KR101387284B1

KR101387284B1 - 에너지 중립형 무취-지하 축사시스템

Info

Publication number: KR101387284B1
Application number: KR20120114179A
Authority: KR
Inventors: 최홍림
Original assignee: 최홍림
Priority date: 2012-10-15
Filing date: 2012-10-15
Publication date: 2014-04-30

Abstract

본 발명은 에너지 중립형 무취-지하 축사시스템에 관한 것으로, 이를 위해 지중에 매설되는 축사(10);와, 상기 축사(10)와 함께 지중에 배치되고 상기 축사(10)에서 집수된 가축분뇨를 공급받아 메탄발효시켜 혐기소화 여액화하여 퇴비단의 발효액으로 사용하거나 작물의 양분으로 사용하고, 메탄발효시 발생되는 바이오가스는 포집하여 에너지원으로 사용하는 분뇨처리부(20);와, 지상의 공기를 지중 내부로 유도하여 지열에 의해 유입된 공기가 일정한 온도로 축사(10)에 공급될 수 있도록 유입구(32)는 지면에 노출되고 유출구(33)는 지중을 거쳐 축사(10)의 바닥면으로 노출되는 환기부(30);와, 상기 축사(10) 내 악취를 필터링하여 정화하는 제 1필터정화부(40);와, 상기 제 1필터정화부(40)를 통해 정화된 악취를 강제 송풍시켜 토양과 필터에 의해 정화시키는 제 2필터정화부(50);를 포함하여 이루어지되, 상기 분뇨처리부(20)에서 발생된 바이오가스는 탈황과정을 거쳐 가스 저장탱크(60)에 저장하여 열병합발전기의 에너지원으로 사용하고, 상기 열병합발전기(80)를 통해 생성되는 전기와 열은 축사(10)와 분뇨처리부(20)와 제 2필터정화부(50)에 사용되는 것을 특징으로 한다.

Description

에너지 중립형 무취-지하 축사시스템{PIG PRODUCTION SYSTEM FOR ENERGY-NEUTRAL TYPE ODORLESS-UNDERGROUND}

본 발명은 에너지 중립형 무취-지하 축사시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지중열을 이용하여 축사의 온도를 계절에 상관없이 일정 온도로 유지하고, 또한 축사에서 발생된 가축분뇨를 수거 후 발효시켜 생성되는 바이오가스는 열병합발전기의 에너지원으로 사용하여 에너지 중립화하고, 혐기소화여액은 퇴비단의 발효액으로 사용하거나 작물의 양분으로 사용하며, 축사 내 악취는 지중의 토양으로 정화처리할 수 있도록 구성된 에너지 중립형 무취-지하 축사시스템에 관한 것이다.

최근 가축분뇨와 같은 유기성폐기물을 혐기 소화시켜 메탄 등이 함유된 바이오가스를 생산하고 이를 열병합 발전 등에 이용하는 기술이 개발되고 있다.

이와 같이, 유기성폐기물로부터 바이오가스를 생산, 이용하는 방법은 바이오가스를 에너지원으로 사용할 수 있다는 점 이외에 혐기소화여액을 농경지로 환원하여 액비(액체비료)로 사용할 수 있을 뿐 아니라, 온실가스 저감 등 환경오염 부하를 감소시킬 수 있다는 점에서 각광을 받고 있다.

특히, 혐기처리방식은 가스 포집으로 악취를 제거해야 하나 완벽한 악취제거를 하지 못하는 문제점이 있었다. 하지만 메탄가스를 생산할 수 있어, 이를 에너지화(온수/전기)하여 축사에 설치할 경우, 외부 에너지를 사용할 필요가 없는 에너지중립화를 이룰 수 있다.

하지만 이러한 혐기처리방식은 축사에서 나오는 가축분뇨를 별도로 수거하기 위한 시설이 필요하여 시설비가 많이 들고, 또한 지상에 설치하기 때문에, 특히 우리나라의 경우 토지확보에 어려움이 있으며, 겨울철 저온과 바람에 의한 전도 및 대류에 따른 열손실로 보조열의 공급이 클 수 있으므로 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 제 1목적은, 가축분뇨를 혐기발효시켜 생성되는 바이오가스를 에너지원으로 하여 축사 내 에너지중립화가 가능하고, 또한 축사를 지중에 매설하여 지중열을 의해 축사의 온도를 계절에 상관없이 일정 온도로 유지시킬 수 있는 한편, 축사 내 발생된 악취는 지중의 토양과 바이오필터를 통해 정화처리할 수 있도록 구성된 에너지 중립형 무취-지하 축사시스템을 제공하는 데 있다.

또한 본 발명의 제 2목적은, 외부공기를 지열에 의해 일정 온습도의 상태로 축사 내부로 유입시켜 쾌적한 온습도를 갖게 할 수 있는 구조의 에너지 중립형 무취-지하 축사시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 제 1발명은, 에너지 중립형 무취-지하 축사시스템에 관한 것으로, 이를 위해 지중에 매설되는 축사(10);와, 상기 축사(10)와 함께 지중에 배치되고 상기 축사(10)에서 집수된 가축분뇨를 공급받아 메탄발효시켜 혐기소화 여액하여 퇴비단의 발효액으로 사용하거나 액비화하고, 메탄발효시 생성된 바이오가스는 포집하여 에너지원으로 사용하는 분뇨처리부(20);와, 지상의 공기를 지중 내부로 유도하여 지열에 의해 유입된 공기가 일정한 온도로 축사(10)에 공급될 수 있도록 유입구(32)는 지면에 노출되고 유출구(33)는 지중을 거쳐 축사(10)의 바닥면으로 노출되는 환기부(30);와, 상기 축사(10) 내 악취를 필터링하여 정화하는 제 1필터정화부(40);와, 상기 제 1필터정화부(40)를 통해 정화된 악취를 강제 송풍시켜 토양과 필터에 의해 정화시키는 제 2필터정화부(50);를 포함하여 이루어지되, 상기 분뇨처리부(20)에서 발생된 바이오가스는 탈황과정을 거쳐 가스 저장탱크(60)에 저장하여 열병합발전기의 에너지원으로 사용하고, 상기 열병합발전기(80)를 통해 생성되는 전기와 열은 축사(10)와 분뇨처리부(20)와 제 2필터정화부(50)에 사용되는 것을 특징으로 한다.

제 2발명은, 제 1발명에서, 상기 분뇨처리부(20)는 축사(10)에서 발생된 가축분뇨를 공급받아 협잡물을 제거하는 협잡물제거조(21)와, 상기 협잡물제거조(21)에 저장된 가축분뇨를 공급받아 교반하여 가수분해시키는 산생성조(22)와, 상기 산생성조(22)에서 가수분해하여 생성되는 유기성소화여액을 공급받아 교반하여 메탄발효시켜 혐기소화여액화하는 메탄생성조(23)와, 상기 메탄생성조(23)의 혐기소화액여액을 공급받아 침전시켜 상등액은 축사(10)에 공급하여 가축분뇨의 세척수로 재사용하고, 침전 혐기소화여액은 퇴비단의 발효에 사용되거나 작물의 양분으로 사용되는 여액조(24)로 구성되는 것이 바람직하다.

제 3발명은, 제 1발명에서, 상기 축사(10)는 환기부(30)의 유출구(33)가 바닥면에 외부공기를 공급받고 지중의 토사가 노출되도록 메쉬망(M)이 결합된 외부창(111)이 형성되는 외실(11)과, 상기 외실(11)의 내부에 배치되고 가축이 개별적으로 입실될 수 있도록 다수 구획된 돈실(122)이 형성되는 내실(12)로 구성되되, 상기 각 돈실(122)은 외실(11)의 내부로 노출되는 유출구(33)를 통해 공급되는 외부공기가 유입될 수 있도록 각각 환기구(122a)이 더 형성되고, 상기 내실(12)은 상기 각 돈실(122)의 환기구(122a)으로 유입된 공기가 돈실(122)을 거쳐 배기될 수 있도록 상기 각 돈실(122)을 가로지르는 메인덕트(121)를 더 포함하고, 상기 각 돈실(122)은 악취가 포집되어 메인덕트(121)로 배출될 수 있도록 메인덕트(121)와 연결되는 서브덕트(122c)를 갖는 것이 바람직하다.

제 4발명은, 제 1발명에서, 상기 환기부(30)는 지중에 매설된 부위가 사각 프레임(31)을 골격으로 하여 메쉬망(M)을 형성된 구조로 외부공기가 지열에 영향을 받도록 구성되는 것이 바람직하다.

제 5발명은, 제 1발명에서, 상기 제 1필터정화부(40)는 상기 내실(12)의 메인덕트(121)와 연결되는 챔버(41)와, 상기 챔버(41)의 내부에 일정간격을 두고 형성되는 바이오필터(42)와, 상기 바이오필터(42)의 전방에 배치되어 악취가 바이오필터(42) 전체로 확산될 수 있도록 악취를 균일하게 배분하는 다수의 통공(431)이 형성된 확산판(43)으로 구성하되, 상기 바이오필터(42)는 미생물의 서식 및 원하는 양의 수분을 함유할 수 있도록 일정한 공극률를 갖는 기공으로 되어 있는 다공성 스폰지형태를 갖는 것으로 미생물들이 무기 악취를 제거할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

제 6발명은, 제 5발명에서, 상기 제 2필터정화부(50)는 상기 제 1필터정화부(40)의 챔버(41)와 연결되고 지중의 토사가 노출될 수 있도록 다수의 통공(H)이 형성된 통로부(51)와, 상기 통로부(51)의 내부로 악취가 흡입될 수 있도록 공기의 흐름을 발생시키는 배기팬(P)와, 악취가 정화되도록 통로부(51)의 상부면에 배치되는 정화층(52) 및 상기 정화층(52)에 상부에 적층되는 식물이 식재된 토사층(53)으로 구성되는 것이 바람직하다.

제 7발명은, 제 6발명에서, 상기 통로부(51)는 타측으로 갈수록 점진적으로 단면적이 증가하는 형태로 이루이지며, 배기팬(P)에 의해 강제 유입되는 공기에 와류를 형성하면서 체류시간을 증대시킬 수 있도록 일정간격을 두고 지그재그 형태로 배치되는 배플(54)을 더 포함하되, 상기 배플(54)은 공기의 진행방향으로 경사지게 설치되는 것이 바람직하다.

제 8발명은, 제 7발명에서, 상기 각 배플(54)은 내부에 정화제(56)가 충진되고 외주면에는 다수의 통공(H)이 형성된 구조이며, 상기 통로부(51)의 천정과 바닥면이 맞닿게 양측면에서 돌출 형성되는 구조인 것이 바람직하다.

제 9발명은, 제 6발명에서, 상기 통로부(51)의 상부에는 악취를 정화하여 지상으로 직접 배출할 수 있는 다수의 배출통로(55)를 더 포함하되, 상기 각 배출통로(55)는 통공(H)이 형성된 틀체(551)와, 상기 틀체(551)의 내부에 충진된 정화제(56)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

제 10발명은, 제 6발명에서, 상기 정화층(52) 및 정화제(56)은 왕겨, 톱밥, 목편, 코코넛 섬유, 활성탄 중 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

제 11발명은, 제 3발명에서, 상기 각 돈실(122)의 환기구(122a)에는 공기의 유입을 자동 제어하는 개폐판(122b)이 형성되어 입실된 가축의 종류에 따라 공기유입량을 조절할 수 있게 구성되는 것이 바람직하다.

제 12발명은, 제 1발명에서, 상기 가스 저장탱크(60)는 바이오가스에 포함된 악취를 제거할 수 있도록 탈황탱크(61)에 연결되고, 상기 탈황탱크(61)는 상기 제 1필터정화부(40)에 연결되는 것이 바람직하다.

제 13발명은, 제 2발명에서, 상기 협잡물제거조(21)와, 산생성조(22)와, 메탄생성조(23)와, 여액조(24)는 각각 독립적으로 밀폐된 구조이며, 산생성조(22)와 메탄생성조(23)의 내부 천정에는 단일 포집관(70)이 연설되어 바이오가스를 가스 저장탱크(60)에 저장할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 에너지 중립형 무취-지하 축사시스템에 따르면, 가축분뇨를 혐기발효시켜 생성되는 바이오가스를 에너지원으로 하여 축사 내 에너지중립화가 가능한 효과가 있다.

또한 가축분뇨를 혐기발효시켜 발생된 혐기소화여액은 퇴비단의 발효액으로 사용하거나 작물의 양분으로 사용할 수 있어 별도의 부가적인 생산효과를 기대할 수 있다.

또한 지중열을 이용하여 축사의 온도를 계절에 상관없이 일정 온도로 하고, 더불어 외부공기를 지열에 의해 일정 온습도의 상태로 축사 내부로 유입시켜 쾌적한 온습도를 갖게 할 수 있어 별도의 냉난방시설과, 환기시설이 필요치 않은 효과가 있다.

또한 지중에 에너지 중립형 무취-지하 축사시스템이 설치되기 때문에 토지확보의 어려움이 없고, 지상의 공간을 다른 용도로 활용할 수 있어 지상 공간의 낭비를 방지하고 지상 공간을 통한 새로운 부가가치의 창출이 가능한 이점이 있다.

또한 축사 내 악취는 완벽히 정화시켜 무취 축사시스템을 구현할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 에너지 중립형 무취-지하 축사시스템의 단면 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 축사와, 상기 축사에 연결된 제 1필터정화부와 제 2필터정화부를 도시한 평면도,
도 3은 도 1에서 발췌된 축사의 사시도,
도 4는 도 1에서 발췌된 환기부의 사시도,
도 5는 도 1에서 발췌된 제 2필터정화부의 확대도,
도 6 및 도 7은 외부공기의 유입과, 악취제거 상태를 나타내는 작동도,
도 8은 가축분뇨의 처리상태를 나타내는 작동도이다.

이하에서는 본 발명에 따른 에너지 중립형 무취-지하 축사시스템에 관하여 첨부된 도면과 함께 더불어 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 에너지 중립형 무취-지하 축사시스템의 단면 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 축사와, 상기 축사에 연결된 제 1필터정화부와 제 2필터정화부를 도시한 평면도이고, 도 3은 도 1에서 발췌된 축사의 사시도이고, 도 4는 도 1에서 발췌된 환기부의 사시도이며, 도 5는 도 1에서 발췌된 제 2필터정화부의 확대도이다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명은 지중열을 이용하여 축사의 온도를 계절에 상관없이 일정 온도로 유지하고, 또한 축사에서 발생된 가축분뇨를 수거 후 발효시켜 생성되는 바이오가스는 열병합발전기의 에너지원으로 사용하여 에너지 중립화하고, 혐기소화여액은 퇴비단의 발효에 사용하거나 작물의 양분으로 사용하며, 축사 내 악취는 지중의 토양으로 정화처리할 수 있도록 구성된 에너지 중립형 무취-지하 축사시스템(100)에 관한 것이다.

이러한 에너지 중립형 무취-지하 축사시스템(100)는 크게 5개 부분으로 이루어지는데, 이는 축사(10)와, 분뇨처리부(20)와, 환기부(30)와, 제 1필터정화부(40) 및 제 2필터정화부(50)로 구성된다.

상기 축사(10)는 지중에 매설되어 계절에 상관없이 일정한 온도를 유지할 수 있도록 구성된다.

이러한 상기 축사(10)는 도 2와 같이, 외부의 공기를 공급받을 수 있도록 환기부(30)가 연결되고, 또한 축사(10)의 악취를 바이오필터(42)와, 토양으로 정화처리할 수 있도록 제 1필터정화부(40)와 제 2필터정화부(50)가 연설되는 구조이다.

여기서 상기 환기부(30)는 지상의 공기를 지중 내부로 유도하여 지열에 의해 유입된 공기가 일정한 온도로 축사에 공급될 수 있도록 유입구(32)는 지면에 노출되고 유출구(33)는 지중을 거쳐 축사(10)의 내부로 노출될 수 있도록 구성된다. 이 때 상기 축사(10)와 연결되는 제 2필터정화부(50)에는 배기팬(P)을 통해 축사의 악취가 강제 송풍되도록 하여 결과적으로 환기부(30)를 통해 외부 공기가 유입될 수 있도록 구성된다.

아울러 환기부(30)는 지하 수십m를 경유하여 축사(10)에 연결되는 것으로 유입되는 외부공기가 지열에 의해 일정 온도로 유지될 수 있도록 구성되며, 도 4와 같이, 지하의 토사가 내부로 노출되어 열교환될 수 있도록 사각 프레임(31)을 골격으로 하여 메쉬망(M)을 연결한 구조이다. 이 때 다른 일례로 상기 환기부(30)를 관체로 구성하고 상기 관체에 외주면에 다수의 통공을 형성한 구조도 가능하다.

한편 상기 축사(10)는 외실(11)과 내실(12)로 구성되는데, 여기서 상기 외실(11)은 환기부(30)의 유출구(33)가 바닥면에 노출되어 외부공기를 공급받아 내실(12)의 내부에 구획된 돈실(122)에 개별적으로 공기가 유입될 수 있도록 기능한다.

이러한 외실(11)은 도 3과 같이, 지중의 토사가 노출되도록 메쉬망(M)이 결합된 외부창(111)이 다수 형성되어 지열에 의해 유입된 외부공기의 온도 변화를 방지할 수 있도록 구성된다.

그리고 상기 내실(12)은 상기 외실(11)의 내부에 배치되고 가축이 개별적으로 입실될 수 있도록 다수 구획된 돈실(122)이 형성된다.

이러한 상기 돈실(122)은 천정에 태양광이 입사되도록 다수의 투광창(124)이 형성될 수 있으며, 또한 인공적인 조명등(125)이 설치될 수 있음은 물론이다.

상기 돈실(122)은 외실(11)에 노출된 유출구(33)를 통해 공급되는 외부공기가 유입될 수 있도록 각각 환기구(122a)이 더 형성되는 구조이다.

따라서 상기 내실(12)의 각 돈실(122)은 환기구(122a)을 통해 외부공기가 유입되어 쾌적한 상태를 유지할 수 있도록 유지할 수 있다.

이 때 상기 각 돈실(122)의 환기구(122a)에는 공기의 유입을 자동 제어하는 개폐판(122b)이 형성되어 입실된 가축의 종류에 따라 공기유입량을 조절할 수 있게 구성할 수 있다.

한편 상기 내실(12)은 상기 각 돈실(122)의 환기구(122a)으로 유입된 공기가 돈실(122)을 거쳐 배기될 수 있도록 내부 중앙 천정을 가로지르는 메인덕트(121)를 더 포함하고, 상기 각 돈실(122)은 악취가 포집되어 메인덕트(121)로 배출될 수 있도록 메인덕트(121)와 연결되는 서브덕트(122c)를 갖는 구조이다.

그리고 상기 제 1필터정화부(40)는 악취를 정화처리할 수 있도록 메인덕트(121)와 연결되는 구조이다.

이러한 상기 제 1필터정화부(40)는 상기 내실(12)의 메인덕트(121)와 연결되는 챔버(41)와, 상기 챔버(41)의 내부에 일정간격을 두고 형성되는 바이오필터(42)와, 상기 바이오필터(42)의 전방에 배치되어 악취가 바이오필터(42) 전체로 확산될 수 있도록 악취를 균일하게 배분하는 확산판(43)으로 구성된다.

여기서 상기 바이오필터(42)는 미생물의 서식 및 원하는 양의 수분을 함유할 수 있도록 일정한 공극률를 갖는 기공으로 되어 있는 다공성 스폰지형태를 갖는 것으로 미생물들이 무기 악취를 제거할 수 있도록 구성된다.

이러한 상기 바이오필터(42)에 사용되는 미생물의 구체적 양태로는 산성 미생물로 황화계 악취물질을 정화할 수 있는 티오바실러스(Thiobacillus) 속을 사용할 수 있으며 염기성 미생물로는 질소계 악취물질을 정화할 수 있는 나이트로박터(Nitrobacte) 속 또는 나이트로소모나스(Nitrosomonas) 속을 각각 또는 함께 사용할 수 있고; 중성 미생물로는 유기계 악취물질을 정화할 수 있는 슈도모나스(Pseudomonas) 속 또는 황화계 악취물질을 정화할 수 있는 바실러스 속을 각각 또는 함께 사용할 수 있으나, 특별히 이에 한정하는 것은 아니하고 낙하되는 물에 악취를 통과시켜 악취를 제거하는 워터스크린으로도 구성할 수 있음은 물론이다.

그리고 상기 확산판(43)은 악취를 확산시켜 바이오필터(42)의 일부분으로 악취가 필터링되는 것을 방지하며, 이는 바이오필터(42)를 통한 악취의 필터링을 보다 빠르게 하고 악취의 제거를 보다 효율적으로 제거할 수 있도록 한다.

이 때 상기 확산판(43)에 형성된 통공(431)의 크기와 개수는 일정한 한정이 없으나, 다만 악취의 압력 강하가 발생되어 악취가 바이오필터를 통해 배출되지 않는 것을 방지하지 않는 크기와 개수가 선행되어야 한다.

상기 제 2필터정화부(50)는 도 5와 같이, 상기 제 1필터정화부(40)를 통해 1차 정화된 악취를 강제 흡입하여 토양과 정화층(52)에 의해 정화시키는 기능을 한다. 여기서 상기 정화층(52)과, 후술되는 정화제(56)는 왕겨, 톱밥, 목편, 코코넛 섬유, 활성탄 중 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

이러한 제 2필터정화부(50)는 상기 제 1필터정화부(40)의 챔버(41)와 연결되고 지중의 토사가 노출될 수 있도록 다수의 통공(H)이 형성된 통로부(51)와, 상기 통로부(51)의 내부로 악취가 흡입될 수 있도록 공기의 흐름을 발생시키는 배기팬(P)과, 악취가 정화되도록 통로부(51)의 상부면에 배치되는 정화층(52) 및 상기 정화층(52)에 상부에 적층되는 식물이 식재된 토사층(53)으로 구성된다.

여기서 통로부(51)는 타측으로 갈수록 점진적으로 단면적이 증가하는 형태로 이루어지며, 외주면에 다수 형성된 통공(H)을 통해 우천시 지중으로 유입된 빗물의 배수를 돕는 역할을 겸한다.

상기에서 배기팬(P)은 악취를 함유한 공기를 통로부(51)의 내부로 강제 유입시키기 위한 것으로, 본 실시예에서 배기팬(P)은 통로부(51)와 제 1필터정화부(40)의 연결부위에 설치된 것으로 예시되었으나, 그 위치에는 특별한 한정이 없다.

이러한 제 2필터정화부(50)의 구성은 배기팬(P)을 통해 유입된 악취의 일부가 1차적으로 통로부(51)의 통공(H)에 노출된 토사에 접촉시켜 일부 정화되도록 하고, 아울러 통로부(51)의 내압에 의해 정화층(52)을 거쳐 2차 정화되도록 하고, 정화층(52)을 통과한 악취를 포함한 공기가 마지막으로 토사층(53)을 거쳐 식물에 의해 자연정화될 수 있도록 한 구성이다.

한편 상기 제 2필터정화부(50)는 상기 통로부(51)의 유입되는 공기에 와류를 형성하면서 체류시간을 증대시킬 수 있도록 일정간격을 두고 지그재그 형태로 배치되는 배플(54)을 더 포함하고, 상기 배플(54)은 공기의 진행방향으로 경사지게 설치된다.

그리고 상기 각 배플(54)은 내부에 정화제(56)가 충진되고 외주면에는 다수의 통공(H)이 형성된 구조이며, 상기 통로부(51)의 천정과 바닥면이 맞닿게 양측면에서 돌출 형성되는 구조이다.

또한 상기 통로부(51)의 상부에는 악취를 정화하여 지상으로 직접 배출할 수 있는 다수의 배출통로(55)를 더 포함하되, 상기 각 배출통로(55)는 통공(H)이 형성된 틀체(551)와, 상기 틀체(551)의 내부에 충진된 정화제(56)를 더 포함구조이다.

이러한 제 2필터정화부(50)의 배플(54)은 통로부(51)로 유입된 공기가 지그재그 형태로 흐를 수 있도록 악취의 체류시간을 증대시키고, 또한 악취가 통공(H)을 통해 내부에 충진된 정화제와 접촉되도록 하여 악취를 저감할 수 있도록 구성된다.

그리고 상기 배출통로(55)는 정체 또는 와류된 공기에서 악취성분을 제거하여 지상으로 배출하는 것으로, 통로부(51)로 유입된 공기의 주 흐름에서 벗어난 위치에 배치되고, 공기의 진행방향으로 경사진 배플(54)의 후단에 설치되어 공기의 주 흐름에서 벗어나 배플(54)의 후단에서 고이는 공기를 필터링하여 지상으로 배출하는 역할을 수행한다.

또한 배출통로(55)는 통로부(51)의 말단부에도 설치된다. 따라서 악취성분을 함유한 공기가 통로부(51)에서 상기와 같은 경로를 통해 진행하면서 악취성분이 흡착됨에 따라 말단부의 배출통로를 통해 배출되는 공기에는 악취성분이 거의 잔류하지 않게 된다.

이상에서 같이 제 2필터정화부(50)의 토사층(53)은 상기 정화층(52)에 비해 공극이 작으므로, 정화층(52)을 통한 공기의 유입을 제한하는 역할을 수행한다. 따라서 통로부(51)로 유입된 공기 중 일부는 정화층(52)을 거쳐 토사층(53)을 통해 배출되기는 하지만, 그 양은 배출통로(55)를 통해 배출되는 공기 양에 비해 적다. 다만, 토사층(53)은 상기 통로부(51)의 상부 천정면 전체에 걸쳐 형성되어 있으므로, 단위 면적당 배출량은 상기 각 배출통로(55)에 비해 적지만, 전체적으로는 상기 각 배출통로(55)를 통해 배출되는 공기량과 유사하게 된다. 더구나, 배기팬(P)으로부터 유입되는 공기량이 배출통로(55)로부터 배출되는 양보다 현저히 많아져 통로부(51) 내에 압력이 발생하면 상기 토사층(53)을 통해 배출되는 공기량은 더욱 증대된다.

한편 상기 내실(12)의 각 돈실(122)은 가축에서 배출되는 가축분뇨를 별도로 집수할 수 있도록 다공판(123)을 갖는 구조이다. 여기서 상기 다공판(123)은 가축에서 배출되는 가축분뇨를 다공판(123)의 하부로 집수할 수 있도록 한 것으로, 상기 다공판(123)의 하부, 즉 축사(10)의 바닥면은 일방향으로 경사지게 형성하여 자중에 의해 가축분뇨를 유도배출할 수 있도록 구성된다.

다른 일례로, 축사(10)의 바닥면에 볼스크류(미도시) 또는 모터(미도시)와 연결된 체인(미도시)에 의해 이동되는 밀판(미도시)을 설치하여 가축분뇨를 협잡물제거조(21)에 강제 공급할 수 있도록 구성될 수 있음은 물론이다.

한편 상기 분뇨처리부(20)는 상기 축사(10)와 함께 지중에 배치되고 상기 축사(10)에서 집수된 가축분뇨를 공급받아 메탄발효시켜 혐기소화 여액화하여 작물의 양분으로 사용하고, 메탄발효시 발생되는 바이오가스는 포집하여 열병합발전기(80)의 에너지원으로 사용하는 기능을 한다.

이러한 분뇨처리부(20)는 축사(10)에서 발생된 가축분뇨를 공급받아 협잡물을 제거하는 협잡물제거조(21)와, 상기 협잡물제거조(21)에 저장된 가축분뇨를 공급받아 교반하여 가수분해시키는 산생성조(22)와, 상기 산생성조(22)에서 가수분해하여 생성되는 유기성소화여액을 공급받아 교반하여 메탄발효시켜 혐기소화여액화하는 메탄생성조(23)와, 상기 메탄생성조(23)의 혐기소화액여액을 공급받아 침전시켜 상등액은 축사(10)에 공급하여 가축분뇨의 세척수로 재사용하고, 침전혐기소화여액은 작물의 액비/퇴비로 공급되는 여액조(24)로 구성된다.

상기 협잡물제거조(21)는 축사에서 발생된 가축분뇨를 펌프로 공급받아 일시저장하여 밀폐된 공간에서 미생물에 의해 슬러리 상태로 혐기 분해시켜 협잡물을 제거하는 기능을 한다.

그리고 상기 산생성조(22)는 상기 협잡물제거조(21)에서 협잡물이 제거된 가축분뇨를 펌프를 통해 공급받아 가수분해시켜 산발효시키는 기능을 한다.

아울러 상기 메탄생성조(23)는 산생성조(22)에서 가수분해하여 생성되는 유기성소화여액을 펌프로 공급받아 수중 교반하여 혐기소화시켜 혐기여액화하는 기능을 한다.

그리고 상기 여액조(24)는 상기 메탄생성조(23)의 혐기소화액여액을 펌프로 공급받은 다음 침전시켜 상등액은 축사에 공급하여 가축분뇨의 세척수로 재사용하고, 침전 혐기소화여액은 외부로 배출하여 액비/퇴비생산에 활용하거나 작물의 양분으로 사용된다.

여기서 산생성조(22) 및 메탄생성조(23)는 각각 혐기발효시 발생되는 바이오가스를 포집할 수 있도록 각 내부 천정에는 단일 포집관(70)이 연설되어 바이오가스를 가스 저장탱크(60)에 저장할 수 있도록 구성된다.

이 때 산생성조(22) 및 메탄생성조(23)는 지중에 매설되는 구조이기 때문에 별도의 에너지원 없이 온도변화를 최소화하여 보온의 효과를 극대화할 수 있게 구성될 수 있으며, 이외에 가온시켜 혐기성 미생물에 의한 혐기소화가 촉진될 수 있도록 온수파이프(H/P) 또는 히팅코일을 더 설치하여 구성될 수 있음은 물론이다.

상기에서 협잡물제거조(21)와, 산생성조(22)와, 메탄생성조(23)와, 여액조(24)는 각각 독립적으로 밀폐되는 구조인데 다른 일례로, 협잡물제거조(21)와, 산생성조(22)와, 메탄생성조(23)와, 여액조(24)를 하나로 일체화시키고 구획격판으로 구획한 후 내용물이 구획격판으로 월류될 수 있게 구성할 수 있음은 물론이다.

아울러 분뇨처리부(20)의 산생성조(22)와 메탄생성조(23)의 바이오가스는 포집관(70)을 통해 포집되어 가스 저장탱크(60)에 저장된다. 이 때 가스 저장탱크(60)에 바이오가스를 저장하기에 앞서 탈황탱크(61)에서 바이오가스를 세정하여 양질의 바이오가스가 가스 저장탱크(60)로 저장될 수 있도록 구성된다.

이 때 바이오가스를 세정하는 과정에서 발생된 유해가스는 상기 제 1필터정화부(40)에 연결되는 상술된 일련의 과정을 거쳐 정화처리된다.

이러한 구성은 탈황탱크(61)를 통해 바이오가스를 세정하여 고순도의 바이오가스를 생성할 수 있으며, 이러한 고순도의 바이오가스는 열병합발전기(80)의 에너지원으로 사용되어 결과적으로 본 발명의 축사시스템이 외부 에너지를 사용할 필요가 없는 에너지중립화를 이룰 수 있는 구조를 마련할 수 있다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 지면에는 빗물을 집수할 수 있는 수로(91)를 형성하고, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 수로(91)와 연결되는 우수집수조(90)를 지중에 설치하여 수로(91)를 통해 집수된 빗물을 저장할 수 있도록 구성할 수 있다.

이러한 우수집수조(90)는 축사(10) 내부의 청소수 및 관리수로 활용할 수 있으며, 또한 기타 작물의 수분공급에 사용할 수 있어 별도의 상수도시설 사용을 억제하여 시설 운영비를 절감할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 에너지 중립형 무취-지하 축사시스템의 악취제거의 작동설명을 하기로 한다.

도 6 및 도 7은 외부공기의 유입과, 악취제거 상태를 나타내는 작동도이다.

먼저 외부공기는 제 2필터정화부(50)의 배기팬(P)에 의해 발생된 내압에 의해 환기부(30)를 통해 축사(10)의 내부로 강제 유입된다.

이 때 환기부(30)는 메쉬망(M) 형태로 지중에 매설되기 때문에 유입되는 외부공기는 토사에 노출되어 지열에 의해 일정한 온습도로 축사(10)의 외실(11)로 유입된다.

여기서 외실(11) 역시 메쉬망(M)이 결합된 외부창(111)이 다수 형성되어 있어 유입된 공기의 온습도가 지열에 의해 영향을 받지 않게 되어 외실(11) 내부의 온습도를 쾌적한 상태로 유지할 수 있게 된다.

그리고 축사(10)의 외실(11)로 유입된 공기는 내실(12)의 각 돈실(122)로 유입된다.

이 때 각 돈실(122)의 환기구(122a)에는 개별적으로 개폐되는 개폐판(122b)이 결합되어 있어 각 돈실(122)의 온습도를 개별적으로 제어할 수 있다.

각 돈실(122)에 유입된 공기는 가축의 분뇨에 의해 발생되는 악취와 함께 서브덕트(122c)로 유입된다.

이 때 상기 각 서브덕트(122c)는 메인덕트(121)와 연결되어 있어 각 돈실(122) 내부에 발생된 악취는 메인덕트(121)를 통해 제 1필터정화부(40)로 유입된다.

제 1필터정화부(40)로 유입된 악취를 포함하는 공기는 제 1필터정화부(40)의 확산판(43)을 거쳐 확산되어 바이오필터(42)를 통해 정화되고, 정화된 공기는 배기팬(P)을 통해 제 2필터정화부(50)의 내부로 유입된다.

제 2필터정화부(50)로 유입된 일부 악취는 1차적으로 통로부(51)의 통공(H)에 노출된 토사에 접촉시켜 일부 정화되도록 하고, 아울러 통로부(51)의 내압에 의해 정화층(52)을 거쳐 2차 정화되도록 하고, 정화층(52)을 통과한 악취를 포함한 공기가 마지막으로 토사층(53)을 거쳐 식물에 의해 자연정화될 수 있도록 한 구성이다.

또한 일부 악취는 통로부(51)의 내부에 배치된 배플(54) 내부의 정화제(56)와 접촉되어 정화되고, 대부분의 악취는 통로부(51)의 상부에 배치된 배출통로(55)로 배출되며, 배출통로(55) 역시 내부에는 정화제가 충진되어 있어 악취성분을 제거한 상태로 외부로 배출된다.

따라서 제 2필터정화부(50)를 거쳐 외부로 배출되는 공기에는 악취성분이 거의 잔류하지 않게 되어 냄새가 전혀 나지 않는 무취의 효과를 이룰 수 있게 된다.

이하에서는 본 발명의 에너지 중립형 무취-지하 축사시스템의 분뇨처리에 관하여 간단히 설명하기로 한다.

도 8은 가축분뇨의 처리상태를 나타내는 작동도이다.

먼저 각 돈실(122)의 가축분뇨는 다공판(123)을 통해 내실(12)의 바닥면으로 낙하되고, 낙하된 가축분뇨는 일방향으로 경사진 바닥면에 의해 분뇨처리부(20)의 협잡물제거조(21)로 유입된다.

그리고 가축분뇨는 산생성조(22)와, 메탄생성조(23)와 여액조(24)를 거치면서 혐기소화 여액화되어 액비 또는 퇴비단의 발효에 사용되거나 작물의 양분으로 사용된다.

이 때 분뇨처리부(20)는 지중에 매설되기 때문에 온도변화가 거의 없고 지열에 의해 보온의 상태가 유지됨으로 작은 에너지로 가축분뇨의 메탄발효와 함께 가수분해를 촉진시킬 수 있다.

보다 상세하게는 협잡물제거조(21)에 유입된 가축분뇨는 밀폐된 공간에서 미생물에 의해 슬러리상태로 혐기 분해되어 협잡물을 제거하게 된다.

혐기 분해된 슬러리는 펌핑에 의해 산생성조(22)로 공급되어 가수분해시 발생되는 바이오가스를 포집관(70)를 통해 포집한다.

산생성조(22)에서 가수분해된 유기성소화여액을 펌핑에 의해 메탄생성조(23)로 공급하여 메탄균에 혐기소화여액화된다. 이 때 발생되는 바이오스가스 역시 포집관(70)에 의해 포집된다.

상기 메탄생성조(23)의 혐기소화여액은 여액조(24)로 펌핑되고, 침전된 슬러리를 외부로 배출하여 퇴비단의 혐기소화여액으로 사용되거나 작물의 양분으로 사용된다.

그리고 여액조(24)의 상등액은 펌핑되어 축사의 세척수로 재활용된다.

아울러 포집된 바이오가스는 탈황탱크(61)를 거쳐 고순도의 바이오가스만이 가스 저장탱크(60)로 저장될 수 있도록 한다.

마지막으로 가스 저장탱크(60)의 고순도의 바이오가스는 열병합발전기(80)의 에너지원으로 사용되어 결과적으로 본 발명의 축사시스템이 외부 에너지를 사용할 필요가 없는 에너지중립화를 이룰 수 있다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.

10: 축사 11: 외실 111: 외부창
12: 내실 121: 메인덕트
122: 돈실 122a: 환기구
122b: 개폐판 122c: 서브덕트
123: 다공판 124: 투광창
125: 조명등
20: 분뇨처리부 21: 협잡물제거조 22: 산생성조
23: 메탄생성조 24: 여액조
30: 환기부 31: 프레임 32: 유입구
33: 유출구
40: 제 1필터정화부 41: 챔버 42: 바이오필터
43: 확산판 431: 통공
50: 제 2필터정화부 51: 통로부 52: 정화층
53: 토사층 54: 배플
55: 배출통로 551: 틀체
56: 정화제
60: 가스 저장탱크 61: 탈황탱크
70: 포집관
80: 열병합발전기
90: 우수집수조 91: 수로
H: 통공 M: 메쉬망 P: 배기팬
H/P: 온수파이프
100: 에너지 중립형 무취-지하 축사시스템

Claims

지중에 매설되는 축사(10);
상기 축사(10)와 함께 지중에 배치되고 상기 축사(10)에서 집수된 가축분뇨를 공급받아 메탄발효시켜 혐기소화 여액하여 퇴비단의 발효액으로 사용하거나 액비화하고, 메탄발효시 생성된 바이오가스는 포집하여 에너지원으로 사용하는 분뇨처리부(20);
지상의 공기를 지중 내부로 유도하여 지열에 의해 유입된 공기가 일정한 온도로 축사(10)에 공급될 수 있도록 유입구(32)는 지면에 노출되고 유출구(33)는 지중을 거쳐 축사(10)의 바닥면으로 노출되는 환기부(30);
상기 축사(10) 내 악취를 필터링하여 정화하는 제 1필터정화부(40);
상기 제 1필터정화부(40)를 통해 정화된 악취를 강제 송풍시켜 토양과 필터에 의해 정화시키는 제 2필터정화부(50);를 포함하여 이루어지되,
상기 분뇨처리부(20)에서 발생된 바이오가스는 탈황과정을 거쳐 가스 저장탱크(60)에 저장하여 열병합발전기(80)의 에너지원으로 사용하고, 상기 열병합발전기(80)를 통해 생성되는 전기와 열은 축사(10)와 분뇨처리부(20)와 제 2필터정화부(50)에 사용되는 것을 특징으로 하는 에너지 중립형 무취-지하 축사시스템.
제 1항에 있어서,
상기 분뇨처리부(20)는 축사(10)에서 발생된 가축분뇨를 공급받아 협잡물을 제거하는 협잡물제거조(21)와, 상기 협잡물제거조(21)에 저장된 가축분뇨를 공급받아 교반하여 가수분해시키는 산생성조(22)와, 상기 산생성조(22)에서 가수분해하여 생성되는 유기성소화여액을 공급받아 교반하여 메탄발효시켜 혐기소화여액화하는 메탄생성조(23)와, 상기 메탄생성조(23)의 혐기소화액여액을 공급받아 침전시켜 상등액은 축사(10)에 공급하여 가축분뇨의 세척수로 재사용하고, 침전 혐기소화여액은 퇴비단의 발효에 사용되거나 작물의 양분으로 사용되는 여액조(24)로 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 중립형 무취-지하 축사시스템.
제 1항에 있어서,
상기 축사(10)는 환기부(30)의 유출구(33)가 바닥면에 외부공기를 공급받고 지중의 토사가 노출되도록 메쉬망(M)이 결합된 외부창(111)이 형성되는 외실(11)과, 상기 외실(11)의 내부에 배치되고 가축이 개별적으로 입실될 수 있도록 다수 구획된 돈실(122)이 형성되는 내실(12)로 구성되되,
상기 각 돈실(122)은 외실(11)의 내부로 노출되는 유출구(33)를 통해 공급되는 외부공기가 유입될 수 있도록 각각 환기구(122a)이 더 형성되고,
상기 내실(12)은 상기 각 돈실(122)의 환기구(122a)으로 유입된 공기가 돈실(122)을 거쳐 배기될 수 있도록 상기 각 돈실(122)을 가로지르는 메인덕트(121)를 더 포함하고,
상기 각 돈실(122)은 악취가 포집되어 메인덕트(121)로 배출될 수 있도록 메인덕트(121)와 연결되는 서브덕트(122c)를 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 중립형 무취-지하 축사시스템. ,
제 1항에 있어서
상기 환기부(30)는 지중에 매설된 부위가 사각 프레임(31)을 골격으로 하여 메쉬망(M)을 형성된 구조로 외부공기가 지열에 영향을 받도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 중립형 무취-지하 축사시스템.
제 1항에 있어서,
상기 제 1필터정화부(40)는 상기 내실(12)의 메인덕트(121)와 연결되는 챔버(41)와, 상기 챔버(41)의 내부에 일정간격을 두고 형성되는 바이오필터(42)와, 상기 바이오필터(42)의 전방에 배치되어 악취가 바이오필터(42) 전체로 확산될 수 있도록 악취를 균일하게 배분하는 다수의 통공(431)이 형성된 확산판(43)으로 구성하되,
상기 바이오필터(42)는 미생물의 서식 및 원하는 양의 수분을 함유할 수 있도록 일정한 공극률를 갖는 기공으로 되어 있는 다공성 스폰지형태를 갖는 것으로 미생물들이 무기 악취를 제거할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 중립형 무취-지하 축사시스템.
제 5항에 있어서,
상기 제 2필터정화부(50)는 상기 제 1필터정화부(40)의 챔버(41)와 연결되고 지중의 토사가 노출될 수 있도록 다수의 통공(H)이 형성된 통로부(51)와, 상기 통로부(51)의 내부로 악취가 흡입될 수 있도록 공기의 흐름을 발생시키는 배기팬(P)와, 악취가 정화되도록 통로부(51)의 상부면에 배치되는 정화층(52) 및 상기 정화층(52)에 상부에 적층되는 식물이 식재된 토사층(53)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 중립형 무취-지하 축사시스템.
제 6항에 있어서,
상기 통로부(51)는 타측으로 갈수록 점진적으로 단면적이 증가하는 형태로 이루이지며, 배기팬(P)에 의해 강제 유입되는 공기에 와류를 형성하면서 체류시간을 증대시킬 수 있도록 일정간격을 두고 지그재그 형태로 배치되는 배플(54)을 더 포함하되, 상기 배플(54)은 공기의 진행방향으로 경사지게 설치되는 것을 특징으로 하는 에너지 중립형 무취-지하 축사시스템.
제7항에 있어서,
상기 각 배플(54)은 내부에 정화제(56)가 충진되고 외주면에는 다수의 통공(H)이 형성된 구조이며, 상기 통로부(51)의 천정과 바닥면이 맞닿게 양측면에서 돌출 형성되는 구조인 것을 특징으로 하는 에너지 중립형 무취-지하 축사시스템.
제 6항에 있어서,
상기 통로부(51)의 상부에는 악취를 정화하여 지상으로 직접 배출할 수 있는 다수의 배출통로(55)를 더 포함하되, 상기 각 배출통로(55)는 통공(H)이 형성된 틀체(551)와, 상기 틀체(551)의 내부에 충진된 정화제(56)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 중립형 무취 지하-축사시스템.
제 6항에 있어서,
상기 정화층(52) 및 정화제(56)은 왕겨, 톱밥, 목편, 코코넛 섬유, 활성탄 중 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지 중립형 무취 지하-축사시스템.
제 3항에 있어서,
상기 각 돈실(122)의 환기구(122a)에는 공기의 유입을 자동 제어하는 개폐판(122b)이 형성되어 입실된 가축의 종류에 따라 공기유입량을 조절할 수 있게 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 중립형 무취 지하-축사시스템.
제 1항에 있어서,
상기 가스 저장탱크(60)는 바이오가스에 포함된 악취를 제거할 수 있도록 탈황탱크(61)에 연결되고, 상기 탈황탱크(61)는 상기 제 1필터정화부(40)에 연결되는 것을 특징으로 하는 에너지 중립형 무취-지하 축사시스템.
제 2항에 있어서,
상기 협잡물제거조(21)와, 산생성조(22)와, 메탄생성조(23)와, 여액조(24)는 각각 독립적으로 밀폐된 구조이며, 산생성조(22)와 메탄생성조(23)의 내부 천정에는 단일 포집관(70)이 연설되어 바이오가스를 가스 저장탱크(60)에 저장할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 중립형 무취-지하 축사시스템.