KR102592850B1 - 그린 수소 생성 장치 - Google Patents

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KR102592850B1
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이호준
최진수
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Abstract

본 발명은 음식물류 쓰레기 및 탈리액으로 구성된 원수를 전처리 및 전발효하는 전처리유닛; 상기 전처리유닛에서 전처리 및 전발효된 원수에서 미생물을 전기분해하는 MEC 유닛; 및 상기 MEC 유닛에서 전기분해되어 생산된 수소가스를 정제 및 압축하는 후처리유닛;을 포함하고, 상기 MEC 유닛은, 반응시간이나 체류시간의 증대로 원수 내 유기성분의 농도를 낮추거나 투입되는 유기성물질의 농도를 높여서 수소가스의 생산량을 증대시키는 것을 특징으로 한다.

Description

그린 수소 생성 장치{Green Hydrogen Generator}
본 발명은 음식물류 쓰레기 및 탈리액으로부터 그린 수소를 생산 및 가공하는 그린 수소 생성 장치에 관한 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 있다.
또한, 음식물류 폐기물의 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 음식물류 폐기물은 대부분 사료화 또는 퇴비화를 통해 처리되고 있으나, 생산된 최종 부산물인 사료나 퇴비의 품질 저하 및 수요처 확보의 어려움 등의 문제 발생으로 인해 최근에는 저탄소 녹색정책의 일환으로 음식물류폐기물의 혐기소화를 통해 바이오가스를 생산하여 LNG(liquefied natural gas)의 대체 에너지원으로 활용하는 음식물류 폐기물의 혐기소화 처리장치가 채택되고 있다.
그러나, 이러한 종래의 음식물류 폐기물의 혐기소화 처리장치는, 대부분 해외 기술을 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 많은 문제점을 지니고 있다.
특히, 종래의 음식물류 폐기물의 혐기소화 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 음식물류 폐기물의 혐기소화 처리장치는, 혐기소화조 내의 이물질 축적과 이에 따른 혐기소화조의 사영역(Dead Space)의 증가, 유기산의 증가 등으로 인해 혐기소화조의 정상적인 운전이 불가능하게 되고, 이로 인해 음식물류 폐기물의 처리량이 점차 감소하여 최종적으로는 소화조내에 음식물류 폐기물의 투입이 불가능하게 되는 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-1210869호(2012.12.12)
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 해결하고자 하는 음식물류 쓰레기 또는 탈리액을 전처리 및 전발효 처리하여 MEC의 수소생산에 적합한 MEC 맞춤형 유기성 기질로 전처리하고 MEC 반응기에서 그린수소를 생산하는 통합형 그린 수소 생성 장치를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로, 음식물류 쓰레기 및 탈리액으로 구성된 원수를 전처리 및 전발효하는 전처리유닛; 상기 전처리유닛에서 전처리 및 전발효된 원수에서 미생물을 전기분해하는 MEC 유닛; 및 상기 MEC 유닛에서 전기분해되어 생산된 수소가스를 정제 및 압축하는 후처리유닛;을 포함하고, 상기 MEC 유닛은, 반응시간이나 체류시간의 증대로 원수 내 유기성분의 농도를 낮추거나 투입되는 유기성물질의 농도를 높여서 수소가스의 생산량을 증대시킬 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 전처리유닛은, 음식물류 쓰레기 및 탈리액에서 유분 및 협잡물을 분리하는 삼상분리기; 상기 삼상분리기에서 이송된 처리수 내의 오염물질을 부상시켜 분리 제거하는 가압부상조; 상기 가압부상조에서 이송된 처리수에서 분리된 유기물을 활용하여 혐기성 산발효를 통해 유기산을 생성하는 전발효조; 상기 전발효조에서 이송된 처리수 내의 부유고형물을 제거하여 저감시키는 유출수 여과조; 및 상기 유출수 여과조에서 이송된 처리수 내의 pH를 조정하고 버퍼링하는 컨디셔닝조;를 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 MEC 유닛은, 전처리된 가용화 유기물을 이용하여 미생물 전기분해를 통해 수소를 생산하는 MEC 탱크; 상기 MEC 탱크에 순환유량공급을 위하여 외부의 반응조에서 상기 MEC 탱크에 유량을 제공하는 저수조; 및 상기 MEC 탱크의 음극을 통해 나오는 가스와 용액을 분리하고 용액을 다시 상기 저수조에 되돌려주는 트랩 탱크;를 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 삼상분리기는, 원수의 성상에 따라 설정된 화학응집제를 투입하여 유분분리나 고액분리를 진행할 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 가압부상조는, 상기 삼상분리기로부터 이송된 처리수에서 가압부상 공정을 통해 입자성물질의 농도를 제어할 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 전발효조는, 처리수에 pH를 조정하면서 설정된 체류시간 동안 산발효시킬 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 유출수 여과조는, 처리수의 유량을 설정된 수준으로 유지하도록 교차류십자여과막이 구비될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 컨디셔닝조는, 처리수의 pH를 6.0 ~ 7.5로 유지할 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 후처리유닛은, 상기 MEC 유닛을 통해서 생성된 수소가스를 정제하고 압축 및 액화하여 수소충전소에 전송할 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 MEC 유닛을 통해서 발생하는 유기성분 및 영양염류의 제거를 위하여 폐수처리시설에 연계될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 전처리 및 전발효 공정은 음식물류 쓰레기 및 탈리액의 물리화학적 처리를 통하여 원수내 유분, 조대입자, 협잡물 등을 제거하고 MEC 유닛에 사용하기 적합한 유기산으로 전환할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 그린수소를 생산하는 MEC 유닛은 기존의 수소생산 공정과는 달리 미생물 전기분해공법을 이용한 2실형 MEC 유닛으로 반응조 유입단에 MEC 맞춤형 전발효 유입원수를 유입함으로써 그린수소를 생산할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 통합형 설계 구성을 통하여 음식물류 쓰레기 및 탈리액 등의 고농도 유기성 폐수의 처리와 그린 수소 생산 및 충전시설 연계를 통하여 에너지공급 시설의 확보가 가능하다.
다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 그린 수소 생성 장치의 전체 블록도이다.
도 2는 전처리유닛의 구성요소 블록도이다.
도 3은 MEC 유닛의 구성요소 블록도이다.
도 4는 그린 수소 생성 장치가 작동하는 전체적인 흐름도이다.
도 5는 그린 수소 생성 장치의 전체 개념도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 그린 수소 생성 장치의 전체 블록도이고, 도 2는 전처리유닛의 구성요소 블록도이며, 도 3은 MEC 유닛의 구성요소 블록도이고, 도 4는 그린 수소 생성 장치가 작동하는 전체적인 흐름도이며, 도 5는 그린 수소 생성 장치의 전체 개념도이다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명은 전처리유닛(100), MEC 유닛(200) 및 후처리유닛(300)을 포함할 수 있다.
전처리유닛(100)은 음식물류 쓰레기 및 탈리액으로 구성된 원수를 전처리 및 전발효할 수 있다.
전처리유닛(100)은 삼상분리기(110), 가압부상조(120), 전발효조(130), 유출수 여과조(140) 및 컨디셔닝조(150)를 포함할 수 있다.
삼상분리기(110)는 음식물류 쓰레기 및 탈리액에서 유분 및 협잡물을 분리할 수 있다. 삼상분리기(110)의 설치 유량으로는 0.1~0.2㎥/hr 또는 1~2㎥/hr이며, 분리 후 처리수의 유분 제거율 95% 이상일 수 있는데, 원수의 성상에 따라 설정된 화학응집제를 투입하여 유분분리나 고액분리를 진행할 수 있다.
가압부상조(120)는 삼상분리기(110)에서 이송된 처리수 내의 오염물질을 부상시켜 분리 제거할 수 있다. 가압부상조(120)는 삼상분리기(110)로부터 이송된 처리수에서 가압부상 공정을 통해 입자성물질의 농도를 제어할 수 있다.
구체적으로, 가압부상조(120)의 설치 유량으로는 체류시간이 0.5 ~ 1hr이며, 부유고형물의 제거율이 80% 이상일 수 있고, 삼상분리기(110)를 통해 음식물류 쓰레기 및 탈리액에서 분리된 원수인 액상을 가압부상 공정을 통해 입자성물질을 제어할 수 있는데, 원수 성상에 따라 pH 조정 및 응집제를 보조 투입함으로써 입자성물질의 농도를 저감시킬 수 있다.
응집제(cohesive agents)는 액체 속에 현탁되어 있는 고체입자가 몇 개씩 모여 약간 큰 덩어리를 만들기 위해 액체에 첨가하는 약품으로서, 응집되면 액체 속의 입자는 일반적으로 침강속도가 빨라지므로, 이 현상은 침강을 촉진시키는데 이용될 수 있다.
응집제는 침강촉진제 또는 침강제라고도 하는데, 화학조성상 두 가지로 크게 나눌 수 있다. 첫 번째는 무기전해질로서 소석회(수산화칼슘), 백반, 염화알루미늄, 산화철(Ⅲ), 황산철(Ⅱ) 등이 이에 속한다. 이들은 액체 속의 입자의 표면전위(表面電位)를 거의 0에 가깝게 하며 그때까지 존재하던 입자 상호 간의 전기적 반발력을 없애 줌으로써 응집을 일으킬 수 있다.
두 번째는 유기고분자화합물로서 녹말류나 폴리아크릴아마이드와 그 유도체 등이 이에 속하는데, 녹말은 콜로이드의 증감작용(增減作用)에 의하여 응집을 일으키는데 폴리아크릴아미드 및 그 유도체는 입자에 흡착된 분자가 다리걸침작용에 의해 서로 입자를 끌어당긴다고 생각된다. 대부분의 경우 위의 두 가지 응집제를 함께 사용하면 효과가 더욱 크다.
전발효조(130)는 가압부상조(120)에서 이송된 처리수에서 분리된 유기물을 활용하여 혐기성 산발효를 통해 유기산을 생성할 수 있다. 전발효조(130)는 처리수에 pH를 조정하면서 설정된 체류시간 동안 산발효시킬 수 있다.
구체적으로, 전발효조(130)는 저속 교반기(미도시)가 구비되며, 설치유량으로 0.5 ~ 2day의 수리학적체류시간과 최소반응기의 용량이 1ton일 수 있으며, 유분, 조대입자 및 입자성 물질을 제거한 음식물류 쓰레기 및 탈리액을 산발효조에 투입한 후 pH를 조정하며 일정 체류시간을 통해서 산발효시킬 수 있다. 즉, 전발효조(130)에서 해당 과정은 최종 부산물로 아세테이트와 에탄올을 주성분으로 하는 산발효 공정으로서, 산발효 공정은 반응조 내부에 침전 과정을 둠으로써 반응조 처리수의 청징효과를 줄 수 있다.
청징은 용액 속에 부유하고 있는 미립자를 어떤 조작으로 용액에서 분리하는 것으로, 일반적인 청징법으로는 자연침강법, 흡착제(응결제) 첨가법, 여과법 등이 있으며 이들 방법을 단독 또는 조합하여 사용할 수 있다. 습식 재처리법에서도 추출조작 전에 연료 용해액에서 불용성 잔재(殘滓) 미립자를 없애는 데 중요한 조작이다.
유출수 여과조(140)는 전발효조(130)에서 이송된 처리수 내의 부유고형물을 제거하여 저감시킬 수 있다. 유출수 여과조(140)는 처리수의 유량을 설정된 수준으로 유지하도록 교차류십자여과막이 구비될 수 있다.
구체적으로, 유출수 여과조(140)는 전발효조(130)에서 산발효된 처리수를 MEC 유닛(200)에 집어넣기 위하여 입자성 물질을 마지막으로 제어해주는 여과공정을 담당하기 위해, 교차류십자여과막(미도시)을 적용함으로써 기존의 재래식 막분리공정의 화학세정 및 역세과정과는 다르게 생산수 유량을 일관되게 유지할 수 있으며 기존의 막분리공정보다 더 낮은 여재교환을 요구할 수 있다.
컨디셔닝조(150)는 유출수 여과조(140)에서 이송된 처리수 내의 pH를 조정하고 버퍼링할 수 있다. 컨디셔닝조(150)는, 처리수의 pH를 6.0~7.5로 유지할 수 있다. 구체적으로, 컨디셔닝조(150)는 급속 및 완속 교반기(미도시)가 구비되어 최종적인 원수의 성상을 조정하는 반응조로써 최종 MEC 유닛(200)에 유입 전 pH가 기설정된 조건인 6.0~7.5가 유지되도록 하여 MEC 유닛(200)의 운전 안정성과 효율을 증대시킬 수 있다.
MEC 유닛(200)은 전처리유닛(100)에서 전처리 및 전발효된 원수에서 미생물을 전기분해할 수 있다. 여기서, MEC는 Microbial Electrolysis Cell의 약자로서 미생물전해전지를 의미한다. 이하에서는, Microbial Electrolysis Cell을 약자 MEC로 사용하여 설명한다.
MEC 유닛(200)은 반응시간이나 체류시간의 증대로 원수 내 유기성분의 농도를 낮추거나 투입되는 유기성물질의 농도를 높여서 수소가스의 생산량을 증대시킬 수 있다.
MEC 유닛(200)은 MEC 탱크(210), 저수조(220) 및 트랩 탱크(230)를 포함할 수 있다.
MEC 탱크(210)는 전처리된 가용화 유기물을 이용하여 미생물 전기분해를 통해 수소를 생산할 수 있다. MEC 탱크(210)의 설치 유량은 탱크 당 62.5L, 탱크 4개 별 250L의 모듈 1식 구성으로, 파일롯설비에 모듈 4식으로 설치될 수 있다.
저수조(220)는 MEC 탱크(210)에 순환유량공급을 위하여 외부의 반응조에서 MEC 탱크(210)에 유량을 제공할 수 있다. 저수조(220)의 설치유량은 MEC 탱크(210)와 1:1로 매칭될 수 있으며, 저수조(220)의 내부에는 30~60rpm 성능의 저속교반기(미도시)(저속교반기는 60rpm 수준정도)와 2.4~24L/hr 성능의 순환유량 펌프(미도시)가 구비될 수 있다.
트랩 탱크(230)는 MEC 탱크(210)의 음극을 통해 나오는 가스와 용액을 분리하고 용액을 다시 저수조(220)에 되돌려줄 수 있다. 트랩 탱크(230)의 설치유량은 탱크 1개당 1 ~ 5L일 수 있다.
후처리유닛(300)은 MEC 유닛(200)에서 전기분해되어 생산된 수소가스를 정제 및 압축할 수 있다.
후처리유닛(300)은 MEC 유닛(200)을 통해서 생성된 수소가스를 정제하고 압축 및 액화하여 수소충전소에 전송할 수 있다.
구체적으로, 후처리유닛(300)에서는 MEC 유닛(200)을 통해서 발생하는 바이오가스인 순도 90% 이상의 그린 수소 자체를 발전기 등에 투입하여 에너지화 할 수 있다.
또한, 후처리유닛(300)은 99.995% 이상의 ISO 규격을 만족시키며 정제 회수율을 90% 이상 확보 할수 있는 VPSA/멤브레인 복합 공정을 통해 바이오수소를 고순도 수소로 정제할 수 있다.
또한, 후처리유닛(300)은 MEC 유닛(200)을 통해서 발생하는 고순도 수소를 소비자가 직접 사용할 수 있게 시장에서 유통되는 형태로 가공, 압축 및 액화할 수 있는 추가 공정이 진행되는 곳으로서, 그린 수소 생성 장치(10)에서 발생하는 유기성 폐수의 고형분들은 퇴비화 시설, 바이오가스화 시설 또는 매립시설 등으로 연계하여 처리할 수 있다.
또한, 음식물류 쓰레기를 액화/슬러리화시켜 탈리액화하고, 생성되는 음식물류 쓰레기 및 탈리액을 저류조에서 균질화하여 전처리유닛(100)에 투입할 수 있다.
MEC 유닛(200)을 통해서 발생하는 유기성분 및 영양염류의 제거를 위하여 폐수처리시설에 연계될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 그린 수소 생성 장치의 공정 프로세스는 다음과 같다.
도 4를 참고하면, 음시물류 쓰레기를 파쇄하고 선별하여 각각 드럼스크린, 싸이클론, 침사조를 거치도록 하여 원수인 음식물류 탈리액을 생성하는 공정을 거처서 원수를 전처리유닛(100)으로 이송할 수 있다.
전처리유닛(100)에서는 전술한 바와 같이 이송된 원수를 삼상분리기(110), 가압부상조(120), 산발효조(130), 유출수 여과조(140) 및 컨디셔닝조(150)를 거치면서 원수를 분리, 압축, 침전 등의 다양한 방법으로 처리한 처리수를 MEC 유닛(200)으로 이송할 수 있다.
MEC 유닛(200)으로 이송된 처리수는 미생물 전기분해 반응을 통해서 그린 수소를 생성하여 후처리유닛(300)으로 보내지며 후처리유닛(300)으로 보내진 그린 수소 즉, 바이오수소는 진공, 압력, 스윙, 흡착(VPSA, Vacuum Pressure Swing Adsorption)등의 과정을 거쳐 정제되고 압축 및 액화 후 연계된 수소충전소로 이송될 수 있다.
또한, MEC 유닛(200)으로 이송된 처리수에서 발생한 폐수들은 연계된 폐수처리시설을 통해서 처리되어 방류될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 전처리 및 전발효 공정은 음식물류 쓰레기 및 탈리액의 물리화학적 처리를 통하여 원수내 유분, 조대입자, 협잡물 등을 제거하고 MEC 유닛(200)에 사용하기 적합한 유기산으로 전환할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 그린수소를 생산하는 MEC 유닛(200)은 기존의 수소생산 공정과는 달리 미생물 전기분해공법을 이용한 MEC 탱크(210)과 트랩 탱크(230)의 2실형 MEC 유닛(200)으로 반응조 유입단에 MEC 맞춤형 전발효 유입원수를 유입함으로써 그린수소를 생산할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 전처리유닛(100)와 MEC 유닛(200)의 통합형 설계 구성을 통하여 음식물류 쓰레기 및 탈리액 등의 고농도 유기성 폐수의 처리와 그린 수소 생산 및 충전시설 연계를 통하여 에너지공급 시설의 확보가 가능하다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시 예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.
10 : 그린 수소 생성 장치
100 : 전처리유닛
110 : 삼상분리기
120 : 가압부상조
130 : 전발효조
140 : 유출수 여과조
150 : 컨디셔닝조
200 : MEC 유닛
210 : MEC 탱크
220 : 저수조
230 : 트랩 탱크
300 : 후처리유닛

Claims (10)

  1. 음식물류 쓰레기 및 탈리액으로 구성된 원수를 전처리 및 전발효하는 전처리유닛;
    상기 전처리유닛에서 전처리 및 전발효된 원수에서 미생물을 전기분해하는 MEC 유닛; 및
    상기 MEC 유닛에서 전기분해되어 생산된 수소가스를 정제 및 압축하는 후처리유닛;을 포함하고,
    상기 MEC 유닛은,
    반응시간이나 체류시간의 증대로 원수 내 유기성분의 농도를 낮추거나 투입되는 유기성물질의 농도를 높여서 수소가스의 생산량을 증대시키되,
    상기 전처리유닛은,
    음식물류 쓰레기 및 탈리액에서 유분 및 협잡물을 분리하는 삼상분리기;
    상기 삼상분리기에서 이송된 처리수 내의 오염물질을 부상시켜 분리 제거하는 가압부상조;
    상기 가압부상조에서 이송된 처리수에서 분리된 유기물을 활용하여 혐기성 산발효를 통해 유기산을 생성하는 전발효조;
    상기 전발효조에서 이송된 처리수 내의 부유고형물을 제거하여 저감시키는 유출수 여과조; 및
    상기 유출수 여과조에서 이송된 처리수 내의 pH를 조정하고 버퍼링하는 컨디셔닝조;를 포함하고,
    상기 가압부상조는 원수 성상에 따라 pH 조정 및 응집제를 보조 투입함으로써 입자성물질의 농도를 저감시키며,
    상기 전발효조는 저속 교반기가 구비되고, 유분, 조대입자 및 입자성 물질을 제거한 음식물류 쓰레기 및 탈리액을 투입한 후 pH를 조정하여 산발효시킬 수 있으며,
    상기 컨디셔닝조는 급속 및 완속 교반기가 구비되어 최종적인 원수의 성상을 조정하여 상기 MEC 유닛에 유입 전 pH가 기설정된 조건으로 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 그린 수소 생성 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 MEC 유닛은,
    전처리된 가용화 유기물을 이용하여 미생물 전기분해를 통해 수소를 생산하는 MEC 탱크;
    상기 MEC 탱크에 순환유량공급을 위하여 외부의 반응조에서 상기 MEC 탱크에 유량을 제공하는 저수조; 및
    상기 MEC 탱크의 음극을 통해 나오는 가스와 용액을 분리하고 용액을 다시 상기 저수조에 되돌려주는 트랩 탱크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 그린 수소 생성 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 삼상분리기는,
    원수의 성상에 따라 설정된 화학응집제를 투입하여 유분분리나 고액분리를 진행하는 것을 특징으로 하는 그린 수소 생성 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 가압부상조는,
    상기 삼상분리기로부터 이송된 처리수에서 가압부상 공정을 통해 입자성물질의 농도를 제어하는 것을 특징으로 하는 그린 수소 생성 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전발효조는,
    처리수에 pH를 조정하면서 설정된 체류시간 동안 산발효시키는 것을 특징으로 하는 그린 수소 생성 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 유출수 여과조는,
    처리수의 유량을 설정된 수준으로 유지하도록 교차류십자여과막이 구비되는 것을 특징으로 하는 그린 수소 생성 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨디셔닝조는, 처리수의 pH를 6.0 ~ 7.5로 유지하는 것을 특징으로 하는 그린 수소 생성 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 후처리유닛은,
    상기 MEC 유닛을 통해서 생성된 수소가스를 정제하고 압축 및 액화하여 수소충전소에 전송하는 것을 특징으로 하는 그린 수소 생성 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 MEC 유닛을 통해서 발생하는 유기성분 및 영양염류의 제거를 위하여 폐수처리시설에 연계되는 것을 특징으로 하는 그린 수소 생성 장치.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100939070B1 (ko) * 2008-10-29 2010-01-28 (주)수산이엔씨 상압부상 분리공정과 상향류 생물여상 발효공정을 연계한 유기성 폐수의 산발효액 제조방법
KR100945055B1 (ko) * 2009-11-27 2010-03-05 전주시 액상 음식물 폐기물 처리시스템 및 그 처리방법
KR101210869B1 (ko) 2012-06-19 2012-12-12 주식회사 포스코건설 음식물류폐기물의 혐기소화 처리장치
KR20200081001A (ko) * 2018-12-27 2020-07-07 한국에너지기술연구원 수소 생산 하수 처리 시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100939070B1 (ko) * 2008-10-29 2010-01-28 (주)수산이엔씨 상압부상 분리공정과 상향류 생물여상 발효공정을 연계한 유기성 폐수의 산발효액 제조방법
KR100945055B1 (ko) * 2009-11-27 2010-03-05 전주시 액상 음식물 폐기물 처리시스템 및 그 처리방법
KR101210869B1 (ko) 2012-06-19 2012-12-12 주식회사 포스코건설 음식물류폐기물의 혐기소화 처리장치
KR20200081001A (ko) * 2018-12-27 2020-07-07 한국에너지기술연구원 수소 생산 하수 처리 시스템

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
바이오엑스, 음식물류페수 활용 그린수소 생산 및 후처리 통합 공정 개발. 서울경제TV. 2022.04.05. 1부.* *

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