KR100732184B1 - 유기성 폐기물 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도시고형폐기물(Municipal Solid Waist-MSW)의 생물학적 처리 공법에 관한 것으로, 음식물 쓰레기의 함수율 및 공극율 조정을 위하여 강제로 탈수된 고농도 유기성 오폐수를 질소원으로 사용하여 탄소/질소비(C/N Ratio)가 높은 유기성 폐기물의 호기성 생물학적 처리에 이용하기 위한 공법이다.

음식물쓰레기의 탈수과정에는 4계절 가동 및 탈수 시 염분제거효과를 위하여 약간의 가온장치를 하였으며, 탈수 시에는 압착 스크류타입을 택하였다. 파봉과 대파쇄를 위한 장치는 수납호퍼와 직결되어 탈수이전에 수행되며 발생한 오폐수는 저류시설로 분리된다. 저류시설에 수집된 오폐수는 밀폐된 자중 파쇄기안에 투입되며 함수율이 낮고 탄소/질소 비율이 높은 유기성 폐기물의 호기성 처리를 위한 질소원으로 사용된다. 이 유기성 폐기물은 적절한 입자로 파쇄하는 시설을 거쳐, 부산물 퇴비의 원료로 사용가능한 물질은 음식물 쓰레기의 팽화제로 공급되며, 여타의 물질은 생물학적 처리의 대상이 된다. 호기성 퇴비화를 거친 음식물 쓰레기는 후숙과정을 거쳐 부산물 퇴비로 판매가능하며 여타의 유기성 폐기물은 후숙과정을 거쳐 매립지 복토재나 산림용 퇴비로 사용가능하다. 따라서 본 공법은 음식물 쓰레기 자원화 시설과 고형폐기물 처리를 위한 소각로를 별도로 설치하는 경우에 비하여 저렴한 투자비, 낮은 환경 오염도, 안정된 부산물 처리방안을 제시하고 있다.

Description

유기성 폐기물 처리방법{Municipal solid waste Composting Method}

도 1은 본 발명에 따른 전체 공정을 도시한 블록도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명*

100: 음식물쓰레기 200: 파쇄된 전지목 등

300: 저함수율 유기성폐기물

본 발명은 지류(紙類), 폐가구 등 도시에서 발생하는 유기성 폐기물의 생물학적인 처리방법에 관한 것이다.

도시에서 발생하는 유기성 폐기물은 대표적으로는 음식물쓰레기가 있고, 기타 지류, 목재류 등이 있고, 이러한 유기성폐기물은 전체 생활폐기물 중 약 75%를 차지하고 있으나, 일부 재활용 및 소각을 제외하고는 대부분 매립되고 있는 실정이다.

즉, 재활용을 제외한 유기성 폐기물의 처리 방법에는 매립방법과 소각방법이 있는데, 매립방법은 한정된 매립장소 및 침출수로 인한 토양오염 및 지하수 오염이 문제가 되고, 소각방법은 소각시 발생되는 유해요소(예 다이옥신)에 의한 오염이 문제가 된다.

이에 최근에는 이러한 유기성 폐기물 중 음식물쓰레기를 퇴비화하는 처리방법 및 시스템이 많이 제안되고 있고, 일부 실용화가 가능하다. 그런데, 지류와 목재류 등도 파쇄, 발효시켜 퇴비 및 매립장 복토재로 만드는 공정들이 제안되고 있으나, 이 역시 악취나 오수로 인한 환경오염의 문제를 발생시키며, 발효시 첨가되는 발효제의 비용문제를 야기하게 되고, 발효제를 사용한다고 하더라도 발효가 장기화하게 된다. 이는 지류, 목재류와 같은 쓰레기는 함수율이 낮고 질소원이 부족하여 쓰레기를 발효시킴에 어려움이 있기 때문이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 도시생활폐기물 중 함수율이 낮고 질소원이 부족한 쓰레기를 효율적으로 발효시키기 위한 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 기타 다른 목적은 첨부된 도면과 상세한 설명을 통해 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 음식물쓰레기에서 발생한 오폐수를 함수율이 낮고 질소원이 적은 유기성 폐기물의 질소원으로 이용하는 것이 특징이다.

본 발명은 구체적으로, 종이와 폐가구를 포함하는 유기성폐기물을 파쇄하는 단계와; 상기 파쇄된 유기성폐기물에 음식물쓰레기의 탈수과정에서 발생한 오수를 첨가하는 단계와; 상기 오수가 첨가된 유기성폐기물을 발효시키는 단계와; 상기 퇴비화된 쓰레기를 후숙시키는 단계와; 상기 후숙된 쓰레기를 숙성하여 퇴비화하는 단계를 포함하는 유기성폐기물 발효방법을 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 음식물 쓰레기에서 발생한 오폐수를 이용한 유기성 폐기물 처리공정을 개략적으로 도시한 블록도로서, 본 발명에서는 음식물쓰레기와 기타 지류, 목재류와 같은 유기성폐기물이 별도로 수집된다는 전제하에서 설명될 수 있고, 이 예에서는 하루에 300톤의 유기성폐기물을 처리한다는 가정하에서 작성된 것이다.

도시한 바와 같이 일반적으로 높은 함수율(85%내외)의 음식물 쓰레기를 먼저 파쇄하고(S1), 수분을 최대한 제거하는 탈수단계를 거치게 된다(S2). 파쇄단계(S1)에서는 음식물쓰레기를 수집하는 수납호퍼와 직결되어 있는 파봉 및 대파쇄 장치에 의해 처리되며, 탈수공정은 파쇄된 음식물쓰레기를 가열 압축하는 공정으로, 탈수 과정에는 4계절 기동 및 탈수시 염분제거 효과를 위하여 약간의 가온장치를 하는 것이 바람직하며, 탈수방법은 압착 스크류타입의 장치를 사용할 수 있다.

이때 탈수 비율은 약 40-50% 정도로서 전체 음식물의 40% 내외가 분리되며, 탈수된 오수의 농도는 TCOD_Cr 기준 100,000ppm 내외의 고농도를 나타내며 탄소/질소 비율(C/N Ratio)은 약 15 내외이다.

상기 탈수과정을 마친 음식물은 천연적으로 부패할 수 있는 자연물 예를 들어 파쇄된 나무줄기나 뿌리의 입자(200)와 교반시켜(S3) 주퇴비화 공정을 거치게 되고(S4), 이는 본 출원인에 의해 출원된 대한민국 특허출원 제 98-32452호에 잘 나타나 있다.

주퇴비화 공정(Intensive Composting)은 약 6일 가량 소요되며, 이 과정에서 음식물류는 약 10% 내외의 수분이 추가로 발생하여 음식물 쓰레기에서 배출되는 수분의 양은 전체 음식물 쓰레기의 약 60~70% 정도가 된다. 이 수분은 유기물의 분해과정에서 발생하므로 풍부한 질소와 수용성 유기물을 가지고 있어 아주 유용한 질소원 및 함수율 조정제로 사용 가능하다.

상기 주퇴비화 공정을 거친 후 후숙공정(S5)에서는 상기 주퇴비화 공정(S4) 중 유기물의 분해에서 발생한 수분을 증발시켜 40% 내외로 조정한 후 미도시된 트롬멜 스크린에 의한 입자선별(S6)을 하게 되는데, 기준치(통상 10mm)를 통과한 입자는 숙성장에서 숙성(S7) 후 퇴비(S8)로 출하, 판매하게된다.

한편, 상기 공정에 의해 탈수된 오폐수는 저류시설에 수집되며, 이 오수는 분뇨의 2배에 해당하는 고농도 오폐수로서 일반적인 처리기법으로는 처리가 거의 어려운 특성을 가지고 있다.

이를 해소하기 위하여 음식물류 쓰레기에 파쇄목 등과 같은 부자재를 심어넣어 함수율을 조정하는 경우 부자재의 투입량이 중량비의 약 30-50%에 이르는 문제점이 있다.

이상에서 설명한 음식물쓰레기의 발효방법은 이미 본원출원인 등에 의해 많이 알려져 실용화되고 있으나, 본 발명에서 중점을 두는 것은 함수율이 낮고 질소원이 적은 지류와 폐가구류와 같은 유기성폐기물을 처리하는 데 있고, 이러한 유기성폐기물을 본 발명에서는 음식물쓰레기를 처리하는 작업과 병행하여 처리하는데 그 핵심이 있다.

한편, 종이와 폐가구류 등의 유기성폐기물(300)(이하, "저함수율 유기성폐기물"이라 한다)은 먼저 대형파쇄기에 의한 파쇄작업을 거치게 되고(S11), 발효에 부적합한 금속류 등을 자력(磁力)으로 선별하는 작업을 행한다(S12)

파쇄작업은 회전 원판위에 칼날(Knife)에 의한 섬유류 및 종이류의 파쇄와, 압축파쇄기(Sheredder)에 의한 단단한 물질의 파쇄, 마지막으로 햄머밀(Hammer mill)에 의한 균질화 공정을 가진 대형파쇄기를 이용하여 30mm 이하의 입자로 잘게 파쇄하는 것이 바람직하다.

다음으로 발효단계를 거치게 되는 바(S13), 이 단계에서는 상기 음식물쓰레기의 탈수과정에서 발생하여 저류시설에 저장된 오,폐수를 이용한다.

즉, 140여톤의 저함수율 유기성폐기물에 약 60톤가량의 오폐수를 첨가하여 발효시키고, 이 발효과정은 약 14일정도 소요된다. 상기 오수의 첨가는 기존의 퇴비화 공정이 낮은 함수율과 높은 공극율 및 질소원의 부족으로 장기적인 과정이었으나, 상기 퇴비화 과정에 첨가되는 오수는 미생물의 순환구조에 기여하여 초기 주퇴비화시 호기성 미생물의 공급이 없어도 단기간에 호기성 발효과정에서의 산소가 소모되는 산화반응에 의한 급격한 산화열에 의해 온도가 55℃이상으로 상승하게 하는 조건을 만들어 주므로 상기 공정에서는 유기성 폐기물에 관한 한 모두 단기적인 호기성 퇴비화가 가능하다.

이 발효공정은 단열 밀폐된 컨테이너 반응조속에서 퇴비화하게 되며 이 과정에서 저함수율 유기성폐기물의 대상물질에 따라 일부 요소, 비료 등과 같은 질소원과 수돗물의 투입이 불가피한 경우도 있을 수 있다.

단열 밀폐된 컨테이너 반응조의 구성에 대해서는 본원출원인에 의한 등록실용신안 제164398호에 그 예가 개시되어 있다.

한편, 오수를 본 발명의 저함수율 유기성폐기물에 투입하는 과정은 파쇄단계(S11)에서 동시에 진행될 수 있음은 물론이고, 이때에는 저류시설의 오수를 밀폐된 자중파쇄기로 유도함으로써 가능하게 된다.

다음으로 후숙공정을 거치게 되는 바(S14), 이때에도 바람직하게는 음식물쓰레기의 주퇴비화공정(S4)에서 발생하는 침출수를 이용한다.

이후 숙성작업을 약 5개월간 진행하며(S16), 필요한 경우 수시로 선별작업(S15)을 행하여 퇴비화에 적합하도록 하고, 선별작업에서 선별된 비분해성 쓰레기(400)는 매립을 하게 된다.

후숙과정을 거친 저함수율 유기성쓰레기는 상기 음식물쓰레기(100)에서 생성된 퇴비에 비해 다소 낮은 등급의 퇴비가 완성되게 되는 것이다(S17)

한편, 음식물쓰레기(100)의 처리과정에서 발생된 오수가 저함수율 유기성폐기물(300)의 발효과정(S13)에 사용된 후, 중금속의 용출 및 염분의 용출이 예상되므로 다시 재활용하지 않고 하수처리장(500)으로 보내어 진다.

한편, 본 발명에서 처리되지 않은 저함수율 유기성폐기물 중 일부는 재활용되거나, 일부는 펠렛화하여 대체연료로 사용될 수 있음은 당연하다.

상기 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 공정을 사용함으로써 음식물류 폐기물에서 발생하는 고농도 오폐수를 폐기물 처리의 질소원으로 활용할 수 있고, 도시 지역 생활 쓰레기중 유기성 폐기물의 호기성 안정화를 위한 방안이 저렴한 운전비용으로 처리할 수 있게 되는 이점이 있다.

즉, 본 발명은 도시, 농촌, 산업 단지 어디서나 적용가능한 공법이며 퇴비화 공정이 단열 밀폐된 콘테이너 반응조 속에서 진행된다는 점에서 악취 및 오수 문제와 소각로를 둘러싼 민원의 원인이 되고 있는 다이옥신의 발생을 원천적으로 제어할 수 있게 된다.

또한 음식물쓰레기를 처리함에 있어 오수처리를 해결하기 위해 함수율 조절과정에서 파쇄목과 같은 부자재를 넣는 경우 부자재가 호기성으로 안정화 된 후에도 잔류 염분(NaCl)의 농도가 1%를 넘어 부산물 퇴비로 사용할 수 없는 단점이 있 으나, 본 발명에서는 이러한 오수를 활용하여 저함수율 유기성폐기물의 퇴비화에 적용함으로써, 부자재를 채택할 필요가 없어지게 되는 이점이 있다.

이상에서 본 발명에 따른 하나의 실시예를 설명하였으나, 이는 예시이며 각각의 반응조를 합쳐서, 혹은 분리하여 운영 가능하다는 점에서 기존의 퇴비화 시설과 소각시설을 합친 형태로 운영 가능하다.

Claims (2)

1. 음식물 쓰레기 처리과정에서 발생한 오수를 이용하여 종이와 폐가구를 포함하는 저함수율 유기성폐기물을 처리하는 방법으로서,

   종이와 폐가구를 포함하는 저함수율 유기성폐기물을 파쇄하는 단계와;

   상기 파쇄된 저함수율 유기성폐기물에 음식물쓰레기의 탈수과정에서 발생한 오수를 첨가하여 상기 저함수율 유기성폐기물을 발효시키는 단계와;

   상기 발효된 유기성폐기물을 후숙시키는 단계와;

   상기 후숙된 유기성폐기물을 숙성하여 퇴비화하는 단계를 포함하는 저함수율 유기성폐기물을 처리하는 방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 발효된 유기성폐기물을 후숙시키는 단계는 상기 음식물쓰레기의 발효과정에서 발생하는 침전수를 첨가함으로써 수행되는 저함수율 유기성폐기물을 처리하는 방법.

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