KR101620015B1 - 호기성 발효열을 가온에너지로 사용하는 혐기소화시스템 - Google Patents

호기성 발효열을 가온에너지로 사용하는 혐기소화시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 혐기성소화를 가온하기 위해서 필요한 에너지를 호기성의 발효열을 이용하는 방법으로 보다 효과적으로 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 호기성발효조에서 분해에 의하여 최종적으로 생성되는 고형물은 퇴비로 사용하고, 혐기성소화조에서 발생된 소화액은 액비로서 사용할 수 있는 등 농가에서 필요한 취사용의 메탄가스를 얻을 뿐만 아니라 유기성폐기물, 오수(폐수)를 처리하여 퇴비와 액비를 생산하는 기본적인 기능이 모두 달성되어 지는 것은 물론이고,
여기에 더불어 농가에서 발생하는 축분, 음식물, 농산부산물 등의 각종 유기성폐기물을 좀더 편리하게 고형물과 고농도 액체로 분리할 수 있다.
또한, 호기성발효조에 새로운 고형물을 소정량식 안정적으로 투입하여 줌과 동시에 새로 투입되는 고형물과 교반기에 의해 낙하하는 기존의 고형물을 골고루 혼합하여 줄 수 있다.
또한, 호기성발효조에 넣어진 고형물에 호기성발효 효과를 높여주기 위해서 공기주입구를 선택적으로 막거나 개방하여 주면서 공기주입구의 막힘없이 공기를 보다 효과적으로 공급하여 줄 수 있다.
그러는 한편, 본 발명은 호기성발효조내에 투입되어 발효가 종료된 물질을 호기성발효조 상부 외측면에 형성한 배출구로 보다 용이하게 월류시킬 수도 있다.
이와 같이 본 발명은 전체적으로 원료의 고액 분리 및 호기성발효조로 투입되는 새로운 원료와 기존 원료의 고른 혼합 그리고 공기의 안정적인 공급으로 인해 호기성발효처리 효율을 높혀 혐기성소화조를 가온하는 가온효과가 극대화되어 혐기성소화조내에 투입된 혐기성미생물의 성장이 더욱 활발히 촉진되므로 메탄가스의 발생량이 대폭 증대된다.

Description

호기성 발효열을 가온에너지로 사용하는 혐기소화시스템{Anaerobic digestion systems that use energy to warm the aerobic fermentation}
본 발명은 호기성미생물이 유기성폐기물을 분해하면서 발생하는 산화열, 즉 발효열을 이용하여 혐기성소화조를 가온하여 메탄가스를 효율적으로 생산할 수 있도록 한 호기성 발효열을 가온에너지로 사용하는 혐기 소화시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 본인의 선등록발명인 특허등록 제10-1410722호를 더욱 개량하여 좀더 편리하게 각종 유기성폐기물로 부터 고형물과 고농도 액체를 분리할 수 있도록 하고,
호기성발효조에 새로운 고형물을 투입하여 주되 새로 투입되는 고형물과 교반기에 의해 낙하하는 기존의 고형물이 골고루 혼합되어지도록 하여 전체적으로 고른 호기성발효가 이루어져 온도를 안정적으로 유지함으로써 혐기성소화조의 가온효과가 증대되도록 하며,
호기성발효조에 넣어진 고형물에 호기성발효 효과를 높혀주기 위해서 공기를 보다 효과적으로 공급하여 줄수 있도록 함은 물론,
호기성발효조내에 투입되어 발효가 종료된 물질을 호기성발효조 상부 외측면에 형성한 배출구로 보다 용이하게 월류시킬 수 있도록 하는 등,
전체적으로 원료의 고액 분리 및 호기성발효조로 투입되는 원료의 고른 혼합 그리고 공기의 안정적인 공급 등으로 인해 호기성발효처리 효율을 높혀 혐기성소화조를 가온하는 가온효과를 극대화 시켜 혐기성소화조내에 투입된 혐기성미생물의 성장을 촉진시켜줌으로써 메탄가스의 발생량이 대폭 증대되도록 한 호기성 발효열을 가온에너지로 사용하는 혐기 소화시스템에 관한 것이다.
최근에 지구온난화를 일으키는 온실가스감축을 위하여 신재생에너지 생산에 대한 관심이 증가하고 있으며, 그 중에서 바이오매스로도 분류되는 유기성폐기물을 이용하여 메탄가스를 생성하는 혐기성소화(바이오가스화)에 관심이 증가하고 있다.
지금까지 국내에서는 음식물류 폐기물 혹은 가축분뇨를 대상으로 1일 처리용량이 10톤 이상 300톤의 대규모 혐기성소화장치가 개발되어 가동중에 있으며, 농가 1호당 혹은 마을 단위의 소규모 혐기성소화조의 개발은 거의 이루어져 있지 않고 있는 실정이다.
최근에 정부에서는 저탄소녹색마을을 600개 조성할 목표를 설정하고 많은 노력을 하고 있으나, 대부분의 마을에서 제안하고 있는 대규모의 혐기성소화장치가 님비시설로서 인식되어 원만하게 설치가 진행되지 못하고 있다. 즉 외부에서 반입되는 유기성폐자원을 이용하지 않고 지역내에서 발생되는 것을 이용하여도 폐기물처리라는 인식이 있고, 외부에서 반입되는 폐기물에 대해서는 더욱더 그 저항이 크다. 대부분의 주민은 자신과 관계가 없는 플랜트가 설치되어 소음, 악취 등에 의한 2차민원이 있을 수 있다는 예상 하에서 반대하고 있는 실정이다.
이러한 대규모 혐기성소화조에 대한 문제를 해소하기 위해서는 농가 1호당의 시설을 설치하던가, 마을단위에서 서로 합의가 이루어질 수 있는 10호 이내의 소규모 마을 대상으로 혐기성소화조를 설치할 경우에는 큰 문제없이 진행될 것으로 조사되었다.
이러한 관점에서 소규모 혐기성소화장치의 개발을 시도하고 있으나, 소규모 혐기성소화장치의 가장 큰 문제점은 혐기성반응기의 가온이었다. 혐기성소화(소화)는 기본적으로 35℃ 중온소화와 55℃ 고온소화로 분류되고 있으며, 내부온도를 일정하게 유지시켜 혐기성미생물에 의하여 분해가 활발히 일어나 메탄가스의 발생이 많아지게 되는데, 우리나라는 동절기 등에는 영하로 온도가 내려가 혐기성소화조를 운영하기에는 많은 문제가 있으며, 혐기성소화에 의하여 발생되어진 메탄가스를 취사용으로 사용하지 않고 연소시켜 가온용의 연료로서 사용한다면 혐기성소화조 설치에 대한 의미를 상실하게 된다. 실제 소규모의 혐기성소화조에서는 발생되는 모든 가스를 이용하여도 혐기성소화조 온도를 유지하는 것이 불가능한 실정이다. 혐기성소화조 온도를 유지하기 위하여 보일러시설을 설치하던가, 전기를 이용한 열선을 이용한다면 메탄발효에 의하여 얻어지는 에너지보다도 많은 에너지를 소비하게 된다. 역으로 혐기성소화조 가온에 들어가는 에너지 문제를 해결한다면, 메탄가스의 이용효율을 높이는 것이 가능하여 보급을 촉진시키는 것이 가능하다.
이에 혐기성소화조 가온에 들어가는 에너지 문제를 해결하여 메탄가스의 발생량을 대폭 증대되도록 할 수 있는 소규모의 혐기성소화시스템을 안출하여 특허등록 제10-1410722호로 등록받았는데 이는 혐기성소화조내의 혐기성미생물의 성장에 필요한 온도를 유지하기 위하여 필요한 가온 에너지를 호기성발효를 통해 얻기 위하여 원형의 혐기성소화조를 설치하고 상기 혐기성소화조를 둘러싼 형태로 교반기가 설치되어진 호기성반응조를 일체형으로 형성하여, 축분, 음식물, 농산부산물인 유기성폐기물을 전처리장치를 이용 파쇄혼합하고 여과시켜 고형물과 고농도 액체로 고액분리하고,
상기 전처리장치에 의해 분리된 고형물과 고농도 액체 중에서 고농도 액체는 외면이 호기성발효조로 감싸지게 형성된 혐기성소화조에 공급하여 혐기성처리를 하여 메탄가스를 생산하게 하고,
고형물은 상기 혐기성소화조 외면이 감싸지게 일체형으로 형성한 호기성발효조에 공급하여 혐기성소화조 외면이 호기성발효조에 둘러싸여 보온됨과 동시에 상기 호기성발효조에 공급되어진 고형물의 호기성처리시 발생하는 호기성 발효열로 혐기성소화조를 가온하여 상기 혐기성소화조내에 투입된 혐기성미생물의 성장을 촉진시켜 메탄가스의 발생효율이 증대되도록 함은 물론,
상기 호기성발효조에는 모터에 의해 회전하는 롤러에 의해 호기성발효조 상측으로 설치된 레일을 따라 주행하는 이송대와, 이송대에 설치되어 모터에 의해 상,하로 승,하강하면서 호기성발효조내의 고형물을 상하 교반시키도록 엘리베이터(무한궤도)형으로 설치된 교반날개로 이루어지는 주행식교반기를 더 구비하여서 호기성발효조에 구비된 주행식교반기에 의해 호기성발효조내의 고형물들을 간헐적으로 상하 교반시켜주면서 골고루 혼합하여 주므로 좀 더 효과적으로 유기물이 분해되어 호기성 발효가 원활히 진행되어 높은 열이 발생되도록 이루어진 것이다.
본 발명은 상기한 본인의 선등록 발명인 특허등록 특허등록 제10-1410722호를 더욱 개량하여 좀더 편리하게 각종 유기성폐기물로부터 고형물과 고농도 액체를 분리할 수 있고,
호기성발효조에 새로운 고형물을 투입하여 주되 새로 투입되는 고형물과 교반기에 의해 낙하하는 기존의 고형물이 골고루 혼합되어지도록 하여 전체적으로 고른 호기성발효가 이루어져 온도를 안정적으로 유지함으로써 혐기성소화조의 가온효과가 증대되도록 할 수 있으며,
호기성발효조에 넣어진 고형물에 호기성발효 효과를 높혀주기 위해서 공기를 보다 효과적으로 공급하여 줄수 있는 것은 물론,
호기성발효조내에 투입되어 발효가 종료된 물질을 호기성발효조 상부 외측면에 형성한 배출구로 보다 용이하게 월류시켜 퇴비로 사용할 수 있는 등 기술적으로 진일보한 획기적인 호기성 발효열을 가온에너지로 사용하는 혐기 소화시스템을 제공하여 편리하게 사용할 수 있도록 함에 그 목적을 둔 것이다.
상기 해결하고자 하는 과제에 기재된 목적을 달성하기 위한 본 발명의 호기성 발효열을 가온에너지로 사용하는 혐기 소화시스템은 축분, 음식물, 농산부산물인 유기성폐기물을 전처리장치를 이용 파쇄혼합하고 여과시켜 고형물과 고농도 액체로 고액분리하고,
상기 전처리장치에 의해 분리된 고형물과 고농도 액체 중에서 고농도 액체는 외면이 호기성발효조로 감싸지게 형성된 혐기성소화조에 공급하여 혐기성처리를 하여 메탄가스를 생산하게 하고,
고형물은 상기 혐기성소화조 외면이 감싸지게 일체형으로 형성한 호기성발효조에 공급하여 혐기성소화조 외면이 호기성발효조에 둘러싸여 보온됨과 동시에 상기 호기성발효조에 공급되어진 고형물의 호기성처리시 발생하는 호기성 발효열로 혐기성소화조를 가온하여 상기 혐기성소화조내에 투입된 혐기성미생물의 성장을 촉진시켜 메탄가스의 발생효율이 증대되도록 함은 물론,
상기 호기성발효조에는 모터에 의해 레일을 따라 주행하는 이송대에 설치되어 모터에 의해 상, 하로 승, 하강하면서 호기성발효조내의 고형물을 상하 교반시키도록 엘리베이터(무한궤도)형으로 설치된 교반날개로 이루어지는 주행식교반기에 호기성발효조내의 고형물들을 간헐적으로 상하 교반시켜주면서 골고루 혼합하여 주므로 좀 더 효과적으로 유기물이 분해되어 호기성 발효가 원활히 진행되어 높은 열이 발생되도록 하며,
상기 호기성발효조 외면 전체를 빙 둘러 감싸지게 공기공급용 블로워와 연결된 공기공급관을 설치하고 이와 연통되는 공기주입구를 호기성발효조 내부로 다수개 형성하며 이 공기주입구를 공기공급관 외면에 고정설치된 실린더의 피스톤에 의해 개폐가능하도록 구성하여 교반기 작동시나 평상시에는 피스톤을 전진시켜 공기주입구를 막아주어 고형물에 의해 공기주입구가 막히지 않도록 하며 고형물의 발효를 촉진시키기 위해서 공기공급시에는 피스톤을 후퇴시켜 공기주입구와 공기공급관을 동시에 개방시켜 준다음 공기공급용 블로워를 이용 공기공급관에 공기를 강제주입하여 공기주입구를 통해 호기성발효조내의 고형물에 공기를 용이하게 공급가능하도록 이루어짐에 그 특징이 있는 것이다.
본 발명은 혐기성소화를 가온하기 위해서 필요한 에너지를 호기성의 발효열을 이용하는 방법으로 보다 효과적으로 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 호기성발효조에서 분해에 의하여 최종적으로 생성되는 고형물은 퇴비로 사용하고, 혐기성소화조에서 발생된 소화액은 액비로서 사용할 수 있는 등 농가에서 필요한 취사용의 메탄가스를 얻을 뿐만 아니라 유기성폐기물, 오수(폐수)를 처리하여 퇴비와 액비를 생산하는 기본적인 기능이 모두 달성되어 지되,
여기에 더불어 농가에서 발생하는 축분, 음식물, 농산부산물 등의 각종 유기성폐기물을 좀더 편리하게 고형물과 고농도 액체로 분리할 수 있는 이점과,
호기성발효조에 새로운 고형물을 소정량식 안정적으로 투입하여 줌과 동시에 새로 투입되는 고형물과 교반기에 의해 낙하하는 기존의 고형물을 골고루 혼합하여 줄 수 있는 이점이 있다.
또한, 호기성발효조에 넣어진 고형물에 호기성발효 효과를 높여주기 위해서 공기주입구를 선택적으로 막거나 개방하여 주면서 공기주입구의 막힘없이 공기를 보다 효과적으로 공급하여 줄 수 있는 이점이 있는 것은 물론,
호기성발효조내에 투입되어 발효가 종료된 물질을 호기성발효조 상부 외측면에 형성한 배출구로 보다 용이하게 월류시킬 수 있는 이점이 있다.
이와 같이 본 발명은 전체적으로 원료의 고액 분리 및 호기성발효조로 투입되는 새로운 원료와 기존 원료의 고른 혼합 그리고 공기의 안정적인 공급 등으로 인해 호기성발효처리 효율을 높혀 혐기성소화조를 가온하는 가온효과를 극대화 시켜 혐기성소화조내에 투입된 혐기성미생물의 성장을 더욱 활발히 촉진시켜줌으로써 메탄가스의 발생량이 대폭 증대되도록 할 수 있는 매우 획기적인 발명이다.
도 1은 본 발명이 온실내에 설치된 상태를 보인 상태도.
도 2 내지 도 9는 본 발명의 구성상태도로서,
도 2는 정면 사시도.
도 3는 분쇄기 설치프레임을 제거한 상태의 정면 사시도.
도 4는 분쇄기 설치프레임을 제거한 상태의 배면 사시도.
도 5는 평면도.
도 6은 분쇄기의 구성상태를 보인 부분 단면도
도 7은 원료투입용 원료투입용 호퍼의 구성상태를 보인 저면 사시도.
도 8은 원료투입용 원료투입용 호퍼의 내부 구성을 보인 단면도.
도 9는 공기공급수단의 구성을 보인 단면도.
이하, 첨부된 도면 도 1 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도면에서 보는 바와 같이 본 발명의 혐기 소화시스템은 본인의 선등록 발명인 특허등록 제10-1410722호의 기본 구성을 그대로 채택하고 있다.
즉, 농가에서 발생하는 축분, 음식물, 농산부산물인 유기성폐기물을 공급 받아 전처리하여 고형물과 고농도 액체로 고액분리하는 전처리장치(100)와,
상기 전처리장치(100)에 의해 분리된 고형물을 공급받아 이 고형물을 호기성미생물 및 산소를 공급하여 발효시키는 호기성발효조(200)와,
상기 전처리장치(100)에 의해 분리된 고농도 액체를 공급받아 이 고농도 액체를 가스저장탱크(미도시)와 연결된 가스배출관(311)이 구비된 밀폐뚜껑(310)에 의해 밀폐된 내부공간에서 혐기성미생물로 발효시켜 메탄가스를 생산하는 혐기성소화조(300)로 이루어지되,
상기 혐기성소화조(300)의 외면이 감싸지게 호기성발효조(200)를 일체형으로 형성하여 혐기성소화조(300)의 보온과 동시에 상기 호기성발효조(200)에 공급되어진 고형물의 발효시 발생하는 호기성 발효열로 혐기성소화조(300)를 가온하여 상기 혐기성소화조(300)내에 투입된 혐기성미생물의 성장을 촉진시켜 메탄가스의 발생효율이 증대되도록 함은 물론,
상기 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 상하 교반시키도록 엘리베이터(무한궤도)형으로 설치된 교반날개(412)로 이루어지는 주행식 교반기(410)를 더 구비하여서 호기성발효조(200)에 구비된 주행식 교반기(410)에 의해 호기성발효조(200)내의 고형물들을 간헐적으로 상하 교반시켜주면서 골고루 혼합하여 주므로 좀 더 효과적으로 유기물이 분해되어 호기성 발효가 원활히 진행되어 높은 열이 발생되도록 이루어져 있다.
이에 이하에서는 본 발명의 개량된 부분에 대해 보다 상세히 살펴보고자 한다.
본 발명에서 사용되는 전처리장치(100)를 살펴보면,
먼저 상기 전처리장치(100)는 분쇄기(110) 및 원료투입용 호퍼와 물받이로 나누어지는 고액분리조(120) 그리고 액체저장조(130)로 구성되어 있다.
분쇄기(110)는 바닥면에 수직으로 세워진 기틀체(101) 상부에 고정설치 되어 있으며, 농가에서 발생하는 축분, 음식물, 농산부산물 등의 각종 유기성폐기물을 플랩도어(111)로 투입하면 모터(112)에 의해 다수개의 회전커터(113a)가 축결합된 한쌍의 회전커터축(113)이 동시에 회전하면서 유기성폐기물을 파쇄 및 골고루 혼합한 다음 하측에 형성된 볼밸브(114)를 통해 콘버켓(115)으로 낙하시킨 후 솔레노이드밸브(116)의 작동으로 원료이송관(117)을 통해 고액분리조(121)로 이송시키도록 구성되어 있다.
그리고 고액분리조(121)는 고형물과 고농도액체의 분리가 가능하도록 이송대(400)의 교반기(410) 후방에 고정설치되는 원료투입용 호퍼(121)와, 실린더(125a)에 의해 원료투입용 호퍼(121) 하측으로 위치이동되면서 원료투입용 호퍼(121)에서 분리 낙하되는 고농도액체를 받아 호스(125a)를 통해 액체저장조(130)로 이송시키는 물받이(125)로 구성되어 있어서, 원료투입용 호퍼(121)의 하측으로 물받이(125)를 위치시킨 후 상기 원료이송관(117)을 통해 원료투입용 호퍼(121)내로 파쇄된 유기성폐기물이 공급되면 상기 원료투입용 호퍼(121)의 하측 낙하공(121a)은 회전날개(121-1)가 막고 있고 원료투입용 호퍼(121) 내측면이 타공망(121b)으로 형성되어 있으므로 고형물은 걸러지고 고농도액체는 낙하하여 물받이(125)에 받아진다.
그러면 상기 물받이(125)에 받아진 고농도액체는 호스(125a)를 통해 액체저장조(130)로 이송되어 저장된다.
이와 같이 하여 고형물과 고농도 액체가 분리완료된 다음에는 실린더(125a)에 의해 전진해 있던 물받이(125)를 후퇴시켜 원료투입용 호퍼(121) 하측으로 부터 벗어나도록 한다.
그런 다음에는 상기 원료투입용 호퍼(121)의 낙하공을 막고 있는 회전날개(121-1)를 모터(121-2)를 이용하여 저속회전시켜 준다. 그러면 원료투입용 호퍼(121)내에서 걸러진 고형물이 한꺼번에 낙하하는 것이 아니라 소정량씩 원료투입용 호퍼(121)의 낙하공(121a)을 통과하여 호기성발효조(200)내로 낙하한다.
상기 액체저장조(130)는 상기 물받이(125)로 부터 호스(125a)를 통해 이송된 고농도액체를 저장하여 두었다가 이후 혐기성소화조(300)로 보낼 수 있도록 구성된다.
한편, 상기 호기성발효조(200)에 모터(401)에 의해 호기성발효조(200) 상측으로 설치된 레일(200a)을 따라 주행하는 이송대(400)는,
모터(401)에 의해 회전하는 체인기어(401a)를 호기성발효조(200) 외면에 전체를 빙 둘러 감싸지게 고정설치한 체인(402)에 결합하여서 이송대(400)가 체인구동을 통한 강한 트롤리 구동력을 얻어 이송이 완벽하게 이루어지도록 구성되어 있다.
또한, 상기 이송대(400)에 설치된 교반기(410) 후방에는 하향 경사진 슬라이딩 플레이트(410a)가 형성되어 있는데, 이 슬라이딩 플레이트(410a)는 교반기(410)의 교반날개(412)에 의해 상측으로 끌어 올려졌다가 낙하하는 기존의 고형물을 교반기(410) 후방에 고성설치된 원료투입용 호퍼(121) 하측으로 정확하게 낙하시켜주어 원료투입용 호퍼(121) 하측으로 낙하하는 새로운 고형물과 섞이도록 구성된다.
또한, 상기 이송대(400)의 최후방에는 하측으로 경사지게 형성된 지지대(421)에 소정높이로 스크레이퍼(420)가 형성되어 있는데, 이 스크레이퍼(420)는 모터(401)를 이용 이송대(400)를 이송시키면 스크레이퍼(420)에 의해 긁어지면서 호기성발효조(200) 외벽으로 이동되는 발효가 종료된 물질이 배출구(210)로 용이하게 월류되도록 구성된다.
한편, 본 발명은 호기성발효조(200)에 넣어진 고형물의 호기성발효 효과를 높혀주기 위해서 공기를 보다 효과적으로 공급하여 줄 수 있도록 구성된다.
즉, 호기성발효조(200) 외면 전체를 빙 둘러 감싸지게 공기공급용 블러워(221)와 연결된 공기공급관(220)이 설치되어 있고 이와 연통되는 공기주입구(220a)가 호기성발효조(200) 내부로 다수 개 형성되어 있는데 이 공기주입구(220a)는 공기공급관(220) 외면에 고정설치된 실린더(222)의 피스톤(222a)에 의해 개폐가능하도록 구성되어 있으므로, 교반기(410) 작동시나 평상시에는 피스톤(222a)을 전진시켜 공기주입구(220a)를 막아주면 고형물에 의해 공기주입구(220a)가 막힐 염려가 전혀 없고, 고형물의 발효를 촉진시키기 위해서 공기를 공급하여 주고자 할 경우에는 피스톤(222a)을 후퇴시켜 공기주입구(220a)와 공기공급관(220)을 동시에 개방시켜 준 다음 공기공급용 블러워(221)를 이용 공기공급관(220)에 공기를 강제주입하면 공기주입구(220a)를 통해 호기성발효조(200)내의 고형물에 공기를 용이하게 공급가능한 것이다.
이때, 상기와 같은 방법으로 공기공급시 공기주입구(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 호기성발효가 증대되어 보다 높은 온도를 얻을 수 있으므로 이 또한 혐기성소화조(300)의 가온 효과를 증대시킬 수 있는 것이다.
그 밖에 본 발명은 상기 혐기성소화조(300)의 하부를 이중벽으로 형성하고 이중벽 내부로 온수보일러 또는 태양광온수기(미도시)로부터 온수가 순환공급되도록 설치하여 혐기성소화율이 높아지도록 할 수 있는 것은 물론,
상기 전처리장치(100) 및 외면이 감싸지게 호기성발효조(200)가 일체형으로 형성된 혐기성소화조(200)를 온실구조물내에 설치하여 발효 및 가온효과가 증대되도록 구성할 수도 있다.
본 발명의 혐기 소화시스템에서 개량된 장치부분들의 작동상태를 상세히 설명한다.(앞에서도 언급한 바와 같이 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되어 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략하였다.)
상기와 같이 구성되는 본 발명은 혐기발효시스템은 기본적으로 축분, 음식물, 농산부산물인 유기성폐기물을 전처리장치(100)를 이용 고형물과 고농도 액체로 고액분리하고,
상기 전처리장치(100)에 의해 분리된 고형물과 고농도 액체 중에서 고농도 액체는 혐기성소화조(300)에 공급하고 고형물은 상기 혐기성소화조(300) 외면을 감싸고 있는 호기성발효조(200)에 공급하면,
고농도 액체를 공급받아 메탄가스를 생산하는 혐기성소화조(300) 외면을 고형물을 공급받아 호기성 발효열이 발생되는 호기성발효조(200)가 감싸지게 일체로 형성되어 있어서 혐기성소화조(300)가 보온이 됨과 동시에 호기성 발효열로 혐기성소화조(300)를 가온하여 주기 때문에 혐기성소화조(300)내에 투입된 혐기성미생물의 활성화로 메탄가스의 발생효율이 크게 증대된다.
또한, 호기성발효조(200)에 구비된 주행식 교반기(410)에 의해 호기성발효조(200)내의 고형물들을 간헐적으로 상하 교반시켜 주면서 골고루 혼합하여 주므로 좀 더 효과적으로 유기물이 분해되어 호기성 발효가 원활히 진행되어 높은 열이 발생되므로 혐기성소화조의 보온효과와 가온효과를 좀더 극대화할 수 있다.
이와 같은 본 발명은 좀더 편리하게 각종 유기성폐기물로부터 고형물과 고농도 액체를 분리하여 호기성발효조(200)에 좀더 효과적으로 새로운 고형물을 투입하여 줄 수 있다.
즉, 농가 등에서 축분, 음식물, 농산부산물 등의 각종 유기성폐기물이 발생되면 이들을 그대로 혹은 유기성폐기물에 수분이 부족할 경우에는 오,폐수 등을 혼합하여 전처리장치(100)를 구성하는 플랩도어(111)로 투입하여 분쇄기(110)에 공급하면 모터(112)에 의해 다수개의 회전커터(113a)가 축결합된 한쌍의 회전커터축(113)이 동시에 회전하면서 유기성폐기물을 파쇄 및 골고루 혼합한 다음 하측에 형성된 볼밸브(114)를 통해 콘버켓(115)으로 낙하시킨 후 솔레노이드밸브(116)의 작동으로 원료이송관(117)을 통해 이동이 상태의 이송대(400) 후방에 고정설치된 고액분리조(120)를 구성하는 원료투입용 호퍼(121)로 공급된다.
이때 상기 원료투입용 호퍼(121)의 하측으로는 실린더(125a)에 의해 물받이(125)가 전진하여 위치된 상태이다.
그러면 상기 원료투입용 호퍼(121)의 하측 낙하공(121a)은 원료투입용 호퍼(121)가 막고 있고 원료투입용 호퍼(121) 내측면이 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 액체저장조(130)에 저장되고 이후 혐기성소화조(300)로 보내져 혐기성처리로 메탄가스를 생산하게 된다.
이와 같이 하여 고형물과 고농도 액체의 분리완료된 다음에는 실린더(125a)에 의해 전진해 있던 물받이(125)를 후퇴시켜 원료투입용 호퍼(121) 하측으로부터 벗어나도록 한다.
그런 다음에는 상기 원료투입용 호퍼(121)의 낙하공(121a)을 막고 있는 회전날개(121-1)를 모터(121-2)를 이용하여 저속회전시켜 준다. 그러면 원료투입용 호퍼(121)내에서 걸러진 고형물이 한꺼번에 낙하하는 것이 아니라 소정량씩 원료투입용 호퍼(121)의 낙하공(121a)을 통과하여 혐기성소화조(300)내로 낙하한다.
이때 상기 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 고정설치한 체인(402)에 결합되어 있으므로 이송대(400)가 체인구동을 통한 강한 트롤리 구동력을 얻어 무리 없이 완벽하게 이송된다.
이와 동시에 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 교반기(410) 후방에 설치한 슬라이딩 플레이트(410a)를 통해 후방으로 낙하시켜준다.
따라서 본 발명은 상기 원료투입용 호퍼(121)에 구비된 회전날개(121-1)에 의해 소정량씩 낙하투입되는 새로운 고형물과 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 호기성발효 효과를 높여주기 위해서 공기를 보다 효과적으로 공급하여 줄 수 있다.
즉, 호기성발효조(200) 외면 전체를 빙 둘러 감싸지게 공기공급용 블러워(221)와 연결된 공기공급관(220)이 설치되어 있고 이와 연통되는 공기주입구(220a)가 호기성발효조(200) 내부로 다수 개 형성되어 있는데 이 공기주입구(220a)는 공기공급관(220) 외면에 고정설치된 실린더(222)의 피스톤(222a)에 의해 개폐가능하도록 구성되어 있으므로, 교반기(410) 작동시나 평상시에는 피스톤(222a)을 전진시켜 공기주입구(220a)를 막아주면 고형물에 의해 공기주입구(220a)가 막힐 염려가 전혀 없고, 고형물의 발효를 촉진시키기 위해서 공기를 공급하여 주고자 할 경우에는 피스톤(222a)을 후퇴시켜 공기주입구(220a)와 공기공급관(220)을 동시에 개방시켜 준 다음 공기공급용 블러워(221)를 이용 공기공급관(220)에 공기를 강제주입하면 공기주입구(220a)를 통해 호기성발효조(200)내의 고형물에 공기를 용이하게 공급가능한 것이다.
이때, 상기와 같은 방법으로 공기공급시 공기주입구(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 호기성발효가 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 물질을 호기성발효조(200) 상부 외측면에 소정 개수 형성한 배출구(210)로 보다 용이하게 월류시킬 수 있다.
즉, 상기 이송대(400)에는 전방에 교반기(410)가 설치되고 그 후방에는 고형물 공급용 원료투입용 호퍼(121)가 설치되어 있으며 최후방에는 하측으로 경사지게 형성된 지지대(421)에 소정높이로 스크레이퍼(420)가 형성되어 있으므로, 이송대(400)를 모터(401)를 이용 이송시키면 스크레이퍼(420)에 의해 긁혀지면서 호기성발효조(200) 외벽으로 이동되는 발효가 종료된 물질이 배출구(210)로 용이하게 월류되는 것이다.
이때, 상기 배출구(210)는 높이를 상,하로 조정할 수 있으므로 발효가 종료된 물질의 배출량을 조정가능하다.
이와 같이 배출구(210)로 월류된 발효 종료 물질은 퇴비로 사용한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 이 실시예에 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.
10:구멍 100:전처리장치
101:기틀체 110:분쇄기
111:플랩도어 112,121-2,401,411:모터
113:회전커터축 113a:회전커터
114:볼밸브 115:콘버켓
116:솔레노이드밸브 117:원료이송관
120:고액분리조 121:원료공급용 호퍼
121a:낙하공 121b:타공망
121-1:회전날개 125:물받이
125a,222:실린더 125b:호스
130:액체저장조 200:호기성발효조
200a:레일 210:배출구
220:공기공급관 220a:공기주입구
221:블로워 222a:피스톤
300:혐기성소화조 310:밀폐뚜껑
311:가스배출관 400:이송대
410:교반기 410a:슬라이딩 플레이트
401a:체인기어 402:체인
410:교반기 412:교반날개
420:스크레이퍼 421:지지대

Claims (6)

  1. 축분, 음식물, 농산부산물인 유기성폐기물을 전처리장치(100)를 이용 파쇄혼합하고 여과시켜 고형물과 고농도 액체로 고액분리하고,
    상기 전처리장치(100)에 의해 분리된 고형물과 고농도 액체 중에서 고농도 액체는 외면이 호기성발효조(200)로 감싸지게 형성된 혐기성소화조(300)에 공급하여 혐기성처리를 하여 메탄가스를 생산하게 하고,
    고형물은 상기 혐기성소화조(300) 외면이 감싸지게 일체형으로 형성한 호기성발효조(200)에 공급하여 혐기성소화조(300) 외면이 호기성발효조(200)에 둘러싸여 보온됨과 동시에 상기 호기성발효조(200)에 공급되어진 고형물의 호기성처리시 발생하는 호기성 발효열로 혐기성소화조(300)를 가온하여 상기 혐기성소화조(300)내에 투입된 혐기성미생물의 성장을 촉진시켜 메탄가스의 발생효율이 증대되도록 함은 물론,
    상기 호기성발효조(200)에는 모터(401)에 의해 레일(200a)을 따라 주행하는 이송대(400)에 설치되어 모터(411)에 의해 상,하로 승,하강하면서 호기성발효조(200)내의 고형물을 상하 교반시키도록 엘리베이터(무한궤도)형으로 설치된 교반날개(412)로 이루어지는 주행식 교반기(410)에 호기성발효조(200)내의 고형물들을 간헐적으로 상하 교반시켜주면서 골고루 혼합하여 주므로 좀 더 효과적으로 유기물이 분해되어 호기성 발효가 원활히 진행되어 높은 열이 발생되도록 하며,
    상기 호기성발효조(200) 외면 전체를 빙 둘러 감싸지게 공기공급용 블러워(221)와 연결된 공기공급관(220)을 설치하고 이와 연통되는 공기주입구(220a)를 호기성발효조(200) 내부로 다수 개 형성하며 이 공기주입구(220a)를 공기공급관(220) 외면에 고정설치된 실린더(222)의 피스톤(222a)에 의해 개폐가능하도록 구성하여 교반기(410) 작동시나 평상시에는 피스톤(222a)을 전진시켜 공기주입구(220a)를 막아주어 고형물에 의해 공기주입구(220a)가 막히지 않도록 하며 고형물의 발효를 촉진시키기 위해서 공기공급시에는 피스톤(222a)을 후퇴시켜 공기주입구(220a)와 공기공급관(220)을 동시에 개방시켜준 다음 공기공급용 블러워(221)를 이용 공기공급관(220)에 공기를 강제주입하여 공기주입구(220a)를 통해 호기성발효조(200)내의 고형물에 공기를 용이하게 공급가능하도록 이루어짐을 특징으로 하는 호기성 발효열을 가온에너지로 사용하는 혐기 소화시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공기공급관(220) 외면에 고정설치된 실린더(222)의 피스톤(222a) 길이를 길게 형성하여 공기공급시 공기주입구(220a)를 막고 있는 피스톤(222a)을 좀더 깊숙히 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 호기성발효가 증대되어 보다 높은 온도를 얻을 수 있으므로 혐기성소화조(300)의 가온 효과가 증대되도록 이루어짐을 특징으로 하는 호기성 발효열을 가온에너지로 사용하는 혐기 소화시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 호기성발효조(200)에 모터(401)에 의해 호기성발효조(200) 상측으로 설치된 레일(200a)을 따라 주행하는 이송대(400)는,
    모터(401)에 의해 회전하는 체인기어(401a)를 호기성발효조(200) 외면에 전체를 빙 둘러 감싸지게 고정설치한 체인(402)에 결합하여서 이송대(400)가 체인구동을 통한 강한 트롤리 구동력을 얻어 주행이 완벽하게 이루어짐을 특징으로 하는 호기성 발효열을 가온에너지로 사용하는 혐기 소화시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전처리장치(100)는,
    바닥면에 수직으로 세워진 기틀체(101) 상부에 고정설치 되어 있으며, 농가에서 발생하는 축분, 음식물, 농산부산물 등의 각종 유기성폐기물을 플랩도어(111)로 투입하면 다수개의 회전커터(113a)가 축결합된 한쌍의 회전커터축(113)이 동시에 모터(112)에 의해 회전하면서 유기성폐기물을 파쇄 및 골고루 혼합한 다음 하측에 형성된 볼밸브(114)를 통해 콘버켓(115)으로 낙하시킨 후 솔레노이드밸브(116)의 작동으로 원료이송관(117)을 통해 고액분리조(120)로 이송시키는 분쇄기(110)와;
    상기 이송대(400)의 교반기(410) 후방에 고정설치되며 하측에 형성된 낙하공(121a)은 모터(121-2)에 의해 회전하는 회전날개(121-1)가 막고 있고 내측벽면이 타공망(121b)으로 형성되어 있는 원료투입용 호퍼(121) 및 실린더(125a)에 의해 원료투입용 호퍼(121) 하측으로 선택적으로 위치이동가능하며 액체저장조(130)와 호스(125a)로 연결되어 있는 물받이(125)로 구성되어 상기 원료투입용 호퍼(121) 내로 파쇄된 유기성폐기물이 공급되면 상기 원료투입용 호퍼(121)의 하측 낙하공(121a)은 회전날개(121-1)가 막고 있고 원료투입용 호퍼(121) 내측면이 타공망(121b)으로 형성되어 있으므로 고형물은 걸러지고 고농도액체는 낙하하여 물받이(125)에 받아지도록 하며 걸러진 고형물은 모터(121-2)를 이용 회전날개(121-1)를 회전시켜 낙하공(121a)을 통해 소정량씩 혐기성소화조(300)내로 낙하되도록 한 고액분리조(120)와;
    상기 고액분리조(120)를 구성하는 물받이(125)의 호스(125a)를 통해 이송되는 고농도 액체를 저장하였다가 혐기성소화조(300)로 공급하는 액체저장조(130)로 이루어짐을 특징으로 하는 호기성 발효열을 가온에너지로 사용하는 혐기 소화시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이송대(400)에 설치된 교반기(410) 후방에는 하향 경사진 슬라이딩 플레이트(410a)를 형성하여 교반기(410)의 교반날개(412)에 의해 상측으로 끌어 올려졌다가 낙하하는 기존의 고형물을 교반기(410) 후방에 고성설치된 원료투입용 호퍼(121)하측으로 정확하게 낙하시켜주어 원료투입용 호퍼(121)하측으로 소정량식 낙하하는 새로운 고형물과 골고루 섞이도록 이루어짐을 특징으로 하는 호기성 발효열을 가온에너지로 사용하는 혐기 소화시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이송대(400)의 최후방에는 하측으로 경사지게 형성된 지지대(421)에 소정높이로 스크레이퍼(420)를 형성하여 이송대(400)를 모터(401)를 이용 이송시키면 스크레이퍼(420)에 의해 긁어지면서 호기성발효조(200) 외벽으로 이동되는 발효가 종료된 물질이 상,하로 배출높이의 조정이 가능한 배출구(210)로 용이하게 월류되도록 이루어짐을 특징으로 하는 호기성 발효열을 가온에너지로 사용하는 혐기 소화시스템.
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