KR101913826B1 - Recovery System of Useful Resources from Biogas Plant and Recovery Method of Useful Resources Using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 바이오 가스 플랜트에서 생산되는 혐기소화액의 암모니아성 질소와 바이오 가스의 메탄 및 이산화탄소를 이용한 유용자원 회수시스템 및 이를 이용한 유용자원 회수방법에 관한 것이다.
상기 유용자원 회수시스템은 (a) 유기성폐기물을 혐기소화하여 바이오 가스와 혐기소화액을 생산하는 바이오 가스 플랜트부; (b) 상기 바이오 가스 플랜트부에서 생산된 바이오 가스를 분리하는 이산화탄소 분리부; (c) 상기 이산화탄소 분리부에서 이산화탄소가 분리되고 남은 바이오 가스를 이용하여 연소하는 열병합발전부; (d) 상기 바이오 가스플랜트에서 생산된 혐기소화액의 침전물과 여액을 분리하는 고액분리부; (e) 상기 고액분리부에 분리된 여액의 암모니아를 탈기하는 암모니아 탈기부; (f) 상기 암모니아 탈기부에서 탈기된 암모니아를 흡수하는 암모니아 흡수부; 및 (g) 상기 암모니아 흡수부에 흡수된 암모니아와 상기 이산화탄소 분리부에서 분리된 이산화탄소를 반응시켜 중탄산암모늄을 제조하는 중탄산암모늄 생산부를 포함하는 유용자원 회수시스템에 있어서, 상기 암모니아 탈기부의 물(H2O)을 암모니아 흡수부로 이동시키는 정삼투 처리공정부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a useful resource recovery system using methane and carbon dioxide of ammonia nitrogen and biogas of an anaerobic digestion liquid produced from a biogas plant, and a useful resource recovery method using the same.
The useful resource recovery system includes: (a) a biogas plant unit for anaerobically digesting organic wastes to produce biogas and an anaerobic digestion liquid; (b) a carbon dioxide separator for separating the biogas produced in the biogas plant part; (c) a cogeneration unit for combusting using the remaining biogas after carbon dioxide is separated from the carbon dioxide separation unit; (d) a solid-liquid separator for separating the sediment and the filtrate of the anaerobic digester produced in the biogas plant; (e) an ammonia deasphalting portion for degassing the ammonia of the filtrate separated in the solid-liquid separator; (f) an ammonia absorber for absorbing ammonia deaerated in the ammonia deaeration part; And (g) a bicarbonate ammonium production unit for producing ammonium bicarbonate by reacting ammonia absorbed in the ammonia absorption unit with carbon dioxide separated in the carbon dioxide separation unit, wherein the water in the ammonia removal unit 2 O) to the ammonia absorbing portion.
Description
본 발명은 바이오 가스 플랜트 유용자원 회수시스템 및 이를 이용한 유용자원 회수방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 바이오 가스 플랜트에서 생산되는 혐기소화액의 암모니아성 질소와 바이오 가스의 메탄 및 이산화탄소를 이용한 유용자원 회수시스템 및 이를 이용한 유용자원 회수방법에 관한 것이다. The present invention relates to a biogas plant useful resource recovery system and a useful resource recovery method using the same, and more particularly, to a biogas plant useful resource recovery system using methane and carbon dioxide of ammonia nitrogen and biogas of an anaerobic digester produced from a biogas plant And a useful resource recovery method using the same.
산업이 고도화되고 인간생활이 윤택해지면서 가축분뇨, 음식물 폐기물, 하수 슬러지 등과 같은 고농도 유기성 폐기물의 처리문제가 심각하게 대두되고 있다. As the industry becomes more sophisticated and human life becomes better, the problem of disposal of high concentration organic wastes like livestock manure, food waste, sewage sludge, etc. is becoming serious.
이러한 고농도 유기성 폐기물의 처리 문제는 정도의 차이는 있으나 주요 선진국들도 직면하고 있는 문제로서, 일찍이 EU, 일본에서는 고농도 유기성 폐기물을 바이오매스 자원으로 활용하는 방안이 연구 및 개발되어 왔다. 특히 근래 기후온난화 및 온실가스의 저감, 화석연료의 대체라는 환경 에너지 정책에 발맞추어 고농도 유기성 폐기물을 혐기 발효시켜 바이오 가스를 생산하는 시설이 널리 보급되고 있다.Although there are differences in the treatment of such high concentration organic wastes, there have been researches and developments on the use of high concentration organic wastes as biomass resources in EU and Japan. In particular, facilities for producing biogas by anaerobically fermenting organic wastes with high concentration in accordance with the environmental energy policy, such as climate warming, reduction of greenhouse gas, and substitution of fossil fuels, are widely spread.
상기 혐기발효에 의한 바이오 가스 생산기술은 이미 유럽, 일본 등지에서는 정착 보급된 기술로서, 고농도 유기성 폐기물(가축분뇨, 음식물 쓰레기, 농업부산물 등)의 처리라는 환경적 기능뿐만 아니라 바이오 가스 등의 대체 에너지 생산 기능 및 발효된 유기성 폐기물의 농지환원을 통한 자연 순환적 기능을 동시에 달성할 수 있는 기술이다.The biogas production technology by the anaerobic fermentation has already been established and popularized in Europe and Japan. It is a technology that not only has an environmental function of treating highly concentrated organic wastes (livestock manure, food waste, agricultural byproducts) It is a technology that can simultaneously achieve the production function and the natural cyclic function of fermented organic wastes through farmland reduction.
그러나, 바이오 가스는 60~70% 메탄, 30~40% 이산화탄소로 이루어져 메탄량이 풍부하기 때문에 발전기 등을 통해서 열에너지로 전환되어 사계절 생산되는 반면에 하절기에는 바이오 가스로 생산된 열에너지의 수요처가 없는 문제점이 있다.However, since biogas is composed of 60-70% methane and 30-40% carbon dioxide, it is converted into thermal energy through generators because it is rich in methane, so it produces four seasons. However, there is no demand for heat energy produced in biogas in the summer have.
또한 바이오 가스를 생산하는 과정에서 추가적인 이산화탄소가 배출되는 것이 아니므로 탄소중립 에너지원으로 분류되기는 하지만, 실질적으로는 바이오 가스에 포함된 30~40%의 이산화탄소는 별도의 처리없이 대기중으로 방출하고 있어 이산화탄소를 다량 방출하고 있는 실정이다.In addition, since it does not emit additional carbon dioxide during the process of producing biogas, it is classified as a carbon-neutral energy source. In reality, 30-40% of the carbon dioxide contained in the biogas is released into the air without any treatment, In a large amount.
한편, 분해되지 않은 유기물과 질소, 인, 칼륨 등의 무기영양원소를 다량 함유하고 있는 혐기 소화액의 적절한 처리 방안은 아직까지 개발되지 못하였다. 혐기소화액을 정화처리하기 위해서는 질소·인 고도처리시설이 추가되어야 하므로 시설비 및 처리비용이 높아져 바이오 가스 플랜트의 경제성에 악영향을 미치므로 처리와 동시에 유용자원을 회수하는 것이 바람직하다. 혐기 소화액을 호기성 상태에서 안정화하여 비료로 활용할 수 있지만, 현재 농업에 활용하기 위한 병원균 등의 생물학적 안정성 및 이를 보증하기 위한 규격과 인증제도가 없는 실정이다.On the other hand, appropriate treatment methods of anaerobic digestive juices containing undissolved organic matter and a large amount of inorganic nutrients such as nitrogen, phosphorus, and potassium have not been developed yet. In order to purify the anaerobic digestion liquid, it is preferable to add a nitrogen / phosphorus altitude treatment facility, so that the facility cost and the treatment cost are increased, which adversely affects the economical efficiency of the biogas plant. Although anaerobic digestion can be stabilized in aerobic condition and used as fertilizer, there is no standard and certification system for biosecurity of pathogens and the like to be used for agriculture at present.
일본공개특허 제2002-273489호는 액상 유기성 폐기물의 탄소분을 회수제거하는 메탄발효 공정에서 발생하는 이산화탄소와 액상 유기성 폐기물의 암모니아 성분과 반응시켜 제약, 고무 배합제, 방화제, 염료 회수, 세척제, 의약, 탄산염류의 회수, 양모 및 직물의 탈지 등에 널리 이용되는 중탄산암모늄(탄산수소 암모늄)을 회수하는 액상 유기성 폐기물의 처리방법을 개시하였다. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-273489 discloses a method of recovering carbon monoxide from liquid organic wastes by reacting carbon dioxide generated in the methane fermentation process for recovering the carbon content of liquid organic wastes with ammonia components of liquid organic wastes to produce pharmaceuticals, rubber compounding agents, A method for treating liquid organic wastes recovering ammonium bicarbonate (ammonium bicarbonate), which is widely used for recovery of carbonates, degreasing of wool and fabrics, is disclosed.
하지만, 상기 처리방법은 혐기소화액 내의 효과적인 NH3 탈기를 위하여 pH 조절을 위한 과다한 약품 및 에어를 필요로 하는 문제점이 있다. However, the above-mentioned treatment method has a problem of requiring excessive chemicals and air for pH adjustment for effective NH 3 degassing in the anaerobic digester.
이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 바이오 가스 플랜트에서 생산되는 혐기소화액의 암모니아성 질소와 바이오 가스의 이산화탄소를 이용하여 유용자원인 중탄산암모늄을 회수시, 암모니아 탈기부와 암모니아 흡수부 사이에 정상투 처리공정부를 위치시킬 경우, 암모니아 탈기부의 물(H2O)을 암모니아 흡수부로 이동시켜, 암모니아 탈기부에서 방출되는 폐액의 양을 감소시킬 뿐만 아니라 별도의 용매를 공급하지 않아 공정이 간단하고, 경비를 절감시킬 수 있고, 바이오 가스인 메탄을 이용하는 열병합발전부에서 발생되는 폐열을 이용하여 암모니아 탈기부의 온도를 상승시킬 경우, pH 조절을 위한 약품의 사용량 및 에어 공급량을 최소화 시킬 수 있다는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventors have made intensive efforts to solve the above problems. As a result, they have found that when recovering ammonium bicarbonate as a useful resource by using ammonia nitrogen of an anaerobic digestion liquid and biogas carbon dioxide produced from a biogas plant, (H 2 O) in the ammonia depleting portion is moved to the ammonia absorbing portion to reduce the amount of the waste liquid discharged from the ammonia depleting portion and not to supply any additional solvent The process can be simplified and the cost can be reduced. When the temperature of the ammonia deaeration section is increased by using the waste heat generated from the cogeneration section using methane, which is a biogas, the amount of the chemicals used for pH adjustment and the amount of air supplied are minimized And the present invention has been completed.
본 발명의 목적은 바이오 가스 플랜트에서 생산되는 혐기소화액의 암모니아성 질소와 바이오 가스의 이산화탄소를 이용하여 유용자원인 중탄산암모늄을 제조시, 암모니아 탈기부에서 방출되는 폐액의 양을 감소시키고, 별도의 용매를 사용하지 않는 바이오 가스 플랜트 유용자원 회수시스템 및 이를 이용한 유용자원 회수방법을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to reduce the amount of waste liquid discharged from the ammonia depletion part when ammonia nitrogen of anaerobic digestion liquid and biogas carbon dioxide produced from a biogas plant are used to produce ammonium bicarbonate, And a useful resource recovery method using the same.
본 발명의 다른 목적은 바이오 가스 플랜트에서 생산되는 혐기소화액과 바이오 가스를 이용하여 암모니아 탈기부의 온도를 자체적으로 상승시켜 유용자원인 중탄산암모늄 생산 시 요구되는 약품 및 에어 사용량을 줄여 경제적이고, 효율적으로 유용자원을 회수할 수 있는 바이오 가스 플랜트 유용자원 회수시스템 및 이를 이용한 유용자원 회수방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to increase the temperature of the ammonia degassing unit by using the anaerobic digester and the biogas produced in the biogas plant, thereby reducing the amount of chemicals and air required for producing ammonium bicarbonate, which is a useful resource, A useful resource recovery system for recovering valuable resources and a useful resource recovery method using the same.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 유기성폐기물을 혐기소화하여 바이오 가스와 혐기소화액을 생산하는 바이오 가스 플랜트부; (b) 상기 바이오 가스 플랜트부에서 생산된 바이오 가스를 분리하는 이산화탄소 분리부; (c) 상기 이산화탄소 분리부에서 이산화탄소가 분리되고 남은 바이오 가스를 이용하여 연소하는 열병합발전부; (d) 상기 바이오 가스플랜트에서 생산된 혐기소화액의 침전물과 여액을 분리하는 고액분리부; (e) 상기 고액분리부에 분리된 여액의 암모니아를 탈기하는 암모니아 탈기부; (f) 상기 암모니아 탈기부에서 탈기된 암모니아를 흡수하는 암모니아 흡수부; 및 (g) 상기 암모니아 흡수부에 흡수된 암모니아와 상기 이산화탄소 분리부에서 분리된 이산화탄소를 반응시켜 중탄산암모늄을 제조하는 중탄산암모늄 생산부를 포함하는 유용자원 회수시스템에 있어서, 상기 암모니아 탈기부의 물(H2O)을 암모니아 흡수부로 이동시키는 정삼투 처리공정부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유용자원 회수시스템을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a biogas plant comprising: (a) a biogas plant unit for anaerobic digesting organic wastes to produce a biogas and an anaerobic digestion liquid; (b) a carbon dioxide separator for separating the biogas produced in the biogas plant part; (c) a cogeneration unit for combusting using the remaining biogas after carbon dioxide is separated from the carbon dioxide separation unit; (d) a solid-liquid separator for separating the sediment and the filtrate of the anaerobic digester produced in the biogas plant; (e) an ammonia deasphalting portion for degassing the ammonia of the filtrate separated in the solid-liquid separator; (f) an ammonia absorber for absorbing ammonia deaerated in the ammonia deaeration part; And (g) a bicarbonate ammonium production unit for producing ammonium bicarbonate by reacting ammonia absorbed in the ammonia absorption unit with carbon dioxide separated in the carbon dioxide separation unit, wherein the water in the ammonia removal unit 2 O) to the ammonia absorbing part. The present invention also provides a useful resource recovery system, comprising:
본 발명은 또한, 바이오 가스 플랜트에서 발생된 바이오 가스와 혐기소화액을 이용한 유용자원 회수방법에 있어서, 암모니아 탈기부의 물(H2O)이 삼투압 차이에 의하여 상대적으로 농도가 높은 암모니아 흡수부로 이동됨으로써, 암모니아 탈기부에서 방출되는 폐액의 양이 감소되는 것을 특징으로 하는 유용자원 회수방법을 제공한다.The present invention also relates to a method for recovering useful resources using biogas and an anaerobic digestion liquid generated from a biogas plant, wherein water (H 2 O) in the ammonia depleting portion is moved to an ammonia absorbing portion having a relatively high concentration by osmotic pressure difference , And the amount of waste liquid discharged from the ammonia degassing portion is reduced.
본 발명은 또한, (a) 유기성폐기물을 혐기소화하여 바이오 가스와 혐기소화액을 생산하는 바이오 가스 플랜트부; (b) 상기 바이오 가스 플랜트부에서 생산된 바이오 가스를 분리하는 이산화탄소 분리부; (c) 상기 이산화탄소 분리부에서 이산화탄소가 분리되고 남은 바이오 가스를 이용하여 연소하는 열병합발전부; (d) 상기 바이오 가스플랜트에서 생산된 혐기소화액의 침전물과 여액을 분리하는 고액분리부; (e) 상기 고액분리부에 분리된 여액의 암모니아를 탈기하는 암모니아 탈기부; (f) 상기 암모니아 탈기부에서 탈기된 암모니아를 흡수하는 암모니아 흡수부; (g) 상기 암모니아 탈기부의 물(H2O)을 암모니아 흡수부로 이동시키는 정삼투 처리공정부; 및 (h) 상기 암모니아 흡수부에 흡수된 암모니아와 상기 이산화탄소 분리부에서 분리된 이산화탄소를 반응시켜 중탄산암모늄을 제조하는 중탄산암모늄 생산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유용자원 회수시스템을 이용한 유용자원 회수방법을 제공한다.(A) a biogas plant part for anaerobically digesting organic wastes to produce a biogas and an anaerobic digestion liquid; (b) a carbon dioxide separator for separating the biogas produced in the biogas plant part; (c) a cogeneration unit for combusting using the remaining biogas after carbon dioxide is separated from the carbon dioxide separation unit; (d) a solid-liquid separator for separating the sediment and the filtrate of the anaerobic digester produced in the biogas plant; (e) an ammonia deasphalting portion for degassing the ammonia of the filtrate separated in the solid-liquid separator; (f) an ammonia absorber for absorbing ammonia deaerated in the ammonia deaeration part; (g) moving the water (H 2 O) of the ammonia deaeration part to the ammonia absorption part; And (h) an ammonium bicarbonate production unit for producing ammonium bicarbonate by reacting ammonia absorbed in the ammonia absorption unit with carbon dioxide separated in the carbon dioxide separation unit. to provide.
본 발명에 있어서, 상기 정삼투 처리공정부는 포어 사이즈 0.3~1.0nm의 정삼투분리막을 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the forward osmosis treatment unit may include a forward osmosis membrane having a pore size of 0.3 to 1.0 nm.
본 발명에 있어서, 상기 정삼투 처리공정부는 상기 암모니아 탈기부의 물(H2O)을 암모니아 흡수부로 이동시켜, 암모니아 탈기부에서 방출되는 폐액의 양을 감소시키는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the forward osmosis treatment unit moves the water (H 2 O) of the ammonia deaeration unit to the ammonia absorption unit, thereby reducing the amount of the waste solution discharged from the ammonia deaeration unit.
본 발명에 있어서, 상기 유용자원 회수방법은 바이오 가스로부터 분리된 메탄을 이용하는 열병합발전부에서 발생되는 열에너지로 암모니아 탈기부의 온도를 상승시킨 후, 암모니아를 탈기시키는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the useful resource recovery method is characterized in that the temperature of the ammonia degassing part is elevated by thermal energy generated in the cogeneration section using methane separated from the biogas, and then the ammonia is degassed.
본 발명에 있어서, 상기 열병합발전부에서 발생된 열에너지를 회수하는 열교환기를 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, a heat exchanger for recovering the heat energy generated in the cogeneration section may be further provided.
본 발명에 있어서, 상기 열교환기에서 회수되는 열에너지는 액상 또는 기상인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the heat energy recovered in the heat exchanger is liquid or vapor phase.
본 발명에 있어서, 상기 열교환기에서 액상으로 열에너지를 회수할 경우 열교환관을 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the heat exchanger further includes a heat exchange pipe for recovering heat energy in a liquid phase.
본 발명에 있어서, 상기 열교환기에서 기상으로 열에너지를 회수할 경우 암모니아 탈기부는 산기관을 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, when the thermal energy is recovered in the heat exchanger in the gas phase, the ammonia deaeration section is further provided with an air diffuser.
본 발명에 있어서, 상기 암모니아 탈기부는 열병합발전부에서 발생된 열에너지를 전달받는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the ammonia-deaerated portion receives heat energy generated in the cogeneration section.
본 발명에 따른 유용자원 회수시스템을 이용할 경우, 정삼투 처리공정부에 의하여 암모니아 탈기부의 물(H2O)이 암모니아 흡수부로 이동됨으로써, 별도의 용매를 암모니아 탈기부로 공급하지 않아도 되며, 암모니아 탈기부에서 방출되는 폐액의 양을 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 아울러, 바이오 가스를 사계절 이용할 수 있으므로 사용 효율을 증대시킬 수 있고, 메탄뿐만 아니라 이산화탄소도 이용함으로써 온실가스를 저감시킬 수 있는 장점이 있다. 또한 폐액의 질소 성분을 유용자원 회수에 이용함으로써, 폐수처리시설을 간소화시킬 수 있고, 중탄산암모늄을 저비용으로 회수할 수 있는 장점이 있어, 바이오 가스 플랜트의 경제성을 향상시킬 수 있다.When the useful resource recovery system according to the present invention is used, the water (H 2 O) of the ammonia deaeration portion is moved to the ammonia absorption portion by the positive osmosis treatment processing portion so that no additional solvent is supplied to the ammonia deaeration portion, It is possible to reduce the amount of waste liquid discharged from the deaeration section. In addition, since biogas can be used all the year, efficiency of use can be increased, and there is an advantage that greenhouse gas can be reduced by using not only methane but also carbon dioxide. In addition, by using the nitrogen component of the waste liquid for recovering useful resources, it is possible to simplify the wastewater treatment facility and to recover the ammonium bicarbonate at low cost, thereby improving the economical efficiency of the biogas plant.
도 1은 본 발명에 따른 정삼투 처리공정부를 포함하는 바이오 가스 플랜트 유용자원 회수시스템의 설명도이다.
도 2는 암모니아 탈기부의 pH에 따른 약품 사용량을 나타낸 그래프이다.
도 3은 암모니아 탈기부의 온도에 따른 공기 공급량을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 바이오 가스 플랜트 유용자원 회수시스템을 구성하는 열병합발전부에서 발생된 열에너지가 암모니아 탈기부로 전달되는 과정을 나타낸 설명도이다.
도 5는 본 발명에 따른 바이오 가스 플랜트 유용자원 회수시스템을 구성하는 열병합발전부에서 발생된 열에너지가 암모니아 탈기부로 전달되는 과정을 나타낸 설명도이다.
도 6은 본 발명에 따른 바이오 가스 플랜트 유용자원 회수시스템을 구성하는 열병합발전부에서 발생된 열에너지를 이용하여 암모니아 탈기부에 열에너지 및 에어를 공급하는 과정을 나타낸 설명도이다.
도 7은 본 발명에 따른 정삼투 처리공정부의 정삼투 공정 설명도이다.1 is an explanatory diagram of a useful resource recovery system for a biogas plant including a quasi-osmosis treatment unit according to the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the amount of drug used according to the pH of the ammonia degassing part. FIG.
3 is a graph showing the amount of air supplied according to the temperature of the ammonia deaeration part.
FIG. 4 is an explanatory view showing a process in which heat energy generated in the cogeneration unit constituting the useful resource recovery system for a biogas plant according to the present invention is transferred to the ammonia deaeration unit.
FIG. 5 is an explanatory view showing a process in which heat energy generated in the cogeneration unit constituting the useful resource recovery system for a biogas plant according to the present invention is transferred to the ammonia deaeration unit.
FIG. 6 is an explanatory view showing a process of supplying thermal energy and air to the ammonia degassing unit using heat energy generated from a cogeneration unit constituting a useful resource recovery system for a biogas plant according to the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram of the normal osmosis process of the forward osmosis treatment process section according to the present invention.
본 발명에서는 바이오 가스 플랜트에서 생산되는 혐기소화액의 암모니아성 질소와 바이오 가스의 이산화탄소를 이용하여 중탄산암모늄을 제조시, 암모니아 탈기부와 암모니아 흡수부 사이에 정상투 처리공정부를 위치시킬 경우, 암모니아 탈기부의 물(H2O)을 암모니아 흡수부로 이동시켜, 암모니아 탈기부에서 방출되는 폐액의 양을 감소시킬 수 있고, 별도의 용매를 공급하지 않아도 된다는 것을 확인하고자 하였다. In the present invention, when the ammonium nitrate of the anaerobic digestion liquid produced in the biogas plant and the carbon dioxide of the biogas are used to produce ammonium bicarbonate, when the normal treatment process unit is positioned between the ammonia depletion unit and the ammonia absorption unit, Of water (H 2 O) to the ammonia absorbing portion, thereby reducing the amount of the waste liquid discharged from the ammonia deaerating portion and not supplying any additional solvent.
본 발명에서는 도 1과 같이 암모니아 탈기부와 암모니아 흡수부 사이에 정상투 처리공정부가 설치된 유용자원 회수시스템을 이용하여, 바이오 가스 플랜트에서 생산되는 혐기소화액의 암모니아성 질소와 바이오 가스의 이산화탄소를 반응시켜 중탄산암모늄을 제조하였다. 그 결과, 정삼투 처리공정부에 의하여 암모니아 탈기부의 물(H2O)이 암모니아 흡수부로 이동됨으로써, 암모니아 탈기부에서 방출되는 폐액의 양이 감소되고, 별도의 용매를 암모니아 탈기부로 공급하지 않아도 된다는 것을 확인할 수 있었다.In the present invention, as shown in FIG. 1, ammonia nitrogen of an anaerobic digestion liquid produced in a biogas plant is reacted with carbon dioxide in a biogas using a useful resource recovery system provided with a normal treatment unit between the ammonia depletion unit and the ammonia absorption unit Ammonium bicarbonate was prepared. As a result, the water (H 2 O) of the ammonia depleting portion is moved to the ammonia absorbing portion by the forward osmosis treatment means, so that the amount of the waste liquid discharged from the ammonia depleting portion is reduced, and a separate solvent is supplied to the ammonia removing portion I can confirm that it is not necessary.
그리고, 본 발명에서는 바이오 가스 플랜트에서 생산되는 혐기소화액의 암모니아성 질소와 바이오 가스의 메탄과 이산화탄소를 이용하여 유용자원인 중탄산암모늄을 회수하는데 있어서, 바이오 가스로부터 분리된 메탄을 이용하는 열병합발전부에서 발생되는 열에너지로 암모니아 탈기부의 온도를 상승시킬 경우, pH 조절을 위한 약품의 사용량 및 에어 공급량을 최소화 시킬 수 있다는 것을 확인하고자 하였다. In the present invention, in recovering ammonium bicarbonate, which is a useful resource, by using ammonia nitrogen of an anaerobic digestion liquid produced from a biogas plant and methane and carbon dioxide of biogas, it is generated in a cogeneration unit using methane separated from biogas The amount of the chemical used for pH adjustment and the amount of air supplied can be minimized when the temperature of the ammonia deaeration portion is increased by the thermal energy.
본 발명에서는 도 1과 같이 바이오 가스 플랜트에서 생산되는 바이오 가스는 이산화탄소 분리부에서 이산화탄소만을 선택적으로 분리하여 중탄산암모늄 생산부에 공급하고, 나머지 바이오 가스는 열병합발전부로 이송시키고, 열병합발전부에서는 전력을 생산하는데 발생되는 폐열을 회수하여 암모니아 탈기부에 전달하여 암모니아 탈기부의 온도를 상승시켰다. In the present invention, as shown in FIG. 1, the biogas produced in the biogas plant selectively separates only carbon dioxide from the carbon dioxide separation unit, supplies the biogas to the ammonium bicarbonate production unit, transfers the remaining biogas to the cogeneration unit, And transferred to the ammonia deaeration section to raise the temperature of the ammonia deaeration section.
또한, 바이오 가스 플랜트에서 생산되는 혐기소화액은 고액분리부를 통해 고상과 액상으로 분리하여 액상을 암모니아 탈기부로 이송시키고, 암모니아 탈기부에서는 이송된 액상의 혐기소화액에 에어 공급을 통해 폭기시켜 액상에 존재하는 암모니아를 탈기시켰다. 그런 후, 탈기된 암모니아 가스를 암모니아 흡수부로 이송시키고, 암모니아 흡수부에서는 이송된 암모니아 가스를 물에 흡수시켜 암모니아수를 생산하고, 이를 중탄산암모늄 생산부로 이송시키고, 중탄산암모늄 생산부에서는 이송된 암모니아수를 이산화탄소 분리부에서 분리된 이산화탄소와 반응시켜 중탄산암모늄을 회수토록 하였다.The anaerobic digestion liquid produced in the biogas plant is separated into a solid phase and a liquid phase through a solid-liquid separation unit, and the liquid phase is transferred to the ammonia degassing unit. In the ammonia degassing unit, a liquid anaerobic digestion liquid is aerated Ammonia was degassed. Thereafter, the degassed ammonia gas is transferred to the ammonia absorbing part, the ammonia gas absorbed by the ammonia absorbing part is absorbed in water to produce ammonia water, and the ammonia water is transferred to the ammonium bicarbonate producing part. In the ammonium bicarbonate producing part, And the ammonium bicarbonate was recovered by reacting with carbon dioxide separated from the fraction.
그 결과, 암모니아 탈기부의 온도가 증가함에 따라 액상의 혐기소화액 내의 효과적인 암모니아 탈기를 위한 pH 조절약품 사용량 및 에어 공급량을 최소화시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.As a result, it was confirmed that as the temperature of the ammonia degassing part increases, the amount of the pH adjusting agent and the amount of air supplied for the effective ammonia degassing in the liquid anaerobic digestion liquid can be minimized.
즉, 하기 표 1에 나타난 바와 같이, 통상적인 암모니아 탈기부의 조건인 20℃, pH 9.5인 경우, 탈기 효율이 55.50%이지만, pH를 높인 20℃, pH 10.5인 경우에는 92.58%이고, 온도를 높인 75℃, pH 9.5인 경우에는 97.36%이라는 것을 확인할 수 있었다. That is, as shown in the following Table 1, the degassing efficiency was 55.50% at 20 ° C, pH 9.5, which is the condition of the normal ammonia degassing portion, but 92.58% at 20 ° C, pH 10.5, It was confirmed that it was 97.36% at 75 DEG C, which was increased to pH 9.5.
도 2에 나타난 바와 같이, 암모니아 탈기부의 pH를 9.5까지 증가시키기 위해서는 소화액 1톤당 1.2kg NaOH가 소비되지만, pH를 10.5까지 증가시키기 위해서는 소화액 1톤당 11.3 kg NaOH가 소비된다. 그러므로 암모니아 탈기부의 온도를 상승시키면 암모니아 탈기에 필요한 pH 조절약품 사용량을 최소화 할 수 있다. As shown in FIG. 2, 1.2 kg NaOH is consumed per 1 ton of digestive juice to increase the pH of the ammonia degassing portion to 9.5, but 11.3 kg NaOH is consumed per 1 ton of digestive juice to increase the pH to 10.5. Therefore, increasing the temperature of the ammonia depletion zone can minimize the amount of pH control chemicals required for ammonia degassing.
또한, 도 3에 나타난 바와 같이, 통상적인 암모니아 탈기부의 조건인 20℃에서는 2,393.76 air(ℓ)/water(ℓ)의 공기 공급이 필요하지만, 온도를 70℃로 높일 경우 261.82 air(ℓ)/water(ℓ)의 공기만 공급해도 탈기가 잘 이루어진다는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 암모니아 탈기부의 온도를 상승시키면 암모니아 탈기에 필요한 에어 공급량을 최소화 할 수 있다. As shown in FIG. 3, the air supply of 2,393.76 air (l) / water (l) is required at 20 ° C, which is the condition of the conventional ammonia deaeration section. However, when the temperature is increased to 70 ° C, 261.82 air It was confirmed that even if water (ℓ) of air was supplied, degassing was performed well. That is, if the temperature of the ammonia deaeration portion is raised, the air supply amount necessary for ammonia degassing can be minimized.
따라서, 본 발명은 일 관점에서, (a) 유기성폐기물을 혐기소화하여 바이오 가스와 혐기소화액을 생산하는 바이오 가스 플랜트부; (b) 상기 바이오 가스 플랜트부에서 생산된 바이오 가스를 분리하는 이산화탄소 분리부; (c) 상기 이산화탄소 분리부에서 이산화탄소가 분리되고 남은 바이오 가스를 이용하여 연소하는 열병합발전부; (d) 상기 바이오 가스플랜트에서 생산된 혐기소화액의 침전물과 여액을 분리하는 고액분리부; (e) 상기 고액분리부에 분리된 여액의 암모니아를 탈기하는 암모니아 탈기부; (f) 상기 암모니아 탈기부에서 탈기된 암모니아를 흡수하는 암모니아 흡수부; 및 (g) 상기 암모니아 흡수부에 흡수된 암모니아와 상기 이산화탄소 분리부에서 분리된 이산화탄소를 반응시켜 중탄산암모늄을 제조하는 중탄산암모늄 생산부를 포함하는 유용자원 회수시스템에 있어서, 상기 암모니아 탈기부의 물(H2O)을 암모니아 흡수부로 이동시키는 정삼투 처리공정부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유용자원 회수시스템에 관한 것이다.Accordingly, the present invention provides, in one aspect, (a) a biogas plant unit for anaerobic digesting organic wastes to produce biogas and an anaerobic digestion liquid; (b) a carbon dioxide separator for separating the biogas produced in the biogas plant part; (c) a cogeneration unit for combusting using the remaining biogas after carbon dioxide is separated from the carbon dioxide separation unit; (d) a solid-liquid separator for separating the sediment and the filtrate of the anaerobic digester produced in the biogas plant; (e) an ammonia deasphalting portion for degassing the ammonia of the filtrate separated in the solid-liquid separator; (f) an ammonia absorber for absorbing ammonia deaerated in the ammonia deaeration part; And (g) a bicarbonate ammonium production unit for producing ammonium bicarbonate by reacting ammonia absorbed in the ammonia absorption unit with carbon dioxide separated in the carbon dioxide separation unit, wherein the water in the ammonia removal unit 2 O) to the ammonia absorbing portion. The present invention also relates to a useful resource recovery system.
본 발명에 따른 유용자원 회수시스템은 바이오 가스 플랜트부, 이산화탄소 분리부, 열병합발전부, 고액분리부, 암모니아 탈기부, 암모니아 흡수부, 정삼투 처리공정부 및 중탄산암모늄 생산부를 포함할 수 있다.The useful resource recovery system according to the present invention may include a biogas plant unit, a carbon dioxide separation unit, a cogeneration unit, a solid-liquid separation unit, an ammonia deaeration unit, an ammonia absorption unit, a positive osmosis treatment unit and an ammonium bicarbonate production unit.
상기 바이오 가스 플랜트부는 가축분뇨, 음식물류 폐기물, 하수 슬러지 등과 같은 고농도 유기성 폐기물을 혐기소화 시키기 위한 것으로서, 산 생성 미생물과 메탄생성 미생물의 반응기작을 통해 유기성 폐기물을 처리하여, 바이오 가스와 혐기소화액을 생산한다. The biogas plant part is for anaerobic digesting high-concentration organic wastes such as livestock manure, food waste, sewage sludge, etc., and processes organic wastes through a reaction mechanism between an acid-producing microorganism and a methanogenic microorganism to produce a biogas and an anaerobic digester do.
바이오 가스 플랜트부에서 발생한 바이오 가스는 이송관을 통해 이산화탄소 분리부로 이송되고, 혐기소화액은 소화액 이송배관을 통하여 고액분리부로 이송된다.The biogas generated in the biogas plant part is transferred to the carbon dioxide separation part through the transfer pipe, and the anaerobic digestion liquid is transferred to the solid-liquid separation part through the digestive liquid transfer pipe.
상기 이산화탄소 분리부는 바이오 가스 플랜트부에서 생산된 바이오 가스를 이산화탄소 및 메탄으로 분리하기 위한 것으로서, 일반적으로 이용되는 흡수방식, 흡착방식 등이 적용될 수 있다. 상기 흡수방식은 모노에탄올아민 수용액과 같은 흡수제가 담긴 흡수기에 연소배가스를 공급하여 이산화탄소 흡수반응을 통해 흡수제에 이산화탄소를 흡수시켜 메탄을 농축하는 방식이고, 상기 흡착방식은 흡착제가 충진된 흡착탑에 바이오 가스를 투입시키고 압력 스윙 흡착법에 의해 이산화탄소를 분리하여 메탄을 농축하는 방식이며, 바람직하게는 중공사막결합체가 내장된 기체분리막 유니트에 바이오 가스를 통과시켜 이산화탄소와 메탄을 분리하는 방식 등을 예시할 수 있다.The carbon dioxide separation unit separates the biogas produced in the biogas plant part into carbon dioxide and methane, and a commonly used absorption system, an absorption system, or the like can be applied. The absorption method is a method in which a combustion gas is supplied to an absorber containing an absorbent such as a monoethanolamine aqueous solution to absorb carbon dioxide into the absorbent through a carbon dioxide absorption reaction, thereby concentrating methane. The adsorption method is a method in which an adsorption tower is filled with a biogas And the carbon dioxide is separated by the pressure swing adsorption method to concentrate methane. Preferably, a method of separating carbon dioxide and methane by passing a biogas through a gas separation membrane unit having a hollow fiber membrane integrated body can be exemplified .
상기 열병합발전부는 이산화탄소 분리부에서 이산화탄소를 선택적으로 분리하고 남은 바이오 가스를 연소시켜 전력을 생산하기 위한 것으로서, 메탄을 원료로 하여 물을 끓이고, 끓은 물을 이용해 증기 터빈을 돌려 전력을 생산하고, 이때 발생된 폐열을 열에너지로 전환하여 상기 암모니아 탈기부로 전달하는 것을 특징으로 한다. The cogeneration unit is for separating carbon dioxide from the carbon dioxide separator and burning the remaining biogas to produce electric power. The water heater boils water using methane as a raw material and turns the steam turbine using boiling water to produce electric power. And converting the generated waste heat into heat energy and transferring the waste heat to the ammonia deaeration unit.
상기 고액분리부는 바이오 가스플랜트에서 생산된 혐기소화액의 침전물과 여액을 분리하기 위한 것으로, 통상적으로 이용되는 드럼 스크린, 시브 스크린과 같은 스크린 분리, 특수 스폰지 흡입분리 및 망을 이용한 원심필터법, 진동식 고액분리, 약품주입 후 전액 탈수, 약품주입 후 부상, 침전 분리후 탈수하는 방식 등을 제한없이 이용할 수 있다. 고액분리부에서 분리된 여액은 상기 암모니아 탈기부로 이송된다.The solid-liquid separator is used for separating sediment and filtrate of the anaerobic digestive juice produced in the biogas plant. The solid-liquid separator is generally used for screen separation such as a drum screen and a sheave screen, a special sponge suction separation and centrifugal filter method using a net, Separation, full dewatering after drug injection, floating after drug injection, and dewatering after separation and precipitation can be used without limitation. The filtrate separated in the solid-liquid separation unit is transferred to the ammonia deaeration unit.
상기 암모니아 탈기부는 상기 고액분리부에 분리된 여액의 암모니아를 탈기시키기 위한 것으로서, 효율적인 탈기를 위해서는 높은 pH 및 충분한 공기 공급이 필요하다. 하지만 pH를 높이기 위해서는 pH 조절을 위한 약품의 사용량을 증가시켜야하고, 충분한 공기를 공급하기 위해서는 전력소비가 증가되어야 하므로 경제적으로 바람직하지 않다. The ammonia-deaerated portion is for degassing the ammonia of the filtrate separated in the solid-liquid separating portion, and therefore, a high pH and sufficient air supply are required for efficient degassing. However, in order to raise the pH, the amount of the drug for adjusting the pH must be increased and the power consumption must be increased to supply sufficient air, which is economically undesirable.
하지만, 본 발명에 따른 상기 암모니아 탈기부는 상기 열병합발전부에서 생성된 열에너지를 이용하여 온도를 상승시키는 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 열병합발전부에서 생성된 열에너지는 열교환기를 통해 상기 암모니아 탈기부에 열에너지를 전달한다.However, the ammonia deaeration unit according to the present invention is characterized in that the temperature is raised by using heat energy generated in the cogeneration unit. That is, the heat energy generated in the cogeneration section transfers heat energy to the ammonia depletion section through a heat exchanger.
상기 열교환 방식은 열병합발전부에서 생산되는 열에너지를 회수하여 암모니아 탈기부에 전달할 수 있는 방식이면 제한없이 적용할 수 있으나, 도 4에 도시된 바와 같이, 액상으로 회수하는 방법의 일실시예로, 상기 고액분리부에서 분리된 여액이 상기 열교환기를 직접 거치면서 상기 열교환기로부터 열에너지를 전달받아 여액의 온도가 충분히 상승된 후에 상기 암모니아 탈기부로 공급되는 방식일 수 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이, 액상으로 회수하는 방법의 일실시예로, 상기 암모니아 탈기부에 코일 형태의 열교환관을 추가로 구비하여 회수된 열에너지를 함유한 고온의 액상이 코일의 온도를 상승시키고 온도가 상승된 코일이 암모니아 탈기부의 온도를 상승시키는 방식일 수 있으며, 도 6에 도시된 바와 같이, 기상으로 회수하는 방법의 일실시예로, 상기 암모니아 탈기부에 산기관을 추가로 구비하여 온도가 상승된 에어가 폭기와 동시에 암모니아 탈기부의 온도를 상승시키는 방식일 수 있다. 상기 암모니아 탈기부의 온도가 30~80℃인 것이, pH 조절을 위한 약품사용량을 감소시키고, 탈기 효율 및 에어공급량을 최소화시킬 수 있으므로 바람직하다.As shown in FIG. 4, the method of recovering heat energy generated by the cogeneration unit and transferring it to the ammonia deaeration unit may be applied without limitation. However, as shown in FIG. 4, The filtrate separated in the solid-liquid separator may be directly fed to the heat exchanger, and the thermal energy may be received from the heat exchanger. After the temperature of the filtrate is sufficiently raised, the ammonia may be supplied to the ammonia deaerator. In an embodiment of the present invention, the ammonia degassing unit may further include a coil-type heat exchange tube, wherein the high-temperature liquid phase containing the recovered heat energy raises the temperature of the coil, And the temperature of the base may be raised. As shown in Fig. 6, For example, it may be a way that by further comprising a diffuser in the ammonia degassing the air temperature rises to raise the temperature of the ammonia degassing at the same time as aeration. It is preferable that the temperature of the ammonia-deaerated part is 30 to 80 DEG C because it can reduce the amount of chemicals used for pH adjustment and minimize the degassing efficiency and air supply amount.
상기 암모니아 흡수부는 암모니아 탈기부에서 탈기된 암모니아 가스를 용매에 흡수시켜 암모니아수를 생산하기 위한 것으로서, 용매로는 물을 사용하는 것이 바람직하며, 암모니아 가스와 용매인 물을 서로 접촉시켜 암모니아 가스를 용매에 용해시킬 수 있도록 구성된 장치라면 제한없이 사용 가능하지만, 고농도의 암모니아수를 생성하기 위해서는 용매(물)가 순환되는 방식의 순환식 흡수탑을 적용하는 것이 바람직하며, 물질흐름 특성을 고려하여 용매인 물은 흡수탑의 상부에서 하부방향으로, 용질인 암모니아 가스는 하부에서 상부방향으로 물질이 흐르도록 구성시킨 것이 바람직하다.The ammonia absorbing part is for producing ammonia water by absorbing ammonia gas deaerated at the ammonia deaerating part into a solvent. Preferably, water is used as the solvent, and ammonia gas and water as a solvent are brought into contact with each other, It is preferable to use a circulating absorption tower in which a solvent (water) is circulated in order to produce a high concentration of ammonia water. In consideration of the material flow characteristics, water, which is a solvent, It is preferable that the ammonia gas, which is a solute, flows from the lower part to the upper part of the absorption tower.
도 7과 같이, 상기 정삼투 처리공정부는 상기 암모니아 탈기부 및 암모니아 흡수부 사이에 위치할 수 있으며, 이로 인하여 암모니아 탈기부의 물(H2O)이 삼투압 차이에 의하여 비교적 농도가 높은 암모니아 흡수부로 이동된다. 상기 정삼투 처리공정부는 통상적으로 사용되고 있는 것과 같이, 중간에 정삼투분리막이 설치되어 있으며, 상기 정삼투분리막의 포어 사이즈(pore size)는 물(H2O)분자만을 통과시킬 수 있도록 1.0nm 이하, 바람직하게는 0.3~1.0nm인 것을 이용할 수 있다.As shown in FIG. 7, the quasi-osmosis treatment unit may be located between the ammonia-depleted portion and the ammonia-absorbing portion, whereby the water (H 2 O) of the ammonia-depleted portion is absorbed by the ammonia absorbing portion . The pore size of the positive osmosis membrane is set to 1.0 nm or less so as to allow only water (H 2 O) molecules to pass therethrough, as in the conventional osmosis treatment process section, , Preferably 0.3 to 1.0 nm, can be used.
상기 정삼투 처리공정부는 반투막을 경계로 서로 다른 농도의 용액이 분리되어 있을 때, 상대적으로 저농도 용액에서 농도평형을 맞추기 위해 고농도 용액으로 물이 이동하는 물리적 현상을 이용한다.The forward osmosis treatment unit uses a physical phenomenon in which water moves to a high concentration solution to balance the concentration in a relatively low concentration solution when solutions having different concentrations are separated from each other with the boundary of the semipermeable membrane.
일반적으로 암모니아 탈기부에서 암모니아가 탈기된 혐기소화액은 비교적 저농도이고, 암모니아 탈기부에서 탈기된 암모니아를 흡수한 암모니아 흡수부는 비교적 고농도로 운전된다. 따라서, 암모니아 탈기부와 암모니아 흡수부 사이에 정삼투 처리공정부를 위치시키면, 암모니아 탈기부의 물분자(H2O)만이 암모니아 흡수부로 이동하게 된다. 암모니아 흡수부에서는 암모니아 흡수를 위해 용매로 물을 사용하기 때문에 지속적으로 순수한 물을 투입해줘야 하지만, 정삼투 공정을 적용하게 되면 암모니아 탈기부로부터 물분자만이 이동해서 넘어 오기 때문에 물을 보충할 필요가 없으며, 이동해 온 물은 초순수 상태로 다시 암모니아를 흡수하여 지속적으로 고농도를 유지하게 되므로 유도용액을 재생할 필요가 없게 된다. In general, the anaerobic digestion liquid in which ammonia has been deaerated from the ammonia depletion zone is relatively low in concentration, and the ammonia absorption unit that has absorbed the deaerated ammonia in the ammonia depletion zone is operated at a relatively high concentration. Therefore, when the hydroentangling treatment section is positioned between the ammonia depleting section and the ammonia absorbing section, only water molecules (H 2 O) in the ammonia depleting section migrate to the ammonia absorbing section. In the ammonia absorption part, since water is used as a solvent for the absorption of ammonia, it is necessary to continuously supply pure water. However, when the forward osmosis process is applied, only the water molecule moves from the ammonia depletion part, And the transferred water absorbs ammonia again in the state of ultrapure water and maintains the high concentration continuously, so that it is not necessary to regenerate the inducing solution.
또한, 암모니아 탈기부에서 암모니아가 탈기된 후 남은 혐기소화액은 적절한 공정을 통해 처리 후 방류해야 하는데, 물분자가 이동하였으므로 처리해야 할 혐기소화액의 총량은 줄어들게 된다.Also, the remaining anaerobic digestion liquid after ammonia is deaerated at the ammonia degassing unit should be discharged after proper treatment. Since the water molecules have moved, the total amount of anaerobic digestion liquid to be treated is reduced.
상기 중탄산암모늄 생산부는 상기 암모니아 흡수부에서 생산된 암모니아수와 상기 이산화탄소 분리부에서 분리된 이산화탄소를 반응시켜 중탄산암모늄을 회수하기 위한 것으로서, 중탄산암모늄은 암모니아, 이산화탄소, 물의 평형반응에 의해 생성되며, 주성분인 암모늄이온, 탄산이온 및 중탄산 이온이 온도조건에 따라 아래의 반응에 의해 중탄산암모늄 고체염으로 생성된다. The ammonium bicarbonate production unit is for recovering ammonium bicarbonate by reacting the ammonia water produced in the ammonia absorption unit with the carbon dioxide separated from the carbon dioxide separation unit. The ammonium bicarbonate is generated by an equilibrium reaction between ammonia, carbon dioxide and water, Ammonium ion, carbonate ion and bicarbonate ion are produced as ammonium bicarbonate solid salt according to the temperature reaction according to the following reaction.
NH3(aq) + H2O ↔ NH4 + + OH- NH 3 (aq) + H 2 O ↔ NH 4 + + OH -
CO2(aq) + H2O ↔ HCO3 - + H+ CO 2 (aq) + H 2 O ↔ HCO 3 - + H +
HCO3 - ↔ CO3 2- + H+ HCO 3 - ↔ CO 3 2- + H +
NH3(aq) + HCO3 - ↔ NH2COO- + H2ONH 3 (aq) + HCO 3 - ↔ NH 2 COO - + H 2 O
NH4 + + HCO3 - ↔ NH4HCO3(S)NH 4 + + HCO 3 - ↔ NH 4 HCO 3 (S)
2NH4 + + CO3 2- + H2O ↔ (NH4)2CO3·H2O(S)2NH 4 + + CO 3 2- + H 2 O ↔ (NH 4 ) 2 CO 3 .H 2 O (S)
NH4 + + NH2COO- ↔ NH2COONH4(S)NH 4 + + NH 2 COO - ↔ NH 2 COONH 4 (S)
4NH4 + + CO3 2- + HCO3 - ↔ (NH4)2CO3·2NH4HCO3(S)4NH 4 + + CO 3 2- + HCO 3 - ↔ (NH 4 ) 2 CO 3揃 2NH 4 HCO 3 (S)
본 발명은 다른 관점에서, 바이오 가스 플랜트에서 발생된 바이오 가스와 혐기소화액을 이용한 유용자원 회수방법에 있어서, 암모니아 탈기부의 물(H2O)이 삼투압 차이에 의하여 상대적으로 농도가 높은 암모니아 흡수부로 이동됨으로써, 암모니아 탈기부에서 방출되는 폐액의 양이 감소되는 것을 특징으로 하는 유용자원 회수방법에 관한 것이다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method for recovering useful resources using biogas and an anaerobic digestion liquid generated from a biogas plant, wherein water (H 2 O) in the ammonia depletion part is converted into ammonia And the amount of the waste liquid discharged from the ammonia degassing portion is reduced.
즉, 더욱 상세하게는 상기 유용자원인 중탄산암모늄은 앞서 설명한 (a) 유기성폐기물을 혐기소화하여 바이오 가스와 혐기소화액을 생산하는 바이오 가스 플랜트부; (b) 상기 바이오 가스 플랜트부에서 생산된 바이오 가스를 분리하는 이산화탄소 분리부; (c) 상기 이산화탄소 분리부에서 이산화탄소가 분리되고 남은 바이오 가스를 이용하여 연소하는 열병합발전부; (d) 상기 바이오 가스플랜트에서 생산된 혐기소화액의 침전물과 여액을 분리하는 고액분리부; (e) 상기 고액분리부에 분리된 여액의 암모니아를 탈기하는 암모니아 탈기부; (f) 상기 암모니아 탈기부에서 탈기된 암모니아를 흡수하는 암모니아 흡수부; (g) 상기 암모니아 탈기부의 물(H2O)을 암모니아 흡수부로 이동시키는 정삼투 처리공정부; 및 (h) 상기 암모니아 흡수부에 흡수된 암모니아와 상기 이산화탄소 분리부에서 분리된 이산화탄소를 반응시켜 중탄산암모늄을 제조하는 중탄산암모늄 생산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유용자원 회수시스템을 이용하여 제조할 수 있다.That is, more particularly, the ammonium bicarbonate as the useful resource includes a biogas plant unit (a) for anaerobically digesting the organic waste to produce a biogas and an anaerobic digestion liquid; (b) a carbon dioxide separator for separating the biogas produced in the biogas plant part; (c) a cogeneration unit for combusting using the remaining biogas after carbon dioxide is separated from the carbon dioxide separation unit; (d) a solid-liquid separator for separating the sediment and the filtrate of the anaerobic digester produced in the biogas plant; (e) an ammonia deasphalting portion for degassing the ammonia of the filtrate separated in the solid-liquid separator; (f) an ammonia absorber for absorbing ammonia deaerated in the ammonia deaeration part; (g) moving the water (H 2 O) of the ammonia deaeration part to the ammonia absorption part; And (h) an ammonium bicarbonate production unit for producing ammonium bicarbonate by reacting ammonia absorbed in the ammonia absorption unit with carbon dioxide separated from the carbon dioxide separation unit. .
상기 유용자원 회수방법은 정삼투 처리공정부에서 암모니아 탈기부의 물(H2O)을 암모니아 흡수부로 이동시킴으로써, 암모니아 탈기부에서 방출되는 폐액의 양을 감소시키는 것을 특징으로 한다.The beneficial resource recovery method is characterized in that the amount of the waste liquid discharged from the ammonia depleting portion is reduced by moving water (H 2 O) from the ammonia desorption portion to the ammonia absorption portion in the forward osmosis treatment facility.
또한, 상기 유용자원 회수방법은 열병합발전부에서 생성된 열에너지를 이용하여 암모니아 탈기부의 온도를 상승시킴으로써, 암모니아 탈기부에서의 pH 조절을 위한 약품의 사용량 및 에어 공급량을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.In addition, the useful resource recovery method has an advantage of minimizing the amount of chemicals used and the amount of air supplied for adjusting the pH in the ammonia degassing part by raising the temperature of the ammonia deaeration part using the heat energy generated in the cogeneration section .
이때, 상기 열병합발전부에서 발생된 열에너지는 액상 또는 기상으로 열교환기에서 회수되며, 열교환기에서 액상으로 열에너지가 회수되는 경우, 고액분리부에서 분리된 여액이 직접 열교환기를 통과하면서 여액의 온도가 상승된 후, 암모니아 탈기부로 이송되어 암모니아 탈기부의 온도를 상승시키거나 열교환기에 연결된 열교환관을 통하여 액상 열에너지를 암모니아 탈기부에 전달하여 암모니아 탈기부의 온도를 상승시키는 것을 특징으로 한다.At this time, the heat energy generated in the cogeneration section is recovered in a heat exchanger in a liquid phase or in a gas phase, and when heat energy is recovered as a liquid phase in a heat exchanger, the filtrate separated in the solid-liquid separation section passes directly through the heat exchanger, The temperature of the ammonia deaeration section is increased by raising the temperature of the ammonia deaeration section by being transferred to the ammonia deaeration section or by transferring the liquid thermal energy to the ammonia deaeration section through the heat exchange tube connected to the heat exchanger.
본 발명에 있어서, 상기 암모니아 탈기부의 온도는 30~80℃가 되도록 조절하는 것이 바람직하다. 상기 탈기부의 온도가 30℃ 미만인 경우 암모니아 탈기가 원활하게 이루어지지 않아, pH를 높이기 위한 많은 약품을 사용하여야 하고, 80℃를 초과할 경우 상기 탈기부의 온도를 상승시키는데 요구되는 열에너지 소비량에 비해 탈기효율의 상승효과는 미비하다는 문제가 있다. In the present invention, it is preferable that the temperature of the ammonia-removing portion is controlled to be 30 to 80 ° C. If the temperature of the degassing part is lower than 30 ° C, ammonia gas is not smoothly removed, and a large amount of chemicals for increasing pH should be used. If the temperature is higher than 80 ° C, the amount of heat energy required to raise the temperature of the degassing part There is a problem that the synergistic effect of the degassing efficiency is insufficient.
상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It is understandable. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the following claims.
Claims (14)
(a) a biogas plant part for anaerobic digesting organic wastes to produce biogas and anaerobic digester; (b) a carbon dioxide separator for separating the biogas produced in the biogas plant part; (c) a cogeneration unit for combusting using the remaining biogas after carbon dioxide is separated from the carbon dioxide separation unit; (d) a solid-liquid separator for separating the sediment and the filtrate of the anaerobic digester produced in the biogas plant; (e) an ammonia deasphalting portion for degassing the ammonia of the filtrate separated in the solid-liquid separator; (f) an ammonia absorber for absorbing ammonia deaerated in the ammonia deaeration part; And (g) a bicarbonate ammonium production unit for producing ammonium bicarbonate by reacting ammonia absorbed in the ammonia absorption unit with carbon dioxide separated in the carbon dioxide separation unit, wherein the water in the ammonia removal unit 2 O) to the ammonia absorbing portion. ≪ Desc / Clms Page number 24 >
The useful resource recovery system according to claim 1, wherein the forward osmosis treatment unit includes a positive osmosis membrane having a pore size of 0.3 to 1.0 nm.
The useful resource recovery system according to claim 1, further comprising a heat exchanger for recovering heat energy generated in the cogeneration unit.
The useful resource recovery system according to claim 3, wherein the heat energy recovered in the heat exchanger is liquid or vapor.
The useful resource recovery system according to claim 4, further comprising a heat exchanger tube for recovering heat energy in the liquid phase in the heat exchanger.
5. The useful resource recovery system according to claim 4, wherein when the heat energy is recovered from the heat exchanger in the gas phase, the ammonia degassing unit further comprises an acid gas.
The useful resource recovery system according to claim 1, wherein the ammonia deaeration unit receives heat energy generated from the cogeneration unit.
(b) 상기 바이오 가스 플랜트부로부터 생산된 바이오 가스를 이산화탄소 분리부에서 분리하는 단계;
(c) 상기 이산화탄소 분리부에서 이산화탄소가 분리되고 남은 바이오 가스를 이용하여 열병합발전부에서 연소시키는 단계;
(d) 상기 바이오 가스플랜트에서 생산된 혐기소화액의 침전물과 여액을 고액분리부에서 분리하는 단계;
(e) 상기 고액분리부에 분리된 여액의 암모니아를 암모니아 탈기부에서 탈기하는 단계 ;
(f) 상기 암모니아 탈기부에서 탈기된 암모니아를 암모니아 흡수부에서 흡수하는 단계;
(g) 정삼투 처리공정부에서 상기 암모니아 탈기부의 물(H2O)을 암모니아 흡수부로 이동시키는 단계; 및
(h) 상기 암모니아 흡수부에 흡수된 암모니아와 상기 이산화탄소 분리부에서 분리된 이산화탄소를 중탄산암모늄 생산부에서 반응시켜 중탄산암모늄을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유용자원 회수시스템을 이용한 유용자원 회수방법.
(a) anaerobic digestion of organic waste in a biogas plant part to produce biogas and anaerobic digester;
(b) separating the biogas produced from the biogas plant part by a carbon dioxide separator;
(c) burning in the cogeneration section using the remaining biogas after carbon dioxide is separated from the carbon dioxide separation section;
(d) separating the sediment and the filtrate of the anaerobic digestive juice produced in the biogas plant at the solid-liquid separator;
(e) degassing ammonia of the filtrate separated in the solid-liquid separator in the ammonia deaerator;
(f) absorbing ammonia, which has been deaerated in the ammonia depleting portion, in an ammonia absorbing portion;
(g) moving the water (H 2 O) of the ammonia deasphalting portion to the ammonia absorbing portion in the forward osmosis treatment facility; And
and (h) producing ammonium bicarbonate by reacting ammonia absorbed in the ammonia absorbing portion and carbon dioxide separated in the carbon dioxide separating portion in an ammonium bicarbonate producing section. .
10. The method according to claim 9, wherein the positive osmosis treatment process unit moves the water (H 2 O) of the ammonia deaeration part to the ammonia absorption part to reduce the amount of the waste solution discharged from the ammonia deaeration part .
The useful resource recovery method according to claim 9, wherein the ammonia is degassed after raising the temperature of the ammonia degassing part by the thermal energy generated in the cogeneration section using methane separated from the biogas.
12. The method according to claim 11, wherein the heat energy generated in the cogeneration section is recovered in a heat exchanger in a liquid or gas phase.
The method according to claim 12, wherein when the heat energy is recovered in the liquid phase in the heat exchanger, the filtrate separated in the solid-liquid separator is directly passed through the heat exchanger and the temperature of the filtrate is raised, then transferred to the ammonia degassing part, And transferring the liquid thermal energy to the ammonia degassing unit through a heat exchanger connected to the heat exchanger to increase the temperature of the ammonia degassing unit.
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| JP2012125701A (en) | 2010-12-15 | 2012-07-05 | Mitsubishi Kakoki Kaisha Ltd | Ammonia removing device, and apparatus and method for treating organic waste using the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| KR20180079783A (en) | 2018-07-11 |
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