KR20160006508A

KR20160006508A - 음폐수의 재활용 시스템

Info

Publication number: KR20160006508A
Application number: KR1020140086179A
Authority: KR
Inventors: 백종학; 변경태
Original assignee: 백종학; 변경태
Priority date: 2014-07-09
Filing date: 2014-07-09
Publication date: 2016-01-19
Also published as: KR101611436B1

Abstract

본 발명은 음폐수를 전처리한 다음 원심분리하여 고형물은 퇴비의 원료로 사용하고, 전처리액을 호기성 발효와 응집반응 및 탈수처리를 거친 후 필터링하여 액비로 사용하거나 음폐수와 혼합하여 음폐수의 염분과, BOD를 감소시킬 수 있는 장점이 있는 음폐수의 재활용 시스템을 개시한다.

Description

음폐수의 재활용 시스템{RECYCLING SYSTEM OF FOOD WASTE EFFLUENT}

본 발명은 음폐수의 재활용 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 음식물 폐수가 저장되는 음폐수저장조와; 상기 음폐수저장조에 저장된 음폐수가 투입되며, 음폐수 내의 염분과, 유기물을 제거하고, 음폐수의 pH를 조정하는 약액주입조와; 상기 약액주입조에서 투입되는 음폐수를 고형물과 전처리액으로 분리하기 위한 원심분리기와; 상기 원심분리기를 통해 분리된 전처리액을 저정하는 유기저장조와; 상기 유기저장조에서 투입되는 전처리액에 호기성 미생물과 공기를 공급하여 유기물과 영양염류가 제거된 중간처리액이 저장되는 호기발효조와; 상기 호기발효조로부터 투입되는 중간처리액을 저장하는 혼합조와; 상기 혼합조로부터 투입되는 중간처리액을 응집반응조 및 벨트프레스기에 통과시켜 잔존유기물과 부유물질이 제거된 후처리액이 저장되는 처리수조와; 상기 처리수조에서 투입되는 후처리액을 필터링하여 액비를 저장하는 액비저장조;를 포함하여 이루어지며, 상기 원심분리기에서 분리된 고형물은 퇴비의 원료로 사용하고, 상기 액비저장조 내의 액비는 상기 음폐수저장조에 재투입하여 음폐수저장조에 투입되는 음폐수의 염분과 BOD를 감소시키기 위하여 사용하거나 액비로 사용하는 것을 특징으로 하는 음폐수의 재활용 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 음식물폐수는 고농도 폐수와 다량의 염분을 함유하여 호기성발효는 현실적으로 어려움이 있다, 그리하여 혐기성처리에 주력하고 또한 부산물로 얻어지는 메탄가스를 전력으로 생산하여 수익을 내고 있는 현실이다.

그런데 혐기성처리에 소용되는 비용과 기술인력이 해외에서 들어온 설비와 기술로서 많은 예산이 소요되고 있는 것이 현실이다.

혐기성처리의 장점이 여러 가지가 있는데, 음식물폐수의 원수성상과 수질을 살펴보면 그자체로는 고농도, 고영양염류, 강산성과 염분으로 인해 혐기성처리에 어려움이 많이 있다.

그중에 우선이 바로 염분과 강산성을 띠고 있다는 것이다. 염분과 산성을 띠고 있어 미생물자체가 살 수 없는 상태여서 전처리가 불가피하다.

또한 많은 유기물과 부유물로 인해 여러 가지 제거 기작이 필요하게 된다.

현재 음식물을 이용한 자원화 시설이 전국적으로 18개소 이상 분포하고 있으나, 유입수관리가 일정하지 못하고, 혐기성발효공정에서 실제로 발효공정의 저하로 많은 양의 전기를 생산하지 못하고 있는 실정이다.

혐기발효는 산발효, 유기산발효, 메탄발효공정을 통해 가스를 생산하는데, 발효공정중 한공정만 문제가 발생하더라도 가동율은 현저히 떨어지게 된다.

또한, 혐기발효에 필요한 중고온(38~46)을 유지하기 위해 많은 추가비용이 발생되게 된다.

또한 혐기발효후 나오는 폐액은 그대로 자원화 하기에는 질소 및 인과 같은 영양염류가 높아서 토양에 액비로 활용 했을 경우 토양 및 농작물에 많은 영향을 주게 되는 것이 현실이다.

현재 법적인 액비의 기준이 마련되고 있어서 혐기발효 후 나온 폐액은 액비기준에 부적합하여 향후 많은 문제를 야기 시킬 것으로 사료된다.

대한민국 등록특허공보 제10-0518722호(음식물쓰레기의 처리방법) 대한민국 등록특허공보 제10-0463893호(음식물쓰레기를 퇴비화하는 완전호기 자연발효방법)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 음폐수(음식물 폐수)를 전처리한 다음 원심분리하여 고형물은 퇴비의 원료로 사용하고, 전처리액을 호기성 발효와 응집반응 및 탈수처리를 거친 후 필터링하여 액비로 사용하거나 음폐수와 혼합하여 음폐수의 염분과, BOD를 감소시킬 수 있는 음폐수의 재활용 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 위하여 본 발명은 음식물 폐수가 저장되는 음폐수저장조와; 상기 음폐수저장조에 저장된 음폐수가 투입되며, 음폐수 내의 염분과, 유기물을 제거하고, 음폐수의 pH를 조정하는 약액주입조와; 상기 약액주입조에서 투입되는 음폐수를 고형물과 전처리액으로 분리하기 위한 원심분리기와; 상기 원심분리기를 통해 분리된 전처리액을 저정하는 유기저장조와; 상기 유기저장조에서 투입되는 전처리액에 호기성 미생물과 공기를 공급하여 유기물과 영양염류가 제거된 중간처리액이 저장되는 호기발효조와; 상기 호기발효조로부터 투입되는 중간처리액을 저장하는 혼합조와; 상기 혼합조에 저장된 중간처리액을 응집반응조 및 벨트프레스기에 통과시켜 잔존유기물과 부유물질이 제거된 후처리액이 저장되는 처리수조와; 상기 처리수조에서 투입되는 후처리액을 필터링하여 액비를 저장하는 액비저장조;를 포함하여 이루어지며, 상기 원심분리기에서 분리된 고형물은 퇴비의 원료로 사용하고, 상기 액비 저장조 내의 액비는 상기 음폐수저장조에 재투입하여 음폐수저장조에 투입되는 음폐수의 염분과 BOD를 감소시키기 위하여 사용하거나 액비로 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서 상기 약액주입조 내에는 음폐수의 염분을 제거하기 위한 산화칼슘(CaO)과, 음폐수의 유기물을 제거하기 위한 염화제2철 및 폴리머와, 음폐수의 pH를 조절하기 위한 수산화나트륨이 투입되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 여액저장조에 저장된 여액의 C/N비가 3~4:1이 되도록 하여 호기발효조 내에서 원활한 호기성 발효가 이루어질 수 있도록 상기 산화칼슘은 음폐수 100중량부에 대하여 0.1~0.3중량부가 투입되고, 상기 염화제2철은 음폐수 100중량부에 대하여 0.3~0.5중량부가 투입되며, 폴리머는 음폐수 100중량부에 대하여 0.05~0.2중량부가 투입되고, 수산화나트륨은 음폐수 100중량부에 대하여 0.01~0.1중량부가 투입되는 것을 특징으로 한다

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 음폐수를 전처리한 다음 원심분리하여 고형물은 퇴비의 원료로 사용하고, 전처리액을 호기성 발효와 응집반응 및 탈수처리를 거친 후 필터링하여 액비로 사용하거나 음폐수와 혼합하여 음폐수의 염분과, BOD를 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 음폐수의 재활용 시스템의 공정도.
도 2는 본 발명에 따른 음폐수의 재활용 시스템을 나타내는 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 음폐수의 재활용 시스템에 대하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다.

본 발명은 고농도 폐수와 다량의 염분이 함유된 음식물폐수(이하 음폐수)를 전처리한 다음 원심분리하여 고형물은 퇴비의 원료로 사용하고, 전처리액은 호기성 발효와 응집반응 및 탈수처리를 거친 후 필터링하여 액비로 사용하거나 상기 액비를 음폐수 저장조에 재투입하여 투입된 음폐수의 염분과 BOD를 감소시켜 줌으로써 호기발효조 내에서 전처리액의 호기성발효를 더욱 촉진시키는 것을 기술적 특징으로 하는 음폐수의 재활용 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 크게 음폐수저장조(10)와, 약액주입조(20)와, 원심분리기(21)와, 유기저장조(30)와, 호기발효조(40)와, 혼합조(50)와, 처리수조(60) 및 액비저장조(70)로 이루어진다.

상기 음폐수저장조(10)는 음식물 폐수가 저장되는 탱크이며, 상기 약액주입조(20)는 상기 음폐수 저장조로부터 투입되는 음폐수의 염분과, 유기물을 제거하고, 음폐수의 pH를 조정한다.

음폐수에는 다량의 염분이 함유되어 있기 때문에 염분이 제거되지 않은 음폐수로부터 분리된 고형물을 통해 만들어진 퇴비를 사용할 경우 염분이 지속적으로 쌓이면서 작물이 고사하게 된다. 또한, 염분이 다량으로 함유되어 있기 때문에 호기성 발효가 어려워 고가의 설비가 요구되는 혐기성 발효를 통한 처리가 이루어지게 된다.

본 발명에 따른 약액주입조(20)는 상기 음폐수에 함유된 염분과 유기물이 제거된 전처리액을 형성하는 공간이며, 상기 전처리액을 원심분리기(21)를 통해 고형물을 분리하여 퇴비의 원료로 재활용한다.

상기 약액주입조(20) 내에는 음폐수의 염분을 제거하기 위한 산화칼슘(CaO)과, 음폐수의 유기물을 제거하기 위한 염화제2철 및 폴리머와, 음폐수의 pH를 조절하기 위한 수산화나트륨이 투입된다.

상기 음폐수의 염분을 제거할 때에는 산화칼슘(CaO)을 대신해 산화 마그네슘(MgO)이나 수산화칼슘(Ca(OH)2)를 사용할 수도 있다.

상기 산화칼슘은 음폐수 100중량부에 대하여 0.1~0.3중량부가 투입되고, 상기 염화제2철은 음폐수 100중량부에 대하여 0.3~0.5중량부가 투입되며, 폴리머는 음폐수 100중량부에 대하여 0.05~0.2중량부가 투입되고, 수산화나트륨은 음폐수 100중량부에 대하여 0.01~0.1중량부가 투입되는 것이 바람직하며, 이는 상기 여액저장조에 저장된 여액의 C/N비가 3~4:1의 비율을 유지하여 호기발효조 내에서 원활한 호기성 발효가 이루어질 수 있도록 하기 위한 것이다.

상기 산화 마그네슘(MgO)이나 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 사용할 때에는 상기 산화칼슘(CaO)과 마찬가지로 음폐수 100중량부에 대하여 0.1~0.3중량부를 투입한다.

또한, 유기저장조는 유기탄소원과 질소의 비율을 3~4:1로 유지하여 호기발효조에 투입하게 된다. 여기서 유기탄소원과 질소의 비율을 이같이 유지하는 이유는 하기의 표1과 같은 분석결과로 우선 호기발효액 100L에 임의로 C/N비를 조정하여 투입액을 4L 투입하고 질소가 제거되는 소용일수를 측정한 결과 C/N비가 3:4~1일 때 음폐수내 질소를 제거하는데 높은 효율을 유지하였다.

표 1은 C/N비에 따른 질소제거 소요일을 측정한 결과

용해성 BOD	T-N	C/N비	호기발효액	원수투입액	질소제거소요일
28,000	4,200	6.7:1	100L	4L	7일
22,200	4,200	5.3:1	100L	4L	4일
12,400	4,200	2.9:1	100L	4L	1.5~2일
6,000	4,200	1.4:1	100L	4L	4일

한편, 본 발명에 따른 상기 유기저장조(30)는 상기 원심분리기(21)를 통해 분리된 전처리액을 저정하는 탱크이며, 상기 호기발효조(40)는 상기 유기저장조(30)에서 투입되는 전처리액에 호기성 미생물과 공기를 공급하여 유기물과 영양염류가 제거된 중간처리액이 저장되는 탱크이고, 상기 혼합조(50)는 상기 호기발효조(40)로부터 투입되는 중간처리액을 저장하는 탱크이며, 상기 처리수조(60)는 상기 혼합조(50)에 저장된 중간처리액을 응집반응조(51) 및 벨트프레스기(52)에 통과시켜 잔존유기물과 부유물질이 제거된 후처리액이 저장되는 탱크이다.

상기 원심분리기(21)를 거친 전처리액이 곧바로 호기발효조(40)로 투입되지 않고 유기저장조(30)에 저장되는 이유는 음폐수가 순차적으로 배치된 설비를 따라 이송되면서 처리공정을 거칠 때, 예를 들어 호기발효조(40) 내에 호기성 미생물과 공기를 투입하여 전처리액에 함유된 유기물과 영양염류를 제거하는 호기성 발효가 이루어지기 위해서는 소정의 시간이 소요되기 때문에 음폐수저장조(10) 내에 저장된 음폐수를 지속적으로 공급할 수 없다. 이에 상기 원심분리기(21)를 통해 분리된 전처리액을 유기저장조(30) 내에 저장하였다가 호기발효조(40) 내에서 호기성 발효가 완료되어 내부의 중간처리액을 후단의 설비로 이송하면 호기발효조(40) 내부에 전처리액을 투입하게 된다.

상기 혼합조(50) 역시 마찬가지로 후단에 위치한 처리수조(60)가 후처리액을 수용할 수 있을 때 상기 혼합조(50)에 저장된 중간처리액을 응집반응조(51)와 벨트프레스기(52)로 투입한다.

즉, 상기 유기저장조(30)와 혼합조(50)는 다음 공정을 위하여 각각 전처리액과 중간처리액을 일정기간 체류시키는 역할을 한다.

상기 액비저장조(70)는 상기 처리수조(60)에서 투입되는 후처리액을 필터링하여 최종적으로 형성된 액비를 저장하는 탱크이며, 본 발명은 상기 액비저장조(70)에 저장된 액비를 상기 음폐수저장조(10)에 재투입하여 음폐수저장조(10)에 투입되는 새로운 음폐수와 혼합시켜 줌으로써 새롭게 투입된 음폐수의 염분과 BOD를 감소시켜 호기발효조에서 호기성 발효가 더욱 원활하게 이루어지도록 하여 지속적으로 양질의 액비를 생산할 수 있다.

10 : 음폐수저장조 20 : 약액주입조
21 : 원심분리기 30 : 유기저장조
40 : 호기발효조 50 : 혼합조
51 : 응집반응조 52 : 벨트프레스
60 : 처리수조 70 : 액비저장조

Claims

음식물 폐수가 저장되는 음폐수저장조(10)와;
상기 음폐수저장조로부터 투입되는 음폐수의 염분과, 유기물을 제거하고, 음폐수의 pH를 조정하는 약액주입조(20)와;
상기 약액주입조에서 투입되는 음폐수를 고형물과 전처리액으로 분리하기 위한 원심분리기(21)와;
상기 원심분리기를 통해 분리된 전처리액을 저정하는 유기저장조(30)와;
상기 유기저장조에서 투입되는 전처리액에 호기성 미생물과 공기를 공급하여 유기물과 영양염류가 제거된 중간처리액이 저장되는 호기발효조(40)와;
상기 호기발효조로부터 투입되는 중간처리액을 저장하는 혼합조(50)와;
상기 혼합조에 저장된 중간처리액을 응집반응조 및 벨트프레스기에 통과시켜 잔존유기물과 부유물질이 제거된 후처리액이 저장되는 처리수조(60)와;
상기 처리수조에서 투입되는 후처리액을 필터링하여 액비를 저장하는 액비 저장조(70);를 포함하여 이루어지며,
상기 원심분리기(21)에서 분리된 고형물은 퇴비의 원료로 사용하고, 상기 액비 저장조(70) 내의 액비는 상기 음폐수저장조(10)에 재투입하여 음폐수저장조에 투입되는 음폐수의 염분과 BOD를 감소시키기 위하여 사용하거나 액비로 사용하는 것을 특징으로 하는 음폐수의 재활용 시스템.
제1항에 있어서, 상기 약액주입조 내에는 음폐수의 염분을 제거하기 위한 산화칼슘(CaO)과, 음폐수의 유기물을 제거하기 위한 염화제2철 및 폴리머와, 음폐수의 pH를 조절하기 위한 수산화나트륨이 투입되는 것을 특징으로 하는 음폐수의 재활용 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 여액저장조에 저장된 여액의 C/N비가 3~4:1이 되도록 하여 호기발효조 내에서 원활한 호기성 발효가 이루어질 수 있도록 상기 산화칼슘은 음폐수 100중량부에 대하여 0.1~0.3중량부가 투입되고, 상기 염화제2철은 음폐수 100중량부에 대하여 0.3~0.5중량부가 투입되며, 폴리머는 음폐수 100중량부에 대하여 0.05~0.2중량부가 투입되고, 수산화나트륨은 음폐수 100중량부에 대하여 0.01~0.1중량부가 투입되는 것을 특징으로 하는 음폐수의 재활용 시스템.