KR102186892B1 - 스컴층 배출이 용이한 혐기소화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스컴층 배출이 용이한 혐기소화장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기성 폐수를 유입 받아 혐기성 소화를 유도하는 혐기소화조; 혐기소화조로부터 배출되는 소화액과 스컴층을 일시적으로 저류하는 저장조; 및 혐기소화조의 소화액과 스컴층을 저장조로 이송하기 위한 배출수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 스컴층 배출이 용이한 혐기소화장치에 관한 것이다.

Description

스컴층 배출이 용이한 혐기소화장치{omitted}

본 발명은 스컴층 배출이 용이한 혐기소화장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 혐기소화조와 저장조 사이에 ‘U’자 형상의 스컴층과 소화액을 배출하는 배출수단을 구비함으로써 소화가스가 포함되지 않은 스컴층과 소화액을 동시에 배출하는 것이 가능한 스컴층 배출이 용이한 혐기소화장치에 관한 것이다.

혐기성소화공정은 ‘메탄발효’라고도 하며, 주된 목적은 하수, 분뇨, 음식물 폐기물처리와 동시에 메탄이라는 유용한 에너지를 회수하기 위하여 적용되고 있다. 혐기성소화라는 용어 내에 포함된 것과 같이 산소가 없는 무산소 상태에서 분해가능한 유기물을 분해시켜 메탄으로 전환시키는 것이다.

혐기성소화공정을 구체적으로 설명하면, 액화가수분해단계, 산생성단계, 수소생성단계 및 메탄생성단계와 같은 4단계로 구분하는 것이 일반적이다.

상기와 같은 단계를 통해, 유기물함량이 크게 낮아진 소화액과 메탄, 이산화탄소와 같은 소화가스가 생성되며, 소화액과 메탄은 회수 후 유용한 에너지원으로 이용된다.

하지만, 메탄이 기체로 존재하며 폭발 등 위험성 있어 혐기소화조는 밀폐구조로 운전되어야 하고, 또 혐기소화공정시 발생하는 스컴은 소화조내 바이오가스 발생저해, 소화조내 유효용량 감소로 이어지기 때문에, 밀폐구조와 함께 스컴의 원할한 배출이 요구된다.

한국공개특허공보 제2010-0112430호에는 혐기소화 시스템이 개시되어 있다. 상기 선행기술은 도 1에 도시된 바와 같이, 혐기소화조 내부의 교반 샤프트에 설치되어 교반 샤프트에 따라 회전하며 혐기소화조의 기액 경계층에 형성된 스컴(Scum)층을 분쇄하는 스컴 분쇄부; 및 스컴 분쇄부에 의해 분쇄된 스컴이 유입되어 혐기소화조의 외부로 배출되는 배출부를 포함하는 스컴제거 장치로서, 기액 경계면인 수평면과 수직방향으로 스컴을 배출시키고 있다.

하지만 기액 경계면 부근에는 소화가스인 메탄이 고농도로 분포하고 있어 배출되는 스컴에는 폭발성 가스인 메탄이 함께 배출되기 때문에 메탄가스의 회수율이 저할될 뿐만 아니라 자칫 사고로 이어질 수 있다.

한국공개특허공보 제2010-0112430호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 메탄가스의 회수율을 저하시키지 않으면서 스컴층과 소화액을 동시에 배출할 수 있는 스컴층 배출이 용이한 혐기소화장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 스컴층 배출이 용이한 혐기소화장치는, 유기성 폐수를 유입 받아 혐기성 소화를 유도하는 혐기소화조(100); 상기 혐기소화조(100)로부터 배출되는 소화액과 스컴층을 일시적으로 저류하는 저장조(200); 및 상기 혐기소화조(100)의 소화액과 스컴층을 상기 저장조(200)로 이송하기 위한 배출수단(300)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 혐기소화장치에서, 상기 배출수단(300)은 상기 혐기소화조(100)와 저장조(200)를 구분하는 구획벽(400)을 관통하도록 위치하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 혐기소화장치에서, 상기 배출수단(300)은 상부가 넓고 하부가 좁은 상협하광 구조의 수집구(310), 일측이 상기 수집구(310) 하부에 연결된 ‘U’자 형상의 이송관(320), 및 상기 이송관(320) 타측에 소정 각도로 절곡된 배출관(330)을 포함하되, 상기 이송관(320)의 일측은 혐기소화조(100)에 위치하고 타측은 저장조(200)에 위치할 수 있도록 구획벽(400)을 관통하도록 위치하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 혐기소화장치에서, 상기 수집구(310)의 유입구(311)가 상기 배출관(330)의 유출구(333) 보다 상대적으로 상부에 위치하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 혐기소화장치에서, 상기 이송관(320)에는 세척관(340)이 더 구비된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 혐기소화장치에서, 상기 배출관(330)에는 제1 개폐밸브(331)가 더 구비된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 혐기소화장치에서, 상기 세척관(340)에는 제2 개폐밸브(341)가 더 구비된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 스컴층 배출이 용이한 혐기소화장치에 따르면, 혐기소화조와 저장조 사이에 ‘U’자형 이송관을 포함하는 배출수단이 구비되어 있어 메탄가스가 포함되지 않은 스컴층과 소화액을 배출시키는 것이 가능하다.

또한 본 발명의 배출수단은 이송관 일부가 위아래로 길이 조절이 가능한 주름관을 포함하고 있어 소화액과 스컴층의 배출량 조절이 가능하다.

게다가 본 발명의 배출수단은 세척관을 더 포함하고 있어 이송관 등 내부에서 막힘 현상이 발생하더라도 쉽게 고형물을 제거할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 혐기소화장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 혐기소화장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 배출수단의 확대사시도이다.

본 출원에서 “포함한다”, “가지다” 또는 “구비하다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 스컴층의 배출이 용이한 혐기소화장치에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명에 따른 혐기소화장치의 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 배출수단의 확대사시도이다.

도 2 및 도3에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 혐기소화장치는 유기성 폐수를 유입 받아 혐기성 소화를 유도하는 혐기소화조(100), 혐기소화조(100)로부터 배출되는 소화액과 스컴층을 일시적으로 저류하는 저장조(200) 그리고 혐기소화조(100)의 소화액과 스컴층을 저장조(200)로 이송하기 위한 배출수단(300)을 포함하여 이루어진다.

혐기소화조(100)는 유기성 폐수인 원수를 공급받아 혐기성 미생물의 활동으로 유기물을 분해하고, 그 부산물로서 메탄가스, 황화수소 등이 생성되는 공간을 제공하는 곳으로, 통상 바닥면, 측면 그리고 생성된 가스가 외부로 방출하지 못하도록 천정이 구비되어 있다. 물론, 메탄가스를 포집할 수 있도록 천정의 일부가 뚫려 있고 천정 상부에는 부피가 가변되는 가스 포집용 가스포가 더 구비될 수 있음은 자명하다.

한편, 바닥 등에는 혐기소화조(100)의 유기성 폐수가 잘 혼합될 수 있도록 간헐 또는 비간헐적으로 작동되는 순환펌프(110)가 구비되며, 이러한 혐기소화조(100)의 구조는 공지된 기술에 해당되므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

혐기소화조(100) 인근, 보다 구체적으로는 구획벽(400)을 사이에 두고 저장조(200)가 위치한다. 축산폐수나 음식물 쓰레기 등 유기성 물질이 다량 함유된 원수는 혐기소화과정을 거치면서 다량의 유기물이 메탄(CH4)이나 이산화탄소(CO2) 등으로 전환된 액상 물질, 소위 소화액이 발생하여 이러한 소화액은 액상 비료 등으로 사용하거나 추가적인 처리 과정 이후 하천 등으로 방류한다.

저장조(200)는 위와 같은 성질을 갖는 소화액을 일시적으로 저장하며, 특히 본 발명에서의 저장조(200)는 소화액 외에도 비중이 작아 혐기소화조(100)의 기액 경계층에 대부분 분포하는 스컴층을 함께 저류한다.

혐기소화조(100)의 소화액과 스컴층을 저장조(200)로 이송하기 위한 배출수단(300)은 구획벽(400)의 통공(미도시)을 통해 관통하도록 위치함으로써 혐기소화조(100)와 저장조(200)를 연결한다.

구체적으로, 배출수단(300)은 수집구(310), 이송관(320), 배출관(330) 그리고 세척관(340)을 포함하여 이루어진다.

수집구(310)는 유입구(311)가 상부를 향하며 깔때기와 유사한 상부가 넓고 하부가 좁은 상광하협 구조인데, 이는 혐기소화조(100)의 기액 경계층에 체류하는 스컴층을 용이하게 배출함과 동시에 혐기소화가 끝난 소화액을 저장조(200)로 이송하기 위함이다.

수집구(310)의 일측, 즉 상부로 향하는 유입구(311) 반대측에는 ‘U’자 형상의 이송관(320)이 연결되고, 이송관(320)은 구획벽(400)을 관통하도록 위치함으로써 유입구(311)를 갖는 수집구(310)는 혐기소화조(100)에 위치하고 배출관(330)과 세척관(340)은 저장조(200)에 배치된다.

계속해서, 이송관(320)의 타측, 즉 저장조(200)에 위치하는 이송관(320)에는 소정 각도로 절곡된 배출관(330)이 연결되고, 배출관(330)의 유출구(333)를 통해 소화액과 스컴층이 저장조(200)로 유입된다.

그리고 배출관(330)에는 소화액과 스컴층의 유입을 차단하기 위한 제1 개폐밸브(331)가 더 구비될 수 있고, 이러한 제1 개폐밸브(331)의 부가적인 기능에 관해서는 후술하기로 한다.

한편, 이송관(320)의 소정 부위는 위아래로 길이 조절이 가능하도록 주름관(321)으로 이루어지는 것이 바람직하다. 본 발명의 배출수단(300)은 혐기소화조(100)의 수면과 저장조(200)의 수면과의 거리, 즉 수위차(H1)를 이용하여 스컴층과 소화액을 배출시키며, 이 수위차(H1)가 클수록 유출구(333)를 통해 배출되는 소화액량이 증가한다. 하지만 예기치 못한 원수 공급량의 변화, 예를 들어 계획된 유입 원수량을 초과하거나 미만인 경우 수위차(H1)가 변한다. 특히 유입 원수량이 과다하게 유입되는 경우, 수위차(H1)를 더 크게 하여 소화액을 신속하게 이동시키지 않으면 수집구(310)의 유입구(311)는 스컴층 보다도 훨씬 아래에 위치하게 되어 스컴층의 배출이 곤란해 질 수 있다.

하지만 본 발명에서는 이송관(320) 일부가 주름관(321)이기 때문에 원수 공급량이 변동하더라도 수위차(H1)를 조절할 수 있고, 따라서 스컴층을 포함한 소화액을 안정적으로 이송하는 것이 가능하다.

비록 도면에서는 배출관(330)과 이송관(320)이 이루는 각도가 약 90°인 것으로 도시하고 있으나, 이는 일 예시에 불과하며 수집구(310)의 유입구(311)가 배출관(330)의 유출구(333) 보다 상대적으로 상부에 위치함으로써 배출관(330)으로 유입된 스컴층과 소화액이 배출관(330)의 유출구(333)로 자연스럽게 배출될 수 있다면 특별히 제한하지 않는다.

다만, 이송관(320)의 소정 공간에는 항상 소화액이 충만해 있도록, 이송관(320)의 가장 아래에 위치하는 굴곡부와 배출관(330)과는 소정 높이(H2)를 갖는 것이 바람직한데, 이는 혐기소화조(100)에서 발생한 메탄가스 등 각종 가스가 저장조(200)로 이동하지 못하도록 하기 위함이다.

이송관(320)에는 세척관(340)이 연결될 수 있다. 구체적으로 이송관(320)과 배출관(330)의 분기지점 부근에 위로 향하는 세척관(340)이 연결되며, 이송관(320) 및 수집구(310) 등 관내부에서 막힘 현상이 발생하여 스컴층과 소화액이 원활하게 이동하지 못하는 경우 세척관(340)의 세척구(342)로 와이어 등을 밀어 넣어 고형물을 파쇄하기 위한 것이다. 그리고 세척관(340)에는 세척구(342)를 개폐하기 위한 제2 개폐밸브(341)가 더 구비될 수 있고, 이러한 제2 개폐밸브(341)의 부가적인 기능에 관해서는 후술하기로 한다.

그리고 배출수단(300)은 구획벽(400)에 안전하게 지지되며, 일예로 이송관 지지수단(350)에 의해 이송관(320)이 혐기소화조(100)를 향하는 구획벽(400)에 지지되거나, 세척관 지지수단(360)에 의해 세척관(340)이 저장조(200)를 향하는 구획벽(400)에 지지되거나, 또는 이들 이송관 지지수단(350)과 세척관 지지수단(360)이 동시에 구비될 수 있다.

여기서, 이들 이송관 지지수단(350)과 세척관 지지수단(360)은 공지의 지지수단을 통해 구획벽(400)에 견고하게 고정 지지될 수도 있고, 필요에 따라서는 이송관(320)과 세척관(340)의 외경보다 조금 큰 내경을 갖는 원형 링(미도시) 등을 사용하여 지지할 수도 있다.

이하에서는 상기와 같은 본 발명의 혐기소화장치의 작동 방법에 관하여 간단히 설명하기로 한다.

배출수단(300)의 제1 개폐밸브(331)를 개방시킨 상태에서 유기성 원수를 혐기소화조(100)로 계속 공급하고 혐기성소화가 종료된 소화액과 기액 경계면의 스컴층은 저장조(200)로 이송시킨다.

만약, 혐기소화조(100)로 유입되는 원수가 계획된 공급량보다 많을 경우에는 이송관(320)의 주름관(321)을 접어 혐기소화조(100) 수면과 저장조(200) 수면과의 거리인 수위차(H1)를 더 크게 유지한다.

한편, 일시적으로 소화액을 배출시키지 않을 시에는 배출관(331)의 제1 개폐밸브(331)와 세척관(340)의 제2 개폐밸브(341)를 모두 잠그며, 특히 혐기소화조(100)내 스컴층이 다소 응집되어 점도가 높은 경우라면 제1 개폐밸브(331)와 제2 개폐밸브(341) 모두 잠근 뒤 일시적으로 혐기소화조(100) 수위를 상승시키고, 이후 제1 개폐밸브(331)만 개방하여 스컴층의 원활한 배출을 유도할 수도 있다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.

100 : 혐기소화조
110 : 순환펌프
200 : 저장조
300 : 배출수단
310 : 수집구 311 : 유입구
320 : 이송관 321 : 주름관
330 : 배출관
331 : 제1 개폐밸브 332 : 유출구
340 : 세척관
341 : 제2 개폐밸브 342 : 세척구
350 : 이송관 지지수단
360 : 세척관 지지수단
400 : 구획벽

Claims (7)

1. 유기성 폐수를 유입 받아 혐기성 소화를 유도하는 혐기소화조(100);
   상기 혐기소화조(100)로부터 배출되는 소화액과 스컴층을 일시적으로 저류하는 저장조(200); 및
   상기 혐기소화조(100)의 소화액과 스컴층을 상기 저장조(200)로 이송하기 위한 배출수단(300)을 포함하되,
   상기 배출수단(300)은 상부가 넓고 하부가 좁은 상광하협 구조의 수집구(310), 일측이 상기 수집구(310) 하부에 연결된 ‘U’자 형상의 이송관(320), 및 상기 이송관(320) 타측에 소정 각도로 절곡된 배출관(330)을 포함하고,
   상기 이송관(320)의 일측은 혐기소화조(100)에 위치하고 타측은 저장조(200)에 위치할 수 있도록 구획벽(400)을 관통하도록 위치하며,
   상기 이송관(320)에는 세척관(340)이 구비된 것을 특징으로 하는 혐기소화장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 배출수단(300)은 상기 혐기소화조(100)와 저장조(200)를 구분하는 구획벽(400)을 관통하도록 위치하는 것을 특징으로 하는 혐기소화장치.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 수집구(310)의 유입구(311)가 상기 배출관(330)의 유출구(333) 보다 상대적으로 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 혐기소화장치.
   
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 배출관(330)에는 제1 개폐밸브(331)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 혐기소화장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 세척관(340)에는 제2 개폐밸브(341)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 혐기소화장치.

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