KR100572971B1 - Method for energizing organic wastes and manufacturing compost liquid manure - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기성 페기물을 혐기성 방법으로 처리하여 생성되는 바이오 가스를 보일러나 가스 엔진 발전기에 연결시켜 열 내지 전기 에너지로 전환 활용하고 최종적으로 발생되는 폐액을 정화 처리 후 방류시키지 않고, 유기농법의 액비(퇴비)로 활용할 수 있도록 한 시스템에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 광합성 세균인 ASK 발효제를 파쇄 단계에서 유기물 1㎥당 ASK 10kg을 배합하여 혐기성 소화조의 모액으로 사용함으로서 용액의 교반장치를 별도로 설치하지 않고 15일에 1회씩 유기물 1㎥당 ASK 5kg을 배합한 후 혐기성 소화조에 투입하여 유기물의 분해속도를 촉진하고, 메탄생성균을 증가시킴과 동시에 혐기성 소화조에서 생성되는 바이오 가스를 이용하여 듀얼연료형(Duel Fuel)바이오 가스 엔진을 열 병합 발전에 부합시켜 소화조 설비운용에 필요한 열과 전기를 자체적으로 활용할 수 있도록 하고, 또 액비 저장조를 혐기성 소화조 안에 설치하지 않고, 외부에 별도로 마련하여 메탄형성조와 액비 저장조 사이를 액비 이송 파이프로 연결시켜 매일 발생한 액비가 자연적으로 흘러내려 액비 저장조에 저장되도록 하고 저장된 액비는 액비 저장조에 수중폭기 펌프를 설치하여 호기성 방법으로 악취를 제거한 후 양질의 액비(퇴비)를 생산하여 유기농법에 활용할 수 있도록 한 유기성 폐기물의 에너지화 및 액비(퇴비) 제조방법에 관한 것이다.The present invention converts and utilizes biogas generated by treating organic waste in an anaerobic method to a boiler or a gas engine generator, converting it into heat or electric energy, and finally discharging the generated waste liquid after purifying and discharging the organic liquid solution ( The present invention relates to a system that can be used for composting. More specifically, ASK fermenter, a photosynthetic bacterium, is mixed with 10 kg of ASK per cubic meter of organic matter in the crushing step, and used as a mother liquor of an anaerobic digester, without installing a separate stirring device for solution. Once every 15 days, ASK 5kg per 1㎥ of organic matter is added to the anaerobic digester to accelerate the decomposition rate of organic matter, increase the methane producing bacteria and at the same time, dual fuel type using biogas produced in the anaerobic digester. It is necessary to operate digester facilities by matching biogas engine with heat generation power generation. Heat and electricity can be used on its own, and the liquid fertilizer tank is not installed inside the anaerobic digester tank, but is provided separately to connect the methane-forming tank and the liquid fertilizer tank with the liquid fertilizer transfer pipe. Energy storage and liquid manure (compost) manufacturing method of organic waste that can be stored and the stored liquid manure is installed with an aeration pump in the liquid manure storage tank to remove odor by aerobic method, and then produce high quality manure (compost) to be used for organic farming. It is about.
소화조 본체, ASK 발효제, 파쇄기, 열.전기, 액비 저장조, 메탄형성조, 수중폭기펌프, 탈취기, 액비Digester body, ASK fermenter, crusher, thermoelectric, liquid storage tank, methane formation tank, submersible aeration pump, deodorizer, liquid fertilizer
Description
첨부된 도 1은 본 발명을 실시하기 위한 전체적인 계통도1 is an overall schematic diagram for practicing the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
1-소화조 본체 2-스크린(Screen)1-Digestion Body 2-Screen
3-파쇄기(破碎機) 4-이송콘배이어(Conveyer)3-crusher 4-conveyer
5-투입구 6-가스분해조5-inlet 6-gas cracker
7-산형성 분해조 8-메탄(Methane)형성조7-Acid Decomposition Tank 8-Methane Formation Tank
9,11,13-격벽 10,12-이송통로9,11,13-
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14-투명유리 15-드레인 밸브14-clear glass 15-drain valve
16-출입통로 17,18-유압 개폐기16-
19-슬러지 이송 파이프 20-액비이송파이프19-sludge feed pipe 20-liquid feed pipe
21-수중폭기펌프 22-액비저장조21-submersible aeration pump 22-liquid storage tank
23-탈취기 24-액비(퇴비)23-deodorizer 24-liquid (compost)
25-바이오 가스 저장조 26-열병합 발전25-biogas storage tank 26-cogeneration
27-전기 28-열27-electric 28-column
29-보일러 30-온수 저장조29-boiler 30-hot water reservoir
31-열교환기 32-열교환 순환 파이프31-heat exchanger 32-heat exchange circulation pipe
33-모니터링 34-잉여가스 연소기33-monitoring 34- surplus gas combustor
본 발명은 유기성 폐기물을 혐기성 방법으로 처리하여 생성되는 바이오 가스(Bio gas)를 보일러나 가스엔진 발전기에 연결시켜 열 내지 전기에너지로 전환 활용하고, 최종적으로 발생되는 폐액은 정화 처리후 방류시키지 않고 유기농법을 위한 액비(퇴비)로 활용할 수 있는 시스템에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 광합성 세균인 ASK 발효제를 폐기물의 스크류형 파쇄단계에서 배합하여 모액으로 사용함으로서, 용액의 교반장치를 별도로 설치하지 않고, 15일에 1회씩 유기물 1㎥당 ASK 5 kg을 배합한 후 혐기성 소화조에 투입하여 유기물의 분해 속도를 촉진하고 메탄 생성균을 증가시킴과 동시에 혐기성 소화조에서 생성되는 바이오 가스를 이용하여 듀얼연료형(Dual Fuel)바이오 가스 엔진을 열병합 발전에 부합시켜 소화조 설비운용에 필요한 열과 전기를 자체적으로 활용할 수 있도록 하며 또 액비 저장조를 혐기성 소화조 안에 설치하지 않고 외부에 별도로 설치하여 메탄형성조와 액비 저장조 사이에 액비 이송파이송파이를 연결하여 매일 발생한 액비가 자연적으로 흘러 내려 액비 저장조에 저장되도록 하고, 이렇게 저장된 액비는 액비 저장조에 수중 폭기펌프를 설치하여 호기성 방법으로 악취를 제거한 후 유기농법에 액비(퇴비)로 활용할 수 있는 유기성 폐기물의 에너지화 및 액비(퇴비)제조방법에 관한 것이다.The present invention converts and utilizes biogas generated by treating organic waste by anaerobic method to heat or electric energy by connecting to a boiler or a gas engine generator, and finally generated waste liquid is not organically discharged after purification. It relates to a system that can be utilized as a liquid fertilizer (compost) for the law, and more specifically, by mixing the photosynthetic bacteria ASK fermentant in the screw-type crushing step of the waste used as a mother liquid, without separately installing a stirring device of the solution, Once every 15 days, 5 kg of ASK per 1㎥ of organic matter is added to the anaerobic digester to accelerate the decomposition rate of organic matter and increase the methane-producing bacteria and at the same time, dual fuel type using biogas produced in the anaerobic digester. By adjusting the biogas engine to cogeneration, it generates heat and electricity necessary for the operation of the digester. In addition, the liquid fertilizer storage tank is not installed in the anaerobic digester but installed separately from the outside to connect the liquid fertilization transfer pipe between the methane formation tank and the liquid fertilizer storage tank so that the daily liquid flow naturally flows down and is stored in the liquid fertilizer storage tank. The stored liquid fertilizer relates to a method for producing energy and liquid fertilizer (compost) of organic waste that can be used as a liquid fertilizer (compost) in the organic method after the installation of an aeration pump in the liquid fertilizer storage tank to remove odor.
오늘날 유기성 폐기물은 시대적인 여건의 변화로 유기물 함량이 높은 고농도 유기물질에서 생성되는 바이오 가스를 이용하여 에너지를 다양한 방법으로 활용하고 있다.Today's organic waste uses energy in a variety of ways, using biogas generated from high concentrations of organic materials with high organic content due to changing times.
음식물 쓰레기의 자원화 방법으로는 연료화, 사료화, 퇴비화 등이 있으나 사료화는 분리수거의 어려움과 부패성 및 병원균의 발생우려와 이물질로 인한 가축 피해, 영양성분의 불균형 등으로 어려움이 있으며, 연료화는 시실 투자가 막대하고 완벽한 처리를 위해서는 재처리시설이 병행되어야 하며, 고도의 운전기술을 필요로 하는 문제점이 있었다.Food wastes include fuelization, feed, and composting, but feed is difficult to separate and collect, perishables and pathogens, livestock damage caused by foreign substances, and nutritional imbalances. For enormous and complete treatment, the reprocessing facility must be parallel and there is a problem that requires a high degree of driving skills.
이와같은 문제점을 안고 있는 음식물 쓰레기를 처리하기 위한 수단으로 종래의 기술로 퇴비화를 추진한 결과 최종제품의 품질이나 그 용도보다는 처리량의 증가나 처리효율에 더 중점을 두게 되어 지금까지 대부분의 음식물 쓰레기를 이용한 퇴비는 충분히 숙성되어 중화되지 않는 퇴비로 생산되어 농경지에 사용되지 못하고 오히려 2차 환경오염을 일으키게 되었다.As a means to dispose of food wastes with these problems, composting has been carried out using conventional techniques. As a result, most food wastes have been concentrated on the increase in throughput or treatment efficiency rather than the quality of the final product and its use. The compost used is not fully neutralized and produced as compost that is not neutralized, which causes secondary environmental pollution.
특히 음식물 쓰레기는 다른 퇴비원료에 비해 염분함량이 높고 수분함량이 많아 직접적인 퇴비화 보다는 다른 퇴비원료에 혼합하여 처리하고 있는 실정에 있었다.In particular, food waste has a high salinity and high moisture content compared to other compost raw materials, and is mixed with other compost raw materials rather than direct composting.
본 발명에서는 음식물 쓰레기를 이용한 대체 에너지의 생산과 친환경 농업용 액비(퇴비)를 생산하는데 따른 기본원리 및 형태별 기술을 혐기성 방법으로 처리하여In the present invention, by treating the basic principle and form-specific technology to produce alternative energy using food waste and environmentally friendly agricultural liquid (compost) by anaerobic method
메탄생산(전기생산/보일러 이용)Methane Production (Electricity Production / Boiler Use)
낮은 잉여 슬러지 발생(호기공정의 5-20%)Low excess sludge generation (5-20% of exhalation process)
양질의 액비생산High-quality liquid fertilizer production
고농도 유기물의 고효율 처리기능(5-10배)High efficiency treatment of high concentration organic matter (5-10 times)
낮은 투자비/ 낮은 운전비Low investment cost / low running cost
산소 공급의 불필요No need for oxygen supply
낮은 영양소 요구량(N.P)Low Nutrient Requirements (N.P)
낮은 부지 요구량Low site requirements
호기성 조건에서는 분해가 불가능한 물질의 생분해 가능Biodegradable material that cannot be decomposed under aerobic conditions
Chlorindted/Halohenated 유기물의 분해가능등Degradation of Chlorindted / Halohenated Organics
에너지 보존에 따른 생태학적 및 경제학적 이익창출의 탁월한 기능을 제공할 수 있는 것으로 유기성 폐기물을 혐기성으로 부숙시킬 때 먼저 산생성균과 메탄 생성균의 밀도유지를 필요로 하는데 혐기성 산생성균에 비하여 메탄생성균은 환경적응 능력이 약하기 때문에 메탄균이 접종되지 않을 경우 산생성만 촉진되어 혐기성 분해가 진행되지 않으므로 소화조 설치 후에는 반드시 혐기성 부숙을 시작하기 위하여 전 단계로 인근의 혐기성 소화조의 폐액이나 하수처리장의 하수 슬러지를 공급받아 소화조 총 용적량의 약 20% 정도를 모액으로 소화조에 투입하여 가동시켜 주어야 한다. 그러나 현실적으로 혐기성 소화조가 널리 보급되어 있지 않아 모액을 공급 받는데 많은 시간과 경제적 손실이 소요되고, 또 혐기성 부숙조에 유기물 농도가 높으면 점도가 높아지고 층이 생겨 분해 효율이 낮아지게 됨으로 이를 방지하기 위하여 소화조 내에 용액의 교반시설도 필요로 하는 문제점이 있었다.
그리고 또 다른 문제점은 혐기성 소화조에서 생성되는 바이오가스를 이용하여 듀얼연료형(Dual Fuel) 보일러를 설치하여 소화조의 가온 수단으로 사용하고, 열병합 발전 설비로 전기와 열을 동시에 얻을 수 있는 듀얼연료형 바이오 가스(Dual Fuel Biogas) 엔진을 연결시켜 소화조 설비 운영에 필요한 연료와 전기를 자체적으로 처리할 수 있는 경제적 이익 창출과 혐기성 방법으로 처리된 폐액을 액비(퇴비)화 시켰을 때 폐액에서 저급휘발성 지방산이나 유황화합물 등 많은 종류의 악취가 발생하여 사용상 많은 어려움이 있어 왔다.It can provide an excellent function of generating ecological and economic benefits from energy conservation. When organic wastes are matured anaerobicly, the density of acid-producing bacteria and methane-producing bacteria is required first, compared to anaerobic acid-producing bacteria. If the methane bacteria are not inoculated because of the poor adaptability, anaerobic decomposition does not proceed because only acid production is performed, so after the digester is installed, the wastewater from the nearby anaerobic digester or the sewage sludge of the sewage treatment plant must be moved to the previous stage. About 20% of the total volume of the digester should be supplied to the digester as a mother liquor and operated. However, in reality, anaerobic digesters are not widely used, so it takes a lot of time and economic loss to receive mother liquor, and high concentrations of organic matter in anaerobic digestion tanks increase the viscosity and form layers, which leads to lower decomposition efficiency. There was also a need for a stirring facility.
Another problem is to install dual fuel boilers using biogas generated from anaerobic digesters and use them as heating means for digesters, and to obtain electricity and heat at the cogeneration plant. Low-volatile fatty acids or sulfur in the waste liquid when the fuel (electrical fuel) system is connected to the dual fuel biogas engine to create economic benefits that can process the fuel and electricity necessary for the operation of the digester, and when the waste liquid treated by the anaerobic method is composted. Many kinds of odor such as compounds have been generated, and there have been many difficulties in use.
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본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서, 별도의 교반장치를 필요로 함이 없이 스크류형 파쇄 단계에서 ASK 발효제를 15일에 1회씩 유기물 1㎥당 ASK 5㎏을 배합하여 소화조에 투입하면 메탄 생산량이 증가하고 유기물의 분해속도가 촉진되어 메탄 생성균을 증가시킴과 동시에 혐기성 소화조에서 생성되는 바이오 가스를 이용하여 듀얼 연료형 바이오 가스 엔진을 열병합 발전에 부합시켜 소화조 설비운용에 필요한 열과 전기를 자체적으로 사용할 수 있는 에너지와 또한 액비 저장조에 호기성 방법으로 용존 산소량을 높여 유기물의 분해를 촉진하고 악취의 제거 및 고형분의 침전과 스컴(Scum)형성을 억제하기 위하여 액비 저장조에 수중폭기 펌프를 설치하여 55℃의 온도에서 액비 1㎥을 기준으로 1시간에 1 ~ 5㎥의 공기를 연속 공급하여 악취를 제거하고 외부로 방출되는 악취는 탈취기를 통해 탈취하여 제 2차 환경오염을 방지한 후 양질의 액비(퇴비)를 생산하여 유기농법에 활용할 수 있도록 하는데 기술적인 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the problems described above, the digester by combining ASK fermenter 5 kg per 1㎥ of the organic matter once every 15 days in the screw-type crushing step without the need for a separate stirring device When used in the process, the production of methane is increased and the decomposition rate of organic materials is accelerated to increase the methane producing bacteria and at the same time, the dual fuel type biogas engine is adapted to the cogeneration system using biogas generated in the anaerobic digester to cope with the heat and power required for the operation of the digester. An aeration pump is installed in the liquid storage tank to promote the decomposition of organic matter, to remove odors, and to prevent the settling of solids and the formation of scum. 1 to 5㎥ of air per hour based on the liquid ratio of 1㎥ at a temperature of 55 ℃ Odor in feed to remove stench, and is emitted to the outside to allow then to deodorization through a deodorizing prevent secondary pollution by producing manure (compost) the quality utilized for organic farming there is a technical object.
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본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다더 구체적으로 설명한다.The present invention will be described more specifically with reference to the accompanying drawings in order to achieve the above object.
도 1은 본 발명에 따른 실시예를 설명한 유기성 폐기물의 에너지화 및 퇴비(액비)화 제조방법의 전체적인 구성을 도시한 계통도로서,1 is a schematic diagram showing the overall configuration of the method for producing energy and composting (liquid ratio) of organic wastes according to an embodiment of the present invention.
음식물 쓰레기가 처리장에 반입되면 비닐이나 쇠붙이 및 병조각 등의 이물질을 스크린(2)에서 선별하여 스크류형 파쇄기(3)에서 입자크기를 1.5㎜이하로 파쇄시키고, 음식물 쓰레기 1㎥당 ASK발효제 10㎏을 배합하여 이송 콘베이어(4)를 통해 혐기성 소화조 본체(1)의 투입구(5)로 투입된다.When the food waste is brought into the treatment plant, foreign substances such as vinyl, metal, and bottle fragments are sorted on the screen (2), and shredded by the screw-type crusher (3) to a particle size of 1.5 mm or less, and 10 kg of ASK fermentation agent per 1㎥ of food waste. The compound is introduced into the inlet 5 of the anaerobic digester body 1 through the conveying conveyor 4.
투입된 음식물 쓰레기는 가수분해조(6)와 산형성조(7) 및 메탄형성조(8)를 거쳐 최종적으로 소화조 외부에 별도로 설치한 액비이송파이프(20)를 통해 액비저장조 (22)에 저장된다.The injected food waste is stored in the liquid
혐기성 소화조본체(1)에서 생성된 바이오 가스는 바이오 가스 저장조(25)에 포집되고, 바이오 가스를 이용하는 듀얼연료형(Dual Fuel) 보일러(29)의 열을 소화조의 가온 수단으로 사용하고, 열병합 발전(26)설비로 전기(27)와 열(28)을 동시에 얻을 수 있는 듀얼연료형 바이오가스(Dual Fuel Biogas)엔진을 연결시켜 소화조 가동에 필요한 연료와 전기를 자체적으로 처리할 수 있도록 하고, 또한 혐기성 발효 후 발생된 폐액의 악취는 액비저장조(22)에 설치된 수중폭기펌프(21)에 의해 용이하게 제거되도록 함으로서 유기농법에 활용할 수 있는 양질의 액비(퇴비)(24)를 생산하는 방법이다.The biogas generated in the anaerobic digester main body 1 is collected in the
본 발명에 따른 혐기성 소화조의 개요는 다음과 같다.The outline of the anaerobic digester according to the present invention is as follows.
{실시예}{Example}
개요 (10㎥/day 표준)Outline (10㎥ / day standard)
본 발명에서는 혐기성 소화조의 본체(1)는 13000(L)×9000(W)×3500(H)의 규격으로 지하에 철근콘크리트조로 설치하여 1일 처리용량 10㎥/day표준으로 총용적량 410㎥ 유효용적량 150㎥로 하고, 상기 소화조 본체(1)의 내부는 가수분해조(6), 산형성 분해조(7), 메탄생성조(8)로 구분하여 설치되는데 그 구성을 단계별로 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.In the present invention, the main body 1 of the anaerobic digester is installed with a reinforced concrete tank in the basement with a standard of 13000 (L) × 9000 (W) × 3500 (H), and the total volume of 410㎥ is effective as a daily treatment capacity of 10㎥ / day. A volume of 150 m 3 and the inside of the digester main body 1 is installed by dividing into a hydrolysis tank (6), an acid-forming cracking tank (7), methane production tank (8). As follows.
본 발명에 따른 가수분해조(6)의 규격은 4000(L)×9000(W)×3500(H)으로 구성되고, 가수분해조(6)와 산형성조(7)사이에 상단으로부터 하단에 3000㎜의 격벽(9)을 설치하고 하단부에는 500㎜의 이송통로(10)를 두어 유기물질이 산형성조(7)로 이송되도록 한다.The specification of the
혐기성 소화 방법의 첫 단계인 가수분해조(6)에서는 많은 유기화합물(탄수화물, 단백질, 지질)이 가수분해균과 발효균의 가수분해 효소에 의해 분해되는 과정으로 다당류, 탄수화물, 단백질 지방 리그닌(Lignin)셀룰로오스(cellulose)등의 Complex Organies이 용해성의 당,알콜, 지방산, 아미노산, 폴리펩타이드 등의 단량제(Monomer)나 올리고머(Oligomer)로 분해되는데 분해를 촉진시키기 위하여 혐기성 방법의 필수 조건인 모액을 부숙조 부피의 약20%정도를 혐기성 소화조의 폐액이나 하수슬러지를 투입한 뒤 약30일 이후부터 매일 일정량의 음식물 쓰레기를 투입하여 가동시켜야 주지 않더라도 파쇄단계(3)에서 음식물 쓰레기 1㎥당 ASK발효제 10㎏을 배합하여 가수분해조(6)에 투입하면 72시간 이후부터는 발효가 진행되어 매일 일정량의 음식물 쓰레기를 투입하여 정상적으로 가동시킬 수 있다.In the hydrolysis tank (6), the first step of anaerobic digestion, many organic compounds (carbohydrates, proteins, lipids) are decomposed by the hydrolytic enzymes of hydrolyzed bacteria and fermented bacteria. Polysaccharides, carbohydrates, and protein fat lignin Complex Organies such as cellulose are decomposed into monomers or oligomers such as soluble sugars, alcohols, fatty acids, amino acids, and polypeptides. ASK fermentation agent per 1㎥ of food waste in the shredding step (3), even if about 20% of the volume of the tank is not required to be operated by adding a certain amount of food waste every 30 days after the waste liquid or sewage sludge in the anaerobic digester. If the compound is added to the hydrolysis tank (6), the fermentation proceeds from 72 hours later, and a certain amount of food waste is added daily. Can be operated as
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또, 산형성 분해조(7)의 규격은 4000(L)×9000(W)×3500(H)으로 구성되고, 산형성 분해조(7)와 메탄형성조(8) 사이에 상단으로부터 하단에 2000㎜의 격벽(11)을 설치하고, 하단으로부터 상단사이에 1000㎜의 격벽(13)을 설치하되 그 나머지 공간부분 500㎜는 유기성 폐기물의 이송통로(12)로 구성한다.In addition, the standard of the acid-forming
혐기성 소화에 있어서 산형성 단계는 산생성균에 의해 가수분해단계에서 생성된 용존성 저분자물질을 Prpoionate Butyrate로 분해시키는 미생물은 Acid Bacterate이고, 이들 미생물에 의해 생성된 유기산을 아세트산으로 분해하는 미생물은 Acetoneic Bacteria이다.In anaerobic digestion, the acid formation step is Acid Bacterate which decomposes the dissolved low-molecular substance produced by the hydrolysis step by acid producing bacteria into Prpoionate Butyrate, and the microorganism that decomposes the organic acid produced by these microorganisms with acetic acid is Acetoneic Bacteria. to be.
산생성균은 메탄생성균에 비해서 증식율과 기질이용속도가 빠르고, 환경변화에 더욱 안정적인 특성이 있다.Acid-producing bacteria have faster growth rate and substrate utilization rate than methane-producing bacteria and are more stable to environmental changes.
산형성 단계는 가수분해되어 생성된 단당체들이 프로피온산이나 뷰티릭산까지 분해되는 단계와 이 다음 과정, 즉 프로피온산등을 이용하여 최종적으로 아세트산으로 분해되는 Acetogenic 단계로 나누어진다.The acid formation step is divided into hydrolysis-produced monosaccharides to propionic acid or butyric acid, followed by acetic acid, which is finally degraded to acetic acid using propionic acid.
이와 같은 과정에서는 산형성 과정에서 발생한 기질이 분해되어 메탄생성의 기질인 아세트산 수소가스와 이산화탄소가 만들어진다.In this process, the substrate generated during the acid formation process is decomposed to form hydrogen acetate gas and carbon dioxide, which are methane generating substrates.
Acetogenic반응은 수소분압이 10-4∼10-5기압과 같이 매우 낮은 조건에서만 일어나고, 이처럼 낮은 수소분압은 Hydroenophilic methanogenic Bacteria군이 수소를 소비하기 때문에 가능한 것이다. 또한 본 발명에 의한 모든 단계의 미생물들은 상보적으로 작용하기 때문에 산형성 단계에서는 용액의 교반을 필요로 하는 용액의 교반장치가 별도로 필요없이 음식물 쓰레기의 파쇄단계(3)에서 음식물 쓰레기 1㎥당 발효제 ASK 5㎏을 15일 단위로 1회씩 정기적으로 투입하면 55℃의 온도에서 분해속도가 촉진되어 메탄발생량이 증가되고 부숙기간이 15일로 단축되어 혐기성 소화조의 용적량도 감소됨으로 소화조의 설치면적을 최소화시키는 경제성도 제공한다.Acetogenic reactions occur only at very low conditions, such as 10 -4 to 10 -5 atm, which is possible because the hydroenophilic methanogenic Bacteria family consumes hydrogen. In addition, the microorganisms of all the steps according to the present invention acts complementarily, fermentation agent per 1 ㎥ of food waste in the food waste shredding step (3) without the need for a separate stirring device for the solution in the acid formation step When ASK 5kg is added once every 15 days, the decomposition rate is accelerated at the temperature of 55 ℃ to increase the methane generation and the maturation period is reduced to 15 days, which reduces the volume of anaerobic digester, thereby minimizing the installation area of digester. It also provides economics.
그리고 메탄생성조(8)의 규격은 5000(L)×9000(W)×3500(H)으로 구성되고, 메탄생성조(8)의 중간지점에 ø100의 PVC파이프를 연결하여 매일 발생한 액비가 자연적으로 액비저장조(22)에 흘러내려 저장되도록 한다.The methane production tank 8 is composed of 5000 (L) × 9000 (W) × 3500 (H), and the liquid ratio generated daily by connecting PVC pipe of ø100 to the middle point of the methane production tank 8 is natural. To flow into the
또한 산형성 분해조(7)와 메탄생성조(8)와 인접한 중간 전면에는 5000(L )×2000(W)×3500(H)의 출입통로(16)와 1500(L)×1500(W)의 투명유리(14)를 부착하여 육안으로 메탄생성과정을 확인할 수 있도록 하고, 음식물 쓰레기중에서 산화처리되지 않는 섬유질 및 이물질이 적체되어 메탄생성에 장애요인이 되는 경우에는 이물질을 매탄형성조(8)의 하단에 부착된 Ø150의 드레인 밸브(15)를 통해 외부로 배출시켜 준다.In addition, the intermediate passage adjacent to the acid-forming cracker (7) and the methane production tank (8) has an access passage (16) of 5000 (L) × 2000 (W) × 3500 (H) and 1500 (L) × 1500 (W). By attaching the
본 발명에서는 소화조의 온도를 55℃로 유지하고, 파쇄기(3)에 의한 파쇄단계에서 음식물 쓰레기 1㎥당 ASK 발효제 5㎏을 15일에 1회씩 정기적으로 투입하였을 경우의 실험결과에 의하면, 일반적으로 메탄형성조(8)에서 바이오 가스(Bio gas)가 0.4∼2.9㎏ VS/㎥.d 발생하는데 비해 ASK발효제를 투입한 경우에는 0.7∼3.5㎏ VS/㎥. d로 메탄발생량이 증가하는 특성을 나타내고 있다.In the present invention, the temperature of the digester is maintained at 55 ℃, in the crushing step by the crusher (3) according to the test results when 5 kg of ASK fermentation agent per 1 ㎥ regularly every 15 days, generally In the methane forming tank (8), biogas is generated from 0.4 to 2.9 kg VS / m 3 .d, but when ASK fermenter is added, 0.7 to 3.5 kg VS / m 3. d shows the characteristics of increasing methane generation.
또한 액비저장조(22)의 구성은 고밀도폴리에틸렌을 원료로 한 PE합성수지 (PDF)로 제작하는데, 혐기성 방법으로 처리한 음식물 쓰레기에서 발생하는 유해가스에 대한 저항성이 높은 합성수지로 벽체를 구성하고, 액비의 액체 압력에 견딜 수 있도록 합성수지 벽체의 외부를 도금한 C형 강철재로 보강하여 시공한다.In addition, the
저장조(22)의 구성은 두꺼운 PE시트(Sheet)로 피복 밀봉하여 액비의 누수를 막고, 외부에 아연도금철판을 하여 태양자외선에 의한 플라스틱의 열화를 막을 수 있도록 시공한다.The structure of the
액비저장수단은 메탄형성조(8)의 중상단부분에 Ø100의 PVC파이프를 액비저장조(22)에 연결시켜 매일 발생되는 액비(24)가 자연적으로 흘러 들어오게 하는 방법이다.The liquid storage means is a method of connecting the Ø100 PVC pipe to the
유기성 폐기물은 혐기성으로 발효시키면 폐액에서 발생되는 많은 종류 즉 저급휘발성 지방산이나 유황화합물 등의 악취성분은 액비저장조(22)에 호기성 방법으로 용존 산소량을 높여 유기물의 분해를 촉진시켜 악취를 제거하고, 액비저장조(22)에 수중폭기펌프(21)를 설치하여 55℃의 온도에서 액비 1㎥을 기준으로 하여 1시간에 1∼5㎥의 공기를 연속 공급하여 고형분의 침전과 스컴 형성이 억제됨은 물론 악취가 완전히 제거되는데 이때 수중폭기 처리시 발생되는 악취는 탈취기(23)를 설치하여 제2차 환경오염을 방지하고 있다.When organic wastes are fermented anaerobicly, many kinds of odorous components, such as lower volatile fatty acids and sulfur compounds, generated in the waste liquid are increased in
바이오가스 저장조(25)에서는, 혐기성 소화조의 가스 발생량은 변화폭이 매우 심하기 때문에 이 소화가스를 연료로 사용하기 위해서는 수요와 공급의 조절을 필요로 하는 소화가스 저장시스템이 필요하다.In the
일반적인 가스저장용량은 하루 가스 발생량의 25∼35%정도가 적합하다. 바이오 가스 저장시설 및 이용시설은 항상 양압을 유지하여 외부로의 공기유입에 의한 폭발성 가스조성이 발생되는 것을 막는다.General gas storage capacity is suitable for 25 to 35% of daily gas generation. Biogas storage and use facilities always maintain a positive pressure to prevent the formation of explosive gases due to inflow of air to the outside.
본 발명에서는 유지관리가 간편하고 특히 겨울철에 수봉용 물이 얼지 않아 가스홀더의 상하운동이 용이한 건식형을 부합하여 사용한다.In the present invention, the maintenance is easy and in particular the winter water does not freeze, so the up and down movement of the gas holder is easy to use dry type.
<실시예1> 바이오가스 저장조 설계인자Example 1 Biogas Storage Tank Design Factors
한편으로 혐기성소화조 본체(1)에서 가장 일반적으로 사용되는 열공급원은 소화가스를 이용한 보일러(29)이며 열화수율은 70~80%이다.
여기서 미설명 부호 34는 잉여가스연소기를 나타낸다.On the other hand, the most commonly used heat source in the anaerobic digester body (1) is a
Here,
소화가스는 질에 따라 보일러나 엔진에서 연소되기 전에 세정이 필요하다.Digestive gases need to be cleaned before being burned in boilers or engines, depending on their quality.
소화가스내에 100ppm 이상의 황화수소(H2S)가 포함된 경우에는 보일러나 엔진에 심한 손상을 주게되므로 부식을 막기 위해서는 연소전에 황화수소(H2S)를 세정하거나 보일러 수온을 100°C를 유지하고, 배기구의 온도를 177~204°C정도로 유지하여야 산농축을 막을 수 있다.If hydrogen sulfide (H 2 S) is contained in the digestive gas more than 100ppm, it will seriously damage the boiler or engine.To prevent corrosion, clean hydrogen sulfide (H 2 S) before combustion or maintain the boiler water temperature at 100 ° C. The temperature of the exhaust vent should be maintained at 177 ~ 204 ° C to prevent acid concentration.
본 발명에서는 듀얼연료형 바이오 가스(Dual Fuel Biogas) 보일러를 부합하여 가온한다.In the present invention, a dual fuel biogas boiler is heated accordingly.
본 발명에서 열교환기(31)는 소화조 본체(1) 외부에 2중간 접촉에 의해 기질과 온수사이에 열을 교환시켜주는 외부가온방법을 사용한다.In the present invention, the
즉, 내관에는 폐수가 외관에는 온수가 통과하여 열교환이 이루어진다. 이 때, 열교환율을 최대로 하기위해서는 반드시 반대방향으로 흐르게 한다.That is, hot water passes through the waste water in the inner tube and heat exchanges in the outer tube. At this time, in order to maximize the heat exchange rate, it must flow in the opposite direction.
온수와 폐수 주입 펌프는 혐기성 소화조 본체(1)의 양측벽면과 바닥에 반영구적으로 사용할 수 있는 액셀 파이프를 사용하고 열교환기와 인터록(Interlock)되게 하여 온수 주입 펌프가 작동할 때 동시에 열교환 순환파이프(32)가 작동하도록 구성한다.The hot water and wastewater infusion pump uses an accelerator pipe that can be used semi-permanently on both side walls and the bottom of the anaerobic digester main body 1 and interlocks with the heat exchanger so that the hot water infusion pump is operated at the same time when the hot water infusion pump operates. Configure it to work.
본 발명에 의한 열병합 발전(26)에 있어서는 전기발전을 위한 듀얼연료형(Dual Fuel) 디젤엔진은 가스혼합장치나 공기흡입구에 정착된 기계식 분사(Mechenical-Injection) 디젤엔진으로 단순히 공기만 주입되는 것이 아니라 연소 될 수 있는 에어/바이오가스(Air/Biogas) 혼합체가 실린더 내부에서 압축되며 소량의 디젤유가 분사되어 점화된다. 열량면에서 분사되는 디젤유는 총 엔진동력의 5~10%가 소모된다.In the
본 발명에서는 에너지 회수율을 극대화시키기 위해 전기(27)와 열(28)을 동시에 얻을수 있는 열병합발전(26)형식을 사용한다.In the present invention, in order to maximize the energy recovery rate, the
<실시예2> 듀얼 연료형 바이오가스(Dual Fuel Biogas) 엔진-발전기 설계 인자Example 2 Dual Fuel Biogas Engine-Generator Design Factors
본 발명에서 혐기성 소화의 주 영향인자인 기질의 종류, 적용부하, PH, 알킬기,도 독성물질과 바이오가스(Bio gas) 발생의 영향인자인 소화온도, 체류시간, C/N비 고형물 농도 등의 현황을 수시로 점검하여 원격 모니터링(33)에 의해 영향인자를 제어시키기 위해 PLC 모니터링 시스템을 구축하여 무인/자동운전 하도록 한다.Substrate type, applied load, PH, alkyl group, degree of digestion temperature, residence time, C / N ratio solid concentration, etc., which are factors influencing the generation of toxic substances and biogas in the present invention Check the status from time to time to build a PLC monitoring system to control the influence factors by remote monitoring (33) to allow unattended / automatic operation.
본 발명에 의한 액비(24)를 사용할 때 토양의 기능과 역할을 설명하면 다음과 같다.Referring to the function and role of the soil when using the
(1) 식물양분 공급원으로서의 효과(1) Effect as a source of plant nutrients
토양부식은 다량요소와 미량요소 공급기능이 있다. 그리고 그 효과는 화학비료와 달라서 완효성이며 작물에 양분을 공급한다. 특히 분해과정에서 이산화 탄소를 방출하여 식물의 광합성을 촉진시키고 작물에 생육촉진물질은 공급한다.Soil corrosion has the function of supplying macro and trace elements. And the effect is different from chemical fertilizers, so it is slow and feeds the crop. In particular, during the decomposition process, carbon dioxide is released, which promotes photosynthesis of plants and supplies growth promoting substances to crops.
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(2) 토양의 이화학성 개선 효과(2) Improvement of Physicochemical Properties of Soil
토양부식은 토양입자를 입단화 하여 토양의 공극분포를 늘리고 투수성과 보수성 및 통기성을 좋게 하여 강우에 의한 토양침식을 방지하는 토양물리성 개선효과가 있다.Soil corrosion has the effect of improving soil physics to prevent soil erosion by rainfall by increasing soil pore distribution by increasing soil particle size and improving permeability, water retention and breathability.
토양의 부식은 토양의 점토보다 양이온 치환능력(置換能力)이 더 크므로 부식질토양은 CEC가 높아 완충능력을 향상시키는 기능을 한다. 한편 부식은 킬레이트제(Chelating agent) 기능을 하므로 토양중 활성 알루미늄 생성을 억제시키고 인산고정을 방지할 뿐만 아니라 토양인산의 유효화를 촉진시키는 기능을 가지고 있다.Soil corrosion has a greater cation substitution capacity than soil clay, so humus soils have a higher CEC, which improves buffering capacity. Corrosion, on the other hand, acts as a chelating agent, thus inhibiting the formation of activated aluminum in the soil, preventing phosphate fixation, and promoting soil phosphate.
(3) 토양중의 생물성과 활성의 유지 및 증진(3) Maintenance and promotion of biologicality and activity in soil
토양중에 부식함량이 증가되면 토양중 중소생물과 미생물수가 증가되어 종의 다양성이 증가되어 생물상이 안정된다.Increasing the amount of corrosion in the soil increases the number of small and medium organisms and microorganisms in the soil, increasing species diversity and stabilizing the biomass.
그 결과 물질순환능력(物質循環能力)이 증가되어 생물학적 토양환충기능이 강화된다. 또한 토양미생물의 수와 활성이 증가되어 유해물질을 분해, 제거 및 안정화 시키는 기능이 증대되는 효과가 있다.As a result, the material circulation capacity is increased, thereby enhancing the biological soil circular function. In addition, the number and activity of soil microorganisms are increased to increase the ability to decompose, remove and stabilize harmful substances.
<실시예3> 호기성, 혐기성 조건하에 생산된 퇴비의 물질함량Example 3 Material Content of Composts Produced Under Aerobic and Anaerobic Conditions
혐기성 소화조본체(1) 내의 이물질의 적체현상을 실시예에 따라 예시하면, 음식물쓰레기를 매일 10m3 씩 투입하였을 경우에 10㎥×365일=3650㎥(년)이 소화조본체(1) 내에 투입된다.Illustrating the accumulation of foreign matter in the anaerobic digester main body 1 according to the embodiment, when 10 m 3 of food waste is added every day, 10 m 3 × 365 days = 3650 m 3 (year) is added to the digester main body 1. .
음식물쓰레기 중에서 85%가 수분이고 나머지 15%는 순수한 유기물이다.
이 유기물 중에서도 15%는 소화되지 않는 섬유질이므로 순수한 유기물은 3650m3×15%=548m3(년)×15%(섬유질)=82m3(년)이 1년동안 소화조 본체내에 쌓이게 되는데 유효용적량 3650m3(년) 중에서 약 2.3%인 82m3(년)의 섬유질이 소화조 본체내에 적체되어 소화의 장애요인이 된다.85% of food waste is water and the remaining 15% is pure organic matter.
Of these organic materials by 15% because it is undigested fibrous pure organic matter is 3650m 3 × 15% = 548m 3 ( years) × 15% (fiber) = 82m 3 (years) there is build up in the digester unit for a year effective yongjeokryang 3650m 3 (years) it is the fiber of about 2.3% of the 82m 3 (years) backlog within the barriers are among the main digester for digestion.
이와 같은 장애요인 때문에 본 발명에서는 가수분해조(6)와 산형성조(7)의 상단에 각각 1000mm×1000mm 규격의 유압개폐기(17)(18)를 설치하여 섬유질이나 이물질의 적체시 청소할 수 있도록 하고, 특히 혐기성 소화과정에서 섬유질을 비롯한 이물질이 가장 많이 적체되는 부분은 유기물질이 산형성조(7)에서 메탄형성조(8)로 이송되는 단계에서 발생되는 상기와 같은 섬유질을 비롯한 이 물질들이 산형성조(7)의 하단부로부터 상단부 사이에 설치된 1000mm의 격벽(9)에 적체되도록 하고 이렇게 적체된 이물질들을 산형성조(7)상단으로 부터 하단부 사이로 설치한 φ300의 슬러지 이송관(19)을 통하여 순환펌프에 의해 외부로 배출되게 함으로서 혐기성 소화조본체(1)의 운영을 정상적으로 가동시키는 방법이다.Due to such obstacles, in the present invention, the
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이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 유기성 폐기물을 혐기성 방법으로 처리할 때 필수조건인 모액을 폐액이나 하수슬러지로 사용하지 않고 ASK발효제의 사용과 용액의 교반방식에 있어서, 별도의 교반장치없이 ASK발효제를 투입하면 유기물의 분해속도가 촉진되고, 메탄생산량이 증가되어 소화조의 용적량을 감소시켜 소화조의 설치면적을 최소화시키는 경제적인 효과와 혐기성 소화조에서 생성되는 바이오 가스(Bio gas)를 이용하여 보일러의 설치와 열병합 발전 설비를 부합하여 소화조 설비 운영에 필요한 연료와 전기를 자체적으로 처리할 수 있는 경제적인 이익창출과 혐기성 방법으로 처리된 폐액에서 발생한 악취를 액비저장조에 수중폭기펌프를 설치하여 호기성방법으로 악취를 제거한 후 양질의 액비(퇴비)를 생산하여 유기농법에 활용하는 효과가 있다.As described above, the present invention does not use the mother liquor, which is an essential condition when treating organic wastes by anaerobic method, as the waste liquid or sewage sludge, in the use of ASK fermenter and in the stirring method of the solution, without the separate agitating device. The speed of decomposition of organic matter is accelerated, the methane production is increased, the volume of digestion tank is reduced, the economic effect of minimizing the installation area of digestion tank, and the installation of boiler using bio gas generated from anaerobic digestion tank. And odor generated from waste liquid treated by anaerobic method by generating economic profit that can process fuel and electricity necessary for operating digestive system in accordance with the cogeneration system and cogeneration power plant. After removing the high quality fertilizer (compost) to produce and use in organic farming And it is.
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