KR100836149B1 - 반액상 유기 폐기물 처리용 혐기성 소화장치 - Google Patents

반액상 유기 폐기물 처리용 혐기성 소화장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음식물 또는 축산 폐기물 등의 반액상 유기폐기물을 분해하여 소화가스를 발생시키는 혐기성 소화장치에 관한 것으로, 소화장치 내부의 입상관에 다공판을 설치하여 폐기물의 소화장치내 유동과정에서의 혼합효율을 향상시키고, 교반기의 교반익을 수직 및 수평면상 복합 회전이 가능하도록 구성함으로써 교반효율을 배가한 것이다.
본 발명을 통하여 혐기성 소화장치의 처리효율를 제고하고, 처리용량 대비 소요 용적 및 체류시간을 감축하여 전체 혐기성 소화설비의 규모를 소형화함으로써 혐기성 소화설비의 보급을 확대하고, 소화가스의 연료화 및 퇴비 생산 등 친환경 에너지 및 자원 재생산을 활성화하는 효과를 얻을 수 있다.
혐기성, 소화, 유기성, 폐기물

Description

반액상 유기 폐기물 처리용 혐기성 소화장치{Anaerobic digestion apparatus for semi-liquid organic waste treatment}
본 발명은 음식물 또는 축산 폐기물 등의 반액상 유기폐기물을 분해하여 소화가스를 발생시키는 혐기성 소화장치에 관한 것으로, 소화장치 내부의 입상관에 다공판을 설치하여 폐기물의 소화장치내 유동과정에서의 혼합효율을 향상시키고, 교반기의 교반익을 수직 및 수평면상 복합 회전이 가능하도록 구성함으로써 교반효율을 배가한 것이다.
혐기성 소화법(Anaerobic digestion)은 음식물, 축산 폐기물, 하수슬러지, 분뇨 및 고농도 유기성 공장폐수 등의 안정화를 위한 생물학적 처리법으로서, 혐기성 조건하에서 통성혐기성균 및 절대혐기성균의 작용으로 고분자 유기물을 가수분해하여 초산(Acetic acid), 프로피온산(Propionic acid), 낙산(Butric acid) 등의 휘발성 지방산을 생성하고, 최종적으로 메탄, 이산화탄소, 암모니아 및 황화수소로 가스화하는 처리법을 말한다.
이러한 혐기성 소화법은 단위 유기물당 발생되는 생물학적 슬러지량이 호기성처리기법에 비하여 현저히 적고, 배출되는 소화가스내에 연료화가 가능한 메탄이 상당비율 포함되며, 소화슬러지에는 질소, 인 및 부식질이 풍부하여 비료가치가 높은 장점이 있어, 단순한 폐기물의 분해, 처리기능외에도 연료 및 퇴비를 생산하는 친환경 자원재생산 처리기법으로서 각광받고 있다.
도 1은 혐기성 소화법을 통하여 반액상(半液狀), 반고상(半固狀) 유기성 폐기물을 처리하는 과정을 간략히 도시한 것으로, 처리시설로 반입된 폐기물은 파쇄설비 및 선별설비를 거치면서 불순물이 제거된 페이스트(paste) 상태로 처리되고, 이후 혐기성 소화장치에서 소화가스, 상등수(上等水) 및 소화슬러지로 분해처리된다.
도 2는 종래 혐기성 소화장치의 대표단면도로서, 내부에 입상관(140)이 설치된 밀폐 원형 수조식 소화장치가 예시되어 있는데, 유입관(111)을 통하여 입상관(140) 내부로 유입된 반액상 폐기물은 입상관(140)을 통하여 소화조(100) 하부로 이동하며, 이후 소화조(100) 하부 소화슬러지내 미생물에 의하여 상등수와 가스로 분해된다.
소화조(100) 하부에는 구동모터(290)로 구동되는 교반기(200)가 설치되어 폐기물의 교반 및 상층 소화슬러지와의 혼합을 촉진하게 되며, 소화조(100)의 덮개(120)에는 배기관(121)이 설치되어 소화가스를 외부로 배출하게 된다.
또한, 소화조(100)의 상부에는 소화조(100)를 포위하는 환형수로(130)가 설치되어 소화조(100) 상단을 월류(越流)한 상등수가 집수되어 배수관(112)을 통하여 배출되고, 소화조(100)의 하단부에는 배출관(113)이 형성되어 잉여 소화슬러지를 배출하게 된다.
전술한 바와 같은 종래의 혐기성 소화장치는 소화조(100) 내부에 설치된 입상관(140)을 통하여 유입된 반액상 폐기물이 하강하면서 소화조(100) 하부 소화슬러지와의 접촉을 유도하는 방식으로서, 함수비가 낮은 반액체, 반고체 상태인 처리대상 폐기물의 특성상 매우 느린 속도로 입상관(140) 내 하강이 이루어지므로, 이러한 소화조(100) 내 폐기물의 유동과정에서 비중차에 의한 구성성분의 불요(不要) 분리가 발생될 수 있을 뿐 아니라, 미생물에 의한 분해작용이 왕성한 소화조(100) 하부 폐기물 및 소화슬러지와의 혼합 또한 원활하지 못한 문제점이 있었다.
즉, 종래의 혐기성 소화장치내 입상관(140)은 소화조(100) 중심부에 수직으로 설치된 관체로서, 입상관(140)으로 유입된 반액상 폐기물은 입상관(140)을 통하여 소화조(100) 하부로 서서히 하강하게 되는데 입상관(140)의 구조상 하강과정이 매우 안정된 상태로 진행되므로 폐기물의 교란이 거의 발생하지 않으며, 따라서 폐기물을 구성하는 물, 고형분 및 지질 등이 분리될 수 있는 것이다.
또한, 하강된 폐기물이 소화조(100) 하부의 소화슬러지와 접촉하는 과정에 있어서도, 도 2에서와 같은 종래의 교반기(200)는 수평면 상을 회전하는 교반기(200)에 의하여 폐기물이 교반되는데, 혐기성 소화조(100)로 처리되는 폐기물은 반액, 반고상의 일종의 페이스트(paste)로서 일반 액체와 달리 교반기(200)를 극저속으로 회전시킬 수 밖에 없으며, 따라서 교반기(200) 상, 하부간의 원활한 혼합을 기대할 수 없다.
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 상부에 덮개(120)가 설치되어 밀폐되는 소화조(100)와, 소화조(100) 벽체 상단을 포위하는 환형수로(130)와, 소화조(100) 중심부에 설치되는 입상관(140)과, 입상관(140) 내부로 처리대상 반액상 폐기물을 공급하는 유입관(111)과, 환형수로(130), 덮개(120) 및 소화조(100) 하단부에 각각 설치되는 배수관(112), 배기관(121) 및 배출관(113)으로 구성되는 혐기성 소화장치에 있어서, 입상관(140)의 내부에는 입상관(140)을 횡단하는 다수의 다공판(141)이 설치되되, 이 다공판(141)에는 다수의 통공(142)이 형성됨을 특징으로 하는 반액상 유기 폐기물 처리용 혐기성 소화장치이다.
또한, 상부에 덮개(120)가 설치되어 밀폐되는 소화조(100)와, 소화조(100) 벽체 상단을 포위하는 환형수로(130)와, 소화조(100) 중심부에 설치되는 입상관(140)과, 입상관(140) 내부로 처리대상 반액상 폐기물을 공급하는 유입관(111)과, 환형수로(130), 덮개(120) 및 소화조(100) 하단부에 각각 설치되는 배수관(112), 배기관(121) 및 배출관(113)으로 구성되는 혐기성 소화장치에 있어서, 소화조(100) 중심부에는 구동모터(290)에 의하여 구동되는 교반축(210)이 설치되고, 소화조(100)의 하부에는 소화조(100) 내주면을 따라 교반축(210)과 동심의 주행환(205)이 설치되며, 교반축(210)의 하단에는 교반축(210)과 직교하는 횡축(201)이 설치되고, 횡축(201)에는 선단과 외주면에 각각 주행륜(204)과 다수의 교반익(203)이 형성된 중공축(202)이 회전가능하도록 결합되어, 교반축(210)이 회전하여 주행 륜(204)이 주행환(205)을 따라 공전주행함에 따라 교반익(203)이 교반축(210)을 축으로 회전함과 동시에 횡축(201)을 축으로도 회전함을 특징으로 하는 반액상 유기 폐기물 처리용 혐기성 소화장치이다.
본 발명을 통하여 혐기성 소화장치의 처리효율를 제고하고, 처리용량 대비 소요 용적 및 체류시간을 감축하여 전체 혐기성 소화설비의 규모를 소형화함으로써 혐기성 소화설비의 보급을 확대하고, 소화가스의 연료화 및 퇴비 생산 등 친환경 에너지 및 자원 재생산을 활성화하는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 상세한 구성 및 작동원리를 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.
우선 도 3은 본 발명의 부분절단 사시도로서, 동 도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 소화조(100)내 입상관(140)에는 다수의 다공판(141)이 설치된다.
다공판(141)은 입상관(140)을 횡단하여 설치되며, 다공판(141) 내부에는 다수의 통공(142)이 형성되어 도 4에서와 같이, 입상관(140)으로 유입된 반액상 폐기물은 통공(142)을 통과하면서 하강하게 된다.
이렇듯 통공(142)을 통하여 하강하는 과정에서 반액상 폐기물이 분류 및 합 류를 반복하면서 교란되므로 반액상 폐기물 구성성분의 불요(不要) 분리가 방지된다.
다공판(141)에 다수 형성되는 통공(142)은 가능한 한 조밀하게 천공하여 반액상 폐기물의 소통능력을 최대한 확보할 수 있도록 구성하며, 도 5에서와 같이, 인접한 다공판(141)의 통공(142)이 가능한 한 중첩되지 않도록, 즉 통공(142) 중심에서 인접한 다공판(141)에 내린 수선의 발이 통공(142) 내부에 위치하지 않도록 구성함으로써 다공판(141)으로 인한 교란효과를 극대화한다.
입상관(140)을 통과하며 하강된 반액상 폐기물은 혐기성 미생물에 의하여 분해되며, 이과정에서 메탄 등의 소화가스와 상등수가 형성되어 각각 배기관(121) 및 배수관(112)을 통하여 배출된다.
상등수는 소화조(100) 벽체 상단을 월류하여 소화조(100) 상부 외주면을 포위하는 환형수로(130)로 유입되며 환형수로(130) 하부에 연결된 배수관(112)을 통하여 배출된다.
한편, 도 3 내지 도 5에서와 같이, 소화조(100)의 하부에는 교반수단으로서 횡축(201) 및 이에 결합된 중공축(202) 등이 설치된다.
본 발명의 교반수단은 도시된 바와 같이, 수평면상의 회전 뿐 아니라 수직면상의 회전이 동시에 이루어질 수 있도록 구성되는데, 이러한 복합회전은 수직축인 교반축(210)에 수평축인 횡축(201)이 연결되고, 이 횡축(201)에 교반익(203)이 회전가능하도록 설치됨으로써 달성된다.
즉, 도 6 및 도 7에서와 같이, 소화조(100)의 중심에 설치되고 구동모 터(290)에 의하여 구동되는 교반축(210)의 하단에는 교반축(210)과 직교하는 횡축(201)을 설치하고, 이 횡축(201)에는 선단과 외주면에 각각 주행륜(204)과 다수의 교반익(203)이 형성된 중공축(202)을 회전가능하도록 결합하며, 소화조(100)의 하부에는 교반축(210)과 동심의 주행환(205)을 소화조(100)의 내주면을 따라 설치하여, 중공축(202)의 주행륜(204)이 주행환(205)을 따라 공전주행할 수 있도록 구성함으로써, 교반축(210)이 회전함에 따라 횡축(201)은 수평면상에서 회전하고, 교반익(203)이 형성된 중공축(202)은 수평면상에 회전함과 동시에 횡축(201)을 축으로 수직면상에서도 회전하는 것이다.
이로써, 수평면상의 회전만이 이루어지는 종래의 교반수단에 비하여 월등히 향상된 교반효과를 얻을 수 있으며, 교반대상물이 반액상이므로 극저속 회전만이 가능함을 감안할 때, 수평면 및 수직면 상의 복합회전을 통한 교반성능 제고는 분해효율 향상에도 크게 기여할 수 있다.
한편 도시된 바와 같이, 주행륜(204)과 주행환(205)에는 서로 치합되는 치열을 각각 형성하여 반액상 폐기물로 인한 주행륜(204) 및 주행환 간의 윤활작용을 방지하고 안정적인 작동이 가능하도록 하는 것이 바람직하다.
도 1은 혐기성 소화시설 예시도
도 2는 종래의 혐기성 소화장치 대표단면도
도 3은 본 발명의 부분절단 사시도
도 4는 본 발명의 작동상태 대표단면도
도 5는 본 발명의 입상관 및 다공판 상세도
도 6은 본 발명의 교반기 요부 발췌 사시도
도 7은 본 발명의 중공축 부분절단 사시도
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
100 : 소화조
111 : 유입관
112 : 배수관
113 : 배출관
120 : 덮개
121 : 배기관
130 : 환형수로
140 : 입상관
141 : 다공판
142 : 통공
200 : 교반기
201 : 횡축
202 : 중공축
203 : 교반익
204 : 주행륜
205 : 주행환
210 : 교반축
290 : 구동모터

Claims (2)

  1. 상부에 덮개(120)가 설치되어 밀폐되는 소화조(100)와, 소화조(100) 벽체 상단을 포위하는 환형수로(130)와, 소화조(100) 중심부에 설치되는 입상관(140)과, 입상관(140) 내부로 처리대상 반액상 폐기물을 공급하는 유입관(111)과, 환형수로(130), 덮개(120) 및 소화조(100) 하단부에 각각 설치되는 배수관(112), 배기관(121) 및 배출관(113)으로 구성되는 혐기성 소화장치에 있어서,
    입상관(140)의 내부에는 입상관(140)을 횡단하는 다수의 다공판(141)이 설치되되, 이 다공판(141)에는 다수의 통공(142)이 형성됨을 특징으로 하는 반액상 유기 폐기물 처리용 혐기성 소화장치.
  2. 상부에 덮개(120)가 설치되어 밀폐되는 소화조(100)와, 소화조(100) 벽체 상단을 포위하는 환형수로(130)와, 소화조(100) 중심부에 설치되는 입상관(140)과, 입상관(140) 내부로 처리대상 반액상 폐기물을 공급하는 유입관(111)과, 환형수로(130), 덮개(120) 및 소화조(100) 하단부에 각각 설치되는 배수관(112), 배기관(121) 및 배출관(113)으로 구성되는 혐기성 소화장치에 있어서,
    소화조(100) 중심부에는 구동모터(290)에 의하여 구동되는 교반축(210)이 설치되고;
    소화조(100)의 하부에는 소화조(100) 내주면을 따라 교반축(210)과 동심의 주행환(205)이 설치되며;
    교반축(210)의 하단에는 교반축(210)과 직교하는 횡축(201)이 설치되고;
    횡축(201)에는 선단과 외주면에 각각 주행륜(204)과 다수의 교반익(203)이 형성된 중공축(202)이 회전가능하도록 결합되어, 교반축(210)이 회전하여 주행륜(204)이 주행환(205)을 따라 공전주행함에 따라 교반익(203)이 교반축(210)을 축으로 회전함과 동시에 횡축(201)을 축으로도 회전함을 특징으로 하는 반액상 유기 폐기물 처리용 혐기성 소화장치.
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