KR20120080389A - 다단계 혐기성 소화조의 침전물 배출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소화조를 12개의 독립된 챔버로 분리하고, 박테리아들이 바이오블록에서 고밀도로 서식하면서 혐기소화시키는 과정에서 침전물이 각 챔버의 바닥에 쌓이면 이들 챔버의 하단 호퍼를 개별적으로 개폐하여 침전물이 독립적으로 배출되도록 함으로써, 각 챔버간의 미생물 혼합이 최소화되어 소화능력이 향상되고 또한 폐수 자체 무게로 하단의 침전물이 밀려 배출되므로 배출스크류장치를 구성할 필요가 없어 챔버의 구성이 간소화되는 다단계 혐기성 소화조의 침전물 배출장치에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 박테리아가 서식하는 바이오블록이 각각 내장된 챔버1에서 챔버12의 소화조 내부로 유기물을 순차적으로 공급하여 메탄가스를 생산하되, 각 챔버들의 하부에는 소화과정에서 생성되는어 소화조 바닥에 쌓여지는 침전물을 독립적으로 배출하는 수단을 마련하여 각 챔버들 간의 소화환경을 훼손시키지 않고 박테리아가 침전물 배출과정에서 섞이지 않도록 한 특징이 있다.

Description

다단계 혐기성 소화조의 침전물 배출장치{Sediment discharge equipment in multi-stage anaerobic digester}

본 발명은 가축분뇨, 하수슬러지 및 음식물쓰레기 탈리액 등의 고농도 유기성 폐기물에서 혐기성소화방식에 의해 바이오가스를 생산하는 소화조를 12단계의 독립된 챔버로 분리하여 메탄생성 박테리아들이 바이오블록에서 고밀도로 서식하면서 유기물을 빠르게 소화시키는 과정에서 침전물이 각 챔버의 바닥에 쌓이면 이들 챔버의 하단 호퍼를 개별적으로 개폐하여 침전물이 독립적으로 배출되도록 함으로써, 각 챔버간의 미생물 혼합이 최소화되어 소화능력이 향상되고 또한 폐수 자체 무게로 하단의 침전물이 밀려 배출되므로 배출스크류장치를 구성할 필요가 없어 챔버의 구성이 간소화되는 다단계 혐기성 소화조의 침전물 배출장치에 관한 것이다.

일반적으로 매년 증가하는 음식물쓰레기, 가축분뇨, 하수슬러지, 주정폐수 및 도축장폐수 등은 고농도 유기물을 다량 포함하고 있어 오염 부하량이 높아 이에 대한 효율적인 처리가 절실히 요구되고 있다. 특히 음식물쓰레기의 경우 대부분 협잡물 선별, 파쇄, 탈수과정을 거쳐서 탈수케익은 습식사료, 건식사료 및 퇴비로 자원화 하고 있으나, 이때 처리과정에서 필연적으로 발생되는 탈리액은 폐수로써 대부분 해양배출 등으로 폐기처분하여 2차적인 해양오염을 유발하고 있다.

축산폐수의 경우에도 대부분 혐기성 또는 호기성 소화법을 통해 액비화 및 퇴비화하여 자원화하고 있으나, 퇴비화방법은 처리시 혼합되는 톱밥비용과 판매망의 부족, 액비화방법 등은 국내 경작형태로는 효율적이지 않으며 뿌리는 시기가 한정되어있고 냄새로 인한 민원의 발생 등으로 자원화 하는데 여러 가지 문제점을 안고 있다. 그리고 이러한 고농도 유기성폐기물은 하수종말처리장에서 농축(부상식), 소화(호기성, 혐기성), 개량(약품처리), 탈수 및 건조 등의 단계를 거치면서 최종 처분하는 시설이 운영되고 있으나, 이는 약품처리로 인해 자원화로 이용되기에는 적지 않은 환경적 문제점을 갖고 있으며, 공정상 필요한 넓은 부지와 이에 따른 운영비용이 크다는 문제점이 있다. 또한 직매립 방식은 이미 1995년부터 금지되어있고 2012년부터는 해양배출이 금지되는 상황으로 기술적, 경제적 및 친환경적인 처리방법이 시급한 실정이다.

이를 감안하여 종래에는 유기성폐기물을 이용하여 바이오가스를 생산하는 방법이 제안된 바 있다. 기존의 유기성폐기물 혐기성 소화조는 수직원통형의 소화조를 많이 사용하고 있으며, 소화조에 유입되는 폐수의 고형물농도가 5%이상 높은 상태에서는 소화조의 구조상 유기물분해, 산발효 및 메탄발효등의 박테리아가 혼합된 상태로 이들 박테리아들의 균형과 생육조건 등의 이상적인 소화상태를 이루기가 힘들어 유기물의 완전소화에 따른 체류시간이 20 ? 30일의 장기간으로 소화조의 용량이 커지고 이에 따른 시설물의 대형화와 넓은 부지를 필요로 하는 등의 문제점을 가지고 있다.

본 발명자는 종래의 문제점을 감안하여 특허 제911835호를 등록한 바 있다. 이는 고농도의 유기성폐기물을 혐기소화하여 바이오가스를 생산함에 있어 소화조의 소화능력을 좌우하는 기질과 미생물의 접촉을 극대화 시켰으며, 특히 메탄생성 박테리아를 독립된 소화조에서 바이오블록에 고착시킴으로써 고밀도로 군집해서 살 수 있도록 하였으며, 폐수의 유속을 일정하게 유지시켜 소화기간을 최단으로 단축시킴으로써 설비의 용량 및 체적을 축소시킬 수 있고, 소화조 내의 일정한 환경을 유지시키고 외부환경에 대한 쇼크를 최소화하기 위해 투입되는 유기성폐수의 온도와 pH 및 총고형물량을 최적상태로 조절하는 장치를 전처리로 두고, 소화조로 투입되는 유기성폐기물의 양을 일일 100 ? 1000회에 걸쳐 소량씩 정량으로 연속적인 공급을 위한 장치를 갖는 다단계 혐기성소화조 및 이를 이용한 유기성폐기물의 바이오가스 생산방법이다.

본 발명은 본 발명자의 특허를 개선한 것으로서, 본 발명의 목적은 소화조를 12단계의 독립된 챔버로 분리하여 박테리아들이 바이오블록에서 고밀도로 서식하면서 유기물을 빠르게 소화시켜 메탄가스를 생산하는 과정에서 침전물이 각 챔버의 바닥에 쌓이면 이들 챔버의 하단 호퍼를 개별적으로 개폐하여 침전물이 독립적으로 배출되도록 함으로써, 각 챔버별로 상이하게 이루어졌던 균형을 유지케하여 전체적 소화조의 소화능력이 향상되고 또한 폐수 자체 무게로 하단의 침전물이 밀려 배출되므로 배출스크류장치를 구성할 필요가 없어 챔버의 구성이 간소화되는 다단계 혐기성 소화조의 침전물 배출장치를 제공함에 있다.

이를 위하여 본 발명은 박테리아가 서식하는 바이오블록이 각각 내장된 챔버1에서 챔버12의 소화조 내부로 유기물을 순차적으로 공급하여 메탄가스를 생산하되, 상기 각 챔버들의 하부에는 소화과정에서 형성되는 침전물을 독립적으로 배출하는 수단을 마련하여 각 챔버들간의 박테리아가 침전물 배출과정에서 섞이지 않도록 한 특징이 있다.

본 발명에 따르면 고농도 유기성폐기물을 혐기성소화에 의해 바이오가스를 생산하기위해 12개의 독립된 챔버를 구성한 것이며, 이들 각 챔버의 하단에는 원추형 호퍼를 만들고 각 호퍼에는 독립된 전자밸브를 달아 1일 1회 각 챔버의 내부에 쌓이는 침전물이 독립적으로 배출되도록 한 것이다.

본 발명은 12개의 독립된 소화조 챔버를 구성하고 각 챔버별로 각기 다른 소화환경을 환경을 조성한 것으로서, 이들 각 챔버는 1일 1회 침전물을 배출하게 되는데, 종래에는 3개의 챔버를 하나의 배출스크류로 묶어 배출하다보니 배출과정에서 챔버들 내부의 박테리가 혼합되는 문제가 있었다. 본 발명은 각 챔버의 하단을 독립적으로 개폐하기 때문에 박테리아들의 혼합이 방지되고 이미 이루어진 소화환경을 깨뜨리지 않아 전체적인 소화능력이 저하되지 않고 독립적인 소화가 가능하게 된다.

또한 각 챔버의 하단은 원추형 호퍼로 구성되어 각 챔버의 내부에 적재된 폐수의 자중에 의해 침전물이 배출되는 형태이므로 배출스크류 같은 기계적인 장치가 필요 없이 구성이 간단해지는 이점이 있다.

도 1은 본 발명 한 실시예의 배출장치를 갖는 챔버들의 분리 사시도
도 2는 본 발명 한 실시예의 배출장치를 갖는 챔버들의 조립 사시도
도 3은 본 발명 한 실시예의 챔버들 중에서 유기물분해 박테리아가 서식하는 챔버1에서 챔버 3의 단면도

본 발명은 유기성폐기물에 함유되어 있는 큰 입자들을 1cm미만으로 잘게 분쇄하는 분쇄장치, 분쇄된 유기성폐기물의 온도와 pH를 조절하는 산도조절장치, 고형분 함량을 조정하는 혼합장치를 거쳐 유기성폐기물을 소량씩 100 ? 1000회에 걸쳐 연속적으로 정량이송 시켜주는 정량이송장치를 거쳐 소화조로 공급된다.

본 발명의 소화조는 챔버1에서 챔버12로 분리되는데, 1단계로 챔버1에서 챔버3의 각 하단에는 원추형 호퍼로 구성되어 전자밸브(V1,V2,V3)를 개별적으로 구비하며, 2단계와 3단계로 챔버4에서 챔버9의 하단에도 원추형 호퍼로 구성되어 전자밸브(V4,V5,V6,V7,V8,V9)를 개별적으로 구비한다. 또한 4단계로 챔버10에서 챔버12의 하단도 원추형 호퍼로 구성되어 전자밸브(V10,V11,V12)를 개별적으로 구비한다.

상기 각 챔버의 내부에는 여러개의 다공성 바이오블록(B)이 수직으로 배열 설치되어져 있다. 전처리단계(그라인딩,가온, pH조절, 혼합)를 거친 고농도 유기성폐기물은 온도조절장치에 의해 35 ? 39℃ 혹은 52 ? 58℃로 가온되고, 산도조절장치에 의해 pH5.0 ? 6.0으로 조절되며, 정량이송장치에 의해 혐기성 소화조의 챔버1에서 챔버12로 순차 공급된다. 공급 방법은 일일 투입량을 100 ? 1000회로 나눠 일정시간 간격을 두며 정량을 연속적으로 공급한다.

상기 소화조의 챔버1에서 챔버12에 내장된 바이오블록(B)에는 이산화탄소, 수소 및 활성지방산을 분해하여 최종적으로 메탄을 생성하는 고착성의 메탄생성 박테이아가 주로 서식한다. 이러한 서식 조건을 갖추기 위해선 소화조의 초기 가동으로 부터 약 2 ? 3개월의 안정화 기간을 거쳐 본격적인 바이오가스 생산이 가능한데, 바이오가스는 상부에 마련된 가스층 공간에 모아지며 이 가스는 수분응축과 탈황과정을 거쳐 고순도 바이오가스로 저장되어 사용하게 된다.

본 발명은 소화조의 각 단계별 소화과정에서 생성되는 물질이 해당 챔버 하단의 원추형 호퍼에 쌓여 침전물로 생성되는데, 특히 음식물류폐기물을 처리하는 과정에서 발생하는 음폐수에는 계란껍질, 뼛조각 등의 칼슘성분이 많은 이물질이 포함되어 있는데 거의 소화되지 않고 소화조 바닥에 쌓이게 된다. 소화조 바닥에 쌓여지는 침전물을 적시에 제거하지 않으면 계속 쌓이게 되어 소화조의 활성용적을 축소시키고 나아가서는 딱딱하게 굳어져 제거하기가 어려워지는 문제가 발생한다.

본 발명은 12개의 챔버 하부에 독립적으로 구비된 12개의 전자밸브를 개별적으로 조작하여 해당 챔버를 개폐하기 때문에 챔버들간의 유기물 혼합이 방지되므로 해당 챔버에 서식하는 박테리아를 보호할 수 있으며, 박테리아들의 섞임 방지 및 이미 형성된 소화환경을 훼손하지 않아 소화능력이 개선되는 효과가 있다. 또한 각 챔버는 채워져 있는 폐수 자체 중량에 의해 하단 호퍼의 침전물이 밀려 배출되는 구성이므로 별도의 기구적인 스크류장치가 불필요하여 장치를 경량으로 간소화할 수 있는 이점이 있다.

C1 ? C12 : 챔버 V1 ? V12 : 전자밸브
B : 바이오블록

Claims (2)

1. 박테리아가 서식하는 바이오블록이 각각 내장된 챔버1에서 챔버12의 소화조 내부로 유기물을 순차적으로 공급하여 메탄가스를 생산하고, 각 챔버들의 하부에는 소화과정에서 형성되는 침전물을 독립적으로 배출하는 수단을 마련하여 각 챔버들 간의 소화환경과 박테리아들이 침전물 배출과정에서 섞이지 않도록 한 것을 특징으로 하는 다단계 혐기성 소화조의 침전물 배출장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 배출수단은 상기 각 챔버들의 하부가 원추형 호퍼로 구성되고,
   상기 각 호퍼에는 전자밸브들이 개별적으로 구비되어 수시로 해당 챔버를 독립적으로 개폐하여 폐수 자체 무게로 침전물이 밀려 배출되도록 한 것을 특징으로 하는 다단계 혐기성 소화조의 침전물 배출장치.

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