KR870000606B1 - 수중고형 폐기물의 단계혐기성 발효방법 및 그의 장치 - Google Patents

수중고형 폐기물의 단계혐기성 발효방법 및 그의 장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

수중고형 폐기물의 단계혐기성 발효방법 및 그의 장치
제1도는 본 발명 반응장치의 플로우시이트이며,
제2도는 본 발명의 2단계 발효의 제1단계의 수행을 위한 장치의 일부분의 수직단면도이며,
제3도는 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2의 반응장치의 플로우시이트이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 2 : 반응구역 3 : 메탄발효구역
4 : 공급라인 5 : 절단장치
7 : 교반장치 8 : 스크린표면
9 : 포집구역 10 : 분리장치
13 : 배출구 19 : 이동장치
21 : 배출구 22 : 스크린
38 : 수평이송장치 39, 40 : 트로프 개구
43 : 스크린 포집구역
본 발명은 수중 고형유기 폐기물의 2단계 즉, 가수분해/산성화(acidification)단계 및 메탄발효단계에서의 혐기적 발효방법 및 그 방법을 실시하기 위한 장치에 관한 것이다.
유기폐기물을 2단계로 발효시키는 것, 즉 제1단계에서 가수분해 및 산성화를 행하고, 제2단계에서 메탄발효를 행하는 것은 공지이다.
예를들면, 제이. 디. 키난(J.D. Keenan)은 그의 논문 "고형 폐기물로부터 다단계 메탄회수[Multple Staged Methane Recovery from Solid Wastes, J. Environ. Sci. Health, All(829), 525-548(1976)]에서 유기폐기물을 이 방법으로 현탁상태에서 처리하고 있다. 이 경우에는 모든 폐기물이 제1단계부터 메탄발효단계로 보내어진다.
이 방식은 모든 폐기물 입자의 표면으로 액체의 양호한 전면접촉을 부여하여 비교적 소량의 단백질, 탄화수소, 지방을 함유하는 공업폐수 및 가정폐수와 같은 소립자로 된 폐기물에 특별히 적합하다. 비교적 입자가 큰 잎 폐기물, 야채 및 과일의 폐기물 및 풀폐기물에는 이 방법이 적합치 못하다. 그 이유는 이들 폐기물은 폐기물을 현탁상태로 유지하기 위하여 매우 작은 형태로 하여야 하며, 물의 양에 대해 비교적 소량밖에 장치에 공급할 수 없으며, 또한 거친 입자는 산성단계의 작용을 모두 받을 수 없는 상태로 되어 필요에 따라 우선 별개의 가수분해처리를 하지 않으면 안된다. 만일 제1단계에서의 모든 폐기물은 무차별하게 메탄 발효단계로 보내면 가수분해/산성화단계 및 메탄 발효단계의 각각의 단계에서 최적 소요체류시간을 고려하여 다량의 발효 가능한 폐기물이 존재하도록 하여야 하며, 리그노셀루로즈 잔류물과 같은 가수분해 될 수 없는 부분이 발효구역을 채워서 메탄균을 억제할 가능성이 있기 때문에 이 방법은 부적당하다.
네델란드왕국 특허 제80,06567호에는 반응조내에 실질적으로 고정상으로서 폐기물을 저장하고, 액체에서 퍼콜레이션(percolation)하고 이어서 수집된 액체를 보조반응기에 보내 거기서 유기물을 혐기적으로 2산화탄소와 메탄으로 전화시키고, 동시에 보조반응기로부터의 유출물을 반응조중의 고정 폐기물상위에로 다시 분무시키는 것에 의한 주로 고체유기폐기물을 배치(batch)식으로 혐기적으로 소화하는 방법이 기재되어 있다. 잔류물은 반응조에서 제거되어야 한다. 그러나, 이 방법으로는 모든 종류의 유기폐기물을 충분히 처리할 수 없음이 알려져 있다.
후자의 방식에서는 고형폐기물중을 통과하는 물의 원활한 퍼콜레이션이 곤란하고 또한 고정상 내의 대부분의 함량에 걸쳐 막히는 경향이 있어서, 물은 그 주위를 선택적으로 통로를 통과해 버리는 난점이 있다. 영국특허출원 공개 제2013170호에는 동물의 똥, 특히 가축의 똥을 2단계로 발효시키는 방법이 기재되어 있다. 동물의 똥을 반응 컴(cum) 침강 탱크중에 모으고, 이 탱크중에서 수일간, 고형부분의 발효 및 침강을 일으킨다. 상징액은 혐기적 소화장치에 보내고 침강한 슬러찌는 꺼내 건조하든가, 또는 지면에 버린다. 이 영국특허출원 공개는 과일 및 야채폐기물, 풀 또는 농산물의 폐기물의 처리를 기재한 것이 아니고, 보다 희박한 동물똥의 처리를 시도하고 있다. 또한 이 영국특허출원 공개의 방법은 고형폐기물과 액체와의 접촉이 최적 조건으로부터 상당히 멀기 때문에 체류시간이 지나치게 길어 비효율적이다.
본 발명의 목적은 이러한 공지의 방식을 개량한 것이며, 특히 퍼콜레이션중에 막히는 것을 방지하고 또 부피가 큰 폐기물에 적응할 수 있도록 공지의 방법을 개량한 것이다. 이 폐기물은 과일 및 야채폐기물, 풀 또는 기타 농업원의 폐기물 및 예컨데 가정폐기물의 유기부분과 같은 비교적 고형 유기폐기물과 같은 신속히 가수분해하는 폐기물을 대부분 함유한다.
이러한 종류의 폐기물은 높은 함량의 세포액보다 일반적으로는 생물구조체에서 경계되는 액체 및/또는 생물세포막내에 함유된 액체를 갖는 가능성이 있다. 본 발명 방식에 의하면 장치의 용량 및 효율의 개량이 달성되었다. 광범한 연구 및 실험결과, 피처리 고형 유기폐기물을 제1단계의 반응구역에 도입하고, 이 폐기물의 용량의 적어도 80%가 Xmm보다 큰 입경을 가지며, Xmm는 도입되는 고형 유기폐기물에 의해 0.25~1.5mm 사이이며, 또한 이 반응구역내에서 폐기물을 연속적 또는 주기적으로 교반하고 또한 체절하여 분리한후 Xmm 보다 적은 입자를 액체와 함께 제거하고 그 후 Xmm보다 작은 입자를 액체로부터 분리한 후 분리된 액체를 적어도 주로하여 메탄발효구역에 공급하고, 한편으로는 분리된 보다 작은 입자를 제1단계의 반응기로 재순환시켜 방출하는 것을 특징으로 하는 방법이 본 발명에 의해 발견되었다.
아직 충분히 발효하지 않은 큰 폐기물 입자와 발효에 의해 생성되어 용존하는 화합물 및 비발효성 화합물 예컨데, 모래나 점토와 같은 폐기물의 무기성분과의 사이의 대단히 빠른 분리가 일어난다. 유기폐기물의 작은 입자의 쪽이 그의 용적에 대해 큰 표면적을 갖기 때문에 큰 입자보다 훨씬 빨리 가용성 화합물로 전환되는 사실을 최적으로 이용하여 가수분해/산성화 구역내에서 폐기물 입자의 입도에 적응한 체류시간을 폐기물의 전량에 부여할 수 있다.
본 발명자는 광범한 실험결과, 가수분해/산성화구역에서 액체 및 미세 고형입자를 제거함으로써 유기폐기물이 강력하게 촉진되어 제거된 액체가 산성화를 제한할 수 없게 된다.
본 발명의 실시를 위하여는 0.1~2일간의 수중체류시간이 적당하여 0.5-1.5일간의 체류시간이 바람직하다. 수중체류 시간이 이보다 길 경우에는 지방산농도가 증가하기 때문에 가수분해/산성화가 지연되게 된다.
실험중 체절에 의하여 발효구역에서 제거되는 고형입자의 회분은 출발 폐기물의 22%에서 제거된 폐기물의 44%까지 증가함을 알았다.
교반은 몇 가지의 방법으로 행할 수 있다. 본 발명의 방법에서는 문제의 가수분해/산성화구역내에서 액체함량을 현저하게 변화시킬 수 있으나, 통상의 액체교반기가 사용될 수 있는 액체함량을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 특수한 실시 태양에 의하면 방법은 가수분해/산성화구역내에서 "드라이" 조건에서의 조작으로 되고, 이 경우에는 이러한 액체교반기는 고려되지 않는다.
본원 명세서중에 사용된 "드라이" 조건이란 당업자가 통상의 액체교반기를 사용하지 않는 조건을 말한다. 예를들면, 본 발명의 방법을 토마토로 실시하는 경우에는 통상의 교반기를 사용하나 굵은 사탕무우 폐기물 또는 당근 폐기물의 경우에는 폐기물기에 상당량의 수성용액을 첨가하지 않을 때는 특별한 교반기를 사용하지 않는다. "드라이" 조건의 경우의 교반은 예컨데, 어떤 장치에서 폐기물을 반응구역의 하부로부터 상부로 폐기물의 일부를 재순환시키는 것 및/또는 이러한 덩어리의 교반에 적당한 혼합기 또는 타의 수단을 사용하는 것에 행해질 수 있다. 이것은 "드라이"법의 경우에 폐기물의 전량을 액체와 양호하게 접촉시키고 가수분해 및 산성화를 신속히 일으키기에 충분한 정도로 교반한다.
메탄발효단계로부터의 유출물은 공급된 폐기물중에 존재하는 액체이외는 반응구역에 그 이상 액체를 공급하지 않도록 하고 반응구역내에서 바람직한 조작조건에 도달할 때는 이 반응구역내에서 폐기물에 첨가되는 수성액체의 백분율이 유지되도록 하는 방법에서, 바람직하기로는 적어도 1부분을 제1단계 반응구역내로 재순환된다.("드라이"조건의 경우)
액체 및 Xmm보다 작은 입자의 제거를 위하여 스크린표면은 반응구역내의 폐기물보다 상방에 즉, 선택 자유로히 반응구역 내부 또는 외부에 놓을 수 있다. 부가적으로 리프트장치는 이 반응구역내의 폐기물보다 상방까지 들어올리는 사이에 폐기물을 지나치게 탈수되지 않도록 구성되어 있어야 하며, 이러한 예로서는 스크류펌프나 원심펌프를 사용할 수 있다.
당업자에게 알려진 바와 같이 제1단계의 제1반응구역내의 폐기물 도입을 위하여 성공리에 사용되는 장치는 도입되는 유기폐기물의 조건에 의존한다.
이러한 "드라이" 덩어리에서 본 발명을 실시하는 경우에는 고형 유기폐기물중의 통과하는 액체의 퍼콜레이션에 관하여 어떠한 곤란도 일어나지 않음을 알았다.
바람직하기로는 제1단계의 반응구역내의 폐기물 덩어리가 "드라이"법의 경우보다 훨씬 수분이 많도록 고형 유기폐기물에 수성액체를 첨가한다. 이 경우에는 액체의 교반에 적당한 통상의 교반기를 사용할 수 있다. 담수 및/또는 보다 바람직하기로는 메탄 발효반응기로부터의 유출물의 일부분을 사용하여 고형 유기폐기물에 첨가할 수 있으나 폐수를 사용할 수도 있다. 명백히 폐수를 첨가할 때는 폐수는 메탄 발효단계에 대한 억제물질을 함유하지 않는 유기원의 폐수이다. 바람직하기로는 고형 유기폐기물은 수성액체와 혼합한 후 가수분해/산성화구역에 도입된다. 제1반응구역내의 함수덩어리(wet mass)는 폐기물에 부피체적에 대해 150용량% 이하, 보다 바람직하기로는 25~150% 용량%의 수성액체를 첨가하여 얻어진다. 바람직하기로는 메탄발효단계의 유출물의 적어도 일부분을 제1단계 반응구역내에서 바람직한 조작조건이 달성될때 공급되는 폐기물중에 존재하는 액체 이외는 반응구역내로 액체를 더 공급하지 않고 반응구역내에 있어서 폐기물에 첨가되는 수성액체의 백분율이 유지되는 방법에서 제1단계 반응구역내로 재순환된다. 이 경우 폐기물 덩어리의 교반에는 통상의 액체교반기가 고려된다. 처리구역의 벽을 형성하는 스크린 표면의 구멍을 통하여 소기의 체절이 행하여질 수 있다. 보다 바람직하기로는 예컨데, 고정스크린 표면을 갖춘 스크린장치로 반응구역에서 함수 폐기물을 펌프로 이송하는 것이나, 다른 스크린장치 예컨데 진동 스크린이나 드럼스크린도 고려될 수 있다. 함수 덩어리를 이송할 수 있는 모든 종류의 펌프, 예컨데 원심펌프 또는 뇌동펌프를 사용할 수 있다.
동일한 이송장치는 소기의 체절을 위해 폐기물을 스크린표면상으로 이송함과 동시에 스크린 표면을 통과하지 않는 폐기물의 부분을 다시 재순환하기 위하여 또한 처리구역에서 폐기물의 재순환되지 않는 부분을 제거하기 위하여 사용될 수 있다. 따라서, 스크린 표면은 반응구역내에 폐기물 보다 상방으로 즉, 선택 자유자재하게 반응구역 내부 또는 외부에 설치할 수 있다. 제1단계는 1개 이상의 반응구역에서 행해지는 것이 가능하며 이 경우, 반응구역은 폐기물의 흐름에 관하여 직렬 또는 병렬로 연결시킬 수 있다.
스크린 표면의 아래의 포집구역의 바람직한 구조로 인하여 포집구역내의 고체 퇴적물에 비추어 이 반응구역을 주기적 또는 연속적으로 플러싱(flushing)하는 것이 바람직하다. 이것은 스크린을 통과한 폐기물로부터 분리된 액체 및/또는 메탄발효구역으로부터의 액체의 재순환에 의해 행해질 수 있다. 이들 흐름과 플러싱 액체의 전량과의 사이의 관계를 적당히 조절하고 이러한 액체가 가수분해/산성화 구역을 나와 포집구역으로 들어가는 정도를 조절함으로서 메탄발효구역으로 액체흐름을 적당히 조절하는 것이 가능하다. 고형 폐기물에 관하여 직렬로 연결된 2개 이상의 반응구역에서 1단계를 행하는 경우에는 이들의 반응구역의 각각에 포집구역을 갖춘 스크린을 설치하는 것이 유익하다.
본 발명의 또 다른 특징은 전술한 발명의 방법을 실시하기 위한 장치에 의해 형성되는 것이다. 이들 장치는 고형 유기폐기물의 2단계 발효계의 제1단계 또는 그의 일부분을 그중에서 수행하기 위하여 작용하는 반응구역과 작은 고형입자를 함유하는 액체를 포집구역으로 제거하기 위한 선상 사이즈 또는 스크린 사이즈가 0.25~1.5mm의 스크린 구멍 또는 바(bar)의 간격이 0.25~1.5mm 이하의 스크린 표면을 갖는 스크린과 액체로부터 고형입자를 분리하기 위한 분리장치의 반응구역내에서 폐기물을 교반하기 위한 수단으로 되는 것을 제1특징으로 한다. 선택되는 스크린 구멍의 사이즈는 폐기물의 발효속도에 의존한다. 일반적으로 폐기물의 등급이 양호할수록 입자는 작고, 상기 메쉬 사이즈의 범위내에서 보다 적은 스크린 구멍을 갖는 스크린 표면을 사용할 수 있다.
더우기, 이하에 후술하는 바와 같이 본 발명은 본 발명의 장치의 다수의 실시 태양 및 바람직한 특징을 포함한다.
이하 첨부도면에 관하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이 첨부도면은 예로서 본 발명에 의한 플로우시이트 및 본 발명의 방법의 실시를 위한 장치의 일부분의 가능한 실시 태양을 나타내는 것이다.
제1도의 장치에 있어서, 발효 제1단계를 함께 형성하는 2개의 직렬 또는 병렬배치로 연결된 반응구역(1) 및 (2)내에서 고형 유기폐기물의 가수분해 및 산성화가 수행되고 한편, 메탈발효구역(3)에서는 제2단계 즉 메탄발효가 제1단계에서 용해된 분해 생성물에 대해서 수행된다. 고형 유기폐기물은 소망에 따라 전공정(前工程)에서 조절된 양의 액체와 함께/또는 첨가수 및/또는 메탄발효 반응기로부터 물의 일부분과 함께 공급라인(4)으로부터 반응구역(1)으로 공급된다. 유기페기물의 다량의 큰 잎 또는 유사한 물질이 함유되어 있는 경우에는 절단장치(5)에서 절단할 수 있다. 절단장치로서는 예를들면 샤프커티(chaff-cutter)나 미분쇄기를 사용할 수 있다. 반응구역(1)으로 폐기물을 펌프이송하기 위하여 허용되는 최대입도는 명백히 사용되는 펌프의 종류에 주로 의존한다. 일반적으로 허용되는 최대입자는 1~5cm이다. 반응구역(1)내로는 반응기(3)로부터의 유출액의 일부분은 입구(6)를 경유하여 재순환된다. 고형폐기물의 수성용액의 공급은 반응구역(1)내에서 및 (또는) 이 반응구역에 들어가기 전에 예컨데 절단장치(5) 내에서 수행될 수 있다.
유기물이 배치식으로 얻어질 때는 고형유기물을 배치식으로 절단하고 반응구역(1)으로 연속적으로 공급되는 완충조로 이송된다. 반응구역(1) 및 (2)의 각각에 약시된 교반장치(7)는 이들의 반응구역내의 고형물을 교반할 수 있다. 반응구역(1), (2)에는 반응구역과 포집구역(9)을 격리하는 스크린 표면(8)이 있으며, 포집구역(9)내로 액체와 작은 고형 입자만이 들어갈 수 있다. 스크린 표면에는 예를들면, 최소선상 사이즈(예컨데, 스크린 스리트의 폭) 또는 직경이 1mm의 구멍이 있다. 명백하게 이 스크린장치는 반응구역보다 상방에 또는 반응구역에 접근하여 설치할 수 있다. 이 경우에는 모든 종류의 스크린장치를 사용할 수 있다.
본 발명의 1실시 태양에 의하면 밀폐반응기를 반응구역(1), (2)로서 사용할 수 있으며, 이 경우에는 이 반응기는 가수분해/산성화공정중에 생성하는 2산화탄소 및 소량의 메탄의 제거를 위한 개스배출구를 갖추어야 한다. 밀폐반응기는 예를들면 공기오염 방지 및/또는 가수분해/산성화 반응기의 냉각장치를 위해 사용될 수 있다.
각 포집구역(9)으로부터의 미세고형 입자 함유액체는 분리장치(10)로 이송되고, 여기서 예컨데 진공드럼필터, 자기소제성 정지체 또는 액체 사이클론 또는 이들 장치를 결합한 것과 같은 여과기 또는 체에서 액체로부터 주로 미세 고형입자를 분리한다. 분리된 고형입자는 슬러찌가 펌프에서 제거될 수 있는 조건하에서 농후한 슬러찌로서 (11)에서 제거되며, 이 슬러찌가 여전히 다량의 충분히 발효되지 않은 고형 유기입자를 아직 함유하고 있을 때는 이 슬러찌 전부 또는 일부를 점선으로 표시한 도관(12)을 통하여 반응하는 반응구역(1) 또는 (2)로 재순환시킬 수 있다. 제거된 농후한 슬러찌는 탈수하여 예컨데 퇴비로서 사용할 수 있다.
분리장치(10)에서 분리된 액체는 배출구(13)에서 배출된다. 이 액체의 일부분은 펌프(15)에 의해 도관(14)을 통하여 포집구역(9)내로 반송되고 남은 액체는 도관(16)과 펌프(17)에 의해 메탄발효시키기 위해 메탄 반응기(3)내로 이송된다. 바람직하기로는 도관(16)을 통해 이송되는 액체의 일부분을 메탄반응기(3)로 이송하지 않고 직접 도관(6)을 통해 재순환시켜도 좋다. 이 재순환도관은 제1도에 도시하지 않았다. 메탄 반응기내에서 발생한 개스는 도관(18)을 통해 배출되어 포집되어 예컨데, 연료로서 사용될 수 있다.
당 업자에게 밝혀진 바와같이 본 발명의 방법에서는 UASB 반응기, 유동상 반응기, 혐기필터 또는 하강류 정치고정 필터법과 같은 적당한 메탄발효기를 이용할 수 있다. 예를들면, 그 중에서 과량의 슬러찌가 생성되는 발효반응기를 이용하는 경우, 이 반응기에는 물론 과량의 슬러찌의 배출구가 설치되어 있다.
신속 분해성 폐기물을 발효시켜야 하는 경우에는 직렬로 연결된 2개 이상의 가수분해/산성화 반응기를 이용할 수 있다. 초기에 모든 폐기물은 반응구역(1)내로 이송되나 서서히 분해하는 폐기물의 부분은 다음 반응구역으로 이송된다. 이러한 방식의 이점은 이들 반응기의 액체유 및 수중체류 시간을 최적화할 수 있다.
반응구역(1)내에서 처리된 폐기물은 적당한 이송장치(19)에서 반응구역(1)으로부터 반응구역(2)내로 이송된다. 폐기물의 조절가능한 일부분은 재순환도관(20)을 통하여 반응구역(1)내로 이송된다. 이송장치(19)와 도관(20)과는 이들이 그 속의 폐기물을 완전히 교반기(7) 대신에 또는 교반기에 가하여 교반하도록 하는 방법(예를들면 일부분이 반응구역(1)내로)으로 설치할 수가 있다.
반응구역(2)에서 폐기물은 반응구역(1)에서의 폐기물과 같은 방법으로 조절 가능한 재순환을 갖춘 이송장치(19)에 의해 배출될 수 있다. 반응구역(2)이 그 중에서 유기폐기물 자체가 발효되는 최종반응구역인 경우에는 이 반응구역의 이송장치(19)는 배출구(21)로 향하여 외부로 통할 수 있다. 이 폐기물은 여전히 다량의 물을 함유할 가능성이 있기 때문에 이 폐기물은 스크린(22)상 예컨데, 자기청소성 정지스크린 상으로 이송하고 여기서 분리된 액체를 도관(23)을 통하여 반응구역에 대응하는 분리장치(10)의 공급측으로 보내어질 수 있다.
반응구역(2)에서 메탄반응기(3)로의 도관(16)은 반응구역(1)의 도관(16)과 결합한다. 그 대신에 다시 산성화가 소망의 경우에는 반응구역(1)의 분리장치(10)의 배출구(13)를 메탄반응기(3)로의 도관(16)과 직접연결시키지 않고, 도관(16)과 연결시킨 문제의 액체를 반응구역(2)으로 보냄으로써 직렬로 연결된 반응구역(1) 및 (2)의 배치를 사용할 수 있다. 이 경우에는 도관(6)은 메탄반응기의 유출물만을 또는 대부분 반응구역(1)내로 이송하고, 반응구역(2)내로 모두 이송하지 않든가 거의 소량만 이송되지 않도록 하지 않으면 안되기 때문에 도관(6)과 반응구역(2)과의 연결관(6)은 배제하여도 좋고 또는 완전히 또는 거의 완전히 폐쇄하여도 좋다.
메탄반응기(3)내에서 처리된 액체는 도관(24)을 통하여 메탄반응기(3)에서 배출된다. 이 액체의 일부분은 도관(6)을 통하여 상호 조절될 수 있는 분배에서 반응구역(1) 및 (2) 및/또는 반응구역(1)으로 도입전의 고형 유기폐기물에 공급된다.
본 발명을 다량의 피처리 폐수를 함유하는 공급물에 대하여 실시하는 경우에는 메탄반응기(3)에서 반응구역(1) 및 (2)로의 유출물의 반송이 완전히 생략되어도 좋고, 또는 약간 적은 정도로 행하여도 좋다.
파선(26)은 밸브로 선택 장유로 개폐하는 것에 의해 또는 자연적인 억압에 의해 액체의 유수가 바람직한 정도로 일어나지 않는 경우에는 필요에 따라 펌프로 되는 포집구역(9)에서 대응하는 반응구역(1) 또는 (2)내로 액체의 재순환방법을 나타내고 있다. 포집구역(9)은 (10)으로 분리된 액체에서 플러싱과는 대신에 또는 플러싱과 함께 도관의 배출관을 통하여 이송된 메탄반응기(6)로부터의 액체에서 플러싱할 수 있다. 그러나, 포집구역이 적당히 구성되어 있으면, 예컨데 충분히 급구배(急勾配)의 벽 및 낮게 구성되어 있으면, 포집구역의 플러싱을 전혀 행하지 않아도 좋다.
상술한 바와같이, 본 발명의 방법은 반응구역(27) 및 (3)내의 상당히 드라이 폐기물괴에서 실질적으로 웨트폐기물괴에서도 실시할 수 있다.
제2도의 장치는 상기 반응구역(1)의 일부분의 수직단면을 나타낸다. 반응구역(1)은 부근 또는 반응구역(1)내의 펌프(34)는 반응구역(1)으로부터에서 폐기물을 밀폐트로프(through)내의 워엄스크류(worm screw)로 구성되고 스크류모터에서 구동되는 수평 이송장치(38)까지 올려 지지한다. 이 트로프는 저부에 2개의 개구(39)와 (40)이 있으며 개구(39)는 슬라이드 밸브(41)에 의해 사이즈가 가변적이며 반응구역(1) 상방으로 돌출하여 있으나, 개구(40)는 폐기물을 트로프로 방출하고 트로프가 제1도의 반응구역(2)의 정부로 이송된다. 이 방법에서 반응구역(1)에서 처리된 폐기물의 조절되는 부분을 이송장치(38)에서 반응구역(1)으로 반송할 수 있고, 나머지는 이송장치에 의해 반응구역(2)으로 이송된다. 슬라이드 밸브(41)가 연속적으로 열려있을 때는 Xmm 보다도 큰 입자를 함유하는 모든 폐기물이 개구(9)에서 대응하는 반응구역내로 회송된다.
반응구역(2)에서도 동일한 이송장치를 갖는 것이 가능하며, 폐기물을 올려 지지하고 (39)와 같은 개구에서 조절 가능한 양으로 폐기물을 반응구역(2)내로 낙하시켜 회송시킬 수 있고, 또한 (40)과 같은 개구를 통해 반응구역(2)에서 폐기물을 배출시킬 수 있으나, 폐기물은 제1도에서 설명한 바와같이 스크린(22)(제1도)상에서 탈수할 수 있다.
수평 이송장치(38)는 고형폐기물을 트로프의 저부에 있는 개구(39) 및 (40)에 도달시킬 때까지 폐기물을 상술한 바와같이 0.25~1.mm의 스크린 구멍을 갖는 스크린 표면(42)상으로 이송하고 이 스크린 표면(42)은 이송장치(38) 트로프의 잔부의 저부와 원활하게 연결되어 있다. 스크린 표면(42)은 반원형 또는 원형으로 될 수 있으나, 이 경우에는 바람직하기로는 그축 주변에 잭-스크류(38)의 회전 방향와 반대 방향으로 회전할 수 있으며, 자동적으로 청소될 수 있도록 되어 있다.
이 스크린 표면의 아래에는 경사벽과 저부에서 (44)에 배출구가 있는 스크린 포집구역(43)이 있다. 이러한 포집구역은 통상 제1도의 분리장치(10)로 그자체 충분히 비울 수 있으나, 바람직하기로는 여기서도 장치(10)에서 분리된 액체(제1도의 도관(14)) 및/또는 메탄발효구역(3)으로부터 오는 액체(제1도의 도관(6) 및 (27))(도입구45)에서 플러싱할 수 있다.
[실시예 1]
제3도에서 도시한 플로우시이트에 의한 장치에서 여러가지의 야채 폐기물의 혼합물을 발효시켰다. 산성화/가수분해 반응구역(1)의 정부를 밀폐하고 이 반응구역내에서 생성한 개스를 배출구(도시하지 않음)를 통하여 측정될 수 있도록 했다. 야채폐기물은 주로 오이, 상치, 꽃상치, 샐러리, 당근, 홍당무, 양배추 및 토마토로 구성되어 있다. 이 유기 폐기물은 야채 경매장에서 나온 것이었다 여기에 나타낸 결과는 연속 5일간에 걸쳐 취한 평균이다. 5일간 30㎤의 액체용량 또는 60㎤의 벌크부피에 상당하는 유기 폐기물 29, 209kg을 발효시켰다. 이 폐기물은 메탄 발효구역(3)(제3도)내에서 메탄 80%로 된 개스 505㎥로 전화되고 이 개스는 연료로서 사용될 수 있었다. 메탄 발효반응기로서는 UASB 반응기를 사용하였다. 전유출물은 수성액 30㎥이며, 배출구(25)에서 배출되었다. 0.5mm의 작은 입도를 갖는 잔류 고체의 용량은 0.5㎥이며, 도관(11)에서 배출되었다. 이 고체 잔류물은 필터 프레스로 건조후 퇴비로서 적당하였다.
상기 5일간중의 공정중의 흐름은 적당하였다. 공급관(4)을 통하여 매일 12㎥의 벌크부피의 폐기물을 반응구역(51)내로 도입했다. 반응구역(51)에는 절단 혼합기(52)와 디스인터그레이터 펌프(desintergrater pump)(50)가 부착되어 있다. 동시에 메탄 발효구역(3) 및 분리장치(10)에서 나온 수성액체 5㎥/일을 반응구역(51)내로 도입했다. 펌프(53)가 혼합물을 반응구역(55)으로부터 도관(54)를 통해 순환되는 폐기물괴(2.2㎥/시)와는 별도로 분리장치(10)내로 분리된 입자의 일부분(0.1㎥/일)을 도관(12)을 통하고 다시 메탄 발효의 유출물의 일부분 분리장치(10)에서 분리된 액체의 일부분(3.3㎥/시)을 도관(6)을 통하여 반응구역(1)으로 보낸다. 펌프(57)에서 보내어진 (6.2㎥/시) 폐기물괴의 체절/재순환을 위하여는 제2도에 나타낸 장치를 사용한다.
분리장치(10)로서는 자기 청소성 정치 스크린을 사용한다. 분리장치를 나온 액체(4.0㎥/시)의 일부분(2.9㎥/시)은 펌프(17)에서 메탄 발효반응기로부터 보내어지고 일부분(1.1㎥/시)은 도관(57) 및 (6)을 통하여 반응구역(51) 및 가수분해/산성화구역(1)으로 이송된다. 메탄발효구역내에서는 이 반응구역으로 이송되는 액체(2.9㎥/시)는 도관(6)을 통하여 재순환되는 유출물(2.65㎥/시)과 도관(25)을 통하여 계에서 배출되는 유출물(0.25㎥/시)과 도관(18)을 통하여 연료로서 이용되는 개스(101㎥/시)와 단지 소량의 과잉 유출물로 나뉘어진다.
본 실시예에 있어서, 가수분해/산성화반응기는 1일 9.5kg 건조고체/9.5kg을 공급했다. COD값은, 폐기물과 현탁고체와의 혼합물로서 (CODmix) 및 원심분리 후의 휘발고체(CODcen)의 값을 측정했다. 메탄발효반응기에서 도관(25)을 통하여 배출되는 유출물에는 다음값이 측정되었다.
CODmix＝2003mg/ℓ
CODcen＝330mg/ℓ
가수분해/산성화 반응기에서 펌프(27)에 의해 배출된 유출액에는 하기의 값이 측정되었다.
CODmix＝7031mg/ℓ
CODcen＝3457mg/ℓ
[실시예 2]
실시예 1과 같은 장치를 사용하였다. 본 실시예에서는 사탕무우잎 폐기물, 즉 사탕무우잎의 저부단과 잎의 잔부를 발효시켰다. 결과는 22일간에 걸친 평균을 나타낸다.
3209kg/일 및 401kg 건조고체/일에 상당하는 약 5㎡ 벌크부피/일(3㎥ 액체부피/일)의 사탕무우잎 폐기물을 공정중에 도입했다. 가수분해/산성화반응기에서 92m2/일을 펌프(37)에서 흡출했다. 메탄발효구역의 유출물에서 약 3㎥/일을 도관(25)을 통하여 배출시키고, 57㎥/일을 재순환시켰다. 가수분해/산성화 반응기내에서 생성된 개스는 10㎥/일이며 주로 이산화탄소와 단지 20%의 메탄으로 구성되어 있으며 메탄발효반응기내에서 생성된 개스는 99㎥/일이었다(메탄 79%, 이산화탄소 21%). 도관(11)으로부터 방출된 잔류물류는 383kg/일이고 건조고체 15%를 함유하고 있었다. 메탄발효 반응기로부터 도관(25)을 통하여 배출되는 유출물에 대하여 하기의 값이 측정되었다.
CODmix＝2737mg/ℓ
CODcen＝490mg/ℓ
킬달－Nmix＝273mg
킬달－Nien＝59mg/ℓ
NH4－Nmix＝79mg/ℓ
펌프(57)를 거쳐 가수분해/산성화반응기로부터 나온 배출된 유출물에서 다음 값이 얻어졌다.
CODmix＝6102mg/ℓ
CODcen＝3667mg/ℓ
킬달－Nmix＝273mg/ℓ
킬달－Ncen＝33mg/ℓ
NH4－Nmix＝51mg/ℓ
건조고체 기준의 총전화율은 87.4%이며, 중량 기준의 총전화율은 89.5%이었다.

Claims (23)

  1. 도입되는 유기폐기물에 의해 고형 유기폐기물의 적어도 80용량%가 0.25~1.5mm 사이인 Xmm 보다 큰 입도를 갖는 피처리 고형 유기폐기물을 제1단계의 반응구역에 도입하는 것과, 이 반응구역내의 폐기물을 연속적으로 또는 주기적으로 교반하고, Xmm 보다 작은 입자를 액체와 함께 제거하기 위하여 체별한 다음, Xmm 대신에 작은 입자를 액체로부터 분리하고, 이 분리된 액체를 적어도 메탄발효구역 내에 주로 공급하고 동시에 분리된 Xmm 보다 작은 입자를 제1단계 반응기로 재순환시키거나 방출시키는 것을 특징으로 하는 2단계 즉, 가수분해/산성화 단계 및 메탄발효단계에서 수중고형 폐기물의 혐기적 발효방법.
  2. 제1항에 있어서, 피처리 유기폐기물을 제1단계의 반응구역내로 연속적으로 도입하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 발효시켜야 하는 폐기물을 제1단계의 완전한 실시 또는 제1단계의 일부분의 실시를 위해 적어도 1개의 반응구역을 통하여 연속적으로 도입되는 것이 특징인 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 반응구역내에 수성액체를 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 고형 유기폐기물을 수성액체의 적어도 일부분과 혼합한 후 제1단계로 이송시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제4항에 있어서, 수성액체의 전부 또는 일부분이 메탄발효단계의 유출물에서 생기는 것이 특징인 방법.
  7. 제4항에 있어서, 수성액체의 전부 또는 일부분이 메탄발효단계에 대한 억제물질을 함유하지 않는 유기원의 폐수인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 수성액체로부터 분리된 Xmm 보다 작은 입자의 적어도 일부분을 제1단계의 반응구역으로 재순환시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제4항에 있어서, 제1단계의 적어도 제1반응구역에서 이 반응구역에 첨가되는 수성액체의 부피 1.0%가 폐기물의 벌크부피에 대해 150% 이하인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 반응구역에 첨가되는 수성액체의 부피 %가 폐기물의 벌크부피에 대해 25~100%인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제9항에 있어서, 메탄발효단계의 유출물의 적어도 일부분을 도입하면 유기 폐기물 함량이 반응구역내에 유지되는 방법으로 재순환시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 반응구역내의 주로 폐기물보다 높이 위치한 스크린 표면상에서 폐기물의 체절이 일어나도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 이송장치가 사이즈가 가변성이고 주기적으로 밀폐되는 구멍을 갖는 스크린 표면상에 폐기물을 이송하고, 스크린 표면을 통하여 이송장치를 통하여 이송된 폐기물의 소정부분 또는 전 폐기물을 크기 및 구멍이 열려있는 기간에 의하여 반응구역내에서 재순환시킴과 동시에 폐기물의 잔부를 제거함을 특징으로 하는 방법.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 소기 체절중에 분리된 액체를 위해 포집구역을 주기적 또는 연속적으로 액체에서 플러싱하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 플러싱 액체가 메탄발효구역에서 유출물인 것인 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제14항에 있어서, 플러싱 액체가 Xmm 보다 작은 고형입자와 액체와의 분리중에 스크린 표면을 통과한 폐기물로부터 분리되는 액체인 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 유기 고형폐기물의 2단계 발효계의 제1단계 또는 제1단계의 일부분의 실시를 위하여 작용하는 반응구역과,여기서 포집구역으로 작은 고형입자를 함유하는 액체를 제거하기 위하여 0.25~1.5mm의 선상 사이즈 또는 이에 상당하는 크기의 구멍을 갖는, 또는 0.25~1.5mm 이하로 떨어진 바를 갖는 스크린 표면을 갖는 스크린과 제1단계 반응구역내에서 고형 폐기물을 교반하는 장치로 구성된 것을 특징으로 하는 수중고형 폐기물의 혐기적 발효장치.
  18. 제17항에 있어서, 고형폐기물을 교반하는 장치가 제1단계의 반응구역의 저부에서 폐기물을 상승시켜 적어도 일부분을 높은 레벨에 반응구역으로 반송하는 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상승시킨 폐기물을 가이드표면상을 누르는 이송장치를 포함하며, 이 이송장치가 구멍을 갖춘 가이드 표면의 저부의 일부상에 안내하고, 이 구멍을 통해 폐기물을 문제의 반응구역내로 낙하시켜 반송하고, 개구가 밀폐될 수 있고 크기를 변화시킬 수 있으며, 또한 이송장치가 폐기물을 저부의 일부분을 넘어 안내하여 반응구역에서 제거하는 것을 행하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제17항에 있어서, 제1단계의 반응구역의 저부에서 고형 폐기물을 상승시키는 장치와 상승된 폐기물을 스크린 표면과 이것을 통하여 폐기물이 문제의 반응구역내로 낙하시켜 반송되도록 되어 있는 스크린 구멍을 갖추고 스크린 구멍이 폐쇄될 수 있고, 또한 크기가 변할 수 있도록 되어 있는 가이드 표면의 저부의 일부분을 누르는 이송장치를 포함하며, 이송장치가 폐기물을 저부의 이 부분을 넘어 안내하여 이 반응구역에서 제거하는 것을 행하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제17항에 있어서, 스크린 표면이 플러싱 액체의 입구를 갖춘 스크린 포집구역 상표면을 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제19항에 있어서, 문제의 반응구역에서 상승된 고형폐기물을 스크린 표면 및 스크린 구멍상을 이송한 후 제1단계의 제2처리 구역으로 공급하는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제22항에 있어서, 제2 또는 이에 연속하여 1개 이상의 처리구역이 문제의 반응구역에서 고형폐기물을 상승시키기 위한 이송장치를 가지며, 고형폐기물의 일부분이 제2 또는 그것에 연속되는 반응구역 내로 재순환 및 고형폐기물의 스크린표면상의 이송 및 반응구역에서 제거하는 것을 특징으로 하는 장치.
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