KR101532371B1

KR101532371B1 - 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템

Info

Publication number: KR101532371B1
Application number: KR1020140173992A
Authority: KR
Inventors: 고학윤
Original assignee: 주식회사 대성환경이엔지
Priority date: 2014-12-05
Filing date: 2014-12-05
Publication date: 2015-07-01

Abstract

본 발명은 원심분리기의 부하와 소모전력, 블로어의 용량과 소비전력, 스크러버의 용량과 소모전력을 획기적으로 절감시킴과 동시에 단시간 내에 양질의 액비가 대량을로 생산될 수 있도록 한 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템은, 수거된 축산분뇨가 저장되는 원수집수조와, 상기 원수집수조로부터 투입된 축산분뇨를 자연침전방식에 의해 고액분리시키는 침전조와, 상기 침전조 내의 액상분뇨가 투입됨과 동시에 상기 침전조의 고상분뇨로부터 재차 분리된 액상분뇨가 투입되는 유량조정조와, 상기 유량조정조로부터 투입되는 액상분뇨를 액비로 발효시키는 반응기와, 상기 반응기로부터 공급된 액비를 폭기시키는 폭기조와, 상기 폭기조에 연결되어 상기 폭기조로부터 발생되는 가스를 정화처리하는 스크러버와, 상기 폭기조로부터 공급된 액비가 저장되는 액비저장조와, 상기 원수집수조, 상기 유량조정조, 상기 폭기조 및 상기 액비저장조에 연결되어 외부공기를 불어넣는 블로어와, 상기 반응기에 연결되어 상기 반응기 내로 고속발효를 위한 산소를 공급하고 상기 블로어의 토출구 측에 연결되어 상기 원수집수조, 상기 유량조정조, 상기 폭기조 및 상기 액비저장조 내로 산소가 공급되도록 하는 산소공급원을 포함한다.

Description

축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템{HIGH EFFICIENCY LIQUID FERTILIZER MANUFACTURING SYSTEM FOR RESOURCIZATION OF LIVESTOCK EXCREMENTS}

본 발명은 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 축산분뇨를 액비로 자원화하는 데 소요되는 시간과 공정비용을 최소로 절감시켜 양질의 액비가 효율적으로 제조될 수 있도록 한 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템에 관한 것이다.

일반적으로 축산농가의 가축분뇨는 생물학적 산소요구량(BOD)이 대개 수만 ppm을 나타내므로 환경기준에 적합한 상태로 처리가 어려울 뿐만 아니라 처리에 많은 비용이 소모되며, 특히 환경에 지대한 오염을 유발하는 질소, 인의 농도가 높아 이를 하천 등의 생활환경에 배출시에 사회적인 문제가 되고 있다.

최근 들어 가장 친환경적으로 자원이용을 극대화하고자 하는 취지에서 축산분뇨를 퇴비 또는 액비(액체비료)의 형태로 자원화시켜 다시 경종(耕種)농가로 제공하는 방안이 강구되고 있다. 이러한 축산농가와 경종농가가 연계된 자연순환형 농축산법은 가축을 기르는 양축과정에서 발생하는 가축분뇨를 퇴비나 액비로 자원화해 경종농가에 환원하고, 경종농가는 가축분뇨 퇴비나 액비를 활용해 농산물을 경작하여 다시 축산농가에 필요한 사료자원 등을 제공하는 방법이다.

축산농가와 경종농가가 연계된 자연순환형 농축산법을 장려하기 위한 방안의 일환으로, 대한민국 특허등록 제10-1366374호(2014.02.24. 공고)에는 정화처리 및 퇴비화 공정부와 바이오 가스 생산 공정부를 포함하고, 상기 정화처리 및 퇴비화 공정부와 상기 바이오 가스 생산 공정부에서 가축 분뇨 유기성 폐기물을 나누어 처리하는 유기성 폐기물의 자원화 처리 시스템으로서, 상기 정화처리 및 퇴비화 공정부는 가축 분뇨 유기성 폐기물을 고액 분리하여 남은 폐수를 처리하는 탈질조와 질산화조를 차례로 포함하며, 상기 바이오 가스 생산 공정부는 가축 분뇨 유기성 폐기물로부터 바이오 가스와 소화수액으로 분리하기 위한 산발효조 및 메탄발효조와, 상기 메탄발효조로부터 나온 소화수액을 받아 처리하는 액비화 시설을 포함하며, 상기 액비화 시설은 상기 메탄발효조로부터 나온 소화수액과 상기 질산화조로부터 받은 액상 NO3-N을 이용하여 액비화하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 자원화 시스템이 개시되어 있다.

또한 대한민국 특허공개공보 제10-2009-0049671호(2009.05.19. 공개)에는 각종 축사에서 배출되는 분뇨를 펌핑 흡입하여 저장조에 저장하는 집수조와; 상기 집수조에 있는 분뇨를 수중펌프로 올려 미세분(뻘)을 포함한 고형분과 뇨로 분리하는 원심분리기와; 상기 원심분리기에 의해 분리된 미세분(뻘)을 포함한 고형분에 공기를 불어 통풍 건조시키면서 정해진 시간간격을 두고 분을 뒤집어 주면서 호기성 미생물을 이용하여 발효시켜 유기질 퇴비로 생성하고 침출수는 침전조로 이송하는 통풍발효 건조기와; 상기 원심분리기에 의해 원심분리된 뇨와 상기 통풍발효 건조기에서 배출되는 침출수를 이송받아 일정기간 동안 침전시킨 후 고형의 침전분은 펌프를 이용하여 다시 상기 집수조로 반송하고 상등수만 탈질조로 이송하는 침전조와; 상기 침전조로부터 이송되어오는 상등수와 폭기조 및 EM 1차 여과기에서 반송되어 오는 질산화된 액비를 정해진 희석하고 정해진 기간 동안 산소 없이 교반기를 이용하여 교반만 실시하며 미생물로 하여금 그 내부에 포함되어 있는 아질산성 질소(NO2)와 질산성 질소(NO3)에 있는 산소를 흡수하고 공기 중으로 질소를 배출하여 냄새(악취)를 제거한 다음 일정 농도 이하로 낮아진 액비를 폭기조로 배출하는 탈질조와; 블로어를 통해 공기(산소공급)를 불어넣어 미생물이 살 수 있도록 해주고 미생물 증식을 촉진하여 3차에 걸쳐 폭기를 실시하며 유기물 덩어리로 만들어 가라앉히거나 질소를 배출하여 냄새(악취)를 제거한 액비로 생성한 후 그 일부는 상기 탈질조로 반송하고 나머지 일부는 EM 1차 여과기로 이송하는 폭기조와; 상기 폭기조에서 공급되는 액비를 가압펌프를 통해 펌핑하여 세밀한 막을 통과시키며 여과하여 색도를 잡은 다음 그 일부는 침전조로 재반송하여 상등수와 정해진 비율로 희석되도록 하고 일부는 통풍발효 건조기로 송수하여 분에 살포하여 악취를 저감하며, 또 나머지 일부는 EM 2차 여과기로 이송하고, 잔여 액비는 고농도 액비 저장조로 이송하여 저장하는 EM 1차 여과기와; 상기 EM 1차 여과기에서 고농도로 농축되어 이송되어온 액비를 재차 여과하여 가축 음용수나 농업용수로 제공 및 방류하는 EM 2차 여과기;로 구성한 것을 특징으로 하는 축산분뇨 자원화 및 정화처리장치가 개시되어 있다.

그러나 전술한 바와 같은 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템의 경우에는 축산분뇨의 원수를 집수하여 즉시 원심분리를 이용한 고액분리가 이루어짐에 따라, 원심분리기에 부하가 크게 걸림과 동시에 소비전력이 매우 증대되는 문제점이 있었다.

또한 전술한 바와 같은 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템의 경우에는 블로어를 통해 집수조, 농축저류조, 유량조정조, 폭기조, 액비저장조 등으로 지속적으로 많은 양의 공기를 유입시켜야만 함에 따라 블로어의 용량이나 소비전력이 상당히 커지는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 스크러버의 용량이나 소비전력이 상당히 커지는 문제점이 있었다.

뿐만 아니라 전술한 바와 같은 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템의 경우에는 외부로부터 유입되는 공기를 이용한 호기성미생물 발효에만 의존하여 액비를 발효시킴에 따라 소요시간이 상당히 많이 걸리는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 원심분리기의 부하와 소모전력, 블로어의 용량과 소비전력, 스크러버의 용량과 소모전력을 획기적으로 절감시킴과 동시에 단시간 내에 양질의 액비가 대량을로 생산될 수 있도록 한 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템을 제공하는 과제를 기초로 한다.

전술한 본 발명의 과제는, 수거된 축산분뇨가 저장되는 원수집수조와, 상기 원수집수조로부터 투입된 축산분뇨를 자연침전방식에 의해 고액분리시키는 침전조와, 상기 침전조 내의 액상분뇨가 투입됨과 동시에 상기 침전조의 고상분뇨로부터 재차 분리된 액상분뇨가 투입되는 유량조정조와, 상기 유량조정조의 액상분뇨를 액비로 발효시키는 반응기와, 상기 반응기로부터 공급된 액비를 폭기시키는 폭기조와, 상기 폭기조에 연결되어 상기 폭기조로부터 발생되는 가스를 정화처리하는 스크러버와, 상기 폭기조로부터 공급된 액비가 저장되는 액비저장조와, 상기 원수집수조, 상기 유량조정조, 상기 폭기조 및 상기 액비저장조에 연결되어 외부공기를 불어넣는 블로어와, 상기 반응기에 연결되어 상기 반응기 내로 고속발효를 위한 산소를 공급하고 상기 블로어의 토출구 측에 연결되어 상기 원수집수조, 상기 유량조정조, 상기 폭기조 및 상기 액비저장조 내로 산소가 공급되도록 하는 산소공급원을 포함하는 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템을 제공함에 의해 달성된다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템은 상기 원수집수조와 상기 침전조 사이에 구비되고 상기 침전조로 투입될 축산분뇨로부터 이물질을 분리제거하는 드럼스크린을 더 포함한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템은 상기 침전조와 상기 유량조정조 사이에 구비되고 상기 침전조의 고상분뇨가 투입되는 농축저류조와, 상기 침전조와 상기 유량조정조 사이에 구비되고 상기 농축저류조로부터 투입되는 고상분뇨를 원심분리하여 액상분뇨만 상기 유량조정조로 투입되도록 하는 원심분리기를 더 포함한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 반응기는, 상기 유량조정조 내의 액상분뇨가 유입되고 액비배출구가 구비되는 반응조와, 상기 반응조의 상측과 하단을 연결하고 순환펌프가 구비되어 반응조의 상측에 위치된 상등수를 다시 반응조의 하단으로 순환시키는 순환관로와, 상기 순환관로에 연결되며 상기 액상분뇨를 순환관로로 공급하는 액상분뇨공급관로와, 상기 반응조의 상단과 상기 순환관로를 연결하여 상기 반응조 내에 산소를 순환공급시키며 그 일측에는 상기 산소공급원이 분기연결되는 산소순환공급관로와, 상기 반응조의 내부 하측에 배열되고 상기 산소순환공급관로와 상기 순환관로를 거쳐 상기 반응조 내로 유입되는 상등수의 상승속도를 저감시킴과 동시에 산소입자를 세분화하여 산소의 용존효율을 극대화시키는 타공판을 포함한다.

본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 반응조는 밀폐형으로 형성된다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 폭기조는 액비의 다단폭기가 가능하도록 다수개가 순차연결된다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 액비저장조는, 상기 폭기조로부터 투입된 액비를 자연침전방식에 의해 고액분리시키는 액비용 침전조와, 상기 액비용 침전조의 상측으로부터 분리된 액비가 저장되는 저농도액비저장조와, 상기 액비용 침전조의 상측으로부터 분리된 액비가 저장되는 농축저류조와, 상기 농축저류조로부터 투입되는 농축액비가 저장되는 고농도액비저장조를 포함한다.

본 발명에 따른 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템에 의하면, 축산분뇨의 원수를 집수한 후 자연침전에 의해 사전 고액분리를 거친 다음 고상분뇨에 한해서만 원심분리를 통한 고액분리가 이루어짐에 따라, 원심분리기에 부하가 상대적으로 적을 뿐만 아니라 원심분리기의 소비전력도 매우 절감되는 장점이 있다.

또한 본 발명에 따른 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템에 의하면, 블로어를 통해 원수집수조, 농축저류조, 유량조정조, 폭기조, 액비저장조로 공기를 투입시킬 때 산화반응을 위한 산소를 추가하여 동시에 공급함에 따라 블로어의 용량을 줄임과 동시에 블로어의 소비전력도 매우 절감되며, 그 결과 투입되는 공기량의 절감으로 인해 스크러버의 용량을 줄임과 동시에 스크러버의 소비전력도 상당히 절감될 수 있는 장점이 있다.

뿐만 아니라 본 발명에 따른 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템에 의하면, 외부로부터 유입되는 공기를 이용한 호기성미생물 발효에만 의존하여 축산분뇨를 액비로 발효시키는 것이 아니라, 사전 분리된 액상분뇨를 자체 순환시킴과 동시에 산소와 반응시켜 액상분뇨를 단시간 내에 양질의 액비로 발효시킬 수 있으며, 특히 반응기가 밀폐형 반응조를 포함할 경우 액비발효반응 진행시에 악취발생이 없어 친환경적인 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템의 전체구조를 설명하는 블럭다이어그램.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템에 있어서, 반응기의 상세구조도.

이하에는, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

본 발명의 일 실시예에 따른 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템은, 축산분뇨를 액비로 자원화하는 데 소요되는 시간과 공정비용을 최소로 절감시켜 양질의 액비가 효율적으로 제조될 수 있도록 하기 위한 것으로, 도 1에 도시되는 바와 같이, 수거된 축산분뇨가 저장되는 원수집수조(10)와, 원수집수조(10)로부터 투입된 축산분뇨를 자연침전방식에 의해 고액분리시키는 침전조(20)와, 침전조(20) 내의 액상분뇨가 투입됨과 동시에 침전조(20)의 고상분뇨로부터 재차 분리된 액상분뇨가 투입되는 유량조정조(30)와, 유량조정조(30)로부터 투입되는 액상분뇨를 액비로 발효시키는 반응기(40)와, 반응기(40)로부터 공급된 액비를 폭기시키는 폭기조(50)와, 폭기조(50)에 연결되어 폭기조(50)로부터 발생되는 가스를 정화처리하는 스크러버(60)와, 폭기조(50)로부터 공급된 액비가 저장되는 액비저장조(70)와, 원수집수조(10), 유량조정조(30), 폭기조(50) 및 액비저장조(70)에 각각 연결되어 외부공기를 불어넣는 블로어(80)와, 반응기(40)에 연결되어 반응기(40) 내로 고속발효를 위한 산소를 공급하고 블로어(80)의 토출구 측에 연결되어 수집수조(10), 유량조정조(30), 폭기조(50) 및 액비저장조(70) 내로 산소가 공급되도록 하는 산소공급원(90)을 포함한다.

여기서 "축산분뇨"는 통상의 가축분뇨만을 의미하는 것이 아니라 가축의 도축 또는 살처분에 따른 축산폐기물까지 포함하는 의미로 사용됨을 밝혀둔다. 아울러 이하에 상술된 구성부재들 사이에는 축산분뇨 또는 액비의 강제이송을 위한 관로와 이송펌프, 또는 공기와 산소의 공급을 위한 관로가 설치됨을 밝혀둔다.

원수집수조(10)는 예를 들어 수거차량에 의해 축산농가로부터 수거된 축산분뇨가 최초로 투입저장되는 분뇨저장탱크에 해당한다. 원수집수조(10)의 내부에는 블로어(80)에 연결되어 원수집수조(10) 내의 축산분뇨에 외부공기와 산소를 공급하는 산기관(11)이 구비된다.

전술한 원수집수조(10) 내에 저장된 축산분뇨는 침전조(20)로 투입되는데, 이 침전조(20)는 원수집수조(10)로부터 투입된 축산분뇨를 자연침전방식에 의해 고액분리시키는 역할을 한다. 침전조(20) 내로 투입된 축산분뇨 중에서 비교적 무거운 고상분뇨는 자연적으로 하측으로 가라앉고 비교적 가벼운 액상분뇨는 상부로 떠오르는 자연침전방식에 의해 침전조(20) 내로 투입된 축산분뇨는 자연적으로 고상분뇨와 액상분노로 고액분리된다. 또한 침전조(20)의 그 내부에는 하부로 가라앉은 고상분뇨를 교반 및 해체하는 모터 구동형 교반기(21)가 설치된다.

전술한 원수집수조(10)와 침전조(20) 사이에는 드럼스크린(15)이 구비되는데, 이 드럼스크린(15)은 침전조(20)로 투입될 축산분뇨에 포함된 각종 이물질(협잡물), 특히 지름 1 mm 이상의 이물질을 분리제거하는 역할을 하는 것으로, 통상의 원통형 스크린필터를 포함한다.

전술한 침전조(20) 내에서 최초로 분리된 액상분뇨와 침전조(20)의 고상분뇨로부터 재차 분리된 액상분뇨는 유량조정조(30)로 투입되는데, 이 유량조정조(30) 는 액비 제조를 위한 반응기(40)로의 투입될 액상분뇨가 사전저장됨에 따라 액비로 발효될 액상분뇨가 반응기(40) 내로 연속적으로 정량투입될 수 있도록 하는 역할을 한다. 유량조정조(30)의 내부에는 블로어(80)에 연결되어 유량조정조(30) 내의 액상분뇨에 외부공기와 산소를 공급하는 산기관(31)이 구비된다.

전술한 침전조(20)와 유량조정조(30) 사이에는 침전조(20) 내에 가라앉은 고상분뇨가 투입저장되어 농축저류되는 농축저류조(25)와, 이 농축저류조(25)의 하측으로부터 투입되는 고상분뇨를 원심분리하여 액상분뇨만 유량조정조(30)로 투입되도록 하는 원심분리기(27)가 설치된다. 여기서 농축저류조(25)의 내부에는 블로어(80)에 연결되어 농축저류조(25) 내의 고상분뇨에 외부공기와 산소를 공급하는 산기관(25a)이 구비된다. 원심분리기(27)에 의해 액상분뇨가 제거되고 남는 고상분뇨는 케이크 형태로 압축된 상태로 별도 수거된 후 폐기처리된다.

유량조정조(30)의 액상분뇨는 반응기(40)로 투입되는데, 이 반응기(40)는 유량조정조(30)로부터 투입되는 액상분뇨를 액비로 발효시키는 장치이다.

반응기(40)는 액상분뇨를 단시간 내에 양질의 액비로 발효시킬 수 있도록, 도 2에 도시되는 바와 같이, 유량조정조(30) 내의 액상분뇨가 유입되고 액비배출구(41a)가 구비되는 반응조(41)와, 반응조(41)의 상측과 하단을 연결하고 순환펌프(42a)가 구비되어 반응조(41)의 상측에 위치된 상등수를 다시 반응조(41)의 하단으로 순환시키는 순환관로(42)와, 순환관로(42)에 연결되며 유량조정조(30)로부터 투입되는 액상분뇨를 순환관로(42)로 공급하는 액상분뇨공급관로(43)와, 반응조(41)의 상단과 순환관로(42)를 연결하여 반응조(41) 내에 산소를 순환공급시키며 그 일측에는 산소공급원(90)이 분기연결되는 산소순환공급관로(44)와, 반응조(41)의 내부 하측에 배열되고 산소순환공급관로(44)와 순환관로(42)를 거쳐 반응조(41) 내로 유입되는 상등수의 상승속도를 저감시킴과 동시에 산소입자를 세분화하여 산소의 용존효율을 극대화시키는 타공판(45)을 포함한다. 반응조(41)는 악취 배출이 전면적으로 차단될 수 있도록 밀폐형으로 형성되는 것이 바람직하다.

산소순환공급관로(44)가 연결되는 순환관로(42) 상에는 순환되는 액상분뇨의 상등수와 산소가 신속하게 혼합될 수 있도록 이젝터(42b)가 설치되고, 액상분뇨공급관로(43)와 산소순환공급관로(44) 상에는 각각 밸브(43a, 44a)가 설치된다.

반응기(40)는 1대만 설치될 수도 있지만, 처리용량의 증대를 위해 다수대가 병렬로 설치되는 것이 바람직하다.

전술한 반응기(40)의 경우에는, 순환관로(42)에 의해 반응조(41) 내 액상분뇨의 상등수가 다시 반응조(41)의 하단으로 지속적으로 순환되고, 산소순환공급관로(44)에 의해 산소공급원(90)으로부터 일정압력의 산소가 반응조(41)로 공급됨은 물론 반응 후 상승된 산소는 다시 반응조(41)의 하단으로 순환되며, 반응조(41) 내의 하부에 다단설치된 타공판(45)에 의해 반응조(41) 내로 재유입되는 액상분뇨의 상등수의 상승속도가 저감됨과 동시에 산소입자가 세분화되어 산소의 용존효율이 극대화됨에 따라, 액상분뇨가 단시간 내에 양질의 액비로 발효될 수 있게 된다.

또한 전술한 반응기(40)의 경우에는, 산소순환공급관로(44)와 순환관로(42)의 연결부위에 설치되는 이젝터(44a)에 의해 액상분뇨와 산소의 혼합효율을 증대됨에 따라 액비제조시간이 더욱 단축될 수 있을 뿐만 아니라 반응조(42)가 분할형이 아닌 밀폐형(일체형)으로 형성됨에 따라 반응진행시 내부의 악취가 외부로 배출되지 않아 매우 친환경적인 장점이 있다.

전술한 반응기(40) 내에서 고속발효된 액비는 폭기조(50)로 투입되는데, 이 폭기조(50)는 반응기(40)로부터 공급된 액비에 산소를 공급하는 역할을 하는 것으로, 그 내부에는 블로어(80)에 연결되어 폭기조(50) 내의 액비에 외부공기와 산소를 공급하는 산기관(51)이 구비된다. 폭기조(50)는 액비가 순차적으로 여러번 폭기될 수 있도록 예를 들어 7개와 같이 다수개가 순차연결되는 것이 바람직하다.

전술한 폭기조(50)에는 스크러버(60)가 연결되는데, 이 스크러버(60)는 폭기조(50)로부터 발생되는 가스를 정화처리하는 역할을 하는 것으로, 공지 구조의 습식 스크러버로 형성된다.

전술한 폭기조(50), 특히 최종 단계의 폭기조(50) 내에서 폭기된 액비는 액비저장조(70)에 저장되는데, 이 액비저장조(70)는 폭기조(50)로부터 공급된 액비를 출하시까지 저장하는 탱크로서, 저농도액비와 고농도액비로 분리저장되는 구조를 가지는 것이 바람직하다.

이러한 농도별 액비의 분리저장구조를 위해 액비저장조(70)는 폭기조(50)로부터 투입된 액비를 자연침전방식에 의해 고액분리시키는 액비용 침전조(71)와, 액비용 침전조(71)의 상측으로부터 분리배출된 액비가 저장되는 저농도액비저장조(72)와, 액비용 침전조(71)의 하측으로부터 분리배출된 액비가 저장되는 액비용 농축저류조(73)와, 액비용 농축저류조(73)로부터 투입되는 농축액비가 저장되는 고농도액비저장조(74)를 포함한다.

저농도액비저장조(72)의 내부에는 블로어(80)에 연결되어 저농도액비저장조(72) 내의 액상분뇨에 외부공기와 산소를 공급하는 산기관(72a)이 구비된다. 또한 액비용 농축저류조(73)의 내부에는 블로어(80)에 연결되어 액비용 농축저류조(73) 내의 액상분뇨에 외부공기와 산소를 공급하는 산기관(73a)이 구비된다. 또한 고농도액비저장조(74)의 내부에는 블로어(80)에 연결되어 고농도액비저장조(74) 내의 액상분뇨에 외부공기와 산소를 공급하는 산기관(74a)이 구비된다.

전술한 원수집수조(10), 농축저류조(25), 유량조정조(30), 폭기조(50), 저농도액비저장조(72), 액비용 농축저류조(73) 및 고농도액비저장조(74) 내의 산기관(11, 25a, 31, 51, 72a, 73a, 74a)에는 블로어(80)가 각각 연결되는데, 이 블로어(80)는 원수집수조(10), 농축저류조(25), 유량조정조(30), 폭기조(50), 저농도액비저장조(72), 액비용 농축저류조(73) 및 고농도액비저장조(74) 내로 산소를 함유하는 외부공기를 불어넣는 역할을 하는 것으로, 공지 구조의 터보블로어로 형성된다.

또한 전술한 반응기(40)와 블로어(80)의 토출구 측에는 산소공급원(90)이 연결되는데, 이 산소공급원(90)은 반응기(40) 내로 고속발효를 위한 산소를 공급하고 블로어(80)의 토출구 측으로 산소를 공급하고 원수집수조(10), 유량조정조(30), 폭기조(50) 및 액비저장조(70) 내로 산소가 공급되도록 하는 역할을 하는 것으로, 통상의 고압 액체산소통으로 형성된다.

산소공급원(90)은 1개만 설치되어 반응기(40)에도 연결됨과 동시에 블로어(80)의 토출구 측에도 연결될 수 있고, 실시예에 따라서는 1개는 반응기(40)에만 연결되고 다른 1개는 블로어(80)의 토출구 측에 연결되는 형태로 분리될 수도 있다.

이하에는, 종래의 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템과의 비교 실험을 통한 본 발명의 일 실시예에 따른 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템의 공정비용 절감효과에 대해 상세히 설명한다.

종래의 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템에 적용되는 원심분리기의 경우에는 축산분뇨의 원수 그 자체를 원심분리해야 하므로 통상 60HP(45KW) 정도의 대용량의 원심분리기가 적용되어야 한다. 60HP(45KW)의 원심분리기로 실험해 본 결과, 1KW당 38원의 전기세가 소요된다고 가정할 경우 1일 24시간 기준 평균 41,040원, 1달(30일) 평균 1,231,200원의 전기세가 소요됨이 확인되었다.

반면에 본 발명의 일 실시예에 따른 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템의 원심분리기(27)의 경우에는 자연침전에 의해 사전 고액분리를 거친 고상분뇨만을 원심분리하면 되므로 통상 20HP(15KW) 정도의 저용량의 원심분리기가 적용되어도 무방하다. 20HP(15KW)의 원심분리기로 실험해 본 결과, 1KW당 38원의 전기세가 소요된다고 가정할 경우 1일 24시간 기준 평균 13,680원, 1달(30일) 평균 410,400원의 전기세가 소요되는 것으로 확인되었다.

따라서, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템의 경우에는, 축산분뇨의 원수를 집수한 후 자연침전에 의해 사전 고액분리를 거친 다음 고상분뇨에 한해서만 원심분리기(27)의 원심분리를 통한 고액분리가 이루어짐에 따라, 원심분리기(27)에 부하가 상대적으로 적을 뿐만 아니라 원심분리기(27)의 소비전력도 매우 절감될 수 있다.

종래의 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템의 경우에는 원수집수조, 농축저류조, 유량조정조, 폭기조, 액비저장조 등으로의 산소 공급과 관련하여 오직 블로어에 의해 공급되는 외부공기에만 의존하는 구조로 형성되어 블로어를 통해 상대적으로 많은 양의 외부공기가 제공해야만 하므로, 통상 150HP(112.5KW) 정도의 대용량의 블로어가 적용되어야 한다. 150HP(112.5KW)의 블로어로 소요전력비용을 산출해 본 결과, 1KW당 38원의 전기세가 소요된다고 가정할 경우 1일 24시간 기준 평균 102,600원, 1달(30일) 평균 3,078,000원의 전기세가 소요됨이 확인되었다.

또한 종래의 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템의 경우에는 상대적으로 많은 양의 외부공기 공급으로 인해 상대적으로 많은 양의 가스를 처리해야 하므로, 통상 100HP(75KW) 정도의 대용량의 습식스크러버가 적용되어야 한다. 100HP(75KW)의 습식스크러버로 소요전력비용을 산출해 본 결과, 1KW당 38원의 전기세가 소요된다고 가정할 경우 1일 24시간 기준 평균 68,400원, 1달(30일) 평균 2,052,000원의 전기세가 소요됨이 확인되었다.

반면에 본 발명의 일 실시예에 따른 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템의 경우에는, 원수집수조(10), 농축저류조(25), 유량조정조(30), 폭기조(50), 저농도액비저장조(72), 액비용 농축저류조(73) 및 고농도액비저장조(74)로의 산소 공급과 관련하여, 블로어(80)에 의해 산소가 함유된 외부공기가 공급될 뿐만 아니라 산소공급원(90)으로부터 블로어(80)의 토출구 측으로 산소가 별도 공급되는 구조로 형성되어 블로어(80)를 통해 상대적으로 적은 양의 외부공기가 제공되어도 무방하므로 통상 40HP(30KW) 정도의 터보블로어가 적용된다. 40HP(30KW)의 터보블로어로 그 소요전력비용을 산출해 본 결과, 1KW당 38원의 전기세가 소요된다고 가정할 경우 1일 24시간 기준 평균 27,360원, 1달(30일) 평균 820,800원의 전기세가 소요되는 것으로 확인되었다.

또한 상대적으로 적은 양의 외부공기 공급으로 인해 상대적으로 적은 양의 가스를 처리해야 하므로, 통상 20HP(15KW) 정도의 저용량의 습식스크러버가 적용되어도 무방하다. 20HP(15KW)의 습식스크러버로 소요전력비용을 산출해 본 결과, 1KW당 38원의 전기세가 소요된다고 가정할 경우 1일 24시간 기준 평균 13,680원, 1달(30일) 평균 410,400원의 전기세가 소요됨이 확인되었다.

따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템의 경우에는 블로어(80)를 통해 원수집수조(10), 농축저류조(25), 유량조정조(30), 폭기조(50), 저농도액비저장조(72), 액비용 농축저류조(73) 및 고농도액비저장조(74)로 공기를 투입시킬 때 산소공급원으로부터 산소가 추가공급됨에 따라 블로어(80)의 용량을 줄임과 동시에 블로어(80)의 소비전력도 매우 절감되며, 그 결과 투입되는 공기량의 절감으로 인해 스크러버(60)의 용량을 줄임과 동시에 스크러버(60)의 소비전력도 상당히 절감될 수 있다.

다만 본 발명의 일 실시예에 따른 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템의 경우에는 산소공급원(90)으로 고압 액체산소통이 추가적으로 필요한데, 통상 1일 24시간 기준 평균 50,000원, 1달(30일) 평균 1,500,000원의 액체산소 비용이 소요되는 것으로 확인되었다.

종래의 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템과 본 발명의 일 실시예에 따른 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템의 1달(30일)간 전체공정비용을 비교하면 아래의 표 1과 같다:

	원심분리기	블로어	스크러버	산소공급원	합 계
종래	1,231,200원	3,078,000원	2,052,000원	0원	6,361,200원
본 발명	410,400원	820,800원	410,400원	1,500,000원	3,141,600원

실험결과, 본 발명의 일 실시예에 따른 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템은 공정비용 면에서 종래의 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템에 비해 50% 이상의 절감효과를 가지는 것으로 확인되었다.

뿐만 아니라 본 발명의 일 실시예에 따른 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템에 의하면, 외부로부터 유입되는 공기를 이용한 호기성미생물 발효에만 의존하여 축산분뇨를 액비로 발효시키는 것이 아니라, 특정 구조의 반응기(40)를 적용하여 사전 분리된 액상분뇨를 자체 순환시킴과 동시에 산소와 반응시켜 액상분뇨를 단시간 내에 양질의 액비로 단기간 내에 고속발효시킬 수 있으며, 특히 반응기(40)가 밀폐형의 반응조(41)를 포함할 경우 액비발효반응 진행시에 악취발생이 없어 친환경적이다.

위에서 몇몇의 실시예가 예시적으로 설명되었음에도 불구하고, 본 발명이 이의 취지 및 범주에서 벗어남 없이 다른 여러 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 따라서 상술된 실시예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등 범위 내의 모든 실시에는 본 발명의 범주 내에 포함된다고 할 것이다.

10 : 원수집수조
15 : 드럼스크린
20 : 침전조
25 : 농축저류조
27 : 원심분리기
30 : 유량조정조
40 : 반응기
41 : 반응조
42 : 순환관로
43 : 액상분뇨공급관로
44 : 산소순환공급관로
45 : 타공판
50 : 폭기조
60 : 스크러버
70 : 액비저장조
71 : 액비용 침전조
72 : 저농도액비저장조
73 : 액비용 농축저류조
74 : 저농도액비저장조
80 : 블로어
90 : 산소공급원

Claims

수거된 축산분뇨가 저장되는 원수집수조;
상기 원수집수조로부터 투입된 축산분뇨를 자연침전방식에 의해 고액분리시키는 침전조;
상기 침전조 내의 액상분뇨가 투입됨과 동시에 상기 침전조의 고상분뇨로부터 재차 분리된 액상분뇨가 투입되는 유량조정조;
상기 유량조정조로부터 투입되는 액상분뇨를 액비로 발효시키는 반응기;
상기 반응기로부터 공급된 액비를 폭기시키는 폭기조;
상기 폭기조에 연결되어 상기 폭기조로부터 발생되는 가스를 정화처리하는 스크러버;
상기 폭기조로부터 공급된 액비가 저장되는 액비저장조;
상기 원수집수조, 상기 유량조정조, 상기 폭기조 및 상기 액비저장조에 연결되어 외부공기를 불어넣는 블로어; 및
상기 반응기에 연결되어 상기 반응기 내로 고속발효를 위한 산소를 공급하고 상기 블로어의 토출구 측에 연결되어 상기 원수집수조, 상기 유량조정조, 상기 폭기조 및 상기 액비저장조 내로 산소가 공급되도록 하는 산소공급원을 포함하며,
상기 액비저장조는, 상기 폭기조로부터 투입된 액비를 자연침전방식에 의해 고액분리시키는 액비용 침전조와, 상기 액비용 침전조의 상측으로부터 분리된 액비가 저장되는 저농도액비저장조와, 상기 액비용 침전조의 상측으로부터 분리된 액비가 저장되는 농축저류조와, 상기 농축저류조로부터 투입되는 농축액비가 저장되는 고농도액비저장조를 포함하는 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 원수집수조와 상기 침전조 사이에 구비되고 상기 침전조로 투입될 축산분뇨로부터 이물질을 분리제거하는 드럼스크린을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 침전조와 상기 유량조정조 사이에 구비되고 상기 침전조의 고상분뇨가 투입되는 농축저류조; 및
상기 침전조와 상기 유량조정조 사이에 구비되고 상기 농축저류조로부터 투입되는 고상분뇨를 원심분리하여 액상분뇨만 상기 유량조정조로 투입되도록 하는 원심분리기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 반응기는, 상기 유량조정조 내의 액상분뇨가 유입되고 액비배출구가 구비되는 반응조와, 상기 반응조의 상측과 하단을 연결하고 순환펌프가 구비되어 반응조의 상측에 위치된 상등수를 다시 반응조의 하단으로 순환시키는 순환관로와, 상기 순환관로에 연결되며 상기 액상분뇨를 순환관로로 공급하는 액상분뇨공급관로와, 상기 반응조의 상단과 상기 순환관로를 연결하여 상기 반응조 내에 산소를 순환공급시키며 그 일측에는 상기 산소공급원이 분기연결되는 산소순환공급관로와, 상기 반응조의 내부 하측에 배열되고 상기 산소순환공급관로와 상기 순환관로를 거쳐 상기 반응조 내로 유입되는 상등수의 상승속도를 저감시킴과 동시에 산소입자를 세분화하여 산소의 용존효율을 극대화시키는 타공판을 포함하는 것을 특징으로 하는 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 반응조는 밀폐형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 폭기조는 액비의 다단폭기가 가능하도록 다수개가 순차연결되는 것을 특징으로 하는 축산분뇨의 자원화를 위한 고효율 액비제조시스템.
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