KR101362118B1 - 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오 가스의 생성장치 - Google Patents

유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오 가스의 생성장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오가스의 생성장치에 관한 것으로서, 산생성조 다음에 고액 분리기를 설치하여, 우점화된 산발효 미생물에 의해 혐기성 소화조에서 바이오 가스의 생성수율이 저하되는 것을 방지함과 아울러, 유기산 추출장치를 고액분리기와 메탄반응조 사이에 두어 바이오가스와 유기산을 동시에 생성할 수 있는 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오가스의 생성장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 고액 분리기, 유기산 추출장치 및 건식 혐기성 소화조의 고형물을 혼합조로 유입시킴으로서, 바이오 가스의 회수율을 높이는 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오 가스의 생성장치를 제공하는 것이다.

Description

유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오 가스의 생성장치{Generating device of organic acid and biogass using organic waste}
본 발명은 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오가스 생성장치에 관한 것으로서, 수분이 다량 포함된 유기성 폐기물을 액상 폐기물과 고상 폐기물로 각각 분리하여 혐기 처리함과 아울러, 처리 과정에서 발생되는 유기산 및 바이오가스을 회수하기 위한 유기산 및 바이오가스 생성장치에 관한 것이다.
최근 음식물 쓰레기나 하수 슬러지등 유기성 폐기물의 증가에 따라 유기성 폐기물의 적절한 관리의 필요성이 대두되고 있다.
특히. 하수슬러지, 음식물쓰레기, 축산분뇨 및 유기성 도시고형폐기물의 직매립 금지제도가 원활히 정착되고, 또한 동 폐기물들의 해양배출이 억제되어 이들 물질의 육상처리는 물론 나아가 재활용을 위한 다각적인 처리시스템을 구축하는 것이 필요하다.
이에 따라, 상기 유기성 폐기물을 처리함에 있어서 발생되는 슬러지의 양을 감소시키고 또한 메탄가스 및 탄산가스와 같은 바이오 가스를 추출할 수 있는 혐기소화 처리방법이 주목받고 있다.
상기 혐기성 소화 처리방법은 혐기조건 하에서 유기성 폐기물을 처리하는 것으로서, 유기물의 소화효율이 우수하다는 장점이 있고, 거기에 부산물인 바이오 가스의 회수가 가능하다는 장점이 있다.
유기성폐기물을 이용한 바이오가스 발생처리시스템의 연구개발은 1990년 대체에너지 개발로부터 시작되었으며, 그 후 산업공정으로부터 발생되는 식품 산업폐수 등을 에너지로 전환하기 위한 상향류식 혐기성 처리공정이 개발되기 시작하여 현재 실용화가 완료된 상태이다.
하지만, 이들 대부분은 고형물의 함량이 낮은 용존성 폐수들로서, 상향류식 혐기성 처리공정에 잘 적용되는 폐수들이다.
이후 고형물의 함량이 높은 하수슬러지, 축산분뇨, 음식물쓰레기 등을 혐기성 공정에 의해 처리하기 위한 현대식 고율혐기성 처리공정의 개발이 본격화 되었으며, 축산분뇨 등 일부 유기성폐기물의 혐기성 처리에 성공적으로 응용되어 현장에 실규모 처리시스템이 운전되고 있다.
하지만 축산분뇨, 하수슬러지, 음식물쓰레기 등은 기본적으로 고형물 함량이 높은 유기성 폐기물로 구성되어 있어, 기 개발되어 이용되고 있는 현대식 상향류식 혐기성 처리공정(UASB 공정)에 적용하기 위해서는 고액분리를 위한 전처리시스템 도입, 분리된 액체의 용해화를 위한 가수분해조(산생성조)설치 등 고효율의 메탄가스 생산을 위해 전처리시설 등이 필요한 실정이다.
또한, 유기성 폐기물로부터 액상 유기산을 추출 및 탈리하여 바이오 에너지를 생산하는 기술이 개발되고 있다.
이상과 같이, 혐기성 소화처리 방법은 유기성 폐수 및 폐기물에서 에너지회수의 적합한 기술로, 소화 처리기술의 진보 및 전처리방법의 도입에 등에 따라 처리속도가 향상되고 있으나, 바이오 가스의 회수율은 기대에는 미치지 못하는 실정이다.
바이오가스의 회수율을 증가시키고자 한국 등록특허 제 10-0521866호(미립자 생분해성 유기 폐기물의 처리방법 및 장치)에서 미립자 생분해성 유기 폐기물을 처리하여 바이오가스를 회수하기 위한 장치가 개시된 바 있다.
그러나, 상기 유기 폐기물의 처리방법 및 장치는 고온 고압조건에서 유기 폐기물을 가용화하여 처리하는 방법으로 혐기성 소화조의 운영은 수분함량이 높은 습식 처리시스템으로 구성되어 있어, 전처리과정에 많은 에너지가 소요되며, 혐기성 소화시 발생되는 폐수를 처리하기 위한 별도의 시설을 필요로 하는 문제점을 가지고 있다.
또한 유기성 페기물로부터 유기산을 회수하는 방법에 있어서, 유기산 물질을 유기성 폐기물로부터 추출하는 공정은 당화 및 분리와 같은 전처리 공정을 필요로 하고 수율이 낮은 문제가 있고, 산 생성조를 통과한 후에 우점화된 산발효 미생물에 의해 혐기성 소화조에서 메탄의 생성수율이 저하되게 되어 바이오 가스의 회수율이 떨어지게 되는 문제점이 있었다.
그러므로, 유기성 폐기물을 이용하여 유기산 및 바이오 가스를 생성해내는 공정에 있어서, 유기산 및 바이오 가스를 동시에 생성하며, 회수율을 높이는 단일 공정 설계의 필요성이 대두되고 있다.
대한민국 공개특허 공보 KR 2011-0129210 일본 공개특허 공보 JP 2007-175582
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 유기성 폐기물로부터 바이오 가스 및 유기산을 생성할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 산생성조 다음에 고액 분리기를 설치하여, 우점화 된 산발효 미생물에 의해 혐기성 소화조에서 바이오 가스의 생성수율이 저하되는 것을 방지함과 아울러, 유기산 추출장치를 고액분리기와 메탄반응조 사이에 두어 바이오가스와 유기산을 동시에 생성할 수 있는 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오가스의 생성장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 고액 분리기, 유기산 추출장치 및 건식 혐기성 소화조의 고형물을 혼합조로 유입시킴으로서, 바이오 가스의 회수율을 높이는 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오 가스의 생성장치를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오가스 생성장치는 유기성 폐기물을 산 생성 미생물에 의해 분해하는 산 생성조; 산 생성조로부터 배출된 유기성 폐기물을 액상폐기물과 고상 폐기물로 분리하는 제 1 고액 분리기; 제1 고액분리기로부터 분리된 액상 폐기물을 통해 유기산을 추출하는 유기산 추출장치; 유기산 추출장치로부터 분리된 액상 폐기물을 혐기성 미생물에 의해 분해하는 메탄 반응조; 제 1 고액 분리기로부터 분리된 고상 폐기물에 미생물이 혼합되는 혼합조 및; 혼합조에서 미생물과 혼합된 고상 폐기물이 건식 혐기 처리되는 건식 혐기성조;를 포함하는 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오가스 생성장치일 수 있다.
본 발명에 따른 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오 가스 생성장치는 메탄 반응조 및 건식혐기성조 중 적어도 어느 하나에서 발생된 바이오 가스를 저장하도록 상기 메탄 반응조와 건식혐기성조 중 적어도 어느 하나와 연결되는 바이오가스 저장조를 포함하는 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오가스 생성장치일 수 있다.
본 발명에 따른 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오 가스 생성장치는 메탄 반응조로부터 배출되는 액상의 폐기물을 침전시키는 침전조를 더 포함하는 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오가스 생성장치일 수 있다.
본 발명에 따른 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오 가스 생성장치는 건식 혐기성조로부터 배출되는 고상폐기물로부터 수분을 제거하는 제 2고액분리기를 더 포함하는 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오가스 생성장치일 수 있다.
본 발명에 따른 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오 가스 생성장치는제 2 고액분리기로부터 분리되는 액상 폐기물이 메탄 반응조로 공급되는 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오가스 생성장치일 수 있다.
본 발명에 따른 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오 가스 생성장치는유기산 추출장치로부터 분리되는 고상 폐기물이 혼합조로 공급되는 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오가스 생성장치일 수 있다.
본 발명에 따른 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오 가스 생성장치는건식 혐기성조로부터 배출되는 고상 폐기물의 일부는 혼합조로 반송되는 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오 가스 생성장치일 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 고액분리기와 메탄반응조 사이에 유기산 추출장치를 설계함으로써, 유기성 폐기물을 이용하여 바이오 가스 및 유기산을 단일 공정하에 생성할 수 있는 유기성 폐기물을 이용한 바이오 가스 및 유기산 생성장치를 제공한다.
본 발명은 산생성조 다음에 고액 분리기를 설치하여, 우점화된 산발효 미생물에 의해 혐기성 소화조에서 바이오 가스의 생성수율이 저하되는 것을 방지함과 아울러, 유기산 추출장치에서의 폐고형물 및 건식 혐기성 조에서의 미생물을 혼합조로 공급시킴으로서, 건식 혐기조로부터 생성되는 바이오 가스의 수율을 증가시키는 유기성 폐기물을 이용한 바이오 가스 및 유기산 생성장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 건식 혐기성조 및 메탄 반응조 중 적어도 어느 하나에서 가스 저장조로 바이오 가스를 유입시킴으로서, 바이오 가스의 생성수율을 증가시키는 유기성 폐기물을 이용한 바이오 가스 및 유기산 생성장치를 제공한다.
도 1은 종래의 음식물 쓰레기와 하수슬러지의 병합처리 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 2는 종래의 미립자 생분해성 유기 폐기물의 처리방법 및 장치를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오 가스 생성장치를 나타낸 개략도이다.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
10 : 산 생성조, 20 : 제 1 고액분리기
30 : 유기산 추출장치, 40 : 메탄 반응조
50 : 바이오 가스 저장조, 60 : 혼합조
70: 건식 혐기성조, 80 : 침전조,
90 : 제 2고액분리기
본 발명은 메탄의 생성수율을 증가시키고, 바이오 가스와 유기산을 단일 공정하에 생성할 수 있는 유기성 폐기물을 이용한 바이오 가스 및 유기산 추출장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 산 생성조 다음에 고액분리기를 설치하여, 산 발효 미생물에 의해서 메탄의 수율이 저하되는 것을 방지함과 아울러 유기산 추출장치에서의 폐고형물 및 건식 혐기성 조에서의 미생물을 혼합조로 공급시킴으로서, 건식 혐기조로부터 생성되는 바이오 가스의 수율을 증가시키는 유기성 폐기물을 이용한 바이오 가스 및 유기산 생성장치를 제공한다.
본 발명은 산 생성 미생물에 의해 분해하는 산 생성조(10); 산 생성조(10)로부터 배출된 유기성 폐기물을 액상폐기물(22)과 고상 폐기물(21)로 분리하는 제 1 고액 분리기(21); 제1 고액분리기(20)로부터 분리된 액상 폐기물(22)을 통해 유기산을 추출하는 유기산 추출장치(30); 유기산 추출장치(30)로부터 분리된 액상 폐기물을 혐기성 미생물에 의해 분해하는 메탄 반응조(40); 제 1 고액 분리기(20)로부터 분리된 고상 폐기물(21)에 미생물이 혼합되는 혼합조(60) 및; 혼합조(60)에서 미생물과 혼합된 고상 폐기물이 건식 혐기 처리되는 건식 혐기성조(70);를 포함하는 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오가스 생성장치일 수 있다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 유기성 폐기물 처리를 위한 혐기성 통합공정장치에 대해서 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
이하 본 발명을 도면 및 실시예를 들어서 설명하겠지만, 본 발명은 하기 도면 및 실시예에 의해 한정 되는것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 임의의 구성을 포함하며, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진자가 변형 가능한 임의의 모든 범위를 포함한다.
이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오 가스 생성장치를 나타낸 개략도이다.
도 3에서 참조되는 바와 같이, 본 발명은 산생생조(10) 뒤에 고액 분리기를 설치함으로서, 산생성조(10)에서 생성된 산 발효 미생물이 우점화됨으로써, 발생할 수 있는 메탄 생성수율의 저하를 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어서, 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오 가스 생성장치는 산 생성 미생물에 의해 분해하는 산 생성조(10); 산 생성조(10)로부터 배출된 유기성 폐기물을 액상폐기물(22)과 고상 폐기물(21)로 분리하는 제 1 고액 분리기(20); 제1 고액분리기(20)로부터 분리된 액상 폐기물(22)을 통해 유기산을 추출하는 유기산 추출장치(30); 유기산 추출장치(30)로부터 분리된 액상 폐기물을 혐기성 미생물에 의해 분해하는 메탄 반응조(40); 제 1 고액 분리기(20)로부터 분리된 고상 폐기물에 미생물이 혼합되는 혼합조 및; 혼합조에서 미생물과 혼합된 고상 폐기물(21)이 건식 혐기 처리되는 건식 혐기성조(70);를 포함하는 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오가스 생성장치일 수 있다.
본 발명은 산 생성조(10)에 유기성 폐기물이 투입되기 전에 큰 협작물에 의한 후단 기계장치들을 보호하고자, 1 내지 5mm 크기의 스크린 설치시설을 구비할 수 있고, 산 생성균의 의한 분해를 보다 용이하기 하기 위하여 입자의 크기를 줄이는 전처리 과정을 구비할 수 있다.
비 제한적인 일 실시예로서, 상기 입자를 줄이기 위한 전처리 과정은 파쇄기(grinder), 착즙기, 제분기(mill machine)등이 있으나, 이에 제한되지 않는다.
또한, 산생성조(10)에는 유분이 분리된 유기성 폐기물이 투입되어야 하는데, 통상적인 유기성 폐기물에는 일정량의 유분이 함유되어 있으므로 차후 공정진행에 악영향을 미칠 유분을 제거하기 위하여 전처리로서, 유분을 분리할 수 있는 공정을 구비할 수 있다.
유분을 제거하기 위한 전처리 설비로서, 용존공기부상법, 공기부상법, 막분리 법등이 있으나 이에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 유기성 폐기물이 산생성조(10)에 투입되면, 유기성 폐기물은 가수 분해 및 산발효가 진행되어 혐기소화 처리된다.
상기 산 생성조(10)에는 내부에 일정량의 산생성 미생물이 충전되어 상기 유기성 폐기물을 혐기소화 처리 시켜, 주로 당류와 알코올류 및 유기산 등으로 분해된다.
구체적으로, 상기 산생성조(10)에서는 전처리된 유기성 폐기물이 유입되어 가수분해(고분자 유기물질의 저분자화) 및 산생성(저분자 물질의 유기산 변환) 반응이 일어나는데, 유입된 유기성 폐기물중 고분자들은 가수분해 단계를 통해 미생물이 분비하는 셀로비아제(cellobiase), 아밀라제(amylase), 프로테아제(protease), 리파아제(lipase) 등의 체외효소(ExtracelluarEnzymes)에 의해 고분자 유기물질이 연쇄적으로 저분자 물질로 가수분해되고 산생성된다.
보다 구체적으로, 산생성은 가수분해 반응산물인 단당류, 아미노산, 글리세롤, 고급지방산(LONGCHAIN FATTY ACIDS)과 같은 유기 단량체 등이 산생성에 관여하는 미생물의 전자공여체와 전자수용체로서 이용되어 저급지방산(Short chain fatty acids)으로 전환되는 반응이다. 저급지방산은 발효가 더 진행되어 최종적으로 당류와 알코올류 및 유기산 등으로 분해된다.
상기 산 생성조(10)에 충전되어있는 미생물로는, 아세토박터 스피시스(acetobacter species), 락토바실러스 스피시스(lactobacillusspecies), 스트렙토코커스 스피시스(streptococcus speices), 페디오코커스 스피시스(pediococcus species), 프로피오니박테리움 스피시스(propionibacterium species), 등의 미생물 중에서 선택된 어느 하나이거나 또는 둘 이상을 사용할 수 있으나, 상기 미생물로 제한되지 않고 본 발명의 목적을 달성하기 위한 모든 미생물을 포함한다.
또한, 상기 산 생성조(10)에는 내부의 유기성 폐기물을 교반시킴으로써 미생물과의 활발한 반응을 유도하도록 교반기가 구비될 수 있으며, 산 생성속도와 유기산의 생성수율을 증가시키기 위한 적절한 온도에서 운전될 수 있다.
비 제한적인 일 실시예로서, 본 발명에 따른 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오 가스 생성장치에 있어서, 산 생성조(10)의 운전온도는 25℃ 내지 40℃, 바람직하게는 30℃ 내지 35℃의 중온 이상의 온도에서의 운전이 바람직하나, 이에 제한되지는 않는다.
또한, 본 발명에 따른 산생성조(10)는 알코올 및 유기물질을 유기산으로 산화할 수 있는 산소농도를 유지하고 적절한 운전온도의 유지를 위해서, 자기 발열 시스템 또는 자동 산화-환원 전위(ORP, Oxidation-reduction potential)조절 시스템을 갖추고 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 제 1고액분리기(20)는 산 생성조(10)를 통과한 유기성 폐기물을 액상과 고상으로 분리하여, 산 생성조(10)에서 우점화된 산 발효 미생물을 제거함으로써, 바이오 가스의 생성수율이 저하되는 것을 방지한다.
또한, 본 발명에 따른 제 1고액분리기(20)는 액상과 고상을 분리 처리함으로써, 액상은 유기산 추출장치(30)로 공급하여 유기산 생성 및 바이오 가스의 생성하고, 고상은 혼합조(60)로 공급하여 건식 혐기성 조를 거쳐서 바이오 가스를 생성하게 할 수 있다.
본 발명에 따른 제 1고액분리기(20)는 고상과 액상을 분리하기 위한 장치로서 본 발명의 목적을 달성하기 위한 모든 장치를 포함한다.
비 제한적인 일 실시예로써, 본 발명에 따른 제 1고액분리기(20)에서는 중력을 이용해 고형성분을 침전시키는 방법 및 응집제를 사용하여 Floc을 형성하는 방법, 드럼 스크린과 같은 연속 원심 분리장치를 사용하는 방법 등이 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 제 1고액분리기(20)로부터 분리된 액상 폐기물(22)은 유기산 추출장치(30)에서 유기산의 효율적인 추출을 위하여 액상 폐기물의 총고형물(Total Solids)은 5% 이내, 바람직하게는 3%이내가, 고상 폐기물(21)의 총고형물(Total Solids)은 건식혐기성미생물이 유기물을 효과적으로 분해하기 위해 고상 폐기물 총량 대비 10%이상, 바람직하게는 15% 이상이 바람직하나, 이에 제한되지 않는다.
또한, 본 발명에 따른 제 1고액분리기(20)에서는 산 발효물질을 제거하기 위한 필터장치를 더 포함할 수도 있다.
상기 필터장치는 여과막 등이 적용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기와 같이 본 발명에 따른 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오 가스 생성장치는 산 생성조(10) 다음에 제 1고액분리기(20)를 설치함으로써, 바이오 가스의 생성수율의 저하를 방지한다.
또한, 액상과 고상을 분리하여 처리하여 유기산의 추출 및 바이오가스의 생성을 단일공정하에 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 바이오 가스의 생성수율이 증가되는 효과가 있다.
본 발명에 따른 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오 가스 생성장치는 상기 고액분리기(20)로부터 배출되는 액상 폐기물(21)에서 유기산을 추출하는 유기산 추출장치(30)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 유기산 추출장치(30)는 흡착제가 충전된 반응기 형태로써, 고액분리기로부터 배출되는 액상 폐기물이 상온과 상압으로 공급되어 액상 폐기물중에 유기산을 추출할 수 있도록 구성된다.
비 제한적인 일 실시예로서, 본 발명에 따른 유기산 추출장치(30)는 흡착제가 충전된 칼럼 형태로써 고액 분리기로부터 배출되는 액상 폐기물(22)이 연속흐름 형태로 유입되는 유기산 추출장치 일 수 있다.
상기 유기산 추출장치에 사용되는 충전제는 유기성 고분자 및 비이온성 물질로부터 유기산을 추출할 수 있는 형태를 포함한다.
비 제한적인 일 실시예로서, 음이온 교환수지 칼럼, 아민 기재의 고형 흡착제 등이 있으나, 이에 제한되는것은 아니다.
일 예로서, 아민 기재의 고형 흡착제는 DOWEX MWA-1이나 Amberlite IRA 계열의 흡착제가 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 유기산 추출장치(30)는 상기 흡착제가 충전된 칼럼을 통해 추출된 유기산을 탈리하여 정제 유기산을 얻는 장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 유기산 추출장치(30)에서의 탈리는 가열이나 용매 추출에 의한 탈리 일수 있으며, 탈리된 유산은 후속공정으로 농축 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 메탄 반응조(40)는 유기산 추출장치(30)로부터 분리된 액상 폐기물을 혐기성 미생물에 의해 분해하여 메탄 등 바이오 가스를 생성할 수 있는 장치이다.
상기 메탄 반응조(40)의 비제한적인 일 예로서, 상/하향류식 반응조 및 완전혼합방식의 반응조 등이 있다.
본 발명의 메탄 반응조(40)에 대한 비 제한적인 일 실시예로, UASB 반응조는 상향류식 블랑켓 형태의 반응조로써, 유기산 추출장치(30)로부터 배출되는 액상 폐기물을 UASB반응조의 하측으로 유입되고 이렇게 유입된 액상 폐기물은 UASB반응조의 상부로 이동하는 과정에서 미생물과 반응하여 바이오가스로 전환된다.
상기 메탄 반응조(40)에서는 미반응된 고분자 유기물 및 유기산이 최종적으로 초산(CH3COOH)으로 전환되고, 메탄균에 의해서 메탄이 생성된다.
상기 메탄 반응조(40)에서는 메탄균이 많이 유지될 수 있도록 해야하며, 미생물과 유기물이 잘 접촉될 수 있도록 적절히 교반시켜 주어야 한다.
본 발명에 따른 메탄반응조내에 메탄 생성 미생물은 메타노박테리움 스피시스(methanobacterium species), 메타노브레비박터 스피시스(methanobrevibacter species), 메타노스프리릴럼 스피시스(methanospririllum species), 메타노프래너스 스피시스(methanoplanus species), 메탄노코커스 스피시스(methanococcus species), 메타노사르시나 스피시스(methanosarcina species), 메타노트릭스 스피시스(methanothrix species), 메타노로버스 스피시스(methanolobus species), 메타노코코이드스 스피시스(methanococcoides species) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오가스 생성장치는 산생성조(10)와 고액분리기로부터 배출된 고상 폐기물에 미생물을 혼합하는 혼합조(60)와 혼합조(60)로부터 배출되는 고상 폐기물을 건식조건하에 혐기 처리시키는 건식혐기성조(70)를 포함할 수 있다.
혼합조(60)는 고액 분리기로부터 배출되는 고상 폐기물이 공급되며, 건식혐기조(70)내 미생물을 다량 함유한 반송 고상 폐기물을 고르게 혼합하는 것으로서, 일반적인 교반 및 혼합수단으로 이루어진다.
상기 건식혐기성조(70)는 상기 혼합조(60)를 통해 미생물이 고루 혼합된 고상 폐기물을 일정기간 동안 건식조건 하에서 체류시켜 혐기소화 처리하는 것으로서, 상기 고상 폐기물이 천천히 이동 및 교반되도록 교반기가 구비된다.
상기 건식혐기성조(70)는 상기 혼합조(60)와 반송관을 통해 연결되어 상기 건식혐기성조(70) 내부에 처리중인 고상 폐기물의 일부는 상기 혼합조(60)로 반송된다.
본 발명에 따른 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오가스 생성장치는 메탄 반응조(40) 및 건식혐기성조(70) 중 적어도 어느 하나에서 발생된 바이오 가스를 저장하도록 상기 메탄 반응조(40)와 건식혐기성조(70) 중 적어도 어느 하나와 연결되는 바이오가스 저장조(50)를 포함하는 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오가스 생성장치일 수 있다.
상기와 같이 건식 혐기성조(70)에서 미생물을 반송하는 공정 및 건식혐기성조(70)와 메탄반응조(40) 중 적어도 어느 하나에서 발생하는 바이오 가스를 가스 저장조(50)에 저장시키는 공정을 통해서, 유기성 폐기물을 이용한 바이오 가스의 생성수율을 증가시킬 수 있다.
본 발명에 따른 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오 가스 생성장치는 메탄 반응조(40)로부터 배출되는 액상의 폐기물을 침전시키는 침전조(80)를 더 포함하는 장치일 수 있다.
상기 메탄 반응조(40)로부터 배출되는 액상의 폐기물중의 잔여 고형물은 메탄반응조의 후단에 설치된 침전조(80)에 의해 제거된 후, 깨끗한 액상 폐기물은 하천으로 직방류 되거나 하수처리장으로 이동되어 하수 처리과정을 거쳐 배출되거나, 또는 액비사용을 위한 별도의 저장조에 저장된다.
본 발명에 따른 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오 가스 생성장치는 건식 혐기성조(70)로부터 배출되는 고상의 폐기물로부터 수분을 제거하는 제 2고액분리기(90)를 더 포함하는 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오가스 생성장치일 수 있다.
본 발명은 상기 제 2고액분리기(90)로부터 분리되는 액상 폐기물(92)을 메탄 반응조(40)로 공급하는 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오가스 생성장치 일 수 있다.
본 발명은 상기 제 2고액분리기(90)로부터 분리되는 액상 폐기물(92)을 메탄반응조(40)로 공급함으로써, 메탄 반응조(40)에서의 바이오 가스 생성수율을 증가시킬 수 있다.
이하 본 발명의 유기성 폐기물 처리를 위한 혐기성 통합처리장치의 작용에 대해 도면을 참조하여 자세히 설명한다.
다량의 수분과 고형물로 이루어진 유기성 폐기물은 상기 산 생성조(10)에 구비된 교반기에 의해 교반되고, 가열장치에 의해 소화효율이 우수한 온도조건에서 산발효 미생물에 의해 당류와 알코올류 및 유기산 등으로 분해된다.
상기 산 생성조(10)를 거쳐 분해된 액상 폐기물은 제 1고액분리기(20)를 거쳐 액상물만이 유기산 추출장치(30)로 공급되며, 고형물은 혼합조(60)로 공급된다.
상기 유기산 추출장치(30)는 흡착제가 충진된 반응기로써, 제 1고액 분리기(20)로부터 배출되는 액상 폐기물(22)이 상온과 상압으로 공급되어 액상 폐기물로부터 유기산을 추출할 수 있도록 구성된다.
상기 유기산 추출장치(30)로부터 배출된 액상 폐기물은 메탄 반응조(40)로 유입되며, 그 일례로 UASB 반응조는 상향류식 블랑켓 형태의 반응조로써, 유입된 액상 폐기물은 상기 UASB반응조의 상부로 이동하면서 상기 UASB반응조의 내부에 충전된 입상 혐기성미생물에 의해 분해된다.
이 때, 유기산 추출장치(30)의 하부로 폐 고형물을 분리하여 혼합조(60)로 유입시킴으로써, 고형 폐기물의 건식 혐기처리의 효율을 증가시키고, 최종적으로 바이오 가스의 생성수율을 증가시키는 효과가 있다.
상기 메탄 반응조(40)를 거쳐 혐기소화 처리된 상기 액상 폐기물은 상기 메탄 반응조의 후단에 설치된 침전조(80)를 거쳐 깨끗한 액상 폐기물은 직 방류되거나 하수처리장으로 이동하여 후처리 된 후 방류된다.
제 1고액 분리기로부터 배출된 고상 폐기물(21)은 상기 혼합조(60)를 거쳐 미생물이 적절히 혼합되며, 고상 폐기물은 상기 건식혐기성조(70)로 유입되어 일정기간동안 건식조건하에서 혐기 소화처리된다.
이 과정에서 상기 고상 폐기물은 상기 건식혐기성조(70) 내부에 구비된 교반기를 통해 천천히 교반된다. 이로써 상기 건식혐기성조(70) 내부에 고상 폐기물과 미생물 사이에 고른 반응이 이루어진다는 장점이 있다.
상기 건식혐기성조(70)와 메탄 반응조(40)로부터 바이오가스가 발생된다. 이렇게 발생된 바이오 가스는 메탄 반응조(40)와 건식혐기성조(70)와 연결된 바이오 가스 저장조(50)로 이동되어 저장된다.
상기 건식혐기성조(70)를 거쳐 처리가 완료된 고상 폐기물은 제 2고액분리기(90)를 거쳐 수분이 제거된 후 배출된다.
이때, 상기 제 2고액분리기(90)를 통해 걸러진 액상 폐기물은 상기 메탄반응조(40)로 공급된다.
이처럼 본 발명은 유기성 폐기물을 산 생성조(10)에 의해서 산발효 시키고, 고액분리시킴으로써, 우점화된 산발효 미생물에 의한 메탄의 생성수율 감소를 방지함과 아울러, 유기산 추출장치(30)를 이용한 유기산의 생성 및 건식 혐기성조(70)를 통한 미생물의 반송을 통해서 메탄의 생성수율을 증가시키는 효과가 있다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 만족하는 것은 아니므로, 당업자가 본 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들을 실시할 수 있음은 자명하다.

Claims (7)

  1. 유기성 폐기물을 산 생성 미생물에 의해 분해하는 산 생성조;
    상기 산 생성조로부터 배출된 유기성 폐기물을 액상폐기물과 고상 폐기물로 분리하는 제 1 고액 분리기;
    상기 제1 고액분리기로부터 분리된 상기 액상 폐기물을 통해 유기산을 추출하는 유기산 추출장치;
    상기 유기산 추출장치로부터 분리된 액상 폐기물을 혐기성 미생물에 의해 분해하는 메탄 반응조;
    상기 제 1 고액 분리기로부터 분리된 상기 고상 폐기물에 미생물이 혼합되는 혼합조 및;
    상기 혼합조에서 상기 미생물과 혼합된 상기 고상 폐기물이 건식 혐기 처리되는 건식 혐기성조;를 포함하며
    상기 산 생성조는 상기 제 1고액분리기의 전단에 설치되는 것인 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오가스 생성장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 메탄 반응조 및 상기 건식혐기성조 중 적어도 어느 하나에서 발생된 바이오 가스를 저장하도록 상기 메탄 반응조와 상기 건식혐기성조 중 적어도 어느 하나와 연결되는 바이오가스 저장조를 포함하는 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오가스 생성장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 메탄 반응조로부터 배출되는 상기 액상 폐기물을 침전시키는 침전조를 더 포함하는 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오가스 생성장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 건식 혐기성조로부터 배출되는 상기 고상 폐기물로부터 수분을 제거하는 제 2고액분리기를 더 포함하는 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오가스 생성장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 2 고액분리기로부터 배출되는 액상 폐기물이 상기 메탄 반응조로 공급되는 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오가스 생성장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 유기산 추출장치로부터 배출되는 상기 고상 폐기물이 상기 혼합조로 공급되는 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오가스 생성장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 건식혐기성조로부터 배출되는 상기 고상 폐기물 일부는 상기 혼합조로 반송(Recycle)되는 유기성 폐기물을 이용한 유기산 및 바이오 가스 생성장치.
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