KR101237417B1

KR101237417B1 - 고농도 바이오가스 생산을 위한 혐기소화 장치

Info

Publication number: KR101237417B1
Application number: KR1020110028730A
Authority: KR
Inventors: 강동열; 송형운; 조주홍; 김통일; 이진성; 우정진
Original assignee: 주식회사 새움아쿠아텍
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2013-02-26
Also published as: KR20120110698A

Abstract

본 발명은 혐기 소화조 내부에 수직순환장치를 설치함으로써 소화조의 안정적인 운전과 바이오가스 생산 효율을 극대화시키도록, 유기성 폐기물로부터 바이오가스를 생성하기 위한 혐기소화 장치에 있어서, 투입된 유기성 폐기물로부터 발생하는 가스를 포집하도록 상부에 천막 형태로 형성되어 있는 가스 저장조를 포함하는 혐기 소화조 본체와; 일정 시간마다 정량의 염화철이 상기 가스 저장조로 투입되도록, 본체 외부의 일 측에 설치되어 있어 저장된 액상 염화철을 상기 본체의 투입관으로 펌핑하는 염화철 정량 투입 장치와; 상기 가스 저장조의 스컴을 제거하도록, 상기 본체 하부의 유기성 폐기물을 상부로 펌핑하여 상부의 가스 저장조로 분사시키는 수직순환부를 포함하여 구성되는 고농도 바이오가스 생산을 위한 혐기소화 장치에 관한 것이다.

Description

고농도 바이오가스 생산을 위한 혐기소화 장치{Anaerobic fermentation equipment for organic waste}

본 발명은 유기성 폐기물의 혐기소화에 따른 바이오가스의 생산 효율을 향상시키고 고농도의 바이오가스를 생산하기 위한 혐기소화 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 음식물 쓰레기나 가축 분뇨인 유기성 폐기물을 발효하여 바이오가스 및 친환경 비료를 생성하도록 하는 고농도 바이오가스 생산을 위한 혐기소화 장치에 관한 것이다.

일반적으로 혐기소화조는 고농도의 유기물 함량을 갖는 유기성 폐기물을 밀폐 상태의 소화조에 투입시켜 이들 유기성 폐기물에서의 미생물 분해 작용을 통해 바이오가스를 생산하는 반응기를 의미한다.

하지만 이러한 혐기소화 과정은 교반효율, 가온, 유기물 성상, 소화조 내의 스컴 발생 등의 여러 환경적인 요인으로 바이오가스 생산을 저해하는 여러 가지 문제점을 보이고 있다.

이러한 점에서, 혐기소화조 내부 유기물의 균질화를 위한 교반 작업이 매우 중요하다.

종래에는 혐기소화조 교반 방식으로 소화조 내의 유기물을 균질화 하고 있으나 상부의 유기물과의 경계층에 스컴이 형성되어 유기물 내 바이오가스 발생을 억제하게 된다.

이러한 상태로 발생된 바이오 가스는 보일러나 열 병합 발전기 등으로 에너지화 되고 있으나, 바이오가스 내에 함유된 H₂S 성분에 의해 보일러나 열 병합 발전기의 수명을 단축하는 문제를 초래하게 된다.

따라서 유기물 상부 경계층의 스컴 제거가 가능하도록 교반효율을 높일 수 있도록 하는 동시에, 바이오가스 내 H₂S의 농도를 최소화시킬 수 있는 혐기소화 시스템 개발이 확보되어야 한다.

따라서 상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 수직순환장치를 통해 혐기소화조의 교반효율을 향상시켜 소화액 경계층에 형성된 스컴을 제거하도록 하는 고농도 바이오가스 생산을 위한 혐기소화 장치를 제공하기 위함이다.

또한 본 발명의 목적은, 탈황장치를 통해 바이오가스 내의 H2S를 제거하도록 하는 고농도 바이오가스 생산을 위한 혐기소화 장치를 제공하기 위함이다.

본 발명의 목적은, 유기성 폐기물로부터 바이오가스를 생성하기 위한 혐기소화 장치에 있어서, 투입된 유기성 폐기물로부터 발생하는 가스를 포집하도록 상부에 천막 형태로 형성되어 있는 가스 저장조를 포함하는 혐기 소화조 본체와; 일정 시간마다 정량의 염화철이 상기 가스 저장조로 투입되도록, 본체 외부의 일 측에 설치되어 있어 저장된 액상 염화철을 상기 본체의 투입관으로 펌핑하는 염화철 정량 투입 장치와; 상기 가스 저장조의 스컴을 제거하도록, 상기 본체 하부의 유기성 폐기물을 상부로 펌핑하여 상부의 가스 저장조로 분사시키는 수직순환부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고농도 바이오가스 생산을 위한 혐기소화 장치에 의해 달성된다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 가스저장조의 내부를 관찰하도록, 상기 본체의 가스저장조가 위치하는 벽체 둘레를 따라 상기 벽체를 관통하는 통공구에 밀폐형 투명판이 부착된 관찰창이 복수개 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 수직순환부는, 상기 본체 내부에 수용된 유기성 폐기물을 흡입하도록 본체의 벽체 하부를 관통하도록 부착되어 있는 흡입부와; 상기 흡입부가 유기성 폐기물을 흡입시키도록 펌핑하는 수직순환펌프와; 펌핑된 유기성 폐기물이 가스저장조로 분사되도록, 일 단이 수직순환펌프와 연결되어 있으며, 타 단이 벽체 상부를 관통하여 가스저장조 내부에 위치하여 흡입된 유기성 폐기물을 상부로 이동시키는 순환배출부를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 순환배출부의 타 단은, 상부 끝단의 배출 방향이 바뀔 때 마다 유연하게 굽어지도록 관부를 형성하는 탄성 재질의 유연부와; 상기 상부 끝단과 유연부의 경계부 관부 둘레를 따라 벽체와 밀봉되도록 감겨져 있는 탄성 재질의 폴리에스테르수지와; 사용자가 손으로 잡고 상부 끝단의 방향을 조절하도록, 벽체 외부에서 상기 경계부의 관부 둘레를 따라 부착되어 있는 손잡이인 방향조절손잡이를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 탈황장치는, 액상의 염화철을 저장하는 저장용기인 염화철저장조와; 상기 염화철저장조에 저장되어 있는 염화철을 일정 시간 간격마다 정량으로 가스저장조에 투입시키기 위한 정량 투입펌프와; 액상 염화철을 이송시키도록, 일 측단이 염화철저장조의 액상 염화철에 담겨져 있으며 타 측이 투입부의 관부 측면에서 지관으로 연결되어 있고 관부 사이에 정량 투입펌프가 설치되어 있는 이송관을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 이송관의 관로 상에 위치하여 정량 투입펌프에 의해 흡입된 염화철이 역류하지 않도록 흡입 반대방향으로 역류할 경우 관로를 폐쇄시키는 역류방지밸브를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기의 과제 해결 수단에 의한 본 발명의 고농도 바이오가스 생산을 위한 혐기소화 장치는 혐기 소화조 내부에 수직순환장치를 설치함으로써 소화조의 안정적인 운전과 바이오가스 생산 효율을 극대화시킬 수 있도록 한다.

또한, 이와 같은 탈황장치를 이용하여 가스저장조 내부의 바이오가스에 포함되어 있는 H₂S를 50% 이상 탈황하게 되며 후단설비로 넘어가는 바이오가스 내 H₂S의 농도가 낮아져 후단설비의 안정적 운영 및 시설의 수명 또한 장기화되고, 별도의 외부 탈황장치의 부하를 줄여 시설투자비의 절감효과도 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고농도 바이오가스 생산을 위한 혐기소화 장치의 전체 단면도,
도 2는 도 1의 수직순환부의 상면도,
도 3은 도 1의 순환배출부의 단면도,
도 4는 도 1의 염화철 정량 투입장치의 구성도.

이하 본 발명의 실시예에 따른 고농도 바이오가스 생산을 위한 혐기소화 장치에 대해 첨부되는 도면들을 통해 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 고농도 바이오가스 생산을 위한 혐기소화 장치의 전체 구성을 도시하고 있다.

도면에서 보는 바와 같이 본 발명의 고농도 바이오가스 생산을 위한 혐기소화 장치는 유기성 폐기물에서 발생하는 가스가 저장되는 가스 저장조를 포함하는 혐기 소화조 본체(100), 상기 본체(100)의 일 측에 설치되어 있는 염화철 정량 투입 장치(110)와 수직순환부(120)로 구성된다.

상기 본체(100)는 원형의 바닥 상부에 위치하는 원통형 벽체(104)와 상기 벽체(104) 상부를 덮는 지붕(101)으로 구성된다.

상기 벽체(104)는 서로 압착된 이종의 금속에 의해 패널 형태로 제작되어 바닥면으로부터 수직되는 벽면을 형성하도록 한다.

상기 벽체(104)는 금속 패널 및 금속 패널을 감싸는 보온재로 구성된다.

즉, 상기 벽체(104)를 구성하는 금속 패널에 있어서, 유기성 폐기물과 접촉하는 내벽은 내부식성 및 내구성이 우수한 얇은 스텐레스 재질로 구성되어 있으며, 외벽은 저장조의 구조적 안정성을 위한 지지체 역할을 하도록 비교적 두꺼운 아연 강판 재질로 구성되어 있다.

상기 벽체(104)를 통해 유기성 폐기물이 투입되고 이를 통한 부산물이 배출되도록 투입부(103) 및 배출부(105)를 형성하고 있다.

상기 투입부(103)는 원료 저장조에 저장되어 있던 유기성 폐기물이 투입되도록 벽체(104) 외부로부터 내부까지 관통되게 형성되어 있는 관이며, 하기에 설명될 염화철 정량 투입 장치(110)의 투입관과 연결되어 있다.

상기 배출부(105)는 혐기소화 후 소화여액이 배출되는 관이다.

상기 유기성 폐기물이 발효됨에 따라 생성되는 가스는 본체(100) 상부로 승강하게 되어 가스저장조(102)에 수용된다.

상기 가스저장조(102)는 탄성력을 가진 폴리에스테르 수지로 구성되는 천막형태를 갖는다.

상기 가스저장조(102)는 본체(100)의 지붕(101) 내부에 위치하게 되며 그 가장자리는 벽체(104)와 지붕(101)의 경계선 상에 고정되게 위치한다.

보다 상세하게는, 상기 가스저장조(102)의 가장자리는 경계선상의 일정 간격마다 형성되어 있는 고정수단에 의해 고정되어 있는 바, 상기 고정수단은 고리이며 상기 가스저장조(102)의 가장자리 일정 간격마다 형성되어 있는 홀에 고리를 걸어 고정되게 한다.

상기 유기성 폐기물의 발효에 의해 생성되는 가스가 가스저장조(102)에 모이게 되면 가스저장조(102)의 천 부재는 점점 부풀어 오르게 되며, 적당량의 가스가 모이게 되면 배출부(105)를 통해 본체(100) 외부로 배출되도록 한다.

상기 배출구(105)는 벽체(104) 상부를 관통하여 벽체(104) 외부로 돌출되어 열병합 발전설비(CHP) 등의 연소설비에 연결됨으로써 연소설비에 연료를 공급하도록 한다.

또한 상기 가스저장조(102)의 벽체(104) 둘레를 따라 벽체를 관통하는 복수개의 통공구를 형성하고 상기 통공구를 유리 등의 투명판으로 밀폐시켜 외부에서 내부를 관찰할 수 있도록 관찰창(109)을 형성하도록 한다.

따라서, 상기 관찰창(109)을 통해 가스저장조 내부의 상태 즉, 하기에 설명될 순환 배출부를 통해 소화조 내부로 유입되는 유기성 폐기물을 관찰할 수 있도록 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 수직순환부(120)는 본체(100) 하부의 유기성 폐기물을 흡입하여 상부로 끌어올린 후 배출함으로써 소화조 상부에 형성되어 있는 스컴을 물리적으로 제거하기 위한 장치이다.

이를 위해 상기 수직순환부(120)는 수직순환 펌프(121), 흡입부(122), 순환배출부(123)로 구성된다.

상기 흡입부(122)는 본체(100)의 하부 벽체(104)에 관통하되, 그 일단이 본체(100) 내부에 위치하고 타 단이 수직순환펌프(121)와 연결되어 있어, 유기성 폐기물을 흡입하도록 한다.

상기 수직순환 펌프(121)는 흡입부(122)로부터 흡입된 유기성 폐기물이 벽체(104) 외벽을 따라 수직되게 설치되어 있는 순환배출부(123)를 따라 올라가도록 펌핑하는 펌프이다.

상기 순환배출부(123)는 일 단이 수직순환펌프(121)와 연결되어 있으며, 타 단이 벽체(104)를 관통하여 가스저장조 내부에 위치하도록 설치되어 있다.

따라서 수직순환 펌프(121)는 벽체의 외부에 위치하여 펌프 동력에 의해 유기성 폐기물이 순환배출부(123)의 관로를 따라 이동하여 가스저장조 내부로 분사되도록 한다.

상기 순환배출부(123)를 통해 배출된 유기성 폐기물은 스컴을 제거시키면서 하부로 떨어지게 되고, 다시 흡입부(122)를 통해 흡입되어 순환 배출부(123)로 이동함으로써 계속적으로 순환하게 되는 것이다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이 가스저장조 상부 벽체를 관통하게 설치되어 있는 순환 배출부(123)의 상부는, 관부의 배출 방향을 상하 좌우로 자유롭게 조절할 수 있도록 관부의 일 측에 유연부(124), 폴리에스테르수지(126), 방향조절손잡이(125)를 형성하고 있다.

보다 상세하게, 가스저장조 내부에 위치하는 순환배출부(123)의 상부 끝단 방향이 자유롭게 조절되도록, 상기 상부 끝단으로부터 연장되게 형성되어 있는 상기 유연부(124)는 상부 끝단의 배출 방향이 바뀔 때 마다 유연하게 굽어지도록 고무재질 등으로 형성된 관부이다.

이때, 순환배출부(123)의 상부 끝단은 벽체 내부에 위치하되 이와 연장되게 형성되어 있는 상기 유연부(124)는 벽체의 외부에 위치하게 되고, 상부 끝단(127)과 유연부(124)의 경계부는 탄력성을 가진 폴리에스테르 수지(126)가 감싸도록 형성되어 있다.

즉, 상기 경계부와 벽체(104) 사이에 폴리에스테르 수지(126)가 삽입되도록 하여, 벽체 내 외부를 밀봉시키도록 한다.

상부 끝단(127)의 타 측 단이 유기성 폐기물의 배출단이 되고, 경계부가 일 측 단이 되어, 상기 방향조절손잡이(125)가 상부 끝단의 일 측 단에 고정되게 부착되도록 하여 타 측단 방향을 조절하도록 한다.

상기 유연부(124)는 유연관으로써 외부 자극에 파손될 수 있기 때문에, 유연부(124) 외부로 일정 수용공간을 가지면서 감싸질 수 있는 보호관(128)이 형성되어 있다.

상기 방향조절손잡이(125)는 경계부의 관부 둘레를 따라 부착되어 있는 손잡이로서, 벽체 외부에 위치하고 있어 사용자가 손으로 잡고 상하좌우로 이동 시 상부 끝단의 타 측단 방향이 바뀌게 되는 것이다.

따라서, 순환 배출부를 통해 순환 배출되는 소화조 하부의 유기성 폐기물은 방향조절 손잡이(125)를 이용하여 소화조 내부로 방향 조절을 통해 배출 되므로, 소화조 내부 상부에 형성된 스컴을 제거하여 유기성 폐기물에서 발생되는 바이오가스의 생산이 원활하게 이루어질 수 있게 한다.

도 4는 염화철 정량 투입장치(110)의 상세구조를 보인 도면이다 .

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도면에서 보는 바와 같이, 상기 염화철 정량 투입장치(110)는 염화철저장조(111), 제1역류방지밸브(112), 정량 투입펌프(113), 이송관(114), 제2역류방지밸브(115)로 구성된다.

상기 염화철저장조(111)는 액상의 염화철을 저장하고 있는 저장용기이다.

상기 정량 투입펌프(113)는 염화철저장조(111)에 저장되어 있는 염화철을 정량으로 가스저장조로 투입시키기 위한 펌프로서, 일정 시간 간격마다 일정량의 염화철을 펌핑하여 이송관(114) 타 측으로 이송시킨다.

상기 이송관(114)은 일 측단이 염화철저장조(111)의 액상 염화철에 담겨져 있으며, 타 측이 투입부의 관부 측면에서 지관으로 연결되어 있고, 관부 사이에 정량 투입펌프(113)가 설치되어 있는 관이다.

상기 제1역류방지밸브(112)는 상기 이송관의 일 측단 관로에 위치하는 스윙 체크 밸브로서, 정량 투입펌프(113)에 의해 흡입된 염화철이 다시 염화철저장조(111)로 역류하여 배출되지 않도록 흡입 반대방향으로 역류할 경우 관로를 폐쇄시키는 밸브이다.

이와 마찬가지로 제2역류방지밸브(115)는 이송관의 타 측 관로에 위치하는 스윙 체크 밸브로서, 정량 투입펌프(113)에 의해 이송된 액상 염화철이 다시 일 측 관로로 역류하여 배출되지 않도록 흡입 반대방향으로 역류할 경우 관로를 폐쇄시키는 밸브이다.
또한 탈황장치(미도시)는 가스에 의해 생성되는 바이오가스 내의 황 함유량에 비례하여 황화합물 농도를 산화반응을 통해 저감하도록 하는 장치이다.
이를 위해 상기 탈황장치는 상기 벽체(104) 상부를 관통하는 투입부(103)의 측면에서 지관으로 연결되어 있어, 가스저장조(102) 내부에 산소를 공급함으로써 황화합물 농도를 조절하도록 한다.

100 : 본체 101 : 지붕
102 : 가스저장조 103 :투입부
104 : 벽체 105 : 배출부
109 : 관찰창 110 : 염화철 정량 투입장치
111 : 염화철저장조 112 : 제1역류방지밸브
113 : 정량 투입펌프 114 : 이송관
115 : 제2역류방지밸브 120 : 수직순환부
121 : 수직순환펌프 122 : 흡입부
123 : 순환배출부 124 : 유연부
125 : 방향조절손잡이 126 : 폴리에스테르수지
127 : 상부 끝단 128 : 보호관

Claims

유기성 폐기물로부터 바이오가스를 생성하기 위한 혐기소화 장치에 있어서,
투입된 유기성 폐기물로부터 발생하는 가스를 포집하도록 상부에 천막 형태로 형성되어 있는 가스 저장조를 포함하는 혐기 소화조 본체와;
일정 시간마다 정량의 염화철이 상기 가스 저장조로 투입되도록, 본체 외부의 일 측에 설치되어 있어 저장된 액상 염화철을 상기 본체의 투입관으로 펌핑하는 염화철 정량 투입 장치와;
상기 가스 저장조의 스컴을 제거하도록, 상기 본체 하부의 유기성 폐기물을 상부로 펌핑하여 상부의 가스 저장조로 분사시키는 수직순환부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고농도 바이오가스 생산을 위한 혐기소화 장치.
제 1항에 있어서,
상기 가스저장조의 내부를 관찰하도록, 상기 본체의 가스저장조가 위치하는 벽체 둘레를 따라 상기 벽체를 관통하는 통공구에 밀폐형 투명판이 부착된 관찰창이 복수개 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고농도 바이오가스 생산을 위한 혐기소화 장치.
제 1항에 있어서,
상기 수직순환부는,
상기 본체 내부에 수용된 유기성 폐기물을 흡입하도록 본체의 벽체 하부를 관통하도록 부착되어 있는 흡입부와;
상기 흡입부가 유기성 폐기물을 흡입시키도록 펌핑하는 수직순환펌프와;
펌핑된 유기성 폐기물이 가스저장조로 분사되도록, 일 단이 수직순환펌프와 연결되어 있으며, 타 단이 벽체 상부를 관통하여 가스저장조 내부에 위치하여 흡입된 유기성 폐기물을 상부로 이동시키는 순환배출부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고농도 바이오가스 생산을 위한 혐기소화 장치.
제 3항에 있어서,
상기 순환배출부의 타 단은,
상부 끝단의 배출 방향이 바뀔 때 마다 유연하게 굽어지도록 관부를 형성하는 탄성 재질의 유연부와;
상기 상부 끝단과 유연부의 경계부 관부 둘레를 따라 벽체와 밀봉되도록 감겨져 있는 탄성 재질의 폴리에스테르수지와;
사용자가 손으로 잡고 상부 끝단의 방향을 조절하도록, 벽체 외부에서 상기 경계부의 관부 둘레를 따라 부착되어 있는 손잡이인 방향조절손잡이를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고농도 바이오가스 생산을 위한 혐기소화 장치.
제 1항에 있어서,
상기 염화철 정량 투입 장치는,
액상의 염화철을 저장하는 저장용기인 염화철저장조와;
상기 염화철저장조에 저장되어 있는 염화철을 일정 시간 간격마다 정량으로 가스저장조에 투입시키기 위한 정량 투입펌프와;
액상 염화철을 이송시키도록, 일 측단이 염화철저장조의 액상 염화철에 담겨져 있으며 타 측이 투입부의 관부 측면에서 지관으로 연결되어 있고 관부 사이에 정량 투입펌프가 설치되어 있는 이송관을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고농도 바이오가스 생산을 위한 혐기소화 장치.
제 5항에 있어서,
상기 이송관의 관로 상에 위치하여 정량 투입펌프에 의해 흡입된 염화철이 역류하지 않도록 흡입 반대방향으로 역류할 경우 관로를 폐쇄시키는 역류방지밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 바이오가스 생산을 위한 혐기소화 장치.