KR20140011745A - Method of anaerobic co-digestion of microalgae and wastewater sludge and device thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 미세조류 및 하폐수슬러지 혐기성 통합 소화 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 미세조류를 하수슬러지의 혐기성 소화 공정에 투입하여 바이오가스 생산향상을 위한 것으로서, 혐기성 미생물에 의한 분해가 어려운 미세조류 바이오매스를 초음파 또는 마이크로파 등의 전처리를 통하여 바이오매스의 가용화하여 혐기성 소화공정의 율속단계인 가수분해 반응을 촉진시키고, 가용화된 미세조류 바이오매스를 혐기성 소화 공정에서의 영양 물질로서, 하수슬러지의 혐기성 소화 공정에 첨가하여 혐기성 소화공정의 바이오가스 생산 속도 및 효율을 향상 시키고, 미세조류의 분해에 따른 바이오가스 생산량을 증대시키는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method and apparatus for anaerobic digestion of microalgae and wastewater sludge, and more particularly, to a method for anaerobic digestion of anaerobic microalgae and wastewater sludge, The microalgae biomass is solubilized through pretreatment such as ultrasonic wave or microwave to promote the hydrolysis reaction which is a step of speeding up the anaerobic digestion process and the solubilized microalgae biomass is used as a nutrient material in the anaerobic digestion process, The present invention relates to a method for enhancing the biogas production rate and efficiency of the anaerobic digestion process and increasing the biogas production amount due to the decomposition of microalgae.
혐기성 소화는 오랜 역사를 갖는 전통적인 기술로 온난한 지역에서 액상 및 반고상폐기물을 처리하는데 주로 사용되었다. 혐기성 소화공정은 미생물을 이용하여 하폐수슬러지, 음식폐기물, 축산 분뇨 등의 유기성 폐기물을 처리하는 것으로써, 폐기물의 양을 효과적으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라 부산물로는 연료로 사용가능한 바이오 가스를 생산할 수 있다. 특히, 최근 대체에너지의 개발 등 그 필요성이 부각되면서 혐기성 소화를 통한 바이오가스(주로 메탄) 생산에 대한 관심이 증가하고 있다. Anaerobic digestion has been used to treat liquid and semi-solid wastes in warmer regions with traditional techniques with a long history. The anaerobic digestion process treats organic wastes such as wastewater sludge, food waste, and livestock manure using microorganisms, thereby effectively reducing the amount of waste and producing biogas that can be used as fuel as a byproduct. In particular, with the recent need for development of alternative energy, interest in biogas (mainly methane) production through anaerobic digestion is increasing.
국내에서 하폐수 처리 시 가장 중요한 과제는 처리 과정에서 발생하는 슬러지 처리 문제로 특히, 최근 해양투기의 전면금지로 인한 육상처리 방안이 고형연료 및 열분해, 소각, 매립 등 다각적으로 검토되고 있는 가운데 에너지 회수가 가능한 혐기성 소화가 가장 주요한 처리 방안으로 제시되고 있다. 하지만 하수슬러지를 포함한 유기성 폐기물의 혐기성 소화공정의 경우, 하수슬러지라는 기질의 단순함으로 인하여 혐기성 소화 공정의 영양소 편중으로 인한 장애가 발생하여 다양한 기질을 사용한 통합소화가 시도되고 있는 실정이나 실용화한 예는 많지 않다. 또한 자연 연못, 하폐수 조류처리시스템, 바이오연료 생산공정 등으로부터 폐기되는 미세조류는 혐기성 소화를 이용하여 바이오가스 생산에 이용하는 것이 에너지 생산 효과를 극대화하는 방안이다. 그러나 미세주류의 경우 세포벽이 두꺼워 바이오가스 생산 속도가 느리고 생산효율이 낮다는 문제점이 있다. 이는 미세조류 경우 세포 들로 이루어진 입자성 물질로 혐기성 소화균이 입자성 유기물을 기질로 이용하는데 있어서 그 분해속도가 느리기 때문이다. In Korea, the most important problem in wastewater treatment is the problem of sludge disposal in the treatment process. Especially, the land treatment process due to the ban of marine dumping is being considered in various aspects such as solid fuel, pyrolysis, incineration and landfill. Possible anaerobic digestion is presented as the most important treatment. However, in the anaerobic digestion process of organic wastes including sewage sludge, there are many cases in which integrated digestion using diverse substrates is attempted due to the occurrence of obstacles due to the bias of nutrients in the anaerobic digestion process due to the simplicity of the substrate of sewage sludge not. In addition, microalgae, which are discarded from natural ponds, wastewater treatment systems and biofuel production processes, are used to produce biogas using anaerobic digestion to maximize the energy production effect. However, in the case of micro liquor, there is a problem that the production rate of the biogas is low and the production efficiency is low due to a thick cell wall. This is due to the fact that the anaerobic digestive organism is a particle material composed of cells in the case of microalgae and its decomposition rate is slow in using the particulate organic material as a substrate.
관련 선행특허로 대한민국특허공개번호 제020120068288호는 유기성폐기물의 미세조류배양에 의한 바이오가스, 지용성물질 및 미세조류의 생산 방법 및 장치에 관한 것으로, 유기성폐기물을 발효하여 유기성폐수와 바이오가스를 생산하는 과정; 생산된 상기 바이오가스를 포획하는 과정; 희석된 상기 유기성폐수로 지용성물질을 함유하는 미세조류를 배양하는 과정; 상기 미세조류의 배양액과 상기 지용성물질이 용해되는 지용성물질추출용매를 혼합하여, 상기 지용성물질추출용매를 상기 미세조류배양액에 접촉시킴으로써, 상기 미세조류의 상기 지용성물질을 상기 지용성물질추출용매에 용해시키는 과정; 상기 지용성물질이 용해된 후에, 혼합액에서 상기 미세조류를 응집, 정체 및 분리하는 과정; 상기 미세조류가 분리된 후의 상기 혼합액을, 상기 지용성물질추출용매에 상기 지용성물질이 용해된 지용성물질-용매와 물로 분획하는 과정; 및 분리된 상기 미세조류와 분획된 상기 지용성물질-용매를 각각 수득하는 과정; 을 포함하며 그 방법과 장치는, 유기성폐기물을 발효하여 유기성폐수와 바이오가스를 생산한 후, 생산된 유기성폐수를 이용하여 미세조류를 배양함으로써, 유기성폐수를 정화하는 것은 물론, 배양된 미세조류로부터 세포비파괴 방법으로 지용성물질을 생산하고 살아있는 미세조류를 고밀도 재배양하여 미세조류 바이오매스를 대량으로 생산한다고 기재되어 있다. Korean Patent Publication No. 020120068288 discloses a method and apparatus for producing biogas, a lipid-soluble substance and microalgae by culturing microalgae of organic wastes, and relates to a method and an apparatus for producing organic wastewater and biogas by fermenting organic wastes process; Capturing the produced biogas; Culturing a microalgae containing a lipid-soluble substance into the diluted organic wastewater; Soluble substance is dissolved in the lipid-soluble substance-extracting solvent by bringing the lipid-soluble substance-extracting solvent into contact with the microalgal culture solution by mixing the culture medium of the microalgae with a lipid-soluble substance-extracting solvent in which the lipid- process; Condensing, stagnating, and separating the microalgae in a mixed solution after the lipid-soluble substance is dissolved; Separating the mixed liquid after the microalgae are separated into a lipid soluble material-solvent and water in which the lipid-soluble substance is dissolved in the lipid-soluble substance extraction solvent; And a step of obtaining each of the separated microalgae and the fractioned fat-soluble substance-solvent; The method and apparatus are capable of purifying organic wastewater by cultivating microalgae using organic wastewater produced after organic wastewater and biogas are produced by fermenting organic wastes and further purifying organic wastewater from cultured microalgae It is described that a lipid-free substance is produced by a cell non-destructive method and a microalgae biomass is mass-produced by high-density regeneration of living microalgae.
본 발명은 상기 생산된 또는 이용 후 폐기되는 미세조류 바이오매스의 처분에 관한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 미세조류 바이오매스를 이용하여 혐기성 소화 공정의 효율을 향상시키는 것이다.The present invention has been made to overcome the disadvantages of disposal of microalgae biomass produced or discarded after use, and the object of the present invention is to improve the efficiency of anaerobic digestion process using microalgae biomass.
본 발명의 다른 목적은 혐기성 소화 공정의 미세조류 바이오매스이 영양원을 이용한 가스 생산 속도향상 및 조류바이오매의 바이오가스화에 의한 생산량을 증대시키는 것이다.
Another object of the present invention is to increase the gas production rate using the microalgae biomass nutrient in the anaerobic digestion process and to increase the production amount by biogasization of algae biomass.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 미세조류를 혐기성 소화하여 가스화하는 혐기성 소화에 있어서, 미세조류를 하폐수슬러지 소화조에 투여하여 미세조류 내의 영양분을 이용하는 것을 특징으로 하는 혐기성 소화의 속도 향상 방법을 제공한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a method for increasing the anaerobic digestion rate by anaerobic digestion of anaerobic digestion of microalgae and anaerobic digestion, wherein microalgae is administered to a wastewater sludge digestion tank to utilize nutrients in microalgae do.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 미세조류는 대부분의 미세조류에서 가능하고 본 발명에서는 Chlorella sp., Scenedemus sp., Spirulina sp., Hydrodictyon sp.를 대상으로 적용하였다. 미세조류는 그대로 투입하여도 효과가 있으나 가용화된 후 것이 바람직하고, 다른 구현예에 있어서, 상기 가용화는 미세조류에 초음파 또는 마이크로파를 조사[본 발명에서 사용된 초음파 50~500 kWh/m3(20~50kHz, 0.1~5W) 또는 마이크로파 100~1,000 kWh/m3(0.1~30GHz, 0.1~5kW)의 조사조건]하여 수행하는 것이 바람직하나 이에 한정되지 아니한다.In one embodiment of the present invention, the microalgae can be used in most microalgae . In the present invention, Chlorella sp., Scenedemus sp., Spirulina sp., Hydrodictyon sp. Microalgae In another embodiment, the solubilization is carried out by irradiating ultrasonic waves or microwaves to the microalgae [50 to 500 kWh / m 3 (20 to 50 kHz, 0.1 to 5 W) or a microwave of 100 to 1,000 kWh / m 3 (0.1 to 30 GHz, 0.1 to 5 kW)].
또 본 발명은 미세조류를 하폐수 슬러지 소화조에 투여하여 미세조류 내의 영양분을 이용하는 것을 특징으로 하는 가스 생산 증대 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for increasing the production of gas, characterized in that microalgae are administered to a wastewater sludge digester to utilize nutrients in the microalgae.
본 발명의 다른 구현예에 있어서,상기 가용화는 그 비율이 30% 이상인 것이 바람직하나 이에 한정되지 아니한다.In another embodiment of the present invention, the solubilization ratio is preferably 30% or more, but is not limited thereto.
또 본 발명은 미세조류에 초음파 또는 마이크로파를 조사하여 미세조류의 세포벽을 가수분해시켜 가용화를 수행하고, 하폐수 슬러지의 혐기성 소화조에 상기 가용화된 미세조류를 하폐수 슬러지와 함께 혼합 투여하여 통합 소화를 수행하는 것을 특징으로 하는 미세조류 및 하폐수 슬러지 혐기성 통합 소화방법을 제공한다.In the present invention, the micro-algae are irradiated with ultrasonic waves or microwaves to hydrolyze the cell walls of the microalgae to perform solubilization, and the solubilized microalgae are mixed with the wastewater sludge in the anaerobic digestion tank of the wastewater sludge to perform integrated digestion And anaerobic digestion of anaerobic microorganisms and wastewater sludge.
또 본 발명은 하폐수 슬러지 저장조, 미세조류 저장조, 미세 조류 전처리 장치, 상기 하폐수 슬러지 저장조에 있는 슬러지와 전처리된 미세조류를 혼합하는 혼합조, 상기 혼합조에 유입된 슬러지와 미세조류 혼합물을 통합하여 소화하는 소화조, 소화조에서 발생한 가스를 저장하는 가스 저장조 및 에너지로 이용되고 소화된 슬러지를 처분하기 위한 소화슬러지조로 구성된 혐기성 통합소화 반응장치을 제공한다.In addition, the present invention relates to a sludge storage tank, a micro-algae storage tank, a micro-algae pretreatment apparatus, a mixing tank for mixing the sludge and pretreated microalgae in the wastewater sludge storage tank, and a sludge- There is provided an anaerobic integrated digestion reactor comprising a digester, a gas storage tank for storing gas generated in the digester, and a digestion sludge tank for disposing the digested sludge used as energy.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 전처리 장치는 초음파 또는 마이크로파 발생 장치인 것이 바람직하나 이에 한정되지 아니한다.
In an embodiment of the present invention, the pretreatment apparatus may be an ultrasonic wave generating apparatus or a microwave generating apparatus, but is not limited thereto.
이하 본 발명을 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described.
본 발명은 폐기되는 미세조류에 초음파 또는 마이크로파 등을 이용하여 가용화하여 가수분해 반응 단계의 반응 시간을 단축시키며, 미세조류의 가수분해를 통한 영양물질을 침출시켜 하수슬러지의 혐기성 소화의 영양물질로 사용됨으로써 기존 혐기성 소화공정을 효율화하고 바이오가스 생산량의 증대에 기여한다.The present invention relates to a method for solubilizing microbial algae by using ultrasonic waves or microwaves to shorten the reaction time in a hydrolysis reaction step and leaching nutrients through hydrolysis of microalgae to be used as a nutrient for anaerobic digestion of sewage sludge Thereby making the existing anaerobic digestion process more efficient and contributing to an increase in biogas production.
본 발명은 상기의 혐기성 소화공정의 반응시간 단축 및 바이오가스 생산효율의 향상 목적을 달성하기 위하여 미세조류에 초음파를 조사함으로써 가수분해 단계를 단축시키는 것과 가용화된 미세조류 및 영양물질을 하폐수 슬러지 소화공정에 첨가함으로써 기존 혐기성 소화조의 장애 극복 및 바이오가스 생산량의 증대를 이루는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to shorten the reaction time of the anaerobic digestion process and improve the biogas production efficiency, it is necessary to shorten the hydrolysis step by irradiating ultrasonic waves to the microalgae, and to dissolve the solubilized microalgae and nutrients in the sewage sludge digestion process To thereby overcome the obstacles of the existing anaerobic digestion tank and to increase the biogas production amount.
상기 하폐수 슬러지 혐기성 소화공정의 효율화 및 바이오가스 생산 향상 공정은 미세조류에 대한 전처리 단계와 하폐수 슬러지 혐기성 소화조에 투여하여 통합 소화하는 2단계 공정으로 이루어진다. 미세조류에 초음파 또는 마이크로파 등을 조사하는 상기 1단계는 미세조류의 세포벽을 가수분해시켜 가용화가 이루어지며, 상기 2 단계인 혐기성 통합 소화에서 기존 소화조에 대한 영양분 공급 및 조류 바이오매스에 의한 바이오가스의 증산이 이루어진다.The efficiency of the wastewater sludge anaerobic digestion process and the biogas production improvement process are composed of a pre-treatment step for the microalgae and a two-step process for the anaerobic digestion of the wastewater sludge anaerobic digestion tank. In the first step of irradiating micro-algae with ultrasonic waves or microwaves, the cell walls of the microalgae are solubilized by solubilization. In the second step, anaerobic integrated digestion, nutrient supply to the existing digestion tank and biogas production by algae biomass Increase is made.
상기 1단계는 미세조류의 저장시설, 전처리 장치 및 영양물질로서의 가용화된 미세조류를 저장하는 조로 구성되며 상기 2단계에서는 하폐수 슬러지와 가용화된 미세조류를 혼합하여 투입하는 시설 및 혐기성 통합 소화조를 포함하는 것을 특징으로 한다. The first step comprises a storage facility for microalgae, a pretreatment device, and a reservoir for storing solubilized microalgae as a nutrient. In the second step, a facility for mixing and introducing the wastewater sludge and the solubilized microalgae, and an anaerobic integrated digestion tank, .
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 혐기성 하폐수 슬러지 소화조에서 미세조류의 초음파 또는 마이크로파 등을 통한 전처리 및 영양물질로써 전처리된 미세조류의 첨가에 의한 혐기성 소화의 바이오가스 생산 향상에 있어, 하폐수 슬러지의 혐기성 소화조에 전처리한 미세조류를 하폐수 슬러지와 함께 혐기성 소화조에 혼합 투여하여 통합 소화를 순차적으로 적용함에 그 특징이 있다. 구체적으로 미세조류는 하폐수 슬러지와 상이한 구성물질로 이루어져 있어 하폐수 슬러지와 통합 소화할 경우 영양원의 공급원으로서 소화효율 및 가스증산을 개선한다. 이때 미세조류는 두꺼운 세포벽으로 인하여 혐기성 소화속도가 느려지나, 초음파 또는 마이크로파 등을 이용하여 가용화 전처리를 수행하면, 미세조류의 세포의 분해 및 물질 용출이 크게 열분해와 라디컬 반응에 의해 발생한다. 상기 열분해 반응은 초음파 또는 마이크로파 등의 조사시 발생하는 공동 기포에 의해 순간적인 에너지가 고열을 발생하여 유기물이나 세포에 가용화를 촉진시키며, 상기 라디컬 반응은 조사시 공동기포 주변과 미세조류 수용액 상에서 발생되는데 상기 라디컬은 강력한 산화제로써, 유기물 분해 및 유기물로 구성된 세포벽을 파괴시키는 반응을 일으킨다.In the anaerobic wastewater sludge digestion tank according to the present invention, in order to enhance the biogas production of anaerobic digestion by pretreatment of microalgae through ultrasonic waves or microwaves and addition of microalgae pretreated with nutrients, microalgae pretreated with anaerobic digestion tank of sewage sludge It is characterized by the sequential application of integrated digestion by mixing algae with anaerobic digestion tank together with wastewater sludge. Specifically, the microalgae are composed of different constituent materials from the wastewater sludge, so that when digested with wastewater sludge, digestion efficiency and gas production are improved as a source of nutrient source. At this time, the anaerobic digestion rate of the microalgae is slowed due to the thick cell wall. When the solubilization pretreatment is performed using ultrasonic waves or microwaves, the decomposition of the cells of the microalgae and the material elution are largely caused by pyrolysis and radical reaction. In the pyrolysis reaction, instant energy is generated by the coagulation bubbles generated when irradiating with ultrasonic waves or microwaves, thereby promoting solubilization in organic matter or cells. The radical reaction occurs in the vicinity of the joint bubble and in the aqueous solution of microalgae The radical is a strong oxidizing agent which causes decomposition of organic materials and destruction of cell walls composed of organic materials.
상기와 같이 미세조류에 초음파 또는 마이크로파 등을 조사하면, 열분해 및 라디컬 반응에 의해 가수분해가 일어나고, 본 발명에서는 상기 열분해 및 라디컬 반응에 의해 미세조류가 가수분해되어 가용화되고, 가용화된 미세조류의 구성물질들은 혐기성 소화공정 미생물의 영양물질(Nutrient) 및 소화공정의 바이오가스 생산 기질로 활용되는 것이다.
In the present invention, micro-algae are hydrolyzed and solubilized by the pyrolysis and radical reaction, and the solubilized microalgae and the microalgae are hydrolyzed by thermal decomposition and radical reaction, Are used as nutrients for anaerobic digestion process microorganisms and biogas production substrates for digestion processes.
본 발명에 따르면 초음파 또는 마이크로파 등 전처리를 통한 미세조류의 가용화율과, 혐기성 소화 미생물의 영양물질 제공을 위한 미세조류의 첨가는 다음과 같은 효과가 있다.According to the present invention, the solubilization rate of microalgae through pretreatment such as ultrasonic waves or microwaves and the addition of microalgae to provide nutrients for anaerobic digestive microorganisms have the following effects.
초음파 또는 마이크로파 등 전처리시 처리 에너지에 따라 미세조류의 주성분인 미생물의 세포벽을 파괴시켜 세포벽 내의 물질들의 수중에 가용화되며, 가용화된 물질들은 생물학적 분해 용이한 유기물 형태(Biodegradable organic compounds)로 전환된다.Ultrasonic waves or microwaves destroys the cell wall of the microorganism, which is the main component of the microalgae, and is solubilized in the water of the substances in the cell wall according to the treatment energy, and the solubilized substances are converted into the biodegradable organic compounds.
상기 가용화된 물질들은 혐기성 소화 미생물들의 기질로서의 사용을 용이하게 된 물질로 미세조류 혐기성 소화 공정의 율속단계인 가수분해 단계의 반응시간을 단축 및 촉진 시킬 수 있게 된다.The solubilized material facilitates the use of the anaerobic digesting microorganisms as a substrate, thereby shortening and promoting the reaction time of the hydrolysis step, which is a rate-limiting step in the anaerobic digestion process of microalgae.
또한, 미세조류의 초음파 또는 마이크로파 등을 조사한 경우, 미세조류의 가용화된 물질들은 하폐수 슬러지의 구성물질과 상이하여, 단백질 및 무기물은 혐기성 소화 미생물의 생장에 필요한 영양물질(Nutrient)로 활용되고, 나머지 유기물은 바이오가스 생성에 관여하는 물질로 사용되어 혐기성 소화 미생물의 활성도 향상 및 바이오가스 생성 효율을 향상을 이룰 수 있게 된다. In addition, when the microalgae are irradiated with ultrasonic waves or microwaves, the solubilized materials of the microalgae are different from the constituent materials of the wastewater sludge. Proteins and minerals are utilized as nutrients necessary for the growth of anaerobic digestive microorganisms. Organic matter is used as a substance involved in biogas production, so that the activity of anaerobic digestive microorganisms can be improved and biogas production efficiency can be improved.
도 1은 본 발명에 따른 미세조류 전처리 및 하폐수슬러지와 전처리 미세조류의 투입, 혐기성 통합 소화 반응조로 구성되는 전체 시스템의 구성도이고,
도 2는 미세조류의 투입에 따른 혐기성 소화효율 및 가스증산 효과를 나타내는 실험결과 도면이며,
도 3은 본 발명의 전처리장치에 의한 전처리 전후의 미세조류의 변화를 나타내는 현미경 사진이고,
도 4는 본 발명에서 실험실 규모 전처리 장치의 에너지 투여에 따른 미세조류의 가용화율이며,
도 5는 본 발명의 전처리 장치로서 다양한 장치에 의한 가용화율을 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명의 미세조류 가용화율에 따른 혐기성 소화의 가스 증산효과를 나타낸 그림이다. FIG. 1 is a schematic view of an entire system comprising pretreatment of microalgae according to the present invention, introduction of wastewater sludge and pretreatment microalgae, and an anaerobic integrated digestion tank.
2 is an experimental result showing the anaerobic digestion efficiency and the effect of gas evolution according to the input of microalgae,
FIG. 3 is a micrograph showing the change of microalgae before and after the pretreatment by the pretreatment apparatus of the present invention,
Figure 4 is the solubilization rate of microalgae according to the energy administration of the laboratory scale pretreatment apparatus in the present invention,
FIG. 5 is a graph showing solubilization ratios by various apparatuses as a pretreatment apparatus of the present invention,
FIG. 6 is a graph showing the effect of gasification of anaerobic digestion according to the microbial solubilization rate of the present invention. FIG.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will be more apparent from the following description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG.
도 1은 본 발명에 따른 미세조류 전처리와 하폐수슬러지와 전처리 미세조류의 혼합, 혐기성 통합 소화 반응조 시스템의 전체 구성도이다. 하폐수슬러지 저장조(1)의 슬러지는 기질로서 혼합조를 거쳐 소화조(5)에 유입되고 미세조류는 저장조(2)로부터 전처리장치(3)을 거쳐 가용화된 후 혼합조(4)를 거쳐 소화조(5)에 유입되어 통합 소화되며 소화의 결과조 발생된 바이오 가스는 가스저장조(6)에 저장된후 에너지로 이용되고 소화된 슬러지는 소화슬러지조(7)을 거쳐 처분된다.FIG. 1 is a diagram showing the entire structure of a micro-algae pretreatment according to the present invention, a mixing of wastewater sludge and pretreatment microalgae, and an anaerobic integrated digestion tank. The sludge of the wastewater sludge storage tank 1 is introduced as a substrate through the mixing tank into the
본 발명에 의한 미세조류의 기존 소화조로의 투입은 하폐수슬러지의 혐기성 소화에 있어 도 2에 도시된 바와 같이 소화 속도의 향상 및 소화 가스의 발생량을 증대시킨다. 이를 더욱 효과적으로 적용하기 위하여 미세조류에 초음파 또는 마이크로파 등을 조사하면 도 3과 같이 미세조류의 세포벽이 파괴되어 혐기성 미생물이 이용하기 쉬운 형태로 가용화된다. 이러한 가용화 효과는 도 4에 도시된 바와 같이 투여되는 에너지에 따라 증가하게 되며 가용화율은 약 60%까지 증가하게 된다. 가용화 전처리의 목적은 도 5에 도시한 바와 같이 여러 가지 수단을 사용하여 달성할 수 있으나 초음파 또는 마이크로파 등을 조사가 효과적이었다. 본 발명의 가용화 전처리에 의한 바이오가스의 증산은 도 6에 도시한 바와 같이 약 30%의 가용화는 가스증산에 영향이 거의 없으나 더 많은 가용화에서는 가스의 발생을 증대시킨다. The introduction of the microalgae according to the present invention into the existing digestion tank increases the digestion rate and increases the amount of digestion gas generated in the anaerobic digestion of the wastewater sludge as shown in FIG. In order to apply this more effectively, ultrasonic waves or microwaves are irradiated to microalgae, and the cell walls of microalgae are destroyed as shown in Fig. 3, and the anaerobic microorganisms are solubilized in an easy-to-use form. This solubilization effect increases with the energy to be administered as shown in FIG. 4, and the solubilization ratio increases to about 60%. The purpose of the solubilization pretreatment can be achieved by using various means as shown in FIG. 5, but irradiation with ultrasound or microwave is effective. As shown in FIG. 6, the solubilization of the biogas by the solubilization pretreatment of the present invention shows almost no effect on the gas evolution, while the solubilization of about 30% increases the generation of gas in the case of further solubilization.
하폐수 슬러지, 미세조류 바이오매스 등을 이용한 혐기성 소화공정은 이산화탄소 배출을 감소시키고 생성되는 메탄을 에너지로서 사용할 수 있는 장점을 가지고 있다. 종래의 하폐수 슬러지의 혐기성 소화공정에서는 단일 기질인 하폐수 슬러지의 단조로움으로 인해 공정의 신뢰성이 약화되는 문제가 있었으나 상이한 단백질 및 미네랄로 구성된 미세조류를 하폐수 슬러지와 함께 기질로 이용할 경우 기존 소화조의 신뢰성과 효율을 향상시키고 조류 바이오매스의 소화에 따른 바이오가스의 증산 효과를 기대할 수 있다.The anaerobic digestion process using sewage sludge and microalgae biomass has the advantage of reducing carbon dioxide emissions and using methane as energy. In the anaerobic digestion process of conventional wastewater sludge, there is a problem that the reliability of process is weakened due to monotony of wastewater sludge as a single substrate. However, when microalgae composed of different proteins and minerals are used as a substrate together with wastewater sludge, It can be expected that the efficiency of biogas can be increased by digesting algae biomass.
특히, 미세조류의 경우 2004년 미세조류 바이오연료에 대한 글로벌 시장이 년간 5000톤(dry matter)로 추정되었으며, 1250백만 달러에 이르렀다는 보고와 함께 이러한 바이오연료 생산 후 폐기되는 미세조류는 본 발명의 혐기성 통합소를 통하여 활용을 극대화할 수 있다. 또한 미세조류는 대부분의 경우 대기중의 이산화탄소를 이용한 광합성에 의해 생장하여 이산화탄소 배출 감소효과와 더불어 하폐수 슬러지와 함께 통 소화시 혐기성 미생물의 영양물질의 제공 및 부가적인 기질로서 바이오가스 생성 효율향상을 이룰 수 있다.
In particular, in the case of microalgae, the global market for microalgae biofuels in 2004 was estimated at 5,000 metric tons (dry matter) per year, and with the report that it reached $ 1250 million, microalgae discarded after biofuels production, It is possible to maximize utilization through anaerobic consolidation. In addition, the microalgae are grown by photosynthesis using atmospheric carbon dioxide. In addition to the effect of reducing carbon dioxide emission, they provide nutrients for anaerobic microorganisms and improve biogas production efficiency as an additional substrate during sewage sludge disposal .
1 : 하폐수슬러지 저장조
2 : 미세조류 저장조
3 : 전처리 장치
4 : 혼합조
5 : 통합 소화조
6 : 바이오가스 저장조
7 : 소화슬러지조 1: Wastewater sludge storage tank
2: Micro-algae reservoir
3: Pretreatment device
4: Mixing tank
5: Integrated digester
6: Biogas storage tank
7: digested sludge tank
Claims (10)
상기 미세조류는 가용화된 것을 특징으로 하는 혐기성 소화의 속도 향상 방법.The method of claim 1,
The method of improving the speed of anaerobic digestion, characterized in that the microalgae is solubilized.
상기 가용화는 미세조류에 초음파 또는 마이크로파를 조사하여 수행하는 것을 특징으로 하는 혐기성 소화의 속도 향상 방법.3. The method of claim 2,
The solubilization is a method of improving the speed of anaerobic digestion, characterized in that the microalgae are performed by irradiation with ultrasonic waves or microwaves.
상기 미세조류는 가용화된 것을 특징으로 하는 가스 생산 증대 방법.5. The method of claim 4,
Said microalgae are solubilized.
상기 가용화는 미세조류에 초음파 또는 마이크로파를 조사하여 수행하는 것을 특징으로 하는 가스 생산 증대 방법.The method of claim 5,
The solubilization is a method of increasing gas production, characterized in that the microalgae are performed by irradiating ultrasonic or microwave.
상기 가용화는 그 비율이 30% 이상인 것을 특징으로 하는 가스 생산 증대 방법.5. The method of claim 4,
The solubilization method is a gas production increase method, characterized in that more than 30%.
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