KR101374305B1 - Anaerobic digestion system which combined with cross flow membrane and low intensity ultra sonication - Google Patents

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장형석
강기훈
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대림산업 주식회사
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Abstract

An anaerobic digestion system by an embodiment of the preset invention comprises the following: an anaerobic digestion tank including an organic sludge in which biogas generating microorganisms are dispersed; an ultrasonication device for emitting low intensity ultrasonic waves to the biogas generating microorganisms; a membrane separation device for returning the organic sludge contained in anaerobic digestion liquid of the organic sludge generated by the biogas generating microorganisms to the anaerobic digestion tank; and a control device controlling the ultrasonication device to intermittently emit the low intensity ultrasonic waves in predetermined emission intensity for a predetermined amount of time, and controlling the returning rate of the organic sludge in response to the filtration amount based on the membrane contamination of the membrane separation device. [Reference numerals] (110) Anaerobic digestion tank; (133) Ultrasonication device; (150) Membrane separation device

Description

막결합 및 저강도 초음파가 조합된 혐기성 소화시스템{ANAEROBIC DIGESTION SYSTEM WHICH COMBINED WITH CROSS FLOW MEMBRANE AND LOW INTENSITY ULTRA SONICATION}ANAEROBIC DIGESTION SYSTEM WHICH COMBINED WITH CROSS FLOW MEMBRANE AND LOW INTENSITY ULTRA SONICATION

본 발명은 막결합 및 저강도 초음파가 조합된 혐기성 소화시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 막분리장치를 적용하여 혐기소화조의 미생물 유출을 차단하여 혐기성소화조내 고농도의 미생물을 유지하고, 최적조건의 저강도 초음파를 미생물에 조사하여 미생물을 활성화시킴으로써 유기물 슬러지 소화효율을 증대시켜서 바이오가스 발생량을 극대화시킬 수 있는 막결합 및 저강도 초음파가 조합된 혐기성 소화시스템에 관한 것이다. The present invention relates to an anaerobic digestion system combined with membrane bonding and low intensity ultrasound, and more particularly, to maintain a high concentration of microorganisms in an anaerobic digestion tank by applying a membrane separation device to block the outflow of the anaerobic digester. The present invention relates to an anaerobic digestive system that combines membrane bonding and low-intensity ultrasound that can maximize biogas generation by increasing the sludge digestion efficiency of organic matter by activating microorganisms by irradiating microorganisms with low-intensity ultrasound.

일반적으로, 바이오가스는 유기기질을 혐기성 소화, 일명 "메탄발효"시킴으로써 얻을 수 있다.In general, biogas can be obtained by anaerobic digestion of organic substrates, also known as "methane fermentation".

최근 저탄소 녹색성장의 일환으로 가축분뇨, 음식물쓰레기, 하수슬러지는 물론이고 볏짚, 보릿짚, 밀짚 등의 짚류, 왕겨, 배추, 무, 양파 등의 농산부산물 뿐만 아니라 유채대, 해바라기대 등의 바이오 에너지 작물이 바이오가스의 생산성을 극대화시키고자 이용되고 있다. As part of the low-carbon green growth in recent years, not only livestock manure, food waste, sewage sludge, but also agricultural by-products such as rice straw, barley straw, straw, rice hulls, cabbage, radish and onions, as well as bio-energy crops such as rapeseed and sunflower It is used to maximize the productivity of this biogas.

이러한 섬유질계의 유기기질을 혐기미생물이 혐기 소화시키는 데에는 약 50일 이상의 긴 체류시간이 소요된다는 문제점이 있다. Anaerobic digestion of such fibrous organic substrates by anaerobic microorganisms requires a long residence time of about 50 days or more.

또한, 혐기미생물의 유기기질 소화에 따른 소화액의 처리 시 혐기성소화 슬러지 침전성이 저조하기 때문에, 슬러지 유출이 발생하는 문제점이 있다.In addition, since the anaerobic digestion sludge sedimentation is poor during the treatment of the digestion liquid according to the organic substrate digestion of anaerobic microorganisms, there is a problem that the sludge outflow occurs.

슬러지 유출은 메탄균 등 혐기미생물의 유실을 야기하며, 이에 따라 소화효율이 저하되고 가스 생산량도 저감되며 유기물 처리 효율도 저하된다.Sludge outflow causes the loss of anaerobic microorganisms such as methane bacteria, resulting in lower extinguishing efficiency, lower gas production, and lower organic treatment efficiency.

본 발명은 이러한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 혐기소화조내 의 미생물 유출을 차단하고 혐기성 소화조 내를 고농도 미생물로 유지할 수 있으며, 전처리 시설이나 전처리 시설에서 발생한 슬러지 처리시설을 추가하지 않더라도 미생물의 소화효율을 증대시켜 바이오가스 발생량을 극대화시키고 유기성폐기물 감량율을 극대화할 수 있는 막결합 및 저강도 초음파가 조합된 혐기성 소화시스템을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve this problem, it is possible to block the outflow of microorganisms in the anaerobic digestion tank and maintain the high concentration of microorganisms in the anaerobic digestion tank, digestion of microorganisms even without adding a sludge treatment facility generated in a pretreatment facility or a pretreatment facility It is to provide an anaerobic digestion system that combines membrane bonding and low-intensity ultrasonic waves to increase efficiency and maximize biogas generation rate and maximize organic waste reduction rate.

본 발명의 일 실시예에 따른 막결합 및 저강도 초음파가 조합된 혐기성 소화시스템은 혐기성소화조의 바이오가스 생성 미생물의 유출을 차단하기 위한 막분리장치와, 상기 바이오가스 생성 미생물을 활성화시키기 위하여 상기 바이오가스 생성 미생물에 대해서 저강도 초음파를 조사하기 위한 초음파 조사장치를 포함하며,
상기 초음파 조사장치는 상기 막분리장치로부터의 막 반송 슬러지 유량과 상기 혐기성소화조로부터 바이패스 유기물 슬러지 유량의 합인 일정 슬러지 유량이 소정 시간동안 체류할 정도의 부피를 갖는 초음파 조사조를 포함하는 것을 특징으로 한다.Anaerobic digestion system combined with membrane binding and low-intensity ultrasonic waves according to an embodiment of the present invention is a membrane separation device for blocking the outflow of biogas-generating microorganisms of the anaerobic digestion tank, and the biogas to activate the biogas-generating microorganisms Ultrasonic irradiation device for irradiating low-intensity ultrasonic waves to the gas generating microorganisms,
The ultrasonic irradiation apparatus includes an ultrasonic irradiation tank having a volume such that the constant sludge flow rate, which is the sum of the membrane conveyance sludge flow rate from the membrane separation device and the bypass organic sludge flow rate from the anaerobic digestion tank, stays for a predetermined time. do.

본 발명의 일 실시예에 따른 막결합 및 저강도 초음파가 조합된 혐기성 소화시스템은 바이오가스 생성 미생물이 분포된 유기물 슬러지를 갖는 혐기성소화조, 상기 바이오가스 생성 미생물들에 대해 저강도 초음파를 조사하기 위한 초음파 조사장치, 상기 바이오가스 생성 미생물에 의한 상기 유기물 슬러지의 혐기소화액에 포함된 유기물 슬러지를 상기 혐기성소화조로 반송시키기 위한 막분리장치, 및 상기 초음파 조사장치가 소정의 시간동안 소정 조사강도의 저강도 초음파를 간헐적으로 조사되도록 제어하고 상기 막분리장치의 막오염 정도에 따른 여과량에 대응하여 상기 유기물 슬러지의 반송율을 제어하는 제어장치를 포함하며,
상기 초음파 조사장치는 상기 막분리장치로부터의 막 반송 슬러지 유량과 상기 혐기성소화조로부터 바이패스 유기물 슬러지 유량의 합인 일정 슬러지 유량이 소정 시간동안 체류할 정도의 부피를 갖는 초음파 조사조를 포함하는 것을 특징으로 한다.Anaerobic digestion system combined with membrane bonding and low-intensity ultrasonic waves according to an embodiment of the present invention is an anaerobic digestion tank having organic gas sludge in which biogas-generating microorganisms are distributed, for irradiating low-intensity ultrasonic waves to the biogas-generating microorganisms Ultrasonic irradiation apparatus, membrane separation device for conveying the organic sludge contained in the anaerobic digestion liquid of the organic sludge by the biogas generating microorganism to the anaerobic digestion tank, and the ultrasonic irradiation apparatus is a low intensity of a predetermined irradiation intensity for a predetermined time And controlling the ultrasonic wave to be irradiated intermittently and controlling the conveyance rate of the organic sludge in response to the amount of filtration according to the membrane fouling degree of the membrane separation device.
The ultrasonic irradiation apparatus includes an ultrasonic irradiation tank having a volume such that the constant sludge flow rate, which is the sum of the membrane conveyance sludge flow rate from the membrane separation device and the bypass organic sludge flow rate from the anaerobic digestion tank, stays for a predetermined time. do.

본 발명의 일 실시예에 따른 막결합 및 저강도 초음파가 조합된 혐기성 소화시스템은 바이오가스 생성 미생물이 분포된 유기물 슬러지를 갖는 혐기성소화조, 상기 바이오가스 생성 미생물에 의한 상기 유기물 슬러지의 혐기소화액에 포함된 유기물 슬러지를 상기 혐기성소화조로 반송시키기 위한 막분리장치, 상기 막분리장치로부터 반송되는 막 반송 유기물 슬러지 유량에 대응하여 상기 혐기성소화조로부터 바이패스 유기물 슬러지 유량을 취출하기 위한 바이패스장치, 상기 막 반송 유기물 슬러지 유량과 상기 바이패스 유기물 슬러지 유량의 합인 일정 슬러지 유량을 소정의 시간 동안 체류 후 상기 혐기성소화조로 반송시키기 위한 저강도 초음파 조사조, 상기 저강도 초음파 조사조의 일정 슬러지 유량에 대해 상기 소정의 시간동안 저강도 초음파를 조사하기 위한 초음파 조사장치 및 상기 막분리장치, 상기 바이패스장치, 상기 초음파 조사장치를 제어하기 위한 제어장치를 포함하며,
상기 초음파 조사조는 상기 막 반송 슬러지 유량과 상기 바이패스 슬러지 유량의 합인 일정 슬러지 유량이 상기 소정의 시간동안 체류할 정도의 부피를 갖는 것을 특징으로 한다.Anaerobic digestion system combined with membrane bonding and low-intensity ultrasonic waves according to an embodiment of the present invention is included in the anaerobic digestion tank having an organic sludge in which biogas generating microorganisms are distributed, the anaerobic digestion of the organic sludge by the biogas generating microorganisms Membrane separator for conveying the organic sludge to the anaerobic digestion tank, Bypass apparatus for extracting the bypass organic sludge flow rate from the anaerobic digestion tank corresponding to the flow rate of the membrane conveying organic sludge conveyed from the membrane separation device, the membrane conveyance The predetermined time for the predetermined sludge flow rate of the low intensity ultrasonic irradiation tank, the low intensity ultrasonic irradiation tank for returning the constant sludge flow rate, which is the sum of the organic sludge flow rate and the bypass organic material sludge flow rate for a predetermined time, to the anaerobic digestion tank Low intensity supersonic A comprises an ultrasound irradiation device and a control device for controlling the membrane separation device, the bypass device, the ultrasonic wave irradiation apparatus for irradiating,
The ultrasonic irradiation tank is characterized by having a volume such that a constant sludge flow rate, which is the sum of the membrane conveyance sludge flow rate and the bypass sludge flow rate, stays for the predetermined time.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 혐기소화조내의 미생물 유출을 차단하고 혐기성 소화조내를 고농도 미생물로 유지할 수 있으며, 전처리 시설이나 전처리시설에서 발생한 슬러지 처리시설을 추가하지 않더라도 미생물의 소화효율을 증대시켜 바이오가스 발생량을 극대화시키고 유기성폐기물 감량율을 극대화할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to block the outflow of microorganisms in the anaerobic digestion tank and maintain the inside of the anaerobic digester as a high concentration of microorganisms, and to increase the digestion efficiency of the microorganisms without adding a sludge treatment facility generated in the pretreatment facility or pretreatment facility It can maximize the amount of gas generated and maximize the rate of organic waste reduction.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성소화시스템의 개략적 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성소화시스템의 고액분리 막 유무에 따른 메탄발생량을 나타내는 그래프.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성소화시스템의 저강도초음파처리에 따른 메탄발생량을 나타내는 그래프.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 혐기성소화시스템의 개략적 구성도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 혐기성소화시스템의 제어방법을 설명하는 플로우챠트.1 is a block diagram showing a schematic configuration of an anaerobic digestion system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a graph showing the amount of methane generated according to the presence or absence of solid-liquid separation membrane of the anaerobic digestion system according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a graph showing the amount of methane generated according to the low intensity ultrasonic treatment of the anaerobic digestion system according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a schematic diagram of an anaerobic digestion system according to another embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a control method of an anaerobic digestion system according to another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성소화시스템에 대해서 상세히 설명한다.First, an anaerobic digestion system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성소화시스템의 개략적 구성을 나타내는 블록도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성소화시스템의 고액분리 막 유무에 따른 메탄발생량을 나타내는 그래프, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성소화시스템의 저강도초음파처리에 따른 메탄발생량을 나타내는 그래프이다.1 is a block diagram showing a schematic configuration of an anaerobic digestion system according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a graph showing the amount of methane generated according to the presence or absence of solid-liquid separation membrane of the anaerobic digestion system according to an embodiment of the present invention, 3 is a graph showing the amount of methane generated by the low intensity ultrasonic treatment of the anaerobic digestion system according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성소화시스템(100)은 바이오가스 생성 미생물들이 유기물을 혐기소화시키기 위한 혐기성소화조(110)와, 상기 바이오가스 생성 미생물들에게 저강도 초음파를 조사하기 위한 초음파 조사장치(130)와, 상기 혐기성소화조(110)내 상기 바이오가스 생성 미생물들에 의한 유기물의 소화시 발생하는 소화액을 막분리하여 상기 바이오가스 생성 미생물의 유출을 방지하기 위한 막분리장치(150)와, 상기 초음파 조사장치(130) 및 막분리장치(150)를 제어하기 위한 제어장치를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1, the anaerobic digestion system 100 according to an embodiment of the present invention has an anaerobic digestion tank 110 for anaerobic digestion of organic matters by biogas generating microorganisms and low intensity to the biogas generating microorganisms. Ultrasonic irradiation apparatus 130 for irradiating the ultrasonic wave, and digestion fluid generated during the digestion of organic matter by the biogas generating microorganisms in the anaerobic digestion tank 110 to prevent the outflow of the biogas generating microorganisms It may include a membrane separation device 150, a control device for controlling the ultrasonic irradiation device 130 and the membrane separation device (150).

본 명세서에 있어서 "저강도 초음파"란, 종래에 혐기성소화조의 바이오가스 발생효율을 증가시키기 위하여 미생물 세포벽 두께를 감소시켜 기질 흡수성을 증대시키거나, 또는 기질을 파괴하여 생분해성을 향상시키기 위한 목적으로 연속 조사되는 초음파 조사에너지 3.5~100KWh/m3(50)와 대비되는 0.1~0.8KWh/m3(0.5)정도로 유기물 슬러지에 대하여 간헐식으로 조사되어 미생물 활성도를 증가시키는 정도의 조사에너지를 갖는 초음파를 의미한다.In the present specification, "low intensity ultrasound" is conventionally used for the purpose of reducing the microbial cell wall thickness to increase the substrate absorbency or destroying the substrate in order to increase the biogas generation efficiency of the anaerobic digester, or to improve the biodegradability. Ultrasonic energy with irradiation energy that is about 0.1 ~ 0.8KWh / m 3 (0.5) compared to 3.5 ~ 100KWh / m 3 (50) continuously irradiated with organic sludge to increase microbial activity Means.

여기서, 50과 0.5는 기질에 조사되는 종래 초음파의 대표 값과 생물 슬러지에 조사되는 본 발명의 일 실시예에 따른 저강도 초음파의 대표 값을 나타내는 것으로, 이들의 비교를 통해서 본 발명의 일 실시예에 따른 저강도 초음파 에너지는 종래 기질에 조사에 이용되던 초음파 에너지에 비하여 100분의 1정도의 초음파 에너지를 이용함을 알 수 있다.Here, 50 and 0.5 represent the representative value of the conventional ultrasonic wave irradiated to the substrate and the representative value of the low intensity ultrasonic wave according to an embodiment of the present invention irradiated to the bio sludge, an embodiment of the present invention through comparison thereof The low intensity ultrasonic energy according to the present invention can be seen that uses about one hundredth of the ultrasonic energy compared to the ultrasonic energy used for irradiation to the substrate.

상기 혐기성소화조(110)는 유기물 슬러지에 메탄가스 생성균 등 바이오가스 생성 미생물들이 포함되어 있다.The anaerobic digestion tank 110 contains biogas producing microorganisms such as methane gas producing bacteria in organic sludge.

상기 혐기성소화조(110)에는 유기물이 유입되는 유입관(111)과, 상기 바이오가스 미생물들이 상기 유입관(111)을 통해 유입된 유기물을 혐기소화시킨 소화액을 유출시키기 위한 소화액 유출관(113)이 더 구비될 수 있다. The anaerobic digestion tank 110 has an inlet pipe 111 through which organic matter is introduced, and a digestive fluid outlet tube 113 through which the biogas microorganisms flow out digestive fluid anaerobicly digested the organic matter introduced through the inlet pipe 111. It may be further provided.

또한, 상기 혐기성소화조(110)에는 바람직하게는 상기 혐기성소화조(110) 상부에 메탄가스를 포함한 바이오 가스가 포집되어 유출되는 바이오가스 유출관(115)이 설치될 수 있다.In addition, the anaerobic digestion tank 110 may be preferably provided with a biogas outlet pipe 115 through which the biogas containing methane is collected and discharged above the anaerobic digestion tank 110.

본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성소화조시스템(100)에 있어서, 상기 초음파조사장치(130)는 혐기성소화조(110) 내벽 또는 내부에 배치되는 초음파 진동자(131)와, 상기 초음파 진동자(131)가 소정의 주파수로 진동하도록 미생물 활성도를 증가시킬 수 있는 저강도 초음파를 발생시키는 초음파 발생기(133)를 포함한다. In the anaerobic digestion tank system 100 according to an embodiment of the present invention, the ultrasonic irradiation apparatus 130 includes an ultrasonic vibrator 131 disposed inside or inside the anaerobic digestion tank 110 and the ultrasonic vibrator 131. Ultrasonic generator 133 for generating low-intensity ultrasound that can increase the microbial activity to vibrate at a predetermined frequency.

상기 제어장치(180)는 상기 초음파 발생기(133)가 미생물 활성도를 증가시킬 수 있는 0.1~0.8KWh/m3(0.5)정도로 저강도 초음파를 발생시킬 수 있도록 제어한다.The controller 180 controls the ultrasonic generator 133 to generate low intensity ultrasonic waves at about 0.1 to 0.8 KWh / m 3 (0.5), which can increase microbial activity.

상기 초음파 진동자(131)는 상기 바이오가스생성 미생물들에 초음파를 고르게 조사하도록 상기 혐기성소화조(100) 내벽에 상호 이격되어 다수개 설치될 수도 있으며, 상기 혐기성소화조(100) 내부에 분산 배치될 수도 있다.The ultrasonic vibrator 131 may be installed in a plurality of spaced apart from the inner wall of the anaerobic digestion tank 100 so as to evenly irradiate the biogas generating microorganisms, it may be distributed in the anaerobic digestion tank 100. .

본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성소화시스템(100)에 있어서, 혐기소화액 처리에 따른 슬러지 유실을 방지하기 위해서 막분리장치(150)를 사용하였다.In the anaerobic digestion system 100 according to an embodiment of the present invention, a membrane separation device 150 was used to prevent sludge loss due to anaerobic digestion.

상기 막분리장치(150)는 소정의 압력으로 상기 혐기성소화조(110)로부터 상기 유출관(113)을 통해서 혐기소화액을 펌핑하기 위한 가압펌프(151)와, 상기 가압펌프(151)에 의하여 펌핑된 혐기소화액을 혐기소화 슬러지와 여과액으로 분리하기 위한 가압형 막(153)과, 상기 가압형 막(153)을 통해서 분리될 여과액과 혐기소화 슬러지를 처리하기 위한 여과액 배출라인(155)과 상기 혐기성소화조(110)로 반송시키기 위한 배출라인(154)을 포함한다.The membrane separation device 150 is a pressure pump 151 for pumping the anaerobic digestion liquid from the anaerobic digestion tank 110 through the outlet pipe 113 at a predetermined pressure and pumped by the pressure pump 151 Pressurized membrane 153 for separating anaerobic digestion into anaerobic digestion sludge and filtrate, filtrate discharge line 155 for treating the filtrate and anaerobic digestion sludge to be separated through the pressurized membrane 153; A discharge line 154 for conveying to the anaerobic digestion tank 110 is included.

상기 제어장치(180)는 상기 막분리장치(150)의 가압형 막(153)의 오염정도에 따라 상기 가압형 막(153)이 많이 오염된 경우에는 상기 가압펌프(151)에 의하여 가해지는 압력을 증가시켜서 상기 혐기성소화조(110)에 유입관(111)을 통해서 유입되는 유기물 유입량에 대응하는 여과액이 상기 배출라인(155)을 통해서 배출될 수 있도록 제어한다.The controller 180 is a pressure applied by the pressure pump 151 when the pressure type membrane 153 is heavily contaminated according to the degree of contamination of the pressure type membrane 153 of the membrane separation device 150. By increasing the control solution so that the filtrate corresponding to the organic matter inflow amount introduced through the inlet pipe 111 to the anaerobic digestion tank 110 can be discharged through the discharge line (155).

본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성소화시스템(100)의 막분리장치(150)는 침지식 막의 경우에는 혐기소화슬러지의 점도가 높아지면 막오염이 쉽게 일어나며, 소화가스가 침지식 막의 스파징(sparging)용으로 사용되기 때문에 바이오 가스 생산량이 줄어들 수 있으므로, 가압식 막(153)을 사용하였다.Membrane separation device 150 of the anaerobic digestion system 100 according to an embodiment of the present invention, the membrane fouling occurs easily when the viscosity of the anaerobic digestion sludge in the case of the immersion membrane, the digestion gas sparging of the immersion membrane ( Since the biogas production can be reduced because it is used for a sparging), a pressurized membrane 153 is used.

본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성소화시스템(100)의 막분리장치(150)는 상기 가압펌프(151)의 압력을 제어하여 상기 가압형 막(153)의 막오염을 제어할 수 있으며, 상기 배출라인(154)을 통해서 혐기소화 슬러지는 상기 혐기성소화조(110)로 반송되도록 하여 상기 혐기성소화 슬러지의 유출을 차단할 수 있어서 바이오가스 생성 미생물의 유실을 방지할 수 있다.Membrane separation device 150 of the anaerobic digestion system 100 according to an embodiment of the present invention can control the membrane fouling of the pressure-type membrane 153 by controlling the pressure of the pressure pump 151, Anaerobic digestion sludge is discharged through the discharge line 154 to the anaerobic digestion tank 110 to block the outflow of the anaerobic digestion sludge to prevent the loss of biogas generating microorganisms.

도 2를 참조하면, 소정의 압력을 가한 막분리장치(150)를 사용한 경우에 4개월에 걸쳐 연속 운전을 수행하더라도 막분리장치(150)를 사용하지 않은 경우에 비해 증가된 메탄가스 생산량을 유지할 수 있음을 알 수 있다 Referring to FIG. 2, even when a continuous operation is performed for four months in the case of using the membrane separator 150 to which a predetermined pressure is applied, the increased methane gas production rate is maintained as compared with the case in which the membrane separator 150 is not used. I can see that

이와 같이, 상기 막분리장치(150)를 이용함으로써 슬러지 및 이에 포함된 미생물을 혐기성소화조(110)로 반송시킬 수 있기 때문에 혐기성소화조(110)로부터 슬러지 유출로 인한 메탄균 유실 문제를 해소할 수 있다.As such, since the sludge and the microorganisms contained therein can be returned to the anaerobic digestion tank 110 by using the membrane separation device 150, the problem of methane bacteria loss due to sludge leakage from the anaerobic digestion tank 110 can be solved. .

또한, 상기 혐기성소화조(110)내 미생물의 농도를 고농도로 유지할 수 있어서 메탄가스 생산량을 증가시킬 수 있으며 유기물 처리효율을 증가시킬 수 있다.In addition, since the concentration of microorganisms in the anaerobic digestion tank 110 can be maintained at a high concentration, methane gas production can be increased and organic matter treatment efficiency can be increased.

도 3을 참조하면, 혐기성소화조(110)의 유기물에 대해서 저강도 초음파 전처리를 하지 않은 경우는 메탄가스 발생량이 6일 이후 0.3 L/g인 반면에 저강도 초음파 전처리를 한 경우 6일 이후 메탄가스 발생량이 0.8L/g으로 약 3 배 이상 더 많이 발생됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 3, when the low intensity ultrasonic pretreatment was not performed on the organic material of the anaerobic digestion tank 110, the methane gas generation amount was 0.3 L / g after 6 days, whereas the low intensity ultrasonic pretreatment was performed after 6 days of methane gas. It can be seen that the generation amount is more than three times more than 0.8L / g.

이를 위하여 아래와 같은 실험예 1을 실시하였다.To this end, Experimental Example 1 was carried out.

(실험예 1)(Experimental Example 1)

용기 ACourage A 용기BContainer B 조사량Dose 0.3W/슬러지ml0.3W / sludge ml -- 조사시간/휴지시Investigation Hours / At Rest 20분/6일20 minutes / 6 days -- 혐기성소화반응시During anaerobic digestion 총 100일100 days total 총 100일100 days total

표 1에 나타낸 바와 같이, 100 ml 이상 되는 용기 A와 용기 B(serrum bottle)를 준비하고, 용기 A와 용기 B에 각각 50ml 씩은 음식물 등의 기질을 넣고, 용기 A에는 저강도 초음파 0.3W/슬러리ml(=300W/L)를 20분 동안 조사하고 전처리한 50ml의 슬러지를 넣고, 용기 B에는 초음파 처리 없이 50ml의 일반 슬러지를 넣고 35℃ 항온수조에 보관 후 총 100일간 수일 간격으로 누적 바이오가스량을 측정 및 분석하였다.As shown in Table 1, the container A and the container B (serrum bottle) which are 100 ml or more are prepared, and 50 ml each of substrates, such as food, is put into the container A and the container B, respectively, and the container A has low intensity ultrasonic 0.3 W / slurry. 50 ml of sludge irradiated with 20 ml of ml (= 300 W / L) for 20 minutes, and 50 ml of normal sludge was added to vessel B without sonication and stored in a 35 ° C constant temperature water bath. Measured and analyzed.

이를 통해서 상기 초음파 조사량 0.3W/슬러지ml를 20분 동안 조사하고 6일의 휴지기간을 가진 경우에, 식 1과 같이 단위 환산을 수행하면 약 0.7Kwh/m3 의 저강도 조사에너지가 조사됨을 알 수 있다.In this case, when the ultrasonic dose 0.3W / sludge ml is irradiated for 20 minutes and has a 6-day rest period, when the unit conversion is performed as shown in Equation 1, a low intensity irradiation energy of about 0.7Kwh / m 3 is irradiated. Can be.

(0.3W/ml)x(1000ml/1L)x(1000L/1m3)x(1Kw/1000W)x(20min/60min)x(1/(24x6일)= 약 0.7Kwh/m3...............................(식 1)(0.3W / ml) x (1000ml / 1L) x (1000L / 1m 3) x (1Kw / 1000W) x (20min / 60min) x (1 / (24x6 days) = about 0.7Kwh / m 3 .... ........................... (Equation 1)

약 0.7Kwh/m3 의 저강도 초음파 조사에너지가 조사된 경우의 바이오가스발생량이 초음파 처리를 하지 않은 경우에 비해서 3배 이상의 바이오가스량을 발생시키는 것을 알 수 있다.It can be seen that the amount of biogas generated when the low-intensity ultrasonic irradiation energy of about 0.7 Kwh / m 3 is generated three times or more as compared with the case where the ultrasonic treatment is not performed.

전술한 바와 같이, 저강도 초음파 조사 에너지의 범위가 0.1~0.8KWh/m3(0.5)라고 할 때, 0.1KWh/m3 이하인 경우에는 미생물 활성에 도움이 되지 못하며, 0.8KWh/m3 이상인 경우에는 슬러지 또는 미생물에 스트레스를 주기 때문에 적정범위의 에너지량을 조사하는 것이 바람직하다.As described above, when the range of low-intensity ultrasound irradiation energy is 0.1 ~ 0.8KWh / m 3 (0.5), if less than 0.1KWh / m 3 It does not help the microbial activity, if more than 0.8KWh / m 3 In order to stress the sludge or microorganisms it is desirable to investigate the amount of energy in the appropriate range.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성소화시스템(100)에 있어서, 상기 혐기성소화조(110)의 바이오가스 생성 미생물들에 대해서 일정한 조사밀도의 저강도 초음파의 조사가 필요하다.On the other hand, in the anaerobic digestion system 100 according to an embodiment of the present invention, it is necessary to irradiate low intensity ultrasound of a certain irradiation density to the biogas generating microorganisms of the anaerobic digestion tank 110.

이를 위해서는 상기 바이오가스 생성 미생물들이 상기 슬러지에 일정한 밀도로 분포한다고 할 때, 상기 혐기성소화조(110)로의 상기 슬러지의 양이 일정할 필요가 있다.To this end, when the biogas generating microorganisms are distributed in the sludge at a constant density, the amount of the sludge to the anaerobic digestion tank 110 needs to be constant.

그런데, 상기 막분리장치(150)에 따르면, 상기 가압형 막(153)의 막오염이 증가함에 따라 상기 가압형 막(153)의 배출라인(155)을 통해서 배출되는 여과액의 양도 달라지기 때문에, 상기 여과액의 양을 제어하기 위해서는 상기 배출라인(154)에 따른 슬러지 반송율도 다르게 제어되어야 한다.However, according to the membrane separation device 150, the amount of the filtrate discharged through the discharge line 155 of the pressure-type membrane 153 also changes as the membrane contamination of the pressure-type membrane 153 increases. In order to control the amount of filtrate, the sludge conveyance rate according to the discharge line 154 should also be controlled differently.

즉, 상기 가압형 막(153)의 막오염정도에 따라 상기 혐기성소화조(110)의 유출관(113)을 통해서 5Q의 유기물 소화처리액을 강제 펌핑하여 상기 배출라인(154)을 통해서 4Q가 반송되게 할 수도 있고, 10Q를 강제 펌핑하여 상기 배출라인(154)을 통해서 9Q가 반송되게 할 수도 있다.That is, according to the degree of membrane fouling of the pressurized membrane 153, 4Q is conveyed through the discharge line 154 by forcibly pumping the organic digestion treatment solution of 5Q through the outlet pipe 113 of the anaerobic digestion tank 110. The pump may be forced to pump 10Q, and 9Q may be conveyed through the discharge line 154.

이와 같이, 상기 배출라인(154)을 따라 상기 혐기성소화조(110)로 반송되는 유기물 소화처리액의 반송율이 달라지며, 상기 유기물 소화처리액의 반송율이 달라지면, 일정한 적정 조사밀도의 저강도 초음파를 조사하기가 어렵게 된다.As such, the return rate of the organic digestion solution returned to the anaerobic digestion tank 110 is changed along the discharge line 154, and if the transport rate of the organic digestion solution is changed, low-intensity ultrasonic waves having a predetermined appropriate irradiation density are irradiated. It becomes difficult to do.

이제 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 혐기성소화시스템(200)에 대해 설명한다.4 and 5, an anaerobic digestion system 200 according to another embodiment of the present invention will now be described.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 혐기성소화시스템의 개략적 구성도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 혐기성소화시스템의 제어방법을 설명하는 플로우챠트이다.Figure 4 is a schematic configuration diagram of an anaerobic digestion system according to another embodiment of the present invention, Figure 5 is a flow chart illustrating a control method of the anaerobic digestion system according to another embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 혐기성소화시스템(200)은 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성소화시스템(100)과 마찬가지로 바이오가스 생성 미생물들이 유기물을 혐기소화시키기 위한 혐기성소화조(210)와, 상기 바이오가스 생성 미생물들에게 저강도 초음파를 조사하기 위한 초음파 조사장치(230)와, 상기 혐기성소화조(210)내 상기 바이오가스 생성 미생물들에 의한 유기물의 소화시 발생하는 소화액을 막분리하여 상기 바이오가스 생성 미생물의 유출을 방지하기 위한 막분리장치(250)와, 상기 초음파 조사장치(230) 및 막분리장치(250)를 제어하기 위한 제어장치(280)를 포함한다.As shown in FIG. 4, the anaerobic digestion system 200 according to another embodiment of the present invention is similar to the anaerobic digestion system 100 according to an embodiment of the present invention for biogas generating microorganisms to anaerobic organic matter. An anaerobic digestion tank 210, an ultrasonic irradiation apparatus 230 for irradiating the biogas generating microorganisms with low intensity ultrasonic waves, and the biogas generating microorganisms in the anaerobic digestion tank 210 generated during the digestion of organic matter And a membrane separation device 250 for preventing the outflow of the biogas-generating microorganism by membrane separation of the digestive liquid, and a control device 280 for controlling the ultrasonic irradiation device 230 and the membrane separation device 250. .

본 발명의 다른 실시예에 따른 혐기성소화시스템(200)과 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성소화시스템(100)과 다른 점은 상기 초음파 조사장치(230)가 상기 바이오가스 생성 미생물들에 대해서 소정의 바람직한 조사밀도의 저강도 초음파를 조사할 수 있도록 상기 혐기성소화조(210) 외에 저강도 초음파 처리조(220)를 더 구비하여, 상기 저강도 초음파 처리조(220)내로의 반송율을 일정하게 제어하여 일정량의 슬러지 즉 일정량의 바이오가스 생성 미생물에 대해 소정의 바람직한 조사밀도의 저강도 초음파를 조사하여, 활성화된 바이오가스 미생물들을 상기 혐기성소화조(210)에 공급하여 상기 혐기성소화조(210)내 혐기성소화를 활성화시킨다는 것이다.The anaerobic digestion system 200 according to another embodiment of the present invention and the anaerobic digestion system 100 according to an embodiment of the present invention are different from the ultrasonic irradiation device 230 for the biogas generating microorganisms. In addition to the anaerobic digestion tank 210 so as to irradiate low-intensity ultrasonic wave of the desired irradiation density of the low-intensity ultrasonic treatment tank 220 is further provided, the rate of return to the low-intensity ultrasonic treatment tank 220 by A small amount of sludge, i.e., a certain amount of biogas generating microorganisms, is irradiated with a low intensity ultrasonic wave of a predetermined desired irradiation density, and the activated biogas microorganisms are supplied to the anaerobic digestion tank 210 to provide anaerobic digestion in the anaerobic digestion tank 210. To activate it.

이를 위하여, 상기 저강도 초음파 처리조(220)에는 상기 막분리장치(250)의로 반송라인(255)이 연결될 뿐만 아니라, 상기 혐기성소화조(110)로부터 상기 소화 유기물 유출관(213) 이외의 바이패스장치(270)를 통해서 혐기소화 유기물이 공급되어 상기 저강도 초음파 처리조(220)로의 혐기소화 유기물, 즉 슬러지 반송율이 일정하게 유지하도록 한다.To this end, the low-intensity ultrasonic treatment tank 220 is not only connected to the conveying line 255 of the membrane separation device 250, but also bypasses other than the digested organic matter outlet pipe 213 from the anaerobic digestion tank 110. The anaerobic digestion organics are supplied through the apparatus 270 to keep the anaerobic digestion organics, ie, sludge conveyance, to the low intensity ultrasonic treatment tank 220 constant.

상기 바이패스 장치(270)는 바이패스 펌프(271)와 바이패스 라인(273)을 포함하며, 상기 바이패스 장치(270)의 바이패스 펌프(271)는 상기 제어장치(280)에 의하여 상기 저강도 초음파 처리조(220)로의 슬러지 반송율이 일정하도록 제어된다.The bypass device 270 includes a bypass pump 271 and a bypass line 273, and the bypass pump 271 of the bypass device 270 is controlled by the controller 280. The sludge conveyance rate to the intensity ultrasonic treatment tank 220 is controlled to be constant.

부연설명하면, 상기 혐기성소화조(210)의 소화 유기물 유출관(213)을 통해서 5Q의 슬러지가 유출되어 상기 막분리장치(250)가 4Q의 슬러지를 반송하는 경우나, 상기 혐기성소화조(210)의 소화 유기물 유출관(213)을 통해서 10Q의 슬러지가 유출되어 상기 막분리장치(250)가 9Q의 슬러지를 반송하는 경우와 같이 반송율이 달라지는 경우에도, 상기 반송라인(255)을 통해서 상기 저강도 초음파 처리조(220)로 4Q, 9Q의 슬러지가 유입되게 하고, 상기 바이패스라인(273)을 통해서 상기 혐기성소화조(210)로부터 6Q, 1Q의 슬러지가 상기 저강도 초음파 처리조(220)로 유입되게 하여 상기 저강도 초음파 처리조(220)로부터 제 2 반송라인(275)을 통한 상기 혐기성소화조(210)에 대한 반송율을 항상 일정하게 되도록 제어할 수 있다.In detail, when the sludge of 5Q is discharged through the digestion organic matter outlet pipe 213 of the anaerobic digestion tank 210, and the membrane separation apparatus 250 conveys the sludge of 4Q, the anaerobic digestion tank 210 The low intensity ultrasonic waves through the conveying line 255 even when the sludge of 10Q flows out through the extinguishing organic matter outlet pipe 213 and the conveying rate is changed, such as when the membrane separation unit 250 conveys the sludge of 9Q. The sludge of 4Q and 9Q is introduced into the treatment tank 220, and the sludge of 6Q and 1Q is introduced into the low intensity ultrasonic treatment tank 220 from the anaerobic digestion tank 210 through the bypass line 273. By the low-intensity ultrasonic treatment tank 220 can be controlled so that the rate of return to the anaerobic digestion tank 210 through the second conveying line 275 is always constant.

따라서 상기 저강도 초음파 조사조(220)에서는 일정한 슬러지 유량이 유입되므로 일정한 슬러지 유량에 대해서 초음파 발생기(233)의 조사강도를 상기 제어장치(280)가 제어하여 일정한 조사밀도의 저강도 초음파가 조사되게 할 수 있다.Therefore, since the constant sludge flow rate flows in the low intensity ultrasonic irradiation tank 220, the control device 280 controls the irradiation intensity of the ultrasonic generator 233 with respect to the constant sludge flow rate so that low intensity ultrasonic waves having a constant irradiation density are irradiated. can do.

예를 들어, 상기 혐기성소화조(210)의 용적이 30m3 이고, 일일 유기물의 공급량이 1m3이고, 체류시간 30일인 경우에 저강도 초음파 조사밀도를 330W/L로 20분 조사하고, 6일 휴지시간을 갖는 경우 일정한 조사밀도의 저강도 초음파가 조사되는 방법에 대해서 설명한다.For example, when the volume of the anaerobic digestion tank 210 is 30m 3 , the daily amount of organic matter is 1m 3 , and the residence time is 30 days, the low-intensity ultrasonic irradiation density is irradiated at 330W / L for 20 minutes, and rests for 6 days. When time is given, the method of irradiating low-intensity ultrasonic waves with a constant irradiation density will be described.

상기 혐기성소화조(210)의 순환유량을, 휴지기간인 6일 동안 상기 혐기성소화조의 용적 30m3을 채웠다고 가정할 때, 30m3의 슬러지가 순환하므로, 30m3/6일, 즉 5m3/일로 맞추도록 상기 제어장치(280)는 상기 막분리장치(250) 및 상기 우회장치(270)를 제어한다. The circulation rate of the anaerobic digesters 210, assuming that during the six days rest period is filled the volume 30m 3 for the anaerobic digestion tank, since the sludge of 30m 3 cycle, 30m 3/6, that is 5m 3 / day The controller 280 controls the membrane separator 250 and the bypass device 270 to fit.

즉, 상기 제어장치(280)는 상기 막분리장치(250)의 제 1 반송라인(255)을 통해서 상기 저강도 초음파 조사조(220)로 반송되는 막 반송 슬러지 유량과 상기 혐기성소화조(210)로부터 상기 바이패스 펌프(271)를 통해 상기 저강도 초음파 조사조(220)로 공급되는 펌핑 슬러지 유량의 합이 상기 혐기성소화조(210)의 순환유량 5m3/일이 되도록 피드백 제어한다.That is, the control device 280 from the membrane conveying sludge flow rate and the anaerobic digestion tank 210 is conveyed to the low intensity ultrasonic irradiation tank 220 through the first conveying line 255 of the membrane separation device 250 Feedback control is performed such that the sum of the pumping sludge flow rates supplied to the low intensity ultrasonic irradiation tank 220 through the bypass pump 271 becomes a circulation flow of 5 m 3 / day of the anaerobic digestion tank 210.

상기 저강도 초음파 조사조(220)의 용적은 상기 일정한 순환유량 5m3/일이 유입될 때 20분 동안 체류할 경우, 5m3/일x20분(1일/1440분)(1000L/m3), 즉 7L가 된다.The volume of the low-intensity ultrasonic irradiation tank 220 is 5m 3 / day x 20 minutes (1 day / 1440 minutes) (1000L / m 3 ) when the constant circulation flow rate 5m 3 / day stays for 20 minutes That is, 7L.

상기 제어장치(280)는 7L의 상기 저강도 초음파 조사조(220)에 대해 일정한 조사밀도 330W/L의 저강도 초음파가 조사되도록 상기 초음파조사장치(230)의 초음파 발생기(210)를 제어하여 조사강도를, 330W/Lx7L, 즉 2.3KW로 조사할 수 있다. The control device 280 is irradiated by controlling the ultrasonic generator 210 of the ultrasonic irradiation device 230 so that a low intensity ultrasonic wave of a constant irradiation density 330W / L to the 7L low intensity ultrasonic irradiation tank 220 is irradiated The intensity can be irradiated to 330W / Lx7L, or 2.3KW.

상기 제어장치(280)는 상기 초음파 진동자(231)에 연결된 초음파 발생기(233)에 연결되어, 상기 초음파의 조사강도, 상기 초음파 진동자(231)의 작동시간 및 상호 이웃한 상기 초음파 진동자(231)의 작동 시간 사이의 간격을 조절할 수 있을 뿐만 아니라 아래와 같이 상기 바이패스장치(270) 및 상기 막분리장치(250)를 피드백 제어하여 상기 혐기성소화조(210)의 순환유량을 일정하게 제어하여 상기 저강도 초음파의 조사밀도를 바이오가스 생성 미생물의 활성도에 적합하게 균일하게 맞춘다.The control device 280 is connected to the ultrasonic generator 233 connected to the ultrasonic vibrator 231, the irradiation intensity of the ultrasonic wave, the operating time of the ultrasonic vibrator 231 and the neighboring ultrasonic vibrator 231 The low-intensity ultrasound may be controlled by controlling the circulation flow rate of the anaerobic digestion tank 210 by feedback control of the bypass device 270 and the membrane separation device 250 as well as the interval between the operation time. The irradiation density of is uniformly adjusted to suit the activity of the biogas generating microorganism.

즉, 상기 혐기성소화조(210)가 유기물 슬러지 및 바이오가스 생성 미생물들로 채워지면(S110), 상기 혐기성소화조(210)에 지속적으로 일정량의 유기물 슬러지가 공급될 수 있도록 상기 막분리장치(250)의 가압형 막(253)을 통해 여과되어 배출되는 여과액의 양에 대응하여 가압펌프(251)의 압력을 제어하여 상기 제 1 반송라인(255)을 통해 소정의 막 반송유량을 반송되게 한다(S120).That is, when the anaerobic digestion tank 210 is filled with organic sludge and biogas-generating microorganisms (S110), the membrane separation apparatus 250 may be supplied to the anaerobic digestion tank 210 to continuously supply a certain amount of organic sludge. The pressure of the pressure pump 251 is controlled to correspond to the amount of the filtrate discharged through the pressurized membrane 253 to convey a predetermined membrane conveying flow rate through the first conveying line 255 (S120). ).

상기 막분리장치(230)로부터 반송되는 막 반송 슬러지유량이 상기 저강도 초음파 조사조(220)에 유입되도록 설정된 일정 슬러지유량보다 적은 지 판단하고(S130), 상기 막분리장치(230)로부터 반송되는 막 반송 슬러지유량이 상기 저강도 초음파 조사조(220)에 유입되도록 설정된 일정 슬러지유량보다 적다고 판단되면(S131), 상기 혐기성 소화조(110)로부터 상기 일정 슬러지유량과 상기 막 반송 슬러지유량의 차이만큼의 바이패스 슬러지유량을 상기 바이패스펌프(271)를 이용하여 펌핑하여 상기 바이패스라인(273)을 통해 상기 저강도 초음파 조사조(220)로 공급한다(S240).The membrane conveying sludge flow rate conveyed from the membrane separation device 230 is determined to be less than the predetermined sludge flow rate set to flow into the low-intensity ultrasonic irradiation tank 220 (S130), and is conveyed from the membrane separation device 230 If it is determined that the membrane conveyed sludge flow rate is less than the predetermined sludge flow rate set to flow into the low-intensity ultrasonic irradiation tank 220 (S131), as much as the difference between the constant sludge flow rate and the membrane conveyed sludge flow rate from the anaerobic digester 110. Bypass the sludge flow rate of the pump using the bypass pump 271 is supplied to the low-intensity ultrasonic irradiation tank 220 through the bypass line (273) (S240).

상기 제어장치(280)는 상기 저강도 초음파 조사조(220)에 설정된 일정 슬러지유량이 유입되는지를 판단하고(S250), 상기 저강도 초음파 조사조(220)에 설정된 일정 슬러지 유량이 유입된다고 판단되면(S251), 상기 저강도 초음파 조사장치(230)로 하여금 소정의 조사시간동안 일정 조사강도의 저강도 초음파를 상기 저강도 초음파 조사조(220)에 대해 조사하여(S260), 상기 소정의 조사시간동안 일정 조사강도의 저강도 초음파가 조사된 일정 슬러지 유량이 상기 혐기성 소화조(210)로 반송되도록 한다.The control device 280 determines whether the constant sludge flow rate set in the low intensity ultrasonic irradiation tank 220 is input (S250), and when it is determined that the constant sludge flow rate set in the low intensity ultrasonic irradiation tank 220 is introduced. In operation S251, the low-intensity ultrasound irradiation apparatus 230 irradiates the low-intensity ultrasonic wave having a predetermined irradiation intensity to the low-intensity ultrasonic irradiation tank 220 for a predetermined irradiation time (S260). While the low-intensity ultrasonic wave of a constant irradiation intensity is irradiated with a constant sludge flow rate to the anaerobic digester 210.

이와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 혐기성소화조 개량장치(200)는 막분리장치(250)를 이용하여 상기 혐기성소화조(210)로 일정 슬러지유량이 순환되도록하여 슬러지가 유출되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 상기 막분리장치(250)로부터 반송되는 막 반송 슬러지유량과 상기 바이패스장치(270)를 이용하여 상기 혐기성소화조(210)로부터 바이패스시킨 바이패스 슬러지유량이 일정 슬러지유량이 되도록 피드백 제어하여 상기 초음파 저강도 조사조(220)에 일정 슬러지유량이 유입되도록 소정의 조사시간동안 소정의 강도의 저강도 초음파를 조사할 수 있기 때문에 미생물의 활성도를 증가시킬 수 있는 적정 조사밀도의 저강도 초음파를 조사할 수 있어서 바이오 가스 발생량을 증가시킬 수 있다.As described above, the anaerobic digestion tank improvement apparatus 200 according to another embodiment of the present invention may prevent the sludge from flowing out by allowing a certain sludge flow rate to be circulated to the anaerobic digestion tank 210 using the membrane separator 250. In addition, feedback control is performed such that the membrane conveying sludge flow rate returned from the membrane separation device 250 and the bypass sludge flow rate bypassed from the anaerobic digestion tank 210 using the bypass device 270 are constant sludge flow rate. Since the low-intensity ultrasonic wave of a predetermined intensity can be irradiated for a predetermined irradiation time so that a predetermined sludge flow rate flows into the ultrasonic low-intensity irradiation tank 220, a low-intensity ultrasonic wave having an appropriate irradiation density can increase the activity of microorganisms. Irradiation can increase biogas production.

110, 210: 혐기성소화조 220: 저강도 초음파 조사조
130, 230 : 초음파조사장치 150, 250 : 막분리장치
280 : 제어장치110, 210: anaerobic digestion tank 220: low intensity ultrasonic irradiation tank
130, 230: ultrasonic irradiation device 150, 250: membrane separation device
280: controller

Claims (10)

혐기성소화조의 바이오가스 생성 미생물의 유출을 차단하기 위한 막분리장치와,
상기 바이오가스 생성 미생물을 활성화시키기 위하여 상기 바이오가스 생성 미생물에 대해서 저강도 초음파를 조사하기 위한 초음파 조사장치를 포함하며,
상기 초음파 조사장치는 상기 막분리장치로부터 막 반송 슬러지 유량과 상기 혐기성소화조로부터의 바이패스 슬러리 유량의 합인 일정 슬러지 유량이 소정 시간동안 체류할 정도의 부피를 갖는 초음파 조사조를 포함하는 혐기성 소화시스템.A membrane separation device for blocking the outflow of biogas producing microorganisms in the anaerobic digestion tank,
An ultrasonic irradiation apparatus for irradiating low-intensity ultrasonic waves to the biogas generating microorganisms to activate the biogas generating microorganisms,
And the ultrasonic irradiation apparatus includes an ultrasonic irradiation tank having a volume such that a constant sludge flow rate, which is the sum of the membrane conveyance sludge flow rate from the membrane separation device and the bypass slurry flow rate from the anaerobic digestion tank, is retained for a predetermined time. 바이오가스 생성 미생물이 분포된 유기물 슬러지를 갖는 혐기성소화조;
상기 바이오가스 생성 미생물들에 대해 저강도 초음파를 조사하기 위한 초음파 조사장치;
상기 바이오가스 생성 미생물에 의한 상기 유기물 슬러지의 혐기소화액에 포함된 유기물 슬러지를 상기 혐기성소화조로 반송시키기 위한 막분리장치; 및
상기 초음파 조사장치가 소정의 조사밀도의 저강도 초음파를 소정의 시간동안 간헐적으로 조사하도록 제어하고 상기 막분리장치의 막오염 정도에 따른 여과량에 대응하여 상기 유기물 슬러지의 반송율을 다르게 제어하는 제어장치를 포함하며,
상기 초음파 조사장치는 상기 막분리장치로부터의 막 반송 슬러지 유량과 상기 혐기성소화조로부터 바이패스 유기물 슬러지 유량의 합인 일정 슬러지 유량이 소정 시간동안 체류할 정도의 부피를 갖는 초음파 조사조를 포함하는 혐기성 소화시스템.Anaerobic digestion tank having organic sludge in which biogas producing microorganisms are distributed;
An ultrasonic irradiation device for irradiating low intensity ultrasonic waves to the biogas generating microorganisms;
A membrane separation device for returning the organic sludge contained in the anaerobic digestion liquid of the organic sludge by the biogas generating microorganism to the anaerobic digestion tank; And
A control device for controlling the ultrasonic irradiation device to intermittently irradiate low-intensity ultrasonic waves of a predetermined irradiation density for a predetermined time, and to control the conveyance rate of the organic sludge differently in response to the amount of filtration according to the membrane fouling degree of the membrane separation device Including;
The ultrasonic irradiation apparatus includes an ultrasonic irradiation tank having a volume such that a constant sludge flow rate, which is the sum of the membrane conveyance sludge flow rate from the membrane separator and the bypass organic sludge flow rate from the anaerobic digestion tank, stays for a predetermined time. . 바이오가스 생성 미생물이 분포된 유기물 슬러지를 갖는 혐기성소화조;
상기 바이오가스 생성 미생물에 의한 상기 유기물 슬러지의 혐기소화액에 포함된 유기물 슬러지를 상기 혐기성소화조로 반송시키기 위한 막분리장치;
상기 막분리장치로부터 반송되는 막 반송 유기물 슬러지 유량에 대응하여 상기 혐기성소화조로부터 바이패스 유기물 슬러지 유량을 취출하기 위한 바이패스장치;
상기 막 반송 유기물 슬러지 유량과 상기 바이패스 유기물 슬러지 유량의 합인 일정 슬러지 유량을 소정의 시간 동안 체류 후 상기 혐기성소화조로 반송시키기 위한 저강도 초음파 조사조;
상기 저강도 초음파 조사조의 일정 슬러지 유량에 대해 상기 소정의 시간동안 저강도 초음파를 조사하기 위한 초음파 조사장치; 및
상기 막분리장치, 상기 바이패스장치, 상기 초음파 조사장치를 제어하기 위한 제어장치를 포함하며,
상기 초음파 조사조는 상기 막 반송 슬러지 유량과 상기 바이패스 슬러지 유량의 합인 일정 슬러지 유량이 상기 소정의 시간동안 체류할 정도의 부피를 갖는 혐기성 소화시스템.Anaerobic digestion tank having organic sludge in which biogas producing microorganisms are distributed;
A membrane separation device for returning the organic sludge contained in the anaerobic digestion liquid of the organic sludge by the biogas generating microorganism to the anaerobic digestion tank;
A bypass device for extracting the bypass organic sludge flow rate from the anaerobic digestion tank in response to the membrane conveyed organic sludge flow rate returned from the membrane separation device;
A low intensity ultrasonic irradiation tank for conveying the constant sludge flow rate, which is the sum of the membrane conveyance organic sludge flow rate and the bypass organic matter sludge flow rate, to the anaerobic digestion tank for a predetermined time;
An ultrasonic irradiation device for irradiating low intensity ultrasonic waves for a predetermined time with respect to a constant sludge flow rate of the low intensity ultrasonic irradiation tank; And
It includes a control device for controlling the membrane separation device, the bypass device, the ultrasonic irradiation device,
The ultrasonic irradiation tank has an anaerobic digestion system having a volume such that a constant sludge flow rate, which is the sum of the membrane conveyed sludge flow rate and the bypass sludge flow rate, stays for the predetermined time. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저강도 초음파는 상기 바이오 가스 생성 미생물 세포벽 두께를 감소시키거나 상기 유기물을 파괴시키기 위하여 조사되는 조사에너지 이하로, 상기 바이오가스 생성 미생물의 활성도를 증가시키는 조사에너지를 갖는 혐기성 소화시스템.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The low intensity ultrasound has an irradiation energy that increases the activity of the biogas generating microorganisms below the irradiation energy irradiated to reduce the thickness of the biogas generating microbial cell wall or destroy the organic material. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 초음파조사장치는 상기 저강도 초음파를 상기 소정 조사시간동안 조사하기 위한 초음파 발생기와, 상기 초음파 발생기에 의해서 발생된 주파수에 따라 상기 소정 조사시간동안 진동하는 초음파 진동자로 이루어진 혐기성 소화시스템.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The ultrasonic irradiation apparatus is an anaerobic digestion system comprising an ultrasonic generator for irradiating the low intensity ultrasonic waves during the predetermined irradiation time, and an ultrasonic vibrator vibrating for the predetermined irradiation time according to the frequency generated by the ultrasonic generator. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 막분리장치는 상기 바이오가스 생성 미생물에 의한 상기 유기물 슬러지의 혐기소화액을 여과시키기 위한 가압형 여과막과, 상기 가압형 여과막의 막오염정도에 따라 압력이 제어되는 가압펌프와, 상기 혐기소화액 중 여과액을 배출하기 위한 배출라인과, 상기 혐기소화액 중 유기물 슬러지를 상기 혐기성소화조로 반송시키기 위한 반송라인을 포함하는 혐기성 소화시스템.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The membrane separation device includes a pressurized filtration membrane for filtering the anaerobic digestion liquid of the organic sludge by the biogas generating microorganism, a pressurized pump whose pressure is controlled according to the membrane fouling degree of the pressurized filtration membrane, and filtration in the anaerobic digestion liquid. An anaerobic digestion system comprising a discharge line for discharging the liquid, and a return line for conveying the organic sludge in the anaerobic digestion liquid to the anaerobic digestion tank. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저강도 초음파의 조사밀도가 250 내지 400W/L, 15분 내지 30분 동안 조사된 후 5 내지 7일 동안 휴지기간을 갖도록 제어되는 혐기성 소화시스템.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Anaerobic digestion system is controlled to have a rest period for 5 to 7 days after the irradiation density of the low-intensity ultrasound is 250 to 400W / L, 15 minutes to 30 minutes. 제 3 항에 있어서,
상기 바이패스장치는 상기 막분리장치의 막 반송 유기물 슬러지 유량에 대응하여 가변되는 바이패스 슬러지 유량을 상기 혐기성소화조로부터 가압 펌핑하기 위한 바이패스펌프와, 상기 바이패스펌프에 의해 가압 펌핑된 바이패스 슬러지 유량을 상기 혐기성소화조로부터 상기 초음파 조사조로 이송시키기 위한 바이패스라인을 포함하는 혐기성 소화시스템.The method of claim 3, wherein
The bypass device includes a bypass pump for pressurizing and pumping a bypass sludge flow rate varying in response to the membrane conveying organic sludge flow rate of the membrane separation device from the anaerobic digestion tank, and a bypass sludge pressurized and pumped by the bypass pump. An anaerobic digestion system comprising a bypass line for transferring a flow rate from said anaerobic digestion tank to said ultrasonic irradiation tank. 삭제delete 제 3 항에 있어서,
상기 제어장치는 상기 초음파 조사조의 유기물 슬러지의 유입율이 일정하도록상기 막분리장치의 막 오염정도에 따른 여과량에 대응하여 상기 혐기성소화조에 대한 유기물 슬러지의 반송율과 상기 바이패스장치에 의한 상기 바이패스 유기물 슬러지 유량을 피드백 제어하며,
상기 초음파 조사조에 대해서 소정의 시간동안 소정의 강도의 저강도 초음파를 조사하도록 제어하는 혐기성 소화시스템.
The method of claim 3, wherein
The control device is a rate of return of organic sludge to the anaerobic digestion tank and the bypass organic material by the bypass device in response to the amount of filtration according to the membrane contamination of the membrane separation device so that the inflow rate of organic sludge in the ultrasonic irradiation tank is constant. Feedback control of sludge flow rate,
Anaerobic digestion system for controlling the ultrasonic irradiation tank to irradiate low intensity ultrasound of a predetermined intensity for a predetermined time.
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