KR100286180B1

KR100286180B1 - 생활쓰레기 및 동물사체의 메탄가스화 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100286180B1
Application number: KR1019990037150A
Authority: KR
Inventors: 심범석
Original assignee: 심범석; 주식회사풍전
Priority date: 1999-09-02
Filing date: 1999-09-02
Publication date: 2001-03-15
Anticipated expiration: 2019-09-02
Also published as: KR19990083953A

Abstract

본 발명은 유기성 생활쓰레기 및 동물사체를 처리하는 방법에 관한 것으로, 파쇄탱크에서 쓰레기를 잘게 분쇄한 뒤, 가수분해조속에서 분쇄된 쓰레기를 기 설정된 소정 시간동안 용해한 후 가수분해가 완료된 최종물질과 상기 전처리과정을 거친 쓰레기를 유해병원균의 소멸을 위해 분쇄탱크에서 70℃온도하에서 분쇄시킨 후 3-4시간 채류시켜 1:1의 비율로 혼합하여 pH3-5의 농도가 되도록 18-40℃의 온도하에서 3-5일간 소정량의 공기를 주입하면서 가수분해하고, 가수분해과정을 거친 쓰레기를 바이오리엑터에 투입하여 pH6.5-8.5의 농도가 되도록 50-60℃의 온도하에서 10-20일간 혐기성 조건하에서 메탄화 즉 발효하는 쓰레기 처리방법 및 장치에 의하여 메탄가스와 농업용의 액상비료를 생성하는 것이다.

Description

생활쓰레기 및 동물사체의 메탄가스화 방법 및 장치{Biogas method and plant of living waste and animal carcass}

본 발명은 동물사체 및 생활 쓰레기를 포함한 유기성 쓰레기의 처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 쓰레기를 잘게 분쇄하여 가수분해과정과 메탄화과정을 거치도록 함으로써, 재생에너지인 바이오가스 및 액상의 비료가 생산되도록하는 생활쓰레기 및 동물사체의 메탄가스화 방법 및 장치에 관한 것이다.

생활중에 발생되어지는 생활쓰레기 즉 음식물 쓰레기들의 처리는 현재 대부분 열처리(끓인후 건조시킴)를 한후 사료로 이용하거나, 퇴비로 만들거나, 쓰레기 하적장에 쌓아놓거나, 소각장으로 이송하는 방법이 사용되고 있으나, 상기한 방법들중 사료로 이용하거나 퇴비로 만드는 방법은 생활 쓰레기의 고형물질만 이용하는 것으로 자원재활용도가 낮으며 퇴비로 만들거나 쓰레기 하적장에 쌓아 놓을 경우에는 심한 악취가 발생되는 문제점이 있었다. 또한, 쓰레기 하적장에 쌓아놓을 경우 쓰레기로부터 발생되는 침출수에 의하여 주면 토양 및 하천을 오염시키게 되는 문제점이 발생되었다.

그리고, 생활중에 발생되는 쓰레기 중, 인간과 동물의 식량으로 하기에 부적합한 쓰레기 및 동물폐기물의 활용방법은 현재 공업원료로 사용하는 지방이나 가축의 사료로 사용되는 동물성 전분을 획득하는 방법이 있으나, 이러한 사료화는 최근에 광우병과 같은 동물들의 고질병을 유발시키게 되었는데, 이러한 병을 유발시키는 바이러스는 200℃이상의 온도하에서도 생존하기 때문에 동물성 전분을 생산하는 일반적인 처리방법으로는 이들을 제거할 수 없다는 사실이 입증되었으므로, 이러한 사료로 키운 소등을 인간이 먹을 경우에는 인간에게도 이러한 병이 유발되어질수 있는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 쓰레기를 잘게 분쇄하여 가수분해과정과 메탄화과정을 거치도록 함으로써, 재생에너지인 바이오가스 및 액상의 비료가 생산되도록하는 생활쓰레기 및 동물사체의 메탄가스화 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 생활쓰레기 및 동물사체의 메탄가스화 장치를 나타내는 블록도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

8 : 쓰레기 처리기 10 : 분쇄탱크

16 : 가수분해조 28 : 바이오리엑터

31 : 침전조

이하 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 살펴본다.

본 발명에 따른 생활쓰레기 및 동물사체의 메탄가스화 방법은 쓰레기를 잘게 분쇄한 뒤 용해하는 전처리과정과, 상기 전처리된 물질을 유해병원균의 소멸을 위해 70℃온도하에서 분쇄시킨 후 3-4시간 채류시켜 가수분해완료된 물질과 1:1의 비율로 투입하여 pH3-5의 농도가 되도록 18-40℃의 온도하에서 가수분해하는 과정과, 가수분해과정을 거친 쓰레기를 pH6.5-8.5의 농도가 되도록 50-60℃의 온도하에서 발효 즉 메탄화하는과정을 포함하여 재생에너지 인자인 바이오가스와 농업용의 액상비료를 생성하는 것이다.

한편, 상기한 본 발명에서 용해과정은 파쇄되어진 대량의 쓰레기들을 보다 용이하게 처리할 수 있는 형태로 만들어서 다음 과정으로 이송시켜주기 위한 것으로, 상기한 용해과정은 본 발명에서는 증기소독에 의한 열처리 용해방법을 이용하거나, 산과 알카리액 특히 가성소다액 또는 황산을 사용하는 화학적 용해방법을 이용하거나, 케라틴을 포함한 단백질 분해인자의 기능을 수행하도록 반추미생물등의 유기산 생성균을 pH3-5, 18-40℃의 온도하에서 3-5일간 배양하여 분쇄된 동물사체를 투입하여 재 배양한 후 배양된 유기산 생성균을 더 투입하여 동물사체를 용해하는 호기성 용해방법을 이용하며, 경우에 따라서 이들 용해방법을 혼합한 혼합방식으로 전처리과정을 수행할 수 있으며 그 예로써는 증기소독을 통하여 전용해를 시킨 후 호기성 발효용해방법을 수행하는 방법이 있다.

그리고, 상기한 바와 같은 전처리과정을 수행한 쓰레기를 유해병원균의 소멸을 위해 70℃온도하에서 분쇄시킨 후 미리정해진 시간간격으로 통기량을 증가시키고, 공정수와 호기성 미생물(예를들면 반추미생물)들을 가수분해의 활성화를 위해 투입하여 18-40℃에서 3-5일간 가수분해를 시켜 3-5의 pH농도를 가진 가수분해산물을 발생시킨다.

한편, 상기 과정에서 가수분해를 촉진시키기 위하여 가수분해과정 초기에 가수분해가 원할하게 되도록 하기 위하여 스타트-박테리아 즉 상기 전처리과정에서 배양된 유기산 생성균들이 투입되어지며, 가수분해 단계에서 털이 붙어 있는 쓰레기들을 재활용할 때에는 연쇄상 구균인 fradiae와 같은 케라틴을 형성하는 미생물들이 투입된다.

그리고, 가수분해가 이루어지는 동안에 부수적으로 주입되는 공기량은 유입물속의 지방산스펙트럼 즉 처리물속에 포함되어져 있는 지방, 당분, 전분, 단백질 등과 같은 다양한 성분들의 비율에 의하여 결정되며, 이는 유입되어질 원료들에 대한 사전실험에 의해 결정된다.

상기 가수분해 과정을 거친 후 메탄화과정을 수행하면서 다량의 쓰레기들은 메탄가스와 액상의 잔여물로 변환되는데, 이때 상기 메탄화는 50-60℃의 온도와 6.5-8.5의 pH-농도에서 호열성 과정으로 진행되는 엄격한 혐기성 조건하에서 실행되어지며 10-20일간의 체재기간을 필요로하며, 이 과정에서 발생된 액상 잔여물은 소정량씩 메탄화과정으로 귀환된다.

한편, 상기 메탄화 과정에서 메탄 생성율을 향상시키기 위하여 메탄화 과정 초기에 스타트-박테리아 즉 메탄균들을 필요에 따라 투입하는데, 상기 메탄균은 pH7.5, 55℃온도에서 7-15일간 배양한 뒤 분쇄된 동물사체를 투입하고 이후에 배양된 메탄균을 더 투입하여 메탄화 과정에 적정한 량만큼 배양하여 사용한다.

이와 같은 과정을 거친후 발생되는 바이오 가스에는 60-75%의 메탄이 함유되어 있으며 황화수소가 거의 포함되어져 있지 않기 때문에 바이오 가스를 정화할 필요가 없으며, 쓰레기 1톤으로부터 약 80-100m³가 생산되어진다. 그리고 이와같이 생성된 바이오 가스는 전기 및 열생산을 위해 열발전 시설을 거치는데 이 과정에서 파쇄와 가수분해시에 형성되어지는 산소가 함유된 배기가스가 상기 열발전 시설에 더 첨가되어질 수 있다.

그리고, 이 공정에서 유출되는 폐수는 약 55℃의 온도를 나타내고 6.5-8.5의 pH농도를 가지고 있으며, 영양분을 함유하고 있기 때문에 농업용 비료로서 사용될 수 있으며, 열량은 상기 처리공장가동을 위해서 사용되어질 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 생활쓰레기 및 동물사체의 메탄가스화 장치는 도 1에 도시한 바와 같이 쓰레기 발생현장에 직접 설치가능하며 투입호퍼(1)로 투입된 쓰레기를 균질기(5)를 통과시킨 후 저장조(7)로 이송시켜 저장조(7)내부에 설치된 균질기(7a)로 균질화시켜 탱크롤리(50)와 연결되는 이송장치(4)를 통하여 배출하는 쓰레기 처리기(8)와, 탱크롤리(50)를 통해 투입된 쓰레기를 자체 순환장치(12)를 통하여 하부에서 상부로 순환시키면서 균질기(11)로 분쇄 및 혼합시켜 분쇄된 쓰레기는 이송장치(14)를 통하여 배출하고 고형물질는 선별탱크(36)와 연결된 배출구(15)를 통하여 배출하는 분쇄탱크(10)와, 이송장치(14)를 통하여 분쇄탱크(10)의 쓰레기를 투입받아 내부의 균질기(17)에 의해 쓰레기를 기 설정된 소정 온도, pH, 압력으로 균질화 및 가수분해시켜 선별탱크(36)와 연결된 배출구(19)로 배출시키며 이때 발생되는 악취는 바이오필터(21)와 연결된 악취제거라인(20)을 통해 배출시키고, 발생되는 폐수와 가수분해 완료된 쓰레기는 폐수라인(18)과 이송라인(22)을 통해 배출하는 가수분해조(16)와, 내부에 메탄균의 활동증대를 위해 균질기(24)가 부착되어 이송라인(22)을 통해 투입되는 쓰레기를 기 설정된 소정 온도, pH, 압력으로 메탄화시키며, 이때 발생되는 메탄가스는 가스정화조(29)와 가스저장탱크(30)에 연결된 가스라인(28)으로 배출하고 하부의 고형물질는 선별탱크(36)와 연결된 배출구(26)를 통해 배출하며, 메탄화반응이 끝난 폐수 및 부산물은 폐수라인(18) 및 부산물 이송라인(27)을 통해 배출시키는 바이오리엑터(28)와, 상기 가수분해조(16)와 바이오리엑터(28)의 폐수라인(18)및 부산물 이송라인(27)과 연결되어 투입원료를 침전시킨 후, 폐수는 폐수처리장치(33)와 정수조(34)에 연결된 이송라인(32)을 통해 배출하고, 부산물은 이송라인(35)을 통해 배출시키는 침전조(31)와, 이송라인(35)을 통해 이송된 쓰레기를 탈수시켜 탈수된 찌꺼기는 부산물 저장조(39)에 저장하고 나머지는 이송라인(38)을 통하여 바이오리엑터(23)로 재투입하는 탈수스크린(37)으로 구성된다.

한편, 상기한 구성에서 모든 단위기능을 수행하는 반응조들에는 역학적으로 적합한 프로그램에 의거하여 공정인자들을 조정하는 마이크로 컨트롤러모듈(도시하지 않음)이 사용되며, 이를 위하여 가수분해조(20)와 바이오리엑터(30)내부에는 pH와 온도와 압력을 검출하는 센서가 설치된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 생활쓰레기 및 동물사체의 메탄가스화 장치의 동작을 하기에서 보다 상세하게 살펴보면, 우선 쓰레기 처리기(8)의 투입호퍼(1)로 투입된 크기가 큰 쓰레기는 분쇄 및 혼합을 위한 균질기(5)를 거쳐 저장조(7)에 이송되고 투입호퍼(2)로 투입된 크기가 작은 쓰레기는 저장조(7)에 직접 투입되어 균질기(7a)에 의해 균질화된 후 탱크롤리(50)와 연결된 이송장치(4)를 통하여 배출된다.

그리고, 상기 탱크롤리(50)를 통해 이송된 쓰레기는 분쇄탱크(10)로 투입되어 분쇄탱크(10) 내부에 설치된 균질기(11)에 의해 분쇄 및 혼합공정을 거침과 동시에 자체 순환장치(12)에 의해 분쇄탱크(10) 하부에 위치된 쓰레기를 상부로 순환시키며, 이때 고형물질는 하부의 배출구(15)를 통해 선별탱크(36)로 보내어지고 분쇄된 쓰레기는 이송장치(14)에 의해 가수분해조(16)로 이송된다.

가수분해조(16)로 투입된 쓰레기는 내부의 균질기(17)에 의해 균질화 및 가수분해되어 고형물질는 하부의 배출구(19)를 통해 선별탱크(36)로 이송되며 악취는 상부의 악취제거라인(20)을 통해 바이오필터(21)에서 필터링된 후 대기에 방출되며 원료상부의 폐수는 폐수라인(18)을 통해 침전조(31)로 이송되며 가수분해 완료된 쓰레기는 이송라인(22)을 통해 바이오리엑터(28)로 투입된다.

그리고, 바이오리엑터(28)로 투입된 쓰레기는 메탄균의 활동증대를 위해 설치된 균질기(24)에 의하여 보다 효율적으로 메탄화되며 이때 발생되는 메탄가스는 가스라인(28)을 거쳐 가스정화조(29)에서 정화되어 가스저장탱크(30)에 저장되며 고형물질는 하부의 배출구(26)을 통해 선별탱크(36)로 보내어지며 메탄화반응이 끝난 폐수 및 부산물은 폐수라인(18) 및 부산물 이송라인(27)을 통해 침전조(31)로 이송된다.

침전조(31)에서는 투입되는 폐수 및 부산물을 소정시간동안 침전시켜, 이송라인(32)을 통해 배출된 폐수는 폐수처리장치(33)에서 폐수처리 후 정수조(34)에서 정류되어 방류되며, 이송라인(35)을 통해 배출된 부산물은 탈수스크린(37)으로 이송되어 찌꺼기는 부산물 저장조(39)에 저장되며 나머지는 이송라인(38)에 의해 바이오리엑터(23)로 재투입된다.

따라서, 본 발명에 의하면 처리가 용이하지 않은 쓰레기 폐기물을 용이하게 처리할 수 있도록 함으로써, 환경 오염을 방지하는 효과가 있으며, 처리과정에서 발생되는 바이오가스및 액상비료를 이용할 수 있으므로 자원 재활용의 효과가 있다.

Claims

생활쓰레기 및 동물사체를 처리하는 방법에 있어서,

쓰레기를 잘게 분쇄한 뒤, 증기소독에 의한 열처리 용해방법이나 산과 알카리액 특히 가성소다액 또는 황산을 사용하는 화학적 용해방법 또는 케라틴을 포함한 단백질 분해인자의 기능을 수행하도록 반추미생물등의 유기산 생성균을 pH3-5, 18-40℃의 온도하에서 3-5일간 배양하여 분쇄된 동물사체를 투입하여 재 배양한 후 배양된 유기산 생성균을 더 투입하여 동물사체를 용해하는 호기성 용해방법중 소정의 방법을 선택하여 분쇄된 쓰레기를 용해하는 전처리과정과;

상기 전처리과정을 수행한 쓰레기가 유해병원균의 소멸을 위해 70℃온도하에서 분쇄되어 3-4시간 채류된 후 가수분해 완료된 물질과 1:1의 비율로 투입되고, 상기 전처리과정을 수행한 처리물의 지방산스펙트럼(전처리과정을 수행한 처리물속에 포함되어져 있는 지방, 당분, 전분, 단백질 등과 같은 다양한 성분들의 비율)에 따라 소정량의 공기가 투입되어, 쓰레기를 pH3-5의 농도가 되도록 18-40℃의 온도하에서 3-5일간 가수분해하는 과정과;

가수분해과정을 거친 쓰레기를 pH6.5-8.5의 농도가 되도록 50-60℃의 온도하에서 10-20일간 혐기성 조건하에서 메탄화하는과정을 포함하는 것을 특징으로 하여 메탄가스와 농업용의 액상비료를 생성하는 생활쓰레기 및 동물사체의 메탄가스화 방법.
제 1항에 있어서, 상기 가수분해과정과 매탄화과정에서 가수분해와 메탄화과정을 촉진시키기 위한 스타트-박테리아들 즉, 가수분해과정에서는 용해과정의 조건으로 배양된 유기산 생성균, 메탄화과정에서는 메탄균을 pH7.5, 55℃온도에서 7-15일간 배양한 뒤 분쇄된 동물사체를 투입하고 이후에 배양된 메탄균을 더 투입하여 메탄화 과정에 적정한 량만큼 배양하여 투입하는 것을 특징으로 하는 생활쓰레기 및 동물사체의 메탄가스화 방법.
생활쓰레기 및 동물사체 처리장치에 있어서,

투입된 쓰레기를 자체 순환장치(12)를 통하여 하부에서 상부로 순환시키면서 균질기(11)로 분쇄 및 혼합시켜 분쇄된 쓰레기는 이송장치(14)를 통하여 배출하고 고형물질는 선별탱크(36)와 연결된 배출구(15)를 통하여 배출하는 분쇄탱크(10)와,

이송장치(14)를 통하여 분쇄탱크(10)의 쓰레기를 투입받아 내부의 균질기(17)에 의해 쓰레기를 기 설정된 소정 온도, pH, 압력으로 균질화 및 가수분해시켜 선별탱크(36)와 연결된 배출구(19)로 배출시키며 이때 발생되는 악취는 바이오필터(21)와 연결된 악취제거라인(20)을 통해 배출시키고, 발생되는 폐수와 가수분해 완료된 쓰레기는 폐수라인(18)과 이송라인(22)을 통해 배출하는 가수분해조(16)와,

내부에 메탄균의 활동증대를 위해 균질기(24)가 부착되어 이송라인(22)을 통해 투입되는 쓰레기를 기 설정된 소정 온도, pH, 압력으로 메탄화시키며, 이때 발생되는 메탄가스는 가스정화조(29)와 가스저장탱크(30)에 연결된 가스라인(28)으로 배출하고 하부의 고형물질는 선별탱크(36)와 연결된 배출구(26)를 통해 배출하며, 메탄화반응이 끝난 폐수 및 부산물은 폐수라인(18) 및 부산물 이송라인(27)을 통해 배출시키는 바이오리엑터(28)와,

상기 가수분해조(16)와 바이오리엑터(28)의 폐수라인(18)및 부산물 이송라인(27)과 연결되어 투입원료를 침전시킨 후, 폐수는 폐수처리장치(33)와 정수조(34)에 연결된 이송라인(32)을 통해 배출하고, 부산물은 이송라인(35)을 통해 배출시키는 침전조(31)와,

이송라인(35)을 통해 이송된 쓰레기를 탈수시켜 탈수된 찌꺼기는 부산물 저장조(39)에 저장하고 나머지는 이송라인(38)을 통하여 바이오리엑터(23)로 재투입하는 탈수스크린(37)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 생활쓰레기 및 동물사체의 메탄가스화 장치.
제 3항에 있어서, 상기 생활쓰레기 및 동물사체의 메탄가스화 장치에는 쓰레기 발생현장에 직접 설치가능하며 투입호퍼(1)로 투입된 쓰레기를 균질기(5)를 통과시킨 후 저장조(7)로 이송시켜 저장조(7)내부에 설치된 균질기(7a)로 균질화시켜 탱크롤리(50)와 연결되는 이송장치(4)를 통하여 배출하는 쓰레기 처리기(8)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생활쓰레기 및 동물사체의 메탄가스화 장치.