KR101516012B1 - 유기성 폐기물 처리 시스템 및 아임계수전처리를 이용한 유기성 폐기물 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 아임계수전처리를 이용한 유기성 폐기물 처리 방법이 수행되는 유기성 폐기물 처리 시스템에는 유기성 폐기물이 유입되는 아임계수 반응 챔버(23), 혐기성 소화에서 메탄 가스발생을 촉진하는 아임계수조건이 형성되도록 스팀(Steam)을 공급하는 스팀보일러(30), 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)반응시 유기성 폐기물의 유동성이 촉진되도록 모터(50)의 360도 회전마다 직선이동방향이 역전되는 직선왕복운동으로 유기성 폐기물에 물리적 힘을 가해주는 왕복 교반기(60), 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)반응 후 상기 아임계수 반응 챔버(23)에 존재하는 스팀을 빼내주는 스팀 콘덴서(70)로 구성된 열수 전처리 장치(2)가 포함됨으로써 바이오가스 생산량을 크게 증대시켜주는 유기성 폐기물의 가용화 향상과 더불어 혐기성 소화공정의 반응 속도 및 효율 향상이 이루어지고, 특히 약 80%까지 증가한 가용화율로 바이오가스 생산도 아임계수전처리(subcritical water pretreatment) 전 대비 약 300%의 가스증산이 이루어지는 특징을 갖는다.
Description
본 발명은 유기성 폐기물에 의한 바이오가스 생산에 관한 것으로, 특히 혐기성 소화에서 메탄 가스발생 촉진을 위한 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)가 적용된 유기성 폐기물 처리 시스템 및 아임계수전처리를 이용한 유기성 폐기물 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 혐기성 소화 기술은 미생물을 이용하여 하폐수 슬러지, 음식폐기물, 축산 분뇨와 같은 유기성 폐기물이 액상 및 반고상폐기물로 처리됨으로써 부산물로 메탄 연료 생산이 이루어질 뿐만 아니라 소각이나 매립하는 폐기물 양도 크게 감소되는 장점이 있다.
이러한 혐기성 소화에 의한 유기성 폐기물 처리에 바이오가스 생산 기술을 접목한 예로, 혐기성 소화 방식에 열화학 처리의 일종인 아임계수처리를 도입한 아임계수처리 혐기성 소화 기술을 예로 들 수 있다.
상기 아임계수처리 혐기성 소화 기술은 유기성 폐기물의 단시간 물리화학적 분해로 혐기성 소화 효율 향상을 가져오고, 이러한 혐기성 소화 시간 단축을 통해 바이오가스 생산량도 크게 증대되는 효과를 가져 올 수 있다. 그러므로, 아임계수처리 혐기성 소화 기술에서는 슬러지 형태의 셀을 이루거나 음식물처럼 바이오매스 형태의 셀 형태 구성을 갖는 유기성 폐기물의 처리 시 미생물의 긴 소화기간 및 낮은 소화 효율일 수밖에 없던 혐기성 소화 방식의 단점을 해소함으로써 효과적인 바이오가스 생산 기술로 대두되고 있다.
하지만, 아임계수처리 혐기성 소화 방식에서는 메탄가스 생산량이 유기성 폐기물 가용화율, 혐기성 소화공정의 반응 속도 및 효율로 크게 좌우됨으로써 슬러지 분해 능력과 가수분해반응성을 향상할 수 있는 아임계수처리 기술에 대한 의존성이 매우 높을 수밖에 없다.
이로 인해, 아임계수처리 혐기성 소화 방식에 의한 바이오가스 생산 기술에서는 슬러지에 대한 혐기성 미생물의 분해 능력을 향상함으로써 유기성 폐기물 가용화율이 향상되고, 가수분해반응을 율속 단계에서 촉진함으로써 혐기성 소화공정의 반응 속도 및 효율이 향상되고, 이로부터 메탄가스 생산량이 크게 증대되는 아임계수처리 기술에 대한 필요성이 커지고 있다.
특히, 2012년 시행된 유기성 폐기물의 해양배출 금지가 더해지는 환경강화상황에서 하폐수 슬러지, 음식폐기물, 축산 분뇨와 같은 유기성 폐기물이 증가될 수밖에 없는 측면이 고려될 때, 메탄가스 생산과 함께 폐기물 부피 축소가 동시에 가능한 아임계수처리 혐기성 소화 방식에 의한 바이오가스 생산 기술의 확대가 더욱 절실할 수밖에 없다.
이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)로 슬러지 고리 구조 약화를 가져오는 화학적인 작용으로 유기성 폐기물의 가수분해반응을 촉진하고, 유기성 폐기물에 가해지는 물리적 힘으로 아임계수조건(subcritical water condition)에서 슬러지의 세포벽 분해를 가져오는 분해 성능이 향상됨으로써 바이오가스 생산량 증대를 위한 유기성 폐기물의 가용화 향상과 더불어 혐기성 소화공정의 반응 속도 및 효율 향상이 가능한 유기성 폐기물 처리 시스템 및 아임계수전처리를 이용한 유기성 폐기물 처리 방법의 제공에 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 유기성 폐기물 처리 시스템에는 아임계수 전처리 반응조, 스팀보일러, 수평 교반기, 스팀 콘덴서를 갖추고, 혐기성 소화에서 메탄 가스발생을 촉진하는 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)반응이 이루어지는 아임계수전처리 장치가 포함되고; 상기 아임계수 전처리 반응조는 상기 유기성 폐기물을 유입해 상기 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)반응을 수행해 상기 유기성 폐기물이 아임계수 전처리 반응물로 전환시켜주고, 상기 스팀보일러는 상기 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)반응을 위한 아임계수조건이 형성되도록 상기 아임계수 전처리 반응조에 스팀(Steam)을 공급하며, 상기 수평 교반기는 상기 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)반응 시 모터의 360도 회전마다 직선이동방향이 역전되는 직선왕복운동으로 상기 유기성 폐기물에 물리적 힘을 가해주며, 상기 스팀 콘덴서는 상기 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)반응 후 상기 아임계수 반응 챔버에 존재하는 스팀을 빼내주는 것을 특징으로 한다.
상기 모터는 상기 아임계수 전처리 반응조의 외부에 설치되고; 상기 수평 교반기는 상기 아임계수 전처리 반응조의 외부에서 상기 모터와 연결되어 회전되는 크랭크 샤프트, 상기 크랭크 샤프트의 180도 회전마다 직선이동방향이 역전되는 직선왕복운동으로 상기 유기성 폐기물에 물리적 힘을 가해주는 블레이드 커넥팅 로드로 구성된다. 상기 유기성 폐기물에 가하는 물리적 힘은 상기 유기성 폐기물을 밀어내거나 당겨주도록 상기 블레이드 커넥팅 로드에 구비된 다수의 블레이드로 이루어진다. 상기 블레이드 커넥팅 로드는 각각의 축 길이가 서로 다른 제1,2,3 블레이드 커넥팅 로드로 구성된다.
상기 아임계수 전처리 반응조는 상기 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)반응 후 상기 유기성 폐기물이 아임계수 전처리 반응물로 전환되는 아임계수 반응 챔버, 상기 아임계수 반응 챔버를 외부와 밀폐시킨 워터자켓 프레임, 상기 유기성 폐기물 유입하는 챔버 인렛, 상기 아임계수 전처리 반응물이 외부로 빠져나가는 챔버 아웃렛을 포함하고, 상기 워터자켓 프레임은 상기 아임계수 반응 챔버의 아임계수조건을 180~200℃온도와 15~16기압으로 유지시켜준다. 상기 워터자켓 프레임에는 상기 아임계수 반응 챔버로 스팀(Steam)을 공급하도록 상기 스팀보일러에 이어진 스팀공급라인이 연결되고, 상기 아임계수 반응 챔버내 스팀(Steam)을 빼주도록 상기 스팀 콘덴서에 이어진 스팀제거라인이 연결된다.
상기 스팀보일러는 상기 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)반응이 일어나는 상기 아임계수 전처리 반응조의 아임계수 반응 챔버로 이어진 스팀공급라인을 구비하고, 상기 스팀공급라인에는 상기 스팀보일러에서 상기 아임계수 반응 챔버로 공급되는 스팀 흐름을 제어하는 스팀공급밸브가 구비된다.
상기 스팀 콘덴서는 상기 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)반응이 일어나는 상기 아임계수 전처리 반응조의 아임계수 반응 챔버로 이어진 스팀제거라인을 구비하고, 상기 스팀제거라인에는 상기 아임계수 반응 챔버에서 상기 스팀 콘덴서로 빠져나가는 스팀 흐름을 제어하는 스팀배출밸브가 구비된다.
상기 아임계수전처리 장치에는 상기 유기성 폐기물을 공급하는 유기성 폐기물 저장조와 상기 아임계수 전처리 반응물을 공급받아 처리후 슬러지로 전환하는 전처리 후 저장조가 연결되며, 상기 전처리 후 저장조에는 상기 처리후 슬러지를 공급받아 혐기성 소화 후 소화슬러지로 전환시키는 혐기성 소화 장치가 연결되고, 상기 혐기성 소화 장치에는 상기 소화슬러지의 전환으로 생산된 바이오가스를 뽑아 저장하는 바이오가스 저장조와 상기 소화슬러지의 생성 후 찌거기인 슬러지 폐기물이 배출되어 저장되는 소화슬러지 저장조가 연결된다.
상기 유기성 폐기물 저장조에는 상기 유기성 폐기물을 펌핑하는 유기성 폐기물 펌프가 구비되고, 상기 혐기성 소화 장치에는 상기 처리후 슬러지를 펌핑하는 처리후 슬러지 펌프가 구비되며, 상기 바이오가스 저장조에는 상기 처리후 슬러지의 혐기성 소화의 결과로 생성된 소화슬러지에서 생산된 바이오가스를 뽑아내는 바이오가스 펌프가 구비되고, 상기 소화슬러지 저장조에는 상기 처리후 슬러지의 혐기성 소화의 결과로 생성된 소화슬러지에서 발생된 슬러지 페기물을 펌핑하는 슬러지 페기물 펌프가 구비된다.
상기 아임계수전처리 장치의 상기 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)반응은 배치 컨트롤러로 제어되고, 상기 배치 컨트롤러는 상기 유기성 폐기물 펌프, 상기 처리후 슬러지 펌프, 상기 바이오가스 펌프, 상기 페기물 펌프의 각각을 제어하며, 상기 배치 컨트롤러의 제어는 상기 유기성 폐기물 저장조, 상기 아임계수전처리 장치, 상기 혐기성 소화 장치, 상기 바이오가스 저장조, 상기 소화슬러지 저장조를 시간순으로 순차 제어하는 배치제어이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 아임계수전처리를 이용한 유기성 폐기물 처리 방법은 유기성 폐기물 저장조에서 유기성 폐기물을 펌핑하고, 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)반응이 이루어지는 아임계수전처리 반응기로 상기 유기성 폐기물을 공급하는 유기성 폐기물 이동 배치제어; 200℃ 온도 및 15기압의 아임계수조건(subcritical water condition)에서 상기 아임계수 전처리 반응조가 상기 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)반응을 수행하고, 상기 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)반응 시 유기성 폐기물의 유동성을 촉진하는 물리적 힘이 가해져 상기 유기성 폐기물(A)이 아임계수 전처리 반응물로 전환되고, 상기 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)반응 후 상기 아임계수 전처리 반응물을 처리후 슬러지로 전환시키는 전처리 후 저장조로 배출되는 아임계수 전처리 배치제어; 상기 처리후 슬러지를 펌핑해 혐기성 소화 장치로 이동시키고, 상기 혐기성 소화 장치에 혐기성 소화 조건을 형성시켜 소화슬러지로 전환하는 혐기성 소화 배치제어; 상기 소화슬러지의 생성시 생산된 바이오가스를 상기 혐기성 소화 장치로부터 뽑아내어 바이오가스 저장조에 저장하고, 상기 혐기성 소화 장치로부터 상기 소화슬러지를 펌핑해 슬러지 페기물로 소화슬러지 저장조에 저장하는 바이오가스 생산 배치제어; 로 구분된 것을 특징으로 한다.
상기 아임계수 전처리 배치제어에서, 상기 아임계수조건(subcritical water condition)은 상기 아임계수 전처리 반응조에 공급되는 스팀보일러의 스팀(Steam)으로 형성되고, 상기 물리적 힘은 모터의 360도 회전마다 직선이동방향이 역전되는 직선왕복운동을 상기 유기성 폐기물에 전달하는 수평 교반기로 발생되며, 상기 아임계수 전처리 반응물의 배출 전 상기 아임계수 전처리 반응조에 존재하는 스팀(Steam)이 스팀 콘덴서로 배출된다.
상기 혐기성 소화 배치제어가 수행되면, 상기 유기성 폐기물 이동 배치제어가 다시 수행된다. 상기 바이오가스 생산 배치제어가 수행되면, 상기 아임계수 전처리 배치제어가 다시 수행된다.
상기 유기성 폐기물에는 하폐수 슬러지, 음식폐기물, 축산 분뇨가 포함된다. 상기 유기성 폐기물 이동 배치제어, 상기 아임계수 전처리 배치제어, 상기 혐기성 소화 배치제어, 상기 바이오가스 생산 배치제어는 배치 컨트롤러의 배치공정(BATCH Process)으로 제어된다.
이러한 본 발명은 혐기성 소화에서 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)가 적용됨으로써 혐기성 미생물에 의한 분해가 어려운 슬러지 등의 유기성 폐기물을 아임계수처리를 통하여 유기성 폐기물의 가용화율을 향상시키고, 율속단계인 가수분해 반응을 촉진시킴으로서 혐기성 소화공정의 반응 속도 및 효율 향상에 따른 바이오가스 생산량 증대가 이루어지는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)시 약 180~200℃의 온도와 약 2.0 MPa의 고압을 갖는 아임계수 조건이 적용됨으로써 유기성 폐기물중 고농도의 하수슬러지에 대한 우수한 물리/화학적 영향으로 가용화율 증가와 가스 발생 증가와 같은 효과가 있다.
또한, 본 발명은 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)를 통한 율속단계 단축이 이루어짐으로써 혐기성 소화조의 크기 축소가 가능하고, 바이가스 생산 설비에 대한 건설 및 관리 비용도 감소되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)를 통해 가용화된 물질은 처리전과 비교하여 혐기성 소화 미생물의 생장에 필요한 영양물질(Nutrient)로 활용되기가 용이하고, 특히 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)전 대비 생물학적 분해 용이한 유기물 형태(Biodegradable organic compounds)로 전환되는 가용화율이 약 80%까지 증가함으로써 바이오가스 생산도 아임계수전처리(subcritical water pretreatment) 전 대비 약 300%의 가스증산이 이루어지는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)를 통해 바이오가스 생산이 크게 늘어남으로써 국내의 2010년 기준 년간 약 6,000,000톤에 달하는 유기성 하·폐수슬러지가 잠재하고 있는 약 30만 TOE의 에너지 이용이 촉진될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 혐기성 소화에서 메탄 가스발생 촉진을 위한 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)가 적용된 바이오가스 생산설비로 구축됨으로써 2012년을 기준으로 해양투기 금지된 하폐수 슬러지 처리에 대한 해소방안이 될 수 있고, 특히 슬러지 등의 유기성 페기물 등을 이용한 바이오연료 성장이 증가되고 있는 글로벌 시장에서 'zero waste & emission'에 근접한 기술로 유기성 폐기물이 보유한 자원 및 에너지원 회수 기술로서 자리매김할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유기성 폐기물 처리 시스템 구성이며, 도 2는 본 발명에 따른 유기성 폐기물 처리 시스템을 이루는 아임계수전처리 장치의 변형예이고, 도 3,4,5는 본 발명에 따른 아임계수전처리를 이용한 유기성 폐기물 처리 방법 순서도이며, 도 6은 본 발명에 따른 유기성 폐기물 이동 배치제어 시 유기성 폐기물 처리 시스템 가동상태이고, 도 7은 본 발명에 따른 아임계수 전처리 배치제어 시 유기성 폐기물 처리 시스템 가동상태이며, 도 8은 본 발명에 따른 아임계수 전처리 배치제어 시 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)반응으로 향상된 가용화 효과선도이며, 도 9는 본 발명에 따른 혐기성 소화 배치제어 시 유기성 폐기물 처리 시스템 가동상태이고, 도 10은 본 발명에 따른 혐기성 소화 배치제어 시 바이오가스 발생량 선도이며, 도 11은 본 발명에 따른 바이오가스 생산 배치제어 시 유기성 폐기물 처리 시스템 가동상태이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 실시예에 따른 유기성 폐기물 처리 시스템 구성을 나타낸다.
도시된 바와 같이, 유기성 폐기물 처리 시스템은 유기성 폐기물 저장조(1), 아임계수전처리 장치(2), 전처리 후 저장조(3), 혐기성 소화 장치(4), 바이오가스 저장조(5), 소화슬러지 저장조(6)로 구성되고, 혐기성 소화에서 메탄 가스발생 촉진을 위한 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)가 적용된 배치공정(BATCH Process)을 수행하는 배치 컨트롤러(10)가 포함한다.
상기 유기성 폐기물에는 메탄가스가 생산될 수 있는 모든 종류의 폐기물을 의미한다. 다만, 본 실시예에서는 하폐수 슬러지, 음식폐기물, 축산 분뇨 등을 유기성 폐기물로 칭한다.
상기 유기성 폐기물 저장조(1)는 유기성 폐기물을 모아서 저장하고, 유기성 폐기물을 아임계수전처리 장치(2)로 공급한다. 이를 위해, 상기 유기성 폐기물 저장조(1)에는 아임계수전처리 장치(2)로 이어진 유기성 폐기물 이동라인에 설치된 유기성 폐기물 펌프(1-1)가 구비된다. 상기 유기성 폐기물 펌프(1-1)는 배치 컨트롤러(10)로 가동됨으로써 유기성 폐기물 저장조(1)에서 펌핑된 유기성 폐기물이 아임계수전처리 장치(2)로 공급된다. 배치 컨트롤러(10)에 의한 유기성 폐기물 펌프(1-1)의 가동은 유기성 폐기물 이동 배치제어를 의미한다.
상기 아임계수전처리 장치(2)는 배치 컨트롤러(10)로 가동됨으로써 유기성 폐기물 저장조(1)에서 공급된 유기성 폐기물에 물과 무산조 조건과 열과 압력에 의한 아임계수조건(subcritical water condition)을 만들고, 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)를 실시한다. 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)의 결과로 유기성 폐기물을 아임계수 전처리 반응물로 전환되고, 상기 아임계수 전처리 반응물은 전처리 후 저장조(3)로 배출된다. 그러므로, 상기 아임계수전처리 장치(2)는 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)장치를 의미한다.
이러한 상기 아임계수전처리 장치(2)는 유기성 폐기물 이동라인으로 유기성 폐기물 저장조(1)와 연결되고, 아임계수 전처리 반응물 배출라인으로 전처리 후 저장조(3)와 연결된다. 배치 컨트롤러(10)에 의한 아임계수 전처리 장치(2)의 가동은 아임계수 전처리 배치제어를 의미한다. 여기서, 상기 아임계수조건(subcritical water condition)은 중온과 고압을 이용하여 고온에서 액체의 조건으로 만들어주는 물의 조건을 의미하고, 아임계수가 촉매 작용을 함으로써 가수분해 촉진 및 물리적 구조가 약해진다.
상기 전처리 후 저장조(3)는 아임계수 전처리 반응물을 모아 온도가 낮춰진 처리후 슬러지로 전환시켜준다.
상기 혐기성 소화 장치(4)는 배치 컨트롤러(10)로 가동됨으로써 전처리 후 저장조(3)의 처리후 슬러지를 펌핑해 혐기성 소화가 일어나는 소화슬러지로 전환시켜주고, 그 결과로 바이오가스와 슬러지 폐기물을 생산한다. 이를 위해, 상기 혐기성 소화 장치(4)에는 혐기성 소화 장치(4)와 전처리 후 저장조(3)를 이어주는 처리후 슬러지 이동라인에 설치된 처리후 슬러지 펌프(4-1)가 구비되고, 더불어 처리후 슬러지 이동라인에서 분기되어 혐기성 소화 장치(4)로 이어진 처리후 슬러지 우회라인에 설치된 처리후 슬러지 보조펌프(4-2)가 구비된다. 배치 컨트롤러(10)에 의한 혐기성 소화 장치(4)의 가동은 혐기성 소화 배치제어를 의미한다.
상기 바이오가스 저장조(5)는 혐기성 소화의 결과로 소화슬러지에서 생산된 바이오가스를 모아서 저장한다. 이를 위해, 상기 바이오가스 저장조(5)에는 혐기성 소화 장치(4)로 이어진 바이오가스 이동라인에 설치된 바이오가스 펌프(5-1)가 구비된다. 상기 소화슬러지 저장조(6)는 혐기성 소화의 결과로 소화슬러지에서 만들어진 슬러지 페기물을 모아서 저장한다. 이를 위해, 상기 소화슬러지 저장조(6)에는 혐기성 소화 장치(4)로 이어진 슬러지 페기물 이동라인에 설치된 슬러지 페기물 펌프(6-1)가 구비된다. 상기 바이오가스 펌프(5-1)는 배치 컨트롤러(10)로 가동됨으로써 혐기성 소화 장치(4)에서 바이오가스를 뽑아내고, 상기 슬러지 페기물 펌프(6-1)는 배치 컨트롤러(10)로 가동됨으로써 혐기성 소화 장치(4)에서 슬러지 페기물을 뽑아낸다. 배치 컨트롤러(10)에 의한 바이오가스 펌프(5-1)와 슬러지 페기물 펌프(6-1)의 가동은 바이오가스 생산 배치제어를 의미한다.
상기 배치 컨트롤러(10)는 배치제어(BATCH Process)가 가능한 마이크로 프로세서를 의미하며, 통상적인 컴퓨터를 포함한다.
한편, 상기 아임계수전처리 장치(2)는 아임계수 전처리 반응조(20), 스팀보일러(30), 모터(50), 유기성 폐기물 교반기(60,60-1), 스팀 콘덴서(70)로 구성된다.
상기 아임계수 전처리 반응조(20)는 유기성 폐기물의 혐기성 소화에서 메탄 가스발생 촉진을 위한 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)가 적용됨으로써 유기성 폐기물이 높은 가용화율과 가수분해 반응성을 갖는 아임계수 전처리 반응물로 전환시켜준다. 특히, 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)시 약 180~200℃의 온도와 약 2.0 MPa의 고압을 갖는 아임계수조건이 적용된다.
이를 위해, 상기 아임계수 전처리 반응조(20)는 유기성 폐기물이 충진되는 아임계수 반응 챔버(23)를 외부와 밀폐시킨 워터자켓 프레임(21), 유기성 폐기물이 아임계수 반응 챔버(23)로 들어오는 입구로 작용하는 챔버 인렛(25), 아임계수 전처리 반응물이 아임계수 반응 챔버(23)에서 빠져나가는 출구로 작용하는 챔버 아웃렛(27)을 포함한다.
상기 워터자켓 프레임(21)은 아임계수 반응 챔버(23)가 외부와 밀폐된 상태에서 아임계수 반응 챔버(23)의 아임계수 환경이 형성되는 프레임 두께를 형성하고, 프레임내부유로에 충진된 물을 이용해 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)동안 아임계수 조건을 유지함으로써 에너지 손실이 최소화되는 에너지 세이브 시스템으로 활용될 수 있다. 상기 아임계수 반응 챔버(23)의 아임계수 환경은 약 180~200℃ 온도와 약 15~16기압의 아임계수 조건을 적용한다. 다만, 필요 시 최대 약 2.0 MPa의 고압이 적용될 수 있다. 상기 아임계수 반응 챔버(23)의 내부반응은 약 200℃ 온도와 약 15기압에서 시작된다.
상기 챔버 인렛(25)은 배치 컨트롤러(10)에 의한 유기성 폐기물 이동 배치제어 시 유기성 폐기물 저장조(1)에서 아임계수전처리 장치(2)로 유기성 폐기물이 공급되도록 온(ON)으로 전환되고, 반면 배치 컨트롤러(10)에 의한 아임계수 전처리 배치제어 시 유기성 폐기물 공급이 중단되도록 오프(OFF)로 전환된다. 상기 챔버 인렛(25)은 온(ON)/오프(OFF)타입 밸브가 적용되지 않고, 작용 압력에 의한 일방향 열림이 이루어지는 다이아프램이 적용될 수 있다. 상기 챔버 아웃렛(27)은 배치 컨트롤러(10)에 의한 아임계수 전처리 배치제어 시 아임계수 반응 챔버(23)의 아임계수 전처리 반응물을 전처리 후 저장조(3)로 배출하도록 온(ON)으로 전환된다.
특히, 상기 아임계수 전처리 반응조(20)에는 아임계수 전처리 반응물 배출펌프가 포함됨으로써 배치 컨트롤러(10)에 의한 아임계수 전처리 배치제어 시 전처리 후 저장조(3)로 배출되는 아임계수 전처리 반응물 배출 속도가 보다 빨라질 수 있다. 또한, 이를 위한 수단으로서 아임계수 반응 챔버(23)에 약간의 압력을 가해주는 압력발생기를 이용할 수 있다.
상기 스팀보일러(30)는 배치 컨트롤러(10)에 의한 아임계수 전처리 배치제어 시 아임계수 반응 챔버(23)로 스팀(Steam)을 공급한다. 상기 스팀(Steam)은 아임계수 반응 챔버(23)를 약 180~200℃ 온도와 약 15~16기압(최대 약 2.0 MPa)의 아임계수조건으로 형성한다. 이를 위해, 상기 스팀보일러(30)에는 워터자켓 프레임(21)의 두께를 관통해 아임계수 반응 챔버(23)로 나온 스팀공급라인에 설치된 스팀공급밸브(30-1)가 구비된다. 상기 스팀공급밸브(30-1)는 배치 컨트롤러(10)로 제어되는 온(ON)/오프(OFF)타입 밸브이다. 특히, 상기 스팀보일러(30)의 스팀(Steam)공급에 의한 아임계수 반응 챔버(23)의 압력형성은 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)반응중 유기성 폐기물에서 발생하는 휘발 가스로 상승되는 아임계수 반응 챔버(23)의 압력을 고려한다. 아임계수 반응 챔버(23)의 압력상승을 가져오는 휘발 가스로 인해 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)반응이 최초 약 200℃ 및 15기압에서 운영을 시작하더라도 아임계수 반응 챔버(23)에서는 적정 압력을 유지한 반응 상태가 가능하게 된다.
상기 모터(50)는 배치 컨트롤러(10)의 제어로 정역회전됨으로써 배치 컨트롤러(10)에 의한 아임계수 전처리 배치제어 시 수평 교반기(60)로 회전동력을 전달한다. 상기 모터(50)는 워터자켓 프레임(21)의 외부에 장착된다.
상기 수평 교반기(60)는 모터(50)의 180도 회전마다 직선이동방향이 역전되는 직선왕복운동을 발생시키고, 상기 직선왕복운동을 유기성 폐기물이 충진된 아임계수 반응 챔버(23)의 내부공간에 전달한다. 그러면, 직선왕복운동은 유기성 폐기물에 물리적 힘으로 작용함으로써 유기성 폐기물의 유동성이 크게 증가되고, 아임계수 반응 챔버(23)에서는 유동성에 의한 유기성 폐기물의 순환과 섞임이 가속화된다. 특히, 유기성 폐기물 유동이 아임계수 반응 챔버(23)가 아임계수 조건을 유지한 상태에서 지속됨으로써 유기성 폐기물은 생물학적 분해 용이한 유기물 형태(Biodegradable organic compounds)로 빠르게 전환될 수 있다. 그 결과 유기성 폐기물은 높은 가용화율과 높은 가수분해반응성을 갖는 아임계수 전처리 반응물로 전환될 수 있다.
이를 위해, 상기 수평 교반기(60)는 모터(50)를 통해 회전되도록 연결된 크랭크 샤프트(61), 크랭크 샤프트(61)의 180도 회전마다 직선이동방향이 역전되는 직선왕복운동을 발생해 아임계수 반응 챔버(23)의 내부공간에 물리적 힘을 가하는 커넥팅 로드(63)로 구성된다.
상기 크랭크 샤프트(61)는 모터(50)에 연결되어 회전되는 메인저널, 메인저널에 편심된 위치로 일체 형성되어 블레이드 커넥팅 로드(63)의 직선왕복운동을 형성하는 핀저널로 이루어진다. 여기서, 메인저널, 핀저널은 자동차 내연기관에서 피스톤을 직선왕복운동시키는 크랭크 샤프트(Crank Shaft)에 적용된 용어를 의미한다. 그러므로, 상기 크랭크 샤프트(61)는 피스톤을 직선왕복운동시키는 크랭크 샤프트(Crank Shaft)와 동일한 구성을 갖는다. 하지만, 본 실시예에서, 상기 핀저널은 산을 의미하고, 상기 메인저널은 골을 의미한다.
상기 커넥팅 로드(63)는 크랭크 샤프트(61)의 핀저널에 연결되고, 크랭크 샤프트(61)의 360도 회전 구간에서 180도 회전 시 위치되는 핀저널의 최고점에서 밀려남으로써 앞으로 전진하는 반면 360도 회전 시 위치되는 핀저널의 최저점에서 당겨짐으로써 뒤로 후퇴된다. 이러한 커넥팅 로드(63)의 왕복직선운동은 유기성 폐기물이 충진된 아임계수 반응 챔버(23)의 내부공간으로 전달된다. 특히, 상기 커넥팅 로드(63)는 조인트 관절 구조를 적용함으로써 크랭크 샤프트(61)의 360도 회전에 의한 수평 이동 시 불필요한 분력에 따른 저항을 해소할 수 있다.
상기 커넥팅 로드(63)는 유기성 폐기물을 밀어내거나 당겨주는 물리적 힘을 가하는 다수의 블레이드가 소정 간격으로 배열되고, 각각의 축 길이가 서로 다른 제1,2,3 블레이드 커넥팅 로드(63A,63B,63C)로 구성된다. 일례로, 제1 블레이드 커넥팅 로드(63A)의 축 길이를 기준할 때, 제2 블레이드 커넥팅 로드(63B)는 제1 블레이드 커넥팅 로드(63A)보다 짧은 축 길이를 가지고, 제3 블레이드 커넥팅 로드(63C)는 제2 블레이드 커넥팅 로드(63B)보다 짧은 축 길이를 갖는다. 또한, 제3 블레이드 커넥팅 로드(63C)는 제1 블레이드 커넥팅 로드(63A)와 제2 블레이드 커넥팅 로드(63B)의 사이로 위치된다. 그러므로, 제1 블레이드 커넥팅 로드(63A)와 제2 블레이드 커넥팅 로드(63B)는 모터(50)의 180도 회전마다 수평왕복으로 유기성 폐기물을 교반하고, 특히 제1 블레이드 커넥팅 로드(63A)와 제2 블레이드 커넥팅 로드(63B)의 서로 다른 길이는 수평왕복 운동을 할 때 수직방향으로 유기성 폐기물을 교반시켜줄 수 있다.
상기 스팀 콘덴서(70)는 배치 컨트롤러(10)에 의한 아임계수 전처리 배치제어 시 아임계수 반응 챔버(23)의 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)반응 후 존재하는 스팀(Steam)을 배출시켜준다. 이를 위해, 상기 스팀 콘덴서(70)는 스팀제거라인으로 아임계수 전처리 반응조(20)의 아임계수 반응 챔버(23)와 연결되고, 스팀제거라인에 배치 컨트롤러(10)로 제어되는 스팀배출밸브(70-1)가 구비된다. 더불어 상기 스팀 콘덴서(70)에는 스팀의 대기 방출을 위한 스팀방출라인과 함께 배치 컨트롤러(10)로 제어되는 스팀방출밸브(70-2)가 더 구비된다. 상기 스팀배출밸브(70-1)와 상기 스팀방출밸브(70-2)는 온(ON)/오프(OFF)타입 밸브이다. 특히, 상기 스팀배출밸브(70-1)는 아임계수 전처리 반응조(20)의 워터자켓 프레임(21)상단에 위치됨으로써 모터(50)와 왕복 교반기(60)의 위쪽으로 위치되는 레이아웃을 갖는다.
한편, 상기 수평 교반기(60)는 회전 교반기(60-1)로 대체됨으로써 열수 전처리 장치(2)의 구성이 다양하게 변형될 수 있다.
도 2와 같이, 아임계수전처리 장치(2)는 아임계수 전처리 반응조(20), 스팀보일러(30), 모터(50), 회전 교반기(60-1), 스팀 콘덴서(70)로 구성된다. 여기서, 상기 아임계수 전처리 반응조(20), 상기 스팀보일러(30), 상기 모터(50), 상기 스팀 콘덴서(70)는 도 2에서 기술된 구성 및 작용과 동일하다. 다만, 상기 회전 교반기(60-1)는 도 2에서 기술된 수평 교반기(60)와 작동방식 및 구성요소를 달리하면서 동일한 효과를 달성하는 차이가 있다.
이를 위해, 상기 회전 교반기(60-1)는 충진된 아임계수 반응 챔버(23)의 내부공간에서 유기성 폐기물에 가해지는 물리적 힘을 회전력으로 전달함으로써 유기성 폐기물의 순환과 섞임이 가속화되는 유동성을 크게 증가시켜 준다. 이를 위해, 상기 회전 교반기(60-1)는 유기성 폐기물을 휘저어주는 물리적 힘을 가하는 다수의 블레이드가 소정 간격으로 배열되고, 아임계수 반응 챔버(23)의 내부공간으로 위치된 회전축으로 이루어지고, 상기 회전축의 끝부가 모터(50)에 직결됨으로써 모터(50)와 함께 정역회전된다. 그러므로, 상기 회전 교반기(60-1)는 수평 교반기(60)에 비해 보다 간단한 구성으로 이루어진다.
한편, 도 3,4,5는 본 실시예에 따른 아임계수전처리를 이용한 유기성 폐기물 처리 방법을 나타낸다.
도시된 바와 같이, 바이오가스 생산은 S10의 바이오가스 생산 시작과 S20의 바이오가스 생산 중단사이에서 순차적으로 수행되는 배치제어로 구현된다. 이러한 배치제어는 S100의 유기성 폐기물 이동 배치제어, S200의 아임계수 전처리 배치제어, S300의 혐기성 소화 배치제어, S400의 바이오가스 생산 배치제어로 구분된다.
S100의 유기성 폐기물 이동 배치제어에 의한 유기성 폐기물 처리 시스템 가동상태는 도 6을 통해 예시된다.
도시된 바와 같이, S100의 유기성 폐기물 이동 배치제어가 수행되면, S100-1과 같이 배치 컨트롤러(10)는 유기성 폐기물 저장조(1)를 가동하고, 반면 S100-2와 같이 배치 컨트롤러(10)는 아임계수전처리 장치(2), 전처리 후 저장조(3), 혐기성 소화 장치(4), 바이오가스 저장조(5), 소화슬러지 저장조(6)를 대기 상태로 유지시켜준다.
S100-1과 같이 유기성 폐기물 저장조 가동이 이루어지면, S110의 유기성 페기물 펌핑, S120의 유기성 페기물 이동, S130의 유기성 폐기물 저장조 가동완료가 시간순으로 수행된다.
구체적으로, 배치 컨트롤러(10)는 유기성 폐기물 펌프(1-1)를 가동함으로써 유기성 폐기물 저장조(1)에 들어있는 유기성 폐기물이 유기성 폐기물 펌프(1-1)로 펌핑되도록 한다. 이때, 유기성 폐기물 펌프(1-1)의 온(ON)->오프(OFF)전환은 설정시간에 맞춰 이루어진다(S110). 더불어, 배치 컨트롤러(10)는 아임계수전처리 장치(2)를 개방함으로써 펌핑된 유기성 폐기물이 아임계수전처리 징치(2)로 공급되도록 한다. 이때, 아임계수전처리 장치(2)의 개방은 워터자켓 프레임(21)에 구비된 챔버 인렛(25)의 인렛 오픈(OPEN)을 의미하며, 챔버 인렛(25)의 오픈(OPEN)-> 클로즈(CLOSE)전환은 설정시간에 맞춰 이루어진다(S120). 이어, 유기성 폐기물 저장조(1)에서 아임계수전처리 장치(2)로 유기성 폐기물(A)의 이동이 완료됨으로써 배치 컨트롤러(10)는 유기성 폐기물 저장조 가동을 완료한다(S130).
이후, 배치 컨트롤러(10)는 S200의 아임계수 전처리 배치제어로 전환된다.
S200의 아임계수 전처리 배치제어에 의한 유기성 폐기물 처리 시스템 가동상태는 도 7을 통해 예시된다.
도시된 바와 같이, S200의 아임계수 전처리 배치제어가 수행되면, S200-1과 같이 배치 컨트롤러(10)는 아임계수전처리 장치(2), 전처리 후 저장조(3)를 가동하고, 반면 S200-2와 같이 배치 컨트롤러(10)는 유기성 폐기물 저장조(1), 혐기성 소화 장치(4), 바이오가스 저장조(5), 소화슬러지 저장조(6)를 대기 상태로 유지시켜준다.
S200-1과 같이 아임계수전처리 장치(2), 전처리 후 저장조(3)의 가동이 이루어지면, S210의 스팀공급, S220의 아임계수조건체크, S230의 아임계수 전처리 반응, S240의 아임계수 전처리 반응 후 스팀제거, S250의 아임계수 전처리 반응물 배출, S260의 아임계수전처리 장치(2), 전처리 후 저장조(3)의 가동완료가 시간순으로 수행된다.
구체적으로, 배치 컨트롤러(10)는 스팀공급밸브(30-1)를 열어줌으로써 스팀보일러(30)의 스팀(Steam)이 아임계수 전처리 반응조(20)의 아임계수 반응 챔버(23)로 공급된다. 이때, 스팀공급의 개시->중지는 설정시간에 맞춰 이루어진다(S210). 이어, 배치 컨트롤러(10)는 아임계수 반응 챔버(23)의 온도와 기압이 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)반응을 위한 아임계수조건에 맞는지 체크한 후, 아임계수조건 미 도달시 S20의 바이오가스 생산 중단으로 전환될 수 있다(S220). 이때, 아임계수조건의 도달은 약 180~200℃ 온도와 약 15~16기압을 의미한다.
이어, 배치 컨트롤러(10)는 모터(50)를 가동함으로써 모터(50)의 회전력이 수평 교반기(60)의 직선왕복운동으로 전환된다. 그러면, 수평 교반기(60)의 제1,2,3 블레이드 커넥팅 로드(63A,63B,63C)가 유기성 폐기물에 물리적 힘을 가함으로써 유기성 폐기물의 유동성이 촉진되고, 유기성 폐기물 유동은 유기성 폐기물을 생물학적 분해가 용이한 유기물 형태(Biodegradable organic compounds)로 빠르게 전환시켜준다. 이로 인해, 유기성 폐기물(A)은 높은 가용화율과 높은 가수분해반응성을 갖는 아임계수 전처리 반응물(B)로 전환된다. 이때, 모터(50)의 가동->중지는 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)반응의 설정시간에 맞춰 이루어진다(S230). 특히, 유기성 폐기물 유동은 축 길이가 각각 다른 제1,2,3 블레이드 커넥팅 로드(63A,63B,63C)에 의해 보다 효과적으로 촉진된다. 특히, 이러한 과정에서, 제1 블레이드 커넥팅 로드(63A)와 제2 블레이드 커넥팅 로드(63B)는 모터(50)의 180도 회전마다 수평왕복으로 유기성 폐기물을 교반하고, 제1 블레이드 커넥팅 로드(63A)와 제2 블레이드 커넥팅 로드(63B)의 서로 다른 길이는 수평왕복 운동을 할 때 수직방향으로 유기성 폐기물을 교반시켜줄 수 있다. 또한, 유기성 폐기물 유동은 도 2의 회전교반기(60-1)를 통해서도 동일하게 형성된다.
이어, 배치 컨트롤러(10)는 스팀배출밸브(70-1)를 오픈(OPEN)해 아임계수 반응 챔버(23)에 존재하는 스팀(Steam)을 스팀 콘덴서(70)로 배출함으로써 아임계수 반응 챔버(23)의 아임계수조건을 해제시켜 준다. 이때, 스팀배출밸브(70-1)의 오픈(OPEN)-> 클로즈(CLOSE)전환은 설정시간에 맞춰 이루어진다(S240). 또한, 필요시 배치 컨트롤러(10)는 스팀방출밸브(70-2)를 개방함으로써 스팀 콘덴서(70)에 충진된 스팀을 대기로 방출하여준다.
이어, 배치 컨트롤러(10)는 워터자켓 프레임(21)에 구비된 챔버 아웃렛(27)을 아웃렛 오픈(OPEN)함으로써 아임계수 전처리 반응물(B)이 아임계수 반응 챔버(23)에서 전처리 후 저장조(3)로 이동되고, 전처리 후 저장조(3)에서는 아임계수 전처리 반응물(B)의 온도를 제어해 처리 후 슬러지(C)로 만들어준다. 이때, 챔버 아웃렛(27의 오픈(OPEN)-> 클로즈(CLOSE)전환은 설정시간에 맞춰 이루어진다(S250). 이어, 아임계수 반응 챔버(23)에서 전처리 후 저장조(3)로 아임계수 전처리 반응물의 이동이 완료됨으로써 배치 컨트롤러(10)는 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)반응과정을 완료한다(S130).
이후, 배치 컨트롤러(10)는 S300의 혐기성 소화 배치제어로 전환된다.
본 실시예에서 아임계수 전처리 배치제어 시 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)반응으로 향상된 가용화 효과선도의 예는 도 8을 통해 예시된다. 도시된 바와 같이, 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)는 온도의 증가에 따라 증가하고, 그 증가효과로 가용화율이 약 80%까지 증가됨을 알 수 있다.
한편, S300의 아임계수전처리를 이용한 유기성 폐기물 처리 방법에 의한 유기성 폐기물 처리 시스템 가동상태는 도 9를 통해 예시된다.
도시된 바와 같이, S300의 혐기성 소화 배치제어가 수행되면, 배치 컨트롤러(10)는 S300-1과 같이 유기성 폐기물 저장조(1)를 재가동함으로써 유기성 폐기물 저장조(1)는 S100-1을 통해 기술된 절차와 동일하게 가동되고, 동시에 배치 컨트롤러(10)는 S300-2와 같이 혐기성 소화 장치(4)를 가동하는 반면 S300-3과 같이 아임계수전처리 장치(2), 전처리 후 저장조(3), 바이오가스 저장조(5), 소화슬러지 저장조(6)를 대기 상태로 유지시켜준다.
S300-2와 같이 혐기성 소화 장치(4)의 가동이 이루어지면, S310의 처리 후 슬러지 공급, S320의 혐기성 소화 장치(4)의 체크, S330의 혐기성 소화 완료가 시간순으로 수행된다.
구체적으로, 배치 컨트롤러(10)는 혐기성 소화 장치(4)를 가동함으로써 전처리 후 저장조(3)에 들어있는 처리 후 슬러지가 처리후 슬러지 펌프(4-1)로 펌핑되도록 한다. 이때, 처리후 슬러지 펌프(4-1)의 온(ON)->오프(OFF)전환은 설정시간에 맞춰 이루어진다(S310). 특히, 배치 컨트롤러(10)는 처리후 슬러지 보조펌프(4-2)도 함께 가동함으로써 처리 후 슬러지의 펌핑속도를 높여줄 수 있다.
이어, 처리 후 슬러지가 충진된 혐기성 소화 장치(4)에 대한 체크가 이루어진다(S330). 그러면, 배치 컨트롤러(10)는 혐기성 소화 장치(4)의 내부공간에 미생물의 혐기성 소화 조건을 형성해줌으로써 처리후 슬러지(C)가 소화슬러지(D)로 전환되고, 그 결과로 바이오가스(E)와 슬러지 폐기물(F)이 생산된다. 이때, 혐기성 소화 장치(4)는 설정시간동안 이루어지며, 설정시간은 미생물의 혐기성 소화 능력에 맞춰 설정된다.
이후, 배치 컨트롤러(10)는 S400의 바이오가스 생산 배치제어로 전환된다.
본 실시예에서 혐기성 소화 배치제어 시 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)반응으로 향상된 바이오가스 발생량 선도의 예는 도 10을 통해 예시된다. 도시된 바와 같이, 아임계수전처리(subcritical water pretreatment) 전 대비 약 300%의 바이오가스 증산 효과를 나타냈으며, 이는 전처리를 통해 소화 속도의 향상 및 소화 가스의 발생량을 증대시켰음을 의미한다.
한편, S400의 바이오가스 생산 배치제어에 의한 유기성 폐기물 바이오가스 생산 시스템 가동상태는 도 11을 통해 예시된다.
도시된 바와 같이, S400의 바이오가스 생산 배치제어가 수행되면, 배치 컨트롤러(10)는 S400-1과 같이 아임계수전처리 장치(2), 전처리 후 저장조(3)를 재가동함으로써 아임계수전처리 장치(2), 전처리 후 저장조(3)는 S200-1을 통해 기술된 절차와 동일하게 가동되고, 동시에 배치 컨트롤러(10)는 S400-2와 같이 바이오가스 저장조(5), 소화슬러지 저장조(6)를 가동하는 반면 S400-3과 같이 유기성 폐기물 저장조(1), 혐기성 소화 장치(4), 바이오가스 저장조(5), 소화슬러지 저장조(6)를 대기 상태로 유지시켜준다.
S400-2와 같이 바이오가스 저장조(5), 소화슬러지 저장조(6)의 가동이 이루어지면, S410의 바이오가스 저장, S420의 바이오가스 저장완료, S430의 소화슬러지배출, S440의 슬러지 페기물 배출완료가 시간순으로 수행된다.
구체적으로, 배치 컨트롤러(10)는 바이오가스 저장조(5)를 가동함으로써 혐기성 소화 장치(4)에 들어있는 바이오가스(E)가 바이오가스 펌프(5-1)로 펌핑되도록 한다(S410). 이때, 바이오가스 펌프(5-1)의 온(ON)->오프(OFF)전환은 설정시간에 맞춰 이루어짐으로써 혐기성 소화 장치(4)에서 생산된 바이오가스(E)에 대한 바이오가스 저장조(5)의 바이오가스 저장이 완료된다(S420).
이어, 배치 컨트롤러(10)는 소화슬러지 저장조(6)를 가동함으로써 혐기성 소화 장치(4)에 들어있는 소화슬러지(D)가 슬러지 폐기물 펌프(6-1)로 펌핑되도록 한다(S430). 이때, 슬러지 폐기물 펌프(6-1)의 온(ON)->오프(OFF)전환은 설정시간에 맞춰 이루어짐으로써 혐기성 소화 장치(4)의 소화슬러지(D)가 소화슬러지 저장조(6)에서 슬러지 폐기물(F)로 저장된다(S420).
전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 아임계수전처리를 이용한 유기성 폐기물 처리 방법이 수행되는 유기성 폐기물 처리 시스템에는 유기성 폐기물이 유입되는 아임계수 반응 챔버(23), 혐기성 소화에서 메탄 가스발생을 촉진하는 아임계수조건이 형성되도록 스팀(Steam)을 공급하는 스팀보일러(30), 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)반응시 유기성 폐기물의 유동성이 촉진되도록 모터(50)의 360도 회전마다 직선이동방향이 역전되는 직선왕복운동으로 유기성 폐기물에 물리적 힘을 가해주는 왕복 교반기(60), 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)반응 후 상기 아임계수 반응 챔버(23)에 존재하는 스팀을 빼내주는 스팀 콘덴서(70)로 구성된 열수 전처리 장치(2)가 포함됨으로써 바이오가스 생산량을 크게 증대시켜주는 유기성 폐기물의 가용화 향상과 더불어 혐기성 소화공정의 반응 속도 및 효율 향상이 이루어질 수 있다.
1 : 유기성 폐기물 저장조 1-1 : 유기성 폐기물 펌프
2 : 아임계수전처리 장치
3 : 전처리 후 저장조 4 : 혐기성 소화 장치
4-1 : 처리후 슬러지 펌프 4-2 : 처리후 슬러지 보조펌프
5 : 바이오가스 저장조 5-1 : 바이오가스 펌프
6 : 소화슬러지 저장조 6-1 : 슬러지 폐기물 펌프
10 : 배치 컨트롤러 20 : 아임계수 전처리 반응조
21 : 워터자켓 프레임 23 : 아임계수 반응 챔버
25 : 챔버 인렛 27 : 챔버 아웃렛
30 : 스팀보일러 30-1 : 스팀공급밸브
50 : 모터 60 : 수평 교반기
60-1 : 회전 교반기 61 : 크랭크 샤프트
63 : 커넥팅 로드 63A,63B,63C : 제1,2,3 블레이드 커넥팅 로드
70 : 스팀 콘덴서 70-1 : 스팀배출밸브
70-2 : 스팀방출밸브
A : 유기성 폐기물 B : 아임계수 전처리 반응물
C : 처리후 슬러지 D : 소화슬러지
E : 바이오가스 F : 슬러지 폐기물
2 : 아임계수전처리 장치
3 : 전처리 후 저장조 4 : 혐기성 소화 장치
4-1 : 처리후 슬러지 펌프 4-2 : 처리후 슬러지 보조펌프
5 : 바이오가스 저장조 5-1 : 바이오가스 펌프
6 : 소화슬러지 저장조 6-1 : 슬러지 폐기물 펌프
10 : 배치 컨트롤러 20 : 아임계수 전처리 반응조
21 : 워터자켓 프레임 23 : 아임계수 반응 챔버
25 : 챔버 인렛 27 : 챔버 아웃렛
30 : 스팀보일러 30-1 : 스팀공급밸브
50 : 모터 60 : 수평 교반기
60-1 : 회전 교반기 61 : 크랭크 샤프트
63 : 커넥팅 로드 63A,63B,63C : 제1,2,3 블레이드 커넥팅 로드
70 : 스팀 콘덴서 70-1 : 스팀배출밸브
70-2 : 스팀방출밸브
A : 유기성 폐기물 B : 아임계수 전처리 반응물
C : 처리후 슬러지 D : 소화슬러지
E : 바이오가스 F : 슬러지 폐기물
Claims (13)
- 유기성 폐기물을 혐기성 소화 장치를 통해 바이오가스화 하는 유기성 폐기물처리 시스템에 있어서,
수평교반기를 구비하고, 아임계수전처리반응이 일어나는 아임계수전처리반응조가 구비된 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)장치를 상기 혐기 성소화 장치 전단에 포함시키며;
상기 수평 교반기는 모터의 축과 직결되고 산과 골이 형성된 크랭크 샤프트와, 상기 크랭크 샤프트의 산과 골에 각각 연결된 커넥팅 로드, 상기 커넥팅 로드를 따라 교반용 블레이드가 다수개 형성되고;
상기 커넥팅 로드는 길이가 서로 달라 수평왕복 운동을 할 때 상기 유기성 폐기물이 수직방향의 교반도 가능하며;
상기 아임계수 전처리 반응조의 외부에는 상기 모터와 상기 크랭크 샤프트가 구비되고, 상기 아임계수 전처리 반응조의 내부에는 상기 커넥팅 로드가 구비되며, 상기 커넥팅 로드는 상기 크랭크 샤프트의 0~180도 회전과 180~360도 회전으로 구분된 수평왕복으로 상기 아임계수 전처리 반응조의 상기 유기성 폐기물을 교반하고, 상기 커넥팅 로드의 수평왕복 시 상기 교반용 블레이드는 상기 유기성 폐기물이 전후유동되도록 상기 유기성 폐기물을 밀고 당겨주는
것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리 시스템.
- 삭제
- 삭제
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- 청구항 1에 있어서, 상기 아임계수전처리 장치는 상기 아임계수 전처리 반응조의 아임계수 반응 챔버의 아임계수전처리 반응조건을 형성해주는 스팀보일러, 상기 아임계수 전처리 반응조에 잔존하는 스팀을 배출하는 스팀 콘덴서를 포함한 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리 시스템.
- 청구항 5에 있어서, 상기 아임계수 전처리 반응조는 워터자켓 프레임, 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)반응이 일어나도록 상기 워터자켓 프레임으로 외부와 밀폐된 아임계수 반응 챔버, 상기 아임계수 반응 챔버로 유기성 폐기물을 유입하는 챔버 인렛, 상기 유기성 폐기물을 외부로 배출시키는 챔버 아웃렛을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리 시스템.
- 청구항 6에 있어서, 상기 아임계수 반응 챔버의 운전조건은 180~200℃ 온도와 15~16기압을 유지하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리 시스템.
- 청구항 7에 있어서, 상기 아임계수전처리 장치에는 유기성 폐기물을 공급하는 유기성 폐기물 저장조와 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)반응에 의한 아임계수 전처리 반응물을 공급받아 처리후 슬러지로 전환하는 전처리 후 저장조가 연결된 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리 시스템.
- 청구항 8에 있어서, 상기 전처리 후 저장조에는 상기 처리후 슬러지를 공급받아 혐기성 소화 후 소화슬러지로 전환시키는 혐기성 소화 장치가 연결되고, 상기 혐기성 소화 장치에는 상기 소화슬러지의 전환으로 생산된 바이오가스를 뽑아 저장하는 바이오가스 저장조와 상기 소화슬러지의 생성 후 찌거기인 슬러지 폐기물이 배출되어 저장되는 소화슬러지 저장조가 연결되는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리 시스템.
- 유기성 폐기물이 공급되는 유기성 폐기물 공급단계;
모터의 180도 회전마다 상기 유기성 폐기물이 수평왕복 및 수직방향으로 교반되면서 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)반응 후 아임계수 전처리 반응물로 생성되는 아임계수 전처리 단계;
상기 아임계수 전처리 반응물이 배출되어 처리후 슬러지로 전환되는 슬러지 저장 단계;
상기 처리후 슬러지가 혐기성 소화 조건에서 소화슬러지로 전환되는 혐기성 소화 단계;
상기 혐기성 소화 조건에서 생산된 바이오가스를 저장하는 바이오가스 처리 단계;로 수행되며;
상기 유기성 폐기물의 수평왕복 및 수직방향으로 교반은 상기 유기성 폐기물을 수용한 아임계수전처리반응조의 외부에서 상기 모터로 회전되는 크랭크 샤프트에 연결되어 상기 아임계수 전처리 반응조의 내부로 위치되고, 상기 크랭크 샤프트의 0~180도 회전과 180~360도 회전으로 구분된 커넥팅 로드의 수평왕복으로 이루어지고, 상기 커넥팅 로드에 구비된 다수의 교반용 블레이드가 상기 커넥팅 로드의 수평왕복 시 상기 유기성 폐기물이 전후유동되도록 상기 유기성 폐기물을 밀고 당겨주는 것을 특징으로 하는 아임계수전처리를 이용한 유기성 폐기물 처리 방법.
- 청구항 10에 있어서, 상기 아임계수 전처리 단계에서는, 스팀보일러의 스팀이 상기 아임계수 전처리 반응조로 공급되어 아임계수전처리(subcritical water pretreatment)의 운전조건이 형성되고, 상기 아임계수 전처리 반응물이 전처리 후 저장조로 배출되어 상기 처리후 슬러지로 전환되는 것을 특징으로 하는 아임계수전처리를 이용한 유기성 폐기물 처리 방법.
- 청구항 11에 있어서, 상기 아임계수 전처리 단계에서는, 상기 아임계수 전처리 반응조로 공급된 상기 스팀보일러의 스팀은 아임계수전처리(subcritical water pretreatment) 반응 후 스팀 콘덴서로 배출되는 것을 특징으로 하는 아임계수전처리를 이용한 유기성 폐기물 처리 방법.
- 청구항 12에 있어서, 상기 운전조건은 180~200℃ 온도와 15~16기압을 유지하는 것을 특징으로 하는 아임계수전처리를 이용한 유기성 폐기물 처리 방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020140090155A KR101516012B1 (ko) | 2014-07-17 | 2014-07-17 | 유기성 폐기물 처리 시스템 및 아임계수전처리를 이용한 유기성 폐기물 처리 방법 |
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| KR1020140090155A KR101516012B1 (ko) | 2014-07-17 | 2014-07-17 | 유기성 폐기물 처리 시스템 및 아임계수전처리를 이용한 유기성 폐기물 처리 방법 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN108339496A (zh) * | 2017-01-23 | 2018-07-31 | 赖泽民 | 一种生物质亚临界或超临界水解装置及方法 |
| KR20190011698A (ko) * | 2017-07-25 | 2019-02-07 | 고려대학교 세종산학협력단 | 수열처리를 통해 하수슬러지로부터 바이오디젤 및 고형연료를 제조하는 방법 및 제조장치 |
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2014
- 2014-07-17 KR KR1020140090155A patent/KR101516012B1/ko active IP Right Grant
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