KR20240084154A - Zero-Discharge Treatment and Reduction System for High-Concentration Organic Waste using Multi-Complex Microorganisms - Google Patents
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Abstract
복합미생물의 발효기술을 이용하여 고농도의 유기성 폐기물을 분해 및 처리하는 유기성 폐기물의 무배출 감량 시스템을 개시한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 복합미생물의 발효기술을 이용하여 고농도의 유기성 폐기물을 무배출 처리 및 감량하는 시스템에 있어서, 유기성 폐기물을 유입받아 복합발효미생물과 혼합하여 복합발효미생물을 활성화시키는 발효 혼합조와 상기 발효 혼합조에서 혼합된 복합발효미생물과 유기성 폐기물을 유입받아 상기 복합발효미생물의 작용에 의해 유기성 폐기물을 용해(Lysis) 및 분해시키는 발효 액화조 및 상기 발효 액화조에서 유기물이 분해된 폐기물을 공급받아 고액분리하는 발효 합성조를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 무배출 감량 시스템을 제공한다.We are disclosing a zero-emission reduction system for organic waste that decomposes and processes high-concentration organic waste using complex microbial fermentation technology.
According to one aspect of the present invention, in a system for zero-emission treatment and reduction of high-concentration organic waste using fermentation technology of complex microorganisms, fermentation mixing in which organic waste is received and mixed with complex fermentation microorganisms to activate complex fermentation microorganisms A fermentation liquefaction tank that receives complex fermentation microorganisms and organic waste mixed in the fermentation mixing tank and dissolves and decomposes the organic waste by the action of the complex fermentation microorganisms, and waste in which organic matter is decomposed in the fermentation liquefaction tank. It provides a zero-discharge reduction system for organic waste, which includes a fermentation synthesis tank that receives supply and separates solid-liquid.
Description
본 발명은 복합미생물의 발효기술을 이용하여 고농도의 유기성 폐기물의 무배출 처리 및 감량이 가능한 환경 친화적인 유기성 폐기물의 처리 및 감량 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an environmentally friendly organic waste treatment and reduction system capable of zero-emission treatment and reduction of high concentration organic waste using fermentation technology of complex microorganisms.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The content described in this section simply provides background information for this embodiment and does not constitute prior art.
유기성 폐기물의 직매립 금지, 해양투기 금지와 같은 제도 개정으로 인해, 유기성 폐기물의 감량 및 재활용 등 유기성 폐기물을 효율적으로 처리할 수 있는 기술에 대한 관심이 급증하고 있다. Due to system revisions such as the ban on direct landfilling of organic waste and the ban on ocean dumping, interest in technologies that can efficiently process organic waste, such as reduction and recycling of organic waste, is rapidly increasing.
일반적으로 유기성 폐기물은 음식물 쓰레기를 포함하여 축산 폐기물 등과 같이 수분을 포함하는 고형물, 하·폐수 처리장에서 발생되는 하·폐수 잉여슬러지 및 전술된 폐기물이 일차적으로 탈수 처리된 탈수 케익 등을 포함한다.In general, organic waste includes water-containing solids such as food waste and livestock waste, sewage and wastewater surplus sludge generated from sewage and wastewater treatment plants, and dehydrated cakes in which the above-mentioned wastes are primarily dehydrated.
이와 같은 유기성 페기물의 감량을 위해 일반적으로 적용되는 기술들은 약품에 의한 응집, 오존 처리, 기계적인 탈수, 열처리, 건조, 소각 등으로, 이러한 기술들은 유기성 폐기물의 감량을 위해 에너지 소비량 및 운전비용의 증가, 약품 사용에 의한 2차 영향 등의 문제점이 있다.Technologies commonly applied to reduce organic waste include coagulation with chemicals, ozone treatment, mechanical dehydration, heat treatment, drying, and incineration. These technologies increase energy consumption and operating costs to reduce organic waste. , there are problems such as secondary effects caused by the use of drugs.
반면, 생물학적인 유기성 폐기물의 감량 방식은 위와 같은 물리적, 화학적 및 열적 처리방식 대비 환경 친화적인 처리가 가능하여 확대되고 있다. 그러나 호기성 소화에 의해 유기성 폐기물을 처리하는 방식 역시 소화조 온도 유지를 위한 에너지가 소요되는 문제가 있고, 대표적인 유기성 폐기물 처리 기술인 혐기성 소화 기술 역시 폐기물의 배출을 원천적으로 차단하거나 최소화하는데 한계가 있다.On the other hand, biological organic waste reduction methods are expanding because they are more environmentally friendly than the physical, chemical, and thermal treatment methods described above. However, the method of treating organic waste through aerobic digestion also has the problem of requiring energy to maintain the temperature of the digester, and anaerobic digestion technology, a representative organic waste treatment technology, also has limitations in fundamentally blocking or minimizing the discharge of waste.
이에 따라, 추가적인 약품 사용 및 열처리 과정 없이 유기성 폐기물을 분해하고, 최소화하기 위한 기술의 개발이 필요한 실정이다.Accordingly, there is a need to develop technology to decompose and minimize organic waste without the use of additional chemicals or heat treatment processes.
본 발명의 일 실시예는, 복합미생물의 발효기술을 이용하여 고농도의 유기성 폐기물을 감량, 처리하기 위한 유기성 폐기물 처리 및 감량 시스템으로, 별도의 화학약품의 투입이나 기계적 탈수, 열처리, 건조 등의 후속 처리 없이 복합미생물을 투입하여 유기성 폐기물의 분해 효율을 향상시킴으로써, 친환경적이면서 고농도의 유기성 폐기물도 효과적으로 처리할 수 있는 무배출 감량 시스템을 제공하는 데 일 목적이 있다.One embodiment of the present invention is an organic waste treatment and reduction system for reducing and processing high concentration organic waste using fermentation technology of complex microorganisms, including the addition of separate chemicals or subsequent follow-up such as mechanical dehydration, heat treatment, and drying. The purpose is to provide a zero-emission reduction system that is environmentally friendly and can effectively treat high concentrations of organic waste by improving the decomposition efficiency of organic waste by introducing complex microorganisms without treatment.
본 발명의 일 측면에 의하면, 복합미생물의 발효기술을 이용하여 고농도의 유기성 폐기물을 무배출 처리 및 감량하는 시스템에 있어서, 유기성 폐기물을 유입받아 복합발효미생물과 혼합하여 복합발효미생물을 활성화시키는 발효 혼합조와 상기 발효 혼합조에서 혼합된 복합발효미생물과 유기성 폐기물을 유입받아 상기 복합발효미생물의 작용에 의해 유기성 폐기물을 용해(Lysis) 및 분해시키는 발효 액화조 및 상기 발효 액화조에서 유기물이 분해된 폐기물을 공급받아 고액 분리하는 발효 합성조를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 무배출 감량 시스템을 제공한다.According to one aspect of the present invention, in a system for zero-emission treatment and reduction of high-concentration organic waste using fermentation technology of complex microorganisms, fermentation mixing in which organic waste is received and mixed with complex fermentation microorganisms to activate complex fermentation microorganisms A fermentation liquefaction tank that receives complex fermentation microorganisms and organic waste mixed in the fermentation mixing tank and dissolves and decomposes the organic waste by the action of the complex fermentation microorganisms, and waste in which organic matter is decomposed in the fermentation liquefaction tank. It provides a zero-emission reduction system for organic waste, which includes a fermentation synthesis tank that receives supply and separates solid and liquid.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 발효 혼합조는 복합발효미생물을 종자미생물 배양조로부터 공급받고, 상기 종자미생물 배양조는 종자미생물을 시스템 내에서 배양시켜 기 설정된 비율로 상기 발효 혼합조로 복합발효미생물을 공급하며, 상기 발효 혼합조는 복합발효미생물을 유입되는 유기성 폐기물과 혼합시키면서 복합발효미생물을 활성화시키는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the fermentation mixing tank receives complex fermentation microorganisms from a seed microorganism culture tank, and the seed microorganism culture tank cultivates the seed microorganisms in the system and supplies the complex fermentation microorganisms to the fermentation mixing tank at a preset ratio. In addition, the fermentation mixing tank is characterized by activating the complex fermentation microorganisms while mixing them with the incoming organic waste.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 발효 액화조는 복수 개의 단위 발효 액화조가 직렬로 배치되어 유기성 폐기물이 순차적으로 발효 및 분해되도록 하되, 상기 복수 개의 단위 발효 액화조 중 최하류의 발효 액화조는 상류측 발효 액화조의 용량 대비 1.5배 내지 2배 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the fermentation liquefaction tank has a plurality of unit fermentation liquefaction tanks arranged in series so that organic waste is sequentially fermented and decomposed, and the most downstream fermentation liquefaction tank among the plurality of unit fermentation liquefaction tanks is an upstream fermentation tank. It is characterized by being formed 1.5 to 2 times larger than the capacity of the liquefaction tank.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 발효 합성조는 분리막 생물반응조(MBR), 부상분리조, 원심분리조, 중력침전조 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the fermentation synthesis tank is characterized in that it is one of a membrane bioreactor (MBR), a flotation tank, a centrifugal separation tank, and a gravity sedimentation tank.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 발효 합성조에 축적되는 슬러지는 기 설정된 비율로 상기 발효 혼합조로 반송되는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the sludge accumulated in the fermentation synthesis tank is returned to the fermentation mixing tank at a preset rate.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 유기성 폐기물의 무배출 감량 시스템은 반송슬러지 발효조를 더 포함하며, 상기 반송되는 잉여슬러지는 상기 반송슬러지 발효조에서 활성화가 이루어진 후, 발효 혼합조로 반송되는 것을 특징으로 한다. According to one aspect of the present invention, the non-discharge reduction system for organic waste further includes a return sludge fermentation tank, and the returned surplus sludge is activated in the return sludge fermentation tank and then returned to the fermentation mixing tank. .
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 발효 합성조의 후단에 촉매 합성조가 포함되며, 상기 촉매 합성조는 상기 발효 합성조에서 고액 분리되어 배출되는 처리수를 공급받아 처리하는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, a catalyst synthesis tank is included at the rear end of the fermentation synthesis tank, and the catalyst synthesis tank is characterized by receiving and treating treated water discharged from solid-liquid separation in the fermentation synthesis tank.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 촉매 합성조는 고정층 생물막 반응기로 형성되는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the catalyst synthesis tank is characterized in that it is formed as a fixed bed biofilm reactor.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 발효 혼합조로 유입되는 유기성 폐기물은 하·폐수 처리장치에서 발생되는 잉여슬러지, 전처리가 수행된 음식물류 폐기물, 음폐수 및 가축분뇨 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the organic waste flowing into the fermentation mixing tank is any selected from the group consisting of surplus sludge generated from a sewage and wastewater treatment device, pre-treated food waste, food waste water, and livestock manure, or mixtures thereof. It is characterized by being one.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 발효 혼합조, 발효 액화조 및 발효 합성조는 호기 환경으로 유지되며, 기 설정된 주기에 의해 포기 및 휴지가 반복되어 운전되는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the fermentation mixing tank, fermentation liquefaction tank, and fermentation synthesis tank are maintained in an aerobic environment and are operated with repeated aeration and rest according to a preset cycle.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 복합발효미생물을 투입하여 복합발효미생물에 의해 세포 용해를 발생시켜 고농도의 유기성 폐기물의 분해 효율이 향상됨에 따라 유기성 폐기물의 무배출이 가능하다는 장점이 있다.As described above, according to one aspect of the present invention, the decomposition efficiency of high-concentration organic waste is improved by introducing complex fermentation microorganisms and causing cell lysis by the complex fermentation microorganisms, thereby enabling zero discharge of organic waste. There is.
본 발명의 일 측면에 따르면, 시스템 내의 반송슬러지를 추가적으로 재활성화시켜 유기성 폐기물의 무배출 감량 시스템 내의 유효 미생물 개체수를 기 설정된 수 이상으로 유지할 수 있으며, 그 결과 고농도의 유기성 폐기물의 경우에도 안정적인 처리효율을 유지할 수 있다는 장점이 있다.According to one aspect of the present invention, the effective population of microorganisms in the non-emission reduction system for organic waste can be maintained above a preset number by additionally reactivating the returned sludge in the system, and as a result, stable treatment efficiency even in the case of high concentration of organic waste. It has the advantage of being able to maintain .
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 복합발효미생물의 대사를 위해 별도의 화학물질이 전혀 투입되지 않으며, 시스템 내에서의 유기성 폐기물의 분해가 가능하여 배출되는 고형물이 거의 발생되지 않으므로, 폐기물의 후처리를 위한 탈수장치 또는 건조장치 등 에너지가 소요되는 추가적 감량 공정이 생략 가능하여, 친환경적인 시스템의 운영이 가능하다는 장점이 있다.In addition, according to one aspect of the present invention, no separate chemicals are input for the metabolism of complex fermentation microorganisms, and organic waste is decomposed within the system, so almost no solids are generated, so the waste It has the advantage of being able to operate an eco-friendly system because additional energy-consuming reduction processes such as dehydration or drying equipment for treatment can be omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도 유기성 폐기물의 처리 및 감량 시스템의 공정도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도 유기성 폐기물의 처리 및 감량 시스템 내에서의 유기성 폐기물의 감량 기작을 도시한 그림이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도 유기성 폐기물의 처리 및 감량 시스템의 유기성 폐기물의 유입량 및 폐기물 감량률(Reduction Rate)의 변화를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도 유기성 폐기물의 처리 및 감량 시스템에서 전체 시스템 내 잔류 유기성 폐기물 농도(MLSS)에 따른 폐기물 저감용량(Reduction Capacity)의 변화를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도 유기성 폐기물의 처리 및 감량 시스템의 처리수질 변화를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도 유기성 폐기물의 처리 및 감량 시스템의 공정 내 물질수지 흐름을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도 유기성 폐기물의 처리 및 감량 시스템에서 단위 반응조별 평균 유기성 폐기물의 이송량의 변화를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도 유기성 폐기물의 처리 및 감량 시스템에서 단위 반응조별 유기성 폐기물의 감량속도 및 감량률을 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도 유기성 폐기물의 처리 및 감량 시스템에서 정상 상태(Steady State) 운전 동안의 단위 반응조별 유기성 폐기물의 감량속도 및 감량률을 도시한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도 유기성 폐기물의 처리 및 감량 시스템의 정상 상태(Steady State) 운전 동안 단위 반응조별 유기성 폐기물의 분해 상태를 나타내는 사진이다.Figure 1 is a diagram illustrating a process diagram of a system for processing and reducing high-concentration organic waste according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram showing the organic waste reduction mechanism within the high-concentration organic waste treatment and reduction system according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a graph showing changes in the inflow amount of organic waste and the waste reduction rate of the high-concentration organic waste treatment and reduction system according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a graph showing the change in waste reduction capacity (Reduction Capacity) according to the residual organic waste concentration (MLSS) in the overall system in the treatment and reduction system for high-concentration organic waste according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a graph showing changes in treated water quality of the high-concentration organic waste treatment and reduction system according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a diagram showing the mass balance flow within the process of the high-concentration organic waste treatment and reduction system according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a graph showing the change in the average organic waste transfer amount for each unit reaction tank in the high-concentration organic waste treatment and reduction system according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is a graph showing the reduction rate and rate of organic waste for each unit reaction tank in the high-concentration organic waste treatment and reduction system according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 is a graph showing the reduction rate and reduction rate of organic waste for each unit reaction tank during steady state operation in the high-concentration organic waste treatment and reduction system according to an embodiment of the present invention.
Figure 10 is a photograph showing the decomposition state of organic waste in each unit reaction tank during steady state operation of the high-concentration organic waste treatment and reduction system according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention. While describing each drawing, similar reference numerals are used for similar components.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be named a second component without departing from the scope of the present invention, and similarly, the second component may also be named a first component. The term and/or includes any of a plurality of related stated items or a combination of a plurality of related stated items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is said to be "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected to or connected to the other component, but that other components may exist in between. It should be. On the other hand, when a component is referred to as being “directly connected” or “directly connected” to another component, it should be understood that there are no other components in between.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as "include" or "have" should be understood as not precluding the existence or addition possibility of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification. .
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as generally understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and unless explicitly defined in the present application, should not be interpreted in an ideal or excessively formal sense. No.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.Additionally, each configuration, process, process, or method included in each embodiment of the present invention may be shared within the scope of not being technically contradictory to each other.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도 유기성 폐기물의 처리 및 감량 시스템의 공정도를 도시한 도면이다.Figure 1 is a diagram illustrating a process diagram of a system for processing and reducing high-concentration organic waste according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도 유기성 폐기물의 처리 및 감량 시스템(100)(이하에서 ‘시스템(100)’이라 한다)은 발효 혼합조(110), 종자미생물 배양조(120), 발효 액화조(130), 발효 합성조(140), 반송슬러지 발효조(145), 촉매 합성조(150) 및 처리수조(160)를 포함한다. 시스템(100)은 하나의 장치로 구현되어 전술한 구성을 포함하고 있을 수도 있고, 전술한 각 구성이 하나의 장치나 공정으로 구현될 수도 있다.Referring to Figure 1, the high-concentration organic waste treatment and reduction system 100 (hereinafter referred to as 'system 100') according to an embodiment of the present invention includes a fermentation mixing
발효 혼합조(110)는 외부로부터 유입되는 고농도의 유기성 폐기물과 반송슬러지 발효조(145)로부터 반송되는 활성화 슬러지를 공급받아, 종자미생물 배양조(120)로부터 투입되는 복합발효미생물 제재와 유기성 폐기물을 혼합한다.The fermentation mixing
발효 혼합조(110)는 발효 액화조(130)에서의 효과적인 유기물 제거가 이루어지도록, 투입된 발효미생물과 유기성 폐기물을 혼합시키면서 미생물의 활성을 상승시킨다. 이를 위하여 발효 혼합조(110)는 호기 환경으로 유지되며, 기 설정된 주기(Cycle)에 의해 포기 및 휴지가 반복된다. 발효 혼합조(110)에서 혼합된 발효미생물과 유기성 폐기물은 발효 액화조(130)로 배출된다.The
한편, 외부로부터 유입되는 고농도의 유기성 폐기물은 하·폐수 처리장치에서 발생되는 잉여슬러지, 전처리가 수행된 음식물류 폐기물, 음폐수 및 가축분뇨 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.Meanwhile, high-concentration organic waste flowing in from outside may be selected from the group consisting of surplus sludge generated from sewage and wastewater treatment equipment, pre-treated food waste, food waste water, livestock manure, and mixtures thereof.
이러한 유기성 폐기물(슬러지)은 발효 혼합조(110)로 유입되기 전 별도의 저류조(미도시)에서 수집될 수 있으며, 효과적인 유기성 폐기물의 처리를 위해 별도의 전처리가 수행될 수도 있다.Such organic waste (sludge) may be collected in a separate storage tank (not shown) before being introduced into the
일 예로, 음식물류 슬러지는 파쇄선별 또는 비중선별 등을 통해 적정 크기로 파쇄된 상태로 발효 혼합조(110)로 이송될 수 있으며, 가축분뇨 슬러지의 경우는 협잡물 제거 후 발효 혼합조(110)로 이송될 수 있다. 또한, 2종 이상의 유기성 폐기물을 혼합하여 처리하는 경우에도 각각의 폐기물의 종류에 따라 개별적인 전처리를 수행한 후 발효 혼합조(110)에서 혼합될 수도 있으나, 유기성 폐기물의 전처리 방법은 이에 한정되지 않는다.As an example, food waste sludge can be transported to the
종자미생물 배양조(120)는 시스템(100)의 종자미생물을 배양하여 발효 혼합조(110)로 기 설정된 비율에 의해 복합발효미생물 제재를 공급한다.The seed
종자미생물 배양조(120)는 종자 미생물에 대하여 하수처리장에서 발생되는 잉여슬러지를 기재(Substrate)로 공급받아 복합발효미생물을 배양한다. The seed
종자미생물은 발효 대사를 수행할 수 있는 미생물 등으로 구성될 수 있으며, 종자미생물 배양조(120)에서 배양된 복합발효미생물은 발효미생물과 발효산물을 이용하는 합성미생물이 혼합된 형태로 구성된다. Seed microorganisms may be composed of microorganisms capable of performing fermentation metabolism, and complex fermentation microorganisms cultured in the seed
종자미생물 배양조(120)로부터 복합발효미생물 제재가 발효 혼합조(110)로 투입되는 기 설정된 비율은, 일 예로 발효 혼합조(110)로 유입되는 유기성 폐기물 유입량에 대하여 3%(v/v) 이내의 비율일 수 있다. The preset rate at which complex fermentation microbial material is introduced from the seed
발효 액화조(130)는 발효 혼합조(110)의 복합발효미생물과 유기성 폐기물의 혼합물을 공급받아, 유기성 폐기물(슬러지)을 분해하여 폐기물의 감량을 수행한다. The
발효 액화조(130)는 하나 이상의 반응조로 구성될 수 있으며, 발효 액화조의 개수는 시스템(100)으로 유입되는 유기성 폐기물의 종류(성상 및 농도 등)에 따라 변경될 수 있다.The
유입되는 유기성 폐기물이 고농도인 경우, 적어도 3개 이상, 더욱 바람직하게는 4개의 발효 액화조를 포함하는 것이 바람직하나, 발효 액화조를 구성하는 반응조의 개수는 이에 한정되지 않는다. When the incoming organic waste is at a high concentration, it is preferable to include at least three, more preferably four, fermentation liquefaction tanks, but the number of reaction tanks constituting the fermentation liquefaction tank is not limited to this.
일 예로, 발효 액화조(130)는 제1 발효 액화조(132), 제2 발효 액화조(134), 제3 발효 액화조(136) 및 제4 발효 액화조(138)를 포함하며, 제1 내지 제4 발효 액화조(132, 134, 136, 138)는 이웃하여 직렬 배치된다. 고농도의 유기성 폐기물인 경우, 4개의 발효 액화조(132, 134, 136, 138)를 순차적으로 거치는 과정에서 고농도의 유기성 폐기물의 발효 및 분해 효율이 더욱 향상될 수 있다.As an example, the
발효 액화조(130)가 복수의 발효 액화조로 이루어진 경우, 하류에 위치한 발효 액화조는 상류 측의 발효 액화조 대비 1.5배 내지 2.0배 큰 용량으로 형성될 수 있다.When the
일 예로, 4단의 발효 액화조(132, 134, 136, 138)로 구성된 경우, 제3 발효 액화조(136) 및 제4 발효 액화조(138)는 제1 및 제2 발효 액화조(132, 134)의 용량보다 1.5배 내지 2.0배 크게 형성될 수 있다. 또한, 제4 발효 액화조(138)가 제3 발효 액화조(136)보다 더 큰 용량의 반응조로 형성되는 것도 가능하다. For example, in the case of a four-stage fermentation liquefaction tank (132, 134, 136, 138), the third fermentation liquefaction tank (136) and the fourth fermentation liquefaction tank (138) are the first and second fermentation liquefaction tanks (132). , 134) can be formed to be 1.5 to 2.0 times larger than the capacity. Additionally, it is possible for the fourth
제1 내지 제4 발효 액화조(132, 134, 136, 138)는 호기성 및 혐기성 발효 미생물에 의해 유기물이 분해되는 대사 작용이 발생된다. 이를 위하여 각각의 발효 액화조(132, 134, 136, 138)는 호기 및 혐기 환경으로 유지되며, 유기성 폐기물(슬러지)의 해체 및 유기물의 분해를 위해 발효 혼합조(110) 대비 높은 용존 산소가 유지되도록 한다.In the first to fourth fermentation liquefaction tanks (132, 134, 136, and 138), a metabolic action in which organic matter is decomposed by aerobic and anaerobic fermentation microorganisms occurs. For this purpose, each fermentation liquefaction tank (132, 134, 136, 138) is maintained in an aerobic and anaerobic environment, and higher dissolved oxygen is maintained compared to the fermentation mixing tank (110) for dismantling organic waste (sludge) and decomposing organic matter. Make it possible.
호기 및 혐기 환경을 유지하기 위해, 각각의 발효 액화조(132, 134, 136, 138)에는 기 설정된 주기(Cycle)에 의해 포기 및 휴지가 반복된다. 일 예로, 발효 액화조(130)의 기 설정된 주기(Cycle)는 20시간 포기 후, 4시간 휴지로 구성될 수 있다.In order to maintain an aerobic and anaerobic environment, aeration and rest are repeated in each fermentation liquefaction tank (132, 134, 136, 138) according to a preset cycle (Cycle). As an example, the preset cycle of the
제1 내지 제4 발효조(132, 134, 136, 138)를 순차적으로 거치면서 유기물이 분해되어 가용화된 상태의 슬러지로 형성되어 발효 합성조(140)로 배출된다.While sequentially passing through the first to fourth fermentation tanks (132, 134, 136, and 138), organic matter is decomposed to form sludge in a solubilized state and is discharged to the fermentation synthesis tank (140).
본 발명의 시스템(100)은 발효 액화조(130)를 직렬로 배치되는 복수의 반응조로 형성하고, 나아가 가장 하류의 발효 액화조(138)는 그 용량을 상류 측의 발효 액화조보다 더 크게 형성함으로써, 발효 액화조(130)에서의 슬러지 체류시간을 더욱 연장시킬 수 있다. The
이 때, F/M비는 상대적으로 낮아지게 된다. 그 결과, 발효 액화조는 미생물에 의한 유기물 분해 대사 작용뿐만 아니라, 슬러지의 분해 작용도 발생된다. 이러한 시스템(100)의 환경에서의 슬러지 감량 기작은 도 2에 도시되어 있다.At this time, the F/M ratio becomes relatively low. As a result, the fermentation liquefaction tank generates not only the metabolic action of decomposing organic matter by microorganisms, but also the decomposition action of sludge. The sludge reduction mechanism in the environment of this
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기성 폐기물의 처리 및 감량 시스템 내에서의 슬러지 감량 기작을 도시한 그림이다.Figure 2 is a diagram showing a sludge reduction mechanism within an organic waste treatment and reduction system according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 복합발효 미생물에 의한 슬러지 감량이 복합적인 작용에 의해 이루어짐을 확인할 수 있다. Referring to Figure 2, it can be seen that sludge reduction by complex fermentation microorganisms is achieved through complex actions.
본 발명의 시스템(100)은 긴 슬러지 체류시간(Sludge Retention Time, SRT)과 낮은 F/M비로 유지되는데, 이에 시스템(100) 내 유기성 폐기물과 복합미생물이 접촉하는 반응조들, 즉 발효 혼합조(110), 발효 액화조(130) 및 발효 합성조(140) 등에서는 미생물에 의해 유기물이 분해되는 유지 대사 과정이 진행된다.The
유지 대사 과정에서 복합미생물은 유기성 폐기물, 즉 슬러지에 포함된 영양분의 가수분해(Hydrolysis)와 미생물의 용해(Lysis)에 의해 방출되는 용존성 유기 및 무기물질을 이용하여 유지 에너지를 생성한다.In the process of oil and fat metabolism, complex microorganisms generate oil and fat energy by using dissolved organic and inorganic substances released by hydrolysis of nutrients contained in organic waste, that is, sludge, and lysis of microorganisms.
유기성 폐기물(슬러지)의 감량은 미생물의 용해-은폐 성장(Lysis-Cryptic Growth) 과정에 의해 달성된다. 용해-은폐 성장 과정에서는 세포가 파괴되고 가수분해 효소에 의해 용해되고, 미생물은 새로운 세포 성장을 위해 용해물과 용해된 무기물을 재사용하게 됨에 따라, 유기성 폐기물의 감량이 이루어진다.Reduction of organic waste (sludge) is achieved by the Lysis-Cryptic Growth process of microorganisms. In the lysis-stealth growth process, cells are destroyed and dissolved by hydrolytic enzymes, and microorganisms reuse the lysates and dissolved minerals for new cell growth, thereby reducing organic waste.
다시 도 1을 참조하면, 발효 합성조(140)는 발효 액화조(130)에서 배출된 슬러지를 공급받아 고액 분리를 수행하며, 고액 분리된 처리수는 촉매 합성조(150)로, 고액 분리되어 반응조 내 축적된 슬러지 중 일부는 반송슬러지 발효조(145)로 각각 배출한다. Referring again to FIG. 1, the
발효 합성조(140)는 고액분리의 기능을 수행함을 전제로 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 분리막 생물반응조(Membrane Bioreactor, MBR), 부상분리조, 원심분리조, 중력침전조 등의 형태로 구성될 수 있다.The
일 예로, 발효 합성조(140)가 멤브레인 생물 반응기(MBR)인 경우, 침지되는 멤브레인은 중공사 막일 수 있다. 특히, 유효 기공 크기가 0.1㎛ 정도인 중공사 막이 적용됨으로써, 슬러지와 처리수가 발효 합성조(140)에서 여과 및 분리된다.For example, if the
본 발명의 시스템(100)에서 발효 혼합조(110)로부터 발효 합성조(140)까지의 수리학적 체류시간(Hydraulic Retention Time, HRT)은, 40 내지 75일 정도이다. 그러나 시스템(100)의 체류시간(HRT)는 유기성 폐기물의 유입 유량에 따라 변경될 수 있다. In the
반송슬러지 발효조(145)는 촉매 합성조(140) 내 축적된 잉여슬러지 중 일부를 유입받아, 잉여슬러지 내의 미생물을 활성화시켜 발효 혼합조(110)로 반송시킨다.The returned
반송슬러지 발효조(145)로 유입되는 잉여슬러지는 시스템으로 유입되는 유기성 폐기물량의 20 내지 40%(v/v)의 범위일 수 있다. The excess sludge flowing into the returned
일 예로, 고농도의 유기성 폐기물이 유입될 경우 반송슬러지 발효조(145)를 거쳐 발효 혼합조(110)로 반송되는 잉여슬러지의 비율은 30%(v/v) 이상인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않고 유입 폐기물의 종류 및 성상에 따라 달라질 수 있다.For example, when a high concentration of organic waste is introduced, the ratio of surplus sludge returned to the
또한, 반송슬러지 발효조(145)는 적어도 하나 이상의 발효조로 구성될 수 있으며, 복수 개의 발효조로 이루어지는 경우에는 단위 발효조들이 직렬로 배치될 수 있다. 반송슬러지 발효조(145)를 구성하는 단위 발효조의 개수 역시 유입되는 유기성 폐기물의 종류, 농도 등에 따라 달라질 수 있다.Additionally, the returned
반송슬러지 발효조(145)에서는 반송될 잉여슬러지를 재발효시켜 잉여슬러지 내 미생물을 활성화시키며, 시스템 내의 유효 미생물 개체수를 증가시킨다.In the returned
유기성 폐기물의 생물학적 처리는 반응조 내 활성화된 미생물, 즉 유효 미생물의 개체수에 따라 처리효율을 향상시킬 수 있다. 일반적으로 활성슬러지 공법의 경우 106 내지 109 CFU/㎖의 수준의 유효 미생물 개체수가 요구되는 것으로 알려져 있다. Biological treatment of organic waste can improve treatment efficiency depending on the number of activated microorganisms, that is, effective microorganisms, in the reaction tank. In general, it is known that the activated sludge method requires an effective microbial population of 10 6 to 10 9 CFU/ml.
따라서, 유기성 폐기물(슬러지)의 무배출 감량 처리를 구현하기 위해서는 시스템(100) 내의 유효 미생물 개체수가 매우 중요한 인자이며, 특히 고농도의 유기성 폐기물의 무배출 감량 처리를 위해서는 시스템(100) 내 적어도 1013 bacteria/㎖ 이상의 유효 미생물 개체수가 형성되어야 한다.Therefore, in order to implement zero-discharge reduction treatment of organic waste (sludge), the effective population of microorganisms in the
이를 위하여, 반송슬러지 발효조(145)는 잉여슬러지를 포기시키며 재발효를 수행하고, 활성화 효율을 높이기 위해 필요에 따라 종자미생물 배양조(120)로부터 기 설정된 비율로 복합발효미생물 제재를 공급받을 수 있다. 복합발효미생물 제제를 공급받는 경우, 기 설정된 비율은 유기성 폐기물 유입량의 3%(v/v) 이내일 수 있다.To this end, the returned
또한, 반송슬러지 발효조(145)는 잉여슬러지의 효율적인 재발효를 위해 발효조(145) 내부를 DO 5~8 mg/L 및 pH 7~8.5의 수준으로 유지시킨다. In addition, the returned
반송슬러지 발효조(145)에서 활성화된 잉여슬러지는 발효 혼합조(110)로 반송되어 시스템(100)으로 유입되는 고농도의 유기성 폐기물의 처리를 가속시킨다.The surplus sludge activated in the returned
촉매 합성조(150)는 발효 합성조(140)에서 고액 분리된 상등액을 공급받아, 상등액에 포함된 잔류 유기물질 및 입자성 물질을 제거한 후, 최종 처리수를 처리수조(160)로 배출한다.The
촉매 합성조(150)에서는 유기산과 발효산물에 의해 입자성 무기물(Particulate Inorganic Matter, PIM)의 용해가 이루어지며, 그 결과 촉매 합성조(150)에서 배출되는 처리수는 마그네슘(Mg), 실리콘(Si), 칼륨(K), 칼슘(Ca) 등의 무기원소 함유량이 이전 단계의 다른 단위 반응조의 처리수보다 높다.In the
촉매 합성조(150)는 분리막 생물반응조(MBR), 고정층 생물막 반응기(Fixed-Film Bioreactor, FFB), 활성탄 여과기 등으로 구성될 수 있다.The
일 예로, 촉매 합성조(150)가 고정층 생물막 반응기(FFB)인 경우, 다단의 반응조로 구현될 수 있다. 촉매 합성조(150) 역시 호기 상태로 운전되며, 전술된 다른 반응조와 마찬가지로 기 설정된 주기(Cycle)에 따라 호기 및 휴지가 반복되는 형태로 운전된다. For example, if the
처리수조(160)는 촉매 합성조(150)에서 처리된 처리수를 공급받아, 방류 전까지 일시적으로 저류하며, 저류된 처리수는 직접 방류 또는 하수 처리장으로 반류시킨다. The
또한, 본 발명의 시스템(100)에서 배출되는 최종 처리수는 높은 무기원소 함유량을 보유하고 있어 토양개량제의 원료로도 재사용이 가능하므로, 필요에 따라 재활용수로서 수요처로 이송될 수 있다.In addition, the final treated water discharged from the
본 발명의 일 실시예에 의한 고농도 유기성 폐기물의 처리 및 감량 시스템(100)의 폐기물(슬러지) 감량률을 아래 표 1에 나타내었다.The waste (sludge) reduction rate of the high-concentration organic waste treatment and
일 실시예로서, 고농도 유기성 폐기물의 처리 및 감량 시스템(100)은 302일 간 운전되었으며, 하수처리장의 잉여슬러지를 공급받아 슬러지 감량 처리를 수행하였다. 표 1은 시스템(100) 전체의 운전 기간동안 유입 슬러지량(MLSS)과, 시스템(100)의 각 반응조 내 축적된 전체 슬러지량(잔류량) 및 최종 처리수의 슬러지량을 기준으로 산출된 결과이다.As an example, the high-concentration organic waste treatment and
위의 운전 기간동안, 본 발명의 시스템(100)으로 유입된 잉여 슬러지의 양은 MLSS(Mixed Liquor Suspended Solids) 기준 총 4,853kg이었으며, 해당 기간 내 처리수의 슬러지 배출량은 1.05kg, 그리고 반응조 내 슬러지 축적량은 1,128kg이었다. 시스템(100)의 전체 순 슬러지 감량률은 76.8%이며, 강열잔류 부유물질(Fixed Suspended Solids, FSS)도 55%가 감량되었다.During the above operation period, the total amount of surplus sludge flowing into the
특히, 시스템(100)의 운전을 통해 처리되어 최종적으로 배출되는 처리수에 포함된 고형물량은 총 유입 슬러지량의 0.01%에 불과하므로, 결국 본 발명의 고농도 유기성 폐기물 처리 및 감량 시스템(100)은 슬러지의 무배출이 가능함을 확인할 수 있다.In particular, the amount of solids contained in the treated water that is treated and finally discharged through the operation of the
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도 유기성 폐기물의 처리 및 감량 시스템의 슬러지 감량 변화를 도시한 것이다.Figures 3 and 4 show changes in sludge reduction of the high-concentration organic waste treatment and reduction system according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 위의 실시예에 따른 시스템의 운전기간 동안 폐기물(슬러지)의 유입량 및 감량률 변화를 도시한 그래프이다.Referring to FIG. 3, it is a graph showing changes in the inflow amount and reduction rate of waste (sludge) during the operation period of the system according to the above embodiment.
도 3(a)는 MLSS 기준의 슬러지 유입량, 반응조 내 슬러지 축적량 및 슬러지 감량률의 변화를 도시한 것이며, 도 3(b)는 FSS 기준의 유입량, 반응조 내 축적량 및 감량률의 변화를 도시한 것이다.Figure 3(a) shows changes in sludge inflow, sludge accumulation in the reaction tank, and sludge reduction rate based on MLSS, and Figure 3(b) shows changes in sludge inflow, accumulation in the reaction tank, and reduction rate based on FSS. .
도 3(a)를 참조하면, MLSS는 운전 초기부터 슬러지의 감량이 진행되기 시작하는 것을 확인할 수 있으며, 특히 80일 경과 후 선형으로 증가하는 감량률을 확인할 수 있다.Referring to Figure 3(a), it can be seen that the MLSS begins to reduce sludge from the beginning of operation, and in particular, the reduction rate can be confirmed to increase linearly after 80 days.
FSS의 경우, 140일 경과 후부터 감량이 시작됨을 확인할 수 있는데, 감량이 시작된 후부터 반응조 내 축적되는 FSS의 양이 상대적으로 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있다.In the case of FSS, it can be seen that the reduction begins after 140 days, and it can be seen that the amount of FSS accumulated in the reaction tank remains relatively constant after the reduction begins.
도 4는 위의 실시예에 따른 시스템(100)의 운전 기간 동안 시스템 내 잔류 MLSS(Residual MLSS, RMLSS) 및 슬러지 저감용량(Reduction Capacity)의 변화를 나타낸 결과로서, 도 4(a)는 RMLSS 변화이며, 도 4(b)는 MLSS의 저감용량, 도 4(c)는 FSS의 저감용량의 변화이다. Figure 4 is a result showing the change in residual MLSS (RMLSS) and sludge reduction capacity (Reduction Capacity) in the system during the operation period of the
도 4를 참조하면, 114일 경과 시 MLSS 저감용량(도 4(b))이 완만하게 상승되기 시작하고, FSS(도 4(c))의 저감도 시작되는 것을 확인할 수 있고, 이 시기에 시스템 내 축적되는 RMLSS(도 4(a))의 양도 증가율이 완만하게 변화되는 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과로부터 실시예에 의한 시스템(100)의 운전은 114일 경과 시 정상 상태(Steady State)에 도달하는 것으로 판단된다.Referring to Figure 4, it can be seen that after 114 days, the MLSS reduction capacity (Figure 4(b)) begins to gradually increase, and the reduction of FSS (Figure 4(c)) also begins, and at this time, the system It can be seen that the rate of increase in the amount of accumulated RMLSS (Figure 4(a)) changes gradually. From these results, it is determined that the operation of the
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 시스템(100)의 최종 처리수질 변화를 도시한 그래프이다.Figure 5 is a graph showing the change in final treated water quality of the
도 5(a)는 최종 처리수의 BOD, COD 및 SS이며, 도 5(b)는 최종 처리수의 T-N 및 T-P 농도이다.Figure 5(a) shows the BOD, COD, and SS of the final treated water, and Figure 5(b) shows the T-N and T-P concentrations of the final treated water.
실시예의 운전기간 내, 시스템(100)으로의 유입수의 평균 수질은 BOD 3,938 ㎎/L, COD 3,009㎎/L, SS 12,366㎎/L, T-N 547㎎/L 및 T-P 356㎎/L이었으며, 도 4를 참조하면 200일 경과 후 안정된 처리수의 수질은 BOD 1~2㎎/L, COD 55~75㎎/L, SS 1.0㎎/L, T-N 60~75㎎/L 및 T-P 10~14㎎/L로 확인되었다. During the operation period of the example, the average water quality of the inflow water to the
본 발명의 시스템(100)은 슬러지의 감량 과정동안 98% 이상의 유기물 및 입자성 물질의 제거율을 달성하였으며, T-N 및 T-P 역시 80% 이상 제거가 가능하였다. 이러한 결과로부터, 본 발명의 유기성 폐기물의 처리 및 감량 시스템(100)은 무배출에 가까운 슬러지 감량률 외에 높은 수처리 효율도 달성할 수 있다.The
이하에서는 실시예에 따른 시스템(100)의 운전 기간 동안, 개별 반응조에서의 슬러지 감량 효율을 분석하기 위해 시스템의 물질수지 흐름에 기반하여 단위 반응조의 슬러지 이송량 및 감량률을 산출하였다.Below, in order to analyze the sludge reduction efficiency in individual reactors during the operation period of the
실시예에 따른 시스템(100)은 복수 개의 발효 액화조(130)로서 제1 내지 제3 발효 액화조(132, 134, 136)로 형성되어 운영되었다.The
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도 유기성 폐기물의 처리 및 감량 시스템의 시스템 내 물질 수지의 흐름을 도시한 도면이며, 도 7 내지 도 9는 도 6에 개시된 물질수지 흐름도에 근거하여 산출된 단위 반응조에서의 슬러지 감량 효율을 분석한 결과이다.Figure 6 is a diagram showing the flow of material balance within the system of the treatment and reduction system for high-concentration organic waste according to an embodiment of the present invention, and Figures 7 to 9 are calculated based on the material balance flow chart disclosed in Figure 6. This is the result of analyzing the sludge reduction efficiency in the unit reaction tank.
도 6을 참조하면, 각 반응조에 대하여 슬러지 이송량(MLSS 기준, Fi), 슬러지 농도(MLSS 기준, Si), FSS 농도(Ii) 기준으로 물질수지를 산정하였으며, 각 반응조가 호기 환경으로 유지되므로 포기량(Ai) 및 건조공기 중의 습도(Hi)의 변화량도 물질수지 산정에 반영되었다.Referring to Figure 6, for each reaction tank, the mass balance was calculated based on the sludge transfer amount (MLSS standard, F i ), sludge concentration (MLSS standard, S i ), and FSS concentration (I i ), and each reaction tank was converted to an aerobic environment. Since it is maintained, changes in the amount of aeration (A i ) and humidity (H i ) in the dry air were also reflected in the calculation of the material balance.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 반응조별 평균 슬러지 이송량을 도시한 결과이다. 도 7(a)는 운전 기간 내 단위 반응조에서의 슬러지 이송량 변화이며, 도 7(b)는 각 단위 반응조에서의 평균 슬러지 이송량을 나타낸 것이다.Figure 7 is a result showing the average sludge transfer amount for each unit reaction tank according to an embodiment of the present invention. Figure 7(a) shows the change in sludge transfer amount in each unit reaction tank within the operating period, and Figure 7(b) shows the average sludge transfer amount in each unit reaction tank.
도 7을 참조하면, 제2 발효 액화조(134)에서 후단으로 갈수록 단위 반응조에서의 슬러지 이송량이 현저하게 감소하는 것을 확인할 수 있어, 제2 발효 액화조(134)를 거치면서 슬러지의 급격한 감량이 진행되는 것으로 판단된다. 특히, 발효 합성조(140)는 정상 상태 이후 슬러지 이송량이 일정하게 유지되었다.Referring to FIG. 7, it can be seen that the amount of sludge transported in the unit reaction tank decreases significantly as it moves from the second
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도 유기성 폐기물의 처리 및 감량 시스템의 전체 운전기간 동안 단위 반응조별 슬러지 감량속도 및 감량률을 도시한 그래프이다.Figure 8 is a graph showing the sludge reduction rate and reduction rate for each unit reaction tank during the entire operation period of the high-concentration organic waste treatment and reduction system according to an embodiment of the present invention.
도 8(a)는 물질수지 흐름에 의해 산출된 슬러지 유입량 및 단위 반응조별 슬러지 감량 속도이며, 도 8(b)는 단위 반응조의 슬러지 감량률을 나타낸 것이다.Figure 8(a) shows the sludge inflow calculated by mass balance flow and the sludge loss rate for each unit reaction tank, and Figure 8(b) shows the sludge loss rate for each unit reaction tank.
도 8을 참조하면, 실시예의 운전기간 동안 시스템(100)으로의 평균 슬러지 유입량은 15.3㎏/d이며, 시스템(100)의 전체 슬러지 감량속도는 11.7㎏/d로 나타났다. Referring to FIG. 8, the average sludge inflow into the
또한, 시스템(100)의 운전기간 동안 전체 슬러지 감량률은 76.8%였으며, 특히 제3 발효 액화조(136) 및 발효 합성조(140)의 감량률이 전체 감량률의 70%를 차지하는 것을 확인할 수 있다.In addition, the total sludge reduction rate during the operation period of the
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도 유기성 폐기물의 처리 및 감량 시스템에서 정상 상태(Steady State) 운전 동안의 슬러지 감량속도 및 감량률을 도시한 그래프이다.Figure 9 is a graph showing the sludge reduction speed and reduction rate during steady state operation in a high-concentration organic waste treatment and reduction system according to an embodiment of the present invention.
도 9(a)는 정상 상태에서의 슬러지 감량속도이며, 도 9(b)는 정상 상태에서의 단위 반응조별 슬러지 감량률이다.Figure 9(a) shows the sludge reduction rate in a normal state, and Figure 9(b) shows the sludge reduction rate for each unit reaction tank in a normal state.
도 9를 참조하면, 시스템(100)의 정상 상태 도달 이후, 시스템(100)의 슬러지 감량속도는 15.47㎏/d이며, 전체 감량률은 97.7%로 전술한 전체 운전기간 동안의 슬러지 감량률(76.8%)보다 향상된 것으로 나타났다.Referring to FIG. 9, after reaching the steady state of the
특히, 정상 상태의 운전에서는 제3 발효 액화조(136)에서의 슬러지 감량률(49.1%)이 현저하게 상승되었으며, 제1 내지 제3 발효 액화조(132, 134, 136)가 슬러지 감량 작용을 주도적으로 수행하고 있음을 확인할 수 있다. 이러한 현상은 도 10의 반응조의 사진에서도 확인할 수 있다.In particular, in steady-state operation, the sludge reduction rate (49.1%) in the third
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도 유기성 폐기물의 처리 및 감량 시스템의 정상 상태(Steady State) 운전 동안 단위 반응조별 슬러지 분해 상태를 나타내는 사진이다.Figure 10 is a photograph showing the sludge decomposition state for each unit reaction tank during steady state operation of the high-concentration organic waste treatment and reduction system according to an embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 전술된 정상 상태의 슬러지 감량률의 결과와 마찬가지로 제3 발효 액화조(136), 제2 발효 액화조(134) 및 제1 발효 액화조(132), 발효 합성조(140)의 순서로 반응조 표면에 형성된 거품의 발생 강도가 높은 것을 확인할 수 있어, 정상 상태에서의 실제적인 슬러지의 가수분해가 발효 액화조에서 이루어지고 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 10, similar to the result of the sludge reduction rate in the steady state described above, the third
따라서, 본 발명의 고농도 유기성 폐기물의 처리 및 감량 시스템(100)에 따르면 하수 처리장 등에서 발생되는 고농도의 유기성 폐기물을 기계적 탈수 및 추가적인 열처리, 건조, 소각 공정 없이 복합미생물의 대사에 의해 감량 처리할 수 있으며, 나아가 일정 비율의 감량이 아닌 실질적인 무배출 형태의 유기성 폐기물의 처리가 수행될 수 있다. Therefore, according to the high-concentration organic waste treatment and
이러한 시스템(100)을 종전의 하수 처리장 설비에 연동하도록 설치하거나 병렬로 설치할 경우, 기존의 기계적인 탈수장치를 생략할 수 있게 된다. When this
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an illustrative explanation of the technical idea of the present embodiment, and those skilled in the art will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present embodiment. Accordingly, the present embodiments are not intended to limit the technical idea of the present embodiment, but rather to explain it, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these examples. The scope of protection of this embodiment should be interpreted in accordance with the claims below, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of rights of this embodiment.
100: 고농도 유기성 폐기물 처리 및 감량 시스템
110: 발효 혼합조
120: 종자미생물 배양조
130: 발효 액화조
132: 제1 발효 액화조
134: 제2 발효 액화조
136: 제3 발효 액화조
138: 제4 발효 액화조
140: 발효 합성조
146: 반송슬러지 발효조
150: 촉매 합성조
160: 처리수조100: High-concentration organic waste treatment and reduction system
110: Fermentation mixing tank
120: Seed microorganism culture tank
130: Fermentation liquefaction tank
132: First fermentation liquefaction tank
134: Second fermentation liquefaction tank
136: Third fermentation liquefaction tank
138: Fourth fermentation liquefaction tank
140: Fermentation synthesis tank
146: Return sludge fermentation tank
150: Catalyst synthesis tank
160: Treatment tank
Claims (10)
유기성 폐기물을 유입받아 복합발효미생물과 혼합하여 복합발효미생물을 활성화시키는 발효 혼합조;
상기 발효 혼합조에서 혼합된 복합발효미생물과 유기성 폐기물을 유입받아 상기 복합발효미생물의 작용에 의해 유기성 폐기물을 용해(Lysis) 및 분해시키는 발효 액화조; 및
상기 발효 액화조에서 유기물이 분해된 폐기물을 공급받아 고액 분리하는 발효 합성조
를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 무배출 감량 시스템.In a system for zero-emission treatment and reduction of high concentration organic waste using complex microbial fermentation technology,
A fermentation mixing tank that receives organic waste and mixes it with complex fermentation microorganisms to activate complex fermentation microorganisms;
A fermentation liquefaction tank that receives complex fermentation microorganisms and organic waste mixed in the fermentation mixing tank and dissolves and decomposes the organic waste by the action of the complex fermentation microorganisms; and
A fermentation synthesis tank that receives waste from the fermentation liquefaction tank and separates solid and liquid.
A zero-emission reduction system for organic waste, comprising:
상기 발효 혼합조는 복합발효미생물을 종자미생물 배양조로부터 공급받고,
상기 종자미생물 배양조는 종자미생물을 시스템 내에서 배양시켜 기 설정된 비율로 상기 발효 혼합조로 복합발효미생물을 공급하며,
상기 발효 혼합조는 복합발효미생물을 유입되는 유기성 폐기물과 혼합시키면서 복합발효미생물을 활성화시키는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 무배출 감량 시스템.According to paragraph 1,
The fermentation mixing tank receives complex fermentation microorganisms from the seed microorganism culture tank,
The seed microorganism culture tank cultivates seed microorganisms within the system and supplies complex fermentation microorganisms to the fermentation mixing tank at a preset ratio,
The fermentation mixing tank is a zero-emission reduction system for organic waste, characterized in that the complex fermentation microorganisms are mixed with the incoming organic waste while activating the complex fermentation microorganisms.
상기 발효 액화조는,
복수 개의 단위 발효 액화조가 직렬로 배치되어 유기성 폐기물이 순차적으로 발효 및 분해되도록 하되,
상기 복수 개의 단위 발효 액화조 중 최하류의 발효 액화조는 상류측 발효 액화조의 용량 대비 1.5배 내지 2배 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 무배출 감량 시스템.According to paragraph 1,
The fermentation liquefaction tank,
A plurality of unit fermentation liquefaction tanks are arranged in series to sequentially ferment and decompose organic waste,
A zero-emission reduction system for organic waste, characterized in that the downstream fermentation liquefaction tank among the plurality of unit fermentation liquefaction tanks is 1.5 to 2 times larger than the capacity of the upstream fermentation liquefaction tank.
상기 발효 합성조는 분리막 생물반응조(MBR), 부상분리조, 원심분리조, 중력침전조 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 무배출 감량 시스템.According to paragraph 1,
A zero-emission reduction system for organic waste, wherein the fermentation synthesis tank is one of a membrane bioreactor (MBR), flotation separation tank, centrifugation tank, and gravity sedimentation tank.
상기 발효 합성조에 축적되는 슬러지는 기 설정된 비율로 상기 발효 혼합조로 반송되는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 무배출 감량 시스템.According to paragraph 4,
A zero-emission reduction system for organic waste, characterized in that the sludge accumulated in the fermentation synthesis tank is returned to the fermentation mixing tank at a preset rate.
상기 유기성 폐기물의 무배출 감량 시스템은 반송슬러지 발효조를 더 포함하며,
상기 반송되는 잉여슬러지는 상기 반송슬러지 발효조에서 활성화가 이루어진 후 상기 발효 혼합조로 반송되는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 무배출 감량 시스템.According to clause 5,
The organic waste zero discharge reduction system further includes a return sludge fermentation tank,
A zero-emission reduction system for organic waste, characterized in that the returned surplus sludge is activated in the returned sludge fermentation tank and then returned to the fermentation mixing tank.
상기 발효 합성조의 후단에 촉매 합성조가 포함되며,
상기 촉매 합성조는 상기 발효 합성조에서 고액 분리되어 배출되는 처리수를 공급받아 처리하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 무배출 감량 시스템.According to paragraph 1,
A catalyst synthesis tank is included at the rear of the fermentation synthesis tank,
A zero-emission reduction system for organic waste, characterized in that the catalyst synthesis tank receives and processes treated water discharged from solid-liquid separation in the fermentation synthesis tank.
상기 촉매 합성조는 고정층 생물막 반응기로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 무배출 감량 시스템.In clause 7,
A zero-emission reduction system for organic waste, characterized in that the catalyst synthesis tank is formed as a fixed bed biofilm reactor.
상기 발효 혼합조로 유입되는 유기성 폐기물은 하·폐수 처리장치에서 발생되는 잉여슬러지, 전처리가 수행된 음식물류 폐기물, 음폐수 및 가축분뇨 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 무배출 감량 시스템.According to paragraph 1,
Organic waste flowing into the fermentation mixing tank is any one selected from the group consisting of surplus sludge generated from a sewage and wastewater treatment device, pre-treated food waste, food waste water and livestock manure, or mixtures thereof. 's zero-emission reduction system.
상기 발효 혼합조, 발효 액화조 및 발효 합성조는 호기 환경으로 유지되며, 기 설정된 주기에 의해 포기 및 휴지가 반복되어 운전되는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 무배출 감량 시스템.
According to paragraph 1,
A zero-emission reduction system for organic waste, characterized in that the fermentation mixing tank, fermentation liquefaction tank, and fermentation synthesis tank are maintained in an aerobic environment, and are repeatedly operated with aeration and rest according to a preset cycle.
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2022
- 2022-12-06 KR KR1020220168661A patent/KR20240084154A/en unknown
Patent Citations (2)
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