KR20160113391A - 이산화탄소 탈기를 결합한 암모니아 회수장치 및 운전방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이산화탄소 탈기를 결합한 암모니아 회수장치 및 운전방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 유기성 폐기물을 발효하여 메탄가스를 추출하고, 소화액을 탈기 기법을 통하여 액상의 폐수와 암모니아 가스로 분리하며, 분리된 암모니아의 회수를 통한 액체비료를 제조하는 유기성 폐기물을 처리하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일례와 관련된 유기성 폐기물을 처리하는 방법에 있어서, 상기 유기성 폐기물이 저류조에서 발효되는 단계(S100); 및 상기 S100 단계의 발효에서 발생한 상기 소화액을 처리되는 단계(S200);를 포함하되, 상기 S200 단계는, 고온의 공기가 주입된 CO2 탈기탑을 지나가면서, 상기 소화액에 포함된 CO2가 탈기되는 단계(S210); 암모니아 탈기탑을 지나가면서, 상기 CO2가 탈기된 소화액에 포함된 암모니아 질소가 암모니아 가스로 탈기되는 단계(S220); 암모니아 흡수탑을 지나가면서, 산성조건에서 상기 탈기된 암모니아 가스를 이용하여 암모니아수를 생성하는 단계(S230); 상기 암모니아수에 H3PO4를 주입하여 액체비료를 생산하는 단계(S240); 및 상기 암모니아 질소가 탈기된 소화액이 폐수저장소로 전달되는 단계(S250); 를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 이산화탄소 탈기를 결합한 암모니아 회수장치 및 운전방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 유기성 폐기물을 발효하여 메탄가스를 추출하고, 소화액을 탈기 기법을 통하여 액상의 폐수와 암모니아 가스로 분리하며, 분리된 암모니아의 회수를 통한 액체비료를 제조하는 유기성 폐기물을 처리하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 가정이나 대형식당, 축산농가, 식품가공업체 등에서 주로 발생하는 유기성 폐기물(음식물 쓰레기, 가축배설물 등)은 우리나라의 폐기물발생량의 대부분을 차지하고 있으며, 이에 대한 처리방안이 매우 시급한 실정이다.
이러한 유기성 폐기물의 처리방법으로는 소각하는 방법과 매립하는 방법이 대부분을 차지하고 있다.
소각방법은 처리능력의 한계와 초기 시설투자비가 많이 소요되고, 소각할 때 유해가스가 많이 발생되어 최근까지도 매립방법을 이용한 처리가 주로 이용되고 있는 실정이다.
종래의 매립시설은 측면둘레를 따라 연직차수벽 및 제방을 설치하고 바닥에는 바닥차수층을 설치한다. 바닥차수층에는 침출수집수관을 설치하거나 바닥차수층 자체를 집수정으로 경사지게 설치하여 쓰레기 매립층에서 발생된 침출수가 침출수 집수관 또는 집수정으로 유입된다. 이때, 집수정에 임시 저장된 침출수는 이송관을 통해 인근 하수종말처리장으로 유동되어 정화처리된 후 방류된다.
하지만, 하수종말처리장에서 매립시설의 침출수와 일반 생활하수를 함께 처리하기 위해서는 생활하수에 비하여 오염농도가 심각한 침출수를 하수종말처리장으로 유입시키기 전에 다량의 약품이 첨가되어 오염농도를 저하시켜야만 한다. 따라서 과다한 약품이 첨가되어야 하고, 이들 약품에 의해 다량의 슬러지가 발생됨에 따라 슬러지 처리비용 역시 상승되는 문제가 있었다.
이와 같은 방법들을 개선하기 위해 산발효조 및 메탄발효조 등이 포함된 혐기성소화 처리가 개발되고 있고, 이미 이용되고 있기도 하다.
산발효조 및 메탄발효조에서 메탄가스와 소화액이 발생하게 되고, 메탄가스가 정제된 고순도 메탄가스는 연료전지 및 자동차 액화연료 등으로 별도 이용되며, 소화액은 별도의 처리과정을 통해 정화되어 방류되었다.
그러나, 산발효조 및 메탄발효조에서 발효하는 동안 생성되는 암모니아와 알칼리도 농도가 높아 소화액 처리에 악영향을 끼치고 있다.
또한, 기계식 교반깅만 의존하는 유기성 폐기물의 교반은 그 교반성능이 매우 낮아 효율성 측면에서 많은 문제가 제기되고 있었고, 이를 개선하기 위한 방법이 제시되어야만 하는 실정이다.
구체적으로 암모니아는 생물의 사체나 배설물과 같은 축산비료 및 비료 등이 분해될 때 발생되며 공장배출수와 기타 하수에도 다량 함유되어 방출되고 있다. 수중 암모니아 농도는 수질오염의 지표로 작용하며, 수중 암모니아 농도가 높은 경우에는 여러가지 심각한 문제를 야기한다.
수중의 질소화합물은 그 자체가 오염물질로써 수중 생태계 파괴 및 수자원 가치 상실의 원인일 뿐만 아니라, 부영양화 현상을 유발함으로써 수질을 더욱 악화시키는 요인이 된다. 이러한 이유로, 폐수 내 암모니아를 제거하기 위한 기술 개발이 시급하지만 고농도의 암모니아를 효과적으로 처리하는 기술은 아직까지 많은 연구가 필요한 단계이다.
일반적인 하폐수 처리시설에서 암모니아 제거를 위해 가장 널리 이용되는 방법은 생물학적 공정으로, MLE(Modified Ludzack-Ettinger), A20, UCT(University of Cape Town) 공정 등이 주류를 이루고 있다. 하지만, 음식물, 축산 폐수와 같이 암모니아를 고농도로 함유한 폐수 유입 시 암모니아 자체가 미생물에게 독성물질로 작용하여 생장과 활동을 저해함으로써 처리 효율이 현저히 떨어지는 문제점을 가지고 있으며, 이에 대한 해결책으로써 시설 용량을 늘리고 C/N비 조절을 위한 외부 탄소원을 첨가하는 등 효율적이지 못한 방법으로 대응하고 있는 실정이다. 이런 고농도의 암모니아성 질소 함유 폐수의 경우, 생물학적 공법의 단독 적용보다는 물리화학적인 처리법과 연계하는 것이 효율적이라고 보고되고 있다.
최근에는 이온교환법, 막 분리법, 공기 탈기법(Air Stripping) 등 물리화학적인 공정이 많이 개발되고 있다. 이온교환법은 비용해성의 교환물질로부터 분리된 이온과 용해상태에 있는 이온을 교환하는 공정으로 소량의 암모니아를 제거하기에 효과적이지만 설치 및 유지관리 비용이 많이 들고, 폐수지의 처리 및 재생 에 문제가 있다. 막 분리법은 입자 및 콜로이드성 물질을 액체로부터 분리하는 공정으로 처리 효율이 높지만 설치 및 유지 관리비가 많이 소요되고, 고농도 암모니아 폐수에서는 처리효율이 떨어지기 때문에 적용하기 어려운 문제점이 있다.
반면, 공기 탈기법(Air Stripping)의 경우, 농도 평형원리를 통한 물질전달을 핵심 기작으로 하고 있어 고농도의 암모니아 함유 폐수일수록 적용에 유리하고 처리가 빠르다는 정점을 지니고 있다. 다만, 여러 장점에도 불구하고 탈기된 암모니아 가스의 2차 처리 등으로 인한 문제가 있어 현장 적용에 어려움이 많다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로, 본 발명은 유기성 폐기물을 발효하여 메탄가스를 추출하고, 소화액을 탈기 기법을 통하여 액상의 폐수와 암모니아 가스로 분리하며, 분리된 암모니아의 회수를 통한 액체비료를 제조하는 유기성 폐기물을 처리하는 방법을 사용자에게 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 투입되는 폐수를 탈기 기법을 통하여 액상의 폐수와 암모니아 가스로 분리하고, 분리된 암모니아의 회수를 통한 고농도 암모니아 함유 폐수의 암모니아 탈기 기법을 통한 액체비료 제조방법 및 이에 의해 제조된 액체비료를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 산발효조와 메탄발효조가 상호 연결되어 발효중인 유기물의 일부가 순환되면서 pH 농도 및 암모니아 농도가 적정 수준을 유지하도록 된 유기성 폐기물 처리방법을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 메탄발효조 내의 유기물이 하부에 추가 설치된 노즐에 의해 상향이면서 사선으로 형성되면서 시계방향 및 반시계방향의 흐름이 교번으로 형성되는 교반흐름에 의해 발효가 촉진되도록 된 유기성 폐기물 처리방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일례와 관련된 유기성 폐기물을 처리하는 방법에 있어서, 상기 유기성 폐기물이 저류조에서 발효되는 단계(S100); 및 상기 S100 단계의 발효에서 발생한 상기 소화액을 처리되는 단계(S200);를 포함하되, 상기 S200 단계는, 고온의 공기가 주입된 CO2 탈기탑을 지나가면서, 상기 소화액에 포함된 CO2가 탈기되는 단계(S210); 암모니아 탈기탑을 지나가면서, 상기 CO2가 탈기된 소화액에 포함된 암모니아 질소가 암모니아 가스로 탈기되는 단계(S220); 암모니아 흡수탑을 지나가면서, 산성조건에서 상기 탈기된 암모니아 가스를 이용하여 암모니아수를 생성하는 단계(S230); 상기 암모니아수에 H3PO4를 주입하여 액체비료를 생산하는 단계(S240); 및 상기 암모니아 질소가 탈기된 소화액이 폐수저장소로 전달되는 단계(S250); 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 S210 단계의 운전조건은 기액비 100 및 온도 45℃ 일 수 있다.
또한, 상기 S210 단계를 통해 상기 CO2가 탈기된 소화액은 pH가 8.5 내지 9로 상승되고, 알칼리도가 제거될 수 있다.
또한, 상기 S220 단계의 운전조건은 기액비 2,200 및 온도 40℃이고, pH 10 이상의 강알칼리성 조건에서 상기 암모니아성 질소가 상기 암모니아 가스로 탈기될 수 있다.
또한, 상기 S230 단계에서는, pH 5 이하의 조건에서 상기 탈기된 암모니아 가스를 이용하여 암모니아수를 생성할 수 있다.
또한, 상기 S240 단계에서 생산된 액체비료는 ((NH4)H3PO4)이고, 상기 생산된 액체비료는 기 설정된 거리 이내의 농가로 공급될 수 있다.
또한, 상기 S100 단계는 상기 유기성 폐기물이 저류조에서 산발효조 및 메탄발효조로 공급되어 발효되고, 상기 S100 단계와 S200 단계 사이에는 상기 S100 단계에서 발생한 메탄가스가 가스저장조에 저장되는 단계(S150)를 더 포함하며, 상기 S200 단계는, 상기 소화액을 이산화탄소 탈기조에서 액상의 제 1 폐수와 이산화탄소, 암모니아, 공기로 이루어진 제 1 기체로 분리하는 단계(S210); 상기 제 1 폐수를 암모니아 탈기탑에서 액상의 제 2 폐수와 상기 공기 및 암모니아로 이루어진 제 2 기체로 분리하는 단계(S220); 상기 제 2 폐수를 분리 배출하는 단계(S230); 상기 S310 단계에서 발생한 제 1 기체와 상기 S320 단계에서 발생한 제 2 기체를 암모니아 흡수탑으로 이동시키는 단계(S240); 상기 암모니아 흡수탑에 황산수용액 및 인산수용액 중 적어도 하나를 투입하여 상기 제 1 기체 및 제 2 기체에 포함된 암모니아를 흡수하는 단계(S250); 및 상기 황산수용액 및 인산수용액 중 적어도 하나가 상기 제 1 기체 및 제 2 기체에 포함된 암모니아를 흡수한 제 3 폐수를 저장조로 배출하는 단계(S260);를 더 포함할 수 있다.
또한, S210 단계는, 외부에서 유입되는 공기를 이용하여 상기 소화액을 상기 제 1 폐수 및 제 1 기체로 분리하고, 상기 제 1 폐수 및 제 1 기체로 분리되는 것을 지원하기 위해 상기 소화액을 스프레이를 사용하여 분사할 수 있다.
또한, 상기 이산화탄소 탈기조는 내부에 액체와 기체를 분산시켜 접촉효율을 높이기 위한 충진 매체가 충진되고, 상기 충진 매체의 재질은 스테인레스스틸, 플라스틱 및 세라믹 중 적어도 하나일 수 있다.
또한, 상기 S220는, 상기 암모니아 탈기탑은 송풍기에서 발생되는 공기를 이용하여 상기 제 1 폐수를 상기 제 2 폐수 및 제 2 기체로 분리하고, 상기 제 1 폐수를 상기 제 2 폐수로 분리되는 것을 지원하기 위해 상기 제 1 폐수를 스프레이를 사용하여 분사할 수 있다.
또한, 상기 송풍기에서 발생되는 공기의 유량은 상기 암모니아 탈기탑으로 투입되는 상기 제 1 폐수 유량의 1700배 내지 2400배일 수 있다.
또한, 상기 S250 단계에서 암모니아가 흡수된 제 1 기체 및 제 2 기체는, 상기 암모니아 탈기탑으로 이동하고, 상기 송풍기에서 발생되는 공기와 함께 이용되어 상기 제 1 폐수를 상기 제 2 폐수 및 제 2 기체로 분리할 수 있다.
또한, 상기 암모니아 탈기탑은 내부에 액체와 기체를 분산시켜 접촉효율을 높이기 위한 충진 매체가 충진되고, 상기 충진 매체의 재질은 스테인레스스틸, 플라스틱 및 세라믹 중 적어도 하나일 수 있다.
또한, 상기 암모니아 흡수탑은 내부에 액체와 기체를 분산시켜 접촉효율을 높이기 위한 충진 매체가 충진되고, 상기 충진매체는 다단으로 형성되며, 상기 충진 매체의 재질은 스테인레스스틸, 플라스틱 및 세라믹 중 적어도 하나일 수 있다.
또한, 상기 저장조로 배출된 제 3 폐수에 황산 칼륨 및 미량 비료성분을 투입하는 단계(S270);를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 투입되는 상기 미량 비료성분은 고토, 망간, 붕소, 철, 몰리브덴, 아연, 구리 또는 석회 중 적어도 2종 이상일 수 있다.
또한, 상기 미량 비료성분의 각 성분별 보증성분 최소 함량은 각각 수용성 고토 1.0%, 수용성 망간 0.1%, 수용성 붕소 0.04%, 수용성 철 0.1%, 수용성 몰리브덴 0.0005%, 수용성 아연 0.05%, 수용성 구리 0.05% 및 수용성 석회 1.0%일 수 있다.
또한, 상기 S270단계를 통해 생성된 액체비료를 포장하고 출하하는 단계(S280);를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 액체비료는 질소, 인산, 가리 성분 합계량의 함유율 1%에 대하여 최대 함유율이 각각 황청산화물 0.005%, 비소 0.004%, 아질산 0.02%, 뷰렛태질소 0.01% 및 설파민산 0.005%가 넘지 않는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 S100에서는, 상기 메탄발효조의 혐기소화액 일부가 상기 산발효조와 상기 메탄발효조를 연결하는 제2순환라인을 통해 상기 산발효조로 순환되어 pH 4.0 ～ 4.5가 유지될 수 있다.
또한, 상기 S100에서는, 상기 메탄발효조에서 상기 산발효조로 연결된 제2순환라인을 통해 상기 메탄발효조의 혐기소화액이 상기 산발효조로 순환될 수 있다.
또한, 상기 산발효조의 산발효액은 제1교반모터에 의해 제1교반날개가 동작하도록 이루어진 제1교반기에 의해 교반되고, 상기 메탄발효조의 혐기소화액은 제2교반모터에 의해 제2교반날개가 동작하도록 이루어진 제2교반기에 의해 교반될 수 있다.
또한, 상기 S150에서, 상기 산발효조 및 상기 메탄발효조에서 생성된 메탄가스는 탈황설비에서 탈황처리된 후 가스저장조에 저장되고, 가스정제를 위해 제공될 수 있다.
한편, 상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 다른 일례와 관련된 유기성 폐기물을 처리하는 장치에 있어서, 상기 유기성 폐기물이 발효되는 저류조; 고온의 공기가 주입되고, 상기 저류조에서 발생한 소화액에 포함된 CO2를 탈기하는 CO2 탈기탑; 상기 CO2가 탈기된 소화액에 포함된 암모니아 질소를 암모니아 가스로 탈기하는 암모니아 탈기탑; 산성조건에서 상기 탈기된 암모니아 가스를 이용하여 암모니아수를 생성하고, 상기 암모니아수에 H3PO4를 주입하여 액체비료를 생산하는 암모니아 흡수탑; 및 상기 암모니아 질소가 탈기된 소화액을 폐수저장소로 전달하는 전달부;를 포함할 수 있다,
또한, 상기 CO2 탈기탑의 운전조건은 기액비 100 및 온도 45℃일 수 있다.
또한, 상기 CO2 탈기탑에서 상기 CO2가 탈기된 소화액은 pH가 8.5 내지 9로 상승되고, 알칼리도가 제거될 수 있다.
또한, 상기 암모니아 탈기탑의 운전조건은 기액비 2,200 및 온도 40℃이고, pH 10 이상의 강알칼리성 조건에서 상기 암모니아성 질소가 상기 암모니아 가스로 탈기될 수 있다.
또한, 상기 암모니아 흡수탑은, pH 5 이하의 조건에서 상기 탈기된 암모니아 가스를 이용하여 암모니아수를 생성할 수 있다.
또한, 상기 생산된 액체비료는 ((NH4)H3PO4)이고, 상기 생산된 액체비료는 기 설정된 거리 이내의 농가로 공급될 수 있다.
상기와 같은 해결수단에 따르면, 유기성 폐기물을 발효하여 메탄가스를 추출하고, 소화액을 탈기 기법을 통하여 액상의 폐수와 암모니아 가스로 분리하며, 분리된 암모니아의 회수를 통한 액체비료를 제조하는 유기성 폐기물을 처리하는 방법을 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 투입되는 폐수를 탈기 기법을 통하여 액상의 폐수와 암모니아 가스로 분리하고, 분리된 암모니아의 회수를 통한 고농도 암모니아 함유 폐수의 암모니아 탈기 기법을 통한 액체비료 제조방법 및 이에 의해 제조된 액체비료를 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은, 산발효조와 메탄발효조가 상호 연결되어 발효중인 유기물의 일부가 순환되면서 pH 농도 및 암모니아 농도가 적정 수준을 유지하도록 된 유기성 폐기물 처리방법을 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 메탄발효조 내의 유기물이 하부에 추가 설치된 노즐에 의해 상향이면서 사선으로 형성되면서 시계방향 및 반시계방향의 흐름이 교번으로 형성되는 교반흐름에 의해 발효가 촉진되도록 된 유기성 폐기물 처리방법을 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, CO2 탈기속도 촉진을 통한 체류시간 감소시키고, 암모니아 스트리핑 내 암모니아 제거율을 향상시키며, 암모니아 스트리핑 부하를 저감시키고, 암모니아 유입수 pH 증가를 위한 알칼리 투입을 최소화시키며, 45℃ 온도유지를 위한 열투입을 최소화시킬 수 있다는 효과가 제공된다.
또한, 폐수 속의 NH4 +이온을 NH3가스로 전환하여 암모니아 제거 효율을 증대시키고 암모니아 탈기 및 흡수탑의 최적 기액비의 선정이 가능해지며 기체와 액체의 접촉면적을 크게하기 위한 폐수 분사장치 및 Pall ring 충진할 수 있고 CO2탈기탑 유출수의 pH상승으로 투입 알칼리 소모량 최소화시킬 수 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시례를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 처리시스템을 통해 유기성 폐기물이 처리되는 단계를 구체적으로 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명이 제안하는 유기성 폐기물 처리 시스템의 일례를 블록구성도로 도시한 것이다.
도 3은 도 2에 도시된 메탄발효조의 내부가 개략적으로 도시된 정면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 고농도 암모니아 함유 폐수의 암모니아 탈기 기법을 통한 소화액 처리부의 구성도의 일례를 도시한 것이다.
도 5는 도 4에서 고농도 암모니아 함유 폐수의 암모니아 탈기 기법이 적용되는 구체적인 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명이 제안하는 이산화탄소 탈기를 결합한 암모니아 회수장치 시스템의 설비 계통도를 도시한 것이다.
도 7은 도 6에서 설명한 시스템에 적용되는 폐수처리시설 계통도의 일례를 도시한 것이다.
도 8은 도 7에서 설명한 폐수처리시설의 구체적인 구성을 설명한 도면이다.
도 9는 도 7에서 설명한 폐수처리시설 설계시 특화된 사항을 설명하기 위한 도면이다.
도 1은 본 발명에 따른 처리시스템을 통해 유기성 폐기물이 처리되는 단계를 구체적으로 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명이 제안하는 유기성 폐기물 처리 시스템의 일례를 블록구성도로 도시한 것이다.
도 3은 도 2에 도시된 메탄발효조의 내부가 개략적으로 도시된 정면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 고농도 암모니아 함유 폐수의 암모니아 탈기 기법을 통한 소화액 처리부의 구성도의 일례를 도시한 것이다.
도 5는 도 4에서 고농도 암모니아 함유 폐수의 암모니아 탈기 기법이 적용되는 구체적인 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명이 제안하는 이산화탄소 탈기를 결합한 암모니아 회수장치 시스템의 설비 계통도를 도시한 것이다.
도 7은 도 6에서 설명한 시스템에 적용되는 폐수처리시설 계통도의 일례를 도시한 것이다.
도 8은 도 7에서 설명한 폐수처리시설의 구체적인 구성을 설명한 도면이다.
도 9는 도 7에서 설명한 폐수처리시설 설계시 특화된 사항을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기성 폐기물의 처리방법에 대해 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 처리시스템을 통해 유기성 폐기물이 처리되는 단계를 구체적으로 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명이 제안하는 유기성 폐기물 처리 시스템의 일례를 블록구성도로 도시한 것이다.
또한, 도 3은 도 2에 도시된 메탄발효조의 내부가 개략적으로 도시된 정면도이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명이 제안하는 유기성 폐기물은 유기성 폐기물이 산발효조 및 메탈발효조에서 발효되는 단계(S100), 산발효조 및 메탕발효조에서 생성된 가스가 가스저장도에 저장되는 단계(S200) 및 메탄발효조에서 생성된 소화액이 처리되는 단계(S300)로 이루어 진다.
이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여, 도 1의 S100 내지 S300 단계 각각에 대해 구체적으로 설명한다,
유기성 폐기물이 발효되는 단계(S100)에서는 산발효조(110)의 산발효액이 제1순환펌프(121)가 설치된 제1순환라인(122)을 통해 메탄발효조(120)로 공급되고, 메탄발효조(120)에서 제2순환펌프(128)이 설치된 제2순환라인(127)을 통해 메탄발효조(120)의 혐기소화액이 산발효조(110)로 공급된다.
따라서, 산발효조(110)의 pH 농도가 4.0 ～ 4.5 범위 내에서 유지되고, 메탄발효조(120)에서 추가적인 유기물 분해가 진행되어 가스발생량을 증가시키게 된다. 또한, 산발효조(110) 내에서도 유기물 분해가 진행되어 메탄가스가 발생하게 된다.
여기서, 순환라인(122)이 메탄발효조(120)의 하부에 설치된 와류생성수단에 연결되고, 이 순환라인(122)을 통해 산발효액이 메탄발효조(120)의 하부로 공급된다.
와류생성수단에서의 유기물 유동은 도 3에서 확인할 수 있는 것과 같이, 제1순환라인(122)에서 공급된 산발효액이 메탄발효조(120)의 하부에 설치되면서 제1순환라인(122)과 연결된 제1노즐관(123) 또는 제2노즐관(124)으로 유입된다.
이후, 제1,2노즐관(123,124)에 각각 설치된 제1노즐(123a) 또는 제2노즐(124a)에 의해 상향이면서 사선으로 분사된다. 이때, 분사각도(θ)는 30 ～ 45°인 것이 좋다.
또한, 순환라인(122)에 설치된 연동밸브(122a)에 의해 산발효액이 제1노즐관(123)과 제2노즐관(124)에 교번으로 공급된다.
따라서, 제1노즐(123a)과 제2노즐(124a)의 교번 분사에 의해 시계방향 및 반시계방향의 와류가 교번으로 형성되고, 이 와류에 의해 메탄발효조(120) 내의 혐기소화액이 교반된다.
또한, 메탄발효조(120) 상부에 설치된 내부순환라인(125)이 메탄발효조(120) 하부에 위치된 제1순환라인(122)에 연결되어 혐기소화액을 내부 순환시켜 메탄발효조(120) 내의 교반 효율을 증대시켜 메탄발효 중인 유기물과 미생물의 접촉 효율이 증가된다.
물론, 산발효조(110) 역시 별도의 내부순환라인이 설치되어 내부 순환이 발생되도록 함이 바람직하다.
또한, 산발효조(110)의 산발효액은 제1교반모터(111a)에 의해 제1교반날개(111b)가 동작하도록 이루어진 제1교반기(111)에 의해 교반되고, 메탄발효조(120)의 혐기소화액은 제2교반모터(126a)에 의해 제2교반날개(126b)가 동작하도록 이루어진 제2교반기(126)에 의해 교반된다. 이때, 제2교반날개(126b)는 하나 또는 2개 이상이 설치될 수 있다.
여기서, 산발효조(110) 역시 상부에서 하부로 연결되는 별도의 순환라인에 의해 상부의 상발효액이 하부로 순환될 수 있음은 물론이다.
가스가 저장되는 단계(S200)에서는, 산발효조(110) 및 메탄발효조(120)에서 생산된 메탄가스가 탈황설비(130)에서 탈황처리된 후 가스저장조(140)에 저장된다.
가스저장조(140)의 가스는 가스정제(150)되어 바이오가스화되고, 일부 정제된 바이오가스는 메탄발효조(120) 및 산발효조(110)에 설치된 가열기(110a,120a)에 열을 제공하기 위한 보일러(160)에 공급된다.
여기서, 가열기(110a, 120a)는 산발효조(110)와 메탄발효조(120) 내의 온도를 55±1℃로 가열시킨다.
이는 유분이 다량 함유된 유기성 폐기물의 점도를 낮추어 산발효조(110) 및 메탄발효조(120) 내의 혼합과 발효가 극대화되도록 하기 위함이다.
한편, 메탄발효조에서 생성된 소화액이 처리되는 단계(S300)는 도 4 및 도 5를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 고농도 암모니아 함유 폐수의 암모니아 탈기 기법을 통한 소화액 처리부의 구성도의 일례를 도시한 것이고, 도 5는 도 4에서 고농도 암모니아 함유 폐수의 암모니아 탈기 기법이 적용되는 구체적인 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
도 4 및 도 5에 도시되지는 않았지만, 다음과 같은 동작이 선결적으로 S300 단계에서 진행될 수 있다.
메탄발효조에서 생성된 고농도 암모니아 함유 소화액에는 농도가 2,000ppm 내지 4,000ppm인 암모니아(20)가 포함될 수 있다. 이하에서는 메탄발효조에서 생성된 소화액을 고농도 암모니아 함유 폐수(10)라고 호칭한다.
이때, 고농도 암모니아 함유 폐수(10)를 pH 조정조에 반입하고, 반입된 고농도 암모니아 함유 폐수(10)의 산성도를 조정하기 위하여 수산화 나트륨(NaOH)을 투입하는 단계(미도시)가 진행될 수 있다.
pH 조정조에 투입되는 수산화 나트륨의 양은 고농도 암모니아 함유 폐수(10)의 산성도가 pH 10 내지 pH 12가 되도록 할 수 있다.
pH가 증가함에 따라 폐수(10)에 함유된 암모늄이온(NH4+)이 탈기가 가능한 암모니아(NH3)(20) 형태로 전환된다.
암모늄 이온은 탈기가 이루어지지 않기 때문에 폐수(10)에 포함된 암모늄 이온을 필수적으로 암모니아(20)로 변환하여야 한다.
이때, 폐수(10)의 pH가 높을수록 암모니아(20)의 탈기가 용이하다. 일예로, pH 7과 pH 11에서의 암모늄이온 : 암모니아(20) 비율은 각각 99.4 : 0.6과 1.7 : 98.3이다.
다음으로, 산성도를 조정한 고농도 암모니아 함유 폐수(10)를 열교환기로 이동시키는 단계(미도시)가 진행될 수 있다.
열교환기로 이동된 고농도 암모니아 함유 폐수(10)는 보일러에서 발생하는 열을 사용하여 고농도 암모니아 함유 폐수(10)의 온도를 50℃ 내지 70℃로 상승시킬 수 있다.
경제성과 탈기 효율을 동시에 고려할 때 약 60℃로 고농도 암모니아 함유 폐수(10)를 가열하는 것이 바람직하다.
온도가 상승하면 액체 내의 기체 용해도가 감소하게 되어 암모니아(20)의 탈기가 더욱 용이해지는 반면 온도 상승에 따른 비용이 증가하게 되기 때문이다.
이후, 도 4 및 도 5에 도시된 것과 같이, 이산화탄소 탈기조(190)에서 고농도 암모니아 함유 폐수(10)의 일부가 이산화탄소, 암노니아 가스, 공기 등(20, 30)으로 분리되는 단계가 진행될 수 있다. 이때, 이산화탄소, 암노니아 가스 및 기타가스의 비율은 6:3:1이 될 수 있다.
즉, 도 4를 참조하면, 이산화탄소 탈기조(190)의 상단에 고농도 암모니아 함유 폐수(10)가 뿌려지고, 이산화탄소 탈기조(190)의 하단에 폐수(10) 유량과 크게 차이가 나지 않는 외부 공기(40)가 투입된다.
투입되는 외부 공기(40)의 용량이 크면 온도가 떨어지는 문제를 유발시킬 수 있으므로, 최소한의 외부 공기(40)를 투입하게 된다.
이때, 폐수(10)를 이산화탄소 탈기조(190) 상부에서 살포하고, 공기(40)를 포함하는 기체를 하부에서 상부로 흐르게 하는 이유는 기체의 접촉효율을 최대화 시키면서 물질 전달을 유발시키기 위함이다.
또한, 이산화탄소 탈기조(190) 내부에는 충진(폴링), 액체와 기체를 분산 시켜 접촉 효율을 높이기 위한 충진 매체(600)가 충진되어 있다.
이러한 충진 매체(600)의 재질은 스테인레스스틸, 플라스틱 또는 세라믹 등 내화학성이 큰 물질을 사용하는 것이 좋다.
충진재(비표면적을 높임) 위에 스프레이를 하고, 밑에서 에어를 불어주면 에어는 충진재를 통화해서 상승하고, 폐수(10)는 충진(600)를 통해 하부로 떨어지게 된다.
폐수(10)가 충진재(600)에 부딪치면서 물방울이 더 작게 분산되고, 공기와 만나서 더 높은 접촉효율로 이산화탄소가 더 많이 탈기될 수 있다는 효과가 보장된다.
결과적으로 이산화탄소 탈기조(190)에서 생성된 이산화탄소, 암노니아 가스, 공기 등(20, 30)은 암모니아 흡수탑(500) 하부로 투입되고, 이산화탄소 탈기조(190)의 하단에 남게되는 고농도 암모니아 함유 폐수(10)를 암모니아 탈기탑(400)으로 투입된다.
이때, 대한민국 특허청 등록특허 제 10-1023684호의 기술내용과의 차이점으로서 열교환기가 생략된다는 특징이 있다.
즉, 대한민국 특허청 등록특허 제 10-1023684호에서는 S340 단계에서 온도를 60 내지 80도까지 올려야 했는데 본 발명은 35 내지 38도 정도의 메탄발효조 온도를 그대로 유지해도 되고, 이에 따라 전열기인 열교환기를 생략할 수 있으므로, 에너지를 절감시킬 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 이산화탄소 탈기조(190)는 스프레이하면서 에어를 버블 방식으로 밑에서 불어넣어주면 더 많은 이산화탄소가 날아가서 pH를 9 이상으로 올릴 수 있게 되고, 이는 종래 방식보다 NaOH를 더 적게 투입해도 된다는 장점이 보장되는 것이다.
더 나아가 제안 방식에 따르면 더 많은 암모니아를 회수할 수 있는 효과도 보장될 수 있다. 즉, 기존방식은 80 내지 85 %의 암모니아 회수율인데 반해, 본 발명은 90 내지 95 %까지 높일 수 있게 된다.
또한, 후 공정의 폐수공정에서 질수부하를 낮출 수 있다는 장점도 보장된다.
이러한 효과에 대하 구체적인 설명은 탈기탑(400) 및 흡수탑(500)의 구조를 설명하면서 후술한다.
다음으로, 암모니아 탈기탑(400)의 상부 일측에서 가열된 고농도 암모니아 함유 폐수(10)를 투입하고, 암모니아 탈기탑(400) 하부에서는 송풍기(450)에서 공급되는 폐수(10) 유량의 1700배 내지 2400배의 공기(30)를 투입하면, 액상의 폐수(10)는 암모니아 탈기탑(400) 하부로 흐르고, 공기(30)와 탈기된 암모니아(20)는 암모니아 탈기탑(400) 상부로 상승한다.
이로 인해, 고농도 암모니아 함유 폐수(10)는 액상의 폐수(10)와 공기(30) 및 암모니아(20)로 이루어진 기체로 분리된다.
이때, 폐수(10)를 암모니아 탈기탑(400) 상부에서 살포하고, 공기(30) 및 암모니아(20)를 포함하는 기체를 하부에서 상부로 흐르게 하는 이유는 기체의 접촉효율을 최대화 시키면서 물질 전달을 유발시키기 위함이다.
또한, 암모니아 탈기탑(400) 내부에는 액체와 기체를 분산 시켜 접촉 효율을 높이기 위한 충진 매체(600)가 충진되어 있다. 이러한 충진 매체(600)의 재질은 스테인레스스틸, 플라스틱 또는 세라믹 등 내화학성이 큰 물질을 사용하는 것이 좋다.
구체적으로 2000배의 공기(30)가 투입될 수 있고, 내부 순환형으로 훈환량이 매우 높아질 수 있다.
한편, 외부 공기량이 유입됨에 따라 증가되는 압력을 조정하기 위해 이산화탄소 탈기조(190)와 암모니아 흡수탑(500) 간에는 압력조정밸브가 추가적으로 구비될 수 있다.
또한, 암모니아 탈기탑(400) 내부의 충진재는 2단으로 형성되어 효과를 극대화 시킬 수도 있다.
이후, 고농도 암모니아 함유 폐수(10)에서 분리된 액상의 폐수(10)는 따로 분리하여 폐수처리장으로 배출하여 후속처리를 하거나 자체적으로 폐수(10)를 정수한다.
생물학적 폐수처리되는 폐수(10)의 C/N 비는 23:1 이상의 고농도가 된다.
따라서 질소처리용 부리(호기조)를 최소화 시킬 수 있고, 체류기산도 줄일 수 있다는 효과가 제공될 수 있다.
또한, 고농도 암모니아 함유 폐수(10)에서 분리된 공기(30) 및 암모니아(20)를 포함하는 기체는 폐수(10)에서 탈기된 암모니아(20)가 대기 중으로 배출되는 것을 막기 위해 암모니아 흡수탑(500)으로 이동된다.
이때, 전술한 것과 같이, 이산화탄소 탈기조(190)에서 생성된 이산화탄소, 암모니아 가스, 공기 등(20, 30)은 암모니아 흡수탑(500) 하부로 함께 이동될 수 있다.
이후, 암모니아 흡수탑(500) 하부로 공기(30) 및 암모니아(20)를 포함하는 기체를 투입하고, 암모니아 흡수탑(500) 상부에서 인산수용액(H3PO4 + H20)(50)을 분사한다.
이때, 분사되는 인산수용액(50)의 농도는 인산 함량이 8% 내지 10%이 될 수 있다.
분사되는 인산수용액(50)은 암모니아 흡수탑(500) 하부에서 상승하는 기체 중 암모니아(20)를 흡수하고, 나머지 공기(30)는 상부로 상승한다.
특히, 상부로 상승한 나머지 공기(30)는 외부로 방출되지 않고, 암모니아 탈기탑(400) 하부에서는 송풍기(450)에서 공급되는 폐수(10) 유량의 1700배 내지 2400배의 공기(30)에 함께 이용된다.
또한, 인산 수용액(50)은 기체 중에 포함된 암모니아(20)를 원활하게 흡수할 수 있도록 넓은 범위로 인산 수용액(50)이 퍼질 수 있도록 스프레이를 사용하여 암모니아 흡수탑(500) 상부에서 분사한다.
또한, 암모니아 흡수탑(500) 역시 암모니아 탈기탑(400)과 동일한 충진 매체(600)를 구비할 수 있다.
다음으로, 인산수용액(50)이 암모니아(20)와 반응하여 질소가 약 7% 내지 9%, 인이 2% 내지 3%의 함량에 도달되면 암모니아 흡수탑(500) 내의 암모니아가 흡수된 수용액(40)을 저장조로 배출할 수 있다.
이때, 투입되는 질소전량, 수용성 인산은 적어도 합계량이 10% 이상, 각 성분별 보증 성분 함량은 1% 이상이 되도록 한다.
이때, 암모니아(20)와 반응하고 배출되는 인산수용액(50)의 산성도는 pH 7 내지 pH 8인 것이 좋다.
다음으로, 액체비료(60)는 액체비료 저장조에 보관되거나 액체비료 제조장치로 이송된 후, 열매 성장을 촉진하고 액체비료(60)의 성능을 향상하기 위해 황산 칼륨(K2SO4) 및 다수의 미량 비료성분을 투입하여 액체비료(60)를 완성한다.
이때, 투입되는 미량 비료성분은 고토, 망간, 붕소, 철, 몰리브덴, 아연, 구리 또는 석회 중 적어도 2종 이상을 포함한다.
여기서, 전술한 미량 비료성분은 다음과 같은 보증성분 함량을 포함해야 한다.
수용성 고토 1.0%, 수용성 망간 0.1%, 수용성 붕소 0.04%, 수용성 철 0.1%, 수용성 몰리브덴 0.0005%,수용성 아연 0.05%, 수용성 구리 0.05% 및 수용성 석회 1.0%를 보증하여야 한다. 또한, 이러한 액체비료(60)는 질소, 인산, 가리 성분 합계량의 함유율 1%에 대하여 유해성분인 황청산화물, 비소, 아질산, 뷰렛태질소, 설파민산이 다음의 범위를 넘지 않아야 한다.
전술한 유해성분의 최대치는 질소, 인산, 가리 성분 합계량의 함유율 1%에 대하여 황청산화물 0.005%, 비소 0.004%, 아질산 0.02%, 뷰렛태질소 0.01% 및 설파민산 0.005%이다.
또한, 이렇게 제조된 액체비료(60)에는 암모니아(20)가 농축되어 암모니아(20)가 90,000ppm 내지 110,000ppm의 농도로 포함된다.
마지막으로, 전술한 단계를 거치며 완성된 액체비료(60)를 적당한 용량으로 나누어서 포장 및 출하할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 고농도 암모니아(20) 함유 폐수(10)의 암모니아 탈기 기법을 통해 제조한 액체비료(60)는 전술한 고농도 암모니아(20) 함유 폐수(10)의 암모니아 탈기 기법을 통한 액체비료(60) 제조방법에 의해 제조될 수 있다.
상기와 같은 해결수단에 따르면, 유기성 폐기물을 발효하여 메탄가스를 추출하고, 소화액을 탈기 기법을 통하여 액상의 폐수와 암모니아 가스로 분리하며, 분리된 암모니아의 회수를 통한 액체비료를 제조하는 유기성 폐기물을 처리하는 방법을 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 투입되는 폐수를 탈기 기법을 통하여 액상의 폐수와 암모니아 가스로 분리하고, 분리된 암모니아의 회수를 통한 고농도 암모니아 함유 폐수의 암모니아 탈기 기법을 통한 액체비료 제조방법 및 이에 의해 제조된 액체비료를 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은, 산발효조와 메탄발효조가 상호 연결되어 발효중인 유기물의 일부가 순환되면서 pH 농도 및 암모니아 농도가 적정 수준을 유지하도록 된 유기성 폐기물 처리방법을 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 메탄발효조 내의 유기물이 하부에 추가 설치된 노즐에 의해 상향이면서 사선으로 형성되면서 시계방향 및 반시계방향의 흐름이 교번으로 형성되는 교반흐름에 의해 발효가 촉진되도록 된 유기성 폐기물 처리방법을 사용자에게 제공할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 이산화탄소 탈기를 결합한 암모니아 회수장치 시스템이 제안될 수 있다.
이하에서는 도 6 내지 도 9를 참조하여, 본 발명이 제안하는 이산화탄소 탈기를 결합한 암모니아 회수장치 시스템에 대해 구체적으로 설명한다.
도 6은 본 발명이 제안하는 이산화탄소 탈기를 결합한 암모니아 회수장치 시스템의 설비 계통도를 도시한 것이다.
또한, 도 7은 도 6에서 설명한 시스템에 적용되는 폐수처리시설 계통도의 일례를 도시한 것이다.
또한, 도 8은 도 7에서 설명한 폐수처리시설의 구체적인 구성을 설명한 도면이다.
또한, 도 9는 도 7에서 설명한 폐수처리시설 설계시 특화된 사항을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 농축여과 공정 처리수의 암모니아 제거효율 향상 및 고농도 알칼리도를 제거하여 하수처리하고, 시설 연계처리 안정성을 향상시키며, 암모니아 제거효율 향상을 위해 암모니아 스트리핑(1100) 전단에 CO2 탈기공정 적용한 시스템이 제안되어 있다.
도 6에서 제안된 본 시스템(1000)은 CO2 탈기공정을 위한 45℃ 반응조건 형성을 위해 CO2 탈기탑(1400) 전단에 이중관식 열교환기를 설치하고, CO2 탈기탑(1400)과 암모니아 스트리핑(1100) 조합은 일체형으로 설치되며, 이를 통합 제어할 수 있도록 별도 제어반을 설치하였으며, 암모니아 스트리핑(1100) 처리 공정중 암모니아 흡수탑(1200)에서 생성되는 복합 액체비료는 별도 지하 구조물에 저장 후 수요처에 공급하는 구조를 취하고 있다.
도 7을 참조하여, 시설의 구체적인 구성에 대해 설명한다.
유기성 폐자원 바이오가스 에너지화시설의 폐수 발생원은 농축여과수, 약액세정 폐액 및 탈수기 탈리여액으로서 총 발생량은 121.6㎥/일이며, 농축여과수가 전체 발생량의 86%이다.
농축여과의 높은 유기물, 고형물 및 인 제거율로 인하여 발생 폐수는 고농도 질소가 함유되어 있으며, T-N 중 NH3의 분율이 높다.
따라서 C/N비가 낮은 고농도 질소 폐수의 처리에 적합한 암모니아 스트리핑(1100) 적용과, 암모니아 스트리핑(1100)의 제거율 향상을 위한 전단 CO2 탈기탑(1400) 설치하는 구조를 본 시스템은 취하고 있다.
또한, 폐수는 CO2 탈기탑(1400)으로 유입되어 하향류로 운전되며, 이때 고온의 공기를 상향류로 주입하여 수중에 잔존하는 CO2를 탈기하고, 운전조건은 기액비 100이며, 운전온도 45℃로 하고 있다.
또한, CO2 탈기 후 폐수는 암모니아 탈기탑(1300)으로 유입되어 기액비 2,200, 운전온도 40℃로 운전되어 pH 10 이상의 강알칼리성 조건에서 암모니아성 질소를 암모니아 가스로 탈기시키며, 이후 탈기된 암모니아 가스는 암모니아 흡수탑(1200)으로 유입되어 산성조건에서 암모니아수를 생성하고, 여기에 H3PO4를 주입하여 액비(액체비료)를 생산하여 최종 처리되는 구조를 취하고 있다.
또한, CO2 탈기 및 암모니아 스트리핑(1100)을 거친 폐수는 하수처리시설에 연계 처리되는 구조를 갖는다.
하수와의 연계처리를 위한 폐수처리시설은 도 8에 도시된 내용과 같다.
일반적으로 음식물류 폐기물 처리 시 발생되는 폐수에 함유된 질소제거 처리공법은 암모니아 스트리핑(1100)(Ammonia Stripping)과 생물학적 질소 제거공법이 주로 적용된다.
암모니아 스트리핑(1100)의 제거원리는 다음과 같다.
암모니아 스트리핑(1100)은 폐수에 NaOH 또는 석회 등의 알칼리제 첨가를 통해 pH를 10 이상으로 유지하면서, 충전탑에서 공기를 흡입시켜 암모니아성 질소(NH4+)를 암모니아(NH3) 가스로 전환시켜 제거하는 공법임. 수중에서는 아래의 화학식처럼 암모니아성 질소(NH4+)와 유리 암모니아(NH3)가 평형상태에 있지만, pH 10 이상에서 암모니아성 질소(NH4+)가 유리 암모니아(NH3)로 전환되며, 이때 교반 및 포기 등의 물리적 조작을 통해 암모니아를 대기 중으로 방출하여 폐수 내 질소성분을 제거한다.
NH4+ + OH- <-> NH3 + H2O
또한, 생물학적 질소제거의 원리는 다음과 같다.
생물학적 질소제거는 미생물의 동화작용에 의해 제거되는 것과 질산화 및 탈질에 의해 제거되는 두가지로 구분될 수 있으며, 폐수 내 질소는 미생물의 질산화 및 탈질작용에 의해 효과적으로 질소를 제거할 수 있다.
첫째, 질산화는 질산화미생물(NItrosomonas, Nitrobacter)에 의해 아래 식처럼 아질산성질소(NO2-) 및 질산성질소(NO3-)로 산화되어지고,
NH4+ + 1.5O2 -> NO2- + H2O + 2H-
NO2- + 0.5O2 -> NO3-
둘째, 산화된 질산성질소는 무산소조건에서 탈질미생물(Denitrifier)에 의하여 아래와 같은 단계를 거처 N2로 전환되어 대기 중으로 방출되어 제거된다.
NO3- -> NO2- -> NO -> N2O -> N2
본 시설에서 발생되는 폐수에 함유된 질소성분(T-N)의 대부분은 암모이나성 질소(NH4+-N) 성분이고, C/N 비가 0.08 로 생물학적 질소제거 공법을 직접 적용하기 위해 필요한 C/N 비(3.5)에 비해 상당히 낮은 점을 감안할 경우, 생물학적 질소 제거 공법보다 암모니아 스트리핑(1100) 공법이 유리하므로 본 시설의 폐수처리 공법은 암모니아 스트리핑(1100) 공법으로 선정하고 있다.
또한, 암모니아 스트리핑(1100) 후에 발생되는 암모니아 가스를 산성조건에서 암모니아수로 회수가 용이하므로, 여기에 H3PO4 를 첨가하여 복합액체비료((NH4)H2PO4)를 생산하고, 이를 판매 또는 주변 농가에 공급계획을 수립하여 본 시설에 대한 지역주민의 이미지 개선에 기여하고자 한다.
또한, 추가 개선 사항으로 암모니아 스트리핑(1100) 적용시 pH 10 이상으로 유지하기 위해서는 음식물 폐수 특성상 상당량의 pH 조정용 약품이 소요된다.
이를 보완하기 위하여 암모니아 스트리핑(1100) 전단에 고온의 반응조건을 유지하여 기체 용해도 감소에 의한 CO2 를 탈기로, pKa 를 높여 pH 조정제의 사용량을 절감시키고 있다.
본 발명이 제안하는 주요 공정으로 (1) CO2 탈기 공정과 (2)암모니아 스트리핑(1100) 공정이 있으므로, 이에 대해 구체적으로 설명한다.
(1) CO2 탈기 공정
본 발명에서는 폐수에 함유되어 있는 높은 알칼리도를 CO2 탈기시켜 낮추고 pH를 상승시키고 있다.
또한, 후단 공정인 암모니아 스트리핑(1100) 알칼리 투입량 최소화에 따른 질소 및 알칼리도 동시 제거하는 구조를 취하고 있다.
또한, 암모니아 스트리핑(1100)의 NH3 탈기효율 향상(85% 이상)시키고 있다.
또한, 공기와의 접촉면적을 높이기 위하여 Packing 설치하고, 소요부지 면적 최소화 시키고 외부로의 악취발생을 방지하기 위한 단일 Packed Tower 방식을 채택하고 있다.
(2)암모니아 스트리핑(1100) 공정
본 발명은 Packed Tower 방식과 공기 순환형 구조, 산흡수 후단공정을 적용하여 암모니아 처리효율을 최대화하면서 열 손실에 의한 동절기 효율 저하를 방지한 암모니아 탈기 기술을 제안한다.
또한, 분리막 처리수의 온도를 열교환기를 통해 상승시켜 암모니아 가스의 용해도를 감소시켜 탈기 효율을 증대시킨다.
또한, 분리막 처리수내 용존성 암모니아를 물리화학적 방법으로 분리하는 공정을 취하고 있다.
또한, 농도차에 의한 물질전달 원리에 기초한 물리화학적 질소제거 공법으로서 폐수중에 함유된 암모니아에 공기를 전달시켜 분리하는 공법을 적용한다.
또한, 송풍기를 통해 유입된 공기를 탈기에 이용하며 기체온도가 떨어짐을 방지하기 위해 Closed Loop System 적용하여 열손실을 최소화하며 악취발생을 원천적으로 차단하고 있다.
또한, 암모니아 가스가 인산과 황산이 혼합된 수용액과 접촉한 후 잔류된 암모니아 기체가 대 기 중으로 방출되는 것을 방지하고 있다.
또한, 폐쇄순환형 암모니아 스트리핑(1100)을 통해 질소처리의 안정성을 높이고, 음식물폐수와 같은 고농도 질소가 함유된 유기성폐수의 하수처리시설 연계 질소기준을 맞추기 위한 최적 공정으로 암모니아 스트리핑(1100) 공정을 도입하고 있다.
전술한 본 발명의 시스템이 적용되는 경우, 1)CO2 탈기속도 촉진을 통한 체류시간 감소시키고, 2)암모니아 스트리핑(1100) 내 암모니아 제거율을 향상시키며, 3)암모니아 스트리핑(1100) 부하를 저감시키고, 4)암모니아 유입수 pH 증가를 위한 알칼리 투입을 최소화시키며, 5)45℃ 온도유지를 위한 열투입을 최소화시킬 수 있다는 효과가 보장된다.
또한, 1)폐수 속의 NH4+이온을 NH3가스로 전환하여 암모니아 제거 효율을 증대시키고 2)암모니아 탈기 및 흡수탑(1200)의 최적 기액비의 선정이 가능해지며 3)기체와 액체의 접촉면적을 크게하기 위한 폐수 분사장치 및 Pall ring 충진할 수 있고 4)CO2탈기탑(1300) 유출수의 pH상승으로 투입 알칼리 소모량 최소화시킬 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (29)
- 유기성 폐기물을 처리하는 방법에 있어서,
상기 유기성 폐기물이 저류조에서 발효되는 단계(S100); 및
상기 S100 단계의 발효에서 발생한 상기 소화액을 처리되는 단계(S200);를 포함하되,
상기 S200 단계는,
고온의 공기가 주입된 CO2 탈기탑을 지나가면서, 상기 소화액에 포함된 CO2가 탈기되는 단계(S210);
암모니아 탈기탑을 지나가면서, 상기 CO2가 탈기된 소화액에 포함된 암모니아 질소가 암모니아 가스로 탈기되는 단계(S220);
암모니아 흡수탑을 지나가면서, 산성조건에서 상기 탈기된 암모니아 가스를 이용하여 암모니아수를 생성하는 단계(S230);
상기 암모니아수에 H3PO4를 주입하여 액체비료를 생산하는 단계(S240); 및
상기 암모니아 질소가 탈기된 소화액이 폐수저장소로 전달되는 단계(S250); 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 처리방법. - 제 1항에 있어서,
상기 S210 단계의 운전조건은 기액비 100 및 온도 45℃ 인 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 처리방법. - 제 1항에 있어서,
상기 S210 단계를 통해 상기 CO2가 탈기된 소화액은 pH가 8.5 내지 9로 상승되고, 알칼리도가 제거되는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 처리방법. - 제 1항에 있어서,
상기 S220 단계의 운전조건은 기액비 2,200 및 온도 40℃이고,
pH 10 이상의 강알칼리성 조건에서 상기 암모니아성 질소가 상기 암모니아 가스로 탈기되는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 처리방법. - 제 1항에 있어서,
상기 S230 단계에서는, pH 5 이하의 조건에서 상기 탈기된 암모니아 가스를 이용하는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 처리방법. - 제 1항에 있어서,
상기 S240 단계에서 생산된 액체비료는 ((NH4)H3PO4)이고,
상기 생산된 액체비료는 기 설정된 거리 이내의 농가로 공급되는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 처리방법. - 제 1항에 있어서,
상기 S100 단계는 상기 유기성 폐기물이 저류조에서 산발효조 및 메탄발효조로 공급되어 발효되고,
상기 S100 단계와 S200 단계 사이에는 상기 S100 단계에서 발생한 메탄가스가 가스저장조에 저장되는 단계(S150)를 더 포함하며,
상기 S200 단계는,
상기 소화액을 이산화탄소 탈기조에서 액상의 제 1 폐수와 이산화탄소, 암모니아, 공기로 이루어진 제 1 기체로 분리하는 단계(S210);
상기 제 1 폐수를 암모니아 탈기탑에서 액상의 제 2 폐수와 상기 공기 및 암모니아로 이루어진 제 2 기체로 분리하는 단계(S220);
상기 제 2 폐수를 분리 배출하는 단계(S230);
상기 S310 단계에서 발생한 제 1 기체와 상기 S320 단계에서 발생한 제 2 기체를 암모니아 흡수탑으로 이동시키는 단계(S240);
상기 암모니아 흡수탑에 황산수용액 및 인산수용액 중 적어도 하나를 투입하여 상기 제 1 기체 및 제 2 기체에 포함된 암모니아를 흡수하는 단계(S250); 및
상기 황산수용액 및 인산수용액 중 적어도 하나가 상기 제 1 기체 및 제 2 기체에 포함된 암모니아를 흡수한 제 3 폐수를 저장조로 배출하는 단계(S260);를 더 포함하는, 유기성 폐기물 처리방법. - 제 7항에 있어서,
S210 단계는,
외부에서 유입되는 공기를 이용하여 상기 소화액을 상기 제 1 폐수 및 제 1 기체로 분리하고,
상기 제 1 폐수 및 제 1 기체로 분리되는 것을 지원하기 위해 상기 소화액을 스프레이를 사용하여 분사하는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 처리방법. - 제 7항에 있어서,
상기 이산화탄소 탈기조는 내부에 액체와 기체를 분산시켜 접촉효율을 높이기 위한 충진 매체가 충진되고,
상기 충진 매체의 재질은 스테인레스스틸, 플라스틱 및 세라믹 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리방법. - 제 7항에 있어서,
상기 S220는,
상기 암모니아 탈기탑은 송풍기에서 발생되는 공기를 이용하여 상기 제 1 폐수를 상기 제 2 폐수 및 제 2 기체로 분리하고,
상기 제 1 폐수를 상기 제 2 폐수로 분리되는 것을 지원하기 위해 상기 제 1 폐수를 스프레이를 사용하여 분사하는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 처리방법. - 제 9항에 있어서,
상기 송풍기에서 발생되는 공기의 유량은 상기 암모니아 탈기탑으로 투입되는 상기 제 1 폐수 유량의 1700배 내지 2400배인 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 처리방법. - 제 9항에 있어서,
상기 S250 단계에서 암모니아가 흡수된 제 1 기체 및 제 2 기체는, 상기 암모니아 탈기탑으로 이동하고, 상기 송풍기에서 발생되는 공기와 함께 이용되어 상기 제 1 폐수를 상기 제 2 폐수 및 제 2 기체로 분리하는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 처리방법. - 제 9항에 있어서,
상기 암모니아 탈기탑은 내부에 액체와 기체를 분산시켜 접촉효율을 높이기 위한 충진 매체가 충진되고,
상기 충진 매체의 재질은 스테인레스스틸, 플라스틱 및 세라믹 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리방법. - 제 7항에 있어서,
상기 암모니아 흡수탑은 내부에 액체와 기체를 분산시켜 접촉효율을 높이기 위한 충진 매체가 충진되고,
상기 충진매체는 다단으로 형성되며,
상기 충진 매체의 재질은 스테인레스스틸, 플라스틱 및 세라믹 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리방법. - 제 7항에 있어서,
상기 저장조로 배출된 제 3 폐수에 황산 칼륨 및 미량 비료성분을 투입하는 단계(S270);를 더 포함하는, 유기성 폐기물 처리방법. - 제 15항에 있어서,
상기 투입되는 상기 미량 비료성분은 고토, 망간, 붕소, 철, 몰리브덴, 아연, 구리 또는 석회 중 적어도 2종 이상인 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 처리방법. - 제 16항에 있어서,
상기 미량 비료성분의 각 성분별 보증성분 최소 함량은 각각 수용성 고토 1.0%, 수용성 망간 0.1%, 수용성 붕소 0.04%, 수용성 철 0.1%, 수용성 몰리브덴 0.0005%, 수용성 아연 0.05%, 수용성 구리 0.05% 및 수용성 석회 1.0%인 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 처리방법. - 제 15항에 있어서,
상기 S270단계를 통해 생성된 액체비료를 포장하고 출하하는 단계(S280);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 처리방법. - 제 18항에 있어서,
상기 액체비료는 질소, 인산, 가리 성분 합계량의 함유율 1%에 대하여 최대 함유율이 각각 황청산화물 0.005%, 비소 0.004%, 아질산 0.02%, 뷰렛태질소 0.01% 및 설파민산 0.005%가 넘지 않는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 처리방법. - 제7항에 있어서,
상기 S100에서는,
상기 메탄발효조의 혐기소화액 일부가 상기 산발효조와 상기 메탄발효조를 연결하는 제2순환라인을 통해 상기 산발효조로 순환되어 pH 4.0 ～ 4.5가 유지되는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 처리방법. - 제7항에 있어서,
상기 S100에서는,
상기 메탄발효조에서 상기 산발효조로 연결된 제2순환라인을 통해 상기 메탄발효조의 혐기소화액이 상기 산발효조로 순환되는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 처리방법. - 제7항에 있어서,
상기 산발효조의 산발효액은 제1교반모터에 의해 제1교반날개가 동작하도록 이루어진 제1교반기에 의해 교반되고,
상기 메탄발효조의 혐기소화액은 제2교반모터에 의해 제2교반날개가 동작하도록 이루어진 제2교반기에 의해 교반되는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 처리방법. - 제7항에 있어서,
상기 S150에서,
상기 산발효조 및 상기 메탄발효조에서 생성된 메탄가스는 탈황설비에서 탈황처리된 후 가스저장조에 저장되고, 가스정제를 위해 제공되는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 처리방법. - 유기성 폐기물을 처리하는 장치에 있어서,
상기 유기성 폐기물이 발효되는 저류조;
고온의 공기가 주입되고, 상기 저류조에서 발생한 소화액에 포함된 CO2를 탈기하는 CO2 탈기탑;
상기 CO2가 탈기된 소화액에 포함된 암모니아 질소를 암모니아 가스로 탈기하는 암모니아 탈기탑;
산성조건에서 상기 탈기된 암모니아 가스를 이용하여 암모니아수를 생성하고, 상기 암모니아수에 H3PO4를 주입하여 액체비료를 생산하는 암모니아 흡수탑; 및
상기 암모니아 질소가 탈기된 소화액을 폐수저장소로 전달하는 전달부;를 포함하는, 유기성 폐기물 처리장치. - 제 24항에 있어서,
상기 CO2 탈기탑의 운전조건은 기액비 100 및 온도 45℃인 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 처리장치. - 제 24항에 있어서,
상기 CO2 탈기탑에서 상기 CO2가 탈기된 소화액은 pH가 8.5 내지 9로 상승되고, 알칼리도가 제거되는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 처리장치. - 제 24항에 있어서,
상기 암모니아 탈기탑의 운전조건은 기액비 2,200 및 온도 40℃이고,
pH 10 이상의 강알칼리성 조건에서 상기 암모니아성 질소가 상기 암모니아 가스로 탈기되는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 처리장치. - 제 24항에 있어서,
상기 암모니아 흡수탑은, pH 5 이하의 조건에서 상기 탈기된 암모니아 가스를 이용하여 암모니아수를 생성하는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 처리장치. - 제 24항에 있어서,
상기 생산된 액체비료는 ((NH4)H3PO4)이고,
상기 생산된 액체비료는 기 설정된 거리 이내의 농가로 공급되는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 처리장치.
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200031819A (ko) | 2018-09-17 | 2020-03-25 | 한국에너지기술연구원 | 탈취공정과 연계된 고순도 이산탄소 포집 공정 및 장치 |
| KR102205446B1 (ko) * | 2020-08-19 | 2021-01-21 | 주식회사 더오포 | 암모니아 성분 회수 저감장치 |
| KR102273723B1 (ko) * | 2020-01-13 | 2021-07-06 | 주식회사 태산이엠이 | 전기분해를 이용한 폐수의 암모니아 처리장치 |
| WO2022134292A1 (zh) * | 2020-12-25 | 2022-06-30 | 中国科学院城市环境研究所 | 回收液体中氨的方法及装置 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3517505A1 (en) * | 2018-01-25 | 2019-07-31 | FrieslandCampina Nederland B.V. | Method for treating manure |
| CN108275818B (zh) * | 2018-01-25 | 2023-10-13 | 南昌大学 | 一种高氨氮畜禽废水中氨氮快速回收系统 |
| CN113149120A (zh) * | 2021-04-29 | 2021-07-23 | 同济大学 | 一种污泥厌氧消化和焚烧耦合系统的氮中和工艺 |
| CN114392596A (zh) * | 2022-02-11 | 2022-04-26 | 江苏金广恒工业设备制造有限公司 | 一种喷淋废气塔废水过滤回收装置及其回收方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101023684B1 (ko) | 2010-12-14 | 2011-03-25 | 인천환경공단 | 유기성 폐기물 처리방법 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20070034556A (ko) * | 2007-03-08 | 2007-03-28 | 정인 | 인 그리고/또는 질소를 제거하기 위한 스트루바이트 결정화방법 |
| KR100886533B1 (ko) * | 2008-09-22 | 2009-03-02 | 현대건설주식회사 | 고농도 암모니아 함유 폐수의 암모니아 탈기 기법을 통한 액체비료 제조방법, 그 제조장치 및 이에 의해 제조된 액체비료 |
| KR100976933B1 (ko) * | 2008-11-18 | 2010-08-18 | 현대건설주식회사 | 축산폐수에 포함된 고농도 암모니아와 유기물질을 액체비료와 메탄가스로 각각 변환 시키는 축산폐수 정화처리 방법 및 그 장치 |
| KR101269379B1 (ko) * | 2011-06-10 | 2013-05-29 | 코오롱글로벌 주식회사 | 폐수 처리 방법 |
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101023684B1 (ko) | 2010-12-14 | 2011-03-25 | 인천환경공단 | 유기성 폐기물 처리방법 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200031819A (ko) | 2018-09-17 | 2020-03-25 | 한국에너지기술연구원 | 탈취공정과 연계된 고순도 이산탄소 포집 공정 및 장치 |
| KR102273723B1 (ko) * | 2020-01-13 | 2021-07-06 | 주식회사 태산이엠이 | 전기분해를 이용한 폐수의 암모니아 처리장치 |
| KR102205446B1 (ko) * | 2020-08-19 | 2021-01-21 | 주식회사 더오포 | 암모니아 성분 회수 저감장치 |
| WO2022134292A1 (zh) * | 2020-12-25 | 2022-06-30 | 中国科学院城市环境研究所 | 回收液体中氨的方法及装置 |
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