KR100553231B1 - Continuous anaerobic hydrogen-fermenting process for treating organic waste and method of producing hydrogen gas - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 유기성 폐기물 처리를 위한 연속 혐기성 수소발효 공정은 유기성 폐기물이 연속적으로 주입되는 고온 혐기성 수소발효조(1) 내의 내용물을 수소발효조보다 높은 온도로 작동되는 활성촉진조(2)로 유입시켜 열처리하고, 열처리된 내용물을 다시 수소발효조로 순환시키는 단계로 이루어지고, 그럼으로써 수소발효조 내용물에 함유된 수소소모성 세균을 불활성화시키고 우수한 수소발효균을 선별하여 활성을 촉진시켜 유기성 폐기물을 연속적으로 수소발효시키는 것을 특징으로 한다. 상기 수소발효조(1)는 50∼60 ℃ 범위의 온도에서 작동되고, 상기 활성촉진조(2)는 95∼105 ℃ 범위의 온도에서 작동되며, 상기 활성촉진조에서 처리되어 수소발효조로 순환되는 내용물의 유량은 수소발효조로 유입되는 내용물 유량의 0.5∼5 배 범위가 바람직하고, 활성촉진조에서 체류되는 시간은 10∼60 분의 범위가 바람직하다. Continuous anaerobic hydrogen fermentation process for organic waste treatment according to the present invention heats the contents in the high temperature anaerobic hydrogen fermentation tank (1) into which the organic waste is continuously injected into the activation promoter (2) operated at a higher temperature than the hydrogen fermentation tank And circulating the heat-treated contents back to the hydrogen fermentation tank, thereby inactivating the hydrogen consumable bacteria contained in the contents of the hydrogen fermentation tank and selecting excellent hydrogen fermentation bacteria to promote the activity to continuously hydrogen ferment the organic waste. It is characterized by. The hydrogen fermentation tank 1 is operated at a temperature in the range of 50 to 60 ° C., and the activation promoter 2 is operated at a temperature in the range of 95 to 105 ° C., which is processed in the activation promoter and circulated to the hydrogen fermentation tank. The flow rate of is preferably in the range of 0.5 to 5 times the content flow rate flowing into the hydrogen fermentation tank, and the time of staying in the activation promoter is preferably in the range of 10 to 60 minutes.

유기성 폐기물, 혐기성, 수소발효, 열처리, 수소가스 Organic waste, anaerobic, hydrogen fermentation, heat treatment, hydrogen gas

Description

유기성 폐기물 처리를 위한 연속 혐기성 수소발효 공정 및 이를 이용한 수소생성 방법{Continuous Anaerobic Hydrogen-Fermenting Process for Treating Organic Waste and Method of Producing Hydrogen Gas}Continuous Anaerobic Hydrogen-Fermenting Process for Treating Organic Waste and Method of Producing Hydrogen Gas}

도1은 본 발명에 따른 유기성 폐기물 처리를 위한 연속 혐기성 수소발효 공정 및 이를 이용한 수소생성 방법을 도시하는 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram showing a continuous anaerobic hydrogen fermentation process for organic waste treatment according to the present invention and a hydrogen generation method using the same.

* 발명의 주요 부호에 대한 간단한 설명 *Brief description of the main symbols of the invention

1 : 고온 혐기성 수소 발효조 2 : 활성촉진조1: high temperature anaerobic hydrogen fermentation tank 2: activation promoter

3 : 수소가스 수집조 4 : 펌프3: hydrogen gas collection tank 4: pump

5 : 콘트롤 박스 6 : 유기성 폐기물5: control box 6: organic waste

7 : 배출조 8 : 가스 수집조7: discharge tank 8: gas collection tank

11, 21 : 히팅 코일(heating coil) 12, 22 : 단열 외벽(insulation)11, 21: heating coil 12, 22: insulation outer wall (insulation)

13, 23 : 교반기 13, 23: Stirrer

발명의 분야Field of invention

본 발명은 유기성 폐수를 포함한 유기성 폐기물을 처리하기 위한 연속 혐기성 수소발효 공정에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 유기성 폐기물을 이중 온도에서 연속적으로 순환시켜 유기성 폐기물을 처리하고 그 처리 과정에서 수소를 생성하기 위한 새로운 수소발효 공정 및 이를 이용한 수소생성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a continuous anaerobic hydrogen fermentation process for treating organic waste, including organic wastewater. More specifically, the present invention relates to a new hydrogen fermentation process for treating organic waste by continuously circulating organic waste at a dual temperature and generating hydrogen in the treatment process, and a method for generating hydrogen using the same.

발명의 배경Background of the Invention

수소는 화석연료를 대체할 수 있는 에너지 함량이 높은 차세대 청정에너지원으로서 최근 연료전지 기술의 발달과 함께 수소생산 기술에 대한 관심이 국내외적으로 크게 증가하고 있다. 여러 가지 수소생산 기술 중에서 유기성 폐수 또는 유기성 폐기물로부터의 혐기성 발효공정을 이용한 수소의 생산기술은 폐기물의 처리와 더불어 유용자원의 회수라는 측면에서 큰 의미를 가진다. Hydrogen is a next-generation clean energy source with high energy content that can replace fossil fuels. With the recent development of fuel cell technology, interest in hydrogen production technology has increased greatly at home and abroad. Among various hydrogen production technologies, hydrogen production technology using anaerobic fermentation process from organic wastewater or organic waste has a great meaning in terms of waste and recovery of useful resources.

유기성 폐기물을 처리하는 혐기성 발효공정에서 수소는 클로스트리듐 뷰티리컴(Chlostridium butyricum) 등과 같은 절대 혐기성세균에 의해서 생성된다. 그러나, 종래에 유기성 폐수 또는 유기성 폐기물을 처리하기 위하여 적용하여 온 일반적인 혐기성 수소발효공정의 경우 수소생성세균 뿐만 아니라 메탄균, 프로피온산균, 황산염환원균 등과 같이 수소를 소모하는 수소소모성(hydrogen-consuming) 세 균이 동시에 존재하기 때문에 많은 양의 수소를 연속하여 생산하는 것이 불가능하였다.In anaerobic fermentation processes that treat organic waste, hydrogen is produced by absolute anaerobic bacteria, such as Clostridium butyricum. However, in the case of the conventional anaerobic hydrogen fermentation process which has been conventionally applied for treating organic wastewater or organic waste, hydrogen consumption that consumes hydrogen such as methane, propionic acid, sulfate reducing bacteria, etc. as well as hydrogen producing bacteria. Since the bacteria were present at the same time, it was impossible to produce a large amount of hydrogen continuously.

따라서, 수소를 생산하기 위한 혐기성 발효공정에서는 수소를 소모하는 세균을 살균하거나 이들의 활성을 억제하기 위하여 유기성 폐기물을 여러 가지 방법으로 처리하여 왔다. 즉 수소소모성 세균을 살균하거나 그 활성을 억제할 목적으로 유기성 폐기물을 68∼95 ℃ 사이의 온도에서 열처리하거나, 산 또는 알카리로 처리하거나, BES(2-bromoethanesulfonate) 등과 같은 약품으로 처리하거나, 산소나 초음파를 이용하여 처리하거나, 질산염을 주입하거나, 동결 또는 냉동 등과 같은 물리적인 방법 등이 국내외적으로 많이 시도되어 왔다(Tatsuya Noike, Osamu Mizuno, Takashi Miyahara, "Method of producing hydrogen gas by using hydrogen bacteria", US Patent No. 6,860,996 B2, (2005); Wang, C.C., Chang, C.W., Chu, C.P., Lee, D.J., Chang, B.-V. and Liao, C.S., "Producting hydrogen from wastewater sludge by Clostridiumm bifermentans " Journal of Biotechnology 102, pp.83-92, (2003); 삼성엔지니어링(주), 탈질화 반응을 통한 수소가스 생산방법, 공개특허 10-2005-0039241, (2005); Prabha Iyer. Mary Ann Bruns, Husen Zhang, Steve Van Ginkel, Bruce E. Logan, "H2-Producing bacterial communities from a heat-treated soil inoculum", Applied Microbiology and Biotechnology, Vol.66, pp.166-173, (2004))Therefore, in the anaerobic fermentation process for producing hydrogen, organic wastes have been treated in various ways to sterilize hydrogen or to inhibit their activity. That is, organic wastes are heat treated at temperatures between 68 and 95 ° C., treated with acids or alkalis, or treated with chemicals such as BES (2-bromoethanesulfonate), for the purpose of sterilizing or inhibiting the activity of hydrogen-consuming bacteria. Physical methods such as ultrasonic treatment, nitrate injection, freezing or freezing have been tried at home and abroad (Tatsuya Noike, Osamu Mizuno, Takashi Miyahara, "Method of producing hydrogen gas by using hydrogen bacteria"). , US Patent No. 6,860,996 B2, (2005); Wang, CC, Chang, CW, Chu, CP, Lee, DJ, Chang, B.-V. and Liao, CS, "Producting hydrogen from wastewater sludge by Clostridiumm bifermentans " Journal of Biotechnology 102, pp.83-92, (2003); Samsung Engineering Co., Ltd., Hydrogen Gas Production Method through Denitrification Reaction, Patent Publication 10-2005-0039241, (2005); Prabha Iyer. Mary Ann Bruns, Husen Zhang, Steve Van Ginkel, Bruce E. Logan, "H2-Producing bacterial communities from a heat-treated soil inoculum", Applied Microbiology and Biotechnology, Vol. 66, pp. 166-173, (2004))

그러나, 아직까지 유기성 폐수 또는 유기성 폐기물을 연속적으로 혐기성 발효하여 수소를 연속적으로 생산할 수 있는 기술은 드문 실정이며, 유기물로부터 생 산할 수 있는 수소의 수율 또한 이론치의 30∼40 % 정도로서 매우 낮은 편이다. 이제까지 발표된 유기물을 이용한 수소생성 수율의 예는 다음과 같다.However, there are few techniques that can continuously produce hydrogen by continuously anaerobic fermentation of organic wastewater or organic waste, and the yield of hydrogen that can be produced from organic matter is also very low, about 30 to 40% of theory. Examples of hydrogen production yields using organic materials so far published are as follows.

유기물 로딩 속도(organic loading rate)가 4.6 gstarch/L 일 때, 92 mL/gstarch, 86 mL/g COD, 및 0.365 L/g VSS.d의 수소 생성율을 나타낸다(Zhang Tong, Liu Hong and Fang Herbert H.P., Biohydrogen production from starch in wastewater under thermophilic condition, Journal of Environmental Management, Vol. 69, pp.149-156, 2003).When the organic loading rate is 4.6 g starch / L, hydrogen production rates of 92 mL / g starch , 86 mL / g COD, and 0.365 L / g VSS.d are shown (Zhang Tong, Liu Hong and Fang). Herbert HP, Biohydrogen production from starch in wastewater under thermophilic condition, Journal of Environmental Management, Vol. 69, pp. 149-156, 2003).

유기물 로딩 속도가 415 mmoleglucose/L.d 일 때, 126 mmole H2/L.d의 수소 생성율을 나타낸다(Lin Chiu Yue and Chang RC, Hydrogen production during the anaerobic acidogenic conversion of glucose, Journal of Chemical Technology and Biotechnology, Vol.74, pp.498-500, 1999).When the organic loading rate is 415 mmole glucose / Ld, it shows hydrogen production rate of 126 mmole H 2 / Ld (Lin Chiu Yue and Chang RC, Hydrogen production during the anaerobic acidogenic conversion of glucose, Journal of Chemical Technology and Biotechnology, Vol. 74, pp. 498-500, 1999).

유기물 로딩 속도가 20 gCOD/L.d 일 때, 140∼180 mL H2/g VS의 수소 생성율을 나타낸다(Jiunn-Jyi Lay, Young-Joon Lee, Tatsuya Noike, Feasibility of biological hydrogen production from organic fraction of municipal solid waste, Water Research, Vol. 33, No. 11, pp.2579∼2586, 1999).When the organic loading rate is 20 g COD / Ld, it shows hydrogen production rate of 140-180 mL H 2 / g VS (Jiunn-Jyi Lay, Young-Joon Lee, Tatsuya Noike, Feasibility of biological hydrogen production from organic fraction of municipal solid waste, Water Research, Vol. 33, No. 11, pp. 2579-2586, 1999).

유기물 로딩 속도가 11.9 g VS/L.d 일 때, 310 mL H2/g VSadd의 수소 생성율을 나타낸다(Han, S. K. et al, Innovative two-stage process, Biocell, Producing H2 and CH4 from food waste, Proceeding of first NRL International Work on Innovative Anaerobic Technology, Daejeon, Korea, pp 69∼78, 2003).When the organic loading rate is 11.9 g VS / Ld, it shows hydrogen production rate of 310 mL H 2 / g VS add (Han, SK et al, Innovative two-stage process, Biocell, Producing H 2 and CH 4 from food waste, Proceeding of first NRL International Work on Innovative Anaerobic Technology, Daejeon, Korea, pp 69-78, 2003).

본 발명자들은 유기성 폐기물을 처리하는 혐기성 발효공정을 이용하여 높은 수율의 수소가스를 생성시킬 수 있는 새로운 시스템의 본 발명을 개발하기에 이른 것이다. The present inventors have developed the present invention of a new system capable of producing high yields of hydrogen gas using an anaerobic fermentation process for treating organic waste.

본 발명의 목적은 유기성 폐기물이 연속적으로 주입되는 고온 혐기성 수소발효조 내의 내용물을 수소발효조보다 높은 온도로 작동되는 활성촉진조로 유입시켜 열처리함으로써 수소발효조 내용물에 함유된 수소소모성 세균을 불활성화시키고 우수한 수소발효균을 선별하여 활성을 촉진시킨 후, 고온 혐기성 수소발효조로 재순환하여 유기성 폐기물의 연속적인 수소발효가 가능하도록 하는 이중 온도 연속 수소발효 공정을 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to inactivate the hydrogen-containing bacteria contained in the contents of the hydrogen fermentation tank by heat-treating the contents in the high temperature anaerobic hydrogen fermentation tank into which the organic waste is continuously injected into the activation promoter operated at a higher temperature than the hydrogen fermentation tank and excellent hydrogen fermentation bacteria It is to provide a dual temperature continuous hydrogen fermentation process that screens and promotes the activity, and then recycled to a high temperature anaerobic hydrogen fermentation tank to enable continuous hydrogen fermentation of organic waste.

본 발명의 다른 목적은 유기성 폐기물이 연속적으로 주입되는 고온 혐기성 수소발효조 내의 내용물을 수소발효조보다 높은 온도로 작동되는 활성촉진조로 유입시켜 열처리함으로써 수소발효조 내용물에 함유된 수소소모성 세균을 불활성화시키고 우수한 수소발효균을 선별하여 활성을 촉진시킨 후, 고온 혐기성 수소발효조로 재순환하여 유기성 폐기물로부터 다량의 수소를 생성하기 위한 방법을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to heat the contents of the high temperature anaerobic hydrogen fermentation tank into which the organic waste is continuously injected into an activation promoter operated at a temperature higher than that of the hydrogen fermentation tank to heat and inactivate the hydrogen-consumable bacteria contained in the contents of the hydrogen fermentation tank and After screening the fermentation bacteria to promote the activity, and recycling to a high temperature anaerobic hydrogen fermentation tank to provide a method for generating a large amount of hydrogen from the organic waste.

본 발명의 상기 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.The above and other objects of the present invention can be achieved by the present invention described below.

발명의 요약Summary of the Invention

본 발명에 따른 유기성 폐기물 처리를 위한 연속 혐기성 수소발효 공정은 유기성 폐기물이 연속적으로 주입되는 고온 혐기성 수소발효조(1) 내의 내용물을 수소발효조보다 높은 온도로 작동되는 활성촉진조(2)로 유입시켜 열처리하고, 열처리된 내용물을 다시 수소발효조로 순환시키는 단계로 이루어지고, 그럼으로써 수소발효조 내용물에 함유된 수소소모성 세균을 불활성화시키고 우수한 수소발효균을 선별하여 활성을 촉진시켜 유기성 폐기물을 연속적으로 수소발효시키는 것을 특징으로 하는 이중 온도 연속 수소발효 공정에 관한 것이다.Continuous anaerobic hydrogen fermentation process for organic waste treatment according to the present invention heats the contents in the high temperature anaerobic hydrogen fermentation tank (1) into which the organic waste is continuously injected into the activation promoter (2) operated at a higher temperature than the hydrogen fermentation tank And circulating the heat-treated contents back to the hydrogen fermentation tank, thereby inactivating the hydrogen consumable bacteria contained in the contents of the hydrogen fermentation tank and selecting excellent hydrogen fermentation bacteria to promote the activity to continuously hydrogen ferment the organic waste. It relates to a dual temperature continuous hydrogen fermentation process characterized in that.

상기 수소발효조(1)는 50∼60 ℃ 범위의 온도에서 작동되고, 상기 활성촉진조(2)는 95∼105 ℃ 범위의 온도에서 작동되며, 상기 활성촉진조에서 처리되어 수소발효조로 순환되는 내용물의 유량은 수소발효조로 유입되는 내용물 유량의 0.5∼5 배 범위가 바람직하고, 활성촉진조에서 체류되는 시간은 10∼60 분의 범위가 바람직하다. The hydrogen fermentation tank 1 is operated at a temperature in the range of 50 to 60 ° C., and the activation promoter 2 is operated at a temperature in the range of 95 to 105 ° C., which is processed in the activation promoter and circulated to the hydrogen fermentation tank. The flow rate of is preferably in the range of 0.5 to 5 times the content flow rate flowing into the hydrogen fermentation tank, and the time of staying in the activation promoter is preferably in the range of 10 to 60 minutes.

본 발명에 따른 유기성 폐기물을 처리하는 연속 혐기성 수소발효 공정에서 수소가스를 생성하는 방법은 유기성 폐기물이 연속적으로 주입되는 고온 혐기성 수소발효조(1) 내의 내용물을 수소발효조보다 높은 온도로 작동되는 활성촉진조(2)로 유입시켜 열처리하고, 열처리된 내용물을 다시 수소발효조로 순환시키고, 그리고 수소발효조 내에서 활성화된 수소발효균에 의하여 수소를 생성하는 단계로 이루어 진다. The method for generating hydrogen gas in a continuous anaerobic hydrogen fermentation process for treating organic wastes according to the present invention is to activate the contents in the high temperature anaerobic hydrogen fermentation tank (1) in which organic waste is continuously injected at a higher temperature than the hydrogen fermentation tank. (2) heat treatment, the heat treated contents are circulated back to the hydrogen fermentation tank, and hydrogen is produced by the hydrogen fermentation bacteria activated in the hydrogen fermentation tank.

본 발명에 따른 유기성 폐기물 처리를 위한 연속 혐기성 수소발효 공정 및 이 공정으로부터 수소가스를 생성하기 위한 시스템은 유기성 폐기물이 연속적으로 주입되고 활성촉진조에서 열처리된 내용물이 순환되는 고온 혐기성 수소발효조(1), 상기 수소발효조 내의 내용물을 수소발효조보다 높은 온도로 작동하는 활성촉진조(2), 상기 수소발효조에서 생성된 수소가스를 수집하기 위한 수소가스 수집조(3), 상기 수소발효조의 내용물을 상기 활성촉진조로 이송하기 위한 수단(4), 상기 수소발효조와 활성촉진조를 작동하기 위한 콘트롤 박스(5), 및 상기 수소발효조로 유입되어 처리되는 유기성 폐기물(6)로 이루어진다.Continuous anaerobic hydrogen fermentation process for organic waste treatment according to the present invention and a system for generating hydrogen gas from the process is a high temperature anaerobic hydrogen fermentation tank (1) in which the organic waste is continuously injected and the heat-treated content in the activation promoter is circulated , An activation promoter (2) for operating the contents in the hydrogen fermentation tank at a higher temperature than the hydrogen fermentation tank, a hydrogen gas collection tank (3) for collecting hydrogen gas generated in the hydrogen fermentation tank, and the contents of the hydrogen fermentation tank Means 4 for transferring to the promotion tank, control box 5 for operating the hydrogen fermentation tank and the activation promotion tank, and organic waste 6 flowing into the hydrogen fermentation tank and treated.

상기 수소발효조에서 처리된 물은 외부의 배출조(7)를 통하여 배출된다.The water treated in the hydrogen fermentation tank is discharged through the external discharge tank (7).

이하 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 내용을 하기에 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the contents of the present invention.

발명의 구체예에 대한 상세한 설명Detailed Description of the Invention

도1은 본 발명에 따른 유기성 폐기물 처리를 위한 연속 혐기성 수소발효 공정 및 이를 이용한 수소생성 방법을 도시하는 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram showing a continuous anaerobic hydrogen fermentation process for organic waste treatment according to the present invention and a hydrogen generation method using the same.

도1에 도시된 바와 같이, 고온 혐기성 수소발효조(1)에는 유기성 폐기물(6)이 연속적으로 주입되고 활성촉진조(2)에서 열처리된 내용물이 순환되어 유입된다. 또한 수소발효조에서 생성된 수소가스는 수소가스 수집조(3)에 수집된다. 수소발효조에서 처리된 물은 이부로 배출되는데, 배출조(7)와 같은 설비가 추가로 설치될 수 있다. 본 발명에서 수소발효조는 종래의 수소발효조와 동일한 것으로 내부의 내 용물을 가열하기 위한 히팅코일(11)이 내장되며, 보온을 위한 단열외벽(12)이 외부에 설치되고, 내부의 내용물을 교반하기 위한 교반기(13)가 일반적으로 설치된다. 수소발효조의 이같은 구성은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의하여 용이하게 실시될 수 있다. 상기 수소발효조는 50∼60 ℃ 범위의 온도에서 작동되는데, 이는 콘트롤 박스(5)에서 자동 제어된다.As shown in FIG. 1, the organic waste 6 is continuously injected into the high temperature anaerobic hydrogen fermentation tank 1, and the heat-treated contents in the activation promoter 2 are circulated and introduced. In addition, the hydrogen gas generated in the hydrogen fermentation tank is collected in the hydrogen gas collection tank (3). The water treated in the hydrogen fermentation tank is discharged into two parts, and equipment such as the discharge tank 7 may be additionally installed. In the present invention, the hydrogen fermentation tank is the same as the conventional hydrogen fermentation tank has a heating coil 11 for heating the internal contents therein, a heat insulating outer wall 12 for thermal insulation is installed on the outside, and stirring the contents of the inside Stirrer 13 is generally installed. Such a configuration of the hydrogen fermentation tank can be easily carried out by those skilled in the art. The hydrogen fermenter is operated at a temperature in the range from 50 to 60 ° C., which is automatically controlled in the control box 5.

상기 수소발효조 내의 내용물은 이송관을 통하여 펌프와 같은 이송수단(4)에 의하여 활성촉진조(2)로 이송한다. 활성촉진조는 수소발효조보다 높은 온도로 작동되는데, 이렇게 함으로써 유기성 폐기물에 함유된 수소소모성 세균을 불활성화시키고 우수한 수소발효균을 선별하여 활성을 촉진시킬 수 있다. 활성촉진조는 95∼105 ℃ 범위의 온도에서 작동되는 것이 바람직하며, 이 활성촉진조에서 처리되어 수소발효조로 순환되는 내용물의 유량은 수소발효조로 유입되는 내용물 유량의 0.5∼5 배 범위가 바람직하고, 활성촉진조에서 체류되는 시간은 10∼60 분의 범위가 바람직하다. 활성촉진조도 수소발효조와 마찬가지로 내부의 내용물을 가열하기 위한 히팅코일(21)이 내장되며, 보온을 위한 단열외벽(22)이 외부에 설치되고, 내부의 내용물을 교반하기 위한 교반기(23)가 일반적으로 설치된다. 활성촉진조에서도 수소, 메탄과 같은 가스가 생성될 수 있는데, 이들 가스는 가스수집조(8)에 수집된다. 활성촉진조는 수소발효조와 함께 콘트롤 박스(5)에 의하여 자동 제어된다.The contents in the hydrogen fermentation tank are transferred to the activation promoting tank 2 by a transfer means 4 such as a pump through a transfer tube. The activation tank is operated at a higher temperature than the hydrogen fermentation tank, thereby inactivating the hydrogen-consuming bacteria contained in the organic waste and promoting the activity by selecting excellent hydrogen fermentation bacteria. The activation tank is preferably operated at a temperature in the range of 95 to 105 ° C., and the flow rate of the contents treated in the activation tank and circulated to the hydrogen fermentation tank is preferably in the range of 0.5 to 5 times the flow rate of the contents flowing into the hydrogen fermentation tank. The residence time in the activation promoter is preferably in the range of 10 to 60 minutes. Like the hydrogen fermentation tank, the activation promotion tank includes a heating coil 21 for heating the contents of the interior, a heat insulation outer wall 22 for insulation, and an agitator 23 for stirring the contents of the interior. Is installed. In the activation tank, gases such as hydrogen and methane may be produced, which are collected in the gas collection tank 8. The activation promoter is automatically controlled by the control box 5 together with the hydrogen fermentation tank.

본 발명에 따른 유기성 폐기물을 처리하는 연속 혐기성 수소발효 공정에서 수소가스를 생성하는 방법은 유기성 폐기물이 연속적으로 주입되는 고온 혐기성 수소발효조(1) 내의 내용물을 수소발효조보다 높은 온도로 작동되는 활성촉진조(2)로 유입시켜 열처리하고, 열처리된 내용물을 다시 수소발효조로 순환시키고, 그리고 수소발효조 내에서 활성화된 수소발효균에 의하여 수소를 생성하는 단계로 이루어진다. The method for generating hydrogen gas in a continuous anaerobic hydrogen fermentation process for treating organic wastes according to the present invention is to activate the contents in the high temperature anaerobic hydrogen fermentation tank (1) in which organic waste is continuously injected at a higher temperature than the hydrogen fermentation tank. (2) heat treatment, the heat-treated contents are circulated back to the hydrogen fermentation tank, and hydrogen is generated by the activated hydrogen fermentation bacteria in the hydrogen fermentation tank.

본 발명은 유기성 폐기물이 연속적으로 주입되는 고온 혐기성 수소발효조 내의 내용물을 수소발효조보다 높은 온도로 작동되는 활성촉진조로 유입시켜 열처리함으로써 수소발효조 내용물에 함유된 수소소모성 세균을 불활성화시키고 우수한 수소발효균을 선별하여 활성을 촉진시킨 후, 고온 혐기성 수소발효조로 재순환하기 때문에, 유기성 폐기물로부터 다량의 수소를 생성할 수 있다. The present invention inactivates the hydrogen-consumable bacteria contained in the contents of the hydrogen fermentation tank by selecting and heat-treating the contents of the high temperature anaerobic hydrogen fermentation tank into which the organic waste is continuously injected into an activation promoter operated at a temperature higher than that of the hydrogen fermentation tank and selecting excellent hydrogen fermentation bacteria. After promoting the activity to recycle the high temperature anaerobic hydrogen fermentation tank, a large amount of hydrogen can be generated from the organic waste.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이고 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.The invention can be better understood by the following examples, which are intended for the purpose of illustration of the invention and are not intended to limit the scope of protection defined by the appended claims.

실시예Example

실시예에서 사용된 유기성 폐기물은 하수종말 처리장 혐기성 소화조로 유입되는 농축슬러지를 사용하였으며, 미생물을 포함하는 식종슬러지는 하수종말 처리장 혐기성 소화조에서 채취하였다. 본 발명의 실시예에서 사용된 유기성 폐기물과 식종슬러지의 주요 특성은 표 1과 같다. The organic wastes used in the examples were concentrated sludge introduced into an anaerobic digester in a sewage terminal treatment plant, and planting sludge containing microorganisms was collected from an anaerobic digester in a sewage terminal treatment plant. The main characteristics of the organic waste and planting sludge used in the embodiment of the present invention are shown in Table 1.

항목Item pHpH Alkalinity (㎎/L as CaCO3)Alkalinity (mg / L as CaCO 3 ) TS(total solid) (g/L)TS (total solid) (g / L) VS(volatil-e solid) (g/L)VS (volatil-e solid) (g / L) TCOD(tot-al COD) (g/L)TCOD (tot-al COD) (g / L) SCOD(sol-uble COD) (g/L)Sol-uble COD (SCOD) (g / L) 농축슬러지(feeding waste)Feeding Waste 6.16.1 15851585 29.629.6 19.8519.85 42.642.6 8.58.5 식종슬러지(seed sludge)Seed sludge -- -- 30.0130.01 13.413.4 23.2523.25 10.7110.71

섭씨 55도 내외로 운전되는 고온 혐기성 수소발효조(유효용량 25 L)에 본 발명의 활성촉진조를 추가로 설치하고 고온 혐기성 수소발효조의 농축폐활성 슬러지의 유입유량의 0.5∼5배의 유량을 활성촉진조로 연속 유입시켜 열처리한 뒤 고온 혐기성 수소발효조로 재순환시켰다. 이때 활성촉진조의 내용물의 온도는 평균 섭씨 95도에서 섭씨 105도 사이로 유지시켰으며, 열처리 반응조에서 체류시간은 평균 30분(10∼60분) 정도로 유지시켰다. 약 60일간 본 발명에 의한 수소발효의 효율을 관찰한 결과, 약 7일 이후부터 정상상태에 도달하였으며, 수소발효조에서 발생한 정상상태의 수소가스의 발생율은 평균 약 17 L H2/d 내외였다. An active promotion tank of the present invention is additionally installed in a high temperature anaerobic hydrogen fermentation tank (effective capacity of 25 L) operating at about 55 degrees Celsius and activates a flow rate of 0.5 to 5 times the flow rate of the concentrated waste activated sludge of the high temperature anaerobic hydrogen fermentation tank. It was continuously introduced into a promotion tank, heat treated, and recycled to a high temperature anaerobic hydrogen fermentation tank. At this time, the temperature of the contents of the activation promoter was maintained at an average of 95 degrees Celsius to 105 degrees Celsius, and the residence time in the heat treatment reactor was maintained at an average of about 30 minutes (10 to 60 minutes). As a result of observing the efficiency of hydrogen fermentation according to the present invention for about 60 days, the steady state was reached after about 7 days, and the generation rate of the steady state hydrogen gas generated in the hydrogen fermentation tank was about 17 LH 2 / d on average.

또한, 표 2에서 제시한 것과 같이 정상상태 운전기간 동안 발생가스에서 메탄가스 성분은 관측되지 않았으며, 수소의 함량은 70∼80%를 안정적으로 유지하였다. 생성된 수소의 수율은 1.29∼1.03 L H2/g CODremoved였다. 이 값은 앞에서 설명한 전분으로부터 얻은 종래의 수소생성율 86 mL/g COD 보다 약 15 배 이상 큰 값이다In addition, as shown in Table 2, no methane gas component was observed in the generated gas during the steady state operation, and the hydrogen content was maintained at 70 to 80%. The yield of produced hydrogen was 1.29 to 1.03 LH 2 / g COD removed . This value is about 15 times greater than the conventional 86 mL / g COD obtained from starch described above.

본 실시예에서 혐기성 소수발효조의 pH는 약 5.4∼6.5 범위를 유지하였으며, 유기물감량(VS reduction, %)은 22∼34 %이었으며, 총 유기산의 농도는 400∼14,900 mg HAc/L이었다.In this example, the pH of the anaerobic hydrophobic fermentation tank was maintained in the range of about 5.4 to 6.5, the organic reduction (VS reduction,%) was 22 to 34%, and the concentration of the total organic acid was 400 to 14,900 mg HAc / L.

HRT (hydraulic retention time: days)HRT (hydraulic retention time: days) 순환율Circulation 수소수율 (LH2/g COD)Hydrogen yield (LH 2 / g COD) CH4%CH 4 % H2%H 2 % VS 감량 (%)VS loss (%) 1 3 51 3 5 3Q3Q 1.29 1.03 0.811.29 1.03 0.81 0 0 00 0 0 82 78 7882 78 78 18 34 4118 34 41 3 3 0.5Q 5Q0.5Q 5Q 0.65 1.100.65 1.10 0 00 0 68 7868 78 30 3530 35

본 발명에 의해 섭씨 55도에서 운전되는 고온 혐기성 수소발효조에서 수소발효조 내용물의 일부를 연속적으로 활성촉진조에 유입시켜 평균 섭씨 100℃(섭씨 95-105℃)의 고온에서 열처리하여 순환함으로서 고온 혐기성 수소발효조에서 수소소모균의 활성을 억제하고 수소발효균을 선별하고 활성을 촉진하여 연속적인 수소생산을 극대화할 수 있는 발명의 효과를 갖는다. In the high temperature anaerobic hydrogen fermentation tank operating at 55 degrees Celsius according to the present invention, a part of the contents of the hydrogen fermentation tank is continuously introduced into the activation promotion tank and circulated by heat treatment at a high temperature of 100 degrees Celsius (95-105 degrees Celsius). Inhibit the activity of hydrogen consuming bacteria, screening hydrogen fermentation bacteria and promoting the activity has the effect of maximizing continuous hydrogen production.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.Simple modifications or changes of the present invention can be easily carried out by those skilled in the art, and all such modifications or changes can be seen to be included in the scope of the present invention.

Claims (8)

유기성 폐기물이 연속적으로 주입되는 고온 혐기성 수소발효조(1) 내의 내용물을 수소발효조보다 높은 온도로 작동되는 활성촉진조(2)로 유입시켜 열처리하고;The contents of the high temperature anaerobic hydrogen fermentation tank 1 into which organic waste is continuously injected are introduced into an activation promoter 2 operated at a higher temperature than the hydrogen fermentation tank and heat treated; 열처리된 내용물을 다시 상기 수소발효조로 순환시키는 단계;Circulating the heat treated contents back to the hydrogen fermentation tank; 로 이루어지고,Made up of 상기 수소발효조는 50∼60℃ 범위의 온도에서 작동되고, 상기 활성촉진조는 95∼105℃ 범위의 온도에서 작동되며, 상기 활성촉진조에서 처리되어 상기 수소발효조로 순환되는 내용물의 유량은 상기 수소발효조로 유입되는 내용물 유량의 0.5∼5 배 범위인 것을 특징으로 하고,The hydrogen fermentation tank is operated at a temperature in the range of 50 to 60 ° C., and the activation promoter is operated at a temperature in the range of 95 to 105 ° C., and the flow rate of the contents which are processed in the activation promoter and circulated to the hydrogen fermentation tank is the hydrogen fermentation tank. It is characterized in that the range of 0.5 to 5 times the flow rate of the content flowing into the, 그럼으로써 수소발효조 내용물에 함유된 수소소모성 세균을 불활성화 시키고 우수한 수소발효균을 선별하여 활성을 촉진시켜 유기성 폐기물을 연속적으로 수소발효시키는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리를 위한 연속 혐기성 수소발효 방법.A method for continuous anaerobic hydrogen fermentation for treatment of organic waste, characterized by inactivating hydrogen-consuming bacteria contained in the contents of the hydrogen fermentation tank, selecting excellent hydrogen fermentation bacteria, and promoting activity to continuously hydrogenate organic waste. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 활성촉진조에서 내용물이 체류되는 시간은 10∼60분의 범위인 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리를 위한 연속 혐기성 수소발효 방법.The continuous anaerobic hydrogen fermentation method for treating organic wastes according to claim 1, wherein the contents stay in the activation tank in the range of 10 to 60 minutes. 유기성 폐기물이 연속적으로 주입되는 고온 혐기성 수소발효조(1) 내의 내용물을 수소발효조보다 높은 온도로 작동되는 활성촉진조(2)로 유입시켜 열처리하고;The contents of the high temperature anaerobic hydrogen fermentation tank 1 into which organic waste is continuously injected are introduced into an activation promoter 2 operated at a higher temperature than the hydrogen fermentation tank and heat treated; 열처리된 내용물을 다시 상기 수소발효조로 순환시키고; 그리고Circulating the heat-treated contents back to the hydrogen fermentation tank; And 상기 수소발효조 내에서 활성화된 수소발효균에 의하여 수소를 생성하는;Generating hydrogen by hydrogen fermentation bacteria activated in the hydrogen fermentation tank; 단계로 이루어지고,In steps, 상기 수소발효조는 50∼60℃ 범위의 온도에서 작동되고, 상기 활성촉진조는 95∼105℃ 범위의 온도에서 작동되며, 상기 활성촉진조에서 처리되어 상기 수소발효조로 순환되는 내용물의 유량은 상기 수소발효조로 유입되는 내용물 유량의 0.5∼5 배 범위인 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물을 처리하는 연속 혐기성 수소발효 방법에서 수소가스를 생성하는 방법.The hydrogen fermentation tank is operated at a temperature in the range of 50 to 60 ° C., and the activation promoter is operated at a temperature in the range of 95 to 105 ° C., and the flow rate of the contents which are processed in the activation promoter and circulated to the hydrogen fermentation tank is the hydrogen fermentation tank. A method for producing hydrogen gas in a continuous anaerobic hydrogen fermentation method for treating organic waste, characterized in that the range of 0.5 to 5 times the flow rate of the content flowing into the. 삭제delete 제4항에 있어서, 상기 활성촉진조에서 내용물이 체류되는 시간은 10∼60분의 범위인 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물을 처리하는 연속 혐기성 수소발효 방법에서 수소가스를 생성하는 방법.5. The method of claim 4, wherein the time for which the contents are retained in the activation tank is in the range of 10 to 60 minutes. 5. 유기성 폐기물이 연속적으로 주입되고 활성촉진조에서 열처리된 내용물이 순환되는 고온 혐기성 수소발효조(1);A high temperature anaerobic hydrogen fermentation tank (1) in which organic waste is continuously injected and the heat-treated contents are circulated in the activation accelerator tank; 상기 수소발효조 내의 내용물이 유입되어 열처리되는 상기 수소발효조보다 높은 온도로 작동되는 활성촉진조(2);An activation promoter (2) operated at a higher temperature than the hydrogen fermentation tank in which the contents in the hydrogen fermentation tank are introduced and heat treated; 상기 수소발효조에서 생성된 수소가스를 수집하기 위한 수소가스 수집조(3);A hydrogen gas collection tank (3) for collecting the hydrogen gas generated in the hydrogen fermentation tank; 상기 수소발효조의 내용물을 상기 활성촉진조로 이송하기 위한 수단(4);Means (4) for transferring the contents of the hydrogen fermentation tank to the activation promoter; 상기 수소발효조와 활성촉진조를 작동하기 위한 콘트롤 박스(5); 및A control box 5 for operating the hydrogen fermentation tank and the activation promoter tank; And 상기 수소발효조로 유입되어 처리되는 유기성 폐기물(6);Organic waste (6) flowing into the hydrogen fermentation tank and treated; 로 이루어지고,Made up of 상기 수소발효조는 50∼60℃ 범위의 온도에서 작동되고, 상기 활성촉진조는 95∼105℃ 범위의 온도에서 작동되는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물을 처리하는 연속 혐기성 수소발효 공정에서 수소가스를 생성하기 위한 시스템.The hydrogen fermentation tank is operated at a temperature in the range of 50-60 ° C., and the activation promoter is operated at a temperature in the range of 95-105 ° C. to generate hydrogen gas in a continuous anaerobic hydrogen fermentation process for treating organic waste. system. 제7항에 있어서, 상기 수소발효조에서 처리된 물을 외부로 배출하기 위한 배출조(7)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템. The system according to claim 7, further comprising a discharge tank (7) for discharging the water treated in the hydrogen fermentation tank to the outside.
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KR101094817B1 (en) 2008-12-29 2011-12-16 한국에너지기술연구원 Method for thermophilic hydrogen production using rice straw
KR101202932B1 (en) 2011-04-25 2012-11-19 수원대학교산학협력단 Sequencing Batch Bioreactor for Hydrogen Production

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