KR20140000576A - 음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조장치 및 그 제조방법 - Google Patents

음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조장치 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음식물 쓰레기를 전처리할 때 생기는 음식물 탈리액을 원료로 사용하여 폐수처리에 유용한 미생물이 다량 함유된 고품질의 유기탄소원을 생성하므로 폐수처리용 제품을 생산하고 질소제거에 따른 C/N비를 높여 폐수처리의 효율을 높이는 것을 제공하도록, 전처리된 음식물 탈리액인 원수를 유입하여 고형물을 걸러내고 미세한 입자의 원수를 계속해서 공급하는 미립자처리기와; 상기 미립자처리기로부터 유입된 원수를 내부에 수용하고 원수로부터 유분을 분리한 후 배출 제거하는 유량조정조와; 상기 유량조정조의 원수 중에서 일정한 유량이 공급되고 원수의 수소이온농도를 조정하여 고온 유용미생물을 배양하는 미생물배양조와; 상기 유량조정조의 원수 중에서 일정한 유량이 공급됨과 함께 상기 미생물배양조로부터 생성된 다량의 미생물을 갖는 배양액이 공급되어 원수를 유기탄소원으로 발효하는 유기탄소원발효조;를 포함하고, 상기 유량조정조와 미생물배양조 및 유기탄소원발효조에는 각각 수용된 유기물을 고온성 미생물의 활동에 적합한 45~65℃를 유지하여 유기물을 빠르게 분해하고, 질산화 과정을 거치지 않고 암모니아 스트리핑으로 질소를 제거하며 슬러지를 감량화하는 고온호기성소화기(ATAD, Autothermal Thermophlic Aerobic Digestion)를 포함하는 음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조장치를 제공한다.

Description

음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조장치 및 그 제조방법{Manufacturing Apparatus and Method for Organic Carbon Source using Food Waste Water}
본 발명은 음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 음식물 쓰레기를 전처리할 때 생기는 음식물 탈리액을 원료로 사용하여 폐수처리에 유용한 미생물이 다량 함유된 고품질의 유기탄소원을 생성하므로 폐수처리용 제품을 생산하고 질소제거에 따른 C/N비를 높여 폐수처리의 효율을 높이는 것이 가능한 음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 가정이나 업소 등과 같이 사람의 거주지역에서 발생하는 동,식물성의 음식물쓰레기는 일괄적인 수거작업을 통해 수집한 후 일정한 처리과정을 거쳐 고형분과 탈리액으로 분리하고 각각 인공적인 처리과정에 의해 재활용하거나 폐기한다.
여기서 음식물쓰레기의 고형분은 함유된 수분을 최대한 제거한 상태로 대부분 소각 및 매립하거나 고형물을 건조 및 발효시켜서 유기질의 비료나 퇴비 등으로 재활용한다. 반면, 음식물 탈리액은 고농도의 유기성 폐액으로서, 85%이상의 수분을 함유하며 재반환경에서 쉽게 부패되는 유기성 물질을 포함하고 고형물 함량(SS)이 100,000ppm을 넘는 악성 폐액이기 때문에 음식물 탈리액의 직매립이 금지되어 있고 현재 함수율 92% 이하에서 해양투기하거나 통상의 폐수처리설비를 이용하여 수 처리하고 있다.
그러나 종래 음식물 탈리액의 처리방법 중에서 해양투기는 폐수 중에 함유된 다량의 유기성 물질에 의해 해상에서 다양한 환경오염을 유발하고, 이는 해상의 생태계를 파괴하는 심각한 문제를 초래하기 때문에 점차 해양투기와 관련한 법적 규제가 높아지고 있으며, 해양투기는 런던협약에 의해 2013년부터 전면금지될 것으로 예상되어 음식물 탈리액으로부터 자연환경을 보호할 수 있는 안정적인 처리기술은 물론 음식물 탈리액을 활용할 수 있는 기술개발이 시급히 요구되는 실정이다.
따라서 음식물쓰레기에서 발생하는 음식물 탈리액은 유용미생물을 이용하여 발효시킴에 따라 액체비료로 활용하는 자원순환 기술이 제안되었다.
그런데 상기한 탈리액을 이용한 액체비료는 탈리액을 액체비료로서 생산하여 그 활용가치는 높였으나, 반면 액체비료는 보관 및 운송이 어려울 뿐만 아니라 수요처가 계절별 또는 작목별로 한정되기 때문에 액체비료의 생산 또한 활성화되지 못하는 문제가 있으며, 또한 실질적으로 농작물에 시비한 결과 일부 부작용에 따른 피해현상이 나타나 기술적인 완성도가 미비한 문제점이 있었다.
또한 종래 음식물 탈리액의 처리방법 중에는 음식물 탈리액을 탈수과정을 거쳐 하/폐수처리설비에 연계함에 따라 처리하는 방법이 있으나 탈수과정만으로는 고형물 함량(SS)을 줄이는데 한계가 있으며 여전히 많은 유분을 포함함은 물론 고농도 상태를 유지하여 문제가 되고, 이에 따라 음식물 탈리액을 탈수 후 하/폐수처리설비로 바로 반입하지 않고 소정의 처리장비(예를 들면, 혐기처리, 호기처리 등)를 이용하여 유기물 고형분의 농도 대비 용존성 유기물의 농도를 낮춘 다음 하/폐수처리설비에 연계하도록 이루어지고 있다.
그러나 상기와 같이 혐기처리나 호기처리 등과 같이 소정의 처리장비를 통해 음식물 탈리액을 처리하는 과정에서는 고농도를 저농도로 만들기 위한 과도한 에너지가 소요되는 문제가 있었다.
그리고 상기한 하/폐수처리설비에서는 일반적인 처리공정을 행할 경우 질소와 인의 제거율이 매우 낮기 때문에 질소나 인의 제거원으로 유기탄소원 등을 투입하여 사용한다.
상기와 같이 종래 유기탄소원을 사용하여 하/폐수의 질소나 인을 제거하기 위한 제거방법으로서 대한민국 특허등록 제10-0375413호에는 초침을 거친 유입수의 인을 방출하기 위하여 선택적으로 외부에서 유기탄소원이 공급되는 혐기조; 상기 혐기조에서 방출된 인을 과잉섭취 및 암모니아 질소 또는 유기성 질소를 산화시키는 위한 제1호기조; 상기의 제1호기조를 거친 후 필수적으로 외부에서 공급되는 유기탄소원을 이용하여 질산성 질소를 탈기시켜 제거하는 무산소조; 상기 무산소조를 거친 최종 잔여 유기물질 및 인을 제거하기 위하여 후폭기를 행하는 제2호기조; 후단의 제2호기조에서 유출될 수 있는 질산성 질소를 더 많이 제거하기 위하여 유입수의 100%정도를 무산소조로 내부순환하는 내부순환과정; 상기의 제2호기조를 다시 거친 후 고액분리하여 처리수는 방류하고 슬러지 중의 일부는 폐기처분하고 대부분의 슬러지는 상기 혐기조 전단으로 이송하여 처리하기 위한 최종 침전조(종침); 등을 특징으로 하는 외부 유기탄소원을 이용한 하수의 질소, 인 제거방법이 공지되어 있다.
이처럼 하/폐수처리설비에서 하수나 폐수의 질소와 인을 처리함에는 자원인 유기탄소원을 사용하여 생물 화학적인 작용을 통해 처리하고 있기 때문에 유기탄소원의 수요증가에 따른 지속적인 유기탄소원의 공급가능한 방안이 요구된다.
이에 따라 음식물 탈리액을 활용한 자원순환 기술의 기술적인 완성도에 부응할 수 있는 방안과 함께 유기탄소원을 지속적으로 생성시켜 공급할 수 있는 방안에 대한 새로운 형태의 기술개발이 시급히 요구되는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 음식물 탈리액에 남은 미생물을 배양하여 유기탄소원이 생성될 수 있도록 발효하므로 음식물 탈리액을 재활용하면서 폐수처리에 유용한 미생물을 다량 함유한 고품질 폐수처리용 제품의 새로운 원료로 생산하고, 이는 음식물 탈리액의 처리과정에서 질소의 제거에 따른 C/N비를 높여 폐수처리의 효율성을 높임은 물론 폐수처리용도로 재사용하기 때문에 폐수처리의 효용성을 극대화할 수 있는 음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조장치 및 그 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
그리고 본 발명은 미생물의 자기발열에 의한 고온 호기성 소화로 인해 미생물을 배양하거나 발효시키므로 별도의 열원공급이 불필요하여 시설의 유지비용을 대폭 절감할 수 있는 음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조장치 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 제안하는 음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조장치는 전처리된 음식물 탈리액인 원수를 유입하여 고형물을 걸러내고 미세한 입자의 원수를 계속해서 공급하는 미립자처리기와; 상기 미립자처리기로부터 유입된 원수를 내부에 수용하고 원수로부터 유분을 분리한 후 배출 제거하는 유량조정조와; 상기 유량조정조의 원수 중에서 일정한 유량이 공급되고 원수의 수소이온농도를 조정하여 고온 유용미생물을 배양하는 미생물배양조와; 상기 유량조정조의 원수 중에서 일정한 유량이 공급됨과 함께 상기 미생물배양조로부터 생성된 다량의 미생물을 갖는 배양액이 공급되어 원수를 유기탄소원으로 발효하는 유기탄소원발효조;를 포함하고, 상기 유량조정조와 미생물배양조 및 유기탄소원발효조에는 각각 수용된 유기물을 고온성 미생물의 활동에 적합한 45~65℃를 유지하여 유기물을 빠르게 분해하고, 질산화 과정을 거치지 않고 암모니아 스트리핑으로 질소를 제거하며 슬러지를 감량화하는 고온호기성소화기(ATAD, Autothermal Thermophlic Aerobic Digestion)를 포함하여 이루어진다.
상기 유량조정조에는 원수로부터 분리된 유분이 공급되어 내부공간에 수용하는 유분저장조와, 상기 유분저장조의 한쪽에 위치하여 유분에 소정의 열에너지를 가하고 비중차에 의해 혼재되어 있는 유분과 불순물을 서로 분리하여 유분으로부터 불순물을 제거하는 유분정제조를 더 포함하고, 상기 유분저장조 내에는 유분을 상기 유분정제조를 향해 공급할 수 있도록 유분을 수송하는 유분이송펌프가 구성된다.
상기 미생물배양조는 원수의 수소이온농도를 pH 6~8로 보정하여 농도를 지속해서 유지하도록 구성되고, 상기 미생물배양조에서 배양되는 고온 유용미생물은 고초균(bacillus subtillis)이다.
상기 고온호기성소화기는 외부로 물을 배출한 후 다시 재유입하여 교반에너지를 공급가능하게 설치되는 순환펌프와, 상기 순환펌프를 통해 재유입되는 물에 공기를 주입하도록 설치되는 송풍기와, 내부에서 상기 순환펌프 및 상기 송풍기로부터 물에 공기가 혼재된 상태로 재유입되는 물을 분출하는 미세기포노즐로 구성된다.
본 발명이 제안하는 음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조방법은 전처리된 음식물 탈리액의 원수로부터 고형물을 걸러 제거하는 고액분리단계와; 상기 고액분리단계를 거친 원수에 미세한 기포를 사용하여 원수로부터 유분을 분리하는 유분분리단계와; 상기 유분분리단계에서 유분이 분리된 원수를 투입하고 45~65℃의 자기발열 고온 호기성 소화환경을 조성하여 유기탄소원으로 발효하는 유기탄소원발효단계;를 포함하여 이루어진다.
상기 유분분리단계에서는 유분이 분리된 원수에 대해 수소이온농도를 균일하게 조정하고 45~65℃의 자기발열 고온 호기성 소화환경을 조성하여 고온 유용미생물을 배양하는 미생물배양단계를 더 포함하여 이루어지는 것도 가능하다.
상기 미생물배양단계에서 배양된 고온 유용미생물을 갖는 배양액은 상기 유기탄소원발효단계의 원수를 향해 투입하도록 이루어진다.
본 발명에 따른 음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조장치 및 그 제조방법에 의하면 음식물 탈리액의 미생물에 자기발열 고온 호기성 소화를 유지시키는 고온호기성소화기를 사용하여 고온 유용미생물(고초균)을 배양하는 미생물배양조와 유기탄소원으로 발효하는 유기탄소원발효조를 설치하므로, 음식물 탈리액을 수거하여 정화 처리함과 동시에 폐수처리에 유용한 고품질의 폐수처리용 원료로 재활용하여 제품을 새롭게 생산할 수 있기 때문에 폐액처리로부터 폐수처리의 효율성을 높이면서 자연환경을 보호하고, 폐액 처리와 함께 원료생산이 동시에 이루어져 폐수처리의 효용성을 극대화할 수 있는 효과를 얻는다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조장치 및 그 제조방법은 미생물의 자기발열을 유도하는 고온 호기성 소화를 유지하도록 미세기포를 분출시키는 고온호기성소화기를 설치하여 미생물의 배양 및 발효를 제공하므로, 시설의 유지비용을 대폭 절감하여 폐수처리의 경제성을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조장치 및 그 제조방법은 자기발열로부터 탈리액을 빠르게 분해하는 고온호기성소화기를 설치하여 암모니아 스트리핑으로 질소제거를 위한 유기물이 많아 C/N비를 높이므로 처리효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 제조장치의 일실시예를 개념적으로 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 제조장치의 일실시예를 개략적으로 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 제조방법의 일실시예를 개념적으로 나타내는 블록도.
본 발명은 전처리된 음식물 탈리액인 원수를 유입하여 고형물을 걸러내고 미세한 입자의 원수를 계속해서 공급하는 미립자처리기와; 상기 미립자처리기로부터 유입된 원수를 내부에 수용하고 원수로부터 유분을 분리한 후 배출 제거하는 유량조정조와; 상기 유량조정조의 원수 중에서 일정한 유량이 공급되고 원수의 수소이온농도를 조정하여 고온 유용미생물을 배양하는 미생물배양조와; 상기 유량조정조의 원수 중에서 일정한 유량이 공급됨과 함께 상기 미생물배양조로부터 생성된 다량의 미생물을 갖는 배양액이 공급되어 원수를 유기탄소원으로 발효하는 유기탄소원발효조;를 포함하고, 상기 유량조정조와 미생물배양조 및 유기탄소원발효조에는 각각 수용된 유기물을 고온성 미생물의 활동에 적합한 45~65℃를 유지하여 유기물을 빠르게 분해하고, 질산화 과정을 거치지 않고 암모니아 스트리핑으로 질소를 제거하며 슬러지를 감량화하는 고온호기성소화기(ATAD, Autothermal Thermophlic Aerobic Digestion)를 포함하는 음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조장치를 기술구성의 특징으로 한다.
또한 상기 유량조정조에는 원수로부터 분리된 유분이 공급되어 내부공간에 수용하는 유분저장조와, 상기 유분저장조의 한쪽에 위치하여 유분에 소정의 열에너지를 가하고 비중차에 의해 혼재되어 있는 유분과 불순물을 서로 분리하여 유분으로부터 불순물을 제거하는 유분정제조를 더 포함하고, 상기 유분저장조 내에는 유분을 상기 유분정제조를 향해 공급할 수 있도록 유분을 수송하는 유분이송펌프를 포함하는 음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조장치를 기술구성의 특징으로 한다.
또한 상기 미생물배양조는 원수의 수소이온농도를 pH 6~8로 보정하여 농도를 지속해서 유지하는 음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조장치를 기술구성의 특징으로 한다.
또한 상기 미생물배양조에서 배양되는 고온 유용미생물은 고초균(bacillus subtillis)인 음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조장치를 기술구성의 특징으로 한다.
또한 상기 고온호기성소화기는 외부로 물을 배출한 후 다시 재유입하여 교반에너지를 공급가능하게 설치되는 순환펌프와, 상기 순환펌프를 통해 재유입되는 물에 공기를 주입하도록 설치되는 송풍기와, 내부에서 상기 순환펌프 및 상기 송풍기로부터 물에 공기가 혼재된 상태로 재유입되는 물을 분출하는 미세기포노즐을 포함하는 음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조장치를 기술구성의 특징으로 한다.
또한 본 발명은 전처리된 음식물 탈리액의 원수로부터 고형물을 걸러 제거하는 고액분리단계와; 상기 고액분리단계를 거친 원수에 미세한 기포를 사용하여 원수로부터 유분을 분리하는 유분분리단계와; 상기 유분분리단계에서 유분이 분리된 원수를 투입하고 45~65℃의 자기발열 고온 호기성 소화환경을 조성하여 유기탄소원으로 발효하는 유기탄소원발효단계;를 포함하는 음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조방법을 기술구성의 특징으로 한다.
또한 상기 유분분리단계에서는 유분이 분리된 원수에 대해 수소이온농도를 균일하게 조정하고 45~65℃의 자기발열 고온 호기성 소화환경을 조성하여 고온 유용미생물을 배양하는 미생물배양단계를 더 포함하는 음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조방법을 기술구성의 특징으로 한다.
또한 상기 미생물배양단계에서 배양된 고온 유용미생물을 갖는 배양액은 상기 유기탄소원발효단계의 원수를 향해 투입하도록 이루어지는 음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조방법을 기술구성의 특징으로 한다.
다음으로 본 발명에 따른 음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조장치의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
그러나 본 발명의 실시예들은 해당 기술분야에서 보통의 지식을 가진 자가 본 발명을 이해할 수 있도록 설명하기 위해서 제공되는 것이고, 도면에서 나타내는 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 예시적으로 나타내는 것이다.
먼저 본 발명에 따른 음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조장치의 일실시예는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 미립자처리기(5)와, 유량조정조(10)와, 미생물배양조(20)와, 유기탄소원발효조(30)와, 고온호기성소화기를 포함하여 이루어진다.
상기 미립자처리기(5)는 음식물쓰레기로부터 전처리된 음식물 탈리액인 원수를 유입한다. 즉, 음식물쓰레기를 자원화시설을 통해 전처리한 음식물 탈리액은 전처리과정에서 다량의 용수가 함유되기 때문에 일반적인 음식물 탈리액에 비해 그 오염도가 매우 낮은 원수가 유입된다.
상기 미립자처리기(5)는 내부를 향해 유입된 원수에 물과 함께 혼입되어 있는 비교적 비중이 큰 고형물을 걸러내어 원수에 미세한 입자만이 잔재하도록 제거한 후 계속해서 공급가능하도록 설치된다. 즉, 상기 미립자처리기를 거치면 상대적으로 비중이 무거운 고형물이 제거되어 고형물 함량(SS)이 30,000~50,000 정도인 탈리액이 후속공정을 향해 공급된다.
상기 미립자처리기(5)는 내부에 미세한 크기의 구멍이 형성된 스크린으로서, 지속적인 작업이 가능하도록 연속해서 고형물을 제거할 수 있는 원통상의 스크린(예를 들면, 드럼스크린, 회전스크린 등)을 설치하는 것이 바람직하다.
상기 유량조정조(10), 미생물배양조(20), 유기탄소원발효조(30)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 원수를 처리하도록 계속해서 공정이 진행되는 방향을 따라 연계하여 서로 구획된 공간을 이루는 구조로 설치된다.
상기 유량조정조(10)는 상기 미립자처리기(5)로부터 유입된 원수를 내부에 수용하고 원수로부터 유분을 제거하는 역할을 수행하도록 설치되는 것으로서, 상기 미립자처리기(5)에서 전처리한 후 공급된 음식물 탈리액 중에 아직 남아 있는 유분을 제거한다.
상기 유량조정조(10)는 상기 고온호기성소화기(40)에 의해 하부에서 분사되는 미세기포를 이용하여 유분을 상부로 부상시킴에 따라 유분을 분리한 후 수면에 떠있는 유분을 배출하도록 구성된다.
상기 유량조정조(10)에는 원수로부터 분리된 유분을 배출하여 내부공간에 수용토록 공급가능하게 설치되는 유분저장조(15)에 연결된다.
상기 유분저장조(15)의 내부에는 상기 유량조정조(10)로부터 공급된 유분이 일정한 부피로 쌓이는 경우 유분을 수송시킬 수 있도록 유분이송펌프(17)가 설치된다.
상기 유분저장조(15)의 한쪽에는 유분에 소정의 열에너지를 가하고 혼재되어 있는 유분과 불순물을 비중차에 의해 서로 분리하여 유분으로부터 불순물을 제거하도록 유분정제조(19)가 구비된다. 즉, 상기 유분정제조(19)는 상기 유분저장조(15) 내에 수용된 유분을 상기 유분이송펌프(17)로부터 일정량씩 공급받아 가열하는 방법을 통하면 유분과 불순물의 점도가 낮아져 비중차에 의한 분리가 일어남에 따라 비중이 가벼워 상부에 층을 이루는 유분을 분리하여 얻게 된다.
상기 유분정제조(19)에는 온도를 60℃ 이상으로 유지할 수 있도록 열에너지를 주입한다.
또한 상기 유량조정조(10)에는 내부에 위치하고 유분이 제거된 원수를 상기 미생물배양조(20) 및 유기탄소원발효조(30)를 향해 수송할 수 있도록 원수이송펌프(11)를 구성하는 것도 가능하다.
상기 원수이송펌프(11)는 상기 유량조정조(10)로부터 유분이 제거된 원수를 상기 미생물배양조(20) 및 유기탄소원발효조(30)를 향해 각각 정해진 일정한 유량만큼 순서에 따라 수송한다. 예를 들면, 상기 유량조정조(10)에서 상기 원수이송펌프(11)에 의해 원수를 공급하되 상기 미생물배양조(20)에 원수 중 1/3의 유량을 우선적으로 공급하고 상기 유기탄소원발효조(30)에 남은 2/3의 유량을 공급하도록 수송한다.
상기 미생물배양조(20)는 상기 유량조정조(10)의 원수 중에서 일정한 유량이 공급되고 고온 유용미생물을 배양토록 내부환경을 조성한다.
상기 미생물배양조(20)는 고온 유용미생물을 배양하기 위해 상기 고온호기성소화기(40)로부터 하부에서 소정의 온도를 갖는 미세기포를 지속적으로 분출시킴은 물론 원수의 수소이온농도를 조정한다.
상기 미생물배양조에서 음식물 탈리액의 발효가 진행되면 암모니아가 탈기됨과 함께 수소이온농도(pH)를 스스로 조정하도록 상승시킨다.
또한 상기 미생물배양조(20)에는 원수 즉, 음식물 탈리액이 고농도의 유기산에 의해 낮은 수소이온농도(pH)를 나타냄에 따라 원수의 수소이온농도를 균일하게 조정할 수 있도록 약품을 투입하는 케미컬공급기(25)가 연계된 구조로 설치하여 구성하는 것도 가능하다.
상기 케미컬공급기(25)는 상기 미생물배양조(20)를 향해 원활하게 약품을 공급할 수 있도록 피드펌프(27)를 설치하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 미생물배양조(20)는 원수의 수소이온농도를 pH 6~8로 보정하여 농도를 지속해서 유지한다. 바람직하게는 원수의 수소이온농도를 pH 7로 보정하도록 설정하는 것이 바람직하다.
상기 미생물배양조(20)에서 배양되는 고온 유용미생물은 고초균(bacillus subtillis)으로 원수와 함께 배양액을 이룬다.
일반적으로 고초균은 바실루스 속에 속하는 대표적인 미생물로서 2~3㎛의 길이를 이루고, 호기성균의 일종으로 독성이 없으며 내생포자를 형성하고 열, 방사선, 화학약품에 대한 강한 내성을 보이며 간단한 배지에서 생육할 수 있고 생육의 최적 상태는 pH 7~8.5, 온도 37~40℃로 알려져 있다.
상기 유기탄소원발효조(30)는 상기 유량조정조(10)로부터 공급되는 원수와 함께 상기 미생물배양조(20)로부터 공급되는 배양액이 서로 혼입되어 유기탄소원으로 발효되도록 내부환경을 조성한다.
상기 유기탄소원발효조(30)의 하부에는 상기 고온호기성소화기(40)로부터 소정의 온도를 갖는 미세기포를 지속적으로 분출시켜 유기탄소원을 생성토록 발효된다.
상기 유기탄소원발효조(30)에는 상기 유량조정조(10)의 원수 중에서 일정한 유량이 공급되고 나머지는 상기 미생물배양조(20)로부터 생성된 다량의 미생물을 갖는 배양액이 공급된다.
상기 유기탄소원발효조(30)는 원수와 배양액으로부터 유기탄소원을 보다 확실하게 생성토록 발효환경을 조성하기 위해 여러 차례에 걸쳐 실시가능한 형태로 구성하는 것도 가능하다.
예를 들면, 상기 유기탄소원발효조(30)는 각각 구분된 내부공간을 형성토록 격벽을 통해 구획하고 상기 유량조정조(10)와 상기 미생물배양조(20)로부터 공급된 원수 및 배양액을 1차적으로 발효하여 유기탄소원을 생성시킨 후, 다시금 유기탄소원을 구분된 다른 공간의 상기 유기탄소원발효조(30)로 공급하여 2차적으로 발효토록 구성한다.
또한 상기 유기탄소원발효조(30)의 한쪽에는 발효생성된 유기탄소원을 저장시킬 수 있도록 저장조(35)를 구성하는 것도 가능하다.
상기 저장조(35)에는 유기탄소원을 이송하여 공급가능하도록 펌프(37)를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 고온호기성소화기(40)는 고온성 미생물의 활동에 적합한 온도인 45~65℃를 유지하여 유기물을 빠르게 분해하고 질산화 과정을 거치지 않고 암모니아 스트리핑으로 질소를 제거하며 슬러지를 감량화하도록 구성된다.
상기 고온호기성소화기(40)는 상기 유량조정조(10)와 미생물배양조(20) 및 유기탄소원발효조(30)에 각각 설치된다.
상기 고온호기성소화기(40)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 원수에 포함된 미생물들을 호기성 소화하여 자유 열에너지를 생성하도록 미세한 기포를 발생시키는 것으로서, 순환펌프(41)와, 송풍기(43)와, 미세기포노즐(45)로 구성된다.
상기 순환펌프(41)는 상기 유량조정조(10)나 미생물배양조(20) 및 유기탄소원발효조(30)로부터 외부로 물을 배출시킨 후 다시 내부를 향해 재유입하도록 동력을 부여하여 내부에 교반에너지를 공급가능하게 설치되는 것으로, 순환경로를 이루는 파이프관 상에 설치된다.
상기 송풍기(43)는 상기 순환펌프(41)를 통해 재유입되도록 순환 중인 물에 대해 소정의 공기를 주입할 수 있게 파이프관을 통해 연결하여 설치된다.
상기 송풍기(43)로부터 생성되는 공기는 상기 유량조정조(10)나 미생물배양조(20) 및 유기탄소원발효조(30)의 내부에 존재하는 공기를 유출하여 순환시키는 구조로 구성함이 바람직하다.
상기 송풍기(43)로부터 생성되는 공기를 제공토록 연결된 파이프관에는 공기의 공급 여부를 제어하거나 공기의 공급량을 조절할 수 있도록 개도 조절이 가능한 밸브를 설치하는 것이 바람직하다.
상기 미세기포노즐(45)은 상기 유량조정조(10)나 미생물배양조(20) 및 유기탄소원발효조(30)의 내부에 설치되고, 내부에서 상기 순환펌프(41) 및 상기 송풍기(43)로부터 물에 공기가 혼재된 상태로 재유입되는 물을 미생물이 접촉하도록 분출한다.
상기 미세기포노즐(45)은 상기 유량조정조(10)나 미생물배양조(20) 및 유기탄소원발효조(30)의 하부에 위치하고 다수의 노즐공이 구비되어 전체적으로 고르게 분출될 수 있도록 구성함이 바람직하다.
다음으로 본 발명에 따른 음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조방법의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저 본 발명에 따른 음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조방법의 일실시예는 도 3에 나타낸 바와 같이, 고액분리단계(S10)와, 유분분리단계(S20)와, 유기탄소원발효단계(S40)를 포함하여 이루어진다.
상기 고액분리단계(S10)는 음식물쓰레기를 시설을 통해 전처리한 음식물 탈리액이 원수로서 유입되며, 원수로부터 비교적 크기가 큰 고형물을 걸러 제거함에 따라 원수의 고형물 함량(SS)이 30,000~50,000 정도인 탈리액을 후속처리공정(상기 유분분리단계(S20))에 공급한다.
상기 유분분리단계(S20)는 상기 고액분리단계(S10)를 거쳐 유입된 원수로부터 유분을 분리하여 제거한다.
상기 유분분리단계(S20)에서 원수로부터 유분을 분리함에는 하부에서 미세한 기포를 사용하여 원수에 포함된 유분을 상부로 부상시킴에 따라 원수로부터 유분이 수면 상에 떠있는 분리된 상태를 이루게 된다.
상기 유분분리단계(S20)에서 원수로부터 분리된 유분은 외부로 배출하여 별도로 가온함에 따라 유분으로부터 불순물을 분리한 후 불순물은 제거하고 유분을 얻게 된다.
상기 유분분리단계(S20)에서 유분이 분리된 원수는 계속해서 유기탄소원발효단계(S40)에 정해진 유량을 수송한다.
상기 유분분리단계(S20)에서는 상기 유분분리단계에서 유분이 분리된 원수에 대해 환경을 조성하여 고온 유용미생물을 배양하는 미생물배양단계(S30)를 더 포함하는 것도 가능하다.
상기 미생물배양단계(S30)에서는 고온 유용미생물을 배양함에는 원수를 지속적으로 순환하며 하부에서 미세기포를 분출시켜 원수를 향해 접촉시킴에 따라 45~65℃ 자기발열 고온 호기성 소화환경을 조성하고 원수의 수소이온농도를 pH 7로 균일하게 유지한다.
상기 미생물배양단계(S30)에서는 고온 유용미생물로서 고초균을 배양하고 원수와 함께 배양액을 이룬다.
상기 미생물배양단계(S30)에서 배양된 고온 유용미생물을 갖는 배양액은 상기 유기탄소원발효단계(S40)의 원수를 향해 투입한다.
상기 유기탄소원발효단계(S40)는 소정의 온도를 갖는 미세기포를 지속적으로 분출하여 원수로부터 유기탄소원을 생성토록 발효한다.
상기 유기탄소원발효단계(S40)에는 상기 유분분리단계(S20)에서 유분이 분리된 원수와 상기 미생물배양단계(S30)를 거쳐 조성된 배양액이 각각 투입되어 혼재하고 45~65℃의 자기발열 고온 호기성 소화환경을 조성하여 유기탄소원으로 발효한다.
상기 유기탄소원발효단계(S40)는 유기탄소원을 보다 확실하게 생성시킬 수 있는 발효환경을 조성하도록 여러 차례에 걸쳐 실시하는 것도 가능하다.
상기 유분분리단계(S20)와 미생물배양단계(S30) 및 유기탄소원발효단계(S40)에서는 각각 원수에 자기발열 고온 호기성 소화환경을 조성하도록 원수를 지속적으로 순환하고, 순환되는 원수에 공기를 주입한 후 내부에서 미세한 기포로 분출시킨다.
상기에서 원수를 순환함에는 하측으로 원수를 배출한 후 다시 유입함을 지속적으로 반복해서 순환시킨다.
상기 원수를 순환하는 과정에서 원수에 공기를 생성시켜 주입한다.
또한 상기 유기탄소원발효단계(S40)를 거쳐 원수를 유기탄소원으로 생성한 다음에는 유기탄소원을 모아 저장하는 것이 바람직하다.
즉, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조장치 및 그 제조방법에 의하면, 음식물 탈리액의 미생물에 자기발열 고온 호기성 소화를 유지시키는 고온호기성소화기를 사용하여 고온 유용미생물(고초균)을 배양하는 미생물배양조와 유기탄소원으로 발효하는 유기탄소원발효조를 설치하므로, 음식물 탈리액을 수거하여 정화 처리함과 동시에 폐수처리에 유용한 고품질의 폐수처리용 원료로 재활용하여 제품을 새롭게 생산할 수 있기 때문에 완전한 폐액처리로부터 폐수처리의 효율성을 높이면서 자연환경을 보호하고, 폐액 처리와 함께 원료생산이 동시에 이루어져 폐수처리의 효용성을 극대화하는 것이 가능하다.
뿐만 아니라, 본 발명은 미생물의 자기발열을 유도하는 고온 호기성 소화를 유지하도록 미세기포를 분출시키는 고온호기성소화기를 설치하여 미생물의 배양 및 발효를 제공하므로, 시설의 유지비용을 대폭 절감하여 폐수처리의 경제성을 높이는 것이 가능하다.
또한 본 발명은 자기발열로부터 탈리액을 빠르게 분해하는 고온호기성소화기를 설치하여 암모니아 스트리핑으로 질소제거를 위한 유기물이 많아 C/N비를 높이므로 처리효율을 극대화하는 것이 가능하다.
상기에서는 본 발명에 따른 음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조장치 및 그 제조방법의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
5 : 미립자처리기 10 : 유량조정조
11 : 원수이송펌프 15 : 유분저장조
17 : 유분이송펌프 19 : 유분정제조
20 : 미생물배양조 25 : 케미컬공급기
27 : 피드펌프 30 : 유기탄소원발효조
35 : 저장조 37 : 펌프
40 : 고온호기성소화기 41 : 순환펌프
43 : 송풍기 45 : 미세기포노즐

Claims (8)

  1. 전처리된 음식물 탈리액인 원수를 유입하여 고형물을 걸러내고 미세한 입자의 원수를 계속해서 공급하는 미립자처리기와;
    상기 미립자처리기로부터 유입된 원수를 내부에 수용하고 원수로부터 유분을 분리한 후 배출 제거하는 유량조정조와;
    상기 유량조정조의 원수 중에서 일정한 유량이 공급되고 원수의 수소이온농도를 조정하여 고온 유용미생물을 배양하는 미생물배양조와;
    상기 유량조정조의 원수 중에서 일정한 유량이 공급됨과 함께 상기 미생물배양조로부터 생성된 다량의 미생물을 갖는 배양액이 공급되어 원수를 유기탄소원으로 발효하는 유기탄소원발효조;를 포함하고,
    상기 유량조정조와 미생물배양조 및 유기탄소원발효조에는 각각 수용된 유기물을 고온성 미생물의 활동에 적합한 45~65℃를 유지하여 유기물을 빠르게 분해하고, 질산화 과정을 거치지 않고 암모니아 스트리핑으로 질소를 제거하며 슬러지를 감량화하는 고온호기성소화기(ATAD, Autothermal Thermophlic Aerobic Digestion)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유량조정조에는 원수로부터 분리된 유분이 공급되어 내부공간에 수용하는 유분저장조와, 상기 유분저장조의 한쪽에 위치하여 유분에 소정의 열에너지를 가하고 비중차에 의해 혼재되어 있는 유분과 불순물을 서로 분리하여 유분으로부터 불순물을 제거하는 유분정제조를 더 포함하고,
    상기 유분저장조 내에는 유분을 상기 유분정제조를 향해 공급할 수 있도록 유분을 수송하는 유분이송펌프를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 미생물배양조는 원수의 수소이온농도를 pH 6~8로 보정하여 농도를 지속해서 유지하는 것을 특징으로 하는 음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 미생물배양조에서 배양되는 고온 유용미생물은 고초균(bacillus subtillis)인 것을 특징으로 하는 음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 고온호기성소화기는, 외부로 물을 배출한 후 다시 재유입하여 교반에너지를 공급가능하게 설치되는 순환펌프와, 상기 순환펌프를 통해 재유입되는 물에 공기를 주입하도록 설치되는 송풍기와, 내부에서 상기 순환펌프 및 상기 송풍기로부터 물에 공기가 혼재된 상태로 재유입되는 물을 분출하는 미세기포노즐을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조장치.
  6. 전처리된 음식물 탈리액의 원수로부터 고형물을 걸러 제거하는 고액분리단계와;
    상기 고액분리단계를 거친 원수에 미세한 기포를 사용하여 원수로부터 유분을 분리하는 유분분리단계와;
    상기 유분분리단계에서 유분이 분리된 원수를 투입하고 45~65℃의 자기발열 고온 호기성 소화환경을 조성하여 유기탄소원으로 발효하는 유기탄소원발효단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 유분분리단계에서는 유분이 분리된 원수에 대해 수소이온농도를 균일하게 조정하고 45~65℃의 자기발열 고온 호기성 소화환경을 조성하여 고온 유용미생물을 배양하는 미생물배양단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 미생물배양단계에서 배양된 고온 유용미생물을 갖는 배양액은 상기 유기탄소원발효단계의 원수를 향해 투입하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 음식물 탈리액을 이용한 유기탄소원 제조방법.

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