WO2012074289A2 - 유기성 폐기물 처리장치 및 처리방법 - Google Patents

유기성 폐기물 처리장치 및 처리방법 Download PDF

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WO2012074289A2
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organic waste
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methane fermentation
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장정희
김영오
전덕우
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현대건설주식회사
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    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for treating organic waste. More specifically, the organic waste is agitated by vortex in an anaerobic reactor, and the membrane device is bidirectionally moved at a predetermined time after the digestion liquid of the methane fermentation tank is introduced into the buffer tank.
  • the present invention relates to an organic waste treatment apparatus and a treatment method, which is supplied to pass through in an alternating manner, and wherein the digestion liquid is concentrated in a high concentration while repeatedly circulating the buffer tank and the membrane device, and the final concentrate is supplied to the anaerobic reactor.
  • the options for disposal of household wastes include landfills, landfills, incineration, and reprocessing as new resources.
  • the landfill treatment method has problems such as lipid pollution, harmful gas generation, water pollution, etc. of the landfill after treatment, followed by an economic burden for securing landfill.
  • the incineration method has a cost burden for the incineration process, and air pollution occurs during incineration, and there is a limit to the types of wastes to be treated.
  • the recycling treatment method seems to be the best treatment method, depending on the utility of the recycling is determined whether or not recycling. In other words, whether or not the recycling cost is determined by the economical efficiency of the processing cost for recycling, the secondary environmental pollution generated during the recycling process, and the satisfaction of the quality of the final product by recycling.
  • methane gas generated after the organic waste reacts with the microorganisms in the anaerobic reactor of the acid fermentation tank and the methane fermentation tank is stored separately, and the digestion liquid discharged from the methane fermentation tank is used as compost or biological treatment. Purified through process and physicochemical treatment.
  • a membrane-bound anaerobic digestion technique in which a solid-liquid separation membrane is combined with an anaerobic digester.
  • This technology is to treat the digestion liquid discharged from the methane fermentation tank by solid-liquid separation with a membrane device and return the separated solids to the anaerobic digester.
  • the acid fermentation tank and the methane fermentation tank are provided with a stirrer including a stirring blade and a stirring pump to increase the reaction between the organic waste and the microorganism.
  • the fire extinguishing liquid supplied to the membrane device is installed to separate the solid-liquid flow only in one direction.
  • the stirring by the stirrer only actively reacts the organic waste and the microorganisms only at the positions where the stirring blades are disposed, and the stirring efficiency is significantly decreased as the stirring blades move away from the stirring blades.
  • the concentrated solution once concentrated in the separator is returned to the anaerobic reactor, but after a certain period of time, the degradation effect of the fermentation degradation in the anaerobic reactor is rapidly reduced, due to the temperature loss of the methane fermentation solution and the impact load due to sudden concentration operation And a large amount of circulation for filtration.
  • the extinguishing fluid passes through the membrane device in one direction, the cumulative phenomenon of contaminants increases rapidly, and thus the supply flow rate decreases and the replacement time is shortened.
  • the first object of the present invention is that the stirring performance of the organic waste is improved by adding the stirring by the vortex together with the stirring by the stirrer, and the reaction between the organic waste and the microorganism is improved.
  • the present invention provides an apparatus and a method for treating organic wastes that are maximized.
  • the digestion fluid or low concentration of the concentrated liquid is supplied to the anaerobic reactor is highly concentrated while repeatedly circulating the membrane device and the buffer tank, so that the internal negative pressure of the buffer is compensated to ensure a smooth discharge of the digestive liquid or concentrate
  • An organic waste treatment apparatus and method for treating the same are provided.
  • the third object of the present invention is to reduce the accumulation of contaminants in the membrane device by applying a two-way alternate way to switch the direction of the digestive or concentrated liquid flowing into the membrane device at regular intervals, thereby improving efficacy within a certain range. It is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for treating organic waste, which can be maintained at all times and has an extended lifespan.
  • the organic waste treatment apparatus for achieving the above object is an organic waste treatment apparatus comprising an acid fermentation tank, a methane fermentation tank, a buffer tank and a separator device, the organic waste of the acid waste fermentation treatment in an acid fermentation tank
  • a vortex generating means including a plurality of nozzles installed in the methane fermentation tank so that the anaerobic digestion liquid in the methane fermentation tank is stirred by the vortex; and the vortex generating means forms water flow in one direction with respect to the anaerobic digestion liquid fermented in the methane fermentation tank.
  • a first nozzle unit having a plurality of first nozzles installed on the first nozzle pipe at a predetermined angle;
  • a second nozzle part having a plurality of second nozzles installed in the second nozzle pipe at a predetermined angle to form a water flow in a direction opposite to the spraying direction of the first nozzle part;
  • a first vortex circulation line installed to supply the anaerobic digestion liquid at the top of the methane fermentation tank to the first and second nozzle pipes, such that water flow in one direction and the opposite direction is alternately generated by spraying the anaerobic digestion liquid to generate vortices. Is done.
  • the organic waste treatment apparatus for sorting and crushing the organic waste
  • a pulverizer for pulverizing the organic waste that has passed through the sorting and crusher to a size suitable for input into an acid fermentation tank
  • a screen for filtering at least a size of organic waste to the organic waste that has passed through the mill
  • a storage tank for temporarily storing the organic waste passing through the screen
  • a heater installed in the acid fermentation tank and the methane fermentation tank, respectively, to raise the organic waste in the acid fermentation tank and the methane fermentation tank to a certain temperature
  • a gas storage tank in which methane gas generated in the methane fermentation tank is stored; Methane gas of the gas storage tank is introduced to provide a heater for the heater; further comprises.
  • the first vortex circulation line the first vortex circulation pump connected to supply the anaerobic digestion liquid from the upper portion of the methane fermentation tank to the first and second nozzle pipe;
  • a peristaltic valve installed to alternately open the first nozzle tube and the second nozzle tube.
  • first and second nozzle tubes are installed in the lower portion of the methane fermentation tank and bent to have a constant curvature toward the center of the methane fermentation tank.
  • the vortex generating means includes: a third nozzle unit having a plurality of third nozzles installed on the third nozzle pipe at a predetermined angle on an upper portion of the methane fermentation tank; And a second vortex circulation line installed to supply the anaerobic digestion liquid at the bottom of the methane fermentation tank to the third nozzle tube.
  • the second vortex circulation line is installed in conjunction with a second vortex circulation pump to supply the anaerobic digestion liquid to the third nozzle tube from the bottom of the methane fermentation tank.
  • the third nozzle has an upward spray angle, and each third nozzle has a vertical or diagonal spray angle.
  • the third nozzle has an upward or downward jetting angle, and the jetting angle ⁇ is 30 to 45 °.
  • the vortex generating means further comprises a controller for controlling the first vortex circulation pump and the second vortex circulation pump to operate alternately, and controlling the interlock valve to alternately open the first nozzle portion and the second nozzle portion.
  • the vortex generating means is installed on the lower side of the methane fermentation tank further comprises a plurality of baffles for interfering with the flow of the vortex.
  • the methane fermentation tank comprises: a plurality of sludge grooves formed to collect sludge falling in contact with the baffle at the bottom edge of the methane fermentation tank; And a sludge discharge line connected to the sludge grooves to discharge the sludge.
  • the bottom of the methane fermentation tank is inclined downward from the center to the rim side.
  • the methane fermentation tank comprises a second stirrer installed inside the methane fermentation tank so that the second stirring blade is rotated by the second stirring motor.
  • the acid fermentation tank comprises a first stirrer installed inside the acid fermentation tank so that the first stirring blade is rotated by the first stirring motor.
  • the acid fermentation tank is installed to connect the upper and lower, and further comprises a stirring circulation line is installed in conjunction with a stirring circulation pump for supplying organic waste from the top to the bottom.
  • the first circulation line is connected to the first vortex circulation line in the acid fermentation tank.
  • connection point of the first circulation line and the first vortex circulation line is a point before the peristaltic valve.
  • the second circulation line is connected to the stirred circulation line in the methane fermentation tank.
  • the buffer tank includes a gas holder installed at the top to compensate for the negative pressure generated when the digestion liquid contained in the buffer tank is discharged.
  • the gas holder is made of a flexible material, it is installed to shrink while releasing the gas collected when the negative pressure generated inside the buffer tank.
  • a second digestive liquid inflow line branched from the first digestive liquid inflow line connected to the buffer tank and connected to the other end of the membrane device;
  • a second concentrate conveying line connected to the separator device and connecting a first concentrate conveying line installed to supply a concentrate to an acid fermentation tank and a methane fermentation tank;
  • Injection direction switching means further comprises a supply pump, a control unit for controlling the first and second injection valves and the first and second discharge valves, the injection direction switching means to reverse the injection direction of the extinguishing liquid in the separator device every predetermined time .
  • the first concentrate conveying line is connected to the supply line so that the concentrate is circulated to the buffer tank.
  • the organic waste treatment apparatus includes a circulation valve installed in the first concentrate conveying line so that the concentrated liquid flowing through the first concentrate conveying line flows into or out of the supply line; A first supply valve installed in the first concentrate supply line to supply or block the concentrated solution flowing through the first concentrate return line to the acid fermentation tank; A second supply valve installed in the second concentrate supply line to supply or block the concentrated solution flowing through the first concentrate return line to the methane fermentation tank; And a shutoff valve that opens and closes to block the flow of the extinguishing liquid discharged from the methane fermentation tank.
  • shutoff valve is installed to open only when the extinguishing liquid is supplied to the buffer tank.
  • the separator device the frame; At least one membrane filtration module installed in the frame, the casing having a discharge hole for discharging the filtered water and a plurality of tubular filtration membranes embedded in the casing; A first header formed at one end of the at least one membrane filtration module and connected to the first digestion inlet line; And a second header formed at the other end of the at least one membrane filtration module and connected to the first concentrate discharge line.
  • a first flowmeter provided in the first digestion liquid inlet line to measure the injection flow rate of the digestion liquid, and a second flowmeter provided in the first concentrate liquid discharge line to measure the discharge flow rate of the concentrated liquid is further provided.
  • the membrane device is further provided with a first pressure gauge provided in the first digestion liquid inlet line to measure the injection pressure of the digestive liquid, and a second pressure gauge provided in the first concentrate liquid discharge line to measure the discharge pressure of the concentrated liquid.
  • the membrane device is further provided with a third flow meter for measuring the discharge flow rate of the filtered water discharged from the membrane filtration module.
  • the separator further includes washing means for backwashing the membrane device, and the washing means includes a control unit deriving a flow rate difference based on a flow rate value measured by each of the first and second flow meters, and when the flow rate difference is smaller than a predetermined reference value. Is operated on.
  • the washing means includes a washing water supply line connected to the second digestion inlet line; A water tank connected to the washing water supply line; And a backwash pump for pressurizing and transporting the washing water stored in the water tank to the washing water supply line.
  • the washing means is installed in the first concentrate conveying line is closed in the fifth valve and the back washing, and branched in the first concentrate conveying line so that the cleaning liquid flows as the fifth valve is closed, connected to the raw water storage tank or the chemical tank
  • the cleaning liquid conveying line is further provided.
  • the organic waste is supplied to an acid fermentation tank and a methane fermentation tank, the first step (S10); A second step (S20) in which methane gas generated in the first step (S10) is stored in a gas storage tank; A third step (S30) in which the digestion liquid in the methane fermentation tank is introduced and discharged into the buffer tank through the supply line; A fourth step (S40) of injecting the extinguishing liquid stored in the buffer tank by the supply pump into the separation membrane device to separate the concentrated liquid and the filtrate, and reversing the injection direction of the extinguishing liquid every predetermined time (S40); And a fifth step (S560) of returning the separated concentrate to an acid fermentation tank and a methane fermentation tank.
  • the vortices in the clockwise or counterclockwise direction are formed by the first and second nozzles, and the vortices are formed in the different directions by the first nozzles to form disordered vortices.
  • a part of the digestion liquid of the methane fermentation tank is circulated to the acid fermentation tank through a second circulation line connecting the acid fermentation tank and the methane fermentation tank to maintain pH 4.0 to 4.5.
  • the negative pressure generated when the digestion liquid is discharged from the buffer tank in the third step (S30) is compensated by the gas holder that is expanded by capturing the gas generated inside the buffer tank and expands by discharging the gas.
  • the fourth step (S40) further includes the step of measuring the flow rate difference or pressure difference across both ends of the tubular filtration membrane installed in the separator device and comparing it with a predetermined reference value, and the comparison step is the flow rate difference or pressure difference is the reference value If smaller, the fourth step (S40) to stop the sixth step (S60), and further comprises a washing step of back washing the tubular filtration membrane for a predetermined time.
  • the washing step is to operate the backwash pump to pressurize the washing water stored in the water tank to the tubular filtration membrane to wash the water, and if the washing cycle of the water washing step is less than the predetermined reference value by adding a chemical to the washing water Drug washing is done.
  • compressed air is injected into the washing water during the water washing step or the chemical washing step.
  • the washing step further includes the step of returning the washing liquid generated by the water washing to the raw water storage tank, and the step of returning the washing liquid generated by the chemical cleaning to the chemical tank.
  • Organic waste treatment method is a fifth step (S50) for determining whether the concentrated liquid obtained from the membrane device is filtered repeatedly; further includes.
  • the methane fermentation solution is circulated to the buffer tank so that the concentrate is introduced into the buffer tank through the first concentrate conveying line and the supply line (S30).
  • the vortices generated by the vortex generating means including a plurality of nozzles are formed to form different vortices at the top and bottom of the organic waste, thereby maximizing the stirring performance of the organic waste.
  • the injection of the nozzle is alternately made in the opposite direction has the effect of doubling the stirring performance of the organic waste.
  • the organic waste of the acid fermentation tank and the upper portion of the methane fermentation tank is circulated to the bottom so that the organic waste is not precipitated, and the organic waste fraction of the upper portion is efficiently mixed, and the stirring is performed to improve contact with the microorganism.
  • the organic fermentation of the acid fermentation tank and the methane fermentation tank is circulated with each other to adjust the pH, so that the fermentation efficacy is maximized while the organic matter in the acid fermentation tank and the methane fermentation tank is stirred by the vortex generating means and the stirrer.
  • the digestion liquid discharged from the betan fermentation tank is converted into an indirect circulation system in which the digestion liquid discharged from the betaneous tank is highly concentrated and supplied to the anaerobic reactor, thereby stabilizing the state of the methane fermentation liquid in the anaerobic coagulation tank.
  • the concentration of the organic carbon source to feed the microorganisms and microorganisms is maintained at a high concentration of the inflow of the concentrated liquid, thereby increasing the amount of gas generated by active decomposition of organic matter.
  • the separation efficiency in the membrane device for the concentrate that passed through the buffer tank due to volume reduction is also improved, resulting in a higher concentration of the concentrate than before.
  • the concentration reduction of the microorganism and the organic carbon source according to the daily circulation amount treated in the anaerobic reactor is suppressed by the high concentration of the concentrate as much as possible to improve the ecological environment of the microorganism.
  • the negative pressure generated therein is compensated by the expansion and contraction of the gas holder, so that the extinguishing liquid or the concentrate is smoothly discharged.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an organic waste treatment apparatus according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a state diagram schematically showing the acid fermentation tank and methane fermentation tank of Figure 1,
  • 3 and 4 are a front view and a plan view schematically showing the interior of the methane fermentation tank shown in FIG.
  • 5 to 7 are state diagrams schematically showing the vortices formed in the acid fermentation tank and the methane fermentation tank shown in FIG.
  • FIG. 8 and 9 are side cross-sectional views schematically showing an operating state of a gas holder installed in the buffer tank shown in FIG. 1.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a membrane filtration module according to the present invention.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating an organic waste treatment method using the organic waste treatment apparatus shown in FIG. 1.
  • the organic waste treating apparatus 100 is a sorting and crusher 110, a grinder 120, a screen 121, a storage tank 130, an acid fermentation tank ( 140, the methane fermentation tank 150, the acid fermentation tank 140 and the methane fermentation tank 150, respectively, heater 160, gas storage tank 170, boiler 180, buffer tank 300, supply pump 320 , Membrane separator 400, first digestion liquid inlet line 401, injection direction switching means, first concentrate conveying line 403, discharge tank 500 and cleaning means 600.
  • a sorting and crusher 110 the grinder 120, a screen 121, a storage tank 130, an acid fermentation tank ( 140, the methane fermentation tank 150, the acid fermentation tank 140 and the methane fermentation tank 150, respectively, heater 160, gas storage tank 170, boiler 180, buffer tank 300, supply pump 320 , Membrane separator 400, first digestion liquid inlet line 401, injection direction switching means, first concentrate conveying line 403, discharge tank 500 and cleaning means 600.
  • the crusher 120 is a device for finely crushing the crushed organic waste, the organic waste pulverized by the crusher 120 contains about 80 to 85% of water, so the fluidity is relatively smooth.
  • the screen 121 filters the vinyls contained in the finely pulverized organic waste, solids 5 mm or more, and inert materials, thereby making the fluidity smoother.
  • the storage tank 130 is a place where the organic waste discharged from the grinder 120 is temporarily stored, and a transfer pump 131 for transferring the organic waste of the storage tank 130 to the acid fermentation tank 140 is provided.
  • the heater 160 is connected to the boiler 180 to heat the organic waste in the acid fermentation tank 140 to a temperature of about 60 to 100 ° C., and to heat the organic waste in the methane fermentation tank 150 to about 50 to 60 ° C. high temperature. This is to maximize the fermentation of organic waste containing a large amount of oil.
  • the gas storage tank 170 is a place where methane gas generated in the acid fermentation tank 140 and the methane fermentation tank 150 is stored. Part of the methane gas stored in the gas storage tank 170 is supplied to the boiler 180, and a part of the gas storage tank 170 is provided. Is used to produce power by being sent to a high purity gas refinery or fed to a power system.
  • the boiler 180 supplies heat to the heater 160 using methane gas stored in the gas storage tank 170 as an energy source.
  • the acid fermentation tank 140 as shown in Figure 2, the first circulation line 141 for supplying the acid fermented organic matter to the methane fermentation tank 150, and the first installed inside the acid fermentation tank 140 Stirrer 142, and a stirring circulation line 143 for circulating the organic waste of the upper portion is made.
  • the first stirrer 142 is formed so that the first stirring blade 142a located inside the acid fermentation tank 140 is rotated by the first stirring motor 142b.
  • the first stirring motor 142b preferably has 15 to 25 rpm. When the first stirring motor 142b exceeds 25 rpm, the internal pressure of the first stirring motor 142b increases, which is dangerous.
  • stirring circulation line 143 is connected to the lower portion of the acid fermentation tank 140, the stirring circulation pump 143a for circulating the organic waste in the upper portion of the acid fermentation tank 140 is installed in conjunction.
  • first circulation line 141 is connected to the first vortex circulation line 230 to be described later of the methane fermentation tank 150 in the acid fermentation tank 140, the acid fermented organic matter in the acid fermentation tank 140 methane fermentation tank ( The first circulation pump (141a) to be supplied to 150 is installed in conjunction.
  • the first circulation line 141 is preferably installed to circulate the acid fermented organic matter from the lower portion of the acid fermentation tank 140 to the lower portion of the methane fermentation tank 150, and a predetermined amount is circulated every approximately 2 to 3 hours. good.
  • methane fermentation tank 150 as shown in Figures 2 to 4, the vortex generation means installed so that anaerobic digestion is mixed by the vortex and the second stirrer 154 installed inside the methane fermentation tank 150 And a second circulation line 151 for circulating the fermented portion of the anaerobic digestion of the methane fermentation tank 150 to the acid fermentation tank 140.
  • the second stirrer 154 is formed so that the second stirring blade 154a located inside the methane fermentation tank 150 is rotated by the second stirring motor 154b.
  • the second stirring motor 154b preferably has 15 to 25 rpm. When the second stirring motor 154b exceeds 25 rpm, the internal pressure of the second stirring motor 154b increases, which is dangerous.
  • the vortex generating means includes first and second nozzle parts 200 and 210 installed under the methane fermentation tank 150 and a third nozzle part 220 installed above the methane fermentation tank 150 for agitation of the methane fermentation tank 150 in an emergency.
  • the second vortex circulation line 240 for supplying to the 220 is included.
  • the first vortex circulation line 230 is connected to the first and second nozzle parts 200 and 210 at the lower part of the methane fermentation tank 150 and supplies the anaerobic digestion liquid at the upper part to the first and second nozzle parts 200 and 210.
  • the first vortex circulation pump 231 is installed in conjunction with each other, and a pair of interlocking valves 232 are installed to alternately open the first nozzle pipe 201 and the second nozzle pipe 211.
  • the first vortex circulation pump 231 has a capacity capable of circulating a flow rate of 6 to 8 times or less than the inflow amount of the organic waste introduced from the acid fermentation tank 140 so that the anaerobic microbial flocs are not broken.
  • first nozzle unit 200 is installed in the first nozzle pipe 201 connected to the first vortex circulation line 230, and the first nozzle pipe 201 inclined 30 to 45 ° and upward in the drawing A plurality of first nozzles 202 for forming a stream of water in a clockwise direction is included.
  • the second nozzle unit 210 is installed in the second nozzle pipe 211 connected to the first vortex circulation line 230, and the second nozzle pipe 211 is inclined 30 to 45 ° and upward in the drawing A plurality of second nozzles 212 for forming a flow in the counterclockwise direction is included.
  • the peristaltic valve 232 is controlled by a controller (not shown) to be described later.
  • the second vortex circulation line 240 is connected to the upper third nozzle unit 220 from the lower portion of the methane fermentation tank 150, and intermittently the lower organic matter intermittently when the first vortex circulation line 230 is not smooth in an emergency.
  • the second vortex circulation pump 241 to be supplied to the third nozzle unit 220 is connected to each other.
  • the second vortex circulation line 240 is preferably installed to supply the anaerobic digestion liquid from 1/3 of the height from the bottom of the methane fermentation tank 150 to 2/3.
  • the second vortex circulation pump 241 preferably has a capacity capable of circulating a flow rate of 2 to 4 times greater than the inflow amount of the organic waste introduced from the acid fermentation tank 140.
  • the third nozzle unit 220 is installed in case an error occurs in the operation of the first and second nozzle units 200 and 210 and is stopped. This is done.
  • the first and second nozzles 200 and 210 may be operated to increase the stirring ability even when the normal operation.
  • the second vortex circulation line 240 is also linked to operate depending on whether the third nozzle unit 220 is operating.
  • the third nozzle unit 220 includes a third nozzle pipe 403f connected to the second vortex circulation line 240 and a plurality of third nozzles 222 installed in the third nozzle pipe 403f.
  • the third nozzle pipe (403f) is branched into two tubes inside the methane fermentation tank 150, the branch pipe is formed as refracted as shown in the drawing, for example, like the first and second nozzle pipe (201,211) It may be formed with curvature.
  • each of the third nozzles 222 is installed in the third nozzle pipe 403f to be upward and have an injection angle in one of the vertical and oblique directions.
  • the third nozzle 222 may be installed in the third nozzle pipe 403f which is branched to have an injection angle of 30 to 45 ° while being upward or downward.
  • the second circulation line 151 is connected to the stirring circulation line 143 of the acid fermentation tank 140 in the methane fermentation tank 150, the agent for circulating a portion of the organic matter of the methane fermentation tank 150 to the acid fermentation tank 140 2 circulation pump (151a) is made in conjunction with.
  • the second circulation line 151 is preferably installed to circulate the anaerobic digestion liquid from the lower portion of the methane fermentation tank 150 to the lower portion of the acid fermentation tank 140.
  • the second circulation line 151 circulates a part of the anaerobic digestion liquid of the methane fermentation tank 150 to the acid fermentation tank 140.
  • the acid fermentation tank 140 to avoid the phenomenon that the fermentation in the acid fermentation tank 140 is not smooth as the acid fermented organic material stirred in the acid fermentation tank 140 has a strong acidity property of about pH 3-4. This is to lower the acidity within.
  • the operation of the first and second vortex circulation pumps 231 and 241 and the peristaltic valve 232 is controlled by a controller (not shown).
  • this controller may be installed to control all motors, pumps, valves, and the like mounted on the organic waste disposal apparatus 100.
  • the vortex generating means is installed on the lower side of the methane fermentation tank 150, as shown in Figures 3 and 4, a plurality of baffles for the flow of vortex formed by a plurality of nozzles (202, 212, 222) to interfere 260 is further included.
  • the methane fermentation tank 150 includes a plurality of sludge grooves 152 formed in the bottom edge portion, and a sludge discharge line 153 connected to the sludge grooves 152 to discharge the sludge.
  • the bottom of 150 is inclined from the center to the edge side.
  • the inclined bottom surface of the methane fermentation tank 150 is to allow the sludge flowing from the bottom flows to the edge of the bottom surface and then collected in the sludge groove 152.
  • the buffer tank 300 is installed so that the digestion liquid discharged from the methane fermentation tank 150 is introduced through the supply line 301, the third stirrer 310 for agitation is built so that the digestion liquid is not precipitated.
  • the buffer tank (300) inside the buffer tank to compensate for the negative pressure generated when the extinguishing fluid is forcibly discharged to the separator device 400 by the supply pump 320 (
  • the gas holder 330 is installed to collect and expand the methane gas generated at 300.
  • the supply line 301 is connected to the first concentrate conveying line 403 described later.
  • the function of the buffer tank 300 to produce a high concentration of the concentrate is also described in the description of the membrane separator 400.
  • the gas holder 330 is mounted on the upper portion of the buffer tank 300 to be expanded and contracted with a soft material, and installed to collect and expand the methane gas to compensate for the negative pressure when a negative pressure occurs inside the buffer tank 300. do.
  • the gas holder 330 is installed to shrink while the received methane gas is discharged.
  • the panel is installed to slide so that some space inside the buffer tank 300 is sealed, and the panel is downward while methane is collected in the sealed space to compensate for negative pressure. It may be installed to slide.
  • the first digestive fluid inlet line 401 is connected to the buffer tank 300 and the membrane device 400, and becomes a moving passage of the digestive fluid. Then, the first digestive fluid inlet line 401 is provided with a first flow meter (401b) for measuring the injection flow rate of the digestive fluid. In addition, a first pressure gauge 401c may be provided to measure the injection pressure of the extinguishing fluid separately from the first flowmeter 401b.
  • the supply pump 320 is provided in the first digested liquid inlet line 401 and serves to pressurize and convey the digested liquid stored in the buffer tank 300 to the membrane device 400.
  • the supply pump 320 is connected to the water level control device 230 of the buffer tank 300 and the first, second and third flowmeters 401b, 403b and 411a or the first and second pressure gauges 401c and 403c. It is preferable that the inverter is controlled by a controller (not shown) to be adjusted.
  • the membrane device 400 serves to solidify the digested liquid transferred by the supply pump 320 into a concentrated liquid and filtered water.
  • the separator 400 includes a frame 410, a membrane filtration module 420, and first and second headers 432 and 434 as shown in FIG. 1.
  • the frame 410 receives and supports the membrane filtration module 420.
  • the first and second headers 432 and 434 are cylinders having a predetermined internal space.
  • the first header 432 communicates the first digestion inlet line 401 and the plurality of membrane filtration modules 420
  • the second header 434 is the plurality of membrane filtration modules 420 and the first concentrate conveying line ( 403). Accordingly, the digestion liquid introduced into the first header 432 through the first digestion liquid inflow line 401 is distributed to the plurality of membrane filtration modules 420, and the extinguishing liquid discharged from the plurality of membrane filtration modules 420 is second. Gathered in the header 434 and discharged to the first concentrate conveying line 403.
  • the membrane filtration module 420 has a cylindrical shape of a predetermined length and is filled with a filtration membrane therein. According to this embodiment, one or more membrane filtration module 420 is provided, and is built in the frame 410 so that both ends protrude outward of the frame 410, respectively. In one embodiment, the membrane filtration module 420 is made of four stages, as shown in Figure 1, each stage may be composed of a set of six modules 420 (not shown). Thus, a total of 24 membrane filtration modules 420 are required. In addition, as shown in FIG. 10, the membrane filtration module 420 includes a plurality of tubular filtration membranes 424 embedded in a cylindrical casing 422.
  • the casing 422 is formed with a filtered water discharge hole 423, the filtered water discharge hole 423 is connected to the filtered water discharge line 411.
  • "?" Shown in FIG. 10 indicates the injection space and the direction of the digestive fluid.
  • the tubular filtration membrane 424 has a structure in which a high concentration of the concentrated liquid containing digestive microorganisms is discharged from the opposite side of the injection side, and the filtered water is discharged through the discharge hole 423 formed in the casing 422.
  • the tubular filtration membrane 424 is made of ceramic or the like, and has a form in which a membrane (not shown) in which micropores are formed inside a porous pressure resistant support tube (not shown) is coated.
  • the tubular filtration membrane 424 as described above can secure a wide flow path for the raw water to be injected, and thus has an advantage of being suitable for the treatment of high quality raw water.
  • less blockage occurs at the membrane surface 424a than other types of filtration membranes such as plate type, hollow fiber, or spiral wound type, and is also reversed when the filtration membrane is washed. It has the advantage of easy cleaning.
  • the tubular filtration membrane 420 may be an ultrafiltration membrane (UF membrane) or a microfiltration membrane (MF membrane).
  • UF membrane ultrafiltration membrane
  • MF membrane microfiltration membrane
  • the injection direction switching means serves to reverse the injection direction of the digestion liquid supplied to the membrane device 400 at a predetermined time.
  • the injection direction switching means includes the second digested liquid inflow line 402, the second concentrated liquid conveying line 404, the first and second injection valves 401a and 402a, and the first and second discharge valves 403a and 404a. ) And a controller (not shown).
  • the second digestive fluid inflow line 402 is branched from one side of the first digestive fluid inflow line 401 and is connected to the second header 434 of the membrane device 400.
  • the second concentrate conveying line 404 connects the first header 432 and the first concentrate conveying line 403 of the membrane device 400.
  • the first injection valve 401a is provided in the first digestion liquid inflow line 401 adjacent to the first header 432, and the first discharge valve 403a is provided in the first concentrate conveyance line adjacent to the second header 434. 403 is provided.
  • the second inlet valve 402a is provided in the second digested liquid inlet line 402 adjacent to the second header 434, and the second discharge valve 404a is provided in the second concentrate liquid conveying line adjacent to the first header 432. 404 is provided.
  • the first concentrate conveying line 403 is connected to the membrane device 400, acid fermentation tank 140 and methane fermentation tank 150, the concentrated liquid produced in the membrane device 400 is acid fermentation tank 140 and methane fermentation tank 150 It becomes the passage conveyed to).
  • the first concentrate conveying line 403 is provided with a second flow meter 403b for measuring the discharge flow rate of the concentrated liquid.
  • a second pressure gauge 403c may be provided to measure the discharge pressure of the concentrate separately from the second flowmeter 403b.
  • a valve and an electromagnetic flowmeter may be further installed to adjust the supply amount of the concentrate.
  • a circulation valve 403e is installed in the first concentrate conveying line 403 to allow the concentrated liquid discharged from the separator 400 to flow into the supply line 301.
  • This circulation valve 403e has an opening / closing operation opposite to that of the first supply valve 403f and the second supply valve 403g, and is also opposite to the shutoff valve 301a that cuts off the supply of the methane fermentation liquid. It is controlled by the controller to have a. That is, the concentrated liquid flowing through the first concentrate conveying line 403 does not flow into the acid fermentation tank 140 and the methane fermentation tank 150, but the buffer tank 300 and the membrane device 400 through the supply line 301.
  • the circulation valve 403e is controlled to be open so as to be re-introduced, the first supply valve 403f and the second supply valve 403g are controlled to be closed.
  • the shutoff valve 301a is controlled to close the extinguishing liquid discharged from the methane fermentation tank 150.
  • the circulation valve 403e is controlled to be closed.
  • the first supply valve 403f and the second supply valve 403g are controlled to open.
  • the shutoff valve 301a is controlled to open so that the digestion liquid discharged from the methane fermentation tank 150 flows into the buffer tank 300.
  • the first concentrate conveying line 403 is further provided with an electromagnetic flow meter and an auxiliary valve to adjust the amount of the concentrated liquid flowing into the acid fermentation tank 140 and the methane fermentation tank 150.
  • the electromagnetic flowmeter may be further installed between the methane fermentation tank 150 and the shutoff valve 301a in the supply line 301, and between the buffer tank 300 and the separation membrane device 400.
  • the controller is provided to control the opening and closing of the first injection valve 401a, the circulation valve 403e, the first supply valve 403f, and the second supply valve 403g.
  • the controller is operated by a program woven on the basis of the number of filtration of the concentrated dor discharged from the membrane device (400). More specifically, the low concentration liquid discharged from the membrane device 400 does not immediately flow into the acid fermentation tank 140 and the methane fermentation tank 150, but through the supply line 301 through the buffer tank 300 and the membrane device 400.
  • the controller is programmed to reenter.
  • the controller controls the first injection valve 401a installed in the supply line 301 so that the entire amount of the washing water or the low concentration liquid flows into the membrane device 400 by the supply pump 420 in the buffer tank 300. .
  • the first and second injection valves 401a and 402a and the first and second discharge valves are also provided.
  • the opening and closing of the 403a and 404a the injection direction of the digestive or low concentration liquid is reversed.
  • the reversing period by the control unit is appropriately selected in the range of about 1 day to 3 days. That is, the extinguishing liquid or the low concentration liquid flows in the forward direction in which the digestive fluid flows to the first digestion inflow line 401 and the first concentrate conveyance line 403 into the membrane device 400, and the second digestion fluid inflow line 402 and the second digestion fluid.
  • the high concentration concentrate also known as high concentrate
  • a low concentration concentrate refers to a concentrate in the middle of the cycle is repeatedly discharged from the first membrane device (400).
  • the digestion liquid is a substance discharged from the methane fermentation tank 150 and introduced into the initial buffer tank 300.
  • Discharge tank 500 serves to temporarily store and discharge the filtered water discharged from the membrane device (400). Discharge tank 500 is connected to the separator 400 through the filtered water discharge line 411 as shown in Figure 3, the discharge pump 510 is operated to discharge the filtered water through the discharge line 511. . On the other hand, the filtered water discharge line 411 is provided with a third flow meter (411a) for measuring the discharge flow rate of the filtered water discharged from each membrane filtration module 420.
  • the cleaning means 600 serves to clean the membrane device 400 to improve life.
  • the cleaning means 600 is the control unit described above the flow rate or pressure difference based on the flow rate value or the pressure value measured by the first and second flowmeters (401b, 403b) or the first and second pressure gauges (401c, 403c) And when the derived flow rate or pressure difference is smaller than a predetermined reference value.
  • the cleaning means 600 according to the present embodiment includes a washing water supply line 601, a water tank 610, a backwash pump 620, a chemical tank 630, and an air compressor 640 as shown in FIG. 1. It is possible to wash water or chemicals.
  • the washing water supply line 601 is connected to the second digestive liquid inflow line 402.
  • the water tank 610 is connected to the washing water supply line 601 to supply the washing water.
  • the backwash pump 620 pressurizes the washing water stored in the water tank 610 to the separator 400 through the washing water supply line 601 and the second digestion inlet line 402.
  • the chemical tank 630 is connected to the washing water supply line 601 to supply the cleaning chemicals and to clean the chemicals.
  • NaOCl may be used as the cleaning agent.
  • the air compressor 640 is connected to the washing water supply line 601 to supply compressed air.
  • the air compressor 640 may discharge the extinguishing liquid remaining in the separation membrane device 400 by spraying compressed air into the washing water supply line 601 before operating the backwash pump 620.
  • the air compressor 640 may further improve the cleaning efficiency by generating bubbles during water washing or chemical cleaning.
  • first and second cleaning liquid conveying line (405, 406) and the fifth, six, seven valves (403d, 405a, 406a) are provided to discharge the cleaning liquid after the cleaning of the membrane device (400).
  • the fifth valve 403d is provided in the first concentrate conveying line 403, and is closed when the separator device 400 is cleaned, and the washing liquid flows into the first washing liquid conveying line 405 and the second washing liquid conveying line 406. Let's go.
  • the first washing liquid conveying line 405 is branched from the first concentrated liquid conveying line 403, and the sixth valve 405a is provided.
  • the first washing liquid conveying line 405 is branched into two lines 407 and 408 and connected to the raw water storage tank 412 and the chemical tank 630, respectively. At this time, two lines 407 and 408 are provided with valves 407a and 408b, respectively.
  • the washing liquid introduced into the raw water storage tank 412 is supplied to any one of the pretreatment processes.
  • the second washing liquid conveying line 406 is branched from the first washing liquid conveying line 405 and connected to the discharge tank 500. At this time, the second cleaning liquid conveying line 406 is provided with a seventh valve (406a).
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating an organic waste treatment method using the organic waste treatment apparatus shown in FIG. 1.
  • the organic waste is supplied to the acid fermentation tank 140 and the methane fermentation tank 150 is fermented (S10).
  • the organic waste is subjected to a pretreatment process.
  • the organic waste is hydrolyzed and acid fermented while staying for about 3 to 4 days to convert the high molecular organic compound into a low molecular organic compound.
  • a horizontal water flow is formed in the acid fermentation tank 140 by the first stirrer 142, and a horizontal water flow and a vertical circulation are formed at the bottom by a stirring circulation line 143, so that the circulation of the upper and lower parts is performed. It works smoothly.
  • the acid fermentation tank 140 a vortex is formed and stirred through the stirring and stirring circulation line 143 by the first stirrer 142. Therefore, the upper stirring of the acid fermentation tank 140 is made by the first stirrer 142, and the water flow of the lower portion is formed through the stirring circulation line 143, and the oil of the upper portion of the acid fermenting tank 140 is mixed and stirred smoothly to the lower portion. Acid fermentation is promoted.
  • the methane fermentation tank 150 as shown in Figs. 6 and 7, horizontal water flow is formed by the second stirrer 154 inside the methane fermentation tank 150, and the upper and lower portions are formed by the vortex generating means.
  • the vortices are alternately formed so that vertical and horizontal agitation is performed at the top and the bottom to promote fermentation.
  • the vortex generated by the vortex generating means is generated when the interlock valve 232 by the controller 250 alternately opens the first nozzle part 200 and the second nozzle part 210 to generate water flow in opposite directions. do.
  • the first nozzle unit 200 is operated so that water flow is formed upward and in the clockwise direction, and then, the first nozzle unit 200
  • the second nozzle unit 210 is operated to generate water flow upward and counterclockwise.
  • the peristaltic valve 232 is controlled by a controller.
  • the first vortex circulation line 230 and the second vortex circulation line 240 installed in the methane fermentation tank 150 also operate alternately, so that the vortices of the upper and lower portions of the methane fermentation tank 150 are alternately generated, thereby vertically circulating. Made naturally, stirring and fermentation are promoted. This alternating operation is also possible by alternating opening of the first and second vortex circulation lines 230 and 240 by the controller 250.
  • the circulation of 3 ton / m 3 is repeated once per hour for 6 hours by the first vortex circulation pump 231. Circulates about 8 times.
  • the second vortex circulation pump 241 is also operated alternately with the first vortex circulation pump 231 in the same manner, the first and second vortex circulation pumps 231 and 241 operate for 24 hours. Therefore, in the methane fermentation tank 150, horizontal mixing at the top and bottom and cyclic vertical mixing at the top and the bottom are made in harmony.
  • the third nozzle unit 220 installed at the upper portion of the methane fermentation tank 150 to operate in an emergency, vortices are generated in the upper portion of the methane fermentation tank 150 by the third nozzle 222.
  • the third nozzle 222 has a vertical or oblique injection angle, a disordered vortex is formed in the upper portion of the methane fermentation tank 150 to replace the first and second nozzles 201 and 212 in an emergency.
  • the first and second nozzles 202 and 212 form an upward, clockwise or counterclockwise vortex at the lower portion of the methane fermentation tank 150, and disordered vortices in different directions are formed at the upper portion of the methane fermentation tank 150.
  • the third nozzle 222 is installed in the third nozzle pipe 403f so as to be up or down and have an injection angle of 30 to 45 °, so that the third nozzle 222 operates similarly to the first and second nozzles 202 and 212.
  • Vortex may occur at the top of the methane fermentation tank 150.
  • the third nozzle 222 is operated in conjunction with the first and second nozzles 202 and 212 so that a vortex in a clockwise direction is upward and downward in the lower portion, and a vortex in a counterclockwise direction is formed in the upper and downward direction or vice versa You can.
  • the baffle 260 mounted on the methane fermentation tank 150 causes interference with the vortices formed by the first and second nozzles 202 and 212 to form disordered vortices on a portion thereof to further promote mixing.
  • the sludge flowing along the vortex is in contact with the baffle 260 is dropped on the bottom of the methane fermentation tank 150 is collected in the sludge groove 152.
  • the sludge collected in the sludge groove 152 is discharged to the outside at regular intervals and removed.
  • the organic fermentation in the acid fermentation tank 140 and the methane fermentation tank 150 is continuously circulated through the first, second circulation line (141, 151).
  • the anaerobic digestion of the methane fermentation tank 150 circulated to the acid fermentation tank 140 is supplied to about 10 to 20% of the amount supplied from the acid fermentation tank 140 to the methane fermentation tank 150, the organic waste in the acid fermentation tank 140
  • the acid fermentation reaction is accelerated by maintaining a constant pH 4.3 to 4.5.
  • the decomposition of organic matter by anaerobic microorganisms is about 5 to 10% of the amount of acid fermentation decomposition.
  • the supply of the organic matter of the methane fermentation tank 150 may be increased to pH 5-6.
  • the organic matter is acid fermented while staying for about 3 to 4 days, and in the methane fermentation tank 150, the digestion fluid and methane gas are generated while the organic material stays for about 15 to 20 days.
  • methane gas generated in the acid fermentation tank 140 and the methane fermentation tank 150 is stored in the gas storage tank 170 (S20).
  • the methane gas of the gas storage tank 170 is partially provided to the boiler 180 that provides heat to the heater 160 installed in the acid fermentation tank 140 and the methane fermentation tank 150.
  • the remaining gas is then provided to a power system or a high purity gas refinery.
  • the extinguishing liquid discharged from the buffer tank 300 is transferred to the membrane device 400 to be separated into solid solution (S40) with the concentrate and the filtrate.
  • the digestion liquid introduced from the buffer tank 300 is pressurized and transferred to the separator 400 in the forward direction through the first digestion liquid inflow line 401.
  • the first injection valve 401a and the first discharge valve 403a are opened, and the second injection valve 402a and the second discharge valve 404a are in a closed state.
  • the digestive fluid is dispensed and injected into the plurality of membrane filtration modules 420 via the first header 432. Then, the water contained in the digestive fluid passes through the tubular filtration membrane 424 as shown in FIG.
  • the control unit closes the first injection valve 401a and the first discharge valve 403a and opens the second injection valve 402a and the second discharge valve 404a to reverse the injection direction of the extinguishing liquid. .
  • the digestion liquid flows into the tubular filtration membrane 424 via the second digestion liquid inflow line 402 and the second header 434, and the concentrated liquid passes through the first header 432 and the second concentrate conveyance line 404.
  • the first concentrate conveying line 403 Via the first concentrate conveying line 403 through. That is, the injection side of the tubular filtration membrane 424 is switched, and the contaminants accumulated in the filtration membrane 424 are removed to some extent by the injection pressure in the opposite direction.
  • the membrane separation phenomenon of the tubular filtration membrane 424 of the present invention evenly accumulates evenly on the entire membrane surface 424a, compared to the conventional separation membrane apparatus, in which the membrane phenomena rapidly occur only at one end of the filtration membrane. It has a slowing effect.
  • the reversal period of the digestive fluid injection direction by the control unit may be appropriately selected in the range of about 1 day to 3 days.
  • the concentrate obtained by the filtration in the separator 400 is discharged through the first concentrate conveying line 403, and it is determined whether the concentrate is initially filtered or repeatedly filtered (S40). That is, it is determined whether the methane fermentation solution is a low concentration liquid in the first filtered state obtained by filtration, or the first concentrated concentrate liquid is reintroduced into the separation membrane device 400 to be a high concentration liquid in the refiltered state.
  • the determination of the filtration state of the concentrate may be determined based on a predetermined reference concentration of the concentrate, or may be determined by the number of times the concentrated solution discharged from the membrane device 400 is filtered again.
  • a concentration meter (not shown) is further installed, and the filter is repeatedly filtered until it reaches a predetermined concentration or more. If it is determined by the number of filtration, it is determined by the number of times the first filtered concentrate is returned and filtered, and generally based on one refiltration. In addition, it may be determined by the number of opening and closing times of the supply valve 320 installed in the supply line 301 between the buffer tank 300 and the membrane device 400. That is, since the entire amount of the methane fermentation solution or the concentrate contained in the buffer tank 300 is supplied to the separator 400, the opening and closing frequency of the supply valve 320 is the number of times that the first filtered concentrate is re-supplied to the separator 400.
  • the first supply valve 403f and the second supply valve 403g provided therebetween are closed.
  • the shutoff valve 301a is closed so that the extinguishing liquid is not supplied from the methane fermentation tank 150.
  • the circulation valve 403e is provided on the supply line 301 side more than the first supply valve 403f and the second supply valve 403g, and the shutoff valve 301a is connected to the first concentrate conveyance line 403.
  • the concentrated liquid discharged from the second header 434 is returned to the acid fermentation tank 140 or the methane fermentation tank 150 through the first concentrate liquid conveying line 403 (S40). do.
  • the injection direction of the digestive fluid is switched as described above, it is conveyed to the acid fermentation tank 140 or the methane fermentation tank 150 through the second concentrate conveying line 404 and the first concentrate conveying line 403.
  • the circulating valve 403e of the first concentrate conveying line 403 is closed, the first concentrate valve 403f and the second feed valve 403g are opened, and the highly concentrated liquid repeatedly filtered is acid fermentation tank 140. It is introduced into the methane fermentation tank (150).
  • the amount of the concentrated liquid introduced into the acid fermentation tank 140 and the methane fermentation tank 150 is controlled through an electromagnetic flow meter and an auxiliary valve.
  • the shutoff valve 301a is opened as necessary so that the methane fermentation liquid of the methane fermentation tank 150 is accommodated in the buffer tank 300.
  • a washing step of backwashing the tubular filtration membrane 424 of the separator device 400 may be further included.
  • the solid-liquid separation step (S30) the first flow meter 401b provided in the first digested liquid inflow line 401 and the second flow meter 403b provided in the first concentrate conveyance line 403 measure the flow rate.
  • the control unit calculates the difference between the injection flow rate of the digestive fluid and the discharge flow rate of the concentrate based on the measured value, and the above-described solid-liquid separation step (S300) and the concentrate when the flow rate difference is smaller than a predetermined reference value.
  • the conveying step (S400) is stopped and the membrane device 400 is backwashed.
  • the reference value compared with the flow rate difference derived by the control unit may be set based on the data measured in the laboratory, and may be appropriately adjusted during actual operation. If tonnes of filtered water and 4.5 tonnes of condensate are discharged (dehydration rate 10%), the reference value may be set.
  • the pressure difference is derived from the first pressure gauge 401c and the second pressure gauge 403c respectively provided in the first digested liquid inlet line 401 and the first concentrated liquid discharge line 403, In a small case, backwashing of the membrane device 400 may be performed.
  • This cleaning step proceeds with the following procedure.
  • the air compressor 640 is operated to inject compressed air into the washing water supply line 601 to discharge the extinguishing liquid remaining in the tubular filtration membrane 424 of the separation membrane device 400.
  • the digestive liquid is returned to the acid fermentation tank 140 and the methane fermentation tank 150 via the second concentrate conveying line 404 and the first concentrate conveying line 403.
  • the backwash pump 620 is operated to pressurize the washing water stored in the water tank 610 to the tubular filtration membrane 424 to wash the water for a predetermined time.
  • the generated washing liquid flows into the first concentrated liquid conveying line 403 through the second concentrated liquid conveying line 404 and flows into the first washing liquid conveying line 405 by the closed fifth valve 403d. It is conveyed to the raw water storage tank 412.
  • the cleaning liquid may flow into the second cleaning liquid conveying line 406 and may be stored in the discharge tank 500 and discharged.
  • the first washing liquid inflow line 401, the first concentrated liquid conveying line 403 and the first washing liquid conveying line 405 may be installed to flow to diversify the flow direction of the washing liquid.
  • the chemical is added to the washing water to wash the chemical.
  • the cleaning cycle may be shortened over time.
  • chemicals may be added to the washing water to clean the medicine, thereby further improving the life of the tubular filtration membrane 424.
  • the reason for not cleaning the drug from the beginning is that if the chemical cleaning is frequently performed, not only the micropores of the tubular filtration membrane 424 are quickly damaged, but also the cost of purchasing the medicine is high.
  • the cleaning liquid generated by the chemical cleaning is conveyed to the chemical tank 630 via the second concentrated liquid conveying line L34 and the first washing liquid conveying line L50 and processed.

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Abstract

본 발명은 유기성 폐기물 처리장치 및 처리방법에 관한 것으로, 산발효조, 메탄발효조, 완충조 및 분리막장치가 포함되어 이루어진 유기성 폐기물 처리장치에 있어서, 메탄발효조 내의 혐기소화액이 와류에 의해 교반되도록 메탄발효조에 설치된 다수의 노즐을 포함한 와류생성수단; 완충조에 수용된 소화액이 배출되면서 발생하는 음압을 보상하기 위해 완충조에 설치된 가스홀더; 및, 분리막장치에 공급되는 소화액의 주입방향 전환수단;이 포함되어 이루어짐으로써, 기존의 교반기 및 노즐에서 발생된 와류에 의해 유기성 폐기물의 교반성능이 극대화되고, 완충조에서 소화액의 배출이 원활히 이루어지며, 관상형 여과막의 막오염을 대폭 늦추면서 여과막의 수명 연장과 더불어 고가의 여과막 교체 비용발이 최소화되도록 한 것이다.

Description

유기성 폐기물 처리장치 및 처리방법
본 발명은 유기성 폐기물을 처리하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기성 폐기물이 혐기성 반응기 내에서 와류에 의해 교반되고, 메탄발효조의 소화액이 완충조에 유입된 후 일정 시간마다 분리막장치를 양방향 교대방식으로 통과하도록 공급되며, 소화액이 완충조 및 분리막장치를 반복 순환하면서 고농도로 농축된 후 최후 농축액이 혐기성 반응기에 공급되도록 한 유기성 폐기물 처리장치 및 처리방법에 관한 것이다.
일반적으로 산업발전과 함께 소득증대와 소비성향의 변화 및 유통구조의 발달로 인하여 생활 폐기물은 급격히 증가되는 추세이다.
생활 폐기물의 처리 방안으로 선택될 수 있는 것으로는 매립지를 확보하여 매립처리하는 방법, 소각하여 처리하는 소각방법, 재가공하여 새로운 자원으로 활용하는 방법 등이 있다.
매립처리방법은 처리 후 매립지의 지질오염과 유해가스발생, 수질오염 등이 발생하고, 매립지 확보를 위한 경제적 부담이 뒤따르는 문제점이 있다.
또한, 소각처리방법은 소각처리를 위한 경비의 부담과 더불어 소각시 대기오염이 발생하고, 처리대상물인 폐기물의 종류에 제한이 있다.
또한, 재활용처리방법은 최상의 처리방법에 해당되는 것으로 보여 지나 재활용으로 인한 효용성에 따라 재활용 가능 여부가 결정된다. 즉, 재활용을 위한 처리비용의 경제성 여부와, 재활용처리과정에서 발생하는 2차적 환경오염 여부와, 재활용에 의한 최종 제품의 품질 만족도 등에 따라 재활용처리의 여부가 결정된다.
과거에는, 일반 식생활에서 폐기물로 생성되는 고농도 유기성 폐기물(음식물 쓰레기, 하수 슬러지, 폐수 슬러지, 축산 폐기물 등)이 매립처리방법이 이용되기도 한다. 하지만, 이러한 고농도 유기성 폐기물이 매립처리되면 수질오염 및 부패로 인한 악취 발생 등이 발생하여 심각한 환경오염원인이 되고 있다. 또한 매립 후 주변의 토질변화, 유기물의 부패에 의한 가스발생으로 악취 및 대기오염과 수질오염 등의 여러 형태의 비경제적, 비위생적, 비환경적 문제가 발생한다. 이러한 문제로 인해 우리나라를 비롯하여 전 세계적으로 고농도 유기성 폐기물의 매립처리방법이 금지되고 있는 추세이다.
더 나아가 최근 온실문제와 에너지문제가 대두되면서 고농도 유기성 폐기물을 이용하여 바이오에너지를 생산하는 방식이 세계적으로 선호되고 있다. 즉, 고농도 유기성 폐기물을 단순처리해야 하는 대상이 아닌 신재생에너지를 생산할 수 있는 에너지원으로서 취급하는 것이다. 이에 따라, 혐기성 소화공정을 통해 유기성 폐기물로부터 메탄가스를 생산하고, 소화액은 정화시켜 방류하는 방법이 제시되고 있으며, 이를 위한 유기성 폐기물 처리장치가 개발되어 있다.
따라서, 유기성 폐기물로부터 메탄가스가 추출되면서 기타 유독 가스 및 슬러지가 제거되고, 소화액은 정화시켜 방류하는 재활용 방법이 제시되고 있고, 이를 위한 유기성 폐기물 처리장치가 개발되어 있다.
종래의 유기성 폐기물 처리장치를 간략히 설명하자면, 유기성 폐기물이 산발효조 및 메탄발효조의 혐기성 반응기에서 미생물과 반응한 후 생성된 메탄가스가 별도 저장되고, 메탄발효조에서 배출된 소화액은 퇴비로 활용하거나 생물학적 처리공정과 물리화학적 처리공정을 통해 정화되었다.
최근에는 혐기성 소화효율을 향상시키고, 소화액 처리공정을 간소화하기 위하여 고액분리막을 혐기성 소화조와 결합한, 막결합형 혐기성 소화 기술이 제시되고 있다. 이 기술은 메탄발효조에서 배출되는 소화액을 분리막장치로 고액분리하여 처리하는 동시에 분리된 고형물은 혐기 소화조로 반송시키는 방식이다.
여기서, 산발효조 및 메탄발효조에는 유기성 폐기물과 미생물과의 반응을 상승시키기 위해 교반날개 및 교반펌프를 포함하는 교반기가 설치되었다.
또한, 분리막장치에서 여과된 농축액이 메탄발효조 및 산발효조로 직접 반송되어 메탄발효조 및 산발효조 내의 미생물 농도를 유지하고, 분해가 느린 생분해성 고형물과 미생물과의 접촉시간을 증가시켜 처리효율을 높이도록 설치되었다.
또한, 분리막장치에 공급되는 소화액은 일방향으로만 유입되어 고액분리하도록 설치되었다.
하지만, 이와 같이 구성된 종래의 유기성 폐기물 처리장치에서, 교반기에 의한 교반은 교반날개가 배치된 위치에서만 유기성 폐기물과 미생물과의 반응이 활발히 발생할 뿐 교반날개에서 멀어질수록 교반 효능이 현저히 감소하였다. 또한, 분리막장치에서 1회 농축된 농축액이 혐기성 반응기에 반송되지만 일정기간 이후 관찰한 결과, 혐기성 반응기 내의 발효 분해효능이 급격히 저하되고, 이러한 원인으로 메탄발효액의 온도손실 및 급작스런 농축운전에 따른 충격부하 및 여과를 위한 대량의 순환량 등이 있었다. 또한, 소화액이 일방향으로 분리막장치를 통과하기 때문에 오염물질의 누적현상이 급증하면서 공급유량이 저하되고, 교체시기가 짧아지는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 본 발명의 제1목적은, 교반기에 의한 교반과 더불어 와류에 의한 교반이 추가됨으로써, 유기성 폐기물에 대한 교반성능이 향상됨은 물론 유기성 폐기물과 미생물과의 반응이 극대화되도록 한 유기성 폐기물의 처리장치 및 처리방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 제2목적은, 소화액 또는 저농도의 농축액이 분리막장치 및 완충조를 반복 순환하면서 고도로 농축되어 혐기성 반응기에 공급되고, 완충조의 내부 음압이 보상되어 소화액 또는 농축액의 원활한 배출이 보장되도록 한 유기성 폐기물의 처리장치 및 처리방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 제3목적은, 분리막장치에 유입되는 소화액 또는 농축액의 진행 방향을 일정 시간마다 전환하는 양방향 교대방식을 적용함으로써, 분리막장치 내의 오염물질 누적을 현저히 저감시켜 일정 범위 내에서 효능이 항상 유지될 수 있고, 수명 연한이 연장되도록 한 유기성 폐기물의 처리장치 및 처리방법을 제공함에 있다.
상기된 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기성 폐기물의 처리장치는, 산발효조, 메탄발효조, 완충조 및 분리막장치가 포함되어 이루어진 유기성 폐기물 처리장치에 있어서, 산발효조에서 산발효 처리중인 유기성 폐기물의 일부가 메탄발효조로 공급되도록 제1순환펌프가 연계 설치된 제1순환라인; 메탄발효조에서 메탄발효 처리중인 혐기소화액의 일부가 산발효조로 공급되도록 제2순환펌프가 연계 설치된 제2순환라인; 메탄발효조 내의 혐기소화액이 와류에 의해 교반되도록 메탄발효조에 설치된 다수의 노즐을 포함한 와류생성수단;이 포함되어 이루어지고, 와류생성수단은, 메탄발효조에서 발효된 혐기소화액에 대해 일방향으로 수류를 형성시키도록 다수의 제1노즐이 일정 각도로 제1노즐관에 설치되어 이루어진 제1노즐부; 제1노즐부의 분사방향과는 반대방향으로 수류를 형성시키도록 다수의 제2노즐이 일정 각도로 제2노즐관에 설치되어 이루어진 제2노즐부; 및 메탄발효조 상부의 혐기소화액을 제1,2노즐관으로 공급하도록 설치된 제1와류순환라인;이 포함되어, 혐기소화액을 분사하여 일방향 및 반대방향의 수류가 교번으로 발생되도록 하여 와류를 발생시키도록 이루어진다.
여기서, 유기성 폐기물 처리장치는, 유기성 폐기물을 선별하고 파쇄하는 선별 및 파쇄기; 선별 및 파쇄기를 통과한 유기성 폐기물을 산발효조에 투입하기 적당한 크기로 분쇄하는 분쇄기; 분쇄기를 통과한 유기성 폐기물에 대해 일정 크기 이상의 유기성 폐기물을 걸러내는 스크린; 스크린을 통과한 유기성 폐기물이 일시 저장되는 저류조; 산발효조 및 메탄발효조 내의 유기성 폐기물을 일정 온도로 상승시키기 위해 산발효조 및 메탄발효조에 각각 설치된 가열기; 메탄발효조에서 생성된 메탄가스가 저장되는 가스저장조; 가스저장조의 메탄가스가 유입되어 가열기에 열을 제공하는 보일러;가 더 포함되어 이루어진다.
또한, 제1와류순환라인에는, 메탄발효조의 상부에서 제1,2노즐관으로 혐기소화액을 공급하도록 연계 설치된 제1와류순환펌프; 및 제1노즐관과 제2노즐관을 교번으로 개방시키도록 설치된 연동밸브;가 포함되어 이루어진다.
또한, 제1,2노즐관은 메탄발효조의 하부에 설치되고, 메탄발효조의 중심을 향해 일정 곡률을 갖도록 휘어진다.
또한, 제1,2노즐은 상향의 분사각도를 가지고, 분사각도(θ)는 30 ∼ 45°이다.
여기서, 와류생성수단은 메탄발효조의 상부에 다수의 제3노즐이 일정 각도로 제3노즐관에 설치되어 이루어진 제3노즐부; 및 메탄발효조 하부의 혐기소화액을 제3노즐관에 공급하도록 설치된 제2와류순환라인;이 더 포함되어 이루어진다.
이때, 제2와류순환라인은 메탄발효조의 하부에서 제3노즐관으로 혐기소화액을 공급하도록 제2와류순환펌프가 연계 설치된다.
또한, 제3노즐은 상향의 분사각도를 가지고, 각각의 제3노즐은 수직 또는 사선방향의 분사각도를 갖는다.
또한, 제3노즐은 상향 또는 하향의 분사각도를 가지고, 분사각도(θ)는 30 ∼ 45°인이다.
여기서, 와류생성수단은 제1와류순환펌프와 제2와류순환펌프가 교번으로 작동하도록 제어하고, 제1노즐부와 제2노즐부가 교번으로 개방되도록 연동밸브를 제어하는 제어기가 더 포함되어 이루어진다.
또한, 와류생성수단은 메탄발효조의 하부 측면에 설치되어 와류의 흐름에 간섭을 주기 위한 다수의 배플이 더 포함되어 이루어진다.
메탄발효조는, 메탄발효조의 저면 테두리부에 배플과 접촉하여 하락하는 슬러지를 수집하기 위해 형성된 다수의 슬러지홈; 및 슬러지홈들에 연결되어 슬러지를 배출하는 슬러지배출라인;이 포함되어 이루어진다.
또한, 메탄발효조의 저면은 중심에서 테두리측으로 하향 경사진다.
또한, 메탄발효조는 메탄발효조의 내부에 제2교반날개가 제2교반모터에 의해 회전되도록 설치된 제2교반기가 포함되어 이루어진다.
여기서, 산발효조는 산발효조의 내부에 제1교반날개가 제1교반모터에 의해 회전되도록 설치된 제1교반기가 포함되어 이루어진다.
또한, 산발효조는 상부와 하부를 연결하도록 설치되고, 유기성 폐기물을 상부에서 하부로 공급시키는 교반순환펌프가 연계 설치된 교반순환라인이 더 포함되어 이루어진다.
제1순환라인은 산발효조에서 제1와류순환라인으로 연결된다.
또한, 제1순환라인과 제1와류순환라인의 연결지점은 연동밸브 이전의 지점이다.
제2순환라인은 메탄발효조에서 교반순환라인으로 연결된다.
완충조는 완충조에 수용된 소화액이 배출되면서 발생하는 음압을 보상하기 위해 상부에 설치된 가스홀더가 포함되어 이루어진다.
여기서, 가스홀더는 유연재질로 제작되고, 완충조 내부에 음압이 발생하면 포집해 두었던 가스를 방출하면서 수축하도록 설치된다.
완충조에 연결된 제1소화액 유입라인에서 분기되어 분리막장치의 타단과 연결된 제2소화액 유입라인; 분리막장치에 연결되어 산발효조 및 메탄발효조에 농축액을 공급하도록 설치된 제1농축액 반송라인을 연결하는 제2농축액 반송라인; 제1소화액 유입라인에 구비된 제1주입밸브; 제1농축액 반송라인에 구비된 제1배출밸브; 제2소화액 유입라인에 구비된 제2주입밸브: 제2농축액 반송라인에 구비된 제2배출밸브; 공급펌프와 제1,2주입밸브와 제1,2배출밸브를 제어하는 제어부로 구성된 주입방향 전환수단이 더 구비되고, 주입방향 전환수단은 분리막장치에 소화액의 주입방향을 소정의 시간마다 역전시킨다.
여기서, 제1농축액 반송라인은 농축액이 완충조로 순환하도록 공급라인과 연결된다.
또한, 유기성 폐기물 처리장치는 제1농축액 반송라인을 통해 유동되는 농축액이 공급라인에 유입 또는 차단되도록 제1농축액 반송라인에 설치된 순환밸브; 제1농축액 반송라인을 통해 유동되는 농축액이 산발효조로 공급 또는 차단되도록 제1농축액공급라인에 설치된 제1공급밸브; 제1농축액 반송라인을 통해 유동되는 농축액이 메탄발효조로 공급 또는 차단되도록 제2농축액공급라인에 설치된 제2공급밸브; 및 메탄발효조에서 배출되는 소화액의 유동을 차단하도록 개폐되는 차단밸브;가 더 포함되어 이루어진다.
또한, 순환밸브가 개방되면 차단밸브, 제1공급밸브 및 제2공급밸브가 폐쇄되고, 순환밸브가 폐쇄되면 제1공급밸브 및 제2공급밸브가 개방되도록 설치된다.
또한, 차단밸브는 소화액이 완충조에 공급되는 경우만 개방되도록 설치된다.
여기서, 분리막장치는, 프레임; 여과수의 배출을 위한 배출공이 형성된 케이싱과, 케이싱에 내장된 다수의 관상형 여과막으로 이루어져 프레임에 설치된 1개 이상의 막여과 모듈; 1개 이상의 막여과 모듈의 일단에 형성되고, 제1소화액 유입라인과 연결된 제1헤더; 및 1개 이상의 막여과 모듈의 타단에 형성되고, 제1농축액 배출라인과 연결된 제2헤더;가 포함되어 이루어진다.
또한, 제1소화액 유입라인에 구비되어 소화액의 주입유량을 측정하는 제1유량계와, 제1농축액 배출라인에 구비되어 농축액의 배출유량을 측정하는 제2유량계가 더 구비된다.
분리막장치에는 제1소화액 유입라인에 구비되어 소화액의 주입압력을 측정하는 제1압력계와, 제1농축액 배출라인에 구비되어 농축액의 배출압력을 측정하는 제2압력계가 더 구비된다.
분리막장치에는 막여과 모듈에서 배출되는 여과수의 배출유량을 측정하는 제3유량계가 더 구비된다.
분리막장치에는 분리막장치를 역세척하는 세정수단이 더 구비되고, 그리고 세정수단은 제1,2유량계에서 각각 측정된 유량값에 기초하여 제어부가 유량차를 도출하고, 유량차가 소정의 기준치보다 작은 경우에 가동된다.
여기서, 세정수단은 제2소화액 유입라인과 연결된 세정수 공급라인; 세정수 공급라인에 연결된 물탱크; 및 물탱크에 저장된 세정수를 세정수 공급라인으로 가압 이송하는 역세펌프;가 포함되어 이루어진다.
또한, 세정수단에는 분리막장치로부터 배출되는 여과수를 임시 저장하는 방류조와, 세정수 공급라인에 세정약품을 첨가하는 약품탱크 및, 세정수 공급라인에 압축공기를 공급하는 공기압축기 중 적어도 하나가 더 구비된다.
또한, 세정수단에는 제1농축액 반송라인에 설치되어 역세척시 폐쇄되는 제5밸브와, 제5밸브가 폐쇄됨에 따라 세정액이 유입되도록 제1농축액 반송라인에서 분기되고, 원수저장조 또는 약품탱크와 연결된 세정액 반송라인이 더 구비된다.
한편, 본 발명에 따른 정화시스템을 이용한 유기성 폐기물을 처리하는 방법에 있어서, 유기성 폐기물이 산발효조 및 메탄발효조로 공급되어 발효되는 제1단계(S10); 제1단계(S10)에서 발생한 메탄가스가 가스저장조에 저장되는 제2단계(S20); 메탄발효조 내의 소화액이 공급라인을 통해 완충조로 유입 및 배출되는 제3단계(S30); 공급펌프에 의해 완충조에 저장된 소화액이 분리막장치에 주입되어 농축액과 여과수로 분리되고, 소화액의 주입방향을 소정의 시간마다 역전시키는 제4단계(S40); 및 분리된 농축액을 산발효조 및 메탄발효조로 반송하는 제5단계(S560);가 포함되어 이루어진다.
여기서, 제1단계(S10)에서는 제1,2노즐에 의해 시계방향 또는 반시계방향의 와류가 형성되고, 제노즐에 의해 각기 다른 방향으로 분사되어 무질서한 와류가 형성된다.
또한, 제1단계(S10)에서는 메탄발효조의 소화액 일부가 산발효조와 메탄발효조를 연결하는 제2순환라인을 통해 산발효조로 순환되어 pH 4.0∼4.5가 유지된다.
또한, 제3단계(S30)에서 완충조에서 소화액이 배출될 때 발생하는 음압은 완충조에 내장되어 완충조 내부에서 발생한 가스를 포집하여 팽창되었던 가스홀더가 가스를 방출하여 수축함으로써 보상된다.
또한, 제4단계(S40)는 분리막장치에 설치된 관상형 여과막의 양단에 걸린 유량차 또는 압력차를 측정하여 소정의 기준치와 비교하는 단계를 더 포함하고, 그리고 비교단계는 유량차 또는 압력차가 기준치보다 작은 경우 제4단계(S40) 내지 제6단계(S60)를 멈추고, 관상형 여과막을 소정시간 동안 역세척하는 세정단계가 더 포함된다.
여기서, 세정단계는 역세펌프를 가동하여 물탱크에 저장된 세정수를 관상형 여과막에 가압 주입하여 물세정하는 단계와, 물세정 단계의 세정주기가 소정의 기준치보다 작아지는 경우 세정수에 약품을 첨가하여 약품세정하는 단계로 이루어진다.
이때, 물세정 단계 또는 약품세정 단계 중 세정수에 압축공기가 주입된다.
또한, 세정단계는 물세정에 의해 생성된 세정액을 원수 저장조로 반송하는 단계와, 약품세정에 의해 생성된 세정액을 약품탱크로 반송하는 단계가 더 포함된다.
유기성 폐기물 처리방법은 분리막장치에서 얻은 농축액이 반복하여 여과되었는지를 판단하는 제5단계(S50);가 더 포함된다.
이때, 농축액이 반복 여과되지 않았으면, 농축액이 제1농축액 반송라인 및 공급라인을 통해 완충조로 유입되도록 메탄발효액이 완충조로 유입되는 단계(S30)로 순환된다.
또한, 제5단계(S50)에서 농축액이 반복 여과되었으면, 제6단계(S60)로 진행된다.
상기된 바와 같이 본 발명에 따르면, 다수의 노즐이 포함된 와류생성수단에 의해 발생된 와류에 의해 유기성 폐기물의 상부와 하부에 상호 다른 와류가 형성되어 유기성 폐기물의 교반성능이 극대화되는 효과가 있다.
또한, 노즐의 분사가 교번이면서 반대방향으로 이루어져 유기성 폐기물의 교반성능이 배가되는 효과가 있다.
또한, 산발효조 및 메탄발효조 상부의 유기성 폐기물이 하부로 순환되어 유기성 폐기물이 침전되지 않고, 또한 상부의 유기성 폐기물 유분이 효율적으로 혼합되어 미생물과의 접촉이 향상되도록 교반이 이루어지는 효과가 있다.
또한, 산발효조와 메탄발효조의 발효중인 일부 유기물이 상호 순환되어 pH가 조정됨으로써 산발효조와 메탄발효조 내의 유기물이 와류생성수단 및 교반기에 의해 교반되면서 발효 효능이 극대화되는 효과가 있다.
또한, 베탄발효조에서 배출된 소화액이 완충조 및 분리막장치를 반복 순환하면서 고도로 농축되어 혐기성 반응기에 공급되는 간접순환방식으로 전환됨으로써, 혐기성 방응조 내의 메탄발효액의 상태가 안정화된다. 또한, 고농도의 농축액 유입으로 미생물 및 미생물의 먹이가 되는 유기 탄소원의 농도가 높게 유지되며, 이로 인해 유기물 분해활동이 활발해져 가스발생량 역시 향상되는 효과가 있다.
또한, 소화액의 유동이 차단된 상태에서 분리막장치에서 배출된 저농도의 농축액이 완충조 및 분리막장치로 재순환되는 과정이 반복됨으로써, 부피가 현저히 작아져 완충조의 교반 능력이 향상된다. 또한, 부피 감소로 완충조를 거친 농축액에 대해 분리막장치에서의 분리효능 역시 향상되어 비로 이전보다 더욱 향상된 고농도의 농축액이 생성되는 효과가 있다.
또한, 혐기성 반응기에서 처리하는 일일 순환량에 따른 미생물 및 유기 탄소원의 농도 저하가 고농도의 농축액에 의해 최대한 억제되어 미생물의 생태환경이 개선되는 효과가 있다.
또한, 완충조에서 소화액 또는 농축액이 배출될 때, 내부에 발생하는 음압이 가스홀더의 팽창 및 수축에 의해 보상됨으로써, 소화액 또는 농축액이 원활하게 배출되는 효과가 있다.
또한, 분리막장치에 공급되는 소화액 또는 농축액의 순환방향을 주기적으로 전환함으로써 관상형 여과막의 오염물질 누적에 의한 막오염을 대폭 늦출 수 있고, 이로 인해 여과막의 수명이 현저히 향상된다. 이로 인해, 고가의 여과막을 자주 교체함에 따라 발생하는 비용발생을 최소화할 수 있으며 분리막장치의 효율저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 물세정, 약품세정을 통해 분리막장치를 효율적으로 세정함으로써 여과막의 수명을 더욱 증진시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기성 폐기물 처리장치가 개략적으로 도시된 구성도이고,
도 2는 도 1의 산발효조와 메탄발효조가 개략적으로 도시된 상태도이며,
도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 메탄발효조의 내부가 개략적으로 도시된 정면도 및 평면도이고,
도 5 내지 도 7은 도 2에 도시된 산발효조와 메탄발효조 내부에서 형성된 와류가 개략적으로 도시된 상태도이다.
도 8 및 도 9는 도 1에 도시된 완충조의 내부에 설치된 가스홀더의 작동상태가 개략적으로 도시된 측단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 막여과 모듈의 개략적인 단면도이다.
도 11은 도 1에 도시된 유기성 폐기물 처리장치를 이용한 유기성 폐기물 처리방법이 도시된 블록도이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기성 폐기물 처리장치를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
<구성>
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기성 폐기물 처리장치(100)는 선별 및 파쇄기(110), 분쇄기(120), 스크린(121), 저류조(130), 산발효조(140), 메탄발효조(150), 산발효조(140) 및 메탄발효조(150)에 각각 설치된 가열기(160), 가스저장조(170), 보일러(180), 완충조(300), 공급펌프(320), 분리막장치(400), 제1소화액 유입라인(401), 주입방향 전환수단, 제1농축액 반송라인(403), 방류조(500) 및 세정수단(600)을 포함하여 구성된다.
여기서, 선별 및 파쇄기(110)는 유기성 폐기물에 포함된 합성수지, 금속 등 생물학적으로 분해되지 않는 이물질을 분리하고, 유기성 폐기물 중 대형의 고형물을 파쇄하는 장치이다.
분쇄기(120)는 파쇄된 유기성 폐기물을 잘게 분쇄하는 장치로서, 이 분쇄기(120)에 의해 분쇄된 유기성 폐기물은 80∼85% 정도의 수분을 함유하고 있어 유동성이 비교적 원활하다.
스크린(121)은 잘게 분쇄된 유기성 폐기물 내에 포함된 비닐류와 5mm 이상의 고형분과 불활성물질을 걸러 유동성이 더욱 원활하게 된다.
저류조(130)는 분쇄기(120)에서 배출된 유기성 폐기물이 임시 보관되는 곳으로, 이 저류조(130)의 유기성 폐기물을 산발효조(140)로 이송시키기 위한 이송펌프(131)가 구비된다.
가열기(160)는 보일러(180)와 연결되어 산발효조(140) 내의 유기성 폐기물을 대략 60∼100℃ 온도로 가열시키고, 메탄발효조(150) 내의 유기성 폐기물을 대략 50∼60℃ 고온으로 가열시킨다. 이는 유분이 다량 함유된 유기성 폐기물의 발효가 극대화되도록 하기 위함이다.
가스저장조(170)는 산발효조(140) 및 메탄발효조(150)에서 생성된 메탄가스가 저장되는 곳으로, 이 가스저장조(170)에 저장된 메탄가스의 일부는 보일러(180)로 공급되고, 일부는 고순도 가스정제소로 보내지거나 전력시스템으로 공급되어 전력을 생산하는데 사용된다.
보일러(180)는 가스저장조(170)에 저장된 메탄가스를 에너지원으로 하여 가열기(160)에 열을 공급하게 된다.
한편, 산발효조(140)는 도 2에 도시된 바와 같이, 산발효된 유기물을 메탄발효조(150)로 공급하기 위한 제1순환라인(141)과, 산발효조(140)의 내부에 설치된 제1교반기(142)와, 상부의 유기성 폐기물을 하부로 순환시키기 위한 교반순환라인(143)이 포함되어 이루어진다.
여기서, 제1교반기(142)는 산발효조(140)의 내부에 위치되는 제1교반날개(142a)가 제1교반모터(142b)에 의해 회전되도록 설치되어 이루어진다. 여기서, 제1교반모터(142b)는 15∼25rpm을 갖는 것이 바람직하고, 25rpm을 초과하면 제1교반모터(142b)의 내압이 상승하여 위험하고, 15rpm 미만이면 교반능력이 저하된다.
또한, 교반순환라인(143)에는 산발효조(140)의 상부에서 하부로 연결되고, 산발효조(140) 상부의 유기성 폐기물을 하부로 순환시키는 교반순환펌프(143a)가 연계 설치된다.
또한, 제1순환라인(141)은 산발효조(140)에서 메탄발효조(150)의 후술될 제1와류순환라인(230)에 연결되고, 산발효조(140)에서 산발효된 유기물을 메탄발효조(150)로 공급시키는 제1순환펌프(141a)가 연계 설치되어 이루어진다.
여기서, 제1순환라인(141)은 산발효조(140)의 하부에서 메탄발효조(150)의 하부로 산발효된 유기물을 순환시키도록 설치됨이 바람직하고, 대략 2∼3 시간마다 일정량이 순환됨이 좋다.
한편, 메탄발효조(150)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 혐기소화액이 와류에 의해 혼합되어 발효되도록 설치된 와류생성수단과, 메탄발효조(150)의 내부에 설치된 제2교반기(154)와, 메탄발효조(150)의 발효된 일부 혐기소화액을 산발효조(140)로 순환시키기 위한 제2순환라인(151)이 포함되어 이루어진다.
여기서, 제2교반기(154)는 메탄발효조(150)의 내부에 위치되는 제2교반날개(154a)가 제2교반모터(154b)에 의해 회전되도록 설치되어 이루어진다. 제2교반모터(154b)는 15∼25rpm을 갖는 것이 바람직하고, 25rpm을 초과하면 제2교반모터(154b)의 내압이 상승하여 위험하고, 15rpm 미만이면 교반능력이 저하된다.
와류생성수단은 메탄발효조(150)의 하부에 설치된 제1,2노즐부(200,210)와, 비상시 메탄발효조(150)의 교반을 위해 메탄발효조(150)의 상부에 설치된 제3노즐부(220)와, 메탄발효조(150) 상부의 혐기소화액을 제1,2노즐부(200,210)로 공급하기 위한 제1와류순환라인(230)과, 메탄발효조(150) 하부의 혐기소화액을 제3노즐부(220)로 공급하기 위한 제2와류순환라인(240)이 포함되어 이루어진다.
여기서, 제1와류순환라인(230)은 메탄발효조(150)의 상부에서 하부의 제1,2노즐부(200,210)로 연결되고, 상부의 혐기소화액을 제1,2노즐부(200,210)로 공급시키는 제1와류순환펌프(231)가 연계 설치되며, 제1노즐관(201)과 제2노즐관(211)이 교번으로 개방되도록 한 쌍의 연동밸브(232)가 설치되어 이루어진다.
여기서, 제1와류순환펌프(231)는 혐기미생물 플럭이 깨어지지 않도록 산발효조(140)에서 유입되는 유기성 폐기물의 유입량보다 6∼8배 이하의 유량을 순환시킬 수 있는 용량을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 제1노즐부(200)는 제1와류순환라인(230)과 연결된 제1노즐관(201)과, 이 제1노즐관(201)에 30∼45°기울어지게 설치되어 도면상 상향이면서 시계방향으로 수류를 형성시키는 다수의 제1노즐(202)이 포함되어 이루어진다.
또한, 제2노즐부(210)는 제1와류순환라인(230)과 연결된 제2노즐관(211)과, 이 제2노즐관(211)에 30∼45°기울어지게 설치되어 도면상 상향이면서 반시계방향으로 수류를 형성시키는 다수의 제2노즐(212)이 포함되어 이루어진다.
연동밸브(232)는 후술될 제어기(미도시)에 의해 제어된다.
제2와류순환라인(240)은 메탄발효조(150)의 하부에서 상부의 제3노즐부(220)로 연결되고, 비상시 제1와류순환라인(230)이 원활하지 않을 때 간헐적으로 하부의 유기물을 제3노즐부(220)로 공급시키는 제2와류순환펌프(241)가 연계 설치되어 이루어진다. 이때, 제2와류순환라인(240)은 메탄발효조(150)의 하단으로부터의 높이 1/3지점에서 2/3지점으로 혐기소화액을 공급시키도록 설치됨이 좋다. 또한, 제2와류순환펌프(241)는 산발효조(140)에서 유입되는 유기성 폐기물의 유입량보다 2∼4배의 유량을 순환시킬 수 있는 용량을 갖는 것이 바람직하다.
제3노즐부(220)는 제1,2노즐부(200,210)의 작동에 오류가 발생하여 정지되었을 경우를 대비하여 설치된 것으로, 제1,2노즐부(200,210)가 정지되는 비상시 작동함으로써 지속적인 교반이 이루어지게 된다. 물론, 제1,2노즐부(200,210)가 정상 작동할 때에도 교반능력을 상승시키기 위해 작동될 수도 있다. 또한, 제2와류순환라인(240) 역시 제3노즐부(220)가 작동 여부에 따라 연계 작동하게 된다.
제3노즐부(220)는 제2와류순환라인(240)과 연결된 제3노즐관(403f)과, 이 제3노즐관(403f)에 설치된 다수의 제3노즐(222)이 포함되어 이루어진다.
여기서, 제3노즐관(403f)은 메탄발효조(150)의 내부에서 2개의 관으로 분기되고, 이 분기관은 도면에서와 같이 굴절되어 형성되고, 일예로 제1,2노즐관(201,211)처럼 곡률로 형성될 수도 있다.
또한, 각각의 제3노즐(222)은 상향이면서 수직 또는 사선방향 중 하나의 분사각도를 갖도록 제3노즐관(403f)에 설치된다.
이외의 실시예에서 제3노즐(222)은 상향 또는 하향이면서 30∼45°의 분사각도를 갖도록 분기된 형태의 제3노즐관(403f)에 설치될 수도 있다.
또한, 제2순환라인(151)은 메탄발효조(150)에서 산발효조(140)의 교반순환라인(143)에 연결되고, 메탄발효조(150)의 유기물 일부를 산발효조(140)로 순환시키는 제2순환펌프(151a)가 연계 설치되어 이루어진다.
여기서, 제2순환라인(151)은 메탄발효조(150)의 하부에서 산발효조(140)의 하부로 혐기소화액을 순환시키도록 설치됨이 바람직하다.
제2순환라인(151)은 메탄발효조(150)의 혐기소화액의 일부를 산발효조(140)로 순환시키게 된다. 이는 산발효조(140)에서 교반되는 산발효된 유기물이 pH 3∼4 정도의 강산성의 성질을 갖게 됨에 따라 산발효조(140) 내에서의 발효가 원활치 않게 되는 현상을 지양하기 위해 산발효조(140) 내의 산성도를 낮추기 위함이다.
한편, 와류생성수단에서 제1,2와류순환펌프(231,241) 및 연동밸브(232) 등의 작동은 제어기(미도시)에 의해 제어된다. 물론, 이 제어기는 유기성 폐기물 처리장치(100)에 장착된 모든 모터, 펌프, 밸브 등을 제어하도록 설치될 수도 있다.
또한, 와류생성수단은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 메탄발효조(150)의 하부 측면에 설치되어, 다수의 노즐(202,212,222)에 의해 형성된 와류의 흐름이 간섭을 주기 위한 다수의 배플(260)이 더 포함되어 이루어진다.
여기서, 메탄발효조(150)는 저면 테두리부에 형성된 다수의 슬러지홈(152)과, 이 슬러지홈(152)과 연결되어 슬러지를 배출하도록 설치된 슬러지배출라인(153)이 포함되어 이루어지고, 메탄발효조(150)의 저면은 중심에서 테두리측으로 경사진다.
슬러지홈(152)은 배플(260)이 형성된 위치의 하방에 위치되도록 형성됨이 좋고, 이는 배플(260)에 의해 하락하는 슬러지가 슬러지홈(152)에 직접 수집될 수 있도록 하기 위함이다.
또한, 메탄발효조(150)의 경사진 저면은 저면에서 유동되는 슬러지가 저면의 테두리부로 유동된 다음 슬러지홈(152)에 수집되도록 하기 위함이다.
한편, 완충조(300)는 메탄발효조(150)에서 배출된 소화액이 공급라인(301)을 통해 유입되도록 설치되고, 소화액이 유입되면 침전되지 않도록 교반을 위한 제3교반기(310)가 내장된다. 또한, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 완충조(300)의 내부에는 소화액이 공급펌프(320)에 의해 분리막장치(400)로 강제 배출될 때 발생하는 음압을 보상하기 위해 완충조(300)에서 생성된 메탄가스를 포집하여 팽창되는 가스홀더(330)가 설치된다. 여기서, 공급라인(301)에는 후술된 제1농축액 반송라인(403)이 연결된다. 또한, 고농도의 농축액을 생성하기 위한 완충조(300)의 기능 역시 막분리장치(400)의 설명에서 기재된다.
이 가스홀더(330)는 연질 재질로 팽창 및 수축이 가능하도록 완충조(300) 상부에 장착되고, 완충조(300) 내부에 음압이 발생하면 음압을 보상하기 위해 메탄가스를 포집하여 팽창하도록 설치된다. 물론, 완충조(300) 내부에 소화액이 유입되어 양압이 형성되면 가스홀더(330)는 수용된 메탄가스가 배출되면서 수축되도록 설치된다. 또한, 가스홀더(330)의 다른 실시예로는, 완충조(300) 내부의 일부 공간이 밀폐되도록 패널이 슬라이딩되도록 설치되고, 음압을 보상하기 위해 밀폐된 공간에 메탄가스가 포집되면서 패널이 하향 슬라이딩할 수 있도록 설치될 수도 있다.
한편, 제1소화액 유입라인(401)은 완충조(300)와 분리막장치(400)를 연결하고, 소화액의 이동통로가 된다. 그리고, 제1소화액 유입라인(401)에는 소화액의 주입유량을 측정하기 위한 제1유량계(401b)가 구비된다. 그리고, 제1유량계(401b)와는 별도로 소화액의 주입압력을 측정하는 제1압력계(401c)가 구비될 수 있다.
공급펌프(320)는 제1소화액 유입라인(401)에 구비되고, 완충조(300)에 저장된 소화액을 분리막장치(400)로 가압 이송하는 역할을 한다. 공급펌프(320)는 완충조(300)의 수위조절장치(230)와, 제1,2,3유량계(401b,403b,411a) 또는 제1,2압력계(401c,403c)와 연계되어 펌핑속도가 조절될 수 있도록 제어부(미도시)에 의해 인버터제어되는 것이 바람직하다.
분리막장치(400)는 공급펌프(320)에 의해 이송된 소화액을 농축액과 여과수로 고액분리하는 역할을 한다. 본실시예에 의하면 분리막장치(400)는 도 1에서와 같이 프레임(410), 막여과 모듈(420) 및 제1,2헤더(432,434)로 구성된다.
여기서, 프레임(410)은 막여과 모듈(420)을 수용하고, 지지하는 역할을 한다.
제1,2헤더(432,434)는 소정의 내부공간을 갖는 통체이다. 제1헤더(432)는 제1소화액 유입라인(401)과 다수의 막여과 모듈(420)을 연통시키고, 제2헤더(434)는 다수의 막여과 모듈(420)과 제1농축액 반송라인(403)을 연통시킨다. 따라서, 제1소화액 유입라인(401)을 통해 제1헤더(432)로 유입된 소화액은 다수의 막여과모듈(420)에 분배되고, 다수의 막여과 모듈(420)에서 배출되는 소화액은 제2헤더(434)에 모여서 제1농축액 반송라인(403)으로 배출되는 구조를 갖는다.
막여과 모듈(420)은 소정 길이의 원통 형상을 갖고, 내부에 여과막이 충진된다. 본 실시예에 의하면 막여과모듈(420)은 1개 이상이 구비되고, 양단이 프레임(410)의 외측으로 각각 돌출되도록 프레임(410)에 내장 설치된다. 일실시예로써, 막여과 모듈(420)은 도 1에 도시된 바와 같이 4단으로 제작되고, 각 단은 6개의 모듈(420)이 1조로 구성될 수 있다(미도시). 따라서, 총 24개의 막여과 모듈(420)이 소요된다. 또한, 막여과 모듈(420)은 도 10에 도시된 바와 같이 원통 형상의 케이싱(422) 내부에 다수의 관상형(tubular type)의 여과막(424)이 다발 형태로 내장된다. 그리고, 케이싱(422)은 여과수 배출공(423)이 형성되고, 여과수 배출공(423)은 여과수 배출라인(411)이 연결된다. 도 10에 도시된 "◎" 표시는 소화액의 주입공간 및 방향을 나타낸다. 소화액이 관상형 여과막(424)에 소정의 압력으로 주입되면 소화액 중에 포함된 물이 원통형 막면(424a)에 대하여 방사상으로 투과하면서 여과가 이루어진다. 따라서, 관상형 여과막(424)은 소화 미생물이 포함된 고농도의 농축액이 주입측의 반대편에서 배출되고, 여과수는 케이싱(422)에 형성된 배출공(423)을 통하여 배출되는 구조를 갖는다.
한편, 관상형 여과막(424)은 세라믹 등을 재료로 하고, 다공질 내압성 지지관(미도시)의 내측에 미세공극이 형성된 막(미도시)이 피복된 형태를 갖는다. 이와 같은 관상형 여과막(424)은 주입 원수가 지나가는 유로를 넓게 확보할 수 있어 고탁질 원수의 처리에 적합한 장점이 있다. 또한, 평판형(plate type), 중공사(hollow fiber), 또는 와권형(spiral wound type) 등 다른 형태의 여과막에 비해 막면(424a)에서의 폐색 현상이 적게 발생하고, 여과막의 세정시에도 역세척이 용이하다는 장점을 갖고 있다.
관상형 여과막(420)은 한외여과막(UF membrane)이나 정밀여과막(MF membrane)이 사용될 수 있다.
주입방향 전환수단은 분리막장치(400)에 공급되는 소화액의 주입방향을 미리 설정된 시간에 역방향으로 전환시키는 역할을 한다. 본 실시예에 의하면 주입방향 전환수단은 제2소화액 유입라인(402), 제2농축액 반송라인(404), 제1,2주입밸브(401a,402a), 제1,2배출밸브(403a,404a) 및 제어부(미도시)로 구성된다.
제2소화액 유입라인(402)은 제1소화액 유입라인(401)의 일측에서 분기되어 분리막장치(400)의 제2헤더(434)와 연결된다. 그리고, 제2농축액 반송라인(404)은 분리막장치(400)의 제1헤더(432)와 제1농축액 반송라인(403)의 일측을 연결한다.
제1주입밸브(401a)는 제1헤더(432)에 인접한 제1소화액 유입라인(401)에 구비되고, 제1배출밸브(403a)는 제2헤더(434)에 인접한 제1농축액 반송라인(403)에 구비된다.
제2주입밸브(402a)는 제2헤더(434)에 인접한 제2소화액 유입라인(402)에 구비되고, 제2배출밸브(404a)는 제1헤더(432)에 인접한 제2농축액 반송라인(404)에 구비된다.
제1농축액 반송라인(403)은 분리막장치(400), 산발효조(140) 및 메탄발효조(150)를 연결하고, 분리막장치(400)에서 생성된 농축액이 산발효조(140) 및 메탄발효조(150)로 반송되는 통로가 된다. 그리고, 제1농축액 반송라인(403)에는 농축액의 배출유량을 측정하는 제2유량계(403b)가 구비된다. 그리고, 제2유랑계(403b)와는 별도로 농축액의 배출압력을 측정하는 제2압력계(403c)가 구비될 수 있다. 또한, 농축액의 공급량을 조절하기 위한 밸브 및 전자유량계 등이 더 설치될 수있다. 또한, 제1농축액 반송라인(403)에는 분리막장치(400)에서 배출된 농축액이 공급라인(301)으로 유동되도록 하기 위해 순환밸브(403e)가 설치된다. 이 순환밸브(403e)는 제1공급밸브(403f)와 제2공급밸브(403g)의 개폐동작과 반대의 개폐동작을 갖고, 메탄발효액의 공급을 차단하는 차단밸브(301a)와도 반대의 개폐동작을 갖도록 제어기에 의해 제어된다. 즉, 제1농축액 반송라인(403)을 통해 유동되는 농축액이 산발효조(140) 및 메탄발효조(150)에 유입되지 않으면서 공급라인(301)을 통해 완충조(300) 및 분리막장치(400)로 재유입되도록 순환밸브(403e)가 개방되게 제어되는 경우, 제1공급밸브(403f) 및 제2공급밸브(403g)가 폐쇄되도록 제어된다. 이때, 메탄발효조(150)에서 배출되는 소화액을 차단하도록 차단밸브(301a)가 폐쇄되게 제어된다. 또한, 제1농축액 반송라인(403)을 통해 유동되는 농축액이 산발효조(140) 및 메탄발효조(150)에 유입되면서 공급라인(301)으로 유동되지 않도록 순환밸브(403e)가 폐쇄되도록 제어되는 경우, 제1공급밸브(403f) 및 제2공급밸브(403g)는 개방되도록 제어된다. 이때, 메탄발효조(150)에서 배출된 소화액이 완충조(300)로 유입하도록 차단밸브(301a)가 개방되게 제어된다. 여기서, 제1농축액 반송라인(403)에는 산발효조(140) 및 메탄발효조(150)에 유입되는 농축액의 양을 조절하기 위해 전자유량계 및 보조밸브가 더 설치된다. 또한, 전자유량계는 공급라인(301)에서 메탄발효조(150)와 차단밸브(301a) 사이 및, 완충조(300) 및 분리막장치(400) 사이에도 추가 설치될 수 있다.
제어기는 제1주입밸브(401a), 순환밸브(403e), 제1공급밸브(403f) 및, 제2공급밸브(403g)의 개폐를 제어하도록 설치된다. 제어기는 분리막장치(400)에서 배출되는 농축dor의 여과 횟수를 기초로 짜여진 프로그램에 의해 작동된다. 좀 더 자세하게는 분리막장치(400)에서 배출된 저농축액이 곧바로 산발효조(140) 및 메탄발효조(150)로 유입되지 않고, 공급라인(301)을 통해 완충조(300)를 거쳐 분리막장치(400)로 재유입되도록 제어기가 프로그밍되어 있다. 또한, 제어기는 완충조(300)에서 세정수 또는 저농축액의 전량이 공급펌프(420)에 의해 분리막장치(400)로 유입되도록 공급라인(301)에 설치된 제1주입밸브(401a)를 제어한다. 또한 제어기는 산발효조(140)와 메탄발효조(150) 및 와류생성수단에 장착된 각종 펌프 및 밸브 등의 전기/전자 기기이외에도 제1,2주입밸브(401a,402a)와 제1,2배출밸브(403a,404a)의 개폐를 제어함으로써 소화액 또는 저농축액의 주입방향을 역전시키게 된다. 이때, 제어부에 의한 역전 주기는 약 1일∼3일의 범위에서 적절히 선택되는 것이 바람직하다. 즉, 소화액 또는 저농축액이 분리막장치(400)에 제1소화액 유입라인(401), 제1농축액 반송라인(403)으로 진행되는 정방향의 주입방향과, 제2소화액 유입라인(402), 제2농축액 반송라인(404) 및 제1농축액 반송라인(403)으로 진행되는 역방향의 주입방향을 주기적으로 전환시키게 된다. 여기서, 고농도의 농축액(일명 고농축액)은 완충조(300) 및 분리막장치(400)를 반복 순환하여 최초 소화액이 고도로 농축된 농축액으로 혐기성 반응기에 공급되기 직전의 농축액을 일컫는다. 또한, 저농도의 농축액(일명 저농축액)은 최초 분리막장치(400)에서 배출되어 반복 순환되는 도중의 농축액을 일컫는다. 물론, 소화액은 메탄발효조(150)에서 배출되어 최초 완충조(300)로 유입되는 물질이다.
방류조(500)는 분리막장치(400)로부터 배출되는 여과수를 임시 저장하였다가 방류하는 역할을 한다. 방류조(500)는 도 3에 도시된 바와 같이 여과수 배출라인(411)을 통해 분리막장치(400)와 연결되고, 방류펌프(510)를 가동하여 방류라인(511)을 통해 여과수를 방류하게 된다. 한편, 여과수 배출라인(411)에는 각 막여과 모듈(420)에서 배출되는 여과수의 배출유량을 측정하기 위한 제3유량계(411a)가 구비된다.
세정수단(600)은 분리막장치(400)를 세척하여 수명을 향상시키는 역할을 한다. 이때, 세정수단(600)은 전술한 제어부가 제1,2유량계(401b,403b) 또는 제1,2압력계(401c,403c)에서 측정된 유량값 또는 압력값에 기초하여 유량차 또는 압력차를 도출하고, 도출된 유량차 또는 압력차가 소정의 기준치보다 작은 경우에 가동되도록 구성된다. 본 실시예에 따른 세정수단(600)은 도 1에 도시된 바와 같이 세정수 공급라인(601), 물탱크(610), 역세펌프(620), 약품탱크(630) 및 공기압축기(640)로 구성되어 물세정 또는 약품세정이 가능하다.
세정수 공급라인(601)은 제2소화액 유입라인(402)과 연결된다.
물탱크(610)는 세정수 공급라인(601)에 연결되어 세정수를 공급하게 된다.
역세펌프(620)는 물탱크(610)에 저장된 세정수를 세정수 공급라인(601) 및 제2소화액 유입라인(402)을 거쳐 분리막장치(400)로 가압 이송하게 된다.
약품탱크(630)는 세정수 공급라인(601)에 연결되어 세정약품을 공급하고, 약품세정을 가능케 한다. 세정약품으로는 NaOCl(차염)등이 사용될 수 있다.
공기압축기(640)는 세정수 공급라인(601)에 연결되어 압축공기를 공급하게 된다. 공기압축기(640)는 역세펌프(620)를 가동하기 전에 세정수 공급라인(601)에 압축공기를 분사함으로써 분리막장치(400)에 잔류한 소화액을 배출시킬 수 있다. 또한, 공기압축기(640)는 물세정 또는 약품세정시 기포를 생성하여 세정효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
한편, 분리막장치(400)의 세정 이후의 세정액을 배출시키기 위해 제1,2세정액 반송라인(405,406)과 제5,6,7밸브(403d,405a,406a)가 구비된다.
제5밸브(403d)는 제1농축액 반송라인(403)에 구비되고, 분리막장치(400)의 세정시 폐쇄되어 제1세정액 반송라인(405) 및 제2세정액 반송라인(406)으로 세정액을 유입시키게 된다.
제1세정액 반송라인(405)은 제1농축액 반송라인(403)로부터 분기되고, 제6밸브(405a)가 구비된다. 그리고, 제1세정액 반송라인(405)은 2개의 라인(407,408)으로 분기되어 각각 원수 저장조(412)와 약품탱크(630)에 연결된다. 이때, 2개의 라인(407,408)에는 밸브(407a, 408b)가 각각 구비된다. 원수 저장조(412)에 유입된 세정액은 전처리공정 중 어느 한 공정에 공급된다.
제2세정액 반송라인(406)은 제1세정액 반송라인(405)로부터 분기되어 방류조(500)와 연결된다. 이때, 제2세정액 반송라인(406)에는 제7밸브(406a)가 구비된다.
<방법>
이하에서는 본 발명에 따른 유기성 폐기물 처리방법에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명한다 .
도 11은 도 1에 도시된 유기성 폐기물 처리장치를 이용한 유기성 폐기물 처리방법이 도시된 블록도이다.
먼저, 유기성 폐기물이 산발효조(140) 및 메탄발효조(150)로 공급되어 발효(S10)된다. 물론, 산발효조(140)에 유입되기 전에 유기성 폐기물은 전처리 공정을 거치게 된다. 산발효조(140)에서는 유기성 폐기물이 대략 3∼4일 동안 체류하면서 가수분해 및 산발효되어 고분자 유기성 화합물이 저분자 유기성 화합물로 전환된다. 또한, 산발효조(140)의 내부에는 제1교반기(142)에 의한 수평의 수류가 형성되고, 하부에는 교반순환라인(143)에 의해 수평의 수류 및 수직의 순환이 이루어져 상부와 하부의 순환이 원활히 이루어진다. 이때, 산발효조(140)에서는 제1교반기(142)에 의한 교반 및 교반순환라인(143)을 통해 와류가 형성되어 교반된다. 따라서, 제1교반기(142)에 의해 산발효조(140)의 상부 교반이 이루어짐과 더불어 교반순환라인(143)을 통한 하부의 수류가 형성되고 산발효조(140) 상부의 유분이 하부로 원활히 혼합교반되어 산발효가 촉진된다. 또한, 메탄발효조(150)에서는 도 6 및 도 7에서 보는 바와 같이, 메탄발효조(150)의 내부에서 제2교반기(154)에 의한 수평의 수류가 형성되고, 와류생성수단에 의해 상부와 하부에서 와류가 교번으로 형성되어 상부와 하부에 수직 및 수평의 교반이 이루어짐으로써 발효처리가 촉진된다. 이때, 와류생성수단에 의한 와류는 제어기(250)에 의한 연동밸브(232)가 제1노즐부(200)와 제2노즐부(210)를 교번으로 개방시켜 상호 반대방향의 수류를 발생시킴으로써 발생된다. 좀 더 자세히 설명하자면, 제2노즐부(210)의 작동이 정지된 상태에서 제1노즐부(200)가 작동하여 도면상 상향이면서 시계방향으로 수류가 형성된 다음, 제1노즐부(200)의 작동이 정지된 상태에서 제2노즐부(210)가 작동하여 상향이면서 반시계방향으로 수류가 형성된다. 이렇게 발생된 와류에 의해 메탄발효조(150) 내의 혐기소화액은 수평 및 상향 교반이 원활히 이루어진다. 이때, 연동밸브(232)는 제어기에 의해 제어된다. 그리고, 메탄발효조(150)에 설치된 제1와류순환라인(230)과 제2와류순환라인(240) 역시 교번으로 작동하여 메탄발효조(150)의 상부와 하부의 와류가 교번으로 생성되어 수직적 순환이 자연히 이루어져 교반 및 발효가 촉진된다. 이러한 교번 작동 역시 제어기(250)에 의해 제1,2와류순환라인(230,240)이 교번 개방됨으로써 가능하다. 예를 들어, 메탄발효조(150)에 하루 3ton/m3 정도의 유기성 폐기물이 유입될 경우, 제1와류순환펌프(231)에 의해 1시간 동안 3ton/m3의 순환을 1회로, 하루에 6∼8회 정도 순환된다. 또한 제2와류순환펌프(241) 역시 동일한 방식으로 제1와류순환펌프(231)와는 교번으로 작동하되면서 제1,2와류순환펌프(231,241)가 24시간 동안 작동하게 된다. 따라서, 메탄발효조(150)에서는 상부와 하부에서의 수평적 혼합과, 상부와 하부의 순환적 수직 혼합이 조화롭게 이루어진다. 메탄발효조(150)의 상부에 설치되어 비상시 작동하는 제3노즐부(220)에서는 제3노즐(222)에 의해 메탄발효조(150)의 상부에 와류를 발생시키게 된다. 제3노즐(222)이 수직 또는 사선의 분사각도를 가짐으로써, 메탄발효조(150)의 상부에서는 무질서한 와류가 형성되어 비상시 제1,2노즐(201,212)을 대체하게 된다. 따라서, 제1,2노즐(202,212)에 의해 메탄발효조(150)의 하부에서는 상향이면서 시계방향 또는 반시계방향의 와류가, 메탄발효조(150)의 상부에서는 각기 다른 방향의 무질서한 와류가 형성된다. 또한, 제1,2노즐(202,212)에 의해 메탄발효된 유기물이 회전하면서 상승하게 됨에 따라 상부의 유기물이 하향 순환된다. 여기서, 제3노즐(222)이 상향 또는 하향이면서 30∼45°의 분사각도를 갖도록 제3노즐관(403f)에 설치되어 제1,2노즐(202,212)와 유사한 작동하도록 설치된 다른 실시예에 의해 메탄발효조(150)의 상부에 와류가 발생할 수 있다. 이때, 제3노즐(222)이 제1,2노즐(202,212)과 연계 동작되어 하부에서는 상향이면서 시계방향의 와류가, 상부에서는 상향 또는 하향이면서 반시계방향의 와류가 형성되거나 그 반대로 와류를 형성시킬 수 있다. 물론 도 6 또는 도 7의 와류와는 다른 와류가 형성된다. 또한, 메탄발효조(150)에 장착된 배플(260)은 제1,2노즐(202,212)에 의해 형성된 와류에 대해 간섭을 발생시켜 일부위에서 무질서의 와류가 형성되도록 하여 혼합을 더욱 촉진시킨다. 또한, 와류를 따라 유동되는 슬러지가 배플(260)에 접촉되면서 메탄발효조(150)의 저면에 하락되어 슬러지홈(152)에 수집된다. 물론, 슬러지홈(152)에 수집된 슬러지는 일정 간격으로 외부로 배출되어 제거된다. 또한, 산발효조(140) 및 메탄발효조(150) 내의 발효중인 유기물의 일부는 제1,2순환라인(141,151)을 통해 지속적으로 상호 순환된다. 이때, 산발효조(140)로 순환되는 메탄발효조(150)의 혐기소화액은 산발효조(140)에서 메탄발효조(150)로 공급되는 양의 10∼20% 정도로 공급하여 산발효조(140) 내의 유기성 폐기물에 대해 pH 4.3∼4.5를 지속적으로 유지시킴으로써 산발효 반응을 축진시킨다. 더불어, 산발효조(140) 내에서도 혐기미생물에 의해 유기물 분해가 산발효 분해량 대비 5∼10%정도 이루어진다. 물론 산발효의 정도 및 환경에 따라 메탄발효조(150) 유기물의 공급량을 늘려 pH 5∼6까지 상승시킬 수도 있다. 여기서, 산발효조(140)에서는 유기물이 대략 3∼4일 정도 체류하면서 산발효되고, 메탄발효조(150)에서는 유기물이 대략 15∼20일 정도 체류하면서 소화액 및 메탄가스를 생성시킨다.
다음으로, 산발효조(140)와 메탄발효조(150)에서 생성된 메탄가스는 가스저장조(170)에 저장(S20)된다. 이 가스저장조(170)의 메탄가스는 산발효조(140) 및 메탄발효조(150)에 설치된 가열기(160)에 열을 제공하는 보일러(180)에 일부 제공된다. 그리고, 잔여 가스는 전력시스템 또는 고순도 가스정제소로 제공된다.
다음으로, 메탄발효조(150)에서 배출된 소화액이 완충조(300)로 유입(S30)된다. 메탄발효조(150)에서 저분자 유기화합물이 반응되어 획득된 소화액이 공급라인(301)을 통해 완충조(300)로 유입되어 침전을 방지하도록 교반된다. 완충조(300)에 내장된 교반기(310)에 의한 교반으로 메탄가스가 발생하게 된다. 여기서, 완충조(300)의 소화액이 공급펌프(320)에 의해 배출될 때, 완충조(300) 내부에 음압이 형성되고, 이 음압이 완충조(300) 내부에 설치된 가스홀더(330)의 수축에 의해 보상된다. 즉, 가스홀더(330)가 완충조(300) 내부에서 생성된 메탄가스를 포집하여 팽창됨으로써, 양압을 보상하게 된다. 물론, 완충조(300)에 음압이 발생되면 가스홀더(330)는 수축되면서 가스홀더(330) 내의 메탄가스는 외부로 배출되거나 일부 잔류하게 된다.
다음으로, 완충조(300)에서 배출된 소화액이 분리막장치(400)로 이송되어 농축액과 여과수로 고액분리(S40)된다. 구체적으로, 완충조(300)에서 유입된 소화액은 제1소화액 유입라인(401)을 통해 정방향으로 분리막장치(400)에 가압 이송된다. 이때, 제1주입밸브(401a) 및 제1배출밸브(403a)는 개방되고, 제2주입밸브(402a) 및 제2배출밸브(404a)는 폐쇄된 상태에 있다. 한편, 소화액은 제1헤더(432)를 거쳐 다수의 막여과 모듈(420)에 분배되어 주입된다. 그리고, 소화액에 포함된 물은 도 10에서와 같이 관상형 여과막(424)을 통과하면서 여과수를 생성하고, 이에 따라 소화 미생물이 포함된 고농도의 농축액이 주입측의 반대편에서 배출된다. 그리고, 다수의 막여과 모듈(420)에서 배출되는 소화액은 제2헤더(434)에 모여서 제1농축액 반송라인(403)으로 배출된다. 이 고액분리단계(S40)에서 소정의 시간마다 소화액의 주입방향을 전환시킴으로써 막여과 모듈(420)의 수명을 향상시키게 된다. 구체적으로, 제어부가 제1주입밸브(401a) 및 제1배출밸브(403a)를 폐쇄하고, 제2주입밸브(402a) 및 제2배출밸브(404a)를 개방함으로써 소화액의 주입방향을 역전시키게 된다. 이에 따라, 소화액은 제2소화액 유입라인(402) 및 제2헤더(434)를 거쳐 관상형 여과막(424)으로 유입되고, 농축액은 제1헤더(432) 및 제2농축액 반송라인(404)을 거쳐 제1농축액 반송라인(403)으로 배출된다. 즉, 관상형 여과막(424)의 주입측이 전환되고, 반대방향의 주입압력에 의해 여과막(424)에 쌓인 오염물질이 어느 정도 제거되는 효과를 가져온다. 또한, 종래의 분리막장치가 여과막의 일단부에만 막의 폐색 현상이 급격하게 발생되는 것에 비해 본 발명의 관상형 여과막(424)은 막면(424a) 전체에 대하여 오염물질이 고르게 쌓이게 됨에 따라 막의 폐색 현상이 늦추어지는 효과를 가져온다. 이는 관상형 여과막(424)의 수명이 증대됨을 의미하고, 여과막(424)의 잦은 교체에 따른 비용발생을 감소시킬 수 있다. 한편, 제어부에 의한 소화액 주입방향의 역전 주기는 약 1일∼3일의 범위에서 적절하게 선택될 수 있다.
다음으로, 분리막장치(400)에서의 여과로 얻은 농축액이 제1농축액 반송라인(403)을 통해 배출되면서 농축액이 최초 여과된 상태인지, 반복 여과된 상태인지 판단(S40)하게 된다. 즉, 메탄발효액이 여과되어 얻은 최초 여과된 상태의 저농축액인지, 최초 여과된 농축액이 분리막장치(400)에 재유입되어 재여과된 상태의 고농축액인지 판단하게 된다. 이때, 농축액의 여과 상태 판단은 농축액의 일정 기준 농도를 기준으로 판단할 수도 있고, 분리막장치(400)에서 배출된 농축액를 다시 여과한 횟수로 판단할 수도 있다. 농축액의 농도를 기준으로 할 경우에는 농도측정계(미도시)가 더 설치되어, 일정 농도 이상이 될 때까지 반복 여과된다. 여과 횟수로 판단할 경우에는 최초 여과된 농축액이 반송되어 여과되는 횟수로 판단하게 되고, 일반적으로 1회의 재여과 횟수를 기준으로 한다. 또한, 완충조(300)와 분리막장치(400) 사이의 공급라인(301)에 설치된 공급밸브(320)의 개폐횟수에 의해 판단될 수도 있다. 즉, 완충조(300)에 수용된 메탄발효액 또는 농축액의 전량이 분리막장치(400)로 공급되기 때문에 공급밸브(320)의 개폐횟수는 최초 여과된 농축액이 분리막장치(400)로 재공급되는 횟수에서 최초 메탄발효액이 유입된 1회를 더한 횟수와 동일하므로 판단 기준으로 활용 가능하다. 여기서, 농축액이 반복 여과된 상태가 아니면, 메탄발효조(150)의 메탄발효액이 완충조(300)로 유입되는 단계(S30)로 순환된다. 이때, 저농축액는 분리막장치(400)에서 제1농축액 반송라인(403)을 통해 메탄발효조(150)와 완충조(300) 사이의 공급라인(301)으로 유동된다. 여기서, 제1농축액 반송라인(403)에 설치된 순환밸브(403e)가 개방되고, 제1농축액 반송라인(403)과 산발효조(140), 제1농축액 반송라인(403)과 메탄발효조(150) 사이에 설치된 제1공급밸브(403f) 및 제2공급밸브(403g)가 폐쇄된다. 또한, 메탄발효조(150)에서 소화액이 공급되지 않도록 차단밸브(301a)가 폐쇄된다. 물론, 순환밸브(403e)가 제1공급밸브(403f) 및 제2공급밸브(403g)보다 더 공급라인(301) 측으로 설치되어 있고, 차단밸브(301a)가 제1농축액 반송라인(403)과 공급라인(301)의 접속부위보다 더 메탄발효조(150) 측에 설치됨으로써, 농축액의 유동이 사용자의 의도에 따라 원활이 유동된다.
다음으로, 농축액이 원하는 만큼 반복 여과된 상태이면, 제2헤더(434)에서 배출되는 농축액이 제1농축액 반송라인(403)을 통해 산발효조(140) 또는 메탄발효조(150)로 반송(S40)된다. 여기서, 전술한 바와 같이 소화액의 주입방향이 전환된 경우에는 제2농축액 반송라인(404) 및 제1농축액 반송라인(403)을 통해 산발효조(140) 또는 메탄발효조(150)로 반송된다. 이때, 제1농축액 반송라인(403)의 순환밸브(403e)가 폐쇄되고, 제1공급밸브(403f) 및 제2공급밸브(403g)가 개방되어 반복 여과된 고농축액이 산발효조(140) 및 메탄발효조(150)에 유입된다. 여기서, 전자유량계 및 보조밸브 등을 통해 산발효조(140) 및 메탄발효조(150)로 유입되는 농축액의 양이 조절된다. 또한, 필요에 따라 차단밸브(301a)가 개방되어 메탄발효조(150)의 메탄발효액이 완충조(300)에 수용된다.
한편, 본 발명에 따르면 분리막 장치(400)의 관상형 여과막(424)를 역세척하는 세정단계가 더 포함될 수 있다. 고액분리단계(S30)에서는 제1소화액 유입라인(401)에 구비된 제1유량계(401b)와 제1농축액 반송라인(403)에 구비된 제2유량계(403b)가 유량을 측정하게 된다. 그런데, 세정단계는 이와 같은 측정값에 기초하여 제어부가 소화액의 주입유량과 농축액의 배출유량의 차를 계산하고, 도출된 유량차가 소정의 기준치보다 작은 경우에 전술한 고액분리단계(S300) 및 농축액 반송단계(S400)를 멈추고 분리막 장치(400)를 역세척하게 된다. 이에 대하여 설명하면, 분리막 장치(400)의 주입방향을 전환시키더라도 시간이 지남에 따라 관상형 여과막(424)의 막면(424a)에 오염물질이 쌓이게 되어 여과수의 양이 줄어들게 되고, 이로 인해 소화액의 주입유량과 농축액의 배출유량의 차가 갈수록 작아지게 된다. 따라서, 분리막 장치(400)의 수명이 다한 경우(성능이 어느 일정한도로 저하된 경우) 역세척을 수행하게 되는 것이다. 이때, 제어부에 의해 도출된 유량차와 비교되는 기준치는 실험실에서 측정된 데이터를 기초하여 설정될 수 있고, 실제운전을 하면서 적절하게 조정될 수 있다.예를 들어 약 5톤의 소화액을 주입하는 경우 0.5톤의 여과수와 4.5톤의 농축액이 배출되는 경우(탈수율 10%)를 기준치로 설정할 수 있다. 또한 위와 같은 원리로, 제1소화액 유입라인(401)과 제1농축액 배출라인(403)에 각각 구비된 제1압력계(401c)와 제2압력계(403c)로부터 압력차를 도출하고 소정의 기준치보다 작은 경우에 분리막 장치(400)의 역세척을 수행할 수도 있다.
이와 같은 세정단계는 다음과 같은 절차로 진행된다.
먼저, 공기압축기(640)를 가동하여 세정수 공급라인(601)에 압축공기를 분사하고, 분리막 장치(400)의 관상형 여과막(424)에 잔류한 소화액을 배출시키게 된다. 이때, 소화액은 제2농축액 반송라인(404) 및 제1농축액 반송라인(403)을 거쳐 산발효조(140) 및 메탄발효조(150)로 반송된다.
다음으로, 역세펌프(620)를 가동하여 물탱크(610)에 저장된 세정수를 관상형 여과막(424)에 가압 주입하여 소정의 시간 동안 물세정을 하게 된다. 이때, 생성된 세정액은 제2농축액 반송라인(404)을 거쳐 제1농축액 반송라인(403)으로 유입되고, 폐쇄된 제5밸브(403d)에 의해 제1세정액 반송라인(405)으로 유입된 후 원수 저장조(412)로 반송된다. 이때, 세정액이 소정의 방류기준에 만족될 경우에는 제2세정액 반송라인(406)으로 유입되어 방류조(500)에 저장되었다가 방류될 수 있다. 물론, 제1세정액 유입라인(401), 제1농축액 반송라인(403) 및 제1세정액 반송라인(405)으로 유동되도록 설치되어 세정액의 유동방향을 다양화할 수 있다.
다음으로, 전술한 물세정 단계의 세정주기가 소정의 기준치보다 작아지는 경우 세정수에 약품을 첨가하여 약품세정을 하게 된다. 이에 대하여 설명하면, 분리막 장치(400)를 물세정하더라도 세정효과가 완벽할 수 없기 때문에 시간이 지남에 따라 세정주기가 짧아질 수밖에 없다. 예를 들면, 세정주기가 1주일에서 기준치인 3일로 단축되는 경우 세정수에 약품을 첨가하여 약품세정을 함으로써 관상형 여과막(424)의 수명을 더욱 향상시킬 수 있다. 이와 같이 처음부터 약품세정을 하지 않는 이유는 약품세정을 자주 실시하면 관상형 여과막(424)의 미세공극이 빠르게 손상될 뿐만 아니라 약품을 구입하는데 많은 비용이 소요되기 때문이다. 그리고, 약품세정에 의해생성된 세정액은 제2 농축액 반송라인(L34) 및 제1 세정액 반송라인(L50)을 거쳐 약품탱크(630)로 반송되어 처리된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (45)

  1. 산발효조(140), 메탄발효조(150), 완충조(300) 및 분리막장치(400)가 포함되어 이루어진 유기성 폐기물 처리장치에 있어서,
    상기 산발효조(140)에서 산발효 처리중인 상기 유기성 폐기물의 일부가 상기 메탄발효조(150)로 공급되도록 제1순환펌프(141a)가 연계 설치된 제1순환라인(141);
    상기 메탄발효조(150)에서 메탄발효 처리중인 혐기소화액의 일부가 상기 산발효조(140)로 공급되도록 제2순환펌프(151a)가 연계 설치된 제2순환라인(151);
    상기 메탄발효조(150) 내의 상기 혐기소화액이 와류에 의해 교반되도록 상기 메탄발효조(150)에 설치된 다수의 노즐(202,212,222)을 포함한 와류생성수단;이 포함되어 이루어지고,
    상기 와류생성수단은,
    상기 메탄발효조(150)에서 발효된 상기 혐기소화액에 대해 일방향으로 수류를 형성시키도록 다수의 제1노즐(202)이 일정 각도로 제1노즐관(201)에 설치되어 이루어진 제1노즐부(200);
    상기 제1노즐부(200)의 분사방향과는 반대방향으로 수류를 형성시키도록 다수의 제2노즐(212)이 일정 각도로 제2노즐관(211)에 설치되어 이루어진 제2노즐부(210); 및
    상기 메탄발효조(150) 상부의 상기 혐기소화액을 상기 제1,2노즐관(201,211)으로 공급하도록 설치된 제1와류순환라인(230);이 포함되어, 상기 혐기소화액을 분사하여 일방향 및 반대방향의 수류가 교번으로 발생되도록 하여 와류를 발생시키도록 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유기성 폐기물 처리장치(100)는,
    상기 유기성 폐기물을 선별하고 파쇄하는 선별 및 파쇄기(110);
    상기 선별 및 파쇄기(110)를 통과한 상기 유기성 폐기물을 상기 산발효조(140)에 투입하기 적당한 크기로 분쇄하는 분쇄기(120);
    상기 분쇄기(120)를 통과한 상기 유기성 폐기물에 대해 일정 크기 이상의 상기 유기성 폐기물을 걸러내는 스크린(121);
    상기 스크린(121)을 통과한 상기 유기성 폐기물이 일시 저장되는 저류조(130);
    상기 산발효조(140) 및 상기 메탄발효조(150) 내의 상기 유기성 폐기물을 일정 온도로 상승시키기 위해 상기 산발효조(140) 및 상기 메탄발효조(150)에 각각 설치된 가열기(160);
    상기 메탄발효조(150)에서 생성된 메탄가스가 저장되는 가스저장조(170);
    상기 가스저장조(170)의 메탄가스가 유입되어 상기 가열기(160)에 열을 제공하는 보일러(180);가 더 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1와류순환라인(230)에는,
    상기 메탄발효조(150)의 상부에서 상기 제1,2노즐관(201,211)으로 상기 혐기소화액을 공급하도록 연계 설치된 제1와류순환펌프(231); 및
    상기 제1노즐관(201)과 상기 제2노즐관(211)을 교번으로 개방시키도록 설치된 연동밸브(232);가 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1,2노즐관(201,211)은 상기 메탄발효조(150)의 하부에 설치되고, 상기 메탄발효조(150)의 중심을 향해 일정 곡률을 갖도록 휘어진 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1,2노즐(202,212)은 상향의 분사각도를 가지고, 분사각도(θ)는 30 ∼ 45°인 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
  6. 제1항 또는 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 와류생성수단은,
    상기 메탄발효조(150)의 상부에 다수의 제3노즐(222)이 일정 각도로 제3노즐관(403f)에 설치되어 이루어진 제3노즐부(220); 및
    상기 메탄발효조(150) 하부의 상기 혐기소화액을 상기 제3노즐관(403f)에 공급하도록 설치된 제2와류순환라인(240);이 더 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2와류순환라인(240)은 상기 메탄발효조(150)의 하부에서 상기 제3노즐관(403f)으로 상기 혐기소화액을 공급하도록 제2와류순환펌프(241)가 연계 설치된 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제3노즐(222)은 상향의 분사각도를 가지고, 각각의 제3노즐(222)은 수직 또는 사선방향의 분사각도를 갖는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제3노즐(222)은 상향 또는 하향의 분사각도를 가지고, 상기 분사각도(θ)는 30 ∼ 45°인 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 와류생성수단은 상기 제1와류순환펌프(231)와 상기 제2와류순환펌프(241)가 교번으로 작동하도록 제어하고, 상기 제1노즐부(200)와 상기 제2노즐부(210)가 교번으로 개방되도록 연동밸브를 제어하는 제어기가 더 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 와류생성수단은 상기 메탄발효조(150)의 하부 측면에 설치되어 상기 와류의 흐름에 간섭을 주기 위한 다수의 배플(260)이 더 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 메탄발효조(150)는,
    상기 메탄발효조(150)의 저면 테두리부에 상기 배플(260)과 접촉하여 하락하는 슬러지를 수집하기 위해 형성된 다수의 슬러지홈(152); 및
    상기 슬러지홈(152)들에 연결되어 슬러지를 배출하는 슬러지배출라인(153);이 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 메탄발효조(150)의 저면은 중심에서 테두리측으로 하향 경사진 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 메탄발효조(150)는 메탄발효조(150)의 내부에 제2교반날개(154a)가 제2교반모터(154b)에 의해 회전되도록 설치된 제2교반기(154)가 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 산발효조(140)는 상기 산발효조(140)의 내부에 제1교반날개(142a)가 제1교반모터(142b)에 의해 회전되도록 설치된 제1교반기(142)가 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 산발효조(140)는 상부와 하부를 연결하도록 설치되고, 상기 유기성 폐기물을 상부에서 하부로 공급시키는 교반순환펌프(143a)가 연계 설치된 교반순환라인(143)이 더 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
  17. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1순환라인(141)은 상기 산발효조(140)에서 상기 제1와류순환라인(230)으로 연결된 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1순환라인(141)과 상기 제1와류순환라인(230)의 연결지점은 상기 연동밸브(232) 이전의 지점인 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 제2순환라인(151)은 상기 메탄발효조(150)에서 상기 교반순환라인(143)으로 연결된 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 완충조(300)는 상기 완충조(300)에 수용된 상기 소화액이 배출되면서 발생하는 음압을 보상하기 위해 상부에 설치된 가스홀더(330)가 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 가스홀더(330)는 유연재질로 제작되고, 상기 완충조(300) 내부에 음압이 발생하면 포집해 두었던 가스를 방출하면서 수축하도록 설치된 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 완충조(300)에 연결된 제1소화액 유입라인(401)에서 분기되어 상기 분리막장치(400)의 타단과 연결된 제2소화액 유입라인(402);
    상기 분리막장치(400)에 연결되어 상기 산발효조(140) 및 상기 메탄발효조(150)에 농축액을 공급하도록 설치된 상기 제1농축액 반송라인(403)을 연결하는 제2농축액 반송라인(404);
    상기 제1소화액 유입라인(401)에 구비된 제1주입밸브(401a);
    상기 제1농축액 반송라인(403)에 구비된 제1배출밸브(403a);
    상기 제2소화액 유입라인(402)에 구비된 제2주입밸브(402a);
    상기 제2농축액 반송라인(404)에 구비된 제2배출밸브(404a);
    상기 제1소화액 유입라인(401)에 설치된 공급펌프(320)와 상기 제1,2주입밸브(401a,402a)와 상기 제1,2배출밸브(403a,404a)를 제어하는 제어부로 구성된 주입방향 전환수단이 더 구비되고,
    상기 주입방향 전환수단은 상기 분리막장치(400)에 상기 소화액의 주입방향을 소정의 시간마다 역전시키는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제1농축액 반송라인(403)은 상기 농축액이 상기 완충조(300)로 순환하도록 상기 공급라인(310)과 연결된 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 제1농축액 반송라인(403)을 통해 유동되는 상기 농축액이 상기공급라인(310)에 유입 또는 차단되도록 상기 제1농축액 반송라인(403)에 설치된 순환밸브(403e);
    상기 제1농축액 반송라인(403)을 통해 유동되는 상기 농축액이 상기 산발효조(200)로 공급 또는 차단되도록 설치된 제1공급밸브(403f);
    상기 제1농축액 반송라인(403)을 통해 유동되는 상기 농축액이 상기 메탄발효조(300)로 공급 또는 차단되도록 설치된 제2공급밸브(403g); 및
    상기 메탄발효조(300)에서 배출되는 상기 소화액의 유동을 차단하도록 개폐되는 차단밸브(301a);가 더 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 순환밸브(403e)가 개방되면 상기 차단밸브(301a), 상기 제1공급밸브(403f) 및 상기 제2공급밸브(403g)가 폐쇄되고, 상기 순환밸브(403e)가 폐쇄되면 상기 제1공급밸브(403f) 및 상기 제2공급밸브(403g)가 개방되도록 설치된 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 차단밸브(301a)는 소화액이 완충조(300)에 공급되는 경우만 개방되도록 설치된 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
  27. 제22항에 있어서,
    상기 분리막장치(400)는,
    프레임(410);
    여과수의 배출을 위한 배출공(423)이 형성된 케이싱(422)과, 상기 케이싱(422)에 내장된 다수의 관상형 여과막(424)으로 이루어져 상기 프레임(410)에 설치된 1개 이상의 막여과 모듈(420);
    상기 1개 이상의 막여과 모듈(420)의 일단에 형성되고, 상기 제1소화액 유입라인(401)과 연결된 제1헤더(432); 및
    상기 1개 이상의 막여과 모듈(420)의 타단에 형성되고, 상기 제1농축액 배출라인(403)과 연결된 제2헤더(434);가 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 관상형 여과막은 한외여과막(UF) 또는 정밀여과막(MF)인 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
  29. 제22항에 있어서,
    상기 제1소화액 유입라인(401)에 구비되어 상기 소화액의 주입유량을 측정하는 제1유량계(401b)와,
    상기 제1농축액 배출라인(403)에 구비되어 상기 농축액의 배출유량을 측정하는 제2유량계(403c)가 더 구비된 것을 특징으로 하는유기성 폐기물 처리장치.
  30. 제22항에 있어서,
    상기 제1소화액 유입라인(401)에 구비되어 상기 소화액의 주입압력을 측정하는 제1압력계(401c)와,
    상기 제1농축액 배출라인(403)에 구비되어 상기 농축액의 배출압력을 측정하는 제2압력계(403c)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
  31. 제29항 또는 제30항에 있어서,
    상기 막여과 모듈(420)에서 배출되는 상기 여과수의 배출유량을 측정하는 제3유량계(411a)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
  32. 제29항에 있어서,
    상기 분리막장치(400)를 역세척하는 세정수단(500)이 더 구비되고, 그리고
    상기 세정수단(500)은 상기 제1,2유량계(401b,403c)에서 각각 측정된 유량값에 기초하여 상기 제어부가 유량차를 도출하고, 상기 유량차가 소정의 기준치보다 작은 경우에 가동되는 것을 특징으로 하는 막유기성 폐기물 처리장치.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 세정수단(600)은
    상기 제2소화액 유입라인(402)과 연결된 세정수 공급라인(601);
    상기 세정수 공급라인(601)에 연결된 물탱크(610); 및
    상기 물탱크(610)에 저장된 세정수를 상기 세정수 공급라인(601)으로 가압 이송하는 역세펌프(620);가 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 분리막장치(400)로부터 배출되는 상기 여과수를 임시 저장하는 방류조(500)와, 상기 세정수 공급라인(601)에 세정약품을 첨가하는 약품탱크(630) 및, 상기 세정수 공급라인(601)에 압축공기를 공급하는 공기압축기(640) 중 적어도 하나가 더 구비된 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 제1농축액 반송라인(403)에 설치되어 상기 역세척시 폐쇄되는 제5밸브(403d)와,
    상기 제5밸브(403d)가 폐쇄됨에 따라 세정액이 유입되도록 상기 제1농축액 반송라인(403)에서 분기되고, 원수저장조(412) 또는 상기 약품탱크(630)와 연결된 세정액 반송라인(405)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
  36. 유기성 폐기물을 처리하는 방법에 있어서,
    상기 유기성 폐기물이 산발효조(110) 및 메탄발효조(120)로 공급되어 발효되는 제1단계(S10);
    상기 제1단계(S10)에서 발생한 메탄가스가 가스저장조(140)에 저장되는 제2단계(S20);
    상기 메탄발효조(120)에서 배출된 소화액 또는 분리막장치(400)에서 배출된 농축액이 공급라인(301)을 통해 완충조(300)로 유입 및 배출되는 제3단계(S30);
    공급펌프(320)에 의해 상기 완충조(200)에 저장된 소화액이 분리막장치(400)에 주입되어 농축액과 여과수로 분리되고, 상기 소화액의 주입방향을 소정 시간마다 역전시키는 제4단계(S40);
    상기 분리된 농축액을 상기 산발효조(140) 및 상기 메탄발효조(150)로 반송하는 제6단계(S60);가 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리방법.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 제1단계(S10)에서는 상기 제1,2노즐(202,212)에 의해 시계방향 또는 반시계방향의 와류가 형성되고, 상기 제노즐(222)에 의해 각기 다른 방향으로 분사되어 무질서한 와류가 형성되는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리방법.
  38. 제36항에 있어서,
    상기 제1단계(S10)에서는 상기 메탄발효조(150)의 소화액 일부가 상기 산발효조(140)와 상기 메탄발효조(150)를 연결하는 제2순환라인(151)을 통해 상기 산발효조(140)로 순환되어 pH 4.0∼4.5가 유지되는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리방법.
  39. 제36항에 있어서,
    상기 제3단계(S30)에서 상기 완충조(300)에서 소화액이 배출될 때 발생하는 음압은 상기 완충조(300)에 내장되어 상기 완충조(300) 내부에서 발생한 가스를 포집하여 팽창되었던 가스홀더(330)가 가스를 방출하여 수축함으로써 보상되는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리방법.
  40. 제36항에 있어서,
    상기 제4단계(S40)는 상기 분리막장치(400)에 설치된 관상형 여과막(424)의 양단에 걸린 유량차 또는 압력차를 측정하여 소정의 기준치와 비교하는 단계를 더 포함하고, 그리고
    상기 비교단계는 상기 유량차 또는 압력차가 상기 기준치보다 작은 경우 상기 제4단계(S40) 내지 제6단계(S60)를 멈추고, 상기 관상형 여과막(424)을 소정시간 동안 역세척하는 세정단계가 더 포함된 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리방법.
  41. 제40항에 있어서,
    상기 세정단계는,
    역세펌프(620)를 가동하여 물탱크(610)에 저장된 세정수를 상기 관상형 여과막(424)에 가압 주입하여 물세정하는 단계와,
    상기 물세정 단계의 세정주기가 소정의 기준치보다 작아지는 경우 상기 세정수에 약품을 첨가하여 약품세정하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리방법.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 물세정에 의해 생성된 세정액을 원수 저장조(412)로 반송하는 단계와,
    상기 약품세정에 의해 생성된 세정액을 약품탱크(630)로 반송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리방법.
  43. 제36항에 있어서,
    상기 분리막장치(400)에서 얻은 농축액이 반복하여 여과되었는지를 판단하는 제5단계(S50);가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리방법.
  44. 제43항에 있어서,
    상기 농축액이 반복 여과되지 않았으면, 상기 농축액이 제1농축액 반송라인(403) 및 상기 공급라인(301)을 통해 상기 완충조(300)로 유입되도록 상기 메탄발효액이 상기 완충조(300)로 유입되는 단계(S30)로 순환되는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리방법.
  45. 제43항에 있어서,
    상기 제5단계(S50)에서 상기 농축액이 반복 여과되었으면, 상기 제6단계(S60)로 진행되는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리방법.
PCT/KR2011/009211 2010-11-30 2011-11-30 유기성 폐기물 처리장치 및 처리방법 WO2012074289A2 (ko)

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