KR100922536B1 - 혐기소화 바이오가스 시스템의 운전 안정화 방법 - Google Patents

혐기소화 바이오가스 시스템의 운전 안정화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 산발효조와 메탄생성조를 포함하는 혐기소화 바이오 가스 시스템의 초기운전시 또는 이상 운전에 의해 정지되었다가 재가동할 때 혐기성 미생물이 빠르게 성장할 수 있는 환경을 만들어주어 정상운전으로 빠르게 안정화시킬 수 있는 혐기소화 바이오가스 시스템의 운전 안정화 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 혐기소화 바이오가스 시스템의 운전 안정화 방법은 ① 이산화탄소 가스를 산발효조(11)로 공급하여 산발효조(11)와 메탄생성조(12) 및 바이오가스 탱크(13)를 포함하는 혐기소화 바이오가스 시스템을 이산화탄소 가스로 퍼지하는 단계(S110)와, ② 산발효조(11), 메탄생성조(12) 및 바이오가스탱크(13)의 퍼지 밸브(V3, V7, V21)를 닫고, 이산화탄소 가스의 공급을 중단함으로써, 산발효조(11), 메탄생성조(12) 및 바이오가스 탱크(13)의 가스 누설 여부를 점검하는 단계(S120)와, ③ 산발효조(11), 메탄생성조(12) 및 바이오가스탱크(13)에 설치된 밸브들 중 어느 한 밸브(V16)를 열어, 산발효조(11), 메탄생성조(12) 및 바이오가스 탱크(13)에 봉입된 이산화탄소 가스를 배출하는 단계(S130)와, ④ 개방된 상기 밸브(V16)를 닫은 상태에서 메탄가스를 산발효조(11), 메탄생성조(12) 및 바이오가스탱크(13)에 봉입하는 단계(S140)와, ⑤ 산발효조(11)와 메탄생성조(12)에 식종 슬러지를 주입하는 단계(S150)와, ⑥ 메탄생성조(12)의 가스조성을 확인하는 단계(S160)와, ⑦ 유입저류조(16)로 부터 고농도의 유기성 폐기물을 산발효조(16)로 공급하여 정상상태로 운전하는 단계(S170)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

혐기소화 바이오가스 시스템의 운전 안정화 방법{METHOD FOR STABILIZING UNSTABLE STATE OF ANAEROBIC DIGESTION BIOGAS SYSTEM}
본 발명은 산발효조와 메탄생성조를 포함하는 혐기소화 바이오 가스 시스템의 초기운전시 또는 이상 운전에 의해 정지되었다가 재가동할 때 혐기성 미생물이 빠르게 성장할 수 있는 환경을 만들어주어 정상운전으로 빠르게 안정화시킬 수 있는 혐기소화 바이오가스 시스템의 운전 안정화 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이산화탄소 가스를 산발효조 및 메탄생성조를 이산화탄소 가스로 퍼지하고, 산발효조와 메탄생성조의 누설여부를 확인한 후 메탄가스를 주입하고 산발효조와 메탄생성조에 식종 슬러지를 식종하는 혐기소화 바이오가스 시스템의 운전 안정화 방법에 관한 것이다.
대한민국 특허 제0411414호(2003년 12월 3일 출원)에 "유기성 폐기물의 혐기성 소화방법"이 소개되어 있다.
상기 유기성 폐기물의 혐기성 소화방법은 저장조에 저류된 유기성 폐기물을 파쇄장치를 이용하여 파쇄하고, 파쇄된 유기성 폐기물을 마이크로파 처리조에서 마이크로파를 이용하여 가수분해 및 살균처리를 한 다음, 산발효조를 통과시켜 생성된 유기산의 암모늄 이온 농도를 암모늄 이온 측정 및 모니터링 장치를 이용하여 측정하고 혼합조에서 공정수을 이용하여 암모늄 이온 농도를 조절하고, 혐기성소화조에서 혐기성 소화시켜 응집 탈수 처리하는 것을 특징으로 한다.
그러나, 상기 유기성 폐기물의 혐기성 소화 방법에는 혐기성 미생물이 안정화되는 혐기성 소화조의 초기운전 안정화 방법 및 이상운전에 의해 정지되었다가 재가동할 때 빨리 안정화시키는 방법이 언급되어 있지 않았다.
현재 혐기성 소화조를 시운전할 때 운전이 잘되고 있는 다른 혐기성 소화조에서 슬러지를 가져와 30% 정도를 채운후 운전을 시작한다. 그러나, 초기운전시 혐기조건이 아닌 산소가 있는 조건에서 운전되기 때문에 식종된 혐기성 미생물이 사멸되거나 성장하지 못하여 3~6개월 정도의 시운전 기간이 요구되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이산화탄소 가스를 산발효조 및 메탄생성조를 이산화탄소 가스로 퍼지하고, 산발효조와 메탄생성조의 누설여부를 확인한 후 메탄가스를 주입하고 산발효조와 메탄생성조에 식종 슬러지를 식종하므로서, 초기 안정화 기간을 1개월 이내로 단축할 수 있고, 연소성이 높은 바이오 가스가 외부 공기와 혼합되지 않아 폭발성 혼합가스의 형성을 배제시키므로서, 연소폭발위험이 없으며, 산발효조, 메탄생성조 및 바이오가스 탱크의 누설여부를 조기 점검할 수 있고, 이산화탄소 가스를 퍼지할 때 설비시공과정에서 발생한 쇳가루, 용접찌꺼기 등의 불순물을 불어내어 세척 효과가 있는 혐기소화 바이오가스 시스템의 운전 안정화 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 혐기소화 바이오가스 시스템의 운전 안정화 방법은 ① 이산화탄소 가스를 산발효조로 공급하여 산발효조와 메탄생성조 및 바이오가스 탱크를 포함하는 혐기소화 바이오가스 시스템을 이산화탄소 가스로 퍼지하는 단계와,
② 산발효조, 메탄생성조 및 바이오가스탱크의 퍼지 밸브를 닫고, 이산화탄소 가스의 공급을 중단함으로써, 산발효조, 메탄생성조 및 바이오가스 탱크의 가스 누설 여부를 점검하는 단계와,
③ 산발효조, 메탄생성조 및 바이오가스탱크에 설치된 밸브들 중 어느 한 밸브를 열어, 산발효조, 메탄생성조 및 바이오가스 탱크에 봉입된 이산화탄소 가스를 배출하는 단계와,
④ 개방된 상기 밸브를 닫은 상태에서 메탄가스를 산발효조, 메탄생성조 및 바이오가스탱크에 봉입하는 단계와,
⑤ 산발효조와 메탄생성조에 식종 슬러지를 주입하는 단계와,
⑥ 메탄생성조의 가스조성을 확인하는 단계와,
⑦ 유입저류조로 부터 고농도의 유기성 폐기물을 산발효조로 공급하여 정상상태로 운전하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 혐기소화 바이오가스 시스템의 운전 안정화 방법에 있어서, ① 이산화탄소 가스를 퍼지하는 단계에서, 유입저류조와 산발효조를 연결하는 라인에 이산화탄소통을 연결함으로서, 이산화탄소 가스가 산발효조로 공급되고, 산발효조의 퍼지밸브, 메탄생성조의 퍼지밸브 및 바이오가스 탱크의 퍼지밸브를 열어 산발효조, 메탄생성조 및 바이오가스 탱크를 계기압력 0.01kg/cm2 내지 10kg/cm2로 2분 내지 60분간 퍼지(purge)하는 것을 특징으로 한다.
② 가스 누설 여부를 점검하는 단계에서, 산발효조, 메탄생성조 및 바이오가스 탱크의 내부압력이 낮아지면 이산화탄소 가스의 누설이 있는 것임으로 가스 누설 점검작업을 수회 반복 실시하여 가스 누설이 없도록 조치하는 것을 특징으로 한다.
④ 메탄가스 주입 단계에서, 산발효조, 메탄생성조 및 바이오가스탱크에 봉입된 메탄가스의 압력은 20mmH2O ~ 1000mmH2O가 되는 것을 특징으로 한다.
⑤ 식종 슬러지 주입 단계에서, 식종 슬러지가 각각 산발효조와 메탄생성조 용량의 10% 내지 50%를 채워지는 것을 특징으로 한다.
⑥ 메탄생성조의 가스조성을 확인하는 단계에서, 메탄생성조의 가스조성은 산소가 10% 이하이고, 이산화탄소 가스 20% ~ 80% 그리고 메탄가스 20% ~ 80%가 유지되어야 하며, 나머지 잔부 가스로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이것에 의해, 본 발명에 따른 혐기소화 바이오가스 시스템의 운전 안정화 방법은 초기 안정화 기간을 기존의 3~6개월에서 1개월 이내로 단축할 수 있고, 연소성이 높은 바이오 가스가 외부 공기와 혼합되지 않아 폭발성 혼합가스의 형성을 배제시키므로서, 연소폭발위험이 없으며, 산발효조, 메탄생성조 및 바이오가스 탱크의 누설여부를 조기 점검할 수 있고, 이산화탄소 가스를 퍼지할 때 설비시공과정에서 발생한 쇳가루, 용접찌꺼기 등의 불순물을 불어내어 세척 효과가 있으며, 이상운전으로 정지하였다가 재가동할 때에도 본 발명의 방법을 이용함으로써 빠르게 안정화시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 일반적으로, 혐기소화 바이오가스 시스템은 산발효조(11)와 메탄생성조(12)와 바이오가스탱크(13)를 포함한다.
상기 산발효조(11)는 가수분해와 산발효를 하는 곳으로, 유입저류조(13)의 유기성 폐기물이 펌프(P)에 의해 공급된다.
상기 메탄생성조(12)는 유기물질을 메탄가스와 이산화탄소로 분해하는 곳으로 메탄생성조(12)에는 메탄균이 배양된다.
상기 바이오가스탱크(13)는 메탄생성조(12)에서 생성되어 가스배출관(L1)을 통해 배출되는 가스를 저장하며, 바이오가스는 가스배출관(L1)에 장착된 워터 트랩(14)과 탈황기(15)에 의해 악취 및 불순물이 제거된 상태로 바이오가스탱크(13)에 저장된다.
상기와 같이 구성된 혐기소화 바이오가스 시스템의 운전과정은 다음과 같다.
유입저류조(13)의 유기성 폐기물이 펌프(P)에 의해 산발효조(11)로 공급되면, 유기성 폐기물이 산발효조(11)에서 가수분해와 산발효를 하면서 소정의 기간동안 채류한 후 메탄생성조(12)로 이송된다. 메탄생성조(12)로 이송된 유기성 폐기물은 메탄균을 배양해 놓은 메탄생성조(12)에서 소정 기간 채류하면서 메탄가스와 이산화 탄소로 분해되어 가스배출관(L1)을 통해 바이오가스탱크(13)로 공급된다. 이때, 대부분의 유기성 폐기물은 바이오가스로 전환되고, 미분해된 최종 잔재물은 잔재물 배출관(L2)을 통해 액비저장조(17) 또는 2차 처리장치(18)로 공급된다.
도면부호 16은 고농도의 유기성 폐기물이 유입되어 저장되는 유입저류조이다.
상기와 같은 혐기소화 바이오가스 시스템에 있어서, 본 발명에 따른 혐기소화 바이오가스 시스템의 운전 안정화 방법을 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, ① 이산화탄소 가스를 산발효조(11)로 공급하여 산발효조(11)와 메탄생성조(12) 및 바이오가스 탱크(13)를 포함하는 혐기소화 바이오가스 시스템을 이산화탄소 가스로 퍼지(purge)한다(S110). 이때, 유입저류조(16)와 산발효조(11)를 연결하는 라인(L3)에 이산화탄소가스통(20)을 연결함으로서, 이산화탄소 가스가 산발효조(11)로 공급되고, 산발효조(11)의 퍼지밸브(V3), 메탄생성조(12)의 퍼지밸브(V8) 및 바이오가스 탱크(13)의 퍼지밸브(V21)를 열어 산발효조(11), 메탄생성조(12) 및 바이오가스 탱크(13)를 계기압력으로 0.01kg/cm2 내지 10kg/cm2로 2분 내지 60분간 퍼지(purge)한다. 여기서, 산발효조(11)와 메탄생성조(12)를 연결하는 연결관(L4)에 설치되는 밸브(V4)와 산발효조(11) 및 메탄생성조(12)와 바이오가스 탱크(13)를 연결하는 가스배출관(L1)에 설치되는 밸브(V5, V6)를 개방하여 이산화탄소 가스가 산발효조(11)에서 메탄생성조(12)와 바이오가스 탱크(13)로 공급되도록 하는 것은 당연하다.
② 상기 퍼지 작업이 완료되면, 산발효조(11), 메탄생성조(12) 및 바이오가스탱크(13)의 퍼지 밸브(V3, V7, V21)를 닫고, 이산화탄소 가스의 공급을 중단함으로써, 산발효조(11), 메탄생성조(12) 및 바이오가스 탱크(13)의 가스 누설 여부를 점검한다(S120). 이때, 산발효조(11), 메탄생성조(12) 및 바이오가스 탱크(13)의 내부압력이 낮아지면 이산화탄소 가스의 누설이 있는 것임으로 가스 누설 점검작업을 수회 반복 실시하여 가스 누설이 없도록 조치한다(S125).
③ 가스누설 여부를 점검한 후, 산발효조(11), 메탄생성조(12) 및 바이오가스탱크(13)에 설치된 밸브들 중 어느 한 밸브(V16)를 열어, 산발효조(11), 메탄생성조(12) 및 바이오가스 탱크(13)에 봉입된 이산화탄소 가스를 배출한다(S130).
④ 이후, 개방된 상기 밸브(V16)를 닫은 상태에서 메탄가스를 산발효조(11), 메탄생성조(12) 및 바이오가스탱크(13)에 봉입한다(S140). 이때, 산발효조(11), 메탄생성조(12) 및 바이오가스탱크(13)에 봉입된 메탄가스의 압력은 20mmH2O ~ 1000mmH2O가 된다.
⑤ 이후, 산발효조(11)와 메탄생성조(12)에 식종 슬러지를 주입한다(S150). 이때, 산발효조(11) 및 메탄생성조(12)의 메탄가스가 대기중으로 누출되지 않도록 주의하여야 하며, 식종 슬러지를 각각 산발효조(11)와 메탄생성조(12) 용량의 10% 내지 50%를 채운다.
⑥ 이후, 메탄생성조(12)의 가스조성을 확인한다(S160). 이때, 메탄생성조(12)의 정상상태 가스조성은 산소가 10% 이하이고, 이산화탄소 가스 20% ~ 80% 그리고 메탄가스 20% ~ 80%가 유지되어야 하며, 나머지 잔부 가스로 이루어진다.
⑦ 위 S160 단계가 완료되면, 유입저류조(16)로 부터 고농도의 유기성 폐기물을 산발효조(16)로 공급하여 정상상태로 운전한다(S170).
또한, 본 발명에 따른 혐기소화 바이오가스 시스템의 운전 안정화 방법은 ④ 메탄가스를 봉입하는 단계(S140)와 ⑤ 식종 슬러지를 주입하는 단계(S150) 사이에 혐기소화 바이오가스 시스템의 가스조성을 확인하는 공정을 추가할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 혐기소화 바이오가스 시스템의 운전 안정화 방법은 초기 안정화 기간을 기존의 3~6개월에서 1개월 이내로 단축할 수 있고, 연소성이 높은 바이오 가스가 외부 공기와 혼합되지 않아 폭발성 혼합가스의 형성을 배제시키므로서, 연소폭발위험이 없으며, 산발효조, 메탄생성조 및 바이오가스 탱크의 누설여부를 조기 점검할 수 있고, 이산화탄소 가스를 퍼지할 때 설비시공과정에서 발생한 쇳가루, 용접찌꺼기 등의 불순물을 불어내어 세척 효과를 얻을 수 있으며, 이상운전으로 정지하였다가 재가동할 때에도 본 발명의 방법을 이용함으로써 빠르게 안정화시킬 수 있다.
도 1은 종래의 메탄화 처리장치를 도시한 블록도
도 2는 본 발명에 따른 혐기성 소화조의 초기 안정화 방법을 도시한 플로우 챠트
도 3은 본 발명에 따른 메탄화 처리장치를 도시한 블록도

Claims (6)

  1. ① 이산화탄소 가스를 산발효조(11)로 공급하여 산발효조(11)와 메탄생성조(12) 및 바이오가스 탱크(13)를 포함하는 혐기소화 바이오가스 시스템을 이산화탄소 가스로 퍼지하는 단계(S110)와,
    ② 산발효조(11), 메탄생성조(12) 및 바이오가스탱크(13)의 퍼지 밸브(V3, V7, V21)를 닫고, 이산화탄소 가스의 공급을 중단함으로써, 산발효조(11), 메탄생성조(12) 및 바이오가스 탱크(13)의 가스 누설 여부를 점검하는 단계(S120)와,
    ③ 산발효조(11), 메탄생성조(12) 및 바이오가스탱크(13)에 설치된 밸브들 중 어느 한 밸브(V16)를 열어, 산발효조(11), 메탄생성조(12) 및 바이오가스 탱크(13)에 봉입된 이산화탄소 가스를 배출하는 단계(S130)와,
    ④ 개방된 상기 밸브(V16)를 닫은 상태에서 메탄가스를 산발효조(11), 메탄생성조(12) 및 바이오가스탱크(13)에 봉입하는 단계(S140)와,
    ⑤ 산발효조(11)와 메탄생성조(12)에 식종 슬러지를 주입하는 단계(S150)와,
    ⑥ 메탄생성조(12)의 가스조성을 확인하는 단계(S160)와,
    ⑦ 유입저류조(16)로 부터 고농도의 유기성 폐기물을 산발효조(16)로 공급하여 정상상태로 운전하는 단계(S170)로 구성되는 것을 특징으로 하는 혐기소화 바이오가스 시스템의 운전 안정화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    ① 이산화탄소 가스를 퍼지하는 단계(S110)에서, 유입저류조(16)와 산발효조(11)를 연결하는 라인(L3)에 이산화탄소가스통(20)을 연결함으로서, 이산화탄소 가스가 산발효조(11)로 공급되고, 산발효조(11)의 퍼지밸브(V3), 메탄생성조(12)의 퍼지밸브(V8) 및 바이오가스 탱크(13)의 퍼지밸브(V21)를 열어 산발효조(11), 메탄생성조(12) 및 바이오가스 탱크(13)를 계기압력 0.01kg/cm2 내지 10kg/cm2의 압력으로 2분 내지 60분간 퍼지(purge)하는 것을 특징으로 하는 혐기소화 바이오가스 시스템의 운전 안정화 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    ② 가스 누설 여부를 점검하는 단계(S120)에서, 산발효조(11), 메탄생성조(12) 및 바이오가스 탱크(13)의 내부압력이 낮아지면 이산화탄소 가스의 누설이 있는 것임으로 가스 누설 점검작업을 수회 반복 실시하여 가스 누설이 없도록 조치하는 것을 특징으로 하는 혐기소화 바이오가스 시스템의 운전 안정화 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    ④ 메탄가스 주입 단계(S140)에서, 산발효조(11), 메탄생성조(12) 및 바이오 가스탱크(13)에 봉입된 메탄가스의 압력은 계기압력으로 20mmH2O ~ 1000mmH2O가 되는 것을 특징으로 하는 혐기소화 바이오가스 시스템의 운전 안정화 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    ⑤ 식종 슬러지 주입 단계(S150)에서, 식종 슬러지가 각각 산발효조(11)와 메탄생성조(12) 용량의 10% 내지 50%를 채워지는 것을 특징으로 하는 혐기소화 바이오가스 시스템의 운전 안정화 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    ⑥ 메탄생성조(12)의 가스조성을 확인하는 단계(S160)에서, 메탄생성조(12)의 가스조성은 산소가 10% 이하이고, 이산화탄소 가스 20% ~ 80% 그리고 메탄가스 20% ~ 80%가 유지되어야 하며, 나머지 잔부 가스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 혐기소화 바이오가스 시스템의 운전 안정화 방법.
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