KR20040026552A

KR20040026552A - 유기성 폐기물의 혐기성 소화시 생산되는 바이오가스의탈황, 세척방법 및 장치

Info

Publication number: KR20040026552A
Application number: KR1020020058086A
Authority: KR
Inventors: 심범석
Original assignee: 주식회사 풍전
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2002-09-25
Publication date: 2004-03-31

Abstract

본 발명은 유기성 폐기물의 혐기성 소화시 생산되는 바이오가스의 탈황, 세척방법 및 장치에 관한 것으로, 바이오리엑터(2) 상부에 투명판(7)이 부착되고 공기발생기(4)와 연결된 공기주입구(5)및 가스배출구(8)를 갖는 가스돔(6)을 설치하여 바이오리엑터(2) 내부에서 발효된 유기성 폐기물로부터 발생된 바이오가스를 호기성 황산화균(Beggiatoa, Thiothrix)이 분포된 가스돔(6)을 통과시키면서 산소를 주입하여 황화수소로부터 탈황시킴과 아울러, 바이오리엑터(2)내부로 자연광을 조사하여 바이오리엑터(2)내부의 발효물속에 포함되어 있는 혐·호기성 광합성세균(Chromaticeae, chlorobiaceae)들에 의해 황화수소(H₂S)를 S(황)으로 산황하여 CO₂(이산화탄소)를 환원시키고, 상기 가스돔(6)으로부터 배출되는 탈황된 바이오가스를 세척조(10)내의 물(H₂O)로 통과시켜 황산화물을 침전시키고, 열병합발전기등에 사용되는 수소(H₂)를 발생시킴으로써, 배출되는 바이오가스의 황화수소(H₂S) 함유량은 약 5ppm이 되도록 하여 경제적인 탈황이 가능하도록 한 것이다.

Description

유기성 폐기물의 혐기성 소화시 생산되는 바이오가스의 탈황, 세척방법 및 장치{Biogas treatment method}

본 발명은 유기성 폐기물의 혐기성 소화시 생산되는 바이오가스의 탈황, 세척방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 음식물 쓰레기, 축분 하수슬러지등의 유기성 폐기물을 혐기성 소화하여 바이오가스(메탄가스)로 생산시 바이오가스에 함유되어 있는 H₂S(황화수소)를 경제적으로 탈황 및 세척하여 바이오가스의 순도를 높일 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.

유기성 폐기물(음식물 쓰레기, 축분, 하수슬러지)은 필연적으로 발생되는 폐기물로써, 인구증가와 생활의 고급화와 함께 최근 그 발생량이 증가추세이며, 이러한 유기성 폐기물을 처리하기 위한 방법으로써는 소각, 매립, 퇴비화, 사료화등의 방법이 있었다.

그러나, 상기한 방법중에서 소각의 경우에는 처리에 막대한 연료비용이 소요되는 문제점이 있으며 또한 소각잔재물 예를들면, 분진이나 다이옥신등이 발생되어 2차적인 환경오염을 야기시키고 있으며, 상기 다이옥신등이 인체에 유입될 경우 악영향을 미치는 문제점이 있었다. 또한, 매립의 경우에는 쓰레기로부터 발생되는 침출수에 의하여 주변 토양 및 하천을 오염시키게 되는 문제점이 발생되고, 퇴비화 및 사료화의 방법은 발생되는 음식물 쓰레기의 경우 대부분 열처리(끓인후 건조시킴)하여 사용하고 있으나 이는 생활 쓰레기의 고형물질만 이용하는 것으로 자원재활용도가 낮으며 퇴비로 만들 경우 심한 악취가 발생되는 문제점이 있었을 뿐 아니라 광우병과 같은 동물들의 전염병을 유발시키게 되는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 유기성 폐기물의 처리방법 외에 유기성 폐기물을 혐기성 소화시켜 바이오가스를 생산하는 방법이 있으며, 이는 생산된 바이오가스를 이용하여 전기, 열에너지로 전환하여 사용할 수 있으며 부산물로써 비료를 사용할 수 있기 때문에 매우 활용도가 높은 방법이다.

그러나, 유기성 폐기물에서 생산되는 바이오가스는 황화수소(H₂S)가 약 3000ppm이상 함유되어 있어 메탄의 순도를 떨어뜨려 배관을 부식시키는 원인이 될 뿐 아니라 전기 및 열에너지 이용시 열병합발전기 엔진소손의 원인이 되었으며, 상기 황화수소(H₂S)는 유황계 악취물질이며 자극성이 강한 가스로써 하수처리장, 분뇨처리장등 많은 사업장에서 발생되는 대표적 공해 물질이다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 음식물 쓰레기, 축분, 하수슬러지등의 유기성 폐기물을 혐기성 소화하여 바이오가스(메탄가스)로 생산시 바이오가스에 함유되어 있는 H₂S(황화수소)를 공기와 물 및 황산화세균을 이용하여 경제적으로 탈황 및 세척하여 바이오가스의 순도를 높일 수 있는 방법 및 장치

도 1은 본 발명에 따른 유기성 폐기물의 혐기성 소화시 생산되는 바이오가스의 탈황, 세척장치를 나타내는 공정도

도 2는 도 1에서 압력조절장치를 나타내는 도면

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 투입구 2 : 바이오리엑터

3 : 배출구 4 : 공기발생기

5 : 공기주입구 6 : 가스돔

7 : 아크릴판 8 : 가스배출구

9 : 압력조절장치 10 : 세척조

10a : 가스유입구 10b : 가스배출구

11 : 드레인밸브 12 : 바이오가스저장탱크

13 : 열병합발전기

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예를 하기에서 첨부한 도면을 참조하여 살펴본다.

도 1은 본 발명에 따른 유기성 폐기물의 혐기성 소화시 생산되는 바이오가스의 탈황, 세척장치를 나타내는 공정도이고, 도 2는 도 1에서 압력조절장치를 나타내는 도면이다.

본 발명에 따른 유기성 폐기물의 혐기성 소화시 생산되는 바이오가스의 탈황, 세척방법은 바이오리엑터 내부에서 발효된 유기성 폐기물로부터 발생된 바이오가스를 호기성 황산화균(Beggiatoa, Thiothrix)이 분포된 가스돔을 통과시키면서 산소를 주입하여 황화수소로부터 탈황시킴과 아울러, 가스돔내부로 자연광을 조사하여 바이오리엑터내부의 발효물속에 포함되어 있는 혐·호기성 광합성세균(Chromaticeae, chlorobiaceae)들에 의해 황화수소(H₂S)를 S(황)으로 산황하여 CO₂(이산화탄소)를 환원시키는 탈황공정과, 상기 탈황공정을 거쳐 탈황된 바이오가스를 물(H₂O)을 통과시켜 황산화물을 침전시키는 세척공정으로 구성되며, 이와 같은 탈황공정과 세척공정을 거친 바이오가스의 황화수소(H₂S) 함유량은 약 5ppm이다.

그리고, 본 발명에 따른 유기성 폐기물의 혐기성 소화시 생산되는 바이오가스의 탈황, 세척장치는 도 1및 도 2에 나타내는 바와 같이 유기성 폐기물을 발효시키는 바이오리엑터(2)상부에 가스가 통과할 수 있도록 설치되며 상부가 투명판(예를들면 아크릴판등 ; 7)으로 커버되고 공기주입구(5)와 가스배출구(8)가 형성된 가스돔(6)과, 상기 공기주입구(5)에 연결된 공기발생기(4)와, 상기 가스돔(6)의 가스배출구(8)와 연결되며 가스배출구(8)로부터 배출되는 가스가 유입되는 가스유입구(10a)는 물속에 위치되고 가스 저장탱크(12)에 연결되는가스배출구(10b)는 물상부에 설치되며 하단에 드레인밸브(11)가 설치된 세척조(10)로 구성된다.

한편, 상기한 구성에서 바이오리엑터(2)의 구성은 해당업자에게는 자명한 것으로, 일측에 유기성 폐기물 투입구(1)가 형성되고 내부에는 교반날개(미도시)가 설치되며 투입구(1)반대측 상부에는 슬러지가 배출되는 배출구(3)가 형성된다.

그리고, 상기 가스돔(6)과 세척조(10)사이에는 압력조절을 위한 압력조절장치(9)가 더 구비되며, 이러한 구성은 해당업자에게는 자명한 구성으로 그 구조가 본원의 요지를 한정하지는 않는다.

그리고, 상기한 바와 같이 가스저장탱크(12)에 저장된 가스는 열병합발전기(13)를 거치면서 전기 및 열에너지로 변환된다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 실시예를 하기에서 방법과 장치를 동시에 적용하여 탈황공정과 세척공정으로 나누어 살펴본다.

1)탈황공정

유기성 폐기물은 투입구(1)로 투입되어 바이오리엑터(2)에서 내부의 교반날개에 의해 교반되어 약 20일간 38℃~40℃의 중온에서 발효된다.

발효가 끝난 슬러지는 자연압에 의해 슬러지 배출구(3)로 배출되며 바이오리엑터(2)에서 생산되는 바이오가스가 가스돔(6)을 통과할 때 공기발생기(4)에서 생산된 공기는 공기주입구(5)를 통하여 가스돔(6)에 주입되어 가스돔(6)에 분포되어 있는 호기성 황산화균(Beggiatoa, Thiothrix)에 의해 화학적으로 산화하며 그 화학식은 아래의 화학식 1과 같다.

H₂S+O₂-> S⁰+H₂O

그리고, 가스돔(6)상부에 형성된 아크릴판(7)을 통해서 들어온 자연광은 바이오리엑터(2)내부의 발효물속에 포함되어 있는 혐·호기성 광합성세균(Chromaticeae, chlorobiaceae)들에 의해 H₂S를 S(황)으로 산화하여 CO₂(이산화탄소)를 환원시키며 그 원리를 화학식 2및 화학식 3에 나타낸다.

CO₂+H₂S -> CH₂O₂+S

H₂S+2O₂-> SO₄ ^2-+2H⁺

바이오리엑터(2)와 가스돔(6)의 혐·호기성 경계면에서는 황환원세균(Desulforibro, Desulfotomaculum)에 의해서 H₂S가 생성되며 상기의 화학식 1,2,3의 반응이 복합적으로 이루어지며 H₂S는 점차 탈황된다.

2) 세척공정

가스돔(6)에서 탈황된 바이오가스는 가스배출구(8)를 통하여 배출되며, 이와같이 배출된 바이오가스는 과부하시 가스의 압력이 자동조절되는 압력조절장치(9)를 거쳐 세척조(10)에서 세척되는데, 바이오가스는 세척조(10)의 물(H₂O)을 통과하면서 아래의 화학식 4와 같이 반응하여 황산화물로 세척조(10)내부에 침전되거나, 일부는 수소(H₂)의 상태로서 가스배출구(10b)로 배출되는데, 가스배출구(10b)로 배출된 바이오가스는 저장탱크(12)에 저장되어 열병합발전기(13)를 거쳐 전기 및 열에너지로 변환되고, 세척조(10)내부에 침전되는 황산화물은 그 양이 많아지면 드레인밸브(11)를 통하여 외부로 배출된다.

SO₂+H₂O->H₂SO₃

SO₄ ^2-+2H+H₂O->H₂SO₄+H₂O

그리고, 상기한 바와 같이 세척이 끝난 바이오가스의 황화수소(H₂S) 함유량은 약 5ppm이다.

따라서, 본 발명의 유기성폐기물의 혐기성 소화시 생산되는 바이오가스의 경제적인 탈황, 세척 방법 및 장치는 유기성폐기물에서 생산되는 바이오가스에 함유되어 있는 황화수소(H₂S)를 5ppm이하로 낮출 수 있으며 기존의 탈황방법인 활성탄처리방법, 바이오필터에 의한 처리방법에 비해서 제작 및 유지관리비를 절감하는 효과가 있으며 유기성폐기물에서 생산된 바이오가스의 전기, 열에너지 이용시 순도높은 바이오가스를 생산함으로써 에너지절감에 탁월한 효과를 발휘한다.

Claims

유기성 폐기물의 혐기성 소화시 생산되는 바이오가스의 탈황, 세척방법에 있어서,

바이오리엑터 내부에서 발효된 유기성 폐기물로부터 발생된 바이오가스를 호기성 황산화균(Beggiatoa, Thiothrix)이 분포된 가스돔을 통과시키면서 산소를 주입하여 황화수소로부터 탈황시킴과 아울러, 바이오리엑터내부로 자연광을 조사하여 바이오리엑터내부의 발효물속에 포함되어 있는 혐·호기성 광합성세균(Chromaticeae, chlorobiaceae)들에 의해 황화수소(H₂S)를 S(황)으로 산화하여 CO₂(이산화탄소)를 환원시키는 탈황공정과, 상기 탈황공정을 거쳐 탈황된 바이오가스를 물(H₂O)에 통과시켜 황산화물을 침전시키는 세척공정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 혐기성 소화시 생산되는 바이오가스의 탈황, 세척방법.
유기성 폐기물을 발효시키는 바이오리엑터(2)상부에 가스가 통과할 수 있도록 설치되며 상부가 투명판(7)으로 커버되고 공기주입구(5)와 가스배출구(8)가 형성된 가스돔(6)과,

상기 공기주입구(5)에 연결된 공기발생기(4)와,

상기 가스돔(6)의 가스배출구(8)와 연결되며 가스배출구(8)로부터 배출되는가스가 유입되는 가스유입구(10a)는 물속에 위치되고 가스 저장탱크(12)에 연결되는 가스배출구(10b)는 물상부에 설치되며 하단에 드레인밸브(11)가 설치된 세척조(10)로 구성되는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 혐기성 소화시 생산되는 바이오가스의 탈황, 세척장치.