KR101853069B1 - 액순환 일체형 시스템 혐기성 소화조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 혐기성 소화조와 침출수 저장조를 효과적으로 구성하여 음식물류 폐기물의 혐기성 소화를 통해 효율적인 바이오가스를 생산할 수 있도록 하는 액순환 일체형 시스템 혐기성 소화조에 관한 것으로, 혐기성 소화 기능을 수행하는 혐기성 반응부와 고액분리된 침출수를 저장하는 침출수 저장부가 일체로 구성되는 액순환 일체형 시스템 혐기성 소화조를 제공한다.

Description

액순환 일체형 시스템 혐기성 소화조{ANAEROBIC DIGESTION VESSEL WITH LIQUID CIRCULATING SYSTEM}
본 발명은 폐기물 처리와 관련된 것으로, 혐기성 소화조와 침출수 저장조를 효과적으로 구성하여 음식물류 폐기물의 혐기성 소화를 통해 효율적인 바이오가스를 생산할 수 있도록 하는 액순환 일체형 시스템 혐기성 소화조에 관한 것이다
혐기성 소화란 유기성 폐기물을 혐기성 조건에서 다양한 미생물에 의해 메탄가스로 전환시키는 과정을 말하며, 혐기성 소화 방법을 통하여 다양한 유기성 폐기물에 적용이 가능하고 폐기물처리와 동시에 메탄과 같은 에너지를 생산할 수 있는 장점이 있다.
혐기성 소화를 위한 반응조는 배치 형태에 따라 단일로 배치되는 경우와 복수로 배치되는 경우로 구분되기도 한다. 단일 반응조의 경우 혐기성 소화의 과정인 가수분해기, 산생성기 그리고 메탄생성기를 하나의 반응조에서 진행되도록 한 것이며, 두 개 이상의 반응조를 구비한다는 의미는 각각의 단계에 대응하여 반응조를 둔 것을 말한다.
단일 반응조의 경우 혐기성 소화의 3단계가 순차적으로 이루어져야 하며, 유기물부하에 직접적인 영향을 받는데 이는 가수분해기에서 과도한 산생성에 따라 pH값이 급감하여 메탄생성균의 활동을 받기 때문이다. 이에 유기물 부하를 높이기 위해 추가적인 반응조가 필요하며 실제 EU에 설치된 단일 습식소화중 10%가 추가적인 반응조를 가지고 있다.
복수의 반응조를 가진 경우 대부분 가수분해기와 산생성기를 첫 단계에 두고 두 번째 단계에 메탄생성기를 배치하여 최적화시킨다. 메탄생성 미생물은 pH 7~8.5 사이의 범위에 적절하고 산생성 미생물은 좀 더 낮은 pH에 적절하여, 유기산의 농도를 희석시켜 두 번째 반응조로 유입시킨다. 또한, 가수분해되지 않은 유기물질을 반응에 용이한 형태로 바꿔주기 위해 내부 재순환을 통해 접촉시간을 늘린 경우도 빈번히 있는 편이다. 두 개 이상의 반응조를 가진 경우에는 공정의 유연성은 좋으나 이에 따라 비용적인 측면과 공정의 복잡성은 증가하는 단점이 있다.
한편, 혐기성 소화는 그 방식에 따라 처리대상 유기물의 수분 함량을 기준으로 건식 혹은 습식소화로 분류된다. 습식소화의 경우 고형물 함량(TS)이 일반적으로 15% 이하인 경우이고 완전혼합 반응조(CSTR)를 주로 사용한다. 건식소화의 경우 고형물 함량이 20~40%의 경우이며 완전혼합 반응조(CSTR), 관형 반응조(PFR), 회분식 반응조를 사용한다. 건식 혐기성 소화의 경우 습식의 경우보다 물의 사용이 적고 메탄발생 수율이 좋으며 소화잔재물(digestate)의 최종산출물의 상품성이 좋은 장점이 있다. 건식 혐기성 소화의 경우 가수분해 단계에서 자체 수분함량이 적어 추가적인 수분 공급을 통한 가수분해 촉진 및 반응조 유입 TS함량을 맞춰주어야 하며, 혼합이 잘 안되어 있을 경우 국부적으로 반응이 잘되지 않는 부분이 존재할 수 있어 반응조 유입 전 혼합을 해줘야 하는 단점이 있다.
또한, 습식 및 건식 소화방식에 상관없이 혐기성 소화가 잘 수행되기 위해서는 메탄생성기 이전 단계에서 발생되는 산, 수소 등의 저해물질에 대한 확실한 제어 및 모니터링이 되어야 메탄생성단계에서 적절한 조치를 취할 수 있고 효율적인 메탄생성을 기대할 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0003915호는 혐기성 소화조 및 이를 이용하는 바이오가스 생산장치를 개시하고 있으며, 도 1은 이에 대한 구성도이다.
국내 음식물류 폐기물은 일반적으로 함수율과 고형물 함량(TS)이 높은 것으로 알려져 있다. 즉, 습식 소화로 운전하기에는 고형물 함량이 높아 희석이 필요한데, 건식 소화로 운전하기에는 함수율이 높은 문제를 가진다. 따라서, 특히 음식물류 폐기물에 있어서 지금까지 알려진 혐기성 소화공법으로는 혐기성 소화의 효율이 낮거나 공정의 용량을 만족시키지 못한 것으로 나타났다.
또한, 종래기술의 경우 혐기성 소화에서 발생하는 저해인자에 대한 제어가 원활하게 이루어지지 않아 안정적인 운전에서 한계를 가지는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 함수율과 고형물 함량이 높은 음식물류 폐기물의 혐기성 소화시 저해물질의 영향을 최소화할 수 있도록 하는 액순환 일체형 시스템 혐기성 소화조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 혐기성 소화 기능을 수행하는 혐기성 반응부(101)와, 침출수를 저장하며 상기 혐기성 반응부의 하측에 일체로 구성되는 침출수 저장부(120)와, 상기 침출수 저장부에 저장된 침출수를 순환펌프 동력을 통하여 혐기성 반응부의 상부로 환원하여 투입하는 순환관(154)을 포함하는 액순환 일체형 시스템 혐기성 소화조를 제공한다.
상기 혐기성 반응부의 하단측에 배치되어 침출수와 슬러지를 고액분리하는 스크린(130)와 상기 스크린의 하측에 경사지도록 배치되어 침출수 저장부로 침출수의 유동을 안내하는 유도판(140)을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 유도판으로부터 침출수 저장부를 연통하는 연통로에 배치되어 자연유하되는 침출수의 유량을 조절하는 침출수 이송밸브(141)를 더 포함하며, 상기 침출수 이송밸브는 음식물류 폐기물에 함유된 수분함량을 조절할 수 있다.
한편, 상기 혐기성 반응부의 유기산 농도를 측정하는 유기산측정부(400)와, 상기 유기산측정부로부터의 농도검출신호에 따라 침출수 이송밸브 및 순환펌프의 작동을 제어하는 제어부(300)를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어부는 유기산 농도가 설정값 이상인 경우 침출수 이송밸브를 개방하여 침출수를 침출수 저장부로 이동시킴으로써 혐기성 반응부 내부의 최적 pH값 조절이 가능하다.
본 발명에 따라 특히 함수율과 고형화 정도가 높은 음식물 쓰레기의 혐기성 소화에 있어서 침출수를 분리하여 저장하고 이를 다시 환원하여 사용하기 때문에 건식과 습식 소화의 장점을 모두 가질 수 있는 효과가 있다.
또한, 최적량의 침출수를 혐기성 소화조에 체류시키고 자연유하로 이송하여 침출수 내에 존재하는 방해인자의 부하를 줄일 수 있는 장점을 가진다.
또한, 침출수를 다시 혐기성 반응부에 투입함에 따라 별도의 교반장비 없이도 교반이 가능하므로 소화의 효율이 더욱 향상되는 효과가 있다.
또한, 음식물 폐기물의 단순 퇴비화/사료화 방식보다 경제적이며, 슬러지 중 일부는 상품성이 우수한 사료로서 생산이 가능한 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따라 발생된 폐수는 기존의 하수처리장과 연계되어 하수처리 효율 향상이 가능하다.
도 1은 종래기술의 혐기성 소화조 및 이를 이용하는 바이오가스 생산장치를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 액순환 일체형 시스템 혐기성 소화조의 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 액순환 일체형 시스템 혐기성 소화조를 더욱 상세하게 설명한다.
다만, 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
이하 설명에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자나 장치를 사이에 두고 연결되어 있는 경우를 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 2는 본 발명에 따른 액순환 일체형 시스템 혐기성 소화조의 구성도이다.
본 발명은 기본적으로, 혐기성 소화 기능을 수행하는 혐기성 반응부(101)와 침출수를 저장하는 침출수 저장부(120)가 일체로 구성되는 액순환 일체형 시스템 혐기성 소화조를 제공한다.
일체형 반응조(100)는 내부에 혐기성 소화와 침출수의 저장을 수행할 수 있도록 중공으로 이루어지되 형태나 배치관계는 반드시 도면에 도시된 예에 한정되는 것은 아니다.
상기 일체형 반응조(100)의 상측에는 폐기물 유입부(110)가 형성되어 음식물과 같은 폐기물이 투입될 수 있다. 이렇게 투입된 폐기물은 혐기성 반응을 통하여 소화작용을 거치면서 바이오가스를 획득할 수 있도록 한다. 이렇게 획득된 바이오가스는 바이오가스 저장조(200)에 수집되어 저장된다.
기본적으로 본 발명에 따른 액순환 일체형 시스템 혐기성 소화조는 생활폐기물 중 유기물 함량이 높은 음식물류 폐기물을 원료로 하여 혐기성 소화를 거쳐 에너지를 얻을 수 있도록 한다. 여기서 혐기성 소화는 산소가 없는 조건하에 혐기성 미생물이 유기물을 먹이로 하여 바이오가스를 생산하는 것을 의미하며, 생산된 바이오가스의 성상은 약 메탄 60%, 이산화탄소 40%로 구성되어 있다. 이에 대해 탈황공정을 거친 이후에 현장에서 필요한 전력을 생산하고 남는 전력은 판매될 수 있다.
이러한 혐기성 소화의 과정은 가수분해기, 산생성기, 메탄생성기의 3단계로 구분할 수 있다. 이러한 각각의 단계는 동시에 일어날 수 있으며, 혐기성 반응부(101)가 적절하게 기능하기 위하여 앞선 두 개 단계의 중간생성물의 전환이 완전하게 이루어져야 한다. 가수분해기는 단백질, 다당류, 지방과 같은 고분자 물질들이 저분자인 펩티드, 단당류, 지방산과 같은 수용성 물질로 전환하며, 이러한 반응은 발효 미생물에서 분비된 효소에 의해 진행된다. 가수분해기는 다른 단계보다 상대적으로 느린 단계로 전체적인 혐기성 소화 공정의 속도결정 단계로 이해될 수 있다.
두 번째 단계인 산생성기는 가수분해기의 생성물이 VFA, 알콜, 알데히드와 같은 낮은 분자량의 물질들과 이산화탄소, 수소, 암모니아로 전환되는 단계이다. 산생성기에는 다양한 종의 균들이 영향을 끼치며, 이들 중 대다수는 완전한 혐기성 조건을 필요로 한다. 다행히도 이러한 엄격한 혐기성 미생물에는 항상 산소를 사용하는 미생물이 있으며, 이 미생물로 인해 시스템을 완전한 혐기성 상태로 바꿔준다. 산생성 미생물은 유기물질을 매우 낮은 pH 4에서 물질대사를 할 수 있다. 앞서 생성된 물질들은 다시 아세트산, 수소, 이산화탄소로 초산생성균에 의해 전환된다.
앞선 두 단계에서 액상으로부터 제거된 유기물질은 없으며, 이는 메탄생성기에 적합한 기질의 형태로 전환된 것이다.
또한, 혐기성 소화의 마지막 단계인 메탄생성기는 산생성기에서 생성물(주로 아세트산)이 메탄생성균에 의해 이산화탄소, 메탄으로 전환되는 단계를 말한다.
상기 각각의 단계는 서로 다른 적정 pH 값을 가지며, 이러한 pH 값은 혐기성 소화 중의 생물학적 변환에 의해 바뀔 수 있다. 산생성기 중 유기산의 생성은 pH 값을 5이하로 낮출 수 있으며, 이는 메탄생성 미생물에 치명적이다. 이는 산의 축적을 일으키며 반응조의 작동 문제를 야기할 수 있다. 이를 방지하기 위해 실제 혐기성 반응조의 경우 유입기질의 알칼리도를 높여 유기산에 인한 pH 저하를 막는 것이 바람직하다. 반대로 메탄 생성균의 과도증식은 암모니아의 농도를 높여 pH를 8 이상으로 되게하며, 이는 산생성기를 저해할 수 있다.
혐기성 소화에서 산생성 미생물과 메탄생성 미생물은 생리적 특성, 영양 조건, 성장 반응속도 및 환경조건에 민감성에서 크게 다르다. 이러한 두 미생물의 균형유지를 저해하는 물질로는 암모니아, 황화물, 경금속 이온, 중금속 및 기타 유기물이 있다. 그 중 국내 음식물류 폐기물에 가장 문제가 되는 암모니아와 경금속 이온 중 염도는 다음과 같다.
대표적인 혐기성 소화 저해 물질 중 암모니아는 단백질과 요소와 같은 질소성 물질의 생물학적 분해로 생성된다. 질소는 혐기성 미생물의 영양조건에 필수적이어서 암모니아 200mg/L 이하의 농도에서 혐기성 소화에 유익하지만 과도한 암모니아는 메탄생성을 저해한다. 암모니아는 세포외 pH의 변화, 유지 에너지 요구의 증가, 특정 효소반응의 저해로 발현된다. 이러한 암모니아는 액체 내에서 주로 암모늄 이온(NH4 +)와 자유 암모니아(NH3) 형태로 존재하며, 이 중 자유 암모니아가 자유롭게 막을 투과할 수 있어 주된 요인으로 고려될 수 있다. 소수성의 암모니아 분자는 세포내 수동적으로 확산되어 단백질 불균형 혹은 칼슘 결핍을 일으킬 수 있다. 특히 메탄생성 미생물의 경우 암모니아 저해에 크게 영향받는 것으로 알려져 있다. 자유 암모니아는 pH가 낮아지면 암모늄 이온으로 전환되며, 즉 산생성기에서 생성된 VFA가 높아진다면 이는 pH 증가로 인한 자유 암모니아 양의 감소를 의미한다.
또한, 고농도의 염도는 삼투압 차이에 의한 세포막의 탈수를 일으킨다. 비록 용액 내 소금의 양이온은 반드시 음이온과 함께 존재하지만, 염도에 의한 독성은 주로 양이온에 의해 발현된다. 적정한 양의 농도는 미생물의 성장을 촉진시키지만, 과도한 양의 염분은 미생물의 반응을 늦추고 심지어 심각한 저해작용이나 독성을 일으킬 수 있다. VFA 분해 미생물 중 염도에 대한 영향을 나타내면 lignocellulose 분해 미생물, 아세트산 사용 미생물, 프로피온산 사용 미생물, H2/CO2 사용 미생물 순으로 독성이 커졌다.
음식물류 폐기물의 혐기성 소화를 통해 효율적인 메탄 생성을 하기 위해서는 이러한 혐기성 소화 각 단계에 대한 적정 조건, 암모니아 및 염도에 대한 제어가 필요하다.
혐기성 소화는 반응단계에 따른 구분 이외에도 수분 함량에 따라 습식소화와 건식소화로 구분되며, 문헌에 따라 조금씩 상이하나 수분 함량을 기준으로 습식소화의 경우 85~90%로, 건식소화의 경우 60~75%로 볼 수 있다. 습식소화의 경우 하수슬러지와 같이 구성성분의 대부분이 물이어서 유기산 생성으로 인한 pH 저감을 막기 위해 알칼리도를 조절한다. 건식소화의 경우 고액을 분리시켜 pH 저감을 막는다. 고농도의 유기물을 함유한 음식물류 폐기물의 경우에도 고액분리를 통해 혐기성 반응 초기에 발생한 과도한 유기산의 영향을 막을 수 있다.
후술될 바와 같이 고액분리를 통해 따로 침출수 저장부(120)에 저장되었던 유기산이 함유된 침출수를 다시 혐기성 반응부(101)로 반송시켜 혐기성 미생물에 충분한 영양분을 공급할 수 있다. 이와 같이 침출수 재순환을 통한 혐기성 소화의 효율을 증대하기 위해서는 펌프를 통한 침출수의 순환이 용이해야 하며, 이를 위해 침출수는 순환펌프에 유입되기전 고액분리가 확실히 된 상태여야 한다. 또한, 유기산 농도에 맞춰 적절하게 혐기성 반응부(101)로 침출수를 반송시켜야 한다. 혐기성 반응부(101) 내 고액분리는 음식물류 자체 자중에 의해 고형물과 액체를 하단에 위치한 스크린을 통해 분리되도록 하였으며 고액분리된 액체를 침출수 저장부(120)로 저장하도록 한다. 침출수 저장부(120) 내 액체는 다시 적당한 유기산 농도에 맞춰 생물반응조 상단으로 주입하였으며, 이로 인해 교반기가 배치되어야 하는 종래기술과 달리 추가적인 교반효과도 얻을 수 있다.
구체적으로 살펴보면, 유입된 음식물류 폐기물에 포함된 수분 및/또는 혐기성 반응에 의해 생성된 침출수는 혐기성 반응부(101)의 하측에 위치한 침출수 저장부(120)에 저장되는데, 상기와 같이 슬러지의 분리 및 침출수의 유동의 제어를 위한 추가적인 구성이 배치될 수 있다.
혐기성 반응부(101)의 하측에는 스크린(130)이 배치되어 슬러지의 침출수 저장부(120)로의 투입을 방지할 수 있고, 이러한 스크린(130)은 조밀망 및/또는 관통홀이 다수 형성되는 판부재로 이루어질 수 있다.
상기 스크린(130)이 배치되는 일체형 반응조(100)의 일측에는 외부로 개방될 수 있는 슬러지 배출밸브(131)가 구비될 수 있다.
이렇게 고액분리된 침출수는 침출수 저장부(120)로 이송될 수 있는데, 침출수 저장부로의 유동 효율성을 고려하여 스크린의 하측에는 유도판(140)이 더 구비되는 것이 바람직하다. 이러한 유도판(140)은 소정의 경사를 가지고 경사진 하측에서 소정의 연통로(참조번호 미표시)를 따라 침출수가 침출수 저장부(120)로 유입될 수 있도록 한다. 연통로의 하측에 배치되는 이송판(142)도 경사를 두어 침출수의 이송이 용이하도록 할 수 있다.
상기 유도판(140)이 배치되는 일체형 반응조(100)의 일측에 상기 연통로를 개폐할 수 있는 침출수 이송밸브(141)가 구비될 수 있고, 이러한 침출수 이송밸브(141)는 소정의 조건 만족시 후술될 제어부에 의하여 자동적인 제어가 가능하다.
유도판과 마찬가지로 스크린(130)도 슬러지의 배출을 용이하게 할 수 있도록 경사를 가지는 것이 바람직하며, 슬러지 배출밸브(131)는 경사진 하측에 배치될 수 있다.
배출 및 제어의 효율성을 고려하면 상기 유도판(140)과 스크린(130)은 같은 방향으로 경사지도록 할 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 침출수 저장부(120)에 수집된 침출수는 순환펌프(152)의 압력에 의하여 인발관(151)으로부터 순환관(154)을 통하여 혐기성 반응부(101)로 반송될 수 있다. 이러한 혐기성 반응부(101)로의 환원은 음식물류 폐기물 주입 시기 및 유기산 농도 부하를 요소로 제어부(300)의 제어명령에 따라 제어될 수 있다.
만일 침출수 수량이 과도하거나 다른 목적으로 침출수를 사용하고자 하는 경우에는 배출관(153)을 통해 시스템 외부로 침출수를 유출시킬 수 있으며, 이를 위하여 배출관(153)과 순환관(154)의 분지점에는 경로선택을 위한 밸브(미도시)가 더 구비될 수 있다.
이러한 침출수는 아세트산이 다량 함유되어 있으므로 생물학적 고도처리시설에 공급하여 생물학적 질소 및 인 제거 효율을 높일 수 있으며, 하수처리장에 적용시 처리장에서 발생되는 슬러지에 인의 함량을 증대하여 이러한 슬러지에서 인을 스트루브석(Struvite) 형태로 회수하여 비료로 사용할 수 있다. 공정의 최종생성물인 digestate는 상품성이 좋은 비료로 생산 될 수 있다.
상기 순환된 침출수는 혐기성 반응부(101)의 상단 중앙측에 위치된 폐기물 유입부(110)를 통해 주입될 수 있다. 다만, 순환관(154)의 말단부와 폐기물 유입부(110)는 분리되어 형성될 수도 있음은 물론이다.
본 발명에서는 후술될 바와 같이 소정의 조건 만족시 제어부(300)가 순환펌프(152)를 제어하여 침출수를 일체형 반응조(100)로 환원할 수 있으므로 순환펌프(152)는 제어부(300)와 소정의 제어라인(참조번호 미표시)에 의하여 연결될 수 있다.
이러한 제어부(300)는 노트북이나 마이크로프로세서를 갖춘 컨트롤러 또는 관리서버의 경우를 불문한다.
상기 유도판(140)을 따라 흘러내린 침출수의 침출부 저장부(9)로 이동 제어는 침출수 이송밸브(141)를 통하여 수행될 수 있고, 상기 제어부(300)는 침출수 이송밸브(141)와 제어라인을 통하여 연결되어 침출수의 유동을 제어하는 것이다.
소정의 작동 조건 및 환경에 따라서 제어부(300)가 동작하여 순환펌프(152) 및/또는 침출수 이송밸브(141)를 작동시킬 수 있으며, 이를 위하여 유기산 농도를 측정할 수 있는 유기산측정부(400)가 더 배치되는 것이 바람직하다. 상기 유기산측정부(400)는 유기산의 농도를 매 30분 또는 그 이하 간격으로 측정하도록 하고 농도검출신호는 제어부(300)에서 제어명령을 송출하는 조건으로 기능할 수 있다.
이러한 유기산 농도검출신호는 시계열적으로 제어부(300)에 저장될 수 있다.
상기 제어부(300)는 유기산 농도가 설정값 이상이 되면 침출수 이송밸브(141)를 개방하여 침출수를 침출수 저장부(120)로 이동시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부(300)는 순환펌프(152)를 가동하여 침출수를 혐기성 반응부(101)로 환원시킬 수 있다.
한편, 침출수 저장부(120)에서 발생되는 바이오가스는 가스유동부(211)를 통해 혐기성 반응부(101)의 상측으로 이송되며, 일체형 반응조(100)의 상단에 위치된 가스이송관(212)을 따라 바이오가스 저장조(200)로 수집되어 저장될 수 있다. 이렇게 저장된 바이오가스는 시설 자체에서 필요한 전력으로 활용될 수 있으며, 나머지는 전력원으로서 판매될 수 있다.
상기와 같은 본 발명은 음식물류 폐기물의 혐기성 소화 효율을 증대시키기 위하여 생물 반응조에 침출수 저장부(120)를 일체로 구성하고, 유기물의 함량이 높은 음식물류 폐기물에 의한 초기 과다 유기산 발생에 따른 pH 저하를 막기 위해 침출수 고액분리 및 재순환 방식을 적용하였다.
여기에서 고액분리를 위하여 혐기성 반응부(101)의 하단에 스크린(130)을 배치하여 자중에 의한 액상의 성분만 통과할 수 있도록 하고 침출수 저장부(120)와 혐기성 반응부(101)의 액순환은 자연유하를 통한 하강과 순환펌프를 통한 환원이 가능하도록 구성하였다. 구체적으로, 혐기성 반응부(101)의 하단으로부터 침출수 저장부(120)로는 자연유하되고 침출수 저장부(120)에서 순환펌프를 이용하여 반송함으로써 혐기성 반응부(101)의 상단으로 주입하도록 한 것이다.
이렇게 혐기성 반응부(101)의 상측으로부터 침출수가 주입됨으로써 반응조 내 교반의 효과도 기대할 수 있다. 다만, 건식소화의 특성상 원활한 교반을 위하여 음식물류 폐기물을 소정의 크기, 예를 들어 5mm 이하로 균일하게 형성하는 것이 스크린의 폐색 방지 및 교반의 효율 향상을 위하여 바람직하다.
본 발명의 액순환 일체형 시스템 혐기성 소화조에 의하여 특히 함수율과 고형화 정도가 높은 국내의 음식물 쓰레기의 혐기성 소화에 있어서 침출수를 분리하여 저장하고 이를 다시 환원하여 사용하기 때문에 건식과 습식 소화의 장점을 모두 가질 수 있다. 음식물 폐기물의 성상이 유사한 주변국에 수출이 가능하여 국가적 위상 발달에도 기여할 수 있다.
또한, 최적량의 침출수를 혐기성 소화조에 체류시키고 자연유하로 이송하여 침출수 내에 존재하는 방해인자의 부하를 줄일 수 있고, 침출수를 다시 혐기성 반응부에 투입함에 따라 별도의 교반장비 없이도 교반이 가능하므로 소화의 효율이 더욱 향상되는 이점이 있다.
또한, 음식물 폐기물의 단순 퇴비화/사료화 방식보다 경제적이며, 슬러지 중 일부는 상품성이 우수한 사료로서 생산이 가능한 이점이 있으며, 본 발명에 따라 발생된 폐수는 기존의 하수처리장과 연계되어 하수처리 효율 향상이 가능하다.
이상에서, 본 발명은 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세히 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.
100...일체형 반응조 101...혐기성 반응부
110...폐기물 유입부 120...침출수 저장부
130...스크린 131...슬러지 배출밸브
140...유도판 141...침출수 이송밸브
142...이송판부 151...인발관
152...순환펌프 153...배출관
154...순환관 200...바이오가스 저장조
211...가스유동부 212...가스이송관
300...제어부 400...유기산측정부

Claims (5)

  1. 혐기성 소화 기능을 수행하는 혐기성 반응부(101);
    침출수를 저장하며 상기 혐기성 반응부의 하측에 일체로 구성되는 침출수 저장부(120);
    상기 침출수 저장부에 저장된 침출수를 순환펌프 동력을 통하여 혐기성 반응부의 상부로 환원하여 투입하는 순환관(154);
    침출수 저장부로 침출수의 유동을 안내하는 유도판(140); 및
    상기 유도판으로부터 침출수 저장부를 연통하는 연통로에 배치되어 자연유하되는 침출수의 유량을 조절하는 침출수 이송밸브(141);를 포함하는 액순환 일체형 시스템 혐기성 소화조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유도판의 상측에 배치되어 침출수와 슬러지를 고액분리하는 스크린(130);을 포함하는 액순환 일체형 시스템 혐기성 소화조.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 침출수 이송밸브는,
    음식물류 폐기물에 함유된 수분함량을 조절하는 액순환 일체형 시스템 혐기성 소화조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 혐기성 반응부의 유기산 농도를 측정하는 유기산측정부(400); 및
    상기 유기산측정부로부터의 농도검출신호에 따라 침출수 이송밸브 및 순환펌프의 작동을 제어하는 제어부(300);를 더 포함하는 액순환 일체형 시스템 혐기성 소화조.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    유기산 농도가 설정값 이상인 경우 침출수 이송밸브를 개방하여 침출수를 침출수 저장부로 이동시키는 액순환 일체형 시스템 혐기성 소화조.
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