KR20220119752A - 휴대용 재생 에너지 자가 발전 시스템을 위한 염 관리 시스템 - Google Patents

휴대용 재생 에너지 자가 발전 시스템을 위한 염 관리 시스템 Download PDF

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KR20220119752A
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니콜라스 더블류. 사쏘우
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세압 파워 리미티드
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Abstract

폐기물을 액체와 혼합하는 혼합 탱크(106), 혼합된 폐기물을 수용하고 예열하는 버퍼 탱크(108), 예열된 혼합 폐기물에 대해 저온 살균하는 저온 살균 탱크(110), 저온 살균된 폐기물에 대해 혐기성 소화를 수행하는 소화 탱크(112), 액체 혐기 소화액을 분리하고 액체로부터 염을 제거하는 탈수 디바이스(114), 염분 및 바이오 가스 품질을 측정하는 센서, 및 제어기를 포함하는, 재생 에너지 자가 발전 장치가 개시된다. 제어기는 탈수 디바이스가 액체를 분리하고 액체로부터 염을 제거하게 하고, 센서를 사용하여 버퍼 탱크(108) 및 소화조(112) 내의 염분 및 바이오 가스의 품질을 모니터링하며, 탈염된 액체와 폐기물을 혼합하고 폐기물의 공급 속도를 조절하여 폐기물의 염분을 감소시키고 메탄 생산을 증가시킨다.

Description

휴대용 재생 에너지 자가 발전 시스템을 위한 염 관리 시스템 {SALT MANAGEMENT SYSTEM FOR PORTABLE RENEWABLE ENERGY MICROGENERATION SYSTEM}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2017년 12월 15일자로 출원된 현재 계류 중인 미국 가출원 제62/599,359호에 관한 것이다. 본 출원은 또한 2017년 5월 16일자로 출원된 현재 계류 중인 미국 출원 제15/596,479호에 관한 것이고, 상기 출원은 2016년 1월 14일자로 출원된 미국 출원 제14/995,407호(현재, 미국 특허 제9,682,880호)의 연속 출원이며, 상기 출원은 2013년 6월 5일자로 출원된 미국 출원 제13/910,682호(현재, 미국 특허 제9,272,930호)의 연속 출원이고, 상기 출원은 2012년 6월 18일자로 출원된 미국 출원 제13/526,024호(현재, 미국 특허 제8,465,645호)의 연속 출원이며, 상기 출원은 2011년 4월 12일자로 출원된 미국 출원 제13/085,320호(현재, 미국 특허 제8,221,626호)의 연속 출원이고, 상기 출원은 2010년 4월 12일자로 출원된 미국 가출원 제61/323,186호 및 2010년 5월 26일자로 출원된 미국 가출원 제61/348,689호의 이익을 주장한다. 이들 특허 및 특허 출원의 개시내용은 본 명세서에 완전히 기재된 것처럼 전체가 참조로 포함된다.
발명의 분야
본 발명은 유기 폐기물을 현장에서 재활용함으로써 재생 에너지를 제공하고 사용자가 지역 유틸리티 제공 업체에 덜 의존하게 하는 개선된 방법 및 디바이스에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 사용자가 유기 폐기물을 지속 가능한 에너지로 변환하게 하는 혐기성 소화조(anaerobic digester)의 개선에 관한 것이다.
사용자가 유기 폐기물을 현장에서 지속 가능한 에너지로 변환하게 하는 단일의, 모듈식, 휴대용 구성의 재생 에너지 자가 발전 시스템(renewable energy microgeneration system)에 대한 요구가 본 기술 분야에 존재한다. 또한, 감소된 풋프린트, 상이한 성분을 위한 별도의 컨테이너, 이들 컨테이너 사이의 모듈식 상호 연결성, 및 증가된 처리량을 갖는, 재생 에너지 자가 발전 시스템에 대한 요구가 본 기술 분야에 존재한다.
적어도 전술한 문제점 및/또는 단점을 해결하기 위해, 본 발명의 비제한적인 목적은 휴대용 및 모듈식 재생 에너지 자가 발전 장치를 제공하는 것이다. 재생 에너지 자가 발전 장치는 제1 모듈식 유닛, 제2 모듈식 유닛, 제3 모듈식 유닛, 및 제4 모듈식 유닛을 포함한다. 제1 모듈식 유닛, 제2 모듈식 유닛, 제3 모듈식 유닛, 및 제4 모듈식 유닛은 이들이 현장으로 운반되고 현장에서 서로 유체 연통하게 위치되도록 구성된다는 점에서 휴대용이다. 제1 모듈식 유닛, 제2 모듈식 유닛, 제3 모듈식 유닛, 및 제4 모듈식 유닛은 또한 이들이 상이한 수 및 구성으로 서로 결합될 수 있다는 점에서 모듈식이다.
제1 모듈식 유닛은 폐기물을 액체와 혼합하도록 구성된 혼합 탱크 및 혼합 탱크와 유체 연통하여 폐기물을 보다 작은 크기의 성분으로 감소시키도록 구성된 초퍼(chopper)를 포함한다. 제2 모듈식 유닛은 제1 모듈식 유닛으로부터 폐기물을 수용하고 저온 살균의 준비로 폐기물을 예열하도록 구성된 버퍼 탱크 및 버퍼 탱크로부터 폐기물을 수용하고 폐기물에 대해 저온 살균을 수행하도록 구성된 복수의 제1 유지 탱크를 포함한다. 제3 모듈식 유닛은 폐기물에 대해 혐기성 소화를 수행하도록 구성된 하나 이상의 제2 유지 탱크를 포함하고, 하나 이상의 제2 유지 탱크 각각은 복수의 제1 유지 탱크 각각보다 체적이 더 크다. 그리고, 제4 모듈식 유닛은 폐기물에 의해 발생된 가스를 혼합 탱크, 초퍼, 버퍼 탱크, 복수의 제1 유지 탱크, 하나 이상의 제2 유지 탱크, 및 하나 이상의 제3 유지 탱크 중 적어도 하나에 저장하도록 구성된 하나 이상의 제3 유지 탱크를 포함한다. 혼합 탱크, 초퍼, 버퍼 탱크, 복수의 제1 유지 탱크, 및 하나 이상의 제3 유지 탱크 각각은 복수의 제3 모듈식 유닛에서 혐기성 소화를 지원하도록 크기 설정된다.
특정 실시예에서, 제2 모듈식 유닛은 혐기성 소화가 폐기물에 대해 수행된 후 폐기물로부터 제거된 액체를 저장하도록 구성된 리큐어 탱크(liquor tank)를 더 포함한다. 게다가, 재생 에너지 자가 발전 장치는 제5 모듈식 유닛을 더 포함할 수 있고, 제5 모듈식 유닛은 혐기성 소화가 수행된 후 폐기물의 잔류물을 고체 폐기물 및 액체 폐기물로 분리하도록 구성된 탈수 디바이스를 포함하고, 제5 모듈식 디바이스는 제1 모듈식 유닛, 제2 모듈식 유닛, 제3 모듈식 유닛, 및 제4 모듈식 유닛과 동일한 방식으로 휴대용 및 모듈식이다. 제5 모듈식 유닛은 또한 탈수 디바이스에 의해 출력되는 액체 폐기물로부터 염을 제거하도록 구성된 염 제거 시스템을 포함할 수 있다. 제5 모듈식 유닛은 또한 탈수 디바이스에 의해 출력된 고체 폐기물을 표준 크기의 컨테이너 내에 배치하도록 구성된 배깅 시스템(bagging system)을 포함할 수 있다.
또한, 특정 실시예에서, 재생 에너지 자가 발전 장치는 제1 모듈식 유닛, 제2 모듈식 유닛, 및 제3 모듈식 유닛 중 적어도 하나의 내부로부터 가스를 제거하고; 제1 모듈식 유닛, 제2 모듈식 유닛, 및 제3 모듈식 유닛으로부터 제거된 가스로부터 악취를 여과하며; 제1 모듈식 유닛, 제2 모듈식 유닛, 및 제3 모듈식 유닛으로부터 제거된 가스를 대기로 배출하도록 구성된 악취 관리 시스템을 포함할 수 있고, 제1 모듈식 유닛, 제2 모듈식 유닛, 및 제3 모듈식 유닛으로부터 제거된 가스는 혼합 탱크, 초퍼, 버퍼 탱크, 복수의 제1 유지 탱크, 하나 이상의 제2 유지 탱크, 및 하나 이상의 제3 유지 탱크 중 적어도 하나에서 폐기물에 의해 발생된 가스와 상이하다. 재생 에너지 자가 발전 장치는 또한 혼합 탱크, 초퍼, 버퍼 탱크, 복수의 제1 유지 탱크, 하나 이상의 제2 유지 탱크, 및 하나 이상의 제3 유지 탱크 중 적어도 하나에서 폐기물에 의해 발생된 가스로부터 CO2를 분리하고; CO2를 하나 이상의 제2 유지 탱크에 주입하여 폐기물을 하나 이상의 제2 유지 탱크에서 교반하도록 구성된 CO2 추출 시스템을 포함할 수 있다.
게다가, 제1 모듈식 유닛, 제2 모듈식 유닛, 제3 모듈식 유닛, 및 제4 모듈식 유닛 각각은 휴대용 컨테이너 내에 배치될 수 있으며, 각각의 컨테이너는 인접한 컨테이너를 손상시키는 일 없이 미리 결정된 크기의 폭발을 견디도록 구성된다. 제1 모듈식 유닛, 제2 모듈식 유닛, 제3 모듈식 유닛, 및 제4 모듈식 유닛은 제1 모듈식 유닛, 제2 모듈식 유닛, 제3 모듈식 유닛, 및 제4 모듈식 유닛 각각의 휴대용 컨테이너 내에 배치된 배관 및 배선을 사용하여 상이한 수 및 구성으로 서로 결합될 수 있고; 배관 및 배선은 제1 모듈식 유닛, 제2 모듈식 유닛, 제3 모듈식 유닛, 및 제4 모듈식 유닛 각각의 휴대용 컨테이너 내에 수용된 연결점을 통해 연결 및 연결 해제되도록 구성된다. 더욱이, 재생 에너지 자가 발전 장치는 제1 모듈식 유닛, 제2 모듈식 유닛, 및 제3 모듈식 유닛 중 적어도 하나로부터 제거된 가스로부터 적어도 전기 및 열을 발생시키도록 구성된 천연 가스 보일링(natural gas boiling)을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 휴대용 및 모듈식 재생 에너지 자가 발전 장치로서, 유입되는 폐기물을 액체와 혼합하도록 구성된 혼합 탱크; 혼합 탱크로부터 폐기물을 수용하고 준비 저온 살균에서 폐기물을 예열하도록 구성된 버퍼 탱크; 버퍼 탱크로부터 수용된 폐기물에 대해 저온 살균을 수행하도록 구성된 저온 살균 탱크; 저온 살균 탱크로부터 수용된 폐기물에 대해 혐기성 소화를 수행하도록 구성된 소화 탱크; 액체 혐기 소화액을 분리하고 상기 혐기 소화액으로부터 분리된 액체로부터 염을 제거하도록 구성된 탈수 디바이스; 버퍼 탱크 및 소화 탱크에 배치되어 염분을 측정하도록 구성된 제1 센서; 소화 탱크 내에 배치되어 바이오 가스 품질을 측정하도록 구성된 제2 센서; 및 제어기를 포함하고,
상기 제어기는, 폐기물의 혐기성 소화가 일어난 후 소화 탱크로부터 저온 살균 탱크로 혐기 소화액을 전달하고, 소화 탱크로부터 수용된 혐기 소화액이 탱크 저온 살균 탱크 내에서 저온 살균된 후 저온 살균 탱크로부터 탈수 디바이스로 혐기 소화액을 전달하며, 탈수 디바이스가 저온 살균 탱크로부터 수용된 혐기 소화액으로부터 액체를 분리시키고, 혐기 소화액으로부터 분리된 액체로부터 염을 제거하여 염분이 감소된 액체를 생성하게 하며, 제1 센서를 사용하여 버퍼 탱크와 소화 탱크 내의 액체의 염분을 모니터링하고, 제2 센서를 사용하여 소화 탱크 내의 바이오 가스의 품질을 모니터링하고, 염분이 감소된 액체를 폐기물과 혼합시키고 필요에 따라 소화 탱크로의 폐기물의 공급 속도를 조절하여 폐기물의 염분을 감소시키고 소화 탱크 내에서 메탄 생산을 증가시키도록 구성되는, 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 양태는 본 명세서의 일부이고 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 하기 도면을 참조하여 보다 잘 이해될 수 있다:
도 1a는 본 발명의 비제한적인 실시예에 따른 재생 에너지 자가 발전 장치의 예를 도시하는 등각도이다.
도 1b는 컨테이너 및 압축기 인클로저가 제거된 도 1a의 장치를 도시하는 등각도이다.
도 1c는 도 1b의 장치를 도시하는 평면도이다.
도 1d는 도 1c의 장치를 도시하는 입면도이다.
도 1e는 도 1a 내지 도 1d의 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 비제한적인 실시예에 따른 초퍼 유닛을 도시하는 등각도이다.
도 3은 본 발명의 비제한적인 실시예에 따른 탈수 유닛을 도시하는 등각도이다.
도 4는 본 발명의 비제한적인 실시예에 따른 제어기를 도시하는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 비제한적인 실시예에 따른 가스 저장 탱크를 도시하는 등각 절취도이다.
도 6은 본 발명의 비제한적인 실시예에 따른 물 및 폐기물 배관을 도시하는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 비제한적인 실시예에 따른 가스 배관을 도시하는 개략도이다.
도 8은 본 발명의 하루 6톤 구성을 도시하는 개략도이다.
도 9a는 본 발명의 다른 비제한적인 실시예에 따른 재생 에너지 자가 발전 장치의 예를 도시하는 등각도이다.
도 9b는 본 발명의 다른 비제한적인 실시예에 따른 재생 에너지 자가 발전 장치의 예를 도시하는 등각도이다.
도 9c는 도 9b의 장치를 도시하는 개략도이다.
도 10a는 도 9a 및 도 9b에 도시된 본 발명의 비제한적인 실시예에 따른 초퍼 유닛을 도시하는 등각도이다.
도 10b는 도 9a 및 도 9b에 도시된 본 발명의 비제한적인 실시예에 따른 다른 초퍼 유닛을 도시하는 등각도이다.
도 11은 도 9a 및 도 9b에 도시된 본 발명의 비제한적인 실시예에 따른 커맨드 유닛을 도시하는 등각도이다.
도 12는 도 9a 및 도 9b에 도시된 본 발명의 비제한적인 실시예에 따른 소화조 유닛을 도시하는 등각도이다.
도 13은 본 발명의 비제한적인 실시예에 따른 배깅 시스템을 갖는 탈수 유닛을 도시하는 등각도이다.
도면의 구성요소는 반드시 실척이 아니며, 대신에 본 발명의 원리를 설명하기 위해 강조된다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 단점을 극복하고, 사용자가 유기 폐기물을 현장에서 지속 가능한 에너지로 변환하게 하는 단일의, 모듈식, 휴대용 구성의 재생 에너지 자가 발전 시스템을 제공함으로써 아래에 설명되는 이점을 적어도 제공한다. 더욱이, 본 발명은 감소된 풋프린트, 모듈식 구성요소 및 구성요소 그룹화, 및 증가된 처리량을 갖는 휴대용 재생 에너지 자가 발전 시스템을 제공한다. 따라서, 본 발명은 특정 사용자의 요구에 맞추도록 크기 설정될 수 있으며, 몇 주(또는 시스템이 생 혐기 소화액(live digestate)으로 미리 시딩된 경우 몇 시간) 내에 사용자가 난방, 온수, 및/또는 일반적인 전기 수요를 위해 자체 에너지를 생성할 수 있도록 설치되고 종래의 전력 시스템에 연결될 수 있다.
보다 구체적으로, 재생 에너지 자가 발전 시스템의 구성요소는 달리 "폐기물"로 고려되는 것으로부터 열, 전기, 바이오 가스, 및 비료를 발생시키는 혐기성 소화 프로세스를 수행하도록 함께 작동한다. 그 고유한 구성을 통해, 본 발명은 하나 이상의 자립형 선적 컨테이너에서 해당 프로세스를 완료하는 데에 필요한 모든 구성요소를 제공할 수 있어, 광범위한 구조물(예를 들어, 주택, 산업용 건물, 및 실외 설비)에 편리하게 연결될 수 있는 휴대용 시스템을 제공할 수 있다. 더욱이, 그 이동성으로 인해 벽촌에, 외진 셀룰러 타워에, 폐기물이 많고 전력 및/또는 열의 수요가 많은 전쟁 구역 또는 재난 구호 지역에 전력을 공급하는 것과 같은 다양한 용례에 실용적이다.
전력 및 열을 제공하는 것에 더하여, 본 발명의 재생 에너지 자가 발전 시스템은 또한 폐기물 관리에 대한 "녹색" 해결책을 제공하여, 유기 물질로부터 활용될 수 있는 유용한 에너지의 양을 최대화시킨다. 사용자에게 폐기물을 처리할 수 있는 가깝고 편리한 장소를 제공함으로써 폐기물 제거 비용을 효과적으로 제거한다. 또한, 유출 오염을 제거하는 데에 도움이 된다. 또한, 사용자가 현장에서 유기 폐기물을 재활용하게 하는 것에 더하여, 본 발명의 재생 에너지 자가 발전 시스템은 또한 사용자가 다양한 에너지 생산 방법으로 오염을 발생시키는 유틸리티 회사에 덜 의존하게 함으로써 오염을 감소시킨다. 더욱이, 본 발명의 재생 에너지 자가 발전 시스템은 덤프 또는 대규모 혐기성 소화 시스템과 같은 중앙식 처리 설비로의 폐기물 수송에서 탄소 배출을 감소시킨다.
본 발명에 의해 제공되는 이들 및 다른 이점은 이하의 바람직한 실시예의 설명으로부터 그리고 첨부 도면에서 보다 잘 이해될 수 있다. 바람직한 실시예를 설명함에 있어서, 명확성을 위해 특정 용어가 사용된다. 그러나, 본 발명은 이와 같이 선택된 특정 용어로 제한되도록 의도되지 않으며, 각각의 특정 용어는 유사한 목적을 달성하기 위해 유사한 방식으로 작동하는 모든 기술적 등가물을 포함한다는 것을 이해해야 한다.
A. 재생 에너지 자가 발전 장치
도면을 참조하면, 도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 비제한적인 실시예에 따른 예시적인 재생 에너지 자가 발전 장치(100)(이하 "REM 장치(100)")의 다양한 도면을 제공하고, 도 1e는 본 발명의 비제한적인 실시예에 따른 REM 장치(100)의 개략도를 제공한다. REM 장치(100)는 REM 장치(100)의 다양한 구성요소(106-128)를 수용하는 휴대용 인클로저를 제공하는 제1 컨테이너(102) 및 제2 컨테이너(104)를 포함한다. 제1 컨테이너(102)는 초퍼 유닛(106), 버퍼 탱크(108), 2개의 소형 유지 탱크(110), 대형 유지 탱크(112), 탈수 유닛(114), 가스 스크러버(116), 및 전자 제어 유닛(electronic control unit)(ECU)(118)을 수용한다. 그리고, 제2 컨테이너(104)는 가스 저장 탱크(120)를 포함하는 가스 저장 유닛(906)을 수용한다. REM 장치(100)는 또한 제2 컨테이너(104)에 인접하여 배치된 바이오 가스 엔진(122); 제1 컨테이너(102)의 외부에 배치된 플레어(124); 제1 컨테이너(102)에 인접하여 배치된 리큐어 탱크(126); 제1 컨테이너(102)에 인접한 압축기 인클로저(130) 내에 배치된 압축기(128); 및 다양한 펌프(132A-132D), 밸브(134A-134C), 배관(136A-136C), 및 이들 구성요소(106-128)를 함께 기능적으로 묶기 위한 배선 연결부(138)를 포함한다. 이들 컨테이너(102 및 104) 내에, 상에, 그리고 그에 인접하여 제공되는 구성요소(106-128)는 이동 가능한 모듈식 재생 에너지 자가 발전 시스템에서 폐기물/배설물로부터 열, 전기, 바이오 가스, 및 비료를 발생시키는 혐기성 소화 프로세스를 수행하도록 함께 작동한다.
초퍼 유닛(106)은 배설물/폐기물 퇴적물이 REM 장치(100) 내로 로딩되는 곳이고, REM 장치(100) 내로 로딩된 배설물/폐기물을 혼합하고 그 혼합물을 액체(예를 들어, 상수 및/또는 하수)와 혼합하는 기능을 한다. 버퍼 탱크(108)는 초퍼 유닛(106)을 이용하여 생성된 물/배설물/폐기물 혼합물을 저장하고 예열하는 기능을 한다. 소형 유지 탱크(110)는 버퍼 탱크(108)를 이용하여 생성된 예열된 물/배설물/폐기물 혼합물을 저온 살균하거나, 전체 혐기성 소화 프로세스에 저온 살균이 필요하지 않은 경우, 예열된 물/배설물/폐기물 혼합물을 호열성 혐기성 소화를 통해 부분적으로 소화시키는 기능을 한다. 대형 유지 탱크(112)는 소형 유지 탱크(110)를 사용하여 생성된 부분적으로 저온 살균되거나 소화된 물/배설물/폐기물 혼합물로 중온성 혐기성 소화를 생성하는 기능을 한다. 탈수 유닛(114)은 소형 유지 탱크(110) 및/또는 대형 유지 탱크(112)에서 혐기성 소화가 완료된 후 물/배설물/폐기물의 잔류물로부터 액체를 제거하는 기능을 한다. 가스 스크러버(116)는 소형 유지 탱크(110) 및/또는 대형 유지 탱크(112) 각각에서 호열성 및/또는 중온성 혐기성 소화 동안 생성된 바이오 가스를 세정하는 기능을 한다. 가스 저장 탱크(120)는 가스 스크러버(116)를 이용하여 생성된 세정된 바이오 가스를 저장하는 기능을 한다. 바이오 가스 엔진(122)은 가스 저장 탱크(120)에 저장된 세정된 바이오 가스로부터 전기 및 열을 동시에 발생시키는 기능을 한다. ECU(118)는 연속적인 재생 사이클에서 열, 전기, 바이오 가스, 및 비료를 발생시키도록 필요에 따라 REM 장치(100)를 통해 액체, 배설물/폐기물, 물/배설물/폐기물, 및 바이오 가스의 유동을 제어하는 기능을 한다. 플레어(124)는 잉여 바이오 가스를 안전하게 얻는 기능을 한다. 그리고, 압축기(128)는 소형 유지 탱크(110)에서 물/배설물/폐기물 혼합물을 교반하기 위한 압축 공기를 생성하는 기능을 한다. 컨테이너(102 및 104) 및 이들 구성요소(106-128) 각각은 아래에서 별도로 다룬다.
i. 컨테이너(102 및 104)
REM 장치(100)가 실질적으로 임의의 위치에 모듈식 유닛으로서 운송될 수 있게 하기 위해, REM 장치(100)의 다양한 구성요소(106-128)를 수용하는 컨테이너(102 및 104)는 관련 고속도로 규제 및 정부 기관의 크기 및 중량 요건을 준수하도록 구성된다. 도 1a에서, 예를 들어, 제1 컨테이너(102)(상단이 제거된 상태로 도시됨)는 표준 40-피트 "하이 큐브" 선적 컨테이너(40 ft x 8 ft x 9.5 ft; 유상 탑재량: 60,350 lbs; 용량: 2,376 ft3)이고 제2 컨테이너(104)(또한 상단이 제거된 상태로 도시됨)는 표준 20-피트 선적 컨테이너(치수: 19.8 ft x 8 ft x 8.5 ft; 유상 탑재량: 48,600 lbs; 용량: 1,164 ft3)이다. 그러한 컨테이너는 특히 선박 대 육상 갠트리 크레인에 의해 취급되고, 컨테이너 선박에 적층되고 보관되며, 컨테이너 운송 트레일러에 부착됨으로써, 컨테이너(102 및 104)가 특히 상업용 해륙 운송에 적합하게 되도록 설계된다. 이들 컨테이너(102 및 104)는 또한 Sikorsky SKYCRANE 브랜드 헬리콥터 및 Lockheed C-130 HERCULES 브랜드 항공기와 같은 특정 군용기를 사용하는 군용 항공 운송에 특히 적합하다. 다른 표준 컨테이너(예를 들어, 45-피트 및 30-피트 컨테이너)가 또한 사용될 수 있다.
도 1a 내지 도 1d에 도시된 구성에 대한 대안으로서, REM 장치(100)의 다양한 구성요소(106-128)는 또한 복수의 보다 작은 컨테이너(예를 들어, 20-피트 선적 컨테이너(104)와 조합하는 40-피트 선적 컨테이너(102) 대신에 10-피트 및 20-피트 선적 컨테이너의 조합) 내에 수용될 수 있다. 도 9 내지 도 19에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 초퍼 유닛(106)은 10-피트 컨테이너(1000) 내에 수용될 수 있고, 커맨드 유닛(902), 소화조 유닛(904), 가스 저장 유닛(906), 및 탈수 유닛(114)은 별도의 20-피트 컨테이너(104, 1100, 1200 및 1300) 내에 수용될 수 있다. REM 장치(900)는 이들 유닛(106, 114, 902, 904 및 906) 각각 중 하나를 포함할 수 있거나, 또는 필요시 사용자의 요구에 따라 용량을 확장하도록 이들 유닛(106, 114, 902, 904 및 906) 각각 중 복수의 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나의 초퍼 유닛(106), 하나의 커맨드 유닛(902), 하나의 가스 저장 유닛(906), 및 하나의 탈수 유닛(114)은 1개 내지 5개의 소화조 유닛(904)과 함께 사용되도록 구성될 수 있어, 증가된 CHP 생산이 각각의 소화조 유닛(904)의 첨가에 의해 달성되고, REM 장치(900)의 풋프린트를 증가시킬 필요가 없고 추가적인 초퍼 유닛(106), 커맨드 유닛(902), 가스 저장 유닛(906), 또는 탈수 유닛(114)을 필요로 하지 않는다. 이 방식으로 이들 유닛(106, 114, 902, 904 및 906)을 분리함으로써, 특히 40-피트 선적 컨테이너가 실현 가능한 옵션이 아닐 수 있는 도시 환경에서 보다 독특한 적층 구성이 가능하다. 게다가, 이들 유닛(106, 114, 902, 904 및 906)의 분리는 안전 및 다른 고려 사항을 위해 다양한 유닛(106, 114, 902, 904 및 906), 특히 소화조 유닛(904) 및 가스 저장 유닛(906)의 공간적 분리를 허용한다.
또한, REM 장치(100 및 900)의 컨테이너는 작동 동안 안전을 위해 모든 배관(136A-136C 및 1006)을 내부에 포함할 수 있다. 또한, 내부 배관 구성은 표준화된 컨테이너의 외부 구성요소가 손상될 가능성을 최소화함으로써 다양한 컨테이너를 안전하게 운송하게 할 수 있다.
REM 장치(900)는, 도 10b에 도시된 바와 같이, 셔터 도어(1014), 통 리프터(bin lifter)(도시되지 않음), 호퍼(200), 호퍼 스크레이퍼(1018), 공급 오거(feed auger)(1020), 균질화 펌프(204), 공급 펌프(132A), 리큐어 도우징 시스템(1008), 및 악취 저감 파이프 라인(1006)을 수용하는, 10-피트 컨테이너 내에 저장된, 초퍼 유닛(106)을 포함할 수 있다. 상기와 같이, 초퍼 유닛(106)은 배설물/폐기물 퇴적물이 REM 장치(900) 내로 로딩되는 곳이고, REM 장치(900) 내로 로딩된 배설물/폐기물을 혼합하고 그 혼합물을 액체(예를 들어, 상수 및/또는 하수)와 혼합하는 기능을 한다. 컨테이너(102)로부터 초퍼 유닛(106)의 분리는 다수의 초퍼 유닛(106), 다양한 초퍼 유닛 스타일, 또는 초퍼 유닛(106)의 완전한 제거를 허용한다. 20-피트 컨테이너 내에 저장된 커맨드 유닛(902)은 ECU(118), 버퍼 탱크(108), 리큐어 탱크(126), 소형 유지 탱크(110), 중앙 배수 라인(1007), 및 악취 저감 파이프 라인(1006)을 포함할 수 있다. 커맨드 유닛(902)은 전술한 시스템의 각각의 구성 부품과 유사한 기능을 제공한다. 컨테이너(102)로부터 커맨드 유닛(902)의 분리는 REM 장치(900)에 다수의 초퍼 유닛(106) 또는 다수의 소화조 유닛(904)과 함께 단일 커맨드 유닛(902)을 사용하는 유연성을 제공한다. 커맨드 유닛(902)으로부터의 혐기 소화액은 20-피트 컨테이너 내에 저장된 소화조 유닛(904)으로 이동하며, 이 소화조 유닛은 대형 유지 탱크(112), 대형 유지 탱크 가열 시스템(1206), 대형 홀더 탱크 재순환 시스템(1208), 대형 홀더 탱크 방출 펌프(1204), 대형 홀더 탱크 압력 릴리프 밸브(164), 메탄 센서(1202), 및 대형 홀더 탱크 배수 연결부(1210)를 포함할 수 있다. 대형 유지 탱크를 별도의 컨테이너 내에 저장하면 사용자가 보다 많은 소화조 유닛(904) 및/또는 가스 저장 유닛(906)을 간단히 추가함으로써 REM 장치(900)로부터 발생된 전력을 상당히 증대시킬 수 있다. 소화조 유닛(904)에 의해 발생된 바이오 가스는 가스 스크러버(116)에 의해 세정되고 가스 저장 탱크(120) 내에 저장된다. 20-피트 컨테이너 내에 수용된 가스 저장 탱크(120)는 가요성 블래더(500), 가스 홀더 방출 시스템, 및 가스 레벨 스위치 조립체를 포함할 수 있다. 악취 저감 유닛(908)은 REM 장치(900)의 구성요소로부터 악취 저감 유닛(908)으로 악취 대기를 전달하는 데에 사용되는 중앙 악취 저감 파이프 라인(1006)을 포함할 수 있다. 가열 시스템은 중앙 가열 파이프 라인 및 보일러 시스템(922)을 포함한다. 열병합 발전 유닛(combined heat and power unit)(CHP)은 가스 스크러버(116), 원동기, 발전기(918), 및 열 회수 시스템을 포함할 수 있다. 그리드 연결 인터페이스 캐비닛(920)은 적어도 보호 디바이스(도시되지 않음), 유입/유출 미터(도시되지 않음), 및 가스 누설 검출 디바이스(도시되지 않음)를 포함한다.
a. 베이스
제1 컨테이너(102)는 REM 장치(100)의 구성요소(106-128)를 상호 연결하는 배관(136A-136C)의 일부를 수용하는 콘크리트 베이스를 포함한다. 제조시, 배관(136B 및 136C)은 모든 구성요소(106-114)가 반복 가능한 모듈 방식으로 올바르게 위치설정될 수 있는 것을 보장하도록 지그를 사용하여 조립된다. 지그는 이들 구성요소(106-114)의 역 프로파일을 사용하여 제조된다. 밀짚 기반 콘크리트가 바람직하게는 컨테이너(102)의 베이스를 형성하는 데에 사용되는데, 이는 콘크리트 베이스 내에서 특정 정도의 가요성을 제공하는 지속 가능한 재료이기 때문이다.
콘크리트 베이스는 탱크 베이스의 프로파일을 따름으로써 제1 컨테이너(102) 내에 다양한 구성요소(106-114)를 지지하도록 설계된다. 이 구성은 탱크들을 제자리에 유지시키는 외부 벽과 함께 안정성을 제공할 뿐만 아니라 파이프 피팅이 운송 중에 전단되지 않는 것을 보장하도록 이들 구성요소(106-114)를 지지한다. 이들 구성요소(106-114)는 이들 특정 구성요소(106-114)와 컨테이너(102) 사이를 타이트하게 끼워맞추도록 설계된 절연체를 이용하여 컨테이너(102) 내에 추가로 지지될 수 있다. 대안적으로, 제1 컨테이너(102)의 베이스는 강도를 생성하고 구성요소(106-114)의 제1 컨테이너(102)로의 활주 진입을 가능하게 하는 금속 프레임워크를 포함할 수 있다.
b. 패시아(Facia)(140) 및 로딩 플랫폼(142)
제1 컨테이너(102)는 또한 배설물/폐기물을 초퍼 유닛(106) 내로 로딩하고 탈수 유닛(114)에 의해 비료 출력물을 언로딩하기 위해 사용하도록 일 단부에 패시아(140) 및 로딩 플랫폼(142)을 포함한다. 패시아(140)는 사용자가 그 안에 수용된 다양한 구성요소(106-114)에 액세스하게 하도록 개방될 수 있는 도어(144)를 포함한다. 제1 컨테이너(102)는 또한 제1 컨테이너(102)의 패시아(140)와 동일한 단부에 한 쌍의 외부 이중 도어(146)를 포함한다. 이들 도어(144)는 명확성을 위해 제1 컨테이너(102)에 도시되어 있지 않지만, 제2 컨테이너(104)에 명확하게 도시되어 있다. 이들 도어(146)는 종래의 40-피트 또는 20-피트 선적 컨테이너에서 통상적으로 발견되는 유형이다.
패시아(140)는 제1 컨테이너(102) 내에 수용된 구성요소(106-114)로부터 사용자에게 보호를 제공한다. 그리고, 도어(144)는 이들 구성요소(106-114)에 대해 유지 보수 및 안전 점검이 수행되도록 액세스를 제공한다. 패시아(140)는 또한 그러한 구성요소(106 및 114)에 대한 유지 보수 및/또는 안전 점검을 수행하는 데에 필요한 최대량의 액세스 및 기동성을 사용자에게 제공하도록 패시아(140)에 인접하여 배치된 구성요소(106 및 114)의 먼 측면 상의 부분에 액세스하기 위한 액세스 패널(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
로딩 플랫폼(142)은 배설물/폐기물이 초퍼 유닛(106) 내로 로딩될 수 있게 하고, 수레 또는 다른 유사한 휠식 운송 디바이스를 사용하여 고체 폐기물(예를 들어, 멀치(mulch))이 탈수 유닛(114)으로부터 멀리 운송되게 하도록 구성된다. 로딩 플랫폼(142)은 또한 패시아(140)와 한 쌍의 이중 도어(146) 사이에서 절첩되도록 구성되어 제1 컨테이너(102)의 운송 동안 수납될 수 있다. ECU(118)의 기능을 통해 REM 장치(100)를 작동 및 모니터링하기 위한 제어 박스(148)가 또한 패시아(140) 상에 제공되고 운송 동안 제2 컨테이너(102)의 이중 도어(146) 후방에 절첩될 것이다. 비상 정지 및 완전 차단 기능이 또한 패시아(140) 상에 위치된다. REM 장치가 (정기 유지 보수 및 안전 점검 이외의) 작동 상태에 위치된 후에 가스 저장 탱크(120)에 액세스할 필요가 없기 때문에, 구성요소(120)는 바람직하게는 REM 장치(100)의 운송 및 작동 동안 제2 컨테이너(104)의 이중 도어(146) 후방에 고정된 상태로 유지된다.
로딩 플랫폼(142)은 사용자의 중량보다 훨씬 더 많은 중량을 지지할만큼 충분히 강하므로, 한 번에 다량의 배설물/폐기물이 혐기성 소화조 내로 로딩될 수 있다. 경사로(150)에는 또한 로딩 플랫폼(142)이 제공되어 수레와 같은 휠식 운송 디바이스가 로딩 플랫폼(142)의 상단으로 그리고 상단으로부터 쉽게 이동될 수 있게 한다. 경사로(150)는 표준 정사각형 튜브로 구성되며, 상단의 메시 스폿 용접부와 함께 용접되어 전천후 조건에 다루기 쉬운 표면을 제공한다. 경사로(150)는 로딩 플랫폼(142) 상의 대응하는 수용부에 클립 체결되는 각형 후크를 사용하여 로딩 플랫폼(142)에 제거 가능하게 부착되며, 이는 마장과 같이 사용자가 경사로(150)를 제거하고 그 자리에 기존의 경사로를 사용할 수 있게 한다. 로딩 플랫폼(142) 및 경사로(150)는 바람직하게는 아연 도금강으로 제조되어 요소로부터 이들을 보호하고 제조 비용을 감소시킨다. 그리고, 플랫폼(142) 및 경사로(150)의 다리는 바람직하게는 고르지 않은 표면에서와 같이 최대 안정성을 제공하기 위해 상이한 지형에 따라 조절될 수 있다.
복수의 더 작은 컨테이너(106-128 및 902-908)를 포함하는 REM 시스템(900)에서, 배설물/폐기물이 시스템 내로 로딩되는 곳인 초퍼 유닛(106)은 도 10a에 도시된 바와 같이 패시아(140) 대신에 케이터링 마우스(1002)를 포함할 수 있다. 케이터링 마우스(1002)는 초퍼 유닛(106)의 폭을 연장시켜 더 많은 양의 배설물/폐기물이 초퍼에 의해 처리될 수 있게 하는 롤러 셔터 도어(도시되지 않음)를 포함한다. 케이터링 마우스(1002)의 롤러 셔터 도어는 수직으로 개폐되지만, 다른 실시예는 용례에 기초하여 다른 도어 메커니즘을 통합할 수 있다. 케이터링 마우스(1002)는 로딩 플랫폼에 대한 필요 없이 공급 원료를 컨테이너 내부의 호퍼 내로 적당한 높이에서 로딩하는 액세스를 허용한다. 안전 연동 시스템(safety interlock system)은 케이터링 마우스(1002)가 개방된 동안 모든 초퍼 작동을 방지한다.
다른 실시예에서, REM 시스템(900)은 패시아(140) 또는 케이터링 마우스(1002)와 함께 또는 그 대신에 사용될 수 있는 별도의 부패성 입력 옵션(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 이 부패성 입력 옵션은 부패성 또는 슬러지 폐기물을 초퍼 유닛(106) 또는 버퍼 탱크(108) 내로 직접 유입시킨다. 이 부패성 입력은 사용자가 사용자에 의해 발생된 배설물/폐기물의 유형에 기초하여 REM 장치(100 또는 900)의 혐기성 소화를 유도하는 다른 메커니즘을 제공한다. 이 부패성 입력 옵션은 또한 대안적인 유형의 하수/배설물/폐기물이 시스템 내로 유입되기 위한 파이프 라인을 제공할 수 있다. 초퍼 유닛(106)은 초퍼 유닛(106)의 선적을 허용하기 위해 표준 컨테이너의 도어 후방에 끼워맞춰지도록 구성될 수 있다. 다른 컨테이너(902-908)의 내용물(108-128)은 또한 선적을 허용하기 위해 표준 컨테이너의 도어 후방에 끼워맞춰지도록 구성되어야 한다.
c. 통풍
강제 통풍 시스템은 바람직하게는 각각의 컨테이너(102 및 104)에 통합되어 악취 및 폭발성 대기의 축적을 방지한다. 강제 통풍 시스템은 내부에 제공된 지붕창(152)을 거쳐 각각의 컨테이너(102 및 104)를 통해 공기를 순환시키기 위해 각각의 컨테이너(102 및 104)의 내부와 대기 사이에 차압을 발생시키는 전기 팬(도시되지 않음)을 포함한다. 그러한 프로세스는 위험한 가스가 컨테이너(102 및 104) 내에 축적되는 것을 방지할 뿐만 아니라 열을 제거하여 제1 컨테이너(102)에 위치한 기계류를 냉각시키는 것을 돕는다. 물의 유입을 방지하면서 열이 빠져나가게 하도록 루프 원형 벤트(도시되지 않음)가 제공될 수도 있다. 전기 팬이 고장나면, ECU(118)는 알람을 생성하고 REM 장치(100)의 다양한 구성요소(106-128)의 가동 중지를 개시할 것이다.
또한, 통풍 시스템은 REM 장치(100 및 900) 내의 다양한 컨테이너 내에 특정 레벨의 산소가 존재하는 것을 보장하여 혐기성 소화 프로세스를 통해 다양한 컨테이너 내에서 바이오 가스의 생성을 금지하도록 설계된 공기 살포 시스템(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 공기 살포 시스템은 공기를 공기 라인으로 펌핑하는 선형 공기 펌프(도시되지 않음)로 구성된다. 공기 라인은 탱크 베이스 근방의 필요한 탱크로 공급되어, 공기가 고르게 방출되게 하는 천공 루프를 형성한다. 선형 공기 펌프는 전기 구동식이다. 선형 공기 펌프는, 바이오 가스의 생성을 억제하기에 충분한 공기를 전달하고, 임의의 가스가 생성되는 경우, 탱크 내부의 가연성 또는 폭발성 상태를 방지하기 위해 그러한 가스를 충분히 희석할 수 있도록 크기 설정된다. 공기 살포 시스템은 20년 동안 부식 및 침식에 대한 내성을 제공하는 재료로 제조된다.
게다가, 강제 통풍 시스템 및 루프 원형 벤트는 처리될 악취 또는 폭발성 대기를 전달하기 위해 악취 저감 파이프 라인(1006)(도 10)에 부착될 수 있다. 이 실시예에서, 악취 저감 파이프 라인(1006)을 통해 악취 저감 시스템(908)(도 11)으로 전달될 수 없는 과잉 대기만이 배기될 것이다.
d. 루프
제1 컨테이너(102) 및 제2 컨테이너(104)는 태양 에너지를 사용하여 물을 가열하기 위해 가요성 배수관(136A)을 사용하는 방열기 루프를 포함할 수 있다. 그러한 표준 컨테이너는 그 루프에 형성된 홈을 갖고 있기 때문에, 가요성 배수관(136A)은 그 홈에 놓일 수 있다. 그 배수관(136A)은 열을 캡슐화하고, 다시 그 배수관(136A) 내의 물을 가열하기 위해 UV-보호된 플라스틱 시트로 덮이게 된다. 솔라 패널은 태양 에너지를 사용하여 물을 가열하고 및/또는 전기를 발생시키기 위해 제1 컨테이너(102) 및 제2 컨테이너의 루프 상에 위치될 수 있다. 그 온난수 및 전기는 REM 장치(100)의 다른 구성요소(106-128)의 작동을 지원하는 데에(예를 들어, 배설물/폐기물 및/또는 동력 펌프(132A-132D) 및 기타 전자 기기를 가열하는 데에) 사용될 수 있고 및/또는 바이오 가스 엔진(122)으로 생성된 열 및 전기를 보충하는 데에 사용될 수 있다. 초퍼 유닛(106)에 사용하기 위해 컨테이너(102 및 104)의 루프로부터 빗물이 수확될 수도 있다. 루프는 또한 낙뢰로부터 컨테이너(102 및 104) 및 그 내용물을 보호하기 위한 피뢰침 또는 이와 동등한 디바이스를 포함할 수 있다.
게다가, REM 장치(100 및 900)에 의해 사용되는 CHP를 대체하기 위해 솔라 열/전기 패널이 컨테이너(102, 104, 1000, 1100, 1200 및 1300)의 루프에 통합되거나 부착될 수 있다. 이들 솔라 패널은 ECU(118)에 의해 제어될 수 있다.
ii. 초퍼 유닛(106)
초퍼 유닛(106)은 제1 컨테이너(102)의 원위 단부에 배치될 수 있다. 대안적으로, 초퍼 유닛(106)은 도 9 내지 도 10에 도시된 바와 같이 별도의 10-피트 컨테이너(1000) 내에 수용될 수 있다. 초퍼 유닛(106)은 배설물/폐기물 퇴적물을 REM 장치(100 또는 900) 내로 로딩하기 위한 입력 설비로서 기능한다. 초퍼 유닛(106)은 또한 그 안의 밸브(134)를 자동으로 개폐하는 데에 사용하기 위한 공기 압축기(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 초퍼 유닛(106)은 호퍼(200), 혼합 탱크(202), 및 균질화 펌프(204)를 포함할 수 있다. 호퍼(200)는 내부에 배설물/폐기물의 용이한 로딩을 촉진시키도록 초퍼 유닛(106)의 개구로서 형성된다. 호퍼(200)는 초퍼 유닛(106)을 로딩하기 위해 개방되어야 하는 한 쌍의 도어(206)를 포함한다. 이들 도어(206)는 제1 컨테이너(102)의 패시아(140)에서 액세스 가능하고 자기 걸쇠에 의해 폐쇄된 상태로 유지된다. 호퍼(200)는 바람직하게는 삽/가래 또는 다른 로딩 장비에 의해 부딪치거나 긁힐 수 있기 때문에 스테인리스강 또는 다른 내식성 재료(예를 들어, 아연 도금강)로 제조되고, 도어(206)는 바람직하게는 도어(206)가 폐쇄된 경우 사용자가 혼합/침수 프로세스를 볼 수 있도록 내구성 투명 재료(예를 들어, 플렉시 글라스)로 제조된다. 이들 도어(206)는 또한 개방될 때 초퍼 유닛(106)의 작동을 방지하여 사용자 또는 도구가 균질화 펌프(204)에 의해 혼합 탱크(202) 안으로 끌려 들어가는 것을 방지함으로써 안전 피처를 제공한다. 그 기능은 ECU(118)에 의해 제어된다.
도 10a에 도시된 바와 같이, 초퍼 유닛(106)은 한 쌍의 힌지형 도어(206) 대신에 자동화된 롤러 셔터 도어를 갖는 케이터링 마우스(1002)를 포함할 수 있다. 케이터링 마우스(1002)는 공급 원료를 컨테이너 내부의 호퍼(200) 내로 적당한 높이에서 로딩하는 액세스를 허용한다. 안전 연동 시스템은 셔터 도어가 개방된 동안 모든 초퍼 작동을 방지한다. 초퍼 유닛(106)은 또한 혼합 탱크(202) 내로 직접 공급되는 부패성 입력 옵션(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 케이터링 마우스(1002)는 컨테이너의 각 코너에 컨테이너 블록을 갖는 10-피트 선적 컨테이너 내에 수용될 수 있어 선적 컨테이너의 취급 및 로딩 이점을 가능하게 한다. 필요에 따라 다수의 초퍼 유닛(106)이 REM 장치에 통합될 수 있다.
컨테이너는 롤러 셔터 도어를 위한 개구를 제공하고 입력 및 출력을 위한 배관이 컨테이너 측면을 관통하게 하도록 수정된다. 구조적 무결성을 유지하기 위해 모든 개구와 관통부가 보강된다. 화물 도어는 유지 보수를 위한 액세스를 제공하도록 유지된다. 컨테이너(1000)의 화물 도어 및 케이터링 마우스(1002)의 롤러 셔터 도어가 폐쇄된 상태에서(예를 들어, 유지 보수 중이 아닐 때), 컨테이너는 설치류, 조류 및 다른 동물이 들어가는 것을 방지하기 위해 모든 측면에서 완전히 밀폐된다. 컨테이너 도어가 개방되어 있는 동안 안전 연동 장치는 모든 작동을 방지한다.
케이터링 마우스(1002)의 롤러 셔터 도어는 컨테이너(1000) 내부의 수용 호퍼(200) 내로 공급 원료를 로딩하는 액세스를 허용한다. 도어는 초퍼 유닛(106) 외부의 제어 유닛(1022)을 통해 제어된다. 안전 연동 장치는 셔터 도어(1002)가 개방되어 있는 동안 모든 초퍼 작동을 방지한다. 초퍼 유닛(106)은 공급 원료가 수동으로 로딩될 수 있거나 로딩 프로세스를 보조하기 위해 통 리프터(도시되지 않음)를 구비할 수 있다. 로딩 메커니즘은 케이스마다 다를 수 있으며 특정 케이스의 폐기물 수집 특성(폐기물 컨테이너 유형 및 크기, 빈도 등)에 기초하여 선택된다. 이 실시예에서, 초퍼 유닛(106)의 로딩 지점은 음식 폐기물을 수용하고 처리하는 데에 특히 적합하기 때문에 케이터링 마우스(1002)로 지칭된다.
초퍼 유닛(106)은 또한 호퍼(200)를 통해 혼합 탱크(202) 내로 이동되는 배설물/폐기물을 균질화하는 기능을 한다. 액체(예를 들어, 상수 및/또는 하수)는 배수관(136A)을 통해 초퍼 유닛(106) 내로 공급되고, 균질화 펌프(204)를 사용하여 혼합 탱크(202)에서 배설물/폐기물과 혼합되어 액체 및 배설물/폐기물을 재순환, 침수 및 균질화한다. 대안적으로, 배수관(136A)을 통해 공급되는 액체는 외부 상수의 필요성을 제거하기 위해 리큐어 도우징 탱크(1009) 내에 저장된 하수를 사용할 수 있다. 물/배설물/폐기물 혼합물은 균질화 펌프(204)에 의해 충분히 미세하게 잘게 썰려서 구성요소(106-114) 사이를 이동할 때 REM 장치(100)의 폐기물 밸브(134B) 또는 폐기물 배관(136B)을 폐색시키지 않을 것이다. 액체는 필요에 따라 혼합기 공급 펌프(132A)에 의해 혼합 탱크(202) 내로 펌핑되어 가수분해에 필요한 혼합 탱크(132) 내의 액체와 배설물/폐기물의 적절한 혼합물을 제공한다. 이 유량은 혼합 탱크(202) 내에 퇴적된 배설물/폐기물의 양에 기초하여 ECU(118)에 의해 제어된다. 그리고, 액체는 바람직하게는 REM 장치(100)의 효율을 더 추가하기 위해 재생식으로 탈수 유닛(114)으로부터 다시 혼합 탱크(202)로 재순환되는 하수이다.
혼합 탱크(202)는 호퍼(200)와 함께 아래에 위치설정되어 있어, 배설물/폐기물은 호퍼(200)를 통해 혼합 탱크(202) 내로 직접 공급된다. 혼합 탱크(132)는 바람직하게는 폐기물 밸브(136B) 또는 폐기물 배관(128B)을 폐색할 수 있는 더 큰 부스러기를 포착하도록 일체형 돌 트랩(154)(도 1e)을 포함한다. 돌 트랩(154)은 REM 장치(100)의 시운전 후에 결정된 규칙에 기초하여 방출될 필요가 있으며, 따라서 바람직하게는 패시아(140)의 액세스 해치를 통해 액세스 가능하다. 초퍼 유닛(106)은 사용자의 출력 요건 및/또는 처리되는 특정 유형의 배설물/폐기물을 충족시키도록 크기 설정될 수 있다. 그리고, 배설물/폐기물 유형은 일반적으로 높은 체적 및 낮은 중량 또는 높은 중량 및 낮은 체적을 갖기 때문에, 혼합 탱크(202)는 혼합 탱크(202)가 REM 장치(100)의 한계를 초과하는 일 없이 실질적으로 임의의 유형의 배설물/폐기물로 채워질 수 있는 가시적 레벨 마커를 가질 것이다.
레벨 마커(예를 들어, 60 리터)로 표시된 체적은 사용자에 의해 혼합 탱크(202) 내로 로딩된 배설물/폐기물 및 배수관(136A)을 통해 초퍼 유닛(106)으로 공급된 액체를 모두 포함한다. ECU(118)는 폐기물/배설물의 중량 및 유형에 기초하여 폐기물/배설물과 혼합하기에 적절한 양의 액체를 자동으로 결정할 것이다. 예를 들어, 매우 건조하고 및/또는 조밀한 폐기물/배설물(예를 들어, 말 분뇨)은 최대 9:1의 희석 비율을 요구할 수 있는 반면, 보다 습하고 및/또는 덜 조밀한 폐기물/배설물(예를 들어, 채소 폐기물)은 약 4:1의 희석 비율을 요구할 수 있다. 조밀한 폐기물/배설물의 중량은 반드시 덜 조밀한 폐기물 배설물보다 적기 때문에, 혼합 탱크(108) 내의 물/폐기물/배설물의 결과적인 전체 체적은 어떤 유형의 폐기물/배설물이 내부에 위치되어 있는지에 관계 없이 동일할 것이다(즉, 15 kg의 말 분뇨와 45 kg의 채소 폐기물은 모두 적절한 양의 액체가 첨가될 때 60 리터 체적을 채울 것이다). 폐기물/배설물의 유형 및/또는 중량은 사용자에 의해 ECU(118)로 입력될 수 있고 및/또는 예를 들어, 전자 저을 이용하여 ECU(118)에 의해 자동으로 측정될 수 있으므로, ECU(118)는 폐기물/배설물과 혼합할 적절한 액체의 양을 결정할 수 있다.
도 9에 도시된 REM 장치(900)에서, 초퍼 유닛(106)은 호퍼(200), 균질화 펌프(204), 공급 펌프(132A), 리큐어 도우징 시스템(1008), 및 악취 저감 파이프 라인(1006)을 포함할 수 있다. 호퍼(200)는 케이터링 마우스(1002)의 롤러 셔터 도어를 개방함으로써 도달될 수 있으며, 롤러 셔터 도어는 최대 360 리터 통의 크기의 컨테이너로부터의 로딩을 수용하기에 충분히 큰 직사각형 개구를 통한 액세스를 허용한다. 호퍼 조립체(200)는 수용 호퍼(200), 호퍼 스크레이퍼(1018), 공급 오거(1020), 및 오거 모터(1012)를 포함한다.
로딩된 공급 원료는 하루에 3,000 kg의 새로운 공급 원료가 적어도 4개의 공급 세션에서 로딩될 수 있게 하는 2,000 리터 수용 호퍼(200)에 의해 수용된다. 호퍼(200)의 측면은 중력이 공급 원료를 호퍼(200)의 바닥으로 강제로 내려가게 하도록 충분히 경사져 있으며, 여기서 호퍼의 바닥은 공급 오거(1020)를 수용하는 트로프에 들어간다. 호퍼(200) 및 오거 트로프는 20년 동안 부식 및 침식에 대한 내성을 제공하도록 적절한 코팅이 있는 연강으로 제조될 수 있다.
호퍼 스크레이퍼(1018)는 공압 작동식 디바이스로서 수용 호퍼(200)의 경사 측면 중 하나에 장착된다. 호퍼 스크레이퍼는 호퍼(200) 내의 공급 원료가 오거(1020)에 들어가고 호퍼(200)의 공급 원료가 "브리징(bridging)"되는 것을 방지하는 데에 일조하도록 설계된다.
공급 오거(1020)는 호퍼(200)의 베이스에서 트로프 내에 장착된 전기 구동식 스크류 컨베이어이다. 공급 오거는 호퍼(200)로부터 공급 원료를 수용하고 이를 균질화 펌프(204)로 이송한다. 오거(1020)는 하루에 적어도 3,000 kg의 공급 원료에 대한 처리량 요건을 충족시키는 적절한 용량을 갖는다.
공급 오거(1020)는 음식 폐기물을 수용 호퍼(200)로부터 균질화 펌프(204)로 이송한다. 균질화 펌프(204)는 공급 원료의 입자 크기를 최대 5 mm로 감소시킨다. 특정 균질화 펌프(204)는 하루에 적어도 3,000 kg의 공급 원료가 처리되게 하는 적절한 처리량 용량에 기초하여 선택된다. 특정 균질화 펌프는 커트러리, 도자기류 및 유리와 같이 처리될 수 없는 대형 고체 물체를 수집하여 쉽게 제거할 수 있는 설비를 갖는다. 균질화 펌프(204) 내에서, 새롭게 침수된 공급 원료는 리큐어 도우징 시스템(1008)으로부터의 리큐어와 혼합되어 희석된다.
a. 리큐어 도우징 시스템(1008)
도 10a 및 도 10c에 도시된 바와 같이, 리큐어 도우징 시스템(1008)은 도우징 탱크(1009) 및 도우징 펌프(1010)를 포함한다. 도우징 탱크(1009)는 초퍼 유닛(106)을 수용하는 컨테이너(1000) 내부에 배치된 소형 폴리머 탱크이다. 도우징 탱크는 리큐어 탱크(126)로부터의 리큐어로 채워지고, 그 내용물은 새로운 침수된 공급 원료와 혼합되고 희석되어 공급 원료 유동에서 부유 고체의 수준을 감소시키는 데에 사용된다. 도우징 탱크(1009) 내부의 레벨 표시기는 도우징 탱크(1009) 레벨이 낮을 때 ECU(118)가 모든 초퍼 작동을 중단하게 하여, 도우징 탱크 레벨이 낮을 때 리큐어 탱크(126)로부터 도우징 탱크(1009)로의 리큐어 유동을 허용하고, 도우징 탱크 레벨이 높을 때 리큐어 탱크(126)로부터 도우징 탱크(1009)로의 리큐어 유동을 방지한다. 도우징 펌프(1010)는 리큐어를 도우징 탱크(1009)로부터 균질화 펌프(204) 내로 펌핑하는 전기 구동식 콤팩트 추진 공동형 펌프(electrically driven compact progressive cavity pump)이다.
리큐어 도우징 시스템(1008)은 공급 원료 유동성에 기초하여 필요에 따라 작동되며, 특정 폐기물 스트림 또는 특정 시장에 대한 도우징 펌프(1010)의 제약과 부합하도록 새로운 공급 원료의 부유 고체의 수준을 감소시키도록 설계된다. 부유 고체의 수준은 6% 내지 72%( "공급 원료 희석")의 범위일 수 있다. 리큐어 도우징 시스템(1008)은 생성된 리큐어의 일부를 커맨드 유닛(902) 또는 컨테이너(102) 내의 리큐어 탱크(126)로부터 초퍼 유닛(106)으로 자동 펌핑한다. 초퍼 유닛(106)에서, 리큐어는 새로 잘게 썰린 공급 원료와 혼합되어 공급 원료 혼합물이 시스템을 통해 펌핑되기에 충분히 유체가 되는 것을 보장한다. 이 프로세스에 담수 대신에 리큐어를 사용하면 추가적인 청정수의 입력 요구를 제거하고 소화 프로세스 중에 공급 원료에서 추출되는 에너지의 양을 최대화한다. 이 프로세스는 처리된 공급 원료에 기초하여 ECU(118)에 의해 제어된다. 공급 펌프(132A) 전에 균질화 펌프(204)에서 희석이 발생하여, 희석된 혼합물이 공급 펌프(132A)에 의해 버퍼 탱크(108) 내로 펌핑될 수 있게 한다.
리큐어 도우징 시스템(1008)은 또한 분리 컬럼 및 샘플링 지점을 갖는 추가 탱크(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 분리 컬럼 및 샘플링 지점은 ECU(118)가 도우징 프로세스를 보다 잘 제어할 수 있도록 공급 원료 유동성을 모니터링하기 위한 센서를 포함한다. 분리 컬럼 및 샘플링 지점은 또한 수동 및/또는 시각적 유동성 평가를 위해 REM 장치(900)의 사용자에 의한 액세스를 허용하도록 구성될 수 있다.
b. 악취 저감 파이프 라인(1006)
초퍼 유닛(106)의 악취 저감 파이프 라인(1006)은 적어도 리큐어 도우징 탱크(1009), 버퍼 탱크(108), 소형 유지 탱크(110), 대형 유지 탱크(112), 및 수용 호퍼 조립체(200) 위의 개방된 공기 공간으로부터의 악취를 저감시키도록 설계된다. 수용 호퍼 조립체(200) 위의 개방된 공기 공간 내에 수용된 공기는 팬에 의해 악취 저감 파이프 라인(1006)으로 능동적으로 끌어 당겨진다. 대안적으로, 탱크에 대한 연결은 탱크의 충전 및 비우기 동안 탱크 내부의 공기가 파이프 라인을 통해 변위되도록 수동적일 수 있다. 악취 저감 파이프 라인(1006)은 컨테이너의 벽을 통해 초퍼 유닛(106)을 떠나 시스템의 외부 악취 저감 시스템(908)으로 안내된다. 악취 저감 시스템(908)은 임의적으로 커맨드 유닛(902)에 설치될 수 있다.
iii. 커맨드 유닛(902)
커맨드 유닛(902)은 다양한 구성요소(106-128)를 갖는 컨테이너 내에 수용될 수 있거나, 20-피트 컨테이너 내에 개별적으로 저장될 수 있다. 커맨드 유닛(902)은 ECU(118), 버퍼 탱크(108), 리큐어 탱크(126), 소형 유지 탱크(110), 중앙 배수 라인(1007), 및 악취 저감 파이프 라인(1006)을 포함할 수 있다. 커맨드 유닛(902)은 별도로 설명된 시스템의 각각의 구성 부품과 유사한 기능을 제공한다. 그러나, 컨테이너(102)로부터 커맨드 유닛(902)의 분리는 REM 장치(900)에 다수의 초퍼 유닛(106) 또는 다수의 소화조 유닛(904)과 함께 단일 커맨드 유닛(902)을 사용하는 유연성을 제공한다. 커맨드 유닛(902)으로부터 처리된 혐기 소화액은 소화조 유닛(904)으로 이동한다.
a. 버퍼 탱크(108)
버퍼 탱크(108)는 초퍼 유닛(106)으로부터 물/배설물/폐기물 혼합물을 수용하고 이를 소형 유지 탱크(110)로 이동시키기 전에 저장한다. 버퍼 탱크는 단지 혼합보다는 저장을 위해 사용되기 때문에, 버퍼 탱크(108)는 초퍼 유닛(106)의 혼합 탱크(202)보다 더 큰 크기이다. 물/배설물/폐기물 혼합물은, 재순환 루프를 폐쇄하고 물/배설물/폐기물 혼합물을 버퍼 탱크(108)로 재지향시키도록 하나의 폐기물 밸브(134B)를 개방하고 다른 하나를 폐쇄함으로써, 균질화 펌프(204)를 이용하여 초퍼 유닛(106)의 혼합 탱크(202)로부터 버퍼 탱크(108)로 이동된다. 그러한 폐기물 밸브(134B)의 개폐는 미리 결정된 사이클 시간에 기초하여 ECU(118)에 의해 제어된다.
버퍼 탱크(108)는, 물/배설물/폐기물 혼합물을 소형 유지 탱크(110) 및 대형 유지 탱크(112) 내로 이동되기 전에 가온시킴으로써 소형 유지 탱크(110) 및 대형 유지 탱크(112)에 대한 "버퍼"로서 기능한다. 그 가온은 바람직하게는 버퍼 탱크(108) 내에 배치된 열 교환기(156)에 의해 수행된다. 열 교환기(156)는 대형 유지 탱크(112) 내에 퇴적하기 전에 열 교환기(156)를 통해 소형 유지 탱크(110)를 이용하여 생성된 가열되고 부분적으로 저온 살균 또는 소화된 물/배설물/폐기물을 펌핑함으로써 열 에너지를 수신한다. 그러한 열 에너지의 교환은 저온 살균이 필요할 때 저온 살균 프로세스를 완료할 뿐만 아니라 가열되고 부분적으로 저온 살균 또는 소화된 물/배설물/폐기물 혼합물의 온도를 대형 유지 탱크(112) 내에 퇴적되기 전에 35-40℃로 감소시키는 데에 필수적이다.
가열되고 부분적으로 저온 살균 또는 소화된 물/배설물/폐기물은 ECU(118)에 의해 제어되고 가열되고 부분적으로 저온 살균 또는 소화된 물/배설물/폐기물을 대형 유지 탱크(112)로 공급하도록 작동되는 소화조 공급 펌프(132B)에 의해 펌핑된다. 이 작동은 물/배설물/폐기물 혼합물을 소형 유지 탱크(110)로 이동시키기 전에 예열하는 역할을 할 뿐만 아니라, 대형 유지 탱크(112)로 이동시키기 전에 가열되고 부분적으로 저온 살균 또는 소화된 물/배설물/폐기물로부터 열을 유리하게 제거한다. 아래에 설명된 바와 같이, 가열되고 부분적으로 저온 살균 또는 소화된 물/배설물/폐기물은 바람직하게는 대형 유지 탱크(112) 내에 퇴적되기 전에 약 40℃로 냉각된다.
예열된 물/배설물/폐기물이 소형 유지 탱크(110)로 이동되게 하는 폐기물 배관(136B)은 바람직하게는 컨테이너(102)의 바닥 내에 끼워맞춤되어 버퍼 탱크(108)가 바닥으로부터 배수될 수 있고 소형 유지 탱크(110)가 바닥으로부터 공급될 수 있다. 공간이 허용되지 않고 소형 유지 탱크(110)가 상부로부터 공급되어야 하는 경우, 공급 튜브는 바람직하게는 버퍼 탱크(108)의 바닥 및/또는 각각의 소형 유지 탱크(110)의 바닥까지 연장되어 혼합물이 버퍼 탱크(108)의 바닥으로부터 인출되고 및/또는 소형 유지 탱크(110)의 바닥에 퇴적될 수 있다. 버퍼 탱크(108)는 바람직하게는 적어도 2일 동안 REM 장치(100)의 연속 작동을 허용하도록 크기 설정된다. 그리고, 버퍼 탱크는 바람직하게는 제조 비용을 절감하도록 강철 또는 유리 섬유로 제조된다.
버퍼 탱크 공기 살포 시스템(도시되지 않음)은 혐기성 소화 프로세스를 통해 탱크 내부의 바이오 가스의 생성을 금지하기 위해 버퍼 탱크(108) 내에 특정 레벨의 산소가 존재하는 것을 보장하도록 설계된다. 공기 살포 시스템은 공기를 공기 라인으로 펌핑하는 선형 공기 펌프로 구성된다. 공기 라인은 탱크 내부에서 탱크 베이스로 유도되며, 베이스에서 공기 라인은 공기가 고르게 방출되게 하는 천공 루프를 형성한다. 선형 공기 펌프는 전기 구동식이다. 선형 공기 펌프는, 바이오 가스의 생성을 억제하기에 충분한 공기를 전달하고, 임의의 가스가 생성되는 경우, 탱크 내부의 가연성 또는 폭발성 상태를 방지하기 위해 그러한 가스를 충분히 희석할 수 있도록 크기 설정된다.
버퍼 탱크 오버플로우 시스템(1118)은 버퍼 탱크(108)의 과충전을 방지하기 위한 안전 조치이다. 버퍼 탱크 오버플로우 시스템은 커맨드 유닛(902)의 중앙 배수 라인(1116)에 연결될 수 있는, 영구적으로 방해받지 않는 방출 지점(1118)을 버퍼 탱크(108)의 상단에 포함한다.
b. 소형 유지 탱크(110)
도 1a 내지 도 1e를 참조하면, 예열된 물/배설물/폐기물은 저온 살균 공급 펌프(132C)에 의해 버퍼 탱크(108)로부터 소형 유지 탱크(110)로 펌핑된다. 그 펌프(132C)는 ECU(118)에 의해 제어되는 미리 정해진 공급 사이클로 작동한다. 소형 유지 탱크(110)에서, 예열된 물/배설물/폐기물은 가열되고 교반되어, 저온 살균을 야기하거나, 저온 살균이 전체 혐기성 소화 프로세스에 필요하지 않은 경우, 호열성 혐기성 소화를 야기한다. 각각의 소형 유지 탱크(110) 내의 예열된 물/배설물/폐기물은 가스 혼합기(158)(도 1e)로 연속적으로 교반되어 저온 살균 또는 호열성 혐기성 소화 프로세스 동안 고체 및 액체를 현탁 상태로 유지한다. 그 혼합물은 그 안에 수용된 혼합물을 약 55-75℃로 가열할 수 있는 히터(160)(도 1e)로 가열된다. 가스 혼합기(158)는 압축기(128)에 의해 가압되고 호기성 호열성 소화를 촉진하기 위해 각각의 소형 유지 탱크(110)의 바닥으로 직접 공기를 주입하여 저온 살균 동안 가열 요건을 보충하는 노즐을 포함한다. 그리고, 히터(140)는 물/배설물/폐기물 혼합물이 직접 가열될 수 있도록 소형 유지 탱크(110)의 내부에 배치되는 전기 침지 히터 또는 수계 보일러 공급 코일 히터이다.
소형 유지 탱크(110) 각각은 그 안에 배치된 물/배설물/폐기물을 가열하는 데에 필요한 에너지를 감소시키기 위해 비교적 작은 체적(예를 들어, 약 1,800 리터)을 갖는다. 히터(160)에 대한 부하는 바이오 가스 엔진(122) 및/또는 균질화 펌프(204), 탈수 유닛(114), 또는 REM 장치(100)의 다른 펌프(132A-132D)를 구동하는 엔진으로부터 열을 재생식으로 회수함으로써 추가로 감소되어 REM 장치(100)의 효율을 추가로 증가시킬 수 있다. 그리고, 전술한 바와 같이, 소형 유지 탱크(110)는 전체 혐기성 소화 프로세스에 저온 살균이 필요한지의 여부에 따라, 그 안에 배치된 물/배설물/폐기물에 대해 저온 살균 또는 호열성 혐기성 소화를 수행하는 데에 사용될 수 있다. 소형 유지 탱크가 호열성 혐기성 소화를 수행하는 데에 사용되는 경우, 바이오 가스가 소형 유지 탱크(110)에서 생성되어, 대형 유지 탱크(112)와 관련하여 아래에 설명된 것과 유사한 예방 조치(예를 들어, 물/배설물/폐기물을 공기 대신에 바이오 가스와 혼합시키는 것, 바이오 가스를 가스 저장 탱크로 바이오 가스를 송출하는 것, 소형 소화조 탱크(110)를 스파크를 야기할 수 있는 기계류 및 전자 기기로부터 분리하는 것 등)을 취해야 할 것이다. 소형 유지 탱크(110)는 또한 리큐어 탱크(126)에서 하수의 소화 프로세스를 저지하는 것과 같은 다른 목적을 위해 사용될 수 있다.
소형 유지 탱크(110)는 공급, 유지 및 방출의 오프셋 사이클을 포함하는 배치 모드(batch mode)로 작동된다. 예를 들어, 제1 소형 유지 탱크(110)에 버퍼 탱크(108)로부터의 예열된 물/배설물/폐기물이 공급되고 채워진 후에, 제1 소형 유지 탱크는 전술한 바와 같이 교반 및 가열되는 동안 상기 예열된 물/배설물/폐기물을 유지할 것이다. 제2 소형 유지 탱크(110)는 제1 소형 유지 탱크(110) 후에 공급되어 채워질 것이다. 이어서, 가열되고 부분적으로 저온 살균된 또는 소화된 물/배설물/폐기물은 제1 소형 유지 탱크(110)로부터 방출되는 반면, 제2 소형 유지 탱크(110)는 채워진 예열된 물/배설물/폐기물을 유지하고 교반하며 가열한다. 그리고, 가열되고 부분적으로 저온 살균된 또는 소화된 물/배설물/폐기물은 첫번째 제2 유지 탱크(110)로부터 방출되는 반면, 제2 소형 유지 탱크(110)는 버퍼 탱크(108)로부터의 예열된 물/배설물/폐기물의 새로운 배치(batch)로 채워진다. 물/폐기물/배설물은 제1 및 제2 소화 탱크(110) 사이에서 필요에 따라 전후로 반복되는 방식으로 소형 유지 탱크(110)를 통해 순환된다. 충전량은 소형 유지 탱크(110) 내의 레벨 센서(LS) 세트를 사용하여 ECU(118)에 의해 제어된다. 그리고, 단지 2개의 소형 유지 탱크(110)가 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있지만, REM 장치는 사용자의 처리 요구를 충족시키기 위해 필요한 많은 소형 유지 탱크(110)를 사용할 수 있다.
가열되고 부분적으로 저온 살균된 또는 소화된 물/배설물/폐기물이 버퍼 탱크(108) 내의 열 교환기(136)로 이동되는 폐기물 배관(136B)은 바람직하게는 컨테이너(102)의 바닥 내에 끼워맞춤되어, 혼합물이 버퍼 탱크(108)의 바닥을 통해 공급될 수 있어 가열되고 부분적으로 저온 살균된 또는 소화된 물/폐기물/배설물이 버퍼 탱크(108)의 열 교환기(156)를 통해 그리고 대형 유지 탱크(112)를 향해 유동할 때 적절한 온도 구배(즉, 바닥에서 가장 뜨겁고 상단에서 가장 차가움)를 제공한다. 각각의 소형 유지 탱크(110)는 효율을 개선시키기 위해 절연된다. 바람직하게는, 소형 유지 탱크(110)는 제조 비용을 감소시키기 위해 PVC로 형성되고, 양모와 같은 "녹색" 재료가 절연체를 형성하는 데에 사용된다. 절연체는 소형 유지 탱크(110)를 둘러싸도록 함께 연결될 수 있는 모듈식 연동 피스로 형성될 수 있다.
게다가, 소형 유지 탱크(110)는 리큐어 탱크(126)로부터 운반된 하수를 처리하는 데에 사용될 수 있다. 배설물/폐기물의 저온 살균과 유사하게, 이 프로세스는 리큐어 탱크(126)로부터의 혐기 소화액/리큐어를 특정 온도로 가열하고 이를 시스템으로부터 오프로드되기 전에 해당 온도로 특정 시간(즉, 저온 살균 프로세스) 동안 유지하도록 설계된다. REM 장치(100 및 900)는 5 시간 동안 57℃의 최소 온도에서 저온 살균한다. 이들 저온 살균 특성은 바람직하게는 공급 원료에 대한 품질 및 저장 제어 요건을 준수하여, 저온 살균된 리큐어에 판매 가능한 액체 비료로서의 자격을 준다.
소형 유지 탱크(110)의 이 실시예는 각각 약 1,000 리터의 용량을 갖는 2개의 원통형 폴리프로필렌 탱크를 갖는다. 소형 유지 탱크(110)는 악취 저감 파이프 라인(1006)을 통해 악취 저감 시스템(908)에 연결되며, 구조적으로 견고하고 임의의 재료 또는 가스의 누설을 방지하도록 설계된다. 탱크는 내용물로부터 열 에너지의 전달을 감소시키도록 모든 표면에서 절연되어 있다. 각 탱크는 유지 보수를 위해 탱크 내부에 대한 액세스를 제공하는 맨홀을 통합한다.
가득 찬 경우, 소형 유지 탱크(110)는 최소 57℃의 온도까지 가열되고 이 온도에서 5 시간 동안 유지된다. 각각의 소형 유지 탱크(110)의 내용물로의 열 에너지의 전달은 내부 열 교환기(도시되지 않음)를 통해 달성되며, 내부 열 교환기는 소형 유지 탱크(110) 내에 안착되고 온수(CHP 또는 보일러(922)로부터 공급된)의 열 에너지가 소형 유지 탱크(110)의 내용물로 전달되게 하는 스테인리스강으로 구성된다. 온도는 소형 유지 탱크(110) 내부에 장착된 온도 센서를 통해 지속적으로 측정되고 센서 판독값을 참조하여 주 제어 시스템에 의해 자동으로 제어되는 공압 작동식 3-포트 제어 밸브를 통해 조절된다.
각각의 소형 유지 탱크(110)는 소형 유지 탱크(110)의 내용물을 혼합하고 리큐어의 침전, 분리 또는 층화(stratification)를 방지하도록 설계된 별도의 재순환 시스템(1114)을 갖는다. 재순환은 탱크의 외부에 장착된 전기 구동식 원심 펌프(1114)를 통해 제공되며, 흡입은 탱크의 바닥 근방에 연결되고 방출부(1108)는 탱크의 중앙 레벨을 향해 연결된다.
각각의 소형 유지 탱크(110)는 혐기성 소화 프로세스를 통해 탱크 내부의 바이오 가스의 생성을 금지하기 위해 탱크 내에 특정 레벨의 산소가 존재하는 것을 보장하도록 설계된 별도의 공기 살포 시스템(1123)을 갖는다. 공기 살포 시스템(1123)은 공기를 공기 라인으로 펌핑하는 선형 공기 펌프로 구성된다. 공기 라인은 탱크 내부에서 탱크 베이스로 유도되며, 베이스에서 공기 라인은 공기가 고르게 방출되게 하는 천공 루프를 형성한다. 선형 공기 펌프는 전기 구동식이다. 선형 공기 펌프는, 바이오 가스의 생성을 억제하기에 충분한 공기를 전달하고, 임의의 가스가 생성되는 경우, 탱크 내부의 가연성 또는 폭발성 상태를 방지하기 위해 그러한 가스를 충분히 희석할 수 있도록 크기 설정된다.
소형 유지 탱크(100) 오프로드 시스템은 저온 살균된 리큐어 - 액체 비료 또는 비료로 분류 가능함 - 가 오프로드되게 한다. 오프로드 시스템은 탱크의 외부에 장착된 단일 전기 구동식 원심 펌프(1104)를 통합하고, 흡입은 양쪽 탱크에 연결된다. 방출은 커맨드 유닛(902)측의 방출 지점으로 이어진다. 소형 유지 탱크(110)에서 자동 저온 살균 사이클이 완료되면, HMI는 시스템이 비료의 오프로드될 준비가 되었음을 표시할 것이다. 오프로드 절차를 시작하면, 오프로드 펌프(1104)는 커맨드 유닛(902)측의 오프로드 지점으로 리큐어를 방출시킨다. 오프로드 지점은 현장-특정 비료 오프로드/저장 설비에 연결되어야 한다(예를 들어, 분리 가능한 가요성 호스가 저장 컨테이너로 이어짐).
소형 유지 탱크 배수 시스템(1110)은 소형 유지 탱크(110)가 유지 보수 목적으로 비워져야 할 때 사용된다. 배수 시스템(1108)은 각각의 소형 유지 탱크(110)의 바닥으로부터 수동 조작식 볼 밸브를 통해 커맨드 유닛(902)의 중앙 배수 라인(1116)에 연결된다.
c. 리큐어 탱크(126)
리큐어 탱크(126)는 탈수 유닛(114)을 통해 배설물/폐기물로부터 분리된 하수 또는 리큐어를 유지하는 역할을 한다. 리큐어 탱크는 또한 구성요소(106-128)에서 다양한 프로세스 중 임의의 하나 동안 분리된 리큐어가 공급될 수 있다. 리큐어 탱크(126)는 구성요소(106-128)에서 다양한 프로세스에 필요할 때까지 리큐어를 저장하도록 사용된다. 예를 들어, 리큐어 탱크는 희석 프로세스를 돕기 위해 리큐어를 초퍼 유닛(106)으로 다시 공급하기 위해 사용될 수 있다. 리큐어 탱크(126)로부터의 리큐어는 대안적으로 각각의 프로세스를 돕기 위해 버퍼 탱크(108), 소형 유지 탱크(110), 또는 소화조 유닛(904)에 필요한 리큐어를 공급하기 위해 사용될 수 있다.
도 1a 내지 도 1e에 도시된 실시예에서 리큐어 탱크(126)는 탈수 유닛(114)의 탈수 탱크(300) 근방 및 그 아래의 위치에서 제1 컨테이너(102)에 인접하여 배치되어 탈수 유닛(114)에 의해 생성된 고체 비료 및 액체 비료가 리큐어 탱크(126) 내로 중력에 의해 공급된다. 그러한 목적을 달성하기 위해, 탈수 탱크(300)는 이를 리큐어 탱크(126) 위의 위치에서 지지하는 베이스(308) 상에 배치된다. 그리고, 리큐어 탱크(126)는 제1 컨테이너(102)에 인접하게 배치되는 것으로 도시되어 있지만, 탈수 유닛(114)과 유사한 관계로 제1 컨테이너(102) 내부에 배치될 수도 있다.
리큐어 탱크(126)는 또한 제1 컨테이너(102)에 인접하여 배치될 수 있다. 그리고, 혐기성 소화 프로세스가 완료되기까지 몇 주가 걸릴 수 있지만, 제1 사이클이 완료된 후, 사용자가 새로운 배설물/폐기물을 초퍼 유닛(106)에 로딩할 때마다 고체 및 액체 비료가 추출될 준비가 되어야 한다. 고체 비료는 동물 잠자리에 적절한 멀치일 수 있다. 그리고, 하수의 적어도 일부는 가수분해를 위해 필요에 따라 혼합 탱크(132)에 로딩되는 배설물/폐기물과의 혼합을 위해 혼합기 공급 펌프(132A)에 의해 재순환될 수 있다. 혼합기 공급 펌프(132A)에 의한 하수의 재순환은 해당 펌프(132A)를 자동으로 작동시키고 하수의 유동을 지향시키도록 필요에 따라 관련 물 밸브(134A)를 개폐함으로써 ECU(118)에 의해 제어된다. 리큐어 탱크(126)는 바람직하게는 제조 비용을 감소시키기 위해 PVC로 제조된다.
도 9a, 도 9b 및 도 11에 도시된 실시예에서, 리큐어 탱크(126)는 커맨드 유닛(902)이라 명명되는 별도의 컨테이너 내에 수용된다. 리큐어 탱크(126)는 유지 보수 목적으로 탱크 내부에 대한 액세스를 위한 맨홀을 통합한다. 리큐어 탱크는 악취 저감 파이프 라인(1006)을 통해 악취 저감 시스템(908)에 연결되며, 구조적으로 견고하고 임의의 재료 또는 가스의 누설을 방지하도록 설계된다. 리큐어 탱크는 20년 동안 부식 및 침식에 대한 내성을 제공하는 재료로 제조된다.
iv. 대형 유지 탱크(112)
가열되고 부분적으로 저온 살균된 또는 소화된 물/배설물/폐기물은 소화조 공급 펌프(132B)에 의해 소형 유지 탱크(110)로부터 대형 탱크(112)로 펌핑된다. 저온 살균 공급 펌프(132C)와 같이, 소화조 공급 펌프(132B)는 ECU(118)에 의해 제어되는 미리 정해진 공급 사이클로 작동한다. 가열되고 부분적으로 저온 살균된 또는 소화된 물/배설물/폐기물은, 대형 유지 탱크(112) 내에 퇴적되기 전에, 약 40℃로 냉각되어야 하기 때문에, 소형 유지 탱크(110)로부터 대형 탱크(112)로 펌핑됨에 따라 버퍼 탱크(108) 내의 열 교환기(156)를 통과한다. 가열되고 부분적으로 저온 살균된 또는 소화된 물/배설물/폐기물은 전술한 바와 같이 그 열 에너지를 열 교환기(156)를 통해 버퍼 탱크(108) 내의 물/배설물/폐기물 혼합물에 전달함으로써 냉각된다. 그러한 방식으로, 소형 유지 탱크(110)에서 저온 살균 또는 호열성 혐기성 소화를 지원하기 위해 소비되는 열 에너지는 재생식으로 재사용됨으로써, REM 장치(100)의 효율을 추가로 증가시킨다.
대형 유지 탱크(112)에서, 저온 살균되거나 냉각되고 부분적으로 소화된 물/배설물/폐기물은 교반되어 중온성 혐기성 소화를 생성한다. 각각의 소형 유지 탱크(110)의 예열된 물/배설물/폐기물과 같이, 대형 유지 탱크(112) 내의 저온 살균되거나 냉각되고 부분적으로 소화된 물/배설물/폐기물은 바이오 가스(예를 들어, 메탄 및 이산화탄소)가 대형 유지 탱크(112)의 상단에 축적되는 동안 가스 혼합기(158)(도 1e)에 의해 지속적으로 교반되어 현탁액 내의 고체 및 액체를 유지한다. 그러나, 압축기(128)로부터의 압축 공기에 의해 교반되는 각각의 소형 유지 탱크(110) 내의 예열된 물/배설물/폐기물과 달리, 대형 유지 탱크(112) 내의 저온 살균되거나 냉각되고 부분적으로 소화된 물/배설물/폐기물은 부식성 가스 진공 펌프(162)를 사용하여 가스 혼합기(158)를 통해 바이오 가스를 재순환시킴으로써 교반된다. 공기가 없는 경우, 박테리아 집단은 물/배설물/폐기물 혼합물 내의 유기 고체를 바이오 가스 및 보다 안정적인 고체로 분해한다. 따라서, 바이오 가스가 공기 대신에 물/배설물/폐기물을 교반하기 위해 사용되는데, 그 이유는 해당 혼합물에 산소를 도입하면 폭발성 대기를 생성하기 때문이다. 대안으로, 혼합 펌프(도시되지 않음)를 사용하여 대형 유지 탱크(112) 내에서 간헐적으로 순환시킴으로써 물/배설물/폐기물 혼합물을 혼합할 수 있다.
대형 유지 탱크(112)의 작동 온도는 바람직하게는 32-40℃이다. 그러한 더 낮은 온도는, 더 낮은 온도를 유지하는 데에 더 적은 에너지가 요구되기 때문에, 대형 유지 탱크(112)가 소형 유지 탱크(110)보다 큰 체적(예를 들어, 약 14,000 리터)을 갖게 한다. 실제로, 대형 유지 탱크(112)는 가열 대신에 냉각될 필요가 있을 수 있다. 그러한 목적을 달성하기 위해, 대형 유지 탱크(112)는, 냉각 유체(예를 들어, 상수 및/또는 하수)가 내부 쉘과 외부 쉘 사이에서 순환되어 내부 쉘 내에 배치된 물/배설물/폐기물을 냉각시킬 수 있도록 이중층 탱크로 제조될 수 있다. 내부 쉘에 강철과 같은 전도성 재료를 사용하고 외부 쉘에 절연재를 사용하면 그러한 기능을 달성하는 적절한 방법이 제공된다.
대안으로, 대형 유지 탱크(112)는 저렴한 섬유 보강 열성형물을 사용하여 단일 탱크로서 형성될 수 있다. 이 재료는 복수의 대형 유지 탱크(112)가 저렴한 몰드를 사용하여 신속하게 제조되게 한다. 이 재료는 또한 가요성이므로, 액체가 가득 찼을 때 낙하된 경우(예를 들어, 20 kph에서 1.5 m 완전 이동) 대형 유지 탱크(112)가 파손되지 않을 것이다. 어느 한 실시예에서, 대형 유지 탱크(112)는 박테리아를 격퇴시키기 위해 연꽃잎 형상의 컨디셔닝된 나노테크 카본으로 그리고 메탄이 탱크 벽을 통해 터널링/누설되는 것을 방지하기 위해 실리케이트로 도장될 수 있다. 대형 유지 탱크(112)는 바람직하게는 모두 암모니아를 섭취하고 탄소 사슬을 분해하는 데에 사용되는 2가지 유형의 박테리아 - 아나목스 박테리아(anammox bacteria) 및 메타제닉 박테리아(methagenic bacteria에 대해 면역성이 있다. 대형 유지 탱크(112)는 또한 소화 프로세스로부터 자유 전자를 수확하는 캐소드 및 애노드를 포함할 수 있어, 대형 유지 탱크(112)는 REM 장치(100)에 전력을 공급하거나 다른 장치에 전력을 공급하기 위한 대형 배터리로서 사용될 수 있다. 소형 유지 탱크(110)는 유사하게 구성될 수 있다.
대형 유지 탱크(112)는 공지된 양의 물/배설물/폐기물이 미리 결정된 레벨로 채워질 때까지 소화조 공급 펌프(132C)에 의해 대형 유지 탱크(112) 내로 유입되는 "유입 및 충전" 모드에서 작동한다. 유입 및 충전량은 대형 유지 탱크(112) 내의 레벨 센서(level sensor)(LS) 세트를 사용하여 ECU(118)에 의해 제어된다. 대형 유지 탱크(112)로의 물/배설물/폐기물의 공급 유량은 중온성 혐기성 소화 프로세스를 위해 15일의 최소 체류 시간을 제공하도록 ECU(118)에 의해 제어된다. 그리고, 인출 프로세스 동안, 바이오 가스는 바람직하게는 가스 저장 탱크(120)로부터 대형 유지 탱크(112) 내로 다시 유입되어 대형 유지 탱크(112) 내에서 15-20 mbar의 작동 압력을 유지한다.
대형 유지 탱크(112)는 기체 산소가 시스템에 진입되어 혐기성 소화 프로세스를 방해하지 않도록 충분히 밀봉되어 있다. 대형 유지 탱크(112)는 제1 컨테이너(102)의 외부로 배출되고 그 압력이 안전하지 않은 레벨에 접근하면 대형 유지 탱크(112)로부터 압력을 방출하는 안전 릴리프 밸브(164)를 포함한다. 대형 유지 탱크(112)는 또한 그 효율을 개선시키기 위해 절연된다. 바람직하게는, 대형 유지 탱크(112)의 외부 쉘은 제조 비용을 감소시키기 위해 유리 섬유로 형성되고, 양모와 같은 "녹색" 재료가 절연체를 형성하는 데에 사용된다. 절연체는 대형 유지 탱크(112)를 둘러싸도록 함께 연결될 수 있는 모듈식 연동 피스로 형성될 수 있다.
대형 유지 탱크(112)에서 중온성 혐기성 소화가 수행됨에 따라, 바이오 가스는 대형 유지 탱크(112)의 상단에서 수집된다. 공압 펌프는 혼합 작업의 일부로서 바이오 가스의 일부를 다시 물/배설물/폐기물로 재순환시키지만, 나머지 바이오 가스는 대형 유지 탱크(112)로부터 흡인되어 가스 스크러버(116)를 통해 펌핑되어 가스 저장 탱크(120) 내에 퇴적된다. 해당 바이오 가스는 바람직하게는 15-20 mbar의 작동 압력으로 대형 유지 탱크(112)로부터 방출된다. 그리고, 중온성 혐기성 소화 프로세스가 완료된 후, 소화된 물/배설물/폐기물 혼합물은 중온성 혐기성 소화 프로세스에 필요한 체류 시간에 기초하여 ECU(118)에 의해 제어되는 슬러지 배출 펌프(132D)에 의해 탈수 유닛(114)으로 펌핑된다.
메탄 및 다른 가연성 가스는 대형 유지 탱크(112) 내에서 발생되기 때문에, 대형 유지 탱크를 REM 장치(100)의 다른 구성요소 중 일부, 특히 스파크를 발생시킬 수 있는 이동 기계류 및 전자 기기를 포함하는 구성요소(예를 들어, 초퍼 유닛(106), 탈수 유닛(114), 바이오 가스 엔진(122), 공기 압축기(128), 혼합기 공급 펌프(132A), 소화조 공급 펌프(132B), 저온 살균 공급 펌프(132C), 슬러지 배출 펌프(132D), 가스 진공 펌프(162), 및 균질화 펌프(204))와 별도의 컨테이너 내에 제공하는 것이 필요할 수 있다. 대안으로, 컨테이너는 기밀식 격벽을 사용하여 별도의 공간으로 분할되어 REM 장치(100)의 기계류 및 전자 기기로부터 대형 유지 탱크(112)를 분리할 수 있다. 그러한 별도의 컨테이너 또는 컨테이너 공간은 바람직하게는 유럽 연합의 대기 폭발성(Atmospheres Explosible)(ATEX) 지침 및 위험 물질과 폭발성 대기 규제(Dangerous Substances and Explosive Atmospheres Regulation)(DSEAR)와 같은 지역, 국가, 및/또는 국제 표준에 따라 REM 장치(100)의 기계류 및 전자 기기로부터 완전한 위험 물질 및 폭발성 대기 분리를 제공할 것이다.
REM 장치(100 및 900)에서, 대형 유지 탱크(112)는 도 9, 도 9b 및 도 12에 도시된 바와 같이 자체의 20-피트 컨테이너인 소화조 유닛(904)으로 분리될 수 있다. 이 구성은 가연성 구성요소를 REM 장치(100 및 900)의 나머지로부터 분리하는 전술한 이점을 제공한다. 일 실시예에서, 소화조 유닛(904)은 약 20,000 리터의 혐기 소화액을 저장하는 용량을 갖는다. 이 별도의 소화조 유닛(904)은 또한 동일한 수의 초퍼 유닛(106) 및 커맨드 유닛(902)을 유지하면서 소화조 유닛(904)의 수를 증가시키는 능력을 시스템에 제공한다. 게다가, ATEX 센서에 대한 필요성을 제거하기 위해 다양한 센서가 컨테이너(102 또는 1000)의 전방에 있는 패널로 이동될 수 있다.
버퍼 탱크(108), 리큐어 탱크(126), 소형 유지 탱크(110), 및 대형 유지 탱크(112)는 바람직하게는 내부 배관 및 케이블 연결을 허용하도록 코너에 도관 공간이 형성된다. 이 도관 공간 내에서 신속 분리 및 미리 구성된 배선 하네스에 액세스할 수 있으며, 이 도관 공간은 탱크(108, 110, 112, 126) 및/또는 각각의 컨테이너(102, 1100, 1200)를 설치 및/또는 운송할 때 신속 분리 및 미리 구성된 배선 하네스를 손상으로부터 보호할 수 있다. 버퍼 탱크(108), 리큐어 탱크(126), 소형 유지 탱크(110), 및 대형 유지 탱크(112)는 또한 바람직하게는 유지 보수를 수행하기 위해 탱크(108, 110, 112 및 126)의 내부로의 액세스를 허용하도록 코너에 액세스 해치가 형성되어 있다. 예를 들어, 액세스 해치는 REM 장치(100 또는 900)의 사용자가 탱크(108, 110, 112 및 126) 내에 위치된 센서에 액세스하게 한다.
v. 탈수 유닛(114)
탈수 유닛(114)은 완전히 소화된 물/배설물/폐기물로부터 액체를 제거하여 고체 및 액체 비료로서 사용될 수 있는 퇴비 부산물 및 농축된 혐기 소화액을 생성한다. 특정 예에서, 완전히 소화된 물/배설물/폐기물로부터 제거된 액체가 0의 화학적 산소 요구량(Chemical Oxygen Demand), 즉 COD를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 화학적 산소 요구량은 산화될 수 있는 물의 모든 화학 물질의 총 측정치이다. 따라서, 탈수 유닛(114)은 0의 COD를 달성하도록 구성될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 탈수 유닛(114)은 소화된 물/배설물/폐기물이 대형 유지 탱크(112)로부터 수용되는 탈수 탱크(300)를 포함한다. 탈수 유닛(114)은 또한 컨베이어 튜브(302) 및 컨베이어 튜브(302) 내에 배치된 샤프트리스 스크류 컨베이어를 회전시키기 위한 전기 모터(304)를 포함한다. 스크류 컨베이어는, 회전함에 따라, 탈수 탱크(300) 내의 물/배설물/폐기물 혼합물로부터 고체 배설물/폐기물을 컨베이어 튜브(302)를 통해 위로 그리고 컨베이어 튜브(302)의 상단부에 배치된 분출구(306)를 통해 밖으로 운반한다. 이 고체 배설물/폐기물은 고체 비료로서 사용하도록 로딩 플랫폼(142) 상의 분출구 아래에 배치된 통 내에 수집될 수 있다. 그리고, 탈수 탱크(300) 내의 나머지 하수, 또는 리큐어는 액체 비료로서 사용하도록 리큐어 탱크(126) 내로 중력에 의해 공급된다.
탈수 유닛(114)은 제1 컨테이너(102)의 동일한 단부에서 초퍼 유닛(106)에 인접하여 배치되어 본 발명의 프로세스는 시작되는 곳과 동일한 위치에서 완료될 수 있다. 따라서, 사용자는 초퍼 유닛(106) 내로 배설물/폐기물을 로딩하고 동일한 위치에서 혐기성 소화 프로세스를 통해 결과적인 고체 비료를 추출할 수 있다. 리큐어 탱크(126)는 동일한 목적으로 동일한 단부에서 제1 컨테이너(102)에 인접하게 배치될 수 있다. 그리고, 혐기성 소화 프로세스가 완료되기까지 몇 주가 걸릴 수 있지만, 제1 사이클이 완료된 후, 사용자가 새로운 배설물/폐기물을 초퍼 유닛(106)에 로딩할 때마다 고체 및 액체 비료가 추출될 준비가 되어야 한다. 고체 비료는 동물 잠자리에 적절한 멀치일 수 있다. 그리고, 하수의 적어도 일부는 가수분해를 위해 필요에 따라 혼합 탱크(132)에 로딩되는 배설물/폐기물과의 혼합을 위해 혼합기 공급 펌프(132A)에 의해 재순환될 수 있다. 혼합기 공급 펌프(132A)에 의한 하수의 재순환은 해당 펌프(132A)를 자동으로 작동시키고 하수의 유동을 지향시키도록 필요에 따라 관련 물 밸브(134A)를 개폐함으로써 ECU(118)에 의해 제어된다.
도 1a 내지 도 1e에 도시된 실시예에서 리큐어 탱크(126)는 탈수 유닛(114)의 탈수 탱크(300) 근방 및 그 아래의 위치에서 제1 컨테이너(102)에 인접하여 배치되어 탈수 유닛(114)에 의해 생성된 고체 비료 및 액체 비료가 리큐어 탱크(126) 내로 중력에 의해 공급된다. 그러한 목적을 달성하기 위해, 탈수 탱크(300)는 이를 리큐어 탱크(126) 위의 위치에서 지지하는 베이스(308) 상에 배치된다. 그리고, 리큐어 탱크(126)는 제1 컨테이너(102)에 인접하게 배치되는 것으로 도시되어 있지만, 탈수 유닛(114)과 유사한 관계로 제1 컨테이너(102) 내부에 배치될 수도 있다.
탈수 유닛(114)은 또한 도 13에 도시된 바와 같이 별도의 20-피트 컨테이너 내에 배깅 시스템(1302)을 포함할 수 있다. 이 배깅 시스템(1302)은 탈수 유닛(114)으로부터 비료로서 사용되도록 자동으로 고체 폐기물/배설물을 취하고 주기적 제거하도록 다양한 표준 크기의 백 내에 퇴적시킨다. 예를 들어, 배깅 시스템(1302)은 10 kg 백 내에 고체 폐기물/배설물을 자동으로 퇴적하고 백을 1 m3 팔레트로 이송할 수 있는데, 팔레트는 이후에 표준 지게차에 의해 쉽게 제거되고 현장의 운송을 위해 평판 상에 로딩될 수 있다.
배깅 시스템(1302)은 ECU(118)에 의해 제어되고 생성된 비료의 수동 언로딩 및 패키징의 필요성을 제거한다. 배깅 시스템(1302)을 수용하는 컨테이너는 유출을 피하기 위해 컨테이너를 모니터링하는 ECU(118)에 연결된 레벨 스위치를 포함할 수 있다. 게다가, 컨테이너는 컨테이너 도어의 바닥에 그릴/벤트를 포함할 수 있고, 컨테이너 내의 악취를 최소화하기 위해 순환을 제공하는 추출기 팬을 포함할 수 있다. 대안적으로, 배깅 시스템(1302)은 컨테이너로부터 악취를 제거하도록 악취 저감 파이프 라인(1006)에 부착될 수 있다. 일부 실시예에서, 탈수 유닛(114) 및 리큐어 탱크(126)는 배깅 시스템(1302)과 동일한 컨테이너에 수용될 수 있다.
vi. 염 관리 및 제거 시스템
처리되는 폐기물의 위치 및 유형에 따라, REM 장치(100 또는 900)는 상당한 양의 짠 음식 폐기물을 처리하는 것이 필요할 수 있다. 따라서, REM 장치(100 또는 900)는 염 관리 및 제거 유닛을 포함할 수 있다. 염 관리 제거 시스템은 REM 장치(100 또는 900)의 다양한 구성요소 내의 다양한 펌프 및 센서에 의존하여 폐기물 처리 동안 다양한 지점에서 폐기물의 염분 및 바이오 가스의 품질을 모니터링 및 제어한다. 또한, 염 관리 제거 시스템은 REM 장치(100 또는 900) 내에서 발생하는 다양한 프로세스에서 최적의 염분량을 유지하는 방식으로 폐기물 및 하수의 유동을 제어하도록 ECU(118)에 의해 실행되는 소프트웨어를 포함한다.
염 관리 제거 시스템은 버퍼 탱크(108) 내의 폐기물의 염분을 측정하는 버퍼 탱크(108) 내의 하나 이상의 센서 및 대형 유지 탱크(112) 내의 폐기물의 염분 및 바이오 가스의 품질을 측정하는 대형 유지 탱크(112) 내의 하나 이상의 센서를 포함한다. ECU(118)는 버퍼 탱크(108) 및 대형 유지 탱크(112)에서 취한 염분 측정치를 비교하고 이를 해수의 염분을 나타내는 설정값과 비교한다. ECU(118)는 대형 유지 탱크(112)에서 소화되는 폐기물의 염분과 비교했을 때 버퍼 탱크(108) 내의 인바운드 폐기물의 염분의 차이를 모니터링한다. ECU(118)는 또한 대형 유지 탱크(112) 내의 바이오 가스의 품질 및 체적을 모니터링하고, 바이오 가스 및 메탄 생산을 최대화하도록 버퍼 탱크(108)로부터의 폐기물의 인바운드 공급 속도를 조절한다. ECU(118)에 의해 실행되는 소프트웨어에는 일련의 테이블 및 자가 학습 알고리즘이 있으며, 이들은 REM 장치(100 또는 900) 내에서 발생하는 다양한 프로세스의 임의의, 일부의, 또는 모든 파라미터를 조절하여 임의의 주어진 대형 유지 탱크(112)에서 메탄 생산을 최대화한다.
대형 유지 탱크(112) 내에서의 소화가 완료된 후, 과잉 혐기 소화액은 하나 이상의 소형 유지 탱크(110)에서 저온 살균되기 전에 리큐어 탱크(126)로 오프로드된 다음 염을 제거하기 위한 추가 처리를 위해 탈수 유닛(114)으로 오프로드된다.
게다가, 탈수 유닛(114)에서 응고된 고체는 염분이 없을 수 있지만, 분리된 물은 과량의 염을 함유할 수 있다. 따라서, 염 관리 및 제거 유닛은 역삼투 프로세스를 통해 분리된 물로부터 염을 제거하여 청정수와 염수 모두를 생성하도록 구성된다. 청정수는 상수로서 사용될 수 있거나, 유입되는 폐기물의 염분을 희석 및/또는 감소시키도록 필요에 따라 버퍼 탱크(108)로 복귀될 수 있다. 염수는 CHP로부터 제공된 열을 사용하여 고체로 건조되는 반면, 염수를 건조할 때 생성된 증기는 혼합기 공급 펌프(132A)에 의해 혼합 탱크(132)로 재순환될 수 있는 하수로서 포집된다.
vii. 가스 스크러버(116)
가스 스크러버(116) 또는 탈황 유닛은 대형 유지 탱크(112)와 가스 저장 탱크(120) 사이에 배치된다. 가스 스크러버는 가스 저장 탱크(120)에 저장되기 전에 대형 유지 탱크(112) 내의 물/배설물/폐기물로부터 추출된 바이오 가스를 세정하도록 구성된다. 가스 스크러버(116)는 활성탄 필터 또는 압축 가스 필터(예를 들어, 아민 가스 필터)와 같은 임의의 적절한 유형일 수 있다. 가스 스크러버(116)는 바이오 가스를 처리하고 연료로서 사용하도록 - 즉, 바이오 가스에서 황화수소의 수준을 감소시킴으로써 - 정제하는 데에 사용된다. 그러나, 가스 스크러버(116)는, 바이오 가스가 연료에 사용되지 않거나 금지된 레벨의 특정 화학 물질을 함유하지 않는 경우와 같이 바이오 가스를 처리할 필요가 없는 경우 필요하지 않을 수 있다.
viii. 전자 제어 유닛(ECU)(118)
본 발명의 REM 장치(100)를 통한 액체(예를 들어, 상수 및/또는 하수), 배설물/폐기물, 및 바이오 가스의 유동은 ECU(118)에 의해 제어된다. 도 4에 도시된 바와 같이, ECU(118)는 혐기성 소화 프로세스의 다양한 단계(예를 들어, 온도, 체적, 및 유량)를 모니터링, 기록, 및 제어하도록 프로그래밍된 프로그램 가능한 로직 제어기(programmable logic controller)(PLC)를 포함한다. ECU는 컴퓨터 모니터 또는 터치스크린과 같은 그래픽 사용자 인터페이스를 통해 사용자에게 그러한 작업에 대한 시각적 피드백을 제공한다. ECU(118)는 ECU가 모니터링 및 기록한 값에 기초하여 REM 장치(100)의 다양한 구성요소(106-128)를 턴온 및 턴오프함으로써 혐기성 소화 프로세스를 자동화한다. ECU(118)는 REM 장치(100)에 로딩된 배설물/폐기물의 내용물에 주로 기초하여 어느 구성요소(106-128)가 턴온되고 턴오프될지에 관한 결정을 행하는데, 상기 내용물은 적절한 센서로 검출될 수 있고 및/또는 ECU(118)에서 사용자 인터페이스를 통해 사용자에 의해 입력될 수 있다.
예를 들어, ECU(118)는 적절한 펌프(132A-132D, 204, 162)를 자동으로 작동시키고, 적절한 유지 밸브(134A-134C)를 개폐하여, 혐기성 소화 프로세스가 완료된 것을 검출한 후에 대형 유지 탱크(112)로부터 완전히 소화된 물/배설물/폐기물을 탈수 유닛(114)으로 펌핑할 것이다. ECU(118)는 레벨 스위치(LS)를 이용하여 검출된 레벨 및 물/배설물/폐기물이 각각의 소형 유지 탱크(110) 내에 유지된 시간에 기초하여 배치 모드에서 소형 유지 탱크(110)로부터 물/배설물/폐기물을 자동으로 공급, 유지, 및 방출할 것이다. ECU(118)는 각각의 소형 유지 탱크(110) 내의 온도 센서(TS)에 기초하여 소형 유지 탱크(110) 내의 히터(160)를 활성화시킬지의 여부를 결정할 것이다. 그리고, ECU(118)는, 클럭 회로, 레벨 센서(LS), 온도 센서(TS), REM 장치(100) 전체에 걸쳐 위치된 압력 센서(PS)를 사용하여 그 다양한 단계에서 혐기성 소화 프로세스를 모니터링하여 ECU(118)가 최적 소화를 유지하기 위해 필요에 따라 혐기성 소화 프로세스를 실시간으로 조절하게 함으로써, REM 장치(100)의 여러 구성요소(106-128) 사이에서 물/배설물/폐기물을 이동시키기 위한 유량 및 사이클 시간을 자동으로 결정할 것이다.
ECU(118)는 ECU(118)의 그래픽 사용자 인터페이스를 통해 사용자에게 제시된 일련의 질문에 대한 답변에 기초하여, 배설물/폐기물 혼합물에 첨가될 액체의 양 및 배설물/폐기물로부터 생성될 것으로 예상되는 바이오 가스의 양과 같은 것을 결정할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 배설물/폐기물이 수집된 장소, 서비스 이용 가능성, 폐기물/배설물 유형(예를 들어, 분뇨, 채소 폐기물 등), 폐기물/배설물의 양, 생산될 멀치의 의도된 용도, 및 생산될 하수의 의도된 용도에 관한 설명을 입력하도록 요청받을 수 있다. 따라서, 사용자가 REM 장치(100)에 로딩된 상이한 배설물/폐기물 배치(batch)에 관한 질문에 대한 답변을 입력하게 함으로써, ECU(118)는 REM 장치(100)에 로딩된 각각의 배설물/폐기물 배치에 대한 소화 프로세스를 커스터마이즈할 수 있다. 이들 답변 중 일부는 또한, 예를 들어 REM 장치(100)에 로딩된 배설물/폐기물의 중량을 측정하기 위해 초퍼 유닛(106) 또는 로딩 플랫폼(142) 상에 제공된 저울을 사용하여 ECU(118)에 의해 자동으로 획득될 수 있다.
ECU(118)의 PLC는 또한 혐기성 소화 프로세스 전반에 걸쳐 안전을 모니터링하고 유지하도록 프로그래밍된다. 그러한 모니터링은 기계류 및 전기 장비의 정밀한 제어가 사용자에 대한 물리적 상해를 방지할 뿐만 아니라 위험 평가 및 중요 제어 파라미터(Hazard Assessment and Critical Control Parameter)(HACCP)로서 사용되는 프로세스 파라미터를 정밀하게 제어하게 한다. 예를 들어, ECU(118)는 가스 저장 탱크(120) 내의 바이오 가스 압력 및 소형 유지 탱크(110)와 대형 유지 탱크(112) 내의 물/배설물/폐기물 수준을 모니터링하여 이들이 안전 작동 레벨로 유지되는 것을 보장한다(예를 들어, 레벨 센서(LS)는 침지 히터(160)가 빈 탱크를 가열하도록 시도하지 않는 것을 보장하도록 소형 유지 탱크(110) 및 대형 유지 탱크(112)에 제공될 것이다). 바이오 가스의 체적 및/또는 물/배설물/폐기물의 체적이 안전하지 않은 수준에 도달하면 알람이 울린다. ECU(118)는 또한 사용자에게 효율, 진단, 작업, 및 안전을 위한 원격 모니터링 능력을 제공하도록 감시 제어 및 데이터 수집(supervisory control and data acquisition)(SCADA) 인터페이스 및/또는 인터넷 및 무선(예를 들어, GSM, GPRS, 와이파이 등) 기능을 포함한다. 바람직하게는, ECU(118)는 초퍼 유닛(106), 탈수 유닛(114) 및 리큐어 탱크(126)와 동일한 제1 컨테이너(102)의 단부에 제공되어, 혐기성 소화 프로세스는 배설물/폐기물이 REM 장치(100)로 로딩되고 비료가 REM 장치로부터 제거되는 동일한 위치로부터 제어됨으로써, 사용자에게 추가된 편의 수준을 제공할 수 있다.
ECU(118)는 REM 장치(100)의 다양한 구성요소(106-128), 펌프(132A-132D), 및 밸브(134A-134C)와 통신하기 위한 인간-기계 인터페이스(human-machine interface)(HMI)를 포함한다. 또한, ECU는 이들 구성요소(106-128), 펌프(132A-132D), 및 밸브(134A-134C)의 상태를 지역적으로 모니터링하기 위한 클라우드 모니터링 애플리케이션을 포함한다. 사용자가 REM 장치(100)를 원격으로 모니터링, 제어, 및 문제 해결하게 하도록, 실질적으로 임의의 컴퓨팅 디바이스(예를 들어, 개인용 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 개인 휴대 정보 단말기(personal digital assistant)(PDA), 스마트 폰 등)을 사용하여 SCADA 인터페이스 및/또는 인터넷 및 무선 기능을 통해 ECU(118)와 통신할 수 있다. 예를 들어, 스마트 폰 애플리케이션은 버스 인터페이스를 통해 자동차 산업에서 사용되는 것과 같은 저렴한 센서 및 디바이스로 통신하는 캔버스 노드로 ECU(118)와 통신할 수 있다.
사용자가 ECU(118)에 정보를 입력하고 달리 그 작동을 제어하기 위한 모든 인터페이스는 제1 컨테이너(102)의 패시아(140)에 위치된 제어 박스(148)에 제공되어, 사용자는 배설물/폐기물이 REM 장치(100)로 로딩되고 고체 및 액체 비료가 REM 장치(100)로부터 제거되는 동일한 위치로부터 REM 장치(100)의 여러 구성요소(106-128)를 작동시킴으로써, 사용자에게 추가적인 편의 수준을 추가할 수 있다. 제어 박스(148) 및 그 관련된 인터페이스는 전기 배선(138)을 통해 ECU(118)와 전기 데이터 통신한다. 또는 대안적으로, 이들은 임의의 적절한 보안 무선 기능(예를 들어, GSM, GPRS, 와이파이 등)을 통해 서로 무선 데이터 통신할 수 있다.
ECU(118)는 또한 REM 장치(100)의 다양한 구성요소(106-128), 펌프(132A-132D), 및 밸브(134A-134C)를 위한 중앙 전원을 제공한다. ECU는 구성요소(106-128), 펌프(132A-132D), 및 밸브(134A-134C) 각각을 위한 수형 회로 차단기(miniature circuit breaker)(MCB) 뿐만 아니라 각각의 상태(예를 들어, "온", "결함" 등)를 나타내는 발광다이오드(light emitting diode)(LED)를 포함한다. 이들 MCB는 제1 컨테이너(102)의 외부에 배치된 차단기 박스(166)(도 1a)를 통해 액세스 가능할 수 있다. 차단기 박스(166)는 제1 컨테이너(102)의 외부에 배치되어, 이들 MCB는, 내부에 수용된 기계류의 양으로 인해 사용자 부상의 위험이 더 높은 컨테이너(102)로 들어갈 필요 없이 쉽게 액세스될 수 있다. ECU(118)의 다른 구성요소는 바람직하게는 요소로부터 더 나은 보호를 제공하기 위해 제1 컨테이너(102) 내부의 인클로저에 배치된다.
ECU(118)의 전력 버스는 바람직하게는 16 암페어, 240 볼트 메인 전원으로부터 전력을 수신한다. 전력 버스는 바이오 가스 엔진(122)으로부터 전력을 수신할 수도 있다. 그리고 도 5는 단지 4개의 온도 센서(TS) 및 7개의 "저"레벨 스위치(LS)를 도시하지만, ECU(118)는 REM 장치(100)의 제어를 지원하도록 여러 다른 온도 센서(TS) 및 레벨 센서(LS)에 연결된다. 예를 들어, ECU(118)는 또한 적어도 7개의 "고"레벨 센서(LS) 및 적어도 3개의 추가 온도 센서(TS)를 포함한다. 예를 들어, 도 1e를 참조한다. ECU(118)는 또한 REM 장치(100)의 제어를 지원하도록 필요에 따라 가스 조성 센서, 압력 센서(PS), 전압계 등과 같은 다른 유형의 센서에 연결될 수 있다. ECU(118)의 배선(138) 및 그 다양한 연결은 수산업 기계 및 전기 사양(Water Industry Mechanical and Electrical Specification)(WIMES)에 기재된 것과 같은 지역, 국가, 및/또는 국제 표준을 준수한다.
ECU(118)는 또한 스마트 그리드 인터페이스 시스템에 연결되어 열원과 전원 사이를 스위칭할 수 있다. 예를 들어, ECU(118)는 솔라 전기 열 패널에 연결되어 REM 장치(100)의 다양한 구성요소에 열 및 전력을 제공할 수 있다. ECU(118)는 REM 장치(100) 전반에 걸쳐 다양한 센서에 의해 결정되는 작동 동안 전원과 열원 사이에서 스위칭할 수 있다.
ix. 가스 저장 유닛(906)
대형 유지 탱크(112)로부터 바이오 가스가 추출된 후, 그리고 가스 스크러버(116)에 의해 세정된 후(세정이 필요한 경우), 가스 저장 유닛(906)의 가스 저장 탱크(120) 내에 저장된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 가스 저장 탱크(120)는 고체 이중벽 탱크(502) 내부에 배치된 가요성 블래더(500)를 포함한다. 이중벽 탱크(502)는 액체(예를 들어, 상수 및/또는 하수)로 채워질 수 있고 압력 하에서 바이오 가스를 저장하는 것과 관련된 고압을 견딜 수 있도록 충분히 강한 재료로 구성될 수 있다. 가스 저장 탱크(120)는 물 입구(504) 및 물 출구(도시되지 않음)를 포함하여, 액체가 배수관(136A)을 통해 이중벽 탱크(502) 내외로 펌핑되어 가요성 블래더(500) 내의 바이오 가스의 일정한 고정 압력을 균등화하고 유지할 수 있다. 가스 저장 탱크(120)는 또한 제2 컨테이너(104)의 외부로 배출되고 그 압력이 안전하지 않은 수준에 접근하면 가요성 블래더(500)의 압력을 방출하는 안전 릴리프 밸브(168)를 포함한다. 가스 저장 탱크(120)에 의해 저장될 수 없는 임의의 잉여 바이오 가스는 안전하지 않은 수준의 압력이 발생하는 것을 방지하도록 플레어(124)를 이용하여 안전하게 연소된다. 그 플레어(124)는 제1 컨테이너(102) 내에 또는 그에 인접하여 제공되는 프로판 탱크(170)에 의해 전력이 공급되는 파일럿 라이트(pilot light)를 갖는다. 플레어(124)는 또한 전술한 바와 같이 열 흡수 및 비등수에 사용하도록 시스템으로부터 물이 공급되는 워터 재킷(도시되지 않음)을 가질 수 있다.
가요성 블래더(500) 내에 저장된 가스의 체적을 측정하기 위해, 가스 저장 탱크(120)의 입구 및 출구 가스 배관(136C)에 별도의 유량계가 제공된다. 이들 유량계에서의 판독값들의 차이는 가스 저장 탱크(120) 내에 저장된 가스의 양을 모니터링하기 위해 ECU(118)에 의해 사용된다. 출구 가스 배관(136C)에는 또한 가스 저장 탱크(120)로부터의 바이오 가스의 유동을 제어하기 위한 유동 제어 밸브(134C) 및 화염이 유동 제어 밸브(134C)를 통해 가스 저장 탱크(120)로 다시 전파되는 것을 방지하기 위한 화염 억제기(도시되지 않음)가 제공된다. 그러한 방식으로, 바이오 가스는 필요에 따라 가스 저장 탱크(120)로부터 추출될 수 있고 열, 전기, 또는 임의의 다른 형태의 가스 생성 에너지를 생성하는 데에 사용될 수 있다. 열 및 전기를 생성시키는 데에 사용되는 디바이스 중 하나는 바이오 가스 엔진(122)이다.
메탄 및 다른 가연성 가스는 가스 저장 탱크(120) 내에서 발생되기 때문에, 가스 저장 탱크를 REM 장치(100 또는 900)의 다른 구성요소 중 일부, 특히 스파크를 발생시킬 수 있는 이동 기계류 및 전자 기기를 포함하는 구성요소(예를 들어, 초퍼 유닛(106), 탈수 유닛(114), 바이오 가스 엔진(122), 공기 압축기(128), 혼합기 공급 펌프(132A), 소화조 공급 펌프(132B), 저온 살균 공급 펌프(132C), 슬러지 배출 펌프(132D), 가스 진공 펌프(162), 및 균질화 펌프(204))와 별도의 컨테이너(104) 내에 제공하는 것이 필요할 수 있다. 대안으로, 컨테이너는 기밀식 격벽을 사용하여 별도의 공간으로 분할되어 REM 장치(100)의 기계류 및 전자 기기로부터 대형 유지 탱크(112)를 분리할 수 있다. 그러한 별도의 컨테이너 또는 컨테이너 공간은 바람직하게는 유럽 연합의 ATEX 지침 및 DSEAR과 같은 지역, 국가, 및/또는 국제 표준에 따라 REM 장치(100 또는 900)의 기계류 및 전자 기기로부터 완전한 위험 물질 및 폭발성 대기 분리를 제공할 것이다. 설계된 가스 저장 탱크(120) 컨테이너(104)는 그러한 표준의 이론적 폭발 계산에 따라 전체 가스 저장 탱크(120)의 폭발을 견디도록 테스트되고 검증될 것이다. 바람직하게는, 모든 컨테이너(102, 104, 1000, 1100, 1200, 1300)는 가스 저장 탱크(120), 및 실제로 전체 REM 장치(100, 900)가 대도시 빌딩 내부와 같은 거주 센터에서 사용하기에 안전한 것을 보장하도록 이들 표준에 따라 테스트되고 검증될 것이다.
추가적인 안전 조치로서, 컨테이너(102, 104, 1000, 1100, 1200 및 1300) 각각은 또한 바람직하게는 안전하지 않은 수준에 도달하기 전에 컨테이너(102, 104, 1000, 1100, 1200 또는 1300) 내의 압력을 방출하는 압력 릴리프 디스크와 같은 하나 이상의 압력 릴리프 디바이스(도시되지 않음)를 포함한다. 예를 들어, 압력 릴리프 디스크는 압력 릴리프가 파열될 때 신호가 발생하도록 ECU(118)에 연결될 수 있으며, 이는 REM 장치(100 또는 900)의 조작자에게 하나 이상의 컨테이너(102, 104, 1000, 1100, 1200 및 1300) 내의 압력이 안전하지 않는 수준에 접근했음을 경고한다.
가스 저장 유닛(906)은 또한 메탄으로부터 이산화탄소를 분리하는 시스템(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 이산화탄소 추출 시스템은 증기와 결합된 다양한 촉매를 사용하여 이산화탄소와 메탄을 분리한다. 이 분리된 이산화탄소는 혼합 프로세스를 돕기 위해 소화조 유닛(904)으로 다시 공급될 수 있다. 소화조 유닛(904)에서 또는 대형 유지 탱크(112)에서 올바르게 결합될 때 이산화탄소의 사용은, 산업계의 다른 분야가 그것을 사용할 때, 바이오 가스를 사용하는 대신에 혐기성 소화 및 혼합 프로세스를 개선시켜 소화조를 혼합한다. ECU(118)는 시스템의 기생 부하 및 바이오 가스의 방출을 관리하기 위해 혼합을 제어한다. 연속적인 혼합은 큰 기생 부하에 유리한 반면, 유체 밀도가 가스 방출을 방지하기 때문에 혼합은 시스템이 더 적은 바이오 가스를 생성하지 않게 한다.
REM 장치(100 및 900) 내에서 여러 상이한 이산화탄소 분리 시스템이 사용될 수 있다. 이산화탄소 분리를 위한 하나의 임의적인 유닛은 각 단계에서 펌프 및 용기를 갖는 3 단계 압축 시스템으로서, 제1 펌핑 단계는 유황 가스를 액화시키고, 제2 단계는 이산화탄소를 액화시키며, 제3 단계는 압축을 수행한다. 각각의 단계에서, 저장 용기는 액화 가스가 결합된 용기로부터 방출을 위해 다른 컨테이너로 방출되게 하는 블리딩 라인을 포함할 수 있다. 저장 용기 내의 액화 가스는 또한 액화 가스를 혼합을 위해 소화조로 펌핑함으로써 블리딩 라인을 통해 재순환될 수 있다. 저장 용기 내의 액화 가스는 또한 온실 사업 전문가에 의해 이해되는 바와 같이, 식물 생산성을 증가시키기 위해 온실과 같은 다른 곳에서 사용될 정제되지 않은 미정제 가스로서 수집될 수 있다.
가스 저장 유닛(906)은 또한 가스 저장 탱크(120)에 저장되기 전에 바이오 가스를 압축하는 가스 압축 유닛(도시되지 않음)을 통합할 수 있다. 대안적으로, 가스 압축 유닛은 전술한 바와 같이 혼합에 사용되거나 다른 시스템과 함께 사용하도록 과잉 바이오 가스를 별도의 저장 유닛 또는 표준화된 휴대용 압축 가스 컨테이너로 압축하는 데에 사용될 수 있다. 이 압축은 가스 저장 유닛(906)이 훨씬 더 많은 바이오 가스를 유지하게 하며, 이는 REM 장치(100 또는 900)가 단일 가스 저장 탱크(120)만으로 수일 동안 작동하게 한다.
x. 바이오 가스 엔진(122)
가스 저장 탱크(120)로부터의 출구 가스 배관(136C)은 바이오 가스 엔진(122)에 연결되며, 바이오 가스 엔진은 연소 엔진(예를 들어, 내연 기관 또는 스털링 엔진)을 통해 바이오 가스로부터 전기 및 열을 동시에 생성한다. 바이오 가스 엔진(122)은 5 kwhe 내지 50 kWhe의 열병합 발전(CHP) 유닛의 크기를 갖는다. CHP 유닛은 바이오 가스 또는 열분해 기반 합성 가스/바이오 가스 연소 증기 엔진(예를 들어, 스털링 형식, 회전식 피스톤 엔진, 또는 발전기를 직접 구동하는 대향 피스톤 엔진)을 얻는 수정된 디젤 발전기일 수 있다. 다른 실시예에서, 바이오 가스 엔진은 메탄 풍부 바이오 가스를 사용하도록 설계된 증기 개질기의 유무에 관계 없이 연료 전지 모듈일 수 있다. 가장 완전한 것에서, CHP는 전기를 생산하고, 열을 회수하며, 냉각을 야기하는 삼원 시스템이다. 이 시스템은 솔라 열/전기 패널 또는 바이오 가스 엔진(122)으로부터 열을 수집하기 위한 열 저장 유닛을 가질 수 있다.
바이오 가스 엔진(122)은 작동하기 위해 특정 입력 압력(예를 들어, 100 mbar)을 필요로 하기 때문에, 바이오 가스는 부스터 팬(172)을 사용하여 그 압력으로 가스 저장 탱크(120) 내에서 유지된다. 바이오 가스 엔진(122)으로 생성된 전기는 사용자의 전력 그리드에 연결될 수 있고 조명 및 기구와 같은 가정용 디바이스에 전력을 공급하는 데에 사용될 수 있다. 그리고, 생성된 열은 사용자의 난방, 통풍 및 공조(heating, ventilation, and air conditioning)(HVAC) 시스템 및/또는 물 가열 시스템에 연결되어 난방 및/또는 물 가열에 사용될 수 있다. 바이오 가스 엔진(122)은 또한 REM 장치의 다양한 펌프(134A-134D, 204, 162) 또는 전기로 작동하는 임의의 구성요소(106-128)에 전력을 공급하고, 소형 유지 탱크(110)에 열을 제공하는 데에 사용되어 본 발명의 효율을 추가로 개선시킬 수 있다.
REM 장치(100)의 이동성을 더 높이기 위해, 바이오 가스 엔진(122)은 바람직하게는 자체 트레일러에 제공된다. 또한, 표준 연결을 사용하여 가스 저장 탱크(120), ECU(118)의 전력 버스, 및 사용자의 전력 그리드에 연결되는 것이 바람직하다.
다른 실시예에서, 바이오 가스 엔진(122)은 천연 가스 보일러 시스템(922)과 함께 사용되거나 그와 대체될 수 있다. 천연 가스 보일러(922)는 바이오 가스를 처리하여 전기 및 열을 발생시킨다는 점에서 바이오 가스 엔진(122)과 유사하게 작동한다. 이 보일러는 일반적인 천연 가스 보일러와 유사하게 작동하지만, REM 장치(100 및 900)를 통해 생성된 바이오 가스를 보다 효율적으로 처리하도록 수정될 수 있다. 일 실시예에서, 천연 가스 보일러는 열-재킷식 플레어(124)를 사용하여 물을 끓여서 REM 장치(100 및 900)를 위한 전기 및 열을 생성할 것이다.
xi. 플레어(124)
플레어(124)는 유럽 연합의 미립자 표준에 따른 잉여 메탄 및/또는 프로판을 얻는 화염을 생성한다. 플레어(124)는 가스 배관(134B)을 통해 프로판 탱크(170)에 연결되어 잉여 바이오 가스가 즉각 점등되고 점등 상태를 유지하여 REM 장치(100) 내부 및/또는 주위에 안전하지 않은 가연성 양으로 모이지 않는 것을 보장하는 파일럿 라이트를 포함한다. 플레어는 2개의 별도의 파일럿 라이트, 즉 메탄을 얻는 제1 파일럿 라이트 및 프로판을 얻는 제2 파일럿 라이트를 포함할 수 있다. 시각적 화염 검출을 갖는 압전 라이터 또는 자동 점화 시스템이 또한 사용되어 자동 트리거링을 위해 ECU(118)의 기능과 통합될 수 있다.
다른 실시예에서, REM 장치는 플레어(124) 대신에 또는 플레어(124)에 추가하여 바이오 가스 엔진(122) 또는 천연 가스 보일러(922)를 사용할 수 있다. 천연 가스 보일러(922)는 다양한 시스템으로부터 잉여 메탄 및/또는 프로판을 취하고, 플레어(124)를 사용하여 과잉 바이오 가스를 단순히 연소시키는 대신에 잉여 메탄 및/또는 프로판을 사용하여 REM 장치(100 또는 900)에 전력을 공급하도록 CHP를 생성한다. 따라서, 플레어(124)는 특정 구성에서 임의적일 수 있다. 플레어(124)는 또한 아래에 보다 상세히 개시된 악취 저감 시스템(908)을 포함하는 구성에서 임의적일 수 있다.
xii. 배관(136A-136C)
a. 배수관 136A
배수관(136A)은 액체(예를 들어, 상수 및/또는 하수)를 초퍼 유닛(106) 내로 공급하기 위한 PVC 배관과 같은 임의의 적절한 저압 배관일 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 배수관(136A)은 우물 또는 지역 유틸리티와 같은 외부 수원으로부터 상수를 초퍼 유닛(106)으로 전달하고, 하수를 탈수 유닛(114)으로부터 초퍼 유닛(106)으로 전달한다. REM 장치(100)가 외부 수원에 연결될 수 있도록 하기 위해, 배수관(136A)은 바람직하게는 제1 컨테이너(102) 외부의 입구 위치에 가든 호스 커넥터와 같은 표준 커넥터를 포함한다.
도 6에 또한 도시된 바와 같이, 탈수 유닛(114)으로부터의 하수는 대형 유지 탱크(112)의 내부 쉘과 외부 쉘 사이에서 그리고 가스 저장 탱크(120)의 외부 쉘과 블래더 사이에서 순환되어 대형 유지 탱크(112) 및 가스 저장 탱크(120)의 내용물을 냉각시키는 데에 도움을 준다. ECU(118)는 적절한 물 밸브(134A)를 개폐하고 혼합기 공급 펌프(132A)를 작동시킴으로써 대형 유지 탱크(112) 및 가스 저장 탱크(120)에서 원하는 작동 온도를 유지하도록 필요에 따라 제공되는 냉각량을 제어한다. 그리고 도 6은 하수가 대형 유지 탱크(112) 및 가스 저장 탱크(120)를 통해 펌핑되는 것을 도시하지만, 이들 구성요소(112 및 120) 중 하나 또는 둘 모두는 적절한 물 밸브(134A)를 개폐함으로써 우회될 수 있다.
b. 폐기물 배관(136B)
폐기물 배관(136B)은 REM 장치(100)의 고정 구성요소(106-128) 주위에서 작동하는 복잡한 네트워크를 제공한다. 제조를 용이하게 할 수 있는 표준 파이프 길이가 사용된다. 폐기물 배관(136B)에 사용되는 재료는 바람직하게는 HDPE이다. 그 재료의 특성은 화학적 및 생물학적 공격을 견디고, 137℃까지의 온도를 견디며, 12 bar까지의 압력을 견딜 수 있다. 또한, 그 절연 특성은 REM 장치(100)의 효율을 더욱 개선시키는 데에 도움이 된다. 폐기물 배관(136B)을 버퍼 탱크(108), 소형 유지 탱크(110), 대형 유지 탱크(112), 리큐어 탱크(126), 혼합 탱크(202), 및 탈수 탱크(300)를 필요에 따라 배수하고 이들을 세정 및 유지하기 위한 집수조에 용이하게 연결하도록 표준 배수 연결이 제1 컨테이너(102)의 외부에 제공되는 것이 바람직하다.
도 6에 또한 도시된 바와 같이, 폐기물 배관(136B)은 소형 유지 탱크(110)로 전달하기 전에 물/배설물/폐기물 혼합물을 버퍼 탱크(108)로 전달한다. 이어서, 가열되고 부분적으로 저온 살균된 또는 소화된 물/배설물/폐기물 혼합물은 소형 소화조 탱크(110)로부터 대형 유지 탱크(112)로 이동됨에 따라 버퍼 탱크(108) 내의 열 교환기(156)를 통과한다. 그리고, 대형 유지 탱크(112)에서 중온성 혐기성 소화가 완료된 후, 완전히 소화된 물/배설물/폐기물 혼합물이 탈수 유닛(114)으로 이동된다. ECU(118)는 적절한 폐기물 밸브(134E)를 개폐하고 소화조 공급 펌프(132B), 저온 살균 공급 펌프(132C), 슬러지 배출 펌프(132D), 및 균질화 펌프(204)를 작동시킴으로써 혐기성 소화 프로세스를 최적화하도록 필요에 따라 이들 구성요소(106-114) 사이에서 이동되는 물/배설물/폐기물의 양을 제어한다. 그리고 도 6은 가열되고 부분적으로 저온 살균된 또는 소화된 물/배설물/폐기물 혼합물이 버퍼 탱크(108) 내의 열 교환기(156)를 통해 펌핑되는 것을 도시하지만, 열 교환기(156)는 적절한 폐기물 밸브(134B)를 개폐함으로써 우회될 수 있다.
c. 가스 배관(136C)
가스 배관(136C)은 바이오 가스 내의 원소의 부식 특성으로 인해 스테인리스강인 것이 바람직하다. 예를 들어, 바이오 가스에는 FhS(Hydrogen Sulfide)가 있을 수 있다. 스테인리스강 배관은 해당 매질과 반응하지 않는다. 그리고, 도 7에 도시된 바와 같이, 가스 배관(136C)은 2개의 개별 루프를 형성한다. 제1 루프는 소형 유지 탱크(110)에서 물/배설물/폐기물을 교반하기 위해 압축기(128)가 있는 소형 유지 탱크(110)를 통해 공기를 순환시킨다. 그리고, 제2 루프는 대형 유지 탱크(112)에서 물/배설물/폐기물을 교반하기 위해 가스 진공 펌프(162)가 있는 대형 유지 탱크(112)를 통해 바이오 가스를 순환시킨다. 제1 루프는 소형 유지 탱크(110) 내로 공기를 도입하게 하기 때문에 "개방" 루프이고, 제2 루프는 대형 유지 탱크(112)에 이미 존재하는 바이오 가스만을 이용하기 때문에 "폐쇄" 루프이다.
제2 루프는 또한 가스 스크러버(116)를 이용하여 스크러빙한 후 대형 유지 탱크(112)로부터 가스 저장 탱크(120)로 바이오 가스를 이동시킨다. 가스 저장 탱크(120)로부터, 스크러빙된 바이오 가스는 부스터 팬(172)을 사용하여 바이오 가스 엔진(122)으로 이동되어 바이오 가스를 바이오 가스 엔진(122)에 필요한 작동 압력으로 유지시킨다. 가스 저장 탱크(120)에 의해 저장될 수 없는 임의의 잉여 바이오 가스는 안전하지 않은 수준의 압력이 발생하는 것을 방지하도록 플레어(124)를 이용하여 안전하게 연소된다. 그리고 전술한 바와 같이, 바이오 가스는 인출 프로세스 동안 원하는 작동 압력을 유지하도록 대형 유지 탱크(112) 내로 다시 순환될 수 있다. ECU(118)는 적절한 가스 밸브(134C)를 개폐하고 가스 진공 펌프(162) 및 부스터 팬(172)을 작동시킴으로써 이들 작동을 수행하도록 필요에 따라 이들 구성요소(112, 116, 120, 122) 사이에서 이동되는 바이오 가스의 양을 제어한다. 그리고 도 7은 바이오 가스가 가스 스크러버(116)를 통해 대형 유지 탱크 내로 다시 순환되는 것을 도시하지만, 가스 스크러버(116)는 가스 진공 펌프(162)가 역으로 작동되는 동안 적절한 가스 밸브(134C)를 개폐함으로써 그 작동을 수행하도록 우회될 수 있다. 그리고 도 7은 2개의 개별 루프를 도시하지만, 이들 루프는 소형 유지 탱크(110)로부터 바이오 가스를 회수하도록 필요에 따라 상호 연결될 수 있다.
xiii. 악취 저감 시스템(908)
혐기성 소화 프로세스에 의해 발생되는 잠재적으로 성가신 악취와 맞서기 위해, REM 시스템(100 또는 900)은 악취 저감 시스템(908)을 포함한다. 악취 저감 시스템(908)은 악취 저감 파이프 라인(1006)으로부터 대기를 수용한다. 이어서, 악취 저감 시스템(908)은 악취 저감 물질들의 적절한 조합을 사용하여 악취를 여과함으로써 대기가 악취 없이 또는 플레어(124)에 대한 필요성 없이 방출되게 한다. 악취 저감 물질은 쉽게 교체할 수 있는 특수 패브릭 백 내에 수용된다. 악취 저감 유닛(908)은 20년 동안 부식 및 침식에 대한 내성을 제공하는 적절한 물질로 제조된다. 악취 저감 물질이 들어 있는 백은 6개월 간격으로 유지 보수 품목으로서 교체할 필요가 있을 수 있다.
다른 실시예에서, 버퍼 탱크(108), 소형 유지 탱크(110), 탈수 유닛(114), 및 리큐어 탱크(126)는 각각 필터 요소를 갖는 배기 굴뚝(174)을 포함할 수 있다. 필터 요소는 바람직하게는 강철 울과 양치류의 조합과 같은 유기 여과 물질을 이용하여 이들 구성요소(108, 110, 114 및 126)에서 발생된 가스로부터 잠재적으로 성가신 악취를 제거한다. 그리고, 배기 굴뚝(174)은 바람직하게는 제1 컨테이너(102)의 외부로 이들 가스를 배출하도록 제1 컨테이너(102)의 루프를 통해 연장된다. 전술한 바와 같이, 대형 유지 탱크(112)는 그 내부에서 발생된 바이오 가스가 매우 가연성이기 때문에 배기 굴뚝(174)을 포함하지 않는다. 따라서, 그 바이오 가스는 가스 저장 탱크(120) 내에 저장되거나 플레어(124)에 의해 연소된다. 배기 굴뚝(174)은 악취 저감 시스템이 과잉 대기를 처리할 수 없을 때 대기를 배출하도록 악취 저감 시스템(908)과 함께 사용될 수 있다.
B. 재생 에너지 자가 발전 방법
REM 장치(100)의 구성요소(106-128)는 혐기성 소화 프로세스에서 별도의 노드를 형성하는 것으로 가장 잘 설명된다. 노드 1에서, 초퍼 유닛(106)은 약 8-10%의 총 고체 및 약 1:4의 폐기물/배설물 대 희석액(예를 들어, 상수 또는 하수)의 비율로 희석되어야 하는 가변 고체 함량의 배설물/폐기물(예를 들어, 공급 원료)을 수용한다. 노드 6에서 탈수 유닛(114)을 사용하여 완전히 소화된 물/배설물/폐기물로부터 회수된 재순환된 하수를 첨가함으로써 희석이 달성된다. 상수는 또한, 예를 들어, REM 장치(100)가 처음 시운전될 때, 필요에 따라 외부 공급원으로부터 첨가될 수 있다. ECU(118)는 레벨 감지 장비로 얻어진 측정에 기초하여 희석 프로세스를 제어한다.
필요한 양의 희석액(예를 들어, 상수 및/또는 하수)이 혼합 탱크(202) 내의 배설물/폐기물에 첨가된 후, 균질화 펌프(204)는 물/배설물/폐기물 혼합물을 침수시켜 원하는 점도를 얻는다. 그 프로세스는 하루에 몇 분 밖에 걸리지 않으며, 그 후에, 저온 살균과 소화를 시작하기에 충분한 양의 균질화된 물/배설물/폐기물이 있어야 한다. 균질화 펌프(204)는 바람직하게는 시간당 0.5 메트릭톤의 폐기물/배설물을 처리하도록 구성된다. 그리고, 전술한 바와 같이, REM 장치(100)는 사용자 특정 일일 양의 배설물/폐기물을 처리하기 위해 필요한 모듈식 구성요소를 사용하여 크기 설정될 수 있다.
노드 2에서, 노드 1에서 생성된 물/배설물/폐기물 혼합물은 예열을 위해 버퍼 탱크(108)로 전달된다. 버퍼 탱크(108)는, 노드 1에서 생성된 물/배설물/폐기물 혼합물을 가온시키면서 노드 3에서 소형 유지 탱크(110)에서 저온 살균 동안 생성된 가열되고 부분적으로 저온 살균된 또는 소화된 물/배설물/폐기물을 냉각시키는 열 교환기(156)를 포함한다. 냉각 동안 가열되고 부분적으로 저온 살균된 또는 소화된 물/배설물/폐기물에 의해 상실된 열 에너지는 버퍼 탱크(108) 내의 물/배설물/폐기물 혼합물로 전달되어 이 혼합물을 소형 유지 탱크(110)로 이동되기 전에 주위 온도로부터 가온한다. 이 프로세스는 노드 4에서 대형 유지 탱크(112)의 중온성 버그에 대한 열 충격을 피하기 위해 대형 소화조로 유입되는 물/배설물/폐기물 혼합물이 35-40℃가 되게 한다. 또한, 노드 1에서 생성된 물/배설물/폐기물 혼합물을 예열하므로 노드 3에서 소형 유지 탱크(110) 내의 히터(160)에 적은 부하가 가해지는데, 여기서 물/배설물/폐기물 혼합물은 적어도 70℃로 가열된다.
노드 3에서, 소형 유지 탱크(110)는 가스 혼합기(158)를 사용하여 물/배설물/폐기물 혼합물을 공기와 혼합하며, 이는 저온 살균 동안 버그가 물/배설물/폐기물 혼합물을 가열하기 위해 산소를 사용하게 한다. 그러한 소형 유지 탱크(110)의 내용물은 또한 내부 히터(160)에 의해 최소 60 분 동안 약 70℃의 작동 온도로 가온된다. 이는 SCADA 인터페이스를 통해 ECU(118)에 연결된 SCADA 시스템을 사용하여 저온 살균을 최적화하도록 필요에 따라 조절될 수 있다. 그 안의 버그가 공급, 유지 및 방출 단계를 갖는 탱크를 통해 빠르고 쉽게 순환될 수 있도록 2개 이상의 소형 유지 탱크(110)가 제공되는 것이 바람직하다. 공급 및 방출 단계는 더 큰 탱크에서 시간이 많이 걸리고 어려울 수 있다. 더욱이, 더 큰 탱크에서는 히터(160)에 대한 부하가 더 클 것이다.
소형 유지 탱크(110)에서의 저온 살균이 완료된 후, 가열되고 부분적으로 저온 살균된 또는 소화된 물/배설물/폐기물은 각각 노드 4 및 5에서 중온성 혐기성 소화 및 바이오 가스 회수를 위해 대형 유지 탱크(112)로 이동된다. 전술한 바와 같이, 가열되고 부분적으로 저온 살균된 또는 소화된 물/배설물/폐기물은, 미리 결정된 충전 레벨에 도달할 때까지 대형 유지 탱크(112) 내에 퇴적되기 전에 노드(2)에서 버퍼 탱크(108) 내의 열 교환기(156)에 의해 35-40℃로 냉각된다. 대형 유지 탱크(112)에서, 저온 살균되거나 냉각되고 부분적으로 소화된 물/배설물/폐기물은 중온성 혐기성 소화 동안 생성된 바이오 가스를 물/배설물/폐기물로 다시 재순환시킴으로써 가스 교반기(158)에 의해 지속적으로 교반된다. 대형 유지 탱크(112)로의 공급 유량은 15일의 최소 체류 시간을 제공하도록 된다. 소형 유지 탱크(110) 및 대형 유지 탱크(112)에서 물/배설물/폐기물이 유지되는 온도 및 시간은 ECU(118)에 의해 제어되어 적절한 HACCP 내에서 작동하고 미국 EPA 규정 40 C.F.R. 503.32와 같은 지역, 국가 및/또는 국제 표준을 준수한다.
노드 4에서 중온성 혐기성 소화 동안 생성된 바이오 가스는 대형 유지 탱크(112)로부터 제거되어 노드 5에서 가스 저장 탱크(120) 내에 위치된다. 그 바이오 가스는 중온성 혐기성 소화에 의해 생성될 때 가스 진공 펌프(162)에 의해 가스 저장 탱크(120)로 이동된다. 그리고, 그 프로세스가 완료된 후, 물/배설물/폐기물 혼합물의 잔류물은 노드 6에서 탈수 유닛(114)으로 출력된다. 대형 유지 탱크(112)가 그러한 방식으로 인출될 때, 바이오 가스는 가스 저장 탱크(120)로부터 대형 유지 탱크(112) 내로 다시 이동되어 인출 프로세스 동안 대형 유지 탱크(112) 내에서 15-20 mbar의 작동 압력을 유지한다. 이어서, 대형 유지 탱크(110)가 노드 4에서 저온 살균되거나 냉각되고 부분적으로 소화된 물/배설물/폐기물의 다음 배치로 채워짐에 따라, 바이오 가스는 노드 5에서 가스 저장 탱크(120)로 다시 이동된다.
노드 6에서, 대형 유지 탱크(110)로부터 인출된 완전히 소화된 물/배설물/폐기물은 탈수를 위해 탈수 유닛(114)으로 펌핑된다. 완전히 소화된 물/배설물/폐기물은 분리 프로세스를 돕기 위해 미세 메시를 통과시킴으로써 예비 여과를 받는다. 완전히 소화된 물/배설물/폐기물은 또한 탈수 탱크(300)에서 탈황 황화수소 스크러빙 또는 스위트닝(sweetening)을 받을 수 있다. 그리고, 완전히 소화된 물/배설물/폐기물에서 부유 고체를 응집시키기 위해 응고제가 첨가되어 탈수 탱크(300)의 바닥으로 떨어질 수 있고, 이에 따라 혼합기 공급 펌프(134B)를 이용하여 초퍼 유닛(106)으로 재순환되는 세정된 "하수" 또는 리큐어의 상단층이 남게 된다. 하수 내의 박테리아는 또한 공급 원료로서 사용될 수 있으므로, 노드 7에서 저장을 위해 리큐어 탱크(126)로 중력에 의해 공급될 수도 있다.
탈수 탱크(300)의 바닥으로 떨어지는 고체는 농축된 유기 비료층을 형성한다. 탈수 유닛(114)의 전기 모터(304)는 컨베이어 튜브(302) 내에 배치된 샤프트리스 스크류 컨베이어를 회전시켜 농축된 유기 고체 비료층을 컨베이어 튜브(302)를 통해 위로 그리고 컨베이어 튜브(302)의 상단부에 배치된 분출구(306)를 통해 밖으로 운반하며, 거기에서 비료층은 로딩 플랫폼(142) 상의 분출구 아래에 배치된 통으로 떨어진다. 그 통 내에 수집된 고체 비료 또는 멀치는 그 프로세스 결과로서 75 내지 85% 건조되는 것이 바람직하다. 그리고, 소화 프로세스에 의해 생성된 고체 및 액체 비료는 병원체가 없는 것이 바람직하다. 이 비료는 미리 정해진 규정에 따라 저장 또는 추가 가열을 이용하여 병원체가 없는 것으로 인증될 수 있다.
C. 모듈식 구성
위에 개시된 장치 및 방법의 예시적인 실시예와 관련하여 단지 2개의 컨테이너(102 및 104)만이 설명되지만, REM 장치(100)의 구성요소(106-128)는 특정 용례에 맞추는 것이 요구될 때 많은 상이한 컨테이너(102, 104, 1000, 1100, 1200, 및 1300)로 분리될 수 있다. 예를 들어, 처리 컨테이너(도시되지 않음)는 초퍼 유닛(106), 버퍼 탱크(108), 탈수 유닛(114), 및 ECU(118)를 수용할 수 있고; 소화 컨테이너(도시되지 않음)는 소형 유지 탱크(110), 대형 유지 탱크(112), 및 가스 스크러버(114)를 수용할 수 있으며; CHP 컨테이너(도시되지 않음)는 바이오 가스 엔진(122)을 수용할 수 있고; 리큐어 저장 컨테이너(도시되지 않음)는 하나 이상의 리큐어 저장 탱크(126)를 수용할 수 있으며; 가스 저장 컨테이너(104)는 하나 이상의 가스 저장 탱크(120)를 수용할 수 있다. 이 구성에서, 처리 컨테이너는 혐기성 소화 프로세스 전후에 모든 배설물/폐기물 및 물/배설물/폐기물을 처리할 것이고; 소화 컨테이너는 저온 살균 또는 호열성 혐기성 소화, 중온성 혐기성 소화, 및 바이오 가스 스크러빙을 수행하며; 가스 저장 컨테이너는 모든 바이오 가스 저장을 수행할 것이다. 이에 의해, 처리 컨테이너의 처리 용량 및/또는 가스 저장 컨테이너의 저장 용량에 도달할 때까지, 하나 이상의 소화 컨테이너가 처리 컨테이너 및 가스 저장 컨테이너에 첨가될 수 있다. 따라서, 이들 컨테이너는 바람직하게는 표준화된 배관(136A-136C) 및 배선(138)(예를 들어, 미리 제조된 배관 섹션 및 배선 하네스)을 사용하여 상호 연결되어 컨테이너들이 모듈 방식으로 연결되게 함으로써, REM 장치(100)의 확장이 실질적으로 임의의 전체 요건에 맞게 한다.
보다 구체적인 예로서, 각각의 처리 컨테이너 내의 초퍼 유닛(106)이 시간당 0.5 메트릭톤의 폐기물/배설물을 처리할 수 있다면, 8 시간 내에 6 메트릭톤의 폐기물/배설물을 처리하기를 원하는 사용자는 2개의 처리 컨테이너를 확보하고 일제히 작동하도록 구성함으로써, 사용자가 6 시간 동안 그 양의 폐기물/배설물을 처리하게 한다. 유사하게, 24 시간 내에 24 메트릭톤의 폐기물/배설물을 처리하기 위해 2개의 처리 컨테이너가 제공될 수 있다. 이어서, 이들 2개의 처리 컨테이너는 전술한 표준화된 배관(136A-136C) 및 배선(138)을 사용하여 데이지 체인 구성으로 대응하는 개수의 소화 컨테이너에 연결될 수 있다.
혐기성 소화 프로세스는 통상적으로 약 1:4의 폐기물/배설물 대 희석액(예를 들어, 상수 및/또는 하수)의 비율을 필요로 하기 때문에, 하루에 6 메트릭톤의 폐기물/배설물을 처리하면 약 30 톤의 물/폐기물/배설물 혼합물이 생성될 것이다(6 메트릭톤의 폐기물/멀치 + (4 x 6) 메트릭톤 희석액 = 30 메트릭톤의 물/폐기물/배설물 혼합물). 그리고, 대형 유지 탱크(110) 내의 소화 프로세스는 약 21일이 걸리기 때문에, 폐기물/배설물의 연속 사이클이 하루 6 메트릭톤의 속도로 처리되게 하기 위해 약 630 메트릭톤(~630 m3)의 저장량이 요구될 것이다(30 메트릭톤/일 x 21 일/소화 사이클 = 630 메트릭톤/소화 사이클). 따라서, 4개의 1,800 리터의 소형 유지 탱크 및 2개의 14,000 리터의 대형 소화 탱크(112)를 각각 갖는 12개의 소화 컨테이너가 도 8에 도시된 바와 같이 21일 주기로 30 메트릭톤의 물/폐기물/배설물 혼합물을 소화하기 위해 필요할 것이다.
55-60% 메탄에서 600 m3의 바이오 가스를 생성하기 위해 하루 6 톤의 용액이 추정된다. 그러한 대용량 프로세스에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 바이오 가스를 저장하기 위해 2개의 가스 저장 컨테이너가 제공될 필요가 있고, 바이오 가스를 열 및/또는 전기로 변환하기 위해 적어도 2개의 CHP 컨테이너가 제공될 필요가 있다. 바람직하게는, 2개의 바이오 가스 엔진(122)이 바이오 가스를 얻는 데에 사용될 수 있고 3번째는 백업으로서 사용될 수 있도록, 2개의 CHP 컨테이너 사이에 적어도 3개의 바이오 가스 엔진(122)이 제공될 것이다.
또한, 하루 6 톤 구성에서, 혐기성 소화가 완료된 후에 완전히 소화된 물/배설물/폐기물로부터 제거된 하수를 저장하기 위해 2개의 리큐어 저장 컨테이너가 필요할 것이다. 하수가 제거된 후에 완전히 소화된 물/배설물/폐기물로부터 생성된 고체 비료를 저장하기 위해 멀치 저장 컨테이너가 또한 제공될 수 있다. 이들 추가 컨테이너는 또한 도 8에 도시되어 있다.
전술한 처리 컨테이너, 소화 컨테이너, CHP 컨테이너, 리큐어 저장 컨테이너, 가스 저장 컨테이너, 및 멀치 저장 컨테이너 각각은 바람직하게는 표준 20-피트 컨테이너이다. 더 큰 처리 용량이 필요한 경우, 40-피트 컨테이너가 또한 사용할 수 있다. 40-피트 컨테이너가 적합하지 않은 경우, 모듈식 맞춤형 컨테이너를 사용하여 필요한 용량을 충족시킬 수 있다. 그러한 맞춤형 컨테이너는 미리 형성된 절연 콘크리트 또는 금속 패널로부터 현장에서 조립될 수 있다. 맞춤형 컨테이너는, 미리 형성된 패널을 함께 배선하거나 볼트 체결함으로써 현장에서 타설하는 콘크리트 슬래브 상에 건립될 수 있다. 맞춤형 컨테이너는 정사각형일 수 있거나, 둥근 에지를 가질 수 있거나, 돔형 루프 또는 다른 적절한 구성을 가질 수 있다.
대형 유지 탱크(112)는 필요에 따라 실질적으로 유사한 방식으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 하루에 24 메트릭톤의 폐기물/배설물이 처리되기를 원한다면, 2개의 처리 컨테이너에는 전술한 바와 같이 형성된 3개의 맞춤형 대형 유지 탱크(112) - 소화 프로세스 동안 물/폐기물/배설물 혼합물을 저장하기 위한 2개와 다른 대형 유지 탱크 중 하나에 문제가 발생하는 경우 혼합물을 유지하기 위한 1개 - 가 제공될 수 있다.
본 발명의 처리 컨테이너, 소화 컨테이너, CHP 컨테이너, 리큐어 컨테이너, 가스 저장 컨테이너, 및 멀치 저장 컨테이너를 모듈식으로 만듦으로써, REM 장치(100)는 실질적으로 임의의 용례에 적합하도록 이들 컨테이너로부터 조립될 수 있다. 따라서, 모든 용례에 대해 새롭고 상이한 폐기물 처리 설비를 구축하는 대신에, 본 발명의 REM 장치(100)는 용례에 맞추도록 크기 설정될 수 있다. 더욱이, 처리 컨테이너 내의 구성요소(106-114)와 CHP 컨테이너 내의 바이오 가스 엔진(122)을 소형 유지 탱크(110), 대형 유지 탱크(112), 및 가스 저장 탱크(120)로부터 분리함으로써, 이들 탱크 내에서 생성된 및/또는 저장된 바이오 가스를 우발적으로 점화시킬 잠재적인 위험이 회피된다.
요약
요약하면, 본 발명은 지속 가능한 에너지 소스를 제공하면서 폐기물 처리 문제에 대한 신규한 해결책을 제공한다. 본 발명이 설치된 후, 모든 사용자는 장치에 폐기물을 로딩하기만 하면 시스템이 폐기물을 처리하여 열, 바이오 가스, 전기, 및 비료를 생성할 것이다. 그리고, 몇 주만 사용한 후에도, 사용자는 지속적으로 전기를 공급받게 된다. 본 발명은 적어도 다음의 이점을 제공한다: 1) 일년 내내 말 배설물로부터 전기를 생산하고; 2) 정화조 폐기물을 온수 및/또는 열로 변환하며; 3) 처리 비용, 보기 흉한 배설물 더미, 및 악취나는 정화조 시스템을 제거하고; 4) 고체 및 액체 비료를 포함하는 유용한 부산물을 생성한다.
REM 장치(100)는 매일 배설물/폐기물을 공급하는 것 외에는 개입이 필요없는 자동화된 플랜트이다. 도 1a 내지 도 1e의 실시예는 하루에 400 kg의 배설물/폐기물(예로서, 공급 원료)을 처리할 수 있는데, 이 배설물/폐기물은 15일에 걸쳐 소화되어 약 2,000 리터의 바이오 가스 및 PAS 110 품질 프로토콜을 충족하거나 초과하는 저온 살균된 멀치 제품을 생산한다. 하수 또는 리큐어도 해당 품질 프로토콜을 충족하거나 초과한다. REM 장치(100)는 또한 적절한 HACCP 내의 온도 및 시간에서 배설물/폐기물을 처리하고 미국 EPA 규정(예를 들어, 40 C.F.R. 503.32)을 준수하도록 설계된다. 전술한 바와 같이, ECU(118)는 그러한 온도 및 시간을 제어하도록 프로그래밍된다. 그리고, 유럽 연합의 ATEX 지침 및 DSEAR을 준수하도록 필요에 따라 구성요소(106-128)의 적절한 분리가 제공된다.
본 발명의 장치 및 방법은, 다양한 유형의 농장 동물 분뇨(예를 들어, 말, 소, 돼지, 및 닭 분뇨); 고기, 피, 및 기타 도축장 폐기물; 정원 및 농업 녹색 폐기물; 음식 준비 및 주방 폐기물; 낭비된/남은/망친 음식; 정화조 내용물을 포함하지만 이에 제한되지 않는 유기 및 부패성 폐기물과 같은 폐기물/배설물을 처리하는 데에 특히 적합하다. 그 배설물/폐기물은 혐기성 소화 프로세스에서 박테리아의 혼합으로 소화되어 바이오 가스(예를 들어, 메탄 및 이산화탄소)를 생성하고, 그 프로세스 후에 배설물/폐기물의 잔류물은 건조 멀치와 액체 비료로 분리된다. 바이오 가스는 CHP 유닛에서 연소되어 열 및 전력을 생성할 수 있으며; 멀치는 동물 잠자리로서 사용될 수 있고; 액체 비료는 그 영양분 함량과 비옥도를 증가시키기 위해 토양에 다시 넣도록 사용될 수 있다. 더욱이, CHP로 생성된 초과 전기는 국가 그리드로 다시 판매될 수 있다.
전술한 설명 및 도면은 본 발명의 원리의 단지 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명은 다양한 형상 및 크기로 구성될 수 있으며 바람직한 실시예에 의해 제한되도록 의도되지 않는다. 본 발명의 다수의 용례는 본 기술 분야의 숙련자에게 용이하게 연상될 것이다. 예를 들어, 혼합기(138)는 공기 노즐이 아닌 회전식 기계적 교반 디바이스를 포함할 수 있고 바이오 가스 엔진(122)은 CHP가 아닌 바이오 가스 발전기일 수 있다. 따라서, 본 발명을 개시된 특정예 또는 도시되고 설명된 정확한 구성 및 동작으로 제한하는 것은 바람직하지 않다. 오히려, 본 발명의 범위 내에 속하는 모든 적절한 수정 및 균등물에 의존할 수 있다.

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