KR102221791B1 - 하수처리 부산물의 에너지 절약형 자원화 시스템 및 자원화 방법 - Google Patents

하수처리 부산물의 에너지 절약형 자원화 시스템 및 자원화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하수처리 부산물의 에너지 절약형 자원화 시스템 및 자원화 방법에 관한 것으로, 그 목적은 부산물을 자원화 처리 과정에서 요구되는 외부 에너지의 도입을 최소화할 수 있도록 한 하수처리 부산물의 에너지 절약형 자원화 시스템 및 자원화 방법을 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 하수처리과정에서 발생되는 바이오가스를 연료전지에 주입하여 전기를 생산하는 발전부; 상기 하수처리과정에서 발생되는 슬러지를 연료 또는 토양개량제로 만드는 재생부; 및 상기 하수처리과정 그리고 슬러지의 재생과정에서 발생되는 악취가스를 제거하는 탈취부;를 포함하는 것으로 이루어지되, 상기 연료전지로부터 배출되는 배출가스가 재생부의 슬러지 저온건조장치로 공급되도록 이루어지고, 상기 탈취부는, 제1저류부와, 제1데미스터와, 악취가스와 오존 및 물을 혼합하여 나노버블 형태로 공기 중에 분사하는 제1벤츄리 인젝터를 포함하는 제1스크러버; 제2저류부와, 제2데미스터와, 제1스크러버로부터 공급되는 물과 처리가스를 오존과 혼합하여 나노버블 형태로써 제2저류부에 저장된 물의 내부로 분사하는 제2벤츄리 인젝터를 포함하는 제2스크러버; 및 상기 제2스크러버에 저장된 물을 공급받아 저장하는 용기의 내부에 플라즈마 발생장치가 설치된 것으로 구성된 수중 플라즈마 여과장치;로 구성된 것을 특징으로 하는 하수처리 부산물의 에너지 절약형 자원화 시스템 및 자원화 방법을 제공한다.

Description

하수처리 부산물의 에너지 절약형 자원화 시스템 및 자원화 방법{Energy-saving recycling system and recycling method for by-products produced during sewage treatment}
본 발명은 하수나 축산분뇨의 처리과정에서 발생되는 부산물을 자원화하는 자원화 시스템 및 자원화 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하수나 축산분료의 처리과정에서 발생되는 바이오가스와 슬러지를 이용하여 전기와 고체연료(또는 토량개량제)를 생산하는 과정에서 발생되는 폐열을 적재적소에 공급하여 부산물을 자원화 처리 과정에서 요구되는 외부 에너지의 도입을 최소화할 수 있으며, 하수나 축산분뇨의 처리 그리고 부산물의 자원화 처리 과정에서 발생되는 악취의 제거를 위한 탈취 시스템이 통합된 하수처리 부산물의 에너지 절약형 자원화 시스템 및 자원화 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 하수슬러지, 가축분뇨, 음식물류 폐기물 및 유기성 도시 고형 폐기물과 같은 유기성 폐기물은 고농도 오염물질을 포함하고 있어 수질의 주된 오염원으로 지목받고 있으며, 이러한 유기성 폐기물은 토양 매립, 비료화, 소각 등의 방법으로 처리되고 있다.
한편, 혐기성 소화공법은 유기성 폐기물에 포함된 유기물이 무산소 상태에서 혐기성 미생물에 의해 분해되도록 한 것으로, 유기성 폐기물의 안정적인 처리가 가능한 대표적인 생물학적 처리방법이다.
가축 분뇨나 하수처리장의 슬러지 혹은 산업 폐수와 같은 유기물 함량이 높은 쓰레기를 혐기성 소화공법을 이용하여 처리하는 과정에서 인간 생활에 유용한 바이오가스를 얻을 수 있으며, 유기물을 소화시킨 후 남은 성분들은 토양개량제나 비료로 활용될 수도 있다.
그러나, 종래에는 혐기성 소화조로부터 발생되는 바이오가스를 이용하여 전기를 생산하는 공정, 혐기성 소화조로부터 배출되는 슬러지를 토양개량제나 연료로 만드는 공정, 하수를 처리하는 과정 및 슬러지를 연료나 토양개량제로 만드는 과정에서 발생되는 악취가스를 제거하는 공정이 각각 개별적으로 진행됨에 따라 각각의 공정에서 발생되는 폐열을 제대로 활용하지 못하는 문제점이 있다.
공개특허공보 제10-2000-0018557호(2000.04.06.공개)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 부산물을 자원화 처리 과정에서 요구되는 외부 에너지의 도입을 최소화할 수 있도록 한 하수처리 부산물의 에너지 절약형 자원화 시스템 및 자원화 방법을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 하수처리장에서 이루어지는 하수처리과정에서 발생되는 바이오가스를 연료전지에 주입하여 전기를 생산하는 발전부; 상기 하수처리과정에서 발생되는 슬러지의 탈수와 건조 및 반탄화 작업을 통해 연료 또는 토양개량제로 만드는 재생부; 및 상기 하수처리과정 그리고 슬러지의 재생과정에서 발생되는 악취가스를 제공받아 악취를 제거하는 탈취부;를 포함하는 것으로 이루어지되, 상기 연료전지로부터 배출되는 배출가스가 재생부의 슬러지 저온건조장치로 공급되어 외부 에너지의 도입 없이 슬러지의 건조가 가능하도록 구성되고, 상기 탈취부는, 내부에 일정량의 물이 모일 수 있도록 마련된 제1저류부와, 처리가스에 포함된 수분을 제거하는 제1데미스터와, 악취가스와 오존 및 물을 혼합하여 나노버블 형태로 공기 중에 분사하는 하나 이상의 제1벤츄리 인젝터를 포함하여 악취를 제거하도록 이루어진 제1스크러버; 내부에 일정량의 물이 모일 수 있도록 마련된 제2저류부와, 처리가스에 포함된 수분을 제거하는 제2데미스터와, 제1스크러버로부터 공급되는 물과 처리가스를 오존과 혼합하여 나노버블 형태로써 제2저류부에 저장된 물의 내부로 분사하는 하나 이상의 제2벤츄리 인젝터를 포함하여 악취를 제거하도록 이루어진 제2스크러버; 및 상기 제2스크러버에 저장된 물을 공급받아 저장하는 용기의 내부에 플라즈마 발생장치가 설치된 것으로 구성되어 수중에서의 플라즈마 방전을 통해 물속의 황화수소를 제거한 후 물을 제2스크러버로 다시 반환하도록 이루어진 수중 플라즈마 여과장치;로 구성된 것을 특징으로 하는 하수처리 부산물의 에너지 절약형 자원화 시스템을 제공한다.
한편 상기 하수처리 부산물의 에너지 절약형 자원화 시스템에 있어서, 상기 하수처리장의 혐기성 소화조에 저류된 물과 반탄화 장치로부터 나오는 배기가스의 열교환을 유도하여 협기성 소화조의 물을 가온시키는 열교환기;가 더 포함될 수 있다.
한편 상기 하수처리 부산물의 에너지 절약형 자원화 시스템에 있어서, 상기 열교환기로 공급된 배기가스는 물과의 열교환 후 탈취부로 공급되어 배기가스의 악취가 제거된 후 대기로 방출되도록 이루어질 수 있다.
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또한 본 발명은 하수처리과정에서 발생되는 바이오가스를 연료전지에 주입하여 전기를 생산하는 발전단계(S10); 하수처리과정에서 발생되는 슬러지의 탈수와 건조 및 반탄화 작업을 통해 연료 또는 토양개량제로 만드는 재생단계(S20); 및 하수처리과정 및 재생단계(S20)에서 발생되는 악취가스를 제거하는 탈취단계(S30);로 이루어지되, 상기 연료전지로부터 배출되는 배출가스가 슬러지의 건조에 사용되는 슬러지 저온건조장치로 공급되어 외부 에너지의 도입 없이 슬러지의 건조가 가능하도록 이루어지고, 상기 탈취단계(S30)는 악취가스가 상기 탈취부를 구성하는 제1스크러버와 제2스크러버를 순차적으로 경유하면서 탈취되고, 제2스크러버의 물이 수중 플라즈마 여과장치를 순환하면서 황화수소가 제거되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 하수처리 부산물의 에너지 절약형 자원화 방법을 제공한다.
한편 상기 하수처리 부산물의 에너지 절약형 자원화 방법에 있어서, 하수처리장의 혐기성 소화조에 저류된 물과 슬러지의 반탄화 작업에 사용되는 반탄화 장치로부터 나오는 배기가스의 열교환을 유도하여 외부 에너지의 도입 없이 협기성 소화조의 물을 가온시키도록 이루어질 수 있다.
한편 상기 하수처리 부산물의 에너지 절약형 자원화 방법에 있어서, 상기 혐기성 소화조의 물과 열교환을 마친 배기가스를 탈취제거부로 공급하여 배기가스의 악취를 제거한 후 대기로 방출하도록 이루어질 수 있다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 하수처리과정에서 발생되는 바이오가스를 이용하여 전기를 생산하는 과정에서 발생되는 고온의 배출가스를 슬러지의 건조를 위한 에너지로 활용함으로써 슬러지를 연료 또는 토양개량제로 재생하는 과정에서 필요한 외부 에너지의 도입을 최소화하여 에너지 절약을 실현할 수 있다.
또한, 반탄화 장치로부터 배출되는 고온의 배기가스를 이용하여 혐기성 소화조의 물을 가온시키는 방식으로 혐기성 소화조의 온도를 제어하게 되므로, 자원화 시스템의 운영에 필요한 외부 에너지의 도입을 더욱 감소시킬 수 있다.
또한, 발전부와 재생부 및 탈취부가 하나의 시스템으로 구성되어 하수처리과정에서 발생되는 부산물의 자원화가 용이하며, 하수처리과정 및 부산물의 자원화 과정에서 발생되는 악취가스를 바로 제거할 수 있게 되므로, 악취가스의 방출로 인한 주변 환경의 오염을 방지하고, 탈취처리에 요구되는 에너지를 절감할 수 있다.
또한, 악취가스의 탈취과정에서 약품의 사용이 요구되지 않으므로, 유지비용을 절감할 수 있으며, 공기 중 및 수중으로 분사되는 나노버블에 의한 악취 발생물질의 흡착과 분해를 통해 악취를 보다 효과적으로 제거할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자원화 시스템의 전체 구조도,
도 2 는 본 발명에 따른 탈취부의 구조도,
도 3 은 본 발명에 적용된 수중 플라즈마 여과장치의 구조도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자원화 시스템의 전체 구조도를, 도 2는 본 발명에 따른 탈취부의 구조도를, 도 3은 본 발명에 적용된 수중 플라즈마 여과장치의 구조도를 도시하고 있다.
본 발명에 따른 에너지 절약형 자원화 시스템은 하수나 축산분뇨의 처리과정에서 발생되는 부산물을 이용하여 전기를 생산하고, 연료나 토양개량제를 생산함에 있어서 요구되는 외부 에너지의 도입을 최소화시킬 수 있도록 한 것으로, 발전부(100)와 재생부(200) 및 탈취부(300)로 구성된다.
상기 발전부(100)는 하수처리장에 마련된 혐기성 소화조에서 발생되는 바이오가스를 이용하여 전기를 생산하는 것으로, 정제부(110)와 연료전지부(120)로 구성된다.
상기 정제부(110)는 혐기성 소화조에서 발생되는 바이오가스에 함유된 불순물을 정제 처리하는 것으로, 공지의 3단 약액 세정탑을 이용하여 바이오가스에 포함된 황화수소(H2S)와 같은 불순물의 농도를 낮추는 1차 처리부(111)와, 냉각제습방식을 통해 바이오가스 중의 수분을 제거하는 2차 처리부(112)와, 활성탄소의 흡착성을 이용하여 바이오가스의 황화수소 농도를 1ppm 이하로 낮추는 3차 처리부(113)로 구성된다.
상기 연료전지부(120)는 정제부(110)를 통해 정제된 바이오가스를 연료전지에 주입하여 전기를 생산하는 것으로, 하나 이상의 연료전지를 포함하는 것으로 구성된다.
상기 재생부(200)는 혐기성 소화조로부터 배출되는 슬러지를 연료 또는 토양개량제로 재생하는 것으로, 탈수장치(210)와 저온건조장치(220) 및 반탄화 장치(230)로 구성된다.
상기 탈수장치(210)는 공지의 필터 프레스, 벨트 프레스, 원심탈수기 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
상기 저온건조장치(220)는 저온열풍 건조방식의 건조기로써, 탈수된 슬러지가 벨트에 의해 서서히 운반되는 과정에서 200~210℃의 열풍을 건조기의 내부에 불어넣어 슬러지를 건조시키도록 구성된다.
이러한 저온건조장치(220)는 공개특허공보 제10-2017-0041969호에 개시된 저온 열풍 건조장치를 그대로 이용하여 구성될 수 있으므로, 보다 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
상기 반탄화 장치(230)는 저온건조장치(220)에 의해 건조된 후 펠렛(pellet)의 형태로 가공된 슬러지를 탄화로에 충전시키고, 공기의 공급을 차단시킨 상태에서 버너(231)를 이용하여 탄화로를 가열하여 슬러지의 유기물을 반탄화시키도록 구성된다.
이와 같이 구성된 발전부(100)와 재생부(200)에 있어서, 바이오가스를 연료전지에 주입하여 전기를 생산하는 과정에서 연료전지로부터 발생되는 배출가스가 슬러지의 건조를 위한 열원으로 활용될 수 있도록 하는 제1연결라인(410)이 더 포함될 수 있다.
상기 제1연결라인(410)은 연료전지부(120)와 저온건조장치(220)를 연결하여 연료전지부(120)에서 발생되는 약 200℃의 배출가스를 저온건조장치(220)로 공급하도록 구성된다.
이처럼 연료전지부(120)에서 발생되는 고온의 배출가스를 슬러지의 건조를 위한 열원으로 사용함으로써, 외부 에너지의 도입 없이 슬러지의 건조가 가능하게 된다.
또한, 상기 반탄화 장치(230)로부터 배출되는 고온의 배기가스를 이용하여 혐기성 소화조의 온도를 혐기성 미생물의 활발한 활동을 유도하는 온도로 가온시키는 열교환기(420)가 더 포함될 수 있다.
상기 열교환기(420)는 혐기성 소화조와 반탄화 장치(230)의 사이에 배치되며, 순환펌프(431)가 설치된 순환라인(430)을 통해 혐기성 소화조에 연결되어 혐기성 소화조의 물이 순환하도록 이루어지며, 반탄화 장치(230)로부터 나오는 배기가스를 공급받아 순환하는 물과 열교환시킴으로써 물을 가온시키도록 구성된다.
상기 탈취부(300)는 하수처리과정 및 슬러지를 연료나 토양개량제로 재생하는 과정에서 발생되는 악취가스를 제공받아 악취를 제거하는 것으로, 제1스크러버(310), 제2스크러버(320), 제1펌핑부(330), 제2펌핑부(340), 수중 플라즈마 여과장치(350)로 구성된다.
상기 제1스크러버(310)는 악취가스 유입구(311)와 처리가스 배출구(312)가 형성된 탱크의 내부에 제1저류부(313)와 제1데미스터(314) 및 제1벤츄리 인젝터(315)가 형성 또는 설치된 것으로 구성된다.
한편, 상기 악취가스 유입구(311)는 탱크의 하부쪽에 위치하도록 형성되고, 상기 처리가스 배출구(312)는 탱크의 상단에 위치하도록 형성된다.
이와 같이 제1스크러버(310)에 형성된 악취가스 유입구(311)에는 하수처리설비, 열교환기(420), 저온건조장치(220)로부터 연장되는 악취가스 공급배관(11)이 연결되고, 상기 처리가스 배출구(312)로부터 연장되는 배출관(12)은 제2스크러버(320)로 연장된다.
따라서, 악취가스 공급배관(11)을 통해 제1스크러버(310)의 하단부로 유입되는 악취가스는 제1스크러버(310)의 내부 및 배출관(12)을 지나 제2스크러버(320)로 유입된다.
상기 제1저류부(313)는 일정량의 물이 모일 수 있도록 제1스크러버(310)의 하단부에 형성된 공간으로, 제1저류부(313)에 저장된 물은 펌프에 의해 제2벤츄리 인젝터(324)로 공급된다.
상기 제1데미스터(314)는 제1스크러버(310)의 내측 상단부에 위치하도록 설치되어 처리가스 배출구(312)로 유동하는 처리가스 중의 수분을 제거하도록 구성된다.
한편, 다양한 구조의 데미스터가 상용화되어 사용되고 있으며, 상용화된 데미스터를 이용하여 본 발명에 따른 제1데미스터(314)는 물론이고 후술될 제2데미스터(323)를 구성할 수 있으므로, 제1데미스터(314) 및 후술될 제2데미스터(323)의 상세한 구조에 대한 설명은 생략하도록 한다.
상기 제1벤츄리 인젝터(315)는 제1저류부(313)와 제1데미스터(314)의 사이에 위치하도록 제1스크러버(310)의 내부에 설치되어 악취가스와 물 및 오존의 혼합물을 나노버블 형태로 분사하도록 구성되며, 이러한 제1벤츄리 인젝터(315)는 다수개가 수평방향으로 분산된 구조로 설치될 수 있다.
상기 제2스크러버(320)는 제1스크러버(310)에서 1차 처리 후 배출되는 처리가스를 제공받아 2차 처리를 실시하는 것으로, 탈취가스 배출구(321)가 상단부에 형성된 탱크의 내부에 제2저류부(322)와 제2데미스터(323) 및 제2벤츄리 인젝터(324)가 설치된 것으로 구성된다.
상기 제2저류부(322)는 일정량의 물이 모일 수 있도록 제2스크러버(320)의 하단부에 형성된 공간으로, 제2저류부(322)에 저장된 물의 일부는 제1벤츄리 인젝터(315)로 공급되고, 또 다른 일부는 후술될 수중 플라즈마 여과장치(350)를 순환하면서 여과된다.
상기 제2데미스터(323)는 제2스크러버(320)의 내측 상단부에 위치하도록 설치되어 탈취가스 배출구(321)로 유동하는 탈취가스 중의 수분을 제거하도록 구성된다.
상기 제2벤츄리 인젝터(324)는 제2저류부(322)에 저장된 물속에 위치하도록 제2스크러버(320)의 내부에 설치되어 제1스크러버(310)로부터 공급되는 물과 처리가스를 오존과 혼합하여 나노버블 형태로 물속에 분사하도록 구성되며, 이러한 제2벤츄리 인젝터(324)는 다수개가 수평방향으로 분산된 구조로 설치될 수 있다.
상기 제1펌핑부(330)는 제2스크러버(320)에 저장된 물을 오존과 함께 제1벤츄리 인젝터(315)로 압송하는 것으로, 제1펌프(331)와 제1필터(332) 및 제1오존발생기(333)로 구성된다.
한편, 상기 제1펌프(331)는 제2스크러버(320)로부터 제1벤츄리 인젝터(315)로 연장되는 제1연결배관(13)에 연결되게 설치되어 제2스크러버(320)의 물을 제1벤츄리 인젝터(315)로 압송하도록 설치되고, 상기 제1필터(332)는 제1펌프(331)에 의해 토출되는 물에 포함된 분순물을 여과하도록 제1연결배관(13) 상에 설치되며, 상기 제1오존발생기(333)는 제1필터(332)를 지나 유동하는 물에 오존을 공급하도록 제1연결배관(13)에 연결되게 설치된다.
상기 제2펌핑부(340)는 제1스크러버(310)에 저장된 물을 오존과 함께 제2벤츄리 인젝터(324)로 압송하는 것으로, 제2펌프(341)와 제2오존발생기(342)로 구성된다.
한편, 상기 제2펌프(341)는 제1스크러버(310)로부터 제2벤츄리 인젝터(324)로 연장되는 제2연결배관(14)에 연결되게 설치되어 제1스크러버(310)의 물을 제2벤츄리 인젝터(324)로 압송하도록 설치되고, 상기 제2오존발생기(342)는 제2펌프(341)에 의해 유동하는 물에 오존을 공급하도록 제2연결배관(14)에 연결되게 설치된다.
상기 수중 플라즈마 여과장치(350)는 제2스크러버(320)와 제3연결배관(15) 및 제4연결배관(16)을 통해 연결되어 제2스크러버(320)에 저장된 물을 제3연결배관(15)을 통해 공급받고, 플라즈마 방전을 통해 여과된 물을 제4연결배관(16)을 통해 제2스크러버(320)로 반환하도록 구성된다.
이러한 수중 플라즈마 여과장치(350)는 스크러버(320)로부터 공급되는 물이 저장되는 탱크(351)와, 상기 탱크(351)에 설치된 유전체관(352)과, 상기 유전체관(352)의 내부에 위치하도록 배치된 고전압전극(353)과, 상기 고전압전극(353)으로 전원을 공급하는 전원공급부(354)와, 방전전극에 가스를 주입하는 가스공급부(355)를 포함하는 것으로 구성된다.
이와 같이 구성된 수중 플라즈마 여과장치(350)는 고전압전극(353)으로 전원이 인가됨에 따라 발생되는 플라즈마제트를 유전체관(352)을 통해 탱크(351)의 내부로 분사하여 탱크(351)에 저장된 물에 포함된 황화수소를 제거하는 기능을 제공하게 된다.
이러한 수중 플라즈마 여과장치는 등록특허공보 제10-1918147호에 개시된 플라즈마 수처리 장치를 이용한 것으로, 물속에 포함된 황화수소의 중화 및 응집을 유도하는 방식으로 수중의 황화수소를 제거하게 된다.
한편, 상기 제3연결배관(15)에는 제2스크러버(320)에 저장된 물이 수중 플라즈마 여과장치(350)를 순환할 수 있도록 물을 유동시키는 펌프(17)가 설치되고, 제4연결배관(16)에는 수중 플라즈마 여과장치(350)에서 중화 및 응집된 황화수소를 물로부터 제거하기 위한 필터(18)가 설치되며, 제4연결배관(16)에는 수중 플라즈마 여과장치(350)로부터 제2스크러버(320)로 반환되는 물의 황화수소(H2S)의 농도를 감지하는 황화수소측정기(19)가 설치된다.
상기와 같이 구성된 에너지 절약형 자원화 시스템에 의해 구현된 본 발명에 따른 하수처리 부산물의 에너지 절약형 자원화 방법은 하수처리과정에서 발생되는 바이오가스를 연료전지에 주입하여 전기를 생산하는 발전단계(S10); 하수처리과정에서 발생되는 슬러지의 탈수와 건조 및 반탄화 작업을 통해 연료 또는 토양개량제로 만드는 재생단계(S20); 하수처리과정 및 재생단계(S20)에서 발생되는 악취가스를 제거하는 탈취단계(S30);로 이루어진다.
상기 발전단계(S10)는 혐기성 소화조에서 이루어지는 하수 또는 축산분뇨의 처리과정에서 발생되는 바이오가스를 이용하여 전기를 생산하는 공정으로, 상기 발전부(100)를 구성하는 정제부(110)와 연료전지부(120)에 의해 구현된다.
즉, 혐기성 소화조에서 발생되는 바이오가스는 정제부(110)를 구성하는 1차 처리부(111)와 2차 처리부(112) 및 3차 처리부(113)를 순차적으로 거치면서 고순도로 정제되며, 정제된 바이오가스가 연료전지부(120)에 마련된 연료전지로 주입됨에 따라 전기의 생산이 이루어지게 된다.
한편, 상기와 같은 정제공정을 거쳐 연료전지부(120)로 투입되는 바이오가스의 투압력을 일정한 수준으로 유지시키기 위해 저압 컴프레서가 정제부(110)의 입구측에 설치될 수 있다.
한편, 상기 연료전지부(120)에 의해 생산되는 전기를 하수처리장에 마련된 교반기나 펌프의 구동에 사용함으로써 외부 에너지의 도입을 감소시킬 수 있다.
상기 재생단계(S20)는 혐기성 소화조에서 발생되는 슬러지를 연료 또는 토양개량제로 재생하는 공정으로, 상기 재생부(200)를 구성하는 탈수장치(210)와 저온건조장치(220) 및 반탄화 장치(230)에 의해 구현된다.
즉, 혐기성 소화조로부터 배출되는 슬러지는 탈수장치(210)에 의해 탈수된 후, 슬러지 저온건조장치(220)로 유입되며, 저온건조장치(220)를 통해 건조된 후, 펠렛 형태로 가공되어 반탄화 장치(230)로 공급되고, 반탄화 장치(230)에서 유기물의 반탄화를 통해 연료 또는 토양개량제로 재생된다.
이와 같은 슬러지의 재생과정에서 저온건조장치(220)는 연료전지부(120)에서 발생되는 고온의 배출가스를 제공받아 슬러지의 건조를 위한 열원으로 사용함으로써, 일체의 외부 에너지 도입 없이 슬러지의 건조가 가능하게 된다.
또한, 반탄화 장치(230)로부터 배출되는 고온의 배기가스는 대기로 그대로 방출되지 않고, 열교환기(420)로 공급되어 혐기성 소화조를 순환하는 물과 연교환되면서 물을 가열하게 되며, 이에 따라 외부 에너지의 도입 없이 혐기성 소화조의 온도를 혐기성 미생물의 활발한 활동을 유도하기 위한 온도로 유지시킬 수 있게 된다.
이처럼 혐기성 소화조의 물을 가온시키는데 사용된 배기가스는 탈취부(300)로 공급되어 탈취과정을 거친 후, 대기로 방출된다.
상기 탈취단계(S30)는 하수 및 축산분뇨의 처리과정 및 슬러지의 재생과정에서 발생되는 악취가스를 제거하는 공정으로, 상기 탈취부(300)를 제1스크러버(310)와 제2스크러버(320) 및 수중 플라즈마 여과장치(350)에 의해 구현된다.
즉, 하수 및 축산분뇨의 처리과정 및 슬러지의 재생과정에서 발생되는 악취가스는 제1스크러버(310)로 유입되며, 이처럼 제1스크러부로 유입되는 악취가스의 일부는 제1벤츄리 인젝터(315)로 공급되고, 나머지 일부는 제1스크러버(310)에 형성된 악취가스 유입구(311)를 통해 제1스크러버(310)의 내부로 유입된다.
한편, 제1벤츄리 인젝터(315)로 공급되는 악취가스는 제1펌핑부(330))에 의해 제1벤츄리 인젝터(315)로 공급되는 오존이 혼합된 물에 혼합된 채로 미세한 물방울인 나노버블을 형성하면서 제1스크러버(310) 내부의 공기 중으로 분사된다.
일반적으로 버블은 그 크기가 작을수록 동일한 용적에 대비하여 표면적이 상대적으로 크게 되며 특히 초미세버블인 나노버블의 경우 그 표면의 반응력이 일반 버블에 비해 109배 강하므로 악취물질 분자와 강력하게 화합하면서 악취물질을 제거하는 작용을 하게 되므로, 악취가스의 1차 탈취공정이 이루어지게 된다.
이와 같은 1차 탈취공정을 거친 처리가스는 부상하면서 제1데미스터(314)를 거치게 되며, 제1데미스터(314)에 의해 수분이 제거된 채로 제2벤츄리 인젝터(324)로 공급된다.
한편, 제1스크러버(310)의 제1저류조에 모이는 물은 제2펌핑부(340)에 의해 제2벤츄리 인젝터(324)로 압송되며, 이러한 과정에서 오존이 물에 첨가되는 것과 함께 제1스크러버(310)로부터 배출되는 처리가스가 물에 유입된다.
이와 같이 제2벤츄리 인젝터(324)로 공급되는 물과 오존 및 처리가스는 서로 혼합된 채로 나노버블의 형태로써 수중으로 분사되며, 수중으로 분사된 나노버블 표면의 강력한 반응력은 버블 내의 기체와는 물론 수중의 악취물질과 반응하여 염 등과 같은 안정된 화합물을 생성하여 기체와 물의 정화하는 작용을 하게 되므로, 악취가스의 2차 탈취공정이 이루어지게 된다.
이러한 2차 탈취공정이 진행되는 과정에서 제2스크러버(320)의 물은 수중 플라즈마 여과장치(350)를 순환하게 되며, 수중 플라즈마 여과장치(350)에 발생되는 수중 플라즈마는 고압전기에 의해 만들어진 수중에 일종의 작은 번개를 말하는데, 이 번개에 안정적인 상태가 아닌 물질(불순물 등)이 접촉하게 되면 번개의 강력한 에너지에 의해 불순물이 반응을 일으켜 환경에 해를 주지 않는 안정적인 물질을 생성하게 되며, 특히 황화수소와 접촉하면 황분자는 수소와 떨어져 나가서 고체 황을 생성하고 남겨진 수소는 주로 물속의 산소와 반응하여 물 분자를 생성하게 되므로, 물에 포함된 황화수소를 효과적으로 제거할 수 있게 된다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 탈취부(300)에 의해 구현되는 탈취단계(S30)는 약품이나 여재를 사용하지 않고 미세한 물방울 및 공기방울을 이용하여 악취를 제거할 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 발전부 200: 재생부
220: 슬러지 저온건조장치 230: 반탄화 장치
300: 탈취부 310: 제1스크러버
320: 제2스크러버 350: 수중 플라즈마 여과장치
420: 열교환기

Claims (7)

  1. 하수처리장에서 이루어지는 하수처리과정에서 발생되는 바이오가스를 연료전지에 주입하여 전기를 생산하는 발전부(100);
    상기 하수처리과정에서 발생되는 슬러지의 탈수와 건조 및 반탄화 작업을 통해 연료 또는 토양개량제로 만드는 재생부(200); 및
    상기 하수처리과정 그리고 슬러지의 재생과정에서 발생되는 악취가스를 제공받아 악취를 제거하는 탈취부(300);를 포함하는 것으로 이루어지되,
    상기 연료전지로부터 배출되는 배출가스가 재생부(200)의 슬러지 저온건조장치(220)로 공급되어 외부 에너지의 도입 없이 슬러지의 건조가 가능하도록 구성되고,
    상기 탈취부(300)는, 내부에 일정량의 물이 모일 수 있도록 마련된 제1저류부(313)와, 처리가스에 포함된 수분을 제거하는 제1데미스터(314)와, 악취가스와 오존 및 물을 혼합하여 나노버블 형태로 공기 중에 분사하는 하나 이상의 제1벤츄리 인젝터(315)를 포함하여 악취를 제거하도록 이루어진 제1스크러버(310); 내부에 일정량의 물이 모일 수 있도록 마련된 제2저류부(322)와, 처리가스에 포함된 수분을 제거하는 제2데미스터(323)와, 제1스크러버(310)로부터 공급되는 물과 처리가스를 오존과 혼합하여 나노버블 형태로써 제2저류부(322)에 저장된 물의 내부로 분사하는 하나 이상의 제2벤츄리 인젝터(324)를 포함하여 악취를 제거하도록 이루어진 제2스크러버(320); 및 상기 제2스크러버(320)에 저장된 물을 공급받아 저장하는 용기의 내부에 플라즈마 발생장치가 설치된 것으로 구성되어 수중에서의 플라즈마 방전을 통해 물속의 황화수소를 제거한 후 물을 제2스크러버(320)로 다시 반환하도록 이루어진 수중 플라즈마 여과장치(350);로 구성된 것을 특징으로 하는 하수처리 부산물의 에너지 절약형 자원화 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 하수처리장의 혐기성 소화조에 저류된 물과 반탄화 장치(230)로부터 나오는 배기가스의 열교환을 유도하여 협기성 소화조의 물을 가온시키는 열교환기(420);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하수처리 부산물의 에너지 절약형 자원화 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 열교환기(420)로 공급된 배기가스는 물과의 열교환 후 탈취부(300)로 공급되어 배기가스의 악취가 제거된 후 대기로 방출되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 하수처리 부산물의 에너지 절약형 자원화 시스템.
  4. 삭제
  5. 하수처리과정에서 발생되는 바이오가스를 연료전지에 주입하여 전기를 생산하는 발전단계(S10);
    하수처리과정에서 발생되는 슬러지의 탈수와 건조 및 반탄화 작업을 통해 연료 또는 토양개량제로 만드는 재생단계(S20); 및
    하수처리과정 및 재생단계(S20)에서 발생되는 악취가스를 제거하는 탈취단계(S30);로 이루어지되,
    상기 연료전지로부터 배출되는 배출가스가 슬러지의 건조에 사용되는 슬러지 저온건조장치(220)로 공급되어 외부 에너지의 도입 없이 슬러지의 건조가 가능하도록 이루어지고,
    상기 탈취단계(S30)는 악취가스가 청구항 1의 탈취부(300)를 구성하는 제1스크러버(310)와 제2스크러버(320)를 순차적으로 경유하면서 탈취되고, 제2스크러버(320)의 물이 수중 플라즈마 여과장치(350)를 순환하면서 황화수소가 제거되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 하수처리 부산물의 에너지 절약형 자원화 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    하수처리장의 혐기성 소화조에 저류된 물과 슬러지의 반탄화 작업에 사용되는 반탄화 장치(230)로부터 나오는 배기가스의 열교환을 유도하여 외부 에너지의 도입 없이 협기성 소화조의 물을 가온시키도록 이루어진 것을 특징으로 하는 하수처리 부산물의 에너지 절약형 자원화 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 혐기성 소화조의 물과 열교환을 마친 배기가스를 탈취제거부로 공급하여 배기가스의 악취를 제거한 후 대기로 방출하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 하수처리 부산물의 에너지 절약형 자원화 방법.
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