KR100883676B1 - Apparatus for the two phase anaerobicdigestion - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 유기성 폐기물 처리를 위한 이상혐기소화장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 산발효조에서 유출되는 산발효액이 곧바로 메탄발효조로 유입됨으로 인해서 발생되는 pH저하를 방지하기 위해 이상 혐기소화 방식에서 pH를 콘트롤할 수 있는 완충조를 도입하고, 각 반응조에는 pH를 측정하기 위한 센서를 구비하여 pH모니터링을 실시간으로 수행하여 각 반응조에서 충격부하가 발행하면 즉각저긍로 대응할 수 있도록 하여 음식물쓰레기의 효율적 이용과 바이오 가스 발생량을 최대화 및 안정화할 수 있는 실시간 pH모니터링을 통한 pH조절이 이루어지는 이상혐기소화장치에 관한 것이다.The present invention relates to an abnormal anaerobic digestion apparatus for treating organic waste, and more specifically, to prevent the pH decrease caused by the acid fermentation liquid flowing out of the acid fermentation tank directly into the methane fermentation tank, Introduces a controllable buffer tank, and each reactor is equipped with a sensor to measure pH, so that pH monitoring can be performed in real time to respond promptly and promptly when an impact load is issued in each reactor. The present invention relates to an abnormal anaerobic digestion apparatus in which pH control is performed through real-time pH monitoring to maximize and stabilize biogas generation.
우리나라에서 발생하는 음식물쓰레기의 처리 현황을 살펴보면, 과거에 비하여 1997년도에는 음식물류 폐기물의 직·매립금지조항이 폐기물관리법에 명시되고 수도권매립지에서 젖은 쓰레기 반입금지를 시행하고 지자체에서는 공동주택을 중심 으로 분리수거를 실시하여 자원화율이 서서히 증가하고 매립하는 양이 감소하는 추세를 보였다. 즉, 1996년까지 매립방식이 92.8% 이상으로 높은 비율을 차지하고 있었으나, 이후 계속적으로 감소하여 2003년에는 24.88%를 보인 것이다. 이와 더불어 음식물쓰레기의 재활용율을 살펴보면, 1995년 2.1%에서 조금씩 증가를 보이다가 2003년도에는 발생되는 전체 음식물쓰레기에 대하여 재활용비율이 67.71%로 증가되었고, 현재는 음식쓰레기 직·매립금지 조치에 따라 각 지자체에서 분리수거를 단독주택에까지 확대하고 있기 때문에 자원화율은 더욱 높아질 것이다.Looking at the current status of food waste disposal in Korea, compared to the past, the direct and landfill prohibition provisions of food waste were specified in the Waste Management Act, and the ban on wet garbage was put in the metropolitan landfill, and local governments separated the apartments. The collection rate was gradually increased and the amount of landfill was decreased. In other words, landfilling accounted for more than 92.8% of the total landfill land until 1996, but since then, it has continued to decline, reaching 24.88% in 2003. In addition, the recycling rate of food waste increased slightly from 2.1% in 1995, but the recycling rate increased to 67.71% for all food waste generated in 2003. As each municipality is expanding the separate collection to single-family homes, the resource rate will be higher.
상기와 같이 음식물쓰레기를 자원화하는 과정의 일환으로 최근에는 음식물쓰레기를 메탄가스로 자원화하여 재활용하는 연구 즉, 혐기소화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는데,As part of the process of recycling food waste as described above, the research on the recycling of food waste with methane gas, that is, research on anaerobic digestion, is being actively conducted.
혐기소화라 함은 여러 가지 복잡한 공생미생물 군집이 무산소 상태에서 유기물질을 메탄과 이산화탄소로 분해하는 과정이다. 이론적으로 폐기물 중 생물분해가 가능한 유기물의 약 90%가 메탄으로 전환될 수 있고 더욱이 유기성 폐기물을 안정화시켜 혐기소화 과정 후에 생성되는 슬러지는 토양과 물에는 아무런 환경상의 위해를 가하지 않으면서 토양개량제와 비료로서 이용될 수 있기 때문에 또 다른 에너지 절감을 가능하게 한다.Anaerobic digestion is the process by which many complex symbiotic microbial communities decompose organic matter into methane and carbon dioxide in the absence of oxygen. Theoretically, about 90% of the biodegradable organics in the waste can be converted to methane, and moreover, the sludge produced after the anaerobic digestion by stabilizing the organic wastes does not cause any environmental hazards to the soil and water, so that the soil improver and fertilizer It can be used as a further energy savings.
특히 바이오가스의 주요성분인 메탄은 윤통성이 많은 형태의 재생에너지로서 열과 전기로 전환될 수 있으며, 차량 연료도로 사용될 수 있다.In particular, methane, the main component of biogas, is a flexible form of renewable energy, which can be converted into heat and electricity, and used as a vehicle fuel.
결국 혐기소화는 다음와 같은 두 가지 방법으로 지구 기후변화에 대한 잠재 적인 위험성을 감소시킨다. 첫째, 혐기소화를 통하여 바이오가스를 포착함으로서 자연 상태에서의 메탄 방출량을 줄일 수 있다. 이산화탄소에 비해 약 21배에 해당하는 지구온난화 기여 가능성을 갖는 메탄은 우리나라에서 온실가스 방출량의 약 15%를 차지하고 있다. 둘째, 혐기소화에서 생산된 바이오가스를 화석연료로 대체할 수 있다면 화학연료로부터 생성되는 이산화탄소를 회피할 수 있어 결과적으로 지구온난화 원인 물질을 감소시킬 수 있다.After all, anaerobic digestion reduces the potential risk to global climate change in two ways. First, by capturing biogas through anaerobic digestion, it is possible to reduce methane emissions in the natural state. Methane, which has about 21 times more global warming than carbon dioxide, accounts for about 15% of greenhouse gas emissions in Korea. Second, if biogas produced in anaerobic digestion can be replaced with fossil fuels, carbon dioxide generated from chemical fuels can be avoided, thereby reducing global warming agents.
그러나 혐기 소화 공정은 미생물의 낮은 성장률, 처리된 유출수의 악취 문제, pH조절을 위한 많은 양의 버퍼의 필요성 등이 문제점 내지 한계점으로 대두되고 있다. 기존의 기술력으로는 이러한 문제점들을 극복하기 어려워 호기성 처리 공정에 비해 크게 주목받지 못하고 있는 실정이다.However, the anaerobic digestion process has problems such as low growth rate of microorganisms, odor problems of treated effluents, and the need for a large amount of buffer for pH control. It is difficult to overcome these problems with the existing technology, which is not attracting much attention compared to the aerobic treatment process.
이는 다양한 종의 혐기성 세균이 공생관계를 형성하며 다양한 유기 물질을 메탄으로 전환하기 위해선 매우 복잡하고 여러 단계의 경로를 거쳐야 하기 때문에 성공적인 혐기성 공정 운영을 위한 모니터링 및 제어가 상대적으로 어려웠기 때문이다. This is because monitoring and control of successful anaerobic process operations is relatively difficult because different species of anaerobic bacteria form a symbiotic relationship and the conversion of various organic substances to methane is very complicated and requires multiple steps.
또한 하수슬러지 처리에 적용되고 있는 단상 소화시스템은 산발효 단계와 메탄발효 단계가 하나의 반응기에서 이루어진다. 산 발효 미생물이나, 메탄 발효 미생물은 공생관계이긴 하나 최적 생장조건이 서로 상이하기 때문에 성상이 균일하고 비교적 유기물 함량이 낮은 하수슬러지에 대해서는 단상의 소화조 적용이 큰 문제 가 되지 않는다. 그러나 유기물 함량이 고농도이고 균질화 되지 않은 음식물쓰레기나 축산분뇨에 대해서 단상 소화조를 적용하면 과도한 VFA(휘발성지방산) 생성을 유도하여 pH저하 등의 문제가 야기된다. In addition, in the single-phase fire extinguishing system applied to sewage sludge treatment, an acid fermentation step and a methane fermentation step are performed in one reactor. Although acid fermentation microorganisms and methane fermentation microorganisms are symbiotic, the optimum growth conditions are different from each other, so the application of a single-phase digester is not a big problem for sewage sludge with uniform properties and relatively low organic content. However, application of single-phase digester to high concentration of organic matter and un homogenized food waste or livestock manure leads to excessive VFA (volatile fatty acid) production, causing problems such as pH drop.
이러한 문제점을 보완하고 시스템의 안정적인 운전을 꾀하기 위하여 최근 산발효조와 메탄 발효조를 별도로 하는 2상 혐기성 소화 시설에 대한 적용이 시도되고 있는데,In order to supplement these problems and to ensure stable operation of the system, the application of a two-phase anaerobic digestion facility that separates an acid fermentation tank and a methane fermentation tank has been attempted.
그러나 각 반응조의 우점 미생물이 크게 다르고 이에 따른 운전 조건이 상이하여 현재까지도 최적 조건의 설정 및 유지를 위한 운전 전략 수립이 미흡한 상황이다. 특히, 메탄 발효조내에서 발효가 일어나기 위한 최적 pH는 7.0이 가장 좋은데 산 발효조에서 생성된 산이 직접 발효조로 들어가 산 충격이 발생함으로써 공정 자체의 운전이 정지되는 경우도 발생됨에 따라 이에 대한 해결책이 제시되기도 한다.However, since the advantages microorganisms of each reactor are very different and the operating conditions are different, the operation strategy for setting and maintaining the optimum conditions is still insufficient. In particular, the best pH for fermentation in a methane fermentation tank is 7.0, but the acid generated from the acid fermenter enters the fermenter directly and acid shock occurs, resulting in a case where the operation of the process itself is stopped. do.
상기한 문제점을 해결하고자 제시된 종래기술로는 공개특허 제1995-0017748호(1995.07.20)『막을 이용한 이상 소화에 의한 고농도 유기폐수의 처리 방법』과 등록특허 제352811호(2002.09.02)『3단계 메탄 발효시스템을 이용한 음식물쓰레기의 고속소화 및 메탄 생산방법』이 있는데,Prior arts proposed to solve the above problems are published in Korean Patent Publication No. 1995-0017748 (1995.07.20), "Method for treating high concentration organic wastewater by abnormal digestion using a membrane" and Patent No. 352811 (2002.09.02) Fast digestion of food waste and methane production method using stage methane fermentation system.
우선 공개특허 제1995-0017748호는 산 발효공정과 메탄 발효공정을 이상으로 분리한 2상 혐기성 소화 시스템을 채택하되, 이 두 상의 중간에 막을 설치하여 메탄 발효과정의 유기물 부하량을 낮추며, 메탄 발효과정에서 충전제로서 활성탄을 사용하여 균의 고밀도화를 유지시키는 것을 특징으로 하는데,First of all, Korean Patent No. 195-0017748 adopts a two-phase anaerobic digestion system that separates an acid fermentation process and a methane fermentation process, but installs a membrane in between the two phases to lower the organic load of the methane fermentation process, and methane fermentation process. It is characterized in that the use of activated carbon as a filler to maintain the density of the bacteria,
상기 공개특허 제1995-0017748호에서 개시하는 막은 이후 메탄 발효공정에 필요한 pH조절 기능을 위한 것이 아니고 단순히 산 발효과정에서 나온 소화물을 여과시키는 역할을 하기 위한 것으로 상기 언급한 2상 혐기소화의 문제점 내지 한계점을 보완할 수 있는 구성은 아니다.The membrane disclosed in the above-mentioned Patent Publication No. 195-0017748 is not intended for the pH control function required for the methane fermentation process later, but merely serves to filter the digestion from the acid fermentation process. It is not a configuration that can complement the limitations.
다음으로 등록특허 제352811호는 파쇄기에서 작은 입자로 분쇄된 음식물 쓰레기를 물과 1:1 비율로 혼합하고 스크류를 통해 1차 반혐기성 가수분해 및 산 발효조로 운반하며 공기주입 펌프로 공기를 주입시켜 셀룰로모나스 셀룰란스, 플라보박테리움 브리브, 바실러스 아밀로리큐파시언스, 바실러스 리체니포미스, 바실러스 서브틸리스, 바실러스 알칼로필러스가 조합된 호기성 세균 제제에 의해 고속으로 가수분해 시킴과 동시에 혐기성 세균에 의해 산 발효시키는 1차 반혐기성 가수분해 및 산 발효공정과, 상기 1차 발효한 고액성분을 펌프에 의해 상류 혐기성 슬러지 블랭킷 형태의 2차 혐기성 산 발효조 하단부를 통해 주입하고 클로스트리디움 부티리컴을 접종하여 산 발효시키는 2차 혐기성 산 발효공정과, 상기 2차 발효한 고액성분 중 액체 성분만 발효조의 상단에서 중간까지 내려온 관을 통하여 3차 메탄 발효조로 정량펌프에 의해 수송하고 메탄 생성균을 접종시켜 메탄을 생산하는 3차 메탄 발효공정으로 이루어진 것을 기술적 특징으로 하고 있는 것으로 Next, Patent No. 352811 is mixing food waste, which is pulverized into small particles in a crusher, in a 1: 1 ratio with water, transporting it to a first semi-anaerobic hydrolysis and acid fermenter through a screw, and injecting air with an air injection pump. Hydrolyzed at high speed by aerobic bacterial preparations in combination with Cellulomonas cellulose, Flavobacterium bribes, Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus richenomyces, Bacillus subtilis, Bacillus alkalophilus The first semi-anaerobic hydrolysis and acid fermentation process for acid fermentation by anaerobic bacteria, and the first fermented solid-liquid component are injected through a lower portion of the second anaerobic acid fermenter in the form of an upstream anaerobic sludge blanket by a pump, and the Clostridium booti Second anaerobic acid fermentation step of acid fermentation by recombination with licom, and only liquid components of the second liquid fermentation That comes down through the intermediate tube to the top of the hyojo transported by a metering pump in a tertiary methane fermenter was inoculated and the methanogens consisting of tertiary methane fermentation step to produce methane and technically characterized in that
결국 상기 등록특허 제352811호는 기존 2상 혐기소화 공정을 버리고 산 발효공정 전 가수분해 단계를 도입하여 3단계 발효 시스템에 관한 것인데, 이는 2상 혐기소화공정 자체에서 문제를 해결하고 최적의 효과를 얻고자 하는 본 발명의 기본 취지와 어긋날 뿐만 아니라As a result, the Patent No. 352811 discloses a three-stage fermentation system by discarding the existing two-phase anaerobic digestion process and introducing a hydrolysis stage before the acid fermentation process, which solves the problem in the two-phase anaerobic digestion process itself and provides an optimum effect. Not only contradicts the basic purpose of the invention
상기와 같은 조건으로 운행한다 하더라도 결국 메탄발효조로 유입되는 pH조절에 있어서는 한계점을 맞을 수밖에 없다는 문제점은 여전히 남아 있는 것이다.Even if the vehicle operates under the conditions described above, the problem of remaining inevitably has to meet the limit point in adjusting the pH introduced into the methane fermentation tank.
상기한 종래 기술 이외에도 공개특허 제10-2005-0097048호 (2005.10.07)『연속회분식 고온/중온 이단 혐기소화 공정을 이용한 유기성 폐기물의 처리방법』이 개시되어 있으나 이 또한 본 발명에서 구현하고자 하는 구성과는 상이하다.In addition to the above-described prior art, Korean Patent Publication No. 10-2005-0097048 (2005.10.07) discloses a method for treating organic waste using a continuous batch high temperature / medium temperature two-stage anaerobic digestion process, but this configuration is also intended to be implemented in the present invention. Is different.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 2상 혐기소화 방식을 그대로 유지하되, 산발효조에서 유출되는 산발효액에 의한 메탄 발효조의 pH 저하를 방지하기 위한 완충조를 도입함과 더불어 각 반응조에는 pH측정용 센서를 설치하고 상기 완충조의 pH를 조절할 수 있는 라인탱크를 완충조에 연결시켜 메탄발효조를 비롯한 각 반응조에 대한 미생물 활동 조건을 최상으로 유지시킬 수 있는 이상 혐기소화장치를 제공하고자 한 것을 목적으로 하여 The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, while maintaining the two-phase anaerobic digestion method, introducing a buffer tank to prevent the pH drop of the methane fermentation tank by the acid fermentation solution flowing out of the acid fermentation tank In addition, each reactor is equipped with a pH measuring sensor and a line tank that can adjust the pH of the buffer tank to the buffer tank to the ideal anaerobic digestion apparatus that can maintain the best microbial activity conditions for each reactor including the methane fermentation tank For the purpose of providing
종국적으로는 바이오 가스 발생량의 극대화, 메탄 수율의 극대화를 통하여 에너지 수율을 향상을 기대할 수 있는 이상 혐기소화장치를 제공하고자 한 것을 목적으로 한다.In the end, it aims to provide an anaerobic digestion apparatus that can be expected to improve energy yield through maximizing biogas generation and maximizing methane yield.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시간 pH모니터링을 통한 pH조절이 이루어지는 이상혐기소화장치는, 처리대상물이 저장된 원료저장조와, 상기 원료저장조로부터 유입되는 처리대상물의 산발효가 이루어지는 산발효조와, 상기 산발효조와 별도 공간으로 형성되어 상기 산발효조의 발효액이 유입되어 메탄발효가 이루어지는 메탄발효조와, 그리고 상기 메탄발효조에서 메탄발효가 이루어진 발효액의 가스를 포집하는 가스포집장치로 이루어지되,Abnormal anaerobic digestion apparatus is a pH control through the real-time pH monitoring of the present invention for achieving the above object, the raw material storage tank in which the treatment object is stored, and the acid fermentation tank made of acid fermentation of the treatment object flowing from the raw material storage tank, Formed in a separate space from the acid fermentation tank is made of a methane fermentation tank in which the fermentation broth of the acid fermentation tank is introduced into the methane fermentation, and a gas collecting device for collecting the gas of the fermentation broth methane fermentation in the methane fermentation tank,
상기 산발효조와 메탄발효조 사이에 완충조가 더 구비되어 상기 산발효조의 발효액이 완충조를 경유한 후 메탄발효조로 투입되고,A buffer tank is further provided between the acid fermentation tank and the methane fermentation tank so that the fermentation broth of the acid fermentation tank is introduced into the methane fermentation tank after passing through the buffer tank.
상기 산발효조 또는 메탄발효조 또는 완충조 또는 이들 모두에는 pH측정용 센서가 설치되고, 상기 센서는 외부 모니터와 연결되도록 하여 각 반응조의 pH값에 대한 모니터링이 이루어지는 것을 기술적 특징으로 한다.The acid fermentation tank or the methane fermentation tank or the buffer tank or both of them is provided with a sensor for pH measurement, the sensor is characterized in that the monitoring of the pH value of each reaction tank to be connected to the external monitor.
또한 본 발명에 의한 이상혐기소화장치의 완충조에는 라임주입을 위한 라임탱크가 연결되어 완충조에서의 pH값을 조절하고, In addition, the buffer tank of the abnormal anaerobic digestion apparatus according to the present invention is connected to the lime tank for lime injection to adjust the pH value in the buffer tank,
상기 완충조의 pH농도는 7이상을 유지하도록 하는 것을 기술적 특징으로 한다.The pH of the buffer tank is characterized in that to maintain 7 or more.
또한 본 발명에 의한 이상혐기소화장치에 있어서 산발효조의 pH는 5 내지 6로, 상기 메탄발효조의 pH는 6.5 내지 8인 것을 기술적 특징으로 한다.In the abnormal anaerobic digestion apparatus according to the present invention, the pH of the acid fermentation tank is 5 to 6, and the pH of the methane fermentation tank is 6.5 to 8.
본 발명은 기존의 2상 혐기소화 방식을 그대로 유지하되, 산발효조와 메탄발효조 사이에 완충조를 더 구비하여 산발효조에서 유출되는 산발효액이 곧바로 메탄발효조로 유입됨으로 인해 발생되는 pH저하를 방지할 수 있어 메탄발효조의 활동조건을 최상으로 유지시킬 수 있을 뿐만 아니라 The present invention maintains the existing two-phase anaerobic digestion method, but further provided with a buffer tank between the acid fermentation tank and the methane fermentation tank to prevent the pH decrease caused by the acid fermentation solution flowing out of the acid fermentation tank immediately flow into the methane fermentation tank Not only can it keep the methane fermentation tank in the best working condition
특히, 산발효조와 메탄발효조와, 그리고 완충조의 pH를 측정할 수 있는 센서를 부착하고 이를 실시간 모니터링하여 완충조의 pH를 제어할 수 있도록 하여 pH저 하 등의 극단적인 저해 반응을 완화시켜 종국적으로는 바이오 가스 발생량을 최대화 및 안정화시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다. In particular, acid fermentation tanks, methane fermentation tanks, and sensors for measuring the pH of the buffer tanks are attached and monitored in real time to control the pH of the buffer tanks. The effect of maximizing and stabilizing biogas generation can be obtained.
이하 본 발명에 대한 구체적인 구성 및 작동 방식에 대해 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a specific configuration and operation manner of the present invention will be described with reference to the drawings.
또한 이하에서는 원료저장조와 산발효조와 메탄발효조, 그리고 완충조에 대해 둘 이상 일컫는 경우에는 반응조라는 명칭을 사용하도록 한다.In addition, hereinafter, the term "reactor" should be used when referring to more than one raw material storage tank, acid fermentation tank, methane fermentation tank, and buffer tank.
앞서 언급한 바와 같이, 기존의 단상소화방식에서는 산형성 박테리아와 메탄형성 박테리아가 한 반응조에서 운영되었는데, 이 경우 메탄 발생 박테리아의 메탄 생성 속도가 산형성 박테리아의 휘발성 유기산 발생 속도보다 상대적으로 느려, 반응조에는 결국 VFA(휘발성 지방산)의 축적이 발생된다.As mentioned above, in the conventional single-phase digestion method, acid-forming bacteria and methane-forming bacteria were operated in one reactor, in which case the rate of methane production of methane-producing bacteria was relatively slower than that of acid-forming bacteria. Eventually results in the accumulation of VFAs (volatile fatty acids).
이로 인해 pH 저하를 유발시키고, 메탄 형성 박테리아의 활동을 저해하게 된다. 더욱이 산형성 박테리아와 메탄형성 박테리아는 생리적인 특성, 영양요구 물질, 성장 동역학, 주변환경에 대한 민감도에 많은 차이를 보인다. This causes a drop in pH and inhibits the activity of methane forming bacteria. Moreover, acid-forming and methane-forming bacteria differ greatly in their physiological properties, nutritional requirements, growth kinetics, and sensitivity to their environment.
이와 같은 이유로 2상 혐기소화장치가 개발되었는데, 기존의 2상혐기소화장치의 운영 방식에서 각 반응조의 pH조절 실패 등과 같이 각 반응조에서 활동하는 미생물의 성장 조건을 만족시켜주지 못할 경우 미생물 성장에 저해를 일으켜 산형성이 저해받거나, 바이오가스(메탄) 생성의 효율 저하를 가져올 수 있고, 또한 갑작스런 부하층격에 대한 대응을 제대로 하지 못하는 문제점이 여전히 남아있다.For this reason, a two-phase anaerobic digester has been developed. In the existing two-phase anaerobic digester, the growth of microorganisms in each reactor, such as failure to adjust the pH of each reactor, is inhibited. This may cause acid formation to be inhibited, lower the efficiency of biogas (methane) generation, and also remain a problem of not responding to sudden load stratification.
따라서 본 발명에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 이상 혐기소화장치를 그대로 도입을 하되, 산발효조(2)와 메탄발효조(4) 사이에 산발효조(2)에서 유출된 산발효액의 pH 농도를 조절할 수 있는 기능을 하는 완충조(3)를 더 구비하게 된다.Therefore, in the present invention, as shown in Figure 1, while introducing the anaerobic digestion apparatus as it is, to adjust the pH concentration of the acid fermentation solution flowing out of the acid fermentation tank (2) between the acid fermentation tank (2) and methane fermentation tank (4) It is further provided with a buffer tank 3 that can function.
상기 완충조(3)의 pH는 pH6.8 내지 7.2로 유지되도록 형성되어 있어 결국 메탄발효조로 투입될 산발효액의 pH를 높이는 기능을 하게 된다.The pH of the buffer tank (3) is formed to maintain a pH of 6.8 to 7.2 so that the function of increasing the pH of the acid fermentation solution to be introduced into the methane fermentation tank.
또한 보다 바람직한 완충조(3)의 적정 pH는 7로 유지되는 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable that the more preferable pH of the buffer tank 3 is maintained at 7.
즉, 본 발명에 의한 이상 혐기소화장치는 처리대상물이 저장된 원료저장조(1)와, 상기 원료저장조로부터 유입되는 처리대상물의 산발효가 이루어지는 산발효조(2)와, 상기 산발효조와 별도 공간으로 형성되어 상기 산발효조의 발효액이 유입되어 메탄발효가 이루어지는 메탄발효조(4)와, 상기 산발효조와 메탄발효조 사이에 구비되는 것으로 산발효조의 발효액을 경유시켜 pH 조절시킨 후 메탄발효조로 투입되도록 하는 완충조(3)와, 상기 메탄발효조에서 메탄발효가 이루어진 발효액의 가스를 포집하는 가스포집장치(5)로 이루어진다.That is, the abnormal anaerobic digestion apparatus according to the present invention comprises a raw material storage tank (1) in which a treatment target is stored, an acid fermentation tank (2) in which acid fermentation of the treatment target flowing from the raw material storage tank is performed, and a separate space from the acid fermentation tank. The fermentation broth of the acid fermentation tank is introduced into the
나아가 상기 완충조(3)에는 라임탱크(6)가 연결되어 있는데, 이는 완충조의 pH 측정값에 따라 완충조 내의 pH를 높일 필요가 있는 경우 라임탱크(6)로부터 라임(Lime)을 공급받아 완충조(3)의 pH를 조절하여 이와 연결된 메탄발효조(4)의 활 발한 작동을 위한 최적의 pH 상태를 유지하도록 하기 위함이다.Further, the
상기 라임탱크(6)에서 완충조(3)로 유입되는 시약은 라임이 바림직하나 수산화나트륨(NaOH)을 사용해도 무방하다.The reagent flowing into the buffer tank 3 from the
다음으로 상기 원료저장조(1), 산발효조(2), 완충조(3), 그리고 메탄 발효조(4)의 용기는 그 용량을 각각 5L, 20L, 500mL, 25L로 하고, 재질은 아크릴로 하여 제작한다.Next, the containers of the raw material storage tank (1), acid fermentation tank (2), buffer tank (3), and methane fermentation tank (4) are made of 5L, 20L, 500mL, 25L, respectively, and the material is made of acrylic. do.
각각의 반응조는 온도 유지를 위해 워터 재킷(Water jacket)을 설치하였는데, 원료저장조(1)의 경우 저장조에서 미생물의 반응을 억제하는 것이 바람직하므로 냉각기(R)를 이용하여 내부 온도를 2℃ 내지 6℃로 유지하였고, Each reactor was equipped with a water jacket to maintain the temperature. In the case of the raw material storage tank (1), it is preferable to suppress the reaction of the microorganisms in the storage tank, so that the internal temperature is set to 2 ° C to 6 ° C using the cooler (R). Maintained at ° C.,
산발효조(2) 및 메탄발효조(4)는 항온장치를 설치하여 32℃ 내지 38℃로 유지하였는데, Acid fermentation tank (2) and methane fermentation tank (4) was maintained at 32 ℃ to 38 ℃ by installing a thermostat,
보다 바람직하게는 상기 원료저장조(1)의 경우 4℃, 산발효조(2)와 메탄발효조(4)의 경우 온도를 35℃로 유지시키는 것이 바람직하다.More preferably, in the case of the raw material storage tank 1, the temperature is maintained at 35 ° C in the case of the
또한 각 반응조에서 반응이 잘 일어나도록 원료저장(1), 산발효조(2), 메탄 발효조(4)에는 교반기(A)를 설치하였고, 완충조(3)에는 마그네틱 교반장치(A')를 설치하는데, In addition, a stirrer (A) is installed in the raw material storage (1), acid fermentation tank (2), and methane fermentation tank (4) so that reaction occurs well in each reaction tank, and a magnetic stirring device (A ') is installed in the buffer tank (3). to do,
산발효조(2)와 메탄발효조(4)의 경우 교반액의 용량이 커서 모터식 교반기를 사용하는 것이 바람직하고, 완충조(3)의 경우 상기 산발효조 및 메탄발효조보다 용 량이 작아서 완충조 내 마그네틱 바가 회전하면서 교반을 하는 마그네틱 교반장치를 설치하는 것이 바람직하기 때문이다.In the case of the acid fermentation tank (2) and the methane fermentation tank (4), it is preferable to use a motor type stirrer because the capacity of the agitating liquid is large, and in the case of the buffer tank (3), the capacity is smaller than that of the acid fermentation tank and the methane fermentation tank. This is because it is preferable to provide a magnetic stirrer for stirring while the bar rotates.
상기 가스포집장치에서는 수위변위식 가스 포집장치를 이용하여 발생된 가스를 포집하는데, 상기 수위변위식 가스 포집장치는 염화나트륨으로 포화시킨 후 황산을 첨가하여 제조한다.The gas collecting device collects the gas generated by using a level displacement gas collecting device. The water leveling gas collecting device is prepared by saturating with sodium chloride and adding sulfuric acid.
또한 각 반응조에서의 유출 및 유입은 정량 펌프를 사용하여 연속식으로 주입되도록 한다. 특히 원료저장조(1)의 경우 원료 주입 시 산 발효조로 공기가 들어가는 것을 방지하기 위해 원료 주입구를 고무 마개로 패킹처리하고, 원료저장조 외주면에는 질소 가스로 퍼징한 가스 백(B)을 달아 음압에 대비하도록 하는 것이 바람직하다.In addition, the outflow and inflow in each reactor are allowed to be continuously injected using a metering pump. Particularly, in the case of the raw material storage tank 1, the raw material inlet is packed with a rubber stopper to prevent air from entering the acid fermentation tank during the raw material injection, and a gas bag (B) purged with nitrogen gas is attached to the outer circumferential surface of the raw material storage tank to prepare for negative pressure. It is desirable to.
본 발명의 혐기성 미생물의 일 예로 산발효 미생물은 아세토박터 스피시스(acetobacter species), 락토바실러스 스피시스(lactobacillus species), 스트렙토코커스 스피시스(streptococcus speices), 페디오코커스 스피시스(pediococcus species), 프로피오니박테리움 스피시스(propionibacterium species) 등의 미생물 중에서 선택된 어느 하나이거나 또는 둘 이상을 사용할 수 있고,As an example of the anaerobic microorganism of the present invention, the acid-fermenting microorganism may be acetobacter species, lactobacillus sp., Streptococcus speices, pediococcus sp. Any one or two or more selected from microorganisms such as onibacterium spisis (propionibacterium species) can be used,
메탄생성 미생물은 비교적 자세하게 연구가 진행되어있는데, 메타노박테리움 스피시스(methanobacterium species), 메타노브레비박터 스피시 스(methanobrevibacter species), 메타노스프리릴럼 스피시스(methanospririllum species), 메타노프래너스 스피시스(methanoplanus species), 메탄노코커스 스피시스(methanococcus species), 메타노사르시나 스피시스(methanosarcina species), 메타노℃트릭스 스피시스(methanothrix species), 메타노로버스 스피시스(methanolobus species), 메타노코코이드스 스피시스(methanococcoides species) 중에서 선택된 어느 하나이거나 또는 둘 이상을 사용할 수 있는데,Methane-producing microorganisms have been studied in a relatively detailed manner, including: metanobacterium spp., Metanobrevibacter spp., Metanospririllum spp. Methanoplanus species, methanococcus species, methanosarcina species, methanosarcina species, methanothrix species, methanothrix species, methanolobus species, meta Any one or more than one selected from the method (methanococcoides species) can be used,
각각 유효용적 8L와 22L인 산발효조, 메탄발효조는 음식물쓰레기와 가축 분뇨(돈분)을 25:75의 비율로 혐기 소화하고 있는 산발효조와 메탄발효조에서 채뒤한 슬러지로 접종한다. 다만, 산 발효조의 접종 슬러지는 92℃ 내지 98℃에서 13 내지 17분간 열처리하여 포자를 형성하는 수소 생성 균의 우점화를 도모하고, 메탄 생성 균이 사멸되도록 하는 것이 바람직한데 보다 구체적으로는 산 발효조의 접종 슬러지와 관련하여 95℃에서 15분간 열처리하는 것이 바람직하다.Acid fermentation tanks and methane fermentation tanks with effective volumes of 8 L and 22 L, respectively, are inoculated with sludge from acid fermentation tanks and methane fermentation tanks anaerobicly digesting food waste and livestock manure (money). However, the inoculated sludge of the acid fermentation tank is heat treated at 92 ° C to 98 ° C for 13 to 17 minutes to achieve the preponderance of hydrogen producing bacteria that form spores, and to allow the methane producing bacteria to be killed. It is preferable to heat-process for 15 minutes at 95 degreeC with respect to the inoculation sludge of the.
슬러지 접종 후 초기에는 회분식으로 운전하여 접종된 미생물이 순응하도록 하였고, 산발효조(2)와 메탄발효조(4)의 HRT(수리학적 체류시간, hydraulic Retention Time)는 각각 수소 생성 균과 메탄 생선 균의 성장 속도에 맞추어 3일과 9일로 설정하여 연속식으로 운전하도록 한다.Initially after sludge inoculation, the inoculated microorganisms were acclimated to operate, and the HRT (hydraulic retention time, hydraulic retention time) of acid fermentation tank (2) and methane fermentation tank (4) was respectively measured. Set to 3 days and 9 days according to the growth rate to operate continuously.
이는 원료 주입이 간헐적일 경우 수소발생을 담당하는 포자 형성균들의 발아에 부정적 영향을 줄 수 있기 때문이다.This is because when the raw material injection is intermittent, it may negatively affect the germination of spore forming bacteria responsible for hydrogen generation.
또한 pH는 산발효조와 메탄발효조의 미생물들의 성장에 큰 영향을 주는 인자이고 산발효조와 메탄발효조의 미생물들의 성장을 위한 최적 pH가 다르기 때문에 최적 pH를 맞춰주는 것이 바람직하다.In addition, pH is a factor that greatly affects the growth of microorganisms in acid fermentation tanks and methane fermentation tanks, and the optimum pH for growth of microorganisms in acid fermentation tanks and methane fermentation tanks is different.
따라서 산발효조(2)의 경우 pH는 5 내지 6 정도로 하고, 메탄발효조(4)의 경우 pH는 6.5 내지 8 정도로 맞추는 것이 바람직한데, 메탄발효조는 pH 7에서 운전하도록 한다. 특히, 메탄 생성 균의 경우 변화에 매우 민감하고 유기산의 축적으로 인해 pH가 6 이하로 떨어질 경우 성장하기 어렵기 때문이다. Therefore, in the case of acid fermentation tank (2) pH is set to about 5 to 6, in the case of methane fermentation tank (4) it is preferable to adjust the pH to about 6.5 to 8, methane fermentation tank is to operate at pH 7. In particular, methane-producing bacteria are very sensitive to change and are difficult to grow when the pH drops below 6 due to the accumulation of organic acids.
더욱이 본 발명에서는 산 발효조와 메탄 발효조 사이에 pH를 완충시킬 수 있는 것으로 pH가 6.8 에서 7.2로 유지되는 완충조(3)를 더 구비하도록 하여 pH를 콘트롤함으로써 산발효조(2) 유출시 pH변화에 따른 메탄발효조(4)에 대한 영향을 줄이게 되는 것이다.Moreover, in the present invention, the pH can be buffered between the acid fermentation tank and the methane fermentation tank. Will reduce the effect on the methane fermentation tank (4).
나아가 본 발명의 이상 혐기소화장치에서는 실시간으로 pH를 모니터링하여 pH를 제어할 수 있도록 하였다.Furthermore, in the anaerobic digestion apparatus of the present invention, it is possible to control the pH by monitoring the pH in real time.
즉, 각각의 산발효조(2)와 메탄발효조(4)와 완충조(3)에는 pH 센서 및 ORP센서, 그리고 온도센서(S)를 설치하고 이를 DAC(Date Acquisition and Control) 장치와 직접 연결하여 연속으로 각 반응기의 pH와 온도가 일정한 범위 내에서 유지되고 있는지 외부에 구비된 모니터(M)를 통하여 모니터링 하도록 한다.That is, each acid fermentation tank (2), methane fermentation tank (4) and buffer tank (3) is installed a pH sensor, ORP sensor, and temperature sensor (S) and directly connected to the DAC (Date Acquisition and Control) device Continuously monitor whether the pH and temperature of each reactor is maintained within a certain range through an external monitor (M).
보다 구체적으로는 각 반응조에 설치한 pH 센서로부터 감지되는 내용을 DAQ(Date Acquisition)로부터 수집하고 수집된 자료는 Labview 프로그램에 의해서 계속적으로 모니터 되도록 한다. More specifically, data collected from the pH sensor installed in each reactor are collected from DAQ (Date Acquisition), and the collected data is continuously monitored by the Labview program.
결국 Labview 프로그램에 의해 완충조(3)에서 pH의 변화가 모니터링 되는데, pH값이 이후 연결된 메탄발효조(4)의 작동에 영향을 줄 수 있는 정도의 일정한 값 이하 즉, pH 6.8 아래로 내려가게 되면, pH를 조정해주기 위해 라임탱크(6)에 연결된 펌프가 켜지면서 라임(Lime, Cao)이 상기 완충조(3)에 자동 주입된다. Eventually, the pH change in the buffer tank 3 is monitored by the Labview program. When the pH value is lowered below a certain value that can affect the operation of the connected
이후 라임을 주입함에 따라 완충조(3)의 pH가 7정도로 회복이 되면 라임 주입을 멈추게 된다. 결국 완충조(3)의 pH를 조정하여 메탄발효조(4)로부터의 pH감소에 의한 메탄생성 저해 현상을 극복하고자 하는 것이다.After the lime is injected, when the pH of the buffer tank 3 recovers to about 7, the lime injection is stopped. As a result, the pH of the buffer tank 3 is adjusted to overcome the phenomenon of inhibiting methane production by the pH decrease from the
다음으로 상기 원료저장조(1)로 투입되는 처리대상물 즉, 유기성 폐기물은 음식물쓰레기와 축산분뇨 또는 음식물쓰레기와 하수슬러지 또는 음식물쓰레기와 축산분뇨와 하수슬러지로 구성하는 것이 바람직하다.Next, the object to be treated that is introduced into the raw material storage tank 1, that is, organic waste is preferably composed of food waste and livestock manure or food waste and sewage sludge or food waste and livestock manure and sewage sludge.
즉, 음식물쓰레기의 단점인 고농도 염분을 희석시키고 대신 음식물쓰레기가 가진 높은 유기물 함량을 다른 하수슬러지 또는 축산분뇨에 제공함으로 바이오가스 회수량을 늘리고 양질의 부산물 퇴비를 생산할 수 있기 때문이다.In other words, by diluting the high concentration of salt, which is a disadvantage of food waste, and providing the high content of organic matter to other sewage sludge or livestock manure, biogas recovery can be increased and high quality by-product compost can be produced.
특히 음식물쓰레기에 대한 병합비율은 음식물쓰레기와 축산분뇨 병합시 및 음식물쓰레기와 하수슬러지 병합시에는 1: 1이 바람직하고, 음식물쓰레기와 축산 분뇨 및 하수슬러지의 병합시에는 2:1:1이 바람직하다. 상기의 혼합비는 회분식 메탄 생성능 평가(BMP Test)를 통해 산정되었다.In particular, the mixing ratio of food waste is preferably 1: 1 when combining food waste with livestock manure, and combining food waste with sewage sludge, and 2: 1: 1 when combining food waste with livestock manure and sewage sludge. Do. The mixing ratio was calculated through a batch methane production capacity evaluation (BMP Test).
이하에서는 본 발명의 이상 혐기소화장치를 이용하여 음식물쓰레기와 가축분뇨, 음식물쓰레기와 하수슬러지, 그리고 음식물쓰레기와 가축분효와 하수슬러지가 혼합된 유기성 폐기물 처리시 발생되는 pH와 바이오가스 발생량을 조사한 실험내용이다. Hereinafter, using the anaerobic digestion apparatus of the present invention, an experiment for examining the pH and biogas generation amount generated during the treatment of food waste and livestock manure, food waste and sewage sludge, and organic waste mixed with food waste and livestock fermentation and sewage sludge It is content.
가. 음식물쓰레기와 가축분뇨end. Food waste and livestock manure
음식물쓰레기와 돈분뇨의 최적 혼합비를 1:1(음식물쓰레기/돈분뇨)로 하여 100일 동안 운전하였다. 음식물쓰레기는 음식물쓰레기자원화 시설의 탈리액을 이용하였고, 돈분뇨는 인근 돈사를 이용하였다.The optimal mixing ratio of food waste and pig manure was 1: 1 (food waste / pig manure) and operated for 100 days. Food wastes were taken from the food waste recycling facility, and pig manure was taken from a nearby pig house.
1) pH1) pH
아래 표1-1은 원료저장조, 산발효조, 메탄발효조의 pH를 200일 동안 모니터링 한 결과이다. 주입된 원료의 pH는 4.7~6.7로 변동하였으며 평균 pH 5.5로 나타났다. 산발효조의 경우 운전 20일 까지는 안정화 단계로 pH가 6.3까지 높아졌으나, 이후 pH 5.6~6.2사이에서 평균 pH 5.8로 산발효조의 적정 pH 5~6범위 안에서 유지되고 있음을 확인하였다. 원료가 발효되는 과정에서 발생되는 유기산과 이산화탄소의 영향에도 불구하고, 산발효조의 pH는 비교적 안정적인 것으로 측정되었는데, 이는 병합 소화된 돈분의 완충 작용 때문이다. Table 1-1 below shows the results of monitoring the pH of raw material storage tank, acid fermentation tank and methane fermentation tank for 200 days. The pH of the injected raw materials varied from 4.7 to 6.7 with an average pH of 5.5. In the case of acid fermentation tank, the pH was increased to 6.3 as the stabilization stage until 20 days of operation, but it was confirmed that the pH was maintained within the
메탄 발효조 역시 20일 이후, 안정화되어 pH는 최소 7.7, 최대 8.0, 평균 pH 7.9로 나타났다. 이는 pH 범위 7~7.5 보다 약간 높으나, 혐기소화 공정의 적정 pH 범위 6.5~8.0 안에 있어, 메탄발효 작용에 있어 pH의 저해작용은 없는 것으로 사료된다.The methane fermenter also stabilized after 20 days, with a pH of at least 7.7, a maximum of 8.0, and an average pH of 7.9. This is slightly higher than the pH range of 7 to 7.5, but within the proper pH range of 6.5 to 8.0 of the anaerobic digestion process, it is considered that there is no pH inhibitory effect on the methane fermentation.
표1-1Table 1-1
-운전기간 동안의 pH 변화PH change during operation
2) 바이오가스 발생량2) Biogas Generation
아래 표1-2는 운전 기간 약 200일 동안 측정된 가스 발생량을 나타낸 것이다. 산 발효조의 경우, 초기 20일 동안의 가스발생량은 미미하였으나, 20일 이후 그 발생량이 증가하기 시작하여, 원료의 유기물 부하가 낮아지기 시작한 58일 이전까지 평균 6.0 L/d이었다. 이후 평균 1.3 L/d의 바이오 가스가 발생하였다. Table 1-2 below shows the gas generation amount measured during the operation period of about 200 days. In the case of acid fermenters, the gas generation during the initial 20 days was insignificant, but after 20 days, the generation started to increase, and the average was 6.0 L / d until 58 days before the organic load of the raw material began to decrease. Thereafter an average of 1.3 L / d of biogas was generated.
메탄 발효조의 경우도 역시 운전 시작 20일 이후 안정화되었고, 58일을 전후 로 하여 각각 평균 44, 25 L/d의 바이오 가스가 발생하였다. 유기물 부하가 낮아짐에 따라 산 생성조의 경우 그 발생 가스량이 급격히 감소하였지만, 메탄 생성조의 가스발생량의 경우 지체기간을 가지고 서서히 감소하였다. Methane fermenters also stabilized 20 days after the start of operation, with biogas of 44 and 25 L / d on average for 58 days. As the organic load was lowered, the amount of generated gas rapidly decreased in the case of the acid generating tank, but gradually decreased in the case of the generating gas of the methane generating tank.
표1-2Table 1-2
- 운전기간 동안의 산발효조(좌)와 메탄발효조(우)에서 가스 발생량 변화-Changes in gas generation in acid fermentation tanks (left) and methane fermentation tanks (right) during operation
나. 음식물쓰레기와 하수슬러지I. Food Waste and Sewage Sludge
음식물쓰레기와 하수슬러지의 최적 혼합비를 1:1(음식물쓰레기/하수슬러지)로 하여 100일 동안 운전하였다. 음식물쓰레기는 음식물쓰레기자원화 시설의 탈리액을 이용하였고, 하수슬러지는 표준활성슬러지공법으로 운영되는 하수처리장의 농축슬러지를 이용하였다.The optimum mixing ratio of food waste and sewage sludge was 1: 1 (food waste / sewage sludge) and operated for 100 days. Food wastes were used for the desorption liquid of the food waste recycling facility, and sewage sludge was used for the concentrated sludge of the sewage treatment plant operated by the standard activated sludge process.
1) pH1) pH
표2-1은 원료저장조, 산발효조, 메탄발효조의 pH를 100일 동안 모니터링한 결과이다. 투입된 원료의 pH는 운전 중에 shock loading을 제외하고는 pH 4.0~6.6 에서 유지되었다. 산발효조의 pH는 원료의 변화에 따라 크게 영향을 받으며 pH 4.5~5.8 사이로 유지되었다. 메탄발효조는 유입되는 원료의 pH 변화와 관계없이 pH 7.5 이상을 유지하였으며 이는 완충조의 pH 제어에 따른 것이다.Table 2-1 shows the results of monitoring the pH of raw material storage tank, acid fermentation tank and methane fermentation tank for 100 days. The pH of the injected raw materials was maintained at pH 4.0 ~ 6.6 except for shock loading. The pH of the acid fermentation tank was greatly affected by the change of raw materials and maintained between pH 4.5 and 5.8. The methane fermentation tank maintained a pH above 7.5 regardless of the pH change of the incoming raw material, which is due to the pH control of the buffer tank.
표2-1Table 2-1
- 운전기간 동안 pH 변화PH change during operation
2) 바이오가스 발생량2) Biogas Generation
표 2-2는 운전기간 동안 산발효조에서의 바이오 가스 발생량 및 조성 변화를 나타낸 것이다. 산발효조는 유입되는 기질의 변화에 따라 가스 발생량도 크게 변화 하였다. 발생되는 바이오 가스 중 CO2가 대부분을 차지하였고, CH4는 20%미만으로 나타났다. Table 2-2 shows the biogas generation and composition change in the acid fermentation tank during the operation period. The acid fermentation tank also produced a great change in gas generation as the substrates were introduced. Most of the biogas produced was CO 2 , and CH 4 was less than 20%.
표2-2Table 2-2
-운전기간 동안 산발효조에서의 가스 발생량 및 조성 변화Changes in gas generation and composition in acid fermentation tanks during operation
표 2-3은 운전기간 동안 메탄발효조에서의 바이오 가스 발생량 및 조성 변화를 나타낸 것이다. 초기 20일 동안의 안정화 기간 이후 평균 13.9L/d의 바이오 가스가 발생하였고 이중 약 69%는 메탄이다. 메탄가스 조성은 60%이상으로 운전기간 동안 일정하게 유지되었다. 유입되는 기질의 빈부하에도 불구하고 메탄발효조에서는 안정적인 바이오 가스 발생을 보였다. Table 2-3 shows changes in biogas generation and composition in the methane fermentation tank during the operation period. After the initial 20-day stabilization period, an average of 13.9 L / d of biogas was generated, of which about 69% was methane. The methane gas composition remained above 60% during operation. In spite of the poor loading of the incoming substrate, the methane fermentation tank showed stable biogas generation.
표2-3Table 2-3
- 운전기간 동안 메탄발효조에서의 가스 발생량 및 조성 변화-Changes in gas generation and composition in the methane fermentation tank during operation
다. 음식물쓰레기와 가축분뇨와 하수슬러지All. Food Waste, Livestock Manure and Sewage Sludge
이상혐기성소화의 기질을 음식물쓰레기, 가축분뇨, 하수슬러지하여 최적 혼합비를 2:1:1(음식물쓰레기/돈분뇨/하수슬러지)로 하여 100일 동안 운전하였다. 음식물쓰레기는 음식물쓰레기자원화 시설의 탈리액을 이용하였고, 돈분뇨는 인근 돈사, 그리고 하수슬러지는 표준활성슬러지공법으로 운영되는 하수처리장의 농축슬러지를 이용하였다.The substrates of abnormal anaerobic digestion were subjected to food waste, livestock manure and sewage sludge for an optimal mixing ratio of 2: 1: 1 (food waste / dung manure / sewage sludge) for 100 days. Food wastes were taken from the food waste recycling facility's desorption solution, and pig manure was used from the nearby pig sand and sewage sludge, using the concentrated sludge from the sewage treatment plant operated by the standard activated sludge process.
1) pH1) pH
표3-1은 100일 동안의 운전기간 중의 각 반응조별 pH 변화를 나타낸 것이다. 유입되는 원료저장조의 pH는 4.2~6.5로 변화하였고, 산발효조의 pH는 유입되는 원료저장조와 같은 경향을 나타냈으며 pH 4.5~6.5 정도로 유지되었다. 하지만, 메탄 발효조의 경우 완충조에 pH 제어를 하였기 때문에 pH 7.5 이상으로 메탄생성에 유리한 조건으로 유지되었다. 이는 혐기소화 공정의 주요한 환경적 요소인 pH의 조건이 메탄 반응조의 미생물들이 성장하기에 적절한 조건을 나타낸 것이다.Table 3-1 shows the pH change of each reactor during the operation period for 100 days. The pH of the incoming raw material storage tank was changed from 4.2 to 6.5, and the pH of the acid fermentation tank showed the same trend as the incoming raw material storage tank and maintained at pH 4.5 to 6.5. However, in the case of the methane fermenter was pH controlled in the buffer tank was maintained in a favorable condition for methane production above pH 7.5. This indicates that the condition of pH, which is a major environmental factor of the anaerobic digestion process, is suitable for the growth of microorganisms in the methane reactor.
표3-1Table 3-1
- 운전기간 동안 pH 변화PH change during operation
2) 바이오가스 발생량2) Biogas Generation
표3-2는 100일 동안의 운전기간 동안 산발효조에서의 바이오 가스 발생량 및 조성의 변화를 나타낸 것이다. 산발효조에서 발생되는 바이오 가스는 평균 5.5L/d가 발생하였고, 약 61%는 CO2이고 16는 CH4였다. 특히 발생되는 바이오 가스 중의 10~20%는 H2이다. 수소의 발생은 간헐적으로 나타났다. 이는 수소생성 미생물들이 pH에 민감하기 때문에 적절한 환경이 조성되지 않았을 시 수소 발생은 제한될 수 있다. 따라서 산발효조에서 적절한 공정 제어가 이루어진다면 지속적인 수소 발생을 기대할 수 있다. Table 3-2 shows the changes in biogas generation and composition in the acid fermentation tank during 100 days of operation. Biogas generated from the acid fermentation tank produced 5.5 L / d on average, about 61% CO 2 and 16 CH 4 . In particular, 10 to 20% of the generated biogas is H 2 . The generation of hydrogen appeared intermittently. This is because hydrogen-producing microorganisms are sensitive to pH, and hydrogen production may be limited when the proper environment is not established. Therefore, if proper process control is performed in an acid fermentation tank, continuous hydrogen generation can be expected.
표3-2Table 3-2
- 운전기간 동안 산발효조에서의 가스 발생량 및 조성 변화-Gas generation and composition change in acid fermentation tank during operation period
다음으로 표3-3은 100일 동안의 운전기간 동안 메탄발효조에서의 바이오 가스 발생량 및 조성을 나타낸 것이다. 메탄발효조에서는 평균 33.9L/d의 바이오 가스가 발생되었고, 이 중 71%의 CH4가 발생하였다. 완충조에서 pH를 제어하여 메탄발효조는 운전 기간동안 안정적인 메탄 발생을 나타냈는데, 따라서 장치의 안정화만 잘 이루어진다면 혐기소화 공정에서 지속적이고 높은 수율을 메탄 생성을 할 수 있다고 사료된다.Next, Table 3-3 shows biogas generation and composition in the methane fermentation tank during the 100-day operation period. In the methane fermentation tank, an average of 33.9 L / d of biogas was generated, and 71% of CH 4 was generated. By controlling the pH in the buffer tank, the methane fermentation tank showed stable methane generation during the operation period. Therefore, if the unit is well stabilized, the methane fermentation can be produced continuously and with high yield in the anaerobic digestion process.
표3-3Table 3-3
- 운전기간 동안 메탄발효조에서의 가스 발생량 및 조성 변화-Changes in gas generation and composition in the methane fermentation tank during operation
도 1은 본 발명에 의한 이상혐기소화장치의 개략도.1 is a schematic diagram of an abnormal anaerobic digestion apparatus according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Explanation of symbols for the main parts of the drawings *
1: 원료저장조 2: 산발효조 3: 완충조 4: 메탄발효조1: Raw material storage tank 2: Acid fermentation tank 3: Buffer tank 4: Methane fermentation tank
5: 가스포집장치 6: 라임탱크5: gas collector 6: lime tank
Claims (5)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR20080069406A KR100883676B1 (en) | 2008-07-17 | 2008-07-17 | Apparatus for the two phase anaerobicdigestion |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
KR20080069406A KR100883676B1 (en) | 2008-07-17 | 2008-07-17 | Apparatus for the two phase anaerobicdigestion |
Publications (1)
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