KR20140032362A - 혐기성 처리 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

혐기성 소화 장치를 소형화함과 함께 인, 실록산 등의 석출물 발생을 저감시키고, 폐수 처리 설비 등에서 발생하는 오니를 안정적이고 또한 효율적으로 혐기성 소화함과 함께, 바이오 가스 (특히 메탄 가스) 를 효율적으로 회수할 수 있고, 또한 소화 오니를 효율적으로 탈수할 수 있는 저비용화를 도모할 수 있는 혐기성 처리 방법 및 장치를 제공하는 것.
오니에 응집제를 첨가하여 조제한 응집 오니를, 오니 농도 4 ∼ 12 ％ 의 오니 농축물과 분리액으로 고액 분리하는 전처리 공정, 그 오니 농축물을 혐기성 소화함과 함께 바이오 가스를 회수하는 혐기성 소화 공정, 그 혐기성 소화 공정으로 조제된 혐기성 소화 오니에, 응집제와, 상기 분리액 및 물 중 적어도 어느 것을 혼합하여 소화 오니 응집물을 조제하는 공정, 그 소화 오니 응집물을 고액 분리하여 얻어지는 소화 오니 농축물을 탈수하는 공정을 포함하는 혐기성 처리 방법 및 상기 처리 방법을 실시하기 위한 장치.

Description

혐기성 처리 방법 및 장치{ANAEROBIC PROCESSING METHOD AND DEVICE}

본 발명은 오니의 혐기성 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.

오니의 혐기성 소화 처리는, 호기성 처리에 비하여 오니 발생량이 적고, 병원 미생물이나 기생충 알도 신속하게 사멸시켜 안정화하고, 산소의 공급이 불필요하기 때문에 동력 소비량도 적고, 메탄 가스를 주성분으로 하는 바이오 가스도 얻어지는 점에서, 에너지 절약적 처리 방법으로서 오래전부터 적용되고 있는 기술이다. 한편, 혐기성 소화조 설비는 대용량을 필요로 하고, 소화 오니의 처리에서는 약품 비용이 비싸고, 또한, 오니가 난탈수성이고 탈수 오니 함수율도 낮추기 어려운 점에서, 과제점이 많은 기술이기도 하다.

따라서, 현 상황의 오니 처분 방법으로는, 오니를 혐기성 소화하지 않고, 탈수시켜 매립하거나, 탈수시켜 소각 처분하는 사례가 아직도 많다. 예를 들어, 종래 오니의 혐기성 처리로서, 도 6 에 나타내는 블록 플로우도로 나타내는 것을 들 수 있다. 이 플로우에 대하여 설명한다.

오니 (1) 는 저류 장치 (2) 에 보내지고, 이어서 오니 (1) 는 고액 분리 장치 (6) 에 보내지고, 오니 농축물 (7) 과 분리액 (8) 으로 고액 분리되어, 오니 농축물 (7) 은 혐기성 소화 장치 (9) 에 보내지고, 오니의 혐기성 소화에 의해 바이오 가스 (10) 및 혐기성 소화 오니 (11) 가 생성되며, 바이오 가스 (10) 는 바이오 가스 탱크 (101) 에 보내지고, 이어서 바이오 가스 (10) 는 가스 이용 설비 (102) (예를 들어, 가스 터빈, 바이오 가스 보일러, 가스등, 건조기 열원 등), 혹은 잉여 가스 연소 장치 (103) 에 보내진다. 혐기성 소화 오니 (11) 는 소화 오니 응집물 조제 장치 (12) 에 보내져, 분리액 (14) 을 분리함과 함께 소화 오니 응집물 (15) 이 조제되고, 소화 오니 응집물 (15) 은 탈수 장치 (16) 에 보내져, 분리액 (17) 을 분리함과 함께 탈수 케이크 (18) 가 조제된다. 분리액 (8), 분리액 (14), 및 분리액 (17) 은 폐수 처리 설비 (104) 등에 보내진다. 소화 오니 응집물 조제 장치 (12) 에서는, 응집제가 첨가되는 경우가 많다.

한편, 특허문헌 1 에는, (a) 오니가 혼재하는 분뇨를 고액 분리하는 전처리 공정과, (b) 처리 공정에서 분리된 고형물을 탈수하지 않고 직접 혐기성 소화하는 혐기성 소화 공정과, (c) 동식물 잔사 (殘渣) 및 고형물을 함유하는 주개 (廚芥) 를 혐기성 소화하는 혐기성 소화 공정과, (d) 혐기성 소화 공정 유출액을 고형물과 분리수로 탈수 분리하는 탈수 공정, (e) 전처리 공정의 분리수, 탈수 공정으로부터의 분리수를 생물학적으로 산화, 탈질소하는 생물 처리 공정으로 이루어지는 처리 방법에 의해, 유기성 폐수 처리 시설의 오니, 정화조 오니 등의 오니, 분뇨, 동식물 잔사를 함유하는 주개를 에너지 절약적으로 처리함과 함께, 분뇨, 정화조 오니 중의 비위생인 체사 (篩渣) 를 위생적으로 콤포스트화 또는 고형 연료화하는, 분뇨, 주개, 오니의 처리 방법을 제안하고 있다.

특허문헌 2 에는, 폐수 처리 설비에 있어서의 최초 침전지로부터 발생하는 초침 (初沈) 오니와 최종 침전지로부터 발생하는 잉여 오니를 혼합하여 저류하고, 이 혼합 오니에 응집제를 첨가하여 1 차 응집 처리를 실시하고, 다음으로 1 차 응집 처리를 끝낸 혼합 오니를 그 오니 농도가 6 ∼ 8 ％ 가 되도록 농축 처리하고, 이어서 농축 처리 후의 혼합 오니에 응집제를 첨가하여 2 차 응집 처리를 실시하고, 추가로 2 차 응집 처리를 실시한 혼합 오니에 탈수 처리를 실시하는 처리 방법에 의해, 폐수 처리에 의해 발생하는 초침 오니와 잉여 오니의 2 종의 오니를, 1 계통으로 농축 처리함과 함께, 후속의 탈수 공정에 있어 최적의 오니 농도까지 농축, 유지함으로써, 이들 폐수 오니의 농축, 탈수 프로세스에 있어서의 토탈의 효율을 최대한으로 발휘시키는 오니 처리 방법 및 그 시스템을 제안하고 있다.

또한, 특허문헌 3 에는, 고액 분리 장치의 반송 능력을 높임과 함께, 압압 (押壓) 압착 효과를 증대시키는 슬릿형 농축기가 제안되어 있다.

일본 공개특허공보 평10-216785호 일본 공개특허공보 2007-264758호 일본 공개특허공보 2003-211293호

폐수 처리 설비 등에서 발생하는 오니의 혐기성 소화 처리에서는, 통상적으로는 HRT (수리학적 체류 시간 : Hydraulic retention time) 20 ∼ 30 일로 하기 때문에 대용량의 혐기성 소화조를 필요로 하는 것이 최대의 문제였다. 예를 들어, 오니 TS (Total Solids) 농도 3 wt％, 처리량 100 ㎥/일의 오니 처리에서는, 통상적으로 2000 ∼ 3000 ㎥ 의 대형 혐기성 소화조를 형성할 필요가 있다. 또한, 소화 오니 처리에서는, 오니 응집이나 탈수 처리에 필요한 약품 비용이 비싸지고, 또한, 오니가 난탈수성이 되어 있어 오니 함수율도 낮추기 어렵다는 것이 문제였다. 이것은, 오니의 혐기성 소화에서는 단백질이 분해됨으로써 암모니아 태질소가 생성되고, M 알칼리도 (pH 4.8 까지의 산 소비량) 도 3,000 ㎎CaCO₃/ℓ 정도 이상으로 높아져, 오니 응집의 최적 pH 조건으로 여겨지는 약산성 영역으로부터 벗어나기 때문이다. 나아가, 오니 소화에 의해 오니 중의 조 (粗) 부유물 (섬유분) 도 함께 분해되기 때문에, 오니 탈수시의 물빼기에 크게 기여하는 조부유물 함률이 저하되게 되어, 탈수 케이크 함수율은 높아지게 되는 문제도 있었다. 또한, 혐기성 소화조나 배관 등에 인이나 칼슘 등의 석출물이 발생한다는 문제도 있다. 또한, 배수 중에 포함되는 규소는, 통상적으로, 샴푸, 린스, 화장품 등에 포함되는 실리콘 오일 등의 규소 화합물에서 기인하는 실록산의 형태이다. 실록산이란, 주골격이 Si-O- 이고 측사슬에 탄화수소기를 갖는 규소-산소 결합을 갖는 유기 화합물을 의미한다. 실록산으로는, 예를 들어, 규소 원자가 2 ∼ 6 이고, 탄화수소기가 메틸기 등인 선상 또는 환상의 것을 들 수 있다. 실록산은 물에 대한 용해도가 낮은 점에서, 하수 오니를 혐기성 소화한 경우에는 바이오 가스 중으로 분배 이행하기 때문에, 바이오 가스를 발전 이용하면 가스 엔진 등의 발전 설비나 주변 기기에 스케일이 되어 석출되어, 발전 효율 저하나 설비 메인터넌스에 악영향을 미치는 사례가 많이 알려져, 이 방지 대책이 중요해졌다.

본 발명은 상기 서술한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 혐기성 소화 장치를 소형화함과 함께 인, 칼슘, 실록산 (실록산 결합을 갖는 규소 화합물) 등을 포함하는 석출물의 발생을 저감시키고, 폐수 처리 설비 등에서 발생하는 오니를 안정적이고 또한 효율적으로 혐기성 소화함과 함께, 바이오 가스 (특히 메탄 가스) 를 효율적으로 회수할 수 있고, 또한 소화 오니를 효율적으로 탈수할 수 있는 저비용화를 도모할 수 있는 혐기성 처리 방법 및 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 의하면, 이하의 혐기성 처리 방법 및 혐기성 처리 장치가 제공된다.

1) 오니에 응집제를 첨가하여 조제한 응집 오니를, 오니 농도 4 ∼ 12 wt％ 의 오니 농축물과 분리액으로 고액 분리하는 전처리 공정, 그 오니 농축물을 혐기성 소화함과 함께 바이오 가스를 회수하는 혐기성 소화 공정, 그 혐기성 소화 공정으로 조제된 혐기성 소화 오니에, 응집제와, 상기 분리액 및 물 중 적어도 어느 것을 혼합하여 소화 오니 응집물을 조제하는 공정, 및 그 소화 오니 응집물을 고액 분리하여 얻어지는 소화 오니 농축물을 탈수하는 공정을 포함하는 혐기성 처리 방법.

2) 오니에 응집제를 첨가하여 응집 오니를 조제하는 응집조, 그 응집 오니를 오니 농도 4 ∼ 12 wt％ 의 오니 농축물과 분리액으로 고액 분리하여 오니 농축물을 조제하는 전처리 오니 농축 장치, 그 오니 농축물을 혐기성 소화함과 함께 바이오 가스를 회수하는 혐기성 소화 장치, 그 혐기성 소화 장치로 조제된 혐기성 소화 오니에, 응집제와, 상기 분리액 및 물 중 적어도 어느 것을 혼합하여 소화 오니 응집물을 조제하는 소화 오니 응집 장치, 및 그 소화 오니 응집물을 고액 분리하여 얻어지는 소화 오니 농축물을 탈수하는 탈수 장치를 포함하는 혐기성 처리 장치.

본 발명의 처리 방법에 있어서, 전처리 공정으로 고액 분리되어 조제되는 오니 농축물은 4 ∼ 12 wt％ 로 종래 방법보다 1.5 ∼ 2 배 이상 고농도의 오니를 포함한다. 이 오니 농축물을 혐기성 소화 처리하기 위해서, 본 발명에 있어서의 혐기성 소화 오니는, 종래 방법에 있어서의 혐기성 소화 오니보다 높은 M 알칼리도 및 암모니아 농도를 갖는다. 그 때문에, 혐기성 소화 오니에 그대로 응집제를 첨가하여 탈수 가능한 플록을 얻고자 하면, 다량의 응집제가 필요해진다. 그래서 본 발명에서는, 탈수 가능한 소화 오니 응집물을 얻기 위해서, 전처리 공정으로 얻어진 분리액 또는 물 중 적어도 어느 것을 혐기성 소화 오니에 혼합하여 혐기성 소화 오니를 희석하고, 혐기성 소화 오니와 첨가되는 응집제의 오니 응집 반응에 의한 소화 오니 응집물의 생성을 원활하게 실시하여, 응집제 주입량의 저감을 도모한다. 또한, 본 발명의 전처리 공정에서는, 응집제를 첨가하여 조제한 응집 오니를 오니 농축물과 분리액으로 분리하기 때문에, 분리액에는 인 등의 수용성 내지 친수성의 유용 자원이 함유되게 되어, 효율적으로 유용 자원을 회수할 수 있다. 또한 유용 자원을 회수할 수 있는 전처리 공정은, 혐기성 소화 공정 전에 실시되기 때문에, 혐기성 소화 공정에 보내지는 오니 농축물 중의 인, 실록산 등은 저감되고, 또한, 오니 농도가 고농도이기 때문에, 혐기성 소화조에서의 인, 실록산 등을 포함하는 석출물의 발생을 저감시킬 수 있다.

본 발명에 있어서, 「％」 는 특별히 언급이 없는 한, 「질량％」 를 의미한다. 본 발명의 혐기성 처리 장치는, 상기 각 고유의 장치 사이에 오니를 보내기 위한 수단, 예를 들어, 배관, 펌프, 밸브 등을 적절히 가질 수 있다.

본 발명에 의하면, 폐수 처리장 등에서의 오니의 혐기성 소화에 의해 유기물을 분해함과 함께, 바이오 가스 (특히 메탄 가스) 를 효율적으로 회수할 수 있고, 이로 인해 에너지 회수 효율을 현저하게 향상시키는 것이 가능해진다. 특히, 종래의 처리 방법에 있어서의 대용량의 혐기성 소화조 설비를 필요로 하고, 소화 오니 처리를 위한 약품 비용이 비싸고, 또한, 오니가 난탈수성으로 탈수 오니 함수율도 낮추기 어렵다는 기술 과제에 대하여, 본 발명에서는 저 (低) 러닝 코스트 (running cost) 의 농축 장치로 오니 농도를 높게 농축할 수 있고, 또한, 혐기성 소화 용량도 대폭 삭감할 수 있으며, 나아가서는, 난탈수성의 혐기성 소화 오니에서의 탈수 조작 개선도 실시할 수 있기 때문에, 소화 오니를 효율적으로 탈수 처리할 수 있는 저비용의 혐기성 소화 시스템을 실현할 수 있다. 또한, 본 발명은 혐기성 소화조에 대한 인, 칼슘, 실록산 등의 도입량을 종래의 대략 절반으로 저감시킬 수 있고, 나아가서는 혐기성 소화조에서의 인, 칼슘, 실록산 등을 포함하는 석출물의 발생을 저감시킬 수 있어, 혐기성 소화조 및 배관 등의 유지, 관리 비용의 저감화에 기여함과 함께 인 등의 유용 자원을 효율적으로 회수할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 실시형태에 관련된 처리 장치의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 2 는 본 발명의 실시형태에 관련된 처리 장치의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 3 은 본 발명의 실시형태에 관련된 처리 장치의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 4 는 본 발명의 실시형태에 관련된 처리 장치의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 5 는 본 발명의 실시형태에 관련된 처리 장치의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 6 은 종래의 처리 장치의 구성을 나타내는 설명도이다.

이하, 적절히 도면을 참조하면서, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명의 혐기성 처리 방법은, 오니에 응집제를 첨가하여 조제한 응집 오니를, 오니 농도 4 ∼ 12 wt％ 의 오니 농축물과 분리액으로 고액 분리하는 전처리 공정, 그 오니 농축물을 혐기성 소화함과 함께 바이오 가스를 회수하는 혐기성 소화 공정, 그 혐기성 소화 공정으로 조제된 혐기성 소화 오니에, 응집제와, 상기 분리액 및 물 중 적어도 어느 것을 혼합하여 소화 오니 응집물을 조제하는 공정, 및 그 소화 오니 응집물을 고액 분리하여 얻어지는 소화 오니 농축물을 탈수하는 공정을 포함한다.

본 발명에 있어서, 「오니」 란, 하수, 분뇨, 주개 등의 유기성 물질을 처리하는 공정에서 배출되는 오니를 의미한다.

본 발명에서 처리되는 오니로는, 폐수 처리 설비의 최초 침전지로부터 발생하는 초침 오니와 최종 침전지로부터 발생하는 잉여 오니에서 선택되는 적어도 1 종인 것이 바람직하고, 양자로부터의 혼합 오니인 것이 더욱 바람직하다. 그 오니는 저류조에 저류되고, 중력 농축되는 것이 바람직하다.

저류조로부터 배출된 오니에 응집제가 첨가되고, 응집 오니가 조제된다. 응집제의 첨가량은 오니의 SS (Suspended Solids, 현탁 입자) 에 대하여 0.2 ∼ 1.0 wt％ 가 바람직하고, 0.3 ∼ 0.6 wt％ 가 더욱 바람직하다.

응집제로는, 통상적으로 사용되는 응집제를 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있다. 예를 들어, 폴리황산 제 2 철 또는 PAC, 황산밴드 등의 무기계 응집제, 및 유기 고분자 응집제 (이하, 고분자 응집제라고도 한다) 등을 들 수 있고, 각각, 단독 또는 조합하여 사용할 수 있지만, 적어도 고분자 응집제를 포함하는 것이 바람직하다. 고분자 응집제로는, 카티온계, 아니온계, 양성 (兩性) 계 등을 들 수 있고, 예를 들어, 아미딘계 응집제, 아크릴아미드계 응집제, 아크릴산계 응집제 등을 들 수 있다.

이하, 본 발명의 혐기성 처리 방법을 공정별로 설명한다.

<전처리 공정>

이 전처리 공정은, 오니에 응집제를 첨가하여 조제한 응집 오니를, 오니 농도 4 ∼ 12 wt％ 의 오니 농축물과 분리액으로 고액 분리하는 오니 농축 공정이다. 종래의 처리 방법에서는, 고분자 응집제를 첨가하여 오니를 농축하였기 때문에 3 ∼ 4 wt％, 높아도 4 ∼ 5 wt％ 정도의 오니 농도로 농축하는 것이 한계였다. 본 발명에서는 오니 농도 4 ∼ 12 wt％ 까지의 고농도화가 가능하다. 한편, 분리액에는 인, 칼슘, 실록산 등이 포함된다.

<혐기성 소화 공정>

다음으로, 상기 오니 농축물은 혐기성 소화 공정에 보내져, 혐기성 소화됨과 함께 발생하는 바이오 가스가 회수된다. 오니 농축물의 소화는 30 ∼ 60 ℃, 바람직하게는 30 ∼ 40 ℃ 의 중온 소화 영역 또는 50 ∼ 60 ℃ 의 고온 소화 영역에서 실시하는 것이 바람직하다. 혐기성 소화시의 바람직한 pH 는 pH 6 ∼ 8.5, 가장 바람직하게는 pH 6.5 ∼ 8.0 이다.

유지 성분이 많이 포함되는 후술하는 유기성 폐액 또는 폐기물을 혼합 소화하는 경우에는, 온도가 높은 편이 중성 지방이나 고급 지방산의 분산성이 증가하기 때문에, 50 ∼ 60 ℃ 의 고온 소화 방법을 선택하는 것이 바람직하다. 한편, 오니의 혐기성 소화로 생성되는 암모니아는 고 pH 와 고온 영역에서 해리되기 쉬운 점에서, 고온 소화에서는 암모니아 저해를 받기 쉬워지는 점에 주의가 필요하다. 소화액 중 NH₄ ^＋-N 농도로는, 중온 소화에서 3,500 ㎎/ℓ 이상, 고온 소화에서 2, 000 ㎎/ℓ 이상이 되면 메탄 생성 반응이 저해된다. 이들 조작 조건은 농축 오니의 오니 농도나 오니 성상, 혐기성 소화시의 수량 변동, 목표 처리 수질을 가미한 후에 결정된다.

혐기성 소화 공정은 상기 오니 농축물을 처리 온도 30 ∼ 60 ℃, HRT (수리학적 체류 시간 : Hydraulic retention time) 1 ∼ 3 일의 조건으로 가용화 및 산 발효 처리하는 전단 소화 공정과, 그 전단 소화 공정으로 처리된 소화 오니를 메탄 발효 처리하고, 혐기성 소화 오니를 조제하는 메탄 발효 공정을 포함하는 것이 보다 바람직하다.

이 전단 소화 공정은, 후단의 메탄 발효 공정의 혐기성 처리를 촉진시키는 기능을 갖고, 메탄 발효 공정에서의 HRT 를 저감시키고, 바이오 가스의 회수를 효율화·안정화하고, 조부유물 함유율을 높여 안정적으로 유지하여, 발효액 점도를 저감시키기 위해서 기여한다. 또한, 전단 소화 공정에서 SS 농도의 조정을 실시해도 된다.

메탄 발효 공정은 처리 온도 30 ∼ 60 ℃, 또한 HRT 12 ∼ 20 일의 조건으로 실시되는 것이 바람직하고, SS 에 대한 조부유물 함유율이 3 ∼ 20 ％ 가 되도록 혐기성 소화 오니가 조제되는 것이 바람직하다. 상기 조부유물 함유율의 조부유물이란, 셀룰로오스 등의 섬유상 물질, 입상 물질 등을 의미한다. 그 HRT 는 12 ∼ 15 일이 더욱 바람직하고, 조부유물 함유율은 5 ∼ 18 ％ 가 더욱 바람직하다. 조부유물 함유율을 상기 범위로 함으로써, 소화 오니 농축물의 탈수성을 개선하고, 탈수 케이크의 함수율 저감을 도모할 수 있다.

또한, 본 발명의 혐기성 소화 공정에서는, 외부, 즉 본 발명에 있어서 실시하는 폐수 처리장의 계 외로부터 반입한 유기성 폐액 또는 폐기물을 오니와 함께 처리할 수 있다. 외부로부터의 유기성 폐액 또는 폐기물이란, 공장, 하수 처리장 등의 설비로부터 배출되는 유기 화합물을 적어도 포함하고, 오니, 초본류 등을 포함해도 된다. 외부로부터의 유기성 폐액 또는 폐기물은 전처리 공정, 전단 소화 공정 및 메탄 발효 공정 중 어느 것에 반입해도 된다. 외부로부터의 유기성 폐액 또는 폐기물을 오니와 함께 혐기성 소화하는 경우에는, 그 유기성 폐액 또는 폐기물의 슬러리 TS (Total solids) 농도를 1 ∼ 15 ％ (더욱 바람직하게는 3 ∼ 10 ％) 로 조정하고, 오니 농축물의 TS 에 대하여 120 ％ 이하 (더욱 바람직하게는 5 ∼ 100 ％) 의 슬러리 TS 비가 되는 혼합 조건으로 첨가하는 것이 바람직하다. 여기서, 슬러리 TS 농도란, 슬러리 중의 TS 농도를 의미하고, 슬러리 TS 비란, 슬러리에 포함되는 반입 물질의 TS 비율을 의미한다. 슬러리 TS 농도는 유기성 폐액 또는 폐기물의 종류, 농도, 상태, 반입 빈도 등을 가미하여 결정된다. 또한, 외부로부터 반입되는 유기성 폐액 또는 폐기물은, 필요에 따라 물리적, 화학적, 생물적 분해 처리된 후에 혐기성 소화 공정에 도입되면 소화 반응을 안정화시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 처리 방식의 일례로는, 습식 파쇄, 건식 분쇄, 열처리, 고온 고압 처리, 산 또는 알칼리 처리, 생물적 가용화 또는 산 발효 처리 등을 바람직하게 들 수 있다.

<소화 오니 응집물 조제 공정>

다음으로, 혐기성 소화 공정으로 조제된 혐기성 소화 오니에 응집제와, 전처리 공정의 분리액 및 물 중 적어도 어느 것을 혼합하여 소화 오니 응집물을 조제한다.

혐기성 소화 오니에 첨가하는 응집제로는 고분자 응집제 등이 바람직하다. 또한, 폴리황산 제 2 철 또는 PAC 등의 무기계 응집 보조제와 고분자 응집제의 병용도 분리액의 청징도 (淸澄度) 를 높이기 위해서 유효한 경우가 있다. 고분자 응집제로는, 고가의 아미딘계 응집제도 사용할 수 있지만, 비교적 저렴한 카티온 폴리머계 응집제, 예를 들어, 아크릴산에스테르계, 메타크릴산에스테르계, 아니온도 보다 카티온도가 높은 양성계 응집제 등을 사용할 수 있다. 아크릴산에스테르계로는, 분자량이 300 ∼ 600 만인 것이 침강 분리성이 높은 소화 오니 응집물을 얻는 데에 있어서 바람직하다.

응집제의 첨가량은 혐기성 소화 오니의 성상에 따라 변동되지만, 소화 오니 응집물의 침강 분리성을 높이기 위해서, 응집물의 플록 직경이 수 밀리미터 정도가 되는 첨가량으로 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 응집물의 플록 직경이 5 ∼ 20 ㎜ 의 범위, 바람직하게는 10 ∼ 20 ㎜ 의 범위가 되도록, 응집제를 혐기성 소화 오니 중의 SS 당 1.0 ∼ 2.5 ％ 의 범위, 바람직하게는 1.5 ∼ 2.0 ％ 의 범위로 첨가한다.

소화 오니 응집물 조제 공정에서 사용하는 분리액 또는 물 (「희석수」 라고도 한다) 은 혐기성 소화 오니를 희석하는 기능을 갖는다. 분리액 또는 물에 의한 농축 오니의 희석에 의해, 오니의 전기 전도도를 1200 mS/m 이하, 바람직하게는 750 mS/m 이하, 오니의 M 알칼리도를 4000 ㎎/ℓ 이하, 바람직하게는 2500 ㎎/ℓ 이하, 오니의 온도를 35 ℃ 이상, 바람직하게는 50 ∼ 75 ℃ 로 조정한다. 희석된 오니의 온도는, 상기 범위 온도의 분리액 또는 물을 첨가함으로써 조정해도 되고, 혹은 첨가 후에 가열해도 된다. 희석수는 전처리 공정으로 얻어지는 분리액, 통상적인 음용수 등의 외에, 용해 성분 등의 농도가 비교적 작은 등의 수질 조건 (전기 전도도 500 ㎎/ℓ 이하, M 알칼리도 1500 ㎎/ℓ 이하, SS 1500 ㎎/ℓ 이하, COD_Cr 15000 ㎎/ℓ 이하) 을 만족하는 물이면 처리 플랜트 내의 어느 프로세스수를 사용해도 된다. 또한, 활성 오니 처리수, 생물 탈취 장치 폐액과 같은 생물 처리수를 사용하는 것도 가능하다.

얻어진 소화 오니 응집물을 고액 분리하여 소화 오니 농축물과 분리액을 조제한다. 소화 오니 농축물의 농축 배율은 2.5 ∼ 8 배 정도가 바람직하다. 여기서, 농축 배율이란, 소화 오니 응집물의 용적을 소화 오니 농축물의 용적으로 나눈 값을 의미한다.

고액 분리된 소화 오니 농축물에, 다시, 응집제 및 필요에 따라 희석수를 첨가하여 재농축 응집 오니를 조제한다. 이 때 사용되는 응집제 및 희석수는, 소화 오니 응집물 조제 공정에서 사용하는 응집제 및 희석수면 된다. 재농축 응집 오니가 충분한 탈수성을 갖는 경우 (농축 응집 오니의 TS 농도로서 4 ∼ 15 wt％ 의 범위, 바람직하게는 6 ∼ 10 wt％) 에는, 최종적인 소화 오니 응집물로서 탈수 공정에 보낸다. 그러나, 그 재농축 응집 오니가 충분한 탈수성을 가지지 않는 경우, 또는 당초 설계상 필요한 경우 (농축 응집 오니의 TS 농도로서 4 wt％ 미만의 경우) 등은, 예를 들어, 상기 응집제 재주입과 그에 이어지는 고액 분리 또는 고액 분리만을 반복해도 된다. 응집제 재주입에 사용하는 응집제는, 소화 오니 응집물 조제 공정에 있어서 사용한 응집제와 동일한 응집제를 사용해도 되고, 상이한 응집제를 사용해도 된다.

최종적인 소화 오니 응집물은, 후단의 탈수 공정에 있어서의 전단력을 받은 후에도 그 입상의 플록 형상이 조금 남는 정도의 강도를 가지는 플록인 것이 바람직하다. 이와 같은 소화 오니 응집물을 얻기 위한 응집제로는 특별히 한정되어야 하는 것은 아니지만, 고분자 응집제가 바람직하다. 고분자 응집제로는, 상기 응집 오니 조제 공정에 사용하는 것을 들 수 있고, 전처리 공정의 응집제와 동일해도 되고 상이해도 된다.

<탈수 공정>

다음으로, 소화 오니 응집물을 탈수하여, 탈수 케이크와 분리액으로 고액 분리한다. 본 발명에 있어서, 탈수 케이크의 농축 배율은 4 ∼ 10 배 정도가 바람직하다. 여기서, 농축 배율이란, 소화 오니 응집물의 용적을 탈수 케이크의 용적으로 나눈 값을 의미한다. 탈수 케이크 조제 공정에서 분리된 분리액은 SS 농도, M 알칼리도, 및 전기 전도도가 작기 때문에, 소화 오니 응집물을 조제하는 공정에서 사용하는 희석수로서 바람직하다. 탈수 케이크는 저함염 또한 저함수율이기 때문에, 재자원화가 가능하고, 콤포스트화, 탄화, 연료화 등의 2 차 가공 등에도 바람직하다.

<인 및 실록산 회수>

전처리 공정으로 얻어지는 분리액에는 인, 칼슘, 실록산 등이 포함되어 있다. 본 발명에서는, 이들을 포함하는 분리액의 모두 또는 일부를 인, 칼슘, 실록산 등을 회수 내지 제거하는 공정에 보낼 수 있다. 인의 회수에는, 하이드록시아파타이트를 사용하는 접촉 탈인법, 인산마그네슘암모늄을 사용하는 MAP 법 등을 적용할 수 있다.

MAP 법에서는, 반응조, 예를 들어, 상향류조 내에 미리 MAP 의 종정을 충전하고, 또한, 원하는 바에 따라 부족한 MAP 성분을 보충하기 위한 약제, 예를 들어, MgCl₂, Mg(OH)₂ 등을 분리액에 첨가하고, 추가로, 원하는 바에 따라 분리액의 pH 를 7.8 ∼ 8.5 로 조정하여, 분리액을 상향류로 반응조에 통수하고, MAP 의 입경을 증대시켜, 이 증대된 입경을 갖는 MAP 를 적절히 반응조로부터 빼내어, 분리·회수하는 방법을 들 수 있다. 반응조에서 생성된 미세한 MAP 는 조 상부로부터 회수하여, 반응조에 되돌려진다.

실록산의 회수는 분리액을 가스 내지 분무상으로 하여 또는 그대로의 상태로, 활성탄, 실리카 겔, 제올라이트, 폴리머 (예를 들어, 스티렌·디비닐벤젠 공중합체 등) 등의 흡착제에 의해, 흡착시키는 방법에 의해 실시할 수 있다. 또한, 원하는 바에 따라 질소 가스를 적절히 가온하여, 실록산을 흡착한 흡착제에 통과시킴으로써, 실록산을 탈리, 회수할 수도 있다. 후술하는 바이오 가스에 대해서도 상기와 동일한 흡착제를 이용하여 실록산을 처리하는 것이 가능하며, 동일한 방법으로 실록산을 탈리, 회수할 수 있다.

본 발명은 상기 서술한 바와 같이 분리액과 오니 농축물로 고액 분리하는 공정을 갖기 때문에, 혐기성 소화 장치에 대한 인, 실록산 등의 도입량이 종래보다 저감되고, 나아가 동 장치에서의 인, 실록산 등을 포함하는 석출물의 발생이 저감되고, 동 장치 또는 배관 등의 유지, 관리 비용의 저감화에 기여하는 효과가 있다.

<혐기성 처리 장치>

본 발명의 혐기성 처리 장치는, 오니에 응집제를 첨가하여 응집 오니를 조제하는 응집조, 오니 농도 4 ∼ 12 wt％ 의 오니 농축물과 분리액으로 고액 분리하는 전처리 오니 농축 장치, 그 오니 농축물을 혐기성 소화함과 함께 바이오 가스를 회수하는 혐기성 소화 장치, 그 혐기성 소화 장치로 조제된 혐기성 소화 오니에, 응집제와, 상기 분리액 및 물 중 적어도 어느 것을 혼합하여 소화 오니 응집물을 조제하는 소화 오니 응집 장치, 및 그 소화 오니 응집물을 고액 분리하여 얻어지는 소화 오니 농축물을 탈수하는 장치를 포함한다.

응집조는 통상적으로 사용되는 응집조면 된다.

전처리 오니 농축 장치는, 응집 오니를 오니 농축물과 분리액으로 고액 분리하는 고액 분리조면 된다. 고액 분리조로는 특별히 한정되지 않고, 중력 농축법이 적용되는 간단한 조, 원심 농축법이 적용되는 원심 분리기, 부상 농축법이 적용되는 분리기, 스크린을 사용한 분리기, 슬릿형 농축기 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 슬릿형 농축기는 바람직하고, 예를 들어, 상기 일본 공개특허공보 2003-211293호 (특허문헌 3) 에 기재된, 처리물을 슬릿판으로 받아, 다수의 슬릿을 형성한 슬릿판 상에 주위면을 돌출시킨 다수의 원판이, 처리물 배출 방향으로 회전축에 의해 편심 회전함으로써, 처리물은 슬릿판 상을 배출측으로 보내고, 이 과정에서 슬릿 내의 원판과의 간극으로부터 액체 성분이 낙하하여 여과되고, 처리물 중의 고체 성분은 분리 포집되고, 나아가 슬릿판의 상면에 근접하여 처리물의 배출 방향으로 회전하고, 슬릿판 상의 포집물을 압착하여 탈액하는 벨트 컨베이어를 상기 슬릿판 상에 형성한 기계 구조를 들 수 있다. 슬릿형 농축기를 적용하면, 저렴한 러닝 코스트 (running cost) 로 안정적으로 확실하게 4 ∼ 12 wt％ 의 고농도화가 가능하다.

혐기성 소화 장치는 적어도 혐기성 소화조를 포함한다. 혐기성 소화조로는 특별히 한정되지 않지만, 완전 혼합형 소화조를 적용하는 것이 바람직하다. 혐기성 소화조는 조 내액의 균질화나 온도 분포의 균일화와 함께, 스컴의 발생을 방지하기 위해서 교반이 필수이며, 본 발명에서는 기계 교반 방식이 가장 효율적이지만, 설비 환경이나 처리 조건에 따라 펌프 교반 방식, 가스 교반 방식을 부속시키는 것도 효과적이다. 또한, 이들 요건을 구비한 수밀하고 또한 기밀한 구조의 소화조이면 철근 콘크리트 구조 또는 강판제 중 어느 것이어도 되고, 기존에 설치된 혐기성 소화조를 처리 조건에 맞추어 개조·갱신하는 것도 적용 가능하다. 또한, 혐기성 소화 장치는 오니 농축물을 가용화 및 산 발효 처리하는 가용화·산 발효 처리조와, 그 조로 처리된 소화 오니를 메탄 발효 처리하는 메탄 발효조를 포함하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 혐기성 소화 장치는 외부로부터의 유기성 폐액 또는 폐기물을 저류하는 외부 바이오매스 저류 장치와 그 외부 바이오매스 저류 장치로부터 배출되는 바이오매스를, 상기 저류 장치, 가용화 및 산 발효 처리하는 장치, 및 메탄 발효 장치로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 개에 도입하는 기구 및 배관을 포함하는 것이 바람직하다.

소화 오니 응집 장치는, 소화 오니 응집조와, 적절히 희석한 오니를 도입하는 수단, 응집제 첨가 수단, 교반 수단, 가온 수단, 응집 오니의 인발 수단 등을 구비한다. 또한, 별도로 희석을 위한 배관 내 혼합 장치를 구비하고 있어도 된다.

본 발명의 혐기성 처리 장치는, 소화 오니 응집물로부터 소화 오니 농축물을 조제하는 장치를 구비하는 것이 바람직하다.

소화 오니 농축물을 조제하는 장치는, 응집제에 의해 응집 오니를 조제하는 오니 응집 처리 장치, 그 응집 오니를 고액 분리하여 농축 응집 오니를 조제하는 응집 오니 분리 농축 장치, 그 농축 응집 오니에 응집제를 첨가하여 재농축 응집 오니를 조제하는 장치를 구비하는 것이 바람직하다.

응집 오니 분리 농축 장치는, 응집 오니를 농축 응집 오니와 분리액으로 고액 분리하는 장치이다. 응집 오니 분리 농축 장치는 특별히 한정되지 않고, 중력 농축법이 적용되는 단순한 조, 원심 농축법이 적용되는 원심 분리기, 부상 농축법이 적용되는 분리기, 스크린을 사용한 분리기 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 스크린을 구비한 고액 분리 장치가 바람직하고, 예를 들어, 일정 간격으로 평행하게 나열되는 복수의 스크린과 이웃하는 그 스크린 사이에서 회전하는 복수의 원반에 의해 이웃하는 그 스크린 사이 간극의 응집 오니를 물리적으로 배제함과 함께 농축 응집 오니와 분리수로 분별하는 것이 가능한 고액 분리 장치를 들 수 있다. 여기서, 스크린의 슬릿 폭은 원리적으로 소화 오니 응집물의 플록 직경 미만으로, 0.1 ∼ 2.5 ㎜ 가 바람직하다.

재농축 응집 오니 조제 장치는, 적절히, 농축 응집 오니 도입 수단, 응집제 첨가 수단, 교반 수단, 재농축 응집 오니의 인발 수단 등을 구비한다.

소화 오니 농축물을 탈수하는 장치는 특별히 한정되지 않고, 통상적으로, 응집 오니 분리 농축 장치와 원리적으로 동일한 것을 사용할 수 있지만, 응집 오니 분리 농축 장치보다 탈수 케이크를 분리하기 위한 소화 오니 응집물에 대한 응력은 높게 하는 것이 일반적이며, 공지 수단을 사용할 수 있다. 탈수 케이크 조제 장치는, 재농축 응집 오니에 응력을 부여하는 수단과 분리액을 투과하고, 소화 오니 응집물을 유지하는 여과 수단으로 구성되는 것이 바람직하다. 소화 오니 응집물에 응력을 부여하는 수단으로는, 프레스, 원심 등을 들 수 있다. 여과 수단으로는, 개공 직경이 0.1 ∼ 2.5 ㎜ 인 스크린 등을 들 수 있다.

다음으로, 본 발명의 일례를, 도면을 참조하여 추가로 설명한다.

도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태를 나타내는 블록 플로우도로, 혐기성 처리 장치의 구성을 나타내는 설명도이다.

오니 (1) 는 저류 장치 (2) 에 보내진다. 이어서, 오니 (1) 는 저류 장치 (2) 로부터 배출되고, 배관을 통하여 응집조 (3) 에 보내진다. 응집조 (3) 에 있어서, 오니 (1) 에 응집제 (4) 가 첨가되어, 응집 오니 (5) 가 조제된다. 응집 오니 (5) 는 전처리 오니 농축조 (6) 에 보내지고, 오니 농도 4 ∼ 12 ％ 의 오니 농축물 (7) 과 분리액 (8) 으로 고액 분리된다. 오니 농축물 (7) 은 혐기성 소화 장치 (9) 에 보내지고, 오니의 혐기성 소화에 의해 바이오 가스 (10) 및 혐기성 소화 오니 (11) 를 생성한다. 바이오 가스 (10) 는 바이오 가스 탱크 (101) 에 보내지고, 이어서 바이오 가스 (10) 는 가스 이용 설비 (102) (예를 들어, 가스 터빈, 바이오 가스 보일러, 가스등, 건조기 열원 등), 혹은 잉여 가스 연소 장치 (103) 에 보내진다. 혐기성 소화 오니 (11) 는 소화 오니 응집 장치 (12) 에 보내진다. 소화 오니 응집 장치 (12) 에는, 전처리 오니 농축조 (6) 로 형성되는 분리액 (8) 의 일부가 도입된다. 소화 오니 응집 장치 (12) 에 있어서, 혐기성 소화 오니 (11) 에 분리액 (8) 과 응집제 (13) 가 첨가되고, 소화 오니 응집물 (15) 과 분리액 (14) 이 형성된다. 소화 오니 응집 장치 (12) 로부터의 소화 오니 응집물 (15) 은 탈수 장치 (16) 에 보내지고, 분리액 (17) 을 분리함과 함께 탈수 케이크 (18) 가 조제된다. 분리액 (8) 의 일부, 분리액 (14), 및 분리액 (17) 은 인 회수 등의 폐수 처리 설비 (104) 등에 보내진다. 또한, 바이오 가스 탱크 전에 실록산 제거 내지 회수 장치를 설치해도 된다.

다음으로 도 2 는, 본 발명의 제 2 실시형태를 나타내는 블록 플로우도로, 혐기성 처리 장치의 구성을 나타내는 설명도이며, 혐기성 소화의 전단에서 가용화 및 산 발효 처리를 실시하는 것이다.

도 1 의 플로우에 있어서, 전처리 오니 농축조 (6) 에서 분리된 오니 농축물 (7) 은, 혐기성 소화 장치 (8) 에 보내지기 전에 가용화 및 산 발효 처리 장치 (9a) 에 보내지고, 가용화 및 산 발효 처리가 실시된 소화 오니 (7a) 가 생성된다. 소화 오니 (7a) 는 혐기성 소화 장치 (9) 에 보내지고, 이후에는 도 1 의 플로우에 따라 처리된다.

다음으로 도 3 은 본 발명의 제 3 실시형태를 나타내는 블록 플로우도로, 혐기성 처리 장치의 구성을 나타내는 설명도이며, 혐기성 소화 오니의 응집제에 의한 오니 응집 처리를 2 회로 분할하여 실시하는 것이다.

본 플로우에서는, 도 2 의 플로우에 있어서, 혐기성 소화 오니 (11) 및 분리액 (8) 의 일부가 소화 오니 응집조 (12) 에 보내지고, 첨가되는 응집제 (13) 에 의해 분리액 (14) 을 분리함과 함께 소화 오니 응집물 (15) 이 조제되는 공정을 이하와 같이 변경한다.

혐기성 소화 오니 (11) 및 분리액 (8) 의 일부는 오니 응집 처리 장치 (12a) 에 보내지고, 첨가되는 응집제 (13a) 에 의해 응집 오니 (12c) 가 조제된다. 응집 오니 (12c) 는 응집 오니 분리 농축 장치 (14A) 에 도입되어, 분리액 (14) 과 농축 응집 오니 (12d) 로 고액 분리된다. 이어서, 농축 응집 오니 (12d) 는 재농축 응집 오니 조제 장치 (12b) 에 보내지고, 첨가되는 응집제 (13b) 에 의해 재농축 응집 오니가 조제되며, 이것을 최종적인 소화 오니 응집물 (15) 로 한다.

다음으로 도 4 는 본 발명의 제 4 실시형태를 나타내는 블록 플로우도로, 혐기성 처리 장치의 구성을 나타내는 설명도이며, 도 3 의 플로우에 있어서, 오니 응집 처리 장치 (12a) 에 생물 처리수 (19) 를 첨가하여 오니를 희석하는 것으로, 다른 처리는 도 3 과 동일하다.

이 생물 처리수로는 활성 오니 처리수, 생물 탈취 처리수, 질화 탈질 처리수 등을 들 수 있다. 생물 처리수의 함유 성분의 종류 및 그 농도는, 응집제의 종류 또는 첨가량, 나아가 비용에 영향을 주기 때문에, 처리 목적에 따라 적절히 결정된다.

다음으로 도 5 는 본 발명의 제 5 실시형태를 나타내는 블록 플로우도로, 혐기성 처리 장치의 구성을 나타내는 설명도이며, 도 4 의 플로우에 있어서, 외부로부터 반입된 유기성 폐액 또는 폐기물도 혐기성 소화 처리를 실시하는 것으로, 다른 처리는 도 4 와 동일하다.

본 플로우에서는, 유기성 폐액 또는 폐기물 (20) 은 슬러리로서 바이오매스 저조 (21) 에 저류된다. 바이오매스 저조 (21) 로부터의 슬러리 (22) 는, 원하는 바에 따라 TS 농도를 조정한 후, 저류조 (2), 가용화 및 산 발효 처리 장치 (9a), 및 혐기성 소화 장치 (9) 의 적어도 어느 것에 도입되고, 처리가 실시된다.

상기 도 1 ∼ 5 의 혐기성 처리 장치는, 자동 제어여도 되고, 배치 처리여도 되며, 그 조합이어도 된다. 또한, 각종 오니의 온도 제어도 자동화해도 된다.

실시예

이하, 본 발명의 실시예를 설명한다. A 하수 처리장으로부터 발생한 하수 오니에 대하여, 본 발명의 혐기성 처리 시험을 실시하였다. 또한, 본 발명은 이 실시예에 의해 전혀 제한되는 것이 아니다.

시험에서는 오니에 카티온성 고분자 응집제 (평균 분자량 300 만) 를 0.4 ％ (대 SS 비) 첨가 혼합하여 응집 처리 후, 배압판이 부착된 기계 농축기로 오니 농축물과 분리액으로 고액 분리하였다. 표 1 에 오니, 오니 농축물, 분리액의 성상을 나타낸다.

표 2 에 혐기성 소화 장치에 있어서의 혐기성 소화 시험 조건을 나타낸다. 혐기성 처리 시험에서는, 내열 염화비닐제의 완전 혼합형 소화 시험 장치 (총용적 30 ℓ, 유효 용적 25 ℓ, 재킷 온수 순환식) 를 사용하였다. 또한, 가용화 및 산 발효 장치에서는, 토쿄 리카 기계 (주) 제조 자퍼멘터 MDL 을 사용하였다 (총용적 10 ℓ 의 완전 혼합형, 4 ℓ 수심에서 운전). 시험에서는, 혐기성 소화 장치 (소화조) 는 37 ℃, 가용화 및 산 발효 장치 (가용화조) 에서는 45 ℃ 에서 운전하였다. 또한, 비교예 2 에서는 55 ℃ 의 고온 혐기성 처리 시험을 실시하였다. 원료 투입은, 튜브 펌프 RP-60 형 (토쿄 리카 기계 주식회사 제조) 을 이용하여, 1 일당 4 ∼ 8 회로 나누어 타이머 제어로 투입하였다.

[실시예 1]

도 1 의 플로우에 따라 실시하였다.

[실시예 2]

도 2 의 플로우에 따라 실시하였다. 또한, 혐기 소화 오니의 탈수 처리에 대해서는, 도 3 과 도 4 에 나타내는 처리 방법도 아울러 실시하였다.

[비교예]

도 6 의 플로우에 따라 실시하였다. 또한, 소화 오니 응집물 (15) 은 고분자 응집제에 의한 오니 응집에 의해 조제하였다.

또한, 분석 방법은 하기 방법으로 실시하였다.

· TS (Total solids, 전체 증발 잔류물) ; 105 ℃ 증발 잔류물 중량 (JIS K 0102)

· VTS (Volatile total solids, 강열 감량) ; 600 ℃ 강열 감량 (JIS K 0102)

· SS (Suspended solids, 현탁 입자) ; 원심 분리법에 의한 회전 수 3,000 rpm, 10 분간에서의 침전물 중량 (JIS K 0102)

· VSS (Volatile suspended solids, 휘발성 현탁 입자) ; 현탁 입자의 600 ℃ 강열 감량 (JIS K 0102)

· COD_Cr (화학적 산소 소비량) ; 중크롬산 칼륨법 (JIS K 0102)

· BOD (생물화학적 산소 소비량) ; 윈클러·아지화 나트륨 변법 (JIS K 0102)

· 단백질 ; (켈달 질소-암모니아성 질소)×6.25

· 휘발성 유기산 (VFA) ; 고속 액체 크로마토그래프 (엘마 광학 ERC-8710, 검출기 RI, 칼럼 Shodex RSpak KC-811, 칼럼 온도 60 ℃, 이동상 0.1 ％ 인산)

· 메탄 가스, 탄산 가스 ; 가스 크로마토그래프 (GL 사이언스 GC-323, 검출기 TCD, TCD 전류치 120A, 분리 칼럼 Active Carbon 30/60, 칼럼 온도 95 ℃, 캐리어 가스 He)

· 소화 가스 중의 실록산 : 소화 가스를 유통 속도 0.6 ℓ/분으로 헥산 용액에 통액시켜 실록산을 포집 후, 농축하여 가스 크로마토그래프 질량 분석계 GC/MS 로 정량 분석. 여기서는, 하수 오니 소화 가스 중에 가장 많이 포함된다고 여겨지는 고리형 실록산의 데카메틸시클로펜타실록산 (D5) 농도를 정량 분석에 의해 평가.

· 용해성 획분 ; GF/B (1 ㎛) 에서의 여과액

· M 알칼리도 ; 원심 분리기에 의한 회전 수 3,000 rpm, 3 분간에서의 상청액을 0.1 ㏖/ℓ 의 염산 용액으로 pH 4.8 까지 적정 (하수 시험 방법)

· 조부유물 ; 호칭 치수 74 ㎛ 체로 조부유물 분석 (하수 시험 방법)

표 3 의 혐기성 처리 시험 결과에 나타내는 바와 같이, 실시예 1 및 2 에 의한 혐기성 처리에서는 종래 기술과 동등한 TS 분해율, VTS 분해율, 메탄 가스 발생률의 성능이 나오는 것을 알 수 있다.

또한, 소화 가스 중의 실록산 D5 농도를 비교하면, 실시예 1 과 2 에 있어서 함유율이 낮아져 있고, 고농도로 유지된 소화 오니 SS 분에 실록산 화합물이 흡착됨으로써 소화 가스 중에 대한 실록산 농도가 낮아진 것으로 생각된다.

또한, 조부유물을 비교하면, 실시예 1 과 2 에 있어서 함유율이 높아져 있어, 종래의 소화 오니 보다 오니 탈수에는 유리한 오니 조건이 되어 있는 것을 알 수 있다.

또한, 비교예, 실시예의 어느 소화조에서도 휘발성 유기산의 잔류는 확인되지 않아, 혐기성 처리 반응은 문제 없이 진행된 것으로 생각된다.

상기 비교예 1 및 2, 실시예 1 및 2 에서 얻어진 혐기성 소화 오니를 이용하여, 오니 탈수 처리 성능을 검토하였다. 오니 탈수에는 카티온성 고분자 응집제 (평균 분자량 300 만) 를 사용하였다. 또한, 탈수기는 벨트 프레스식 탈수기를 이용하고, 탈수 처리 조건은 여포 (濾布) 긴장력 4.9 kN/m, 여포 스피드 1.0 m/분으로 실시하였다.

먼저, 비교예 1 및 2 의 혐기성 소화 오니에 대하여 탈수 처리한 결과, 고분자 응집제 주입률과 탈수 케이크 함수율은 표 4 의 결과였다.

다음으로, 실시예 1 및 2 에서 얻어진 혐기성 소화 오니에 대하여 탈수 처리한 결과, 고분자 응집제 주입률과 탈수 케이크 함수율의 결과는 표 5 의 결과였다. 어느 탈수 방법에서도 종래법보다 고성능이었지만, 그 중에서도, 도 4 에 나타내는 응집제를 2 회로 나누어 주입하여 생물 처리수를 병용하는 처리 방식에서는 가장 효율적인 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 1 에서 얻어진 혐기성 소화 오니를 분리수로 희석하지 않고, 그대로의 상태로 고분자 응집제를 주입하여 오니를 응집·탈수 처리한 경우에는, 고분자 응집제 주입률 3.8 ％ (대 SS), 탈수 케이크 함수율 83 ％ 였다.

[실시예 3]

다음으로, 도 5 에 기초하여, 하수 오니와 식품 제조 폐기물 (폐당액 및 디저트계 폐제품) 과 하천 부지 예초의 혐기성 처리를 실시한 실시예에 대하여 나타낸다.

<처리 조건>

· 하수 오니량 (초침 오니와 잉여 오니의 혼합 오니) 30 ㎥/일 (TS 농도 3.1 ％)

· 식품 제조 폐기물 반입량 1.35 t/일 (TS 농도 9.9 ％)

· 하천 부지 예초 반입량 0.15 t/일 (함수율 70.0 ％)

· 바이오매스 저조 3 ㎥×2 조

<전처리 고액 분리 장치 (하수 혼합 오니용)>

· 슬릿형 농축기 (스크린 슬릿 폭 1.0 ㎜, 배압판이 부착된 띠)

· 카티온성 고분자 응집제 (평균 분자량 300 만) 주입률 0.4 ％ (대 SS 비)

· 오니 농축물량 12 t/일 (TS 농도 7.9 ％)

· 분리액량 19.5 ㎥/일 (SS 농도 395 ㎎/ℓ)

· SS 회수율 97 ％

· 예초용 분쇄 장치

<혐기성 소화 : 가용화 및 산 발효 장치 (종형 기계식 교반기)>

· 식품 제조 폐기물, 하천 부지 예초, 오니 농축물의 혼합물의 가용화 및 산 발효 장치에 대한 투입량 3 ㎥/일 (슬러리 TS 농도 10 ％)

· 오니 농축물의 TS 에 대한 식품 제조 폐기물·하천 부지 예초의 TS 비 19 ％

· HRT 2 일

· 유효 용적 6 ㎥

· 수온 45 ℃

<혐기성 소화 : 혐기성 소화 장치 (종형 기계식 교반기)>

· 혐기성 소화 장치에 대한 투입량 13.5 ㎥/일

· HRT 14.8 일

· 유효 용적 200 ㎥

· 수온 37 ℃

<혐기성 소화 오니의 응집 처리 공정>

· 슬릿형 농축기 (스크린 슬릿 폭 1.0 ㎜)

· 오니 분리액의 혼합량 10.5 ㎥/일 (M 알칼리도 690 ㎎CaCO₃/ℓ)

· 생물 탈취 장치 폐액의 혼합량 3.5 ㎥/일 (M 알칼리도 1250 ㎎/ℓ)

· 카티온성 고분자 응집제 (평균 분자량 300 만) 주입률 1.7 ％ (대 SS 비)

(주입률 내역 ; 전단 응집조의 주입률 1.3 ％, 재응집조의 주입률 0.4 ％)

<탈수기>

· 스크류 프레스형 탈수기

<발전기>

· 마이크로 가스 터빈 발전기

<처리 결과>

· 혐기성 소화 오니 성상 (TS 농도 3.9 ％, VTS 68 ％, SS 농도 3.0 ％, M 알칼리도 8900 ㎎CaCO₃/ℓ, 조부유물 함유율 16.7 ％ (대 SS 비))

· 바이오 가스 발생량 570 ㎥/일 (NTP)

· 메탄 가스 발생량 365 ㎥/일 (NTP)

· 메탄 가스 농도 64 ％

· 메탄 가스 발생률 0.37 ㎥/투입 ㎏VTS (NTP)

· 바이오 가스 중의 실록산 D5 농도 2.3 ㎎/㎥

· 발전량 686 kwh/일

· 탈수 케이크 발생량 2.1 t/일 (함수율 77 ％)

· 폐수량 37.6 ㎥/일

이상과 같이, 본 발명에 의해 종래보다 대폭 소형화된 혐기성 소화 장치에 의해 오니나 유기성 폐기물을 혐기성 처리하여 양질의 바이오 가스를 안정적으로 발생시킬 수 있고, 바이오 가스 발전할 수 있는 것도 분명해졌다. 종래법의 HRT 20 ∼ 30 일에서의 처리 방식에서는 혐기성 소화조 630 ∼ 945 ㎥ 를 형성할 필요가 있었던 데에 반하여, 본 발명에서는 206 ㎥ 의 혐기성 소화 장치이기 때문에 혐기조 규모는 종래의 1/3 ∼ 1/4 로 축소된 시스템으로 혐기성 처리가 가능하다. 나아가, 발생한 혐기성 소화 오니는 용이한 조작에 의해 저비용으로 응집·탈수할 수 있고, 얻어진 탈수 케이크 함수율 77 ％ 는 종래의 82 ％ 정도와 비교해 저함수율이며 (표 4 참조), 외관도 종래품과 변함이 없고, 악취도 없으며 위생적이었다.

[실시예 4]

실시예 3 과 마찬가지로, 도 5 에 기초하여, 하수 처리장에 있어서 하수 오니와 식품 제조 폐기물 (주스용 밀감을 짠 찌꺼기) 의 혐기성 처리를 실시하였다. 하수 오니는 중력 농축한 초침 농축 오니와 잉여 오니의 혼합 오니로서 오니 농축을 실시하였다. 혐기성 소화는 하수 오니와 밀감을 짠 찌꺼기의 각 고형물량을 대략 등량의 혼합 비율로 실시하였다.

<처리 조건>

· 하수 오니량 (초침 오니와 잉여 오니의 혼합 오니) 35 ㎥/일

(초침 오니 : TS 농도 3.88 ％, 잉여 오니 : TS 농도 0.93 ％, 혼합 오니 : TS 농도 1.39 ％)

· 식품 제조 폐기물 반입량 4.0 t/일 (TS 농도 12.5 ％)

· 바이오매스 저조 3 ㎥×2 조

<전처리 고액 분리 장치 (하수 혼합 오니용)>

· 슬릿형 농축기 (스크린 슬릿 폭 1.0 ㎜, 배압판이 부착된 띠)

· 카티온성 고분자 응집제 (평균 분자량 300 만, 용액 농도 2.0 g/ℓ) 주입량 0.95 ㎥/일

· 고분자 응집제 주입률 0.44 ％ (대 SS 비)

· 오니 농축물량 6.2 t/일 (TS 농도 7.5 ％)

· 분리액량 29.8 ㎥/일 (SS 농도 230 ㎎/ℓ)

· SS 회수율 98 ％

<식품 제조 폐기물의 가용화·산 발효 장치>

· 6.0 ㎥×1 조, 종형 기계 교반기, 37 ℃ 가온

· 오니 농축물의 TS 에 대한 식품 제조 폐기물의 TS 비 102 ％

<혐기성 소화 장치 (종형 기계식 교반기)>

· 혐기성 소화 장치에 대한 투입량 10.2 ㎥/일

· HRT 19.6 일

· 유효 용적 200 ㎥

· 수온 37 ℃

<혐기성 소화 오니의 응집 처리 공정>

· 슬릿형 농축기 (스크린 슬릿 폭 1.0 ㎜)

· 오니 분리액의 혼합량 2.0 ㎥/일 (M 알칼리도 320 ㎎CaCO₃/ℓ)

· 카티온성 고분자 응집제 (평균 분자량 300 만) 주입률 1.6 ％ (대 SS 비)

· 응집제 주입 공정 1 회

<탈수기>

· 스크류 프레스형 탈수기

<발전기>

· 마이크로 가스 터빈 발전기

<처리 결과>

· 혐기성 소화 오니 성상 (TS 농도 3.8 ％, VTS 70 ％, SS 농도 3.2 ％, M 알칼리도 4490 ㎎CaCO₃/ℓ, 조부유물 함유율 12.1 ％ (대 SS 비))

· 바이오 가스 발생량 591 ㎥/일 (NTP)

· 메탄 가스 발생량 349 ㎥/일 (NTP)

· 메탄 가스 농도 59 ％

· 메탄 가스 발생률 0.38 ㎥/투입 ㎏VTS (NTP)

· 바이오 가스 중의 실록산 D5 농도 1.2 ㎎/㎥

· 발전량 656 kwh/일

· 탈수 케이크 발생량 1.6 t/일 (함수율 78 ％)

· 폐수량 41.5 ㎥/일

이상과 같이, 본 발명에 의한 하수 오니 농축에서는, 기계 농축하지 않은 중력 농축만의 초침 농축 오니 및 잉여 오니의 혼합 생오니에 대하여 (TS 농도 1.39 ％), TS 농도 7.5 ％ 까지 효율적으로 농축 처리할 수 있고 (오니 농축 배율 약 5.4 배), 종래부터 많이 적용되고 있는 각종 기계 농축 설비를 생략하는 것이 가능하다. 그리고, 본 발명에서는 대폭 소형화한 혐기성 소화 장치로 농축 오니와 밀감을 짠 찌꺼기의 각 고형물량을 대략 등량의 혼합 비율로 혐기성 소화 처리해도 양질의 바이오 가스를 안정적으로 발생시킬 수 있다. 나아가, 발생한 혐기성 소화 오니는 실시예 3 과 마찬가지로 용이한 조작에 의해 저비용으로 응집·탈수할 수 있고, 얻어진 탈수 케이크 함수율 78 ％ 는 종래와 비교하여 저함수율이다.

[실시예 5]

실시예 3 및 4 에서 발생한 폐액 및 탈수 케이크에 대하여, 유효 이용을 검토하였다. 본 발명의 전처리 공정에 해당하는 하수 오니의 고액 분리로부터 발생한 분리액 및 탈수 공정의 탈수 분리액으로부터는 인의 회수, 혐기성 소화 오니 농축물의 탈수 공정으로부터 발생한 탈수 케이크에 대해서는 콤포스트화하였다.

<처리 조건>

(1) 오니의 고액 분리 폐액의 인 회수 (MAP 법)

· 반응시의 pH 8.3, Mg 농도를 30 ㎎/ℓ 이상

· 1 조식 리액터 (반응부 : 직경 35 ㎝×높이 2.2 m, 침전부 : 직경 80 ㎝×높이 1.8 m, 입경 약 0.4 ∼ 1.0 ㎜ 의 종정 (種晶) 을 미리 충전)

· 인 용적 부하 20 ㎏-P/㎥·일

(2) 탈수 케이크의 콤포스트화

· 콤포스트화 시험 장치 15 ㎥ (고속 퇴비화 종형 발효조)

· 탈수 오니의 수분 조정 오니를 기계 건조시켜 함수율 45 ∼ 55 ％

· 부자재 첨가 없음

· 콤포스트화시의 통기 속도 0.15 ㎥/t·분

<처리 결과>

이상과 같이, 본 발명에 있어서 실시예 3 및 4 에서 발생한 폐액으로부터는 인 회수되고, 탈수 케이크에 대해서는 콤포스트화할 수 있어 품질상도 종래 제품 (비교예로서 젖은 쓰레기계 중온 메탄 발효 오니의 콤포스트 성상을 열거) 과 거의 변함없는 것도 분명해졌다. 콤포스트화에 있어서의 유기물 분해율은, 실시예 3 의 오니에서 24 ％, 실시예 4 에서는 28 ％ 였다. 또한, 탈수 케이크의 고위 발열량은, 실시예 3 의 오니에서 17 MJ/㎏-dry, 실시예 4 의 오니에서는 17.3 MJ/㎏-dry 인 점에서, 이 탈수 오니를 기계 건조시켜 오니 연료로 하여도 유효 활용할 수 있는 품질이다 [연료화물 (조류 건조화물) 의 품질 기준으로서, 발열량 4000 kal/㎏ 이상 (16.7 MJ/㎏ 이상) 으로 되어 있다].

1 ; 오니
2 ; 저류조
3 ; 응집조
4 ; 응집제
5 ; 응집 오니
6 ; 전처리 오니 농축조
7 ; 오니 농축물
7a ; 소화 오니
8 ; 분리액
9 ; 혐기성 소화조
9a ; 가용화 및 산 발효 처리조
10 ; 바이오 가스
11 ; 혐기성 소화 오니
12 ; 소화 오니 응집 장치
12a ; 오니 응집 처리조
12b ; 재농축 응집 오니 조제 장치
12c ; 응집 오니
12d ; 농축 응집 오니
14A ; 응집 오니 분리 농축 장치
15 ; 소화 오니 응집물
13, 13a, 13b ; 응집제
14 ; 분리액
15 ; 소화 오니 응집물
16 ; 탈수 장치
17 ; 분리액
18 ; 탈수 케이크
19 ; 생물 처리수
20 ; 유기성 폐액 또는 폐기물
21 ; 바이오매스 저조
101 ; 바이오 가스 탱크
102 ; 가스 이용 설비
103 ; 잉여 가스 연소 설비
104 ; 폐수 처리 설비

Claims (14)

1. 오니에 응집제를 첨가하여 조제한 응집 오니를, 오니 농도 4 ∼ 12 wt％ 의 오니 농축물과 분리액으로 고액 분리하는 전처리 공정, 그 오니 농축물을 혐기성 소화함과 함께 바이오 가스를 회수하는 혐기성 소화 공정, 그 혐기성 소화 공정으로 조제된 혐기성 소화 오니에, 응집제와, 상기 분리액 및 물 중 적어도 어느 것을 혼합하여 소화 오니 응집물을 조제하는 공정, 및 그 소화 오니 응집물을 고액 분리하여 얻어지는 소화 오니 농축물을 탈수하는 공정을 포함하는 혐기성 처리 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 오니는 폐수 처리 설비의 최초 침전지로부터 발생하는 초침 오니와 최종 침전지로부터 발생하는 잉여 오니에서 선택되는 적어도 1 종인 혐기성 처리 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 응집 오니는 오니의 SS 에 대하여 0.2 ∼ 1.0 ％ 의 응집제의 사용에 의해 조제되는 혐기성 처리 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 혐기성 소화 공정은, 상기 오니 농축물을 처리 온도 30 ∼ 60 ℃, HRT 1 ∼ 3 일의 조건으로 가용화 및 산 발효 처리하는 전단 소화 공정과, 그 전단 소화 공정으로 처리된 소화 오니를 메탄 발효 처리하고, 상기 혐기성 소화 오니를 조제하는 메탄 발효 공정을 포함하는 혐기성 처리 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 메탄 발효 공정은 처리 온도 30 ∼ 60 ℃, 또한 HRT 12 ∼ 20 일이고, 또한 SS 에 대한 조부유물 함유율이 3 ∼ 20 ％ 가 되도록 혐기성 소화 오니가 조제되는 혐기성 처리 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   외부로부터 반입한 유기성 폐액 또는 폐기물을 슬러리 TS 농도 1 ∼ 15 ％ 로 조정하고, 상기 혐기성 소화 공정에 보내어, 상기 오니 농축물의 TS 에 대하여 120 ％ 이하의 슬러리 TS 비가 되는 혼합 조건으로 혐기성 소화하는 혐기성 처리 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 소화 오니 농축물은 응집제 주입 공정과 그에 이어지는 고액 분리 공정으로 이루어지는 공정 중, 응집제 주입 공정을 적어도 2 회 실시함으로써 조제되는 혐기성 처리 방법.
8. 오니에 응집제를 첨가하여 응집 오니를 조제하는 응집조, 오니 농도 4 ∼ 12 wt％ 의 오니 농축물과 분리액으로 고액 분리하는 전처리 오니 농축 장치, 그 오니 농축물을 혐기성 소화함과 함께 바이오 가스를 회수하는 혐기성 소화 장치, 그 혐기성 소화 장치로 조제된 혐기성 소화 오니에, 응집제와, 상기 분리액 및 물 중 적어도 어느 것을 혼합하여 소화 오니 응집물을 조제하는 소화 오니 응집 장치, 및 그 소화 오니 응집물을 고액 분리하여 얻어지는 소화 오니 농축물을 탈수하는 장치를 포함하는 혐기성 처리 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 오니는 폐수 처리 설비의 최초 침전지로부터 발생하는 초침 오니와 최종 침전지로부터 발생하는 잉여 오니에서 선택되는 적어도 1 종이며, 오니를 저류하는 오니 저류 장치를 구비하는 혐기성 처리 장치.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 오니 저류 장치로부터 배출되는 오니에 응집제를 공급하는 기구 및 오니를 보내기 위한 배관을 구비하는 혐기성 처리 장치.
11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 혐기성 소화 장치는, 상기 오니 농축물을 가용화 및 산 발효 처리하는 장치와, 그 장치로 처리된 소화 오니를 메탄 발효 처리하는 장치를 포함하는 혐기성 처리 장치.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 산 발효조 및 상기 메탄 발효조는 처리 온도가 30 ∼ 60 ℃ 인 혐기성 처리 장치.
13. 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소화 오니 농축물을 조제하는 장치는, 상기 응집제에 의해 응집 오니를 조제하는 오니 응집 처리 장치, 그 응집 오니를 고액 분리에 의해 농축 응집 오니를 조제하는 장치, 그 농축 응집 오니를 응집제에 의해 재농축 응집 오니를 조제하는 장치를 구비하는 혐기성 처리 장치.
14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    외부로부터 반입한 유기성 폐액 또는 폐기물을 저류하는 외부 바이오매스 저류 장치와, 그 외부 바이오매스 저류 장치로부터 배출되는 바이오매스를, 상기 오니 저류 장치, 가용화 및 산 발효 처리하는 장치, 및 메탄 발효 장치로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 개에 도입하는 기구 및 배관을 구비하는 혐기성 처리 장치.

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