KR20110072605A - Apparatus for concentrating the anaerobic miro-organism - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 혐기성 미생물 농축장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 혐기성 소화조 내 미생물의 농도를 높게 유지함으로써 유기성폐기물 부하량 및 처리량을 증대시키고 바이오가스 생산효율을 높일 수 있는 혐기성 미생물 농축장치에 관한 것이다. The present invention relates to an anaerobic microorganism concentrator, and more particularly, to an anaerobic microorganism concentrator capable of increasing organic waste load and throughput and increasing biogas production efficiency by maintaining a high concentration of microorganisms in an anaerobic digester.
최근, 음식물 쓰레기, 가축분뇨, 하수 슬러지와 같은 유기성폐기물을 혐기성 소화시켜 메탄 등의 바이오가스를 생산하고 이를 열병합 발전 등에 이용하는 기술이 개발되고 있다. 이와 같이 유기성폐기물로부터 바이오가스를 생산, 이용하는 방법은 바이오가스를 에너지원으로 사용할 수 있다는 점 이외에 환경 오염 부하를 감소시킬 수 있다는 점에서 각광을 받고 있다. Recently, technologies for producing biogas such as methane by anaerobic digestion of organic wastes such as food waste, livestock manure, and sewage sludge have been developed. As such, the method of producing and using biogas from organic waste has been in the spotlight in that it can reduce the environmental pollution load in addition to using biogas as an energy source.
하지만, 이러한 혐기성 소화공정은 산생성 미생물과 메탄생성 미생물의 반응 기작이 관여하는 생물학적 공정임에 따라, 운영조건이 까다로워 최적화된 성능을 발휘하기 위해서는 각별한 주의가 요구된다. 특히, 메탄생성 미생물의 경우에는 호 기성 미생물에 비해 생장속도가 매우 느린 이유로, 효과적인 반응을 위해서는 반응조 내의 미생물 유실을 방지하고 미생물의 양을 일정하게 유지시킬 수 있어야 한다. However, since the anaerobic digestion process is a biological process involving the reaction mechanism of the acid-producing microorganisms and the methane-producing microorganisms, special care is required to achieve optimal performance due to the difficult operating conditions. In particular, methane-producing microorganisms have a slow growth rate compared to aerobic microorganisms, and therefore, for effective reactions, it should be possible to prevent the loss of microorganisms in the reactor and keep the amount of microorganisms constant.
고농도 유기성폐기물을 처리하는 혐기성 소화조는 일반적으로 상기 언급한 완전혼합형 반응기 형태로서 수리학적 체류시간(HRT)과 슬러지 체류시간(SRT)이 동일하기 때문에 반응조 내 메탄생성 미생물 농도를 일정 수준으로 유지시키기 위해서는 긴 체류시간이 요구되어 소화조의 용량이 커져야 하거나, 정해진 소화조 용량에 대해서 일정 수준 이상의 유기물 부하량 및 바이오가스 생산효율을 기대하기 어려운 문제점이 있다. The anaerobic digester which treats high concentration organic waste is generally in the form of the above-mentioned fully-mixed reactor, which has the same hydraulic retention time (HRT) and sludge residence time (SRT). The long residence time is required, so the capacity of the digester must be increased, or it is difficult to expect a certain level of organic matter load and biogas production efficiency for a predetermined digester capacity.
이를 해결하기 위한 방안으로, 소화조 후단에 막분리설비나 침전설비를 구비하여 미생물을 농축하고 소화조로 반송함으로써 혐기성 소화 반응조 내 슬러지 체류시간(SRT)을 연장시키는 기술이 적용되고 있다. 그러나, 막분리 공정의 경우 혐기성 소화액에 포함된 다량의 고형성분에 의한 막 표면의 파울링 현상이 심하게 발생하고 운전을 위한 소요동력이 커서 유지, 관리하는데 어려움이 있으며, 침전 공정의 경우는 부유성 물질이 다량 함유되어 있는 혐기성 소화액의 자체 특성으로 인해 침전 현상을 유도하기가 어려운 관계로, 고분자 계열의 난분해성 응집제가 다량 소요되고 침전조에서의 긴 체류시간이 요구되는 문제점이 있다. As a solution to this problem, a technique for extending the sludge residence time (SRT) in the anaerobic digestion reactor by concentrating microorganisms with a membrane separation facility or a precipitation facility at the rear of the digester and returning it to the digester has been applied. However, in the membrane separation process, fouling of the membrane surface due to a large amount of solid components contained in the anaerobic digestion solution occurs severely, and the driving force is large, and thus, it is difficult to maintain and manage it. It is difficult to induce precipitation due to its own characteristics of the anaerobic digestion liquid containing a large amount of material, there is a problem that requires a large amount of polymer-based hardly degradable flocculant and a long residence time in the precipitation tank.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 혐기성 소화조 내 미생물의 농도를 높게 유지함으로써 유기성폐기물 부하량 및 처리량을 증대시키고 바이오가스 생산효율을 높일 수 있는 혐기성 미생물 농축장치를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above problems, by maintaining a high concentration of microorganisms in the anaerobic digester to increase the organic waste load and throughput, and to provide an anaerobic microorganism concentrating device that can increase the biogas production efficiency There is this.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 혐기성 미생물 농축장치는 유기성폐기물을 혐기성 소화시키는 혐기성 소화조 및 상기 혐기성 소화조로부터 배출되는 혐기성 소화액을 가압부상분리하여 처리수와 고형물질로 분리하는 미생물 농축장치를 포함하여 이루어지며, 상기 가압부상분리 과정에서, 혐기성 소화액이 가압부상분리의 혼합액체로 이용되고 상기 혐기성 소화조에서 생성된 바이오가스가 가압부상분리의 가압가스로 이용되는 것을 특징으로 한다. Anaerobic microbial concentrator according to the present invention for achieving the above object is an anaerobic digester for anaerobic digestion of organic waste and the anaerobic digestion liquid discharged from the anaerobic digester by pressure flotation to separate the treated water and a solid matter microorganism concentrator In the pressurized flotation, the anaerobic digestion liquid is used as a mixed liquid of the pressurized flotation, and the biogas generated in the anaerobic digester is used as the pressurized gas for the pressurized flotation.
상기 미생물 농축장치는, 상기 혐기성 소화조로부터 공급받은 혐기성 소화액과 바이오가스를 혼합하는 혼합수단과, 상기 혼합수단으로부터 바이오가스가 혼합된 소화액을 공급받아, 대기압보다 높은 압력을 가하여 혐기성 소화액 내에 바이오가스가 가압되도록 하는 가압수단과, 상기 가압수단으로부터 바이오가스가 가압된 소화액을 공급받아, 대기압 하에서 노출시킴으로써 마이크로 버블 형태로 전환된 바이오가스의 부상력을 이용하여 혐기성 소화액 내의 고형물질을 부상시켜 분리하 고, 상기 부상분리된 고형물질을 상기 혐기성 소화조에 반송하는 부상분리조를 포함하여 구성될 수 있다. The microbial concentrator is a mixing means for mixing the anaerobic digestion liquid and biogas supplied from the anaerobic digestion tank, the digestion liquid mixed with the biogas is supplied from the mixing means, the biogas is added to the anaerobic digestion liquid by applying a pressure higher than atmospheric pressure A pressurizing means for pressurizing and a digestion liquid pressurized by the biogas from the pressurizing means are used to float and separate the solid matter in the anaerobic digestion liquid by using the floating force of the biogas converted into a micro bubble form by exposing it under atmospheric pressure. It may be configured to include a flotation separation tank for conveying the flotation separated solid material to the anaerobic digester.
상기 혼합수단에 응집제를 공급하여 혐기성 소화액 내에 포함되어 있는 고형물질을 응집하는 응집제 공급수단이 더 구비될 수 있으며, 상기 혼합수단은 라인믹서와 이젝터로 구성될 수 있다. A coagulant supply unit may be further provided to supply the coagulant to the mixing unit to aggregate the solid matter contained in the anaerobic digestion liquid, and the mixing unit may include a line mixer and an ejector.
본 발명에 따른 혐기성 미생물 농축장치는 다음과 같은 효과가 있다. Anaerobic microbial concentrator according to the present invention has the following effects.
혐기성 소화조로부터 배출되는 소화액 중 미생물이 다량 포함된 고형물질을 가압부상원리를 이용한 미생물 농축장치를 통해 분리하여 혐기성 소화조에 재투입함으로써 소화조 내 혐기미생물의 농도를 높게 유지시킴에 따라 혐기성 소화장치의 바이오가스 생산효율을 향상시킬 수 있게 된다. The biomass of the anaerobic digester is maintained by maintaining solid concentration of anaerobic microorganisms in the digester by separating solid materials containing a large amount of microorganisms from the anaerobic digester from the anaerobic digester through the microbial concentrator using pressurized injury. Gas production efficiency can be improved.
또한, 일반 공기와 부상분리된 처리수를 가압가스와 혼합액체로 각각 이용하는 통상의 가압부상분리장치와는 달리, 혐기성 소화조에서 생성된 소화액과 바이오가스를 혼합액체와 가압가스로 직접 이용함에 따라, 소화액 내에 포함된 고형성분의 부상분리 효율을 향상시킬 수 있으며, 부상분리된 상등액에 존재하는 고형성분(미생물 농축성분)이 재차 혐기성 소화조로 반송되더라도 일반 공기가 아닌 바이오가스를 가압가스로 이용함으로 인해 혐기성 소화공정에 악영향을 끼치지 않게 된다. In addition, unlike the conventional pressurized flotation device which uses the treated air separated from the normal air and the floating water as the pressurized gas and the mixed liquid, the digested liquid and the biogas generated in the anaerobic digester are directly used as the mixed liquid and the pressurized gas. It is possible to improve the flotation separation efficiency of the solid components contained in the digestive liquid, and even though the solid components (microbial concentrated components) present in the supernatant separated from the flotation are returned to the anaerobic digester, biogas is used as the pressurized gas instead of general air. It does not adversely affect the anaerobic digestion process.
미생물 농축 슬러지가 제거된 소화액 부상분리 처리수는 미생물 농축공정을 거치지 않은 소화액에 비해 고형물 및 유기성분의 농도가 낮기 때문에 보다 고품질의 액비로 사용할 수 있으며, 하수연계 공정 및 폐수처리 공정을 적용하더라도 보다 용이하게 경제적으로 정화처리하여 방류할 수 있다. The digested liquor floatation water from which the microbial concentrated sludge has been removed has lower concentration of solids and organic components than the digested liquor without the microbial enrichment process, so it can be used as a higher quality liquid ratio, even if the sewage system and wastewater treatment process are applied. It can be easily economically cleaned and discharged.
본 발명에 따른 혐기성 미생물 농축장치는 혐기성 소화조와 미생물 농축장치의 조합으로 이루어지며, 상기 혐기성 소화조로부터 배출되는 혐기성 소화액을 상기 미생물 농축장치를 이용하여 처리수와 고형물질로 분리함을 특징으로 한다. The anaerobic microbial concentrator according to the present invention is composed of a combination of an anaerobic digester and a microbial concentrator, characterized in that the anaerobic digestion liquid discharged from the anaerobic digester is separated into treated water and solid matter using the microbial concentrator.
상기 미생물 농축장치는 가압부상분리 원리를 이용하여 혐기성 소화액을 처리수와 상등액으로 분리하는 역할을 하는데, 가압부상분리를 진행함에 있어 혐기성 소화액이 가압부상분리의 혼합액체로 이용되고, 바이오가스가 가압부상분리의 가압가스로 이용된다. 또한, 상기 미생물 농축장치에 의해 분리된 고형물질 즉, 미생물 농축물질은 혐기성 소화조로 재공급되어 혐기성 소화조의 미생물 농도를 높여 궁극적으로 바이오가스 생성효율을 향상시키는 역할을 한다. The microbial concentrator serves to separate the anaerobic digestion liquid into the treated water and the supernatant using the pressure flotation separation principle. In the process of performing the pressure flotation, the anaerobic digestion liquid is used as a mixed liquid of the pressure flotation separation, and the biogas is pressurized. It is used as pressurized gas for floating separation. In addition, the solid material separated by the microbial concentrator, that is, the microbial concentrator is re-supplied to the anaerobic digester to increase the concentration of microorganisms in the anaerobic digester and ultimately improve the biogas production efficiency.
이와 함께, 산소가 포함되지 않은 메탄 등의 바이오가스가 가압부상분리의 가압가스로 이용됨에 따라, 미생물 농축물질이 혐기성 소화조에 재공급되더라도 혐기성 소화공정에 악영향을 끼치지 않게 된다. In addition, since biogas such as methane, which does not contain oxygen, is used as a pressurized gas for pressurized flotation, even if the microorganism concentrate is re-supplied to the anaerobic digester, it does not adversely affect the anaerobic digestion process.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성 미생물 농축장치를 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명에 따른 혐기성 미생물 농축장치의 개 념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성 미생물 농축장치의 구성도이다.Hereinafter, an anaerobic microorganism concentrating device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 is a conceptual diagram of an anaerobic microorganism concentrator according to the present invention, Figure 2 is a block diagram of an anaerobic microorganism concentrator according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성 미생물 농축장치(120)는 크게 혐기성 소화조(110)와 미생물 농축장치(120)의 조합으로 이루어진다. As shown in Figure 1 and 2, the
상기 혐기성 소화조(110)는 유기성폐기물을 혐기성 소화시켜 바이오가스를 생성함과 함께 혐기성 소화액을 배출하는 장치이며, 상기 미생물 농축장치(120)는 가압부상분리 원리를 이용하여 혐기성 소화액을 처리수와 미생물 농축물질인 고형물질로 분리하는 역할을 한다. 구체적으로, 본 발명에서 가압부상분리라 함은 대기압보다 높은 압력을 가하여 바이오가스가 소화액 내에 가압되도록 한 다음, 대기압 하에 노출시켜 소화액 내의 고형물질을 바이오가스와 함께 부상시켜 분리시키는 것을 의미한다. The
상기 미생물 농축장치(120)는 세부적으로, 혼합수단(123), 가압수단(122) 및 부상분리조(121)를 포함하여 구성되며, 필요에 따라 응집제 공급수단(124)이 추가되어 구성될 수 있다. The
상기 미생물 농축장치(120)의 혼합수단(123)은 상기 혐기성 소화조(110)로부터 각각 공급되는 혐기성 소화액과 바이오가스를 혼합하는 역할을 한다. 이 때, 응집제 공급수단(124)이 더 구비되는 경우, 상기 혼합수단(123)은 혐기성 소화액, 바이오가스 및 응집제를 혼합하며, 상기 응집제 공급수단(124)으로부터 공급되는 응집제는 혐기성 소화액 내에 포함되어 있는 고형물질을 응집시키는 역할을 한다. The mixing means 123 of the
일 실시예로, 상기 혼합수단(123)은 도 2에 도시한 바와 같이 라인믹서(123a)(line mixer)와 이젝터(123b)(ejector)로 구성될 수 있다. 상기 이젝터(123b)는 후술하는 가압펌프(122b)에 의해 혐기성 소화액이 고압 이송될 때 일정량의 바이오가스를 무동력으로 이송시켜 혐기성 소화액과 바이오가스를 혼합시키는 역할을 하며, 상기 라인믹서(123a)는 응집제 공급수단(124)으로부터 공급되는 응집제를 별도의 동력없이 혐기성 소화액 및 바이오가스와 혼합하는 역할을 한다. In one embodiment, the mixing means 123 may be composed of a
상기 가압수단(122)은 혐기성 소화액과 바이오가스의 혼합물에 대기압보다 높은 압력을 가하여 바이오가스를 혐기성 소화액 내에 가압시키는 역할을 한다. 상기 가압수단(122)은 가압탱크(122a)와 가압펌프(122b)로 구성되는데, 상기 가압탱크(122a)는 혐기성 소화액과 바이오가스의 혼합물이 가압되는 공간을 제공하며, 상기 가압펌프(122b)는 대기압보다 높은 압력으로 혐기성 소화액을 가압탱크(122a)로 공급하는 역할을 한다. The pressurizing means 122 serves to pressurize the biogas into the anaerobic digestion liquid by applying a pressure higher than atmospheric pressure to the mixture of the anaerobic digestion liquid and the biogas. The pressurizing
상기 부상분리조(121)는 상기 가압수단(122)으로부터 바이오가스가 가압된 혐기성 소화액을 공급받은 상태에서, 해당 혐기성 소화액을 대기압 하에서 노출시켜 혐기성 소화액 내에 가압되어 있는 바이오가스를 마이크로 버블(micro bubble)로 전환시켜 소화액의 고형성분을 부상시키는 역할을 한다. 이 때, 혐기성 소화액 내의 고형물질은 상기 마이크로 버블에 부착되어 함께 부상되며, 이에 따라 혐기성 소화액은 고형물질과 처리수로 분리된다. 여기서, 상기 처리수는 별도의 소화액 폐수처리 공정이 적용되어 방류되거나, 액체 비료로 활용될 수 있다. The
한편, 상기 부상분리조(121)에 의해 분리된 고형물질 즉, 미생물 농축물질은 상기 혐기성 소화조(110)로 공급되며, 이를 통해 혐기성 소화조(110) 내의 미생물 농도를 높일 수 있게 된다. 이와 같이, 혐기성 소화조(110) 내의 미생물 농도가 높아짐으로 인해 유기성 부하량 및 처리량을 향상시킬 수 있게 되며, 그에 따라 바이오가스의 생산효율이 향상된다. On the other hand, the solid material separated by the
또한, 공기와 가압부상분리 처리수를 각각 가압가스와 혼합액체로 각각 이용하는 통상의 가압부상분리장치와는 달리, 혐기성 소화조에서 생성된 혐기성 소화액과 바이오가스를 각각 혼합액체와 가압가스로 각각 이용함에 따라, 부상분리조에 의해 분리된 고형성분이 재차 혐기성 소화조에 공급되더라도 해당 고형성분에 의해 혐기성 소화공정이 저해되지 않게 된다. 혐기성 소화공정은 혐기 상태가 유지되어야 하는데, 공기를 가압가스로 이용하게 되면 혐기성 소화조 내에 공급되는 고형성분에 의해 산소 성분이 부착되어 혐기성 소화에 악영향을 끼칠 수 있으며, 외부 물질이 혐기성 소화조에 추가로 유입될 경우 밀폐된 소화조 내의 순간적인 압력 불균형 및 불안정 문제가 발생할 수 있다. In addition, unlike the conventional pressurized flotation device which uses air and pressurized flotation separation water as pressurized gas and mixed liquid, respectively, anaerobic digestion liquid and biogas generated in the anaerobic digester are used as mixed liquid and pressurized gas, respectively. Accordingly, even if the solid component separated by the flotation tank is supplied to the anaerobic digester again, the anaerobic digestion process is not inhibited by the solid component. The anaerobic digestion process must be maintained anaerobic. When air is used as a pressurized gas, the oxygen component is attached by the solid components supplied in the anaerobic digester, which can adversely affect anaerobic digestion, and external substances are added to the anaerobic digester. Ingress can result in instantaneous pressure imbalances and instability in closed digesters.
도 1은 본 발명에 따른 혐기성 미생물 농축장치의 개념도. 1 is a conceptual diagram of an anaerobic microorganism concentrating device according to the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성 미생물 농축장치의 구성도.2 is a block diagram of an anaerobic microorganism concentrating device according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>Description of the main parts of the drawing
110 : 혐기성 소화조 120 : 미생물 농축장치110: anaerobic digester 120: microbial concentrator
121 : 부상분리조 122 : 가압수단121: floating separation tank 122: pressurizing means
122a : 가압탱크 122b : 가압펌프122a: Pressurized tank 122b: Pressurized pump
123 : 혼합수단 123a : 라인믹서123: mixing means 123a: line mixer
123b : 이젝터 124 : 응집제 공급수단123b: ejector 124: flocculant supply means
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2009
- 2009-12-23 KR KR1020090129605A patent/KR20110072605A/en not_active Application Discontinuation
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