KR101279943B1 - 스컴 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스컴 처리방법에 관한 것이며, 상세하게는 혐기소화조 내부에 형성된 스컴을 처리하여 유기산의 생성을 용이하게 하는 스컴 처리방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 스컴 처리방법은 내부에 수용된 혐기소화액이 유입된 유기성 폐기물과 반응하여 유기산을 생성하는 혐기소화조, 혐기소화조의 상부에 설치되어, 혐기소화액 상에 적층된 스컴층으로 적외선을 조사토록 제공된 적외선 조사부 및 혐기소화조 내부에 설치되어 혐기소화액을 교반시켜, 스컴층의 와해를 촉진시키도록 제공된 교반부를 포함하는 스컴 처리 장치를 이용하여 혐기소화조 내에 생성된 스컴층을 분해토록 제공된 것이 바람직하다.

Description

스컴 처리방법{MATHOD FOR REMOVING SCUM FROM ANAEROBIC DIGESTION TANK}

본 발명은 스컴 처리방법에 관한 것이며, 상세하게는 혐기소화조 내부에 형성된 스컴을 처리하여 유기산의 생성을 용이하게 하는 스컴 처리방법에 관한 것이다.

부존자원이 부족한 우리나라는 전체 수입액의 20%에 달하는 돈이 에너지원의 수입에 사용되고 있어, 재생 에너지를 생산할 수 있는 기술의 확보가 절실한 상황이다.

더불어, 유기물 폐기물은 매립, 해양투기와 관련되어 환경문제를 야기하여 왔으며, 현재까지도 그 문제를 해결하기 위해서 많은 비용이 소요되고 있다. 이에, 유기성 폐기물을 처리하거나 이로 인한 공해를 방지하는 방법들은 많이 연구되어 왔다.

폐기물 처리방법으로는 생물학적 호기/혐기 소화, 열분해, 소각 등의 방법이 있으며, 이들 중 메탄 가스를 생성할 수 있는 혐기 소화 방법이 경제적이어서 대체에너지를 생산할 수 있는 유망한 재생 에너지원으로서 주목받고 있다.

특히 화석에너지의 사용으로 야기되는 온실효과, 교토협약에 의한 이산화 탄소 감축분야와 2013년부터 유기물 해양투기 금지를 규정한 런던조약과 맞물려서, 혐기 소화 과정을 통해서 유기성 폐기물 문제도 해결하면서 재생/청정에너지인 메탄가스가 생산될 수 있다는 점은 시사하는 바가 크다고 할 수 있다.

일반적으로, 혐기 소화 과정은 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이 혐기 소화 과정이 진행되는 혐기 소화 장치는 혐기소화조(10), 가스저장소(20) 및 가스관(30)으로 이루어진다.

도 2에 도시된 바와 같이, 혐기소화조(10)로 유입된 유기성 폐기물(W)은 혐기소화조(10) 내에 수용된 혐기소화액(L)과 반응하여 유기산을 생성하고, 유기산은 다량의 메탄이 함유된 바이오가스(G)가 되어, 가스관(30)을 통해 가스저장조(20)로 공급된다. 가스저장조(20)로 공급된 바이오가스(G)는 난방공급, 가스 발전기, 가스 보일러의 연료로 사용될 수 있고, 또는 전기로 전환되어 전력공급용으로 사용될 수 있다.

이러한 혐기 소화 방식을 최적화하기 위해서는 혐기소화조(10) 내에서 유기성 폐기물(W)에서 유기산을 생성하는 산생성단계와 이렇게 형성된 유기산을 메탄가스로 전환하는 메탄가스 발효단계가 무리 없이 진행이 되는 것이 요구된다.

그러나, 실제로는 도 2에 도시된 바와 같이 유기성 폐기물(W)을 혐기소화조(10)로 투입하는 과정에서 발생하는 스컴으로 인해, 혐기소화조(10)의 정상 운전이 방해받는 경우가 많다.

즉, 혐기 소화 과정에서 발생하는 스컴은 유기성 폐기물(W)이 상부로 투입된 후 상부의 스컴층(S) 및/또는 기름층(O)과 반응을 하여 제대로 산분해가 이루어지면서 무거운 층은 아래로 가벼운 저분자 물질은 상층부로 층 분리가 이루어져야 함에도 불구하고 그렇게 진행하지 않다가, 이 위로 다시 유기성 폐기물(W)이 투입되면서 녹는점이 높은 팔미트산(palmitic acid)과 같은 거대 분자량 지방산의 유입으로 액체기름층(O)마저도 양초처럼 경화되는 현상이 발생하게 된다.

또한, 액체기름층(O)은 혐기소화액(L)보다 가벼운 비중차이로 인해서 지속적으로 혐기소화액(L) 위에 떠 있으면서 투입되는 유기성 폐기물(W)을 혐기소화액(L) 층으로 이동시키는 중간에 위치해 있으면서 혐기소화액(L)이 분해되어 혐기소화조(10) 하부로 이동되는 것을 지속적으로 방해하게 되는 문제점이 있다. 이에 따라, 혐기소화조(10) 내에 생성된 스컴을 처리하는 기술 개발이 필요한 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 적외선 조사를 통해 혐기소화조에 생성된 스컴층을 용융을 유도하여 스컴층의 분해를 촉진시키는 스컴 처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 혐기소화조 내부에서 스컴의 분해를 촉진시킴으로써, 스컴으로 인한 혐기소화조의 운전 중단을 방지할 수 있는 스컴 처리방법을 제공하는 것을 목적을 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스컴 처리방법은 내부에 수용된 혐기소화액이 유입된 유기성 폐기물과 반응하여 유기산을 생성하는 혐기소화조, 상기 혐기소화조의 상부에 설치되어, 상기 혐기소화액 상에 적층된 스컴층으로 적외선을 조사토록 제공된 적외선 조사부 및 상기 혐기소화조 내부에 설치되어 상기 혐기소화액을 교반시켜, 상기 스컴층의 와해를 촉진시키도록 제공된 교반부를 포함하는 스컴 처리 장치를 이용한 스컴 처리방법으로서, 혐기소화조의 상부에 설치된 적외선 조사부를 통하여 상기 혐기소화액 상에 적층된 스컴층으로 적외선을 조사하여 스컴층을 액화시키는 스컴층 액화단계 및 상기 스컴층 액화단계 이후에 상기 혐기소화조 내부에 설치된 교반부를 작동시켜, 상기 혐기소화액과 액화된 스컴층을 교반하는 교반단계를 포함할 수 있다.

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본 발명은 적외선 조사를 통해 혐기소화조에 생성된 스컴층을 용융을 유도하여 스컴층의 분해를 촉진시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 혐기소화조 내부에서 스컴의 분해를 촉진시킴으로써, 스컴으로 인한 혐기소화조의 운전 중단을 방지할 수 있다.

아울러, 본 발명은 적외선 조사 및 교반 반응을 통해 혐기소화액에 대한 지방의 용해도를 증가시킴으로써, 스컴 자체에 대한 미생물의 이용성을 증가시킬 수 있고, 이로 인해 스컴의 분해를 촉진시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 혐기소화조 내부에 생성된 스컴을 외부로 꺼내어 처리하는 대신에 혐기소화조 내부에서 스컴을 처리하여 스컴 처리비용을 절감시킬 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 혐기 소화 장치에 대한 구성도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 종래기술에서, 스컴층이 형성된 혐기소화조 내부로 유입된 유기성 폐기물이 혐기소화조에서 유기산으로 전환된 후, 유기산이 바이오가스로 전환되는 과정을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스컴 처리방법에 이용되는 스컴 처리 장치의 구성도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 스컴 처리 장치의 작동 상태도를 개략적으로 도시한 것이다.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 스컴 처리방법에 대해 상세하게 설명하기로 한다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기소화조 내의 스컴 처리 장치(100)는 혐기소화조(110) 내의 스컴을 혐기소화조(110) 내부에서 처리하여 원활하게 유기성 폐기물(W)로부터 유기산(A)을 생성하기 위한 장치로서, 혐기소화조(110), 적외선 조사부(120)와 교반부(130)를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에서는 설명의 편의를 위하여, 유기성 폐기물(W)이 유입되고 유기산(A)이 생성되는 혐기소화조(110)를 산발효조(111)라 지칭하고, 산발효조(111)에서 생성된 유기산(A)이 유입되고 유기산(A)으로부터 바이오가스가 생성되는 혐기소화조(110)를 바이오가스생성조(115)라 지칭하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에서, 산발효조(111)는 복통형식으로 바이오가스생성조(115) 내에 설치된다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 산발효조(111)는 상부에 유기성 폐기물(W)이 투입되는 투입구(112)가 구비되고, 내부로 투입된 유기성 폐기물(W)이 혐기소화액(L)과 반응하여 생성된 유기산(A)이 바이오가스생성조(115)로 유입되는 유출구(113)가 하부에 구비된다.

여기서, 유기성 폐기물(W)은 할로겐 화합물과 물 등의 수성 폐기물 이외의 모든 유기화합물의 폐기물을 지칭하는 것으로서, 예를 들어 가축분뇨, 하수처리장 슬러지, 음식물류 폐기물 등이 있다.

상술했던 바와 같이, 유기성 폐기물(W)이 산발효조(111) 내부로 투입되는 과정에서 발생한 스컴으로 인해 혐기소화액(L) 상에 스컴층(S)이 형성되고, 스컴층(S) 위로 다시 유기성 폐기물(W)이 투입되면서 녹는점이 높은 팔미트산(palmitic acid)과 같은 거대 분자량 지방산의 유입으로 액체기름층(O)마저도 양초처럼 경화되어 스컴층(S)과 혐기소화액(L) 사이에 기름층(O)을 형성한다. 이러한 스컴층(S)과 기름층(O)으로 인해 유기성 폐기물(W)과 혐기소화액(L) 간의 정상적인 혐기 소화 과정이 방해되고, 이로 인해 바이오가스(G)의 생산량이 증대되지 못하는 문제점이 있다.

한편, 유출구(113)를 통해 바이오가스생성조(115)로 유입된 유기산(A)은 바이오가스생성조(115)에서 다량의 메탄성분을 함유한 바이오가스(G)로 전환되는데, 이 과정은 공지된 과정이므로 본 발명의 일 실시예에서는 이에 대해 설명을 생략하기로 한다.

이하에서는, 산발효조(111) 상에 존재하는 스컴층(S)과 기름층(O)을 제거하여, 산발효조(111) 내에서 정상적으로 혐기소화과정이 진행되도록 유도하는, 적외선 조사부(120)와 교반부(130)에 대해 설명하기로 한다.

우선, 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 조사부(120)는 산발효조(111) 내부에 존재하는 스컴층(S)으로 적외선을 조사(照射)토록 산발효조(111) 상부에 설치된다.

이때, 적외선 조사부(120)는 산발효조(111) 내부로 유입되는 유기성 폐기물(W)에 간섭을 받지 않고, 스컴층(S) 표면으로 적외선의 조사(照射)가 용이하도록 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에서, 적외선 조사부(120)의 조사로 인해 산발효조(111) 내부에 존재하는 스컴층(S)과 스컴층(S) 하부에 존재하는 기름층(O)은 용융과정을 거치게 되고, 이로 인해, 스컴층(S) 내에 이물질이 용출되는 동시에 스컴층(S) 및/또는 기름층(O)에 존재하는 지방은 혐기소화액(L)에 용해된다.

본 발명의 일 실시예에서, 적외선 조사부(120)는 스컴층(S)으로 적외선을 조사시킴으로써 스컴층(S)의 용융을 유도하여 스컴 자체에 대한 미생물의 이용성을 증가시키고, 스컴의 분해가 유도되도록 하는 역할을 한다. 여기서, 스컴(scum)은 하수처리에 있어서 유체의 표면에 부유한 오니(汚泥) 찌거기, 즉 액체 위에 부유한 찌꺼기를 말한다.

한편, 본 발명의 일 실시예에서는 스컴층(S) 및/또는 기름층(O)이 더욱 용이하게 혐기소화액(L)에 용해되도록, 산발효조(111) 내부에 교반부(130)가 설치된다. 여기서, 교반부(130)는 산발효조(111) 하부에 설치되어 혐기소화액(L)을 교반하는 장치이다.

본 발명의 일 실시예에서, 교반부(130)는 적외선 조사부(120)의 작동과 연동되어 작동된다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 교반부(130)는 적외선 조사부(120)의 적외선 조사에 의해 혐기소화액(L) 상부에 형성된 스컴층(S)과 기름층(O)이 액화된 상태에서 혐기소화액(L)을 회전시키도록 작동되어, 혐기소화액(L)에 스컴이 교반되도록 할 수 있다.

이에 따라, 교반부(130)는 교반 작동을 통해 혐기소화액(L) 상부에 형성된 스컴층(S)과 기름층(O)을 와해시키고, 스컴층(S)과 기름층(O)에 함유된 지방이 혐기소화액(L)에 용이하게 용해되도록 할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 스컴 처리방법은 상기 혐기소화조(110), 상기 적외선 조사부(120) 및 상기 교반부(130)를 포함하는 스컴 처리 장치(100)를 이용한 스컴 처리방법으로서, 혐기소화조(110)의 상부에 설치된 적외선 조사부(120)를 통하여 상기 혐기소화액(L) 상에 적층된 스컴층(S)으로 적외선을 조사하여 스컴층(S)을 액화시키는 스컴층 액화단계 및 상기 스컴층 액화단계 이후에 상기 혐기소화조(110) 내부에 설치된 교반부(130)를 작동시켜, 상기 혐기소화액(L)과 액화된 스컴층(S)을 교반하는 교반단계를 포함할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기소화조 내의 스컴 처리 장치(100)는 교반부(130)의 교반 작동을 통해, 혐기소화액(L)에 대한 지방의 용해도를 증가시킴으로써, 스컴 자체에 대한 미생물의 이용성을 증가시킬 수 있고, 스컴층(S)을 용융을 유도하여 스컴의 분해를 촉진시킬 수 있다.

그리고, 이로 인해, 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기소화조 내의 스컴 처리 장치(100)는 산발효조(111) 내부에 생성된 스컴을 외부로 꺼내어 처리하는 대신에 산발효조(111) 내부에서 스컴을 처리하여 스컴 처리 비용을 절감시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기소화조 내의 스컴 처리 장치(100)는 산발효조(111) 내부에서 스컴의 분해를 촉진시킴으로써, 스컴으로 인한 혐기소화조(110)의 운전 중단을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 혐기소화조 내의 스컴 처리 장치(100)는 상기와 같은 과정을 통해, 산발효조(111) 내에서 혐기소화액(L)과 유기성 폐기물(W)이 반응하여 생성되는 유기산(A)의 생산량을 증대시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 혐기소화조 내의 스컴 처리 장치(100)는 산발효조(111) 내의 스컴을 처리하여 유기산(A)의 생산량을 증대시킴으로써, 결과적으로 유기산(A)이 바이오가스생성조(115)로 유입되어 생성된 바이오가스(G)의 생산량의 증대를 유도할 수 있다.

바이오가스생성조(115) 내의 바이오가스(G)는 가스관(30)을 통해 가스저장조(20)로 공급된다. 그리고, 가스저장조(20)로 공급된 바이오가스(G)는 난방공급, 가스 발전기, 가스 보일러의 연료로 사용될 수 있고, 또는 전기로 전환되어 전력공급용으로 사용될 수 있다.

위에 설명된 예시적인 실시예는 제한적이기보다는 본 발명의 모든 관점들 내에서 설명적인 것이 되도록 의도되었다. 따라서 본 발명은 본 기술 분야의 숙련된 자들에 의하여 본 명세서 내에 포함된 설명들로부터 얻어질 수 있는 많은 변형 및 상세한 실행이 가능하다. 다음의 청구범위에 의하여 한정된 바와 같이 이러한 모든 변형 및 변경은 본 발명의 범위 및 사상 내에 있는 것으로 고려되어야 한다.

100: 스컴 처리 장치 110; 혐기소화조
120: 적외선 조사부 130: 교반부

Claims (3)

1. 내부에 수용된 혐기소화액이 유입된 유기성 폐기물과 반응하여 유기산을 생성하는 혐기소화조;
   상기 혐기소화조의 상부에 설치되어, 상기 혐기소화액 상에 적층된 스컴층으로 적외선을 조사토록 제공된 적외선 조사부; 및
   상기 혐기소화조 내부에 설치되어 상기 혐기소화액을 교반시켜, 상기 스컴층의 와해를 촉진시키도록 제공된 교반부;
   를 포함하는 스컴 처리 장치를 이용한 스컴 처리방법으로서,
   혐기소화조의 상부에 설치된 적외선 조사부를 통하여 상기 혐기소화액 상에 적층된 스컴층으로 적외선을 조사하여 스컴층을 액화시키는 스컴층 액화단계; 및
   상기 스컴층 액화단계 이후에 상기 혐기소화조 내부에 설치된 교반부를 작동시켜, 상기 혐기소화액과 액화된 스컴층을 교반하는 교반단계;
   를 포함하는 스컴 처리방법.
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