KR100226612B1 - Method of organic wastes and its device - Google Patents
Method of organic wastes and its deviceInfo
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Abstract
[목적][purpose]
고형분이 10wt% 이상인 유기성 폐기물의 경우에는 유기산 생성균을 고정화한 칼슘 알지네이트 비드(bead) 혹은 각종 여재 등을 채운 충전층 구조의 1단계 산발효조가 유기성 폐기물중에 함유되어 있는 고농도의 고형분이나 그 외에 비중이 크거나 작은 협잡물에 의해서 폐색되지 않고, 또한 메탄발효를 고효율화할 수 있는 유기성 폐기물의 처리방법 및 장치를 제공함을 목적으로 한다.In the case of organic wastes having a solid content of 10 wt% or more, a first-stage acid fermentation tank having a packed bed structure filled with calcium alginate beads or various filter media immobilizing organic acid-producing bacteria is used as a solid substance having a high concentration, And it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for treating organic wastes which are not obstructed by large or small contaminants and which can increase the efficiency of methane fermentation.
[구성][Configuration]
유기성 폐기물을 스크류피더(2)를 통하여 가수분해 / 산생성발효조(3)의 중앙부에 넣고 교반익과 스키머(5)가 달린 교반기(4)로 완속 교반하여 가수분해 / 산생성 발효시키면서 상기 발효색을 포함하는 슬러리를 산발효액 배출구(9-2)와 슬러리펌프(8')를 통하여 메탄발효조(10)의 저부의 메탄발효 슬러리층(11)에 단속적 또는 연속적으로 주입하여 메탄발효가 일어나게 하고 메탄발효조(10)의 여재충전층(13)을 통과한 메탄발효 상징액층(12)의 발효액을 가수분해 / 산생성발효조(3)로 재순환시켜서 됨을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 처리방법이며, 둘째, 도면에 도시한 바와 같이 교반기(4), 교반기(4)축과 같은 축에 설치한 스키머(5), 투입구호퍼(1), 스크류피더(2)가 설치된 가수분해 / 산생성발효조(3)와 산발효액유입구(9-6), 메탄발효액 배출구(9-3), 가스배출구(9-7), 여재충전층(13)이 설치된 메탄발효조(10)를 산발효액 배출구(9-2)와 슬러리펌프(8')와 산발효액 유입구(9-6)를 통하여 연결하고, 또한 전기 가수분해 / 산생성발효조(3)와 전기 메탄발효조(10)를 재순환액 유입구(9-4)와 메탄발효액 배출구(9-3)를 통하여 이루어짐을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 처리장치이다.The organic waste is placed in the central portion of the hydrolysis / acid production fermentation tank 3 through the screw feeder 2 and stirred with the stirrer 4 with a stirrer 4 equipped with a skimmer 5 for hydrolysis / Is intermittently or continuously injected into the methane fermentation slurry layer (11) at the bottom of the methane fermentation tank (10) through the acid fermentation liquid outlet (9-2) and the slurry pump (8 ') to cause methane fermentation, Wherein the fermentation liquid of the methane fermentation supernatant layer (12) which has passed through the filter rechargeable layer (13) of the fermentation tank (10) is recycled to the hydrolysis / acid production fermentation tank (3) A hydrolysis / acid production fermenter 3 provided with a skimmer 5, an inlet hopper 1 and a screw feeder 2 provided on the same axis as the stirrer 4 and the agitator 4, The inlet 9-6, the methane fermentation liquid outlet 9-3, The methane fermentation tank 10 in which the rechargeable layer 13 is installed is connected to the acid fermentation liquid outlet 9-2 through the slurry pump 8 'and the acid fermentation liquid inlet 9-6, Wherein the electrohydrolysis / acid production fermentation tank (3) and the electro-methane fermentation tank (10) are connected through a recycle liquid inlet (9-4) and a methane fermentation liquid outlet (9-3).
Description
제1도는 2단 메탄발효 공정도이다.Figure 1 shows a two stage methane fermentation process.
제2도는 가수분해 / 산생성발효조의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of the hydrolysis / acid production fermenter.
제3도는 메탄발효조의 단면도이다.Figure 3 is a cross-sectional view of the methane fermenter.
도면중 주요부분에 대한 부호의 설명DESCRIPTION OF THE REFERENCE SYMBOLS
1 : 투입구호퍼 2 : 스크류피더1: Feed hopper 2: Screw feeder
3 : 가수분해/산생성발효조 4 : 교반기3: hydrolysis / acid production fermenter 4: stirrer
5 : 스키머 6, 6' : 침강부5: skimmer 6, 6 ': settling portion
7 : 드럼스크린 8 : 슬러리펌프7: Drum screen 8: Slurry pump
8' : 슬러리펌프 9-1 : 산발효조 고형분 배출구8 ': Slurry pump 9-1: Solid fermentation tank solid outlet
9-2 : 산발효액 배출구 9-3 : 메탄발효액 배출구9-2: Acid fermentation solution outlet 9-3: Methane fermentation solution outlet
9-4 : 재순환액 유입구 9-5 : 고형분 탈수액 유입구9-4: Recirculating fluid inlet 9-5: Solid dehydrate fluid inlet
9-6 : 산발효액 유입구 9-7 : 가스배출구9-6: Acid fermentation liquid inlet 9-7: Gas outlet
10 : 메탄발효조 11 : 메탄발효 슬러리층10: methane fermentation tank 11: methane fermentation slurry layer
12 : 메탄발효 상징액층 13 : 여재충전층12: methane fermentation supernatant layer 13: female rechargeable layer
14 : 가스저장조14: Gas storage tank
[산업상의 이용분야][Industrial Applications]
본 발명은 유기성 폐기물의 처리방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and an apparatus for treating organic wastes.
[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술][TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION AND RELATED ART OF THE SAME]
[종래의 기술][0003]
유기성 폐기물을 가수분해/ 산생성 단계(이하 산발효 단계로 약칭)와 메탄발효 단계로 나누어 2단계로 처리할 수 있는 것은 공지의 사실이다.It is a known fact that the organic waste can be treated in two steps by dividing it into a hydrolysis / acid production step (hereinafter abbreviated as an acid fermentation step) and a methane fermentation step.
일반적으로 혐기성 메탄발효는 10%이내의 고형분을 갖는 유기성 폐수처리에 널리 사용되는 방법으로 단일 발효조애늬 체류시간을 20일 정도로 조절하여 각종 통기성, 혐기성 발효균의 작용으로 폐수중의 유기물질을 유기산 및 메탄가스로 순차적으로 분해, 제거하는 방법이다. 이러한 폐수처리용 메탄가스 발생장치는 10%이상의 분해가 쉬운 유기성 고형분을 갖는 고농도의 폐수 혹은 폐기물이 투입되면 다량의 초산, 프로피온산 및 부틸산 등의 생성되면서 메탄발효가 쉽게 일어나지 않고 유기산의 생성도 정체된다. 그 원인은 이들 유기산이 생성되면 산발효균 자신과 메탄발효균들이 유기산의 저해를 받으며 산도(pH)가 낮은 상태에서는 메탄발효균이 쉽게 증식할 수 없기 때문이다.Generally, anaerobic methane fermentation is a widely used method for treating organic wastewater having a solid content within 10%, and it is possible to control the single fermentation retention time to about 20 days, Methane gas. The methane gas generator for treating wastewater generates methane gas such as acetic acid, propionic acid, and butanoic acid in a large amount when organic wastewater or organic wastewater having 10% or more organic wastewater is easily decomposed, do. The reason for this is that acidic fermenting bacteria themselves and methane fermenting bacteria are inhibited by organic acids when these organic acids are produced, and methane fermenting bacteria can not easily grow when pH is low.
따라서, 단일 발효기를 사용할 경우 비록 체류 시간을 크게 한다 할지라도 한꺼번에 다량의 유기물을 투입하면 2∼3일 후에 다량의 유기산이 발생하여 발효기전체에 퍼지면서 메탄발효를 심각하게 저해하여 산발효 단계에서 반응이 멈추어 버릴 수도 있다. 이와같이 되면 대형발효기를 멈추고 비운다음 다시 혐기성균 슬럿지를 접종하여 재시동하여야 하며 이를 위하여 수개월이 소요될 것이다.Therefore, if a single fermenter is used, even if the residence time is increased, if a large amount of organic matter is added all at once, a large amount of organic acid is generated after 2 to 3 days and spread to the entire fermenter, seriously inhibiting methane fermentation, It may stop. In this case, the large fermenter should be stopped and emptied, then the anaerobic sludge should be inoculated again and restarted.
발효기를 2개로 구분하여 산발효와 메탄발효가 각각 다른 발효기에서 순차적으로 일어나도록 하여 1단계에서는 산발효가 일어나도록 하고 2단계에서는 생성된 유기산을 유량을 조절하여 메탄발효조에 공급하면 유기산의 분해에 따른 안정된 메탄발생를 일으킬 수 있다.The fermentation is divided into two, and acid fermentation and methane fermentation are sequentially performed in different fermentors. In the first step, acid fermentation occurs. In the second step, the organic acid produced is supplied to the methane fermentation tank by controlling the flow rate of the organic acid. Can lead to stable methane generation.
한편, 이와 같이 하면 고형분 함량이 5wt% 이하인 유기성 폐수 등을 처리하는 경우에도 크게 문제점이 없지만 고형분이 10wt% 이상인 유기성 폐기물의 경우에는 유기상 생성균을 고정화한 칼슘 알지네이트 비드(bead) 혹은 각종 여재 등을 채운 충전층 구조의 1단계 산발효조는 유기성 폐기물중에 함유되어 있는 고농도의 고형분이나 그 외에 비중이 크러나 작은 협잡물에 의해서 폐색되는 문제점이 있다.On the other hand, in this case, even when organic wastewater having a solid content of 5 wt% or less is treated, organic wastes having a solid content of 10 wt% or more do not have problems, but calcium alginate beads or various kinds of filter media filled with organic- The first-stage acid fermentation tank of the packed bed structure has a problem that the solid content contained in the organic waste is high, and the specific gravity is increased but is blocked by small particles.
[발명이 해결하려는 과제][Problem to be solved by the invention]
위와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해서, 고형분이 10wt% 이상인 유기성 폐기물의 경유에는 유기산 생성균을 고정화한 칼슘 알지네이트 비드(bead) 혹은 각종 여재 등을 채운 충전층 구조의 1단계 산발효조가 유기성 폐기물중에 함유되어 있는 고농도의 고형분이나 그 외에 비중이 크거나 작은 협잡물에 의해서 폐색되지 않고, 또한 메탄발효를 고효율화할 수 있는 유기성 폐기물의 처리방법 및 장치를 제공함을 목적으로 한다.In order to solve the above-mentioned conventional problems, in a light oil of an organic waste having a solid content of 10 wt% or more, a first stage acid fermentation tank having a packed bed structure filled with calcium alginate beads or various filter media immobilized with organic acid- It is another object of the present invention to provide a method and an apparatus for treating organic wastes which are capable of achieving high efficiency of methane fermentation without being obstructed by solid matter having a high concentration or a large or small specific gravity.
[과제를 해결하기 위한 수단][MEANS FOR SOLVING THE PROBLEMS]
첫째, 유기성 폐기물을 스크류피더(2)를 통하여 가수분해 / 산생성발효조(3)의 중앙부에 넣고 교반익과 스키머(5)가 달린 교반기(4)로 완속 교반하여 가수분해 / 산생성 발효시키면서 상기 발효액을 포함하는 슬러리를 산발효액 배출구(9-2)와 슬러리 펌프(8')를 통하여 메탄발효조(10)의 저부의 메탄발효 슬러리층(11)에 단속적 또는 연속적으로 주입하여 메탄발효가 일어나게 하고 메탄발효조(10)의 여재충전층(13)을 통과한 메탄발효 상징액층(12)의 발효액을 가수분해 / 산생성발효조(3)로 재순환시켜서 됨을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 처리방법을 제공하며,First, the organic waste is put into the central part of the hydrolysis / acid production fermentation tank 3 through the screw feeder 2 and is agitated by stirring with a stirrer 4 equipped with a skimmer 5 for hydrolysis / Is intermittently or continuously injected into the methane fermentation slurry layer 11 at the bottom of the methane fermentation tank 10 through the acid fermentation liquid outlet 9-2 and the slurry pump 8 'to cause methane fermentation, Characterized in that the fermentation broth of the methane fermentation supernatant layer (12) which has passed through the female rechargeable layer (13) of the fermentation tank (10) is recycled to the hydrolysis / acid production fermentation tank (3)
둘째, 도면에 도시한 바와 같이, 교반기(4), 교반기(4)축과 같은 축에 설치한 스키머(5), 투입구호퍼(1), 스크류피더(2)가 설치된 가수분해 / 산생성발효조(3)와 산발효액유입구(9-6), 메탄발효액 배출구(9-3), 가스배출구(9-7), 여재충전층(13)이 설치된 메탄발효조(10)를 산발효액 배출구(9-2)와 슬러리펌프(8')와 산발효액 유입구(9-6)를 통하여 연결하고, 또한 전기 가수분해 / 산생성발효조(3)와 전기 메탄발효조(10)를 재순환액 유입구(9-4)와 메탄발효액 배출구(9-3)를 통하여 이루어짐을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 처리장치를 제공함을 목적으로 한다.Secondly, as shown in the figure, a hydrolysis / acid production fermenter (1) equipped with a skimmer (5), an inlet hopper (1), and a screw feeder (2) provided on the same axis as the stirrer And the methane fermentation tank 10 provided with the acid fermentation liquid inlet 9-6, the methane fermentation liquid outlet 9-3, the gas outlet 9-7 and the female rechargeable bed 13 are connected to the acid fermentation liquid outlet 9-2 And the slurry pump 8 'and the acidic fermentation liquid inlet 9-6 and the electrohydrolysis / acid production fermentation tank 3 and the electromechanical fermentation tank 10 are connected to the recycle liquid inlet 9-4 And a methane fermentation solution outlet (9-3). The present invention also provides an apparatus for treating organic wastes.
본 발명을 더 상세히 설명하면 첫단계의 산발효조에서 도시 및 산업폐기물에 다종, 다량 존재하는 협잡물을 제거함과 동시에 산생성 발효가 일어나도록 고안한 것이며 2단계의 메탄발효조는 산액 유입구 하부의 유체흐름을 제한하거나 용적을 크게하여 슬럿지 및 미발효 잔사의 침강 및 배출을 쉽도록 발명한 것이다. 덧붙여 메탄발효조의 유출수와 메탄발효조의 하부에서 유출되는 미발효 잔사를 포함한 슬럿지의 탈수액은 산발효조 상부로 이송 재순환하여 동 발효액의 산성화를 방지함으로써 가수분해 / 산생성 반응을 촉진토록 하였다. 이 공정에서 처리가 가능한 폐기물은 신속히 가수분해 될 수 있는 대부분의 유기성 폐기물을 포함하여 구체적으로는 각종 유기성 슬럿지등 산업폐기물, 도시 폐기물중의 음식폐기물등 유기성 부분, 과일, 야채, 가축분뇨 등의 종산 유기성 폐기물을 들 수 있다.The present invention will be described in more detail. In the first stage acid fermenter, it is designed to remove many kinds of abundant contaminants present in urban and industrial wastes as well as acid production fermentation. In the two-stage methane fermentation tank, And the sedimentation and discharge of the sludge and the unfermented residue can be easily made. In addition, the sludge dewatering fluid, including the effluent from the methane fermentation tank and the unfermented residue from the bottom of the methane fermentation tank, was transferred back to the top of the acid fermenter to prevent acidification of the fermentation broth, thereby promoting the hydrolysis / acid production reaction. The wastes that can be treated in this process include most organic wastes that can be rapidly hydrolyzed, and specifically include industrial wastes such as organic sludge, organic wastes such as food wastes in municipal wastes, seeds of fruits, vegetables, Organic wastes.
본 발명에서는 5∼20rpm 이하로 서서히 교반되는 가수분해 / 산생성발효조(3)(이하 산발효조라 칭함)를 이용하여 동발효조에서 이산화탄소 기포입자를 수반하는 저비중 혹은 표면적이 큰 고형물은 상층부로 산을 포함한 액은 발효조의 중층부로 비중이 큰 무기물 혹은 금속등은 하층부로 부리 되도록 하여 미처 분해되지 않은 고형물이 메탄발효조로 투입되는 것을 방지하고 메탄발효조에 산발효액을 효율적으로 공급하도록 하였다. 또한 메탄발효조 유출액은 산발효조 상부에 재순환 시켜서 고형물층에 골고루 뿌려지게 하고, 5∼20rpm 이하의 완속 교반에 의하여 유기성 고형물과 뿌려진 재순환수가 잘 혼합되도록하여 발효조 내부의 pH를 5∼6 범위로 적절히 제어함으로써 유기산의 생성효율을 증대시켰다. 원료투입은 산발효조 내부의 중상부에 하여 가수분해 / 산생성 반응이 촉진될 뿐 아니라 방금 투입된 폐기물이 바로 침강하여 메탄발효조로 이송되거나 바닥으로 침강하는 것을 방지하였다. 그리고 산발효기의 저층부로는 투입되는 폐기물에 포함될 수도 있는 고비중 물질이 침강하여 침적되게 되며 이는 주기적으로 발효조 하부로 배출하므로서 발효조의 유효용적이 줄어드는 것을 방지하였다.In the present invention, by using a hydrolysis / acid production fermentation tank 3 (hereinafter referred to as an acid fermentation tank) slowly stirred at 5 to 20 rpm or less, a solid having a low specific gravity or large surface area accompanied by carbon dioxide bubbles in the fermentation tank, Was prevented from entering into the methane fermentation tank and the acidic fermentation broth was efficiently supplied to the methane fermentation tank. In addition, the effluent from the methane fermentation tank is recycled to the upper part of the acid fermentation tank to uniformly spray the solids layer, and the pH of the fermentation tank is appropriately controlled within the range of 5 to 6 by allowing the organic solids and the recirculated water to be mixed well by slow stirring below 5 to 20 rpm Thereby increasing the production efficiency of the organic acid. In addition to accelerating the hydrolysis / acid production reaction, the feedstock was accelerated in the middle part of the acid fermentation tank, and the wastes that had just been injected were immediately precipitated and prevented from being sent to the methane fermentation tank or settling down to the bottom. In the lower part of the acid fermenter, high-boiling substances, which may be contained in the waste, are settled down and discharged periodically to the lower part of the fermenter, thereby preventing the effective volume of the fermenter from being reduced.
산발효조와 메탄발효조의 용적비는 산발효와 메탄발효의 속도를 감안하여 약 1대 2에서부터 1대 4로 할 수 있으며 산발효조에서 메탄발효조로 그리고 다시 산발효조로 순환되는 재순환의 유량은 산발효조에의 체류시산이 약 1.2일 이내 메탄발효조에의 체류시간 2.4∼3.6일 내외로 되도록 하는 것이 최적이다. 한편, 고형분 함량 20∼40wt%의 유기성 폐기물의 양 발효조 내의 평균 체류 시간은 21일 정도로 하는 것이 좋았다.The volume ratio of the acid fermentation tank and the methane fermentation tank can be about 1 to 2 to 1 to 4 in view of the rate of acid fermentation and methane fermentation, and the recirculation flow rate from the acid fermentation tank to the methane fermentation tank and from the acid fermentation tank to the acid fermentation tank, Is within about 1.2 days and the residence time in the methane fermentation tank is within about 2.4 to 3.6 days. On the other hand, the average residence time in the fermentation tank of the organic waste having a solid content of 20 to 40 wt% is preferably about 21 days.
한편, 산발효조와 메탄발효조는 각 발효기의 외벽을 가열함으로써 공히 내부온도가 상시 36∼38℃가 되도록 하였으며 메탄발효조는 하수처리장 혐기소화 슬럿지를 투입하여 식종하였다.On the other hand, the acid fermenter and the methane fermenter heated the outer wall of each fermenter so that the internal temperature was constantly in the range of 36 to 38 ° C. The methane fermenter was fed with the anaerobic digestion sludge of the sewage treatment plant.
이와 같이 특별히 고안된 산발효조와 메탄발효조를 연결하여 2단계로 혐기발효를 시행하고 각 반응기의 하부에 침강부를 설치하여 협잡물과 미전환 슬럿지를 제거하고 메탄발효 여액을 재순환하면 기존의 단상 혹은 이상 혐기소화 공정과 비교하여 다음과 같은 장점이 있다.In this way, a specially designed acid fermentation tank and a methane fermentation tank are connected to each other to perform anaerobic fermentation in two stages, and a sedimentation unit is installed in each reactor to remove impurities and unconverted sludge. When the methane fermentation filtrate is recirculated, Compared with the process, there are the following advantages.
완전혼합 산발효기와 대비할 때 완만한 교반으로 층분리가 일어나므로 미발효된 고형물이 배출되거나 메탄발효기에 투입되어 메탄발효를 불완전하게 할 염려가 없으며 고비중의 협잡물이 메탄발효조 하부로 다량 침강하여 문제를 일으키는 것도 방지할 수 있다.In comparison with the fully mixed acid fermenter, the layer separation occurs due to gentle agitation. Therefore, there is no fear that the non-fermented solid matter is discharged or injected into the methane fermenter to incomplete methane fermentation, and the heavy burden is precipitated into the lower portion of the methane fermenter Can also be prevented.
산발효조와 메탄발효조의 하부에서 나오는 미소화잔사는 C/N비 22.3, 수분함량 88%로서 이를 호기성 퇴비화할 경우 C/N비 14, 수분함량 30%의 안정된 유기성 퇴비가 생성된다.The C / N ratio and moisture content of the microbial residue from the bottom of the acid fermentation tank and the methane fermentation tank are 22.3 and 88%, respectively. The aerobic composting produces a stable organic compost with a C / N ratio of 14 and a moisture content of 30%.
가수분해되고 산발효가 진행되면 생성된 약간의 고형물을 포함한 유기산은 산발효기의 중앙 하단부에서 펌프를 통하여 메탄발효기로 일정한 유량으로 이송된다. 부틸산, 프로피온산, 아세트산을 주로 포함하는 유기산액은 메탄발효조 하단부에서 전체 높이의 약 5∼10% 부위에 유입하여 아래쪽으로 미활성 슬럿지 및 미반을 고형물등이 침강되게 하며 발효조 상단에는 적당한 높이의 충전물층을 설치하여 혐기성 균주 바이오매스의 유출을 방지한다.When hydrolysis and acid fermentation proceeds, the organic acid containing some of the solid produced is transported at a constant flow rate from the center of the acid fermenter through the pump to the methane fermenter. The organic acid solution mainly containing butyric acid, propionic acid and acetic acid flows into the 5 to 10% portion of the total height at the lower end of the methane fermentation tank so that the undried active sludge and the undissolved solid matter are precipitated. At the upper end of the fermentation tank, Layer to prevent the outflow of anaerobic strain biomass.
이와 같이 고안된 메탄발효조의 장점을 보면, 상단부 여재 충전층은 고부하에서도 활성 혐기성균의 유출을 방지하여 안정성이 높고 메탄발효의 효율이 높다.The advantage of the methane fermentation tank designed in this way is that the top layer filter layer prevents the outflow of active anaerobic microorganisms even at high loads, and thus has high stability and high efficiency of methane fermentation.
상기한 산발효조 상단 혹은 하단에서 배출되는 협잡물은 매립하거나 소각하며 메탄발효조의 하부에서 배출되는 메탄발효 슬럿지를 일부 포함하는 미전환 고형물은 탈수된 다음 일반적인 슬럿지 건조기나 호기성 퇴비화 장치를 사용하여 건조 혹은 부숙되어 퇴비나 토양개량제로 유용하게 쓰일 수 있다.The untransformed solids containing a part of the methane fermentation sludge discharged from the bottom of the methane fermentation tank are dewatered and dried or composted using a general sludge dryer or an aerobic composting apparatus, It can be useful as a compost or soil conditioner.
이하 본 발명을 제1도 내지 제3도에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3.
파쇄기, 선별기 등으로 구성된 유기성 폐기물의 전처리 선별 장치를 거친 유기성 폐기물을 다량 함유한 폐기물은 제1도에서와 같이 투입구호퍼(1)를 거쳐 스크류피더(2)로 산발효조(3)의 중앙부로 도입된다. 산발효조(3)내부에는 패들(paddle)타입의 교반익이 교반기(4)축선을 따라 적정한 간격으로 배치되며, 이 교반기(4)는 내부에 충전된 슬러리를 발효조의 직경에 따라 5∼20rpm 으로 서서히 저어준다. 이와 같이 함으로써 도입된 고형 폐기물은 발효조 내부에 골고루 분산되어 가수분해 / 산생성화 되며 미전환 고형물은 발효조 내부에 골고루 분산되어 가수분해 / 산생성화 되며 미전환 고형물은 저비중 혹은 표면적이 큰 것은 발효조의 상부로 고비중의 것은 발효조의 하부로 침강하게 된다.Waste containing a large amount of organic waste having passed through a pretreatment / sorting device for organic waste composed of a crusher, a sorter, etc. is introduced into the center portion of the acid fermentation tank 3 through the inlet hopper 1 and the screw feeder 2 as shown in FIG. do. In the acid fermentation tank 3, paddle-type stirring wirings are arranged at proper intervals along the axis of the stirrer 4, and the stirrer 4 is rotated at 5 to 20 rpm depending on the diameter of the fermenter Stir slowly. In this way, the solid waste introduced is uniformly dispersed in the fermentation tank to be hydrolyzed / produced, and the non-converted solid is uniformly dispersed in the fermentation tank to be hydrolyzed / produced, while the unconverted solid substance having a low specific gravity or large surface area, And those in the high boiling water are settled down to the bottom of the fermentation tank.
산발효조(3)의 상부로 부상된 미전환 고형물은 교반기(4)와 동일 축선상에 연결된 스키머(5)날개에 의하여 산발효조 벽으로 모아져서 고형분배출구(9-1)로 배출되며 산발효조 하부의 원추형 침강부(6)에 가라앉은 고형물은 배출밸브와 슬러리펌프(8)를 통하여 외부로 배출된다. 배출물은 드럼스크린(7), 스크류 프레스 혹은 필터 프레스와 같은 탈수기로 탈수하여 매립하거나 소각하며 탈수여액은 전량산발효조의 고형분 탈수액 유입구(9-5)로 반송한다.The untransformed solids floated on the upper part of the acid fermentation tank 3 are collected into the acid fermentation tank wall by the wings of the skimmer 5 connected to the same axis as the stirrer 4 and discharged to the solid outlet 9-1, The solids settled in the conical settling portion 6 of the slurry pump 8 are discharged to the outside through the discharge valve and the slurry pump 8. The effluent is dewatered by a dehydrator such as a drum screen (7), a screw press or a filter press to be buried or incinerated, and the dehydrated filtrate is returned to the solid dehydration solution inlet (9-5) of the acid fermentation tank.
산발효조(3)상부로는 pH 7∼8 정도의 메탄발효조(10)의 상징액이 발효기 벽을 따라 골고루 유입되어 발효조의 액량을 유지시키며 폐기물은 그 속에서 서서히 분산되며 슬러리 상태로 산발효를 일으키게 된다. 이와같이 생성된 부틸산, 프로피온산, 아세트산, 발레릭산, 카프로익산 등과 일부 고형분을 포함하는 액은 산발효조의 침강부(6) 조금위에 위치하는 산발효액 배출구(9-2)를 통하여 슬러리퍼프(8)로 메탄발효조(10)의 하부로 유입된다.The supernatant of the methane fermentation tank 10 having a pH of about 7 to 8 is uniformly flowed along the wall of the fermentation tank to maintain the liquid level of the fermentation tank, and the waste is gradually dispersed in the upper part of the acid fermentation tank 3, do. The liquid containing some of the solid components such as butyric acid, propionic acid, acetic acid, valeric acid, caproic acid and the like produced in this manner is discharged to the slurry puff 8 through the acid fermentation liquid outlet 9-2 located slightly above the settling portion 6 of the acid fermentation tank. And flows into the lower portion of the methane fermentation tank (10).
메탄발효조(10)의 하부로 유입된 산발효액은 축선을 따라 상부로 이동하며 메탄발효균의 슬러리층(11)과 여재가 충전된 여재층(13), 메탄발효상징액층(12)을 통과하면서 메탄으로 분해 발생하며 상대적으로 조대한 고형물은 상부로의 부상 도중 침강하여 메탄발효조(10)하부의 원추형 침강부(6')에 침적하게 된다. 혐기처리액은 메탄발효조(10)상부의 메탄발효액배출구(9-3)에서 산발효조 상부 재순환액 유입구(9-4)로 연결된 배관을 통하여 자연 유하하여 산발효조(3)로 재순환된다. 발생된 메탄가스(메탄함량 70%내외, 나머지는 이산화탄소)는 메탄발효조(10) 상부 공간으로 포집되고 정압으로 유지되는 멤브레인식 혹은 부상식 가스저장조(14)로 저장되었다가 적정한 연소기에 열원으로 이용된다. 침강부에 침적한 비활성메탄균 슬럿지를 포함한 미전환 고형분은 탈수한 후에 건조하거나 공기로 호기성퇴비화하여 유기질 퇴비 혹은 토양 개량제로서 사용한다.The acid fermentation liquid flowing into the lower portion of the methane fermentation tank 10 moves upward along the axis and flows through the slurry layer 11 of the methane fermenting bacteria, the filter medium layer 13 filled with the filter medium, and the methane fermentation supernatant layer 12, And the relatively coarse solids settles during the lifting of the upper part and is deposited on the conical sedimentary part 6 'under the methane fermentation tank 10. The anaerobic treatment liquid naturally flows down through the piping connected to the acid fermentation tank upper recycle liquid inlet 9-4 from the methane fermentation liquid outlet 9-3 above the methane fermentation tank 10 and recycled to the acid fermentation tank 3. The generated methane gas (about 70% of methane content and the rest of carbon dioxide) is collected in the upper space of the methane fermentation tank 10 and stored in a membrane or adiabatic gas storage tank 14 maintained at a constant pressure. do. Untransformed solids, including inactive methane sludge deposited on sediments, are dehydrated and then dried or aerated composted with air to be used as organic compost or soil conditioner.
실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 이 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.The embodiment will be described in detail as follows. This embodiment is not intended to limit the scope of the present invention.
[실시예 1][Example 1]
유효용적 55의 가수분해 / 산생성발효조와 156의 유효용적 메탄발효의 2단계 발효조를 36∼38℃로 유지하면서 가수분해 / 산생성발효에 집단급식소에서 발생한 음식폐기물 하루 5kg씩 투입하고 10∼15rpm 의 정도로 교반하면서 가수분해 / 산생성발효액 배출구와, 슬러리펌프 및 산발효액 유입구를 통하여 하루에 45씩 메탄발효조에 유입하여 메탄발효를 시키는 한편, 메탄발효 상징액을 메탄발효액 배출구, 재순환액 유입구를 통하여 가수분해 / 산생성발효조의 상부 액면에 자연유하로 골고루 뿌려주어 pH를 5∼6 범위로 유지시키면서 34일간 발효시킨 결과는 표 1과 같다.Effective volume 55 Hydrolysis / acid production fermentation tank and 156 Effective volume of methane Fermentation was carried out in a 2 stage fermenter at 36-38 ℃ while 5kg / day of food wastes generated from a group feeding station was added to the hydrolysis / acid production fermentation. The mixture was stirred at 10-15 rpm for hydrolysis / , Slurry pump and acid fermentation inlets for 45 And the methane fermentation liquid was sprayed evenly over the upper surface of the hydrolysis / acid production fermenter through the methane fermentation liquid outlet and the recycle liquid inlet to maintain the pH in the range of 5 to 6 The results of fermentation for 34 days are shown in Table 1.
[실시예 2][Example 2]
실시예 1에서 교반하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시한 결과는 표 1과 같다.The results obtained in the same manner as in Example 1 are shown in Table 1, except that the stirring was carried out in Example 1.
[실시예 3][Example 3]
실시예 1에서 음식 폐기물 하루 5kg대신에 10kg을 투입하고, 34일 발효 대신에 11일간 발효시킨 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시한 결과는 표 1과 같다.Table 1 shows the results of Example 1 except that 10 kg of food waste was added instead of 5 kg of food waste per day and fermented for 11 days instead of 34 days of fermentation.
[실시예 4][Example 4]
실시예 1에서 음식폐기물 하루 5kg대신에 15kg을 투입하고, 34일 발효시킨 대신에 11일간 발효시킨 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시한 결과는 표 1과 같다.Table 1 shows the results of Example 1 except that 15 kg of food waste was added instead of 5 kg of food waste per day and fermented for 11 days instead of fermentation for 34 days.
표 1에서 VS는 휘발성 고형분을 지칭하며 이는 생물학적 분해가 가능한 폐기물을 뜻한다. 표 1에서 하루 10kg 투입의 예와 같이 폐기물의 수리학적 체류일수가 21일인 경우에는 생분해가 가능한 유기물의 84%가 제거되며 나머지는 퇴비로 만들어져 배출된다. 하루 5kg투입의 예에서 보듯이 이보다 유기물의 부하량이 낮을 경우에는 처리율은 91%로 더욱 높아지며 부하량을 이보다 높인 15kg/일의 경우 처리율은 69%로 낮아졌다. 또한 산발효조를 기계적으로 교반하지 않으면 하루 5kg의 같은 부하량에서도 처리율이 76%로 떨어졌다.In Table 1, VS refers to volatile solids, which refers to biodegradable wastes. As shown in Table 1, when the hydraulic retention days of the waste are 21 days, 84% of biodegradable organic matter is removed and the remainder is made into compost and discharged. As shown in the example of 5kg injection per day, when the load of organic matter is lower, the throughput is increased to 91% and the throughput of the 15kg / day load is lowered to 69%. Also, if the acid fermenter was not mechanically agitated, the throughput was reduced to 76% at the same load of 5 kg per day.
[발명의 효과][Effects of the Invention]
유기성 폐기물, 특히 음식 폐기물의 고형분이 10wt%이상의 것을 처리과정에서, 폐색되는 일없이 또는 유기성 폐기물에 비중이 크거나 작은 협잡물이 혼입되어 있어도 폐색되는 일없이 처리할 수 있고 고효율로 메탄 발효시킬 수 있는 효과가 있다.It is possible to treat organic wastes, especially food wastes, having a solid content of 10 wt% or more, without clogging, or without clogging even when a large or small grains are mixed in organic wastes, and can be fermented with high efficiency It is effective.
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