KR101659764B1 - 혐기성 소화조의 소화 공정 제어 방법, 그 제어 방법을 실행하는 프로그램이 기록된 기록 매체, 및 그 프로그램이 설치된 제어 장치 - Google Patents
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Abstract
혐기성 소화조의 소화 공정 제어 방법, 그 제어 방법을 실행하는 프로그램이 기록된 기록 매체, 및 그 프로그램이 설치된 제어 장치가 개시된다. 본 발명은 혐기성 소화조 내부의 슬러지의 pH를 측정하고, 측정된 pH가 소정의 최저 기준값 미만인 경우에, 소정의 측정 시간 동안의 슬러지의 pH의 증감 여부를 판단하며, 측정 시간 동안 슬러지의 pH가 감소한 경우에, 유입 슬러지 부하량이 소정의 기준 부하량 이하인지 여부를 판단하고, 유입 슬러지 부하량이 소정의 기준 부하량 이하인 경우에, pH를 조정하고 메탄 발효균의 성장을 촉진하는 약품을 혐기성 소화조에 투입하는 과정을 통해 구현된다. 본 발명에 따르면, 본 발명에 따르면, pH값, 유입 슬러지 부하량 등이 실시간으로 측정된 혐기성 소화조에서의 상태 정보를 이용하여, 소화 공정을 실시간으로 자동 제어함으로써, 혐기성 소화조에서 메탄가스를 생성하는 메탄생성 미생물 성장의 최적화를 도모할 수 있게 된다.
Description
본 발명은 혐기성 소화조의 소화 공정 제어 방법, 그 제어 방법을 실행하는 프로그램이 기록된 기록 매체, 및 그 프로그램이 설치된 제어 장치 관한 것으로, 더욱 상세하게는 pH값, 유입 슬러지 부하량 등이 실시간으로 측정된 혐기성 소화조에서의 상태 정보를 이용하여, 소화 공정을 실시간으로 자동 제어함으로써, 혐기성 소화조에서 메탄가스를 생성하는 메탄생성 미생물 성장의 최적화를 도모할 수 있도록 하는 혐기성 소화조의 소화 공정 제어 방법, 그 제어 방법을 실행하는 프로그램이 기록된 기록 매체, 및 그 프로그램이 설치된 제어 장치에 관한 것이다.
혐기성 소화조에서의 소화 기작(mechanism)은 가수분해(disintegration & hydrolysis),산발효(acidogenesis),유기산발효(acetogenesis),메탄발효(methanogenesis)로 구성되어 있다.
혐기성 소화의 첫 단계인 가수분해는 입자성 물질이 분해되어 용존성 물질인 단량체(monomer)로 전환되는 과정이다. 다음 단계로 (유기)산 발효공정에서 단량체인 당류, 아미노산, 지방산이 아세테이트(acetate), 수소, 이산화탄소, 프로피오네이트(propionate), 부틸레이트(butylate)로 변환된다. 산발효 공정의 생성물인 아세테이트,수소,이산화탄소는 메탄 발효(methanogenesis)균에 의해 메탄으로 생성된다.
혐기성 소화공정의 산발효 반응으로부터 휘발성 지방산(volatile fatty acid, VFA)과 수소가 과도하게 생성되면 소화조 내부 pH가 상대적으로 감소된다. 과도한 수소농도는 프로피온산(propionic acid)과 뷰트릭산(butyric acid)의 생성율을 감소시키고, 소화조의 낮은 pH 조건에서 메탄발효균의 성장이 저해되므로 소화조 내부의 적정 pH 유지는 공정 운영에 매우 중요한 조건이다.
한편, 종래 기술에 따른 혐기성 소화조의 pH조정 방식은 소화조에 설치된 pH 계측기에 의해 pH 거동을 조사하고 pH 감소에 따라 약품을 주입하는 방식을 사용하여 왔다. 이러한 pH 조정 방법은 혐기성 소화조의 내부 조건이 이미 악화된 이후에 취해지는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 혐기성 소화조 내부 상태가 악화되기 전에 소화공정을 사전 점검할 수 있는 방법이 필요한 실정이다.
일본 공개특허공보 제1993-185097호(1993. 7. 27. 공개)
따라서, 본 발명의 목적은, pH값, 유입 슬러지 부하량 등이 실시간으로 측정된 혐기성 소화조에서의 상태 정보를 이용하여, 소화 공정을 실시간으로 자동 제어함으로써, 혐기성 소화조에서 메탄가스를 생성하는 메탄생성 미생물 성장의 최적화를 도모할 수 있도록 하는 혐기성 소화조의 소화 공정 제어 방법, 그 제어 방법을 실행하는 프로그램이 기록된 기록 매체, 및 그 프로그램이 설치된 제어 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 혐기성 소화조의 소화 공정 제어 방법은, (a) 상기 혐기성 소화조 내부의 슬러지의 pH를 측정하는 단계; (b) 측정된 상기 pH가 소정의 최저 기준값 미만인 경우에, 소정의 측정 시간 동안의 슬러지의 pH의 증감 여부를 판단하는 단계; (c) 상기 측정 시간 동안 상기 슬러지의 pH가 감소한 경우에, 유입 슬러지 부하량이 소정의 기준 부하량 이하인지 여부를 단계; 및 (d) 상기 유입 슬러지 부하량이 소정의 기준 부하량 이하인 경우에, pH 증가와 메탄 발효균 성장을 촉진하는 약품을 상기 혐기성 소화조에 투입하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 (c) 단계에서 상기 유입 슬러지 부하량이 소정의 기준 부하량 이하인지 여부를 판단하기 이전에, 상기 (b) 단계에서의 상기 측정 시간이 소정의 기준 측정 시간 이상인지 여부를 판단하고, 상기 측정 시간이 소정의 기준 측정 시간 이상인 경우에 상기 유입 슬러지 부하량이 소정의 기준 부하량 이하인지 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 (a) 단계 이후, 상기 (b) 단계 이전에, 측정된 상기 pH가 소정의 최대 기준값 초과인 경우에, 소정의 측정 시간 동안의 슬러지의 pH의 증감 여부를 판단하는 단계; 상기 측정 시간 동안 상기 슬러지의 pH가 증가한 경우에, 유입 슬러지 부하량이 소정의 기준 부하량 이하인지 여부를 단계; 및 상기 유입 슬러지 부하량이 소정의 기준 부하량 이하인 경우에, 메탄 발효균의 성장을 촉진하는 약품을 상기 혐기성 소화조에 투입하는 단계를 더 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 기록 매체는, 상기 각 단계가 실행되는 프로그램이 기록된 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 제어 장치는, 상기 각 단계가 실행되는 프로그램이 설치된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, pH값, 유입 슬러지 부하량 등이 실시간으로 측정된 혐기성 소화조에서의 상태 정보를 이용하여, 소화 공정을 실시간으로 자동 제어함으로써, 혐기성 소화조에서 메탄가스를 생성하는 메탄생성 미생물 성장의 최적화를 도모할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성 소화조의 소화 공정 제어 시스템의 구성도, 및
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성 소화조의 소화 공정 제어 방법의 실행 과정을 설명하는 절차 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성 소화조의 소화 공정 제어 방법의 실행 과정을 설명하는 절차 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성 소화조(130)의 소화 공정 제어 시스템의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성 소화조(130)의 소화 공정 제어 시스템은 폐기물 저장탱크(110), 균질화조(120), 혐기성 소화조(130), 소화 슬러지 저장조(140), 퇴비 저장탱크(150)를 슬러지 이송라인으로 기본적으로 구비하며, 탈황 장치(210), 가스 저장탱크(220), 실록산 수분 제거장치(230), 보일러 및 열병합 발전기(240), 질소 산화물 제거기(250)를 가스 이송 라인으로 기본적으로 구비하고 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성 소화조(130)의 소화 공정 제어 시스템은 혐기성 소화조(130) 내부의 pH를 측정하는 pH 측정기(132), 혐기성 소화조(130)로부터 배출되는 가스의 유량을 측정하는 가스 유량계(260), 혐기성 소화조(130)로부터 배출된 가스 내의 메탄(CH4) 함유율을 측정하는 메탄 함유율 측정기(270), 혐기성 소화조(130) 내부의 온도를 측정하는 온도 측정기(133), 및 공정의 진행 시간을 카운팅하는 타이머(137)로부터 측정된 각 측정값을 수신하고, 이들 측정값에 기초하여 슬러지 유입 펌프(131), 약품 주입 펌프(134), 온수 펌프(136)를 제어함으로써, 혐기성 소화조(130)의 소화 공정을 제어하는 제어부(280)를 포함한다.
구체적으로, 메탄 함유율 측정기(270)는 혐기성 소화조(130)에서 생성되는 바이오 가스에 포함된 메탄 함유율을 측정한다. 이와 같이 측정된 메탄 함유율은 혐기성 소화조(130)로부터 배출된 바이오 가스가 재생 에너지로서의 가치가 있는지 여부를 판단하는 기준이 된다.
한편, 메탄 함유율 측정기(270)에 의해 측정된 메탄 함유율값을 제어부(280)에 송신하며 제어부(280)는 이에 기초하여 혐기성 소화조(130) 내부의 미생물 상태를 파악한다.
온도 측정기(133)는 혐기성 소화조(130)에서 성장하는 메탄 발효 미생물의 활성화 조건인 내부온도를 측정하고, 측정된 온도값을 제어보에 송신하며 제어부(280)는 이에 기초하여 내부 온도의 변동폭을 모니터링하여 열 교환기(135)에 온수를 공급하는 온수펌프의 펌핑량 제어를 통해 내부 온도를 적정 온도 범위 이내로 유지관리한다.
한편, pH 측정기(132)는 혐기성 소화조(130) 내부의 pH를 측정하고, 측정된 pH값을 제어부(280)에 송신하며, 제어부(280)는 이에 기초하여 혐기성 소화조(130)가 적정 pH 범위에서 운영되고 있는지 모니터링한다.
타이머(137)는 공정의 진행 시간을 카운팅하며, 제어부(280)는 타이머(137)로부터 수신한 카운팅값과 pH 측정기(132)로부터 수신한 pH값 정보에 기초하여, 소정의 기준 측정 시간 동안의 pH값의 증가율 또는 감소율을 지속적으로 모니터링한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성 소화조(130)의 소화 공정 제어 방법의 실행 과정을 설명하는 절차 흐름도이다. 도 1 및 도 2을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성 소화조(130)의 소화 공정 제어 방법을 설명하면, 폐기물 저장 탱크(110)에 저장되어 있는 슬러지가 균질화조(120)를 거쳐 유입 펌프(131)를 통해 혐기성 소화조(130)로 공급되고, 혐기성 소화조(130) 내부에서의 혐기성 소화 공정이 진행된 후, 혐기성 소화조(130)로부터 배출된 슬러지는 소화 슬러지 저장조(140)를 거쳐 퇴비 저장탱크(150)로 이송된다.
한편, 혐기성 소화조(130)로부터 배출되는 가스는 가스 유랑계를 거쳐, 혐기성 소화조(130), 탈황 장치(210), 가스 저장 탱크(220), 실록산 수분 제거장치(230), 보일러 및 열병합 발전기(240), 그리고 질소 산화물 제거기(250)를 연속적으로 거친 후 최종 배출된다.
한편, 제어부(280)는 pH 측정기(132)에 혐기성 소화조(130)의 pH 측정 명령을 송신하고, 이에 pH 측정기(132)는 혐기성 소화조(130)의 pH값을 제어부(280)에 송신한다.
이에 제어부(280)는 pH 측정기(132)로부터 수신한 pH값이 소정의 최저 기준값(c: 예를 들면, 6.8) 미만인지 여부를 판단하고(S300), 미안인 경우에 소정의 측정 시간 동안의 슬러지의 pH값의 증감 여부를 판단한다.
구체적으로, 제어부(280)는 타이머(137)에 카운팅 신호을 송신함과 동시에 pH 측정기(132)로부터 수신된 현재 pH값[pH(0)]을 저장한다(S305,S310).
이에 타이머(137)는 현재 시간을 '0'으로 설정하고(S305), 제어부(280)로부터 수신된 카운팅 신호에 포함되어 있는 소정의 측정 시간(g: 예를 들면, 1분) 동안 카운팅을 실행한다. 타이머(137)는 소정의 측정 시간이 경과되면 측정 시간이 종료되었음을 알리는 종료 메시지를 제어부(280)에 송신한다.
제어부(280)는 타이머(137)로부터 종료 메시지를 수신하는 시점에 pH 측정기(132)가 측정한 pH값[pH(g)]을 pH 측정기(132)로부터 수신 및 저장한다(S315).
이에 제어부(280)는 소정의 측정 시간 동안의 pH값의 증감 여부를 판단하고(S320), 소정의 측정 시간 동안 pH값이 감소한 것으로 판단되는 경우에는, 상기 측정 시간(g)이 소정의 기준 측정 시간(m: 예를 들면, 60분) 이상인지 여부를 판단한다(S325).
한편, 제어부(280)는 유량의 증감 측정 시간(g)이 소정의 기준 측정 시간(m) 이상인 경우에 슬러지 유입 펌프(131)로부터 수신된 측정값에 기초하여, 유입 슬러지 부하량을 계산하고, 계산된 유입 슬러지 부하량(AA)이 기 설정된 소정의 기준 부하량(e: 예를 들면, 3.0 kgVSS/m3·d[VSS: Volatile Suspended Solids, d: day])을 초과하는지 여부를 판단한다(S330).
이에 제어부(280)는 유입 슬러지 부하량(AA)이 소정의 기준 부하량 이하인 경우에는 약품주입 펌프(134)에 제어명령을 송신함으로써, pH를 조정하고 메탄 발효균 성장을 촉진하는 약품이 혐기성 소화조(130)에 주입되도록 한다(S335).
한편, 전술한 S330 단계에서 유입 슬러지 부하량(AA)이 소정의 기준 부하량을 초과하는 경우에는 슬러지 유입 펌프(131)에 제어 명령을 송신함으로써, 유입 슬러지 펌프량이 감소되도록 제어한다(S340). 아울러, 이 경우에 제어부(280)는 타이머(137)의 설정시간을 소정의 시간(h: 예를 들면, 1분) 만큼 줄이게 된다(S345).
즉, S335 단계에서 제어부(280)는 혐기성 소화조(130)의 유입슬러지 부하량이 정상 조건 내에 있음에도 불구하고 pH가 저하되고 있는 경우에는, 그 원인을 알칼리 또는 영양물질 등의 기타 원인에 기인한 것으로 판단하여 약품 주입에 의한 혐기성 소화 조건을 향상시키는 것이다.
한편, 전술한 S300 단계에서, 제어부(280)가 pH 측정기(132)로부터 수신한 pH값이 소정의 최저 기준값(c: 예를 들면, 6.7) 이상인 것으로 판단한 경우에, 제어부(280)는 해당 pH값이 소정의 최고 기준값(d: 예를 들면, 7.5)을 초과하는지 여부를 판단하며(S350), 해당 pH값이 소정의 최고 기준값(d)을 초과하는 경우에, 제어부(280)는 소정의 측정 시간 동안의 슬러지의 pH값의 증감 여부를 판단한다.
구체적으로, 제어부(280)는 타이머(137)에 카운팅 신호을 송신함과 동시에 pH 측정기(132)로부터 수신된 현재 pH값[pH(0)]을 저장한다(S355,S360).
이에 타이머(137)는 현재 시간을 '0'으로 설정하고(S355), 제어부(280)로부터 수신된 카운팅 신호에 포함되어 있는 소정의 측정 시간(g: 예를 들면, 1분) 동안 카운팅을 실행한다. 타이머(137)는 소정의 측정 시간이 경과되면 측정 시간이 종료되었음을 알리는 종료 메시지를 제어부(280)에 송신한다.
제어부(280)는 타이머(137)로부터 종료 메시지를 수신하는 시점에 pH 측정기(132)가 측정한 pH값[pH(g)]을 pH 측정기(132)로부터 수신 및 저장한다(S365).
이에 제어부(280)는 소정의 측정 시간 동안의 pH값의 증감 여부를 판단하고(S370), 소정의 측정 시간 동안 pH값이 증가한 것으로 판단되는 경우에는, 상기 측정 시간(g)이 소정의 기준 측정 시간(m: 예를 들면, 60분) 미만인지 여부를 판단한다(S375).
한편, 제어부(280)는 유량의 증감 측정 시간(g)이 소정의 기준 측정 시간(m) 이상인 경우에 슬러지 유입 펌프(131)로부터 수신된 측정값에 기초하여, 유입 슬러지 부하량을 계산하고, 계산된 유입 슬러지 부하량(BB)이 기 설정된 소정의 기준 부하량(e: 예를 들면, 3.0 kgVSS/m3·d[VSS: Volatile Suspended Solids, d: day])을 초과하는지 여부를 판단한다(S380).
이에 제어부(280)는 유입 슬러지 부하량(BB)이 소정의 기준 부하량 이하인 경우에는 약품주입 펌프(134)에 제어명령을 송신함으로써, pH를 조정하고 메탄 발효균의 성장을 촉진하는 약품이 혐기성 소화조(130)에 주입되도록 한다(S335).
한편, 전술한 S380 단계에서 유입 슬러지 부하량(BB)이 소정의 기준 부하량을 초과하는 경우에는 슬러지 유입 펌프(131)에 제어 명령을 송신함으로써, 유입 슬러지 펌프량이 감소되도록 제어한다(S385). 아울러, 이 경우에 제어부(280)는 타이머(137)의 설정시간을 소정의 시간(h: 예를 들면, 1분) 만큼 줄이게 된다(S390).
한편, 상술한 바와 같은 본 발명은 단상 소화조, 이상 소화조, 이단 소화조에 모두 공통적으로 적용될 수 있을 것이며, 도 2를 통해 설명한 각 단계를 실행하는 프로그램은 별도의 기록 매체 저장되거나, 제어부(280)에 설치된 상태에서 본 발명의 실시를 도모할 수 있을 것이다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
또한, 본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
130: 혐기성 소화조, 131: 슬러지 유입 펌프,
132: pH 측정기, 133: 온도 측정기,
134: 약품 주입 펌프, 135: 열 교환기,
136: 온수 펌프, 137: 타이머,
280: 제어부.
132: pH 측정기, 133: 온도 측정기,
134: 약품 주입 펌프, 135: 열 교환기,
136: 온수 펌프, 137: 타이머,
280: 제어부.
Claims (5)
- 혐기성 소화조의 소화 공정 제어 방법에 있어서,
(a) 상기 혐기성 소화조 내부의 슬러지의 pH를 측정하는 단계;
(b) 측정된 상기 pH가 소정의 최저 기준값 미만인 경우에, 소정의 측정 시간 동안의 슬러지의 pH의 증감 여부를 판단하는 단계;
(c) 상기 측정 시간 동안 상기 슬러지의 pH가 감소한 경우에, 유입 슬러지 부하량이 소정의 기준 부하량 이하인지 여부를 판단하는 단계; 및
(d) 상기 유입 슬러지 부하량이 소정의 기준 부하량 이하인 경우에, 메탄 발효균의 성장을 촉진하는 약품을 상기 혐기성 소화조에 투입하는 단계
를 포함하며,
상기 (c) 단계에서 판단한 결과, 상기 유입 슬러지 부하량이 소정의 기준 부하량을 초과하는 경우에 상기 유입 슬러지의 펌프량을 감소시키고, 상기 측정 시간의 간격을 소정의 시간만큼 감소시키는 것인 혐기성 소화조의 소화 공정 제어 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서 상기 유입 슬러지 부하량이 소정의 기준 부하량 이하인지 여부를 판단하기 이전에,
상기 (b) 단계에서의 상기 측정 시간이 소정의 기준 측정 시간 이상인지 여부를 판단하고, 상기 측정 시간이 소정의 기준 측정 시간 이상인 경우에 상기 유입 슬러지 부하량이 소정의 기준 부하량 이하인지 여부를 판단하는 것인 혐기성 소화조의 소화 공정 제어 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (a) 단계 이후, 상기 (b) 단계 이전에,
측정된 상기 pH가 소정의 최대 기준값 초과인 경우에, 소정의 측정 시간 동안의 슬러지의 pH의 증감 여부를 판단하는 단계;
상기 측정 시간 동안 상기 슬러지의 pH가 증가한 경우에, 유입 슬러지 부하량이 소정의 기준 부하량 이하인지 여부를 단계; 및
상기 유입 슬러지 부하량이 소정의 기준 부하량 이하인 경우에, 메탄 발효균의 성장을 촉진하는 약품을 상기 혐기성 소화조에 투입하는 단계
를 더 포함하는 혐기성 소화조의 소화 공정 제어 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서의 혐기성 소화조의 소화 공정 제어 방법이 실행되는 프로그램이 기록된 기록 매체.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서의 혐기성 소화조의 소화 공정 제어 방법이 실행되는 프로그램이 설치된 제어 장치.
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Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020140009472A KR101659764B1 (ko) | 2014-01-27 | 2014-01-27 | 혐기성 소화조의 소화 공정 제어 방법, 그 제어 방법을 실행하는 프로그램이 기록된 기록 매체, 및 그 프로그램이 설치된 제어 장치 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| KR101659764B1 true KR101659764B1 (ko) | 2016-09-27 |
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