸收性), 흡착성(吸着性), 흡수성(吸水性), 투수성(透水性), 보습성(保濕性)이 우수하면서 원적외선(遠赤外線)의 발산 등의 특성이 있어 폐수처리분야, 탈취처리분야, 토양개량제, 기타 산업분야 등에서 다양하게 사용되어 왔다. 특히 폐수처리에서 수용성 유기물의 흡수(吸收)와 악취물질의 흡착에 활성탄, 활성탄소, 목탄 등을 널리 사용되고 있으며, 퇴비에서는 토양개량 효과를 향상하기 위하여 옛날부터 널리 사용하여 왔으며, 옛 아마존(Amazon)의 인디언(Indian)의 경작지에서 '검은 인디언 흙'이라는 뜻을 가진 '테라 프레타(Terra Pretta)'도 목탄(木炭)이 중요한 역할을 한 것으로 알려져 있으며, 현재 토양개량을 목적으로 사용하는 탄소를 바이오 탄(Bio-char)이라 하여 토양개량제로 널리 이용되고 있다.
본 발명에서도 상기의 탄 종류 중에서 한 종류 또는 두 종류 이상을 혼합한 탄을 상기 유기성 폐기물과 혼합하여 교반하면 흡수성·흡착성에 의해서 수용성 유기물질 및 악취발생물질인 휘발성 물질을 흡수·흡착하여 탈수 여액인 폐수의 오염부하를 줄이면서 악취발생을 감소하는 효과가 있으면서, 탈수케이크를 퇴비화를 하였을 때는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
가. 다공질구조에 의해 투수성(透水性), 통기성(通氣性)을 좋게 하여 토양을 부드럽게 하면서, 보습성(保濕性)이 있어 흡수성이 우수하여 식물뿌리의 생장(生長)을 촉진한다.
나. 숯은 검은 흑체(黑體)이면서 원적외선을 발산하는 물질로 태양의 열을 잘 흡수하여 보온성(保溫性)이 우수하다.
다. 또한, 다공질이기 때문에 통기성이 좋아 토양에 생식하는 유용한 미생물이 숯에 개재(介在)하면서 식물의 뿌리에 공생하여 식물의 성장을 촉진하게 한다.
라. 공기 중의 질소를 고정하는 세균이 숯의 미세한 구멍 안에서 증가해서 결과적으로 질소 퇴비를 주는 것과 같은 효과를 얻을 수 있다.
마. 숯의 2∼3%가 미네랄성분으로, 작물의 성장에 필요한 미네랄성분을 보급한다.
상기 탄 종류를 유기성 폐기물에 첨가하는 비율은, 유기성 폐기물의 탈수 여액인 폐수의 오염부하, 탈수케이크를 퇴비화하였을 때 비효성(肥效性), 경제성(經濟性) 등을 감안하여 결정하는 것이 바람직하지만, 일반적으로 축산분뇨(양돈분뇨)를 탈수처리한 탈수케이크를 퇴비화하는 경우 유기성 폐기물 100중량부에 2∼10중량부를 첨가한다.
3. 탈수공정
상기 유기성 폐기물에 함유된 수용성 유기물, 액상 유기물, 염분, 인산, 요소태질소(Urea nitrogen), 암모니아태질소(Ammonia nitrogen)가 플라이애시에 함유된 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 칼슘(CaO)과 흡착 또는 반응하여 물에 불용성의 고형물질로 전환한 유기성 폐기물은 탈수공정으로 보내어 탈수처리를 하여 탈수케이크는 퇴비화공정 또는 혐기성 소화공정으로 보내고, 탈수 여액인 폐수는 1차 호기성 생물학처리공정의 집수조(4)로 낸다.
상기 탈수공정의 탈수기는, 원심탈수기(Centrifugal dehydrator), 스크루 프레스(Screw press), 진공탈수기(Vacuum dehydrator), 벨트 프레스(Belt press), 진동스크린(Vibrating screen) 또는 회전식 트롬멜 스크린(Trommel screen) 중에서 한 종류를 선택하여 사용할 수 있으며, 이 중에서 스크루 프레스(Screw press)를 사용하는 것이 바람직하지만, 본 발명에서 탈수공정의 탈수기 종류는 특별히 제한하지는 않는다.
다음 표1과 같은 오염물질의 농도를 가진 돈분 100㎏에 표2와 같은 조성을 가진 화력발전소에서 배출되는 표2의 플라이애시에 소석회를 혼합하여 CaO 함량이 12wt%로 조정한 것 3.5㎏를 첨가하고, 1시간 동안 18rpm의 교반속도로 교반하면서 반응을 하였다. 교반 반응 후 pH는 9.2이었으며, 이 반응물을 진공 여과한 탈수 여액의 오염물질의 농도를 분석한 결과는 다음 표3과 같았다.
돈분의 오염물질농도
SS(㎎/ℓ) CODMn(㎎/ℓ) BOD5(㎎/ℓ) T-N(㎎/ℓ) T-P(㎎/ℓ)
80,250 99,820 24,020 6,830 2,720
플라이애시의 화학성분 분석치
구분 화학성분 (wt%)
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO 기타(강열감량분 포함)
플라이애시 66.60 23.02 1.92 2.02 0.87 5.57
실시예 1의 반응물을 탈수한 탈수 여액의 오염물질농도
SS(㎎/ℓ) CODMn(㎎/ℓ) BOD5(㎎/ℓ) T-N(㎎/ℓ) T-P(㎎/ℓ)
40 3,084 1,482 260 30
상기 표3에서 보는 바와 같이 본 발명의 유기성 폐기물에 플라이애시에 석회를 혼합한 것을 첨가하여 교반반응을 하면 상당량의 오염물질이 제거되어, 지금까지 단순 탈수를 하였을 때 오염물질의 농도가 높아 합리적인 처리방안이 없어 해양투기를 하던 것을 호기성 생물학처리로 용이하게 처리할 수 있는 농도까지 처리될 수 있는 농도까지 처리됨을 알 수 있다.
그리고 상기 탈수케이크는 식물생장에 유용한 실리카(Si), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca)과 같은 미네랄성분이 함유되어 있기 때문에 양질의 퇴비를 생산할 수 있다.
상기 실시예 1과 동일하게 표1 오염물질의 농도를 가진 돈분 100㎏에 표2와 같은 조성을 가진 화력발전소에서 배출되는 표2의 플라이애시에 소석회를 혼합하여 CaO 함량이 12wt%로 조정한 것 3.5㎏를 첨가하고, 30분 동안 18rpm의 교반속도로 교반하면서 반응을 한 것에, 야지 탄 분말 2㎏, 양이온교환 값이 185meq/100g인 플라이애시에서 제조된 인공제올라이트 3㎏과 황산 제1철 7수염(FeSO4·7H2O) 500g을 첨가하고, 30분 동안 18rpm의 교반속도로 교반하면서 반응한 반응물을 진공 여과한 탈수 여액의 오염물질의 농도를 분석한 결과는 다음 표4와 같았다.
실시예 2의 반응물을 탈수한 탈수 여액의 오염물질농도
SS(㎎/ℓ) CODMn(㎎/ℓ) BOD5(㎎/ℓ) T-N(㎎/ℓ) T-P(㎎/ℓ)
40 2,470 1,187 65 15
상기 표4에서 보는 바와 같이 실시예 1의 반응물에 탄(炭), 제올라이트와 철염을 추가로 첨가하여 반응한 반응물의 탈수 여액인 폐수의 오염부하가 CODMn 및 BOD5 값은 20% 정도, T-N은 75% 정도, T-P는 50% 정도 감소하였으며, 이를 호기성 생물학처리를 하였을 때 더욱더 용이하게 처리할 수 있음을 알 수 있다.
그리고 상기 실시예 2에서 탈수케이크는 식물생장에 유용한 실리카(Si), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 철(Fe)과 같은 미네랄성분과 식물생장에 유용한 탄(炭)과 제올라이트가 함유되어 있기 때문에 양질의 퇴비를 생산할 수 있다.
Ⅱ. 폐수처리단계
1. 1차 호기성 생물학처리공정
상기 전처리단계의 탈수처리공정에서 탈수된 탈수 여액인 폐수가 호기성 생물학처리공정의 집수조(4)에 공급되면, 제1폭기조공급펌프(5)로 제1폭기조(6)에 공급한다.
집수조(4)의 폐수가 제1폭기조(6)에 공급되면 송풍기(19)로부터 공기를 공급하여 폭기(曝氣)를 하면서 호기성 생물학처리된 물은 제1침전조(7)로 보내어 고형물을 침전시키고, 월류(Over flow)되는 월류수인 1차 호기성 생물학처리수가 배출기준치 이내로 처리된 경우는 바로 방류하던가, 살균·여과공정으로 보내어 살균 및 여과처리 후 방류한다. 그리고 1차 호기성 생물학처리수가 배출기준치 이내로 처리되지 않는 경우는 제2폭기조(13)으로 보내어 2차 호기성 생물학처리를 한다.
제1침전조(7)에서 침전된 고형물(미생물 균체)은 제1침전조 레이크(8)에 의해서 제1침전조(7) 하부의 중앙 콘(Cone) 부분으로 모이게 되면 제1반송펌프(9)에 의해서 활성부식물질 펠릿(Activated humic substance pellet)과 활성미네랄성분을 함유한 광물의 충전물(12)을 충전(充塡)한 제1생물반응기(11)가 내장된 제1미생물활성화조(10)와 제1폭기조(6)로 반송하면서, 배출되는 잉여오니는 전처리단계의 투입조로 보낸다.
그리고 상기 집수조(4)에 공급된 폐수에 암모니아성 질소가 80㎎/ℓ 이상으로 인산 이온과 공존하는 경우는 MgCl2, MgSO4 또는 간수(苦汁) 용액과 같은 마그네슘염을 100∼300㎎/ℓ을 공급하면 암모니아성 질소와 인산의 일부가 물에 불용성인 인산마그네슘암모늄염(Magnesium ammonium phosphate, struvite)이 생성되어 잉여오니와 함께 제거되기 때문에 암모니아성 질소와 인의 제거효율을 보다 향상시킬 수 있다.
Mg2 + + NH4 + + PO4 3 - + 6H2O → MgNH4PO4·6H2O↓ ……………………(8)
상기 호기성 생물학처리공정의 제1침전조(7)를 월류(Over flow)하는 월류수가 배출기준치 이내로 처리된 경우나, 인근 하수처리시설과 연계하여 처리하는 경우는 최종처리수조로 보내었다 방류하거나, 인근 하수처리시설로 보내거나, 2차 생물학처리공정의 제2폭기조(13)로 보낸다.
제1반송펌프(9)에 의해서 제1침전조(7)에서 침전된 고형물(미생물 균체)인 오니(汚泥)가 제1미생물활성화조(10)에 공급되면 송풍기(19)로부터 공기를, 제1미생물활성화조(10)와 활성미네랄을 함유한 광물과 활성부식물질 펠릿의 충전물(12)이 충전된 제1생물반응기(11) 하부에 송풍기(19)로부터 공기를 공급하여, 공기와 반송오니가 함께 제1생물반응기(11)의 충전물(12) 층을 에어 리프팅(Air lifting) 되면서 미네랄성분을 공급받게 된다.
제1미생물활성화조(10)에서 미네랄성분을 충분히 공급받게 되면, 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)을 대사산물(代謝産物)로 배설하여 부식화반응에 의해서 수용성 유기물을 물에 불용성인 부식전구물질(腐植前驅物質) 또는 부식물질(腐植物質)로 전환하는 부식화미생물과 이들 미생물과 공생관계에 있는 미생물이 활성화하게 되며, 이를 제1폭기조(6)로 보내면 호기성 생물학적 폐수처리 시스템(System) 전체가 부식화미생물과 이들 미생물과 공생관계에 있는 미생물에 의해서 부식화반응에 의해서 호기성 생물학처리가 된다.
상기 유기물질을 부식화하여 부식물질을 생성하는 미생물은 세포질(Cytoplasm)이나 세포벽(Cell wall)에 미네랄 함량이 높으며, 이들 미생물은 미네랄성분을 충분히 섭취하였을 때 활발한 대사활동을 하기 때문에 수중에 미네랄성분을 용이하게 용출할 수 있는 활성부식물질과 활성미네랄성분을 다량 함유한 광물을 충전한 제1생물반응기(11)를 제1미생물활성화조(10)에 설치하여 충분한 미네랄성분이 미생물에 공급될 수 있도록 한다.
제1미생물활성화조(10)에 설치된 제1생물반응기(11)에 활성부식물질 펠릿과 미네랄성분을 함유한 광물의 충전하는 양은, 제1폭기조(6)에 공급되는 폐수의 유량 10㎥/일당 활성부식물질 펠릿을 5∼10㎏, 활성미네랄성분을 함유한 광물 10∼20㎏을 충전한다.
미생물에 미네랄성분을 용이하게 공급할 수 있는 활성미네랄성분을 다량 함유한 광물은, 유문암(Rhyolite) 또는 대사이드(Dacite)질의 부석(Pumice), 페그마타이트(Pegmatite) 또는 펄라이트(Perlite) 중에서 한 종류를 사용한다.
그리고 활성부식물질 펠릿은 해양성 규조류와 해양성 식물이 퇴적되어 풀브산(Fulvic acid) 함량이 높은 부식토(腐植土)와 벤토나이트(Bentonite)와 같은 점결제(粘結劑)와 혼합하여 펠릿형태로 가공한 시중제품을 구입하여 사용한다.
송풍기(19)에서 제1폭기조(6)와 제1미생물활성화조(10)에 공급하는 공기량은, 제1폭기조(6)와 제1미생물활성화조(10)의 용존산소(Dissolved oxygen) 농도가 2∼4㎎/ℓ가 유지되도록 공급하고, 제1생물반응기(11) 하부로 공급하는 공기는 폭기강도(Aeration intensity)가 1.5∼3.5N㎥-Air/㎡·시간으로 한다. 송풍기(19)의 토출압력(吐出壓力)은 조의 수심에 따른 정압두(Static head)와 배관의 마찰손실에 따른 마찰손실두(Friction head)를 고려하여 결정한다.
본 발명에서 폐수처리는 부식화반응에 의한 호기성 생물학처리를 함으로써, 암모니아(NH3), 황화수소(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 처리되어 폐수처리효율이 높아지는 특징이 있다.
제1폭기조(6)의 용량은 F/M비(Food/Microorganism ratio)를 0.05∼0.4 범위에서 다음 식(9)에 의해서 결정하며, 깊이는 2∼6m범위로 한다.
F/M = (BOD5×Q)/(MLSS×V) [kg BOD/㎥.일] …………………………(9)
여기서 BOD5는 유입폐수의 5일 생물학적 산소요구량(㎎/ℓ), V는 폭기조의 용적(Volume, ㎥), MLSS는 폭기조 내 혼합액 부유물질(Mixed liquor suspended solids)농도(㎎/ℓ), Q는 유입폐수의 유량(㎥/일)이다.
제1침전조(7)의 표면적은 월류부하(Over flow load) 8∼25(㎥/㎡·일)와 고형물부하 60∼90(㎏/㎡·일)을 고려하여 여유가 있는 표면적으로 하며, 조의 깊이(Side wall depth)는 3∼6m로 한다.
제1침전조(7)에서 제1반송펌프(9)에 의해서 제1폭기조(6)와 제1미생물활성화조(10)로 반송하는 유량은 제1폭기조(6) 내에서 MLSS(Mixed liquor suspended solids)의 농도가 2,000∼3,500㎎/ℓ범위가 되게 다음 식(10)에 의해서 결정한다.
R = Qr/Q = (MLSS-SS)/(R-MLSS) ………………………………(10)
여기서 R은 제1침전조(7)에서 제1폭기조(6)와 제1미생물활성화조(10)로 반송하는 반송률(%), Qr는 반송하는 유량(㎥/일), Q는 유입폐수의 유량(㎎/ℓ), MLSS는 제1폭기조(6) 내의 혼합액 부유물질농도(㎎/ℓ), SS는 유입폐수 중에 함유된 부유물질농도(㎎/ℓ), R은 반송오니의 부유물질 농도(㎎/ℓ)이다.
제1미생물활성화조(10)에 공급하는 유량은, 전체 반송오니의 유량의 8∼20%를 공급하고, 제1미생물활성화조(10)의 용량은 체류시간을 0.5∼2일간으로 한다.
송풍기(19)에서 제1폭기조(6)와 제1미생물활성화조(10)에 공급하는 공기량은, 제1폭기조(6)에서는 용존산소(Dissolved oxygen) 농도가 2∼4㎎/ℓ가 유지되도록 공급하고, 제1생물반응기(11) 하부로는 공급하는 공기량은 폭기강도가 1.5∼3.5N㎥-Air/㎡·시간으로 한다. 송풍기(19)의 토출압력은 조의 수심에 따른 정압두(Static head)와 배관의 마찰손실에 따른 마찰손실두(Friction head)를 고려하여 결정한다.
상기 호기성 생물학처리수가 방류기준치 이내로 처리되는 경우나 하수병합처리를 하는 경우는 최종처리수조로 보내었다가 방류하거나, 하수처리장으로 보낸다.
그리고 호기성 생물학처리수가 방류기준치 이내로 처리되지 않는 경우는, 상기한 호기성 생물학처리와 동일한 2차 호기성 생물학처리를 한다.
2. 2차 호기성 생물학처리공정
상기 1차 호기성 생물학처리공정의 제1침전조(7)의 월류수인 1차 호기성 생물학처리수가 오염물질의 농도가 방류 기준치를 초과하는 경우는, 상기 1차 호기성 생물학처리수를 제2폭기조(13)에 공급하고, 송풍기(19)로부터 공기를 공급하여 폭기(曝氣)를 하면서 2차 호기성 생물학처리된 물은 제2침전조(14)로 보내어 고형물을 침전시키고, 월류(Over flow)되는 월류수인 2차 호기성 생물학처리수는 방류하던가, 살균·여과공정으로 보내어 살균 및 여과처리 후 방류한다.
제2침전조(14)에서 침전된 고형물(미생물 균체)은 제2침전조 레이크(15)에 의해서 제2침전조(14) 하부의 중앙 콘(Cone) 부분으로 모이게 되면 제2반송펌프(16)에 의해서 활성부식물질 펠릿(Activated humic substance pellet)과 활성미네랄성분을 함유한 광물의 충전물(19)을 충전(充塡)한 제2생물반응기(18)가 내장된 제2미생물활성화조(17)와 제2폭기조(13)로 반송하면서, 배출되는 잉여오니는 전처리단계의 투입조로 보낸다.
2차 호기성 생물학처리공정의 모든 기기 장치는 다소 여유가 있더라도 공사의 편의성, 운전 및 유지관리의 편의성을 감안하여 1차 호기성 생물학처리공정과 동일하게 하는 것이 바람직하다. 그리고 운전조건도 1차 호기성 생물학처리공정과 동일하게 한다.
7. 살균·여과처리공정
상기 호기성 생물학처리공정에서 처리된 처리수를 고도로 처리하고자 하는 경우는 산화·살균처리를 한 다음, 여과처리 후 방류한다.
호기성 생물학처리공정에서 처리된 처리수는 산화제(H2O2, NaClO, O3, ClO2, Cl2)를 산화환원전위(Oxidation-reduction potential) 값이 +700∼+1,100㎷ 범위로 주입하고, 30∼60분간 교반기로 교반하면서 살균처리 후 여과공정으로 보내어 수중의 고형물을 제거 후 방류한다.
여과공정의 여과기에 충전하는 여재(濾材)는 유기물의 농도(BOD 및 COD)가 기대치 보다 높은 경우는 활성탄을 충전한 여과기로 여과하고, 고형물만 문제되는 경우는 모래를 충전한 여과기를 사용하여 여과한다.
상기 실시예 1에서 처리한 상등수 1ℓ를 메스실린더(Measuring cylinder)에 주입하고, 하수처리장 호기성 생물학처리공정의 오니를 MLSS의 농도가 3,500㎎/ℓ가 되게 주입한 다음 12시간 동안 폭기를 하면서 호기성 생물학처리를 하였을 때 처리수를 분석한 결과는 다음 표5과 같았다.
호기성 생물학처리수의 분석치
SS(㎎/ℓ) CODMn(㎎/ℓ) BOD5(㎎/ℓ) T-N(㎎/ℓ) T-P(㎎/ℓ)
32 46 12 42 5
상기 표6에서 보는 바와 같이 축산폐수를 희석수를 사용하지 않고서도 방류기준치 이하로 처리될 수 있음을 확인할 수 있었다.
음식물쓰레기, 축산분뇨, 분뇨, 도축공장폐기물, 식품제조공장에서 배출되는 유기성 폐기물, 농·수산물가공공장에서 배출되는 유기성 폐기물, 하수처리 슬러지(Sludge), 일반산업공장에서 배출되는 유기성 폐기물과 같이 함수율과 유기물의 농도가 높은 유기성 폐기물은 탈수를 하여 탈수케이크는 퇴비화를 하고, 탈수 여액인 폐수는 오염물질의 부하가 높아 아직까지 합리적인 처리방법이 없어 지금까지 해양투기를 하였으나, 해역의 오염이 심각하여 국제협약에 의해 해양투기가 금지됨으로써 이와 같이 오염부하가 높은 고농도 유기성 폐수의 합리적인 처리방안이 강구되어야 하는 실정에 있다.
본 발명은 상기와 같은 함수율과 유기물의 농도가 높은 유기성 폐기물을 화력발전소 등에서 배출되는 플라이애시(Fly ash)와 석회를 이용하여 전처리한 폐수는 희석수를 사용하지 않고서도 호기성 생물학처리를 하여 배출기준치 이하로 처리할 수 있기 때문에 앞으로 상기한 함수율과 유기물의 농도가 높은 유기성 폐기물처리에 널리 적용될 것으로 기대된다.
1: 반응기 2: 반응기 믹서(Mixer)
3: 탈수공정 공급펌프 4: 집수조
5: 제1폭기조공급펌프 6: 제1폭기조
7: 제1침전조 8: 제1침전조 레이크
9: 제1반송펌프 10: 제1미생물활성화조
11: 제1생물반응기 12: 충전물
13: 제2폭기조 14: 제2침전조
15: 제2침전조 레이크 16: 제2반송펌프
17: 제2미생물활성화조 18: 제2생물반응기
19: 송풍기(Air blower) M: 모터(Motor)
DOI: 용존산소 지시계(Dissolved oxygen indicator)

Claims (3)

  1. 유기성 폐기물과 같이 함수율과 유기물의 농도가 높은 유기성 폐기물의 처리방법에 있어서,
    상기 함수율과 유기물의 농도가 높은 유기성 폐기물을 파쇄 및 이물질선별을 한 다음, 유기성 폐기물에 플라이애시(Fly ash)에 석회를 혼합한 것과 반응한 것을 탈수공정에서 탈수하여 탈수케이크는 퇴비화공정 또는 혐기성 소화공정으로 보내고, 탈수 여액인 폐수는 폐수처리단계로 보내는 전처리단계와,
    상기 탈수 여액인 폐수를 제1폭기조에 공급하고, 송풍기로부터 공기를 공급하여 폭기(曝氣)를 하면서 호기성 생물학처리된 물은 제1침전조로 보내어 고형물을 침전시키고, 침전된 고형물은 제1반송펌프에 의해서 활성부식물질 펠릿(Activated humic substance pellet)과 활성미네랄성분을 함유한 광물의 충전물을 충전(充塡)한 제1생물반응기가 내장된 제1미생물활성화조와 제1폭기조로 반송하면서, 배출되는 잉여오니는 전처리단계의 투입조로 보내고, 제1침전조를 월류(Over flow)하는 월류수인 1차 호기성 생물학처리수는 방류하던가, 또는 살균·여과공정으로 보내어 살균 및 여과처리 후 방류는 폐수처리단계로 구성된 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물을 처리하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유기성 폐기물에 플라이애시(Fly ash)에 석회를 혼합한 것과 반응한 것에 양이온교환용량(Cation Exchange Capacity: CEC) 값이 큰 물질, 철(鐵) 화합물 또는 탄(炭) 종류 중에서 한 종류 또는 두 종류 이상 혼합한 것을 추가로 첨가하고, 탈수 여액인 폐수에 마그네슘염을 첨가하여 유기성 폐기물을 처리하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 1차 호기성 생물학처리수를 제2폭기조에 공급하고, 송풍기로부터 공기를 공급하여 폭기를 하면서 2차 호기성 생물학처리된 물은 제2침전조로 보내어 고형물을 침전시키고, 침전된 고형물은 제2반송펌프에 의해서 활성부식물질 펠릿과 활성미네랄성분을 함유한 광물의 충전물을 충전한 제2생물반응기가 내장된 제2미생물활성화조와 제2폭기조로 반송하면서, 배출되는 잉여오니는 전처리단계의 투입조로 보내고, 제2침전조를 월류하는 월류수인 2차 호기성 생물학처리수는 방류하던가, 또는 살균·여과공정으로 보내는 1차 호기성 생물학처리공정을 부가처리하여 유기성 폐기물을 처리하는 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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