KR20160041864A

KR20160041864A - 태양열을 이용하여 유기성 폐기물을 처리하는 방법

Info

Publication number: KR20160041864A
Application number: KR1020160035596A
Authority: KR
Inventors: 서희동
Original assignee: 서희동
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2016-04-18

Abstract

본 발명은 유기성 폐기물을 처리하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도축공장폐기물, 식품가공공장폐기물, 농·수산물 가공공정에서 배출되는 폐기물, 음식물쓰레기, 하수처리 슬러지(Sludge), 축산폐수, 인분, 식품공장·도축공장·농수산물가공공장과 같은 산업공장에서 배출되는 폐수와 같은 고농도 유기성 폐수(본 발명에서 상기한 유기물 농도가 높은 폐기물 및 폐수를 일괄하여 "유기성 폐기물"이라 한다.)와 같은 유기성 폐기물을 태양열을 이용하여 저렴한 운전비용으로 처리를 하면서 메테인(CH₄) 가스와 퇴비를 부산물로 생산하는 유기성 폐기물을 처리하는 방법에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 유기물농도가 높은 유기성 폐기물의 처리에 있어서, 상기 유기성 폐기물이 투입구에 투입되면 이물질제거, 파쇄를 한 다음, 고형물분리공정(탈수공정)으로 보내어 고형물과 탈수 여액을 분리하는 전처리 단계와, 태양열 집열공정에서 집열한 에너지를 태양열 축열 공정에 태양열을 축열 하는 단계와, 상기 탈수 여액은 혐기성 발효공정에 공급하고, 상기 축열 공정에 저장된 태양열 에너지로 혐기성 발효액을 가온하여 메테인가스를 발생시키면서 유기물부하가 감소한 혐기성 발효액을 생산하는 혐기성 발효단계와, 상기 혐기성 발효액은 응집공정으로 보내어 활성화된 칼슘 또는 칼슘과 마그네슘 함량이 높은 응집제를 공급하여 수용성 유기물을 최대한 불용성 유기물로 전환한 것에 응집보조제를 공급하여 응집한 것을 침전조로 보내어 침전된 슬러지(Sludge)는 탈수공정으로 보내어 탈수된 케이크는 퇴비화단계로 보내고, 탈수 여액과 침전조 월류수(越流水)는 호기성 생물학폐수처리공정으로 보내는 응집침전탈수처리단계와, 상기 탈수 여액과 침전조 월류수는 호기성 생물학폐수처리공정으로 보내어 방류기준치 이하로 처리한 처리수를 방류하는 호기성 생물학폐수처리단계와, 상기 전처리 단계에서 분리된 고형물과 응집침전탈수처리단계의 탈수케이크에 팽윤제(Bulking agent)와 첨가제를 공급하고 혼화(混和)한 것을 발효숙성공정으로 보내어 퇴비를 만드는 퇴비화단계와, 상기 각 공정에서 발생 되는 악취물질을 포집하여 악취물질을 제거하는 악취처리단계로 이루어진 것에 특징이 있다.

Description

태양열을 이용하여 유기성 폐기물을 처리하는 방법{Method for treating organic wastes using solar heat}

본 발명은 유기성 폐기물을 처리하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도축공장폐기물, 식품가공공장폐기물, 농·수산물 가공공정에서 배출되는 폐기물, 음식물쓰레기, 하수처리 슬러지(Sludge), 축산분뇨 또는 인분 중에서 한 종류의 고농도 유기물을 함유한 유기성 폐기물(본 발명에서 상기한 유기물 농도가 높은 폐기물 및 폐수를 일괄하여 "유기성 폐기물"이라 한다.)을 태양열을 이용하여 저렴한 운전비용으로 처리하면서 메테인(CH₄) 가스와 퇴비를 부산물로 생산하는 유기성 폐기물을 처리하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 도축공장폐기물, 식품가공공장폐기물, 농·수산물 가공공정에서 배출되는 폐기물, 음식물쓰레기와 같은 유기성 폐기물 또는 축산분뇨, 인분, 식품공장·도축공장·농수산물가공공장과 같은 산업공장에서 배출되는 고농도 유기성 폐수의 처리는 1차 혐기성 소화(혐기성 발효)처리를 한 다음 2차 호기성 생물학폐수처리(활성오니처리)를 하고 있으나, 1차 혐기성 소화처리 효율을 높게 하기 위해서는 55℃ 전후로 가온하여 고율혐기성 소화를 하여야 하는데, 이때는 에너지비용(Energy cost)이 높은 문제점이 있으며, 그리고 1차 혐기성 소화처리액의 유기물부하가 높아 희석수를 주입하지 않고서는 2차 호기성 생물학적 처리(활성오니처리)를 하였을 때는 배출기준치 이내로 처리되지 않은 문제점이 있다.

그리고 도축공장폐기물, 농·수산물 가공공정에서 배출되는 폐기물, 음식물쓰레기, 축산분뇨와 같은 유기성 폐기물의 경우는 수분조절제(팽윤제)를 함수율이 60∼65wt% 범위로 주입하여 퇴비화하는 방법을 하고 있으나, 수분조절제의 소요량과 비용이 높은 문제점이 있다.

그래서 상기한 유기성 폐기물은 대부분 해양투기를 하고 있어 심각한 해안오염을 야기하고 있는 실정에 있다.

본 발명은 전 처리된 유기물농도가 높은 유기성 폐기물을 태양열을 이용하여 가온하면서 1차 혐기성 소화처리(혐기성 발효)를 한 소화액과 활성화된 칼슘, 마그네슘함량이 높은 소석회(消石灰), 소성 돌로마이트(Firing dolomite)를 반응시켜 수용성 유기물을 불용성 유기물로 변환한 다음, 응집·침전·탈수 처리를 하여, 유기물부하가 낮은 폐수를 호기성 생물학적 폐수처리를 하여, 희석수를 사용하지 않고 배출기준치 이하로 처리하고, 고형물은 퇴비로 자원화하고, 소화공정에서 발생 되는 메테인가스(Methane gas)는 연료로 자원화하면서 유기성 폐기물을 처리하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 유기물농도가 높은 유기성 폐기물의 처리에 있어서, 상기 유기성 폐기물이 투입구에 투입되면 이물질제거, 파쇄를 한 다음, 고형물분리공정(탈수공정)으로 보내어 고형물과 탈수 여액을 분리하는 전처리 단계와, 태양열 집열공정에서 집열한 에너지를 태양열 축열 공정에 태양열을 축열 하는 단계와, 상기 탈수 여액은 혐기성 발효공정에 공급하고, 상기 축열 공정에 저장된 태양열 에너지로 혐기성 발효액을 가온하여 메테인가스를 발생시키면서 유기물부하가 감소한 혐기성 발효액을 생산하는 혐기성 발효단계와, 상기 혐기성 발효액은 응집공정으로 보내어 활성화된 칼슘 또는 칼슘과 마그네슘 함량이 높은 응집제를 공급하여 수용성 유기물을 최대한 불용성 유기물로 전환한 것에 응집보조제를 공급하여 응집한 것을 침전조로 보내어 침전된 슬러지(Sludge)는 탈수공정으로 보내어 탈수된 케이크는 퇴비화단계로 보내고, 탈수 여액과 침전조 월류수(越流水)는 호기성 생물학폐수처리공정으로 보내는 응집침전탈수처리단계와, 상기 탈수 여액과 침전조 월류수는 호기성 생물학폐수처리공정으로 보내어 방류기준치 이하로 처리한 처리수를 방류하는 호기성 생물학폐수처리단계와, 상기 전처리 단계에서 분리된 고형물과 응집침전탈수처리단계의 탈수케이크에 팽윤제(Bulking agent)와 첨가제를 공급하고 혼화(混和)한 것을 발효숙성공정으로 보내어 퇴비를 만드는 퇴비화단계와, 상기 각 공정에서 발생 되는 악취물질을 포집하여 악취물질을 제거하는 악취처리단계로 이루어진 것에 특징이 있다.

본 발명은 유기물농도가 높은 유기성 폐기물을, 태양열을 이용하여 처리비용을 절감하면서 고도처리를 할 수 있는 효과가 있기 때문에 도축공장폐기물, 식품가공공장폐기물, 농·수산물 가공공정에서 배출되는 폐기물, 음식물쓰레기, 하수 슬러지, 축산분뇨, 인분과 같이 유기물 농도가 높은 유기성 폐기물처리에 널리 이용될 것으로 기대된다.

도 1은 태양열을 이용하여 유기성 폐기물을 처리하는 공정도
도 2는 유기성 폐기물에 함유된 이물질분리와 고형물분리공정도
도 3은 태양열의 집열(集熱) 및 축열(蓄熱) 공정도
도 4는 유기성 폐기물로부터 분리된 폐액을 혐기성 발효처리하는 공정도
도 5는 혐기성 발효액의 응집·침전·탈수처리공정도
도 6은 호기성 생물학폐수처리공정도
도 7은 유기성 고형물 및 탈수케이크의 퇴비화공정도
도 8은 악취처리공정도

본 발명은 도축공장폐기물, 식품가공공장폐기물, 농·수산물 가공공정에서 배출되는 폐기물, 음식물쓰레기, 하수처리 슬러지(Sludge), 축산분뇨 또는 인분 중에서 한 종류의 유기물농도가 높은 유기성 폐기물의 처리를, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명에서 혼합의 비율을 나타내는 "부"는 특별한 언급이 없는 한 "중량부"를 의미한다.

Ⅰ. 전처리 단계

1. 유기성 폐기물의 전처리공정

도축공장폐기물, 식품가공공장폐기물, 농·수산물 가공공정에서 배출되는 폐기물, 음식물쓰레기, 하수처리 슬러지(Sludge), 축산분뇨, 인분, 식품공장·도축공장·농수산물가공공장과 같은 산업공장에서 배출되는 폐수와 같은 유기성 폐기물이 투입구(100)에 투입되면 호기성 생물학폐수처리공정에서 배출되는 잉여오니와 생물학적 탈취공정에서 탈취처리에 이용한 생물탈취액을 공급하여 악취발생을 저감한 다음, 처리에 지장을 주는 이물질이 존재하는 경우는, 유기성 폐기물 이송스크루 컨베이어(101)에 의해서 이물질분리공정으로 보내어 이물질을 분리한 다음 파쇄기(102)로 보내어 대형물질을 파쇄처리한 다음, 고형물분리공정(탈수처리)으로 보낸다.

그리고 축산분뇨와 같이 대형 이물질이 함유되어 있지 않은 유기성 폐기물은 유기성 폐기물 이송 스크루 컨베이어(101)에 의해서 고형물분리공정으로 보낸다.

유기성 폐기물이 투입구(100)에 공급되면, 생물탈취공정의 생물탈취액을 공급하여 생물탈취공정의 미생물을 생육하도록 하여 악취발생을 줄이게 한 다음, 고형물분리공정으로 보낸다.

2. 고형물분리공정(탈수처리공정)

유기성 폐기물 이송 스크루 컨베이어(101)에 의해서 파쇄기(102)로 보내어 대형 이물질을 파쇄처리한 유기성 폐기물은 고형물분리공정(탈수처리공정)에 공급하여, 액상성분이 제거된 탈수케이크는 퇴비화단계의 혼화기(500)로 보내고, 탈수 여액인 액상성분은 혐기성 발효단계의 저류조(300)로 보낸다.

음식물 쓰레기와 같이 염분함량이 높은 유기성 폐기물의 탈수 여액은 탈염공정으로 보내어 탈염처리를 한 다음, 혐기성 발효단계의 저류조(300)로 보낸다.

축산분뇨와 같이 이물질이 존재하지 않은 경우는 특별한 전처리를 하지 않고, 투입구(100)에서 바로 고형물분리공정의 탈수기로 보내어 탈수된 여액(濾液)은 혐기성 발효단계의 저류조(300)로 보내고, 탈수된 케이크는 퇴비화단계의 혼화기(600)로 보낸다.

상기 고형물분리공정의 탈수기는, 원심탈수기(Centrifugal dehydrator), 스크루 프레스(Screw press), 진공탈수기(Vacuum dehydrator), 프레코팅 진공탈수기(Pre-coat vacuum filter), 압착식 필터 프레스(Filter press), 벨트 프레스(Belt press), 진동스크린(Vibrating screen) 또는 회전식 트로멜 스크린(Trommel screen) 중에서 한 종류를 선택하여 사용한다.

음식물쓰레기와 같이 염분농도가 높은 유기성 폐기물의 경우는, 상기 고형물분리공정의 탈수기는, 스크루 프레스(Screw press)를 사용하여 수세처리를 하면서 탈수처리를 동시에 하여 염분이 함유된 여액과 염분이 제거된 탈수케이크를 얻는다.

3. 염분농도가 높은 유기성 폐기물의 탈염처리공정

음식물쓰레기와 같이 염분농도가 높은 유기성 폐기물은, 생물학처리공정에서 처리효율이 떨어지게 하면서 처리수를 농업용수로(農業用水路)에 방류하였을 때는, 농작물의 염해를 야기할 수 있기 때문에 탈염처리를 한 다음에 염분이 제거된 액상성분을 혐기성 발효단계의 저류조(300)로 보내는 것이 바람직하다.

상기 고형물분리공정의 탈수기에서 고형물이 분리된 여액인 액상성분(탈수 여액)의 염분농도가 높은 경우에 탈염처리는 공지된 전기분해법 또는 전기추출법에 의한 탈염장치로 수중에 염분농도가 0.2wt% 이하로 탈염처리한 탈염수를 혐기성 발효단계의 저류조(300)로 보낸다. 그리고 탈염처리한 탈염수의 일부는 고형물분리공정의 탈수기 전단으로 보내어 염분을 세정처리하는 세정수로 반송한다.

음식물쓰레기와 같이 염분농도가 높은 유기성 폐기물을 전처리 후 고형물분리공정에서 스크루 프레스형태(Screw press type)의 탈수기를 사용하는 경우는, 상기 탈염수 또는 염분이 없는 용수를 스크루 프레스 탈수기 전단으로 보내어, 염분을 수세처리하면서 염분제거와 동시에 탈수처리를 한다.

이때 수세처리하는 용수는 탈염처리한 탈염수를 반송하여 사용할 수도 있으며, 또는, 염분이 없는 용수를 수세수로 이용할 수도 있다. 수세수의 양은 유기성 폐기물에 함유된 염분의 양에 따라서 결정을 하지만, 음식물쓰레기와 같이 염분의 농도가 2∼6wt%정도 함유되어 있는 경우는, 유기성 폐기물 투입유량의 2∼6배의 수세수량으로 수세처리를 하는 것이 바람직하다.

Ⅱ. 태양열을 축열하는 단계

1. 태양열의 집열공정

태양(200)으로부터 태양열이 집열판(201)의 열매체(熱媒體)에 집열(集熱)된 열은 집열판 순환펌프(202)에 의해서 축열조(203)에 충전된 상변화물질(相變化物質, Phase-change Material)인 축열재(蓄熱材, 204)를 용융(熔融) 시켜 열을 축열(蓄熱, 저장) 한다.

상기 집열판(201)의 종류는, 방열을 막기 위해 측면이나 이면에 유리섬유 등의 단열재(206)로 단열한 집열판 내부에 금속판을 배치해 표면을 강화유리 등으로 커버(Cover)로 구성된 평판형(平板型), 집열부분이 관 모양으로 된 경질 진공유리관의 내부에 열교환부가 배치되게 구성된 진공관형(眞空管型), 태양의 이동에 따라서 태양을 추적하는 기능이 있는 집광형(集光型), 열매체를 액체가 아닌 공기를 가열 매체로 한 공기집열기(空氣集熱器)로 구분되며, 집광형 집열기는 태양열 회수율은 높으나, 가격과 설치비용이 높기 때문에 대규모 집열 시스템에 적용되며, 공기 집열기는 열매체가 공기인 기체로 비열이 적으면서 열전달효율이 나쁘기 때문에 본 발명에 적용은 바람직하지 않으며, 그래서 본 발명에서는 집열판(201)의 종류에는 특별히 제한하지 않으나, 평판형(平板型) 또는 진공관형(眞空管型) 중에서 한 종류를 사용한다.

태양열 집열공정의 집열판(201)을 순환하는 열매체(Heat transfer medium)는, 점성이 낮으면서 저온유동성이 우수하여 열전달계수(熱傳達係數)가 높고, 인화점(引火點)이 높으면서 증기압이 낮은 화재에 대한 안정성·열안정성(熱安定性)과 산화안전성(酸化安全性)이 높은 재질로, 동절기의 운휴(運休) 중에도 유동성(流動性)이 있어야 하기 때문에 -30℃에서도 유동성이 있으면서, 비가 오거나 구름이 끼어 태양열을 이용하지 못하는 경우는 보조 보일러(Auxiliary boiler)로부터 열을 공급받아야 하기 때문에 비점이 250℃ 이상 되는 염화다이페닐(Chlorinated diphenyl)계의 다이메틸-다이페닐 에테르 이성질체 혼합물(Dimethyl-diphenyl ether isomer mixture), 에틸-다이페닐 에테르 이성질체 혼합물(Ethyl-diphenyl isomer mixture), 알킬화방향족계(Alkylation aromatic compounds), 알킬폴리페닐계(Alkyl-poly-phenyl compounds), 합성파라핀계(Synthetic paraffin compounds), 디이아릴알케인계(Diaryl alkane compounds), 폴리디메틸실록산(Poly-dimethyl-siloxane) 또는 알킬실록세인폴리머계(Alkyl-siloxanes polymer)의 다이메틸실록세인폴리머(Dimethyl-siloxane polymer) 중에서 한 종류를 사용하도록 한다.

축열재(204)는 혐기성 발효액의 온도를 열교환기(305)에서 50∼57℃로 조정하여야 하기 때문에 20∼40℃ 높은 온도인 융점(Melting Point)이 70∼92℃ 범위에 있는 상변화물질(Phase-change Material)을 사용한다.

상기 융점(Melting Point)이 70∼92℃ 범위에 있는 상변화물질(相變化物質)은 도트리아콘테인(Dotriacontane, C₃₂H₆₆), 트리트리아콘테인(Tritriacontane, C₃₃H₆₈), 테트라트리아콘테인(Tetratriacontane, C₃₄H₇₀), 펜타트리아콘테인(Pentatriacontane, C₃₅H₇₂), 헥사트리아콘테인(Hexatriacontane, C₃₆H₇₄), 헵타트리아콘테인(Heptatriacontane, C₃₇H₇₆), 옥타트리아콘테인(Octatriacontane, C₃₈H₇₈), 노나트리콘테인(Nonatriacontane, C₃₉H₈₀), 테트라콘테인(Tetracontane, C₄₀H₈₂), 헨테트라콘테인(Hentetracontane, C₄₁H₈₄), 도테트라콘테인(Dotetracontane, C₄₂H₈₆), 트리테트라콘테인(Tritetracontane, C₄₃H₈₈), 테트라테트라콘테인(Tetratetracontane, C₄₄H₉₀), 펜타테트라콘테인(Pentatetracontane, C₄₅H₉₂), 헥사테트라콘테인(Hexatetracontane, C₄₆H₉₄), 헵타테트라콘테인(Heptatetracontane, C₄₇H₉₆), 옥타테트라콘테인(Octatetracontane, C₄₈H₉₈), 테트라콘테인(Nonatetracontane, C₄₉H₁₀₀), 펜타콘테인(Pentacontane, C₅₀H₁₀₂)와 같이 융점이 70∼92℃ 범위에 있는 노르말 파라핀(Normal paraffin), 고·저밀도 폴리에틸렌왁스계(High or low density polyethylene waxes), 실레인 가교 폴리올레핀계(Silane-crosslinked polyolefins) 또는 합성왁스(Synthetic waxes) 중에서 융점이 70∼92℃ 범위에 있는 것을 한 종류 또는 한 종류 이상 혼합한 상변화물질을 사용할 수 있다.

2. 태양열의 축열공정

상기 태양열의 집열공정에서 집열된 열은 축열조(蓄熱槽, 203)에 내장된 축열재(204)를 축열조 교반기(205)로 교반하면서 균일하게 축열재에 축열된 열은 축열조 순환펌프(207)로 혐기성 발효단계의 열교환기(305)를 순환하면서 혐기성 발효액에 열을 전달한다.

축열조는, 현열형(顯熱型), 잠열형(潛熱型), 열화학형(熱化學型), 광화학형(光化學型)으로 구분되는데, 본 발명에서는 축열조(203)는 밀폐된 강제순환식(强制循環式) 잠열형을 이용한다.

축열조(203)에 충전(充塡)하는 축열재(204)는, 물 100중량부에 상기 상변화물질(相變化物質)을 25∼70중량부와 유화제(Polyoxyethylene Sorbitan Monooleate) 2.5∼3.5중량부를 주입하고 축열조 교반기(205)로 교반하여 상변화물질이 수중에서 에멀션(Emulsion)상태의 미세한 입자상태로 한다.

운전 초기에 축열조(203)에 물, 상변화물질과 유화제를 주입하고 축열조 교반기(205)로 교반하여 상변화물질이 수중에 에멀션상태의 미세한 입자상태로 만들 때는, 불활성 가스인 질소가스를 축열조(203) 하부로 공급하면서 조 내의 산소를 상부 밸브로 퍼지(Purge) 하여, 조 내부가 비산화성(非酸化性) 분위기로 유지하여 장기간 사용하여도 유화제나 상변화물질의 산화를 방지할 수 있게 하여야한다.

축열조(203)의 열을 축열조 순환펌프(207)에 의해서 열교환기(305)에 열을 공급하고 축열조(203)로 순환하는 열매체의 온도는 70∼90℃ 범위로 운전하는 경우는, 에틸렌글리콜(Ethylene glycol)계와 프로필렌 글리콜(Propylene glycol)계의 글리콜 수용액은 65℃ 이상에서는 글리콜이 산화되므로 바람직하지 않으며, 질산나트륨(Sodium nitrate), 아질산나트륨(Sodium nitrite), 아질산칼륨(Potassium nitrite), 염화칼슘(Calcium chloride) 등의 무기염류는 비가연성 이면서 열적 안정성과 비휘발성이 우수한 특징이 있으나, 부식성이 있기 때문에 바람직하지 않다. 그래서 유동점(流動点)이 -30℃ 이하에서도 우수하면서 비점이 150℃ 이상 되는 광물성 열매체유(熱媒體油)를 구매하여 사용하도록 한다.

상기 축열조 교반기(205)는 프로펠러형(Propeller type)으로 교반속도는 180∼360rpm으로 하고, 교반 용량은 조용량(Q)과 교반속도(V)의 비(Q/V)가 1∼2 범위로 한다.

Ⅲ. 혐기성 발효단계

먼저, 고농도 유기성 폐기물이 혐기성 발효가 일어나는 메커니즘(Mechanism)을 검토하면, 유기성 폐기물은 산성발효기(酸性醱酵期), 산성감퇴기(酸性減退期) 및 알칼리성 발효기의 3단계로 일어난다.

산성발효기(酸性醱酵期)에서는 유기성 폐액(廢液)에 함유된 탄수화물(炭水化物)이 분해되어 저분자(低分子)의 유기산(有機酸)이 되는 단계로, 이 단계에서는 pH가 5 부근까지 떨어지면서 강한 부패취(腐敗臭)가 난다. 글루코오스(Glucose)를 예를 들면 다음 반응식 (1)과 같은 반응이 일어난다.

C₆H₁₂O₆ ―산생성균→3CH₃COOH………………………………………………(1)

산성감퇴기(酸性減退期)에서는 단백질의 분해가 일어나 암모니아(Ammonia), 아민(Amine), 카복실산(Carboxylic acid)이 생성되면서, 또한, 상기 반응에서 생성된 유기산이 중화와 분해가 일어나면서, 이 결과 pH는 6∼6.5로 상승한다.

단백질→NH₄HCO₃………………………………………………………………(2)

CH₃COOH + NH₄HCO₃ → CH₃COONH₄ + H₂O + CO₂ ……………………………(3)

알칼리성 발효기는 저급유기산이 메테인 생성균(Methane forming bacteria)에 의해서 NH₄ ⁺까지 분해되는 혐기성 발효의 최종단계이다. 이 단계에서는 BOD는 감소하고, pH는 7.5 부근까지 상승한다.

CH₃COONH₄ + HO ―메테인균→ CH₄ + NH₄HCO₃………………………………(4)

CH₃COOH ―메테인균→ CH₄ + CO₂ ……………………………………………(5)

상기 메테인 균은 편성혐기성 세균(嫌氣性細菌)으로 30∼36℃ 온도 범위에 활발하게 활동하는 중온균(Methophilic bacteria)과 50∼57℃ 온도 범위에 활발하게 활동하는 고온균(Thermophilic bacteria)으로 구분되며, 메테인 발효균에 의한 혐기성 발효한 탈리액(脫離液)의 BOD는 상당히 감소하여도 잔류유기물의 농도가 높기 때문에 호기성 처리 등의 2차 처리를 필요로 한다.

본 발명에서는 상술한 유기성 폐기물이 혐기성 발효가 일어나는 메커니즘을 이용하여 산성발효기와 산성감퇴기가 일어나는 1차 혐기성 발효조(302)와 메테인가스와 탄산가스가 발생하는 알칼리성 발효기의 2차 혐기성 발효조(306)로 구분하여 태양열을 이용하여 발효온도를 50∼57℃ 범위로 조정하면서 2단 발효로 고율소화(高率消化)가 일어날 수 있는 공정으로 하며 상세한 내용은 다음과 같다.

가. 1차 혐기성 발효공정

상기 전처리단계의 고형물분리공정의 탈수기에서 고형물이 분리된 탈수 여액인 액상성분 또는 음식물쓰레기와 같이 염분농도가 높은 유기성 폐기물의 경우는 고형물분리공정의 탈수기에서 고형물을 분리한 탈수 여액인 액상성분을 탈염공정에서 염분이 제거된 액상성분과 퇴비화단계의 발효·숙성공정에서 배출되는 침출수가 저류조(300)에 공급되면 고농도폐수 이송펌프(301)로 1차 혐기성 발효조(302)의 발효액을 열교환기 순환펌프(304)로 순환하는 발효액과 함께 열교환기(305)로 보내어 태양열 축열조(203)의 열을 축열조 순환펌프(207)로 열교환기(305)에 공급하여 1차 혐기성 발효조의 온도를 50∼57℃ 범위로 조정하면서 1차 혐기성 발효조 교반기(303)로 교반하면서 산성발효기(酸性醱酵期), 산성감퇴기(酸性減退期)까지의 1차 발효를 한 다음, 알칼리성 발효기(醱酵期)인 2차 혐기성 발효조(306)로 보낸다.

나. 2차 혐기성 발효공정

상기 1차 혐기성 발효공정에서 유기산생성발효를 한 1차 발효액이 2차 혐기성 발효조(306)에 이송되면 메테인 균에 의해서 유기물이 CO₂, CH₄으로 분해되면서 분해된 메테인가스(CH₄)와 탄산가스(CO₂)는 메테인가스 저장탱크(310)로 보내고, 2차 혐기성 발효조(306) 하부에 침전된 슬러지(Sludge)는 발효 슬러지 이송펌프(308)로 2차 혐기성 발효조(306) 상부에서 월류(越流)하는 발효액과 함께 혐기성 발효액 저장조(400)로 보낸다.

메테인가스 저장탱크(310)에 저장된 메테인가스는 난방용 연료 등으로 이용한다.

본 발명에서 혐기성 발효공정의 운전조건 및 설계조건을 검토하면 다음과 같다.

① 1차 혐기성 발효조(302)와 2차 혐기성 발효조(306)형태

1차 혐기성 발효조(302)와 2차 혐기성 발효조(306)는 모두 원형으로 하고, 내경(Inside diameter, D)은 25mФ이하로 하고, 측면 깊이(Side wall depth, H)는 내경의 1/2(H=D/2)로 하고, 바닥면의 구배(句配)는 20/100∼30/100 범위로 한다.

② 운전온도 및 혐기성 발효조의 용량

혐기성 발효조의 운전온도는 태양열 축열조로부터 에너지를 공급받아 50∼57℃ 범위에서 운전하면서 유기물부하(有機物負荷)가 5∼6㎏/㎥·일 범위로 혐기성 발효조의 용량을 결정한다. 일반적으로 발효시간(Fermentation time, T)은 20∼30일로 하고, 조의 용량(Volume, V㎥)은 [{고농도폐수 투입량(㎥)+배출되는 혐기성 발효액량(㎥)}×발효시간(T)/2]로 한다. 그리고 1차 혐기성 발효조(302)와 2차 혐기성 발효조(306)의 용적 비는 1:1∼2:1로 한다.

③ 1차 혐기성 발효조의 교반속도

1차 혐기성 발효조(302)의 1차 혐기성 발효조 교반기(303)는 프로펠러형(Propeller type)으로 하며, 교반 용량(Q)과 교반속도(V)의 비(Q/V)가 0.5∼2의 범위가 되게 한다.

④ 2차 혐기성 발효조 스크래퍼의 회전속도

2차 혐기성 발효조(306)의 2차 혐기성 발효조 스크래퍼(307)의 회전속도는 0.01∼0.05rpm으로 회전하면서 하부에 침전된 슬러지(Sludge)가 중앙 콘(Cone) 부분으로 모이게 하여 침전된 슬러지가 용이하게 배출되도록 한다.

⑤ 메테인가스저장탱크(310)는 구형으로하고, 구형의 메테인가스저장탱크 실 피트(310)의 수중에 설치하는 유수식(有水式)으로 하여 생산된 메테인가스를 저장하며, 저장용량은 10∼12시간으로 한다.

Ⅳ. 응집침전탈수처리단계

1. 활성미네랄반응공정

상기 혐기성 발효단계의 2차 혐기성 발효조의 침전된 슬러지와 상부로 월류하는 발효액이 혐기성 발효액 저장조(400)에 공급되면, 혐기성 발효액 이송펌프(401)로 활성미네랄 반응조(402)에 공급하고, 활성미네랄 반응조 교반기(403)로 교반하면서 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca)과 같은 알칼리 토금속화합물을 다량 함유한 석회석(石灰石), 중정석(重晶石) 또는 백운석(白雲石) 중에서 한 종류를 유동배소로(流動焙燒爐), 윤요(輪窯) 등을 이용하여 1,000∼1,600℃로 소성(燒成)하여 300∼400메시(Mesh)로 분쇄(粉碎)한 분말 또는 이 분말을 수중에 밀크(Milk) 상태로 분산한 것을 유입되는 폐수의 BOD₅(Biochemical oxygen demand) 또는 COD_Mn(Chemical oxygen demand) 농도(㎎/ℓ) 중에서 높은 값의 1∼2배의 농도로 공급하여 30∼60분간 반응하여 수용성 유기물질을 활성화미네랄성분과 반응하도록 하여 물에 불용성 유기물질로 전환한 다음, 중화조(404)로 보낸다.

활성미네랄 반응조(402)에서 활성화미네랄성분에 함유된 칼슘성분과 수용성 유기물인 유기산이 다음 식 6과 같이 반응하여 칼슘염인 물에 불용성 유기물로 전환된다.

2 유기물―COOH + Ca(OH)₂ → (유기물―COO)Ca↓ + 2H₂O ………………(6)

그리고 송풍기(517)로부터 공기를 활성미네랄 반응조(402) 하부로 폭기강도(Intensity of aeration)가 [10∼30N㎥-Air/㎥·시간]으로 공급하여 폭기를 한다.

활성미네랄 반응조(402)의 용량은 유입폐수유량을 기준으로 체류시간(滯留時間)이 40∼120분으로 하고, 활성미네랄 반응조 교반기(403)는 내식성인 스테인리스강(Stainless steel)의 프로펠러 형(Propeller type)으로 하고, 회전속도는 180∼360rpm으로 하며, 교반용량은 유량(Q)과 조의 용량(V)의 비(Q/V)가 1.5∼4의 범위로 한다.

2. 중화처리공정

상기 활성미네랄반응공정에서 수용성 유기물이 불용성 유기물로 전환된 폐수가 중화조(404)에 공급되면, 중화조 교반기(405)로 교반하면서 중화제로 5∼20wt%의 황산수용액을 공급하여 pH를 5∼8의 범위로 중화처리된 폐수는 흡착제 혼합조(406)로 보낸다.

중화조(404)의 용량은 유입폐수유량을 기준으로 체류시간이 30∼60분으로 하고, 중화조 교반기(405)는 내식성인 스테인리스강의 프로펠러 형으로 하고, 회전속도는 180∼360rpm으로 하며, 교반 용량은 유량(Q)과 조의 용량(V)의 비(Q/V)가 1.5∼4의 범위로 한다.

3. 흡착공정

상기 중화처리공정에서 pH가 5∼8 범위로 중화처리된 폐수가 흡착제 혼합조(406)에 공급되면, 흡착제 혼합조 교반기(407)를 교반하면서 유입폐수 100중량부 당 퇴비화단계의 혼화기(600)에 팽윤제(수분조절제)로 공급하는 톱밥, 이탄(泥炭, Peat), 초탄(草炭, Peat moss), 야자박(椰子粕), 사탕수수 박, 버섯 폐재, 밀기울, 수피(Bark), 목재분말, 활성탄, 왕겨 또는 부엽토 중에서 한 종류를 흡착제로 0.1∼1중량부 흡착제 혼합조(406)에 공급하여 수용성 유기물을 흡착시킨 다음, 응집조(408)로 보낸다.

퇴비화단계의 혼화기(600)에서 함수율과 공극률을 향상하기 위해서 사용하는 팽윤제(수분조절제)를 여기서 흡착제로 사용하는 목적은, 폐수 중에 용해되어 있는 수용성 유기물을 흡착하여 폐수처리단계의 생물학처리에서 처리부하를 감소하기 위함이다.

흡착제 혼합조(406)의 용량은 유입폐수유량을 기준으로 체류시간이 30∼60분으로 하고, 흡착제 혼합조 교반기(407)는 내식성인 스테인리스강의 프로펠러 형으로 하고, 회전속도는 180∼360rpm으로 하며, 교반용량은 유량(Q)과 조의 용량(V)의 비(Q/V)가 1.5∼4의 범위로 한다.

4. 응집·침전공정

상기 흡착제(수분조절제)를 공급하여 수용성 유기물을 흡착처리된 폐수가 응집조(408)에 공급되면, 응집조 교반기(408)를 교반하면서 폐수에 함유된 고형물 양의 100중량부 당 폴리아크릴아마이드(Polyacylamide) 계열, 폴리아마이드(Polyamide) 계열 또는 프로판올아민-에피클로로히드린(Propanolamine epichlorohydrin) 축합체 중에서 한 종류의 양이온성 고분자응집제를 유입되는 유량에 60∼300㎎/ℓ범위의 농도로 공급하여 응집처리한 폐수는 최초 침전조(410)로 보내어 고형물이 침전된 상등액은 탈수공정에서 배출되는 탈수 여액과 함께 호기성 생물학폐수처리단계의 저농도 폐수 집수조(500)로 보내고, 최초 침전조(410)에 침전된 슬러지는 최초 침전조 레이크(411)로 최초 침전조(410) 하부의 중앙 콘(Cone) 부분으로 모이게 하면 탈수공정 공급펌프(412)로 탈수공정으로 보낸다.

이때 고분자응집제는 0.05∼0.3wt%의 농도로 물에 용해한 수용액을 사용한다.

응집조(408)의 용량은 유입폐수유량을 기준으로 체류시간이 30∼60분으로 하며, 응집조 교반기(408)는 내식성인 스테인리스강의 피치드 패들(Pitched paddle) 형으로 하고, 회전속도는 18∼42rpm으로 하며, 교반용량은 유량(Q)과 조의 용량(V)의 비(Q/V)가 1∼3의 범위로 한다.

최초 침전조(410)는 슬러지(Sludge)의 표면적은, 표면적 부하(Surface load) 15∼30㎥/㎡·일과 고형물부하(Solid load) 60∼90㎏/㎡·일 중에서 넓은 표면적으로 하고, 바닥의 경사는 1.5/10∼2/10로 하며, 깊이는 3∼4m로 한다. 그리고 최초 침전조 레이크(411)의 회전속도는, 0.01∼0.05rpm으로 한다.

6. 탈수공정

상기 응집공정에서 응집처리한 폐수가 최초 침전조(410)에서 침전된 슬러지는 탈수공정 공급펌프(412)로 탈수기에 공급하여 탈수된 케이크는 전처리단계의 고형물분리공정에서 분리 배출되는 고형물과 함께 퇴비화단계의 혼화기(600)로 보내고, 탈수 여액은 최초 침전조(410) 월류수(越流水)와 함께 호기성 생물학폐수처리단계의 저농도 폐수 집수조(500)로 보낸다.

상기 탈수공정에서 탈수기의 형(型, Type)은 원심탈수기(Centrifugal dehydrator), 스크루 프레스(Screw press), 진공탈수기(Vacuum dehydrator), 프레코팅 진공탈수기(Pre-coat vacuum filter), 압착식 필터 프레스(Filter press) 또는 벨트프레스(Belt press) 중에서 한 종류의 탈수기를 사용한다.

Ⅴ. 호기성 생물학폐수처리단계

상기 응집침전탈수처리단계의 최초 침전조(410)를 월류(Over flow)하는 월류수와 탈수공정의 탈수 여액인 저농도 폐수가 저농도 폐수 집수조(500)에 공급되면, 먼저, 자화처리(磁化處理)와 정전압처리(靜電壓處理, 靜電氣處理이라 하기도 함.)에 의해서 폐수를 개질처리한 다음, 표층해수 또는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해수인 해양 심층수로부터 생산된 간수를 이용하여 호기성 생물학처리(활성오니처리)를 하는 방법으로, 상세한 내용은 다음과 같다.

물의 개질처리공정

본 발명에서는 다음의 자화처리와 정전압처리에 의해서 폐수를 개질처리하여 호기성 생물학처리공정에서 처리효율을 향상되도록 한다.

최초 침전조(410)를 월류(Over flow)하는 월류수, 탈수공정의 탈수 여액인 저농도 폐수가 저농도 폐수 집수조(500)에 유입되면 저농도 폐수 이송펌프(501)에 의해 도전관(導電管)에 감은 코일(Coil)에 0.5∼5볼트(Volt) 범위의 교류 또는 직류의 저전압(低電壓)을 인가한 정전압도전관(靜電壓導電管)의 자화기(502)로 보내어 자화처리를 한 다음, 물의 개질조(503)에 공급하고, 정전압발생장치(508)의 변압기(508a)로부터 고압의 교류 정전압(靜電壓)을 철망 전극(504)에 3,000∼5,000볼트(Volt)의 전압을 인가(印加)하여 정전압처리(靜電壓處理)를 하면, 철망 전극(504)을 중심으로 +와 -의 정전장(靜電場)을 4∼10시간 동안 인가하면, 이로 인하여 물 분자 자체가 진동ㆍ회전을 되풀이하면서 개질처리된 폐수를 1차 폭기조(510)로 보낸다.

물의 개질조(503)의 재질은 내식성의 스테인리스강(Stainless steel) 또는 콘크리트 구조물로 하며, 내부에는 전도도(電導度)가 높은 목탄(木炭) 또는 활성탄(活性炭)을 충전(充塡)한 스테인리스 스틸(stainless steel)의 철망 전극(504)의 망을 설치하고, 물의 개질조(503) 하부의 절연체(505)는 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리염화비닐(PVC), 스티로폼(Styrofoam) 중에서 한 종류를 선택하여 설치하고, 절연체(505) 하부에 설치하는 스테인리스강판(506)은, 내식성 재질인 스테인리스강판(506)을 기초콘크리트구조물(507) 사이에 설치하여 스테인리스강판(506)은 땅에 접지(509)한다.

물의 개질조(503)를 콘크리트 구조물로 하는 경우는 상기의 절연체(505)를 설치할 필요가 없으며, 도체인 스테인리스강판(506)은 물의 개질조(503) 바닥에 설치를 하고, 철망 전극(504)과 접촉이 되지 않게 한다.

자화기(502)는 합성수지(PVC, PE, 스티렌 수지 등), 에보나이트 (Ebonite), FRP, 베이클라이트(Bakelite)와 같은 절연성 재료의 원통형 도전관에 코일(Coil)을 감은 정전압도전관(靜電壓導電管)에 0.5∼5볼트(Volt) 범위의 교류 또는 직류의 저전압을 인가하면 코일의 내부에는 자기장(磁氣場)이 형성되고, 여기에 유체를 통과하면 유체는 자화처리된다.

여기서 정전압도전관에 코일(Coil)을 감은 자화기(502) 대신 자속밀도(磁束密度)가 10,000∼15,000가우스(Gauss) 범위로 착자(着磁)된 영구자석 자화기를 사용하여도 된다.

그리고 처리용량이 대용량인 경우에는 목탄(木炭) 또는 활성탄(活性炭)을 충전한 스테인리스(Stainless) 철망 전극(504)의 망이 내장된 물의 개질조(503)를 다단으로 설치한다.

폐수가 물의 개질조(503)에 공급되면, 정전압발생장치(靜電壓發生裝置: 508)의 변압기(508a)의 2차 코일(508e)의 출력선(508f)을 물의 개질조(503) 내부에 설치된 철망 전극(504)에 연결하여 인입 전원을 100∼220볼트(Volt), 주파수 50∼60㎐의 교류 전원을 인가하고, 전압조정기(508b)를 조정하여 정전압발생장치(508)의 전압을 1,500∼5,000볼트(Volt), 전류를 10∼150㎂의 정전압을 4∼10시간 동안 인가하면서 정전유도처리를 하면 표면장력이 떨어져 침투력이 우수한 물로 개질처리된다.

정전압발생장치(508)의 변압기(508a)는 철심(508d), 1차 코일(508c), 2차 코일(508e), 2차 코일(508e)의 출력선(508f), 2차 코일(508e)의 절연처리 단말(508g)로 구성되어 있으며, 전압조정기(508b)는 1차 코일(508c)에 접속하며, 2차 코일(508e)의 출력선(508f)은 절연(絶緣)된 절연체(505) 위에 설치된 물의 개질조(503)의 철망 전극(504)에 접속한다.

폐수를 물의 개질조(503)에 공급하고, 정전압발생장치(508) 변압기(508a)의 2차 코일(508e)의 출력선(508f)을 접속하는 것과 동시에, 2차 코일(508e)의 절연처리 단말(508g)을 변압기(508a) 내의 절연물 안에 절연상태로 하고, 물의 개질조(503)를 절연체(505)에 의해서 접지(509)와 절연상태로 한 절연체(505) 위에 설치하고, 절연체(505) 하부에 설치된 스테인리스강판(導體: 506)은 접지(509) 처리한다.

변압기(508a) 내의 고압 측 2차 코일(508e)의 일단인 절연처리 단말(508g)을 변압기(508a) 내의 절연물 안에서 절연상태로 한 콘덴서(C₂)를 형성하는 것과 동시에, 고압 측의 2차 코일(508e)의 나머지 일단의 출력선(508f)을 절연체(505)로 접지(509)와 절연한 물의 개질조(503)에 접속하여 콘덴서(C₁)를 형성하며, 그 결과, 출력선(508f)과 접지(509) 간의 전압은 250∼3,500볼트(Volt), 전류는 10∼150㎂의 미약 전류가 되므로 접지상태에서는 사람이 물의 개질조(503)에 접촉하여도 위험성은 없다.

정전유도는 전기적으로 중성인 물질에 대전한 대전체에 접근하면 대전체에 가까운 물질의 표면에 대전체와는 반대의 극성을 가지는 전하가 나타나 먼 쪽의 대전체와 같은 전하가 나타난다. 또, 대전체가 아니고 외부에 전기장이 존재하는 경우에서도 외부전하와 반대의 전하가 나타난다. 이때 나타나는 전하를 유도전하(誘導電荷)라고 하며, 중성물질은 유도 전하를 가지게 되어 접촉하고 있지 않은 외부의 전기작용에 의해서 물질에 전하가 유도되어 +전하와 -전하가 분극(分極)하는 현상이 일어나며, 이 현상을 정전유도를 받고 있다고 하며, 이 현상을 응용하여 물질에 교류전압을 인가하면 물질의 분자에 회전과 진동이 가해져 분자의 이합집산을 촉진하면서 물질에 물리적인 특성을 변화시키는 것을 정전유도처리(靜電誘導處理)라고 한다.

다시 말해서, 본 발명은, 정전압발생장치(508)의 변압기(508a)는 성층(成層)의 철심(508d)을 이용한 외철원형 코일 변압기 타입의 것이며, 변압기(508a)의 1차 측 회로의 1차 코일(508c)을 전압조정기(508b)를 개입시켜 교류 전원에 접속하여 변압기(508a)의 2차 측 회로의 2차 코일(508e) 1단의 절연처리 단말(508g)을 변압기(508a) 내의 절연물 안에서 절연처리한 것과 동시에 2차 측 회로의 2차 코일(508e)의 출력선(508f)을 절연체(505)를 접지(509)에 연결하여 절연한 절연체(505) 위에 배치된 물의 개질조(503)에 250∼3,500볼트(Volt)의 전압과 10∼150㎂의 전류를 흐르게 하는 것에 의해서 정전유도처리를 하면 물의 개질조(503)에 주입된 폐수의 물 분자집단이 소집단화되면서 표면장력이 적어지면서 침투성이 좋아져 생물학처리 공정에서 미생물의 생육을 활발하게 한다.

변압기(508a)는, 철심(508d)의 중앙부에 통 모양의 절연 필름을 끼워 넣고, 다시 절연 필름의 외주 면에 1차 코일(508c)과 2차 코일(508e)을 감고, 1차 코일(508c)은, 예를 들어 직경 0.6㎜의 폴리에스테르(Polyester)로 피복한 동선을 사용하여 220∼240권으로 하고, 2차 코일(508e)은, 예를 들어 직경 0.09㎜의 에나멜로 피복 한 동선을 사용하여 40,000회권으로 하지만, 이 2차 코일(508e)의 40,000회 중, 제1의 2차 코일(508e)을 22,000회권으로 하고, 제2의 2차 코일(508e)을 18,000회권으로 하여도 좋고, 이러한 동선코일의 직경, 종류와 동선의 권수 등은 물의 개질조(503)의 용량과 처리시간, 인가전압 등의 조건에 따라서 결정을 한다.

통상의 경우, 이러한 동선코일(Coil)은 0.03∼3㎜의 것을 이용할 수 있으며, 동선의 종류는 폴리에스테르이나 에나멜로 피복 한 동선을 사용하여 동선코일의 권수는 1차 코일(508c)은 200∼250회권으로 하고, 2차 코일(508e)은 28,000∼40,000회권으로 하거나 2차 코일(508e) 내에서 제1의 2차 코일(508e)을 16,800∼22,000권으로 하고, 제2의 2차 코일(508e)을 11,200∼18,000권으로 해도 좋다.

2차 코일(508e)의 절연처리 단말(508g)은 변압기(508a) 내에 있고, 그 첨단 부분을 절연 테이프로 감은 후, 타르 피치(Tar pitch) 등의 절연물을 변압기(508a) 내에 충전해서 2차 코일(508e)의 절연처리 단말(508g)을 가려 싸도록 해서 절연하지만, 절연물은 타르 피치 이외에도 절연유, 불포화폴리에스테르, 폴리우레탄 수지 등도 이용할 수도 있다.

변압기(508a)에 교류를 흐르게 하여 변압기(508a)의 1차 전압을 전압조정기(508b)로 조작하여 100∼220볼트(Volt)로 조정하면, 2차 측의 2차 코일(508e) 단말 사이에는 12,000∼18,000볼트(Volt)의 전압이 발생하지만, 2차 측 회로에서 2차 코일(508e)의 절연처리 단말(508g)은 절연하고 있으므로, 절연된 절연체(505) 위에 물의 개질조(503)에 출력선(508f)과 접속하고 접지(509)와 사이에는 3,500∼5,000볼트(Volt)의 전압과 10∼150㎂의 전류가 흐르게 된다.

상술한, 2차 측에 발생한 12,000∼18,000볼트(Volt)의 전압이, 물의 개질조(503)와 접지(509) 사이에 3,500∼5,000볼트(Volt)의 전압, 10∼150㎂의 전류가 되는 것은 2차 코일(508e)의 절연처리 단말(508g)과 절연체(505)의 저항, 코일의 교류저항회로에 의하는 것이다.

즉, 정전압발생장치(508)의 접지(509)와 물의 개질조(503)의 접지(509)에 의한 공진 회로를 형성하는 것이며, 2차 코일(508e)의 일단인 절연처리 단말(508g) 부위인 접지(509)와 2차 코일(508e)의 출력선(508f)을 절연체(505)로 절연되고 있는 접지(509)에 의한 출력전압으로부터의 방전에 의한 공진 주파수에 의해서 정전유도를 일어나게 한다.

물의 개질조(503)의 크기, 그리고 충전물을 충전한 철망 전극(504)의 크기와 절연체(505)에 따라서 물의 개질조(503)와 접지(509) 사이의 전압은 3,500∼5,000볼트(Volt)로 변동하며, 전류도 10∼150㎂ 범위로 변화하며, 또한, 입력 전원을 전압조정기(508b)로부터 전압을 조정하는 것에 따라서 전압과 전류를 변동시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 교류저항회로에 의해서 발생시킨 물의 개질조(503)의 전압은 무부하(無負荷) 시에 3,500∼5,000볼트(Volt)이지만, 전류는 10∼150㎂ 범위의 미약한 전류이므로 인체에 대해서는 안전하고, 감전이나 화재 등의 트러블(Trouble)을 일으킬 우려는 없으며, 또한, 물의 개질조(503)에 인가되는 전압과 전류는 조의 충전 용량이나 정전유도처리조건에 따라서 전압조정기(508b)에 의해서 전압을 조정하지만, 통상의 경우는 물의 개질조(503)와 접지(509) 간의 전압이 550∼1,600볼트(Volt), 전류는 30∼100㎂ 범위로 하는 것에 의해서 정전유도하면 적절한 교류 전계(電界)를 구성할 수 있다.

그리고 물의 개질조(503)에 대해서는, 물의 개질조(503) 내의 철망 전극(504)이 +전하가 되면, 접지(509) 측에서는 -전하가 유전(誘電)되며, 반대로 물의 개질조(503) 내의 철망 전극(504)이 -전하가 되면 접지(509) 측에서는 +전하가 유전되고, 이후 교류 전원의 주파수에 따라서 물의 개질조(503)는 1초간에 주파수(50 내지 60회)만큼 +전하와 -전하가 바뀌게 되며, 이것에 따라서 접지(509) 측의 전하도 유전되어 +전하와 -전하가 바뀌게 된다.

일반적으로 물질은 원자(原子)에 의해 성립되고 있으며, 이 원자는 원자핵과 전자에 의해 구성되고 있으며, 다시 원자핵은 중성자와 양자로 구성되어 있으며, 그리고 원자핵의 주위에는 부(-)의 전하를 가지는 전자가 원운동을 하고 있고, 외부 전계가 작용하지 않는 정상상태에서는 양자의 +전하와 전자의 -전하가 동량으로 안정된 상태로 되어 있으나, 외부에서 높은 전압을 인가하면 이것에 의해서 전자는 한편으로 이동하면서, 또한 양자도 한편으로 이동하기 때문에 원자의 전기적 중심이 일치하지 않게 되어 원자는 한 개의 전기쌍극자(電氣雙極子)를 형성하게 되면서 전하의 밸런스(Balance)에 의해서 내부전계(內部電界)가 발생하면서 분극(分極)을 일으키게 된다.

이와 같은 경우 원자(분자)가 외부전계(外部電界)에 의해서 분극이 되므로 이를 전자분극(電子分極) 혹은 원자분극(原子分極) 이라고 하며, 물의 개질조(503)에 충전된 폐수에 높은 정전압을 인가하면 모든 분자는 정전유도에 의해서 +전하와 -전하의 교체에 따라서 순응하려고 하지만, 분자 간의 결합력의 강한 것과 약한 것의 차이가 생겨 폐수의 표면장력(表面張力)이 적게 되면서 점성이 적게 되어 물속에 용해되어 있는 칼슘, 마그네슘, 철분 등의 미네랄성분도 분자의 이온화가 촉진되어 초미립자화 되어 침투성이 높은 활성화된 물로 개질처리된다.

유입폐수의 핵자기공명(核磁氣共鳴) ¹⁷O-NMR 반치폭의 값이 90㎐ 이하이면서 표면장력이 68dyne/㎝이하인 경우와 BOD₅ 및 COD_Mn의 농도가 500㎎/ℓ이하로 낮은 경우에는 호기성 생물학처리만으로도 배출기준치 이내로 처리할 수 있기 때문에 상기 물의 개질 공정을 생략하고, 저농도 폐수 집수조(500)의 폐수를 1차 호기성 생물학처리공정의 1차 폭기조(510)에 공급하여 처리를 한다.

시설 경비를 절감하기 위해서 물의 개질조(503)를 생략하고, 저농도 폐수 집수조(500)에 전도도가 높은 목탄 또는 활성탄을 충전한 스테인리스 스틸의 철망 전극(504)의 망을 설치하고, 정전압발생장치(508)의 변압기(508a)로부터 고압의 교류 정전압을 철망 전극(504)에 3,000∼5,000볼트(Volt)의 전압을 인가하여 처리를 한 다음, 저농도 폐수 이송펌프(501) 토출(吐出) 측에 정전압도전관(靜電壓導電管)의 자화기 또는 영구자석 자화기를 설치한 자화기(502)로 자화처리 하여 물의 개질처리를 한 다음, 1차 폭기조(510)로 보내어도 된다.

2. 1차 호기성 생물학폐수처리공정

상기 물의 개질 공정에서 처리된 폐수가 1차 폭기조(510)에 공급되면 송풍기(517)로부터 공기를 공급하여 폭기(曝氣)를 하면서 호기성 생물학처리된 물은 1차 호기성 생물학폐수처리공정의 침전조(511)로 보내어 고형물을 침전시키고, 월류(越流, Over flow)되는 월류수인 1차 호기성 생물학처리수는 2차 폭기조(518)로 보낸다.

1차 호기성 생물학적 폐수처리공정의 침전조(511)에서 침전된 고형물(미생물 균체)은 1차 호기성 생물학적 폐수처리공정의 침전조 레이크(512)에 의해서 1차 호기성 생물학적 폐수처리공정의 침전조(511) 하부의 중앙 콘(Cone) 부분으로 모이면 1차 반송펌프(513)에 의해서 활성부식물질 펠렛트(Activated humic substance pellet)와 활성미네랄성분을 함유한 광물의 충전물(516)을 충전(充塡)한 1차 생물반응기(515)가 내장된 1차 미생물배양조(514)와 1차 폭기조(510)로 반송하면서, 배출되는 잉여오니는 2차 폭기조(518), 2차 미생물배양조(522)와 탈취처리단계의 생물탈취탑(701)으로 보낸다.

상기 잉여오니를 저농도 폐수 2차 폭기조(518)와 2차 미생물배양조(522)로 보내는 경우는, 2차 호기성 생물학처리공정의 운전 초기나, 비정상운전이 되는 경우에만 보낸다.

상기 1차 호기성 생물학처리에서 1차 호기성 생물학폐수처리공정의 침전조(511)를 월류(Over flow)하는 월류수가 배출기준치 이내로 처리된 경우나, 인근 하수처리시설과 연계하여 처리하는 경우는 바로 생물학처리수조(525)로 보낸다.

1차 미생물배양조(514)에는, 1차 반송펌프(513)에 의해서 1차 호기성 생물학폐수처리공정의 침전조(511)에서 침전된 고형물(미생물 균체)인 오니(汚泥)가 1차 미생물배양조(514)에 공급되면 송풍기(517)로부터 공기를 1차 생물반응기(515) 하부와 1차 미생물배양조(514) 하부로 공급하여 폭기를 하면서 상기 표층해수 또는 해양 심층수를 농축하여 소금을 생산하면서 부산물로 생산된 간수를 공급하여 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 미생물을 배양하여 1차 폭기조(510)로 보내어 1차 호기성 생물학폐수처리 시스템(System) 전체가 부식화 미생물과 이들 미생물과 공생관계에 있는 미생물에 의해서 부식화반응에 의해서 폐수처리가 되도록 유도된다.

상기 유기물질을 부식화하여 부식물질을 생성하는 미생물은 세포질(Cytoplasm)이나 세포벽(Cell wall)에 미네랄 함량이 높으며, 이들 미생물은 미네랄성분을 충분히 섭취하였을 때 활발한 대사활동을 한다.

그래서 본 발명에서는 표층해수 또는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수를 보메도 비중이 32∼34°Be 범위로 농축하여 소금을 생산하면서 부산물로 생산된 고즙(苦汁)인 간수(Bittern)를 1차 미생물배양조(514)에 공급하여 충분한 미네랄을 미생물에 공급하여 미생물의 대사활동을 활발하게 하여 폐수처리 효율이 향상되도록 한다.

상기 간수는 유입되는 폐수 100중량부당 0.001∼0.01중량부를 1차 미생물배양조(514)에 공급한다.

부식화반응에 의해서 폐수처리를 하였을 때는, 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 동화되면서 처리되어 폐수처리효율이 높은 특징이 있다.

그리고 1차 미생물배양조(514)에 내장된 활성미네랄을 함유한 광물과 활성부식물질 펠렛트의 충전물(516)이 충전된 1차 생물반응기(515) 하부에 송풍기(517)로부터 공기를 주입하면, 공기와 반송오니가 함께 1차 생물반응기(515)의 충전물(516) 층을 에어 리프팅(Air lifting) 되면서 통과하여 광화작용(鑛化作用)에 의해서 물이 개질처리되어 미생물의 생육을 더욱더 활발하게 한다.

1차 폭기조(510)의 용량은 F/M비(Food/Microorganism ratio)를 0.05∼0.4 범위에서 다음 식(7)에 의해서 결정하며, 깊이는 2∼6m범위로 한다.

F/M = (BOD₅×Q)/(MLSS×V) [kg BOD/㎥.일] …………………………(7)

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.

1차 호기성 생물학폐수처리공정의 침전조(511)의 표면적은 월류부하(Over flow load) 8∼25(㎥/㎡·일)와 고형물부하 60∼90(㎏/㎡·일)을 고려하여 여유가 있는 표면적으로 하며, 조의 깊이는 3∼6m로 한다.

1차 호기성 생물학폐수처리공정의 침전조(511)에서 1차 반송펌프(513)에 의해서 1차 폭기조(510)와 1차 미생물배양조(514)로 반송하는 유량은 1차 폭기조(510) 내에서 MLSS(Mixed liquor suspended solids)의 농도가 2,000∼3,500㎎/ℓ범위가 되게 다음 식(8)에 의해서 결정한다.

R = Qr/Q = (MLSS-SS)/(R-MLSS) ……………………………… (8)

여기서 R는 1차 호기성 생물학폐수처리공정의 침전조(511)에서 1차 폭기조(510)와 1차 미생물배양조(514)로 반송하는 반송률(%)이며, Qr는 반송하는 유량(㎥/일), Q는 유입폐수의 유량(㎎/ℓ), MLSS는 1차 폭기조(510) 내의 혼합액 부유물질농도(㎎/ℓ), SS는 유입폐수 중에 함유된 부유물질농도(㎎/ℓ), R는 반송오니의 부유물질 농도(㎎/ℓ)이다.

1차 미생물배양조(514)에 공급하는 유량은, 전체 반송오니의 유량의 8∼20%를 공급하고, 1차 미생물 배양조(514)의 용량은 체류시간을 0.5∼2일간으로 하고, 1차 생물반응기(515)에 충전하는 충전물(516)은, 1차 미생물배양조(514)에 공급되는 유량 10㎥/일당 활성부식물질 펠렛트(Pellet)를 5∼10㎏과 활성미네랄성분을 함유한 광물 10∼20㎏을 충전한다.

송풍기(517)에서 1차 폭기조(510)와 1차 미생물배양조(514)에 공급하는 공기량은, 1차 폭기조(510)에서는 용존산소(Dissolved oxygen) 농도가 2∼4㎎/ℓ가 유지되도록 공급하고, 1차 생물반응기(515) 하부로는 공급하는 공기량은 폭기강도가 1.5∼3.5N㎥-Air/㎡·시간으로 한다. 송풍기(517)의 토출압력은 조의 수심에 따른 정압두(Static head)와 배관의 마찰손실에 따른 마찰손실두(Friction head)를 고려하여 결정한다.

그리고 처리수의 배출기준치가 청정지역이 아니면서, BOD₅, COD_Mn, SS 등의 배출기준치가 높은 경우에는, 1차 호기성 생물학처리수가 방류기준치 이내로 처리되는 경우나 하수병합처리를 하는 경우는, 다음의 저농도 폐수의 2차 호기성 생물학처리를 생략하고, 상기 1차 호기성 생물학폐수처리공정의 침전조(511)에서 월류(越流)되는 월류수를 생물학처리수조(525)로 보낸다.

3. 2차 호기성 생물학폐수처리공정

상기 1차 호기성 생물학처리수가 2차 폭기조(518)에 공급되면 송풍기(517)로부터 공기를 공급하여 폭기하면서 처리된 물은 2차 호기성 생물학폐수처리공정의 침전조(519)로 보내어 고형물을 침전시키고, 월류되는 월류수인 2차 호기성 생물학처리수는 생물학처리수조(525)로 보낸다.

2차 호기성 생물학폐수처리공정의 침전조(519)에서 침전된 고형물(미생물 균체)은 2차 호기성 생물학폐수처리공정의 침전조 레이크(520)에 의해서 2차 호기성 생물학폐수처리공정의 침전조(519) 하부의 중앙 콘(Cone) 부분으로 모이면 2차 반송펌프(521)에 의해서 활성부식물질 펠렛트와 활성미네랄성분을 함유한 광물의 충전물(420)을 충전한 2차 생물반응기(523)가 내장된 2차 미생물 배양조(522)와 2차 폭기조(518)로 반송한다.

2차 호기성 생물학처리공정의 운전 초기 또는 비정상운전이 되는 경우에는 1차 호기성 생물학처리공정에서 배출되는 잉여오니를 2차 폭기조(518)와 2차 미생물배양조(522)로 보내어 정상상태로 운전이 되면, 1차 호기성 생물학처리공정에서 배출되는 잉여오니를 2차 폭기조(518)와 2차 미생물배양조(522)로 공급하는 것을 중단한다.

그리고 2차 호기성 생물학처리에서 배출되는 잉여오니는 1차 호기성 생물학처리에서 배출되는 잉여오니와 함께 탈취처리단계의 생물탈취탑(701)으로 보낸다.

2차 미생물배양조(522)에는, 2차 반송펌프(521)에 의해서 2차 호기성 생물학적 폐수처리공정의 침전조(519)에서 침전된 고형물인 오니(汚泥)를 2차 폭기조(518)로 보내면서 2차 미생물배양조(522)에도 공급한다. 2차 호기성 생물학적 폐수처리공정의 침전조(519)에서 침전된 고형물인 오니가 2차 미생물배양조(522)에 공급되면 송풍기(517)로부터 공기를 2차 생물반응기(523) 하부와 2차 미생물배양조(522) 하부로 공급하여 폭기하면서, 표층해수 또는 해양 심층수로부터 생산된 간수를 공급하여 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 미생물을 배양하여 2차 폭기조(518)로 보내어 2차 생물학적 폐수처리 시스템 전체도 부식화 미생물과 이들 미생물과 공생관계에 있는 미생물에 의해서 부식화반응에 의해서 폐수처리가 되도록 유도한다.

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, 표층해수 또는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수를 보메도 비중이 32∼34°Be 범위로 농축하여 소금을 석출(析出)하면서 부산물로 생산된 간수(Bittern)를 2차 미생물배양조(522)에 공급하여 충분한 미네랄을 미생물에 공급하여 미생물의 대사활동을 활발하게 하여 폐수처리 효율이 향상되도록 한다.

상기 간수는 유입되는 폐수 100중량부당 0.001∼0.01중량부를 2차 미생물배양조(522)에 공급한다.

2차 폭기조(518)의 용량은 F/M비(Food/Microorganism ratio)를 0.05∼0.4 범위에서 상기 식(7)에 의해서 결정하며, 깊이는 2∼6m범위로 하며, 2차 호기성 생물학폐수처리공정의 침전조(519)의 표면적은 월류부하(Over flow load)를 15∼25(㎥/㎡·일)로 하였을 때와 고형물부하를 60∼90(㎏/㎡·일)로 하였을 때를 고려하여 여유 있는 표면적으로 하고, 조의 깊이는 3∼6m로 한다.

2차 호기성 생물학폐수처리공정의 침전조(519)에서 2차 반송펌프(521)에 의해서 2차 폭기조(518)와 2차 미생물배양조(522)로 반송하는 유량은, 2차 폭기조(518) 내에서 MLSS(Mixed liquor suspended solids)의 농도가 2,000∼3,500㎎/ℓ범위가 되게 상기 식(8)에 의해서 결정한다.

2차 미생물배양조(522)에 공급하는 유량도, 전체 반송오니의 유량의 8∼20%를 공급하고, 2차 미생물배양조(522)의 용량은 체류시간을 0.5∼2일간으로 하고, 2차 생물반응기(523)에도 충전하는 충전물(420)은, 2차 미생물배양조(522)에 공급되는 유량 10㎥/일당 활성부식물질 펠렛트를 5∼10㎏, 활성미네랄성분을 함유한 광물 10∼20㎏을 충전한다.

상기 활성미네랄성분을 함유한 광물은, 유문암(Rhyolite) 또는 대사이드(Dacite)질의 부석(Pumice), 페그마타이트(Pegmatite) 또는 펄라이트(Perlite) 중에서 한 종류를 사용한다.

그리고 활성부식물질 펠렛트는 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 펠렛트 형태로 가공한 시중제품을 구입하여 사용한다.

송풍기(517)에서 2차 폭기조(518)와 2차 미생물배양조(522)에 공급하는 공기량은, 2차 폭기조(518)와 2차 미생물배양조(522)의 용존산소(Dissolved oxygen) 농도가 2∼4㎎/ℓ가 유지되도록 공급하고, 2차 생물반응기(523) 하부로 공급하는 공기는 폭기강도가 1.5∼3.5N㎥-Air/㎡·시간으로 한다. 송풍기(517)의 토출압력은 조의 수심에 따른 정압두(Static head)와 배관의 마찰손실에 따른 마찰손실두(Friction head)를 고려하여 결정한다.

4. 살균공정

상기 생물학처리수조(525)의 2차 호기성 생물학처리수에 산화제의 주입, 자외선의 조사, 전해산화 또는 전자선의 조사 중에서 한 종류 이상의 처리방법을 조합한 공정에 의해서 살균처리한 후, 모래여과를 하여 부유물질(Suspended solids)을 제거한 다음, 방류한다.

가. 산화제의 주입에 의한 살균

산화제의 주입에 의한 살균은, 생물학처리수조(525)의 처리수에 NaClO, ClO₂, Cl₂, H₂O₂ 또는 O₃ 중에서 한 종류의 산화제를 산화환원전위(Oxidation-reduction potential) 값이 +700∼+1,100㎷ 범위로 주입하여 30∼60분간 교반반응을 하여 수중의 박테리아 및 바이러스와 같은 미생물을 살균처리한다.

나. 자외선조사(紫外線照射)에 의한 살균

자외선조사에 의한 살균은, 파장이 250∼260㎚의 자외선 살균등으로부터 100∼300㎼/㎠·min 범위의 조사량으로 수중에 조사하여 박테리아 및 바이러스와 같은 미생물의 DNA 염기 부분을 변성시켜 생존이 불가능한 상태로 만들어 살균처리를 하게 된다.

다. 전해산화에 의한 살균

전해산화에 의한 살균처리는, 상기 2차 물의 개질 공정의 전해산화처리와 동일한 전해산화로 산화환원전위(Oxidation-reduction potential)값이 +700∼+1,100㎷ 범위로 하여 수중의 박테리아 및 바이러스와 같은 미생물을 살균처리한다.

라. 전자선조사에 의한 살균

전자선조사에 의한 살균은, 상기 2차 물의 개질 공정의 전자선(Eelectron beam)처리에서와 같이 전자선을 수중에 조사하면 수중에 존재하는 박테리아 및 바이러스와 같은 미생물을 염기배열 그 자체를 파괴하여 살균처리를 하게 된다.

전자선을 조사에 의한 살균은, 전자선발생장치로부터 0.15∼10MeV 강도(强度)로 전자선의 선양률(線量率)을 0.1KGy/h∼100MGy/h 범위로 물에 조사하여 수중의 미생물을 살균처리한다.

그리고 수중에 산소농도가 높거나 산화제(NaClO, H₂O₂, O₃, ClO₂, HClO, Cl₂ 등)가 존재하는 경우에 살균처리의 효율이 향상되기 때문에 전자선처리 이전에 전해산화처리나 산화제를 주입하면 살균처리 효율을 더욱더 향상할 수 있으며, 또한 공기(산소)를 공급하여 수중의 용존산소(Dissolved oxygen) 농도를 높게 한 상태에서 전자선을 조사하면 살균처리 효율을 향상할 수 있다.

5. 여과공정

살균처리한 물은 모래여과를 하여 수중의 부유물질(Suspended solids)을 제거한 다음, 방류한다.

모래여과는 여과속도를 6∼10m/시간으로 하고, 여과사(濾過砂)의 유효경(有效徑)은 0.3∼0.45㎜, 균등계수(均等係數)는 2.0 이하로 하며, 여층(濾層)의 두께는 0.5∼1.0m로 한다. 이때 여과압력은 운전조건에 따른 여과기의 압력손실과 배관의 압력손실을 고려하여 결정한다.

그리고 상기 살균과 여과공정은, 수중의 부유물질의 농도가 50㎎/ℓ이하 이면서 살균을 필요로 하지 않은 경우는 생략할 수도 있다.

Ⅵ. 퇴비화단계

1. 혼화공정

전처리단계의 고형물분리공정에서 분리된 고형물과 응집침전탈수처리단계의 탈수공정에서 배출되는 탈수케이크가 혼화기(600)에 공급되면 혼화기 믹서(601)로 교반하면서 수분조절제(팽윤제)를 주입하여 함수율이 60∼65wt%로 혼합하여 혼화한 다음, 발효·숙성조 공급 컨베이어(602)에 의해서 퇴비화공정의 발효·숙성조(603)로 보낸다. 이때 필요에 따라서는 수분조절제와 토양개량제를 함께 주입하여 혼화(混和)한 다음, 발효·숙성조 공급 컨베이어(602)에 의해서 퇴비화공정의 발효·숙성조(603)로 보낸다.

상기 수분조절제(팽윤제)는, 톱밥, 왕겨, 볏짚, 보릿짚, 밀짚, 수피, 부엽토(腐葉土), 코코넛 피트 또는 이탄(泥炭) 중에서 한 종류 또는 한 종류 이상 혼합한 것을 사용한다.

상기 팽윤제(수분조절제)는, 톱밥, 왕겨, 볏짚, 보릿짚, 밀짚, 수피, 부엽토, 코코넛 피트 또는 이탄은 흡수성이 우수하면서 C/N(Carbon/Nitrogen)비가 60 이상 되는 것을 사용한다.

토양개량제는, 수분조절제와 유입되는 유기성 폐기물을 합한 량의 100중량부에 천매암(千枚岩, Phyllite), 황토(黃土), 질석(蛭石, Vermiculite), 일라이트(Illite), 고령토(Kaolin), 제올라이트(Zeolite), 진주암(Perlite), 벤토나이트(Bentonite), 스멕타이트(Smectite), 몬모릴로나이트(Montmorillonite), 개울바닥 흙 또는 점토함량이 25% 이상 되는 산 흙 중에서 한 종류이상 혼합한 것을 10∼40중량부로 혼합하여 사용한다.

유기성 폐기물의 C/N비는, 돈분의 경우는 8∼12, 계분(鷄糞)은 8.4, 음식물쓰레기는 9∼20이며, C/N비가 너무 낮으면 NH₃가스가 발생하여 악취발생을 유발하면서 질소성분이 유실되며, 반면에 질소의 함량이 낮아 C/N비율이 50 이상일 때에는 미생물활동이 원활하지 못하여 퇴비화 속도가 느려지면서 온도가 하강하므로 C/N 비율을 30∼50 범위로 조정한다.

특히 CEC(Cation exchange capacity) 값이 천연 제올라이트는 100∼150meq/100g, 몬모릴로나이트는 50∼115meq/100g, 질석은 80∼150meq/100g, 일라이트는 25∼40meq/100g, 벤토나이트는 90∼120meq/100g, 스멕타이트는 80∼150meq/100g로 양이온을 흡착 보존하는 능력이 우수하여 보비력(保肥力)이 높은 특성이 있다.

2. 발효·숙성공정

전처리단계의 고형물분리공정에서 분리된 고형물과 응집침전탈수처리단계의 탈수공정에서 배출되는 탈수케이크를 퇴비로 처리하는 경우 양질의 퇴비를 생산하기 위해서 중요한 부분이 발효·숙성공정이다.

전처리단계의 고형물분리공정에서 분리된 고형물과 응집침전탈수처리단계의 탈수공정에서 배출되는 탈수케이크와 수분조절제(팽윤제) 및 토양개량제가 혼화기(600)에서 혼화하여 발효·숙성공정의 발효·숙성조(603)에 공급되면, 우선 분해가 용이한 유기물이 CO₂, H₂O, NH₃와 같은 간단한 무기물로 분해되면서 반응열에 의해서 온도가 60∼70℃로 올라가면 고온성 미생물(Themophilic bacteria)이 생육하면서 잡균, 해충의 알과 잡초의 씨앗 등이 사멸처리된다. 분해가 용이한 유기물이 소멸(消滅) 되어 온도가 떨어지면 중온성 미생물(Mesophilic Bacteria)이 생육하면서 발효·숙성이 되어 완숙퇴비가 생산된다.

퇴비화공정에서 제일 중요한 부분이 중온성 토양미생물(Mesophilic soil microbes)에 의한 발효·숙성공정으로, 이때 작용하는 중온성 토양미생물은 바실루스 미코이데스(Bacillus mycoides), 바실루스 루테우스(Bacillus luteus)와 같은 간균류(桿菌類), 소랑기움 켈룰로숨(Sorangium cellulosum)과 같은 점액세균, 아스페르길루스 니제르(Aspergillus niger, 黑麴菌)와 같은 곰팡이류 등과 같은 폴리페놀성 화합물(Polyphenolic compounds)을 대사산물(代謝産物)로 배설하여 부식물질(腐植物質)을 생성하는 부식화미생물과 슈도모나스 속(Pseudomonas sp.)과 같이 생리적 활성물질인 비타민류(Vitamins)를 대사산물로 배설하는 미생물, 푸사리움 속(Fusarium sp.)과 같이 옥신(Auxin)과 같은 성장촉진제인 호르몬류(Hormons)를 배설하는 미생물, 방선균(Actinomycete)과 같이 항생물질을 배설하는 미생물, 무코르 종(Mucor sp.), 페니실리움 종(Penicillium sp.), 푸사리움 종(Fusarium sp.)과 같은 곰팡이류와 같은 부식화 미생물과 공생관계(Symbiotic relationship)에 있는 미생물들에 의해서 식물의 성장에 유용한 물질이 다량 함유한 퇴비가 생산되어야만 양질의 퇴비가 될 수 있다.

상기와 같은 토양미생물은 세포질(Cytoplasm) 또는 세포벽(Cell wall)에 미네랄 함량이 높은 특성이 있으며, 이들 미생물은 흡수가 용이한 미네랄성분이 충분히 공급되었을 때 활발한 대사활동을 하는 특성이 있다. 이와 같은 토양미생물을 수중에서 흡수가 용이한 미네랄을 충분히 공급하여 생육을 활발하게 하는 방법을 BMW(Bacteria-Mineral-Water system)라 하여, 토양미생물을 이용한 공정에 다양하게 이용되고 있다.

상기 토양개량제(Soil conditioner)로 사용하는, 천매암(Phyllite), 황토(Loess), 질석(Vermiculite), 일라이트(Illite), 고령토(Kaolin), 제올라이트(Zeolite), 진주암(Perlite), 벤토나이트(Bentonite), 스멕타이트(Smectite), 몬모릴로나이트(Montmorillonite), 개울바닥 흙 또는 산 흙은 토양미생물에 미네랄공급이 용이한 특성이 있다.

혼화기(600)에서 혼화된 탈수케이크가 발효·숙성공정의 발효·숙성조(603)에 공급되면 발효·숙성조 믹서(604)로 30∼50일간 1∼3회/일로 뒤집기를 하면서 호기성 발효를 하여 숙성(熟成)된 완숙퇴비는 삽차(Poclain: 605)로 완숙퇴비투입호퍼(606)에 주입한 다음, 이물질 선별기(607)로 보내어 이물질을 분리 제거한 완숙퇴비는 완숙퇴비 반송 컨베이어(608)에 의해서 발효·숙성조(603) 전단으로 유입되는 전처리단계의 고형물분리공정에서 분리된 고형물과 응집침전탈수처리단계의 탈수공정에서 배출되는 탈수케이크와 팽윤제를 혼합한 양을 기준으로 20∼50%를 반송하고, 나머지 완숙퇴비는 완숙퇴비 이송 컨베이어(609)에 의해서 완숙퇴비저장설비 또는 포장설비공정으로 보내어 포장 후 제품화한다.

전처리단계의 고형물분리공정에서 분리된 고형물과 응집침전탈수처리단계의 탈수공정에서 배출되는 탈수케이크의 처리용량이 적은 경우는, 완숙퇴비 반송 컨베이어(608)를 생략하고, 완숙퇴비를 삽차(605)를 이용하여 발효·숙성조(603) 전단으로 반송할 수도 있다.

발효·숙성조(603)에서 배출되는 침출수가 침출수 저장조(610)에 유입되면 침출수 이송펌프(611)로 발효·숙성조(603)의 고온부에 온도조절용으로 반송살포하고, 남는(잉여) 침출수는 혐기성 발효단계의 저류조(300)로 보낸다.

전처리단계의 고형물분리공정에서 분리된 고형물과 응집침전탈수처리단계의 탈수공정에서 배출되는 탈수케이크가 혼화기(600)에서 팽윤제와 토양개량제를 혼합하고 혼화한 것이 발효·숙성조(603)에 유입되어 발효·숙성조믹서(604)로 뒤집기를 하면 호기성 미생물에 의해서 분해가 용이한 단순 단백질(Simple protein), 탄수화물(Carbohydrate) 등이 간단한 CO₂, H₂O, NH₃ 등의 무기물로 분해되면서 반응열로 인하여 발효 3∼4일 후에는 온도가 60∼70℃로 올라가면 바실루스 스테아로써모필루스(Bacillus stearothermphilus), 바실루스 써모레오보란스(Bacillus thermoleovorans), 클로스트리디움 데르모켈룸(Clostridium thermocellum), 클로스트리디움 데르모삭카롤리티쿰(Clostridium thermosaccharolyticum), 클로스트리디움 테르모아케티쿰(Clostridium thermoaceticum), 클로스트리디움 데르모히드로켈푸리쿰(Clostridium thermohydrosulfuricum), 락토바실루스 써모필루스(Lactobacillus thermphilus), 스트렙토코쿠스 써모필루스(Streptococcus thermphilus), 스트렙토미세스 써모필루스(Streptomyces thermphilus) 등의 고온성 미생물이 생육하면서 잡균(雜菌), 해충(害蟲)의 알과 잡초(雜草)의 씨앗 등이 사멸처리된다. 이때 온도가 70℃ 이상에서 장시간 지속 되면 중온성 미생물이 사멸되어 후속처리인 중온발효(中溫醱酵)가 원활하게 진행되지 않아 완숙된 퇴비가 되지 않기 때문에 발효·숙성조(603)에서 침출수 저장조(610)에 배출된 침출수를 침출수이송펌프(611)로 발효·숙성조(603)의 고온부에 살포하여 온도가 60∼70℃가 유지되도록 하면서, 남는 침출수는 혐기성 발효단계의 저류조(300)로 보낸다.

발효·숙성조(603)에서 원활한 발효·숙성이 일어나게 하기 위해서는, 완숙퇴비의 일부를 완숙퇴비 반송 컨베이어(608) 또는 삽차(605)로 발효·숙성조(603) 전단으로 종 미생물용으로 유입되는 전처리단계의 고형물분리공정에서 분리된 고형물과 응집침전탈수처리단계의 탈수공정에서 배출되는 탈수케이크와 수분조절제를 합한 량의 20∼50wt%를 반송할 필요가 있다.

상기 발효·숙성조 믹서(604)는, 로터리형(Rotary type), 스쿠프형(Scoop type), 스크루형(Screw type), 크레인형(Crane type), 스크루·오거형(Screw·auger type), 캐터필러(Caterpillar)를 장비한 자주식 교반형(Self-propelled mixing type) 또는 버킷로더 교반형(Bucket loader mixing type) 중에서 한 종류를 사용할 수 있다.

그리고 퇴비화에서 발효·숙성은 주로 도 7에서와 같이 개방·직선형(開放·直線型)을 사용하지만, 개방·직선형 발효·숙성조(603) 이외의 개방식원형형발효장치(開放式円形型醱酵裝置), 개방식회행형발효장치(開放式回行型醱酵裝置), 개방식교반발효장치(開放式攪拌醱酵裝置), 개방식종형발효장치(開放式縱型醱酵裝置), 개방식횡형발효장치(開放式橫型醱酵裝置), 엔드리스 스쿠프형(Endless Scoop type) 발효장치, 상형통기발효장치(箱形通氣醱酵裝置), 로터리 킬른식(Rotary kiln type)밀폐횡형발효장치(密閉橫型醱酵裝置) 또는 밀폐식종형발효장치(密閉式縱型醱酵裝置), 밀폐형다단식종형발효장치(密閉型多段式縱型醱酵裝置) 중에서 한 종류의 발효장치를 이용하여 발효를 할 수도 있으며, 본 발명에서 발효·숙성조(603)의 형태에는 특별히 제한하지는 않는다. 밀폐식종형발효장치, 개방식종형발효장치 등을 적용하는 경우는 고온발효 부분과 중온발효 부분을 분리하여 설비하는 것이 바람직하다.

상기 발효·숙성공정에서 1차 탈수공정과 탈수공정에서 탈수된 탈수케이크가 발효되어 퇴비가 생성되는 반응 메커니즘(Mechanism)을 고려하면 다음과 같다.

유기물질 ―토양미생물(부식화 미생물)→ 폴리페놀성 화합물(대사산물) + CO₂ + H₂O + Energy …………………………………………………………………(9)

폴리페놀성화합물 + 공기(O₂) ―산화효소→ 퀴논화합물 + H₂O₂ ……(10)

퀴논화합물 + 난분해성 유기물(리그닌, 셀룰로오스, 타닌 등) + 휘발성물질(NH₃, H₂S, 메르캅탄류, 다이메틸설파이드 …등) ―중축합반응→ 부식전구물질(腐植前驅物質) …………………………………………………………………………(11)

부식전구물질 + 부식화미생물과 공생미생물(Penicillium sp., Pseudomonas sp. … 등) → 부식물질 + 생리적 활성화물질인 비타민류 + 성장촉진물질인 호르몬 + 항생물질 (완숙퇴비)………………………………………………………………(12)

Ⅶ. 악취처리단계

1. 생물학적 탈취공정

축산분뇨, 인분, 음식물쓰레기, 농·수산물가공공정에서 배출되는 폐기물, 식품가공공정에서 배출되는 폐기물, 도축공장에서 배출되는 유기성 폐기물은 미생물에 의해서 쉽게 분해될 수 있는 탄수화물(Carbohydrate), 단순단백질(Simple protein) 등이 CO₂, H₂O와 같은 간단한 무기물로 분해되면서 NH₃, H₂S, 메르캅탄류(Mercaptans, Thiols), 휘발성 아민류(Light amines), 인돌류(Indole), 스카톨(Skatole)과 같은 휘발성 악취발생물질이 발생하면서 악취가 발생하게 된다.

본 발명에서는 상기 유기성 폐기물의 전처리 단계, 혐기성 발효단계, 응집침전탈수처리단계, 호기성 생물학폐수처리단계와 퇴비화단계에서 악취물질이 발생하는 지점에서 악취물질을 악취물질흡입송풍기(700)로 흡입하여 충전물(702)이 충전된 생물탈취탑(701) 하부로 공급하고, 호기성 생물학폐수처리단계에서 배출되는 잉여오니를 생물탈취탑(701) 상부로 보낸다.

그리고 미생물 먹이로, 저농도 폐수 집수조(500)에 유입된 폐수 0.2∼0.5%를 상기 저농도 폐수 집수조(500)와 함께 생물탈취탑(701)으로 보낸다.

이때도 미생물의 생육을 활발하게 하기 위해서 상기 표층해수 또는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수를 보메도 비중이 32∼34°Be 범위로 농축하여 소금을 석출하면서 부산물로 생산된 간수(Bittern)를 생물탈취탑(701)에 보내는 폐수의 0.01∼0.03% 범위로 생물탈취탑(701)에 공급한다.

생물탈취탑(701)에 충전하는 충전물(702)은, 유문암(Rhyolite), 대사이드(Dacite), 페그마타이트(Pegmatite), 화강암(Granite) 또는 천매암(Phyllite) 중에서 한 종류의 쇄석(碎石), 또는, 목재 칩(Wood chip) 중에서 한 종류의 충전물(702)을 가스의 접촉시간이 1.2∼2초의 범위가 되도록 충전한다.

생물탈취탑(701)은 악취물질흡입송풍기(700)에서 악취물질의 질량속도(G)와 생물탈취탑순환펌프(703)에서 공급하는 흡수액과 용수(L, 미생물배양조의 배양액)의 질량속도 비(L/G)가 0.2∼0.6의 범위가 되게 하며, 탑의 면적을 결정은, 충전물(702)의 종류에 따른 익류점(Flooding point)과 로딩점(Loading point)을 고려하여 결정하는 것이 원칙이지만, 일반적으로 탑의 면적은 가스의 유속이 0.15∼0.3m/초의 범위로 하고, 접촉시간은 1.5∼2초 범위로 하며, 흡수액은 질량속도 비(L/G)가 0.2∼0.6의 범위로 하면 무난하다.

그리고 생물탈취탑(701)의 하부에 순환액의 저장용량은 생물탈취탑 순환펌프(703)의 펌핑 유량을 기준으로 체류시간이 20∼30분이 되도록 한다.

상기 탈취처리공정에서 악취물질이 제거되는 메커니즘을 설명하면 다음과 같다.

상기 호기성 생물학폐수처리단계에서 배출되는 잉여오니에는 유기물을 섭취하여 폴리페놀화합물을 대사산물로 배설하여 부식물질을 생성하는 부식화미생물과 이들 미생물과 공생관계에 있는 미생물이 함유되어 있기 때문에 NH₃, H₂S, 메르캅탄류(Mercaptans, Thiols), 휘발성 아민류(Light amines), 인돌류(Indole), 스카톨(Skatole)과 같은 휘발성 악취발생물질을 비휘발성의 거대고분자물질인 부식전구물질 또는 부식물질로 전환하여 악취발생물질을 1차 제거한다.

유기물 + 공기(O₂) ―부식화미생물→ 폴리페놀화합물(미생물 대사산물) + CO₂ + H₂O …………………………………………………………………(13)

상기 폴리페놀화합물은 공기 중에서 폴리페놀옥시다아제(Polyphenol oxidase)와 같은 산화효소의 촉매반응에 의해서 퀴논화합물을 생성한다.

폴리페놀화합물 + 공기(O₂) ―산화효소(Oxidase)→ 퀴논화합물 + H₂O₂…(14)

상기 퀴논화합물은 생물학적으로 비휘발성 물질인 부식전구물질(腐植前驅物質)을 생성하면서, 이때 악취발생물질인 휘발성의 NH₃, H₂S, 메르캅탄류, 휘발성 아민류, 인돌류, 스카톨과 같은 악취물질과 중·축합반응을 하여 비휘발성의 부식전구물질로 전환되면서 악취발생이 억제하게 된다. 그리고 부식전구물질은 시간이 경과하면서 부식화미생물 및 이들 미생물과 공생관계에 있는 토양 미생물에 의해서 안정된 부식물질로 전환하게 된다.

퀴논화합물 + 휘발성유기물(NH₃, H₂S, 메르캅탄류, 휘발성 아민류, 인돌류, 스카톨과 같은 악취발생물질) ―중·축합반응→ 부식전구물질(비휘발성 물질)→→…→ 부식물질 …………………………………………………………………(15)

2. 화학적 탈취공정

상기 생물학적 탈취처리에 의해서 1차 탈취처리한 탈취가스는 산과 산화제에 의한 화학적 탈취에 의해서 탈취처리를 한다.

상기 생물학적 탈취공정에서 1차 탈취처리된 탈취가스를 화학탈취탑 공급 송풍기(704)로 화학탈취탑(705) 하부로 공급하고, 화학탈취액저장조(708)의 화학탈취액을 화학탈취탑순환펌프(709)로, 충전물(706)이 2단으로 충전된 화학탈취탑(705) 충전물(706) 중간 단으로 반송하면서 충전물(706) 상단으로는 용수와 함께 공급하여 화학탈취탑(701) 하부에서 상승하는 악취가스와 충전물(706)에서 향류접촉(向流接觸) 하도록 하여 악취성분을 제거한다. 이때 악취물질이 제거되는 반응메커니즘은 다음과 같다.

1) 산에 의한 탈취반응

NH₃ + H₂SO₄ → NH₄HSO₄ ……………………………………………………(16)

2NH₃ + H₂SO₄ → (NH₄)₂SO₄ …………………………………………………(17)

(CH₃)₃N + H₂SO₄ → (CH₃)₃N·H₂SO₄ ………………………………………(18)

2) 산화제에 의한 탈취반응

2NaOCl+ H₂SO₄ → Na₂SO₄ + HClO ………………………………………(19)

H₂S + 4HClO → H₂SO₄ + 4HCl ………………………………………(20)

H₂S + HClO → H₂O + S + HCl ………………………………………(21)

2NH₃ + 3HClO → N₂↑ + 3HCl + 3H₂O ……………………………………(22)

(CH₃)₃N + HClO → (CH₃)₃NO·HCl ……………………………………(23)

CH₃SH + 3NaOCl → CH₃SO₃H + 3NaCl ……………………………………(24)

(CH₃)₂S + 3HClO → (CH₃)₂SO₃ + 3HCl ……………………………………(25)

(CH₃)₂S₂ + 2HClO → (CH₃)₂S₂O₂ + 2HCl …………………………………(26)

화학탈취액저장조(708)의 화학탈취액은, 과산화수소(H₂O₂), 차아염소산소다(NaClO), 이산화염소(ClO₂), 오존(O₃) 또는 염소(Cl₂) 중에서 한 종류에 수소이온농도지시제어스위치(pH indicating control switch, pHIS)를 조정하여 pH를 1∼3의 범위로 황산을 공급한 산화제를 산화환원전위지시제어스위치(Oxidation-reduction potential indicating control switch, ORPIS)를 조정하여 산화환원전위 값이 +800∼+1,100㎷ 범위로 주입한다.

그리고 화학탈취탑 순환펌프(709) 토출부에서 배출되는 배출수는 응집침전탈수처리단계의 중화조(404)로 보내어 중화제로 이용한다.

화학탈취탑(705)에 충전하는 충전물(706)의 재질은 내식성이 있는 스테인리스강(Stainless steel), 자기(Porcelain), PVC(Polyvinylchloride), PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), ABS수지(Acrylonitrile butadiene styrene copolymer), 아크릴수지(Acrylic resin), 에보나이트(Eebonite) 또는 베이클라이트(Bakelite) 중에서 한 종류의 라시히링(Raschig ring), 폴링(Pall Ring), 라프락스링(Raflux ring), 레싱링(Lessing Ring), 십자분할링(Cross partition ring), 새들형(Saddle type) 또는 볼형(Ball type) 중에서 한 종류를 가스의 접촉시간이 1.2∼2초의 범위가 되도록 충전한다.

화학탈취탑(705)은 화학탈취탑 공급 송풍기(704)에서 악취가스의 질량속도(G)와 화학탈취탑 순환펌프(709)에서 공급하는 흡수액과 용수(L)의 질량속도 비(L/G)가 0.2∼0.6의 범위가 되게 하며, 탑경(塔徑)은 충전물(706)의 종류에 따른 익류점(Flooding point)과 로딩 점(Loading point)을 고려하여 결정하는 것이 원칙이지만, 일반적으로 탑의 면적은 가스의 유속이 0.15∼0.3m/초의 범위로 하면 무난하다.

화학탈취액 저장조(708)의 용량은 화학탈취탑 순환펌프(709)의 펌핑(Pumping) 유량을 기준으로 체류시간이 20∼30분이 되도록 한다.

그리고 분뇨처리에서와 같이 생물학적 탈취처리만으로도 악취가 완벽하게 제거되는 경우에는 화학적 탈취공정을 생략하여도 상관이 없다.

100: 투입구 101: 유기성 폐기물 이송 스크루 컨베이어
102: 파쇄기 200: 태양
201: 집열판 202: 집열판 순환펌프
203: 축열조 204: 축열재
205: 축열조 교반기 206: 보온재
207: 축열조 순환펌프 300: 저류조
301: 고농도폐수 이송펌프 302: 1차 혐기성 발효조
303: 1차 혐기성 발효조 교반기 304: 열교환기 순환펌프
305: 열교환기 306: 2차 혐기성 발효조
307: 2차 혐기성 발효조 스크래퍼(Scrapper) 308: 발효 슬러지 이송펌프
309: 메테인가스저장탱크 실 피트(Seal pit) 310: 메테인가스저장탱크
400: 혐기성 발효액 저장조 401: 혐기성 발효액 이송펌프
402: 반응조 403: 반응조 교반기
404: 중화조 405: 중화조 교반기
406: 흡착제 혼합조 407: 흡착제 혼합조 교반기
408: 응집조 409: 응집조 교반기
410: 최초 침전조 411: 최초 침전조 레이크(Rake)
412: 탈수공정공급펌프 500: 저농도 폐수 집수조
501: 저농도 폐수 이송펌프 502: 자화기(磁化器)
503: 물의 개질조 504: 철망 전극
505: 절연체(絶緣體) 506: 스테인리스강판(導體)
507: 기초콘크리트구조물 508: 정전압발생장치
508a: 변압기 508b: 전압조정기
508c: 1차 코일(Coil) 508d: 철심
508e: 2차 코일 508f: 출력선
508g: 절연처리 단말 509: 접지
510: 1차 폭기조 511: 1차 호기성 생물학폐수처리공정의 침전조
512: 1차 호기성 생물학폐수처리공정의 침전조 레이크 513: 1차 반송펌프
514: 제1미생물 배양조 515: 제1생물반응기
516: 제1생물반응기 충전물 517: 송풍기(Air blower)
518: 2차 폭기조 519: 2차 호기성 생물학폐수처리공정 침전조
520: 2차 호기성 생물학폐수처리공정 침전조 레이크 521: 2차 반송펌프
522: 제2미생물 배양조 523: 제2생물반응기
524: 제2생물반응기 충전물 525: 생물학처리수조
600: 혼화기 601: 혼화기 믹서
602: 발효·숙성조 공급 컨베이어 603: 발효·숙성조
604: 발효·숙성조 믹서 605: 삽차
606: 완숙퇴비 투입 호퍼 607: 이물질선별기
608: 완숙퇴비 반송 컨베이어 609: 완숙퇴비 이송 컨베이어
610: 침출수 저장조 611: 침출수 이송펌프
700: 악취물질흡입 송풍기 701: 생물탈취탑
702: 충전물 703: 생물탈취탑 순환펌프
704: 화학탈취탑 공급송풍기 705: 화학탈취탑
706: 충전물 707: 데미스터(Demister)
708: 화학탈취액 저장조 709: 화학탈취탑 순환펌프
ⓢ: 솔레노이드밸브(Solenoid valve) FI: 유량지시계(Flow indicator)
LT: 수위송신기(Level transmitter) LS: 수위 제어스위치(Level switch)
LIC: 수위지시제어기(Level indicating controller)
pHT: 수소이온농도전달장치(pH transmitter) M: 모터(Motor)
pHIS: 수소이온농도지시제어스위치(pH indicating control switch)
DOI: 용존산소지시계(Dissolved oxygen indicator)
ORPT: 산화환원전위 전달장치(Oxidation reduction potential transmitter)
ORPIS: 산화환원전위지시제어스위치(Oxidation reduction potential indicating control switch)

Claims

태양열을 이용하여 도축공장폐기물, 식품가공공장폐기물, 농·수산물 가공공정에서 배출되는 폐기물, 음식물쓰레기, 하수처리 슬러지(Sludge), 축산분뇨 또는 인분 중에서 한 종류의 유기물의 농도가 높은 유기성 폐기물을 처리하는 방법에 있어서,
상기 유기성 폐기물에 생물학폐수처리공정의 잉여오니와 탈취공정의 생물탈취액을 공급한 것을 이물질분리와 파쇄처리하여 이물질제거와 파쇄처리된 유기기성 폐기물로 처리하는 전처리공정과, 상기 이물질제거와 파쇄처리된 유기기성 폐기물을 탈수기로 보내어 액상성분이 제거된 탈수케이크는 퇴비화공정으로 보내고, 탈수 여액인 액상성분을 분리하는 고형물분리공정을 순차적으로 처리하는 전처리 단계와,
태양으로부터 태양열이 집열판의 열매체에 집열된 열은 집열판 순환펌프에 의해서 축열조에 충전된 축열재를 용융시켜 열을 축열 하는, 태양열을 축열하는 단계와,
상기 탈수 여액인 액상성분과 퇴비화단계의 발효·숙성공정에서 배출되는 침출수를 1차 혐기성 발효조에 공급하고, 상기 태양열을 축열하는 단계의 축열조에 축열된 열을 이용하여 1차 혐기성 발효조의 온도를 50∼57℃ 범위로 조정하고, 교반하면서 1차 혐기성 발효하는 1차 혐기성 발효공정과, 상기 1차 혐기성 발효한 발효액을 2차 혐기성 발효조에 공급하고, 유기물을 메테인 균에 의해서 메테인가스(CH₄)와 탄산가스(CO₂)로 분해한 가스는 메테인가스 저장탱크로 보내고, 2차 혐기성 발효조에서 침전된 슬러지와 상부로 월류하는 발효액은 혐기성 발효액 저장조로 보내는 2차 혐기성 발효공정을 순차적으로 처리하는 혐기성 발효단계와,
상기 2차 혐기성 발효조에서 침전된 슬러지와 상부로 월류하는 발효액을 활성미네랄 반응조에 공급하고, 석회석, 중정석 또는 백운석 중에서 한 종류를 소성하여 분쇄한 분말 또는 이 분말을 수중에 밀크 상태로 분산한 활성화미네랄성분을 공급하고, 교반하면서 공기를 공급하여 수용성 유기물질을 활성화미네랄성분과 수용성 유기물질이 반응하도록 하는 활성미네랄반응공정과,
상기 수용성 유기물질을 활성화미네랄성분과 수용성 유기물질이 반응하도록 한 것을 중화조에 공급하고, 교반하면서 황산수용액을 공급하여 pH를 5∼8의 범위로 중화처리된 폐수로 처리하는 중화처리공정과,
상기 중화처리된 폐수는 흡착제 혼합조에 공급하고, 교반하면서 퇴비화공정의 팽윤제(수분조절제)를 공급하여 수용성 유기물을 흡착시킨 폐수로 처리하는 흡착공정과, 상기 수용성 유기물을 흡착시킨 폐수를 응집조에 공급하고, 교반하면서 양이온성 고분자응집제를 공급하여 응집처리한 폐수는 최초 침전조로 보내어 고형물이 침전된 상등액은 탈수공정에서 배출되는 탈수 여액과 함께 저농도 폐수 집수조로 보내고, 최초 침전조에 침전된 슬러지는 탈수공정으로 보내는 응집·침전공정과,
상기 최초 침전조에 침전된 슬러지는 탈수기에 공급하여 탈수된 탈수케이크는 퇴비화공정으로 보내고, 탈수 여액은 최초 침전조 월류수와 함께 저농도 폐수 집수조로 보내는 탈수공정을 순차적으로 처리하는 응집침전탈수처리단계와,
상기 탈수 여액과 최초 침전조 월류수인 저농도 폐수를 자화처리와 3,000∼5,000볼트의 전압을 인가하여 정전압처리를 하여 저농도 폐수를 개질처리하는 물의 개질 공정과,
상기 저농도 폐수를 개질처리한 것을 1차 폭기조에 공급하면서 활성부식물질 펠렛트와 활성미네랄성분을 함유한 광물의 충전물을 충전한 1차 생물반응기가 내장된 1차 미생물배양조에서 간수를 공급하여 배양된 미생물배양액과 침전조에서 반송오니를 공급하고, 송풍기로부터 공기를 공급하여 폭기하면서 1차 호기성 생물학처리된 물은 1차 호기성 생물학폐수처리공정의 침전조로 보내어 침전된 고형물은 종오니로 1차 미생물배양조와 1차 폭기조로 반송하면서, 배출되는 잉여오니는 유기성 폐기물투입구와, 생물탈취탑으로 보내고, 1차 호기성 생물학폐수처리공정의 침전조 상부로 월류하는 1차 호기성 생물학처리수는 2차 폭기조로 보내는 1차 호기성 생물학폐수처리공정과,
상기 1차 호기성 생물학처리수를 2차 폭기조에 공급하면서 활성부식물질 펠렛트와 활성미네랄성분을 함유한 광물의 충전물을 충전한 2차 생물반응기가 내장된 2차 미생물배양조에서 간수를 공급하여 배양된 미생물배양액과 침전조에서 반송오니를 공급하고, 송풍기로부터 공기를 공급하여 폭기하면서 2차 호기성 생물학처리된 물은 2차 호기성 생물학폐수처리공정의 침전조로 보내어 침전된 고형물은 종오니로 2차 미생물배양조와 2차 폭기조로 반송하면서, 배출되는 잉여오니는 유기성 폐기물투입구와, 생물탈취탑으로 보내고, 2차 호기성 생물학 폐수처리공정의 침전조 상부로 월류하는 2차 호기성 생물학처리수는 살균공정으로 보내는 2차 호기성 생물학폐수처리공정과,
상기 2차 호기성 생물학처리수에 산화제의 주입, 자외선의 조사, 전해산화 또는 전자선의 조사 중에서 한 종류 이상의 처리방법을 조합한 공정에 의해서 살균한 물로 처리하는 살균공정과,
상기 살균한 물을 모래여과를 하여 수중의 부유물질을 제거한 다음, 방류하는 여과공정을 순차적으로 처리하는 호기성 생물학폐수처리단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양열을 이용하여 유기성 폐기물을 처리하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 탈수 여액인 액상성분의 염분농도가 높은 경우는 탈염장치로 보내어 염분이 제거된 액상성분으로 처리한 것을 1차 발효공정으로 보내는 탈염처리공정을 추가하여 태양열을 이용하여 유기성 폐기물을 처리하는 방법.
제1항의 고형물분리공정에서 배출되는 탈수케이크와 탈수공정에서 배출되는 탈수케이크를 퇴비화공정의 혼화기에 공급하고, 혼화기 믹서로 교반하면서 수분조절제(팽윤제)와 토양개량제를 주입하여 함수율이 60∼65wt%로 혼합하여 혼화한 다음, 발효·숙성조로 보내어 완숙퇴비를 발효·숙성조 전단으로 반송하면서 발효·숙성조 믹서로 30∼50일간 1∼3회/일로 뒤집기를 하면서 호기성 발효를 하여 숙성(熟成)한 다음, 이물질을 분리제거 후 포장하여 퇴비를 만드는 방법.
제1항의 유기성 폐기물의 전처리공정, 혐기성 발효공정, 응집침전탈수처리공정, 호기성 생물학폐수처리공정과 퇴비화공정에서 악취물질이 발생하는 지점에서 악취물질을 악취물질흡입송풍기로 흡입하여 유문암(Rhyolite), 대사이드(Dacite), 페그마타이트(Pegmatite), 화강암(Granite), 천매암(Phyllite) 또는 목재 칩(Wood chip) 중에서 한 종류의 충전물dl 충전된 생물탈취탑 하부로 공급하고, 호기성 생물학폐수처리공정에서 배출되는 잉여오니를 생물탈취탑 상부로 공급하는 생물학적 탈취공정과,
상기 생물학적 탈취공정에서 1차 탈취처리된 탈취가스를 화학탈취탑 공급 송풍기로 화학탈취탑 하부로 공급하고, 화학탈취액저장조의 산과 산화제를 함유한 화학탈취액을 화학탈취탑순환펌프로, 충전물이 2단으로 충전된 화학탈취탑 충전물 중간 단으로 반송하면서 충전물 상단으로는 용수와 함께 공급하여 화학탈취탑 하부에서 상승하는 악취가스와 충전물에서 향류접촉 하도록 하여 악취성분을 제거하는 화학적 탈취공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 탈취처리방법.