KR101552320B1 - 호기성발효조의 발효열을 가온 에너지로 이용하는 대용량 하ㆍ폐수 농축오니 혐기성소화 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 호기성발효조의 발효열을 가온 에너지로 이용하는 대용량 하ㆍ폐수 농축오니 혐기성소화 시스템은, 발효물이 내장된 호기성발효조(200)와, 저장조(130)로부터 공급되는 농축오니를 공급받는 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 발효물을 주기적으로 교반하도록 하고, 또 상기 주행식 교반기와는 별개로 레일(200a)을 따라 정역 이동하는 탈수케익 공급용 호퍼(500)를 이용하여 혐기성소화조로부터 배출된 소화액의 응집 및 탈수 과정을 통해 탈수여액과 분리되어진 탈수케익을 공급받아 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 소화액이 단계적으로 서서히 이동하면서 소화 발효 및 침전되도록 구성함과 동시에 산 발효실, 제1 및 제2혐기실, 침전실에서 소화되는 소화액은 순환 이동이 가능하도록 구성하여 메탄 발효 효율의 증대를 통한 메탄 가스의 발생량을 현저하게 높일 수 있도록 한 것이다.

Description

호기성발효조의 발효열을 가온 에너지로 이용하는 대용량 하ㆍ폐수 농축오니 혐기성소화 시스템{ENERGY USE FOR HEATING IN THE AEROBIC FERMENTATION BALHYOYEOL LARGE SEWER-WASTEWATER THICKENED SLUDGE ANAEROBIC DIGESTION SYSTEM}

본 발명은 하수처리장이나 폐수처리장에서 하ㆍ폐수를 처리하고 남는 침전물(오니)을 농축하여 발생되는 농축오니(濃縮汚泥)를 이용한 혐기성소화 시스템에 관한 것으로서, 특히 농축오니를 먼저 혐기성소화조에 유입시켜 혐기성미생물에 의하여 분해시켜 메탄가스를 회수하고, 소화반응이 종료되어 말단에서 발생되는 소화액을 응집·탈수하여 얻어진 탈수케익을 호기성발효(퇴비화)조에 투입하여, 탈수케익의 발효 과정에서 발생되는 50℃이상의 호기 발효열을 혐기성소화조(메탄발효조)의 온도유지를 위한 가온용 에너지로서 이용함에 따라 에너지 소비를 최소화하면서도 동절기 등의 저온에도 문제없이 메탄가스를 효율적으로 대량 생산할 수 있도록 함은 물론 최종적으로 발생되는 슬러지의 량을 감소시켜 처리비를 절감하고, 호기성발효조 및 혐기성소화조의 용량을 크게 증대시켜 적어도 중·소도시 이상의 지역에서 가동되고 있는 하수처리장, 일정 규모 이상의 폐수처리장에서 발생되는 농축오니를 대량으로 처리하는데 적합하도록 한 호기성발효조의 발효열을 가온 에너지로 이용하는 대용량 하ㆍ폐수 농축오니 혐기성소화 시스템에 관한 것이다.

우리나라에서는 2000년대 이전에 설치되어진 대규모 하·폐수 처리장에서는 하·폐수를 처리하면서 발생되는 오니(침전물)를 농축하여, 혐기성소화조로 보내어 메탄을 회수하고, 소화액을 탈수하여 탈수케익을 소각하거나 매립처리해 왔다. 그러나 2000년대 이후에는 소화조 무용론이 확산되어 소화조가 설치되지 않고, 농축오니를 응집개량하여 탈수기로 탈수하여 탈수케익을 배출하여 처분하거나, 재활용하고 있다.

최근에는 하수관로가 정비되고, 하수의 고도처리가 진행되면서 유기물의 유입과 유기물의 제거율이 높아지면서 하·폐수오니중의 유기물의 함량이 높아져 처리에 어려움을 겪고 있으며, 또한 하·폐수 오니의 발생량이 많아져 그 처리에 막대한 비용이 요구되고 있는 실정이다. 최근에 온실가스 감축, 신재생에너지 확보, 슬러지의 감량화 측면에서, 하·폐수 처리분야에 다시 혐기성소화조를 설치하는 움직임이 있으며, 다양한 형태로 접근이 되고 있다.

이러한 흐름을 반영하여 종래에도 음식물 쓰레기나 가축분뇨 등의 유기성 폐기물을 비롯한 하ㆍ폐수 농축오니를 혐기소화 방식으로 처리하는 기술이 일부 알려져 있다.

그 예로서, 본원 출원인에 의해 개발된 “연속식 호기, 혐기 건식 발효시스템 및 방법”이 특허 제10-1276758호로 특허 된 바 있고, 또 “호기성 발효열을 가온 에너지로 사용하는 혐기성 발효시스템 및 방법”이 특허 제10-141072호로 각각 국내에서 특허 된 바 있다. 물론 위 선행특허 기술은 음식물 쓰레기나 가축분뇨등의 유기성 폐기물을 이용한 처리 시스템에 관한 것이긴 하나, 농축 오니의 처리에도 일부 적용이 가능하다고 할 것이다.

전자의 기술은, 종래 유기성 폐기물을 혐기 소화 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 혐기성 발효조의 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 저하되는 문제가 있다. 이는 농축오니를 투입하여 메탄 발효하는 경우에도 동일한 문제가 발생 될 수 있다.

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 일부 구조를 개선하여 적어도 중·소도시 이상의 지역에 설치되어 가동중인 하·폐수처리장에서 발생되는 농축오니를 처리하는 수단으로서 편리하게 이용 가능하도록 함은 물론 혐기성소화조에 고농도 농축오니가 투입되어 지그재그형태로 서서히 이동하면서 메탄 발효가 효과적으로 이루어지도록 격벽 및 소화오니 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 분해활성을 높여주어 메탄가스 발생량을 증대시킬 수 있도록 하였으며, 혐기성소화가 완료된 소화액을 그냥 버리지 않고, 응집 및 탈수 과정을 통해 탈수케익과 여액으로 분리하고, 여액은 다시 하 폐수처리장으로 보내어 처리하고, 탈수케익은 호기성발효에 재투입하여 혐기성소화조의 가온 발효에 이용되도록 하여 에너지 낭비를 줄이고, 또 호기성발효조에 넣어진 탈수케익에 호기성 발효 효과를 더욱 높여주기 위해서 공기를 보다 효과적으로 공급하여 줄 수 있는 것은 물론 호기성발효조 내에 투입되어 발효가 종료된 발효물은 호기성발효조 상부 외측에 구비된 저장고로 월류시켜 퇴비로 사용 가능하게 한 호기성발효조의 발효열을 가온용 에너지로서 이용하는 대용량 혐기성소화 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따르면, 일정 간격을 두고 트랙(track) 형태로 형성되는 혐기성소화조로는 저장조에 저장된 하ㆍ폐수 농축오니를 투입하여 메탄발효시키고, 또 호기성발효조로는 혐기성소화조로부터 배출된 소화액이 응집 및 탈수 과정을 통해 탈수여액과 분리되어진 탈수케익을 공급받아 호기 발효시키며, 상기 호기성 발효조에 투입된 발효물은 호기성발효조의 외측 둘레면 전체를 빙 둘러 설치된 체인에 맞물려진 체인기어의 구동을 통해 호기성 발효조의 상부에 구비된 레일을 타고 이송하는 이송대의 주행식 교반기를 통해 주기적으로 교반되도록 하는 호기성발효조의 발효열을 가온용 에너지로서 이용하는 대용량 혐기성소화 시스템에 있어서, 상기 이송대에는 스크레이퍼를 더 설치하여 호기성발효조 내의 탈수케익을 평탄하게 함과 동시에 발효가 완료된 일정 수위 이상의 고형 폐기물을 호기성발효조에 형성된 저장고로 월류시키도록 하고, 상기 혐기성 소화조로 부터 배출되는 탈수케익은 호기성발효조의 외측 둘레면 전체를 빙 둘러 설치된 체인에 맞물려진 체인기어의 구동을 통해 상기 호기성발효조의 상부에 구비된 레일을 따라 이송대와는 별개로 정역 이동하는 탈수케익 투입용호퍼를 이용하여 호기성 발효조에 수시로 투입하여주며, 상기 혐기성소화조로 투입되는 하ㆍ폐수 농축오니는 지그재그 형태로 배치된 격벽 및 소화오니 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 농축오니는 피스톤 펌프(P) 작동시, 상기 저장조와 연결된 농축오니 공급관과, 농축오니 투입관 및 상기 농축오니 공급관 및 농축오니 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 공급되도록 하고, 상기 호기성발효조에 투입된 발효물로는, 호기성발효조의 외 측면 전체를 빙 둘러서 설치되는 공기 공급관과, 상기 공급 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 발효물에 공기 주입시 공기 주입구를 막고 있는 피스톤을 이용하여 발효물에 대해 구멍을 깊게 형성한 다음 공기가 주입되도록 하여 발효물에 대한 공기 주입이 더욱 효과적으로 이루어지도록 하여 발효물의 호기성 발효가 원활하게 이루어지도록 구성된 것을 기술적인 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 농축오니를 메탄 발효시키기 위하여 일체로 구비되고, 소화가 완료된 소화오니로부터 응집 및 탈수 과정을 통해 폐수와 분리된 탈수케익이 재 투입되어 호기 발효되는 호기성발효조 및 저장조로부터 농축오니가 투입되어 메탄 발효되는 혐기성소화조를 트랙(track) 형태로 제작하여 혐기성소화조에 대한 호기성발효조의 호기 발효열의 열전달 효율이 떨어지지 않으면서도 많은 량의 농축오니를 메탄 발효 처리하는 것이 가능하여 적어도 중·소도시 이상의 지역에 설치되어 가동 중인 하·폐수처리장에서 발생되는 농축오니 처리시설로서 유용하게 설치하여 사용할 수 있는 이점을 제공한다.

또한, 호기성발효조의 호기 발효열을 혐기성소화조의 가온 에너지에 사용함으로써 혐기성소화조의 운전에 따른 에너지 소모를 그만큼 최소화하면서도 많은 량의 메탄가스를 효율적으로 얻을 수 있기 때문에 메탄가스를 취사나 지역난방용으로 사용할 수 있는 이점이 있다.

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

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

또한 유기물의 함량이 높은 고농도 농축오니는 혐기성소화 과정을 거치면서 유기물이 분해되고, 호기성발효조에서 잔여유기물이 다시 분해되어 획기적인 슬러지의 감량화 효과를 제공하여 슬러지의 처분비용을 절감하는 효과를 제공한다.

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 탈수케익 투입용 호퍼의 저면 사시도.
도 5는 발명에 따른 탈수케익 투입용 호퍼의 측 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 호기성발효조 내에 공기를 공급하는 구조를 보인 발췌 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 혐기성소화 시스템을 설명하기 위한 구성도.
도 8은 본 발명에 따른 혐기성소화 시스템의 자켓 구조를 설명하기 위한 구성도.
도 9의 (가)(나)는 본 발명에 따른 이송대의 가이드 롤 및 보조 가이드 롤 구조를 보인 단면도.

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

본 발명에 따른 호기성발효조의 발효열을 가온 에너지로 이용하는 대용량 하ㆍ폐수 농축오니 혐기성소화 시스템은, 기본적으로, 본원 출원인이 특허받은 기술인 대한민국 특허 제10-1410722호를 토대로 일부 구성은 하ㆍ폐수 농축오니의 대용량 처리에 적합하도록 개선하고, 또 일부 구성은 인용하여 농축오니의 메탄 발효에 적합하도록 새롭게 발명된 것이다.

본 발명에 따른 호기성발효조의 발효열을 가온 에너지로 이용하는 대용량 하ㆍ폐수 농축오니 혐기성소화 시스템은, 폐수처리장이나 하수처리장 등에서 발생되는 농축오니를 저장하는 저장조(130)를 포함하여 구성된다.

상기 저장조(130)는 농축오니를 수거 저장하였다가 농축오니 이송관(131)에 구비된 피스톤 펌프(P) 작동을 통해 여과기(132)를 지나 농축오니 투입관(133)을 통해 이후 설명되는 혐기성소화조(300)의 산 발효실(313)로 보내어 질 수 있도록 구성된다.

또한, 상기 저장조(130)로부터 농축오니가 공급되어 지고, 상기 농축오니를 가스저장탱크(도시되지 않음)와 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 소화오니 배출로(316a)를 갖는 차단벽(312-1)을 이용하여 침전실(315)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.

상기 혐기성소화조(300)의 산 발효실(313) 및 제1및 제2혐기실(314)(315) 상호간, 또는 제2혐기조(315)의 농축오니를 산 발효조(313)로 재순환 공급하여 산 발효실(313) 및 제1및 제2혐기실(314)(315)에서 메탄 발효되는 농축오니의 유동을 도와 상시 균등한 메탄 발효가 이루어지도록 하고, 또 침전실(316)의 소화오니를 산 발효실(313)로 순환 공급시켜 반송오니(다른 말로, 종(種)오니 라고도 함)의 공급과 더불어 pH조정이 용이하게 이루어지도록 구성되어 있다.

또한, 상기 혐기성소화조(300)에서 메탄 발효가 완료되어 배출되는 소화오니를 응집 및 탈수하는 과정을 통해 폐수와 분리된 탈수케익이 공급되어 지도록 일방으로 개방된 형태로 구성되고, 또 상기 탈수케익을 투입하여 호기성 미생물 및 산소를 공급하여 호기 발효시키기 위한 호기성발효조(200)를 구비하고 있다.

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 탈수케익의 호기 발효과정에서 발생되는 호기 발효열이 혐기성소화조(300)로 균등하게 전달 가온되도록 구성되어 있다.

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 발효물을 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 발효물을 간헐적으로 상하 교반시켜 주면서 골고루 혼합되도록 하여 내부 발효물의 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, 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 결합하여서 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)을 구비하고 있다.(도 9 참조)

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 탈수케익을 포함한 발효물을 교반하는 과정에서 이탈되거나 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 발효물을 교반기(410) 후방으로 배치되는 탈수케익 투입용 호퍼(500) 하측으로 정확하게 낙하시켜주어 탈수케익 투입용 호퍼로 부터 낙하하는 새로운 탈수케익과 잘 섞이도록 하는 것이다.

한편, 상기 슬라이딩 플레이트(410a)는 탈수케익 투입용 호퍼(500)의 하측으로 기존의 고형물을 정확하게 낙하시켜 새로운 고형물과 잘 혼합되도록 유도하기 위한 것이나, 탈수케익 투입용 호퍼(500)가 이송대(400)와는 별개로 이동되고, 또 탈수케익 투입용 호퍼(500)로부터 낙하되는 새로운 탈수케익의 낙하 위치가 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 스크레이퍼(420)가 하측으로 경사지게 형성되어 있다. 상기 스크레이퍼(420)는 이송대(400)를 따라 이동하면서 호기성발효조(200)에 투입 교반되는 탈수케익을 평탄하게 작업하고, 또 일정 높이 이상으로 쌓여지는 탈수케익을 호기성발효조(200)의 외벽으로 형성된 저장고(210)로 용이하게 월류시키도록 하기 위한 것이다.

또한, 상기 호기성발효조(200)로는 탈수케익을 운반 공급하기 위한 탈수케익 투입용 호퍼(500)가 구비되어 있다. 상기 탈수케익 투입용 호퍼는, 혐기성소화조(300)로부터 배출된 소화액의 탈수과정에서 분리된 탈수케익을 이송라인(L)으로부터 공급받아 호기성발효조(200)의 레일(200a)을 따라 정 역 이동하면서 수시로 호기성발효조 내에 새로운 탈수케익을 고루 공급해주기 위한 것이다.

이를 위해, 상기 탈수케익 투입용 호퍼(500)의 하측으로 형성된 낙하공(510)으로는 모터(512)에 의해 회전 조작되는 회전날개(514)가 구비되어 있다. 따라서 탈수케익의 공급시에는 상기 모터가 작동되는 것에 회전날개(514)가 서서히 회전되면서 탈수케익을 한꺼번에 낙하시키는 것이 아니라 소정 량씩 호기성발효조(200)로 낙하 투입하게 된다.

상기 탈수케익 투입용 호퍼(500)는 호기성발효조(200) 및 혐기성소화조(300)가 용량 증대를 위해 긴 트랙 형태로 형성되어 있기 때문에 탈수케익을 호기성발효조에 수시로 공급해 줄 필요가 있다. 이러한 이유로 인해 탈수케익 투입용 호퍼(500)는 이송대(400)의 이동과는 별개로 정역 이동 가능하도록 구성됨이 바람직하다.

이를 위해 탈수케익 투입용 호퍼(500)에는 레일(200a)의 상면을 따라 이동되는 하나 이상의 가이드 롤(518)이 구비되어 있고, 어느 일방의 양 가이드 롤에 축설된 축(520)으로는 구동 휠(522)이 구비되어 있으며, 상기 구동 휠은 정역 모터(524)와의 사이에 걸어지는 체인(526)에 의해 구동되어 지도록 구성되어 있고, 상기 정역 모터(524)의 구동에 의해 가이드 롤(518)이 레일(200a)을 따라 안정되게 정역 이동하면서 호기성발효조(200)에 대한 탈수케익의 투입이 용이하게 이루어질 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 이송대(400)는 레일(200a)을 항상 일 방향으로만 하루 1회 정도 이동하면서 호기성발효조(200)의 내부에 투입되어 있는 발효물을 주행식 교반기(410)를 이용하여 교반하게 되고, 상기 탈수케익 투입용 호퍼(500)는 이송대(400)의 이동과는 별개로 하루에도 몇 번씩 정역 이동하면서 새로운 탈수케익을 수시로 투입해주도록 함에 따라 트랙 형태로 이루어진 호기성발효조(200)에 대한 새로운 탈수케익의 균형 공급이 가능하게 된다.

한편, 본 발명에 따르면, 레일(200a)을 따라 이동되는 상기 이송대(400)의 가이드 롤(403)은 도 9의 (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 때 사용하는 베어링(403-1)을 더 구비함이 바람직하다. 여기서 베어링은 드르스트 베어링(thrust bearing)이 사용됨이 바람직하다.

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

즉, 도 1, 도 3, 도 6을 참조하면, 호기성발효조(200)의 외 측면 전체를 빙 둘러서 공기 공급관(220)을 설치하고, 상기 공급 공급관에는 공기 공급용 블로워(221)를 연결 설치한다. 그리고 상기 공기 공급관으로는 하나 이상의 공기 주입구(220a)를 호기성발효조(200)의 내부와 연통되게 일정 간격으로 형성하고, 상기 공기 주입구(220a)는 공기 공급관(220) 외 측에 고정 설치된 실린더(222)의 피스톤(222a)에 의해 개폐가능하도록 구성되어 있다.

따라서, 주행식 교반기(410)의 작동시나 평상시에는 피스톤(222a)을 전진시켜 공기 주입구(220a)를 막아주면 호기성발효조(200)의 발효물에 의해 공기 주입구(220a)가 막힐 염려가 전혀 없고, 또 발효물의 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(blower)(221)를 이용하여 공기 공급관(220)에 공기를 강제로 주입하면 공기 주입구(220a)를 통해 호기성발효조(200)의 내부에 투입되어 있는 발효물(탈수케익 포함)에 대한 공기를 신속 용이하게 공급할 수 있게 된다.

한편, 상기와 같은 방법으로 공기 공급시 공기 주입구(220a)를 막고 있는 피스톤(222a)을 좀더 깊숙이 전진시켜 발효물에 구멍(10)을 먼저 형성시켜 준 후에 피스톤(222a)을 후퇴시킨 다음 공기를 주입하게 되면 발효물에 형성된 구멍(10)을 통해 공기가 발효물 내부로 더욱 깊숙이, 그리고 더욱 넓고 고르게 공급되어 짐에 따라 호기성 발효가 증대되어 보다 높은 온도를 얻을 수 있으므로, 이 또한 혐기성소화조(300)의 가온 효과를 증대시킬 수 있는 것이다.(도 6 참조)

또한, 본 발명에 따르면, 메탄 가스를 발생시키기 위하여 혐기성소화조(300)로 공급되는 농축오니가 소화 과정에서 상시 유동되도록 하고, 또 혐기성 미생물이 다량 함유된 농축오니나 메탄 발효가 완료된 소화오니를 순환시켜 메탄 발효에 재이용함으로써 메탄 발효 효율을 더욱 높일 수 있는바, 이 과정에 대하여 살펴본다.

도 7을 참조하면, 저장조(130)에 저장된 농축오니는, 농축오니 이송관(131)에 설치된 피스톤 펌프(P)의 펌핑 작용을 통해 이송되어 지고, 여과기(132)를 통과하면서 모레 등의 각종 비중이 있는 이물질이 여과되는 상태에서 농축오니 투입관(133)을 통해 산 발효조(313)로 강제 공급된다. 산 발효조로 강제 공급된 농축오니는 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 농축오니의 메탄 발효 과정을 통해 메탄가스가 발생되어 진다. 이때 농축오니는 지그재그 상태로 설치된 격벽(312)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 소화오니는 제2혐기실(315)과 차단벽(312-1)으로 차단된 침전실(316)의 배출로(316a)를 통해 유입되어져 침전되거나 또는 외부로 배출되어 폐수 및 탈수케익으로 분리되어 진다. 좀더 상술하면, 상기 침전실(316)의 내부로는 소화오니를 걸러기 위한 분리막(316b)이 구비되어 있고, 상기 분리막은 소화오니의 상승을 억제하기 위하여 일정한 간격을 두고 지그재그 방식으로 하향으로 경사지게 설치되어 있다.

따라서, 상기 소화오니 배출로(316a)를 통해 침전실(316)로 유입된 소화오니는 상기 분리막(316b)을 통해 상승이 억제되면서 오니만이 가라 않게 되고, 폐액은 자연적으로 상승하게 된다. 그리고 상부로 분리된 폐액은 오버플로우관(320)을 통해 오버플로우되어 폐액 저장탱크(321)에 저장되어 진다. 폐액 저장탱크에 저장되는 폐액은 침전오니와 분리되는 것이기는 하지만 여기에는 오니가 포함되어 있다.

상기 폐액 저장탱크(321)에 저장된 폐액은, 다시 에어 솔 밸브(SV7)조작을 통해 응집조(600)로 배출 저장하여 1차로 약품처리하고, 동시에 탈수기(700)로 이송시켜 탈수케익과 폐수로 분리 탈수하며, 폐수와 분리된 탈수케익은 다시 이송라인(L)을 통해 탈수케익 투입용 호퍼(500)로 공급되어 진다. 여기서 응집조(600)에서 폐액을 1차로 약품처리 함은, 오니에 병원균이 없도록 화학적 안정화를 도모하기 위한 것이다. 그리고, 탈수기(700)에서의 탈수방법은 휠터 또는 벨트 프레스 방법 등 다양한 탈수 방법이 강구될 수 있다.

한편, 혐기성소화조(300)의 산 발효실(313), 제1 및 제2혐기실(314)(315)의 농축오니를 비롯하여 침전실(316)의 소화오니는 순환시켜 혐기성소화조(300) 내에서의 농축오니의 유동 상태를 상시 유지하고, 또 pH 조정에 재이용될 수 있다.

이를 위해, 본 발명은, 제2혐기실(315)과 농축오니 투입관(133)과의 사이에는 제1순환관(134)이 연결 설치되어 있고, 또 상기 침전실(316)과 농축오니 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. 또한, 상기 농축오니 이송관(131), 농축오니 투입관(132), 제1순환관(134), 제3순환관(136), 제4순환관(137), 제2순환관(135), 폐액 저장탱크(321)로는 농축오니 및 소화오니의 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 농축오니 및 소화오니의 순환 이동 구조를 통해, 피스톤 펌프(P) 작동시, 각 에어 솔 밸브(SV1~SV7)가 적정히 제어되면서, 저장조(130)로부터 농축오니를 혐기성소화조(300)의 산 발효실(313)로 강제 공급하거나, 또는 산 발효실(133)의 농축오니를 산 발효실(133)로 재순환시키거나, 제1 및 제2혐기실(134)(315)의 상호간에 농축오니를 순환시키거나, 제2혐기실(315)의 농축오니를 산 발효실(313)로 순환시키거나 또는 침전실(316)의 소화오니를 산 발효조로 순환 이송시켜 메탄 발효 과정에 있는 농축오니가 침전되지 않고 상시 유동되도록 하거나, 산 발효조의 pH 조정에 재이용하는 것이 가능하게 된다. 이러한 순화 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 과잉으로 공급되는 소화오니를 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.

상기 침전실(316)에 연결된 드레인관(316-1)으로는 외부로 배출되는 과잉오니를 바로 배출시키지 않고, 이송관(316-2)을 통해 응집조(600)로 이송시키도록 구성될 수도 있다. 그리고 이송관으로는 별도의 드레인밸브(DV3)를 구비하여 과잉오니를 간헐적으로 배출 이송시키도록 구성함이 바람직하다. 여기서 드레인밸브(DV3)는 필요시 자동 제어가 가능한 에어 솔 밸브로 대체될 수도 있을 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 혐기성소화조(300)의 바닥 하부 외 측에는 도 8과 같이 자켓(317)을 더 형성하고, 상기 자켓의 내부로는 혐기성소화조(300)에 구비된 온도감지센서의 신호에 따라 온수가 순환 공급되도록 하여 혐기성소화조의 소화 온도를 적정하게 유지되도록 하여 메탄 발효율이 높아지도록 구성함이 바람직하다. 이때 자켓(317)으로 공급되는 온수는 온수탱크(318)로부터 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.

한편, 본 발명에 따른 호기성발효조의 발효열을 가온 에너지로 이용하는 대용량 하ㆍ폐수 농축오니 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 메탄 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 가온 에너지로 이용하는 대용량 하ㆍ폐수 농축오니 혐기성소화 시스템을 이용하여 메탄가스를 생성시키는 작용에 대하여 설명한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은, 기본적으로 하ㆍ폐수처리장으로부터 수거되어 저장조(130)에 저장된 농축오니를 피스톤 펌프(P)를 이용하여 혐기성소화조(300)에 공급한다. 그리고, 호기성발효조(200)의 내부로는 메탄 발효과정에서 배출되는 소화오니에서 분리된 탈수케익이 탈수케익 투입용 호프(500)를 통해 투입되어 진다.

그러면 상기 농축오니를 공급받아 메탄가스를 생산하는 혐기성소화조(300)는 탈수케익을 공급받아 호기성 발효열이 발생되는 호기성발효조(200)가 그 외측을 감싸도록 일체로 형성되어 있기 때문에 호기성발효조에서 호기 발효되는 탈수케익의 발효열에 의해 적정한 온도로 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 농축오니는 격벽(312)으로 분리 구획된 산 발효실(313)을 거치면서 메탄 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 농축오니는 상하 이동 공간을 가지도록 설치된 격벽(312)을 통해 지그재그로 서서히 이동하면서 소화되고, 격벽(312)을 통해 지그재그 방식으로 이동하는 과정에서 농축오니는 유동되어져 침전이 방지됨에 따라 더욱 원활한 메탄 발효가 이루어질 수 있고, 또 이로 인해 메탄 가스의 발생 효율을 더욱 높일 수 있게 된다.

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

이때 저장조(130)에는 수위레벨센서(130a)가 구비되어 있어서 혐기성소화조(300)로 농축오니가 공급되다가 수위가 일정 이하로 떨어지면 자동적으로 피스톤 펌프(P)가 정지되도록 설계되어 있기 때문에 농축오니가 공급되는 과정에서 산소가 혐기성소화조(300) 내로 유입되는 문제가 근원적으로 차단되어 진다.

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

따라서 상기한 방식으로 농축오니는 혐기성소화조(300)에 공급되어 지고, 동시에 공급된 량 만큼의 소화오니는 침전실(316)에 구비된 오브플로우관(320)으로 오버되고 최종적으로 폐액 저장탱크(321)로 저장된 후 응집조(600)로 배출 저장시켜 1차 약품처리시킨 후 탈수기(700)를 거치면서 폐수와 탈수케익으로 다시 분리되어 폐수는 수처리장으로 보내어져 폐기 처리되고, 탈수케익은 다시 이송수단(L)을 통해 탈수케익 투입용 호퍼(500)로 공급되어져 호기성발효조(200)에 투입되어 호기성 발효에 재이용된다.

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

먼저, 산 발효실(313)의 농축오니를 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 농축오니가 제3순환(136)을 통해 흡출 이송되고 동시에 여과기(132)를 지나 다시 농축오니 투입관(133)을 통해 산 발효실로 순환 이송되어 진다.

다음으로, 제2혐기실(315)의 농축오니를 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 농축오니의 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 제4순환관 (137)을 통해 흡출 이송되고 동시에 여과기(132)를 지나 농축오니 투입관(133)을 통해 산 발효실(313)로 순환 이동되어 진다.

다음으로, 침전실(316)의 소화오니를 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 소화오니가 제2순환관(135)을 통해 흡출 이송되고 동시에 여과기(132)를 지나 농축오니 투입관(133)을 통해 산 발효실로 순환 이송되어 진다. 침전실(316)의 침전 오니를 산 발효실(313)로 순환 이송시키는 이유는 산 발효실의 농축오니에 대한 유동을 유도하기 위한 것도 있지만, 더 궁극적인 목적은 소화오니에는 혐기성 미생물이 많이 포함되어 있기 때문에 이를 그냥 버리지 않고 메탄 발효에 재사용하는 측면과 더불어 pH조정을 위해서 순환 이동시켜 준다.

상기와 같은 순환 구조를 통해 본 발명은 혐기성소화조(300) 내에서 소화되는 농축오니는 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 소화오니에 포함된 혐기성 미생물을 혐기 반응에 재활용함은 물론 적정한 pH조정이 가능하게 되어, 결국 혐기성소화조(300) 내에서의 메탄 발효가 원활하게 이루어짐에 따라 그만큼 메탄 가스의 발생 효율을 높일 수 있게 되는 것이다.

한편, 차단벽(312-1)에 형성된 소화오니 배출로(316a)를 따라 제2혐기실(315)에서 침전실(316)로 유입되어 침전되는 소화오니는 지그재그 방식으로 하향으로 경사지게 다 단 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 소화오니가 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 폐액 저장조(321)로 저장되는 폐액은 위에서 상술한 바와 같이 응집 및 탈수과정을 거쳐 폐수로 탈수케익으로 분리되어 진다.

그리고 탈수케익 투입용 호퍼(500)로 공급되는 탈수케익은 낙하공(510)을 막고 있는 회전날개(514)를 모터(512)를 이용하여 저속 회전시켜 준다. 그러면 탈수케익 투입용 호퍼(500) 내로 공급된 탈수케익은 한꺼번에 낙하하는 것이 아니라 소정 량씩 호기성발효조(200)로 낙하 투입된다.

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

즉, 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 발효물들을 상측으로 끌어올렸다가 주행식 교반기(410) 후방에 설치한 슬라이딩 플레이트(410a)를 통해 후방으로 낙하시켜준다.

상기 이송대(400)에 구비된 주행식 교반기(410)를 이용한 발효물의 교반은 하루 1회 정도가 적합하며, 상기 주행식 교반기에 의한 발효물의 교반 작업과는 별도로 탈수케익 및 폐수 분리 과정을 통해 새로운 고형물, 즉 탈수케익이 담겨진 탈수케익 투입용 호퍼(500)는 레일(200a)을 통해 별도로 정 역이동하면서 이에 담겨진 새로운 탈수케익을 고루 분배 투입하여 준다.

한편, 상기 탈수케익 투입용 호퍼(500)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 탈수케익의 투입에 따른 이동 간섭을 서로 받지않게 된다.

따라서, 본 발명은 상기 탈수케익 투입용 호퍼(500)에 구비된 회전날개(514)에 의해 소정 량씩 낙하투입되는 새로운 탈수케익과 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 탈수케익의 호기성 발효 효과를 높여주기 위해서 공기를 보다 효과적으로 공급하여 줄 수 있다.

즉, 호기성발효조(200)의 외면 전체를 빙 둘러 감싸지게 공기공급용 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 발효물에 의해 공기 주입구(220a)가 막힐 염려가 전혀 없고, 발효 대상물의 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 탈수케익에 공기를 용이하게 공급할 수 있는 것이다.(도 6참조)

이때, 상기와 같은 방법으로 공기공급시 공기 주입구(220a)를 막고 있는 피스톤(222a)을 좀더 깊숙이 전진시켜 발효물에 구멍(10)을 형성시켜 준 후에 피스톤(222a)을 후퇴시킨 다음 공기를 주입하게 되면 발효물에 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 퇴비생성물은 이송대(400)의 이동시 평탄 작업을 유도하는 스크레이퍼(420) 작용에 의해 호기성발효조(200) 상부 외 측면에 형성된 저장고(210)로 보다 용이하게 월류시킬 수 있다.

즉, 상기 이송대(400)에는 전방에 주행식 교반기(410)가 설치되고 그 후방 에 스크레이퍼(420)가 형성되어 있음으로, 이송대(400)를 모터(401)를 이용하여 이송시키면 스크레이퍼(420)에 의해 긁혀지면서 평탄화가 이루어지고 동시에 호기성발효조(200) 외벽으로 이동되는 발효물은 저장고(210)로 용이하게 월류되고, 저장고로 월류되는 탈수케익은 외부로 최종 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 가온 에너지로 이용하는 대용량 하ㆍ폐수 농축오니 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 형성하여 농축오니의 충분한 메탄 발효를 유도하고, 또 메탄 발효과정에서 농축오니를 순환시켜 줌으로써 메탄 발효 과정에서 농축오니의 침전 방지를 통해 소화 효율을 높여 메탄 발효가 더욱 원활하게 이루어지도록 하여 궁극적으로 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(3,000t~10,000t)가 가능하면서도 호기성 발효열의 열전달이 균등하게 효과적으로 이루어지도록 하여 호기성발효조의 가온 열을 충분히 이용하면서도 많은 량의 농축오니를 처리하면서 슬러지의 감량화를 획기적으로 하는 것이 가능하여 적어도 중소도시 이상에서 매우 유용하게 사용될 수 있는 것이다.

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.

130: 저장조 131: 농축오니 이송관
132: 여과기 133: 농축오니 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: 혐기성소화조 310: 밀폐 뚜껑
311: 가스 배츨관 312: 격벽
312-1: 차단벽 313: 산 발효실
314.315: 제1 및 제2혐기실 316: 침전실
316a: 소화오니 배출로 316b: 분리막
317: 이중 벽 400: 이송대
410: 주행식 교반기 420: 스크레이퍼
SV1~SV7: 에어 솔 밸브 500: 탈수케익 투입용 호퍼
600: 응집조 700: 탈수기

Claims (7)

1. 일정 간격을 두고 트랙(track) 형태로 형성되는 혐기성소화조로는 저장조에 저장된 하ㆍ폐수 농축오니를 투입하여 메탄발효시키고, 또 호기성발효조로는 혐기성소화조로부터 배출된 소화액이 응집 및 탈수 과정을 통해 탈수여액과 분리되어진 탈수케익을 공급받아 호기 발효시키며, 상기 호기성발효조에 투입된 발효물은 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 가온 에너지로 이용하는 대용량 하ㆍ폐수 농축오니 혐기성소화 시스템에 있어서,
   상기 이송대에는 스크레이퍼를 더 설치하여 호기성발효조 내의 탈수케익을 평탄하게 함과 동시에 발효가 완료된 일정 수위 이상의 고형 폐기물을 호기성발효조에 형성된 저장고로 월류시키도록 하고,
   상기 혐기성 소화조로 부터 배출되는 탈수케익은 호기성발효조의 외측 둘레면 전체를 빙 둘러 설치된 체인에 맞물려진 체인기어의 구동을 통해 상기 호기성발효조의 상부에 구비된 레일을 따라 이송대와는 별개로 정역 이동하는 탈수케익 투입용 호퍼를 이용하여 호기성 발효조에 수시로 투입하여 주며,
   상기 혐기성소화조로 투입되는 하ㆍ폐수 농축오니는 지그재그 형태로 배치된격벽 및 소화오니 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 농축오니는 피스톤 펌프(P) 작동시, 상기 저장조와 연결된 농축오니공급관과, 농축오니 투입관 및 상기 농축오니 공급관 및 농축오니 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 공급되도록 하고,
   상기 호기성발효조에 투입되는 발효물로는, 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 발효물에 공기 주입시 공기 주입구를 막고 있는 피스톤을 이용하여 발효물에 대해 구멍을 깊게 형성한 다음 공기가 주입되도록 하여 발효물에 대한 공기 주입이 효과적으로 이루어지도록 하여 발효물의 호기성 발효가 원활하게 이루어지도록 구성됨을 특징으로 하는 호기성발효조의 발효열을 가온 에너지로 이용하는 대용량 하ㆍ폐수 농축오니 혐기성소화 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제

Images