KR100279664B1 - Treatment method by anaerobic decomposition of organic waste and its apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 혐기성 발효에 의해 유기성 쓰레기를 처리하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 방법에서는 유기성 쓰레기를 물의 첨가나 물의 제거없이 발효조에 투입하여 교반하지 않고 체류시키므로써 발효조내에 고형물 농도구배와 pH 구배를 형성하고, 발효조로부터 배출되는 발효물 또는 발효물 탈수시 생성되는 폐수 등을 새 유기성 쓰레기와 혼합하여 발효조로 재투입하므로써 발효물의 고형물 농도를 20∼40%로 조절하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a method and apparatus for treating organic waste by anaerobic fermentation, and in the method of the present invention, the organic waste is added to the fermentation tank without addition of water or water to be kept therein without stirring, thereby maintaining a solid concentration gradient and pH in the fermentation tank. Forming a gradient, by mixing the fermentation products discharged from the fermentation tank or the waste water generated when the fermentation product is dehydrated with fresh organic waste and re-introduced into the fermentation tank, the solids concentration of the fermentation product is characterized in that 20 to 40%.
본 발명의 장치는 발효조, 발효조에 쓰레기를 투입하기 위한 투입회선, 발효물 반송을 위한 반송회선, 발효물의 배출장치, 발효물의 탈수장치, 유기성 쓰레기와 발효물을 혼합하기 위한 혼합장치 등으로 이루어진다.The apparatus of the present invention comprises a fermenter, an input line for injecting waste into the fermenter, a return line for conveying fermented products, a device for discharging fermented products, a dehydration apparatus for fermented products, a mixing apparatus for mixing organic waste and fermented products, and the like.
Description
본 발명은 유기성 쓰레기를 고온 또는 중온에서 혐기성 발효에 의해 생화학적으로 분해하면서 생성되는 바이오가스는 포집하여 활용하는, 공간적, 시간적으로 고효율의 유기성 쓰레기 처리방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for treating organic wastes spatially and temporally, in which biogas generated while biochemically decomposing organic wastes by anaerobic fermentation at high or medium temperature is collected and utilized.
본 명세서에서 ″유기성 쓰레기″라 함은 생화학적으로 분해되지 않는 물질이 거의 없는 부엌 배출 음식물 찌꺼기 또는 소위 바이오쓰레기(Biowaste)라 불리는 분리 수거한 생할 쓰레기, 생화학적으로 쉽게 분해되는 슬러지, 공공단체와 공단지역에서 배출되는 현탁액, 식료품을 다루는 공장이나 영업소에서 배출되는 예를 들면 맥주 공장, 소주 공장, 통조림 공장, 전분공장, 설탕 공장, 또는 도매시장, 간이식당, 음식점, 패스트후드 식당들, 도살장, 항생제 생산 및 원예와 관련한 다른 모든 경제적 분야에서 배출되는 생물 쓰레기를 말한다.`` Organic waste '' is used herein to refer to kitchen waste food waste or bio-decomposed sludge, biochemically decomposed sludge, public bodies that contain little or no biochemically decomposed substances. Suspensions from industrial areas, grocery factories or sales offices, for example, beer factories, suzhou factories, canning factories, starch factories, sugar factories, or wholesale markets, eateries, restaurants, fast food restaurants, slaughterhouses, Biological waste from all other economic sectors related to antibiotic production and horticulture.
유기성 쓰레기의 생화학적인 처리방법으로는 호기성 퇴비화 방법이 주로 사용되어 왔으나, 최근에는 혐기성 발효법이 개발되어 점차 선호되고 있는 추세이다. 이와같이 호기성 퇴비화 방법보다 혐기성 발효법을 선호하는 경향이 증대하고 있는 이유는 호기성 퇴비화시설에서는 얻을 수 없는 바이오가스를 생산하여 에너지원으로서 사용하므로써 화석에너지의 사용을 줄일 수 있다는 잇점과 혐기성 발효법은 공기의 이동이 적고 밀폐된 공간속에서 발효가 이루어지므로 위생적인 처리 및 악취발생을 억제하는 장점이 있기 때문이다.As a biochemical treatment method of organic wastes, aerobic composting methods have been mainly used, but recently, anaerobic fermentation methods have been developed. The reason why the preference for anaerobic fermentation method is increasing rather than aerobic composting method is that the use of fossil energy can be reduced by producing biogas that can not be obtained in aerobic composting facilities and using it as an energy source. This is because fermentation takes place in a small, closed space, which has the advantage of suppressing hygienic treatment and odor generation.
그외에 유기성 쓰레기를 혐기성 발효법으로 처리하는 중요한 목적은 쓰레기 용적의 감량, 유기성 쓰레기의 안정, 비료 또는 토양 개선을 위한 유기물질의 환원, 쉽게 분해되는 물질에서 얻은 에너지의 공업적 사용 등을 들 수 있다.In addition, the main objectives of treating organic waste by anaerobic fermentation include reducing waste volume, stabilizing organic waste, reducing organic materials for fertilizer or soil improvement, and industrial use of energy from easily decomposed materials. .
유기성 쓰레기의 혐기성 분해시 유기성 탄화수소 화합물은 산소가 결핍된 폐쇄 상태에서 생화학적으로 보유에너지가 적은 탄산가스(CO2)와 보유에너지가 많은 메탄가스(CH4)의 혼합물인 바이오가스로 변환된다. 약간의 예외적인 경우를 제외하면 대부분의 유기성 물질은 혐기적인 조건하에서 분해된다.In anaerobic decomposition of organic waste, organic hydrocarbon compounds are converted into biogas, which is a mixture of carbon dioxide (CO 2 ) with low reserve energy and methane gas (CH 4 ) with high reserve energy in a closed state that lacks oxygen. Except for a few exceptions, most organic substances decompose under anaerobic conditions.
유기성 쓰레기의 혐기적 분해과정은 한 단계로 이루어지는 것이 아니라, 서로 다른 그러나 서로 관계가 있는 미생물 군의 존재하에, 가수분해 과정, 산 생성 과정(acidogene phase), 초산 생성 과정(acetogene phase), 메탄 생성 과정(methanogene phase)의 4단계의 과정을 거쳐 이루어진다.The anaerobic decomposition of organic waste is not in one step, but in the presence of different but interrelated groups of microorganisms, hydrolysis, acidogene phase, acetic acid phase, methane production This is done through four steps of the method (methanogene phase).
상기한 각 단계들은 pH, 온도 등의 최적조건들이 다르며, 관여하는 미생물군도 단계별로 다르다.Each of the above steps differs in optimum conditions, such as pH and temperature, and the microorganism groups involved also differ in stages.
통상 쓰레기의 발효 과정에서 높은 공간-시간 효율을 얻고자 하는 것이 반응 기술의 핵심적인 과제이다. 그러나 유기성 쓰레기의 특수한 경우에서 보는 바와 같이 화학적인 분해가 복합적으로 일어나는 혼합물일수록 이 조건을 만족하기가 더욱 어려워진다.Typically, achieving high space-time efficiency during the fermentation of waste is a key challenge of the reaction technology. However, as shown in the special case of organic waste, the more complex the chemical decomposition, the more difficult it is to satisfy this condition.
따라서 여러 중간 단계들을 거쳐 일어나는 유기성 쓰레기의 혐기성 분해처리시에는 관여하는 미생물들의 다양성과 그들의 서로 다른 생성 시간, 그리고 산 생성과 메탄 생성 사이의 복잡한 상호작용 등 여러요건을 고려해야 한다.Therefore, in the anaerobic digestion of organic wastes that take place in several intermediate stages, several requirements must be taken into account, including the diversity of the microorganisms involved, their different production times, and the complex interactions between acid and methane production.
지금까지 개발된 유기성 쓰레기의 혐기성 분해법으로는 습식법과 건식법이 있는데, 종래에는 처리의 용이성 등을 고려하여 주로 습식법이 이용되어 왔다. 습식법이란 발효단계전의 사전처리단계에서 유기성 쓰레기의 고형물 함량이 중량 기준으로 10∼15% 정도가 되도록 별도로 물을 가한 다음, 죽 상태의 유기성 쓰레기를 발효조내에서 혐기성 분해시키는 것을 말한다. 이러한 습식법에는 1단계 습식법과 2단계 습식법이 있다.The anaerobic decomposition of organic wastes developed so far includes a wet method and a dry method. Conventionally, the wet method has been mainly used in consideration of ease of treatment. The wet method refers to the anaerobic decomposition of organic wastes in the bamboo state by adding water separately so that the solids content of the organic wastes is about 10 to 15% by weight in the pretreatment step before the fermentation step. These wet methods include a one-step wet method and a two-step wet method.
1단계 습식법이란 물을 가한 유기성 쓰레기를 하나의 발효조내에서 교반하여 뒤섞으면서 발효시키는 방법으로서, 이 방법은 공정이 단순한 장점은 있으나 반응최적조건들이 서로 다른 가수분해, 산의 생성, 초산의 생성 및 메탄가스의 생성이 하나의 발효조내에서 교반에 의해 조성된 동일조건하에서 이루어지기 때문에 혐기성 분해가 최상의 효율상태에서 진행되지 못하여 분해효율이 떨어지고 처리시간이 10∼25일정도로 길어지는 문제점이 있다.One-stage wet method is a method of fermenting water-mixed organic waste by stirring and mixing in a fermentation tank. This method has simple advantages but hydrolysis, production of acid, production of acetic acid and Since the production of methane gas is carried out under the same conditions formed by stirring in a fermentation tank, anaerobic decomposition does not proceed in the best efficiency state, resulting in a degradation in degradation efficiency and a long processing time of about 10 to 25 days.
이러한 1단계 습식법의 문제점을 해소하기 위하여 혐기성 분해의 각 반응 단계마다 반응 최적 조건을 제공할 수 있도록 2개의 발효조를 이용하는 2단계 습식법이 개발되었다. 2단계 습식법에서는 가수분해와 산생성반응이 일어나는 발효조와 메탄생성 반응이 일어나는 발효조가 서로 분리되어 있다. 2단계 습식법은 분해효율이 우수하여 발효조에서의 체류기간이 수일정도로 짧은 장점이 있으나, 많은 양의 물이 필요하고 그에 따라 폐수의 양도 증가하며, 어떤 경우에는 가성소다와 같은 화학약품이 추가로 필요하게 되고 내식성 재료의 비싼 장치와 복잡한 제어 설비들도 필요하게 되는 단점이 있다.In order to solve the problem of the one-step wet method, a two-step wet method using two fermenters has been developed to provide optimum reaction conditions for each reaction step of anaerobic digestion. In the two-stage wet method, the fermentation tank where the hydrolysis and acid production reaction takes place and the fermentation tank where the methane production reaction occurs are separated from each other. The two-stage wet method has the advantage of high decomposition efficiency, which shortens the retention period in the fermenter for several days, but it requires a large amount of water and increases the amount of waste water, and in some cases, additional chemicals such as caustic soda are needed. There is also a disadvantage that expensive equipment and complicated control equipment of corrosion resistant materials are required.
이상과 같은 습식법과 달리 건식법은 유기성 쓰레기에서 물을 제거한 후에 처리하는 방법인데, 이 건식법의 경우에는 투입되는 쓰레기의 고형물의 함량이 높아서 혼합공정이 곤란하여 이를 위한 설비가 요구되는 등 설비상의 문제가 있고, 발효단계에서는 결국 별도의 공정수의 투입이 요구된다.Unlike the wet method described above, the dry method is a method of treating water after removing water from organic waste. In this dry method, the amount of solids in the waste is high and the mixing process is difficult. In the fermentation stage, a separate process water is required.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해소할 수 있도록 분해효율이 우수하면서도 간단한 설비에 의하여 이루어질 수 있는 공간-시간적 고효율의 유기성 쓰레기 혐기성 분해방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a space-time high efficiency organic waste anaerobic decomposition method and apparatus therefor, which can be achieved by a simple facility with excellent decomposition efficiency to solve the above problems of the prior art.
도 1은 본 발명의 장치를 나타내는 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view showing a device of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 발효조, 2 투입회선,1 fermenter, 2 input line,
5 배출장치, 6 혼합장치,5 outlets, 6 mixers,
8 이송배관, 11 스크류컨베이어,8 conveying piping, 11 screw conveyor,
13 중간저장탱크, 15, 16 이송스크류,13 intermediate storage tank, 15, 16 feed screw,
19 탈수장치, 32 반송회선.19 dehydrator, 32 return line.
본 발명자는 상기한 목적을 달성하기 위하여 예의 연구한 결과, 유기성 쓰레기에 별도의 물을 첨가하거나 물을 제거하는 사전처리를 하지 않은 상태에서 접종물질과 함께 발효조내에 투입한 후 교반하지 않고 그대로 체류시킬 경우 발효가 진행됨에 따라 발효조 하부에서는 혐기성 분해가 많이 진행되어 물이 많이 생성된 상태가 되고 발효조 상부쪽으로 갈수록 혐기성 분해의 진행정도가 낮아서 고형물의 함량이 높은 상태가 되어, 발효조내부에서 자연스럽게 고형물의 농도구배가 형성된다는 사실과, 발효의 진행과 더불어 발효된 반응물 보다 비중이 가벼운 고형 유기성분은 농축되어 발효조의 상부에 모이게 되어 발효조의 상부는 혐기성 분해의 첫단계인 가수분해 반응에 유리한 약 pH 7의 조건이 되고, 발효조의 하부는 혐기성 분해의 최종단계인 메탄생성에 유리한 약 pH 8∼8.3의 조건이 되어 하나의 발효조내에서 그 위치에 따라 혐기성 분해의 각 단계별 최적조건이 형성되며, 이러한 최적의 반응조건은 발효조로부터의 발효물의 고형물 농도(건조상태의 물질농도)가 중량기준으로 20∼40%가 되도록 조절할 경우 달성된다는 사실을 밝혀내어, 간단하고 규모가 작은 설비와 단순한 공정에 의해 효율적으로 유기성 쓰레기를 처리할 수 있는 본 발명을 완성하게 되었다.As a result of earnest research to achieve the above object, the present inventors put the inoculation material together with the inoculation material in the fermentation tank without pretreatment to add water or remove water to the organic waste, and then leave it without stirring. In this case, as the fermentation progresses, anaerobic decomposition proceeds a lot in the lower part of the fermenter, so that a lot of water is generated, and as the upper part of the fermenter goes toward the upper part, the progress of anaerobic decomposition becomes lower, resulting in a higher solids content. Gradients are formed and solid organic components, which are lighter than the fermented reactants, are concentrated and concentrated at the top of the fermenter as the fermentation progresses, so that the upper part of the fermenter has a pH of about 7 which is advantageous for the hydrolysis reaction, which is the first stage of anaerobic decomposition. Conditions, and the bottom of the fermenter is the final stage of anaerobic decomposition At pH 8-8.3, which is favorable for birthability, the optimum conditions for each stage of anaerobic digestion are formed according to its position in one fermenter, and the optimal reaction condition is the solid concentration of the fermentation product from the fermenter. The present invention was found to be achieved when the concentration) is adjusted to 20 to 40% by weight, thereby completing the present invention capable of efficiently treating organic waste by simple and small equipment and simple processes.
즉, 본 발명은 생물학적으로 분해가능한 유기성 쓰레기를 물의 제거나 물의 첨가없이 반건식법으로 처리하는 것을 특징으로 한다.That is, the present invention is characterized in that biologically degradable organic waste is treated by a semi-dry method without removing water or adding water.
본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described in detail as follows.
본 발명의 방법에 의하면 새로이 처리될 유기성 쓰레기는 물의 첨가나 제거없이 그 상태대로 혼합기에서 접종물질과 섞어서 발효조 상부로 투입되며, 발효조내에서는 교반조작없이 혐기성 분해가 진행되어 pH 구배형성과 동시에 발효조내부에서 고형물 농도구배가 형성되어 발효조 상부에서는 고형물의 농도가 높고 발효조 하부로 갈수록 고형물 농도가 감소하게 되며, 발효조로부터 반출되는 발효물의 고형물 함량이 20∼40%가 되도록 조절된다.According to the method of the present invention, the organic waste to be newly treated is mixed with the inoculation material in the mixer as it is without addition or removal of water, and is introduced into the fermentation tank. In the fermentation tank, anaerobic decomposition proceeds without agitation, thereby forming a pH gradient and simultaneously in the fermentation tank. The solids concentration gradient is formed in the fermenter in the upper portion of the solids concentration is high, the solids concentration decreases toward the lower portion of the fermenter, and the solids content of the fermentation products taken out of the fermenter is adjusted to 20 to 40%.
본 발명의 방법에 있어서 발효조의 초기 운전시에는 가능한 한 빨리 미생물 박테리아의 오반응없이 정상 상태의 운전에 도달할 수 있도록 다른 곳으로부터 접종물질이 조달되어야 한다. 접종물질이 없으면 정상 상태의 운전에 도달하기 위하여 경우에 따라서는 몇 달도 걸릴 수 있다. 알맞은 접종물질이 있으면 4주 후면 벌써 정상적인 발효 상태에 도달할 수 있다. 그와 같은 접종물질은 유기성 쓰레기가 고온성 조건에서 약간 건조하게 운전중인 다른 발효조에서 취하는 것이 가장 바람직하다. 그외 하부 처리장의 부패 탱크나 유기성 쓰레기가 잘 발효되고 있는 습식 발효조에서 나오는 탈수한 반응물이나 유기성 폐수 슬러지 또는 오수와 그외 생화학적으로 분해되는 유기성 물질을 사용할 수 있다. 발효초기에 투입되는 접종물질의 고형물 함량은 다루기가 편리하도록 20∼35%가 바람직하다. 하지만 고형물농도가 15%까지 낮은 것도 사용할 수는 있다.In the initial operation of the fermenter in the method of the present invention, the inoculant should be procured from elsewhere so that the steady state operation can be reached as soon as possible without erroneous reaction of the microbial bacteria. Without the inoculum, it may take several months to reach steady state operation. With the right inoculum, normal fermentation can be reached after 4 weeks. Such inoculum is most preferably taken from other fermenters in which organic waste is operating slightly dry at high temperature conditions. Alternatively, dehydrated reactants or organic wastewater sludges or sewage and other biochemically decomposing organic substances from decay tanks in sub-process plants or wet fermenters where organic waste is well fermented can be used. The solids content of the inoculum injected at the beginning of fermentation is preferably 20 to 35% for convenience of handling. However, solids concentrations as low as 15% can be used.
이와같이 다른 곳에서 발효된 접종물질을 투입하는 것은 발효 개시시에만 필요하며, 발효가 진행되면 발효조에서 배출되는 발효물을 접종물질로 재사용할 수 있으므로 별도의 접종물질의 투입은 필요하지 않다. 즉, 본 발명의 방법에서는 발효조로부터 배출되는 발효물의 일부를 새로운 쓰레기와 혼합하여 발효조로 재투입하게 된다.As such, the input of the inoculation material fermented elsewhere is necessary only at the start of fermentation, and since the fermentation product discharged from the fermentation tank can be reused as the inoculation material, it is not necessary to add a separate inoculation material. That is, in the method of the present invention, a part of the fermentation product discharged from the fermentation tank is mixed with new waste and re-introduced into the fermentation tank.
본 발명에서 중요한 특징은 발효물의 고형물 농도를 20∼40%로 조절한다는 것이며, 이는 발효물의 고형물 농도가 20% 미만일 때에는 발효조로 재투입되어 접종물질로서의 기능을 하게 되는 발효물의 고형입자에 붙어 있는 메탄 박테리아의 밀도가 급격하게 감소하므로 이로인해 쓰레기의 혐기성 분해에 장애를 일으킬 수 있고, 고형물 농도가 40% 이상이면 이동성이 나빠지고 오히려 분해효율을 떨어뜨릴 수 있기 때문이다. 고형물 농도를 상기 범위로 조절하기 위한 방법으로서, 본 발명에서는 발효물의 고형물 농도가 매우 낮은 경우에는 발효조 아래 부분의 적당한 위치 특히 발효조 체적의 25% 내지 70%에 해당하는 높이의 위치로 탈수된 발효물을 재투입한다. 이와는 반대로 발효물중의 고형물 농도가 너무 높은 경우에는 발효물의 탈수과정에서 생긴 폐수나, 묽은 슬러지 또는 축산폐수 등을 반응의 최적조건을 유지하기 위하여 발효조 내로 투입한다. 이러한 방법에 의하여 다른 특별한 조치 없이도 본 발명에서 요구되는 발효물의 고형물 농도를 20∼40%로 조절할 수 있고, 이러한 발효물의 상당부분은 새로 투입되는 쓰레기와 섞여 박테리아의 접종물질로 이용되도록 발효조의 상부로 투입관을 통하여 재투입된다. 이로써 유기성 쓰레기의 투입량과 관련하여 최적의 반응 상태와 분해 조건을 계속적으로 조절할 수 있고, 이로인해 연속 운전시 잘 알려진 다른 방법과 비교할 때 본 발명의 방법은 발효조의 단위 체적 및 단위 시간당 수익률이 더 높아질 수 있다.An important feature of the present invention is that the solid concentration of the fermentation product is adjusted to 20 to 40%, which is reintroduced into the fermentation tank when the solids concentration of the fermentation product is less than 20%, which is attached to the solid particles of the fermentation product which functions as an inoculant. This is because the density of bacteria decreases rapidly, which may impede the anaerobic decomposition of garbage. If the solid concentration is 40% or more, the mobility may be deteriorated and the degradation efficiency may be reduced. As a method for adjusting the solid concentration in the above range, in the present invention, when the solid concentration of the fermentation product is very low, the fermentation product is dehydrated at a suitable position under the fermenter, particularly at a height corresponding to 25% to 70% of the volume of the fermenter. Reinsert On the contrary, when the concentration of solids in the fermentation is too high, wastewater, dilute sludge, or livestock wastewater from the dehydration process of the fermentation is introduced into the fermenter to maintain the optimum conditions for the reaction. By this method, the solids concentration of the fermentation product required in the present invention can be adjusted to 20 to 40% without any special measures, and a large part of the fermentation product is mixed with the newly added waste and used as an inoculation material of bacteria to the top of the fermentation tank. It is reloaded through the input tube. This allows the continuous control of the optimum reaction conditions and decomposition conditions with respect to the input of organic waste, which makes it possible to achieve higher unit volume and yield per unit time of the fermenter compared to other well-known methods in continuous operation. Can be.
상기와 같은 본 발명에 따른 유기성 쓰레기의 혐기성 분해를 수행하기 위한 본 발명의 장치는 핵심 부분인 발효조와, 발효조 상부에서 쓰레기를 투입하는 수단, 발효물의 재투입을 위한 수단, 발효물의 탈수수단, 탈수한 물질 또는 폐수와 발효물을 발효조 바닥에서 꺼내어 이송하기 위한 수단, 발효조에서 배출한 발효물과 발효시키기 위해 새로 투입될 유기성 쓰레기를 서로 섞는 혼합장치를 포함한다.The apparatus of the present invention for carrying out anaerobic decomposition of organic waste according to the present invention as described above is a key part of the fermentation tank, the means for injecting waste from the top of the fermentation tank, means for re-input of fermentation, dehydration means of the fermentation, dehydration Means for transporting a substance or wastewater and fermentation products from the bottom of the fermentation tank, and a mixing device for mixing the fermentation products discharged from the fermentation vessel and the organic waste to be newly introduced for fermentation.
본 발명의 특징들을 좀 더 잘 설명하기 위하여 첨부된 도면을 참조하여 본발명을 한정함이 없이 실례를 들어 본 발명의 방법 및 그를 위한 장치를 설명하고자 한다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS To describe the features of the present invention better, the present invention will be described by way of example and without limitation, with reference to the accompanying drawings, in which: FIG.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 장치는 발효조(1), 발효조에 쓰레기를 장입하기 위한 투입회선(2), 발효물의 반송을 위한 반송회선(32), 발효물의 배출장치(5), 발효물의 탈수장치(19), 새로 투입되는 유기성 쓰레기(24)를 발효물(10)과 혼합하여 박테리아를 접종하기 위한 혼합장치(6)를 포함한다.As shown in Figure 1, the apparatus of the present invention is a fermentation tank (1), an input line (2) for charging waste into the fermentation tank, a conveying line 32 for conveying fermented products, a discharge device (5), The dehydration device 19 of the fermentation product, the organic waste 24 is introduced freshly mixed with the fermentation product 10 includes a mixing device 6 for inoculating bacteria.
본 발명의 장치에서 고형물의 농도구배 형성이 보다 잘 이루어지도록 하기 위한 발효조(1)의 높이 H와 지름 D의 가장 좋은 비율의 범위는 H:D=1.3∼4:1 이며, 바람직하게는 H:D=1.66∼2.5:1 이다. 발효조의 바닥은 발효물을 스크류 컨베이어로 사공간 없이 꺼내어 이송하기 위하여 스크류컨베이어를 향하여 경사져 있어서 스크류컨베이어의 수에 따라 여러갈래로 나누어진 모양으로 형성된다. 발효조 측면에는 발효조 아래부터 계산하여 전체 높이의 25%에서 70% 사이, 바람직하게는 30%와 50% 사이에 배관 플랜지들을 부착하여 상기한 바와 같은 발효 공정상 최적의 고형물 농도범위가 되도록 조절하기 위하여 발효물을 재공급하도록 되어 있다.The range of the best ratio of the height H and the diameter D of the fermentation tank 1 for better concentration gradient formation of the solids in the apparatus of the present invention is H: D = 1.3-4: 1, preferably H: D = 1.66-2.5: 1. The bottom of the fermenter is inclined toward the screw conveyor in order to take out the fermented product without a dead space by a screw conveyor, so that the fermenter is divided into several parts according to the number of screw conveyors. On the fermenter side, pipe flanges are attached between 25% and 70% of the total height, preferably between 30% and 50%, calculated from below the fermenter to control the optimum solid concentration range in the fermentation process as described above. It is supposed to refeed fermented products.
발효조의 투입회선(2)은 피스톤 펌프(7), 열교환기(9)가 부착된 이송배관(8) 및 자동 개폐장치(4)와 함께 한 개 내지 여러 개의 관(3)으로 이루어진 장입시스템으로 구성되어 있다.The input line 2 of the fermenter is a charging system consisting of one to several tubes 3 together with a piston pump 7, a transfer pipe 8 with a heat exchanger 9 and an automatic switchgear 4. Consists of.
반송회선(32)은 발효물을 선택적으로 탈수하여 발효조(1)로 반송하는 컨베이어(33), 수송관(8)으로부터 발효조(1)로 연결되는 인입관(34), 자동 개폐 장치(35),(36) 및 (37)로 구성되어 있다.The conveying line 32 is a conveyor 33 for selectively dehydrating the fermented product and conveyed it to the fermentation tank 1, an inlet pipe 34 connected to the fermentation tank 1 from the transport pipe 8, and an automatic opening and closing device 35. It consists of (36) and (37).
발효물의 배출장치(5)는 발효조의 바닥에 조립된 스크류 컨베이어(11), 인입 및 배출관 입구에 각각 자동 개폐 장치(12)와 (14)가 있는 중간 저장 탱크(13)으로 구성되어 있다. 중간 저장 탱크(13)은 한쪽으로는 이송 스크류(15)와 자동 개폐 장치(27)을 지나 혼합장치(6)과 연결되어 있고, 또 다른쪽으로는 이송 스크류(16)과 개폐 장치(20)이 있는 짧은 관을 지나 응집제(21) 투입을 위한 혼합장치(18) 및 탈수장치(19)와 서로 연결되어 있다.The discharge device 5 of the fermentation product is composed of a screw conveyor 11 assembled at the bottom of the fermentation tank, and an intermediate storage tank 13 having automatic opening and closing devices 12 and 14 at the inlet and discharge pipe inlet, respectively. The intermediate storage tank 13 is connected to the mixing device 6 via the feed screw 15 and the automatic switch 27 on one side, and the feed screw 16 and the switch 20 on the other side. It is connected to the mixing device 18 and the dewatering device 19 for inputting the flocculant 21 through a short tube.
탈수장치(19)에는 혼합탱크(18)과 개폐장치(22)가 설치된 짧은 관을 지나 발효물이 공급되는 데, 핵심 장치로는 나선형 압축기(screw press)와 선택적으로 피스톤식 압축기나 경사기(윗물을 가만히 기울여서 따르는 탈수장치) 등이 포함될 수 있다. 탈수한 폐수는 배수관(29)를 통해 저장 탱크(도시안함)로 보내지는데 이 저장 탱크는 필요한 경우 폐수의 후속 처리를 위한 중간 단계로서 또는 발효물의 고형물 농도를 조절하기 위해 폐수를 혼합장치(6)으로 되돌려 보내기 위한 예비 탱크로 사용된다. 탈수 후 남은 고형물은 배출구(30)을 통해 반출되어 컨베이어(31)에 의해 주로 퇴비를 만드는 사후 공정으로 이송되며, 필요에 따라서는 발효물의 고형물 농도를 조절하기 위해 혼합장치(6)으로 반송된다.The dehydration unit 19 is supplied with fermentation products through a short tube in which the mixing tank 18 and the opening and closing device 22 are installed. The core unit is a spiral press and optionally a piston compressor or a decanter ( And dehydration equipment by tilting the supernatant). The dewatered wastewater is sent to a storage tank (not shown) via a drain pipe 29 which is used as an intermediate step for the subsequent treatment of the wastewater or, if necessary, by mixing the wastewater to adjust the solids concentration. Used as a reserve tank for returning to The solids remaining after dehydration are carried out through the outlet 30 and transported to the post-process to mainly compost by the conveyor 31, and, if necessary, returned to the mixing device 6 to adjust the solids concentration of the fermented products.
혼합장치(6)는 피스톤 펌프(7)과 새 유기성 쓰레기 및 탈수된 발효물을 혼합기 안으로 공급하는 컨베이어(24)와 연결되어 있고, 자동 개폐 장치(26)이 달린 운송관(25), 그리고 추가로 필요한 경우 묽은 슬러지와 반응 혼합물의 가열을 위하여 증기의 유입을 위하 배관 접속부(23)과 (39)와 연결된다.The mixing device 6 is connected to a piston pump 7 and a conveyor 24 for feeding fresh organic waste and dehydrated fermentation into the mixer, a conveying pipe 25 with an automatic opening and closing device 26, and further If necessary, it is connected with piping connections 23 and 39 for inflow of steam for heating the sludge and reaction mixture.
발효조(1)의 상부에서는 생성된 바이오가스가 배기관(28)을 통해 배출되어 바이오가스 탱크(도시안함)로 포집된다. 생성된 바이오가스는 전기 생산을 위한 바이오가스엔진에 사용되며, 엔진의 순환 냉각 장치에서 나오는 85∼90℃의 냉각수는 발효조내의 반응물을 가열하기 위한 열교환기(9)에서 사용된다.In the upper part of the fermentation tank 1, the produced biogas is discharged through the exhaust pipe 28 and collected in the biogas tank (not shown). The produced biogas is used in a biogas engine for electricity production, and the coolant at 85 to 90 ° C from the circulating cooling device of the engine is used in the heat exchanger 9 for heating the reactants in the fermentation tank.
만약 발효조(1)의 상부에 생성된 바이오가스가 마찰 없이 배기되는데 장애가 될 만한 조밀한 부유물의 층이 생기면, 이 막을 부수기 위하여 압축된 바이오가스를 배관(38)을 통하여 투입할 수 있다.If the biogas produced on top of the fermentation tank 1 has a layer of dense suspended matter which would be obstructed to be exhausted without friction, compressed biogas may be introduced through the pipe 38 to break this membrane.
본 발명의 장치는 상기한 예에 한정되지 않고, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 변경이 가능하다. 예를들면 발효조 바닥에 설치된 스크류 컨베이의 수는 도 1에서는 2개이지만 그 수를 필요에 따라 조정할 수 있으며, 탈수장치도 1개 이상 설치할 수 있다.The apparatus of the present invention is not limited to the above examples, and modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, the number of screw conveyors installed in the bottom of the fermenter is two in Figure 1, but the number can be adjusted as needed, and more than one dehydration device can be installed.
상기한 본 발명의 장치는 다음과 같은 방법으로 사용되며 운전된다.The apparatus of the present invention described above is used and operated in the following manner.
전체 발효 설비의 운전 개시를 위하여 발효조(1)은 우선 투입회선(2)를 통하여 전술한 바와 같이 다른 곳으로부터 얻은 발효물 등의 접종물질로 채워져야 한다. 보통 초기에는 발효조 체적의 1/3을 접종물질로 채운다. 접종물질은 열교환기(9)를 이용하거나 또는 직접 증기공급기(39)로 증기를 공급하여 50∼60℃, 가능하면 55℃의 고온성으로 운전할 수 있도록 가열한다. 중온성 운전방법도 가능하지만 분해 속도가 낮아서 단위 공간 및 단위 시간당 수익률이 낮아질 수 있다. 모든 접종물질의 온도를 일단 올리고 나면 배출장치(5)와 이송 스크류(15)를 이용하여 접종물질은 컨베이어(24)를 통해 반입된 입자 크기가 최고 50㎜ 정도인 새로운 유기성 쓰레기와 혼합장치(6)에서 뒤섞여진다. 접종물질과 새 쓰레기의 혼합비는 3:1 이상이어야 하나 최고 8:1이 넘지 말아야 한다. 그런다음 피스톤 펌프(7), 이송배관(8), 열교환기(9), 분배관(3)이 달린 투입회선(2)로 이루어진 발효 순환 계통을 거쳐 새 쓰레기와 접종물질의 혼합물이 발효조로 공급되며, 이런 과정은 정상 운전 상태가 될 때까지 계속 반복된다. 이러한 반복과정 및 그 이후의 발효처리에서는 별도의 접종물질의 투입은 필요치 않고, 발효조로부터 배출되는 발효물의 일부를 접종물질로 재사용하게 된다.In order to start the operation of the entire fermentation plant, the fermentation tank 1 must first be filled with an inoculating material such as fermentation material obtained from another place through the input line 2 as described above. Initially, one-third of the volume of the fermenter is filled with inoculum. The inoculum is heated to operate at a high temperature of 50 to 60 ° C., preferably 55 ° C., by using a heat exchanger 9 or by directly supplying steam to the steam supplier 39. Mesophilic operation is possible, but the lower decomposition rate can result in lower unit space and yield per unit time. Once the temperature of all the inoculum has been raised, the inoculum is discharged (5) and conveying screw (15) using a new organic waste and mixing device (6) up to 50 mm particle size introduced through the conveyor (24) Mixed up). The mix of inoculum and new waste should be at least 3: 1 but not more than 8: 1. A mixture of new waste and inoculum is then fed into the fermenter via a fermentation circulation system consisting of a piston pump (7), a transfer pipe (8), a heat exchanger (9) and an input line (2) with a distribution pipe (3). This process is repeated until normal operation is achieved. In this repetition process and subsequent fermentation treatment, a separate inoculation material is not required, and a part of the fermentation product discharged from the fermentation tank is reused as the inoculation material.
발효물속에 있는 많은 양의 활성화된 박테리아 군(집단)을 통하여 발효조 안에는 pH값과 고형물농도의 구배가 생기는데, 이것은 주로 유기성 쓰레기의 고형물 함량과 공급 상태에 의해서 결정된다.The large groups of activated bacteria in the fermentation create gradients in pH and solids concentrations in the fermenter, which are largely determined by the solids content and supply of organic waste.
보통의 경우 유기성 쓰레기들은 특히 외기 온도가 따뜻할 때 수집 탱크내에서 필요한 체류시간을 통하여 유기성분의 초기 분해과정으로 넘어간다. 긴 시간 동안 측정한 결과 이때 pH의 평균값은 4 내지 5에 이른다. 새로 공급되는 유기성 쓰레기의 pH 값이 4 내지 5에 이르지 않는다면 pH 값이 이 값에 이르도록 중간 저장을 할 수 있다. 이 과정은 저장 조건을 조절할 수 있는 경우 15℃ 이상의 온도 하에서 일반적으로 2∼3일 가량 걸린다. 산성화된 유기성 쓰레기는 스레기의 질에 따라 대소간의 기계적인 전 처리를 하여 최고 50㎜의 입자크기로 파쇄되어 컨베이어(24)를 이용하여 혼합장치(6)으로 이송되고 그 곳에서 이송 스크류(15)를 통해 운반된 발효물과 섞여진다. 이 혼합물은 유기성 쓰레기의 화학적 성분에 따라서 pH 값의 범위가 약 8 내지 8.3인 상태이다. 새로 유입된 산성 쓰레기가 알칼리성의 발효물과 혼합되면 접종효과로 인해 화학반응이 나타나서 pH 값이 감소되고 메탄화를 위한 전 단계가 조성된다. 발효물과 새로 투입된 쓰레기의 혼합비는 1:3 내지 1:8이 선호된다. 더 높은 혼합비율도 반응 기술적으로 가능하나 그 경우 발효조의 효율이 감소된다. 이렇게 조성된 매우 활성화된 반응 조건들을 통하여 대부분의 유기성 물질들은 짧은 시간 안에 격렬한 바이오가스 생성과 수분함량의 증가하에 혐기성 분해가 이루어진다.Normally, organic waste passes through the initial decomposition of organic components through the required residence time in the collection tank, especially when the outside temperature is warm. As a result of the measurement for a long time, the average value of the pH reaches 4-5. If the pH value of the newly supplied organic waste does not reach 4 to 5, intermediate storage may be performed so that the pH value reaches this value. This process usually takes two to three days at temperatures above 15 ° C if the storage conditions can be controlled. The acidified organic waste is subjected to mechanical pretreatment between small and large according to the quality of the waste, which is crushed to a particle size of up to 50 mm and transferred to the mixing device 6 using the conveyor 24, where the transfer screw 15 is placed. It is mixed with fermented product conveyed through. This mixture is in a state in which the pH value ranges from about 8 to 8.3 depending on the chemical composition of the organic waste. When the newly introduced acidic waste is mixed with alkaline fermentation, a chemical reaction occurs due to the inoculation effect, so that the pH value is reduced and the previous step for methanation is formed. The mixing ratio of fermented product and newly introduced waste is preferably 1: 3 to 1: 8. Higher mixing ratios are also technically possible in the reaction but in that case the efficiency of the fermenter is reduced. Through these very active reaction conditions, most organic materials undergo anaerobic decomposition in a short time under vigorous biogas production and increased water content.
발효물(10)의 고형물 함량이 20%에서 40%(수분 함량 60∼80%) 사이일 때 최상의 상태가 된다. 만약 고형물 함량이 20% 보다 상당히 감소하게 되면, 혼합장치(6)과 반송회선(32)를 통하여 압착된 발효물을 발효조 안으로 보내어 고형물 함량을 높이고, 또한 메탄화 반응시 물질교환 능률을 촉진시킨다.The best condition is when the solids content of the fermented product 10 is between 20% and 40% (moisture content 60-80%). If the solids content is considerably reduced by more than 20%, the fermented product, which is pressed through the mixing device 6 and the return line 32, is sent into the fermenter to increase the solids content and also promote mass exchange efficiency during the methanation reaction.
발효조(1)에는 하루에 최대 8시간 동안 새 유기성 쓰레기가 투입된다. 같은 시간에 배출장치(5)와 탈수장치(19)를 통해 발효물들이 고형물 함량 50%의 상태로 탈수되어 반출되며 필요한 경우 응집제가 사용된다. 탈수 후 폐수는 다음 처리를 위하여 폐수 탱크에 보내지고 압착 고형물은 퇴비화 처리를 한다.The fermenter 1 is fed with new organic waste for up to 8 hours per day. At the same time, the fermentation products are discharged to a state of 50% solids and discharged through the discharge device 5 and the dehydration device 19, and a flocculant is used if necessary. After dewatering, the wastewater is sent to a wastewater tank for further treatment and the compressed solids are composted.
일상적으로 매일 투입주기가 끝나면 접종주기가 시작된다. 이를 위하여 투입주기 동안에 닫혀졌던 개폐기(36)과 (37)이 열리며, 개폐기(35)가 닫혀진다. 발효물(10)은 이송 스크류(15), 혼합장치(6), 피스톤 펌프(7), 열교환기(9)와 발효조로의 인입관(34)를 통과한다. 발효물(10)의 고형물 함량을 강화해야 하는 경우 탈수장치(19)에서 나오는 압착 고형물은 컨베이어(33)에 의해 혼합장치(6)로 이송되어 그곳에서 새 쓰레기 및 발효물과 뒤섞여진 상태로 발효조(1)로 이송된다. 그 후 보통 10∼12시간 동안 밤새 방치되며, 이 시간 동안에 고형물의 농도 구배가 형성된다. 매 처리 과정마다 생성되는 바이오가스는 배기관(28)을 지나 압축기로 흡입되어 가스 저장소 등에 보내진다. 발효조 내에 형성되는 부유층을 파괴해야 하는 부득이한 경우 배관(38)을 통하여 압축 바이오가스를 불어 넣는다. 이때 거품이 많이 생기는 것을 피해야 한다. 방치시간(10∼12시간)이 끝나면 다시 투입시간이 시작된다. 투입시간 동안에 새 쓰레기와 발효물의 혼합물의 투입량은 발효물의 배출량과 배출되는 바이오가스량과 일치한다. 새로이 투입되는 반응물(새 쓰레기＋발효물)의 양은 발효조내의 총 반응물량의 1/2을 넘지 말아야하며, 바람직하게는 1/3∼1/4의 범위로 투입되는 것이 좋다.Routinely, the inoculation cycle begins at the end of each daily dosing cycle. To this end, the switchgear 36 and 37 which were closed during the closing period are opened, and the switchgear 35 is closed. The fermentation product 10 passes through a feed screw 15, a mixing device 6, a piston pump 7, a heat exchanger 9 and an inlet pipe 34 into the fermentation tank. When the solids content of the fermentation product 10 needs to be strengthened, the pressurized solids from the dewatering device 19 are transferred to the mixing device 6 by the conveyor 33, where the fermentation tank is mixed with new waste and fermentation products. Is transferred to (1). It is then usually left overnight for 10-12 hours, during which time a concentration gradient of solids forms. The biogas produced at each treatment is sucked into the compressor through the exhaust pipe 28 and sent to the gas reservoir or the like. If it is unavoidable to destroy the floating layer formed in the fermenter, the compressed biogas is blown through the pipe 38. At this time, a lot of bubbles should be avoided. After leaving time (10-12 hours), closing time starts again. During the dosing period, the input of the new waste and fermentation mixture is consistent with the amount of fermentation produced and the amount of biogas released. The amount of newly added reactant (new waste + fermented product) should not exceed 1/2 of the total amount of reactants in the fermenter, and preferably added in a range of 1/3 to 1/4.
발효조 바닥에 설치되어 중간 저장탱크(13)으로 발효물을 이송하는 스크류컨베이어(11)은 분배 및 완충 역할 외에 갑문의 역할도 할 수 있다. 만약 발효물의 고형물 함량이 20% 이하로 떨어지면 질량흐름의 운반효율을 안정시키기 위하여 개폐기(12)와 (4)를 이용하여 조정하게 된다.The screw conveyor 11 which is installed at the bottom of the fermenter and transfers the fermented product to the intermediate storage tank 13 may also serve as a lock in addition to the distribution and buffering role. If the solids content of the fermentation drops to 20% or less, it is adjusted using the switches 12 and 4 to stabilize the transport efficiency of the mass flow.
분해되어야 하는 새 유기성 쓰레기에 질소의 함량이 매우 높거나 또는 발효물이 매우 많이 분해된 경우 탄소성분이 많은 첨가제, 예를 들면 폐지, 폐목, 나무 껍질, 폐수 처리(종이 생산)에서 배출되는 찌꺼기 또는 호기성 처리를 통하여 질소화 혹은 탈질소화된 압착물을 발효조(1)안으로 넣어 주어 암모니움 질소의 함량이 발효물 1㎏당 4g이 넘지 않도록 하는 것이 좋다.If the new organic waste to be decomposed has a very high nitrogen content or a very high level of fermentation, the carbonaceous additives such as waste paper, waste wood, bark, waste from waste water treatment (paper production), or Nitrogenated or denitrogenated pressurized product through aerobic treatment is put into the fermenter (1) so that the content of ammonium nitrogen does not exceed 4g per kg of fermented product.
본 발명에 따르는 방법과 장치를 사용하면 이미 잘 알려진 종래의 다른 방법보다 더 높은 단위 체적과 단위 시간당의 수익을 얻을 수 있다. 본 발명의 방법은 1일에 발효조 체적 1㎥당 건조중량기준으로 7∼11㎏의 유기성 쓰레기를 처리하여 발효조 체적 1㎥당 5∼7㎥의 바이오가스를 생성할 수 있으며, 다른 방법과 비교하여 발효조 체적을 그만큼 작게 할 수 있다. 투입회선과 반송회선 사이의 물량 흐름의 비율은 2에서 4 사이가 적합하지만 1에서 10까지도 가능하다.Using the method and apparatus according to the present invention it is possible to obtain higher unit volume and revenue per unit time than other well known methods. According to the method of the present invention, 7 to 11 kg of organic waste can be generated per day of dry fermentation tank per 1m 3, and biogas of 5 to 7m 3 per 1m3 of fermentation tank can be produced, compared with other methods. The fermenter volume can be made smaller. The ratio of the volume flow between the input and return lines is suitably between 2 and 4, but can be from 1 to 10.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.The present invention will be described in detail through the following examples.
실시예 1Example 1
D:H=1:2이며 체적이 22㎥인 발효조에 매주 7000㎏씩 분리 수거된 고형물 함량 30%의 유기성 쓰레기를 공급하였다. TOC(Total Organic Carbon : 총유기탄소) 함량은 고형물중 38% 이었고, 이중 90%가 생화학적 분해가 가능한 물질이었다. 새로운 투입물량 대 발효물의 비율은 1:5이었고, 반송 회선에는 새로 공급되는 물량의 2배 이상의 물량이 순환되었다. 판형 열교환기를 통하여 반응 온도가 55℃로 가열되었다. 18일간의 체류기간 후에 매주 1250㎏의 바이오가스가 생산되었다. 매주 6500㎏의 발효물이 배출되어 고형물 함량 50%로 탈수되었고, 이중 15%가 탈수된 상태에서 운반용 혼합기를 통하여 발효조에 반송되었다. 이와 같이 하여 발효물의 고형물 함량을 보다 높게 26∼28%로 유지할 수 있었다.Organic waste having a solids content of 30%, collected and separated by 7000 kg each week, was fed to a fermenter having a D: H = 1: 2 and a volume of 22 m 3. TOC (Total Organic Carbon) was 38% of solids, 90% of which was biodegradable. The ratio of fresh input to fermentation was 1: 5, and more than twice the volume of fresh feed was circulated to the return line. The reaction temperature was heated to 55 ° C. through a plate heat exchanger. After 18 days of residence, 1250 kg of biogas was produced each week. Each week 6500 kg of fermented product was discharged and dehydrated to 50% solids, of which 15% was dehydrated and returned to the fermenter through a transport mixer. In this way, the solids content of the fermentation product could be maintained higher at 26 to 28%.
바이오가스는 발효조의 단위 체적(㎥)당 매일 6.5N㎥(tr)이 생산되었다. 바이오가스의 수익률은 투입 쓰레기 1톤당 144N㎥ 이었다.Biogas produced 6.5Nm 3 (tr) per unit volume (m 3) of fermenter. The yield of biogas was 144 Nm3 per tonne of input waste.
실시예 2Example 2
실시예 1의 발효조에서 고형물 함량=32%와 TOC=37%인 유기성 폐기물을 매주 5000㎏ 발효하였다. 새로운 투입물량 대 발효물의 비율은 1:4이었으며, 새로운 투입물량 대 반송물량의 비는 1:2.5이었다. 25일간의 체류기간 후 매주 1130㎏의 바이오가스가 생산되었다. 매주 4600㎏의 발효물이 배출되어 고형물 함량 50%로 탈수되었다. 이중 약 20%가 탈수된 상태에서 발효조에 반송되었다. 발효물의 고형물함량은 27∼29%로 조정되었다. 바이오가스는 발효조의 단위 체적(㎥)당 매일 6.0N㎥(tr)이 생산되었다. 투입 쓰레기 1톤당 바이오가스의 수익률은 186N㎥ 이었다.In the fermenter of Example 1, organic waste having solid content = 32% and TOC = 37% was fermented 5000 kg each week. The ratio of fresh input to fermentation was 1: 4, and the ratio of fresh input to returned volume was 1: 2.5. After 25 days of residence, 1130 kg of biogas was produced each week. Each week 4600 kg of fermentation was discharged and dewatered to a solids content of 50%. About 20% of these were returned to the fermenter in the dehydrated state. The solids content of the fermented product was adjusted to 27 to 29%. Biogas produced 6.0 Nm 3 (tr) per unit volume (m 3) of the fermenter. The yield of biogas per tonne of input waste was 186 Nm3.
실시예 3Example 3
D:H=1:1.4이며 체적이 2000㎥인 커다란 발효조에 가정에서 분리수거된 유기성 쓰레기를 매주 380톤씩 공급하였다. 유기성 쓰레기는 고형물 함량이 31%이며 TOC가 37% 이었다. 매주 배출되는 발효물과 바이오가스의 물량은 똑같은 양의 새로운 유기성 쓰레기로 대체되어 발효물과 1:5의 비율로 발효조로 공급되었다. 이 투입물량에 대한 반송물량의 비율은 1:3에 달했다. 발효 혼합물은 혼합기에서 약 30톤의 증기에 의해 55℃로 가열되었다. 30일의 체류기간 후에 매주 85톤의 바이오가스가 생산되었다. 이 동안 390톤의 발효물이 배출되어 고형물 함량 50%로 탈수되었고, 이중 약 20%가 탈수된 상태에서 발효조로 반송되었다. 발효물의 고형물 함량은 26∼28%로 조정되었다. 바이오가스는 발효조의 단위 체적(㎥)당 매일 5.0N㎥(tr)이 생산되었다. 바이오가스의 수익률은 투입 쓰레기 1톤당 183N㎥ 이었다.A large fermenter with a volume of D: H = 1: 1.4 and a volume of 2000 m3 was supplied with 380 tons of organic waste collected at home each week. Organic waste had 31% solids and 37% TOC. The weekly fermentation and biogas volumes were replaced by equal amounts of new organic waste and fed to the fermenter at a ratio of 1: 5. The ratio of the conveyed amount to the input amount reached 1: 3. The fermentation mixture was heated to 55 ° C. with about 30 tons of steam in the mixer. After 30 days of residence, 85 tons of biogas were produced each week. During this time, 390 tonnes of fermentation were discharged and dewatered to a solids content of 50%, of which about 20% was returned to the fermentation tank in the state of dehydration. The solids content of the fermentation was adjusted to 26-28%. Biogas produced 5.0 Nm 3 (tr) per unit volume (m 3) of the fermenter. The yield of biogas was 183 Nm3 per tonne of input waste.
본 발명의 방법 및 장치는 모든 분해 가능한 유기성 쓰레기의 발효에 사용될 수 있다. 본 발명의 방법에서는 쓰레기를 한번 파쇄하고 스크리닝하는 기계적 전 처리 외에는 용해, 탈수, 가수분해 등의 다른 아무 처리가 필요 없고, 쓰레기에 물을 첨가하거나 제거할 필요도 없이 직접 발효조로 투입할 수 있다.The method and apparatus of the present invention can be used for fermentation of all degradable organic waste. In the method of the present invention, there is no need for any other treatment such as dissolution, dehydration, hydrolysis and the like, except for mechanical pretreatment of crushing and screening the waste once, and it can be directly introduced into the fermentation tank without adding or removing water to the waste.
또한, 본 발명은 종래에 주로 사용되었던 2단계 습식법과 비교해 볼 때, 2단계 습식법에서는 가수분해와 메탄 생성이 별개의 분리된 장치에서 이루어지는 반면 본 발명의 방법은 하나의 발효조 안에서 발효물의 고형물 농도구배와 pH 값의 구배를 통하여 유리한 조건하에서 가수분해와 메탄생성이 이루어지며, 분해효율 및 바이오가스생성률이 매우 높은 장점을 갖는다. 또 습식법에서는 물질용해(이물질 분리를 위해)를 위한 장치와 가수분해조에서 원할한 순환과 고형물의 탈수를 위하여 교반장치 및 많은 양의 공정수가 사용되고 그에 따라 폐수발생량도 많지만, 본 발명에서는 그러한 문제점을 해소할 수 있는 장점이 있다.In addition, the present invention compared with the two-step wet method, which was mainly used in the prior art, in the two-step wet method, hydrolysis and methane production are performed in separate devices, while the method of the present invention is a solid concentration gradient of the fermentation product in one fermenter. Hydrogen and methane are produced under favorable conditions through the gradient of pH and pH, and the decomposition efficiency and biogas production rate are very high. In the wet method, a device for material dissolution (to separate foreign matters) and a stirrer and a large amount of process water are used for smooth circulation and dehydration of solids in a hydrolysis tank. There is an advantage that can be solved.
본 발명에 따른 방법은 질소 함량이 높은 분해 가능한 유기성 쓰레기의 발효에도 아주 적합하다. 이는 수용성의 암모니아 화합물이 반송회선을 지날때에 액체상에 축적되어 탈수 후 폐수에 의해 반출될 수 있기 때문이다. 이와 같이 하여 탈수된 발효물 분량에 의하여 발효조 안의 암모니아 화합물의 농도가 분해반응에 아무런 장애를 주지 않는 수준의 농도로 조정될 수 있다.The process according to the invention is also well suited for the fermentation of degradable organic wastes having a high nitrogen content. This is because the water-soluble ammonia compound may accumulate in the liquid phase when passing through the return line and be taken out by waste water after dehydration. In this way, the concentration of the dehydrated fermentation product can adjust the concentration of the ammonia compound in the fermenter to a level that does not impede the decomposition reaction.
같은 방법으로 염분 농도가 높은 투입 쓰레기도 탈수 후 반송하는 발효물량을 증가시킴으로서 NaCl의 양을 감소시킬 수 있다. 이에 의해 현저하게 염분이 적은 퇴비를 생산할 수 있기 때문에 이것이 본 발명의 또 하나의 독특한 장점이다. 물이나 염분이 적은 폐수를 첨가함으로써 고형물의 농도를 기술적으로 최적의 분해 수준으로 유지할 수 있으며 결국 탈염 효과가 촉진될 수 있다.In the same way, the input waste with high salt concentration can reduce the amount of NaCl by increasing the amount of fermented products returned after dehydration. This is another unique advantage of the present invention because it can produce remarkably low salt compost. By adding water or low salt wastewater, the concentration of solids can be technically maintained at the optimum level of decomposition, which in turn promotes the desalting effect.
기본적으로 물에 아주 잘 녹는 다른 모든 유해 물질의 처리시에도 본 발명의 방법이 응용될 수 있다.The method of the invention can also be applied to the treatment of all other hazardous substances which are basically very soluble in water.
본 발명은 상기한 설명이나 실행 방법으로만 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술사상의 범위내에서 다양하게 실행 방법을 변경할 수 있으며 반응방법도 다양할 수 있다.The present invention is not limited only to the above description or the execution method, and may be changed in various ways within the scope of the technical idea of the present invention, and the reaction method may also vary.
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Legal Events
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