KR101176266B1 - 고효율 메탄 발효를 위한 유기성 폐기물 전처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래 메탄 발효 방법의 전처리 공정을 개선하여 가수분해 공정과 암모니아 제거 공정을 메탄가스 생산 공정 전에 전처리 공정으로 추가하여 유기성 폐기물이 메탄 발효 효율을 향상시키는 방법을 제공한다.

메탄 발효, 폐기물, 유기성, 가수분해, 암모니아

Description

고효율 메탄 발효를 위한 유기성 폐기물 전처리 방법{Organic waste pretreatment method for high efficient methane fermentation}

본 발명은 유기성 폐기물을 메탄 발효하기 전에 가수분해 공정과 암모니아 제거 공정을 추가하여 유기성 폐기물의 메탄 발효 효율을 향상시키는 방법에 관한 것이다.

유기성 폐기물은 그동안 매립하거나 소각 처리한 것이 일반적이었다. 그러나 매립방법은 토양 오염 문제 등으로 인하여 매립장 부지의 선정에 어려움이 많다. 소각 처리방법은 수분이 많이 함유된 유기성 폐기물의 처리에 어려움이 많을 뿐 아니라 소각 시설 설치와 유지 등에 비용이 많이 소요될 뿐 아니라 대기 오염의 문제를 발생시킨다.

이에 대한 대안으로써 음식물 쓰레기 등은 가축 사료로 이용하고, 축산 분뇨나 오?폐수 슬러지는 메탄가스를 얻는 방법 등이 연구되어 이용되고 있다.

그 중에서도 가장 널리 연구되고 있는 방법이 유기성 폐기물을 메탄 발효시켜 바이오가스를 수득하는 방법이다. 메탄 발효 방법은 음식물 쓰레기, 축산 분뇨, 오?폐수 슬러지 등 유기성 폐기물이라면 그 종류를 불문하고 적용이 가능하다는 장점이 있다.

종래 메탄 발효 공정은 유기성 폐기물을 메탄 발효조에 투입하기 전 협잡물을 제거하는 과정을 거치게 되며, 특히 축산분뇨의 경우 고액분리 전처리 공정을 거치게 된다. 이는 축산분뇨에 포함되어 있는 소화되지 않고 배설되는 사료알갱이나 축분 덩어리 등 조대성 물질이 포함되어 있는 경우 시료의 균질성이 낮아짐으로써 메탄 발효 공정의 효율이 낮아지기 때문이다. 그러나 축산분뇨의 경우 고형물에 함유되어 있는 유기성의 양이 약 90%에 이르게 되므로 이를 고액분리 전처리 공정을 통하여 고형물을 제거하면 바이오가스 생산량이 현저하게 줄어드는 문제점이 존재한다. 또한 축산분뇨 등 유기성 폐기물에는 항생제 등 살균성을 지닌 물질이 함유되어 있을 수 있는 데 이러한 물질은 이후 메탄 발효 공정에 관여하는 미생물을 살균하여 메탄 발효 공정의 진행을 저해하는 문제점이 존재한다.

유기성 폐기물이 오?폐수 슬러지인 경우 슬러지를 형성하고 있는 미생물 세포벽의 견고성에 의하여 세포벽 내부의 유기성을 활용하지 못하는 문제점이 존재한다.

그리고 유기성 폐기물을 이용하여 메탄 발효 공정을 거치는 경우 유기성 폐기물에 함유되어 있거나 전처리 과정에서 발생하는 암모니아로 인하여 메탄 발효 공정의 진행을 저해하게 되는 문제점이 존재한다.

그 외, 음식물폐기물을 원료로 이용하는 경우에는 음식물폐기물에 함유되어 있는 염분에 의하여 바이오가스 생산 공정이 지연되며, 바이오가스 생산 후에 잔류 하는 음식물쓰레기 소화폐액을 유기성 비료로 활용하는 데 장애가 될 수 있다. 뿐만 아니라 가공식품의 경우 방부제의 첨가량에 따라 바이오가스 생산 공정의 생산성이 낮아지는 문제점이 발생할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명에 의한 고효율 메탄 발효를 위한 유기성 폐기물 전처리 방법은 유기성 폐기물을 메탄 발효하기 전에 가수분해 공정과 암모니아 제거 공정을 추가하여 유기성 폐기물의 메탄 발효 효율을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하게 위하여 본 발명은 가수분해 공정과 암모니아 제거 공정을 메탄가스 생산 공정 전에 전처리 공정으로 추가하여 유기성 폐기물이 메탄 발효 효율을 향상시키는 방법을 제공한다.

보다 구체적으로 본 발명은 유기성 폐기물에서 협잡물을 제거하는 협잡물 제거 공정; 협잡물이 제거된 유기성 폐기물을 가열?가압하여 가수분해하는 공정을 포함할 수 있고, 유기성 폐기물에 함유되어 있거나 가수분해 공정시 가열에 의하여 발생한 암모니아 가스를 포집시키는 암모니아 제거공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다. 특히, 상기 가수분해 공정은 100~180℃, 1~5 Kgf/㎠ 의 범위에서 20~30분간 가열?가압하여 이루어지며, 상기 암모니아 제거공정은 상기 가수분해 공정 완료 후 가수분해조에서 암모니아 가스를 포집하여 수행되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 고효율 메탄 발효를 위한 유기성 폐기물 전처리 방법은 조대성 물질 또는 난분해성 물질을 생분해가 가능한 물질로 전환시킴으로써 항생제 등 난분해성 물질을 포함하고 있는 축산분뇨 등의 원료의 재활용율을 높일 수 있고 하 수처리장이나 폐수공장의 슬러지 등을 유기성 원료로 이용할 경우 세포벽에 의하여 보호되는 유기성 물질의 분해를 가능하게 함으로써 메탄 발효의 효율을 높일 수 있다.

그리고 암모니아를 별도의 가열장치 없이 효율적으로 제거함으로써 장치의 설치?유지에 드는 비용을 절감할 수 있다.

결과적으로 조대성 입자의 용해, 난분해성 물질의 생분해화, 고농도 암모니아의 독성 제거의 효과를 달성하여 유기성 폐기물을 균질화함으로써 원료선택의 제한성을 극복하여 메탄 발효의 효율성을 극대화시킬 수 있다.

이하 본 발명을 실시예 및 도면을 통하여 상세히 설명한다. 사용되는 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 의한 메탄 발효 전처리 공정을 도시한 것이다.

먼저 유기성 폐기물에서 협잡물을 제거하게 된다(S20). 협잡물 제거 공정은 스크류식 선별기, 원심분리형 선별기 등 통상의 방법을 이용하여 수행한다.

협잡물이 제거된 유기성 폐기물은 가수분해조로 이동하여 가수분해 공정을 거친다(S30). 가수분해는 유기성 폐기물을 원료를 가열?가압하여 분해하는 공정이 다. 상기와 같은 가열?가압 공정을 통하여 유기성 폐기물 중 난분해성 물질이 생분해성 물질로 전환될 수 있고, 입자가 크고 굵은 조대성 물질은 분해되게 되어 유기성 폐기물이 균질화된다. 가열?가압의 범위는 유기성 폐기물의 성상에 따라 차이가 있을 수 있으며, 가열?가압 시간은 가수분해조의 크기와 용량에 따라 변경이 가능하나 바람직하게는 100~180℃, 1~5 Kgf/㎠ 의 범위에서 20~30분간 가열?가압하여 충분한 분해효과가 발생할 수 있도록 한다.

가수분해된 유기성 폐기물은 암모니아 제거 공정을 거친다(S40). 암모니아 제거 공정은 상기 가수분해 공정에서 유기성 폐기물을 가열할 때 발생하는 암모니아 가스를 포집하여 가수분해조 외부로 빼주는 공정이다. 암모니아 가스 포집은 필터가 부착된 가스밸브를 사용하며, 암모니아 가스를 포집할 수 있는 방법이면 어떠한 방법을 사용하여 수행하여도 무방하다.

상기와 같이 암모니아가 제거된 유기성 폐기물은 메탄 발효조로 이동하여 메탄 발효를 거친다(S50).

지금까지, 본 발명을 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 고효율 메탄 발효를 위한 유기성 폐기물 전처리 방법의 과정을 도시한 것이다.

Claims (3)

1. 협잡물 제거 공정; 협잡물이 제거된 유기성 폐기물을 가열?가압하여 가수분해하는 가수분해 공정; 유기성 폐기물에 함유되어 있거나 가수분해 공정시 가열에 의하여 발생한 암모니아 가스를 제거하는 암모니아 제거 공정을 포함하며,

   상기 가수분해 공정은 100~180℃, 1~5 Kgf/㎠ 의 범위에서 20~30분간 가열?가압하여 이루어지며,

   상기 암모니아 제거공정은 상기 가수분해 공정 완료 후 가수분해조에서 암모니아 가스를 포집하여 수행되는 것을 특징으로 하는 고효율 메탄 발효를 위한 유기성 폐기물 전처리 방법.
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