KR20160098989A

KR20160098989A - 가용효율이 높고, 탈취 및 고농축처리가 가능한 음식물 쓰레기 탈리여액 처리시스템

Info

Publication number: KR20160098989A
Application number: KR1020160026878A
Authority: KR
Inventors: 유상근
Original assignee: (주)삼원이앤이
Priority date: 2016-03-07
Filing date: 2016-03-07
Publication date: 2016-08-19

Abstract

본 발명은 음식물 쓰레기 탈리여액을 모아두는 탈리여액저류조; 상기 탈리여액저류조로부터 공급된 탈리여액을 고액분리하는 고액분리기; 상기 고액분리기에서 분리된 처리수를 중화처리하는 중화장치; 음식물 쓰레기 탈리여액에 열을 가하여 슬러지를 가용화하는 열가용화장치; 상기 열가용화 장치에 필요한 열을 공급하는 보일러; 상기 열가용화장치에서 배출되는 처리수를 냉각하는 열교환기; 상기 열가용화장치에서 열가용화 처리된 처리수의 유분을 포함하는 응집물을 부상시켜 제거하는 가압부상조; 상기 가압부상조에서 배출된 처리수를 메탄발효하는 혐기성소화조; 혐기성소화조의 처리수가 유입되어 저장되고 혐기성반응이 일어나는 혐기성반응부, 상기 혐기성반응부의 하단에 설치되어 상기 처리수에 미세기포를 공급하는 기포발생부, 및 상기 기포발생부에서 발생된 기포가 저장부에 저장된 처리수를 교반하여 처리수 내에 용해된 암모니아의 용해도를 감소시켜 외부로 배출시키는 암모니아 배출부를 포함하는 암모니아성 질소 제거장치; 상기 혐기성소화조로부터 배출된 가스로부터 습기를 제거하는 제습기; 및 상기 제습기로부터 습기가 제거된 가스를 탈취하기 위한 활성탄을 구비하는 탈취기를 포함하는 음식물 쓰레기 탈리여액 처리시스템을 제공한다.

Description

가용효율이 높고, 탈취 및 고농축처리가 가능한 음식물 쓰레기 탈리여액 처리시스템{Treatment System of Food Waste Leachate Capable of Deodoring and Highly Concentration with High Solubility}

본 발명은 가용효율이 높고, 탈취 및 고농축처리가 가능한 음식물 쓰레기 탈리여액 처리시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 음식물 쓰레기 탈리여액내 유분 및 고형물을 효과적으로 제거할 뿐만 아니라, 약품투입량이 적게 하면서도 슬러지 발생량을 최소화하고, 운영비 및 에너지 소비를 현저히 절감할 뿐 아니라, 폐기물을 자원화 및 에너지화 하여 동절기 하절기의 에너지난 해결에 일조하며 또한 2차 환경오염 문제를 줄일 수 있는 가용효율이 높고, 탈취, 탈질 및 고농축처리가 가능한 음식물 쓰레기 탈리여액 처리시스템에 관한 것이다.

음식물 쓰레기 탈수과정에서 배출되는 탈리여액은 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.

현재까지 음식물 쓰레기의 처리방법으로는 다음과 같은 다양한 방법들이 알려져 있다.

첫째, 땅속에 직매립을 할 수 있으나 악취 및 지하수 오염의 문제로 금지되어 있다.

두 번째로 고온으로 살균을 하여 동물의 사료로 활용을 할 수 있으나, 이 방법은 악취가 심하고, 사료로서 영양가치가 떨어지며, 수요처가 적고, 고온의 연료비 및 응축수 처리 문제로 수도권에서는 실효성이 낮다.

세 번째로 음식물쓰레기를 부숙제와 혼합하여 퇴비화 하는 방법으로, 이 방법도 악취가 심할 뿐만 아니라, 염분 및 유분으로 인하여 부숙이 잘 일어나지 않는 문제점 및 농지의 염분 축척, 살포 농지 부족 등의 문제로 수도권에서 실효성이 낮다.

네 번째로 고액분리를 하여 탈수슬러지는 소각하고 탈리여액은 하수처리장에 유입하는 방법이다. 이 처리방법도 악취 문제를 해결해야 하며, 소각로 및 하수처리장의 증설이 있어야 하고, 하수처리장의 총인(T-P), 총질소(T-N) 처리 공법에 대한 재검토도 있어야 되며, 장기적으로 추가 시설 투자가 이루어져야 한다.

다음으로 고액분리를 하여 탈수슬러지는 퇴비화를 하고 탈리여액은 별도 처리하는 방법이다. 탈수슬러지의 퇴비화에서 염분이나 유분은 대부분 탈리여액으로 빠져 나가기 때문에 염분축척 및 공정의 부숙 문제를 해결 할 수 있고, 탈수슬러지의 양도 20~40%로 줄기 때문에 도심권 외각으로 이전을 하면, 살포 농경지의 확보나 악취 민원을 줄일 수 있다. 또한 폐기물을 자원화 하기 때문에 매우 경제적이다. 그러나 탈리여액의 처리에서 있어서 그 동안 해양투기로 처분이 가능하였지만, 차후 해양투기 금지가 확정되어 이의 처리가 시급한 과제이다.

음식물 쓰레기 탈리여액의 수질 성상을 보면, 총고형물(TS) 농도 8만~15만 mg/ℓ, CODcr 농도 10만~25만 mg/ℓ, BOD 농도 5만~10만 mg/ℓ, 총질소(T-N) 농도 2천~4천 mg/ℓ, 염분농도 8천~1만 mg/ℓ, 총인(T-P) 농도 600~800 mg/ℓ, 유분 농도 0.5만~1.5만 mg/ℓ로 매우 높은 편이다. 또한, 수거 과정에서 산발효가 일어나 pH 농도가 3.0~4.0으로 매우 낮은 특징이 있다. 이는 하수의 500~2000배가 높은 농도이기 때문에, 전처리 공정에서 이들의 농도를 낮추고 중화를 하지 않으면 처리비용 및 부지면적이 커지고, 처리효율은 낮아지는 문제가 야기된다.

또, 음식물 쓰레기 탈리여액의 경우 고농도의 고형물이 포함되어 있기 때문에 이를 분리해서 탈수를 해야 하지만 화학약품과 잘 반응하지 않고, 응집되어 발생하는 슬러지도 매우 많다.

이렇게 다량으로 발생된 슬러지는 지하수 오염 문제 때문에 매립을 하지 못하고 퇴비화를 하거나, 소각로로 이송하여 소각을 하게 된다. 그러나 이 슬러지는 염분농도와 함수율이 높고 동식물 유지방의 농도도 높아서, 퇴비화 및 소각에 많은 문제점과 주변에 만성적인 악취를 일으키고 있다.

따라서, 경제적인 측면이나 환경보호적인 측면에서 음식물 쓰레기 탈리여액의 처리과정에서 슬러지의 발생량 및 악취를 줄이는 것이 절실하게 요구된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술이 가지는 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 음식물 쓰레기 탈리여액내 유분 및 고형물을 효과적으로 제거할 뿐만 아니라, 약품투입량이 적게 하면서도 슬러지 발생량을 최소화하고, 운영비 및 에너지 소비를 현저히 절감할 뿐 아니라, 폐기물을 자원화 및 에너지화 하여 동절기 하절기의 에너지난 해결에 일조하며 또한 2차 환경오염 문제를 줄일 수 있는 가용효율이 높고, 탈취, 및 고농축처리가 가능한 음식물 쓰레기 탈리여액 처리시스템을 제공함에 있다.

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

(1) 음식물 쓰레기 탈리여액을 모아두는 탈리여액저류조; 상기 탈리여액저류조로부터 공급된 탈리여액을 고액분리하는 고액분리기; 상기 고액분리기에서 분리된 처리수를 중화처리하는 중화장치; 음식물 쓰레기 탈리여액에 열을 가하여 슬러지를 가용화하는 열가용화장치; 상기 열가용화 장치에 필요한 열을 공급하는 보일러; 상기 열가용화장치에서 배출되는 처리수를 냉각하는 열교환기; 상기 열가용화장치에서 열가용화 처리된 처리수의 유분을 포함하는 응집물을 부상시켜 제거하는 가압부상조; 상기 가압부상조에서 배출된 처리수를 메탄발효하는 혐기성소화조; 혐기성소화조의 처리수가 유입되어 저장되고 혐기성반응이 일어나는 혐기성반응부, 상기 혐기성반응부의 하단에 설치되어 상기 처리수에 미세기포를 공급하는 기포발생부, 및 상기 기포발생부에서 발생된 기포가 저장부에 저장된 처리수를 교반하여 처리수 내에 용해된 암모니아의 용해도를 감소시켜 외부로 배출시키는 암모니아 배출부를 포함하는 암모니아성 질소 제거장치; 상기 혐기성소화조로부터 배출된 가스로부터 습기를 제거하는 제습기; 및 상기 제습기로부터 습기가 제거된 가스를 탈취하기 위한 활성탄을 구비하는 탈취기를 포함하는 음식물 쓰레기 탈리여액 처리시스템.

(2) 상기 (1)에 있어서,

상기 고액분리기는 원수가 포함된 슬러지가 유입되어 슬러지를 1차 탈수시키는 제1탈수수단; 상기 제1탈수수단에서 1차 탈수된 슬러지를 2차 탈수시키는 제2탈수수단; 및 상기 제1탈수수단에서 1차 탈수된 슬러지를 상기 제2탈수수단으로 공급하기 위한 슬러지이송부;를 포함하고,

상기 제1탈수수단은,

원수가 이동되는 원수공간부와 상기 원수에 포함된 슬러지가 이동되기 위한 슬러지공간부, 상기 슬러지가 분리된 처리수가 이동되기 위한 처리수공간부를 갖는 몸체하우징;

상기 몸체하우징의 원수공간부로 원수를 공급하기 위한 원수유입부;

상기 처리수공간부의 개방된 부위를 폐쇄시키도록 구비되되, 회전 가능하도록 구비되고, 다수의 필터공이 형성되어 원수에서 분리된 처리수가 통과되어 처리공간부로 이동되기 위한 회전드럼스크린;

상기 회전드럼스크린의 외면과 일정간격 이격된 상태로 회전 가능하게 구비되어 상기 원수를 따라 이동되는 슬러지를 상기 회전드럼스크린 방향으로 압착 롤링시켜 슬러지를 1차 탈수시키는 제1탈수부;

상기 제1탈수부와 회전드럼스크린에 의해 수분이 분리되어 상기 몸체하우징의 슬러지공간부로 이동된 슬러지가 배출되기 위한 슬러지배출부; 및

상기 제1탈수부와 회전드럼스크린에 의해 원수나 슬러지에서 분리되어 상기 처리수공간부로 이동된 처리수를 배출시키기 위한 처리수배출부;를 포함하며,

상기 제2탈수수단은,

내부에 제2탈수공간부를 갖고, 상기 제2탈수공간부로 1차 탈수된 슬러지가 유입되기 위한 제2유입구와 상기 제2탈수공간부를 따라 이송되면서 2차 탈수된 슬러지가 배출되기 위한 제2배출구가 형성된 제2탈수몸체;

이송스크류를 갖고, 상기 제2탈수몸체에 회전가능하게 구비되어 상기 제2유입구로 유입된 1차 탈수된 슬러지를 2차 탈수시키면서 상기 제2배출구로 이송시키는 이송스크류부;

상기 이송스크류부를 회전시키기 위한 제2구동부;

상기 제2배출구를 개폐하기 위해 구비되며, 상기 이송스크류부에 의해 2차 탈수되면 이송된 슬러지에 의해 개방되어 슬러지가 배출되는 제2슬러지배출부; 및

상기 제2탈수몸체에 구비되어 상기 이송스크류부에 의해 2차 탈수된 처리수가 배출되기 위한 제2처리수배출부;를 포함하여 이루어지고,

상기 열가용화장치는 내관, 외관 및 선회류 유도부를 포함하되,

상기 내관은 일단부에 처리수 유입구가 형성되고, 타단부에 처리수 배출구가 형성되며, 외관은 일단부 일측에 보일러에서 공급되는 열매체가 투입되는 투입구가 형성되어 이를 통해 내부로 열매체가 투입되고, 타단부 일측에 형성되는 열매체 배출구를 통해 유입된 열매체가 외부로 배출되어 보일러로 환류되어 순환되도록 하며,

선회류 유도부는 내관의 내부에 설치되는 지지대와, 지지대의 외주면에 나선형으로 형성되는 선회류 유도깃을 포함하여 구성되며, 선회류 유도깃에 의해 내관의 내부공간을 다수의 공간으로 구획하면서 처리수가 선회이동되도록 하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 탈리여액 처리시스템.

(3) 상기 (1)에 있어서,

열가용화장치와 가압부상조 사이에 무기응집제, 가성소다, 및 폴리머를 투입하여 응집처리하는 응집반응조가 더 설치된 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 탈리여액 처리시스템.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 음식물 쓰레기 탈리여액의 처리시 탈질 및 고농축처리가 가능하여 음식물 쓰레기 탈리여액내 유분 및 고형물을 효과적으로 제거할 뿐만 아니라, 약품투입량이 적게 하면서도 슬러지 발생량을 최소화하고, 운영비 및 에너지 소비를 현저히 절감할 뿐 아니라, 폐기물을 자원화하고 또한 2차 환경오염 문제를 줄여준다.

또한, 본 발명에 의하면 혐기성 소화조에서 암모니아성 질소의 축적으로 인해 혐기성 미생물이 사멸되는 것을 방지하여 탈리여액을 포함하는 하폐수처리 효율을 크게 개선하며, 동시에 미생물이 오래 생존할 수 있도록 함으로써 장기간 안정적으로 운전이 가능한 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 가용효율이 높고, 탈취, 탈질 및 고농축처리가 가능한 음식물 쓰레기 탈리여액 처리시스템의 구성도.
도 2a~2c는 본 발명에 따른 고액분리기의 구성도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열가용화장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 응집반응조의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 혐기성 소화조의 암모니아성 질소 제거장치의 구성도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 음식물 쓰레기 탈리여액 처리시스템에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 가용효율이 높고, 탈취 및 고농축처리가 가능한 음식물 쓰레기 탈리여액 처리시스템의 구성도이다.

상기 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 탈리여액 처리시스템은 탈리여액 저류조(1), 고액분리기(2), 분쇄기(3), 중화장치(4), 혼합장치(5), 열교환기(6), 열가용화장치(7), 보일러(8), 응집반응조(9), 가압부상조(10), 저류조(11), 및 혐기성 소화조(12)를 포함한다.

수거된 음식물 쓰레기는 고형분과 탈리여액으로 먼저 분리한 다음, 탈리여액은 저류조(1)에 이송되어 저장된다.

저류조(1)에 저장된 탈리여액은 고액분리기(2)에 이송되어 일정한 크기, 예를 들어, φ=1mm 이상의 고형분(미세 협잡물)를 분리한다.

고액분리기(2)는 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이 탈리여액(원수)이 유입되어 1차 탈수시키는 제1탈수수단(100), 상기 제1탈수수단에서 1차 탈수된 슬러지를 2차 탈수시키는 제2탈수수단(200), 및 상기 제1탈수수단에서 1차 탈수된 슬러지를 상기 제2탈수수단으로 공급하기 위한 슬러지이송부(300)를 포함하여 이루어진다.

바람직하게, 상기 제1탈수수단(100)은, 원수가 이동되는 원수공간부(112)와 상기 원수에 포함된 슬러지가 이동되기 위한 슬러지공간부(114), 상기 슬러지가 분리된 처리수가 이동되기 위한 처리수공간부(116)를 갖는 몸체하우징(110), 상기 몸체하우징의 원수공간부로 원수를 공급하기 위한 원수유입부(120), 상기 처리수공간부의 개방된 부위를 폐쇄시키도록 구비되되, 회전 가능하도록 구비되고, 다수의 필터공(130a)이 형성되어 원수에서 분리된 처리수가 통과되어 처리수공간부로 이동되기 위한 회전드럼스크린(130), 상기 회전드럼스크린의 외면과 일정간격 이격된 상태로 회전 가능하게 구비되어 상기 원수를 따라 이동되는 슬러지를 상기 회전드럼스크린 방향으로 압착 롤링시켜 슬러지를 1차 탈수시키는 제1탈수부(140), 상기 제1탈수부와 회전드럼스크린에 의해 수분이 분리되어 상기 몸체하우징의 슬러지공간부로 이동된 슬러지가 배출되기 위한 슬러지배출부(150), 및 상기 제1탈수부와 회전드럼스크린에 의해 원수나 슬러지에서 분리되어 상기 처리수공간부로 이동된 처리수를 배출시키기 위한 처리수배출부(160)를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 회전드럼스크린(130)은, 도 2b에 도시한 바와 같이 외주면을 따라 다수의 필터공이 형성된 드럼스크린(131), 상기 드럼스크린의 양단부 회전중심축 상에 구비되는 결합블럭(132), 일단부에 상기 결합블럭이 끼워지기 위한 결합공(133a)이 형성되고, 타단부는 상기 몸체하우징(110)에 밀폐된 상태로 회전 가능하게 설치되는 회전샤프트(133), 상기 결합블럭이 끼워진 회전샤프트 결합공을 폐쇄시키기 위한 결합편(134), 및 상기 결합편을 회전샤프트의 일단부에 고정시키기 위한 고정부재(135)를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 제2탈수수단(200)은, 내부에 제2탈수공간부(212)를 갖고, 상기 제2탈수공간부로 1차 탈수된 슬러지가 유입되기 위한 제2유입구(214)와 상기 제2탈수공간부를 따라 이송되면서 2차 탈수된 슬러지가 배출되기 위한 제2배출구(216)가 형성된 제2탈수몸체(210), 이송스크류(224)를 갖고, 상기 제2탈수몸체(210)에 회전가능하게 구비되어 상기 제2유입구로 유입된 1차 탈수된 슬러지를 2차 탈수시키면서 상기 제2배출구로 이송시키는 이송스크류부(220), 상기 이송스크류부를 회전시키기 위한 제2구동부(230), 상기 제2배출구를 개폐하기 위해 구비되며, 상기 이송스크류부에 의해 2차 탈수되면 이송된 슬러지에 의해 개방되어 슬러지가 배출되는 제2슬러지배출부(240), 및 상기 제2탈수몸체에 구비되어 상기 이송스크류부에 의해 2차 탈수된 처리수가 배출되기 위한 제2처리수배출부(250)를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 이송스크류부(220)는, 다수의 제2탈수공(223)을 갖고, 상기 제2탈수몸체에 위치되는 이송스크린(222), 상기 이송스크린의 양단부에 각각 구비되어 이송스크린을 제2탈수몸체에 회전 가능하도록 구비되는 이송샤프트(226), 및 상기 제2탈수공간부에 위치되는 상기 이송스크린의 내주를 따라 나선형으로 형성된 이송스크류(224)를 포함하여 이루어지고, 상기 이송스크류는 상기 제2유입구(214)가 형성된 제2탈수공간부(212)의 일단부에서 상기 제2배출구(216)가 형성된 제2탈수공간부의 타단부로 갈수록 간격이 점진적으로 좁아지게 형성되어 이송되는 1차 탈수된 슬러지들이 타단방향으로 밀착됨에 따라 2차 탈수되고, 탈수된 고형분은 제2배출구(216)를 통해 배출된다.

상기 고액분리기(2)에서 분리된 고형분은 분쇄기(3)로 보내져 φ=1mm 미만으로 분쇄한 후 저류조(1)로 이송되도록 하는 것이 바람직하다.

분쇄기(3)는 파쇄된 협잡물의 비산을 막아주는 몸체 안에 프로펠러 형태의 칼날이 장착되어 있으며, 이때 협잡물의 종류에 따라 칼날의 회전수는 1200~3600rpm으로 조절되어진다.

상기 고액분리기(2)에서 분리된 처리수(이하, 각 구성단계를 거쳐 배출되는 폐수를 처리수로 부르기로 한다)는 통상적으로 pH가 3~5의 범위내에 있는 산성용액으로 중화장치(4)로 보내져 중화처리 되어 진다.

중화장치(4)는 사각통 형태의 반응기에 90~120rpm의 교반기가 설치되며, 중화제를 투입하기 위한 투입펌프 및 중화제 저장조가 설치되어진다. 바람직하게는 상기 중화장치(4)에서 배출되는 처리수의 pH는 6~7의 범위로 조정하며, 상기 범위내에서 최초 공급된 탈리여액의 처리효율은 50% 까지 상승하게 된다. 이를 위해 상기 중화장치(4)에 중화제량을 감지하고 조절하기 위한 pH 미터(미도시)가 장착되어질 수 있다.

중화장치(4)에서 배출된 처리수는 혼합장치(5)로 유입되어 완전혼합을 유도하여, 후단의 열가용화장치(7)의 가용화 효율을 증대시킨다.

혼합장치(5)는 사각통 형태의 반응기에 90~120rpm의 교반기가 설치된다. 본 발명에서는 경우에 따라 혼합장치(5)를 생략하고 중화장치(4)를 바로 열교환기(6)에 연결시킬 수도 있다.

혼합장치(5)에서 배출된 처리수는 열교환기(6)로 유입된다. 열교환기(6)는 열가용화장치(7)에서 배출된 고온의 처리수와 열교환기로 유입되는 저온의 처리수간에 비접촉식으로 열교환을 수행한다.

열교환기(6)에서 처리수의 유입부에는 유량 및 압력을 제어하기 위하여 유량계 및 압력계가 설치되고, 열교환된 냉각된 처리수(열가용화수)의 토출부에는 압력제어용 압력계와 자동밸브가 설치된다.

상기 열교환기(6)에서 예비적으로 가열되어진 처리수는 열가용화장치(7)로 유입되어 보일러(8)로부터 비교적 적은 열원을 공급받더라도 열적가수분해반응을 효과적으로 수행할 수 있다.

이를 위해 보일러(8)는 열매체 보일러로서 몸체, 버너, 순환펌프, 열매체 팽창탱크, 열매유 차단 자동밸브, 연통, 열료 공급용 저장조, 및 제어시스템으로 구성되어진다. 바람직하게는 보일러(8)의 버너는 본 발명 시스템에서 생산되는 바이오 가스와 프로판 가스를 사용 할 수 있는 겸용버너를 사용한다. 열매체 공급온도는 200~250℃이고, 열가용화 장치의 온도에 따라 자동밸브가 작동되며, 공급압력은 1~3kg/㎠로 하는 것이 바람직하다.

열가용화장치(7)는 도 3에 예시된 바와 같이, 내관(71)과, 외관(72) 및 선회류 유도부(73)를 포함하여 구성된다.

내관(71)은 일단부에 처리수 유입구(71a)가 형성되고, 타단부에 처리수 배출구(71b)가 형성된다. 이러한 내관(71)은 처리수 유입구(71a)를 통해 처리수가 유입되고, 처리수가 열적 가수분해되어 처리수 배출구(71b)를 통해 외부로 배출되는 것으로, 처리수가 열적 가수분해 될 수 있는 처리수의 반응공간을 제공하는 역할을 한다.

외관(72)은 일단부 일측에 보일러(8)에서 공급되는 열매체가 투입되는 투입구(72a)가 형성되어 이를 통해 내부로 열매체가 투입되고, 타단부 일측에 형성되는 열매체 배출구(72b)를 통해 유입된 열매체가 외부로 배출되어 보일러(8)로 환류되어 순환된다.

여기서 외관(72)은 내부에 유입된 열매체에 의해 내관(71)을 가열하여 내관(71)에 유입된 처리수를 가열함으로써 처리수의 유동을 촉진하여 처리수를 열적가수분해를 촉진시키는 역할을 한다.

선회류 유도부(73)는 내관(71)의 내부에 설치되는 지지대(73a)와, 지지대(73a)의 외주면에 나선형으로 형성되는 선회류 유도깃(73b)을 포함하여 구성되며, 선회류 유도깃(73b)에 의해 내관(71)의 내부공간을 다수의 공간으로 구획하면서 처리수가 선회이동되도록 하는 역할을 한다. 이러한 선회류 유도깃(73b)은 내관(71) 내부로 유입되는 처리수가 선회이동할 수 있도록 처리수의 이동방향을 안내하는 역할을 한다.

상기와 같은 구조로 인해 처리수와 열매체와의 열교환 효율 즉, 열매체로부터 처리수로 전달되는 열전달 효율이 매우 크게 되어, 별도의 교반시설이 없어도 처리수의 교반이 원활하게 이루어져, 처리수와 같은 반응물의 침전 또는 침적을 방지할 수 있고 반응효율을 높일 수 있다.

바람직하게는 상기 열가용화장치(7)는 압력 18~22 kg/㎠, 온도 180~200℃에서 열가용화를 수행하며, 이를 위해 보일러(8)에서 공급되는 열매체의 온도는 200~250℃로 하는 것이 좋다. 상기와 같은 조건하에서 열가용화장치(7)내에 추가적으로 반응 촉매와 산화제 등을 투입하지 않고서도 비교적 적은 열원만으로도 완벽하게 고형물의 가용화가 진행되어진다.

이를 위해 상기 열가용화장치(7)에는 유량, 온도, 압력을 감지하기 위한 센서, 압력조절을 위한 자동밸브, 및 이들을 제어하는 제어수단이 더 장착되어질 수 있다.

열가용화장치(7)에서 배출된 처리수는 열교환기(6)를 거쳐 응집반응조(9)로 공급된다. 응집반응조(9)는 응집반응을 돕기 위해 교반수단(미도시) 및 응집제량을 감지하고 조절하는 pH 미터(미도시)가 장착되어지는 것이 바람직하다.

응집반응조(9)는 처리수내 함유된 유분, 미세 고형분 등을 포함한 각종 입자를 응집시키기 위한 것으로 이를 위해 응집제 투입구를 통해 필요에 따라 무기응집제, 가성소다, 및 폴리머가 투입되어지도록 한다. 이때 응집제의 투입량은 pH 미터(미도시)를 이용하여 감지되고 조절되어질 수 있다.

본 발명에서 응집반응조(9)는 바람직하게는 도 4에 도시한 바와 같은 파이프 반응기 형태의 것으로, 전단의 공급펌프(미도시)의 토출 구경과 같은 파이프(90a)를 다단으로 쌓아 올려서 교반효율 및 공간 활용도를 높일 수 있다.

이때, 다단의 파이프(90a)를 쌓아 올리고 상하단의 파이프는 상하 파이프의 양단(90b₁, 90b₂)으로 이루어진 엘보(90b)로 연결한 다음 앞단(91)은 유입펌프, 후단(92)은 가압부상조(10)와 연결한다. 이 경우 바람직하게는 반응기의 앞 부분에는 투입구(미도시)를 설치하여 유기응집제를 투입할 수 있도록 한다. 파이프 반응기의 길이는 체류시간이 25~60sec가 되도록 설치하는 것이 바람직하다.

이와 같이 다단의 파이프로 응집반응조(9)를 구현할 경우에는 별도의 교반기가 필요하지 않아 설비 및 운영비가 절감되고, 일반적인 응집반응에는 중화제 투입장치 및 무기응집제 투입장치가 필요하지만, 상기 형태의 응집반응조(9)에서는 공정의 특성상 이들의 장치가 없어도 후단의 가압부상조(10)에서 높은 고액분리 효율을 나타낼 수 있다.

응집반응조(9)에서 형성된 응집물 중 유분은 지방성분이 다량 함유되어 있어 무게가 가벼워 침전이 잘 이루어지지 않아 고액분리가 용이하지 않아, 본 발명에서는 응집반응조(9)의 후단에 가압부상조(10)를 설치한다.

가압부상조(10)는 잔존하는 부유 고형물을 제거함으로서 후단의 혐기성소화조(12)의 방해요소를 제거하고, 소화효율을 높인다. 가압부상조(10)는 장방형의 사각통에 상부에는 스컴을 걷어내는 스크레이퍼를 설치하여 부유 고형물을 가압부상조의 후단으로 배출한다. 가압부상조(10)의 후단 하부에는 고압의 가압펌프를 설치하여 파이프 반응기 형태의 분배장치를 통해 앞단으로 처리수를 계속하여 순환시키며, 가압펌프 후단과 분배장치 중간에 고압의 공기(바람직하게는 3 kg/㎠ 이상)를 콤프레셔 등을 이용하여 주입하여 부상 효율을 높인다. 본 발명의 실시예에서 상기 스크레이퍼의 선속도는 1~3m/min이고, 가압펌프의 압력은 3~5 kg/㎠이며, 가압펌프의 순환율은 유입 유량의 50~100%로 운전하고, 수면적부하는 4~5㎥/㎡ㅇhr로 운전하는 것이 좋다.

가압부상조(10)에서 배출된 처리수는 유분을 포함한 고형분이 거의 제거된 상태의 것으로, 일단 저류조(11)에 이송저장되고, 후단의 혐기성 소화조(12)로 이송된다.

혐기성 소화조(12)에서는 처리수내 존재하는 유기물을 메탄발효를 이용하여 제거한다. 혐기성 소화조(12) 내에는 메탄발효균이 배양되며, 이들 균에 의해 처리수내 유기물은 분해되고, 이때 생성된 메탄가스는 외부로 배출되어진다.

상기 혐기성 소화조(12)는 정사각기둥 형태의 통에 하부에는 유입 분배장치가 설치되고 상부에는 기액분리를 위한 GSS 장치가 설치된다. 이때 하부의 분배장치를 이용하여 유입수를 투입하고, 반송펌프를 설치하여 혐기성미생물의 활성도를 높일 수 있다. 상부의 GSS 장치는 사각 형태의 GAS-HOLDER를 설치하여 메탄가스의 비산을 막고 WAIR를 설치하여 처리수를 배출한다.

바람직하게는 상기 혐기성 소화조(12)에서 배출되는 가스는 제습기(13)를 거쳐 완벽하게 습기를 제거하고, 습기가 제거된 가스는 활성탄이 칼럼에 장착된 탈취기(14)에서 악취의 원인이 되는 황화합물 내지 각종 휘발성 물질을 흡착제거한다.

상기와 같이 습기와 악취원인물질이 제거되고 남은 메탄가스는 가스 저장조(15)에 보관하여 공정에서 필요로 하는 에너지를 자체 조달하고, 남는 메탄가스(대략 50~60% 정도)는 다양한 잉여가스 활용기기(16)를 통해 전기를 생산하거나, 연료용 가스로 활용하도록 한다.

가스 저장조(15)는 돔 형태로서 생성된 메탄가스를 저장한 후, 활용 목적에 따라 사용할 수 있도록 한다. 이와 같이 메탄가스는 일시적으로 가스 저장조(15)에 저장하였다가 가스 압축기를 이용하여 압축 저장로로 이송하여 활용 목적에 따라 사용한다. 이때 가스 중 일부는 열가용화 장치의 열매체 보일러(8)의 연료로 사용하고, 남는 잉여가스는 발전기를 설치하여 전기를 생산하거나 정제기를 설치하여 가스회사에 판매할 수 있다. 바람직하게는 돔형 및 압축 저장조는 HRT=6~8hr 크기로 설치하고, 발전기나 메탄가스 정제기는 생산량의 1~2hr 용량으로 내외로 설치한다.

혐기성 소화조(12)에서 배출된 처리수는 이후 공정의 후단처리공정에 의해 처리되어진다.

본 발명에서는 상기 후단처리공정으로 혐기성 소화조(12)의 처리수내에서 축적되어지는 암모니아성 질소의 제거를 위한 장치가 추가되어진다.

도 5에 도시한 바와 같이, 혐기성 소화조(12)에서 처리된 처리수에는 혐기발효의 결과 생성된 암모니아성 질소가 상당량 용해된 상태로 존재하며, 암모니아성 질소를 함유한 처리수는 후단의 농축반응조(17)에 이송되어진다.

상기 혐기미생물 농축반응조(17)는 하부에 혐기성 소화조(12)에 사용된 혐기성 미생물(예로, 메탄균)이 하부에 침전되어 슬러지(17a)를 형성하고, 슬러지 상부의 상등액(17b)은 다량의 암모니아성 질소를 함유한 상태로 후단의 암모니아성 질소제거장치(18)로 유입되어진다.

상기 슬러지(17a)는 다시 혐기성 소화조(12)로 일부(1~5Q)가 반송되어 혐기성 미생물을 보충하게 되어 소화조(12)내 미생물 농도가 높게 유지되어질 수 있도록 한다.

암모니아성 질소제거장치(18)는 도 5에 도시한 바와 같이 혐기성 반응부(18a), 기포발생부(18b), 및 암모니아 배출부(18c)를 포함한다.

혐기성 반응부(18a)는 혐기미생물 농축반응조(17)로부터 유입된 상등처리수(17b)가 체류하면서 내부에 다량 함유된 암모니아성 질소를 제거하게 된다. 이때, 처리수의 수리학적 체류시간(HRT)은 2~6 시간 정도로 한다.

암모니아성 질소제거장치(18)의 하부에는 기포발생부(18b)를 두어, 미세기포가 처리수내로 주입되어진다. 미세기포는 기체(바람직하게는 0.05~0.1 kg/ 이상의 공기)를 브로어/팬 또는 콤프레셔 등을 이용하여 기체주입관(S)과 기체공급노즐(N)을 통해 바닥으로부터 균일한 밀도로써 주입하여 부상 효율을 높인다.

상기와 같이 기체공급노즐(N)로부터 처리수내로 배출된 미세기포는 별도의 교반기를 설치하지 않더라도 처리수를 효과적으로 교반하는 역할을 수행하고, 처리수의 교반을 통해 처리수내 다량 함유된 암모니아성 질소의 용해도를 감소시켜 외부로 암모니아(NH₃) 가스형태로 배출시킨다.

암모니아 가스는 암모니아성 질소제거장치(18)의 상부를 형성하는 암모니아 배출부(18c)를 통해 대기로 배출되거나, 별도의 포집장치(19)를 두어 포집하게 된다.

암모니아성 질소가 제거된 처리수는 처리수배출부(20)를 통해 외부로 방류처리하거나, 일부(1~5Q)는 다시 혐기성 소화조(12)로 환류시켜 추가적으로 처리되어지도록 한다.

상기와 같은 본 발명의 장치를 기술함에 있어서 각 장치간 처리수의 이송을 위해 펌프가 필요개소에 필요한 수만큼 장착되어질 수 있고, 이러한 구성은 당업계에 자명한 것으로 상세한 설명은 생략하도록 한다.

상기와 같이 본 발명에 따른 시스템을 이용할 경우 열교환 효율을 극대화하여 음식물 쓰레기 탈리여액에 포함된 미세고형물(협잡물) 및 슬러지가 시스템을 구성하는 열가용화장치 내에 침적됨이 없이 산화 및 가수분해 효율이 높고, 최종적으로 배출되는 처리수내 유분 및 고형물을 효과적으로 제거할 뿐만 아니라, 처리수내 유기물은 혐기성 발효에 의해 완벽하게 제거할 수 있게 해준다.

또한, 혐기성 소화조에서 암모니아성 질소의 축적으로 인해 혐기성 미생물이 사멸되는 것을 방지하여 탈리여액을 포함하는 하폐수처리 효율을 크게 개선하며, 동시에 미생물이 오래 생존할 수 있도록 함으로써 장기간 안정적으로 운전이 가능한 효과를 제공한다.

이하, 본 발명을 하기의 실시예 및 비교예로써 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 시스템(하기 표 1 내지 표 2의 운전조건 참조)을 이용하여 음식물 쓰레기를 처리한 결과 최종적으로 배출되는 처리수 20톤 내 유분 및 고형물은 초기 탈리여액(고액분리기에서 토출된 탈리여액)에 비하여 75% 까지 효과적으로 제거되었을 뿐만 아니라, 처리수내 유기물은 80% 까지 혐기성 발효에 의해 메탄가스로 완전하게 제거되었다(표 3).

열교환기 운전조건

	유입온도 (℃)	토출온도 (℃)	유입압력 (kg/㎠)	유출압력 (kg/㎠)	체류시간 (min)
탈리여액	3~20	120~132	22	21	30~40
열가용화수	180~200	45~55	20	19	40~60

상기 압력 변화는 유로 길이에 의한 압력손실에 기인한다.

열가용화장치 운전조건

	유입온도 (℃)	토출온도 (℃)	유입압력 (kg/㎠)	유출압력 (kg/㎠)	체류시간 (min)
열가용화 장치	120~132	180~200	21	20	90~120

처리 결과

	유분	고형물	유기물
초기 탈리여액	100	100	100
최종 처리수	0	10	3

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.

1: 탈리여액 저류조
2: 고액분리기
3: 분쇄기
4: 중화장치
5: 혼합장치
6: 열교환기
7: 열가용화장치
8: 보일러
9: 응집반응조
10: 가압부상조
11: 저류조
12: 혐기성 소화조
13: 제습기
14: 탈취기
15: 가스저장소
16: 잉여가스 활용기기
17: 농축반응조
18: 암모니아성 질소제거장치
100: 제1탈수수단
200: 제2탈수수단
300: 슬러지이송부

Claims

음식물 쓰레기 탈리여액을 모아두는 탈리여액저류조; 상기 탈리여액저류조로부터 공급된 탈리여액을 고액분리하는 고액분리기; 몸체 안에 프로펠러 형태의 칼날이 장착되며, 칼날의 회전수는 1200~3600rpm으로 조절되어 상기 고액분리기에서 분리된 고형분을 φ=1mm 미만으로 분쇄하여 탈리여액저류조로 이송하는 분쇄기; 상기 고액분리기에서 분리된 처리수를 중화처리하기 위한 것으로, 사각통 형태의 반응기에 90~120rpm의 교반기가 설치되어 있으며, 중화제를 투입하기 위한 투입펌프 및 중화제 저장조, 및 중화제량을 감지하고 조절하기 위한 pH 미터가 장착되어 배출되는 처리수의 pH를 6~7의 범위로 조정하는 중화장치; 음식물 쓰레기 탈리여액에 열을 가하여 슬러지를 가용화하는 열가용화장치; 상기 열가용화 장치에 필요한 열을 공급하는 보일러; 상기 열가용화장치에서 배출되는 처리수를 냉각하는 열교환기; 상기 열가용화장치에서 열가용화 처리된 처리수의 유분을 포함하는 응집물을 부상시켜 제거하는 가압부상조; 상기 가압부상조에서 배출된 처리수를 메탄발효하는 혐기성소화조; 혐기성소화조의 처리수가 유입되어 저장되고 혐기성반응이 일어나는 혐기성반응부, 상기 혐기성반응부의 하단에 설치되어 상기 처리수에 미세기포를 공급하는 기포발생부, 및 상기 기포발생부에서 발생된 기포가 저장부에 저장된 처리수를 교반하여 처리수 내에 용해된 암모니아의 용해도를 감소시켜 외부로 배출시키는 암모니아 배출부를 포함하는 암모니아성 질소 제거장치; 상기 혐기성소화조로부터 배출된 가스로부터 습기를 제거하는 제습기; 상기 제습기로부터 습기가 제거된 가스를 탈취하기 위한 활성탄을 구비하는 탈취기; 및 상기 열가용화장치와 가압부상조 사이에 무기응집제, 가성소다, 및 폴리머를 투입하여 응집처리하는 응집반응조를 포함하되,
상기 고액분리기는 원수가 포함된 슬러지가 유입되어 슬러지를 1차 탈수시키는 제1탈수수단; 상기 제1탈수수단에서 1차 탈수된 슬러지를 2차 탈수시키는 제2탈수수단; 및 상기 제1탈수수단에서 1차 탈수된 슬러지를 상기 제2탈수수단으로 공급하기 위한 슬러지이송부;를 포함하고,
상기 제1탈수수단은,
원수가 이동되는 원수공간부와 상기 원수에 포함된 슬러지가 이동되기 위한 슬러지공간부, 상기 슬러지가 분리된 처리수가 이동되기 위한 처리수공간부를 갖는 몸체하우징;
상기 몸체하우징의 원수공간부로 원수를 공급하기 위한 원수유입부;
상기 처리수공간부의 개방된 부위를 폐쇄시키도록 구비되되, 회전 가능하도록 구비되고, 다수의 필터공이 형성되어 원수에서 분리된 처리수가 통과되어 처리공간부로 이동되기 위한 회전드럼스크린;
상기 회전드럼스크린의 외면과 일정간격 이격된 상태로 회전 가능하게 구비되어 상기 원수를 따라 이동되는 슬러지를 상기 회전드럼스크린 방향으로 압착 롤링시켜 슬러지를 1차 탈수시키는 제1탈수부;
상기 제1탈수부와 회전드럼스크린에 의해 수분이 분리되어 상기 몸체하우징의 슬러지공간부로 이동된 슬러지가 배출되기 위한 슬러지배출부; 및
상기 제1탈수부와 회전드럼스크린에 의해 원수나 슬러지에서 분리되어 상기 처리수공간부로 이동된 처리수를 배출시키기 위한 처리수배출부;를 포함하며,
상기 제2탈수수단은,
내부에 제2탈수공간부를 갖고, 상기 제2탈수공간부로 1차 탈수된 슬러지가 유입되기 위한 제2유입구와 상기 제2탈수공간부를 따라 이송되면서 2차 탈수된 슬러지가 배출되기 위한 제2배출구가 형성된 제2탈수몸체;
다수의 제2탈수공을 갖고, 상기 제2탈수몸체에 위치되는 이송스크린, 상기 이송스크린의 양단부에 각각 구비되어 이송스크린을 제2탈수몸체에 회전 가능하도록 구비되는 이송샤프트, 및 상기 제2탈수공간부에 위치되는 상기 이송스크린의 내주를 따라 나선형으로 형성된 이송스크류를 포함하고, 상기 이송스크류는 상기 제2유입구가 형성된 제2탈수공간부의 일단부에서 상기 제2배출구가 형성된 제2탈수공간부의 타단부로 갈수록 간격이 점진적으로 좁아지게 형성되어 이송되는 1차 탈수된 슬러지들이 타단방향으로 밀착됨에 따라 2차 탈수되고, 탈수된 고형분은 제2배출구로 배출하는 이송스크류부;
상기 이송스크류부를 회전시키기 위한 제2구동부;
상기 제2배출구를 개폐하기 위해 구비되며, 상기 이송스크류부에 의해 2차 탈수되면 이송된 슬러지에 의해 개방되어 슬러지가 배출되는 제2슬러지배출부; 및
상기 제2탈수몸체에 구비되어 상기 이송스크류부에 의해 2차 탈수된 처리수가 배출되기 위한 제2처리수배출부;를 포함하며,
상기 열가용화장치는 내관, 외관 및 선회류 유도부를 포함하되,
상기 내관은 일단부에 처리수 유입구가 형성되고, 타단부에 처리수 배출구가 형성되며, 외관은 일단부 일측에 보일러에서 공급되는 열매체가 투입되는 투입구가 형성되어 이를 통해 내부로 열매체가 투입되고, 타단부 일측에 형성되는 열매체 배출구를 통해 유입된 열매체가 외부로 배출되어 보일러로 환류되어 순환되도록 하며,
선회류 유도부는 내관의 내부에 설치되는 지지대와, 지지대의 외주면에 나선형으로 형성되는 선회류 유도깃을 포함하여 구성되며, 선회류 유도깃에 의해 내관의 내부공간을 다수의 공간으로 구획하면서 처리수가 선회이동되도록 한 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 탈리여액 처리시스템.