KR101114972B1 - Divice and method of anaerobic digestion using liquid impulse mixing - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 액체 충격혼합형 혐기성 소화 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐수 또는 액상 폐기물에 함유된 유기물질을 혐기소화시키기 위하여 다공판이 설치된 타워형 소화조와 보정탱크를 함께 설치하고 보정탱크로부터의 액체 공급을 통한 액체의 상향류 흐름 유도와 보정탱크와 소화조와의 수위 차이에 의한 액체의 하향류 흐름 유도를 통해 소화조 내에 별도의 기계적 교반장치를 설치하지 않고도 액체 충격혼합을 일으켜 혐기성 소화를 가능하게 하는 액체 충격혼합형 혐기성 소화 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a liquid-impact mixed anaerobic digestion apparatus and a method thereof, and more specifically, to aerobic digestion of organic substances contained in wastewater or liquid waste, a tower-type digester equipped with a perforated plate and a correction tank are installed together from a calibration tank. Induces anaerobic digestion by inducing liquid impact mixture without installing a separate mechanical agitator in the digester by inducing the upstream flow of the liquid through the liquid supply of the liquid and inducing the downstream flow of the liquid by the difference of the water level between the calibration tank and the digester. It relates to a liquid shock-mixed anaerobic digestion apparatus and a method thereof.
음식물 쓰레기, 하수슬러지 또는 축산폐수 같은 액상 폐기물 속에는 용존성 또는 입자상 유기물질들이 고농도로 함유되어 있어 이들을 처리하는데 많은 비용이 든다. 이러한 유기물들을 혐기성 박테리아로 바이오가스로 전환시켜 처리하는 방법이 더욱 경제적이며, 발생된 바이오가스의 메탄을 신재생 에너지로 회수하여 재활용할 수 있기 때문에 혐기성 소화장치에 대한 관심이 점점 더 증가하고 있다.Liquid wastes such as food waste, sewage sludge, or livestock wastewater contain high concentrations of dissolved or particulate organic matter, which is expensive to treat. The treatment of these organics with anaerobic bacteria by converting them into biogas is more economical, and the interest in anaerobic digesters is increasing because the methane of the generated biogas can be recovered and recycled as renewable energy.
이러한 혐기성 소화장치는 일반적으로 공기와 차단된 밀폐된 소화조에 혐기성 박테리아가 유입되는 유기물을 충분히 소화시킬 수 있도록 이들 두 물질을 균일하게 혼합하는 기계적 또는 물리적 혼합시스템을 갖추고 있다. Such anaerobic digesters generally have a mechanical or physical mixing system that uniformly mixes these two materials to sufficiently digest organic matter that enters anaerobic bacteria into a closed digester that is blocked from air.
그러나 혐기성 소화장치는 소화조의 형태와 혼합 방식에 따라 유입시킬 수 있는 입자상 물질의 크기와 농도의 범위가 제한된다. 특히 고농도의 입자상 유기물질을 혐기성으로 소화시키는 장치는 밀폐된 탱크에 그 직경과 높이의 비에 따라, 특히 높이보다 직경이 큰 재래식 소화조에서는 혼합방식이 프로펠러 교반기 또는 패들 교반기를 이용하는 기계적 혼합 방식으로서 유입되는 유기물과 박테리아가 서로 균일하게 혼합되지 못하기 때문에 두 물질간의 접촉효율이 낮아 물질전달 속도가 매우 낮다. 따라서, 혐기성 박테리아에 의한 유기물 소화속도가 느려 단위 용적당 유입 유기물질 부하율이 2-3 kgVS/m3×d로 낮아 소화조의 소요용량이 크게 요구되며, 소화효율이 낮고 유입 유기물당 바이오가스 생산량이 낮다. However, anaerobic digesters have a limited range of sizes and concentrations of particulate matter that can be introduced, depending on the type and mix of digesters. In particular, a device for anaerobic digestion of high concentrations of particulate organic matter is introduced into a closed tank according to the ratio of diameter and height, especially in a conventional digester having a diameter larger than the height, as a mechanical mixing method using a propeller stirrer or a paddle stirrer. Since the organic materials and bacteria are not uniformly mixed with each other, the contact efficiency between the two materials is low and the material transfer rate is very low. Therefore, the rate of digestion of organic matters by anaerobic bacteria is low, so the loading rate of inflow organic matters per unit volume is 2-3 kgVS / m 3 × d. low.
또한, 기계식 교반기를 가진 혐기성 소화장치는 소화조의 소요용량이 크기 때문에 여러 대의 교반기가 설치되어야 하며, 이로 인한 동력 소비가 높고, 소화조 내부에 설치된 가동부(Moving Part)로서 고장이 날 가능성이 높아 소화조 유지관리에 많은 문제점을 가지고 있다. 그리고 기계식 교반기의 소화조는 소요용량이 클 뿐만 아니라, 그에 상응하는 교반기가 최적 혼합효율을 얻기 위하여 소화조 높이가 대체적으로 낮기 때문에 더 큰 소요부지면적이 요구된다.
In addition, the anaerobic digester with a mechanical stirrer requires a plurality of stirrers to be installed because of the large capacity of the digester, and thus the power consumption is high, and as a moving part installed inside the digester, the digester is maintained, which is likely to fail. There are many problems with management. In addition, the digester of the mechanical stirrer is not only large in capacity, but a larger required area is required because the corresponding stirrer is generally low in order to obtain an optimum mixing efficiency.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 혐기성 소화조내에 별도로 작동되는 기계적 교반장치가 없이 타워형 소화조내에 설치된 다공판의 구멍들을 통해 혐기성 박테리아와 잔류 유기물 혼합액이 빠른 속도로 통과하면서 다공판들 사이에 충격혼합을 일으켜 소화조 바닥부로 유입되는 유기물과 혐기성 박테리아를 완전 혼합시켜 유기물 소화율과 바이오가스 발생량을 증가시키고 혼합에 소요되는 동력을 감소시키며, 소화조 단위 용적당 소화시킬 수 있는 유기물 부하량을 증가시켜 소화조 소요용량과 소요부지면적을 줄일 수 있도록 하는 혐기성 소화 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
The present invention has been made to solve the above problems, the object is that the anaerobic bacteria and the residual organic mixture mixture at high speed through the holes of the perforated plate installed in the tower digester without a mechanical agitator operated separately in the anaerobic digester While mixing the perforated plates, the organic material and anaerobic bacteria flowing into the bottom of the digester are completely mixed to increase the rate of digestion of organic matter and biogas, decrease the power required for mixing, and digestible organic matter per unit volume. The present invention provides an anaerobic digestion apparatus and method for increasing the load to reduce the digester capacity and the required area.
본 발명의 일측면에 따르면, 유입구를 통해 유기물이 유입되는 소화조; 액체가 채워질 수 있는 공간을 가진 보정탱크; 상기 보정탱크의 바닥부로부터 상기 소화조의 바닥부로 연결되는 액체배관; 및 상기 액체배관에 설치되어 상기 보정탱크로부터 액체를 상기 소화조로 유입시키는 충격펌프; 를 포함하며, 상기 충격펌프를 통한 소화조로의 액체 유입에 따라 소화조 내 액체의 상향류 흐름을 유도하고 상기 소화조와 보정탱크의 수위차이에 따라 소화조 내 액체의 하향류 흐름을 유도하여 소화조 내 유기물을 혼합시키는 것을 특징으로 하는 혐기성 소화 장치를 제공한다. According to one aspect of the invention, the digester through which the organic matter is introduced through the inlet; A calibration tank having a space in which liquid can be filled; A liquid pipe connected to the bottom of the digester from the bottom of the calibration tank; And a shock pump installed in the liquid pipe to introduce liquid from the correction tank into the digester. It includes, and induces an upstream flow of the liquid in the digester in accordance with the liquid inflow into the digester through the impact pump and induces the flow of liquid in the digester downflow according to the level difference between the digester and the correction tank to the organic material in the digester It provides an anaerobic digestion apparatus, characterized in that the mixing.
바람직하게는, 상기 소화조에는 다수의 구멍을 가진 적어도 하나 이상의 다공판이 수평 상태로 설치되는 것을 특징으로 한다. Preferably, the digester is characterized in that at least one porous plate having a plurality of holes is installed in a horizontal state.
바람직하게는, 상기 다공판의 구멍들은 다공판의 면상에 균일하게 천공되어 형성되고, 각 구멍이 30mm 내지 50mm의 직경을 가지며, 구멍 중심 간 간격은 80mm 내지 100mm인 것을 특징으로 한다. Preferably, the holes of the porous plate are formed by uniformly perforated on the surface of the porous plate, each hole has a diameter of 30mm to 50mm, characterized in that the interval between the center of the hole is 80mm to 100mm.
바람직하게는, 상기 다공판의 구멍 상에는 적어도 둘 이상의 지지대에 의해 지지되는 덮개가 구비되는 것을 특징으로 한다. Preferably, a cover supported by at least two supports is provided on the hole of the porous plate.
바람직하게는, 상기 다공판의 구멍과 덮개와의 간격은 상기 구멍 직경의 1.5 배 내지 2.5배이며, 상기 덮개의 직경은 상기 구멍 직경의 1.3 배 내지 1.8배인 것을 특징으로 한다. Preferably, the gap between the hole and the cover of the porous plate is 1.5 to 2.5 times the diameter of the hole, the diameter of the cover is characterized in that 1.3 to 1.8 times the diameter of the hole.
바람직하게는, 상기 덮개는 상측을 향하여 볼록하게 돌출된 돔 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다. Preferably, the cover is characterized in that it is formed in the shape of a dome protruding convex toward the upper side.
바람직하게는, 상기 소화조는 직경 보다 높이가 2 배 이상 큰 것을 특징으로 한다. Preferably, the digester is characterized in that the height is at least two times larger than the diameter.
바람직하게는, 상기 소화조의 상부에는 바이오가스 저장공간이 형성되는 것을 특징으로 한다. Preferably, the biogas storage space is formed on the digester.
바람직하게는, 상기 충격펌프는 소화조 내 액체의 상향류 흐름을 유도하기 위하여 작동하고, 소화조 내 액체의 하향류 흐름 시 소화조 내 액체가 보정탱크로 유입되도록 유로를 개방시키는 것을 특징으로 한다. Preferably, the impact pump is operated to induce an upstream flow of the liquid in the digester, characterized in that for opening the flow path so that the liquid in the digester flows into the correction tank during the downflow of the liquid in the digester.
바람직하게는, 상기 보정탱크는 상기 소화조의 상부에 부착되거나 상기 소화조의 상부 위치와 동일 높이에서 소화조와 분리설치되는 것을 특징으로 한다. Preferably, the correction tank is attached to the upper portion of the digester, characterized in that installed separately from the digester at the same height as the upper position of the digester.
한편 본 발명의 다른 측면에 따르면, (a) 소화조에 유기물질을 공급하는 단계; (b) 상기 소화조의 하부를 통해 보정탱크의 액체를 충격펌프를 통해 유입시켜 소화조 내부에 액체의 상향류 흐름을 유도하는 단계; 및 (c) 충격펌프의 작동을 정지시키고, 소화조와 보정탱크의 수위차이에 따라 소화조 내 액체의 하향류 흐름을 유도하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기성 소화 방법을 제공한다. Meanwhile, according to another aspect of the invention, (a) supplying an organic material to the digester; (b) introducing a liquid in the correction tank through an impact pump through a lower portion of the digester to induce an upward flow of liquid in the digester; And (c) stopping the operation of the impact pump and inducing a downward flow of liquid in the digester according to the difference in water level between the digester and the calibration tank; It provides an anaerobic digestion method comprising a.
바람직하게는, 상기 소화조에 다수의 구멍을 가진 적어도 하나 이상의 다공판을 수평 상태로 설치하여 소화조 내를 이동하는 액체의 충격혼합을 유도하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the at least one porous plate having a plurality of holes in the digester is installed in a horizontal state to induce impact mixing of the liquid moving in the digester.
바람직하게는, 상기 다공판의 구멍 상에 적어도 둘 이상의 지지대에 의해 지지되는 덮개를 설치하여 소화조 내를 이동하는 액체의 충격혼합을 유도하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the cover is supported by at least two supports on the holes of the porous plate to induce impact mixing of the liquid moving in the digester.
바람직하게는, 상기 충격펌프는 소화조 내 액체의 상향류 흐름을 유도하기 위하여 작동하고, 소화조 내 액체의 하향류 흐름 시 소화조 내 액체가 보정탱크로 유입되도록 유로를 개방시키는 것을 특징으로 한다.
Preferably, the impact pump is operated to induce an upstream flow of the liquid in the digester, characterized in that for opening the flow path so that the liquid in the digester flows into the correction tank during the downflow of the liquid in the digester.
본 발명은 혐기성 소화장치의 소화조 내부에 기계적 교반 장치가 없이 소화조와 보정탱크 사이 외부에 놓인 충격펌프의 작동에 의하여 이송되는 액체와 충격펌프의 작동이 정지한 후 두 탱크 사이 수위차에 따라 역류되는 액체가 소화조 내에서 상향류 및 하향류 흐름으로 다공판의 구멍을 빠른 유속으로 통과하면서 다공판들 사이에서 일어나는 강한 액체 충격혼합으로 이상적인 완전 혼합을 유도하여 혐기성 박테리아와 유입되는 유기물이 접촉하는 비표면적이 확장되어 이들 사이에 물질전달율이 높아지기 때문에 유기물의 소화율이 증가되며, 나아가 바이오가스 발생량을 증가시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.According to the present invention, there is no mechanical stirring device inside the digestive tank of the anaerobic digester and the liquid is returned by the operation of the shock pump placed between the digester and the calibration tank and the shock pump is stopped according to the water level difference between the two tanks. The specific surface area where anaerobic bacteria and incoming organics come in contact with the anaerobic bacteria as liquids pass through the holes of the perforated plates at high flow rates with upstream and downstream flows in the digester, leading to ideal complete mixing. Since this is extended to increase the material transfer rate between them, the digestibility of the organic material is increased, and further, the effect of increasing the amount of biogas generated can be obtained.
또한, 소화조내 충격혼합을 일으키기 위하여 충격펌프를 짧은 시간 동안 작동시키는 것과 소화조와 보정탱크 사이 수위차에 따른 소화조에서의 역류에 의하는 무동력 혼합이 서로 반복적으로 이루어 짐으로서 혼합에 필요한 소요동력을 현저하게 줄일 수 있으며, 소화조 내 혼합을 위한 가동부(Moving Part)가 없어 소화조를 안정적으로 운영할 수 있으며, 유지관리가 아주 용이하다. In addition, the shock pump is operated for a short time to cause impact mixing in the digester, and the non-power mixing due to the backflow in the digester due to the level difference between the digester and the calibration tank is repeatedly performed. It can be reduced, and there is no moving part for mixing in the digester, so that the digester can be stably operated and easy to maintain.
또한, 소화조 내 혐기성 박테리아와 유기물간의 물질전달율 증가에 따른 소화효율 향상으로 소화조에서 소화시킬 수 있는 유입 유기물 부하량이 현저하게 높아져 소화조의 소요용량이 줄일 수 있으며, 이러한 소요용량 감소와 본 발명의 실시 예에 따른 소화조 구조가 직경보다 높이가 2배 이상 큰 타워형이기 때문에 소요부지면적을 현저하게 줄일 수 있는 효과도 있다.
In addition, due to the improved digestion efficiency according to the increase in the material transfer rate between the anaerobic bacteria and organic matter in the digester, the load of the influent organic matter that can be digested in the digester is significantly increased, so that the capacity of the digester can be reduced. Since the digester structure according to the tower type is more than twice the height than the diameter, there is also an effect that can significantly reduce the required area.
도면 1은 본 발명에 따른 액체 충격혼합형 혐기성 소화 장치의 단면도.
도면 2는 본 발명에 따른 액체 충격혼합형 혐기성 소화 장치에서 다공판을 하부에서 바라본 저면도.
도 3은 본 발명에 따른 다공판에서 구멍 및 그 덮개 구조를 설명하기 위한 도면. 1 is a cross-sectional view of the liquid impact mixed anaerobic digestion apparatus according to the present invention.
Figure 2 is a bottom view of the porous plate from the bottom in the liquid impact mixed anaerobic digestion apparatus according to the present invention.
3 is a view for explaining the hole and its cover structure in the porous plate according to the present invention.
이하 본 발명에 따른 액체 충격혼합형 혐기성 소화장치에 대한 실시 예를 첨부한 도면을 참고하여 더 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, an embodiment of the liquid impact mixed anaerobic digestion apparatus according to the present invention will be described in more detail.
도 1은 유기물을 혐기성 박테리아를 이용하여 메탄을 함유한 바이오가스로 전화시키는 액체 충격혼합형 혐기성 소화장치의 단면도이며, 도 2와 도 3은 소화조 내 액체 충격혼합을 일으키는데 중요한 역할을 하는 다공판의 상세도이다.1 is a cross-sectional view of a liquid shock-mixed anaerobic digester for converting organic matter into a biogas containing methane using anaerobic bacteria, and FIGS. 2 and 3 are details of a porous plate which plays an important role in causing liquid impact mixing in a digester. It is also.
본 발명에 따른 소화 장치는, 직경 보다 높이가 2배 이상 큰 타워형 소화조(1) 내부에 혐기성 박테리아와 유기물의 접촉을 위하여 액체의 충격혼합을 일으키는 다공판(3)이 적어도 하나 이상 수평으로 설치되고, 이 다공판(3)들 사이에서 액체 충격혼합을 유도하는데 필요한 액체를 저장하는 보정탱크(2)가 상기 소화조(1)의 상부 가장자리 둘레에 분리되어 일정 용량을 가지고 소화조(1)와 동일 위치에 구비되며, 이 보정탱크(2)의 바닥부와 소화조(1)의 바닥부 사이에는 액체를 이송할 수 있는 액체배관(5)과 충격펌프(Impulse Pump)(6)가 구성될 수 있다. In the fire extinguishing device according to the present invention, at least one porous plate (3) horizontally causing impact mixing of liquids for contact with anaerobic bacteria and organic matter is installed horizontally inside the tower type digester (1) having a height greater than two times the diameter. , A calibration tank (2) for storing the liquid necessary to induce liquid impact mixing between the porous plates (3) is separated around the upper edge of the digester (1) and has the same capacity as the digester (1) It is provided in, between the bottom of the correction tank (2) and the bottom of the digester (1) may be composed of a liquid pipe (5) and an impulse pump (Impulse Pump) that can transfer the liquid.
상기 소화조(1)는 도 1에 도시된 바와 같이 직경 보다 높이가 2배 이상 큰 타워형으로 구성되며, 금속 또는 콘크리트로 구성될 수 있다. 상기 소화조(1)의 상부에는 발생된 바이오가스의 저장공간(4)이 구비되며, 소화될 유기물이 공급되는 유입구(7)는 소화조(1)의 바닥부에 위치하고, 유기물 소화 후 생성된 혐기성 소화슬러지와 잔류 유기물 혼합액이 배출되는 유출구(8)는 상기 소화조(1) 상부의 수면과 동일한 위치에 있을 수 있으며, 유출배관에서 유출구(8)를 막고 열 수 있는 전동밸브(9)가 부착될 수 있다. As shown in FIG. 1, the
도시된 예에서 소화조(1) 상부의 가장자리를 따라 해당 소화조(1)와 완전 분리되고 그와 동일 수위 상에 위치하는 보정탱크(2)가 놓여있는데, 이 보정탱크(2)의 유효용량은 소화조 유효용량에 대하여 최소 1.5% 이상인 것이 바람직하며, 해당 소화조(1)와 항상 동일한 재질로 구성하는 것이 바람직하다. 그리고 이러한 보정탱크(2)는 도면에 도시된 바와 같이 소화조(1) 상부의 가장자리에 격리되어 붙어있거나 다른 방식으로 완전 분리되어 독립적으로 위치될 수도 있다. In the example shown, along the edge of the top of the
이 보정탱크(2)와 소화조(1)는 서로 분리되어 있지만, 상기 보정탱크(2)의 바닥부와 소화조(1)의 바닥부 사이에는 액체 이송을 위한 액체배관(5)으로 연결되고 있고, 이 액체배관(5)을 통하여 보정탱크(2)의 액체를 소화조(1)의 바닥측으로 이송시킬 수 있는 하나의 충격펌프(6)가 놓여질 수 있다. 이 충격펌프(6)는 작동되지 않을 경우에는 유로를 개방시켜 액체가 역방향으로 빨리 흐를 수 있는 기능을 가진 펌프이며, 소화조(1)로 이송된 액체량만큼 보정탱크(2)로 빨리 역류되어 액체가 통과할 수 있도록 상기 액체배관(5)은 항상 열려 있을 수 있다. The correction tank (2) and the digester (1) are separated from each other, but are connected to the liquid pipe (5) for liquid transfer between the bottom of the correction tank (2) and the bottom of the digester (1), Through this
또한, 상기 소화조(1) 내부에 있는 다공판(3)은 수평 자세를 유지할 수 있게 설치되며 해당 소화조(1) 내에서 최소 1단 이상, 바람직하게는 2단 이상으로 일정 높이에 설치될 수 있다. In addition, the
이 다공판(3)은 부식에 강한 금속 또는 합성 수지로 구성될 수 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 다공판(3)에는 다수의 구멍(13)들이 관통 형성될 수 있다. This
이 다공판(3)의 구멍(13)에 대하여 보다 상세히 살펴보면, 이 다공판(3) 내 구멍(13)의 직경은 30mm 내지 50mm일 수 있으며, 각 구멍(13)들 간의 거리는 다공판(3) 위에 유기물이 퇴적되지 않도록 80mm 내지 100mm 이내로 서로 정삼각형을 이루면서 균일하게 배열되는 것이 바람직하다. Looking in more detail with respect to the
그리고 이러한 다공판(3)에서 각 구멍(13)들의 상부에는 덮개(15)들이 각각 구비될 수 있다. 도 3을 참조하면, 상기 다공판(3)의 구멍(13) 위에는 지지대(14)에 의해 지지되는 덮개(15)가 고정설치될 수 있다. In the
여기에서 상기 지지대(14)는 유기물 혼합액이 통과될 수 있도록 적어도 둘 이상의 지지대(14)가 구비되어 유로를 형성하며, 이 지지대(14)의 상부에 설치되는 덮개(15)는 상측을 향하여 볼록하게 돌출된 돔 형태로 형성될 수 있다. 이러한 덮개(15)의 구조는 하부에서 구멍(13)을 통과하면서 충격혼합이 이루어지는 액체(상향류)를 지지대(14)의 사이를 통과시키고 덮개(15)를 지나면서 빠른 유속으로 다시 충격혼합이 이루어지도록 하며, 상부에서 구멍(13)으로 역류하는 액체(하향류)를 돔 형태의 덮개(15)를 통해 하부 구멍(13)으로 자연스럽게 유도할 수 있게 된다. Here, the
즉 상향류 흐름(11)의 경우 액체가 빠른 유속으로 구멍(13)을 통과하면서 1차 충격혼합이 이루어지고, 구멍(13)을 통과한 액체가 상기 덮개(15)에 부딪히고 지지대(14)의 사이를 통과 해당 덮개들 사이를 지나면서 2차 충격혼합이 이루어지는 것이다. That is, in the
이때, 상기 다공판(3)의 구멍(13)과 덮개(15)와 간격은 상기 구멍(13) 직경의 1.5 배 내지 2.5배일 수 있으며, 바람직하게는 2배인 것이 2차 충격혼합에 유리하다. 또한 상기 덮개(15)의 직경은 상기 구멍(13) 직경의 1.3 배 내지 1.8배일 수 있으며, 바람직하게는 1.5배인 것이 2차 충격혼합에 유리하다. At this time, the
따라서 상기 충격펌프(6)을 작동시키면 보정탱크(2)에 저장된 액체가 소화조(1)의 바닥부로 펌핑되어 펌핑된 유량만큼 상향류 흐름(11)으로서 각 다공판(3)에 뚫린 구멍(13)을 통과하면서 1차적 액체충격혼합이 이루어지고 또한 이 구멍(13)에서 상측으로 일정 높이에 놓인 덮개(15)들 사이 일정 간격을 역시 빠른 유속으로 통과하면서 2차적 액체 충격 혼합을 일으켜 소화조(1) 내 혐기성 박테리아와 유기물이 접촉하는 비표면적을 증대시킨다. 이때 보정탱크(2)의 수위는 액체가 이송된 만큼 낮아지고 반면, 소화조(1) 내부의 수위는 그에 상응하는 만큼 상승하여 소화조(1)와 보정탱크(2)의 사이에 수위차가 발생된다. Therefore, when the
또한, 상기 보정탱크(2)의 액체를 충격펌프(6)가 소화조(1)로 충분히 이송시켜 충격 혼합을 일정 시간 일으킨 후 충격펌프(6)가 정지하면, 소화조(1)와 보정탱크(2) 사이에 발생된 수위차이에 의하여 반대로 소화조(1)에서 상승한 액체가 낮아진 수위의 보정탱크(2)로 역류하게 된다. 소화조(1)와 보정탱크(2)의 수위가 자연적으로 동일하게 될 때까지 소화조(1)에서 역류되는 액체는 하향류 흐름(12)으로 다공판(3)들 사이에 충격혼합을 일으킨다. In addition, when the
이와 같이 본 발명은 충격펌프(6)의 작동과 소화조(1)와 보정탱크(2)의 수위차에 의한 무동력에 의하여 소화조(1) 내의 충격혼합을 일정 시간 간격으로 반복적으로 일으켜 소화조(1) 내의 완전혼합을 유도하는 것을 특징으로 한다. As described above, the present invention repeatedly generates the impact mixture in the
즉, 상기 혐기성 소화 장치에 소화될 유기물의 유입은 소화조(1) 바닥부에 유입되어 소화조(1)의 각 다공판(3)을 통과하면서 충격펌프(6) 작동과 정지상태의 수위차에 의하여 상향류 및 하향류의 반복적인 충격혼합으로 혐기성 박테리아와 접촉하여 소화되고, 소화조(1) 상부로 배출되기 때문에 유입된 유기물은 주어진 소화조(1)의 체류시간만큼은 최소한 소화조(1)에서 체류하여 소화되고 배출될 수 있다. That is, the inflow of the organic material to be digested in the anaerobic digestion apparatus flows into the bottom of the
이제 본 발명에 따른 소화 장치를 이용한 혐기성 소화 방법에 대하여 상세히 설명한다. Now, the anaerobic digestion method using the extinguishing device according to the present invention will be described in detail.
혐기성 박테리아를 이용하여 유기물을 메탄이 함유된 바이오가스로 전환하기 위하여, 유기물은 혐기성 소화조(1)의 바닥부에 있는 유입구(7)를 통하여 유입량에 따라 불연속 또는 연속적으로 주입되게 된다. In order to convert the organics into methane-containing biogas using anaerobic bacteria, the organics are injected discontinuously or continuously depending on the inflow through the
본 실시예에 따른 혐기성 소화장치의 경우, 소화조(1) 내에서 주입된 유기물이 혐기성 박테리아와 충분히 혼합될 수 있도록 상기 소화조(1) 상단에 놓인 보정탱크(2)의 액체를 충격펌프(6)을 작동시켜 소화조(1)의 바닥부로 펌핑하면 소화조(1)의 수위는 상승하고 보정탱크(2)의 수위는 하강한다. In the case of the anaerobic digestion apparatus according to the present embodiment, the
이때 충격펌프(6)는 보정탱크(2)에 저장된 유량을 0.5분 내지 1분 이내 동안 소화조(1)로 이송할 수 있는 펌핑용량을 가질 수 있으며, 이 시간 동안 주어진 유량의 펌핑이 끝나면 자동적으로 작동을 멈추게 된다. At this time, the
상기의 충격펌프(6)가 작동되는 시간 동안 소화조(1)내 액체는 상향류 흐름(11)으로 소화조(1) 내에 배치된 다공판(3)의 구멍(13)들을 통과하면서 1차적으로 충격혼합된다. 그리고 해당 구멍(13) 상에 설치고정되어 있는 덮개(15)에 충돌하고 이 덮개(15)들 사이를 빠른 유속으로 통과하면서 각 다공판(3) 위에서 동시에 2차적으로 액체 충격혼합을 일으킨다. 이러한 충격 혼합에 의하여 소화조(1) 내에는 사구역(dead zone)이 발생되지 않고 혐기성 박테리아와 유입된 유기물과 완전히 혼합되어 이들이 접촉 할 수 있는 비표면적 및 물질전달을 극대화하여 유기물 소화율을 향상시킬 수 있다. During the time that the
한편, 충격펌프(6)의 작동이 정지되면, 소화조(1)에서 상승한 수위와 보정탱크(2)의 하강된 수위의 수위차이에 의하여 소화조(1)의 액체는 보정탱크(2)로 역류한다. 이때 소화조(1) 내의 액체가 하향류 흐름(12)으로 다단 설치된 다공판(3)에 뚫린 구멍(13)들과 덮개(15)들 사이를 동시에 통과하면서 각 다공판(3)의 아래에서 액체 충격혼합이 일어난다. On the other hand, when the operation of the
이와 같은 무동력의 수위차에 의하여 역류되면서 이루어지는 혼합은 충격펌프(6)의 작동 때보다 유속이 느리기 때문에 약 4배 정도로 혼합시간이 더 길어지며, 혼합에는 동력이 전혀 소비되지 않는다.
The mixing that occurs while being flowed back by the non-power level difference is about 4 times longer because of the slower flow rate than when the
본 발명의 실시예에서, 소화조(1)내 액체 충격혼합은 충격펌프(6)에 의한 상향류 흐름(11)과 무동력 수위차에 따른 하향류 흐름(12)에 의하여 약 2분 내지 3분 동안 이루어지며, 이 혼합이 완료된 후 약 10분 동안 소화조(1)에서 이미 혼합된 혐기성 박테리아와 유입된 유기물과의 혐기성 반응이 활발하게 진행된다. 이 혐기성 반응이 일어나는 동안 유기물이 소화조 내에 연속적으로 유입되어 축적되기 때문에 다시 소화조 내에 균일혼합이 요구되어 충격펌프(6)는 다시 작동되어 액체 충격혼합은 앞서 서술한 방법에 따라 일어나게 된다. In the embodiment of the present invention, the liquid impact mixture in the
이와 같이 충격펌프(6)를 이용한 충격혼합과 수위차에 따른 무동력에 의한 충격혼합 그리고 정지 상태에서 혐기성 소화반응 순으로 실행되는 것을 하나의 사이클이라면 1일 동안 110회 내지 120회 사이클로 반복 실행될 수 있다. 이 사이클에 따라 충격펌프(6)는 1일 최대 약 2시간 이내로 작동되어 소화조(1) 내 혼합에 소비되는 동력은 현저하게 낮아질 수 있다. As described above, the impact mixing using the
상기 충격펌프(6)의 작동으로 보정탱크(2)의 액체가 소화조(1)로 보내져 그 내부 수위가 상승할 때 충격펌프(6)의 펌핑유량이 소화조 상부에 있는 유출구(8)를 통하여 소화조(1) 밖으로 빠져나갈 수 있기 때문에 유출배관에 부착된 전동밸브(9)가 충격펌프(6)의 작동과 동시에 닫히게 된다. 이 전동밸브(9)는 충격펌프(6)의 작동이 정지되고 소화조(1)의 상승수위가 보정탱크(2)의 낮아진 수위로 역류되어 두 탱크 사이 수위가 동일해 지면 다시 열려져 혐기성 소화슬러지와 잔류 유기물의 혼합액은 유출구(8)를 통하여 소화조(1) 밖으로 배출된다. When the liquid in the correction tank (2) is sent to the digester (1) by the operation of the shock pump (6) and the internal water level is increased, the pumping flow rate of the shock pump (6) through the outlet 8 in the upper part of the digester (1) Since it can escape outside, the
이와 같이 유출구의 전동밸브(9)는 소화조(1) 내에서 충격펌프(6)의 작동과 수위차 무동력에 의한 충격혼합이 진행되는 약 2-3분 동안에는 항상 닫혀 있어 혐기성 소화슬러지와 잔류 유기물의 혼합액이 배출되지 못하게 된다. 따라서, 본 실시예에 따라 유출배관에 부착된 전동밸브(9)는 충격혼합과 혐기소화 반응이 진행되는 1사이클마다 닫히고 열림을 1일 최대 120회 사이클 따라 반복할 수 있다. Thus, the
상기 혐기성 소화장치에서 유기물의 혐기성 소화로 발생되는 바이오 가스는 소화조(1) 상부 바이오가스 저장공간(4)에 포집되어 바이오가스 배출구(10)를 통하여 별도로 설치된 바이오가스 저장조(도시 않음)로 배출된다.Biogas generated by anaerobic digestion of organic matter in the anaerobic digester is collected in the digester (1) upper biogas storage space (4) and is discharged to a biogas storage tank (not shown) separately installed through the biogas outlet (10). .
또한, 본 발명의 실시예에 따른 혐기성 소화장치에서 소화될 유기물이 타워형 소화조(1)의 바닥부로 유입되어 소화조 상부에 있는 유출구(8)로 배출될 때까지 특히, 입자의 밀도가 큰 입자상 유기 물질들이 2단 이상의 다공판(3) 사이에 액체 충격 혼합을 일으키는 상향류 흐름(11)과 하향류 흐름(12)을 따라 소화조(1)내 2단 이상의 다공판(3)들 상하로 이동을 반복하기 때문에 실제 소화조의 수리학적 체류시간보다 더 긴 시간 동안 체류하면서 소화되어 유기물의 소화율을 극대화시킬 수 있고, 더 나아가 에너지로 회수하는 바이오 가스 발생량이 증가될 수 있다.
In addition, until the organic material to be digested in the anaerobic digestion apparatus according to the embodiment of the present invention flows into the bottom of the
1 : 소화조 2 : 보정 탱크
3 : 다공판 4 : 가스 저장공간
5 : 액체배관 6 : 충격펌프
7 : 유입구 8 : 유출구
9 : 전동밸브 10 : 바이오가스 유출구
11 : 상향류 흐름 12 : 하향류 흐름
13 : 구멍 14 : 지지대
15 : 덮개1: digester 2: calibration tank
3: perforated plate 4: gas storage space
5: liquid piping 6: impact pump
7: inlet port 8: outlet port
9: electric valve 10: biogas outlet
11: upflow flow 12: downflow flow
13: hole 14: support
15: cover
Claims (9)
액체가 채워질 수 있는 공간을 가진 보정탱크;
상기 보정탱크의 바닥부로부터 상기 소화조의 바닥부로 연결되는 액체배관; 및
상기 액체배관에 설치되어 상기 보정탱크로부터 액체를 상기 소화조로 유입시키는 충격펌프; 를 포함하며,
상기 충격펌프를 통한 소화조로의 액체 유입에 따라 소화조 내 액체의 상향류 흐름을 유도하고 상기 소화조와 보정탱크의 수위차이에 따라 소화조 내 액체의 하향류 흐름을 유도하여 소화조 내 유기물을 혼합시키는 것을 특징으로 하는 혐기성 소화 장치.
Digestion tank through which the organic matter is introduced through the inlet;
A calibration tank having a space in which liquid can be filled;
A liquid pipe connected to the bottom of the digester from the bottom of the calibration tank; And
An impact pump installed in the liquid pipe to introduce liquid from the correction tank into the digester; Including;
Inducing the upstream flow of the liquid in the digester in accordance with the liquid inflow into the digester through the impact pump and induces the flow of liquid in the digester downflow according to the water level difference between the digester and the calibration tank to mix the organic matter in the digester. Anaerobic digestion system.
상기 소화조에는 다수의 구멍을 가진 적어도 하나 이상의 다공판이 설치되는 것을 특징으로 하는 혐기성 소화 장치.
The method of claim 1,
Anaerobic digestion apparatus, characterized in that the digester is provided with at least one porous plate having a plurality of holes.
상기 다공판의 구멍 상에는 적어도 둘 이상의 지지대에 의해 지지되는 덮개가 구비되는 것을 특징으로 하는 혐기성 소화 장치.
The method of claim 2,
Anaerobic digestion apparatus, characterized in that the cover is provided on the hole of the porous plate supported by at least two or more supports.
상기 덮개는 상측을 향하여 볼록하게 돌출된 돔 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 혐기성 소화 장치.
The method of claim 3,
The cover is anaerobic digestion apparatus, characterized in that formed in the shape of a dome protruding upwards.
상기 보정탱크는 상기 소화조의 상부에 부착되거나 상기 소화조의 상부 위치와 동일 높이에서 소화조와 분리설치되는 것을 특징으로 하는 혐기성 소화 장치.
The method of claim 1,
The calibration tank is attached to the upper portion of the digester or anaerobic digestion apparatus, characterized in that installed separately from the digester at the same height as the upper position of the digester.
(b) 상기 소화조의 하부를 통해 보정탱크의 액체를 충격펌프를 통해 유입시켜 소화조 내부에 액체의 상향류 흐름을 유도하는 단계; 및
(c) 충격펌프의 작동을 정지시키고, 소화조와 보정탱크의 수위차이에 따라 소화조 내 액체의 하향류 흐름을 유도하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기성 소화 방법.
(a) supplying an organic material to the digester;
(b) introducing a liquid in the correction tank through an impact pump through a lower portion of the digester to induce an upward flow of liquid in the digester; And
(c) stopping the operation of the impact pump and inducing a downward flow of liquid in the digester according to the level difference between the digester and the calibration tank; Anaerobic digestion method comprising a.
상기 소화조에 다수의 구멍을 가진 적어도 하나 이상의 다공판을 설치하여 소화조 내를 이동하는 액체의 충격혼합을 유도하는 것을 특징으로 하는 혐기성 소화 방법.
The method of claim 6,
Installing at least one porous plate having a plurality of holes in the digester to induce impact mixing of the liquid moving in the digester.
상기 다공판의 구멍 상에 적어도 둘 이상의 지지대에 의해 지지되는 덮개를 설치하여 소화조 내를 이동하는 액체의 충격혼합을 유도하는 것을 특징으로 하는 혐기성 소화 방법.
The method of claim 7, wherein
Anaerobic digestion method characterized in that to install a cover supported by at least two supports on the hole of the porous plate to induce impact mixing of the liquid moving in the digester.
상기 충격펌프는 소화조 내 액체의 상향류 흐름을 유도하기 위하여 작동하고, 소화조 내 액체의 하향류 흐름 시 소화조 내 액체가 보정탱크로 유입되도록 유로를 개방시키는 것을 특징으로 하는 혐기성 소화 방법. The method of claim 6,
The impact pump is operated to induce an upstream flow of the liquid in the digester, the anaerobic digestion method characterized in that for opening the flow path so that the liquid in the digester flows into the correction tank during the downflow of the liquid in the digester.
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KR20110090711A KR101114972B1 (en) | 2011-09-07 | 2011-09-07 | Divice and method of anaerobic digestion using liquid impulse mixing |
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KR101858599B1 (en) * | 2018-02-14 | 2018-05-16 | 주식회사 국제에너지산업 | An anaerobic digestion system using water level difference stirring |
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2011
- 2011-09-07 KR KR20110090711A patent/KR101114972B1/en not_active IP Right Cessation
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