KR101222052B1

KR101222052B1 - 혐기소화조

Info

Publication number: KR101222052B1
Application number: KR20110026846A
Authority: KR
Inventors: 이학로; 윤희철; 서재건; 권일한
Original assignee: 주식회사 포스코; 포스코신기술연구조합; 재단법인 포항산업과학연구원; 주식회사 포스코건설
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2013-01-15
Also published as: KR20120108669A

Abstract

혐기소화조가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 혐기소화조는 외부로부터 유입된 유기성 폐기물로부터 유기산을 생성시키는 제1반응조; 제1반응조와 연통하며 제1반응조에서 생성된 유기산을 메탄발효시키는 제2반응조; 제1반응조와 제2반응조 사이에 연통가능하게 설치된 유로; 제1반응조에 설치되어 유기성 폐기물의 pH값을 측정하는 제1센서부; 및 센서부에 측정된 제1반응조의 pH값에 따라 유로의 개폐면적을 조절하도록 설치되는 개폐조절부;를 포함한다.

Description

혐기소화조 {ANAEROBIC DIGESTION TANK}

본 발명은 유압 또는 중력에 의해 역류를 방지할 수 있는 혐기소화조에 관한 것이다.

일반적으로 유기성 폐기물은 농축슬러지, 분뇨, 음식물 쓰레기, 음폐수(음식물류 폐기물 폐수) 등으로부터 발생할 수 있으며, 주성분으로 유기물질을 함유하고 있다.

이러한 유기성 폐기물은 폐기처리되고 있으며, 이러한 폐기처리방법 중에는 매립, 해양투기 등이 사용되고 있다. 그러나, 이러한 유기성 폐기물의 매립, 해양투기 등은 환경문제를 일으킬 수 있으며, 이에 따라 환경오염없이 유기성 폐기물을 처리하기 위한 방법이 계속 연구되고 있다.

한편, 유기성 폐기물의 폐기처리방법으로 생물학적 호기/혐기소화, 열분해, 소각 등의 방법이 있으며, 그 중 혐기소화 분야는 메탄가스를 생성할 수 있어 경제성 있는 대체 에너지원으로 연구개발이 요구되고 있다.

또한, 최근 들어 화석에너지의 사용으로 야기되는 온실효과, 교토 협약에 의한 이산화탄소 감축분야와 유기물 해양투기 금지를 규정한 런덕조약 등에 따라 유기성 폐기물의 매립, 해양투기 등이 제한되고 있으며, 이에 따라 유기성 폐기물을 폐기처리할 수 있으며, 재생/청정 에너지인 메탄가스를 생산할 수 있는 혐기소화 분야에 대한 연구개발이 더욱 요구되고 있다.

종래의 혐기소화조는 유기성 폐기물에서 유기산을 생성하는 제1반응조와, 제1반응조로부터 생성된 유기산을 메탄발효시키는 제2반응조로 이루어진다.

그러나, 종래에는 제2반응조로 공급된 유기산이 메탄발효가 이루어지지 않은 상태로 제1반응조로 역류할 수 있으며, 이에 따라 메탄발효가 최적화되지 못하는 한계가 있으며, 이에 따라 제1반응조의 pH값이 높게 유지될 경우, 액체 위로 뜨는 부산물인 스컴(scum)의 생성이 많아져 유지관리에 소요되는 비용이 증가하는 문제가 있다.

본 발명의 일 실시예는 제1반응조에서 제2반응조로 공급되는 유기성 폐기물이 유기산으로 분해되는 효율을 증가시킬 수 있으며, 제2반응조에서 메탈발효가 이루어지지 않은 유기산이 제1반응조로 역류하는 것을 방지하도록 구조를 개선한 혐기소화조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 혐기소화조는 외부로부터 유입된 유기성 폐기물로부터 유기산을 생성시키는 제1반응조; 제1반응조와 연통하며 제1반응조에서 생성된 유기산을 메탄발효시키는 제2반응조; 제1반응조와 제2반응조 사이에 연통가능하게 설치된 유로; 제1반응조에 설치되어 유기성 폐기물의 pH값을 측정하는 제1센서부; 및 센서부에 측정된 제1반응조의 pH값에 따라 유로의 개폐면적을 조절하도록 설치되는 개폐조절부;를 포함한다.

여기서, 유로는 제1반응조의 하부에서 제2반응조로 연장되며 역중력방향으로 개방부가 형성된 유로연장부를 포함할 수 있다.

또한, 유로는 유로연장부의 하부에 제공되어 유기성 폐기물의 고형물이 침전되는 침전부와, 침전부에 연결되어 유기성 폐기물의 고형물을 외부로 배출하기 위한 고형물 배출기를 포함할 수 있다.

또한, 침전부는 하측으로 오목하게 형성된 침전물 유도부를 포함할 수 있다.

또한, 고형물 배출기는 침전부와 외부의 고형물 저장부를 연결하는 배관과, 배관을 통해 고형물을 외부로 배출하는 고형물 배출기를 포함할 수 있다.

또한, 고형물 배출기는 배관의 내부에 구비된 봉부재와, 봉부재에 연속적으로 제공되는 스크류와, 배관의 일측에 설치되어 봉부재를 회전시키는 이송모터를 구비한 피더(feeder)를 포함할 수 있다.

또한, 제2반응조에 설치되어 pH값을 측정하는 제2센서부를 더 포함하고, 개폐조절부는 제1센서부 및 제2센서부에 측정되는 pH값의 차이에 따라 유로의 개폐면적을 조절할 수 있다.

또한, 개폐조절부는 개방부에 이동 가능하게 설치된 덮개와, 덮개를 이동시키는 구동부를 포함할 수 있다.

또한, 유로는 제1반응조의 하부에서 제2반응조로 연장되며 역중력방향으로 개방부가 형성된 유로연장부를 포함하고, 유로연장부는 제1반응조에서 제2반응조 방향으로 하향 경사지게 형성되고, 구동부는 유로연장부의 경사에 대응하여 덮개를 승강 이동시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2반응조에서 메탄발효가 이루어지지 않은 유기산이 제1반응조로 역류하는 것을 방지할 수 있어 메탄발효를 최적화할 수 있으며, 이로 인해 제1반응조의 pH값을 낮게 유지할 수 있어 유기성 폐기물이 유기산으로 변환되는 것을 촉진시킬 수 있고, 스컴의 발생을 줄일 수 있다.

또한, 제2반응조로 적정량의 유기산만이 유입되고, 유입된 유기산의 역류로 인한 배출이 방지되므로 메탄 가스의 생산을 최적화할 수 있다.

또한, 제1반응조와 제2반응조를 연결하는 유로에는 개방부가 중력의 역방향, 즉 상부로 개방되므로 제1반응조에서 완전히 유기산으로 분해되지 않은 무거운 입자상 물질이 상승하여 제2반응조로 유입되기가 어렵고, 이러한 무거운 입자상 물질이 제1반응조에서 오래 머무르게 되어 분해가 촉진되고, 작은 입자상 물질만이 제2반응조로 유입되므로 메탄발효를 촉진시킬 수 있다.

또한, 제1반응조의 pH값 또는 제1반응조와 제2반응조의 pH값 차이에 따라 유로의 개방면적을 조절할 수 있으며, 이에 따라 제1반응조에서 반응이 완료될 경우 유기산을 신속하게 제2반응조로 공급할 수 있어 반응성을 향상시킬 수 있고, 제1반응조에서 반응이 이루어지지 않을 경우 제2반응조로 공급되는 것을 제한하여 환경 오염 등의 발생을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기소화조의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기소화조의 개폐조절부를 확대하여 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기소화조의 개폐조절부에 설치된 덮개가 닫힌 상태의 단면도.

이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기소화조의 단면도이다. 또한, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기소화조의 개폐조절부를 확대하여 도시한 단면도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기소화조의 개폐조절부에 설치된 덮개가 닫힌 상태의 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 혐기소화조(10)는 제1반응조(20), 제2반응조(30), 유로(40), 개폐조절부(50)를 포함할 수 있다.

제1반응조(20)는 외부로부터 유입되는 유기성 폐기물을 저장하며, 유기성 폐기물을 산발효시켜 유기산을 생성시킬 수 있다.

또한, 제2반응조(30)는 제1반응조(20)와 연통하게 설치될 수 있으며, 이를 위해 제1반응조(20)와 제2반응조(30) 사이에는 유로(40)가 형성될 수 있다. 제2반응조(30)는 이 유로(40)를 통해 제1반응조(20)로부터 생성된 유기산이 유입되며, 유입된 유기산을 메탄발효시켜 메탄가스를 생성할 수 있다.

본 실시예에서 제1반응조(20)는 원통형으로 형성될 수 있고, 제2반응조(30)는 제1반응조(20)의 외측으로 동심원을 이루는 원통형으로 형성될 수 있다.

또한, 본 실시예에서 유로(40)는 제1반응조(20) 및 제2반응조(30)의 하부를 연통하도록 설치될 수 있다.

또한, 본 실시예에서 제1반응조(20) 및 제2반응조(30)에는 내부에서 발생하는 가스를 배출하기 위한 가스배관(22, 32)이 각각 설치될 수 있으며, 제2반응조(30)에는 혐기소화가 이루어진 반응수를 배출하기 위한 폐수배관(34)이 설치될 수 있다.

한편, 본 실시예에서 제1반응조(20)에는 유기성 폐기물의 pH값을 측정하는 제1센서부(24)가 설치될 수 있다.

그리고, 유로(40)의 일측에는 제1센서부(24)에서 측정된 제1반응조(20)의 pH값에 따라 유로(40)의 개폐면적을 조절하기 위한 개폐조절부(50)가 설치될 수 있다.

본 실시예에서, 개폐조절부(50)는 유로(40)의 개폐 제어를 통해 제1반응조(20)의 유기성 폐기물로부터 나온 유기산이 제2반응조(30)로 공급되는 것을 허용하며, 제2반응조(30)에서 메탄발효가 이루어지지 않은 유기산이 제1반응조(20)로 역류하는 것을 방지할 수 있다.

이를 위해, 유로(40)는 제1반응조(20)로부터 배출된 유기산이 제2반응조(30)로 유입되는 것을 안내하도록 제2반응조(30)로 연장된 유로연장부(42)를 포함할 수 있다. 그리고, 유로연장부(42)의 일측에는 중력에 대해 역방향, 일례로 상부에 유체가 연통하는 개방부(44)가 형성될 수 있다.

또한, 개폐조절부(50)는 개방부(44)에 이동 가능하게 설치되는 덮개(52)와, 덮개(52)를 이동시키도록 설치된 구동부(54)를 포함할 수 있다.

여기서, 구동부(54)는 (도시되지 않은) 제어부에 의해 작동이 제어될 수 있으며, 제어부는 제1센서부(24)에 측정된 제1반응조(20)의 pH값에 따라 구동부(54)를 작동시켜 개방부(44)의 개방 정도를 제어할 수 있다.

즉, 제1센서부(24)에 측정된 제1반응조의 pH값이 낮을 경우, 유기성 폐기물로부터 유기산으로 반응이 완료된 상태로 판단할 수 있으며, 이에 따라 덮개(52)가 열리도록 할 수 있다.

한편, 제1센서부(24)에 측정된 제1반응조(20)의 pH값이 높을 경우, 유기성 폐기물로부터 유기산으로 반응이 아직 완료되지 않은 상태이며, 이에 따라 덮개(52)가 개방부(44)를 작게 개방하도록 하여 유기성 폐기물이 제1반응조(20)에서 충분히 오래 머무르며 유기산으로 변환되는 것을 촉진할 수 있다.

더불어, 본 실시예에서 유로연장부(42)는 제1반응조(20)에서 제2반응조(30) 방향으로 하향 경사지게 형성될 수 있다. 또한, 덮개(52)는 제1반응조(20)에서 제2반응조(30) 방향으로 신축하도록 배치될 수 있으며, 구동부(54)는 유로연장부(42)의 경사에 대응하여 덮개(52)를 승강 이동시킬 수 있다.

일례로, 본 실시예에서 구동부(54)는 모터를 포함할 수 있으며, 덮개(52)는 접철가능한 다수의 얇은 판 형태의 슬랫(slat)으로 형성되거나, 고무덮개 등과 같이 권취가능한 재질의 판부재로 형성될 수 있다.

본 실시예에서 제어부는 제1센서부(24)에 측정된 pH값에 따라 구동부(54)의 작동을 제어하는 것으로 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않는다. 일례로, 본 실시예의 혐기소화조(10)는 제2반응조(30)의 pH값의 측정을 위한 제2센서부(36)를 더 포함할 수 있다.

그리고, 제2센서부(36)는 제2반응조(30)의 pH값을 제어부로 전송하고, 제어부는 제1반응조(20)의 pH값과 제2반응조(30)의 pH값의 차이에 따라 구동부(54)의 작동을 제어하여 개방부(44)의 개폐면적을 조절할 수 있다.

이때, 제1센서부(24)에 측정되는 제1반응조(20)의 pH값이 제2센서부(36)에 측정되는 제2반응조(30)의 pH값과 차이가 클 경우, 제1반응조(24)의 유기성 폐기물이 유기산으로 반응이 완료된 것으로 판단할 수 있으며, 이에 따라 덮개(52)가 개방부(44)를 많이 개방하여 제1반응조(20)에서 반응이 완료된 유기산이 신속하게 제2반응조(30)로 공급되도록 할 수 있다.

한편, 제1센서부(24)에 측정되는 제1반응조(20)의 pH값이 제2센서부(36)에 측정되는 제2반응조(30)의 pH값과 차이가 작을 경우, 제1반응조(20)의 유기성 폐기물이 유기산으로 반응이 완료되지 않은 것으로 판단할 수 있으며, 이에 따라 덮개(52)가 개방부(44)를 작게 개방하거나 완전히 막아 제1반응조(20)에서 반응이 완료되지 않은 유기산이 제2반응조(30)로 공급되는 것을 제한할 수 있다.

또한, 제1반응조(20)에서 완전히 유기산으로 분해되지 않은 무거운 입자상 물질(Particulate Matter) 또는 분해가 이루어지기 힘든 유기성 폐기물의 고형물(Fixed Solid)(M) 등의 경우, 제2반응조(30)로 이동하기 위해서는 중력방향을 거슬러 위로 올라가면서 개방구(44)를 통해 배출되야 하므로, 제2반응조(30)로의 이동이 용이하지 않다. 또한, 이러한 물질(M)들은 제2반응조(30)로 이동하기 전에 제1반응조(20)와 연결된 유로연장부(42)에 머무르는 시간이 지연, 증가되면서 충분히 분해가 진행되게 되며 완전히 액상 또는 중력의 영향을 덜 받는 작은 입자상태로 분해된 후 제2반응조(30)로 공급될 수 있다.

한편, 이와 같이 충분한 분해 시간이 경과하더라도 분해가 이루어지지 않은 유기성 폐기물의 고형물(M)은 유로연장부(42)의 하부에 침전될 수 있다.

이에 따라 유로연장부(42)의 하부에는 유기성 폐기물의 고형물(M)이 침전되는 침전부(46)가 구비될 수 있다.

그리고, 침전부(46)에 다량의 유기성 폐기물의 고형물(M)이 침전되면, 유로의 단면적을 좁혀 원활한 유동을 방해할 수 있으므로, 주기적으로 이러한 유기성 폐기물의 고형물(M)을 제거할 필요가 있다.

이를 위해, 침전부(46)에는 침전된 유기성 폐기물의 고형물(M)을 외부로 배출하기 위한 고형물 배출기(48)가 연결될 수 있다. 또한, 침전부(46)는 유기성 폐기물을 고형물 배출기(48)로 쉽게 배출하기 위해 하측으로 오목하게 형성된 침전물 유도부(46a)를 포함할 수 있다.

일례로, 고형물 배출기(48)는 외부의 구비되는 (도시되지 않은) 고형물 저장부와 연결되는 배관(48a)과, 이 배관(48a)의 내부에 구비되어 유기성 폐기물의 고형물(M)을 이동시키는 피더(feeder)(49)를 포함할 수 있다.

여기서, 피더(49)는 배관(48a)의 내측에 길이방향으로 긴 봉부재(49a)가 설치되고, 이 봉부재(49a)에는 연속적으로 연결되는 스크류(49b)가 제공될 수 있다. 또한, 배관(48a)의 일측에는 이송모터(49c)가 구비되어 봉부재(49a)를 회전시킬 수 있다.

이러한 피더(49)는 이송모터(49c)에 의해 봉부재(49a)가 회전함에 따라, 스크류(49b) 사이의 고형물(M)이 배관(48a)의 외측으로 이동하여 배출될 수 있다.

본 실시예에서, 고형물 배출기(48)는 피더(49)를 포함하는 것으로 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 진공펌프 등을 포함하는 것도 가능하며, 배관(48a)을 경사지게 설치하여 자중에 의해 배출되도록 제공되는 것도 가능하다.

또한, 배관(48a)에는 고형물의 배출을 단속하기 위한 (도시되지 않은) 밸브장치가 설치될 수 있다. 따라서, 본 실시예의 혐기소화조(10)는 고형물(M) 외에 분해되지 않은 유기성 폐기물 또는 유기산 등의 반응수가 배관(48a)을 통해 고형물 저장고 등의 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

10 : 혐기소화조 20 : 제1반응조
22, 32 : 가스배관 24 : 제1센서부
30 : 제2반응조 34 : 폐수배관
36 : 제2센서부 40 : 유로
42 : 유로연장부 44 : 개방부
46 : 침전부 48 : 고형물 배출기
49 : 피더 50 : 개폐조절부
52 : 덮개 54 : 구동부

Claims

외부로부터 유입된 유기성 폐기물로부터 유기산을 생성시키는 제1반응조;
상기 제1반응조와 연통하며 상기 제1반응조에서 생성된 유기산을 메탄발효시키는 제2반응조;
상기 제1반응조와 상기 제2반응조 사이에 연통가능하게 설치된 유로;
상기 제1반응조에 설치되어 상기 유기성 폐기물의 pH값을 측정하는 제1센서부; 및
상기 제1센서부에 측정된 제1반응조의 pH값에 따라 상기 유로의 개폐면적을 조절하도록 설치되는 개폐조절부;
를 포함하는 혐기소화조.
청구항 1에 있어서,
상기 유로는 상기 제1반응조의 하부에서 상기 제2반응조로 연장되며 역중력방향으로 개방부가 형성된 유로연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기소화조.
청구항 2에 있어서,
상기 유로는 상기 유로연장부의 하부에 제공되어 상기 유기성 폐기물의 고형물이 침전되는 침전부와,
상기 침전부에 연결되어 상기 유기성 폐기물의 고형물을 외부로 배출하기 위한 고형물 배출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기소화조.
청구항 3에 있어서,
상기 침전부는 하측으로 오목하게 형성된 침전물 유도부를 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기소화조.
청구항 3에 있어서,
상기 고형물 배출기는 상기 침전부와 외부의 고형물 저장부를 연결하는 배관과,
상기 배관을 통해 상기 고형물을 외부로 배출하는 고형물 배출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기소화조.
청구항 5에 있어서,
상기 고형물 배출기는 상기 배관의 내부에 구비된 봉부재와, 상기 봉부재에 연속적으로 제공되는 스크류와, 상기 배관의 일측에 설치되어 상기 봉부재를 회전시키는 이송모터를 구비한 피더(feeder)를 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기소화조.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2반응조에 설치되어 pH값을 측정하는 제2센서부를 더 포함하고,
상기 개폐조절부는 상기 제1센서부 및 상기 제2센서부에 측정되는 pH값의 차이에 따라 상기 유로의 개폐면적을 조절하는 것을 특징으로 하는 혐기소화조.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 개폐조절부는 상기 개방부에 이동 가능하게 설치된 덮개와,
상기 덮개를 이동시키는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기소화조.
청구항 8에 있어서,
상기 유로는 상기 제1반응조의 하부에서 상기 제2반응조로 연장되며 역중력방향으로 개방부가 형성된 유로연장부를 포함하고,
상기 유로연장부는 상기 제1반응조에서 상기 제2반응조 방향으로 하향 경사지게 형성되고,
상기 구동부는 상기 유로연장부의 경사에 대응하여 상기 덮개를 승강 이동시키는 것을 특징으로 하는 혐기소화조.