KR20210026858A - Hybrid Biogas Pretreatment Apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 하이브리드 바이오가스 전처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바이오가스발전장치, 열회수장치, 혐기성소화조장치, 탈수장치 및 슬러지건조장치를 포함하는 하이브리드 바이오가스 전처리장치에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid biogas pretreatment apparatus, and more particularly, to a hybrid biogas pretreatment apparatus including a biogas power generation apparatus, a heat recovery apparatus, an anaerobic digester apparatus, a dehydration apparatus, and a sludge drying apparatus.
현대사회는 고도의 산업 발달과 더불어 발생하는 많은 양의 쓰레기 처리문제에 직면하고 있다. 그 중에서 음식물 쓰레기, 가축 분뇨, 하수 슬러지와 같은 유기성 폐기물은 2012년부터 해양 투기가 금지됨에 따라, 현재는 육상 처리만 하고 있는 실정이다.The modern society is facing the problem of disposing of large amounts of garbage that occurs with the advanced industrial development. Among them, organic wastes such as food waste, livestock manure, and sewage sludge have been banned from ocean dumping since 2012, and are currently only being treated on land.
이러한 유기성 폐기물의 처리를 위한 방식 중 생물학적인 처리방법인 혐기성 소화법이 있다. 혐기성 소화법은 호기성 소화법에 비해 우수한 점이 많아 현재 유기성 폐기물의 처리를 위해 널리 사용되고 있다. 특히, 혐기성 소화법은 단순한 유기성 폐기물의 분해, 처리 기능 외에도 유기성 폐기물을 통한 연료 및 퇴비를 생산하는 친환경 자원재생산 처리기법으로 발전하고 있어, 국내 유기성 폐기물 자원화시설의 대부분을 차지하고 있던 퇴비화 시설 및 사료화 시설이 혐기성 소화법을 적용한 바이오가스화 시설로 전환되고 있는 실정이다.Among the methods for treating such organic waste, there is an anaerobic digestion method, which is a biological treatment method. Anaerobic digestion has many advantages over aerobic digestion and is currently widely used for the treatment of organic waste. In particular, the anaerobic digestion method is developing into an eco-friendly resource recycling method that produces fuel and compost from organic waste in addition to the simple decomposition and treatment function of organic waste. The situation is being converted to a biogasification facility using this anaerobic digestion method.
혐기성 소화조의 역할은 앞서 언급한 바와 같이 혐기성 상태에서 미생물이 유기물을 분해하여 부하를 감소시키는 것이며, 충분한 교반을 통하여 유기물과 활성화된 미생물과의 접촉성을 증대시키는 것이 분해효율을 증대시키는 것이다. 소화조 교반방식은 생성된 바이오가스를 이용한 가스 교반, 기계식 교반, 펌프 순환에 의한 교반 등 다양한 방법이 있다.As mentioned above, the role of the anaerobic digester is to reduce the load by decomposing organic matter by microorganisms in an anaerobic state, and to increase the decomposition efficiency by increasing the contact between the organic matter and the activated microorganism through sufficient agitation. Digester agitation method includes a variety of methods such as gas agitation using the generated biogas, mechanical agitation, agitation by pump circulation.
소화조의 교반에는 소화가스를 이용하는 방법과 펌프를 이용하는 방법과 기계식 교반기를 이용하는 방법이 있는데 구조가 간단한 소화가스를 이용하는 방법이 많이 사용되고 있다. 소화가스를 이용하는 방법은 고압 송풍기를 이용하여 바이오가스를 소화조 내로 공급하여 바이오가스가 소화조 내의 슬러지 층을 부상시키면서 발생하는 교란현상을 이용하여 유기물을 혼합한다.There are a method of using extinguishing gas, a method of using a pump, and a method of using a mechanical stirrer for agitation of a digester, and a method of using a simple structure is widely used. The method of using the digestion gas is to supply the biogas into the digester using a high-pressure blower, and mix organic matter by using a disturbance phenomenon that occurs while the biogas floats the sludge layer in the digester.
하지만, 본 방법은 소화조 내의 유기물 혼합이 불완전하고, 소화조 내의 60% 이상이 교반이 안 되는 정체 구역(dead zone)이 있어 효율이 저하되어 이를 기계식 교반 등으로 개선하는 공사가 진행 중이다. However, in this method, the mixing of organic matter in the digester is incomplete, and there is a dead zone in which more than 60% of the digester in the digester cannot be stirred, so the efficiency is lowered, and the construction is underway to improve this by mechanical agitation or the like.
최근에는 소화가스를 이용하는 방법에서 기계식 교반장치를 이용하는 방법으로 대부분 전환되고 있다. 국내 하,폐수처리장(10,000톤/일 규모)의 소화조 1지당 용량이 1,500 ~ 3,000 ㎥이며, 총고형물 함량(Total Solids) 최소 2%, 최대 5%로 운영되고 있다. 소화조 용량이 3,000㎥일 경우 통상 직경이 약 20M이며, 소화조 높이가 약 18M 이상의 구조물로 구성되기 때문에 높은 효율의 바이오가스를 생산을 위해서는 소화조 내부에 저장하는 슬러지 상태 및 슬러지 분해 조건을 일정하게 유지할 필요가 있다.In recent years, most of the methods have been converted from a method using a extinguishing gas to a method using a mechanical stirring device. The capacity per digester of domestic sewage and wastewater treatment plants (10,000 tons/day) is 1,500 to 3,000 ㎥ and is operated with a minimum of 2% of total solids and a maximum of 5% of total solids. If the capacity of the digester is 3,000㎥, the diameter of the digester is usually about 20M, and the height of the digester is about 18M or more, so it is necessary to maintain the condition of the sludge stored inside the digester and the conditions for decomposing the sludge in order to produce highly efficient biogas. There is.
상술한 문제를 해결하기 위해 KR 특허출원번호 제10-2016-0120024호(발명의 명칭 : 고효율 혐기성 소화조를 이용한 유기성 폐기물 처리장치)에서는 소화조 내에서 유기성 폐기물이 반응→침전→배출 순의 과정이 수회 반복되면서, 혐기성 미생물에 의한 소화 작용으로 바이오가스가 고효율로 생성되는 유기성 폐기물 처리장치가 개시되어 있다.In order to solve the above-described problem, in KR Patent Application No. 10-2016-0120024 (name of the invention: organic waste treatment device using a high-efficiency anaerobic digester), organic wastes react several times in the order of reaction → sedimentation → discharge in the digester. While being repeated, there is disclosed an organic waste treatment apparatus in which biogas is generated with high efficiency by digestion by anaerobic microorganisms.
그러나 상술한 유기성 폐기물 처리장치의 경우 배출된 슬러지를 처리하기 위해 별도의 슬러지 처리시설이 필요한 문제 및 슬러지 처리시설을 운영하기 위한 별도의 비용 및 에너지가 필요한 문제가 존재한다.However, in the case of the above-described organic waste treatment apparatus, there is a problem that a separate sludge treatment facility is required to treat the discharged sludge and a problem that requires separate cost and energy for operating the sludge treatment facility.
본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다. Throughout this specification, a number of papers and patent documents are referenced and citations are indicated. The disclosure contents of the cited papers and patent documents are incorporated by reference in this specification as a whole, and the level of the technical field to which the present invention belongs and the contents of the present invention are more clearly described.
본 발명의 발명자들은 외부 에너지 공급 없이 독자적으로 유기성 폐기물을 일괄 처리할 수 있는 하이브리드 바이오가스 전처리장치을 개발하기 위해 예의 연구 노력하였다. 그 결과, 혐기성소화조장치에서 생성된 슬러지 및 바이오가스 중 바이오가스는 바이오가스발전장치를 이용하여 열에너지 및 전기에너지를 생산하고, 생산된 열에너지 및 전기에너지는 열회수장치 등을 이용하여 혐기성소화조장치 및 슬러지건조장치 등에 사용할 경우 외부 에너지 공급 없이 독자적으로 유기성 폐기물을 일괄 처리할 수 있다는 사실을 발견하여 본 발명을 완성하였다.The inventors of the present invention have made intensive research efforts to develop a hybrid biogas pretreatment device capable of independently batch-processing organic wastes without external energy supply. As a result, of the sludge and biogas generated by the anaerobic digester, biogas uses a biogas generator to produce thermal energy and electric energy, and the produced thermal energy and electric energy uses a heat recovery device, etc., to produce an anaerobic digester and sludge. The present invention was completed by discovering that when used in a drying apparatus or the like, organic waste can be independently processed in a batch without external energy supply.
따라서 본 발명의 목적은 하이브리드 바이오가스 전처리장치을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a hybrid biogas pretreatment apparatus.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.Other objects and advantages of the present invention will become more apparent by the following detailed description, claims and drawings.
본 발명은 하이브리드 바이오가스 전처리장치을 제공한다.The present invention provides a hybrid biogas pretreatment apparatus.
본 발명의 발명자들은 외부 에너지 공급 없이 독자적으로 유기성 폐기물을 일괄 처리할 수 있는 하이브리드 바이오가스 전처리장치을 개발하기 위해 예의 연구 노력하였다. 그 결과, 혐기성소화조장치에서 생성된 슬러지 및 바이오가스 중 바이오가스는 바이오가스발전장치를 이용하여 열에너지 및 전기에너지를 생산하고, 생산된 열에너지 및 전기에너지는 열회수장치 등을 이용하여 혐기성소화조장치 및 슬러지건조장치 등에 사용할 경우 외부 에너지 공급 없이 독자적으로 유기성 폐기물을 일괄 처리할 수 있다는 사실을 확인하였다.The inventors of the present invention have made intensive research efforts to develop a hybrid biogas pretreatment device capable of independently batch-processing organic wastes without external energy supply. As a result, of the sludge and biogas generated by the anaerobic digester, biogas uses a biogas generator to produce thermal energy and electric energy, and the produced thermal energy and electric energy uses a heat recovery device, etc., to produce an anaerobic digester and sludge. It was confirmed that when used in drying equipment, etc., organic waste can be independently processed in batches without external energy supply.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 유기성폐기물을 분해하여 바이오가스 및 소화슬러지를 생성하는 혐기성소화조장치, 상기 혐기성소화조장치에서 생성된 소화슬러지의 수분을 제거하여 탈수슬러지를 생성하는 탈수장치, 상기 탈수슬러지를 열풍건조하여 건조슬러지를 생성하는 슬러지건조장치, 상기 혐기성소화조장치에서 생성된 바이오가스를 에너지원으로 사용하여 전기 및 열을 생성하는 바이오가스발전장치 및 상기 바이오가스발전장치에서 생성된 열을 상기 혐기성소화조장치 및 상기 슬러지건조장치에 공급하는 열회수장치를 포함하는 하이브리드 바이오가스 전처리장치을 제공한다.According to an aspect of the present invention, the present invention provides an anaerobic digester device for decomposing organic waste to generate biogas and digested sludge, a dewatering device for generating dehydrated sludge by removing moisture from digested sludge generated in the anaerobic digester device, A sludge drying device that generates dry sludge by hot air drying the dehydrated sludge, a biogas power generation device that generates electricity and heat by using the biogas generated in the anaerobic digester device as an energy source, and the biogas power generation device. It provides a hybrid biogas pretreatment apparatus including a heat recovery apparatus for supplying heat to the anaerobic digester apparatus and the sludge drying apparatus.
본 명세서에서 사용하는 용어‘슬러지’는 하폐수처리 또는 정수과정에서 생긴 침전물을 의미할 수 있다.The term "sludge" as used herein may mean sediment generated during wastewater treatment or water purification.
본 명세서에서 사용하는 용어‘소화조’는 오폐수 처리와 동시에 연료용 가스 등을 얻기 위해 밀폐식으로 만든 탱크 구조물 내부에 교반기, 슬러지 주입기, 가스배출관 등이 설치되어 있는 구조물을 의미할 수 있다.The term “digestion tank” as used herein may mean a structure in which an agitator, a sludge injector, a gas discharge pipe, etc. are installed inside a tank structure made in a sealed manner to obtain fuel gas and the like at the same time as wastewater treatment.
본 명세서에서 사용하는 용어‘바이오가스’는 유기물을 포함하는 매질의 발효 또는 부패에 의해 생성되는 일체의 가스를 의미할 수 있다.The term “biogas” used herein may mean any gas generated by fermentation or decay of a medium containing organic matter.
본 명세서에서 사용하는 용어‘혐기성 세균’은 공기 중의 산소를 필요로 하지 않는 세균을 의미할 수 있다.The term “anaerobic bacteria” as used herein may mean bacteria that do not require oxygen in the air.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 탈수장치는 바람직하게는 상기 소화슬러지를 염기 성분으로 처리하는 위한 전처리조, 산 성분으로 처리하는 중화응집조, 염기와 산으로 처리된 상기 소화슬러지를 탈수하기 위한 탈수기를 포함할 수 있다.According to a preferred aspect of the present invention, the dehydration apparatus of the present invention preferably comprises a pretreatment tank for treating the digested sludge with a basic component, a neutralization coagulation tank for treating the digested sludge with an acid component, and the digested sludge treated with a base and an acid. It may include a dehydrator for dehydration.
본 발명에서 소화슬러지를 염기 성분으로 처리하기 위한 전처리조, 산 성분으로 처리하기 위한 중화응집조를 포함하는 것은 매우 중요한 구성이다. 왜냐하면, 소화슬러지를 전처리조를 통한 염기 성분처리 및 중화응집조를 통한 산 성분 처리 단계를 진행한 다음, 탈수단계를 진행할 경우, 전처리조 및 중화응집조 단계를 진행하지 않고 탈수단계를 진행한 경우와 비교하여 탈수슬러지에 포함된 수분의 함량을 비약적으로 낮출 수 있기 때문이다.In the present invention, it is very important to include a pretreatment tank for treating digested sludge with a basic component and a neutralization coagulation tank for treating with an acid component. This is because when the digested sludge is subjected to the basic component treatment through the pretreatment tank and the acid component treatment step through the neutralization coagulation tank, and then the dehydration step is performed, the dehydration step is performed without proceeding the pretreatment tank and the neutralization coagulation tank step. This is because the water content in dewatered sludge can be drastically reduced compared to.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 탈수기는 바람직하게는 필터프레스탈수기일 수 있다.According to a preferred aspect of the present invention, the dehydrator of the present invention may preferably be a filter press dehydrator.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 슬러지건조장치는 바람직하게는 슬러지건조기, 공기예열기, 보조버너 및 악취제거설비를 포함할 수 있다.According to a preferred aspect of the present invention, the sludge drying apparatus of the present invention may preferably include a sludge dryer, an air preheater, an auxiliary burner, and an odor removal equipment.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 슬러지건조장치는 바람직하게는 상기 탈수장치에서 배출되는 상기 탈수슬러지를 건조하기 위한 슬러지건조기, 상기 슬러지건조장치에서 필요한 열원을 공급받기 위한 공기예열기 및 보조버너 및 상기 탈수슬러지의 수분을 저감시킨 후 배출되는 건조공기의 냄새를 저감하기 위한 악취제거설비를 포함할 수 있다.According to a preferred aspect of the present invention, the sludge drying apparatus of the present invention is preferably a sludge dryer for drying the dewatered sludge discharged from the dewatering apparatus, an air preheater and an auxiliary for receiving a heat source required from the sludge drying apparatus. It may include a burner and an odor removal facility for reducing the odor of the dry air discharged after reducing the moisture of the dehydrated sludge.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 슬러지건조장치는 바람직하게는 상부믹서, 하부믹서 또는 상부믹서 및 하부믹서를 포함하는 믹서를 포함할 수 있다.According to a preferred aspect of the present invention, the sludge drying apparatus of the present invention may preferably include an upper mixer, a lower mixer, or a mixer including an upper mixer and a lower mixer.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 상부믹서는 바람직하게는 유입된 탈수슬러지를 분쇄하고 통기성을 확보하며, 상기 하부믹서는 바람직하게는 탈수슬러지를 분쇄하고 브릿지현상을 방지할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the upper mixer of the present invention preferably pulverizes the introduced dewatered sludge and secures air permeability, and the lower mixer preferably pulverizes the dewatered sludge and prevents bridging.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 건조슬러지는 바람직하게는 상기 바이오가스발전장치에서 회수되는 열원 및 상기 공기예열기 및 보조버너에서 생성되는 열원에 의해 생성될 수 있다.According to a preferred aspect of the present invention, the dried sludge of the present invention may be preferably generated by a heat source recovered from the biogas generator and a heat source generated from the air preheater and auxiliary burner.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 바이오가스발전장치는 바람직하게는 가스전처리설비, 엔진발전기 및 바이오가스의 연소 후 발생하는 배가스의 열을 회수하기 위한 배가스열교환기를 포함할 수 있다.According to a preferred aspect of the present invention, the biogas generator of the present invention may preferably include a gas pretreatment facility, an engine generator, and an exhaust gas heat exchanger for recovering heat of exhaust gas generated after combustion of the biogas.
본 발명에서 혐기성소화조장치에서 생성된 바이오가스를 바이오가스발전장치의 에너지원으로 사용하는 것은 매우 중요한 구성이다. 왜냐하면, 바이오가스발전장치를 통해 생성된 열원 및 전기를 이용하여 유기성폐기물 처리시스템을 가동하기 때문에 시스템 가동에 필요한 비용을 현저히 감소시킬 수 있기 때문이다.In the present invention, it is a very important configuration to use the biogas generated in the anaerobic digester as an energy source of the biogas power generation device. This is because, since the organic waste treatment system is operated using the heat source and electricity generated through the biogas generator, the cost required for the system operation can be significantly reduced.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 가스전처리설비는 바람직하게는 바이오가스에 포함된 수분을 제거하기 위한 제습기 및 제습용냉각기, 냉각된 바이오가스를 보조열원냉각장치의 냉각열을 활용하여 온도를 올리기 위한 열교환기, 바이오가스에 함유된 실록산을 제거하는 실록산 제거장치, 바이오가스의 압력을 승압시키기 위한 가스승압기, 유량계 및 가스여과기를 포함할 수 있다.According to a preferred aspect of the present invention, the gas pretreatment facility of the present invention is preferably a dehumidifier and a dehumidifying cooler for removing moisture contained in the biogas, and the cooled biogas using the cooling heat of the auxiliary heat source cooling device. It may include a heat exchanger for raising the temperature, a siloxane removal device for removing siloxane contained in the biogas, a gas booster for increasing the pressure of the biogas, a flow meter, and a gas filter.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 엔진발전기는 바람직하게는 바이오가스를 연소시켜 전기를 생산하는 발전기본체, 바이오가스 연소 시 발생하는 내부 발생열과 보조자켓의 냉각열을 회수하기 위한 자켓냉각장치 및 보조열원냉각장치, 배가스 열원을 회수하기 위한 배가스 열교환기를 포함할 수 있다.According to a preferred aspect of the present invention, the engine generator of the present invention is preferably a generator body that generates electricity by burning biogas, and jacket cooling for recovering internal heat generated during biogas combustion and cooling heat of an auxiliary jacket. It may include an apparatus and an auxiliary heat source cooling device, and an exhaust gas heat exchanger for recovering the exhaust gas heat source.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 엔진발전기의 상기 자켓냉각장치 및 배가스 열교환기에서 회수된 열은 바람직하게는 상기 열회수장치를 통해 상기 혐기성소화조장치 가온에 필요한 열원 및 상기 슬러지건조장치에 필요한 열원으로 공급될 수 있다.According to a preferred aspect of the present invention, the heat recovered from the jacket cooling device and the exhaust gas heat exchanger of the engine generator of the present invention is preferably transferred to a heat source required for heating the anaerobic digester device and the sludge drying device through the heat recovery device. It can be supplied with the necessary heat source.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 열회수장치는 바람직하게는 상기 바이오가스발전장치에서 발생하는 폐열을 회수하여 상기 혐기성소화조장치를 가온하기 위한 제1열교환기, 상기 혐기성소화조장치의 가온이 필요 없을 경우 상기 슬러지건조장치로 열원을 직접 공급토록 변경하는 삼방밸브를 포함할 수 있다.According to a preferred aspect of the present invention, the heat recovery device of the present invention preferably recovers the waste heat generated from the biogas power generation device to heat the anaerobic digester device, and the heating of the anaerobic digester device is If not required, it may include a three-way valve that changes to directly supply a heat source to the sludge drying device.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 열회수장치는 상기 슬러지건조장치의 열원을 보완할 수 있는 제2열교환기를 추가로 포함할 수 있다.According to a preferred aspect of the present invention, the heat recovery device of the present invention may further include a second heat exchanger capable of supplementing the heat source of the sludge drying device.
본 발명에서 열회수장치를 포함하는 것은 매우 중요한 구성이다. 왜냐하면, 상기 바이오가스발전장치 구동 과정에서 발생하는 열원을 별도의 열원이 필요한 혐기성소화조장치 및 슬러지건조장치에 이용하여 시스템 유지에 필요한 비용을 최소화할 수 있기 때문이다.Including a heat recovery device in the present invention is a very important configuration. This is because the cost required for maintaining the system can be minimized by using the heat source generated in the process of driving the biogas power generator in the anaerobic digester system and the sludge drying device requiring a separate heat source.
본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다: The features and advantages of the present invention are summarized as follows:
(a) 본 발명은 유기성폐기물을 분해하여 바이오가스 및 소화슬러지를 생성하는 혐기성소화조장치, 상기 혐기성소화조장치에서 생성된 소화슬러지의 수분을 제거하여 탈수슬러지를 생성하는 탈수장치, 상기 탈수슬러지를 열풍건조하여 건조슬러지를 생성하는 슬러지건조장치, 상기 혐기성소화조장치에서 생성된 바이오가스를 에너지원으로 사용하여 전기 및 열을 생성하는 바이오가스발전장치 및 상기 바이오가스발전장치에서 생성된 열을 상기 혐기성소화조장치 및 상기 슬러지건조장치에 공급하는 열회수장치를 포함하는 하이브리드 바이오가스 전처리장치을 제공한다.(a) The present invention provides an anaerobic digester device for decomposing organic waste to generate biogas and digested sludge, a dewatering device for generating dehydrated sludge by removing moisture from the digested sludge generated in the anaerobic digester device, and hot air for the dehydrated sludge. A sludge drying device that generates dry sludge by drying, a biogas power generation device that generates electricity and heat by using the biogas generated in the anaerobic digester device as an energy source, and the anaerobic digestion tank with the heat generated by the biogas power generation device. It provides a hybrid biogas pretreatment apparatus including an apparatus and a heat recovery apparatus supplied to the sludge drying apparatus.
(b) 본 발명인 하이브리드 바이오가스 전처리장치은 유기성 폐기물의 처리과정에서 발생하는 바이오가스를 에너지원으로 활용하여 전기와 열을 생산하고, 생산된 전기는 시스템 내부 전력공급하거나 매전토록 하며, 생산된 폐열은 열회수장치를 통해 혐기성소화조장치에서 배출되는 슬러지의 수분을 저감하여 바이오매스 에너지 연료로 활용할 수 있는 장점을 제공한다.(b) The hybrid biogas pretreatment apparatus of the present invention uses biogas generated in the process of treating organic waste as an energy source to produce electricity and heat, and the generated electricity is supplied with power or sold inside the system, and the produced waste heat is The heat recovery device reduces the moisture in the sludge discharged from the anaerobic digester system, thereby providing the advantage that it can be used as a biomass energy fuel.
도 1은 하이브리드 바이오가스 전처리장치의 개념도를 나타낸다.
도 2는 하이브리드 바이오가스 전처리장치에 포함된 혐기성소화조장치의 개념도를 나타낸다.
도 3은 하이브리드 바이오가스 전처리장치에 포함된 탈수장치의 개념도를 나타낸다.
도 4는 하이브리드 바이오가스 전처리장치에 포함된 슬러지건조장치의 개념도를 나타낸다.
도 5는 하이브리드 바이오가스 전처리장치에 포함된 바이오가스발전장치의 개념도를 나타낸다.
도 6은 하이브리드 바이오가스 전처리장치에 포함된 열회수장치의 개념도를 나타낸다.
도 7은 혐기성소화조의 단면도를 나타낸다.
도 8은 하이브리드 바이오가스 전처리장치에 포함된 탈수장치의 모습을 나타낸다.
도 9는 하이브리드 바이오가스 전처리장치에 포함된 슬러지건조장치의 모습을 나타낸다.1 shows a conceptual diagram of a hybrid biogas pretreatment apparatus.
2 shows a conceptual diagram of an anaerobic digester system included in a hybrid biogas pretreatment device.
3 shows a conceptual diagram of a dehydration device included in a hybrid biogas pretreatment device.
4 shows a conceptual diagram of a sludge drying apparatus included in a hybrid biogas pretreatment apparatus.
5 shows a conceptual diagram of a biogas power generation device included in a hybrid biogas pretreatment device.
6 shows a conceptual diagram of a heat recovery device included in a hybrid biogas pretreatment device.
7 shows a cross-sectional view of an anaerobic digester.
8 shows the appearance of the dehydration device included in the hybrid biogas pretreatment device.
9 shows the appearance of the sludge drying apparatus included in the hybrid biogas pretreatment apparatus.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In the present invention, various transformations may be applied and various embodiments may be provided, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all conversions, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 6에는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 바이오가스 전처리장치의 개념도, 하이브리드 바이오가스 전처리장치에 포함된 혐기성소화조장치, 탈수장치, 슬러지건조장치, 바이오가스발전장치, 열회수장치의 개념도가 도시되어 있고, 도 7에는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 바이오가스 전처리장치에 포함된 혐기성소화조장치의 단면도 등이 도시되어 있다.1 to 6 are conceptual diagrams of a hybrid biogas pretreatment device according to an embodiment of the present invention, an anaerobic digester device included in the hybrid biogas pretreatment device, a dehydration device, a sludge drying device, a biogas power generation device, and a heat recovery device. Is shown, and FIG. 7 is a cross-sectional view of an anaerobic digester apparatus included in the hybrid biogas pretreatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 바이오가스 전처리장치은 혐기성소화조장치, 탈수장치, 슬러지건조장치, 바이오가스발전장치 및 열회수장치를 포함한다.Referring to FIG. 1, a hybrid biogas pretreatment apparatus according to an embodiment of the present invention includes an anaerobic digester apparatus, a dehydration apparatus, a sludge drying apparatus, a biogas power generation apparatus, and a heat recovery apparatus.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 혐기성소화조장치는 혐기성소화조, 슬러지균질화장치 및 슬러지여과장치를 포함한다.Referring to FIG. 2, the anaerobic digester apparatus according to an embodiment of the present invention includes an anaerobic digester, a sludge homogenization apparatus, and a sludge filtration apparatus.
상기 혐기성소화조는 내부에 슬러지를 저장하며 저장된 슬러지를 미생물과 복수의 임펠러가 부착된 회전축을 이용하여 교반함으로써 미생물과 슬러지의 접촉효율을 높여 유기물의 분해능력을 증대시킨다.The anaerobic digestion tank stores sludge therein, and agitates the stored sludge using a rotating shaft to which microorganisms and a plurality of impellers are attached, thereby increasing the contact efficiency between microorganisms and sludge, thereby increasing the ability to decompose organic matter.
상기 슬러지균질화장치는 투입된 유기성 슬러지를 흡입하여 유기물을 분쇄한 후 소화조에 재투입한다.The sludge homogenization device sucks the input organic sludge, pulverizes the organic matter, and then re-introduces it into the digester.
상기 슬러지여과장치는 소화조 내부에서 미생물에 의해 분해되고 있는 유기물을 여과하여 소화조 내 미생물가 유기물의 농도를 증가시키고 고형물이 제거된 여과수를 수처리계통으로 반송하여 반류수의 부하를 경감한다.The sludge filtration device filters organic matter decomposed by microorganisms in the digester to increase the concentration of the organic matter in the digester, and returns the filtered water from which the solids have been removed to the water treatment system to reduce the load on the backwash water.
본 발명의 일 실시예에 따른 슬러지균질화장치는 파쇄펌프, 투입밸브 1, 투입밸브 2, 투입밸브 3, 상기 투입밸브 1에 결합된 노즐 1 및 상기 투입밸브 2에 결합된 노즐 2를 포함한다.The sludge homogenization apparatus according to an embodiment of the present invention includes a crushing pump, an input valve 1, an
혐기성소화조에 투입된 유기성 슬러지를 흡입하여 파쇄펌프를 통해 조대입자 유기물을 작은 입자로 분쇄한 후 소화조에 투입밸브 1 및 노즐 1에 의해 재순환시킴으로 인해 소화조 내부의 유기성 슬러지를 균질화하고 슬러지 순환유동을 통해 소화조 탱크 바닥에 정착하는 것을 방지한다.The organic sludge in the anaerobic digestion tank is sucked and the coarse organic material is pulverized into small particles through the crushing pump, and then recycled by the input valve 1 and nozzle 1 to the digester, thereby homogenizing the organic sludge inside the digester and using the sludge circulation flow. Prevents settling on the bottom of the tank.
또한, 투입밸브 2 및 투입밸브 3은 순환슬러지와 생성된 바이오가스를 혼합하여 가압 상태로 노즐 2를 통해 소화조로 재투입함으로써 수평 혼합력과 함께 수직 혼합력을 생성함으로써 소화조 내부 수면부에 생성되는 스컴 생성을 방지한다.In addition, the
상기 투입밸브 1, 투입밸브 2 및 투입밸브 3은 유입되는 유기성 슬러지의 종류에 따라 작동시간이 가변적으로 조정되며, 소화조 내부의 슬러지를 균질화하고 스컴 생성을 방지하기 위해 미세 조정될 수 있다.The input valve 1, the
본 발명의 일 실시예에 따른 슬러지여과장치는 공급펌프, 슬러지여과기, 공기압축기, 세척용 탱크 및 세척수펌프를 포함한다.The sludge filtering apparatus according to an embodiment of the present invention includes a supply pump, a sludge filter, an air compressor, a washing tank, and a washing water pump.
소화조 내부에서 분해되고 있는 슬러지를 흡입하여 공급펌프로 고압의 슬러지로 슬러지여과기의 회전 분리막을 통과시킴으로 인해 여과수는 하수처리장 또는 폐수처리장에 연계처리하고 여과슬러지는 소화조로 재순환시킴으로 인해 소화조 내부의 유기물과 미생물 농도를 증가시킨다.The sludge decomposed inside the digester is sucked and passed through the rotary separation membrane of the sludge filter with the high-pressure sludge through the supply pump, so that the filtered water is treated in conjunction with the sewage treatment plant or wastewater treatment plant, and the filtered sludge is recycled to the digester. Increase the concentration of microorganisms.
상기 회전 분리막은 미세 크기의 멤브레인 막을 회전시킴으로 인해 발생하는 원심력을 이용하여 멤브레인 막에 침적되는 슬러지를 분리하고 여과된 물은 배출하는 장치이다.The rotary separator is a device for separating sludge deposited on the membrane membrane and discharging the filtered water by using a centrifugal force generated by rotating a micro-sized membrane membrane.
상기 공기압축기, 세척용 탱크 및 세척수펌프는 회전분리막에 부착된 오염물질을 제거하기 위한 세척 장치이다.The air compressor, the washing tank, and the washing water pump are washing devices for removing contaminants attached to the rotary separator.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탈수장치는 소화슬러지를 염기 성분으로 처리하기 위한 전처리조, 산 성분으로 처리하기 위한 중화응집조, 염기와 산으로 처리된 소화슬러지를 탈수하기 위한 필터프레스탈수기를 포함한다.Referring to FIG. 3, the dehydration apparatus according to an embodiment of the present invention includes a pretreatment tank for treating digested sludge with a base component, a neutralization coagulation tank for treating digested sludge with an acid component, and dewatering digested sludge treated with a base and an acid. It includes a filter press dehydrator for.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러지건조장치는 상기 탈수장치에서 배출되는 상기 탈수슬러지를 건조하기 위한 슬러지건조기, 상기 슬러지건조장치에서 필요한 열원을 공급받기 위한 공기예열기 및 보조버너 및 상기 탈수슬러지의 수분을 저감시킨 후 배출되는 건조공기의 냄새를 저감하기 위한 악취제거설비를 포함한다.4, the sludge drying apparatus according to an embodiment of the present invention includes a sludge dryer for drying the dewatered sludge discharged from the dewatering apparatus, an air preheater and an auxiliary burner for receiving a heat source required from the sludge drying apparatus. And a odor removal facility for reducing the odor of the dry air discharged after reducing the moisture in the dehydrated sludge.
슬러지건조장치는 상기 슬러지탈수장치에서 배출되는 탈수슬러지의 수분을 저감하여 건조슬러지를 생산, 연료로 재활용하기 위한 장치이다. The sludge drying device is a device for producing dried sludge and recycling it as fuel by reducing moisture in dewatered sludge discharged from the sludge dewatering device.
또한, 슬러지건조기에서 탈수슬러지의 수분을 저감한 후 배출되는 악취성 건조공기는 악취제거설비를 통과한 후 배출되도록 한다. In addition, after the moisture of the dehydrated sludge is reduced in the sludge dryer, the odorous dry air discharged is discharged after passing through the odor removal facility.
수분 저감을 위해 필요한 열원으로는 바이오가스발전장치에서 회수되는 열원을 이용하여 탈수슬러지의 수분 일부를 저감하는데 활용하고 최종적으로 목표로 하는 수분 저감을 위해서는 외부 공기를 보조버너에 의해 가열, 건조공기를 생산한 후 건조기에 공급하여 건조슬러지를 생산한다.As a heat source necessary for moisture reduction, a heat source recovered from the biogas generator is used to reduce part of the moisture in the dehydrated sludge.In order to reduce the final target moisture, external air is heated by an auxiliary burner and dried air is heated. After production, it is supplied to a dryer to produce dried sludge.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오가스발전장치는 가스전처리설비, 엔진발전기 및 바이오가스의 연소 후 발생하는 배가스의 열을 회수하기 위한 배가스열교환기를 포함한다.Referring to FIG. 5, a biogas generator according to an embodiment of the present invention includes a gas pretreatment facility, an engine generator, and an exhaust gas heat exchanger for recovering heat of exhaust gas generated after combustion of the biogas.
바이오가스발전장치는 혐기성소화조장치에서 발생하는 바이오가스를 정제, 연료로 활용하여 전력을 생산하는 장치이며, 전력과 함께 발생한 폐열은 열원회수장치를 통해 전량 회수하여 혐기성소화조장치 및 슬러지건조장치의 열원으로 활용한다.The biogas generator is a device that generates power by purifying and utilizing the biogas generated in the anaerobic digester as fuel.The waste heat generated along with the power is recovered through a heat source recovery device and is the heat source of the anaerobic digester and sludge drying device. Use it as.
상기 가스전처리설비는 바이오가스에 포함된 수분을 제거하기 위한 제습기 및 제습용냉각기, 냉각된 바이오가스를 보조열원냉각장치의 냉각열을 활용하여 온도를 올리기 위한 열교환기, 바이오가스에 함유된 실록산을 제거하는 실록산 제거장치, 바이오가스의 압력을 승압시키기 위한 가스승압기, 유량계 및 가스여과기를 포함한다.The gas pretreatment facility includes a dehumidifier and a dehumidifying cooler for removing moisture contained in the biogas, a heat exchanger for raising the temperature of the cooled biogas by utilizing the cooling heat of an auxiliary heat source cooling device, and a siloxane contained in the biogas. It includes a siloxane removal device to be removed, a gas booster for increasing the pressure of the biogas, a flow meter, and a gas filter.
상기 엔진발전기는 바이오가스를 연소시켜 전기를 생산하는 발전기본체, 바이오가스 연소 시 발생하는 내부 발생열과 보조자켓의 냉각열을 회수하기 위한 자켓냉각장치 및 보조열원냉각장치, 배가스 열원을 회수하기 위한 배가스열교환기를 포함한다.The engine generator is a generator body that generates electricity by burning biogas, jacket cooling device and auxiliary heat source cooling device for recovering internal heat generated during biogas combustion and cooling heat of auxiliary jacket, exhaust gas for recovering exhaust gas heat source. Includes a heat exchanger.
상기 엔진발전기의 상기 자켓냉각장치 및 배가스열교환기에서 회수된 열은 상기 열회수장치를 통해 상기 혐기성소화조장치 가온에 필요한 열원 및 상기 슬러지건조장치에 필요한 열원으로 공급된다.The heat recovered from the jacket cooling device and the exhaust gas heat exchanger of the engine generator is supplied to a heat source required for heating the anaerobic digester device and a heat source required for the sludge drying device through the heat recovery device.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열회수장치는 상기 바이오가스발전장치에서 발생하는 폐열을 회수하여 상기 혐기성소화조장치를 가온하기 위한 제1열교환기, 상기 혐기성소화조장치의 가온이 필요 없을 경우 상기 슬러지건조장치로 열원을 직접 공급토록 변경하는 삼방밸브를 포함한다.6, the heat recovery device according to an embodiment of the present invention requires a first heat exchanger for recovering waste heat generated from the biogas generator to warm the anaerobic digester, and the anaerobic digester device needs to be heated. If there is no, it includes a three-way valve that changes to directly supply the heat source to the sludge drying device.
상기 열회수장치는 상기 슬러지건조장치의 열원을 보완할 수 있는 제2열교환기를 추가로 포함한다.The heat recovery device further includes a second heat exchanger capable of supplementing the heat source of the sludge drying device.
상기 바이오가스발전장치에서 발생하는 고온수는 제1열교환기, 슬러지건조장치 및 제2열교환기를 거쳐 저온수로 바뀌어 바이오가스발전장치에 재공급함으로써 바이오가스발전장치의 엔진을 냉각하는 냉각수로 사용된다.The high-temperature water generated in the biogas generator is converted to low-temperature water through the first heat exchanger, the sludge drying device, and the second heat exchanger, and is then resupplied to the biogas generator, thereby being used as cooling water to cool the engine of the biogas generator. .
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 혐기성 소화조 시스템에 포함된 혐기성 소화조는 회전파이프(40), 임펠러(50), 지지판(60) 및 구동부(70)을 포함한다.Referring to FIG. 7, the anaerobic digester included in the high-efficiency anaerobic digester system according to an embodiment of the present invention includes a
상기 회전파이프(40)는 회전파이프(40)에 결합된 후술하는 임펠러(50)를 회전시키는 역할을 수행한다.The
상기 회전파이프(40)에 설치되어 혐기성 소화조 내부의 슬러지를 교반하여 효율적으로 소화하기 위하여 설치되는 임펠러(50)는 하나 이상 설치하되, 소화조의 크기, 모터의 회전력 및 효율적인 교반을 위하여 임펠러(50)에 설치된 교반 날개의 방향, 크기 및 각도를 다양하게 설치할 수 있다.One or
상기 임펠러(50)는 소화물의 소화효율을 높이기 위하여 회전축 상에 상하 3개의 임펠러를 설치하되, 회전축의 상부에 설치되는 임펠러는 스컴 등과 같은 부유물을 수면 하부로 빨아들일 수 있는 축류(Axial Flow) 임펠러를 구비하고, 회전축 중간부에 설치되는 임펠러는 소화조 내부의 충분한 유동을 통해 슬러지를 균질하게 유지할 수 있도록 하이드로포일(Hydrofoil)형 임펠러를 구비하며, 회전축의 하부에 설치되는 임펠러는 소화조 하부의 침전물을 부양시킬 수 있는 방사류(Radial Flow) 임펠러로 구성할 수 있다.The
상기 지지판(60)은 원판 형상의 뚜껑으로, 후술하는 구동부(70)를 결합하여 지지하고, 혐기성 소화조에 형성된 개구를 밀폐하는 역할을 수행한다.The
여기서, 밀폐부재가 상기 지지판(60)과 상기 개구 사이에 위치하여 상기 지지판(60)과 상기 개구를 씰링하는 역할을 수행한다.Here, a sealing member is positioned between the
상기 구동부(70)는 모터, 감속기어 및 구동기어를 포함한다.The driving
상기 모터는 회전하여 상기 임펠러(50)가 결합된 상기 회전파이프(40)를 회전시키는 역할을 수행한다.The motor rotates to rotate the
상기 모터와 체결되어 혐기성 소화조 내부에 설치된 임펠러(50)를 회전시키는 감속기어는 소화조 내부의 슬러지를 교반하기 위하여 임펠러(30)를 회전시킬 때 적정속도로 소화물을 효율적으로 교반할 수 있는 높은 회전력을 얻기 위하여 모터의 회전축에 설치된 기어의 직경보다 큰 직경을 가진 기어를 맞물려 회전하도록 구성될 수 있다.The reduction gear coupled with the motor to rotate the
상기 감속기어는 상기 모터에서 나온 높은 회전수를 직경이 작은 구동 기어와 직경이 큰 회전파이프 기어를 서로 맞물려 회전시켜 소화조 내부에 설치된 임펠러(50)를 회전시키는 회전파이프(40)의 분당 회전수를 감소시키면서 높은 회전력을 가지도록 구성하므로 보다 높은 회전력을 임펠러(50)의 회전파이프(40)에 전달하여 작은 용량의 모터로 임펠러(50)를 회전시킬 수 있으므로 혐기성 소화조의 유지 및 관리 시에 소요되는 전기에너지를 절약할 수 있다.The reduction gear reduces the number of revolutions per minute of the
상기 구동 기어는 상기 구동부(70)에 설치되어 상기 모터 및 감속기어에서 생성된 구동력을 회전파이프 기어에 전달하는 역할을 수행한다.The drive gear is installed in the
상기 회전파이프 기어는 상기 회전파이프 일 단부에 고정되어 상기 구동 기어에서 발생한 구동력을 회전파이프(40)의 회전운동으로 전환하는 역할을 수행한다.The rotating pipe gear is fixed to one end of the rotating pipe and serves to convert a driving force generated from the driving gear into a rotational motion of the
기어 고정부는 상기 지지판(60)에 고정되어 상기 회전파이프 기어 및 상기 회전파이프(40)를 고정하는 역할을 수행하는 것은 물론, 상기 회전파이프 기어와 접촉하는 부분에는 베어링이 설치되어 상기 회전파이프 기어의 원활한 회전을 보조하는 역할을 수행한다.The gear fixing part is fixed to the
상기 혐기성 소화조 내부의 슬러지를 교반하는데 필요한 임펠러(50)의 분당 회전수와 임펠러(50)를 회전시키는 회전파이프(40)의 회전력을 고려하여 모터에서 발생하는 회전수를 직경이 작은 기어와 직경이 큰 기어를 서로 맞물려 두 번의 감속 단계를 거쳐서 임펠러(50)에 높은 회전력을 전달할 수 있도록 구성되어 있으며, 필요에 따라 한번 또는 그 이상으로 감속하여 적정회전 수와 회전력을 얻을 수 있도록 설계 제작할 수 있다.Considering the number of revolutions per minute of the
도 8 내지 도 10에는 본 발명의 일 실시예에 따른 탈수장치(10), 슬러지건조장치(20) 및 탈수장치 및 슬러지건조장치(1)의 주요 구성이 도시되어 있다.8 to 10 show the main configurations of the
도 8 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탈수장치 및 슬러지건조장치(1)는 탈수장치(10), 슬러지건조장치(20) 및 건조 슬러지 이송 컨베이어(30)를 포함한다.8 to 10, a dewatering device and a sludge drying device 1 according to an embodiment of the present invention include a
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탈수장치(10)는 여과판(11), 여판 취부 실린더(12), 세정트라프(13), 드리핑 팬(14), 탈수 슬러지 이송 컨베이어(15) 및 세정수 드레인 배관(16)을 포함한다.Referring to FIG. 8, the
이하에서 탈수장치(10)에 대해 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the
탈수설비로 투입된 슬러지는 필터챔버 내부 여과포 안쪽으로 공급되어 슬러지 공급압력에 의해 여과포를 통과한 여액은 여과판(11) 하부에 설치된 세정트라프(13)를 거쳐 배출구를 통해 외부로 배출되고 여과포를 통과하지 못한 고형물은 안쪽에 남는 과정을 통해 1차 탈수가 진행된다. 후단의 건조 효율 증대를 위하여 케이크 두께 20 mm 이하가 되도록 투입 슬러지 양을 조절한다. The sludge introduced into the dewatering facility is supplied to the inside of the filter cloth inside the filter chamber, and the filtrate passed through the filter cloth by the sludge supply pressure is discharged to the outside through the discharge port through the
필터챔버 내부에 모아진 케이크는 고압의 압착수를 이용하여 다이아프램을 팽창시키고 팽창된 다이아프램에 의해 압착된다. 탈수되고 압착된 슬러지는 여과포 안쪽에 남으며, 탈리여액은 탈수기 밖으로 배출되며 2차 탈수과정을 거친다.The cake collected inside the filter chamber expands the diaphragm using high-pressure compressed water and is compressed by the expanded diaphragm. The dehydrated and compressed sludge remains inside the filter cloth, and the desorption filtrate is discharged out of the dehydrator and undergoes a secondary dehydration process.
2차 탈수 종료 후 슬러지를 압착하는 동안 다이아프램 내에 남아있던 압착수를 탈수장치(10) 외부로 배출시키고, 여판 취부 실린더(12)에 작동에 의해 여과판(11)이 모두 일정한 간격으로 개판되어 압착된 슬러지가 하부로 배출된다. 여과판(11)에 남아있는 잔여 슬러지를 박리하기 위하여 여과포는 하향으로 이동하였다가 다시 상향으로 이동한다.After the secondary dewatering is completed, the compressed water remaining in the diaphragm is discharged to the outside of the
탈수장치(10) 여과판(11)에서 박리된 탈수 슬러지는 탈수기 하부의 드리핑 팬(14)에 쌓이며, 탈수 슬러지 배출과정이 완료된 후 드리핑 팬(14)이 오픈되어 하부의 탈수 슬러지 이송 컨베이어(15)로 배출된다. 이 후에 탈수 슬러지는 탈수 슬러지 이송 컨베이어(15)의 정역회전 운전을 이용하여 후술하는 슬러지건조장치(20)의 탈수 슬러지 투입구(22)로 교대 이송된다. The dewatered sludge peeled off from the
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러지건조장치(20)는 슬러지 건조 케이스(21), 탈수 슬러지 투입구(22), 탈수 슬러지 파쇄부(23), 배가스 배출구(24), 열풍공급구(25-1), 열풍분배통(25-2), 열풍 분산 갓(25-3), 분산 갓 지지대(25-4)를 포함하는 열풍 분배부(25), 건조 슬러지 배출 컨베이어(26-1), 도어(26-2), 상부믹서(26-3) 및 하부믹서(26-4)를 포함하는 건조 슬러지 배출부(26), 슬러지 평탄부(27), 가열 자켓(28-1) 및 보온재(28-2)를 포함하는 히팅부(28)를 포함한다.9, the
이하에서 슬러지건조장치(20)에 대해 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the
탈수장치(10)를 통해 배출되는 탈수 슬러지는 탈수 슬러지 투입구(22)에 부착된 탈수 슬러지 파쇄부(23)에 의해 일정한 크기로 파쇄된 후 슬러지건조장치(20)의 건조 케이스(21) 내부로 투입되며, 건조 케이스(21) 상측에 설치된 슬러지 평탄부(27)를 회전시켜 건조설비 내부에서 탈수 슬러지가 한방향에 치우쳐 쌓이지 않도록 하여 하부에서 올라오는 열풍이 고르게 분배되도록 한다.The dewatered sludge discharged through the
2계열로 구성된 슬러지건조장치(20)는 상시 열풍이 공급되어 건조과정이 이루어지며, 외부 열풍공급장치에서 공급되는 열풍은 건조설비 내부의 열풍공급배관을 거쳐 다수의 열풍 공급구(25-1)를 통해 건조기 하부로 공급되며, 공급된 열풍은 열풍 분배통(25-2)과 열풍 분산 갓(25-3)을 통해 슬러지건조장치(20) 내부로 고르게 분산되고 탈수 슬러지 사이의 미세한 공극을 통과하여 직접가온을 통해 건조시킨다. The
또한, 열풍 분산 갓(25-3)은 열풍 분배통(25-2) 출구보다 충분히 넓은 폭으로 제작되고, 끝단의 위치는 열풍 분배통(25-2) 출구보다 낮은 위치까지 연장하여 제작함으로써 상부에서 하부로 이동하는 탈수슬러지가 열풍분배통(25-2) 출구를 폐색시키는 것을 방지하고 공급된 열풍을 건조기 하부 전체에 고르게 분배하는 기능을 동시에 가진다. In addition, the hot air dispersing shade (25-3) is manufactured with a sufficiently wider width than the outlet of the hot air distribution tube (25-2), and the position of the end is extended to a position lower than the outlet of the hot air distribution tube (25-2). At the same time, it prevents dewatered sludge moving from the bottom to block the outlet of the hot air distribution tank 25-2 and distributes the supplied hot air evenly to the entire bottom of the dryer.
탈수 슬러지를 건조한 후 발생하는 배가스는 건조기 상부의 배가스 배출구(24)를 거쳐 후단의 세정탑에서 처리 후 대기로 배출된다. After drying the dehydrated sludge, the exhaust gas generated is discharged to the atmosphere after being treated in the cleaning tower at the rear through the
또한, 열풍이 건조설비 하부의 배출구로 빠져나가는 것을 방지하기 위하여 건조 슬러지 배출부(26)에 도어(26-2)를 설치한다.In addition, a door 26-2 is installed in the dry sludge discharge unit 26 to prevent the hot air from escaping to the outlet at the bottom of the drying facility.
슬러지건조장치(20) 내의 건조 완료된 일정량의 건조 슬러지는 계열에 따라 교대로 외부로 반출된다. 반출시에는 건조 슬러지 배출 컨베이어(26-1) 및 하부의 건조 슬러지 이송 컨베이어(30)를 통해 외부로 반출되며, 이 때 도어(26-2)가 오픈되며, 열풍공급은 중단된다.A certain amount of dried sludge in the
슬러지건조장치(20) 내부의 믹서는 상부믹서(26-3)와 하부믹서(26-4)로 구성되어있으며, 상부믹서(26-3)는 유입된 탈수슬러지의 분쇄 및 통기성확보를 위해 간헐 또는 연속 회전운전을 한다. The mixer inside the
하부믹서(26-4)는 탈수슬러지를 분쇄하고 브릿지현상을 방지하여 원활한 외부반출이 될 수 있도록하며, 하부슬러지 배출컨베이어와 연동 운전한다.The lower mixer 26-4 pulverizes the dehydrated sludge and prevents bridging so that it can be carried out smoothly, and operates in conjunction with the lower sludge discharge conveyor.
슬러지건조장치(20) 슬러지 건조 케이스(21)는 가열 자켓(28-1) 및 보온재(28-2)를 포함하는 히팅부(28)를 포함하고 있으며, 외부열원공급설비에서 열풍과 온수가 함께 발생하는 경우에는 온수를 건조설비 외부의 가온자켓에 주입하여 건조설비 내부로 열전달이 되도록하여 열풍에 의한 직접가온 및 온수에 의한 간접가온을 통한 복합건조가 되도록 한다. The
실험예1 : 탈수장치 효과 검증Experimental Example 1: Dehydration device effect verification
염기, 산 전처리 후 필터프레스 탈수공정인 탈수장치 설치를 통한 슬러지의 함수율 및 슬러지 발생량의 저감율 증대를 확인하였다. O산업단지 하*폐수처리장 슬러지를 대상으로 2018년 8월 실증실험 결과이다. 탈수기 투입 슬러지는 슬러지량 300㎥/일, 평균 함수율은 98.5%이다. 대조구는 O산업단지 하**폐수종말처리장 기존탈수장치의 운영결과로서 탈수케익의 평균 함수율은 74.9%(74.2~75.4%)이며, 처리구는 금회 적용 탈수장치로서 탈수케익 평균 함수율은 54.8%(54.0~55.0%)로 나타났다. 평균 함수율 저감율은 26.9%로 나타났으며, 탈수케익 발생량 저감율은 44.6%로 조사되었다.After base and acid pretreatment, it was confirmed that the water content of the sludge and the reduction rate of the amount of sludge generation were increased through the installation of a dewatering device which is a filter press dehydration process. This is the result of a demonstration test in August 2018 for sludge in the O industrial complex sewage treatment plant. The sludge input to the dehydrator has a sludge volume of 300㎥/day and an average moisture content of 98.5%. As a result of the operation of the existing dewatering system at the wastewater treatment plant in the O industrial complex, the average moisture content of the dehydrated cake is 74.9% (74.2~75.4%), and the treatment area is the dehydration device applied this time, with an average moisture content of 54.8% (54.0). ~55.0%). The average moisture content reduction rate was 26.9%, and the rate of reduction in the amount of dehydrated cake was 44.6%.
(A-B)÷AReduction rate
(AB)÷A
(㎥/일)Sludge volume
(㎥/day)
(%)Moisture content
(%)
(㎥/일)Sludge volume
(㎥/day)
(%)Moisture content
(%)
(㎥/일)Sludge volume
(㎥/day)
(%)Moisture content
(%)
실험예2 : 열회수장치 설치 효과 검증Experimental Example 2: Heat recovery device installation effect verification
열회수장치의 설치가 에너지소비량에 미치는 영향을 확인하였다. S공공하수처리 슬러지 처리공정을 기준으로 검토하였으며, 소화가스 발생량은 5,100㎥/일이고, 소화가스를 활용한 바이오가스 발전 시 발전효율 39%, 열회수율 40%, 방출 및 손실열량 21%로 조사되었으며, 소화가스 단위 발열량은 5,184kcal/㎥ (메탄가스 함량 60%, 하수도시설기준(2010) 참고)로 조사되었다. 바이오가스 발전 시 회수되는 열량은 10,575,360kcal/일(= 5,100㎥/일× 5,184kcal/㎥ × 40%)로 검토되었다. 그러므로 열회수장치를 통해 10,575,360kcal/일의 에너지를 점감하는 것으로 나타났다. 열회수장치 미 설치 시 바이오가스 발전으로 인한 발전효율 39%를 제외한 나머지 열량은 방출되어 소모되는 열량이다.The effect of the installation of the heat recovery device on the energy consumption was confirmed. S Public Sewage Treatment The sludge treatment process was reviewed as a standard, and the amount of digested gas generated was 5,100㎥/day, and the power generation efficiency was 39%, the heat recovery rate was 40%, and the emission and loss of heat was 21% when generating biogas using digested gas. The unit calorific value of extinguishing gas was 5,184kcal/㎥ (
가스Bio
gas
가스
활용Bio
gas
uses
탈수장치 및 슬러지건조장치 1 탈수장치 10
여과판 11 여판 취부 실린더 12
세정트라프 13 드리핑 팬 14
탈수 슬러지 이송 컨베이어 15 세정수 드레인 배관 16
슬러지건조장치 20 슬러지 건조 케이스 21
탈수 슬러지 투입구 22 탈수 슬러지 파쇄부 23
배가스 배출구 24 열풍 분배부 25
건조 슬러지 배출부
26 건조 슬러지 배출 컨베이어 26-1
도어
26-2 상부믹서 26-3
하부믹서 26-4 슬러지 평탄부 27
히팅부
28
가열 자켓 28-1
보온재
28-2 건조 슬러지 이송 컨베이어 30
회전파이프 40 임펠러 50
지지판 60 구동부 70Dewatering device and sludge drying device 1
Dewatered
Dry sludge discharge part 26 Dry sludge discharge conveyor 26-1
Door 26-2 Upper mixer 26-3
Lower mixer 26-4 Sludge
Heating part 28 Heating jacket 28-1
Insulation material 28-2 Dry
Rotating
Claims (12)
상기 혐기성소화조장치에서 생성된 소화슬러지의 수분을 제거하여 탈수슬러지를 생성하는 탈수장치,
상기 탈수슬러지를 열풍건조하여 건조슬러지를 생성하는 슬러지건조장치,
상기 혐기성소화조장치에서 생성된 바이오가스를 에너지원으로 사용하여 전기 및 열을 생성하는 바이오가스발전장치 및
상기 바이오가스발전장치에서 생성된 열을 상기 혐기성소화조장치 및 상기 슬러지건조장치에 공급하는 열회수장치를 포함하는
하이브리드 바이오가스 전처리장치.
Anaerobic digester system that generates biogas and digested sludge by decomposing organic waste,
A dewatering device for generating dewatered sludge by removing moisture from the digested sludge generated in the anaerobic digester device,
Sludge drying apparatus for generating dried sludge by hot air drying the dehydrated sludge,
A biogas generator that generates electricity and heat by using the biogas generated in the anaerobic digester as an energy source, and
Including a heat recovery device for supplying the heat generated by the biogas power generation device to the anaerobic digester device and the sludge drying device
Hybrid biogas pretreatment device.
상기 탈수장치는 상기 소화슬러지를 염기 성분으로 처리하기 위한 전처리조, 산 성분으로 처리하기 위한 중화응집조, 염기와 산으로 처리된 상기 소화슬러지를 탈수하기 위한 탈수기를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 바이오가스 전처리장치.
The method of claim 1,
The dehydration device comprises a pretreatment tank for treating the digested sludge with a base component, a neutralization coagulation tank for treating the digested sludge with an acid component, and a dehydrator for dehydrating the digested sludge treated with a base and an acid Gas pretreatment device.
상기 슬러지건조장치는 상기 탈수장치에서 배출되는 상기 탈수슬러지를 건조하기 위한 슬러지건조기, 상기 슬러지건조장치에서 필요한 열원을 공급받기 위한 공기예열기 및 보조버너 및 상기 탈수슬러지의 수분을 저감시킨 후 배출되는 건조공기의 냄새를 저감하기 위한 악취제거설비를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 바이오가스 전처리장치.
The method of claim 1,
The sludge drying device includes a sludge dryer for drying the dewatered sludge discharged from the dewatering device, an air preheater and an auxiliary burner to receive a heat source required from the sludge drying device, and drying discharged after reducing the moisture of the dehydrated sludge. Hybrid biogas pretreatment apparatus comprising a odor removal facility for reducing air odor.
상기 슬러지건조장치는 상부믹서, 하부믹서 또는 상부믹서 및 하부믹서를 포함하는 믹서를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 바이오가스 전처리장치.
The method of claim 1,
The sludge drying apparatus comprises an upper mixer, a lower mixer, or a mixer including an upper mixer and a lower mixer.
상기 상부믹서는 유입된 탈수슬러지를 분쇄하고 통기성을 확보하며, 상기 하부믹서는 탈수슬러지를 분쇄하고 브릿지현상을 방지하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 바이오가스 전처리장치.
The method of claim 4,
The upper mixer pulverizes the introduced dewatered sludge and secures air permeability, and the lower mixer pulverizes the dewatered sludge and prevents bridging.
상기 건조슬러지는 상기 바이오가스발전장치에서 회수되는 열원 및 상기 공기예열기 및 보조버너에서 생성되는 열원에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 바이오가스 전처리장치.
The method of claim 5,
The dry sludge is a hybrid biogas pretreatment device, characterized in that generated by a heat source recovered from the biogas generator and a heat source generated from the air preheater and auxiliary burner.
상기 바이오가스발전장치는 가스전처리설비, 엔진발전기 및 바이오가스의 연소 후 발생하는 배가스의 열을 회수하기 위한 배가스열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 바이오가스 전처리장치.
The method of claim 1,
The biogas generator is a hybrid biogas pretreatment device, characterized in that it comprises a gas pretreatment facility, an engine generator, and an exhaust gas heat exchanger for recovering heat of exhaust gas generated after combustion of the biogas.
상기 가스전처리설비는 바이오가스에 포함된 수분을 제거하기 위한 제습기 및 제습용냉각기, 냉각된 바이오가스를 보조열원냉각장치의 냉각열을 활용하여 온도를 올리기 위한 열교환기, 바이오가스에 함유된 실록산을 제거하는 실록산 제거장치, 바이오가스의 압력을 승압시키기 위한 가스승압기, 유량계 및 가스여과기를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 바이오가스 전처리장치.
The method of claim 7,
The gas pretreatment facility includes a dehumidifier and a dehumidification cooler for removing moisture contained in the biogas, a heat exchanger for raising the temperature of the cooled biogas by utilizing the cooling heat of an auxiliary heat source cooling device, and a siloxane contained in the biogas. A hybrid biogas pretreatment apparatus comprising a siloxane removal device to remove, a gas booster for increasing the pressure of the biogas, a flow meter, and a gas filter.
상기 엔진발전기는 바이오가스를 연소시켜 전기를 생산하는 발전기본체, 바이오가스 연소 시 발생하는 내부 발생열과 보조자켓의 냉각열을 회수하기 위한 자켓냉각장치 및 보조열원냉각장치, 배가스 열원을 회수하기 위한 배가스열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 바이오가스 전처리장치.
The method of claim 8,
The engine generator is a generator body that generates electricity by burning biogas, jacket cooling device and auxiliary heat source cooling device for recovering internal heat generated during biogas combustion and cooling heat of auxiliary jacket, and exhaust gas for recovering exhaust gas heat source. Hybrid biogas pretreatment device comprising a heat exchanger.
상기 엔진발전기의 상기 자켓냉각장치에서 회수된 열은 상기 열회수장치를 통해 상기 혐기성소화조장치 가온에 필요한 열원 및 상기 슬러지건조장치에 필요한 열원으로 공급되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 바이오가스 전처리장치.
The method of claim 9,
The heat recovered from the jacket cooling device of the engine generator is supplied to a heat source required for heating the anaerobic digester device and a heat source required for the sludge drying device through the heat recovery device.
상기 열회수장치는 상기 바이오가스발전장치에서 발생하는 폐열을 회수하여 상기 혐기성소화조장치를 가온하기 위한 제1열교환기, 상기 혐기성소화조장치의 가온이 필요 없을 경우 상기 슬러지건조장치로 열원을 직접 공급토록 변경하는 삼방밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 바이오가스 전처리장치.
The method of claim 1,
The heat recovery device is a first heat exchanger for recovering the waste heat generated from the biogas generator to heat the anaerobic digester device, and when heating of the anaerobic digester device is not required, the heat source is directly supplied to the sludge drying device. Hybrid biogas pretreatment device, characterized in that it comprises a three-way valve.
상기 열회수장치는 상기 슬러지건조장치의 열원을 보완할 수 있는 제2열교환기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 바이오가스 전처리장치.
The method of claim 11,
The heat recovery device further comprises a second heat exchanger capable of supplementing the heat source of the sludge drying device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190108224A KR20210026858A (en) | 2019-09-02 | 2019-09-02 | Hybrid Biogas Pretreatment Apparatus |
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KR (1) | KR20210026858A (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20220127532A (en) * | 2021-03-11 | 2022-09-20 | 한밭대학교 산학협력단 | Hot water production and utilization system using discharged water |
CN116553720A (en) * | 2023-07-05 | 2023-08-08 | 淄博齐翔腾达化工股份有限公司 | Anaerobic treatment process and treatment equipment for high-concentration chemical wastewater |
-
2019
- 2019-09-02 KR KR1020190108224A patent/KR20210026858A/en unknown
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