KR20110079124A

KR20110079124A - 해수를 이용한 습윤성 바이오매스의 소화발효조

Info

Publication number: KR20110079124A
Application number: KR1020090136095A
Authority: KR
Inventors: 기충석; 김동문
Original assignee: 기충석
Priority date: 2009-12-31
Filing date: 2009-12-31
Publication date: 2011-07-07
Also published as: KR101143897B1

Abstract

본 발명은 해수를 이용한 습윤성 바이오매스의 소화발효조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가축배설물, 음식쓰레기, 하수오니 등의 습윤유기질성 바이오가스의 유기질성분을 혐기성 세균에 의해 분해시켜 안정화, 경량화하고 바이오가스 에너지를 생산하는 혐기성 소화발효실과 소화폐액, 오니를 해양세균, 플랑크톤의 먹이, 영양염으로 정화하여 바다로 되돌려 보낼 수 있는 해수를 이용한 습윤성 바이오매스의 소화발효조에 관한 것이다.

본 발명은 혐기성 소화발효실과 소화폐액 정화실이 일체로 구성된 소화발효조(80)로써, 상기 소화발효조(80)는, 내측 바닥면에 가온할 수 있는 가온장치와, 상기 가온장치에 의해 가온되어 혐기성 소화발효시키기 위한 혐기성 소화발효실(20)과, 상기 혐기성 소화발효실(20)의 상부에서 상하로 이동되는 돔 밸브(Dome Valve: 30)와, 상기 돔 밸브(30)의 상부에서 소화폐액을 정화하는 소화폐액 정화실(10)을 포함한 해수를 이용한 습윤성 바이오매스의 소화발효조를 특징으로 한다.

바이오매스, 소화발효조, 오니, 해수, 돔, 혐기성, 소화폐액, 가온장치

Description

해수를 이용한 습윤성 바이오매스의 소화발효조{METHANE FERMENTER USING SEAWATER}

바이오메스(Biomass)를 에너지원으로 이용하면 에너지를 저장할 수 있고, 재생이 가능하며, 물과 온도 조건만 맞으면 지구 어느 곳에서나 얻을 수 있고, 적은 자본으로도 개발이 가능하며, 원자력 등 다른 에너지와 비교할 때 환경보전적으로 안전하다.

바이오매스를 에너지원으로 이용하는 방법으로는 직접연소·메탄발효·알코 올발효 등이 있다. 예를 들어, 생물이 공기가 없는 곳에서 썩으면 메탄가스가 발생한다. 이 과정을 무기호흡이라 하는데, 이때 생성된 메탄가스, 즉 바이오가스는 조리용·난방용 등의 연료로 사용할 수 있다.

상기 바이오매스 변환기술의 일종인 생물ㆍ화학적변환은 "혐기성 소화발효법"에 의한 바이오가스(Biogas)의 제조 공정과 "당화 알콜발효법"에 의한 메탄올제조공정으로 나누어진다. 메탄발효방식에 적용되는 바이오메스 자원은 식품산업계(식품폐기물, 식품산업폐수, 음식쓰레기)와 농업수산계(가축배설물, 어류내장류, 농산폐기물)로 이루어진 습윤유기질물을 대상으로 한다.

가축분노를 이용하는 메탄발효설비로 생산되는 메탄의 이용 내지 활용설비를 포함해서 바이오가스 플랜트(Biogas plant)라 부른다. 상기 바이오가스 플랜트의 기본구성은 도 4에 도시된 바와 같이, 분료의 공급계, 소화발효조에 있어서의 반응계(세균류의 반응기구, 교반기구를 포함), 바이오가스의 이용 내지 활용계, 잔사 및 폐액의 이용 내지 활용계로 나눌수 있다.

상기 분뇨의 공급계는, 원료가 되는 바이오매스 자원으로서 가축분뇨의 함수율은 사육상황, 축사 마루의 종류, 구조 등에 따라 다소 차이가 있는데 육우는 80 ~ 86%, 양돈은 70 ~ 80%, 닭은 50 ~ 77% 정도이나, 육우와 양돈의 분(똥)은 발효조에서의 고형물농도(固形物濃度)를 7 ~ 12%가 되게 처리한다. 유수분을 조절해 저류조에 투입한다. 물론, 투입에 앞서서 원분뇨 속의 협잡물을 제거하는 목적으로 투입구 ⇒ 수입조(짐사) ⇒ 선별 ⇒ 분쇄 ⇒ 저류조 ⇒ 투입펌프를 거쳐서 소화발효조에 보낸다.

톤분원액성상 표준치(mg/L)

	수입전	협작물 제거후
BOD	25,000 ~ 50,000	12,000 ~ 15,000
SS	25,000 ~ 50,000	18,000 mg/L

상기 혐기성 소화발효조에 있어서의 반응계를 개략적으로 살펴보면, 가축분뇨가 소화발효조에 투입되면 제일 먼저 침전이 이르나 고체분자가 침강하고, 액체분자는 상하로 움직이지만 통성혐기성세균에 의한 유기물의 가수분해 및 휘발성유기산의 생성작용과 절대혐기성세균인 메탄균의 가스화 작용으로 메탄 및 탄산가스로 분해된다. 혐기성소화는 이와 같이 성질을 달리하는 2종의 세균군의 공서에 의해 이루어지기 때문에 이들 혐기성세균이 유효하게 일할 수 있게끔 환경을 소화조 내에 유지해 줄 필요가 있다. 가축분뇨의 유기성분 중 혐기성분해가 안된 생물학적 불활성성분과 무기질물은 '소화오니'라고 해서 배출되는데 그 양은 투입 분뇨랑에 대하여 약 10 ∼ 17% 이 된다.

소화온도는 35 ~ 40℃, 고온에서는 50 ~ 55℃로 하고 소화일수는 30일을 표준으로 한다. 제 1소화발효조에 투입된 분뇨는 소정의 소화온도로 유지하면서 교반을 받아 조내의 소화오니와의 접촉하고 15일 이상의 체류 후 소화폐액은 제 2소화발효조로 이동한다. 분뇨의 소화발효는 제 1소화발효조 내에서 거의가 완료되고, 가스발생의 대부분은 여기서 이루어진다. 따라서 될 수 있는 한 분뇨의 투입량을 매일 균등하게 하고, 연속 투입을 해서 부하의 변동을 피하면서 가능한 교반을 장시간 함으로써 소화작용을 돕고, 스컴(Scum)의 발생을 방지한다. 특히 소화 온도의 유지에 유념하는 운전관리가 중요하다. 제 1소화발효조에서 제 2소화발효조로 소화폐액을 보낼 때는 제 1소화발효조에서 교반을 중지해 일정시간이 경과 후에 폐액을 이동시킨다.

도 5a 및 도 5b는 자연유하방식에 의한 폐액의 이송장치의 예시도이다. 상기 도 5a는 제 1소화발효조(97)에 장착된 일류관(溢流管: 94)의 위치가 고정되어 있기 때문에 분뇨의 투입량 만큼만 바로 일류하기 때문에 교반중에 분뇨를 투입하면 미소화 분뇨가 이송될 가능성이 높고, 도 5b는 제 1소화발효조(94)의 수위에 맞추어 밸브(93)를 상하 조작하면 분뇨투입시 이송되지 않도록 하면서 교반, 혼합하고, 정지 후에 조금씩 제 2차소화조와 연결된 제 2소화발효조 연결관(92)을 통해 제 2소화발효조로 이송할 수가 있다. 제 2소화발효조 내에서는 제 1소화발효조로부터 이송해 온 소화폐액을 조내에서 정지침전시킴으로서 고액분리를 하고 소화폐액을 호기성처리로 보내고, 그리고 소화오니를 탈수공정에 보내게 된다.

상기와 같이 소화폐액을 제 2소화발효조에 이송할 시기에 관해서는 투입 또는 교반작업이 끝난 후 4시간 정도의 정지시간을 둔 후에 하는 것이 양호한 수질의 소화폐액을 일류시킬 수가 있어, 제 2차소화조에 과부하를 방지할 수 있다. 제 2소화발효조는 원칙으로서 교반, 가온을 하지 않고 정지상태에 둠으로서 고액의 분리를 하는 것이 주목표임으로 될 수 있는대로 BOD 수치가 낮은 폐액을 보내려 한다. 그리고, 제 2소화발효조로부터 호기성 처리시설로 소화폐액을 이송할 때는 24시간 연속적으로 동량씩 보내는 것이 바람직함으로 제 2소화발효조에는 정량추출 펌프를 설치한다. 혐기성소화작용을 순조롭게 하기 위해서는 조내에 일정량의 소 화오니를 종오니(seed)로 해 남아 있게 할 필요가 있다. 그 양은 많을수록 활발한 생식작용을 하는데, 일상의 운전기록에서 소화상태를 확인하면서 추출하는데 총용량의 1/3 ∼ 1/5은 항상 유지하여야 한다.

상기 제 1소화발효조에 있어서, 교반은 투입하는 생분뇨와 소화오니를 충분히 접촉시켜 조내온도를 균일하게 유지시켜 소화요율을 높이고, 분뇨의 분포를 균일하게 하고 미소화상태의 생분뇨가 제 2소화발효조에 넘어가는 것을 막고, 스컴(Scum) 발생을 방지하는 목적으로 하는 것인데, 이를 위한 가스교반, 액순환, 기계교반 등의 방법이 있다. 현재 주로 쓰이는 것은 가스교반장치로서 발생가스를 소화조 바닥부로부터 순환분사하여 그 거품의 상승력으로 조내를 교반하는 것이다.

소화가스의 발생량은 소화효율, 소화온도, 그리고 투입분뇨의 유기물 농도에 따라 다르지만 통상 연속투입식의 중온소화발효조에서는 투입분뇨 1㎥당 8 ∼ 10㎥이지만, 제 1소화발효조의 생산이 대부분이며 제 2소화발효조에서는, 제 1소화발효조의 1/20정도의 발생이 있을 뿐이다.

바이오가스 발생량은 소화효율을 판정하는데 유력한 지표가 된다. 바이오가스의 조성은 CH₄가 60∼75%, CO₂ 25∼30%, 수소 2∼10%, 유화수소 0.5∼1.0%이고, 과잉투입 때문에 휘발성 유기산이 축척되었을 때는 CO₂의 함량이 증가해서 CH₄/CO₂의 값이 감소한다. 그리고 5,000∼7,000 ㎉/㎥의 발열량을 갖고 있어 바로 바이오가스를 가스홀더에 저류해 소화조 가온용 보일러의 연료로 사용할 수도 있다.

바이오가스 탱크의 용량은 발생 가스량의 8시간 이상을 저류할 수 있어야 한 다. 그리고 분뇨의 투입, 교반, 소화오니의 추출 등의 조작때문에 바이오가스의 발생량에 증감이 있음으로 가스홀더의 안전을 위해 여유있게 설계되어야 한다.

또한, 상기 가스홀더는 유수식과 무수식의 것이 있는데 분뇨처리에서는 유수식을 많이 쓴다. 유수식 가스홀더는 250∼300mmHg 내압으로 설계하고, 동기의 동결에 주의하여야 하며, 극한지역에서는 지하수를 사용하거나 열교환기를 설치하여 ㄱ가스홀더를 가온하는 경우도 있다.

상기 소화폐액의 처리설비(하천에 방류할 목적일 때)에는, 희석조정조, 활성오니법, 산수노상법, 최종침전지, 오니처리 등이 사용되는데, 상기 희석조정조는, 보통 소화발효조가 정상운전되어 있을 때는 소화폐액의 BOD치가 2,500mg/L를 넘는 일은 거의 없다. 희석조정조에는 소화폐액을 지하수 또는 하천수로 20배로 희석한 후 활성오니법, 혹은 산수노상법으로 처리하게 된다.

상기 활성오니법은, 희석소화폐액의 처리에 있어, 폭기조의 용량은 체류시간 6 ∼ 8시간, 반송오니량은 용적비를 30%를 표준으로 하고, 최대반송은 오니량을 50%로 한다. BOD부하는 0.4kg BOD/㎥/일로 하고, 폭기장치는 폭기조 내의 교반이 잘 이루어지고, 그리고 제거 BOD 1kg당 1kg의 산소공급이 되어야 한다. 그리고 이 경우 산기식 폭기에 의한 송기량은 폭기조 1㎥당, 1시간 1.2㎥이상을 표준으로 하고 있다. 희석액을 무희석 그대로 직접 혹은 소포수 정도의 희석으로 활성오니처리를 하는 것은 일반적으로 곤란한 일이지만 BOD부하를 0.6kgBOD/㎥/일 이하로 하고, 폭기강도(산기식)로 하는 송기량은 폭기조 1㎥당, 1시간 2.0㎥이상 표준으로 한다. 폭기시간, 연속적 균일투입 등의 조작 조건으로 조정함에 따라서 가능하지만 BOD제 거율은 20배 희석의 경우에 비해 적합하다. 활성오니법에서는 수분함유량이 높고, 탈수성이 나쁜 잉여 활성오니가 다량 발생함으로 유지관리에 있어 숙련기술이 요구된다.

상기 산수노상법은, 보통 고속산수노상법을 쓰는데 BOD부하는 0.6kgBOD/㎥/일로 하고, 수량부하는 15㎥/㎥/일로 하는 것이 표준이다. 반송비는 1:1, 노사의 깊이는 1.8m정도의 것이 많다. BOD제거율은 최종침전지를 넣고 50 ∼ 60%이고, 활성오니법에 비해 상당히 뒤떨어져 있어 방류 수질기준을 만족시키기가 힘드는 경우가 많다. 겨울에는 효율 저하가 현저하며, 큰 부지면적이 필요하고, 악취문제 때문에 활성오니법으로 전환하는 경우가 많다.

최종침전지는 체류시간 3시간 이상, 수면적 부하 18㎥/㎡/일 이하, 월류부하는 70㎥/㎡/일로 한다.

소독조의 체류시간은 15분간 이상 유지하여야 하며, 염소 주입율은 10mg/L이상으로 해야 한다.

계획오니량은 계획처리량을 기준으로 해 설정하는데, 혐기성 소화발표조로부터 나오는 소화오니량으로 하고 분쇄투입한 경우는 계획처리량에 대해 20%(함수율 95%), 제투입한 경우는 계획처리량에 대하여 15%(함수율 99%), 그리고 잉여 활성오니량으로 할 때는 계획처리량에 대하여 30%(함수율 99%)를 표준으로 적용한다.

분뇨소화오니는 하수도의 소화오니에 비하여 고형물이 엉성해서 탈수하기 쉽지만 잉여 황성오니의 경우는 전처리로 2 ∼ 3배량의 세척수로 1회 ∼ 2회 세척을 해서 산도를 낮추어야 하며 산성의 응집제 사용을 감축하도록 한다.

탈수장치로는 진공여과기, 원심분리기, 모세관 탈수기능이 사용되는데 이 처리과정에서 나오는 분리액은 BOD, SS 등이 높아서 활성오니처리공정으로 반송해 재처리한다. 탈수 케이크(cake)는 매립, 소각처리, 혹은 농사용 비료에 쓰고 있는데, 최근에는 오니탄화탄제조에 활용하기 시작했다.

현재, 폐기물 바이오매스로부터 에너지회수는 선진국들과 비교해서 아직 뒤떨어져 있는 실정이고, 우리나라에서는 가축배설물을 퇴비나 액비로 하여 농지에 환원하는 것이 당연한 것이란 생각이 정착해 있다. 또한 다음과 같은 이류로 상기 메탄발효를 보급하는데 장벽이 되고 있다.

1) 선진국들처럼 지구온난화방지를 위해서나 또는 화석연료의 대체 에너지를 얻기 위해서 모든 바이오매스로부터 에너지를 회수해야 한다는 필연성에 관한 인식이 매우 부족하다.

2) 소화폐액의 정화처리를 하는데 시설비 및 유지관리비 등 막대한 비용이 부담되어 바이오가스로부터 에너지를 회수한다는 것은 경제적으로 불리하다.

3) 소화폐액의 액비 이용의 효과에 있어서 아직껏 농가로부터 이해와 협력을 얻고 있다고 보기가 힘들다.

4) 소화폐액 중의 질소농도가 높아 액비로 사용함에 있어 농작물 종류에 따라서는 질소과다가 되는 경우가 있다. 또한 초산성질소를 많이 함유하는 작물은 가축(소)의 건강에 해롭다는 인식이 있다.

5) 소화폐액 중의 고질소 농도를 낮추어 대상작물에 따라 질소농도를 조정할 수 있는 실용성 있는 기술개발이 요구되고 있다.

6) 소화폐액중에 있는 병원세균, 바이러스 등에 관한 역학적 안전성 및 미량 오염물질 등에 관해 위험관리방안이 확립되어 있지 않다.

7) 농가의 마당에도 설치 가능한 소규모 메탄발효장치나 수천두 규모의 대규모 메탄발효장치를 실용화할 수 있는 기술이 요구되고 있다.

8) 메탄발효장치와 같은 에너지 회수장치에 있어 투자비용 그리고 운전, 보수 등의 유지비용이 높아 일반농가는 물론 영농조합의 경제실정으로는 조달이 불가능하다.

9) 생산되는 바이오가스를 전력회사에 단가상 매전(賣電)할 수도 없는 실정이다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 가축배설물, 음식쓰레기, 하수오니 등의 습윤유기질성 바이오가스의 유기질성분을 혐기성 세균에 의해 분해시켜 안정화, 경량화하는 동시에 바이오가스 에너지를 생산하며, 더불어 부생하는 소화폐액, 오니를 해양세균, 플랑크톤의 먹이, 영양염으로 정화하여 바다로 되돌려 보낼 수 있는 해수를 이용한 습윤성 바이오매스의 소화발효조를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 모든 유기질성폐기물을 바닷물이 용매로 된 계(系)에 넣어 최적상태의 슬러리화, 가온, 가용화를 거쳐 소화발효조에서 바이오가스 에너지를 생산한 후에 산출하는 소화폐액과 소화오니는 해양세균, 플랑크톤의 영양염이 되어 적절한 어류의 축양을 하면서 정화되어 마지막에 바다에 방류할 수 있는 해수를 이용한 습윤성 바이오매스의 소화발효조를 제공하는 목적이 있다.

본 발명은 혐기성 소화발효실과 소화폐액 정화실이 일체로 구성된 소화발효조(80)로써, 상기 소화발효조(80)는, 내측 바닥면에 가온할 수 있는 가온장치와, 상기 가온장치에 의해 가온되어 혐기성 소화발효시키기 위한 혐기성 소화발효실(20)과, 상기 혐기성 소화발효실(20)의 상부에서 상하로 이동되는 돔 밸브(Dome Valve: 30)와, 상기 돔 밸브(30)의 상부에서 소화폐액을 정화하는 소화폐액 정화 실(10)을 포함한 해수를 이용한 습윤성 바이오매스의 소화발효조를 특징으로 한다.

이때, 상기 소화발효조(80)를 형성하는 측벽(11)에는, 상기 측벽(11)의 중간부에서 내측으로 돌출된 돔 밸브 안착턱(31)과, 상기 돔 밸브 안착턱(31)의 상부 측벽(11)에 적어도 3개 이상의 돔 밸브 유동가이드(33)가 동일 간격을 갖도록 세로로 장착되며, 상기 돔 밸브 유동가이드(33)의 최상단부에 돔 밸브 상한턱(34)이 장착되고, 상기 돔 밸브(30)는, 밑면이 개방된 원뿔형상의 돔 지붕(32)과, 상기 돔 지붕(32)의 밑면 주연부에 부착된 밀폐부재(37)와, 상기 돔 지붕(32)의 하부와 롤러 연결대(38)와 연결되어 상기 밸브 유동가이드(33)를 타고 회전되는 롤러(35, 36)ㄹ를 포함하여 상기 돔 밸브 안착턱(31)에 안착되거나 부유하게 되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 돔 밸브(30)의 상단부 꼭지점에는 돔 밸브 위치표시봉(40)이 관통되어 구성되고, 상기 돔 밸브 위치표시봉(40)은, 내부가 중공된 파이프로 상기 소화폐액 정화실(10)의 상부로 노출되어 상기 돔 밸브(30) 내측의 공기를 외부로 배출할 수 있도록 하는 안전밸브(41)와, 빛에너지를 전기에너지로 변환할 수 있는 태양전지부(42)와, 상기 돔 밸브 위치표시봉(40)의 위치를 검출할 수 있도록 센서부(43)가 더 장착되어 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 돔 밸브(30)의 내측 상단부에 포집된 바이오가스는 소화발효조(80)의 외부로 배출되도록 바이오가스 배출관(29)이 상기 소화발효조(80)의 외부와 연결되도록 구성되고, 상기 혐기성 소화발효실(20)의 바닥면은, 중앙부가 상승된 구배형 오니침전부(21)가 형성되고, 상기 구배형 오니침전부(21)의 내부에는 상 기 가온장치가 장착되며, 상기 가온장치는, 상기 구배형 오니침전부(21)의 중앙부에는 스팀가열부(22)가 장착되고, 상기 구배형 오니침전부(21)의 내측에는 균일하게 온수관(24)이 장착되어 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명은 상기 소화폐액 정화실(10) 및 혐기성 소화발효실(20)은 해수로 충진되어 구성되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 소화폐액을 종래의 액비 이용으로부터 완전히 탈피해 해수를 용매로 하는 계(process)에서 모든 습윤유기질 폐기물을 혐기 소화발효시켜서 바이오가스 에너지를 생산하고 부생하는 소화폐액은 새로운 잔해에 양공정을 라인업하는 전공정을 통해 해양 세균과 플랑크톤의 먹이, 영양염으로 이용하는 그 공정에 적절한 어종양식공정을 복합함으로서 폐액의 정화효과를 높이면서 수익사업을 할 수 있게 된다. 또한, 해양생물의 생식을 위해 소화폐액의 비효(肥效)특성을 융합시키는 생물이용 일반 방식의 새로운 개념으로 된 유기질폐기물의 메탄화산업을 육성할 수 있는 기술이고 유기폐기물을 자원화하는 효과를 발휘할 수 있다.

한편, 바이오가스를 생산하는 진성 메탄세균은 오로지 저서성 세균이라는 속성을 최대한으로 활용할 수 있도록 한다. 또한, 해수를 이용한 메탄화를 채택함으로써 가축 분뇨를 위시해, 음식물쓰레기, 하수오니 등의 습윤성유기물에 함께 붙어 들어 오는 대장균, 티푸스균 등의 병원균이 육지나 또는 담수로부터 이 해수계에 들어온다 해도 그들 세균은 오래 생존할 수 없도록 하는 효과가 있다. 즉, 이런 병원균은 해수의 침투압 때문에 원형질이 분리되거나, 탈수작용 때문에 병원세균 세포내의 수분을 빼앗아가는 작용 같은 원인으로 해수 중에서 사멸시키는 이점이 있다.

따라서, 해수계로 양돈축사의 바닥청소 같은 것을 하면 청소뿐만 아니라 가축을 병균으로부터 보호해주는 효과가 있어 병원세균, 바이러스 등에 대한 소독설비가 필요없다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 해수를 이용한 습윤성 바이오매스의 소화발효조를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 의한 해수를 이용한 습윤성 바이오매스의 소화발효조의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시 예에 의한 해수를 이용한 습윤성 바이오매스의 소화발효조가 사용된 혐기성 소화발효시설의 개략적인 구성도이며, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시 예에 의한 해수를 이용한 습윤성 바이오매스의 소화발효조의 동작상태도이다.

상기 도면의 구성 요소들에 인용부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있으며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, '상부', '하부', '앞', '뒤', '선 단', '전방', '후단' 등과 같은 방향성 용어는 개시된 도면(들)의 배향과 관련하여 사용된다. 본 발명의 실시 예의 구성요소는 다양한 배향으로 위치설정될 수 있기 때문에 방향성 용어는 예시를 목적으로 사용되는 것이지 이를 제한하는 것은 아니다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 해수를 이용한 습윤성 바이오매스의 소화발효조는, 상기 도 1 내지 도 3b에 도시된 바와 같이 내부에 폐수를 저장하여 정화할 수 있는 소화발효조(80)로써, 내측 바닥면에 가온할 수 있는 가온장치와, 상기 가온장치에 의해 가온되어 혐기성 소화발효시키기 위한 혐기성 소화발효실(20)과, 상기 혐기성 소화발효실(20)의 상부에서 상하로 이동되는 돔 밸브(Dome Valve: 30)와, 상기 돔 밸브(30)의 상부에서 소화폐액을 정화하는 소화폐액 정화실(10)을 포함하여 구성된다.

따라서, 단독의 소화발효조(80) 내에 상기 혐기성 소화발효실(20)과 소화폐액 정화실(10)이 일체로 구성되며, 상기 돔 밸브(30)에 의해 구분된다.

상기 돔 밸브(30)는, 밑면이 개방된 원뿔형상의 돔 지붕(32)과, 상기 돔 지붕(32)의 밑면 주연부에 부착된 밀폐부재(37)를 포함하여 구성되며, 상기 소화발효조(80)를 형성하는 측벽(11)의 중간부에서 내측으로 돌출된 돔 밸브 안착턱(31)에 안착되거나 부유하게 된다. 여기서, 상기 돔 밸브(30)가 상하로 유동되도록 상기 돔 밸브 안착턱(31)의 상부 측벽(11)에는 적어도 3개 이상의 돔 밸브 유동가이드(33)가 동일 간격을 갖도록 세로로 장착되며, 상기 돔 밸브 유동가이드(33)를 타고 회전되는 롤러(35, 36)는 상기 돔 지붕(32)의 하부와 롤러 연결대(38)로 연결되 어 구성된다. 또한, 상기 돔 밸브 유동가이드(33)의 최상단부에는 돔 밸브 상한턱(34)이 장착되어 상기 돔 밸브(30)가 상기 돔 밸브 유동가이드(33)로부터 이탈되지 않도록 한다.

따라서, 상기 돔 밸브(30)는 상기 소화발효조(80)의 측벽(11)에 장착된 돔 밸브 유동가이드(33)와 롤러(35, 36)를 통해 상하로 자유롭게 유동된다. 또한, 상기 돔 밸브 유동가이드(33)의 하단부에 형성된 돔 밸브 안착턱(31)에 안착되는 돔 밸브(30)는 상기 밀폐부재(37)에 의해 상기 소화폐액 정화실(10)과 혐기성 소화발효실(20)을 격리시키게 된다. 상기 밀폐부재(37)는 합성수지재 등 공지된 부재를 사용한다.

또한, 상기 돔 밸브(30)의 상단부 꼭지점에는 돔 밸브 위치표시봉(40)이 관통되어 구성된다. 즉, 상기 돔 밸브 위치표시봉(40)의 하단부는 상기 돔 밸브(30)가 상기 돔 밸브 안착턱(31)에 위치된 경우에 돔 밸브(30)의 내측에 위치하고, 상단부는 상기 소화폐액 정화실(10)의 상부로 노출되도록 구성된다.

상기 돔 밸브 위치표시봉(40)은 내부가 중공된 파이프로, 상기 소화폐액 정화실(10)의 상부로 노출된 상기 돔 밸브 위치표시봉(40)에는 안전밸브(41)가 장착되어 상기 돔 밸브(30) 내측의 공기를 외부로 배출할 수 있도록 한다. 즉, 상기 안전밸브(41)로부터 상기 돔 밸브(30)의 내측은 상기 돔 밸브 위치표시봉(40)으로 관통되어 상기 돔 밸브(30) 내부의 공기를 외부로 배출하게 된다.

또한, 상기 돔 밸브 위치표시봉(40)의 상단부에는 빛에너지를 전기에너지로 변환할 수 있는 태양전지부(42)와, 상기 돔 밸브 위치표시봉(40)의 위치를 검출할 수 있도록 센서부(43)가 더 장착되어 구성되는 것이 바람직하다.

상기 태양전지부(42)는 상기 센서부(43)가 동작되기 위한 전력을 공급하며, 상기 센서부(43)는 바람직하게는 적외선센서로 구성되어 상기 돔 밸브 위치표시봉(40)의 위치를 검출하여 상기 돔 밸브(30)의 위치를 확인할 수 있도록 한다.

한편, 상기 돔 밸브(30)의 내측 상단부에 포집된 바이오가스는 소화발효조(80)의 외부로 배출되도록 바이오가스 배출관(29)이 상기 소화발효조(80)의 외부와 연결되도록 구성된다. 따라서, 상기 돔 밸브(30)의 내측에 포집되는 바이오가스를 상기 바이오가스 배출관(29)을 통해 외부로 배출하게 된다.

상기 혐기성 소화발효실(20)은 상기 돔 밸브(30)의 하부에 형성되는 소화발효조(80)의 공간으로, 바닥면은 중앙부가 상승된 구배형 오니침전부(21)가 형성되고, 상기 구배형 오니침전부(21)의 내부에는 상기 가온장치가 장착된다.

상기 구배형 오니침전부(21)의 꼭지점에는 외부로부터 폐수 및 소화오니를 공급하기 위한 폐수공급관(27)에 연결된 폐수분무관(26)이 장착된다.

또한, 상기 가온장치는, 상기 구배형 오니침전부(21)의 꼭지점 부근의 중앙부에는 스팀가열부(22)가 장착되고, 상기 구배형 오니침전부(21)의 표면 내측에는 균일하게 온수관(24)이 장착된다. 따라서, 상기 온수관(24)과 연결된 온수공급관(25)을 통해 상기 혐기성 소화발효실(20)을 가온하고, 특히 상기 스팀가열부(22)와 연결된 스팀공급관(23)을 통해 상기 구배형 오니침전부(21)의 중앙부분을 더 높은 온도로 가온하게 된다. 따라서, 상기 혐기성 소화발효실(20)의 내부는 상기 스팀가열부(22)를 통해 가온된 폐수는 도 3b에 도시된 바와 같이 온도차에 의해 대류 가 발생되도록 하여 내부를 순환시키게 된다.

한편, 침전된 소화오니(50)를 배출할 수 있도록 상기 구배형 오니침전부(21)의 일측 하단부에는 상기 측벽(11)을 관통하는 오니배출구(28)가 형성된다.

상기 소화폐액 정화실(10)은 상기 돔 밸브(30)의 상부에 형성된 소화발효조(80)의 공간으로 상기 혐기성 소화발효실(20)에서 소화발효된 소화폐액이 정화되는 공간이다. 상기 소화폐액 정화실(10)은 소화발효조(80)를 일류하는 폐액을 집수하기 위한 일류 집수부(12)가 측벽(11)의 일측에 형성되고, 상기 일류 집수부(12)에는 정화폐액 배출관(13)이 연결되어 후술하는 제 1소화폐액정화조로 폐액을 공급하게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 소화발효조(80)는 상기 도 2에 도시된 바와 같은 혐기성 소화발효시설의 구성요소로 동작되고, 본 발명의 바람직한 실시 예로는 해수를 사용한다.

도 2를 참조하여 구체적으로 살펴보면, 먼저 순환수인 해수(바닷물)를 해수취수부(60)에서 취수하고 해수운반차량(62)을 이용하여 양돈장(66)에 설치된 해수탱크(64)에 저장한다. 여기서 본 발명은 가축분뇨처리를 실시 예로 설명하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 다양한 폐수처리설비에 용이하게 적용할 수 있다.

상기 해수탱크(64)에 저장된 해수는 양돈장(66)의 소제수로 사용하고, 여기서 발생하는 분뇨혼합폐수는 분뇨조(86)에 저장된다.

상기 분뇨조(86)에 저장된 분뇨혼합폐수는 분뇨운반차량(70)에 의해 준비공 장(72)으로 운반된다.

상기 준비공장(72)은, 수입조(73), 선별 및 분쇄기(74), 산화조(75) 및 가용화조(76)를 포함하여 구성되는데, 상기 각 구성요소는 이미 공지된 기술이므로 그 상세한 설명은 생략한다.

여기서, 상기 분뇨운반차량(70)으로 운반된 분뇨혼합폐수는 상기 준비공장(72)의 수입조(73), 선별 및 분쇄기(74) 및 산화조(75)를 거쳐 본 발명의 소화발효조(80)로 정량으로 공급된다. 또한, 상기 분뇨운반차량(70)으로 운반된 분뇨혼합폐수가 혼합유기질폐기물인 경우는 상기 가용화조(76), 산화조(75)를 거쳐 본 발명의 소화발효조(80)로 정량적으로 공급된다.

상기와 같은 혐기성 소화발효시설은 최초 운전시, 해수를 도 3b에 도시된 바와 같이 소화발효조(80)가 만수되도록 폐수공급관(27)을 통해 공급한다. 이때, 상기 돔 밸브 위치표시봉(40)의 상단부에 장착된 안전밸브(41)를 개방하여 상기 돔 밸브(30) 하단 내측에 공기가 포집되지 않고 전부 외부로 배출되도록 한다.

따라서, 해수로 혐기성 소화발효실(20)에 충만되고, 상기 돔 밸브(30) 하측 내부의 공기를 상기 돔 밸브 위치표시봉(40)의 안전밸브(41)를 통해 외부로 배출한 후 상기 소화폐액 정화실(10)도 해수로 충진하게 된다. 그 후 상기 돔 밸브(30)는 자중과 상기 소화폐액 정화실(10)에 충진된 해수의 하중을 받으면서 상기 돔 밸브 안착턱(31)에 안착되어 상기 혐기성 소화발효실(20)과 소화폐액 정화실(10)을 완전히 격리하게 된다. 이때, 상기 돔 밸브(30)의 외주연부에 부착된 밀폐부재(37)에 의해 더욱 완벽히 격리된다.

그 후 상기 안전밸브(41)를 폐쇄하고, 상기 폐수공급관(27)을 통해 종자오니(seed mud)의 주입과 동시에 가온장치에 온수 및 스팀을 공급해 가온한다.

여기서 상기 온수 및 스팀가온을 병행하는데 상기 종자오니(seed mud)는 적당히 구배형 오니침전부(27)의 구배면을 따라 흘러 내리면서 오니토층을 형성하게 된다.

상기 오니토층이 예정된 설계치의 두께에 도달하면, 종자오니의 주입을 중지하고 상기 폐수공급관(27)을 통해 폐수를 주입한다.

여기서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 소화오니(50)층은 메탄균(Methane)군의 서식처(dwells)가 되는 것으로서, 상기 구배형 오니침전부(27)는 온돌식 가온장치로 언제나 적당한 온도로 조정해 줄 수 있게 한다. 그리고, 가온장치 중앙부에 장치된 스팀가열부(22)는 열용량이 크기 때문에 혐기성 소화발효실(20) 중앙부에 수주(水柱;물기둥)를 형성시켜 열량에 알맞은 승수주류(乘水柱流)(up-selling)를 일으켜서 실내에 교반동작을 일어나게 한다. 이 대류현상은 조내원주에 연하여 회전류를 만들고 조내에 체류하는 폐액과 부유성세균 및 부착성세균과의 접촉과 활동 등 생활을 도와주어 저서생식성인 메탄균들에게 먹이감이 될 의산(Formic acid: HCOOH), 아세트산(Acetic acid: CH₃COOH) 등의 유기물을 공급해 준다.

여기서 인간을 포함해 많은 생물은 공기없이는 살아갈 수가 없는데, 박테리아 중의 어떤 종은 산소가 없어도 좋고, 또 없는 것이 더 좋다는 것도 결코 적지 않은데, 상기 혐기성 소화발효실(20) 내의 소화오니(50)는 이러한 박테리아에게 좋은 서식처가 된다. 예를 들어 Methanobacteria나 Methanococcus 등을 메탄균이라 부르는 미생물들은 산소가 없는 곳에서 잘 생존한다. 이러한 미생물들은 수소나 이산화탄소 같은 무기물만을 먹고 사는 그룹과, 초산이나 의산 같은 간단한 유기물을 필요로 하는 그룹으로 나누어지는데, 어느 그룹이나 탄산가스에 함유하는 산소를 써서 생활하고 나머지를 메탄가스(CH₄)로 소화오니 속에 방출한다.

상기 메탄균의 먹이감인 의산(HCOOH)이나 초산(CH₃COOH) 등의 유기물, 혹은 수소나 탄산가스 등은 발효세균과 유산환원균 등 산소가 없는 곳에서 생활할 수 있는 많은 세균의 작용에 의해서 오니속에서 이런 먹이감이 모이기 쉬운 진흙 속 깊이 살고 있다.

이와 같이 오니속에는 유기물로부터 가스를 만들어내는 박테리아와 메탄균처럼 어떤 가스를 써서 다른 종류의 가스를 만들어내는 등 여러가지 박테리아가 공동생활을 할 수 있게끔 오니층을 적층해 간다. 이렇게 해서 오니층에서 생성된 여러가지의 가스는 모아져 상승하고, 결국 상기 돔 밸브(30)의 하단 상부의 바이오가스 포집부(39)에 포집되게 된다.

상기 포집된 바이오가스는 바이오가스 포집부(39)에 포집되고 상기 바이오가스 배출관(29)을 통해 외부로 배출되어 바이오가스를 생산하게 된다. 또한, 상기 포집된 바이오가스는 상기 돔 밸브(30)를 부력에 의해 상승시키게 된다.

여기서, 구배형 오니침전부(21) 내부에 장착된 가온장치에 의해 열대류가 형성되고, 매우 온화한 교반을 함으로서 각종 매탄균에 쾌적한 생활환경을 만들어 주어 메탄가스의 증산을 도모하게 된다.

그리고, 상기 바이오가스의 부력에 의해 상승된 돔 밸브(30)와 측벽(11)과의 틈새로 혐기성 소화발효실(20)의 온열상태의 소화폐액과 대부분 상온상태인 소화폐액 정화실(10)의 해수가 교환되게 된다.

상기 소화발효조(80)가 극히 정상 상태에 있다면 바이오가스 생산도 안정되고, 일정한 폐수의 주입량과 균형되는 해수가 소화폐액 정화실(10)의 일류수위면(14)에서 일류(over-flow)하여 도 2에 도시된 다음 공정의 제 1소화폐액정화조(90)로 보내진다.

한편, 상기 돔 밸브(30)의 상하 유동은 상기 돔 밸브 위치표시봉(40)에 장착된 센서부(43)를 통해 정확히 확인할 수 있게 되고, 이러한 측정데이터는 도시되지 않은 소화발효조의 운전부에 송신되어, 폐수의 주입과 바이오가스의 포집등을 자동으로 수행할 수 있어 안전운전을 기하면서 무인화운전을 가능하게 한다.

상기 도 2에 도시된 바와 같이 상기 소화발효조(80)를 통한 정화수는 제 1소화폐액정화조(90)와 제 2소화폐액정화조(92)를 거쳐 방출관(96)을 통해 정상 해수가 되어 바다에 돌려보내지는 순환을 마치게 된다.

상기 제 1소화폐액정화조(90)와 제 2소화폐액정화조(92)는 태양광을 풍부히 받아 유효한 광합성을 제 1차 생산으로 하고, 차차 많은 고차소비자가 서식하는 곳에 최초의 소화발효조로부터 보내온 여러 정화단계를 거쳐 보내진 잔류영양물질(폐액에 용해된 비소화물질)을 매체로 삼는 기능이 최대한 활용된다. 그 방법의 하나로 상기 제 1소화폐액정화조(90)와 제 2소화폐액정화조(92)에 최적 어종의 양식장으로 이용됨에 따라 현안의 폐액문제가 근본적으로 해소할 수 있게 되어 모든 습윤유기질폐기물의 메탄화 공정을 과거의 환경보전사업 수준에서 탈피해 앞으로는 새 로운 에너지 재생사업으로 육성할 수 있게 된다.

한편, 상기 준비공장(72)에는 태양전지부(88)에서 생산되는 전력을 인버터, 축전지, 전열 온수보일러, 전열스팀보일러, 펌프류와 함께 탈취장치 등에 공급하며, 상기 생산된 바이오가스를 자가소비 하는 것은 아니다.

본 발명에서 해수를 이용하여 습윤유기질폐기물에서 바이오가스를 생산하는 것을 개략적으로 살펴본다.

태양광이 도달하는 해양의 표면에 가까운 표층에는 방대한 수의 현미경적인 식물이 살고 있다. 이것을 식물 플랑크톤이라 부르고 동물 플랑크톤이나 어류 등의 바다동물이 직접 또는 간접적으로 먹이로 하고 있는 것이다. 그 크기가 아주 적음에도 불구하고 그 수가 막대하기 때문에 전체로 보아서는 육상의 식물생산량을 능가하고 있는 것으로 알려져 있다. 바다 속에서 식물이 자라기 위한 조건으로서 영양염류, 광, 온도 및 순환 등이 중요한 것들이다. 해수중에는 약 3.5%의 염류가 녹아들어 있다. 그 염류 가운데 주된 이온은 Na, Mg, Ca, K, 염소, 유황 및 탄소 등인데 이것들이 바닷물에 함유된 염류의 99.9% 이상을 점유한다. 이외에도 바닷물 중에는 거의 모든 금속이온으로 이루어지는 미량성분과 유기물이 녹아들어 있다. 그리고 바닷물은 통상 알칼리성으로 pH는 7.9∼8.3의 범위에 있다.

탄산가스가 식물에 의해 소비되어 버리면, 평형이 깨어져 pH가 상승한다. 미량성분중에서 제일 필요로 하는 것은 인과 질소화합물이며, 규소도 필요하다. 그래서 미량성분이 많은 해양연안에 있어서의 식물 플랑크톤의 생육속도와 분포율이 먼 바다에 비하여 월등히 높다는 사실은, 본 발명이 구성하는 바의 소화폐액의 정화수 단으로 해양플랑크톤과 세균을 이용하려는 목적으로의 각 공정의 단계적 배려한 사실을 강조하는 바이다.

본 발명에 있어서 메탄세균군에 이용되지 않은 유기성분으로 구성되는 소화폐액은 온도, 희석도를 조화시켜서 해주중의 제1차 생산자인 식물플랑크톤의 호적한 먹이감이 되게 하여 폐액을 정화하려는 것이 본 발명에서 해수계로 하는 목적의 한 가지이다.

다음에 바이오가스 생산자인 메탄균군의 생태를 양호상태로 유지시키기 위해서는 pH 7.5 전후가 적절하다는 점을 고려해 일반적으로 운전상의 최적 조정치는 7.0∼7.5로 하고 있다.

메탄균은 담수 중에서 메탄발효의 중간 생성물인 휘발성 유기산 농도의 영향을 받는데, 혹시 그 농도가 높아지면 그만큼 알칼리가 소비되어 최종적으로 pH치가 내려간다. 바닷물에 녹아 있는 극히 미량의 유기화합물을 제외하고, 바닷물 중의 탄소는 탄산가스, 중탄산염, 그리고 탄산염으로 존재한다. 이것들의 관계는 수온, 수소이온 농도로 지배되는 유리상태의 탄산가스는 물이 산성일 때 최대가 되고, 알칼리도가 높아질수록 감소해 pH 9.1일 때 거의 영(zero)이 된다.

메탄균은 PH치에 대단히 예민해 PH 6.6이하에서는 생육에 저해를 받고 PH 6.2 이하가 되면 생육이 어려워진다. 그러나 해수(바닷물)를 계(系)로 하는 환경에서의 메탄균은 PH 7.9∼8.3의 알칼리도의 양적 지배를 받을 수 있어 매우 안정된 생육을 할 수 있게 됨으로 본 발명과 같은 소화발효조는 항상 안정된 상태로 운전 관리 할 수 있다. 다음에 해수계 메탄화를 채택함으로써 얻을 수 있는 이점 중에서 가축 분뇨를 위시해, 음식물쓰레기, 하수오니 등의 습윤성유기물에 함께 붙어 들어 오는 대장균, 티푸스균 등의 병원균이 육지나, 또는 담수로부터 이 해수계에 들어온다 해도 그들 세균은 오래 생존할 수 없다. 아마도 이런 병원균은 해수의 침투압 때문에 원형질이 분리되거나, 탈수작용 때문에 병원세균세포내의 수분을 빼앗아가는 작용 같은 원인으로 해수 중에서 사멸시키는 이점이 있다. 고로 이 해수계로 양돈축사의 바닥청소 같은 것을 하면 청소뿐만 아니라 가축을 병균으로부터 보호해주는 효과도 있다. 따라서, 병원세균, 바이러스 등에 대한 소독설비가 필요없다.

한편, 돔 밸브의 상단에 있는 소화폐액 정화실은 해수로 만수 위로 유지되고, 여기는 해양과 완전 동일상태의 해양생물인 세균류, 동식물 플랑크톤이 생식하고 있고 이곳에 돔 밸브를 통해 보내오는 소화폐액은 이 해양 생물에게 유익한 영양염을 먹이감으로 공급해주는데 특히 따뜻히 가온된 소화폐액이 공급하는 열 에너지는 생물류를 활발하게 활동케 해주어 결과적으로 폐액의 정화를 돕게 한다. 이렇게 생물 정화를 거친 소화폐액은 원액투입량에 상응하여 다음 공정인 제 1소화폐액정화조를 향해 흘러간다.

이 소화폐액 정화실에 서식하는 세균, 플랑크톤류의 미생물은 생식순환을 마치고 변환 집적하고, 돔 밸브의 개폐 작동시에 하단의 소화발효실로 떨어져 들어가서 결국 거기서 바이오가스로 환원된다.

또한, 혐기성 소화발효실의의 저면부에 완만한 비탈을 이루는 구배형 오니침전부 속에 온수와 스팀의 두 종류의 가열관과 그 외에 필요한 배관과 각종 계기류의 배관 일절을 내설하고 시멘트로 응고하여 구축된다. 그 중앙부에 스팀으로 가 열하고 여기서 내는 복사열로 가온되는 원액은 열 대류(대流)를 발현해 조내 전체에 교반유동력을 주어 조내의 세균군과 원액과의 접촉효과를 증지하려는 것이다.

다음에 본 발명에 관하여 가장 중요한 목적은 메탄균군의 저서성, 무광선, 무산소의 이토증생식습성대로 살아갈 수 있게 이토질의 Bed-blanket를 만들어주고, 거기에 온돌실 온수가온을 해 줌으로서 메탄균들이 안락하게 생식하고 결과적으로 다량의 양질 바이오가스를 생산할 수 있게 안식처를 제공하는 데 있다. 그리고 이토층은 시간이 경과함에 따라 원액으로부터 분리 침전되는 오니로 쌓여 두터워지겠지만 이에 비례해서 메탄 등 세균류의 수량은 막대하게 증식해 활발한 바이오가스 생산을 할 것이다.

한편, 본 발명에 있어서 습윤유기질폐기물의 원료화 준비(받아들이기, 선별분쇄, 가용화, 산화처리, 원액의 수송 등)공정과 생산된 바이오가스의 (탈류, 정제, Gas-holder, Methane gas(CH₄)의 상품화 등)의 공정을 제외한 혐기성 소화발효조, 정화지, 정화수의 방류와 정화수의 리싸이클에 관한 공정을 완전히 무인화자동운전에 둘 수 있는 기술을 제공한다.

돔 밸브는 최초 돔 밸브 내의 만수를 기준으로 하여 바이오가스 부력과 돔 밸브의 부하와 상관하며, 돔 밸브 내 수위가 일정 수위에 달할 때 까지는 바이오가스 부력을 이용해 돔 밸브를 개폐하여 소화폐액을 상단의 소화폐액정화실로 보내고 자동적으로 페수분문관과 바이오가스 펌프를 ON/OFF 시켜 돔 밸브의 위치를 유지시켜 준다. 그러나 바이오가스의 이상 발생이라던가, 소화발효실의 농도를 제어하기 위해서 소화발효실로부터 융숭류(up-welling)가 필요할 때는 중앙운전실로부터 ON/OFF를 조작함으로서 목적을 달성한다.

이와 같이 소화발효실에 있어서는 돔 밸브의 정점에 시설된 제기능을 구비하는 센서부의 신호로 돔 밸브의 위치분별이 가능하여 완전 자동화 운전이 가능하다.

한편, 가축분뇨, 음식쓰레기, 하수오니, 그리고 농수산 폐기물의 어느 것이나 유기질의 함량가치가 높은 것은 없다. 그리고 이런 폐기물들은 광역에 걸쳐 산재하고 있어서 그것을 수집, 운반하기에 고비용이 들고, 이것을 원재료한 유가치변환(有價値變換)이 바이오가스 생산의 목적이라고 말할 수는 있지만 이것을 수익성 높은 기업으로 육성하기 위한 적절한 기술은 아직 확립되지 않은 상태이기 때문에 본 발명은 더욱 가치가 있다고 할 것이다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 경우에는 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 의한 해수를 이용한 습윤성 바이오매스의 소화발효조의 개략적인 구성도,

도 2는 본 발명의 일실시 예에 의한 해수를 이용한 습윤성 바이오매스의 소화발효조가 사용된 혐기성 소화발효시설의 개략적인 구성도,

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시 예에 의한 해수를 이용한 습윤성 바이오매스의 소화발효조의 동작상태도,

도 4는 종래의 일반적인 바이오가스 플랜트 구성,

도 5a 및 도 5b는 종래의 자연유하방식에 의한 폐액의 이송장치의 예시도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10: 소화폐액 정화실 11: 측벽

12: 일류 집수부 13: 정화폐액 배출관

14: 일류수위 20: 혐기성 소화발효실

21: 구배형 오니침전부 22: 스팀가열부

23: 스팀공급관 24: 온수관

25: 온수공급관 26: 폐수분무관

27: 폐수공급관 28: 오니배출구

29: 바이오가스 배출관 30: 돔 밸브(Dome Valve)

31: 돔 밸브 안착턱 32: 돔 지붕(Dome Roof)

33: 돔 밸브 유동가이드 34: 돔 밸브 상한턱

35, 36: 롤러 37: 밀폐부재

38: 롤러 연결대 39: 바이오가스 포집부

40: 돔 밸브 위치표시봉 41: 안전밸브

42, 88: 태양전지부 43: 센서부

50: 소화오니 60: 해수취수부

62: 해수운반차량 64: 해수탱크

66: 양돈장 68: 분뇨조

70: 분뇨운반차량 72: 준비공장

73: 수입조 74: 선별 및 분쇄기

75: 산화조 76: 가용화조

80: 소화발효조 82: 바이오가스 펌프

84: 가스홀더 86: 가열장치

90: 제 1소화폐액정화조 91: 오니배출펌프

92: 제 2소화발효조 연결관 93: 밸브

94: 일류관 95: 제 2소화폐액정화조

96: 방출관 97: 제 1소화발효조

Claims

혐기성 소화발효실과 소화폐액 정화실이 일체로 구성된 소화발효조(80)로써,

상기 소화발효조(80)는, 내측 바닥면에 가온할 수 있는 가온장치와, 상기 가온장치에 의해 가온되어 혐기성 소화발효시키기 위한 혐기성 소화발효실(20)과, 상기 혐기성 소화발효실(20)의 상부에서 상하로 이동되는 돔 밸브(Dome Valve: 30)와, 상기 돔 밸브(30)의 상부에서 소화폐액을 정화하는 소화폐액 정화실(10)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 해수를 이용한 습윤성 바이오매스의 소화발효조.
제 1항에 있어서,

상기 소화발효조(80)를 형성하는 측벽(11)에는, 상기 측벽(11)의 중간부에서 내측으로 돌출된 돔 밸브 안착턱(31)과, 상기 돔 밸브 안착턱(31)의 상부 측벽(11)에 적어도 3개 이상의 돔 밸브 유동가이드(33)가 동일 간격을 갖도록 세로로 장착되며, 상기 돔 밸브 유동가이드(33)의 최상단부에 돔 밸브 상한턱(34)이 장착되고,

상기 돔 밸브(30)는, 밑면이 개방된 원뿔형상의 돔 지붕(32)과, 상기 돔 지붕(32)의 밑면 주연부에 부착된 밀폐부재(37)와, 상기 돔 지붕(32)의 하부와 롤러 연결대(38)와 연결되어 상기 밸브 유동가이드(33)를 타고 회전되는 롤러(35, 36)ㄹ를 포함하여 상기 돔 밸브 안착턱(31)에 안착되거나 부유하게 되는 것을 특징으로 하는 해수를 이용한 습윤성 바이오매스의 소화발효조.
제 2항에 있어서,

상기 돔 밸브(30)의 상단부 꼭지점에는 돔 밸브 위치표시봉(40)이 관통되어 구성되고,

상기 돔 밸브 위치표시봉(40)은, 내부가 중공된 파이프로 상기 소화폐액 정화실(10)의 상부로 노출되어 상기 돔 밸브(30) 내측의 공기를 외부로 배출할 수 있도록 하는 안전밸브(41)와, 빛에너지를 전기에너지로 변환할 수 있는 태양전지부(42)와, 상기 돔 밸브 위치표시봉(40)의 위치를 검출할 수 있도록 센서부(43)가 더 장착되어 구성되는 것을 특징으로 하는 해수를 이용한 습윤성 바이오매스의 소화발효조.
제 1항에 있어서,

상기 돔 밸브(30)의 내측 상단부에 포집된 바이오가스는 소화발효조(80)의 외부로 배출되도록 바이오가스 배출관(29)이 상기 소화발효조(80)의 외부와 연결되도록 구성되고,

상기 혐기성 소화발효실(20)의 바닥면은, 중앙부가 상승된 구배형 오니침전부(21)가 형성되고, 상기 구배형 오니침전부(21)의 내부에는 상기 가온장치가 장착 되며,

상기 가온장치는, 상기 구배형 오니침전부(21)의 중앙부에는 스팀가열부(22)가 장착되고, 상기 구배형 오니침전부(21)의 내측에는 균일하게 온수관(24)이 장착되어 구성되는 것을 특징으로 하는 해수를 이용한 습윤성 바이오매스의 소화발효조.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 소화폐액 정화실(10) 및 혐기성 소화발효실(20)은 해수로 충진되어 구성되는 것을 특징으로 하는 해수를 이용한 습윤성 바이오매스의 소화발효조.