KR102023639B1 - 고농도 유기성 폐기물 처리를 위한 고율 건식 혐기성 소화 장치 - Google Patents

고농도 유기성 폐기물 처리를 위한 고율 건식 혐기성 소화 장치 Download PDF

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Abstract

고농도 고형물을 함유한 유기성 폐기물을 처리하는 수평형 혐기성 소화장치가 개시된다. 본 고농도 유기성 폐기물 처리를 위한 고율 건식 혐기성 소화 장치는 상부가 소정의 곡률을 갖도록 마련되는 상단부와 상기 상단부에 연결된 하단부로 구성되어, 고농도 고형물을 함유한 유기성 폐기물의 혐기성 소화 과정이 진행되도록 하는 몸체부; 상기 몸체부의 내부에 마련되되, 상기 몸체부의 수평 방향으로 배치되어, 상기 유입된 유기성 폐기물이 포함된 폐수가 교반되도록 하는 나선형 스크류 교반부; 상기 몸체부의 내부에 마련되거나, 또는 상기 몸체부와 연결되도록 마련되어, 혐기성 소화 과정을 거친 폐수가 유입되면, 상기 유입된 폐수가 고액 분리되도록 하는 고액 분리부; 및 상기 몸체부의 하부에 마련되어, 상기 혐기성 소화 과정에서 침전된 협잡물 및 슬러지가 배출되도록 하는 배출 가이드부;를 포함할 수 있다. 이에 이해, 바이오가스 생산효율을 높이고, 스컴 발생을 효과적으로 제어할 수 있으며, 고형물의 농도에 따른 다양한 상황에 능동적인 대처가 가능하도록 함으로써, 소화조 운영관리에 편의를 제공할 수 있다.

Description

고농도 유기성 폐기물 처리를 위한 고율 건식 혐기성 소화 장치{High-rate dry anaerobic digestion apparatus for treatment of high concentration organic wastes}
본 발명은 혐기성 소화장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고농도 유기성 폐기물 처리를 위한 고율 건식 혐기성 소화 장치에 관한 것이다.
혐기성 소화공정은 혐기성 미생물에 의하여 음식물류 폐기물 탈리액, 가축분뇨, 유기성 슬러지 등 고농도 유기성 고형물을 분해. 처리함과 동시에 메탄 등 바이오가스를 생산하는 공정이다.
고농도 유기성 고형물을 분해하는 혐기성 소화공정은 효율을 향상시키기 위해 많은 연구가 진행되어, 가수분해, 산 생성단계, 메탄 발효단계를 거쳐야 메탄이 주성분인 바이오가스가 생성되는데, 최근에는 바이오가스의 생성을 극대화하기 위해 고농도의 유기성 폐기물을 처리하는 건식 혐기성 소화공정이 개발되었다.
이러한 건식 혐기성 소화공정은 습식과 달리 고농도 유기성 폐기물을 전처리를 통해 혐기성 소화에 알맞은 크기(약 40mm 이내)로 파쇄하고, 협잡물만을 제거한후 투입하고, 소화조 내부의 고형물의 농도를 약 15% 이상 유지시켜 고형물에 부착되어 있는 미생물의 양을 극대화시켜 단시간에 고농도의 유기성 폐기물을 분해시켜 바이오가스를 생산을 가능하게 할 수 있다.
특히, 바이오가스 생산을 위해 건식 혐기성 소화공정을 이용하는 혐기성 소화장치의 경우, 소화조 내부의 고형물 농도가 높게 유지되기 때문에, 투입되는 유기성 폐기물의 고형물 농도가 높아도 비교적 처리가 양호하고, 소량의 이물질이 투입되어도 처리가 양호한 장점이 있으나, 스컴이 발생하거나, 하부에 모인 슬러지를 배관을 통해 배출하기 때문에 배관 막힘 등의 문제로 슬러지의 배출이 어렵고, 하부가 반원형이라 제작 또는 시공이 어렵고 비용이 더 많이 소요된다는 문제점이 있다.
따라서, 소화조 내부의 고농도 고형물을 함유한 유기성 폐기물을 처리하여, 바이오가스를 생산하되, 생산되는 바이오가스 생산효율을 높이고, 스컴 발생을 효과적으로 제어할 수 있는 방안의 모색이 요구된다.
한국등록특허 제10-1452392호 (발명의 명칭: 혐기성 소화조) 한국등록특허 제10-1363477호 (발명의 명칭: 재래식 혐기성 소화기술을 개선한 고율 연속 회분식 소화장치) 한국등록특허 제10-1836383호 (발명의 명칭: 압력밀도식 수위 계측모듈)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 본 발명의 목적은 상부와 소화조 내부 사이에서 기체와 액체 간의 분리가 원활하게 되도록 함으로써, 바이오가스 생산효율을 높이고, 스컴 발생을 효과적으로 제어할 수 있는 고농도 유기성 폐기물 처리를 위한 고율 건식 혐기성 소화 장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 소화조에 연결된 공급밸브의 개폐 여부를 소화조 내 고형물의 농도에 따라 자동으로 제어하여, 다양한 상황에 능동적인 대처가 가능하도록 하는 고농도 유기성 폐기물 처리를 위한 고율 건식 혐기성 소화 장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도 유기성 폐기물 처리를 위한 고율 건식 혐기성 소화 장치는 상부가 소정의 곡률을 갖도록 마련되는 상단부와 상기 상단부에 연결된 하단부로 구성되어, 고농도 고형물을 함유한 유기성 폐기물의 혐기성 소화 과정이 진행되도록 하는 몸체부; 상기 몸체부의 내부에 마련되되, 상기 몸체부의 수평 방향으로 배치되어, 상기 유입된 유기성 폐기물이 포함된 폐수가 교반되도록 하는 나선형 스크류 교반부; 상기 몸체부의 내부에 마련되거나, 또는 상기 몸체부와 연결되도록 마련되어, 혐기성 소화 과정을 거친 폐수가 유입되면, 상기 유입된 폐수가 고액 분리되도록 하는 고액 분리부; 및 상기 몸체부의 하부에 마련되어, 상기 혐기성 소화 과정에서 침전된 협잡물 및 슬러지가 배출되도록 하는 배출 가이드부;를 포함한다.
그리고 상기 배출 가이드부는, 상기 몸체부의 하부에 마련되어, 상기 혐기성 소화 과정에서 침전된 협잡물 및 슬러지가 이송되도록 하는 배출 가이드용 스크류; 및 상기 배출 가이드용 스크류의 하측에 마련되어, 상기 침전된 협잡물 및 슬러지가 상기 일측에서 타측까지 이송되는 과정에서 배출되도록 하는 배출관;을 포함할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 고농도 유기성 폐기물 처리를 위한 고율 건식 혐기성 소화 장치는 상기 몸체부와 연결되어, 상기 유기성 폐기물이 포함된 폐수가 상기 몸체부로 유입되도록 하는 폐수 유입관, 상기 고액 분리부와 연결되어, 상기 고액 분리부에 유입된 폐수가 고액 분리되면, 탈리액이 재순환되어, 상기 몸체부에 유입되도록 하는 탈리액 재순환 및 약품 공급관 및 상기 고액 분리부와 연결되어, 상기 탈리액과 분리된 배출액이 배출되도록 하는 배출관으로 구성되는 배관부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배관부는, 상기 폐수 유입관에 개폐 여부를 결정하는 폐수 유입 밸브; 및 상기 탈리액 재순환 및 약품 공급관의 개폐 여부를 결정하는 탈리액 재순환 밸브;를 더 포함하고, 이때, 본 실시예에 따른 고농도 유기성 폐기물 처리를 위한 고율 건식 혐기성 소화 장치는 상기 몸체부의 내부에 마련되어, 상기 몸체부에 유입된 폐수의 고형물 농도를 계측하는 고형물 농도 계측부; 및 상기 계측된 고형물의 농도에 따라 상기 폐수 유입 밸브 및 상기 탈리액 재순환 밸브를 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 제어부는, 상기 계측된 고형물의 농도에 따라 상기 폐수 유입 밸브 및 상기 탈리액 재순환 밸브를 제어함으로써, 상기 유입된 폐수의 총고형물(TS) 농도가 20~25%를 유지하도록 할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 고농도 유기성 폐기물 처리를 위한 고율 건식 혐기성 소화 장치는 상기 몸체부의 내부에 마련되되, 상기 상단부와 상기 하단부 사이에 배치되어, 상기 몸체부에 유입된 폐수가 혐기성 소화 과정을 거치면서, 기액 분리되도록 하는 기액 분리부;를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 기액 분리부는, 단면이 상기 하단부를 따라 직사각형 형상의 얇은 판 타입으로 마련되되, 상기 몸체부에 유입된 폐수가 기체 상태가 되면, 액체 상태인 폐수와 분리되어 상측으로 이동하도록, 복수의 열과 행으로 배열되는 복수의 기액 분리홀이 마련될 수 있다.
또한, 상기 가이드 부재는, 상기 일측에서 타측까지 연장형성된 가이드 회전축과 상기 가이드 회전축의 외주연으로부터 상기 가이드 회전축의 길이 방향을 따라 나선형으로 마련되는 가이드 날개가 구비되어, 회전하는 경우, 상기 가이드 날개를 따라 침전된 협잡물 및 슬러지가 상기 일측에서 타측으로 이송되도록 할 수 있다.
그리고 상기 나선형 스크류 교반부는, 상기 몸체부의 수평 방향을 따라 연장형성된 스크류 회전축; 및 상기 회전축의 외주연으로부터 상기 회전축의 길이 방향을 따라 나선형으로 마련되는 스크류 날개;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 스크류 날개는, 상기 가이드 날개와 동일한 방향을 따라 나선형으로 마련되되, 길이가 상기 가이드 날개의 길이보다 길게 형성됨으로써, 상기 폐수에 포함된 유기성 폐기물과 미생물과의 접촉이 효과적으로 이루어지도록 하며, 상기 가이드 날개는, 각각의 가이드 날개 간의 간격이 상기 스크류 날개의 간격보다 넓게 형성됨으로써, 상기 침전된 협잡물 및 슬러지가 퇴적되는 것을 방지하고, 효과적으로 상기 일측에서 타측으로 이송되도록 할 수 있다.
이에 이해, 바이오 가스 생산효율을 높이고, 스컴 발생을 효과적으로 제어할 수 있으며, 소화조 내 고형물의 농도에 따른 다양한 상황에 능동적인 대처가 가능하도록 함으로써, 소화조 운영관리에 편의를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도 유기성 폐기물 처리를 위한 고율 건식 혐기성 소화 장치가 개략적으로 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기액 분리부가 개략적으로 도시된 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도 유기성 폐기물 처리를 위한 고율 건식 혐기성 소화 장치를 이용하여 혐기성 소화 과정을 수행하는 방법을 설명하기 위해 도시된 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도 유기성 폐기물 처리를 위한 고율 건식 혐기성 소화 장치가 고형물의 농도를 기설정된 범위 이내로 유지하며, 혐기성 소화 과정을 수행하는 방법을 설명하기 위해 도시된 도면이다.
이하에서는 본 발명의 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조부호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도 유기성 폐기물 처리를 위한 고율 건식 혐기성 소화 장치(이하에서는 '수평형 혐기성 소화장치'로 총칭하기로 함)가 개략적으로 도시된 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기액 분리부(600)가 개략적으로 도시된 도면이다.
본 실시예에 따른 수평형 혐기성 소화장치는 상부와 소화조 내부 사이에서 기체와 액체 간의 분리가 원활하게 되도록 함으로써, 바이오가스 생산효율을 높이고, 스컴 발생을 효과적으로 제어하고, 소화조에 연결된 공급밸브의 개폐 여부를 고형물의 농도에 따라 자동으로 제어하여, 다양한 상황에 능동적인 대처가 가능하도록 하기 위해 마련된다.
이를 위해, 수평형 혐기성 소화장치는, 몸체부(100), 나선형 스크류 교반부(200), 고액 분리부(300), 배관부(400), 배출 가이드부(500) 및 기액 분리부(600)를 포함할 수 있다.
몸체부(100)는, 소화조의 몸체 역할을 하며, 고농도 고형물을 함유한 유기성 폐기물이 포함된 폐수를 저장하는 혼합저류조(10)로부터 고농도 고형물을 함유한 유기성 폐기물이 포함된 폐수가 유입되면, 혐기성 소화 과정이 진행되도록 하기 위해 마련된다.
구체적으로 몸체부(100)는, 상부가 소정의 곡률을 갖도록 마련되는 상단부(110)와 상단부에 연결된 하단부(120)로 구성되어, 혼합저류조(10)로부터 고농도 고형물을 함유한 유기성 폐기물이 포함된 폐수가 유입되면, 고농도 고형물을 함유한 유기성 폐기물의 혐기성 소화 과정이 진행되도록 할 수 있다.
또한, 예를 들면, 몸체부(100)는 혼합저류조(10)로부터 유기성 폐기물이 폐수와 함께 유입된 이후, 유입된 일측에서 배출되는 타측까지 효과적으로 이송되어, 혐기성 소화 과정이 수행된 이후, 나선형 스크류 교반부(200)의 동력부하를 절감시키고, 유기성 폐기물이 효과적으로 배출되도록 하기 위해, 고농도 고형물을 함유한 유기성 폐기물이 포함된 폐수가 유입되는 일측에서 유기성 폐기물의 혐기성 소화 과정이 수행된 폐수가 배출되는 타측까지 상측에서 하측으로 소정의 기울기(θ)를 갖도록 형성될 수 있다.
나선형 스크류 교반부(200)는 몸체부(100)의 내부에 유입된 유기성 폐기물이 포함된 폐수가 교반되도록 하기 위해 마련된다.
구체적으로, 나선형 스크류 교반부(200)는, 몸체부(100)의 내부에 마련되되, 몸체부(100)의 수평 방향으로 배치되어, 유입된 유기성 폐기물이 포함된 폐수가 교반되도록 할 수 있으며, 이를 위해, 몸체부(100)의 수평 방향을 따라 연장형성된 스크류 회전축(210)과 회전축의 외주연으로부터 회전축의 길이 방향을 따라 나선형으로 마련되는 스크류 날개(220)를 포함할 수 있다.
고액 분리부(300)는 몸체부(100)에 의해, 유기성 폐기물의 혐기성 소화 과정이 수행된 폐수를 고체와 액체로 분리시키기 위해 마련된다.
구체적으로 고액 분리부(300)는, 몸체부(100)의 외부에 마련되되, 몸체부(100)와 연결되도록 마련되어, 혐기성 소화 과정을 거친 폐수가 유입되면, 유입된 폐수가 탈리액과 유기성 폐기물이 포함된 배출액으로 분리되도록 할 수 있다.
배관부(400)는 몸체부(100)와 연결되는 복수의 관과 밸브로 구성되어, 폐수의 유입과 탈리액 및 바이오 가스의 배출과 탈리액과 분리된 배출액의 재순환이 이루어지도록 하기 위해 마련된다.
이를 위해, 배관부(400)는, 폐수 유입관(410), 폐수 유입 밸브(420), 배출관(430), 배출 밸브(440), 탈리액 재순환 및 약품 공급관(450), 탈리액 재순환 밸브(460), 배출액 재순환관(470), 배출액 재순환 밸브(480), 바이오 가스 배출관(490) 및 바이오 가스 배출 밸브(495)로 구성될 수 있다.
폐수 유입관(410)은 몸체부(100)의 일측에 마련되어, 혼합저류조(10)로부터 고농도 고형물을 함유한 유기성 폐기물이 포함된 폐수가 공급되어, 몸체부(100)의 내부에 유입되도록 할 수 있으며, 폐수 유입 밸브(420)는 폐수 유입관(410)과 연결되어, 유기성 폐기물이 포함된 폐수의 유입 여부를 결정할 수 있다.
배출관(430)은 고액 분리부(300)의 일측에 마련되어, 혐기성 소화 과정을 거친 폐수가 고액분리되면, 탈리액과 분리된 배출액을 배출할 수 있다.
배출 밸브(440)는 배출관(430)에 연결되어, 배출관(430)의 통한 배출액의 배출 여부를 결정할 수 있다.
이때, 배출관(430)은 몸체부(100)에 연결되는 재순환관(미도시)과 연결되도록 구현될 수 있으며, 이를 통해, 몸체부(100)에 유입된 폐수의 내부 TS 농도가 기설정된 범위를 초과하는 경우, 배출액이 외부로 배출되지 않고, 몸체부(100)에 유입되도록 할 수 있다.
탈리액 재순환 및 약품 공급관(450)은 몸체부(100)와 고액 분리부(300) 사이에 마련되어, 혐기성 소화 과정을 거친 폐수가 고액분리되면, 배출액과 분리된 탈리액이 몸체부(100)로 재순환되어 몸체부(100)로 재차 유입되도록 할 수 있다.
그리고 탈리액 재순환 및 약품 공급관(450)은 별도로 마련된 약품제어조(미도시)로부터 몸체부(100)에 염화제일철(FeCl2)이 공급되도록 할 수 있다.
이때, 염화제일철(FeCl2)은 습식 소화 과정에서 황화수소(H2S)가 발생하여 소화효율에 악영향을 미치게 되는 것을 방지하기 위해, 황화수소 제거제로서 투입될 수 있다.
탈리액 재순환 밸브(460)는 탈리액의 재순환 여부를 결정할 수 있다.
약품 공급 밸브(미도시)는 염화제일철(FeCl2)의 공급 여부를 결정할 수 있다.
첨언하면, 본 수평형 혐기성 소화장치는 탈리액이 탈리액 재순환 및 약품 공급관(450)을 통해 몸체부(100)의 상측에서 하측을 향해 재차 유입되면서, 상부와 소화조 내부 사이에 스컴 발생을 억제시킬 수 있으며, 이때, 탈리액 재순환 및 약품 공급관(450)에는 탈리액이 몸체부(100)의 내부에 유입되는 경우, 스컴 발생을 효과적으로 억제시키도록 하기 위해, 유입되는 탈리액이 넓은 범위에 분사되도록 하는 탈리액 재순환 및 약품 공급 노즐(451)이 마련될 수 있다.
그리고 본 수평형 혐기성 소화장치는 약품 공급 밸브가 개방되어, 탈리액 재순환 및 약품 공급관(450)을 통해 염화제일철(FeCl2)이 공급되는 경우에도, 탈리액 재순환 및 약품 공급 노즐(451)을 통해, 몸체부(100)의 내부에 유입되도록 분사될 수 있다.
여기서, 탈리액 재순환 및 약품 공급 노즐(451)은 탈리액 또는 염화제일철을 공급하는 경우, 넓은 범위에 분사되도록 함으로써, 탈리액 또는 염화제일철과 폐수의 혼합 효율이 향상되도록 하고, 스컴 발생을 억제시킬 수 있다.
배출액 재순환관(470)은 혐기성 소화 과정을 거친 폐수가 고액분리되는 경우에, 몸체부(100)의 내부에 유입된 폐수의 총고형물(TS) 농도가 25% 미만이면, 탈리액과 분리된 배출액을 배출관(430)으로 배출하지 않고, 재순환시켜 혼합저류조(10)에 유입되도록 할 수 있다.
배출액 재순환 밸브(480)는 배출액 재순환관(470)에 연결되어, 탈리액과 분리된 배출액의 재순환 여부를 결정할 수 있다.
한편, 바이오 가스 배출관(490)은 몸체부(100)의 상측에 마련되어, 몸체부(100)로부터 발생된 바이오 가스를 배출할 수 있고, 바이오 가스 배출 밸브(495)는 바이오 가스 배출관(490)과 연결되어, 바이오 가스의 배출 여부를 결정할 수 있다.
또한, 첨언하면, 배관부(400)는, 전술한 폐수 유입관(410), 폐수 유입 밸브(420), 배출관(430), 배출 밸브(440), 탈리액 재순환 및 약품 공급관(450), 탈리액 재순환 밸브(460), 바이오 가스 배출관(490) 및 바이오 가스 배출 밸브(495) 이외에, 별도로 마련된 탈리액 저장조(미도시)로부터 몸체부(100)에 혐기성 소화를 위한 탈리액이 공급되도록 하는 탈리액 공급관(미도시) 및 탈리액 공급 밸브(미도시)가 추가로 마련될 수 있다.
배출 가이드부(500)는, 혐기성 소화 과정에서 침전된 협잡물 및 슬러지가 배출되도록 하기 위해 마련된다.
구체적으로, 배출 가이드부(500)는, 몸체부(100)의 하부에 마련되어, 혐기성 소화 과정에서 침전된 협잡물 및 슬러지가 배출되도록 할 수 있으며, 이를 위해, 배출 가이드용 스크류(510), 슬러지 배출관(520) 및 슬러지 배출 밸브(530)로 구성될 수 있다.
배출 가이드용 스크류(510)는 혐기성 소화 과정에서 침전된 협잡물 및 슬러지가 일측에서 타측까지 이송되도록 하기 위해 마련된다.
구체적으로, 배출 가이드용 스크류(510)는 몸체부(100)의 하부에 마련되되, 일측에서 타측까지 연장형성된 가이드 회전축(511)과 가이드 회전축(511)의 외주연으로부터 가이드 회전축(511)의 길이 방향을 따라 나선형으로 마련되는 가이드 날개(512)가 구비되어, 회전하는 경우, 가이드 날개(512)를 따라 침전된 협잡물 및 슬러지가 일측에서 타측으로 이송되도록 할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 가이드 날개(512)는 침전된 협잡물 및 슬러지가 퇴적되는 것을 방지하고, 효과적으로 일측에서 타측으로 이송되도록 하기 위해, 각각의 가이드 날개 간의 간격이 스크류 날개의 간격보다 넓게 형성되는 것이 바람직하고, 본 실시예에 따른 스크류 날개(220)는, 폐수에 포함된 유기성 폐기물과 미생물과의 접촉이 효과적으로 이루어지도록 하기 위해, 가이드 날개(512)와 동일한 방향을 따라 나선형으로 마련되되, 길이가 가이드 날개(512)의 길이보다 길게 형성되는 것이 바람직하다.
슬러지 배출관(520)은 배출 가이드용 스크류(510)의 하측에 마련되어, 침전된 협잡물 및 슬러지가 일측에서 타측까지 이송되는 과정에서 배출되도록 할 수 있으며, 슬러지 배출 밸브(530)는 슬러지 배출관(520)에 연결되어, 침전된 협잘물 및 슬러지의 배출 여부를 결정할 수 있다.
기액 분리부(600)는, 몸체부(100)에 유입된 폐수가 혐기성 소화 과정을 거치면서, 기액 분리되도록 하기 위해 마련된다.
구체적으로, 기액 분리부(600)는, 몸체부(100)의 내부, 상단부(110)와 하단부(120) 사이에 배치되되, 도 2에 도시된 바와 같이 단면이 하단부(120)를 따라 직사각형 형상의 얇은 판 타입으로 마련되고, 복수의 열과 행으로 배열되는 복수의 기액 분리홀(610)이 구비되어, 몸체부(100)에 유입된 폐수가 혐기성 소화 과정을 거치면서, 몸체부(100)에 유입된 폐수가 기체 상태가 되면, 액체 상태인 폐수와 분리되어 상측으로 이동하도록 하고, 액체 상태인 폐수가 오버플로우(overflow)되는 경우, 측면을 타고 하측으로 이동하도록 할 수 있어, 바이오 가스의 생산효율이 향상되고, 스컴 발생을 억제시킬 수 있다.
더불어, 수평형 혐기성 소화장치는, 전술한 몸체부(100), 나선형 스크류 교반부(200), 고액 분리부(300), 배관부(400), 배출 가이드부(500) 및 기액 분리부(600) 이외에, 고형물 농도 계측부(미도시) 및 제어부(미도시)가 추가적으로 마련될 수 있다.
고형물 농도 계측부는, 몸체부(100)의 내부에 마련되어, 몸체부(100)에 유입된 폐수의 고형물 TS 농도를 계측하기 위해 마련된다.
구체적으로, 고형물 농도 계측부는 몸체부(100)의 하단 측면에 마련되되, 고액 분리부(300)와 근접한 후단에 마련되어, 폐수의 압력을 계측하고, 몸체부(100)의 밀도 및 수위를 계측하여, 계측된 결과를 기반으로 폐수의 고형물 TS(Total Solid) 농도를 계측할 수 있다.
다른 예를 들면, 고형물 농도 계측부는 몸체부(100)의 측면에 마련되되, 수위가 서로 다른 복수의 지점에서 개별적으로 폐수의 압력을 계측하고, 몸체부(100)의 밀도 및 수위를 계측하여, 계측된 결과를 기반으로 폐수의 고형물 TS(Total Solid) 농도를 계측할 수 있다.
제어부는, 계측된 고형물의 농도에 따라 폐수 유입 밸브(420), 배출 밸브(440), 탈리액 재순환 밸브(460) 등을 제어하기 위해 마련된다.
예를 들어, 제어부는, 몸체부(100)에 유입된 폐수의 내부 TS 농도가 기설정된 범위를 초과하는 경우, 혐기성 소화 과정을 거친 폐수가 고액분리되어, 탈리액과 분리된 배출액이 외부로 배출되지 않고, 몸체부(100)에 유입되도록 할 수 있다.
또한, 제어부는 몸체부(100)에 유입된 폐수의 내부 TS 농도가 기설정된 범위 미만인 경우, 배출액과 분리된 탈리액이 몸체부(100)로 재순환되어 몸체부(100)로 재차 유입되도록 할 수 있다.
그 밖에 제어부에 대한 더욱 구체적인 설명은 도 3 내지 도 4를 참조하여 후술하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수평형 혐기성 소화장치를 이용하여 혐기성 소화 과정을 수행하는 방법을 설명하기 위해 도시된 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 수평형 혐기성 소화장치를 이용하여 혐기성 소화 과정을 수행하는 경우, 고농도 고형물을 함유한 유기성 폐기물이 포함된 폐수를 몸체부(100) 내로 투입하여(S310), 몸체부(100)의 수위가 기설정된 범위에 도달하도록 하고, 몸체부(100) 내에 유입된 폐수의 고형물 TS 농도를 계측하여(S320), 몸체부(100)의 내부에 유입된 폐수의 고형물 TS 농도가 20~25%를 유지하는 상태에서 혐기성 소화 과정이 진행되도록 한다(S330).
여기서, 첨언하면, 본 수평형 혐기성 소화장치의 경우, 몸체부(100)의 내부에 유입된 폐수의 고형물 TS 농도가 10~25%인 경우에도, 혐기성 소화 과정이 가능하지만, 고형물 TS 농도를 20~25%로 유지함으로써, 소화조 운영관리에 의한 경제적인 이득을 보다 많이 얻을 수 있다.
그리고 본 수평형 혐기성 소화장치를 이용하여 혐기성 소화 과정을 수행하는 과정에서 협잡물 및 슬러지가 침전되면, 배출 가이드부(500)를 이용하여 침전된 협잡물 및 슬러지가 배출되도록 할 수 있다(S340).
또한, 협잡물 및 슬러지가 배출되면, 혐기성 소화 과정이 수행된 폐수는 몸체부(100)에서 배출되어(S350), 고액분리부로 유입되도록 하고, 유입된 폐수는 고액분리부를 통해 탈리액과 배출액으로 분리할 수 있다(S360).
이때, 분리된 탈리액은 몸체부(100)로 재순환되어 몸체부(100)로 재차 유입되도록 할 수 있으며, 탈리액과 분리된 배출액은 몸체부(100)의 내부에 유입된 폐수의 총고형물(TS) 농도에 따라 배출관(430)을 통해 배출되거나 또는 배출액 재순환관(470)을 통해 재순환시켜 혼합저류조(10)에 유입되도록 할 수 있다(S370).
구체적으로, 탈리액과 분리된 배출액은 몸체부(100)의 내부에 유입된 폐수의 총고형물(TS) 농도가 25% 미만이면, 탈리액과 분리된 배출액을 배출관(430)으로 배출하지 않고, 배출액 재순환관(470)을 통해 재순환시켜 혼합저류조(10)에 유입되도록 할 수 있다.
이를 통해, 바이오 가스 생산효율을 높이고, 스컴 발생을 효과적으로 제어할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수평형 혐기성 소화장치가 고형물의 농도를 기설정된 범위 이내로 유지하며, 혐기성 소화 과정을 수행하는 방법을 설명하기 위해 도시된 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 수평형 혐기성 소화장치의 제어부는, 몸체부(100) 내부에 유입된 폐수의 고형물 TS 농도가 20~25%를 유지하는 상태에서 혐기성 소화 과정이 진행되도록 하기 위해, 몸체부(100) 내부에 유입된 폐수의 고형물 TS 농도를 계측하고, 계측된 고형물 TS 농도에 따라 폐수 유입 밸브(420) 및 탈리액 재순환 밸브(460)를 제어할 수 있다.
구체적으로 제어부는, 탈리액과 분리된 배출액의 고형물 TS 농도가 몸체부(100)의 내부에 유입된 폐수의 고형물 TS 농도보다 높은 경우, 몸체부(100)의 내부에 유입된 폐수의 고형물 TS 농도가 계측되면(S410), 계측된 고형물 TS 농도가 기설정된 고형물 TS 농도범위 미만인지 여부를 판단하여(S420), 계측된 고형물 TS 농도가 기설정된 고형물 TS 농도범위 미만이면(S420-YES), 배출액 재순환 밸브(480)를 제어하여, 탈리액 재순환 밸브(460)를 제어하여, 탈리액과 분리된 배출액을 배출관(430)으로 배출하지 않고, 재순환시켜 혼합저류조(10)에 유입되도록 함으로써, 혼합저류조(10)에서 공급되는 폐수의 고형물 TS 농도가 증가하도록 하여, 결과적으로 몸체부(100)의 내부에 유입된 폐수의 고형물 TS 농도 역시 증가하도록 할 수 있다.
구체적으로, 제어부는, 탈리액과 분리된 배출액이 혼합저류조(10)에 재투입된 이후, 혼합저류조(10)로부터 배출액이 혼합된 폐수가 몸체부(100)의 내부로 유입되면, 몸체부(100)의 내부에 유입된 폐수의 수위가 기설정된 수위범위 미만인지 여부를 판단하여(S440), 몸체부(100)의 내부에 유입된 폐수의 수위가 기설정된 수위범위 미만인 경우(S440-Yes), 폐수 유입 밸브(420)를 제어하여, 혼합저류조(10)로부터 공급되는 배출액이 혼합된 폐수가 몸체부(100)에 유입되어(S450), 기설정된 수위범위에 도달하도록 할 수 있다. 이를 통해, 몸체부(100)의 내부에 유입된 폐수의 고형물 TS 농도가 20~25%를 유지하도록 할 수 있다.
본 실시예에 따른 제어부는, 몸체부(100)의 내부에 유입된 폐수의 고형물 TS 농도가 20~25%를 유지한 상태에서 45일 이내의 체류시간을 확보하며, 혐기성 소화 과정이 진행되도록 할 수 있다(S460).
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 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.
10 : 혼합저류조
100 : 몸체부 110 : 상단부
120 : 하단부 200 : 나선형 스크류 교반부
210 : 스크류 회전축 220 : 스크류 날개
300 : 고액 분리부 400 : 배관부
410 : 폐수 유입관 420 : 폐수 유입 밸브
430 : 배출관 440 : 배출 밸브
450 : 탈리액 재순환 및 약품 공급관
451 : 탈리액 재순환 및 약품 공급 노즐
460 : 탈리액 재순환 밸브
470 : 배출액 재순환관 480 : 배출액 재순환 밸브
490 : 바이오 가스 배출관 495 : 바이오 가스 배출 밸브
500 : 배출 가이드부 510 : 배출 가이드용 스크류
511 : 가이드 회전축 512 : 가이드 날개
520 : 슬러지 배출관 530 : 슬러지 배출 밸브
600 : 기액 분리부 610 : 기액 분리홀

Claims (10)

  1. 상부가 소정의 곡률을 갖도록 마련되는 상단부와 상기 상단부에 연결된 하단부로 구성되어, 고농도 고형물을 함유한 유기성 폐기물의 혐기성 소화 과정이 진행되도록 하는 몸체부;
    상기 몸체부의 내부에 마련되되, 상기 몸체부의 수평 방향으로 배치되어, 유입된 유기성 폐기물이 포함된 폐수가 교반되도록 하는 나선형 스크류 교반부;
    상기 몸체부의 내부에 마련되거나, 또는 상기 몸체부와 연결되도록 마련되어, 혐기성 소화 과정을 거친 폐수가 유입되면, 상기 유입된 폐수가 고액 분리되도록 하는 고액 분리부; 및
    상기 몸체부의 하부에 마련되어, 상기 혐기성 소화 과정에서 침전된 협잡물 및 슬러지가 배출되도록 하는 배출 가이드부;를 포함하며,
    상기 배출 가이드부는,
    상기 몸체부의 하부에 마련되어, 상기 혐기성 소화 과정에서 침전된 협잡물 및 슬러지가 일측에서 타측까지 이송되도록 하는 배출 가이드용 스크류; 및
    상기 배출 가이드용 스크류의 하측에 마련되어, 상기 침전된 협잡물 및 슬러지가 이송되는 과정에서 배출되도록 하는 슬러지 배출관;을 포함하고,
    상기 배출 가이드부는,
    상기 일측에서 타측까지 연장형성된 가이드 회전축과 상기 가이드 회전축의 외주연으로부터 상기 가이드 회전축의 길이 방향을 따라 나선형으로 마련되는 가이드 날개가 구비되어, 회전하는 경우, 상기 가이드 날개를 따라 침전된 협잡물 및 슬러지가 상기 일측에서 타측으로 이송되도록 하며,
    상기 나선형 스크류 교반부는,
    상기 몸체부의 수평 방향을 따라 연장형성된 스크류 회전축; 및
    상기 회전축의 외주연으로부터 상기 회전축의 길이 방향을 따라 나선형으로 마련되는 스크류 날개;를 포함하고,
    상기 스크류 날개는,
    상기 가이드 날개와 동일한 방향을 따라 나선형으로 마련되되, 길이가 상기 가이드 날개의 길이보다 길게 형성됨으로써, 상기 폐수에 포함된 유기성 폐기물과 미생물과의 접촉이 효과적으로 이루어지도록 하며,
    상기 가이드 날개는,
    각각의 가이드 날개 간의 간격이 상기 스크류 날개의 간격보다 넓게 형성됨으로써, 상기 침전된 협잡물 및 슬러지가 퇴적되는 것을 방지하고, 효과적으로 상기 일측에서 타측으로 이송되도록 하는 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐기물 처리를 위한 고율 건식 혐기성 소화 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 몸체부와 연결되어, 상기 유기성 폐기물이 포함된 폐수가 상기 몸체부로 유입되도록 하는 폐수 유입관, 상기 고액 분리부와 연결되어, 상기 고액 분리부에 유입된 폐수가 고액 분리되면, 탈리액이 재순환되어, 상기 몸체부에 유입되도록 하는 탈리액 재순환 및 약품 공급관 및 상기 고액 분리부와 연결되어, 상기 탈리액과 분리된 배출액이 배출되도록 하는 배출관으로 구성되는 배관부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐기물 처리를 위한 고율 건식 혐기성 소화 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 배관부는,
    상기 폐수 유입관에 개폐 여부를 결정하는 폐수 유입 밸브; 및
    상기 탈리액 재순환 및 약품 공급관의 개폐 여부를 결정하는 탈리액 재순환 밸브;를 더 포함하고,
    상기 혐기성 소화장치는,
    상기 몸체부의 내부에 마련되어, 상기 몸체부에 유입된 폐수의 고형물 농도를 계측하는 고형물 농도 계측부; 및
    상기 계측된 고형물의 농도에 따라 상기 폐수 유입 밸브 및 상기 탈리액 재순환 밸브를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐기물 처리를 위한 고율 건식 혐기성 소화 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 계측된 고형물의 농도에 따라 상기 폐수 유입 밸브 및 상기 탈리액 재순환 밸브를 제어함으로써, 상기 유입된 폐수의 총고형물(TS) 농도가 20~25%를 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐기물 처리를 위한 고율 건식 혐기성 소화 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 몸체부의 내부에 마련되되, 상기 상단부와 상기 하단부 사이에 배치되어, 상기 몸체부에 유입된 폐수가 혐기성 소화 과정을 거치면서, 기액 분리되도록 하는 기액 분리부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐기물 처리를 위한 고율 건식 혐기성 소화 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기액 분리부는,
    단면이 상기 하단부를 따라 직사각형 형상의 얇은 판 타입으로 마련되되, 상기 몸체부에 유입된 폐수가 기체 상태가 되면, 액체 상태인 폐수와 분리되어 상측으로 이동하도록, 복수의 열과 행으로 배열되는 복수의 기액 분리홀이 마련되는 것을 특징으로 하는 고농도 유기성 폐기물 처리를 위한 고율 건식 혐기성 소화 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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