KR20170088176A - Anaerobic digestion system of organic waste through the thermal hydrolysis - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an anaerobic digestion system of organic waste through thermal hydrolysis and, more specifically, to an anaerobic digestion method and system of organic waste through thermal hydrolysis capable of maximizing biogas generation amount by maximizing anaerobic digestion efficiency of organic waste through thermal hydrolysis solubilization at high temperature and high pressure. Also, waste heat and biogas generated in a biogas power generation process are reused as a fuel for a thermal hydrolysis solubilization device, a sludge drying device, or a thermal hydrolysis solubilization device and a sludge drying device in the anaerobic digestion system, thereby achieving 50% or more of self-reliance rates.

Description

열가수분해를 포함하는 유기성 폐기물 혐기소화 시스템 {ANAEROBIC DIGESTION SYSTEM OF ORGANIC WASTE THROUGH THE THERMAL HYDROLYSIS}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an organic waste anaerobic digestion system including thermal hydrolysis,
본 발명은, 유기성 폐기물의 혐기소화 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열가수분해를 포함하는 유기성 폐기물 혐기소화 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an anaerobic digestion system for organic wastes, and more particularly to an organic waste anaerobic digestion system including thermal hydrolysis.
생활수준의 향상, 인구의 증가, 신도시 개발 및 소득의 증가 등으로 향후 하수슬러지, 분뇨, 음식물류 폐기물, 축산분뇨와 같은 축산폐기물, 사업장폐기물 등을 포함한 유기성 폐기물의 발생량은 지속적으로 증가할 것으로 예상된다. 2013년 말 기준 전국에서 발생되는 유기성 폐기물은 1일 기준 210,450 톤/일로서 이중 가축분뇨가 전체의 60 % 인 126,264 톤/일로 가장 많이 발생하고 있고, 분뇨의 경우 62,010톤/일(29.5%), 음식물류 폐기물이 12,501톤/일(5.9%), 하수슬러지의 경우가 9,675톤/일(4.6%) 순으로 발생하고 있는 실정이다.The amount of organic waste including sewage sludge, manure, animal wastes, livestock waste, and industrial wastes such as industrial wastes is expected to increase steadily in the future due to improvement in living standards, population increase, new town development, and increase in income . As of the end of 2013, organic wastes generated from the whole country are 210,450 ton / day, which is the highest with 126,264 ton / day, 60% of total livestock manure, 62,010 ton / day (29.5% Food waste is 12,501 tons / day (5.9%) and sewage sludge is 9,675 tons / day (4.6%).
또한, 이와 같은 실정에 따라 유기성 폐기물을 처리하는 데 있어서 다양한 문제점이 야기될 수 있다. 이중 음식물류 폐기물은 대부분이 사료화 및 퇴비화 등의 자원화 방법으로 처리되고 있으나, 처리과정에서 발생되는 음폐수(건조 응축수 포함)의 경우 2012년까지는 발생량의 50 % 정도를 해양배출을 통해 처리하고 있었다. 또한, 분뇨 정화조 슬러지의 경우 95 % 이상은 하수처리장에 직접 처리하거나 분뇨처리장에서 1차 처리 후 하수처리장에 연계처리하고 있다. 하수슬러지의 경우에는 건조 연료화, 탄화, 퇴비화 등으로 처리 후 석탄화력발전소, 시멘트 소성로의 보조연료로 사용하거나 기타 방법으로 재활용하고 있다. 또한, 가축분뇨의 경우 대부분 처리에 어려움을 겪고 있어 적정 미처리로 인한 인근 수계에 오염이 가중되고 있는 실정이다.In addition, according to the present invention, various problems may occur in the treatment of organic wastes. Most of the food wastes are processed by recycling methods such as feed conversion and composting. However, by 2012, about 50% of the generated wastewater (including dry condensed water) generated in the treatment process was treated through ocean discharge. In the case of manure septic tank sludge, more than 95% of the manure sludge sludge is treated directly at the sewage treatment plant or at the sewage treatment plant after the first treatment. In the case of sewage sludge, it is used as an auxiliary fuel for coal-fired power plant and cement kiln after treatment with dry fuel conversion, carbonization and composting, or is recycled by other methods. In addition, in the case of livestock manure, most of them are difficult to treat, and pollution is increasing in nearby water system due to proper treatment.
한편, 유기성 폐기물 처리에 널리 이용되고 있는 해양투기가 런던협약 및 96 의정서 등 국제협약과 해양환경관리법 개정에 따라 2013년 1월 1일부터 전면 금지됨에 따라 사회적인 이슈로 대두되고 있다. 이에 따라 고농도 유기성 폐기물의 환경적, 경제적, 효율적 처리 방안으로 혐기소화를 통한 처리방안이 대안으로 주목받고 있다.Meanwhile, marine dumping, which is widely used in the treatment of organic wastes, is being banned from January 1, 2013 due to amendments to international conventions such as the London Convention and the 96th Protocol and the Marine Environment Management Act. As a result, a treatment method through anaerobic digestion has been attracting attention as an environmental, economical and efficient treatment method of high concentration organic wastes.
유기성 폐기물 처리의 주요한 목적은 유기성 폐기물 소화슬러지의 감량화, 안정화이다. 또한, 혐기소화는 유기성 폐기물 소화슬러지의 악취제거, 병원균의 감소, 부피 감량과 같은 소화슬러지 감량화, 안정화에 매우 적합한 처리 방법이다. 또한, 혐기소화의 부산물로 생성되는 메탄가스에 의해 에너지의 회수가 가능하므로 이를 또 다른 에너지원으로 이용할 수 있어 경제성 확보가 용이한 환경 친화적 공정이다. 그러나 이러한 가능성에도 불구하고, 긴 체류시간과 낮은 처리 효율, 그리고 공정의 불안정 및 악취 발생과 같은 문제점으로 인하여 실제적인 적용이 확대되지 못하고 제한적으로 사용되었다. 따라서, 이러한 문제점 해결을 목표로 다양한 공정개선과 처리효율 향상에 대한 연구가 필요한 실정이다.The main purpose of organic waste disposal is to reduce and stabilize organic waste digestion sludge. In addition, anaerobic digestion is a suitable treatment method for the reduction and stabilization of digestion sludge such as elimination of odor, reduction of pathogens and volume reduction of organic waste digestion sludge. In addition, since it is possible to recover energy by methane gas generated as a byproduct of anaerobic digestion, it can be used as another energy source, and thus it is an environmentally friendly process which can be economically secured. Despite these possibilities, however, practical applications have not been extended due to problems such as long residence time, low treatment efficiency, unstable process and bad odor, and they have been used limitedly. Therefore, it is necessary to study various process improvement and improvement of treatment efficiency with the aim of solving these problems.
한편, 혐기소화 과정은 크게 가수분해, 산생성, 메탄생성의 세 단계로 구분할 수 있으며, 이 중 가수분해 단계가 전체 처리 속도의 제한단계이다. 가수분해 단계에서 유기성 폐기물 내의 물질이 세포막, 세포벽으로 둘러싸여 있는 등의 요인이 존재하기 때문에 혐기성 미생물이 유기물을 분해하는 시간이 길어 전체 반응에서 속도 제한단계가 된다. 이와 같은 속도 제한단계를 조절하는 방법으로 혐기소화 이전에 기계적, 화학적 처리를 통해 전처리를 하는 방법이 있다.On the other hand, the anaerobic digestion process can be divided into three stages: hydrolysis, acid production, and methane production. Among them, the hydrolysis step is a step of limiting the entire processing speed. In the hydrolysis step, organic matter is surrounded by cell membranes and cell walls. Therefore, anaerobic microorganisms decompose organic matter for a long time, which is a rate limiting step in the whole reaction. As a method of controlling the rate limiting step, there is a method of pretreatment through mechanical and chemical treatment before anaerobic digestion.
이와 관련하여, 한국공개특허 제 2003-0042866 호는 마이크로파로 전처리를 하여 가수분해 효율을 높이는 유기성 폐기물의 혐기성 소화 방법에 대해 개시하고 있다. 그러나, 마이크로파 전처리의 경우 혐기소화단계에서 이용 가능한 유기물까지 전처리 과정에서 파괴시켜 혐기소화 효율의 저하와 같은 문제점이 있었다.In this regard, Korean Patent Laid-Open No. 2003-0042866 discloses an anaerobic digestion method for organic wastes which is hydrolyzed by microwave treatment. However, microwave pretreatment has disadvantages such as deterioration of the anaerobic digestion efficiency by destroying the organic substances usable in the anaerobic digestion stage during the pretreatment.
다른 예로, 한국공개특허 제 2015-0048991 호는 오존 처리 또는 고온 수증기 처리를 통해 가수분해시키는 단계를 포함하는 유기성 폐기물 처리 방법에 대해 개시하고 있다. 그러나 오존 처리의 경우, 고형물 무게의 15 내지 20 % 에 해당하는 오존 투여량을 필요로 하고 있다. 또한, 오존 발생을 위한 장치비용 및 전기비용, 그리고 원료인 산소비용이 과다하여 경제적이지 못하며 pH 저하현상이 두드러지게 나타나 별도의 약품투여가 필수적으로 요구되는 문제점이 있었다. 더불어, 상기 오존 처리 또는 고온 수증기 처리 시에는 유기성 폐기물과의 반응으로 거품이 발생하여 거품제거기 및 거품제거공정이 추가로 요구되는 단점이 있었다. 또한, 전처리를 실시하였음에도 불구하고 생분해도가 낮은 유기물의 발효 및 분해를 위해 혐기소화조 및 혐기소화단계를 하나씩 더 추가하여 혐기소화 단계를 2 단계에 걸쳐 실시해야함으로 경제적이지 못하다는 문제점이 있었다.In another example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2015-0048991 discloses a method for treating organic wastes including a step of hydrolyzing through ozone treatment or high temperature steam treatment. However, in the case of ozone treatment, an ozone dosage corresponding to 15 to 20% of the solids weight is required. In addition, there is a problem in that it is not economical due to excessive equipment cost and electricity cost for generating ozone, and oxygen cost as a raw material, and a pH drop phenomenon is conspicuous, so that separate medicine administration is indispensably required. In addition, at the time of the ozone treatment or the high-temperature steam treatment, bubbles are generated due to the reaction with organic wastes, thus requiring a foam eliminator and a foam removal process. In addition, in spite of the pretreatment, the anaerobic digestion tank and the anaerobic digestion stage have to be added one more step for fermentation and decomposition of the organic matter having low biodegradability, and thus the anaerobic digestion step must be carried out in two stages, which is not economical.
한편, 국내에서 운영중인 유기성 폐기물 처리 시설 중 하나인 하수처리장은 하수의 수집 및 처리과정에서 다량의 에너지를 소비하고 있다. 또한, 높은 에너지 소비량 대비 자체적으로 에너지를 자급할 수 있는 에너지원이 대부분 없는 상태로 하수처리장에서 에너지를 자급할 수 있는 에너지원 확보가 시급한 상황이다. 실제로 2010년 기준 조사 결과에 따르면, 전국 하수처리장에서의 에너지 자립률("에너지 자립률"이란 하수처리시설에서의 연간 전력사용량 대비 신재생에너지 생산을 통한 전력발생량과 에너지 절감량 합계의 비율임)은 0.8 % 에 불과한 실정이다. 이와 같은 상황의 대표적인 원인으로 혐기소화 단계에서 유기성 폐기물의 충분한 분해가 이루어지지 못해 에너지로 활용할 수 있는 바이오가스 발생량이 적은 것을 들 수 있다. 또한, 이는 혐기소화 전처리 개념의 가용화 설비가 구비되지 않아 혐기소화조가 유기물 분해 기능을 충분하게 하지 못하기 때문이기도 하다. 그렇기 때문에 생산된 바이오가스를 단순 소각하거나 중소규모 보일러에 활용하는 것으로 나타나 에너지 자립률이 매우 저조한 상태이다. 또한, 2015년 7월 말부터 시행되고 있는 RFS(Renewable Fuel Standard, 신재생연료 혼합의무제도) 및 2012년 1월 1일부터 시행되고 있는 RPS(Renewable Portfolio Standard, 신재생에너지 공급의무제도)를 고려하였을 때도, 에너지 자립률을 높일 수 있는 방안이 필요한 실정이다.Meanwhile, the sewage treatment plant, which is one of the organic waste treatment facilities operated in Korea, consumes a large amount of energy in the collection and treatment of sewage. In addition, there is almost no energy source capable of self-supporting energy consumption compared to high energy consumption, and it is urgent to secure an energy source capable of self-supporting energy in the sewage treatment plant. In fact, according to the results of the 2010 survey, the energy independence rate at the national sewage treatment plant (the "energy independence rate" is the ratio of the amount of electricity generated through the production of renewable energy to the total annual energy consumption at the sewage treatment plant, Only 0.8%. As a representative cause of such a situation, the organic waste can not be sufficiently decomposed at the anaerobic digestion stage, and the amount of biogas that can be utilized as energy can be reduced. In addition, this is because the anaerobic digestion pretreatment concept is not equipped with the solubilization facility, and the anaerobic digestion tank can not sufficiently decompose the organic matter. Therefore, the biogas produced is simply incinerated or used for small- and medium-sized boilers, so the rate of energy independence is very low. In addition, consideration is given to the RFS (Renewable Fuel Standard) and the Renewable Portfolio Standard (RPS), which have been in effect since January 1, 2012, since the end of July 2015. , There is a need for measures to increase the energy independence rate.
한국공개특허 제 2003-0042866 호 (2003.6.2 공개)Korean Patent Publication No. 2003-0042866 (published on June 2, 2003) 한국공개특허 제 2015-0048991 호 (2015.5.8 공개)Korean Patent Publication No. 2015-0048991 (published on May 5, 2015)
따라서, 방대한 양의 유기성 폐기물을 효과적으로 혐기소화 처리할 수 있는 시스템 및 방법의 개발이 절실히 요구되고 있다.Therefore, there is a desperate need to develop a system and method for efficiently anaerobic digesting vast amounts of organic wastes.
또한, 혐기소화 효율을 증대화시켜 바이오가스 발생량을 높일 수 있는 유기성 폐기물 혐기소화 시스템 및 방법의 개발이 필요하다.In addition, it is necessary to develop an organic waste anaerobic digestion system and method capable of increasing the anaerobic digestion efficiency and increasing the biogas generation amount.
나아가, 환경적인 측면에서 보았을 때, 유기성 폐기물이 불충분하게 처리될 경우 발생할 수 있는 환경오염이 방지되어야 할 것이다.Furthermore, from an environmental point of view, environmental pollution that may occur when organic wastes are treated insufficiently should be prevented.
또한, 유기성 폐기물 혐기소화 시스템 내 에너지 자립률을 높일 수 있는 방안이 필요하다.There is also a need for measures to increase the energy independence rate in the organic waste anaerobic digestion system.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 열가수분해를 포함하는 유기성 폐기물 혐기소화 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. 더불어, 본 발명은 열가수분해를 포함하는 유기성 폐기물 혐기소화 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide an organic waste anaerobic digestion system including thermal hydrolysis. In addition, it is another object of the present invention to provide a method for anaerobic digestion of organic wastes including thermal hydrolysis.
또한, 열가수분해 전처리를 통해 유기성 폐기물의 혐기소화 처리 시간을 단축시키고 혐기소화 효율을 증대시켜 바이오가스 발생량을 최대화하는 것을 목적으로 한다.It is also intended to shorten the anaerobic digestion time of organic wastes and to increase the anaerobic digestion efficiency through the pretreatment of thermal hydrolysis, thereby maximizing the biogas generation amount.
또한, 유기성 폐기물 혐기소화 과정에서 발생하는 에너지를 다양한 방법으로 효과적으로 재활용하여 유기성 폐기물 혐기소화 시스템 내 에너지 자립률을 높이는 것을 또 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to increase the energy independence rate in the organic waste anaerobic digestion system by effectively recycling the energy generated in the organic waste anaerobic digestion process by various methods.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여,In order to achieve the above-mentioned object,
유기성 폐기물을 저류하는 저류조; A reservoir for storing organic waste;
상기 저류조로부터 공급되는 유기성 폐기물을 160 내지 200 ℃, 바람직하게는 180 내지 200 ℃, 보다 바람직하게는 190 내지 200 ℃ 및 5 내지 10 bar, 바람직하게는 6 내지 10 bar, 보다 바람직하게는 7 내지 10 bar에서 열가수분해하여, 유기물질의 세포벽을 파괴하고 바이오폴리머를 분해하는 열가수분해 가용화장치; The organic waste supplied from the storage tank is heated at a temperature of 160 to 200 ° C, preferably 180 to 200 ° C, more preferably 190 to 200 ° C and 5 to 10 bar, preferably 6 to 10 bar, more preferably 7 to 10 bar a thermohydrolysis solubilizer for thermally hydrolyzing in a bar, destroying the cell walls of the organic material and decomposing the biopolymer;
상기 열가수분해 가용화를 거친 유기성 폐기물을 혐기소화시켜 바이오가스를 포함하는 기체생성물 및 소화슬러지를 생성시키는 중온 단상소화조; A medium-temperature single-phase digestion tank for anaerobically digesting the organic waste having undergone the thermal hydrolysis and solubilization to produce a gaseous product containing biogas and digested sludge;
상기 혐기소화를 거쳐 생성된 소화슬러지를 탈수하여 탈수슬러지를 생성하는 탈수기; A dehydrator for dehydrating the digested sludge produced through the anaerobic digestion to produce dehydrated sludge;
상기 탈수기에 의해 탈수된 탈수슬러지를 건조시켜 건조물을 생성하는 슬러지 건조장치; A sludge drying device for drying the dehydrated sludge dewatered by the dehydrator to produce a dried material;
상기 혐기소화를 거쳐 생성된 기체생성물 중 바이오가스를 분리하는 바이오가스 정제설비; 및 A biogas refining facility for separating the biogas from the gaseous products produced through the anaerobic digestion; And
상기 건조물, 바이오가스, 또는 건조물 및 바이오가스를 연료로 사용하는 에너지 재활용설비를 포함하는, 유기성 폐기물 혐기소화 시스템을 제공하는 것을 특징으로 한다.The present invention provides an organic waste anaerobic digestion system comprising an energy recycling facility using the dried material, biogas, or dried material and biogas as a fuel.
또한, 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 시스템은 상기 중온 단상소화조로 투입 전 유기성 폐기물의 온도를 낮추는 냉각기를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the organic waste anaerobic digestion system of the present invention may further include a cooler for lowering the temperature of the organic waste prior to the addition to the medium-temperature single-phase digestion tank.
또한, 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 시스템은 상기 중온 단상소화조로부터 배출되는 소화슬러지를 저류하는 소화슬러지 저류조를 추가로 포함할 수 있다.The organic waste anaerobic digestion system of the present invention may further include a digested sludge storage tank for storing digested sludge discharged from the medium-temperature single-phase digestion tank.
또한, 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 시스템은 상기 탈수기에서 발생되는 탈리 여액 내의 유기물질 및 인을 제거하는 반류수 처리장치를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the organic waste anaerobic digestion system of the present invention may further include a reflux water treatment device for removing organic substances and phosphorus in the desorption filtrate generated in the dehydrator.
또한, 상기 유기성 폐기물은 하수슬러지, 음식물류 폐기물, 분뇨슬러지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.In addition, the organic waste may be selected from the group consisting of sewage sludge, food waste, manure sludge, and mixtures thereof.
또한, 상기 분뇨슬러지는 인간분뇨슬러지, 가축분뇨슬러지 또는 인간분뇨슬러지 및 가축분뇨슬러지일 수 있다.The manure sludge may also be manure sludge, livestock manure sludge or human manure sludge and livestock manure sludge.
또한, 상기 하수슬러지는 탈수 후 상기 저류조로 이송될 수 있다.Further, the sewage sludge may be transferred to the storage tank after dewatering.
또한, 상기 음식물류 폐기물은 파쇄 및 선별 후 상기 저류조로 이송될 수 있다.In addition, the food waste may be transported to the storage tank after crushing and sorting.
또한, 상기 분뇨슬러지는 협잡물 제거 및 탈수 후 상기 저류조로 이송될 수 있다.Also, the manure sludge can be transferred to the storage tank after the removal of dirt and dehydration.
또한, 상기 저류조로 이송되는 유기성 폐기물의 탈수 후의 함수율은 75 내지 90 %, 바람직하게는 80 내지 85 %, 보다 바람직하게는 82 내지 84 %일 수 있다.The water content of the organic waste transferred to the storage tank may be 75 to 90%, preferably 80 to 85%, more preferably 82 to 84% after dewatering.
또한, 상기 선별은 입경 10 mm, 바람직하게는 7 mm, 보다 바람직하게는 5 mm 이하의 입자만 통과시킬 수 있으며, 이에 제한되지는 않는다.In addition, the above-mentioned sorting can pass only particles having a particle diameter of 10 mm, preferably 7 mm, more preferably 5 mm or less, but is not limited thereto.
또한, 상기 협잡물 제거는 제거율 95 내지 100 %, 바람직하게는 97 내지 100 %일 수 있다.Further, the removal of the impurities may be 95 to 100%, preferably 97 to 100%.
또한, 상기 건조 후의 건조물의 함수율은 1 내지 10 %, 바람직하게는 4 내지 9 %, 보다 바람직하게는 6 내지 8 %일 수 있다.The moisture content of the dried product after drying may be 1 to 10%, preferably 4 to 9%, more preferably 6 to 8%.
또한, 상기 중온 단상소화조는 기계식 강제 교반장치를 구비할 수 있다.Also, the heavy-temperature single-phase digestion tank may be equipped with a mechanical forced stirring apparatus.
또한, 상기 중온 단상소화조는 스컴을 제거하는 스컴제거장치를 구비할 수 있다.Further, the heavy-temperature single-phase digestion tank may include a scum removing device for removing scum.
또한, 상기 중온 단상소화조는 퇴적물을 제거하고 미생물을 소화조로 반송하는 싸이클론을 하부에 구비할 수 있다.In addition, the mesophilic single-phase digestion tank may have a cyclone below the sediment to transfer the microorganisms to the digester.
또한, 상기 중온 단상소화조는 35 내지 40 ℃, 바람직하게는 37 내지 40 ℃, 보다 바람직하게는 38 내지 39 ℃에서 운전될 수 있다.Also, the heavy-temperature single-phase digester may be operated at 35 to 40 DEG C, preferably at 37 to 40 DEG C, and more preferably at 38 to 39 DEG C.
또한, 상기 중온 단상소화조 내 체류시간은 5 내지 30 일, 바람직하게는 7 내지 25 일, 보다 바람직하게는 10 내지 20 일일 수 있다.In addition, the residence time in the medium-temperature single-phase digestion tank may be 5 to 30 days, preferably 7 to 25 days, more preferably 10 to 20 days.
또한, 상기 바이오가스는 가스발전기에 공급하여 전기를 생산하고, 발전 과정에서 발생되는 폐열은 열가수분해 가용화장치, 슬러지 건조장치, 또는 열가수분해 가용화장치 및 슬러지 건조장치의 열원으로 재활용할 수 있다.In addition, the biogas can be supplied to a gas generator to produce electricity, and the waste heat generated during the power generation process can be recycled as a heat source for a thermal hydrolysis solubilizer, a sludge drying unit, a thermal hydrolysis solubilizer, and a sludge drying unit .
또한, 상기 바이오가스는 열가수분해 가용화장치, 슬러지 건조장치, 또는 열가수분해 가용화장치 및 슬러지 건조장치용 연료로 재활용할 수 있다.In addition, the biogas can be recycled as a fuel for a thermal hydrolysis solubilizer, a sludge dryer, or a thermal hydrolysis solubilizer and a sludge dryer.
또한, 상기 건조물은 화력발전소, 시멘트 소성로, 또는 화력발전소 및 시멘트 소성로용 보조연료로 재활용할 수 있다.In addition, the dried material can be recycled as an auxiliary fuel for a thermal power plant, a cement kiln, or a thermal power plant and a cement kiln.
한편, 본 발명은 (A) 유기성 폐기물을 저류하는 저류단계; (B) 상기 유기성 폐기물을 160 내지 200 ℃, 바람직하게는 180 내지 200 ℃, 보다 바람직하게는 190 내지 200 ℃ 및 5 내지 10 bar, 바람직하게는 6 내지 10 bar, 보다 바람직하게는 7 내지 10 bar에서 열가수분해하여, 유기물질의 세포벽을 파괴하고 바이오폴리머를 분해하는 열가수분해 가용화단계; (C) 상기 열가수분해 가용화 단계를 거친 유기성 폐기물을 혐기소화시켜 바이오가스를 포함하는 기체생성물 및 소화슬러지를 생성시키는 혐기소화단계; (D) 상기 혐기소화를 거쳐 생성된 소화슬러지를 탈수하여 탈수슬러지를 생성하는 탈수단계; (E) 상기 탈수슬러지를 건조시켜 건조물을 생성하는 건조단계; (F) 상기 혐기소화를 거쳐 생성된 기체생성물 중 바이오가스를 분리하는 바이오가스 정제단계; 및 (G) 상기 건조물, 바이오가스, 또는 건조물 및 바이오가스를 연료로 사용하는 에너지 재활용단계를 포함하는, 유기성 폐기물 혐기소화 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the present invention provides (A) a storage step for storing organic wastes; (B) the organic waste is heated at a temperature of 160 to 200 DEG C, preferably 180 to 200 DEG C, more preferably 190 to 200 DEG C and 5 to 10 bar, preferably 6 to 10 bar, more preferably 7 to 10 bar A thermal hydrolysis and solubilization step of destroying the cell wall of the organic material and decomposing the biopolymer; (C) an anaerobic digestion step of anaerobically digesting the organic waste after the hydrolysis and solubilization step to produce a gas product containing biogas and digested sludge; (D) a dehydrating step of dehydrating the digested sludge produced through the anaerobic digestion to produce dehydrated sludge; (E) drying the dehydrated sludge to produce a dried product; (F) a biogas purification step of separating the biogas from the gaseous products produced through the anaerobic digestion; And (G) an energy recycling step of using the dried material, the biogas, or the dried material and the biogas as a fuel, in an organic waste anaerobic digestion method.
또한, 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 방법은 상기 혐기소화단계 이전에, 상기 열가수분해 가용화단계를 거친 유기성 폐기물의 온도를 낮추는 냉각단계를 추가로 포함할 수 있다.The organic waste anaerobic digestion method of the present invention may further include a cooling step of lowering the temperature of the organic waste after the hydrolysis and solubilization step before the anaerobic digestion step.
또한, 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 방법은 상기 탈수단계 이전에, 상기 혐기소화를 거쳐 생성된 소화슬러지를 저류하는 소화슬러지 저류단계를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the organic waste anaerobic digestion method of the present invention may further include a digestion sludge storage step for storing the digested sludge produced through the anaerobic digestion prior to the dehydration step.
또한, 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 방법은 상기 혐기소화를 거쳐 생성된 소화슬러지의 탈수 시 발생되는 탈리 여액 내의 유기물질 및 인을 제거하는 반류수 처리단계를 추가로 포함할 수 있다.Further, the organic waste anaerobic digestion method of the present invention may further include a reflux water treatment step of removing organic substances and phosphorus in the desorption filtrate, which is generated upon dehydration of the digested sludge produced through the anaerobic digestion.
또한, 상기 유기성 폐기물은 하수슬러지, 음식물류 폐기물, 분뇨슬러지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 이에 제한되지는 않는다.In addition, the organic waste may be selected from the group consisting of sewage sludge, food waste, manure sludge, and mixtures thereof, but is not limited thereto.
또한, 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 방법은 상기 저류단계 이전에, 상기 하수슬러지를 탈수하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the organic waste anaerobic digestion method of the present invention may further include dehydrating the sewage sludge prior to the storage step.
또한, 상기 저류단계 이전에, 상기 음식물류 폐기물은 파쇄 및 선별하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.Further, prior to said retention step, said food waste may further comprise a step of crushing and screening.
또한, 상기 저류단계 이전에, 상기 분뇨슬러지는 협잡물 제거 및 탈수하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.Further, prior to the storage step, the manure sludge may further comprise a step of removing contaminants and dewatering.
또한, 상기 저류단계 이전에 유기성 폐기물의 탈수 후의 함수율은 75 내지 90 %, 바람직하게는 80 내지 85 %, 보다 바람직하게는 82 내지 84 %일 수 있다.In addition, the water content after dehydration of the organic waste before the storage step may be 75 to 90%, preferably 80 to 85%, more preferably 82 to 84%.
또한, 상기 선별은 입경 10 mm, 바람직하게는 7 mm, 보다 바람직하게는 5 mm 이하의 입자만 통과시킬 수 있으며, 이에 제한되지는 않는다.In addition, the above-mentioned sorting can pass only particles having a particle diameter of 10 mm, preferably 7 mm, more preferably 5 mm or less, but is not limited thereto.
또한, 상기 협잡물 제거는 그 제거율이 95 내지 100 %, 바람직하게는 97 내지 100 %일 수 있다.In addition, the removal rate of the impurities may be 95 to 100%, preferably 97 to 100%.
또한, 상기 건조단계에서 생성된 건조물의 함수율은 1 내지 10 %, 바람직하게는 4 내지 9 %, 보다 바람직하게는 6 내지 8 %일 수 있다.In addition, the water content of the dried product produced in the drying step may be 1 to 10%, preferably 4 to 9%, more preferably 6 to 8%.
또한, 상기 혐기소화단계는 35 내지 40 ℃, 바람직하게는 37 내지 40 ℃, 보다 바람직하게는 38 내지 39 ℃ 에서 이루어질 수 있다.In addition, the anaerobic digestion step may be carried out at 35 to 40 DEG C, preferably 37 to 40 DEG C, more preferably 38 to 39 DEG C.
또한, 상기 혐기소화단계는 5 내지 30 일, 바람직하게는 7 내지 25 일, 보다 바람직하게는 10 내지 20 일 이내로 이루어질 수 있다.In addition, the anaerobic digestion step may be performed for 5 to 30 days, preferably 7 to 25 days, more preferably 10 to 20 days.
또한, 상기 에너지 재활용단계에서 상기 바이오가스는 가스발전기에 공급하여 전기를 생산하고, 발전 과정에서 발생되는 폐열은 열가수분해 가용화단계, 슬러지 건조단계, 또는 열가수분해 가용화단계 및 슬러지 건조단계의 열원으로 재활용할 수 있다.Also, in the energy recycling step, the biogas is supplied to the gas generator to produce electricity, and the waste heat generated in the power generation process is supplied to the gas generator through the heat hydrolysis and solubilization step, the sludge drying step, Can be recycled.
또한, 상기 에너지 재활용단계에서 상기 바이오가스는 열가수분해 가용화단계, 슬러지 건조단계, 또는 열가수분해 가용화단계 및 슬러지 건조단계용 연료로 재활용할 수 있다.Also, in the energy recycling step, the biogas can be recycled as a fuel for the hydrolysis and solubilization step, the sludge drying step, or the hydrolysis and solubilization step and the sludge drying step.
또한, 상기 에너지 재활용단계에서 상기 건조물은 화력발전소, 시멘트 소성로, 또는 화력발전소 및 시멘트 소성로용 보조연료로 재활용할 수 있다.In addition, in the energy recycling step, the dried material can be recycled as an auxiliary fuel for a thermal power plant, a cement kiln, or a thermal power plant and a cement kiln.
상기와 같은 본 발명의 열가수분해를 포함하는 유기성 폐기물 혐기소화 시스템은, 고온, 고압을 이용한 열가수분해 가용화를 시킴으로써 유기물질이 가용화되어 분해되기 위한 최적의 상태로 혐기소화가 이루어지는 중온 단상소화조에 투입될 수 있는 효과가 있다.The organic waste anaerobic digestion system including the above-mentioned thermo-hydrolysis of the present invention can be applied to a medium-temperature single-phase digestion tank in which anaerobic digestion is performed in an optimal state for solubilization and decomposition of organic substances by solubilization by thermal hydrolysis using high temperature and high pressure There is an effect that it can be injected.
또한, 상기 중온 단상소화조 내 유기성 폐기물의 체류시간을 단축시킬 수 있으며, 중온 단상소화조가 안정적으로 운전될 수 있는 효과가 있다.Further, the residence time of the organic waste in the medium-temperature single-phase digestion tank can be shortened, and the medium-temperature single-phase digestion tank can be stably operated.
또한, 체류시간이 단축됨에도 불구하고 기질이 안정적으로 혐기소화되고 혐기소화 효율이 증대되기 때문에 안정성 및 경제성을 확보할 수 있는 효과가 있다.In addition, although the residence time is shortened, since the substrate is stably anaerobically digested and the anaerobic digestion efficiency is increased, stability and economical efficiency can be secured.
또한, 상기와 같이 안정적인 혐기소화가 이루어지고 효율이 증대됨으로써, 혐기소화 시 발생하는 바이오가스 발생량을 최대화할 수 있는 효과가 있다.In addition, since stable anaerobic digestion is performed and efficiency is increased as described above, there is an effect that the amount of biogas generated during anaerobic digestion can be maximized.
또한, 유기성 폐기물의 종류와 특성에 따라 전처리를 시킴으로써 열가수분해 효율 및 혐기소화 효율을 높일 수 있고, 다양하고 방대한 양의 유기성 폐기물을 효과적으로 혐기소화 처리할 수 있는 효과가 있다.In addition, by performing pretreatment according to the type and characteristics of the organic waste, the thermal hydrolysis efficiency and the anaerobic digestion efficiency can be increased, and the various organic waste can be effectively anaerobically digested.
또한, 기존의 혐기소화에 비해 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화를 거쳐 발생된 소화슬러지의 경우 탈수성이 우수하고 약품사용량을 감소시킬 수 있으며, 탈수슬러지는 악취가 현저하게 감소되어 환경오염이 방지되는 효과가 있다.In addition, compared with the conventional anaerobic digestion, the digested sludge generated through anaerobic digestion of the organic waste according to the present invention is excellent in dewaterability and can reduce the amount of the drug used, and the dewatered sludge has a remarkably reduced odor, It is effective.
또한, 건조물의 경우 보조연료로 재활용될 수 있고 혐기소화 과정에서 발생되는 바이오가스는 직접 또는 발전을 통해 소내 전력, LNG 대체 연료 등의 방법으로 재활용됨으로써 에너지 재활용 효율을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the dried material can be recycled as an auxiliary fuel, and the biogas generated in the anaerobic digestion process can be recycled directly or through power generation, such as in-house power and LNG alternative fuel, thereby maximizing energy recycling efficiency.
또한, 바이오가스 발전 과정에서 발생되는 폐열 및 바이오가스가 본 발명의 열가수분해를 포함하는 혐기소화 시스템 내 열가수분해 가용화장치, 슬러지 건조장치, 또는 열가수분해 가용화장치 및 슬러지 건조장치용 연료로 재활용됨에 따라, 에너지 자립률을 50 % 이상 달성할 수 있는 효과가 있다.Also, waste heat and biogas generated in the biogas power generation process may be used as a thermal hydrolysis solubilization device, a sludge drying device, or a thermal hydrolysis solubilizing device and a fuel for a sludge drying device in an anaerobic digestion system including thermal hydrolysis of the present invention As it is recycled, the energy independence rate can be more than 50%.
또한, 이로 인해 RFS(Renewable Fuel Standard, 신재생연료 혼합의무제도) 제도 및 RPS(Renewable Portfolio Standard, 신재생에너지 공급의무제도) 제도에도 대응이 가능하며, 온실가스 감축 및 화석에너지 사용량 감소의 효과가 있다.In addition, it is possible to respond to the RFS (Renewable Fuel Standard) system and the Renewable Portfolio Standard (RPS) system, and to reduce greenhouse gas emissions and reduce the use of fossil energy. have.
도 1은 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 시스템의 일 실시예에 대한 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 방법의 일 실시예에 대하여 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 소화효율 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 가스발생률 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5은 본 발명의 비교예 1에 따른 소화효율 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6는 본 발명의 비교예 1에 따른 가스발생률 특성을 나타낸 그래프이다.
1 is a block diagram showing a configuration of an organic waste anaerobic digestion system according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart showing an embodiment of the anaerobic digestion method of the organic waste according to the present invention.
3 is a graph showing the digestion efficiency characteristics according to the first embodiment of the present invention.
4 is a graph showing gas generation rate characteristics according to Example 1 of the present invention.
5 is a graph showing the digestion efficiency characteristics according to Comparative Example 1 of the present invention.
6 is a graph showing gas generation rate characteristics according to Comparative Example 1 of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 또한, 하기의 설명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 많은 특정사항들이 설명되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. In the following description, numerous specific details, such as specific elements, are set forth in order to provide a thorough understanding of the present invention, and it is to be understood that the present invention may be practiced without these specific details, It will be obvious to those who have knowledge of. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
우선, 본 명세서에 사용된 용어 중 일부에 대해 정의한다.First, some of the terms used in this specification are defined.
본 명세서에서 바이오폴리머란, 생물이 생산하는 고분자 화합물의 총칭으로서 단백질, 다당류, 핵산, 섬유소 등이 포함된다.In the present specification, the term biopolymer includes proteins, polysaccharides, nucleic acids, fibrin, etc. as generic terms of the polymeric compounds produced by the organism.
본 명세서에서 반류수란, 유기성 폐기물의 혐기소화가 이루어지는 소화조의 상등수, 탈수기(800)로 인해 발생한 탈리여액 또는 탈수여액 등을 통틀어서 가리키는 용어이다.In the present specification, the term "reflux water" refers to a denitrification tank for anaerobic digestion of organic waste, a desolvation filtrate or dehydration filtrate resulting from the dehydrator 800, and the like.
본 명세서에서 스컴(Scum)이란, 통상적으로 정수처리장, 하폐수처리장, 축분처리장 등의 포기조 및 침전조 상부, 혐기소화조의 기액 경계층 등에 주로 발생하며 혐기소화 운전을 방해하고 문제를 일으키는 물질이다.In the present specification, "scum" is a substance which occurs mainly in aeration tank and sedimentation tank such as a water treatment plant, a wastewater treatment plant, a paddy field treatment plant, and a gas-liquid boundary layer of anaerobic digestion tank, and obstructs anaerobic digestion operation and causes problems.
본 명세서에서 VS 란, 휘발성 고형물(Volatile Solids)의 약자로서 총 고형물을 600 ℃로 강열시켰을 때 휘발되는 유기성분이다.In this specification, VS is an abbreviation of volatile solids and is an organic component that is volatilized when total solids are ignited at 600 ° C.
본 명세서에서 VS 감량률이란, 강열감량이라고도 하며 혐기소화의 결과물인 소화슬러지에서 감소된 유기성분의 감량 비율을 알 수 있는 척도이다.In the present specification, the VS reduction rate is a measure for determining the reduction ratio of the organic component in the digested sludge, which is also known as the ignition loss, as a result of anaerobic digestion.
본 명세서에서 기질이란, 본 발명의 시스템 내 유기성 폐기물을 가리키며, 바람직하게는 시스템 내의 각 시설 또는 장치에 투입되는 유기성 폐기물을 가리키는 용어로서 사용되었다.As used herein, substrate refers to organic wastes in the system of the present invention and is preferably used as a term to refer to organic wastes that are put into each facility or apparatus in the system.
본 명세서에서 COD란, 화학적 산소요구량으로서, 화학적으로 산화가능한 유기물을 산화시키기 위한 산소요구량을 가리키며 유기성 폐기물 내 유기물 함유도 측정을 위한 척도이다.As used herein, COD is a chemical oxygen demand amount, which indicates an oxygen demand amount for oxidizing a chemically oxidizable organic matter, and is a measure for measuring the organic matter content in organic wastes.
본 명세서에서 SCOD란, 상기 COD 중 용해성 COD를 가리킨다.In the present specification, SCOD refers to soluble COD in the COD.
본 명세서에서 HRT란, HRT(Hydraulic Retention Time)로서 수리학적 평균체류시간을 가리키며 반응조용량/유입유량을 의미한다.In the present specification, HRT is hydraulic retention time (HRT), which indicates the hydraulic average residence time and refers to the tank capacity / inflow flow rate.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 시스템의 일 실시예에 대한 구성을 나타낸 블럭도이다.1 is a block diagram showing a configuration of an organic waste anaerobic digestion system according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명은, 유기성 폐기물을 저류하는 저류조(400), 상기 저류조(400)로부터 공급되는 유기성 폐기물을 160 내지 200 ℃, 바람직하게는 180 내지 200 ℃, 보다 바람직하게는 190 내지 200 ℃ 및 5 내지 10 bar, 바람직하게는 6 내지 10 bar, 보다 바람직하게는 7 내지 10 bar에서 열가수분해하여, 유기물질의 세포벽을 파괴하고 바이오폴리머를 분해하는 열가수분해 가용화장치(500)와,As shown in FIG. 1, the present invention includes a storage tank 400 for storing organic wastes, an organic waste supplied from the storage tank 400 at 160 to 200 ° C, preferably 180 to 200 ° C, more preferably 190 To 500 deg. C and 5 to 10 bar, preferably 6 to 10 bar, more preferably 7 to 10 bar to decompose the cell wall of the organic material and decompose the biopolymer. The thermo-hydrolysis solubilizer 500 )Wow,
상기 열가수분해 가용화를 거친 유기성 폐기물을 혐기소화시켜 바이오가스를 포함하는 기체생성물 및 소화슬러지를 생성시키는 중온 단상소화조(600), 상기 혐기소화를 거쳐 생성된 소화슬러지를 탈수하여 탈수슬러지를 생성하는 탈수기(800), 상기 탈수기(800)에 의해 탈수된 탈수슬러지를 건조시켜 건조물을 생성하는 슬러지 건조장치(900)와,A middle-temperature single-phase digestion tank 600 for anaerobic digesting organic wastes subjected to the thermo-hydrolysis and solubilization to produce a gaseous product containing biogas and digested sludge, a deodorization unit for dehydrating the digested sludge produced through the anaerobic digestion to produce dehydrated sludge A sludge drying device 900 for drying the dehydrated sludge dehydrated by the dehydrator 800 to produce a dried product,
상기 혐기소화를 거쳐 생성된 기체생성물 중 바이오가스를 분리하는 바이오가스 정제설비(610), 및 상기 건조물, 바이오가스, 또는 건조물 및 바이오가스를 연료로 사용하는 에너지 재활용설비(620)를 포함하는, 유기성 폐기물 혐기소화 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.A biogas refining facility 610 for separating the biogas from the gaseous products generated through the anaerobic digestion and an energy recycling facility 620 for using the dried material, biogas or dried material and biogas as fuel, It is an object of the present invention to provide an organic waste anaerobic digestion system.
본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 시스템에서 유기성 폐기물은, 본격적으로 혐기소화가 되는 중온 단상소화조(600)에 유입되기 이전에 상기 저류조(400)를 거쳐 열가수분해 가용화장치(500)에 투입된다. 상기 열가수분해 가용화장치(500)에 투입된 유기성 폐기물은 160 내지 200 ℃, 바람직하게는 180 내지 200 ℃, 보다 바람직하게는 190 내지 200 ℃ 및 5 내지 10 bar, 바람직하게는 6 내지 10 bar, 보다 바람직하게는 7 내지 10 bar에서 열가수분해된다. 이는 유기성 폐기물 내 유기물질의 세포벽이 파괴되고 바이오폴리머가 분해되는 효과적인 범위이며, 상기 세포벽 이외에도 생물학적 난분해성 물질들이 파괴될 수 있다. 또한, 열과 압력 처리를 동시에 하기 때문에 가수분해 효율이 증대된다. 또한, 이 과정에서 복잡한 구조의 유기물이 모노머, 올리고머 등의 용해성 물질로 효과적으로 가용화되며, 이는 더욱 빠르고 효율이 높은 혐기소화가 이루어질 수 있게 한다. 특히, 유기성 폐기물과 같이 고형물이 많은 폐기물인 경우 이러한 가수분해 단계가 전체 혐기소화 시스템의 공정 효율과 처리 시간에 매우 중요한 과정이라고 할 수 있다.In the organic waste anaerobic digestion system of the present invention, the organic waste is introduced into the thermohydrolysis and solubilization apparatus 500 via the storage tank 400 before being introduced into the mesophase single-phase digestion tank 600 which is fully anaerobically digested. The organic waste introduced into the thermohydrolysis and decomposition apparatus 500 is heated at a temperature of 160 to 200 ° C, preferably 180 to 200 ° C, more preferably 190 to 200 ° C, and 5 to 10 bar, preferably 6 to 10 bar Preferably 7 to 10 bar. This is an effective range in which the cell wall of the organic material in the organic waste is destroyed and the biopolymer is decomposed, and the biodegradable materials other than the cell wall may be destroyed. In addition, hydrolysis efficiency is increased because heat and pressure treatment are performed at the same time. Also, in this process, organic substances having a complicated structure are effectively solubilized by solubilizing materials such as monomers and oligomers, which enables faster and more efficient anaerobic digestion. Particularly, in the case of solid wastes such as organic wastes, this hydrolysis step is a very important step in the process efficiency and treatment time of the whole anaerobic digestion system.
상기 열가수분해 가용화장치(500)를 거쳐 가용화된 유기성 폐기물은 중온 단상소화조(600)로 유입이 된다. 여기서 상기 중온 단상소화조(600)에 유입된 유기성 폐기물의 혐기소화가 이루어지며 이를 통해 바이오가스를 포함하는 기체생성물이 생성된다. 이때, 중온 단상소화조(600)에 유입되는 유기성 폐기물은 열가수분해 가용화가 되었기 때문에 이를 기질로 하여 반응하는 혐기소화의 효율이 증대되며, 이 과정에서 생성될 수 있는 바이오가스의 생산효율 또한 증대된다. 일반적인 혐기소화 시스템에 비해 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 시스템 내의 혐기소화를 통해 바이오가스 발생량은 40 % 이상 증대가 가능하며, 이에 따라 재활용 가능한 에너지가 증가해 에너지 재활용 측면에서도 훨씬 경제적이다. 더불어, 혐기소화 효율의 증대로 인해 처리 시간이 짧아져 유기성 폐기물이 중온 단상소화조(600)에 체류하는 시간이 단축될 수 있다. 또한, 혐기소화 효율 증대와 체류시간 단축으로 인해 혐기소화를 위해 필요한 에너지도 감소하는 효과가 있다.The organic waste that has been solubilized through the thermal hydrolysis and solubilizing apparatus 500 flows into the medium-temperature single-phase digestion tank 600. Here, anaerobic digestion of the organic waste introduced into the medium-temperature single-phase digestion tank 600 is performed, thereby producing a gaseous product containing biogas. At this time, organic wastes introduced into the medium-temperature single-phase digestion tank 600 are thermally hydrolyzed and solubilized, so that the efficiency of anaerobic digestion, which reacts with the substrate as a substrate, is increased, and the production efficiency of biogas that can be produced in this process is also increased . Compared to a general anaerobic digestion system, anaerobic digestion in the organic waste anaerobic digestion system of the present invention enables the biogas generation to be increased by more than 40%, and thus energy for recycling is increased, which is much more economical in terms of energy recycling. In addition, the treatment time is shortened due to the increase in the anaerobic digestion efficiency, and the time for organic wastes to stay in the medium-temperature single-phase digestion tank 600 can be shortened. In addition, the energy required for anaerobic digestion is also reduced by increasing the anaerobic digestion efficiency and shortening the residence time.
또한, 일반적인 혐기소화 시스템의 혐기소화조에 비해 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 시스템 내 중온 단상소화조(600)의 용적을 절반정도로 줄일 수 있다. 이에 따라 시설의 설치와 관리가 더 용이해져 더욱 안정적인 소화조 운영이 가능하며 운영 에너지를 줄일 수 있다. 또한, 일반적인 혐기소화 시스템 내 혐기소화에서 VS 감량률이 40 % 정도인 반면, 본 발명의 열가수분해를 포함하는 유기성 폐기물 혐기소화 시스템 내 혐기소화에서는 VS 감량률이 55 % 이상으로 이 또한 안정적인 소화조 운영과 운영에너지 절감을 가능하게 한다. 또한, 상기와 같은 소화조 용적 감소 및 VS 감량률의 증가는 혐기소화 효율과 바이오가스 발생량 증대로 이어지는데, 특히 바이오가스 발생량은 일반적인 혐기소화 시스템에 비해 40 % 이상 증대가 가능하다.In addition, the volume of the medium-temperature single-phase digestion tank 600 in the anaerobic digestion system of the present invention can be reduced to about half that of the anaerobic digestion system of a general anaerobic digestion system. This makes it easier to install and manage the facility, which makes it possible to operate a more stable digester and reduce operating energy. In addition, the VS reduction rate is about 40% in the anaerobic digestion system in the general anaerobic digestion system, while the VS reduction rate is more than 55% in the anaerobic digestion system in the organic waste anaerobic digestion system including the thermal hydrolysis of the present invention, It enables operational and operational energy savings. In addition, the reduction of the digestion tank volume and the VS reduction rate as described above leads to an increase in the anaerobic digestion efficiency and the biogas generation amount. In particular, the biogas generation amount can be increased by 40% or more as compared with a general anaerobic digestion system.
또한, 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 시스템은 상기 열가수분해 가용화장치(500)를 거친 유기성 폐기물이 중온 단상소화조(600)로 투입되기 전 유기 폐기물의 온도를 낮추는 냉각기(510)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 냉각기(510)에서 배출되는 열가수분해 가용화된 유기성 폐기물은 혐기소화가 이루어지는 중온 단상소화조(600) 내의 미생물 생육에 최적화된 온도 예컨대 38 내지 39 ℃ 내외의 온도로 냉각된다. 상기 냉각된 유기성 폐기물이 중온 단상소화조(600)에 투입되기 때문에 중온 단상소화조(600)는 안정적으로 운전될 수 있고 이는 혐기소화 효율 증대와 바이오가스 생산량의 극대화로 이어질 수 있다. 일반적인 혐기소화 시스템에서는 중온소화의 경우 35 ℃ 내외 정도의 온도로 소화조를 유지시키기 위한 가온 및 보온 에너지가 필요하다. 따라서, 일반적인 혐기소화 시스템과 비교하여, 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 시스템에서는 별도의 소화조 가온이 필요없게 되므로 소화조 가온 및 보온에 필요한 에너지를 절약할 수 있다.In addition, the organic waste anaerobic digestion system of the present invention further includes a cooler 510 for lowering the temperature of the organic waste before the organic waste passed through the thermal hydrolysis and solubilizing apparatus 500 is introduced into the medium-temperature single-phase digestion tank 600 . The thermally hydrolyzed organic waste discharged from the cooler 510 is cooled to a temperature optimum for microbial growth in the mesophase single-phase digester 600 where anaerobic digestion takes place, for example, at a temperature of about 38 to 39 ° C. Since the cooled organic waste is fed to the medium-temperature single-phase digestion tank 600, the medium-temperature single-phase digestion tank 600 can be operated stably, which may lead to an increase in the anaerobic digestion efficiency and maximization of the biogas production. In general anaerobic digestion system, warming and warming energy are needed to keep the digester at about 35 ℃ in case of mid - temperature digestion. Therefore, compared to a general anaerobic digestion system, the organic waste anaerobic digestion system of the present invention does not require a separate digestion tank warming, so that it is possible to save energy required for heating and maintaining the digestion tank.
또한, 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 시스템은 상기 중온 단상소화조(600)로부터 배출되는 소화슬러지를 저류하는 소화슬러지 저류조(700)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 소화슬러지 저류조(700)는 상기 중온 단상소화조(600)로부터 배출되는 소화슬러지를 일시적으로 저류하며 소화슬러지 저류조(700)를 거친 유기성 폐기물은 탈수기(800)로 투입 후 탈수되어 탈수슬러지가 생성된다. 일반적인 혐기소화 시스템의 경우 탈수슬러지의 함수율이 80 % 전후인 반면, 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 시스템에서는 열가수분해에 따른 탈수성이 매우 커 탈수슬러지 함수율을 70 % 이하로 유지시킬 수 있다. 따라서, 탈수슬러지의 발생량 감소가 가능하고 이후의 건조공정 등에서도 상기 함수율이 낮은 탈수슬러지를 처리하는 데 필요한 에너지 소비량을 줄일 수 있어 경제적이다.Also, the organic waste anaerobic digestion system of the present invention may further include a digester sludge storage tank 700 for storing digested sludge discharged from the medium-temperature single-phase digestion tank 600. The digested sludge storage tank 700 temporarily stores extinguishing sludge discharged from the mid-temperature single-phase digestion tank 600 and the organic waste having passed through the extinguishing sludge storage tank 700 is dehydrated after being introduced into the dehydrator 800 to generate dehydrated sludge . In the general anaerobic digestion system, the water content of the dehydrated sludge is about 80%, whereas in the organic waste anaerobic digestion system of the present invention, the dehydration due to thermal hydrolysis is very high and the dehydration sludge water content can be maintained at 70% or less. Therefore, it is possible to reduce the amount of dehydrated sludge generated and reduce the energy consumption required for treating the dehydrated sludge having a low water content even in the subsequent drying step, which is economical.
또한, 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 시스템은 상기 탈수기(800)에서 발생되는 탈리 여액 내의 유기물질 및 인을 제거하는 반류수 처리장치(810)를 추가로 포함할 수 있다. 혐기소화 시스템에서 소화슬러지의 감량화, 안정화는 혐기소화의 중요한 목적 중 하나이다. 따라서, 상기 탈수기(800)를 통해 소화슬러지의 수분인 탈리 여액을 분리시켜 감량화, 안정화시키고 상기 반류수 처리장치(810)를 통해 탈리 여액 내의 유기물질 및 인을 제거하는 과정이 필요하다.In addition, the organic waste anaerobic digestion system of the present invention may further include a reflux water treatment device 810 for removing organic substances and phosphorus in the desorption filtrate generated in the dehydrator 800. Reduction and stabilization of digested sludge in anaerobic digestion system is one of the main purposes of anaerobic digestion. Therefore, it is necessary to separate and reduce the desorption filtrate, which is the moisture of the digested sludge, through the dehydrator 800, and to remove the organic substances and phosphorus in the desorption filtrate through the reflux water treatment device 810.
또한, 상기 혐기소화를 거쳐 생성된 소화슬러지가 탈수기(800)에서 탈수되어 생성된 탈수슬러지는 슬러지 건조장치(900)로 이송된 후 건조되어 건조물이 생성된다.In addition, the digested sludge generated through the anaerobic digestion is dehydrated in the dehydrator 800, and the generated dehydrated sludge is transferred to the sludge drying device 900 and dried to produce a dried product.
또한, 상기 건조 후의 건조물의 함수율은 1 내지 10 %, 바람직하게는 4 내지 9 %, 보다 바람직하게는 6 내지 8 %일 수 있다. 이는 소화슬러지의 충분한 탈수 및 건조로 인해 악취발생이 효과적으로 방지되고 부피가 감소하여 취급이 용이하게 될 수 있는 범위이다. 또한, 함수율이 낮기 때문에 배출되었을 때 부패하기가 어렵게 되며 환경오염을 방지할 수 있다. 또한, 상기 건조물은 처리할 때에도 화력발전소 또는 시멘트 소성로의 보조연료로 활용이 가능하기 때문에 전체 시스템을 더욱 경제적으로 만들 수 있다. 더불어, 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 시스템에서는 열가수분해를 통해 유기물질의 세포벽을 파괴시키고 바이오폴리머를 분해하였기 때문에 상기와 같이 더 낮은 함수율 범위의 건조물을 얻을 수 있다. 다시 말하면, 유기성 폐기물 내의 세포나 고분자와 같이 결합수가 포함된 물질을 열가수분해 가용화시켜 결합수를 감소시켰기 때문에 이와 같이 함수율 제거 효율을 더욱 높일 수 있다.The moisture content of the dried product after drying may be 1 to 10%, preferably 4 to 9%, more preferably 6 to 8%. This is a range in which the generation of odor is effectively prevented due to sufficient dehydration and drying of the digested sludge, and the volume is reduced to facilitate handling. In addition, since the water content is low, it is difficult to decay when discharged, and environmental pollution can be prevented. Further, since the dried material can be used as an auxiliary fuel for a thermal power plant or a cement kiln during the treatment, the entire system can be made more economical. In addition, in the organic waste anaerobic digestion system of the present invention, since the cell wall of the organic material is destroyed by heat hydrolysis and the biopolymer is decomposed, the dried material having a lower water content can be obtained. In other words, since hydrolysis and solubilization of substances including binding water such as cells and polymers in organic waste are reduced to decrease the number of binding, the water removal efficiency can be further increased.
또한, 상기 건조물은 화력발전소, 시멘트 소성로, 또는 화력발전소 및 시멘트 소성로용 보조연료로 재활용할 수 있다. 또한, 이로 인해 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 시스템의 에너지 자립률을 더욱 높이고 화석에너지 사용량을 줄일 수 있다.In addition, the dried material can be recycled as an auxiliary fuel for a thermal power plant, a cement kiln, or a thermal power plant and a cement kiln. Further, the energy independence rate of the organic waste anaerobic digestion system of the present invention can be further increased and the amount of fossil energy consumption can be reduced.
한편, 상기 유기성 폐기물은 하수슬러지, 음식물류 폐기물, 분뇨슬러지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.Meanwhile, the organic waste may be selected from the group consisting of sewage sludge, food waste, manure sludge, and mixtures thereof.
또한, 상기 분뇨슬러지는 인간분뇨슬러지, 가축분뇨슬러지 또는 인간분뇨슬러지 및 가축분뇨슬러지일 수 있다.The manure sludge may also be manure sludge, livestock manure sludge or human manure sludge and livestock manure sludge.
도 1을 참고하여 보면, 도시한 바와 같이 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 시스템은 상기 하수슬러지, 음식물류 폐기물, 분뇨슬러지와 같은 유기성 폐기물이 저류조(400)에 투입되기 전에 전처리되는 설비가 포함될 수 있다.As shown in FIG. 1, the organic waste anaerobic digestion system of the present invention may include an apparatus for pre-treating organic wastes such as sewage sludge, food waste, and manure sludge before they are introduced into the storage tank 400.
우선, 상기 하수슬러지는 탈수 후 상기 저류조(400)로 이송될 수 있다. 일반적으로 하수슬러지는 하수처리장 농축조에서 농축되어 본 발명과 같은 혐기소화 시스템으로 공급되는데, 바로 저류조(400)로 이송되기보다는 먼저 하수슬러지 탈수기(110)를 통해 탈수된 후 본 발명을 구성하는 저류조(400)로 이송되는 것이 바람직하다.First, the sewage sludge can be transferred to the storage tank 400 after dewatering. Generally, the sewage sludge is concentrated in the concentration tank of the sewage treatment plant and supplied to the anaerobic digestion system according to the present invention. Before being transferred to the storage tank 400, the waste water sludge is first dehydrated through the sewage sludge dewatering device 110, 400, respectively.
또한, 상기 음식물류 폐기물은 파쇄 및 선별 후 상기 저류조(400)로 이송될 수 있다.Further, the food waste may be transported to the storage tank 400 after crushing and sorting.
또한, 상기 분뇨슬러지는 협잡물 제거 및 탈수 후 상기 저류조(400)로 이송될 수 있다. 각각의 유기성 폐기물이 상기와 같이 각 기질의 특성에 적합한 전처리를 거침으로써 유기성 폐기물의 혼합화 및 저류조(400)에서의 저류가 더 용이해진다. 또한, 상기 저류조(400)를 거쳐 열가수분해 가용화장치(500)에 투입되는 기질로서 더욱 안정화될 수 있으며 이는 더 높은 효율의 열가수분해 가용화로 이어진다.Also, the manure sludge can be transferred to the storage tank 400 after the removal of the impurities and the dewatering. As each organic waste is subjected to the pretreatment suitable for the characteristics of each substrate as described above, mixing of the organic waste and storage in the storage tank 400 becomes easier. Further, it can be further stabilized as a substrate to be fed into the thermohydrolysis and solubilizing apparatus 500 through the storage tank 400, leading to a higher efficiency of thermo-hydrolysis and solubilization.
또한, 상기 탈수 후의 함수율은 75 내지 90 %, 바람직하게는 80 내지 85 %, 보다 바람직하게는 82 내지 84 %일 수 있다. 상기와 같은 범위까지 탈수를 시킴으로써 처리해야 하는 전체 유기성 폐기물의 부피가 현저히 감소되고 이에 따라 저류조(400)의 용적도 감소시킬 수 있으며 취급이 용이하게 된다. 더불어, 전체 유기성 폐기물의 함수율 또한 감소되기 때문에 유기성 폐기물의 혐기소화 후 발생되는 슬러지를 감량화시킬 수 있으며 이를 건조시키는 데에도 에너지를 덜 필요로 하게 된다.The water content after dehydration may be 75 to 90%, preferably 80 to 85%, more preferably 82 to 84%. By dehydrating to the above-mentioned range, the volume of the total organic waste to be treated is remarkably reduced, and the volume of the storage tank 400 can be reduced, and handling is facilitated. In addition, since the water content of the organic wastes is also reduced, the sludge generated after the anaerobic digestion of the organic wastes can be reduced and the energy required for drying the wastes is also reduced.
또한, 상기 음식물류 폐기물은 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적으로 행해지는 파쇄공정을 거친 후 입경 10 mm, 바람직하게는 7 mm, 보다 바람직하게는 5 mm 이하의 입자만 통과하도록 선별되며, 상기와 같은 범위로의 선별 공정을 거침으로써 비닐류, 철류, 플라스틱류, 뼈와 같은 각종 이물질이 95 % 이상, 바람직하게는 97 % 이상 제거된 상태로 저류조(400)로 이송될 수 있다. 또한, 입자 크기가 작아졌기 때문에 전체 유기성 폐기물의 부피가 현저히 감소되고 이에 따라 저류조(400)의 용적도 감소시킬 수 있으며 취급이 용이하게 된다.The food wastes are selected so as to pass only particles having a particle diameter of 10 mm, preferably 7 mm, and more preferably 5 mm or less after the crushing process generally performed in the technical field of the present invention, It can be transferred to the storage tank 400 in a state where 95% or more, preferably 97% or more of various foreign substances such as vinyl, iron, plastic, and bone is removed. In addition, since the particle size is reduced, the volume of the total organic waste is significantly reduced, and the volume of the storage tank 400 can be reduced, and handling is facilitated.
또한, 분뇨슬러지의 경우 이물질 선별을 위해 협잡물 처리기(310)를 거쳐 이물질이 제거된다. 상기와 같이 협잡물이 제거됨으로써 협잡물 제거 후 분뇨슬러지 탈수기(320)를 통한 탈수과정을 더 용이하게 만들고 탈수 효율을 더 높일 수 있다.In the case of the manure sludge, foreign matter is removed through the impregnation processor 310 for sorting out foreign matter. As described above, since the impurities are removed, the dewatering process through the manure sludge dewatering unit 320 after the removal of the contaminants can be made easier and the dewatering efficiency can be further increased.
또한, 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 시스템의 상기 중온 단상소화조(600)는 기계식 강제 교반장치를 구비할 수 있다. 기계식 강제 교반장치는 상기 중온 단상소화조(600) 내의 유기성 폐기물이 혐기성 소화미생물과 완전혼합 상태를 유지할 수 있게 한다. 또한, 유기성 폐기물의 이상 발포를 없애주며 스컴 제거 효율을 높여준다.Also, the medium-temperature single-phase digestion tank 600 of the organic waste anaerobic digestion system of the present invention may be equipped with a mechanical forced stirring apparatus. The mechanical forced stirring device allows the organic waste in the mid-temperature single-phase digestion tank 600 to remain in complete mixing with the anaerobic digestive microorganisms. In addition, it eliminates abnormal foaming of organic waste and improves scum removal efficiency.
또한, 상기 중온 단상소화조(600)는 스컴을 제거하는 스컴제거장치를 구비할 수 있다. 상기 스컴제거장치는 중온 단상소화조(600)의 상부에 위치할 수 있으며 스컴 발생을 억제하고 제거하는 역할을 한다. 이를 통해, 보다 효율적으로 조기에 스컴층을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 생성된 바이오가스의 원활한 배출을 통해 상기 중온 단상소화조(600) 내의 바이오가스 분압을 낮추어 유해가스의 영향을 감소시켜준다.The medium-temperature single-phase digestion tank 600 may include a scum removing device for removing scum. The scum removing device can be positioned above the mesophase single-phase digestion tank 600 and serves to suppress and remove scum. Accordingly, not only can the scum layer be removed more efficiently early, but also the biogas partial pressure in the mid-temperature single-phase digestion tank 600 is lowered through the smooth discharge of the generated biogas to reduce the influence of the harmful gas.
또한, 상기 중온 단상소화조(600)는 퇴적물을 제거하고 미생물을 소화조로 반송하는 싸이클론을 하부에 구비할 수 있다. 이는 중온 단상소화조(600) 내 유기성 폐기물에 미량 포함된 이물질에 의한 퇴적물을 주기적으로 제거하고 제거과정에서 유실될 수 있는 미생물을 중온 단상소화조(600)로 내로 반송시킨다. 이에 따라 혐기소화 효율이 일정하게 유지되어 전체적인 연속 시스템을 안정화시키고 시스템의 효율을 높일 수 있다.The medium-temperature single-phase digestion tank 600 may have a cyclone below the sediment and transfer the microorganisms to the digester. This is because the organic waste in the medium-temperature single phase digester 600 Periodically removes sediments from a foreign substance contained in a trace amount, and returns the microorganisms, which may be lost during the removal process, to the medium-temperature single-phase digestion tank 600. Thus, the anaerobic digestion efficiency can be kept constant, stabilizing the entire continuous system and increasing the efficiency of the system.
또한, 상기 중온 단상소화조(600)는 35 내지 40 ℃, 바람직하게는 37 내지 40 ℃, 보다 바람직하게는 38 내지 39 ℃에서 운전될 수 있다. 상기 중온 단상소화조(600)에 투입되는 유기성 폐기물의 온도가 상기 범위 이내의 온도를 유지하고 있기 때문에 일반적인 혐기소화 방식은 소화조 가온이 필요한 반면 본 발명의 상기 중온 단상소화조(600)는 별도의 가온이 필요없게 된다. 따라서, 별도의 에너지 투입 없이 상기 범위의 온도에서 운전될 수 있어 더욱 경제적이다.Also, the heavy-temperature single-phase digestion tank 600 can be operated at 35 to 40 DEG C, preferably 37 to 40 DEG C, and more preferably 38 to 39 DEG C. Since the temperature of the organic waste supplied to the heavy-temperature single-phase digestion tank 600 is maintained at the temperature within the above-mentioned range, general anaerobic digestion method requires warming in the digester, while the medium- It becomes unnecessary. Therefore, it can be operated at the temperature within the above range without additional energy input, which is more economical.
또한, 상기 중온 단상소화조(600) 내 체류시간은 5 내지 30 일, 바람직하게는 7 내지 25 일, 보다 바람직하게는 10 내지 20 일일 수 있다. 일반적인 혐기소화 시스템의 중온소화 공정일 경우 35 ℃ 정도의 온도에서의 소화조 내 유기성 폐기물의 체류시간이 30 일 이상인 것과 비교하여, 본 발명의 중온 단상소화조(600) 내 유기성 폐기물의 체류시간은 20 일 이내까지 감소시킬 수 있다. 이는 열가수분해 가용화를 통한 혐기소화 효율의 증대로 인해 처리 시간이 짧아져 중온 단상소화조(600)에 유기성 폐기물이 체류하는 시간이 현저하게 단축된 효과이다. 또한, 혐기소화의 효율 증대와 중온 단상소화조(600) 내 유기성 폐기물의 체류시간 단축으로 인해 혐기소화를 위해 필요한 에너지를 감소시키는 데에도 효과가 있다.The residence time in the medium-temperature single-phase digestion tank 600 may be 5 to 30 days, preferably 7 to 25 days, more preferably 10 to 20 days. The residence time of the organic waste in the medium temperature single stage digester 600 of the present invention is 20 days or more as compared with the case where the residence time of the organic waste in the digester is 30 days or more at a temperature of about 35 ° C in a general anaerobic digestion system, . This is because the treatment time is shortened due to the increase of the anaerobic digestion efficiency through the hydrolysis and solubilization, and the time for organic waste to stay in the medium-temperature single-phase digestion tank 600 is remarkably shortened. It is also effective in reducing the energy required for anaerobic digestion by increasing the efficiency of anaerobic digestion and shortening the residence time of the organic waste in the mid-temperature single-phase digestion tank (600).
상기 혐기소화를 거쳐 생성된 기체생성물 중 바이오가스는 바이오가스 정제설비(610)로 유입되어 정제된다. 상기 중온 단상소화조(600)에서 혐기소화를 거쳐 발생되는 기체생성물 중에는 메탄과 이산화탄소 외에 수분, 황화수소, 실록산 등의 불순물이 존재하는데 바이오가스 정제설비(610)를 통해 불순물이 제거된다.Among the gaseous products produced through the anaerobic digestion, the biogas is introduced into the biogas purification facility 610 and purified. In addition to methane and carbon dioxide, impurities such as moisture, hydrogen sulfide, and siloxane are present in the gaseous products generated through anaerobic digestion in the medium-temperature single-phase digestion tank 600, and impurities are removed through the biogas purification facility 610.
또한, 상기 바이오가스 정제설비(610)를 거쳐 불순물이 제거된 바이오가스는 에너지 재활용설비(620)로 유입되어 발전이나 LNG 연료 대체물로 활용되는 등 재활용될 수 있다. 더 상세히 설명하자면, 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 시스템에서 생성된 상기 바이오가스는 가스발전기에 공급하여 전기를 생산하고, 발전 과정에서 발생되는 폐열은 열가수분해 가용화장치(500), 슬러지 건조장치(900), 또는 열가수분해 가용화장치(500) 및 슬러지 건조장치(900)의 열원으로 재활용할 수 있다. 또한, 생산된 전기는 전량 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 시스템 내에 사용하거나 매전할 수 있다.In addition, the biogas from which the impurities have been removed through the biogas refining facility 610 may be recycled into the energy recycling facility 620 and utilized as a power generation or LNG fuel substitute. In more detail, the biogas produced by the organic waste anaerobic digestion system of the present invention is supplied to a gas generator to produce electricity, and the waste heat generated in the process of power generation is supplied to a thermal hydrolysis and solubilizing apparatus 500, a sludge drying apparatus 900, or the heat-hydrolysis-solubilizing apparatus 500 and the sludge drying apparatus 900, respectively. In addition, all of the electricity produced can be used in the organic waste anaerobic digestion system of the present invention or can be charged.
또한, 상기 바이오가스는 열가수분해 가용화장치(500), 슬러지 건조장치(900), 또는 열가수분해 가용화장치(500) 및 슬러지 건조장치(900)용 연료로 재활용할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 바이오가스는 보일러 열원으로도 재활용할 수 있다. 이는 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 시스템의 에너지 자립화에 크게 기여할 수 있다.The biogas can be recycled as fuel for the thermohydrolysis and solubilization apparatus 500, the sludge drying apparatus 900, or the thermohydrolysis and solubilization apparatus 500 and the sludge drying apparatus 900. In addition, the biogas can be recycled as a boiler heat source. This can contribute to energy independence of the organic waste anaerobic digestion system of the present invention.
또한, 에너지 자립률은 혐기소화 시 생산되는 바이오가스 발생량, 탈수슬러지를 건조한 건조물 생성량, 또는 바이오가스 발생량 및 탈수슬러지를 건조한 건조물 생성량에 의해 결정된다. 따라서, 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 시스템에서는 열가수분해 가용화를 통해 혐기소화 및 바이오가스 발생 효율을 높이고 상기와 같은 에너지 재활용 시스템을 이용함으로써 에너지 자립률 50 % 이상 달성이 가능하다.In addition, the energy independence rate is determined by the amount of biogas produced during anaerobic digestion, the amount of dry matter produced by drying the dehydrated sludge, or the amount of biogas generated and the amount of dried material dried by drying the dehydrated sludge. Accordingly, in the organic waste anaerobic digestion system of the present invention, the efficiency of anaerobic digestion and biogas generation can be improved through thermal hydrolysis and solubilization, and energy self-sufficiency rate of 50% or more can be achieved by using the above-described energy recycling system.
한편, 도 2는 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 방법의 일 실시예에 대하여 도시한 순서도이다.Meanwhile, FIG. 2 is a flowchart showing an embodiment of the organic waste anaerobic digestion method of the present invention.
도 2에 도시한 바와 같이 본 발명은, (A) 유기성 폐기물을 저류하는 저류단계(S4); (B) 상기 유기성 폐기물을 160 내지 200 ℃, 바람직하게는 180 내지 200 ℃, 보다 바람직하게는 190 내지 200 ℃ 및 5 내지 10 bar, 바람직하게는 6 내지 10 bar, 보다 바람직하게는 7 내지 10 bar에서 열가수분해하여, 유기물질의 세포벽을 파괴하고 바이오폴리머를 분해하는 열가수분해 가용화단계(S5); (C) 상기 열가수분해 가용화 단계를 거친 유기성 폐기물을 혐기소화시켜 바이오가스를 포함하는 기체생성물 및 소화슬러지를 생성시키는 혐기소화단계(S6); (D) 상기 혐기소화를 거쳐 생성된 소화슬러지를 탈수하여 탈수슬러지를 생성하는 탈수단계(S8); (E) 상기 탈수슬러지를 건조시켜 건조물을 생성하는 건조단계(S9); (F) 상기 혐기소화를 거쳐 생성된 기체생성물 중 바이오가스를 분리하는 바이오가스 정제단계(S61); 및 (G) 상기 건조물, 바이오가스, 또는 건조물 및 바이오가스를 연료로 사용하는 에너지 재활용단계(S62)를 포함하는, 열가수분해를 포함하는 유기성 폐기물 혐기소화 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.As shown in FIG. 2, the present invention provides a method for producing organic wastes, comprising (A) a storage step (S4) for storing organic wastes; (B) the organic waste is heated at a temperature of 160 to 200 DEG C, preferably 180 to 200 DEG C, more preferably 190 to 200 DEG C and 5 to 10 bar, preferably 6 to 10 bar, more preferably 7 to 10 bar (S5) of thermally hydrolyzing the biopolymer to destroy the cell wall of the organic material and decomposing the biopolymer; (C) an anaerobic digestion step (S6) of anaerobically digesting the organic waste having undergone the hydrolysis and solubilization step to produce a gaseous product containing biogas and digested sludge; (D) a dehydrating step (S8) of dehydrating the digested sludge produced through the anaerobic digestion to produce dehydrated sludge; (E) drying (S9) drying the dehydrated sludge to produce a dried material; (F) a biogas purification step (S61) for separating the biogas out of the gaseous products produced through the anaerobic digestion; And (G) an energy recycling step (S62) using the dried material, the biogas, or the dried material and the biogas as fuel. The present invention also provides a method for anaerobic digestion of organic waste including thermal hydrolysis.
본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 방법에서 유기성 폐기물은, 본격적으로 혐기소화단계(S6)을 거치기 이전에 상기 저류단계(S4)를 거쳐 열가수분해 가용화단계(S5)를 거치게 된다. 상기 열가수분해 가용화단계(S5)를 거치는 유기성 폐기물은 160 내지 200 ℃, 바람직하게는 180 내지 200 ℃, 보다 바람직하게는 190 내지 200 ℃ 및 5 내지 10 bar, 바람직하게는 6 내지 10 bar, 보다 바람직하게는 7 내지 10 bar에서 열가수분해된다. 이는 유기성 폐기물 내 유기물질의 세포벽이 파괴되고 바이오폴리머가 분해되는 효과적인 범위이며, 상기 세포벽 이외에도 생물학적 난분해성 물질들이 파괴될 수 있다. 또한, 열과 압력 처리를 동시에 하기 때문에 가수분해 효율이 증대된다. 또한, 이 과정에서 복잡한 구조의 유기물이 모노머, 올리고머 등의 용해성 물질로 효과적으로 가용화되며, 이는 더욱 빠르고 효율이 높은 혐기소화가 이루어질 수 있게 한다. 특히, 유기성 폐기물과 같이 고형물이 많은 폐기물인 경우 이러한 가수분해 단계가 전체 혐기소화 방법의 공정 효율과 처리 시간에 매우 중요한 과정이라고 할 수 있다.In the organic waste anaerobic digestion method of the present invention, the organic waste is subjected to the hydrolysis and solubilization step (S5) through the storage step (S4) prior to the anaerobic digestion step (S6) in earnest. The organic waste having undergone the thermal hydrolysis and solubilization step (S5) is heated at a temperature of 160 to 200 DEG C, preferably 180 to 200 DEG C, more preferably 190 to 200 DEG C and 5 to 10 bar, preferably 6 to 10 bar, Preferably 7 to 10 bar. This is an effective range in which the cell wall of the organic material in the organic waste is destroyed and the biopolymer is decomposed, and the biodegradable materials other than the cell wall may be destroyed. In addition, hydrolysis efficiency is increased because heat and pressure treatment are performed at the same time. Also, in this process, organic substances having a complicated structure are effectively solubilized by solubilizing materials such as monomers and oligomers, which enables faster and more efficient anaerobic digestion. Particularly, in the case of solid wastes such as organic wastes, this hydrolysis step is a very important process for the process efficiency and treatment time of the total anaerobic digestion method.
상기 열가수분해 가용화단계(S5)를 거친 유기성 폐기물은 혐기소화단계(S6)를 거치게 되며 이를 통해 바이오가스를 포함하는 기체생성물이 생성된다. 이때, 혐기소화단계(S6)에서의 유기성 폐기물은 열가수분해 가용화가 되었기 때문에 이를 기질로 하여 반응하는 혐기소화의 효율이 증대되며, 이 과정에서 생성될 수 있는 바이오가스의 생산효율 또한 증대된다. 일반적인 혐기소화 방법에 비해 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 방법 내의 혐기소화를 통해 바이오가스 발생량은 40 % 이상 증대가 가능하며, 이에 따라 재활용 가능한 에너지가 증가해 에너지 재활용 측면에서도 훨씬 경제적이다. 더불어, 혐기소화 효율의 증대로 인해 처리 시간이 짧아져 유기성 폐기물이 상기 혐기소화단계(S6)에서 체류하는 시간이 단축될 수 있다. 또한, 혐기소화 효율 증대와 체류시간 단축으로 인해 혐기소화를 위해 필요한 에너지도 감소하는 효과가 있다.The organic waste having undergone the hydrolysis and solubilization step (S5) is subjected to an anaerobic digestion step (S6), whereby a gaseous product containing biogas is produced. At this time, since the organic waste in the anaerobic digestion step (S6) is thermally hydrolyzed and solubilized, the efficiency of the anaerobic digestion to react with the substrate is increased, and the production efficiency of the biogas that can be generated in the process is also increased. Compared with the general anaerobic digestion method, the anaerobic digestion in the organic waste anaerobic digestion method of the present invention enables the biogas generation to be increased by 40% or more, thereby increasing the recyclable energy and thus being economical in terms of energy recycling. In addition, since the treatment time is shortened due to the increase in the anaerobic digestion efficiency, the time required for the organic waste to stay in the anaerobic digestion step (S6) can be shortened. In addition, the energy required for anaerobic digestion is also reduced by increasing the anaerobic digestion efficiency and shortening the residence time.
또한, 일반적인 혐기소화 방법에서 사용되는 혐기소화조의 용적에 비해 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 방법 내 혐기소화단계(S6)에서의 소화조는 그 용적을 절반정도로 줄일 수 있다. 이에 따라 시설의 설치와 관리가 더 용이해져 더욱 안정적인 소화조 운영이 가능하며 운영 에너지를 줄일 수 있다. 또한, 일반적인 혐기소화 방법에서 VS 감량률이 40 % 정도인 반면, 본 발명의 열가수분해를 포함하는 유기성 폐기물 혐기소화 방법에서는 55 % 이상으로 이 또한 안정적인 소화조 운영과 운영에너지 절감을 가능하게 한다. 또한, 상기와 같은 소화조 용적 감소 및 VS 감량률의 증가는 혐기소화 효율과 바이오가스 발생량 증대로 이어지는데, 특히 바이오가스 발생량은 일반적인 혐기소화 방법에 비해 40% 이상 증대가 가능하다.In addition, the volume of the digester in the anaerobic digestion step (S6) of the organic waste anaerobic digestion method of the present invention can be reduced to about half of the volume of the anaerobic digestion tank used in the general anaerobic digestion method. This makes it easier to install and manage the facility, which makes it possible to operate a more stable digester and reduce operating energy. In addition, in the general anaerobic digestion method, the VS reduction rate is about 40%, whereas in the organic waste anaerobic digestion method including the thermal hydrolysis of the present invention, the digestion tank can be operated at a stable rate of 55% or more and the operation energy can be saved. In addition, the reduction of the digestion tank volume and the VS reduction rate as described above leads to the increase of the anaerobic digestion efficiency and the biogas generation amount. In particular, the biogas generation amount can be increased by 40% or more as compared with the general anaerobic digestion method.
또한, 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 방법은 상기 혐기소화단계(S6) 이전에, 상기 열가수분해 가용화단계(S5)를 거친 유기성 폐기물의 온도를 낮추는 냉각단계(S51)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 냉각단계(S51)를 거치는 열가수분해 가용화된 유기성 폐기물은 다음 단계인 혐기소화단계(S6)에서 미생물 생육이 최적으로 이루어질 수 있는 온도 예컨대 38 내지 39 ℃ 내외의 온도로 냉각된다. 상기 냉각된 유기성 폐기물이 혐기소화단계(S6)를 거치기 때문에 이는 혐기소화 효율 증대와 바이오가스 생산량의 극대화로 이어질 수 있다. 일반적인 혐기소화 방법에서는 중온소화의 경우 35 ℃ 내외 정도의 온도로 소화조를 유지시키기 위한 가온 및 보온 에너지가 필요하다. 따라서, 일반적인 혐기소화 방법과 비교하여, 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 방법에서는 별도의 소화조 가온이 필요없게 되므로 소화조 가온 및 보온에 필요한 에너지를 절약할 수 있다.In addition, the organic waste anaerobic digestion method of the present invention may further include a cooling step (S51) for lowering the temperature of the organic waste after the hydrolysis and solubilization step (S5) before the anaerobic digestion step (S6) . The thermally hydrolyzed organic waste that has undergone the cooling step (S51) is cooled to a temperature such as 38 to 39 DEG C at which the microbial growth can be optimally performed in the next anaerobic digestion step (S6). Since the cooled organic waste undergoes the anaerobic digestion step (S6), this may lead to an increase in the anaerobic digestion efficiency and a maximization of the biogas production. In the general anaerobic digestion method, warming and warming energy are required to maintain the digester at a temperature of about 35 ° C in case of mid-temperature digestion. Therefore, compared with the general anaerobic digestion method, the organic waste anaerobic digestion method of the present invention does not require the separate digestion tank warming, so that it is possible to save the energy required for heating and warming the digestion tank.
또한, 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 방법은 상기 탈수단계(S8) 이전에, 상기 혐기소화를 거쳐 생성된 소화슬러지를 저류하는 소화슬러지 저류단계(S7)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 소화슬러지 저류단계(S7)에서는 상기 혐기소화단계(S6)에서 배출되는 소화슬러지가 일시적으로 저류되며 소화슬러지 저류단계(S7)를 거친 유기성 폐기물은 탈수단계(S8)에서 탈수되어 탈수슬러지가 생성된다. 일반적인 혐기소화 방법의 경우 탈수슬러지의 함수율이 80 % 전후인 반면, 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 방법에서는 열가수분해에 따른 탈수성이 매우 커 탈수슬러지 함수율을 70 % 이하로 유지시킬 수 있다. 따라서, 탈수슬러지의 발생량 감소가 가능하고 이후의 건조공정 등에서도 상기 함수율이 낮은 탈수슬러지를 처리하는 데 필요한 에너지 소비량을 줄일 수 있어 경제적이다.Further, the organic waste anaerobic digestion method of the present invention may further include a digestion sludge storage step (S7) for storing the digested sludge generated through the anaerobic digestion prior to the dehydration step (S8). In the digestion sludge storage step S7, the digested sludge discharged in the anaerobic digestion step S6 is temporarily stored, and the organic waste having been digested in the digestion sludge storage step S7 is dehydrated in the dehydration step S8, do. In the general anaerobic digestion method, the water content of the dehydrated sludge is around 80%, whereas in the organic waste anaerobic digestion method of the present invention, the dehydration due to thermal hydrolysis is very high, and the water dehydration sludge water content can be maintained at 70% or less. Therefore, it is possible to reduce the amount of dehydrated sludge generated and reduce the energy consumption required for treating the dehydrated sludge having a low water content even in the subsequent drying step, which is economical.
또한, 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 방법은 상기 혐기소화단계(S6)를 거쳐 생성된 소화슬러지의 탈수 시 발생되는 탈리 여액 내의 유기물질 및 인을 제거하는 반류수 처리단계(S81)를 추가로 포함할 수 있다. 혐기소화 방법에서 혐기소화를 거쳐 발생되는 소화슬러지의 감량화, 안정화는 혐기소화의 중요한 목적 중 하나이다. 따라서, 상기 탈수단계(S8)를 통해 소화슬러지의 수분인 탈리 여액을 분리시켜 감량화, 안정화시키고 상기 반류수 처리단계(S81)를 통해 탈리 여액 내의 유기물질 및 인을 제거하는 과정이 필요하다.Further, the organic waste anaerobic digestion method of the present invention further includes a step S81 of treating the organic matter and phosphorus in the desorption filtrate, which occurs upon dehydration of the digested sludge produced through the anaerobic digestion step (S6) can do. The reduction and stabilization of digested sludge which is generated by anaerobic digestion in anaerobic digestion method is one of the important purposes of anaerobic digestion. Therefore, it is necessary to separate and reduce the amount of the desorption filtrate, which is the moisture of the digested sludge, through the dehydration step (S8), and to remove the organic substances and phosphorus in the desorption filtrate through the reflux water treatment step (S81).
또한, 상기 혐기소화를 거쳐 생성된 소화슬러지가 탈수단계(S8)에서 탈수되어 생성된 탈수슬러지는 건조단계(S9)에서 건조되어 건조물이 생성된다.In addition, the digested sludge produced through the anaerobic digestion is dehydrated in the dehydration step (S8), and the generated dehydrated sludge is dried in the drying step (S9) to produce a dried product.
또한, 상기 건조단계(S9)를 거친 건조물의 함수율은 1 내지 10 %, 바람직하게는 4 내지 9 %, 보다 바람직하게는 6 내지 8 %일 수 있다. 이는 소화슬러지의 충분한 탈수 및 건조로 인해 악취발생이 효과적으로 방지되고 부피가 감소하여 취급이 용이하게 될 수 있는 범위이다. 또한, 함수율이 낮기 때문에 배출되었을 때 부패하기가 어렵게 되며 환경오염을 방지할 수 있다. 또한, 상기 건조물은 처리할 때에도 화력발전소 또는 시멘트 소성로의 보조연료로 활용이 가능하기 때문에 전체 시스템을 더욱 경제적으로 만들 수 있다. 더불어, 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 방법에서는 열가수분해 가용화단계(S5)에서 유기물질의 세포벽을 파괴시키고 바이오폴리머를 분해하였기 때문에 상기와 같이 더 낮은 함수율 범위의 건조물을 얻을 수 있다. 다시 말하면, 유기성 폐기물 내의 세포나 고분자와 같이 결합수가 포함된 물질을 열가수분해 가용화시켜 결합수를 감소시켰기 때문에 이와 같이 함수율 제거 효율을 더욱 높일 수 있다.In addition, the moisture content of the dried material after the drying step (S9) may be 1 to 10%, preferably 4 to 9%, more preferably 6 to 8%. This is a range in which the generation of odor is effectively prevented due to sufficient dehydration and drying of the digested sludge, and the volume is reduced to facilitate handling. In addition, since the water content is low, it is difficult to decay when discharged, and environmental pollution can be prevented. Further, since the dried material can be used as an auxiliary fuel for a thermal power plant or a cement kiln during the treatment, the entire system can be made more economical. In addition, in the organic waste anaerobic digestion method of the present invention, the cell wall of the organic material is destroyed and the biopolymer is decomposed in the step of hydrolysis and hydrolysis (S5), so that the dried material having a lower water content can be obtained. In other words, since hydrolysis and solubilization of substances including binding water such as cells and polymers in organic waste are reduced to decrease the number of binding, the water removal efficiency can be further increased.
또한, 상기 건조물은 화력발전소, 시멘트 소성로, 또는 화력발전소 및 시멘트 소성로용 보조연료로 재활용할 수 있다. 또한, 이로 인해 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 방법의 에너지 자립률을 더욱 높이고 화석에너지 사용량을 줄일 수 있다.In addition, the dried material can be recycled as an auxiliary fuel for a thermal power plant, a cement kiln, or a thermal power plant and a cement kiln. Further, the energy independence rate of the organic waste anaerobic digestion method of the present invention can be further increased and the fossil energy consumption can be reduced.
한편, 상기 유기성 폐기물은 하수슬러지, 음식물류 폐기물, 분뇨슬러지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.Meanwhile, the organic waste may be selected from the group consisting of sewage sludge, food waste, manure sludge, and mixtures thereof.
또한, 상기 분뇨슬러지는 인간분뇨슬러지, 가축분뇨슬러지 또는 인간분뇨슬러지 및 가축분뇨슬러지일 수 있다.The manure sludge may also be manure sludge, livestock manure sludge or human manure sludge and livestock manure sludge.
도 2을 참고하여 보면, 도시한 바와 같이 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 방법은 상기 하수슬러지, 음식물류 폐기물, 분뇨슬러지와 같은 유기성 폐기물이 저류단계(S4)로 진입하기 이전에 전처리되는 단계가 포함될 수 있다.Referring to FIG. 2, the organic waste anaerobic digestion method of the present invention may include a step of pre-treating organic wastes such as sewage sludge, food waste, and manure sludge before entering the storage step S4 have.
우선, 상기 저류단계(S4) 이전에, 상기 하수슬러지를 탈수하는 단계(S11)를 추가로 포함할 수 있다. 일반적으로 하수슬러지는 하수처리장 농축조에서 농축되어 본 발명과 같은 혐기소화 방법으로 처리되는데, 바로 저류단계(S4)에 진입하기보다는 먼저 탈수된 후 본 발명을 구성하는 저류단계(S4)로 진입하는 것이 바람직하다.First, before the storage step S4, the step S11 of dewatering the sewage sludge may be further included. Generally, the sewage sludge is concentrated in the concentration tank of the sewage treatment plant and is treated by the anaerobic digestion method of the present invention. It is preferable that the water is firstly dewatered before entering the storage step S4 and thereafter enters the storage step S4 constituting the present invention desirable.
또한, 상기 저류단계(S4) 이전에, 상기 음식물류 폐기물은 파쇄 및 선별하는 단계(S21)를 추가로 포함할 수 있다.Also, prior to said retention step (S4), said food waste may further comprise a step of breaking and sorting (S21).
또한, 상기 저류단계(S4) 이전에, 상기 분뇨슬러지는 협잡물 제거 및 탈수하는 단계(S31)를 추가로 포함할 수 있다. 각각의 유기성 폐기물이 상기와 같이 각 기질의 특성에 적합한 전처리 단계를 거침으로써 유기성 폐기물의 혼합화 및 저류단계(S4)로의 진입이 더 용이해진다. 또한, 상기 저류단계(S4)를 거쳐 열가수분해 가용화단계(S5)로 투입되는 기질로서 더욱 안정화될 수 있으며 이는 더 높은 효율의 열가수분해 가용화로 이어진다.Further, before the storage step S4, the manure sludge may further include a step of removing and dewatering the contaminant (S31). As each organic waste is subjected to a pre-treatment step suited to the characteristics of each substrate as described above, it becomes easier to enter the mixing and storage step S4 of the organic waste. Further, it can be further stabilized as a substrate to be introduced into the thermodecomposing solubilization step (S5) via the storage step (S4), leading to a higher efficiency of thermo-hydrolysis solubilization.
또한, 상기 탈수 후의 함수율은 75 내지 90 %, 바람직하게는 80 내지 85 %, 보다 바람직하게는 82 내지 84 %일 수 있다. 상기와 같은 범위까지 탈수를 시킴으로써 처리해야 하는 전체 유기성 폐기물의 부피가 현저히 감소되고 이에 따라 저류단계(S4)에서 거치게 되는 저류조(400)의 용적도 감소시킬 수 있으며 취급이 용이하게 된다. 더불어, 전체 유기성 폐기물의 함수율 또한 감소되기 때문에 유기성 폐기물의 혐기소화 후 발생되는 슬러지를 감량화시킬 수 있으며 이를 건조시키는 데에도 에너지를 덜 필요로 하게 된다.The water content after dehydration may be 75 to 90%, preferably 80 to 85%, more preferably 82 to 84%. By dehydrating to the above-mentioned range, the volume of the total organic waste to be treated is remarkably reduced, so that the volume of the storage tank 400 to be subjected to the storage step S4 can be reduced and the handling is facilitated. In addition, since the water content of the organic wastes is also reduced, the sludge generated after the anaerobic digestion of the organic wastes can be reduced and the energy required for drying the wastes is also reduced.
또한, 상기 음식물류 폐기물은 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적으로 행해지는 파쇄공정을 거친 후 입경 10 mm, 바람직하게는 7 mm, 보다 바람직하게는 5 mm 이하의 입자만 통과하도록 선별되며, 상기와 같은 범위로의 선별 공정을 거침으로써 비닐류, 철류, 플라스틱류, 뼈와 같은 각종 이물질이 95 % 이상, 바람직하게는 97 % 이상 제거된 상태로 저류단계(S4)로 진입될 수 있다. 또한, 입자 크기가 작아졌기 때문에 전체 유기성 폐기물의 부피가 현저히 감소되고 취급이 용이하게 된다.The food wastes are selected so as to pass only particles having a particle diameter of 10 mm, preferably 7 mm, and more preferably 5 mm or less after the crushing process generally performed in the technical field of the present invention, (95% or more, preferably 97% or more) of various foreign substances such as vinyl, iron, plastics and bone can be entered into the storage step (S4). In addition, since the particle size is small, the volume of total organic waste is significantly reduced and handling is facilitated.
또한, 분뇨슬러지의 경우 이물질 선별을 위해 협잡물 제거 및 탈수단계(S31)를 거치게 된다. 상기 협잡물 제거 및 탈수단계(S31)를 통해 협잡물이 제거됨으로써 협잡물 제거 후의 탈수과정을 더 용이하게 만들고 탈수 효율을 더 높일 수 있다.Further, in the case of the manure sludge, it is subjected to the step of removing and dehydrating the impurities (S31) in order to select foreign matters. By removing the contaminants through the contaminant removal and dehydration step (S31), the dehydration process after removing the contaminants can be made easier and the dehydration efficiency can be further improved.
또한, 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 방법에서 상기 혐기소화단계(S6)는 35 내지 40 ℃, 바람직하게는 37 내지 40 ℃, 보다 바람직하게는 38 내지 39 ℃에서 이루어질 수 있다. 상기 혐기소화단계(S6)를 거치는 유기성 폐기물의 온도가 상기 범위 이내의 온도를 유지하고 있기 때문에 일반적인 혐기소화 방식은 소화조 가온이 필요한 반면 본 발명의 혐기소화단계(S6)에서는 별도의 가온이 필요없게 된다. 따라서, 별도의 에너지 투입 없이 상기 범위의 온도에서 운전될 수 있어 더욱 경제적이다.In the organic waste anaerobic digestion method of the present invention, the anaerobic digestion step (S6) may be performed at 35 to 40 DEG C, preferably 37 to 40 DEG C, more preferably 38 to 39 DEG C. Since the temperature of the organic waste passing through the anaerobic digestion step (S6) is maintained at the temperature within the above-mentioned range, general anaerobic digestion method requires warming of the digestion tank, while in the anaerobic digestion step (S6) of the present invention, do. Therefore, it can be operated at the temperature within the above range without additional energy input, which is more economical.
또한, 상기 혐기소화단계(S6)는 5 내지 30 일, 바람직하게는 7 내지 25 일, 보다 바람직하게는 10 내지 20 일 이내로 이루어질 수 있다. 일반적인 혐기소화 방법에서 35 ℃ 정도의 온도에서 이루어지는 중온 혐기소화단계는 30 일 정도 걸리는 것과 비교하여, 본 발명의 혐기소화단계(S6)는 20 일 이내로 이루어질 수 있다. 이는 열가수분해 가용화를 통한 혐기소화 효율의 증대로 인해 처리 시간이 짧아져 혐기소화단계(S6)에서 유기성 폐기물이 분해되는 시간이 현저하게 단축된 효과이다. 또한, 혐기소화의 효율 증대와 혐기소화단계(S6)의 시간 단축으로 인해 혐기소화를 위해 필요한 에너지를 감소시키는 데에도 효과가 있다.In addition, the anaerobic digestion step (S6) may be performed for 5 to 30 days, preferably 7 to 25 days, more preferably 10 to 20 days. In the general anaerobic digestion method, the anaerobic digestion step (S6) of the present invention can be performed within 20 days, compared with the case where the mesophilic anaerobic digestion step at a temperature of about 35 DEG C takes about 30 days. This is because the treatment time is shortened due to the increase of the anaerobic digestion efficiency through the hydrolysis and solubilization, and the organic degradation time in the anaerobic digestion step (S6) is remarkably shortened. It is also effective in reducing the energy required for anaerobic digestion by increasing the efficiency of anaerobic digestion and shortening the time of anaerobic digestion (S6).
상기 혐기소화를 거쳐 생성된 기체생성물 중 바이오가스는 바이오가스 정제단계(S61)에서 정제된다. 상기 혐기소화단계(S6)를 거쳐 발생되는 기체생성물 중에는 메탄과 이산화탄소 외에 수분, 황화수소, 실록산 등의 불순물이 존재하는데 바이오가스 정제단계(S61)를 통해 불순물이 제거된다.Among the gaseous products produced through the anaerobic digestion, the biogas is purified in the biogas purification step (S61). In addition to methane and carbon dioxide, impurities such as moisture, hydrogen sulfide, and siloxane are present in the gaseous products generated through the anaerobic digestion step (S6), and the impurities are removed through the biogas purification step (S61).
또한, 상기 바이오가스 정제단계(S61)를 거쳐 불순물이 제거된 바이오가스는 에너지 재활용단계(S62)에서 발전이나 LNG 연료 대체물로 활용되는 등 재활용될 수 있다. 더 상세히 설명하자면, 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 방법에서 생성된 바이오가스는 상기 에너지 재활용단계(S62)를 거치며 가스발전기에 공급되어 전기를 생산하고, 발전 과정에서 발생되는 폐열은 열가수분해 가용화단계(S5), 슬러지 건조단계(S9), 또는 열가수분해 가용화단계(S5) 및 슬러지 건조단계(S9)의 열원으로 재활용할 수 있다. 또한, 생산된 전기는 전량 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 방법에 필요한 에너지로 사용하거나 매전할 수 있다.In addition, the biogas from which the impurities have been removed through the biogas purification step (S61) may be recycled in the energy recycling step (S62), such as being used as power generation or as an alternative to the LNG fuel. More specifically, the biogas produced by the organic waste anaerobic digestion method of the present invention is supplied to the gas generator through the energy recycling step (S62) to produce electricity, and the waste heat generated in the power generation step is subjected to heat hydrolysis and solubilization (S5), the sludge drying step (S9), or the hydrolysis and solubilization step (S5) and the sludge drying step (S9). In addition, the produced electricity can be used or consumed as the energy required for the organic waste anaerobic digestion method of the present invention.
또한, 상기 에너지 재활용단계(S62)에서 상기 바이오가스는 열가수분해 가용화단계(S5), 슬러지 건조단계(S9), 또는 열가수분해 가용화단계(S5) 및 슬러지 건조단계(S9)용 연료로 재활용할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 바이오가스는 보일러 열원으로도 재활용할 수 있다. 이는 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 방법에 필요한 에너지 자립화에 크게 기여할 수 있다.In the energy recycling step S62, the biogas is recycled as fuel for the hydrolysis and solubilization step (S5), the sludge drying step (S9), or the hydrolysis and hydrolysis step (S5) and the sludge drying step (S9) can do. In addition, the biogas can be recycled as a boiler heat source. This can contribute to the energy independence necessary for the anaerobic digestion method of the organic waste of the present invention.
또한, 에너지 자립률은 혐기소화 시 생산되는 바이오가스 발생량, 탈수슬러지를 건조한 건조물 생성량, 또는 바이오가스 발생량 및 탈수슬러지를 건조한 건조물 생성량에 의해 결정된다. 따라서, 본 발명의 유기성 폐기물 혐기소화 방법에서는 열가수분해 가용화를 통해 혐기소화 및 바이오가스 발생 효율을 높이고 상기와 같은 에너지 재활용 방법을 이용함으로써 에너지 자립률 50 % 이상 달성이 가능하다.In addition, the energy independence rate is determined by the amount of biogas produced during anaerobic digestion, the amount of dry matter produced by drying the dehydrated sludge, or the amount of biogas generated and the amount of dried material dried by drying the dehydrated sludge. Accordingly, in the organic waste anaerobic digestion method of the present invention, the efficiency of anaerobic digestion and biogas generation can be improved through the thermodynamic hydrolysis and solubilization, and energy self-sufficiency rate of 50% or more can be achieved by using the above-mentioned energy recycling method.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
실시예Example
실시예Example 1 :  One : 열가수분해Thermal hydrolysis +  + 혐기소화Anaerobic digestion
유기성 폐기물을 본 발명의 열가수분해를 포함하는 유기성 폐기물 혐기소화 방법 및 시스템을 이용하여 혐기소화 시켰다. 실험 결과에 따라 유기성 폐기물 내 유기물질의 제거 효과를 나타내기 위해 COD와 VS를 지표로 사용하였고, 표 1에 혐기소화 일수에 따른 COD 및 VS의 유입기질 및 제거특성에 대해 나타내었다.Organic wastes were anaerobically digested using an organic waste anaerobic digestion method and system comprising thermal hydrolysis of the present invention. COD and VS were used as indicators for the removal of organic substances in organic wastes according to the experimental results. Table 1 shows the influent substrate and removal characteristics of COD and VS according to anaerobic digestion days.
또한, 혐기소화에 따른 가스발생 효율을 측정하기 위해 혐기소화 일수에 따른 가스발생량과 메탄함량을 측정하였고 이에 대한 결과를 표 2에 나타내었다.In order to measure the efficiency of gas production by anaerobic digestion, gas generation amount and methane content were measured according to anaerobic digestion days. The results are shown in Table 2.
그리고, 측정 결과에 따른 소화효율 및 가스발생량을 평가하기 위해 도 3과 도 4에 각각 혐기소화 일수에 따른 VS 농도 및 혐기소화 일수에 따른 가스발생률에 대한 실험 결과를 나타내었다.In order to evaluate the digestion efficiency and gas production according to the measurement results, FIGS. 3 and 4 show experimental results on the gas generation rate according to the VS concentration and the anaerobic digestion days according to the anaerobic digestion days, respectively.
1. 유입기질 및 제거특성1. Inflow substrate and removal characteristics
구 분division 유입기질Influent substrate 제거특성Removal Characteristics
유입
COD
(g/일)
inflow
COD
(g / day)
유입
VS
(g/일)
inflow
VS
(g / day)
유입
COD
(g/L)
inflow
COD
(g / L)
유입
VS
(g/L)
inflow
VS
(g / L)
유출
COD
(g/L)
outflow
COD
(g / L)
유출
SCOD
(g/L)
outflow
SCOD
(g / L)
COD
제거율
(%)
COD
Removal rate
(%)
유출
VS
(g/L)
outflow
VS
(g / L)
VS
제거율
(%)
VS
Removal rate
(%)
COD
제거량
(g)
COD
Removal amount
(g)
VS
제거량
(g)
VS
Removal amount
(g)
1일1 day 15.315.3 5.75.7 59.359.3 36.136.1 23.023.0 1.71.7 61.361.3 21.721.7 39.839.8 181.9181.9 71.871.8
2일2 days 18.318.3 6.86.8 -- -- -- -- -- -- -- -- --
3일3 days 18.718.7 6.96.9 -- -- -- -- -- -- -- -- --
4일4 days 17.717.7 6.56.5 -- -- 18.818.8 2.02.0 68.368.3 17.117.1 52.752.7 202.7202.7 95.295.2
5일5 days 17.217.2 6.46.4 -- -- 24.924.9 1.51.5 58.058.0 15.815.8 56.356.3 172.0172.0 101.7101.7
6일6 days 19.019.0 7.07.0 -- -- 26.726.7 1.61.6 55.055.0 15.515.5 57.157.1 163.1163.1 103.0103.0
7일7 days 19.619.6 7.37.3 -- -- 29.629.6 1.41.4 50.250.2 16.816.8 53.653.6 148.9148.9 96.796.7
8일8 days 15.115.1 5.65.6 -- -- 23.123.1 1.71.7 61.161.1 15.915.9 56.056.0 181.3181.3 101.0101.0
9일9th 15.715.7 5.85.8 -- -- 22.422.4 1.41.4 62.262.2 15.015.0 58.358.3 184.6184.6 105.3105.3
10일10 days 21.721.7 8.08.0 -- -- 24.924.9 1.51.5 58.058.0 14.814.8 58.958.9 172.1172.1 106.4106.4
11일11th 15.115.1 5.65.6 -- -- 25.025.0 1.61.6 57.857.8 15.015.0 58.458.4 171.5171.5 105.4105.4
12일12th 19.019.0 7.07.0 -- -- 23.623.6 1.81.8 60.360.3 14.914.9 58.658.6 178.8178.8 105.8105.8
13일13th 22.822.8 8.58.5 -- -- 24.124.1 1.61.6 59.459.4 14.814.8 58.958.9 176.3176.3 106.3106.3
14일14 days 17.517.5 6.56.5 -- -- 19.619.6 1.51.5 67.067.0 14.314.3 60.560.5 198.8198.8 109.2109.2
15일15th 15.715.7 5.85.8 -- -- 19.319.3 1.41.4 67.567.5 14.714.7 59.259.2 200.3200.3 106.8106.8
16일16th 17.817.8 6.66.6 -- -- 23.323.3 1.61.6 60.860.8 14.514.5 59.959.9 180.3180.3 108.2108.2
17일17th 20.220.2 7.57.5 -- -- 20.920.9 1.61.6 64.764.7 12.912.9 64.264.2 192.0192.0 115.9115.9
18일18th 23.423.4 8.78.7 -- -- 24.824.8 1.61.6 58.158.1 13.113.1 63.763.7 172.5172.5 114.9114.9
19일19th 25.125.1 9.39.3 -- -- 24.024.0 1.31.3 59.559.5 14.214.2 60.760.7 176.5176.5 109.5109.5
20일20 days 18.718.7 6.96.9 -- -- 23.923.9 1.31.3 59.859.8 14.914.9 58.658.6 177.3177.3 105.9105.9
21일21st 23.423.4 8.78.7 -- -- 23.723.7 1.31.3 60.160.1 14.814.8 59.059.0 178.3178.3 106.6106.6
22일22nd 24.024.0 8.98.9 -- -- 22.922.9 1.41.4 61.361.3 13.913.9 61.461.4 181.9181.9 110.9110.9
2. 가스발생량 및 메탄함량2. Gas production and methane content
구 분division 가스발생량Gas generation amount 메탄 함량
(%)
Methane content
(%)
가스발생량
(L)
Gas generation amount
(L)
누적가스발생량
(L)
Cumulative gas generation
(L)
가스발생량률
(L/gCOD)
Gas generation rate
(L / g COD)
가스발생량률
(L/gVS)
Gas generation rate
(L / gVS)
1일1 day 8.58.5 8.58.5 0.050.05 0.120.12 68.5768.57
2일2 days 8.08.0 16.5 16.5 -- -- --
3일3 days 7.97.9 24.4 24.4 -- -- --
4일4 days 8.78.7 33.0 33.0 0.160.16 0.350.35 68.6968.69
5일5 days 7.27.2 40.2 40.2 0.230.23 0.400.40 66.1866.18
6일6 days 7.97.9 48.2 48.2 0.300.30 0.470.47 65.7865.78
7일7 days 8.68.6 56.8 56.8 0.380.38 0.590.59 --
8일8 days 8.38.3 65.1 65.1 0.360.36 0.640.64 66.6566.65
9일9th 8.58.5 73.6 73.6 0.400.40 0.700.70 --
10일10 days 8.48.4 82.0 82.0 0.480.48 0.770.77 69.6169.61
11일11th 8.58.5 90.6 90.6 0.530.53 0.860.86 --
12일12th 5.75.7 96.3 96.3 0.540.54 0.910.91 69.6969.69
13일13th 6.16.1 102.4 102.4 0.580.58 0.960.96 --
14일14 days 5.85.8 108.2 108.2 0.540.54 0.990.99 69.769.7
15일15th 5.15.1 113.3 113.3 0.570.57 1.061.06 --
16일16th 5.45.4 118.7 118.7 0.660.66 1.101.10 69.6169.61
17일17th 5.65.6 124.3 124.3 0.650.65 1.071.07 --
18일18th 3.03.0 127.3 127.3 0.740.74 1.111.11 69.6269.62
19일19th 2.52.5 129.8 129.8 0.740.74 1.191.19 --
20일20 days 2.42.4 132.2 132.2 0.750.75 1.251.25 69.5569.55
21일21st 2.32.3 134.5 134.5 0.750.75 1.261.26 --
22일22nd 2.52.5 137.0 137.0 0.750.75 1.241.24 69.5769.57
3. 소화효율 및 가스발생량 평가3. Evaluation of digestion efficiency and gas production
상기 표 1에서 측정된 실험결과를 바탕으로 소화효율 특성을 알아보기 위해 혐기소화 일수에 따른 VS 농도 및 소화효율을 도 3에 나타내었다.The VS concentration and digestion efficiency according to anaerobic digestion days are shown in FIG. 3 in order to examine the digestion efficiency characteristics based on the experimental results measured in the above Table 1.
또한, 상기 표 2에서 측정된 실험결과를 바탕으로 가스발생률 특성을 알아보기 위해 혐기소화 일수에 따른 가스발생률을 도 4에 나타내었다.The gas generation rate according to the number of days of anaerobic digestion is shown in FIG. 4 in order to examine the gas generation rate characteristics based on the experimental results measured in the above Table 2.
비교예Comparative Example 1 : 일반적인  1: General 가용화Solubilization +  + 혐기소화Anaerobic digestion
유기성 폐기물을 일반적인 물리적 가용화를 포함하는 혐기소화 방법을 이용하여 혐기소화 시켰다. 그 후 실시예 1과 마찬가지로, 실험 결과에 따라 유기성 폐기물 내 유기물질의 제거 효과를 나타내기 위해 COD와 VS를 지표로 사용하였고, 표 3에 혐기소화 일수에 따른 COD 및 VS의 유입기질 및 제거특성에 대해 나타내었다.Organic wastes were anaerobically digested using an anaerobic digestion method involving general physical solubilization. As in Example 1, COD and VS were used as indicators for the removal of organic substances in organic wastes according to the experimental results. Table 3 shows the influent substrate and removal characteristics of COD and VS according to anaerobic digestion days Respectively.
또한, 혐기소화에 따른 가스발생 효율을 측정하기 위해 혐기소화 일수에 따른 가스발생량과 메탄함량을 측정하였고 이에 대한 결과를 표 4에 나타내었다.In order to measure the efficiency of gas production by anaerobic digestion, gas generation amount and methane content were measured according to anaerobic digestion days. The results are shown in Table 4.
그리고, 측정 결과에 따른 소화효율 및 가스발생량을 평가하기 위해 도 5와 도 6에 각각 혐기소화 일수에 따른 VS 농도 및 혐기소화 일수에 따른 가스발생률에 대한 실험 결과를 나타내었다.In order to evaluate the digestion efficiency and the gas generation amount according to the measurement results, FIGS. 5 and 6 show experimental results of the gas generation rate according to the VS concentration and the anaerobic digestion days according to the anaerobic digestion days, respectively.
1. 유입기질 및 제거특성1. Inflow substrate and removal characteristics
구 분division 유입기질Influent substrate 제거특성Removal Characteristics
유입
COD
(g/일)
inflow
COD
(g / day)
유입
VS
(g/일)
inflow
VS
(g / day)
유입
COD
(g/L)
inflow
COD
(g / L)
유입
VS
(g/L)
inflow
VS
(g / L)
유출
COD
(g/L)
outflow
COD
(g / L)
유출
SCOD
(g/L)
outflow
SCOD
(g / L)
COD
제거율
(%)
COD
Removal rate
(%)
유출
VS
(g/L)
outflow
VS
(g / L)
VS
제거율
(%)
VS
Removal rate
(%)
COD
제거량
(g)
COD
Removal amount
(g)
VS
제거량
(g)
VS
Removal amount
(g)
1일1 day 13.213.2 5.85.8 52.652.6 35.035.0 36.536.5 2.52.5 30.730.7 27.127.1 -- 80.780.7 39.339.3
2일2 days 11.611.6 5.15.1 -- -- -- -- -- -- -- -- --
3일3 days 10.810.8 4.84.8 -- -- 37.537.5 3.03.0 28.828.8 24.924.9 28.828.8 75.675.6 50.350.3
4일4 days 13.213.2 5.85.8 -- -- -- -- -- -- -- -- --
5일5 days 12.012.0 5.35.3 -- -- 30.830.8 3.13.1 41.441.4 25.825.8 26.326.3 109.0109.0 46.046.0
6일6 days 14.014.0 5.55.5 56.056.0 32.032.0 -- -- -- -- -- -- --
7일7 days 13.213.2 5.25.2 -- -- 33.833.8 2.62.6 39.639.6 22.022.0 31.331.3 110.8110.8 50.050.0
8일8 days 11.311.3 4.54.5 -- -- -- -- -- -- -- -- --
9일9th 12.212.2 4.84.8 -- -- 32.032.0 2.52.5 42.842.8 21.821.8 31.931.9 119.8119.8 51.151.1
10일10 days 10.210.2 4.04.0 -- -- -- -- -- -- -- -- --
11일11th 17.617.6 6.96.9 -- -- 31.631.6 2.32.3 43.543.5 22.122.1 30.830.8 121.6121.6 49.349.3
12일12th 12.012.0 4.74.7 -- -- -- -- -- -- -- -- --
13일13th 13.113.1 5.15.1 -- -- -- -- -- -- -- -- --
14일14 days 13.213.2 5.25.2 -- -- 34.034.0 2.52.5 39.239.2 21.721.7 32.332.3 109.8109.8 51.751.7
15일15th 13.813.8 5.45.4 -- -- -- -- -- -- -- -- --
16일16th 19.519.5 5.55.5 78.278.2 30.030.0 -- -- -- -- -- -- --
17일17th 19.519.5 5.55.5 -- -- 28.028.0 2.12.1 64.264.2 20.220.2 32.632.6 250.8250.8 48.948.9
18일18th 17.817.8 5.05.0 -- -- -- -- -- -- -- -- --
19일19th 19.519.5 5.55.5 -- -- -- -- -- -- -- -- --
20일20 days 22.322.3 6.36.3 -- -- -- -- -- -- -- -- --
21일21st 17.217.2 4.84.8 -- -- 24.924.9 2.22.2 68.168.1 18.918.9 36.936.9 266.3266.3 55.455.4
22일22nd 15.215.2 4.34.3 -- -- -- -- -- -- -- -- --
23일23rd 21.121.1 5.95.9 -- -- -- -- -- -- -- -- --
24일24th 22.522.5 5.45.4 91.891.8 35.035.0 25.725.7 2.22.2 72.072.0 20.020.0 42.842.8 330.4330.4 74.974.9
25일25th 23.423.4 5.65.6 -- -- -- -- -- -- -- -- --
26일26th 25.325.3 6.06.0 -- -- -- -- -- -- -- -- --
27일27th 24.624.6 5.95.9 -- -- -- -- -- -- -- -- --
28일28th 20.020.0 4.84.8 -- -- 24.024.0 1.91.9 73.973.9 18.118.1 48.248.2 339.2339.2 84.384.3
2. 가스발생량 및 메탄함량2. Gas production and methane content
구 분division 가스발생량Gas generation amount 메탄
함량
(%)
methane
content
(%)
가스발생량
(L)
Gas generation amount
(L)
누적가스발생량
(L)
Cumulative gas generation
(L)
가스발생량률
(L/gCOD)
Gas generation rate
(L / g COD)
가스발생량률
(L/gVS)
Gas generation rate
(L / gVS)
1일1 day 2.22.2 2.22.2 0.030.03 0.060.06 --
2일2 days 2.62.6 4.94.9 -- -- --
3일3 days 2.22.2 7.17.1 0.090.09 0.140.14 --
4일4 days 2.62.6 9.79.7 -- -- 72.4672.46
5일5 days 2.42.4 12.112.1 0.110.11 0.260.26 --
6일6 days 2.02.0 14.114.1 -- -- --
7일7 days 1.41.4 15.515.5 0.140.14 -- --
8일8 days 1.41.4 16.916.9 -- -- --
9일9th 1.51.5 18.318.3 0.150.15 0.360.36 64.8864.88
10일10 days 1.41.4 19.819.8 -- -- --
11일11th 2.02.0 21.821.8 0.180.18 0.440.44 --
12일12th 1.81.8 23.623.6 -- -- --
13일13th 1.11.1 24.724.7 -- -- --
14일14 days 1.61.6 26.326.3 0.240.24 0.510.51 72.172.1
15일15th 1.61.6 27.927.9 -- -- --
16일16th 1.71.7 29.629.6 -- -- --
17일17th 1.51.5 31.031.0 0.120.12 0.640.64 68.5968.59
18일18th 1.31.3 32.332.3 -- -- --
19일19th 1.41.4 33.733.7 -- -- --
20일20 days 1.31.3 35.035.0 -- -- --
21일21st 1.31.3 36.336.3 0.140.14 0.660.66 73.373.3
22일22nd 1.01.0 37.437.4 -- -- --
23일23rd 1.01.0 38.338.3 -- -- --
24일24th 0.80.8 39.239.2 0.120.12 0.520.52 74.1674.16
25일25th 1.11.1 40.240.2 -- -- --
26일26th 0.90.9 41.241.2 -- -- 73.7773.77
27일27th 1.11.1 42.342.3 -- -- --
28일28th 1.11.1 43.443.4 0.130.13 0.510.51 73.573.5
3. 소화효율 및 가스발생량 평가3. Evaluation of digestion efficiency and gas production
상기 표 3에서 측정된 실험결과를 바탕으로 소화효율 특성을 알아보기 위해 혐기소화 일수에 따른 VS 농도 및 소화효율을 도 5에 나타내었다.The VS concentration and digestion efficiency according to anaerobic digestion days are shown in FIG. 5 to examine the digestion efficiency characteristics based on the experimental results measured in the above Table 3.
또한, 상기 표 4에서 측정된 실험결과를 바탕으로 가스발생률 특성을 알아보기 위해 혐기소화 일수에 따른 가스발생률을 도 6에 나타내었다.The gas generation rate according to the number of days of anaerobic digestion is shown in FIG. 6 in order to examine the gas generation rate characteristics based on the experimental results measured in Table 4 above.
상기 실시예 1 및 비교예 1에 따른 소화효율 분석 결과,As a result of the digestion efficiency analysis according to Example 1 and Comparative Example 1,
도 3에 나타난 바와 같이 실시예 1에 따른 소화효율의 경우 혐기소화 일수 15일 기준으로 했을 때 소화효율이 59 % 이상으로 분석되었다.As shown in FIG. 3, in the case of the digestion efficiency according to Example 1, digestion efficiency was analyzed to be more than 59% based on the 15-day anaerobic digestion period.
이와 비교하여, 도 5에 나타난 바와 같이 비교예 1에 따른 소화효율의 경우 혐기소화 일수 20 일 기준으로 했을 때 소화효율이 37 % 이하로 분석되었다. 또한, 최종 소화일수 28 일에서 소화효율이 48.2 % 로 나타나 약 30 일 이상의 소화일수 확보시에도 소화효율 55 % 만족이 어려운 것으로 분석되었다.In comparison, as shown in FIG. 5, the digestion efficiency according to Comparative Example 1 was analyzed to be 37% or less when the anaerobic digestion days were 20 days. Also, the digestion efficiency was 48.2% at the final digestion days of 28 days, and it was analyzed that it was difficult to satisfy the digestion efficiency of 55% even when the digestion days of about 30 days or more were secured.
한편, 상기 실시예 1 및 비교예 1에 따른 가스발생량 분석 결과,On the other hand, as a result of analyzing the gas generation amount according to Example 1 and Comparative Example 1,
도 4에 나타난 바와 같이 실시예 1에 따른 가스발생량의 경우 혐기소화 일수 15일 기준으로 했을 때 소화가스 발생량은 1.0 L/gVS 이상으로 분석되었다.As shown in FIG. 4, in the case of the gas generation amount according to Example 1, the digestion gas generation amount was 1.0 L / gVS or more based on the anaerobic digestion days of 15 days.
이와 비교하여, 도 6에 나타난 바와 같이 비교예 1에 따른 가스발생량의 경우 혐기소화 일수 20 일 기준으로 했을 때 소화가스 발생량이 0.6 L/gVS 이며, 최종 소화일수 28 일에서의 가스발생량은 0.51 L/gVS 로 충분한 소화가스 발생량의 확보가 어려운 것을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 6, the gas generation amount according to Comparative Example 1 was 0.6 L / gVS when the anaerobic digestion days were 20 days, and the gas generation amount at the final digestion days 28 days was 0.51 L / gVS, it was confirmed that it is difficult to secure a sufficient amount of extinguishing gas.
따라서, 혐기소화 일수 15 일을 기준으로 했을 때 실시예 1은 비교예 1에 대비하여 혐기소화조 내 유기성 폐기물의 체류시간 감소 및 소화가스 발생량이 170 % 증대된 것을 확인할 수 있었다.Therefore, it was confirmed that the retention time of the organic waste in the anaerobic digestion tank and the amount of the extinguishing gas generated were increased by 170% in Example 1 as compared with the anaerobic digestion days of 15 days.
이하, 상기의 실험결과를 요약하여 표 5에 실시예 1과 비교예 1에 따른 VS 제거율 및 소화가스 발생량을, 표 6에 실시예 1과 비교예 1에 따른 동일 HRT 조건에서의 VS 제거율 및 소화가스 발생량을 나타내었다.Table 5 summarizes the results of the above experiment and Table 5 shows the VS removal rate and the digestion gas generation amount according to Example 1 and Comparative Example 1 in terms of VS removal rate and digestion rate under the same HRT conditions according to Example 1 and Comparative Example 1, And the amount of gas generated.
구 분division 비교예Comparative Example 1 One
(일반적인 (Normally 가용화Solubilization +  + 혐기소화Anaerobic digestion ))
실시예Example 1 One
(( 열가수분해Thermal hydrolysis +  + 혐기소화Anaerobic digestion ))
VS 제거율(VS Removal Rate ( %% )) 36.9(HRT 21day 조건)
48.2(HRT 28day 조건)
36.9 (HRT 21day condition)
48.2 (HRT 28day condition)
59.2(HRT 15day 조건)
59.0(HRT 21day 조건)
59.2 (HRT 15day condition)
59.0 (HRT 21day condition)
소화가스 발생량(L/The amount of extinguishing gas generated (L / gVSgVS )) 0.66(HRT 21day 조건)
0.51(HRT 28day 조건)
0.66 (HRT 21day condition)
0.51 (HRT 28day condition)
1.06(HRT 15day 조건)
1.26(HRT 21day 조건)
1.06 (HRT 15day condition)
1.26 (HRT 21day condition)
구 분division 비교예Comparative Example 1 One
(일반적인 가용화 + 혐기소화)(General solubilization + anaerobic digestion)
실시예 1Example 1
(열가수분해 + 혐기소화)(Thermal hydrolysis + anaerobic digestion)
HRT 21dayHRT 21day
조건Condition
VS 제거율(%)VS Removal Rate (%) 36.936.9 59.059.0
소화가스 발생량(L/gVS)Extinguishing gas generation amount (L / gVS) 0.660.66 1.261.26
상기 결과에서 제시한 바와 같이 동일 HRT(21day) 조건일 때 실시예 1에 따른 VS 제거율이 59 % 로 비교예 1에 따른 VS 제거율 36.9 % 보다 1.6 배 높은 것으로 나타났다.As shown in the above results, the VS removal ratio according to Example 1 was 59% at the same HRT (21day) condition, which was 1.6 times higher than the VS removal rate according to Comparative Example 1 at 36.9%.
이 결과를 토대로 동일 VS 제거율 기준으로 역산하면 실시예 1에서 HRT를 1.6 배 작게할 수 있다는 것으로, 이는 소화조 용적을 1.6 배 줄일 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 동일 HRT(21day) 조건일 때 소화가스 발생량은 실시예 1에 따른 소화가스 발생량이 비교예 1에 따른 소화가스 발생량보다 1.9 배 높은 소화가스 발생량을 나타내었다.Based on this result, the inverse calculation based on the same VS removal rate means that HRT can be reduced 1.6 times in Example 1, which means that the digestion tank volume can be reduced 1.6 times. In addition, the amount of extinguishing gas generated in the same HRT (21day) condition was 1.9 times higher than that in Comparative Example 1, and the amount of extinguishing gas generated in Example 1 was 1.9 times higher than that in Comparative Example 1.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본원 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 범위는 위의 실시예에 국한해서 해석되어서는 안되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Of course it is possible. Accordingly, the scope of the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, but should be determined by equivalents to the appended claims, as well as the following claims.
100 : 하수슬러지 저류조 110 : 하수슬러지 탈수기
200 : 음식물류 폐기물 저류조 210 : 전처리 장치
300 : 분뇨슬러지 저류조 310 : 협잡물 처리기
320 : 분뇨슬러지 탈수기 400 : 저류조
500 : 열가수분해 가용화장치 510 : 냉각기
600 : 중온 단상소화조 610 : 바이오가스 정제설비
620 : 에너지 재활용설비 700 : 소화슬러지 저류조
800 : 탈수기 810 : 반류수 처리장치
900 : 슬러지 건조장치
100: Sewage sludge storage tank 110: Sewage sludge dehydrator
200: Food waste storage tank 210: Pretreatment device
300: Poultry sludge storage tank 310: Contamination processor
320: Poultry sludge dehydrator 400: Storage tank
500: thermal hydrolysis solubilizer 510: cooler
600: Medium temperature single phase digester 610: Biogas refinery
620: Energy recycling facility 700: Digestion sludge reservoir
800: dehydrator 810: reflux water treatment device
900: Sludge drying device

Claims (22)

  1. 유기성 폐기물을 저류하는 저류조;
    상기 저류조로부터 공급되는 유기성 폐기물을 160 내지 200 ℃ 및 5 내지 10 bar에서 열가수분해하여, 유기물질의 세포벽을 파괴하고 바이오폴리머를 분해하는 열가수분해 가용화장치;
    상기 열가수분해 가용화를 거친 유기성 폐기물을 혐기소화시켜 바이오가스를 포함하는 기체생성물 및 소화슬러지를 생성시키는 중온 단상소화조;
    상기 혐기소화를 거쳐 생성된 소화슬러지를 탈수하여 탈수슬러지를 생성하는 탈수기;
    상기 탈수기에 의해 탈수된 탈수슬러지를 건조시켜 건조물을 생성하는 슬러지 건조장치;
    상기 혐기소화를 거쳐 생성된 기체생성물 중 바이오가스를 분리하는 바이오가스 정제설비; 및
    상기 건조물, 바이오가스, 또는 건조물 및 바이오가스를 연료로 사용하는 에너지 재활용설비를 포함하는, 유기성 폐기물 혐기소화 시스템.
    A reservoir for storing organic waste;
    A thermohydrolysis solubilizer for thermally hydrolyzing the organic waste supplied from the storage tank at 160 to 200 ° C and 5 to 10 bar to break the cell walls of the organic material and decompose the biopolymer;
    A medium-temperature single-phase digestion tank for anaerobically digesting the organic waste having undergone the thermal hydrolysis and solubilization to produce a gaseous product containing biogas and digested sludge;
    A dehydrator for dehydrating the digested sludge produced through the anaerobic digestion to produce dehydrated sludge;
    A sludge drying device for drying the dehydrated sludge dewatered by the dehydrator to produce a dried material;
    A biogas refining facility for separating the biogas from the gaseous products produced through the anaerobic digestion; And
    An organic waste anaerobic digestion system comprising an energy recycling facility using the dry matter, biogas, or dried matter and biogas as fuel.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 중온 단상소화조로 투입 전 유기성 폐기물의 온도를 낮추는 냉각기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 혐기소화 시스템.
    The method according to claim 1,
    Further comprising a cooler for lowering the temperature of the organic waste prior to the addition to the medium-temperature single-phase digestion tank.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 탈수기에서 발생되는 탈리 여액 내의 유기물질 및 인을 제거하는 반류수 처리장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 혐기소화 시스템.
    The method according to claim 1,
    Further comprising a reflux water treatment device for removing organic substances and phosphorus in the desorption filtrate generated in the dehydrator.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 유기성 폐기물은 하수슬러지, 음식물류 폐기물, 분뇨슬러지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 혐기소화 시스템.
    The method according to claim 1,
    Wherein the organic waste is selected from the group consisting of sewage sludge, food waste, manure sludge, and mixtures thereof.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 하수슬러지는 탈수 후 상기 저류조로 이송되는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 혐기소화 시스템.
    The method of claim 4,
    Wherein the sewage sludge is transferred to the storage tank after dewatering.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 음식물류 폐기물은 파쇄 및 선별 후 상기 저류조로 이송되는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 혐기소화 시스템.
    The method of claim 4,
    Wherein the food waste is transported to the storage tank after crushing and sorting.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 분뇨슬러지는 협잡물 제거 및 탈수 후 상기 저류조로 이송되는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 혐기소화 시스템.
    The method of claim 4,
    Wherein the manure sludge is conveyed to the storage tank after removal of dirt and dehydration.
  8. 청구항 5 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 탈수 후의 함수율은 75 내지 90 %인 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 혐기소화 시스템.
    The method according to claim 5 or 7,
    Wherein the water content after dehydration is 75 to 90%.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 건조 후의 건조물의 함수율은 1 내지 10 %인 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 혐기소화 시스템.
    The method according to claim 1,
    Wherein the moisture content of the dried product after drying is 1 to 10%.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 중온 단상소화조는 스컴을 제거하는 스컴제거장치를 구비하는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 혐기소화 시스템.
    The method according to claim 1,
    Wherein the medium-temperature single-phase digestion tank is provided with a scum removing device for removing scum.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 중온 단상소화조는 퇴적물을 제거하고 미생물을 소화조로 반송하는 싸이클론을 하부에 구비하는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 혐기소화 시스템.
    The method according to claim 1,
    Wherein the medium-temperature single-phase digestion tank has a cyclone below the organic waste anaerobic digestion system for removing sediments and returning the microorganisms to the digester.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 바이오가스는 가스발전기에 공급하여 전기를 생산하고, 발전 과정에서 발생되는 폐열은 열가수분해 가용화장치, 슬러지 건조장치, 또는 열가수분해 가용화장치 및 슬러지 건조장치의 열원으로 재활용하는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 혐기소화 시스템.
    The method according to claim 1,
    Wherein the biogas is supplied to a gas generator to produce electricity, and the waste heat generated in the power generation process is recycled as a heat source for a thermal hydrolysis and solubilization device, a sludge drying device, a thermal hydrolysis solubilizing device and a sludge drying device , Organic waste anaerobic digestion system.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 바이오가스는 열가수분해 가용화장치, 슬러지 건조장치, 또는 열가수분해 가용화장치 및 슬러지 건조장치용 연료로 재활용하는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 혐기소화 시스템.
    The method according to claim 1,
    Wherein the biogas is recycled as a fuel for a thermal hydrolysis solubilization device, a sludge drying device, or a thermal hydrolysis solubilizing device and a sludge drying device.
  14. (A) 유기성 폐기물을 저류하는 저류단계;
    (B) 상기 유기성 폐기물을 160 내지 200 ℃ 및 5 내지 10 bar에서 열가수분해하여, 유기물질의 세포벽을 파괴하고 바이오폴리머를 분해하는 열가수분해 가용화단계;
    (C) 상기 열가수분해 가용화 단계를 거친 유기성 폐기물을 혐기소화시켜 바이오가스를 포함하는 기체생성물 및 소화슬러지를 생성시키는 혐기소화단계;
    (D) 상기 혐기소화를 거쳐 생성된 소화슬러지를 탈수하여 탈수슬러지를 생성하는 탈수단계;
    (E) 상기 탈수슬러지를 건조시켜 건조물을 생성하는 건조단계;
    (F) 상기 혐기소화를 거쳐 생성된 기체생성물 중 바이오가스를 분리하는 바이오가스 정제단계; 및
    (G) 상기 건조물, 바이오가스, 또는 건조물 및 바이오가스를 연료로 사용하는 에너지 재활용단계를 포함하는, 유기성 폐기물 혐기소화 방법.
    (A) a storage step for storing the organic waste;
    (B) thermally hydrolyzing the organic waste at 160 to 200 ° C and 5 to 10 bar to decompose the cell wall of the organic material and decompose the biopolymer;
    (C) an anaerobic digestion step of anaerobically digesting the organic waste after the hydrolysis and solubilization step to produce a gas product containing biogas and digested sludge;
    (D) a dehydrating step of dehydrating the digested sludge produced through the anaerobic digestion to produce dehydrated sludge;
    (E) drying the dehydrated sludge to produce a dried product;
    (F) a biogas purification step of separating the biogas from the gaseous products produced through the anaerobic digestion; And
    (G) An organic waste anaerobic digestion method comprising the step of recycling the dried material, the biogas, or the dried material and the biogas as fuel.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 혐기소화단계 이전에, 상기 열가수분해 가용화단계를 거친 유기성 폐기물의 온도를 낮추는 냉각단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 혐기소화 방법.
    15. The method of claim 14,
    Further comprising a cooling step prior to the anaerobic digestion step to lower the temperature of the organic waste having undergone the hydrolysis and solubilization step.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 혐기소화를 거쳐 생성된 소화슬러지의 탈수 시 발생되는 탈리 여액 내의 유기물질 및 인을 제거하는 반류수 처리단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 혐기소화 방법.
    15. The method of claim 14,
    Further comprising a reflux water treatment step of removing organic substances and phosphorus in the desorption filtrate which occurs upon dehydration of the digested sludge produced through the anaerobic digestion.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 유기성 폐기물은 하수슬러지, 음식물류 폐기물, 분뇨슬러지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 혐기소화 방법.
    15. The method of claim 14,
    Wherein the organic waste is selected from the group consisting of sewage sludge, food waste, manure sludge, and mixtures thereof.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 저류단계 이전에, 상기 하수슬러지를 탈수하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 혐기소화 방법.
    18. The method of claim 17,
    Further comprising dewatering the sewage sludge prior to the storage step. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 저류단계 이전에, 상기 음식물류 폐기물은 파쇄 및 선별하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 혐기소화 방법.
    18. The method of claim 17,
    Characterized in that prior to the storage step, the food waste further comprises a step of crushing and sorting.
  20. 청구항 17에 있어서,
    상기 저류단계 이전에, 상기 분뇨슬러지는 협잡물 제거 및 탈수하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 혐기소화 방법.
    18. The method of claim 17,
    Characterized in that prior to the storage step, the manure sludge further comprises a step of removing contaminants and dewatering.
  21. 청구항 14에 있어서,
    상기 에너지 재활용단계에서 상기 바이오가스는 가스발전기에 공급하여 전기를 생산하고, 발전 과정에서 발생되는 폐열은 열가수분해 가용화단계, 슬러지 건조단계, 또는 열가수분해 가용화단계 및 슬러지 건조단계의 열원으로 재활용하는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 혐기소화 방법.
    15. The method of claim 14,
    In the energy recycling step, the biogas is supplied to a gas generator to produce electricity, and the waste heat generated in the power generation is recycled as a heat source for the hydrolysis and solubilization step, the sludge drying step, or the hydrolysis and solubilization step, Wherein the anaerobic digestion of organic wastes is carried out at a temperature of about < RTI ID = 0.0 >
  22. 청구항 14에 있어서,
    상기 에너지 재활용단계에서 상기 바이오가스는 열가수분해 가용화단계, 슬러지 건조단계, 또는 열가수분해 가용화단계 및 슬러지 건조단계용 연료로 재활용하는 것을 특징으로 하는, 유기성 폐기물 혐기소화 방법.
    15. The method of claim 14,
    Wherein the biogas is recycled as fuel for the hydrolysis and solubilization step, the sludge drying step, or the hydrolysis and solubilization step and the sludge drying step in the energy recycling step.
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