KR100645091B1 - 분쇄된 음식물 쓰레기를 발생현장에서 처리하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아파트, 연립주택과 같은 집단 주거시설, 식당과 같은 집단 취사 시설 및 가정의 음식물 쓰레기를 주방과 같은 발생현장에서 디스포저를 이용 분쇄한 후 주방용수를 이용하여 이송하되, 이송전후에 주방용수와 분리하여 현장에서 직접 처리하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 음식물 쓰레기 처리방법은, 현재 통용되고 있는 발생장소에서 수거 후 소각, 매립 또는 퇴비화/사료화 처리하는 방법과는 획기적으로 다른 방법으로, 발생현장 내의 작은 공간에서 처리를 가능하게 함으로서 기존 국내외의 어떠한 방법보다 편의성과 위생적인 측면이 고려된 처리기술로 대도시 음식물 쓰레기 문제를 근본적으로 해결하는 방법이 될 것이다.

Description

분쇄된 음식물 쓰레기를 발생현장에서 처리하는 방법 {On-Site Treatment Method of Ground Food Wastes}

본 발명은 음식물 쓰레기를 이송전후에 주방용수와 분리하여 음식물 쓰레기의 부피를 최소화한 다음, 소규모 처리시설에서 처리하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기를 발생현장에서 처리하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 아파트, 연립주택과 같은 집단 주거시설, 식당과 같은 집단 취사시설 및 가정의 음식물 쓰레기를 주방 등 발생현장에서, 사람의 손을 거지지 않는 채, 분쇄기로 분쇄한 후 주방용수를 이용하여 발생장소로부터 가까운 곳에 설치된 고액분리기까지 이송하여 주방용수와 분리한 다음, 분리된 음식물 쓰레기를 2차 처리장치에서 처리하는 방법에 관한 것이다.

우리나라의 음식물 쓰레기는 연간 8조원의 자원이 낭비되고 있다고 할만큼 많이 발생되고 있는 것이 사실이다. 따라서 우리나라의 음식들 쓰레기는 다른 나라와는 달리 자원과 쓰레기라는 양면이 공존하고 있어 음식물 쓰레기 처리를 어렵게 하고 있는 것 또한 사실이다. 이러한 이유로 2000년의 환경부 통계자료에 의하면 총 발생량 11,350톤 중 사료 및 퇴비로의 활용이 5600톤으로 재활용률은 총 49.3%를 차지하고 있다.

기존의 처리방법에 의하면 양질의 음식물 쓰레기는 그대로 가축사료로 많이 활용되고 있고, 그렇지 않은 경우 현장 처리와 수거 후 처리로 나누는 데 구체적인 방법은 아래와 같다. 미국은 디스포저식, 일본은 건조식과 미생물 발효식, 유럽은 퇴비화 방식이 활용되고 있으나, 음식물 쓰레기 발생량의 64%를 차지하는 우리나라 가정의 경우는 대부분 분리수거 후 처리에 의존하고 있다.

식당에서 발생되는 음식물 쓰레기는 수년 전만해도 열풍건조와 발효를 이용한 감량 자원화 기기가 설치 운영되었으나, 냄새와 수분을 증발시키는 데 소요되는 과도한 전력비 등과 서비스 부족으로 현재 대부분 운영되지 못하고 있다. 수거 후 처리하는 방법으로는 사료화 및 퇴비화에 의존하고 있으나, 사료는 위생적인 처리문제로, 퇴비는 염분 문제로 사용에 어려움을 겪고 있다.

최근, 사료 및 퇴비뿐만 아니라 혐기성 소화를 통한 소멸화 방법이 채택되고 있다. 사료화 및 퇴비화에 대한 문제점은 전술한 바와 같고, 혐기성 소화를 통한 소멸 방법은 도시에서는 단독 혹은 하수 슬럿지와 혼합 처리 등이 검토되고 있으며, 소규모 아파트 단지에서는 정화조 형태로 활용되고 있어 그 유용성이 점점 커져 처리량이 늘고 있고 있는 실정이다. 예를 들면, 생활오수 및 주방폐기물 합병처리시스템 (한국등록특허 10-280934)과 분뇨와 함께 음식물 쓰레기 및 생활하수를 함께 처리하는 시스템 (한국공개특허 10-2000-032344)이 알려져 있다. 또한 호기성 미생물과 물과 공기, 및 과산화수소를 첨가하여 유기성 폐기물(음식물 쓰레기)을 처리하는 방법 (한국등록특허 10-266089)이 알려져 있다. 그러나, 이러한 시스템은 음식물 쓰레기를 발생원에서 이송 후 분리하지 않고 오수와 함께 처리하는 것을 특 징으로 하고 있거나, 혹은 한국등록특허 10-266089의 경우 위생적인 이송방법을 특별히 채택하지 않고 있다.

한편, 별도의 배관을 설치하고 분쇄된 음식물 쓰레기를 진공펌프를 이용하여 이송한 다음, 발효건조시켜 감량화 처리하는 방법(한국등록특허 10-0192561)이 알려져 있으나, 별도의 배관과 진공펌프를 설치해야 하므로 대용량의 설비가 필요하다는 단점과 아울러, 배관세척에 사용한 물과 음식물 쓰레기를 분리한 다음, 오수를 다시 정화조에서 2차 처리해야 하는 단점이 있다.

이에 본 발명자들은 상기와 같은 종래기술의 단점을 해소하기 위한 방편으로, 별도의 배관설치 유무에 상관없이 소용량의 장치로도 음식물 쓰레기를 발생현장에서 완전소멸 처리하는 방법을 착안하고 본 발명을 완성하게 되었다.

결국, 본 발명의 주된 목적은 음식물 쓰레기를 발생현장에서 잔재물의 재처리가 필요 없는 형태로 처리하는 방법을 제공하는데 있다. 발생현장이라 함은 주방으로부터 멀지 않은 곳으로 개인/연립주택은 택지 내, 아파트는 단위 건물 내 지하실 혹은 단지 내, 집단 취사시설은 발생장소에서 가까운 곳, 즉 공동처리시설을 설치할 수 있는 최소한의 공간을 보유한 곳을 의미한다.

즉, 본 발명은 (1) 발생 즉시 현재처럼 부엌 등에 보관하여 부패, 악취를 풍기는 것을 방지하기 위하여 최소한의 시간 내에 처리장소까지 이송하고; (2) 이송 전후에 음식물 쓰레기와 오수를 분리하여 양을 줄인 후; (3) 아파트나 대형식당이 장소가 협소함을 감안하여 고성능, 고효율 생물 반응기를 이용하여 음식물 쓰레기 처리에 사용되는 공간을 최소화하여 기존 아파트 잔여공간과 같은 작은 공간에 수용되도록 하며; (4) 음식물 쓰레기를 메탄가스(CH₄), 이산화탄소(CO₂)와 같은 가스와 처리수로 전환시키고, 이러한 결과물이 환경 친화적이어서 냄새 등의 2차공해를 유발하지 않게 하고; (5) 마지막으로 이러한 처리방법이 기존의 방법보다 에너지 사용 면이나 연간 처리비 면에서 경제성과 편리성을 가지도록 하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제1구현예로, (a) 주방 싱크대 하단에 설치된 분쇄기를 이용하여 음식물 쓰레기를 분쇄하는 단계; (b) 상기 분쇄기 하류에 설치된 고액분리기 A를 이용하여 주방오수와 분쇄된 음식물 쓰레기를 분리하되, 상기 고액분리기 A는 음식물 쓰레기 전용배관(5)과 오수 전용하수관(6)이 선택밸브(4)로 연결된 구조를 가지고 있어, 상기 분쇄기(2)가 작동하지 않을 경우에는 주방오수가 오수 전용하수관으로 이송되도록 하고, 상기 분쇄기가 작동할 경우에는 분쇄된 음식물 쓰레기가 소량의 주방용수와 함께 음식물 쓰레기 전용배관을 통해 2차 처리장치로 이송되도록 하는 단계; 및 (c) 상기 2차 처리장치에서 분쇄된 음식물 쓰레기를 2차 처리하는 단계를 포함하는 집단 주거시설 또는 집단 취사시설의 음식물 쓰레기를 발생현장에서 처리하는 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 제1구현예는, 고액분리기 A에서 분리된 음식물 쓰레기를2차 처리장치로 이송시키기 전에 원통 스크린 방식, 평판 스크린 방식 또는 필터방식의 고액분리기 B를 이용하여 음식물 쓰레기 이송에 사용된 주방오수를 분리하는 단계 를 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명은 또한, 제2구현예로, (a) 주방 싱크대 하단에 설치된 분쇄기를 이용하여 음식물 쓰레기를 분쇄하는 단계; (b) 상기 분쇄된 음식물 쓰레기를 주방용수를 이용하여 원통 스크린 방식, 평판 스크린 방식 또는 필터방식의 고액분리기 B로 이송하는 단계; (c) 상기 고액분리기 B를 이용하여 다량의 오수와 분쇄된 음식물 쓰레기를 분리하는 단계; (d) 상기 분리된 오수는 하수관으로 이송시키고, 음식물 쓰레기는 2차 처리장치로 이송하는 단계; 및 (e) 상기 2차 처리장치에서 분쇄된 음식물 쓰레기를 2차 처리하는 단계를 포함하는 집단 주거시설 또는 집단 취사시설의 음식물 쓰레기를 발생현장에서 처리하는 방법을 제공한다.

본 발명은 또한, 제3구현예로, (a) 하수관 이외에 별도의 음식물 쓰레기 전용배관을 설치하여, 음식물 쓰레기와 주방오수를 분리하여 배출시키되, 주방오수는 하수관으로 이송시키고, 음식물 쓰레기는 주방 싱크대 하단에 설치된 분쇄기를 이용하여 분쇄하는 단계; (b) 소량의 주방오수를 이용하여 상기 분쇄된 음식물 쓰레기를 원통 스크린 방식, 평판 스크린 방식 또는 필터방식의 고액분리기B로 이송하는 단계; (c) 상기 고액분리기 B를 이용하여 여러 가구에서 배출된 주방오수와 분쇄된 음식물 쓰레기의 혼합물로부터 주방오수와 음식물 쓰레기를 분리하는 단계; (d) 상기 분리된 주방오수는 하수관으로 이송시키고, 음식물 쓰레기는 2차 처리장치로 이송하는 단계; 및 (e) 상기 2차 처리장치에서 분쇄된 음식물 쓰레기를 2차 처리하는 단계를 포함하는 집단 주거시설 또는 집단 취사시설의 음식물 쓰레기를 발생현장에서 처리하는 방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 2차 처리장치이란 생물학적 처리시설, 정화조, 외부 배출 시설, 건조시설 또는 재활용 처리시설을 의미하고, 생물학적 처리는 혐기성 처리 또는 혐기성과 호기성 처리를 병행하는 방법이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 2차 처리장치는 음식물 쓰레기 투입밸브(12)와, 다공성 세라믹 담체가 충진되어 있는 미생물 재순환 형태의 혐기성반응조(19)와, 다공성 세라믹 담체가 충진되어 있는 미생물 재순환 형태의 호기성반응조(20)와, 슬러리 순환펌프(21)와, 상기 호기성반응조에 공기를 주입하는 장치(23)와, 혐기성 처리에 의해 발생된 메탄가스와 호기성 처리에 의해 발생된 이산화탄소를 배출하는 가스 배출관(24), 상기 발생된 메탄가스를 이용하여 처리장치의 온도를 유지하는 온도조절장치(22) 및 오수 배출밸브(15)를 구비한 것임을 특징으로 할 수 있다.

상기 원통 스크린 방식 고액분리기B는 분쇄된 음식물 쓰레기와 오수가 유입되는 배관(3)과 분쇄된 음식물 쓰레기와 오수를 분리하기 위한 0.02~2mm의 mesh size를 가지는 망이 원통형으로 말려져 있는 원통 스크린(11), 상기 원통 스크린을 회전시키는 모터(13), 분리된 오수의 저장조(14), 오수를 배출하기 위한 배출밸브(15)와 하수관(8) 및 상기 원통 스크린에서 오수와 분리된 음식물 쓰레기 고형분을 2차 처리장치(7)로 투입하는 수단(12)을 포함하는 것임을 특징으로 할 수 있다.

본 발명은 또한, 분쇄된 음식물 쓰레기와 오수가 유입되는 배관(3)과 분쇄된 음식물 쓰레기와 오수를 분리하기 위한 0.02∼2mm의 mesh size를 가지는 망이 원통형으로 말려져 있는 원통 스크린(11), 상기 원통 스크린을 회전시키는 모터(13), 분리된 오수의 저장조(14), 오수를 배출하기 위한 배출밸브(15)와 하수관(8) 및 상기 원통 스크린에서 오수와 분리된 음식물 쓰레기 고형분을 2차 처리장치(7)로 투입하는 수단(12)을 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기에서 오수와 고형분을 분리하는 장치를 제공한다.

[기존 처리방식과의 비교]

우리나라에서 음식물 쓰레기를 처리하는 기존의 방식은 발생원으로부터 음식물 쓰레기를 수동으로 분리하여 인력에 의해 수집한 다음, 차량으로 처리시설까지 운반하여 처리하고, 하수는 발생원에서 분리되어 하수관을 통하여 하수종합처리장으로 배출된다(FIG. 1B). 미국의 경우, 분쇄기(디스포저)를 이용하여 분쇄된 음식물 쓰레기는 주방에서 주방오수와 함께 하수관을 통해 하수 종말 처리장으로 이송되어 처리된다(FIG. 1C). 이 방식은 기존 도시 하수관이 좁고, 또 하수종말처리장의 용량이 모자라는 현실상, 우리나라에서는 허용이 되지 않고 있으며, 일본에서는 제한적으로 허용이 되고 있다.

본 발명의 방식(FIG. 1A)은 주거 혹은 취사시설의 주방에서 음식물 쓰레기를 분쇄시킨 후 발생원에서 멀지 않은 처리장으로 이송한 다음, 이를 혐기성 및/또는 호기성 발효 등과 같은 2차 처리장치에서 처리하는 방법이다.

이는 여러 곳의 발생현장에서 수집, 공동 처리장으로 운반 한 후에 사료화, 퇴비화, 혐기성 처리를 하는 방법과는 수집 및 운반과정 없이 발생현장에서 직접 처리하는 면에서 다르다고 할 수 있다. 음식물 쓰레기를 디스포저로 분쇄하여 주방오수 혹은 생활오수와 함께 하수종말처리장으로 이송하여 처리하는 방법은 대부분 의 미국가정에서 실시 중인 방법이다.

본 발명의 가장 큰 특징은 특정 고액분리기를 이용하여 오수와 분쇄된 음식물 쓰레기를 분리하되, 상기 분리된 오수는 그 수질을 음식물 쓰레기가 섞이기 전의 상태수준으로 유지하여 하수관으로 배출하고, 상기 분리된 음식물 쓰레기는 소용량의 2차 처리장치를 이용하여 발생현장에서 처리한다는 것에 있다. 통상, 한 가구에서 주방용수 혹은 생활오수에 섞인 분쇄된 음식물 쓰레기의 비율이 1/250∼1/500인 점을 감안하면, 주방오수와 음식물 쓰레기를 미리 분리할 경우 2차 처리량은 2∼10:1 내외로 줄일 수 있다. 즉, 고액분리기를 이용하여 분리된 오수는 간단한 처리를 거쳐 분쇄된 음식물 쓰레기를 섞기 전보다 깨끗하게 하거나 최소한 같게 하여 배출하고, 적은 부피의 분리된 음식물 쓰레기만을 2차 처리하는 것이다.

예를 들어, 분리된 음식물 쓰레기를 혐기성 발효방법으로 처리할 경우는 100가구 아파트는 하루의 생활 오수량이 50∼70M³인데 비해, 분리된 음식물의 부피는 하루 200L 내외로, 이는 지하실이나 혹은 주변의 용지에 수평 규모의 작은 장소에서도 냄새와 부산물이 거의 발생하지 않는 형태로 완벽하게 소멸처리하는 것이 가능하다.

[분쇄 후 분리방법에 의한 방식]

FIG. 2는 분쇄된 음식물 쓰레기를 처리장소까지 발생 즉시 이송하는 과정에서 분쇄된 음식물 쓰레기와 오수를 분리하는 다양한 방법을 도시하고 있다. Method A는 본 발명에 따른 제1구현예를 도시한 것으로, 각 가정의 주방싱크대(1) 하단에 분쇄기(2)와 고액분리기A를 설치하되, 상기 고액분리기 A는 음식물 쓰레기 전용배관(5)과 오수전용 하수관(6)이 선택밸브(4)로 연결된 구조를 가지고 있어, 상기 분쇄기가 작동하지 않을 경우에는 주방오수가 오수전용 하수관으로 이송되도록 하고, 상기 분쇄기가 작동할 경우에는 분쇄된 음식물 쓰레기가 소량의 주방용수와 함께 음식물 쓰레기 전용배관을 통해 이송되도록 하는 기능을 가지고 있다(FIG. 5). 상기 분쇄기를 이용하여 음식물 쓰레기를 분쇄하고, 분쇄된 음식물 쓰레기는 고액분리기 A를 거쳐 다량의 주방오수와 분리되어 2차 처리장치(7)로 이송된다. 각 가정에서 고액분리기 A를 거쳐 분리된 음식물 쓰레기는 소량의 주방오수를 함유하고 있고, 아파트의 각 가정애서 고액분리기 A를 거친 것을 모두 합할 경우 오수의 양이 많아질 수 있다. 2차 처리장치의 용량을 보다 소형화하기 위하여, 2차 처리장치 근처에 원통 스크린 방식, 평판 스크린 방식 또는 필터방식의 고액분리기 B를 설치한 다음, 상기 고액분리기 B에서 음식물 쓰레기 이송에 사용된 주방오수를 추가로 분리한 다음, 2차 처리장치로 이송하는 것이 바람직하다.

Method B는 본 발명에 따른 제2구현예를 도시한 것으로, 여러 가정에서 발생된 오수와 음식물 쓰레기를 모은 다음, 원통 스크린 방식, 평판 스크린 방식 또는 필터방식의 고액분리기B를 이용하여 오수와 음식물 쓰레기를 분리하여 오수는 하수관으로 이송하고, 음식물 쓰레기는2차 처리장치로 이송한다.

Method C는 본 발명에 따른 제3구현예를 도시한 것으로, 주방의 음식물 쓰레기 전용 투입구와 별도배관을 설치하여 음식물 쓰레기를 전용투입구의 하류에 설치된 분쇄기를 거쳐 분쇄된 형태로 배출하고, 주방오수는 기존의 하수관을 통하여 하 수관으로 바로 배출한다. Method C의 경우, Method A와 마찬가지로 2차 처리장치의 용량을 보다 소형화하기 위하여, 2차 처리장치 근처에 원통 스크린 방식, 평판 스크린 방식 또는 필터방식의 고액분리기 B를 설치한 다음, 고액분리기 B에서 음식물 쓰레기 이송에 사용된 주방오수를 추가로 분리한 다음, 분리된 음식물 쓰레기를 2차 처리장치로 이송하는 것이 바람직하다.

Method A와 Method C의 방식은 음식물 쓰레기 전용배관을 이용하기 때문에 이송에 필요할 정도의 소량의 오수만 첨가해도 되고 음식물 쓰레기가 분쇄된 후에는 하수와 섞이지 않는 장점이 있는 반면, Method B의 방식은 전용배관이 필요치 않아 기존의 아파트에서도 적용이 가능한 대신 아파트에서는 주방오수에 음식물 쓰레기가 1/200∼1/300의 비율로 섞이거나, FIG. 3에 나타난 바와 같이, 주방오수에 목욕 및 세탁수가 합해진 가정 생활오수에 음식물 쓰레기가 1/500∼1/800의 비율로 희석되어 운반되기 때문에 분리된 하수의 수질이 분쇄된 음식물 쓰레기가 섞이기 전의 수질보다 나쁘지 않게 처리할 필요가 있다. 두 경우 모두 오수와 분리된 분쇄된 음식물 쓰레기는 수분분량이 90∼95% 내외인 슬러리 형태가 되며 부피는 원래의 2∼5배정도가 된다. 특히, Method B의 경우는 부피가 1/100∼1/250로 축소되게 되어 Method A 및 Method C와 같이 발생장소 부근의 현장에서 처리가 가능하게 된다.

[분리 후 처리방법]

FIG. 4는 분리 후 처리방법에 의한 구체적인 방식을 보여주고 있다.

Method 1에서는 고액분리기A를 통해 오수와 음식물 쓰레기를 분리한 후, 오수는 하수관으로 이송하고, 음식물 쓰레기는 액상 생물학적 처리장치를 거친 후에 남은 소량의 액체부분은 정수장치를 거쳐 하수관으로 배출하거나, 혹은 다른 용도로 사용한다. Method 2에서는 고액분리기B를 통해 오수와 음식물 쓰레기를 분리한 후, 오수는 하수관으로 이송하고, 음식물 쓰레기는 정화조로 이송하여 분뇨와 함께 처리한다. 정화조에서 음식물 쓰레기가 유입되게 되면 추가로 유입된 유기물을 처리하기 위해 정화조의 용량을 키울 필요가 있게 된다. 그러나, 소량의 고농도 유기물이 유입되므로 정화조에서 수리학적 체류시간이 변화되는 것은 아니다. Method 3에서는 고백분리기B를 통해 오수와 음식물 쓰레기를 분리한 후, 오수는 하수관으로 이송하고, 음식물 쓰레기는 저장시설로 이송하여 퇴비화, 사료화 또는 건조시켜 재활용하거나, 외부로 배출시킨다. Method 3에는 고형 잔재물이 있는 것이 특징이며, 참고로 Method 1에는 고형잔재물의 처리가 필요 없다.

[고액분리장치]

본 발명에 사용되는 구체적인 고액분리방법은 발생원인 가정의 주방에서 FIG. 5의 고액분리기A를 이용하여 오수와 직접 분리하는 방법과 여러 가정의 오수를 합친 종합하수관에서 FIG. 6의 고액분리기B를 이용하여 오수와 음식물 쓰레기를 분리하는 방법이 있다.

본 발명에 있어서, 고액분리기A는 각 가정의 주방에 분쇄기와 함께 설치되는 소용량의 분리장치이고, 고액분리기B는 2차 처리장치 근처에 설치되어 여러 가정에서 나오는 음식물 쓰레기를 합한 다음, 오수와 분리하는 대용량의 분리장치이다. 고액분리기 B는, 예를 들어, 생물학적 처리시설이 아파트의 지하실에 있는 경우, 상기 생물학적 처리시설 근처에 함께 설치할 수 있다.

FIG. 5는 주방오수와 음식물 쓰레기를 분리하는 각 가정의 주방에 설치된 고액분리기 A를 보여주고 있는 데, 분쇄기가 작동하지 않은 때는 음식물 쓰레기 전용배관(5)으로 호수가 배출되지 않도록 밸브(4)가 닫혀 있다가, 분쇄기가 작동할 때에만 밸브가 열려 분쇄된 음식물 쓰레기가 음식물 쓰레기 진용배관을 통해 이송되며, 이때 수송을 용이하기 위하여 약간의 물을 첨가하는 것이 바람직하다. FIG. 6A-6C의 고액분리기B는 음식물 쓰레기 양의 수백∼수천 배에 해당하는 오수에 섞여 있는 분쇄된 음식물 쓰레기를 분리하기 위한 장치이다. 통상 가정에서 발생하는 오수는 주방오수, 목욕오수, 세탁오수 등이 있으며 이들의 총량은 음식물 쓰레기의 500∼800배에 이른다.

100세대 아파트에서는 하루에 70톤(100x3.5x200L)의 물을 사용할 수 있으며 25톤의 화장실수를 제외하면 45톤의 물에 음식물 쓰레기 87.5kg(100x3.5x0.25)가 섞여 있어, 물에 대한 음식물 쓰레기의 비율이 1/514이 된다. 여기서 분쇄된 음식물 쓰레기를 100% 회수하는 것은 불가능하나, 분쇄기를 사용하지 않는 통상의 경우에도, 주방에서 용해성 유기물 및 지름 5mm이하의 입자성 음식물 쓰레기가 배출되므로 큰 문제가 되지 않는다.

고액분리기B에는 이들 입자형태의 유기물이 대부분 걸리게 되므로 배출 이전의 화학적 산소요구량 (COD)을 맞추는 것은 어렵지 않다. 즉, 처리된 배출수의 COD는 기간별로, 예를 들어, 하루 동안「배출수의 COD 총량 = [분리전(FW+KW) - 입자성(FW+KW)] COD 총량≤원래KW COD 총량」로 표시된다.

분쇄기 설치이전의 하수에 포함된 입자성 KW(kitchen waste) COD와 분쇄된 음식물 쓰레기의 입자성 FW(food waste) COD를 얼마나 회수하느냐에 따라 분쇄기 설치이전의 하수 COD보다 적게 만들 수가 있다.

통상, 원심분리기는 빠른 시간 내에 많은 양을 분리할 수 있으나, 많은 소음과 전력소모로 100세대 정도의 아파트에는 부적합하다. 본 발명에서는 이러한 점을 고려하여 소음이 거의 없고 전력소모가 적은 분리기를 채택하였다. FIG. 6은 고액분리기B의 몇 가지 예를 보여주고 있다. 큰 입자를 회수하기 위해서는 원통형 스크린 방식(FIG. 6A)과 평판 스크린 방식(FIG. 6B)을 사용하는 것이 바람직하고, 마이크론 단위의 입자를 회수할 필요가 있는 경우에는 모래 등으로 충전된 충전탑을 활용하는 필터 방식(FIG. 6C)을 사용하는 것이 바람직하다. 이들 분리기는 경우에 따라 식용유 등에 의해 막힐 수가 있으므로 수 시간 사용 후 주기적으로 세척하여 사용하거나 혹은 두개를 설치하여 교대로 사용할 수도 있다.

[생물학적 처리장치]

음식물 쓰레기는 모두 생물학적인 재료이므로 생물학적으로 분해가 가능하다. 단, 소뼈, 조개껍질 등 분해에 오랜 시간이 걸리는 것은 이송 전에 분리수거가 가능하고 탄수화물, 지방, 단백질 등은 모두 가스 혹은 수분으로 변환 가능하므로 이러한 원리를 이용하여 이를 구현할 수 있는 생물반응기를 이용하며 여기에는 액상은 물론이고 고상(composting) 처리법을 포함한다.

여러 가지 생물학적 처리방법 중 처리 중 냄새가 나지 않고, 잔재물이 적거나 처리하기 용이한 방법을 고려하였다. 따라서 본 발명에서는 고형분이 잔재물로 남는 퇴비식이나 기타 방식보다는 에너지가 적게 소요되고 잔재물이 없는 액상 혐 기성처리 방법을 채택하였다. 보다 양질의 오수를 배출할 필요가 있는 경우에는 상기 혐기성 처리와 호기성 처리를 병행하는 방법을 사용하는 것이 바람직하다. 음식물 쓰레기는 BOD 제거율을 높이면 처리량이 줄어드는 대신 유기산에 의한 냄새가 적게 나고 잔재물이 거의 남기 않는다.

본 발명에서는 냄새제거와 아울러 반응기 배출수의 수질을 외부에 바로 배출할 수 있을 정도로 처리하는 것을 목표로 하였다. FIG. 7은 상기 목표를 달성하기 위하여 본 발명에서 특징적으로 사용된 생물학적 처리장치를 도시하고 있다. 이 생물학적 처리장치에는 혐기성 및 호기성 반응탑이 내장되어 있어 미생물이 재순환되는 효과를 나타내고 있고 동시에 배출수를 고도로 정제하는 능력을 가지고 있다. 또한 상기 생물학적 처리장치에서 발생하는 메탄가스는 반응기의 온도를 유지하는 데 활용하였다(실시예 6 참조),

[본 발명에 따른 음식물 쓰레기 처리장치의 에너지 소모량]

본 발명의 처리방법이 기존의 방법보다 에너지 사용 면이나 연간 처리비에 면에서 경제성과 편리성을 가지는지 검토하였다. 즉, 추가로 소요되는 물, 약품, 에너지 및 처리에 소요되는 처리부지 등을 검토하였다. 주방에서 분쇄기로 인해 추가로 소요되는 물의 양은 이미 미국 등 분쇄기를 설치한 국가에서 연구된 바에 의하면 전체 사용량의 2∼3% 증가한 것으로 되어있으나, 이는 수거처리시 염분세척에 소요되는 막대한 물의 양에 비하면 국가적으로는 절약된다고 할 수 있다.

본 발명에 따른 처리기기의 에너지 소모가 예상되는 부분은 100 가구의 아파트인 경우 첫째 분쇄기로 통상 3/4마력의 기기가 사용되는데 작동시간은 하루에 1 분 미만으로 소모가 미미하다고 할 수 있으며 고액분리기의 경우도 100 가구당 5 kwh/day 이하이다.

생물학적 처리장치의 경우는 대형인 경우에는 혐기성 소화조에서 발생되는 메탄가스로 온도 7℃의 겨울에도 온도를 유지하고도 80%정도의 에너지가 남는다. 100 세대 미만인 소형 아파트용인 경우에는 열이 손실될 수 있는 표면적이 넓어 겨울철 온도유지에 약간의 에너지 소모가 예상된다. 생물학적 처리장치내 혐기성 처리만으로도 외부에 배출할 수 있을 정도의 수질이 확보되나, 보다 좋은 수질을 확보하기 위하여 호기성으로 추가처리를 할 경우 약간의 추가 전력소요가 예상된다.

본 발명과 관련하여 음식물 쓰레기 처리에 소요되는 약품은 없다. 소요되는 부지는 혐기성 반응조의 처리량을 3kgBOD/m³.day로 잡으면 100세대의 경우, 건조 유기물의 양이 17.5kg (87.5%x0.2)이 되고, 처리장치의 부피는 6m³ 정도가 된다. 이는 아파트 지하실 혹은 주변의 2평 내외의 부지만 필요로 하므로 설치가 가능하다.

본 발명은 디스포저를 이용하는 미국식의 편리함과 위생성, 그리고 우리나라의 하수도, 하수처리장의 사정을 고려한 현장 처리방식이다. 가장 기본적인 개념은 음식물 쓰레기를 사람의 손을 거치지 않고 발생장소인 주방에서 이송한 다음, 많은 양의 가정 오수로부터 음식물 쓰레기를 분리하여 생물학적 처리를 하는 데 특징이 있다. 이렇게 함으로서 넓은 공간이 필요 없게 되어 아파트 등의 공간이 좁은 곳에서 실용화가 가능하다.

분리된 소량의 음식물 쓰레기는 혐기성 생물처리학적 처리시설에서 완전 소 멸처리하거나, 정화조에서 합병 처리한다. 경우에 따라서는 분리하여 양이 적어진 쓰레기를 외부로 유출하여 처리하거나 및 퇴비화 등의 방법으로 재활용 하는 것도 가능하다. 혐기성 처리의 경우, 음식물 쓰레기는 궁극적으로 물, 가스, 그리고 약간의 미생물로 변환되나, 미생물은 외부로의 유출을 방지하여 자체 소멸되도록 하므로 반응기 외로 배출되는 결과물은 음식물 쓰레기를 투입하기 전 주방오수 수준의 주질을 가지는 오수와 환경 친화적인 혐기성 처리물로 구성된다. 처리조에서 발생하는 메탄가스는 처리조 자체 보온용 연료 및 온수 생산용으로 활용되어, 결국 음식물 쓰레기의 다른 처리방법보다 에너지 활용도가 높다고 할 수 있다.

FIG. 1은 음식물 쓰레기 처리를 위한 기존의 방법과 본발명의 방법을 비교하여 도시한 것이다.

FIG. 2는 음식물 쓰레기의 분쇄 후, 처리장소까지 발생 즉시 이송하고, 분쇄된 음식물 쓰레기에서 오수와 고형분을 분리하는 다양한 방법을 도시한 것이다.

FIG. 3은 집단주거시설의 오수흐름을 도시한 것이다.

FIG. 4는 음식물 쓰레기를 오수와 분리한 후 처리하는 다양한 방법을 도시한 것이다.

FIG. 5는 분쇄 전에 음식물 쓰레기와 주방 오수와 완전히 분리하는 장치를 도시한 것이다.

FIG. 6A는 원통형 스크린 방식의 고액분리기B를 포함하는 생활오수(화장실수 제외)와 분쇄된 음식물 쓰레기를 분리하는 장치를 도시한 것이다.

FIG. 6B는 평판 스크린 방식의 고액분리기B를 포함하는 생활오수(화장실수 제외)와 분쇄된 음식물 쓰레기를 분리하는 장치를 도시한 것이다.

FIG. 6C는 모래 충전탑 방식의 고액분리기B를 포함하는 생활오수(화장실수 제외)와 분쇄된 음식물 쓰레기를 분리하는 장치를 도시한 것이다.

FIG. 7은 오수를 분리 제거하여 양이 적어진 분쇄된 음식물 쓰레기를 혐기적으로 처리하는 생물학적 처리장치를 도시한 것이다.

본 발명의 도면부호는 다음과 같다: (1) 싱크대; (2) 분쇄기; (3) 음식물 쓰레기 및 오수 배관; (4); 선택밸브; (5) 음식물 쓰레기 전용배관; (6) 오수 전용배관; (7) 2차 처리장치; (8) 하수관; (9) 건물바닥; (10) 원통스크린 장치; (11) 원통스크린; (12) 음식물 쓰레기 투입밸브; (13) 모터; (14) 오수 저장조; (15) 오수 배출밸브; (16) 평판스크린 장치; (17) 음식물 쓰레기 저장조; (18) 모래충전탑; (19) 혐기성 반응조; (20) 호기성 반응조; (21) 슬러리 순환펌프; (22) 온도 조절장치; (23) 공기주입장치; (24) 가스배출관.

발명의 실시를 위한 최선의 형태

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시 예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

실시예 1 : 아파트 음식물 쓰레기 처리방법 (음식물 쓰레기 전용배관이 있는 경우, 신규 아파트 용)

우리나라 연립주택 혹은 아파트의 건물 당 거주 세대수는 적게는 10세대에서 많게는 200세대에 이르고 있다. 이 경우 발생되는 음식물 쓰레기양은 하루 일인당 약0.25kg(습식중량)이며 수분함량은 80% 정도이다.

세대당 평균 거주인수는 약3.5인이고, 1인당 물 사용량은 약200L이다. 10세대의 경우는 약8.75kg, 200세대는 하루 약175kg의 음식물 쓰레기가 발생한다. 물 사용량은 10세대의 경우 약7m³이고, 200세대의 경우에는 약140m³가 된다.

전용배관이 설치되어 있는 경우에는 발생장소인 주방에서 FIG. 2의 Method C사용이 고려될 수 있으나, 싱크대에 하수 배출구가 두 군데나 되어 불편하다. 따라서, FIG. 2의 Method A와 같이, 음식물 쓰레기는 배출구가 하나인 주방 싱크대에서 고액분리기A를 통하여 주방오수와 원천적으로 분리하는 것이 바람직하다. 주방오수는 기존의 오수 통합관을 통해 하수구로 배출되고(FIG. 3), 분쇄된 음식물 쓰레기는 그 이송을 용이하게 하기 위하여 소량의 물을 첨가한 후, 2차 처리장치로 이송한다. 필요에 따라, 2차 처리장치에 투입되기 전에 고액분리기B를 통하여 소량의 오수를 추가로 분리할 수도 있다.

KAIST 생명화학공학과에 설치된 FIG. 7의 생물학적 처리장치(용적 1m³, 약 20세대분 음식물 쓰레기 처리용량)의 1년간 운전결과, 음식물 쓰레기는 전부 소화되어 고형 잔재물이 없었으며, 메탄가스와 COD 약50mg/L 및 탁도 약13O NTU 수준의 투명한 처리수만이 배출되었다.

실시예 2 : 아파트 음식물 쓰레기 처리 방법 (음식물 쓰레기 전용배관이 없 는 경우, 기존 아파트 용)

세대 당 약3.5인이 거주하는 90세대 아파트의 경우, 약315명이 거주한다. 여기서 발생하는 음식물 쓰레기는 매일 78.75kg (약315x0.25kg/인)이다. 이 음식물 쓰레기의 수분함량은 80%로 건조중량은 약15.75kg이다. 매일 사용하는 수돗물은 1인당 약200L로 계산하면 약63m³이나, 실제사용량은 약80m³ 정도이다.

수돗물은 화장실수, 주방수, 목욕수, 세탁수, 청소수로 구분되어 사용된다. 사용 후에는 화장실 수는 약 22.5M³/day로 따로 정화조로 보내어지고, 주방오수는 약 22.5M³/day이다. 세탁오수, 청소오수, 목욕오수는 주방오수와 통합되어 배출되며 배출양은 약50∼60M³/day이며, 여기에 포함된 음식물 쓰레기의 비율은 1/630∼1/760에 해당한다.

고액분리기B를 이용하여 음식물 쓰레기와 분리된 하수는 음식물 쓰레기를 섞기 전보다 깨끗하게 되도록 필터 등을 이용하여 COD를 처리한 후 배출하여 궁극적으로는 공동 정화조를 거친 화장실 처리오수와 합병되어 하수 종말 처리장으로 배출된다.

현재 음식물 쓰레기는 쓰레기 분리용 통에 보관하였다가 일주일에 2∼3회씩 아파트 단지 내 저장소에 수거되어 아파트 관외의 공동처리시설로 이송된다.

실시예 3 : 주방에서 분쇄된 음식물 쓰레기와 주방오수를 분리하는 방법

현재 우리나라에서는 분쇄한 음식물 쓰레기를 포함한 오수가 하수관에 배출 하는 것을 금지하고 있다. 이 경우는 주방에 주방오수 배출배관과는 별도로 분쇄된 음식물 쓰레기의 이송을 위한 전용배관을 설치하는 것이 바람직하다. 주방싱크대에 두개의 배출구를 설치하고, 분쇄된 음식물 쓰레기와 주방오수를 따로 배출하면 하수관으로는 하수만이 이송되고, 음식물 쓰레기는 전용배출구 상류에 설치된 분쇄기를 통해 분쇄된 다음, 그 이송을 원활하게 하기 위하여 약간의 물을 첨가한 후 2차 처리장치로 이송한다.

FIG. 2의 Method A에 예시한 바와 같이, 싱크대에 하나의 배출구만 사용하고 여기에 분쇄기를 설치한다. 고액분리기A는 분쇄기, T형관, 1개의 on-off 스위치, 두개의 오수배관(음식물 쓰레기 전용배관, 오수 전용배관)을 부착하여 음식물 쓰레기 전용배관은 분쇄기가 작동하기 전후에만 열려서 음식물 쓰레기를 이송한다. 분쇄된 음식물 쓰레기를 이송하는데 필요한 물의 양은 최소 음식물 쓰레기 양의 2배 이상이면 문제가 없다.

실시예 4 : 생활 집합 오수관에서 분쇄된 음식물 쓰레기와 오수를 분리하는 방법

현재 우리나라의 아파트는 모두 주방에 하나의 오수관만 설치되어 있고 주방오수, 세탁오수, 목욕오수와 함께 아파트 공동 집합 오수관으로 배출되어 지하로 배출된다 (FIG. 3). 화장실 오수관은 별도로 운영된다. 분리방법은 기존의 아파트에는 전용배관이 설치되어 있지 않으므로, 음식물 쓰레기 1part가 물 500∼800parts에 섞인 형태로 FIG. 2의 Method B를 채택하는 것이 바람직하다.

본 실험에 사용된 고액분리기 B는 FIG. 6A에 개락도가 도시되어 있다. 상기 고액분리기 B에 내장되어 있는 원통 스크린(11)은 내부원통의 지름은 약15cm이고, 외부 원통은 지름은 약20cm이며, 약 0.5mm의 mesh size를 가지고 있다. 상기 원통의 지름과 mesh size는 목적에 따라 그 크기를 조절할 수 있으며, mesh size는 0.02∼2.0mm인 것이 바람직하다. 배관(3)을 통해 운반된 분쇄된 음식물 쓰레기와 오수는 회전하는 원통 스크린(11)으로 유입되어, 오수는 회전하는 원통스크린을 통과한 다음 원통스크린의 내부 공간을 통해 오수 저장조(14)로 이송되고, 음식물 쓰레기는 회전하는 원통스크린을 통과하지 않은 채 바깥으로 떨어져 2차 처리장치 입구에 쌓이게 된다.

상기 원통스크린을 회전수 약60rpm정도로 연속 운전하였다. 상기 분리기는 다른 형태의 고속분리기와 달리 저속에서도 분리가 가능하였으며, 막힘 현상이 없는 연속 분리가 가능하였다. 고액분리기 B를 통과한 주방오수의 수질은 실시예 5를 참조하기 바란다.

실시예5 : 고액분리기B의 음식물 쓰레기 COD 제거효율

한 가구의 주방에서 발생하는 주방오수는 하루에 약 250L에 달한다. 주방오수에는 싱크대의 5mm 플라스틱 철망을 통과하는 입자성 음식물 쓰레기(particular kitchen waste)와 용해성 음식물 쓰레기(soluble kitchen waste)로 구분할 수 있다. 부엌에서 분리 수거되고 있는 음식물 쓰레기는 모두 입자성이다. KAIST식당에서 발생하는 음식물 쓰레기를 이용한 주방오수와 음식물 쓰레기의 분쇄 전후의 용 해성 COD와 입자성 COD는 아래 Table 1과 같다.

상기 Table 1에서 주방오수의 입자성 COD와 용해성 COD의 비는 50:50정도이며 음식물 쓰레기 5g/L은 건조중량으로 1g/L이 되며 약1000mg/L의 COD 증가를 예상할 수 있다. 용해성 COD는 별로 변동이 없으며, 음식물 쓰레기는 분쇄 후에도 대부분 입자성으로 남아 있음을 알 수가 있었다.

KAIST식당에서 발생하는 음식물 쓰레기와 주방오수 혼합물을 이용하여 회전 원통형 스크린장치와 모래 충전탑을 이용하여 COD 제거율을 실험한 결과는 다음 Table 2와 같다. 회전 원통 스크린은 내부원통의 지름은 약15cm이고, 외부 원통은 지름은 약20cm이며, 약 0.5mm의 mesh size를 가지고 있으며, 60rpm으로 회전하면서 실험을 수행하였다. 모래 충전탑은 8x3x40cm의 규격을 가지며, 충전된 모래의 입도 는 2∼5mm이었다. 유입수의 유속은 3L/min으로 실험을 수행하였다.

주방에서 발생하는 음식물 쓰레기와 주방오수는 아침, 점심, 저녁식사를 하는 시간을 기준으로 전의 준비시간과 후의 설거지를 하는 시간에 주로 발생한다. 그리고 일반 가정의 경우는 밤 8시간부터 아침 6시까지는 오수와 쓰레기 발생이 없다고 볼 수 있다. 집단 주거시설은 여러 가구의 식사시간이 각각 다르므로 주방오수와 음식물 쓰레기 발생시간이 상당히 넓게 분포해 있을 가능성이 높다.

참고로 대전의 한 가정집에서 취사전후에 채취한 20L 주방 오수의 COD는 1950mg/L이다. 이는 주방 오수량이 250L정도인 것을 감안하고, 또 세탁오수, 목욕오수 등과 합쳐지면 1000mg/L이하로 내려간다. 여기에 음식물 쓰레기가 추가되면 약0.175kg (0.25kg×0.2×3.5)이 되며, 이를 하루의 물 사용량, 주방오수 약250L와 생활오수 약500L로 나누면 각각 약700mg/L와 약350mg/L의 COD가 추가된다. 가정에 서 배출되는 생활오수의 평균 COD는 약250∼1000mg/L이므로 주방오수 COD와 음식물 쓰레기 COD는 약1:1 정도에서 변할 수 있음을 알 수 있다.

따라서 COD 제거율은 순간순간의 미분적 제거율을 기준으로 하는 것보다는 하루의 총량, 즉 적분적 제거율을 기준으로 하는 것이 합리적이다. Table 3은 원통형 스크린 방식의 고액분리기B의 입자성 COD 제거율을 60%, 모래 충전탑 방식의 입자성 COD 제거율을 65%로 가정하고, 주방오수 COD와 음식물 쓰레기 COD를 각각 500:500, 250:250, 250:500, 500:250, 500:1000, 1000:500, 및 1000:1000으로 유입 하였을 때, COD 제거율을 예측한 것이다.

Table 3에서, S는 용해성 음식물 쓰레기를 나타내고, P는 입자성 음식물 쓰레기를 나타내며, T는 S와 P의 합을 나타낸다. Table 3에 나타난 바와 같이, 고액분리기B를 거쳐 분리된 오수는 음식물 쓰레기를 투입하기 이전의 수질과 유사하게 유지된다는 것을 알 수 있었다.

실시예 6 : 음식물 쓰레기의 생물학적 처리

주방에서 분쇄된 음식물 쓰레기는 고액분리기B를 거쳐 혐기성 생물반응조에 투입된다(FIG. 1A, FIG. 2의 Method A). 상기 생물학적 처리장치에 음식물 쓰레기를 투입하기 전에 오수와 음식물 쓰레기를 분리하는 것이 바람직한데, FIG. 2의 Method A, B 및 C의 세 가지 방식이 적용될 수 있다. 즉, 주방에서 원천적으로 전용 배관을 통해 음식물 쓰레기와 주방오수가 분리되는 Method A 및 C와 많은 물에서 음식물 쓰레기를 분리하는 Method B를 사용할 수 있다. 음식물 쓰레기 전용 배관이 없는 기존의 아파트에서는 Method B가 사용될 수밖에 없다. Method B를 적용하여 분리된 오수는 음식물 쓰레기가 섞이기 전의 주방오수와 유산한 수질을 유지하도록 여과 및 처리과정을 거쳐 하수관으로 배출되고, 분리된 음식물 쓰레기는 2차 처리장치인 FIG. 7의 생물학적 처리장치로 자동 투입된다. 투입과정은 펌프가 사용되지 않는 것이 특징이다.

100가구 아파트의 경우는 대략 5m³의 반응조가, 200가구의 경우는 대략 10m³의 반응조가 사용된다. 여기에서 발생되는 메탄가스는 하루 각각 15 및 30m³로 겨울철에 보온을 하고도 80%가 남는 양이다. 음식물 쓰레기 처리수는 COD 50mg/L, 탁도 130NTU 이하의 맑은 물이 배출되어 추가 정제를 거쳐 중수로 이용될 수 있을 정도이다. 음식물 쓰레기 처리는 혐기성으로 이루어져 추가 에너지 소모가 최소이고, 냄새도 주변 1m 거리에서 전혀 느낄 수 없을 정도로 환경 친화적이다.

실시예 7 : 집단 취사시설의 음식물 쓰레기 처리

학교, 군부대와 같은 집단 급식시설의 경우는 음식물 쓰레기의 발생장소가 한 곳에 집중되어 있다. 음식물 쓰레기는 많은 경우 물과 분리된 상태로 구멍이 있는 체 형태의 소쿠리에 담겨져 있는 상태이다. 협잡물을 손으로 분리한 후 주방에 비치된 분쇄기에 투입하여 약간의 물을 첨가하여 주방 내외에 있는 혐기성 처리시설까지 이송한다. 음식물 쓰레기가 주방오수와 섞여 있는 경우, 젓가락, 비닐, 요구르트 병을 자동 선별기를 거쳐 분리한 후 고액분리기A를 통하여 주방오수와 분리한 후 음식물 쓰레기는 분쇄기에 투입된다. 분쇄된 음식물 쓰레기는 이송파이프를 통해 처리장소까지 이송된 후 혐기성 처리를 거치면 kg COD 당 메탄 함량이 55∼60%인 약1m³정도의 바이오 가스를 얻을 수 있다. 1000명 정도의 급식인원인 경우는 40kg (200kgx0.2)의 건조 중량을 얻을 수 있고, 여기에서 발생하는 메탄 가스량은 40m³ (함량55∼60%)가 된다. 이 열량으로 메탄 반응조의 온도를 35℃로 유지하고도 80%가 남는다.

실시예 8 : 음식물 쓰레기 처리를 위한 혐기성 반응조의 부피

본 발명에서는 아파트와 같은 주거시설, 학교, 군부대와 같은 집단 취사시설의 음식물 쓰레기 처리시설을 위한 면적이 협소한 점과 현장에서 위생적으로 처리되어야 한다는 점을 감안하였다. 본 발명에서 처리대상으로 하는 시설은 사용인원이 1000인 이하의 시설로 음식물 쓰레기 발생량은 하루에 200kg 정도이다.

상기 90세대 아파트의 경우, 하루 발생량이 약87.5kg정도이고 건조중량으로는 20% 함량을 가정하면 17.5kg 이다. 이를 혐기적인 방법으로 36℃에서 처리할 경우 필요한 단위 반응기 부피당 처리량은 1.6∼7.9 kg/M³·day이다(참조: 장호남 ＆ 서진호 저, 생물화학공학, 432p, 아카데미서적; 박순철, 바이오에너지기술연구회 워크샵 자료집, p21, 1999). 호기적인 방법으로 처리할 경우, 처리용량은 3kg/M³.day이다(Park et al., Bioresource Tech., 73, 21-27, 2000). 또 55℃의 고온으로 운전하면 에너지는 많이 소요되지만 처리속도는 35℃에 비해 두 배정도 증가된다 (서명교 외 4인 역, 폐수처리 단위조작, SciTech 1998, p572).

위의 자료를 근거로 반응조의 부피를 계산하면, 서울 하루 처리량을 2-8kgVS/m³로 보면 되므로 서울시 강남구 청담동 아파트의 경우는 반응조의 부피2∼9m³가 소요된다. KAIST 식당의 경우는 혐기성의 경우 필요한 반응기의 부피는 건조중량을 40kg으로 가정하고 5∼20M³로 주변에 설치할 공간이 있음은 물론이다.

실시예 9 : 본 공정의 편의성 및 에너지 소모량 비교

본 발명은 음식물 쓰레기가 발생하는 주방에서는 음식물 쓰레기를 손으로 만지지 않는다는 펀리성이 있다. 즉, 음식물 쓰레기를 발생 후 보관하지 않고 발생 즉시 하루에 3∼4회씩 분쇄하여 이송한다는 점이다. 고액분리기에서 분리된 음식물 쓰레기를 처리 잔재물 없이 완전소멸 함으로서 우리나라의 음식물 쓰레기 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 방법이라 하겠다.

본 발명에서 채택한 혐기성처리 방법은 메탄가스라는 에너지를 생산하는데 비해, 미국에서는 분쇄한 후 하수처리장으로 보내어 호기성으로 처리하는 것은 에 너지를 소모하는 방법으로, 본 발명이 더 에너지 절약적이고 경제적이라 할 수 있다. 예를 들어, 우리나라에서 발생되는 음식물 쓰레기 400만톤 중 50%만 하수처리장에서 처리하고, 또 건조중량 1kg이 1kg의 BOD이며, BOD 1kg 처리에 1kwh가 소요된다고 가정할 경우, 호기적인 방법으로 처리하면, 약 400억원이 소요되며, 반면에 이를 혐기적으로 현장에서 처리하면 960억원 상당의 메탄가스를 활용할 수 있다(서명교외 4인 역, 폐수처리 단위조작, SciTech 1998, p589).

본 공정에 소요되는 에너지는 아래와 같다. 100가구를 기준으로 했을 때, 각 가정에 설치된 분쇄기는 보통 3/4hp로 하루에 1분 정도 운전되므로 무시할 만하다. 고액분리기B는 1/2hp로 가동시간이 8시간 정도이고 혐기성 반응기의 혼합용 펌프는 1/2hp에 4시간 정도로 총 전력 소모량은 5kwh/day 이하이다. 혐기성 반응조의 가온 및 열손실에 많은 열량이 손실되나, 봄가을에 100가구 및 1000가구의 경우, 각각 생산량의 82% 및 87%가 잉여 열량이다. 음식물 쓰레기 처리방법별 에너지 소모량이 대략 월 가구당 300∼13,415원에 이르고 있음과 비교할 때, 본 발명의 방법은 월150원 미만으로 최저 수준이다 (박순남 외 2인, 한국폐기물학회 2002 추계학술연구발표회 논문집, p291-294).

이상으로 본 발명의 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 예일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구 항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

이상에서 상세히 설명하고 입증하였듯이, 본 발명은 아파트와 같은 대형 주거시설, 대학, 군부대와 같은 대형 취사시설, 혹은 가정의 음식물 쓰레기 문제를 사람의 손을 거치지 않는 위생적이고 에너지 절약적으로 처리하는 방법을 제공하는 효과가 있다. 본 발명은 무엇보다도 현장 처리시설에 소요되는 공간이 적고, 소음, 냄새 등이 나지 않는 친환경방법으로 잔재물의 2차 처리가 필요 없다는 장점이 있다. 국가적으로 볼때도 하수 종말 처리장에서 하수와 함께 처리할 경우 호기적인 방법을 사용하여 에너지 소모가 많으나, 발생 현장에서는 혐기성 방법을 채용하기 때문에 에너지 절약 측면에서도 이점이 있다고 하겠다.

결론적으로 본 발명에 따른 음식물 쓰레기 처리방법은 주방에서는 미국식 디스포저 시스템의 편리함과 장점을 향유하지만 우리나라 도시의 기존 하수관이나 하수종말 처리시절에는 추가로 음식물 쓰레기 처리부담을 주지 않는 장점을 가지고 있어 음식물 쓰레기의 처리의 패러다임을 바꾸는데 매우 유용할 것을 기대된다.

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 하기의 단계를 포함하는 집단 주거시설 또는 집단 취사시설의 음식물쓰레기를 발생현장에서 처리하는 방법:

   (a) 주방 싱크대 하단에 설치된 분쇄기를 이용하여 음식물쓰레기를 분쇄하는 단계;

   (b) 상기 분쇄된 음식물쓰레기를 주방용수를 이용하여 분쇄된 음식물쓰레기와 오수가 유입되는 배관(3)과 분쇄된 음식물쓰레기와 오수를 분리하기 위한 0.02∼2mm의 mesh size를 가지는 망이 원통형으로 말려져 있는 원통 스크린(11), 상기 원통 스크린을 회전시키는 모터(13), 분리된 오수의 저장조(14), 오수를 배출하기 위한 배출밸브(15), 하수관(8) 및 상기 원통 스크린에서 오수와 분리된 음식물쓰레기 고형분을 2차 처리장치(7)로 투입하는 수단(12)을 포함하는 원통 스크린 방식 고액분리기B로 이송하는 단계;

   (c) 상기 고액분리기 B를 이용하여 다량의 오수와 분쇄된 음식물쓰레기를 분리하는 단계;

   (d) 상기 분리된 오수는 하수관으로 이송시키고, 상기 분리된 음식물쓰레기는 음식물쓰레기 투입밸브(12), 다공성 세라믹 담체가 충진되어 있는 미생물 재순환 형태의 혐기성반응조(19), 다공성 세라믹 담체가 충진되어 있는 미생물 재순환 형태의 호기성반응조(20), 슬러리 순환펌프(21), 상기 호기성반응조에 공기를 주입하는 장치(23), 혐기성 처리에 의해 발생된 메탄가스와 호기성 처리에 의해 발생된 이산화탄소를 배출하는 가스 배출관(24), 상기 발생된 메탄가스를 이용하여 처리장치의 온도를 유지하는 온도조절장치(22) 및 오수 배출밸브(15)를 구비한 2차 처리장치로 이송하는 단계; 및

   (e) 상기 2차 처리장치로 이송된 음식물쓰레기를 2차 처리하는 단계.
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