KR102298527B1 - 가스믹서와 분쇄펌프가 결합된 일체식 순환시스템이 장착된 혐기성 소화 장치 및 이의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분쇄펌프에 가스믹서가 결합되어 교반효율이 증대되어 스컴이 제거되어 혐기 소화 효율이 향상되는 가스믹서와 분쇄펌프가 결합된 일체식 순환시스템이 장착된 혐기성 소화 장치 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 펌프식 교반과 가스식 교반이 가지고 있는 장점이 결합된 것을 특징으로 한다.

Description

가스믹서와 분쇄펌프가 결합된 일체식 순환시스템이 장착된 혐기성 소화 장치 및 이의 제어방법{ANAEROBIC DIGESTION SYSTEM EQUIPPED WITH AN INTEGRATED CIRCULATION SYSTEM COMBINED WITH GAS MIXER AND GRINDING PUMP, AND CONTROL METHOD OF THE SAME}

본 발명은 분쇄펌프에 가스믹서가 결합되어 교반효율이 증대되어 스컴(scum)이 제거되는 가스믹서와 분쇄펌프가 결합된 일체식 순환시스템이 장착된 혐기성 소화 장치 및 이의 제어방법에 관한 것이다.

혐기성 소화는 생분해성 유기물이 무산소 상태에서 미생물에 의해 분해되는 과정으로, 바이오가스(biogas) 생산, 슬러지의 감량 및 안정화, 유해균을 제거하는 장점을 가지고 있다.

그러나 혐기성 소화는 여러 운영상 메탄생성 고세균의 느린 성장속도, 낮은 소화효율, 긴 수리학적 체류시간, 높은 반응 온도, 소화조 내 휘발성지방산(VFAs, Volatile Fatty Acids) 축적 등의 문제가 있다.

이렇듯, 혐기성 소화는 효율적인 소화를 위해 투입기질과 혐기성균의 접촉 횟수를 높이고, 생물반응에서 발생한 메탄가스와 황화수소 등 혐기성균의 활동을 저해하는 가스의 탈기를 위해 교반이 매우 중요하다.

혐기성 소화에서의 교반은 미생물에 적정기질을 접촉시킴으로써, 운영상 문제가 되는 pH와 온도 유지, 방해물질 희석, 성층화 현상과 단락 현상을 방지할 뿐만 아니라, 입자에 부착된 가스의 분리에 의한 소화효율의 향상 및 스컴 발생에 의한 유효용량의 감소를 방지할 수 있다.

일반적으로 혐기성 소화는 기계식 교반, 가스식 교반, 펌프식 교반 등이 사용되고 있다.

다음은 앞서 나열된 혐기성 소화 중 기계식 교반에 관한 발명으로, 등록특허공보 제10-1039741호(이하, 문헌 1)는 소화조 내 중심에 프로펠러와 같은 회전 날개가 교반되어 와류 발생으로 소화액의 고형물이 침강, 침식을 방지하는 기계식 교반형 혐기성 소화조에 관한 것이다.

그러나 문헌 1 발명의 기계식 교반은 운영과정에서 소화조 내에 상하교반이 완전하지 않은 영역이 발생될 수 있고, 장시간 운전 시에 소화조 내 높은 점성으로 인해 회전 날개의 마모, 교반축의 변형 및 교반기 축이 통과하는 부분의 소화 가스 누출, 부하운전이 불가하여 비상 시 대처가 어렵다.

또한, 상기 기계식 교반은 보수 시 소화조 내의 소화액을 전량 비워야하기 때문에 소화액 처리비 및 보수 기간이 장기간 소요되는 문제가 있다.

다음은 위에서 설명된 기계식 교반형 혐기성 소화조에서 발생되는 문제를 개선하기 위한 발명으로, 등록특허공보 제10-0972219호(이하, 문헌 2)는 소화조 내에 격벽을 배치 분할하여 소화액이 상하 순환이 가능한 내부격벽과 스파징 교반기로 완전 순환기능을 갖는 혐기성 소화 장치 및 방법에 관한 것이다.

그러나 문헌 2 발명의 혐기성 소화조는 소화조 내 중심에 배치된 격벽 내부에 교반기가 포함되어 있어, 소화조 내에서 수평 흐름을 갖기 위해 많은 동력이 필요함에 따라, 운영비용이 상승되는 문제가 있다.

다음은 앞서 나열된 혐기성 소화 중 가스식 교반에 관한 발명으로, 등록특허공보 제10-0913989호(이하, 문헌 3)는 소화조 내에서 발생되는 바이오가스를 산 기관을 이용하여 유입폐수와 소화조 내 미생물 슬러지의 교반 효율을 향상시키는 바이오가스를 이용한 교반형 혐기성 소화 장치에 관한 것이다.

문헌 3 발명의 혐기성 소화조와 같은 가스식 교반 방식은 교반력이 약해 주로 상부에서만 교반이 발생되고, 하부에는 약 20% 정도의 사각 지대(dead zone)가 존재하며 소화조 하부에 슬러지가 침강함에 따라 원활한 소화조 운영이 어려운 문제가 있다.

다음은 앞서 나열된 혐기성 소화 중 펌프식 교반에 관한 발명으로, 등록특허공보 제10-1755148호(이하, 문헌 4)는 소화조에 저장된 유기물의 균질화를 위해 유기물을 순환 펌핑하기 위해 교반펌프가 사용되는 승강 파공분리판과 교반펌프에 의한 음식물류폐기물 혐기성 소화 처리시스템에 관한 것이다.

문헌 4 발명의 혐기성 소화조와 같은 펌프식 교반 방식은 교반 효율이 높은 장점이 있지만, 협잡물로 인한 배관 폐색이 발생되어 펌프 소요 동력 증가와 잦은 펌프 고장 등으로 인해 소화조에 대한 유지비용이 상승할 수 있으며, 대용량으로 처리하는 경우에는 효율이 떨어지는 문제가 있다.

<배경기술문헌>

(문헌 1) 등록특허공보 제10-1039741호

(문헌 2) 등록특허공보 제10-0972219호

(문헌 3) 등록특허공보 제10-0913989호

(문헌 4) 등록특허공보 제10-1755148호

본 발명은 앞서 설명된 배경기술의 문제점을 해결하여 간편한 수리를 통한 유지관리 편리와, 원활한 소화효율을 도출하기 위해 펌프식 교반과 가스식 교반이 가지고 있는 장점이 결합된 가스믹서와 분쇄펌프가 결합된 일체식 순환시스템이 장착된 혐기성 소화 장치 및 이의 제어방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 혐기성 소화 공정에서 발생되는 성층화 현상과 단락 현상을 방지하고, 유입기질과 미생물의 접촉을 늘리며 온도를 유지할 수 있는 높은 교반 효율을 가지는 교반 장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 협잡물 분리 및 분쇄와, 소화액 순환 등 복합 기능을 갖는 분쇄펌프 가동 시에 유속 차 발생에 따른 베르누이 원리가 적용된 소화조 내에 바이오가스 순환 시스템을 결합됨으로써, 협잡물 파쇄에 따른 소화효율 향상 및 협잡물 퇴적에 따른 소화조 유효용량 감소방지와, 바이오가스 순환에 따른 소화조 내 바이오가스 탈기효율 향상 및 스컴 방지 등이 개선된 혐기성 소화 장치를 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 혐기성 소화 장치는 폐수가 혐기 소화되기 위해 폐수 또는 바이오가스가 수납되되 측면에 배관(20)이 연결되는 소화조(10), 소화조(10) 및 분쇄펌프(AP)에 연결되어 폐수, 고형물이 분쇄된 폐수, 바이오가스, 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수 중 어느 하나 이상이 이송되는 배관(20), 배관(20)과 연결되어 고형물이 분쇄된 폐수 또는 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 소화조(10) 방향으로 토출되는 토출관(30), 배관(20)과 연결되어 소화조(10)의 폐수 또는 바이오가스가 흡입되는 흡입관(40) 및 일 측에 배관(20)이 연결되어 유입된 폐수에서 고형물이 분쇄되는 분쇄펌프(AP)가 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기 배관(20)은 소화조(10)와 분쇄펌프(AP) 측면에 연결되어 소화조(10)에 수납된 폐수가 분쇄펌프(AP) 방향으로 이송되는 제1배관(21), 분쇄펌프(AP) 일 측면에 연결되고, 제3배관(23) 또는 제4배관(24)과 연결되어 고형물이 분쇄된 폐수가 제3배관(23) 또는 제4배관(24) 방향으로 이송되는 제2배관(22), 제2배관(22) 측면에 연장되어 연결되되, 소화조(10) 측면에 연결되어 고형물이 분쇄된 폐수 또는 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 소화조(10) 방향으로 이송되는 제3배관(23), 제2배관(22) 일단에 연장되어 연결되되, 소화조(10) 측면에 연결되어 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 소화조(10) 방향으로 이송되는 제4배관(24) 및 제4배관(24) 측면에 연장되어 연결되되, 소화조(10) 측면에 연결되어 소화조(10)에 수납된 바이오가스가 제3배관(23) 또는 제4배관(24) 방향으로 교차로 이송되는 제5배관(25)이 포함되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 혐기성 소화 장치는 폐수, 고형물이 분쇄된 폐수, 바이오가스 또는 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수 중 어느 하나 이상이 제어되기 위해 배관(20)에 밸브(V)가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기 토출관(30)은 소화조(10) 내에 수평 또는 수직 방향 흐름을 주기 위해, 소화조(10) 내에 위치되되 제3배관(23)에 연장 형성되고, 고형물이 분쇄된 폐수 또는 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 토출되는 제1토출관(31) 및 소화조(10) 내에 수평 또는 수직 방향 흐름을 주기 위해, 소화조(10) 내에 위치되되 제4배관(24)에 연장 형성되고, 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 토출되는 제2토출관(32)이 포함되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 혐기성 소화 장치는 소화조(10) 타단이 경사지도록 형성되고, 소화조(10) 타단에 제6배관(26)과 순환펌프(BP)가 포함되어 슬러지가 순환되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 혐기성 소화 장치는 소화조(10) 내에 형성되는 소화가스에 포함된 불순물이 제거되기 위한 약품이 투입되기 위해 약품저장탱크(50)가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

또 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 혐기성 소화 장치의 제어방법은 폐수 내의 고형물이 분쇄되는 단계(S110), 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 소화조로 토출되어 제1순환되는 단계(S120) 및 고형물이 분쇄된 폐수 또는 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 소화조로 토출되어 제2순환되는 단계(S130)가 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 제1순환되는 단계(S120)와 제2순환되는 단계(S130)가 교차로 반복 수행되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 혐기성 소화 장치는 펌프식 교반과 가스식 교반이 가지고 있는 장점이 결합된 가스믹서와 분쇄펌프가 결합된 일체식 순환시스템이 포함되어 있어 소화효율이 향상되고, 간편하게 수리할 수 있어 유지관리가 편리한 효과가 있다.

본 발명은 혐기 소화 과정 중에 발생되는 성층화 현상과 단락 현상을 방지하고, 유입기질과 미생물의 접촉을 늘리며 온도를 유지할 수 있어 교반 효율이 향상되는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 협잡물 파쇄에 따른 소화효율 향상 및 협잡물 퇴적에 따른 소화조 유효용량 감소방지와, 바이오가스 순환에 따른 소화조 내 바이오가스 탈기효율 향상 및 스컴 방지 등이 개선되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 혐기성 소화 장치의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 소화조 일부를 확대한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 배관이 결합된 소화조 평면 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 혐기성 소화 장치의 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따른 혐기성 소화 장치의 제어방법 순서도이다.
도 6은 본 발명에 따른 또 다른 형태의 혐기성 소화 장치의 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 소화조 일부를 확대한 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 또 다른 형태의 혐기성 소화 장치의 단면도이다.
<부호의 설명>
10: 소화조, 10-1: 제1수납부, 10-2: 제2수납부,
11: 제1홀, 12: 제2홀, 13: 제3홀,
14: 제4홀, 15: 제5홀, 16: 제6홀
20: 배관, 21: 제1배관, 22: 제2배관,
23: 제3배관, 24: 제4배관, 25: 제5배관,
26: 제6배관, 27: 제7배관
30: 토출관, 31: 제1토출관, 32: 제2토출관,
33: 제3토출관, 33-1: 토출 홀
40: 흡입관, 41: 제1흡입관, 42: 제2흡입관,
43: 제3흡입관
50: 약품저장탱크
AP: 분쇄펌프, BP: 순환펌프, CP: 약품주입펌프
V: 밸브, V1: 제1밸브, V2: 제2밸브,
V3: 제3밸브
S110: 분쇄되는 단계,
S120: 제1순환되는 단계,
S130: 제2순환되는 단계

이하, 실시예들을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 목적, 특징, 장점은 이하의 실시예들을 통해 쉽게 이해될 것이다.

본 발명은 여기에서 개시되는 실시예들에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수 있다. 여기에서 개시되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 제공되는 것이고, 본 발명의 기술적 사상 및 기술적 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

따라서 이하의 실시예들에 의하여 본 발명이 제한되어서는 안 되며, 본 발명의 기술적 사상 및 기술적 범위에 포함되는 모든 변환이 포함되는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

본 발명은 다양한 변환이 가해질 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명한다. 도면들에서 요소의 크기 또는 요소들 사이의 상대적인 크기는 본 발명에 대한 명확한 이해를 위해서 다소 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 도면들에 도시된 요소의 형상이 제조 공정상의 변이 등에 의해서 다소 변경될 수 있다.

따라서 본 명세서에서 개시된 실시예들은 특별한 언급이 없는 한 도면에 도시된 형상으로 한정되어서는 안 되며, 어느 정도의 변형을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다. 즉, 본 발명의 다양한 양상들, 특징들, 실시예들 또는 구현예들은 단독으로 또는 다양한 조합들로 사용될 수 있다.

본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 청구범위에 의해서 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 하고, 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한 통상의 기술을 가진 사람에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

<실시예 1>

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 혐기성 소화 장치는 소화조(10), 배관(20), 토출관(30), 흡입관(40) 및 분쇄펌프(AP)가 포함될 수 있다.

먼저, 소화조(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 폐수가 혐기 소화되되, 폐수 또는 바이오가스가 수납되기 위해 원통 형상으로 형성될 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 소화조(10)는 폐수의 혐기 소화를 위해 무산소 상태를 유지하기 위해 전면이 폐쇄 형상으로 형성될 수 있다.

이때, 소화조(10)는 폐수의 혐기 소화에 따라 발생되는 바이오가스가 포집되기 위해 소화조(10) 상부가 원뿔 또는 돔 형상으로 형성될 수 있다.

즉, 소화조(10)는 하부가 원통이고, 상부가 원뿔 또는 돔이 결합된 형상으로 형성되어, 하부에 폐수가 수납되어 제1수납부(10-1)로 구분하고, 상부에 바이오가스가 수납되어 제2수납부(10-2)로 구분될 수 있다.

도면에 도시되지 않았지만, 소화조(10)는 폐수가 유입되기 위한 폐수 유입관이 제1수납부(10-1) 측면에 결합되고, 소화가 완료된 여액이 배출되기 위한 여액 배출관이 제1수납부(10-1) 측면에 결합될 수 있다.

상기 폐수 유입관과 여액 배출관은 서로 간섭되지 않고, 후단에 설명할 배관(20)과도 간섭되지 않도록 제1수납부(10-1) 측면에 배치될 수 있다.

여기서, 폐수 유입관과 여액 배출관에는 각각의 이용여부를 정할 수 있는 밸브가 포함될 수 있다.

상기 소화조(10)는 내부의 수위를 확인할 수 있는 센서가 더 포함될 수 있다.

상기 센서는 소화조(10) 상부 내측 즉, 제2수납부(10-2) 내측에 포함되어 레벨 스위치, 초음파 레벨 센서 또는 정전 용량 레벨 센서 중 어느 하나 이상이 사용될 수 있으나, 사용되는 폐수의 종류에 따라 변동될 수 있기에 특별히 이에 한정되지 않는다.

예컨대, 레벨 스위치는 부유 장치가 액체에 접촉되어 액체 표면을 따라 움직이며 수위를 측정하는 장치로, 구조가 간단하여 쉽게 설치할 수 있고 충격, 진동 및 압력을 최소화되어 다양한 매개체와 사용이 가능하며 유지 관리 비용이 낮은 장점이 있다.

예컨대, 초음파 레벨 센서는 초음파를 발사하여 액체면을 연속적으로 측정하거나, 초음파가 액체면에 도달되는 길이를 검출하여 수위를 측정하는 장치로, 쉽게 설치할 수 있고, 디지털 신호처리 기술을 활용함에 따라 측정값에 대한 신뢰도가 우수한 장점이 있다.

예컨대, 정전 용량 레벨 센서는 유전율 값의 변화를 전기용량을 통해 측정하여 수위 변화를 감지하는 장치로, 유지보수에 많은 시간이 필요하지 않고 고온, 고압에서 사용이 가능하며, 수위 변화를 모니터링이 가능한 장점이 있다.

또한, 소화조(10)는 폐수 혐기 소화에 의해 발생되는 바이오가스가 외부로 배출되기 위한 가스 배출관이 제2수납부(10-2)에 결합될 수 있다.

상기 가스 배출관은 후단에 설명할 제2흡입관(42)과 간섭되지 않도록 제2수납부(10-2)에 배치될 수 있다.

여기서, 폐수는 유입기질(유기물)이 포함된 폐수가 사용될 수 있고, 바람직하게 음폐수(음식물쓰레기 폐수), 침출수, 하수슬러지, 축산분뇨 또는 식품가공폐수 등이 포함될 수 있으나, 이에 특별히 한정되지 않는다.

나아가, 소화조(10)는 열 손실을 방지하고 열효율을 상승시키기 위해 열전도율이 낮은 재료로 피복되거나, 벽이 이중구조로 형성될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 소화조(10)는 후단에 설명할 배관(20)이 결합되기 위해 유입구와 배출구가 형성될 수 있다.

상기 유입구와 배출구는 제1수납부(10-1) 측면에 형성되어, 제1홀(11), 제2홀(12), 제3홀(13) 및 제4홀(14)이 포함될 수 있다.

상기 제1홀(11)은 제1수납부(10-1) 측면에 형성되되, 후단에 설명할 제1배관(21)과 제1흡입관(41)이 결합될 수 있다.

상기 제2홀(12)은 제1홀(11)보다 위에 배치되되 제1홀(11)과 간섭되지 않도록 제1수납부(10-1) 측면에 형성되며, 후단에 설명할 제3배관(23)과 제1토출관(31)이 결합될 수 있다.

상기 제3홀(13)은 제2홀(12)보다 위에 배치되되 제1홀(11) 및 제2홀(12)과 간섭되지 않도록 제1수납부(10-1) 측면에 형성되며, 후단에 설명할 제4배관(24)과 제2토출관(32)이 결합될 수 있다.

상기 제4홀(14)은 제3홀(13)보다 위에 배치되되 제1홀(11), 제2홀(12) 및 제3홀(13)과 간섭되지 않도록 제1수납부(10-1) 측면에 형성되며, 후단에 설명할 제5배관(25)과 제2흡입관(42)이 결합될 수 있다.

상기 배관(20)은 도 1에 도시된 바와 같이, 소화조(10) 및 분쇄펌프(AP)에 연결되어 폐수, 고형물이 분쇄된 폐수, 바이오가스, 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수 중 어느 하나 이상이 분쇄펌프(AP)에 의한 지속적인 순환이 이루어질 수 있도록 이송될 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 배관(20)은 도 1에서와 같이, 제1배관(21), 제2배관(22), 제3배관(23), 제4배관(24) 및 제5배관(25)이 포함될 수 있다.

상기 제1배관(21)은 소화조(10)와 분쇄펌프(AP) 측면에 연결되어 소화조(10)에 수납된 폐수가 분쇄펌프(AP) 방향으로 이송될 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 제1배관(21) 일단에 제1흡입관(41)이 결합되어 제1수납부(10-1) 측면에 형성된 제1홀(11)에 인입되고, 제1배관(21) 타단이 분쇄펌프(AP) 일 측면에 인입되어 결합될 수 있다.

상기 제2배관(22)은 분쇄펌프(AP) 측면에 결합되되, 제3배관(23) 또는 제4배관(24)과 연결되어 고형물이 분쇄된 폐수가 제3배관(23) 또는 제4배관(24) 방향으로 이송될 수 있다.

보다 구체적으로 도 1을 참고하여 설명하면, 제2배관(22)은 수직 길이 방향을 갖는 관으로, 제2배관(22) 일단에 제4배관(24)이 연장되고, 제2배관(22) 측면에 제3배관(23)이 연장되며, 제2배관(22) 타단에 분쇄펌프(AP) 상부면에 인입되어 결합될 수 있다.

상기 제3배관(23)은 제2배관(22) 측면에 연장되어 연결되되, 소화조(10) 측면에 연결되어 고형물이 분쇄된 폐수가 소화조(10) 방향으로 이송될 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 제3배관(23) 일단에 제1토출관(31)이 결합되어 제1수납부(10-1) 측면에 형성된 제2홀(12)에 인입되고, 제3배관(23) 타단이 제2배관(22) 측면에 연장되어 결합될 수 있다.

또한, 제3배관(23)은 제2배관(22)에 의해 제5배관(25)과도 연결되어 있어 바이오가스가 유입될 경우에 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 소화조(10) 방향으로 이송될 수 있음은 물론이다.

상기 제4배관(24)은 제2배관(22) 일단에 연장되어 연결되되, 소화조(10) 측면에 연결되어 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 소화조(10) 방향으로 이송될 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 제4배관(24) 일단에 제2토출관(32)이 결합되어 제1수납부(10-1) 측면에 형성된 제3홀(13)에 인입되고, 제4배관(24) 타단이 제2배관(22) 일단에 연장되어 결합될 수 있다.

상기 제5배관(25)은 제4배관(24) 측면에 연장되어 연결되되, 소화조(10) 측면에 연결되어 소화조(10)에 수납된 바이오가스가 제3배관(23) 또는 제4배관(24) 방향으로 교차로 이송될 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 제5배관(25) 일단에 제2흡입관(42)이 결합되어 제1수납부(10-1) 측면에 형성된 제4홀(14)에 인입되고, 제5배관(25) 타단이 제4배관(24) 측면에 결합될 수 있다.

이때, 제5배관(25)은 제2배관(22)과 제4배관(24)이 연장되어 결합되는 부분에 간섭되거나, 간섭되지 않도록 배치될 수 있다.

여기서, 제5배관(25)은 소화조(10) 내부의 수위보다 약 1m 정도 이상 높게 유지되는 것이 바람직하다.

본 발명의 소화조(10)에서 발생되는 바이오가스 일부는 앞서 설명된 가스 배출관을 통해서 저장조에 포집되고, 나머지 바이오가스는 제5배관(25)을 따라 재투입하여 상기 제3배관(23) 또는 제4배관(24)에 유입되고, 폐수를 리프팅 시켜 소화조(10) 내의 슬러지 농도를 유지할 수 있다.

폐수, 고형물이 분쇄된 폐수, 바이오가스 또는 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수 중 어느 하나 이상이 제어되기 위해 상기 배관(20)에 밸브(V)가 포함될 수 있다.

상기 밸브(V)는 제1밸브(V1), 제2밸브(V2) 및 제3밸브(V3)가 포함되어 각 밸브들(V1, V2, V3)을 제어함에 따라 후단에 설명되는 제1순환되는 단계(S120)와 제2순환되는 단계(S130)가 교차로 반복 수행될 수 있다.

도 1을 참고하여 설명하면, 제1밸브(V1)는 제1배관(21)에 형성되어 소화조(10) 내의 폐수가 분쇄펌프(AP)로 유입되는 여부를 제어할 수 있다.

상기 제2밸브(V2)는 도 1에 도시된 바와 같이, 제3배관(23)에 형성되어 분쇄펌프(AP)에서 고형물이 분쇄된 폐수 또는 제2배관(22)에 의해 제5배관(25)과도 연결되어 있어 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 소화조(10) 방향으로 유입되는 여부를 제어할 수 있다.

상기 제3밸브(V3)는 도 1에 도시된 바와 같이, 제4배관(24)에 형성되어 제5배관(25)을 통해 바이오가스가 유입되어 고형물이 분쇄된 폐수와 혼합되거나, 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 소화조(10) 방향으로 유입되는 여부를 제어할 수 있다.

이때, 제2밸브(V2)와 제3밸브(V3)는 동시에 작동되는 것이 아닌, 교차로 작동됨에 따라 소화조(10) 내의 폐수에 수평 또는 수직 흐름의 순환을 부여할 수 있다.

예컨대, 제2밸브(V2)가 열림 작동되면, 제3밸브(V3)가 닫힘 작동될 수 있다. 이때, 제3밸브(V3)가 잠김에 따라 제5배관(25)을 따라 이송되는 바이오가스의 유입이 멈추게 되어 제3배관(23)으로 바이오가스가 유입되지 않게 된다.

또한, 제2밸브(V2)가 열림 작동됨에 따라 고형물이 분쇄된 폐수가 제1토출관(31)을 통해 소화조(10) 내로 토출되면, 소화조(10) 내의 폐수에 수평 흐름의 순환이 부여되어 혐기 소화의 효율이 향상되는 이점이 있다.

예컨대, 제2밸브(V2)가 열림 작동되면, 제3밸브(V3)가 닫힘 작동되었을 때, 제5배관(25)을 따라 이송되는 바이오가스의 유입이 멈추지 않고, 제2배관(22)을 따라 제3배관(23)으로 바이오가스가 유입될 수 있다.

이때, 제3배관(23)에서 고형물이 분쇄된 폐수와 바이오가스가 혼합됨에 따라 생성된 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 제1토출관(31)을 통해 소화조(10) 내로 토출되면, 소화조(10) 내의 폐수에 수평과 수직 흐름의 순환이 부여될 수 있다.

예컨대, 제3밸브(V3)가 열림 작동되면, 제2밸브(V2)가 닫힘 작동될 수 있다. 이때, 제2밸브(V2)가 잠김에 따라 제5배관(25)을 따라 이송되는 바이오가스가 제3배관(23)으로 유입되지 않게 된다.

또한, 제3밸브(V3)가 열림 작동됨에 따라, 제5배관(25)을 따라 이송되는 바이오가스가 제4배관(24)을 따라 이송되고 있던 고형물이 분쇄된 폐수와 접촉되어 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 생성될 수 있다.

상기 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수는 도 4에 도시된 바와 같이, 제2토출관(32)을 통해 소화조(10) 내로 토출되면, 소화조(10) 내의 폐수에 수평과 수직 흐름의 순환이 부여될 수 있다.

여기서, 제2토출관(32)을 통해 토출된 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수 중 고형물이 분쇄된 폐수는 소화조(10) 내의 폐수에 수평 흐름의 순환이 부여되어 혐기 소화의 효율이 향상되는 이점이 있다.

또한, 제2토출관(32)을 통해 토출된 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수 중 바이오가스는 소화조(10) 내의 폐수에 수직 흐름의 순환이 부여되어 스컴이 제거되어 바이오가스 발생량이 향상되는 이점이 있다.

나아가, 소화조(10) 폐수에 바이오가스가 순환됨에 따라 소화조(10) 내 바이오가스 탈기효율이 향상될 수 있다.

여기서, 스컴은 혐기 소화 시, 물보다 비중이 작은 물질인 기름, 식물성분 등이 폐수 겉면에 부유되어 가스 발생을 저하하고 혐기 소화가 억제될 뿐만 아니라, 소화조의 유효용량이 감소되어 과부하 상태가 유발하는 부유물 찌꺼기이다.

즉, 본 발명은 앞서 설명된 바와 같이 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 소화조(10) 방향으로 도출되게 되면, 소화조(10) 내의 폐수에 수평 및 수직 흐름 순환을 부여함에 따라 위에서 설명된 스컴에 의한 문제점들을 해결할 수 있다.

또한, 제2밸브(V2)와 제3밸브(V3)는 기설정된 시간 차이를 주어 교차로 작동되어 교반 효율이 향상됨에 따라, 혐기 소화 시에 발생되는 성층화 현사와 단락 현상을 방지할 수 있다.

상기 토출관(30)은 배관(20)과 연결되어 고형물이 분쇄된 폐수 또는 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 소화조(10) 방향으로 토출될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 토출관(30)은 제1토출관(31) 및 제2토출관(32)이 포함될 수 있다.

상기 제1토출관(31)은 소화조(10) 내에 수평 방향 흐름을 주기 위해, 제1수납부(10-1) 내에 위치되되 제3배관(23) 일단에 원뿔대 형상이 연장 형성되어 고형물이 분쇄된 폐수가 소화조(10) 방향으로 토출될 수 있다.

이때, 제1토출관(31)은 도 3에 도시된 바와 같이, 소화조(10)의 폐수에 수평 방향 흐름을 부여하기 위해서 소화조(10) 내에 위치될 때, 소정의 각도를 주어 경사지도록 배치될 수 있다.

또한, 제1토출관(31)은 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 토출될 경우에 소화조(10) 내에 수평 및 수직 방향 흐름을 부여하여, 혐기 소화 효율이 향상될 수 있다.

상기 제2토출관(32)은 소화조(10) 내에 수평 및 수직 방향 흐름을 주기 위해, 제1수납부(10-1) 내에 위치되되 제4배관(24)에 일단에 원뿔대 형상이 연장 형성되어 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 소화조(10) 방향으로 토출될 수 있다.

이때, 제2토출관(32)은 도 3에 도시된 바와 같이, 소화조(10)의 폐수에 수평 방향 흐름을 부여하기 위해서 소화조(10) 내에 위치될 때, 소정의 각도를 주어 경사지도록 배치될 수 있다.

여기서, 제1토출관(31)과 제2토출관(32)은 서로 간섭되지 않게 제1수납부(10-1) 외벽 내측에 형성될 수 있다.

상기 흡입관(40)은 배관(20)과 연결되어 소화조(10)의 폐수 또는 바이오가스가 배관(20) 방향으로 이송되기 위해 흡입될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 흡입관(40)은 제1흡입관(41) 및 제2흡입관(42)이 포함될 수 있다.

상기 제1흡입관(41)은 소화조(10) 내에 위치되되 제1배관(21) 일단에 원통 형상이 연장 형성되어 폐수가 제1배관(21) 방향으로 이송되기 위해 흡입될 수 있다.

이때, 제1흡입관(41)은 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 소화조(10) 하부에 가라앉는 스컴 덩어리나, 슬러지 등과 같은 고형물이 흡입되기 위해 제1수납부(10-1) 하단 내부에 배치될 수 있다.

상기 제2흡입관(42)은 소화조(10) 내에 위치되되 제5배관(25) 일단에 원통 형상이 연장 형성되어 바이오가스가 제5배관(25) 방향으로 이송되기 위해 흡입될 수 있다.

이때, 제2흡입관(42)은 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1수납부(10-1) 상단 내부에 배치되되, 폐수가 유입되지 않도록 제1수납부(10-1) 내부 수위보다 약 1m 정도 이상 높게 배치되어 소화조(10) 내 상부 즉, 제2수납부(10-2)에 포집된 바이오가스만을 흡입할 수 있다.

여기서, 제1흡입관(41)과 제2흡입관(42)은 서로 간섭하지 않되, 제1토출관(31)과 제2토출관(32)과도 간섭하지 않도록 제1수납부(10-1) 내측에 형성될 수 있다.

상기 분쇄펌프(AP)는 분쇄장치와 메인펌프가 일체형으로 형성되되, 일 측에 배관(20)이 연결되어 유입된 폐수에서 고형물이 분쇄될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 분쇄펌프(AP) 일 측면에 제1배관(21) 타단이 연결되되, 상 측면에 제2배관(22) 타단이 연결될 수 있다.

여기서 분쇄펌프(AP)는 전단에 분쇄장치가 위치되고, 후단에 메인펌프가 위치될 수 있다.

전단에 위치된 분쇄장치는 유입부, 분쇄날개와 구동축이 포함될 수 있다.

상기 유입부는 제1배관(21) 타단과 연결되어 소화조(10)의 폐수가 이송될 수 있다.

상기 분쇄날개와 구동축은 폐수에 포함된 분해되어 가라앉은 스컴 덩어리나 슬러지 등과 같은 고형물을 분쇄할 수 있다.

여기서, 분쇄날개는 스크루 형상으로 형성되어 분쇄 및 교반이 원활하게 이루어질 수 있다. 바람직하게 분쇄날개는 날개의 끝 쪽으로 갈수록 얇게 형성되어 고형물에 의한 탄력성 및 내구성이 증가되고, 저항성이 최소화될 수 있다.

이때, 분쇄날개와 구동축은 녹이 잘 슬지 않고 탄력성을 가지는 스테인리스 재질로 구성될 수 있다.

또한, 분쇄날개는 조립식으로 날의 마모 및 훼손 시에 즉시 교체가 가능하도록 구성될 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 분쇄장치 본체 내부에 상기 구동축이 횡으로 설치되고, 원형의 축 상에는 일축 단면에 끼움공이 구성되며, 타측에 날개형상으로 된 분쇄날개가 결합될 수 있다.

여기서, 분쇄날개는 날개로 형성되어 상기 구동축 일측 단면에 “*”자 형으로 결합되며, 분쇄날개는 일정한 간격을 두고 사방을 향하도록 배치되어 회전 시에 유입된 고형물이 분쇄되어 상기 메인펌프로 이송될 수 있다.

상기 메인펌프는 메인펌프 유입부, 메인펌프 유출부, 펌프가 포함될 수 있다.

상기 메인펌프 유입부는 상기 분쇄장치 후단에 연결되되, 상기 펌프 전단에 연결되어 분쇄를 거친 고형물이 분쇄된 폐수가 이송될 수 있다.

상기 펌프는 메인펌프 유입부를 통해 유입된 고형물이 분쇄된 폐수가 임펠러의 회전에 의한 원심력으로 운동 및 압력에너지를 받아 임펠러의 중심방향에서 반경방향 외측으로 펌핑 될 수 있다.

이때, 고형물이 분쇄된 폐수는 상기 펌프를 통해 메인펌프 유출부로 배출되어 제2배관(22)으로 이송될 수 있다.

상기 메인펌프 유출부는 상기 펌프 후단에 연결되되, 제2배관(22) 타단에 연결되어 고형물이 분쇄된 폐수가 이송될 수 있다.

상기 펌프에 의해 발생되는 소음을 감소시키고, 내구성을 향상시키기 위해 펌프 하단부에 받침대가 더 포함될 수 있다. 이때, 받침대는 구동원인 모터와의 축 정렬을 용이하게 하고, 방진고무를 사용하여 상기 펌프 내부의 부품 열화, 진동흡수력 감소, 회전축의 피로를 감소시키는 것이 바람직하다.

앞서 설명된 바와 같이, 본 발명은 가스식 재순환방식과 펌프식 순환방식을 함께 사용함으로 소화조(10) 내의 바닥침전물을 지속적으로 순환 및 분쇄시켜, 발생되는 잉여 슬러지의 조대화를 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 혐기성 소화 장치 처리효율은 유입폐수와 슬러지의 교반비에 따른 접촉 효율에 따라 비례한다.

즉, 앞서 설명된 혐기성 소화 장치는 펌프식 및 가스식 교반이 가지고 있는 장점이 결합된 가스믹서와 분쇄펌프가 결합된 일체식 순환시스템이 장착된 혐기성 소화 장치라 할 수 있다.

만일, 소화조(10)의 용량이 커짐에 따라, 배관(20)과 분쇄펌프(AP)가 소화조(10)에 복수 개가 배치될 수 있다.

소화조(10)에 배관(20)과 분쇄펌프(AP)가 복수 개 배치될 경우에는 혐기 소화가 효율적으로 이루어지되, 소화조(10) 내 폐수에 균일한 수평 또는 수직 흐름을 부여하기 위해서, 복수의 배관(20)과 분쇄펌프(AP)가 등간격으로 형성될 수 있으나, 이에 특별히 한정되는 것은 아니다.

다음은 앞서 설명된 혐기성 소화 장치의 제어방법에 관한 설명으로, 도 5에 도시된 바와 같이 수행될 수 있다.

혐기성 소화 장치의 제어방법은 분쇄되는 단계(S110), 제1순환되는 단계(S120) 및 제2순환되는 단계(S130)가 포함될 수 있다.

상기 분쇄되는 단계(S110) 전에 폐수가 이송되는 단계가 선행될 수 있다.

상기 폐수가 이송되는 단계는 제1밸브(V1)가 열림에 따라 분쇄펌프(AP)가 동작되어 소화조(10) 내의 폐수가 제1배관(21)으로 이송될 수 있다.

다음으로, 분쇄되는 단계(S110)는 제1배관(21)을 통해 유입된 폐수가 앞서 설명된 분쇄펌프(AP)의 분쇄장치에 의해 고형물이 분쇄될 수 있다.

이후, 제1순환되는 단계(S120)가 수행될 수 있다.

제1순환되는 단계(S120)는 앞서 설명된 바와 같이, 제3밸브(V3)가 열림에 따라 분쇄펌프(AP)의 펌프에 의해 고형물이 분쇄된 폐수가 제2배관(22)을 거쳐 제4배관(24)으로 이송될 수 있다.

이때, 제4배관(24)에 유입되는 고형물이 분쇄된 폐수에 제5배관(25)을 통해 유입되는 바이오가스가 혼합되어 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 제4배관(24)에서 형성될 수 있다.

또, 제4배관(24) 일단에 결합된 제2토출관(32)을 통해 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 소화조(10) 내로 토출되어 소화조(10) 내에 수평 및 수직 흐름을 갖는 제1순환이 부여될 수 있다.

다음으로, 제2순환되는 단계(S130)가 수행될 수 있다.

제2순환되는 단계(S130)는 앞서 설명된 바와 같이, 제2밸브(V2)가 열림에 따라 제3밸브(V3)가 잠기고, 분쇄펌프(AP)의 펌프에 의해 고형물이 분쇄된 폐수가 제2배관(22)을 거쳐 제3배관(23)으로 이송될 수 있다.

이때, 제3배관(23) 일단에 결합된 제1토출관(31)을 통해 고형물이 분쇄된 폐수가 소화조(10) 내로 토출되어 소화조(10) 내에 수평 흐름을 갖는 제2순환이 부여될 수 있다.

여기서, 제2배관(22)에 의해 제5배관(25)과도 연결되어 있는 제3배관(23)으로 바이오가스가 유입될 경우에는 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 소화조(10) 내로 토출되어 소화조(10) 내에 수평 및 수직 흐름을 갖는 제2순환이 부여될 수 있음은 물론이다.

상기 제1순환되는 단계(S120)와 제2순환되는 단계(S130)는 교차로 반복 수행되어 주기적으로 소화조(10) 내에 형성되는 스컴을 방지하여 소화효율과 바이오가스 발생량이 향상되는 효과가 있다.

<실시예 2>

상기 실시예 1의 혐기성 소화 장치에 순환펌프(BP)가 더 포함될 수 있다.

상기 혐기성 소화 장치는 순환펌프(BP)가 포함되어 제1수납부(10-1)에 가라앉는 슬러지를 순환시키기 위해 도 6에 도시된 바와 같이 제1수납부(10-1) 타단이 경사지도록 형성될 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 소화조(10) 하부 중심 방향으로 슬러지가 모이기 위해 원통 형상으로 형성된 제1수납부(10-1) 하단에 원뿔 형상이 형성될 수 있다.

즉, 소화조(10)는 도 6에 도시된 바와 같이 소화조(10)의 원통을 중심으로 상부에 원뿔 또는 돔이 결합되고, 하부에 원뿔이 결합된 형상으로 형성되어 상부에 위치하는 제2수납부(10-2)로 바이오가스가 수납되고, 하부에 위치하는 제1수납부(10-1)로 슬러지가 모일 수 있다.

상기 소화조(10) 형상과 순환펌프(BP)를 제외한 구성은 실시예 1과 동일하게 형성되기에 중복되는 내용은 생략한다.

상기 순환펌프(BP)는 도 6에 도시된 바와 같이, 소화조(10) 타단과 일단에 연결되어 배치되는 제6배관(26)에 포함되어 소화조(10) 하부에 모이는 슬러지를 순환시킬 수 있다.

도 6 및 도 7을 참고하면, 상기 제6배관(26) 일단이 제1수납부(10-1) 하부의 원뿔 형상에 형성된 제5홀(15)에 인입되고, 제6배관(26) 타단이 제2수납부(10-2)에 형성된 제6홀(16)에 인입될 수 있다.

이때, 제6배관(26)을 통해 슬러지가 이송되기 위해 제6배관(26)에 순환펌프(BP)가 배치될 수 있다.

또한, 제6배관(26) 일단에 제3흡입관(43)이 원통 형상으로 연장 형성되되, 소화조(10) 내에 위치되어 제1수납부(10-1) 하부에 모이는 슬러지가 제6배관(26) 방향으로 흡입될 수 있다.

또한, 제6배관(26) 타단에 수평방향으로 제3토출관(33)이 연장되어 형성될 수 있다.

이때, 제3토출관(33)은 소화조(10) 내에 위치되며, 제6배관(26)을 따라 흡입된 슬러지가 소화조(10) 내의 폐수 상부에 뿌려질 수 있도록 제3토출관(33) 하부에 토출 홀(33-1)이 포함될 수 있다.

여기서, 토출되는 슬러지는 소화조(10) 상부에서 하부 즉, 소화조(10) 내에 수직 방향 흐름을 부여하여 스컴이 제거됨에 따라 바이오가스 발생량이 향상될 수 있다. 이는 소화조(10) 폐수 겉면에 부유되는 스컴에 의해 막혀 바이오가스가 소화조(10) 상부로 포집되지 못하는 문제점이 개선될 수 있다.

상기 토출 홀(33-1)은 제3토출관(33) 하부에 복수 개가 포함될 수 있다.

또한, 제3토출관(33)은 소화조(10) 내부의 수위보다 높게 형성될 수 있다.

여기서, 제6배관(26)과 순환펌프(BP)는 도 6에 도시된 바와 같이, 앞서 실시예 1에서 설명된 배관들(21, 22, 23, 24, 25)과 분쇄펌프(AP)가 간섭되지 않도록 소화조(10)를 중심으로 마주보도록 배치될 수 있다.

상기 제6배관(26)과 순환펌프(BP)가 더 포함된 혐기성 소화 장치는 슬러지가 순환되는 단계가 더 포함될 수 있다.

상기 슬러지가 순환되는 단계는 순환펌프(BP)에 의해 슬러지가 소화조(10) 하부에 위치되는 제3흡입관(43)을 통해 흡입되어 제6배관(26)을 거쳐, 소화조(10) 상부에 위치되는 제3토출관(33)의 토출 홀(33-1)을 통해 소화조(10)로 다시 토출되어 순환될 수 있다.

또한, 슬러지가 순환되는 단계는 앞서 실시예 1에서 설명된 제1순환되는 단계(S120) 또는 제2순환되는 단계(S130)와 동시에 수행되거나, 제1순환되는 단계(S120) 또는 제2순환되는 단계(S130)의 전 또는 후에 각각 수행될 수 있다.

<실시예 3>

상기 실시예 1 또는 실시예 2의 혐기성 소화 장치에 약품저장탱크(50)가 더 포함될 수 있다.

상기 혐기성 소화 장치는 약품저장탱크(50)가 포함되어 약품이 투입되기 위해 도 8에 도시된 바와 같이 제2배관(22) 측면에 제7배관(27)과 약품주입펌프(CP)가 포함될 수 있다.

상기 약품저장탱크(50), 제7배관(27) 및 약품주입펌프(CP)를 제외한 구성은 실시예 1 또는 실시예 2와 동일하게 형성되기에 중복되는 내용은 생략한다.

상기 약품저장탱크(50)는 소화조(10) 내에 형성되는 소화가스(바이오가스)에 포함된 불순물인 황화수소가 제거되기 위한 약품이 투입되기 위해 사용될 수 있다.

상기 황화수소는 배관(20)의 부식이 발생되어 혐기 소화 시에 열전달효율이 떨어져 혐기 소화 효율이 저하될 수 있다.

따라서 위와 같은 문제를 발생시키지 않기 위해 황화수소 제거 과정이 필요하다.

이때, 황화수소 제거를 위해 사용되는 약품은 철 화합물이 사용될 수 있고, 바람직하게 염화철 또는 황산철이 사용될 수 있다.

예컨대, 염화철은 수용액 상태인 염화제2철(FeCl₃)이 사용될 수 있다.

예컨대, 황산철은 수용액 상태인 황산제1철(FeSO₄)이 사용될 수 있다.

상기 염화제2철 또는 황산제1철은 황화수소를 불용성의 침전물로 만들어 황화수소의 생성을 방지하여 혐기 소화 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

상기 제7배관(27)은 약품주입펌프(CP)를 통해 약품이 폐수에 혼합될 수 있다.

도 8을 참고하여 설명하면, 제7배관(27) 일단이 제2배관(22) 측면에 연장되고, 제7배관(27) 타단이 약품저장탱크(50) 일측면에 결합되되, 제2배관(22)과 약품저장탱크(50) 사이에 위치된 제7배관(27)에 약품주입펌프(CP)가 포함될 수 있다.

상기 약품주입펌프(CP)는 제2배관(22)과 약품저장탱크(50) 사이에 위치된 제7배관(27)에 포함되어 약품저장탱크(50)에 수납된 상기 약품이 제7배관(27) 및 제2배관(22)을 순차적으로 거쳐 이송될 수 있다.

이때, 제2배관(22)으로 이송되는 약품은 고형물이 분쇄된 폐수와 혼합되어 약품이 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 생성된다.

상기 약품이 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수는 앞서 설명된 제2밸브(V2) 및 제3밸브(V3)의 열림 또는 닫힘 상태에 따라 제3배관(23) 또는 제4배관(24)으로 이송될 수 있다.

예컨대, 제2밸브(V2)가 열리고, 제3밸브(V3)가 닫힌 상태의 경우에는 상기 약품이 제3배관(23)으로 이송될 수 있다.

상기 제3배관(23)에서는 약품이 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 제1토출관(31)을 통해 소화조(10)로 토출되어 소화조(10) 내 폐수에 수평 흐름을 부여하고, 동시에 소화가스에 포함된 불순물인 황화수소가 제거되어 배관(20)의 부식이 발생되지 않아 혐기 소화의 효율이 향상될 수 있다.

또한, 제3배관(23)으로 바이오가스가 유입될 경우에는 바이오가스와 약품이 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 혼합됨에 따라 생성된 약품 및 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 제1토출관(31)을 통해 소화조(10)로 토출되어 소화조(10) 내 폐수에 수평 및 수직 흐름을 부여하고, 동시에 소화가스에 포함된 불순물인 황화수소가 제거되어 배관(20)의 부식이 발생되지 않아 혐기 소화의 효율이 향상될 수 있다.

예컨대, 제3밸브(V3)가 열리고, 제2밸브(V2)가 닫힌 상태의 경우에는 상기 약품이 제4배관(24)으로 이송될 수 있다.

상기 제4배관(24)에서는 약품이 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수에 제5배관(25)을 통해 유입되는 바이오가스가 혼합되어 약품 및 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 제2토출관(32)을 통해 소화조(10)로 토출되어 소화조(10) 내 폐수에 수평 및 수직 흐름을 부여하고, 동시에 소화가스에 포함된 불순물인 황화수소가 제거되어 배관(20)의 부식이 발생되지 않아 혐기 소화의 효율이 향상될 수 있다.

상기 제7배관(27), 약품저장탱크(50) 및 약품주입펌프(CP)가 더 포함된 혐기성 소화 장치의 제어방법은 분쇄되는 단계(S110), 제1-1순환되는 단계(S120-1) 및 제2-1순환되는 단계(S130-1)가 수행될 수 있다.

상기 분쇄되는 단계(S110)는 앞서 실시예 1과 동일하게 수행되어 중복되는 내용은 생략한다.

상기 제1-1순환되는 단계(S120-1)는 앞서 설명된 실시예 1의 제1순환되는 단계(S120)에 약품이 혼합되는 과정이 더 포함될 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 제1-1순환되는 단계(S120-1)는 제3밸브(V3)가 열림에 따라 분쇄펌프(AP)의 펌프에 의해 고형물이 분쇄된 폐수가 제2배관(22)을 거쳐 제4배관(24)으로 이송될 수 있다.

고형물이 분쇄된 폐수가 제2배관(22)을 거치는 과정 중에 약품저장탱크(50)의 약품이 약품주입펌프(CP)의 펌프에 의해 약품이 제7배관(27)을 거쳐 제2배관(22)으로 이송될 수 있다.

이때, 제2배관(22)에서는 고형물이 분쇄된 폐수에 약품이 혼합되는 과정이 추가됨에 따라, 약품이 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 제4배관(24)으로 이송될 수 있다.

이때, 제4배관(24)에 유입되는 약품이 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수에 제5배관(25)을 통해 유입되는 바이오가스가 혼합되어, 약품 및 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 제4배관(24)에서 형성될 수 있다.

또, 제4배관(24) 일단에 결합된 제2토출관(32)을 통해 약품 및 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 소화조(10) 내로 토출되어 소화조(10) 내에 수평 및 수직 흐름을 갖는 제1-1순환이 부여됨과 동시에, 소화가스에 포함된 불순물인 황화수소가 제거되어 배관(20)의 부식이 발생되지 않아 혐기 소화의 효율이 향상되는 이점이 있다.

상기 제2-1순환되는 단계(S130-1)는 앞서 설명된 실시예 1의 제2순환되는 단계(S130)에 약품이 혼합되는 과정이 더 포함될 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 제2-1순환되는 단계(S130-1)는 제3밸브(V3)가 잠기고, 제2밸브(V2)가 열림에 따라 분쇄펌프(AP)의 펌프에 의해 고형물이 분쇄된 폐수가 제2배관(22)을 거쳐 제3배관(23)으로 이송될 수 있다.

이때, 약품저장탱크(50)에 저장된 약품이 약품주입펌프(CP)의 펌프에 의해 제2배관(22)으로 이송될 수 있다.

이때, 제2배관(22)에서는 고형물이 분쇄된 폐수와 상기 약품이 혼합되는 과정이 추가됨에 따라, 약품이 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 제3배관(23)으로 이송될 수 있다.

여기서, 제5배관(25)을 통해 유입되는 바이오가스가 제2배관(22)에 유입될 경우에는 약품 및 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 형성될 수 있다.

즉, 제3배관(23) 일단에 결합된 제1토출관(31)을 통해 약품이 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수 또는 약품 및 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 소화조(10) 내로 토출될 수 있다.

예컨대, 약품이 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 토출될 경우에는 소화조(10) 내에 수평 흐름을 부여함과 동시에, 소화가스에 포함된 불순물인 황화수소가 제거될 수 있다.

예컨대, 약품 및 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 토출될 경우에는 소화조(10) 내에 수평 및 수직 흐름을 부여함과 동시에, 소화가스에 포함된 불순물인 황화수소가 제거될 수 있다.

여기에, 앞서 설명된 실시예 2의 슬러지가 순환되는 단계가 더 포함될 수 있다.

상기 슬러지가 순환되는 단계는 순환펌프(BP)에 의해 슬러지가 소화조(10) 하부에 위치되는 제3흡입관(43)을 통해 흡입되어 제6배관(26)을 거쳐, 소화조(10) 상부에 위치되는 제3토출관(33)을 통해 소화조(10)로 다시 토출되어 순환될 수 있다.

또한, 슬러지가 순환되는 단계는 제1-1순환되는 단계(S120-1) 또는 제2-1순환되는 단계(S130-1)와 동시에 수행되거나, 제1-1순환되는 단계(S120-1) 또는 제2-1순환되는 단계(S130-1)의 전 또는 후에 각각 수행될 수 있다.

<실시예 4>

상기 실시예 1 내지 실시예 3 중 어느 하나의 혐기성 소화 장치에 분리장치가 더 포함될 수 있다.

상기 분리장치는 폐수의 협잡물을 제거하기 위해 분쇄펌프(AP)에 더 포함될 수 있다.

여기서, 분리장치를 제외한 구성은 실시예 1 내지 실시예 3 중 어느 하나의 혐기성 소화 장치와 동일하기에, 중복되는 내용은 생략한다.

이때, 분리장치는 앞서 실시예 1에서 설명되는 분쇄장치 전단에 위치되어 폐수 내의 협잡물 제거가 선행될 수 있다.

여기서, 분리장치는 유입라인, 분리 모터, 분리 임펠러, 유출라인, 드레인 밸브 및 드레인 유출라인이 포함될 수 있다.

상기 유입라인은 분리장치 외측면 하부에 위치하여 분쇄펌프(AP)에 포함된 메인펌프에 의해 이송되는 폐수가 유입될 수 있다.

구체적으로 설명하면, 유입라인 일단이 제1배관(22) 타단에 연결되고, 유입라인 타단이 분리 임펠러에 연결될 수 있다.

상기 분리 모터는 상기 분리장치의 본체 상부면에 위치하여 분리 모터와 일직선상에 위치한 분리 임펠러의 축과 연결되어, 분리 임펠러를 회전시키기 위한 동력이 제공될 수 있다.

상기 분리 임펠러는 원주 형상으로 형성된 분리장치의 본체 내부에서 분쇄펌프(AP)에 포함된 메인펌프에 의해 유입된 폐수를 고속 회전시킴으로써, 비중 차에 의한 여액과 고상의 찌꺼기(협잡물)로 분리될 수 있다.

이때, 회전되는 임펠러의 회전수는 필요에 따라 변동될 수 있기에 특별히 한정되지 않는다.

또한, 분리 임펠러에 의해 분리된 여액은 상기 유출라인을 통해 분쇄펌프(AP)에 포함된 분쇄장치로 이송될 수 있다.

또, 분리 임펠러에 의해 분리된 모래와 같은 고상의 찌꺼기는 분리장치의 본체 하부면에 연결된 드레인 밸브를 통해 드레인 유출라인으로 배출될 수 있다.

상기 분리장치가 더 포함된 분쇄펌프(AP)는 분리장치, 분쇄장치와 메인펌프가 일체형으로 형성되어 폐수에서 협잡물 제거 및 분쇄에 따른 소화 효율이 향상되는 이점이 있다.

특히, 분리장치가 포함됨에 따라 협잡물 퇴적에 따른 소화조 유효 용량 감소를 방지하고 유입기질과 미생물의 접촉을 늘릴 수 있다.

상기 분리장치가 더 포함된 혐기성 소화 장치의 제어방법은 앞서 설명된 실시예 1 내지 실시예 3 중 어느 하나의 제어방법에 분리되는 단계(S100)가 선행될 수 있다.

상기 분리되는 단계(S100)는 앞서 설명된 실시예들의 분쇄되는 단계(S110) 전에 먼저 수행될 수 있다.

이때, 분리되는 단계(S100)는 제1배관(21)을 통해 유입된 폐수가 분리 임펠러의 고속 회전을 통한 비중 차에 의해 여액과 고상의 찌꺼기로 분리될 수 있다.

상기 여액은 유출라인을 통해 분쇄펌프(AP)에 포함된 분쇄장치로 이송되고, 고상의 찌꺼기는 분리장치의 본체 하부면에 연결된 드레인 밸브를 통해 드레인 유출라인으로 배출될 수 있다.

본 발명은 가스믹서와 분쇄펌프가 결합된 일체식 순환시스템이 장착된 혐기성 소화 장치 및 이의 제어방법으로, 분쇄펌프에 가스믹서가 결합되어 교반효율이 증대 및 스컴이 제거되어 혐기 소화 효율이 향상되는 산업상 이용가능한 발명이다.

Claims (9)

1. 폐수가 혐기 소화되기 위해 폐수 또는 바이오가스가 수납되되 측면에 배관(20)이 연결되는 소화조(10);
   소화조(10) 및 분쇄펌프(AP)에 연결되어 폐수, 고형물이 분쇄된 폐수, 바이오가스, 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수 중 어느 하나 이상이 이송되는 배관(20);
   배관(20)과 연결되어 고형물이 분쇄된 폐수 또는 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 소화조(10) 방향으로 토출되는 토출관(30);
   배관(20)과 연결되어 소화조(10)의 폐수 또는 바이오가스가 흡입되는 흡입관(40); 및
   일 측에 배관(20)이 연결되어 유입된 폐수에서 고형물이 분쇄되는 분쇄펌프(AP);가 포함되며,
   배관(20)은 소화조(10)와 분쇄펌프(AP) 측면에 연결되어 소화조(10)에 수납된 폐수가 분쇄펌프(AP) 방향으로 이송되는 제1배관(21);
   분쇄펌프(AP) 일 측면에 연결되고, 제3배관(23) 또는 제4배관(24)과 연결되어 고형물이 분쇄된 폐수가 제3배관(23) 또는 제4배관(24) 방향으로 이송되는 제2배관(22);
   제2배관(22) 측면에 연장되어 연결되되, 소화조(10) 측면에 연결되어 고형물이 분쇄된 폐수 또는 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 소화조(10) 방향으로 이송되는 제3배관(23);
   제2배관(22) 일단에 연장되어 연결되되, 소화조(10) 측면에 연결되어 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 소화조(10) 방향으로 이송되는 제4배관(24); 및
   제4배관(24) 측면에 연장되되, 제2배관(22)에 의해 제3배관(23)과 연결되고, 소화조(10) 측면에 연결되어 소화조(10)에 수납된 바이오가스가 제3배관(23) 또는 제4배관(24) 방향으로 교차로 이송되는 제5배관(25);
   이 포함되는 것을 특징으로 하는, 혐기성 소화 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   폐수, 고형물이 분쇄된 폐수, 바이오가스 또는 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수 중 어느 하나 이상이 제어되기 위해 배관(20)에 밸브(V)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는, 혐기성 소화 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   토출관(30)은,
   소화조(10) 내에 수평 또는 수직 방향 흐름을 주기 위해, 소화조(10) 내에 위치되되 제3배관(23)에 연장 형성되고, 고형물이 분쇄된 폐수 또는 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 토출되는 제1토출관(31); 및
   소화조(10) 내에 수평 또는 수직 방향 흐름을 주기 위해, 소화조(10) 내에 위치되되 제4배관(24)에 연장 형성되고, 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 토출되는 제2토출관(32);
   이 포함되는 것을 특징으로 하는, 혐기성 소화 장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   혐기성 소화 장치는,
   소화조(10) 타단이 경사지도록 형성되고,
   소화조(10) 타단에 제6배관(26)과 순환펌프(BP)가 포함되어 슬러지가 순환되는 것을 특징으로 하는, 혐기성 소화 장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   제6배관(26) 타단에 제3토출관(33)이 연장되어, 슬러지가 소화조(10) 내의 폐수 상부에 뿌려지는 것을 특징으로 하는, 혐기성 소화 장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   혐기성 소화 장치는,
   소화조(10) 내에 형성되는 소화가스에 포함된 불순물이 제거되기 위한 약품이 투입되기 위해 약품저장탱크(50)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는, 혐기성 소화 장치.
7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항의 혐기성 소화 장치의 제어방법에 있어서,
   폐수 내의 고형물이 분쇄되는 단계(S110);
   바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 소화조로 토출되어 제1순환되는 단계(S120); 및
   고형물이 분쇄된 폐수 또는 바이오가스가 혼합된 고형물이 분쇄된 폐수가 소화조로 토출되어 제2순환되는 단계(S130);
   가 포함되는 것을 특징으로 하는, 혐기성 소화 장치의 제어방법.
8. 청구항 7에 있어서,
   제1순환되는 단계(S120)와 제2순환되는 단계(S130)가 교차로 반복 수행되는 것을 특징으로 하는, 혐기성 소화 장치의 제어방법.
9. 청구항 7의 방법으로 제어되는 것을 특징으로 하는, 혐기성 소화 장치.

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