KR20160047696A - 고농도 식품 및 음식물 폐수 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음식물 쓰레기 탈리여액을 유입받아 탈리여액내 지방과 부유 고형분이 결합하여 생성된 스컴을 제거하는 전단 부상분리조; 상기 부상분리조 후단에 설치되고, 부상분리조에서 배출된 액상 처리수를 유입받아 유기물을 산발효시키며, 하부에 미세기포가 공급되는 기포유입부, 상기 유입된 미세기포에 의해서만 교반되는 폐수가 산발효되는 수직형 실린더로 이루어진 반응부, 및 상기 반응부 상부에 형성된 스컴을 제거하는 스컴분리기를 포함하는 산발효조; 상기 산발효조 하부의 기포유입부에 미세기포를 공급하는 미세기포공급기; 상기 산발효조에서 발생한 스컴이 제거된 액상 처리수를 유입받아 혐기발효처리하는 혐기성소화조;를 포함하는 고농도 식품 및 음식물 폐수 처리장치를 제공한다.

Description

고농도 식품 및 음식물 폐수 처리장치{HIGH CONCENTRATED FOODS WASTES TREATMENT SYSTEM}

본 발명은 고농도 식품 및 음식물 폐수 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산발효과정에서 미세기포를 이용하여 교반하므로 별도의 교반기를 필요로 하지 않아 설비가 단순하고, 산발효조의 전단에서 음식물 쓰레기 탈리여액을 부상분리시킴으로써 유분과 부유 고형분을 사전에 제거하여 산발효조 및 혐기성소화조에서의 처리효율을 높여 고농도의 식품 내지 음식물 쓰레기의 탈리여액을 효과적으로 처리함으로써, 슬러지 발생량을 최소화하고, 운영비 및 에너지 소비를 현저히 절감하는 효과를 제공하는 고농도 식품 및 음식물 폐수 처리장치에 관한 것이다.

음식물 쓰레기 탈수과정에서 배출되는 탈리여액은 주로 수분, 부유 고형분, 유분으로 구성되어 있다. 유분은 에멀젼 상태로 안정되게 수층에 존재하며 부유 고형분은 미세한 입자로 분산되어 있으므로 통상적인 방법으로 탈리액으로 부터 유분 및 부유 고형분을 분리하기가 어렵다.

이를 위해 종래에는 음식물 쓰레기로부터 분리한 탈리여액을 단순히 산발효조에서 산발효시킨 후, 후단의 부상분리조에서 공기압축기를 이용하여 고압의 기포를 공급하는 방법으로 유분과 부유고형분을 부유시켜 스컴으로 제거한 후, 액상의 처리수를 혐기성소화조로 보내 처리하는 방식을 취하고 있다.

하지만, 종래 상기와 같은 구성에 의하면 탈리여액내 함유된 유분과 부유 고형분이 고농도인 관계로, 산발효조와 후단의 부상분리조만으로는 탈리여액내 존재하는 유분과 부유 고형분을 전량 제거하기 어려워 혐기성 소화조의 처리효율이 저하되는 문제는 여전히 남게 된다.

또, 종래의 처리장치들은 산발효조에 별도의 교반기가 장착되어지고 있으나, 이들 교반기는 전술한 바와 같이 고농도의 유분 및 부유 고형분이 부착되어 반복적인 처리결과 교반효율을 저하시키고 전력소비가 많이 발생하는 문제로 인해 주기적인 청소가 필요하다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술이 가지는 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 산발효과정에서 미세기포를 이용하여 교반하므로 별도의 교반기를 필요로 하지 않아 설비가 단순하고, 산발효조의 전단에서 음식물 쓰레기 탈리여액을 부상분리시킴으로써 유분과 부유 고형분을 사전에 제거하여 산발효조 및 혐기성소화조에서의 처리효율을 높여 고농도의 식품 내지 음식물 쓰레기의 탈리여액을 효과적으로 처리함으로써, 슬러지 발생량을 최소화하고, 운영비 및 에너지 소비를 현저히 절감하는 효과를 제공하는 고농도 식품 및 음식물 폐수 처리장치를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제는 다음과 같은 수단에 의해 달성되어진다.

(1) 음식물 쓰레기 탈리여액을 유입받아 탈리여액내 지방과 부유 고형분이 결합하여 생성된 스컴을 제거하는 전단 부상분리조; 상기 부상분리조 후단에 설치되고, 부상분리조에서 배출된 액상 처리수를 유입받아 유기물을 산발효시키며, 하부에 미세기포가 공급되는 기포유입부, 상기 유입된 미세기포에 의해서만 교반되는 폐수가 산발효되는 수직형 실린더로 이루어진 반응부, 및 상기 반응부 상부에 형성된 스컴을 제거하는 스컴분리기를 포함하는 산발효조; 상기 산발효조 하부의 기포유입부에 미세기포를 공급하는 미세기포공급기; 상기 산발효조에서 발생한 스컴이 제거된 액상 처리수를 유입받아 혐기발효처리하는 혐기성소화조;를 포함하는 고농도 식품 및 음식물 폐수 처리장치.

(2) 상기 (1)에 있어서,

산발효조의 후단에 설치되고 산발효조에서 배출된 처리수를 유입받아 추가적으로 스컴을 분리제거하기 위한 후단 부상분리조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 식품 및 음식물 폐수 처리장치.

(3) 상기 (1)에 있어서,

미세기포공급기는 공기압축기와 산발효조 내부 혹은 외부에 설치되는 처리수 펌프를 포함하고, 상기 처리수 펌프가 공급하는 산발효조 내 처리수와 상기 공기압축기가 공급하는 기체를 혼합실에서 충돌시켜 발생하는 초미세기포를 제공하는 것을 특징으로 하는 고농도 식품 및 음식물 폐수 처리장치.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 산발효과정에서 미세기포를 이용하여 교반하므로 별도의 교반기를 필요로 하지 않아 설비가 단순하고, 산발효조의 전단에서 음식물 쓰레기 탈리여액을 부상분리시킴으로써 유분과 부유 고형분을 사전에 제거하여 산발효조 및 혐기성소화조에서의 처리효율을 높여 고농도의 식품 내지 음식물 쓰레기의 탈리여액을 효과적으로 처리함으로써, 슬러지 발생량을 최소화하고, 운영비 및 에너지 소비를 현저히 절감하는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고농도 식품 및 음식물 폐수 처리장치의 구성도.
도 2a, 2b는 본 발명의 고농도 식품 및 음식물 폐수 처리장치를 구성하는 산발효조의 구성도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고농도 식품 및 음식물 폐수 처리장치의 구성도.

본 발명에 따른 고농도 식품 및 음식물 폐수 처리장치는 음식물 쓰레기 탈리여액을 유입받아 탈리여액내 지방과 부유 고형분이 결합하여 생성된 스컴을 제거하는 전단 부상분리조; 상기 부상분리조 후단에 설치되고, 부상분리조에서 배출된 액상 처리수를 유입받아 유기물을 산발효시키며, 하부에 미세기포가 공급되는 기포유입부, 상기 유입된 미세기포에 의해서만 교반되는 폐수가 산발효되는 수직형 실린더로 이루어진 반응부, 및 상기 반응부 상부에 형성된 스컴을 제거하는 스컴분리기를 포함하는 산발효조; 상기 산발효조 하부의 기포유입부에 미세기포를 공급하는 미세기포공급기; 상기 산발효조에서 발생한 스컴이 제거된 액상 처리수를 유입받아 혐기발효처리하는 혐기성소화조;를 포함한다.

이하, 설명되어지는 본 발명에 따른 장치 구성 중 부상분리조, 혐기성소화조 및 가수분해조는 종래 음식물 쓰레기 탈리여액의 처리장치에서 채택되고 있는 장치 구성 내지 처리조건을 채택할 수 있으며, 후술하는 본 발명의 실시예에서는 실시가능한 공정 중 바람직한 예를 들어 설명하는 것으로 하고, 따라서 이들 조건에 본 발명의 권리범위가 한정적으로 해석되어지지 않음은 당연하다.

이하, 본 발명의 내용을 도 1에 도시한 바와 같은 제1 실시예를 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

전단 부상분리조(10)는 음식물 쓰레기 탈리여액을 유입받아 탈리여액내 지방과 부유 고형분이 결합하여 생성된 스컴을 제거한다. 이와 같이 부상분리조(10)는 잔존하는 스컴을 제거함으로써 후단의 혐기성소화조(20)의 방해요소를 제거하고, 소화효율을 높인다.

통상적으로 부상분리조(10)는 장방형의 사각통에 상부에는 스컴을 걷어내는 스크레이퍼(미도시)를 설치하여 스컴을 부상분리조의 후단으로 배출한다. 부상분리조(10)에는 바람직하게는 고압의 공기(바람직하게는 1~3 kg/㎠)를 공기압축기 등을 이용하여 주입하여 부상 효율을 높인다. 또한 상기 스크레이퍼의 선속도는 1~3m/min로 하는 것으로 좋다.

본 발명에서는 상기 부상분리조(10)에서 배출된 처리수는 유기물의 분해를 위해 산발효조(20)로 이송된다.

산발효조(20)는 상기 부상분리조 후단에 설치되고, 부상분리조(10)에서 배출된 액상 처리수를 유입받아 유기물을 산발효시키고, 후단의 혐기성소화조(30)로 처리수를 배출시킨다. 산발효조(20)에서 유기물 중의 셀룰로오스나 전분 등의 탄수화물은 보다 간단한 구조의 당류로 분해되어지고, 단백질은 아미노산으로 분해되어지며, 지방질은 글리세롤이나 지방산으로 가수분해된다. 이와 같은 작용은 산발효균에 의해 이루어지며, 산발효균은 pH 5.5~6.5에서 활성화되므로 산발효조(20)의 pH는 상기 수준으로 조절되어지도록 한다.

이와 같이 상기 산발효조(20)는 폐수 중의 유기물을 분해시켜 혐기성 소화조(30)의 효율을 증대시키고, 산발효에 의해 발생하는 이산화탄소와 수소가스를 이용하여 상대적으로 비중이 낮아 부상하기 쉬운 부유 고형분과 유분을 어느 정도 부상분리하는 역할을 수행한다.

본 발명은 상기 산발효조(20)에 미세기포를 공급함으로써 부유 고형분과 유분을 처리수 전체에 걸쳐 빠른 속도로 부유시켜 신속하고 고효율로 제거하는 것에 특징이 있다. 따라서 별도의 교반기도 필요하지 않다.

이를 위해 본 발명의 폐수 처리장치는 도 2a 및 2b에 도시한 바와 같이, 산발효조(20) 하부에 미세기포가 공급되는 기포유입부(21), 상기 유입된 미세기포에 의해 교반되는 처리수가 산발효되는 수직형 실린더로 이루어진 반응부(22), 및 상기 반응부 상부에 형성된 스컴을 제거하는 스컴분리기(미도시)를 포함한다.

기포유입부(21)는 미세기포공급기(40)로부터 미세기포를 공급받아 반응부(22) 내부의 처리수로 투입시키는 부위로써, 이를 위해 말단은 분산노즐 혹은 디퓨저의 형태를 취할 수 있다.

상기와 같이 반응부(22) 내부에 투입된 미세기포는 처리수내 투입되어 처리수 전체를 골고루 교반하는 기능을 수행함과 더불어 처리수 내부에 함유된 잔류 부유 고형분 내지 유분을 상부로 빠르게 부유시키는 역할을 수행한다.

본 발명에서 미세기포공급기(40)는 바람직하게는 산발효에 의해 발생하는 이산화탄소와 수소가스를 이용한다. 즉, 반응부(22)의 산발효과정에 의해 발생한 이산화탄소와 수소가스를 공기 중으로 배출시키지 않고, 이를 별도의 포집부(41)로 포집하여 미세기포공급기(40)에 투입되어질 기체로써 재활용한다.

미세기포공급기(40)는 도 2a에 도시한 바와 같이 통상적인 공기압축기(또는 컴프레셔)만으로 구성할 수도 있고, 또는 도 2b에 도시한 바와 같이 미세기포공급기(40)는 산발효조 내부 혹은 외부에 설치되는 처리수 펌프(미도시)와 상기 공기압축기(미도시)를 포함하고, 상기 처리수 펌프가 공급하는 산발효조 내 처리수와 상기 공기압축기가 공급하는 기체를 혼합실(미도시)에서 충돌시켜 발생하는 초미세기포(수 nm~ 수 mm)를 함유한 처리수를 제공하는 형태의 것도 본 발명의 실시예를 구성한다.

전자의 경우 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 1~3 kg/㎠의 고압의 공기가 사용될 수 있으며, 후자의 경우 미세기포공급기(40)는 처리수 펌프, 공기압축기, 혼합실, 및 상기 혼합실에서 생성된 수 nm~ 수 mm 정도의 초미세기포를 함유한 처리수를 기포유입구(21)에 공급하는 공급펌프를 포함하는 것으로 구현할 수 있다. 이 경우 공급펌프의 압력은 3~5 kg/㎠로 하는 것이 바람직하다.

상기 본 발명에 따른 미세기포공급기(40)는 상시적으로 운전되거나, 필요시마다 간헐적으로 운전되어질 수도 있다.

상기 산발효조(20)에서 발생한 스컴이 제거된 액상 처리수는 후단의 혐기성소화조(30)로 유입되어진다.

혐기성 소화조(30)는 액상 처리수내 잔류하는 유기물을 분해하여 메탄가스와 이산화탄소를 생성한다.

혐기성 소화조(30)에서 배출된 처리수는 이후 실시예에 따라 다양한 방법으로 후단처리공정(예로, 탈질공정 등)에 의해 처리되어질 수 있다. 이들 후단처리공정에 관하여는 처리시스템 별로 공지된 다양한 공정이 채택되어질 수 있으며 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 가수분해조(50)는 산발효조(20)의 스컴과 바닥 슬러지를 유입시켜 그 유입된 스컴과 바닥 슬러지에 예를 들어 수산화칼륨(KOH) 또는 수산화나트륨(NaOH)을 가하는 방법으로 가수분해할 수 있다. 상기 수산화칼륨과 수산화나트륨은 약품주입조(미도시)에 의해 가수분해조(50)로 주입된다.

상기 가수분해조(50)는 가열수단(미도시)(예로, 보일러, 히터 등)에 의해 가열될 수 있으며, 가수분해조(50) 내의 유지성분 내지 탄수화물을 분해하기에 적절한 온도(예로, 70~90℃)로 유지되어지는 것으로 충분하다.

가수분해조(50)에 주입하는 수산화칼륨 또는 수산화나트륨량은 pH에 따라 조절할 수 있다. 이때 가수분해조의 pH 범위는 바람직하게는 10~12 사이로 하도록 하는 것이 바람직한데, pH 10~12의 범위에서 TCOD중에서 SCOD전환율이 가장 양호하며, 적절한 수산화칼륨 또는 수산화나트륨 양을 투입함으로써 혐기성소화조에서의 Na⁺이온으로 인한 저해작용을 줄일 수 있다.

적정 체류시간은 유입되는 부유 고형분(유기물) 또는 유분의 양에 따라 다르기는 하지만 1~12 시간의 범위에서 최적의 분해 효율을 가지며 이 시간이 초과하면 수산화칼륨 또는 수산화나트륨이 모두 소진될 수 있고 산발효가 일어날 수 있어 위의 시간은 적절하다.

가수분해조(50)는 연속식반응기로 제작하며 상기 가수분해조(50)에서 처리된 폐수 중 액상성분은 전단 부상분리조(10)로 유입된 후 산발효조(20)로 유입될 수도 있고, 혐기성 소화조(30)로 유입될 수도 있다.

한편, 가수분해조(50)에서 나온 슬러지는 탈수기(미도시)를 거쳐 액상성분은 전단 부상분리조(10)나 혐기성소화조(30)로 선택적으로 유입되도록 하고, 탈수된 슬러지는 별도의 처리시설로 보내게 된다.

본 발명의 제2 실시예에서는 도 3에 도시한 바와 같이 상기 산발효조(20)와 혐기성소화조(30)의 사이에 후단 부상분리조(70)를 더 포함한다.

즉, 산발효조(20)에서 반응을 일으킨 후 스컴과 슬러지가 제거된 나머지 액상 성분은 후단 부상분리조(70)로 이송되며, 후단 부상분리조(70)에서 여분의 부유물이 제거된 후 혐기성 소화조(30)로 유입되어 처리되도록 한다. 이때 부상분리조(70)에서 제거된 스컴은 가수분해조(50)로 유입되어 산발효조(20)의 스컴과 바닥 슬러지와 함께 처리된다.

상기와 같은 본 발명의 장치를 기술함에 있어서 각 장치간 처리수의 이송을 위해 펌프 내지 밸브가 필요 개소에 필요한 수만큼 장착되어질 수 있고, 이러한 구성은 당업계에 자명한 것으로 상세한 설명은 생략하였다.

상기와 같이 본 발명에 따른 시스템을 이용할 경우 처리수내 존재하는 유분을 신속하고 완벽하게 제거할 수 있어 처리수내 존재하는 유기물을 혐기성 발효에 의해 완벽하게 제거할 수 있게 해준다.

이하, 본 발명을 하기의 실시예로써 더욱 상세히 설명하고자 한다. 하지만 이는 본 발명의 보다 쉬운 이해를 돕기 위한 것이지, 이들을 통하여 본 발명을 한정하고자 하는 것은 아니다.

[실시예 1]

도 1에 도시된 시스템을 이용하여 음식물 쓰레기 탈리여액을 처리한 결과 최종적으로 배출되는 처리수 20톤 내 유분 및 고형물은 초기 탈리여액(고액분리기(미도시)에서 토출된 탈리여액)에 비하여 74% 까지 효과적으로 제거되었을 뿐만 아니라, 처리수내 유기물은 83% 까지 혐기성 발효에 의해 메탄가스로 완전하게 제거되었다(표 1).

처리 결과

	유분	고형물	유기물
초기 탈리여액	100	100	100
최종 처리수	0	26	17

[실시예 2]

도 3에 도시된 시스템을 이용하여 음식물 쓰레기 탈리여액을 처리한 결과 최종적으로 배출되는 처리수 20톤 내 유분 및 고형물은 초기 탈리여액(고액분리기(미도시)에서 토출된 탈리여액)에 비하여 77% 까지 효과적으로 제거되었을 뿐만 아니라, 처리수내 유기물은 89% 까지 혐기성 발효에 의해 메탄가스로 완전하게 제거되었다(표 2).

처리 결과

	유분	고형물	유기물
초기 탈리여액	100	100	100
최종 처리수	0	23	11

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: 전단 부상분리조
20: 산발효조
21: 기포유입부
22: 반응부
30: 혐기성 소화조
40: 미세기포공급기
50: 가수분해조
70: 후단 부상분리조

Claims (3)

1. 음식물 쓰레기 탈리여액을 유입받아 탈리여액내 지방과 부유 고형분이 결합하여 생성된 스컴을 제거하는 전단 부상분리조; 상기 부상분리조 후단에 설치되고, 부상분리조에서 배출된 액상 처리수를 유입받아 유기물을 산발효시키며, 하부에 미세기포가 공급되는 기포유입부, 상기 유입된 미세기포에 의해서만 교반되는 폐수가 산발효되는 수직형 실린더로 이루어진 반응부, 및 상기 반응부 상부에 형성된 스컴을 제거하는 스컴분리기를 포함하는 산발효조; 상기 산발효조 하부의 기포유입부에 미세기포를 공급하는 미세기포공급기; 상기 산발효조에서 발생한 스컴이 제거된 액상 처리수를 유입받아 혐기발효처리하는 혐기성소화조;를 포함하는 고농도 식품 및 음식물 폐수 처리장치.
2. 제 1항에 있어서,
   산발효조의 후단에 설치되고 산발효조에서 배출된 처리수를 유입받아 추가적으로 스컴을 분리제거하기 위한 후단 부상분리조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 식품 및 음식물 폐수 처리장치.
3. 제 1항에 있어서,
   미세기포공급기는 공기압축기와 산발효조 내부 혹은 외부에 설치되는 처리수 펌프를 포함하고, 상기 처리수 펌프가 공급하는 산발효조 내 처리수와 상기 공기압축기가 공급하는 기체를 혼합실에서 충돌시켜 발생하는 초미세기포를 제공하는 것을 특징으로 하는 고농도 식품 및 음식물 폐수 처리장치.

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