KR101670884B1 - 회전드럼형 혐기소화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하수처리장 및 폐수처리장에서 발생하는 슬러지류와 축산농가 등에서 발생하는 가축분뇨 등의 각종 유기성폐기물을 전처리하여 얻어진 고농도 액체를 모터에 의해 회전가능하도록 설치한 원통형 회전드럼 내에 공급하고 혐기성처리를 하여 메탄가스를 생산할 수 있는 회전드럼형 혐기성 소화장치에 관한 것으로,
장치의 전체 구조가 매우 간단하고 부피를 소형화할 수 있으므로 제작 및 설치가 손쉬우며,
원통형 드럼을 간헐적으로 회전시켜주어 고농도 액체를 교반시켜 줌으로써 별도의 교반장치가 필요없이도 드럼 내부 바닥면에 침전물이 쌓여 굳지 않도록 하여 줄 수 있으며 혹시 쌓일 수 있는 침전물까지도 드레인밸브를 이용하여 손쉽게 제거하여 줄 수 있는 것은 물론,
드럼 내부에 설치된 온도감지센서의 신호에 의해 내부 온도가 설정값 이상으로 내려가거나 오르면 드럼 내부로 온수를 순환공급하여 드럼 내의 온도를 조정하되 드럼 내부로 코일형 온수순환관이 형성되어 있어서 드럼내의 온도를 소정온도로 손쉽고 빠르며 안정적으로 용이하게 조절하여 줄 수 있으므로 원통형 드럼내에 투입된 혐기성미생물의 성장이 촉진되어 메탄가스의 발생량이 대폭 증대된다

Description

회전드럼형 혐기소화장치{Rotary drum-type anaerobic digestion unit}

본 발명은 하수처리장 및 폐수처리장에서 발생하는 농축슬러지류와 축산농가 등에서 발생하는 가축분뇨 등의 각종 고농도 액상유기성폐기물을 모터에 의해 회전가능하도록 설치한 원통형 회전드럼 내에 공급하고 혐기성처리를 하여 메탄가스를 생산할 수 있는 회전드럼형 혐기성 소화장치에 관한 것으로,

더욱 상세하게는 그 전체 구성을 특수하게 형성하여,

장치의 전체 구조가 간단하고 부피의 소형화로 제작 및 설치가 손쉽고,

원통형 회전드럼을 간헐적으로 회전시켜주어 고농도 액체를 교반시켜 줌으로써 별도의 교반장치 설치가 필요없이 드럼 내부 바닥면에 침천물이 쌓여 굳지 않도록 하여 주며,

유기성폐기물로 부터 얻어진 고농도 액체가 충전된 드럼내부로 코일형 온수공급관을 형성하여 드럼내의 온도를 소정온도로 안정적으로 조절하여 줌으로써 원통형 회전드럼내에 투입된 혐기성미생물의 성장을 촉진시켜 메탄가스의 발생량이 대폭 증대되도록 할 수 있도록 한 회전드럼형 혐기성 소화장치에 관한 것이다.

유기성폐기물은 미생물이 분해가능 한 물질로 이루어져 생분해가 가능한 폐기물을 말하며, 생활쓰레기 중에서도 음식물류폐기물, 목재류, 정원성 폐기물, 종이류 등이 이에 해당된다.

또한 하수처리장 및 폐수처리장에서 발생하는 슬러지류와 축산농가 등에서 발생하는 가축분뇨 등이 포함될 수 있으며, 이러한 유기성폐기물을 처리하는 방법으로는 호기성 발효와 혐기성 소화방법이 있다.

호기성 발효방법은 퇴비의 생산량이 많고 시설의 설치가 용이하며, 유지관리가 용이한 장점이 있으나 염분의 제거효율이 낮고 필요 인력이 많으며 시설에 필요한 면적과 계절에 따른 변수에 따라 효율성에 차이가 있기 때문에 원활하게 발효되지 못하는 문제점들이 있다.

이에 호기성 발효방법의 문제점을 해결할 수 있고 바이오가스를 얻을 수 있어 경제성이 우수한 혐기성 소화방법이 널리 이용되고 있으며, 혐기성 소화방법은 혐기성미생물의 증식을 통해 유기물을 분해 및 안정화시켜 가스연료인 메탄을 생산할 수 있는 것이다.

그런데 종래의 안출된 대부분의 혐기성소화장치들은 그 전체 구성이 매우 복잡하고 그 규모가 매우 커서 제작 및 설치가 어려운 것은 물론 운전도중 침전물이 많이 생기고 침전물이 바닥에 쌓여 단단하게 굳는 등 침전물의 제거가 용이하지 못하였다.

또한, 초기단계에서 산발효가 일어나면서 메탄생성단계로 전환되기까지 많은 시간이 걸려 초기운전에 많은 문제점을 안고 있으며, 운전도중에 여러 문제가 발생할 때에 정상 운전까지 많은 시간이 걸리고, 메탄을 회수하는 데에 많은 어려움이 있었다.

이에 최근에는 상기와 같은 대규모 혐기성소화장치에 대한 문제를 해소하기 위해서 소규모 혐기성소화장치의 개발을 시도하고 있으나 현재까지 전체 구조가 간단하고 부피의 소형화로 제작 및 설치가 손쉽고 사용이 편리하며 사용 시 메탄가스의 발생량을 대폭 증대시킬 수 있는 소규모 혐기성 소화장치들이 안출되지 못하고 있는 실정이다

(특허문헌 0001) 대한민국 등록특허공보 제10-1156561호(공고일자:2012.06.20)
(특허문헌 0002) 대한민국 공개특허공보 제1999-0001381호(공개일자:1999.01.15)

본 발명은 상기와 같은 대규모 혐기성소화장치들의 제반 문제점과 소규모 혐기성 소화장치의 필요성을 감안하여 안출한 것으로

장치의 전체 구조가 간단하고 부피의 소형화로 제작 및 설치가 손쉽고,

원통형 회전드럼을 간헐적으로 회전시켜주어 고농도 액체를 교반시켜 줌으로써 별도의 교반장치가 필요없이도 드럼 내부 바닥면에 침천물이 쌓여 굳지 않도록 하여 주며,

유기성폐기물로 부터 얻어진 고농도 액체가 충전된 드럼내부로 코일형 온수공급관을 형성하여 드럼내의 온도를 소정온도로 지속적으로 유지시켜 줌으로써 원통형 회전드럼내의 혐기성미생물을 활성화시켜 가면서 고농도 유기물을 원활히 분해시켜 메탄가스 회수를 극대화할 수 있는 획기적인 형태의 회전드럼형 혐기성 소화장치를 제공하여 지역내에서 보다 유용하게 사용할 수 있도록 하여 주고자 함에 그 목적을 둔 것이다.

상기 해결하고자 하는 과제에 기재된 목적을 달성하기 위한 본 발명의 회전드럼형 혐기성 소화장치는 바닥면에 안정되게 안착되는 기틀체 상단에 메인축의 양단을 수평으로 고정설치하고,

상기 메인축에 드레인밸브가 외면에 형성되고 내면에는 소정 간격으로 배플이 형성된 원통형 회전드럼을 콘트롤러의 조작에 의해 작동하는 모터의 회전구동력을 전달받아 회전가능하도록 설치하며,

상기 메인축의 일측단과 타측단을 통해 드럼내부와 드럼외부에 설치되는 기구들을 상호 유기적으로 연결설치하되,

상기 드럼내부에 하측방향으로 형성한 공급관을 메인축을 통해 드럼외부에 상측방향 소정높이로 형성한 주입관과 연통되도록 연결설치하고,

상기 드럼내부에 상측방향 소정높이로 형성한 오버플로우관을 메인축을 통해 드럼외부에 상측방향으로 소정높이로 형성한 U형트랩과 연통되도록 연결설치하며,

상기 드럼내부에 코일형태로 말아지게 형성한 온수순환관을 메인축의 양단을 통해 드럼외부에 설치된 온수보일러의 온수공급관 및 온수배출관과 연결설치하여 온수가 순환되도록 하며,

상기 드럼내부에 상측방향으로 오버플로우관 보다 높게 형성한 가스배출관을 메인축을 통해 드럼외부에 설치한 가스저장탱크와 연결설치하며,

상기 드럼내부의 오버플로우관에 고정설치한 온도감지센서를 메인축을 통해 드럼외부의 콘트롤러와 연결설치하여서 이루어짐에 그 특징이 있다.

본 발명은 장치의 전체 구조가 매우 간단하고 부피를 소형화할 수 있으므로 제작 및 설치가 손쉬운 이점이 있다.

또한, 원통형 회전드럼을 간헐적으로 회전시켜주어 고농도 액체를 교반시켜 줌으로써 별도의 교반장치가 필요없이도 드럼 내부 바닥면에 침천물이 쌓여 굳지 않도록 하여 줄 수 있으며 혹시 쌓일 수 있는 침전물 까지도 드레인밸브를 이용하여 손쉽게 제거하여 줄 수 있는 이점이 있다.

또한, 드럼내부에 설치된 온도감지센서의 신호에 의해 내부 온도가 설정값이상으로 내려가거나 오르면 드럼 내부로 온수를 순환공급하여 몸체 내의 온도를 조정하되 온수공급관이 코일형으로 형성되어 있어서 드럼내의 온도를 소정온도로 손쉽고 빠르며 안정적으로 조절하여 줄 수 있으므로 원통형 회전드럼내에 투입된 혐기성미생물의 성장을 촉진시켜 메탄가스의 발생량이 대폭 증대되는 이점이 있는 등의 여러 가지 효과를 동시에 얻을 수 있는 매우 획기적인 발명이다.

도 1은 본 발명 회전드럼형 혐기성 소화장치의 구성상태를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명 회전드럼형 혐기성 소화장치로서 드럼 구동부를 보인 상태도.
도 3은 본 발명 회전드럼형 혐기성 소화장치로서 U트랩을 보인 상태도.
도 4는 본 발명 회전드럼형 혐기성 소화장치의 내부를 보인 상태도.
도 5는 본 발명으로서 온수순환관을 보인 상태도.
도 6은 본 발명으로서 온수순환관을 주름관으로 형성한 상태도.

이하, 첨부된 도면 도 1 내지 도 6를 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 회전드럼형 혐기성 소화장치는 바닥면에 안정되게 안착되는 기틀체(10) 상단에 메인축(100)의 양단이 수평으로 고정설치되어 있다.

그리고 상기 메인축(100)에는 외면에 드레인밸브(201)가 형성되고 내면에는 소정 간격으로 배플(202)이 형성된 원통형 회전드럼(200)이 설치되어 있는데, 이 원통형 회전드럼(200)은 콘트롤러(20)의 조작에 의해 작동하는 모터(21)의 회전구동력을 전달받아 회전가능하도록 설치되어 있다.

그러는 한편, 상기 메인축(100)의 일측단과 타측단에는 다수의 구멍이 형성되어 있으며 이들 구멍을 통해 드럼(200) 내부와 드럼(200) 외부에 설치되는 여러 기구들이 상호 유기적으로 연결설치되어 있다.

즉, 상기 드럼(200) 내부에 하측방향으로 형성된 공급관(300)은 메인축(100)을 통해 드럼(200) 외부에 상측방향 소정높이로 형성된 주입관(310)과 연통되도록 연결설치되어 있으며,

상기 드럼(200) 내부 상측방향 소정높이로 형성된 오버플로우관(400)은 메인축(100)을 통해 드럼(200) 외부에 상측방향으로 소정높이로 형성된 U형트랩(410)과 연통되도록 연결설치되어 있으며,(이때 상기 U트랩(410)의 설치높이는 주입관(310)보다 낮게 형성되어야 한다.)

상기 드럼(200) 내부에 코일형태로 말아지게 형성된 온수순환관(500)은 메인축(100)의 양단을 통과하여 드럼(200) 외부에 설치된 온수보일러(510)의 온수공급관(511) 및 온수배출관(512)과 연결설치하여 온수가 순환되도록 되어 있으며,

상기 드럼(200) 내부에 상측방향으로 오버플로우관(400) 보다 높게 형성된 가스배출관(600)은 메인축(100)을 통해 드럼(200) 외부에 설치된 가스저장탱크(610)와 연결설치되어 있으며,

상기 드럼(200) 내부의 오버플로우관(400)에 고정설치된 온도감지센서(700)는 메인축(100)을 통해 드럼(200) 외부의 기틀체(10)에 설치된 콘트롤러(20)와 연결설치되어 있는 것이다.

여기서 상기 본 발명은 상기 드럼(200)의 외면에 단열재(30)를 형성하여 내부열이 드럼(200) 외부로 방출되는 것이 방지되도록 구성할 수도 있다.

또한, 첨부도면 도 6에 도시된 바와 같이 상기 드럼(200) 내부에 코일형태로 말아지게 형성된 온수순환관(500)을 주름관으로 형성하여 열전도면적을 크게 함으로써 온도조절 및 가온효과가 증대되도록 할 수 도 있다.

미설명 부호는 (311),(411),(602),(611)는 밸브이고 (601)은 압력게이지이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명 회전드럼형 혐기성 소화장치의 사용상태를 설명한다.

본 발명의 회전드럼형 혐기성 소화장치를 사용하기 위해서는 먼저 주입관(310)에 구비된 밸브(311)와 U트랩(410)에 구비된 밸브(411)를 열고 하수처리장 및 폐수처리장에서 발생하는 슬러지류와 축산농가 등에서 발생하는 가축분뇨 등의 각종 유기성폐기물을 전처리하여 얻어진 고농도액체(1)와 혐기성미생물을 주입관(310)으로 주입한다.

그러면 고농도액체(1)는 메인축(100)을 통해 공급관(300)으로 공급되면서 드럼(200) 내부 하측으로부터 충전되면서 수위가 상승 된다.

그러다가 일정수위 이상으로 충전되면 고농도액체(1)가 오버플로우관(400)을 통해 월류하여 메인축(100)을 통해 U트랩(410)에 구비된 밸브(411)로 배출되는데 이와 같이 되면 드럼(200)내에 고농도액체(1)가 일정 수위만큼 충전완료된 상태인 것이므로 주입관(310)에 구비된 밸브(311)와 U트랩(410)에 구비된 밸브(411)를 모두 닫는다.

상기와 같이 하여 원통형 드럼(200)내에 고농도액체(1)와 혐기성미생물의 충전이 완료되면,

드럼(200) 내부에서 혐기성미생물의 발효에 의하여 메탄가스가 발생하게 되는데, 메탄가스는 압력게이지(601)에 의하여 발생된 량이 검지 되며 일정압력 이상으로 가스압이 올라가면 드럼(200)과 가스저장탱크(610) 사이의 밸브(602)가 열리면서 메탄가스가 가스배출관(600)을 통해 메인축(100)을 지나 가스저장탱크(610)에 저장된다.

따라서, 메탄가스로 이용할 경우에는 드럼(200)과 가스저장탱크(610) 사이의 밸브(602)를 잠그고 밸브(611)를 열어 배출되는 메탄가스를 사용하면 된다.

이때, 상기 본 발명은 온수보일러의 온수공급관 및 온수배출관과 연결설치되도록 드럼(200)내에 형성한 코일형 온수순환관(500)을 통해 온수를 순환공급하여 줄 수 있는데 온수순환관(500)이 코일형으로 말려 있는 것이어서 열전도길이가 길고 및 열전도면적이 넓어지는 효과에 의해 온수가 드럼(200)내에서 머무는 시간이 길어지고 또한 폭 넓게 골고루 온도가 전도되는 것이어서 가온효과의 증대로 메탄발효 효율이 극대화된다.

여기서 상기 드럼(200)내부에 코일형태로 말아지게 형성된 온수순환관(500)을 주름관으로 형성한 경우에는 열전도면적을 더욱더 크게 할 수 있어서 온도조절 및 가온효과가 더욱더 증대된다.

이때, 상기 드럼(200)내에는 코일형 온수공급관(511)과 더불어 온도감지센서(700)가 더 형성되어 있어서 드럼(200)내의 온도를 안정적으로 조절하기가 편리하다.

또한, 본 발명은 상기 원통형 드럼(200)이 메인축(100)에 회전가능하게 설치되어 있으므로 모터(21)를 이용 원통형 드럼(200)을 간헐적(예컨데 매일 5분 에서 10분 정도)으로 회전을 시켜주게 되면 원통형 드럼(200) 내면에 형성한 배플(202)들에 의해 고농도 액체의 와류현상이 일어나면서 골고루 교반되어 드럼(200)내부 바닥에 침전물이 쌓이는 것이 최대한 방지된다.

또한, 본 발명은 상기 드럼(200)외면에 드레인밸브(201)가 더 형성되어 있어서 드럼(200)내부를 청소하여 주고자 할 경우에는 드럼(200)을 회전시켜 드레인밸브(201)가 하측에 오도록 한 다음 장시간 회전을 멈추어 둔 상태로 두었다가 드레인밸브(201)를 내부 가스압에 의해 드럼(200)내부 바닥면에 쌓여 있던 미세 침전물이 손쉽게 배출된다.

그러는 한편 본 발명은 사용중 드럼(200)내에 수시로 새로운 고농도액체(1)를 공급하여 발효효율을 높여 주어야 하는데 이때에는 주입관(310)에 구비된 밸브(311)와 U트랩(410)에 구비된 밸브(411)를 열고 고농도액체(1)를 주입관(310)으로 주입하기만 하면 주입된 양만큼 드럼(200)내의 수위가 상승하면서 발효가 진행된 기존의 액체가 오버플로우관(400)을 통해 월류하여 U트랩(410)에 구비된 밸브(411)를 통해 손쉽게 배출되므로 고농도액체(1)의 공급이 편리하고 신속하게 이루어지는 것은 물론 이때 배출되는 액체는 액비로 사용하면 된다.

따라서, 상기와 같이 작동하는 본 발명의 회전드럼형 혐기성 소화장치를 사용하게 되면,

장치의 전체 구조가 매우 간단하고 부피를 소형화할 수 있으므로 제작 및 설치가 손쉽다.

또한, 원통형 드럼(200)을 간헐적으로 회전시켜주어 고농도액체(1)를 교반시켜 줌으로써 별도의 교반장치가 필요없이도 드럼(200) 내부 바닥면에 침전물이 쌓여 굳지 않도록 하여 줄 수 있으며 혹시 쌓일 수 있는 침전물까지도 드레인밸브(201)를 이용하여 손쉽게 제거하여 줄 수 있다.

또한, 드럼(200) 내부에 설치된 온도감지센서(700)의 신호에 의해 내부 온도가 설정값 이상으로 내려가거나 오르면 드럼(200) 내부로 온수를 순환공급하여 드럼(200) 내의 온도를 조정하되 드럼(200) 내부로 코일형 온수공급관(511)이 형성되어 있어서 드럼(200)내의 온도를 소정온도로 손쉽고 빠르며 안정적으로 용이하게 조절하여 줄 수 있으므로 원통형 드럼(200)내에 투입된 혐기성미생물의 성장이 촉진되어 메탄가스의 발생량이 대폭 증대된다.

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.

1:고농도액체 10:기틀체
20:콘트롤러 21:모터
30:단열재 100:메인축
200:드럼 201:드레인밸브
202:배플 300:공급관
310:주입관 311,411,611:밸브
400:오버플로우관 410:U트랩
500:온수순환관 510:온수보일러
511:온수공급관 512:온수배출관
600:가스배출관 610:가스저장탱크

Claims (3)

1. 바닥면에 안정되게 안착되는 기틀체(10) 상단에 메인축(100)의 양단을 수평으로 고정설치하고,
   상기 메인축(100)에 드레인밸브(201)가 외면에 형성되고 내면에는 소정 간격으로 배플(202)이 형성된 원통형 회전드럼(200)을 콘트롤러(20)의 조작에 의해 작동하는 모터(21)의 회전구동력을 전달받아 회전가능하도록 설치하며,
   상기 메인축(100)의 일측단과 타측단을 통해 드럼(200)내부와 드럼(200)외부에 설치되는 기구들을 상호 유기적으로 연결설치하되,
   상기 드럼(200)내부에 하측방향으로 형성한 공급관(300)을 메인축(100)을 통해 드럼(200)외부에 상측방향 소정높이로 형성한 주입관(310)과 연통되도록 연결설치하고,
   상기 드럼(200)내부에 상측방향 소정높이로 형성한 오버플로우관(400)을 메인축(100)을 통해 드럼(200)외부에 상측방향으로 소정높이로 형성한 U형트랩(410)과 연통되도록 연결설치하며,
   상기 드럼(200)내부에 코일형태로 말아지게 형성한 온수순환관(500)을 메인축(100)의 양단을 통해 드럼(200)외부에 설치된 온수보일러(510)의 온수공급관(511) 및 온수배출관(512)과 연결설치하여 온수가 순환되도록 하며,
   상기 드럼(200)내부에 상측방향으로 오버플로우관(400) 보다 높게 형성한 가스배출관(600)을 메인축(100)을 통해 드럼(200)외부에 설치한 가스저장탱크(610)와 연결설치하며,
   상기 드럼(200)내부의 오버플로우관(400)에 고정설치한 온도감지센서(700)를 메인축(100)을 통해 드럼(200)외부의 콘트롤러(20)와 연결설치하여서 이루어짐을 특징으로 하는 회전드럼형 혐기성 소화장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 드럼(200)내부에 코일형태로 말아지게 형성된 온수순환관(500)을 주름관으로 형성하여 열전도면적을 크게 함으로써 온도조절 및 가온효과가 증대되도록 이루어짐을 특징으로 하는 회전드럼형 혐기성 소화장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 드럼(200)의 외면에 단열재(30)를 더 형성하여 내부열이 드럼(200) 외부로 방출되는 것이 방지되도록 이루어짐을 특징으로 하는 회전드럼형 혐기성 소화장치.

Images