KR20070119462A - 메탄 발효 시스템 - Google Patents

Abstract

메탄 발효조에서의 바이오가스 회수율을 향상한다.

유기물을 가용화조(可溶化槽)(3)에서 가용화하고, 가용화 유기물을 고액(固液)분리장치(4)에서 고액분리하고, 유기물 분리액을 메탄 발효조(5)에서 메탄 발효하여 바이오가스를 얻고, 메탄 발효조(5)의 소화(消化)오니(汚泥)를 배수처리장치(12)에 도입하는 한편, 소화오니의 일부를, 가용화조(3)에서의 pH 저하를 완충하며 또한 가용화에 필요한 균(菌)을 첨가할 라인(L4)을 통하여 가용화조(3)에 공급한다. 배수처리장치(12)에서는, 메탄 발효조(5)의 소화오니를 도입하여 활성오니처리 및 응집분리처리 중의 적어도 한쪽의 처리를 행하고, 활성오니처리에 의한 잉여오니(호기성 오니) 및 응집분리처리에 의한 응집오니(산성 쪽 오니) 중의 적어도 한쪽을 라인(L5)을 통하여 가용화조(3)에 공급한다. 이 오니공급에 의해, 메탄 발효조(5)로부터의 소화오니의 일부에 의한 가용화조(3)에서의 바이오가스의 발생을 억제하고, 메탄 발효조(5)에서의 바이오가스 회수율을 향상한다.

메탄, 발효조, 바이오가스, 가용화조, 소화오니, 활성오니, 응집오니

Description

메탄 발효 시스템{Methane fermentation system}

도 1은, 본 발명의 실시형태에 관련된 메탄 발효 시스템을 나타낸 블럭구성도이다.

도 2는, 도 1 중의 가용화조 및 고액분리장치를 나타낸 측면구성도이다.

도 3은, 도 1 중의 고액분리장치로서의 스크루 프레스를 나타낸 측면구성도이다.

도 4는, 도 1 중의 메탄 발효조를 상부 이물배출장치와 함께 나타낸 측면구성도이다.

도 5는, 도 4의 평면구성도이다.

도 6은, 도 1 중의 메탄 발효조를 다른 상부 이물배출장치와 함께 나타낸 측면구성도이다.

도 7은, 도 6의 평면구성도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 메탄 발효 시스템

3 : 가용화조(可溶化槽)

3e : 가용화조의 배출구

4 : 고액(固液)분리장치(스크루 프레스)

5 : 메탄 발효조(槽)

9 : 오니농축장치(침강분리조)

10 : 탈수기

12 : 배수처리장치

L2 : 농축오니 공급라인

L4 : 공급라인

L5 : 오니공급라인

본 발명은, 메탄 발효 시스템에 관한 것이다.

종래, 가연(可燃) 쓰레기를 파쇄장치로 파쇄하고, 이 파쇄장치에서 파쇄된 가연 쓰레기를 선별장치에서 음식물쓰레기와 이물(異物)로 선별(選別)하고, 이 선별장치에서 선별된 음식물쓰레기를 가용화조(可溶化槽)에서 가용화하여, 이 가용화조에서 가용화된 음식물쓰레기를 고액분리장치에서 고액분리하고, 이 고액분리장치에서 고액분리된 음식물쓰레기를 메탄 발효조에서 메탄 발효 처리에 제공하여, 메탄과 이산화탄소를 주성분으로 하는 바이오가스를 얻는 한편, 메탄 발효조의 소화(消化)오니(汚泥)를 탈수기로 탈수해서 탈수소화오니와 탈수분리액으로 분리하고, 이 탈수기에서 분리된 탈수분리액을 배수처리설비에서 소정의 수질이 되도록 처리해서 계외(系外)로 배출하고, 또한, 메탄 발효조의 소화오니의 일부를 가용화조에 공급하여, 가용화조에서의 pH 저하를 완충함과 함께 가용화에 필요한 균(菌)을 첨가하도록 한 메탄 발효 시스템이 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1참조).

[특허문헌 1] 일본국 특허공개 2005-329396호 공보

여기서, 상기 메탄 발효 시스템에 있어서는, 상술한 바와 같이, 메탄 발효조의 소화오니의 일부를 가용화조에 공급하고 있다. 이로 인하여, 가용화조에 공급된 소화오니가 음식물쓰레기와 접촉해서 바이오가스가 발생하고, 이 가용화조에서 발생한 바이오가스는 탈취장치에서 탈취되어서 계외(系外)로 방출되므로, 메탄 발효조에서의 바이오가스의 회수율이 저하되어 버린다고 하는 문제가 있다.

본 발명은, 이와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 메탄 발효조에서의 바이오가스의 회수율이 향상된 메탄 발효 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 의한 메탄 발효 시스템은, 유기물을 가용화(可溶化)하는 가용화조(槽)와, 이 가용화조에서 가용화된 가용화 유기물을 고액(固液)분리하는 고액분리장치와, 이 고액분리장치에서 고액분리된 유기물 분리액을 메탄 발효하는 메탄 발효조와, 메탄 발효조로부터의 소화오니를 도입하여 활성오니처리 또는 응집분리처리 또는 이들을 조합한 처리 중의 어느 하나의 처리를 행하는 배수처리장치와, 메탄 발효조로부터의 소화오니의 일부를 가용화조에 공급하기 위한 공급라인과, 배수처리장치의 처리로 생긴 오니를 가용화조에 공급하기 위한 오니공급라인을 구비 한 것을 특징으로 하고 있다.

이와 같은 메탄 발효 시스템에 의하면, 유기물은, 후단(後段)의 메탄 발효를 신속하게 행하기 위한 가용화조에서 가용화되고, 이 가용화조에서 가용화된 가용화 유기물은, 고액분리장치에서 고액분리되고, 이 고액분리장치에서 고액분리된 유기물 분리액은, 메탄 발효조에서 메탄 발효되어서 바이오가스가 얻어진다. 이 메탄 발효조의 소화오니는 배수처리장치에 공급되는 한편, 소화오니의 일부는, 가용화조에서의 pH 저하를 완충함과 함께 가용화에 필요한 균을 첨가하기 위한 공급라인을 통하여 가용화조에 공급된다. 배수처리장치에서는, 메탄 발효조의 소화오니가 도입되어 활성오니처리 또는 응집분리처리 또는 이들을 조합한 처리 중의 어느 하나의 처리가 행하여진다. 이 배수처리장치에 있어서는, 활성오니처리의 경우에는 잉여오니가 생기고, 응집분리처리의 경우에는 응집오니가 생기고, 활성오니처리와 응집분리처리를 조합한 처리의 경우에는 잉여오니 및 응집오니가 생긴다. 이 활성오니처리에 의한 잉여오니는 호기성(好氣性) 오니이고, 응집오니처리에 의한 응집오니는 응집제로서 폴리철(鐵), 황산밴드, 염화철 등을 가하기 때문에 산성 쪽에 치우치는 오니이며, 이 잉여오니 또는 응집오니 또는 양쪽 오니가, 오니공급라인을 통하여 가용화조에 공급된다. 이와 같이 가용화조에는, 호기성 오니나 산성 쪽 오니가 공급되기 때문에, 메탄 발효조로부터 공급되는 소화오니의 일부에 의한 가용화조에서의 바이오가스의 발생이 억제되어, 메탄 발효조에서의 바이오가스의 회수율이 향상된다. 또한, 이와 같이 배수처리장치로부터 가용화조에 오니(잉여오니 또는 응집오니 또는 양쪽 오니)가 공급되는 결과, 메탄 발효조로부터 가용화조에 공급하는 소 화오니의 양이, 음식물쓰레기의 2∼3배로 저감되어(일본국 특허공개 2005-329396호 공보 기재의 기술에서는 4∼7배), 메탄 발효조로부터 공급되는 소화오니의 일부에 의한 가용화조에서의 바이오가스의 발생이 한층 억제되어, 메탄 발효조에서의 바이오가스의 회수율이 한층 향상된다. 또한 배수처리장치에서, 예컨대 철을 응집제로 하여 응집분리처리를 행하는 경우에는, 철을 포함하는 응집오니가 가용화조에 공급되고, 메탄 발효조에서는 철에 의해 황화수소가 황화철에 고정되어 바이오가스 중에 포함되는 황화수소가 저감되므로, 메탄 발효조의 후단(後段)에, 메탄 발효조에서 생긴 바이오가스를 탈황(脫黃)하는 탈황장치를 마련하는 경우에는, 탈황장치의 부하가 저감되어, 그 탈황장치를 소형화하는 것이 가능하게 된다.

여기서, 메탄 발효조로부터의 소화오니를 농축오니와 농축분리액으로 분리하는 오니농축장치와, 오니농축장치의 농축오니를 메탄 발효조에 공급하기 위한 농축오니 공급라인을 구비하고, 배수처리장치는, 메탄 발효조로부터의 소화오니를 대신하여, 오니농축장치의 농축분리액을 도입하여 상기 어느 하나의 처리를 행하고, 공급라인은, 메탄 발효조로부터의 소화오니의 일부를 대신하여, 오니농축장치의 농축분리액의 일부를 가용화조에 공급하는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성을 채용한 경우, 메탄 발효조로부터의 소화오니는, 오니농축장치에서 농축오니와 농축분리액으로 분리되고, 이 오니농축장치에서 분리된 농축오니가, 농축오니 공급라인을 통하여 메탄 발효조에 공급되므로, 메탄 발효조 내의 오니농도가 높게 유지되어, 메탄 발효조에서의 바이오가스의 회수율이 한층 향상된다. 또한, 메탄 발효조로부터의 소화오니의 일부를 대신하여, 상기 농축분리액의 일부가 공급라인을 통하여 가용화조에 공급되므로, 이 농축분리액은 메탄 발효조로부터의 소화오니와 비교하면 농도가 낮고, 따라서, 가용화조에서의 바이오가스의 발생이 한층 억제되어, 메탄 발효조에서의 바이오가스의 회수율이 한층 향상된다. 다만, 농축오니를 메탄 발효조에 공급하지 않으면, 메탄 발효조 내의 오니농도가 저하되어 버리게 된다. 또한, 오니농축장치를 마련하지 않고 메탄 발효조 내의 오니농도를 유지하기 위해, 메탄 발효조로부터의 소화오니를 탈수기에서 탈수하여 그 탈수기에서 분리된 탈수소화오니를 메탄 발효조에 공급하는 것을 생각할 수 있지만, 탈수 보조제의 사용량이 증가하는 것과, 탈수 보조제가 오니에 축적되어 메탄 발효를 저해하기 때문에, 바람직하지 못하다.

또한, 오니농축장치의 농축분리액을 도입해서 탈수하여 탈수소화오니와 탈수분리액으로 분리하는 탈수기를 구비하고, 배수처리장치는, 오니농축장치의 농축분리액를 대신하여, 탈수기로부터의 탈수분리액을 도입하여 상기 어느 하나의 처리를 행하는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성을 채용한 경우, 오니농축장치의 농축분리액이 탈수기에 도입되어 탈수되지만, 이 농축분리액은 탈수 전에 오니농축장치에서 농축되어 있으므로, 탈수할 때에 필요하게 되는 탈수 보조제의 사용량이 저감되어, 러닝 코스트의 저감을 도모할 수 있다.

여기서, 대상을 유기물인 예컨대 음식물쓰레기 등으로 하면, 가용화조로부터는 중량물(重量物)이 배출되지 않아 그 중량물을 제거할 필요가 없으므로, 고액분리장치는, 가용화조의 가용화 유기물의 배출구 바로 아래에 배치되어, 가용화조의 배출구로부터의 가용화 유기물을 고액분리하는 구성을 채용할 수 있다. 이에 의하면, 가용화조로부터 고액분리장치에 가용화 유기물을 보내기 위한 펌프가 불필요하게 되어, 저(低)코스트화를 도모할 수 있다.

＜실시예＞

이하, 본 발명에 의한 메탄 발효 시스템의 바람직한 실시형태에 대해서 도 1∼도 7을 참조하면서 설명한다. 다만, 각 도면에 있어서, 동일 또는 상당 요소에는 동일한 부호를 부가하여, 중복되는 설명은 생략한다. 도 1은, 메탄 발효 시스템을 나타낸 블럭구성도, 도 2는, 가용화조 및 고액분리장치를 나타낸 측면구성도, 도 3은, 고액분리장치로서의 스크루 프레스를 나타낸 측면구성도, 도 4 및 도 5는, 메탄 발효조 및 상부 이물배출장치를 나타낸 각 도면, 도 6 및 도 7은, 메탄 발효조 및 다른 상부 이물배출장치를 나타낸 각 도면이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 메탄 발효 시스템(1)은, 대상을 음식물쓰레기로 하는 것으로서, 파쇄장치(2), 가용화조(可溶化槽)(3), 고액(固液)분리장치(4), 메탄 발효조(5), 탈황(脫黃)장치(탈황설비)(6), 가스홀더(7), 발전기(8)를 이 순서대로 접속하고, 메탄 발효조(5)에 대하여 라인(L1)을 통하여 오니농축장치(9)를, 이 오니농축장치(9)에 대하여 라인(L3)을 통하여 탈수기(10)를 각각 접속하고, 또한, 이 탈수기(10)에 대하여 배수처리장치(배수처리설비)(12)를 접속함과 함께, 이 탈수기(10) 및 고액분리장치에 대하여 발효 건조기(11)를 접속하여 구비하고 있다.

또한, 이 메탄 발효 시스템(1)은, 오니농축장치(9)와 메탄 발효조(5)를 접속 하는 농축오니 공급라인(L2)과, 라인(L3)과 가용화조(3)를 접속하는 공급라인(L4)과, 배수처리장치(12)와 가용화조(3)를 접속하는 오니공급라인(L5)을 구비하여 이루어진다.

파쇄장치(2)는, 시설에 반입된 음식물쓰레기를 파쇄하는 것이다. 이 파쇄장치(2)로서는, 세로형 또는 가로형의 절단기, 세로형 또는 가로형의 스윙해머, 세로형 또는 가로형의 링 그라인더, 단축(單軸) 또는 다축(多軸)의 저속회전 파쇄기 등이 채용된다. 다만, 이 파쇄장치(2)의 전단(前段)에, 음식물쓰레기를 수집한 자루를 파대하기 위해서 파대기(破袋機), 제대기(除袋機)를 마련해도 좋다. 파대기로서는, 압축형, 회전형, 열용단(熱溶斷)형이 있으며, 압축형에는, 가압날식, 직립날식이, 회전형에는, 드럼식, 회전날식, 전단(剪斷)식이 각각 있다.

이 파쇄장치(2)의 후단(後段)의 가용화조(3)는, 파쇄장치(2)에서 파쇄된 파쇄 음식물쓰레기를, 후단의 메탄 발효조(5)에서 신속하게 메탄 발효시키기 위해, 가용화하는 것이다. 구체적으로는, 파쇄장치(2)에서 파쇄된 파쇄 음식물쓰레기를 도입하고, 이것에 더해서 음식물쓰레기의 조정제(調整劑)로서, 배수처리장치(12)의 처리로 생긴 오니(잉여오니 또는 응집오니 또는 이들 양쪽 오니; 상세히는 후술)를 오니공급라인(L5)을 통하여 도입함과 함께 오니농축장치(9)에서 분리된 농축분리액(상세히는 후술)의 일부를 공급라인(L4)을 통하여 도입하고, 교반 혼합함으로써, 음식물쓰레기를 가용화한다. 음식물쓰레기의 조정제로서의 기능은, 가용화조(3)에서의 pH 저하를 완충함과 함께 가용화에 필요한 균(菌)의 첨가이다. 이 가용화조(3)에서의 교반에는, 기계교반기에 의한 교반, 펌프에 의한 액(液)교반, 가스 블 로워 또는 가스 콤프레서에 의한 가스 교반 등이 있지만, 기계교반기에 의한 교반이 바람직하다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 기계교반기(3a)는, 가용화조(3)의 대략 중앙에, 복수의 교반기 날개(3b)가 마련된 교반기축(3c)을, 그 교반기 날개(3b)가 액(液) 속에 침지하도록 매달아 설치하고, 이 교반기축(3c)을 세로형의 교반기용 전동기(3d)에 의해 회전시키는 것으로서, 교반기 날개(3b)의 회전에 의해 가용화조(3) 속을 적절하게 교반한다. 그리고, 가용화조(3)의 바닥부에는, 이 가용화조(3)에서 가용화된 가용화 음식물쓰레기(산(酸)발효 음식물쓰레기)를 후단(後段)으로 배출하기 위한 배출구(3e)가 마련되어 있다.

여기서, 농축분리액의 음식물쓰레기에 대한 공급량은, 본 실시형태에서는, 음식물쓰레기 1에 대하여 2∼3 정도로 되어 있다(일본국 특허공개 2005-329396호 공보 기재의 기술에서는, 음식물쓰레기 1에 대하여, 소화오니의 공급량이 4∼7). 이와 같이 음식물쓰레기에 대하여 농축분리액을 비교적 많이 공급함으로써, 후단의 고액분리장치(4)에서 고액분리되어 배출되는 탈수이물(異物)에, 본래 메탄 발효해야 할 유기물이 혼입되는 비율이 저하되어, 메탄 발효조(5)에서의 바이오가스의 발생량이 증가한다. 다만, 농축분리액, 및, 배수처리장치(12)의 처리로 생긴 오니는, 가용화조(3)에 직접 공급해도 좋고, 또한, 가용화조(3)에 음식물쓰레기를 도입하는 라인에 공급하여도 좋다.

이 가용화조(3)에서는, 메탄 발효조(5)에서의 메탄 발효를 용이하게 하도록 온도조정 및 농도조정이 행하여져서, 음식물쓰레기가 산(酸)발효하여, 유기물이 유 산, 초산 등으로 저분자화된다. 이 가용화조(3)에서의 음식물쓰레기의 조정온도는, 30℃∼60℃이다. 여기서, 메탄 발효조(5)에서의 메탄 발효 온도가 38℃ 전후인 중온(中溫)발효에서는 가용화조 내 온도를 38℃∼40℃로, 메탄 발효조(5)에서의 메탄 발효온도가 55℃ 전후인 고온(高溫)발효에서는 가용화조 내 온도를 55℃∼60℃로 각각 설정하지만, 중온발효의 메탄 발효에서도 가용화조 내 온도를 55℃∼60℃로 하는 경우도 있다. 또한, 가용화조(3)에서의 음식물쓰레기의 조정농도는, 메탄 발효조(5)의 방식에 따라 다르지만, 대략 5％ ∼25％이다.

또한, 가용화조(3)에서의 체류시간은, 1∼48시간으로 하는 것이 좋다. 여기서, 산발효는, 체류시간이 길어짐에 따라 진행하지만, 가용화조 내의 pH가 저하됨과 함께 산발효 속도도 저하되므로, 체류시간은 8시간 정도로 하는 것이 특히 바람직하다. 또한, 체류시간을 이것 이상 길게 하면, 가용화조(3)의 용량을 크게 할 필요가 있음과 함께 가열열량이 증가되므로, 경제적으로 바람직하지 못하다.

여기서, 가용화조(3)는, 산소를 차단하여 혐기적인 조건으로 운전하는 경우와, 공기에 접촉한 상태 또는 적극적으로 공기나 산소를 불어 넣어 호기적인 조건으로 운전하는 경우가 있는데, 어느 경우도, 적정한 운전조건이면, 음식물쓰레기의 가용화는 진행된다.

덧붙여서, 이 가용화조(3)에서 생기는 바이오가스를 포함하는 가스는 탈취장치(미도시)에 도입되어 탈취되어 계외(系外)로 방출된다.

도 1로 되돌아가서, 가용화조(3) 후단(後段)의 고액분리장치(4)는, 가용화조(3)에서 가용화된 가용화 음식물쓰레기를, 음식물쓰레기 분리액과 탈수이물로 고 액분리하는 것으로서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 가용화조(3)의 배출구(3e) 바로 아래에 배치되어 있다. 구체적으로는, 고액분리장치(4)는, 가용화 음식물쓰레기의 투입구(4d)가, 가용화조(3)의 배출구(3e) 바로 아래에 위치하도록 배치되어 있다. 이와 같이, 고액분리장치(4)가 가용화조(3)의 배출구(3e) 바로 아래에 배치되어 있는 것은, 대상이 음식물쓰레기이고, 가용화조(3)로부터는 중량물이 배출되지 않아 그 중량물을 제거할 필요가 없기 때문이다.

이 고액분리장치(4)로서는, 스크루 프레스 탈수기, 원심탈수기, 필터 프레스 탈수기, 벨트 프레스 탈수기, 다중 원판 탈수기, 드럼 스크린 등이 채용되는데, 음식물쓰레기에는, 입경(粒徑)이 큰 이물이 혼입되어 있을 경우가 있으므로, 이와 같은 이물의 선별 제거능력이 높은 스크루 프레스 탈수기(이하 단순히 스크루 프레스라고 부른다)를 채용하는 것이 바람직하다.

이 스크루 프레스는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 내부에, 회전하는 스크루 날개(4a)를 구비하고, 이 스크루 날개(4a)를 수용하는 케이싱(4b)에, 안팍을 연결 관통하는 소정 직경의 선별구멍(4c)을 다수 가져서, 투입구(4d)로부터 투입된 가용화 음식물쓰레기를, 전반부에서 중력탈수하고, 후반부에서, 스크루 날개(4a)의 압출(壓出)에 의한 압착력(壓搾力)과 회전에 의한 전단력(剪斷力)으로 탈수하여, 음식물쓰레기 분리액과 탈수이물로 분리하여, 음식물쓰레기 분리액을 음식물쓰레기 분리액 배출구(4e)로부터 배출하는 한편, 탈수이물을, 이송방향의 종단(終端)에 마련되어 있는 탈수이물 배출구(4f)로부터 배출한다.

여기서, 가용화 음식물쓰레기를 음식물쓰레기 분리액과 탈수이물로 효과적으 로 분리하기(음식물쓰레기로부터 이물을 효과적으로 제거하기) 위해서는, 스크루 프레스의 선별구멍(4c)에 의한 선별 입도(粒度)를 5㎜∼20㎜로 하는 것이 바람직하다.

그리고, 도입되는 가용화 음식물쓰레기의 농도가 15％일 경우에는, 스크루 프레스에 의해, 음식물쓰레기 분리액의 농도는 10.7％가 되고, 음식물쓰레기에 포함되는 이물의 80％ 이상이 탈수이물로서 제거된다. 이 탈수이물은, 그 함수율(含水率)이 50％ 정도이다. 다만, 선별구멍(4c)은, 슬릿인 경우도 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 고액분리장치(4) 후단(後段)의 메탄 발효조(5)는, 고액분리장치(4)에서 분리된 음식물쓰레기 분리액을 메탄 발효하여, 메탄과 이산화탄소를 주성분으로 하는 바이오가스를 생성하는 것이다. 구체적으로는, 고액분리장치(4)로부터의 음식물쓰레기 분리액을 도입하고, 이에 더하여, 오니농축장치(9)에서 농축된 농축오니를 농축오니 공급라인(L2)을 통하여 도입하여, 교반 혼합함으로써, 음식물쓰레기 분리액을 메탄 발효한다. 이와 같이 농축오니를 도입하고 있는 것은, 메탄 발효조(5) 내의 오니농도를 높게 유지하기 위함이다. 다만, 농축오니는, 메탄 발효조(5)에 직접 공급하여도 좋고, 또한, 메탄 발효조(5)에 음식물쓰레기 분리액을 도입하는 라인에 공급하도록 하여도 좋다.

이 메탄 발효조(5)에서의 교반에는, 기계교반기에 의한 교반, 펌프에 의한 액(液)교반, 가스 블로워 또는 가스 콤프레서에 의한 가스 교반 등이 있지만, 기계교반기에 의한 교반이 바람직하다.

도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 기계교반기(5a)는, 메탄 발효조(5)의 대 략 중앙에, 복수의 교반기 날개(5b)가 마련된 교반기축(5c)을, 그 교반기 날개(5b)가 액(液) 속에 침지하도록 매달아 설치하고, 이 교반기축(5c)을 세로형의 교반기용 전동기(5d)에 의해 회전시키는 것으로서, 교반기 날개(5b)의 회전에 의해 메탄 발효조(5) 내를 적절하게 교반한다.

이와 같은 메탄 발효조(5)에는, 메탄 발효조(5) 액면(液面)의 이물을 배출하기 위한 상부 이물배출장치(20)가 부설(付設)되어 있다. 이 상부 이물배출장치(20)는, 메탄 발효조(5)의 중앙으로부터 이격한 위치에, 레이크 블레이드(rake blade)(20a)가 마련된 레이크 블레이드축(20b)을, 그 레이크 블레이드(20a)가 액면에 침지하도록 매달아 설치하고, 이 레이크 블레이드축(20b)을 세로형의 상부 이물배출장치용 전동기(20c)에 의해 회전시켜서, 이 레이크 블레이드축(20b)과 함께 회전하는 레이크 블레이드(20a)에 의해 액면의 이물을 레이크 이물배출구획(20d)에 모아서 이물배출구(20e)를 통하여 메탄 발효조(5) 밖으로 배출하는 것이다. 이 액면이물은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 탈수기(10)에 도입되어서 탈수된다.

또한, 이 상부 이물배출장치(20)를 대신하여, 도 6 및 도 7에 나타낸 상부 이물배출장치(21)를 이용해도 좋다. 이 상부 이물배출장치(21)는, 교반기축(5c)에 외부로부터 삽입되는 중공(中空)의 제1 레이크 블레이드축(21b)을 매달아 설치함과 함께, 이 제1 레이크 블레이드축(21b)의 외주면에 수평방향으로 끌어내어 설치하는 제2 레이크 블레이드축(21f)을 마련하고, 이 제2 레이크 블레이드축(21f)의 선단의 하면(下面)에, 레이크 블레이드(21a)가 액면에 침지하도록 설치하고, 제1 레이크 블레이드축(21b)을 가로형의 상부 이물배출장치용 전동기(21c)에 의해 회전시켜서, 이들 제1, 제2 레이크 블레이드축(2lb, 21f)과 함께 회전하는 레이크 블레이드(21a)에 의해 액면의 이물을 레이크 이물배출구획(21d)에 모아서 이물배출구(21e)를 통하여 메탄 발효조(5) 밖으로 배출하는 것이다. 다만, 이 상부 이물배출장치(21)에는, 제2 레이크 블레이드축(21f) 및 레이크 블레이드(21a)가 아래로 쳐지지 않도록, 메탄 발효조(5)의 주위 벽면을 따라서 그 내측으로 돌출하여 제2 레이크 블레이드축(21f)의 선단부 하면을 아래로부터 지지하는 원형 링 형상의 축 서포트(21g)가 마련되어 있다.

이와 같은 메탄 발효조(5)에 있어서는, 메탄 발효 후의 찌꺼기인 소화오니를 적절하게 바닥부로부터 빼내기 위한 밸브(미도시)를 구비하고 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 메탄 발효조(5) 후단의 탈황장치(6)는, 메탄 발효조(5)로 발생한 바이오가스를 탈황하기 위한 것인다.

가스홀더(7)는, 탈황장치(6)에서 탈황된 탈황 바이오가스를 일단 저류하기 위한 것인다.

발전기(8)는, 가스홀더(7)로부터의 탈황 바이오가스를 연료로서 이용하여 발전(發電)하는 것이다.

또한, 메탄 발효조(5)에 라인(L1)을 통하여 접속되는 오니농축장치(9)는, 메탄 발효조(5)로부터의 소화오니를 농축하는 것으로서, 여기서는, 침강분리조가 이용되어, 바닥부에 침강하는 농축오니와 상징액(上澄液)으로서의 농축분리액으로 분리한다. 이 농축오니는, 상술한 바와 같이, 농축오니 공급라인(L2)을 통하여 메탄 발효조(5)에 공급된다. 다만, 오니농축장치(9)는, 침강분리조 이외에, 드럼 스크 린, 막(膜)분리장치, 가압부상장치 등도 사용할 수 있고, 중요한 점은, 오니를 농축할 수 있으면 된다.

오니농축장치(9)에 라인(L3)을 통하여 접속함과 함께 메탄 발효조(5)에 접속되는 탈수기(10)는, 오니농축장치(9)의 농축분리액 및 메탄 발효조(5)의 액면이물을 도입하여 탈수해서 탈수소화오니와 탈수분리액으로 분리하는 것이다. 여기서, 큰 이물은 앞의 고액분리장치(4)에서 제거되어 있으므로, 탈수기(10)의 전단(前段)에 스크린을 마련할 필요는 없고, 액면이물 및 농축분리액의 직접 투입이 가능하다. 이 탈수기(10)로서는, 스크루 프레스, 원심탈수기, 필터 프레스 탈수기, 벨트 프레스 탈수기, 다중 원판 탈수기 등이 채용된다.

또한, 오니농축장치(9)의 농축분리액의 일부는, 상술한 바와 같이, 라인(L3)으로부터 분기된 공급라인(L4)을 통하여 가용화조(3)에 공급된다.

탈수기(10) 및 고액분리장치(4)에 접속되는 발효 건조기(11)는, 고액분리장치(4)에서 고액분리된 탈수이물 및 탈수기(10)에서 분리된 탈수소화오니를 도입하여 발효 건조시키는 것이다. 이 발효 건조기(11)로서는, 원통식, 평면식, 사일로(silo)식, 원추식 등이 채용된다. 원통식에는, 로터리 킬른(rotary kiln)식, 리본 교반식, 반원통 패들(paddle)식이, 평면식에는, 스쿠프식, 패들식이, 사일로식에는, 오거(auger)식, 교반 날개식이, 원추식에는, 스크루식이 각각 있는데, 탈수이물 및 탈수소화오니를 조(槽) 내에 투입하는 투입장치와, 조 내에 급기하는 급기장치와, 조 내를 소정으로 교반하는 교반장치와, 조 내의 온도를 소정 온도로 조정하는 온도조정장치와, 탈수이물 및 탈수소화오니를 발효 건조시킨 발효건조이물을 찌꺼기로서 배출하는 배출장치를 구비하고 있는 것이 바람직하다.

발효 건조기 내의 온도는, 통상은 유기물의 발열에 의해 조정은 불필요하고, 50℃∼70℃로 유지되지만, 한랭지(寒冷地)나 운전개시시는 가열하는 것이 바람직하다. 또한, 통기(通氣)는, 퇴적되는 탈수이물 등의 용량 1㎥당 최대 100L/분으로 충분하다. 이 발효 건조기(11)의 배기가스에는, 고농도의 암모니아 등의 악취물질이 포함되어 있으므로, 배기가스를 포집(捕集)하여 탈취처리하는 것이 바람직하다. 이로 인하여, 발효 건조기(11)로서는, 배기가스를 포집하기 쉬운 구조의 것을 채용하는 것이 바람직하다. 배기가스를 포집하기 쉬운 것은, 원통식, 사일로식, 원추식 등이지만, 발효 건조기가 대형화되는 경우는 어쩔 수 없이 평면식을 채용하는 경우도 있다.

발효 건조기(11)의 용량은, 투입되는 탈수이물 등의 양에 의해 결정된다. 통상, 퇴비화하는 경우에는 양호한 퇴비를 얻기 위해서 체류 일수를 1일당 투입량의 7∼14일로 하지만, 본 실시형태에서는 건조만을 목적으로 하고 있으므로, 체류 일수는, 투입되는 탈수이물 등의 함수율에 따라 변화되지만, 대개 1일∼7일 정도로 좋고, 통상은 3일 정도로 좋다.

탈수기(10)에 접속되는 배수처리장치(12)는, 탈수기(10)에서 분리된 탈수분리액을 도입하여 소정의 처리, 구체적으로는, 활성오니처리 또는 응집분리처리 또는 이들을 조합한 처리 중의 어느 하나의 처리를 행하는 것이다. 이와 같은 활성오니처리에 있어서는 잉여오니가 생기고, 응집오니처리에 있어서는 응집오니가 생기며, 이들을 조합한 처리에 있어서는 잉여오니 및 응집오니가 생긴다. 이 활성오니 처리에 의한 잉여오니는 호기성 오니이고, 응집오니처리에 의한 응집오니는 응집제로서 폴리철(鐵), 황산밴드, 염화철 등을 가(加)하기 때문에 산성 쪽에 치우치는 오니이며, 여하튼 소화오니와 비교해서 음식물쓰레기의 메탄화를 억제하는 오니이다. 그리고, 이 배수처리장치(12)에서 생긴 오니는, 상술한 바와 같이, 오니공급라인(L5)을 통하여 가용화조(3)에 공급된다.

다만, 본 실시형태의 메탄 발효 시스템(1)에 있어서는, 대상이 음식물쓰레기이므로, 종래기술(일본국 특허공개 2005-329396호 공보 기재의 기술)에서 필요하게 된 선별장치(가연 쓰레기를 선별 음식물쓰레기와 선별 이물로 선별하는 장치)는 불필요하게 된다.

이와 같이 구성된 메탄 발효 시스템(1)에 의하면, 시설에 반입된 음식물쓰레기는 파쇄장치(2)에서 파쇄되고, 이 파쇄장치(2)로부터의 파쇄 음식물쓰레기는 가용화조(3)에서 가용화되고, 이 가용화조(3)로부터의 가용화 음식물쓰레기는 고액분리장치(4)에서 음식물쓰레기 분리액과 탈수이물로 고액분리되고, 고액분리장치(4)로부터의 음식물쓰레기 분리액은, 메탄 발효조(5)에서 메탄 발효되어 바이오가스가 생성된다.

이 메탄 발효조(5)에서는, 경량의 이물이 액면에 부상하지만, 이 액면이물은, 도 4 및 도 5, 또는 도 6 및 도 7에 나타낸 상부 이물배출장치(20, 21)에 의해 효과적으로 조(槽) 밖으로 배출된다.

메탄 발효조(5)로부터의 소화오니는 오니농축장치(9)에서 농축오니와 농축분리액으로 분리되고, 농축오니는 메탄 발효조(5)에 공급된다. 따라서, 메탄 발효 조(5)에서는, 그 오니농도를 높게 유지한 상태에서 메탄 발효가 행하여진다.

한편, 오니농축장치(9)의 농축분리액은, 탈수기(10)에 공급됨과 함께, 그 일부가 가용화조(3)에 공급되고, 탈수기(10)에서는 농축분리액이 탈수소화오니와 탈수분리액으로 분리된다. 이 탈수기(10)에서 분리된 탈수소화오니 및 고액분리장치(4)에서 분리된 탈수이물은 발효 건조기(11)에서 발효 건조되고, 이 발효 건조기(11)로부터의 발효 건조 이물인 찌꺼기는 계외(系外)로 배출된다.

한편, 탈수기(10)에서 분리된 탈수분리액은, 배수처리장치(12)에 공급되어, 활성오니처리 또는 응집분리처리 또는 이들을 조합한 처리 중의 어느 하나의 처리를 받고, 어느 하나의 처리로 생긴 오니(잉여오니 또는 응집오니 또는 양쪽 오니)가 가용화조(3)에 공급된다. 그리고, 배수처리장치(12)의 활성오니처리 또는 응집분리처리 또는 이들을 조합한 처리 중의 어느 하나의 처리에 의해, 탈수분리액은 규정된 수질이 되어, 계외(系外)로 배수된다.

여기서, 가용화조(3)에 있어서는, 그 가용화조(3)에서의 pH 저하를 완충함과 함께 가용화에 필요한 균을 첨가하기 위해, 오니농축장치(9)로부터 공급된 농축분리액에 의해, 가용화조(3)에서 바이오가스가 발생하기 쉽게 되어 있다.

그러나, 본 실시형태에 있어서는, 가용화조(3)에 대하여, 배수처리장치(12)로부터 오니(잉여오니 또는 응집오니 또는 양쪽 오니)가 공급되고 있으므로, 이 배수처리장치(12)로부터 공급되는 호기성 오니(잉여오니)나 산성 쪽의 오니(응집오니)에 의해, 오니농축장치(9)로부터 공급되는 농축분리액의 일부에 의한 가용화조(3)에서의 바이오가스의 발생이 억제되어 있다. 따라서, 후단의 메탄 발효조(5) 에서의 바이오가스의 회수율이 향상되어 있다.

그리고, 이와 같이 메탄 발효조(5)에서의 회수율이 높여진 바이오가스는, 탈황장치(6)에서 탈황된다. 이 때, 배수처리장치(12)에서, 예컨대 철을 응집제로 하여 응집분리처리를 행하는 경우에는, 철을 포함하는 응집오니가 오니공급라인(L5)을 통하여 가용화조(3)에 공급되고, 메탄 발효조(5)에서는 철에 의해 황화수소가 황화철에 고정되어 바이오가스 속에 포함되는 황화수소가 저감되므로, 탈황장치(6)의 부하가 저감되어, 그 탈황장치(6)를 소형화하는 것이 가능하게 된다.

그리고, 탈황장치(6)에서 탈황된 탈황 바이오가스는, 가스홀더(7)에서 저류된 다음, 발전기(8)의 연료로서 이용되어, 그 발전기(8)에서 효율적으로 발전이 이루어진다.

이와 같이, 본 실시형태에 있어서는, 오니농축장치(9)의 농축분리액의 일부가, 가용화조(3)에서의 pH 저하를 완충함과 함께 가용화에 필요한 균을 첨가하기 위해 가용화조(3)에 공급되는 한편, 오니농축장치(9)의 농축분리액이 탈수기(10)에서 탈수되어 이 탈수분리액이 배수처리장치(12)에 도입되어 활성오니처리 또는 응집분리처리 또는 이들을 조합한 처리 중의 어느 하나의 처리가 행하여짐으로써 생긴 오니(잉여오니 또는 응집오니 또는 양쪽 오니)가, 가용화조(3)에 공급되므로, 오니농축장치(9)로부터 공급되는 농축분리액의 일부에 의한 가용화조(3)에서의 바이오가스의 발생이 억제되어, 후단의 메탄 발효조(5)에서의 바이오가스의 회수율이 향상되어 있다. 또한, 이와 같이 배수처리장치(12)로부터 가용화조(3)에 오니(잉여오니 또는 응집오니 또는 양쪽 오니)가 공급되는 결과, 오니농축장치(9)로부터 공 급되는 농축분리액의 양이, 소화오니를 공급하는 일본국 특허공개 2005-329396호 공보에 기재된 종래기술(음식물쓰레기의 4∼7배)에 비하여, 음식물쓰레기의 2∼3배로 저감되어, 오니농축장치(9)로부터 공급되는 농축분리액의 일부에 의한 가용화조(3)에서의 바이오가스의 발생이 한층 억제되어 있다. 따라서, 후단의 메탄 발효조(5)에서의 바이오가스의 회수율이 한층 향상되어 있다. 또한, 오니농축장치(9)로부터 가용화조(3)에 공급되는 농축분리액은, 메탄 발효조(5)로부터 가용화조(3)에 소화오니를 공급하는 종래기술에 비하면 농도가 낮으므로, 가용화조(3)에서의 바이오가스의 발생이 한층 억제되어 있다. 따라서, 후단의 메탄 발효조(5)에서의 바이오가스의 회수율이 한층 향상되어 있다.

또한, 오니농축장치(9)에서 분리된 농축오니가 메탄 발효조(5)에 공급되므로, 메탄 발효조(5) 내의 오니농도가 높게 유지되어, 메탄 발효조(5)에서의 바이오가스의 회수율이 한층 향상되어 있다. 또한, 메탄 발효조(5)로부터의 소화오니를, 오니농축장치(9)에서 농축분리한 다음, 농축분리액을 탈수기(10)에서 탈수하도록 하고 있으므로, 메탄 발효조(5)로부터의 소화오니를 직접 탈수하는 종래기술에 비하여, 탈수할 때에 필요하게 되는 탈수 보조제의 사용량이 저감되어, 러닝 코스트의 저감을 도모할 수 있다.

또한, 고액분리장치(4)는, 가용화조(3)의 가용화 음식물쓰레기의 배출구(3e) 바로 아래에 배치되어 있으므로, 가용화조(3)로부터 고액분리장치(4)에 가용화 음식물쓰레기를 보내기 위한 펌프가 불필요하게 되어, 저(低)코스트화를 도모할 수 있다.

이상, 본 발명을 그 실시형태에 근거하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 예컨대, 상기 실시형태에 있어서는, 특히 바람직한 것으로서, 오니농축장치(9)의 농축분리액을 탈수기(10)에서 탈수하여 탈수분리액을 배수처리장치(12)에 도입하도록 하고 있지만, 탈수기(10)를 없애고 오니농축장치(9)의 농축분리액을 직접 배수처리장치(12)에 도입하도록 하여도 좋다.

더 나아가서, 상기 실시형태에 있어서는, 특히 바람직한 것으로서, 오니농축장치(9)에서 메탄 발효조(5)로부터의 소화오니를 농축오니와 농축분리액으로 분리하고, 농축오니 공급라인(L2)에 의해 농축오니를 메탄 발효조(5)에 공급하는 한편, 농축분리액의 일부를 공급라인(L4)에 의해 가용화조(3)에 공급하도록 하고 있지만, 이 오니농축장치(9) 및 농축오니 공급라인(L2)을 없애고, 도 1에 괄호쓰기로 나타낸 바와 같이 메탄 발효조(5)로부터의 소화오니를 라인(L1, L3)을 통하여 직접 배수처리장치(12)에 도입하여 그 배수처리장치(12)에서 상기 어느 하나의 처리를 행하는 한편으로, 공급라인(L4)에 의해 메탄 발효조(5)로부터의 소화오니의 일부를 가용화조(3)에 공급하도록 하여도 좋다. 이 경우도, 상기 실시형태와 마찬가지로, 가용화조(3)에는, 배수처리장치(12)로부터 오니공급라인(L5)을 통하여, 호기성 오니인 잉여오니나 산성 쪽의 오니인 응집오니가 공급되므로, 메탄 발효조(5)로부터 공급라인(L4)을 통하여 가용화조(3)에 공급되는 소화오니의 일부에 의한 가용화조(3)에서의 바이오가스의 발생이 억제되고, 메탄 발효조(5)에서의 바이오가스의 회수율이 향상됨과 함께, 메탄 발효조(5)로부터 공급라인(L4)을 통하여 가용화 조(3)에 공급되는 소화오니의 양이, 음식물쓰레기의 2∼3배로 저감되어, 메탄 발효조(5)로부터 공급라인(L4)을 통하여 가용화조(3)에 공급되는 소화오니의 일부에 의한 가용화조(3)에서의 바이오가스의 발생이 한층 억제되어, 메탄 발효조(5)에서의 바이오가스의 회수율이 한층 향상된다. 또한, 메탄 발효조(5) 후단의 탈황장치(6)의 부하가 저감되어, 그 탈황장치(6)를 소형화할 수 있다고 하는 상기 실시형태의 효과도 마찬가지로 해서 얻을 수 있다.

더 나아가서, 상기 실시형태에 있어서는, 특히 적합한 것으로서, 대상을 음식물쓰레기로 하고 있지만, 음식물쓰레기에 한정되는 것이 아니고, 음식물쓰레기와 함께 축산폐기물, 하수오니 등을 모두 처리하는 것도 가능하며, 중요한 것은, 대상은 유기물이면 좋다. 다만, 이와 같이 대상을 유기물로 한 경우에는, 파쇄장치(2)로부터의 파쇄 음식물쓰레기는 파쇄 유기물이 되고, 가용화조(3)로부터의 가용화 음식물쓰레기는 가용화 유기물이 되며, 고액분리장치(4)로부터의 음식물쓰레기 분리액은 유기물 분리액이 된다.

이와 같이 본 발명에 의한 메탄 발효 시스템에 의하면, 메탄 발효조에서의 바이오가스의 회수율이 향상된 메탄 발효 시스템을 제공할 수 있다.

Claims (4)

1. 유기물을 가용화(可溶化)하는 가용화조(槽)와,

   이 가용화조에서 가용화된 가용화 유기물을 고액(固液)분리하는 고액분리장치와,

   이 고액분리장치에서 고액분리된 유기물 분리액을 메탄 발효하는 메탄 발효조와,

   상기 메탄 발효조로부터의 소화(消化)오니를 도입하여 활성오니처리 또는 응집분리처리 또는 이들을 조합한 처리 중의 어느 하나의 처리를 행하는 배수처리장치와,

   상기 메탄 발효조로부터의 소화오니의 일부를 상기 가용화조에 공급하기 위한 공급라인과,

   상기 배수처리장치의 상기 처리로 생긴 오니를 상기 가용화조에 공급하기 위한 오니공급라인을 구비한 메탄 발효 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 메탄 발효조로부터의 상기 소화오니를 농축오니와 농축분리액으로 분리하는 오니농축장치와,

   상기 오니농축장치의 상기 농축오니를 상기 메탄 발효조에 공급하기 위한 농축오니 공급라인을 구비하고,

   상기 배수처리장치는, 상기 메탄 발효조로부터의 상기 소화오니를 대신하여, 상기 오니농축장치의 상기 농축분리액을 도입하여 상기 어느 하나의 처리를 행하고,

   상기 공급라인은, 상기 메탄 발효조로부터의 상기 소화오니의 일부를 대신하여, 상기 오니농축장치의 상기 농축분리액의 일부를 상기 가용화조에 공급하는 것을 특징으로 하는 메탄 발효 시스템.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 오니농축장치의 상기 농축분리액을 도입해서 탈수하여 탈수소화오니와 탈수분리액으로 분리하는 탈수기를 구비하고,

   상기 배수처리장치는, 상기 오니농축장치의 상기 농축분리액을 대신하여, 상기 탈수기로부터의 상기 탈수분리액을 도입하여 상기 어느 하나의 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 메탄 발효 시스템.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 고액분리장치는, 상기 가용화조의 상기 가용화 유기물의 배출구 바로 아래에 배치되어, 그 배출구로부터의 상기 가용화 유기물을 고액분리하는 것을 특징으로 하는 메탄 발효 시스템.

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