KR20220145906A - 생물처리장치 및 연소장치를 포함하는 가정용 화장실 폐기물 처리시스템 및 그를 이용한 화장실 폐기물을 처리하는 방법 - Google Patents

생물처리장치 및 연소장치를 포함하는 가정용 화장실 폐기물 처리시스템 및 그를 이용한 화장실 폐기물을 처리하는 방법 Download PDF

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Abstract

고액분리변기, 생물처리장치, 살균장치, 및 연소장치를 포함하는 가정용 화장실 폐기물 처리시스템 및 그를 이용한 화장실 폐기물을 처리하는 방법을 제공한다. 상기 연소장치는 느린 생물처리장치를 보완하여 가정용 화장실 폐기물을 장거리 배관 연결이 없는 단위 공간에서 연속적으로 처리할 수 있게 한다.

Description

생물처리장치 및 연소장치를 포함하는 가정용 화장실 폐기물 처리시스템 및 그를 이용한 화장실 폐기물을 처리하는 방법
생물처리장치 및 연소장치를 포함하는 가정용 화장실 폐기물 처리시스템 및 그를 이용한 화장실 폐기물을 처리하는 방법에 관한 것이다.
세계 인구 중 약 23억 명이 기초적인 화장실이 없는 환경에서 생활하고 있는 것으로 알려져 있다. 그에 따라 많은 사람들이 오염된 환경에 노출되는 것으로 알려져 있다. 특히, 하수시설이 갖추어져 있지 않은 저개발국의 많은 도시 빈민들은 오염된 물을 식용수로 사용하고 있다. 따라서, 하수시설이 갖추어져 있지 않은 저개발국 또는 개발된 국가이더라도 독립 가옥은 배설물을 자체 정화처리하는 친환경 가정용 화장실 시스템이 요구되고 있다.
생물처리공정만을 포함하는 공중 화장실 시스템이 있다. 그러나, 종래 공중 화장실 시스템은 생물처리공정에서 화장실 폐기물을 처리하는 속도가 느리기 때문에 이를 해결하기 위하여 과도하게 큰 시스템이 필요하고, 고체를 완전하게 분해하는 것이 불가능하였다.
따라서, 종래 기술에 의하더라도 대안적 가정용 화장실 폐기물 처리시스템에 대한 요구가 존재한다.
일 양상은 화장실 폐기물을 액체와 고체로 분리하는 고액분리변기(100), 상기 고액분리변기로부터 이송되는 화장실 액체 폐기물을 생물학적으로 처리하는 생물처리장치(120), 상기 생물처리장치로부터 이송되는 생물처리된 액체 폐기물을 살균하는 살균장치(140), 및 상기 고액분리변기로부터 이송되는 화장실 고체 폐기물 및 상기 생물처리장치로부터 이송되는 고체 폐기물을 연소하는 연소장치(164)를 포함하는 가정용 화장실 폐기물 처리시스템을 제공한다.
다른 양상은 화장실 폐기물을 액체와 고체로 분리하는 고액분리변기(100), 상기 고액분리변기로부터 이송되는 화장실 액체 폐기물을 생물학적으로 처리하는 생물처리장치(120), 상기 고액분리변기로부터 이송되는 화장실 고체 폐기물을 혐기적 조건에서 생물학적으로 처리하는 혐기소화조(180), 상기 생물처리장치로부터 이송되는 생물처리된 액체 폐기물을 살균하는 살균장치(140), 및 상기 혐기소화조로부터 이송되는 혐기 소화된 고체 폐기물 및 상기 생물처리장치로부터 이송되는 고체 폐기물을 연소하는 연소장치(164)를 포함하는 가정용 화장실 폐기물 처리시스템을 제공한다.
다른 양상은 화장실 폐기물을 고액분리변기에 투여하여 고체와 액체로 분리하는 단계; 분리된 고체는 연소장치로 이송하여 연소하고 분리된 액체는 생물처리장치로 이송하여 생물처리하는 단계; 생물처리된 액체는 살균장치로 이송하여 살균하는 단계; 생물처리된 액체 폐기물 중 일부 슬러지는 상기 연소장치로 이송하여 연소하고 일부는 상기 생물처리장치의 무산소조로 이송하여 미생물을 보충하는 단계;를 포함하는 화장실 폐기물을 처리하는 방법을 제공한다.
다른 양상은 화장실 폐기물을 고액분리변기에 투여하여 고체와 액체로 분리하는 단계; 분리된 고체는 혐기소화조로 이송하여 혐기 소화시키는 단계; 상기 분리하는 단계에서 분리된 액체 및 상기 혐기 소화시키는 단계에서 가용화된 액체 폐기물은 생물처리장치로 이송하여 생물처리하는 단계; 생물처리된 액체는 살균장치로 이송하여 살균하는 단계; 상기 생물처리하는 단계에서 생물처리된 액체 폐기물 중 일부 슬러지는 상기 연소장치로 이송하여 연소하고 일부는 상기 생물처리장치의 무산소조로 이송하여 미생물을 보충하는 단계; 및 상기 혐기 소화시키는 단계에서 얻어진 슬러지는 상기 연소장치로 이송하여 연소하는 단계;를 포함하는 화장실 폐기물을 처리하는 방법을 제공한다.
일 양상은 화장실 폐기물을 액체와 고체로 분리하는 고액분리변기(100), 고액분리변기로부터 이송되는 화장실 액체 폐기물을 생물학적으로 처리하는 생물처리장치(120), 상기 생물처리장치로부터 이송되는 생물처리된 액체 폐기물을 살균하는 살균장치(140), 및 상기 고액분리변기로부터 이송되는 화장실 고체 폐기물 및 상기 생물처리장치로부터 이송되는 고체 폐기물을 연소하는 연소장치(164)를 포함하는 가정용 화장실 폐기물 처리시스템을 제공한다.
본 명세서에 있어서, "화장실 폐기물"은 분변, 뇨 또는 그 조합을 포함하는 것일 수 있다. 상기 화장실 폐기물은 화장지, 플러시 워터, 또는 그 조합을 더 포함할 수 있다.
상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템에 있어서, 상기 고액분리변기는 분리된 액체를 수용하는 액체 수집부와 분리된 고체를 수용하는 고체 수집부를 포함하는 것일 수 있다. 상기 액체 수집부는 상기 생물처리장치와 연통되어 있는 것일 수 있다. 상기 고체 수집부는 상기 연소장치와 연통되어 있는 것일 수 있다. 상기 액체 수집부에 수집된 화장실 액체 폐기물은 상기 생물처리장치에 연속적으로 이송되거나 상기 화장실 액체 폐기물 저장소에 저장된 후 상기 생물처리장치로 이송될 수 있다. 따라서, 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 상기 고액분리변기의 액체 수집부와 상기 생물처리장치 사이에 이들과 연통되어 있는 화장실 액체 폐기물 저장소를 포함할 수 있다. 또한, 상기 고체 수집부에 수집된 화장실 고체 폐기물은 상기 연소장치에 연속적으로 이송되거나 상기 화장실 고체 폐기물 저장소에 저장된 후 상기 연소장치로 이송될 수 있다. 따라서, 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 상기 고액분리변기의 고체 수집부와 상기 연소장치 사이에 이들과 연통되어 있는 화장실 고체 폐기물 저장소를 포함할 수 있다.
예를 들면, 고액분리변기(100)는 본체 및 수집 부재를 포함할 수 있다. 본체는 분뇨 이송면 및 분뇨 분리면을 가질 수 있다. 분뇨 이송면은 화장실 폐기물을 이송할 수 있다. 분뇨 분리면은 분뇨 이송면 아래에 제공될 수 있다. 분뇨 분리면은 분뇨 이송면으로부터 제공되는 화장실 폐기물을 액체 폐기물과 고체 폐기물로 분리할 수 있다. 수집 부재는 액체 폐기물을 수용하는 액체 수집 영역 및 고체 폐기물을 수용하는 고체 수집 영역을 포함할 수 있다. 액체 폐기물은 액체 수집 영역을 지나 고액분리변기(100) 외부의 버퍼 탱크로 이송될 수 있다. 고체 폐기물은 고체 수집 영역을 지나 고액분리변기(100) 외부의 고체 처리 장치(미도시)로 이송될 수 있다.
상기 고액분리변기는 생물반응장치에서 처리할 수 있는 평균적 COD 양 이하의 양으로 액체 폐기물을 제공할 수 있도록 하는 고체 분리율 및 액체 분리율이 되도록 구성된 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 고액분리변기는 고체 분리율 및 액체 분리율이 50% 내지 100%이 되도록 구성된 것일 수 있다. 상기 고체 분리율은 유입 화장실 폐기물 중 고체 성분이 고체로 분리되는 비율을 나타낸다. 상기 고체 분리율은 유입 화장실 폐기물 중 총 현탁 고형분(total suspended solid, TSS)이 고체로 분리된 부분 중 총 고형분의 비율로서 계산될 수 있다. 상기 액체 분리율은 유입 화장실 폐기물 중 액체 성분이 액체로 분리되는 비율을 나타낸다. 상기 액체 분리율은 유입 화장실 폐기물 중 총 부피가 액체로 분리된 부분 중 총 부피의 비율로서 계산될 수 있다. 고체 분리율은 예를 들면, 60% 내지 100%, 70% 내지 100%, 80% 내지 100%, 90% 내지 100%, 95% 내지 100%, 97.5% 내지 100%, 60% 내지 95%, 70% 내지 90%, 80% 내지 95%, 90% 내지 95%, 95% 내지 97.5%, 또는 70% 내지 95%일 수 있다. 또한, 상기 액체 분리율은 예를 들면, 60% 내지 100%, 70% 내지 100%, 80% 내지 100%, 90% 내지 100%, 95% 내지 100%, 97.5% 내지 100%, 60% 내지 95%, 70% 내지 90%, 80% 내지 95%, 90% 내지 95%, 95% 내지 97.5%, 또는 70% 내지 95%일 수 있다. 예를 들면, 상기 고체는 90% 이상의 분리율로 분리되어 연소장치로 이송되어지고, 액체는 80% 이상의 분리율로 분리되어 생물처리장치로 이송될 수 있다.
상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템에 있어서, 상기 생물처리장치는 혐기소화조를 포함하지 않는 생물반응조 또는 이들의 조합일 수 있다. 혐기소화조를 포함하지 않는 생물반응조는 혐기조, 무산소조, 호기조 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있다. 상기 조합은 하나 이상의 무산소조와 하나 이상의 호기조가 연결되어 이전 반응조에서 처리된 화장실 액체 폐기물이 다음 반응조로 이송되어 연속으로 처리되는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 생물처리장치는 혐기소화조(anaerobic digestion bioreactor, AD)를 포함하는 것일 수 있다. 상기 혐기소화조는 혐기소화조를 포함하지 않는 생물반응조 또는 이들의 조합과 조합되어 배치될 수 있다. 상기 혐기소화조는 혐기소화조를 포함하지 않는 생물반응조 또는 이들의 조합의 전단에 배치되어 상기 고액분리변기로부터 이송되는 화장실 액체 폐기물이 유입되고 유기물을 혐기 소화시켜 가용화하는 것일 수 있다. 상기 혐기소화조는 그에 연결되어 있고 혐기소화조로부터 이송되는 혐기 소화된 화장실 액체 폐기물을 침전시키는 침전조를 더 포함할 수 있다. 상기 침전조는 화장실 액체 폐기물 중 침전된 고체 성분을 상기 연소장치로 이송할 수 있도록 연소장치와 연결된 것일 수 있다. 상기 침전조는 화장실 액체 폐기물 중 침전되지 않은 액체 성분을 이어지는 생물반응조, 예를 들면 혐기소화조를 포함하지 않는 생물반응조 또는 이들의 조합에 이송할 수 있도록 생물반응조와 연결된 것일 수 있다. 상기 혐기소화조는 혐기 소화 과정에서 발생된 기체를 배출하도록 형성된 벤트(vent)를 포함하는 것일 수 있다. 상기 기체는 CH4, CO2, 또는 N2 기체인 것일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 용어 "생물처리장치"는 미생물을 포함하는 반응조로서 미생물의 대사 작용에 의하여 화장실 액체 폐기물을 다른 화합물로 전환하는 장치를 포함한다. 상기 반응조는 혐기 조건, 호기 조건, 또는 무산소 조건과 같은 처리하고자 하는 목적에 따라 적합한 산소조건을 갖는 것일 수 있다. 상기 반응조는 반응 혼합물을 교반하거나 산소를 제공하기 위한 교반기, 또는 산소 공급기를 포함할 수 있다. 상기 산소 공급기는 스파르저(sparger)와 같은 공기제공 장치일 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "혐기소화조(anaerobic digestion bioreactor)", "혐기조(anaerobic bioreactor)", "무산소조(anoxic bioreactor)", "호기조(oxic bioreactor)", "부분 아질산화조(partial nitrification bioreactor)", 또는 "혐기성암모늄산화(anaerobic ammonium oxidation, Anammox) 반응조" 또는 "아나목스조(anammox bioreactor)"는 별도로 정의되지 않으면 청구된 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 알려진 의미를 갖는다. 예를 들면, 상기 혐기소화조는 무산소 상태에서 미생물에 의하여 생분해성 유기물을 분해하는 것일 수 있다. 상기 혐기소화조는 산소가 차단된 밀폐 구조의 반응기로서 혼합 장치를 포함할 수 있다. 혐기 소화는 상기 혐기소화조에서 분자상태의 산소가 존재하지 않는 상태에서 생물학적으로 분해가능한 유기물이 메탄과 이산화탄소로 분해되는 과정을 나타낸다. 상기 화장실 고체 폐기물은 혐기 소화에 의하여 분해되어 그 양이 감소될 수 있다. 혐기 소화는 가용화 및 가수분해단계, 산생성단계 및 메탄생성단계의 3단계를 일반적으로 거친다. 본 명세서에 있어서, 상기 혐기 소화는 완전한 혐기 소화뿐만 아니라 부분적 혐기 소화를 포함한다. 상기 부분적 혐기 소화는 3단계 중 가용화 및 가수분해단계 또는 산생성단계까지만을 거치는 것일 수 있다. 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 화장실 고체 폐기물을 연소하는 연소장치를 포함하고 있어 화장실 고체 폐기물을 처리할 수 있다. 따라서, 상기 혐기소화조에서 화장실 고체 폐기물을 반드시 완전 소화시켜 메탄, 이산화탄소와 같은 바이오가스로 전환할 필요는 없고, 화장실 고체 폐기물의 양, 비용, 에너지 소비 등을 고려하여 적절한 단계까지 소화시키는 것일 수 있다. 화장실 고체 폐기물의 혐기소화조 내 체류 시간은 목표로 하는 혐기 소화 정도에 따라 달라질 수 있다. 예를 들면, 상기 체류 시간은 화장실 고체 폐기물을 가용화 및 가수분해단계, 산생성단계 또는 메탄생성단계까지 소화되도록 하는 시간일 수 있다. 상기 체류시간은 예를 들면, 약 수일일 수 있다. 상기 혐기소화조 내의 용존 산소 농도(DO)는 약 0 mg/L 또는 산화환원전위(ORP)는 약 -100mV 이하, 예를 들면, -200mV 이하일 수 있다. 상기 혐기소화조는 유기물을 혐기 소화시키는 혐기 소화 미생물 또는 그 혼합을 포함할 수 있다. 상기 미생물은 산생성미생물 예를 들면 Clostridium formicoaceticum, 또는 acetobacterium woodi를 포함할 수 있다. 상기 미생물은 또한 메탄생성미생물, 예를 들면, Methanobacterium, Methanococcus, Methanosarcina, Methanospirillum, 또는 Hydrogenotrophic methanogens을 포함할 수 있다.
상기 혐기조는 인 과량 섭취를 목적으로 미생물 내 고분자 물질을 축적하고, 인을 분비하는데 이용하는 것일 수 있다. 상기 혐기조는 산소가 차단된 밀폐구조의 반응기로서 혼합장치를 포함할 수 있다. 상기 혐기조 내에 폐기물의 체류 시간은 인 과량 섭취에 충분한 시간일 수 있다. 상기 체류시간은 예를 들면 수 시간 내지 약 1일일 수 있다. 상기 혐기조 내의 용존 산소 농도(DO)는 약 0 mg/L 또는 산화환원전위(ORP) 약 -100mV 이하, 예를 들면, -200mV 이하일 수 있다. 상기 혐기조는 인을 과량 체내에 섭취하는 미생물을 포함한다. 상기 미생물은 인을 축적하는 인축적 박테리아(phosphorus accumulating bacteria, PAB)일 수 있다.
상기 무산소조는 산소를 주입하지 않는 교반 조건에서 탈질 반응을 수행하는데 이용하는 것일 수 있다. 상기 무산소조는 상부 기체에 산소가 존재하고 혼합장치를 가져 용존 산소가 미세하게 존재하는 반응기일 수 있다. 산소 농도는 DO 약 0 내지 약 0.2 mg/L 또는 ORP 약 -50mV 내지 약 50mV인 것일 수 있다. 상기 무산소조는 탈질 미생물을 포함할 수 있다.
상기 호기조는 높은 용존 산소 농도가 존재하는 반응기로 암모니아 산화 및 질산화를 수행하는데 이용하는 것일 수 있다. 상기 호기조는 공기 또는 산소를 강제로 주입하는 폭기장치를 가질 수 있다. 상기 호기조는 암모니아 산화 미생물(ammonia oxidizing bacteria, AOB), 아질산 산화 미생물(nitrite oxidizing bacteria, NOB), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 호기조 산소 농도는 DO 약 0.2 mg/L 이상 또는 ORP 약 100mV 이상일 수 있다.
상기 부분 아질산화조는 호기조로서 암모니아성 질소를 질산성 질소가 아닌 아질산성 질소까지만 산화시키는 것일 수 있다. 상기 부분 아질산화조는 그 중 암모니아 산화 미생물(AOB)이 우점화되어 있어, 암모니아성 질소가 아질산성 질소까지만 산화되도록 하는 것일 수 있다. 상기 부분 아질산화조는 AOB를 우점화하기 위하여 AOB는 생존하기 유리하고, NOB는 생존하기 어려운 환경이 형성되어 있는 것일 수 있다. 부분 아질산화조에서 생성된 아질산은 아나목스조로 이송되어 탈질될 수 있다.
상기 아나목스조는 혐기 조건에서 암모니아를 바로 산화하는 생물 반응기일 수 있다. 상기 아나목스조는 무산조 조건에서 전자 공여체로서 암모니아 질소를 전자 수용체로서 아질산(nitrite)과 반응시켜 질소 기체를 생성할 수 있는 자가영양성 탈질 미생물(autotrophic denitrifying microorganism)을 포함할 수 있다. 자가영양성 탈질 미생물은 아나목스 박테리아(Anammox bacteria)라고도 한다. 아나목스조에서 아질산과 암모늄은 하기 식에 나타낸 바와 같이 직접적으로 질소 기체와 물로 전환될 수 있다.
NH4 + + NO2 - -> N2 + 2H2O
상기 아나목스 박테리아는 Planctomycetes 필럼(phylum)에 속하는 것일 수 있다. 상기 아나목스 박테리아는 Brocadia 제네라, Kuenenia 제네라, Anammoxoglobus 제네라, Jettenia 제네라, Scalindua 제네라(genera), 또는 그 조합에 속하는 것일 수 있다.
상기 아나목스조에서 산소 농도는 혐기조 또는 무산소조와 유사할 수 있다. 산소 농도는 예를 들면, DO 약 0.2 mg/L 이하 또는 ORP 약 150mV 이하인 것일 수 있다.
상기 생물처리장치는 무산소조(A) 및 호기조(O) (이하 'AO'라고도 함), 무산소조(A) 및 호기조(O) 및 무산소조(A), 혐기조(anaerobic bioreactor) 및 무산소조(A) 및 호기조(A)(이하 'AOA'라고도 함), 무산소조(A) 및 호기조(O) 및 무산소조(A) 및 호기조(O) (이하 '4-단계 바르덴포(Bardenpho)'라고도 함), 혐기조 및 호기조(O) 및 무산소조(A) 및 호기조(O) 및 무산소조(A) (이하 '5-단계 바르덴포(Bardenpho)'라고도 함), MUCT(Modified University of Cape Town) 반응기, UCT(University of Cape Town) 반응기, 연속회분식 반응기(sequencing batch reactor), 부분 질산화조 및 Anammox 반응조, Anammox 반응조, 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있다.
상기 UCT 반응조는 혐기조, 무산소조, 호기조, 및 침전조가 차례로 연결되어 있고, 상기 무산소조의 반응물이 상기 혐기조 전단으로 반송될 수 있도록 상기 무산소조가 상기 혐기조와 연통되어 있고, 상기 호기조의 반응물이 상기 무산소조 전단으로 반송될 수 있도록 상기 호기조는 상기 무산소조와 연통되어 있는 것일 수 있다. 상기 침전조는 그 침전물을 상기 무산소조 전단 또는 상기 연소장치로 이송할 수 있도록 상기 무산소조 및 상기 연소장치와 연통되어 있는 것일 수 있다.
상기 MUCT 반응조는 상기 UCT 반응조에서 상기 무산소조가 두개의 무산소조 즉, 제1 무산소조 및 제2 무산소조로 나누어진 것으로서, 혐기조, 제1 무산소조, 제2 무산소조, 호기조, 및 침전조가 차례로 연결되어 있고, 제1 무산소조의 반응물이 상기 혐기조 전단으로 반송될 수 있도록 제1 무산소조가 혐기조와 연통되어 있고, 상기 호기조의 반응물이 제2 무산소조로 반송될 수 있도록 상기 호기조는 제2 무산소조와 연통되어 있는 것일 수 있다. 상기 침전조는 그 침전물을 제2 무산소조 또는 상기 연소장치로 이송할 수 있도록 제2 무산소조 및 상기 연소장치와 연통되어 있는 것일 수 있다.
상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템에 있어서, 상기 살균장치는 가정용 화장실 폐기물 처리시스템이 속하는 기술분야에서 통상적으로 알려진 임의의 살균장치일 수 있다. 상기 살균장치는 상기 생물반응장치에 연결되어 사용될 수 있는 것일 수 있다. 상기 살균장치는 별도의 건물이 아닌 하나의 건물 내에 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템의 다른 구성요소와 함께 배치된 것일 수 있다.
상기 살균장치는 살균매질(sterilization medium) 제공 장치일 수 있다. 상기 살균매질은 스팀, 열, 방사선(radiation), 플라스마, 오존, 증기화된 과산화수소, 증기화된 과아세트산(peracetic acid), 하나이상의 기체 살균제, 하나 이상의 액체 살균제, 또는 여과 매질(filtration medium)을 포함할 수 있다. 상기 살균장치는 가열기(heater), 방사선 조사기(radiation irradiator), 전기화학적 살균장치, 또는 여과장치(filtration device)를 포함할 수 있다. 상기 전기화학적 살균장치는 전극을 포함하고, 전극을 통해 물에 전류를 흘려 주어 살균종(sterilization species)의 전기화학적 생산(electrochemical production)을 유도하는 것일 수 있다. 살균종은 오존과 같은 물 자체로부터 생산되는 종 또는 염소 이온을 유리 염소로 산화시키는 것과 같은 물에 용해된 종으로부터 생산되는 것을 포함한다. 상기 살균장치는 예를 들면, 오존 발생기, 자외선 조사기, 오존 발생기 및 자외선 조사기, 가열기, 플라스마 발생기, 여과장치, 전기화학적 살균장치, 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있다. 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 상기 생물처리장치로부터 이송되는 생물처리된 액체 폐기물을 담는 살균 반응조를 포함하고, 상기 살균장치는 상기 살균 반응조에 살균 처리를 할 수 있도록 연결된 것일 수 있다.
상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템에 있어서, 상기 연소장치는 상기 고체 폐기물을 담는 용기 및 상기 용기 중 상기 고체 폐기물에 열을 가하는 가열기를 포함하는 것일 수 있다. 상기 연소장치는 폐기물을 연소하기 전에 고체 폐기물을 건조하는 건조장치를 포함하는 것일 수 있다. 상기 연소장치는 용기 내부로 연료를 분사하는 연료 분사기 및 용기 내부로 분사된 연료를 점화하는 점화기를 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 연소장치는 상기 건조장치의 용기와는 별도로 건조장치의 용기로부터 이송된 건조된 고체 폐기물을 담는 용기를 포함하는 것일 수 있다. 상기 연료는 상기 생물처리장치 또는 혐기소화조로부터 이송되는 생물 가스일 수 있다.
예를 들면, 연소장치(164)는 탈수기, 건조기, 및 서브 연소장치를 포함할 수 있다. 연소 장치(164)에 제공되는 고체 폐기물은 탈수기, 건조기, 및 서브 연소장치를 차례대로 지날 수 있다. 상기 연소장치는 탈수기, 건조기, 또는 탈수기 및 건조기와 연결되어 단위체로서 구성되어 있어서, 수분을 포함하는 화장실 고체 폐기물을 신속하고 효율적으로 연소하여 제거할 수 있다. 그에 따라, 연소장치를 통하여 화장실 폐기물 중 COD의 일부분을 제거함으로써, 상기 생물반응장치에 유입되는 COD 양을 생물반응장치에 포함된 미생물이 처리할 수 있는 양 또는 그 이하로 유지할 수 있도록 할 수 있다. 그에 따라, 상기 연소장치는 생물반응장치에 의한 느린 화장실 폐기물 처리 속도를 보완할 수 있다. 탈수기는 고체 폐기물의 고체 함유율이 약 25 % 내지 약 30 %가 되도록 고체 폐기물로부터 액체 성분을 추출할 수 있다. 건조기는 고체 폐기물의 고체 함유율이 약 90 % 내지 약 100 %가 되도록 고체 폐기물의 액체 성분을 증발시킬 수 있다. 서브 연소장치는 고체 폐기물을 태울 수 있다.
본 명세서에 있어서, 용어 “연소(combustion)”는 완전 연소 뿐만 아니라 부분 연소를 포함한다. 상기 연소는 화염 연소(flaming combustion) 뿐만 아니라 훈소(smoulderig)를 포함한다. 연소된 고체 폐기물은 재 또는 숯과 같이 고체 폐기물의 표면 또는 일부가 연소된 것일 수 있다.
상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 상기 고액분리변기로부터 상기 연소장치로 이송되는 화장실 고체 폐기물 및 상기 생물처리장치로부터 상기 연소장치로 이송되는 생물처리된 고체 폐기물을 탈수하는 탈수장치를 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 탈수장치는 압착기(squeezer), 여과기, 또는 원심분리기를 포함하는 것일 수 있다. 상기 생물처리장치로부터 상기 연소장치로 이송되는 고체 폐기물은 생물분해 가능하지 않은 폐기물 또는 바이오매스인 것일 수 있다. 상기 생물처리장치로부터 상기 연소장치로 이송되는 고체 폐기물은 슬러지(sludge) 또는 활성화된 슬러지(sludge)일 수 있다. 상기 탈수장치는 탈수된 고체 폐기물이 상기 연소장치로 이송될 수 있도록 연통된 것일 수 있다. 상기 탈수장치로부터 상기 연소장치로 탈수된 고체 폐기물의 이송은 컨베이어 벨트, 스크류, 어거(Auger), 펌프와 같은 이송 수단에 의하여 또는 중력과 같은 자연적 힘에 의하여 이루어지는 것일 수 있다. 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 상기 탈수장치로부터 탈수된 고체 폐기물이 상기 연소장치로 이송될 수 있도록 연결된 컨베이어 벨트, 스크류, 어거(Auger), 펌프와 같은 이송수단을 포함할 수 있다. 상기 연소장치는 건조장치와 통합된 형태이거나 분리된 형태일 수 있다. 건조장치가 연소장치와 분리된 형태일 경우 건조장치 내부 또는 후단에 건조된 고체의 이송장치가 포함될 수 있다.
따라서, 본 명세서에 있어서 용어 "고체 폐기물"은 고체 성분을 포함하는 것으로서 완전히 건조된 고체 폐기물뿐만 아니라 어느 정도 수분을 포함하는 것일 수 있다. 상기 고체 폐기물의 수분 함량은 예를 들면, 0 내지 99%, 0 내지 90%, 0 내지 70%, 0 내지 50%, 0 내지 40%, 5 내지 40%, 10 내지 40%, 15 내지 40%, 20 내지 40%, 또는 10 내지 30%인 것일 수 있다. 상기 탈수장치는 상기 고액분리변기 및 상기 연소장치 사이 또는 상기 생물처리장치 및 상기 연소장치 사이에 배치된 것일 수 있다. 상기 탈수장치는 상기 연소장치와는 별도로 존재하거나, 연소장치와 함께 단위체를 구성하여 존재할 수 있다. 상기 단위체는 예를 들면, 탈수장치 및 서브 연소장치를 포함하는 것일 수 있다. 상기 연소장치는 탈수장치, 건조장치 및 서브 연소장치를 포함하는 것일 수 있다. 상기 연소장치는 화장실 고체 폐기물이 탈수장치에서 탈수된 후, 건조장치에서 건조되고, 서브 연소장치에서 연소되도록 연속으로 연결된 것일 수 있다. 상기 건조장치는 가열기(heater)를 포함하고, 고체 폐기물에 열을 가하여 수분을 증발시킬 수 있도록 된 것일 수 있다. 상기 건조장치는 수분 증발 및 가열과정에서 살균을 수행하는 것일 수 있다.
상기 생물처리장치는 생물 처리된 폐기물을 침전시키는 침전조를 포함하는 것일 수 있다. 상기 침전조는 상기 생물처리장치의 생물 반응조로부터 생물 처리된 폐기물이 유입되도록 하는 유입구를 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 침전조는 침전물을 상기 생물처리장치의 생물 반응조로 반송하도록 상기 생물 반응조와 연통되어 있거나 및/또는 침전물을 상기 연소장치로 이송하도록 상기 연소장치와 연통되어 있는 것일 수 있다. 상기 침전조, 반응조 및/또는 연소장치는 이송되는 폐기물의 유량을 조절하기 위한 조절기, 예를 들면, 밸브 등을 포함할 수 있다.
상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템에 있어서, 상기 생물처리장치는 물 저장소와 연통되어 있어 생물 처리된 물을 물 저장소로 이송할 수 있도록 되어 있는 것일 수 있다. 상기 물 저장소는 상기 고액분리변기의 플러시 워터 저장소인 것일 수 있다. 따라서, 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 화장실 폐기물로부터 정화된 물을 플러시 워터로 사용하기 위하여 재순환하는 경로를 포함할 수 있다.
상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 상기 생물처리장치로부터 물 저장소로 이송되는 생물 처리된 물을 여과할 수 있도록 설치된 여과기를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템에 있어서, 상기 생물처리장치는 생물처리 과정에서 발생된 기체를 배출하도록 형성된 벤트(vent)를 포함하는 것일 수 있다. 상기 기체는 CO2, CH4, 또는 N2 기체인 것일 수 있다.
일 구체예에서, 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 화장실 폐기물을 액체와 고체로 분리하는 고액분리변기(100), 상기 고액분리변기로부터 이송되는 화장실 액체 폐기물을 생물학적으로 처리하는 생물처리장치(120), 상기 생물처리장치로부터 이송되는 생물처리된 액체 폐기물을 살균하는 살균장치(140), 및 상기 고액분리변기로부터 이송되는 화장실 고체 폐기물 및 상기 생물처리장치로부터 이송되는 고체 폐기물을 연소하는 연소장치(164)를 포함하고, 상기 생물처리장치는 생물 처리된 폐기물을 침전시키는 침전조를 포함하고, 상기 침전조는 상기 생물처리장치의 생물 반응조로부터 생물 처리된 폐기물이 유입되도록 하는 유입구를 포함하고, 침전물을 상기 생물처리장치의 생물반응조로 반송하도록 상기 생물 반응조와 연통되어 있거나 및/또는 침전물을 상기 연소장치로 이송하도록 상기 연소장치와 연통되어 있는 것일 수 있다.
상기 살균장치는 가정용 화장실 폐기물 처리시스템이 속하는 기술분야에서 통상적으로 알려진 임의의 살균장치일 수 있다. 상기 살균장치는 상기 생물반응장치에 연결되어 사용될 수 있는 것일 수 있다. 상기 살균장치는 별도의 건물이 아닌 하나 건물 내에 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템의 다른 구성요소와 함께 배치된 것일 수 있다.
상기 살균장치는 살균매질(sterilization medium) 제공 장치일 수 있다. 상기 살균매질은 스팀, 열, 방사선(radiation), 플라스마, 오존, 증기화된 과산화수소, 증기화된 과아세트산(peracetic acid), 하나이상의 기체 살균제, 하나 이상의 액체 살균제, 또는 여과 매질(filtration medium)을 포함할 수 있다. 상기 살균장치는 가열기(heater), 방사선 조사기(radiation irradiator), 전기화학적 살균장치, 또는 여과장치(filtration device)를 포함할 수 있다. 상기 전기화학적 살균장치는 전극을 포함하고, 전극을 통해 물에 전류를 흘려 주어 살균종(sterilization species)의 전기화학적 생산(electrochemical production)을 유도하는 것일 수 있다. 살균종은 오존과 같은 물 자체로부터 생산되는 종 또는 염소 이온을 유리 염소로 산화시키는 것과 같은 물에 용해된 종으로부터 생산되는 것을 포함한다. 상기 살균장치는 예를 들면, 오존 발생기, 자외선 조사기, 오존 발생기 및 자외선 조사기, 가열기, 플라스마 발생기, 여과장치, 전기화학적 살균장치, 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있다. 상기 살균장치는 오존 발생기, 자외선 조사기, 또는 오존 발생기 및 자외선 조사기 및 상기 생물처리장치로부터 이송되는 생물처리된 액체 폐기물을 담는 살균 반응조를 포함하는 것일 수 있다. 상기 살균장치는 상기 살균 반응조에 살균 처리를 할 수 있도록 연결된 것일 수 있다. 상기 일 구체예에서, 상기 연소장치는 상기 고체 폐기물을 담는 용기 및 상기 용기 중 상기 고체 폐기물에 열을 가하는 가열기를 포함하는 것일 수 있다. 상기 연소장치는 고체 폐기물을 연소하기 전에 건조하는 건조장치를 포함하는 것일 수 있다. 상기 연소장치는 상기 연소장치의 용기 내부로 연료를 분사하는 연료 분사기 및 용기 내부로 분사된 연료를 점화하는 점화기를 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 연소장치는 상기 건조장치의 용기와는 별도로 건조장치의 용기로부터 이송된 건조된 고체 폐기물을 담는 용기를 포함하는 것일 수 있다.
상기 일 구체예에서, 상기 생물처리장치는 물 저장소와 연통되어 있어 생물 처리된 물을 물 저장소로 이송할 수 있도록 되어 있는 것일 수 있다. 상기 물 저장소는 상기 고액분리변기의 플러시 워터 저장소인 것일 수 있다. 따라서, 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 화장실 폐기물로부터 정화된 물을 플러시 워터로 사용하기 위하여 재순환하는 경로를 포함할 수 있다. 상기 일 구체예에서, 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 상기 생물처리장치로부터 물 저장소로 이송되는 생물 처리된 물을 여과할 수 있도록 설치된 여과기를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 일 구체예에서, 상기 생물처리장치는 무산소조(A) 및 호기조(O), 무산소조(A) 및 호기조(O) 및 무산소조(A), 혐기조(anaerobic bioreactor) 및 무산소조(A) 및 호기조(A), 무산소조(A) 및 호기조(O) 및 무산소조(A) 및 호기조(O), 혐기조 및 호기조(O) 및 무산소조(A) 및 호기조(O) 및 무산소조(A), MUCT, UCT, 연속회분식 반응기(sequencing batch reactor), 부분 질산화조(Partial nitrification bioreactor) 및 Anammox 반응조, Anammox 반응조, 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있다.
도 1은 상기한 가정용 화장실 폐기물 처리시스템의 일 예를 도식적으로 나타낸 도면이다. 도 1에서, 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 고액분리변기 (100), 생물처리장치 (120), 살균장치(140), 연소장치 (164) 및 플러시 워터 저장소 (220)를 포함한다. 고액분리변기 (100)는 화장실 페기물 중 액체를 수용하도록 생물처리장치(120)와 연결될 수 있고, 고체를 수용하도록 연소장치 (164)와 연결될 수 있다. 연소장치 (164)는 서브 연소장치(160)와 건조장치(162)를 포함할 수 있다. 생물처리장치(120)는 혐기조, 무산소, 또는 이들의 조합을 포함하는 부분(122)과 산소조(124) 및 침전조(200)를 포함할 수 있다. 혐기조, 무산소, 또는 이들의 조합을 포함하는 부분(122)에서 처리된 화장실 폐기물은 산소조(124)로 이송할 수 있도록 연결될 수 있다. 산소조 (124)에서 처리된 화장실 폐기물은 침전조 (200)로 이송할 수 있도록 연결될 수 있다. 침전조(200)에서 침전된 일부 슬러지는 전단의 혐기조 또는 무산소조(122)로 보내어지거나 연소장치(164)로 보내어지도록 있도록 연결될 수 있다. 침전조(200)에서 처리된 화장실 폐기물 중 액체 부분은 살균장치 (140)로 이송되도록 연결될 수 있다. 살균장치 (140)에서 살균된 화장실 폐기물은 플러시 워터 저장소(220)로 이송될 수 있도록 연결될 수 있다. 살균장치 (140)와 플러시 워터 저장소(220) 사이에 필터(240)가 연결되어 살균장치 (140)에서 살균된 화장실 폐기물을 여과하여 플러시 워터 저장소(220)로 이송할 수 있다.
도 2는 도 1의 가정용 화장실 폐기물 처리시스템의 일 예를 사용한 화장실 폐기물의 처리 과정을 나타낸 흐름도의 일 예이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 화장실 폐기물은 고액분리변기(100)에서 액체 즉, 뇨 및 물과 고체 즉 분변과 물을 포함하는 분변으로 분리된다. 상기 액체는 생물처리장치(120)의 혐기조, 무산소 또는 이들의 조합을 포함하는 부분(122) 및 산소조 (124)에서 각각 무산소 반응 및 호기 소화를 거친 후, 살균장치 (140)에서 살균 및 탈색된다. 다음으로, 살균된 폐기물은 선택적으로 여과된 후 플러시 워터 저장소 (220)로 이송된다. 상기 고체는 탈수기에서 압착 또는 탈수된 후 일부 액체는 생물처리장치(120)의 혐기조, 무산소 또는 이들의 조합을 포함하는 부분(122) 및 산소조(124)로 보내어지고, 남은 고체는 연소장치(164)에서 건조 및 연소되어 재 또는 표면 또는 일부가 연소된 폐기물로 된다. 이때 연소장치(164)에서 생성된 열의 일부는 회수되고 얻어진 고체를 건조하는데 사용될 수 있다.
도 3은 혐기소화조(180')를 포함하는 상기한 가정용 화장실 폐기물 처리시스템의 일 예를 도식적으로 나타낸 도면이다. 도 3에서, 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 고액분리변기 (100), 혐기소화조(180'), 생물처리장치 (120), 살균장치(140), 연소장치 (164) 및 플러시 워터 저장소 (220)를 포함한다. 고액분리변기 (100)는 화장실 페기물 중 액체를 수용하도록 혐기소화조(180')와 연결될 수 있고, 고체를 수용하도록 연소장치 (164)와 연결될 수 있다. 연소장치 (164)는 서브 연소장치(160)와 건조장치(162)를 포함할 수 있다. 혐기소화조(180')는 혐기소화조를 포함하지 않는 생물처리장치(120)와 연결되어 있다. 혐기 소화된 폐기물은 혐기소화조를 포함하지 않는 생물처리장치(120)로 이송된다. 상기 생물처리장치(120)는 혐기조, 무산소, 또는 이들의 조합을 포함하는 부분(122)과 산소조(124) 및 침전조(200)를 포함할 수 있다. 혐기조, 무산소, 또는 이들의 조합을 포함하는 부분(122)에서 처리된 화장실 폐기물은 산소조(124)로 이송할 수 있도록 연결될 수 있다. 산소조 (124)에서 처리된 화장실 폐기물은 침전조 (200)로 이송할 수 있도록 연결될 수 있다. 침전조(200)에서 침전된 일부 슬러지는 전단의 혐기조 또는 무산소조(122)로 보내어지거나 연소장치(164)로 보내어지도록 연결될 수 있다. 침전조(200)에서 처리된 화장실 폐기물 중 액체 부분은 살균장치 (140)로 이송되도록 연결될 수 있다. 살균장치 (140)에서 살균된 화장실 폐기물은 플러시 워터 저장소(220)로 이송될 수 있도록 연결될 수 있다. 살균장치 (140)와 플러시 워터 저장소(220) 사이에 필터(240)가 연결되어 살균장치 (140)에서 살균된 화장실 폐기물을 여과하여 플러시 워터 저장소(220)로 이송할 수 있다.
도 4는 도 3의 혐기소화조(180')를 포함하는 가정용 화장실 폐기물 처리시스템의 일 예를 사용한 화장실 폐기물의 처리 과정을 나타낸 흐름도의 일 예이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 화장실 폐기물은 고액분리변기(100)에서 액체 즉, 뇨 및 물과 고체 즉 분변과 물을 포함하는 분변으로 분리된다. 상기 액체는 혐기소화조(180')에서 혐기 소화되어 가용화된다. 혐기 소화된 폐기물은 혐기소화조를 포함하지 않는 생물처리장치(120)의 혐기조, 무산소 또는 이들의 조합을 포함하는 부분(122) 및 산소조 (124)에서 각각 무산소 반응 및 호기 소화를 거친 후, 살균장치 (140)에서 살균 및 탈색된다. 다음으로, 살균된 폐기물은 선택적으로 여과된 후 플러시 워터 저장소 (220) 로 이송된다. 상기 고체는 탈수기에서 압착 또는 탈수된 후 일부 액체는 혐기소화조(180')로 이송되어 혐기 소화된 후 생물처리장치(120)의 혐기조, 무산소 또는 이들의 조합을 포함하는 부분(122) 및 산소조(124)로 보내어지고, 남은 고체는 연소장치 (164)에서 건조 및 연소되어 재 또는 표면 또는 일부가 연소된 폐기물로 된다. 이때 연소장치 (164)에서 생성된 열의 일부는 회수되고 얻어진 고체를 건조하는데 사용될 수 있다.
상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 고액분리변기, 생물처리장치, 살균장치, 및 연소장치를 포함한 구성요소가 하나의 건물내에 배치된 것일 수 있다. 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 배관을 통하여 건물 외부의 다른 요소와 연결되지 않은 형태이거나 여러 개의 분리형 변기를 배관으로 연결한 것일 수 있다. 상기 가정용 화장실은 가까이 거주하는 단독 가옥을 배관으로 연결하거나 연립 주택이나 아파트처럼 집단 가옥을 배관으로 연결하여 분리된 고체와 액체를 배관으로 이송하여 구성할 수 있다. 상기 가정용 화장실은 필요에 따라 공사장이나 야영장 등 야외공간에서도 활용될 수 있다. 하지만, 기존의 폐수처리장과 같이 고체와 액체를 혼합하여 수십 킬로미터의 긴 배관으로 이송하여 처리하는 집단 처리시설과는 구분된다.
다른 양상은 화장실 폐기물을 액체와 고체로 분리하는 고액분리변기(100), 상기 고액분리변기로부터 이송되는 화장실 액체 폐기물을 생물학적으로 처리하는 생물처리장치(120), 상기 고액분리변기로부터 이송되는 화장실 고체 폐기물을 혐기적 조건에서 생물학적으로 처리하는 혐기소화조(180), 상기 생물처리장치로부터 이송되는 생물처리된 액체 폐기물을 살균하는 살균장치(140), 및 상기 혐기소화조로부터 이송되는 혐기 소화된 고체 폐기물 및 상기 생물처리장치로부터 이송되는 고체 폐기물을 연소하는 연소장치(164)를 포함하는 가정용 화장실 폐기물 처리시스템을 제공한다.
상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템에 있어서, 상기 고액분리변기는 분리된 액체를 수용하는 액체 수집부와 분리된 고체를 수용하는 고체 수집부를 포함하는 것일 수 있다. 상기 액체 수집부는 상기 생물처리장치와 연통되어 있는 것일 수 있다. 상기 고체 수집부는 상기 연소장치와 연통되어 있는 것일 수 있다. 상기 액체 수집부에 수집된 화장실 액체 폐기물은 상기 생물처리장치에 연속적으로 이송되거나 상기 화장실 액체 폐기물 저장소에 저장된 후 상기 생물처리장치로 이송될 수 있다. 따라서, 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 상기 고액분리변기의 액체 수집부와 상기 생물처리장치 사이에 이들과 연통되어 있는 화장실 액체 폐기물 저장소를 포함할 수 있다. 또한, 상기 고체 수집부에 수집된 화장실 고체 폐기물은 상기 혐기소화조에 연속적으로 이송되거나 상기 화장실 고체 폐기물 저장소에 저장된 후 상기 혐기소화조로 이송될 수 있다. 따라서, 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 상기 고액분리변기의 고체 수집부와 상기 혐기소화조 사이에 이들과 연통되어 있는 화장실 고체 폐기물 저장소를 포함할 수 있다. 상기 혐기소화조는 혼합기(182), 벤트(186), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 고액분리변기는 생물반응장치에서 처리할 수 있는 평균적 COD 양 이하의 양으로 액체 폐기물을 제공할 수 있도록 하는 고체 분리율 및 액체 분리율이 되도록 구성된 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 고액분리변기는 고체 분리율 및 액체 분리율이 50% 내지 100%이 되도록 구성된 것일 수 있다. 상기 고체 분리율은 유입 화장실 폐기물 중 고체 성분이 고체로 분리되는 비율을 나타낸다. 상기 고체 분리율은 유입 화장실 폐기물 중 총 현탁 고형분(total suspended solid, TSS)이 고체로 분리된 부분 중 총 고형분의 비율로서 계산될 수 있다. 상기 액체 분리율은 유입 화장실 폐기물 중 액체 성분이 액체로 분리되는 비율을 나타낸다. 상기 액체 분리율은 유입 화장실 폐기물 중 총 부피가 액체로 분리된 부분 중 총 부피의 비율로서 계산될 수 있다. 고체 분리율은 예를 들면, 60% 내지 100%, 70% 내지 100%, 80% 내지 100%, 90% 내지 100%, 95% 내지 100%, 97.5% 내지 100%, 60% 내지 95%, 70% 내지 90%, 80% 내지 95%, 90% 내지 95%, 95% 내지 97.5%, 또는 70% 내지 95%일 수 있다. 또한, 상기 액체 분리율은 예를 들면, 60% 내지 100%, 70% 내지 100%, 80% 내지 100%, 90% 내지 100%, 95% 내지 100%, 97.5% 내지 100%, 60% 내지 95%, 70% 내지 90%, 80% 내지 95%, 90% 내지 95%, 95% 내지 97.5%, 또는 70% 내지 95%일 수 있다. 예를 들면, 상기 고체는 90% 이상의 분리율로 분리되어 혐기소화조로 이송되어지고, 액체는 80% 이상의 분리율로 분리되어 생물처리장치로 이송될 수 있다. TSS는 Watman 934-AH나 이와 유사한 1~2 um 포어 크기(pore size) 수준을 가지는 필터를 통과하지 못하는 고체를 건조하여 하여 그 비율을 백분율로 계산할 수 있다.
상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템에 있어서, 상기 생물처리장치는 혐기소화조를 포함하지 않는 생물반응조 또는 이들의 조합일 수 있다. 혐기소화조를 포함하지 않는 생물반응조는 혐기조, 무산소조, 호기조 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있다. 상기 조합은 하나 이상의 무산소조와 하나 이상의 호기조가 연결되어 이전 반응조에서 처리된 화장실 액체 폐기물이 다음 반응조로 이송되어 연속으로 처리되는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 생물처리장치는 선택적으로 혐기소화조(anaerobic digestion bioreactor, AD)를 포함하는 것일 수 있다. 상기 혐기소화조는 혐기소화조를 포함하지 않는 생물반응조 또는 이들의 조합과 조합되어 배치될 수 있다. 상기 혐기소화조는 혐기소화조를 포함하지 않는 생물반응조 또는 이들의 조합의 전단에 배치되어 상기 고액분리변기로부터 이송되는 화장실 액체 폐기물이 유입되고 유기물을 혐기 소화시켜 가용화하는 것일 수 있다. 상기 혐기소화조는 그에 연결되어 있고 혐기소화조로부터 이송되는 혐기 소화된 화장실 액체 폐기물을 침전시키는 침전조를 더 포함할 수 있다. 상기 침전조는 화장실 액체 폐기물 중 침전된 고체 성분을 상기 연소장치로 이송할 수 있도록 연소장치와 연결된 것일 수 있다. 상기 침전조는 화장실 액체 폐기물 중 침전되지 않은 액체 성분을 이어지는 생물반응조, 예를 들면 혐기소화조를 포함하지 않는 생물반응조 또는 이들의 조합에 이송할 수 있도록 생물반응조와 연결된 것일 수 있다. 상기 혐기소화조는 혐기 소화 과정에서 발생된 기체를 배출하도록 형성된 벤트(vent)를 포함하는 것일 수 있다. 상기 기체는 CH4, CO2, 또는 N2 기체인 것일 수 있다. 상기 생물처리장치가 혐기소화조(180')를 포함하는 경우, 고체 폐기물을 혐기 소화하는 상기 혐기소화조(180)로부터 이송되는 혐기 소화된 폐기물은 혐기소화조를 포함하지 않는 생물반응조 또는 이들의 조합에 이송할 수 있다.
상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템에 있어서, 상기 살균장치는 가정용 화장실 폐기물 처리시스템이 속하는 기술분야에서 통상적으로 알려진 임의의 살균장치일 수 있다. 상기 살균장치는 상기 생물반응장치에 연결되어 사용될 수 있는 것일 수 있다. 상기 살균장치는 별도의 건물이 아닌 하나 건물 내에 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템의 다른 구성요소와 함께 배치된 것일 수 있다.
상기 살균장치는 살균매질(sterilization medium) 제공 장치일 수 있다. 상기 살균매질은 스팀, 열, 방사선(radiation), 플라스마, 오존, 증기화된 과산화수소, 증기화된 과아세트산(peracetic acid), 하나이상의 기체 살균제, 하나 이상의 액체 살균제, 또는 여과 매질(filtration medium)을 포함할 수 있다. 상기 살균장치는 가열기(heater), 방사선 조사기(radiation irradiator), 전기화학적 살균장치, 또는 여과장치(filtration device)를 포함할 수 있다. 상기 전기화학적 살균장치는 전극을 포함하고, 전극을 통해 물에 전류를 흘려 주어 살균종(sterilization species)의 전기화학적 생산(electrochemical production)을 유도하는 것일 수 있다. 살균종은 오존과 같은 물 자체로부터 생산되는 종 또는 염소 이온을 유리 염소로 산화시키는 것과 같은 물에 용해된 종으로부터 생산되는 것을 포함한다. 상기 살균장치는 예를 들면, 오존 발생기, 자외선 조사기, 오존 발생기 및 자외선 조사기, 가열기, 플라스마 발생기, 여과장치, 전기화학적 살균장치, 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 살균장치는 오존 발생기, 자외선 조사기, 또는 오존 발생기 및 자외선 조사기, 또는 전기화학적 살균장치를 포함하는 것일 수 있다. 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 상기 생물처리장치로부터 이송되는 생물처리된 액체 폐기물을 담는 살균 반응조를 포함하고, 상기 살균장치는 상기 살균 반응조에 살균 처리를 할 수 있도록 연결된 것일 수 있다. 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템에 있어서, 상기 연소장치는 상기 고체 폐기물을 담는 용기 및 상기 용기 중 상기 고체 폐기물에 열을 가하는 가열기를 포함하는 것일 수 있다. 상기 연소장치는 고체 폐기물을 연소하기 전에 건조하는 건조장치를 포함하는 것일 수 있다. 상기 연소장치는 상기 연소장치의 용기 내부로 연료를 분사하는 연료 분사기 및 용기 내부로 분사된 연료를 점화하는 점화기를 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 연소장치는 상기 건조장치의 용기와는 별도로 건조장치의 용기로부터 이송된 건조된 고체 폐기물을 담는 용기를 포함하는 것일 수 있다.
상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 상기 혐기소화조로부터 상기 연소장치로 이송되는 혐기 소화된 고체 폐기물 및 상기 생물처리장치로부터 상기 연소장치로 이송되는 생물처리된 고체 폐기물을 탈수하는 탈수장치를 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 탈수장치는 압착기(squeezer), 여과기, 또는 원심분리기를 포함하는 것일 수 있다. 상기 생물처리장치로부터 상기 연소장치로 이송되는 고체 폐기물은 생물분해 가능하지 않은 폐기물 또는 바이오매스인 것일 수 있다. 상기 생물처리장치로부터 상기 연소장치로 이송되는 고체 폐기물은 슬러지(sludge) 또는 활성화된 슬러지(sludge)일 수 있다. 따라서, 본 명세서에 있어서 용어 "고체 폐기물"은 고체 성분을 포함하는 것으로서 완전히 건조된 고체 폐기물뿐만 아니라 어느 정도 수분을 포함하는 것일 수 있다. 상기 고체 폐기물의 수분 함량은 예를 들면, 0 내지 99%, 0 내지 90%, 0 내지 70%, 0 내지 50%, 0 내지 40%, 5 내지 40%, 10 내지 40%, 15 내지 40%, 20 내지 40%, 또는 10 내지 30%인 것일 수 있다. 상기 탈수장치는 상기 혐기소화조 및 상기 연소장치 사이 또는 상기 생물처리장치 및 상기 연소장치 사이에 배치된 것일 수 있다.
상기 생물처리장치는 생물 처리된 폐기물을 침전시키는 침전조를 포함하는 것일 수 있다. 상기 침전조는 상기 생물처리장치의 생물 반응조로부터 생물 처리된 폐기물이 유입되도록 하는 유입구를 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 침전조는 침전물을 상기 생물처리장치의 생물 반응조로 반송하도록 상기 생물 반응조와 연통되어 있거나 및/또는 침전물을 상기 연소장치로 이송하도록 상기 연소장치와 연통되어 있는 것일 수 있다. 상기 침전조, 반응조 및/또는 연소장치는 이송되는 폐기물의 유량을 조절하기 위한 조절기, 예를 들면, 펌프, 밸브 등을 포함할 수 있다.
상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템에 있어서, 상기 생물처리장치는 물 저장소와 연통되어 있어 생물 처리된 물을 물 저장소로 이송할 수 있도록 되어 있는 것일 수 있다. 상기 물 저장소는 상기 고액분리변기의 플러시 워터 저장소인 것일 수 있다. 상기 생물처리장치는 물 저장소로 이송되는 물의 유량을 조절하기 위한 조절기, 예를 들면, 밸브 등을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 화장실 폐기물로부터 정화된 물을 플러시 워터로 사용하기 위하여 재순환하는 경로를 포함할 수 있다.
상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 상기 생물처리장치로부터 물 저장소로 이송되는 생물 처리된 물을 여과할 수 있도록 설치된 여과기를 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템에 있어서, 상기 생물처리장치는 생물처리 과정에서 발생된 기체를 배출하도록 형성된 벤트(vent)를 포함하는 것일 수 있다. 상기 기체는 CH4, CO2, N2, 또는 이들의 조합인 것일 수 있다.
상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템에 있어서, 상기 혐기소화조(180)는 혐기성 조건 및 혐기성 미생물을 포함하는 것일 수 있다. 상기 혐기성 조건은 진공, 생물학적 호흡 또는 불활성 기체(inert gas)를 주입하여 산소를 제거하여 이루어지는 것일 수 있다. 상기 혐기소화조는 진공 제공수단 및 N2와 같은 불활성 기체 공급 수단에 연결된 것일 수 있다. 상기 진공 제공수단은 펌프일 수 있다. 상기 불활성 기체 공급 수단은 N2 기체 공급기일 수 있다. 상기 혐기소화조는 혐기성 미생물을 포함하는 것일 수 있다. 상기 혐기성 미생물은 외부로부터 접종되거나 상기 생물처리장치로부터 슬러지 또는 활성화된 슬러지의 형태로 반송되어 제공되는 것일 수 있다.
상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 상기 혐기소화조로부터 이송된 혐기 소화된 고체 폐기물을 고체와 액체로 분리할 수 있도록 된 고액분리조(solid-liquid separation bioreactor)를 더 포함하고, 상기 혐기소화조는 혐기 소화된 고체 폐기물을 상기 고액분리조로 이송할 수 있도록 상기 고액분리조에 연결되어 있는 것일 수 있다. 상기 고액분리조는 침전조인 것일 수 있다. 상기 고액분리조는 분리된 고체 폐기물이 상기 연소장치로 이송될 수 있도록 상기 연소장치와 연통되어 있는 것일 수 있다. 상기 혐기소화조는 혐기 소화된 고체 폐기물 중 액체 성분을 상기 생물처리장치로 이송할 수 있도록 상기 생물처리장치와 연통되어 있는 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 혐기소화조의 상기 침전조는 혐기 소화된 고체 폐기물 중 액체 성분을 상기 생물처리장치로 이송할 수 있도록 상기 생물처리장치와 연통되어 있는 것일 수 있다. 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 상기 혐기소화조로부터 이송된 혐기 소화된 고체 폐기물을 고체와 액체로 분리할 수 있도록 된 고액분리조를 더 포함하고, 상기 혐기소화조는 혐기 소화된 고체 폐기물을 상기 고액분리조로 이송할 수 있도록 상기 고액분리조에 연결되어 있고, 상기 고액분리조는 혐기 소화된 고체 폐기물 중 액체 성분을 상기 생물처리장치로 이송할 수 있도록 상기 생물처리장치와 연통되어 있는 것일 수 있다.
상기 혐기소화조는 혐기 소화 과정에서 발생된 기체를 배출하도록 형성된 벤트(vent)를 포함하는 것일 수 있다. 상기 기체는 CH4, CO2 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것일 수 있다. 상기 벤트는 상기 연소장치로 이송될 수 있도록 연통되어 있고 상기 기체는 상기 연소장치에서 열을 발생하기 위한 연료로 사용되는 것일 수 있다. 상기 연소장치는 건조된 고체 폐기물을 연소하는 연소장치를 포함할 수 있다. 상기 벤트는 상기 연소장치로 이송될 수 있도록 연통되어 있고 상기 기체는 상기 연소장치에서 열을 발생하기 위한 연료로 사용되는 것일 수 있다.
일 구체예에서, 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 화장실 폐기물을 액체와 고체로 분리하는 고액분리변기(100), 상기 고액분리변기로부터 이송되는 화장실 액체 폐기물을 생물학적으로 처리하는 생물처리장치(120), 상기 고액분리변기로부터 이송되는 화장실 고체 폐기물을 혐기적 조건에서 생물학적으로 처리하는 혐기소화조(180), 상기 생물처리장치로부터 이송되는 생물처리된 액체 폐기물을 살균하는 살균장치(140), 및 상기 혐기소화조로부터 이송되는 혐기 소화된 고체 폐기물 및 상기 생물처리장치로부터 이송되는 고체 폐기물을 연소하는 연소장치(164)를 포함하고, 상기 생물처리장치는 생물 처리된 폐기물을 침전시키는 침전조를 포함하고, 상기 침전조는 상기 생물처리장치의 생물 반응조로부터 생물 처리된 폐기물이 유입되도록 하는 유입구를 포함하고, 침전물을 상기 생물처리장치의 생물 반응조로 반송하도록 상기 생물 반응조와 연통되어 있거나 및/또는 침전물을 상기 연소장치로 이송하도록 상기 연소장치와 연통되어 있는 것일 수 있다.
상기 살균장치는 가정용 화장실 폐기물 처리시스템이 속하는 기술분야에서 통상적으로 알려진 임의의 살균장치일 수 있다. 상기 살균장치는 상기 생물반응장치에 연결되어 사용될 수 있는 것일 수 있다. 상기 살균장치는 별도의 건물이 아닌 하나 건물 내에 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템의 다른 구성요소와 함께 배치된 것일 수 있다.
상기 살균장치는 살균매질(sterilization medium) 제공 장치일 수 있다. 상기 살균매질은 스팀, 열, 방사선(radiation), 플라스마, 오존, 증기화된 과산화수소, 증기화된 과아세트산(peracetic acid), 하나이상의 기체 살균제, 하나 이상의 액체 살균제, 또는 여과 매질(filtration medium)을 포함할 수 있다. 상기 살균장치는 가열기(heater), 방사선 조사기(radiation irradiator), 전기화학적 살균장치, 또는 여과장치(filtration device)를 포함할 수 있다. 상기 전기화학적 살균장치는 전극을 포함하고, 전극을 통해 물에 전류를 흘려 주어 살균종(sterilization species)의 전기화학적 생산(electrochemical production)을 유도하는 것일 수 있다. 살균종은 오존과 같은 물 자체로부터 생산되는 종 또는 염소 이온을 유리 염소로 산화시키는 것과 같은 물에 용해된 종으로부터 생산되는 것을 포함한다. 상기 살균장치는 예를 들면, 오존 발생기, 자외선 조사기, 오존 발생기 및 자외선 조사기, 가열기, 플라스마 발생기, 여과장치, 전기화학적 살균장치, 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 살균장치는 오존 발생기, 자외선 조사기, 또는 오존 발생기 및 자외선 조사기 및 상기 생물처리장치로부터 이송되는 생물처리된 액체 폐기물을 담는 살균 반응조를 포함할 수 있다. 상기 살균장치는 상기 살균 반응조에 살균 처리를 할 수 있도록 연결된 것일 수 있다. 상기 일 구체예에서, 상기 연소장치는 상기 고체 폐기물을 담는 용기 및 상기 용기 중 상기 고체 폐기물에 열을 가하는 가열기를 포함하는 것일 수 있다. 상기 연소장치는 건조된 고체 폐기물을 연소하는 연소장치를 포함하는 것일 수 있다. 상기 연소장치는 상기 연소장치의 용기 내부로 연료를 분사하는 연료 분사기 및 용기 내부로 분사된 연료를 점화하는 점화기를 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 연소장치는 상기 건조장치의 용기와는 별도로 건조장치의 용기로부터 이송된 건조된 고체 폐기물을 담는 용기를 포함하는 것일 수 있다.
상기 일 구체예에서, 상기 생물처리장치는 무산소조(A) 및 호기조(O), 무산소조(A) 및 호기조(O) 및 무산소조(A), 혐기조(anaerobic bioreactor) 및 무산소조(A) 및 호기조(A), 무산소조(A) 및 호기조(O) 및 무산소조(A) 및 호기조(O), 혐기조 및 호기조(O) 및 무산소조(A) 및 호기조(O) 및 무산소조(A), MUCT, UCT, 연속회분식 반응기(sequencing batch reactor), 부분 질산화조(Partial nitrification bioreactor) 및 Anammox 반응조, Anammox 반응조, 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있다.
상기 일 구체예에서, 상기 생물처리장치는 물 저장소와 연통되어 있어 생물 처리된 물을 물 저장소로 이송할 수 있도록 되어 있는 것일 수 있다. 상기 물 저장소는 상기 고액분리변기의 플러시 워터 저장소인 것일 수 있다. 따라서, 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 화장실 폐기물로부터 정화된 물을 플러시 워터로 사용하기 위하여 재순환하는 경로를 포함할 수 있다. 상기 일 구체예에서, 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 상기 생물처리장치로부터 물 저장소로 이송되는 생물 처리된 물을 여과할 수 있도록 설치된 여과기를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 일 구체예에서, 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 상기 혐기소화조로부터 이송된 혐기 소화된 고체 폐기물을 고체와 액체로 분리할 수 있도록 된 고액분리조를 더 포함하고, 상기 혐기소화조는 혐기 소화된 고체 폐기물을 상기 고액분리조로 이송할 수 있도록 상기 고액분리조에 연결되어 있는 것일 수 있다. 상기 고액분리조는 침전조인 것일 수 있다. 상기 고액분리조는 분리된 고체 폐기물이 상기 연소장치로 이송될 수 있도록 상기 연소장치와 연통되어 있는 것일 수 있다. 상기 혐기소화조는 혐기 소화된 고체 폐기물 중 액체 성분을 상기 생물처리장치로 이송할 수 있도록 상기 생물처리장치와 연통되어 있는 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 혐기소화조의 상기 침전조는 혐기 소화된 고체 폐기물 중 액체 성분을 상기 생물처리장치로 이송할 수 있도록 상기 생물처리장치와 연통되어 있는 것일 수 있다. 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 상기 혐기소화조로부터 이송된 혐기 소화된 고체 폐기물을 고체와 액체로 분리할 수 있도록 된 고액분리조를 더 포함하고, 상기 혐기소화조는 혐기 소화된 고체 폐기물을 상기 고액분리조로 이송할 수 있도록 상기 고액분리조에 연결되어 있고, 상기 고액분리조는 혐기 소화된 고체 폐기물 중 액체 성분을 상기 생물처리장치로 이송할 수 있도록 상기 생물처리장치와 연통되어 있는 것일 수 있다.
상기 혐기소화조는 혐기 소화 과정에서 발생된 기체를 배출하도록 형성된 벤트(vent)를 포함하는 것일 수 있다. 상기 기체는 CH4, CO2 또는 이들의 혼합물을
포함하는 것일 수 있다. 상기 벤트는 상기 연소장치로 이송될 수 있도록 연통되어 있다. 상기 기체는 상기 연소장치에서 열을 발생하기 위한 연료로 사용되는 것일 수 있다. 상기 연소장치는 화장실 폐기물을 연소하기 전에 건조하는 건조장치를 포함할 수 있다. 상기 벤트는 상기 연소장치로 이송될 수 있도록 연통되어 있는 것일 수 있다. 상기 기체는 상기 연소장치에서 열을 발생하기 위한 연료로 사용되는 것일 수 있다.
상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 고액분리변기, 혐기소화조, 생물처리장치, 살균장치, 및 연소장치를 포함한 구성요소가 하나의 건물내에 배치된 것일 수 있다. 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 배관을 통하여 건물 외부의 다른 요소와 연결되지 않은 형태이거나 여러 개의 분리형 변기를 배관으로 연결한 것일 수 있다. 상기 가정용 화장실은 가까이 거주하는 단독 가옥을 배관으로 연결하거나 연립 주택이나 아파트처럼 집단 가옥을 배관으로 연결하여 분리된 고체와 액체를 배관으로 이송하여 구성할 수 있다. 하지만, 기존의 폐수처리장과 같이 고체와 액체를 혼합하여 수십 킬로미터의 긴 배관으로 이송하는 것과는 구분된다.
도 5는 상기한 혐기소화조를 포함하는 가정용 화장실 폐기물 처리시스템의 일 예를 도식적으로 나타낸 도면이다. 도 5에서, 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 고액분리변기(100), 혐기소화조(180), 생물처리장치 (120), 살균장치 (140), 연소장치(164) 및 플러시 워터 저장소(220)를 포함한다. 고액분리변기 (100)는 화장실 폐기물 중 액체를 수용하도록 생물처리장치 (120)와 연결될 수 있고, 고체를 수용하도록 혐기소화조(180)와 연결될 수 있다. 상기 생물처리장치(120)는 혐기조, 무산소, 또는 이들의 조합을 포함하는 부분(122)과 산소조(124) 및 침전조(200)를 포함할 수 있다. 혐기조, 무산소, 또는 이들의 조합을 포함하는 부분(122)에서 처리된 화장실 폐기물은 산소조(124)로 이송할 수 있도록 연결될 수 있다. 산소조 (124)에서 처리된 화장실 폐기물은 침전조 (200)로 이송할 수 있도록 연결될 수 있다. 침전조(200)에서 침전된 일부 슬러지는 전단의 혐기조 또는 무산소조(122)로 보내어지거나 연소장치(164)로 보내어지도록 있도록 연결될 수 있다. 침전조(200)에서 처리된 화장실 폐기물 중 액체 부분은 살균장치 (140)로 이송되도록 연결될 수 있다. 살균장치 (140)에서 살균된 화장실 폐기물은 플러시 워터 저장소(220)로 이송될 수 있도록 연결될 수 있다. 살균장치 (140)와 플러시 워터 저장소(220) 사이에 필터(240)가 연결되어 살균장치 (140)에서 살균된 화장실 폐기물을 여과하여 플러시 워터 저장소(220)로 이송할 수 있다.
혐기소화조(180)는 혐기소화조(182)외에 선택적으로 고액분리조(184)를 더 포함할 수 있다. 혐기소화조(180)는 혐기 소화과정에서 발생하는 바이오가스를 배출하는 벤트(186)를 포함할 수 있다. 상기 벤트(186)는 연소장치(164)와 연결되어 있고, 바이오가스는 연소장치(164)로 이송되어 연소장치의 연료가 될 수 있다.
도 6은 도 5의 가정용 화장실 폐기물 처리시스템의 일 예를 사용한 화장실 폐기물의 처리 과정을 나타낸 흐름도의 일 예이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 화장실 폐기물은 고액분리변기(100)에서 액체 즉, 뇨 및 물과 고체 즉 분변 또는 물을 포함하는 분변으로 분리된다. 상기 액체는 생물처리장치(120)의 혐기조, 무산소 또는 이들의 조합을 포함하는 부분 (122) 및 산소조 (124)에서 각각 무산소 반응 및 호기 소화를 거친 후, 살균장치 (140)에서 살균 및 탈색된다. 다음으로, 살균된 폐기물은 선택적으로 여과된 후 플러시 워터 저장소 (220)로 이송된다. 상기 고체는 혐기소화조(180)에서 혐기 소화된 후 액체는 생물처리장치 (120)의 혐기조, 무산소 또는 이들의 조합을 포함하는 부분 (182) 및 산소조 (124)로 보내어지고, 남은 고체, 예를 들면 슬러지는 선택적으로 압착 또는 탈수되어 연소장치(164)에서 건조 및 연소되어 재로 된다. 이때 연소장치(164)에서 생성된 열의 일부는 탈수되고 얻어진 고체를 건조하는데 사용될 수 있다. 또한, 상기 혐기소화조(180)에서 혐기소화 과정에서 발생된 바이오가스는 상기 연소장치(164)로 보내어져 연료로 사용될 수 있다. 또한, 상기 혐기조화조(180)에서 혐기소화 후 일부 액체는 살균장치(140)로 보내어져 살균 또는 탈색될 수 있다. 또한, 상기 혐기소화조(180)에서 생성된 고체, 예를 들면 슬러지를 압착 또는 탈수하는 과정에서 생성된 액체는 생물처리장치 (120)의 혐기조, 무산소 또는 이들의 조합을 포함하는 부분(122) 및 산소조(124)로 보내어질 수 있다.
다른 양상은 화장실 폐기물을 고액분리변기에 투여하여 고체와 액체로 분리하는 단계; 분리된 고체는 연소장치로 이송하여 건조하고 분리된 액체는 생물처리장치로 이송하여 생물처리하는 단계; 생물처리된 액체는 살균장치로 이송하여 살균하는 단계; 생물처리된 액체 폐기물 중 일부 슬러지는 상기 연소장치로 이송하여 연소하고 일부는 상기 생물처리장치의 무산소조로 이송하여 미생물을 보충하는 단계;를 포함하는 화장실 폐기물을 처리하는 방법을 제공한다.
상기 고체와 액체로 분리하는 단계는 생물반응장치에서 처리할 수 있는 평균적 COD 양 이하의 양으로 액체 폐기물을 제공할 수 있도록 하는 고체 분리율 및 액체 분리율로 분리하는 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 고체와 액체로 분리하는 단계는
고체 분리율 및 액체 분리율이 50% 내지 100%이 되도록 분리하는 것일 수 있다. 상기 고체 분리율은 유입 화장실 폐기물 중 고체 성분이 고체로 분리되는 비율을 나타낸다. 상기 고체 분리율은 유입 화장실 폐기물 중 총 현탁 고형분(total suspended solid, TSS)이 고체로 분리된 부분 중 총 고형분의 비율로서 계산될 수 있다. 상기 액체 분리율은 유입 화장실 폐기물 중 액체 성분이 액체로 분리되는 비율을 나타낸다. 상기 액체 분리율은 유입 화장실 폐기물 중 총 부피가 액체로 분리된 부분 중 총 부피의 비율로서 계산될 수 있다. 고체 분리율은 예를 들면, 60% 내지 100%, 70% 내지 100%, 80% 내지 100%, 90% 내지 100%, 95% 내지 100%, 97.5% 내지 100%, 60% 내지 95%, 70% 내지 90%, 80% 내지 95%, 90% 내지 95%, 95% 내지 97.5%, 또는 70% 내지 95%일 수 있다. 또한, 상기 액체 분리율은 예를 들면, 60% 내지 100%, 70% 내지 100%, 80% 내지 100%, 90% 내지 100%, 95% 내지 100%, 97.5% 내지 100%, 60% 내지 95%, 70% 내지 90%, 80% 내지 95%, 90% 내지 95%, 95% 내지 97.5%, 또는 70% 내지 95%일 수 있다. 예를 들면, 상기 고체는 90% 이상의 분리율로 분리되어 연소장치로 이송되어지고, 액체는 80% 이상의 분리율로 분리되어 생물처리장치로 이송될 수 있다. 상기 분리는 대소변을 보는 것과 동시에 수행되는 것일 수 있다. 상기 분리는 대소변을 본 후 저장되지 않고 바로 분리되는 것일 수 있다. 상기 고액분리변기는 고체 수집부와 액체 수집부를 포함하는 것일 수 있다. TSS는 Watman 934-AH나 이와 유사한 1~2 um 포어 크기(pore size) 수준을 가지는 필터를 통과하지 못하는 고체를 건조하여 하여 그 비율을 백분율로 계산할 수 있다.
분리된 고체는 연소장치로 이송하여 건조하고 분리된 액체는 생물처리장치로 이송하여 생물처리하는 단계는 분리된 고체를 연소장치로 이송하기 전에 탈수하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 분리된 고체는 70% 내지 99%, 80% 내지 99%, 또는 90% 내지 99%의 수분 함량을 갖는 것일 수 있다. 상기 탈수는 압착기(squeezer), 원심분리기 및 여과기로 이루어진 군으로부터 선택된 장치에 의하여 수행될 수 있다. 상기 단계는 건조된 분리된 고체를 연소하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 연소는 연소장치에서 수행되는 것일 수 있다. 상기 연소장치는 상기 건조장치와 일체로 되어 있는 것일 수 있다.
상기 연소장치는 예를 들면, 상기 연소장치의 건조된 분리된 고체가 담겨져 있는 용기에 연료 분사장치 및 점화기를 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 건조장치는 상기 연소장치와 별개로 존재하는 것일 수 있다.
상기 방법에 있어서, 상기 생물처리장치는 무산소조(A) 및 호기조(O), 무산소조(A) 및 호기조(O) 및 무산소조(A), 혐기조(anaerobic bioreactor) 및 무산소조(A) 및 호기조(A), 무산소조(A) 및 호기조(O) 및 무산소조(A) 및 호기조(O), 혐기조 및 호기조(O) 및 무산소조(A) 및 호기조(O) 및 무산소조(A), MUCT, UCT, 연속회분식 반응기(sequencing batch reactor), 부분 질산화조(Partial nitrification bioreactor) 및 Anammox 반응조, Anammox 반응조, 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있다.
상기 생물처리장치는 그 말단에 침전조를 포함하는 것일 수 있다. 상기 생물처리장치는 상기 호기조로부터 그 전단에 있는 무산소조로 액체를 내부 반송할 수 있도록 연통되어 있는 것일 수 있다. 상기 호기조는 단독 또는 여러 호기조 중에 마지막에 위치하는 것일 수 있다. 상기 무산소조는 단독 또는 여러 무산소조 중에 가장 전단에 위치하는 것일 수 있다. 상기 생물처리장치는 내부 반송을 위한 내부 순환 펌프를 포함할 수 있다. 상기 호기조는 산소 공급기를 포함할 수 있다. 상기 무산소조는 호기조에서 질산화된 질산성 질소를 탈질 반응에 의하여 질소로 전환킬 수 있다. 상기 무산소조의 용존 산소 농도(DO)는 약 0 mg/L, 0 내지 0.2mg/L, 0 내지 0.15mg/L, 0 내지 0.1mg/L, 0 내지 0.05mg/L, 0 내지 0.01mg/L, 또는 0 내지 0.005mg/L일 수 있다. 상기 무산소조는 산소 공급기 대신 교반기를 포함할 수 있다. 상기 호기조는 혐기조에서 방출된 인을 미생물이 과잉 섭취하게 하여 제거하고 폐기물 중 암모니아성 질소를 질산성 질소로 질산화시킨다. 또한, 혐기소화조 및 무산소조에서 제거되지 않은 유기물도 함께 제거한다. 상기 호기조의 용존 산소 농도는 2.0 내지 3.0mg/L, 2.0 내지 2.5mg/L, 또는 2.5 내지 3.0mg/L일 수 있다. 상기 혐기소화조는 유기물을 분해하여 유기산을 생산하며 혐기 소화한다. 이때 미생물이 인을 방출할 수도 있다. 상기 혐기소화조는 혼합을 위하여 교반기를 포함할 수 있다. 상기 혐기소화조는 산소 공급기, 예를 들면 공기 공급기를 포함하지 않는 것일 수 있다. 상기 혐기소화조의 용존산소 농도는 약 0mg/L 또는 0mg/L 내지 0.005mg/L일 수 있다.
상기 살균하는 단계는 살균장치에 의하여 수행될 수 있다. 상기 살균장치는 가정용 화장실 폐기물 처리시스템이 속하는 기술분야에서 통상적으로 알려진 임의의 살균장치일 수 있다. 상기 살균장치는 상기 생물반응장치에 연결되어 사용될 수 있는 것일 수 있다. 상기 살균장치는 별도의 건물이 아닌 하나 건물 내에 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템의 다른 구성요소와 함께 배치된 것일 수 있다.
상기 살균장치는 살균매질(sterilization medium) 제공 장치일 수 있다. 상기 살균매질은 스팀, 열, 방사선(radiation), 플라스마, 오존, 증기화된 과산화수소, 증기화된 과아세트산(peracetic acid), 하나이상의 기체 살균제, 하나 이상의 액체 살균제, 또는 여과 매질(filtration medium)을 포함할 수 있다. 상기 살균장치는 가열기(heater), 방사선 조사기(radiation irradiator), 전기화학적 살균장치, 또는 여과장치(filtration device)를 포함할 수 있다. 상기 전기화학적 살균장치는 전극을 포함하고, 전극을 통해 물에 전류를 흘려 주어 살균종(sterilization species)의 전기화학적 생산(electrochemical production)을 유도하는 것일 수 있다. 살균종은 오존과 같은 물 자체로부터 생산되는 종 또는 염소 이온을 유리 염소로 산화시키는 것과 같은 물에 용해된 종으로부터 생산되는 것을 포함한다. 상기 살균장치는 예를 들면, 오존 발생기, 자외선 조사기, 오존 발생기 및 자외선 조사기, 가열기, 플라스마 발생기, 여과장치, 전기화학적 살균장치, 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 살균은 자외선 조사기, 오존 발생기 또는 자외선 조사기 및 오존 발생기에 의하여 수행하는 것일 수 있다. 상기 살균은 생물처리된 액체를 오존을 포함하는 액체로 접촉시켜 이루어지는 것일 수 있다. 상기 접촉은 상기 생물처리된 액체와 오존을 포함하는 액체를 향류(counter current) 방향으로 흘려줌으로써 이루어지는 것일 수 있다.
상기 살균하는 단계에서 살균된 액체를 플러시 워터 저장조로 이송하는 단계를 포함하는 것일 수 있다. 상기 액체는 물일 수 있다. 상기 방법은 또한 상기 살균된 액체를 상기 플러시 워터 저장조로 이송하기 전에 여과하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은 생물처리된 액체 폐기물 중 일부 슬러지는 상기 연소장치로 이송하여 건조하고 일부는 상기 생물처리장치의 무산소조로 이송하여 미생물을 보충하는 단계를 포함한다.
상기 단계에 있어서, 상기 슬러지는 상기 침전조에서 침전된 것일 수 있다. 상기 무산소조로 이송되는 슬러지의 비율은 호기조의 미생물 농도(MLSS, Mixed liquor suspended solids) 농도를 유지하기 위해 0% 내지 100%에서 조절될 수 있으며, 통상 20% 내지 60%일 수 있다. 상기 연소장치로 이송되는 슬러지의 비율은 무산소조로 반송되고 남은 슬러지량으로 0% 내지 100%에서 조될되고, 통상 40% 내지 80%일 수 있다.
상기 방법은 화장실 폐기물을 가정용 화장실 폐기물 처리시스템의 고액분리변기에 투여하는 단계를 포함하는 화장실 폐기물을 처리하는 방법으로서, 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 화장실 폐기물을 액체와 고체로 분리하는 고액분리변기(100), 상기 고액분리변기로부터 이송되는 화장실 액체 폐기물을 생물학적으로 처리하는 생물처리장치(120), 상기 생물처리장치로부터 이송되는 생물처리된 액체 폐기물을 살균하는 살균장치(140), 및 상기 고액분리변기로부터 이송되는 화장실 고체 폐기물 및 상기 생물처리장치로부터 이송되는 고체 폐기물을 건조하는 연소장치(164)를 포함하는 것인 방법일 수 있다. 상기 화장실 폐기물을 가정용 화장실 폐기물 처리시스템에 대하여는 상기한 바와 같다.
다른 양상은 화장실 폐기물을 고액분리변기에 투여하여 고체와 액체로 분리하는 단계; 분리된 고체는 혐기소화조로 이송하여 혐기 소화시키는 단계; 상기 분리하는 단계에서 분리된 액체 및 상기 혐기 소화시키는 단계에서 가용화된 액체 폐기물은 생물처리장치로 이송하여 생물처리하는 단계; 생물처리된 액체는 살균장치로 이송하여 살균하는 단계; 상기 생물처리하는 단계에서 생물처리된 액체 폐기물 중 일부 슬러지는 상기 연소장치로 이송하여 건조하고 일부는 상기 생물처리장치의 무산소조로 이송하여 미생물을 보충하는 단계; 및 상기 혐기 소화시키는 단계에서 얻어진 슬러지는 상기 연소장치로 이송하여 건조하는 단계;를 포함하는 화장실 폐기물을 처리하는 방법을 제공한다.
상기 고체와 액체로 분리하는 단계는 생물반응장치에서 처리할 수 있는 평균적 COD 양 이하의 양으로 액체 폐기물을 제공할 수 있도록 하는 고체 분리율 및 액체 분리율로 분리하는 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 고체와 액체로 분리하는 단계는 고체 분리율 및 액체 분리율이 50% 내지 100%이 되도록 분리하는 것일 수 있다. 상기 고체 분리율은 유입 화장실 폐기물 중 고체 성분이 고체로 분리되는 비율을 나타낸다. 상기 고체 분리율은 유입 화장실 폐기물 중 총 현탁 고형분(total suspended solid, TSS)이 고체로 분리된 부분 중 총 고형분의 비율로서 계산될 수 있다. 상기 액체 분리율은 유입 화장실 폐기물 중 액체 성분이 액체로 분리되는 비율을 나타낸다. 상기 액체 분리율은 유입 화장실 폐기물 중 총 부피가 액체로 분리된 부분 중 총 부피의 비율로서 계산될 수 있다. 고체 분리율은 예를 들면, 60% 내지 100%, 70% 내지 100%, 80% 내지 100%, 90% 내지 100%, 95% 내지 100%, 97.5% 내지 100%, 60% 내지 95%, 70% 내지 90%, 80% 내지 95%, 90% 내지 95%, 95% 내지 97.5%, 또는 70% 내지 95%일 수 있다. 또한, 상기 액체 분리율은 예를 들면, 60% 내지 100%, 70% 내지 100%, 80% 내지 100%, 90% 내지 100%, 95% 내지 100%, 97.5% 내지 100%, 60% 내지 95%, 70% 내지 90%, 80% 내지 95%, 90% 내지 95%, 95% 내지 97.5%, 또는 70% 내지 95%일 수 있다. 예를 들면, 상기 고체는 90% 이상의 분리율로 분리되어 혐기소화조로 이송되어지고, 액체는 80% 이상의 분리율로 분리되어 생물처리장치로 이송될 수 있다. 상기 분리는 대소변을 보는 것과 동시에 수행되는 것일 수 있다. 상기 분리는 대소변을 본 후 저장되지 않고 바로 분리되는 것일 수 있다. 상기 고액분리변기는 고체 수집부와 액체 수집부를 포함하는 것일 수 있다.
상기 방법은 분리된 고체는 혐기소화조로 이송하여 혐기 소화시키는 단계를 포함한다. 상기 혐기소화조는 유기물을 분해하여 유기산을 생산하며 혐기 소화한다. 이때 미생물이 인을 방출할 수도 있다. 상기 혐기소화조는 혼합을 위하여 교반기를 포함할 수 있다. 상기 혐기소화조는 산소 공급기, 예를 들면 공기 공급기를 포함하지 않는 것일 수 있다. 상기 혐기소화조의 용존산소 농도는 약 0mg/L 또는 0mg/L 내지 0.005mg/L 일 수 있다.
상기 방법은 상기 분리하는 단계에서 분리된 액체 및 상기 혐기 소화시키는 단계에서 가용화된 액체 폐기물은 생물처리장치로 이송하여 생물처리하는 단계를 포함한다.
상기 단계에 있어서, 상기 생물처리장치는 혐기소화조를 포함하지 않는 생물반응조 또는 이들의 조합일 수 있다. 혐기소화조를 포함하지 않는 생물반응조는 혐기조, 무산소조, 호기조 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있다. 상기 조합은 하나 이상의 무산소조와 하나 이상의 호기조가 연결되어 이전 반응조에서 처리된 화장실 액체 폐기물이 다음 반응조로 이송되어 연속으로 처리되는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 생물처리장치는 선택적으로 혐기소화조(anaerobic digestion bioreactor, AD)를 포함하는 것일 수 있다. 상기 혐기소화조는 혐기소화조를 포함하지 않는 생물반응조 또는 이들의 조합과 조합되어 배치될 수 있다. 상기 혐기소화조는 혐기소화조를 포함하지 않는 생물반응조 또는 이들의 조합의 전단에 배치되어 상기 고액분리변기로부터 이송되는 화장실 액체 폐기물이 유입되고 유기물을 혐기 소화시켜 가용화하는 것일 수 있다. 상기 혐기소화조는 그에 연결되어 있고 혐기소화조로부터 이송되는 혐기 소화된 화장실 액체 폐기물을 침전시키는 침전조를 더 포함할 수 있다. 상기 침전조는 화장실 액체 폐기물 중 침전된 고체 성분을 상기 연소장치로 이송할 수 있도록 연소장치와 연결된 것일 수 있다. 상기 침전조는 화장실 액체 폐기물 중 침전되지 않은 액체 성분을 이어지는 생물반응조, 예를 들면 혐기소화조를 포함하지 않는 생물반응조 또는 이들의 조합에 이송할 수 있도록 생물반응조와 연결된 것일 수 있다. 상기 혐기소화조는 혐기 소화 과정에서 발생된 기체를 배출하도록 형성된 벤트(vent)를 포함하는 것일 수 있다. 상기 기체는 CH4, CO2, 또는 N2 기체인 것일 수 있다. 상기 생물처리장치가 혐기소화조(180')를 포함하는 경우, 고체 폐기물을 혐기 소화하는 상기 혐기소화조(180)로부터 이송되는 혐기 소화된 폐기물은 혐기소화조를 포함하지 않는 생물반응조 또는 이들의 조합에 이송할 수 있다.
상기 생물처리장치는 그 말단에 침전조를 포함하는 것일 수 있다. 상기 생물처리장치는 상기 호기조로부터 그 전단에 있는 무산소조로 액체를 내부 반송할 수 있도록 연통되어 있는 것일 수 있다. 상기 호기조는 단독 또는 여러 호기조 중에 마지막에 위치하는 것일 수 있다. 상기 무산소조는 단독 또는 여러 무산소조 중에 가장 전단에 위치하는 것일 수 있다. 상기 생물처리장치는 내부 반송을 위한 내부 순환 펌프를 포함할 수 있다. 상기 호기조는 산소 공급기를 포함할 수 있다. 상기 무산소조는 호기조에서 질산화된 질산성 질소를 탈질 반응에 의하여 질소로 전환킬 수 있다. 상기 무산소조의 용존 산소 농도 (DO)는 약 0 mg/L, 0 내지 0.2mg/L, 0 내지 0.15mg/L, 0 내지 0.1mg/L, 0 내지 0.05mg/L, 0 내지 0.01mg/L, 또는 0 내지 0.005mg/L 일 수 있다. 상기 무산소조는 산소 공급기 대신 교반기를 포함할 수 있다. 상기 호기조는 혐기소화조에서 방출된 인을 미생물이 과잉 섭취하여 제거시키고 폐기물 중 암모니아성 질소를 질산성 질소로 질산화시킨다. 또한, 혐기소화조 및 무산소조에서 제거되지 않은 유기물도 함께 제거한다. 상기 호기조의 용존 산소 농도는 0.2 내지 7.0mg/L, 1.0 내지 7.0mg/L, 1.0 내지 5.0mg/L, 1.0 내지 4.0mg/L, 또는 1.0 내지 3.0mg/L일 수 있다. 상기 혐기소화조는 유기물을 분해하여 유기산을 생산하며 혐기 소화한다. 이때 미생물이 인을 방출할 수도 있다. 상기 혐기소화조는 혼합을 위하여 교반기를 포함할 수 있다. 상기 혐기소화조는 산소 공급기, 예를 들면 공기 공급기를 포함하지 않는 것일 수 있다. 상기 혐기소화조의 용존산소 농도는 약 0mg/L 또는 0mg/L 내지 0.005mg/L 일 수 있다.
상기 생물처리장치로 이송되는 혐기 소화시키는 단계에서 가용화된 액체 폐기물의 비율은 10% 내지 100%일 수 있다.
상기 살균하는 단계는 자외선 조사기, 오존 발생기 또는 자외선 조사기 및 오존 발생기 상기 살균하는 단계에서 살균된 액체를 플러시 워터 저장조로 이송하는 단계를 포함하는 것일 수 있다. 상기 액체는 물일 수 있다. 상기 방법은 또한 상기 살균된 액체를 상기 플러시 워터 저장조로 이송하기 전에 여과하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 생물처리하는 단계에서 생물처리된 액체 폐기물 중 일부 슬러지는 상기 연소장치로 이송하여 연소하고 일부는 상기 생물처리장치의 무산소조로 이송하여 미생물을 보충하는 단계; 및 상기 혐기 소화시키는 단계에서 얻어진 슬러지는 상기 연소장치로 이송하여 연소하는 단계를 포함한다.
상기 단계들에 있어서, 생물처리된 액체 폐기물 중 일부 슬러지 및 상기 혐기 소화시키는 단계에서 얻어진 슬러지를 연소장치로 이송하기 전에 탈수하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 탈수 슬러지는 60 내지 90%의 수분 함량을 갖는 것일 수 있다. 상기 탈수는 압착기(squeezer), 원심분리기 및 여과기로 이루어진 군으로부터 선택된 장치에 의하여 수행될 수 있다. 상기 단계들은 건조된 분리된 고체를 연소하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 건조 슬러지는 0% 내지 40%의 수분 함량을 갖는 것일 수 있다. 상기 연소는 연소장치에서 수행되는 것일 수 있다. 상기 연소장치는 상기 건조장치와 일체로 되어 있는 것일 수 있다. 상기 연소장치는 예를 들면, 상기 연소장치의 건조된 분리된 고체가 담겨져 있는 용기에 연료 분사장치 및 점화기를 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 건조장치는 상기 연소장치와 별개로 존재하는 것일 수 있다.
상기 단계들에 있어서, 상기 슬러지는 상기 침전조에서 침전된 것일 수 있다. 상기 무산소조로 이송되는 슬러지의 비율은 호기조의 미생물 농도(MLSS, Mixed liquor suspended solids)를 유지하기 위해 0% 내지 100%에서 조절될 수 있으며, 통상 20% 내지 60%일 수 있다. 상기 연소장치로 이송되는 슬러지의 비율은 무산소조로 반송되고 남은 슬러지량으로 0% 내지 100%에서 조될되고, 통상 40% 내지 80%일 수 있다.
상기 무산소조는 단독 또는 여러 무산소조 중에 가장 전단에 위치하는 것일 수 있다. 상기 생물처리장치는 내부 반송을 위한 내부 순환 펌프를 포함할 수 있다. 상기 호기조는 산소 공급기를 포함할 수 있다. 상기 무산소조는 호기조에서 질산화된 질산성 질소를 탈질 반응에 의하여 질소로 전환킬 수 있다. 상기 무산소조의 용존 산소 농도(DO)는 약 0 mg/L, 0 내지 0.2mg/L, 0 내지 0.15mg/L, 0 내지 0.1mg/L, 0 내지 0.05mg/L, 0 내지 0.01mg/L, 또는 0 내지 0.005mg/L일 수 있다. 상기 무산소조는 산소 공급기 대신 교반기를 포함할 수 있다. 상기 호기조는 혐기소화조에서 방출된 인을 미생물이 과잉 섭취하여 제거시키고 폐기물 중 암모니아성 질소를 질산성 질소로 질산화시킨다. 또한, 혐기소화조 및 무산소조에서 제거되지 않은 유기물도 함께 제거한다. 상기 호기조의 용존 산소 농도는 0.2 내지 7.0mg/L, 1.0 내지 7.0mg/L, 1.0 내지 5.0mg/L, 1.0 내지 4.0mg/L, 또는 1.0 내지 3.0mg/L일 수 있다. 상기 혐기소화조는 유기물을 분해하여 유기산을 생산하며 혐기 소화한다. 이때 미생물이 인을 방출할 수도 있다. 상기 혐기소화조는 혼합을 위하여 교반기를 포함할 수 있다. 상기 혐기소화조는 산소 공급기, 예를 들면 공기 공급기를 포함하지 않는 것일 수 있다. 상기 혐기소화조의 용존산소 농도는 약 0mg/L 또는 0mg/L 내지 0.005mg/L일 수 있다.
도 1은 상기한 가정용 화장실 폐기물 처리시스템의 일 예를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 가정용 화장실 폐기물 처리시스템의 일 예를 사용한 화장실 폐기물의 처리 과정을 나타낸 흐름도의 일 예이다.
도 3은 혐기소화조(180')를 포함하는 상기한 가정용 화장실 폐기물 처리시스템의 일 예를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 혐기소화조(180')를 포함하는 가정용 화장실 폐기물 처리시스템의 일 예를 사용한 화장실 폐기물의 처리 과정을 나타낸 흐름도의 일 예이다.
도 5는 상기한 혐기소화조를 포함하는 가정용 화장실 폐기물 처리시스템의 일 예를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 가정용 화장실 폐기물 처리시스템의 일 예를 사용한 화장실 폐기물의 처리 과정을 나타낸 흐름도의 일 예이다.
도 7은 AD-AO 반응기를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 AD-mAO 반응기를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 AD-mAO 반응기에 연결된 오존 발생기 및 그를 이용한 AD-mAO 유출수를 살균하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 10은 청구된 가정용 화장실 폐기물 처리시스템 및 그를 이용한 l일 10인분 화장실 폐기물을 처리하는 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 11은 혐기조를 포함한 청구된 가정용 화장실 폐기물 처리시스템의 일 예를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 12는 청구된 가정용 화장실 폐기물 처리시스템의 또다른 일 예를 도식적으로 나타낸 도면이다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 호기조를 포함하는 생물처리장치 및 그를 이용한 화장실 폐기물 처리
본 실시예에서는 호기조를 포함하는 여러 반응기를 제조하고 이를 사용하여 화장실 폐기물을 처리하였다. 상기 화장실 폐기물은 스위스 연방 수생과학기술연구소(Swiss federal institute of aquatic science and technology, EAWAG)에서 보고한 플러시 워터를 포함하고 종이는 포함하지 않은 모사 분변(simulant feces) 및 뇨(simulant urine)을 사용하였다. 그 후 실제 분변과 뇨를 사용하여 재검증하였다.
반응기는 다음의 4가지 반응기를 제조하였다.: AO, AOA, AD-AO, AD-mAO
여기서, A는 무산소조를 나타내고, O는 호기조를 나타내고, AD는 혐기소화조를 나타내고, mAO는 무산소와 호기조가 연결된 단위가 정수 m번 반복되는 것을 나타낸다. 본 실시예에서는 m=4인 것을 사용하였다. AO는 무산소조와 호기조가 연속적으로 배치되어 있고, 무산소조에서 처리된 액체 폐기물이 호기조로 이송될 수 있도록 연결되어 있는 것을 나타낸다. AOA는 AO에서 호기조에서 처리된 액체 폐기물이 추가의 무산소조로 이송될 수 있도록 추가의 무산소조와 연결되어 있는 것을 나타낸다. 상기 호기조는 산소를 공급하기 위한 산소 공급 장치를 포함한다. 상기 산소 공급 장치는 스파르저 또는 공기 공급 장치일 수 있다. 상기 혐기소화조 및 무산소조는 교반기를 포함할 수 있다. 상기 AD-AO는 혐기소화조와 AO가 연결된 것으로서, 상기 AO에서, 호기조에서 처리된
액체 폐기물을 무산소조로 내부 반송할 수 있도록 무산소와 호기조는 연결된 것일
수 있다. 상기 AD-AO는 간단하고 소형화 가능성이 높다. AD-mAO는 혐기소화조에 AO가 4단 연속 연결된 것으로서, 에너지 절감과 처리율 증대를 위하여 AO를 반복 적용한 것이다. AD에서 미분해된 고체는 침전시켜 주기적으로 제거하였다. 따라서,
상기 AD 반응조는 침전조에 연결된 것일 수 있다.
10인분의 모사 분변과 뇨를 각 반응기에 처리하였다. 모사 분변과 뇨는 R. Penn et al., Water Research 132 (2018) 222-240에 기술된 방법으로 제조되었으며, 모사 뇨는 해당 논문에 언급된 Colon et al. 2015의 방법을 따라 제조하였다.
1인분의 모사 분변과 뇨는 분변 3kg/일 및 뇨 15L/ 일 및 플러스 위터 100L/일을 포함한다. 상기 분변은 75% 수분을 포함하고, 상기 뇨는 96% 수분을 포함한다. 표 1은 모사 분뇨의 성분을 나타낸 것이다.
단위 분변 뇨
양 /사람/일 300g(젖은, 약 75% 수분) 1.5L
COD mg/L 334,087 783
g/사람/일 100.2 9.0
TN mg/L 5,000 948
g/사람/일 1.5 9.8
TP mg/L 975 91
g/사람/일 0.3 1.1
먼저, AO와 AOA 반응기에 대하여는 액체와 고체 분리 없이 모사 분뇨 1일 당 10인분을 무산소조(A)에 투입하고 무산소 및 호기 반응을 연속으로 진행하였다. 그 결과, AO와 AOA의 최종 반응조 즉 호기조 및 무산소조에서 유출되는 유출수에 대하여 수질을 평가하였다.ISO 30500에 따른 화장실 폐기물 처리 기준은 다음 표 2에 기재된 바와 같다(Doulaye Kone, World Toilet Summit, Expo. Sao Paolo, Brazil, Nov. 18-19, 2019.).
유출수 품질 카테고리 A 카테고리 B
COD (mg/l) ≤ 50 ≤ 150
TSS (mg/l) ≤ 10 ≤ 30
총 질소(TN) ≥ 70% 감소
총 인(TP) ≥ 80% 감소
pH 6 내지 9
표 2에서, 카테고리 A는 제한되지 않은 도시 사용(unrestricted urban uses)에 대한 임계치이다. 카테고리 B는 지표수로의 배출 또는 다른 제한된 도시사용(restricted urban uses)에 대한 임계치이다.그 결과, AO와 AOA 반응기에 대하여는 액체와 고체 분리 없이 모사 분뇨를 투입하여 처리한 경우, COD 및 탁도가 높았다. 한편, AD-AO 및 AD-mAO 반응기에는 액체와 고체를 분리된 1일 당 10인분을 혐기소화조(AD)에 투입하고 혐기소화조에서 가용화된 액체만을 무산소조(A) 및 호기조(O)에 흘려가도록 하였다. 그 결과, AD-AO 및 AD-mAO의 최종 반응조 즉 호기조에서 유출되는 유출수에 대하여 수질을 평가하였다.
도 7은 AD-AO 반응기를 도식적으로 나타낸 도면이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, AD-AO 반응기는 혐기소화조, 무산소조, 호기조 및 침전조를 포함한다. 상기 혐기소화조는 화장실 액체 폐기물이 유입되는 유입구를 포함할 수 있다. 상기 혐기소화조 및 무산소조는 액체 화장실 폐기물을 교반하기 위한 교반기를 포함할 수 있다. 상기 혐기 소화된 액체 화장실 폐기물을 무산소조로 이송할 수 있도록 연결되어 있다. 또한, 상기 무산소조는 무산소 처리된 액체 화장실 폐기물을 호기조로 이송할 수 있도록 연결되어 있다. 상기 호기조는 호기 처리된 액체 화장실 폐기물을 상기 침전조로 이송할 수 있도록 연결되어 있다. 또한, 상기 호기조는 호기 처리된 액체 화장실 폐기물의 일부를 상기 무산소조로 반송할 수 있도록 연결되어 있다. 또한, 상기 호기조는 산소 또는 공기 공급 장치를 포함한다. 상기 침전조는 침전된 폐기물을 상기 무산소조로 외부반송하도록 상기 무산소조와 연결되어 있다. 따라서, 상기 침전조의 침전된 폐기물은 상기 무산소조로 외부 반송될 수 있다. 또한, 상기 침전조는 침전된 폐기물을 상기 연소장치로 이송하도록 상기 연소장치와 연결되어 있다. 따라서, 상기 침전조의 침전된 폐기물은 상기 연소장치로 이송될 수 있다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 혐기소화조(AD)에서는 탄소 가용화 작용이 일어나고, 무산소조(A)에서는 탈질 반응이 일어나고, 상기 호기조(O)에서는 질산화 반응이 일어난다.
표 3은 매일 1일 당 10인분의 모사 분뇨를 고액 분리한 후, 분리된 액체를 혐기소화조에 투여하고 3 개월 동안 운전한 후 유출된 유출수의 품질을 평가한 결과를 나타낸다. 상기 혐기소화조의 온도는 35℃였고, 호기조의 온도는 25℃였고, 3개월 동안 운전하였다.
항목 유입수(mg/L) 유출수(mg/L) 제거율(%) ISO 기준 비고
TCOD 8,909 334 96 < 150 mg/L 추가 오존 처리 필요
TN 1021 229 78 > 70% 기준달성
또한, 동일한 AD-AO 반응기를 사용하고 모사 분뇨 대신 실제 분뇨를 사용하여 동일한 과정에 따라 처리하였다. 그 결과, 표 4에 나타내었다. 표 4에 나타낸 바와 같이, COD 및 TN 값은 모사 분뇨를 사용한 것에 비하여 유사하거나 우수하였다.
항목 유입수(mg/L) 유출수(mg/L) 제거율(%) ISO 기준 비고
TCOD 10775 520 95 < 150 mg/L 추가 오존 처리 필요
TN 1006 212 79 > 70% 기준달성
도 8은 AD-mAO 반응기를 도식적으로 나타낸 도면이다. 도 8에 나타낸 바와 같이, AD-mAO 반응기는 혐기소화조, 및 4-단 연속 무산소조 및 호기조를 포함한다. 상기 혐기소화조는 화장실 액체 폐기물이 유입되는 유입구를 포함할 수 있다. 상기 혐기소화조 및 무산소조는 액체 화장실 폐기물을 교반하기 위한 교반기를 포함할 수 있다. 상기 혐기소화된 액체 화장실 폐기물을 무산소조로 이송할 수 있도록 연결되어 있다. 또한, 상기 무산소조는 무산소 처리된 액체 화장실 폐기물을 호기조로 이송할 수 있도록 연결되어 있다. 상기 호기조는 호기 처리된 액체 화장실 폐기물을 그 이유에 설치된 무산소조로 이송할 수 있도록 연결되어 있다.
또한, 마지막에 위치한 상기 호기조는 호기 처리된 액체 화장실 폐기물의 일부를 상기 무산소조로 반송할 수 있도록 연결되어 있다. 또한, 상기 호기조는 산소 또는 공기 공급 장치를 포함한다. 도 8에서, 무산소조와 호기조는 공기공급(aeration) 정도에 따라 용존 산소의 양에 따라 구분된다.
표 5는 매일 1일 당 10인분의 모사 분뇨를 사용하여 고액 분리한 후, 분리된 액체를 혐기소화조에 투여하고 2개월 동안 운전한 후 유출된 유출수의 품질을 평가한 결과를 나타낸다. 상기 혐기소화조의 온도는 35℃에서 25℃로 내려 유지하였고, 호기조의 온도는 25℃였고, 2개월 동안 운전하였다. 또한, 상기 호기조는 미생물의 농도를 높이고 미생물 농도의 안정화를 위한 미생물 담체를 포함한다.
항목 유입수
(mg/L)		 유출수
(mg/L)		 제거율(%) ISO 기준 비고
TCOD 8,909 270 내지 340 97 < 150 mg/L 추가 오존 처리 필요
TN 1021 220 78 > 70% 기준달성
표 3, 표 4, 및 표 5에 나타낸 바와 같이, AD-AO 및 AD-mAO 반응기를 사용하고, 화장실 폐기물을 고액 분리한 후 액체 폐기물만을 반응기에 도입하여 처리한 결과, COD는 약 300mg/L 수준으로 양호하였으나, ISO 30500 기준 내에 포함되지 않았다. TN 제거율은 78%로서 ISO 30500 기준 내에 포함되었다. 따라서, 상기 유출수는 ISO 30500 기준에 따른 COD 요건을 충족시키기 위하여 추가적인 COD 절감 공정이 필요하다는 것을 나타낸다. 상기 COD 절감 공정은 예를 들면, 오존 처리나 막 여과 등일 수 있다. 상기 오존 처리는 살균뿐만 아니라 COD 절감, 및 탁도 절감의 효과도 있는 것으로 아래 실시예2에서 확인되었다.
실시예 2: 오존 발생기 및 호기조를 포함하는 생물처리장치 및 그를 이용한 화장실 폐기물 처리
본 실시예는 호기조를 포함하는 생물처리장치에 살균장치로서 오존 처리장치를 연결하여 오존 처리장치 및 호기조를 포함하는 생물처리장치를 만들고, 이를 이용하여 화장실 폐기물을 처리하였다. 호기조를 포함하는 생물처리장치는 실시예1에 설명된 AD-mAO(m=4) 반응기를 사용하였으며, AD-mAO(m=4) 반응기로부터 이송되는 유출수가 오존 처리장치에서 오존 처리가 되도록 오존 처리장치를 배치하였다. 오존 처리장치는 오존 발생기 및 발생된 오존을 담거나 흘려주기 위한 용기를 포함한다. 상기 용기는 오존과 유출수가 접촉하는 면적을 높이기 위하여 오존화된 공기의 버블 크기를 소형화하고, 유출수가 흐르는 방향에 대하여 향류 유체 흐름(countercurrent fluid flow)이 되도록 오존 발생기가 연결되어 있다. 또한, 상기 용기는 오존 발생기로부터 공급된 오존화된 공기와 AD-mAO(m=4) 반응기로부터 이송되는 유출수가 향류 유체 흐름(countercurrent fluid flow)이 되도록 하는 구획(compartment)을 복수 개, 예를 들면 5개 구획을 갖도록 하였다. 상기 오존 발생기는 OzeneTech 사의 LAB-I 장비(소비전력 180W)를 사용하였다.
상기 오존 발생기는 고주파를 발생시켜 공기 중 산소를 오존으로 변환하도록 한다. 상기 오존 발생기에 의한 전력 소모를 줄이기 위하여, 유출수 색도 및 COD 저감 조건을 온/오프 제어를 통하여 탐색하였다. 그 결과, 유출수 COD에 따른 기준 달성을 위한 처리 시간 및 요구 에너지는 표 5에 나타낸 바와 같다. 유출수 색도는 오존 처리 후 탁한 상태에서 맑은 상태로 변하였다.
유출수
COD(mg/L)		 목표
COD(mg/L)		 요구 제거율(%) 기준 달성 위한 처리시간(hr/d) 요구 에너지(kWh/d)
300 150 50 5.3 0.95
350 150 57 9.2 1.66
400 150 63 12 2.16
표 6에 나타낸 바와 같이, 유출수 TCOD가 300mg/L인 경우 목표 150mg/L 달성을 위해 5.3 시간의 기기 가동이 필요하고 약 0.95 kWh/d의 전력이 요구되었다. 또한, 유출수 TCOD가 350mg/L 및 400mg/L로 증가함에 따라서, 기준 달성 시간 및 요구 에너지가 증가하였다. 이는 에너지 절감을 위하여 유출수 COD를 낮추는 것이 필요하다는 것을 나타낸다. 통상 미생물의 살균은 1시간 이내의 오존 처리만으로 충분하다. 또한, 상기 오존 처리를 통한 화장실 액체 폐기물의 살균, COD 저감 및 색도 절감은 UV 조사의 병용에 의하여 증가될 수 있다. 그외 청구된 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 생물처리장치 및 혐기소화조 또는 고액분리변기로부터 고체 폐기물을 연소장치로 이송하여 건조 및 연소시킬 수 있다. 청구된 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 미생물뿐만 아니라 기생충류 살균이 고체 처리 과정에서 수행할 수 있다. 그에 따라 화장실 액체 폐기물에 잔류는 COD는 저감된다. 도 9는 AD-mAO 반응기에 연결된 오존 발생기 및 그를 이용한 AD-mAO 유출수를 살균하는 과정을 나타낸 도면이다. 도 9에서, 오존 처리 장치는 오존 처리 장치에서 발생되는 오존화된 공기를 유출수와 향류 방향으로 제공하기 위한 5개 구획을 포함하는 용기를 포함한다
실시예 3: 가정용 화장실 폐기물 처리시스템을 사용한 화장실 폐기물 처리 모사
표 7에 나타낸 반응조 구성을 갖는 가정용 화장실 폐기물 처리시스템에 대하여 가정용 화장실 폐기물 처리를 모사하였다. 이는 청구된 가정용 화장실 폐기물 처리시스템을 소형화하고 처리 효율을 달성할 수 있는지 확인하기 위한 것이다. 모사는 폐수 처리 모델링 및 모사 소프트웨어인 GPS-X(Hydromantis Environmental Software Solutions, Inc.)를 사용하여 수행되었다. 상기 모사를 통하여 반응기 부피 350 L 이내이면서 유출수 COD 150mg/L 이하, TN 및 TP 제거율이 각각 70% 이상 및 80% 이상이 되도록 할 수 있는 공정을 찾고자 하였다. 모사 결과는 표 6에 나타낸 바와 같다.
공정 A2O 바르덴포 AO AOA AD-A2O
 AD-AO
시나리오 기본 케이스 시나리오1 시나리오2 시나리오2 시나리오2
앞단 고체분리효율 조합된 스트림 100% 90% 90% 90%
액체분리효율 96% 80% 80% 80%
탈수기 탈수효율 공정상 탈수기(squeezer) 없음.
 82% 82% 82% 93%
AD-HRT 혐기소화조 없음 5일 3일 3일 3일
반응기부피(L) 호기 380 540 325 344 270 270 237 237
혐기 37.5 77 77 77
계 380 540 325 344 301 347 314 314
유출수 품질 COD(mg/L) 1623 960 493 544 144 159 157 161
TN (%감소) 87 87 83 90 85 84 84 83
TP(%감소) 92 92 60 62 98 98 98 98
CH4 생산량(L/일) 0 0 0 0 0 79.0 78.6 78.6
참고사항 혐기소화조 없이 처리되어 고액분리효율 없음
고체 분리효율은 대변을 포함하는 혼합액 쪽으로 초기 대변이 손실 없이 가는 비율을 의미한다. 고체 일부가 세정수나 소변에 의해 액체 쪽으로 유실되면 고체 분리효율은 낮아진다. 액체 분리효율은 소변이나 세정수가 액체 혼합액 쪽으로 초기량에 손실 없이 가는 비율을 의미한다. 액체가 대변과 섞여 고체 혼합액 쪽으로 들어가면 액체 분리효율은 감소한다. 표 7에서, AD가 앞에 붙는 AD-A2O 또는 AD-AO 공정에서 AD를 거친 액을 탈수기로 보내고 탈수액과 변기에서 분리된 액체 폐기물이 혼합되어 호기 반응조로 이송된다. 호기 처리과정에서 생성된 슬러지 침전물은 탈수기로 보내져 AD 처리액과 혼합되어 탈수되어진다.
표 7에서, 약자는 아래와 같은 뜻을 나타낸다.
AO: 무산소-호기조(anoxic-oxic) 공정, AOA: 무산소-산소-무산소 공정, A2O: 혐기소화-무산소-호기 공정, 바르덴포: 무산소-산소-무산소-산소 공정, AD-AO: 혐기소화(anaerobic digestion)-무산소-산소 공정, AD-A2O: 혐기소화-혐기-무산소-산소 공정; HRT-수리 잔류 시간(hydraulic retention time).
표 7에 나타낸 바와 같이, 총 6가지 바이오 처리 공정과 7가지 고체 액체 분리 시나리오가 모사되었다. 6가지 바이오 처리 공정은 A2O, 4단-바르덴포, AO, AOA, AD-A2O, 및 AD-AO이다. 먼저, 화장실 폐기물을 고체와 액체를 분리하지 않고 호기
공정만으로 처리하는 경우 검토된 모든 공정에서 COD, TN 및 TP는 처리
기준을 충족하지 않았다. 검토된 공정은 A2O, 바르덴포, AO, 및 AOA 공정을 포함한다.
또한, 화장실 폐기물을 분리율을 달리하여 고체와 액체로 분리하고 분리된 고체는 혐기소화조 (AD)를 통하여 처리하고 분리된 액체는 호기 처리 공정 즉, A2O 또는 AO 공정을 통하여 모사 처리하였다. 그 결과, 화장실 폐기물을 고액 분리하여 고체는 혐기소화조 처리하고 액체는 호기 처리한 경우 모든 공정에서 유출수 품질 기준을 충족하였다. 시나리오 2의 고액 분리 효율 즉, 고체 분리 효율 90% 및 액체 분리 효율 80%에서 가장 간단한 공정인 AD-AO에서도 ISO 30500에 따른 유출수 품질 기준을 충족하였다. 즉, AD 조합된 호기조를 포함하는 공정인 AO, A2O, AOA 등 생물처리장치 및 고액분리변기 및 탈수장치를 포함한 가정용 화장실 폐기물 처리시스템에 의하면, ISO 30500에 따른 유출수 품질 기준을 충족시킬 수 있다. 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템의 일예에 있어서, 고체 분리 효율은 85% 내지 95% 이고 액체 분리 효율은 75% 내지 85%일 수 있다. 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템의 일예에 의하면, 화장실 폐기물을 배관을 통하여 외부 생물처리장치 및/또는 혐기 소화소에 이송되지 않고도 가정 단위로 일체화된 시스템내에서 연속적으로 화장실 폐기물을 처리할 수 있다. 더욱이, 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템의 일예에 의하면, 화상실 폐기물로부터 정화된 물은 고형 분리형 변기에서 플러시 워터로서 재활용될 수 있다. 또한, 상기 혐기소화조 및 생물처리장치로부터 발생한 메탄과 같은 생물가스 연소장치에서 연료로서 사용될 수 있다.
도 10은 청구된 가정용 화장실 폐기물 처리시스템 및 그를 이용한 l일 10인분 화장실 폐기물을 처리하는 흐름도를 나타낸 도면이다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 가정용 화장실 폐기물 처리시스템의 예는 고액분리변기(100), 버퍼 탱크(102), 무산소조(122) 및 호기조(124) 및 침전조(200)를 포함하는 생물처리장치(120), 살균장치(140), 혐기소화조(180), 탈수기(186) 및 연소장치(164)를 포함한다. 상기 고액분리변기(100)에 유입된 화장실 폐기물 중 액체는 버퍼 탱크(102)로 이송되고 저장되고 일부는 무산조(122)로 유입되어 무산소 처리된 후 호기조로 이송된다. 호기조에서 호기처리된 액체 폐기물은 일부는 무산소조로 반송되고 일부는 침전조로 이송된다. 상기 침전조로 이송된 생물처리된 액체 폐기물은 침전작용을 통하여 침전된다. 상기 침전조의 일부 액체는 살균장치로 이송되어 살균된 후 유출구를 통하여 유출된다. 상기 침전조(200)의 일부 슬러지는 상기 무산조 전단으로 이송되어 상기 버퍼 탱크로부터 상기 무산소조로 이송되는 액체 폐기물과 함께 상기 무산소조로 이송된다. 상기 침전조(200)의 일부 슬러지는 상기 탈수기(186)로 이송되어 탈수된 후 연소장치(164)로 보내어져 건조 및 연소될 수 있다. 상기 연소 장치는 선택적으로 건조장치를 포함할 수 있다. 또한, 건조장치는 존재하는 경우 별도로 존재하고 연소장치에 연결된 것일 수 있다.
상기 고액분리변기(100)에 유입된 화장실 폐기물 중 고체는 혐기소화조(180)로 이송되고 혐기 처리되고 가용화된 액체는 상기 버퍼탱크(260)로 이송된다. 상기 혐기소화조(180)에서 혐기 처리된 고체 폐기물 즉 슬러지는 상기 탈수기(186)로 이송되어 탈수된 후 연소장치(164)로 보내어져 건조 및 연소될 수 있다.
도 11은 혐기조를 포함한 청구된 가정용 화장실 폐기물 처리시스템의 일 예를 도식적으로 나타낸 도면이다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템의 일 예는 호기조(124)를 포함하는 생물처리장치(120), 살균장치로서 오존발생기(140) 및 자외선 조사기(240), 고액분리변기(100), 혐기소화조(180), 침전조(182), 이송수단(188)(예를 들면, 이송스쿠류 또는 오거(auger)), 탈수기(186), 건조장치(162), 및 서브 연소장치(160), 플러시 워터 저장소(220), 및 바이오가스 홀더(260)를 포함한다. 상기 탈수기 (186), 건조장치(162) 및 서브 연소장치 (160)는 하나의 단위체로서 연소장치부(164)를 구성할 수 있다. 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템의 일 예에서, 상기 고액분리변기(100)에 유입된 화장실 폐기물 중 액체는 생물처리장치(120)로 보내어져 호기 처리되고 그 후 살균장치(140)로 이송되어 살균 및 탈색, COD 제거가 이루어진 후 플러시 워터 탱크저장소(220)로 보내어지고, 화장실 플러시 워터로서 사용된다. 상기 혐기소화조(180) 및 상기 생물처리장치(120)로부터 이송되는 고체 폐기물 예를 들면, 슬러지는 이송수단(188)을 통하여 탈수기(186)로 이송되어 탈수되고 건조장치(162) 및 서브 연소장치(160)로 이송되어 건조 및 연소된다. 도 10에서, 반응조에서 생성된 바이오 가스는 바이오 가스 홀더(260)에서 보관 또는 유지된 후 연소장치 (164)로 이송될 수 있다.
도 12은 청구된 가정용 화장실 폐기물 처리시스템의 또다른 일 예를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 12에 나타낸 바와 같이, 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템의 일 예는 호기조(124)를 포함하는 생물처리장치(120), 살균장치로서 오존발생기(140) 및 자외선 조사기(240), 고액분리변기(100), 탈수기(186), 건조장치(162), 및 서브 연소장치(160), 플러시 워터 저장소(220), 이송수단(188) 및 고체 저장조(158)를 포함한다. 상기 고체 저장조(158)는 고액분리변기(100)로부터 이송되는 고체 폐기물 및/또는 상기 생물처리장치(120)로부터 이송되는 슬러지와 같은 고체를 저장한다. 상기 탈수기 (186), 건조장치(162) 및 서브 연소장치 (160)는 하나의 단위체로서 연소장치(164)를 구성할 수 있다. 상기 고체 저장조(158)는 마세레이터(macerator)를 포함할 수 있다. 상기 저장된 고체는 이송수단 (188)를 통하여 탈수기(186)로 이송되어 탈수되고 그 후 건조장치(162) 및 서브 연소장치(160)로 보내어져, 건조 및 연소되어진다.

Claims (27)

  1. 화장실 폐기물을 액체와 고체로 분리하는 고액분리변기, 상기 고액분리변기로부터 이송되는 화장실 액체 폐기물을 생물학적으로 처리하는 생물처리장치, 상기 생물처리장치로부터 이송되는 생물처리된 액체 폐기물을 살균하는 살균장치, 및 상기 고액분리변기로부터 이송되는 화장실 고체 폐기물 및 상기 생물처리장치로부터 이송되는 고체 폐기물을 연소하는 연소장치를 포함하는 가정용 화장실 폐기물 처리시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 고액분리변기는 분리된 액체를 수용하는 액체 수집부와 분리된 고체를 수용하는 고체 수집부를 포함하는 것인 가정용 화장실 폐기물 처리시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 고액분리변기는 고체 분리율 및 액체 분리율이 각각 50% 내지 100%이 되도록 구성된 것인 가정용 화장실 폐기물 처리시스템.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 생물처리장치는 무산소조(A) 및 호기조(O), 무산소조(A) 및 호기조(O) 및 무산소조(A), 혐기조(anaerobic bioreactor) 및 무산소조(A) 및 호기조(A), 무산소조(A) 및 호기조(O) 및 무산소조(A) 및 호기조(O), 혐기조 및 호기조(O) 및 무산소조(A) 및 호기조(O) 및 무산소조(A), MUCT, UCT, 연속회분식 반응기(sequencing batch reactor), 부분 질산화조(Partial nitrification bioreactor) 및 Anammox 반응조, Anammox 반응조, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 가정용 화장실 폐기물 처리시스템.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 생물처리장치는 혐기소화조(anaerobic digestion bioreactor, AD)를 포함하는 것인 가정용 화장실 폐기물 처리시스템.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 혐기소화조는 전단에 배치되어 상기 고액분리변기로부터 이송되는 화장실 액체 폐기물이 유입되고 유기물을 혐기소화시켜 가용화하는 것인 가정용 화장실 폐기물 처리시스템.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 혐기소화조에 연결되어 있고 혐기소화조로부터 이송되는 혐기소화된 화장실 액체 폐기물을 침전시키는 침전조를 더 포함하는 것인 가정용 화장실 폐기물 처리시스템.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 살균장치는 오존 발생기, 자외선 조사기, 또는
    이들의 조합을 포함하는 것인 가정용 화장실 폐기물 처리시스템.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 연소장치는 화장실 폐기물을 건조하는 건조장치를 더 포함하는 것인 가정용 화장실 폐기물 처리시스템.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 고액분리변기로부터 상기 연소장치로 이송되는 화장실 고체 폐기물, 상기 생물처리장치로부터 상기 연소장치로 이송되는 생물처리된 고체 폐기물, 또는 이들의 조합을 탈수하는 탈수장치를 더 포함하는 것인 가정용 화장실 폐기물 처리시스템.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 생물처리장치는 생물 처리된 폐기물을 침전시키는 침전조를 더 포함하는 것인 가정용 화장실 폐기물 처리시스템.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 생물처리장치는 물 저장소와 연통되어 있어 생물
    처리된 물을 물 저장소로 이송할 수 있도록 되어 있는 것인 가정용 화장실 폐기물
    처리시스템.
  13. 화장실 폐기물을 액체와 고체로 분리하는 고액분리변기, 상기 고액분리변기로부터 이송되는 화장실 액체 폐기물을 생물학적으로 처리하는 생물처리장치, 상기 고액분리변기로부터 이송되는 화장실 고체 폐기물을 혐기적 조건에서 생물학적으로 처리하는 혐기소화조, 상기 생물처리장치로부터 이송되는 생물처리된 액체 폐기물을 살균하는 살균장치, 및 상기 혐기소화조로부터 이송되는 혐기 소화된 고체 폐기물 및 상기 생물처리장치로부터 이송되는 고체 폐기물을 연소하는 연소장치를 포함하는 가정용 화장실 폐기물 처리시스템.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 고액분리변기는 분리된 액체를 수용하는 액체 수집부와 분리된 고체를 수용하는 고체 수집부를 포함하는 것인 가정용 화장실 폐기물 처리시스템.
  15. 청구항 13에 있어서, 상기 고액분리변기는 고체 분리율 및 액체 분리율이 각각 50% 내지 100%이 되도록 구성된 것인 가정용 화장실 폐기물 처리시스템.
  16. 청구항 13에 있어서, 상기 생물처리장치는 무산소조(A) 및 호기조(O), 무산소조(A) 및 호기조(O) 및 무산소조(A), 혐기조(anaerobic bioreactor) 및 무산소조(A) 및 호기조(A), 무산소조(A) 및 호기조(O) 및 무산소조(A) 및 호기조(O), 혐기조 및 호기조(O) 및 무산소조(A) 및 호기조(O) 및 무산소조(A), MUCT, UCT, 연속회분식 반응기(sequencing batch reactor), 부분 질산화조(Partial nitrification bioreactor) 및 Anammox 반응조, Anammox 반응조, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 가정용 화장실 폐기물 처리시스템.
  17. 청구항 13에 있어서, 상기 살균장치는 오존 발생기, 자외선 조사기, 또는
    이들의 조합을 포함하는 것인 가정용 화장실 폐기물 처리시스템.
  18. 청구항 13에 있어서, 상기 연소장치는 화장실 폐기물을 건조하는 건조장치를 더 포함하는 것인 가정용 화장실 폐기물 처리시스템.
  19. 청구항 13에 있어서, 상기 혐기소화조로부터 이송되는 혐기 소화된 고체 폐기물, 상기 생물처리장치로부터 이송되는 고체 폐기물, 또는 이들의 조합을 탈수하는 탈수장치를 더 포함하는 것인 가정용 화장실 폐기물 처리시스템.
  20. 청구항 13에 있어서, 상기 생물처리장치는 생물 처리된 폐기물을 침전시키는
    침전조를 더 포함하는 것인 가정용 화장실 폐기물 처리시스템.
  21. 청구항 20에 있어서, 상기 침전조는 침전물을 상기 생물처리장치의 생물 반응조로 반송하도록 상기 생물 반응조와 연통되어 있거나 또는 침전물을 상기 연소장치로 이송하도록 상기 연소장치와 연통되어 있는 것인 가정용 화장실 폐기물 처리시스템.
  22. 청구항 13에 있어서, 상기 혐기소화조로부터 이송된 혐기 소화된 고체 폐기물을 고체와 액체로 분리할 수 있도록 된 고액분리조를 더 포함하고, 상기 혐기소화조는 혐기 소화된 고체 폐기물을 상기 고액분리조로 이송할 수 있도록 상기 고액분리조에 연결되어 있는 것인 가정용 화장실 폐기물 처리시스템.
  23. 청구항 22에 있어서, 상기 고액분리조는 분리된 고체 폐기물이 상기 연소장치로 이송될 수 있도록 상기 연소장치와 연통되어 있는 것인 가정용 화장실 폐기물 처리시스템.
  24. 청구항 13에 있어서, 상기 혐기소화조는 혐기 소화된 고체 폐기물 중 액체
    성분을 상기 생물처리장치로 이송할 수 있도록 상기 생물처리장치와 연통되어 있는
    것인 가정용 화장실 폐기물 처리시스템.
  25. 청구항 13에 있어서, 상기 혐기소화조로부터 이송된 혐기 소화된 고체 폐기물을 고체와 액체로 분리할 수 있도록 된 고액분리조를 더 포함하고, 상기 혐기소화조는 혐기 소화된 고체 폐기물을 상기 고액분리조로 이송할 수 있도록 상기 고액분리조에 연결되어 있고, 상기 고액분리조는 혐기 소화된 고체 폐기물 중 액체 성분을 상기 생물처리장치로 이송할 수 있도록 상기 생물처리장치와 연통되어 있는 것인 가정용 화장실 폐기물 처리시스템.
  26. 화장실 폐기물을 가정용 화장실 폐기물 처리시스템의 고액분리변기에 투여하는 단계를 포함하는 화장실 폐기물을 처리하는 방법으로서, 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 화장실 폐기물을 액체와 고체로 분리하는 고액분리변기, 상기 고액분리변기로부터 이송되는 화장실 액체 폐기물을 생물학적으로 처리하는 생물처리장치, 상기 생물처리장치로부터 이송되는 생물처리된 액체 폐기물을 살균하는 살균장치, 및 상기 고액분리변기로부터 이송되는 화장실 고체 폐기물 및 상기 생물처리장치로부터 이송되는 고체 폐기물을 연소하는 연소장치를 포함하는 것인 방법.
  27. 화장실 폐기물을 가정용 화장실 폐기물 처리시스템의 고액분리변기에 투여하는 단계를 포함하는 화장실 폐기물을 처리하는 방법으로서, 상기 가정용 화장실 폐기물 처리시스템은 화장실 폐기물을 액체와 고체로 분리하는 고액분리변기, 상기 고액분리변기로부터 이송되는 화장실 액체 폐기물을 생물학적으로 처리하는 생물처리장치, 상기 고액분리변기로부터 이송되는 화장실 고체 폐기물을 혐기적 조건에서 생물학적으로 처리하는 혐기소화조, 상기 생물처리장치로부터 이송되는 생물처리된 액체 폐기물을 살균하는 살균장치, 및 상기 혐기소화조로부터 이송되는 혐기 소화된 고체 폐기물 및 상기 생물처리장치로부터 이송되는 고체 폐기물을 건조하는 연소장치를 포함하는 것인 방법.
KR1020227034292A 2020-05-27 2021-05-12 생물처리장치 및 연소장치를 포함하는 가정용 화장실 폐기물 처리시스템 및 그를 이용한 화장실 폐기물을 처리하는 방법 KR20220145906A (ko)

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