KR20160057243A

KR20160057243A - 건식 혐기 소화조

Info

Publication number: KR20160057243A
Application number: KR1020140158268A
Authority: KR
Inventors: 이동열; 이용진; 박태신; 김동익
Original assignee: 지에스건설 주식회사
Priority date: 2014-11-13
Filing date: 2014-11-13
Publication date: 2016-05-23
Also published as: KR101690721B1

Abstract

본 발명은 건식 혐기 소화조에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 음식물류 폐기물이 산발효된 소화액으로부터 메탄 가스를 생성시키는 건식 혐기 소화조에 있어서, 상기 소화액이 수용되는 본체; 상기 본체에 상기 소화액을 공급시키거나 순환시키는 공급부; 및 상기 본체로부터 상기 소화액을 배출시키거나 순환시키는 배출부를 포함하고, 상기 배출부는 상기 본체 내부에 상하 방향으로 배치되는 복수개의 배출 순환관을 포함하고, 상기 복수 개의 배출 순환관은 상기 본체 상에서 상이한 흡입 높이를 가질 수 있는 건식 혐기 소화조가 제공될 수 있다.

Description

건식 혐기 소화조{DRY ANAEROBIC DIGESTION TANK}

본 발명은 건식 혐기 소화조에 관한 것이다.

1972년에 체결된 런던협약은 폐기물 기타 물질의 투기에 의한 해양오염 방지 협약으로, 대한민국 정부는 이 런던협약에 의해 하수슬러지, 가축분뇨등의 해양투기 금지를 2012년부터 시행하였고, 2013년부터 음식물 쓰레기 탈리액 (음폐수)의 해양투기 금지를 시행하였다. 그에 따라 음폐수의 처리를 위한 대안기술의 확보가 시급한 상황이다.

한편, 음식물 폐기물 처리과정에서 발생되는 부산물이 고농도 폐수이기 때문에 폐수처리 설치와 운영에 대한 부담이 크다. 이에 정부는 "폐자원 및 바이오매스 에너지화 대책"의 수립 및 수행 계획을 발표하고, 신재생에너지 보급확대를 위한 확충사업을 추진하고 있는 실정이다.

이와 관련하여, 혐기 소화 기술은 고농도 음식물 폐기물 처리에 적합한 기술로서, 바이오가스를 전기 및 열로 전환하여 민간에서 사용할 수 있는 바, 이미 선진국에서는 주목 받고 있었다.

혐기 소화 기술은 음식물 폐기물로부터 바이오 가스를 생산할 수 있는 기술로, 바이오가스를 전기 및 열로 전환하여 민간에서 사용할 수 있는 바, 이미 선진국에서는 주목 받고 있었다.

건식 혐기 소화 공정은, 혐기 소화의 한 종류로, 총 고형물 농도(TS, total solids)가 15~40%인 유기성 폐기물을 대상으로 하는 공정이다.

건식 혐기 소화 공정에 사용되는 건식 혐기 소화조에는 고형물을 많이 포함하는 유기성 폐기물의 특성상 유동성이 적어 교반 장치가 제공되기 어렵다. 그리고 이에 따라 소화조 내의 유기성 폐기물의 순환이 이루어지지 않아 메탄 발효가 원활하게 이루어지지 않는 문제점이 있다.

또한, 종래의 건식 혐기 소화조는 소화액의 교반을 위해 탈수된 슬러지를 투입하여 펌핑 순환하는 방식을 이용하였다. 이는 음식물 폐기물의 생분해율이 높아 음식물이 분해 후 소화조 상부로 상승되는 슬러지와 하부로 침강하는 성분으로 분리되기 때문이다. 기존의 수직형 건식소화조의 주요한 교반 특징은 소화조 내부의 상부까지 순환관을 설치하고, 소화조 내부에서 소화슬러지의 균일 혼합을 유도하기 위하여 소화슬러지를 응집-탈수하여 소화조 내부에 투입하는 방식으로 고형물의 농도를 15~ 20% 이내로 유지하여 펌프로 순환이 가능하도록 만들었다. 하지만 이와 같은 방법은 소화슬러지의 응집탈수를 위해 다량의 고분자를 투입하기 때문에 혐기성 미생물의 활성을 저하시킬 뿐 아니라 약품처리비용이 상당부분 차지하기 때문에 운영비 상승에 심각한 문제점으로 지적되고 있다.

특허문헌: 대한민국 등록특허공보 10-0787074 (2007.12.12. 등록)

본 발명의 실시예들은 소화액의 순환이 향상될 수 있는 건식 혐기 소화조를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 음식물류 폐기물이 산발효된 소화액으로부터 메탄 가스를 생성시키는 건식 혐기 소화조에 있어서, 상기 소화액이 수용되는 본체; 상기 본체에 상기 소화액을 공급시키거나 순환시키는 공급부; 및 상기 본체로부터 상기 소화액을 배출시키거나 순환시키는 배출부를 포함하고, 상기 배출부는 상기 본체 내부에 상하 방향으로 배치되는 복수개의 배출 순환관을 포함하고, 상기 복수 개의 배출 순환관은 상기 본체 상에서 상이한 흡입 높이를 가질 수 있는 건식 혐기 소화조가 제공될 수 있다.

또한, 배출부는, 상기 배출 순환관에 연결되고, 상기 배출 순환관으로 유입된 상기 소화액을 상기 본체 외부로 배출하는 메인 배출관; 및 상기 메인 배출관에 연결되고 상기 소화액을 흡입하는 배출 펌프를 더 포함하는 건식 혐기 소화조가 제공될 수 있다.

또한, 상기 공급부는, 상기 본체 내부에 상하 방향으로 배치되는 공급 순환관; 상기 공급 순환관에 연결되는 메인 공급관; 및 상기 메인 공급관에 연결되고 상기 소화액을 가압하는 공급 펌프를 포함하는 건식 혐기 소화조가 제공될 수 있다.

또한, 상기 복수 개의 배출 순환관은 서로 상이한 관경을 가질 수 있는 건식 혐기 소화조가 제공될 수 있다.

또한, 상기 공급부는 상기 배출 순환관의 흡입 위치보다 높은 곳에서 상기 소화액을 토출하는 건식 혐기 소화조가 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 음식물류 폐기물이 산발효된 소화액으로부터 메탄 가스를 생성시키는 건식 혐기 소화조에 있어서, 상기 소화액이 수용되는 본체; 및 상기 본체에 상기 소화액을 선택적으로 공급시키거나 배출시키는 공급 배출부를 포함하고, 상기 공급 배출부는 복수 개의 흡입 토출관을 포함하고, 상기 복수 개의 흡입 토출관의 흡입 토출구는 상기 본체 상에 다양한 지점에 배치되는 건식 혐기 소화조가 제공될 수 있다.

또한, 복수 개의 상기 흡입 토출관은 상기 본체의 중심부로부터 방사상으로 배치된 구조를 갖는 건식 혐기 소화조가 제공될 수 있다.

또한, 복수 개의 상기 흡입 토출관은 상기 본체에서 여러 높이에 배치되는 건식 혐기 소화조가 제공될 수 있다.

또한, 상기 공급 배출부는, 상기 흡입 토출관이 상하 방향으로 배치되어 상기 소화액이 상기 흡입 토출관에 의해 상하 방향으로 흡입 또는 토출되는 건식 혐기 소화조가 제공될 수 있다.

또한, 상기 공급 배출부는, 상기 흡입 토출관이 상기 본체의 상하 방향에 대해 수직하게 배치되어 상기 소화액이 좌우 방향으로 흡입 또는 토출되는 건식 혐기 소화조가 제공될 수 있다.

또한, 복수개의 상기 흡입 토출관은 상기 흡입 토출구가 상기 본체의 내측 둘레면과 근접하게 제공되는 건식 혐기 소화조가 제공될 수 있다.

또한, 복수개의 상기 흡입 토출관은 여러 높이에 제공되고, 상측에서 하측으로 이동할수록 상기 흡입 토출구가 상기 본체의 중심부로 연장되게 배치되는 건식 혐기 소화조가 제공될 수 있다.

또한, 상기 공급 배출부는, 복수 개의 상기 흡입 토출관의 상기 소화액의 흡입 및 토출 운전은 독립적으로 제어되는 건식 혐기 소화조가 제공될 수 있다.

또한, 상기 공급 배출부는, 상기 흡입 토출관 중 적어도 하나 이상의 흡입 토출관이 상기 소화액을 흡입 한 후, 나머지 상기 흡입 토출관이 상기 소화액을 토출하는 건식 혐기 소화조가 제공될 수 있다.

또한, 상기 흡입 토출관에 의해 흡입되는 상기 소화액의 질량은 나머지 상기 흡입 토출관에서 토출되는 소화액의 질량과 동일 또는 2 내지 4배 또는 5 내지 10배인 건식 혐기 소화조가 제공될 수 있다.

또한, 상기 흡입 토출관의 상기 소화액의 흡입 또는 토출 속도는 1ton/min인 건식 혐기 소화조가 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 소화액의 순환이 향상될 수 있는 건식 혐기 소화조를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 건식 혐기 소화조가 건식 혐기 소화 시스템에 적용된 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 건식 혐기 소화조의 제1 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 건식 혐기 소화조의 단면도이다.
도 4는 도 1의 건식 혐기 소화조의 제2 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 3의 건식 혐기 소화조에서 소화액의 순환이 이루어지는 모습을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1의 건식 혐기 소화조의 제3 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 7은 도 6의 건식 혐기 소화조의 공급 배출부의 평면도를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 1의 건식 혐기 소화조의 제4 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 9는 도 1의 건식 혐기 소화조의 제5 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 10 내지 도 12는 제3 내지 제5 실시예에 따른 공급 배출부의 운전 방법을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 건식 혐기 소화조가 건식 혐기 소화 시스템에 적용된 모습을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 건식 혐기 소화조의 제1 실시예에 따른 사시도이고, 도 3은 도 2의 건식 혐기 소화조의 단면도이고, 도 4는 도 1의 건식 혐기 소화조의 제2 실시예의 단면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 건식 혐기 소화조(10)는 건식 혐기 소화 시스템에 포함되는 것으로, 음식물류 폐기물의 메탄 발효가 이루어질 수 있다.

본 실시예에서, 건식 혐기성 소화공정은 총 고형물 농도(TS, total solids)가 15∼40%인 유기성 폐기물을 대상으로 하는 공정으로 이해될 수 있으며, 음식물류 폐기물은 일반적인 음식물 쓰레기뿐만 아니라, 하수 슬러지, 축산 분뇨와 같은 유기성 폐기물을 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

먼저, 건식 혐기 소화 시스템을 개략적으로 살펴보면, 건식 혐기 소화 시스템은 혐기성 세균을 이용하여 음식물류 폐기물을 발효시킴에 따라 메탄 가스(바이오 가스)를 생산하는 시스템으로, 파쇄 선별기(10), 열가용화조(21), 산발효조(30) 및 건식 혐기 소화조(1), 안정화조(60), 암모니아 제거 장치(90), 를 포함할 수 있다.수거된 음식물류 폐기물은 투입 호퍼(11)를 통해 파쇄 선별기(10)로 투입될 수 있다. 파쇄 선별기(10)는 음식물류 폐기물에 포함된 협잡물 등을 걸러내고 음식물류 폐기물을 기 설정된 크기로 파쇄시킬 수 있다.

한편, 음식물류 폐기물로부터 추출된 액상의 침출수는 메탄세균 배양기(100)로 공급될 수 있으며, 메탄세균 배양기(100)에서 배양된 메탄세균은 건식 혐기 소화조(1)로 공급될 수 있으며, 메탄세균 배양 과정에서 발생되는 메탄 가스 등은 가스 저장조(50)로 이송될 수 있다.

그리고 파쇄 선별기(10)로부터 배출되는 음식물류 폐기물은 열가용화조(21)로 공급되어 열가용화될 수 있다. 열가용화조(21)는 음식물류 폐기물을 분쇄할 수 있는 미세 분쇄형 칼날을 포함할 수 있으며, 발전기 혹은 보일러(80)로부터 공급되는 폐열을 이용하여 음식물류 폐기물을 열처리할 수 있다. 음식물류 폐기물은 열가용화조(21)에서 분해가 용이한 상태로 열가용화 및 미세하게 분해될 수 있다. 열가용화조(21)는 폐열을 열원으로써 스팀 등을 사용 할 수 있으며, 분사 노즐 등을 이용하여 음식물류 폐기물에 스팀을 분사함으로써 음심물류 폐기물을 열처리 할 수 있고, 또한 간접 열원을 이용하여 음식물류 폐기물을 가열 할 수도 있다.

파쇄, 선별, 가용화와 같은 전처리 과정이 완료된 음식물류 폐기물은 산발효조(30)에서 가수분해 과정을 거쳐 유기산으로 전환될 수 있다. 구체적으로, 산발효조(30)는 통성 혐기성균이 작용하여 고농축의 음식물류 폐기물에 포함된 다당류, 단백질, 지질 등을 단당류, 아미노산, 글리세롤, 고급 지방산 등으로 가수분해시킬 수 있으며, 그 후 젖산 및 알코올류를 최소화한 아세트산(CH₃COOH) 또는 부틸산(C₃H₇COOH)과 같은 유기산을 선택적으로 생성시킬 수 있다.

이때 산발효조(30)에는 혐기성균의 생장을 돕는 혐기 소화 활성액이 투입될 수 있으며, 건식 혐기 소화조(1)로부터 회수된 소화 슬러지가 투입될 수 있다. 이 때, 혐기 소화 활성액은 일 예로 Fe, Ni, Co와 같은 미네랄 성분일 수 있다.

산발효가 완료된 소화액(20)은 건식 혐기 소화조(1)에서 분해되고 소화될 수 있다.

건식 혐기 소화조(1)는 산발효조(30)에서 생성된 유기산을 메탄 발효시키는 것으로, 편성 혐기성균인 메탄 발효균에 의해 유기산이 메탄 발효되어 메탄이 생성될 수 있다. 유기산이 메탄 발효되는 과정에서 분해되고 발생되는 소화가스에는 메탄, 이산화탄소, 황화수소 등을 포함할 수 있다.

건식 혐기 소화조(10)는 유기산을 포함하는 음식물류 폐기물(이하 '소화액(20)'이라 한다)과 메탄 발효균 간의 활발한 반응을 위해서 소화액(20)을 순환시킬 수 있다.

본 실시예에 따른 건식 혐기 소화조(1)는 소화액(20)이 수용되는 본체(100), 본체(100)로 소화액(20)을 공급하거나 순환시키는 공급부(200), 본체(100)로부터 소화액(20)을 배출시키거나 순환시키는 배출부(300)를 포함할 수 있다.

본체(100)는 소화액(20)을 수용할 수 있는 수용체일 수 있으며, 본체(100)의 상측에는 소화액(20)이 메탄 발효되어 발생되는 메탄, 이산화 탄소 등을 포함하는 가스를 가스 저장조(50)로 이송시키는 가스 이송관(600)이 제공될 수 있다.

그리고, 본체(100) 내부에는 소화액(20)의 상측에 부유하는 스컴(scum)을 제거할 수 있는 스컴 제거부(400)가 제공될 수 있으며, 스컴 제거부(400)는 분사관(410) 및 분사 노즐(420)을 포함할 수 있다. 분사관(410)은 별도의 스컴 제거 물질 공급 장치(미도시) 등으로부터 스컴 제거 물질을 공급받을 수 있으며, 분사 노즐(420)은 분사관(410)에 연결되어 스컴 분사 물질을 소화액(20) 상측에 분사할 수 있다. 스컴 분사 물질을 일 예로 탈리액 또는 물 등일 수 있다.

공급부(200)는 산발효조(30)와 연결되고 소화액(20)을 이송시키는 메인 공급관(220), 메인 공급관(220)과 연결되고 소화액(20)을 건식 혐기 소화조(1) 내부로 공급하는 공급 순환관(210)을 포함할 수 있다.

공급 순환관(210)은 본체(100) 내부에 상하 방향으로 배치될 수 있으며, 복수 개가 제공될 수 있다. 복수 개의 공급 순환관(210)은 서로 동일한 길이를 가질 수 있으나, 서로 여러 가지의 길이를 가질 수도 있다. 본 실시예에서는 공급 순환관(210)이 3개 제공된 것으로 도시되었으나, 공급 순환관(210)의 수량 또는 그 배열 등은 변경될 수 있다.

그리고 공급 순환관(210)은 본체(100) 내부에서 소화액(20)과 지속적으로 접촉되므로 소화액(20)으로 인한 부식에 강한 재질로 제작될 수 있다.

또한, 공급부(200)는 소화액(20)의 원활한 공급을 위해서 공급 펌프(230)를 포함할 수 있으며, 공급 펌프(230)는 소화액(20)이 공급 순환관(210)으로부터 강하게 분사되도록 소화액(20)을 가압할 수 있다.

배출부(300)는 본체(100)로부터 소화액(20)을 배출시키거나 본체(100) 내부에서 소화액(20)을 순환시키는 기능을 갖는 것으로, 메인 배출관(320) 및 배출 순환관(310)을 포함할 수 있다.

메인 배출관(320)은 배출 순환관(310)으로부터 전달된 소화액(20)을 본체(100) 외부로 배출시킬 수 있으며, 배출된 소화액(20)은 안정화조(60)로 이송될 수 있다.

배출 순환관(310)은 본체(100) 내부에 상하 방향으로 배치될 수 있으며, 복수 개가 제공될 수 있다. 복수 개의 배출 순환관(310)은 도시된 것과 같이 상이한 길이를 가질 수 있다. 이때, 복수 개의 배출 순환관(310) 상단부는 본체(100) 상에서의 높이가 상이할 수 있다. 즉, 복수 개의 배출 순환관(310)은 서로 다른 흡입 높이를 가질 수 있다.

도시된 도면을 기준으로 설명하면, 배출 순환관(310)은 상단부가 가장 높은 지점에 위치하는 제1 배출 순환관(311), 중간 지점에 위치하는 제2 배출 순환관(312), 가장 낮은 지점에 위치하는 제3 배출 순환관(313)을 포함할 수 있다. 그러나 실시예에 따라, 배출 순환관(310)의 수량, 배열, 높이는 변경될 수 있다.

또한, 배출 순환관(310)의 관경은 도 4와 같이 서로 상이할 수도 있다.

그리고 배출 순환관(310)은 본체(100) 내부에서 소화액(20)과 지속적으로 접촉되므로 소화액(20)으로 인한 부식에 강한 재질로 제작될 수 있다.

또한, 배출부(300) 역시 원활한 소화액(20)의 배출 및 순환을 위해서 배출 펌프(330)를 포함할 수 있다. 배출 펌프(330)는 소화액(20)이 배출 순환관(310)으로 강하게 흡입되어 배출되게 할 수 있다. 그리고 도시하지는 않았으나 배출 순환관(310)에는 배출 순환관(310)의 배출 여부를 제어하는 밸브가 제공될 수 있다.

그리고 전술된 건식 혐기 소화조(10)에 잔류된 소화 슬러지는 안정화조(60)로 이송되어 침전될 수 있으며, 그 중 소화 슬러지는 고온의 암모니아 제거 장치(90)를 거쳐 산발효조(30)로 투입될 수 있다. 그리고 기타 소화 슬러지는 탈수되어 슬러지 케익은 매립 및 퇴비화 될 수 있으며, 폐수는 별도의 폐수 처리 과정을 거칠 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 건식 혐기 소화조(1)의 작용 및 효과에 대해 설명한다.

고형물을 상당량 포함하고 있는 소화액(20)은 유동성이 적어 일반적인 블레이드와 같은 교반장치에 의한 균일한 혼합이 어려우며, 이에 따라 본체(100) 내에서 소화액(20)이 밀도에 따라 성층화(Stratification)될 수 있고, 소화조 내부에 사구간(dead space)이 형성될 수 다. 그리고 소화액(20)의 최상층에는 스컴과 같은 부유물이 존재할 수 있으며, 스컴층이 형성될 경우, 소화액(20)으로부터 메탄 가스의 방출되는 것이 억제될 수 있고, 건식 혐기 소화조(1) 내부 압력이 차서 폭발할 수 있는 사고가 발생될 수 있다.

또한, 소화액(20)의 순환이 원활하게 이루어지지 않을 경우, 건식 혐기 소화조(1)의 온도 불균형 현상이 발생되어 메탄 발효가 전체 소화액(20)에 걸쳐 고르게 이루어질 수 없으며 이에 따라 메탄 가스 생성이 저하될 수 있고, 운영 일별로 차이가 나타날 수 있다.

도 5는 도 3의 건식 혐기 소화조(1)에서 소화액의 순환이 이루어지는 모습을 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 건식 혐기 소화조(1)는 상술된 문제점을 해결하기 위해서 소화액(20)을 순환시킬 수 있다.

구체적으로, 공급부(200)는 산발효조(30)로부터 공급받은 소화액(20)을 공급 순환관(210)을 통해 상측으로 공급할 수 있으며, 공급 펌프(230)에 의해 가압된 소화액(20)은 상측으로 분사된 후 다시 하방향으로 낙하될 수 있다. 소화액(20)의 낙하시에 발생되는 운동 에너지에 의해서 공급 순환관(210) 주변의 소화액(20)이 유동함에 따라 소화액(20)이 순환될 수 있다.

그리고 배출부(300)는 본체(100) 내부의 소화액(20)을 본체(100) 외부로 배출시킬 수 있으며, 소화액(20)은 배출 순환관(310) 상단부로 유입되어 하방향으로 이동할 수 있다. 배출 펌프(330)에 의해 강하게 흡입된 소화액(20)은 하방향으로 이동하면서 주변 소화액(20)에 유동시킬 수 있다.

또한, 복수 개의 배출 순환관(310)에 밸브가 제공될 경우, 또는 배출 펌프(330)가 별도로 제공된 경우, 복수 개의 배출 순환관(310)이 소화액(20)을 흡입하는 과정은 개별적으로 이루어질 수 있다.

이 때 상이한 높이를 갖는 제1 배출 순환관(311), 제2 배출 순환관(312), 제3 배출 순환관(313)은 서로 다른 지점에서 소화액(20)을 흡입하므로 여러 지점에서 소화액(20)의 유동이 발생될 수 있으며, 이에 따라 전체 소화액(20)이 순환될 수 있다.

또한, 배출 순환관(310)으로 흡입되는 소화액(20)의 높이가 상이함에 따라 본체(100)의 상측에 위치하는 소화액(20)뿐만 아니라 하측에 침전되어 있는 소화액(20)의 순환도 이루어질 수 있다. 그리고 상대적으로 밀도가 낮은 상측 소화액(20)이 흡입력에 의해 하측으로 이동될 수 있으며, 이후 다시 낮은 밀도로 인해 상측으로 부유할 수 있다. 따라서 소화액(20)이 순환되는 경로가 큰 영역에서 이루어질 수 있다.

여기서, 순환이 용이하게 이뤄지도록 공급 순환관(210)의 토출 높이는 복수 개의 배출 순환관(310) 중 가장 높은 흡입 위치를 갖는 배출 순환관(310)보다 높게 위치될 수 있다.

또한, 배출부(300)는 소화액(20)을 안정화조(60)로 이송시키지 않을 경우에도 소화액(20)의 흡입 및 배출을 반복함으로써 소화액(20)의 순환을 유도할 수 있게 설계될 수 있다.

그리고 도 4에서와 같이 배출 순환관(310)이 서로 다른 관경을 가질 경우에는 배출 순환관(310)으로 흡입되는 소화액(20)의 유량 또는 속도 등이 상이할 수 있으므로, 주변 소화액(20)에 서로 상이한 유동을 일으킬 수 있다. 따라서 배출 순환관(310)의 배치 간격, 높이, 소화액(20)의 성층화되는 정도에 따라 배출 순환관(310)의 관경을 상이하게 설정할 수도 있다.

예를 들면, 흡입 위치가 높은 제1 배출 순환관(311)의 경우, 밀도가 낮은 소화액(20)을 흡입하므로 그 흡입 압력이 상대적으로 작아도 무방하므로 흡입 위치가 높은 배출 순환관(310)일 수록 더 넓은 관경을 갖도록 제공될 수 있다. 또한, 흡입 위치가 낮은 제3 배출 순환관(313)의 경우, 밀도가 높은 소화액(20)을 흡입하므로 그 흡입 압력이 상대적으로 높을 필요가 있다. 따라서 흡입 위치가 낮은 배출 순환관(310)일 수록 더 좁은 관경을 갖도록 제공될 수 있다.

전술된 것과 같이 본 실시예에 따른 건식 혐기 소화조(1)는 본체(100) 내부에서 소화액(20)의 순환이 원활하게 이루어질 수 있으며, 이에 따라 소화액(20)과 미생물 간의 메탄 발효가 원활하게 이루어질 수 있으며, 생성된 메탄 가스가 소화액(20)으로부터 원활하게 방출될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제3 내지 제5 실시예에 따른 건식 혐기 소화조에 대해 설명한다. 다만, 본 실시예들은 전술된 제1 및 제2 실시예에 따른 건식 혐기 소화조과 비교하여 공급 배출부(500)의 구조 및 운전 방식에 차이가 있을 뿐이므로, 차이점을 위주로 설명하며 동일한 부분에 대하여는 상기 실시예의 설명과 도면 부호를 원용한다.

도 6은 도 1의 건식 혐기 소화조(1)의 제3 실시예를 나타낸 단면도이고, 도 7은 도 6의 건식 혐기 소화조(1)의 공급 배출부(500)의 평면도를 나타낸 도면이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 제3 실시예에 따른 건식 혐기 소화조(1)는 소화액(20)의 공급 및 배출이 모두 이루어질 수 있는 공급 배출부(500)를 포함할 수 있다. 공급 배출부(500)는 흡입 토출구를 갖는 복수 개의 흡입 토출관(A,B,C,D,E,F,G,H,I,J)을 포함할 수 있으며, 복수 개의 흡입 토출관(A,B,C,D,E,F,G,H,I,J)은 다양한 높이에 배치될 수 있고, 소화액(20)의 공급 및 배출 여부가 독립적으로 제어될 수 있다.

본 실시예에서는 중심부에 위치한 흡입 토출관(D)을 포함해서 흡입 토출관(A,B,C,D,E,F,G,H,I,J)이 총 10개가 제공된 것으로 도시하였으나, 흡입 토출관(A,B,C,D,E,F,G,H,I,J)의 수량 및 배치 구조는 이에 한정되는 것은 아니다.

흡입 토출관(A,B,C,D,E,F,G,H,I,J)은 중앙에 제공된 흡입 토출관(D)을 기준으로 나머지 흡입 토출관(A,B,C,E,F,G,H,I,J)이 3개의 열을 지어서 방사상으로 배치된 구조를 가질 수 있다. 그리고 본체(100)의 외측에서 내측으로 이동할수록 본체(100) 상에서의 높이가 낮아질 수 있다. 제3 실시예에 따른 공급 배출부(500)는 소화액(20)을 본체(100)에 대해 상하 방향으로 공급 및 배출 시킬 수 있다.도 8은 도 1의 건식 혐기 소화조(1)의 제4 실시예를 나타낸 단면도이고, 도 9는 도 1의 건식 혐기 소화조(1)의 제5 실시예를 나타낸 단면도이다.

도 8을 참조하면, 제4 실시예에 따른 건식 혐기 소화조(1)는 공급 배출부(500)가 본체(100)의 상하 방향에 대해 수직하게 제공될 수 있으며, 이에 따라 소화액(20)이 본체(100)에 대하여 좌우 방향으로 공급 및 배출될 수 있다. 그리고 공급 배출부(500)의 단부, 즉 흡입 토출구가 본체(100)의 내측 둘레면과 근접하게 제공될 수 있다.

그리고 도 9를 참조하면, 제5 실시예에 따른 건식 혐기 소화조(1)는 공급 배출부(500)가 본체(100)에 상하 방향에 대해 수직하게 제공되되, 상측 공급 배출부(500)에서 하측 공급 배출부(500)로 이동할수록 공급 배출부(500)의 단부, 즉 흡입 토출구가 본체(100) 중심부로 연장되게 배치될 수 있다. 그리고 제5 실시예에 따른 공급 배출부(500)는 소화액(20)을 본체(100)에 대해 좌우 방향으로 공급 및 배출 시킬 수 있다.

그러나 본 실시예에 따른 공급 배출부(500)의 배치 구조는 전술된 구조로 한정된 것은 아니며, 서로 다른 지점에 소화액(20)을 공급 및 배출하는 구조를 가질 수 있다. 또한, 소화액(20)의 배출 방향이 상하 방향, 좌우 방향으로 한정된 것이 아니며, 본체(100)에 대해 경사진 방향으로 소화액(20)을 분사할 수도 있다.

도 10 내지 도 12는 제3 내지 제5 실시예에 따른 공급 배출부(500)의 운전 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 10 내지 도 12에서, 'O'는 소화액(20)이 본체(100)로 공급되는 것을 의미하며, 'X'는 소화액(20)이 본체(100) 외부로 배출되는 것을 의미한다. 그리고 소화액(20)이 본체(100)로 공급되는 것은 소화액(20)이 공급 배출부(500)를 기준으로 했을 때, 공급 배출부(500)로부터 토출되는 것을 의미하며, 소화액(20)이 본체(100) 외부로 배출되는 것은 소화액(20)이 공급 배출부(500)로 흡입되는 것을 의미한다. 이하, 공급 배출부(500)의 '흡입' 및 '토출'을 기준으로 설명한다.

먼저, 도 10의 경우, 흡입 토출관(D)이 소화액(20)을 흡입 할 수 있으며, 나머지 흡입 토출관(A,B,C,E,F,G,H,I,J)에서 소화액(20)이 토출될 수 있다. 이 때, 흡입 토출관(D)이 흡입하는 소화액(20)과 나머지 흡입 토출관(A,B,C,E,F,G,H,I,J)이 토출하는 소화액(20)의 양은 동일할 수 있으며, 흡입되는 속도와 토출되는 소화액(20)의 속도는 일 예로 1ton/min 일 수 있다.

또한, 흡입과 토출 과정은 순차적으로 이루어질 수 있으며, 일 예로 흡입 토출관(D)에서 소화액(20)이 흡입된 후, 흡입 토출관(A)에서 소화액(20)이 약 5분 동안 토출되고, 그 후 흡입 토출관(B)에서 소화액(20)이 약 5분간 토출되고, 흡입 토출관(C), 흡입 토출관(E), 흡입 토출관(F), 흡입 토출관(G), 흡입 토출관(H), 흡입 토출관(I)에서 약 5분간 순차적으로 토출 과정이 이루어질 수 있다.

또한, 흡입 토출관(D)이 흡입하는 소화액(20)의 양은 나머지 흡입 토출관(A,B,C,E,F,G,H,I,J)이 토출하는 소화액(20)의 양과 동일하거나 또는 2 내지 4배일 수 있으며, 또는 5 내지 10배일 수 있다.

건식 혐기 소화조(1)의 운전 상태가 불안정한 상태에서 안정화를 이루고자 할 경우, 공급 배출부(500)의 소화액(20)의 흡입량 및 토출량을 동일하게 운전할 수 있다. 그리고 건식 혐기 소화조(1)를 연속 운전시키고자 할 경우에는 소화액(20)의 흡입량이 토출량의 2 내지 4배로 운전할 수 있다. 또한, 건식 혐기 소화조(1)를 내부에 슬러지 층이 형성된 경우에는 소화액(20)의 흡입량이 토출량의 5 내지 10배로 운전할 수 있다.

한편, 도 11을 참조하면, 일 열을 이루는 흡입 토출관(A,B,C,D)에서 소화액(20)이 흡입되고, 나머지 흡입 토출관(E,F,G,H,I,J)에서 소화액(20)이 토출될 수 있다. 구체적으로, 4개의 흡입 토출관(A,B,C,D)에서 소화액(20)을 동시에 흡입하고 정지한 후, 나머지 흡입 토출관(E,F,G,H,I)에서 소화액(20)이 동시에 또는 순차적으로 토출될 수 있다.그리고 이때, 건식 혐기 소화조(1)의 운전 상태가 불안정한 상태에서 안정화를 이루고자 할 경우, 소화액(20)의 흡입량 및 토출량을 동일하게 운전할 수 있다. 그리고 건식 혐기 소화조(1)를 연속 운전시키고자 할 경우에는 소화액(20)의 흡입량이 토출량의 2 내지 4배로 운전할 수 있다. 또한, 그리고 건식 혐기 소화조(1)를 내부에 슬러지 층이 형성된 경우에는 소화액(20)의 흡입량이 토출량의 5 내지 10배로 운전할 수 있다.

또한, 다른 방법으로써, 도 12에서와 같이 최외각에 배치되는 흡입 토출관(A,E,J)에서 소화액(20)이 흡입되고, 나머지 흡입 토출관(B,C,D,F,G,H,I)에서 소화액(20)이 토출되게 운전될 수도 있다.

본 실시예에 따른 건식 혐기 소화조(1)에서 공급 배출부(500)의 운전 방법은 전술된 것으로 한정된 것은 아니며, 공급 배출부(500)의 흡입, 토출 여부, 흡입 토출 속도 및 질량은 다양하게 변경될 수 있다.

종래에 사용되던 소화조의 펌핑 순환 방식은 소화액을 응집-탈수하여 함수율을 30%까지 낮춘 후, 소화조로 재 투입하여 소화조 내부의 고형물 농도를 균일하게 유지하고 펌핑순환에 의해 교반이 이루어지고 있어, 이를 위한 고분자 응집제등 약품 운영비가 차지하는 비율은 상당히 크다.

하지만, 본 실시예들에 따른 건식 혐기 소화조(1)에서는 소화액(20)의 흡입과 토출이 서로 다른 높이 및 지점에서 이루어질 수 있으며, 이에 따라 서로 다른 높이 및 지점에서 감압 또는 가압 순환이 이루어질 수 있다. 따라서, 고형물의 농도와 무관하게 건식 혐기 소화조(1) 내의 고형물 농도와 무관하게 혼합이 이루어질 수 있으며, 이에 따라 균일한 농도가 유지될 수 있다. 그리고 이에 따라 기존의 펌핑 순환방법 처럼 소화액(20)의 응집-탈수에 사용되는 약품 사용량을 절감할 수 있고, 소화 슬러지를 응집탈수 하지 않아 혐기성 미생물의 활성을 유지할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것으로 한정적인 것으로 이해해서는 안되며, 이러한 변형된 실시예는 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.

1: 건식 혐기 소화조 100: 본체
200: 공급부 210: 공급 순환관
220: 메인 공급관 230: 공급 펌프
300: 배출부 310: 배출 순환관
320: 메인 배출관 330: 배출 펌프
500: 공급 배출부

Claims

음식물류 폐기물이 산발효된 소화액으로부터 메탄 가스를 생성시키는 건식 혐기 소화조에 있어서,
상기 소화액이 수용되는 본체;
상기 본체에 상기 소화액을 공급시키거나 순환시키는 공급부; 및
상기 본체로부터 상기 소화액을 배출시키거나 순환시키는 배출부를 포함하고,
상기 배출부는 상기 본체 내부에 상하 방향으로 배치되는 복수개의 배출 순환관을 포함하고, 상기 복수 개의 배출 순환관은 상기 본체 상에서 상이한 흡입 높이를 가질 수 있는 건식 혐기 소화조.
제 1 항에 있어서,
배출부는,
상기 배출 순환관에 연결되고, 상기 배출 순환관으로 유입된 상기 소화액을 상기 본체 외부로 배출하는 메인 배출관; 및
상기 메인 배출관에 연결되고 상기 소화액을 흡입하는 배출 펌프를 더 포함하는 건식 혐기 소화조.
제 1 항에 있어서,
상기 공급부는,
상기 본체 내부에 상하 방향으로 배치되는 공급 순환관;
상기 공급 순환관에 연결되는 메인 공급관; 및
상기 메인 공급관에 연결되고 상기 소화액을 가압하는 공급 펌프를 포함하는 건식 혐기 소화조.
제 1 항에 있어서,
상기 복수 개의 배출 순환관은 서로 상이한 관경을 가질 수 있는 건식 혐기 소화조.
제 1 항에 있어서,
상기 공급부는 상기 배출 순환관의 흡입 위치보다 높은 곳에서 상기 소화액을 토출하는 건식 혐기 소화조.
음식물류 폐기물이 산발효된 소화액으로부터 메탄 가스를 생성시키는 건식 혐기 소화조에 있어서,
상기 소화액이 수용되는 본체; 및
상기 본체에 상기 소화액을 선택적으로 공급시키거나 배출시키는 공급 배출부를 포함하고,
상기 공급 배출부는 복수 개의 흡입 토출관을 포함하고, 상기 복수 개의 흡입 토출관의 흡입 토출구는 상기 본체 상에 다양한 지점에 배치되는 건식 혐기 소화조.
제 6 항에 있어서,
복수 개의 상기 흡입 토출관은 상기 본체의 중심부로부터 방사상으로 배치된 구조를 갖는 건식 혐기 소화조.
제 6 항에 있어서,
복수 개의 상기 흡입 토출관은 상기 본체에서 여러 높이에 배치되는 건식 혐기 소화조.
제 6 항에 있어서,
상기 공급 배출부는,
상기 흡입 토출관이 상하 방향으로 배치되어 상기 소화액이 상기 흡입 토출관에 의해 상하 방향으로 흡입 또는 토출되는 건식 혐기 소화조.
제 6 항에 있어서,
상기 공급 배출부는,
상기 흡입 토출관이 상기 본체의 상하 방향에 대해 수직하게 배치되어 상기 소화액이 좌우 방향으로 흡입 또는 토출되는 건식 혐기 소화조.
제 10 항에 있어서,
복수개의 상기 흡입 토출관은 상기 흡입 토출구가 상기 본체의 내측 둘레면과 근접하게 제공되는 건식 혐기 소화조.
제 10 항에 있어서,
복수개의 상기 흡입 토출관은 여러 높이에 제공되고, 상측에서 하측으로 이동할수록 상기 흡입 토출구가 상기 본체의 중심부로 연장되게 배치되는 건식 혐기 소화조.
제 6 항에 있어서,
상기 공급 배출부는,
복수 개의 상기 흡입 토출관의 상기 소화액의 흡입 및 토출 운전은 독립적으로 제어되는 건식 혐기 소화조.
제 13 항에 있어서,
상기 공급 배출부는,
상기 흡입 토출관 중 적어도 하나 이상의 흡입 토출관이 상기 소화액을 흡입 한 후, 나머지 상기 흡입 토출관이 상기 소화액을 토출하는 건식 혐기 소화조.
제 14 항에 있어서,
상기 흡입 토출관에 의해 흡입되는 상기 소화액의 질량은 나머지 상기 흡입 토출관에서 토출되는 소화액의 질량과 동일 또는 2 내지 4배 또는 5 내지 10배인 건식 혐기 소화조.
제 14 항에 있어서,
상기 흡입 토출관의 상기 소화액의 흡입 또는 토출 속도는 1ton/min인 건식 혐기 소화조.