KR101637522B1

KR101637522B1 - 호기성 발효 시스템

Info

Publication number: KR101637522B1
Application number: KR1020150102923A
Authority: KR
Inventors: 류만수; 정은표
Original assignee: 정은표
Priority date: 2015-07-21
Filing date: 2015-07-21
Publication date: 2016-07-07

Abstract

본 발명은 효과적인 폭기 및 소포 작업을 통해 발효 효율을 높이고, 호기성 발효를 위한 구성을 단순화하여 호기성 발효를 위한 장치의 분리 및 해체를 용이하게 하는 호기성 발효 시스템에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 유기성 폐기물이 발효되는 호기발효조와; 일단은 호기발효조로부터 인출되고, 타단은 폭기라인과 소포라인으로 분기되어 호기발효조로 인입되는 순환라인과; 호기발효조 내의 유기성 폐기물이 순환라인을 순환하도록 유기성 폐기물을 펌핑하는 순환펌프와; 순환라인의 폭기라인에 설치되는 제1밸브와; 호기발효조 내의 수위 변화를 감지하는 수위감지센서와; 수위감지센서로부터의 수위변화신호에 따라 제1밸브 및 순환펌프를 제어하되, 호기발효조 내의 수위가 제1기준수위까지 상승하면 제1밸브를 폐쇄하여 소포만 이루어지도록 제어하고, 호기발효조 내의 수위가 제1기준수위 아래로 하강하면 제1밸브를 개방하여 폭기 및 소포가 이루어지도록 제어하며, 호기발효조 내의 수위가 제1기준수위보다 높은 제2기준수위까지 상승하면 순환펌프의 구동을 멈추도록 제어하는 제어유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

호기성 발효 시스템{FERMENTATION SYSTEM BY AEROBIC BACTERIA}

본 발명은 효과적인 폭기 및 소포 작업을 통해 발효 효율을 높이고, 호기성 발효를 위한 구성을 단순화하여 호기성 발효를 위한 장치의 분리 및 해체를 용이하게 하는 호기성 발효 시스템에 관한 것이다.

유기성 폐기물(가축분뇨, 음식물 탈리액 등)을 처리하는 방식으로는, 혐기성 소화장치를 이용한 혐기성 소화 방식과 호기성 분해장치를 이용한 호기성 분해 방식이 사용된다.

한편 혐기성 소화장치의 경우, 고온이 유지되어야 하므로 기온이 내려가는 겨울철에는 효율이 현저히 떨어지고, 유기성 폐기물이 산성화되어 있어 혐기성 소화가 제대로 이루어지지 않는 문제점이 발생하였다.

이에 따라 최근에는 호기성 분해장치의 사용이 늘고 있다.

그러나 종래의 호기성 분해장치의 경우, 폭기장치와 폭기 시 발생하는 거품을 제거하는 소포장치로 구분되어, 폭기장치 및 소포장치가 독립적으로 운영되었으며, 이에 따라 폭기장치와 소포장치중 한가지 시설의 기계문제 발생에도 운영이 중단되는 문제가 발생하였다. 뿐만 아니라 상기와 같이 폭기장치 및 소포장치의 독립적 운영은 폭기 및 소포의 효율적 운영이 어려워, 발효 효율이 낮은 문제점이 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위해 폭기 및 소포 작용을 함께하는 호기성 분해장치가 개발되었지만, 종래의 호기성 분해장치의 경우, 폭기 및 소포를 위한 각각의 구성품 간의 결합 관계가 복잡하여, 호기성 분해장치의 분리 및 해체가 불편했으며, 이로 인해 유지보수가 번거로운 문제점이 있었다. 또한 이러한 종래의 호기성 분해장치는 폭기 및 소포 작용이 효율적으로 이루어지도록 시스템화되지 않아, 고효율의 호기성 발효를 하는 데 한계가 있었다.

등록특허 10-0374928호

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 효과적인 폭기 및 소포 작업을 통해 발효 효율을 높이고, 호기성 발효를 위한 구성을 단순화하여 호기성 발효를 위한 장치의 분리 및 해체가 용이한 호기성 발효 시스템을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은,

유기성 폐기물이 발효되는 호기발효조와;

일단은 호기발효조로부터 인출되고, 타단은 폭기라인과 소포라인으로 분기되어 호기발효조로 인입되는 순환라인과;

호기발효조 내의 유기성 폐기물이 순환라인을 순환하도록 유기성 폐기물을 펌핑하는 순환펌프와;

순환라인의 폭기라인에 설치되는 제1밸브와;

호기발효조 내의 수위 변화를 감지하는 수위감지센서와;

수위감지센서로부터의 수위변화신호에 따라 제1밸브 및 순환펌프를 제어하되, 호기발효조 내의 수위가 제1기준수위까지 상승하면 제1밸브를 폐쇄하여 소포만 이루어지도록 제어하고, 호기발효조 내의 수위가 제1기준수위 아래로 하강하면 제1밸브를 개방하여 폭기 및 소포가 이루어지도록 제어하며, 호기발효조 내의 수위가 제1기준수위보다 높은 제2기준수위까지 상승하면 순환펌프의 구동을 멈추도록 제어하는 제어유닛;

을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 있어서,

상기 호기발효조 내의 온도를 측정하는 온도센서를 더 갖추며,

호기발효조 내의 온도가 설정 온도 값에 도달하면,

제어유닛은 부숙으로 설정되어 있는 경우에는 숙성공정을 진행하고,

미부숙으로 설정되어 있는 경우에는 폭기를 다시 수행하되, 호기발효조 내의 온도가 설정 온도 값을 초과하면 간헐적으로 폭기가 이루어지도록 하고 호기발효조 내의 온도가 설정 온도 값 미만이면 지속적으로 폭기가 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 있어서,

상기 호기발효조 내의 암모니아가스 농도를 측정하는 암모니아측정센서를 더 갖추고,

제어유닛은, 호기발효조 내의 온도가 설정 온도 값에 이른 상태에서, 호기발효조 내의 농도가 설정 농도도 값 미만이면 부숙으로 판단하고, 호기발효조 내의 농도가 설정 농도 값을 초과하면 미부숙으로 판단하여,

부숙 판단시에는 숙성 공정을 진행하고,

상술한 바와 같은 본 발명에 있어서,

상기 숙성 공정에서는 간헐적으로 폭기가 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 있어서,

상기 수위감지센서는,

길이가 순차적으로 다른 제1,2,3전극봉을 갖는 플롯트리스 스위치(floatless switch) 타입의 제1수위감지센서와;

상기 제1수위감지센서의 제1전극봉 보다 높은 위치에 위치하고 상기 제1수위감지센서의 제2전극봉 보다 낮은 위치에 위치하는 제1전극봉과, 상기 제1수위감지센서의 제2전극봉 보다 높은 위치에 위치하고 상기 제1수위감지센서의 제3전극봉 보다 낮은 위치에 위치하는 제2전극봉과, 상기 제1수위감지센서의 제3전극봉 보다 높은 위치에 위치하는 제3전극봉을 갖는 플롯트리스 스위치(floatless switch) 타입의 제2수위감지센서를 갖추는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명은,

상기 순환펌프 보다 전단에 위치하도록 순환라인에 설치되는 제2밸브를 더 갖추고, 상기 제어유닛은 순환펌프의 구동이 멈출 시 상기 제2밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 있어서,

상기 소포라인의 하단에 노즐이 구비되며,

상기 노즐은,

하방으로 돌출되는 돌출부와, 상기 돌출부로부터 연장되고 내측으로 경사진 경사부를 갖추고서, 일측에 구비되는 제1안내부와; 하방으로 돌출되고 내측으로 경사지는 돌출부와, 상기 돌출부로부터 연장되고 내측으로 경사지며 하단이 제1안내부의 경사부 보다 하방에 위치하는 경사부를 갖추고서, 타측에 구비되는 제2안내부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 있어서,

상기 소포라인의 하단에 노즐이 구비되며,

상기 노즐은,

상하로 형성된 배출홀을 갖춘 본체부와; 본체부의 하부에 구비되며 스크류 형상을 이루는 안내부;를 갖춘 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 호기성 발효 시스템은 하나의 펌프를 통해 호기발효조에서 폭기 및 소포가 함께 이루어지되, 호기발효조의 거품 발생 상태에 따라 안정적으로 폭기 및 소포가 이루어지도록 함으로써, 호기성 발효를 위한 장치가 안정적으로 구동되면서 발효가 효율적으로 이루어지는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 호기성 발효 시스템은 폭기 및 소포를 위한 구성을 단순화함으로써, 호기성 발효를 위한 장치의 분리 및 해체를 용이하게 하여, 유지보수를 편리하게 할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 호기성 발효 시스템은 폭기가 이루어진 유기성 폐기물의 상태(온도, 암모니아 농도)에 따라 부숙 및 미부숙으로 자동 판단하여, 부숙된 유기성 폐기물은 숙성 공정을 거친 후 액비 등 다양한 용도로 사용되도록 하고, 미부숙된 유기성 폐기물은 숙성 공정 단계로 진입할 수 있도록 다시 폭기(발효)하는 것을 시스템화하여, 자동화를 통한 유기성 폐기물의 효율적인 발효가 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 호기성 발효 시스템의 구성 간의 전기적 연결을 나타낸 구성도이고,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 호기성 발효 시스템의 구성을 설명하기 위한 전체도이고,
도 3 내지 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 호기성 발효 시스템의 작용을 설명하기 위한 도면이고,
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 호기성 발효 시스템의 구성 간의 전기적 연결을 나타낸 구성도이고,
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 호기성 발효 시스템의 구성을 설명하기 위한 전체도이고,
도 8 및 도 10은 본 발명의 제1실시예 또는 제2실시예에 따른 호기성 발효 시스템에서 소포라인에 설치되는 노즐을 나타낸 도면이다.

이하 첨부도면에 의거하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 호기성 발효 시스템의 구성 간의 전기적 연결을 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 호기성 발효 시스템의 구성을 설명하기 위한 전체도로서, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 호기성 발효 시스템의 구조적 특징을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 제1실시예에 따른 호기성 발효 시스템은 호기발효조(10)와, 순환라인(20)과, 순환펌프(30)와, 제1밸브(40)와, 수위감지센서(50)와, 제어유닛(60)을 갖추고서, 효율적으로 호기성 발효 공정을 수행한다.

호기발효조(10)는 유기성 폐기물(가축분뇨, 음식물 탈리액 등)이 공급되며, 미생물을 통한 호기성 발효를 한다.

순환라인(20)은 유기성폐기물흡입라인(21)과, 폭기라인(22) 및, 소포라인(23)을 갖추고서, 호기발효조(10) 내부의 유기성 폐기물을 순환한다.

유기성폐기물흡입라인(21)은 일단이 호기발효조(10)에 인입되어, 호기발효조(10) 내부의 유기성 폐기물을 흡입한다.

폭기라인(22)은 유기성폐기물배출라인(22a)과, 공기유입라인(22b)을 갖추고서, 호기발효조(10) 내의 유기성 폐기물을 폭기한다.

유기성폐기물배출라인(22a)은, 일단이 유기성폐기물흡입라인(21)으로부터 분기되며, 타단이 호기발효조(10) 내부 하부로 인입되어 공기와 함께 유기성폐기물이 분사되도록 한다.

공기유입라인(22b)은, 일단이 호기발효조(10) 내부로 인입되어 유기성폐기물배출라인(22a)과 연결되고, 타단이 외부로 노출되어, 유기성폐기물배출라인(22a)으로 유기성 폐기물이 공급될 시 유기성폐기물배출라인(22a)으로 공기가 유입되도록 한다.

소포라인(23)은, 일단이 유기성폐기물흡입라인(21)으로부터 분기되고, 타단이 호기발효조(10) 내부로 인입되어 호기발효조(10)의 내부 상부에 위치한다. 본 실시예에서는 소포라인(23)의 타단에 노즐(미도시)이 구비되어, 배출되는 유기성폐기물이 분사되도록 할 수 있다.

순환펌프(30)는 순환라인(20)의 유기성폐기물흡입라인(21)에 설치되고, 호기발효조(10) 내의 유기성폐기물을 펌핑하여, 호기발효조(10) 내의 유기성폐기물이 순환라인(20)을 통해 순환하도록 한다. 본 실시예에서 순환펌프(30)는 유기성 폐기물의 상태 확인을 위해 유기성 폐기물을 채취하거나, 액체를 공급하기 위한 유출입구(31)를 더 갖춘다.

제1밸브(40)는 폭기라인(22)의 유기성폐기물배출라인(22a)에 설치되어, 순환펌프(30)에 의해 펌핑된 유기성 폐기물의 흐름을 제어한다. 본 실시예에서 제1밸브(40)는 수동식 또는 자동식 밸브가 적용가능하며, 제1밸브(40)가 자동식 밸브일 경우에는 제어유닛(60)에 의해 작동제어된다.

수위감지센서(50)는 호기발효조(10) 내의 수위 변화를 감지한다.

본 실시예에서 수위감지센서(50)는 제1수위감지센서(51)와, 제2수위감지센서(52)로 이루어진다.

제1수위감지센서(51)는 길이가 순차적으로 다른 제1,2,3전극봉(51a,51b,51c)을 갖는 플롯트리스 스위치(floatless switch)이다. 이러한 제1수위감지센서(51)는 호기발효조(10)에 설치되며, 호기발효조(10) 내의 수위가 미리 설정한 제1기준수위(a)까지 상승하면 이를 감지하여 제1기준수위접근신호를 출력하고 호기발효조(10) 내의 수위가 제1기준수위(a) 아래로 하강하면 이를 감지하여 제1기준수위접근해제신호를 출력한다.

제2수위감지센서(52)는 길이가 순차적으로 다른 제1,2,3전극봉(52a,52b,52c)을 갖는 플롯트리스 스위치(floatless switch)이되, 제1수위감지센서(51)의 제1전극봉(51a) 보다 높은 위치에 위치하고 제1수위감지센서(51)의 제2전극봉(51b) 보다 낮은 위치에 위치하는 제1전극봉(52a)과, 제1수위감지센서(51)의 제2전극봉(51b) 보다 높은 위치에 위치하고 제1수위감지센서(51)의 제3전극봉(51c) 보다 낮은 위치에 위치하는 제2전극봉(52b)과, 제1수위감지센서(51)의 제3전극봉(51c) 보다 높은 위치에 위치하는 제3전극봉(52c)을 갖는 플롯트리스 스위치(floatless switch)이다. 이러한 제2수위감지센서(52)는 호기발효조(10)에 설치되며, 호기발효조 내의 수위가 제1기준수위(a) 보다 높게 설정되는 제2기준수위(b)까지 상승하면 이를 감지하여 제2기준수위접근신호를 출력하고 호기발효조(10) 내의 수위가 제2기준수위(b) 아래로 하강하면 이를 감지하여 제2기준수위접근해제신호를 출력한다.

제어유닛(60)은 순환펌프(30)와, 제1밸브(40) 및, 수위감지센서(50)를 작동제어한다.

이러한 제어유닛(60)은 제1수위감지센서(51)로부터 제1기준수위접근신호를 수신하면 제1밸브(40)를 닫아 소포라인(23)을 통해 소포만 이루어지도록 하고, 제1수위감지센서(51)로부터 제1기준수위접근해제신호를 수신하면 제1밸브(40)를 열어 폭기라인(22) 및 소포라인(23)을 통해 폭기 및 소포가 이루어지도록 하며, 제2수위감지센서(52)로부터 제2기준수위접근신호를 수신하면 순환펌프(30)의 구동을 멈춰 폭기 및 소포가 이루어지지 않도록 하고, 제2수위감지센서(52)로부터 제2기준수위접근해제신호를 수신하면 순환펌프(30)를 재구동하여 폭기 및 소포가 이루어지도록 한다.

즉 제어유닛(60)은 제1수위감지센서의(10)의 제3전극봉(51c)까지 수위가 상승하면 제1밸브(40)를 닫고 제1수위감지센서(51)의 제2전극봉(51b)까지 수위가 하강하면 제1밸브(40)를 열며, 제2수위감지센서(52)의 제3전극봉(52c)까지 수위가 상승하면 순환펌프(30)의 구동을 멈추고 제2수위감지센서(52)의 제2전극봉(52b)까지 수위가 하강하면 순환펌프(30)를 재구동한다.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 호기성 발효 시스템의 작용을 설명하기 위한 도면으로서, 도 3 및 도 5를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 호기성 발효 시스템의 작용을 설명하면 다음과 같다.

유기성 폐기물이 호기발효조(10)에 공급된 상태에서 폭기 공정이 이루어진다.

이때 제어유닛(60)은 순환펌프(30)를 구동하고, 호기발효조(10) 내의 유기성 폐기물은 순환라인(20)의 유기성폐기물흡입라인(21)을 통해 흡입된 후, 순환라인(20)의 폭기라인(22) 및 소포라인(23)을 통해 배출되면서, 순환한다.

이와 같이 유기성 폐기물이 순환하면, 호기발효조(10) 내의 유기성 폐기물은 폭기 및 소포가 동시에 이루어진다.

한편 폭기 공정이 진행되면 호기소화조(50) 내에는 거품이 많이 발생하게 되면서 호기발효조(10) 내의 수위가 상승하게 된다. 이때 수위가 도 3과 같이 제1기준수위(a)까지 상승하면, 제어유닛(60)은 제1수위감지센서(51)로부터 제1기준수위접근신호를 수신하고, 이에 따라 제1밸브(40)를 닫는다. 그러면 호기발효조(10) 내에서는 소포라인(23)을 통해 소포만 이루어져 소포량이 증가한다.

이후 거품이 감소하면, 호기발효조(10) 내의 수위는 하강한다. 이때 제어유닛(60)은 제1수위감지센서(51)로부터 제1기준수위접근해제신호를 수신하고, 이에 따라 제1밸브(40)를 다시 연다. 그러면 도 4와 같이 호기발효조(10) 내에서는 폭기라인(22) 및 소포라인(23)을 통해 다시 폭기 및 소포가 이루어진다.

한편 폭기 및 소포 작용에 의해 호기발효조(10) 내의 수위가 상승할 시, 제1감지센서(51)가 미작동할 경우, 호기발효조(10) 내의 수위는 도 5와 같이 제2기준수위(b)까지 이르게 된다. 그러면 제어유닛(60)은 제2수위감지센서(52)로부터 제2기준수위접근신호를 수신하고, 이에 따라 순환펌프(30)의 구동을 멈춘다. 이후 거품이 감소하여 수위가 다시 하강하면 제어유닛(60)은 제2수위감지센서(52)로부터 제2기준수위접근해제신호를 수신하고 이에 따라 순환펌프(30)를 다시 구동한다.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 호기성 발효 시스템의 구성 간의 전기적 연결을 나타낸 구성도이고, 도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 호기성 발효 시스템의 구성을 설명하기 위한 전체도로서, 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 호기성 발효 시스템의 구조적 특징을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 제2실시예에 따른 호기성 발효 시스템은, 제1실시예에 일부 구성이 추가 및 한정된다.

본 실시예에 따른 호기성 발효 시스템은 온도센서(70)와, 암모니아측정센서(80) 및, 제2밸브(100)를 더 갖춘다.

온도센서(70)는 호기발효조(10)에 설치되며, 호기발효조(10) 내의 온도를 측정한다.

암모니아측정센서(80)는 호기발효조(10)에 설치되며, 호기발효조(10) 내의 암모니아 농도를 측정한다.

제2밸브(100)는 유기성폐기물흡입라인(21)에 설치되되, 순환펌프(30) 보다 전단에 설치된다. 본 실시예에서 제2밸브(50)는 수동식 또는 자동식 밸브가 적용가능하며, 제2밸브(50)가 자동식 밸브일 경우에는 제어유닛(60)에 의해 작동제어된다.

또한 본 실시예에서 제어유닛(60)은 온도센서(70)와, 암모니아측정센서(80) 및, 제2밸브(100)를 작동제어한다.

제어유닛(60)은 온도센서(70)에 의해 측정된 온도가 설정 값에 도달하면 미리 설정되어 있는 조건이 부숙인 경우에는 간헐적 폭기가 이루어지도록 제어하여 숙성 공정을 진행하고, 미부숙인 경우에는 폭기를 더 수행하되, 호기발효조(10) 내의 온도가 설정 온도 값 초과이면 간헐적으로 폭기가 이루어지도록 순환펌프(30)를 제어하고, 호기발효조(10) 내의 온도가 설정 온도 값 미만이면 지속적으로 폭기가 이루어지도록 순환펌프(30)를 제어한다.

한편 온도센서(70)을 통한 간헐 폭기와 지속 폭기를 반복적으로 수행하여 발효가 진행이 되면 설정 조건을 부숙으로 변경하여 간헐 폭기만 이루어지도록 한다.

또한 부숙과 미부숙의 판단을 자동을 할 수 있는데, 이를 위해서는 암모니아측정센서(80)를 이용한다. 상세히 설명하면 호기발효조(10) 내의 유기성 폐기물의 미부숙 또는 부숙을 판단하기 위한 암모니아 농도가 설정되면, 제어유닛(60)은 호기발효조(10) 내의 온도가 상기 설정 온도 값에 이른 상태에서, 호기발효조(10) 내의 암모니아 농도가 설정 농도 값 초과이면 미부숙으로 판단하고 호기발효조(10) 내의 암모니아 농도가 설정 농도 값 미만이면 부숙으로 판단한다. 이때 제어유닛(60)은 유기성 폐기물이 부숙으로 판단될 경우에는 숙성 공정을 진행하며, 숙성 공정 중에는 간헐적으로 폭기가 이루어지도록 제어한다. 또한 제어유닛(60)은 유기성 폐기물이 미부숙으로 판단될 경우에는 폭기를 다시 수행하되, 호기발효조(10) 내의 온도가 설정 온도 값 초과이면 간헐적으로 폭기가 이루어지도록 순환펌프(30)를 제어하고, 호기발효조(10) 내의 온도가 설정 온도 값 미만이면 지속적으로 폭기가 이루어지도록 순환펌프(30)를 제어한다. 한편 제어유닛(60)은 상기 미부숙 단계에서의 폭기를 통해 발효가 완료되어 암모니아 농도가 설정 값 미만으로 떨어지면 부숙으로 판단하여 숙성 공정을 진행하며, 숙성 공정 중에는 간헐적으로 폭기가 이루어지도록 제어한다.

그리고 제어유닛(60)은 순환펌프(30)의 구동이 멈추었을 시, 제2밸브(100)를 닫아 압력손실을 방지함으로써, 순환펌프(30)를 재구동할 시 보다 신속하게 재구동이 이루어지도록 한다.

이하 본 발명의 제2실시예에 따른 호기성 발효 시스템의 작용을 설명하면 다음과 같다.

호기발효조(10)내에서 일정 시간 동안 폭기 공정이 이루어진다.

이때 제어유닛(60)은 폭기 공정 후 온도센서(70)로부터의 측정되는 온도 값과 기 설정되어 있는 부숙 또는 미부숙의 설정 상태를 판단하여, 이후 공정을 진행한다.

즉 제어유닛(60)은 온도센서(70)로부터 온도신호를 수신하고, 호기발효조(10) 내의 온도가 미리 설정한 설정 온도 값(예를 들어 60℃)에 도달하면, 부숙 또는 미부숙 설정 상태를 확인한다.

설정상태가 부숙인 경우에는 숙성 공정을 진행하는데, 숙성 공정 시 제어유닛(60)은 호기발효조(10) 내의 유기성 폐기물이 일정시간 동안 간헐적으로 폭기되도록 제어한다.

또한 설정상태가 미부숙인 경우에는 일정시간 동안 발효 공정을 계속 진행한다. 발효 공정 시, 제어유닛(60)은 호기발효조(10) 내의 온도가 설정 온도 값을 초과하면 간헐적으로 폭기가 이루어지도록 제어하고, 호기발효조(10) 내의 온도가 설정 온도 값 미만이면 지속적으로 폭기가 이루어지도록 제어한다.

이후 일정시간 동안 발효가 이루어진 후, 유기성 폐기물의 부숙 조건(예를 들어 온도 또는 암모니아 농도)을 만족하면, 설정을 부숙으로 바꾸어 숙성 공정을 진행한다. 이때 제어유닛(60)은 호기발효조(10) 내의 유기성 폐기물이 일정시간 동안 간헐적으로 폭기되도록 제어한다.

한편 암모니아측정센서(80)을 이용하여 상술한 바와 같은 부숙 내지 미부숙 판단으로 자동 제어할 수 있다.

이를 상세하게 설명하면, 폭기 공정 후, 호기발효조(10) 내의 온도가 설정 온도 값(예를 들어 60℃)에 도달하면, 제어유닛(60)은 암모니아측정센서(80)으로부터의 농도신호에 따라 부숙 또는 미부숙을 판단한다.

즉 본 실시예에서 제어유닛(60)은 호기발효조(10) 내의 온도가 상기 설정 온도 값에 이른 상태에서, 호기발효조(10) 내의 암모니아 농도가 설정 농도 값(예를 들어 5ppm) 미만이면 부숙으로 판단하여 일정시간 동안 숙성 공정을 진행한다. 숙성 공정 시 제어유닛(60)은 호기발효조(10) 내의 유기성 폐기물이 일정시간 동안 간헐적으로 폭기되도록 제어한다.

또한 제어유닛(60)은 암모니아측정센서(80)로부터의 농도신호를 수신하여, 호기발효조(10) 내의 암모니아 농도가 설정 농도 값 초과인 것을 확인하면, 유기성 폐기물이 미부숙 된 것으로 판단하여 일정시간 동안 발효 공정을 계속 진행한다. 발효 공정 시, 제어유닛(60)은 호기발효조(10) 내의 온도가 설정 온도 값을 초과하면 간헐적으로 폭기가 이루어지도록 제어하고, 호기발효조(10) 내의 온도가 설정 온도 값 미만이면 지속적으로 폭기가 이루어지도록 제어한다.

이후 제어유닛(60)은 일정시간 동안 발효가 이루어진 후, 암모니아 농도가 설정 값 미만으로 되면, 부숙으로 판단하여 숙성 공정을 진행한다. 이때 제어유닛(60)은 호기발효조(10) 내의 유기성 폐기물이 일정시간 동안 간헐적으로 폭기되도록 제어한다.

본 발명에서의 간헐적 폭기는 제어유닛(60)에 의해 순환펌프(30)을 구동을 제어하거나 제1밸브(40)을 제어하는 방식으로 이루어지며, 시간을 설정하여 폭기를 하다거 멈추다가 하는 방식을 의미한다.

또한 본 발명에서 사용할 수 있는 암모니아측정센서(80)은 본 발명이 속하는 기술분야에 널리 알려진 것이라면 특별한 제한없이 사용가능하며, 그 예로는 암모늄 이온을 감지함으로써 암모니아 가스를 검출 및 정량하는 암모늄 이온 선택성 전극을 이용한 센서, pH 이온 선택성 전기장 효과 트랜지스터 (pH-ISFET)를 이용한 센서 등을 들 수 있다.

도 8 및 도 9는 본 발명의 제1실시예 또는 제2실시예에 따른 호기성 발효 시스템에서 소포라인(23)에 설치되는 노즐을 나타낸 도면으로서, 도 8 및 도 9를 참조하여 각각의 노즐에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 8을 참조하면, 상기 노즐(90a)는 제1안내부(91)와 제2안내부(92)를 갖추고서, 상기 소포라인(23)으로부터 배출되는 유기성 폐기물이 효과적으로 배출되도록 한다.

상기 제1안내부(91)는 하방으로 돌출되는 돌출부(91a)와, 상기 돌출부(91a)로부터 연장되고 내측으로 경사진 경사부(91b)를 갖추고서, 상기 노즐(90a)의 일측에 구비된다.

상기 제2안내부(92)는 하방으로 돌출되고 내측으로 경사지는 돌출부(92a)와, 상기 돌출부(92a)로부터 연장되고 내측으로 경사지며 하단이 상기 제1안내부(91)의 경사부(92b) 보다 하방에 위치하는 경사부(92b)를 갖추고서, 상기 노즐(90a)의 타측에 구비된다.

한편 상기 노즐(90a)는 용접을 통해 상기 소포라인(23)에 설치될 수 있으며, 소포라인(23)의 말단을 노즐(90a)의 형상으로 만들 수도 있다.

이와 같이 구성된 상기 노즐(90a)은 상기 소포라인(23)으로부터 배출되는 유기성 폐기물이 상기 제1안내부(91) 및 상기 제2안내부(92)부딪히면서 안내부(94)를 따라 배출되도록 한다.

따라서 상기 노즐(90a)은 유기성 폐기물을 분사하면서도 일반적인 노즐에 비해 막힘 현상이 잘 발생하지 않는다.

도 9를 참조하면 본 실시예에 따른 노즐(90b)은 본체부(93)와, 안내부(94)를 갖추고서, 상기 소포라인(23)에 착탈가능하게 설치되며, 소포라인(23)으로부터 배출되는 유기성 폐기물이 효과적으로 배출되도록 한다.

상기 본체부(93)는 상하로 형성된 배출홀(93a)을 갖추며, 하단이 경사지게 형성된다.

상기 안내부(94)는 본체부(93)의 하부에 구비되며 스크류 형상을 이룬다.

이와 같이 구성된 상기 노즐(90b)는 배출홀(93a)로부터 배출되는 유기성 폐기물이 안내부(94)에 부딪히면서 안내부(94)를 따라 배출되도록 한다.

따라서 상기 노즐(90b)은 유기성 폐기물을 분사하면서도 일반적인 노즐에 비해 막힘 현상이 잘 발생하지 않는다.

또한 도 10을 참조하면, 상기 노즐(90c)은 회전부(95)와, 제1안내부(96) 및, 제2안내부(97)을 갖추고서, 상기 유기성폐기물배출라인(22a) 또는 상기 소포라인(23)으로부터 배출되는 유기성 폐기물이 효과적으로 배출되도록 한다.

상기 회전부(95)는 링 형상을 이루며, 상기 유기성폐기물배출라인(22a) 또는 상기 소포라인(23)의 하단에 회전가능하게 설치된다.

상기 제1안내부(96)는 하방으로 돌출되는 돌출부(96a)와, 상기 돌출부(96a)로부터 연장되고 내측으로 경사지며 표면이 볼록한 형상을 이루는 경사부(96b)를 갖추고서, 상기 회전부(95)의 일측에 착탈가능하게 구비된다. 이때 상기 제1안내부(96)의 돌출부(96a)는 판 형상을 이루는 것이 바람직하다.

상기 제2안내부(97)는 하방으로 돌출되고 내측으로 경사지는 돌출부(97a)와, 상기 돌출부(97a)로부터 연장되고 내측으로 경사지며 하단이 상기 제1안내부(96)의 경사부(96b) 보다 하방에 위치하는 경사부(97b)를 갖추고서, 상기 회전부(95)의 타측에 착탈가능하게 구비된다. 이때 상기 제2안내부(97)의 돌출부(97a)와 경사부(97b)는 판 형상을 이루는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 상기 노즐(90c)은 상기 유기성폐기물배출라인(22a) 또는 상기 소포라인(23)으로부터 배출되는 유기성 폐기물이 상기 제1안내부(96) 및 상기 제2안내부(97)에 부딪히면서 상기 제1안내부(96) 및 상기 제1안내부(97)을 따라 배출되도록 한다. 이때 회전부(95)는 배출되는 유기성 폐기물의 압력에 의해 회전한다.

따라서 상기 노즐(90c)은 유기성 폐기물을 분사하면서도 일반적인 노즐에 비해 막힘 현상이 잘 발생하지 않는다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 호기성 발효 시스템은 하나의 펌프를 통해 호기발효조(10)에서 폭기 및 소포가 함께 이루어지되, 호기발효조(10)의 거품 발생 상태에 따라 안정적으로 폭기 및 소포가 이루어지도록 함으로써, 호기성 발효를 위한 장치가 안정적으로 구동되면서 발효가 효율적으로 이루어지는 장점이 있다.

또한 본 발명에 따른 호기성 발효 시스템은 폭기 및 소포를 위한 구성을 단순화함으로써, 호기성 발효를 위한 장치의 분리 및 해체를 용이하게 하여, 유지보수를 편리하게 할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명에 따른 호기성 발효 시스템은 폭기가 이루어진 유기성 폐기물의 상태(온도, 암모니아 농도)에 따라 부숙 및 미부숙으로 자동 판단하여, 부숙된 유기성 폐기물은 숙성 공정을 거친 후 액비 등 다양한 용도로 사용되도록 하고, 미부숙된 유기성 폐기물은 숙성 공정 단계로 진입할 수 있도록 다시 폭기(발효)하는 것을 시스템화하여, 자동화를 통한 유기성 폐기물의 효율적인 발효가 가능한 장점이 있다.

또한 본 발명에 따른 호기성 발효 시스템은 폭기라인(22)의 유기성폐기물배출라인(22a) 또는 소포라인(23)의 하단에 유기성 폐기물의 막힘 현상을 완화하는 노즐(90a,90b,90c)이 구비됨으로써, 호기성 발효를 위한 장치의 안정성을 확보할 수 있으며, 보다 효율적으로 폭기 및 소포가 이루어지도록 할 수 있는 장점이 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 호기성 시스템은 자동화를 통해 호기성 발효를 효율적으로 실시할 수 있고, 이러한 시스템을 구현하기 위한 장치의 안정성을 확보할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 호기성 시스템은 산업상 이용 가능성이 높으며, 높은 경제적 가치를 창출할 수 있는 장점이 있다.

한편 본 발명은 기재된 구체적인 실시예에 대해서만 상세히 설명되었지만, 본 발명의 기술적 사상 범위 내에서 다양하게 변형 및 수정할 수 있음은 당연한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당한 것이다.

10; 호기발효조 20; 순환라인
30; 순환펌프 40; 제1밸브
50; 수위감지센서 60; 제어유닛
70; 온도센서 80; 암모니아측정센서
90a,90b,90c; 노즐 100; 제2노즐

Claims

유기성 폐기물이 발효되는 호기발효조와;
일단은 상기 호기발효조로부터 인출되고, 타단은 폭기라인과 소포라인으로 분기되어 상기 호기발효조로 인입되는 순환라인과;
유기성폐기물배출라인과 공기유입라인을 갖추고서 호기발효조 내의 유기성 폐기물 내로 잠기어 유기성 폐기물에 공기를 공급하여 폭기를 하는 상기 폭기라인과;
링 형상을 이루며 회전가능하게 설치되어 배출되는 유기성 폐기물의 압력에 의해 회전하는 회전부와, 말단에 하방으로 돌출되는 돌출부와 상기 돌출부로부터 연장되고 내측으로 경사지며 표면이 볼록한 형상을 이루는 경사부를 갖추고서 상기 회전부 일측에 착탈가능하게 설치되는 제1안내부와, 하방으로 돌출되고 내측으로 경사지는 돌출부와 상기 돌출부로부터 연장되고 내측으로 경사지며 하단이 상기 제1안내부의 경사부보다 하방에 위치하는 경사부를 갖추고서 상기 회전부의 타측에 착탈가능하게 설치되는 제2안내부로 이루어져 배출되는 유기성폐기물을 분사시키는 노즐을 구비하여 유기성 폐기물 내로 잠기지 않도록 호기발효조 내 상부에 위치하여 거품을 제거하는 상기 소포라인과;
상기 호기발효조 외부에 설치되어 호기발효조의 유기성 폐기물이 상기 순환라인을 순환하도록 유기성 폐기물을 펌핑하는 순환펌프와;
상기 순환라인의 폭기라인에 설치되는 제1밸브와;
상기 호기발효조 내의 수위 변화를 감지하는 수위감지센서와;
상기 호기발효조 내의 온도를 측정하는 온도센서와;
상기 호기발효조 내의 암모니아가스 농도를 측정하는 암모니아측정센서와;
상기 수위감지센서로부터의 수위변화신호에 따라 상기 제1밸브 및 순환펌프를 제어하되, 상기 호기발효조 내의 수위가 제1기준수위까지 상승하면 상기 제1밸브를 폐쇄하여 소포만 이루어지도록 제어하고, 상기 호기발효조 내의 수위가 제1기준수위 아래로 하강하면 상기 제1밸브를 개방하여 폭기 및 소포가 이루어지도록 제어하며, 상기 호기발효조 내의 수위가 제1기준수위보다 높은 제2기준수위까지 상승하면 상기 순환펌프의 구동을 멈추도록 제어하고, 상기 호기발효조 내의 온도가 설정 온도 값에 이른 상태에서, 호기발효조 내의 암모니아 농도가 설정 농도도 값 미만이면 부숙으로 판단하고, 호기발효조 내의 암모니아 농도가 설정 농도 값을 초과하면 미부숙으로 판단하여, 부숙 판단시에는 숙성 공정을 진행하고, 미부숙 판단시에는 폭기를 다시 수행하되, 호기발효조 내의 온도가 설정 온도 값을 초과하면 간헐적으로 폭기가 이루어지도록 하고 호기발효조 내의 온도가 설정 온도 값 미만이면 지속적으로 폭기가 이루어지도록 하는 제어유닛;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 호기성 발효 시스템.
제1항에 있어서,
상기 숙성 공정에서는 간헐적으로 폭기가 이루어지는 것을 특징으로 하는 호기성 발효 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 수위감지센서는,
길이가 순차적으로 다른 제1,2,3전극봉을 갖는 플롯트리스 스위치(floatless switch) 타입의 제1수위감지센서와;
상기 제1수위감지센서의 제1전극봉 보다 높은 위치에 위치하고 상기 제1수위감지센서의 제2전극봉 보다 낮은 위치에 위치하는 제1전극봉과, 상기 제1수위감지센서의 제2전극봉 보다 높은 위치에 위치하고 상기 제1수위감지센서의 제3전극봉 보다 낮은 위치에 위치하는 제2전극봉과, 상기 제1수위감지센서의 제3전극봉 보다 높은 위치에 위치하는 제3전극봉을 갖는 플롯트리스 스위치(floatless switch) 타입의 제2수위감지센서를 갖추는 것을 특징으로 하는 호기성 발효 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 순환펌프 보다 전단에 위치하도록 순환라인에 설치되는 제2밸브를 더 갖추고,
상기 제어유닛은 순환펌프의 구동이 멈출 시 상기 제2밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 호기성 발효 시스템.
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