KR100921538B1

KR100921538B1 - 수직형 건식 혐기성 소화조를 이용한 바이오가스 생성장치

Info

Publication number: KR100921538B1
Application number: KR20090032103A
Authority: KR
Inventors: 오세은
Original assignee: 한밭대학교 산학협력단
Priority date: 2009-04-14
Filing date: 2009-04-14
Publication date: 2009-10-12

Abstract

본 발명은 건식 혐기성 소화조를 이용한 바이오가스 생성장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수직형 건식 혐기성 소화조 및 유기성 폐기물이 고르게 교반되어 혐기성 미생물에 의한 바이오가스 생성이 원활하게 이루어질 수 있는 교반기를 구비하는 수직형 건식 혐기성 소화조를 이용한 바이오가스 생성장치에 관한 것이다.

수직형 건식 혐기성 소화조, 바이오가스, 교반기, 스크류식 교반날개

Description

수직형 건식 혐기성 소화조를 이용한 바이오가스 생성장치{Apparatus of biogas production using vertical type drying anaerobic digestion vessel}

최근 음식물 쓰레기나 하수 슬러지등 유기성 폐기물의 증가에 따라 유기성 폐기물의 적절한 관리의 필요성이 대두되고 있다.

하지만 2011년부터 연차적으로 하수 슬러지 및 음식물 쓰레기 등의 해양배출이 엄격히 규제됨으로써 이들 유기성 폐기물의 적절한 처리방법이 매우 시급한 실정이다. 또한 이들 유기물질들은 이미 육상매립이 금지되어 있어 다른 대체 처리수단을 강구하여야 한다.

이에 따라 유기성 폐기물을 매립하지 않고 퇴비화, 사료화 그리고 건조나 탈수를 통한 감량화 방법 등이 사용되어 지고 있는 추세이다.

그러나 퇴비화의 경우 수요자에게 거부감이 있을 뿐만 아니라 상당기간 이 퇴비를 사용하였을 때 퇴비중의 염분이 토양에 미치는 효과가 아직 검증되지 않았으며, 사료화의 경우 사전 분리작업이 철저하게 이루어져야 하며, 그렇다 하여도 음식물 쓰레기로 만든 사료가 가축에게 좋은 먹이가 될 수 없다는 문제점이 있다. 또한 건조나 탈수에 의한 감량화 방법은 중량을 감소시킬 수는 있으나 분해 가능한 유기물의 최종적인 처리방법이 아니라는 문제점이 있다.

따라서, 유기성 폐기물을 처리함에 있어 발생되는 슬러지의 양을 감소시키고, 메탄가스를 포함하는 바이오가스를 추출할 수 있는 혐기 소화 처리장치가 꾸준히 제기되어 왔다.

본 발명은 좁은 부지에 설치되면서도 유기성 폐기물의 처리용량이 큰 건식 혐기성 소화조를 구비한 바이오가스 생성장치를 제공하고자 한다.

본 발명은 유기성 폐기물이 고르게 교반되어 혐기성 미생물에 의한 바이오가스 생성이 원활하게 이루어질 수 있는 건식 혐기성 소화조를 구비한 바이오가스 생성장치를 제공하고자 한다.

본 발명은 유기성 폐기물이 열교환기에서 열교환을 통하여 혐기성 미생물이 활성화되는 온도를 유지하여 건식 혐기성 소화조 내에서 혐기성 미생물에 의한 소화가 활발하게 진행되는 바이오가스 생성장치를 제공하고자 한다.

본 발명은 유기성 고상 폐기물과 유기성 액상 폐기물이 혼합되는 혼합조(40); 일측단이 상기 혼합조(40)에 연결되는 유기성 폐기물 투입관(42); 상하방향의 회동축(52-1)과 상기 회동축(52-1) 둘레면에 형성된 스크류식 교반날개(52-2)를 구비하는 교반기(52)가 설치되고, 상부가 상기 유기성 폐기물 투입관(42)의 타단에 연결되며, 내주면이 상기 교반날개(52-2)의 외주면과 틈새를 이루어, 상기 유기성 폐기물 투입관(42)을 통하여 상기 혼합조(40)로부터 유입된 유기성 폐기물이 상기 교반날개(52-2)에 의하여 압축되며 하방으로 이동한 뒤 상기 틈새를 통하여 상방향으로 이동하는 순환 과정을 반복하며 혐기 소화되는 원통형의 수직형 건식 혐기성 소화조(50); 상기 수직형 건식 혐기성 소화조(50)로부터 배출되는 슬러지가 유입되며, 상기 수직형 건식 혐기성 소화조(50)로부터 배출되는 슬러지에 포함된 혐기성 미생물을 배양하기 위한 슬러지 배양기(60); 상기 슬러지 배양기(60) 내의 혐기성 미생물 및 슬러지가 상기 수직형 건식 혐기성 소화조(50)에 유입되도록 상기 슬러지 배양기(60)와 상기 수직형 건식 혐기성 소화조(50)를 연결하는 슬러지 투입관(62); 상기 수직형 건식 혐기성 소화조(50)로부터 생성된 바이오가스가 저장되는 바이오가스 저장조(70); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 건식 혐기성 소화조를 이용한 바이오가스 생성장치에 관한 것이다.

본 발명에 있어서, 상기 혼합조(40)로부터 상기 수직형 건식 혐기성 소화조(50)로 유입되는 유기성 폐기물의 온도를 높이기 위하여 상기 혼합조(40)와 상기 수직형 건식 혐기성 소화조(50)를 연결하는 상기 유기성 폐기물 투입관(42)에 구비되는 열교환기(42-1)를 포함할 수 있는데, 본 발명은 상기 바이오가스 저장조(70)에서 생성된 고온의 바이오가스가 유입되는 열병합발전기(80); 상기 열병합발전기(80)의 발전시 생성되는 폐열을 이용하여 고온의 물을 생성하도록 상기 열병합발전기(80)에 구비되는 온수공급기; 상기 온수공급기에서 생성되는 고온의 물을 상기 열교환기(42-1)에 공급하기 위한 열교환매체 공급관(82-1);을 포함할 수 있다.

본 발명은 상기 수직형 건식 혐기성 소화조(50)로부터 배출되는 슬러지를 상기 혼합조(40)로 반송시키기 위하여 상기 수직형 건식 혐기성 소화조(50)와 상기 혼합조(40)를 연결하는 슬러지 반송관(56)을 포함할 수 있고, 유기성 폐기물을 고상 폐기물과 액상 폐기물로 분리하는 고액분리조(20); 상기 고액분리조(20)에서 분리된 유기성 액상 폐기물을 상기 혼합조(40)에 유입시키는 액상 폐기물 유입관(22); 상기 고액분리조(20)에서 분리된 유기성 고상 폐기물을 파쇄하는 파쇄조(30); 상기 파쇄조(30)에서 파쇄된 유기성 고상폐기물을 상기 혼합조(40)에 유입시키는 고상 폐기물 유입관(32); 을 포함할 수 있다.

본 발명은 상하 길이가 긴 원통형의 수직형 건식 혐기성 소화조를 사용하므로 설치 부지가 작아지는 장점이 있다.

본 발명은 유기성 폐기물 및 슬러지가 교반날개에 의하여 순환 사이클을 이루며 이동하므로 고르게 혼합되어 혐기성 미생물에 의한 바이오가스 생성이 원활하게 이루어지는 장점이 있다.

본 발명은 유기성 폐기물이 열교환기와의 열교환을 통하여 혐기성 미생물이 활성화되는 온도를 유지하므로 수직형 건식 혐기성 소화조 내에서 혐기성 미생물에 의한 소화가 활발하게 진행되는 장점이 있다.

이하, 도면을 참조하며 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 일실시예의 구성도를, 도2는 도1의 수직형 건식 혐기성 소화조 내의 교반기의 작동도를 나타낸다.

도1을 참조하면 본 발명에 따른 일실시예는 저장조(10), 고액분리조(20), 파쇄조(30), 혼합조(40), 수직형 건식 혐기성 소화조(50), 슬러지 배양기(60) 및 바이오가스 저장조(70)를 포함한다.

도1을 참조하면 저장조(10)에는 유기성 폐기물이 유입되어 저장된다. 유기성 폐기물은 유기성 고상 폐기물 및 유기성 액상 폐기물을 포함한다.

도1을 참조하면 저장조(10)에 저장된 유기성 폐기물은 고액분리조(20)에 유입된다. 고액분리조(20)는 유기성 폐기물로부터 주로 수분으로 이루어진 유기성 액 상 폐기물과, 주로 고형물로 이루어진 유기성 고상 폐기물을 분리하는 것으로서, 기계압착을 통해 분리하는 벨트프레스, 필터프레스, 스크류프레스 또는 중력에 의해 분리하는 경사스크린, 드럼스크린, 진동스크린 또는 원심력에 의한 비중차를 이용하여 분리하는 고속스크류데칸다, 원심분리기 또는 원심력과 스크린을 이용하여 분리하는 저속스크류데칸다 등을 포함하여 구성될 수 있다.

도1을 참조하면 고액분리조(20)에서 분리된 유기성 고상 폐기물은 파쇄조(30)에 유입된다. 파쇄조(30)는 유기성 고상 폐기물을 잘게 파쇄하여 미생물과의 접촉이 용이하도록 하는 것으로, 파쇄조(30)에 유입된 유기성 고상 폐기물은 50mm이하의 입경을 갖도록 파쇄될 수 있다.

도1을 참조하면 혼합조(40)는 액상 폐기물 유입관(22)에 의하여 고액분리조(20)에 연결되고, 고상 폐기물 유입관(32)에 의하여 파쇄조(30)에 연결된다. 액상 폐기물 유입관(22)을 통하여 고액분리조(20)에서 분리된 유기성 액상 폐기물의 일부가 유입되고, 고상 폐기물 유입관(32)을 통하여 파쇄조(30)에서 파쇄된 유기성 고상 폐기물이 유입된다. 즉, 혼합조(40)에서는 고액분리조(20)에서 분리된 유기성 액상 폐기물의 일부 및 파쇄조(30)에서 파쇄된 유기성 고상 폐기물이 각각 유입되어 혼합된다. 한편, 고액분리조(20)에서 분리된 유기성 액상 폐기물의 나머지는 폐수처리장으로 배출될 수 있다. 혼합조(40)에는 공기 중의 산소가 혼입되지 않도록 공기의 유입을 차단하는 장치가 구비될 수 있다.

도1을 참조하면 수직형 건식 혐기성 소화조(50)는 유기성 폐기물 투입관(42)을 통하여 혼합조(40)에 연결된다. 유기성 폐기물 투입관(42)을 통하여 혼합조(40) 에서 혼합된 유기성 폐기물이 수직형 건식 혐기성 소화조(50) 상부에 유입된다.

도1을 참조하면 유기성 폐기물 투입관(42)에는 열교환기(42-1)가 구비된다. 열교환기(42-1)는 혼합조(40)로부터 수직형 건식 혐기성 소화조(50)로 유입되는 유기성 폐기물의 온도를 높이기 위한 것이다. 수직형 건식 혐기성 소화조(50)로 유입되는 유기성 폐기물은 열교환기(42-1)로부터 열을 전달받아 혐기성 미생물이 활성화되는 온도에 도달하게 된다. 혐기성 미생물이 활성화되는 온도는 35℃~55℃일 수 있다.

도1을 참조하면 수직형 건식 혐기성 소화조(50)는 좁은 부지에 설치 가능하도록 상하 길이가 긴 원통형으로 형성된다.

도1을 참조하면 수직형 건식 혐기성 소화조(50)에는 교반기(52)가 설치된다. 교반기(52)는 회동축(52-1)과 교반날개(52-2)를 포함한다. 회동축(52-1)은 수직형 건식 혐기성 소화조(50)의 중심축을 따라 상하방향으로 설치되는데, 수직형 건식 혐기성 소화조(50)의 상단에 회동 가능하도록 설치된다. 교반날개(52-2)는 스크류 형태로 회동축(52-1) 둘레면에 일체로 형성된다. 교반날개(52-2)는 외경이 수직형 건식 혐기성 소화조(50)의 내경 보다 작게 형성되고, 외주면이 수직형 건식 혐기성 소화조(50) 내주면과 일정한 틈새를 이루도록 설치된다.

도2를 참조하면 교반날개(52-2)에 의하여 압축되며 수직형 건식 혐기성 소화조(50) 상부로부터 하부로 이동한 유기성 폐기물은 교반날개(52-2)의 외주면과 수직형 건식 혐기성 소화조(50)의 내주면이 형성하는 틈새를 통하여 수직형 건식 혐기성 소화조(50) 하부로부터 상부로 이동한다. 한편, 혼합조(40, 도1 참조)로부터 유입된 유기성 폐기물은 교반기(52)에 의하여 상하방향으로 순환되며 수직형 건식 혐기성 소화조(50) 내에 충전된 혐기성 미생물에 의하여 소화 처리된다. 유기성 폐기물이 소화 처리됨으로써 바이오가스 및 슬러지가 형성된다. 이때, 혼합조(40, 도1 참조)로부터 유입되는 유기성 폐기물은 열교환기(42-1)와의 열교환을 통하여 혐기성 미생물이 활성화되는 온도를 띠므로 혐기성 미생물에 의한 소화가 활발하게 진행된다.

도1을 참조하면 슬러지 배양기(60)는 슬러지 배양기 연결관(54)에 의하여 수직형 건식 혐기성 소화조(50)에 연결된다. 슬러지 배양기 연결관(54)을 통하여 수직형 건식 혐기성 소화조(50)로부터 배출되는 슬러지의 일부가 슬러지 배양기(60)에 유입된다. 슬러지 배양기(60)는 수직형 건식 혐기성 소화조(50)로부터 유입된 슬러지에 포함된 혐기성 미생물을 배양하기 위한 것이다.

도1을 참조하면 슬러지 배양기(60)는 슬러지 투입관(62)에 의하여 수직형 건식 혐기성 소화조(50)에 연결된다. 슬러지 투입관(62)에 의하여 슬러지 배양기(60) 내의 슬러지 및 슬러지 배양기(60)에서 배양된 혐기성 미생물이 수직형 건식 혐기성 소화조(50)에 유입된다.

도1을 참조하면 수직형 건식 혐기성 소화조(50)는 슬러지 반송관(56)에 의하여 혼합조(40)에 연결될 수 있다. 슬러지 반송관(56)을 통하여 수직형 건식 혐기성 소화조(50)로부터 배출되는 슬러지의 일부가 혼합조(40)에 유입된다. 이에 따라 혼합조(40) 내의 혼합물 중 고형물이 차지하는 비율이 낮아져 유동성이 커져 수직형 건식 혐기성 소화조(50)로의 유입이 쉽게 이루어진다.

도1을 참조하면 수직형 건식 혐기성 소화조(50)로부터 배출되는 나머지 슬러지는 슬러지처리장으로 유입된다.

도1을 참조하면 수직형 건식 혐기성 소화조(50)로부터 생성된 바이오가스가 저장되도록, 바이오가스 저장조(70)는 수직형 건식 혐기성 소화조(50)에 연결된다.

도1을 참조하면 바이오가스 저장조(70)에 저장된 고온의 바이오가스는 열병합발전기(80)에 유입된다. 열병합발전기(80)는 고온의 바이오가스를 이용하여 전기를 생성한다. 열병합발전기(80)는 열병합발전시 생성되는 폐열을 이용한 온수공급기를 포함할 수 있다.

도1을 참조하면 열병합발전기(80)는 열교환매체 공급관(82-1)을 통하여 열교환기(42-1)에 연결된다. 상기 온수공급기에서 생성된 고온의 물은 열교환매체 공급관(82-1)을 통하여 열교환기(42-1)에 공급된다. 열교환기(42-1)를 통과한 상기 고온의 물은 열교환매체 배출관(82-2)을 통하여 상기 온수공급기에 연결되어 재순환 될 수 있다.

본 발명에 따른 일실시예는 상하 길이가 긴 원통형의 수직형 건식 혐기성 소화조(50)를 사용하므로 설치 부지가 작아지는 장점이 있다.

본 발명에 따른 일실시예는 유기성 폐기물 및 슬러지가 수직형 건식 혐기성 소화조(50) 내에서 교반날개(52-2)에 의하여 압축되며 상부로부터 하부로 이동한 뒤 교반날개(52-2)의 외주면과 수직형 건식 혐기성 소화조(50)의 내주면이 형성하는 틈새를 통하여 다시 하부로부터 상부로 이동하므로, 유기성 폐기물 및 슬러지가 고르게 혼합되어 혐기성 미생물에 의한 바이오가스 생성이 원활하게 이루어지는 장 점이 있다. 즉, 유기성 폐기물 및 슬러지가 교반날개(52-2)에 의하여 순환 사이클을 이루며 이동하므로 고르게 혼합되어 혐기성 미생물에 의한 바이오가스 생성이 원활하게 이루어진다.

본 발명에 따른 일실시예는 혼합조(40)로부터 유입되는 유기성 폐기물이 열교환기(42-1)와의 열교환을 통하여 혐기성 미생물이 활성화되는 온도를 유지하므로 수직형 건식 혐기성 소화조(50) 내에서 혐기성 미생물에 의한 소화가 활발하게 진행되는 장점이 있다.

도1은 본 발명에 따른 일실시예의 구성도.

도2는 도1의 수직형 건식 혐기성 소화조 내의 교반기의 작동도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10:저장조 20:고액분리조

30:파쇄조 40:혼합조

50:소화조 60:슬러지 배양기

70:바이오가스 저장조 80:열병합발전기

Claims

유기성 고상 폐기물과 유기성 액상 폐기물이 혼합되는 혼합조(40);

일측단이 상기 혼합조(40)에 연결되는 유기성 폐기물 투입관(42);

상하방향의 회동축(52-1)과 상기 회동축(52-1) 둘레면에 형성된 스크류식 교반날개(52-2)를 구비하는 교반기(52)가 설치되고, 상부가 상기 유기성 폐기물 투입관(42)의 타단에 연결되며, 내주면이 상기 교반날개(52-2)의 외주면과 틈새를 이루어, 상기 유기성 폐기물 투입관(42)을 통하여 상기 혼합조(40)로부터 유입된 유기성 폐기물이 상기 교반날개(52-2)에 의하여 압축되며 하방으로 이동한 뒤 상기 틈새를 통하여 상방향으로 이동하는 순환 과정을 반복하며 혐기 소화되는 원통형의 수직형 건식 혐기성 소화조(50);

상기 수직형 건식 혐기성 소화조(50)로부터 배출되는 슬러지가 유입되며, 상기 수직형 건식 혐기성 소화조(50)로부터 배출되는 슬러지에 포함된 혐기성 미생물을 배양하기 위한 슬러지 배양기(60);

상기 슬러지 배양기(60) 내의 혐기성 미생물 및 슬러지가 상기 수직형 건식 혐기성 소화조(50)에 유입되도록 상기 슬러지 배양기(60)와 상기 수직형 건식 혐기성 소화조(50)를 연결하는 슬러지 투입관(62);

상기 수직형 건식 혐기성 소화조(50)로부터 생성된 바이오가스가 저장되는 바이오가스 저장조(70);

를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 건식 혐기성 소화조를 이용한 바이오가스 생성장치.
제1항에 있어서,

상기 혼합조(40)로부터 상기 수직형 건식 혐기성 소화조(50)로 유입되는 유기성 폐기물의 온도를 높이기 위하여 상기 혼합조(40)와 상기 수직형 건식 혐기성 소화조(50)를 연결하는 상기 유기성 폐기물 투입관(42)에 구비되는 열교환기(42-1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 건식 혐기성 소화조를 이용한 바이오가스 생성장치.
제2항에 있어서,

상기 바이오가스 저장조(70)에서 생성된 고온의 바이오가스가 유입되는 열병합발전기(80);

상기 열병합발전기(80)의 발전시 생성되는 폐열을 이용하여 고온의 물을 생성하도록 상기 열병합발전기(80)에 구비되는 온수공급기;

상기 온수공급기에서 생성되는 고온의 물을 상기 열교환기(42-1)에 공급하기 위한 열교환매체 공급관(82-1);

을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 건식 혐기성 소화조를 이용한 바이오가스 생성장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 수직형 건식 혐기성 소화조(50)로부터 배출되는 슬러지를 상기 혼합 조(40)로 반송시키기 위하여 상기 수직형 건식 혐기성 소화조(50)와 상기 혼합조(40)를 연결하는 슬러지 반송관(56)을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 건식 혐기성 소화조를 이용한 바이오가스 생성장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

유기성 폐기물을 고상 폐기물과 액상 폐기물로 분리하는 고액분리조(20);

상기 고액분리조(20)에서 분리된 유기성 액상 폐기물을 상기 혼합조(40)에 유입시키는 액상 폐기물 유입관(22);

상기 고액분리조(20)에서 분리된 유기성 고상 폐기물을 파쇄하는 파쇄조(30);

상기 파쇄조(30)에서 파쇄된 유기성 고상폐기물을 상기 혼합조(40)에 유입시키는 고상 폐기물 유입관(32);

을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 건식 혐기성 소화조를 이용한 바이오가스 생성장치.