KR20200048220A - 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템 - Google Patents

유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20200048220A
KR20200048220A KR1020180130049A KR20180130049A KR20200048220A KR 20200048220 A KR20200048220 A KR 20200048220A KR 1020180130049 A KR1020180130049 A KR 1020180130049A KR 20180130049 A KR20180130049 A KR 20180130049A KR 20200048220 A KR20200048220 A KR 20200048220A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
organic waste
days
waste
anaerobic digestion
thermal hydrolysis
Prior art date
Application number
KR1020180130049A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102222858B1 (ko
Inventor
이보원
정환종
주동훈
Original Assignee
주식회사 포스코건설
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 포스코건설 filed Critical 주식회사 포스코건설
Priority to KR1020180130049A priority Critical patent/KR102222858B1/ko
Publication of KR20200048220A publication Critical patent/KR20200048220A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102222858B1 publication Critical patent/KR102222858B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/02—Biological treatment
    • C02F11/04—Anaerobic treatment; Production of methane by such processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/18—Treatment of sludge; Devices therefor by thermal conditioning

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

본 발명은 고온 고압의 스팀을 이용하여 유기성 폐기물을 열가수분해하고 2단계 냉각 장치를 도입하여 바이오가스 발생량을 증가시킬 수 있는 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 유기성 폐기물의 특성에 따라 전처리하는 전처리부; 상기 전처리된 유기성 폐기물을 예열하고, 예열된 유기성 폐기물에 스팀을 공급하여 열가수분해하며, 열가수분해된 유기성 폐기물을 2차 냉각하는 열가수분해부; 폐열을 통해 상기 스팀을 생성하는 폐열 보일러와 소화가스 및 LNG(Liquefied Natural Gas)를 통해 상기 스팀을 생성하는 보조 보일러로 이루어지는 보일러부; 및 메탄생성균을 통해 상기 2차 냉각된 유기성 폐기물로부터 유기물을 분리하는 혐기소화부를 포함하는 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템이 제공된다.

Description

유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템{THERMAL HYDROLYSIS REACTION ANAEROBIC DIGESTION SYSTEM OF ORGANIC WASTE}
본 발명은 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고온 고압의 스팀을 이용하여 유기성 폐기물을 열가수분해하고 2단계 냉각 장치를 도입하여 바이오가스 발생량을 증가시킬 수 있는 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템에 관한 것이다.
생활수준의 향상, 인구의 증가, 신도시 개발 및 소득의 증가 등으로 향후 하수슬러지, 분뇨, 음식물류 폐기물, 가축 분뇨를 포함하는 유기성 폐기물의 발생량은 지속적으로 증가하고 있다.
또한, 신기후 체제(Post 2020, 파리협정) 대응, 유기성 폐기물에 대한 직매립 및 해양배출 금지, RFS(Renewable Fuel Standard; 신재생 연료 혼합의무화) 제도 시행, 에너지 위기 문제 등과 맞물려 유기성 폐기물을 활용한 바이오가스 생산에 대한 관심이 급증하고 있다.
환경부에서는 전기, LNG(Liquefied Natural Gas)와 같은 하수처리장에 사용되고 있는 화석에너지 의존율을 2030년 기준 50% 이하로 낮추기 위해 하수처리장 에너지 자립화 사업을 지속적으로 추진하고 있고, 하수처리장 에너지 자립화 사업의 일환으로 슬러지 가용화 시설 설치가 많이 추진되고 있다.
음식물류 폐기물, 하수슬러지, 분뇨와 같은 유기성 폐기물을 대상으로 하는 혐기소화는 서로 다른 기질 특성으로 인해 혐기소화시 안정적인 분해율 유지가 어려워 혐기소화 전처리로 가용화를 대부분 적용하고 있다.
그러나 기존에 설치된 가용화 시설은 초음파, 캐비테이션 기술이 대부분으로 설치 전 대비 유기물 제거 효과를 보지 못하고 있는 상태이다.
일부 지자체에서는 환경부의 하수처리장 에너지 자립화 정책(2030년 기준 하수처리장 에너지 자립률 50%)에 부합하기 위한 에너지 자립률 향상 방안으로 열가수분해 혐기소화에 대해 많은 관심과 시설 확충을 고려하고 있으나, O&M(Operating & Maintenance) know-how부족, 공정 구성 미흡, 기술의 불안정성 등의 문제가 있고, 기존 설치된 시설의 가동 중지, 설치 후 소화가스 발생량 및 슬러지 감량률 증대에 따른 시설의 경제성 확보 가능성에 대한 확신 부족, 시설 공정 구성의 확신성 등이 부족하여 현재까지는 시설의 확대 보급 속도가 낮은 실정이다.
아울러 기 가동 중에 있는 열가수분해 혐기소화 시설 중 열가수분해가 완료된 기질의 온도를 낮추기 위하여 소화조 내부의 소화액을 열가수분해된 고온의 기질과 접촉하는 공정으로 되어 있어, 소화조 내 중온 미생물의 사멸 및 활성도 저하가 현상이 발생되고 있다.
따라서, 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 고온 고압의 스팀을 이용하여 유기성 폐기물을 열가수분해하고 2단계 냉각 장치를 도입하여 바이오가스 발생량을 증가시킬 수 있는 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 열가수분해가 완료된 기질을 소화조에 투입하기 전 온도를 40도로 낮춰 중온 소화에 최적화된 조건을 형성하여 기존 열가수분해 공정 대비 10% 이상으로 바이오가스 발생량을 증가시킬 수 있는 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 소화가스 발전 과정에서 발생하는 폐열을 이용하여 스팀을 생산 및 공급하고, 발전 시설 미가동시 소화가스와 LNG를 동시에 사용할 수 있는 보조 보일러를 가동하여 시설의 중단 없이 유기성 폐기물을 처리할 수 있는 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 유기성 폐기물의 특성에 따라 전처리하는 전처리부; 상기 전처리된 유기성 폐기물을 예열하고, 예열된 유기성 폐기물에 스팀을 공급하여 열가수분해하며, 열가수분해된 유기성 폐기물을 2차 냉각하는 열가수분해부; 폐열을 통해 상기 스팀을 생성하는 폐열 보일러와 소화가스 및 LNG(Liquefied Natural Gas)를 통해 상기 스팀을 생성하는 보조 보일러로 이루어지는 보일러부; 및 메탄생성균을 통해 상기 2차 냉각된 유기성 폐기물로부터 유기물을 분리하는 혐기소화부를 포함하는 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템이 제공된다.
본 발명에 있어서, 상기 전처리부는 상기 유기성 폐기물이 음식물 또는 음폐수인 경우 이물질을 제거하고 일정 크기의 입자로 파쇄하며, 상기 유기성 폐기물이 하수슬러지인 경우 원심탈수기를 통해 탈수하고, 상기 유기성 폐기물이 축분 또는 분뇨인 경우 이물질을 제거하고 원심탈수기를 통해 탈수하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 격벽을 통해 내부가 구획되고, 상기 전처리를 거친 유기성 폐기물을 저장하는 중간저장부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 열가수분해부는 폐열을 회수하여 상기 전처리된 유기성 폐기물을 예열하고 모노펌프를 통해 상기 예열된 유기성 폐기물을 상하 혼합하여 균질화하는 제조 탱크; 상기 폐열 보일러 또는 상기 보조 보일러로부터 스팀을 공급받아 상기 균질화된 유기성 폐기물의 세포벽을 1차 파괴하는 반응 탱크; 및 압력 강하를 통한 압력 팽창으로 상기 세포벽이 1차 파괴된 유기성 폐기물의 세포벽을 2차 파괴하는 저장 탱크를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 열가수분해부는 상기 열가수분해된 유기성 폐기물에 냉각수를 공급하여 상기 유기성 폐기물을 1차 냉각하는 1차 냉각장치; 및 이중관식 열교환기 방식을 통해 상기 1차 냉각된 유기성 폐기물에 냉각수를 공급하여 상기 유기성 폐기물을 2차 냉각하는 2차 냉각장치를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 2차 냉각장치는 상기 유기성 폐기물을 2차 냉각하여 상기 1차 냉각된 유기성 폐기물의 온도를 35 ~ 41.5 ℃ 사이로 낮추는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 유기성 폐기물로부터 유기물을 분리하는 과정에서 발생되는 소화가스를 저장하고, 상기 소화가스를 통해 전기를 생산하는 소화가스 발전부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 폐열 보일러는 상기 전기를 생산하는 과정에서 발생하는 폐열을 회수하고, 상기 보조 보일러는 상기 폐열 보일러의 사용이 불가능한 경우 가동되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명은 고온 고압의 스팀을 이용하여 유기성 폐기물을 열가수분해하고 2단계 냉각 장치를 도입하여 바이오가스 발생량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 열가수분해가 완료된 기질을 소화조에 투입하기 전 온도를 40도로 낮춰 중온 소화에 최적화된 조건을 형성하여 기존 열가수분해 공정 대비 10% 이상으로 바이오가스 발생량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 소화가스 발전 과정에서 발생하는 폐열을 이용하여 스팀을 생산 및 공급하고, 발전 시설 미가동시 소화가스와 LNG를 동시에 사용할 수 있는 보조 보일러를 가동하여 시설의 중단 없이 유기성 폐기물을 처리할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템의 2단계 냉각 기술을 이용하여 유기성 폐기물을 중온 소화에 최적화된 온도로 낮춤에 따라 메탄생성균의 성장율을 증가시키는 것에 대해 설명하는 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템에서 발생되는 바이오가스와 기존 공정에서 발생되는 바이오가스의 양을 비교한 실험데이터의 그래프이다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부 도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템에 대하여 도 1 및 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템을 도시한 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템(100)은 유기성 폐기물의 특성에 따라 전처리하는 전처리부(110), 전처리된 유기성 폐기물을 예열하고, 예열된 유기성 폐기물에 스팀을 공급하여 열가수분해하며, 열가수분해된 유기성 폐기물을 2차 냉각하는 열가수분해부(130), 폐열을 통해 스팀을 생성하는 폐열 보일러(161)와 소화가스 및 LNG(Liquefied Natural Gas)를 통해 스팀을 생성하는 보조 보일러(162)로 이루어지는 보일러부(160), 및 메탄생성균을 통해 2차 냉각된 유기성 폐기물로부터 유기물을 분리하는 혐기소화부(140)를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템(100)은 격벽을 통해 내부가 구획되고, 전처리를 거친 유기성 폐기물을 저장하는 중간저장부(120)와 유기성 폐기물로부터 유기물을 분리하는 과정에서 발생되는 소화가스를 저장하고, 소화가스를 통해 전기를 생산하는 소화가스 발전부(150)를 더 포함한다.
전처리부(110)는 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템(100) 내부로 반입된 유기성 폐기물을 전처리하여 열가수분해를 위한 최적 가용화 조건에 부합하도록 할 수 있다.
전처리부(110)는 유기성 폐기물이 음식물인 경우 파쇄선별기, 펄퍼(Pulper), 드럼스크린, 싸이클론 등을 통해 이물질 선별률 97% 이상으로 이물질을 선별하고, 입자 크기를 3mm 이하로 전처리하고, 유기성 폐기물이 음폐수인 경우 드럼스크린, 싸이클론 등을 통해 이물질을 선별하여 전처리할 수 있다.
전처리부(110)는 유기성 폐기물이 하수슬러지인 경우 원심탈수기를 통해 함수율 80% 전후로 탈수하여 전처리하고, 유기성 폐기물이 축분 또는 분뇨인 경우 협작물 처리기에서 이물질을 선별하고 원심탈수기를 통해 함수율 80% 전후로 탈수하여 전처리할 수 있다.
중간저장부(120)는 전처리부(110)에서 전처리된 유기성 폐기물을 임시(예를 들어, 대략 3일)로 저장할 수 있다. 중간저장부(120)는 유기성 폐기물 중 음식물과 음폐수를 함께 저장하고, 하수슬러지와 축분, 분뇨를 함께 저장할 수 있다.
중간저장부(120)는 격벽을 통해 내부가 분리되어 고장 또는 내부 청소 작업이 진행되더라도 항상 유기성 폐기물을 저장할 수 있고, 열가수분해부(130)로 유기성 폐기물이 이송되도록 할 수 있다.
열가수분해부(130)는 중간저장부(120)에 저장된 유기성 폐기물을 공급받아 열가수분해 할 수 있다. 이를 위해 열가수분해부(130)는 제조 탱크(131), 반응 탱크(132), 저장 탱크(133), 1차 냉각장치(134), 및 2차 냉각장치(135)를 포함할 수 있다.
제조 탱크(131)는 반응 탱크(132)와 저장 탱크(133)에서 유기성 폐기물의 처리시 발생하는 폐열을 회수하여 전처리부(110)에서 전처리된 유기성 폐기물을 예열할 수 있다. 예를 들어, 제조 탱크(131)는 폐열을 통해 15 ~ 25℃의 유기성 폐기물을 95 ~ 100℃로 예열할 수 있다.
또한, 제조 탱크(131)는 유기성 폐기물의 예열과 동시에 모노펌프를 통해 하부에서 인발하여 상부로 순환하는 방식으로 유기성 폐기물을 상하 혼합하여 균질화할 수 있다. 여기에서 모노펌프는 일축 편심 스크류 나선형 펌프로써 회전 용적식 정량펌프에 해당하고, 산업 분야에서 많이 사용하고 있는 일반적인 펌프에 해당하므로 자세한 설명은 생략한다.
반응 탱크(132)는 폐열 보일러(161) 또는 보조 보일러(162)로부터 생산된 고온 고압의 스팀을 공급받아 제조 탱크(131)에서 균질화된 유기성 폐기물의 세포벽을 1차 파괴할 수 있다. 스팀은 200℃, 10bar의 고온 및 고압 조건으로 폐열 보일러(161) 또는 보조 보일러(162)에서 생성될 수 있다.
반응 탱크(132)는 소화가스 발전부(150)와 폐열 보일러(161)가 정상 가동되면, 소화가스 발전부(150)에서 발생하는 폐열을 열원으로 폐열 보일러(161)에서 생성되는 스팀을 공급받고, 소화가스 발전부(150) 또는 폐열 보일러(161)가 고장, 정기점검 등에 의해 정상 가동이 불가능하면, 보조 보일러(162)에서 생성되는 스팀을 공급받을 수 있다.
저장 탱크(133)는 반응 탱크(132)에서 세포벽이 1차 파괴된 유기성 폐기물을 압력 이송하여 압력 강하를 통한 압력 팽창에 따라 세포벽이 1차 파괴된 유기성 폐기물의 세포벽을 2차 파괴할 수 있다. 즉, 저장 탱크(133)는 0.5bar 이하의 압력을 가지도록 형성되어 6bar의 압력을 가지는 반응 탱크(132)에서 세포벽이 1차 파괴된 유기성 폐기물이 이동될 때 자동적으로 압력이 강하되도록 하고, 별도의 장치 없이 유기성 폐기물의 세포벽을 2차 파괴할 수 있다.
1차 냉각장치(134)는 저장 탱크(133)에거 세포벽이 2차 파괴된 대략 110℃를 가지는 유기성 폐기물(즉, 열가수분해된 유기성 폐기물)에 하수처리장 방류수에 해당하는 냉각수를 공급하여 대략 80 ~ 85℃의 온도를 가지도록 1차 냉각할 수 있다.
2차 냉각장치(135)는 이중관식 열교환기 방식을 통해 냉각수를 공급하여 1차 냉각장치(134)에서 1차 냉각된 대략 80 ~ 85℃의 온도를 가지는 유기성 폐기물을 대략 40℃의 온도를 가지도록 2차 냉각할 수 있다.
본 발명에 따른 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템(100)에서 2차 냉각장치(135)를 통해 유기성 폐기물의 온도를 대략 40℃까지 냉각하는 이유를 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템의 2단계 냉각 기술을 이용하여 유기성 폐기물을 중온 소화에 최적화된 온도로 낮춤에 따라 메탄생성균의 성장율을 증가시키는 것에 대해 설명하는 그래프이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 메탄생성균(Mesophilics)은 유기성 폐기물로부터 유기물을 분해시키는데 사용하는 균으로, 35 ~ 41.5 ℃ 에서 가장 많이 성장하며, 40℃ 이상에서는 급격하게 성장률이 감소한다. 즉, 메탄생성균은 40℃ 이상에서 급격하게 활성이 저하되어 유기성 폐기물로부터 유기물을 분해하는 비율이 저하되고, 바이오가스 발생량을 감소시킨다.
이에 따라 본 발명은 유기성 폐기물을 혐기소화부(140)에 투입하기 전에 유기성 폐기물을 35 ~ 41.5 ℃로 냉각하여 메탄생성균을 이용한 유기물의 분해율을 증가시킬 수 있다.
혐기소화부(140)는 메탄생성균을 이용하여 2차 냉각장치(135)에서 35 ~ 41.5 ℃ 사이로 냉각된 유기성 폐기물로부터 유기물을 분해할 수 있다. 혐기소화부(140)는 내부 온도를 대략 40℃로 유지함에 따라 메탄생성균의 최적 서식 환경을 제공하여 유기성 폐기물로부터 유기물을 효율적으로 분해할 수 있다.
혐기소화부(140)는 2.0kg VS/m3*d 초과 2.5kg VS/m3*d 미만의 유기물 부하율을 유지하여 메탄생성균의 활성도를 최적으로 유지시킬 수 있다. 유기물 부하율이 2.5kg VS/m3*d 이상의 고부하 상태거나 2.0kg VS/m3*d 이하의 저부하 상태인 경우 혐기소화부(140) 내의 메탄생성균 활성도가 저하되어 유기물 분해율이 저하될 수 있다.
소화가스 발전부(150)는 유기성 폐기물로부터 유기물을 분리하는 과정에서 발생되는 소화가스를 저장할 수 있다. 이때 소화가스 발전부(150)는 소화가스에서 수분, 황화수소, 실록산 등의 불순물을 제거한 후 소화가스를 저장할 수 있다. 여기에서 소화가스는 메탄이 60% 이상 함유된 가스에 해당한다.
소화가스 발전부(150)는 가스 엔진 또는 가스 터빈 발전기를 사용하여 소화가스로부터 전기를 생산할 수 있다. 소화가스 발전부(150)는 전기를 생산하는 과정에서 발생하는 폐열을 폐열 보일러(161)로 전달할 수 있다.
보일러부(160)는 열가수분해부(130)에서 유기성 폐기물을 열가수분해 할 때 필요한 스팀을 제공할 수 있으며, 이를 위해 폐열 보일러(161)와 보조 보일러(162)를 포함할 수 있다.
폐열 보일러(161)는 소화가스 발전부(150)에서 발생된 폐열을 회수하여 스팀을 생성할 수 있다. 폐열 보일러(161)는 정상 가동이 가능하면 소화가스 발전부(150)로부터 폐열을 공급받아 스팀을 생성할 수 있다.
보조 보일러(162)는 소화가스 발전부(150) 또는 폐열 보일러(161)가 고장, 정기점검 등에 의해 정상 가동이 불가능하면, 소화가스 발전부(150)에 저장되는 소화가스와 외부로부터 공급되는 LNG를 이용하여 스팀을 생성할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템(100)은 기존 공정 대비 바이오가스 발생량을 10% 이상 증가시킬 수 있는 특징이 있으며, 아래 실험 데이터를 통해 이를 증명한다.
실험1은 본 발명에 따른 2단계 냉각 기술을 이용하여 열가수분해 혐기소화 공정을 개선한 기술에 해당하고, 실험2는 소화조 순환 라인을 통해 열가수분해 혐기소화 공정을 수행하는 기술에 해당한다.
[표 1]은 실험1과 실험2의 실험 조건을 나타낸 것이고, [표 2]는 실험1과 실험2의 Lab 반응기를 정상 부하조건으로 연속 173일 가동하여 바이오가스 발생량을 비교한 표를 나타낸 것이다.
구 분 실험 1 (본 발명) 실험 2 (기존 기술)
실험 조건 열가수분해된 유기성 폐기물을 2단계 냉각 후 소화조(혐기소화부(140))에 40℃로 투입하여 운전 열가수분해된 유기성 폐기물을 3단계 냉각과정(Dilution water, Digester Recycle, Cooler)을 거쳐 소화조에 35℃로 투입
유기물 부하율 1.7~2.5gVS/L·d 1.7~2.5gVS/L·d
체류시간 20일 20일
구분 실험 1
가스 발생량(L/d)		 실험 2
가스 발생량(L/d)		 구분 실험 1
가스 발생량(L/d)		 실험 2
가스 발생량(L/d)
1일 3,616.3 3,746.9 43일 4,745.0 4,072.9
2일 5,148.1 4,275.2 44일 4,179.5 3,655.6
3일 4,764.5 4,396.2 45일 4,176.3 3,693.6
4일 4,733.2 4,377.2 46일 4,829.5 4,476.0
5일 4,622.3 4,400.8 47일 4,845.8 4,374.6
6일 4,855.5 4,185.0 48일 4,891.3 4,317.6
7일 4,972.5 4,742.3 49일 4,673.5 4,293.3
8일 4,953.0 4,348.4 50일 4,909.7 4,352.1
9일 4,585.3 4,540.3 51일 4,674.5 4,234.3
10일 5,070.0 4,344.4 52일 4,656.5 4,328.2
11일 4,907.5 4,872.3 53일 5,434.0 4,473.8
12일 4,777.5 4,447.5 54일 5,148.0 4,717.0
13일 5,177.3 4,704.3 55일 4,862.0 4,593.3
14일 5,086.3 4,957.9 56일 5,291.0 4,840.6
15일 4,780.8 4,789.9 57일 5,349.5 4,704.3
16일 4,706.0 4,957.9 58일 5,772.0 4,697.9
17일 4,095.0 4,789.9 59일 5,190.3 4,672.6
18일 4,950.3 4,976.9 60일 5,551.0 4,789.3
19일 4,960.0 4,456.2 61일 4,589.0 4,470.6
20일 5,050.5 4,615.5 62일 4,914.0 4,866.0
21일 4,918.3 4,775.2 63일 5,453.5 4,730.8
22일 5,534.8 4,907.2 64일 5,183.8 5,027.7
23일 4,972.5 4,380.5 65일 5,365.8 4,568.0
24일 5,161.0 4,402.7 66일 5,092.8 4,653.6
25일 5,079.8 4,199.8 67일 5,018.0 5,119.6
26일 5,414.5 4,964.3 68일 5,187.0 5,585.5
27일 4,813.3 4,253.0 69일 5,492.5 6,051.5
28일 5,333.3 4,834.5 70일 5,200.0 4,694.8
29일 5,310.5 4,329.3 71일 5,391.8 4,850.1
30일 4,907.5 4,244.2 72일 5,164.3 4,507.7
31일 4,755.0 4,578.3 73일 4,644.3 4,165.4
32일 4,384.3 4,159.9 74일 5,304.0 4,932.5
33일 3,942.2 3,662.2 75일 4,702.2 4,209.8
34일 4,475.3 3,905.5 76일 4,559.8 4,029.1
35일 4,020.3 3,835.0 77일 4,364.8 3,918.1
36일 4,338.8 4,128.5 78일 4,163.3 4,339.7
37일 4,121.0 3,831.6 79일 3,812.0 3,740.6
38일 3,675.8 3,679.5 80일 4,670.2 3,763.8
39일 3,653.0 3,408.0 81일 4,316.0 3,702.6
40일 4,433.0 3,841.0 82일 4,621.5 4,073.1
41일 3,710.8 3,559.9 83일 4,465.5 3,658.2
42일 4,904.3 4,080.4 84일 4,791.8 3,636.0
85일 4,767.8 4,368.3 130일 5,321.5 4,170.5
86일 4,312.8 3,800.8 131일 5,302.0 4,523.6
87일 4,732.0 3,889.6 132일 5,170.8 4,273.2
88일 4,283.5 3,769.1 133일 5,044.5 4,485.6
89일 4,569.5 3,975.2 134일 5,136.3 4,384.1
90일 4,241.3 3,686.7 135일 5,005.0 4,330.2
91일 4,455.8 3,908.6 136일 5,076.2 4,323.9
92일 4,748.3 4,260.5 137일 4,969.3 4,460.2
93일 4,374.5 3,880.4 138일 4,429.8 4,466.0
94일 4,465.5 4,010.1 139일 4,728.8 4,311.2
95일 4,491.5 3,880.1 140일 4,455.8 4,010.1
96일 4,491.5 4,105.2 141일 4,621.1 4,100.7
97일 4,771.0 3,854.5 142일 4,625.3 4,228.5
98일 4,448.3 4,095.6 143일 4,725.5 4,054.5
99일 4,829.5 3,835.7 144일 4,436.3 3,881.3
100일 4,582.5 3,918.1 145일 4,407.0 3,934.0
101일 4,563.0 4,032.2 146일 4,039.8 3,772.3
102일 4,468.8 3,743.8 147일 4,090.5 3,711.5
103일 4,641.0 4,051.5 148일 4,190.5 3,842.1
104일 4,514.3 3,934.0 149일 4,078.3 3,487.6
105일 4,221.8 3,922.7 150일 4,420.0 3,937.1
106일 4,566.3 3,908.6 151일 4,100.7 3,855.2
107일 4,381.0 3,605.4 152일 4,228.5 3,943.5
108일 4,618.3 4,051.3 153일 4,836.0 4,197.1
109일 4,316.0 3,629.7 154일 4,202.3 4,006.9
110일 4,592.3 3,918.1 155일 5,001.8 4,107.5
111일 4,390.8 3,629.7 156일 4,530.5 3,927.6
112일 4,472.6 3,623.3 157일 4,858.8 4,621.1
113일 4,306.3 3,658.2 158일 4,772.3 4,273.2
114일 4,591.3 3,986.1 159일 4,927.0 4,374.6
115일 4,669.3 3,998.8 160일 4,355.5 3,857.1
116일 4,303.3 3,603.1 161일 4,806.8 4,140.0
117일 4,715.7 3,785.0 162일 5,031.0 4,075.2
118일 4,429.8 3,991.0 163일 5,284.5 4,563.1
119일 4,579.3 3,972.0 164일 5,456.8 4,745.5
120일 4,583.5 3,854.7 165일 5,200.5 4,300.8
121일 4,599.0 3,715.2 166일 5,168.0 4,540.3
122일 4,692.8 3,784.7 167일 5,135.5 4,452.6
123일 4,985.5 3,984.7 168일 5,034.2 4,652.2
124일 5,076.5 4,048.0 169일 5,170.2 4,666.5
125일 4,689.8 4,086.1 170일 5,355.5 4,233.2
126일 4,713.8 4,186.7 171일 5,105.5 4,723.2
127일 4,979.0 4,421.9 172일 4,953.8 4,333.9
128일 4,611.8 4,197.1 173일 4,940.5 4,488.2
129일 4,482.8 3,755.3 평 균 4,736.2 4,228.6
도 3은 실험1과 실험2의 바이오가스 발생량을 비교한 그래프로, 실험 결과에 따라 실험1이 실험2 대비 바이오가스 발생량이 평균 10.1% 더 많이 발생했음을 알 수 있다.
기존 열가수분해 혐기소화 공정은 열가수분해가 완료된 유기성 폐기물에 1차로 희석수(Dilution water)를 공급하여 90°C로 냉각시키고, 소화조 순환 라인을 통해 소화조 전체 용량의 25 ~ 30%의 소화액을 1차 냉각된 유기성 폐기물에 접촉시켜 50°C까지 2차 냉각시킨다. 이 과정에서 중온 미생물(35 ~ 40°C 최적 조건)이 90°C 고온의 유기성 폐기물과 지속적으로 접촉하게 되어 중온 미생물의 개체수가 감소하고, 활성도가 저하되는 문제점이 발생한다.
2차 냉각이 완료된 유기성 폐기물은 쿨러(Cooler)로 유입되고, 쿨러에 의해 50°C에서 35°C 전후로 냉각되어 소화조로 유입된다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템
110: 전처리부
120: 중간저장부
130: 열가수분해부
140: 혐기소화부
150: 소화가스 발전부
160: 보일러부

Claims (8)

  1. 유기성 폐기물의 특성에 따라 전처리하는 전처리부;
    상기 전처리된 유기성 폐기물을 예열하고, 예열된 유기성 폐기물에 스팀을 공급하여 열가수분해하며, 열가수분해된 유기성 폐기물을 2차 냉각하는 열가수분해부;
    폐열을 통해 상기 스팀을 생성하는 폐열 보일러와 소화가스 및 LNG(Liquefied Natural Gas)를 통해 상기 스팀을 생성하는 보조 보일러로 이루어지는 보일러부; 및
    메탄생성균을 통해 상기 2차 냉각된 유기성 폐기물로부터 유기물을 분리하는 혐기소화부를 포함하는
    유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전처리부는
    상기 유기성 폐기물이 음식물 또는 음폐수인 경우 이물질을 제거하고 일정 크기의 입자로 파쇄하며, 상기 유기성 폐기물이 하수슬러지인 경우 원심탈수기를 통해 탈수하고, 상기 유기성 폐기물이 축분 또는 분뇨인 경우 이물질을 제거하고 원심탈수기를 통해 탈수하는 것을 특징으로 하는
    유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    격벽을 통해 내부가 구획되고, 상기 전처리를 거친 유기성 폐기물을 저장하는 중간저장부를 더 포함하는
    유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열가수분해부는
    폐열을 회수하여 상기 전처리된 유기성 폐기물을 예열하고 모노펌프를 통해 상기 예열된 유기성 폐기물을 상하 혼합하여 균질화하는 제조 탱크;
    상기 폐열 보일러 또는 상기 보조 보일러로부터 스팀을 공급받아 상기 균질화된 유기성 폐기물의 세포벽을 1차 파괴하는 반응 탱크; 및
    압력 강하를 통한 압력 팽창으로 상기 세포벽이 1차 파괴된 유기성 폐기물의 세포벽을 2차 파괴하는 저장 탱크를 포함하는
    유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열가수분해부는
    상기 열가수분해된 유기성 폐기물에 냉각수를 공급하여 상기 유기성 폐기물을 1차 냉각하는 1차 냉각장치; 및
    이중관식 열교환기 방식을 통해 상기 1차 냉각된 유기성 폐기물에 냉각수를 공급하여 상기 유기성 폐기물을 2차 냉각하는 2차 냉각장치를 포함하는
    유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 2차 냉각장치는
    상기 유기성 폐기물을 2차 냉각하여 상기 1차 냉각된 유기성 폐기물의 온도를 35 ~ 41.5 ℃ 사이로 낮추는 것을 특징으로 하는
    유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유기성 폐기물로부터 유기물을 분리하는 과정에서 발생되는 소화가스를 저장하고, 상기 소화가스를 통해 전기를 생산하는 소화가스 발전부를 더 포함하는
    유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 폐열 보일러는 상기 전기를 생산하는 과정에서 발생하는 폐열을 회수하고,
    상기 보조 보일러는 상기 폐열 보일러의 사용이 불가능한 경우 가동되는 것을 특징으로 하는
    유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템.
KR1020180130049A 2018-10-29 2018-10-29 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템 KR102222858B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180130049A KR102222858B1 (ko) 2018-10-29 2018-10-29 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180130049A KR102222858B1 (ko) 2018-10-29 2018-10-29 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200048220A true KR20200048220A (ko) 2020-05-08
KR102222858B1 KR102222858B1 (ko) 2021-03-03

Family

ID=70677505

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180130049A KR102222858B1 (ko) 2018-10-29 2018-10-29 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102222858B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102217394B1 (ko) * 2020-08-18 2021-02-19 황상규 유기성 폐기물 비료화 방법 및 그에 사용되는 유기성 폐기물 비료화 장치
KR102405243B1 (ko) * 2020-11-27 2022-06-02 최현준 가수 분해 시스템
KR20220080504A (ko) 2020-12-07 2022-06-14 태양그린 주식회사 고농도유기물 처리를 위한 고효율 열분해반응조가 구비된 순환과 혼합교차교반운전 혐기소화시스템

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102557467B1 (ko) 2023-01-17 2023-07-21 주식회사 성하 폐기물 처리를 위한 가수분해처리공정의 모니터링 장치 및 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007117801A (ja) * 2005-10-25 2007-05-17 Kobelco Eco-Solutions Co Ltd 有機性廃棄物のメタン発酵処理方法及びその装置
KR101095835B1 (ko) * 2011-06-20 2011-12-16 한라산업개발 주식회사 월류수 및 초기우수 저류/처리 시스템
KR20160050027A (ko) * 2013-09-06 2016-05-10 베올리아 워터 솔루션즈 앤드 테크놀러지스 써포트 회수 증기의 재순환이 있는 연속적인 열적 가수분해의 방법 및 장치
KR20170088176A (ko) * 2016-01-22 2017-08-01 주식회사 포스코건설 열가수분해를 포함하는 유기성 폐기물 혐기소화 시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007117801A (ja) * 2005-10-25 2007-05-17 Kobelco Eco-Solutions Co Ltd 有機性廃棄物のメタン発酵処理方法及びその装置
KR101095835B1 (ko) * 2011-06-20 2011-12-16 한라산업개발 주식회사 월류수 및 초기우수 저류/처리 시스템
KR20160050027A (ko) * 2013-09-06 2016-05-10 베올리아 워터 솔루션즈 앤드 테크놀러지스 써포트 회수 증기의 재순환이 있는 연속적인 열적 가수분해의 방법 및 장치
KR20170088176A (ko) * 2016-01-22 2017-08-01 주식회사 포스코건설 열가수분해를 포함하는 유기성 폐기물 혐기소화 시스템

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102217394B1 (ko) * 2020-08-18 2021-02-19 황상규 유기성 폐기물 비료화 방법 및 그에 사용되는 유기성 폐기물 비료화 장치
KR102405243B1 (ko) * 2020-11-27 2022-06-02 최현준 가수 분해 시스템
KR20220080504A (ko) 2020-12-07 2022-06-14 태양그린 주식회사 고농도유기물 처리를 위한 고효율 열분해반응조가 구비된 순환과 혼합교차교반운전 혐기소화시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR102222858B1 (ko) 2021-03-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102222858B1 (ko) 유기성 폐기물의 열가수분해 혐기소화 시스템
Okajima et al. Energy conversion of biomass with supercritical and subcritical water using large-scale plants
CN103722002B (zh) 基于厌氧消化和水热碳化的生活垃圾综合处理方法
Pérez-Elvira et al. Hydrothermal multivariable approach: Full-scale feasibility study
Abu-Orf et al. Comparing thermal hydrolysis processes (CAMBI™ and EXELYS™) for solids pretreatmet prior to anaerobic digestion
Matveev et al. Plasma-assisted treatment of sewage sludge
JP2008290041A (ja) 有機性廃棄物の処理方法及び処理装置
KR101565704B1 (ko) 슬러지를 이용한 고체 연료 생산 장치
KR102452517B1 (ko) 소화액 처리수와 유기물 건조물질의 혼합액을 이용하여 바이오가스를 생산하는 시스템
Barber Sludge thermal hydrolysis: application and potential
KR100817622B1 (ko) 하수 처리 시스템과 열병합 발전 시스템을 연계하는 통합에너지 순환 이용 시스템
JP2001300486A (ja) 有機性廃棄物のメタン発酵処理装置及び方法
US7718064B2 (en) Integrated clean biomass to energy system
JP3654789B2 (ja) 汚泥処理方法及び装置
JP2007105614A (ja) 廃棄物処理方法及び該システム
JP2018043224A (ja) 紙ごみ系有機性廃棄物発電システム
KR101858599B1 (ko) 수위차 교반을 이용한 혐기소화 시스템
KR20040100100A (ko) 음식물쓰레기와 하수슬러지의 병합처리방법
WO2016111410A1 (ko) 에너지 재순환을 이용한 유기성 폐기물의 고온 혐기소화방법
CN205436579U (zh) 生活垃圾利用强化水解进行分类处理的设备
JP3809989B2 (ja) 可溶化式汚泥処理方法及び装置
Milani et al. Biogas and photovoltaic solar energy as renewable energy in wastewater treatment plants: A focus on energy recovery and greenhouse gas emission mitigation
Coffey Energy and power generation: Maximising biogas yields from sludge
JP4835932B2 (ja) メタン発酵処理システム
KR101013488B1 (ko) 다중 에너지 순환 구조의 하수처리장치 연계 열병합 발전 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
E90F Notification of reason for final refusal
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant