KR20040105933A - 유기 폐기물의 효율적 처리 방법 - Google Patents

유기 폐기물의 효율적 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생분해성 유기 폐기물의 처리 부산물을 자체 유기 폐기물 처리 시스템에 이용하는 유기 폐기물의 효율적인 처리방법 및 이에 사용되는 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 의해 최종 부산물의 양을 획기적으로 감소시키고 에너지 비용이 감소하여 경제적이고 효율적으로 유기 폐기물을 처리할 수 있으며, 또한 부산물은 퇴비, 비료 등으로 자원화 할 수 있는 장점이 있다.

Description

유기 폐기물의 효율적 처리 방법{METHOD FOR THE EFFICIENT TREATMENT OF ORGANIC WASTE}
본 발명은 생분해성 유기 폐기물의 열 가수분해 및 생물학적 처리 방법 및 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 획기적으로 폐기물을 감량하고, 에너지 효율적으로 폐기물을 처리하는 방법을 제공하여, 토양 개량제, 비료 또는 연료로서 유용한 잔존의 유기 부산물을 얻을 수 있으며, 경제적이면서도 환경적으로도 안전하다.
현재 세계 여러 국가에서는 가정뿐만 아니라 식품을 제조해 공급하는 레스토랑 및 기관들이 금속, 유리, 플라스틱, 종이 및 기타 고형 폐기물들로부터 생분해성 고형 폐기물 및 고형 식품 폐기물을 분리할 것을 요구하고 있거나, 이의 실천을 요구할 예정에 있다. 이러한 규제 경향은 한국 및 중국의 대부분의 도시에서도 채택될 것으로 여겨진다. 현재, 한국에서는 고형 식품 폐기물의 폐기는 매립, 소각, 사료화 및 퇴비화등 제한된 수준에서 이루어진다.
식품 폐기물은 주로 섬유질, 탄수화물, 지방 및 단백질을 함유하는 음료, 과일, 곡류 및 육류와 어류 제품들로 구성된다. 우리나라에서 발생하는 분리된 식품 폐기물들은 76-84%의 수분 및 16-24%의 건조 물질을 함유한다. 또한, 건조 물질의 80-90%는 휘발성이다. 소각에 의한 폐기물의 처리는 환경 관련 문제로 인해 이를 적극적으로 수행하기가 어렵다.
본 발명의 목적은 경제적이면서도 환경적으로도 안전한 생분해성 유기 폐기물의 처리방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 에너지 효율적이며 최종 처리물의 양을 획기적으로 감소시킨 생분해성 유기 폐기물의 처리방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 상기 생분해성 유기 폐기물의 처리방법에 사용하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일례에 따른 유기 폐기물의 감량 및 자원화 공정을 나타내는 개념적인 공정 흐름도.
도 2는 본 발명의 일례에 따른 방법에 사용되는 데칸타를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 일례에 따른 방법에 사용되는 고온고압스팀 용해기의 개략도.
도 4는 본 발명의 일례에 따른 방법에 사용되는 연속식 증발기 및 연소장치의 개략도.
본 발명은 생분해성 유기 폐기물의 열 가수분해 및 혐기성 처리 방법으로 얻어진 열원을 이용한 생분해성 유기 폐기물의 효율적이고 경제적인 처리방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 구체적인 구현 예는 하기 단계를 포함하는 생분해성 유기 폐기물의 처리방법에 관한 것이다:
a) 생분해성 유기 폐기물을 균질화시킨 후 탈수하는 단계;
b) 상기 단계 a)에서 얻어진 생분해성 유기 폐기물을 고온고압의 스팀으로 가열하여 용해시켜 유기 물질 및 잔여 고형물로 구성되는 슬러리를 제조하는 단계;
c) 상기 용해된 유기 물질과 잔여 고형물을 분리하는 단계;
d) 혐기성 발효 방식으로 상기 유기 물질 용해액을 메탄 가스로 전환시키는 단계;
e) 단계 c)에서 얻어진 고형물을 건조하고 상기 d) 단계에서 생성된 메탄가스로 연소하여 스팀을 발생시키는 단계; 및
f) 상기 스팀을 상기 유기 폐기물의 처리 공정의 열원으로 사용하는 단계를 포함하는 생분해성 유기 폐기물의 처리 방법.
본 발명은 종래의 매립 또는 소각 폐기에 대한 대안으로서, 생분해성 유기 폐기물을 적절한 혐기성 분해 처리를 하여 얻어진 바이오가스를 연소하거나, 또는 이를 이용하여 처리공정에서 얻어진 고형물(부산물)을 연소하여 얻어진 열원을 상기 처리 공정의 에너지로 사용함으로써 별도의 부가 에너지가 불필요하고 처리 부산물의 양을 획기적으로 감소시켜 낮은 비용으로 대량의 폐기물을 효과적으로 처리할 수 있는 방법이다. 또한, 상기 부산물을 토양 개량제 및 퇴비의 원료, 연료 등으로도 사용 가능하다.
본 발명의 처리 방법 및 장치에 이용 가능한 생분해성 유기 폐기물로는 그 자체 또는 분쇄나 이물질 제거와 같은 전처리 후에 고온고압스팀 용해기에 의한 고온고압스팀용해와 미생물에 의한 혐기성 발효가 가능한 물질로서, 예컨대, 음식물 쓰레기, 하수, 오수, 또는 폐수 처리용 슬러지, 농수산 폐기물, 임산 폐기물, 및 분뇨 등을 모두 포함하며 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 일례에서, 상기 a) 단계 전에, 유기 폐기물의 분쇄 공정이나 이물질 제거공정을 수행할 수도 있다. 상기 유기 폐기물은 이 분야에서 이미 알려진 수단을 이용해 절단될 수 있다. 적절한 방법으로 이러한 폐기물은 1 mm 내지 50 mm의 크기로 절단 또는 분쇄된다. 이물질의 제거는 선별, 중력, 자력 또는 수동 분리등에 의해서 수행될 수 있다.
상기 b) 열 가수분해 단계 전에, 스팀으로 생분해성 유기 폐기물을 예열하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 b) 단계에서 사용한 스팀을 회수하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 회수된 스팀을 상기 예열 단계에 사용될 수 있어 경제적이다. 구체적으로 본 발명은 고온고압스팀용해 후 스팀회수탱크 로부터 증기를 회수하여 재순환시키고, 고온고압스팀용해 후에 회수되는 가열된 용해액과 공정 초기(고온고압스팀용해 전)의 공급된 폐기물의 균질화탱크의 용액을 혼합하여 공급폐기물의 온도를 상승시키는 데 사용함으로써 열을 회수하는 단계를 포함한다. 상기 예열 단계의 열원은 상기 회수된 스팀, 또는 단계 e)에서 생성된 스팀일 수 있으며, 또한 추가적인 열원, 예컨대 바이오가스의 직접 연소 또는 바이오가스를 이용한 고형물의 연소 등으로 생성된 열원을 사용할 수 있다.
상기 단계 b)에서 열 가수분해는 가수분해에 의해 용해될 수 있는 미립형태의 유기물질의 양을 최대화하기에 충분한 온도 및 시간 조건 하에서 실시된다. 예컨대, 고온고압스팀용해 단계는 180 ℃ 내지 220 ℃의 온도 및 10 내지 25 kg/cm2 압력 하에서 수행된다.
또한, 고온고압스팀용해에는 이러한 용해(가수분해)를 촉진하는 산 또는 염기와 같은 화학물질의 첨가가 선택적으로 포함될 수도 있다. 상기 산 또는 염기는 스팀용해 단계, 또는 유기 폐기물의 예열 단계에 첨가하는 것이 바람직하다. 펄프 및 종이 산업에서, 탄수화물, 리그닌, 그리고 그 밖의 종이 및 기타 섬유계 제품용 펄프를 제조하는 데 사용되는 목재 또는 비목재성 섬유질 재료의 소화시에 생성되는 유기 추출물을 가용화하는 데는, 알칼리(즉, 수산화나트륨, 수산화칼슘 및 수산화마그네슘) 또는 산(아황산염 또는 중아황산염), 그리고 가압 증기가 사용된다. 그러므로, 산 또는 염기의 첨가는 휘발성 고형물의 가용화 속도 및 정도를 증가시키는 데 사용될 수 있다. 이들 산 또는 염기의 첨가는 가수분해 후에 회수되는 잔여 고형물의 탈수성에 영향을 줄 수도 있다.
첨가되는 염기의 예로는 NaOH, KOH, Ca(OH)2및 Mg(OH)2등으로 이루어진 군에서 선택된 염기일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 첨가되는 산의 예는 HCl, HNO3, 아황산염, 중아황산염 및 황산염으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 산일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 용해된 유기물이 혐기성 처리공정 중에 실질적으로 분해되는 적절한 pH 환경을 유지하고, 알칼리도를 제공하는 점에서 산보다는 알칼리가 바람직할 수 있다.
상기 d)단계에서, a)단계에서 얻어진 탈수액을 상기 유기 폐기물의 용해액에 첨가하여 혐기성 발효를 수행하는 것을 특징으로 하는 생분해성 유기 폐기물의 처리방법. 상기 혐기성 발효를 위한 원료로는 고온고압스팀용해기에서 얻어진 유기 폐기물의 용해액, 상기 단계 a)에서 얻어진 탈수액, 또는 상기 유기 폐기물의 용해액을 균질화 단계에 첨가하여 탈수함으로써 얻어진 혼합액일 수 있다.
혐기성 발효는 본 기술분야에서 알려진 통상의 혐기성 발효 방법을 사용할 수 있다. 중온(mesophilic temperature) 범위에서의 혐기성 처리 공정은 고온 처리(thermophilic treatment)보다 높은 수준의 메탄화 및 처리의 안정성을 달성할 수 있다. 혐기성접촉, 혐기성필터, 혐기성 유동상, 상향식혐기성슬러지블랭킷(UASB) 등을 포함하는 몇몇 알려진 혐기성 처리공정과 이러한 혐기성 처리의 혼합공정이 가수분해 액의 처리를 위하여 본 발명과 함께 사용될 수 있다. 이들 중, UASB는 특히 몇몇 공급업체에 의해 개발되어 인증된 15-25 kg COD/m3/일 범위의 유기물 부하 용량에서 가동할 수 있는 초고속 반응기가 기능적으로나 비용 면에서 가장 효율적이다. 또한 경우에 따라 이미 인증된 15-25 kg COD/m3/일 범위의 유기물 부하 용량에서 가동할 수 있는 초고속 반응기를 사용할 수도 있다. 용해된 유기물의 농도 및 적정 암모니아 농도를 고려할 때, 혐기성 처리 전에는 희석이 필요가 있다. 새로운 용수(fresh water) 대신에, 하수처리시설의 2차 처리 후 방류수가 경제적인 희석용수로 대체될 수 있다. 이 공정으로부터 생성되는 메탄은 본 발명에 따른 유기 폐기물의 에너지원으로 이용되어 폐기물 처리 공정의 비용이 절감될 수 있다. 또한, 상기 바이오가스는 가스 터빈 또는 내연 엔진 기술을 이용하여 전력 및 공정용 증기의 생산에 이용될 수 있다.
상기 단계 e)는 상기 유기 폐기물의 자체 처리공정의 열원을 이용할 수 있으며, 예컨대 혐기성 발효로 제조된 바이오가스(예, 메탄가스)를 연소하여 스팀을 발생시키고 이를 고온고압스팀 용해기에 적용하여 스팀용해(가수분핸)를 수행함으로써 외부에서 별도의 에너지 공급이 불필요하다.
또한 상기 고온고압스팀 용해기에서 배출된 유기 폐기물의 용해액과 고형물을 분리하여 얻어진 고형물을 상기 메탄가스를 직접 열원으로 사용하거나 회수된 스팀을 사용하여 간접적으로 건조할 수 있다. 회수된 스팀이나 메탄가스를 이용하여 건조된 고형물을 연소하여 얻어진 열원을 상기 유기 폐기물 처리 공정의 열원으로 사용할 수 있다. 바람직하게는, 상기 고형물의 건조와 연소가 연속식으로 수행되는 것이며, 이러한 처리 공정을 위한 장치의 개략도를 도 4에 나타내었다. 따라서, 본 발명의 바람직한 처리 공정의 예에 따라 유기 폐기물을 처리할 경우, 고형물의 연소함으로써 최종 부산물의 양이 획기적으로 감소하는 장점이 있다. 본 발명의 구체적인 일례에서, 상기 고형물의 건조는 고형물을 이동시키는 콘베이어 벨트아래에 메탄가스를 연소시켜 직접 건조하거나, 메탄가스의 연소로 생성한 스팀 또는 스팀회수탱크에서 화수된 스팀을 이용하여 간접적으로 건조할 수 있다. 고형물의 건조 및 연소에 대한 자세한 설명은 이하 실시 예에서 제공된다.
상기 단계 a) 또는 단계 c)에서 탈수, 또는 고형물과 유기 폐기물의 용해액의 분리는 본 기술분야에서 알려진 고액 분리기를 모두 사용가능하며, 예컨대, 데칸타, 스크류 프레스, 또는 원심 분리기를 사용할 수 있다.
본 발명은 적절한 퇴비화 시스템을 이용하여 단계 c)에서 회수되는 잔여 고형물을 토양 개량제로서 사용하기 위하여 추가로 가공하는 단계를 포함할 수도 있다.한다.
본 발명의 한 구현형태는 도 1에 예시되어 있다. 도 1은 식품 폐기물 및 슬러리를 포함하는 미립형태의 생분해성 유기 물질의 고온고압스팀용해와 용해액의 혐기성 처리를 결합시킨 본 발명의 한 구현형태의 개념적인 공정의 흐름도이다. 상술한 바와 같이, 고온고압스팀용해에 앞서 산 또는 염기가 첨가될 수도 있고 첨가되지 않을 수도 있다. 유기 폐기물의 선택적인 전처리 단계로서, 식품 폐기물의 플라스틱, 금속 및 기타 오염물을 제거하고, 이들 물질을 1밀리미터(mm) 내지 50밀리미터(mm)의 크기로 분쇄하는 공정을 추가로 수행하는 것이 바람직하다. 그런 다음, 절단된 식품 폐기물은 균질화 탱크로 주입되며, 이곳에서 혐기성 처리에 앞서 절단 처리된 식품 폐기물은 균질화 된다. 본 발명의 일례에서, 상기 균질화 탱크에 고온고압용해기에서 배출된 유기 폐기물의 용해액이 배합되어, 공급물 중의 고형물은 예열되고 고온고압스팀용해액은 냉각되도록 처리할 수도 있다. 상기 균질화 단계 후에는, 스크류 프레스 또는 고속 고형물 원심분리기와 같은 탈수 수단을 이용해 공급물 중의 고형물을 탈수한다. 탈수하여 얻어진 액을 혐기성 발효조로 보내 발효시킬 수 있다.
공급물 중의 고형물의 고온고압스팀용해는 연속 주입식 반응기 또는 회분식반응기 내에서 달성될 수 있다. 연속식 공급 반응기의 경우, 탈수된 공급물 중의 고형물은 먼저 예열기로 공급된다. 연속식 반응기로 공급되기 전에 알칼리 또는 산이 상기 예열기에 필요시 첨가될 수 있다. 증기 (필요시 알칼리 또는 산)는 또한 공급된 유기 고형물을 용해하는 데 필요한 기간 동안, pH, 온도 및 압력 조건을 유지하기 위하여 반응기에 첨가되기도 한다. 상기 반응기는 증기 예열에 재사용하기 위해 증기를 회수하고, 용해액의 온도를 저하시키기 위하여 스팀회수탱크로 배출된다.
회분식 가수분해 공정이 사용되는 경우, 예열기는 공급조로 대체되고, 예열과 용해작용은 모두 회분식 소화기(digester) 내에서 달성되며, 이때 회분식 소화기 내의 pH, 온도, 압력 및 체류 시간 조건은 유기성 미립 유기물의 용해 정도를 달성하는 데 필요한 수준으로 유지된다.
공급물 중의 고형물의 고온고압스팀용해가 완성되면, 스팀회수탱크에서 용해액 및 잔여 고형물이 분리되며, 이 고형물은 프레스 또는 고속 원심분리기와 같은 탈수설비를 이용해 탈수된다. 탈수에 사용되는 설비는 잔존하는 미립형태의 고형분의 특성과 냄새 제거 정도에 따라 좌우된다. 잔여 고형물로부터 염분 또는 기타 수용성 오염물질을 제거해야 하는 경우에는, 고온고압스팀용해액과 잔여 고형물의 분리 공정에 세척 및 희석 단계를 포함시킬 수 있다. 그런 다음, 잔여 고형물은 본 발명에 따른 처리 공정에서 얻어진 열원에 의해 건조되고, 바이오가스를 이용하여 연소되어 열원을 발생시킨다. 이어서, 고온고압스팀용해액은 열교환 목적으로 공급물 균질화탱크로 공급되며, 이후 이들 용해액은 고형물로부터 여과되어 혐기성반응기로 공급된다.
하기 실시예는 단지 본 발명의 예시를 위한 것으로서, 본 발명의 보호범위가 하기 실시예로 한정되는 의도는 아니다.
[실시예]
실시예 1: 고온고압스팀용해기를 이용한 유기 폐기물의 용해 공정
고온고압스팀용해를 수행하기 위해 100 rpm의 교반기가 장착된 전체용량 15 리터이고 가용용량 12 리터의 전기히터가 장착된 가압반응기를 제작하여 사용하였다. 여기서 가온 190 ℃까지 가능하도록 하였으며 과도한 압력상승을 방지하기 위해 안전변를 설치하여 12 kg/㎠G에서 개방이 되도록 하였다.
시험의 원료로는 집단거주지에서 수거한 약 500kg의 음식물쓰레기를 사용하였으며 이물질 및 분쇄가 되지 않는 뼈, 조개껍질 등의 이물질은 제거하였다. 주방용 파쇄기를 이용하여 5mm 정도 의 크기로 분쇄를 하였고, 균일하게 섞은 약 8Kg의 단위로 비닐팩에 담아 4℃ 냉장고에서 보관을 하여 시험의 원료로 사용하였다.
시험을 위해 사전 테스트를 하였다. 1단계로 우선 120 ℃(포화증기압 1.0 kg/㎠G)에서 분해를 실시하였으나 외형상으로도 변화가 없어 분해되지 않는 것으로 판단을 하였으며, 180 ℃(포화증기압 9.2kg/㎠G)까지 분해 온도를 상승하여 본 결과, 커피색의 액상으로 용해된 것이 확인되어 180 ℃를 분해 온도로 결정하였다.
분해시간에 따른 변화를 파악하기 위해 180 ℃에 도달한 상태에서 30분, 60분, 120분, 240분까지 용해를 실시하였다. 또한, 산 또는 알칼리의 첨가에 따른 변화 정도를 확인하기 위해, 적절한 분해시간을 설정한 후, 원료의 건조고형분 량을기준으로 H2SO4 1%, NaOH 1%, Ca(OH)2 1%, KOH 1%, 5%, 등으로 구분하여 테스트를 실시하였다. 이에 대한 결과는 표 1에 고온고압스팀용해기를 이용한 음식물쓰레기 용해시험 결과에 정리하였다. 여기서 3회의 시행착오가 발생하였으나 시험결과에는 영향을 주지 않는 요인으로 분석되어 표 1에는 포함을 시키지 않았다.
시험의 결과는 첨가물이 없는 상태에서도 휘발성 고형분(Volatile SuspendedSolid)의 70% 이상, 전체고형분의 65%이상까지 분해가 가능한 것으로 파악되었으며, 용해 완료후의 잔류고형분은 건조물 함량이 45% 이상까지 탈수가 가능한 것으로 파악되었으며, 탈수성능도 비교적 양호한 것으로 파악되었다. 또한 화학첨가물 투입효과로서는, KOH를 투입할 경우 분해효율이 상승하여 효과가 있는 것으로 파악되었으나, NaOH와 Ca(OH)2를 투입할 경우 분해효율은 큰 변화가 없었으나, 잔류고형분의 탈수성능이 떨어지는 것으로 나타났다. H2SO4투입의 경우는 탈수성능은 상승하였으나 분해효율은 다소 감소하는 것으로 나타났다.
본 시험 결과로 음식물쓰레기의 경우, 고온고압스팀용해공정를 이용하면 고형분의 용해와 탈수효율 상승으로 인하여 총량으로 약 80-85%의 감량효과를 달성할 수 있다는 결론에 도달하였다.
여기서, 고온고압스팀용해기에 사용되는 스팀에너지는 분해공정 이후 회수를 하여 원료의 예열에 사용되며, 탈수된 잔류 고형분의 추가건조공정에도 재사용되어 에너지 사용효율을 높여 준다. 또한 분리된 용해액은 온도가 상당히 높은 상태(약 70℃)이므로 원료의 균질화 공정에 투입하여, 원료의 온도 상승(예열)과 용해액의 냉각효과를 주어 에너지사용효율을 상승시킨다. 냉각된 용해액은 탈수를 하여 탈수액은 혐기성처리공정(UASB)에 투입되어 유기물이 분해되었다.
실시예 2: UASB를 이용한 용해된 액상 유기물의 혐기성분해공정
상기 시험의 고온고압스팀용해기에서 생성된 용해액을 수집하여 분석해 본결과, 약 200,000mg/L의 COD(화학적산소요구량)과 약 50,000 mg/L의 BOD(생물학적산소요구량)을 가지는 것으로 나타났으며, 분해실험을 위해 준비된 용해액의 조성은 표 2와 같았다.
이의 생물학적 분해를 위해 UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket) 시스템의 적용성을 테스트 하였다. UASB 적용성 시험은 혐기성분해 유무를 확인하는 플라스크 시험과 분해성능을 확인하는 연속식 UASB반응기 시험을 실시하였으며 실험결과를 하기 표 3에 나타냈다.
플라스크 시험을 통하여 용해액의 혐기성분해 적용성은 확인되었으며, 5리터 규모의 연속식반응기 시험을 통하여 분해성능을 확인해 본 결과, 5,10,15,25(g SCOD/L-d)의 SCOD부하율(VLR)에서 분해가 확인되었으며, 특히 BOD분해효율은 90% 이상으로 확인되었다. 또한 바이오가스의 생성율은 평균 0.32 (L gas/g SCOD) 정도로 측정되어, 이론적인 UASB의 생성율 0.35 (L gas/g SCOD)에 근접한 결과를 나타냈으며, 바이오가스내의 메탄가스(CH4) 함량은 60% 수준으로 양호하였다.
실시예 3: 고온고압스팀용해기에의 한 용해 후 잔류 고형분의 추가 처리
고온고압용해기에서 분해된 후의 잔류물은 탈수한 후 20리터 용기에 담아 추가처리시험을 위해 4 ℃ 냉장고에 보관되었다. 탈수된 잔류물의 성상은 표 4와 같았다.
상기 표에 나타낸 바와 같이, 퇴비화하기에는 탄소:질소(C:N)비율이 낮고, 높은 암모니아 비율로 인하여, 톱밥 등의 부원료를 첨가하여 장기간의 퇴비화 공정이 필요하다. 이는 협소한 장소와 추가 공정이 필요하여 적용이 어려운 여건이다.
본 고온고압스팀용해공정의 가장 큰 잇점은 잔류하는 부산물의 함수율이 55% 정도로 낮다는 것이다. 이를 45% 함수율까지 추가로 건조를 하게 되면 자연발화가 되는 훌륭한 연료가 될 수 있다. 측정된, 잔류물의 연소열량은 30,000 ∼ 40,000 (Kcal/kg-건조물)로 측정되어 비교적 우수한 열량을 보유하고 있으며 이는 분해되지 않은 지방성분에 의한 것으로 보인다.
그리하여, 평균적으로 55% 함수율의 잔류고형분을 45% 함수율까지 낮추는 장치가 고안되었다. 고온고압스팀용해기에서 배출되는 플래쉬 스팀의 열량을 이용하여 잔류고형분의 수분을 증발시키는 밀폐형 연속증발기를 고안하였다. 이는 스크류타입 콘베이어로 잔류고형분을 이송하면서 콘베이어 몸체에 설치된 스팀자켓에 의해 추가 증발을 시키는 것으로서 냄새제거를 위한 송풍기를 이용하여 장치내부에 음압력을 걸어주어 증발효율을 배가시키는 장치이다. 이에 대한 열역학적 검토는55% 함수율이 잔류 고형분 100kg/hr를 45% 함수율로 처리하는 조건에 대해서 표 5에, 밀폐형 연속 증발기의 열역학적 검토를 표 6에 각각 나타냈다.
검토결과 플래쉬 스팀은 충분한 열량을 보유하여 연속증발기의 열원으로 사용이 가능하며, 송풍기에 의해 음압이 작용하면 증발효율은 상승할 것이다. 본 장치에서 발생하는 응축수는 원료 투입후의 균질탱크로 보내져 원료의 승온에 사용되고 탈수되어 UASB로 처리하였다.
밀패형 연속증발기에서 추가 건조된 잔류고형분은 스팀제조를 위한 연소설비로 보내져 연소된다. 이때 UASB에서 생성된 바이오가스가 열원으로 함께 공급되어 잔류고형분과 함께 연소되며, 이를 이용하여 공정에서 사용할 스팀을 생산한다. 공정용 스팀생산하고 남는 열량은 터빈발전기를 이용하여 전기생산에 사용될 수 있다.
본 발명은 생분해성 유기 폐기물의 처리 부산물을 자체 유기 폐기물 처리 시스템에 이용하는 유기 폐기물의 효율적인 처리방법 및 이에 사용되는 장치를 제공하여, 식품 폐기물 및 폐수 처리용 슬러리를 포함하는 생분해성 유기 폐기물을 처리하기 위한 경제적이면서도 에너지가 절약되고 폐기물을 획기적으로 감량할 뿐만 아니라 환경적으로도 안전한 처리 방법, 및 이를 위한 시스템을 제공한다.

Claims (14)

  1. a) 생분해성 유기 폐기물을 균질화시킨 후 탈수하는 단계;
    b) 상기 단계 a)에서 얻어진 생분해성 유기 폐기물을 고온고압스팀 가열로 열 가수분해하여 용해시킨 유기 물질 및 잔여 고형물로 구성되는 슬러리를 제조하는 단계;
    c) 상기 용해된 유기 물질과 잔여 고형물을 분리하는 단계;
    d) 혐기성 발효 방식으로 상기 유기 물질 용해액을 메탄 가스로 전환시키는 단계;
    e) 단계 c)에서 얻어진 고형물을 건조하고 상기 d) 단계에서 생성된 메탄가스로 연소하여 스팀을 발생시키는 단계; 및
    f) 상기 스팀을 상기 유기 폐기물의 처리 공정의 열원으로 사용하는 단계를포함하는 생분해성 유기 폐기물의 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 a) 단계 전에, 유기 폐기물의 분쇄 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 생분해성 유기 폐기물의 처리방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 b) 열 가수분해 단계 전에, 스팀으로 생분해성 유기 폐기물을 예열하는 단계를 추가로 포함하는 생분해성 유기 폐기물의 처리방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 b) 단계에서 사용한 열을 회수하는 단계를 추가로 포함하는 생분해성 유기 폐기물의 처리방법.
  5. 제 3항 또는 4항에 있어서, 상기 예열 단계의 열원은 상기 회수된 열, 또는 단계 e)에서 생성된 스팀인 것을 특징으로 하는 생분해성 유기 폐기물의 처리 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 b)에서 열 가수분해 단계는 180℃ 내지 220 `의 온도 및 10 내지 25 kg/cm2 압력하에서 수행되는 생분해성 유기 폐기물의 처리방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 열 가수분해는 NaOH, KOH, Ca(OH)2및 Mg(OH)2로 이루어진 군에서 선택된 염기를 첨가하여 수행하는 생분해성 유기 폐기물의 처리방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 열 가수분해는 HCl, HNO3, 아황산염, 중아황산염 및 황산염으로 이루어진 군에서 선택된 산을 첨가하여 수행하는 생분해성 유기 폐기물의 처리방법.
  9. 제 7항 또는 8항에 있어서, 상기 산 또는 염기는 열 가수분해 단계, 또는 유기 폐기물의 예열 단계에 첨가하는 것을 특징으로 하는, 생분해성 유기 폐기물의 처리방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 d)단계에서, a)단계에서 얻어진 탈수액을 상기 유기 폐기물의 용해액에 첨가하여 혐기성 발효를 수행하는 것을 특징으로 하는 생분해성 유기 폐기물의 처리방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 c)단계에서 얻어진 유기 폐기물의 용해액을 첨가하여 상기 a)단계의 유기 폐기물을 균질화시킨 후 탈수하여 유기 폐기물의 용해액과 탈수액의 혼합액을 얻고, 상기 혼합액으로 d)단계의 발효를 수행하는 것을 특징으로 하는 생분해성 유기 폐기물의 처리방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 e)는 상기 유기 폐기물의 자체 처리공정의 열원을 이용하여 상기 고형물의 건조와 연소가 연속식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 생분해성 유기 폐기물의 처리 방법.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 a) 또는 단계 c)에서 데칸타, 스크류 프레스, 또는 원심 분리기를 사용하여 탈수 또는 분리를 수행하는 생분해성 유기 폐기물의 처리방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 생분해성 유기 폐기물은 i) 음식물 쓰레기, ii) 하수, 오수, 또는 폐수 처리용 슬러지, iii) 농수산 폐기물, iv) 임산 폐기물, 또는 v) 분뇨인 생분해성 유기 폐기물의 처리방법.
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