KR101552317B1 - 호기성발효조의 발효열을 가온용 에너지로 이용하는 대용량 유기성 폐기물 혐기성소화 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 호기성발효조의 발효열을 가온용 에너지로 이용하는 대용량 유기성 폐기물 혐기성소화 시스템은, 전처리장치(100)로부터 고액 분리된 고형물과 고농도 액체를 각각 공급받는 호기성발효조(200)와 혐기성소화조(300)를 대용량 처리에 적합하도록 트랙(track)형태로 일체 형성하여 호기성발효조의 발효열이 혐기성소화조로 균일하게 전달 가온되도록 하고, 상기 호기성발효조에는 레일(200a)을 타고 일 방향으로 회전 이동하는 이송대(400)에 주행식 교반기(410)를 구비하여 고형물을 주기적으로 교반하도록 하고, 또 분쇄물 공급용 호퍼(121)를 구비하여 상기 주행식 교반기와는 별개로 정역 이동하면서 새로운 고형물을 호기성발효조에 고루 투입되도록 하며, 상기 호기성발효조로는 공기를 강제 공급하여 발효 효율을 높이고, 상기 혐기성소화조는 지그 재로 형태로 배치되는 격벽(312) 및 소화액 배출로를 갖는 차단벽(312-1)을 이용하여 산 발효실(313), 제1 및 제2혐기실(314)(315), 침전실(316)로 각각 구분 형성하여 고농도 액체가 단계적으로 서서히 이동하면서 소화 발효 및 침전되도록 구성함과 동시에 산 발효실, 제1 및 제2혐기실, 침전실에서 소화되는 고농도 액체는 순환 이동이 가능하도록 구성하여 메탄 발효 효율의 증대를 통한 메탄 가스의 발생량을 현저하게 높일 수 있도록 한 것이다.

Description

호기성발효조의 발효열을 가온용 에너지로 이용하는 대용량 유기성 폐기물 혐기성소화 시스템{ENERGY USE FOR HEATING IN THE AEROBIC FERMENTATION BALHYOYEOL LARGE ORGANIC WASTE ANAEROBIC DIGESTION SYSTEM}

본 발명은 가축분뇨, 음식물 쓰레기, 농산부산물 등의 각종 유기성 폐기물(有機性 廢棄物)을 이용한 혐기성 소화 시스템에 관한 것으로서, 특히 퇴비화 과정에서 호기성 미생물이 유기성 폐기물을 분해하면서 발생하는 호기성발효(퇴비화)조의 50℃이상 발효열을 혐기성소화조의 온도 유지를 위한 가온용 에너지로서 이용함에 따라 에너지 소비를 최소화하면서도 동절기 등의 저온에서도 문제없이 메탄가스를 효율적으로 대량 생산할 수 있도록 함은 물론 호기성 발효조 및 혐기성 소화조의 용량을 크게 증대시켜 적어도 중 소도시 이상의 지역에서 발생하는 유기성 폐기물을 대량으로 처리하는데 적합하도록 한 호기성발효조의 발효열을 가온용 에너지로 이용하는 대용량 유기성 폐기물 혐기성소화 시스템에 것이다.

일반적으로 가축분뇨, 음식물 쓰레기, 농산부산물 등의 각종 유기성 폐기물을 처리하는 열적 처리 기술로는, 연소, 건조, 열분해 등의 처리방법이 있고, 미생물을 이용한 처리로는, 호기성 발효(퇴비화)와 혐기성 소화(바이오가스화, 메탄발효)로 분류되고 있다. 이러한 처리에 의하여 사료, 퇴비, 고형연료, 가스 및 액상의 연료를 생산하여 이용하고 있다. 그 중에서도 최근에는 온실가스감축을 위하여 신 재생에너지 생산에 대한 관심과 맞물려 바이오매스(biomass)로도 분류되는 유기성 폐기물을 이용하여 메탄가스(methane gas)를 생성하는 혐기성 소화(바이오가스화,메탄발효)처리 방식에 많은 관심이 증가하고 있다.

이러한 시대의 흐름을 반영하여 종래에도 음식물 쓰레기나 가축분뇨 등의 유기성 폐기물을 혐기성소화 방식으로 처리하는 기술이 일부 알려져 있다.

그 예로서, 본원 출원인에 의해 개발된 “연속식 호기, 혐기 건식 발효시스템 및 방법”이 대한민국 특허 제10-1276758호로 특허 된 바 있고, 또 “호기성 발효열을 가온 에너지로 사용하는 혐기성 발효시스템 및 방법”이 대한민국 특허 제10-141072호로 각각 특허 된 바 있다.

특히 전자의 기술은, 종래 유기성 폐기물을 혐기소화 처리함에 있어서, 습식 및 건식공법으로 분리 이용되던 기술을 연속식으로 구성으로 구성하여 이들의 장단점을 하나의 시스템으로 묶어 유기성 폐기물의 분해 처리 효율 및 메탄가스의 회수를 극대할 수 있도록 구성한 것이다. 그러나 상기한 기술은 유기성 폐기물을 처리하기 위한 호기성 반응조 및 혐기성 반응조가 분리 구성되고, 그 처리만이 연속식으로 이루어지도록 구성된 것이어서, 시스템의 운용에 따른 에너지 소비가 가중되고, 또 분리 구성에 따른 설치면적이 과다하게 소요되는 등의 기술적인 문제가 발생될 수 있다. 또한 소량 처리에 적합하도록 설계되어 있어서, 대용량 처리에는 부적합하다.

또한, 후자의 기술은, 호기성 발효조와 혐기성 발효조를 일체형으로 하고, 호기 발효 과정에서 발생되는 발효열을 이용하여 기본적으로 35℃ 중온소화와, 55℃ 고온소화로 분리되어 각 영역에서 가장 분해가 활발히 일어나 메탄가스가 가장 많이 발생하는 혐기성 발효조를 가온되도록 하여 혐기성 발효조의 혐기 반응에 적합한 온도를 자체 조달하는 방식을 취하고 있기 때문에 시스템의 운용에 따른 에너지 소비를 최소화할 수 있고, 그로 인한 메탄가스의 발생량을 높이고, 이용효율을 높일 수 있다는 측면에서는 전자의 기술에 비하여 진일보한 기술로 볼 수 있고, 또 설치 면적을 최소로 할 수 있는 기술적인 이점을 제공하고 있다. 그러나 후자의 기술 역시, 상기의 이점에 불구하고, 각 발효조가 원형으로 제작되어 있고, 또 10가구 이내의 농가 단위나 소규모 단위 시설에 적합하도록 설계되어 있기 때문에 대용량으로 유기성 폐기물의 처리가 요구되는 중 소도시 이상의 지역에서는 사용이 불가능하거나, 대용량 처리를 위해서는 여러 개의 발효 시스템을 갖추어야 하는 문제가 있다. 물론, 원형 형태를 갖는 호기성 및 혐기성발효조의 크기(직경)를 크게 제작하여 처리용량을 키우는 것도 고려될 수 있으나, 각 발효조가 원형으로 제작되는 경우에는 그 크기를 무한정 크게 할 수 없을 뿐 아니라 이를 경우 무엇보다도 호기성 발효열의 열전달 효율이 크게 떨어져 혐기성 발효조의 가온 에너지로서의 역할을 제대로 수행하는 것이 곤란하게 되는 등의 문제로 인해 권장할 만한 사항이 되지 못한다. 또한, 혐기성 발효조가 원형으로 제작됨에 따라 고농도 액체의 체류 시간이 짧아 혐기 발효 효율이 저하되고, 또 분해가 잘 이루어지지 않아 최종 배출되는 폐액의 생물학적산소요구량(BOD)도 높게 측정되고 있어, 이의 개선이 요구되고 있는 실정이기도 하다.

1. 대한민국 특허 제10-1276758호(2013.06.20.공고) 2. 대한민국 특허 제10-1410722호(2014.06.24.공고)

따라서, 본 발명은 소규모 처리에 적합하도록 개발된 본원 출원인의 선행 특허 제10-1410722호 기술을 기초로 대용량 처리에 적합하도록 구조를 개선하여 적어도 중 소도시 이상의 지역에서 발생되는 유기성 폐기물을 하나의 시설에서 일괄하여 처리함은 물론 가축분뇨, 음식물 쓰레기, 농산부산물 등의 유기성 폐기물로부터 전처리과정을 통해 고형물과 고농도 액체로 분리할 수 있고, 또 퇴비화를 하는 호기성발효(퇴비화)조에 새로운 고형물을 투입하여 주되 새로 투입되는 고형물과 교반기에 의해 낙하하는 기존의 고형물이 골고루 혼합되어 지도록 하여 전체적으로 고른 호기 발효가 이루어져 온도를 안정적으로 유지함으로써 혐기성소화조의 가온 효과가 증대되도록 하며, 호기성발효조에 넣어진 고형물에 호기성발효 효과를 더욱 높여주기 위해서 공기를 보다 효과적으로 공급하여 줄 수 있는 것은 물론 호기성발효조 내에 투입되어 발효가 종료된 고형 폐기물을 호기성발효조 상부 외 측에 구비된 저장고로 월류시켜 퇴비로 사용 가능하게 하고, 또 혐기성소화조의 내부는 고농도 액체가 지그재그형태로 서서히 이동하면서 메탄 발효가 효과적으로 이루어지도록 격벽 및 배출로를 갖는 차단벽을 이용하여 다단으로 구획 형성하고, 메탄 발효 과정에서 고농도 액체를 순환시켜 고농도 액체의 유동(遊動)을 통한 균등 발효가 더욱 효과적으로 이루어지도록 하고, 소화가 종료되어진 소화액의 일부를 반송오니, 즉 미생물로서 재공급하여 분해 활성을 높여주어 메탄가스 발생량을 증대시킬 수 있도록 한 호기성발효조의 발효열을 가온용 에너지로 이용하는 대용량 유기성 폐기물 혐기성소화 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 전처리장치의 분쇄기를 이용하여 유기성 폐기물을 파쇄 혼합하고, 또 분쇄물 투입용 호퍼 및 물받이를 통해 고액 분리를 하며, 일정 간격을 두고 트랙(track) 형태로 형성되는 혐기성소화조로는 전처리장치로부터 고농도 액체를 투입하여 혐기발효시키고, 또 호기성발효조로는 전처리방지로부터 고형물을 투입하여 호기 발효시키며, 상기 호기성발효조에 투입된 고형물은 호기성발효조의 외측 둘레면 전체를 빙둘러 설치된 체인에 맞물려진 체인기어의 구동을 통해 호기성 발효조의 상부에 구비된 레일을 타고 이송하는 이송대의 주행식 교반기를 이용하여 주기적으로 교반되도록 하는 호기성발효조의 발효열을 가온용 에너지로 이용하는 대용량 유기성폐기물 혐기성소화 시스템에 있어서, 상기 이송대에는 스크레이퍼를 더 설치하여 호기성발효조 내의 고형물을 평탄하게 함과 동시에 발효가 완료된 일정 수위 이상의 고형 폐기물을 호기성발효조에 형성된 저장고로 월류시키도록 하고, 상기 전처리장치에서 분리되는 고형물은 호기성발효조의 외측 둘레면 전체를 빙 둘러 설치된 체인에 맞물려진 체인기어의 구동을 통해 상기 호기성발효조의 상부에 구비된 레일을 따라 이송대와는 별개로 정역 이동하는 분쇄물 투입용 호퍼를 이용하여 호기성 발효조에 수시로 고루 투입하여 주며, 상기 혐기성소화조로 투입되는 고농도 액체는 지그재그 형태로 배치된 격벽 및 소화액 배출로를 갖는 차단벽을 이용하여 각각 분할 형성된 산 발효실, 제1 및 제2혐기실, 침전실을 단계적으로 서서히 이동하면서 메탄 발효 및 침전되도록 하되, 상기 산 발효실, 제1 및 제2혐기실, 침전실에서 메탄 발효되는 고농도 액체는 피스톤 펌프(P) 작동시, 액체 저장조와 연결된 고농도 액체 공급관과, 고농도 액체 투입관 및 상기 고농도 액체 공급관 및 고농도액체 투입관에 각각 연결 설치된 제1 및 제2순환관과, 상기 제1 및 제2순환관에 연결되어진 제3 및 제4순환관 및 폐액 저장탱크에 각각 구비된 에어 솔 밸브(SV1~SV7)의 단속 제어를 통해 순환 이동되도록 함과 동시에 상기 침전실의 소화오니는 침전되어 다시 반송오니로서 산발효실, 혐기실로 순환 공급되도록 하고, 상기 호기성발효조에 투입되는 고형물로는, 호기성발효조의 외 측면 전체를 빙 둘러서 설치되는 공기 공급관과, 상기 공기 공급관에 연결된 공기 공급용 블로워와, 상기 공기 공급관에 일정 간격으로 연결 형성되고 동시에 상기 호기성발효조의 내부와 연통되게 형성된 하나 이상의 공기 주입구와, 상기 공기주입구를 개폐 조작하기 위하여 공기 공급관의 외 측에 고정 설치된 실린더에 구비된 피스톤으로 이루어지는 공기 주입 구성을 통해 공기가 신속하게 주입되도록 하되 상기 고형물에 공기 주입시 공기 주입구를 막고 있는 피스톤을 이용하여 고형물에 대해 구멍을 깊게 형성한 다음 공기가 주입되도록 하여 고형물에 대한 공기 주입이 더욱 효과적으로 이루어지도록 하여 고형물의 호기성 발효가 원활하게 이루어지도록 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 유기성 폐기물을 혐기성소화시키기 위하여 호기성발효조와 일체로 구비되고, 고액 분리된 고형물이 투입되어 호기 발효되는 호기성발효조 및 고농도 액체가 투입되어 메탄 발효되는 혐기성소화조를 트랙(track) 형태로 제작하여 혐기성소화조에 대한 호기성발효조의 호기 발효열의 열전달 효율이 떨어지지 않으면서도 많은 량의 유기성 폐기물의 혐기성소화 처리가 가능하여 적어도 중 소도시 이상의 지역에서 매우 유용하게 설치하여 사용할 수 있는 이점을 제공한다.

또한, 호기성발효조의 호기 발효열을 혐기성소화조의 가온용 에너지로서 사용함으로써 일반적으로 생산된 메탄가스를 연소시키거나, 별도의 에너지원으로 가온하는 혐기성소화조의 운전에 따른 에너지 소모를 그만큼 최소화하면서도 많은 량의 메탄 가스를 효율적으로 얻을 수 있기 때문에 메탄가스를 취사나 지역 난방용으로 사용할 수 있는 이점이 있다.

또한, 호기성발효조에 대한 공기 주입이 피스톤을 통해 효과적으로 수행되도록 함에 따라 호기성발효조에 공급되는 고형물에 대한 호기 발효 효율을 현저하게 높여 혐기성소화조에 대한 가온 효율을 높일 수 있고, 그로 인한 혐기성소화조 내의 혐기성 미생물의 활성을 촉진하여 메탄가스의 발생 량을 더욱 증대시킬 수 있는 이점을 제공한다.

또한, 혐기성소화조로 공급되는 고농도 액체는 하나 이상의 격벽에 의해 다 단으로 구획 형성된 내부를 지그재그형태로 서서히 이동하면서 메탄 발효가 효과적으로 이루어지도록 형성하고, 또 고농도 액체는 각 격실로 순환 이송시켜 고농도 액체가 메탄 발효 과정에서 침전되지 않고 유동되도록 하여 균등한 메탄 발효가 상시 이루어지도록 하여 메탄 반응 효율을 더욱 높일 수 있는 이점을 제공하게 된다.

또한, 유기성 폐기물은 전처리장치를 통해 호기성발효조로 공급되는 고형물과 혐기성소화조로 공급되는 고농축 액체의 고액분리가 신속 용이하고 편리하게 이루어질 수 있는 이점이 있다.

또한, 혐기성소화조가 산 발효실, 혐기실, 침전실로 격벽에 의해 다단으로 이루어져 있고, 그 내부로 공급되는 고농도 액체가 서서히 체류되면서 소화되어 짐에 따라 최종 외부로 배출되는 폐액의 생물학적산소요구량(BOD)도 현저하게 낮아지게 되는 효과를 제공하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 혐기성소화 시스템 구조를 보인 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 혐기성소화 시스템 구조를 보인 일부 절단 발췌 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 전처리장치의 측 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 분쇄물 투입용 호퍼의 저면 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 분쇄물 투입용 호퍼의 측 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 호기성발효조 내에 공기를 공급하는 구조를 보인 발췌 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 혐기성소화 시스템을 설명하기 위한 구성도.
도 9는 본 발명에 따른 혐기성소화 시스템의 이중 자켓 구조를 설명하기 위한 구성도.
도 10의 (가)(나)는 본 발명에 따른 이송대의 가이드 롤 및 보조 가이드 롤구조를 보인 단면도.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 대하여 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 호기성발효조의 발효열을 가온용 에너지로 이용하는 대용량 유기성 폐기물 혐기성소화 시스템은, 기본적으로, 본원 출원인이 특허받은 기술(특허 제10-1410722호)을 토대로 일부 구성은 유기성 폐기물의 대용량 처리에 적합하도록 개선하고, 또 일부 구성은 인용하여 새로운 작용효과가 발휘되도록 발명된 것이다.

본 발명에 따른 호기성발효조의 발효열을 가온용 에너지로 이용하는 대용량 유기성 폐기물 혐기성소화 시스템은, 발생원으로부터 수거되어진 가축분뇨, 음식물 쓰레기, 농산부산물과 같은 유기성 폐기물을 공급받아 파쇄 혼합하고, 동시에 고형물과 고농도 액체로 분리하는 전처리장치(100)를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따르면, 상기 전처리장치(100)를 통해 처리되는 유기성 폐기물은 유기물에 함유된 비닐이나 금속, 동물 뼈 등과 같이 미생물에 의한 분해가 이루어지지 않는 각종 형태의 이물질이나 협잡물은 1차적으로 분리하여 공급되는 것을 원칙으로 한다.

또한, 상기 전처리장치(100)에 의해 분리된 고형물이 공급되어 지도록 일방으로 개방된 형태로 구성되고, 또 상기 고형물을 호기성 미생물 및 산소를 공급하여 호기 발효시키기 위한 호기성발효조(200)를 구비하고 있다.

또한, 상기 전처리장치(100)에 의해 분리된 고농도 액체가 공급되어 지고, 상기 고농도 액체를 가스저장탱크와 연결된 가스배출관(311)이 구비된 밀폐 뚜껑(310)에 의해 혐기 조건으로 구성하되, 상기 내부 공간은 지그재그 형태로 배열 구성되는 격벽(312)을 이용하여 산 발효실(313), 제1 및 제2혐기실(314)(315)로 순차 구획 형성하고, 또 소화액 배출로(316a)를 갖는 차단벽(312-1)을 이용하여 침전실(316)로 구분 형성하여 상기 고농도 액체가 산 발효실(313), 제1 및 제2혐기실(314)(315), 침전실(316)을 순차적으로 서서히 이동하면서 혐기성 미생물에 의해 메탄 발효가 진행되면서 메탄가스를 생산하는 혐기성소화조(300)를 구비하고 있다.(도 8 참조)

그리고, 상기 혐기성소화조(300)의 외 측으로는 호기성발효조(200)를 일체형으로 형성하되 상기 혐기성소화조와 호기성발효조는 일정한 간격을 가지도록 트랙(track) 형태로 형성하여 상기 호기성발효조(200)에 공급되어진 고형물의 호기 발효과정에서 발생되는 50℃ 이상의 호기 발효열이 혐기성소화조(300)로 균등하게 전달 가온되도록 구성되어 있다.( 도 3 참조)

또한, 상기 트랙 형태의 호기성발효조(200)에는 모터(401)에 의해 레일(200a)을 따라 주행하는 이송대(400)와, 이송대(400)에 설치되어 모터(411)에 의해 상,하로 승,하강하면서 호기성발효조(200) 내의 고형물을 상하로 교반시키기 위하여 무한궤도상으로 회전되게 설치된 교반날개(412)가 갖추어진 주행식 교반기(410)를 구비하여 호기성발효조(200)에 구비된 주행식 교반기(410)에 의해 호기성발효조(200) 내의 고형물들을 간헐적으로 상하 교반시켜 주면서 골고루 혼합되도록 하여 유기물의 분해과정에서 호기성 발효가 원활히 진행되도록 구성되어 있다.

여기서 본 발명에 따른 주행식 교반기(410) 구성은, 본원 출원인의 대한민국 특허 제10-1410722호에서 동일한 기능을 수행하는 주행식 교반기 구성(도면 6)을 통해 그 구조 및 기능이 더욱 이해될 수 있을 것이다.

한편, 본 발명에 따르면, 상기 혐기성소화조(300)의 산 발효실(313) 및 제1및 제2혐기실(314)(315) 상호간, 또는 제2혐기실(315)의 고농도 액체를 산 발효실(313)로 재순환 공급하여 산 발효실(313) 및 제1및 제2혐기실(314)(315)에서 메탄 발효되는 고농도 액체의 유동을 도와 상시 균등한 메탄 발효가 이루어지도록 하고, 또 침전실(316)의 소화액을 산 발효실(313)에 반송오니로 순환 공급시켜 pH조정과 미생물의 활성화가 용이하게 이루어지도록 구성되어 있다.(도 8 참조)

다음, 전처리장치(100)에 대하여 살펴본다. 본 발명에 따른 전처리장치(100)는, 크게 분쇄기(110)와, 분쇄물 투입용 호퍼(121) 및 물받이(125)로 이루어지는 고액 분리조(120), 그리고 고 농도 액체 저장조(130)로 구성되어 있다.

분쇄기(110)는, 발생원으로부터 수거되어진 가축분뇨, 음식물쓰레기, 농산부산물 등의 유기성 폐기물을 플랩 도어(111)로 투입하면 모터(112)에 의해 다수개의 회전 커터(113a)가 축 결합된 한 쌍의 회전 커터 축(113)이 동시에 회전하면서 유기성 폐기물을 파쇄 및 골고루 혼합한 다음 하측에 형성된 볼 밸브(114)를 통해 콘 버켓(115)으로 낙하시킨 후 솔레노이드밸브(116)의 작동으로 분쇄물 이송관(117)을 통해 고액 분리조(120)의 분쇄물 투입용 호퍼(121)로 이송시키도록 구성되어 있다.

고액 분리조(120)는 고형물과 고농도 액체의 분리가 가능하도록 분쇄물 투입용 호퍼(121)와, 실린더(125a)에 의해 분쇄물 투입용 호퍼(121) 하측으로 위치 이동되면서 분쇄물 투입용 호퍼(121)에서 분리 낙하되는 고농도 액체를 받아 호스(125b)를 통해 고 농도 액체 저장조(130)로 이송시키는 물받이(125)로 구성되어 진다.

따라서, 분쇄물 투입용 호퍼(121)의 하측으로 물받이(125)를 위치시킨 후 상기 분쇄물 이송관(117)을 통해 분쇄물 투입용 호퍼(121) 내로 파쇄된 유기성 파쇄물이 공급되면, 상기 분쇄물 투입용 호퍼(121)의 하측 낙하공(121a)은 회전날개(121-1)가 막고 있고, 분쇄물 투입용 호퍼(121)의 내 측면이 타공망(121b)으로 형성되어 있으므로 고형물은 걸러지고 고농도 액체는 낙하하여 물받이(125)에 받아지는 것에 의해 고액 분리가 이루어지게 된다.

그리고, 상기 물받이(125)에 받아진 고농도 액체는 호스(125b)를 통해 고 농도 액체 저장조(130)로 이송되어 저장된다.

이와 같이 고액 분리조(120)를 통해 고형물과 고농도 액체가 분리 완료된 다음에는 실린더(125a)에 의해 전진해 있던 물받이(125)를 후퇴시켜 분쇄물 투입용 호퍼(121)의 하 측으로 부터 벗어나도록 후퇴 이동시켜 준다.

그런 다음에는 상기 분쇄물 투입용 호퍼(121)의 낙하공(121a)을 막고 있는 회전날개(121-1)를 모터(121-2)를 이용하여 저속 회전시켜 준다. 그러면 분쇄물 투입용 호퍼(121) 내에서 걸러진 고형물이 한꺼번에 낙하하는 것이 아니라 소정 량씩 분쇄물 투입용 호퍼(121)의 낙하공(121a)을 통과하여 호기성발효조(200)로 낙하 투입된다.

상기 고농도 액체 저장조(130)는, 상기 물받이(125)로 부터 호스(125b)를 통해 이송된 고농도 액체를 저장하여 두었다가 고농도 액체 이송관(131)에 구비된 피스톤 펌프(P) 작동을 통해 여과기(132)를 지나 고농도 액체 투입관(133)을 통해 혐기성소화조(300)의 산 발효실(313)로 보내어 질 수 있도록 구성된다.

한편, 모터(401)에 의해 호기성발효조(200)의 상측으로 설치된 레일(200a)을 따라 주행하는 이송대(400)는, 모터(401)에 의해 회전하는 체인기어(401a)를 호기성발효조(200)의 외측 둘레면 전체를 빙 둘러 감싸지게 고정 설치한 체인(402)에 맞물려지도록 하여 이송대(400)가 체인을 따라 회전 이동하는 체인기어의 구동을 통해 이송이 이루어지도록 구성되어 있다.

이때, 이송대(400)로는 레일(200a)의 상면을 따라 이동되는 하나 이상의 가이드 롤(403)과, 레일의 하면을 따라 이동되는 하나 이상의 보조 가이드 롤(403a)이 구비되어 있다.

따라서, 상기 이송대(400)는 레일(200a)을 따라 이송시, 레일의 상 하부면에 대하여 가이드 롤(403) 및 보조 가이드 롤(403a)이 각각 안정되게 받침되는 상태로 이동되기 때문에 주행식 교반기(410)를 이용하여 호기성발효조(200)에 투입된 고형물을 교반하더라도 이탈이나 분리될 염려가 전혀 없게 된다.

또한, 상기 이송대(400)에 설치된 교반기(410) 후방에는 하향 경사진 슬라이딩 플레이트(410a)가 형성되어 있는데, 상기 슬라이딩 플레이트(410a)는 주행식 교반기(410)의 교반날개(412)에 의해 상측으로 끌어 올려졌다가 낙하하는 기존의 고형물을 주행식 교반기(410)의 후방으로 배치되는 분쇄물 투입용 호퍼(121)의 하측으로 정확하게 낙하시켜주어 분쇄물 투입용 호퍼(121)로부터 낙하하는 새로운 고형물과 잘 섞이도록 하는 것이다.

한편, 상기 슬라이딩 플레이트(410a)는 분쇄물 투입용 호퍼(121)의 하측으로 기존의 고형물을 정확하게 낙하시켜 새로운 고형물과 잘 혼합되도록 유도하기 위한 것이나, 분쇄물 투입용 호퍼(121)가 이송대(400)와는 별개로 이동되고, 또 분쇄물 투입용 호퍼(121)로부터 낙하되는 새로운 고형물의 낙하 위치와 슬라이딩 플레이트(410a)로부터 낙하되는 기존의 고형물 낙하 위치가 서로 불일치할 수도 있다는 점을 감안하면, 그 기능상 생략될 수도 있을 것이다.

또한, 상기 이송대(400)의 후방에는 하측으로는 스크레이퍼(420)가 경사지게 구비되어 있다. 상기 스크레이퍼(420)는 이송대(400)를 따라 이동하면서 호기성발효조(200)에 투입 교반되는 고형물을 평탄하게 작업하고, 또 일정 높이 이상으로 쌓여지는 고형 폐기물을 호기성발효조(200)의 외벽으로 형성된 저장고(210)로 용이하게 월류시키도록 하기 위한 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 분쇄물 투입용 호퍼(121)는 호기성발효조(200) 및 혐기성소화조(300)가 용량 증대를 위해 긴 트랙 형태로 형성되어 있기 때문에 고형물을 호기성발효조에 수시로 공급해 줄 필요가 있다. 이러한 이유로 인해 분쇄물 투입용 호퍼(121)는 이송대(400)의 이동과는 별개로 정역 이동 가능하도록 구성됨이 바람직하다.

이를 위해 분쇄물 투입용 호퍼(121)에는 레일(200a)의 상면을 따라 이동되는 하나 이상의 가이드 롤(122)이 구비되어 있고, 어느 일방의 가이드 롤의 축(123)으로는 구동 휠(124)이 구비되어 있으며, 상기 구동 휠은 정역 모터(125)와의 사이에 걸어지는 체인(126)에 의해 구동되어 지도록 구성되어 있고, 상기 정역 모터(125)의 구동에 의해 가이드 롤(122)이 레일(200a)을 따라 안정되게 정역 이동하면서 호기성발효조(200)에 대한 고형물의 투입이 용이하게 이루어질 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 이송대(400)는 항상 일 방향으로만 하루 1회 정도 이동하면서 주행식 교반기(410)를 이용하여 호기성발효조(200)의 내부에 투입된 고형물을 교반하게 되고, 또 상기 분쇄물 투입용 호퍼(210)는 이송대(400)의 이동과는 별개로 하루에도 몇 번씩 정역 이동하면서 고액 분리가 이루어진 고형물을 수시로 투입해주도록 함에 따라 트랙 형태로 이루어진 호기성발효조(200)에 대한 고형물의 투입이 균형적으로 이루어지는 것이 가능하게 된다.(도 3 참조)

한편, 본 발명에 따르면, 레일(200a)을 따라 이동되는 상기 이송대(400)의 가이드 롤(403)은 도 10의 (가)와 같이 호기성발효조(200)의 레일(200a)이 곡선 및 직선 구간이 서로 연결된 트랙 형태로 구성되어 있기 때문에 특히 곡선 구간에서의 회전 이동을 자유롭게 유도하기 위해 롤러 지지 축으로는 축 방향으로 하중을 받을 사용하는 베어링(403-1)을 더 구비함이 바람직하다. 여기서 베어링은 드르스트 베어링(thrust bearing)이 사용됨이 바람직하다.

한편, 본 발명은 호기성발효조(200)에 넣어진 고형물의 호기성 발효 효과를 높혀주기 위해서 공기를 보다 효과적으로 공급하여 줄 수 있도록 구성됨이 바람직하다.

즉, 호기성발효조(200)의 외 측면 전체를 빙 둘러서 공기 공급관(220)을 설치하고, 상기 공급 공급관에는 공기 공급용 블로워(blower)(221)를 연결 설치한다. 그리고 상기 공기 공급관으로는 하나 이상의 공기 주입구(220a)를 호기성발효조(200)의 내부와 연통되게 일정 간격으로 형성하고, 상기 공기주입구(220a)는 공기 공급관(220) 외 측에 고정 설치된 실린더(222)의 피스톤(222a)에 의해 개폐가능하도록 구성되어 있다.(도 7 참조)

따라서, 교반기(410)의 작동시나 평상시에는 피스톤(222a)을 전진시켜 공기 주입구(220a)를 막아주면 호기성발효조(200)의 고형물에 의해 공기 주입구(220a)가 막힐 염려가 전혀 없고, 또 고형물의 발효를 촉진시키기 위해서 공기를 공급하여 주고자 할 경우에는 피스톤(222a)을 후퇴시켜 공기 주입구(220a)와 공기 공급관(220)을 동시에 개방시켜 준 다음 공기 공급용 블로워(221)를 이용하여 공기 공급관(220)에 공기를 강제로 주입하면 공기 주입구(220a)를 통해 호기성발효조(200)의 내부에 투입되어 있는 고형물에 대한 공기를 신속 용이하게 공급할 수 있게 된다.

이때, 상기와 같은 방법으로 공기 공급시 공기 주입구(220a)를 막고 있는 피스톤(222a)을 좀더 깊숙이 전진시켜 고형물에 구멍(10)을 먼저 형성시켜 준 후에 피스톤(222a)을 후퇴시킨 다음 공기를 주입하게 되면 고형물에 형성된 구멍(10)을 통해 공기가 고형물 내부로 더욱 깊숙이, 그리고 더욱 넓고 고르게 공급되어 짐에 따라 호기성 발효가 증대되어 보다 높은 온도를 얻을 수 있으므로, 이 또한 호기성발효조(300)의 가온 효과를 증대시킬 수 있는 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 혐기성소화조(300)의 바닥 하부 외 측에는 자켓(317)을 더 형성하고, 상기 자켓의 내부로는 혐기성소화조(300)에 구비된 온도감지센서의 신호에 따라 온수가 순환 공급되도록 하여 혐기성소화조의 소화 온도가 적정하게 유지되도록 하여 혐기 발효율이 높아지도록 구성함이 바람직하다.(도 9 참조)

이때 자켓(317)으로 공급되는 온수는 온수탱크(318)로 부터 공급 순환되도록 하고, 상기 온수탱크로는 태양열 온수기(319)로부터 온수가 공급되도록 구성함이 바람직하다. 상기 자켓(317)에 대한 온수 공급을 통해 혐기성소화조(300)의 메탄 발효 온도를 적정하게 유지되도록 함은, 특히 기온이 낮아지는 동절기나, 또는 호기성발효조(200)의 호기 발효열에 의한 열전달 효율이 미흡한 경우에 매우 유용하게 이용될 수 있을 것이다.

본 발명에 따르면, 온수탱크(318)로의 온수 공급을 태양열 온수기(319)를 이용함으로써 온수 공급에 따른 불필요한 에너지 소비를 줄일 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따르면, 메탄 가스를 발생시키기 위하여 혐기성소화조(300)로 공급되는 고농도 액체가 소화 과정에서 유동되도록 하고, 또 혐기성 미생물이 다량 함유된 고농도 액체나 소화액을 반송 순환시켜 혐기 반응에 재이용함으로써 메탄 발효 효율을 더욱 높일 수 있는바, 이 과정에 대하여 이하에서 살펴본다.

도 8을 참조하면, 고액 분리기(120)에서 분리된 고농도 액체는, 고농도 액체 저장조(130)로부터 고농도 액체 이송관(131)에 설치된 피스톤 펌프(P)의 펌핑 작용을 통해 이송되어 지고, 여과기(132)를 통과하면서 모래나 무게가 나가는 각종 이물질들이 재차 여과된 상태에서 고농도 액체 투입관(133)을 통해 산 발효조(313)로 강제 공급된다. 산 발효조로 강제 공급된 고농도 액체는 그 후 격벽(312)을 통해 분리 구획된 제1 및 제2혐기실(314)(315)로 서서히 이동하면서 혐기성소화조(300) 내부에 넣어져 있는 혐기성 미생물에 의해 소화되고, 이러한 고농도 액체의 메탄 발효 과정을 통해 메탄가스가 발생되어 진다. 이때 고농도 액체는 지그재그 상태로 설치된 격벽(132)에 의해 서서히 이동하게 되어 소화 시간이 최대한으로 지체됨에 따라 소화 효율이 현저하게 증대되어 메탄 가스 발생량을 높일 수 있게 된다.

그리고 메탄 발효가 완료된 소화액은 제2혐기실(315)과 차단벽(312-1)으로 차단된 침전실(316)의 배출로(316a)를 통해 유입되어 침전 오니 및 폐수로 분리되어 진다. 좀더 상술하면, 상기 침전실(316)의 내부로는 소화액을 침전오니 및 폐액으로 걸러기 위한 분리막(316b)이 구비되어 있고, 상기 분리막은 침전오니의 상승을 억제하기 위하여 일정한 간격을 두고 지그재그 방식으로 하향으로 경사지게 설치되어 있다. 따라서, 상기 배출로(316a)를 통해 침전실(316)로 유입된 소화액 중 침전오니는 상기 분리막(316b)을 통해 상승이 억제되면서 가라 않게 되고, 폐액만이 자연적으로 상승하게 된다. 그리고 상부로 분리 상승된 폐액은 오버플로우관(320)을 통해 오버플로우되어 폐액 저장탱크(321)에 저장 배출되어 진다.

한편, 혐기성소화조(300)의 산 발효실(313), 제1 및 제2혐기실(314)(315)의 고농도 액체를 비롯하여 침전실(316)의 소화액은 반송 순환시켜 고농도 액체의 유동 상태를 상시 유지하여 침전물로서 침적되는 것을 방지함과 동시에 pH 조정에 재이용될 수 있고, 최종 침전실(316)의 오니는 산 발효실 및 혐기실로 반송(搬送) 순환시켜 미생물의 활성을 높여 분해효율을 높여줄 수 있도록 한다.

이를 위해, 본 발명은, 제2혐기실(315)과 고농도 액체 투입관(133)과의 사이에는 제1순환관(134)이 연결 설치되어 있고, 또 상기 침전실(316)과 고농도 액체 이송관(131)과의 사이에는 제2순환관(135)이 연결 설치되어 있다. 그리고, 제2순환관(135)으로는 산 발효실(313) 및 제2혐기실(315)과 연결되는 제3순환관(136) 및 제4순환관(137)이 각각 연결 설치되어 있다. 그리고, 상기 고농도 액체 이송관(131), 고농도 액체 투입관(132), 제1순환관(134), 제3순환관(136), 제4순환관(137), 제2순환관(135), 폐액 저장탱크(321)로는 소화액의 순환 흐름을 제어하기 위한 각각의 에어 솔 밸브(SV1~SV7)가 설치되어 있다. 이때 제2순환관(135)에 설치되는 에어 솔 밸브(SV6)는 제4순환관(137)에 설치된 에어 솔 밸브(SV5)와 작동 충돌이 서로 발생되지 않는 위치에 설치되어 진다.

따라서, 상기한 혐기성소화조(300)의 고농도 액체 및 소화액의 순환 이동 구조를 통해, 피스톤 펌프(P) 작동시, 각 에어 솔 밸브(SV1~SV7)가 적정히 제어되면서, 고농도 액체 저장조(130)로부터 고농도 액체를 혐기성소화조(300)의 산 발효실(313)로 강제 공급하거나, 또는 산 발효실(133)에서 소화되는 소화액을 산 발효실(133)로 재순환시키거나, 제1 및 제2혐기실(134)(315)의 상호간에 고농도 액체를 순환시키거나, 제2혐기실(315)의 고농도 액체를 산 발효실(313)로 순환시키거나 또는 침전실(316)의 소화액을 산 발효실로 순환 이송시켜 메탄 발효 과정에 있는 고농도 액체가 침전되지 않고 상시 유동되도록 하거나, 산 발효조의 pH 조정에 재 이용하는 것이 가능하게 된다. 이러한 순환 과정은 전체적으로 혐기성소화조 내에서의 메탄발효 효율을 높여 메탄 가스의 발생량을 증대시킬 수 있는 요인으로 작용하게 된다.

그리고, 여과기(132) 및 침전실(316)에는 여과 찌꺼기 및 과잉소화액을 간헐적 또는 주기적으로 배출시키기 위한 드레인관(132-1)(316-1)이 각각 연결 설치되어 있고, 상기 드레인관으로는 드레인 밸브(DV1)(DV2)가 각각 구비되어 있다.

한편, 본 발명에 따른 호기성발효조의 발효열을 가온용 에너지로 이용하는 대용향 유기성 폐기물 혐기성소화 시스템은, 비록 도면에는 표시하지 않았지만, 별도의 온실 구조물 내부에 설치하여 운용함으로써 실내 온도의 자연 상승 유도 및 축적된 열을 사용할 수 있고, 이를 통해 혐기 발효 및 가온 효과를 더욱 증대시킬 수 있도록 구성할 수도 있을 것이다.

도면상, 미설명 부호 C는 콤프레셔(compressor)이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 호기성발효조의 발효열을 가온용 에너지로 이용하는 대용향 유기성 폐기물 혐기성소화 시스템을 이용하여 메탄가스를 생성시키는 작용에 대하여 설명한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은, 기본적으로 발생원으로부터 수거된 가축분뇨, 음식물쓰레기, 농산부산물 등의 유기성 폐기물을 전처리장치(100)를 통해 고형물과 고농도 액체로 고액 분리하고, 상기 전처리장치(100)에 의해 분리된 고형물과 고농도 액체 중에서 고농도 액체는 피스톤 펌프(P)를 이용하여 고농도 액체 저장조(130)로부터 혐기성소화조(300)에 공급하고, 고형물은 분쇄물 투입용 호프(121)를 이용하여 상기 혐기성소화조(300)의 외면을 감싸도록 상부가 개방된 형태의 호기성발효조(200)에 각각 공급하여 준다.

그러면 상기 고농도 액체를 공급받아 메탄가스를 생산하는 혐기성소화조(300)는 고형물을 공급받아 호기성 발효열이 발생되는 호기성발효조(200)가 그 외측을 감싸도록 일체로 형성되어 있기 때문에 보온 됨과 동시에 호기성 발효열로 혐기성소화조(300)가 가온되기 때문에 혐기성소화조(300) 내에 투입된 혐기성 미생물의 활성화로 메탄가스의 발생효율이 크게 증대된다.

이때, 혐기성소화조(300)로 투입된 고농도 액체는 격벽(312)으로 분리 구획된 산 발효실(313)을 거치면서 고농도 액체는 혐기 발효에 적합한 수소이온농도(pH7 이상)가 조정되고, 동시에 격벽(312)으로 분리 구획된 제1 및 제2 혐기실(314)(315)을 순차적으로 이동하면서 혐기성 미생물의 활성에 의해 메탄 가스를 발생시키게 된다. 그리고, 산 발효실(313)을 거쳐 제1 및 제2혐기실(314)(315)로 이동하는 소화액은 상하 이동 공간을 가지도록 설치된 격벽(312)을 통해 지그재그로 서서히 이동하면서 소화되고, 격벽(312)을 통해 지그재그 방식으로 이동하는 과정에서 고농도 액체는 유동되어져 침전이 방지됨에 따라 더욱 원활한 메탄 발효가 이루어질 수 있고, 또 이로 인해 메탄 가스의 발생 효율을 더욱 높일 수 있게 된다.

한편, 고농도 액체 저장조(130)로부터 혐기성소화조(300)로 고농도 액체를 투입하는 경우에는 고농도 액체 공급관(131)과 고농도 액체 투입관(133) 및 폐액 저장탱크(321)에 구비된 에어 솔 벨브(SV1)(SV7) 만을 개방한 상태에서 피스톤 펌프(P)를 작동시켜 고농도 액체를 혐기성소화조(300) 내로, 더욱 바람직하기로는 산 발효실(313)로 공급하여 준다.

이때 고농도 액체 저장조(130)에는 수위레벨센서(130a)가 구비되어 있어서 혐기성소화조(300)로 고농도 액체가 공급되다가 수위가 일정 이하로 떨어지면 자동적으로 피스톤 펌프(P)가 정지되도록 설계되어 있기 때문에 고농도 액체가 공급되는 과정에서 산소가 혐기성소화조(300) 내로 유입되는 문제가 근원적으로 차단됨에 따라 혐기성소화조(300) 내부로는 산소 등이 전혀 유입되지 않기 때문에 항상 혐기상태가 유지되어 질 수 있다.

그리고, 고농도 액체 투입 과정은 물론 혐기성소화조(300) 내에 메탄 가스가 일정 압력 이상으로 발생되어 지는 경우 가스 배출관(311)에 구비된 압력게이지의 압력스위치 감지 동작을 통해 압력 조절밸브(311a)가 자동적으로 개폐 조작되면서 메탄 가스가 가스저장탱크(도시되지않음)로 자동 충전되어 지도록 설계되어 있기 때문에 혐기성소화조 내부는 항상 일정한 압력이 유지되어 질 수 있다.

따라서, 상기한 방식으로 고농도 액체는 혐기성소화조(300)에 공급되어 지고, 동시에 공급된 량 만큼의 소화액은 침전실(316)에 구비된 오브플로우관(320)으로 오버되고 최종적으로 폐액 저장탱크(321)를 경유하여 외부로 배출되어 짐에 따라 메탄 발효 반응에 적합한 고농도 액체가 상시 안정적으로 공급되어 질 수 있게 된다.

한편, 혐기성소화조(300)의 소화액은 소화 과정에서 침전되는 것을 방지하고, 또 혐기 반응이나 pH조절에 도움을 주기 위해 서로 순환 이동시키는 것이 바람직하다. 이에 대하여 도 8을 참조로 살펴본다.

먼저, 산 발효실(313)의 소화액을 산 발효실로 순환시키는 과정에 대하여 살펴보면, 이때에는 에어 솔 밸브 중 (SV4) 및 (SV2) 만을 개방한 상태에서 피스톤 펌프(P)를 작동시키는 것에 의해 산 발효실 내의 소화액이 제3순환관(136)을 통해 흡출 이송되고 동시에 여과기(132)를 지나 다시 고농도 액체 투입관(133)을 통해 산 발효실로 순환 이송되어 진다.

다음으로 제2혐기실(315)의 소화액을 제1혐기실(314)로 순환시키는 과정에 대하여 살펴보면, 이때에는 에어 솔 밸브 중 (SV5) 및 (SV3) 만을 개방한 상태에서 피스톤 펌프(P)를 작동시키는 것에 의해 제2혐기실(315)내의 소화액이 제2순환관(135)을 통해 흡출 이송되고 동시에 여과기(132)를 지나 제1순환관(134)을 통해 제1혐기실(314)로 순환 이송되어 진다. 따라서 제1 및 제2혐기실 상호 간의 소화액 순환 이동이 가능하게 된다.

다음으로, 제2혐기실(315)의 소화액을 산 발효실(313)로 순환시키는 과정에 대하여 살펴보면, 이때에는 에어 솔 벨브 중 (SV5) 및 (SV2) 만을 개방한 상태에서 피스톤 펌프(P)를 작동시키는 것에 의해 제2혐기실(315)내의 소화액이 제4순환 관(137)을 통해 흡출 이송되고 동시에 여과기(132)를 지나 고농도 액체 투입관(133)을 통해 산 발효실(313)로 순환 이동되어 진다.

또한, 침전실(316)의 소화액, 더욱 바람직하게는 침전오니를 산 발효실(313)로 순환시키는 과정을 살펴보면, 이때에는 에어 솔 벨브 중 (SV6) 및 (SV2) 만을 개방한 상태에서 피스톤 펌프(P)를 작동시키는 것에 의해 침전실(316)의 소화액이 제2순환관(135)을 통해 흡출 이송되고 동시에 여과기(132)를 지나 고농도 액체 투입관(133)을 통해 산 발효실로 순환 이송되어 진다. 침전실(316)의 침전오니를 산 발효실(313)로 순환 이송시키는 이유는 산 발효실의 소화액에 대한 유동을 유도하기 위한 것도 있지만, 더 궁극적인 목적은 침전 오니에는 혐기성 미생물이 많이 포함되어 있기 때문에 이를 그냥 버리지 않고 재사용하는 측면과 더불어 pH조정을 위해서 순환 이동시켜 준다.

상기와 같은 순환 구조를 통해 본 발명은 혐기성소화조(300) 내에서 소화되는 고농도 액체는 서로 순환 이동되는 과정에서 특히, 산 발효실(313) 및 제1 및 제2혐기실(314)(315)에서의 침전 현상을 방지할 수 있고, 또 침전실(316)에서 침전되는 침전오니에 포함된 혐기성 미생물을 혐기 반응에 재활용함은 물론 적정한 pH조정이 가능하게 되어, 결국 혐기성소화조(300) 내에서의 혐기 반응이 원활하게 이루어짐에 따라 그만큼 메탄 가스의 발생 효율을 높일 수 있게 되는 것이다.

한편, 차단벽(312-1)에 형성된 소화액 배출로(316a)를 따라 제2혐기실(315)에서 침전실(316)로 유입되어 침전되는 소화액은 지그재그 방식으로 하향 경사지게 다 단으로 설치된 분리막(316b)에 의해 상승이 방지되어 침전 오니와 폐액으로의 분리가 용이하게 이루어져 침전 오니에 많이 포함된 혐기성 미생물의 회수가 효과적으로 이루어질 수 있다.

그리고, 침전실(316)로 유입된 소화액이 침전되는 과정에서 과잉되게 유입되는 경우에는 드레인관(316-1)에 설치된 드레인밸브(DV2)를 이용하여 주기적으로, 또는 간헐적으로 배출시켜 적정한 침전량을 조절하면 되고, 또 침전실에서 침전 오니와 분리 상승되어 오브플로우관(320)을 통해 외부로 배출되는 폐액은 액비로 사용하면 된다.

한편, 호기성발효조(200)에 구비된 주행식 교반기(410)에 의해 호기성발효조(200) 내의 고형물들을 간헐적으로 상하 교반시켜 주면서 골고루 혼합하여 줌으로써 좀더 효과적으로 유기물이 분해되어 호기성 발효가 원활히 진행되어 높은 열이 발생됨에 따라 혐기성소화조(300)의 보온효과와 더불어 가온효과를 극대화할 수 있다.

이와 같은 본 발명은 좀더 편리하게 각종 유기성 폐기물로부터 고형물과 고농도 액체를 분리하여 호기성발효조(200)에 좀더 효과적으로 새로운 고형물을 투입하여 줄 수 있다.

즉, 발생원에서 가축분뇨, 음식물, 농산부산물 등의 각종 유기성 폐기물이 발생되면 이들을 그대로 혹은 유기성 폐기물에 수분이 부족할 경우에는 오,폐수 등을 혼합하여 전처리장치(100)를 구성하는 플랩 도어(111)로 투입하여 분쇄기(110)에 공급하면 모터(112)에 의해 다수개의 회전커터(113a)가 축 결합된 한 쌍의 회전 커터 축(113)이 동시에 회전하면서 유기성 폐기물을 파쇄 및 골고루 혼합한 다음 하측에 형성된 볼 밸브(114)를 통해 콘 버켓(115)으로 낙하시킨 후 솔레노이드밸브(116)의 작동으로 분쇄물 이송관(117)을 통해 고액 분리조(120)를 구성하는 분쇄물 투입용 호퍼(121)로 공급된다.

이때 상기 분쇄물 투입용 호퍼(121)의 하측으로는 실린더(125a)에 의해 물받이(125)가 전진하여 위치된 상태이다. 그러면 상기 분쇄물 투입용 호퍼(121)의 하측 낙하공(121a)은 회전날개(121-2)가 막고 있고, 분쇄물 투입용 호퍼(121)의 내 측면이 타공망(121b)으로 형성되어 있으므로 고형물은 걸러지고 고농도 액체는 낙하하여 물받이(125)에 받아진다.

그러면 상기 물받이(125)에 받아진 고농도 액체는 호스(125a)를 통해 고농도 액체 저장조(130)에 저장되고, 이후 혐기성소화조(300)로 보내져 메탄 발효 처리를 통해 메탄가스를 생산하게 된다.

이와 같이 하여 고형물과 고농도 액체의 분리가 완료된 다음에는 실린더(125a)에 의해 전진해 있던 물받이(125)를 후퇴시켜 분쇄물 투입용 호퍼(121) 하측으로부터 벗어나도록 한다.

그런 다음에는 상기 분쇄물 투입용 호퍼(121)의 낙하공(121a)을 막고 있는 회전날개(121-1)를 모터(121-2)를 이용하여 저속회전시켜 준다. 그러면 분쇄물 투입용 호퍼(121) 내에서 걸러진 고형물이 한꺼번에 낙하하는 것이 아니라 소정 량씩 분쇄물 투입용 호퍼(121)의 낙하공(121a)을 통과하여 호기성발효조(200)로 낙하한다.

이때 정지해 있던 이송대(400)에 구비된 모터(401)를 가동시키면 모터(401)에 의해 회전하는 체인기어(401a)가 호기성발효조(200) 외면에 전체를 빙 둘러 감싸지게 고정 설치한 체인(402)에 결합되어 있으므로 이송대(400)가 체인구동을 통한 강한 트롤리 구동력을 얻어 무리 없이 이동하게 되고, 이와 동시에 주행식 교반기(410)를 가동시키면 모터(411)에 의해 엘리베이터(무한궤도)형으로 설치된 교반날개(412)가 상,하로 승,하강함과 동시에 회전하면서 호기성발효조(200) 내에 충전된 기존의 고형물들을 상측으로 끌어올렸다가 주행식 교반기(410) 후방에 설치한 슬라이딩 플레이트(410a)를 통해 후방으로 낙하시켜준다.

상기한 이송대(400)에 구비된 주행식 교반기(410)를 이용한 고형물의 교반은 하루 1회 정도로 이루어지게 하며, 상기 주행식 교반기에 의한 고형물의 교반 작업과는 별도로 고액 분리 과정을 통해 새로운 고형물이 담겨진 분쇄물 투입용 호퍼(121)는 레일(200a)을 통해 별도로 정 역이동하면서 이에 담겨진 새로운 고형물을 고루 분배 투입하여 준다.

한편, 상기 분쇄물 투입용 호퍼(121)는 이송대(400)의 주행식 교반기(410)와는 별도로 주행하도록 설계됨에 따라 상기 이송대의 이동시에는 함께 따라 이동되도록 하고, 그 후 이송대의 이동이 정지된 상태에서는 상기 이송대를 중심으로 별도로 정역 이동되도록 하여 고형물 투입에 따른 이동 간섭을 서로 받지않도록 설계되어 져 있다.

따라서 본 발명은 상기 분쇄물 투입용 호퍼(121)에 구비된 회전날개(121-1)에 의해 소정 량씩 낙하 투입되는 새로운 고형물과 이송대(400)에 구비된 주행식 교반기(410)에 의해 낙하하는 기존의 고형물이 골고루 혼합되어 지므로 전체적으로 고른 발효가 이루어져 온도가 전체적으로 고르게 유지되므로 혐기성소화조(300)의 가온 효과를 증대시킬 수 있는 것이다.

한편, 본 발명은 호기성발효조(200)에 넣어진 고형물의 호기성 발효 효과를 높여주기 위해서 공기를 보다 효과적으로 공급하여 줄 수 있다.

즉, 호기성발효조(200)의 외면 전체를 빙 둘러 감싸지게 공기 공급용 블로워(221)와 연결된 공기 공급관(220)이 설치되어 있고 이와 연통되는 공기 주입구(220a)가 호기성발효조(200) 내부로 다수 개 형성되어 있는데, 이 공기 주입구(220a)는 공기 공급관(220)의 외면에 고정설치된 실린더(222)의 피스톤(222a)에 의해 개폐가능하도록 구성되어 있으므로, 교반기(410) 작동시나 평상시에는 피스톤(222a)을 전진시켜 공기 주입구(220a)를 막아주면 고형물에 의해 공기 주입구(220a)가 막힐 염려가 전혀 없고, 고형물의 발효를 촉진시키기 위해서 공기를 공급하여 주고자 할 경우에는 피스톤(222a)을 후퇴시켜 공기 주입구(220a)와 공기 공급관(220)을 동시에 개방시켜 준 다음 공기 공급용 블로워(221)를 이용 공기 공급관(220)에 공기를 강제주입하면 공기 주입구(220a)를 통해 호기성발효조(200) 내의 고형물에 공기를 용이하게 공급할 수 있는 것이다.

이때, 상기와 같은 방법으로 공기공급시 공기 주입구(220a)를 막고 있는 피스톤(222a)을 좀더 깊숙이 전진시켜 고형물에 구멍(10)을 형성시켜 준 후에 피스톤(222a)을 후퇴시킨 다음 공기를 주입하게 되면 고형물에 형성된 구멍(10)을 통해 공기가 더욱 깊숙이 그리고 더욱 넓고 고르게 공급되어 지므로 호기성 발효가 증대되어 보다 높은 온도를 안정적으로 얻을 수 있으므로, 이 또한 혐기성소화조(300)의 가온 효과를 증대시킬 수 있는 것이다.

그러는 한편, 본 발명은 상기 호기성발효조(200) 내에 투입되어 발효가 종료된 고형 폐기물을 이송대(400)의 이동시 평탄 작업을 유도하는 스크레이퍼(420) 작용에 의해 호기성발효조(200)의 상부 외 측면에 형성된 저장고(210)로 보다 용이하게 월류되어 진다.

즉, 상기 이송대(400)에는 전방에 주행식 교반기(410)가 설치되고 그 후방 하측으로 경사지게 형성된 지지대(421)에 소정높이로 스크레이퍼(420)가 형성되어 있음으로, 이송대(400)를 모터(401)를 이용 이송시키면 스크레이퍼(420)에 의해 긁혀지면서 평탄화가 이루어지면서 호기성발효조(200) 외벽으로 이동되는 발효가 종료된 고형 폐기물이 저장고(210)로 용이하게 월류되고, 저장고로 월류되는 고형 폐기물은 외부로 배출시켜 퇴비로 사용하면 된다.

이때, 상기 저장고(210)는 높이를 상,하로 조정할 수 있도록 하여 발효가 종료된 고상 폐기물의 배출량을 적정하게 조정하는 것이 가능하도록 설계됨이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같은 방식으로 본 발명에 따른 호기성발효조의 발효열을 가온용 에너지로 이용하는 대용량 유기성 폐기물 혐기성소화 시스템을 운용함으로써 에너지 소비를 최소로 하면서도 혐기성소화조(300)의 메탄 발효에 적합한 온도로 가온하는 것이 가능하고, 또 주행식 교반기(410)나 공기 주입을 통한 발효 효율을 현저하게 높이면서도 혐기성소화조(300)를 다 단으로 구획형성하여 고농도 액체의 충분한 메탄 발효를 유도하고, 또 메탄 발효과정에서 고농도 액체를 순환시켜 줌으로써 메탄 발효 과정에서 고농도 액체의 침전 방지를 통해 소화 효율을 높여 메탄 발효가 더욱 원활하게 이루어지도록 하여 궁극적으로는 메탄 가스의 발생량을 현저하게 증대시킬 수 있게 되는 것이다.

특히, 메탄 발효를 위해 일체형으로 제작되는 호기성발효조(200) 및 혐기성소화조(300)를 트랙 형태로 제작하여 대용량 처리(약 3,000t~10,000t)가 가능하면서도 호기성 발효열의 열전달이 균등하게 효과적으로 이루어지도록 하여 호기성발효조의 가온열을 충분히 이용하면서도 많은 량의 유기성 폐기물을 처리하는 것이 가능하여 적어도 중소도시 이상에서 매우 유용하게 사용될 수 있는 것이다.

또한, 혐기성소화조(300)가 다 단으로 이루어져 있고, 그 내부로 공급되는 고농도 액체가 서서히 체류되면서 소화되어 짐에 따라 최종 외부로 배출되는 폐액의 생물학적산소요구량(BOD)도 현저하게 낮아지게 되는 효과가 있다.

비록, 본 발명은 한정된 실시 예와 첨부된 도면을 참조하여 설명되었으나 이 실시 예에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

100: 전처리장치 110: 분쇄기
117: 분쇄물 이송관 120: 고액 분리조
121: 분쇄물 투입용 호퍼 125: 물받이
130: 고농도 액체 저장조 131: 고농도 액체 이송관
132: 여과기 133: 고농도 액체 투입관
134~137: 제1 내지 제4순환관 200: 호기성발효조
200a: 레일 210: 저장고
220: 공기 공급관 220a: 공기 주입구
221: 공기 공급용 블로워 222a: 피스톤
300: 혐기성소화 310: 밀폐 뚜껑
311: 가스 배출관 312: 격벽
312-1: 차단벽 313: 산 발효실
314.315: 제1 및 제2혐기실 316: 침전실
316a: 소화액 배출로 316b: 분리막
317: 자켓 400: 이송대
410: 주행식 교반기 420: 스크레이퍼
SV1~SV7: 에어 솔 밸브

Claims (8)

1. 전처리장치의 분쇄기를 이용하여 유기성 폐기물을 파쇄 혼합하고, 또 분쇄물 투입용 호퍼 및 물받이를 통해 고액 분리를 하며, 일정 간격을 두고 트랙(track) 형태로 형성되는 혐기성소화조로는 전처리장치로부터 고농도 액체를 투입하여 혐기발효시키고, 또 호기성발효조로는 전처리방지로부터 고형물을 투입하여 호기 발효시키며, 상기 호기성발효조에 투입된 고형물은 호기성발효조의 외측 둘레면 전체를 빙둘러 설치된 체인에 맞물려진 체인기어의 구동을 통해 호기성 발효조의 상부에 구비된 레일을 타고 이송하는 이송대의 주행식 교반기를 이용하여 주기적으로 교반되도록 하는 호기성발효조의 발효열을 가온용 에너지로 이용하는 대용량 유기성 폐기물 혐기성소화 시스템에 있어서,
   상기 이송대에는 스크레이퍼를 더 설치하여 호기성발효조 내의 고형물을 평탄하게 함과 동시에 발효가 완료된 일정 수위 이상의 고형 폐기물을 호기성발효조에 형성된 저장고로 월류시키도록 하고,
   상기 전처리장치에서 분리되는 고형물은 호기성발효조의 외측 둘레면 전체를 빙 둘러 설치된 체인에 맞물려진 체인기어의 구동을 통해 상기 호기성발효조의 상부에 구비된 레일을 따라 이송대와는 별개로 정역 이동하는 분쇄물 투입용 호퍼를 이용하여 호기성 발효조에 수시로 고루 투입하여 주며,
   상기 혐기성소화조로 투입되는 고농도 액체는 지그재그 형태로 배치된 격벽 및 소화액 배출로를 갖는 차단벽을 이용하여 각각 분할 형성된 산 발효실, 제1 및 제2혐기실, 침전실을 단계적으로 서서히 이동하면서 메탄 발효 및 침전되도록 하되, 상기 산 발효실, 제1 및 제2혐기실, 침전실에서 메탄 발효되는 고농도 액체는 피스톤 펌프(P) 작동시, 액체 저장조와 연결된 고농도 액체 공급관과, 고농도 액체 투입관 및 상기 고농도 액체 공급관 및 고농도액체 투입관에 각각 연결 설치된 제1 및 제2순환관과, 상기 제1 및 제2순환관에 연결되어진 제3 및 제4순환관 및 폐액 저장탱크에 각각 구비된 에어 솔 밸브(SV1~SV7)의 단속 제어를 통해 순환 이동되도록 함과 동시에 상기 침전실의 소화오니는 침전되어 다시 반송오니로서 산발효실, 혐기실로 순환 공급되도록 하고,
   상기 호기성발효조에 투입되는 고형물로는, 호기성발효조의 외 측면 전체를 빙 둘러서 설치되는 공기 공급관과, 상기 공기 공급관에 연결된 공기 공급용 블로워와, 상기 공기 공급관에 일정 간격으로 연결 형성되고 동시에 상기 호기성발효조의 내부와 연통되게 형성된 하나 이상의 공기 주입구와, 상기 공기주입구를 개폐 조작하기 위하여 공기 공급관의 외 측에 고정 설치된 실린더에 구비된 피스톤으로 이루어지는 공기 주입 구성을 통해 공기가 신속하게 주입되도록 하되 상기 고형물에 공기 주입시 공기 주입구를 막고 있는 피스톤을 이용하여 고형물에 대해 구멍을 깊게 형성한 다음 공기가 주입되도록 하여 고형물에 대한 공기 주입이 보다 효과적으로 이루어지도록 하여 고형물의 호기성 발효가 원활하게 이루어지도록 구성됨을 특징으로 하는 호기성발효조의 발효열을 가온용 에너지로 이용하는 대용량 유기성 폐기물 혐기성소화 시스템.
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