KR102244259B1 - 음식물류 폐기물의 에너지화 처리장치 및 처리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 음식물류 폐기물을 처리하는 시설에서 발생된 에너지를 재활용하는 음식물류 폐기물의 에너지화 처리장치 및 처리방법에 관한 것으로서, 음식물류 폐기물을 전처리하는 전처리부와, 음식물류 폐기물을 중온 습식 혐기성 소화처리하는 혐기소화부와, 슬러지를 건조하여 고형연료로 연료화하는 건조연료화부와, 바이오가스를 정제하여 연료화하는 바이오가스처리부와, 고형연료와 바이오가스를 연소하여 전력을 생산하는 발전부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 전처리부, 혐기소화부, 건조화연료부, 바이오가스처리부 및 발전부를 포함하여 이루어짐으로써, 중온 습식 혐기성 소화공정에서 생산된 바이오가스를 엔진발전기를 통하여 전력생산하고 생산된 전력을 시설에 필요한 전력으로 우선 사용화고 나머지전력은 한전에 매전하여 에너지 비용을 절감하는 동시에 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
Description
본 발명은 음식물류 폐기물의 에너지화 처리장치 및 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 음식물류 폐기물을 처리하는 시설에서 발생된 에너지를 재활용하는 음식물류 폐기물의 에너지화 처리장치 및 처리방법에 관한 것이다.
일반적으로 음식물 쓰레기의 처리공정 중에 발생하는 탈리액은 고농도 폐수로서, 이를 처리하는 데에 많은 어려움이 있는 관계로 대부분 해양투기 방식으로 처리하여 왔으나, 2012년 부터는 해양오염의 가중에 따른 런던(LONDON)협약에 따라, 우리나라 정부에서도 해양투기를 근본적으로 금지할 예정으로 있어, 이의 처리에 막대한 처리비용이 소요될 것으로 예측되고 있는 실정인 것이다.
따라서, 이와 같은 당면과제를 해결하기 위하여 고농도 폐수를 처리하기 위한 공법이 많이 개발되어 왔으나, 시설비용, 처리비용 등으로 인하여 실효성이 매우 낮은 실정이다.
그럼에도 불구하고 고농도 폐수 처리시설을 대형화하여, 이의 처리비용을 감소시키고자 하는 노력은 계속 진행되고 있으나, 대형화된 음식물 쓰레기 탈리액은 다양한 처리시설로부터 불균일한 폐수가 유입되는 관계로, 고농도 폐수의 저장과정 중에 부상되는 스컴(Scum)이 다량 발생되어 폐수처리에 막대한 지장을 초래하고 있는 실정이며, 특히 폐수 처리장의 반입 저장고의 용적을 감소시키는 것은 물론, 기존 처리시설의 처리효율을 감소시켜 막대한 지장을 초래하는 원인이 되고 있는 문제점이 있는 것이다.
한편, 대형 음식물 쓰레기 탈리액 폐수 처리장에서 발생하는 스컴(Scum)을 처리하는 방법으로서 최근에는, 스컴을 매립지에 매립하는 것으로, 이는 스컴을 직접적으로 그리고 단순하게 처리할 수 있음은 물론, 스컴 처리비용이 비교적 저렴하나, 매립 후 침출수 발생에 의한 2차 오염(지하수 오염 등)이 우려되고 현행 관계법규상 직접 매립을 금지하고 있기 때문에 현실적으로 상용화하는 데에는 커다란 문제가 있으며,
스컴을 소각하는 방법으로, 스컴을 직접 태워 없애는 방법이지만, 유동성이 크고 수분함량이 높아 보조연료 없이 소각하기가 매우 어려우며, 보조연료를 사용할 경우 막대한 비용이 소요되게 되므로 현실적으로 적용하기 어려운 실정임은 물론, 소각을 한다고 하더라도 불완전한 연소로 인하여 대기오염이 가중되는 문제점이 있는 것이다.
이에 더하여, 스컴을 건조하여 연료로 재활용하는 방법이 가장 효과적이나, 스컴은 수분 함수율이 높고 유동성이 있는 유지성분을 함유하고 있기 때문에 효과적으로 탈수하기에 어려울 뿐만 아니라, 유동성이 있어서 고형화가 매우 어려운 실정이다. 또한 스컴으로 부터 유지를 추출하여 고형화하여 재활용하기 위하여는 시설비용이 대단히 많이 요구되는 문제점이 있는 것이다.
음식물류 폐기물은 1일당 13,701톤 발생하고 있으며, 1일 1인당 발생량은 0.28kg로서 이는 1일당 전체 생활폐기물 50,906톤의 27.7%로 전체 생활폐기물의 상당 부분을 차지하고 있는게 현실이다.
또한, 음식물류폐기물의 물리적 성상을 살펴보면, 채소류, 과일류, 곡류, 어육류 등으로 구성되어 있으며, 통상 함수율은 80∼85%를 차지하고 있으므로, 축산분뇨, 분뇨, 하수슬러지 등의 유기성 폐기물에 비해 고형물(TS:Total Solid)의 함량이 15% 이상으로 높고, 분해율도 80% 이상으로 높은 특징을 보유하고 있다.
이와 같은 음식물류폐기물은 대부분 사료화 또는 퇴비화를 통해 처리되고 있으나, 생산된 최종 부산물인 사료나 퇴비의 품질 저하 및 수요처 확보의 어려움 등의 문제발생으로 인해 최근에는 저탄소 녹색정책의 일환으로 음식물류폐기물의 혐기소화를 통해 바이오가스를 생산하여 LNG의 대체 에너지원으로 활용하는 음식물류폐기물의 혐기소화 처리장치가 채택되고 있다.
그러나, 이러한 종래의 음식물류폐기물의 혐기소화 처리장치는 대부분 해외기술을 그대로 도입하는 과정에서 국내의 음식물류폐기물 성상에 맞지 않거나, 전처리 설비의 부적절, 단상의 혐기소화조 내에 고농도 고형물의 과잉 투입에 따른 혐기소화조의 효율 저하, 혐기소화조의 교반 불안정에 따른 혐기소화조 내의 유기산 축적 등의 문제로 인해 국내에 설치 운영중인 혐기소화 처리장치는 많는 문제점을 지니고 있다.
특히, 종래의 음식물류폐기물의 처리장치는 혐기소화시설의 전처리에 대부분 단순한 파쇄 선별장치를 사용하여 이물질의 제거율이 낮은 상태로 유지되고 있고, 입자 크기에 대한 고려도 적은 상태에서 체류시간이 30일 이내로 비교적 짧게 운영하게 된다.
따라서, 종래의 음식물류폐기물의 처리장치는 혐기소화조 내의 이물질 축적과 이에 따른 혐기소화조의 사영역의 증가, 유기산의 증가 등으로 인해 혐기소화조의 정상적인 운전이 불가능하게 되고, 이로 인해 음식물류폐기물의 처리량이 점차 감소하여 최종적으로는 소화조 내에 음식물류폐기물의 투입이 불가능하게 되는 문제가 있다.
종래의 음식물류 폐기물의 처리 공정은, 표 1에 나타낸 바와 같이 음식물류 폐기물을 사료화, 퇴비화, 혐기성소화 방식으로 처리하여 생산된 부산물을 판매하여 운영비용 중 일부를 충당하는 방식으로 운영비에서 에너지 투입 비용이 차지하는 비중이 높으며, 처리 공정중에 발생된 슬러지에 대해 자체 처리시 에너지 비용이 소요되며 매립처리 등 외부위탁시에도 비용이 발생한다는 문제점이 있었다.
구체적으로, 종래의 건식 사료화 시설로 처리할 경우 음식물류 폐기물을 건조하기 위한 에너지비용으로 전력비(1,099.6 백만원/년)와, 연료비(298.3 백만원/년)가 소요되었다..
또한, 중온 습식 혐기성소화 방식으로 처리할 경우 운영에 필요한 전력비 (1,086.4 백만원/년)와 중온 습식 혐기성소화 후 발생되는 슬러지(60 톤/일)의 처리비용(2,295.5 백만원/년(위탁처리비 105 천원/톤))이 소요되었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로서, 중온 습식 혐기성 소화공정에서 생산된 바이오가스를 엔진발전기를 통하여 전력생산하고 생산된 전력을 시설에 필요한 전력으로 우선 사용화고 나머지전력은 한전에 매전하여 에너지 비용을 절감하는 동시에 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 음식물류 폐기물의 에너지화 처리장치 및 처리방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 처리공정에서 필요한 에너지를 자체 생산하여 소비하고 매전하여 수익을 발생시킬 수 있는 음식물류 폐기물의 에너지화 처리장치 및 처리방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 중온 습식 혐기성소화공정시 유분에 의한 스컴발생과 유증기에 의한 계측기기 오류를 방지하여 중온 습식 혐기성 소화시설의 효율을 향상시킬 수 있는 음식물류 폐기물의 에너지화 처리장치 및 처리방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 중온 습식혐기성 소화 운전시 적정온도로 유지하는 동시에 중간저장조에서 산발효조의 역할을 수행하여 안정적인 소화조 운전과 처리효율을 향상시킬 수 있는 음식물류 폐기물의 에너지화 처리장치 및 처리방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 배기가스 처리시설에서 회수된 열 에너지를 활용하여 건조연료화시설에 필요한 열원과 중온 습식 혐기성소화시설의 가온용 열원으로 사용하여 처리공정에서 필요한 에너지를 자체 생산하여 소비하고 매전하여 수익을 발생시킬 수 있는 음식물류 폐기물의 에너지화 처리장치 및 처리방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 음식물류 폐기물을 처리하는 시설에서 발생된 에너지를 재활용하는 음식물류 폐기물의 에너지화 처리장치로서, 음식물류 폐기물을 전처리하는 전처리부(100); 상기 전처리부(100)에서 처리된 음식물류 폐기물을 중온 습식 혐기성 소화처리하는 혐기소화부(200); 상기 혐기소화부(200)에서 발생된 슬러지를 건조하여 고형연료로 연료화하는 건조연료화부(300); 상기 혐기소화부(200)에서 발생된 바이오가스를 정제하여 연료화하는 바이오가스처리부(400); 및 상기 건조연료화부(300)에서 처리된 고형연료와 상기 바이오가스처리부(400)에서 처리된 바이오가스를 연소하여 전력을 생산하는 발전부(500);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 전처리부(100)는, 비닐류를 파봉하고 조대 협잡물을 분리하여 배출하는 파봉파쇄기; 상기 파봉파쇄기에서 분리배출된 음식물류 폐기물을 1차로 파쇄하는 제1 파쇄기; 상기 제1 파쇄기에서 파쇄된 음식물류 폐기물을 2차로 파쇄하는 제2 파쇄기; 상기 제2 파쇄기에서 파쇄된 음식물류 폐기물을 저장하는 저류조; 및 상기 저류조에 저장된 음식물류 폐기물로부터 유분을 분리하는 유수분리기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 전처리부(100)는, 상기 제2 파쇄기의 하류에 연결되어, 상기 제2 파쇄기에서 파쇄된 음식물류 폐기물의 TS(Total Solid)를 조절하는 TS조정조; 상기 TS조정조의 하류에 연결되어, 상기 조절된 음식물류 폐기물을 분리 선별하는 드럼스크린; 상기 저류조의 하류에 연결되어, 상기 저장된 음식물류 폐기물을 미분쇄하는 분쇄기; 및 상기 분쇄기의 하류에 연결되어, 미세 협잡물을 분리하는 사이클론;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 혐기소화부(200)는, 상기 전처리부(100)에서 처리된 음식물류 폐기물을 열교환기에 의해 중온으로 저장하는 중간저장조; 및 상기 중온으로 저장된 음식물류 폐기물을 중온 습식 혐기성 소화처리하는 혐기성소화조;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 중간저장조는, 음식물류 폐기물을 열교환기에 의해 35℃∼40℃로 가온하여 저장하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 혐기성소화조는, 소화조; 상기 소화조의 내부에 교반을 위해 설치된 수직 입축형 교반기; 상기 소화조에서 외부로 교반을 위해 순환시키는 순환펌프; 상기 순환펌프에 의해 순환되는 미세 협잡물을 제거하는 사이클론 선별기; 및 상기 소화조의 내부온도를 35℃∼40℃로 일정하게 유지하도록 외부 순환배관을 개재해서 설치된 열교환기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 건조연료화부(300)는, 상기 혐기소화부(200)에서 발생된 슬러지를 탈수하는 탈수기; 상기 탈수기에서 배출된 폐수를 처리하는 폐수처리시설; 상기 탈수기에 의해 탈수된 슬러지를 함수율 10%이하로 건조시키는 건조기; 및 상기 건조기에서 배출된 배기가스를 처리하는 배기가스처리시설;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 바이오가스처리부(400)는, 상기 혐기소화부(200)에서 발생되는 바이오가스에 포함된 이물질, 수분, 분진을 제거하여 정제처리하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 발전부(500)는, 상기 건조연료화부(300)에서 슬러지를 처리하여 생성된 고형연료와 상기 바이오가스처리부(400)에서 처리된 바이오가스를 연소하여 전력을 생산하는 엔진발전기; 및 상기 엔진발전기에서 배출된 배가스를 처리하는 배가스처리시설;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 음식물류 폐기물을 처리하는 시설에서 발생된 에너지를 재활용하는 음식물류 폐기물의 에너지화 처리방법으로서, 음식물류 폐기물을 전처리하는 전처리단계; 상기 전처리된 음식물류 폐기물을 중온 습식 혐기성 소화처리하는 혐기소화단계; 상기 혐기소화단계에서 발생된 슬러지를 건조하여 고형연료로 연료화하는 건조연료화단계; 상기 혐기소화단계에서 발생된 바이오가스를 정제하여 연료화하는 바이오가스처리단계; 및 상기 건조연료화단계에서 처리된 고형연료와 상기 바이오가스처리단계에서 처리된 바이오가스를 연소하여 전력을 생산하는 발전단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 전처리부, 혐기소화부, 건조화연료부, 바이오가스처리부 및 발전부를 포함하여 이루어짐으로써, 중온 습식 혐기성 소화공정에서 생산된 바이오가스를 엔진발전기를 통하여 전력생산하고 생산된 전력을 시설에 필요한 전력으로 우선 사용화고 나머지전력은 한전에 매전하여 에너지 비용을 절감하는 동시에 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 발전과정에서 발생된 냉각수와 배기가스 처리시설에서 회수된 열에너지를 건조연료화시설에 필요한 열원과 중온 습식 혐기성소화시설의 가온용 열원으로 재활용함으로써, 처리공정에서 필요한 에너지를 자체 생산하여 소비하고 매전하여 수익을 발생시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 전처리부로서 파봉파쇄기와 제1 파쇄기와 제2 파쇄기와 TS조정조와 드럼스크린과 분쇄기와 사이클론과 저류조와 유수분리기를 구비함으로써, 중온 습식 혐기성소화공정시 유분에 의한 스컴발생과 유증기에 의한 계측기기 오류를 방지하여 중온 습식 혐기성 소화시설의 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 혐기소화부로서 중간저장조와 혐기성소화조를 구비함으로써, 중온 습식혐기성 소화 운전시 적정온도로 유지하는 동시에 중간저장조에서 산발효조의 역할을 수행하여 안정적인 소화조 운전과 처리효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 건조화연료부로서 탈수기와 폐수처리시설과 하수처리시설과 건조기와 배기가스처리시설과 악취처리시설을 구비함으로써, 배기가스 처리시설에서 회수된 열 에너지를 활용하여 건조연료화시설에 필요한 열원과 중온 습식 혐기성소화시설의 가온용 열원으로 사용하여 처리공정에서 필요한 에너지를 자체 생산하여 소비하고 매전하여 수익을 발생시킬 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 음식물류 폐기물의 에너지화 처리장치를 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 음식물류 폐기물의 에너지화 처리장치의 발전부를 나타내는 상세도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 음식물류 폐기물의 에너지화 처리방법을 나타내는 흐름도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 음식물류 폐기물의 에너지화 처리장치의 발전부를 나타내는 상세도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 음식물류 폐기물의 에너지화 처리방법을 나타내는 흐름도.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 음식물류 폐기물의 에너지화 처리장치를 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 음식물류 폐기물의 에너지화 처리장치의 발전부를 나타내는 상세도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 음식물류 폐기물의 에너지화 처리방법을 나타내는 흐름도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 의한 음식물류 폐기물의 에너지화 처리장치는, 전처리부(100), 혐기소화부(200), 건조화연료부(300), 바이오가스처리부(400) 및 발전부(500)를 포함하여 이루어져, 음식물류 폐기물을 처리하는 시설에서 발생된 에너지를 재활용하는 음식물류 폐기물의 에너지화 처리장치이다.
전처리부(100)는, 음식물류 폐기물을 전처리하는 전처리수단으로서, 반입저장조(110), 파봉파쇄기(121), 제1 파쇄기(122), 제2 파쇄기(123), TS조정조(131), 드럼스크린(132), 분쇄기(133), 사이클론(134), 저류조(140), 유수분리기(150), 스크류프레스(160)를 포함하여 이루어져 있다.
반입저장조(110)는, 음식물류 폐기물을 반입하여 일정기간 동안 저장하는 저장조로서, 음식물류 폐기물의 악취가 외부로 확산되는 것을 차단할 수 있도록 에어커튼, 전동셔터, 분무식 탈취설비 등이 구비되어 있다.
파봉파쇄기(121)는, 비닐류를 파봉하고 조대 협잡물을 분리하여 배출하는 파쇄수단으로서, 음식물류 폐기물에 포함된 비닐류 등을 50㎜미만으로 파봉해서 제1 파쇄기(122)로 배출하고, 50㎜ 이상의 조대 협잡물을 분리해서 스크류프레스(160)로 배출하게 된다.
제1 파쇄기(122)는, 파봉파쇄기(121)의 하류에 설치되어 파봉파쇄기(121)에서 분리배출된 음식물류 폐기물을 1차로 파쇄하는 파쇄수단으로서, 파봉파쇄기(121)에서 분리배출된 음식물류 폐기물을 제1 파쇄기(122)에 의해 20㎜미만으로 1차 파쇄하고, 20㎜ 이상의 협잡물을 분리해서 스크류프레스(160)로 배출하게 된다.
제2 파쇄기(123)는, 제1 파쇄기(122)의 하류에 설치되어 제1 파쇄기(122)에서 파쇄된 음식물류 폐기물을 2차로 파쇄하는 파쇄수단으로서, 제1 파쇄기(122)에서 배출된 음식물류 폐기물을 제2 파쇄기(123)에 의해 3㎜미만으로 2차 파쇄하게 파쇄하고, 3㎜ 이상의 협잡물을 분리해서 스크류프레스(160)로 배출하게 된다.
TS조정조(131)는, 제2 파쇄기(123)의 하류에 연결되어 제2 파쇄기(123)에서 파쇄된 음식물류 폐기물의 TS(Total Solid)를 조절하는 TS조정수단으로서, 드럼스크린(132)과 사이클론(134)의 효과적인 분리 선별을 위해 TS를 10% 미만으로 조절하며 이를 위해 드럼스크린(132)의 상류 전단에 TS 조정조(131)를 배치하게 된다.
이와 같이 음식물류 폐기물의 전처리 공정을 통해 음식물류 폐기물의 입도크기를 3mm 이하로 제한하는 이유는, 후단의 테칸타형 3상 유수분리기의 운전시 3mm 이상의 입도크기를 가진 물질은 처리 효율이 떨어지기 때문이다.
드럼스크린(132)은, TS조정조(131)의 하류에 연결되어 TS조정조(131)에 의해 TS가 조절된 음식물류 폐기물을 분리 선별하는 선별수단으로서, 2차 파쇄에도 미파쇄된 물질을 선별하게 된다.
분쇄기(133)는, 저류조(140)의 하류에 연결되어 저류조(140)에 저장된 음식물류 폐기물을 미분쇄하는 분쇄수단으로서, 저류조(140)에 저장된 미파쇄 물질을 미분쇄에 의해 파쇄하게 된다.
사이클론(134)은, 분쇄기(133)의 하류에 연결되어 미세 협잡물을 분리하는 분리수단으로서, 분쇄기(133)의 미분쇄에 의해서도 미파쇄된 미세 협잡물을 선별하게 된다. 이러한 드럼스크린과 사이클론은 저속 고액 원심분리기로 변경해서 적용하여 동일한 효과를 구현하는 것도 가능함은 물론이다.
저류조(140)는, 제2 파쇄기(123)에서 파쇄된 음식물류 폐기물을 저장하는 저류수단으로서, 제2 파쇄기(123)에 의해 3㎜미만으로 2차 파쇄된 음식물류 폐기물이 저장된다.
유수분리기(150)는, 저류조(140)에 저장된 음식물류 폐기물로부터 유분을 분리하는 유수분리수단으로서, 3㎜미만으로 2차 파쇄된 음식물류 폐기물로부터 유분을 용이하게 분리하는 테칸타형 3상 유수분리기로 이루어져 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 유분을 분리하는 사유는, 후단의 중온 습식 혐기성소화 공정시 유분에 의한 스컴발생과 유증기에 의한 계측기기 오류를 방지하여 중온 습식 혐기성 소화시설의 효율을 높이기 위한 것이고,
또한, 이와 같이 유수분리기(150)에 의해 분리된 유분은 바이오디젤로 분류되어 판매가능하며, 이러한 판매량을 음식물류 폐기물 반입량의 약 1~1.5% 이내로 유지하는 것이 바람직하다.
스크류프레스(160)는, 파봉파쇄기(121)와 제1 파쇄기(122)와 제2 파쇄기(123)와 드럼스크린(132)과 사이클론(134)의 하류에 각각 연결되어, 여기에서 각각 배출된 협잡물과 슬러지를 함수율 85&이하로 탈수한 후 외부의 위탁처리를 위해 외부로 배출하게 되고, 잔류한 음식물류 폐기물을 저류조(140)로 배출하게 된다.
혐기소화부(200)는, 전처리부(100)에서 처리된 음식물류 폐기물을 중온 습식 혐기성 소화처리하는 혐기소화수단으로서, 중간저장조(210)와 혐기성소화조(220)로 이루어져 있다.
중간저장조(210)는, 전처리부(100)에서 처리된 음식물류 폐기물을 열교환기에 의해 중온으로 저장하는 저장조로서, 이러한 중간저장조(210)에서는 음식물류 폐기물을 열교환기에 의해 35℃∼40℃의 중온으로 가온하여 저장하는 것이 바람직하다.
이러한 중간저장조(210)에서 대략 3일 이상 저장하며 혐기성소화조에 안정된 기질을 정량으로 공급하게 되며, 보다 안정된 중온 습식 혐기소화 운전을 위해서 중간저장조에서의 저장용량은 3일 이상으로 유지하게 된다.
또한, 중간저장조(210)에서 중온 습식 혐기성 소화운전시 적정온도와 동일하게 유지하게 되며, 이러한 이유는 중간저장조(210)에서 산발효조의 역할까지 할 수 있도록 하여 안정적인 소화조 운전과 효율을 높이고자 함이다.
혐기성소화조(220)는, 중간저장조(210)에서 중온으로 가온되어 저장된 음식물류 폐기물을 중온에서 습식 혐기성 소화처리하는 처리수단으로서, 소화조와 입축형 교반기와 순환펌프와 사이클론 선별기와 열교환기를 구비하여 이루어져 있다.
소화조는, 열교환기에 의해 35℃∼40℃의 중온으로 가온하여 중간저장조(210)에 저장된 음식물류 폐기물을 중온에서 습식 혐기성 소화처리하는 혐기성 소화조로 이루어져 있다.
이러한 소화조에서는 중간저장조(210)에서 저장된 후 소정시간 산발효되어 기질이 안정화된 음식물류 폐기물이 중온 습식 혐기성소화를 위해 정량 공급되는 것이 바람직하다.
입축형 교반기는 소화조의 내부에 음식물류 폐기물을 교반하기 위해 수직으로 입설된 수직 입축형 교반기로 이루어져 있고, 순환펌프는 소화조의 내부에서 외부로 음식물류 폐기물의 교반을 위해 음식물류 폐기물의 외부 순환량을 3∼4배로 선정해서 순환시키게 된다.
사이클론 선별기는, 외부 순환중 소화조 내부에 존제하는 모래 등 미세 협잡물의 제거를 위해 순환펌프의 하류에 설치되어 순환펌프에 의해 순환되는 미세 협잡물을 제거하게 된다. 이러한 사이클론 선별기는 비충차에 의해 협잡물을 제거 하는 방식으로 시간당 5∼10분 정도 가동가능한 용량을 선정하는 것이 바람직하다.
따라서 이러한 소화조에서는 ORL(organic loading rate; 유기물부하율) 2.5kg.VS/m3 이하로 설계하며 병렬로 구성하며 계열별 상호 교반이 가능하도록 순환배관 및 순환펌프를 구비하는 것이 더욱 바람직하다. 이와 같이 병렬로 구성된 소화조에서 내부에 소화액을 상호 교반하는 경우에는, 소화효율이 낮은 소화조의 효율을 높일 수 있는 효과를 제공하게 된다.
열교환기는 소화조의 내부온도를 35℃∼40℃의 중온으로 일정하게 유지하도록 외부 순환배관을 개재해서 설치되어 있는 것이 바람직하다. 따라서 소화조의 적정한 처리가 안될 경우를 대비하여 소화조 가온을 위한 열교환기가 외부 순환 배관에 설치하도록 하여 소화조의 안정적 운전온도를 유지하도록 하는 것도 가능함은 물론이다.
소화조의 상부에 유분에 의한 스컴이 생성될 경우를 대비하여 스컴제거장치의 스컴 배출구를 복수개로 설치하여 소화조 내부의 소화액의 높이차가 발생하여도 일정의 스컴층을 배출할 수 있게 된다.
따라서, 종래의 스컴제거장치가 고정형태로 설치되어 소화조 내부의 소화액 상부 스컴층과 스컴배출구의 높이가 맞지 않을 경우에 스컴제거장치의 가동효과가 미미하게 되는 문제를 해소하게 된다.
특히, 소화조의 운영중에 상부 스컴층에 의해 배출되지 못한 바이오가스의 영향으로 소화액이 월류하는 경우가 발생하게 되면, 이때 소화액이 바이오가스 포집용 배관을 통해 배출되며 소화액이 바이오가스 정제시설로 유입되는 경우에는 바이오가스정제시설을 사용하지 못하게 된다는 문제가 발생된다.
이러한 문제를 방지하도록 소화액 저장조를 소화조의 하류 후단에 별도로 설치하여 중온 습식 소화조에 대한 투입량 대비 약 1일분 용량을 저장하도록 설치하는 것도 가능함은 물론이다.
이러한 중온 습식소화조에서는 염화철(Fe2Cl3)을 일정량 주입하는 시설을 도입하는 것도 가능하며, 이렇게 설치하게 되면 소화조에서 생성된 바이오가스의 내부에 포함된 H2S의 함유량을 1,000ppm 이하로 유지시켜주기 때문에 바이오가스 정제시설의 부하를 경감시키는 동시에 바이오가스의 처리효율을 높일 수 있게 된다.
또한, 이와 같이 중온의 습식 혐기성소화방식으로 처리된 음식물류 폐기물은 소화조에서 배출되어 소화액 탈수기로 이송하게 된다.
건조화연료부(300)는, 혐기소화부(200)에서 발생된 슬러지를 건조하여 고형연료로 연료화하는 연료화건조수단으로서, 탈수기(310), 폐수처리시설(320), 하수처리시설(330), 건조기(340), 배기가스처리시설(350) 및 악취처리시설(360)로 이루어져 있다.
탈수기(310)는, 혐기소화부(200)에서 발생된 슬러지를 탈수하는 탈수수단으로서, 혐기소화부(200)에서 발생된 소화액이 탈수기(310)에서 탈수하게 되며, 여기에서 배출된 탈리여액을 폐수처리시설(320)로 배출하게 된다.
따라서, 탈수기(310)에서 탈수된 탈리여액은 폐수처리장치로 이송후 연계처리가 가능한 하수처리장의 수질부하 10% 미만으로 처리하여 하수처리장으로 이송하여 최종 방류하게 된다.
또한, 탈수기(310)에서 분리된 탈수케익은, 자체적으로 퇴비로 활용이 가능하므로 농작물의 비료로 이용시 작물생육에 기여할 수 있게 되는 것도 가능함은 물론이다.
따라서, 원심력을 이용하는 탈수기의 경우에는 여기서 발생된 탈수케익을 슬러지 건조시설에서 함수율10% 이하까지 건조되고, 건조 후에 생산된 건조물은 석탄화력발전소의 보조연료로 활용함으로써 RPS(Renewable Portfolio Standard)의 제도에 대응이 가능하며, 온실가스 감축 및 화석에너지 사용량 감소에 기여할 수 있게 된다.
폐수처리시설(320)은, 탈수기(310)의 하류에 설치되어 탈수기(310)에서 배출된 폐수를 처리하는 폐수처리수단으로서, 탈수기(310)에서 배출된 탈리여액을 처리하여 하수처리시설로 배출하게 되고, 여기서 발생된 슬러지는 다시 탈수기로 반송하게 된다.
하수처리시설(330)은, 폐수처리시설(320)의 하류에 설치되어 폐수처리시설(320)에서 배출된 하수를 처리하는 하수처리수단으로서, 외부에서 연계처리가 가능하도록 연계처리수질의 범위 이내에서 처리하게 된다.
건조기(340)는, 탈수기(310)에 의해 탈수된 슬러지를 함수율 10%이하로 건조시키는 건조수단으로서, 탈수된 슬러지는 슬러지 건조 연료화시설에서 함수율 10% 미만으로 건조하여 발전소의 원료 및 시멘트 공장 등의 첨가재로 사용할 수 있게 된다.
슬러지 건조연료화 시설은 중온 벨트식 직접건조방식으로 슬러지를 건조하는 것으로서, 슬러지 건조 연료화장치는 함수율 70% 슬러지를 10%로 건조하기 때문에 기존 장치에 비해 백믹싱(Back mixing)을 위한 10%로 건조된 슬러지의 혼입량이 적게 된다.
기존 장치는 슬러지 건조기에서 슬러지 함수율 80%의 슬러지를 10%로 건조가 어렵기 때문에 함수율 10%로 건조된 슬러지를 슬러지 건조기 전단에 슬러지 혼합기를 설치하여 탈수된 함수율 80%의 슬러지와 건조된 함수율 10%의 슬러지를 혼합하여 글루존(Glue zone)을 회피하기 위해 함수율을 40%∼25% 까지 조절하게 된다.
이와 같이 함수율이 조절된 슬러지를 건조기(340)에 투입하여 건조하기 때문에 조절된 슬러지의 함수율이 낮을수록 건조기(340)의 용량 및 사이즈가 커지게 된다.
이와 같이 중온 습식 혐기성소화를 거친 슬러지와 폐수처리에서 발생된 슬러지를 55톤/일의 용량으로 본 발명에서 적용된 슬러지 건조장치로 건조할 경우에는 함수율 70%로 조절하기 위해 10%로 건조된 슬러지를 0.75 배 혼입하여 함수율 70%로 조절할 수 있게 된다.
이때 슬러지 건조기의 용량은 65톤/일인데 반해 기존의 건조장치로 처리할 경우에 슬러지 건조기의 용량은 함수율 40%일 경우, 127 톤/일, 함수율 25%인 경우에는 263 톤/일까지 커지게 된다.
이때, 10%로 건조된 슬러지의 혼합율은 함수율이 40%인 경우에는 생산된 건조슬러지의 5.9 배, 함수율이 25%인 경우에는 생산된 건조슬러지의 17 배를 반입하여 함수율 80%의 슬러지와 혼합하여야 조절가능하게 된다.
배기가스처리시설(350)은, 건조기(340)에서 배출된 배기가스를 처리하는 배기가스 처리수단으로서, 건조기(340)에서 배출된 배기가스를 처리하며 여기에서 배출된 건조응축수를 폐수처리시설(320)로 배출하게 된다.
이러한 배기가스의 배출온도는 약 527℃로 배기가스에 포함된 NOx 성분을 제거하기 위해 SCR(Selective Catalyst Reduction) 장치가 설치되어 있고, SCR 장치의 적정 운전온도는 180℃이므로, 적정 운전온도를 위해 수냉식 열교환기를 설치하게 되며, 이때 75℃의 물을 열교환기로 주입하여 90℃이상으로 배출하도록 열교환기를 선정하여 설치하는 것이 바람직하다.
이와 같이 90℃ 이상으로 배출된 온수는, 건조기(340)로 유입되어 건조기(340)의 내부 공기를 85℃ 이상으로 유지시켜 주며, 배출되는 온수는 다시 75℃ 이하로 냉각되어 엔진발전기의 냉각수로 사용하게 된다.
악취처리시설(360)은, 배기가스처리시설(350)에 연결되어 배기가스처리시설(350)에서 발생된 악취를 제거하는 악취제거수단으로서, 배기가스처리시설(350)에서 발생된 악취를 제거하며 여기에서 배출된 세정폐수를 폐수처리시설(320)로 배출하게 된다.
이러한 악취처리시설(360)은, 배기가스처리시설(350)에서 발생되는 암모니아, 황화수소, 메틸 메르캅탄 등의 악취물질을 제거하여 대기로 방출하도록 축열식 연소장치(RTO : Regenerative Thermal Oxidizer) 또는 다단식 약액세정탑으로 이루어지는 것이 바람직하다.
바이오가스처리부(400)는, 혐기소화부(200)에서 발생된 바이오가스를 정제하여 연료화하는 가스처리수단으로서, 혐기소화부(200)에서 발생되는 바이오가스에 포함된 이물질, 수분, 분진을 제거하여 정제처리하게 된다.
이러한 바이오가스처리부(400)는, 혐기소화부(200)에서 생성된 바이오가스를 처리하도록, 바이오가스 정제설비, 바이오가스 저장조 및 바이오가스 발전설비를 포함하여 이루어져 있다.
구체적으로, 혐기소화부(200)에서 발생된 바이오가스는, 바이오가스 정제설비를 거쳐 수분, 황화수소, 실록산 등의 이물질을 바이오가스 내에서 제거한 후 바이오가스 저장조에 저장되고,
저장된 바이오가스를 가스엔진 또는 가스터빈 또는 스팀터빈 발전 등과 같은 바이오가스 발전설비에서 에너지원으로 활용되어 전기를 생산하게 되고 생산된 전기는 한전 등에 판매할 수 있게 된다.
바이오가스 정제설비는, 혐기소화부(200)의 소화조에서 발생된 바이오가스의 내부에 포함된 불순물을 제거하는 가스정제수단으로서, 바이오가스에 포함된 수분, 황화수소, 실록산 등의 이물질을 제거하게 된다.
바이오가스 저장조는, 바이오가스 정제설비)에서 정제된 바이오가스를 일시 저장하는 저장수단으로서, 바이오가스 정제설비에서 수분, 황화수소, 실록산 등의 이물질을 제거된 바이오가스를 일시적으로 저장하여 발전설비 또는 폐열보일러 등에 연료로 사용된다.
바이오가스 발전설비는, 바이오가스 저장조에 저장된 바이오가스를 활용하여 전기를 생산하는 발전수단으로서, 바이오가스 저장조에 저장된 바이오가스를 가스엔진 또는 가스터빈 또는 스팀터빈 발전 등에서 에너지원으로 활용되어 전기를 생산하게 되고 생산된 전기는 한전 등에 판매할 수 있게 된다.
발전부(500)는, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 건조연료화부(300)에서 처리된 고형연료와 바이오가스처리부(400)에서 처리된 바이오가스를 연소하여 전력을 생산하는 발전수단으로서, 엔진발전기(510) 및 배가스처리시설(520)로 이루어져 있다.
엔진발전기(510)는, 건조연료화부(300)에서 슬러지를 처리하여 생성된 고형연료와 바이오가스처리부(400)에서 처리된 바이오가스를 연소하여 전력을 생산하는 발전수단으로서, 슬러지 건조기에서 배출된 온수를 엔진발전기(510)의 냉각수(jacket water)를 사용하는 것이 가능하다.
이러한 냉각수는 엔진발전기(510)의 본체의 냉각을 위한 냉각수(jacket water)와 발전 후 배출된 배가스의 냉각을 위한 열교환수로 구분되며, 엔진발전기(510)의 운전을 위해 공급되는 냉각수의 공급온도는 75℃ 이하이며, 엔진발전기(510)의 냉각 후 배출온도는 90℃ 이상이다.
엔진발전기(510)에서 90℃ 이상으로 배출된 온수는, 건조기(340)로 유입되어 건조기(340)의 내부 공기를 85℃ 이상으로 유지시켜 주며, 배출되는 온수는 다시 75℃ 이하로 냉각되어 엔진발전기(510)의 냉각수로 사용하게 된다.
배가스처리시설(520)은, 엔진발전기(510)에서 배출된 배가스를 처리하는 배가스 처리수단으로서, 엔진발전기(510)에서 배출된 배가스를 처리하며, 여기에서 배출된 온수를 건조기(340)로 열교환기(522)의 열교환에 의해 배출하게 된다.
이러한 배기가스의 배출온도는 약 527℃로 배가스에 포함된 NOx 성분을 제거하기 위해 SCR(Selective Catalyst Reduction) 장치(521)가 설치되어 있고, SCR 장치(521)의 적정 운전온도는 180℃이므로, 적정 운전온도를 위해 수냉식 열교환기를 설치하게 되며, 이때 75℃의 물을 열교환기(522)로 주입하여 90℃이상으로 배출하도록 열교환기(522)를 선정하여 설치하는 것이 바람직하다.
이와 같이 90℃ 이상으로 배출된 온수는, 건조기(340)로 유입되어 건조기(340)의 내부 공기를 85℃ 이상으로 유지시켜 주며, 배출되는 온수는 다시 75℃ 이하로 냉각되어 엔진발전기(510)의 냉각수로 사용하게 된다.
본 발명의 음식물류 폐기물의 에너지화 처리장치에 의하면, 250 톤/일 규모의 음식물류 폐기물 사업에 적용할 경우 중온 습식 혐기성소화공정에서 발생된 바이오가스를 활용하여 일 2.4MWe/h 이상 전력을 생산할 수 있게 된다.
음식물류 폐기물의 에너지화 처리장치에 의해 생산된 전력은, 처리공정에 필요한 1.1MWe/h 전력으로 우선사용하고 잉여전력인 1.3MWe/h 를 한국전력공사에 매전시 SMP(System Marginal Price)+REC(Renewable Energy Certificate) 단가를 적용 받을 수 있게 된다.
이때 음식물류 폐기물의 에너지화 처리장치에서 사용전력금액을 발전전력으로 사용할때 1,086.4 백만원/년의 전력비를 절감할 수 있으며, 잉여전력 판매로 약 1,604 백만원/년의 수익을 발생시킬 수 있게 된다.(수전시 약 93.7 원/kWh, 매전시 약 172.5 원/kWh(SMP 102.5 원/kWh, REC 약 7 만원/MWh 적용)
또한, 본 발명에 적용된 슬러지 건조연료화시설은 저온 벨트타입(belt type) 으로 이루어지며, 전기, 온수, 스팀 등 다양한 열매체를 사용할 수 있는 것도 가능함은 물론이다.
본 발명의 처리공정 중 엔진발전기에서 기기 냉각 후 배출된 90℃이상의 냉각수(jacket water)를 슬러지 건조에 필요한 열매체로 활용할 수 있으며, 회수 가능한 열에너지는 발전기의 냉각수(약 90℃, 70 t/h)와 배가스(약 527℃, 11,461 Nm3/h)의 열에너지를 회수할 수 있으며, 이렇게 회수된 총 열량은 함수율 80% 슬러지(약 70 톤/일)을 함수율 10% 까지 건조 가능한 열량이다.
이와 같이 회수된 90℃ 이상의 중온수(135 톤/h)는, 중온 습식 혐기성소화공정 후 발생된 슬러지(45 톤/일)과 중온습식 혐기성소화 후 발생된 슬러지의 탈리여액처리를 위한 폐수처리 과정에서 발생되는 슬러지(약 9 톤/일) 등을 본 발명의 처리시설에서 발생되는 총 55 톤/일 정도의 슬러지 전량을 외부 열원 없이 건조연료화 하는데 약 90 톤/h 사용 할 수 있고, 잉여 중온수는 중온 습식 혐기성소화조의 가온용 열원(약 40 톤/h 필요)과 음식물류 폐기물 저장조의 온도유지용, 분리된 유분의 저장시 가온용으로 사용하며, 시설 운영에 필요한 열 에너지를 생산된 에너지로 대체할 수 있게 된다.
이하, 도 1 및 도 3을 참조해서 본 실시예에 의한 음식물류 폐기물의 에너지화 처리방법을 구체적으로 설명한다.
도 1 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 의한 음식물류 폐기물의 에너지화 처리방법은, 전처리단계(S10), 혐기소화단계(S20), 건조연료화단계(S30), 바이오가스처리단계(S40), 발전단계(S50)를 포함하여 이루어져, 음식물류 폐기물을 처리하는 시설에서 발생된 에너지를 재활용하는 음식물류 폐기물의 에너지화 처리방법이다.
전처리단계(S10)는, 음식물류 폐기물을 전처리하는 단계로서, 반입저장조(110), 파봉파쇄기(121), 제1 파쇄기(122), 제2 파쇄기(123), TS조정조(131), 드럼스크린(132), 분쇄기(133), 사이클론(134), 저류조(140), 유수분리기(150), 스크류프레스(160)를 구비한 전처리부(100)에 의해 전처리하게 된다.
반입저장조(110)에서는 음식물류 폐기물을 반입하여 일정기간 동안 저장하고, 파봉파쇄기(121)에서는 음식물류 폐기물에 포함된 비닐류 등을 50㎜미만으로 파봉해서 제1 파쇄기(122)로 배출하고, 50㎜ 이상의 조대 협잡물을 분리해서 스크류프레스(160)로 배출하게 된다.
제1 파쇄기(122)에서는 파봉파쇄기(121)에서 분리배출된 음식물류 폐기물을 제1 파쇄기(122)에 의해 20㎜미만으로 1차 파쇄하고, 20㎜ 이상의 협잡물을 분리해서 스크류프레스(160)로 배출하게 된다.
제2 파쇄기(123)에서는 제1 파쇄기(122)에서 배출된 음식물류 폐기물을 제2 파쇄기(123)에 의해 3㎜미만으로 2차 파쇄하게 파쇄하고, 3㎜ 이상의 협잡물을 분리해서 스크류프레스(160)로 배출하게 된다.
TS조정조(131)에서는 드럼스크린(132)과 사이클론(134)의 효과적인 분리 선별을 위해 TS를 10% 미만으로 조절하게 되고, 드럼스크린(132)에서는 2차 파쇄에도 미파쇄된 물질을 선별하게 된다.
분쇄기(133)에서는 저류조(140)에 저장된 미파쇄 물질을 미분쇄에 의해 파쇄하게 되고, 사이클론(134)에서는 분쇄기(133)의 미분쇄에 의해서도 미파쇄된 미세 협잡물을 선별하게 된다.
저류조(140)에서는 제2 파쇄기(123)에 의해 3㎜미만으로 2차 파쇄된 음식물류 폐기물을 저장하게 되고, 유수분리기(150)에서는 3㎜미만으로 2차 파쇄된 음식물류 폐기물로부터 유분을 용이하게 분리하는 테칸타형 3상 유수분리기로 분리하게 된다.
스크류프레스(160)에서는 여기에서 각각 배출된 협잡물과 슬러지를 함수율 85&이하로 탈수한 후 외부의 위탁처리를 위해 외부로 배출하게 되고, 잔류한 음식물류 폐기물을 저류조(140)로 배출하게 된다.
혐기소화단계(S20)는, 전처리된 음식물류 폐기물을 중온 습식 혐기성 소화처리하는 단계로서, 중간저장조(210)와 혐기성소화조(220)로 이루어져 있는 혐기소화부(200)에 의해서 전처리된 음식물류 폐기물을 중온 습식 혐기성 소화처리하게 된다.
중간저장조(210)에서는 음식물류 폐기물을 열교환기에 의해 35℃∼40℃의 중온으로 가온하여 저장하고, 혐기성소화조(220)에서는 중온으로 저장된 음식물류 폐기물을 중온에서 습식 혐기성 소화처리하게 된다.
건조연료화단계(S30)는, 혐기소화단계에서 발생된 슬러지를 건조하여 고형연료로 연료화하는 단계로서, 탈수기(310), 폐수처리시설(320), 하수처리시설(330), 건조기(340), 배기가스처리시설(350) 및 악취처리시설(360)로 이루어진 건조화연료부(300)에서 혐기소화부(200)에서 발생된 슬러지를 건조하여 고형연료로 연료화하게 된다.
탈수기(310)에서는 혐기소화부(200)에서 발생된 소화액을 탈수하게 되며 여기에서 배출된 탈리여액을 폐수처리시설(320)로 배출하게 되고, 탈수된 탈리여액은 폐수처리장치로 이송후 연계처리가 가능한 하수처리장의 수질부하 10% 미만으로 처리하여 하수처리장으로 이송하여 최종 방류하게 된다.
또한, 탈수기(310)에서 분리된 탈수케익은, 자체적으로 퇴비로 활용이 가능하므로 농작물의 비료로 이용시 작물생육에 기여할 수 있게 되는 것도 가능함은 물론이다.
폐수처리시설(320)에서는 탈수기(310)에서 배출된 탈리여액을 처리하여 하수처리시설로 배출하게 되고 여기서 발생된 슬러지는 다시 탈수기로 반송하게 되고, 하수처리시설(330)에서는 외부에서 연계처리가 가능하도록 연계처리수질의 범위 이내에서 처리하게 된다.
건조기(340)에서는 탈수된 슬러지는 슬러지 건조 연료화시설에서 함수율 10% 미만으로 건조하여 발전소의 원료 및 시멘트 공장 등의 첨가재로 사용할 수 있게 된다.
배기가스처리시설(350)에서는 건조기(340)에서 배출된 배기가스를 처리하며 여기에서 배출된 건조응축수를 폐수처리시설(320)로 배출하게 되고, 이와 같이 90℃ 이상으로 배출된 온수는, 건조기(340)로 유입되어 건조기(340)의 내부 공기를 85℃ 이상으로 유지시켜 주며, 배출되는 온수는 다시 75℃ 이하로 냉각되어 엔진발전기의 냉각수로 사용하게 된다.
악취처리시설(360)에서는 배기가스처리시설(350)에서 발생된 악취를 제거하며 여기에서 배출된 세정폐수를 폐수처리시설(320)로 배출하게 되고, 배기가스처리시설(350)에서 발생되는 암모니아, 황화수소, 메틸 메르캅탄 등의 악취물질을 제거하여 대기로 방출하게 된다.
바이오가스처리단계(S40)는, 혐기소화단계에서 발생된 바이오가스를 정제하여 연료화하는 단계로서, 바이오가스 정제설비, 바이오가스 저장조 및 바이오가스 발전설비를 포함하여 이루어진 바이오가스처리부(400)에 의해 혐기소화부(200)에서 발생되는 바이오가스에 포함된 이물질, 수분, 분진을 제거하여 정제처리하게 된다.
바이오가스 정제설비에서는 바이오가스에 포함된 수분, 황화수소, 실록산 등의 이물질을 제거하게 되고, 바이오가스 발전설비에서는 바이오가스 저장조에 저장된 바이오가스를 가스엔진 또는 가스터빈 또는 스팀터빈 발전 등에서 에너지원으로 활용되어 전기를 생산하게 되고 생산된 전기는 한전 등에 판매할 수 있게 된다.
발전단계(S50)는, 건조연료화단계에서 처리된 고형연료와 상기 바이오가스처리단계에서 처리된 바이오가스를 연소하여 전력을 생산하는 단계로서, 엔진발전기(510) 및 배가스처리시설(520)로 이루어져 있는 발전부(500)에 의해 고형연료와 바이오가스를 연소하여 전력을 생산하게 된다.
엔진발전기(510)에서는 90℃ 이상으로 배출된 온수가 건조기(340)로 유입되어 건조기(340)의 내부 공기를 85℃ 이상으로 유지시켜 주며, 배출되는 온수는 다시 75℃ 이하로 냉각되어 엔진발전기(510)의 냉각수로 사용하게 된다. 배가스처리시설(520)에서는 엔진발전기(510)에서 배출된 배가스를 처리하며, 여기에서 배출된 온수를 건조기(340)로 열교환에 의해 배출하게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 전처리부, 혐기소화부, 건조화연료부, 바이오가스처리부 및 발전부를 포함하여 이루어짐으로써, 중온 습식 혐기성 소화공정에서 생산된 바이오가스를 엔진발전기를 통하여 전력생산하고 생산된 전력을 시설에 필요한 전력으로 우선 사용화고 나머지전력은 한전에 매전하여 에너지 비용을 절감하는 동시에 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 발전과정에서 발생된 냉각수와 배기가스 처리시설에서 회수된 열에너지를 건조연료화시설에 필요한 열원과 중온 습식 혐기성소화시설의 가온용 열원으로 재활용함으로써, 처리공정에서 필요한 에너지를 자체 생산하여 소비하고 매전하여 수익을 발생시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 전처리부로서 파봉파쇄기와 제1 파쇄기와 제2 파쇄기와 TS조정조와 드럼스크린과 분쇄기와 사이클론과 저류조와 유수분리기를 구비함으로써, 중온 습식 혐기성소화공정시 유분에 의한 스컴발생과 유증기에 의한 계측기기 오류를 방지하여 중온 습식 혐기성 소화시설의 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 혐기소화부로서 중간저장조와 혐기성소화조를 구비함으로써, 중온 습식혐기성 소화 운전시 적정온도로 유지하는 동시에 중간저장조에서 산발효조의 역할을 수행하여 안정적인 소화조 운전과 처리효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 건조화연료부로서 탈수기와 폐수처리시설과 하수처리시설과 건조기와 배기가스처리시설과 악취처리시설을 구비함으로써, 배기가스 처리시설에서 회수된 열 에너지를 활용하여 건조연료화시설에 필요한 열원과 중온 습식 혐기성소화시설의 가온용 열원으로 사용하여 처리공정에서 필요한 에너지를 자체 생산하여 소비하고 매전하여 수익을 발생시킬 수 있는 효과를 제공한다.
이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러 가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
100: 전처리부
200: 혐기소화부
300: 건조연료화부
400: 바이오가스처리부
500: 발전부
200: 혐기소화부
300: 건조연료화부
400: 바이오가스처리부
500: 발전부
Claims (10)
- 음식물류 폐기물을 처리하는 시설에서 발생된 에너지를 재활용하는 음식물류 폐기물의 에너지화 처리장치로서,
음식물류 폐기물을 전처리하는 전처리부(100);
상기 전처리부(100)에서 처리된 음식물류 폐기물을 중온 습식 혐기성 소화처리하는 혐기소화부(200);
상기 혐기소화부(200)에서 발생된 슬러지를 건조하여 고형연료로 연료화하는 건조연료화부(300);
상기 혐기소화부(200)에서 발생된 바이오가스를 정제하여 연료화하는 바이오가스처리부(400); 및
상기 건조연료화부(300)에서 처리된 고형연료와 상기 바이오가스처리부(400)에서 처리된 바이오가스를 연소하여 전력을 생산하는 발전부(500);를 포함하고,
상기 전처리부(100)는,
비닐류를 파봉하고 조대 협잡물을 분리하여 배출하는 파봉파쇄기;
상기 파봉파쇄기에서 분리배출된 음식물류 폐기물을 1차로 파쇄하는 제1 파쇄기;
상기 제1 파쇄기에서 파쇄된 음식물류 폐기물을 2차로 파쇄하는 제2 파쇄기;
상기 제2 파쇄기에서 파쇄된 음식물류 폐기물을 저장하는 저류조;
상기 저류조에 저장된 음식물류 폐기물로부터 유분을 분리하는 유수분리기;
상기 2차 파쇄기의 하류에 연결되어, 상기 제2 파쇄기에서 파쇄된 음식물류 폐기물의 TS(Total Solid)를 조절하는 TS조정조;
상기 TS조정조의 하류에 연결되어, 상기 조절된 음식물류 폐기물을 분리 선별하는 드럼스크린;
상기 저류조의 하류에 연결되어, 상기 저장된 음식물류 폐기물을 미분쇄하는 분쇄기; 및
상기 분쇄기의 하류에 연결되어, 미세 협잡물을 분리하는 사이클론;을 포함하고,
상기 혐기소화부(200)는,
상기 전처리부(100)에서 처리된 음식물류 폐기물을 열교환기에 의해 중온으로 저장하는 중간저장조; 및
상기 중온으로 저장된 음식물류 폐기물을 중온 습식 혐기성 소화처리하는 혐기성소화조;를 포함하고,
상기 건조연료화부(300)는,
상기 혐기소화부(200)에서 발생된 슬러지를 탈수하는 탈수기;
상기 탈수기에서 배출된 폐수를 처리하는 폐수처리시설;
상기 폐수처리시설의 하류에 설치되어 폐수처리시설에서 배출된 하수를 처리하는 하수처리시설;
상기 탈수기에 의해 탈수된 슬러지를 함수율 10%이하로 건조시키는 건조기;
상기 건조기에서 배출된 배기가스를 처리하는 배기가스처리시설; 및
상기 배기가스처리시설에 연결되어 배기가스처리시설에서 발생된 악취를 제거하는 악취처리시설;을 포함하고,
상기 배기가스처리시설은, 배기가스에 포함된 NOx 성분을 제거하기 위해 SCR(Selective Catalyst Reduction) 장치가 설치되어 있고, SCR 장치의 적정 운전온도를 위해 수냉식 열교환기가 설치되어 75℃의 물을 열교환기로 주입하여 90℃이상으로 배출하도록 설정하여 90℃ 이상으로 배출된 온수를 건조기로 유입시켜 건조기의 내부 공기를 소정온도 이상으로 유지시키게 되며, 배출되는 온수는 냉각되어 상기 발전부(500)의 냉각수로 사용하게 되고, 상기 배기가스처리시설에서 배출된 건조응축수를 상기 폐수처리시설로 배출하게 되고,
상기 발전부(500)는,
상기 건조연료화부(300)에서 슬러지를 처리하여 생성된 고형연료와 상기 바이오가스처리부(400)에서 처리된 바이오가스를 연소하여 전력을 생산하는 엔진발전기; 및
상기 엔진발전기에서 배출된 배가스를 처리하는 배가스처리시설;을 포함하고,
상기 엔진발전기는, 상기 건조기에서 배출된 온수를 냉각수로 사용하며, 상기 냉각수는 상기 엔진발전기의 냉각을 위한 냉각수와 발전 후 배출된 배가스의 냉각을 위한 열교환수로 이루어지며,
상기 엔진발전기에서 배출된 온수는, 상기 건조기로 유입되어 상기 건조기의 내부 공기를 소정온도 이상으로 유지시켜 주며, 배출되는 온수는 다시 냉각되어 상기 엔진발전기의 냉각수로 사용하게 되는 것을 특징으로 하는 음식물류 폐기물의 에너지화 처리장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 중간저장조는, 음식물류 폐기물을 열교환기에 의해 35℃∼40℃로 가온하여 저장하는 것을 특징으로 하는 음식물류 폐기물의 에너지화 처리장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 혐기성소화조는,
소화조;
상기 소화조의 내부에 교반을 위해 설치된 수직 입축형 교반기;
상기 소화조에서 외부로 교반을 위해 순환시키는 순환펌프;
상기 순환펌프에 의해 순환되는 미세 협잡물을 제거하는 사이클론 선별기; 및
상기 소화조의 내부온도를 35℃∼40℃로 일정하게 유지하도록 외부 순환배관을 개재해서 설치된 열교환기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물류 폐기물의 에너지화 처리장치. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 바이오가스처리부(400)는, 상기 혐기소화부(200)에서 발생되는 바이오가스에 포함된 이물질, 수분, 분진을 제거하여 정제처리하는 것을 특징으로 하는 음식물류 폐기물의 에너지화 처리장치. - 삭제
- 제 1 항에 기재된 음식물류 폐기물의 에너지화 처리장치를 이용하여, 음식물류 폐기물을 처리하는 시설에서 발생된 에너지를 재활용하는 음식물류 폐기물의 에너지화 처리방법으로서,
음식물류 폐기물을 전처리하는 전처리단계;
상기 전처리된 음식물류 폐기물을 중온 습식 혐기성 소화처리하는 혐기소화단계;
상기 혐기소화단계에서 발생된 슬러지를 건조하여 고형연료로 연료화하는 건조연료화단계;
상기 혐기소화단계에서 발생된 바이오가스를 정제하여 연료화하는 바이오가스처리단계; 및
상기 건조연료화단계에서 처리된 고형연료와 상기 바이오가스처리단계에서 처리된 바이오가스를 연소하여 전력을 생산하는 발전단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물류 폐기물의 에너지화 처리방법.
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