KR20210041647A - 가축분뇨의 통합 소화처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가축분뇨의 통합 소화처리장치에 관한 것으로서, 혼합기질을 수집하고 저류해서 각각 전처리하는 전처리부와, 혼합기질을 열가수분해에 의해 가용화시키는 열가수분해부와, 혼합기질을 단상소화조에서 분해하여 유기성 폐자원으로부터 바이오가스를 생성하고 미생물에 의해 소화시키는 혐기소화부와, 소화여액을 저장하고 소화여액을 원심분리에 의해 탈수케익과 탈리여액으로 탈수분리하는 후처리부와, 탈리여액을 처리하는 폐수처리부와, 바이오가스에 함유된 불순물을 제거하여 정제처리하는 바이오가스 정제부와, 정제처리된 바이오가스를 활용하는 바이오가스 활용부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 기질 전처리 과정에서 가축분뇨와 하수찌꺼기의 탈수를 통해 소화조로 유입되는 총질소 농도를 75% 이상 저감이 가능하므로 기존 기술의 가축분뇨 통합소화시 고농도 질소의 소화조 유입에 따른 암모니아 독성에 의한 혐기소화 메탄생성균에 미치는 영향을 사전에 제거함으로써 안정적인 혐기소화가 가능한 효과를 제공한다.

Description

가축분뇨의 통합 소화처리장치{APPARATUS FOR TREATING INTEGRATED ANAEROBIC DIGESTION OF LIVESTOCK EXCRETIONS}
본 발명은 가축분뇨의 통합 소화처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가축분뇨를 포함한 음식물류폐기물, 하수찌꺼기가 포함된 혼합기질의 효율적인 통합 혐기소화를 위해 가축분뇨를 포함한 복수종의 유기성 폐자원을 수집하여 통합 소화처리하는 가축분뇨의 통합 소화처리장치에 관한 것이다.
산업의 급속한 발달 및 생활수준의 향상으로 인해 가축분뇨, 음식물류폐기물 등의 유기성 폐자원 발생량이 증가 추세에 있으며, 2017년말 기준 전체 유기성 폐자원 발생량은 242,734톤/일로 이중 가축분뇨 176,434톤/일(72.7%), 분뇨 40,468톤/일(16.7%), 음식물류폐기물 14,400톤/일(5.9%), 하수찌꺼기 11,432톤/일(4.7%) 발생하고 있다.
특히, 가축분뇨 처리의 경우 전체 발생량의 67.5%가 퇴비화 처리되고 있으며, 공공처리율은 9.9%에 불과하고 혐기소화 비율은 극히 미미한 실정이나 최근 들어 정부의 가축분뇨를 포함한 유기성 폐자원의 통합소화 정책 추진으로 가축분뇨 통합 소화 프로젝트의 확대 보급이 예상된다.
또한, 이전의 유기성 폐자원은 개별 처리에 따른 다양한 문제점을 나타내고 있는 실정으로 가축분뇨 처리시설은 대부분이 민간, 개별처리시설로서 처리효율이 낮고 악취 및 공공수역의 비점오염원으로 작용하고 있다.
음식물류폐기물 처리시설의 경우 대부분이 사료화, 퇴비화 처리되고 있고 일부 혐기소화 시설은 생산 부산물의 활용이 미흡하며 소화효율이 60% 전후로 낮아 처리에 어려움을 격고 있는 실정이다.
아울러 개별 하수찌꺼기 혐기소화시설의 가동률은 70% 이하로 낮고 소화효율이 40% 이하로 매우 낮아 혐기소화 기능을 발휘하지 못하고 있는 실정이다.
이와 같이 개별처리에 따른 문제점을 해결하기 위해 정부에서는 유기성 폐자원 통합소화 정책을 추진하고 있는 실정으로 통합소화 시스템은 가축분뇨, 음식물류폐기물, 하수찌꺼기 전체를 전처리를 통해 이물질을 선별하고 열가수분해 가용화를 통해 균질화하여 통합소화 하게 된다.
이와 같이 통합소화 과정에서 발생하는 찌꺼기(탈수케익)는 건조연료화를 통해 건조물을 생산하고 생산된 건조물은 석탄화력 발전소의 보조연료로 활용하거나 퇴비화를 통해 퇴비를 생산하여 농가에 공급 활용하며 통합소화시 발생하는 바이오가스는 발전을 통해 전기를 생산하거나 건조연료화시설 및 퇴비화 시설의 LNG 대체 열원으로 활용함으로써 화석에너지 사용량을 최소화하고, 혐기소화 과정에서 발생하는 소화여액은 1차 처리후 방류 또는 하수처리장에 연계처리하는 전체 공정이 통합 공정으로 구성된 시스템을 말한다.
이러한 가축분뇨를 포함한 통합소화의 특징으로는 유기성 폐자원의 개별 특성에서 유발될 수 있는 혐기소화 시 영양 불균형 및 저해 요소를 저감시키기 위해 서로 보완될 수 있는 성상을 가진 유기성 폐자원을 혼합하여 혐기소화 시키는 방법으로 유기성 폐자원을 활용한 에너지 생산량 및 유기물 제거효율 증대와 하수처리장 연계 부하를 감소 시킬 수 있는 장점이 있다.
가축분뇨 통합처리시설의 위치는 대부분 하수처리장에 위치함에 따라 특히 겨울철에 반입되는 가축분뇨와 음식물류폐기물은 0℃ 이하 또는 결빙상태로 반입되는 경우가 많아 전처리 과정에서 이물질 선별률이 낮거나 균등 혼합이 이루어지지 않은 상태가 발생할 상황이 있으므로 겨울철 외부 반입 기질의 결빙에 따른 문제 해결이 필요하다.
또한 혐기소화 공정에서는 단백질 분해가 가장 어려우며 지방, 탄수화물 순으로 분해되고, 통상 혐기소화시 단백질 분해율은 10% 이내, 지방 분해율은 50%, 탄수화물 분해율은 70% 정도로 알려져 있다.
각 기질별 각각의 구성 성분을 살펴보면 가축분뇨는 단백질이 42%로 가장 많고 하수찌꺼기 또한 단백질이 41%로 가장 높은 비율을 차지하고 있으며, 음식물류폐기물은 탄수화물이 46%를 주를 이루고 있어 이처럼 각기 구성 성분 및 분해율이 상이한 가축분뇨를 포함한 음식물류폐기물, 하수찌꺼기 통합소화의 경우 일반적인 혐기소화 공정을 적용할 경우에는 안정적인 유기물 분해율 유지가 현실적으로 어려워 이의 해결을 위한 기술적 접근이 필요한 실정이다.
아울러 가축분뇨 통합소화 시에는 가축분뇨, 하수찌꺼기, 음식물류폐기물에 포함된 고농도의 총질소(T-N) 영향으로 혐기소화조에는 암모니아성 질소(NH4 +-N) 농도가 높기 때문에 이 높은 암모니아성 질소는 혐기소화조내 메탄생성균의 메탄 형성에 억제 작용을 하는 것으로 입증되어 암모니아성 질소 농도는 1,500mg/L 이하로 유지해야 하는 데도 불구하고 근본적으로 반입되는 기질내 포함된 총질소 농도가 높기 때문에 가축분뇨 통합소화 시에는 소화조내 암모니아성 질소 농도가 높아 원활한 혐기소화조 운영이 어려운 실정이다.
[표 1] 통합소화 기질 성분 조성 및 질소 농도
Figure pat00001
대한민국 등록특허 제10-1313766호 (2013년10월01일) 대한민국 등록특허 제10-1309422호 (2013년09월24일) 대한민국 등록특허 제10-1631835호 (2016년06월20일)
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로서, 외부에서 반입되는 가축분뇨와 음식물류폐기물의 겨울철 동결에 따른 문제 해결을 위해 각각의 저장조에 스팀을 공급하여 원활한 전처리를 통해 가축분뇨 통합소화 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 가축분뇨, 음식물류폐기물, 하수찌꺼기 기질내 포함된 고농도의 질소 함량에 의한 소화조내 메탄생성균의 독성 작용을 억제하기 위하여 고액 분리를 통해 가축분뇨와 하수찌꺼기는 고상(케익) 상태로 음식물류폐기물 전처리 기질과 균질하게 혼합함으로써 효율적인 전처리를 통해 안정적인 가축분뇨 통합소화 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 전처리가 완료된 가축분뇨 통합기질을 열가수분해 혐기소화를 통해 바이오가스 발생량을 기존 기술 대비 10% 이상 최대화하고, 발생된 소화여액은 고액분리를 통해 고상의 탈수케익은 건조연료화 또는 퇴비화를 통해 부산물을 재활용하는 가축분뇨 통합소화 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 혐기소화 과정에서 발생되는 바이오가스는 정제를 통해 LNG 대체연료로 발전을 통해 전기를 생산하여 판매하거나 보일러에 공급하여 스팀을 생산, 활용하는 가축분뇨 통합소화 기술을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 가축분뇨, 음식물류폐기물, 하수찌꺼기를 포함한 혼합기질을 수집하고 저류해서 상기 혼합기질을 각각 전처리하는 전처리부(100); 상기 전처리부(100)의 하류에 설치되어, 상기 전처리된 혼합기질을 열가수분해에 의해 가용화시키는 열가수분해부(200); 상기 열가수분해부(200)의 하류에 설치되어, 상기 혼합기질을 단상소화조에서 분해하여 유기성 폐자원으로부터 바이오가스를 생성하고 미생물에 의해 소화시키는 혐기소화부(300); 상기 혐기소화부(300)를 거쳐 유기성 폐자원의 분해가 완료된 후 소화여액을 저장하고, 소화여액을 원심분리에 의해 탈수케익과 탈리여액으로 탈수분리하는 후처리부(400); 상기 후처리부(400)에서 분리된 탈리여액을 처리하는 폐수처리부(500); 상기 혐기소화부(300)에서 생성된 바이오가스에 함유된 불순물을 제거하여 정제처리하는 바이오가스 정제부(600); 및 상기 바이오가스 정제부(600)에서 정제처리된 바이오가스를 활용하는 바이오가스 활용부(700);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 전처리부(100)는, 가축분뇨를 전처리하는 가축분뇨 전처리수단; 음식물류폐기물을 전처리하는 음식물 전처리수단; 하수찌꺼기를 전처리하는 하수찌꺼기 전처리수단; 및 상기 전처리된 가축분뇨와 음식물류폐기물과 하수찌꺼기를 저장하는 중간저장조;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 가축분뇨 전처리수단은, 가축분뇨를 스팀에 의해 가열하면서 저장하는 가축분뇨 저장조; 상기 가축분뇨 저장조의 하류에 설치되어, 상기 저장된 가축분뇨에서 이물질을 제거하는 협잡물 종합처리기; 상기 협잡물 종합처리기의 하류에 설치되어, 상기 이물질이 제거된 가축분뇨를 고액분리해서 고상을 상기 중간저장조로 배출시키는 원심탈수기; 및 상기 원심탈수기의 하류에 설치되어, 상기 분리된 액상을 처리하는 폐수처리시설;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 음식물 전처리수단은, 음식물류폐기물을 스팀에 의해 가열하면서 저장하는 음식물 저장조; 상기 음식물 저장조의 하류에 설치되어, 상기 저장된 음식물류폐기물을 파쇄하여 이물질을 선별하는 파쇄선별기; 상기 파쇄선별기의 하류에 설치되어, 음식물류폐기물을 2차 미세 파쇄하고 이물질을 선별하는 펄퍼 ; 상기 펄퍼의 하류에 설치되어, 음식물류폐기물의 입자를 균일하도록 이물질을 선별하는 드럼스크린; 및 상기 드럼스크린의 하류에 설치되어, 음식물류폐기물 중의 미세 이물질을 하부로 분리제거하는 싸이클론;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 하수찌꺼기 전처리수단은, 하수찌꺼기를 저장하는 하수찌꺼기 저장조; 상기 하수찌꺼기 저장조의 하류에 설치되어, 상기 저장된 하수찌꺼기에서 이물질을 선별하는 드럼스크린; 상기 드럼스크린의 하류에 설치되어, 상기 이물질이 제거된 하수찌꺼기를 고액분리해서 고상을 상기 중간저장조로 배출시키는 원심탈수기; 및 상기 원심탈수기의 하류에 설치되어, 상기 분리된 액상을 처리하는 폐수처리시설;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 열가수분해부(200)는, 고온, 고압 스팀의 반응 후 발생하는 폐열을 회수하여 전처리부(100)에서 전처리된 유기성 폐자원을 예열하는 제조탱크; 고온 고압의 스팀을 공급받아 상기 제조탱크에서 균질화된 유기성 폐자원의 세포벽을 1차 파괴하여 가용화하는 반응탱크; 상기 반응탱크에서 세포벽이 1차 파괴된 유기성 폐자원을 압력 이송하여 압력 강하를 통한 압력 팽창에 따라 세포벽이 1차 파괴된 유기성 폐자원의 세포벽을 2차 파괴하여 가용화하는 저장탱크; 상기 저장탱크에서 세포벽이 2차 파괴된 유기성 폐자원에 하수처리장 방류수의 냉각수를 공급하여 80℃∼85℃의 온도로 1차 냉각하는 1차 냉각기; 및 이중관식 열교환기로 냉각수를 공급하여 1차 냉각된 유기성 폐자원을 대략 35℃∼40℃의 온도로 2차 냉각하는 2차 냉각기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 혐기소화부(300)는, 상부의 이물질 제거를 위한 스컴제거기와, 하부의 이물질 제거를 위한 싸이클론과, 소화조 조넘침(over-flow) 유도설비와, 소화조내 완전혼합 교반을 위한 수직입축형 기계식 교반기와, 배플(baffle)을 포함하는 단상소화조로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 후처리부(400)는, 상기 혐기소화부(300)에서 발생하는 소화여액을 일시 저류시키는 소화여액 저장조; 상기 소화여액 저장조의 하류에 설치되어, 상기 저류된 소화여액을 고액분리하는 원심탈수기; 상기 원심탈수기에서 분리된 고상인 탈수케익을 이용해서 건조물을 생산하여 석탄화력발전소 보조연료로 활용하는 건조연료화시설; 및 상기 원심탈수기에서 분리된 고상인 탈수케익을 이용해서 퇴비를 생산하여 농가에 공급하는 퇴비화시설;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 바이오가스 정제부(600)는, 바이오가스내 수분을 1차로 선회류 방식에 의해 제거하는 워터트랩; 상기 워터트랩의 하류에 설치되어, 1차로 제거된 수분을 냉각을 통해 2차로 수분을 제거하는 칠러; 상기 칠러의 하류에 설치되어, 바이오가스내 포함된 황화수소를 제거하는 건식 탈황설비; 활성탄의 흡착 기능을 이용하여 바이오가스내 실록산을 제거하는 실록산제거설비; 상기 실록산제거설비의 후단에 설치되어, 3차로 바이오가스내 수분을 제거하는 1차 가스필터; 수분, 황화수소 및 실록산이 제거된 바이오가스를 일시 저장하는 가스저장조; 및 상기 가스저장조에 일시 저장된 바이오가스를 활용하기 전에 4차로 수분을 제거하는 2차 가스필터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 바이오가스 활용부(700)는, 상기 바이오가스 정제부(600)에서 수분, 황화수소, 실록산이 제거된 바이오가스를 연료로 발전하여 전기를 생산하고 판매하는 바이오가스 발전설비; 상기 바이오가스 발전설비의 발전과정에서 발생하는 폐열을 이용하여 스팀을 생산하여 상기 전처리부(100) 및 상기 열가수분해부(200)의 열원으로 공급하는 폐열보일러; 및 상기 바이오가스 정제부(600)에서 수분, 황화수소, 실록산이 제거된 바이오가스를 연료로 스팀을 생산하여 상기 전처리부(100) 및 상기 열가수분해부(200)의 열원으로 공급하는 혼소보일러;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 기질 전처리 과정에서 가축분뇨와 하수찌꺼기의 탈수를 통해 소화조로 유입되는 총질소 농도를 75% 이상 저감이 가능하므로 기존 기술의 가축분뇨 통합소화시 고농도 질소의 소화조 유입에 따른 암모니아 독성에 의한 혐기소화 메탄생성균에 미치는 영향을 사전에 제거함으로써 안정적인 혐기소화가 가능한 효과를 제공한다.
본 발명은 각 기질별 파쇄, 선별을 통해 이물질을 제거하고, 고온 고압의 열가수분해 가용화를 통해 혐기소화 최적 조건 도출이 가능하므로 바이오가스 발생량을 기존 기술대비 10% 이상 증산하는 효과를 제공한다.
본 발명은 기존 기술의 2상 혐기소화 기술과 대비해서 단상소화조 구성이 가능하므로 사업부지 면적을 최소화가 가능한 효과를 제공한다.
본 발명은 생산된 바이오가스를 정제 후 발전 또는 LNG 대체 연료로 활용이 가능하므로 화석연료 Zero화 및 에너지 자립을 통한 시설의 경제성 확보가 가능한 효과를 제공한다.
본 발명은 폐열보일러와 혼소보일러 2중 구성에 따라 보일러 고장 또는 정기 검검시에도 시설을 가동할 수 있으므로 전체 시스템을 무중단 운영이 가능하므로 투입 기질의 처리량을 최대화 할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 가축분뇨의 통합 소화처리장치를 나타내는 구성도.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 가축분뇨의 통합 소화처리장치를 나타내는 구성도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 의한 가축분뇨의 통합 소화처리장치는, 전처리부(100), 열가수분해부(200), 혐기소화부(300), 후처리부(400), 폐수처리부(500), 바이오가스 정제부(600) 및 바이오가스 활용부(700)를 포함하여 이루어져, 가축분뇨를 포함한 음식물류폐기물, 하수찌꺼기가 포함된 혼합기질의 효율적인 통합 혐기소화를 위해 가축분뇨를 포함한 복수종의 유기성 폐자원을 수집하여 통합 소화처리하는 가축분뇨의 통합 소화처리장치이다.
전처리부(100)는, 가축분뇨, 음식물류폐기물, 하수찌꺼기를 포함한 혼합기질을 수집하고 저류해서 혼합기질을 각각 전처리하는 전처리수단으로서, 반입된 가축분뇨, 음식물류폐기물, 가축분뇨내 포함된 이물질을 파쇄, 선별 등을 통해 혼합기질을 균질화하며, 가축분뇨를 전처리하는 가축분뇨 전처리수단과, 음식물류폐기물을 전처리하는 음식물 전처리수단과, 하수찌꺼기를 전처리하는 하수찌꺼기 전처리수단과, 전처리된 가축분뇨와 음식물류폐기물과 하수찌꺼기를 저장하는 중간저장조(140)로 이루어져 있다.
또한, 전처리부(100)는 반입된 가축분뇨, 음식물류폐기물, 하수찌꺼기를 대상으로 열가수분해 통합소화 최적 조건 유지를 위한 파쇄, 선별을 통해 기질내 포함된 이물질 제거 공정과 탈수를 통한 질소 농도 저감 공정을 동시에 포함한다.
가축분뇨 전처리수단은 가축분뇨를 전처리하는 전처리수단으로서, 가축분뇨 저장조(111), 협잡물 종합처리기(112), 원심탈수기(113) 및 폐수처리시설(114)로 이루어져 있다.
가축분뇨 저장조(111)는, 가축분뇨를 스팀에 의해 가열하면서 저장하는 저장조로서, 반입된 가축분뇨는 스팀을 이용하는 히팅장치가 포함된 가축분뇨 저장조(111)에 일시 저류된다.
특히, 전처리부(100)는 유기성 폐자원이 가축분뇨인 경우 가축분뇨 저장조(111)에 저장되고 가축분뇨 저장조는 최소 2단 이상으로 구성되며, 각 단의 저장용량은 최소 2일 이상으로 1단이 정기 점검, 이송펌프 고장 또는 저장조 청소 등의 작업을 할 경우에도 2단에서 가축분뇨을 저장할 수 있도록 단과 단 사이에는 격벽을 설치하여 구획하며, 격벽의 상단에는 1단이 만수위에 도달할 경우에는 2단으로 월류할 수 있는 웨어(weir) 형상으로 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 가축분뇨 저장조(111)는 겨울철에 동결 반입되는 가축분뇨의 해빙 및 저장조내 동결 방지를 위해 사방으로 스팀 배관을 설치하고, 스팀은 발전 폐열을 이용하는 폐열보일러 또는 바이오가스를 이용하는 혼소보일러에서 공급하여 이용하는 것도 가능함은 물론이다.
협잡물 종합처리기(112)는, 가축분뇨 저장조(111)의 하류에 설치되어 가축분뇨 저장조(111)에 저장된 가축분뇨에서 이물질을 제거하는 처리기로서, 가축분뇨 저장조에 반입된 가축분뇨는 협잡물 종합처리기(112)에서 가축분뇨에 포함된 이물질인 모래, 왕겨, 가축털 뭉치, 주사기 등을 제거하며 제거 입경은 1mm 이하로 스크린과 침사제거 설비로 구성되어 이물질과 가축분뇨내 포함된 모래 등의 침사물을 동시에 제거할 수 있다.
원심탈수기(113)는, 협잡물 종합처리기(112)의 하류에 설치되어 협잡물 종합처리기(112)에서 이물질이 제거된 가축분뇨를 고액분리해서 고상을 중간저장조(140)로 배출시키는 분리수단이다.
이와 같이 협잡물 종합처리기(112)를 거쳐 이물질이 제거된 가축분뇨는 원심탈수기(113)를 거쳐 고액분리되며 이 과정에서 총질소(T-N) 농도 5,000mg/L의 농도가 고상(탈수케익)에는 75%가 제거된 1,250mg/L로 열가수분해 설비로 투입되며, 이에 따라 혐기소화 공정에서 고농도 질소 농도에 의한 메탄생성균의 독성에 의한 혐기소화 저해를 예방할 수 있게 된다.
폐수처리시설(114)은, 원심탈수기(113)의 하류에 설치되어 원심탈수기(113)에서 분리된 액상을 처리하는 처리시설로서, 원심탈수기(113)에서 고액분리된 액상은 폐수처리시설에서 연계 처리하게 된다.
따라서, 가축분뇨의 전처리수단에 의해 가축분뇨는 원심탈수기(113)를 통해 고액 분리하여 고상(케익)은 혐기소화 대상 기질로 함으로써 혐기소화 시 암모니아 독성(3,000mg/L 이상시 기질 투입 중지)을 사전에 예방할 수 있도록 가축분뇨 통합소화 기질의 암모니아 농도를 1,500mg/L 이하로 유지하는 전처리 공정이 이루어지게 된다.
음식물 전처리수단은, 음식물류폐기물을 전처리하는 전처리수단으로서, 음식물 저장조(121), 파쇄선별기(122), 펄퍼(123; pulper), 드럼스크린(124), 싸이클론(125)으로 이루어져 있다.
음식물 저장조(121)는, 음식물류폐기물을 스팀에 의해 가열하면서 저장하는 저장조로서, 반입된 음식물류 폐기물은 스팀을 이용하는 히팅장치와 음폐수의 원활한 배수(Drain)를 위한 타공망이 포함된 음식물 저장조(121)에 일시 저류된다.
특히, 전처리부(100)는 유기성 폐자원이 음식물류폐기물인 경우 음식물 저장조(11)에 저장되고 음식물 저장조는 철골조로 설치하고 기질의 낮은 pH에 의한 부식 등을 고려하여 음식물과 접하는 내면은 STS 304 이상의 재질로 저장용량은 최소 3일 이상으로 한다.
또한, 음식물 저장조(121)의 하부에는 더블스크류(double screw) 형식의 이송장치를 2개 이상 설치하여 이물질에 의해 더블스크류 1개의 미가동시에도 다른 1개 더블스크류가 작동하여 음식물을 후단의 파쇄선별기(122)로 이송할 수 있는 구조이며, 특히 음식물의 함수율이 80% 정도 이므로 음식물 저장조에 저류된 음식물은 수분(음폐수)이 분리되어 저장조 하부 타공망을 통해 중간저장조(140)로 이송된다.
이러한 음식물 저장조(121)의 하부 타공망은 20cm 간격이며 지름 5mm로 더블스크류 하단부에 지그재그 형태로 설치하여 음식물내 포함된 수분이 원활하게 분리되어 더블스크류 작동시 음식물을 저장조 후단 파쇄선별기로 용이하게 이송할 수 있는 구조이다.
파쇄선별기(122)는, 음식물 저장조(121)의 하류에 설치되어 음식물 저장조(121)에 저장된 음식물류폐기물을 파쇄하여 이물질을 선별하는 선별기이고, 펄퍼(123; pulper)는, 파쇄선별기(122)의 하류에 설치되어 파쇄선별기(122)에서 1차로 이물질이 선별 제거된 음식물류폐기물을 2차 미세 파쇄하고 2차 이물질을 선별 제거하는 선별수단이다.
드럼스크린(124)은, 펄퍼(123)의 하류에 설치되어 펄퍼(123)에서 처리된 음식물류폐기물의 입자를 균일하도록 이물질을 선별하는 선별수단으로서, 음식물류폐기물의 입자를 3mm 이하로 균일하도록 이물질을 선별하게 된다.
싸이클론(125)은, 드럼스크린(124)의 하류에 설치되어 드럼스크린(124)에서 선별된 음식물류폐기물 중의 미세 이물질을 하부로 분리제거하여 중간저장조(140)로 배출시키는 분리수단이다.
따라서, 파쇄선별기(122)와 펄퍼(123)와 드럼스크린(124)과 싸이클론(125)을 거쳐 음식물류폐기물에서 이물질이 97% 이상 제거되고 입자크기는 3mm 이하로 균질하게 전처리된 후에 중간저장조(140)로 이송된다.
하수찌꺼기 전처리수단은, 하수찌꺼기를 전처리하는 전처리수단으로서, 하수찌꺼기 저장조(131), 드럼스크린(132), 원심탈수기(133), 폐수처리시설(134)로 이루어져 있다.
하수찌꺼기 저장조(131)는, 하수찌꺼기를 저장하는 저장조로서, 특히 전처리부(100)는 유기성 폐자원이 하수찌꺼기인 경우 하수찌꺼기 저장조(131)에 저장되고 하수찌꺼기 저장조는 최소 2단 이상으로 구성하며, 각 단의 저장용량은 최소 2일 이상으로 1단이 정기 점검, 이송펌프 고장 또는 저장조 청소 등의 작업을 할 경우에도 2단에서 하수찌꺼기를 저장할 수 있도록 단과 단 사이에는 격벽을 설치하여 구획하며 격벽의 상단에는 1단이 만수위에 도달할 경우에는 2단으로 월류할 수 있는 웨어(weir) 형상으로 구성한다.
드럼스크린(132)은, 하수찌꺼기 저장조(131)의 하류에 설치되어 하수찌꺼기 저장조(131)에 저장된 하수찌꺼기에서 이물질을 선별하는 선별수단으로서, 하수찌꺼기 저장조(131)에 반입된 하수찌꺼기는 드럼스크린(132)에서 하수찌꺼기에 포함된 이물질인 머리카락, 실타래 등을 제거하며, 드럼스크린(132)의 입경은 1mm로 머리카락과 같은 이물질 제거를 통해 혐기소화 공정 및 후처리부(400)의 건조연료화시설과 퇴비화시설에 유입되는 이물질에 따른 품질 및 처리효율 저하를 사전에 예방할 수 있다.
원심탈수기(133)는, 드럼스크린(132)의 하류에 설치되어 드럼스크린(132)에서 이물질이 제거된 하수찌꺼기를 고액분리해서 고상을 중간저장조(140)로 배출시키는 분리수단으로서, 드럼스크린(132)을 거쳐 이물질이 제거된 하수찌꺼기는 원심탈수기(133)를 통해 고액분리되며, 이 과정에서 하수찌꺼기의 총질소(T-N) 3,000mg/L 농도가 탈수를 거치면서 고상(탈수케익)에는 75%가 제거된 750mg/L로 열가수분해 설비로 투입되며 이에 따라 혐기소화 공정에서 고농도 질소 농도에 의한 메탄생성균의 독성에 의한 혐기소화 저해를 예방할 수 있게 된다.
폐수처리시설(134)은, 원심탈수기(133)의 하류에 설치되어 원심탈수기(133)에서 분리된 액상을 처리하는 처리시설로서, 원심탈수기(133)에서 고액분리된 액상은 폐수처리시설(134)로 연계 처리하게 된다.
따라서, 하수찌꺼기 전처리수단에 의해 하수찌꺼기는 원심탈수기(133)를 통해 고액 분리한 후 고상을 혐기소화 대상 기질로 함으로써, 혐기소화시 암모니아 독성(3,000mg/L 이상시 기질 투입 중지)을 사전에 예방할 수 있도록 가축분뇨 통합소화 기질의 암모니아 농도를 1,500mg/L 이하로 유지하는 전처리 공정이 이루어지게 된다.
중간저장조(140)는, 전처리수단에 의해 전처리된 가축분뇨와 음식물류폐기물과 하수찌꺼기를 통합해서 임시로 저장하는 저장조로서, 가축분뇨, 음식물류폐기물, 하수찌꺼기 전처리시설에서 전처리된 유기성 폐자원의 혼합을 통해 균일한 농도 유지와 아울러 침전물 발생을 예방할 수 있도록 수직입축형 기계식 교반기를 조 상부에 설치하게 된다.
또한 이러한 중간저장조(140)는 2단으로 구성하며 각 단의 저장용량은 최소 1.5일 이상으로 1단이 정기 점검, 이송펌프 고장 또는 저장조 청소 등의 작업을 할 경우에도 2단에서 전처리된 혼합 기질을 저장할 수 있도록 단과 단 사이에는 격벽을 설치하여 구획하고 격벽의 상단에는 1단이 만수위에 도달할 경우에는 2단으로 월류할 수 있는 웨어(weir) 형상으로 구성하는 것이 바람직하다.
이러한 전처리부(100)는 겨울철 가축분뇨 및 음식물류폐기물의 동결상태로 반입된 기질의 효율적인 전처리를 위해 각 저정조는 이중 자켓 형태로 스팀을 공급하고, 기질내 포함된 고농도 총질소(T-N) 함량을 낮추기 위해 가축분뇨와 하수찌꺼기는 원심탈수기를 통해 고액분리하여 고상(케익)만 혐기소화 기질로 채택하는 것이 바람직하다.
열가수분해부(200)는, 전처리부(100)의 하류에 설치되어 전처리부(100)에서 전처리된 혼합기질을 열가수분해에 의해 가용화시키는 열가수분해수단으로서, 전처리된 통합 기질을 예열하고, 예열된 통합 기질에 스팀을 공급하여 혐기소화조의 최적 조건 도출을 통해 수용성 유기물질(VDS, Volatile Dissolved Solid)량을 최대화하며 2단계 냉각장치를 통해 통합 기질 온도를 39∼40℃까지 조절하며, 제조탱크(210), 반응탱크(220), 저장탱크(230), 1차 냉각기(240), 2차 냉각기(250)로 이루어져 있다.
이러한 열가수분해부(110)는 전처리부(100)에서 각 기질별 특성에 적합한 전처리 후 중간저장조(140)에 일시 저장된 유기성 폐자원을 모노펌프 가동에 의해 열가수분해 장치로 공급하여 고온, 고압의 스팀 주입에 따라 가용화가 진행되어 혐기소화 최적 조건인 VDS(Volatile Disolved Solid) 비율이 3배 이상 증가한다.
제조탱크(210)는, 고온, 고압 스팀의 반응 후 발생하는 폐열을 회수하여 전처리부(100)에서 전처리된 유기성 폐자원을 예열하는 제조수단으로서, 제조탱크(220)에서는 폐열 회수를 통해 15∼25℃의 유기성 폐자원을 95∼100℃로 예열하게 된다.
이러한 제조탱크(210)는, 반응탱크(220)와 저장탱크(230)에서 유기성 폐자원의 가용화시 반응탱크(220)에 주입되는 고온, 고압 스팀의 반응 후 발생하는 폐열을 회수하여 전처리부(100)에서 전처리된 유기성 폐자원을 예열하게 된다.
또한, 제조탱크(210)는 유기성 폐자원의 예열과 동시에 모노펌프를 통해 하부에서 인발하여 상부로 순환하는 방식으로 유기성 폐자원을 상하 혼합하여 균질화할 수 있다. 여기에서 모노펌프로는 일축 편심 스크류 나선형 펌프로써 회전 용적식 정량펌프를 사용하는 것도 가능함은 물론이다.
반응탱크(220)는, 고온 고압의 스팀을 공급받아 제조탱크(210)에서 균질화된 유기성 폐자원의 세포벽을 1차 파괴하여 가용화하는 반응수단으로서, 스팀은 180∼200℃, 10∼12bar의 고온 및 고압 조건으로 폐열보일러 또는 혼소보일러에서 생성, 공급받게 된다.
반응탱크(220)에서는, 폐열보일러 또는 혼소보일러로부터 생산된 고온 고압의 스팀을 공급받아 제조탱크(210)에서 균질화된 유기성 폐자원의 세포벽을 1차 파괴할 수 있게 된다.
또한, 반응탱크(220)는 바이오가스 활용부(700)의 폐열보일러가 정상 가동되면, 바이오가스 발전설비에서 발생하는 폐열을 열원으로 폐열보일러에서 생산되는 스팀을 공급받고, 소화가스 발전설비 또는 폐열보일러가 고장, 정기점검 등에 의해 정상 가동이 불가능하면, 바이오가스와 LNG를 겸용 연료로 이용하는 혼소보일러에서 생성되는 스팀을 공급받을 수 있게 된다.
반응탱크(220)에서 고온 고압 스팀 주입에 따라 1차 가용화가 진행되고 저장탱크(24)에서 압력강하에 따라 2차 가용화가 이루어짐에 따라 가용화율의 지표라 할 수 있는 VS(Volatile Solid)중 VDS(Volatile Dissolved Solid) 비율이 약 3배, TCOD(Total Chemical Oxygen Demand)중 SCOD(Soluble Chemical Oxygen Demand) 비율은 약 2배 이상 증가함을 하기 [표 2]의 실험예을 통해 확인할 수 있다.
저장탱크(230)는, 반응탱크(220)에서 세포벽이 1차 파괴된 유기성 폐자원을 압력 이송하여 압력 강하를 통한 압력 팽창에 따라 세포벽이 1차 파괴된 유기성 폐자원의 세포벽을 2차 파괴하여 가용화하는 처리수단이다.
이러한 저장탱크(230)는 반응탱크(220)에서 세포벽이 1차 파괴된 유기성 폐자원을 압력 이송하여 압력 강하를 통한 압력 팽창에 따라 세포벽이 1차 파괴된 유기성 폐자원의 세포벽을 2차 파괴할 수 있다.
즉, 저장탱크(230)는 0.5bar 이하의 압력을 가지도록 형성되어 6bar의 압력을 가지는 반응탱크(220)에서 세포벽이 1차 파괴된 유기성 폐자원이 이동될 때 자동적으로 압력이 강하되도록 하고, 별도의 장치 없이 유기성 폐자원의 세포벽을 2차로 파괴되어 2차 가용화가 진행된다.
1차 냉각기(240)는, 저장탱크(230)에서 세포벽이 2차 파괴된 유기성 폐자원에 하수처리장 방류수의 냉각수를 공급하여 80℃∼85℃의 온도로 1차 냉각하는 냉각수단이다.
이러한 1차 냉각기(240)는 저장탱크(230)에서 세포벽이 2차 파괴된 대략 110℃를 가지는 유기성 폐자원 즉, 열가수분해된 유기성 폐자원에 하수처리장 방류수에 해당하는 냉각수를 공급하여 대략 80∼85℃의 온도를 가지도록 1차 냉각할 수 있다.
2차 냉각기(250)는, 이중관식 열교환기로 냉각수를 공급하여 1차 냉각된 유기성 폐자원을 대략 35℃∼40℃의 온도로 2차 냉각하는 냉각수단으로서, 이중관식 열교환기 방식을 통해 냉각수를 공급하여 1차 냉각기(240)에서 1차 냉각된 대략 80∼85℃의 온도를 가지는 유기성 폐자원을 대략 40℃의 온도를 가지도록 2차 냉각할 수 있다.
이와 같이 열가수분해부(200)에서 1차 냉각기(240) 및 2차 냉각기(250)를 통해 가축분뇨 통합소화 가용화 기질의 온도를 39∼40℃까지 냉각하는 이유로는 중온 메탄생성균(Mesophilics Methanogen)이 40℃에서 유기물 분해율이 가장 높기 때문이고, 40℃ 이상에서 급격하게 미생물의 활성이 저하되어 기질로부터 유기물을 분해하는 비율이 저하되고, 이로 인해 바이오가스 발생량이 감소한다.
이에 따라 본 발명은 유기성 폐자원을 혐기소화부(300)에 투입하기 전에 유기성 폐자원을 39∼40℃로 냉각하여 메탄생성균을 이용한 유기물 분해율을 증가시킬 수 있게 된다.
따라서, 전처리가 완료된 기질은 제조탱크(210)와 반응탱크(220)와 저장탱크(230)를 거쳐 고온 고압의 스팀을 이용하여 세포벽 파괴 및 세포중합체 용해가 진행되며, 이후 1차 냉각기(240) 및 2차 냉각기(250)를 거쳐 기질의 온도를 35∼40℃까지 하강시키는 열가수분해 공정이 이루어지게 된다.
이러한 열가수분해부(200)는 발전폐열 또는 바이오가스를 활용하여 스팀을 생산 활용하고, 제조탱크, 반응탱크, 저장탱크를 거쳐 가용화가 진행되어 수용성 유기물질량이 최대로 증가((VS(Volatile Solid)중 VDS(Volatile Dissolved Solid)량 증가)되며, 가용화가 완료된 기질은 소화조 유입 TS(Total Solid) 농도 10%, 온도 39∼40℃ 유지를 위해 1.2차 냉각기를 포함하는 것이 바람직하다.
혐기소화부(300)는, 열가수분해부(200)의 하류에 설치되어 혼합기질을 단상소화조(310)에서 분해하여 유기성 폐자원으로부터 바이오가스를 생성하고 미생물에 의해 소화시키는 혐기소화수단으로서, 열가수분해를 통해 가용화된 기질을 단상소화조에서 유기물 부하율 2.0∼2.5kgVS/m3.d 조건으로 혐기소화하게 된다.
이러한 혐기소화부(300)는, 상부의 이물질 제거를 위한 스컴제거기와, 하부의 이물질 제거를 위한 싸이클론과, 소화조 조넘침(over-flow) 유도설비와, 소화조내 완전혼합 교반을 위한 수직입축형 기계식 교반기와, 배플(baffle)을 포함하는 단상소화조(310)로 이루어져 있는 것도 가능함은 물론이다.
따라서, 혐기소화부(300)는 투입된 기질의 완전혼합을 위한 기계식 수직 입축형 교반기와 배플(baffle), 소화조 상하부 이물질 제거장치인 스컴제거장치 및 싸이클론 및 소화조 넘침(over-flow) 유도장치, 바이오가스내 1차 황화수소 제거를 위한 철염(FeCl3) 주입설비 등의 소화조의 안정적인 운전을 위한 설비와 기질 투입 유기물 부하율은 2.0∼2.5kgVS/m3.d, TS 농도 10% 이하의 조건으로 하는 것이 바람직하다.
혐기소화부(300)는 열가수분해부(200)로부터 가용화가 진행되어 VDS/VS 비율이 3배, SCOD/TCOD 비율이 2배 이상 가용화가 진행된 기질이 1차 냉각기 및 2차 냉각기로부터 39∼40℃로 냉각되며, 이때 가용화 기질의 TS(Total Solids) 농도는 10% 이하, 유기물 부하율(OLR, Organic Loading Rate)은 2.0∼2.5 상태로 소화조에 유입됨으로써, 메탄생성균의 최적 서식 환경을 제공함에 따라 가축분뇨 대상 유기성 폐자원으로부터 유기물을 효율적 및 안정적으로 분해할 수 있는 중온소화 방식을 채택하였으며, 별도의 산발효조가 불필요한 단일상(Single Phase)의 단상소화조(310)이다.
또한, 단상소화조(310)는 열가수분해가 완료된 기질을 효율적 및 안정적 처리를 위해 다음과 같은 장치를 구비하는 것이 바람직하다. 가축분뇨 대상 유기성 폐자원에는 통상 25∼35%의 무기물(FS, Fixed Solids)이 포함되어 있으며 음식물류폐기물에 포함된 유분이 1∼2% 포함되어 있고, 또한 전처리 과정에서 3mm 이하의 이물질(씨앗류, 고춧가루, 깨, 섬유질 등)은 제거되지 않으므로, 이러한 제거되지 않은 FS 성분과 유분, 이물질이 소화조에 투입되어 소화조 하부 침전 또는 상부에 부유하여 스컴(Scum)을 형성할 수 있기 때문에 소화조 상부에 부유하는 이물질은 스컴제거 장치를 설치하여 제거한다.
스컴제거 장치는, 소화조 상부 수위에 맞춰 원통형의 파이프 상부를 제거한 상태로 수위에 잠겨 있는 상태로 펌프 가동에 따라 상부 부유 이물질을 소화여액 저장조(410)로 이송, 처리한다.
이때, 펌프의 가동은 1시간에 5분간 작동한다. 소화조 하부에 침전하는 이물질은 싸이클론을 설치하여 싸이클론에서 고액분리를 통해 고상인 이물질은 소화여액 저장조(410)로 이송, 처리하고, 액상인 미생물과 유기물질은 소화조로 반송함으로써 소화조의 준설 기간을 기존 기술대비 15년이상 연장할 수 있어 단상소화조(310)의 가동을 반영구적으로 사용할 수 있게 된다.
또한, 단상소화조(310)에는 소화조 이상 상황 발생시 대처할 수 있는 조넘침(over-flow) 예방설비를 설치하여, 소화조내에서 혐기미생물 이상 상황 발생시 독성 물질 다량 투입 등에 의한 소화조 조넘침 현상 발생에 따라 소화액이 후단의 바이오가스 정제부(600)로 유출되어 바이오가스 정제부(600)를 오염시켜 전체 시설 가동이 중지되는 현상을 방지하기 위해 설치하게 된다.
또한, 단상소화조(310)에는 유입되는 가용화된 기질의 완전 혼합을 위하여 수직입축형 기계식 교반기와 소화조 하단부에 배플(baffle) 3∼4기를 설치하여, 수직입축형 기계식 교반기의 가동에 따라 소화조내 투입된 가용화 기질이 완전 혼합이 진행되어 메탄생성균과 가용화된 기질의 원활한 접촉에 의해 유기물질은 분해되며, 유기물질 분해과정에서 발생되는 바이오가스는 기존 기술대비 10% 이상 증산이 가능하다.
후처리부(400)는, 혐기소화부(300)를 거쳐 유기성 폐자원의 분해가 완료된 후 소화여액을 저장하고, 소화여액을 원심분리에 의해 탈수케익과 탈리여액으로 탈수분리하는 후처리수단으로서, 혐기소화부에서 발생하는 소화여액은 탈수를 거쳐 발생한 탈수케익을 건조연료화 또는 퇴비화를 통해 부산물을 생산하여 활용하며, 소화여액 저장조(410), 원심탈수기(420), 건조연료화시설(430), 퇴비화시설(440)로 이루어져 있다.
이러한 후처리부(400)는 소화가 완료된 소화찌꺼기를 저장, 탈수를 통해 소화찌꺼기내 고형물과 액상을 분리하여 고형물인 탈수케익을 활용하여 건조연료화 또는 퇴비화를 통해 생산된 부산물을 활용하는 설비이다.
소화여액 저장조(410)는, 혐기소화부(300)에서 발생하는 소화여액을 일시 저류시키는 저장수단으로서, 혐기소화부(300)의 단상소화조(310)에서 투입된 열가수분해 가용화된 기질은 유기물 부하율 2.0∼2.5kgVS/m3.d, 체류시간 22∼25일 조건에서 유기물이 60% 이상 분해되며, 분해가 완료된 소화찌꺼기는 후처리부(400)의 소화여액 저장조(410)로 이송된다.
소화여액 저장조(410)는 3일분 이상으로 2단으로 구성하여 1단 청소시에도 정상적으로 소화찌꺼기를 저장할 수 있는 구조이며, 교반 형식은 수직 입축형 기계식 교반기를 이용하여 완전 혼합이 되도록 유지한다.
원심탈수기(420)는, 소화여액 저장조(410)의 하류에 설치되어 소화여액 저장조(410)에 저류된 소화여액을 고액분리하는 분리수단으로서, 소화여액 저장조(410)의 후단에 설치되는 원심탈수기(20)에서 소화찌꺼기는 고액분리되고 고형물인 탈수케익의 함수율은 68∼70% 유지가 가능하다.
일반적인 혐기소화를 적용할 경우 소화찌꺼기 탈수케익 함수율은 80% 전후로 본 특허의 열가수분해 단상소화를 거친 소화찌꺼기를 원심탈수할 경우 열가수분해 과정을 거치면서 세포벽 파괴와 세포중합체 용해가 진행되어 유기물 분해율도 높고 또한 유기물 분해시간도 매우 짧으며 탈수성이 대폭 개선되기 때문에 탈수케익 함수율도 낮게 유지할 수 있게 된다.
또한, 계절에 따른 음식물류폐기물, 하수찌꺼기 등의 기질 농도 변화에도 불구하고 열적 처리를 통해 기질을 단일화 하고 농도 또한 균일하게 유지할 수 있어 일반적인 혐기소화 찌꺼기의 탈수시 계절에 따른 약품 사용량 변화 등이 필요하나, 본 발명의 열가수분해 단상소화 기술을 고려할 경우 연중 일정한 소화여액 농도가 유지되므로 탈수시 계절에 따른 약품 사용량 변화가 불필요하므로 운영상 매우 편리하다.
건조연료화시설(430)은, 원심탈수기(420)에서 분리된 고상인 탈수케익을 이용해서 건조물을 생산하여 석탄화력발전소 보조연료로 활용하는 건조연료화수단으로서, 원심탈수기(420)를 통해 발생한 탈수케익(함수율 68∼70%)은 건조 연료화시설(430)에서 건조를 통해 함수율 10% 이하로 건조하여 생산된 건조물은 석탄화력발전소 보조연료로 활용하고, 건조 연료화시설의 건조 열원은 단상소화조(310)에서 생산된 바이오가스를 이용함으로써 화석연료인 LNG를 대체할 수 있고 시설의 운영비 절감에 기여할 수 있다.
퇴비화시설(440)은, 원심탈수기(420)에서 분리된 고상인 탈수케익을 이용해서 퇴비를 생산하여 농가에 공급하는 퇴비화수단으로서, 원심탈수기(420)를 통해 발생한 탈수케익은 퇴비화시설(440)에서 퇴비를 생산하여 농가에 공급이 가능하며 퇴비화시설에 공급되는 열풍은 단상소화조에서 생산된 바이오가스를 이용하게 된다.
이러한 후처리부(400)는 혐기소화부(300)에서 발생하는 소화여액을 탈수를 통해 발생한 탈수케익을 건조연료화 시설에서 건조물을 생산하여 석탄화력발전소의 보조연료로 활용하거나, 퇴비화 시설을 통해 퇴비를 생산하여 농가에서 활용하는 것을 포함하는 것이 더 바람직하다.
폐수처리부(500)는, 후처리부(400)의 하류에 설치되어 후처리부(400)에서 분리된 탈리여액을 처리하는 폐수처리수단으로서, 탈리여액을 폐수처리하여 방류하거나 하수처리장에 연계해서 처리하는 폐수처리시설(510)로 이루어져 있다.
바이오가스 정제부(600)는, 혐기소화부(300)에서 생성된 바이오가스에 함유된 불순물을 제거하여 정제처리하는 바이오가스 정제수단으로서, 혐기소화부(300)를 거쳐 발생하는 바이오가스는 수분, 실록산, 황화수소 제거를 통해 불순물을 제거하며, 워터트랩(610; water trap), 칠러(620; chiller), 건식 탈황설비(630), 실록산제거설비(640), 1차 가스필터(650), 가스저장조(660), 2차 가스필터(670)로 이루어져 있다.
워터트랩(610; water trap)은, 바이오가스내 수분을 1차로 선회류 방식에 의해 제거하는 제거수단으로서, 수분이 포함된 바이오가스를 워터트랩의 상부로 유입시켜 워터트랩의 내부에서 고속의 원심력에 의해 선회류가 형성되어 수분과 바이오가스의 비중차로 수분이 1차 제거하게 된다.
칠러(620; chiller)는, 워터트랩(610)의 하류에 설치되어 워터트랩(610)에서 1차로 제거된 수분을 냉각을 통해 2차로 수분을 제거하는 제거수단으로서, 1차로 제거된 수분을 냉각을 통해 2차로 수분을 99.5% 이상 제거하게 된다.
건식 탈황설비(630)는, 칠러(620)의 하류에 설치되어 바이오가스내 포함된 황화수소를 제거하는 탈황수단으로서, 바이오가스내 포함된 황화수소 제거를 위해 1차의 단상소화조내의 철염(FeCl3) 주입설비와 함께 2차의 건식탈황설비(630)가 구비되어 있다.
실록산제거설비(640)는, 활성탄의 흡착 기능을 이용하여 바이오가스내 실록산을 제거하는 제거수단으로서, 점화기, 밸브, 연소기 등에 미정질 석영으로 침착하여 모터 내부에 마모를 야기시키므로 실록산 제거설비를 통해 0.03mg/m3 이하로 제거하게 된다.
1차 가스필터(650)는, 실록산제거설비(640)의 후단에 설치되어 3차로 바이오가스내 수분을 제거하는 필터수단으로서, 실록산제거설비의 후단에서 3차로 바이오가스내 수분을 99.7% 이상 제거하게 된다.
가스저장조(660)는, 수분, 황화수소 및 실록산이 제거된 바이오가스를 일시 저장하는 저장수단으로서, 가스저장조는 1일 바이오가스 발생의 1/4이상 저장하고 형식은 지상일 경우에는 더블멤브레인, 지하일 경우에는 고압탱크 방식으로 한다.
2차 가스필터(670)는, 가스저장조(660)에 일시 저장된 바이오가스를 활용하기 전에 4차로 수분을 제거하는 필터수단으로서, 가스저장조에 일시 저장된 바이오가스를 4차로 수분을 99.8% 이상 제거하게 된다.
따라서, 바이오가스 정제부(600)는 수분 제거를 위한 4단계 장치로서, 1단계의 워터트랩, 2단계의 칠러, 3단계의 1차 가스필터, 4단계의 2차 가스필터와 바이오가스내 포함된 황화수소 제거를 위한 2단계 탈황설비로서, 1단계의 소화조내 철염(FeCl3) 주입설비를 단상소화조 내에 위치시키고, 2단계의 건식탈황설비를 흡착 방식으로 해서 포함하며, 활성탄의 흡착기능을 이용하여 바이오가스내 실록산을 제거하는 실록산 제거설비를 포함하는 것이 바람직하다.
이러한 바이오가스 정제부(600)는 바이오가스내 포함된 수분(2∼12 vol.%)과 H2S 반응에 의해 생성된 HCl에 의해 바이오가스 활용설비의 부식으로 인한 설비 가동 중지 및 운영비 상승 등의 문제 해결을 위한 설비로서, 수분제거장치, 황화수소 제거장치 및 실록산 제거장치로 구성되어 있다.
바이오가스 정제부(600)의 세부 설비로는 바이오가스내 수분을 1차로 선회류 방식에 의해 제거하는 워터트랩(610)과, 1차로 제거된 수분을 냉각을 통해 2차로 수분을 99.5% 이상 제거하는 칠러(620)와, 바이오가스내 포함된 황화수소 제거를 위해 1차 단상소화조 내 철염(FeCl3) 주입설비 및 2차 건식탈황설비(630)으로 구성되어 있다.
그 후단에는 활성탄의 흡착 기능을 이용하여 바이오가스내 실록산을 제거하는 실록산 제거설비(640)와, 실록산 제거설비(640)의 후단에 설치되어 3차로 바이오가스내 수분을 99.7% 이상 제거하는 1차 가스필터(650)와, 수분, 황화수소 및 실록산이 제거된 바이오가스를 일시 저장하는 가스저장조(660)와, 가스저장조에 일시 저장된 바이오가스를 활용하기 전 4차로 수분을 99.8% 이상 제거하는 2차 가스필터(670)로 구성되어 있다.
이와 같이 바이오가스내 수분제거를 위한 설비는 총 4단계로 구성되며 바이오가스내 포함된 수분을 0.2% 이하(99.8% 이상 제거)를 유지할 수 있도록 함으로써, 바이오가스 활용 설비인 바이오가스 발전설비(710), 혼소보일러(730) 등에 부식 발생 현상 등을 사전에 예방할 수 있게 된다.
먼저, 1단계로 워터트랩(610)에서 선회류 방식에 의해 수분을 60% 이하로 분리 제거한다. 워터트랩은 원통형으로 하부는 콘(cone) 구조이며, 싸이클론 형식으로 수분이 포함된 바이오가스를 워터트랩의 상부로 유입시켜 워터트랩의 내부에서 고속의 원심력에 의해 선회류가 형성되어 수분과 바이오가스의 비중차로 수분이 1차 제거되고, 제거된 수분은 하부로 이동하여 자동 밸브에 의해 폐수처리시설(510)로 이송된다.
워터트랩의 내부 재질은 바이오가스중 H2S와 수분 결합에 의한 HCl 생성에 따라 부식에 의한 영향이 없도록 STS 304 이상의 재질을 사용한다. 또한 1차 수분이 제거된 바이오가스는 워터트랩의 상부를 통해 2차 수분제거장치인 칠러(620)로 이송된다.
칠러(620)에서는 바이오 가스를 이슬점 이하로 냉각하여 응축수를 분리하는 것이다. 칠러(620)는 액체 냉매를 냉각관내에서 증발시킴으로써 관을 냉각시키고, 냉각된 관이 바이오가스내 수분의 냉각을 통해 액화시키는 장치로써 압축기, 응축기, 증발기로 구성되며, 칠러(620)를 거치면서 바이오가스내 수분함량은 99.5% 이상 제거된다.
칠러(620)를 거쳐 2차 제거된 수분은 1차 가스필터(650)를 거치면서 99.7%, 2차 가스필터(670)를 거치면서 99.8% 이상 제거된다. 1차 가스필터와 2차 가스필터는 수직 원통형의 구조이며 내부에는 원형의 카트리지필터가 12개 이상 설치되며, 카드리지필터 재질은 멤브레인으로 0.1㎛ 입경으로 수분과 동시에 바이오가스내 포함된 미세분진을 동시에 제거할 수 있으며 하부에는 응집된 수분을 자동으로 배출하도록 자동드레인 밸브가 설치되며, 본체 상부는 필터 교체가 플랜지 형식이고, 접합부 패킹은 산성가스에 의한 부식에 강한 내성을 가진다.
바이오가스내 황화수소 제거를 위한 설비는 1차 단상소화조(310)내의 철염(FeCl3) 주입설비와 2차 건식탈황설비(630)로 구성되며, 단상소화조에서 발생하는 바이오가스내 H2S 농도는 통상 2,000∼3,000ppm으로, 이 H2S 농도를 10ppm 정도로 낮추어야 발전이나 LNG 대체 연료로 활용이 가능하므로 통상은 습식 탈황설비를 이용하고 있으나 본 발명에서는 1차 탈황설비로 소화조내 약품(FeCl3)주입설비를 설치하여 FeCl3의 주입에 의해 바이오가스내 H2S와 반응하여 FeS 침전물 생성에 따라 H2S 농도를 저감한다.
FeCl3의 농도는 [표 3]에 제시한 바와 같이 바이오가스내 H2S의 농도를 1,000ppm 이하로 낮추기 위해서는 250kg/d로 소화조에 주입하고, 500ppm 이하로 낮추기 위해서는 450kg/d로 주입한다.
약품주입설비는 약품저장조, 약품이송펌프, 약품이송밸브로 구성하며 약품 주입은 연속적으로 정량 주입한다. 1차 소화조에서 FeCl3의 주입에 의해 바이오가스내 H2S의 농도는 500∼1,000ppm으로 탈황되고 2차로 건식탈황설비(630)에서 10ppm 으로 탈황 후 실록산 제거설비(34)로 이송된다.
건식탈황설비는 수직 원통형 반응기내에 수산화철(Ⅲ)(Fe(OH)3)의 펠렛(Pellet) 형태의 흡착제를 충진하여 바이오가스내 H2S와 수산화철의 반응에 의해 황화철(Ⅲ)(Fe2S3)을 생성함으로써 H2S를 제거한다.
- 2Fe(OH)3 + 3H2S → Fe2S3 + 6H2O
- 2FeOOH + 3H2S → Fe2S3 + 4H2O
건식탈황설비(630)에 유입되는 H2S의 농도는 1차 소화조에 FeCl3의 주입에 따라 500∼1,000ppm으로 저감된 농도이고, 건식탈황설비를 거치면서 10ppm 이하로 제거가 가능하다.
또한 수산화철(Ⅲ)(Fe(OH)3)은 기존의 분말 형태에서 벗어나 펠렛(Pellet) 형상을 유지하고 있으므로 H2S의 제거효율이 우수할 뿐만 아니라 바이오가스내 미세먼지 원인물질 중 하나인 실록산 제거가 가능하며 수분에 의한 영향 또한 없는 장점이 있다.
바이오가스 정제부(600)의 마지막 공정인 실록산 제거설비(640)로 바이오가스 중 실록산 농도는 1∼400mg/m3으로 실록산이 제거되지 않고 바이오가스 발전설비(710)나 혼소보일러(730)에 점화기, 밸브, 연소기 등에 미정질 석영으로 침착하여 모터 내부에 마모를 야기시키므로 실록산 제거설비를 통해 0.03mg/m3 이하로 제거한다.
실록산 제거설비(640)는 수직 원통형으로 활성탄이 내부에 충진된 형태로 수분에 의한 활성탄의 제거율 저하를 방지하기 위하여 워터트랩(610) 및 칠러(620)를 통해 수분을 99.5% 이상 제거되고 상대습도는 50% 이하로 조절되어 활성탄 충진층으로 유입된다.
충진층의 활성탄입자는 4mm 이상의 펠렛(Pellet) 형상이며 활성탄 충전밀도는 500∼700kg/m3, 접촉시간은 2초 이상으로 충분하게 바이오가스내 실록산이 활성탄 충진층에 흡착 제거하는 구조이고, 이를 통해 바이오가스내 실록산 농도는 0.03mg/m3 이하로 제거된다.
바이오가스 정제부(600)를 거쳐 수분, 황화수소, 실록산이 제거된 바이오가스는 가스저장조(660)로 유입된다. 가스저장조는 1일 바이오가스 발생의 1/4이상 저장하고 형식은 지상일 경우에는 더블멤브레인, 지하일 경우에는 고압탱크 방식으로 한다.
바이오가스 정제부를 거쳐 이물질인 수분, 황화수소, 실록산 등이 제거된 바이오가스는, 메탄 함량이 60% 이상으로 바이오가스 활용부(700)를 거쳐 발전을 통해 전기를 생산하여 판매하거나 혼소보일러에서 LNG 대체 연료로 활용하고 또한 후처리부(400)의 건조연료화시설(430) 또는 퇴비화시설(440)의 LNG 대체 연료로 활용하게 된다.
바이오가스 활용부(700)는, 바이오가스 정제부(600)에서 정제처리된 바이오가스를 활용하는 바이오가스 활용수단으로서, 정제된 바이오가스는 발전을 통해 전기를 생산하고 발생 폐열은 폐열보일러를 통해 스팀을 생산하여 열가수분해부에 활용하거나 혼소보일러의 LNG 대체 열원으로 활용, 스팀을 생산하여 열가수분해부에 공급하며, 바이오가스 발전설비(710), 폐열보일러(720), 혼소보일러(730)로 이루어져 있다.
바이오가스 발전설비(710)는, 바이오가스 정제부(600)에서 수분, 황화수소, 실록산이 제거된 바이오가스를 연료로 발전하여 전기를 생산하고 판매하는 발전설비로서, 정제된 바이오가스는 바이오가스 발전설비(710)를 거쳐 전기를 생산하고 생산된 전기는 판매하고 발전과정에서 발생되는 폐열은 전량 폐열보일러(720)에서 회수하여 스팀을 생산하여 스팀 소요처인 열가수분해부(200)의 반응탱크(220), 전처리부(100)의 가축분뇨 저장조(111), 음식물 저장조(121)에 공급한다. 바이오가스 발전설비(710)의 형식은 가스터빈 또는 엔진 발전이 바람직하다.
폐열보일러(720)는, 바이오가스 발전설비(710)의 발전과정에서 발생하는 폐열을 이용하여 스팀을 생산하여 전처리부(100) 및 열가수분해부(200)의 열원으로 공급하는 보일러수단으로서,
혼소보일러(730)는, 바이오가스 정제부(600)에서 수분, 황화수소, 실록산이 제거된 바이오가스를 연료로 스팀을 생산하여 전처리부(100) 및 열가수분해부(200)의 열원으로 공급하는 보일러수단이다.
특히, 바이오가스 발전설비(710)의 정기점검 또는 고장 등으로 가동되지 않을 경우를 대비하여 소내 이용하는 스팀 생산은 혼소보일러(730)에서 생산된 바이오가스를 이용하여 스팀을 생산하여 스팀 소요처에 공급하고, 혼소보일러는 바이오가스와 LNG를 혼합 사용할 수 있는 방식이 바람직하다.
또한, 이러한 바이오가스 활용부(700)는 정제된 바이오가스를 이용하는 설비로서 크게 2가지 활용방안으로 구분할 수 있으며, 첫 번째는 바이오가스 발전설비를 통해 전기를 생산하여 판매하고 발전과정에서 발생되는 폐열은 폐열보일러에서 회수하여 스팀을 생산한 후 열가수분해부의 반응탱크에 공급하고 가축분뇨 및 음식물 저장조에 공급하는 설비를 포함하며, 두 번째는 정제된 바이오가스를 혼소보일러에 공급하여 LNG 대체 연료로 스팀을 생산한 후 열가수분해부의 반응탱크에 공급하고 가축분뇨 및 음식물 저장조에 공급하는 설비를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발의 열가수분해부(200)의 열가수분해 전 대비 열가수분해후의 가용화율(VDS/VS, SCOD/TCOD 비율) 증가 확인을 위해 일부 지자체에 설치된 열가수분해 실증플랜트를 대상으로 1년간 2주 가격으로 총 26회 현장 샘플링 및 실험실 분석결과를 이하의 [표 2]에 나타낸다.
표 2에 나타낸 바와 같이 열가수분해 전 대비 열가수분해 후 VDS/VS 및 SCOD/TCOD 비율이 292.9% 및 181.8% 각각 증가하는 것으로 분석되어 열가수분해부(200)에 의한 비가용성 물질의 가용화가 진행됨에 따라 혐기소화부(300)에서 짧은 체류시간에 안정적으로 분해되어 타 기술 대비 10% 이상 바이오가스 증산효과가 있다.
[표 2] 지자체의 실증시설 열가수분해 후 가용화율 분석결과
Figure pat00002
또한, 바이오가스 정제부(600)의 황화수소 제거를 위한 1차 탈황장치로 단상소화조(310)내 철염(FeCl3) 주입설비의 약품 주입에 따른 바이오가스내 황화수소 농도 변화를 검증하기 위해 일부 지자체 실증설비에서 6개월간 철염 주입량을 변화시켜 실험을 실시하였다.
실험 결과 철염(FeCl3)의 투입량 변화에 따라 바이오가스내 황화수소(H2S) 농도는 감소하기 시작하여 철염(FeCl3)의 투입량 250kg/d에서는 바이오가스내 황화수소 농도가 1,000ppm 이하를 나타냈으며, 450kg/d에서는 바이오가스내 황화수소 농고가 500ppm 이하로 분석되었다.
세부 분석결과를 살펴보면 철염 100kg/d 투입시 바이오가스내 황화수소 농도는 1,238∼1,453ppm(평균 1,389ppm)으로 분석되었으며, 철염 150kg/d 투입시에는 바이오가스내 황화수소 농도가 1,047∼1,451ppm(평균 1,264ppm)로 분석되었다.
철염 250kg/d 투입시 바이오가스내 황화수소 농도는 955∼1,404ppm(평균 1,068ppm), 철염 300kg/d 투입시에는 바이오가스내 황화수소 농도는 746∼997ppm(평균 893ppm), 철염 350kg/d 투입시에는 바이오가스내 황화수소 농도는 580∼826ppm(평균 717ppm), 철염 400kg/d 투입시에는 바이오가스내 황화수소 농도는 512∼586ppm(평균 533ppm), 철염 450kg/d 투입시에는 바이오가스내 황화수소 농도는 489∼447ppm(평균 465ppm)으로 분석되었다.
[표 3-1] FeCl3 주입에 따른 바이오가스내 H2S 농도 변화
Figure pat00003
[표 3-2] FeCl3 주입에 따른 바이오가스내 H2S 농도 변화
Figure pat00004
본 발명은 가축분뇨를 포함한 음식물류폐기물, 하수찌꺼기를 대상으로 혼합기질의 효율적인 통합 혐기소화를 위한 가축분뇨 통합소화 기술에 관한 것으로서 외부에서 반입된 각 기질은 전처리 시스템에서 파쇄, 선별을 통해 이물질을 선별하고 입자 크기를 균질화(모든 기질의 입자 크기는 3mm 이하)하게 된다.
특히, 본 발명은 가축분뇨 및 하수찌꺼기에 포함된 총질소(T-N) 농도 저감을 통한 혐기소화 시 암모니아 독성 현상을 사전에 예방하기 위해 탈수를 통해 고상(케익) 상태로 음식물류폐기물과 균질하게 혼합하여 열가수분해 가용화를 거쳐 통합소화 시 메탄생성균이 분해하기 용이한 상태로 혐기소화 최적 조건을 형성하게 된다.
본 발명은, 통합소화 시스템에서는 단상의 혐기소화조를 통해 유기물 부하율 2.0∼2.5kgVS/m3·d 조건으로 혼합 기질을 투입하여 통합소화를 실시하며, 통합소화 과정에서 발생되는 바이오가스는 기존기술 대비 10% 이상 증산이 가능하고 통합소화 시 발생된 소화여액은 탈수를 통해 고액 분리하여 액상은 폐수처리 후 하수처리장에 연계처리 또는 방류하게 된다.
본 발명의 고상은 퇴비화 또는 건조연료화를 통해 부산물인 퇴비 또는 건조물을 생산하여 이용하며 통합소화 시 생산된 바이오가스는 정제과정을 통해 수분, 황화수소, 실록산 등을 제거한 후 퇴비화 또는 건조연료화 시설과 열가수분해 장치의 LNG 대체 열원으로 활용하거나 발전을 통해 전기를 생산하여 판매하고 발생 폐열은 열가수분해 장치에 활용을 통해 통합소화 시설에 소요되는 화석 연료 사용량 Zero화 및 시설의 에너지 자립화를 달성할 수 있는 가축분뇨 통합소화 시스템을 제공하게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 기질 전처리 과정에서 가축분뇨와 하수찌꺼기의 탈수를 통해 소화조로 유입되는 총질소 농도를 75% 이상 저감이 가능하므로 기존 기술의 가축분뇨 통합소화시 고농도 질소의 소화조 유입에 따른 암모니아 독성에 의한 혐기소화 메탄생성균에 미치는 영향을 사전에 제거함으로써 안정적인 혐기소화가 가능한 효과를 제공한다.
본 발명은 각 기질별 파쇄, 선별을 통해 이물질을 제거하고, 고온 고압의 열가수분해 가용화를 통해 혐기소화 최적 조건 도출이 가능하므로 바이오가스 발생량을 기존 기술대비 10% 이상 증산하는 효과를 제공한다.
본 발명은 기존 기술의 2상 혐기소화 기술과 대비해서 단상소화조 구성이 가능하므로 사업부지 면적을 최소화가 가능한 효과를 제공한다.
본 발명은 생산된 바이오가스를 정제 후 발전 또는 LNG 대체 연료로 활용이 가능하므로 화석연료 Zero화 및 에너지 자립을 통한 시설의 경제성 확보가 가능한 효과를 제공한다.
본 발명은 폐열보일러와 혼소보일러 2중 구성에 따라 보일러 고장 또는 정기 검검시에도 시설을 가동할 수 있으므로 전체 시스템을 무중단 운영이 가능하므로 투입 기질의 처리량을 최대화 할 수 있는 효과를 제공한다.
이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러 가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
100: 전처리부 200: 열가수분해부
300: 혐기소화부 400: 후처리부
500: 폐수처리부 600: 바이오가스 정제부
700: 바이오가스 활용부

Claims (10)

  1. 가축분뇨, 음식물류폐기물, 하수찌꺼기를 포함한 혼합기질을 수집하고 저류해서 상기 혼합기질을 각각 전처리하는 전처리부(100);
    상기 전처리부(100)의 하류에 설치되어, 상기 전처리된 혼합기질을 열가수분해에 의해 가용화시키는 열가수분해부(200);
    상기 열가수분해부(200)의 하류에 설치되어, 상기 혼합기질을 단상소화조에서 분해하여 유기성 폐자원으로부터 바이오가스를 생성하고 미생물에 의해 소화시키는 혐기소화부(300);
    상기 혐기소화부(300)를 거쳐 유기성 폐자원의 분해가 완료된 후 소화여액을 저장하고, 소화여액을 원심분리에 의해 탈수케익과 탈리여액으로 탈수분리하는 후처리부(400);
    상기 후처리부(400)에서 분리된 탈리여액을 처리하는 폐수처리부(500);
    상기 혐기소화부(300)에서 생성된 바이오가스에 함유된 불순물을 제거하여 정제처리하는 바이오가스 정제부(600); 및
    상기 바이오가스 정제부(600)에서 정제처리된 바이오가스를 활용하는 바이오가스 활용부(700);를 포함하는 것을 특징으로 하는 가축분뇨의 통합 소화처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전처리부(100)는,
    가축분뇨를 전처리하는 가축분뇨 전처리수단;
    음식물류폐기물을 전처리하는 음식물 전처리수단;
    하수찌꺼기를 전처리하는 하수찌꺼기 전처리수단; 및
    상기 전처리된 가축분뇨와 음식물류폐기물과 하수찌꺼기를 저장하는 중간저장조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가축분뇨의 통합 소화처리장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가축분뇨 전처리수단은,
    가축분뇨를 스팀에 의해 가열하면서 저장하는 가축분뇨 저장조;
    상기 가축분뇨 저장조의 하류에 설치되어, 상기 저장된 가축분뇨에서 이물질을 제거하는 협잡물 종합처리기;
    상기 협잡물 종합처리기의 하류에 설치되어, 상기 이물질이 제거된 가축분뇨를 고액분리해서 고상을 상기 중간저장조로 배출시키는 원심탈수기; 및
    상기 원심탈수기의 하류에 설치되어, 상기 분리된 액상을 처리하는 폐수처리시설;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가축분뇨의 통합 소화처리장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 음식물 전처리수단은,
    음식물류폐기물을 스팀에 의해 가열하면서 저장하는 음식물 저장조;
    상기 음식물 저장조의 하류에 설치되어, 상기 저장된 음식물류폐기물을 파쇄하여 이물질을 선별하는 파쇄선별기;
    상기 파쇄선별기의 하류에 설치되어, 음식물류폐기물을 2차 미세 파쇄하고 이물질을 선별하는 펄퍼;
    상기 펄퍼의 하류에 설치되어, 음식물류폐기물의 입자를 균일하도록 이물질을 선별하는 드럼스크린; 및
    상기 드럼스크린의 하류에 설치되어, 음식물류폐기물 중의 미세 이물질을 하부로 분리제거하는 싸이클론;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가축분뇨의 통합 소화처리장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 하수찌꺼기 전처리수단은,
    하수찌꺼기를 저장하는 하수찌꺼기 저장조;
    상기 하수찌꺼기 저장조의 하류에 설치되어, 상기 저장된 하수찌꺼기에서 이물질을 선별하는 드럼스크린;
    상기 드럼스크린의 하류에 설치되어, 상기 이물질이 제거된 하수찌꺼기를 고액분리해서 고상을 상기 중간저장조로 배출시키는 원심탈수기; 및
    상기 원심탈수기의 하류에 설치되어, 상기 분리된 액상을 처리하는 폐수처리시설;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가축분뇨의 통합 소화처리장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 열가수분해부(200)는,
    고온, 고압 스팀의 반응 후 발생하는 폐열을 회수하여 전처리부(100)에서 전처리된 유기성 폐자원을 예열하는 제조탱크;
    고온 고압의 스팀을 공급받아 상기 제조탱크에서 균질화된 유기성 폐자원의 세포벽을 1차 파괴하여 가용화하는 반응탱크;
    상기 반응탱크에서 세포벽이 1차 파괴된 유기성 폐자원을 압력 이송하여 압력 강하를 통한 압력 팽창에 따라 세포벽이 1차 파괴된 유기성 폐자원의 세포벽을 2차 파괴하여 가용화하는 저장탱크;
    상기 저장탱크에서 세포벽이 2차 파괴된 유기성 폐자원에 하수처리장 방류수의 냉각수를 공급하여 80℃∼85℃의 온도로 1차 냉각하는 1차 냉각기; 및
    이중관식 열교환기로 냉각수를 공급하여 1차 냉각된 유기성 폐자원을 대략 35℃∼40℃의 온도로 2차 냉각하는 2차 냉각기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가축분뇨의 통합 소화처리장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 혐기소화부(300)는, 상부의 이물질 제거를 위한 스컴제거기와, 하부의 이물질 제거를 위한 싸이클론과, 소화조 조넘침(over-flow) 유도설비와, 소화조내 완전혼합 교반을 위한 수직입축형 기계식 교반기와, 배플(baffle)을 포함하는 단상소화조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 가축분뇨의 통합 소화처리장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 후처리부(400)는,
    상기 혐기소화부(300)에서 발생하는 소화여액을 일시 저류시키는 소화여액 저장조;
    상기 소화여액 저장조의 하류에 설치되어, 상기 저류된 소화여액을 고액분리하는 원심탈수기;
    상기 원심탈수기에서 분리된 고상인 탈수케익을 이용해서 건조물을 생산하여 석탄화력발전소 보조연료로 활용하는 건조연료화시설; 및
    상기 원심탈수기에서 분리된 고상인 탈수케익을 이용해서 퇴비를 생산하여 농가에 공급하는 퇴비화시설;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가축분뇨의 통합 소화처리장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이오가스 정제부(600)는,
    바이오가스내 수분을 1차로 선회류 방식에 의해 제거하는 워터트랩;
    상기 워터트랩의 하류에 설치되어, 1차로 제거된 수분을 냉각을 통해 2차로 수분을 제거하는 칠러;
    상기 칠러의 하류에 설치되어, 바이오가스내 포함된 황화수소를 제거하는 건식 탈황설비;
    활성탄의 흡착 기능을 이용하여 바이오가스내 실록산을 제거하는 실록산제거설비;
    상기 실록산제거설비의 후단에 설치되어, 3차로 바이오가스내 수분을 제거하는 1차 가스필터;
    수분, 황화수소 및 실록산이 제거된 바이오가스를 일시 저장하는 가스저장조; 및
    상기 가스저장조에 일시 저장된 바이오가스를 활용하기 전에 4차로 수분을 제거하는 2차 가스필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가축분뇨의 통합 소화처리장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이오가스 활용부(700)는,
    상기 바이오가스 정제부(600)에서 수분, 황화수소, 실록산이 제거된 바이오가스를 연료로 발전하여 전기를 생산하고 판매하는 바이오가스 발전설비;
    상기 바이오가스 발전설비의 발전과정에서 발생하는 폐열을 이용하여 스팀을 생산하여 상기 전처리부(100) 및 상기 열가수분해부(200)의 열원으로 공급하는 폐열보일러; 및
    상기 바이오가스 정제부(600)에서 수분, 황화수소, 실록산이 제거된 바이오가스를 연료로 스팀을 생산하여 상기 전처리부(100) 및 상기 열가수분해부(200)의 열원으로 공급하는 혼소보일러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가축분뇨의 통합 소화처리장치.
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