KR101386946B1 - 혐기성 소화처리용 탈황장치 - Google Patents

혐기성 소화처리용 탈황장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 혐기성 소화처리용 탈황장치는 혐기성 소화조 내의 소화액에서 발생되는 황화수소를 공기 내의 산소와 결합시키는 것으로 이루어지는 혐기성 소화처리용 탈황장치에 있어서, 소화조 내에서 발생되는 바이오가스를 소화조 상측으로 유출하는 유출구와 탈황된 바이오가스를 외부로 배출하는 배출구를 구비하는 덮개가 소화조의 상부를 덮게 되고, 상기 덮개의 상부에서 바이오가스를 포집하는 가스포가 상기 덮개의 상부를 덮게 되며, 공기를 상기 덮개와 가스포 사이의 공간으로 분사하는 공기주입구가 상기 덮개의 유출구 측에 설치되고, 상기 공기주입구에 외부의 공기를 동력 이송하는 블로어가 상기 공기주입구와 연결되어 상기 소화조의 외측에 설치되어 상기 블로어에 의해 공급되는 외부의 공기와 소화조에서 발생되는 바이오가스가 상기 덮개와 가스포 사이의 공간에서 반응하는 것으로 이루어지며, 또한 상기 공기주입구의 선단부가 상기 덮개의 유출구에서 공기를 상측으로 분사하여 공기와 함께 소화조 내의 바이오가스를 상기 덮개와 가스포 사이의 공간으로 흐르게 하는 것을 포함하며, 상기 덮개의 상부에서 공기와 바이오가스가 반응하여 낙하되는 결정체를 내장하는 서랍이 상기 덮개의 일측으로 개폐되는 것을 포함한다.
따라서 본 발명은 덮개의 상부에 바이오가스에 함유된 황화수소와 암모니아가 공기의 산소와 반응함으로써 발생되는 결정체인 황과 황산암모늄이 덮개의 상부 또는 서랍 내에 낙하되기 때문에, 소화조 내의 소화액에서 발생되는 황화수소와 암모니아가 공기와 접촉하여 발생되는 결정체인 황 또는 황산암노늄이 소화액의 표면에 떨어지지 않아 혐기성 소화조 내의 폐수에서 발생되는 황화수소를 용이하게 제거할 수 있는 등의 효과를 발휘한다.

Description

혐기성 소화처리용 탈황장치{FLUE GAS DESULFURIZER FOR ANAEROBIC DIGESTION}
본 발명은 혐기성 소화처리에 사용되는 탈황장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 혐기성 소화조 내의 폐수에서 발생되는 황화수소를 용이하게 제거할 수 있도록 하는 혐기성 소화처리용 탈황장치에 관한 것이다.
음식물 쓰레기, 축분, 하수 슬러지, 침출수 등과 같은 유기성 폐수를 혐기성 소화시키면 메탄과 황화수조 등의 바이오가스가 생산되며, 이러한 바이오가스는 열병합발전 등의 에너지원으로 사용될 수 있다.
여기서 혐기성 소화조 내의 폐수에서 발생되는 바이오가스의 황화수소는 유황 및 황산염을 환원하는 황환원세균에 의해 생성되는 바, 상기 황화수소가 인체에 노출될 경우에는 생명에 치명적인 영향을 끼칠 뿐만 아니라 열병합 발전 등의 바이오가스 활용 과정에 있어서 아황산가스 및 황산으로 변환되어 보일러, 엔진 실린더 및 배기관을 부식시키는 등 설비에 악영향을 끼치게 된다.
그래서 혐기성 소화조에서 생산되는 바이오가스 내의 황화수소를 제거하기 위하여, 황화수소를 제거하는 탈황장치가 혐기성 소화조에 설치하게 된다.
종래의 탈황장치는 특허출원 제10-2007-0103224호로 출원되어 등록된 기술이 개발되었는 바, 이는 유기서 폐기물 처리장치에 관한 것으로서, 유기성 폐기물이 혐기성 소화되는 공간을 제공하는 혐기성 소화조; 상기 혐기성 소화조의 상부에 구비되어 상기 혐기성 소화조에서 생성된 바이오가스를 포집하는 가스백; 및 상기 혐기성 소화조의 상단과 상기 가스백 사이에 구비되며, 황산화 미생물을 이용하여 상기 바이오가스 내에 포함되어 있는 황화수소를 제거하는 역할을 탈황 여재 시스템을 포함하여 이루어지며, 상기 탈황 여재 시스템은, 황산화 미생물이 부착, 성장되는 공간을 제공하는 여재 수단과, 상기 여재 수단을 상기 혐기성 소화조에 고정시키는 역할을 하는 고정틀로 구성되며, 상기 여재 수단은, 막대 형상의 여재가 간격을 두고 배열되어 구성되는 제 1 여재층과, 상기 제 1 여재층 상에 시트 형태로 구비되는 제 2 여재층으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기와 같은 유기성 폐기물 처리장치에 소화조 내의 폐수의 상부에 공기를 주입하여 황화수소를 제거하여 바이오가스 만을 외부로 배출하는 기술이 있으나, 종래에는 황화수소를 제거할 때 발생되는 황산암모늄이 소화액에 낙하되어 다시 미생물에 의해 환원되어 황화가스가 되고 이러한 황화가스가 바이오가스 중에 다시 배출되기 때문에, 탈황 시간이 길어지면 바이오가스 중에 황화수소의 농도가 상승되어 바이오가스 내의 황화수소를 제거하지 못하고 외부로 배출될 수 있다는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 소화조 내의 소화액에서 발생되는 황화수소와 암모니아가 공기와 접촉하여 발생되는 결정체인 황 또는 황산암노늄을 소화액의 표면에 떨어지지 않도록 함으로써, 혐기성 소화조 내의 폐수에서 발생되는 황화수소를 용이하게 제거할 수 있는 혐기성 소화처리용 탈황장치를 제공하는 데 있다.
또한 바이오가스 내에 잔존한 황화수소를 제거함과 아울러 미생물이나 화공약품 등을 사용하지 않고도 탈황액으로 사용할 수 있는 혐기성 소화처리용 탈황장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 혐기성 소화조 내의 소화액에서 발생되는 황화수소를 공기 내의 산소와 결합시키는 것으로 이루어지는 혐기성 소화처리용 탈황장치에 있어서, 소화조 내에서 발생되는 바이오가스를 소화조 상측으로 유출하는 유출구와 탈황된 바이오가스를 외부로 배출하는 배출구를 구비하는 덮개가 소화조의 상부를 덮게 되고, 상기 덮개의 상부에서 바이오가스를 포집하는 가스포가 상기 덮개의 상부를 덮게 되며, 공기를 상기 덮개와 가스포 사이의 공간으로 분사하는 공기주입구가 상기 덮개의 유출구 측에 설치되고, 상기 공기주입구에 외부의 공기를 동력 이송하는 블로어가 상기 공기주입구와 연결되어 상기 소화조의 외측에 설치되어 상기 블로어에 의해 공급되는 외부의 공기와 소화조에서 발생되는 바이오가스가 상기 덮개와 가스포 사이의 공간에서 반응하는 것으로 이루어지는 혐기성 소화처리용 탈황장치를 제공한다.
또한 상기 공기주입구의 선단부가 상기 덮개의 유출구에서 공기를 상측으로 분사하여 공기와 함께 소화조 내의 바이오가스를 상기 덮개와 가스포 사이의 공간으로 흐르게 하는 것을 포함하며, 상기 덮개의 상부에서 공기와 바이오가스가 반응하여 낙하되는 결정체를 내장하는 서랍이 상기 덮개의 일측으로 개폐되는 것을 포함한다.
더우기 상기 블러어에 의해 동력 이송되는 외부의 공기에 의해 탈황 처리된 소화조 내의 소화액이 별도로 구비된 포기조 내로 이송되고, 외부의 공기를 상기 포기조 내의 소화액에 포기하는 포기구가 상기 포기조에 구비되며, 상기 배출구에서 배출되는 바이오가스를 상기 포기조 내의 소화액으로 공급하는 가스블로어가 상기 배출구의 출구측에 설치되는 것을 포함한다.
이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 혐기성 소화처리용 탈황장치는 덮개의 상부에 바이오가스에 함유된 황화수소와 암모니아가 공기의 산소와 반응함으로써 발생되는 결정체인 황과 황산암모늄이 덮개의 상부 또는 서랍 내에 낙하되기 때문에, 소화조 내의 소화액에서 발생되는 황화수소와 암모니아가 공기와 접촉하여 발생되는 결정체인 황 또는 황산암노늄이 소화액의 표면에 떨어지지 않아 혐기성 소화조 내의 폐수에서 발생되는 황화수소를 용이하게 제거할 수 있다는 이점이 있다.
또한 본 발명에 의해 분리되는 황산암모늄을 이용하여 비료 등을 생산할 수 있어 자원의 활용도를 향상할 수 있는 것이다.
더우기 탈황 처리된 소화조 내의 소화액이 포기조 내로 이송되어 외부의 공기로 포기시킨 뒤에 배출구로 배출되는 바이오가스를 포기조 내의 소화액으로 통과시켜서 바이오가스 내에 잔존한 황화수소를 포기조 내의 처리수에 용해시키기 때문에, 탈황을 위한 별도의 미생물이나 화공약품 등을 이용하여 탈황액을 제조할 필요없이 포기조 내의 소화액을 탈황액으로 용이하게 가변시킬 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 혐기성 소화처리용 탈황장치의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 혐기성 소화처리용 탈황장치의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 혐기성 소화처리용 탈황장치의 또다른 예를 나타내는 단면도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 혐기성 소화처리용 탈황장치를 나타내는 도면으로서, 상기 탈황장치는 혐기성 소화조(1) 내의 소화액(1a)에서 발생되는 바이오가스 중의 황화수소(H2S)를 공기 내의 산소(O2)와 결합시켜서 황(S2) 입자인 결정체로 생성하며, 또한 혐기성 소화조(1) 내의 소화액(1a)에서 발생되는 바이오가스 중의 황화수소(H2S)와 암모니아(NH3)를 공기 내의 산소(O2)와 결합시켜서 황산암모늄((NH4)2SO4) 입자인 결정체로 생성하게 된다.
따라서 본 발명에 의한 혐기성 소화처리용 탈황장치는 소화조(1)의 상측 개구부를 덮개(11)로 덮게 되고, 상기 덮개(11)의 상부를 가스포(12)로 덮게 되고, 상기 덮개(11)와 가스포(12) 사이의 공간에 공기를 주입하는 공기주입구(13)이 설치되며, 상기 공기주입구(13)에 외부의 공기를 동력 이송하는 블로어(14)가 상기 소화조(1)의 외부에 설치되는 구조로 이루어진다.
여기서 상기 덮개(11)는 상기 소화조(1) 내에서 발생되는 바이오가스를 소화조(1) 상측으로 유출하는 유출구(11a)가 구비될 뿐만 아니라 상기 덮개(11)와 가스포(12) 사이에서 탈황된 바이오가스를 외부로 배출하는 배출구(11b)가 구비되어 있다.
그리고 상기 가스포(12)는 비닐지 또는 방수성 직물지로 구성되어 신축될 수 있으며, 상기 덮개(11)의 상부에서 많은 양의 공기를 가둘 수 있도록 상기 덮개(11)의 상부에서 바이오가스를 포집하게 된다.
상기 공기주입구(13)는 블로어(14)에서 이송되는 외부의 공기를 상기 덮개(11)와 가스포(12) 사이의 공간으로 분사하게 된다.
특히 본 발명에서는 소화조(1) 내의 소화액(1a)에 발생되는 바이오가스를 상기 덮개(11)와 가스포(12) 사이의 공간으로 원활하게 이송 혼합하기 위하여, 상기 공기주입구(13)의 선단부가 상기 덮개(11)의 유출구(11a)에서 공기를 상측으로 분사하여 공기와 함께 소화조(1) 내의 바이오가스를 상기 덮개(11)와 가스포(12) 사이의 공간으로 흐르게 한다.
상기 블로어(14)는 상기 공기주입구(13)에 외부의 공기를 동력 이송하기 위하여 상기 블로어(14)의 출구측이 상기 공기주입구(13)과 연결되어 있으며, 상기 소화조(1)의 외측에 설치된다.
그러면 상기 블로어(14)에 의해 공급되는 외부의 공기와 소화조에서 발생되는 바이오가스가 상기 덮개(11)와 가스포(12) 사이의 공간에서 반응하게 되는 바, 본 발명에서는 상기 바이오가스 내에 있는 황화수소(H2S)와 암모니아(NH3)가 공기 중의 산소와 결합하게 되어 가루 형상의 결정체인 황(S2) 또는 황산암모늄((NH4)2SO4)으로 가변되는 것이다.
상기 결정체인 황(S2) 또는 황산암모늄((NH4)2SO4)이 덮개(11)의 상부면에 쌓이게 되고, 일정한 시간이 지난 뒤에 가스포(12)를 거두어서 결정체를 수거할 수 있는 것이다.
더우기 덮개(11)의 상부에 쌓이는 결정체를 간편하게 수거하기 위하여, 본 발명에서는 도 2에 도시한 바와 같이 상기 덮개(11)의 상부에서 공기와 바이오가스가 반응하여 낙하되는 결정체를 내장하는 결정체 수거용 서랍(15)이 상기 덮개(11)의 일측으로 개폐되는 구조를 포함한다.
물론 상기 소화조(1) 내의 소화액(1a)에서 많은 양의 바이오가스가 배출될 수 있도록 하기 위하여, 소화액(1a)을 흐르게 하는 교반기(1b)가 설치되며, 폐수에 고형물이 많아 폭기 또는 펌핑이 어려울 경우에는 스크린, 고속데칸타 등과 같은 고액분리기로 폐수로부터 고형물을 분리한 후에 소화액으로 사용됨은 자명한 것이다.
이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 혐기성 소화처리용 탈황장치는 블로어(14)가 작동되면, 외부의 공기가 공기주입구(13)를 통하여 덮개(11)와 가스포(12) 사이의 공간으로 분사됨과 아울러 소화조(1) 내의 소화액(1a)에서 발생되는 바이오가스가 덮개(11)의 유출구(11a)를 유출구를 통하여 덮개(11)와 가스포(12) 사이의 공간으로 흐르게 된다.
그러면 상기 덮개(11)와 가스포(12) 사이의 공간에서는 공기 중의 산소(O2)가 바이오가스 중의 황화수소(H2S)와 암모니아(NH3)와 결합하여 결정체인 황(S2) 또는 황산암모늄((NH4)2SO4)으로 가변되어 낙하되는 것이다.
즉 산소가 부족할 경우에는 산소와 황화수소가
2H2S + O2 → 2S + 2H2O
위 반응식과 같이 반응하여 황 입자로 안정화되며, 이에 따라 황입자가 덮개(11) 또는 서랍(15)의 상부면으로 낙하하게 된다.
또한 산소가 풍부하면서 바이오가스 중에 황화수소와 암모니아가
H2S + 2O2 → H2SO4
H2SO4 + 2NH3 → (NH4)2SO4
위 반응식과 같이 반응하여 황산암모늄 입자로 안정화되며, 이에 따라 덮개(11) 또는 서랍(15)의 상부면으로 낙하하게 된다.
상기 결정체인 황(S2) 또는 황산암모늄((NH4)2SO4)이 덮개(11)의 상부면에 쌓이게 되고, 일정한 시간이 지난 뒤에 가스포(12)를 거두거나 서랍(15)을 개방하여 결정체를 수거할 수 있는 것이다.
이러한 과정에서 상기 덮개(11)와 가스포(12) 사이의 바이오가스에서 황화수소가 제거되며, 이에 따라 황화수소가 제거된 바이오가스가 덮개(11)에 구비된 배출구(11b)를 통하여 외부로 배출될 수 있다.
그러면 소화조(1) 내의 소화액(1a)을 정화 처리할 때, 종래에 비하여 소화액의 알카리도 소모와 pH 저하를 방지하게 된다.
한편 상술한 탈황장치에서 탈황 처리된 소화조(1) 내의 소화액(1a)을 탈황액으로 가변시키면서 바이오가스 내에 잔존한 황화수소를 제거하여 보일러 등의 가스 연료로 그대로 사용할 수 있도록 하는 것이 필요하다.
물론 상술한 탈황장치에서 탈황 처리된 소화조(1) 내의 소화액(1a)이 펌프(미도시) 등을 이용하여 본 발명이 적용되는 혐기성 소화처리용 포기조(16) 내로 이송되고, 외부의 공기를 상기 포기조(16) 내의 소화액(1a)(이하 처리수로 지칭함)에 포기하는 포기구(16a)가 상기 포기조(16)에 구비된다.
본 발명에서는 상기 소화조 내의 소화액이 펌프(미도시) 등에 의해 포기조(16) 내로 이송됨과 아울러 상기 포기조(16)에 구비된 포기구(16a)가 포기조(16) 내의 처리수가 상기 포기구(16a)에서 분사되는 외부의 공기로 포기된다.
처리수를 탈황액으로 가변하기 위한 탈황액생산조(17)가 별도로 구비되어 외부의 공기로 포기된 포기구(16) 내의 처리수가 별도로 구비된 탈황액생산조(17)로 이송된다.
그리고 상기 배출구(11b) 측에 가스블로어(18)가 설치되고, 상기 배출구(11b)에서 나오는 바이오가스가 가스블로어(18)의 가스노즐(18a)을 통하여 상기 탈황액생산조(17) 내의 처리수로 공급되어 상기 탈황액생산조(17) 내의 처리수가 탈황액으로 가변될 수 있는 것이다.
다시 말하면 상기 포기조(16) 내로 이송된 소화액(1a)을 외부의 공기로 3일 이상(통상적으로 3 ~ 10일 동안 포기 처리함) 포기한 뒤, 공기로 포기된 포기조(16) 내의 처리수의 일부를 탈황액생산조(17)로 이송한 뒤, 상기 배출구(11b)로 배출되는 바이오가스를 상기 탈황액생산조(17) 내의 처리수로 통과시켜서 바이오가스 내에 잔존한 황화수소를 상기 탈황액생산조(17) 내의 처리수에 용해시켜서 탈황액으로 가변시킨다.
그러면 혐기성 소화처리에 사용되는 설비에서 탈황을 위한 별도의 미생물이나 화공약품 등으로 처리수에 투입하지 않고도 탈황액생산조(17) 내에서 처리수를 탈황액으로 가변시킬 수 있어 혐기성 소화처리설비에서 탈황을 위한 별도의 미생물이나 화공약품 등을 사용하지 않고도 탈황액을 생산할 수 있으며, 상기 배출구(11b)에서 배출되는 바이오가스 내의 황화수소를 완전히 제거하여 보일러 등의 연소 가스로 사용할 수 있는 것이다.
1 : 소화조 1a ; 소화액
1b : 교반기 11 : 덮개
11a : 유출구 11b : 배출구
12 : 가스포 13 : 공기주입구
14 : 블로어 15 : 서랍
16 : 포기조 16a : 포기구
17 : 탈황액생산조 18 : 가스블로어
18a : 가스노즐

Claims (4)

  1. 혐기성 소화조 내의 소화액에서 발생되는 황화수소를 공기 내의 산소와 결합시키는 것으로 이루어지는 혐기성 소화처리용 탈황장치에 있어서,
    소화조 내에서 발생되는 바이오가스를 소화조 상측으로 유출하는 유출구와 탈황된 바이오가스를 외부로 배출하는 배출구를 구비하는 덮개가 소화조의 상부를 덮게 되고, 상기 덮개의 상부에서 바이오가스를 포집하는 가스포가 상기 덮개의 상부를 덮게 되고, 공기를 상기 덮개와 가스포 사이의 공간으로 분사하는 공기주입구가 상기 덮개의 유출구 측에 설치되고, 상기 공기주입구에 외부의 공기를 동력 이송하는 블로어가 상기 공기주입구와 연결되어 상기 소화조의 외측에 설치되어 상기 블로어에 의해 공급되는 외부의 공기와 소화조에서 발생되는 바이오가스가 상기 덮개와 가스포 사이의 공간에서 반응하며, 외부의 공기에 의해 탈황 처리된 소화조 내의 소화액이 포기조 내로 이송됨과 아울러 상기 포기조에 구비된 포기구가 포기조 내의 소화액을 외부의 공기로 포기하고, 외부의 공기로 포기된 포기구 내의 소화액을 별도로 구비된 탈황액생산조로 이송됨과 아울러 상기 배출구 측에 가스블로어가 설치되어, 상기 배출구에서 나오는 바이오가스가 가스블로어의 가스노즐을 통하여 상기 탈황액생산조 내의 소화액으로 공급되는 것으로 이루어지는 혐기성 소화처리용 탈황장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공기주입구의 선단부가 상기 덮개의 유출구에서 공기를 상측으로 분사하여 공기와 함께 소화조 내의 바이오가스를 상기 덮개와 가스포 사이의 공간으로 흐르게 하는 것을 포함하여 이루어지는 혐기성 소화처리용 탈황장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 덮개의 상부에서 공기와 바이오가스가 반응하여 낙하되는 결정체를 내장하는 서랍이 상기 덮개의 일측으로 개폐되는 것을 포함하여 이루어지는 혐기성 소화처리용 탈황장치.
  4. 삭제
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