KR20100097184A

KR20100097184A - 유기물질을 처리하기 위한 방법

Info

Publication number: KR20100097184A
Application number: KR20107014028A
Authority: KR
Inventors: 조르겐 이즐러트썬; 조나스 호그스트롬; 마크 이에이싱우드
Original assignee: 스캔디나비안 바이오개스 퓨얼스 에이비
Priority date: 2007-12-06
Filing date: 2008-12-04
Publication date: 2010-09-02
Also published as: US20140011267A1; WO2009071294A2; US20100311155A1; EP2244986A2; WO2009071294A3; EP2244986B1; ATE545618T1

Abstract

본 발명은 유기물질(A,B,C)을 수용하기 위한 유입구(33,34,44,55,56,57) 및 처리된 물질을 배출하기 위한 유출구(37,38,47,48,61,62,63)를 가진 다수의 분해유니트(31,32,41,42,51,52,53)들을 포함하고, 상기 분해유니트들 중 제 1 분해유니트(31,41,51)의 제 1 유입구(33,43,55)는 유기물질(A)을 수용하도록 구성되는 유기물질을 처리하기 위한 분해시스템에 관한 것이다. 상기 분해유니트들 중 제 1 분해유니트의 유출구(37,47,61)와 제 2 분해유니트의 유입구(34,44,56)사이에 제 1 피드백 파이프(35,45,58,59)가 연결되고, 적어도 상기 제 1 분해유니트(31,41,51)의 유출구(37,47,61)에 상기 분해시스템(30,40,50)의 배출유동(39,49,64)이 연결되고, 유입된 유기물질(A,B,C)의 합이 배출유동(39,49,64)에서 구해진다.

Description

유기물질을 처리하기 위한 방법{Method for treatment of organic material}

본 발명은, 특히 유기물질의 혐기성 소화(anaerobic digestion)를 이용하여 바이오가스(biogas)를 생산할 때 유기물질을 처리하기 위한 방법 및 상기 방법에 따라 유기물질을 처리하기 위한 시스템에 관한 것이다.

테크니스카 베르켄 아이 린쾨핑 아베(Tekniska Verken i Linkoeping AB)에게 양도된 국제 공개문헌 제 WO 2004/016796A1호에 설명된 것과 같이, 예를 들어, 종래기술의 바이오가스 생산 반응기 탱크로 유기물질을 입력하는 공급라인내에서 유기물질이 초음파처리되어, 건조고체 함량을 가지며 점성이 감소되고, 상대적으로 높은 정도의 건조고체 함량이 구해질 수 있다. 초음파 반응기는, 울트라 소너스(Ultra Sonus), 소니카(Sonica), 울트라웨이브(Ultrawaves) 및 푸락(Purac)과 같은 몇몇 제조업체들 및 공급업체들로부터 구입할 수 있다.

현재, 생산될 수 있는 바이오가스량을 증가시키기 위해, 바이오가스 생산 시스템내에서 유기물질의 초음파처리가 이용된다. 유기물질이 반응기로 유입되기 전에 유기물질은 기계적으로 파쇄된다. 종래기술을 따르는 초음파 장비는 다소 제한된 능력을 가져서, 유기물질이 반응기로 유입되기 전에 모든 유기물질이 처리되기는 어렵다. 도 1에 도시된 종래기술의 시스템(10)은, 혐기성 상태에 있는 탱크 반응기(tank reactor)내에서 바이오가스를 생산할 때 유기물질을 처리하고 종래기술을 따르는 독립적인 두 개의 시스템들을 가진다. 종래기술을 따르는 제 1 시스템내에서, 유기물질이 반응기 탱크(12) 내부로 운반되기 전에 파이프(13)에 의해 유입된 유기물질의 단지 x%(약 30 내지 40%)가 초음파반응기(11) 내에서 초음파처리된다. 건조고체 함량은 중량 TS로 2 내지 3%로 제한되고, 초음파처리를 수행하기 위한 에너지 소비량은 약 리터 당 4W/h이다. 여러 개의 초음파 반응기들을 병렬로 이용할 수 있지만 바이오가스의 완전한 생산과정동안 필요한 에너지량은 에너지 순손실(net loss)을 가진다. 따라서, 유기물질은 초음파반응기(11)에 의해 단지 부분적으로 처리되고 다음에 공급파이프(15)를 통해 반응기탱크(12)로 유입된다.

초음파반응기의 제한된 능력에 의해 유기물질이 반응기로 유입되기 전에 모든 유기물질이 처리될 수 없어서 문제가 된다. 예를 들어, 국제공개문헌 제 WO/2005/7016829 호에 공개된 종래기술의 제 2 초음파 처리시스템(16)은 초음파반응기(17)를 포함한 피드백루프(feedback loop)로 구성된다. 상기 반응기탱크(12)로부터 슬러지가 초음파처리를 위해 초음파반응기(17)로 가압되고 유입되며, 다음에 상기 반응기탱크(12)로 다시 유입된다. 바이오가스의 생산을 증가시키기 위해 유기물질의 표면적이 증가된다. 상기 반응기탱크(12)내부의 내부혼합작용이, 예를 들어 교반기(14)에 의해 제공된다.

문헌 제 JP 2006-122875 호에, 초음파반응기의 유출구로부터 동일한 초음파반응기의 유입구까지 형성된 피드백루프를 포함한 슬러지 가용화(solubilisation) 처리를 위한 장비가 공개된다. 유입된 유기물질의 점성을 감소시키기 위해, 상기 유출구에서 구해진 유기물질의 적어도 일부분이 상기 유입구로 피드백(feed back)된다. 문헌 제 WO/2005/7016829 호에 설명된 종래기술의 시스템과 비교하여 상기 처리장비의 능력이 증가된다.

본 발명의 목적은, 종래기술과 비교하여 유기물질의 높은 건조고체 함량을 유지하는 동시에 유기물질의 점성을 제어하기 위해 적어도 한 개의 유기물질을 분해하기 위한 방법과 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 초음파 반응기(ultrasonic reactor)들 또는 기계적 분산장치들과 같이 유기물질을 수용하기 위한 유입구와 분해된 유기물질을 배출하기 위한 유출구가 제공된 적어도 두 개의 분해유니트들로 구성된 시스템에 의해 달성된다. 상기 시스템의 배출유동과 연결되는 상기 분해유니트들 중 한 개에 구성된 유출구와 다른 한 개의 분해유니트에 구성된 유입구사이에 제 1 피드백(feedback) 파이프가 연결된다.

선호되는 실시예에 있어서, 상기 다른 한 개의 분해유니트에 형성된 유출구에서 분해된 유기물질을 상기 배출유동과 연결된 분해유니트의 유입구로 피드백하기 위해 제 2 피드백 파이프가 제공된다.

본 발명의 장점에 의하면, 예를 들어 서로 다른 유기물질이 바이오가스 생산 시스템내부로 유입되기 전에 상대적으로 더욱 용이하게 혼합될 수 있다.

본 발명의 또 다른 장점에 의하면, 종래기술의 시스템들과 비교하여 낮은 건조고체 함량을 가진 유기물질이 초음파처리될 수 있다.

본 발명의 또 다른 장점과 특징에 의하면, 종래기술의 시스템들과 비교하여 증가된 양의 바이오가스가 바이오가스를 생산하기 위한 혐기성 소화공정에서 생산될 수 있다.

또 다른 목적들과 장점들이 상세한 설명과 첨부된 도면들로부터 당업자들에게 이해된다.

도 1은 종래기술에 따라 초음파처리를 이용하여 유기물질로부터 바이오가스를 생산하기 위한 시스템을 도시한 도면.
도 2a는 종래기술에 따라 유기물질을 바이오가스 생산 시스템으로 유입시키기 전에 유기물질을 처리하기 위한 초음파시스템의 변형예를 도시한 도면.
도 2b는 종래기술에 따라 바이오가스 생산 시스템에 배열된 피드백루프 내에서 유기물질을 처리하기 위한 초음파시스템의 또 다른 변형예를 도시한 도면.
도 3은 한 개 이상의 유기물질 형태가 처리될 수 있는 분해시스템의 제 1 실시예를 도시한 도면.
도 4는 한 개 이상의 유기물질 형태가 처리될 수 있는 분해시스템의 제 2 실시예를 도시한 도면.
도 5는 한 개 이상의 유기물질 형태가 처리될 수 있는 분해시스템의 제 3 실시예를 도시한 도면.
도 6은 본 발명을 따르는 분해시스템을 포함한 바이오가스 생산 시스템의 제 1 실시예를 도시한 도면.
도 7은 본 발명을 따르는 분해시스템을 포함한 바이오가스 생산 시스템의 제 2 실시예를 도시한 도면.
도 8은 서로 다른 온도 또는 건조고체 함량과 같이 서로 다른 성질을 가진 재료가 분해시스템으로 유입되기 전에 혼합되는 바이오가스 생산시스템의 선택적 실시예를 도시한 도면.

도 1은 종래기술을 따르고 독립적인 두 개의 초음파처리 시스템이 제공된 바이오가스 생산 시스템(10)을 도시하고, 하기에서 상세히 설명된다.

도 2a는, 유기물질을 처리하기 위해 종래기술의 초음파 처리시스템(24)의 변형예가 제공된 바이오가스 생산시스템(20)을 공개한다. 일정량(x ㎥/h)의 유기물질이 파이프(13) 내부로 공급되고, 초음파 반응기 펌프(URP)가 상기 파이프(13)로 공급된 유기물질의 일부분(y)을 초음파 반응기(21)의 유입구로 공급한다. 상기 양(x)의 30 내지 100%가 선호되는 양이 상기 초음파 반응기 펌프(URP)에 의해 제어되고, 0 내지 70%가 선호되는 나머지 유기물질이 공급파이프(15)를 통해 상기 반응기탱크(12)로 직접 유입된다. 상기 초음파 반응기(21)의 유출구로부터 상기 초음파 반응기(21)의 유입구까지 피드백루프(22)가 제공된다. 초음파처리되고 상기 유출구에 있는 유기물질의 양(z)이 초음파 피드백 펌프(UFP)에 의해 상기 피드백루프(22)로 유입된다. 상기 양(y)의 1000%까지 100 내지 300%까지에 해당하는 양이 상기 UFP에 의해 제어된다. 초음파처리된 유기물질의 건조고체 함량은 6 내지 8% TS에 이른다. 또한 초음파반응기의 유출구가 공급파이프(15)를 통해 상기 반응기탱크(12)의 유입구와 연결된다. 상기 반응기탱크(12) 내부로 공급되는 유기물질의 양(x) 및, 따라서 상기 파이프(13) 내부로 공급되는 유기물질의 양이 메인 펌프(MP)에 의해 제어된다.

상기 바이오가스 생산 시스템(20)은 추가로, 도 1과 관련하여 설명되고 초음파 반응기(17)와 피드백루프 펌프(FLP)를 포함한 피드백루프를 가진 종래기술의 초음파처리시스템(16)을 가진다. 소화된 유기물질 또는 슬러지는 상기 반응기탱크(12)로부터 가압되거나 (도면에 도시되지 않은) 밸브를 통해 유출되고 피드백 루프 펌프(FLP)를 이용한 초음파처리를 위해 초음파반응기(17)로 유입되고 다음에 상기 반응기탱크(12)로 다시 유입된다. 상기 피드백 루프(22) 대신에 (점선으로 도시된) 선택적인 귀환공급 파이프(23)가 초음파 반응기(17)의 유출구 (위치(a))와 초음파반응기(21)사이에 제공될 수 있다. 귀환공급펌프(RFP)가 제공될 수 있다. 다음에, 초음파처리된 슬러지가 귀환되고 파이프(13)를 통해 제공되고 새롭게 유입된 유기물질과 혼합될 수 있다. 피드백루프(22)가 상기 귀환공급파이프(23)와 함께 제공될 수 있다. 피드백루프(22)를 통해 제공되고 초음파처리된 유기물질은, 파이프(13)를 통해 공급된 유기물질과 초음파반응기(17)로부터 공급되고 초음파처리된 유기물질과 함께 상기 초음파반응기(21)로 유입된다.

초음파반응기(21)에 대해 일정한 유동이 형성되고, 상기 반응기탱크로부터 소화된 유기물질 또는 슬러지를 순환시켜서 처리효과가 감소된다. 상기 슬러지는 위치(a)로부터 초음파처리되고 가압되거나, 위치(b)로부터 초음파처리되지 않고 가압될 수 있다.

도 2b를 참고할 때, 도 1과 관련하여 설명된 종래기술의 초음파처리시스템(16)과 유사하고 바이오가스 생산 시스템(25)에 배열되며 초음파반응기(27)가 제공된 피드백 루프내에서 유기물질을 처리하는 초음파시스템(26)의 제 2 실시예가 도시된다. 피드백 루프 펌프(FLP)가 상기 피드백 루프내에서 펌프에 배열되거나 (도면에 도시되지 않은) 밸브를 이용하여 일정량(u)의 소화된 유기물질을 반응기탱크(12)로부터 배출하며 동일한 양의 초음파처리된 유기물질을 반응기탱크(12)로 공급한다. 또한, 상기 초음파시스템(26)은, 초음파반응기(27)의 유출구와 유입구사이에서 귀환파이프(28)를 포함한다. 귀환펌프(RP)가 귀환파이프내에 제공되며 미리 정해진 양(v)의 초음파처리된 유기물질이 상기 초음파반응기(27)의 유입구로 피드백되도록 구성된다. 상기 양(u)의 1000%까지에 해당하는 것이 선호되고 상기 양(u)의 100 내지 300%까지에 해당하는 것이 더욱 선호되는 양이 상기 귀환펌프(RP)에 의해 제어된다.

도 3은, 본 발명을 따르는 분해시스템(30)의 제 1 실시예를 도시하고, 상기 실시예에서, 두 개의 초음파 반응기(31,32)들을 포함한 초음파시스템이 도시된다. 유기물질(A)은, 제 1 공급파이프를 통해 (도 3에서 US₁으로 표시된) 제 1 초음파반응기(31)의 유입구(33) 내부로 유입되고, 유기물질(B)은 제 2 공급파이프를 통해 (도 3에서 US₂으로 표시된) 제 2 초음파반응기(32)의 유입구(34) 내부로 유입된다. 초음파처리된 유기물질이, 제 1 피드백 파이프(35)를 통해 제 1 초음파반응기(US₁)의 유출구(37)로부터 제 2 초음파반응기(US₂)의 유입구(34)로 전달된다. 초음파처리된 유기물질이, 제 2 피드백 파이프(36)를 통해 제 2 초음파반응기(US₂)의 유출구(38)로부터 제 1 초음파반응기(US₁)의 유입구(33)로 전달된다. 초음파처리된 유기물질이, 상기 제 1 초음파반응기(US₁)의 유출구(37)에 연결된 배출유동(39)에서 바이오가스 생산 반응기 탱크로 접근할 수 있다.

상기 실시예가 가지는 장점에 의하면, 예를 들어 서로 다른 유기물질이 도 2a에서 설명된 바이오가스 생산 시스템내부로 유입되기 전에 더욱 용이하게 서로 혼합될 수 있다. 상기 장점은 다수의 펌프들을 통해 유동을 제어하여 달성된다. 유기물질(A)을 제 1 초음파반응기(31)로 유입시키기 위해 제 1 공급펌프(PA)가 제공되고, 유기물질(B)을 제 2 초음파반응기(32)로 유입시키기 위해 제 2 공급펌프(PB)가 제공된다. 각 펌프(PA,PB)의 능력은 0 내지 15㎥/h인 것이 선호된다. 상기 제 2 피드백 파이프(36)내에 배열된 피드백 루프 펌프(FLP)는, 15 내지 30 ㎥/h의 능력을 가지는 것이 선호된다.

배출유동(39)을 통해 바이오가스 생산 반응기로 전달되고 초음파처리되는 물질의 양은, 도 6과 관련하여 설명된 탱크반응기의 유입구에 배열된 (도면에 도시되지 않은) 메인펌프에 의해 제어된다. 상기 메인펌프가 Q ㎥/h를 상기 바이오가스 생산 반응기로 전달하도록 설정되면, 펌프(PA,PB)를 통해 유입되는 유기물질의 합(A 및 B)은 Q, 즉 A+B=Q 이다. 루프유동을 유지하기 위해, 피드백 루프 펌프(FLP)를 통과하는 유동은 Q보다 커야 한다.

점성은, 상기 배출유동(39)을 통해 제공되고 초음파처리되는 재료의 특성이며 모니터링(monitoring)이 필요하다. 상기 모니터링은, 제어유니트에 연결된 상기 배출유동(39)에 배열되는 점성센서에 의해 달성되고, 상기 제어유니트는 도 4에 도시된 것과 같이 피드백 루프 펌프(FLP)를 통해 유동을 제어한다.

도 3에 도시된 선택적 실시예를 참고할 때, 상기 점성센서는 생략되고, 제 1 초음파반응기(31)를 통해 전달되는 (따라서 재료가 상기 배출유동(39)에서 구해지는) 재료의 점성이 상기 초음파반응기(31)로 공급되는 전압과 전류사이의 관계를 측정하여 결정된다. 전압과 전류사이의 관계는 처리된 유기물질의 점성에 관한 함수이며 제어유니트(CU)(65)내에서 분석되고, 다음에 상기 제어유니트는 피드백 루프 펌프(FLP)를 통해 유동을 제어한다. 당연히, 점선들로 도시된 것과 같이, 상기 제어유니트(65)는 또한 제 1 및 제 2 공급펌프(PA,PB)의 유동을 제어할 수 있다.

본 발명을 따르는 분해시스템(40)의 제 2 실시예를 도시한 도 4를 참고할 때, 도 3과 비교하여 서로 다른 방법으로 배열된 두 개의 분산(dispersion)장치들로 구성된 기계적 분산시스템이 상기 실시예에 도시된다. 유기물질(A)은 제 1 분산장치(41)의 유입구(43)와 연결된 제 1 공급파이프를 통해 제 1 분산장치(41)로 유입되고, 유기물질(A)과 서로 다른 유기물질(B)이 제 2 분산장치(42)의 유입구(44)와 연결된 제 2 공급파이프를 통해 제 2 분산장치(42)로 유입된다. 처리된 유기물질은 피드백 파이프(45)를 통해 상기 제 1 분산장치(41)로부터 제 2 분산장치(42)의 유입구(44)로 전달되고, 처리된 유기물질은 피드포워드 파이프(feed forward pipe, 46)를 통해 제 2분산장치(42)의 유출구(48)로부터 제 1 분산장치(41)의 유출구(47)로 전달된다. 처리된 유기물질은, 상기 제 1 분산장치(41)의 유출구(47)와 제 2 분산장치(42)의 유출구(48)에 연결된 배출유동(49)에서 바이오가스 생산 반응기 탱크로 접근할 수 있다.

다수의 펌프들을 통과하는 유동을 제어하여 처리된 유기물질이 상기 배출유동(49)을 통해 바이오가스 생산 반응기로 접근할 수 있다. 제 1 공급펌프(PA)는 유기물질(A)을 제 1 분산장치(41)로 공급하기 위해 제공되고, 제 2 공급펌프(PB)는 유기물질(B)을 제 2 분산장치(42)로 공급하기 위해 제공된다. 각 펌프(PA,PB)의 능력은 0 내지 15㎥/h인 것이 선호된다. 본 실시예에서, 상기 피드백 파이프(45) 내에 제공되는 피드백 루프 펌프(FLP)는 0 내지 15㎥/h의 능력을 가지는 것이 선호된다.

배출유동(49)을 통해 바이오가스 생산 반응기로 전달되고 초음파처리되는 물질의 양은, 도 6과 관련하여 설명되는 것처럼 탱크반응기의 유입구에 배열된 (도면에 도시되지 않은) 메인펌프에 의해 제어된다. 상기 메인펌프가 Q ㎥/h를 상기 바이오가스 생산 반응기로 전달하도록 설정되면, 펌프(PA,PB)를 통해 유입되는 유기물질의 합(A 및 B)은 Q, 즉 A+B=Q 이다. 제 2 분산장치(42) 내에서 또 다른 처리가 이루어지는 유기물질(A)의 양은, 상기 피드백 루프 펌프(FLP)를 통과하는 유동에 의해 결정된다.

상기 실시예에서, 점성센서(66)가 배출유동(49)에 배열되고 제어유니트(67)에 연결되며, 상기 제어유니트는 다음에 피드백 루프 펌프(FLP)를 통과하는 유동을 제어한다. 점선으로 도시된 것과 같이 점성을 모니터링하고 이용가능한 펌프를 통과하는 유동을 최종적으로 제어하기 위해 상대적으로 많은 점성센서들이 당연히 제공될 수 있다.

본 발명을 따르는 분해시스템(50)의 제 3 실시예를 도시한 도 5를 참고할 때, 상기 실시예에서 더욱 복잡한 구조를 가진 초음파시스템이 도시된다. 상기 실시예에서, 상기 초음파시스템은 세 개의 초음파 반응기(51,52,53)(도 5에서 US₁, US₂, US₃로 도시됨)들로 구성된다. 각 초음파 반응기는, 도 2a 와 관련하여 설명된 것과 같이 피드백 루프(54)와 초음파 피드백 펌프(UFP) 및 공급펌프(PA,PB,PC)들을 이용하여 유기물질(A,B,C)을 각 초음파 반응기(US₁,US₂,US₃)의 유입구(55,56,57)로 공급할 수 있는 공급파이프를 가진다. 상기 제 1 초음파 반응기(US₁)의 유출구(61)로부터 공급되고 초음파처리된 유기물질은, 피드백 파이프(58)를 통해 제 2 초음파반응기(US₂)의 유입구(56)로 전달된다. 제 2 초음파반응기(US₂)의 유출구(62)로부터 공급되고 초음파처리된 유기물질은, 피드백 파이프(59)를 통해 제 3 초음파 반응기(US₃)의 유입구(57)로 전달된다. 초음파처리된 유기물질을 상기 제 1 초음파 반응기(US₁)의 유출구(61)에 연결된 유출구(64)로 전달하기 위하여, 제 2 초음파 반응기의 유출구(62)와 제 3 초음파 반응기의 유출구(63)로부터 상기 제 1 초음파 반응기(US₁)의 유출구(61)까지 제 1 및 제 2 피드포워드 파이프(60,65)가 제공된다.

초음파 피드백 펌프(UFP)의 능력은, 15 내지 30 ㎥/h인 것이 선호되고, 공급펌프(PA,PB,PC)들의 능력은 0 내지 15㎥/h인 것이 선호된다. 따라서, 피드백 루프(54)를 통과하는 유동은 각 공급펌프를 통과하는 유동과 적어도 동일하거나 두 배이상 큰 것이 선호된다. 피드백 루프 펌프(FLP)들이 각 피드백 파이프(58,59)내에 배열되고, 피드백 루프 펌프(FLP)의 능력은 0 내지 15㎥/h인 것이 선호된다.

초음파 피드백 루프가 구성되기 때문에, 도 4와 관련하여 설명된 실시예와 비교하여 상대적으로 높은 건조고체 함량을 가진 유기물질이 상기 초음파 반응기들로 공급될 수 있다.

도 6을 참고할 때, 도 3 내지 도 5와 관련하여 설명된 것과 같이 피드백 루프내에 반응기 탱크(71)와 분해시스템(72,73)들을 포함하고 바이오가스의 생산과 관련하여 유기물질을 처리하기 위해 예비처리하는 바이오가스 생산 시스템(70)의 제 1 실시예가 도시된다. 상기 바이오가스 생산 시스템은 피드백 루프 또는 예비처리 시스템 및 이들의 조합으로 구성될 수 있다.

상기 피드백 루프는, 도 3과 관련하여 설명된 시스템과 유사한 제 1 분해시스템(72) 및, 추가로 상기 반응기 탱크(71)의 유출구(76)로부터 유기물질의 예비처리시스템까지 형성된 선택적인 피드백 파이프(74)를 포함한다. 또한, 상기 분해시스템(72)내에서 펌프를 제어하기 위해 점성센서(75)가 이용된다. 다른 공정들로부터 공급된 추가의 유기물질이 도면에 도시된 것과 같이 유입될 수 있다. 피드백 루프가 유기물질의 예비 처리없이 구성되면, 피드백 파이프(74)는 불필요하다.

상기 예비 처리 시스템은, (선택적인 피드백 파이프(74)가 구성되면) 도 4 또는 도 5와 관련하여 설명된 시스템과 유사한 제 2 분해시스템(73)을 포함한다. (상기 기계적 분산기능 또는 초음파를 이용하여) 유기물질 (A,B)이 상기 분해시스템(73)내에 유입되고 처리되며, 상기 유출구(76)로부터 공급된 물질(C)이 상기 분해시스템으로 유입된다. 적당한 양의 처리된 물질이 메인펌프(MP)에 의해 탱크반응기(71)내부로 공급된다. 원하는 점성을 가진 유기물질을 상기 탱크 반응기(71)로 출력하기 위하여, 상기 분해시스템내부의 점성센서(79)와 제어유니트(CU)는 분해시스템(73)내부의 펌프활동을 제어하고 선택적으로 피드백 파이프(74)내에서 물질의 양을 제어하는 펌프(FP)를 제어한다.

도 7은, 도 5와 관련하여 공개된 시스템과 유사하고 탱크반응기(71)와 분해시스템(73)을 포함한 바이오가스 생산 시스템(77)의 제 2 실시예를 도시한다.

상기 시스템은, 탱크 반응기(71)의 배출유동(76)으로부터 형성된 피드백 루프(78)로 구성된다. 상기 배출유동은 분해시스템(73)내에서 피드백펌프(FP)에 의해 제어되고 제 1 분해유니트내부로 유입된다. 상기 탱크반응기(71)로부터 상기 제 1 분해유니트로 슬러지를 공급하는 목적은, 제 2 및 제 3 분해유니트로 유입되는 다른 유기물질(A,B)이 각 분해유니트를 통과하기 어렵게 만드는 점성을 가지는 경우, 시스템내에서 유기물질에 대해 적합한 점성을 공급하는 것이다.

상기 분해시스템은, 분해유니트내부의 내부펌프들과 피드백 펌프(FP)를 제어하도록 구성된 제어유니트 및 점성센서(79)를 포함하는 것이 선호된다.

바이오가스 생산 시스템(80)의 선택적 실시예를 도시한 도 8을 참고할 때, 서로 다른 온도 또는 건조고체 함량과 같은 서로 다른 특성들을 가진 유기물질(X,Y)이, 분해시스템(82)내부로 유입되기 전에 예비혼합용기(81)내에서 혼합된다. 상기 실시예에서, 유기물질(X,Y)을 분해시스템(82)으로 공급하기 위하여 펌프(PA,PB)들을 가진 두 개의 공급파이프들이 이용된다.

이 경우, 상기 유기물질(A,B)은 동일한 물질이며 유기물질(X,Y)들의 혼합물로 구성된다. 선택적으로, 점선의 화살표(86)로 도시된 영양소(nutriment)들이 또한 예비혼합용기(81)로 공급될 수 있다. 메인 펌프(MP)는 처리된 물질을 상기 분해시스템(82)으로부터 탱크반응기(83)로 공급한다.

도 6과 관련하여 설명한 것과 같이 피드백루프(84)를 도 7의 시스템에 부가할 수 있다. 물질을 상기 탱크반응기(83)의 유출구로부터 (도 6과 관련하여 설명한) 분해시스템으로 공급하거나 상기 예비혼합 용기(81)로 유입되는 물질(Y)들 중 하나로서 공급하기 위하여, 피드백 파이프(85)가 구성될 수 있다. 이 경우 처리되지 않은 유기물질일 수 있는 유기물질(X)이, 상기 탱크반응기(83)의 유출구로부터 구해진 물질과 비교하여 서로 다른 온도 또는 건조고체 함량을 가질 수 있다. 상기 예비혼합 용기(81)는 차이를 동일하게 만들고 분해시스템의 효율을 증가시킬 수 있다.

선택적 실시예에 있어서, 상기 분해시스템(82)은 도 3 또는 도 4와 관련하여 설명된 점성감지기와 유사하고 상기 분해시스템(82)의 배출유동에 배열되는 점섬감지기이외에 문헌 제 JP 2006-122875 호에 공개되고 도 2a 및 도 2b 와 관련하여 설명된 종래기술의 분해시스템을 포함할 수 있다. (예를 들어, 초음파 반응기와 같은) 분해유니트의 유입구로 피드백되는 유기물질의 양 및 상기 반응기탱크(83)내부로 유입되는 유기물질의 점성이, 상기 점성감지기에 부착된 제어유니트에 의해 제어된다. 이 경우, 상기 예비혼합 용기(81)로부터 형성되는 예를 들어, 유기물질(A)을 위한 단지 한 개의 유입구가 필요하다.

도 3내지 도 7과 관련하여 유입된 물질이 일반적으로 선호되는 유기물질(A,B,C)로서 설명되더라도, 상기 시스템내에 비 유기물질(non-organic material)을 공급하는 것이 바람직할 수도 있기 때문에, 본 발명의 범위는 상기 유기물질로 국한되지 않는다. 그러나, 분해된 유기물질을 생산하기 위하여, 공급된 적어도 한 개의 물질들은 유기물질이어야 하고, 시스템내에서 유기물질과 혼합되도록 철, 코발트(cobalt), 니켈, 셀레늄(selenium), 텅스텐(tungsten), 붕소, 몰리브데늄(molybdenum) 및 바나듐(vanadium)과 같이 소화공정에서 이용될 수 있는 영양소들이 공급되고, 영양소들은 공급되기 전에 유기물질과 예비 혼합될 수 있다.

본 발명의 상기 모든 실시예들에서 이용되는 펌프들은 예를 들어 ITT Flygt, KSB 또는 Scanpump 사로부터 구입할 수 있는 편심스크류(eccentric screw) 펌프들 또는 촙퍼(chopper) 펌프들인 것이 선호된다.

청구범위에서 분해유니트(disintegrating unit)라는 용어는, 초음파 반응기, 기계적 분산장치 및 물질을 분해시키는 다른 형태의 장치에 관한 일반용어로서 사용된다.

또한, 도 3 내지 도 8과 관련하여 상기 분해시스템들의 분해유니트들은 동일한 형태이며, 즉 초음파 반응기 또는 기계적 분산장치들이지만, 본 발명은 상기 분해유니트들로 국한되지 않는다. 제 1 분해유니트로서 기계적 분산장치를 가지고 제 2 분해 시스템으로서 초음파반응기를 가지는 분해시스템을 구성할 수 있다.

각각의 초음파 반응기를 통해 원하는 양의 유기물질을 전달하고 각각의 초음파 반응기를 통해 비 층류유동을 형성하도록 각 펌프의 성능과 작동특성이 선택된다. 불필요한 층류를 회피하기 위하여, 각 초음파반응기를 통과하는 유동은 0.5m/s 이상인 것이 선호된다.

상기 실시예가, 도 6과 관련하여 설명된 것처럼, 동일한 탱크반응기로 피드백되고 처리되며 소화되는 슬러지의 피드백 루프를 가진 바이오가스 생산 시스템을 설명할지라도, 탱크반응기의 다른 형태가 이용될 수 있다. 탱크반응기들이 병렬 및/또는 직렬로 배열될 수 있고, 상기 탱크반응기로부터 공급되고 소화된 슬러지가 분해시스템으로 가압되며, 다음에 처리되고 소화된 슬러지가 제 2 탱크반응기로 전달 및/또는 제 1 탱크반응기로 되돌아 전달된다.

10, 20......바이오가스 생산 시스템,
11, 17, 21, 27......초음파 반응기,
13......파이프,
15......공급파이프,
16, 26......초음파 처리시스템,
30, 40......분해시스템,
31, 41......제 1 분해시스템,
32......제 2 분해시스템,

Claims

물질(A,B,C)을 수용하기 위한 유입구(33,34,44,55,56,57) 및 처리된 물질을 배출하기 위한 유출구(37,38,47,48,61,62,63)를 가진 다수의 분해유니트(31,32,41,42,51,52,53)들을 포함하고, 상기 분해유니트들 중 제 1 분해유니트(31,41,51)의 제 1 유입구(33,43,55)는 유기물질(A)을 수용하도록 구성되는 유기물질을 처리하기 위한 분해시스템에 있어서,
상기 분해유니트들 중 제 1 분해유니트의 유출구(37,47,61)와 제 2 분해유니트의 유입구(34,44,56)사이에 제 1 피드백 파이프(35,45,58,59)가 연결되고,
적어도 상기 제 1 분해유니트(31,41,51)의 유출구(37,47,61)에 상기 분해시스템(30,40,50)의 배출유동(39,49,64)이 연결되고, 유입된 물질(A,B,C)의 합이 배출유동(39,49,64)에서 구해지는 것을 특징으로 하는 유기물질을 처리하기 위한 분해시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 분해시스템은 각 분해유니트(51,52,53)의 유출구에서 처리된 유기물질의 적어도 일부분을 동일한 분해유니트의 유입구로 피드백하도록 배열된 피드백 파이프(54)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유기물질을 처리하기 위한 분해시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 분해유니트의 유출구(38)와 제 1 분해유니트의 유입구(33)사이에서 제 2 피드백 파이프(36)가 연결되는 것을 특징으로 하는 유기물질을 처리하기 위한 분해시스템.
제 3 항에 있어서, 상기 제 1 분해유니트(31)의 유입구(33)에 유기물질(A)을 공급하기 위해 제 1 공급펌프가 제공되고, 상기 제 2 분해유니트(32)의 유입구(33)에 유기물질(B)을 공급하기 위해 제 1 공급펌프가 제공되며, 상기 피드백 파이프내에 피드백 루프 펌프가 제공되고, 상기 피드백 루프 펌프의 유동능력은 각 공급펌프의 유동능력과 적어도 동등한 것을 특징으로 하는 유기물질을 처리하기 위한 분해시스템.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 오직 상기 배출유동(39)이 상기 제 1 분해유니트(31)의 유출구(37)에 연결되는 것을 특징으로 하는 유기물질을 처리하기 위한 분해시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 분해유니트의 유출구(48,62,63)와 상기 제 1 분해유니트의 유출구(47,61)사이에 피드포워드 파이프(46,60)가 연결되는 것을 특징으로 하는 유기물질을 처리하기 위한 분해시스템.
제 6 항에 있어서, 상기 제 2 분해유니트의 유출구(62), 제 3 분해유니트의 유입구(57) 및 제 2 피드포워드 파이프(65)사이에 제 2 피드백 파이프(59)가 연결되는 것을 특징으로 하는 유기물질을 처리하기 위한 분해시스템.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 배출유동(49,64)이 다수의 분해유니트(41,42,51,52,53)들의 유출구(47,48,61,62,63)에 연결되는 것을 특징으로 하는 유기물질을 처리하기 위한 분해시스템.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 처리된 물질의 점성을 결정하기 위해 점성감지기(31,66)가 제 1 분해유니트의 유출구에 제공되고, 상기 점성감지기로 측정값들을 수신하여 상기 제 1 피드백 파이프를 통과하는 유동을 제어하기 위한 제어유니트(65,68)가 구성되는 것을 특징으로 하는 유기물질을 처리하기 위한 분해시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 점성감지기는 상기 배출유동(49)에 배열된 점성센서(67) 또는 상기 제 1 분해유니트로 공급된 전압과 전류가 제공되는 분석기를 포함하는 군 중 한 개인 것을 특징으로 하는 유기물질을 처리하기 위한 분해시스템.
제 1항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분해유니트들은 초음파 반응기들 또는 기계적 분산장치들인 것을 특징으로 하는 유기물질을 처리하기 위한 분해시스템.
유기물질의 혐기성 소화를 이용하는 바이오가스 생산 시스템으로서,
바이오가스를 생산하기에 적합한 유기물질을 수용하기 위한 유입구를 가진 탱크반응기(71,83)를 포함하고, 상기 탱크반응기는 혐기성 상태에서 소화작용을 위해 바이오가스를 생산하는 박테리아를 포함하며,
바이오가스를 생산하며 소화된 슬러지를 형성할 때 소화작용을 위하여 상기 유기물질을 상기 탱크반응기로 공급하는 공급수단을 포함하는 유기물질의 혐기성 소화를 이용하는 바이오가스 생산 시스템에 있어서,
처리된 유기물질을 상기 유입구로 공급하도록 구성되며 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항을 따르는 적어도 한 개의 분해시스템(72,73,82)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유기물질의 혐기성 소화를 이용하는 바이오가스 생산 시스템.
제 12 항에 있어서, 서로 다른 특성들을 가진 적어도 두 개의 물질(X,Y)들을 수용하고 상기 분해시스템들 중 한 개의 분해시스템(82)으로 예비혼합된 물질(A,B)을 배출하기 위해 예비혼합용기(81)가 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 유기물질의 혐기성 소화를 이용하는 바이오가스 생산 시스템.
유기물질의 혐기성 소화를 이용하는 바이오가스 생산 시스템으로서,
바이오가스를 생산하기에 적합한 유기물질을 수용하기 위한 유입구를 가진 탱크반응기(83)를 포함하고, 상기 탱크반응기가 혐기성 상태에서 소화작용을 위해 바이오가스를 생산하는 박테리아를 포함하며,
바이오가스를 생산하며 소화된 슬러지를 형성할 때 소화작용을 위하여 상기 유기물질을 상기 탱크반응기(83)로 공급하는 공급수단을 포함하고,
각 분해유니트의 유출구에서 적어도 일부분의 처리된 물질을 동일한 분해유니트의 유입구로 피드백하도록 배열된 피드백 파이프가 제공된 적어도 한 개의 분해유니트를 가지고 처리된 유기물질을 상기 탱크 반응기(83)로 공급하도록 구성되는 적어도 한 개의 분해시스템(82)을 포함하는 유기물질의 혐기성 소화를 이용하는 바이오가스 생산 시스템에 있어서,
상기 탱크 반응기의 유입구에서 처리된 물질의 점성을 결정하기 위해 제공된 점성감지기를 포함하고,
피드백 파이프를 통과하는 유동을 제어하기 위해 상기 점성 감지기로부터 측정된 값(parameter)들을 수신하도록 구성된 제어유니트를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유기물질의 혐기성 소화를 이용하는 바이오가스 생산 시스템.
제 14 항에 있어서, 상기 점성감지기가, 상기 탱크반응기(83)의 유입구에 배열된 점성센서 또는 상기 제 1 분해유니트로 공급된 전압과 전류가 제공되는 분석기를 포함하는 군 중 한 개인 것을 특징으로 하는 유기물질의 혐기성 소화를 이용하는 바이오가스 생산 시스템.