KR102609631B1 - 전도체 반응형 혐기소화 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전도체 반응형 혐기소화 장치에 관한 것으로, 혐기소화조(10)와, 유기성원료공급기(80)와, 원료유도기구(70)와, 반응촉진기구(20)와, 교반기(30)와, 와류형성기(40)와, 침사스크린기구(50)와, 전도성물질회수기(90)를 포함하여, 철광물을 이용하여 유기물의 분해 속도를 향상시키고 메탄 생성 효율을 높이는 효과가 있다.
Description
본 발명은 전도체 반응형 혐기소화 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철광물을 이용하여 유기물의 분해 속도를 향상시키고 메탄 생성 효율을 높일 수 있는 전도체 반응형 혐기소화 장치에 관한 것이다.
2015년 기준 농산 바이오매스, 가축분뇨(양돈 슬러리), 음식물류 폐기물의 이론적 에너지잠재량은 각각 3,348,263, 383,163, 472,762 TOE/year으로 보고되었다.
우리나라의 경우 주로 낮은 고형물 함량을 가지는 원료를 혐기소화 하는 습식혐기소화조가 주로 보급되어 고형물의 함량이 낮은 양돈슬러리를 이용한 바이오가스화가 진행되고 있어, 효율 향상을 위해 에너지 잠재량이 큰 유기성 바이오매스를 이용하는 방식으로 혐기소화 시설의 전환이 요구되고 있다.
바이오가스화 처리기술은 혐기성 소화 기술을 이용하여 적은 에너지 소모와 유용한 가스로의 전환, 고농도 유기화합물을 분해할 수 있는 능력 그리고 잉여 슬러지 감소 등의 장점이 있다. 다른 생물학적 처리나 물리·화학적 처리 공정과 비교하면 환경오염방지 측면과 폐기물로부터 에너지 재활용이라는 면을 고려할 때 탄소 중립적 재생에너지로 인식되고 있어 바람직한 폐기물 처리 공정이 될 수 있다.
일반적으로, 혐기성 소화 과정은 가수분해, 산생성, 아세트산생성, 메탄생성 단계별로 전환되는 속도의 균형이 중요하다. 산생성 및 아세트산생성 단계에서의 생성물인 유기산, 휘발성 지방산이 메탄으로 전환되지 않고 축적 될 경우 pH의 저하를 유발시켜 공정의 불균형을 일으킨다. 이처럼 혐기소화는 pH, 온도, 유기물 부하 등 환경조건 변화에 민감하며, 유기물 분해속도가 느리고 낮은 에너지 전환율의 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 발명된 것으로, 철광물을 이용하여 유기물의 분해 속도를 향상시키고 메탄 생성 효율을 높일 수 있는 전도체 반응형 혐기소화 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1과제의 해결 수단은,
유기성원료를 공급받아 혐기소화하는 혐기소화조(10)와;
혐기소화조(10) 내부에 배치되는 철광물 재질의 반응촉진기구(20)와;
혐기소화조(10) 내부에 설치되는 교반기(30)
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제2과제의 해결 수단은,
제1과제의 해결 수단에 있어서,
상기 혐기소화조(10)는, 혐기소화공간(a)을 구비한 혐기소화조본체(11)와, 혐기소화조본체(11)의 좌측 상부에 구비되는 유기성원료공급부(12)와, 혐기소화조본체(11)의 우측 상부에 구비되는 혐기소화액배출부(13)를 갖추고,
혐기소화조본체(11)의 내부 상면에 상단이 설치되고, 하단이 하방으로 돌출되되 혐기소화조본체(11) 내부 하면과 이격되게 돌출되어, 혐기소화조본체(11)의 내부 좌측면과 원료유도기구(70) 사이에 원료유입공간(a1)이 형성되도록, 상기 혐기소화공간(a)을 구획하는 판 형상의 원료유도기구(70)를 포함하고,
반응촉진기구(20)는, 원료유도기구(20)의 우방에 위치하게, 하단이 혐기소화조본체(11)의 내부 하면에 설치되고, 상단이 상방으로 돌출되되 혐기소화조본체(11)의 내부 상면과 이격되게 돌출되는 제1격판(21); 제1격판(21)의 우방에 위치하게, 하단이 혐기소화조본체(11)의 내부 하면에 설치되고, 상단이 상방으로 돌출되되 혐기소화조본체(11)의 내부 상면과 이격되게 돌출되는 제2격판(22);을 갖추고서, 원료유도기구(70)와 제1격판(21) 사이에 혐기소화반응공간(a2)이 형성되고, 제1격판(21)과 제2격판(22) 사이에 종간반응공간(a3)이 형성되며, 제2격판(22)과 혐기소화조본체(11) 내부 우측면 사이에 안정화공간(a4)이 형성되도록, 상기 혐기소화공간(a)을 구획하고,
상기 교반기(30)는, 원료유도기구(70) 및 제1격판(21) 및 제2격판(22)을 관통하는 교반축(31)과, 교반축(31)에 설치되어 혐기소화반응공간(a2) 또는 종간반응공간(a3) 또는 안정화공간(a4)에 배치되는 교반날개(32)를 갖추는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제3과제의 해결 수단은,
제2과제의 해결 수단에 있어서,
상기 교반축(31)보다 상방에 위치하게 제1격판(21) 상측 또는 제2격판(22) 상측에 설치되어, 종간반응공간(a3)에 와류를 형성하는 와류형성기(40)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제4과제의 해결 수단은,
제2과제의 해결 수단에 있어서,
상기 혐기소화반응공간(a2) 또는 종간반응공간(a3) 또는 안정화공간(a4)의 하측에 위치하게 혐기소화조본체(11) 내부 하면에 설치되되, 상면이 우측 하방으로 경사진 경사면을 이루는 제1침사스크린(51); 혐기소화반응공간(a2) 또는 종간반응공간(a3) 또는 안정화공간(a4)의 하측에 위치하게 혐기소화조본체(11) 내부 하면에 설치되되, 상면이 좌측 하방으로 경사진 경사면을 이루는 제2침사스크린(52);을 갖춘 침사스크린기구(50)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제5과제의 해결 수단은,
제2과제의 해결 수단에 있어서,
상기 유기성원료공급부(12)에 유기성원료를 공급하되, 전도성물질회수기(90)의 전도성물질과 유기성원료를 혼합하여 유기성원료공급부(12)에 공급하는 유기성원료공급기(80)와,
상기 혐기소화액배출부(13)로부터 안정화공간(a4)에 수용된 혐기소화액을 공급받아, 상기 혐기소화액에 포함된 전도성물질을 회수하는 전도성물질회수기(90)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제6과제의 해결 수단은,
제1과제의 해결 수단에 있어서,
상기 반응촉진기구(20)는, 혐기소화조(10)의 유효용적 대비 0.25~2.0% 인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제7과제의 해결 수단은,
제6과제의 해결 수단에 있어서,
상기 반응촉진기구(20)는, 철광물이 철(Fe) 또는 자철석(Fe3O4) 인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제8과제의 해결 수단은,
제6과제의 해결 수단에 있어서,
상기 반응촉진기구(20)는, 철광물이 자철석(Fe3O4)이고, 혐기소화조(10)의 유효용적 대비 0.50~1.65% 인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제9과제의 해결 수단은,
제6과제의 해결 수단에 있어서,
상기 반응촉진기구(20)는, 철광물이 자철석(Fe3O4)이고, 혐기소화조(10)의 유효용적 대비 1.16% 인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 과제의 해결 수단에 따른 본 발명은, 혐기소화조(10) 내에, 철광물 재질의 반응촉진기구(20)를 구비하여, 혐기소화조(10) 내에서의 혐기소화 효율(유기물 분해 효율, 메탄 생성 효율)의 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 반응촉진기구(20)가 철광물로 이루어지되, 반응촉진기구(20)가 혐기소화조(10)의 유효용적 대비 0.25~2.0% 이도록 함으로써, 혐기소화조(10) 내에서 혐기소화 효율이 향상되도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 원료유도기구(70) 및 제1,2격판(21,22)를 통해 원료유입공간(a1), 혐기소화반응공간(a2), 종간반응공간(a3), 안정화공간(a4)를 형성하여, 유기성원료공급부(12)로 공급된 유기성원료가 혐기소화되면서 혐기소화액배출부(13)로 배출되는 효과가 있다. 이때 본 발명은 혐기소화반응공간(a2)에 1차로 혐기소화가 이루어지게 한 후, 1차 혐기소화가 된 혐기소화액을 종간반응공간(a3)에서 가둬 2차 혐기소화함으로써, 제1,2격판(21,22)에 의해 혐기소화가 촉진되는 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 종간반응공간(a3)에 와류형성기(40)를 구비하여, 종간반응공간(a3)에서 혐기소화액이 교반됨과 더불어, 상기 혐기소화액에 와류가 형성되어, 종간반응공간(a3)에서 제1,2격판(21,22)에 의한 종간직접전자전달이 효율적으로 일어나도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 혐기소화반응공간(a2) 및 종간반응공간(a3) 및 안정화공간(a4)에 침사스크린기구(50)을 구비하여, 혐기소화반응공간(a2) 및 종간반응공간(a3) 및 안정화공간(a4)에서 침전되는 침전물을 제거하기 용이한 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 전도성물질회수기(90)를 구비하여, 안정화공간(a4)로부터의 혐기소화액에 포함된 전도성물질(일예로 철광물)을 회수할 수 있는 효과가 있다. 이때 본 발명은 유기성원료공급기(80)의 유기성원료와 상기 회수된 전도성물질을 함께 혐기소화조본체(11)에 공급하여, 상기 전도성물질을 재활용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 본 발명에 따른 혐기소화 과정을 통해 유기산의 축적을 방지하고 효율적인 메탄 생성을 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 구성을 설명하기 위한 개략도이고,
도 3는 본 발명의 작용을 설명하기 위한 도면이고,
도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 효과를 설명하기 위해 데이터를 나타낸 도식이다.
도 3는 본 발명의 작용을 설명하기 위한 도면이고,
도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 효과를 설명하기 위해 데이터를 나타낸 도식이다.
이하 본 발명을 통상의 기술자가 쉽게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 구성을 설명하기 위한 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 침사시크린기구의 다른 실시예로서, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 구성을 설명하면 다음과 같다. 한편 본 발명에서는 도 1 상에서의 좌측을 좌측방향으로 하고 도 1 상에서의 우측을 우측방향으로 하여 본 발명 구성의 방향성을 설명한다.
본 발명에 따른 전도체 반응형 혐기소화 장치는, 혐기소화조(10)와, 유기성원료공급기(80)와, 원료유도기구(70)와, 반응촉진기구(20)와, 교반기(30)와, 와류형성기(40)와, 침사스크린기구(50)와, 전도성물질회수기(90)를 포함한다.
상기 혐기소화조(10)는, 유기성원료를 공급받아 혐기소화한다. 본 발명에서 혐기소화조(10)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 혐기소화공간(a)을 구비한 혐기소화조본체(11)와, 혐기소화조본체(11)의 좌측 상부에 구비되는 유기성원료공급부(12)와, 혐기소화조본체(11)의 우측 상부에 구비되는 혐기소화액배출부(13)를 갖춘다. 이러한 본 발명의 혐기소화조(10)는 케이스 형상을 이룬다. 한편 본 발명에서는 TS 10%인 음폐수를 상기 유기성원료로 적용한다. 한편 본 발명에서 혐기소화조(10)는 PFR(Plug Flow Reactor) 형태를 이룬다.
상기 유기성원료공급기(80)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 유기성원료공급부(12)에 유기성원료를 공급한다. 본 발명에서 유기성원료공급기(80)는 전도성물질회수기(90)의 전도성물질과 유기성원료를 혼합하여 유기성원료공급부(12)에 공급할 수 있다.
상기 원료유도기구(70)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 혐기소화조본체(11)의 내부 상면에 상단이 설치되고, 하단이 하방으로 돌출되되 혐기소화조본체(11) 내부 하면과 이격되게 돌출되어, 혐기소화조본체(11)의 내부 좌측면과 원료유도기구(70) 사이에 원료유입공간(a1)이 형성되도록, 상기 혐기소화공간(a)을 구획한다. 본 발명에서 원료유도기구(70)는 판 형상을 이룬다. 한편 본 발명에서 원료유도기구(70)는 혐기소화조본체(11)의 상측 및 후측 및 전측과 맞닿게 구비된다.
상기 반응촉진기구(20)는, 혐기소화조(10) 내부에 배치된다. 본 발명에서 반응촉진기구는 철광물 재질로 이루어진다. 본 발명에서 반응촉진기구(20)는 혐기소화조(10)의 유효용적 대비 0.25~2.0% 로 이루어진다. 또한 본 발명에서 반응촉진기구(20)는, 철광물이 철(Fe) 또는 자철석(Fe3O4) 일 수 있다. 그리고 본 발명에서 반응촉진기구(20)는 철광물이 자철석(Fe3O4)이고, 혐기소화조(10)의 유효용적 대비 1.16% 일 수 있다. 한편 본 발명에서 반응촉진기구(20)는 철 재질로 이루어질 경우, 상기 철은 순도 99.7%로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에서 반응촉진기구(20)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1격판(21)과, 제2격판(22)를 갖춘다.
상기 제1격판(21)은, 원료유도기구(20)의 우방에 위치하게, 하단이 혐기소화조본체(11)의 내부 하면에 설치되고, 상단이 상방으로 돌출되되 혐기소화조본체(11)의 내부 상면과 이격되게 돌출된다. 한편 본 발명에서 제1격판(21)은 혐기소화조본체(11)의 하측 및 전측 및 후측과 맞닿게 구비된다.
상기 제2격판(22)은, 제1격판(21)의 우방에 위치하게, 하단이 혐기소화조본체(11)의 내부 하면에 설치되고, 상단이 상방으로 돌출되되 혐기소화조본체(11)의 내부 상면과 이격되게 돌출된다. 한편 본 발명에서 제2격판(22)은 혐기소화조본체(11)의 하측 및 전측 및 후측과 맞닿게 구비된다.
이러한 반응촉진기구(20)는, 원료유도기구(70)와 제1격판(21) 사이에 혐기소화반응공간(a2)이 형성되고, 제1격판(21)과 제2격판(22) 사이에 종간반응공간(a3)이 형성되며, 제2격판(22)과 혐기소화조본체(11) 내부 우측면 사이에 안정화공간(a4)이 형성되도록, 상기 혐기소화공간(a)을 구획한다.
한편, 본 발명에서는 원료유입공간(a1)의 유기성원료는 원료유도기구(70)의 하방을 통해 이동하고, 혐기소화반응공간(a2)의 혐기소화액은 제1격판(21)의 상방을 통해 이동하고, 종간반응공간(a3)의 혐기소화액은 제2격판(22)의 상방을 통해 이동한다.
상기 교반기(30)는, 혐기소화조(10) 내부에 설치된다. 본 발명에서 교반기(30)는 도 1에 도시된 바와 같이, 원료유도기구(70) 및 제1격판(21) 및 제2격판(22)을 관통하는 교반축(31)과, 교반축(31)에 설치되어 혐기소화반응공간(a2) 또는 종간반응공간(a3) 또는 안정화공간(a4)에 배치되는 교반날개(32)를 갖춘다. 본 발명에서 교반축(31)은 혐기소화조본체(11)에 회전가능하게 설치되고, 별도의 구동장치(미도시)와 연결되어 회전된다. 또한 본 발명에서 교반날개(32)는 교반축(31)에 설치되어 혐기소화반응공간(a2) 및 종간반응공간(a3) 및 안정화공간(a4)에 각각 배치된다. 여기서 교반날개(32)의 상하 폭(상하 높이)은 다양하게 변형실시될 수 있다.
상기 와류형성기(40)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 교반축(31)보다 상방에 위치하게 제1격판(21) 상측 또는 제2격판(22) 상측에 설치되어, 종간반응공간(a3)에 와류를 형성한다. 본 발명에서 와류형성기(40)는 와류를 형성할 수 있으면 통상의 다양한 기술이 적용가능하다. 한편 본 발명에서 와류형성기(40)는 제1격판(21) 및 제2격판(22)에 각각 설치된다.
상기 침사스크린기구(50)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1침사스크린(51)과 제2침사사크린(52)을 갖춘다.
상기 제1침사스크린(51)은, 혐기소화반응공간(a2) 또는 종간반응공간(a3) 또는 안정화공간(a4)의 하측에 위치하게 혐기소화조본체(11) 내부 하면에 설치되되, 도 1에 도시된 바와 같이 상면이 우측 하방으로 경사진 경사면을 이룬다.
상기 제2침사스크린(52)은, 혐기소화반응공간(a2) 또는 종간반응공간(a3) 또는 안정화공간(a4)의 하측에 위치하게 혐기소화조본체(11) 내부 하면에 설치되되, 도 1에 도시된 바와 같이, 상면이 좌측 하방으로 경사진 경사면을 이룬다.
본 발명에서 침사스크린기구(50)는 침전물(고형물)이 가라앉아 침사스크린기구(50)의 상면에 안착될 시, 침전물이 침사스크린기구(50)의 상면을 따라 이동하여, 침전물이 혐기소화조본체(11)의 내부 바닥면에 위치하게 한다. 혐기소화조본체(11)의 하측에는 침전물배출구(미도시)가 구비되고, 혐기소화조본체(11) 내부에서 가라앉은 침전물은 상기 침전물배출구와 연결된 별도의 배출장치(미도시)를 통해 혐기소화조본체(11) 외부로 배출된다. 한편 본 발명에서 침사스크린기구(50)는 혐기소화반응공간(a2) 및 종간반응공간(a3)의 하측에 위치하게 혐기소화조본체(11) 내부 하면에 각각 설치된다.
한편, 본 발명에서 침사스크린기구(50)는 제1,2침사스크린(51,52)을 갖추게 구비될 수 있으나, 침사스크린기구(50)가 도 2와 같이 단독으로 구비되고, 단독으로 구비된 침사스크린기구(50)의 상면이 일측 하방으로 경사지게 형성될 수도 있다.
상기 전도성물질회수기(90)는, 혐기소화액배출부(13)로부터 안정화공간(a4)에 수용된 혐기소화액을 공급받아, 상기 혐기소화액에 포함된 전도성물질을 회수한다. 본 발명에서 전도성물질회수기(90)는 자력을 이용하여 상기 혐기소화액에 포함된 금속(일예로 철)을 회수한다. 그리고 본 발명에서 전도성물질회수기(90)는 상기 혐기소화안정액에서 전도성물질을 회수할 수 있으면, 통상의 다양한 기술이 적용가능하다. 또한 본 발명에서는 전도성물질회수기(90)에서 회수된 전도성물질이 별도의 이송장치(일예로 컨베이어벨트)를 통해 유기성원료공급기(80)로 이송될 수 있다. 한편 본 발명에서는 도 1에 도시된 바와 같이 혐기소화액배출부(13)와 연결되는 혐기소화액배출기(60)를 구비하여, 전도성물질회수기(90)가 혐기소화액배출기(60)를 통해 안정화공간(a4)의 혐기소화액을 공급받을 수 있다. 본 발명에서 혐기소화액배출기(60)는 안정화공간(a4)의 혐기소화액을 배출할 수 있으면 다양한 방식의 배출기술이 적용가능하고, 상기 혐기소화액을 전동성물질회수기(90)로 공급하지 않고, 별도로 배출할 수도 있다. 한편 본 발명에 혐기소화액배출기(60)는 저장조 형태일 수 있으며, 이 경우 안정화공간(a4)으로부터의 혐기소화액이 자연스럽게 혐기소화액배출기(60)로 유입되게 설계될 수 있다.
한편, 본 발명에서 유기성원료공급기(80) 및 교반기(30) 및 혐기소화액배출기(60) 및 전도성물질회수기(90)는 별도의 제어유닛(미도시)을 통해 통합제어될 수 있다.
이하 본 발명에 따른 전도체 반응형 혐기소화 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
유기성원료공급기(80)로부터 혐기소화조본체(11)로 유기성원료가 공급되면, 유기성원료는 원료유입공간(a1)을 통과하여 혐기소화반응공간(a2)로 이동한다(도 3의 화살표 방향 참조).
그러면, 혐기소화반응공간(a2)에서는 혐기소화반응이 일어나고, 혐기소화반응공간(a2)에 생성된 혐기소화액은 종간반응공간(a3)로 이동한다(도 3의 화살표 방향 참조).
이때, 종간반응공간(a3)에서는 종간(일예로 산생성미생물과 메탄생성미생물 간) 직접 전자 전달이 이루어지는 데, 철광물 재질인 제1격판(21) 및 제2격판(22)에 의해 종간 반응이 더욱 촉진되어, 종간반응공간(a3)으로 유입된 혐기소화액의 혐기소화효율이 향상된다.
이에 더해, 본 발명은 종간반응공간(a3)의 혐기소화액이 교반날개(32)에 의해 교반됨과 더불어 와류형성기(40)에 의해 형성된 와류를 통해 상기 혐기소화액과 제1,2격판(21,22)의 접촉이 확대되어, 종간반응공간(a3)에서의 혐기소화액 내의 종간 반응이 더욱 활성화된다.
한편, 혐기소화반응공간(a2) 및 종간반응공간(a3)의 침전물은 제1침사스크린(51) 상면 및 제2침사스크린(52)의 상면을 따라 하방으로 이동하여 제1침사스크린(51)과 제2침사스크린(52) 사이로 모이고, 모인 침전물은 별도의 배출장치(미도시)를 통해 혐기소화조본체(11) 외부로 배출된다.
이후, 종간반응공간(a3)의 혐기소화액은 안정화공간(a4)으로 이동되고, 안정화공간(a4) 상측의 혐기소화액이 혐기소화액배출기(60)를 통해 혐기소화조본체(11) 외부로 배출된다(도 3의 화살표 방향 참조).
이때, 혐기소화조본체(11)에서 배출된 혐기소화액은 전도성물질회수기(90)로 공급될 수 있다(도 3의 화살표 방향 참조). 그러면 전도성물질회수기(90)는 상기 혐기소화액 내부에 있는 철광물(일예로 철)을 회수한다.
즉, 교반기(30)에 따른 교반작용 및 와류형성기(40)에 따른 와류 작용에 의해 제1,2격판(21,22)에서 철광물 가루가 떨어질 수 있는 데, 본 발명에서는 이러한 철광물을 회수한다.
이후, 전도성물질회수기(90)에서 회수된 철광물은 별도이 이송장치를 통해 유기성원료공급기(80)로 공급될 수 있고, 유기성원료공급기(80)는 유기성원료에 상기 철광물을 혼합하여 혐기소화조본체(11)에 유기성원료를 공급할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 혐기소화 반응 시 메탄이 발생되고, 이러한 메탄은 별도로 수집된다.
도 4는 철(Fe) 투입 농도에 따른 생화학적 메탄퍼텐셜 분석을 설명하기 위한 도식이고, 도 5는 철 투입 농도에 따른 생화학적 메탄퍼텐셜 증가율및 최대 메탄발생속도 증가율을 설명하기 위한 도식이고, 도 6은 철 투입 농도에 따른 분해 초기 메탄농도를 설명하기 위한 도식이고, 도 7은 자철석(Fe3O4) 투입 농도에 따른 생화학적 메탄퍼텐셜 증가율 및 최대메탄발생속도 증가율을 설명하기 위한 도식으로, 도 4 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 전도체 반응형 혐기소화 장치를 통한 혐기소화 시 혐기소화효율의 향상을 설명하면 다음과 같다.
도 4 내지 도 6를 살펴보면, 반응촉진기구(20)가 구비될 경우, 그렇지 않은 경우에 비해 생화학적 메탄퍼텐셜 증가율 및 최대메탄발생속도 증가율이 우수한 것을 알 수 있다. 특히 반응촉진기구(20)가 철 재질로 이루어질 경우, 혐기소화조 내 유효용적 대비 비율(0.25~1.5%)에 따라 생화학적 메탄퍼텐셜 증가율 및 최대메탄발생속도 증가율 등 혐기소화효율이 향상되는 것을 알 수 있다.
또한, 도 7을 살펴보면, 반응촉진기구(20)가 구비될 경우, 그렇지 않은 경우에 비해 생화학적 메탄퍼텐셜 증가율 및 최대메탄발생속도 증가율이 우수한 것을 알 수 있다. 특히 반응촉진기구(20)가 자철석(Fe3O4)로 이루어질 경우, 혐기소화조 내 유효용적 대비 비율(0.25~1.16%)에 따라 생화학적 메탄퍼텐셜 증가율 및 최대메탄발생속도 증가율이 향상되고, 혐기소화조 내 유효용적 대비 비율이 1.65%가 되면서 부터 혐기소화 효율이 다시 낮아지는 것을 알 수 있다. 이를 통해 반응촉진기구(20)가 자철석(Fe3O4)로 이루어질 경우, 혐기소화조 내 유효용적 대비 비율이 1.16%일 시, 혐기소화 효율이 가장 우수해 지는 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 혐기소화조(10) 내에, 철광물 재질의 반응촉진기구(20)를 구비하여, 혐기소화조(10) 내에서의 혐기소화 효율(유기물 분해 효율, 메탄 생성 효율)의 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 반응촉진기구(20)가 철광물로 이루어지되, 반응촉진기구(20)가 혐기소화조(10)의 유효용적 대비 0.25~2.0% 이도록 함으로써, 혐기소화조(10) 내에서 혐기소화 효율이 향상되도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 원료유도기구(70) 및 제1,2격판(21,22)를 통해 원료유입공간(a1), 혐기소화반응공간(a2), 종간반응공간(a3), 안정화공간(a4)를 형성하여, 유기성원료공급부(12)로 공급된 유기성원료가 혐기소화되면서 혐기소화액배출부(13)로 배출되는 효과가 있다. 이때 본 발명은 혐기소화반응공간(a2)에 1차로 혐기소화가 이루어지게 한 후, 1차 혐기소화가 된 혐기소화액을 종간반응공간(a3)에서 가둬 2차 혐기소화함으로써, 제1,2격판(21,22)에 의해 혐기소화가 촉진되는 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 종간반응공간(a3)에 와류형성기(40)를 구비하여, 종간반응공간(a3)에서 혐기소화액이 교반됨과 더불어, 상기 혐기소화액에 와류가 형성되어, 종간반응공간(a3)에서 제1,2격판(21,22)에 의한 종간직접전자전달이 효율적으로 일어나도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 혐기소화반응공간(a2) 및 종간반응공간(a3) 및 안정화공간(a4)에 침사스크린기구(50)을 구비하여, 혐기소화반응공간(a2) 및 종간반응공간(a3) 및 안정화공간(a4)에서 침전되는 침전물을 제거하기 용이한 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 전도성물질회수기(90)를 구비하여, 안정화공간(a4)로부터의 혐기소화액에 포함된 전도성물질(일예로 철광물)을 회수할 수 있는 효과가 있다. 이때 본 발명은 유기성원료공급기(80)의 유기성원료와 상기 회수된 전도성물질을 함께 혐기소화조본체(11)에 공급하여, 상기 전도성물질을 재활용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 본 발명에 따른 혐기소화 과정을 통해 유기산의 축적을 방지하고 효율적인 메탄 생성을 할 수 있는 효과가 있다.
10: 혐기소화조 11: 혐기소화조본체
12: 유기성원료공급부 13: 혐기소화액배출부
20: 반응촉진기구 21: 제1격판
22: 제2격판 30: 교반기
31: 교반축 32: 교반날개
40: 와류형성기 50: 침사스크린기구
51: 제1침사스크린 52: 제2침사스크린
60: 혐기소화액배출기 70: 원료유도기구
80: 유기성원료공급기 90: 전도성물질회수기
a: 혐기소화공간 a1: 원료유입공간
a2: 혐기소화반응공간 a3: 종간반응공간
a4: 안정화공간
12: 유기성원료공급부 13: 혐기소화액배출부
20: 반응촉진기구 21: 제1격판
22: 제2격판 30: 교반기
31: 교반축 32: 교반날개
40: 와류형성기 50: 침사스크린기구
51: 제1침사스크린 52: 제2침사스크린
60: 혐기소화액배출기 70: 원료유도기구
80: 유기성원료공급기 90: 전도성물질회수기
a: 혐기소화공간 a1: 원료유입공간
a2: 혐기소화반응공간 a3: 종간반응공간
a4: 안정화공간
Claims (9)
- 혐기소화공간을 구비한 혐기소화조본체와, 혐기소화조본체의 좌측 상부에 구비되는 유기성원료공급부와, 혐기소화조본체의 우측 상부에 구비되는 혐기소화액배출부를 갖추고서, 유기성원료를 공급받아 혐기소화하는 혐기소화조와;
혐기소화조본체의 내부 상면에 상단이 설치되고, 하단이 하방으로 돌출되되 혐기소화조본체 내부 하면과 이격되게 돌출되어, 혐기소화조본체의 내부 좌측면과 원료유도기구 사이에 원료유입공간이 형성되도록, 상기 혐기소화공간을 구획하는 판 형상의 원료유도기구와;
원료유도기구의 우방에 위치하게, 하단이 혐기소화조본체의 내부 하면에 설치되고, 상단이 상방으로 돌출되되 혐기소화조본체의 내부 상면과 이격되게 돌출되는 제1격판; 제1격판의 우방에 위치하게, 하단이 혐기소화조본체의 내부 하면에 설치되고, 상단이 상방으로 돌출되되 혐기소화조본체의 내부 상면과 이격되게 돌출되는 제2격판;을 갖추고서, 원료유도기구와 제1격판 사이에 혐기소화반응공간이 형성되고, 제1격판과 제2격판 사이에 종간반응공간이 형성되며, 제2격판과 혐기소화조본체 내부 우측면 사이에 안정화공간이 형성되도록, 상기 혐기소화공간을 구획하고, 철광물 재질로 이루어지는 반응촉진기구와;
원료유도기구 및 제1격판 및 제2격판을 관통하는 교반축과, 교반축에 설치되어 혐기소화반응공간 또는 종간반응공간 또는 안정화공간에 배치되는 교반날개를 갖춘 교반기
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도체 반응형 혐기소화 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 교반축보다 상방에 위치하게 제1격판 상측 또는 제2격판 상측에 설치되어, 종간반응공간에 와류를 형성하는 와류형성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도체 반응형 혐기소화 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 혐기소화반응공간 또는 종간반응공간 또는 안정화공간의 하측에 위치하게 혐기소화조본체 내부 하면에 설치되되, 상면이 우측 하방으로 경사진 경사면을 이루는 제1침사스크린; 혐기소화반응공간 또는 종간반응공간 또는 안정화공간의 하측에 위치하게 혐기소화조본체 내부 하면에 설치되되, 상면이 좌측 하방으로 경사진 경사면을 이루는 제2침사스크린;을 갖춘 침사스크린기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도체 반응형 혐기소화 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 유기성원료공급부에 유기성원료를 공급하되, 전도성물질회수기의 전도성물질과 유기성원료를 혼합하여 유기성원료공급부에 공급하는 유기성원료공급기와,
상기 혐기소화액배출부로부터 안정화공간에 수용된 혐기소화액을 공급받아, 상기 혐기소화액에 포함된 전도성물질을 회수하는 전도성물질회수기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도체 반응형 혐기소화 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 반응촉진기구는, 혐기소화조의 유효용적 대비 0.25~2.0% 인 것을 특징으로 하는 전도체 반응형 혐기소화 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 반응촉진기구는, 철광물이 철(Fe) 또는 자철석(Fe3O4) 인 것을 특징으로 하는 전도체 반응형 혐기소화 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 반응촉진기구는, 철광물이 자철석(Fe3O4)이고, 혐기소화조의 유효용적 대비 0.50~1.65% 인 것을 특징으로 하는 전도체 반응형 혐기소화 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 반응촉진기구는, 철광물이 자철석(Fe3O4)이고, 혐기소화조의 유효용적 대비 1.16% 인 것을 특징으로 하는 전도체 반응형 혐기소화 장치.
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