KR100369237B1 - 음식물 쓰레기와 축산폐수의 혼합처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음식물 쓰레기와 축산폐수를 동시에 처리하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은, 음식물 쓰레기를 선별하고 세척하여 염분을 제거하는 단계와, 염분이 제거된 상태의 음식물 쓰레기를 사료화하는 단계와, 염분이 제거된 상태의 음식물 쓰레기중 사료화가 불가능한 음식물 쓰레기를 분쇄하여 슬러리 상태화하는 단계와, 상기 슬러리 상태의 음식물 쓰레기를 축분뇨와 함께 집수조에서 혼합하는 단계와, 다공성 바닥 면을 중심으로 그 하부에 접촉 여재조가 구비되고 바닥면 상부로는 톱밥이 채워지며 외부로부터 접촉여재조와 다공성 바닥 면을 경유하여 공기의 공급이 이루어지는 톱밥발효 정화조 내부의 톱밥 상면으로 상기 집수조에 저장된 음식물 쓰레기와 축산폐수의 혼합폐수를 주기적으로 살포하는 단계와, 톱밥층 상면에 살포된 음식물 쓰레기와 축산폐수의 혼합물과 톱밥을 교반시키면서 에어를 공급하여 발효가 이루어지도록 하여 퇴비화하는 단계와, 상기 음식물 쓰레기의 세척과정에서 발생된 세척수와 톱밥발효 정화조의 접촉여재조를 거쳐 나온 침출여액을 혼합저장하여 폐수의 농도를 균질화하는 단계와, 가압부상조에서 균질화된 폐수중의 이물질을 부상시켜 부상된 스컴을 제거하는 단계 및 가압부상 처리를 거친 폐수를 생물학적 처리를 통해서 탈질 및 잔류오염물질 처리를 하는 단계로 이루어진다.

본 발명은 종전에 별도의 처리설비를 통하여 각기 처리되던 음식물 쓰레기와 축산폐수를 단일 처리시스템을 이용하여 동시에 처리할 수 있음에 따라 처리비용의 절감을 도모할 수 있으며, 또한 음식물 쓰레기와 축산폐수 각각이 지니고 있는 장점들을 살려 서로의 단점을 상호 보완함으로서 음식물 쓰레기로부터는 양질의 사료를, 축산폐수로부터는 양질의 퇴비를 생산할 수 있고, 별도의 화학약품을 필요로 함이 없이 물리적, 생물학적 처리만을 축산폐수의 고액분리가 이루어지므로 처리에 소요되는 부대비용을 줄일 수 있는 이점이 있다.

Description

음식물 쓰레기와 축산폐수의 혼합처리 방법{Method for treating a food waste and livestock wastes at the same time}

본 발명은 음식물 쓰레기와 축산폐수를 동시에 처리하는 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 종래에 독립적인 처리시스템을 통하여 처리되던 음식물 쓰레기와 축산폐수를 서로 혼합하여 단일 처리시스템에서 처리함으로써 서로 다른 특성을 지닌 음식물 쓰레기와 축산폐수의 상호 보완작용으로 처리효율을 증대시킴과 아울러 처리공정 및 소요 설비의 단순화를 도모할 수 있도록 한 음식물 쓰레기와 축산폐수의 혼합처리 방법에 관한 것이다.

근래에 이르러 인구의 과밀화 및 산업의 급속한 발달에 수반하여 각종 쓰레기와 폐수의 량이 증가되고 있으며, 또한 그 종류 역시 다양화되고 있는 실정이다. 이와 같은 다양한 종류의 쓰레기나 폐수중에서 특히 일상생활의 결과로 배출되는음식물 쓰레기와 기업화 내지는 대형화되고 있는 축산농가에서 발생되는 축산폐수의 처리를 어떻게 할 것인가의 문제가 심각하게 고려되고 있는 바, 이러한 음식물 쓰레기와 축산폐수의 처리와 관련된 여태까지의 대표적인 처리방식중 몇가지를 간략하게 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 음식물 쓰레기의 가장 일반적인 처리형태로는 매립방식을 들 수 있는 데, 날이 갈수록 매립지의 확보에 어려워지고 있으며, 매립 후 침출수가 발생되어 지하수 및 토양을 오염시키는 등의 2차 환경오염을 유발시키며, 이같은 침출수의 폐해를 없애기 위해 매립지에서 발생된 침출수를 처리하기 위해서는 그 설비와 처리비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.

한편, 매립방식에서 지적되고 있는 상기의 문제점을 감안하여 음식물 쓰레기를 소각처리하는 방식이 일부 시행되고 있는 데, 음식물 쓰레기는 수분함량이 90% 이상으로서 이의 소각을 위해서는 상당한 연료비와 소각설비를 필요로 하며 소각시 발생되는 매연이나 분진, 다이옥신 등에 의한 대기오염이 초래되는 단점이 있다.

음식물 쓰레기의 효과적인 처리방안의 하나로 이를 퇴비나 사료로 재활용하는 방법이 고려되고 있는 데, 이를 위해서는 음식물 이외의 여타 이물질이 포함되지 않도록 하는 엄격한 분리 배출 및 신속한 수집,운반이 선결되어야 하나 현실적으로 분리배출이 제대로 행해지지 않고 있는 실정이며, 그나마 기온이 높은 하절기 등의 경우에는 음식물 쓰레기가 쉽게 부패하거나 변질되어 사료화나 퇴비화의 재활용 자원으로 처리하는 데는 많은 어려움이 있다.

음식물 쓰레기를 사료화하여 가축의 먹이로 재활용되고 있는 사례로, 군부대나 학교등의 단체 급식소나 대형 음식업소에서 발생되는 잔반이나 유통업체에서 발생되는 유효기간 경과식품 들을 대상으로 하여 이를 일부 자영 축산업자 들이 직접 가축의 먹이로 활용하거나 보조사료로 사용하는 경우를 들 수 있긴 하나, 이는 전체 음식물 쓰레기 발생량중에서 극히 미미한 수준에 그치고 있다.

한편, 음식물 쓰레기를 퇴비화하는 처리방식에서는 음식물 쓰레기에 포함된 염분 및 수분조절을 위한 벌킹제로서 톱밥이나 왕겨와 같은 부재료를 음식물 쓰레기와 함께 혼합하여 발효시키게 되는 데, 이는 상당히 많은 양의 톱밥 등을 필요로하며, 이러한 톱밥 등의 부재료 수급에 어려움이 따르기 때문에 경제성이 떨어지는 것으로 알려져 있다. 특히, 염분이 제대로 제거되지 않은 상태로 퇴비화되는 경우에는 오히려 식물의 생장을 저해하게 되므로, 음식물 쓰레기의 퇴비화 처리시 염분조절은 매우 중요한 문제로 작용하는 데, 우리나라의 음식물은 상대적으로 높은 염분치를 나타냄에 따라 별도의 염분제거공정을 거치거나 과량의 톱밥이 사용되어야 하고, 그에 따라 음식물 쓰레기의 퇴비화 처리는 보다 어려운 면이 있다.

다음, 축산폐수는 가축의 분뇨와 축사 세척수가 혼합된 폐수이며, 고농도의 유기성 폐수로서 배출수계의 용존산소를 고갈시켜 하천의 자정능력을 저하시키며, 호수나 저수지 등에 유입되면 조류의 급속한 번식을 유도하여 부영양화 (eutrophication)가 발생하는 등의 심각한 오염원으로 작용하고 있다. 이와 같은 축산폐수의 처리방법으로는 톱밥등을 이용한 퇴비화 방법, 저장액비화 방법, 활성오니법 및 혐기 발효법 등이 알려져 있고 실제로 일부 축산농가 등에 적용되고 있긴 하나 그 처리 효율이 떨어지고 처리비용의 부담이 있어서 실용화되고 있지는 못하고 있는 실정이다.

즉, 분과 뇨가 혼합된 축산폐수는 다량의 유기성 고형물을 함유하고 있기 때문에 이들 고형물의 분리를 위해서는 많은 약품이 사용되어야 하며 분리된 고형물질은 퇴비화 처리를 거치게 되고 분리된 액은 별도로 몇 단계의 정화처리를 거쳐야만 하는 데, 분리액은 그 자체가 농도가 높기 때문에 적정처리를 위해서는 많은 희석수와 동력을 필요로 한다.

축산폐수의 퇴비화 처리를 어렵게 하는 요인의 하나로 슬러리 돈사와 같은 분뇨혼합형 축사의 경우 분뇨가 장기간 저장되어 있다가 퇴비화 시설로 이송된다는 점을 들 수 있다. 이와 같이 처리전 저장기간이 긴 경우에는 그 동안에 유기물이 혐기성 상태에서 분해되므로 정작 퇴비화 시설에서 발효미생물의 에너지원으로 사용되어야 할 탄소가 부족하게 되고, 그로 인해서 발효효율이 떨어지게 된다.

한편, 축산폐수는 이를 생물학적으로 완전하게 분해시킬 경우에도 COD는 50mg/L 이상이 배출된다. 이는 생태계에 영향을 주지 않는 NBD성분(천연유기물이 주성분으로서 자연상태에서도 많이 발생되는 것으로 알려져 있다.)이 주원인이다. 그러나, 현재 운용되고 있는 국내의 축산폐수공동처리장의 COD 규제가 50mg/L 이하로 되어 있어 이의 처리를 위해 많은 시설투자와 약품이 소모되고 있는 현실이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 기존의 음식물 쓰레기 처리방식이나 축산폐수 처리방식은 다양한 형태가 제시 또는 시도되고 있긴 하나 아직까지 경제성과 처리비용 및 처리효율면에서 만족할 만한 수준에 이르지는 못하고 있는 실정이어서 이에 대한 연구개발이 요망되고 있다.

한편, 국내 등록특허공보(특허 제200031호)에는 음식물 쓰레기를 이용한 퇴비발효제와 그 제조방법 및 그를 이용한 축산폐수의 퇴비화 방법이 개시되어 있는 바, 이는 일정 입도로 분쇄된 음식물 쓰레기에 유기물분해 미생물이 배양된 상태로 존재하는 피트(Peat)를 벌킹제 또는 발효 효소제로 혼합하여 얻어진 혼합물에 다시 칼슘화합물을 혼합하고 호기성 발효조에서의 발효에 이은 혐기성 발효공정을 거쳐 퇴비 발효제를 얻는 방식을 취하고 있다.

그런데, 상기 특허에서는 피트와 칼슘화합물을 필요로 하여 음식물 처리비용의 상승이 초래되고 또한 후속공정으로서의 호기성 발효공정 및 혐기성 발효공정을 수행하여야 하기 때문에 공정의 복잡화 및 처리기간의 장기화를 피할 수 없는 문제점이 지적되고 있다.

그리고, 동 특허에서는 상기 음식물 쓰레기로부터 얻어지는 퇴비 발효제가 축산폐수의 퇴비화에 사용될 수 있다고 밝히고 있긴 하나, 축산폐수의 퇴비화와 관련하여서는 구체적인 기재사실을 찾아볼 수 없다.

본 발명의 발명자는 기존에 각각의 처리 시스템을 통하여 처리되어 오고 있는 음식물 쓰레기와 축산폐수를 단일 처리 시스템을 통하여 동시에 처리하는 경우 상호보완 작용을 통해서 처리효율의 증대를 도모할 수 있지 않을까 하는 관점에서 본 발명의 개발에 착수하였고 많은 실험을 통하여 유용하고 만족할 만한 결과를 얻어 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 음식물 쓰레기는 산성인 반면에 축산폐수는 알칼리성이므로 이를 서로 혼합할 경우 중성을 유지할 수 있다는 사실과, 음식물 쓰레기를 세척하는 과정에서 염분과 매운맛이 제거되고, 제거된 염분은 폐수처리과정으로 유입되어 처리되므로 퇴비화 시설에서의 염분문제, 사료화 시설에서의 염분과 매운맛 문제를 해결할 수 있다는 점, 축산폐수의 단독처리시 발효조의 열량부족의 문제를 풍부한 탄소원을 보유하고 있는 음식물 쓰레기로부터 공급받아 적절한 C/N비를 유지함으로써 발효의 활성화를 도모할 수 있고, 톱밥발효 정화시설의 침출여액의 정화처리시 외부탄소의 부족으로 인한 문제를 음식물 쓰레기중의 유기물을 이용할 수 있다는 점, 음식물 쓰레기의 처리시 발생하는 악취를 톱밥발효 정화시설의 공기공급라인과 연결하여 발효조로 보냄으로써 발효미생물에 의한 악취물질의 분해효과를 가져와 악취문제를 해결할 수 있을 것이라는 전제에서 반복적인 실험이 시도되었다.

이에, 본 발명은 종래에 각각의 처리 프로세스를 통하여 처리되던 음식물 쓰레기와 축산폐수를 단일 프로세스를 통하여 동시에 처리함으로써 음식물 쓰레기와 축산폐수 각각이 지니고 있는 물리적, 화학적 특성의 상호 보완작용을 통해서 단순한 설비와 간단한 처리공정으로 고효율의 음식물 쓰레기 사료화와 축산폐수 퇴비화 처리를 수행할 수 있도록 하는 음식물 쓰레기와 축산폐수의 혼합 처리방법을 제공함에 목적을 두고 있다.

도1은 본 발명의 방법에 의한 음식물 쓰레기와 축산폐수의 처리 공정도.

본 발명의 상기 목적은 음식물 쓰레기를 선별하고 세척하여 염분을 제거하는단계와, 염분이 제거된 상태의 음식물 쓰레기를 사료화하는 단계와, 염분이 제거된 상태의 음식물 쓰레기중 사료화가 불가능한 음식물 쓰레기를 분쇄하여 슬러리 상태화(곤죽)하는 단계와, 상기 슬러리 상태의 음식물 쓰레기를 집수조에 저장된 축분뇨에 투입하여 혼합하는 단계와, 다공성 바닥면을 중심으로 그 하부에 접촉여재(메디아)조가 구비되고 바닥면 상부로는 톱밥이 채워지며 외부로부터 접촉여재조와 바닥면을 경유하여 공기의 공급이 이루어지는 톱밥발효 정화조 내부의 톱밥 상면으로 상기 집수조에 저장된 음식물 쓰레기와 축산폐수의 혼합물을 주기적으로 살포하는 단계와, 톱밥층 상면에 살포된 음식물 쓰레기와 축산폐수의 혼합물과 톱밥을 교반시키면서 에어를 공급하여 발효가 이루어지도록 하여 퇴비화하는 단계와, 상기 음식물 쓰레기의 세척과정에서 발생된 세척수와 톱밥발효 정화조의 접촉여재조를 거쳐 나온 침출여액을 저장하여 폐수의 농도를 균질화하는 단계와, 가압부상조에서 균질화된 폐수중의 이물질을 부상시켜 부상된 스컴을 제거하는 단계 및 가압부상 처리를 거친 폐수를 생물학적 탈질처리를 하는 단계로 이루어져 있다.

본 발명의 방법에 의한 음식물 쓰레기와 축산폐수의 혼합처리 방법에서의 각 단계별 공정을 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 수거된 음식물 쓰레기중에서 비교적 분리수거가 잘 되어 있고 양질의 상태를 유지하고 있는 것들과 분리수거와 상태가 불량한 음식물 쓰레기는 별도의 세척,선별을 한 후 분리하여 양질의 음식물 쓰레기에 대하여 사료화 처리를 한다.

이같은 사료화 처리는, 음식물 쓰레기중에 포함된 행주나 물수건 또는 비닐 등의 사료화에 불필요한 이물질들을 세척,선별하여 제거한 후 건식사료화 및 습식사료화 공정에 의해서 수행된다.

이를 보다 구체적으로 설명하면, 건식사료화 공정은 음식물 쓰레기의 염분 및 매운맛을 제거하기 위해 세척, 탈수를 한 후 증자시설에서 90 - 110℃ 온도로 30분간 증자하여 가공에 따른 영양소 파괴를 최소화하고, 이어서 90℃에서 1시간 동안 건조시켜 수분 함량을 10%로 낮춘 후 로터리 방식으로 냉각시켜 수분함량을 6% 정도로 조절한다. 마지막으로, 햄머밀을 이용하여 분쇄한 후 진동채로 걸러서 이물질을 제거하여 얻어진 단미사료를 배합사료의 원료로 이용하거나 축산농가에 공급하여 기존 배합사료와 혼합하여 사용하도록 하는 것이고, 습식사료화 공정은 음식물 쓰레기의 염분 및 매운맛을 제거하기 위해 세척, 탈수를 한 후 수분이 있는 상태에서 분쇄하여 가온, 멸균 또는 유기산을 첨가하여 부패균을 사멸시킨 후 배합사료나 농산부산물 등과 혼합발효시켜 사용하는 것이다.

한편, 사료화가 곤란한 상태의 음식물 쓰레기는 퇴비화 처리가 행해지게 된다. 이와 같은 음식물 쓰레기의 퇴비화 처리는 상기 사료화 처리와 마찬가지로 선별 및 세척과정을 통해서 행주, 물수건, 고무장갑 또는 나무젓가락 등의 이물질의 제거 및 염분농도의 저하가 이루어지게 된다. 염분농도가 낮은 음식물 쓰레기의 사료화 촉진을 장려하기 위해서 정부 당국에서는 현재의 퇴비공정 규격에 원료의 30% 이하로 규정된 음식물 쓰레기의 사용비율을 염분농도 기준으로 대체함에 따라 상기와 같이 세척과정을 통해서 음식물 쓰레기를 세척하는 것이 바람직하다.

다음, 세척,선별된 음식물 쓰레기중 사료화가 곤란한 음식물 쓰레기는 분쇄공정에서 분쇄기에 의해 잘게 분쇄되어 슬러리 상태(곤죽)로 된다.

이어서, 상기 슬러리 상태의 음식물 쓰레기는 집수조에서 축사로부터 이송된 축분뇨와 혼합되어 저장된다. 이때 집수조에 저장된 축분뇨와 음식물 쓰레기의 혼합물은 그 후속공정의 수행설비인 톱밥발효 정화조에 약 3일 간격으로 배출되어 살포되므로 집수조의 용량은 5일치 이상이 저장될 수 있는 용량이 되도록 설계하는 것이 바람직하다.

다음, 집수조에 저장된 축산폐수와 음식물 쓰레기의 혼합물은 내부에 톱밥이 채워진 톱밥발효 정화조로 투입되어 발효에 의한 퇴비화 및 정화가 이루어지게 된다. 이때, 상기 톱밥발효 정화조는 하부의 다공성 바닥면을 중심으로 그 아랫쪽에 접촉여재(메디아)조가 구비되고 바닥면 상부로는 톱밥이 채워지며 외부의 송풍기로부터 접촉여재조와 바닥면을 경유하여 공기의 공급이 이루어지는 구조로서, 톱밥의 상부로 살포된 고농도의 유기물질(SS)을 함유한 유기성 폐수인 축산폐수와 음식물 쓰레기의 혼합물은 미생물에 의한 호기성 발효와 정화가 동시에 이루어지게 된다.

상기 공정은 화학약품을 사용함이 전혀 없이 축산폐수와 음식물 쓰레기의 혼합물을 물리, 생물학적으로 처리하여 고형분은 양질의 퇴비로 생산하고, 톱밥 발효층을 통과하여 하부로 흘러내려 모인 침출여액중의 오염물질은 접촉여재조에서의 접촉산화 등의 방식으로 미생물에 의해 처리가 이루어짐으로써 오염원이 최소화된다.

본 발명에서의 상기 톱밥발효 정화공정은 축산폐수와 톱밥을 혼합한 후 이를 발효조에 투입하는 방식이 아니라 톱밥발효 정화조 내부에 미리 장입되어 있는 톱밥에 축산폐수와 음식물 쓰레기의 혼합폐수을 살포하면서 교반시켜 주는 방식으로서 이에 사용되는 톱밥발효 정화장치는 본원인에 의해서 이미 선출원(출원번호:특허출원 제2000-45974호)된 바 있다.

본 발명의 톱밥발효 정화공정에서는 투입된 혼합폐수량의 약 30%가 여액으로 발생되고, 처리수 수질이 약품처리 후 탈수한 여액보다 처리수질이 양호하여 처리비의 절감을 기대할 수 있다.

상기 톱밥발효 정화공정에서의 음식물 쓰레기와 축산분뇨(축산폐수)가 서로 상호 보완작용을 하여 퇴비화를 위한 발효반응이 촉진되어지는 메카니즘을 살펴보면 다음과 같다.

미생물의 세포 구성요소는 주로 탄소, 질소, 산소 및 인으로 되어 있으며, 특히 탄소와 질소는 많은 양을 필요로 한다. 따라서, 발효반응에서의 반응속도는 유기물 내에 존재하는 탄소와 질소비(C/N)에 큰 영향을 받으며 미생물의 종류에 따라 필요로 하는 C/N비에 큰 차이를 나타내는 것으로 알려져 있다.

일반적으로 퇴비화가 가능한 C/N비는 50 이하이며, 운전조건에 따라 다소의 차이가 있긴 하나 최적의 C/N비 범위는 10 - 30 정도로 알려져 있다. C/N비가 높을 경우에는 질소원의 부족으로 인하여 분해속도가 늦어져 퇴비화에 장시간이 요구되며, 부분적으로 혐기성화 되면서 저급지방산이 생성되어 pH가 저하된다. 반대로 C/N비가 낮을 때에는 반응시간은 단축될 수 있으나 암모니아가 과다하게 발생되어 분해율이 낮아지고 질소분이 상실될 가능성이 있다.

본 발명의 톱밥발효 정화공정에서는 축산폐수의 장기간 저장과정에서 혐기성분해에 의해 소모된 탄소원이 음식물 쓰레기로부터 보충되어져서 분해속도를 최대화할 수 있는 범위의 적정한 C/N비로 유지시킬 수 있게 된다.

한편, 상기 톱밥발효 정화조에서 발효가 완료된 퇴비는 유기질 비료로서 농가등에 공급되어질 수 있다.

다음, 음식물 쓰레기의 세척과정에서 발생된 세척폐수와 톱밥발효 정화조에서 배출된 침출여액은 여액저장조로 이송되어 균질화된다. 톱밥발효 저장조에서 발생된 침출여액은 이미 1단계 정화처리를 거쳤기 때문에 상당부분의 유기물이 제거된 상태이어서 유기물질의 농도는 상대적으로 낮고 질소의 농도는 상대적으로 높은 상태를 유지하고 있다.

따라서, 상기와 같은 상태의 침출여액을 그 후속공정인 탈질공정을 통해서 생물학적 처리를 할 경우에는 영양 밸런스의 불균형으로 인해 정상적인 처리가 어렵기 때문에 별도의 외부탄소원을 투입하여야 하는 문제점이 있다.

그런데, 본 발명에서는 상기 침출여액이 곧바로 탈질공정으로 이행되는 것이 아니라 상대적으로 유기물질의 농도가 높고 질소의 농도가 낮은 음식물 쓰레기의 세척폐수와 혼합되어 균질화 처리가 이루어지기 때문에 별도의 탄소원을 부가적으로 공급해야 할 필요가 배제되는 이점이 있다.

다음, 여액 조정조에서 균질화된 세척수와 침출여액의 혼합폐수는 가압부상 공정을 통해서 이물질의 부상분리가 행해지게 된다. 즉, 음식물 쓰레기의 세척수중에는 다량의 기름성분과 협잡물이 포함되어 있는 데, 이들은 가압 부상조에서 표면으로 부상되어 스컴으로서 제거되며, 이같이 분리된 스컴은 축산폐수 저장조로보내어져 처리가 이루어지게 된다.

마지막 공정으로서, 가압부상 처리가 완료된 혼합폐수는 탈질공정이 포함된 생물학적 처리를 거쳐 방류가 이루어지게 된다. 즉, 톱밥발효 정화조로부터의 침출여액과 음식쓰레기 세척폐수중에는 다량의 유기성 오염물질이 포함되어 있으므로 활성오니법 등과 같은 생물학적 처리를 하여야 하며, 또한 폐수중에는 다량의 질소 성분이 포함되어 있으므로 반드시 탈질공정이 포함된 생물학적 처리를 거쳐 적정기준치 이내의 질소성분(통상적으로 60ppm 이하)이 되도록 탈질처리 후 방류되어 진다.

상기 본 발명의 방법에 대한 실시예를 도1로 도시된 일련의 처리공정도에 의거하여 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 음식물 쓰레기는 세척수와 함께 세척 및 선별기에 의해서 사료화 및 퇴비화가 불가능한 이물질에 대한 제거가 이루어짐과 아울러 염분, 매운맛, 부패된 물질 및 독성성분 등을 씻어내게 된다. 이때, 음식물 쓰레기중에서 신선하고 양질의 상태가 유지된 것들은 별도로 선별하여 습식사료화 공정이나 건식사료화 공정으로 보내어 사료화 처리를 행하게 되며, 그 외의 사료화가 불가능한 음식물 쓰레기는 분쇄가 행해져서 슬러리 상태로 된 후 집수조에 저장되어 축산폐수와 함께 처리된다.

한편, 상기 세척과정에서 발생된 세척폐수는 톱밥발효 정화시설의 침출여액과 혼합되어 처리된다.

상기 세척 및 선별된 음식물 쓰레기는 사료의 용도에 따라 습식사료화 공정과 건식사료화 공정을 거치게 되는 데, 습식사료화 공정은 세척 및 선별과정에서 나온 젖은 상태의 음식물을 분쇄(습식분쇄)하고 사료의 보관성과 안전성을 높이기 위해 가온, 멸균을 하여 부패균을 사멸시키고, 음식물 쓰레기 사료의 부족되는 영양소를 보충하기 위해 배합사료 및 농업부산물을 혼합하여 발효시키고 축산농가에서 사료로 이용한다.

건식사료화 공정은 세척 및 선별과정에서 나온 음식물 쓰레기를 탈수한 후 증자시설에서 90 ∼ 110℃의 온도로 30분간 증자하여 가공에 따른 영양소 파괴를 최소화시키고, 2차적으로 90℃에서 1시간 동안 건조시켜 수분함량을 10% 이하로 낮춘 후 로터리방식으로 냉각시켜 수분함량을 6% 정도가 되도록 한다. 이어서, 햄머밀을 이용하여 분쇄한 후 진동채로 이물질을 제거하여 배합사료 원료로 이용하거나 축산농가에 공급하여 기존 배합사료와 혼합하여 사용한다.

한편, 축사에서 발생된 축분뇨는 세척 및 선별 후 분쇄되어 슬러리 상태로 된 음식물 쓰레기와 함께 집수조에 혼합저장된다.

집수조에 저장된 음식물 쓰레기와 축산분뇨의 혼합폐수는 하부에 접촉여재가 구비되어 정화처리가 가능한 접촉여재조가 구비된 톱밥발효 정화조로 약 3일의 주기로 공급된다.

상기 톱밥발효 정화조로 유입된 혼합폐수중의 유기물은 호기성 미생물에 의해 분해가 이루어지게 되며, 혼합폐수중의 고형물질은 톱밥발효 정화조의 톱밥층과 혼합되어 약 6개월간 발효가 이루어져 퇴비화된 후 포장과정을 거쳐 유기질 비료로 판매된다.

그리고, 톱밥발효 정화조로 유입된 혼합폐수중 약 30%는 침출여액으로 발생되어 음식물 쓰레기 세척수와 함께 여액 저장조에 저장되어 균질화되어 가압부상조로 이송된다.

이어서, 가압부상조에서 처리가 완료된 폐수는 유량조정조를 거쳐 탈질공정이 포함된 생물학적 처리공정에 의해 미처리된 잔류오염물질과 질소의 농도를 적정기준치 이하로 처리한 후 최종적으로 외부로 방류하게 된다.

이때, 상기 탈질공정이 포함된 생물학적 처리공정과 방류조 사이에는 정화처리의 정도를 보다 높이기 위해 별도의 정화처리 시설이 부가적으로 장치될 수도 있을 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 종전에 별도의 처리설비를 통하여 각기 처리되던 음식물 쓰레기와 축산폐수를 단일 설비를 이용하여 동시에 처리할 수 있음에 따라 처리비용의 절감을 도모할 수 있다.

즉, 종전의 음식물 쓰레기를 소각 방식으로 처리하는 경우 막대한 소각시설 설치 및 운용 비용을 필요로 하게 되고 또한 소각으로 인한 다이옥신 방출문제 및 대기오염의 문제가 있었고, 매립처리 방식의 경우 매립지 확보의 곤란성과 침출수 발생의 문제가 있었으며, 음식물 쓰레기를 바로 퇴비화 처리를 할 경우 토양에 염분이 축적되어 작물의 고사원인으로 작용하는 문제가 있었으나, 본 발명의 방법에 의하면 상기의 제반 문제점 들이 배제된다.

특히, 본 발명에서는 음식물 쓰레기의 사료화를 통해 대부분을 수입에 의존하고 있는 사료에 대한 수입대체 효과를 기대할 수 있고, 본 발명의 방법으로 얻어진 사료는 약간의 염분을 포함하고 있기 때문에 이를 배합사료와 혼합하여 가축에 급여하는 경우 배합사료에 별도로 소금을 첨가하지 않아도 되는 이점이 있다.

그리고, 본 발명은 음식물 쓰레기와 축산폐수 각각이 지니고 있는 특성의 상호 보완작용에 의해서 퇴비화를 위한 분해가 촉진되어 양질의 퇴비를 생산할 수 있고, 별도의 화학약품을 필요로 함이 없이 물리적, 생물학적 처리만을 통해서 퇴비화가 이루어지므로 처리에 소요되는 부대비용을 줄일 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 톱밥발효 정화시설을 이용하여 축산분뇨를 처리함으로써 다량의 유기성 고형물질이 포함된 축산분뇨중의 분과 뇨를 분리하지 않은 상태로 효율적으로 처리하므로 기존의 분,뇨 분리를 위한 시설비와 노동력의 절감을 기할 수 있고, 그간 수급문제로 퇴비화의 장해요인으로 되어 왔던 수분조절재(톱밥 등)의 사용량이 90% 이상 줄어들기 때문에 경제적이며, 특히 슬러리 돈사가 안고 있던 퇴비화나 정화처리의 문제점을 해결할 수 있다.

그리고, 종래의 고농도 축산폐수 처리시에는 많은 에너지와 화학약품을 투입하여 고액분리한 폐수를 생물학적으로 처리를 하는 한편으로 그 과정에서 발생된 고액분리 협잡물과 슬러지는 별도의 퇴비화 처리를 해야 했으나, 본 발명의 톱밥발효 정화시설을 이용한 축분뇨 처리시에는 전혀 약품을 투입하지 않고 발효와 정화를 동시에 수행함으로써 상부 발효조에서의 유기성 고형분에 대한 퇴비화와 병행하여 하부 정화시설로 내려온 여액의 정화처리가 상당히 이루어져서 후속되는 생물학적 처리공정에서의 오염부하량을 감소시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서는 6개월간에 걸친 발효에 의해 톱밥속의 리그닌까지 분해되어 양질의 퇴비가 얻어지게 되고, 발효조 하부의 접촉여재층에 사용되고 남은 에어가 발효층에서 재사용되며, 특히 겨울철에는 차가운 공기가 접촉여재층을 거쳐서 발효층에 도달되므로 온도저하에 따른 발효효율의 저하가 방지되는 예열작용을 기대할 수 있다.

이에 더하여, 본 발명에서는 축산폐수를 단독으로 처리할 경우에 지적되는 문제점의 하나인 발효조의 열량부족 문제를 음식물 쓰레기를 이용하여 해결할 수 있고, 또한 정화처리시 발생하는 외부탄소원 부족문제를 음식물 쓰레기 세척수를 이용하여 탄소원을 공급하므로 적절한 C/N비를 유지할 수 있는 이점이 있다.

Claims (4)

1. 음식물 쓰레기와 축산폐수를 동시에 처리하는 방법으로서, 음식물 쓰레기를 선별하고 세척하여 염분을 제거하는 단계와, 염분이 제거된 상태의 음식물 쓰레기를 분쇄하여 슬러리 상태화하는 단계와, 상기 슬러리 상태의 음식물 쓰레기를 축분뇨와 함께 집수조에서 혼합하는 단계와, 다공성 바닥면을 중심으로 그 하부에 접촉여재조가 구비되고 바닥면 상부로는 톱밥이 채워지며 외부로부터 접촉여재조와 다공성 바닥면을 경유하여 공기의 공급이 이루어지는 톱밥 발효 정화조 내부의 톱밥 상면으로 상기 집수조에 저장된 음식물 쓰레기와 축산폐수의 혼합폐수를 주기적으로 살포하는 단계와, 살포된 음식물 쓰레기와 축산폐수의 혼합물과 톱밥을 교반시키면서 에어를 공급하여 발효가 이루어지도록 하여 퇴비화하는 단계와, 상기 음식물 쓰레기의 세척과정에서 발생된 세척수와 톱밥발효 정화조의 접촉여재조를 거쳐 나온 침출여액을 저장하여 폐수의 농도를 균질화하는 단계와, 가압부상조에서 균질화된 폐수중의 이물질을 부상시켜 부상된 스컴을 제거하는 단계 및 가압부상 처리를 거친 폐수를 생물학적 처리를 통해서 탈질 및 잔류오염물질 처리를 하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 음식물 쓰레기와 축산폐수의 혼합처리 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 음식물 쓰레기의 선별 및 세척단계에서 염분 및 매운맛이 제거된 음식물 쓰레기중 사료화가 가능한 음식물 쓰레기는 이를 건식사료화방식으로 고온에서 증자한 후 건조시켜 분쇄하여 사료화하거나 습식사료화 방식으로 수분이 있는 상태에서 분쇄하여 가온, 멸균 또는 유기산을 처리하여 부패균 등을 사멸시킨 후 배합사료나 농산부산물 등과 혼합발효시켜 사료화하고, 사료화가 어려운 상태의 음식물 쓰레기는 분쇄하여 축산폐수와 혼합해서 퇴비화 함을 특징으로 하는 음식물 쓰레기와 축산폐수의 혼합처리 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 톱밥발효 정화조에서는 축산폐수의 단독처리시 나타나는 발효조의 열량부족이 풍부한 탄소원을 보유한 음식물 쓰레기에 의해 보충되어 적절한 C/N비가 유지됨으로써 발효의 활성화가 이루어지고, 그 내부의 발효조로 공기가 공급되어 미생물에 의한 악취물질의 분해가 이루어져서 음식물 쓰레기 처리시 발생하는 악취가 방지됨을 특징으로 하는 음식물 쓰레기와 축산폐수의 혼합처리 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 톱밥발효 정화조로부터의 침출여액에 대한 정화처리는 외부 탄소원의 부족분이 음식물 쓰레기 세척수중의 유기물에 의해 보충됨으로써 별도의 외부 탄소원을 공급함이 없이 고효율의 탈질공정이 포함된 생물학적 처리가 이루어짐을 특징으로 하는 음식물 쓰레기와 축산폐수의 혼합처리 방법.