KR100841089B1 - 막결합형 혐기성 소화조를 이용한 바이오가스 생산 장치 및방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 막 결합형 혐기성 소화조를 개시한다. 본 발명에 따른 막 결합형 혐기성 소화조는, 소화가스를 생산하는 혐기성 반응기(Anaerobic Reactor)와 상기 혐기성 반응기에서 유출되는 소화액을 일시 저장하는 완충조(Buffer Tank)와 상기 완충조 내의 소화액을 분리막(Membrane)으로 펌핑하여 여과액과 농축액으로 분리시킨 후, 농축액을 상기 혐기성 반응기로 반송하는 분리막 장치(Membrane system)를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 막 결합형 혐기성 소화조는, 혐기성 반응기에서 배출되는 소화액을 소정 크기의 완충조에 일시 저장한 후 가압펌프를 이용하여 분리막(UF, MF)으로 주입함으로써 막 투과유속과 막간차압 등을 안정적으로 운전할 수 있다. 또, 본 발명은 혐기성 반응기에서 배출되는 소화가스(바이오가스)와 상기 분리막에서 순환되는 농축액을 상기 혐기성 반응기로 반송하여 반응기 내부의 혼합액을 교반할 수 있다. 본 발명은 또한 분리막를 이용하여 소화액을 여과액과 농축액으로 분리한 후 농축액을 반응기로 반송함으로써 반응기 내의 미생물 농도를 높게 유지하여 반응속도를 향상시키고 바이오가스의 생산 효율을 높인다.

혐기성, 소화, 분해, 발효, 완충, 분리막, 여과, 반송, 순환, 소화가스, 바 이오가스

Description

막결합형 혐기성 소화조를 이용한 바이오가스 생산 장치 및 방법{The apparatus and methods of the biogas production by using anaerobic digestion coupled with membrane}

본 발명은 혐기성 소화조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 소화가스를 생산하는 혐기성 반응기(Anaerobic Reactor)와, 상기 혐기성 반응기에서 유출되는 소화액을 일시 저장하는 완충조(Buffer Tank)와, 상기 완충조 내의 소화액을 분리막으로 펌핑하여 여과액과 농축액으로 분리시킨 후, 농축액을 상기 혐기성 반응기로 반송하는 분리막 장치(Membrane system)를 포함하여 이루어진 막 결합형 혐기성 소화조와 이를 이용한 막 결합형 혐기성 소화공정에 관한 것이다.

혐기성 소화공정은 혐기성 미생물이 유기물을 섭취하여 분해하고 무기화합물과 소화가스(바이오가스)를 방출하는 반응이다. 혐기성 소화공정은 예전부터 확립되어 온 전통적인 기술로서, 일명 "메탄발효"라고도 한다. 혐기성 소화공정의 주된 목적은 유기성 폐기물처리와 동시에 메탄이라는 에너지를 회수하기 위하여 적용된다. 일반적으로 혐기성 소화 처리는 크게 전처리공정, 혐기성 소화공정, 가스포집 및 정제공정, 고형물 자원화공정으로 구분된다.

혐기성 소화공정은 혐기성 상태에서 메탄생성 미생물에 의해 분해 가능한 유기물을 분해시켜 메탄으로 전환하는 공정이다. 대부분의 혐기성 소화공정은 고형물의 함량이 10%이내인 것에 적용되는데, 최근 기술발전에 따라서 고형물이 25%전후인 고농도 유기성 폐기물에도 적용이 가능하다. 혐기성 소화공정은 산성 발효기, 산성 감량기, 알칼리성 발효기의 3단계로 구성되나, 이러한 과정은 신선한 슬러지가 분해되는 경우이고, 실제로는 산성 감량기를 거치지 않고 급속 소화하여 분해시간을 단축하고 있다.

또한, 초기에는 1개의 반응기에서 혐기성 소화공정을 모두 처리하는 단상 메탄발효조가 주로 이용되었으나, 1970년대 후반부터 산 분해과정과 메탄 생성과정을 분리한 2상식 메탄발효조가 주로 사용되고 있다. 그러므로 본 발명에서 사용하는 혐기성 반응기로 유입되는 유기성 폐기물은 산 발효단계를 거쳐서 산 발효된 유기물인 경우가 대부분이다. 그러나 본 발명에 따른 혐기성 반응기가 반드시 2상식 메탄발효조로만 사용되는 것은 아니므로 이것으로 한정되는 것은 아니다.

종래에 혐기성 소화공정은 활성슬러지법이 보급되면서 적극적으로 사용되지 않았다. 그러나 최근 지구온난화 등 대기환경문제가 부각되면서 소화가스를 재생에너지로 이용하는 것이 가능하고, 많은 양의 공기를 사용하여야 하는 활성슬러지법에 비해 소비전력이 적은 장점이 있어서, 축산폐수, 분뇨, 하수슬러지 및 음식물쓰레기 등의 고농도 유기성 폐기물의 처리뿐만 아니라 바이오가스를 회수하는 목적으로 개발되고 있다.

한편, 혐기성 소화공정은 고농도 유기성 폐기물의 처리가 가능하다는 점에서 활성슬러지법과 크게 대비된다. 또한, 혐기성 소화공정은 활성슬러지법에 비교하여 운전동력이 적다는 점, 장치가 간단하면서 슬러지 발생량이 적다는 점, 메탄가스의 재이용이 가능하다는 점 등에 장점이 있다.

반면에 혐기성 소화공정은 처리속도가 늦다는 점, 반응기가 대형화되고, 혐기성 소화공정만으로 방류수 기준에 적합한 수질기준을 만족시킬 수 없다는 단점이 있다. 예를 들어, 종래의 혐기성 소화공정은 방류수 수질기준을 만족시키기 위해서 별도의 호기성 처리나 살균장치가 연계되어야 하므로 장치가 복잡한 문제점이 있었다.

또한, 혐기성 소화조는 혐기성 소화 미생물을 다량으로 포함하고 있는 소화조 슬러지(농축액)와 새로 유입되는 고농도 유기성 폐기물을 완전 혼합하여 혐기성 소화 미생물과 유기성 폐기물이 잘 접촉하도록 하여 소화를 촉진하고 소화조 내에 퇴적물이 발생하는 것을 방지하기 위한 교반과정이 요구된다.

이와 같이 반응기의 혼합액을 교반하는 방법으로는, 유입되는 유기성 폐기물을 이용하는 방법, 반송되는 소화가스를 이용하는 방법 및 기계적 교반기를 이용하는 방법 등이 알려져 있다.

일반적으로 기계적 교반기를 이용하는 방법은 에너지소비가 크고 고장발생시 혐기성 소화공정을 정지하여야 한다는 점에서 유기성 폐기물을 이용하는 방법과 소화가스를 이용하는 방법이 주로 사용되고 있다.

즉, 유기성 폐기물을 이용하는 방법은 일정 압력으로 주입되는 유기성 폐기물을 혐기성 반응기의 하부 중앙으로 분출하여 반응기 내부의 혼합액을 교반하는 것이다. 그러나 반응기로 주입되는 유기성 폐기물은 고형분의 함량이 높아서 혼합액을 충분히 교반할 정도의 상향류을 형성하기 어렵다.

또한, 소화가스를 이용하는 방법은 반응기에서 생성된 소화가스를 고압 송풍기를 이용하여 혐기성 반응기의 내부로 불어넣어 가스가 소화조 내의 슬러지 층을 부상하면서 발생하는 교란현상을 이용하여 소화조 내의 혼합액을 교반하는 것이다. 그러나 이러한 방법만으로는 소화조 내의 혼합액 교반이 불완전하다. 종래의 소화가스를 이용한 교반의 경우 소화조 내의 60%이상이 교반이 안 되는 정체 구역(Dead Zone)이 있다는 실험 결과가 보고되고 있을 정도로 농도가 높은 혐기성 반응기 내의 완전 혼합은 매우 어려운 문제이다.

한편, 소화가스의 생산 효율이 높은 고효율 혐기성 소화공정을 구현하기 위해서는 반응기 내의 미생물 농도를 높이는 것이 요구된다. 이와 같이 고효율 혐기성 소화조는 반응기 내의 미생물 농도를 높여서 혐기성 반응속도를 높이고 소화가스의 생산 효율을 높일 필요가 있다.

종래 고효율 혐기성 반응조의 하나인 UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket) 반응기는 1970년대 네덜란드의 Gutze Lettinga에 의해 고안되었다. UASB 반응기는 크게 폐수를 반응기 전면에 균등하게 분배할 수 있는 폐수 분배 장치(Distributor)와 발생한 소화가스(Biogas)를 액체(엄밀하게는 혐기성 반응기 처리수)/고체(엄밀하게는 미생물)와 분리할 수 있는 GSS(Gas Solid Seperator)가 있다.

UASB 반응기의 가장 큰 특징은 혐기성 미생물이 스스로 응집되어 구상의 슬 러지를 형성하는 것이다. 이러한 구상의 슬러지는 분산상 또는 플럭 상태의 미생물과 구분하여 그래뉼(Granule) 슬러지라 한다. 그래뉼 슬러지를 반응기 내부에서 미생물 자체 입상화 현상을 유도하여 형성시키는 데는 많은 어려움이 있으며 또한 폐수의 종류에 따라서는 입상화 자체가 불가능한 것도 있다.

이러한 문제점을 보완하고자 USAB 반응기 내부에 고정상 담체를 넣어 담체에 미생물이 부착하도록 함으로써 슬러지의 유실을 막고자 하였다. 그러나 시간이 경과함에 따라 고정상 담체에 과량의 미생물이 부착되어 실제 운전 체적이 감소하는 결과를 초래하며, 이에 미생물과 폐수의 충분한 접촉시간 확보가 어렵게 되고, 급격히 처리 효율이 감소하는 원인이 되고 있다.

그래서 USAB 상부의 일부만 고정상 담체를 충진하는 개선된 AF(Anaerobic Filter) 시스템이 제안되기도 하였으나 이 경우도 운전 기간이 장기간 경과하면서 담체의 공극이 막혀 종국에는 급격히 처리효율이 감소되는 문제가 있었다.

다시 이러한 문제를 해결하기 위해서, 혐기성 반응기 내에 유동상 담체를 설치하기도 하는데, 유동상 담체는 고정상 담체와 달리 비중이 가벼워서 담체에 미생물이 부착하면 가라앉고, 가라앉은 담체에 소화가스가 붙게 되면 상승하는 과정을 반복하게 됨으로써 미생물 과부착으로 인한 담체 공극의 폐쇄 현상을 막을 수 있는 장점이 있다. 그러나 반응조 내에 유동상 담체를 충진하면 실질적으로 반응기의 크기가 감소하는 문제가 있다. 또한 유동상 담체가 적용된 반응기에서 배출되는 처리수는 방류수 수질기준을 만족시킬 수 없었다. 아울러 유동상 담체를 사용할 경우 반응기의 소화액을 교반하는데 많은 에너지가 요구되고 소화액 배출구 쪽으로 유동 성 담체가 몰려서 소화액의 배출이 원활하지 못하게 되는 문제가 있었다.

상기와 같은 혐기성 소화공정은 고농도의 유기성 폐기물 처리 및 유용한 바이오가스를 생산하는 유용한 고농도 유기성 폐기물 공정임에도 불구하고 지금까지 범용적으로 사용하는데 한계가 있었다. 혐기성 소화공정에 관여하는 미생물은 특성상 침전성이 불량하므로 일반적으로 혐기성소화공정 설계시 수리학적 체류시간(HRT, Hydraulic Retention Time)과 슬러지 체류시간(SRT, Solid Retention Time)이 같은 조건으로 설계됨으로써 반응조내 미생물농도가 매우 낮은 단점과 그로인해 반응조 부피가 커지는 한계가 있다. 또한 앞서 언급한 그래뉼(Granule) 슬러지를 이용하는 UASB공정이나 담체를 이용한 AF공정 역시 초기에 고농도의 미생물을 반응조내에 체류하는데 실패할 우려가 있어 초기운전부터 정상적이며 안정적인 운전을 이루는 데까지는 많은 한계와 문제점을 내포하고 있다.

한편, 혐기성 소화공정은 상기한 바와 같이, 유기물질을 최종 생성물인 메탄가스로 전환하는 과정으로서, 이러한 혐기성 소화공정을 세분하면 산 생성단계와 메탄생성 단계로 구별할 수 있다. 상기 산 생성단계와 메탄생성 단계는 여러 미생물 간의 상호작용과 최적 pH조건에서 이루어진다. 그리고 산 생성단계에는 VFA(Volatile Fatty Acids)와 수소가스가 생성된다.

최근 수소에너지는 연료로서의 우수한 특성과 함께 이산화탄소와 질소화합물을 배출하지 않는다는 점 때문에 화석연료를 대체할 에너지로서 큰 관심을 끌고 있다. 특히, 기존의 수소 생성 방법은 나프타 열분해나 물의 전기분해와 같이 고갈위험이 있는 화석연료를 사용한 방법이 대부분이고 지구 온난화물질인 이산화탄소 배 출요소도 갖추고 있다는 점에서 환경문제를 해소할 수 있는 환경친화적 수소 생성공정의 개발이 절실히 요청되고 있다.

따라서 혐기성 소화조에 있어서, 수소발생에 영향을 미치는 환경적인 요인, pH, 운전조건(체류시간) 등의 인자를 조절하면 메탄가스 대신에 친환경적인 수소가스를 생산할 수 있다. 특히 90년대부터 Enterbacter aerogens, Clostridium butyricum, Enterobactor cloacae ⅡT-BT 08와 같은 미생물이 유기물질을 에너지원으로 이용, 광합성 박테리아와 혐기성 박테리아와 같은 순양종을 이용하여 탄수화물로부터 수소가스로의 전환이 가능한 것으로 보고되었다. 또한 순양종의 배양없이도 혼합 균주로부터 pH제어, HRT 조절, 초기에 메탄 박테리아를 사멸시키는 방법으로 수소를 생산할 수 있다는 연구결과가 발표되었다.

따라서 본 발명은 혐기성 소화조(Anaerobic Reactor)와 분리막 장치(Membrane system)를 결합하여 반응기 내부에 메탄 생산 미생물이나 수소 생산 미생물을 고농도로 유지시킬 수 있는 막 결합형 혐기성 반응조와 관련된다. 또한, 본 발명은 축산폐수, 분뇨, 하수슬러지, 음식물쓰레기 등의 고농도 유기성 폐기물을 처리할 뿐만 아니라 이들 유기성 폐기물로부터 메탄가스나 수소가스와 같은 바이오가스를 생산하는 고효율 혐기성 소화조와 관련된다.

본 발명의 상술한 문제들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 주된 목적은 혐기성 반응기와 분리막을 결합하여 반응기내에 메탄 생산 미생물 또는 수소 생산 미생물을 고농도로 유지하여 안정적으로 소화가스(메탄가스, 수소가스)를 생산할 수 있는 막 결합형 혐기성 반응조를 제공하는 것이다.

본 발명은 또한, 혐기성 소화공정의 바이오가스 발생량을 증가시키고 경우에 따라서는 별도의 호기성 처리 없이 방류수 수질기준을 만족할 수 있는 막 결합형 혐기성 반응조를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 분리막을 통해서 고액분리된 농축액과 소화가스를 반응조로 반송함으로써 특별한 설비 없이 소화조 내의 혐기성 소화 미생물과 유기성 폐기물을 충분히 교반시켜 유기성 폐기물의 소화를 촉진하는 막 결합형 혐기성 반응조를 제공하는 것이다.

본 발명은 또한, 혐기성 반응기와 분리막 사이에 반응기에서 배출된 소화액을 일시 저장하였다가 다시 분리막으로 가압하여 주입하기 위한 완충조를 설치하여 분리막으로 주입되는 소화액의 막 투과유속와 막간압력차(TMP, Trans Membrane Pressure)를 용이하게 제어할 수 있는 막 결합형 혐기성 반응조를 제공하는 것이다.

아울러 본 발명은 혐기성 소화단계에서 분해된 소화액을 완충조에 일시 저장하였다가 다시 분리막으로 가압하여 주입하는 소화액 저장단계를 포함하여 이루어 진다.

또한, 상기 혐기성 소화단계에서 생성된 소화가스의 일부를 상기 분리막으로 공급하여 분리막을 세척하는 소화가스 분리막 세정단계를 더 포함한다.

또, 상기 소화가스 분리막 세정단계에서 배출되는 소화가스를 포집하여 상기 반응기로 반송하여 반응기 내부의 혼합액을 교반하는 가스 교반단계를 더 포함한다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 수단으로서, 본 발명에 따른 막 결합형 혐기성 소화조는, 소화가스를 생산하는 혐기성 반응기(Anaerobic Reactor)와; 상기 혐기성 반응기에서 유출되는 소화액을 일시 저장하는 완충조(Buffer Tank)와; 상기 완충조 내의 소화액을 분리막으로 펌핑하여 여과액과 농축액으로 분리시킨 후, 농축액을 상기 혐기성 반응기로 반송하는 분리막 장치(Membrane system)를 포함하여 구성된다.

본 발명에서, 상기 혐기성 반응기는, 소정 크기의 반응기와, 상기 반응기 내부로 유기성 폐기물(유기성 슬러지)을 공급하는 공급관, 상기 반응기에서 발생하는 소화가스를 포집하여 배출시키는 소화가스 배출관, 상기 반응기에서 발생하는 소화액을 배출시키는 소화액 배출관, 상기 반응기 내부에 설치되어 유기성 폐기물과 농축액을 혼합하는 교반기를 포함한다.

상기 완충조는 상기 반응기에서 유출되는 소화액을 일시 저장할 수 있도록 상기 반응기와 상기 분리막 사이에 소정 크기 설치된다. 상기 완충조는 상기 소화 액 배출관을 통해서 상기 반응기와 연통한다. 또한, 상기 완충조는 그 내부에 저장하고 있는 소화액을 상기 분리막으로 가압하여 공급할 수 있도록 소화액 주입관을 통해 연통된다. 그리고 상기 소화액 주입관에는 소화액을 일정 압력으로 가압하여 주입하기 위한 가압펌프가 설치된다.

상기 분리막 장치는 하나 이상의 분리막이나 분리막 모듈로 이루어진다. 상기 분리막의 일 측에는 소화액 주입관이 연통하고, 타 측에는 농축액 순환관이 연통된다. 그리고 상기 분리막의 일측면에는 여과액 배출관이 설치된다.

또한, 상기 분리막의 일 측(소화액 주입관)에는 반응기에서 배출된 소화가스를 주입하기 위한 가스 세정관이 연통된다. 그리고 상기 분리막의 일 측(소화액 주입관)에는 분리막을 투과한 여과액을 주입하기 위한 여과액 주입관 및 세정 약품을 주입하기 위한 약품 주입관이 더 설치된다.

본 발명의 다른 실시 예에서, 상기 완충조는 혐기성 반응기의 내부에 일체로 설치된 내부 완충조이다. 상기 내부 완충조는, 상기 반응기의 내측 면으로부터 일정 간격을 두고 설치된 내통으로 이루어지되, 상기 내통의 상단은 반응기의 소화액이 원류하여 유입되도록 상기 반응기의 상부 경사면과 일정 거리 떨어져서 위치되고, 상기 내통의 하단은 상기 반응기의 하부 경사면에 고정하되 상기 완충조의 소화액이 반응기로 유입될 수 있게 다수 개의 개구부가 형성된다.

아울러 상기 내통의 외주면과 상기 반응기의 내주면 사이에는 다수 개의 경사판이 설치되어 상기 완충조 내부에서의 상향류를 억제한다.

그리고 상기 반응기와 완충조 사이에는 반응기 내부의 소화액을 완충조로 유 출하기 위한 월류부가 구비되고, 상기 반응기의 내주면 일 측에는 상기 완충조 내부에 저장되어 있는 소화액을 외부로 배출시키기 위한 소화액 주입관이 설치된다. 바람직하게 상기 소화액 주입관에는 소정의 가압펌프가 설치된다.

본 발명에 따른 막 결합형 혐기성 소화공정은, 혐기성 상태에서 소화 미생물을 이용하여 유기물질을 분해하는 혐기성 소화단계; 상기 혐기성 소화단계에서 배출된 소화액을 일시 저장하는 소화액 저장단계; 상기 소화액 저장단계에서 배출되는 소화액을 분리막을 이용하여 여과액과 농축액으로 분리하는 고액분리단계; 상기 고액 분리된 농축액을 상기 혐기성 반응기로 반송하여 반응기 내의 혼합액을 교반하는 농축액 반송 및 교반단계를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 혐기성 소화단계에서 생성된 소화가스의 일부를 상기 분리막으로 공급하여 분리막을 세척하는 소화가스 분리막 세정단계를 더 포함한다.

또, 소화가스 분리막 세정단계에서 배출되는 소화가스를 포집하여 상기 반응기로 반송하여 반응기 내부의 혼합액을 교반하는 가스 교반단계를 더 포함한다.

상술한 본 발명에 따르면, 혐기성 반응기와 분리막를 결합하여 반응기 내에 메탄 생성 미생물 또는 수소 생성 미생물을 고농도로 유지하여 안정적으로 소화가스(메탄가스, 수소가스)를 생산할 수 있는 고효율 혐기성 반응조를 제공할 수 있다.

본 발명은 또한, 분리막을 이용하여 소화액을 고액분리하여 여과액만을 처리수로서 배출하고 농축액을 반응기로 반송함으로써 혐기성 소화공정의 미생물을 고 농도로 확보하는 효과를 통하여 효율을 상승시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 분리막를 통해서 소화가스와 농축액을 반응조로 순환시킴으로써 특별한 설비 없이 소화조 내의 미생물과 유기물이 충분히 교반시켜 유기성 폐기물의 소화를 촉진하는 효과가 있다.

본 발명은 또한, 혐기성 반응기와 분리막 사이에 반응기에서 배출된 소화액을 일시 저장하였다가 상기 분리막으로 주입하기 위한 완충조를 설치하여 분리막으로 주입되는 소화액의 막 투과유속와 막간 압력차(TMP)를 용이하게 제어함으로써 분리막의 내구성을 향상시킬 수 있다.

아울러 본 발명은 분리막에서 순환되는 농축액를 이용하여 반응기의 혼합액을 교반하고, 상기 반응기에서 생산되는 소화가스를 이용하여 상기 분리막을 세정하여 막 오염을 방지함으로써 분리막의 내구성을 향상시킴으로써 고효율의 혐기성 소화조를 제공할 수 있는 효과가 있다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 막 결합형 혐기성 소화조와 이를 이용한 막 결합형 혐기성 소화공정의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

먼저, 도 1은 본 발명에 따른 막 결합형 혐기성 소화조의 일예를 보여주는 개략적인 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 막 결합형 혐기성 소화조(10)는 크게 소화가스를 생산하는 혐기성 반응기(Anaerobic Reactor)(30)와, 상기 혐기성 반응기(30)에서 배출되는 소화액을 일시 저장하는 완충조(Buffer Tank)(50)와; 상기 완 충조(50) 내의 소화액을 가압하여 여과액과 농축액으로 분리시킨 후 여과액은 외부로 배출하고 농축액은 혐기성 반응기(30)로 반송하는 분리막 장치(Membrane system)(70)로 구성된다.

상기 혐기성 반응기(30)는 혐기성 상태에서 소화 미생물을 이용하여 유기성 폐기물을 분해하는 소정 크기의 반응기(31)로 이루어진다. 그리고 상기 반응기(31)에는 반응기(31) 내로 유기성 폐기물(유기성 슬러지)을 공급하는 유기성 폐기물 공급관(41), 반응기(31)에서 발생하는 소화가스를 포집하여 외부로 배출하는 소화가스 배출관(43), 반응기(31) 내부의 소화액(유기성 폐기물과 소화 미생물의 혼합액으로 어느 정도 소화가 이루어진 것)의 일부를 외부로 배출하는 소화액 배출관(45), 반응기(31) 외부에서 고액분리된 농축액(소화 미생물)을 상기 반응기(31)의 하부로 공급하는 농축액 반송관(47)이 설치된다.

그리고 상기 반응기(31) 내부 하단에는 반응기(31) 내부의 유기성 폐기물과 소화 미생물(농축액)을 골고루 혼합하는 교반기(21)가 구비된다.

상기 완충조(50)는 소화액 배출관(45)을 통해 배출되는 소화액을 저장할 수 있도록 충분한 크기를 갖는다.

상기 완충조(50)와 분리막 장치(70)는 가압펌프(63)가 설치되어 있는 소화액 주입관(61)을 통해서 연통된다. 그리고 상기 소화액 주입관(61)에는 소화액의 흐름을 단속하는 밸브(65)가 설치된다.

상기 분리막 장치(70)는 완충조(50)에서 배출되는 소화액을 여과액과 농축액으로 분리하는 분리막(71)(또는 분리막 모듈)으로 이루어진다. 상기 분리막(71)은 한외여과막(UF)나 정밀여과막(MF)이다. 또, 상기 한외여과막(UF)나 정밀여과막(MF)은 외장형 분리막이다. 또 상기분리막은 관형(Tubular), 평판형(Plate), 와권형(Spiral)으로 분류할 수 있다.

상기 분리막(71)(또는 분리막 장치)의 일 측에는 소화액 주입관(61)이 연결되어 가압펌프(63)에 의해서 일정 압력으로 가압된 소화액이 주입된다. 그리고 상기 분리막(71)의 미세 공극을 통과한 여과액(처리수)은 상기 분리막(71)의 일 측면에 설치된 여과액 배출관(74)을 통해 배출되고, 상기 분리막(71)의 미세 공극을 통과하지 못한 농축액(주로 소화 미생물)은 상기 분리막(71)의 타 측에 연결되어 있는 농축액 반송관(47)으로 압출된다.

상기 농축액 반송관(47)에는 반송되는 농축액을 일정 온도로 가온하기 위한 열교환기(도시되지 않음)가 더 설치될 수 있다.

이어, 상기 분리막(71)의 일 측(또는 소화액 주입관(61))에는 소화가스 배출관(43)과 연통하는 소화가스 세정관(92)이 연결된다. 상기 소화가스 세정관(92)에는 소화가스의 흐름을 제어하기 위한 밸브(93)가 구비된다. 상기 소화가스 세정관(92)은 소화가스를 분리막(71) 내부로 주입하여 분리막 내부에 쌓여있는 오염물질을 제거하거나 막오염(Fouling)이 형성되는 것을 저감한다.

그리고 상기 소화가스 배출관(43)에는 반응기(31) 하단에 설치된 가스 교반기(21)에 소화가스를 순환시키기 위한 소화가스 순환관(82)이 설치된다. 상기 소화가스 순환관(82)에는 소화가스의 흐름을 제어하기 위한 밸브(83)가 구비된다. 상기 가스 교반기(21)를 통해 분출된 소화가스는 반응기(31)의 혼합액을 교반한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 막 결합형 혐기성 소화조의 제1의 특징은, 혐기성 반응기(30)에서 배출되는 소화액을 소정 크기의 완충조(50)에 일시 저장한 후 가압펌프(63)로 가압하여 다시 분리막(71)으로 공급하여 고액 분리함으로써 상기 분리막(71)의 막투과유속과 막간 압력차(TMP)의 관리를 용이하게 한다.

또, 본 발명에 따른 막 결합형 혐기성 소화조의 제2의 특징은, 분리막(71)을 이용하여 소화액을 고액분리한 후 그 농축액을 반응기(31)로 반송함으로써 반응기 내의 미생물 농도를 높게 유지하고, 상기 반응기로 반송되는 농축액을 이용하여 반응기(31) 내부의 혼합액을 골고루 혼합함으로써 혐기성 소화공정의 반응속도를 향상시키고 소화가스의 생산 효율을 최대화한다.

본 발명에 따른 막 결합형 혐기성 소화조의 제3 특징은, 혐기성 반응기(30)에서 생산되는 소화가스의 일부를 분리막(71)으로 공급하여 분리막을 세정함으로써 분리막의 투과유속을 향상시키고 분리막의 수명을 연장한다. 또한, 혐기성 반응기(30)에서 생산되는 소화가스의 일부를 반응기(31)로 순환시켜 반응기(31) 내부의 혼합액을 교반한다.

또한, 본 발명에 따른 막 결합형 혐기성 소화조의 제4 특징은, 가압펌프(63)에 의해 가압되고 상기 농축액 반송관(47)을 통해서 압출되는 농축액의 압력과, 상기 소화가스 배출관(43)을 통해서 일정 압력으로 배출되는 소화가스의 압력을 활용하여 반응기의 혼합액을 교반하거나 분리막을 세정함으로써 교반 및 세정에 소요되는 에너지를 절약하는 것이다.

이어, 도 2는 본 발명에 따른 막 결합형 혐기성 소화조의 다른 실시 예를 보 여주는 개략적인 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 막 결합형 혐기성 소화조(10)의 다른 실시예는 크게 혐기성 상태에서 소화가스를 생산하는 혐기성 반응기(30)와, 상기 혐기성 반응기(30)에서 유출되는 소화액을 일시 저장하는 완충조(50)와; 상기 완충조(50) 내의 소화액을 가압하여 여과액과 농축액으로 분리시킨 후 농축액을 혐기성 반응기(30)로 반송하는 분리막 장치(70)를 포함하여 구성된다.

상기 혐기성 반응기(30)는 상부와 하부에 경사면(311,322)이 형성된 소정 크기의 반응기(31)와, 상기 반응기(31)로 유기성 폐기물(유기성 슬러지)을 공급하는 유기성 폐기물 공급관(41), 상기 반응기(31)에서 발생하는 소화가스를 포집하여 외부로 배출시키는 소화가스 배출관(43), 상기 반응기(31) 내부의 소화액(유기성 폐기물과 소화 미생물의 혼합액으로 어느 정도 소화가 이루어진 것)의 일부를 외부로 배출하는 소화액 배출관(45), 상기 반응기(31) 외부에서 고액분리된 농축액(소화 미생물)을 상기 반응기(31) 하부로 공급하는 농축액 반송관(47), 상기 반응기(31)에서 발생하는 슬러지를 외부로 배출하는 슬러지 배출관(49) 및, 상기 반응기(31) 내부 하단에는 반응기(31) 내부의 유기성 폐기물과 소화 미생물(농축액)을 골고루 혼합하는 가스 교반기(21)로 구성된다.

상기 혐기성 반응기(30) 외부에 설치되는 완충조(50)는 상부와 하부에 경사면(511,522)이 형성된 소정 크기의 저장조(51)로 이루어진다. 그리고 상기 저장조(51)의 일 측에는 소화액 배출관(45)이 연결되고 타 측에는 상기 저장조(51) 내에 일시 저장되어 있는 소화액을 분리막(71)으로 주입하기 위한 소화액 주입관(61) 이 설치된다.

또한, 상기 저장조(51)의 상단에는 저장조에서 발생하는 소화가스를 포집하여 상기 반응기(30)나 소화가스 배출관(43)으로 반송하기 위한 소화가스 반송관(54)이 설치된다. 상기 소화가스 반송관(54)에는 소화가스의 역류를 막는 밸브(55)가 설치된다.

그리고 상기 저장조(51)의 하단에는 저장조(51)에서 침강하는 슬러지를 외부로 제거하기 위한 슬러지 추출관(56)과 이를 위한 밸브(57)가 설치된다. 상기 슬러지 추출관(56)은 슬러지 배출관(49)과 연통된다.

그리고 상기 분리막(71)의 일 측에는 소화액 주입관(61)이 연결된다. 상기 소화액 주입관(61)에는 소화액을 일정 압력으로 가압하기 위한 가압펌프(63)와 밸브(65)가 설치되어 있다. 그리고 상기 분리막(70)의 타 측에는 농축액 반송관(47)이 연결된다. 아울러 상기 분리막(71)의 일 측면에는 여과액을 배출하는 여과액 배출관(74)이 설치된다.

또한, 상기 분리막(71)에는 분리막 내부의 막 오염을 제거하기 위한 세정장치(90)가 구비된다. 상기 분리막(71)의 상단(또는 소화액 주입관)에는 소화가스 배출관(43)과 연통하는 가스 세정관(92)이 연결된다. 그리고 상기 가스 세정관(92)에는 소화가스의 흐름을 제어하기 위한 밸브(93)가 구비된다.

또, 상기 분리막(71)의 상단(또는 소화액 주입관)에는 여과액 배출관(74)과 연통하는 여과액 역세관(94)이 연결된다. 상기 역과액 역세관(94)에는 여과액의 흐름을 단속하기 위한 밸브(95)가 구비되어 있다.

또, 상기 분리막(71)의 상단(또는 소화액 주입관)에는 약품탱크(91)와 연통하는 약품 주입관(96)이 연결되어 있다. 그리고 상기 약품 주입관(96)에는 세정 약품의 흐름을 제어하기 위한 밸브(97)가 구비된다. 또한 상기 약품 주입관(96)에는 세정약품이나 여과액을 가압하기 위한 펌프(98)가 더 구비될 수 있다.

한편, 상기 분리막 세정을 위해서 상기 분리막(71)으로 주입된 세정 약품은 상기 약품탱크(91)로 회수되거나 별도 처리시설로 배출된다. 그리고 상기 분리막(71)으로 주입된 여과액은 상기 혼합액 반송관(47)을 통해서 반응조(31)로 회수된다.

반면에 소화가스 세정을 위해서 상기 분리막(70)으로 주입된 소화가스 중 일부는 상기 분리막(71)의 공극을 통과하여 상기 반응기(31)와 연결된 소화가스 순환관(54)을 통해서 반응기(31)로 순환된다. 그리고 상기 분리막(70)의 미세 기공을 통과하지 못하고 나머지 일부는 상기 농축액 반송관(47)을 통해 반응기(31)로 반송된다.

이어서, 도 3은 본 발명에 따른 막 결합형 혐기성 소화조의 또 다른 실시 예를 보여주는 개략적인 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 실시예는 상기 혐기성 반응기(30) 내부에 농축조(이하 '내부 농축조'라 한다)가 포함되어 있는 경우이다. 도면에서는 전술한 실시 예와 동일한 구성요소에 대하여 동일한 부호가 부여되어 있다.

먼저, 상기 혐기성 반응기(30)는 상부와 하부에 경사면(311,322)이 형성된 소정 크기의 반응기(31)로 이루어진다.

상기 혐기성 반응기(30)의 내부에 설치된 내부 완충조(150)는 상기 반응기(31)의 내측 면으로부터 일정 간격을 두고 설치된 내통(152)과, 상기 내통(152)의 외주면과 상기 반응기(31)의 내주면 사이에는 설치되어 상향류의 흐름을 억제하는 다수 개의 하향 경사판(154)으로 구성된다.

상기 내통(152)의 상단은 상기 반응기(31)의 소화액이 원류하여 내통(152) 쪽으로 유입됨과 아울러 상기 내부 완충조(150)에서 발생하는 소화가스가 반응기(31)로 유입될 수 있도록 반응기(31)의 상부 경사면(311)과 일정 거리 떨어지게 설치된다.

그리고 상기 내통(152)의 하단은 상기 반응기(31)의 하부 경사면(322)에 고정되는데, 이때 상기 내통(152)의 하단에는 내부 완충조(150)에서 침강하는 슬러지가 반응기(31)로 유입되도록 다수 개의 개구부(156)가 형성되어 있다.

상기 내통(152)의 상단은 바람직하게 상기 반응기(31)에 저장되어 있는 소화액의 수면과 일치한다. 이때 상기 내통(152)의 상단에는 반응기(31)에서 발생하는 스컴이 내부 완충조(150) 쪽으로 유입되는 것을 방지하는 스컴 월류방지판(도시되지 않음)이 더 설치될 수 있다.

이어, 상기 반응기(31)의 내주면 일 측에는 상기 내부 완충조(150)에 저장되어 있는 소화액을 외부로 배출하기 위한 소화액 주입관(61)이 설치된다. 바람직하게 상기 소화액 주입관(61)은 내부 완충조(150) 내부의 소화액 수면 아래에 설치된다. 또한, 상기 소화액 주입관(61)에는 소화액을 일정 압력으로 가압하기 위한 가압펌프(63)와 밸브(65)가 설치되어 있다.

그리고 상기 반응기(31)의 하부에는 소화가스를 분출시켜 상기 반응기(31) 내부의 소화액을 교반하는 가스 교반기(21)가 설치되어 있다. 바람직하게 상기 가스 교반기(21)는 소화가스를 반송시키는 소화가스 순환관(82)과 연결된다.

상기 분리막(71)에는 분리막 내부의 막 오염을 제거하기 위한 세정장치(90)가 구비된다. 상기 분리막 세정장치(90)는 크게 분리막(71) 내부로 소화가스를 주입하는 소화가스 세정, 상기 분리막(70) 내부로 여과액을 주입하는 여과액 세정, 상기 분리막(70) 내부로 세정약품을 주입하는 약품 세정이 있다.

즉, 소화가스 세정을 위해서, 상기 분리막(71)의 상단(또는 소화액 주입관)에는 소화가스 배출관(43)과 연통하는 가스 세정관(92)이 연결된다. 따라서 상기 소화가스 배출관(43)에서 공급되는 소화가스를 상기 분리막(71) 내부로 주입함으로써 분리막 내부에 쌓여있는 오염물질을 제거할 수 있다. 이 소화가스 세정은 고액분리 중이거나 약품세정 시에도 동시에 적용하여 시너지 효과를 얻을 수 있다.

그리고 여과액 세정을 위해서, 상기 분리막(71)의 상단(또는 소화액 주입관)에는 여과액 배출관(74)과 연통하는 여과액 역세관(94)이 연결되어 있다. 따라서 상기 여과액 역세관(94)에서 공급되는 여과액을 상기 분리막(701) 내부로 주입함으로써 분리막 내부에 쌓여있는 오염물질을 제거하거나 약품세정 후에 잔류하는 화학약품을 제거할 수 있다.

또한, 상기 분리막(71)의 상단(또는 소화액 주입관)에는 약품탱크(91)와 연통하는 약품 주입관(96)이 연결되어 있다. 상기 약품 주입관(96)에는 세정 약품을 가압하기 위한 펌프(98)이 구비된다. 따라서 상기 약품펌프(97)에 의해 공급되는 세정약품은 상기 분리막 내부에 형성된 막 오염을 분해하여 세척할 수 있다.

상술한 실시 예로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 막 결합형 혐기성 소화조를 이용한 막 결합형 혐기성 소화공정은, 혐기성 상태에서 소화 미생물을 이용하여 유기물질을 분해하는 혐기성 소화단계(S1100), 상기 혐기성 소화단계에서 배출된 소화액을 일시 저장하는 소화액 저장단계(S1200), 상기 소화액 저장단계에서 배출되는 소화액을 분리막을 이용하여 여과액과 농축액으로 분리하는 고액분리단계(S1300), 고액분리된 농축액을 상기 혐기성 반응기로 반송하여 반응기 내의 혼합액을 교반하는 농축액 반송 및 교반단계(S1400)로 구성된다.

이하, 상술한 실시 예와 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 막 결합형 혐기성 소화공정에 대해서 더욱 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 반응기(31)에서는 혐기성 상태에서 유기성 폐기물 공급관(41)을 통해 유입되는 유기성 폐기물과 미생물(농축액)과 혼합하여 유기성 폐기물을 발효, 분해시키는 혐기성 소화단계(S1100)가 일어난다.

상기 혐기성 소화단계(S1100)에서 생산되는 소화 가스는 소화가스 배출관(43)을 통해 배출된 후 후처리를 거쳐 에너지원으로 사용된다. 이때, 상기 혐기성 소화단계(S1100)에서 발생하는 소화 가스는 상기 반응기(31)의 상부 경사면(211)에서 포집된 후 상기 소화가스 배출관(43)을 통해 배출된다.

그리고 상기 혐기성 소화단계(S1100)에서 생성된 소화액은 소화액 배출관(45)을 통해서 완충조(50)로 배출(또는 내부 완충조(150)로 원류)된 후 일정시간 저장된다(S1200). 상기 소화액 분리 저장단계(S1200)에서 발생하는 소화가스는 상 기 반응기(31)로 반송된다. 또한, 상기 소화액 분리 저장단계(S1200)에서는 소화액에 포함되어 있는 이물질과 고형물질이 침전되어 분리막의 부하를 줄여준다.

이어 상기 소화액 분리 저장단계(S1200)에서 저장된 소화액은 가압펌프(63)에 의해 일정 압력으로 가압되어 분리막(71)으로 공급된다. 본 발명은 완충조(50)에 저장되어 있는 소화액을 가압하여 공급하므로 반응기(31)에서 소화액을 직접 배출시키는 경우보다 분리막의 막 투과유속과 막간 압력차(TMP)의 관리가 용이하게 된다.

이어서, 상기 분리막(71)으로 주입된 소화액은 막 여과를 통해서 여과액과 농축액으로 고액 분리된다(S1300). 상기 일정 압력으로 가압된 소화액은 분리막(71)을 통과하는 동안에 입경이 분리막의 공극크기보다 작은 여과액은 외부로 투과하므로 투과하지 못한 미생물과 고형물이 농축된다. 그리고 상기 농축액은 분리막(71)의 타측에 설치된 농축액 반송관(47)을 통해서 일정 압력으로 토출된다.

상기 혐기성 소화단계(S1200)가 진행되는 반응기(31)는 항상 내부의 혼합액을 골고루 혼합하는 교반이 요구된다. 본 발명에서는 일정 압력으로 공급되는 유기성 폐기물과, 농축액 및 소화가스에 의해서 교반이 이루어진다.

그러나 상기 유기성 폐기물 공급관(41)을 통해 공급되는 유기성 폐기물은 고형물의 농도가 높고 유동성이 떨어지므로 교반 기능이 미약하다. 따라서 본 발명은 농축액 반송관(47)을 통해 반송되는 농축액을 상기 유기성 폐기물 공급관(41)으로 반송하거나 또는 상기 반응기(31) 내부로 직접 반송함으로써 반응기(31) 내부의 혼합액을 교반시킨다(S1400). 일정 입력으로 순환되는 농축액은 상향류를 형성하여 반응기 내부의 혼합액을 교반시킨다.

이어, 상기 소화가스 배출관(43)과 연통된 가스 세정관(92)을 통해서 소화가스를 분리막(71) 내부로 주입되어 상기 분리막(70)의 막 오염을 세정한다. 상기 소화가스 분리막 세정단계(S1500)는 고액분리 중이거나 약품세정 시에도 동시에 적용하여 시너지 효과를 얻을 수 있다. 아울러 상기 소화가스 분리막 세정단계(S1500)에서 사용된 소화가스와 상기 완충조(50)에서 발생하는 소화가스는 소화가스 반송관(85)을 통해서 반응기(31)로 반송된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 막 결합형 혐기성 소화공정은 분리막을 이용하여 소화액에 포함되어 있는 부유입자와 미생물을 제거하므로 처리수의 방류수질을 맞추기 위해서 별도로 후처리를 생략하거나 또는 후처리공정을 간략화 할 수 있다.

또한, 종래의 중력 침전조의 경우 침전조에서의 침강성을 유지하기 위해서 반응기의 미생물 농도를 높이는데 한계가 있었으나 본 발명은 분리막을 이용하여 여과하므로 반응기의 미생물 농도를 높여서 고효율의 바이오가스 생산을 구현할 수 있다.

또, 본 발명은 소화가스, 여과수, 세정 약품을 각각 또는 동시에 주입하여 분리막을 세정함으로써 상기 분리막 내부에 형성된 오염 막을 방지하여 항상 안정된 투과 유속을 유지할 수 있다.

이상에서는 바람직한 실시 예와 도면을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 실시 예와 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 권리범위는 명세서에 개시된 실시 예와 도면으로부터 당해 분야의 전문가가 용이하게 모방, 변형할 수 있는 기술에까지 미치는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 막 결합형 혐기성 소화조의 제1 실시예를 보여주는 개략적인 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 막 결합형 혐기성 소화조의 제2 실시예를 보여주는 개략적인 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 막 결합형 혐기성 소화조의 제3 실시예를 보여주는 개략적인 구성도,

도 4는 본 발명에 따른 막 결합형 혐기성 소화공정을 보여주는 개략적인 흐름도이다.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명****

10 : 막 결합형 혐기성 소화조 21 : 교반기(가스 교반기)

30 : 혐기성 반응기 31 : 반응기

41 : 유기성 폐기물 공급관 43: 소화가스 배출관

45 : 소화액 배출관 47 : 농축액 반송관

49 : 슬러지 배출관 50, 150 : 완충조

51 : 저장조 54 : 소화가스 반송관

61 : 소화액 주입관 63 : 가압펌프

70 : 분리막 장치 71 : 분리막(분리막 모듈)

82 : 소화가스 순환관 90 : 세정장치

92 : 소화가스 세정관 94 : 여과액 역세관

96 : 세정약품 주입관 152 : 내통

154 : 하향 경사판 156 : 개구부

Claims (10)

1. 삭제
2. 혐기성 상태에서 유기물질을 분해하여 소화가스를 생산하는 혐기성 반응기(Anaerobic Reactor)와;

   상기 혐기성 반응기에서 배출되는 소화액을 일시 저장하는 완충조(Buffer Tank)와;

   상기 완충조 내의 소화액을 분리막으로 펌핑하여 여과액과 농축액으로 분리시킨 후, 농축액을 상기 혐기성 반응기로 반송하는 분리막 장치(Membrane system)를 포함하여 구성되고;

   상기 혐기성 반응기는, 혐기성 분해가 일어나는 반응기와, 상기 반응기 내부로 유기성 폐기물(유기성 슬러지)을 공급하는 유기성 폐기물 공급관, 상기 반응기에서 발생하는 소화가스를 포집하여 배출시키는 소화가스 배출관, 상기 반응기에서 발생하는 소화액을 배출시키는 소화액 배출관, 상기 반응기 내부에 설치되어 유기성 폐기물과 농축액을 골고루 혼합하는 교반기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 막 결합형 혐기성 소화조.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 완충조는 상기 소화액 배출관을 통해 배출되는 소화액을 일시 저장하는 소정 크기의 저장조로 이루어지고, 상기 저장조에 저장된 소화액을 분리막으로 주입할 수 있도록 상기 저장조와 분리막 사이에 설치된 소화액 주입관과, 소화액을 일정 압력으로 가압하여 분리막으로 주입할 수 있도록 상기 소화액 주입관에 설치된 가압펌프를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 막 결합형 혐기성 소화조.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 분리막의 일 측에는 소화액을 주입하기 위한 소화액 주입관이 연결되고, 타 측에는 농축액이 압출되는 농축액 반송관이 설치되며, 상기 분리막의 일 측면에는 분리막의 미세 공극을 통과한 여과액이 배출되는 여과액 배출관이 연결되고, 상기 분리막의 상단에는 소화가스 배출관과 연통하는 가스 세정관이 연결된 것을 특징으로 하는 막 결합형 혐기성 소화조.
5. 삭제
6. 혐기성 상태에서 유기물질을 분해하여 소화가스를 생산하는 혐기성 반응기(Anaerobic Reactor)와;

   상기 혐기성 반응기의 내부에 일체로 설치되어 소화액을 일시 저장하는 완충조(Buffer Tank)와;

   상기 완충조 내의 소화액을 분리막으로 펌핑하여 여과액과 농축액으로 분리시킨 후, 농축액을 상기 혐기성 반응기로 반송하는 분리막(Membrane system)를 포함하여 구성되고;

   상기 완충조는, 상기 혐기성 반응기의 내측 면으로부터 일정 간격을 두고 설치된 원통형의 내통으로 이루어지되, 상기 내통의 상단은 반응기의 소화액이 원류하여 유입되도록 상기 반응기의 상부 경사면과 일정 거리 떨어져서 위치되고, 상기 내통의 하단은 상기 반응기의 하부 경사면에 고정하되 상기 완충조의 소화액이 반응기로 유입될 수 있게 다수 개의 개구부가 형성된 것을 특징으로 하는 막 결합형 혐기성 소화조.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 내통의 외주면과 상기 반응기의 내주면 사이에는 상향류의 흐름을 억제하는 다수 개의 하향 경사판이 설치된 것을 특징으로 하는 막 결합형 혐기성 소화조.
8. 삭제
9. 혐기성 상태에서 소화 미생물을 이용하여 유기물질을 분해하는 혐기성 소화단계;

   상기 혐기성 소화단계에서 배출된 소화액을 일시 저장하는 소화액 저장단계;

   상기 소화액 저장단계에서 배출되는 소화액을 분리막을 이용하여 여과액과 농축액으로 분리하는 고액분리단계;

   상기 고액분리된 농축액을 상기 혐기성 반응기로 반송하여 반응기 내의 혼합액을 교반하는 농축액 반송 및 교반단계;

   상기 혐기성 소화단계에서 생성된 소화가스의 일부를 상기 분리막으로 공급하여 분리막을 세척하는 소화가스 분리막 세정단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 막 결합형 혐기성 소화공정.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 소화가스 분리막 세정단계에서 배출되는 소화가스를 포집하여 상기 반응기로 반송하여 반응기 내부의 혼합액을 교반하는 가스 교반단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 막 결합형 혐기성 소화공정.

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