KR20160033967A - 유기성 폐기물 감량처리 및 에너지생산 시스템 - Google Patents

유기성 폐기물 감량처리 및 에너지생산 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 혐기성 및 호기성 소화과정에서 고온환경을 조성토록 자기발열방식으로 발효하면서 수증기를 회수하여 통합슬러지와 함께 처리유량을 효과적으로 감량화하는 동시에 수증기 증발에 의한 저농도 응축수 회수로 고농도 소화액의 발생을 최소화하여 처리수를 방류기준에 적합하게 처리가능하며 소화시설에서의 악취를 제거하고, 바이오가스를 회수하여 에너지를 효율적으로 생산함을 제공하도록, 내부에 유기성 폐기물을 포함한 함수율 85% 내외의 통합슬러지가 유입되어 적정함수율로 조정하는 용해조와, 상기 용해조를 거친 통합슬러지에서 조대 협잡물을 제거하는 스크린으로 구성되는 전처리부와; 상기 전처리부로부터 통합슬러지가 유입되고 통합슬러지 중 유기물의 비용존성 유기성분을 용존성 유기성분으로 변환시키되 고온환경과 미생물이 무기호흡 환경을 조성하여 유기물을 빠른 가수분해 및 산발효하고 저분자의 메탄기질을 생성시키는 자기발열고온산발효조와, 상기 자기발열고온산발효조를 거쳐 유입된 통합슬러지의 유기물을 혐기소화하되 고온의 소화가스와 거품이 내부순환하여 가스교반 및 기계적 교반을 동시에 수행하며 유기물을 안정적으로 메탄 발효하여 메탄수율이 높은 바이오가스를 생산하는 혐기소화조와, 상기 혐기소화조의 후단에 설치되고 미생물의 산화열을 통한 자체발열 고온환경을 조성하여 혐기소화된 통합슬러지의 잔류유기물을 빠르게 제거함과 동시에 처리유량을 감소시키는 자기발열호기성소화조를 포함하여 구성되는 자기발열식 소화부와; 상기 자기발열고온산발효조 및 상기 자기발열호기성소화조로부터 발생된 수증기를 응축시킨 저농도 응축수는 활성 슬러지로 처리하여 배출허용기준에 적합한 처리수로 방류가능하게 처리하는 응축수처리수단과; 상기 혐기소화조 내에서 생성된 바이오가스를 회수하여 건조에너지인 스팀 및 전기에너지인 전력을 각각 생산하는 에너지생산부와; 상기 자기발열식 소화부를 거쳐 처리된 통합슬러지에 약품으로 응집반응시키는 응집반응조와, 응집반응된 통합슬러지를 탈수처리하는 탈수기와, 상기 탈수기에서 탈수처리된 통합슬러지를 건조하여 감량화한 후 반출시키는 건조기로 구성되는 후처리부;를 포함하는 유기성 폐기물 감량처리 및 에너지생산 시스템을 제공한다.

Description

유기성 폐기물 감량처리 및 에너지생산 시스템 {System for Reduction Treating and Energy Producing of Organic Waste}
본 발명은 유기성 폐기물 감량처리 및 에너지생산 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 혐기성 및 호기성 소화과정에서 고온환경을 조성토록 자기발열방식으로 발효하면서 수증기를 회수하여 통합슬러지와 함께 처리유량을 효과적으로 감량화하는 동시에 수증기 증발에 의한 저농도 응축수 회수로 고농도 소화액의 발생을 최소화하여 처리수를 방류기준에 적합하게 처리가능하며 소화시설에서의 악취를 제거하고, 바이오가스를 회수하여 에너지를 효율적으로 생산하는 것이 가능한 유기성 폐기물 감량처리 및 에너지생산 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 하수 슬러지나 음식물 폐기물, 가축분뇨 등과 같은 유기성 폐기물의 경우 유기체들이 인간의 활동과 관련된 여러 가지 전환과정에서 발생하는 폐기물로서 그 성상이 생분해성 또는 연소성 물질을 주류로 하여 이루어진다.
이러한 유기성 폐기물은 최근 산업발달과 더불어 물질적인 생활이 풍요로워 짐에 따라 대량으로 발생하여 유기성 폐기물에 대한 연간 발생량이 지속적으로 증가하는 추세에 있으며, 그 중 하수슬러지의 경우 매년 평균 약 6%에서 최근에는 약 38%가 증가하였고, 2011년 이후 총인 처리시설의 전국적인 보급과 2013년부터 음식물 탈리액의 육상처리에 따라 하수처리장에서 발생되는 하수 슬러지의 발생률이 앞으로도 더욱 크게 늘어날 것으로 예상된다.
나아가 우리나라의 유기성 폐기물 처리는 2000년 7월부터 시행된 육상매립 금지로 인하여 폐기물 발생량의 대부분을 해양투기에 의존해 왔으나, '96런던협약'에 의해 2011년 말부터 하수 슬러지의 해양 배출이 전면 금지되고, 2014년부터 유기성 폐기물의 해양배출이 전면 금지되어 전면 육상처리를 해야만 하므로 유기성 폐기물에 대한 처리비용이 대폭 증가할 것으로 예상되어 업계에 부담을 가중하고 있는 실정이다.
반면 기존 유기성 폐기물 중 대표적인 하수 슬러지 처리방법으로는 슬러지 고화처리방법이 가장 많이 사용되고 있으며, 그 다음으로 전용 소각처리방법이 이용되고 있다.
그런데 슬러지 고화처리방법의 경우 슬러지를 탈수 후 고화제를 첨가하여 슬러지를 물리화학적으로 안정화하기 때문에 고화제 등 다량의 부자재 투입으로 슬러지 감량효과가 적으며, 고화물의 재이용 불가시 별도의 처리비용이 소요된다는 문제점이 있었다.
또한 슬러지 소각처리의 경우에는 공기 중의 산소를 이용하여 가연성 물질을 연소시키기 때문에 대기나 수질, 소음, 진동 등 여러 가지 환경적인 영향이 커 2차 환경오염을 유발하며, 가연성 물질을 연소하기까지 온도를 상승시키기 위한 에너지 소비비용이 높고, 특히 수분함수율이 큰 슬러지를 소각처리하기 위해서는 막대한 연료비가 요구된다는 문제점이 있었다.
더불어 종래 슬러지 처리방법 중에서 슬러지 건조방법은 슬러지의 수분 함수율을 낮춰 슬러지의 내부 열량을 화력발전소 등의 보조열원으로 사용될 연료로 생산하기 위한 기술로서, 공정에 의해 얻어지는 에너지에 비해 건조시 사용되는 에너지가 크다는 단점이 있다.
이처럼 현재 증가하는 유기성 폐기물 중 하수 발생량 대비 이를 처리하기 위한 육상처리시설의 기술력이 부족한 상황으로 슬러지의 단순한 부피 감소가 아닌 실질적인 슬러지 감량화를 위한 안정적인 육상처리기술이 요구된다.
상기한 기존의 처리방식을 보완하여 제시된 육상처리기술로는 호기성 소화처리, 혐기성 소화처리, 하수처리장에서의 병합처리 등이 있다. 그 중 호기성 소화는 호기성 미생물의 호흡을 원활하게 해주기 위한 수분조절제(톱밥 등)의 사용을 필수로 요구하여 경제성이 떨어지고 대기오염의 문제가 발생한다는 단점과 함께 다량의 에너지 소비와 잉여 슬러지 발생량이 지나치게 많아 고려되지 않는 경우가 많다. 반면 혐기성 소화는 절대 혐기성 조건에서 박테리아에 의해 유기물질이 발효되는 과정으로 슬러지의 무해화 및 탈수능력 향상에 효과를 얻을 수 있는 대표적인 슬러지 감량화 기술로서, 호기성 소화처리와 연계하여 호기성 처리시설 전단에 전처리의 개념으로 접목하여 고농도 유기성 폐기물을 혐기 발효함에 따라 메탄이나 이산화탄소를 주성분으로 하는 에너지 부산물인 바이오가스를 얻을 수 있으며 남은 발효액은 완전 부숙하여 친환경비료로 활용가능하므로 많은 관심을 받고 있는 실정이다.
그러나 기존 대부분의 혐기성 소화설비는 소화조 내의 낮은 교반효율, 잉여슬러지의 고분자성 및 유기물의 난분해성, 소화 슬러지 인발량 과다로 인한 미생물의 감소로 소화효율이 낮다는 단점이 있다. 또한 혐기소화 시설에서는 유기성 폐기물 감량화 후, 배출되는 소화액에 고농도의 질소와 인을 포함하고 있으며, 잔재 유기물 또한 감량화 후에도 8,000~20,000mg/L로 고농도 부하를 나타내게 된다는 문제가 있다. 이와 같은 문제들을 해결하기 위해서는 고난도의 처리기술 즉 감량처리에 이은 연계처리기술 또는 생물학적, 화학적 처리기술 등이 필요하며, 다양한 처리공정을 위한 시설과다 또는 과다시설로 인해 유지관리비용이 매우 증가하게 된다는 문제가 있었다. 즉 현재 유기성 폐기물 혐기성 소화시설에서는 소화액의 잔재 유기물, 고농도 TN 및 TP 처리 문제가 되두되고 있는 실정이다.
상기와 같은 혐기성 소화조와 관련하여 개시되어 있었던 종래기술로는 대한민국 등록특허공보 제709333호(2007.04.12.)의 "유기성 폐기물 처리용 혐기성 소화조"가 공지되어 있다.
그러나 상기한 등록특허공보 제709333호의 종래 혐기소화조는 소화조 내의 상부에서 소화액 및 스컴을 펌프에 의해 흡입한 후 다시 소화조의 하부로 공급하여 단순히 소화액과 스컴을 분사하도록 순환시키는 반면 소화조 내부에 생성되는 열원이나 가스, 습기 등이 그대로 배출되어 온도손실이 크고 소화조의 온도유지에 따른 별도의 에너지 사용으로 유지비용이 많이 소요된다는 문제점이 있었다.
또한 상기한 종래 혐기소화조의 경우에는 하나의 소화조에서 모든 혐기소화 과정을 처리하게 되는데, 이는 pH 4~6 등의 조건에서 이루어지는 산발효 조건과 pH 7~7.4 무산소 조건, 긴 체류시간(HRT;hidraulic retention time)을 요구하는 메탄생성단계의 상이한 조건차이로 하나의 소화조에서 평형이 깨질 수 있으므로 메탄생성반응을 더디게 하여 처리효율저하 및 바이오가스 수율저하를 초래하는 문제가 있으며, 나아가 유기성 폐기물을 소화처리하는 과정에서 발생하는 악취를 그대로 방치하게 된다는 문제점이 있었다.
그리고 대한민국 등록특허공보 제374486호(2003.02.19.)에는 혼합 유기성 폐기물 파쇄기로 파쇄하고 스크류식 선별기와 사이클론선별기로 이송하여 협잡물을 분리하는 전처리 단계, 상기 전처리 단계를 거친 유기성폐기물을 유기 성분이 분해되기 쉽도록 유기 성분의 구조를 끊어주며 이에 악취와 부식성 물질인 황화수소를 제거하기 위하여 약품을 투입하여 가수분해시키는 가수분해 단계, 가수분해 처리된 슬러리를 혐기성 미생물이 활동하기 용이한 온도를 유지하기 위하여 열교환기를 통하여 35-42℃ 승온하여 소화조로 투입하는 단계, 투입된 슬러리를 단상 혐기성 상태에서 소화단계 및 생성된 메탄가스는 연료로 공급하고 슬러지를 탈수하여 건조하는 단계로 구성됨에 따라 악취발생이 없는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리방법이 공지되어 있다.
그러나 상기한 등록특허공보 제374486호의 유기성 폐기물 처리방법에서는 소화과정에서 발생하는 악취를 제거하기 위해 별도의 약품을 투입하기 때문에 처리비용이 증가하고 약품투입량만큼이나 부산물이 증가하여 슬러지 감량효율이 낮아진다는 문제가 있다.
또한 상기한 등록특허공보 제374486호를 비롯한 종래 유기성 폐기물 처리방법에서는 소화과정에서 소화조 내에 유기성 폐기물과 함께 유입된 오수가 대부분 그대로 유지되기 때문에 소화조로부터 많은 유량이 배출되어 감량효율이 떨어짐은 물론 이후 탈수작업이 어려움과 동시에 탈수효율이 낮아지며, 탈수공정에서 많은 양의 탈리여액이 발생하므로 탈리여액을 저장할 수 있는 별도의 폐수처리저장조를 설비해야만 하고, 반드시 폐수처리저장조을 거쳐 탈리여액을 처리해야만 하여 공정이 복잡하고 관리가 어렵다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 자기발열방식의 고온환경을 조성가능한 2상 혐기소화 및 호기소화를 구성하므로 소화조의 온도를 보상하면서 메탄전환이 수월한 저분자의 메탄 기질을 제공하고, 각 소화조에서의 수증기 및 악취를 흡입배출할 수 있게 구성하여 소화처리과정에서의 악취를 제거함은 물론 각 소화공정에서의 유량감량을 도모하며, 고농도 오염부하를 나타내는 소화액을 증발에 의해 저농도 응축수로 변환하여 간단한 생물학적 처리로 방류기준까지 처리 가능함을 제공한다. 나아가 바이오가스를 활용하여 에너지생산을 극대화할 수 있는 유기성 폐기물 감량처리 및 에너지생산 시스템을 제공하는데, 그 목적이 있다.
뿐만 아니라 본 발명은 탈수과정에서 발생한 탈리여액을 응축수와 함께 희석하여 생물학적 처리 후 방류처리 가능하도록 설비하므로 고농도 소화액 처리를 위한 연계처리 또는 생물학적, 화학적 처리를 위한 시설 과다 문제를 해결하여 공정이 간단하면서도 설비관리가 용이하고, 설비비용과 함께 유지관리비용을 낮출 수 있는 유기성 폐기물 감량처리 및 에너지생산 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 제안하는 유기성 폐기물 감량처리 및 에너지생산 시스템은 내부에 유기성 폐기물을 포함한 함수율 85% 내외의 통합슬러지가 유입되어 적정함수율로 조정하는 용해조와, 상기 용해조를 거친 통합슬러지에서 조대 협잡물을 제거하는 스크린으로 구성되는 전처리부와; 상기 전처리부로부터 통합슬러지가 유입되고 통합슬러지 중 유기물의 비용존성 유기성분을 용존성 유기성분으로 변환시키되 고온환경과 미생물이 무기호흡 환경을 조성하여 유기물을 빠른 가수분해 및 산발효하고 저분자의 메탄기질을 생성시키는 자기발열고온산발효조와, 상기 자기발열고온산발효조를 거쳐 유입된 통합슬러지의 유기물을 혐기소화하되 고온의 소화가스와 거품이 내부순환하여 가스교반 및 기계적 교반을 동시에 수행하며 유기물을 안정적으로 메탄 발효하여 메탄수율이 높은 바이오가스를 생산하는 혐기소화조와, 상기 혐기소화조의 후단에 설치되고 미생물의 산화열을 통한 자체발열 고온환경을 조성하여 혐기소화된 통합슬러지의 잔류유기물을 빠르게 제거함과 동시에 처리유량을 감소시키는 자기발열호기성소화조를 포함하여 구성되는 자기발열식 소화부와; 상기 자기발열고온산발효조 및 상기 자기발열호기성소화조로부터 발생된 수증기를 응축시킨 저농도 응축수는 활성 슬러지로 처리하여 배출허용기준에 적합한 처리수로 방류가능하게 처리하는 응축수처리수단과; 상기 혐기소화조 내에서 생성된 바이오가스를 회수하여 건조에너지인 스팀 및 전기에너지인 전력을 각각 생산하는 에너지생산부와; 상기 자기발열식 소화부를 거쳐 처리된 통합슬러지에 약품으로 응집반응시키는 응집반응조와, 응집반응된 통합슬러지를 탈수처리하는 탈수기와, 상기 탈수기에서 탈수처리된 통합슬러지를 건조하여 감량화한 후 반출시키는 건조기로 구성되는 후처리부;를 포함하여 이루어진다.
상기 자기발열고온산발효조는 내부에 통합슬러지를 수용하고 밀폐형 구조를 갖는 제1본체와, 상기 제1본체의 상부에 생성된 고온의 내부가스와 함께 외부공기를 제한적으로 순환공급하는 제1가스순환기와, 상기 제1본체 내 수중에 잠기도록 위치하고 상기 제1가스순환기에 연결되어 통합슬러지를 포함한 수중에 가스가 주입될 수 있도록 가스 및 통합슬러지를 혼합분사하는 동시에 미세기포를 생성시키는 제1수중에어레이터와, 상기 제1수중에어레이터의 가스 교반 및 기계적 교반으로 인해 발생하되 수면상에 부양하는 거품을 제거하는 제1폼브레이커로 이루어진다.
상기 혐기소화조는 내부에 통합슬러지를 수용하고 밀폐형 구조를 갖는 제2본체와, 상기 제2본체의 상부에 생성된 고온의 내부가스만을 내부순환시키는 제2가스순환기와, 상기 제2본체 내 수중에 잠기도록 위치하고 상기 제2가스순환기에 연결되어 통합슬러지를 포함한 수중에 가스가 주입될 수 있도록 가스 및 통합슬러지를 혼합분사하는 동시에 미세기포를 생성시키는 제2수중에어레이터와, 상기 제2수중에어레이터의 가스 교반 및 기계적 교반으로 인해 발생하되 수면상에 부양하는 거품을 제거하는 제2폼브레이커로 구성한다.
상기 자기발열호기성소화조는 내부에 통합슬러지를 수용하고 밀폐형 구조를 갖는 제3본체와, 상기 제3본체의 상부에 생성된 고온의 내부가스와 함께 외부공기를 제한적으로 순환공급하는 제3가스순환기와, 상기 제3본체 내 수중에 잠기도록 위치하고 상기 제3가스순환기에 연결되어 통합슬러지를 포함한 수중에 가스가 주입될 수 있도록 가스 및 통합슬러지를 혼합분사하는 동시에 미세기포를 생성시키는 제3수중에어레이터와, 상기 제3수중에어레이터의 가스 교반 및 기계적 교반으로 인해 발생하되 수면상에 부양하는 거품을 제거하는 제3폼브레이커로 이루어진다.
상기 응축수처리수단은 상기 자기발열고온산발효조와 상기 자기발열호기성소화조에서 생성된 수증기를 응축시키는 제1응축기와, 상기 제1응축기에서 응축된 저농도 응축수를 활성 슬러지로 처리하여 방류수질에 적합한 수질의 처리수를 생성시키는 활성오니조로 구성한다.
상기 자기발열식 소화부에는 상기 자기발열고온산발효조 및 상기 자기발열호기성소화조에서 고온환경의 운전조건하에 수분증발하여 증기로 배출되는 수증기를 흡입한 후 상기 제1응축기를 통해 응축하여 생성된 저농도 응축수를 활성슬러지 처리하여 방류수질에 적합한 수질로 방류처리하도록 이루어진다.
상기 에너지생산부는 에너지원인 바이오가스를 연료화하기 위해 수증기를 응축 제거하는 제2응축기와, 상기 제2응축기를 거친 바이오가스를 연료로 사용하여 스팀을 생산한 후 상기 후처리부의 건조기에 공급하는 스팀보일러와, 상기 제2응축기를 거친 바이오가스 중 상기 스팀보일러에서 건조에너지원으로 이용 후 남은 잔량의 바이오가스를 회수하여 전기에너지로 처리할 수 있는 전력을 생산하는 전력발전기로 구성한다.
본 발명에 따른 유기성 폐기물 감량처리 및 에너지생산 시스템에 의하면 자기발열방식의 고온환경을 조성가능한 자기발열식 소화부를 구성하여 설비유지비용을 절감하면서 통합슬러지의 체류시간을 대폭 단축하고 유기성 폐기물 80%이상 감량화를 달성가능하다. 나아가 처리공정에서 발생하는 악취를 흡입배출하여 탈취효과를 도모함과 동시에 설비주변환경을 개선하고, 고온환경에서 처리수의 증발현상에 따라 생성되는 수증기를 지속적으로 회수하여 고농도 오염부하를 나타내는 소화액 발생의 Zero화가 가능함과 동시에 처리유량을 대폭 감량처리할 수 있는 효과를 얻는다.
뿐만 아니라 본 발명에 따른 유기성 폐기물 감량처리 및 에너지생산 시스템은 메탄전환이 수월한 저분자의 메탄 기질을 제공하여 바이오가스를 증산하고, 산발효 및 메탄발효가 분리된 2상 혐기소화를 구현하여 메탄 60%이상 수율의 바이오가스를 생산가능하다. 나아가 바이오가스는 건조기에 스팀을 공급하기 위한 보일러의 연료로 자원화하여 에너지생산을 도모하면서 설비운용비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 유기성 폐기물 감량처리 및 에너지생산 시스템은 소화공정에서 감량된 유량이 탈수공정으로 공급됨에 따라 탈리여액의 발생량이 감소하여 탈수효율 및 건조효율을 대폭 향상시키고, 탈수과정에서 발생한 소량의 탈리여액은 응축수와 희석하여 생물학적 처리함으로써 처리공정이 간단하면서도 관리가 매우 간편하다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 일실시예를 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 일실시예를 나타내는 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 일실시예에 있어서 자기발열식 소화부를 개략적으로 나타내는 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 일실시예에 있어서 후처리부를 개략적으로 나타내는 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 일실시예에 있어서 공정순서를 나타내는 흐름도.
본 발명은 내부에 유기성 폐기물을 포함한 함수율 85% 내외의 통합슬러지가 유입되어 적정함수율로 조정하는 용해조와, 상기 용해조를 거친 통합슬러지에서 조대 협잡물을 제거하는 스크린으로 구성되는 전처리부와; 상기 전처리부로부터 통합슬러지가 유입되고 통합슬러지 중 유기물의 비용존성 유기성분을 용존성 유기성분으로 변환시키되 고온환경과 미생물이 무기호흡 환경을 조성하여 유기물을 빠른 가수분해 및 산발효하고 저분자의 메탄기질을 생성시키는 자기발열고온산발효조와, 상기 자기발열고온산발효조를 거쳐 유입된 통합슬러지의 유기물을 혐기소화하되 고온의 소화가스와 거품이 내부순환하여 가스교반 및 기계적 교반을 동시에 수행하며 유기물을 안정적으로 메탄 발효하여 메탄수율이 높은 바이오가스를 생산하는 혐기소화조와, 상기 혐기소화조의 후단에 설치되고 미생물의 산화열을 통한 자체발열 고온환경을 조성하여 혐기소화된 통합슬러지의 잔류유기물을 빠르게 제거함과 동시에 처리유량을 감소시키는 자기발열호기성소화조를 포함하여 구성되는 자기발열식 소화부와; 상기 자기발열고온산발효조 및 상기 자기발열호기성소화조로부터 발생된 수증기를 응축시킨 저농도 응축수는 활성 슬러지로 처리하여 배출허용기준에 적합한 처리수로 방류가능하게 처리하는 응축수처리수단과; 상기 혐기소화조 내에서 생성된 바이오가스를 회수하여 건조에너지인 스팀 및 전기에너지인 전력을 각각 생산하는 에너지생산부와; 상기 자기발열식 소화부를 거쳐 처리된 통합슬러지에 약품으로 응집반응시키는 응집반응조와, 응집반응된 통합슬러지를 탈수처리하는 탈수기와, 상기 탈수기에서 탈수처리된 통합슬러지를 건조하여 감량화한 후 반출시키는 건조기로 구성되는 후처리부;를 포함하는 유기성 폐기물 감량처리 및 에너지생산 시스템을 기술구성의 특징으로 한다.
또한 상기 자기발열고온산발효조는 내부에 통합슬러지를 수용하고 밀폐형 구조를 갖는 제1본체와, 상기 제1본체의 상부에 생성된 고온의 내부가스와 함께 외부공기를 제한적으로 순환공급하는 제1가스순환기와, 상기 제1본체 내 수중에 잠기도록 위치하고 상기 제1가스순환기에 연결되어 통합슬러지를 포함한 수중에 가스가 주입될 수 있도록 가스 및 통합슬러지를 혼합분사하는 동시에 미세기포를 생성시키는 제1수중에어레이터와, 상기 제1수중에어레이터의 가스 교반 및 기계적 교반으로 인해 발생하되 수면상에 부양하는 거품을 제거하는 제1폼브레이커를 포함하는 유기성 폐기물 감량처리 및 에너지생산 시스템을 기술구성의 특징으로 한다.
또한 상기 혐기소화조는 내부에 통합슬러지를 수용하고 밀폐형 구조를 갖는 제2본체와, 상기 제2본체의 상부에 생성된 고온의 내부가스만을 내부순환시키는 제2가스순환기와, 상기 제2본체 내 수중에 잠기도록 위치하고 상기 제2가스순환기에 연결되어 통합슬러지를 포함한 수중에 가스가 주입될 수 있도록 가스 및 통합슬러지를 혼합분사하는 동시에 미세기포를 생성시키는 제2수중에어레이터와, 상기 제2수중에어레이터의 가스 교반 및 기계적 교반으로 인해 발생하되 수면상에 부양하는 거품을 제거하는 제2폼브레이커를 포함하는 유기성 폐기물 감량처리 및 에너지생산 시스템을 기술구성의 특징으로 한다.
또한 상기 자기발열호기성소화조는 내부에 통합슬러지를 수용하고 밀폐형 구조를 갖는 제3본체와, 상기 제3본체의 상부에 생성된 고온의 내부가스와 함께 외부공기를 제한적으로 순환공급하는 제3가스순환기와, 상기 제3본체 내 수중에 잠기도록 위치하고 상기 제3가스순환기에 연결되어 통합슬러지를 포함한 수중에 가스가 주입될 수 있도록 가스 및 통합슬러지를 혼합분사하는 동시에 미세기포를 생성시키는 제3수중에어레이터와, 상기 제3수중에어레이터의 가스 교반 및 기계적 교반으로 인해 발생하되 수면상에 부양하는 거품을 제거하는 제3폼브레이커를 포함하는 유기성 폐기물 감량처리 및 에너지생산 시스템을 기술구성의 특징으로 한다.
또한 상기 응축수처리수단은 상기 자기발열고온산발효조와 상기 자기발열호기성소화조에서 생성된 수증기를 응축시키는 제1응축기와, 상기 제1응축기에서 응축된 저농도 응축수를 활성 슬러지로 처리하여 방류수질에 적합한 수질의 처리수를 생성시키는 활성오니조를 포함하는 유기성 폐기물 감량처리 및 에너지생산 시스템을 기술구성의 특징으로 한다.
또한 상기 자기발열식 소화부에는 상기 자기발열고온산발효조 및 상기 자기발열호기성소화조에서 고온환경의 운전조건하에 수분증발하여 증기로 배출되는 수증기를 흡입한 후 상기 제1응축기를 통해 응축하여 생성된 저농도 응축수를 활성슬러지 처리하여 방류수질에 적합한 수질로 방류처리하는 유기성 폐기물 감량처리 및 에너지생산 시스템을 기술구성의 특징으로 한다.
또한 상기 에너지생산부는, 에너지원인 바이오가스를 연료화하기 위해 수증기를 응축 제거하는 제2응축기와, 상기 제2응축기를 거친 바이오가스를 연료로 사용하여 스팀을 생산한 후 상기 후처리부의 건조기에 공급하는 스팀보일러와, 상기 제2응축기를 거친 바이오가스 중 상기 스팀보일러에서 건조에너지원으로 이용 후 남은 잔량의 바이오가스를 회수하여 전기에너지로 처리할 수 있는 전력을 생산하는 전력발전기를 포함하여 이루어지는 유기성 폐기물 감량처리 및 에너지생산 시스템을 기술구성의 특징으로 한다.
다음으로 본 발명에 따른 유기성 폐기물 감량처리 및 에너지생산 시스템의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저 본 발명에 따른 유기성 폐기물 감량처리 및 에너지생산 시스템의 일실시예는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 전처리부(100)와, 자기발열식 소화부(200)와, 응축수처리수단(300)과, 에너지생산부(400)와, 후처리부(500)를 포함하여 이루어진다.
상기 전처리부(100)는 통합슬러지가 외부로부터 유입되어 함수율 조정 및 조대 협잡물 등을 제거하도록 구성한다. 즉 상기 전처리부(100)는 외부로부터 저장호퍼(105)를 거쳐 공급된 유기성 폐기물을 포함한 함수율 85% 내외의 통합슬러지를 내부에 유입하되 교반기에 의한 지속적인 교반으로 통합슬러지를 적정함수율로 조정하는 용해조(110)를 구비하고, 상기 용해조(110)를 거친 통합슬러지를 유입하되 조대 협잡물 등의 이물을 걸러 제거하는 스크린(120)을 구비토록 구성한다.
상기에서 스크린(120)을 통해 걸러진 조대 협잡물은 컨베이어를 통해 배출하되 별도의 협잡물을 저장할 수 있는 컨테이너에 배출하여 반출가능하게 구성한다.
상기 스크린(120)과 상기 자기발열식 소화부(200) 사이에는 유량조정조(130)를 배치토록 구성한다. 즉 상기 스크린(120)에서 걸러진 조대 협잡물을 제외한 나머지 통합슬러지의 경우 상기 자기발열식 소화부(200)에 유입하기 전 상기 유량조정조(130)에 저장될 수 있게 이송한다.
상기 자기발열식 소화부(200)는 스크린(120)을 거쳐 공급된 통합슬러지에 대해 감량화 및 에너지화하는 기능을 수행한다.
상기 자기발열식 소화부(200)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 통합슬러지의 유기물을 산발효하는 자기발열고온산발효조(210)와, 통합슬러지의 유기물을 혐기소화하는 혐기소화조(220)와, 통합슬러지를 호기소화하여 처리유량을 감소시키는 자기발열호기성소화조(230)로 구성한다.
상기 자기발열식 소화부(200) 중 상기 자기발열고온산발효조(210)는 혐기소화의 전처리조로서, 상기 전처리부(100)로부터 전처리한 통합슬러지가 유입되되 통합슬러지를 수용할 수 있는 내부공간을 구비하고, 유기물의 산발효 및 가수분해를 목적으로 구성한다.
상기 자기발열고온산발효조(210)는 내부에 통합슬러지가 유입되고 통합슬러지 내 고농도의 유기성 폐기물 중 유기물의 비용존성 유기성분을 용존성 유기성분으로 변환시키되 고온환경과 고온미생물이 무기호흡 환경을 조성하여 유기물을 빠른 가수분해하는 동시에 유기물을 산발효하여 저분자의 메탄기질을 생성시키도록 이루어진다.
상기 자기발열고온산발효조(210)는 내부에 통합슬러지를 수용하고 밀폐형 구조를 갖는 제1본체(211)를 구비하고, 상기 제1본체(211)의 내부에 수용된 통합슬러지 중 미생물의 산화열을 통한 자체발열로 45~60℃ 온도의 고온환경을 유지조성할 수 있게 설비되는 제1가스순환기(213)와 제1수중에어레이터(215) 및 제1폼브레이커(217)를 구비토록 구성한다.
상기 제1가스순환기(213)는 상기 제1본체(211)의 내측 상부에 생성된 고온의 내부가스를 공급하되 내부가스와 함께 외부공기를 제한적으로 순환공급가능하게 구성한다. 즉 상기 제1가스순환기(213)를 통해 열에너지를 포함한 고온의 내부가스를 순환시키는 과정에서 외부의 신선한 공기를 혼합한 후 순환시켜 상기 제1본체(211) 내에 공기공급가능하게 구비된다.
상기 제1가스순환기(213)에는 외부공기를 상기 제1본체(211) 내에 공급가능하되 공기공급량을 조절할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 제1가스순환기(213)에 공기공급에 따른 개도를 설정하여 조절할 수 있는 개폐밸브의 구조를 적용하여 구성하는 것이 가능하다.
상기 제1수중에어레이터(215)는 상기 제1본체(211) 내의 수중에서 가스 교반 및 기계적 교반하는 기능을 수행한다.
상기 제1수중에어레이터(215)는 상기 제1본체(211) 내 수중에 잠기도록 위치하고 상기 제1가스순환기(213)에 연결되어 통합슬러지를 포함한 수중에 가스가 주입될 수 있도록 구성한다.
상기 제1수중에어레이터(215)로 주입되는 가스의 경우 수중을 향해 주입하되 내부가스와 함께 통합슬러지를 혼합분사하는 동시에 미세기포를 생성시키도록 이루어진다.
상기 제1수중에어레이터(215)에는 가스와 통합슬러지가 혼합분사되는 과정에서 내부 압력을 상승시켜 강한 압력으로 토출될 수 있게 제트분사형의 분사노즐로 구성하는 것이 바람직하다.
상기에서 제1수중에어레이터(215)는 분사노즐이 횡 방향으로 일정한 간격을 두고 배치된 구조를 갖는 파이프형으로 구성하는 것도 가능하고, 분사노즐이 방사상으로 일정한 간격을 두고 배치된 구조를 갖는 방사형으로 상기 제1수중에어레이터(215)를 구성하는 것도 가능하다.
상기 제1폼브레이커(217)는 상기 제1수중에어레이터(215)의 가스 교반 및 기계적 교반으로 인해 발생하되 수면상에 부양하는 거품을 제거하는 기능을 수행한다.
상기 제1폼브레이커(217)는 항시 수면상에 부양된 상태를 유지하며 거품과 함께 물에 회전접촉하여 비산시킬 수 있게 구성하는 것이 바람직하다.
상기 혐기소화조(220)는 상기 자기발열고온산발효조(210)와 더불어 2상 혐기소화를 구현가능하게 구성한다.
상기 혐기소화조(220)는 상기 자기발열고온산발효조(210)를 거친 통합슬러지를 내부에 수용하고 밀폐형 구조를 갖는 제2본체(221)를 구비하고, 상기 제2본체(221) 상에 제2가스순환기(223)와 제2수중에어레이터(225) 및 제2폼브레이커(227)를 구비토록 설비하되 상기 제2가스순환기(223)와 제2수중에어레이터(225) 및 제2폼브레이커(227)에 의한 내부순환기술을 적용하여 기계적 교반은 물론 가스 교반하도록 이루어진다.
상기 혐기소화조(220)는 상기 자기발열고온산발효조(210)를 거친 통합슬러지가 유입되고 통합슬러지의 유기물을 혐기소화하도록 구성한다. 즉 상기 혐기소화조(220)는 상기 자기발열고온산발효조(210)에서 산발효 과정을 거친 통합슬러지의 유기물을 혐기소화하되 고온의 소화가스와 거품이 내부순환하여 가스교반 및 기계적 교반을 동시에 수행하며 유기물을 안정적으로 메탄 발효하므로 메탄 수율이 높은 바이오가스를 생산한다.
상기 혐기소화조(220)에서 상기 제2가스순환기(223)는 상기 제2본체(221)의 상부에 생성된 고온의 내부가스만을 내부순환시키도록 구성한다.
상기 제2가스순환기(223)는 상기와 같은 구성 이외에는 상기한 제1가스순환기(213)의 구조와 동일하게 구성하는 것이 가능하므로, 상세한 설명은 생략한다.
상기 제2수중에어레이터(225)는 상기 제2본체(221) 내 수중에 잠기도록 위치하고 상기 제2가스순환기(223)에 연결되어 통합슬러지를 포함한 수중에 가스가 주입될 수 있도록 가스 및 통합슬러지를 혼합분사하는 동시에 미세기포를 생성시킨다.
상기 제2폼브레이커(227)는 상기 제2본체(221) 상에 설치되고 상기 제2수중에어레이터(225)의 가스 교반 및 기계적 교반으로 인해 발생하되 수면상에 부양하는 거품을 제거하도록 구성한다. 나아가 상기 제2폼브레이커는 라이징된 슬러리층이 경화되지 않도록 지속적으로 교반하는 기능을 수행한다.
상기한 제2수중에어레이터(225) 및 상기 제2폼브레이커(227)에 있어서도 상기한 구성 이외에는 각각 상기 제1수중에어레이터(215) 및 상기 제1폼브레이커(217)와 마찬가지의 구조로 구성하는 것이 가능하므로, 상세한 설명은 생략한다.
상기와 같이 자기발열고온산발효조(210) 및 혐기소화조(220)에 의해 2상 혐기소화를 구현토록 구성하게 되면, 기존 재래식 혐기소화처리에 의한 교반능력 저하 및 다량의 거품발생 등의 문제점을 극복하여 고효율의 혐기소화를 도모하는 것이 가능하다.
상기 자기발열호기성소화조(230)는 내부에 통합슬러지를 수용하고 밀폐형 구조를 갖는 제3본체(231)와, 상기 제3본체(231)의 상부에 생성된 고온의 내부가스와 함께 외부공기를 제한적으로 순환공급하는 제3가스순환기(233)와, 상기 제3본체(231) 내 수중에 잠기도록 위치하고 상기 제3가스순환기(233)에 연결되어 통합슬러지를 포함한 수중에 가스가 주입될 수 있도록 가스 및 통합슬러지를 혼합분사하는 동시에 미세기포를 생성시키는 제3수중에어레이터(235)와, 상기 제3수중에어레이터(235)의 가스 교반 및 기계적 교반으로 인해 발생하되 수면상에 부양하는 거품을 제거하는 제3폼브레이커(237)로 이루어진다.
상기한 자기발열호기성소화조(230)의 구성인 상기 제3가스순환기(233), 상기 제3수중에어레이터(235), 상기 제3폼브레이커(237)에 있어서도 상기한 구성 이외에는 각각 상기 제1가스순환기(213), 제1수중에어레이터(215), 제1폼브레이커(217)와 마찬가지의 구조로 구성하는 것이 가능하므로, 상세한 설명은 생략한다.
상기 자기발열호기성소화조(230)는 상기 혐기소화조(220)의 후단에 설치되고, 외부 에너지 유입없이 상기 제3가스순환기(233), 상기 제3수중에어레이터(235), 상기 제3폼브레이커(237)의 구동에 따른 유기물 산화에 의해 발생하는 산화열로 고온환경 즉 45~65℃의 환경을 유지한다.
상기 자기발열호기성소화조(230)는 고온환경에서 고온 미생물의 빠른 대사활동을 통해 유기물을 빠르게 감량한다. 즉 상기 자기발열호기성소화조(230)는 상기 혐기소화조(220)를 거쳐 미생물의 산화열을 통한 자체발열 고온 환경을 조성함에 따라 혐기소화된 통합슬러지의 잔류유기물, 질소, 인 등을 빠르게 제거함과 동시에 유기물의 함량을 감량하도록 이루어진다.
상기와 같이 자기발열호기성소화조(230)를 구성하게 되면, 높은 유기물 감량화 및 처리수의 안정성을 확보하는 것이 가능하다.
상기 자기발열식 소화부(200)에서는 상기 자기발열고온산발효조(210) 및 상기 자기발열호기성소화조(230)로부터 고온환경의 운전조건하에 증기로 배출되는 수증기와 함께 악취를 흡입가능하도록 구성한다. 즉 상기 자기발열식 소화부(200) 중 상기 자기발열고온산발효조(210) 및 상기 자기발열호기성소화조(230)에서는 고온환경의 운전조건하에 처리수가 증발함에 따라 증기로 배출되는 수증기와 함께 악취를 흡입하도록 이루어진다.
상기에서 자기발열고온산발효조(210)의 경우 처리수의 유량이 전처리를 거쳐 유입되는 유량을 기준으로 15~20%가 감량된 80~85%에 이르며, 상기 자기발열호기성소화조(230)의 경우 처리수의 유량이 전처리를 거쳐 상기 자기발열식 소화부(200)를 향해 유입되는 유량을 기준으로 65~80%가 감량된 20~35%에 이른다.
상기와 같이 수분 증발한 후 수증기를 흡입할 수 있게 구성하면, 처리수가 증발하여 생성된 수증기를 배출하므로 고농도 오염부하를 나타내는 처리수를 저농도 응축수로 변환가능하여 방류 처리가 간단하다.
상기 응축수처리수단(300)은 상기 자기발열고온산발효조(210) 및 상기 자기발열호기성소화조(230)로부터 생성된 수증기를 응축시킨 저농도 응축수는 활성 슬러지로 처리하여 배출허용기준에 적합한 처리수로 방류가능하게 처리하는 기능을 수행한다.
상기 응축수처리수단(300)은 상기 자기발열고온산발효조(210) 및 상기 자기발열호기성소화조(230)에서 흡입된 수증기와 악취가 상기 응축수처리수단(300)을 향해 이송될 수 있게 상호 연결된 구조를 이룬다.
상기 응축수처리수단(300)은 수증기를 응축시키는 제1응축기(310)와, 상기 제1응축기(310)에서 응축된 저농도 응축수를 활성 슬러지로 처리하여 방류수질에 적합한 수질의 처리수를 생성시키는 활성오니조(320)로 구성한다.
상기 자기발열고온산발효조(210) 및 상기 자기발열호기성소화조(230)에서 고온환경의 운전조건하에 수분증발하여 증기로 배출되는 수증기를 흡입한 후 상기 제1응축기(310)를 통해 응축하여 생성된 저농도 응축수를 활성슬러지 처리하여 방류수질에 적합한 수질로 방류하게 된다.
상기와 같이 응축수처리수단(300)을 사용하여 응축수를 방류하게 되면, 고농도 소화액의 발생을 최소화하는 것이 가능하다.
상기에서 응축수처리수단(300)을 거쳐 정화된 처리수는 방류하되 필요시에는 본 발명에 적용가능한 개발공정의 공업용수로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 에너지생산부(400)는 상기 혐기소화조(220)의 소화처리과정에서 생성된 바이오가스를 회수하여 에너지화하기 위한 설비로서, 건조에너지인 스팀 및 전기에너지인 전력을 각각 생산할 수 있게 이루어진다.
상기 에너지생산부(400)는 바이오가스에 대해 수증기를 응축시키는 제2응축기(410)와, 스팀을 생산하는 스팀보일러(420)와, 전력을 생산하는 전력발전기(430)로 구성한다.
상기 에너지생산부(400)는 상기 혐기소화조(220)에서 생성된 바이오가스를 회수하여 이송될 수 있도록 연결된다.
상기 제2응축기(410)는 상기 혐기소화조(220)에서 이송된 에너지원인 바이오가스를 연료화하기 위해 수증기를 응축 제거하고, 상기 스팀보일러(420) 또는 전력발전기(430)에 공급한다.
상기 스팀보일러(420)는 상기 혐기소화조(220) 내에서 생성된 후 상기 제2응축기(410)를 거쳐 공급된 바이오가스를 회수하여 건조에너지로 처리할 수 있는 스팀을 생산하도록 구성한다.
상기 스팀보일러(420)는 상기 혐기소화조(220)로부터 공급된 바이오가스를 에너지화하여 상기 후처리부(500)에 에너지공급을 도모토록 구성한다. 즉 상기 스팀보일러(420)는 상기 제2응축기(410)를 거친 바이오가스를 연료로 사용하여 구동하고, 스팀을 생산하여 상기 후처리부(500) 중 하기 건조기(530)에 에너지로 제공하도록 이루어진다.
상기 전력발전기(430)는 상기 제2응축기(410)를 거친 바이오가스 중 상기 스팀보일러(420)에서 건조에너지원으로 이용 후 남은 잔량의 바이오가스를 회수하여 전기에너지로 처리할 수 있는 전력을 생산한다.
상기 전력발전기(430)에서는 바이오가스를 에너지원으로 이용하여 매전이 가능한 전력을 생산한다.
상기 혐기소화조(220)와 상기 에너지생산부(400)의 제2응축기(410) 사이에는 가스홀더(H)를 구비토록 구성한다. 즉 상기 가스홀더(H)는 상기 혐기소화조(220)에서 이송되는 일정용량의 바이오가스를 저장가능하게 형성된다.
상기에서 제2응축기(410)와 상기 후처리부(500)의 사이에는 바이오가스를 여과하여 정제시킬 수 있도록 구성된 탈황시설인 흡착탑(T)을 구비한다.
상기 후처리부(500)는 상기 자기발열식 소화부(200)를 거쳐 처리된 통합슬러지를 탈수 및 건조하여 감량화한 후 반출시키도록 설비된다.
상기 후처리부(500)에는 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 자기발열식 소화부(200)를 거쳐 처리된 통합슬러지에 약품으로 응집반응시키는 응집반응조(510)와, 응집반응된 통합슬러지를 탈수처리하는 탈수기(520)와, 상기 탈수기(520)에서 탈수처리된 통합슬러지를 건조하여 감량화한 후 반출시키는 건조기(530)로 구성된다.
상기 후처리부(500)의 탈수기(520)를 통해 탈수처리함에 따라 발생한 탈리여액은 생물반응조인 상기 활성오니조(320)로 이송하여 응축수와 탈리여액을 같이 처리하게 된다.
상기에서 건조기(530)를 통해 반출되는 통합슬러지는 퇴비로 활용가능한 상태로도 반출가능하다.
다음으로 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 유기성 폐기물 감량처리 및 에너지생산 시스템의 처리공정에 따른 과정을 도 5를 참조하여 설명한다.
먼저 유기성 폐기물을 포함한 통합슬러지를 용해조(110)에 유입한 후 교반하여 적정함수율로 조정하고, 이후 통합슬러지가 스크린(120)을 거치면서 통합슬러지 상에 혼합되어 있는 조대 협잡물을 제거한 후 반출시키므로 전처리한다.
이러한 전처리과정을 거친 통합슬러지는 자기발열고온산발효조(210)에 이송투입하고 통합슬러지를 45~60℃의 고온환경에서 비용존성 유기성분을 빠르게 가수분해하여 용존성으로 변환시키며 유기물에 대해 메탄전환이 수월한 저분자의 메탄기질을 생성시키도록 산발효한다.
이어 산발효과정을 거친 유기물은 혐기소화조(220)에 이송투입하고 유기물을 안정적으로 메탄 발효하여 메탄 수율이 높은 바이오가스를 생산토록 혐기소화한다.
이후 혐기소화된 통합슬러지는 자기발열호기성소화조(230)에 이송투입하고 통합슬러지의 잔류유기물을 45~65℃의 고온환경에서 빠르게 제거하여 유기물의 함량을 감량처리토록 호기소화한다.
이때 상기 자기발열고온산발효조(210)로부터 통합슬러지를 산발효하는 소화과정과 함께 상기 자기발열호기성소화조로부터 통합슬러지를 호기소화하는 소화과정에서는 고온환경의 운전조건하에 발생하여 증기로 배출되는 수증기 및 악취를 흡입배출함에 따라 악취를 제거하는 동시에 오수를 증발시켜 수증기를 회수하고, 수증기의 경우 회수한 후 응축처리하여 저농도의 수질을 나타내며 응축수는 활성 슬러지로 처리하여 배출허용기준에 적합한 처리수로 방류가능하게 처리한다.
반면 상기 혐기소화조(220)에서의 소화과정에서는 혐기소화가 진행됨에 따라 생성된 바이오가스를 회수하여 가스홀더(H)에 이송저장하고, 이후 제2응축기(410)를 거쳐 바이오가스를 응축시킨 후 흡착탑(T)에서 정제한 다음 에너지생산부(400)에 에너지원으로 공급하여 스팀 및 전력을 생산한다.
또한 상기 자기발열호기성소화조(230)를 거친 통합슬러지는 후처리작업을 진행하되 통합슬러지는 응집반응조(510)를 거쳐 약품으로 응집반응시킨 후 탈수기(520)에 이송투입하여 탈수처리하고, 상기 탈수기(520)에서의 탈수케익은 건조기(530)를 통해 건조한 후 퇴비로 활용가능한 상태로 저장하거나 반출시킨다.
즉 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 유기성 폐기물 감량처리 및 에너지생산 시스템에 의하면 자기발열방식의 고온환경을 조성가능한 자기발열식 소화부를 구성하여 설비유지비용을 절감하면서 통합슬러지의 체류시간을 대폭 단축하고 유기성 폐기물 80%이상 감량화를 달성가능하다. 나아가 처리공정에서 발생하는 악취를 흡입배출하여 탈취효과를 도모함과 동시에 설비주변환경을 개선하고, 고온환경에서 처리수의 증발현상에 따라 생성되는 수증기를 지속적으로 회수하여 고농도 오염부하를 나타내는 소화액 발생의 Zero화가 가능함과 동시에 처리유량을 대폭 감량처리하는 것이 가능하다.
뿐만 아니라 본 발명은 메탄전환이 수월한 저분자의 메탄 기질을 제공하여 바이오가스를 증산하고, 산발효 및 메탄발효가 분리된 2상 혐기소화를 구현하여 메탄 60%이상 수율의 바이오가스를 생산가능하다. 나아가 바이오가스는 건조기에 스팀을 공급하기 위한 보일러의 연료로 자원화하여 에너지생산을 도모하면서 설비운용비용을 절감하는 것이 가능하다.
상기에서는 본 발명에 따른 유기성 폐기물 감량처리 및 에너지생산 시스템 및 그 방법의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허등록청구범위와 명세서 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
100 : 전처리부 105 : 저장호퍼 110 : 용해조
120 : 스크린 130 : 유량조정조 200 : 자기발열식 소화부
210 : 자기발열고온산발효조 211 : 제1본체
213 : 제1가스순환기 215 : 제1수중에어레이터
217 : 제1폼브레이커 220 : 혐기소화조
221 : 제2본체 223 : 제2가스순환기
225 : 제2수중에어레이터 227 : 제2폼브레이커
230 : 자기발열호기성소화조 231 : 제3본체
233 : 제3가스순환기 235 : 제3수중에어레이터
237 : 제3폼브레이커 300 : 응축수처리수단
310 : 제1응축기 320 : 활성오니조 400 : 에너지생산부
410 : 제2응축기 420 : 스팀보일러 430 : 전력발전기
500 : 후처리부 510 : 응집반응조 520 : 탈수기
530 : 건조기 H : 가스홀더 T : 흡착탑

Claims (7)

  1. 내부에 유기성 폐기물을 포함한 함수율 85% 내외의 통합슬러지가 유입되어 적정함수율로 조정하는 용해조와, 상기 용해조를 거친 통합슬러지에서 조대 협잡물을 제거하는 스크린으로 구성되는 전처리부와;
    상기 전처리부로부터 통합슬러지가 유입되고 통합슬러지 중 유기물의 비용존성 유기성분을 용존성 유기성분으로 변환시키되 고온환경과 미생물이 무기호흡 환경을 조성하여 유기물을 빠른 가수분해 및 산발효하고 저분자의 메탄기질을 생성시키는 자기발열고온산발효조와, 상기 자기발열고온산발효조를 거쳐 유입된 통합슬러지의 유기물을 혐기소화하되 고온의 소화가스와 거품이 내부순환하여 가스교반 및 기계적 교반을 동시에 수행하며 유기물을 안정적으로 메탄 발효하여 메탄수율이 높은 바이오가스를 생산하는 혐기소화조와, 상기 혐기소화조의 후단에 설치되고 미생물의 산화열을 통한 자체발열 고온환경을 조성하여 혐기소화된 통합슬러지의 잔류유기물을 빠르게 제거함과 동시에 처리유량을 감소시키는 자기발열호기성소화조를 포함하여 구성되는 자기발열식 소화부와;
    상기 자기발열고온산발효조 및 상기 자기발열호기성소화조로부터 발생된 수증기를 응축시킨 저농도 응축수는 활성 슬러지로 처리하여 배출허용기준에 적합한 처리수로 방류가능하게 처리하는 응축수처리수단과;
    상기 혐기소화조 내에서 생성된 바이오가스를 회수하여 건조에너지인 스팀 및 전기에너지인 전력을 각각 생산하는 에너지생산부와;
    상기 자기발열식 소화부를 거쳐 처리된 통합슬러지에 약품으로 응집반응시키는 응집반응조와, 응집반응된 통합슬러지를 탈수처리하는 탈수기와, 상기 탈수기에서 탈수처리된 통합슬러지를 건조하여 감량화한 후 반출시키는 건조기로 구성되는 후처리부;를 포함하여 이루어지는 유기성 폐기물 감량처리 및 에너지생산 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 자기발열고온산발효조는, 내부에 통합슬러지를 수용하고 밀폐형 구조를 갖는 제1본체와, 상기 제1본체의 상부에 생성된 고온의 내부가스와 함께 외부공기를 제한적으로 순환공급하는 제1가스순환기와, 상기 제1본체 내 수중에 잠기도록 위치하고 상기 제1가스순환기에 연결되어 통합슬러지를 포함한 수중에 가스가 주입될 수 있도록 가스 및 통합슬러지를 혼합분사하는 동시에 미세기포를 생성시키는 제1수중에어레이터와, 상기 제1수중에어레이터의 가스 교반 및 기계적 교반으로 인해 발생하되 수면상에 부양하는 거품을 제거하는 제1폼브레이커를 포함하여 이루어지는 유기성 폐기물 감량처리 및 에너지생산 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 혐기소화조는, 내부에 통합슬러지를 수용하고 밀폐형 구조를 갖는 제2본체와, 상기 제2본체의 상부에 생성된 고온의 내부가스만을 내부순환시키는 제2가스순환기와, 상기 제2본체 내 수중에 잠기도록 위치하고 상기 제2가스순환기에 연결되어 통합슬러지를 포함한 수중에 가스가 주입될 수 있도록 가스 및 통합슬러지를 혼합분사하는 동시에 미세기포를 생성시키는 제2수중에어레이터와, 상기 제2수중에어레이터의 가스 교반 및 기계적 교반으로 인해 발생하되 수면상에 부양하는 거품을 제거하는 제2폼브레이커를 포함하여 이루어지는 유기성 폐기물 감량처리 및 에너지생산 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 자기발열호기성소화조는, 내부에 통합슬러지를 수용하고 밀폐형 구조를 갖는 제3본체와, 상기 제3본체의 상부에 생성된 고온의 내부가스와 함께 외부공기를 제한적으로 순환공급하는 제3가스순환기와, 상기 제3본체 내 수중에 잠기도록 위치하고 상기 제3가스순환기에 연결되어 통합슬러지를 포함한 수중에 가스가 주입될 수 있도록 가스 및 통합슬러지를 혼합분사하는 동시에 미세기포를 생성시키는 제3수중에어레이터와, 상기 제3수중에어레이터의 가스 교반 및 기계적 교반으로 인해 발생하되 수면상에 부양하는 거품을 제거하는 제3폼브레이커를 포함하여 이루어지는 유기성 폐기물 감량처리 및 에너지생산 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 응축수처리수단은, 상기 자기발열고온산발효조와 상기 자기발열호기성소화조에서 생성된 수증기를 응축시키는 제1응축기와, 상기 제1응축기에서 응축된 저농도 응축수를 활성 슬러지로 처리하여 방류수질에 적합한 수질의 처리수를 생성시키는 활성오니조를 포함하여 이루어지는 유기성 폐기물 감량처리 및 에너지생산 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 자기발열식 소화부에는 상기 자기발열고온산발효조 및 상기 자기발열호기성소화조에서 고온환경의 운전조건하에 수분증발하여 증기로 배출되는 수증기를 흡입한 후 상기 제1응축기를 통해 응축하여 생성된 저농도 응축수를 활성슬러지 처리하여 방류수질에 적합한 수질로 방류처리하도록 이루어지는 유기성 폐기물 감량처리 및 에너지생산 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 에너지생산부는, 에너지원인 바이오가스를 연료화하기 위해 수증기를 응축 제거하는 제2응축기와, 상기 제2응축기를 거친 바이오가스를 연료로 사용하여 스팀을 생산한 후 상기 후처리부의 건조기에 공급하는 스팀보일러와, 상기 제2응축기를 거친 바이오가스 중 상기 스팀보일러에서 건조에너지원으로 이용 후 남은 잔량의 바이오가스를 회수하여 전기에너지로 처리할 수 있는 전력을 생산하는 전력발전기를 포함하여 이루어지는 유기성 폐기물 감량처리 및 에너지생산 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107382005A (zh) * 2017-09-22 2017-11-24 北京高能时代环境技术股份有限公司 一种污泥的处理系统和方法
CN109554286A (zh) * 2019-01-17 2019-04-02 江苏亿金环保科技有限公司 一种有机物厌氧干式发酵装置

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