KR100997077B1 - 유기성폐기물을 이용한 자원화 장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기성폐기물을 이용한 자원화 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 상기 유기성폐기물의 수분조절을 위해 탈수액을 공정수로 재사용하여 소화효과 증대 및 소화조에서의 안정적인 운전도모를 위해 습식 분쇄하는 습식분쇄기와, 별도의 이물질 선별장치 없이 선별장치 내에서 이물질의 비중차와 선별장치의 회전력을 이용하여 이물질을 자동제거 하고, 현탁액만 현탁액 저장조에 저장하는 것과, 전처리 과정에서 발생하는 악취를 포집하여 폐열보일러 연소공기로 사용하여 악취를 완전연소 분해 및 소멸하는 유기성폐기물 반입 및 전처리 단계(S1)와;
상기 전처리된 현탁액을 예비분해저장탱크에서 미생물의 즉응기라고 할 수 있는 지체기 확보를 통해 가수분해 반응 및 산발효 반응이 활성화 될 수 있는 조건을 조성해 줌으로써 용해성 CODcr의 양을 증가시켜 현탁액이 메탄발효시 기존환경에 보다 빠르게 적응하도록 하여 메탄가스 생성을 극대화 하며, 잘 분해되도록 하는 단계(S2)와;
상기 예비분해조의 현탁액을 발효소화조에 저장하고 매탄가스 압축 및 재순환 하여 발효소화조 내의 현탁액을 완전 혼합 하는 교반설비와, 가열설비 및 초음파 진동자를 채택하여 발효소화조 내의 메탄발효 온도를 유지하여 소화효율을 극대화 하여 가수분해 및 산발효 반응에 의해 발효 소화시키는 단계(S3)와;
상기 발효소화조에서 소화 후 침전조로 이송하고, 침전조의 상등 액만 수거하여 액비저장조로 이송한 후 액비로 출하 하는 단계(S4)와;
상기 침전조에서 침전 배출된 슬러지는 탈수기로 이송시켜 탈수를 시행하여 슬러지는 퇴비부숙조로 투입하여 호기성화를 통한 부숙 과정을 진행하는 단계(S5)와;
상기 퇴비를 더욱 퇴비 조건을 갖도록 고화처리 하는 단계로 탈수 후 수분함수량이 70%에 달하는 것을 함수율을 낮추고 , 따라서 고화제중 생석회를 사용하여, 석회내 칼슘 이온이 슬러지내의 규산질과 결합되면서 더욱 단단해지게 되므로 슬러지의 함수비를 낮추고 토립자의 이동을 구속하여 수화반응을 쉽게 하게 하는 단계(S6)와;
상기 소화 후 탈수된 탈수액은 탈수액 저장조에 공급 후 유기성폐기물의 수분조절을 위해 탈수액을 용해수로 재사용하고 사용 후 남은 탈수액은 농축 및 응축을 하는 단계(S7)와;
상기 발효소화조에서 발생된 메탄가스를 포집하여 압축 후 액화가스 전환 및 가스터빈을 이용한 전기생산 등, 선택적으로 사용하는 단계로써, 가스를 압축하여 가스터빈으로 전기를 생산하며, 가스터빈에서 발생되는 폐열로 폐열보일러로 증기생산을 하며, 폐열보일러에서 증기생산 후 잉여 폐열로 공기를 열교환 시켜 열이 필요한 공정에 공급하는 단계(S8)와;
상기 발효소화 된 바이오가스를 압축ㆍ냉각ㆍ수분분리ㆍ정재 ㆍ응축 등의 공정을 거치게 하여 기체가스를 액화로 전환시켜 도시가스 및 자동차연료에 사용 하도록 하는 단계(S9)로 구성된다.
유기성폐기물, 발효, 분쇄, 열, 전기, 가스, 액비, 퇴비
Description
본 발명은 유기성폐기물을 이용한 자원화 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 축산분뇨, 음식물폐수, 분뇨, 하수슬러리 등 유기성 폐기물을 이용하여 바이오가스, 전력, 열, 액비 등의 자원을 생산할 수 있도록 한 유기성폐기물을 이용한 자원화 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
2005년부터는 일차 처리하지 않은 음식물 쓰레기는 매립하지 못하도록 법으로 금지하고 있다. 최근에 자원의 유한성에 기인한 자원의 고갈문제에 많은 우려를 하게 되었으며, 특히 탄소계의 유용한 자원이 소각 등에 의하여 일시에 CO2로 전환되어 지구온난화를 일으키고, 다시 생물체로 전환이 되지 못한다는 점에서 지구생존의 한계성이 점쳐지고 있다. 우리 인간들이 사용하는 자원 중에서 가장 많은 량을 차치하는 것이 유기성폐기물로서 인간계를 거쳐서 폐기물로서 발생하게 된다. 이러한 유기성폐기물에 대한 관심은 우리나라의 문제점이 아닌 선진국에서도 관심 의 대상이 되고 있으며, 폐기물의 처리에 있어서 유기성폐기물을 효율적으로 제어할 시에 자원순환체제 및 Zero emmision을 달성할 수 있는 결론 하에 많은 대책을 수립하고 있다. 특히 순환형사회의 구축에 관심의 대상은 폐기물 중에서도 유기성폐기물로서, 유기성폐기물을 자원화 하여 토양으로 환원시키는 것이 큰 과제로 부상하고 있다. 즉 폐기물 중에서 생분해가 가능한 유기성폐기물을 전량 수거하여 순환함으로 폐기물의 감량화에 기여하는 것이 가능하다.
한편, 상기한 유기성폐기물은 『런던협약 및 96의정서』의 발효와 해양처리억제 및 금지조치로 해양배출처리가 2008. 2. 22일후 어려울 것으로 판단된다.
따라서, 유기성폐기물을 잔여물이 남지 않도록 완전히 분해 처리할 수 있는 처리시설이 시급히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 유기성폐기물을 분해하여 가스, 액비, 퇴비 등의 자원으로 재생함으로써 잔여물이 남지 않도록 하여 환경오염을 방지할 수 있고, 자원의 재활용에 따른 막대한 이익을 추구할 수 있도록 한 유기성폐기물을 이용한 자원화 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 본 발명의 목적은,
유기성폐기물의 수분조절을 위해 소화후 탈수기를 거쳐 발생하는 탈수액을 공정수로 재사용하여 탈수액내 활성화된 미생물로 인한 소화효과 증대 및 소화조에서의 안정적인 운전도모를 위해 습식 분쇄하는 습식분쇄기와, 별도의 이물질 선별장치 없이 선별장치 내에서 이물질의 비중차와 선별장치의 회전력을 이용하여 이물질을 자동제거 분리함으로써 인력절감 및 배관 및 설비의 마모를 최소화 하고 이물질을 걸러서 추출하는 선별기와, 현탁액을 저장하는 현탁액 저장조와, 겨울철 대비 현탁액 결빙을 방지 하는 스팀공급 비트로 구성된 전처리장치와, 유기성폐기물 반입 및 전처리 공정에서 발생되는 악취를 포집하여 폐열보일러 연소공정에서 연소공기 대용으로 연소하여 악취를 완전 소멸하는 악취포집 장치와; 상기 전처리공정의 현탁액을 공급받아 저장하여 미생물의 지체기를 확보하는 예비분해조와, 상기 현탁액을 공급받아 저장한 후 가수분해 및 산발효 반응을 활성화시키는 발효소화조로 구성된 발효장치와; 상기 발효소화조에서 발효 소화된 현탁액을 침전시키는 침전조와, 침전된 액비를 저장하는 액비저장탱크로 구성된 액화비료생산 장치와; 상기 침전조의 슬러지를 이송하는 슬러지이송펌프와, 이송된 슬러지를 탈수시키는 탈수기와, 탈수된 탈수액을 저장하는 탈수액 저장조와, 탈수된 슬러지를 저장하고 호기성조건으로 숙성시키는 퇴비부숙조로 구성된 퇴비생산 장치와, 더욱 좋은 품질의 퇴비조건을 만드는 고화처리기와; 상기 탈수액 저장조의 탈수액을 습식분쇄 공정수로 사용 후 남은 탈수액을 가열하여 농축시키는 폐수농축조와, 가열 발생된 포화증기를 응축시키는 응축조로 구성된 폐수농축장치와; 상기 발효단계에서 발생된 바이오 가스를 포집하는 송풍기와 가스흡입 탱크와, 포집된 가스로 선택적으로 사용하는 가스를 압축하여 전기를 생산하는 가스터빈과, 가스터빈에서 발생되는 폐열로 증기생산을 하는 폐열보일러와, 폐열보일러에서 증기생산 후 잉여 폐열로 공기를 열교환 시켜 열이 필요한 공정에 공급하는 열교환기와; 발효소화 된 바이오가스를 압축ㆍ냉각ㆍ수분분리ㆍ정제 ㆍ응축기 등의 공정을 거치게 하여 기체가스를 액화로 전환시켜 도시가스 및 자동차연료에 사용 하도록 하는 것으로 구성된 유기성폐기물을 이용한 자원화 장치에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 유기성폐기물을 가수분해 및 산 발효하여 가스, 액비, 퇴비 등의 자원으로 재생함으로써 환경오염을 방지할 수 있고, 자원의 재활용에 따른 이익을 얻을 수 있는 효과가 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.
첨부된 도 1은 본 발명에 따른 유기성폐기물을 이용한 자원화 장치를 나타낸 전체 구성도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 유기성폐기물을 이용한 자원화 장 치는, 유기성폐기물의 수분조절을 위해 소화후 탈수기를 거쳐 발생하는 탈수액을 공정수로 재사용하여 탈수액내 활성화된 미생물로 인한 소화효과 증대 및 소화조에서의 안정적인 운전도모를 위해 습식 분쇄하는 습식분쇄기(03)와, 별도의 이물질 선별장치 없이 선별장치 내에서 이물질의 비중차와 선별장치의 회전력을 이용하여 이물질을 자동제거 분리함으로써 인력절감 및 배관 및 설비의 마모를 최소화 하고 이물질을 걸러서 추출하는 선별기와, 현탁액을 저장하는 현탁액 저장조(08)와 겨울철 에 저장조 현탁액을 결빙을 방지하기 위한 스팀공급비트(09)가 구성된 전처리장치와, 유기성폐기물반입 및 전처리 공정에서 발생하는 악취를 악취가스 포집송풍기(66)로 포집관(01-4)으로 흡입하여 폐열보일러(32)의 연소공기 대용으로 사용하여 악취가스를 소각 및 완전 소멸시키는 유기성폐기물 반입 및 전처리시설과;
상기 전처리된 현탁액은 예비분해조(12)에 저장되며, 예비분해조(12)에서 12시간동안 체류시켜 미생물의 즉응기라고 할 수 있는 지체기 확보를 통해 가수분해 반응 및 산발효 반응이 활성화 될 수 있는 조건을 조성해 줌으로써 용해성 CODcr의 양을 증가시켜 현탁액이 메탄발효 탱크로 유입시 기존환경에 보다 빠르게 적응하도록 하여 메탄가스 생성을 극대화 하며, 잘 분해되도록 예비분해조(12)와;
상기 예비분해조(12)의 현탁액을 이송시켜 발효소화조(17)에 저장하고 메탄가스 압축 및 재순환 하여 발효소화조(17) 내의 현탁액을 완전혼합을 하는 교반설비 및 발효 장치로써, 압축기(22)ㆍ가스공급조절밸브(24)ㆍ발효교반 관(20)ㆍ현탁 액 교반펌프 (18)ㆍ열교환기(19)ㆍ가스 열교환기(23)ㆍ초음파진동자(17-2)를 채택하여 발효소화조(17) 내의 메탄발효 온도를 유지하여 소화효율을 극대화 하고 가수분해 및 산발효 반응에 의해 발효 소화시키는 발효소화조(17)와;
상기 발효소화조(17)에서 소화 후 침전조(36)로 이송하고, 침전조(36)의 상부 액을 수거하여 액비저장탱크(38)로 구성된 액비생산 장치와;
상기 침전조(36)에서 침전 배출된 슬러지를 이송하는 슬러지 이송펌프 (36-1)와 슬러지를 탈수하는 탈수기(39)와 탈수된 탈수액을 저장하는 탈수액 저장조(40)에 저장 후 습식분쇄기(03)에서 사용 수분조절용으로 사용되는 용해수를 공급하는 용해수 공급장치와;
상기 습식분쇄기(03)에서 사용 후 남은 탈수액을 처리하기위해 열교환기(33)에서 공급되는 고온의 열로 폐수를 농축가열 하는 폐수농축장치(42)와, 폐수농축 후 발생하는 포화증기를 응축시켜 공정수로 사용하기위한 응축조(43)가 구성되는 폐수농축장치와;
상기 탈수기(39)에서 배출되는 슬러지를 호기성 조건으로 퇴비화 하기위해 퇴비부숙조(46)와, 열교환기(33)에서 고온공기를 공급받아 퇴비부숙조(46)에 공급하여 수분 및 온도조절로 호기성 조건을 형성하는 열공급 송풍기(47)와;
상기 퇴비부숙조(46) 하부고온공기 피트(46-1)로 고온공기를 주입하여 고온 공기노즐(46-2)로 공급하여 고형물의 온도와 함수량에 의해 호기성화를 통한 부숙 과정을 진행하는 퇴비부숙조(46)와;
상기 퇴비부숙조(46)에서 호기성조건으로 부숙된 고형물에 하수 슬러지가 포함된 것으로 하수 슬러지는 대부분 SiO2 , Al2O3 , Fe2O3 등 실리카의 복합 화합물(3A12O3 ㆍ2SiO2 )로 형성되어 있고, 탈수 후 함수량이 70%에 달하며, 그대로 퇴비ㆍ복토재ㆍ토양복원 재로 사용하는 데는 문제가 있어, 상기의 퇴비조건을 생산하는 시설로써 고화처리기(48)를 구성하게 되며, 상기 퇴비부숙조(46)에서 호기성 조건으로 부숙 된 고형물을 고화처리기(48)에 투입 하는 생석회를 부형제공급조(49)에서 공급하는 것으로 석회내 칼슘 이온이 고형물내의 규산질과 결합되면서 더욱 고형물의 함수비를 낮추고 토립자의 이동을 구속하여 수화반응을 쉽게 하게 하는 고형물을 고화처리 하는 고화처리기(48)와, 상기의 퇴비를 더욱더 호기성조건을 가지도록 하고, 함수율을 최소화하기 위하여 스팀공급장치 (50)를 구비하여 폐열보일러(32)에서 생산되는 스팀을 공급받아 고화처리기(48)에 구비된 스팀공급 관(48-2)에 공급하게 되는데, 이 스팀은 고화처리기(48) 내부에 구비된 교반 스크류(48-1)외부에 간접 적으로 열을 전달하여 호기성조건을 가지도록 하고, 건조를 하여 함수율을 최소화 하여 건조된 퇴비를 생산하는 퇴비생산 장치와;
상기 발효소화조(17)에서 발생된 메탄가스를 상기 메탄가스 포집장치에서 포집 된 메탄가스를 압축 후 선택적으로 사용하는 공정에서, 가스흡입탱크(26)의 후단에 가스압축기(27)를 연결 구비하여 가스를 압축시키는 공정으로써 4.4㎏/㎠G의 가스를 압축하게 되는 가스압축기(27)와, 상기 압축기에서 가스를 압축할 때 발생되는 압축시키는 과정에서 120℃이상의 압축열이 발생이 된 가스를 40℃이하로 냉각하는 가스 냉각기(28)와, 상기 40℃이하로 냉각할 때 발생되는 수분을 제거하는 수분분리기(29)와, 상기 가스압축ㆍ냉각ㆍ수분이 제거된 바이오가스를 저장하는 저장탱크(30)와, 상기 저장탱크에 저장된 바이오가스로 전기생산을 하는 가스터빈(31)과;
상기 바이오가스로 전기생산을 할 때 가스터빈(31)에서 폐열이 발생되며, 이 폐열은 950℃이상의 고온으로써 에너지 전환이 충분한 것으로 상기 가스터빈(31)의 후단에 폐열보일러(32)를 구비하여 스팀을 얻어 냉ㆍ난방용으로 공급하는 것과, 상기 현탁액 저장조(08)에 겨울철 에 저장조 현탁액 결빙을 방지하기 위한 스팀공급비트(09)에 공급과, 상기의 퇴비를 더욱더 호기성조건을 가지도록 하고, 함수율을 최소화하기 위하여 스팀공급장치(50)와;
상기 폐열보일러(31)에서 폐열로 증기생산 후 발생되는 폐열보일러(31) 출구 쪽 온도는 230℃의 잉여 폐열로써 열교환기(33)를 구성하여 외부 공기와 열교환을 하여 청정 고온의 공기를 발생시켜 상기 예비분해조(12)의 현탁액 가열을 하기위한 열교환기(15)에 열공급과, 발효소화조(17)의 현탁액 가열장치 열교환기(19) 및 가스열교환기(23)에 열공급을 하여 현탁액을 가수분해 및 산발효 하여 발효를 시행하기위해 구비되는 열교환기(33)를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 유기성폐기물을 이용한 자원화 방법은, 상기 발효소화조(17)에서 발생된 메탄가스를 상기 메탄가스 포집장치에서 포집한 후 상기 포집된 메탄가스를 압축하여 선택적으로 사용하는 공정 및; 가스흡입탱크(26)에 포집된 바이오가스 기체가스를 액화가스로 전환하기 위해 가스흡입탱크(26)의 후단에 1차로 압축시키는 공정 및; 0.2㎏/㎠G의 가스를 4.4㎏/㎠G의 가스로 압축하게 되는 1차 가스압축기(51)와, 상기 가스를 압축할 때 발생되는 120℃의 가스의 열을 40℃이하로 냉각하는 1차 냉각기(52)와, 상기 가스를 냉각하는 과정에서 발생되는 수분을 제거하는 1차 수분분리기(53)를 통해 상기 가스를 2차로 압축시키는 공정;을 포함하는데, 여기서 가스의 삼중점은 5.2㎏/㎠G - 56℃이다.
즉, 이론상으로 5.2㎏/㎠G이상으로 압축하여야만 액체 상태로 만들 수 있음으로, 2차 압축기(54)를 1차 수분 분리기(53)의 후단에 구성 및 연결하여 1차 압축기(51)에서 압축된 4.4㎏/㎠G의 가스를 18㎏/㎠G이상으로 압축하는 2차 압축기(54)와, 상기 2차로 압축시킬 때 발생하는 120℃ 가스의 열을 40℃이하로 냉각하는 2차 냉각기(55)와, 상기 2차로 냉각시킬 때 발생된 수분을 제거하는 2차 수분 분리기(56)와, 상기 40℃이하로 냉각된 가스를 차가운 냉매와 열 교환하여 10℃이하로 냉각하게 하기위하여 NH3 냉동기(62)와, 상기 NH3 냉동기(62)에 중간냉각기(57)를 연결 구성하여 가스를 10℃이하로 냉각하는 중간냉각기(57)와, 상기 중간냉각기(57)에서 10℃이하로 냉각할 때 발생되는 수분을 제거하는 최종 수분분리기(58)와, 상 기 가스 중 전 단계에서 제거되지 않은 미량의 상태로 존재하는 수분을 제거하는 제습공정의 건조기(활성알루미나겔)(59)와, 상기 제습된 가스중의 미량의 이취 성분의 혼입이 우려 되므로 이를 방지하고 탈취 하기위하여 활성탄 층을 통과시키는 정제탑(활성탄)(60)과, 상기 가스를 액화 시키는 공정으로 가스를 NH3 냉동기(62)에서 공급되는 차가운 냉매와의 열 교환하여 -20℃이하의 저온으로 냉각하게 되며, 이때 가스는 액체 상태로 바뀌게 하는 응축기(61)와, 상기 액화 시키는 공정에서 재 증발된 가스와 불 응축된 불활성 가스를 분리하는 액 분리기(순도 정제기)(64)와, 상기 액체상태의 가스만을 액화가스저장탱크(65)로 보내어 저장한 후 액화가스 사용처에 공급하는 것을 포함하여 구성된다.
상기 유기성폐기물을 이용한 자원화 방법 및 그 장치의 본 발명에 관련된 내용으로 산전 Lab 실험을 통해 혐기성 소화를 보다 활성화 시킬 수 있는 방안을 연구한 혐기성 소화 활성화를 위한 사전실증실험을 발명의 실시를 위한 구체적인 내용에 포함 한다.
실험"1" 가수분해, 산발효, 메탄발효
[실험배경]
일반적으로 가수분해, 산발효, 메탄발효를 하나의 조에서 반응시키는 단상 혐기성 소화방법은, 산발효조와 메탄발효조를 구분하여 운전하는 이상 혐기성 소화법 보다 메탄회수율이 낮은 것으로 알려져 있다.
그러나, 이상 혐기성 소화법의 경우 산발효 반응과 메탄발효 반응을 구분하여서 운전하는 것이 어렵고, 또한 실제적으로 잘 이루어지지 않아 투자비와 비교한 메탄회수 측면에서 단상 협기성 소화법 보다 뛰어나다고 말할 수 없다.
따라서, 본 발명에는 실험설비를 활용하여 경제적이며, 효과적으로 단상혐기성 소화조의 효율을 증가시킬 수 있는 방안을 연구하였다.
[실험목적]
-유기성폐기물의 상온에서 가수분해 정도 파악
-현탁액이 메탄발효 소화조 유입 전 가수분해정도 조절 및 산성생균의 활성화조건 조성
-감량화의 극대화 및 메탄회수 효과 극대화
[실험개요]
-대상 시료: 농촌주거지역 유기성폐기물
-실험조건
*폐기물 온도 : 20℃
*미생물 식종 : 없음
[실험장치]
유효용량 4ℓ 인 아크릴 원형조 제작
반응조는 유입구, 유출구, 교반시설로 구성
소화조 온도는 수조를 이용하여 조절
교반시설은 기계적 교반장치이용
[실험결과]
| 반응시간 (hr) |
초기 | 6 | 12 | 24 | 36 | 48 | 비고 |
| 고형물농도 (㎎/ℓ) |
107,530 |
107,135 |
103,575 |
94,195 |
92,400 |
78,180 |
20℃ |
| 용해성 CODcr(㎎/ℓ) |
29,200 |
36,400 |
36,500 |
50,200 |
58,500 |
57,600 |
|
| 총유기산 (㎎/ℓ) |
1,000 |
5,000 |
9,000 |
10,000 |
10,000 |
8,200 |
|
| 휘발성 고형물농도 (㎎/ℓ) |
97,930 |
- |
- |
86,800 |
- |
73,050 |
[표 1]과 같이, 가수분해는 가수분해 효소의 활동으로 입자상 물질이 용해되는 과정으로 나타나며 CODcr은 반응 후 36시간에 최대값을 보이며, 이후 서서히 감소하는 것으로 나타났다. 휘발성고형물(V??S)의 경우 24시간 경과 후 양 11% 정도의 감량효과가 진행되는 것으로 나타났다.
[열처리된 혐기성 미생물의 식종]
연속식 실험을 위해 식종된 미생물은 모두 실험 장치를 설치하기 직전에 하수처리장의 혐기성 소화조에서 미생물을 채취하였으며, 채취 후 약 3 mm의 체(sieve)를 이용하여 불순물을 제거하였다. 그리고 삼각 플라스크에 마그네틱 바와 함께 넣은 후, hot plate를 이용하여 강하게 교반하면서 가열하였다. 이후 끓기 시작하는 시점부터 시간을 측정하여 20분간 더 가열하였으며, 수소발효균은 열에 노출될 경우 포자를 형성하는 특징을 가지고 있어 열에 비교적 안정한 반면, 수소를 소모하는 메탄균 등은 열에 매우 민감하기 때문에 이러한 균의 번식을 막을 수 있다는 것을 참고하였다. 이러한 목적을 위해 실험에 이용된 열처리 방법은 온도의 범위는 80~100℃, 가열시간은 15 분에서 2시간으로 매우 다양하였다.
[실험결과 적용방안]
예비분해 저장탱크에서 체류시간을 12시간정도로 계획함으로써 가수분해 및 산발효를 활성화 시킬 수 있는 여건을 만들어 고형물 감량화 및 바이오가스 회수효과를 증가시키고자 한다.
[가수분해ㆍ액화ㆍ산발효]
대부분의 유기성폐기물은 복합 고분자물질로 구성되며, 산발효균에 대해서 직접적으로 이용할 수 없는 불용성의 형태로 존재한다. 불용성 유기물은 가수분해 박테리아 또는 산발효균에 의해서 분비되는 체외효소에 의해 산발효균이 이용 가능한 형태인 단당류, 지방산, 아미노산 등으로 액화 또는 가수분해 된다.
[수소생성 및 산발효]
가수분해, 액화, 산발효 공정에 의해 생성된 단당류 저분자 물질들은 산생성균의 탄소원 및 에너지원으로 이용되며, 아세트산, 프로피온산, 부티로산, 등의 유기산과 알콜을 생성한다. 이렇게 생성된 알콜과 유기산은 수소생성 초산균에 의해 메탄균이 이용 가능한 기질인 초산 및 수소, 이산화탄소로 전환된다.
[메탄발효]
메탄발효균이 초산과 수소를 기질로 하여 메탄과 이산화탄소를 최종생성물로 생성하는 단계이다.
[메탄발효 공정]
실험"2"퇴비 생산실험
[퇴비ㆍ토양복원재ㆍ복토재의 안정성 및 숙성도 평가]
한국자원재생공사가 발간한 "퇴비제품의 안정성 및 효용성 평가" 보고서 검토를 통해서 본 발명의 시스템에 의해 최종 생산되는 퇴비ㆍ토양복원재ㆍ복토재에 대한 안정성을 고찰 하고자 한다.
[유기성 폐기물중 음식물쓰레기의 화학적 성질]
C/N율은 퇴비화에 적정한 25~30에 비해 낮은 상태로 퇴비화 기간에만 영향, 퇴비화 자체에는 악영향을 끼치지 않음.
[음식물쓰레기와 하수슬러지의 퇴비화 과정 중 화학성 변화]
퇴비화 진행에 따라 T-C, C/N을 제외하고 지속적으로 증가하는 경향을 보인다. 이는 퇴비화 진행에 따른 함수율 감소로 인한 상대적 농도 증가로 판단된다. 그러나, 퇴비자체의 물리 화학적 문제보다는 퇴비시 토양에서의 염류농도 축적을 해결하는 것이 중요하다.
[중금속 농도]
일반적으로 하수슬러지에는 중금속이 많이 포함되어 있지만, 전 분석 항목이 국내 부숙퇴비의 규제치보다 낮음으로써, 중금속에 대한 문제는 크지 않을 것으로 판단 됨.
[퇴비 숙성도 평가]
부숙도 지표 값으로 이용되는 GㆍI 값을 측정하여 퇴비 부숙기간의 적정성을 판단.
▷GㆍI(Germiantion Index) : 부숙도 지표
GㆍI란 퇴비화 과정 중 단계별로 채취한 시료를 열수로 추출하여 실험대상 식물에 대한 독성실험을 통하여 얻는 지수 값으로서 부숙의 정도를 나타내는 지표 값으로 사용된다.
■실험대상 식물 : 배추/열무/상추
■식물체 무독성 기준 : GㆍI>80~85(Zucconi)
▷원형여지 크로마트그램법(간이법)
부숙초기 단계에서 크로마트그램의 형태가 거의 원형이지만 부숙이 진행됨에 따라 여지의 주변이 불규칙하게 변하는 것을 보고 부숙의 적정성을 판단.
▷결과
■음식물쓰레기 호기성 퇴비에 대한 부숙기간은 배추와 열무에 모두 60일 이상이 소요.
[실험에 대한 결론]
▷퇴비원료인 음식물 쓰레기와 하수슬러지의 EC(전기전도도) 농도가 높아 최종제품에서 농축현상으로 최고 69.3dS/m 까지 증가
▷염분(NaC1)의 농도와 C/N비는 각각 양 3.7%, 18.9로 규제치인 10%, 50이하에 부합 되었다.
▷원형여지 크로마토그래피에 의한 부숙도를 검증한 결과, 60일 이후에 작물에 안정성을 나타냄.
▷중금속 함량이 규제치 이하지만 원료 및 최종제품에 대한 염분 및 중금속의 지속적인 검증이 요구된다.
그러므로 퇴비화 과정 중의 시료 및 최종퇴비제품을 분석한 결과 농업적인 이용 가능성이 인정됨.
[연약체소에 대한 퇴비제품의 비료연구(사용퇴비 및 토양)]
▷퇴비 : 본 발명의 실험에서 생산된 퇴비
▷토양 : 농장의 나지 발토양
▷공시작물 : 열무, 상추
[염류농도(Salts)]
▷염류(Salts)란 산의 수소이온(H+)이 금속 또는 금속성 이온으로 전환되어 생성되는 NaC1, K2SO4, CaSO4, MgC12, (NH4)2SO4 등의 화합물을 말한다. 대부분의 영양소들은 이러한 염의 형태로 식물에 공급되며, 어떤 용해성염(NaC1)은 다른 것들 보다 식물에 매우 해로운 영향을 미친다. 퇴비에 있어 염류농도는 주로 NaC1 값에 의해 결정되기 때문에 염류농도란 NaC1 농도로 대표해서 통용되고 있다.
[염류농도가 작물에 끼치는 영향]
▷Na는 토양의 입단구조를 분산시켜 단립화 함으로 토양의 통기성이나 투수성의 악화로 작물생육에 간접적 저해현상을 초래한다.
▷NaC1 농도가 높으면, 식물체내 세포확장, CO2고정, 단백질 현상이 감소하고, 이온의 불균형에 의해 Na와 C1의 특성이 나타나고, K와 Ca의 결핍이 생겨 결국 식물이 고사한다.
[전기전도도(EC : Electrical Conductivity)]
▷토양중의 염류농도를 측정하는 단위로 저항의 단위인 ohms 또는 mhos의 역수로서 단위는 dS/m 또는 mmhos/cm로 표시한다.
■EC값이 높을수록 토양 중 염류농도가 높은 것을 의미한다.
[토양의 전기전도도 범위별 식물의 반응형태]
[퇴비사용에 따른 토양의 영향]
▷pH변화
■퇴비사용 후 일시적으로 pH가 감소하는 것은 토양에 사용된 퇴비가 완전히 부숙 되었을 지라도 토양 중에서 환경의 변화로 미생물에 의해 다시분해 되면서 생성되는 약산 물질 때문인 것으로 판단됨
■일반적으로 완숙퇴비의 pH는 8인 것으로 알려지고 있다.
▷EC 변화
■퇴비사용 후 토양의 EC변화는 재배일수가 경과함에 따라 점차 낮아지는데, 이것은 토양 중의 염류가 일부 작물체내로 흡수 되었거나 관수에 의해 토층 하부로 용탈되기 때문인 것으로 알려지고 있다.
▷결론
■염류농도는 적량일 때는 작물의 양분으로 흡수되어 생육 및 증진에 효과 이지만 과량일 경우에는 생육저하나 고사의 문제를 일으킬 수 있다.
■작물에 따라 내염성의 한계가 다르므로 일률적인 내염성의 한계를 정할 수 없다. 따라서, 퇴비를 적정량을 균형 있게 사용하는 것이 중요하다.
■퇴비자체의 염분농도 문제보다 퇴비 시비 후 토양에서의 염류농도 축적이 문제가 되며, 이에 대한 대책 및 개선책을 마련하는 것이 중용하다.
[염류토양에 대한 대처방안]
▷염류제거방법
■직접제거 법 : 관수, 심토반전, 심토파쇄, 객토, 포토제거, 미생물사용
■작물재배법 : 청정작물재배, 염류농도에 맞는 작물재배
▷채소작물의 염류농도에 대한 내성
[비 농업용지에 퇴비사용]
유기성 폐자원의 재활용을 위해서는 퇴비의 품질을 등급화 하여, 그 등급에 맞는 대상에 사용할 수 있는 법규나 기준의 설정이 요구된다. 현재 까지는 비농업용 시비기준이 다양하게 선정되어 있지 않은 상태로 정부차원의 사용기준 제시가 필요하다.
▷비 농업용지의 퇴비사용 기준
■염농도 변화에 따른 작물의 발아와 독성실험 검토
[염 농도별 CE/GㆍI변화에 대한 고찰]
▷고찰목적
퇴비내 염류농도가 작물에 미치는 영향을 검토하여 최종퇴비의 품질관리에 적용하며, 차후 퇴비의 시비방법 및 시비량 검토에 있어 적용하고자 한다.
▷실험대상
■종자 : 배추, 상추, 열무
■퇴비 : 본 발명의 실험에서 생산된 퇴비
▷실험방법
■K+, Na+, Ca2+, Mg2+, 4대 이온의 작물에 대한 개별적 독성 실험
■Na+과 K2+, Mg2+의 혼합에 대한 독성실험
▷실험결과
■각각의 Na+, Ca2+, Mg2+ 이온은 적정 농도일 경우에는 식물체에 영양원으로 흡수되어 생육을 촉진하는 반면, 고농도에서는 생육저해 등의 악영향을 나타냄.
■각각의 이온에 대한 개별 실험에서는 작물에 가장 큰 독성을 나타내는 것은 Na+가 아닌 Mg2+인 것으로 판단됨.
■Na+, K+, Na+Ca2+, Na+, Mg2+에 대한 실험에서는 K+, Ca2+은 Na에 대해서 길항작용이 있어 Na+ 농도가 높은 경우 상대적으로 식물체에 흡수되는 K+은 적어진다.
■이와는 반대로 Mg2+은 Na+에 대해서 상조작용이 있어 외부의 Na농도가 높을 경우 식물체로의 Mg2+의 흡수량이 높아진다.
▷염류토양 개량제(CaSO4)
Ca는 세포막이 선택성 및 유지에 필수적인 원소로 알려져 있다. (Epstein 1772, Fagevia, 1983), 따라서, Ca가 결핍되면 세포의 선택성이 약해지게 되고, 식물조직에서 Na 축적이 가속화되어 결국 식물의 생육에 저해를 유발한다. 따라서, 염류가 집적된 토양에서는 Ca원으로 석고라고 알려진 gypsum(CaSO4)을 사용하여 염류토양을 개량하고 있다.
■복토재로의 이용가능성 검토
위생매립지의 건설에 있어 매립 중에 필요한 복토재의 원활한 공급은 매립지의 부지확보와 함께 중요한 문제가 되고 있다. 매립지의 경우 1단계 총 매립량 중 복토제가 차지하는 비율은 약 14.5%에 으를 것으로 추정 한다.
따라서, 유기성폐기물의 물리 화학적 특성의 사전 검토를 통해서 매립지의 일일 및 중간 복토재로의 효율적인 이용여부를 검토 하고자 한다.
[유기성퇴비의 물리화학적 특성]
▷투수계수의 변화
매립지에 이용되는 복토재는 일반적으로 투수계수가 약 10-4cm/sec 이상의 일정한 물리적 특성을 지녀야 한다.
▷유기성퇴비와 토양과의 혼합비율별 투수계수
유기성퇴비의 혼합비가 전체 구성비의 25% 이하일 때 중간복토재로써 적합 하다고 판단됨.
▷부하 하중에 따른 부피감소 특성
부하 하중이 증가 하더라도 일정 용적비중을 유지하고 적정투수계수인 10-4㎝/sec 이상을 유지하기 위하여 유기성 퇴비와 토양의 적정비는 유기성 퇴비가 25%일 경우가 적합할 것으로 판단된다.
▷용출특성
퇴비와 토양의 혼합비를 12:88, 25:75로 하여 용출실험을 하였을 경우 각 시료에서 추출물이 불포화 흐름을 통한 NH4 +-N, 총 탄소의 용출 특성은 큰 차이가 없는 것으로 나타나 매립지 복토재로 이용한 경우 침출수의 흐름에 영향을 주지 않을 것으로 판단되어 복토재로서 이용이 가능할 것으로 판단됨.
▷흡착특성
양이온 차환용량이 큰 유기성퇴비가 많이 혼합됨에 따라 NH4 +-N, 이온이 퇴비에 흡착되어 이동이 지연되는 것으로 판단됨. 따라서, 매립지 침출수의 수질개선 측면을 고려시 퇴비의 혼합비 12% 보다는 25%가 효율적인 것으로 판단됨.
이하 첨부 도면을 토대로 본 발명에 따른 자원화 장치 및 방법을 함께 설명하기로 한다.
첨부 도 1"은 본 발명에 속하는 전체 구성도 이며;
첨부 도 2"는 (S1)단계는 유기성폐기물 반입 및 전처리를 하는 공정이다.
유기성폐기물 반입 및 전처리 장치로써 유기성폐기물 반입실(01)은 저장 및 공급역할 수행하는 시설이며, 악취확산 방지 및 포집으로써 반입문은 심한악취를 고려하여 차량 진입 시 자동으로 개ㆍ폐 되며, 문이 열림과 동시 상부 및 측면에서 Air 로 악취를 차단하며 2중 도어로 계획 하였다.
저장조는 밀폐되어 있으며, 반입차량 진입하여 유기성폐기물을 공급과동시 ON/OFF 도어(02)가 열리고 도어 상부에는 악취를 포집하는 악취가스 포집관(01-4)이 설치되며, 악취가스 포집 송풍기(66)에 의해 포집하여 폐열보일러(32)로 보내지며, 폐열보일러(32)에서 연소공기로 이용하여 악취는 연소되어 소각된다.
유기성폐기물반입실(01) 구성은 차량진입 시 센서에 의해 1차 도어(01-2)가 열림과 동시 에어커튼 (01-1)에서 Air로 악취가스 외부유출을 막는 다음 차량이 1차 도어(01-2)를 지나면 도어는 자동으로 닫힌 다음 2차 도어(01-03)가 열리고 차량이 2차 도어(01-3)를 벗어나면 2차 도어(01-3)는 자동으로 닫힌다.
유기성폐기물 반입실(01) 하부에 습식분쇄기(03)를 구비 설치하고, 습식분쇄기(03) 상부에 구성한 습식분쇄기 온/오프 도어(02)가 차량 진입시 자동으로 열리게 되며, 차량에 탑재된 유기성폐기물을 습식분쇄기(03) 호퍼에 공급이 완료되면 자동으로 습식분쇄기 온/오프 도어(02)가 닫힌다.
유기성폐기물 반입실(01) 하부에 습식분쇄기(03)를 구비하고, 이물질선별기의 이물질선별 스크루 컨베이어(04)와 이물질선별 스크린 조(05)에서 원활한 선별과. 유기성폐기물을 현탁액으로 전환하기위해 탈수기(39)에서 탈수 후 발생되는 탈수액은 활성화된 미생물로서 소화효과 증대 및 소화조에서의 안정적인 운전도모를 위해 용해수로 재활용, 공급을 위해 탈수액 저장조(40)에서 탈수액 이송펌프(41)를 구성 탈수액을 습식분쇄기(03) 측면에 용해수 공급배관을 구성. 습식분쇄기(03)에 탈수액을 공급하여 장치내부 믹서의 회전력과 전단력을 이용하여 불 균질의 폐기물 처리하고 고형물 함량 10%의 현탁액으로 균질하게 만든다.
습식분쇄 운전기준은 운반차량 진입시 운전을 기준으로 한다. 회분 식 운전에 따라 후속공정에 미치는 영향이 적어, 보다 안정적 운전이 가능하게 한다.
습식분쇄기(03)에서 습식 분쇄한 현탁액 중 이물질을 선별하기 위해 습식분쇄기(03)하부에 이물질선별 스크루컨베이어(04) 및 이물질선별스크린 조(05)을 구비하여 습식분쇄기(03)에서 배출되는 현탁액을 받아 이물질선별 스크루컨베이어(04) 회전력을 이용, 이물질을 이물질 저장조(06)로 배출한다.
기능으로는 유기성폐기물 균일화 및 유기성폐기물에 포함된 이물질 제거(유리, 돌, 뼈, 철, 비닐조각, 나무 조각, 섬유류 등 제거)의 원리로써는 현탁액이 이물질선별스크린 조(05)로 빠져 나가며, 스크린 된 이물질은 가운데 모이게 되며, 이물질선별 스크루컨베이어(04) 회전력을 이용하여, 바닥의 이물질을 연속적으로 배출한다.
이물질 저장조(06)를 이물질선별 스크루컨베이어(04) 출구 쪽에 설치하며, 선별된 이물질은 이물질 저장조(06)로 공급되며, 이물질에서 발생되는 침출수는 침출수 펌프(07)에 의해 (08)현탁액 저장조에 공급된다.
선별된 현탁액을 저장하기위해 이물질선별 스크루컨베이어(04) 및 이물질선별 스크린 조(05) 하부에 현탁액 저장조(08)를 구성하여 현탁액을 저장한다.
겨울철에는 기온이 영하권으로 떨어지는 일수가 많기 때문에 현탁액 결빙현상이 번번할 것으로 판단된다. 현탁액 저장조(08) 하부에 스팀공급피트(09)를 구성하여 폐열보일러(32)에서 발생되는 스팀을 현탁액저장조(08) 바닥의 스팀공급피트(09)로 스팀공급을 할 수 있도록 배관을 설치하여 겨울에도 얼어붙지 않고 원활히 현탁액이 공급되도록 계획하였다.
첨부 도 3"은 (S2)단계는 발효소화조에서 가수분해 및 산발효 반응이 활성화 될 수 있는 환경을 유도하기위한 예비분해 공정이다.
상기 현탁액을 예비분해 하는 장치로써, 전처리과정을 거쳐 현탁액저장조(08)에 저장된 현탁액을 발효소화조(17)에 유입되기 전 12시간 정도 저장 및 혼합공정을 통해 미생물의 지체기를 확보해 줌으로써 가수분해 및 산발효 반응이 활성화 될 수 있는 환경을 유도하기위해 현탁액저장조(08) 일측에 현탁액 이송펌프(10)를 구비하고 현탁액 이송펌프(10) 후단에 예비분해조(12)를 구비하여 현탁액을 예비분해조(12)에 공급한다.
현탁액의 가수분해 및 산발효 반응의 활성화 환경조성은 일반적으로 단상 소화조에서는 가수분해 반응, 산 생성 반응, 메탄생성반응이 하나의 소화조에서 모두 이루어진다.
상기 예비분해조(12)에서 12시간 동안 체류시켜 미생물의 적응기라고 할 수 있는 지체기 확보를 통해 가수분해반응 및 산발효 반응이 활성화될 수 있는 조건을 조성해 줌으로써 용해성CODcr의 양을 증가시켜 현탁액이 발효소화조(17)로 유입시 기존환경에 보다 빠르게 적응 하도록 하여 메탄가스 생성을 극대화 하며, 잘 분해 되도록 하는 기능을 한다.
현탁액 이송펌프(16)의 후단에 바이패스라인을 설치하여 현탁액 교반펌프(14)로 저장기간 동안 주기적으로 순환 시켜줌으로써 별도의 교반시설 없이도 교반이 가능 하도록 계획 하였다.
현탁액 교반펌프(14)의 후단에 바이패스라인관 외부에 열교환기(15)를 설치하여 열교환기(33)에서 공급되는 고온공기로 현탁액 온도를 높여 산발효 반응이 활성화 될 수 있는 환경을 유도한다.
습식분쇄 및 선별 조에서 미 분리된 이물질은 이물질선별 타공망(12-1)에 의해 분리되며, 현탁액을 발효소화조(17)로 이송 후 남은 이물질을 이물질배출 게이트(12-2)를 열어 이물질분리 조(13)로 이물질을 배출한다.
예비분해조(12)에서 발생되는 메탄가스는 가스이송포집관(12-3)을 통하여 가스흡입 송풍기(25)에 의해 가스흡입탱크(26)로 이송되어 바이오가스를 선택적으로 사용되는 공정으로 공급된다. 예비분해조는 50~400mmAq의 압력으로 운전될 수 있으므로 바이오가스가 다량발생 하여 예비분해조(12) 내압이 높아질 경우 가스 압축기 운전에 따른 백프레셔를 방지하기 위해 안전밸브(21)를 설치를 한다.
하수처리장 및 폐수처리장에서 발생되는 농축슬러지를 본 발명의 시설에 병합처리 하기위해 농축슬러지 공급펌프(11)를 예비분해조(12)의 상부 일측에 구성하여 농축슬러지를 예비분해조(12)에 투입하여 자원화 하는 기능으로 하수 및 폐수농축슬러지를 병합 처리하는 기능을 함께한다.
첨부 도 4"는 (S3)단계는 가수분해 및 산발효를 실행하여 바이오가스를 생성시키고 현탁액을 퇴비조건을 활성화는 단계이다.
상기 현탁액을 혐기성 조건으로 발효를 시행하는 것으로 예비분해조(12)에서 12시간 정도 저장 및 혼합공정을 통해 미생물의 지체기를 확보해 줌으로써 가수분해 및 산발효 반응이 활성화된 현탁액을 발효를 시행하기위해 예비분해조(12) 후단에 현탁액 이송펌프(16)를 구비하고, 현탁액 이송펌프(16) 후단에 발효소화조(17)를 구성하여 현탁액 이송펌프(16)로 현탁액을 발효소화조(17)에 공급한다.
공급된 현탁액 발효를 위하여 발효소화조(17) 상부에 메탄가스 포집관(17-1)을 다수 개를 연결 구비하고 메탄가스포집관(17-1) 후단에 가스 바이패스 압축기(22)와, 가스 열교환기(23) 및 발효 교반 관(20)을 구성, 연결하여 발효소화조(17)에서 발생되는 메탄가스를 가스 바이패스 압축기(22)로 가스를 압축한다.
발효 소화조(17)에서 발생되는 바이오가스를 재 순환시켜 현탁액 온도를 65℃내외 유지와 교반을 위하여 가스를 압축시키는 공정에 적용하는 것으로써 0.2㎏/㎠G의 가스를 4.4㎏/㎠G의 가스로 압축하게 되는데 압축시키는 과정에서 120℃이상의 압축열이 발생하게 된다. 압축열을 이용하여 발효 소화조의 온도 유지에 이용하게 되며, 발생 압력으로 현탁액을 교반하게 된다.
가스의 량과 교반압력을 조정하기위하여 다수 개의 가스공급 조절밸브(24)를 가스 열교환기(23) 후단 및 발효교반 관(20) 전단에 구성하여 각각의 가스량 및 압력을 일정하게 공급 및 교반을 시행한다.
발효에 필요한 열은 65℃ 내외 이므로 120℃의 압축기 열을 가스 열교환기(23)를 이용하여 열교환 후 발효에 필요한 적정온도로 가스를 발효소화조(17) 내부에 설치된 발효교반 관(20)으로 가스를 공급하여 가스의 압력으로 현탁액을 교반하면서 발효를 시행한다.
또한, 압축가스 열이 65℃이하로 떨어질 경우 (23)가스 열교환기에 공기공급을 하지 않고 열교환기(33)에서 생성되는 열을 이용하여 열 교환하여 발효에 필요한 바이패스되는 가스의 열을 65℃내외의 온도로 맞춘다.
가스 바이패스 압축기(22)로 이용한 가스로 교반이 부족할 때 현탁액이송펌프(35) 후단에 바이패스라인을 구비, 설치하여 현탁액 교반펌프(18)로 저장기간 동안 주기적으로 순환 시켜줌으로써 별도의 교반시설 없이도 교반이 가능 하도록 하였다. 현탁액 교반펌프(18) 후단에 바이패스라인관 외부에 열교환기(19)를 구비, 설치하여 열교환기(33)에서 공급되는 고온공기로 현탁액 온도를 높여 산발효 반응이 활성화 될 수 있는 환경을 유도한다.
상기 발효소화조(17)의 내부 측면에 추가적으로 초음파진동자(17-2)가 구비된다.
초음파 진동자(17-2)에 의해 발생된 초음파는 발효소화조(17) 내의 매질을 국부적으로 가열하게 되고, 큰 장력으로 인해 현탁액에 작은 기포를 발생시킨다.
발생된 기포가 터질 때의 압력과 기포 안의 방전 때문에 초음파를 받은 현탁액은 기계적인작용을 받거나 화학 변화를 일으킨다.
또한, 초음파를 액체 중에 발생시키면 현탁액 중에 수축과 팽창이 교대로 일어나며 파동이 현탁액 중으로 전파되어간다.
초음파 에너지가 더욱 증가하면 현탁액의 분자 간에 응집력이 파괴되고 미세한 진공현상(cavitation)인 공동 (cavity)이 발생된다.
이 공동이 폭발하면서 강력한 에너지를 방출한다.
이러한 충격파에 의해서 액 중에 담겨있는 물질의 표면과 내부 깊숙한 보이지 않는 곳까지 전혀 손상을 입히지 않으면서 단시간 내에 물질의 내부까지 강력한 에너지가 전파되며 화학적/물리적 영향력으로 전달되어지면서 현탁액을 분해시키면서 산발효 활성화를 돕는다.
발효소화조(17)에서 생성된 바이오가스가스를 전기생산 및 액화가스용 등, 선택적으로 사용하기위해 메탄가스 포집관(17-1) 후단에 가스흡입 송풍기(25)와 가스흡입탱크(26)를 연결 구비하여 가스를 저장 후 선택적으로 사용하는 공정에 공급한다.
발효소화조(17)는 50~400mmAq의 압력으로 운전될 수 있으므로 바이오가스가 다량발생 하여 발효소화조(17) 내압이 높아질 경우 가스 압축기 운전에 따른 백프레셔를 방지하기 위해 발효소화조(17) 상부 측면에 안전밸브(21)를 설치를 한다.
첨부 도 5"는 (S4)단계는 활성화된 현탁액을 침전하여 액비와 슬러지을 구분 및 분리하는 단계이다.
상기 현탁액 침전 및 슬러지와 액비로 분리하는 장치로써, 현탁액 공급펌프(35)로 발효소화조(17)에서 침전조(36)로 공급하며, 발효된 현탁액은 수분을 동반한 것으로 침전조(36)에서 침전 후 액체는 액비이송펌프(37)로 이송하여 액비저장탱크(38)에 저장 후 액비로 출하 한다.
설비구성은 발효소화조(17) 후단에 현탁액 이송펌프(35)를 연결, 구비하여 침전조(36)와 연결하고, 침전조(36) 후단 중간 위치에 액비이송펌프(37)를 구성 연결하고 액비저장탱크(38)와 연결하여 액비저장탱크(38)에 액비를 저장 후 공급처에 출하 한다.
첨부 도 6"은 (S5)단계는 슬러지를 탈수하여 탈수액과 고형물을 분리하는 단계로써 활성화된 탈수액을 용해수로 재사용하고 고형물을 퇴비생산 조건을 만들어주는 단계이다.
상기 침전조(36) 하부에 슬러지 이송펌프(36-1)를 구성, 연결하여 침전조(36) 하부의 슬러지를 탈수기(39)로 보내어 탈수를 시행한다. 침전조(36)에서 침전된 농축슬러지는 혐기성소화과정을 거친 슬러지로서 탈수가 용이하지만, 탈수효과를 증대시키기 위해서 폴리머(고분자응집제)를 탈수기에 주입한다.
탈수기(39)에서 배출되는 탈수액은 탈수액저장조(40)로 저장하여 습식분쇄기(03)로 보내져 용해수로 재사용한다. 용해수로 사용하고 남은 탈수액은 탈수액 이송펌프(41)구성하여 폐수농축조(42)로 보내어 농축시킨다.
첨부 도 7"은 (S6)단계는 탈수액 중 일부를 별도 폐수처리 하지 않고 농축 및 응축을 시행하여 응축수를 재활용하고 슬러지는 퇴비로 사용하는 공정이다.
상기 탈수액 이송펌프(41)로부터 이송 해온 탈수액은 폐수농축조(42)에 공급되어 지며, 내부에 열공급 관(42-1)을 코일형식으로 구성, 설치하여 열교환기(33)에서 고온공기 열을 가져와 열공급 관(42-1)에 공급하여 열공급 관(42-1) 외부에 공급되는 탈수액을 고온으로 농축하게 되면 폐수농축조(42) 공급된 탈수액 수분은 포화증기로 변한다.
포화증기로 변한 탈수액 수분을 응축수로 전환하여 공정에 재활용하기 위해 응축조(43)를 구비하고 응축조(43) 내부에 코일 식 응축 관(43-1)을 구성하여 폐수농축조(42) 상부 일측과 연결한다.
응축조(43)의 응축 관(43-1)에 흐르는 포화증기를 응축수로 전환하는 냉각수를 공급하기위해 냉각탑(44)을 구비하여 응축 관(43-1)에 흐르는 포화증기를 응축수로 전환 시킨다.
첨부 도 8"은 (S7)단계는 탈수된 고형물로 최상의 퇴비로 사용하기 위해 이루어지는 공정이다.
상기 본 발명의 퇴비생산 설비로서 발효된 현탁액을 침전조(36)에서 침전하여 상부의 액은 액비저장조(38)에 보내어 액비 사용처에 공급하며, 침전조(38)의 하부 슬러지는 탈수기(39)로 보내어 진다
탈수된 고형물의 온도와 함수량에 의해 호기성 조건이 이루어지는 부숙 과정을 진행하기 위해 탈수기(39) 하부에 퇴비부숙조(46)를 구비하고 퇴비 부숙조(46) 내부에 부숙실(A)(B)(C)과, 퇴비부숙조(46)의 하부에 고온공기피트(46-1) 및 고온공기 공급노즐(46-2)을 구성한다.
상기 고형물은 탈수전 함수율은 93%~95%이며, 탈수 후 함수율은 70%가 된다. 탈수기(39)를 거쳐 탈수된 슬러지(함수율 70%)는 퇴비부숙조(46) 부숙 A실로 적재된다. 일정기간마다 페이로드를 이용하여 뒤집기를 실시하며, 퇴비부숙실 A, B, C로 순차적으로 옮겨 넣기 작업을 하면서 전체적인 교반을 행하면 고형물 부숙이 진행된다.
열교환기(33)에서 공급되는 고온공기를 열공급송풍기(47)로 퇴비부숙조(46)의 하부 고온공기비트(46-1) 및 고온공기노즐(46-2)로 고온공기를 공급함으로써 고형물의 온도와 함수량에 의해 호기성화를 통한 부숙 과정을 진행 한다. 이때 별도의 공극개량제나 효소는 첨가하지 않는다.
상기 퇴비부숙조(46)에서 부숙 된 고형물에는 하수 슬러지가 포함된 것으로 그대로퇴비ㆍ복토재ㆍ토양복원재로 사용하는 데는 문제가 있는 것으로 하수 슬러지는 대부분 SiO2 , Al2O3 , Fe2O3 등 실리카의 복합 화합물(3A12O3 ㆍ2SiO2 )로 형성되어 있고, 탈수 후 함수량이 70%에 달하며, 따라서 고화제중 생석회를 사용하며, 석회내 칼슘 이온이 슬러지내의 규산질과 결합되면서 더욱 단단해지게 되므로 슬러지의 함수비를 낮추고 토립자의 이동을 구속하여 수화반응을 쉽게 하게 하는 고화처리를 시행한다.
고형물 속에는 유기물의 분해에 의하여 발생된 탄산가스가 용해되어 있는 경우가 많으며, 이들 탄산가스와 석회사이에 탄산화 반응이 일어나 탄산칼슘을 형성하게 된다. 이 같은 탄산칼슘은 입자간의 고결이나 충진 제로서 작용할 뿐만 아니라 점토광물중의 알루미나 석회 수화물과 화합하여 더욱 안정된 결정 광물을 형성하게 된다.
고형물에 첨가되는 고화제의 조성 성분 및 비율은 고형물의 유기물 함량, 함수율, 유해물질의 함량에 따라 적절하게 조절하도록 하고, 혼합고화제의 조성 비율은 미분말로부터 선택된 생석회 20∼25중량%로 조절하도록 한다.
고형물과 혼합고화제를 혼합, 혼련을 한 다음 미분으로 분쇄하고 최대 7일간 자연양생시킴으로써 압축강도 0.5kgf/㎠ 이상인 건조한 퇴비ㆍ복토재ㆍ토양복원재 등이 생산되어진다.
위와 같은 퇴비의 조건의 시설로서 고화처리기(48)를 구성하게 되며, 퇴비부숙조(46)에서 호기성조건으로 부숙 된 고형물을 고화처리기(48)에 투입하면서 부형제공급조(49)에서 공급되는 생석회를 20∼25중량%로 조절하여 투입한다.
더욱더 호기성조건을 가지도록 하고, 함수율을 최소화하기 위하여 스팀공급장치(50)를 구비하여 폐열보일러(32)에서 생산되는 스팀을 공급받아 고화처리기(48)에 구비된 스팀공급 관(48-2)에 공급하게 되는데 이 스팀은 고화처리기(48) 내부에 구비된 교반 스크류(48-1)외부에 간접 적으로 열을 전달하여 호기성조건을 가지도록 하고, 건조를 하여 함수율을 최소화 하여 건조된 최상의 퇴비를 생산하게 된다.
첨부 도 9"는 (S8)단계는 바이오가스를 선택적으로 이용하는 것으로 가스터빈으로 전기생산을 하고 가스터빈에서 발생한 폐열로 폐열보일러를 이용하여 스팀을 생산하며, 폐열보일러 출구의 잉여 폐열을 열교환 후 공정에 사용하는 공정으로써,
예비분해조(12)와 발효소화조(17)에서 생성된 메탄(바이오가스)가스를 포집하는 공정에서 예비분해조(12)와 발효소화조(17)에 가스흡입 송풍기(25)를 연결하여 가스를 흡입하여 가스흡입송풍기(25)와 연결된 가스흡입탱크(26)로 가스를 포집하게 된다. 가스흡입탱크(26)에 가스압축기(27)를 구비하여 가스를 압축시키는 공정으로써 4.4㎏/㎠G의 가스를 압축하게 되는데 압축시키는 과정에서 120℃이상의 압축열이 발생하게 된다.
가스 냉각기(28)를 가스압축기(27) 후단에 구비 연결하고 가스압축시 발생된 압축열을 냉각수에 의해 냉각하여 가스를 40℃이하로 냉각하게 되는데 냉각과정에서 수분이 생기게 된다. 수분분리기(29)를 가스 냉각기(28) 후단에 구성하여 연결하고 가스냉각시 냉각기에서 가스를 40℃이하로 냉각할 때 발생되는 수분을 제거하게 된다. 가스저장탱크(30)를 수분분리기(29) 후단에 구성, 연결하여 압축된 가스를 저장한다.
가스터빈(31)을 가스저장탱크(30) 후단에 설치 연결하고 가스저장탱크(30) 저장된 압축가스를 공급하여 전기와 생산하며, 가스터빈(31) 가동시 발생되는 폐열은 950℃이상이며, 가스터빈(31) 폐열배출 부분에 (32)폐열보일러를 구성 연결하고 폐열보일러(32)에서 생산되는 스팀으로 냉ㆍ난방용으로 열원을 공급한다.
폐열보일러(32)에서 스팀을 생산하고 폐열보일러(32)의 출구 배출 가스인 230℃이상의 잉여 폐열로 폐열보일러(32) 후단에 열교환기(33)를 구성 연결하여 외부의 깨끗한 공기를 유입시켜 열 교환하여 고온공기로 전환시켜 예비분해조(12), 발효소화조(17), 폐수농축조(42), 퇴비부숙조(46)에 필요한 열원으로 사용한다.
첨부 도 10"은 (S9)단계는 바이오가스를 선택적으로 이용하는 것으로, 기체로 발생된 바이오가스를 액화가스로 전환하여 자동차연료 및 도시가스 등에 사용하는 공정으로써,
상기 가스흡입탱크(26)에 포집된 메탄(바이오가스)기체가스를 액화가스로 전환하기위해 가스흡입탱크(26) 후단에 1차 압축기(51)를 구비, 연결하여 가스를 1차로 압축시키는 공정으로써 0.2㎏/㎠G의 가스를 4.4㎏/㎠G의 가스로 압축하게 되는데 압축시키는 과정에서 120℃이상의 압축열이 발생하게 된다.
1차 압축기(51)에서 발생된 압축열을 40℃이하로 냉각을 하는 단계로 1차 냉각기(52)를 1차 압축기(51) 후단에 구비, 연결한다.
1차 압축 후 2차 압축을 하기위한 전 단계로써 1차 압축기(51)에서 발생된 압축열을 냉각수에 의해 1차 냉각기(52)에서 가스를 냉각하며, 가스를 40℃이하로 냉각하게 되는데 냉각과정에서 수분이 생기게 된다.
2차 압축을 하기위한 전 단계로써 1차 냉각기(52)에서 가스를 40℃이하로 냉각할 때 발생되는 수분을 제거하는 공정으로써 1차 냉각기(52) 후단에 1차 수분 분리기(53)를 구비 연결하여 수분을 제거한다.
가스를 2차로 압축시키는 공정으로써 2차 압축기(54)를 1차 수분 분리기(53) 후단에 구성 및 연결하여 1차 압축기(51)에서 압축된 4.4㎏/㎠G의 가스를 18㎏/㎠G이상으로 압축하게 되는데 압축시키는 과정에서 120℃이상의 압축열이 발생하게 된다. (가스의 삼중점이 5.2㎏/㎠G - 56℃이다. 즉, 이론상으로 5.2㎏/㎠G이상으로 압축하여야만 액체 상태로 만들 수 있다.)
2차 압축기(54)에서 발생된 압축열을 40℃이하로 냉각을 하는 단계로 2차 냉각(55)기를 2차 압축기(54) 후단에 구비, 연결한다.
2차 압축기(54)에서 발생된 압축열을 냉각수에 의해 2차 냉각기(55)에서 가스를 냉각하며, 가스를 40℃이하로 냉각하게 되는데 냉각과정에서 수분이 생기게 된다.
2차 냉각기(55)에서 가스를 40℃이하로 냉각할 때 발생되는 수분을 제거하는 공정으로써 2차 냉각기(55) 후단에 2차 수분 분리기(56)를 구비 연결, 수분을 제거한다.
40℃이하로 냉각된 가스를 차가운 냉매와 열 교환하여 10℃이하로 냉각하게 하기위하여 NH3 냉동기(62)를 중간냉각기(57)에 연결 구성하여 냉각과정에서 수분이 생기게 된다.
중간냉각기(57)의 구성, 연결은 2차 수분 분리기(56) 후단에 구비 된다.
냉각탑(63)은 NH3 냉동기(62)와 구성 연결하여 열 교환하게 된다.
NH3 냉동기(62)는 가정의 에어컨과 비슷한 역할을 하는 장치로써 중간냉각기(57)와 응축기(61)에 차가운 냉매를 공급하는 역할을 하는데, 공급된 차가운 냉매가 원료가스와 열교환해서 더워진 냉매(NH3 기체)가 되면, 이를 흡입-압축-냉각(단열팽창)하여 다시 차가운 냉매(NH3 기체)로 만드는 사이클이 계속 반복 되는 것이다.
냉각탑(63)은 1차, 2차 압축기, 1차, 2차 냉각기 및 냉동기에 공급된 냉각수가 열교환 및 뜨거워지면 차가운 냉각수로 만들어서 다시 공급하는 역할을 한다.
최종수분 분리기(58)를 중간냉각기(57)에 구비, 연결하며, 중간냉각기(57)에서 10℃이하로 냉각될 때 생성된 수분을 제거한다.
건조기(활성알루미나겔)(59)를 최종수분 분리기(58) 후단에 구비, 연결하며, 수분을 제거하는 제습공정으로써 가스 중 전 단계에서 제거되지 않은 미량의 상태로 존재하는 수분을 흡습제인 알루미나겔에 흡수시켜 수분을 완전하게 제거하게 된다.
정제탑(활성탄)(60)을 건조기(활성알루미나겔)(59) 후단에 구비, 연결하며, 탈취공정으로 압축ㆍ냉각ㆍ제습된 가스중의 미량의 이취 성분의 혼입이 우려 되므로 이를 방지하고 탈취 하기위하여 활성탄 층을 통과시켜 처리하게 된다.
응축기(61)를 정제탑(활성탄)(60) 후단에 연결, 구비한 가스를 액화 시키는 공정으로 가스를 NH3 냉동기(62)에서 공급되는 차가운 냉매와의 열 교환하여 -20℃이하의 저온으로 냉각하게 되며, 이때 가스는 액체 상태로 바뀌게 된다.
응축기(61)의 액화 시키는 공정에서 재 증발된 가스와 불 응축된 불활성 가스를 분리하는 공정으로써 액 분리기(순도 정제기)(64)를 응축기(61) 후단에 구비, 연결하며, 기체 액을 분리하여 액체상태의 가스만을 액화가스(65) 저장탱크로 보내어 저장한 후 액화가스 사용처에 공급을 하게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 전체 구성도 이며;
도 2는 본 발명에 따른 유기성폐기물 반입 및 전처리를 하는 구성도 이다.
도 3은 본 발명에 따른 발효소화조에서 가수분해 및 산발효 반응이 활성화 할 수 있도록 환경을 유도하는 예비분해조 구성도 이다.
도 4는 본 발명에 따른 가수분해 및 산발효를 실행하여 바이오가스를 생성시키고 현탁액을 퇴비조건을 활성화 하는 발효소화조 구성도 이다.
도 5는 본 발명에 따른 활성화된 현탁액을 침전하여 액비와 슬러지을 구분하는 구분 하는 액비생산 장치 구성도 이다.
도 6은 본 발명에 따른 슬러지를 탈수하여 탈수액과 고형물을 분리하는 단계로써 활성화된 탈수액을 용해수로 재사용하고 고형물을 퇴비생산 조건을 만들어주는 단계의 구성도 이다.
도 7은 본 발명에 따른 탈수액 중 일부를 별도 폐수처리 하지 않고 농축 및 응축을 시행하여 응축수를 재활용하고 슬러지는 퇴비로 사용하는 공정이다.
도 8은 본 발명에 따른 탈수된 고형물로 최상의 퇴비로 사용하기 위해 이루어지는 퇴비생산 장치 구성도 이다.
도 9는 본 발명에 따른 바이오가스를 선택적으로 이용하는 것으로 가스터빈으로 전기생산을 하고 가스터빈에서 발생한 폐열로 폐열보일러를 이용하여 스팀을 생산하며, 폐열보일러 출구의 잉여 폐열을 열교환 후 공정에 사용하는 구성도 이다.
도 10은 본 발명에 따른 바이오가스를 선택적으로 이용하는 것으로, 기체로 발 생된 바이오가스를 액화가스로 전환하여 자동차연료 및 도시가스 등에 사용하는 구성도 이다.
도 11은 본 발명에 따른 유기성폐기물을 이용한 자원화 방법을 나타낸 공정흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
01: 유기성 폐기물 반입실 03: 습식분쇄기
04: 이물질선별 스크루 컨베이어 05: 이물질선별 스크린 조
06: 이물질 저장조 08: 현탁액 저장조
09: 스팀공급 비트 10: 슬러지 공급펌프
11: 농축슬러지 공급펌프 12: 예비분해조
13: 이물질 분리 조 14: 현탁액 교반펌프
15: 현탁액 열교환기 16: 현탁액 이송펌프
17: 발효 소화조 18: 현탁액 교반펌프
19: 현탁액 열교환기 20: 발효 교반 관
21: 안전밸브 22: 가스 바이패스 압축기
23: 가스 열교환기 24: 가스공급 조절밸브
25: 가스흡입 송풍기 26: 가스흡입 탱크
27: 가스 압축기 28: 가스 냉각기
29: 가스수분 분리기 30: 가스저장 탱크
31: 가스터빈 32: 폐열보일러
33: 열교환기 34: 열공급 송풍기
35: 현탁액 공급펌프 36: 침전조
37: 액비 이송펌프 38: 액비저장 탱크
39: 탈수기 40: 탈수액 저장조
41: 탈수액 이송펌프 42: 폐수농축조
43: 응축조 44: 냉각탑
46: 퇴비 부숙조 47: 퇴비부숙 열공급 송풍기
48: 고화처리 기 49: 부형제 공급조
51: 1차 압축기 54: 2차 압축기
57: 중간 냉각기 58: 최종 수분 분리기
59: 건조기(활성알루미나겔) 60: 가스 정제탑(활성탄)
61: 응축기 62: NH3냉동기
64: 액 분리기 65: 액화가스 저장탱크
66: 악취가스 포집송풍기
Claims (12)
- 유기성폐기물을 분쇄하는 습식분쇄기(03)와, 이물질을 걸러서 추출하는 선별기와, 현탁액을 저장하는 현탁액 저장조(08)로 구성된 전처리장치;상기 현탁액을 공급받아 저장하여 미생물의 지체기를 확보하는 예비분해조(12);초음파 에너지를 통해 상기 예비분해조(12)로부터 공급받은 현탁액을 분해시키면서 산발효를 활성화시키는 초음파진동자(17-2)를 포함하여 상기 예비분해조(12)의 현탁액을 공급받아 저장한 후 가수분해 및 산발효 반응을 활성화시키고, 생성되는 바이오가스를 재순환하여 압축시킴으로써 발생하는 압축열을 이용하여 메탄발효 온도를 유지하고, 발생하는 압력으로 상기 현탁액을 완전 혼합 교반할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 발효소화조(17);상기 발효소화조(17)에서 발효소화된 현탁액을 침전시키는 침전조(36)와, 침전된 액비를 저장하는 액비저장탱크(38)로 구성된 액비생산장치;상기 침전조(36)의 슬러지를 이송하는 슬러지이송펌프(36-1)와, 이송된 슬러지를 탈수시키는 탈수기(39)와, 탈수된 폐수를 저장하는 용해수 저장조(40)와, 탈수된 슬러지를 저장하고 승온시켜 숙성시키는 퇴비부숙조(46)로 구성된 퇴비생산장치 및;상기 침전조(36)에서 침전 배출된 슬러지를 이송하는 슬러지 이송펌프 (36-1)와 슬러지를 탈수하는 탈수기(39)와 탈수된 탈수액을 저장하는 탈수액 저장조(40)에 저장 후 습식분쇄기(03)에서 사용 수분조절용으로 사용되는 용해수를 공급하는 용해수 공급장치와;상기 용해수 저장조(40)의 폐수를 가열하여 농축시키는 폐수농축조(42)와, 가열발생된 포화증기를 응축시키는 응축조(43)로 구성된 폐수농축장치;상기 발효소화조(17)에서 발생된 가스를 포집하는 가스흡입탱크(26)와; 상기 가스흡입탱크(26)의 가스를 압축시키는 압축기(51,54)와; 상기 압축기에서 가스를 압축할 때 발생되는 열을 냉각시키는 냉각기와; 상기 가스를 냉각하는 과정에서 발생되는 수분을 제거하는 수분분리기와; 상기 압축가스를 저장하는 액화가스저장탱크(65)로 구성된 액화 바이오가스 생산장치;상기 가스흡입탱크(26)의 가스를 압축시키는 압축기(27)와, 압축된 가스를 에너지로 공급받아 구동되어 전기를 생산하는 가스터빈(31)과, 상기 가스터빈(31)에서 발생된 열을 에너지로 공급받아 열원을 발생하는 폐열보일러(32)와, 상기 발생된 열원을 이용하여 스팀을 발생하는 열교환기(33)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성폐기물을 이용한 자원화 장치에 있어서,상기 전처리장치는,유기성폐기물의 수분조절을 위해 소화후 탈수기(39)를 거쳐 발생하는 탈수액을 공정수로 재사용하여 탈수액내 활성화된 미생물로 인한 소화효과 증대 및 발효소화조(17)에서의 안정적인 운전도모를 위해 습식 분쇄하는 습식분쇄기(03)와,별도의 이물질 선별장치 없이 선별장치 내에서 이물질 선별장치의 회전력을 이용하여 이물질을 자동제거 하는 이물질선별 스크루 컨베이어(04) 및,이물질선별 스크린 조(05)와,현탁액을 저장하는 현탁액 저장조(08)와 겨울철에 저장조 현탁액 결빙을 방지하기 위한 스팀공급비트(09)를 포함하고;상기 예비분해조(12)는,전처리과정을 거쳐 현탁액저장조(08) 및 현탁액 이송펌프(10)에서 현탁액을 공급받아 발효소화조(17)에 유입되기 전 12시간 정도 저장 및 혼합공정을 통해 미생물의 지체기를 확보하여 가수분해 및 산발효 반응이 활성화 될 수 있는 환경을 유도하기위해 구비되는 본체와,상기 본체의 상부 일측에 구성하여 하수처리장에서 발생되는 농축슬러지를 본체 내에 투입하여 자원화 하는 기능으로 폐수처리 및 하수처리장시설에서 발생되는 농축슬러지를 병합 처리할 수 있도록 연계하여 처리할 수 있도록 한 하수농축슬러지 펌프(11)와,현탁액 이송펌프(16) 전단에 바이패스 라인을 설치하여 상기 본체 내의 현탁액을 저장기간동안 주기적으로 순환 시켜줌으로써 별도의 교반시설 없이도 교반이 가능 하도록 한 현탁액 교반펌프(14)와,상기 현탁액 교반펌프(14) 후단에 바이패스 라인 관 외부에 열교환기(15)를 설치하여 열교환기(33)에서 공급되는 고온공기로 현탁액 온도를 높여 산발효 반응이 활성화 될 수 있는 환경을 유도하는 열교환기(15)와,습식분쇄 및 선별 조에서 미 분리된 이물질은 이물질선별타공망(12-1)에 의해 분리되며, 현탁액을 발효소화조(17)로 이송 후 남은 이물질을 이물질배출 게이트 (12-2)를 열어 이물질분리 조(13)로 이물질을 배출시키는 이물질선별타공망 (12-1)과 이물질배출 게이트(12-2)가 구성된 이물질 배출 장치와,상기 본체에서 발생되는 메탄가스를 가스이송포집관(12-3)을 통하여 가스흡입 송풍기(25)에 의해 가스흡입탱크(26)로 이송되어 에너지 생산 공정으로 공급 시키는 메탄가스 포집 장치와,상기 본체는 50~400mmAq의 압력으로 운전될 수 있으므로 바이오가스가 다량발생 하여 소화조 내압이 높아질 경우 가스 압축기 운전에 따른 배압을 방지하기 위해 설치된 안전밸브(21)를 포함하고;상기 액화 바이오가스 생산장치는,상기 가스흡입탱크(26)의 후단에 설치되어 0.2㎏/㎠G의 가스를 4.4㎏/㎠G의 가스로 압축하게 되는 1차 압축기(51)와;상기 1차 압축기(51)에서 가스를 압축할 때 발생되는 120℃의 가스의 열을 40℃이하로 냉각하는 1차 냉각기(52)와;상기 1차 냉각기(52)에서 가스를 냉각하는 과정에서 발생되는 수분을 제거하는 1차 수분분리기(53)와;상기 압축, 냉각, 제습된 4.4㎏/㎠G의 가스를 18㎏/㎠G이상으로 압축하는 2차 압축기(54)와;상기 2차 압축기(24)에서 2차로 압축시킬 때 발생하는 120℃ 가스의 열을 40℃이하로 냉각하는 2차 냉각기(55)와;상기 2차 냉각기(55)에서 2차로 냉각시킬 때 발생된 수분을 제거하는 2차 수분 분리기(56)와;상기 2차 압축, 냉각, 제습된 가스를 차가운 냉매와 열 교환하여 10℃이하로 냉각하게 하기 위한 NH3 냉동기(62)와;상기 NH3 냉동기(62)에 연결 구성하여 가스를 10℃이하로 냉각하는 중간냉각기(57)와;상기 중간냉각기(57)에서 10℃이하로 냉각할 때 발생되는 수분을 제거하는 최종 수분분리기(58);상기 최종 수분분리기(58)를 통과한 가스에 포함된 제거되지 않은 미량의 상태로 존재하는 수분을 제거하여 제습하는 기능을 하는 건조기(59)와;상기 건조기(59)를 통과한 제습된 가스 중의 미량의 이취성분 혼입이 우려되므로 이를 방지하고 탈취하기 위하여 활성탄 층을 통과시키는 정제탑(60)과;상기 정제탑(60)을 통과한 가스를 NH3 냉동기(62)에서 공급되는 차가운 냉매와 열 교환시켜 -20℃이하의 저온으로 냉각함으로써, 상기 정제탑(60)을 통과한 가스를 액화시켜 액체 상태로 바뀌게 하는 응축기(61)와;상기 응축기(61)를 통해 가스를 액화시키는 과정에서 재증발된 가스 및 불응축된 불활성 가스를 액체상태의 가스와 분리하는 액 분리기(64)와;상기 액 분리기(64)에서 분리된 액체상태의 가스를 저장하는 액화가스저장탱크(65)를포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성폐기물을 이용한 자원화 장치.
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,상기 발효소화조(17)는,예비분해조(12)의 현탁액을 이송시켜 발효소화조에 저장하는 현탁액 이송펌프(16)와,현탁액을 저장하고 가수분해 및 산발효를 실행하는 본체와,메탄가스 압축 및 재순환 하여 내부의 현탁액을 완전혼합, 및 발효를 시행하는 가스바이패스압축기(22)ㆍ가스공급조절밸브(24)ㆍ발효교반 관(20)ㆍ현탁액 교반펌프(18)ㆍ현탁액 열교환기(19)ㆍ가스 열교환기(23)로 구성된 현탁액 가열장치와,발효 생성된 메탄(바이오가스)가스를 가스터빈 및 액화가스용으로 선택적으로 사용하기 위해 메탄가스 포집관 (17-1)과, 후단에 가스흡입 송풍기(25)와, 가스흡입탱크(26)를 연결 구비된 메탄가스 포집장치를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성폐기물을 이용한 자원화 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 액비생산장치는,기 발효소화조(17)에서 침전조(36)로 현탁액을 공급하는 현탁액 이송펌프(35)와;상기 활성화된 현탁액을 침전하여 액비와 슬러지를 분리하는 침전조(36)와;상기 침전 후 상부 상등 액비를 액비저장탱크(38)로 이송시키는 액비이송펌프(37)와;상기 액비이송펌프(37)에서 이송된 활성화 된 액비를 액비저장탱크(38)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성폐기물을 이용한 자원화 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 퇴비생산장치는,상기 침전조(36)에 침전된 하부 슬러지를 탈수하기 위해 탈수기(39)로 공급하는 슬러지 이송펌프(36-1)와;상기 슬러지는 탈수전 함수율은 93%~95%이며, 함수율 70%이하로 하는 탈수기(39)와;상기 슬러지의 온도와 함수량에 의해 호기성화를 통한 부숙 과정을 진행하기 위해 탈수기(39) 하부에 퇴비부숙조(46) 내부의 부숙실(A)(B)(C)와;상기 열교환기(33)에서 공급되는 고온공기를 퇴비부숙조(46)에 공급을 위한 송풍기(47)와;상기 송풍기(47)에서 공급되는 고온공기를 공급하여 퇴비를 부숙 시키는 퇴비부숙조(46) 하부 고온공기 비트(46-1)와;상기 고온공기 비트(46-1)로 주입된 고온공기로 고형물의 온도와 함수량에 의해 호기성화를 통한 부숙 과정을 진행하기위한 고온공기노즐(46-2)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성폐기물을 이용한 자원화 장치.
- 제 6항에 있어서,상기 퇴비생산장치에는 탈수된 슬러지에 생석회를 혼합시켜 고형화시키기 위한 고화처리기(48)가 더 설치되며,상기 고화처리기(48)는,상기 퇴비부숙조(46)에서 호기성조건으로 부숙된 퇴비를 저장하는 본체와;상기 퇴비를 더욱 함수비를 낮추고 토립자의 이동을 구속하여 수화반응을 쉽게 하게 하는 생석회를 공급하는 부형제 공급조(49)와;상기 퇴비를 호기성조건을 가지도록 하고, 함수율을 최소화하기 위하여 폐열보일러(32)에서 공급받아 스팀을 공급하는 스팀공급기(50)와,스팀을 공급받아 고화처리기(48) 내부의 교반 스크류(48-1)의 외부에 간접 열을 전달하기 위해 구성된 스팀공급 관(48-2)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성폐기물을 이용한 자원화 장치.
- 제 5항에 있어서,상기 침전조(36)에서 배출된 슬러지를 탈수하여 탈수액과 고형물을 분리하는 단계로써 활성화된 탈수액을 습식분쇄기(03)에 공급되는 용해수로 재사용하여,탈수액내 활성화된 미생물로 인한 소화효과 증대 및 발효소화조(17)에서의 안정적인 운전도모와, 현탁액 수분조절을 하도록 한 것을 특징으로 하는 유기성폐기물을 이용한 자원화 장치.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,상기 발효소화조(17)에서 발생된 메탄가스를 상기 메탄가스 포집장치에서 포집된 메탄가스를 압축 후 선택적으로 사용하는 공정에서, 가스흡입탱크(26)의 후단에 가스압축기(27)를 연결 구비하여 가스를 압축시키는 공정으로써 4.4㎏/㎠G의 가스를 압축하게 되는 가스압축기(27)와;상기 압축기에서 가스를 압축할 때 발생되는 압축시키는 과정에서 120℃이상의 압축열이 발생이 된 가스를 40℃이하로 냉각하는 가스 냉각기(28)와;상기 40℃이하로 냉각할 때 발생되는 수분을 제거하는 수분분리기(29)와;상기 가스압축ㆍ냉각ㆍ수분이 제거된 바이오가스를 저장하는 저장탱크(30)와;상기 저장탱크에 저장된 바이오가스로 전기생산을 하는 가스터빈(31)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성폐기물을 이용한 자원화 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 폐수농축장치는,상기 습식분쇄기(03)에 현탁액 용해수로 공급, 사용 후 남은 탈수액을 별도 폐 수처리를 하지 않고 열교환기(33)에서 공급되어지는 고온의 열원으로 탈수액을 가열하여 농축 및 응축과정을 거쳐 공정수로 재활용하기위한 것으로 용해수이송펌프(41)에서 공급하는 탈수액을 농축하기위한 폐수농축조(42)와;상기 열교환기(33)에서 고온의 공기를 공급받아 폐수농축조(42)에 공급되는 탈수액을 가열하여 포화증기로 전환시키기 위한 것으로 폐수농축조 내부에 코일 형식의 열공급 관(42-1)과;상기 폐수농축조(42)에서 발생하는 포화증기를 응축을 하기위해 폐수농축조(42) 일측에 연결 구비되는 응축조(43)와;상기 응축조(43)내부에 포화증기를 응축하기위해 냉각탑(44)에서 냉각수를 공급받는 코일 형식으로 응축조 내부에 구비된 응축 관(43-1)과;상기 응축 관(43-1)에 응축수를 공급하는 냉각탑(44)로 구성하여 포화증기 상태의 증기가 응축수로 전환되도록 한 것을 특징으로 하는 유기성폐기물을 이용한 자원화 장치.
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