KR101756446B1 - 유기성 폐기물 및 가축분뇨를 혐기소화하여 감량화 및 바이오가스를 생산하는 시스템 및 그 운영방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기성 폐기물 및 가축분뇨를 혐기소화하여 감량화 및 바이오가스를 생산하는 시스템 및 그 운영방법에 관한 것으로서, 산발효조에서의 가수분해 및 메탄발효조에서의 메탄발효가 원활히 이루어질 수 있도록 하여, 유기성 폐기물 및 가축분뇨의 감량화 효율을 향상시키고, 바이오가스 생산량을 증대시키는 데 있다.
이를 위하여 본 발명은, 유기성 폐기물 및 가축분뇨를 혐기 소화공정을 적용하여 감량화하는 동시에 바이오가스를 생산하는 시스템에 있어서, 전처리 과정을 거친 후 유입된 유기성 폐기물 및 가축분뇨의 총 고형물 농도를 12% 이하로 조절하는 혼합균등조(100)와; 상기 혼합균등조(100)에서 총 고형물 농도가 조절된 후, 1차 혐기소화 공정을 적용하여 산생성균인 통성혐기성미생물에 의해 유기성 폐기물 및 가축분뇨에 포함된 유기물질을 가수분해하는 산발효조(200)와; 상기 산발효조(200)에서 가수분해 중에 발생하는 혼성가스를 저장하는 혼성가스저장조(300)와; 상기 산발효조(200)에서 가수분해된 유기성 폐기물 및 가축분뇨에, 2차 혐기소화 공정을 적용하여 메탄생성균인 절대혐기성미생물에 의해 유기물질을 계속적으로 분해하여 발효시키는 메탄발효조(400)와; 상기 메탄발효조(400)에서의 메탄발효 과정에서 발생하는 메탄가스, 이산화탄소, 암모니아가스, 황화수소가 포함된 바이오가스를 저장하는 바이오가스 저장조(500);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이를 위하여 본 발명은, 유기성 폐기물 및 가축분뇨를 혐기 소화공정을 적용하여 감량화하는 동시에 바이오가스를 생산하는 시스템에 있어서, 전처리 과정을 거친 후 유입된 유기성 폐기물 및 가축분뇨의 총 고형물 농도를 12% 이하로 조절하는 혼합균등조(100)와; 상기 혼합균등조(100)에서 총 고형물 농도가 조절된 후, 1차 혐기소화 공정을 적용하여 산생성균인 통성혐기성미생물에 의해 유기성 폐기물 및 가축분뇨에 포함된 유기물질을 가수분해하는 산발효조(200)와; 상기 산발효조(200)에서 가수분해 중에 발생하는 혼성가스를 저장하는 혼성가스저장조(300)와; 상기 산발효조(200)에서 가수분해된 유기성 폐기물 및 가축분뇨에, 2차 혐기소화 공정을 적용하여 메탄생성균인 절대혐기성미생물에 의해 유기물질을 계속적으로 분해하여 발효시키는 메탄발효조(400)와; 상기 메탄발효조(400)에서의 메탄발효 과정에서 발생하는 메탄가스, 이산화탄소, 암모니아가스, 황화수소가 포함된 바이오가스를 저장하는 바이오가스 저장조(500);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 유기성 폐기물 및 가축분뇨를 혐기소화 공정을 적용하여 감량화하는 동시에 바이오가스를 생산하는 시스템 및 그 운영방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 유기성 폐기물 및 가축분뇨의 총고형물 농도를 12% 이하로 조절하는 혼합균등조와, 1차 혐기소화 공정을 적용하여 산생성균에 의해 유기물질을 가수분해하는 산발효조와, 산발효조에서 발생하는 혼성가스를 저장하는 혼성가스저장조와, 2차 혐기소화 공정을 적용하여 메탄생성균에 의해 유기물질을 메탄발효시키는 메탄발효조와, 메탄발효조에서 발생하는 바이오가스를 저장하는 바이오가스 저장조를 구비하여, 가수분해 및 메탄발효 과정을 거친 유기성 폐기물 및 가축분뇨는 소화액저장조로 배출하고, 바이오가스저장조에 저장된 바이오가스는 가스정제설비로 이송시키는 유기성 폐기물 및 가축분뇨를 혐기소화하여 감량화 및 바이오가스를 생산하는 시스템 및 그 운영방법에 관한 것이다.
유기성 폐기물 및 가축분뇨를 처리하는 종래의 혐기소화 방식은, 유기성 폐기물 및 가축분뇨의 TS(총고형물) 농도를 12%(120,000mg/L) 이상으로 하고 있다.
이에 따라 이송장치, 산발효조, 메탄발효조 등에 물리적, 생물학적 부하 충격이 가해져, 이송장치의 고장이 발생하고, 산발효조의 가수분해 및 메탄발효조에서의 메탄발효가 원활하게 이루어지지 않는다는 문제점이 있다.
이에 따라 유기성 폐기물 및 가축분뇨의 감량화 효율이 낮고, 바이오가스 생산량이 저하된다는 문제점이 있다.
또한 종래의 바이오가스저장조는 1기로 구성되어 있기 때문에, 산발효조에서 생성되어 바이오가스로 완숙되지 않은 혼성가스(알코올, 이산화탄소, 수소 등)와 메탄발효조에서 생성된 완숙도가 높은 바이오가스가 서로 혼합되어 저장되고 있다.
이에 따라 바이오가스에 포함된 가스성상 중 메탄가스(CH₄)가 차지하는 성상 부피비가 60% 이하가 되어, 비효율적이고 비경제적이라는 문제점이 지적되고 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유기성 폐기물 및 가축분뇨의 TS(총고형물) 농도가 12%(120,000mg/L) 이하가 되도록 조절하여, 이송장치, 산발효조, 메탄발효조에 물리적, 생물학적 부하충격이 가해지지 않도록 하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 이송장치의 고장을 방지하고, 산발효조에서의 가수분해 및 메탄발효조에서의 메탄발효가 원활히 이루어질 수 있도록 하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 유기성 폐기물 및 가축분뇨의 감량화 효율을 향상시키고, 바이오가스 생산량을 증대시키는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 바이오가스에 포함된 가스성상 중 메탄가스(CH₄)가 차지하는 성상 부피비가 60% 이하로 떨어지지 않도록 하여 시스템의 효율성 및 경제성을 향상시키는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 유기성 폐기물 및 가축분뇨를 혐기 소화공정을 적용하여 감량화하는 동시에 바이오가스를 생산하는 시스템에 있어서, 전처리 과정을 거친 후 유입된 유기성 폐기물 및 가축분뇨의 총고형물 농도를 12% 이하로 조절하는 혼합균등조와; 상기 혼합균등조에서 총고형물 농도가 조절된 후, 1차 혐기소화 공정을 적용하여 산생성균인 통성혐기성미생물에 의해 유기성 폐기물 및 가축분뇨에 포함된 유기물질을 가수분해하는 산발효조와; 상기 산발효조에서 가수분해 중에 발생하는 알코올, 이산화탄소, 수소가 포함된 혼성가스를 저장하는 혼성가스저장조와; 상기 산발효조에서 가수분해된 유기성 폐기물 및 가축분뇨에 2차 혐기소화 공정을 적용하여, 메탄생성균인 절대혐기성미생물에 의해 계속적으로 분해하여 발효시키는 메탄발효조와; 상기 메탄발효조에서의 메탄발효 과정에서 발생하는 메탄가스, 이산화탄소, 암모니아가스, 황화수소가 포함된 바이오가스를 저장하는 바이오가스 저장조;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 혼합균등조는, 파봉파쇄선별기 또는 미세파쇄기의 후방과 상기 산발효조의 전방 사이에 구비되고, 상기 파봉파쇄선별기 또는 미세파쇄기에서 선별 또는 파쇄되어 유입되는 유기성 폐기물 및 가축분뇨에, 가수용 유체이송배관을 통해 다른 혼합처리 대상 폐기물, 폐수 또는 공정수를 공급한 후, 혼합균등조 교반기로 혼합 또는 희석하여 총고형물의 농도를 12% 이하로 성상 균등화하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 혼합균등조의 후방과 상기 산발효조의 전방 사이에, 산발효조 이송펌프 및 산발효조 이송배관이 구비되어, 상기 혼합균등조에 저장되어 있는 성상 균등화된 유기성 폐기물 및 가축분뇨를 상기 산발효조로 강제 이송시키는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 산발효조는, 산발효조 이송펌프의 후방과 상기 메탄발효조 이송펌프의 전방 사이에 구비되고, 상기 산발효조로 이송된 유기성 폐기물 및 가축분뇨는, 수리학적 체류기간이 2일 내지 12일, 반응온도가 30℃ 내지 55℃, pH가 6.8 내지 7.8인 조건에서 산발효조 교반기에 의해 간헐적으로 교반되며, 상기 산발효조에서 1차 혐기소화 공정을 적용하여, 산생성균인 통성혐기성 미생물의 생물학적 반응에 의해 유기물질이 가수분해되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 혼성가스 저장조는, 산발효조의 상부에 일체형으로 구비되고, 상기 산발효조에서의 가수분해 과정에서 발생하는 알코올, 이산화탄소, 수소가 포함된 혼성가스를 가스 상승기류 원리를 이용하여 포집 및 저장하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 혼성가스 저장조의 후방과 메탄발효조의 전방 사이에 혼성가스 이송송풍기와 혼성가스 이송배관이 구비되어, 상기 혼성가스 저장조에 저장된 혼성가스의 수리학적 화학반응 기간이 연장되어 메탄가스 성상화가 이루어지도록, 혼성가스 저장조에 저장된 혼성가스를 메탄발효조로 강제 이송시키는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 산발효조의 후방과 상기 메탄발효조의 전방 사이에 메탄발효조 이송 펌프와 메탄발효조 이송배관이 구비되어, 상기 산발효조에서 가수분해된 유기성 폐기물 및 가축분뇨를 상기 메탄발효조로 강제 이송시키는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 메탄발효조는, 상기 메탄발효조 이송펌프의 후방과 소화액저장조의 전방 사이에 구비되고, 상기 산발효조에서 1차 혐기소화 공정에 의해 가수분해되어 메탄발효조로 유입된 유기성 폐기물 및 가축분뇨는, 수리학적 체류기간이 23일 내지 33일, 반응온도가 30℃ 내지 55℃, pH가 6.8 내지 7.8인 조건에서, 메탄발효조 교반기에 의해 간헐적으로 교반되며, 메탄발효조에서 2차 혐기소화 공정을 적용하여 메탄생성균인 절대혐기성미생물의 생물학적 반응에 의해 유기물질이 메탄발효되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 바이오가스 저장조는, 메탄발효조의 상부에 일체형으로 구비되고, 상기 메탄발효조에서 메탄발효 과정에 발생하는 메탄가스, 이산화탄소, 암모니아가스, 황화수소가 포함된 바이오가스를 가스 상승기류 원리를 이용하여 포집 및 저장하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 바이오가스저장조의 후방과 가스정제설비의 전방 사이에 바이오가스 이송송풍기가 구비되어, 상기 바이오가스저장조에 저장되어 있는 바이오가스를 가스정제설비로 강제 이송시키는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 메탄발효조의 후방과 소화액저장조의 전방 사이에 소화액저장조 이송펌프가 구비되고, 상기 소화액저장조 이송펌프는, 메탄발효조에서 메탄발효된 유기성 폐기물 및 가축분뇨를 소화액저장조로 강제 이송시키는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따라 유기성 폐기물 및 가축분뇨를 혐기소화하여 감량화하는 동시에 바이오가스를 생산하는 시스템의 운영방법은, (a) 전처리 과정을 거쳐 유입된 유기성 폐기물 및 가축분뇨의 총고형물 농도를 혼합균등조에서 12% 이하로 조절하는 단계(S10)와, (b) 상기 S10 단계 이후, 산발효조에서 1차 혐기소화 공정을 적용하여, 산생성균에 의해 유기성 폐기물 및 가축분뇨에 포함된 유기물질을 가수분해하는 단계(S20)와; (c) 상기 S20 단계에서 발생하는 혼성가스를 혼성가스저장조에 저장하는 단계(S30)와, (d) 메탄발효조에서 2차 혐기소화공정을 적용하여, 산발효조에서 1차로 가수분해된 유기성 폐기물 및 가축분뇨에 포함된 유기물질을 메탄생성균에 의해 계속적으로 분해하여 발효시키는 단계(S40)와, (e) 상기 S40 단계에서 발생하는 메탄가스, 이산화탄소, 암모니아가스, 황화수소가 포함된 바이오가스를 바이오가스 저장조에 저장하는 단계(S50)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 S40 단계 이후, 메탄발효된 유기성 폐기물 및 가축분뇨를 소화액저장조로 강제 이송시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 S50 단계 이후, 상기 바이오가스저장조(500)에 저장되어 있는 바이오가스를 가스정제설비로 강제 이송시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 혼합균등조에서 처리대상 유기성 폐기물 및 가축분뇨의 TS(총고형물) 농도를 12%(120,000mg/L) 이하로 조정하여 산발효조와 메탄발효조에 투입함으로써, 이송장치, 산발효조 및 메탄발효조에 대한 물리적, 생물학적 부하충격을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이에 따라 이송장치의 고장을 방지하고, 산발효조에서의 가수분해 및 메탄발효조에서의 메탄발효가 원활히 이루어지도록 할 수 있다.
이로써 유기성 폐기물 및 가축분뇨의 감량화 효율을 향상시키고, 바이오가스 생산량을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 산발효조에서 생성되는 혼성가스를 저장하는 혼성가스저장조와 메탄발효조에서 생성되는 바이오가스를 저장하는 바이오가스저장조를 각각 구분하여 구성함으로써, 바이오가스에 포함된 메탄가스 성상 부피비율을 높일 수 있는 효과가 있다,
이에 따라 감량화 및 바이오가스 생산 시스템의 효율성과 경제성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 감량화 및 바이오가스 생산시스템의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 감량화 및 바이오가스 생산시스템의 혐기소화공정을 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 감량화 및 바이오가스 생산방법을 나타낸 흐름도.
도 2는 본 발명에 따른 감량화 및 바이오가스 생산시스템의 혐기소화공정을 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 감량화 및 바이오가스 생산방법을 나타낸 흐름도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저 본 발명에 따라 유기성 폐기물 및 가축분뇨를 혐기소화하여 감량화 및 바이오가스를 생산하는 시스템은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 전처리 과정을 거친 후 유입된 유기성 폐기물 및 가축분뇨의 TS(총고형물) 농도를 12%(120,000 mg/L) 이하로 조절하는 혼합균등조(100)와; 상기 혼합균등조(100)에서 총고형물 농도가 조절된 후, 1차 혐기소화 공정을 적용하여 산생성균인 통성혐기성 미생물에 의해 유기성 폐기물 및 가축분뇨에 포함된 유기물질을 가수분해하는 산발효조(200)와; 상기 산발효조(200)에서 가수분해 중에 발생하는 혼성가스를 저장하는 혼성가스저장조(300)와; 상기 산발효조(200)에서 가수분해된 유기성 폐기물 및 가축분뇨에 포함된 유기물질을, 2차 혐기소화 공정을 적용하여 메탄생성균인 절대혐기성미생물에 의해 계속적으로 분해하여 발효시키는 메탄발효조(400)와; 상기 메탄발효조(400)에서의 메탄발효 과정에서 발생하는 메탄가스, 이산화탄소, 암모니아가스, 황화수소가 포함된 바이오가스를 저장하는 바이오가스 저장조(500);를 포함하여 구성된다.
상기 혼합균등조(100)는, 파봉파쇄선별기 또는 미세파쇄기(도시 생략)의 후방과 상기 산발효조(200)의 전방 사이에 구비된다.
상기 혼합균등조(100)는, 파봉파쇄선별기 또는 미세파쇄기에서 선별 또는 파쇄되어 유입되는 유기성 폐기물 및 가축분뇨에, 가수용 유체이송배관(102)을 통해 다른 혼합처리 대상 폐기물 또는 공정수를 공급한 후, 혼합균등조 교반기(104)로 혼합 또는 희석하여 총고형물의 농도를 12% 이하로 성상 균등화한다.
또한 상기 혼합균등조(100)의 후방과 상기 산발효조(200)의 전방 사이에는, 산발효조 이송펌프(105) 및 산발효조 이송배관(106)이 구비된다.
상기 이송펌프(105) 및 산발효조 이송배관(106)에 의해, 상기 혼합균등조(100)에 저장되어 있는 성상 균등화된 유기성 폐기물 및 가축분뇨는 상기 산발효조(200)로 강제 이송된다.
상기 산발효조(200)는, 산발효조 이송펌프(105)의 후방과 상기 메탄발효조 이송펌프(204)의 전방 사이에 구비된다.
상기 산발효조(200)에 이송된 유기성 폐기물 및 가축분뇨는, 수리학적 체류기간(HRT)이 2일 내지 12일, 반응온도가 30℃ 내지 55℃, pH가 6.8 내지 7.8인 조건에서 산발효조 교반기(202)에 의해 간헐적으로 교반된다.
또한 상기 산발효조(200)에 이송된 유기성 폐기물 및 가축분뇨는, 1차 혐기소화 공정이 적용되어 산생성균인 통성혐기성 미생물의 생물학적 반응에 의해 가수분해된다.
상기 혼성가스 저장조(300)는, 산발효조(200)의 상부에 일체형으로 구비되며, 상기 산발효조(200)에서의 가수분해 과정에서 발생하는 알코올, 이산화탄소, 수소가 포함된 혼성가스를 가스 상승기류 원리를 이용하여 포집 및 저장한다.
상기 혼성가스 저장조(300)의 후방과 메탄발효조(400)의 전방 사이에는, 혼성가스 이송송풍기(302)와 혼성가스 이송배관(303)이 구비된다.
상기 혼성가스 이송송풍기(302)와 혼성가스 이송배관(303)은, 상기 혼성가스 저장조(300)에 저장된 혼성가스의 수리학적 화학반응 기간이 연장되어 메탄가스(CH₄) 성상화가 원활히 이루어지도록, 혼성가스 저장조(300)에 저장된 혼성가스를 메탄발효조(400)로 강제 이송시킨다.
상기 산발효조(200)의 후방과 상기 메탄발효조(400)의 전방 사이에는, 메탄발효조 이송 펌프(204)와 메탄발효조 이송배관(205)이 구비된다.
상기 메탄발효조 이송 펌프(204)와 메탄발효조 이송배관(205)은, 상기 산발효조(200)에서 가수분해된 유기성 폐기물 및 가축분뇨를 상기 메탄발효조(400)로 강제 이송시킨다.
상기 메탄발효조(400)는, 상기 메탄발효조 이송펌프(204)의 후방과 소화액저장조(700)의 전방 사이에 구비된다.
상기 산발효조(200)에서 가수분해되어 메탄발효조(400)로 유입된 유기성 폐기물 및 가축분뇨는, 수리학적 체류기간이 23일 내지 33일, 반응온도가 30℃ 내지 55℃, pH가 6.8 내지 7.8인 조건에서, 메탄발효조 교반기(402)에 의해 간헐적으로 교반된다.
또한 상기 메탄발효조(200)에서는, 2차 혐기소화 공정이 적용되어 메탄생성균인 절대혐기성미생물의 생물학적 반응에 의해 유기성 폐기물 및 가축분뇨가 메탄발효된다.
상기 바이오가스 저장조(500)는, 메탄발효조(400)의 상부에 일체형으로 구비되어, 상기 메탄발효조(400)에서 메탄발효 과정에 발생하는 메탄가스, 이산화탄소, 암모니아가스, 황화수소가 포함된 바이오가스를 가스 상승기류 원리를 이용하여 포집 및 저장한다.
상기 바이오가스저장조(500)의 후방과 가스정제설비(600)의 전방 사이에는 바이오가스 이송송풍기(502)가 구비된다.
상기 바이오가스 이송송풍기(502)는, 상기 바이오가스저장조(500)에 저장되어 있는 바이오가스를 가스정제설비(600)로 강제 이송시킨다.
상기 메탄발효조(400)의 후방과 소화액저장조(700)의 전방 사이에는 소화액저장조 이송펌프(404)가 구비된다.
상기 소화액저장조 이송펌프(404)는, 메탄발효조(400)에서 메탄발효된 유기성 폐기물 및 가축분뇨를 소화액저장조(700)로 강제 이송시킨다.
또한 본 발명에 따라 유기성 폐기물 및 가축분뇨를 혐기소화하여 감량화 및 바이오가스를 생산하는 시스템의 운영방법은, 도 3에 도시된 바와 같이, (a) 전처리 과정을 거쳐 유입된 유기성 폐기물 및 가축분뇨의 총고형물 농도를 혼합균등조(100)에서 12% 이하로 조절하는 단계(S10)와, (b) 상기 S10 단계 이후, 산발효조(200)에서 1차 혐기소화 공정을 적용하여, 유기성 폐기물 및 가축분뇨에 포함된 유기물질을 가수분해하는 단계(S20)와; (c) 상기 S20 단계에서 발생하는 혼성가스를 혼성가스저장조(300)에 저장하는 단계(S30)와, (d) 가수분해된 유기성 폐기물 및 가축분뇨에 포함된 유기물질을, 메탄발효조(400)에서 2차 혐기소화 공정을 적용하여 메탄생성균에 의해 계속적으로 분해하여 발효시키는 단계(S40)와, (e) 상기 S40 단계에서 발생하는 메탄가스, 이산화탄소, 암모니아가스, 황화수소가 포함된 바이오가스를 바이오가스 저장조(500)에 저장하는 단계(S50)를 포함하여 구성된다.
또한 상기 S40 단계 이후, 메탄발효된 유기성 폐기물 및 가축분뇨를 소화액저장조(700)로 강제 이송시키는 단계를 더 포함한다.
또한 상기 S50 단계 이후, 상기 바이오가스저장조(500)에 저장되어 있는 바이오가스를 가스정제설비(600)로 강제 이송시키는 단계를 더 포함한다.
또한 상기 S20 단계에서, 산발효조(200)로 이송된 유기성 폐기물 및 가축분뇨는, 수리학적 체류기간이 2일 내지 12일, 반응온도가 30℃ 내지 55℃, pH가 6.8 내지 7.8인 조건에서 산발효조 교반기(202)에 의해 간헐적으로 교반되며, 산생성균인 통성혐기성미생물의 생물학적 반응에 의해 가수분해된다.
또한 상기 S40 단계에서, 산발효조(200)에서 가수분해되어 메탄발효조(400)로 유입된 유기성 폐기물 및 가축분뇨는, 수리학적 체류기간이 23일 내지 33일, 반응온도가 30℃ 내지 55℃, pH가 6.8 내지 7.8인 조건에서, 메탄발효조 교반기(402)에 의해 간헐적으로 교반되며, 메탄생성균인 절대혐기성미생물의 생물학적 반응에 의해 메탄발효된다.
종래의 혐기소화 방식에 의하면, 유기성 폐기물 및 가축분뇨의 TS(총고형물) 농도를 12%(120,000mg/L) 이상으로 하고 있다.
이에 따라, 이송장치, 산발효조, 메탄발효조 등에 물리적, 생물학적 부하 충격이 가해져, 이송장치의 고장이 발생하고, 산발효조의 가수분해 및 메탄발효조에서의 메탄발효가 제대로 이루어지지 않는다는 문제가 있다.
이로써 유기성 폐기물 및 가축분뇨의 감량화 효율이 저하되고, 바이오가스 생산량이 감소된다는 문제가 있다.
또한 종래의 방식에 의하면, 산발효조에서 생성되어 바이오가스로 완숙되지 않은 혼성가스(알코올, 이산화탄소, 수소 등)와 메탄발효조에서 생성된 완숙도가 높은 바이오가스가 서로 혼합되어 저장되고 있다.
이에 따라 바이오가스에 포함된 가스성상 중 메탄가스(CH₄)가 차지하는 성상 부피비가 60% 이하가 되어, 비효율적이고 비경제적이라는 문제점이 있다.
그러나 본 발명에 의하면, 혼합균등조에서 처리대상 유기성 폐기물 및 가축분뇨의 TS(총고형물) 농도를 12%(120,000mg/L) 이하로 조정하여 산발효조와 메탄발효조에 투입함으로써, 이송장치, 산발효조 및 메탄발효조에 대한 물리적, 생물학적 부하충격을 방지할 수가 있다.
이로써 이송장치의 고장을 방지하고, 산발효조에서의 가수분해 및 메탄발효조에서의 메탄발효가 원활히 이루어지도록 할 수 있다.
또한 본 발명은, 산발효조에서 1차 혐기소화 공정을 적용하여 산생성균(통성혐기성미생물)에 의해 유기물질을 가수분해하고, 메탄발효조에서 2차로 혐기소화 공정을 적용하여 메탄생성균(절대혐기성미생물)에 의해 유기물질을 메탄발효시킴으로써, 유기성 폐기물 및 가축분뇨의 감량화 효율을 향상시키고 바이오가스 생산량을 증대시킬 수가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 산발효조에서 생성되는 혼성가스를 저장하는 혼성가스저장조와 메탄발효조에서 생성되는 바이오가스를 저장하는 바이오가스저장조를 각각 구분하여 구성함으로써, 바이오가스에 포함된 메탄가스 성상 체적비율을 높여 바이오가스 생산 시스템의 효율성과 경제성을 확보할 수가 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것으로서 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능 하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
100: 혼합균등조
101: 유기성 폐기물 및 가축분뇨 이송배관
102: 가수용유체 이송배관
104: 혼합균등조 교반기
105: 산발효조 이송펌프
106: 산발효조 이송배관
200: 산발효조
201: 산발효조 저장수위
202: 산발효조 교반기
203: 산발효조 가온장치
204: 메탄발효조 이송펌프
205: 메탄발효조 이송배관
207: 산발효조 지붕
300: 혼성가스 저장조
301: 혼성가스 저장조 지붕
302: 혼성가스 이송송풍기
303: 혼성가스 이송배관
400: 메탄발효조
401: 메탄발효조 저장수위
402: 메탄발효조 교반기
403: 메탄발효조 가온장치
404: 소화액저장조 이송펌프
407: 메탄발효조 지붕
500: 바이오가스저장조
501: 바이오가스저장조 지붕
502: 바이오가스 이송송풍기
600: 가스정제설비
700: 소화액저장조
101: 유기성 폐기물 및 가축분뇨 이송배관
102: 가수용유체 이송배관
104: 혼합균등조 교반기
105: 산발효조 이송펌프
106: 산발효조 이송배관
200: 산발효조
201: 산발효조 저장수위
202: 산발효조 교반기
203: 산발효조 가온장치
204: 메탄발효조 이송펌프
205: 메탄발효조 이송배관
207: 산발효조 지붕
300: 혼성가스 저장조
301: 혼성가스 저장조 지붕
302: 혼성가스 이송송풍기
303: 혼성가스 이송배관
400: 메탄발효조
401: 메탄발효조 저장수위
402: 메탄발효조 교반기
403: 메탄발효조 가온장치
404: 소화액저장조 이송펌프
407: 메탄발효조 지붕
500: 바이오가스저장조
501: 바이오가스저장조 지붕
502: 바이오가스 이송송풍기
600: 가스정제설비
700: 소화액저장조
Claims (16)
- 전처리 과정을 거친 후 유입된 유기성 폐기물 및 가축분뇨의 총고형물 농도를 12% 이하로 조절하는 혼합균등조(100)와;
상기 혼합균등조(100)에서 총고형물 농도가 조절된 후, 1차 혐기소화 공정을 적용하여 산생성균인 통성혐기성미생물에 의해 유기성 폐기물 및 가축분뇨에 포함된 유기물질을 가수분해하는 산발효조(200)와;
상기 산발효조(200)에서 가수분해 중에 발생하는 혼성가스를 저장하는 혼성가스저장조(300)와;
상기 산발효조(200)에서 가수분해된 유기성 폐기물 및 가축분뇨에 2차 혐기소화 공정을 적용하여, 메탄생성균인 절대혐기성미생물에 의해 유기물질을 계속적으로 분해하여 발효시키는 메탄발효조(400)와;
상기 메탄발효조(400)에서의 메탄발효 과정에서 발생하는 메탄가스, 이산화탄소, 암모니아가스, 황화수소가 포함된 바이오가스를 저장하는 바이오가스 저장조(500);를 포함하여 이루어져 유기성 폐기물 및 가축분뇨를 혐기소화하여 감량화하는 동시에 바이오가스를 생산하는 시스템에 있어서,
상기 혼합균등조(100)는, 파봉파쇄선별기 또는 미세파쇄기의 후방과 상기 산발효조(200)의 전방 사이에 구비되고,
상기 파봉파쇄선별기 또는 미세파쇄기에서 선별 또는 파쇄되어 유입되는 유기성 폐기물 및 가축분뇨에, 가수용 유체이송배관(102)을 통해 다른 혼합처리 대상 폐기물, 폐수 또는 공정수를 공급한 후, 혼합균등조 교반기(104)로 혼합 또는 희석하여 총고형물의 농도를 12% 이하로 성상 균등화하며,
상기 혼합균등조(100)의 후방과 상기 산발효조(200)의 전방 사이에, 산발효조 이송펌프(105) 및 산 발효조 이송배관(106)이 구비되어, 상기 혼합균등조(100)에 저장되어 있는 성상 균등화된 유기성 폐기물 및 가축분뇨를 상기 산발효조(200)로 강제 이송시키고,
상기 산발효조(200)는, 산발효조 이송펌프(105)의 후방과 메탄발효조 이송펌프(204)의 전방 사이에 구비되고,
상기 산발효조(200)로 이송된 유기성 폐기물 및 가축분뇨는, 수리학적 체류기간이 2일 내지 12일, 반응온도가 30℃ 내지 55℃, pH가 6.8 내지 7.8인 조건에서 산발효조 교반기(202)에 의해 간헐적으로 교반되며,
상기 산발효조(200)의 하부 일측에는 산발효조 가온장치(203)가 구비되고,
상기 산발효조(200)에서 1차 혐기소화 공정을 적용하여, 산생성균인 통성혐기성미생물의 생물학적 반응에 의해 유기물질이 가수분해되도록 하고,
상기 혼성가스 저장조(300)는, 산발효조(200)의 상부에 일체형으로 구비되고,
상기 산발효조(200)에서의 가수분해 과정에서 발생하는 알코올, 이산화탄소, 수소가 포함된 혼성가스를 가스 상승기류 원리를 이용하여 포집 및 저장하며,
상기 혼성가스 저장조(300)의 후방과 메탄발효조(400)의 전방 사이에 혼성가스 이송송풍기(302)와 혼성가스 이송배관(303)이 구비되고,
상기 혼성가스 저장조(300)에 저장된 혼성가스의 수리학적 화학반응 기간이 연장되어 메탄가스(CH₄) 성상화가 원활하게 이루어지도록, 혼성가스 저장조(300)에 저장된 혼성가스를 메탄발효조(400)로 강제 이송시키며,
상기 산발효조(200)의 후방과 상기 메탄발효조(400)의 전방 사이에 메탄발효조 이송 펌프(204)와 메탄발효조 이송배관(205)이 구비되어,
상기 산발효조(200)에서 가수분해된 유기성 폐기물 및 가축분뇨를 상기 메탄발효조(400)로 강제 이송시키고,
상기 메탄발효조(400)는, 상기 메탄발효조 이송펌프(204)의 후방과 소화액저장조(700)의 전방 사이에 구비되고,
상기 산발효조(200)에서 1차 혐기소화공정에 의해 가수분해되어 메탄발효조(400)로 유입된 유기성 폐기물 및 가축분뇨는, 수리학적 체류기간이 23일 내지 33일, 반응온도가 30℃ 내지 55℃, pH가 6.8 내지 7.8인 조건에서, 메탄발효조 교반기(402)에 의해 간헐적으로 교반되며,
상기 메탄발효조(400)의 하부 일측에는 메탄발효조 가온장치(403)가 구비되고,
상기 메탄발효조(400)에서 2차 혐기소화 공정을 적용하여, 메탄생성균인 절대혐기성미생물의 생물학적 반응에 의해 유기물질이 메탄발효되도록 하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 및 가축분뇨를 혐기소화하여 감량화 및 바이오가스를 생산하는 시스템. - 삭제
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| KR20200011044A (ko) * | 2020-01-20 | 2020-01-31 | 인하대학교 산학협력단 | 소금을 포함하는 물질을 이용한 온실가스 발생이 저감된 가축분뇨 저장 시스템, 해수 담수화 장치를 이용한 온실가스 발생이 저감된 가축분뇨 저장 하이브리드 시스템, 및 이를 이용한 가축분뇨의 온실가스 발생량 저감 방법 |
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