KR100403335B1 - 유기폐수로부터메탄가스를수득하는장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기 폐수로부터 메탄가스를 수득하는, 발효실, 가스 수집 공간 및 후-발효실로 이루어진 장치로서 발효실의 바로 위에 놓여있는 가스 수집 공간이 발효실로부터 구조적으로 분리되어 있지 않으며, 후-발효실로부터의 과량의 발효된 액체용으로 하나이상의 공급 덕트 및 하나의 방출 덕트가 있으며, 발효실을 바람직하게는 지면에 일부를 묻음으로써 단열시키고, 발효실 및 그 위에 배치되는 후-발효실을 연속 용기의 형태로 결합시켜 하나의 단위장치를 이루는 장치에 관한 것이다.

메탄의 효율적인 생성은, 특히 충전 및 발효실의 설계 및 특히 표면 찌꺼기의 제거에 대한 기술적인 문제이므로, 본 발명은, 후-발효실의 상부를 한쪽으로는 밸브로 잠글 수 있는 연속 덕트를 통해 가스 수집 공간에 연결하고, 다른 쪽으로는 압력 조절 탱크로 이어지는 하나이상의 가스덕트에 연결하고, 방출 덕트가 후-발효실과 연속되어 밸브 개폐시기에 따르거나 발효실내의 충전 수위 또는 가스 수집 공간내의 가스 압력에 따라 밸브에 의해 개폐될 수 있는 상기 언급된 종류의 장치로써 문제들을 해결 하였다.

Description

유기 폐수로부터 메탄가스를 수득하는 장치

본 발명은 유기 폐수로부터 메탄가스를 수득하는, 발효실, 가스 수집 공간 및 후-발효실 (발효실의 바로 위에 놓여있는 가스 수집 공간은 발효실로부터 구조적으로 분리되어 있지 않다), 후-발효실로부터의 과량의 발효된 액체용으로 하나의 방출 덕트 및 하나이상의 공급 덕트가 있으며, 발효실 및 후-발효실을 바람직하게는 지면에 일부 이상을 묻음으로써 단열시키고, 발효실 및 그 위에 배치되는 후-발효실을 연속 용기의 형태로 결합시켜 하나의 단위장치를 이루는 장치에 관한 것이다.

이러한 장치는 당업계에 공지되어 있다. 메탄가스 수득용 장치의 제작시에 최고의 수율을 수득하기 위해서는 미생물학적 측면을 반드시 고려하여야 하며, 특정량의 새로운 슬러지만이 발효물의 휘발성산의 함량이 소정 비율로 유지되는 정도로 공급되고, 매질이 알칼리와 반응하고, 순간적인 온도변화를 피하도록 항온 상태가 갖춰지고, 최종적으로 표면에 찌꺼기가 형성되어 가스의 방출을 막지 않도록 하는 것이 중요하다. 즉, 메탄의 효율적인 생성은, 특히 충전 및 발효실의 설계 및 특히 표면 찌꺼기의 제거에 대한 기술적인 문제에 달려있다.

본 발명은, 후-발효실의 상부를 한쪽으로는 밸브로 잠글 수 있는 연속 덕트를 통해 가스 수집 공간에 연결하고, 다른 쪽으로는 압력 조절 탱크로 이어지는 하나 이상의 가스 덕트에 연결하고, 방출 덕트가 후-발효실과 연속되어 시간에 따르거나 발효실내의 충전 수위 및/또는 가스 수집 공간내의 가스 압력에 따라 밸브에 의해 개폐될 수 있는 상기 언급된 종류의 장치로써 상기 복잡한 문제들을 해결하였다. 본 발명의 바람직한 구체예는 종속항에 정의되어 있다.

제 1 도는 메탄가스를 수득하는 장치의 사실상 주요 구조를 나타내는 단면도로, 그 장치는 발효시킬 물질로 채워져 있다. 바람직하게는 단열되고/되거나 적어도 부분적으로 가열할 수 있는 벽부가 추가로 설치되어 있으며 종축을 가진 원통형 단위장치 (1)은 상기 장치를 직립 시키거나 장착하는 곳의 지역적인 조건에 따라 지면에 전체 또는 일부분을 끼워 넣는다. 상기 단위 장치는 내부 중간 천정(2)에 의해 한쪽으로는 발효실 (3) 및 가스 수집 공간 (7), 및 다른 쪽으로는 후-발효실 (4)으로 분리된다. 발효실 (3) 및 가스 수집 공간 (7)은 구조적으로 분리되지 않고 하나의 단일 공간을 형성한다. 종축 (5)는 그 안에 중앙에 배치되어 연속 용기로 발효실 (3)및 후-발효실 (4)를 연결한다. 연속 용기라는 용어는 본원에서 상기 2개의 방에 담겨있는 액체가 최소한 부분적으로 앞뒤로 흐를 수 있는 가능성이 있음을 의미한다. 바닥 주위 부분에, 상기에 중앙에 배열된 종축 (5)에 삽모양으로 휜 수로부 (13)이 부착되어 있다.

본원에서 발효실 (3)은 가스를 제거해야할 액체로 각각 채워진 방을 의미한다. 가스 수집 공간 (7)은 바로 발효실 위에 놓여있다. 상기의 방과 공간은 각각 장치를 가동하는 동안에 용적이 변하며, 서로 구조적으로 분리되어 있지는 않다.

바닥에 쌓인 슬러지를 방출할 수 있는 지면 슬러지 방출 덕트 (9)가 바닥 (8) 근처에 설치된다.

가스 수집 공간 (7)과 후-발효실 (4)의 상부는 연속 덕트 (10)으로 연결된다. 상기 덕트는 밸브 (11)로 개폐할 수 있다. 추가의 덕트 (12)는 후-발효실 (4)의 상부에서부터 본원에 나타나 있지않은 서지 탱크에, 예컨대 가스 계량기로서, 연결시켜 장치가 일정한 공정 압력을 유지하도록 한다. 방출 덕트 (18)은 후-발효실 (4)에 있는 발효된 액체를 방출 시킨다. 본원에서, 연속 덕트 (10)의 밸브 (11)은 시간에 따라 조절될 수 있다. 그러나, 가스 수집 공간 (7) 내의 가스압력에 따라 또는 각각의 충전 수위에 따라 밸브 (11)을 조절할 수도 있다.

환상 격벽 (14)는 후-발효실 (4)를 외측 수반 (15)와 내측 수반(16)으로 나눈다. 방출 덕트 (18)의 유입부는 2개의 수위 조절 단부를 형성하는 벽부 들 (17) 사이에 있는 외측 수반 (15)의 바닥쪽에 있다 (제 7 도). 발효실 (3) 및 가스 수집 공간 (7)은 혼합 축 (19)을 통하여 외측 수반 (15)에 연결되어 있다. 발효시킬 새로운 물질은 공급 덕트 (6)을 통하여 충전된다.

이 장치를 각 종류의 물질 및 공정 설계에 따라, 하루에 4 ∼ 8 회를 혼합하는 공정을 수행한다. 각 혼합 사이클은 하기에 서술된 것과 동일하게 6 단계를 포함한다.

단계 1 - 혼합 사이클의 시작 :

물질 (20)의 수위 (21)을 후-발효실 (4)와 동일하게 발효실 (3) 및 가스 수집 공간 (7) 모두를 맞춘다. 가스 밸브 (11)은 잠근다. 후-발효실 (4) 내 가스 압력은 덕트 (12)를 거쳐 장치에 연결된 가스 저장부의 공정 압력과 동일하게 하며, 가스 저장부는 본원에 도시되어 있지 않다. 본 단계 동안에 새로운 물질이 장치로공급되지 않으므로, 발효된 물질은 계 밖으로 흐를 수 없다. 후-발효실 (4)에서 생성된 가스가 덕트 (12)를 통해 가스 저장부로 흐른다. 발효실 (3)에서 생성된 가스는 가스 수집 공간 (7)로 불리는 발효실 (3)의 최상층 지역 (제 1 도) 으로 상승되어 축적된다.

단계 2 - 물질 수위의 차의 증대 :

밸브 (11)이 닫히있기 때문에, 발효실 (3)에서 생성된 가스는 상층 지역의 가스 수집 공간 (7)에 축적된다. 따라서, 발효실 (3)으로부터 발효물 (물질)을 대체하기 시작한다. 생성된 가스와 동등 부피 분량의 물질이 후-발효실 (4) 쪽으로 윗방향으로 가압된다. 이는 중앙 종축 (5) 및 혼합축 (19) 모두를 통하여 수행된다. 발효실 (3)내의 가스 압력은 발효실 (3) 및 후-발효실 (4) (제2도) 사이의 수위 차와 동일하다. 상기 움직임을 제 2 도에 화살표로 명시한다.

3 단계 - 최대 수위 차 :

제 3 도는 수위 차 D 및 이로인한 압력차가 최대치에 도달한 장치의 공정 상태를 나타낸다. 후-발효실 (4)는 격벽 (14)에 의해 외측 수반 (15) 및 내측 수반 (16)으로 분리된다. 상기 2개의 수반은 직접적으로 연결되어 있지 않다. 격벽 (14)는 작업 공정이 진행되는 동안에 물질이 절대로 내측 수반으로부터 격벽을 넘어 외측 수반에 흐르지 않도록 제작된다. 결과적으로, 내측 수반 (16)내 물질은 단지 발효실 (3)으로부터 중앙의 종축 (5)를 통해 윗 방향으로만 대체될 수 있다. 원주의 외측수반 (15)내 물질은 단지 혼합물 (19)를 통해 상부 지역에 도달할 수 있다. 방출 덕트 (18)은 외측 수반 (15)의 바닥에서 시작된다. 상기 방출 덕트 (18)의 유입물은 범람 단부(제 7 도)에 의해 외측 수반 (15)와 분리된다. 상기 범람 단부는 후-발효실내 물질의 수위가 최고일 때 조차도 출구로 나갈 수 없도록 제작된다. 물질은 외측 수반 (15)으로부터 장치에로만 흐를 수 있는 반면에, 중앙 종축 (5)를 통해서만 유입이 가능하다.

단계 4 - 충전 및 가공 (제 4 도)

물질의 수위 차에 따라 압력차가 최고에 도달했을 때 (제3도), 장치에 새로운 물질이 충전되기 시작한다. 새로운 물질은 공급 덕트 (6)을 거쳐 장치의 중앙 종축 (5)로 펌프된다. 충전 시간 및 충전양은 처리물질의 형태에 따른다. 특정량의 새로운 물질 (20)을 공급 덕트 (6)을 거쳐 중앙 종축 (5)에로 충전시키는 경우에, 후-발효실 (4)의 내측 수반 (16) 및 주위의 환상 수반 (15)의 수위가 상승한다.

후-발효실 (4)내의 물질이 이미 최고 수위까지 도달했으므로, 새로운 물질을 충전한 후, 물질의 수위가 더욱 상승하여 결국 발효된 물질이 범람 단부를 넘쳐흐르게 되어 상기의 방출 덕트 (18)에 도달하게 된다. 이러한 방법에서, 새로운 물질이 장치로 펌프될 때마다 동일 용적의 발효물질이 범람 단부를 거쳐 방출 덕트 (18)로 흘러서 장치로부터 제거된다. 이제, 새로이 충전된 물질이 중앙 종축 (5)에 있게 된다.

단계 5 - 혼합 :

새로운 물질로 장치가 충전되며, 밸브 (11)을 연다 (제 5 도). 이 순간으로부터, 각각 발효실 (3) 및 가스 수집 공간 (7)에 축적된 압축 가스가 후-발효실 (4)로 흐를 수 있고, 거기로부터 덕트 (12)를 거쳐 본원에 도시되지 않은 가스 저장소로 연결된다. 후-발효실 (4)에로까지 가압된 물질은 2개의 경로를 거쳐 발효실 (3)으로 역류한다 (제 6 도).

내측 수반 (16)의 내용물은 중앙 종축 (5)을 통하여 아래로 흐른다.

이로써, 상기 축에 담겨진 새로운 물질을 전방으로 밀어 새로운 물질이 수로부 (13)을 통해 발효실 (3)에 난류상태로 밀어 넣어진다. 발효실 (3)내에 담겨진 물질 (3)이 격렬하게 혼합되고 수로부 (13)이 삽형이므로, 회전 운동한다. 예비-발효 물질을 발효실 (3)에 이미 함유된 바이오 - 매스 (bio mass) 로 혼합 시킨다.

후-발효실 (4)의 외측 수반 (15)의 내용물은 혼합축 (19)를 통해 발효실 (3)및 가스 수집 공간 (7)로 역류한다. 상기 혼합축 (19)의 구조적 설계로 인하여, 역류 물질은 밀려 내려간 물질 수위의 표면에 분무되고, 거기에 함유된 부유물을 적시고 난류 운동을 통해 다시 물질을 혼합시킨다. 발효실 (3)내 물질의 수위가 반복적으로 증가하면 부유물질이 원추형 중간 천정 (2)를 따라 움직여서 다시 혼합될 때, 부유물질이 쓸려서 벗겨지고 분쇄되는 부가적인 효과를 나타낸다 (제 6 도).

상기 물질흐름의 형태는 혐기성 미생물 장치 각각의 2개의 필수 지역 즉, 현탁 및 퇴적 슬러지 층이 하루에 수차례 격렬하게 난류로 혼합시킬 수 있어야 한다.

혼합공정이 종결되면, 밸브 (11)을 다시 잠그고 상기 서술된 순환을 단계 1 부터 다시 시작한다.

제 1 도 ∼ 제 6 도는 각각의 도면에서 다양한 작업상태를 예시하는 본 발명에 따른 장치의 종단면도.

제 7 도는 제 1 도의 선 VII - VII 에 따른 수평 단면도.

제 8 도는 제 1 도의 선 VIII - VIII에 따른 수평 단면도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

1 : 장치 12 : 가스 덕트

2 : 중간 천정 13 : 수로부

3 : 발효실 14 : 격벽

4 : 후-발효실 15 : 외측 수반

5 : 종축 16 : 내측 수반

6 : 공급 덕트 17 : 벽부

7 : 가스 수집 공간 18 : 방출 덕트

8 : 바닥 19 : 혼합 축

9 : 지면 슬러지 방출 덕트 20 : 물질

10 : 연결 덕트 21 : 수위

11 : 밸브

Claims (7)

1. 발효실 (3), 가스 수집 공간 (7) 및 후-발효실 (4) (발효실 (3)의 바로 위에 놓여있는 가스 수집 공간 (7)은 발효실 (3)로부터 구조적으로 분리되어 있지 않다), 후-발효실 (4)로부터의 과량의 발효된 액체용으로 하나의 방출 덕트 (18) 및 하나 이상의 공급 덕트 (6)가 있으며, 발효실 (3) 및 후-발효실 (4)을 단열시키고, 발효실 (3) 및 그 위에 배치되는 후-발효실 (4)을 연속 용기의 형태로 결합시켜 하나의 단위장치 (1)를 이루는 장치로서, 후-발효실 (4)의 상부가 한쪽으로는 밸브 (11)로 잠글 수 있는 연속 덕트 (10)로 가스 수집 공간 (7)에 연결되고, 다른 쪽으로는 압력 조절 탱크에 연결되는 하나 이상의 가스 덕트 (12)에 연결되며, 방출 덕트 (18)가 후-발효실 (4)과 연결되고, 연속 덕트 (10)는 시간, 발효실 (3)내 충전 수위, 가스 수집 공간 (7)내 가스 압력, 또는 이들의 조합에 따라 밸브 (11)에 의해 개폐될 수 있음을 특징으로 하는, 유기 폐수로부터 메탄 가스를 수득하기 위한 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 후-발효실 (4)이 환상 격벽 (14)에 의해 외측 수반 (15) 및 내측 수반 (16)으로 분할 되어 있음을 특징으로 하는 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 방출 덕트 (18)의 유입부가 후-발효실 (4)의 외측 수반 (15)의 바닥에 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제 2 하에 있어서, 혼합축 (19)이 후-발효실 (4)의 바닥, 외측 수반 (15) 으로부터, 발효실 (3) 및 가스 수집 공간 (7)에로 각각 이어져 있음을 특징으로 하는 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 공급 덕트 (6)가 중앙 종축 (5)에 연결하는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제 1 항에 있어서, 종축 (5)의 하부의 지면 근처 지역에 발효실 (3)로 통하는 삽형 수로부 (13)가 설치됨을 특징으로 하는 장치.
7. 제 1 항에 있어서, 발효실 (3) 및 후-발효실 (4)를, 지면에 일부 이상을 묻음으로써 단열시키는 것을 특징으로 하는 장치.