KR20160072363A - 음식물류 폐기물 처리방법 - Google Patents
음식물류 폐기물 처리방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 음식물류 폐기물에서 발생되는 음폐수를 음식물류 폐기물에서 발생되는 부산물을 직접 이용하여 처리함으로써, 에너지 소비를 최소로 하고 2차 오염물질을 발생시키지 않는 음폐수 및 음식물류 폐기물 처리방법에 관한 것으로, 음식물류 폐기물에서 발생되는 음폐수를 처리하기 위한 음폐수 처리방법에 있어서, (a) 음식물류 폐기물로부터 음폐수가 분리된 음식 폐기물이 퇴비화 또는 사료화로 재활용 처리된 부산물인 퇴비 또는 사료를 여과용 원료로 이용하여 상기 음폐수에 포함된 고형물을 흡착하여 걸러내는 단계; 및 (b) 상기 (a) 단계의 여과에 따라 여과용 원료와 고형물이 혼합된 고상 여과물과, 고형물이 제거된 액상 여과물을 각각 추출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 음식물류 폐기물의 처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 음식물류 폐기물에서 발생되는 음폐수를 음식물류 폐기물에서 발생되는 부산물을 직접 이용하여 처리함으로써, 에너지 소비를 최소로 하고 2차 오염물질을 발생시키지 않는 음폐수 처리방법에 관한 것이다.
음식물 쓰레기(이하, '음식물류 폐기물'이라 함)는 대부분 발생지에서 수집 운반되어 폐기물 처리시설이나 폐기물 중간처리시설에서 협잡물 제거와 균질화 공정을 거쳐 처리하거나, 고형분이 높은 슬러지와 수분함량이 높은 폐수 또는 음폐수를 분리하여 각각 별도의 시설에서 처리하고 있다.
통상 부유성 고형분(TSS)이 20% 이상인 반고체 상태의 음식물류 폐기물은 자체의 탈수 공정을 거친 후 발효열이나 외부에서 가하는 열에 의하여 건조·감량화 하여 유기질 비료나 사료 등의 원료로 가공하거나, 혐기성 소화조에서 가용성 유기물을 메탄가스로 전환하는 방식(건식소화, 습식소화 등)으로 유기물질을 분해처리한다. 또한, 탈수 공정으로 분리되어 상대적으로 수분함량이 높은 음폐수는 호기성 분해 또는 강한 산화제를 이용하여 폐수 중의 유기물질의 대부분을 제거한 후 그 폐액을 액비로 활용하거나, 통상의 경우 원형 그대로 하(폐)수 종말처리장에 위탁처리하거나 해양으로 배출(해양투기)하고 있다.
음폐수 등 유기성 슬러지의 처리 시 발생하는 폐수의 처리에 대하여 국내법은 공공수역에 배출되는 방류수의 수질을 계속 강화하고 있으며, 2012년 1월 1일부터 전국의 모든 배출시설이나 종말처리시설 등에 대하여 방류지역과 방류량에 따라 방류수 수질기준을 강화하여 더욱 까다로운 수준으로 규제하도록 관련법령을 개정하였다. 또한 2003년 7월부터 일정규모 이상의 배출시설에서 발생하는 유기성 슬러지의 직 매립이 금지되었으며, 국내의 육상에서 발생하는 슬러지의 해양 배출도 런던협약('96. London Convention)에 의해 단계적으로 금지되고 있으며, 국토해양부는 해양환경오염방지법시행규칙을 개정하여(2006. 2. 21) 해양배출기준을 엄격하게 설정하는 한편, 2013년 1월말 이후에는 육상에서 발생하는 음폐수의 해양투기가 전면 금지되고 있다.
일반적으로 음식물류 폐기물 처리장에서 1차 탈수 및 고액 분리 후 배출되는 음폐수는 부유고형물질(SS) 함량이 15% 정도이고 대부분 수 ㎛ 크기의 미세한 입자들로 이루어진다. 이러한 상태에서 기존의 여과막(Membrane) 공법을 적용하는 경우 여과막의 막힘 현상으로 인하여 여과 수율이 낮고, 막의 짧은 수명으로 복잡한 교체 과정이 빈번하게 이루어져야 하며, 막 교체에 의한 운영 비용이 증가하는 등의 문제점이 발생한다. 또한, 기존의 여과막을 이용한 처리는 폐 여과막을 재처리 및 폐기하여야 하므로 이로 인한 2차 환경오염을 유발시키는 등의 문제점이 있다.
이러한 문제점들로 인하여 음폐수 처리에 있어서 여과막 공법은 부유물질이 거의 제거된 폐수고도화처리과정의 마지막 단계에서 적용된다. 그러나 폐수고도화처리공법도 유입된 음폐수를 처리하기 위하여, 침전조, 혼합조, 응집조, 고액분리조, 생물학조, 정수조 등의 여러 처리 시설이 설치되어야 하고, 상기 시설들을 이용한 복잡한 처리 공정을 거쳐야 하며, 처리시 많은 화학약품의 사용과 처리 시간에 따른 막대한 비용이 소모되는 문제점이 있다.
따라서, 음식물류 폐기물에 의한 환경 오염의 심각성과 처리 비용의 부담에 따라 음식물류 폐기물에 대한 다양한 친환경적인 처리방안이 제시되고 있다. 일반적으로 일반 가정이나 식당 등에서 수거된 음식물류 폐기물은 집하장의 음식물 처리시설에서 파쇄 및 탈수 과정을 거쳐 고상의 음식 폐기물(일정량의 수분이 분리된 상태의 음식물류 폐기물)과 액상의 음폐수(음식물류 폐기물에서 선별된 탈리액)로 분리된다.
이 때, 고상의 음식 폐기물은 발효 과정을 거쳐 퇴비 등의 용도로 처리되거나, 건조 과정을 거쳐 사료 등의 용도로 처리되거나 바이오가스와 같은 연료 추출 용도로 처리되고 있다. 또한, 액상의 음폐수는 해양투기가 금지됨에 따라 발효 또는 연소 공정을 통하여 메탄과 같은 가연성의 연료를 추출하는 용도로 처리되거나, 쓰레기 소각로 첨가제인 암모니아수 대체물질로 분사하여 소각처리되고 있다.
그러나 음폐수는 순수한 액상이 아니라 대략 20 ~ 30%의 고형물과 70 ~ 80%의 수분으로 구성된 것으로, 혐기성 소화조에서 발효 처리된 음폐수를 가열하여 가연성 메탄 바이오가스를 추출하는 공정에서 가열 후에도 2차 폐기물인 음폐수가 여전히 잔존하고, 이러한 잔존 음폐수가 폐기 처리됨에 따라 2차 오염을 발생시키는 원인이 되고 있다. 또한, 상기와 같은 처리방법은 음폐수를 가열하기 위하여 많은 탄소 에너지를 사용하여야 하므로, 에너지 소비와 비용 측면에서 매우 비효율적인 단점을 나타낸다.
한편, 음식물류 폐기물에서 발생된 음폐수를 재처리하여 이용하는 다른 방안으로 국내등록특허 10-1335693호는 음폐수를 이용한 대체 탄소원을 제조하는 방법을 소개하고 있고, 국내등록특허 10-1406327호는 음폐수를 이용한 토양개량제를 제조하는 방법을 소개하고 있다. 그러나 상기 선행특허문헌들에서도 고형물이 분리된 순수한 음폐수만을 재처리하여 활용하는 방법만이 소개되어 있어, 음폐수로부터 분리된 고형물은 재처리 할 수 없어 폐기에 따른 2차 오염을 발생시키는 문제점이 여전히 존재한다.
그리고, 음식물류 폐기물에서 발생된 음폐수를 재처리하여 활용하는 또 다른 방안으로 국내등록특허 10-0828703호는 폐기물 소각로에서 폐기물 발생시 발생하는 질소화합물을 중화시키는데 사용하는 암모니아수를 대체하는 원료로 음폐수를 이용하는 방법을 소개하고 있다. 그러나 상기 선행문헌에 의한 음폐수 처리방법은 부유고형물질(SS)이 150,000ppm/L 인 것은 바로 사용하지 못하고, 고액분리공정을 통하여 부유고형물질(SS)을 60,000ppm/L 로 낮추어야 하는 전처리 공정을 반드시 거쳐야 하고, 소각에 의한 다이옥신이나 다른 질소화합물(일산화질소, 이산화질소)과 같은 유독 가스 배출로 인한 2차 오염을 발생시킬 수 있는 문제점이 여전히 존재한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 음식물류 폐기물로부터 분리되는 음폐수를 재활용 처리함에 있어서, 음식물류 폐기물 처리과정에서 분리되는 음식 폐기물 자원을 음폐수 여과 처리 원료로 직접 활용함으로써, 탄소 에너지 소비를 최소로 하고 2차 오염 물질을 발생시키지 않는 음폐수 및 음식물류 폐기물 처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 음식물류 폐기물에서 발생되는 음폐수를 처리하기 위한 음폐수 처리방법에 있어서, (a) 음식물류 폐기물로부터 음폐수가 분리된 음식 폐기물이 퇴비화 또는 사료화로 재활용 처리된 부산물인 퇴비 또는 사료를 여과용 원료로 이용하여 상기 음폐수에 포함된 고형물을 흡착하여 걸러내는 단계; 및 (b) 상기 (a) 단계의 여과에 따라 여과용 원료와 고형물이 혼합된 고상 여과물과, 고형물이 제거된 액상 여과물을 각각 추출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서 (c) 상기 (b) 단계에서 추출된 고상 여과물을 발효 및 부숙시켜 퇴비로 재활용하거나 건조시켜 사료로 재활용하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, (d) 상기 (b) 단계에서 추출된 액상 여과물을 정화 처리하여 유기산제로 활용하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 여과용 원료는 커피찌꺼기 또는 낙엽을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 여과용 원료는 입자 크기가 0.3 내지 3mm 이고, 수분율이 30% 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 음폐수는 발효 처리된 것을 특징으로 한다.
그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 음식물류 폐기물 처리방법은, (A) 음식물류 폐기물로부터 음식 폐기물과 음폐수를 분리하는 단계; (B) 음식물류 폐기물로부터 분리된 상기 음식 폐기물은 발효 및 부숙시켜 퇴비로 재활용하거나 건조시켜 사료로 재활용하는 단계; 및 (C) 음식물류 폐기물로부터 분리된 상기 음폐수는 상기와 같은 방법으로 재활용 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성의 본 발명은 음폐수를 처리하기 위한 여과용 원료로 음식물류 폐기물 처리 과정에서 생성된 자원을 이용함으로써, 별도의 에너지가 요구되지 않아 에너지 소비를 최소로 하고, 음폐수 처리에 대한 비용 부담을 줄일 수 있는 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명은 음식물류 폐기물 처리과정에서 발생되는 자원들을 폐기하지 않고 음폐수 처리 과정에 다시 활용함으로써, 2차 오염을 발생시키지 않는 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명은 음식물 쓰레기와 음폐수를 재처리하는 과정에서 추출되는 고상의 처리물과 액상의 처리물을 다양한 용도로 다시 활용함으로써, 음식물류 폐기물의 활용도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 음식물류 폐기물의 처리 과정을 나타낸 공정도,
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 음식물류 폐기물의 처리 과정을 나타낸 공정도,
도 3은 도 1 및 도 2의 주요부인 음폐수 처리 과정을 나타낸 공정도,
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 음식물류 폐기물의 처리 과정을 나타낸 공정도, 및
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 음폐수 처리 시스템의 주요부를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 음식물류 폐기물의 처리 과정을 나타낸 공정도,
도 3은 도 1 및 도 2의 주요부인 음폐수 처리 과정을 나타낸 공정도,
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 음식물류 폐기물의 처리 과정을 나타낸 공정도, 및
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 음폐수 처리 시스템의 주요부를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 바람직한 실시예들에 의해 명확해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 살펴보기로 한다.
본 발명의 설명에 있어서, "음식물류 폐기물"은 가정이나 식당 등에서 수거된 처리 대상의 음식물 쓰레기를 정의하고, "음식 폐기물"은 파쇄, 선별 및 탈수에 의하여 일정량의 수분이 제거된 상태의 음식물류 폐기물을 정의하며, "음폐수"는 음식물류 폐기물의 처리과정에서 발생되는 음식물 쓰레기의 폐수 또는 탈리액을 정의한다. 또한, "고상 여과물"은 여과 과정을 거친 후의 여과물 원료와 걸러진 음폐수 고형물의 혼합물을 정의하며, "액상 여과물"은 여과 과정을 거친 후의 고형물이 걸러진 상태의 음폐수를 정의하기로 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 음식물류 폐기물의 처리 과정을 나타낸 공정도로서, 각각 음식 폐기물을 퇴비화 및 사료화로 처리하는 과정을 나타내었으며, 도 3은 도 1 및 도 2의 주요부인 음폐수 처리 과정을 나타낸 공정도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 음식물류 폐기물 처리 과정은 음식물류 폐기물을 음식 폐기물과 음폐수로 분리하는 전처리 과정(S10)과, 분리된 음식 폐기물과 음폐수를 처리하는 후처리 공정(S20,S30,S100)으로 구분되며, 후처리 공정은 다시 음식 폐기물을 퇴비로 재활용 처리하는 퇴비화 공정(S20), 음식 폐기물을 사료로 재활용 처리하는 사료화 공정(S30) 및 음폐수를 처리하는 음폐수 처리 공정(S100)으로 구분된다.
먼저, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 음식물류 폐기물을 처리하는 전처리 공정(S10)은 음식물류 폐기물을 수거하여 반입하는 단계(S11), 반입된 음식물류 폐기물을 파쇄하는 단계(S12), 파쇄된 음식물류 폐기물로부터 이물질을 선별하는 단계(S13), 이물질이 선별된 음식물류 폐기물을 탈수시키는 단계(S14)를 포함한다.
여기서, 음식물류 폐기물을 파쇄하는 단계(S12)는 다양한 크기의 음식물이 혼합된 폐기물을 일정 이하의 크기로 분쇄하고, 이물질을 선별하는 단계(S13)는 분쇄하는 과정에서 상부로 부유하는 비닐 등과 같은 협잡물을 제거한다. 또한, 음식물류 폐기물을 탈수시키는 단계(S14)는 일정 크기로 분쇄된 음식물류 폐기물에 포함된 액상의 폐기물(즉, 음폐수)을 분리한다. 이러한 파쇄 공정, 선별 공정 및 탈수 공정을 거친 음식물류 폐기물은 고상의 음식 폐기물과 액상의 음폐수로 분리된다. 탈수 공정으로 분리되는 음폐수는 여과 처리 공정으로 투입된다(①).
그리고 탈수 공정으로 분리되는 음식 폐기물은 도 1과 같이, 발효 및 부숙 공정(S21,S23)에 의하여 퇴비(ⓐ)화되어 출하될 수 있다(S25). 이때, 음식 폐기물은 발효 공정 후 바로 부숙 공정이 적용될 수 있으며, 건조 공정(S22)을 거친 후 부숙 공정이 적용될 수도 있다. 또한, 건조 공정(S22)은 부숙 공정이 진행된 후 적용될 수도 있다.
건조 공정(S22)은 퇴비가 일정량 이하의 수분율을 갖도록 하는 과정으로, 음식 폐기물을 발효시키는 과정에서도 건조가 이루어질 수 있으나, 발효 과정에서도 음식 폐기물이 많은 수분을 포함하고 있는 경우 건조 과정이 별도로 이루어질 수 있다. 이 때, 최종 생성된 퇴비가 30% 이하의 수분율을 가질 수 있도록 건조하는 것이 바람직하다.
부숙 공정(S23)은 대략 40 ~ 55℃의 온도에서 수 주간에 걸쳐 이루어진다. 이 과정에서 음식 폐기물에 포함된 서로 다른 미생물 개체군들에 의하여 음식 폐기물이 분해되어 퇴비라고 하는 짙은 갈색 입자상의 부식질(Humus) 같은 최종 산물을 생성한다.
또한, 부숙 공정(S23)을 거친 음식 폐기물에 이물질이 잔존하는 경우 이물질 선별 공정(S24)이 더 진행될 수 있다.
탈수 공정으로 분리되는 음식 폐기물은 도 2와 같이 건조 공정(S31)을 거친 후 사료(ⓑ)화되어 출하될 수 있다(S33). 건조 공정(S22)은 사료가 일정량 이하의 수분율을 갖도록 하는 과정으로, 최종 생성된 사료가 30% 이하의 수분율을 가질 수 있도록 건조하는 것이 바람직하다. 건조 공정(S31)을 거친 음식 폐기물에 이물질이 잔존하는 경우 이물질 선별 공정(S32)이 더 진행될 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2의 전처리 공정에 따른 음식물류 폐기물의 탈수 공정으로 분리되는 음폐수는 도 3에 도시된 바와 같이 여과 공정에 의하여 재처리된다.
구체적으로 살펴보면, 음폐수를 여과 처리하는 공정(S100)은 음폐수 원액을 그대로 이용할 수 있으며, 도시된 바와 같이 발효 처리된 음폐수를 이용하거나(S111,S112), 바이오가스로 재활용 된 후의 잔존 음폐수를 이용할 수 있다(S121,S122). 음폐수를 발효 처리(S112) 또는 바이오가스화 처리(S121)하는 과정에서 음폐수에 슬러지가 잔존하는 경우 슬러지를 제거하기 위한 고액분리 공정(S111,S122)이 수행될 수 있으며, 여기서 분리된 슬러지는 폐기되지 않고 음식 폐기물을 퇴비화 또는 사료화 처리하는 공정으로 재투입된다(②,②').
음폐수를 발효시키는 과정(S112)은 음폐수에 미생물을 미리 배양시켜 여과 과정에서 추출되는 고상 여과물의 발효가 원활히 이루어질 수 있도록 하는 과정이다. 음폐수 발효 공정은 혐기성 발효 공정이나 호기성 발효 공정으로 진행될 수 있으며, 혐기성/호기성 복합 발효 공정으로 진행될 수도 있다. 이러한 미생물 배양(즉, 발효)은 음폐수로부터 바이오가스를 추출(연소)하는 과정에서도 이루어진다.
그리고 발효 처리 또는 바이오가스화 처리된 후의 음폐수는 음폐수에 혼합된 고형물을 흡착하여 걸러내기 위하여 여과 공정(S130)이 적용되며, 특히 본 발명에서는 음식 폐기물을 재활용 처리한 부산물인 퇴비(ⓐ) 또는 사료(ⓑ)가 여과용 원료로 이용된다. 즉, 본 발명의 음식물류 폐기물 처리에 있어서, 전처리 공정에서 분리된 음식 폐기물은 재활용 처리되어 퇴비 및 사료로 곧바로 이용될 수도 있지만, 탈수 과정에서 함께 생성되는 음폐수를 처리하기 위한 여과용 원료로도 사용된다. 따라서, 본 발명에서는 음폐수를 처리하기 위하여 별도의 탄소 에너지나 화학적 원료 등이 요구되지 않고, 음식 폐기물 자원(즉, 퇴비 및 사료)을 이용한 원료는 동일한 음식물류 폐기물 처리 공정에서 생성되므로 무상으로 쉽게 구할 수 있는 장점이 있다.
특히, 부숙 공정을 거치면서 생성되는 부식질(Humus)의 퇴비는 섬유질인 리그닌(Lignin) 함량이 높아 수분을 많이 함유할 수 있고, 양이온을 치환하는 능력이 있어 중금속을 중화시키는 완충 기능을 나타낸다. 음식 폐기물 재활용 공정의 최종 부산물인 이러한 부식질 퇴비를 음폐수 여과용 원료로 사용하는 경우 미세한 입자의 음폐수 고형물을 효과적으로 흡착 여과할 수 있고, 그 외도 음폐수 속에 잔존하는 인(P)이나 질소(N) 이온을 치환하여 걸러낼 수 있다.
한편, 음폐수를 여과시키기 위한 여과용 원료로는 재활용 처리된 상기 음식 폐기물 외에 커피찌꺼기나 낙엽이 더 혼합될 수 있다. 이러한 커피찌꺼기와 낙엽도 일반적으로 폐기되거나 퇴비 등으로 활용되는 원료로서, 주위에서 무상으로 쉽게 구할 수 있는 장점이 있다.
그리고 여과용 원료로는 볏짚, 왕겨, 깻묵, 건초, 밤껍질, 콩껍질, 콩줄기, 옥수수대, 과일껍질 등의 농경 폐기물, 톱밥, 발효톱밥, 압축톱밥, 대패밥, 우드칩, 우드펠릿 등의 임목 폐기물 및 게껍질, 새우껍질, 조개껍질, 굴껍질 등의 수산 폐기물을 더 포함할 수 있다.
또한, 폐기물 자원화 시설에서 나오는 부산물로서, 음식물 쓰레기의 건조물, 발효 건조물, 건조 탄화물과, 축산분뇨의 건조물, 발효 건조물, 건조 탄화물과, 유기성오니의 건조물, 건조탄화물과, 생선 쓰레기의 건조물, 발효 건조물, 건조 탄화물을 여과용 원료로 사용할 수도 있다.
또한, 여과용 원료로는 폐기물 원료 외에도 양어장용이나 가축용 사료 자체 또는 곡물 분말을 여과용 원료로 사용할 수 있다. 이러한 사료 자체 또는 곡물 분말을 여과용 원료로 사용하는 경우, 여과 후 발효 및 숙성 과정을 거쳐 미생물 발효 사료로 다시 활용할 수 있는 장점이 있다.
이러한 여과용 원료들은 음폐수에 포함된 20 ~ 30%의 미세한 유기물(즉, 고형물)을 흡착해서 걸러내는데 목적이 있는 바, 여과용 원료들의 혼합 구성비는 크게 문제되지 않는다. 그러나, 여과용 원료로 사용되기 위해서는 처리 과정에서 무상으로 쉽게 구할 수 있어야 하고, 여과용으로 사용 후 2차 폐기물이 되지 않고 바로 자원화가 가능한 원료이어야 한다. 따라서, 이를 위해서는 음식물류 폐기물 처리 공정에서 배출되어 처리된 음식 폐기물인 재활용 퇴비와 사료가 가장 바람직하며, 커피찌꺼기나 낙엽이 포함되는 것도 바람직하다.
이와 같이 음식 폐기물을 포함하는 개별 또는 복합물의 여과용 원료는 대략 0.1 내지 30%의 수분율을 갖는 것이 바람직하다. 여과용 원료의 수분율이 30%를 초과하는 경우 여과 공정에서 고형물의 흡착력이 현저하게 저하되고, 0.1% 미만의 수분을 갖는 경우 흡착력은 우수하지만 오히려 여과용 원료의 건조 공정이 까다로워지는 문제점이 있다. 따라서, 여과용 원료는 30% 이하의 수분율을 가져야 하며, 흡착률과 건조 공정을 고려하면 10% 이하의 수분율을 갖는 것이 가장 바람직하다.
그리고 여과용 원료는 0.001 내지 30mm의 입자 크기(직경)를 갖는 것이 바람직하다. 여과용 원료의 입자 크기가 0.001mm 미만인 경우 여과 기능을 수행하지 못하고 원료 자체가 음폐수와 함께 배출될 수 있으며, 30mm를 초과하는 경우 음폐수의 흐름을 방해하고 여과가 균일하고 원활하게 이루어지지 못하는 문제점이 있다. 따라서, 여과용 원료는 0.001 내지 30mm의 입자 크기를 갖는 것이 바람직하며, 0.3 내지 3mm의 입자 크기를 갖는 것이 가장 바람직하다. 따라서, 낙엽과 같이 입자가 큰 원료는 분쇄 또는 파쇄 공정을 거친 후 사용될 수 있다.
음폐수를 여과하는 공정(S130)은 깔때기 형상의 여과조에 여과용 원료가 필터로 기능할 수 있도록 여과용 원료를 투입하고, 여과용 원료의 상부에서 처리 대상의 음폐수를 주입하여 음폐수가 하부로 흘러내리는 과정에서 고형물이 여과용 원료에 흡착되도록 하는 과정으로 이루어진다.
이러한 음폐수 여과 공정에 의하여, 여과용 원료와 고형물의 혼합물인 고상 여과물과 음폐수에서 고형물이 제거된 액상 여과물이 각각 추출된다. 음폐수 여과 결과 추출된 고상 여과물과 액상 여과물은 다시 별도의 공정에서 재활용 처리된다.
먼저, 고상 여과물은 음식 폐기물과 동일하게 퇴비 또는 사료로 재활용 처리된다(②,②'). 즉, 고상 여과물은 도 1에 도시된 바와 같이 다시 발효조에 투입되어(②), 발효 및 부숙 공정을 거치면서 퇴비로 재활용 처리되거나, 도 2에 도시된 바와 같이 건조조에 투입되어(②'), 건조 공정을 거치면서 사료로 재활용 처리된다.
이때, 재활용 퇴비가 여과용 원료로 사용된 결과물의 고상 여과물은 퇴비로만 재활용 처리되며(②), 재활용 사료가 여과용 원료로 사용된 결과물의 고상 여과물은 퇴비로 재활용 처리되거나(②) 사료로 재활용 처리될 수 있다(②'). 이렇게 퇴비 또는 사료로 재활용 처리된 고상 여과물은 퇴비 및 사료로 직접 이용되거나 일부는 다시 음폐수를 여과시키기 위한 원료로 이용될 수 있다.
또한, 고상 여과물을 퇴비로 재활용 처리하는 경우 별도의 미생물 접종이 요구되지 않는다. 일반적인 음식 폐기물을 발효시키기 위해서는 음식 폐기물에 미생물을 접종하여야 하지만, 본 발명에서와 같이 고상 여과물을 발효시키는 공정에서는 미생물을 접종하지 않는다. 여과 공정에 적용되는 음폐수는 혐기성 또는 호기성 발효 과정을 거치게 되고, 이 과정에서 고형물에는 고초균(바실러스), 젖산균, 효모 등과 같은 유익한 미생물이 함유되므로, 이러한 고형물이 혼합된 고상 여과물의 발효에는 별도로 미생물을 접종할 필요가 없는 것이다.
그리고, 액상 여과물은 대부분의 고형물이 걸러진 상태로서, 일반적인 정수 공정에 따라 정수 처리된 후(S140) 유기산제로 재활용되거나(S141) 하천으로 직접 방류될 수 있다(S142). 음폐수는 여과 공정에 의하여 유기물이 제거되어 악취가 발생되지 않고, 고형물이 걸러진 상태이므로 일반적인 정수 공정이 무리없이 적용될 수 있다. 정수 공정(S140)은 활성탄 필터, 중공사막 필터, 역삼투압 필터 등을 이용한 필터링 공정으로 이루어질 수 있다.
여과 및 정수 처리된 액상 여과물은 대략 3 내지 5% 농도의 유기산을 함유하며, 이러한 유기산의 액상 여과물은 수산화칼륨이나 수산화나트륨과 같은 무기물과 반응시켜 친환경 유기산 제설제를 제조하거나, 액상 여과물 자체를 양어장이나 축사 등의 악취 제거제로 사용할 수도 있다(S141). 또한, 유기산의 액상 여과물은 김양식장의 이끼류인 잡태 제거용으로 이용되거나 유기농법의 천연농약으로 이용될 수 있다. 또한, 유기산 액상 여과물은 경우에 따라 증류, 역삼투막, 이온교환막 등의 농축 공정으로 유기산의 농도를 높여 다른 용도의 유기산제로 사용할 수도 있다.
또한, 여과 공정을 거치기 전의 음폐수는 대략 100,000 정도의 BOD를 나타내어 방류가 불가능 하지만, 여과 공정을 거친 액상 여과물은 하수 처리장으로 배출이 가능한 10,000 이하의 BOD를 나타내며, 더구나 정수 처리 후의 액상 여과물은 직접 하천으로 방류되더라도 수질 오염을 발생시키지 않는다(S142).
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 음식물류 폐기물의 처리 과정을 나타낸 공정도로서, 바이오가스화 처리하는 공정을 나타내었다.
도 4를 참조하면, 음식물류 폐기물을 바이오가스화로 재활용 처리하는 공정은 음식물류 폐기물을 수거하여 반입하고(S41), 반입된 음식물류 폐기물을 파쇄하면서 이물질을 선별한 후(S42~S44), 파쇄된 음식물류 폐기물을 연소시켜 바이오가스를 추출(S45)하는 과정으로 이루어진다.
바이오가스 추출은 연소를 이용한 발효 공정으로 적용되며, 음식물류 폐기물에 대한 산발효조와 메탄발효조에서의 중온혐기 소화공정으로 이루어진다. 추출된 바이오가스는 가스저장조에 저장된 후, 발전기나 보일러 등을 가동시키기 위한 연료로 이용된다.
한편, 바이오연료가 추출된 잔존 음식물류 폐기물은 탈수 공정으로 음식 폐기물과 음폐수로 분리되며 이 과정에서도 음폐수가 추출된다. 이 때, 탈수 공정으로 분리된 음식 폐기물은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 퇴비화 및 사료화로 처리될 수 있으며, 음폐수는 도 3에 도시된 바와 같이 재활용된 퇴비 및 사료를 여과용 원료로 하는 여과 공정으로 처리된다.
이와 같이 본 발명에 따른 음폐수 처리방법은 음식물류 폐기물 처리 공정에서 발생하는 부산물을 원료로 사용함으로써, 연소나 처리를 위한 추가적인 에너지원의 공급이 요구되지 않으므로 처리 비용과 에너지 소모를 최소로 할 수 있다. 또한, 음폐수 처리 과정에서 최종적으로 추출되는 부산물은 다시 다양한 용도로 재활용함으로써, 부산물에 의한 2차 오염을 유발시키지 않는다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 음폐수 처리 시스템의 주요부 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 음폐수 처리 시스템은 여과조(100)와 추출조(200)를 구비한다. 여과조(100)는 깔때기 형상의 하우징(110)으로 구성되며, 상부에는 여과용 원료 투입구(120)과 음폐수 주입구(130)가 각각 마련된다. 또한, 하우징(110) 내부에는 고상 여과물을 강제로 배출시키는 경사 방향의 스크류(140)가 구비되고, 하우징(110) 하부에는 고상 여과물과 액상 여과물이 배출되는 배출구(150)가 마련된다.
그리고, 추출조(200)는 여과조(100)의 하우징 배출구(150)에 연속되도록 배치된다. 도시된 바와 같이 추출조(200)는 수평 방향의 원통 형상의 하우징(210)으로 구성되며, 일 측 상부에는 여과조의 배출구(150)와 연통되는 유입구(210)가 마련되고, 내부에는 고상 여과물을 강제 이동시키는 스크류(220)가 구비되며, 하부에는 액상 여과물 배출구(230)와 고상 여과물 배출구(240)가 각각 마련된다.
상기와 같은 구성의 여과 시스템은 여과조(100)의 원료 투입구(110)로 여과용 원료(F)가 투입되어 하우징(110) 내부에 여과용 원료(F)가 충분히 채워진 후, 음폐수 주입구(120)로 음폐수를 일정량 주입한다. 주입된 음폐수는 하우징(110) 하부로 흐르는 과정에서 고형물이 여과용 원료에 흡착되고, 고형물이 여과된 액상 여과물은 배출구(150)로 배출되면서 추출조(200)를 통과하여 액상 여과물 저장조(300)로 유입된다. 이 때, 액상 여과물이 추출되는 과정에서 고상 여과물이 유입되지 않도록 여과조 배출구(150)에는 착탈식 필터(151)가 구비되며, 추출조(200)의 액상 여과물 배출구(230)에는 여과판(231), 밸브(232), 필터(233) 등이 구비된다.
일정량의 음폐수에 대한 여과 공정이 완료된 후, 여과조 하우징(110) 내부에 있는 고상 여과물은 스크류(140)에 의하여 추출조 하우징(210)으로 강제 이동되고, 다시 추출조 스크류(220)에 의하여 고상 여과물 저장조(400)로 이동된다. 이때, 하우징 배출구(150)에 구비된 착탈식 필터(151)는 제거되고, 추출조 배출구(230)의 밸브(232)는 잠겨지게 된다.
이와 같이 액상 여과물 저장조(300)와 고상 여과물 저장조(400)에 저장된 각 여과물은 재처리 과정을 위한 설비로 이동되어 재처리가 이루어진다.
이상에서 본 발명에 있어서 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
100 : 여과조
200 : 추출조
300 : 액상 여과물 저장조
400 : 고상 여과물 저장조
200 : 추출조
300 : 액상 여과물 저장조
400 : 고상 여과물 저장조
Claims (7)
- 음식물류 폐기물에서 발생되는 음폐수를 처리하기 위한 음폐수 처리방법에 있어서,
(a) 음식물류 폐기물로부터 음폐수가 분리된 음식 폐기물이 퇴비화 또는 사료화로 재활용 처리된 부산물인 퇴비 또는 사료를 여과용 원료로 이용하여 상기 음폐수에 포함된 고형물을 흡착하여 걸러내는 단계; 및
(b) 상기 (a) 단계의 여과에 따라 여과용 원료와 고형물이 혼합된 고상 여과물과, 고형물이 제거된 액상 여과물을 각각 추출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 음폐수 처리방법. - 제1항에 있어서,
(c) 상기 (b) 단계에서 추출된 고상 여과물을 발효 및 부숙시켜 퇴비로 재활용하거나 건조시켜 사료로 재활용하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음폐수 처리방법. - 제1항에 있어서,
(d) 상기 (b) 단계에서 추출된 액상 여과물을 정화 처리하여 유기산제로 활용하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음폐수 처리방법. - 제1항에 있어서, 상기 여과용 원료는,
커피찌꺼기 또는 낙엽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음폐수 처리방법. - 제4항에 있어서, 상기 여과용 원료는,
입자 크기가 0.3 내지 3mm 이고, 수분율이 30% 이하인 것을 특징으로 하는 음폐수 처리방법. - 제1항에 있어서, 상기 음폐수는,
발효 처리된 것을 특징으로 하는 음폐수 처리방법. - (A) 음식물류 폐기물로부터 음식 폐기물과 음폐수를 분리하는 단계;
(B) 음식물류 폐기물로부터 분리된 상기 음식 폐기물은 발효 및 부숙시켜 퇴비로 재활용하거나 건조시켜 사료로 재활용하는 단계; 및
(C) 음식물류 폐기물로부터 분리된 상기 음폐수는 상기 제1항 내제 제6항 중 어느 하나의 방법으로 재활용 처리하는 단계;를 포함하는 음식물류 폐기물 처리방법.
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