KR20130098082A - Biogas production system using thermal hydrolysis and method for treating organic material using the biogas production system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 바이오 가스 생산 시스템 및 이를 이용한 유기물 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미생물에 의존하지 않으면서 신속하면서도 안정적으로 유기물을 산발효시킴으로써 혐기소화의 효율을 향상시킬 수 있는 열수분해를 이용한 바이오 가스 생산 시스템 및 이를 이용한 유기물 처리방법에 관한 것이다.The present invention relates to a biogas production system and an organic material treatment method using the same, and more particularly, bio-based hydrothermal decomposition that can improve the efficiency of anaerobic digestion by acid and fermentation of organic materials quickly and stably without depending on microorganisms. It relates to a gas production system and an organic material treatment method using the same.
음식물 쓰레기, 하수슬러지, 축산분뇨 등과 같은 유기물을 혐기성 미생물로 분해하여 메탄가스를 포함하는 바이오가스를 만드는 바이오가스 생산 기술은 오래전부터 '혐기소화'로 널리 알려진 환경 에너지 기술이다.Biogas production technology that decomposes organic materials such as food waste, sewage sludge, and livestock manure into anaerobic microorganisms to produce biogas containing methane gas has long been known as 'energy digestion'.
즉, 혐기소화는 산소가 없는 무산소 상태에서 활동하는 혐기성 미생물을 이용하여 고농도의 유기성 폐기물을 깨끗하게 분해/처리함과 동시에 메탄가스 등과 같은 에너지를 회수하는 환경 에너지 기술이다.In other words, anaerobic digestion is an environmental energy technology that recovers energy such as methane gas while simultaneously decomposing / treating high concentrations of organic waste using anaerobic microorganisms operating in an oxygen-free state.
상기 혐기소화는 예전부터 중국 등에서 분뇨처리 목적으로 사용되었으며, 1900년경부터 하수처리의 슬러지 감량화 기술로서 환경분야에 도입되었으며, 1950년대 후반에는 효모제조 폐수처리 등의 공장폐수 처리에 응용되었다. The anaerobic digestion has been used for manure treatment in China since ancient times, and was introduced into the environmental field as a sludge reduction technology of sewage treatment from around 1900. In the late 1950s, the anaerobic digestion was applied to plant wastewater treatment such as yeast production wastewater treatment.
초기에는 하나의 반응조에서 산발효와 메탄발효를 동시에 처리하는 단상 혐기소화조가 주로 이용되었으나, 1970년대 후반부터 산발효조와 메탄발효조를 분리한 2상식 혐기소화조로 발전하였다.Initially, single-phase anaerobic digestion tanks, which process acid and methane fermentation at the same time, were mainly used. However, since the late 1970s, two-phase anaerobic digestion tanks were separated.
종래의 혐기소화조로는 산소의 유출입이 차단된 커다란 통이 사용되었고, 상기 혐기소화조에서 유기물이 미생물과 잘 혼합되도록 교반작업이 수행되었다. 그러나, 유기물의 연속적인 처리를 위해서는 상기 유기물이 연속적으로 투입되고 배출되어야 하기 때문에 분해상태가 서로 다른 유기물이 상기 교반작업이 수행되는 과정에서 서로 혼합되는 상황이 발생하게 된다. As a conventional anaerobic digestion tank, a large cylinder in which oxygen flow is blocked is used, and an agitation operation is performed to mix the organic matter well with the microorganisms in the anaerobic digestion tank. However, in order to continuously process the organic material, since the organic material must be continuously added and discharged, a situation occurs in which organic materials having different decomposition states are mixed with each other during the stirring operation.
이로 인하여, 혐기소화조의 분해 효율이 떨어지며, 완전히 분해되지 않은 유기물이 배출되면서 소화폐액의 오염농도가 높아지는 문제가 있었다.Due to this, the decomposition efficiency of the anaerobic digestion tank is lowered, and there is a problem in that the pollution concentration of the digestive waste liquid is increased while the organic material is not completely decomposed.
또한, 산발효의 효율은 상기 유기물의 크기, 함유성분 또는 상태 등에 따라 크게 달라지는데, 상기 유기물이 세포로 이루어진 경우에는 세포막이나 세포 보호물질이 효소의 작용을 방해하여 산발효가 제대로 이루어지지 못하게 된다. In addition, the efficiency of acid fermentation greatly varies depending on the size, content or state of the organic material, etc., when the organic material is composed of cells, cell membranes or cell protective materials interfere with the action of enzymes, thereby preventing acid fermentation.
산발효과정에서는 미생물이 자기보다 훨씬 큰 유기물 입자를 분해하기 위하여 분해효소를 방출하여 상기 분해효소의 촉매작용으로 물의 수소이온과 수산이온을 유기물에 결합시켜 저분자 유기물을 만들게 되는데, 미생물 활동의 변동성이 심하여 산발효가 안정적으로 이루어지지 못하는 경우가 많다.In sporadic effect tablets, microorganisms release degrading enzymes to decompose organic particles that are much larger than their own, and catalyze the degrading enzymes to combine hydrogen ions and hydroxyl ions of water with organics to form low-molecular organics. In many cases, acid fermentation is not stable.
특히, 상기 유기물에 독성물질이 존재하면 산발효 미생물의 활동이 중단되는 경우와 같이, 함유성분에 따라서도 상기 미생물 활동의 변동성이 크기 때문에 산발효가 안정적이지 못할 뿐 아니라, 산발효 과정에서 발생하는 악취로 인한 민원의 대상이 된다.In particular, the presence of toxic substances in the organic material, such as when the activity of the acid fermentation microorganisms are suspended, because of the variability of the microorganisms depending on the components contained in the acid fermentation is not stable, but also occurs during the acid fermentation process You are subject to a odor complaint.
한편, 상기 혐기소화를 수행하는 미생물은 온도에 따라 자연계에서 생식하는 상온균, 동물의 체내온도에 생식하는 중온균(35℃~37℃), 열수 분출구 같은 고온 환경에서 생식하는 고온균(50℃ ~ 60℃)의 3종류로 구분이 되고 있다.On the other hand, the microorganism performing the anaerobic digestion is a room temperature bacterium that reproduces in nature according to the temperature, mesophilic bacteria that reproduce at the body temperature of the animal (35 ℃ ~ 37 ℃), high temperature bacteria that reproduce in high temperature environment such as hot water outlet (50 ℃) ~ 60 ℃) is divided into three types.
보통 상기 상온균에 비하여 상기 중온균이 2.5배, 상기 고온균은 5배 이상 빠른 유기물 분해 및 바이오가스 생산 속도를 보여주고 있다. 그러나, 미생물이 식생할 수 있는 온도가 높을수록 미생물이 서식하는 환경을 만들고 유지시키기 위한 에너지 비용이 많이 들기 때문에 바이오가스의 생산 조건에 따라 적절한 혐기소화 온도가 결정된다.Usually, the mesophilic bacteria are 2.5 times higher than the normal temperature bacteria, and the high temperature bacteria show organic decomposition and biogas production rates more than 5 times faster. However, the higher the temperature at which the microorganisms can be vegetated, the higher the energy cost to create and maintain the environment in which the microorganisms live, so the appropriate anaerobic digestion temperature is determined by the production conditions of the biogas.
현재 가장 널리 사용되는 상기 중온균의 혐기소화에는 보통 30일이 소요되는데 일반적으로 산발효 과정이 15일, 메탄발효 과정이 15일 정도가 소요된다. 상기 산발효과정을 개선하기 위하여, 초음파 등으로 미생물 세포벽을 파괴하거나 120℃ ~ 160℃ 정도의 고온으로 가열하거나 가성소다 또는 석회 등 화학약품을 주입하는 등의 다양한 전처리 공정기술들이 개발되고 있다.The most widely used anaerobic digestion of mesophilic bacteria usually takes about 30 days, but usually takes 15 days for acid fermentation and 15 days for methane fermentation. In order to improve the scattering effect tablets, various pretreatment process technologies such as destroying microbial cell walls with ultrasonic waves, heating to a high temperature of about 120 ° C. to 160 ° C., or injecting chemicals such as caustic soda or lime have been developed.
그러나, 종래의 전처리 공정기술들은 상기 유기물에서 세포의 보호효소를 형성하는 단백질의 형태만 입방구조에서 선형구조로 변형시켜 혐기소화 효율을 약간 증가시키고 있을 뿐 산발효과정을 완전히 대체하지 못하기 때문에 여전히 산발효를 위한 산발효조와, 메탄발효를 위한 메탄발효조가 필수적으로 사용되어야 하는 불편함이 있다.However, the conventional pretreatment process technology still only slightly increases the anaerobic digestion efficiency by transforming from the cubic structure to the linear structure in the form of the protein that forms the protective enzyme of the cell in the organic matter, but still does not completely replace the sporadic effect tablet. There is an inconvenience that acid fermentation tank for acid fermentation and methane fermentation tank for methane fermentation must be used.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 산발효과정을 미생물에 의존하지 않으면서 신속하면서도 유기물을 안정적으로 산발효시킴으로써 혐기소화의 효율을 향상시킬 수 있는 열수분해를 이용한 바이오 가스 생산 시스템 및 이를 이용한 유기물 처리방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is a biogas production system using thermal hydrolysis that can improve the efficiency of anaerobic digestion by quickly and stably fermenting organic matter without depending on the microorganisms and the method for treating organic matter To provide.
본 발명의 해결하고자 하는 다른 과제는 산발효 과정에서는 메탄발효균에 독성물질인 시안가스가 생성되지 않도록 하며, 메탄발효 과정에서는 암모니아 농도가 낮게 유지되도록 하기 위하여 상기 메탄발효과정에서 생성되는 암모니아를 제거하여 혐기소화의 효율을 향상시킬 수 있는 바이오 가스 생산 시스템 및 이를 이용한 유기물 처리방법을 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to prevent cyan gas, which is a toxic substance in methane fermentation, during acid fermentation, and to remove ammonia produced in the methane fermentation effect to maintain ammonia concentration in the methane fermentation process. It is to provide a biogas production system that can improve the efficiency of anaerobic digestion and an organic material treatment method using the same.
본 발명의 해결하고자 하는 또 다른 과제는 메탄발효과정에서 투입된 유기물, 분해되는 유기물 및 배출되는 유기물이 서로 혼합되지 않는 구조를 만들어 유기물의 분해 효율을 높이고 배출되는 소화폐액의 오염을 저감시킬 수 있는 바이오 가스 생산 시스템 및 이를 이용한 유기물 처리방법을 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to create a structure that is not mixed with the organics, decomposed organics and discharged organics in the methane-balancing effect tablet to increase the decomposition efficiency of organics and reduce the pollution of the digestive waste discharged It is to provide a gas production system and an organic material treatment method using the same.
본 발명의 해결하고자 하는 또 다른 과제는 메탄발효과정을 거친 소화폐액을 처리하면서 발생하는 슬러지가 재투입되어 폐기물로 배출되지 않는 바이오 가스 생산 시스템 및 이를 이용한 유기물 처리방법을 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to provide a biogas production system and a method for treating organic materials using the same, the sludge generated while treating the digestion waste liquid passed through the methane-evaporation effect tablet is not re-introduced as waste.
상술한 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 유기물이 혐기성 미생물에 의하여 메탄가스를 포함하는 바이오 가스로 분해되는 바이오 가스 생산 시스템에 있어서, 외부에서 유입되는 상기 유기물이 일시적으로 저장되는 유기물 저류조; 상기 유기물 저류조에서 공급되는 상기 유기물을 열수분해하여 산발효가 완료된 열수분해 유기물로 만드는 열수분해장치; 그리고, 산소가 없는 상태에서 상기 혐기성 미생물이 상기 열수분해 유기물을 메탄발효하여 상기 바이오 가스로 분해하는 메탄발효장치를 포함하며, 상기 열수분해장치는 물에 존재하는 수소이온 및 수산이온이 상기 유기물의 고분자 연결구조에 결합되도록 하여 상기 유기물을 저분자 유기물로 가수분해하거나 저분자 유기산을 생성시켜 상기 열수분해 유기물로 만드는 것을 특징으로 하는 열수분해를 이용한 바이오 가스 생산 시스템을 제공한다.In order to achieve the above-mentioned problem, the present invention is a biogas production system in which organic matter is decomposed into a biogas containing methane gas by anaerobic microorganisms, the organic matter storage tank in which the organic material introduced from the outside is temporarily stored ; A thermal hydrolysis apparatus for thermally decomposing the organic substance supplied from the organic substance storage tank into a hydrothermally decomposed organic substance which has been acid-fermented; And a methane fermentation apparatus in which the anaerobic microorganism decomposes the thermal hydrolysis organic matter into the biogas in the absence of oxygen, and the thermal hydrolysis apparatus comprises hydrogen and hydroxyl ions present in water. Provided is a biogas production system using thermal hydrolysis, characterized in that the organic material is hydrolyzed to a low molecular organic material or to produce a low molecular organic acid to form the thermal hydrolyzed organic material by being coupled to a polymer connection structure.
상기 열수분해장치는 상기 유기물에 들어있는 물의 수소이온과 수산이온 농도를 물의 이온화 상수가 3.0 × 10-12(mol/L)2 이상이 되는 농도로 만들어 상기 수소이온과 상기 수산이온이 상기 유기물을 열수분해하도록 구비될 수 있다.The thermal hydrolysis apparatus makes the concentration of hydrogen ions and hydroxyl ions of water contained in the organic material at a concentration such that an ionization constant of water is 3.0 × 10 −12 (mol / L) 2 or more, and the hydrogen ions and the hydroxyl ions are used to form the organic material. It may be provided to thermal hydrolysis.
상기 열수분해장치는 상기 이온화 상수를 확보하기 위하여 상기 유기물을 180℃~250℃로 가열할 수 있다.The thermal hydrolysis apparatus may heat the organic material to 180 ~ 250 ℃ to secure the ionization constant.
또한, 상기 열수분해장치는 외부에서 에너지를 공급하여 상기 유기물을 가열하는 유기물 가열유닛과, 외부에서 에너지 공급없이 열수분해될 저온의 유기물을 열교환 가열시키면서 고온의 상기 열수분해 유기물을 열교환 냉각시키는 유기물 열교환유닛을 포함할 수 있다.In addition, the thermal hydrolysis apparatus is an organic material heat exchanger that heat-exchanges and heat-cools the thermal hydrolysis organic material while heating the organic material heating unit for supplying energy from the outside to heat the organic material and the low temperature organic material to be thermally hydrolyzed without supplying energy from the outside. It may include a unit.
상기 유기물 열교환 유닛은 열교환이 이루어지는 열교환기와, 상기 열교환기를 통과한 상기 저온의 유기물을 가압하는 가압펌프를 포함할 수 있다.The organic material heat exchange unit may include a heat exchanger for performing heat exchange, and a pressure pump for pressurizing the low temperature organic material passing through the heat exchanger.
상기 유기물 가열유닛은 상부에 수증기 공간을 형성함과 동시에 하부에 유기물 공간을 형성하는 가열용기와, 상기 수증기 공간과 상기 유기물 공간을 왕복하면서 상기 수증기와 상기 유기물을 혼합시켜 상기 유기물을 가열하는 교반장치를 포함할 수 있다.The organic material heating unit is a heating vessel which forms a vapor space at the top and at the same time an organic space at the bottom, and a stirring device for heating the organic material by mixing the steam and the organic material while reciprocating the steam space and the organic space It may include.
상기 유기물 가열유닛 또는 상기 유기물 열교환 유닛에는 스케일이 형성되지 않도록 불화탄소수지로 코팅되는 코팅층이 형성될 수 있다.A coating layer coated with a fluorocarbon resin may be formed on the organic heating unit or the organic heat exchange unit so that no scale is formed.
또한, 상기 바이오 가스 생산시스템은 상기 열수분해 유기물이 상기 메탄발효장치에 투입되기 전에 상기 열수분해 유기물에서 고형유기물을 분리하는 고액분리장치를 더 포함할 수 있다.In addition, the biogas production system may further include a solid-liquid separation device for separating the solid organic matter from the thermal hydrolysis organic material before the thermal hydrolysis organic material is introduced into the methane fermentation apparatus.
또한, 상기 바이오 가스 생산시스템은 상기 메탄발효장치와 연결되며, 상기 열수분해 유기물에 반응물질을 공급하여 상기 열수분해 유기물에 존재하는 질소와 인을 화학결합으로 제거하기 위한 화학 반응장치를 더 포함할 수 있다.The biogas production system may further include a chemical reaction device connected to the methane fermentation device and supplying a reactant to the thermal hydrolysis organic material to remove nitrogen and phosphorus present in the thermal hydrolysis organic material by chemical bonding. Can be.
또한, 상기 바이오 가스 생산시스템은 상기 메탄발효장치에서 배출되는 소화 폐액에 잔류하는 오염물질을 제거하여 하천에 방류하는 방류수로 만드는 수처리장치를 더 포함할 수 있다.In addition, the biogas production system may further include a water treatment device to remove the contaminants remaining in the digestive waste liquid discharged from the methane fermentation apparatus to make effluent water discharged to the stream.
상기 수처리장치에서 발생하는 슬러지는 상기 유기물 저류조로 재유입될 수 있다.The sludge generated in the water treatment device may be re-introduced into the organic storage tank.
상기 메탄발효장치는 상기 열수분해 유기물이 흐르는 유기물통로가 형성된 메탄발효조를 포함하며, 상기 유기물통로의 일단에는 상기 열수분해 유기물이 투입되는 유기물 투입구가 형성되고, 상기 유기물통로의 타단에는 메탄발효가 완료된 열수분해 유기물이 배출되는 유기물 배출구가 형성될 수 있다.The methane fermentation apparatus includes a methane fermentation tank formed with an organic material passage through which the thermal hydrolysis organic material flows, and at one end of the organic material passage, an organic inlet for introducing the thermal hydrolysis organic material is formed, and at the other end of the organic material passage, methane fermentation is completed. An organic material outlet through which the thermal hydrolysis organic material is discharged may be formed.
본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 본 발명은 유기물이 혐기성 미생물에 의하여 메탄가스를 포함하는 바이오 가스로 분해되는 바이오 가스 생산방법에 있어서, 상기 유기물이 외부에서 유입되어 일시적으로 유기물 저류조에 저장되는 단계; 열수분해장치에 의하여 물에 존재하는 수소이온 및 수산이온이 상기 유기물 저류조에서 공급되는 상기 유기물의 고분자 연결구조에 결합되어 상기 유기물을 저분자 유기물로 분해하거나 저분자 유기산을 생성시켜 열수분해 유기물로 만드는 산발효단계; 그리고, 메탄발효장치에 의하여 산소가 없는 상태에서 상기 혐기성 미생물이 상기 열수분해 유기물을 메탄발효하여 상기 바이오 가스로 분해하는 메탄발효단계를 포함하는 바이오 가스 생산 시스템을 이용한 유기물 처리방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, the present invention is a biogas production method in which organic matter is decomposed into biogas containing methane gas by anaerobic microorganisms, the organic material is introduced from the outside and temporarily stored in the organic storage tank ; Acid and fermentation of hydrogen ions and hydroxyl ions present in the water by a thermal hydrolysis device are bonded to the polymer connection structure of the organic material supplied from the organic material storage tank to decompose the organic material into a low molecular organic material or to generate a low molecular organic acid into a thermal hydrolyzed organic material. step; In addition, the anaerobic microorganisms in the absence of oxygen by the methane fermentation apparatus provides a method for treating organic materials using a biogas production system comprising a methane fermentation step of methane fermentation of the thermal hydrolysis organic matter to the biogas.
상기 산발효단계는 상기 유기물에 들어있는 물의 수소이온과 수산이온 농도를 물의 이온화 상수가 3.0 × 10-12(mol/L)2 이상이 되는 농도로 만들어 상기 수소이온과 상기 수산이온이 상기 유기물을 촉매없이 산발효시키는 열수분해단계를 포함할 수 있다.In the acid fermentation step, the hydrogen ions and the hydroxide ions of water contained in the organic material are formed at a concentration such that an ionization constant of water is 3.0 × 10 −12 (mol / L) 2 or more. An acid-fermentation step without a catalyst may be included.
상기 열수분해단계는 상기 이온화 상수를 확보하기 위하여 상기 유기물을 180℃~250℃로 가열하는 유기물 가열단계와, 외부의 에너지 공급없이 열수분해될 저온의 유기물을 열교환 가열시킴과 동시에 고온의 상기 열수분해 유기물을 냉각시키는 열교환단계를 포함할 수 있다.The thermal hydrolysis step is an organic material heating step of heating the organic material to 180 ℃ ~ 250 ℃ to secure the ionization constant, and heat exchange heating the low-temperature organic material to be thermally hydrolyzed without supplying external energy at the same time It may include a heat exchange step for cooling the organic matter.
상기 열교환 단계는 상기 저온의 유기물이 열교환기를 통과하며 가열되는 열교환 가열단계와, 상기 열교환 가열단계를 경유한 상기 저온의 유기물을 가압펌프를 사용하여 가압하면서 이송하는 가압이송단계를 포함할 수 있다.The heat exchange step may include a heat exchange heating step in which the low temperature organic material is heated while passing through a heat exchanger, and a pressure transfer step of transferring the low temperature organic material through the heat exchange heating step by using a pressure pump.
상기 유기물 가열단계는 가열용기의 상부에 형성된 수증기 공간과 하부에 형성된 유기물 공간을 교반장치가 왕복이동하면서 상기 수증기와 상기 유기물을 혼합시켜 상기 유기물을 가열할 수 있다.The organic material heating step may heat the organic material by mixing the water vapor and the organic material while the stirring device reciprocates the water vapor space formed in the upper portion of the heating vessel and the organic material space formed in the lower portion.
상기 유기물 처리방법은 상기 메탄발효단계에 이전에 상기 열수분해 유기물에서 고형유기물을 분리하는 고액분리 단계를 더 포함할 수 있다.The organic material treatment method may further include a solid-liquid separation step of separating the solid organic matter from the thermal hydrolysis organic material prior to the methane fermentation step.
또한, 상기 유기물 처리방법은 상기 고액분리 단계에서 분리된 상기 고형유기물을 건조하거나 열분해하여 연료로 사용하는 연료화단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the organic material treatment method may further include a fuelization step of using the fuel by drying or pyrolyzing the solid organic matter separated in the solid-liquid separation step.
또한, 상기 유기물 처리방법은 상기 열수분해 유기물에 반응물질을 공급하여 상기 열수분해 유기물에 존재하는 질소와 인을 화학결합으로 제거하기 위한 화학 반응단계를 더 포함할 수 있다.The organic material treatment method may further include a chemical reaction step of supplying a reactant to the thermal hydrolyzed organic material to remove nitrogen and phosphorus present in the thermal hydrolyzed organic material by chemical bonding.
또한, 상기 유기물 처리방법은 상기 메탄발효단계에서 배출되는 소화폐액에 잔류하는 오염물질을 제거하여 하천에 방류하는 방류수로 만드는 수처리단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the organic material treatment method may further include a water treatment step of removing the contaminants remaining in the digestive waste liquid discharged from the methane fermentation step to effluent water discharged to the stream.
또한, 상기 유기물 처리방법은 상기 수처리 단계에서 발생하는 슬러지를 상기 유기물 저류조로 반송하는 슬러지 처리단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the organic material treatment method may further include a sludge treatment step of returning the sludge generated in the water treatment step to the organic material storage tank.
상기 메탄발효 단계는 상기 열수분해 유기물이 메탄발효조에 형성된 유기물통로를 따라 흐르면서 메탄발효가 이루어지는 유기물 이동단계를 포함할 수 있다.The methane fermentation step may include an organic material migration step in which the thermal hydrolysis organic material flows along the organic material passage formed in the methane fermentation tank and methane fermentation is performed.
본 발명에 따른 본 발명에 따른 열수분해를 이용한 바이오 가스 생산 시스템 및 이를 이용한 유기물 처리방법의 효과를 설명하면 다음과 같다.Referring to the effects of the biogas production system using the thermal hydrolysis according to the present invention and the organic material treatment method using the same according to the present invention.
첫째, 물의 높은 이온농도 힘으로 유기물을 열수분해함으로써 30분 이내의 짧은 시간에 상기 유기물을 신속하게 산발효시킬 뿐만 아니라, 상기 유기물의 세포막 단백질 마개나 보호효소까지 모두 분해하여 신속하면서 균일한 상태로 상기 유기물을 산발효시킬 수 있는 이점이 있다. 더욱이, 유기물 열교환 유닛이 설치됨으로 인하여 에너지 효율을 높일 수 있는 이점이 있다. 또한, 열수분해장치 내부에 스케일이 부착되지 않아 장치의 효율이 높아지는 이점이 있다.First, by hydrothermally decomposing the organic material with high ion concentration force of water, the organic material can be rapidly fermented in a short time within 30 minutes, as well as by decomposing all the cell membrane protein stoppers and protecting enzymes of the organic material in a rapid and uniform state. There is an advantage that can acid ferment the organic material. Moreover, there is an advantage that the energy efficiency can be increased by the organic heat exchange unit is installed. In addition, there is an advantage that the efficiency of the device is increased because the scale is not attached to the thermal hydrolysis device.
둘째, 유기물 가열유닛에 형성된 수증기 공간의 수증기에 의하여 상기 유기물이 가열됨으로써, 상기 유기물의 부분 과열이 생기지 않게 되고, 이로 인하여 메탄발효균에 독성물질인 시안가스가 생성되지 않게 되는 이점이 있다. 뿐만 아니라, 메탄발효 과정에서 생성되는 암모니아 이온을 화학반응으로 제거하여, 상기 암모니아의 농도를 2,000ppm 이내로 유지되도록 함으로써 상기 메탄발효균이 활발하게 활동할 수 있도록 만들어 혐기소화의 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.Second, the organic material is heated by the steam of the steam space formed in the organic heating unit, there is no partial overheating of the organic material, there is an advantage that the cyan gas which is toxic to methane fermentation bacteria is not generated. In addition, by removing the ammonia ions generated during the methane fermentation process by chemical reaction, the concentration of the ammonia is maintained within 2,000ppm to enable the methane fermentation bacteria to be actively active to improve the efficiency of anaerobic digestion have.
셋째, 메탄발효조에 유기물통로를 형성하여 투입된 유기물이 상기 유기물통로를 따라 흐르면서 순차적으로 분해되고, 분해가 완료된 유기물이 배출되는 구조가 되도록 함으로써 상기 유기물이 서로 혼합되지 않아 분해 효율이 높고 배출되는 소화폐액의 오염도 저감되는 이점이 있다.Third, the organic material passage is formed in the methane fermentation tank so that the introduced organic material is sequentially decomposed as it flows along the organic material passage, and the organic substance is completely discharged so that the organic substances are not mixed with each other. Also has the advantage of reducing pollution.
넷째, 메탄발효조에서 배출되는 소화폐액을 수처리하여 방류하고, 수처리과정에서 발생하는 슬러지를 다시 열수분해하여 바이오 가스를 생산하도록 함으로써 바이오가스 생산시스템에서 발생하는 소화폐액을 효과적으로 처리하면서 폐기물인 슬러지가 배출되지 않는 이점이 있다.Fourth, the digested waste liquid discharged from the methane fermentation tank is discharged by water treatment, and the sludge generated in the water treatment process is hydrothermally decomposed to produce biogas, thereby effectively treating the digested waste liquid generated in the biogas production system and discharging the sludge as waste. There is no advantage.
도 1은 온도에 따른 물의 이온화 상수 값을 보여주는 그래프.
도 2는 본 발명에 따른 바이오 가스 생산시스템의 일 실시 예의 구성을 나타낸 도면.
도 3은 도 2의 바이오 가스 생산 시스템에 구비된 열수분해장치의 구성과 유기물 저류조 및 열수분해 유기물탱크의 연결관계를 개략적으로 나타낸 도면.
도 4는 도 2의 바이오 가스 생산 시스템에 구비된 열수분해장치의 사시도.
도 5는 도 4의 열수분해장치의 요부에 대한 단면도.
도 6은 도 2의 바이오 가스 생산 시스템에 구비된 메탄발효장치의 일 실시예를 나타낸 도면.
도 7은 도 2의 바이오 가스 생산 시스템에 구비된 메탄발효장치의 다른 실시예를 나타낸 도면.
도 8은 도 2의 바이오 가스 생산 시스템에 구비된 메탄발효장치의 또 다른 실시예를 나타낸 도면.1 is a graph showing the ionization constant value of water with temperature.
2 is a view showing the configuration of an embodiment of a biogas production system according to the present invention.
FIG. 3 is a view schematically illustrating a connection relationship between a configuration of a thermal hydrolysis apparatus and an organic storage tank and a thermal hydrolysis organic tank provided in the biogas production system of FIG. 2.
4 is a perspective view of a hydrothermal decomposition apparatus provided in the biogas production system of FIG.
5 is a cross-sectional view of the main portion of the thermal hydrolysis device of FIG.
6 is a view showing an embodiment of the methane fermentation apparatus provided in the biogas production system of FIG.
7 is a view showing another embodiment of the methane fermentation apparatus provided in the biogas production system of FIG.
8 is a view showing another embodiment of the methane fermentation apparatus provided in the biogas production system of FIG.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 열수분해를 이용한 바이오 가스 생산 시스템 및 이를 이용한 유기물 처리방법에 대한 실시 예들을 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described embodiments of a biogas production system using thermal hydrolysis according to the present invention and an organic material treatment method using the same.
유기물이 바이오가스를 생성하면서 분해되는 과정은 산발효과정과 메탄발효과정을 거치게 된다. The process of organic matter decomposing while producing biogas goes through a scattering effect and a methane effecting effect.
상기 산발효과정은 상기 유기물의 고분자 연결구조에 물의 수소이온과 수산이온이 결합하여 저분자 유기물로 가수분해되거나 저분자 유기산이 만들어지는 과정이다. The scattering effect tablet is a process in which hydrogen ions and hydroxyl ions of water are bonded to the polymer connection structure of the organic material to hydrolyze into a low molecular organic material or to make a low molecular organic acid.
종래의 산발효과정은 미생물이 분비하는 효소의 촉매작용에 의하여 이루어지는데 효소가 물에 존재하는 수소이온과 수산이온을 유기물에 결합시키는 화학반응의 촉매제 역할을 수행하여 수소이온과 수산이온의 농도가 낮은 상태에서도 가수분해를 하고 유기산을 생성한다. 종래의 산발효과정은 15일 정도의 오랜시간이 소요된다.Conventional sporadic effect tablets are formed by the catalysis of enzymes secreted by microorganisms.The enzyme acts as a catalyst for the chemical reaction that binds hydrogen ions and hydroxy ions in water to organic matter. It hydrolyzes even at low levels and produces organic acids. Conventional scattering effect tablets take a long time of about 15 days.
반면, 본 발명에서는 물의 수소이온과 수산이온 농도가 일정 수준 이상으로 높아지면서 효소나 미생물의 촉매 도움이 없이 30분 정도의 빠른 시간 이내에 상기 산발효과정이 수행된다. 결과적으로, 기존의 혐기소화에서는 미생물이 산발효를 수행했지만, 본 발명에서는 효소나 미생물의 도움이 필요 없게 된다.On the other hand, in the present invention, the concentration of hydrogen ions and hydroxide ions in water is increased to a certain level or more, and the sporadic effect tablet is performed within a quick time of about 30 minutes without the help of enzymes or microorganisms. As a result, in the conventional anaerobic digestion, the microorganisms perform acid fermentation, but in the present invention, there is no need for the help of enzymes or microorganisms.
상기 메탄발효과정은 산소가 없는 상태에서 편성 혐기성균이나 메탄균이 저분자 유기물을 섭취하여 세포 내부에서 분해과정을 거쳐 메탄가스가 포함된 바이오가스를 배출하는 과정이다.The methane-balancing effect tablet is a process of organizing anaerobic bacteria or methane bacteria ingesting low-molecular organic substances in the absence of oxygen, and discharging biogas containing methane gas through decomposition within cells.
먼저, 상기 물의 수소이온과 수산이온이 유기물의 산발효과정에서 작용하는 기능을 살펴보면 다음과 같다.First, the functions of the hydrogen ions and the hydroxide ions of the water in the sporadic effect of the organic matter are as follows.
물 분자는 산소 원자 1개와 수소 원자 2개가 결합하여 형성되는데, 수소 원자 2개의 결합 각도가 180°가 아닌 104.5°의 비대칭 구조를 이루고 있다. 결과적으로, 전하분포가 다른 극성 입자가 되어 산소 원자와 인근 분자와 수소원자가 전기적으로 결합하는 수소결합을 하여 클러스터를 이룬다. 또한 산소원자와 수소원자의 간격은 동일 분자내에서는 99pm(피코미터), 다른 분자사이에서는 117pm로 그 차이가 20% 이내로 크지 않아 수소결합의 결합강도가 높게 유지된다. The water molecule is formed by combining one oxygen atom and two hydrogen atoms, and the bonding angle of the two hydrogen atoms is 104.5 ° instead of 180 °. As a result, the charge distribution becomes different polar particles, forming hydrogen clusters in which the oxygen atoms, the neighboring molecules, and the hydrogen atoms are electrically bonded to each other to form clusters. In addition, the interval between the oxygen atom and the hydrogen atom is 99pm (picometer) within the same molecule and 117pm between the other molecules, and the difference is not large within 20%, so that the bonding strength of the hydrogen bond is maintained high.
물의 수소결합은 전자의 회전으로 전하분포가 변하여 전기적 결합강도가 변하면서 수소결합의 분자간 연결과 분리가 반복되는데, 이 과정에서 일부는 분자 내의 연결고리가 분리되면서 물에 수소이온과 수산이온이 발생하게 된다.Hydrogen bonds in water change the charge distribution due to the rotation of electrons and the electrical bond strength changes, resulting in repeated intermolecular linkage and separation of hydrogen bonds. Done.
결과적으로, 모든 물에는 물 분자 중의 일부가 수소이온(H)과 수산이온(OH)으로 분해되어 존재한다. 상기 수소이온(H)과 수산이온(OH)의 농도는 온도와 압력에 따라 일정한데, 상기 이온들의 몰농도를 곱한 값을 물의 이온화 상수 Kw = [H][OH]라고 하며 편의상, 이온화 상수 로그값을 사용하여, 도 1과 같은 그래프를 나타내거나 표 1과 같이 온도별 이온화 상수의 마이너스 로그값으로 나타내기도 한다.As a result, all water contains some of the water molecules decomposed into hydrogen ions (H) and hydroxyl ions (OH). The concentration of hydrogen ions (H) and hydroxyl ions (OH) is constant according to temperature and pressure, and the product of the molar concentration of the ions is called the ionization constant Kw = [H] [OH] of water. Using the value, it is also shown as a graph as shown in Figure 1 or as a negative log value of the ionization constant for each temperature as shown in Table 1.
물의 이온화 상수는 온도와 압력에 따라서 변하는 평형 상수로서, 100℃ 이하에서는 1기압이 작용하고 100℃ 이상에서는 증기압이 작용하는 압력 조건에서 물의 이온화 상수는 상온(25℃)에서 1.02 ×10-14(mol/L)2이지만 온도의 상승에 따라 급격하게 상승하여 200℃온도에서는 4.90 ×10-12(mol/L)2 으로 상온보다 478배, 250℃온도에서는 6.31 ×10-12(mol/L)2 으로 상온보다 616배, 300℃온도에서는 4.57 ×10-12(mol/L)2 으로 상온보다 446배 증가하며 250℃~300℃에서 최대치에 도달하고 350℃을 초과하면 급격하게 감소한다. The ionization constant of water is an equilibrium constant that changes with temperature and pressure.The ionization constant of water is 1.02 × 10 -14 at room temperature (25 ℃) under the pressure of 1 atm below 100 ℃ and steam pressure above 100 ℃. mol / L) 2 but rapidly rises with increasing temperature, 4.90 × 10 -12 (mol / L) 2 at 200 ℃, 478 times higher than room temperature, and 6.31 × 10 -12 (mol / L) at 250 ℃ 2 , 616 times higher than room temperature, and 4.57 × 10 -12 (mol / L) 2 increases at 446 times higher than room temperature at 300 ℃. It reaches maximum at 250 ℃ ~ 300 ℃ and decreases rapidly when it exceeds 350 ℃.
단백질이나 녹말 같은 고분자 영양 유기물은 물의 수소이온과 수산이온 농도가 높아져 이온화 상수가 3.0 × 10-12(mol/L)2 이상이 되면 산발효가 촉매없이 빠르게 이루어지는데 이렇게 촉매없이 산발효가 이루어지는 화학반응을 열수분해라고 한다.Polymeric nutrients such as protein and starch have high concentrations of hydrogen ions and hydroxyl ions in water, so that when the ionization constant is 3.0 × 10 -12 (mol / L) 2 or more, acid fermentation is rapid without catalyst. The reaction is called thermal hydrolysis.
물의 증기압 이상의 압력을 작용시켜 온도를 180℃ ~ 250℃로 가열하면 유기물이 가진 물의 이온 농도가 이온화 상수가 3.0 × 10-12(mol/L)2 이상이 되어 유기물은 열수분해되어 산발효가 빠르게 이루어진다.When the temperature is heated to 180 ℃ ~ 250 ℃ by applying the pressure above the vapor pressure of water, the ion concentration of water of organic matter becomes more than 3.0 × 10 -12 (mol / L) 2 and the organic matter is thermally hydrolyzed and acid fermentation is rapid. Is done.
상기 열수분해는 미생물이나 효소의 촉매 도움을 받지 않고 높은 이온농도의 힘으로 고분자 영양유기물을 신속하게 산발효하여 저분자 유기물로 분해하는 화학반응으로 열수분해된 유기물은 모두 물에 녹아 유동성이 뛰어난 액상유기물로 변하는데 이러한 열수분해는 이온농도가 높을수록 빠르게 열수분해가 진행되어 180℃에서는 90분 200℃에서는 30분 이내에 열수분해가 완료된다.The thermal hydrolysis is a chemical reaction that rapidly ferments macromolecular nutrients with low molecular weight organic substances by rapid acid fermentation with high ionic concentration without the help of microorganisms or enzymes. The hydrolysis proceeds rapidly as the ion concentration increases, and the hydrolysis is completed within 90 minutes at 180 ° C and 30 minutes at 200 ° C.
미생물을 이용한 산발효과정은 15일 걸리지만, 열수분해를 통한 산발효과정은 30분 이내에 처리된다. 뿐만 아니라, 미생물에 의한 산발효는 순차적으로 이루어짐으로 다양한 화학성분의 유기물이 존재할 뿐 아니라 심지어는 분해되지 않는 유기물도 있어 효율이 낮은 반면에 열수분해를 통한 산발효과정에서는 물이 작용하는 모든 곳에서 일시에 화학반응으로 이루어지며 100% 산발효가 완료되어 효율이 높아지게 된다.The scattering effect tablet using microorganism takes 15 days, but the scattering effect tablet through thermal hydrolysis is treated within 30 minutes. In addition, acid fermentation by microorganisms is performed sequentially so that not only organic matters of various chemical components exist but also organic matters that do not decompose, but the efficiency is low. It is made by chemical reaction at one time, and 100% acid fermentation is completed to increase efficiency.
여기서 유기물은 각종 농산물, 임산물 ,해조류, 광합성, 조류 등 식물성 유기물과, 박테리아, 미생물, 축산물, 수산물 등 동물성 유기물과, 상기 식물성 유기물 및 동물성 유기물을 원료로 만들어진 음식물, 가공 식품 그리고 이러한 가공과정에서 발생하는 폐기물 및 분뇨나 하수 슬러지 등을 모두 포함한다.Herein, organic matter is produced from various agricultural products, forest products, seaweeds, photosynthesis, algae, vegetable organics such as bacteria, microorganisms, livestock products, and aquatic products, foods made from the above-mentioned vegetable organics and animal organics, processed foods, and these processes. This includes all waste and manure and sewage sludge.
도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 열수분해를 이용한 바이오 가스 생산시스템 및 이를 이용한 유기물 처리방법에 대하여 설명한다.Referring to Figure 2, a description will be given of a biogas production system using thermal hydrolysis according to the present invention and an organic material treatment method using the same.
상기 바이오 가스 생산시스템은 혐기성 미생물을 이용하여 유기물을 메탄가스를 포함하는 바이오 가스로 분해하는 시스템이다. 상기 바이오 가스 생산 시스템은 유기물 저류조(100), 열수분해장치(200), 고액분리장치(300), 메탄발효장치(400), 화학반응장치(500) 및 수처리장치(600)를 포함한다.The biogas production system is a system for decomposing organic matter into biogas including methane using anaerobic microorganisms. The biogas production system includes an organic
상기 유기물 저류조(100)는 상기 유기물이 외부에서 유입되어 일시적으로 저장되는 공간을 제공하게 된다.The organic
상기 열수분해장치(200)는 상기 유기물 저류조(100)에서 공급되는 상기 유기물을 열수분해하여 산발효가 완료된 열수분해 유기물로 만들게 된다.The
구체적으로, 상기 열수분해장치(200)는 물에 존재하는 수소이온 및 수산이온이 상기 유기물의 고분자 연결구조에 결합되도록 하여 상기 유기물을 저분자 유기물로 가수분해하거나 저분자 유기산을 생성시켜 상기 열수분해 유기물로 만들게 된다. Specifically, the
특히, 상기 열수분해장치(200)는 상기 유기물에 들어있는 물의 수소이온과 수산이온 농도를 물의 이온화 상수가 3.0 × 10-12(mol/L)2 이상이 되는 농도로 만들어 상기 수소이온과 상기 수산이온이 상기 유기물을 열수분해하기 위하여 상기 유기물을 180℃ ~ 250℃로 가열하게 된다. 상기 열수분해장치(200)의 세부적인 구성들에 대한 설명은 도 3 내지 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.In particular, the
한편, 상기 고액분리장치(300)는 상기 열수분해 유기물이 상기 메탄발효장치(400)에 투입되기 전에 상기 열수분해 유기물에서 고형유기물을 분리하게 된다. 상기 고형유기물은 세포막을 이루는 인지질이나 셀룰로오스 등과 같은 구조유기물로서 열수분해에 의하여 녹지 않고 분리된다.On the other hand, the solid-
상기 고액분리장치(300)에서 배출된 상기 고형유기물은 발열량이 높은 에너지 자원으로 사용될 수 있으며, 고형유기물호퍼(310)로 이동된 후 바이오 석탄을 만드는데 사용된다. 반면, 상기 고형유기물이 분리되고 남은 열수분해 유기물, 즉 액상유기물은 상기 메탄발효장치(400)로 유입된다.The solid organic matter discharged from the solid-
물론, 바이오가스 생산시스템에 따라 상기 고액분리장치(300)가 사용되지 않고, 상기 열수분해장치(200)에서 배출된 상기 열수분해 유기물이 상기 메탄발효장치(400)로 직접 유입되도록 구성될 수도 있다. 이하에서, 상기 메탄발효장치(400)로 유입되는 열수분해 유기물이 상기 고액분리장치를 경유한 경우와 상기 고액분리장치를 경유하지 않은 경우를 포함하여 설명한다.Of course, according to the biogas production system, the solid-
상기 메탄발효장치(400)는 산소가 없는 상태에서 상기 혐기성 미생물을 이용하여 상기 열수분해 유기물을 메탄발효하여 상기 바이오 가스로 분해하게 된다.The
구체적으로, 상기 메탄발효장치(400)의 혐기성 미생물은 상기 열수분해 유기물에 들어 있는 저분자 유기물을 섭취하여 세포 내부에서 분해하여 상기 바이오 가스를 생산하게 된다.Specifically, the anaerobic microorganism of the
상기 메탄발효장치(400)의 일측에는 상기 메탄발효장치(400)에서 생산되는 상기 바이오 가스가 저장되는 가스탱크(900)가 구비되어 있다. 상기 바이오 가스는 필요에 따라 보일러, 발전기, 차량 등의 연료로 사용된다.One side of the
또한, 상기 메탄발효장치(400)에서는 미생물이 열수분해 유기물을 섭취하여 분해하는 과정에서 상기 미생물에게는 독성물질인 암모니아 이온도 발생하게 된다. 상기 암모니아 이온의 농도가 높아지면 상기 혐기성 미생물의 활동이 중단될 수 있으므로, 상기 암모니아 이온을 제거해주는 것이 필요하다.In addition, in the
상기 화학반응장치(500)는 상기 메탄발효장치(400)와 연결되며, 상기 암모니아를 제거하게 된다. 구체적으로, 상기 액상유기물에는 암모니아 성분뿐만 아니라, 인산 성분이 함유되어 있어 상기 화학반응장치(500) 내부에서 화학 반응물질, 예를 들어 마그네슘 이온을 투입하게 되면, 인산이온, 암모늄이온 및 마그네슘 이온이 1몰씩 반응하여 엠에이피(MAP: Magnesium Ammonium Phosphate)를 생성하고, 알칼리 영역에서는 엠에이피(MAP)결정을 형성하여 암모니아를 제거할 수 있게 된다.The
상기 수처리장치(600)는 상기 메탄발효장치(400)에서 배출되는 소화 폐액에 잔류하는 오염물질을 제거하여 하천에 방류하는 방류수로 만들게 된다. 상기 수처리장치(600)에서 발생하는 슬러지는 상기 유기물 저류조(100)로 재유입된다.The
본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않고, 상기 수처리장치(600)에는 상기 소화폐액에 잔존하는 질소를 제거하기 위하여 구비되는 탈질조(미도시)를 더 포함할 수 있다.The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the
상기 탈질조에서는 탈질소 박테리아가 탄소원으로 공급되는 유기물을 에너지원으로하여 질소 성분 오염물질인 질산이온이나 아질산 이온을 분해하여 무해한 질소가스로 전환시키게 된다. In the denitrification tank, denitrification bacteria decompose nitrate ions or nitrite ions, which are nitrogen-containing contaminants, as organic energy sourced as a carbon source and convert them into harmless nitrogen gas.
도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 바이오 가스 생산시스템을 이용하여 유기물을 처리하는 과정을 설명하면 다음과 같다.Referring to Figures 2 and 3, the process of treating the organic material using the biogas production system according to the present invention.
먼저, 상기 유기물이 외부에서 유입되어 일시적으로 상기 유기물 저류조(100)에 저장된다.First, the organic material is introduced from the outside and temporarily stored in the
다음으로, 상기 열수분해장치(200)에 의하여 물에 존재하는 수소이온 및 수산이온이 상기 유기물의 고분자 연결구조에 결합되어 상기 유기물을 저분자 유기물로 분해하거나 저분자 유기산을 생성시켜 열수분해 유기물로 만드는 산발효단계가 수행된다.Next, the hydrogen ions and the hydroxyl ions present in the water by the
상기 산발효단계는 상기 유기물에 들어있는 물의 수소이온과 수산이온 농도를 물의 이온화 상수가 3.0 × 10-12(mol/L)2 이상이 되는 농도로 만들어 상기 수소이온과 상기 수산이온이 상기 유기물을 촉매없이 산발효시키는 열수분해단계를 포함한다.In the acid fermentation step, the hydrogen ions and the hydroxide ions of water contained in the organic material are formed at a concentration such that an ionization constant of water is 3.0 × 10 −12 (mol / L) 2 or more. An acid fermentation step without acid catalyst is included.
상기 열수분해단계에서 상기 유기물을 180℃~250℃로 가열하여 상기 이온화 상수가 3.0 × 10-12(mol/L)2 이상이 되도록 한다. In the thermal hydrolysis step, the organic material is heated to 180 ° C. to 250 ° C. such that the ionization constant is 3.0 × 10 −12 (mol / L) 2 or more.
구체적으로, 상기 열수분해단계는 외부에서 에너지를 공급하여 상기 유기물을 가열하는 유기물 가열단계와, 외부의 에너지 공급없이 열수분해될 저온의 유기물을 열교환 가열시키고, 고온의 상기 열수분해 유기물을 열교환 냉각시키는 열교환 단계를 포함한다.Specifically, the thermal hydrolysis step is an organic material heating step of heating the organic material by supplying energy from the outside, heat exchange heating the low-temperature organic material to be thermally hydrolyzed without supplying external energy, and heat-exchanging the thermal hydrolysis organic material of high temperature A heat exchange step.
상기 유기물 가열단계에서 가열용기(211)의 상부에 형성된 수증기 공간과 하부에 형성된 유기물 공간을 교반장치가 왕복이동하면서 상기 수증기와 상기 유기물을 혼합시켜 상기 유기물을 가열하게 된다.In the organic material heating step, the water vapor space formed on the upper portion of the
상기 열교환 단계는 상기 저온의 유기물이 열교환기를 통과하며 가열되는 열교환 가열단계와, 상기 열교환 가열단계를 경유한 상기 저온의 유기물을 가압펌프를 사용하여 가압하면서 이송하는 가압이송단계를 포함한다.The heat exchange step includes a heat exchange heating step in which the low temperature organic material is heated while passing through a heat exchanger, and a pressure transfer step of transferring the low temperature organic material through the heat exchange heating step while using a pressure pump.
구체적으로, 상기 열교환 가열단계는 제1 열교환기(230)에서 수행되는 제1 열교환 가열단계와, 제2 열교환기(250)에서 수행되는 제2 교환 가열단계를 포함한다. 또한, 상기 가압이송단계는 상기 제1 열교환기(230)를 경유한 저온의 상기 유기물을 상기 제2 열교환기(250)로 이송하면서 가압하는 제1 가압이송단계와, 상기 제2 열교환기(250)를 경유한 저온의 상기 유기물을 상기 가열용기(211)로 이송하면서 가압하는 제2 가압이송단계를 포함한다.Specifically, the heat exchange heating step includes a first heat exchange heating step performed in the
다음으로, 상기 열수분해 유기물은 상기 고액분리장치(300)에 의하여 고형유기물과 액상유기물로 분리된다. 상기 고형유기물은 고형유기물호퍼(310)로 이동되고, 상기 액상유기물은 상기 메탄발효장치(400)로 유입된다.Next, the thermal hydrolysis organic material is separated into a solid organic matter and a liquid organic matter by the solid-
상기 고형유기물 호퍼로 이동된 상기 고형유기물은 건조되거나 열분해되어 연료화되는 연료화단계를 통하여 연료로 사용된다. The solid organic material moved to the solid organic hopper is used as fuel through a fuelization step of drying or pyrolyzing the fuel.
상기 메탄발효장치(400)로 유입된 상기 열수분해 유기물, 즉 액상유기물은 산소가 없는 상태에서 혐기성 미생물에 의하여 메탄발효되어 상기 바이오 가스를 생성하게 된다.The thermal hydrolysis organic material, ie, liquid organic matter, introduced into the
이때, 상기 열수분해 유기물은 메탄발효조(420, 도 6참조)에 형성된 유기물통로(430, 도 6 참조)를 따라 흐르면서 메탄발효가 이루어지게 된다. 상기 메타발효조의 구체적인 형상에 대해서는 도 6 내지 도 8을 참조하여 후술한다.At this time, the thermal hydrolysis organic material is methane fermentation is made while flowing along the organic material passage (430, Fig. 6) formed in the methane fermentation tank (420, see Fig. 6). The specific shape of the meta fermentation tank will be described later with reference to FIGS. 6 to 8.
상기 메탄발효조(420, 도 6참조)에서 생성된 상기 바이오 가스는 상기 가스탱크(900)에 저장되었다가 필요에 따라 상기 열수분해장치(200)의 가열 에너지 공급원이나 외부의 에너지원으로 사용된다. The biogas generated in the methane fermentation tank 420 (see FIG. 6) is stored in the
동시에, 상기 메탄발효조(420, 도 6참조)에서 발생하는 암모니아 이온도 상기 화학반응장치(500)에 의하여 상기 액상유기물로부터 제거된다. 구체적으로, 상기 액상유기물에 반응물질이 공급되어 상기 액상유기물에 존재하는 질소와 인을 화학결합으로 제거하게 된다. At the same time, ammonia ions generated in the methane fermentation tank 420 (see FIG. 6) are also removed from the liquid organic matter by the
또한, 상기 메탄발효장치(400)를 거친 소화폐액은 수처리장치(600)로 이동되어 미생물에 의하여 정화되는 수처리단계를 거치게 된다. 상기 소화폐액에 잔류하는 오염물질을 먹으며 증식된 미생물은 상기 수처리장치(600)에서 슬러지로 분리되고, 상기 슬러지가 제거된 깨끗한 물은 방류수로서 하전에 방류된다.In addition, the digestion waste liquid passed through the
상기 수처리장치(600)에서 배출되는 상기 슬러지는 상기 유기물 저류조(100)로 반송되어 다시 상기 열수분해장치(200)로 유입되어 열수분해된다. The sludge discharged from the
도 3 내지 도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 열수분해장치를 설명한다.3 to 5, a thermal hydrolysis apparatus according to the present invention will be described.
상기 열수분해장치(200)는 유기물에 함유된 물의 이온화 상수를 3 × 10-12 (mol/L)2 이상으로 되도록 상기 유기물의 온도를 180℃ ~ 250℃로 가열하여 상기 유기물을 열수분해한다.The
이때, 상기 유기물을 가열하는 가열온도에 대응되는 증기압 이상의 압력이 작용되어 물이 액체를 유지하게 된다. 상기 가열온도가 250℃~300℃ 구간에서도 열수분해에 필요한 이온 농도를 확보하지만 가열에너지가 많이 필요한데 비하여 효과는 동일하여 경제성이 없기 때문에 본 발명에 따른 열수분해를 위한 가열온도로는 180℃ ~ 250℃가 바람직하다.At this time, a pressure above the vapor pressure corresponding to the heating temperature for heating the organic material is applied to maintain the liquid in the water. In the heating temperature range of 250 ℃ ~ 300 ℃ to secure the ion concentration required for thermal hydrolysis, but the heating energy is required a lot compared to the heating effect is the same as the heating temperature for the thermal hydrolysis according to the present invention is 180 ℃ ~ 250 ℃ is preferred.
본 실시 예에 따른 열수분해장치(200)는 유기물을 연속적으로 열수분해하여 산발효가 완료된 열수분해 유기물로 변환시키는 장치이다. The
상기 열수분해장치(200)는 유기물 저류조(100)로부터 상기 유기물을 공급받게 되고, 상기 유기물 저류조(100)와 상기 열수분해장치(200) 사이에는 유기물 주입유닛(260)이 배치된다. 또한, 상기 열수분해장치(200)에서 배출되는 상기 열수분해 유기물은 열수분해 유기물 탱크(280)로 배출된다.The
상기 열수분해장치(200)는 보일러유닛(240), 유기물 가열유닛(210), 유기물 열교환유닛, 밀폐유닛(220), 유기물 주입유닛(260), 배출유닛(270)을 포함한다.The
상기 보일러 유닛(240)은 보일러 본체(241)와, 상기 보일러 본체(241)에서 발생하는 수증기를 상기 유기물 가열유닛(210)으로 공급하기 위한 수증기 공급관(243)을 포함한다.The
상기 유기물 가열유닛(210)은 상기 유기물을 180℃ ~ 250℃로 가열하여 물의 이온화 상수가 3.0 × 10-12(mol/L)2 이상이 되도록 한다. 이때, 상기 유기물 가열유닛(210)은 상기 유기물을 수증기와 혼합 가열하면 부분과열로 인한 열분해가 발생하지 않아 시안가스가 생성되지 않게 된다.The organic
상기 유기물 가열유닛(210)은 상기 유기물이 채워지는 유기물 공간과 상기 유기물의 상부에서 상기 유기물을 가열하는 상기 수증기가 채워지는 수증기 공간을 형성하는 가열용기(211)와, 상기 수증기 공간과 상기 유기물 공간을 교대로 왕복회전하면서 상기 수증기와 상기 유기물을 교반시키는 교반기와, 상기 열수분해 유기물이 배출되는 배출용기(217)를 포함한다.The organic
구체적으로, 상기 교반기가 상기 수증기 공간과 유기물 공간을 왕복하면서 상기 수증기와 상기 유기물을 서로 혼합시키게 되면 상기 수증기와 상기 유기물의 접촉이 촉진되어 상기 유기물이 계속적으로 고속 가열된다.Specifically, when the stirrer mixes the water vapor and the organic material with each other while reciprocating the water vapor space and the organic space, the contact of the water vapor and the organic material is promoted, and the organic material is continuously heated at a high speed.
상기 수증기 공간을 통하여 다량의 수증기가 신속하게 연속적으로 공급되어 상기 가열용기(211)에 주입된 유기물이 가열구간을 이동하는 시간 동안 열수분해에 필요한 온도로 빠르게 가열될 수 있게 된다.A large amount of water vapor is continuously supplied through the water vapor space so that the organic material injected into the
상기 교반기는 상기 가열용기(211)를 관통하여 설치되는 회전축(213)과, 상기 회전축(213)에 결합된 원통형 블레이드(215)를 포함한다.The stirrer includes a
상기 배출용기(217)는 상기 가열용기(211)의 일측단에서 상기 가열용기(211)와 연통되도록 설치된다. 상기 가열용기(211)와 상기 배출용기(217) 사이에는 격벽(219)을 설치할 수 있다. 상기 열수분해 유기물은 상기 격벽(219) 위로 넘쳐서 상기 가열용기(211)에서 상기 배출용기(217)로 이동하게 되므로 상기 격벽(219)에 의하여 자연스럽게 상기 유기물 공간과 수증기 공간이 형성된다.The
또한, 상기 배출용기(217)에서 배출된 열수분해 유기물은 가열용기(211)의 고압상태를 유지하면서 상기 유기물 열교환유닛을 경유하면서 냉각되고, 상기 배출유닛(270)에서 압력이 대기압으로 낮아진 상태로 외부로 배출된다.In addition, the thermal hydrolysis organic material discharged from the
한편, 상기 유기물 열교환유닛은 외부에서 공급되는 열수분해될 저온의 유기물을 열교환 가열함과 동시에 상기 유기물 가열유닛(210)에서 배출되는 고온의 열수분해 유기물을 열교환 냉각시키는 열교환을 하게 된다.On the other hand, the organic material heat exchange unit heat-exchanges the high-temperature thermal hydrolysis organic material discharged from the organic
구체적으로, 상기 유기물 열교환유닛은 상기 유기물 가열유닛(210)과 직접적으로 연결되는 제2 열교환유닛과, 상기 유기물 저류조(100)와 직접적으로 연결되는 제1 열교환유닛을 포함한다.Specifically, the organic material heat exchange unit includes a second heat exchange unit directly connected to the organic
또한, 상기 제1 열교환유닛은 상기 유기물 저류조(100)와 직접적으로 연결되어 있는 제1 열교환기(230)와, 상기 제1 열교환기(230)를 통과한 유기물의 압력손실을 보충해주는 제1 가압펌프(231)를 포함한다.In addition, the first heat exchange unit is a first pressurization to compensate for the pressure loss of the organic material passing through the
또한, 상기 제2 열교환유닛은 상기 유기물 가열유닛(210)과 직접적으로 연결되어 있는 제2 열교환기(250)와, 상기 제2 열교환기(250)를 통과한 유기물의 압력손실을 보충해주는 제2 가압펌프(251)를 포함한다.In addition, the second heat exchange unit is a
상기 제1 열교환기(230)에서는 상기 유기물 저류조(100)에서 공급되는 저온의 상기 유기물이 고온의 상기 열수분해 유기물과 열교환 하면서 가열된다. 동시에 고온의 상기 열수분해 유기물은 냉각되게 된다.In the
상기 제1 가압펌프(231)는 상기 제1 열교환기(230)를 경유한 저온의 상기 유기물을 가압하여 상기 제2 열교환기(250)로 이송시키게 된다. 저온의 상기 유기물은 유동성이 없어서 상기 제1 열교환기(230)의 저온통로를 흐르는 과정에서 압력손실이 발생하게 되므로, 상기 제1 가압펌프(231)가 상기 저온의 유기물을 가압하여 고압상태의 상기 제2 열교환기(250)로 주입하게 된다.The
한편, 상기 제2 열교환기(250)에서는 상기 유기물 가열유닛(210)에서 배출되는 고온의 상기 열수분해 유기물이 상기 제1 열교환기(230)를 경유한 저온의 상기 유기물과 열교환 하면서 냉각된다. 동시에, 저온의 상기 유기물은 가열되게 된다.On the other hand, the
상기 제2 가압펌프(251)는 상기 제2 열교환기(250)를 경유한 저온의 상기 유기물을 가압하여 상기 유기물 가열유닛(210)의 가열용기(211)로 이송시키게 된다.The
유동성이 나쁜 상기 유기물이 상기 제1 열교환기(230) 및 상기 제2 열교환기(250)를 통과하는 과정에서 발생하는 압력손실을 보충할 수 있도록 상기 제1 가압펌프(231) 및 상기 제2 가압펌프(251)를 설치하게 되면, 상기 열수분해장치에서 상기 열교환유닛을 다단으로 설치할 수 있게 되어 상기 유기물을 가열하는데 소요되는 에너지를 줄일 수 있게 된다.The
반면, 유동성이 좋은 고온의 상기 열수분해 유기물은 상기 제1 열교환기(230) 및 상기 제2 열교환기(250)를 통과하여도 압력손실이 적기 때문에 별도의 가압펌프가 설치될 필요가 없다. 다만, 상기 열수분해 유기물이 상기 제1 열교환기(230)에서 열교환 냉각이 완료된 이후에 상기 배출유닛(270)을 통과하면서 대기압으로 압력이 낮아지게 된다.On the other hand, the thermal hydrolysis organic material having high fluidity does not need to be provided with a separate pressure pump because the pressure loss is small even when passing through the
결과적으로, 상기 유기물 저류조(100)에서 배출되는 저온의 유기물과 상기 유기물 가열유닛(210)에서 배출되는 고온의 열수분해 유기물은 2번에 걸쳐 서로 열교환됨으로 인하여 에너지를 효율적으로 사용할 수 있게 된다.As a result, the low temperature organic material discharged from the organic
본 실시 예에서는 상기 유기물 열교환 유닛이 2개의 열교환 유닛으로 구성되는 것을 바탕으로 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않고, 상기 유기물 열교환유닛은 필요에 따라 더 많이 설치되거나 1개만 설치될 수도 있다.In the present embodiment, the organic heat exchange unit is described based on the configuration of two heat exchange units, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, the organic heat exchange unit may be installed more or only one if necessary It may be.
또한, 상기 열수분해장치(200)는 상기 유기물이 열수분해되는 높은 수소이온과 수산이온 상태에서 상기 유기물의 세포액에 함유된 염분의 염소이온에 대한 내식성을 확보할 수 있도록 필요한 부품을 티타늄(Titanium) 재질로 제작할 수 있다.In addition, the
또한, 상기 열수분해장치(200)의 내측 표면에 스케일(Scale)이 부착되는 것을 방지하고 내식성을 높이기 위하여 상기 유기물과 접촉되는 상기 열수분해장치의 구성 부품에는 PTFE (Polytetrafluoroethlene), FEP (Fluorinated ethylene propylene), PFA (Perfluoroalkoxy) 등의 불화탄소수지로 코팅된 코팅층이 형성될 수 있다.In addition, components of the thermal hydrolysis apparatus contacted with the organic material to prevent the adhesion of scale to the inner surface of the
상기 불화탄소수지는 비점착성이 우수하여, 스케일이 달라붙지 않게 된다. 또한, 상기 불화탄소수지는 화학적 안정성이 매우 우수하고, 250℃의 고온에서도 그 성질을 유지하기 때문에 상기 열수분해장치(200)의 내구성과 장치의 가동효율을 높일 수 있다.The fluorocarbon resin is excellent in non-tackiness, and the scale does not stick. In addition, the fluorocarbon resin is very excellent in chemical stability, and maintains its properties even at a high temperature of 250 ℃ can increase the durability of the
도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 바이오 가스 생산 시스템에 구비된 메탄발효장치의 일 실시 예를 설명한다.Referring to Figure 6, an embodiment of the methane fermentation apparatus provided in the biogas production system according to the present invention will be described.
본 실시 예에 따른 메탄발효장치(400)는 상기 열수분해 유기물이 흐르는 나선형의 유기물통로(430)가 형성된 메탄발효조(420)를 포함한다. The
상기 유기물통로(430)의 일단에는 상기 열수분해 유기물이 투입되는 유기물 투입구(410)가 형성되어 있고, 상기 유기물통로(430)의 타단에는 메탄발효가 완료된 열수분해 유기물이 배출되는 유기물 배출구(미도시)가 형성된다.One end of the
여기서, 상기 열수분해 유기물에서 발생하는 바이오 가스는 상기 메탄발효조(420)의 상부에 모여 가스 배출구(미도시)를 통하여 외부로 배출될 수 있다.Here, the biogas generated from the thermal hydrolysis organic material may be collected at the upper portion of the
특히, 산소가 없는 혐기상태를 유지하기 위하여 외부의 공기가 유입되지 않도록 하기 위하여 상기 메탄발효조(420)는 밀폐구조를 가져야 한다. 예를 들면, 상기 메탄발효조(420)의 상부에는 밀폐뚜껑(미도시)이 설치되고, 상기 밀폐뚜껑(미도시)에는 상기 가스 배출구가 선택적으로 개폐되도록 구비될 수 있다.In particular, the
상기 열수분해 유기물이 상기 유기물통로(430)를 따라 흐르면서 메탄 발효하게 되면 상기 유기물 투입구(410)를 통하여 새롭게 유입되는 열수분해 유기물과 메탄발효된 열수분해 유기물이 서로 혼합되지 않게 된다. When the thermal hydrolysis organic material is methane fermented while flowing along the
결과적으로, 상기 메탄발효장치(400)에서 배출되는 소화폐액의 오염도는 낮고, 유기물의 분해 효율은 높아지게 된다.As a result, the pollution degree of the digestive waste liquid discharged from the
도 7을 참조하여, 본 발명에 따른 바이오 가스 생산 시스템에 구비된 메탄발효장치의 다른 실시 예를 설명한다.Referring to Figure 7, another embodiment of the methane fermentation apparatus provided in the biogas production system according to the present invention will be described.
본 실시 예에 따른 메탄발효장치(700)는 열수분해 유기물이 동심원을 그리면서 이동되는 유기물통로(740)들과, 상기 유기물통로(740)를 형성함과 동시에 이웃하는 유기물통로들이 서로 연통되도록 하는 격벽(730)을 갖는 메탄발효조(720)를 포함한다.The
또한, 상기 메탄발효조(720)에는 상기 열수분해 유기물이 투입되는 유기물 투입구(710)와, 메탄발효가 완료된 열수분해 유기물이 배출되는 유기물 배출구(미도시)가 형성된다. 또한, 본 실 시예에 따른 메탄발효조(720)도 상술한 메탄발효조와 마찬가지로 메탄발효조(720)의 상부에는 밀폐뚜껑(미도시)이 설치되고, 상기 밀폐뚜껑에는 상기 가스 배출구가 선택적으로 개폐되도록 구비될 수 있다.In addition, the
본 실시 예에 따른 메탄발효조(720)의 형상은 상술한 메탄발효조의 일 실시 예와 형상은 다르지만 기능적인 역할은 실질적으로 동일하다.Although the shape of the
도 8를 참조하여, 본 발명에 따른 바이오 가스 생산 시스템에 구비된 메탄발효장치의 또 다른 실시 예를 설명한다.Referring to Figure 8, another embodiment of the methane fermentation apparatus provided in the biogas production system according to the present invention will be described.
본 실시 예에 따른 메탄발효장치(800)는 열수분해 유기물이 지그재그로 흐르는 유기물통로(830)가 형성된 메탄발효조(820)를 포함한다. 마찬가지로, 상기 메탄발효조(820)에는 상기 열수분해 유기물이 투입되는 유기물 투입구(810)와, 메탄발효가 완료된 열수분해 유기물이 배출되는 유기물 배출구(840)가 형성된다.The
마찬가지로, 상기 열수분해 유기물이 상기 유기물통로(830)를 따라 흐르면서 메탄 발효하게 되면 상기 유기물 투입구(810)를 통하여 새롭게 유입되는 열수분해 유기물과 메탄발효된 열수분해 유기물이 서로 혼합되지 않게 됨으로 인하여, 상기 메탄발효장치(800)에서 배출되는 소화폐액의 오염도는 낮고, 분해 효율은 높아지는 장점을 가진다.Similarly, when the thermal hydrolysis organic material is methane fermented while flowing along the
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정한 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.As described above, the present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention as claimed in the claims. And such variations are within the scope of the present invention.
100: 유기물 저류조 200: 열수분해장치
210: 유기물 가열유닛 211: 가열용기
213: 회전축 215: 블레이드
217: 배출용기 220: 밀폐유닛
221: 증류수 공급용기 225: 밀폐블럭
230: 제1 열교환기 240: 보일러 유닛
250: 제2 열교환기 270: 배출유닛
300: 고액분리장치 400: 메탄발효장치
500: 화학반응장치 600: 수처리장치100: organic matter storage tank 200: thermal hydrolysis device
210: organic material heating unit 211: heating vessel
213: axis of rotation 215: blade
217: discharge container 220: sealed unit
221: distilled water supply container 225: sealed block
230: first heat exchanger 240: boiler unit
250: second heat exchanger 270: discharge unit
300: solid-liquid separator 400: methane fermentation apparatus
500: chemical reaction device 600: water treatment device
Claims (22)
외부에서 유입되는 상기 유기물이 일시적으로 저장되는 유기물 저류조;
상기 유기물 저류조에서 공급되는 상기 유기물을 열수분해하여 산발효가 완료된 열수분해 유기물로 만드는 열수분해장치; 그리고,
산소가 없는 상태에서 상기 혐기성 미생물이 상기 열수분해 유기물을 메탄발효하여 상기 바이오 가스로 분해하는 메탄발효장치를 포함하며,
상기 열수분해장치는 물에 존재하는 수소이온 및 수산이온이 상기 유기물의 고분자 연결구조에 결합되도록 하여 상기 유기물을 저분자 유기물로 가수분해하거나 저분자 유기산을 생성시켜 상기 열수분해 유기물로 만드는 것을 특징으로 하는 열수분해를 이용한 바이오 가스 생산 시스템.In a biogas production system in which organic matter is decomposed into biogas containing methane by anaerobic microorganisms,
An organic storage tank in which the organic material introduced from the outside is temporarily stored;
A thermal hydrolysis apparatus for thermally decomposing the organic substance supplied from the organic substance storage tank into a hydrothermally decomposed organic substance which has been acid-fermented; And,
A methane fermentation apparatus for decomposing the thermal hydrolysis organic material into the biogas by methane fermentation of the anaerobic microorganism in the absence of oxygen,
The thermal hydrolysis apparatus is characterized in that the hydrogen ions and hydroxyl ions present in the water are bonded to the polymer connection structure of the organic material to hydrolyze the organic material into a low molecular organic material or to produce a low molecular organic acid to make the thermal hydrolysis organic material Biogas production system using decomposition.
상기 열수분해장치는 상기 유기물에 들어있는 물의 수소이온과 수산이온 농도를 물의 이온화 상수가 3.0 × 10-12(mol/L)2 이상이 되는 농도로 만들어 상기 수소이온과 상기 수산이온이 상기 유기물을 열수분해하는 것을 특징으로 하는 열수분해를 이용한 바이오 가스 생산 시스템. The method of claim 1,
The thermal hydrolysis apparatus makes the concentration of hydrogen ions and hydroxyl ions of water contained in the organic material at a concentration such that an ionization constant of water is 3.0 × 10 −12 (mol / L) 2 or more, and the hydrogen ions and the hydroxyl ions are used to form the organic material. Biogas production system using thermal hydrolysis, characterized in that the thermal hydrolysis.
상기 열수분해장치는 상기 이온화 상수를 확보하기 위하여 상기 유기물을 180℃~250℃ 가열하는 것을 특징으로 하는 열수분해를 이용한 바이오 가스 생산 시스템.The method of claim 2,
The thermal hydrolysis device is a biogas production system using thermal hydrolysis, characterized in that for heating the organic material 180 ℃ ~ 250 ℃ to secure the ionization constant.
상기 열수분해장치는 외부에서 에너지를 공급하여 상기 유기물을 가열하는 유기물 가열유닛과, 외부에서 에너지 공급없이 열수분해될 저온의 유기물을 열교환 가열시키면서 고온의 상기 열수분해 유기물을 열교환 냉각시키는 유기물 열교환유닛을 포함하고,
상기 유기물 열교환 유닛은 열교환이 이루어지는 열교환기와, 상기 열교환기를 통과한 상기 저온의 유기물을 가압하는 가압펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 열수분해를 이용한 바이오 가스 생산 시스템.The method of claim 3,
The thermal hydrolysis device includes an organic material heat unit which heats the organic material heating unit for supplying energy from the outside to heat the organic material, and heat exchanges and cools the thermal hydrolysis organic material at high temperature while heat-exchanging a low temperature organic material to be thermally hydrolyzed without supplying energy from the outside. Including,
The organic material heat exchange unit includes a heat exchanger for performing heat exchange, and a biogas production system using thermal hydrolysis, wherein the pressurized pump pressurizes the low temperature organic material passing through the heat exchanger.
상기 유기물 가열유닛은 상부에 수증기 공간을 형성함과 동시에 하부에 유기물 공간을 형성하는 가열용기와, 상기 수증기 공간과 상기 유기물 공간을 왕복하면서 상기 수증기와 상기 유기물을 혼합시켜 상기 유기물을 가열하는 교반장치를 포함하는 열수분해를 이용한 바이오 가스 생산 시스템.5. The method of claim 4,
The organic material heating unit is a heating vessel which forms a vapor space at the top and at the same time an organic space at the bottom, and a stirring device for heating the organic material by mixing the steam and the organic material while reciprocating the steam space and the organic space Biogas production system using thermal hydrolysis comprising a.
상기 유기물 가열유닛 또는 상기 유기물 열교환 유닛에는 스케일이 형성되지 않도록 불화탄소수지로 코팅되는 코팅층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열수분해를 이용한 바이오 가스 생산 시스템.5. The method of claim 4,
Biogas production system using thermal hydrolysis, characterized in that the organic heating unit or the organic heat exchange unit is formed with a coating layer coated with a fluorocarbon resin so that no scale is formed.
상기 열수분해 유기물이 상기 메탄발효장치에 투입되기 전에 상기 열수분해 유기물에서 고형유기물을 분리하는 고액분리장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열수분해를 이용한 바이오 가스 생산 시스템.The method of claim 1,
And a solid-liquid separator for separating solid organic matter from the thermal hydrolyzed organic material before the thermal hydrolyzed organic material is introduced into the methane fermentation apparatus.
상기 메탄발효장치와 연결되며, 상기 열수분해 유기물에 반응물질을 공급하여 상기 열수분해 유기물에 존재하는 질소와 인을 화학결합으로 제거하기 위한 화학 반응장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열수분해를 이용한 바이오 가스 생산 시스템.The method of claim 1,
Is connected to the methane fermentation apparatus, by supplying a reactant to the thermal hydrolysis organic material, and further comprising a chemical reaction device for removing nitrogen and phosphorus present in the thermal hydrolysis organic material by chemical bonding Biogas production system.
상기 메탄발효장치에서 배출되는 소화 폐액에 잔류하는 오염물질을 제거하여 하천에 방류하는 방류수로 만드는 수처리장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열수분해를 이용한 바이오 가스 생산 시스템.The method of claim 1,
And a water treatment device that removes contaminants remaining in the digested waste liquid discharged from the methane fermentation system and makes the effluent water discharged to the stream.
상기 수처리장치에서 발생하는 슬러지는 상기 유기물 저류조로 재유입되는 것을 특징으로 하는 열수분해를 이용한 바이오 가스 생산 시스템.10. The method of claim 9,
The sludge generated in the water treatment device is re-introduced into the organic storage tank biogas production system using the hydrothermal decomposition.
상기 메탄발효장치는 상기 열수분해 유기물이 흐르는 유기물통로가 형성된 메탄발효조를 포함하며, 상기 유기물통로의 일단에는 상기 열수분해 유기물이 투입되는 유기물 투입구가 형성되고, 상기 유기물통로의 타단에는 메탄발효가 완료된 열수분해 유기물이 배출되는 유기물 배출구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열수분해를 이용한 바이오 가스 생산 시스템.11. The method according to any one of claims 1 to 10,
The methane fermentation apparatus includes a methane fermentation tank formed with an organic material passage through which the thermal hydrolysis organic material flows, and at one end of the organic material passage, an organic inlet for introducing the thermal hydrolysis organic material is formed, and at the other end of the organic material passage, methane fermentation is completed. Biogas production system using thermal hydrolysis, characterized in that the organic material outlet for discharging the thermal hydrolysis organic material is formed.
상기 유기물이 외부에서 유입되어 일시적으로 유기물 저류조에 저장되는 단계;
열수분해장치에 의하여 물에 존재하는 수소이온 및 수산이온이 상기 유기물 저류조에서 공급되는 상기 유기물의 고분자 연결구조에 결합되어 상기 유기물을 저분자 유기물로 분해하거나 저분자 유기산을 생성시켜 열수분해 유기물로 만드는 산발효단계; 그리고,
메탄발효장치에 의하여 산소가 없는 상태에서 상기 혐기성 미생물이 상기 열수분해 유기물을 메탄발효하여 상기 바이오 가스로 분해하는 메탄발효단계를 포함하는 바이오 가스 생산 시스템을 이용한 유기물 처리방법.In the biogas production method in which organic matter is decomposed into biogas containing methane gas by anaerobic microorganisms,
The organic material is introduced from the outside and temporarily stored in the organic storage tank;
Acid and fermentation of hydrogen ions and hydroxyl ions present in the water by a thermal hydrolysis device are bonded to the polymer connection structure of the organic material supplied from the organic material storage tank to decompose the organic material into a low molecular organic material or to generate a low molecular organic acid into a thermal hydrolyzed organic material. step; And,
And a methane fermentation step in which the anaerobic microorganism decomposes the thermal hydrolysis organic material into the biogas by methane fermentation in the absence of oxygen by a methane fermentation apparatus.
상기 산발효단계는 상기 유기물에 들어있는 물의 수소이온과 수산이온 농도를 물의 이온화 상수가 3.0 × 10-12(mol/L)2 이상이 되는 농도로 만들어 상기 수소이온과 상기 수산이온이 상기 유기물을 촉매없이 산발효시키는 열수분해단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 가스 생산시스템을 이용한 유기물 처리방법.The method of claim 12,
In the acid fermentation step, the hydrogen ions and the hydroxide ions of water contained in the organic material are formed at a concentration such that an ionization constant of water is 3.0 × 10 −12 (mol / L) 2 or more. An organic material processing method using a biogas production system, characterized in that it comprises a hydrolysis step of acid fermentation without a catalyst.
상기 열수분해단계는 상기 이온화 상수를 확보하기 위하여 상기 유기물을 180℃~250℃로 가열하는 유기물 가열단계와, 외부의 에너지 공급없이 열수분해될 저온의 유기물을 열교환 가열시킴과 동시에 고온의 상기 열수분해 유기물을 냉각시키는 열교환단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 가스 생산시스템을 이용한 유기물 처리방법. The method of claim 13,
The thermal hydrolysis step is an organic material heating step of heating the organic material to 180 ℃ ~ 250 ℃ to secure the ionization constant, and heat exchange heating the low-temperature organic material to be thermally hydrolyzed without supplying external energy at the same time Organic material processing method using a biogas production system comprising a heat exchange step of cooling the organic material.
상기 열교환 단계는 상기 저온의 유기물이 열교환기를 통과하며 가열되는 열교환 가열단계와, 상기 열교환 가열단계를 경유한 상기 저온의 유기물을 가압펌프를 사용하여 가압하면서 이송하는 가압이송단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 가스 생산시스템을 이용한 유기물 처리방법.15. The method of claim 14,
The heat exchange step includes a heat exchange heating step in which the low temperature organic material is heated while passing through a heat exchanger, and a pressure transfer step of transferring the low temperature organic material via the heat exchange heating step by using a pressure pump. Organic material processing method using a biogas production system.
상기 유기물 가열단계는 가열용기의 상부에 형성된 수증기 공간과 하부에 형성된 유기물 공간을 교반장치가 왕복이동하면서 상기 수증기와 상기 유기물을 혼합시켜 상기 유기물을 가열하는 것을 특징으로 하는 바이오 가스 생산 시스템을 이용한 유기물 처리방법.15. The method of claim 14,
In the organic material heating step, an organic material using a biogas production system, characterized in that the mixing of the water vapor and the organic material while heating the organic material while the stirring device reciprocating the water vapor space formed in the upper portion of the heating vessel and the organic space formed in the lower portion. Treatment method.
상기 메탄발효단계에 이전에 상기 열수분해 유기물에서 고형유기물을 분리하는 고액분리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 가스 생산시스템을 이용한 유기물 처리방법.The method of claim 12,
And a solid-liquid separation step of separating solid organic matter from the thermal hydrolysis organic material prior to the methane fermentation step.
상기 고액분리 단계에서 분리된 상기 고형유기물을 건조하거나 열분해하여 연료로 사용하는 연료화단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 가스 생산 시스템을 이용한 유기물 처리방법.18. The method of claim 17,
The organic material processing method using a biogas production system, characterized in that it further comprises a fueling step of drying or pyrolyzing the solid organic matter separated in the solid-liquid separation step to use as fuel.
상기 열수분해 유기물에 반응물질을 공급하여 상기 열수분해 유기물에 존재하는 질소와 인을 화학결합으로 제거하기 위한 화학 반응단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 가스 생산 시스템을 이용한 유기물 처리방법.The method of claim 12,
And a chemical reaction step of supplying a reactant to the thermal hydrolysis organic material to remove nitrogen and phosphorus present in the thermal hydrolysis organic material by chemical bonds.
상기 메탄발효단계에서 배출되는 소화폐액에 잔류하는 오염물질을 제거하여 하천에 방류하는 방류수로 만드는 수처리단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 가스 생산 시스템을 이용한 유기물 처리방법.The method of claim 12,
And a water treatment step of removing contaminants remaining in the digestive waste liquid discharged from the methane fermentation step to produce effluent water discharged to the stream.
상기 수처리 단계에서 발생하는 슬러지를 상기 유기물 저류조로 반송하는 슬러지 처리단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 가스 생산 시스템을 이용한 유기물 처리방법.21. The method of claim 20,
The sludge treatment step of returning the sludge generated in the water treatment step to the organic storage tank further comprises the organic material treatment method using a biogas production system.
상기 메탄발효 단계는 상기 열수분해 유기물이 메탄발효조에 형성된 유기물통로를 따라 흐르면서 메탄발효가 이루어지는 유기물 이동단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 가스 생산 시스템을 이용한 유기물 처리방법.22. The method according to any one of claims 12 to 21,
The methane fermentation step is an organic material processing method using a biogas production system, characterized in that the thermal hydrolysis organic material flows along the organic material passage formed in the methane fermentation tank methane fermentation is carried out.
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