KR100405130B1 - Slurry Evaporation System Integrated Aerobic and Anaerobic processes - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고농도 유기성 폐수의 무방류처리에 있어서, 유기물 분해율을 극대화시키며 이에 수반된 많은 발효열로 수분증발율을 높이기 위하여, 밀착설치된 혐기소화조와 호기발효증발상을 이용하여 고농도 유기성 폐수를 증발·퇴비화하는 방법에 있어서, 폐수를 혐기소화조에 투입, 처리하고 메탄을 발생시켜 저장하는 단계와; 메탄 발효가 완료된 상기 혐기소화조 폐액을 호기발효증발상에 살포하여 발효열을 발생시켜 수분증발과 고형퇴비를 생산하는 단계와; 상기 혐기소화조에서 수집된 메탄을 열원으로 하여 호기발효증발상에 온풍을 공급시켜 수분증발을 촉진시키는 단계와; 호기발효증발상에서 발생된 발효열로 상기 혐기소화조를 보온시키는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 메탄 공정을 연계한 고농도 유기성 폐수의 증발·퇴비화 방법 및 장치에 관한 것으로서, 혐기소화조를 호기발효증발상 내부에 설치하거나 호기발효증발상과 벽의 일부를 공유하게 설치하여 호기발효증발상의 전도열에 의해 혐기소화조가 가·보온되어 별도의 가보온에너지와 장치가 없이도 일교차가 심한 환절기와 저온인 겨울철에도 혐기소화조의 일정한 온도를 유지시켜 사계절 메탄생산을 가능케 할 수 있다.The present invention provides a method for evaporating and composting a high concentration of organic wastewater using an anaerobic digestion tank and an aerobic fermentation evaporation system in order to maximize the decomposition rate of organic matter and to increase the water evaporation rate with a large amount of fermentation heat involved in the non-discharge treatment of high concentration organic wastewater. The method comprising the steps of: inputting and treating waste water in an anaerobic digester and generating and storing methane; Spraying the anaerobic digester waste liquid on which methane fermentation is completed on aerobic fermentation evaporation to generate heat of fermentation to produce water evaporation and solid compost; Using methane collected in the anaerobic digestion tank as a heat source to supply hot air on an aerobic evaporation to promote moisture evaporation; A method and apparatus for evaporating and composting a high concentration of organic wastewater in connection with a methane process, comprising the step of warming the anaerobic digestion tank with fermentation heat generated on an aerobic fermentation evaporation. Anaerobic digestion tank is heated and maintained by conduction heat of aerobic fermentation evaporation by installing inside or sharing a part of the wall with aerobic fermentation evaporation. Digestion tanks can be maintained at a constant temperature to enable four seasons of methane production.
Description
본 발명은 메탄 공정을 연계한 고농도 유기성 폐수의 증발·퇴비화 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열원인 호기발효증발상과 보온이 필요한 혐기소화조가 밀착 설치됨으로써 호기발효증발상에서 발생된 발효열의 전도에 의해 혐기소화조가 보온되고, 상기 혐기소화조에서 발생된 메탄을 이용하여 호기발효증발상 바닥에 온풍을 공급함으로써 수분증발효율을 높히고 마지막에는 고형퇴비가 생산되는, 메탄 공정을 연계한 고농도 유기성 폐수의 증발·퇴비화 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for evaporation and composting of high concentration organic wastewater in connection with a methane process, and more particularly, conduction of fermentation heat generated in an aerobic fermentation evaporation phase by closely installing an anaerobic digestion tank requiring heat insulation. By the warming of the anaerobic digestion tank, by supplying warm air to the bottom of the aerobic evaporation phase using the methane generated in the anaerobic digestion tank, the evaporation of high concentration organic wastewater linked to the methane process, which improves water evaporation efficiency and finally produces a solid compost It relates to a composting method and apparatus.
가축을 집단사육하는 경우 발생하는 축산폐수는 가축이 배설하는 분뇨, 사료찌꺼기 등 유기물의 집합체이므로 그대로 배출되는 경우 부영양화에 따른 심각한 수질 및 토양 오염을 발생시킨다.The livestock wastewater generated when the livestock is collectively collected is a collection of organic matter such as manure and feed waste, which are excreted by the livestock, and when discharged as it is, serious water and soil pollution due to eutrophication is generated.
이와 같은 가축분뇨 슬러리를 비롯한 고농도 유기성 폐수의 정화처리 방법으로서 활성슬러지법이 많이 도입되었으나 상기 방법은 부유물질, 유기물, 질소, 염류 등의 농도가 높은 유기성 폐수의 경우 정상적인 운전이 매우 어렵다. 그리고 방류수 수질기준에 부합되도록 처리되더라도 가축분뇨 폐수 특유의 높은 색도를 띄기 때문에 실제 방류하기는 어려운 실정이다.The activated sludge method has been introduced as a method for purifying high concentration organic wastewater including livestock manure slurries, but the method is very difficult to operate in the case of organic wastewater having a high concentration of suspended solids, organic matter, nitrogen, and salts. And even if treated to meet the water quality standards, it is difficult to actually discharge because it has a high color unique to the livestock manure wastewater.
따라서 최근에는 급속퇴비화시설을 이용한 호기발효증발 등 무방류 처리시스템을 도입하여 처리하고 있으나 슬러리(돼지 액상분뇨)의 함수율 과다(95%이상)로 인해 톱밥, 왕겨 등 값비싼 부자재의 사용량이 많고, 퇴비화(발효증발) 과정에서 발효열이 발생되기는 하나 송풍, 교반, 슬러지 살포 및 외부와의 온도차이 등으로 인해 손실되는 에너지가 너무 많아 처리효율이 낮아지게 될 뿐 아니라 온도가 낮은겨울철에는 이와 같은 손실 에너지가 더 증가된다.Therefore, in recent years, we have introduced a non-discharge treatment system such as aerobic fermentation evaporation using rapid composting facilities, but due to the excessive moisture content of slurry (pig liquid manure) (more than 95%), the consumption of expensive subsidiary materials such as sawdust and rice husk is high, and composting The fermentation heat is generated during the fermentation evaporation process, but the energy lost due to blowing, stirring, sludge spreading, and temperature difference with the outside is not only low, but also the processing efficiency is lowered. Is increased further.
그리고, 축산 폐수와 같은 고농도 유기성 폐수를 처리하기 위한 혐기소화공정의 경우 메탄가스 생산을 위해 적정온도(30℃이상)가 유지되어야 하므로 겨울철 저온시에는 보온 방법으로써 온수 보일러를 사용하여 온도를 높여주거나 폐수를 가·보온시켜 투입하였다.In the case of anaerobic digestion process for treating high concentration organic wastewater such as livestock wastewater, the proper temperature (over 30 ℃) should be maintained for methane gas production. Wastewater was added after warming and keeping warm.
그러나, 이와 같은 방법들은 연료와 장치비용 소요가 많고, 메탄가스 발생 저조 및 보일러 고장시 소화조내의 온도가 급강하고 별도의 경유를 이용한 보일러 가동시 연료소요량이 많아 장시간 가동이 현실적으로 불가능하다. 따라서 저온에 의한 메탄생산균의 사멸로 겨울내내 정상가동이 어려운 문제를 안고 있다. 그리고 혐기소화공정은 배출폐액 처리를 위해 별도의 시설, 즉 정화처리공정 또는 경지환운을 위한 액비저장시설(6개월 저장용량 탱크 및 액비살포시 운송장비등)이 필요하여 이중의 비용부담을 안고 있다.However, these methods require a lot of fuel and equipment costs, low temperatures in the digester when methane generation occurs and boiler failures are high, and fuel consumption is high when operating a boiler using a separate diesel oil, which makes it impossible to operate for a long time. Therefore, the normal operation is difficult throughout the winter due to the killing of methane-producing bacteria at low temperatures. In addition, the anaerobic digestion process has a double cost burden because it requires a separate facility for the treatment of the discharged waste liquid, that is, a purification process or a liquid storage facility (6 months storage capacity tank and liquid transportation equipment for liquid spraying).
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서 슬러리와 같은 고농도 유기성페수의 무방류처리를 효율적으로하기 위해 메탄가스를 생산하기 위한 혐기소화공정과 혐기소화폐액 처리를 위한 퇴비화공정인 호기발효증발상을 연계한 고농도 유기성 폐수의 증발·퇴비화 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the problems described above as an anaerobic fermentation evaporation process for the anaerobic digestion process for producing methane gas and the anaerobic digestion liquid for the efficient discharge-free treatment of high concentration organic wastewater such as slurry An object of the present invention is to provide a method and apparatus for evaporation and composting of high concentration organic wastewater linked to phases.
본 발명의 다른 목적은 생물학적 수처리 반응조를 퇴비화 공정의 호기발효열에 의해 중온대로 가보온하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for warming a biological water treatment reactor to a moderate temperature by aerobic fermentation heat of a composting process.
본 발명의 상기와 같은 목적들은 혐기소화조에서 생산되는 메탄가스를 퇴비화공정인 호기발효증발의 수분증발 촉진을 위한 온풍공급원으로 하고, 혐기소화조의 중온대 유지를 위한 가보온 방법으로 호기발효증발상의 발효열이 혐기소화조에 전도되기 위해 두 반응조를 밀착 시키므로써 4계절 메탄생산이 가능해지고 발효증발상은 지속적인 온풍을 공급받아 혐기소화폐액을 효율적으로 증발 무방류 처리하는 메탄 공정을 연계한 고농도 유기성 폐수의 증발·퇴비화 방법 및 장치를 제공함으로써 달성되는데, 상기 본 발명은 혐호기공정을 모두 거침으로써 혐기성 미생물과 호기성 미생물을 함께 이용하여 유기물 분해율을 극대화시키며 이에 수반된 보다 많은 에너지를 얻는다.The above object of the present invention is a methane gas produced in the anaerobic digestion tank as a warm air source for promoting the evaporation of water in the fermentation evaporation, a composting process, the fermentation heat of the fermentation on the aerobic fermentation evaporation by a method of keeping warm in the middle temperature of the anaerobic digestion tank By attaching two reactors in close contact with the anaerobic digestion tank, it is possible to produce four seasons of methane. And by providing an apparatus, wherein the present invention uses both anaerobic and aerobic microorganisms together to maximize the rate of organic decomposition and obtains more energy.
그리고 혐기소화조 뿐만아니라 활성오니공정의 폭기조 등에도 본 발명을 적용하여 퇴비화공정과 밀착 시켜 구성함으로써 발효열의 전도에 의해 겨울철 저온과 환절기의 심한 일교차에서도 안정된 중온대를 유지하여 처리효율을 향상시킨다.In addition, by applying the present invention not only to the anaerobic digestion tank but also to the aeration tank of the active sludge process, the present invention is configured to be in close contact with the composting process, thereby maintaining the stable mid-temperature zone in the low temperature in winter and severe crossover season by the conduction of fermentation heat, thereby improving treatment efficiency.
도 1은 본 발명의 증발·퇴비화 장치의 일 실시예를 보인 사시도,1 is a perspective view showing an embodiment of the evaporation and composting device of the present invention,
도 2a, 2b, 2c는 본 발명의 두 반응조의 설치형태를 보인 평면도,Figure 2a, 2b, 2c is a plan view showing the installation form of the two reactors of the present invention,
도 3a, 3b는 본 발명의 두 반응조의 설치형태를 보인 단면도,Figure 3a, 3b is a cross-sectional view showing the installation form of the two reactors of the present invention,
도 4a, 4b, 4c는 본 발명의 안내레일의 실시예를 보인 평면도이다.4A, 4B, and 4C are plan views illustrating embodiments of the guide rail of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
30 : 혐기소화조 40 : 호기발효증발상30: anaerobic digestion tank 40: aerobic fermentation
41 : 교반기 42 : 살포장치41: stirrer 42: spraying device
42' : 혐기소화조 폐액 살포탱크 42" : 침출수 살포탱크42 ': Anaerobic digester waste tank 42 ": Leachate spray tank
43 : 안내레일 43' : 안내 레일43: guide rail 43 ': guide rail
50 : 메탄 저장탱크 60 : 가온장치50: methane storage tank 60: heating device
70 : 침출수저장조 71 : 침출수배출관70: leachate storage tank 71: leachate discharge pipe
80 : 침출수 배분탑 82 : 침출수 재순환관80: leachate distribution tower 82: leachate recirculation pipe
본 발명은 메탄 발생을 위한 혐기소화공정과, 상기 혐기소화공정에서 배출된 혐기소화조 폐액을 증발·퇴비화하는 호기발효증발공정으로 복합구성되는, 메탄 공정을 연계한 고농도 유기성 폐수의 증발·퇴비화 방법 및 장치에 관한 것으로서, 혐기소화조가 호기발효증발상과 밀착 설치되어 상호연계되므로써 두 공정이 독립적으로 가지고 있는 근본적인 한계성을 극복함과 동시에 증발효율을 배가시킬 수 있다.The present invention comprises an anaerobic digestion process for methane generation and an aerobic fermentation evaporation process for evaporating and composting the anaerobic digester waste liquid discharged from the anaerobic digestion process. In this regard, the anaerobic digestion tanks are closely connected to the aerobic fermentation phase and interconnected, thereby overcoming the fundamental limitations of the two processes independently and simultaneously increasing the evaporation efficiency.
즉, 본 발명은 혐기소화조와 호기발효증발상을 연계하여 처리함으로써 혐기성 미생물과 호기성 미생물을 함께 이용할 수 있어 유기물 분해율이 기존의 호기발효증발상만 이용하는 경우보다 높아지며, 그 방법을 설명하면 다음과 같다.In other words, the present invention can be used in combination with anaerobic digestion tank and aerobic fermentation evaporation process anaerobic microorganisms and aerobic microorganisms can be used together, the organic decomposition rate is higher than the case of using only conventional aerobic fermentation evaporation phase, the method is as follows. .
본 발명은 밀착설치된 혐기소화조와 호기발효증발상을 이용하여 고농도 유기성 폐수를 증발·퇴비화하는 방법에 있어서, 폐수를 혐기소화조에 투입, 처리하고 메탄을 발생시켜 저장하는 단계와; 메탄 발효가 완료된 상기 혐기소화조 폐액을 호기발효증발상에 살포하여 발효열을 발생시켜 수분증발과 고형퇴비를 생산하는 단계와; 상기 혐기소화조에서 수집된 메탄을 열원으로 하여 호기발효증발상에 온풍을 공급시켜 수분증발을 촉진시키는 단계와; 호기발효증발상에서 발생된 발효열로 상기 혐기소화조를 보온시키는 단계를 포함하여 구성된다.The present invention provides a method for evaporating and composting high concentration organic wastewater using an anaerobic digestion tank and an aerobic fermentation evaporation system, which are installed in close contact with each other. Spraying the anaerobic digester waste liquid on which methane fermentation is completed on aerobic fermentation evaporation to generate heat of fermentation to produce water evaporation and solid compost; Using methane collected in the anaerobic digestion tank as a heat source to supply hot air on an aerobic evaporation to promote moisture evaporation; It comprises the step of keeping the anaerobic digestion tank with the heat of fermentation generated on aerobic fermentation evaporation.
먼저 폐수를 혐기소화조에 투입, 혐기성 미생물을 이용하여 발효시켜 유기물을 열원으로서 언제나 사용 가능한 메탄을 발생시켜 수집한다.First, wastewater is put into an anaerobic digester and fermented using anaerobic microorganisms to generate and collect methane, which is always available as a heat source.
메탄발효가 완료된 소화조폐액은 호기발효증발상에 살포하여 발효·증발시켜 퇴비화한다.Methane fermentation broth complete with fermentation is sprinkled on aerobic fermentation and fermented and evaporated to compost.
그리고 충격부하시나 운전일수 증가 또는 계절적 기온 저하에 따른 호기발효증발상의 온도 저하에 따른 증발효율 개선을 위해 저장된 메탄을 열원으로 하여 호기발효증발상을 가·보온하여 미생물활동에 최적인 온도를 유지시킴과 동시에 수분 증발율을 높인다.In order to improve the evaporation efficiency due to the decrease in the temperature of aerobic evaporation due to the impact load, the increase of operating days or the decrease in seasonal temperature, the stored methane is used as a heat source to maintain the optimum temperature for microbial activity. At the same time increase the evaporation rate of water.
혐기소화조에서 발생된 메탄을 이용하여 호기발효증발상을 가·보온시키는 방법으로는 메탄을 직접 연소시켜 공급하거나, 열교환기를 이용한 온풍 또는 온수를 만들어 호기발효증발상 바닥을 가·보온시킬 수 있으나, 특별히 이에 한정되지 않는다.As a method of adding and keeping the aerobic fermentation evaporation phase using methane generated in an anaerobic digestion tank, it is possible to directly supply and heat the methane by burning the methane directly or to make a warm air or hot water using a heat exchanger to heat and keep the bottom of the aerobic evaporation phase. It is not specifically limited to this.
그리고, 환절기의 심한 기온변화와 겨울철 저온으로 인한 혐기소화조에서의 메탄발효율 저하를 방지하기 위해 혐기소화조를 호기발효증발상 내부에 설치하거나, 혐기소화조와 호기발효증발상을 벽의 일부가 공유되도록 접하게 설치하여 전도열로서 가·보온되게 할 수 있다.In order to prevent methane-evaporation efficiency in the anaerobic digestion tank due to severe temperature change and low temperature during the winter season, an anaerobic digestion tank is installed inside the aerobic fermentation evaporation phase, or the anaerobic digestion tank and the aerobic fermentation evaporation phase are shared so that a part of the wall is shared. It can be installed in contact with each other to keep warm as conductive heat.
본 발명에 있어서 호기발효증발상과 밀착설치되어 상호연계됨으로서 폐수처리효율을 배가시킬 수 있는 것은 혐기소화조에만 한정되는 것이 아니라 호기소화조, 활성슬러지 반응조, RBC 반응조 등 가·보온을 필요로 하는 모든 시설 및 장치에 적용될 수 있다.In the present invention, it is not limited to the anaerobic digestion tank that can double the wastewater treatment efficiency by being closely connected to the aerobic fermentation evaporation phase, and all facilities requiring an extra warmth such as an aerobic digestion tank, activated sludge reactor, and RBC reactor. And the device.
상기와 같은 본 발명은 호기발효증발상의 과수분현상방지를 위하여 호기발효증발상 바닥에 침적되는 침출수를 외부로 배출시키는 단계와: 배출된 침출수를 축사 청소수, 액비 등으로 재 이용하기 위하여 축사로 재순환시키는 단계와; 배출된 침출수를 호기발효증발상의 증발 및 정화의 목적으로 재이용할 수 있도록 다시 호기발효증발상으로 재살포하는 단계가 더 포함되어 구성되는 것이 바람직하다.The present invention as described above is the step of discharging the leachate deposited on the bottom of the evaporation fermentation evaporation in order to prevent the over-water phenomenon of aerobic fermentation evaporation: to the barn to reuse the discharged leachate as barn cleaning water, liquid ratio, etc. Recycling; The redistribution of the discharged leachate to the evaporation of evaporation is preferably further included so that it can be reused for the purpose of evaporation and purification of the evaporation of evaporation.
이 경우 호기발효증발상의 수분집적을 방지할 수 있어 발효효율이 매우 우수하게 되며, 특히 가축을 사육하는 축사의 청소수로 수돗물 대신 이용할 경우 폐수 배출량을 감량화 하는 효과가 매우 크다.In this case, it is possible to prevent the accumulation of water on the fermentation of aerobic fermentation, so that the fermentation efficiency is very excellent. In particular, when used in place of tap water as the cleaning water for raising livestock, it is very effective to reduce the wastewater discharge.
이상에서 설명한 것과 같이 본 발명의 처리원리는 궁극적으로 미생물을 이용하여 폐수중의 유기물을 분해시키고, 이 과정에서 발생되는 분해열을 이용하여 수분을 증발시키는 것임으로, 혐기소화조를 두지 않고 호기발효증발상만을 사용하는 기존의 증발처리시스템과 효율의 차가 없을 것으로 생각되기 쉽다. 그러나 소화조의 혐기성 미생물과 호기발효증발상의 호기성 미생물을 함께 이용하는 본 발명시스템의 경우가 호기발효증발상의 호기성 미생물만을 이용하는 기존 시스템의 경우보다 유기물 분해율이 높으며, 발생되는 분해열과 이를 이용하여 증발시킬 수 있는 수분량도 많다.As described above, the treatment principle of the present invention is to ultimately decompose organic matter in wastewater by using microorganisms and to evaporate water by using the heat of decomposition generated in this process. It is easy to imagine that there will be no difference in efficiency from the existing evaporation treatment system using. However, the present invention system using the anaerobic microorganisms of the digester and the aerobic microorganisms on the aerobic fermentation evaporation has a higher organic decomposition rate than the existing system using only the aerobic microorganisms on the aerobic fermentation evaporation. There is also a lot of moisture.
그리고 같은 양의 유기물이 CO2와 H2O로 산화되어 열이 발생된다 하더라도 열을 메탄이라는 중간매체로 저장하여 필요에 따라 사용함으로써 수분증발을 극대화시킬 수 있다는 것이 기존 시스템과의 큰 차이점이다.And even if the same amount of organic matter is oxidized to CO 2 and H 2 O to generate heat, heat is stored in an intermediate medium called methane, which can be used as needed to maximize moisture evaporation.
고농도 유기성 폐수를 호기발효증발상에 직접 투입하는 기존 시스템의 경우 운전초기에는 톱밥이나 왕겨 등의 부재료의 풍부한 유기물 및 폐수중 유기물의 분해로 다량의 열이 발생한다. 따라서 운전초기에는 폐수중 수분을 모두 증발시키고 남을 필요 이상의 열이 발생한다. 그러나 운전일수가 경과하여 부재료중 유기물이 고갈됨에 따라 열 발생량 및 수분증발량도 감소한다.In the existing system of directly injecting high concentration organic wastewater into aerobic fermentation evaporation, a large amount of heat is generated at the beginning of operation due to the decomposition of organic matters in abundant materials such as sawdust or rice husk and organic matters in the wastewater. Therefore, at the beginning of operation, more heat is generated than necessary to evaporate and leave all the water in the waste water. However, as the number of operating days passes and organic matter is depleted, the amount of heat generated and water evaporation also decreases.
본 발명에서는 운전초기 부재료중 이분해성 유기물이 급격히 분해되어 다량의 열이 발생시는 폐수중 유기물을 메탄으로서 저장시킨다. 그리고 운전일수의 경과에 따른 열 발생량 및 증발감소시 저장된 메탄을 열원으로 사용함으로서 열원인 유기물을 효율적으로 수분증발에 사용할 수 있다.In the present invention, when the decomposable organic matter is rapidly decomposed in the initial operation material and a large amount of heat is generated, the organic matter in the wastewater is stored as methane. In addition, by using the methane stored as the heat generation amount and evaporation reduction according to the elapse of the operating days as a heat source, the organic material as a heat source can be efficiently used for water evaporation.
뿐만 아니라 열원을 메탄이라는 중간매체로 저장, 집중적으로 사용함으로써 호기발효증발상 전도열로서의 손실을 줄여 효율적인 수분증발을 꾀할 수 있다. 그리고 수분증발을 위한 메탄의 사용은 결국 호기발효증발상을 가·보온, 미생물의활력을 도모하여 부재료 및 폐수중 유기물의 분해율을 증가시킴으로 이에 수반된 분해열의 발생량도 증가시킴으로 호기발효증발상만을 사용하는 기존의 발효증발처리법보다는 처리효율이 높다.In addition, by storing and intensively using the heat source as an intermediate medium called methane, it is possible to reduce the loss of conduction heat during the evaporation of fermentation and to efficiently evaporate moisture. In addition, the use of methane for evaporation of water ultimately increases the decomposition rate of organic materials in subsidiary materials and wastewater by increasing and maintaining the aerobic evaporation phase and increasing the activity of microorganisms, thereby increasing the amount of decomposition heat associated with it. The treatment efficiency is higher than the conventional fermentation evaporation method.
따라서, 가축분뇨 슬러리를 비롯한 고농도 유기성 폐수를 혐기소화조와 호기호기발효증발상을 연계하여 처리하는 것이 기존의 호기발효증발상만을 이용하여 처리하는 경우보다 수분증발율을 높일 수 있다.Therefore, treatment of high concentration organic wastewater, including livestock manure slurries, in combination with anaerobic digestion tanks and aerobic fermentation evaporation phases can increase the water evaporation rate compared to the case of treatment using only aerobic fermentation evaporation phases.
이하, 본 발명에 의한 메탄 공정을 연계한 고농도 유기성 폐수의 증발·퇴비화 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the evaporation and composting apparatus of the high concentration organic wastewater linked to the methane process according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 밀착설치된 혐기소화조와 호기발효증발상을 이용하여 고농도 유기성 폐수를 증발·퇴비화하는 장치에 있어서,상기 혐기소화조(30)는 투입된 폐수를 처리하여 메탄을 발생시키고, 상기 호기발효증발상(40)은 상기 혐기소화조(30)를 거친 소화조 폐액을 발효증발시키며;상기 혐기소화조(30)에서 발생된 메탄을 수집, 저장하는 메탄 저장조(50)와 상기 메탄 저장조(50)의 메탄을 이용하여 호기발효증발상에 온풍을 공급하는 가온장치(60)를 포함하여 구성된다.In the present invention, as shown in Figure 1, in the apparatus for evaporating and composting a high concentration of organic wastewater by using an anaerobic digestion tank and aerobic fermentation evaporation in close contact, the anaerobic digestion tank 30 is treated with the wastewater injected to generate methane And, the aerobic fermentation evaporation (40) fermentation evaporation of the digester waste liquid passed through the anaerobic digestion tank 30; methane storage tank 50 and the methane storage tank for collecting and storing methane generated in the anaerobic digestion tank (30) It comprises a heating device (60) for supplying warm air on the aerobic fermentation evaporation using the methane of (50).
이러한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 호기발효증발상(40)의 혼합 및 공극 형성을 위한 교반기(41)와, 호기발효증발상(40)에 혐기소화조 폐액을 살포하는 살포탱크(42')와 호기발효증발상에 침출수를 살포하는 살포탱크(42")로 구성되는 살포장치(42)와, 상기 교반기(41)와 살포장치(42)가 롤러 구동하여 원주 이동하면서 역할을 수행할 수 있게 하는 안내레일(43)을 더 포함하여 구성되며, 바람직한 다른 실시예에 의하면 호기발효증발상(40) 바닥면 하측에 형성된 침출수 배출부(도시되지 않음)를 통해 배출된 침출수가 체류하는 침출수저장조(70)와; 상기 침출수 저장조(70)의 침출수 일부를 다시 호기발효증발상(40)으로 배출하기 위한 침출수배출관(71)과; 상기 침출수 저장조(70)의 침출수를 재순환시키기 위한 침출수 배분탑(80)과; 상기 침출수 배분탑(80)의 침출수 일부를 축사의 청소수 등으로 재이용하기 위한 침출수 재순환관(82)을 더 포함하여 구성된다.According to one preferred embodiment of the present invention, a stirrer 41 for mixing and forming a void of the aerobic fermentation evaporation phase 40, and a spray tank 42 'for spraying the anaerobic digestion tank waste liquid on the aerobic fermentation evaporation phase 40 ) And a spraying device 42 consisting of a spraying tank 42 "for spraying leachate on aerobic fermentation evaporation, and the stirrer 41 and the spreading device 42 can be circumferentially moved by roller driving. It further comprises a guide rail 43 to be made, according to another preferred embodiment leachate storage tank in which the leachate discharged through the leachate discharge portion (not shown) formed on the bottom side of the aerobic evaporation phase (40) (70); and a leachate discharge pipe (71) for discharging a part of the leachate of the leachate storage tank (70) to the aerobic fermentation evaporation phase (40); and a leachate distribution tower for recirculating the leachate of the leachate storage tank (70). 80) and the leachate distribution tower (8) It further comprises a leachate recirculation pipe 82 for reusing part of the leachate of 0) as the cleaning water of the livestock house.
축사(10)에서 배출된 각종 고농도 유기성 폐수는 원수저장조(20)에 모여 저장되었다가 원수유입관(21)을 통해 혐기소화조(30)로 유입된다.Various high concentration organic wastewater discharged from the barn 10 is collected and stored in the raw water storage tank 20 and is introduced into the anaerobic digestion tank 30 through the raw water inlet pipe 21.
상기 혐기소화조(30)에서 메탄 발효가 완료된 소화조 폐액은 톱밥이나 왕겨가 충진된 호기발효증발상(40)으로 이송·살포되는데, 상기 호기발효증발상의 상부에는 소화조 폐액과 부재료들을 혼합하여 상부로 교반 순환시키고 공극을 형성시키는 교반기(41)와 살포장치(42)가 롤러 구동하여 원주 이동하면서 역할을 수행할 수 있도록 안내레일(43)이 설치되어 있다.The digester waste liquid from which the methane fermentation is completed in the anaerobic digestion tank 30 is transferred to and sprayed by an aerobic fermentation evaporation phase 40 filled with sawdust or chaff, and the digester waste liquid and subsidiary materials are mixed and mixed to the upper portion of the aerobic fermentation evaporation phase. A guide rail 43 is installed to circulate and form a gap, so that the stirrer 41 and the sprinkling device 42 can play a role while circumferentially moving by roller driving.
이 때, 교반기(41)와 살포장치(42)가 동시에 호기발효증발상(40)을 주행할 경우 속도차로 인하여 서로 부딪히게 되므로 이를 방지하기 위해 각각에 근접센서를 부착하여 근접할 경우 살포장치(42)가 반대 방향으로 되돌아 가게 하거나, 또 다른 방법으로 도 4a, 4b, 4c에 도시된 바와 같이 살포장치(42)가 주행할 때에는 교반기(41)가 살포장치와 부딪히지 않도록 교반기를 외부로 위치 이동시키는 안내 레일(43')을 더 설치할 수 있다.At this time, when the stirrer 41 and the spraying device 42 simultaneously run the aerobic fermentation evaporation (40), they are bumped into each other due to the speed difference, so in order to prevent this by attaching a proximity sensor to each of the spreading device ( Move the stirrer outward so that the stirrer 41 does not collide with the sparging device when the spacing device 42 is traveling, as shown in FIGS. 4A, 4B, 4C, or alternatively The guide rail 43 'can be further installed.
또한, 살포장치를 교반기에 장착하여 교반기가 발효증발상을 주행시 살포를 실시할 수도 있으나, 살포탱크를 별도로 설치하여 독립적으로 주행하게 하는 것이 24시간 내내 또는 장시간 살포가 가능하여 호기발효증발상의 부하를 최소화하고 증발효율이 높으므로 더 바람직하다.In addition, the stirrer may be attached to the stirrer to spray when the stirrer runs the fermentation evaporation phase. However, it is possible to apply the sprinkling tank separately to run independently for 24 hours or for a long time, so that the load on aerobic fermentation evaporation can be increased. It is more preferable because it minimizes and the evaporation efficiency is high.
이 때, 혐기소화조(30)에서 배출된 소화조 폐액의 농도가 너무 묽거나 호기발효증발상(40)의 온도가 낮을 경우에는 원수저장조(20)의 고농도 유기성페수를 단독으로 또는 혐기소화조 폐액 배출관(32)을 통해 공급되는 소화조 폐액과 혼합하여 혐기소화조배출 폐액 살포탱크로 투입시킨다.At this time, when the concentration of the digester waste liquid discharged from the anaerobic digestion tank 30 is too thin or the temperature of the aerobic fermentation evaporation phase 40 is low, the high concentration organic wastewater of the raw water storage tank 20 alone or the anaerobic digestion tank waste liquid discharge pipe ( It is mixed with the digester waste liquid supplied through 32) and put into the anaerobic digestion waste liquid spray tank.
그리고, 상기 혐기소화조(30)에서 발생된 메탄은 가스수집관(31)을 통해 메탄 저장탱크(50)로 이송되어 보관되며, 저장된 메탄은 호기발효증발상(40) 바닥에 설치된 송풍장치(도시되지 않음)에 온풍을 공급하는 가온장치(60)의 에너지로 이용되어 호기발효증발상(40)을 가온 증발시키는 목적으로 사용되며, 호기발효증발상을 가온시키고 남은 가스는 돈사 보온 및 발전에 이용될 수 있다.And, the methane generated in the anaerobic digestion tank 30 is transferred to and stored in the methane storage tank 50 through the gas collection pipe 31, the stored methane is a blower installed in the bottom of the aerobic fermentation evaporation (40) (shown Is used as the energy of the heating device 60 for supplying warm air to the evaporation of the aerobic fermentation evaporation phase (40), the aerobic fermentation evaporation phase is heated and the remaining gas is used for thermal insulation and power generation Can be.
상기 가온장치(60)는 점화장치와, 기체를 호기발효증발상 바닥으로 강제송풍시키는 송풍기와, 열교환기로 구성되어 연소가스 또는 온풍을 열배관으로 공급한다.The heating device 60 is composed of an ignition device, a blower for forcibly blowing gas to the bottom of the evaporation of fermentation evaporation, and a heat exchanger to supply combustion gas or hot air to the heat pipe.
본 발명의 실시에 있어서 두 반응조의 설치형태로서 가장 바람직한 것은 도 1 및 도 2a에 도시된 바와 같이 호기발효증발상(40) 내부에 혐기소화조(30)가 설치되는 것이기는 하나, 도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같이 호기발효증발상(40') 측면에 혐기소화조(30')가 밀착설치되거나, 호기발효증발상(40") 양 측면에 두 개의 혐기소화조(30")가 각각 밀착설치되는 등 다양하게 변형될 수 있으며, 이와 같이 두 반응조가 벽의 일부를 공유하여 설치되는 경우에는 두 반응조의 벽면 접촉 비율이 대략 20% 이상이 되고, 벽면 공유면적이 상면과 바닥 면적의 합보다 크게 밀착설치되는 것이 바람직하다.In the practice of the present invention, the most preferred type of installation of the two reaction tanks is that an anaerobic digestion tank 30 is installed inside the aerobic fermentation evaporation phase 40, as shown in FIGS. 1 and 2A, but FIGS. As shown in 2c, the anaerobic digestion tank 30 'is installed in close contact with the aerobic fermentation broth 40', or two anaerobic digestion tanks 30 " In the case where the two reactors share a part of the wall, the wall contact ratio of the two reactors is about 20% or more, and the wall shared area is larger than the sum of the top and bottom areas. It is preferable to install closely.
또한, 호기발효증발상(40) 내부에 혐기소화조(30)가 설치되는 경우 도 3a와 같이 혐기소화조(30)가 호기발효증발상(40) 바닥면에 밀착 설치되는 것보다는 도 3b와 같이 혐기소화조(30)가 호기발효증발상(40) 바닥으로부터 상부로 띄워 설치되는 것이 공간 A의 발효열로 가열된 공기의 가·보온효과까지 얻을 수 있어 더 효율적이다.In addition, when the anaerobic digestion tank 30 is installed inside the aerobic fermentation broth 40, anaerobic digestion tank 30 is anaerobic as shown in FIG. 3B rather than being installed in close contact with the bottom of the aerobic fermentation broth 40, as shown in FIG. It is more efficient that the digester 30 floats up from the bottom of the aerobic fermentation evaporation 40 to obtain the effect of adding heat to the air heated by the fermentation heat of the space A.
한편, 호기발효증발상(40) 바닥면 하측에 형성된 침출수 배출부(도시되지 않음)를 통해 배출되어 침출수저장조(70)에 저장되었던 침출수는 침출수 배출이송관(81)을 통해 침출수 배분탑(80)으로 이송된 후 침출수 배출관(71)과 침출수 재순환관(82)을 통해 호기발효증발상(40)과 축사(10)로 이송되어 호기발효증발상의 증발·정화 및 축사 청소수, 액비 등의 목적으로 재사용된다.On the other hand, the leachate discharged through the leachate discharge unit (not shown) formed in the bottom of the aerobic fermentation evaporation (40) bottom surface is stored in the leachate storage tank 70 is the leachate distribution tower 80 through the leachate discharge transport pipe 81 ) Is transferred to the aerobic fermentation evaporation (40) and the barn (10) through the leachate discharge pipe (71) and the leachate recirculation pipe (82), evaporation, purification of the aerobic fermentation evaporation, and the barn cleaning water, liquid ratio, etc. Is reused.
상기와 같이 구성되는 본 발명은, 최저기온 -11.7℃에서, 호기발효증발상(40)과 혐기소화조(30)의 벽면 접촉비율(측벽기준)을 21.7%로 하였을 때(도 2b 참조)의 호기발효증발상(40)의 전도열에 의한 혐기소화조(30)의 보온효과를 시험한 결과 별도의 에너지 공급없이도 혐기소화조(30)내 최저기온이 29℃로 유지되는 것으로 나타났다.According to the present invention constituted as described above, at the minimum temperature of −11.7 ° C., when the wall contact ratio (side wall standard) of the aerobic fermentation evaporation phase 40 and the anaerobic digestion tank 30 is 21.7% (see FIG. 2B) The thermal insulation effect of the anaerobic digestion tank (30) by conduction heat of the fermentation evaporation (40) showed that the minimum temperature in the anaerobic digestion tank (30) was maintained at 29 ° C. without a separate energy supply.
본 발명은 별도의 에너지 공급없이도 겨울철 혐기소화조 및 호기발효증발상의 온도를 적정 온도로 유지할 수 있어 온도 저하로 인한 폐수처리효율저하를 방지할 수 있으며, 따라서 계절에 따른 폐수처리 효율 변동을 감소시킬 수 있어 시설공사 설계시 시설용량의 안전율을 크게 낮출 수 있는 장점이 있다.The present invention can maintain the temperature of the anaerobic digestion tank and the aerobic evaporation in winter at an appropriate temperature without a separate energy supply to prevent the decrease in wastewater treatment efficiency due to temperature decrease, thus reducing the variation of wastewater treatment efficiency according to the season There is an advantage that can greatly lower the safety factor of facility capacity when designing facility construction.
또한, 폐수처리량 당 호기발효증발상 소요용적 및 왕겨나 톱밥 등의 부재료 사용량을 줄일 수 있어 비용절감에도 효과적이며, 고농도 유기성 폐수의 혐·호기 분해에 의한 퇴비화 및 증발처리로서 수질오염을 근원적으로 해결할 수 있다.In addition, it is possible to reduce the required volume of aerobic fermentation evaporation per waste water treatment and the use of subsidiary materials such as rice hulls and sawdust, and it is also effective in cost reduction, and solves water pollution fundamentally by composting and evaporation treatment by anaerobic / aerobic decomposition of high concentration organic wastewater. Can be.
그리고, 본 발명은 축산폐수의 퇴비화나 증발처리 목적으로 이미 호기발효증발상을 설치·보유하고 있는 축산농가에 간단한 개축만으로 본 발명의 시스템을 적용시킬 수 있으며, 축산 폐수 이외의 고농도 유기성 산업폐수의 처리에도 활용될 수 있다.In addition, the present invention can be applied to the livestock farm, which has already established and retained aerobic fermentation evaporation for the purpose of composting or evaporating livestock wastewater, and can apply the system of the present invention by simple remodeling, and It can also be used for processing.
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