식품 폐수 처리 – 공정과 처리방법 ARK지식백과 4편

식품 폐수는 가금류, 육류, 유제품, 유류 등의 생산 제품에 따라 폐수를 전처리 해야 하며, 고농도의 폐수가 발생할 수 있기에 전처리 과정을 거쳐야 합니다.

안녕하세요, 에이알케이 홍보실 황민희 입니다. 오늘은 식품 산업 폐수에 대해 알아보고자 합니다.

식품 산업 폐수에서 핵심적이자 골칫거리는 FOG 라고도 불리는 폐지방, 오일-그리스의 식품 폐기물 처리입니다. 일반적인 폐지방은 식으면 굳어져 배수구가 막히고 세균과 악취가 발생합니다.

하수구로 FOG 방출을 줄이기 위한 그리스 트랩은 과부하가 걸리고 제때 비워지지 않을 때 오버플로 될 수
있습니다. 결국 잉여 FOG 가 방출됩니다.

국내 대기업들의 생산 시설은 자동제어나 AI 등으로 인력은 줄이고 생산성을 높이는 발전을 이뤘지만 폐수처리만큼은 철저한 배출기준을 만족해야 합니다. 특히, 위에서 언급한 FOG, 식물성 동물성 폐지방류의 배출입니다.

식품 산업 폐수 설비 또한 환경부가 제시하는 기준에 걸맞게 설비를 진행하고 전처리와 후처리를 통해 배출기준에 걸맞는 시스템을 만들어야 하겠죠?

식품 가공 폐수의 출처

1. 원료의 선택 및 세척과 같은 초기 식품 가공.
2. 원료로부터 제품을 만드는 과정.
3. 가공 기계 및 장비 청소 및 생산 작업장.
4. 근로자 및 직원의 국내 폐수, 위생 및 세척.
5. 공장의 조리 및 식사 구역에서 나오는 폐수.

식품 가공 폐수의 특성

식품 산업과 투입 물질의 다양성으로 인해 폐수의 특성도 매우 다양합니다. 식품 가공 폐수에는 일반적으로 다음이 포함됩니다.

1. 높은 질소 및 인 함량.
2. TSS, BOD, COD, 박테리아 성분의 농도가 매우 높음.
3. 일부 유형의 폐수에는 염분, 색상 및 전분이 포함.
4. 폐수의 흐름은 좋은 편
5. 동식물에서 나오는 유기 물질은 일반적으로 다른 분야의 폐수에 비해 독성이 낮음.

식품 가공 폐수의 오염 매개변수 표

일반적으로 사용되는 식품 가공 폐수 처리 기술

에이알케이는 폐수의 다양한 특성에 적합한 식품 가공 폐수 처리 솔루션을 제안합니다.

1. Flotation – 접촉식 여과와 결합 가능한 호기성 기술 : 채소, 과일 등 유기물이 많이 함유된 폐수에 BOD, 기름때, 부유 침전물 제거에 효과적입니다.
2. 부양 기술 – 혐기성 – 혐기성 – 호기성 : 패스트 푸드 가공, 해산물 가공, 어묵 가공에서 나오는 폐수 – 쇠고기 알갱이, 높은 CHC, 질소, 그리스 또는 높은 침전물에 사용됩니다.
3. 지방 분리 기술 – 혐기성 – 혐기성 – 압력 여과와 결합된 MBBR : 액젓 가공 산업과 같이 CHC, 질소, 그리스가 많고 스케일이 낮은 폐수에 적용됩니다.
4. 물리화학적 및 기계적 처리 방법 : 가축 도살 또는 액젓 가공과 같은 오염 매개변수가 높은 산업에 적용되며, 응집 및 DAF 부유선광과 같은 물리화학적 처리 방법과 결합될 수 있습니다.

■ 농도별 폐수처리-일반적인 식품 폐수 처리방법

◆ 저중농도 BOD폐수(BOD 5,000mg/L 이하)

식품가공, 유업, 제빵, 식육류, 음료 등

◆ 고농도 BOD 영역의 폐수 처리 공정(BOD 5,000mg/L 이상)

전분, 감자, 맥주 등의 식품공장

■ 일반적인 식품 폐수 처리 공정-일반적인 식품 폐수 처리방법

1. 식품 폐수 1차 처리(BOD제거 전처리)

폐수중의 BOD 처리

• 식품 폐수의 BOD를 제거해 공정후반부의 2차 처리를 안정화 시키는 공정입니다.
• 통상 가압 부상 처리(응집 처리) 단계까지를 지칭합니다.
• 목표 제거 성분은 SS, 유분, 고분자의 유기물질의 일부입니다.
• 가압부상 방법은 유분이 많고 SS 비중이 낮은 경우
• 응집처리 방법은 SS 비중이 크고 기포에 잘 부착되지 않는 SS 제거에 사용

무기응집제와 고분자 응집제 사용

• 무기 응집제와 고분자 응집제(음이온)를 사용해 고액분리가 잘 되도록 합니다.
• 응집제는 부유물질을 크게 만들어 분리 속도를 높여주며 응집 침전속도는 SS입자 직경에 비례합니다.
• 무기 응집제는 알루미늄계와 철계 응집제가 있고 고분자 응집제는 음이온성 정도에 따라 구분됩니다.

2. 식품 폐수 2차처리(생물학적처리)

• 2차 처리는 1차 전처리 후에 행해지는 생물학적 처리를 뜻합니다.
• 호기성 처리(활성 오니법)과 혐기 처리로 구분됩니다.
• 혐기성 처리는 높은 BOD폐수에 적용됩니다.

○ 호기 처리
활성 오니법이, 살수 여상, 회전 원판 방법이 있으며 이중 활성 오니법이 가장 많이 사용됩니다.
BOD 부하는 0.5~1.0kgBOD/m³ 가 일반적이며 BOD 제거율은 보통 90~95% 이상입니다.

○ 혐기 처리

• BOD가 높은 경우에 사용됩니다. 혐기처리의 장점은 전기료 등의 설비 운용비용이 낮으며 오니 발생량 저하, 환경 폐기물 감소, 가스 회수 등의 장점도 있습니다.
• 통상 처리수의 BOD 제거율은 85~95%로 후반에 활성오니 공정이 필요한 경우가 생깁니다.
• 식품 가공 공장의 활성 오니처리와 비교하면 설치 면적이 약 60%, 운전비용은 약 70% 절감 가능하다.

2-1. 생물학적 처리 단계의 처리 정보

• SBR 배치 폭기조는 주요 생물학적 처리 단계입니다.
• SBR은 충전, 통기, 침전, 배수 및 휴지의 5단계로 구성된 순환 주기로 작동합니다.
• 폭기 단계에서 폐수는 폐수와 활성 슬러지 사이의 생물학적 반응을 생성하거나 물에 산소를 공급하고 혼합물을 교반하기 위해 폭기됩니다.
• 이 단계에서 질소 암모늄의 질산화가 발생합니다.
• 생물학적 침전 단계는 미생물 플록을 바닥에 침전시키는 것을 돕고 동시에 탱크 표면에 물을 모읍니다.
• 처리과정에서 발생하는 슬러지는 슬러지 탱크로 반입된 후 규정에 따라 압축 및 처리된다.

질산화 과정

암모늄 질소의 질화 과정은 두 단계로 나뉘며 두 가지 유형의 미생물, 즉 Nitrosomonas와 Nitrobacteria가 관련됩니다. 첫 번째 단계에서 암모늄은 아질산염으로 변환되고 두 번째 단계에서는 아질산염이 질산염으로 변환됩니다.

• 1 단계. NH ₄ ^–  + 1.5 O ₂  –> NO ₂ ^–  + 2H ⁺  + H ₂ O
• 2단계. NO ₂ ^–  + 0.5 O ₂  -> NO ₃ ^–

Nitrosomonas와 Nitrobacteria는 위의 반응에서 파생된 에너지를 사용하여 스스로를 유지하고 바이오매스를 합성합니다. 프로세스는 다음 방정식으로 요약할 수 있습니다.

NH ₄ ^–  + 2 O ₂  → NO ₃ ^–  + 2H ⁺  + H ₂ O (*)

새로운 바이오매스 합성

• 유기물의 산화 및 분해:

유기물(BOD) + O ₂  → CO ₂  + H ₂ O + 에너지

• 새로운 세포 합성:

유기물(BOD) + O ₂  + NH ₃  → 미생물 세포 + CO ₂  + H ₂ O + 에너지

• 내인성 분해:

C ₅ H ₇ O ₂ N + O ₂  → CO ₂  + H ₂ O + NH ₃  + 에너지

전체 산화 및 합성 반응은 다음 반응으로 표시됩니다.

NH ₄ + + 1.83O ₂  + 1.98 HCO ₃ – –> 0.021C ₅ H ₇ O ₂ N + 0.98NO ₃ – + 1.041H ₂ O + 1.88H ₂ CO ₃

암모늄을 질산염으로 산화시키는 데 필요한 산소의 양은 4.3 mg O ₂ / 1 mg NH ₄ +가 필요합니다. 이 값은 설계 계산 공식에서 일반적으로 사용되는 4.57 값에 가깝습니다.

4. 마무리 가공 단계

소독 탱크

• 소독조는 물을 저장하고 소독하여 병원성 미생물을 죽이는 역할을 합니다. 폐수 소독에 사용되는 화학 물질은 화합물입니다.
• NaOCl은 높은 살균 효율과 상대적으로 저렴한 비용으로 인해 일반적으로 사용되는 소독제입니다.
• 물 소독 과정은 2단계로 진행된다. 먼저 소독제가 미생물의 세포벽을 통해 확산된 다음 세포 내부의 효모와 반응해 대사를 방해해 미생물을 사멸시킨다.
• 배출수는 산업 단지의 중앙 집중식 폐수 시스템에 투입되기 전 산업 폐수에 대한 국가 기술 규정을 충족합니다.

슬러지 처리

• 물리화학적, 생물학적 처리과정에서 발생하는 슬러지는 슬러지탱크로 이송된다.
• 여기서 물리화학적 슬러지와 생물학적 슬러지는 폴리머 슬러지 압착 보조제와 함께 첨가되어 슬러지 압착기에 투입됩니다.
• 압축 후 슬러지는 규정에 따라 폐기물 처리 장치에서 수집 및 처리됩니다.

탈수처리

식품 공장의 오니는 BOD의 잉여오니 발생량이 많고 VSS가 높습니다. 탈수슬러지 케잌의 함수율을 낮출 목적으로 양/음이온 탈수제, 무기응집제, 폴리머가 사용되며 탈수 방법은 가압식 탈수기 사용이 많고 다중 원반형 탈수기도 이용됩니다.

마치며

에이알케이는 하수폐수처리용 원심탈수기와 스크류프레스를 전문 생산하는 글로벌 기업으로 국내 유수의 다양한 식품폐수용 탈수기를 공급 해 왔습니다. 특히, 관리자가 가장 편하며 운용이 쉬운 원심탈수기는 조달청 우수지정 제품으로 등재되었으며 국내 대기업의 동남아 공장 진출과 정수장용 탈수기를 다수 설치 했습니다.

★ 원심탈수기: 보기
★ 스크류프레스 : 보기

★ 국내 대기업 중동, 동남아 협업 프로젝트: 보기
(주)에스엠 : 오존산화 처리 설비 및 DAF, 터보송풍기
(주)에이알케이 : 원심탈수기, 스크류프레스 개발공급
(주)링콘테크놀로지 : 침전조용 슬러지수집기
(주)동신 이엔테크: DAF 및 토네이도 디퓨저
(주)지오셀코리아 : 지오셀, HDPE시트