KR102222858B1 - Thermal hydrolysis reaction anaerobic digestion system of organic waste - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고온 고압의 스팀을 이용하여 유기성 폐기물을 열가수분해하고 2단계 냉각 장치를 도입하여 바이오가스 발생량을 증가시킬 수 있는 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 유기성 폐기물의 특성에 따라 전처리하는 전처리부; 상기 전처리된 유기성 폐기물을 예열하고, 예열된 유기성 폐기물에 스팀을 공급하여 열가수분해하며, 열가수분해된 유기성 폐기물을 2차 냉각하는 열가수분해부; 폐열을 통해 상기 스팀을 생성하는 폐열 보일러와 소화가스 및 LNG(Liquefied Natural Gas)를 통해 상기 스팀을 생성하는 보조 보일러로 이루어지는 보일러부; 및 메탄생성균을 통해 상기 2차 냉각된 유기성 폐기물로부터 유기물을 분리하는 혐기소화부를 포함하는 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템이 제공된다.The present invention relates to a thermal hydrolysis anaerobic digestion system of organic waste capable of increasing the amount of biogas generated by thermally hydrolyzing organic waste using high temperature and high pressure steam and introducing a two-stage cooling device. To this end, the present invention provides a pretreatment unit for pretreating according to the characteristics of organic waste; A thermal hydrolysis unit preheating the preheated organic waste, supplying steam to the preheated organic waste to thermally hydrolyze, and secondary cooling the thermally hydrolyzed organic waste; A boiler unit comprising a waste heat boiler that generates the steam through waste heat and an auxiliary boiler that generates the steam through digestion gas and LNG (Liquefied Natural Gas); And an anaerobic digester for separating organic matter from the secondary cooled organic waste through methanogenic bacteria.

Description

유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템{THERMAL HYDROLYSIS REACTION ANAEROBIC DIGESTION SYSTEM OF ORGANIC WASTE}Thermohydrolysis anaerobic digestion system of organic waste {THERMAL HYDROLYSIS REACTION ANAEROBIC DIGESTION SYSTEM OF ORGANIC WASTE}

본 발명은 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고온 고압의 스팀을 이용하여 유기성 폐기물을 열가수분해하고 2단계 냉각 장치를 도입하여 바이오가스 발생량을 증가시킬 수 있는 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a technology for the anaerobic digestion of thermal hydrolysis of organic waste, and more specifically, an organic waste capable of increasing the amount of biogas generated by thermally hydrolyzing organic waste using high-temperature and high-pressure steam and introducing a two-stage cooling device. It relates to an anaerobic digestion system for thermal hydrolysis of waste.

생활수준의 향상, 인구의 증가, 신도시 개발 및 소득의 증가 등으로 향후 하수슬러지, 분뇨, 음식물류 폐기물, 가축 분뇨를 포함하는 유기성 폐기물의 발생량은 지속적으로 증가하고 있다.The generation of organic wastes including sewage sludge, manure, food waste, and livestock manure continues to increase in the future due to the improvement of living standards, the increase of the population, the development of new cities, and the increase of income.

또한, 신기후 체제(Post 2020, 파리협정) 대응, 유기성 폐기물에 대한 직매립 및 해양배출 금지, RFS(Renewable Fuel Standard; 신재생 연료 혼합의무화) 제도 시행, 에너지 위기 문제 등과 맞물려 유기성 폐기물을 활용한 바이오가스 생산에 대한 관심이 급증하고 있다.In addition, responding to the new climate system (Post 2020, Paris Agreement), prohibiting direct landfilling and marine emission of organic waste, implementing the RFS (Renewable Fuel Standard; mandatory mixing of renewable fuels), and energy crisis. Interest in biogas production is increasing rapidly.

환경부에서는 전기, LNG(Liquefied Natural Gas)와 같은 하수처리장에 사용되고 있는 화석에너지 의존율을 2030년 기준 50% 이하로 낮추기 위해 하수처리장 에너지 자립화 사업을 지속적으로 추진하고 있고, 하수처리장 에너지 자립화 사업의 일환으로 슬러지 가용화 시설 설치가 많이 추진되고 있다. The Ministry of Environment is continuously promoting the energy self-reliance project of sewage treatment plants to reduce the dependence on fossil energy used in sewage treatment plants such as electricity and LNG (Liquefied Natural Gas) to less than 50% as of 2030. There is a lot of progress in the establishment of solubilization facilities.

음식물류 폐기물, 하수슬러지, 분뇨와 같은 유기성 폐기물을 대상으로 하는 혐기소화는 서로 다른 기질 특성으로 인해 혐기소화시 안정적인 분해율 유지가 어려워 혐기소화 전처리로 가용화를 대부분 적용하고 있다.In anaerobic digestion for organic wastes such as food waste, sewage sludge, and manure, it is difficult to maintain a stable decomposition rate during anaerobic digestion due to different substrate characteristics, so solubilization is mostly applied as pretreatment for anaerobic digestion.

그러나 기존에 설치된 가용화 시설은 초음파, 캐비테이션 기술이 대부분으로 설치 전 대비 유기물 제거 효과를 보지 못하고 있는 상태이다.However, most of the previously installed solubilization facilities use ultrasonic and cavitation technologies, and are not showing the effect of removing organic matter compared to before installation.

일부 지자체에서는 환경부의 하수처리장 에너지 자립화 정책(2030년 기준 하수처리장 에너지 자립률 50%)에 부합하기 위한 에너지 자립률 향상 방안으로 열가수분해 혐기소화에 대해 많은 관심과 시설 확충을 고려하고 있으나, O&M(Operating & Maintenance) know-how부족, 공정 구성 미흡, 기술의 불안정성 등의 문제가 있고, 기존 설치된 시설의 가동 중지, 설치 후 소화가스 발생량 및 슬러지 감량률 증대에 따른 시설의 경제성 확보 가능성에 대한 확신 부족, 시설 공정 구성의 확신성 등이 부족하여 현재까지는 시설의 확대 보급 속도가 낮은 실정이다. Some local governments are considering the expansion of facilities and interest in thermohydrolysis anaerobic digestion as a way to improve the energy independence rate to comply with the Ministry of Environment's energy independence policy for sewage treatment plants (50% energy independence rate for sewage treatment plants as of 2030). (Operating & Maintenance) There are problems such as lack of know-how, insufficient process composition, and technical instability.Confidence in the possibility of securing the economic feasibility of the facility by increasing the amount of digestion gas generated and sludge reduction rate after stopping the operation of the existing installed facility Due to the shortage and lack of certainty in the construction of facilities, the rate of expansion of facilities has been low so far.

아울러 기 가동 중에 있는 열가수분해 혐기소화 시설 중 열가수분해가 완료된 기질의 온도를 낮추기 위하여 소화조 내부의 소화액을 열가수분해된 고온의 기질과 접촉하는 공정으로 되어 있어, 소화조 내 중온 미생물의 사멸 및 활성도 저하가 현상이 발생되고 있다. In addition, in order to lower the temperature of the thermally hydrolyzed substrate among the pyrohydrolysis anaerobic digestion facilities that are already in operation, the digestive solution inside the digester is contacted with the hot substrate that has been thermally hydrolyzed. There is a phenomenon that the activity decreases.

따라서, 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 고온 고압의 스팀을 이용하여 유기성 폐기물을 열가수분해하고 2단계 냉각 장치를 도입하여 바이오가스 발생량을 증가시킬 수 있는 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, in order to solve the conventional problem, the present invention thermally hydrolyzes organic waste using high-temperature and high-pressure steam and introduces a two-stage cooling device to increase the amount of biogas. Its purpose is to provide a digestive system.

또한, 본 발명은 열가수분해가 완료된 기질을 소화조에 투입하기 전 온도를 40도로 낮춰 중온 소화에 최적화된 조건을 형성하여 기존 열가수분해 공정 대비 10% 이상으로 바이오가스 발생량을 증가시킬 수 있는 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.In addition, the present invention lowers the temperature to 40 degrees before introducing the thermally hydrolyzed substrate into the digester to form conditions optimized for medium temperature digestion, thereby increasing the amount of biogas generated by 10% or more compared to the existing thermal hydrolysis process. Another object is to provide an anaerobic digestion system for pyrolysis of waste.

또한, 본 발명은 소화가스 발전 과정에서 발생하는 폐열을 이용하여 스팀을 생산 및 공급하고, 발전 시설 미가동시 소화가스와 LNG를 동시에 사용할 수 있는 보조 보일러를 가동하여 시설의 중단 없이 유기성 폐기물을 처리할 수 있는 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, the present invention produces and supplies steam using waste heat generated in the process of generating digestion gas, and operates an auxiliary boiler that can use digestion gas and LNG at the same time when the power plant is not operated to treat organic waste without stopping the facility. Another object is to provide an anaerobic digestion system for thermohydrolysis of organic waste.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem of the present invention is not limited to those mentioned above, and other problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 유기성 폐기물의 특성에 따라 전처리하는 전처리부; 상기 전처리된 유기성 폐기물을 예열하고, 예열된 유기성 폐기물에 스팀을 공급하여 열가수분해하며, 열가수분해된 유기성 폐기물을 2차 냉각하는 열가수분해부; 폐열을 통해 상기 스팀을 생성하는 폐열 보일러와 소화가스 및 LNG(Liquefied Natural Gas)를 통해 상기 스팀을 생성하는 보조 보일러로 이루어지는 보일러부; 및 메탄생성균을 통해 상기 2차 냉각된 유기성 폐기물로부터 유기물을 분리하는 혐기소화부를 포함하는 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템이 제공된다.According to an aspect of the present invention for achieving the objects and other features of the present invention, a pretreatment unit for pretreating according to the characteristics of organic waste; A thermal hydrolysis unit preheating the preheated organic waste, supplying steam to the preheated organic waste to thermally hydrolyze, and secondary cooling the thermally hydrolyzed organic waste; A boiler unit comprising a waste heat boiler that generates the steam through waste heat and an auxiliary boiler that generates the steam through digestion gas and LNG (Liquefied Natural Gas); And there is provided a thermohydrolysis anaerobic digestion system of organic waste comprising an anaerobic digester for separating organic matter from the secondary cooled organic waste through methanogenic bacteria.

본 발명에 있어서, 상기 전처리부는 상기 유기성 폐기물이 음식물 또는 음폐수인 경우 이물질을 제거하고 일정 크기의 입자로 파쇄하며, 상기 유기성 폐기물이 하수슬러지인 경우 원심탈수기를 통해 탈수하고, 상기 유기성 폐기물이 축분 또는 분뇨인 경우 이물질을 제거하고 원심탈수기를 통해 탈수하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.In the present invention, the pretreatment unit removes foreign substances when the organic waste is food or drinking water and crushes it into particles of a certain size, and when the organic waste is sewage sludge, dewaters through a centrifugal dehydrator, and the organic waste is condensed. Alternatively, in the case of manure, it is preferable to remove foreign substances and dehydrate through a centrifugal dehydrator.

본 발명에 있어서, 격벽을 통해 내부가 구획되고, 상기 전처리를 거친 유기성 폐기물을 저장하는 중간저장부를 더 포함하는 것이 바람직하다.In the present invention, the interior is partitioned through the partition wall, and it is preferable to further include an intermediate storage unit for storing the organic waste that has undergone the pretreatment.

본 발명에 있어서, 상기 열가수분해부는 폐열을 회수하여 상기 전처리된 유기성 폐기물을 예열하고 모노펌프를 통해 상기 예열된 유기성 폐기물을 상하 혼합하여 균질화하는 제조 탱크; 상기 폐열 보일러 또는 상기 보조 보일러로부터 스팀을 공급받아 상기 균질화된 유기성 폐기물의 세포벽을 1차 파괴하는 반응 탱크; 및 상기 반응탱크에서 세포벽이 1차 파괴된 유기성 폐기물의 세포벽을 2차 파괴하는 저장 탱크를 포함하는 것이 바람직하다.In the present invention, the thermohydrolysis unit recovers waste heat, preheats the pre-treated organic waste, and mixes and homogenizes the preheated organic waste through a monopump; A reaction tank receiving steam from the waste heat boiler or the auxiliary boiler and first destroying the cell walls of the homogenized organic waste; And a storage tank for secondarily destroying the cell wall of the organic waste in which the cell wall is first destroyed in the reaction tank.

본 발명에 있어서, 상기 열가수분해부는 상기 열가수분해된 유기성 폐기물에 냉각수를 공급하여 상기 유기성 폐기물을 1차 냉각하는 1차 냉각장치; 및 이중관식 열교환기 방식을 통해 상기 1차 냉각된 유기성 폐기물에 냉각수를 공급하여 상기 유기성 폐기물을 2차 냉각하는 2차 냉각장치를 포함하는 것이 바람직하다.In the present invention, the thermal hydrolysis unit supplies cooling water to the thermally hydrolyzed organic waste to first cool the organic waste; And a secondary cooling device for secondary cooling the organic waste by supplying cooling water to the first cooled organic waste through a double tube heat exchanger method.

본 발명에 있어서, 상기 2차 냉각장치는 상기 유기성 폐기물을 2차 냉각하여 상기 1차 냉각된 유기성 폐기물의 온도를 35 ~ 41.5 ℃ 사이로 낮추는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.In the present invention, the secondary cooling device is preferably characterized in that the secondary cooling of the organic waste to lower the temperature of the first cooled organic waste between 35 ~ 41.5 ℃.

본 발명에 있어서, 상기 유기성 폐기물로부터 유기물을 분리하는 과정에서 발생되는 소화가스를 저장하고, 상기 소화가스를 통해 전기를 생산하는 소화가스 발전부를 더 포함하는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable to further include a extinguishing gas power generation unit for storing the extinguishing gas generated in the process of separating the organic matter from the organic waste, and generating electricity through the extinguishing gas.

본 발명에 있어서, 상기 폐열 보일러는 상기 전기를 생산하는 과정에서 발생하는 폐열을 회수하고, 상기 보조 보일러는 상기 폐열 보일러의 사용이 불가능한 경우 가동되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the waste heat boiler recovers waste heat generated in the process of generating the electricity, and the auxiliary boiler is operated when the waste heat boiler cannot be used.

본 발명에 따른 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템은 다음과 같은 효과를 제공한다.The thermohydrolysis anaerobic digestion system of organic waste according to the present invention provides the following effects.

본 발명은 고온 고압의 스팀을 이용하여 유기성 폐기물을 열가수분해하고 2단계 냉각 장치를 도입하여 바이오가스 발생량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention has an effect of thermally hydrolyzing organic waste using high-temperature and high-pressure steam and introducing a two-stage cooling device to increase the amount of biogas generated.

본 발명은 열가수분해가 완료된 기질을 소화조에 투입하기 전 온도를 40도로 낮춰 중온 소화에 최적화된 조건을 형성하여 기존 열가수분해 공정 대비 10% 이상으로 바이오가스 발생량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect of increasing the amount of biogas generated by 10% or more compared to the existing thermohydrolysis process by lowering the temperature to 40 degrees before introducing the thermally hydrolyzed substrate into the digester to form conditions optimized for medium temperature digestion. .

본 발명은 소화가스 발전 과정에서 발생하는 폐열을 이용하여 스팀을 생산 및 공급하고, 발전 시설 미가동시 소화가스와 LNG를 동시에 사용할 수 있는 보조 보일러를 가동하여 시설의 중단 없이 유기성 폐기물을 처리할 수 있는 효과가 있다.The present invention produces and supplies steam using waste heat generated in the process of generating digestion gas, and operates an auxiliary boiler that can use digestion gas and LNG at the same time when the power generation facility is not operated to treat organic waste without stopping the facility. It works.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명에 따른 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템의 2단계 냉각 기술을 이용하여 유기성 폐기물을 중온 소화에 최적화된 온도로 낮춤에 따라 메탄생성균의 성장율을 증가시키는 것에 대해 설명하는 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템에서 발생되는 바이오가스와 기존 공정에서 발생되는 바이오가스의 양을 비교한 실험데이터의 그래프이다.
Figure 1 is a block diagram showing the anaerobic digestion system of organic waste according to the present invention.
FIG. 2 is a graph illustrating increasing the growth rate of methanogenic bacteria by lowering the organic waste to a temperature optimized for medium temperature digestion using a two-stage cooling technology of the anaerobic digestion system for thermal hydrolysis of organic waste according to the present invention. .
FIG. 3 is a graph of experimental data comparing the amount of biogas generated in the thermohydrolysis anaerobic digestion system of organic waste according to the present invention and the biogas generated in the existing process.

본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부 도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다. Additional objects, features and advantages of the present invention may be more clearly understood from the following detailed description and accompanying drawings.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Prior to the detailed description of the present invention, the present invention is capable of various modifications and various embodiments, and the examples described below and shown in the drawings are intended to limit the present invention to specific embodiments. It should be understood as including all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

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.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. It should be. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof does not preclude in advance.

또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, terms such as "... unit", "... unit", "... module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which is hardware, software, or hardware and It can be implemented as a combination of software.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same components are assigned the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템에 대하여 도 1 및 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a thermohydrolysis anaerobic digestion system for organic waste according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.

도 1은 본 발명에 따른 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템을 도시한 블록도이다.Figure 1 is a block diagram showing the anaerobic digestion system of organic waste according to the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템(100)은 유기성 폐기물의 특성에 따라 전처리하는 전처리부(110), 전처리된 유기성 폐기물을 예열하고, 예열된 유기성 폐기물에 스팀을 공급하여 열가수분해하며, 열가수분해된 유기성 폐기물을 2차 냉각하는 열가수분해부(130), 폐열을 통해 스팀을 생성하는 폐열 보일러(161)와 소화가스 및 LNG(Liquefied Natural Gas)를 통해 스팀을 생성하는 보조 보일러(162)로 이루어지는 보일러부(160), 및 메탄생성균을 통해 2차 냉각된 유기성 폐기물로부터 유기물을 분리하는 혐기소화부(140)를 포함한다.As shown in Figure 1, the thermohydrolysis anaerobic digestion system 100 of organic waste according to the present invention is a pre-treatment unit 110 for pre-treatment according to the characteristics of organic waste, preheating the pre-treated organic waste, and preheated organic waste. A thermal hydrolysis unit 130 that supplies steam to the waste to thermally hydrolyze it and cools the thermally hydrolyzed organic waste secondary, a waste heat boiler 161 that generates steam through waste heat, and digestion gas and LNG (Liquefied Natural Gas). ), and an anaerobic digester 140 for separating organic matter from organic wastes secondarily cooled through methanogenic bacteria and a boiler unit 160 comprising an auxiliary boiler 162 for generating steam.

또한, 본 발명에 따른 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템(100)은 격벽을 통해 내부가 구획되고, 전처리를 거친 유기성 폐기물을 저장하는 중간저장부(120)와 유기성 폐기물로부터 유기물을 분리하는 과정에서 발생되는 소화가스를 저장하고, 소화가스를 통해 전기를 생산하는 소화가스 발전부(150)를 더 포함한다.In addition, the thermohydrolysis anaerobic digestion system 100 of organic waste according to the present invention is partitioned inside through a partition wall, the intermediate storage unit 120 storing the organic waste that has undergone pretreatment, and the process of separating organic matter from the organic waste It stores the extinguishing gas generated in the, and further includes a extinguishing gas power generation unit 150 for generating electricity through the extinguishing gas.

전처리부(110)는 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템(100) 내부로 반입된 유기성 폐기물을 전처리하여 열가수분해를 위한 최적 가용화 조건에 부합하도록 할 수 있다.The pretreatment unit 110 may pre-treat the organic waste carried into the anaerobic digestion system 100 for thermal hydrolysis of organic waste to meet the optimum solubilization conditions for thermal hydrolysis.

전처리부(110)는 유기성 폐기물이 음식물인 경우 파쇄선별기, 펄퍼(Pulper), 드럼스크린, 싸이클론 등을 통해 이물질 선별률 97% 이상으로 이물질을 선별하고, 입자 크기를 3mm 이하로 전처리하고, 유기성 폐기물이 음폐수인 경우 드럼스크린, 싸이클론 등을 통해 이물질을 선별하여 전처리할 수 있다.When the organic waste is food, the pretreatment unit 110 selects foreign materials with a foreign material selection rate of 97% or more through a crushing separator, a pulper, a drum screen, a cyclone, etc., and pre-treats the particle size to 3 mm or less. If the waste is negative water, it can be pretreated by sorting foreign substances through a drum screen or cyclone.

전처리부(110)는 유기성 폐기물이 하수슬러지인 경우 원심탈수기를 통해 함수율 80% 전후로 탈수하여 전처리하고, 유기성 폐기물이 축분 또는 분뇨인 경우 협작물 처리기에서 이물질을 선별하고 원심탈수기를 통해 함수율 80% 전후로 탈수하여 전처리할 수 있다.When the organic waste is sewage sludge, the pretreatment unit 110 dehydrates and pre-treats at a moisture content of around 80% through a centrifugal dehydrator. When the organic waste is livestock or manure, the pretreatment unit 110 selects foreign substances in the coarse crop treatment unit and uses a centrifugal dehydrator to achieve a moisture content of around 80%. It can be pretreated by dehydration.

중간저장부(120)는 전처리부(110)에서 전처리된 유기성 폐기물을 임시(예를 들어, 대략 3일)로 저장할 수 있다. 중간저장부(120)는 유기성 폐기물 중 음식물과 음폐수를 함께 저장하고, 하수슬러지와 축분, 분뇨를 함께 저장할 수 있다.The intermediate storage unit 120 may temporarily store the organic waste pretreated by the pretreatment unit 110 (eg, about 3 days). The intermediate storage unit 120 may store food and drinking water among organic wastes together, and may store sewage sludge, livestock manure, and manure together.

중간저장부(120)는 격벽을 통해 내부가 분리되어 고장 또는 내부 청소 작업이 진행되더라도 항상 유기성 폐기물을 저장할 수 있고, 열가수분해부(130)로 유기성 폐기물이 이송되도록 할 수 있다.The intermediate storage unit 120 may always store organic waste even if the interior is separated through a partition wall and a failure or internal cleaning operation proceeds, and the organic waste may be transferred to the thermal hydrolysis unit 130.

열가수분해부(130)는 중간저장부(120)에 저장된 유기성 폐기물을 공급받아 열가수분해 할 수 있다. 이를 위해 열가수분해부(130)는 제조 탱크(131), 반응 탱크(132), 저장 탱크(133), 1차 냉각장치(134), 및 2차 냉각장치(135)를 포함할 수 있다.The thermal hydrolysis unit 130 may receive the organic waste stored in the intermediate storage unit 120 and perform thermal hydrolysis. To this end, the thermal hydrolysis unit 130 may include a production tank 131, a reaction tank 132, a storage tank 133, a primary cooling device 134, and a secondary cooling device 135.

제조 탱크(131)는 반응 탱크(132)와 저장 탱크(133)에서 유기성 폐기물의 처리시 발생하는 폐열을 회수하여 전처리부(110)에서 전처리된 유기성 폐기물을 예열할 수 있다. 예를 들어, 제조 탱크(131)는 폐열을 통해 15 ~ 25℃의 유기성 폐기물을 95 ~ 100℃로 예열할 수 있다.The production tank 131 may recover waste heat generated during treatment of organic waste from the reaction tank 132 and the storage tank 133 to preheat the organic waste pre-treated by the pretreatment unit 110. For example, the manufacturing tank 131 may preheat organic waste at 15 to 25°C to 95 to 100°C through waste heat.

또한, 제조 탱크(131)는 유기성 폐기물의 예열과 동시에 모노펌프를 통해 하부에서 인발하여 상부로 순환하는 방식으로 유기성 폐기물을 상하 혼합하여 균질화할 수 있다. 여기에서 모노펌프는 일축 편심 스크류 나선형 펌프로써 회전 용적식 정량펌프에 해당하고, 산업 분야에서 많이 사용하고 있는 일반적인 펌프에 해당하므로 자세한 설명은 생략한다.In addition, the production tank 131 may be homogenized by mixing the organic waste up and down in a manner in which the organic waste is preheated and is circulated from the bottom through a monopump and circulated to the top. Here, the monopump is a uniaxial eccentric screw helical pump and corresponds to a rotary displacement metering pump, and a detailed description thereof will be omitted since it corresponds to a general pump that is widely used in the industrial field.

반응 탱크(132)는 폐열 보일러(161) 또는 보조 보일러(162)로부터 생산된 고온 고압의 스팀을 공급받아 제조 탱크(131)에서 균질화된 유기성 폐기물의 세포벽을 1차 파괴할 수 있다. 스팀은 200℃, 10bar의 고온 및 고압 조건으로 폐열 보일러(161) 또는 보조 보일러(162)에서 생성될 수 있다.The reaction tank 132 may receive high-temperature and high-pressure steam produced from the waste heat boiler 161 or the auxiliary boiler 162 to first destroy the cell wall of the organic waste homogenized in the production tank 131. Steam may be generated in the waste heat boiler 161 or the auxiliary boiler 162 under high temperature and high pressure conditions of 200°C and 10 bar.

반응 탱크(132)는 소화가스 발전부(150)와 폐열 보일러(161)가 정상 가동되면, 소화가스 발전부(150)에서 발생하는 폐열을 열원으로 폐열 보일러(161)에서 생성되는 스팀을 공급받고, 소화가스 발전부(150) 또는 폐열 보일러(161)가 고장, 정기점검 등에 의해 정상 가동이 불가능하면, 보조 보일러(162)에서 생성되는 스팀을 공급받을 수 있다.When the extinguishing gas power generation unit 150 and the waste heat boiler 161 operate normally, the reaction tank 132 receives steam generated by the waste heat boiler 161 as a heat source using waste heat generated from the extinguishing gas power generation unit 150. , When the digestion gas power generation unit 150 or the waste heat boiler 161 is malfunctioning or unable to operate normally due to periodic inspection, the steam generated from the auxiliary boiler 162 may be supplied.

저장 탱크(133)는 반응 탱크(132)에서 세포벽이 1차 파괴된 유기성 폐기물을 압력 이송하여 세포벽이 1차 파괴된 유기성 폐기물의 세포벽을 2차 파괴할 수 있다. 즉, 저장 탱크(133)는 0.5bar 이하의 압력을 가지도록 형성되어 6bar의 압력을 가지는 반응 탱크(132)에서 세포벽이 1차 파괴된 유기성 폐기물이 이동될 때 자동적으로 압력이 강하되도록 하고, 별도의 장치 없이 유기성 폐기물의 세포벽을 2차 파괴할 수 있다.The storage tank 133 may pressurize the organic waste in which the cell wall is first destroyed in the reaction tank 132 to secondarily destroy the cell wall of the organic waste in which the cell wall is first destroyed. That is, the storage tank 133 is formed to have a pressure of 0.5 bar or less so that the pressure is automatically lowered when the organic waste whose cell wall is first destroyed in the reaction tank 132 having a pressure of 6 bar is moved. The cell wall of organic waste can be destroyed secondarily without the device.

1차 냉각장치(134)는 저장 탱크(133)에거 세포벽이 2차 파괴된 대략 110℃를 가지는 유기성 폐기물(즉, 열가수분해된 유기성 폐기물)에 하수처리장 방류수에 해당하는 냉각수를 공급하여 대략 80 ~ 85℃의 온도를 가지도록 1차 냉각할 수 있다.The primary cooling device 134 supplies cooling water corresponding to the effluent of the sewage treatment plant to the organic waste (that is, the organic waste that has been thermally hydrolyzed) having a cell wall of about 110° C. in the storage tank 133. It can be cooled first to have a temperature of ~ 85℃.

2차 냉각장치(135)는 이중관식 열교환기 방식을 통해 냉각수를 공급하여 1차 냉각장치(134)에서 1차 냉각된 대략 80 ~ 85℃의 온도를 가지는 유기성 폐기물을 대략 40℃의 온도를 가지도록 2차 냉각할 수 있다.The secondary cooling device 135 supplies cooling water through a double-tube heat exchanger method, and generates organic wastes having a temperature of about 80 to 85°C, which is first cooled by the first cooling device 134, and has a temperature of about 40°C. It can be cooled secondarily so that it is possible.

본 발명에 따른 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템(100)에서 2차 냉각장치(135)를 통해 유기성 폐기물의 온도를 대략 40℃까지 냉각하는 이유를 도 2를 참조하여 설명한다.The reason why the temperature of the organic waste is cooled to approximately 40° C. through the secondary cooling device 135 in the anaerobic digestion system 100 for thermal hydrolysis of organic waste according to the present invention will be described with reference to FIG. 2.

도 2는 본 발명에 따른 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템의 2단계 냉각 기술을 이용하여 유기성 폐기물을 중온 소화에 최적화된 온도로 낮춤에 따라 메탄생성균의 성장율을 증가시키는 것에 대해 설명하는 그래프이다.FIG. 2 is a graph illustrating increasing the growth rate of methanogenic bacteria by lowering the organic waste to a temperature optimized for medium temperature digestion using a two-stage cooling technology of the anaerobic digestion system for thermal hydrolysis of organic waste according to the present invention. .

도 2에 도시된 바와 같이, 메탄생성균(Mesophilics)은 유기성 폐기물로부터 유기물을 분해시키는데 사용하는 균으로, 35 ~ 41.5 ℃ 에서 가장 많이 성장하며, 40℃ 이상에서는 급격하게 성장률이 감소한다. 즉, 메탄생성균은 40℃ 이상에서 급격하게 활성이 저하되어 유기성 폐기물로부터 유기물을 분해하는 비율이 저하되고, 바이오가스 발생량을 감소시킨다.As shown in FIG. 2, mesophilics are bacteria used to decompose organic matter from organic waste, and grow most at 35 to 41.5°C, and at 40°C or higher, the growth rate decreases rapidly. That is, the methanogenic bacteria rapidly decrease in activity at 40°C or higher, thereby reducing the rate of decomposing organic matter from organic waste and reducing the amount of biogas.

이에 따라 본 발명은 유기성 폐기물을 혐기소화부(140)에 투입하기 전에 유기성 폐기물을 35 ~ 41.5 ℃로 냉각하여 메탄생성균을 이용한 유기물의 분해율을 증가시킬 수 있다.Accordingly, the present invention can increase the decomposition rate of organic matter using methanogenic bacteria by cooling the organic waste to 35 ~ 41.5 °C before introducing the organic waste into the anaerobic digester 140.

혐기소화부(140)는 메탄생성균을 이용하여 2차 냉각장치(135)에서 35 ~ 41.5 ℃ 사이로 냉각된 유기성 폐기물로부터 유기물을 분해할 수 있다. 혐기소화부(140)는 내부 온도를 대략 40℃로 유지함에 따라 메탄생성균의 최적 서식 환경을 제공하여 유기성 폐기물로부터 유기물을 효율적으로 분해할 수 있다.The anaerobic digester 140 may decompose organic matter from organic waste cooled to between 35 and 41.5° C. in the secondary cooling device 135 using methanogenic bacteria. The anaerobic digester 140 can efficiently decompose organic matter from organic waste by providing an optimal habitat environment for methanogenic bacteria by maintaining the internal temperature at approximately 40°C.

혐기소화부(140)는 2.0kg VS/m3*d 초과 2.5kg VS/m3*d 미만의 유기물 부하율을 유지하여 메탄생성균의 활성도를 최적으로 유지시킬 수 있다. 유기물 부하율이 2.5kg VS/m3*d 이상의 고부하 상태거나 2.0kg VS/m3*d 이하의 저부하 상태인 경우 혐기소화부(140) 내의 메탄생성균 활성도가 저하되어 유기물 분해율이 저하될 수 있다.The anaerobic digester 140 may maintain the organic matter loading ratio of more than 2.0kg VS/m3*d and less than 2.5kg VS/m3*d to optimally maintain the activity of methanogenic bacteria. When the organic matter load rate is a high load state of 2.5kg VS/m3*d or more or a low load state of 2.0kg VS/m3*d or less, the activity of methanogenic bacteria in the anaerobic digester 140 decreases, and the organic matter decomposition rate may be reduced.

소화가스 발전부(150)는 유기성 폐기물로부터 유기물을 분리하는 과정에서 발생되는 소화가스를 저장할 수 있다. 이때 소화가스 발전부(150)는 소화가스에서 수분, 황화수소, 실록산 등의 불순물을 제거한 후 소화가스를 저장할 수 있다. 여기에서 소화가스는 메탄이 60% 이상 함유된 가스에 해당한다.The extinguishing gas power generation unit 150 may store extinguishing gas generated in the process of separating organic substances from organic waste. At this time, the extinguishing gas power generation unit 150 may store the extinguishing gas after removing impurities such as moisture, hydrogen sulfide, and siloxane from the extinguishing gas. Here, the extinguishing gas corresponds to a gas containing more than 60% of methane.

소화가스 발전부(150)는 가스 엔진 또는 가스 터빈 발전기를 사용하여 소화가스로부터 전기를 생산할 수 있다. 소화가스 발전부(150)는 전기를 생산하는 과정에서 발생하는 폐열을 폐열 보일러(161)로 전달할 수 있다. The extinguishing gas power generation unit 150 may generate electricity from the extinguishing gas using a gas engine or a gas turbine generator. The extinguishing gas power generation unit 150 may transfer waste heat generated in the process of generating electricity to the waste heat boiler 161.

보일러부(160)는 열가수분해부(130)에서 유기성 폐기물을 열가수분해 할 때 필요한 스팀을 제공할 수 있으며, 이를 위해 폐열 보일러(161)와 보조 보일러(162)를 포함할 수 있다.The boiler unit 160 may provide steam required when the thermal hydrolysis unit 130 thermally hydrolyzes organic waste, and may include a waste heat boiler 161 and an auxiliary boiler 162 for this purpose.

폐열 보일러(161)는 소화가스 발전부(150)에서 발생된 폐열을 회수하여 스팀을 생성할 수 있다. 폐열 보일러(161)는 정상 가동이 가능하면 소화가스 발전부(150)로부터 폐열을 공급받아 스팀을 생성할 수 있다.The waste heat boiler 161 may generate steam by recovering waste heat generated from the digestion gas power generation unit 150. The waste heat boiler 161 may generate steam by receiving waste heat from the extinguishing gas power generation unit 150 if normal operation is possible.

보조 보일러(162)는 소화가스 발전부(150) 또는 폐열 보일러(161)가 고장, 정기점검 등에 의해 정상 가동이 불가능하면, 소화가스 발전부(150)에 저장되는 소화가스와 외부로부터 공급되는 LNG를 이용하여 스팀을 생성할 수 있다.The auxiliary boiler 162 is, when the extinguishing gas power generation unit 150 or the waste heat boiler 161 is malfunctioning or unable to operate normally due to periodic inspection, the extinguishing gas stored in the extinguishing gas power generation unit 150 and LNG supplied from the outside. Steam can be generated by using.

한편, 본 발명에 따른 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템(100)은 기존 공정 대비 바이오가스 발생량을 10% 이상 증가시킬 수 있는 특징이 있으며, 아래 실험 데이터를 통해 이를 증명한다.On the other hand, the thermohydrolysis anaerobic digestion system 100 of organic waste according to the present invention has a characteristic capable of increasing the amount of biogas generated by 10% or more compared to the existing process, and this is proved through the experimental data below.

실험1은 본 발명에 따른 2단계 냉각 기술을 이용하여 열가수분해 혐기소화 공정을 개선한 기술에 해당하고, 실험2는 소화조 순환 라인을 통해 열가수분해 혐기소화 공정을 수행하는 기술에 해당한다.Experiment 1 corresponds to a technology that improves the thermohydrolysis anaerobic digestion process using a two-stage cooling technology according to the present invention, and Experiment 2 corresponds to a technology of performing a thermal hydrolysis anaerobic digestion process through a digester circulation line.

[표 1]은 실험1과 실험2의 실험 조건을 나타낸 것이고, [표 2]는 실험1과 실험2의 Lab 반응기를 정상 부하조건으로 연속 173일 가동하여 바이오가스 발생량을 비교한 표를 나타낸 것이다.[Table 1] shows the experimental conditions of Experiment 1 and Experiment 2, and [Table 2] shows a table comparing the amount of biogas generated by operating the lab reactors of Experiment 1 and Experiment 2 continuously for 173 days under normal load conditions. .

구 분division 실험 1 (본 발명)Experiment 1 (invention) 실험 2 (기존 기술)Experiment 2 (existing technology) 실험 조건Experimental conditions 열가수분해된 유기성 폐기물을 2단계 냉각 후 소화조(혐기소화부(140))에 40℃로 투입하여 운전After cooling the thermally hydrolyzed organic waste in two stages, it is operated by putting it into a digester (anaerobic digester 140) at 40°C. 열가수분해된 유기성 폐기물을 3단계 냉각과정(Dilution water, Digester Recycle, Cooler)을 거쳐 소화조에 35℃로 투입The thermally hydrolyzed organic waste is put into the digester at 35℃ through the three-stage cooling process (Dilution Water, Digester Recycle, Cooler). 유기물 부하율Organic matter loading factor 1.7~2.5gVS/L·d1.7~2.5gVS/L·d 1.7~2.5gVS/L·d1.7~2.5gVS/L·d 체류시간Residence time 20일20 days 20일20 days

구분division 실험 1
가스 발생량(L/d)
Experiment 1
Gas generation amount (L/d)
실험 2
가스 발생량(L/d)
Experiment 2
Gas generation amount (L/d)
구분division 실험 1
가스 발생량(L/d)
Experiment 1
Gas generation amount (L/d)
실험 2
가스 발생량(L/d)
Experiment 2
Gas generation amount (L/d)
1일1 day 3,616.33,616.3 3,746.93,746.9 43일43 days 4,745.04,745.0 4,072.94,072.9 2일2 days 5,148.15,148.1 4,275.24,275.2 44일44 days 4,179.54,179.5 3,655.63,655.6 3일3 days 4,764.54,764.5 4,396.24,396.2 45일45 days 4,176.34,176.3 3,693.63,693.6 4일4 days 4,733.24,733.2 4,377.24,377.2 46일46 days 4,829.54,829.5 4,476.04,476.0 5일5 days 4,622.34,622.3 4,400.84,400.8 47일47 days 4,845.84,845.8 4,374.64,374.6 6일6 days 4,855.54,855.5 4,185.04,185.0 48일48 days 4,891.34,891.3 4,317.64,317.6 7일7 days 4,972.54,972.5 4,742.34,742.3 49일49 days 4,673.54,673.5 4,293.34,293.3 8일8 days 4,953.04,953.0 4,348.44,348.4 50일50 days 4,909.74,909.7 4,352.14,352.1 9일9 days 4,585.34,585.3 4,540.34,540.3 51일51 days 4,674.54,674.5 4,234.34,234.3 10일10 days 5,070.05,070.0 4,344.44,344.4 52일52 days 4,656.54,656.5 4,328.24,328.2 11일11th 4,907.54,907.5 4,872.34,872.3 53일53 days 5,434.05,434.0 4,473.84,473.8 12일12 days 4,777.54,777.5 4,447.54,447.5 54일54 days 5,148.05,148.0 4,717.04,717.0 13일13th 5,177.35,177.3 4,704.34,704.3 55일55 days 4,862.04,862.0 4,593.34,593.3 14일14 days 5,086.35,086.3 4,957.94,957.9 56일56 days 5,291.05,291.0 4,840.64,840.6 15일15th 4,780.84,780.8 4,789.94,789.9 57일57 days 5,349.55,349.5 4,704.34,704.3 16일16th 4,706.04,706.0 4,957.94,957.9 58일58 days 5,772.05,772.0 4,697.94,697.9 17일17th 4,095.04,095.0 4,789.94,789.9 59일59 days 5,190.35,190.3 4,672.64,672.6 18일18th 4,950.34,950.3 4,976.94,976.9 60일60 days 5,551.05,551.0 4,789.34,789.3 19일19th 4,960.04,960.0 4,456.24,456.2 61일61 days 4,589.04,589.0 4,470.64,470.6 20일20 days 5,050.55,050.5 4,615.54,615.5 62일62 days 4,914.04,914.0 4,866.04,866.0 21일21st 4,918.34,918.3 4,775.24,775.2 63일63 days 5,453.55,453.5 4,730.84,730.8 22일22nd 5,534.85,534.8 4,907.24,907.2 64일64 days 5,183.85,183.8 5,027.75,027.7 23일23 days 4,972.54,972.5 4,380.54,380.5 65일65 days 5,365.85,365.8 4,568.04,568.0 24일24th 5,161.05,161.0 4,402.74,402.7 66일66 days 5,092.85,092.8 4,653.64,653.6 25일25 days 5,079.85,079.8 4,199.84,199.8 67일67 days 5,018.05,018.0 5,119.65,119.6 26일26th 5,414.55,414.5 4,964.34,964.3 68일68 days 5,187.05,187.0 5,585.55,585.5 27일27 days 4,813.34,813.3 4,253.04,253.0 69일69 days 5,492.55,492.5 6,051.56,051.5 28일28 days 5,333.35,333.3 4,834.54,834.5 70일70 days 5,200.05,200.0 4,694.84,694.8 29일29th 5,310.55,310.5 4,329.34,329.3 71일71 days 5,391.85,391.8 4,850.14,850.1 30일30 days 4,907.54,907.5 4,244.24,244.2 72일72 days 5,164.35,164.3 4,507.74,507.7 31일31 days 4,755.04,755.0 4,578.34,578.3 73일73 days 4,644.34,644.3 4,165.44,165.4 32일32 days 4,384.34,384.3 4,159.94,159.9 74일74 days 5,304.05,304.0 4,932.54,932.5 33일33 days 3,942.23,942.2 3,662.23,662.2 75일75 days 4,702.24,702.2 4,209.84,209.8 34일34 days 4,475.34,475.3 3,905.53,905.5 76일76 days 4,559.84,559.8 4,029.14,029.1 35일35 days 4,020.34,020.3 3,835.03,835.0 77일77 days 4,364.84,364.8 3,918.13,918.1 36일36 days 4,338.84,338.8 4,128.54,128.5 78일78 days 4,163.34,163.3 4,339.74,339.7 37일37 days 4,121.04,121.0 3,831.63,831.6 79일79 days 3,812.03,812.0 3,740.63,740.6 38일38 days 3,675.83,675.8 3,679.53,679.5 80일80 days 4,670.24,670.2 3,763.83,763.8 39일39 days 3,653.03,653.0 3,408.03,408.0 81일81 days 4,316.04,316.0 3,702.63,702.6 40일40 days 4,433.04,433.0 3,841.03,841.0 82일82 days 4,621.54,621.5 4,073.14,073.1 41일41 days 3,710.83,710.8 3,559.93,559.9 83일83 days 4,465.54,465.5 3,658.23,658.2 42일42 days 4,904.34,904.3 4,080.44,080.4 84일84 days 4,791.84,791.8 3,636.03,636.0 85일85 days 4,767.84,767.8 4,368.34,368.3 130일130 days 5,321.55,321.5 4,170.54,170.5 86일86 days 4,312.84,312.8 3,800.83,800.8 131일131 days 5,302.05,302.0 4,523.64,523.6 87일87 days 4,732.04,732.0 3,889.63,889.6 132일132 days 5,170.85,170.8 4,273.24,273.2 88일88 days 4,283.54,283.5 3,769.13,769.1 133일133 days 5,044.55,044.5 4,485.64,485.6 89일89 days 4,569.54,569.5 3,975.23,975.2 134일134 days 5,136.35,136.3 4,384.14,384.1 90일90 days 4,241.34,241.3 3,686.73,686.7 135일135 days 5,005.05,005.0 4,330.24,330.2 91일91 days 4,455.84,455.8 3,908.63,908.6 136일136 days 5,076.25,076.2 4,323.94,323.9 92일92 days 4,748.34,748.3 4,260.54,260.5 137일137 days 4,969.34,969.3 4,460.24,460.2 93일93 days 4,374.54,374.5 3,880.43,880.4 138일138 days 4,429.84,429.8 4,466.04,466.0 94일94 days 4,465.54,465.5 4,010.14,010.1 139일139 days 4,728.84,728.8 4,311.24,311.2 95일95 days 4,491.54,491.5 3,880.13,880.1 140일140 days 4,455.84,455.8 4,010.14,010.1 96일96 days 4,491.54,491.5 4,105.24,105.2 141일141 days 4,621.14,621.1 4,100.74,100.7 97일97 days 4,771.04,771.0 3,854.53,854.5 142일142 days 4,625.34,625.3 4,228.54,228.5 98일98 days 4,448.34,448.3 4,095.64,095.6 143일143 days 4,725.54,725.5 4,054.54,054.5 99일99 days 4,829.54,829.5 3,835.73,835.7 144일144 days 4,436.34,436.3 3,881.33,881.3 100일100 days 4,582.54,582.5 3,918.13,918.1 145일145 days 4,407.04,407.0 3,934.03,934.0 101일101 days 4,563.04,563.0 4,032.24,032.2 146일146 days 4,039.84,039.8 3,772.33,772.3 102일102 days 4,468.84,468.8 3,743.83,743.8 147일147 days 4,090.54,090.5 3,711.53,711.5 103일103 days 4,641.04,641.0 4,051.54,051.5 148일148 days 4,190.54,190.5 3,842.13,842.1 104일104 days 4,514.34,514.3 3,934.03,934.0 149일149 days 4,078.34,078.3 3,487.63,487.6 105일105 days 4,221.84,221.8 3,922.73,922.7 150일150 days 4,420.04,420.0 3,937.13,937.1 106일106 days 4,566.34,566.3 3,908.63,908.6 151일151 days 4,100.74,100.7 3,855.23,855.2 107일107 days 4,381.04,381.0 3,605.43,605.4 152일152 days 4,228.54,228.5 3,943.53,943.5 108일108 days 4,618.34,618.3 4,051.34,051.3 153일153 days 4,836.04,836.0 4,197.14,197.1 109일109 days 4,316.04,316.0 3,629.73,629.7 154일154 days 4,202.34,202.3 4,006.94,006.9 110일110 days 4,592.34,592.3 3,918.13,918.1 155일155 days 5,001.85,001.8 4,107.54,107.5 111일111 days 4,390.84,390.8 3,629.73,629.7 156일156 days 4,530.54,530.5 3,927.63,927.6 112일112 days 4,472.64,472.6 3,623.33,623.3 157일157 days 4,858.84,858.8 4,621.14,621.1 113일113 days 4,306.34,306.3 3,658.23,658.2 158일158 days 4,772.34,772.3 4,273.24,273.2 114일114 days 4,591.34,591.3 3,986.13,986.1 159일159 days 4,927.04,927.0 4,374.64,374.6 115일115 days 4,669.34,669.3 3,998.83,998.8 160일160 days 4,355.54,355.5 3,857.13,857.1 116일116 days 4,303.34,303.3 3,603.13,603.1 161일161 days 4,806.84,806.8 4,140.04,140.0 117일117 days 4,715.74,715.7 3,785.03,785.0 162일162 days 5,031.05,031.0 4,075.24,075.2 118일118 days 4,429.84,429.8 3,991.03,991.0 163일163 days 5,284.55,284.5 4,563.14,563.1 119일119 days 4,579.34,579.3 3,972.03,972.0 164일164 days 5,456.85,456.8 4,745.54,745.5 120일120 days 4,583.54,583.5 3,854.73,854.7 165일165 days 5,200.55,200.5 4,300.84,300.8 121일121 days 4,599.04,599.0 3,715.23,715.2 166일166 days 5,168.05,168.0 4,540.34,540.3 122일122 days 4,692.84,692.8 3,784.73,784.7 167일167 days 5,135.55,135.5 4,452.64,452.6 123일123 days 4,985.54,985.5 3,984.73,984.7 168일168 days 5,034.25,034.2 4,652.24,652.2 124일124 days 5,076.55,076.5 4,048.04,048.0 169일169 days 5,170.25,170.2 4,666.54,666.5 125일125 days 4,689.84,689.8 4,086.14,086.1 170일170 days 5,355.55,355.5 4,233.24,233.2 126일126 days 4,713.84,713.8 4,186.74,186.7 171일171 days 5,105.55,105.5 4,723.24,723.2 127일127 days 4,979.04,979.0 4,421.94,421.9 172일172 days 4,953.84,953.8 4,333.94,333.9 128일128 days 4,611.84,611.8 4,197.14,197.1 173일173 days 4,940.54,940.5 4,488.24,488.2 129일129 days 4,482.84,482.8 3,755.33,755.3 평 균Average 4,736.24,736.2 4,228.64,228.6

도 3은 실험1과 실험2의 바이오가스 발생량을 비교한 그래프로, 실험 결과에 따라 실험1이 실험2 대비 바이오가스 발생량이 평균 10.1% 더 많이 발생했음을 알 수 있다.3 is a graph comparing the amount of biogas generated in Experiment 1 and 2, and according to the experimental results, it can be seen that the average amount of biogas generated in Experiment 1 was 10.1% higher than that in Experiment 2. FIG.

기존 열가수분해 혐기소화 공정은 열가수분해가 완료된 유기성 폐기물에 1차로 희석수(Dilution water)를 공급하여 90°C로 냉각시키고, 소화조 순환 라인을 통해 소화조 전체 용량의 25 ~ 30%의 소화액을 1차 냉각된 유기성 폐기물에 접촉시켜 50°C까지 2차 냉각시킨다. 이 과정에서 중온 미생물(35 ~ 40°C 최적 조건)이 90°C 고온의 유기성 폐기물과 지속적으로 접촉하게 되어 중온 미생물의 개체수가 감소하고, 활성도가 저하되는 문제점이 발생한다.Existing thermohydrolysis anaerobic digestion process firstly supplies dilution water to organic wastes that have been pyrolyzed and cools them to 90°C. After contacting the first cooled organic waste, it is secondarily cooled to 50°C. In this process, the mesophilic microorganisms (35 ~ 40 °C optimal condition) constantly contact the organic waste at a high temperature of 90 °C, resulting in a problem that the number of mesophilic microorganisms decreases and the activity decreases.

2차 냉각이 완료된 유기성 폐기물은 쿨러(Cooler)로 유입되고, 쿨러에 의해 50°C에서 35°C 전후로 냉각되어 소화조로 유입된다.The organic waste that has completed secondary cooling flows into a cooler, is cooled from 50°C to around 35°C by the cooler, and flows into the digester.

본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The embodiments described in the present specification and the accompanying drawings are merely illustrative of some of the technical ideas included in the present invention. Accordingly, it is obvious that the embodiments disclosed in the present specification are not intended to limit the technical idea of the present disclosure, but to explain the technical idea, and thus the scope of the technical idea of the present disclosure is not limited by these embodiments. Modification examples and specific embodiments that can be easily inferred by those skilled in the art within the scope of the technical idea included in the specification and drawings of the present invention should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

100: 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템
110: 전처리부
120: 중간저장부
130: 열가수분해부
140: 혐기소화부
150: 소화가스 발전부
160: 보일러부
100: Thermohydrolysis anaerobic digestion system of organic waste
110: pretreatment unit
120: intermediate storage
130: thermal hydrolysis unit
140: anaerobic digester
150: digestive gas power generation unit
160: boiler part

Claims (8)

유기성 폐기물의 특성에 따라 전처리하는 전처리부;
격벽을 통해 내부가 구획되고, 상기 전처리를 거친 유기성 폐기물을 저장하는 중간저장부;
상기 전처리된 유기성 폐기물을 예열하고, 예열된 유기성 폐기물에 스팀을 공급하여 열가수분해하며, 열가수분해된 유기성 폐기물을 2차 냉각하는 열가수분해부;
폐열을 통해 상기 스팀을 생성하는 폐열 보일러와 소화가스 및 LNG(Liquefied Natural Gas)를 통해 상기 스팀을 생성하는 보조 보일러로 이루어지는 보일러부;
메탄생성균을 통해 상기 2차 냉각된 유기성 폐기물로부터 유기물을 분리하는 혐기소화부; 및
상기 유기성 폐기물로부터 유기물을 분리하는 과정에서 발생되는 소화가스를 저장하고, 상기 소화가스를 통해 전기를 생산하는 소화가스 발전부;를 포함하고,
상기 전처리부는,
상기 유기성 폐기물이 음식물인 경우에 파쇄선별기, 펄퍼(Pulper), 드럼스크린, 싸이클론을 통해 이물질 선별률 97% 이상으로 이물질을 선별하고, 입자 크기를 3mm 이하로 전처리하고,
상기 유기성 폐기물이 음폐수인 경우에 드럼스크린, 싸이클론을 통해 이물질을 선별하여 전처리하고,
상기 유기성 폐기물이 하수슬러지인 경우에 원심탈수기를 통해 함수율 80%로 탈수하여 전처리하고,
상기 유기성 폐기물이 축분 또는 분뇨인 경우에 협작물 처리기에서 이물질을 선별하고 원심탈수기를 통해 함수율 80%로 탈수하여 전처리하고,
상기 중간저장부는, 상기 전처리부에서 전처리된 유기성 폐기물을 임시로 저장하며, 상기 유기성 폐기물 중 음식물과 음폐수를 함께 저장하고, 상기 유기성 폐기물 중 하수슬러지와 축분과 분뇨를 함께 저장하고,
상기 소화가스 발전부는, 소화가스에서 수분, 황화수소, 실록산의 불순물을 제거한 후 메탄이 60% 이상 함유된 소화가스를 저장하고,
상기 폐열 보일러는 상기 소화가스 발전부에서 전기를 생산하는 과정에서 발생하는 폐열을 공급받아 가동되고, 상기 보조 보일러는 상기 폐열 보일러의 사용이 불가능한 경우에 상기 소화가스 발전부에 저장되는 소화가스와 외부로부터 공급되는 LNG를 이용하여 가동되고,
상기 열가수분해부는,
폐열을 회수하여 상기 전처리된 유기성 폐기물을 예열하고 모노펌프를 통해 상기 예열된 유기성 폐기물을 상하 혼합하여 균질화하는 제조 탱크;
상기 폐열 보일러 또는 상기 보조 보일러로부터 스팀을 공급받아 상기 균질화된 유기성 폐기물의 세포벽을 1차 파괴하는 반응 탱크;
상기 반응탱크에서 세포벽이 1차 파괴된 유기성 폐기물의 세포벽을 2차 파괴하는 저장 탱크;
상기 열가수분해된 유기성 폐기물에 냉각수를 공급하여 상기 유기성 폐기물을 1차 냉각하는 1차 냉각장치; 및
이중관식 열교환기 방식을 통해 상기 1차 냉각된 유기성 폐기물에 냉각수를 공급하여 상기 유기성 폐기물을 2차 냉각하는 2차 냉각장치;를 포함하고,
상기 1차 냉각장치는, 상기 저장 탱크에서 세포벽이 2차 파괴된 110℃를 가지는 유기성 폐기물에 하수처리장 방류수에 해당하는 냉각수를 공급하여 80 ~ 85℃의 온도를 가지도록 1차 냉각하고,
상기 2차 냉각장치는, 이중관식 열교환기 방식을 통해 냉각수를 공급하여 상기 1차 냉각장치에서 1차 냉각된 유기성 폐기물을 40℃의 온도를 가지도록 2차 냉각하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템.
A pretreatment unit for pretreating according to the characteristics of organic waste;
An intermediate storage unit partitioned through the partition wall and storing the organic waste that has undergone the pretreatment;
A thermal hydrolysis unit preheating the preheated organic waste, supplying steam to the preheated organic waste to thermally hydrolyze, and secondary cooling the thermally hydrolyzed organic waste;
A boiler unit comprising a waste heat boiler that generates the steam through waste heat and an auxiliary boiler that generates the steam through digestion gas and LNG (Liquefied Natural Gas);
An anaerobic digester for separating organic matter from the secondary cooled organic waste through methanogenic bacteria; And
Including; a digestion gas power generation unit for storing the digestion gas generated in the process of separating the organic matter from the organic waste, and generating electricity through the digestion gas,
The pretreatment unit,
When the organic waste is food, the foreign matter is sorted with a foreign matter sorting rate of 97% or more through a crushing sorter, a pulper, a drum screen, and a cyclone, and the particle size is pretreated to be 3 mm or less,
When the organic waste is negative waste water, foreign substances are sorted and pretreated through a drum screen and a cyclone,
When the organic waste is sewage sludge, pretreatment is performed by dewatering with a moisture content of 80% through a centrifugal dehydrator,
In the case where the organic waste is livestock or manure, foreign substances are selected in a co-crop treatment machine and pretreated by dehydrating at a moisture content of 80% through a centrifugal dehydrator,
The intermediate storage unit temporarily stores the organic waste pretreated by the pretreatment unit, stores food and drinking water among the organic wastes together, and stores sewage sludge, livestock manure, and manure among the organic wastes,
The extinguishing gas power generation unit stores extinguishing gas containing 60% or more of methane after removing impurities of moisture, hydrogen sulfide, and siloxane from the extinguishing gas,
The waste heat boiler is operated by receiving waste heat generated in the process of generating electricity from the extinguishing gas power generation unit, and the auxiliary boiler includes extinguishing gas stored in the extinguishing gas power generation unit and external It is operated using LNG supplied from
The thermal hydrolysis unit,
A production tank for recovering waste heat, preheating the pre-treated organic waste, and homogenizing the preheated organic waste by mixing up and down through a monopump;
A reaction tank receiving steam from the waste heat boiler or the auxiliary boiler and first destroying the cell wall of the homogenized organic waste;
A storage tank for secondarily destroying the cell wall of the organic waste in which the cell wall is first destroyed in the reaction tank;
A primary cooling device for primary cooling the organic waste by supplying cooling water to the thermally hydrolyzed organic waste; And
Including; a secondary cooling device for secondary cooling the organic waste by supplying cooling water to the first cooled organic waste through a double tube heat exchanger method,
The primary cooling device supplies cooling water corresponding to the discharged water from the sewage treatment plant to the organic waste having a secondary destruction of the cell wall in the storage tank at 110° C., and performs primary cooling to have a temperature of 80 to 85° C.,
The secondary cooling device supplies cooling water through a double tube heat exchanger method to secondaryly cool the organic waste first cooled in the primary cooling device to a temperature of 40°C. Hydrolytic anaerobic digestion system.
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