KR20100095038A - 고온 혐기성 소화 처리장치 - Google Patents

고온 혐기성 소화 처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 축산폐수 및 고농도 유기성 슬러지를 소화 처리하기 위한 고온 혐기성 소화 처리장치에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 축산폐수의 침전분리 과정에서 발생하는 부유물이나 침전 슬러지를 전처리 조에서 고온으로 처리함으로써 종래와 같이 침전분리 과정에서 발생하는 부유물이나 침전 슬러지를 퇴비화 및 해양투기 하는 추가 비용이 소모되는 문제점을 해소할 수 있으며, 특히 고온의 전 처리로 가수분해가 빠르며 소화 처리 과정에 발생하는 메탄가스를 가온에 재활용할 수 있고, 동물의 배설물 중에서 돼지의 경우 소화 구조에 의한 배설물은 오염의 농도가 높고 분해가 늦어 결국 퇴비화 및 폐기물로 처리하고 있으나 태양열과 소화 과정에서 발생하는 메탄가스를 재사용하여 저렴한 비용으로 가온을 하며 전 처리조의 하부 경사바닥면에 다량의 열교환기를 설치하여 소량의 온수와 열로서 가온이 이루어질 수 있어 축산폐수와 유기성 슬러지를 소화조로 이송하여 중온(30~40℃) 이하에서 소화가 이루어지게 하여 처리량을 높이고 다량의 에너지를 발생할 수 있다.
고온 혐기성 소화, 축산폐수, 메탄가스, 배설물처리, 정화처리

Description

고온 혐기성 소화 처리장치{a high temperature apparatus for disposing excretion by anaerobic mineralization}
본 발명은 고온 혐기성 소화 처리장치에 관한 것으로, 상세하게는 오폐수나 축산폐수 및 고농도 유기성 슬러지를 고온(60~80℃)으로 전처리 조에서 가온하여 유기물의 가수 분해를 빠르게 진행하였으며, 하부의 혐기성 소화조로 신속하게 이송하여 처리하는 방식으로 소화 처리 효율이 향상되고, 다량의 메탄가스를 발생하기 위한 장치에 관한 것이다.
일반적으로 혐기성 소화 처리장치는 음식물 쓰레기나 고농도 유기물 및 축산 폐수 등을 처리하여 환경오염을 방지하고 메탄가스를 발생한다.
상기와 같은 종래의 혐기성 소화 처리장치는 저온(3~10℃)에서 처리하거나 인위적인 가온의 방법으로 중온 또는 고온의 처리는 유지비용이 많아 그 실효성을 달성하지 못하고 있으며, 동절기 혐기성 미생물의 안정화를 위한 온도 유지비용이 과대하여 경제성이 떨어지고, 소화 과정에서 발생하는 메탄가스를 이용하여 가온하여도 추가적인 가온비가 소요되며 소화조의 용량이 과대하여 시설비와 유지관리 비용 및 수익성이 낮아 활성화되지 않고 있는 것이다.
또한 이와 같은 종래의 혐기성 소화 처리 방법은 소화조의 용량이 대형이며 축산폐수 처리는 고액은 퇴비화하고 저장조를 이용하여 액비 처리하고 있으며 고온의 혐기성 소화방법은 축산폐수에서 특히 돼지 분뇨의 처리를 위한 발명이며 기타의 인분이나 고농도 슬러지도 처리 가능하게 한 것이다.
그 과정에서 소화의 효율을 높이기 위한 전처리는 종래의 가온에 소요하는 비용을 현격히 줄일 수 있는 태양열과 열교환기를 이용한 복사열을 병행하여 가온하였으며 고온에 의한 유기물의 가수 분해가 빠르게 진행되고 전처리 조의 용량을 소형화하여 다수개의 전처리 조를 독립적 설비하고 전처리 조 하부 경사바닥면에 경사각을 두어 소화조로 이송이 용이하게 하였으며 전처리 내부에는 격벽을 두어 고온에서 발생하는 메탄가스는 미세기포 형태의 1차 발효조로 재 방출하게 하였으며 재 방출하는 과정에서 잔존물 내에 장시간 접촉하게 한 것이다. 또한, 전처리 조 하부 경사각 경사바닥면에 열교환기 설치 공간을 두어 소량의 열을 이용하여 전처리 조 내의 가온을 이루었으며 종래의 혐기성 소화에서는 경사바닥면 전체에 열선 및 온수 라인을 두었으나 본 발명은 가온의 효율적 성과를 위하여 혐기성 소화 과정에서 발생하는 메탄가스를 이용한 가온 설비를 포함하였다.
이러한 종래의 축산폐수 및 고농도 침전 슬러지를 처리하는데 유지관리의 추가 비용이 소모되는 문제점이 있으며, 돼지의 분뇨는 분해가 늦어 메탄가스의 생성량이 현저히 떨어지는 문제점이 있어 침전 슬러지와 축산폐수를 해양투기 하는 문제점이 많으며 축산 농가의 처리비용이 과대하여 생산 원가 절감과 품질 경쟁력이 낮아지는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 축산폐수 및 고농도 슬러지를 전처리 조에서 태양열과 생성한 메탄가스를 연소하여 소량의 열로서 열교환기로 전달하여 가온하고 가온의 비용과 유지 관리비의 과다 소요에 의한 효과적인 가온 설비를 갖추어 고온의 혐기성 처리를 제공하고 축산폐수 및 고농도 슬러지를 자원화하여 다량의 에너지를 생산하고자 하며 소규모 소화조를 직렬 또는 병렬로 다수개를 연결하여 독립적 처리운용이 가능하게 하여 가동의 효율성과 점검의 용이성을 종래의 대형화 시설에 비교하여 설비비가 저렴한 자원화 시설을 제공하는 것이며, 특히 축산폐수의 혐기성 소화 과정에서 발생하는 침출수는 고효율 정화처리 할 수 있게 제공하여 통합형으로 처리하는 시스템으로 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 상부 양측에 축산폐수 및 고농도 슬러지가 투입되는 투입구가 연통되게 구비된 상부판과; 상기 상부판 하부에 수직으로 연통되게 연장 형성된 몸체와; 상기 몸체 하부에 경사지게 형성되어 내부의 압력 상승 및 유기물 이송이 용이한 경사바닥면으로 이루어진 전처리 조; 상기 전처리 조의 몸체 외측면과 경사바닥면 내측 영역에 구비되어 전처리 조 내부의 축산폐수 및 고농도 슬러지를 고온으로 가온시켜 혐기성 분해가 일어나도록 하기 위한 열교환기장치; 및 상기 전처리 조 하부 영역에 구비되어 전처리 조를 수조 적인 수평에 의한 안정감과 관리가 용이하도록 지지하기 위한 열교환기실을 포함하여 구성된다.
본 발명에 의하면, 축산폐수와 고농도 유기물을 전처리 조에서 소량의 비용으로 가온하여 동물별로 소화 구조를 달리하여 발생하는 배설물을 고온으로 전처리하여 혐기성 소화하며 종래의 소화 탱크는 대형화하여 노출하였으나 상기와 같이 전처리 조는 노출하고 혐기성 소화조는 중,소규모의 다수개를 분리하여 지하에 매설하여 외부의 온도 영향을 줄였으며 전처리 조에서 가온한 유기물의 적정 온도 유지 상태에서 소화조로 유입되어 추가적인 가온비용을 줄이면서 다량의 소화를 이룰 수 있으며 그 과정에서 다량의 생성하는 메탄가스를 다수개의 중,소규모 소화 탱크 일부만으로 추가 가온에 이용하고 다량의 메탄가스를 에너지로 재활용하여 폐기물을 자원으로 활용할 수 있다.
또한, 대형 처리 과정에서도 중,소규모의 전처리 조와 소화탱크를 독립적으로 분리 연결하여 관리가 용이하게 하였으며 하절기 축산폐수의 경우 세척수가 많아 혐기성 처리가 어려우며 전처리후 침전하고 폐수를 고효율 정화하는 통합형 처리로 사회적 문제가 되는 해양투기를 줄이고 중,소규모 시설을 축산폐수 및 고농도 유기물의 발생지역 내에 설치하여 분쟁과 시설비를 절감할 수 있으며 다량의 메탄가스를 생산하여 시설 농가와 축산농가의 원가 절감 및 품질 경쟁력을 기대할 수 있으며, 종래와 같은 축산폐수 및 고농도 슬러지의 과대한 처리 비용을 절감할 수 있으며 동물별 소화구조가 다른 특성의 배설물을 상당량 가스화하여 난방용 및 발 전용으로 자원화하며 오염원을 줄일 수 있다.
또한, 정화처리에서 방류되는 방류수를 고효율로 정화하여 살균 소독 처리하고 농업용수로 활용함으로 종래 액비저장시설의 장기 침전 체류 공간을 줄일 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
첨부된 도면중 도 1은 본 발명에 따른 고온 혐기성 소화 처리장치를 도시한 단면 구성도이고, 도 2는 도 1의 요부 단면 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 고온 혐기성 소화 처리장치로써 처리되는 유기물의 통합처리를 나타낸 흐름도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고온혐기성 소화 처리장치는 축산폐수 및 고농도 유기성 슬러지가 투입되어 처리되는 전처리 조(100)와; 전처리 조(100)의 외측면과 경사바닥면 내측 영역에 가로 및 세로로 구비되어 전처리 조(100) 내부의 축산폐수 및 고농도 슬러지를 고온(60~80℃)으로 가온시키기 위한 열교환기장치(200)와; 전처리 조(100) 하부에 구비되어 전처리 조(100)를 수조적인 수평에 의한 안정감과 관리가 용이하도록 지지하게 되는 열교환기실(300)과; 전처리 조(100) 상부에 구비되어 가온에 필요한 제어와 온도 및 유량의 공급을 제어하기 위한 자동제어장치(600)로 이루어진다.
상기 전처리 조(100)는 상부 양측에 축산폐수 및 고농도 슬러지가 투입되는 투입구(111)가 연통되게 구비된 상부판(110)과; 상부판(110) 하부에 수직으로 연통되게 연장 형성된 몸체(120)와; 몸체(120) 하부에 경사지게 형성되어 내부의 압력 을 높이고, 하부로 유기물의 이송이 용이한 경사바닥면(130)으로 이루어진다.
상기 상부판(110) 하부 영역에는 하부가 개방된 사각통 형상으로 이루어져 미세가스가 발생되는 미세가스발생조(140)가 구비된다. 이러한 미세가스발생조(140)는 상부에 압력보호실(141)이 구비되어, 상승한 내부 압력을 보호하게 된다.
이때, 미세가스발생조(140) 외주연 영역의 전처리 조(100) 내부에는 1차발효조(160)가 구획되고, 직하방 영역의 전처리 조(100)에는 2차발효조(162)가 구획된다.
이러한 전처리 조(100)는 가온의 효율성을 고려하여 용량을 5㎥이하 구조, 즉 소형으로 이루어지고, 다수개를 직렬 또는 병열로 연결하여 사용할 수 있도록 구성하게 되며, 하부의 바닥면이 경사지게 형성되어 내부의 압력을 증대시키게 되고, 축산폐수 및 고농도 유기성 슬러지의 부유물이 가라앉아 쌓이게 된다.
상기 전처리 조(100) 내부로 투입된 축산폐수 및 고농도 유기성 슬러지가 채워지면서 미세가스발생조(140) 내부가 밀폐 공간으로 되며, 체류한 고분자와 미세분자가 짧은 시간에 열교환기장치(200)에 의해 가온 되고, 가온 과정에서 발생하는 온도에 의한 분해가 이루어지며 그 과정에서 미세가스발생조(140) 내부 공간의 압력이 상승하며, 상승한 압력은 상부의 압력보호실(141)에 의해 보호된다.
이때, 미세가스발생조(140)의 하부 공간에서 생성한 암모니아 및 기타의 미세기포 가스는 1차발효조(160)와 2차발효조(162)로 재방출하면서 1차발효조(160)의 부유물과 접촉하여 암모니아 가스가 현저히 줄어들어 분해가 증대된다.
상기 열교환기장치(200)는 전처리 조(100) 상부에 구비되고, 태양열판(201)으로써 내부의 물이 고온(60~80℃)이 유지되는 온수탱크(210)와; 온수탱크(210)에 연결되어 내부의 순환펌프(211)에 의해 온수가 순환되도록 전처리 조(100)의 몸체(120) 외측 둘레부와 경사경사바닥면(130) 영역에 연통되게 연결된 온수관(220)(230)과; 전처리 조(100)의 몸체(120) 외측 둘레의 온수관(220)에 조인트(300)로써 수직으로 연결되는 다수의 수직배관(240)과; 전처리 조(100)의 내부 경사바닥면(130) 영역의 온수관(230)에 조인트(310)로써 경사지게 연결되는 다수의 경사배관(250)으로 이루어진다.
이때, 온수관(220)(230)으로 순환되는 온수는 그 온도가 자동제어로 80℃이상 100℃이하로 제공된다. 이중 경사배관(250) 온수의 열로써 경사바닥면에 침전되는 고형물 등을 가온하여 분해시켜, 축산폐수 및 고농도 유기물이 체류중 침전하여질산화 반응에 의한 수질악화와 고분자의 분해를 방해하는 것을 방지하게 된다.
그리고, 수직배관(240) 온수의 열로써 내부에 체류하고 있는 유기물을 신속하게 가온하게 된다.
이와 같이 온수관(220)(230)으로 순환되는 고온의 온수를 전처리 조(100)에 99% 제공하여 전처리 조(100)에 체류한 유기물을 가온하게 된다. 이때, 가온의 효율성을 위한 다수개의 조인트(300)(310)의 유동을 막기 위한 고정핀(미도시)이 설치되고, 그 재질이 스텐레스로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 전처리 조(100)는 항시 운영할 수 있는 태양열 온수기와 혐기성 소화 과정에서 발생하는 메탄가스를 연소하여 열원을 발생하고, 온수관(220)(230)을 통하여 순환펌프(211)로 순환하며 가온의 과정에서 고분자와 미세분자의 발효가 이루어지게 한 것으로 별도의 저장조를 두어 침전 분리한 후 고효율 정화처리 할 수 있으며 침전물 및 고액은 혐기성 소화조로 이송하여 소화 처리할 수 있게 하였다.
또한, 상기 전 처리한 유기물은 소화 과정에서 발생하는 메탄가스를 별도로 저장하여 난방용으로 사용할 수 있는 다량의 메탄가스 발생으로 폐기물을 이용한 자원으로 활용한다.
상기 열교환실(400)은 전처리 조(100) 하부에 구비되어 전처리 조(100)를 수조적인 수평에 의한 안정감과 관리가 용이하도록 지지하게 되고, 전처리 조(100)의경사바닥면(130)에 구비되는 열교환기장치(200)를 구성하는 온수관과 배관의 관리와 설비가 용이하도록 출입문(미도시)이 구비된다.
한편, 전처리 조(100) 하부에는 혐기성 소화조(500)와 연결되는 이송관(180)이 구비되고, 이 이송관(180)에는 고온으로 가온된 유기물이 전처리 조(100)에 구비된 온도감지센스(182)의 감지에 의해 40℃가 되면, 자동으로 작동되도록 구성된 자동밸브(184)가 구비되어 하부 영역의 혐기성 소화조(500)로 이송하게 된다.
이와 같이 이송되는 유기물이 지하에 매설된 혐기성 소화조에서는 중온(30~40℃)의 온도를 유지하면서 혐기성 미생물의 활성이 된다. 또한 고분자의 축산폐수와 고농도 유기물들은 전처리 조(100)에서 가온하여 이송되면서 가수분해가 빠르며 소화 과정에서 메탄가스가 종래의 방법보다 다량으로 발생하게 된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 고온 혐기성 소화 처리장치의 동작상태를 개략적으로 설명하면, 도 1 및 도 2에서와 같이 전처리 조(100)를 구성하는 상부판(110)의 투입구(111)를 통하여 축산폐수 및 고농도 슬러지를 투입하게 된다.
그러면, 내부로 투입된 상기한 슬러지가 전처리 조(100) 내부에 서서히 채워지게 되면서, 압력 차이에 의하여 상부판(110) 하부의 미세가스발생조(140) 내부가 밀폐 공간이 된다.
이에 따라 전처리 조(100) 내부에 체류하고 있는 슬러지의 고분자와 미세분자가 짧은 시간에 전처리 조(100)의 몸체(120)의 외측 둘레부와 바닥면(130) 내부에 구비되는 열교환기장치(200)에 의해 고온(60~80℃)으로 가온 되고, 가온 과정에서 발생하는 온도에 의한 분해가 이루어지며 그 과정에서 미세가스발생조(140) 내부 공간의 압력이 상승하며, 상승한 압력은 상부의 압력보호실(141)에 의해 보호된다.
이때, 미세가스발생조(140)의 하부 공간에서 생성된 암모니아 및 기타의 미세기포 가스가 1차발효조(160)와 2차발효조(162)로 미세가스(기포)로 재방출되면서 1차발효조(160)의 부유물과 접촉하여 암모니아 가스가 현저히 줄어들어 분해되면서 고온으로 가온 된 유기물 되는 것이다.
이와 같이 고온으로 가온된 유기물은 전처리 조(100) 하부에 구비된 이송관(180)을 통하여 하부의 혐기성 소화조(500)로 이송되고, 이 혐기성 소화조(500)에서는 중온(30~40℃)의 온도를 유지하면서 혐기성 미생물의 활성이 된다.
이때, 고온으로 가온된 유기물에 대한 온도가 온도감지센스(182)의 감지에 의해 40℃가 되면, 이송관(180)에 구비된 자동밸브(184)가 자동으로 개방되어 혐기 성 소화조(500)로 이송되어 처리가 완료된다.
한편, 상기한 전처리 조(100)는 처리 용량에 대비한 다수개의 전처리 조(100)를 혐기성 소화 탱크 상부에 설치할 수 있으며, 전처리 조(100)에 투입량에 따라 별도의 저장조를 두어 침전 분리한 후 고효율 정화처리하며 잔존 침전물을 혐기성 소화조(500)로 이송하여 축산폐수 및 고농도 유기물의 통합 처리할 수 있다.
또한, 상기 전 처리한 유기물은 소화 과정에서 발생하는 메탄가스를 별도로 저장하여 난방용으로 사용할 수 있는 다량의 메탄가스 발생으로 폐기물을 이용한 자원으로 활용한다.
참고로, 종래의 혐기성 소화 방법은 많으나 처리 과정에서 에너지의 사용에 따른 실용성이나 경제성이 결여되어 상용화하지 못한 축산폐수와 고농도 슬러지를 보다 더 효과적으로 분해하면 처리와 에너지를 동시에 효과적으로 사용할 수 있다.
따라서 본 발명에서는 종래의 혐기성 소화 방법의 전처리에서 발효가 원활하게 하는 것으로 유기물을 어떠한 경우와 조건으로 발효하여 가수 분해하고 소화처리가 효과적으로 에너지를 다량으로 발생하게 한 것이다.
이와 같이 전 처리한 축산폐수와 고농도 유기물의 효과적인 가온과 발효에 의한 혐기성 소화 방법에서 메탄가스의 생성량을 높이고 종래의 소화 방법에서 문제가 되는 동절기 가온으로 사용되는 비용을 절감하여 효과적인 에너지로 자원화 한 것이다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 고온의 전처리 혐기성 소화 처리 장치는 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지 를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 그 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 고온 혐기성 소화 처리장치를 도시한 단면 구성도.
도 2는 도 1의 요부 단면 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 고온 혐기성 소화 처리장치로써 처리되는 유기물의 통합처리를 나타낸 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 전처리 조 110: 상부판
111 : 투입구 120 : 몸체
130 : 경사바닥면 140 : 미세가스발생조
141 : 압력보호실 160,612 : 1,2차발효조
180 : 이송관 182 : 온도감지센서
184 : 자동밸브 200 : 열교환기장치
201 : 태양열판 210 : 온수탱크
211 : 순환모터 220,230 : 온수관
240 : 수직배관 250 : 경사배관
300,310 : 조인트 400 : 열교환기실
500 : 혐기성 소화조

Claims (5)

  1. 상부 양측에 축산폐수 및 고농도 슬러지가 투입되는 투입구(111)가 연통되게 구비된 상부판(110)과; 상기 상부판(110) 하부에 수직으로 연통되게 연장 형성된 몸체(120)와; 상기 몸체(120) 하부에 경사지게 형성되어 내부의 압력 상승 및 유기물 이송이 용이한 경사바닥면(130)으로 이루어진 전처리 조(100);
    상기 전처리 조(100)의 몸체(120) 외측면과 경사바닥면(130) 내측 영역에 구비되어 전처리 조(100) 내부의 축산폐수 및 고농도 슬러지를 고온으로 가온시켜 혐기성 분해가 일어나도록 하기 위한 열교환기장치(200); 및
    상기 전처리 조(100) 하부 영역에 구비되어 전처리 조(100)를 수조적인 수평에 의한 안정감과 관리가 용이하도록 지지하기 위한 열교환기실(400);
    을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 고온 혐기성 소화 처리장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전처리 조(100)의 상부판(110) 하부 영역에 하부가 개방되어 미세가스가 발생되는 미세가스발생조(140)가 구비되어,
    상기 미세가스발생조(140) 외주연 영역의 전처리 조(100) 내부에는 1차발효조(160)가 구획되고, 직하방 영역의 전처리 조(100)에는 2차발효조(162)가 구획된 것을 특징으로 하는 고온 혐기성 소화 처리장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 미세가스발생조(140) 상부에는 압력보호실(141)이 구 비되어 상승된 내부 압력을 보호하게 되는 것을 특징으로 하는 고온 혐기성 소화 처리장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전처리 조(100) 하부에는 유기물을 혐기성 소화조(400)로 이송하기 위한 이송관(180)이 구비되고,
    상기 이송관(180)에는 고온으로 가온된 유기물이 온도감지센스(182)의 감지에 의해 40℃가 되면, 자동으로 작동되는 자동밸브(184)가 구비된 것을 특징으로 하는 고온 혐기성 소화 처리장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 열교환기장치(200)는
    상기 전처리 조(100) 상부에 구비되고, 태양열판(201)으로써 내부의 물이 고온(60~80℃)으로 유지되는 온수탱크(210)와;
    상기 온수탱크(210)에 연결되어 내부의 순환모터(211)에 의해 온수가 순환되도록 전처리 조(100)의 몸체(120) 외측 둘레부와 경사바닥면(130) 내부 영역에 연통되게 연결된 온수관(220)(230)과;
    상기 몸체(120) 외부 둘레의 온수관(220)에 조인트(300)로써 수직으로 연결되는 다수의 수직배관(240)과;
    상기 경사바닥면(130) 영역의 온수관(230)에 조인트(310)로써 경사지게 연결되는 다수의 경사배관(250)으로 구성된 것을 특징으로 하는 고온 혐기성 소화 처리장치.
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