KR102627354B1 - 이물질 제거장치와 스컴제거 교반기를 구비한 혐기성 소화시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 혐기성 소화시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 혐기성 소화조 외부에서 경사형 고액분리 컨베이어를 이용하여 소화액과 이물질, 즉 침전물을 분리하고, 침전물은 탈수기를 통해 탈수시켜 배출하며, 소화액은 소화액 순환탱크에 저장하여 혐기성 소화조로 투입시킴으로써 혐기성 소화조 내부의 이물질을 제거하여 혐기성 소화조의 교반효율을 증대시키고, 혐기성 소화조의 준설주기를 늘림으로써 혐기성소화조를 안정적으로 운전하며, 소화액의 TS를 낮추어 소화액 탈수의 효율을 높이며, 이로 인해 혐기성 바이오가스화 시설의 안정성과 성능을 증대시키도록 하는 이물질 제거장치와 스컴제거 교반기를 구비한 혐기성 소화시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 혐기성 소화시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 혐기성 소화조 외부에서 경사형 고액분리 컨베이어를 이용하여 소화액과 이물질, 즉 침전물을 분리하고, 침전물은 탈수기를 통해 탈수시켜 배출하며, 소화액은 소화액 순환탱크에 저장하여 혐기성 소화조로 투입시킴으로써 혐기성 소화조 내부의 이물질을 제거하여 혐기성 소화조의 교반효율을 증대시키고, 혐기성 소화조의 준설주기를 늘림으로써 혐기성소화조를 안정적으로 운전하며, 소화액의 TS(Total Solids, 총고형물)를 낮추어 소화액 탈수의 효율을 높이며, 이로 인해 혐기성 바이오가스화 시설의 안정성과 성능을 증대시키도록 하는 이물질 제거장치와 스컴제거 교반기를 구비한 혐기성 소화시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 가정, 축산농가, 산업현장 등에서 발생하는 음식물류폐기물, 하수·오수슬러지 및 가축분뇨와 같은 유기성 폐기물은 많은 양의 유기물을 함유하고 있으며, 이러한 유기물이 포함된 폐기물을 생물학적 및 화학적 산소요구량, 부유물질함량 등이 환경기준치에 도달하지 않은 상태에서 배출하게 되면 토양이나 수질이 오염되게 된다.
이에 따라 유기성 폐기물 내의 유기물을 생물학적, 물리적, 화학적 처리를 통해 정화된 상태로 하천 등에 방류함으로써 환경오염을 줄이는 것이 바람직하다.
그러나 폐기물 내 유기물을 물리적인 방법에 의한 처리시 그 처리효과가 미비하며, 화학적 처리는 수질오염과 더불어 처리비용이 많이 소요되므로 최근에는 미생물을 이용하는 생물학적 방법이 주로 사용되고 있다.
이러한 생물학적 방법 중 혐기성 소화공정은 혐기성 미생물이 유기물을 섭취하여 분해하고, 무기화합물과 소화가스(바이오가스)를 방출하는 반응이다.
혐기성 소화공정은 밀폐된 탱크 안에 음식물류폐기물, 가축분뇨 등의 각종 유기성 폐기물을 투입하여 혐기성 미생물의 소화작용에 의해 유기성 폐기물을 메탄가스와 이산화탄소로 분해시키는 공정으로서, 이러한 공정을 수행하기 위하여 유기성 폐기물을 처리하는 반응조를 혐기성 소화조라 한다.
그러나, 이러한 혐기성 소화조는 설치 후 시간이 경과함에 따라 그 내부에 석회질, 뼈조각, 섬유질, 씨 및 껍데기 류 등의 침전물이 계속 쌓이게 되는데, 이러한 침전물은 소화조 바닥부에서부터 상부쪽으로 점차 적층되어 고형화되면서 소화조 내부 공간을 차지하므로 소화조의 유효부피를 감소시켜 처리 용량도 줄어들게 된다.
또한, 시간이 더욱 경과하게 되면 적층된 침전물은 혐기성 소화조 바닥쪽으로 붕괴하는 경우가 많아서 보통 혐기성 소화조 바닥부에 설치되는 외부 배출구를 막아 혐기성 소화조의 정상적인 동작을 방해하게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 혐기성 소화조의 바닥을 경사지게 설치하여 이물질을 모은 후 배출하거나, 펌프나 교반기를 통해 교반을 활발하게 하여 소화액 배출시 이물질을 함께 배출하도록 하고 있다.
이와 같이 혐기성 소화조의 내부에 교반기를 설치하게 되면 이물질 배출에 어느 정도의 효과는 거둘 수 있으나, 혐기성 소화조가 보통 10m 이상의 높이로 형성되므로 교반기만으로 적절하게 이물질을 배출하기 어렵고, 교반날개(임펠러)가 일정한 궤도만을 선회하게 되므로 시간이 경과함에 따라 침전물이 쌓일 수밖에 없는 구조적인 문제점이 있다.
또한, 교반기만으로 이물질까지 완전 교반한다는 것은 설치 및 시공이 매우 어려우며, 운전 및 유지 비용도 적지 않게 소요된다는 문제점도 있다. 이러한 문제점은 혐기성 소화조의 바닥부를 깔대기 모양으로 시공하는 경우에도 마찬가지이다. 깔때기 모양으로 시공하여 한데 모은 이물질이 일정량 이상 되지 않도록 적절히 배출하는 설비가 있어야 한다.
따라서, 이와 같은 종래의 기술은 혐기성 소화조 내부에 퇴적, 적층되는 침전물을 관리할 수 없다는 근본적인 한계점을 가지고 있어서, 혐기성 소화조를 설치한 이후 시간의 경과에 따라 혐기성 소화조의 작동을 중지시키고 인력 또는 고가의 장비를 투입하여 내부를 청소하는 작업을 수행하게 된다.
그러나, 이러한 작업 과정 중 소화조 내부의 유해 가스로 인하여 작업자가 부상을 입거나 또는 사망하는 경우도 적지 않게 발생하고 있어서 작업 안전성에도 매우 큰 문제점을 가지고 있다.
또한, 혐기성 소화조에 투입된 소화 물질 중 물보다 비중이 높은 것들은 소화조 하부에 침전되며, 하부에 침전된 침전물은 혐기성 소화조 유효용적을 감소시켜 소화효율을 저하시키고, 침전물이 누적되어 혐기성 소화조 유효용량을 감소시켜 3∼5년의 주기로 혐기성 소화조를 준설해야 하므로, 종래의 혐기성 소화조는 하부에 침전물 배출구를 설치하여 침전물을 배출하고 있으나, 혐기성 소화조의 바닥에 넓게 분포되어 침전된 침전물을 제거하는데 한계가 있었다.
특히, 혐기성 소화조의 하부에 침전된 침전물 배출하기 위해서 혐기성 소화조의 하부 구조를 역삼각형의 형상으로 형성하여, 중심부위에 모인 침전물을 외부로 배출하기 위해서 혐기성 소화조 하부 경사각을 증가시키기 것도 가능하지만, 혐기성 소화조의 바닥 깊이가 매우 깊어져야만 하기 때문에 소화조 하부 경사각을 증가시키는 데는 경제적으로 한계가 있다.
또한, 혐기성 소화조의 하부를 높은 경사각으로 제작하여도 한번 바닥에 침전된 침전물의 제거가 쉽지 않고, 특히, 혐기성 소화조의 중앙 배출구에서 소화액 흡입시 배출구 주위에 한정된 영역의 침전물만 배출되며 대부분의 침전물이 배출되지 못한다는 문제도 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 국내 등록특허공보 제10-1209133호인 유기성 폐기물 처리를 위한 원통형 혐기성 소화장치가 개시되어 있다.
상기 유기성 폐기물 처리를 위한 원통형 혐기성 소화장치는 도 1에 도시된 바와 같이 유기성 폐기물의 혐기성 소화 과정이 진행되는 공간부(111)를 제공하도록 원통형으로 형성되고, 중앙부에 수직 방향으로 제 1교반기(112)가 설치되며, 유기성 폐기물 중 슬러지 또는 침전물이 퇴적되도록 바닥면에 길이 방향으로 슬러지 수집통(113)이 외부로 돌출 형성되는 혐기성 소화조(110)와; 상기 혐기성 소화조의 슬러지 수집통에 설치되어 슬러지 또는 침전물을 외부로 배출시키는 스크류(120)와; 내부에 제 2교반기(132)를 구비하고, 상기 혐기성 소화조의 측면 상단에 설치되어 일정 수위 이상의 스컴을 배출시키는 스컴 배출 탱크(130); 및 내부에 제 3교반기(141)를 구비하고, 상기 스컴 배출 탱크로부터 배출되는 스컴을 저장하는 스컴 수집 탱크(130)를 포함한다.
그러나, 이러한 종래의 유기성 폐기물 처리를 위한 원통형 혐기성 소화장치는 혐기성 소화조에 각종 설비가 부착되기 때문에 부피가 커지고, 이로 인해 제작 비용 및 설치 비용이 증대되고, 소화액이 그대로 외부로 배출되어 재이용할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 혐기성 소화조 외부에서 경사형 고액분리 컨베이어를 이용하여 소화액과 이물질, 즉 침전물을 분리하고, 침전물은 탈수기를 통해 탈수시켜 배출하며, 소화액은 소화액 순환탱크에 저장하여 혐기성 소화조로 투입시킴으로써 혐기성 소화조 내부의 이물질을 제거하여 혐기성 소화조의 교반효율을 증대시키고, 혐기성 소화조의 준설주기를 늘림으로써 혐기성소화조를 안정적으로 운전하며, 소화액의 TS를 낮추어 소화액 탈수의 효율을 높이며, 이로 인해 혐기성 바이오가스화 시설의 안정성과 성능을 증대시키도록 하는 이물질 제거장치와 스컴제거 교반기를 구비한 혐기성 소화시스템ㅇㄹ 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 경사형 고액분리 컨베이어로 이물질과 소화액의 과공급시 바이패스시켜 안정적으로 동작되도록 하는 이물질 제거장치와 스컴제거 교반기를 구비한 혐기성 소화시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
소화액의 교반 상승을 위한 교반기가 수직으로 중앙에 설치되는 혐기성 소화조와; 상기 혐기성 소화조의 하부에서 수집된 이물질과 소화액을 인발시켜 이물질을 제거하여 순환시키는 이물질 제거장치를 포함하며, 상기 이물질 제거장치는 상기 혐기성 소화조의 하부에서 수집된 이물질과 소화액을 인발시키는 인발 펌프와; 경사 형태로 설치되어 높이가 낮은 쪽으로 이물질과 소화액을 상기 인발 펌프로부터 공급받아 높이가 높은 쪽으로 이동시키면서 이물질과 소화액을 각각 분리시켜 배출하는 고액분리 컨베이어와; 상기 고액분리 컨베이어로부터 배출되는 침전물을 탈수시켜 배출하는 탈수기와; 상기 고액분리 컨베이어 및 탈수기로부터 배출되는 소화액을 수집하는 소화액 순환 탱크; 및 상기 소화액 순환 탱크에 저장된 소화액을 상기 혐기성 소화조로 순환시키는 순환 펌프로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 혐기성 소화조는 소화액의 상승을 위해 측벽에 배플이 형성되며, 수면에 형성되는 스컴을 제거하기 위한 스컴 제거기가 더 설치된다.
여기에서 또한, 상기 고액분리 컨베이어는 원통형으로 형성되고, 경사를 가지도록 설치되어 하단 상면에 투입구가 설치되고, 하단 저면에 소화액을 배출하는 제 1배출구가 형성되고, 상단 저면에 이물질을 배출하는 제 2배출구가 형성되는 본체와; 상기 본체 내에서 축회전되면서 이물질을 이송시키는 스크류를 포함한다.
여기에서 또, 상기 고액분리 컨베이어는 상기 본체의 제 1배출구 측에 설치되어 이물질이 상기 제 1배출구로 배출되는 것을 방지하는 필터를 더 포함한다.
여기에서 또, 상기 스크류는 회전 날개가 브러쉬로 구성된다.
여기에서 또, 상기 고액분리 컨베이어는 상기 이물질과 소화액의 과공급시 바이패스시키도록 상기 투입구 전단과 제 1배출구 후단을 상호 연결하되, 상기 투입구 전단이 상기 본체의 최상단보다 낮은 높이로 형성되어 수두차를 가지도록 형성되는 바이패스 배관이 구비된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명인 이물질 제거장치와 스컴제거 교반기를 구비한 혐기성 소화시스템에 따르면, 혐기성 소화조 외부에서 경사형 고액분리 컨베이어를 이용하여 소화액과 이물질, 즉 침전물을 분리하고, 침전물은 탈수기를 통해 탈수시켜 배출하며, 소화액은 소화액 순환탱크에 저장하여 혐기성 소화조로 투입시킴으로써 혐기성 소화조 내부의 이물질을 제거하여 혐기성 소화조의 교반효율을 증대시키고, 혐기성 소화조의 준설주기를 늘림으로써 혐기성소화조를 안정적으로 운전하며, 소화액의 TS를 낮추어 소화액 탈수의 효율을 높이며, 이로 인해 혐기성 바이오가스화 시설의 안정성과 성능을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 경사형 고액분리 컨베이어로 이물질과 소화액의 과공급시 바이패스시켜 안정적으로 운영할 수 있다.
도 1은 종래의 유기성 폐기물 처리를 위한 원통형 혐기성 소화장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 이물질 제거장치와 스컴제거 교반기를 구비한 혐기성 소화시스템의 구성을 나타낸 계통도이다.
도 3은 본 발명에 따른 이물질 제거장치와 스컴제거 교반기를 구비한 혐기성 소화시스템중 고액분리 컨베이어의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 이물질 제거장치와 스컴제거 교반기를 구비한 혐기성 소화시스템의 구성을 나타낸 계통도이다.
도 3은 본 발명에 따른 이물질 제거장치와 스컴제거 교반기를 구비한 혐기성 소화시스템중 고액분리 컨베이어의 구성을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 이물질 제거장치와 스컴제거 교반기를 구비한 혐기성 소화시스템의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 이물질 제거장치와 스컴제거 교반기를 구비한 혐기성 소화시스템의 구성을 나타낸 계통도이고, 도 3은 본 발명에 따른 이물질 제거장치와 스컴제거 교반기를 구비한 혐기성 소화시스템중 고액분리 컨베이어의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 이물질 제거장치와 스컴제거 교반기를 구비한 혐기성 소화시스템(1)은 혐기성 소화조(100)와, 이물질 제거장치(200)로 구성된다.
먼저, 혐기성 소화조(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 원통형으로 구성되고, 중앙부에 수직으로 소화액의 교반 상승을 위한 교반기(110)가 설치되며, 수면에 형성되는 스컴을 제거하기 위한 스컴 제거기(120)와, 소화액의 상승을 위해 측벽에 배플(130)이 형성된다. 이때, 혐기성 소화조(110)는 바닥면에 경사판(140)이 설치되는 형태이다.
그리고, 이물질 제거장치(200)는 인발 펌프(210)와, 고액분리 컨베이어(220)와, 탈수기(230)와, 소화액 순환 탱크(240) 및 순환 펌프(250)로 구성된다.
그리고, 인발 펌프(210)는 혐기성 소화조(110)의 하부에서 수집된 이물질과 소화액을 인발시킨다. 이때, 인발 펌프(210)는 병렬로 2개가 설치되어 1개의 고장시 나머지 1개가 동작되는 구성이다.
또한, 고액분리 컨베이어(220)는 본체(221)와, 스크류(223)와, 스크린(225) 및 바이패스 배관(227)으로 구성된다.
본체(221)는 원통형으로 경사 형태로 설치되어 높이가 낮은 쪽으로 이물질과 소화액을 인발 펌프(210)로부터 공급받아 높이가 높은 쪽으로 이동시키면서 이물질과 소화액을 각각 분리시켜 배출하도록 하단 상면에 투입구(221a)가 설치되고, 하단 저면에 소화액을 배출하는 제 1배출구(221b)가 형성되고, 상단 저면에 이물질을 배출하는 제 2배출구(221c)가 형성된다.
스크류(223)는 본체(221) 내에서 모터에 의해 축회전되면서 이물질을 상부로 이송시켜 제 2배출구(221c)를 통해 배출한다. 이때, 스크류(223)는 회전 날개가 브러쉬로 구성된다. 이때, 브러쉬는 교체 가능하도록 설치된다.
스크린(225)은 본체(221)의 이물질이 제 1배출구(221b)로 배출되는 것을 방지하고, 소화액만을 배출하도록 제 1배출구(221b) 측에 설치된다.
바이패스 배관(227)은 이물질과 소화액의 과공급시 소화액 순환 탱크(240)로 바이패스시키도록 투입구 전단과 제 1배출구(221b) 후단을 상호 연결하되, 투입구 전단이 본체(221)의 최상단보다 낮은 높이로 형성되어 수두차(Δ)를 가지도록 형성된다.
이어서, 탈수기(230)는 스크류 타입으로서 고액분리 컨베이어(220)로부터 배출되는 침전물을 탈수시켜 배출하고, 탈수액인 소화액은 소화액 순환 탱크(240)로 배출한다.
계속해서, 소화액 순환 탱크(240)는 고액분리 컨베이어(220) 및 탈수기(230)로부터 배출되는 소화액을 수집한다. 이때, 소화액 순환 탱크(240)는 내부에 소화액을 교반시키도록 탱크용 교반기(241)가 구비된다.
한편, 순환 펌프(250)는 소화액 순환 탱크(240)에 저장된 소화액을 혐기성 소화조(100)로 순환시킨다. 이때, 순환 펌프(250)는 병렬로 2개가 설치되어 1개의 고장시 나머지 1개가 동작되는 구성이다.
이하, 본 발명에 따른 이물질 제거장치와 스컴제거 교반기를 구비한 혐기성 소화시스템의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
인발 펌프(210)가 동작되면 혐기성 소화조(100)의 바닥면에 경사판(140)에 의해 수집된 이물질이 소화액과 함께 고액분리 컨베이어(220)로 배출된다.
이물질과 소화액이 본체(221)의 투입구(221a)로 투입되면 이물질은 스크류(223)에 의해 상단으로 이송되고, 이물질이 제거되어 하단에서 수집되는 소화액은 스크린(225)을 통해 제 1배출구(221b)로 배출된다.
스크류(223)에 의해 이송된 이물질은 제 2배출구(221c)를 통해 탈수기(230)로 배출되고, 탈수기(230)에서 탈수되어 탈수액인 소화액은 소화액 순환 탱크(240)로 배출되고, 탈수된 이물질은 외부로 배출된다.
이때, 이물질과 소화액이 본체(221)의 투입구(221a)로 과투입되어 수위가 제 2배출구(221c)와 동일해지면, 바이패스 배관(227)을 통해 이물질과 소화액 일부가 소화액 순환 탱크(240)로 곧바로 배출된다.
본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
100 : 혐기성 소화조 200 : 이물질 제거장치
210 : 인발 펌프 220 : 고액분리 컨베이어
221 : 본체 223 : 스크류
225 : 스크린 227 : 바이패스 배관
230 : 탈수기 240 : 소화액 순환 탱크
250 : 순환 펌프
210 : 인발 펌프 220 : 고액분리 컨베이어
221 : 본체 223 : 스크류
225 : 스크린 227 : 바이패스 배관
230 : 탈수기 240 : 소화액 순환 탱크
250 : 순환 펌프
Claims (6)
- 소화액의 교반 상승을 위한 교반기가 수직으로 중앙에 설치되고, 소화액의 상승을 위해 측벽에 배플이 형성되며, 수면에 형성되는 스컴을 제거하기 위한 스컴 제거기가 설치되고, 바닥면에 경사판이 설치되는 혐기성 소화조와;
상기 혐기성 소화조의 하부에서 수집된 이물질과 소화액을 인발시켜 이물질을 제거하여 순환시키는 이물질 제거장치를 포함하며,
상기 이물질 제거장치는,
상기 혐기성 소화조의 하부에서 수집된 이물질과 소화액을 인발시키고, 병렬로 2개가 설치되는 인발 펌프와;
경사 형태로 설치되어 높이가 낮은 쪽으로 이물질과 소화액을 상기 인발 펌프로부터 공급받아 높이가 높은 쪽으로 이동시키면서 이물질과 소화액을 각각 분리시켜 배출하는 고액분리 컨베이어와;
상기 고액분리 컨베이어로부터 배출되는 침전물을 탈수시켜 배출하는 탈수기와;
상기 고액분리 컨베이어 및 탈수기로부터 배출되는 소화액을 수집하고, 내부에 소화액을 교반시키도록 탱크용 교반기가 구비되는 소화액 순환 탱크; 및
상기 소화액 순환 탱크에 저장된 소화액을 상기 혐기성 소화조로 순환시키는 순환 펌프로 이루어지며,
상기 고액분리 컨베이어는,
원통형으로 형성되고, 경사를 가지도록 설치되어 하단 상면에 투입구가 설치되고, 하단 저면에 소화액을 배출하는 제 1배출구가 형성되고, 상단 저면에 이물질을 배출하는 제 2배출구가 형성되는 본체와;
상기 본체 내에서 축회전되면서 이물질을 이송시키고, 회전 날개가 브러쉬로 구성되는 스크류와;
상기 본체의 제 1배출구 측에 설치되어 이물질이 상기 제 1배출구로 배출되는 것을 방지하는 스크린; 및
상기 이물질과 소화액의 과공급시 바이패스시키도록 상기 투입구 전단과 제 1배출구 후단을 상호 연결하되, 상기 투입구 전단이 상기 본체의 최상단보다 낮은 높이로 형성되어 수두차를 가지도록 형성되는 바이패스 배관이 구비되는 것을 특징으로 하는 이물질 제거장치와 스컴제거 교반기를 구비한 혐기성 소화시스템. - 삭제
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2023
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