KR20230126768A - 가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정 - Google Patents

가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 돈분뇨저장조와 유기성폐자원저장조로부터 제공되는 가축분뇨와 유기성폐자원의 혼합물을 발효시키는 중에 발생되는 가스를 저장하여 보일러 또는 발전기의 연료로 제공하는 가스생산부; 상기 가축분뇨와 유기성폐자원의 혼합물을 발효시키고 탈수공정을 진행하여 호기성전처리공정을 진행하여 생성되는 암모니아에 황산암모늄을 첨가하여 비료를 생산하고, 암모니아가 제거된 혼합물로부터 질소를 제거한 후에 액상슬러지를 분리하여 액비로 사용하는 비료생산부; 상기 가축분뇨와 유기성폐자원의 혼합물로부터 분리되는 고형분과, 상기 탈수공정에서 생성되는 고형분을 우분저장조에 공급하여 발효시키고 이물질을 제거하여 건조시킨 후에 펠릿 모양으로 성형하고 냉각시켜 고체연료를 생산하는 연료생산부; 및 상기 호기성전처리공정에서 생성되는 고체슬러지로부터 농축액을 분리시킨 후에 클로렐라와 혼합 배양하여 동물사료 또는 농자재에 첨가되는 친환경조성물을 생산하는 친환경조성물생산부를 포함하고, 상기 가스생산부, 상기 비료생산부, 상기 연료생산부 및 상기 친환경조성물생산부는 하나의 공간에 연계되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

Description

가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정 {Integrated process for energy conversion(Biogas, Solid Refuse Fuel) of mixed organic waste resources, mainly livestock manure}
본 발명은 가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 돈분료, 우분 및 유기성폐자원을 활용하여 전기에너지를 생산하고, 가축의 사료를 생산하며, 친환경 농자재를 사용되는 조성물을 제공할 수 있고, 난방에 사용되는 펠릿을 생산할 수 있어 가축분뇨를 충분히 재활용하여 재활용 후에 버려지는 배출물의 배출량을 현저히 감소시킬 수 있고, 배출물 처리에 요구되는 시설 및 매립지 확보에 소요되는 시간 및 비용을 현저하게 절감할 수 있으며, 가스생산부, 비료생산부, 연료생산부 및 친환경조성물생산부가 한 공간에 집약적으로 설치되어 가축분료와 유기성폐자원을 다양하게 재활용하는데 요구되는 이동거리를 단축시킬 수 있으므로 재활용공정에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있는 가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정에 관한 것이다.
축산농가에서 발생되는 분뇨폐기물을 처리하기 위해 유기질 액비장치 또는 메탄가스를 이용한 전기 발생장치가 있었으나 상기의 이러한 설비들은 모두 설치장치가 방대하고 전기 생산량을 증가시키기 위해서는 설비를 분해하여 증설시키는 작업을 하게 됨으로써, 작업시간이 오래 걸리고 설비가 설치되는 면적 또한 많이 차지하는 문제점이 있었다.
현재 국내외에 설치된 분뇨 폐기물을 이용한 발전장치는 화력발전 또 는 수력발전과 같이 대용량의 발전시설이 아니라 20∼50㎾h의 소형급으로써, 외국의 예를 살펴보면 축산농장 일측 또는 마을에 설치되어 생산되는 전기를 가정이나 마을공동체로 사용하고 남는 전기는 회사에서 매입하여 상업용 전기로 사용하고 있다.
따라서 유럽에서 사용하고 있는 발전설비 형태를 보면 작은 단위로 발전장치를 집집마다 설치하거나 마을에 공동체로 사용할 경우에는 가구 수에 따라서 다수 개를 설치하여 사용할 뿐만 아니라 노지에 탱크 배관 등이 무질서하게 설치되어 주변 환경에 다를 외관이 무질서한 문제점이 있었다.
또한, 음식쓰레기나 분뇨폐기물 등을 이용하여 가스를 생산하는 선행기술을 살펴보면 특허등록 제0356966호 "유기성폐자원과 축산분뇨의 통합 소화처리장치 및 방법"은, 고상 폐기물을 저장하기 위한 고상 폐기물 저장조와, 액상의 축산분뇨를 저장하기 위해 고상 폐기물 저장조와 별도로 설치된 액상 축산분뇨 저장조와, 고상 폐기물 저장조로부터 고상 폐기물을 파봉 및 조대 파쇄하기 위한 1차 파쇄기와, 1차 파쇄기로부터의 폐기물을 미세파쇄 및 선별분리하기 위한 2차 선별파쇄기와, 2차 선별파쇄기로부터의 고상 폐기물과 액상축산분뇨 저장조로부터의 액상 폐기물을 혼합하여 균질화하기 위한 혼화조와, 2차 선별파쇄기 또는 혼화조에 공정수를 공급하기 위한 공정수 저장탱크와, 혼화조로부터의 균질화된 폐기물을 비중분리시키기 위한 종합협잡물 비중선별기와, 비중분리가 완료된 폐기물을 중온 2상 혐기소화시키기 위해 직렬로 배치된 산발효조 및 메탄발효조와, 산발효조 및 메탄발효조로부터의 발생되는 바이오가스를 포집하기 위한 가스저장조와, 산발효조 및 메탄발효조로부터의 슬러지가 유하되어 저장되는 슬러지 저장조로 구성된다.
특허등록 제0356966호 역시 음 식물 쓰레기와 분뇨에서 가스를 생산한 후 슬러지를 소각하기 위한 시설이 방대하고 노지에 설치함으로서 각각의 시스템을 설치하기 위한 면적이 필요하며 외부로 노출되도록 설치됨으로써 설비가 설치된 주변 환경이 미려하지 못한 문제점이 있다.
또한 특허등록 제0302110호 "매립장 발생가스의 가스연료화 방법 및 그 시스템"은, 수분과 유해물질을 포함하고 있는 LFG를 가스공급관을 통해 저부에 배수구가 설치된 원심탈수기로 유입시켜 수분을 제거하고 배관을 통해 가스공급탱크로 유입시킨 다음 압축기에 의해 압축하여 배관을 통해 저부에 배수구가 있는 가스저장기로 유입하고, 유입된 압축가스를 배관을 통해 Molecular Sieve 흡착탑과 또 다른 배관을 통해 활성탄 흡착탑을 통과시켜 유해물질을 제거함을 특징으로 하는 LFG 가스연료화 시스템으로 이루어진 것으로서, 가스를 생산하기 위한 설비가 나열되도록 설치되어 일정한 시설면적 소요되는 문제점 있다.
특히, 특허등록 제0302110호의 경우 매립지에서 발생되는 침출수를 이용하여 메탄가스를 생산해야 함으로써 시설투자에 비하여 생산량이 떨어지는 문제점이 있었다.
2010년 기준으로 전국의 도축 및 도계장의 폐기물은 혈액 54,915톤, 폐내장류 169,167톤에 달하고, 1차 침전슬러지는 연간 480,503톤에 달하며, 이러한 도축 폐기물은 토양을 오염시키고, 악취를 발생시켜 환경을 오염시키지만 도축 두수는 계속 증가하여 이를 위한 처리 방안이 시급하다.
도축을 하였을 경우 현재 폐기물 처리 공정에서 도축폐수 슬러지는 도축폐수 슬러지 저장소에 저장하는데(20톤/일), 이 단계에서 악취가 많이 발생하고, 고분자응집제(4Kg/일)를 투여한 후에 벨트프레스를 가동하며, 고분자응집제의 비용이 연간 1000만원이 넘게 들고, 벨트프레스에서도 악취가 진동한다.
벨트프레스에서 발생하는 고형분은 탈수케이크로 만들어 위탁 처리시키는데, 그 비용이 연간 1억원이 소요되고, 벨트프레스에서 발생된 여액은 폐수처리하게 된다.
또한 도축 시 발생하는 혈액의 경우 혈액처리장치로 보내지거나 폐수처리장으로 보내진다. 폐수처리장에서는 약품비, 전력비, 폐기물처리비가 증가하게 되고, 혈액처리장치에서는 보일러에서 스팀을 보내 처리하게 되는데 혈액처리장치에서 악취가 발생한다.
혈액처리장치에서 발생한 고형분은 에어컨베이어에 의해 돈모저장조로 보내지고, 퇴비화 및 위탁처리장치에서 최종처리하는데 여기서도 악취가 발생한다.
도축부산물(내장), 돈모는 위탁처리되는데, 20톤/일 처리기준으로 연간 7200만원이 소요된다. 이때 위탁 처리되는 곳에서 제대로 처리하지 않아 토양오염이나 기타 오염이 발생되므로 문제가 있다.
한편, 도축부산물과 같은 유기성 폐기물의 발생은 유독성 냄새의 발생, 해충의 이상 발생, 침출수, 오수 및 폐수 등으로 인한 상수원의 오염 등 인간생활에 직접적인 폐해를 유발시키고 있음은 주지의 사실이다.
이에 따라, 환경 및 수질오염이 사회적인 큰 문제로 대두되면서 쾌적한 환경에 대한 욕구는 날이 갈수록 증가되어 폐기물의 처리 및 활용에 대한 노력이 다각적으로 진행되고 있다.
유기성 폐기물의 처리 및 활용에 대한 노력의 일환으로 정부에서도 유기성 폐기물의 재활용제품이 상품으로써 유통과 사용이 활성화되도록 하기 위하여 현재 유기성 폐기물 사료제조업 등록기준을 마련하여 제조 판매가 가능하도록 하고, 전문 사료 비료생산 판매업체를 통한 재활용제품의 유통체계를 갖추어 생산 및 판매를 활성화하고 있으며, 제품의 생산자ㅇ소비자 연계를 위하여 폐기물 유통정보시스템을 연계ㅇ알선 및 정보제공을 실시하고 있다.
아울러, 유기성 폐기물을 바이오 가스인 메탄가스를 생산하는데 활용하기 위한 기술도 개발되고 있고, 유기성 폐기물의 처리에 대한 종래의 기술로는 유기성 폐기물을 매립하는 것으로써 이러한 유기성 폐기물의 매립은 주지하는 바와 같이 갈수록 줄어드는 매립지난과 수송비 및 막대한 매립비용으로 인하여 많은 문제점이 수반된다.
또한, 침출수 및 악취 등의 문제로 인한 수질 및 환경오염이 우려되는 문제가 있고, 자본시장의 개방, 지구의 온난화 및 엘리뇨 현상 등으로 인한 농작물 작황의 우려와 이에 따른 사료 값의 폭등으로 축산농가의 어려움이 예상되고 있는 시점에서 대안으로 대두되고 있는 유기성 폐기물의 사료화를 들 수 있는데, 종래의 유기성 폐기물 사료화 방법으로는 건조 발효 사료화 방법 및 습식 사료화 방법 등이 있다.
그리고 유기성 폐기물을 바이오 가스인 메탄가스를 생산하는데 활용하기 위한 기술로는 유기성 폐기물을 이용한 바이오 가스 발생처리시스템이 개발되었고, 이러한 시스템은 1990년 대체에너지 개발로부터 시작되었으며, 그 후 산업공정으로부터 발생되는 식품 산업폐수 등을 에너지로 전환하기 위한 고율 혐기성 처리공정이 개발되기 시작하여 현재 실용화가 완료된 상태이다.
그러나 전술한 바와 같은 고율 혐기성 처리공정의 기술 대부분은 고형물의 함량이 낮은 용존성 폐수들로 고율혐기성 처리공정에 잘 적용되는 폐수들이다.
이 후 고형물의 함량이 높은 하수 슬러지, 축산분뇨, 음식물 쓰레기 등을 혐기성 공정에 의해 처리하기 위한 현대식 고율 혐기성 처리공정의 개발이 본격화 되었으며, 축산분뇨 등 일부 유기성 폐기물의 혐기성 처리에 성공적으로 응용되어 현장에 실규모 처리시스템이 운전되고 있다.
한편, 전술한 축산분뇨, 하수 슬러지 및 음식물 쓰레기 등과 같은 유기성 폐기물은 기본적으로 고형물 함량이 높은 유기성 폐기물로 구성되어 있어 기 개발되어 이용되고 있는 현대식 고율 혐기성 처리공정(UASB 공정)에 적용하기 위해서는 고액분리를 위한 전처리시스템 도입, 분리된 액체의 용해화를 위한 가수분해조 설치 등 고효율의 메탄가스 생산을 위해 전처리시설 등이 필요한 실정이다.
전술한 바와 같은 혐기성 소화처리 방법은 유기성 폐수 및 폐기물에서 에너지회수의 적합한 기술로, 소화 처리기술의 진보 및 전처리방법의 도입에 등에 따라 처리속도가 향상되고 있고, 바이오 가스의 회수율도 증가하고 있으나 기대에는 미치지 못하는 실정이다.
따라서 전술한 바와 같은 문제를 해결하고자 대한민국 등록특허 제311987호(음식물 쓰레기와 하수슬러지의 병합처리 시스템)에서 음식물 쓰레기와 하수 슬러지를 혐기 소화하여 병합 처리하는 시스템을 제시한 바 있다.
그러나 전술한 바와 같은 기술은 음식물 쓰레기와 하수 슬러지를 혐기 소화하여 병합 처리하는 시스템은 산발효균과 유기산이 서로 혼합되어 있어 이를 고액분리하기 어렵다는 문제점과 고형물 함유량이 높은 폐기물을 처리하기 어렵다는 문제점이 있고, 전술한 바와 같은 대한민국 등록특허 제311987호의 기술은 유기성 폐기물이 분해가 용이한 용존성 물질화로 되어 있지 않고 고형화되어 있어 혐기 소화법으로 처리하는데 통상 10일 이상의 매우긴 체류시간이 필요하다는 문제점이 있다.
한편, 전술한 바와 같은 대한민국 등록특허 제311987호의 기술의 문제를 극복하고자 대한민국 등록특허 제521866호(미립자 생분해성 유기 폐기물의 처리방법 및 장치)에서는 미립자 생분해성 유기 폐기물을 처리하여 바이오 가스를 회수하기 위한 장치가 제시된 바 있으나, 전술한 바와 같은 유기 폐기물의 처리방법 및 장치는 고온 고압 조건에서 유기성 폐기물을 가용화하여 처리하는 방법으로 혐기성 소화조의 운영은 수분함량이 높은 습식 처리시스템으로 구성되어 있어 전처리과정에 많은 에너지가 소요되며, 혐기성 소화시 발생되는 폐수를 처리하기 위한 별도의 시설을 필요로 하는 문제점을 가지고 있다.
이와 같이 축산 농가에서 발생하는 도축 페기물, 축산 분뇨, 음식물 쓰레기 등을 처리하기 위한 많은 방법들이 개발되고 있으나, 종합적으로 지속적인 처리가 가능한 시스템은 개발되고 있지 않다.
즉 부분적으로는 처리 가능한 시스템이 있었으나, 효율적으로 가축분뇨, 음식물 쓰레기, 도축 폐기물, 축산분뇨 등을 계속적으로 순환시켜 재활용할 수 있는 바이오가스 및 퇴비로 재생 가능하게 처리할 수 있도록 하는 처리시스템은 없었다.
축산농가에서 발생 되는 축산 분뇨, 양돈분뇨, 양계분뇨, 인분 (이하"분뇨 폐기물"이라한다) 등을 발효시켜 바이오 가스(BIOGAS)를 생산하여 전기발전 연료로 사용토록 함으로서 분뇨 폐기물을 재활용하는 동시에 폐기되는 분뇨를 이용하여 가정용 생활 전기 및 산업용 전기를 공급할 수 있도록 한 환경친화적인 분뇨폐기물의 바이오가스를 이용한 발전연료 제조방법이 필요하다.
상기한 문제점을 해결하기 위해 가축분뇨와 음식물 쓰레기를 이용한 바이오 가스 제조시스템이 개발되었으며, 종래기술에 따른 시스템은, 가축분뇨집수조와 유기성폐자원저장조가 구비되어 알카리성인 가축분뇨와 산성인 혈액 또는 음식물 오니를 혼합하여 PH를 맞추어 공급하도록 구성되고, 가축분뇨집수조와 유기성폐자원저장조의 원재료를 섞어 원심고액분리기로 보내 고형물은 퇴비로 만들고 액은 가스저장조로 보내 중화시켜 제1혐기성발효조와 제2혐기성발효조에 각각 연결되되 제1혐기성발효조와 제2혐기성발효조도 서로 연결되어 독립적 또는 함께 구동이 가능하며, 제1혐기성발효조와 제2혐기성발효조는 하부를 통해 소화액1차저장조를 거쳐 소화액저장조에 연결되고, 제1혐기성발효조와 제2혐기성발효조의 상부를 통해 가스저장조와 연결되되 교반에 의해 발생된 바이오가스는 냉각기와 열교환기를 통해 감온된 후 건식탈황되어 가스저장조에 공급되며, 가스저장조는 하나 이상의 보일러와 하나 이상의 발전기에 연결되어 바이오 가스가 공급되도록 구성된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1342982호(2013년 12월 18일 공고, 발명의 명칭 : 가축분뇨와 음식물 쓰레기를 이용한 바이오 가스 제조시스템)에 개시되어 있다.
종래기술에 따른 시스템은, 분뇨와 유기성폐자원의 혼합물로부터 생상되는 메탄가스를 전기에너지 발전에 사용한 후에 배출되는 액상 배출액을 재활용하기 위한 별도의 기술구성이 구비되지 않고, 우분을 활용하는 별도의 기술구성이 구비되지 않기 때문에 가축 분뇨 및 유기성폐자원을 충분히 재활용하지 못하는 문제점이 있고, 재활용 이후에 배출되는 액상 배출물 처리에 소요되는 시설 및 매립지 확보에 소요되는 시간 및 비용을 절감하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 종래기술에 따른 시스템은, 분뇨와 유기성폐자원을 재활용하여 가스, 비료 및 연료 등을 생산하는 다양한 설비들이 각 지역에 분포되기 때문에 분뇨와 유기성폐자원의 1차 가공물을 다양한 재활용 시설물들로 이송하고 재처리 공정을 진행해야만 가스, 비료 및 연료 등을 재생산할 수 있어 분뇨와 유기성폐자원을 재활용하는데 소요되는 시간 및 비용을 절감하기 어려운 문제점이 있다.
따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명은 돈분료, 우분 및 유기성폐자원을 활용하여 전기에너지를 생산하고, 가축의 사료를 생산하며, 친환경 농자재를 사용되는 조성물을 제공할 수 있고, 난방에 사용되는 펠릿을 생산할 수 있어 가축분뇨를 충분히 재활용하여 재활용 후에 버려지는 배출물의 배출량을 현저히 감소시킬 수 있고, 배출물 처리에 요구되는 시설 및 매립지 확보에 소요되는 시간 및 비용을 현저하게 절감할 수 있으며, 가스생산부, 비료생산부, 연료생산부 및 친환경조성물생산부가 한 공간에 집약적으로 설치되어 가축분료와 유기성폐자원을 다양하게 재활용하는데 요구되는 이동거리를 단축시킬 수 있으므로 재활용공정에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있는 가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은, 돈분뇨저장조와 유기성폐자원저장조로부터 제공되는 가축분뇨와 유기성폐자원의 혼합물을 발효시키는 중에 발생되는 가스를 저장하여 보일러 또는 발전기의 연료로 제공하는 가스생산부; 상기 가축분뇨와 유기성폐자원의 혼합물을 발효시키고 탈수공정을 진행하여 호기성전처리공정을 진행하여 생성되는 암모니아에 황산암모늄을 첨가하여 비료를 생산하고, 암모니아가 제거된 혼합물로부터 질소를 제거한 후에 액상슬러지를 분리하여 액비로 사용하는 비료생산부; 상기 가축분뇨와 유기성폐자원의 혼합물로부터 분리되는 고형분과, 상기 탈수공정에서 생성되는 고형분을 우분저장조에 공급하여 발효시키고 이물질을 제거하여 건조시킨 후에 펠릿 모양으로 성형하고 냉각시켜 고체연료를 생산하는 연료생산부; 및 상기 호기성전처리공정에서 생성되는 고체슬러지로부터 농축액을 분리시킨 후에 클로렐라와 혼합 배양하여 동물사료 또는 농자재에 첨가되는 친환경조성물을 생산하는 친환경조성물생산부를 포함하고, 상기 가스생산부, 상기 비료생산부, 상기 연료생산부 및 상기 친환경조성물생산부는 하나의 공간에 연계되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 가스생산부는, 상기 비료생산부의 산화발효조로부터 제공되는 슬러지를 30~40일 동안 수납하고, 온도 섭씨35ㅁ1℃ 또는 섭씨55ㅁ1℃로 유지시켜 액상슬러지를 발효시키는 혐기성소화조; 상기 혐기성소화조로부터 제공되는 혼합물로부터 발생되는 가스를 분리시켜 저장하는 가스저장조; 상기 가스저장조로부터 공급되는 가스를 정제하는 가스정제조; 및 상기 가스정제조로부터 공급되는 메탄가스를 저장하고, 보일러 또는 발전기에 사용되는 열원을 제공하기 위한 원료로 제공하는 메탄가스저장조를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 연료생산부는, 상기 비료생산부의 혼합분리조 또는 상기 비료생산부의 원심탈수기로부터 제공되는 액상슬러지를 우분과 함께 저장하는 우분저장조; 상기 우분저장조로부터 공급되는 혼합물을 교반시키며 발효시키는 기계교반발효조; 상기 기계교반발효조로부터 제공되는 혼합물로부터 이물질을 제거하는 제1선별기; 상기 제1선별기를 통과하여 공급되는 혼합물로부터 수분을 제거하여 고체슬러지를 제공하는 수평원통형발효건조기; 상기 수평원통형발효건조기로부터 제공되는 혼합물로부터 이물질을 제겅하는 제2선별기; 및 상기 제2선별기를 통과하여 공급되는 건조 슬러지를 펠릿 모양으로 성형하는 펠릿성형기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 친환경조성물생산부는, 상기 비료생산부를 통과하면서 상기 가스생산부에 공급되는 가스를 배출하고, 상기 연료생산부에 공급되는 고형분을 배출한 후에 비료 생산에 사용되는 암모니아 및 농축액을 배출한 슬러지를 저장하고, 오존을 공급하여 산화시키는 오존산화조; 상기 오존산화조에서 산화되어 광투과율이 높아지도록 색도가 제거된 처리수를 저장하는 저장조; 상기 저장조에서 제공되는 혼합물을 클로렐라와 함께 수납하여 배양하는 클로렐라배양조; 상기 클로렐라배양조로부터 공급되는 혼합물을 클로렐라농축액과 여액으로 분리하여 여액을 농자재 생산 시에 공급하는 막분리조; 및 상기 막분리조로부터 공급되는 클로렐라농축액으로부터 수분을 제거하여 동물 사료로 사용되는 분말클로렐라를 제공하는 건조기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정은, 축산분뇨 및 유기성폐자원의 혼합물로부터 발전기에 사용되는 메탄가스를 생산한 후에 배출되는 액상 배출물로부터 친환경 농자재에 시용되는 친환경 조성물을 생산하는 친환경조성물생산부를 구비하므로 축산분뇨 및 유기성폐자원을 재활용하고 배출되는 액상 배출물의 배출량을 현저하게 감소시킬 수 있어 환경오염을 보다 더 효과적으로 방지할 수 있고, 친환경 농자재 생상에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정은, 축산분뇨와 유기성폐자원의 혼합물로부터 배출되는 액상 배출물을 우분과 혼합하고 발효시켜 펠릿 등의 고체연료를 생산하는 고체연료생산부를 구비하므로 돈분뇨 외에 우분을 추가로 더 재활용할 수 있어 축산 분뇨를 보다 더 효과적으로 재활용할 수 있는 이점이 있고, 축산 분뇨로부터 배출되는 액상 배출물의 배출량을 보다 더 효과적으로 줄일 수 있어 환경오염을 방지하는 효과를 현저하게 향상시킬 수 있고, 액상 배출물 저리를 위한 처리시설 및 매립지 확보에 소요되는 시간 및 비용을 보다 더 효과적으로 절감할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정은, 가스생산부, 비료생산부, 연료생산부 및 친환경조성물생산부가 한 공간에 집약적으로 설치되므로 가축분뇨와 유기성폐자원을 다양하게 재활용하는데 요구되는 이송거리를 현저하게 줄일 수 있어 가축분뇨와 유기성폐자원을 이송하는데 소요되는 시설물 또는 운반장비를 간소화할 수 있고, 가축분뇨와 유기성폐자원 재활요에 소요되는 시간 및 비용을 현저하게 절감할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(가이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정은, 클로렐라 배양조 내부에 클로렐라 배지를 교반하는 교반부가 구비되므로 배양조 내벽에 클로렐라가 침착되는 것을 방지할 수 있고, 배양조 내부로 공급되는 빛이 차단되는 것을 방지할 수 있어 클로렐라가 다량 배양된 양질의 클로렐라 배양액을 제공할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정이 도시된 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정에 사용되는 바이오가스 제조부가 도시된 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정에 사용되는 소화조가 도시된 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정에 사용되는 보온설비가 도시된 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정에 사용되는 가스저장조와 소화조가 도시된 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정에 사용되는 소화조 하부가 도시된 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정에 사용되는 전처리조가 도시된 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정에 사용되는 클로렐라배양조가 도시된 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정에 사용되는 클로렐라배양조가 도시된 구성도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 축산분뇨 및 유기성폐자원 재활용 시스템의 일 실시예를 설명한다.
이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.
그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정이 도시된 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정에 사용되는 바이오가스 제조부가 도시된 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정에 사용되는 소화조가 도시된 도면이다.
또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정에 사용되는 보온설비가 도시된 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정에 사용되는 가스저장조와 소화조가 도시된 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정에 사용되는 소화조 하부가 도시된 도면이다.
또한, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정에 사용되는 전처리조가 도시된 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정에 사용되는 클로렐라배양조가 도시된 도면이다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정에 사용되는 시스템은, 돈분뇨저장조(1)와 유기성폐자원저장조(2)로부터 제공되는 가축분뇨와 유기성폐자원의 혼합물을 발효시키는 중에 발생되는 가스를 저장하여 보일러 또는 발전기의 연료로 제공하는 가스생산부(170)와, 가축분뇨와 유기성폐자원의 혼합물을 발효시키고 탈수공정을 진행하여 호기성전처리공정을 진행하여 생성되는 암모니아에 황산암모늄을 첨가하여 비료를 생산하고, 암모니아가 제거된 혼합물로부터 질소를 제거한 후에 액상슬러지를 분리하여 액비로 사용하는 비료생산부(160)와, 가축분뇨와 유기성폐자원의 혼합물로부터 분리되는 고형분, 및 원심탈수기(62)에 의해 이루어지는 탈수공정에서 생성되는 고형분을 우분저장조(140)에 공급하여 발효시키고 이물질을 제거하여 건조시킨 후에 펠릿 모양으로 성형하고 냉각시켜 고체연료를 생산하는 연료생산부(150)와, 호기성전처리조(64) 및 혼기성생물반응조(65)에 의해 이루어지는 호기성전처리공정에서 생성되는 혼합물로부터 농축액을 분리시킨 후에 클로렐라와 혼합하여 동물사료 또는 농자재에 첨가되는 친환경조성물을 생산하는 친환경조성물생산부(180)를 포함한다.
여기서, 본 실시예의 가스생산부(170), 비료생산부(160), 연료생산부(150) 및 친환경조성물생산부(180)는 하나의 공간에 연계되도록 설치되므로 비료생산부(160)에서 배출되는 혼합물을 가스생산부(170), 연료생산부(150) 및 친환경조성물생산부(180)에 바로 공급할 수 있어 가스생산부(170), 연료생산부(150) 및 친환경조성물생산부(180)에 요구되는 재료를 이송하는데 요구되는 저장시설물, 이송시설물 또는 이송장치를 간소화할 수 있으므로 재활용 시스템에 설치 및 운연에 소요되는 시간 및 비용을 현저하게 절감할 수 있게 된다.
본 실시예의 비료생산부(160)는, 돈분뇨저장조(1)와 유기성폐자원저장조(2)가 구비되어 알카리성인 가축분뇨와 산성인 혈액 또는 음식물 오니를 혼합하여 PH를 맞추어 공급하도록 구성되고, 돈분뇨저장조(1)와 유기성폐자원저장조(2)의 원재료를 섞어 혼합분리조(20)로 보내 고형분은 연료생산부로 공급하여 고체연료를 생산한다.
또한, 산화발효조에서 혼합물이 발효되면서 생산되는 가스를 가스저장조(40)로 공급하기 위해 혐기성소화조(95)를 이루는 제1혐기성발효조(70)와 제2혐기성발효조(80)에 각각 혼합물을 공급하고, 제1혐기성발효조(70)와 제2혐기성발효조(80)는 서로 연결되어 독립적 또는 함께 구동이 가능하다.
제1혐기성발효조(70)와 제2혐기성발효조(80)를 통칭하여 본 발명에서 혐기성소화조(95)로 지칭하고, 제1혐기성발효조(70)와 제2혐기성발효조(80)는 하부를 통해 소화액1차저장조(100)를 거쳐 소화액저장조(110)에 연결되고, 제1혐기성발효조(70)와 제2혐기성발효조(80)의 상부를 통해 가스저장조(90)와 연결되되 교반에 의해 발생된 바이오가스는 냉각기와 열교환기를 통해 감온된 후 건식탈황되어 가스저장조(90)에 공급되며, 가스저장조(90)는 하나 이상의 보일러(120)와 하나 이상의 발전기(130)에 연결되어 바이오 가스가 공급되도록 구성된다.
혐기성소화조(95)는 제1혐기성발효조(70)와 제2혐기성발효조(80)와 같이 두개 이상이 설치되어 만약 제1혐기성발효조(70)와 제2혐기성발효조(80)중 한 곳의 미생물이 죽어 개체수가 감소하면 제1혐기성발효조(70) 또는 제2혐기성발효조(80)중 정상적인 곳만 가동하고, 미생물의 개체수가 적은 곳에 다시 미생물을 넣어 복원시킬 수 있게 되므로 연속적인 가동이 가능하게 된다.
그리고 제1혐기성발효조(70)와 제2혐기성발효조(80)에서 각각 1차발효, 2차발효 단계를 거칠 수 있고, 유지성폐자원의 성상에 따라 각각 제1혐기성발효조(70)와 제2혐기성발효조(80)를 선택하여 구동할 수 있으므로 연속적인 가동이 가능하다.
이때 가스저장조(90)와 혐기성소화조(95)는 도 2에서 떨어져 있는 것으로 도시되어 있으나 개념상 도시이고, 실제로는 일체로 형성하여 운송이 용이하도록 구성하는 것이 바람직하다.
도 5에 도시된 바와 같이 혐기성소화조(95)가 하부에 위치하고, 가스저장조(90)는 상부에 위치하도록 구성한다.
가축분뇨를 원료로 혐기성 소화를 할 경우 가축 분뇨 속에 함유된 무기물(즉, 침전물)로 인하여 장기간 운전을 할 경우 혐기성소화조(95)에 쌓여 효율이 떨어지는 것을 우려하여 가축분뇨를 고액분리 후 여액만 가지고 소화하기 때문에 고액분리 시 유기물에 제거되어 소화 효율이 현저히 떨어진다.
이를 방지하기 위하여 본 발명은 소화조에 들어가기 전에 전처리조(100)를 두어 유기물은 여액에 포함 시키고, 무기물만 제거하는 1차 전처리 시스템을 제공한다.
이러한 전처리조(100)는 도 7에 도시되어 있듯이, 원수가 유입되어 고형물과 여액으로 분리되는 원심고액분리기(10)의 전단계에 전처리조(100)를 두어 무기물을 제거하도록 구성된다.
전처리조(100)는 하부에 슬러지침전부(104)가 형성되고, 상부에 교반기(101)가 설치된 교반부(103)가 형성되어 이루어지며, 하부의 슬러지침전부(104)에 쌓인 슬러지를 펌프(102)로 뽑아내어 슬러지침전부(104)의 슬러지가 원심고액분리기(10)로 유입되게 한다.
전처리조(100)의 일측에 원수유입부(105)가 형성되고, 타측에 배출부(106)가 형성된다.
원심고액분리기(10)에서 고형분은 혼합분리조(20)로 보내지고, 여액은 다시 전처리조(100)의 원수유입부(105)로 보내져 배출부(106)를 통해 소화조(95)로 보내지도록 구성되므로 무기물이 제거되어 소화조에서 침전물 발생이 현저하게 억제된다.
그리고 혐기성소화조(95)에서 교반기가 가동하지만 장시간 운전하다보면 하부에 슬러지가 쌓이게 되는데, 이를 방지하기 위해 반송시키는 펌프(92)를 설치하여 이젝터(96)에 의한 소화조 상부의 가스저장조(90)의 가스를 흡입하여 혐기성소화조(95)의 하부에 주기적으로 내부 반송을 시켜 슬러지가 쌓이는 것을 방지하여 준다.
가스저장조(90)와 혐기성소화조(95)인 제1혐기성발효조(70), 제2혐기성발효조(80)를 일체로 형성하고, 발생된 가스를 순환시켜 교반되도록 하기 위해 가스저장조(90) 상부와 혐기성소화조(95)의 하부를 연결하는 순환배관(91)이 설치되며, 순환배관(91)의 일측에 펌프(92)가 설치되고, 펌프(92)와 가스를 뽑아내도록 설치된 이젝터(96)에 의해 가스는 다시 소화조(95) 하부로 들어가 순환되어 소화작용을 더욱 돕게 된다.
가스저장조(40)는, PH조정조(41)와 유량조정조(42)로 이루어지고, PH조정조(41) 및 PH조정액조(43)에 구비된 산, 알카리의 약품이 측정된 PH에 따라 투입되어 중화시키도록 구성되므로 소량의 약품으로 조절이 가능하고, PH조정조(41)에 산도를 측정하는 센서가 구비되어 약품 투입이 자동으로 이루어지게 한다.
가스저장조(90)의 바이오 가스는 보일러(120)를 구동시켜 제1혐기성발효조(70), 제2혐기성발효조(80), 가축분뇨집수조(1), 유기성폐자원저장조(2)의 벽체 및 바닥에 설치된 온수배관으로 온수가 공급되어 온도 유지 가능하게 한다.
원심고액분리기(10)로 부터 분리된 고형물은 혼합분리조(20), 산발효조(30), 협기성소화조(50), 소화액저장조(110)를 거쳐 퇴비로 생산되고, 산발효조(30)는 하부에서 송풍기로 바람을 불어 발효하는 통풍식 발효조이고, 협기성소화조(50)는 발효교반기(55)에 의해 교반되는 교반발효이며, 산발효조(30)와 협기성소화조(50)의 하부에 각각 여액집수맨홀(31, 51)이 연결되어 여액이 집수되도록 구성된다.
본 실시예는, 차량진입실에 유압집게 시스템이 설비되고, 차량의 진입을 감지하는 센싱부가 설치되며, 이는 악취확산을 조기에 차단하도록 차량의 진출입을 통제하기 위한 것이다.
원료는 각각 가축분뇨집수조(1)와 유기성폐자원저장조(2)로 분리되어 저장되고, 가축분뇨집수조(1)와 유기성폐자원저장조(2)는, 1차 조목스크린 및 2차 세목스크린을 거쳐 고형물을 선별하며, 쇠, 비닐, 나무, 자갈, 껍질류는 선별하여 제거한다.
가축분뇨집수조(1)와 유기성폐자원저장조(2)는 밀폐형 슬라브 구조로 만들어 악취가 외부로 누출되는 것을 방지하며, 일측에 온도 유지를 위한 온수배관이 설치된다.
이와 같은 가축분뇨집수조(1)와 유기성폐자원저장조(2)를 원수집수조라 정의하고, 원수집수조로 들어가는 차량진입실의 출입구에는 에어커튼을 설치하여 악취확산을 방지한다.
원수집수조에서는 5일의 저장일수가 바람직하고, 내부에 교반장치가 설치되고, 가축분뇨집수조(1)에 집수되는 분뇨는 알카리성을 띄며, 유기성폐자원저장조(2)에 집수되는 원수는 산성을 띄게 된다.
이러한 알카리성과 산성의 원수를 합하여 공급하게 되므로 중화에 많은 약품이 소모되지 않아 경제적이고, 축산 폐수, 음식물, 도축 부산물을 종합적으로 처리할 수 있게 된다.
원수집수조는 원심고액분리기(10)에 연결되고, 원심고액분리기(10)에서 고형물과 액체로 분리되어 고형물은 혼합분리조(20)로 보내져 교반되고, 혼합분리조(20)를 거쳐 산발효조(30)로 보내진다.
산발효조(30)는 통풍발효조로 바람을 아래에서 불어넣어 혼합된 고형물을 발효시키고, 이때 산발효조(30)의 하부 일측과 여액집수맨홀(31)이 연결되어 고형물에 잔존해 있는 여액이 빠져나와 모여진다.
산발효조(30)를 지난 고형물은 협기성소화조(50)에서 발효교반기(55)에 의해 교반되어 발효되고, 협기성소화조(50)의 하부도 여액집수맨홀(51)과 연결되어 남은 수분이 빠져나가게 되고, 아래에서 바람을 불어넣어 발효를 원활하게 한다.
산발효조(30)의 후방으로 후숙실발효조(60)가 설치되는데, 후숙실발효조(60)는 발효 마무리 단계로서 자연상태로 발효되도록 적치하는 단계이고, 이때에도 발효를 위해 공기를 불어넣어 주는 것이 바람직하다.
원심고액분리기(10)는 드럼스크린을 이용한 것으로, 저속회전으로 철망 또는 타공판 스크린을 이용하여 협작물을 제거하므로 유기물 손실을 최소화하고, 협작물 막힘현상이 예방된다.
본 실시예의 원심고액분리기(10)에서 분리된 액체는 가스저장조(40)로 보내지는데, 가스저장조(40)는 PH조정조(41)와 유량조정조(42)로 나눠지고, PH조정조(41)는 PH조정액조(43)와 연결되어 PH조정액조(43)에서 공급되는 산, 알카리 약품으로 중화시키게 된다.
PH조정조(41)는 산성과 알카리성의 원료를 합하여 대략적으로 중화된 원료가 원심고액분리기(10)를 거쳐 액체만 분리되어 완전히 중화되고, 유량조정조(42)에서 제1혐기성발효조(70)와 제2혐기성발효조(80)로 보내지는 원수액을 저장하여 공급하게 된다.
소화조인 제1혐기성발효조(70)와 제2혐기성발효조(80)는, 수직교반방식으로 유기물 손실을 최소화하고, 보온설비를 구비하며, 보온설비는 생산되는 바이오가스에 의해 가동되는 보일러(120)에 의해 온수가 공급되어 온도를 올려준다.
또한, 본 실시예의 제1혐기성발효조(70)와 제2혐기성발효조(80)의 바닥층과 외벽에 배관을 설치하여 온수가 주입되거나 공기를 예열하여 주입하는 방식을 선택한다.
혐기성소화조(95)의 교반날개는 수직으로 설치될 수 있고, 양측에서 상하 이동하도록 경사지게 설치할 수 있으며, 교반날개의 승강에 의하여 내부는 잘 교반될 수 있게 된다.
또한, 본 실시예의 재활용 공정 중 메탄생성온도는 고온 55ㅁ1℃, 중온 35ㅁ1℃에서 대량 생성될 수 있다.
가스저정조(90)는 이중 멤브레인으로 형성하여 내구성을 크게 하고, 대량의 가스를 저장할 수 있고, 소화조와 저장조가 일체형으로 형성되어 가스가 유실되지 않고 근접 이송 저장이 가능하게 하며, 소화가스가 순환이 잘되도록 순환교반 장치를 설치한다.
이러한 순환 교반장치는 가스저장조(90)의 하부와 상부를 연결하는 순환배관(91)을 설치하고, 순환배관(91)의 일측에 펌프(92)를 설치하여 강제 이송시키고, 가스저장조(90)의 가스는 보일러(120), 발전기(130)로 보내져 보일러(120)와 발전기(130)를 바이오 가스로 구동시킨다.
보일러(120)와 발전기(130)에서 생산되는 온수와 전기는 전체 시스템을 구동시키도록 공급되고, 특히 온수는 제1혐기성발효조(70)와 제2혐기성발효조(80), 가축분뇨집수조(1)와 유기성폐자원저장조(2)로 보내져 온도를 유지한다.
또한, 본 실시예의 가스생산부(170)는, 돈분뇨저장조(1)와 유기성폐자원저장조(2)로부터 제공되는 가축분뇨와 유기성폐자원의 혼합물로부터 고체슬러지와 액상슬러지를 분리시키는 원심고액분리기로부터 공급되는 액상슬러지의 수소 이온 농도를 조절하는 가스저장조(40)와, 가스저장조(40)로부터 제공되는 슬러지를 설정시간 동안 수납하고, 설정온도 및 설정습도를 유지시켜 액상슬러지를 발효시키는 제1혐기성발효조(70)와, 제1혐기성발효조(70)로부터 공급되는 액상슬러지를 설정시간 동안 수납하고, 설정온도 및 설정습도를 유지시켜 액상슬러지를 2차 발효시키는 제2혐기성발효조(80)와, 제2혐기성발효조(80)로부터 공급되는 슬러지를 설정시간 동안 수납하여 전처리공정을 진행하는 전처리조(100)와, 전처리조(100)로부터 공급되는 슬러지를 저장하는 소화액저장조(110)와, 제1혐기성발효조(70) 및 제2혐기성발효조(80)로부터 배출되는 가스를 저장하고, 보일러(120) 또는 발전기(130)의 연료로 공급하는 가스저장조(90)를 포함한다.
따라서 원심고액분리기에서 분리되어 배출되는 액상슬러지의 수소 이온 농도를 조절하여 혐기성 발효를 진행하면 공기 중의 산소와 슬러지가 접촉되면서 발효가 진행되고, 이때 발생되는 가스가 가스저장조(90)에 저장된 후에 산업용 보일러(120) 또는 발전기(130)에 공급되어 발열공정의 연료로 사용된다.
상기한 바와 같이 가축분뇨와 유기성폐자원의 혼합물로부터 발생되는 메탄가스를 보일러(120) 또는 발전기(130)의 열원을 공급하는 연료로 사용하기 때문에 가축분뇨와 유기성폐자원을 재활용할 수 있어 환경오염을 방지함과 동시에 보일러(120) 또는 발전기(130) 구동에 소요되는 비용을 절감할 수 있게 된다.
또한, 본 실시예의 가스생산부(170)는 비료생산부(160)와 인접하게 배치되어 원심고액분리기(10)로부터 배출되는 액상슬러지가 가스저장조(40)에 바로 공급될 수 있어 액상슬러지 이송에 요구되는 별도의 이송설비 또는 이송차량이 간소화될 수 있게 된다.
또한, 본 실시예의 연료생산부(150)는, 비료생산부(160)의 혼합분리조(20) 또는 비료생산부(160)의 원심탈수기(62)로부터 제공되는 액상슬러지를 우분과 함께 저장하는 우분저장조(140)와, 우분저장조(140)로부터 공급되는 혼합물을 교반시키면 발효시키는 기계교반발효조(142)와, 기계교반발효조(142)로부터 공급되는 혼합물로부터 수분을 제거하여 고체슬러지를 제공하는 수평원통형발효건조기(144)와, 수평원통형발효건조기(144)로부터 공급되는 건조 슬러지를 펠릿 모양으로 성형하는 펠릿성형기(146)를 포함한다.
따라서 혼합분리조 및 원심탈수기로부터 배출되는 액상슬러지를 우분저장조(140)에 공급하여 교반시킨 후에 발효시키고 건조시켜 펠릿모양으로 성형하고 냉각시켜 고체연료를 생산할 수 있으며, 공업용 또는 농업용 난방장치의 연료로 사용할 수 있게 된다.
본 실시예의 연료생산부(150)는 혼합분리조 및 원심탈수기로부텨 연장되는 공급관에 의해 우분저장조(140)에 액상슬러지가 공급되므로 액상슬러지를 이송하기 위한 별도의 이송설비 또는 이송장비가 간소화될 수 있어 연료생산을 위한 이송공정에 소요되는 시간 및 비용을 현저하게 절감할 수 있게 되고, 가축분뇨와 유기성폐자원의 혼합물에서 배출되는 액상슬러지를 효과적으로 재활용할 수 있어 환경오염을 방지함과 동시에 공업용 연료 및 농업용 연료 생산에 요구되는 비용을 절감할 수 있게 된다.
또한, 본 실시예의 친환경조성물생산부(180)는, 비료생산부(160)를 통과하면서 가스생산부(170)에 공급되는 가스를 배출하고, 연료생산부(150)에 공급되는 고형물을 배출한 후에 비료 생산에 사용되는 암모니아를 배출한 슬러지로부터 재차 배출되는 액상슬러지를 클로렐라와 함께 수납하여 배양하는 클로렐라배양조(182)와, 클로렐라배양조(182)로부터 공급되는 슬러지를 액상슬러지와 고체슬러지로 분류하여 고체슬러지를 농자재에 생산 시에 공급하는 막분리조(184)와, 막분리조(184)로부터 공급되는 액상슬러지로부터 수분을 제거하여 동물 사료로 사용되는 분말클로렐라를 제공하는 건조기(186)와, 클로렐라의 효과적인 배양을 위하여 배양액을 오존 산화시켜 색도를 제거함으로써, 배양액의 광투과율을 현저히 높이는 오존 산화조(181)를 포함한다.
따라서 비료생산부(160)에서 배출되는 슬러지를 클로렐라배양조(182)에 공급하여 클로렐라배양조(182)에 담겨진 클로렐라의 배양을 촉진시키게 되고, 클로렐라배양조(182)에서 배출되는 혼합물을 막분리조(184)를 통해 액상슬러지와 고체슬러지로 분류한 후에 액상슬러지는 정화화여 방류하고, 고체슬러지는 농자재 생산 시에 첨가물로 사용되거나 건조기(186)를 통해 건조공정을 진행한 후에 분말 클로렐라로 동물 사료에 첨가된다.
막분리조(184)에서 액상슬러지가 걸러진 분말 클로렐라는 유해성분을 정화하고 악취를 제거할 수 있는 친환경조성물을 이루기 때문에 가축의 사료에 첨가되어 가축 건강을 유지시키는 건강보조식품으로 사용될 수 있고, 용기 또는 내장재 등의 친환경농자재에 첨가되어 건축자재로부터 발생되는 유해성분에 의해 가축의 건강을 해치는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정에 사용되는 클로렐라배양조가 도시된 구성도이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 클로렐라 배양조(182)는, 배양조(185)와, 배양조(185) 내에 회동구조로 배치되어 일방향으로 회전하면서, 배양조(185) 내에 저수된 배지액(배양액)의 순환을 도모하는 회동 교반부(188)를 포함한다.
배양조(10)는, 상부가 개방된 배양공간이 형성된 원통형의 중공체로 구성되고, 하부에는 배양을 마친 클로렐라 배양액을 배출하는 배출구(185a)가 형성된다.
배양조(185)의 하부는 복층구조로 이루어져 열매유가 충진되는 중공포켓(185b)이 형성되고 중공포켓(185b)에는 열매유를 가열하는 전열히터(185c)가 내설되어서, 배양조(185)의 배양공간 내에 저수된 배지액은 전열히터(185c)에 의해 가열된 열매유에 의해 중탕 가열되어 클로렐라 배양에 따른 적합한 온도를 유지한다.
열매유는 일반적으로 증류수 등이 채택될 수 있으며, 이와 같이 중탕 가열을 도모하면 전열히터(185c)와 클로렐라균이 혼입된 배지액 사이의 직접적인 접촉 없이 안정적인 가열이 도모될 수 있다.
또한, 전열히터(185c)의 표면에 클로렐라균이 침착되어 침착된 클로렐라균에 의해 전열히터(185c)에서 발산된 전열의 발산이 저해되어 전열히터의 전열효율이 저하되거나, 전열히터의 고장이 유발되는 현상이 예방된다.
그리고 배양조(185)는 빛의 투과가 가능한 투광재질로 이루어져, 외부광원에서 조사되는 광원이 배양공간 내에 도달하도록 구성되고, 상부에는 복수의 설치공이 형성되며 개방된 배양공간의 상부를 폐쇄하는 덮개가 설치된다.
따라서, 작업자는 덮개에 형성된 설치공을 통해 봉상의 광원(185d)을 각각 장입하여서, 장입된 광원(185d)에서 발산되는 빛이 배양공간 내에 발산되도록 한다.
상기한 바와 같은 구조적 특징에 의해 배양공간 내에 저수된 배지액에는 클로렐라균의 배양에 따른 안정적인 광량이 확보되고, 또 배지액에 의한 광원(185d)의 수냉과 광원(185d)에서 발산되는 열기에 의해 배지액이 가열된다.
그리고 광원(185d)은 덮개에 형성된 설치공을 통해 취출되어, 표면에 잔류된 클로렐라균을 포함하는 이물질의 안정적인 제거를 통해서 지속적으로 배양공간 내에 안정적인 광량이 제공된다.
본 실시예에서는 광원(185d)이 장입되는 설치공에 환형의 스크래퍼를 형성하여, 설치공을 통해 진출입되는 광원(185d)은 스크래퍼와의 마찰에 의해 자체적인 세정이 이루어지게 된다.
따라서, 관리자는 주기적으로 광원(185d)을 설치공 외측 또는 내측으로 승강시켜서, 광원(185d)의 표면에 침착되는 클로렐라균을 환형 스크래퍼를 통해 스크래핑하여 제거하게 된다.
본 실시예는 이러한 배양조(185) 내에서 회동하는 교반부(188)를 배치하여, 클로렐라균이 혼입된 배지액의 지속적인 순환 교반을 도모하고, 클로렐라균의 증식에 따른 충분한 공기가 제공되도록 한다.
특히, 클로렐라균의 침착이 발생되는 배양조(185)의 내측벽과 바닥면의 지속적인 세척을 도모하여서, 배양되는 클로렐라균이 배양조(185)의 내측벽과 바닥면에 침착되는 것을 억제할 수 있게 된다.
또한, 본 실시예의 클로렐라 배양조(182)는, 베이스블록(183)에 의해 지지되고, 베이스블록(183)에는 급기펌프(187)가 설치되고, 급기펌프(187)로부터 배양조본체(185) 내부로 연장되는 급기관(187a)이 설치되므로 급기펌프(187)의 작동에 의해 공급되는 공기가 배양조본체(185) 내부로 분사되면서 배양조본체(185) 내벽에 클로렐라가 침착되는 것을 방지할 수 있게 되고, 투명한 재질로 이루어지는 배양조본체(185) 내벽을 통과하여 외부의 광원(185d)으로부터 배양조본체(185) 내부로 빛의 공급이 원활하게 이루어지고, 또한, 배양조본체(185) 내부로 삽입되는 광원(185d)으로부터 조사되는 빛에 의해 클로렐라의 배양이 촉진된다.
또한, 본 실시예의 급기관(187a)은 베어링에 의해 급기펌프(187)에 회전 가능하게 설치되고, 배양조본체(185) 내부로 삽입되는 급기관(187a)은 회오리 모양으로 형성되어 배양조본체(185) 내부에 회전 가능하게 설치된다.
본 실시예의 급기관(187a)은 구동모터(187b)로부터 전달되는 동력에 의해 정방향 또는 역방향으로 회전되므로 배양조본체(185) 내벽에 회오리 모양의 급기관(187a)이 슬라이딩되면서 배양조본체(185) 내벽에 클로렐라가 침착되는 것을 방지할 수 있게 된다.
구동모터(187b)의 출력축에는 주동기어(187c)가 설치되고, 주동기어(187c)에 기어연결되는 종동기어(187d)가 급기관(187a)에 설치되므로 구동모터(187b)로부터 제공되는 동력은 주동기어(187c) 및 종동기어(187d)를 따라 급기관(187a)에 전달되어 배양조본체(185) 내벽을 따라 회오리 모양의 급기관(187a)이 슬라이딩되면서 교반작업 및 세척작업을 진행하게 된다.
회오리 모양의 급기관(187a)에는 다수 개의 배출홀부가 일정한 간격을 유지하며 형성되므로 급기관(187a)을 따라 배양조본체(185) 내부로 공급되는 공기는 배출홀부를 따라 배양조본체(185) 내벽에 분사되면서 배양조본체(185) 내벽을 청소하게 된다.
또한, 회오리 모양으로 굴곡되는 급기관(187a)의 외벽에는 다수 개의 교반날개(188b)가 구비되고, 교반날개(188b)가 구비되는 급기관(187a)의 경사면(188a)은 교반날개(188b)와 함께 교반부(188)를 이루게 된다.
따라서 구동모터(187b)의 동력이 전달되어 교반부(188)가 회전되면 배양조본체(185) 내부에 수납되는 클로렐라가 교반날개(188b) 및 경사면(188a)을 따라 배양조본체(185) 내벽을 따라 상승한 후에 급기관(187a) 상부까지 상승된 클로렐라가 배양조본체(185) 중앙부 측으로 이동되면서 낙하되어 교반작업이 이루어지게 된다.
배양조본체(185) 바닥면에는 배출구(185a)가 형성되어 배출구(185a)로부터 연장되는 유로는 베이스블록(183)의 외측으로 연장되어 배양이 완료된 클로렐라 배양액을 다름 공정으로 제공할 수 있고, 배출구(185a)로부터 연장되는 배관에는 3방밸브에 의해 분기되는 분기관에 공급펌프(187e)가 설치되므로 클로렐라 배양액의 배출이 완료된 후에 공급펌프(187e)의 작동에 의해 새로운 클로렐라 종균 및 배양에 요구되는 용액들이 공급된다.
이로써, 돈분료, 우분 및 유기성폐자원을 활용하여 전기에너지를 생산하고, 가축의 사료를 생산하며, 친환경 농자재를 사용되는 조성물을 제공할 수 있고, 난방에 사용되는 펠릿을 생산할 수 있어 가축분뇨를 충분히 재활용하여 재활용 후에 버려지는 배출물의 배출량을 현저히 감소시킬 수 있고, 배출물 처리에 요구되는 시설 및 매립지 확보에 소요되는 시간 및 비용을 현저하게 절감할 수 있으며, 가스생산부, 비료생산부, 연료생산부 및 친환경조성물생산부가 한 공간에 집약적으로 설치되어 가축분료와 유기성폐자원을 다양하게 재활용하는데 요구되는 이동거리를 단축시킬 수 있으므로 재활용공정에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있는 가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정을 제공할 수 있게 된다.
본 발명은 도면에 도시되는 일 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
또한, 가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정을 예로 들어 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정이 아닌 다른 제품에도 본 발명의 공정이 사용될 수 있다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1 : 가축분뇨집수조 2 : 음식물 집수조
10 : 원심고액분리기 20 : 혼합분리조
30 : 산발효조 31 : 여액집수맨홀
40 : 가스저장조 41 : PH조정조
42 : 유량조정조 43 : PH조정액조
50 : 협기성소화조 51 : 여액집수맨홀
55 : 발효교반기 60 : 소화액저장조
62 : 원심탈수기 64 : 호기성전처리조
66 : 제1막분리조 70 : 제1혐기성발효조
80 : 제2혐기성발효조 90 : 가스저장조
91 : 순환배관 92 : 펌프
95 : 소화조(혐기성발효조) 96 : 이젝터
97 : 분사관 100 : 전처리조
101 : 교반기 102 : 펌프
103 : 교반부 104 : 슬러지침전부
105 : 원수유입부 106 : 배출부
110 : 소화액저장조 120 : 보일러
130 : 발전기 140 : 우분저장조
142 : 교반발효조 144 : 발효건조기
146 : 펠릿성형기 150 : 고체연료생산부
160 : 비료생산부 170 : 바이오가스생산부
180 : 친환경조성물생산부 182 : 클로렐라배양조
183 : 베이스블록 184 : 제2막분리조
185 : 배양조본체 186 : 건조기
187 : 급기펌프 187a : 급기관
187b : 구동모터 187c : 주동기어
187d : 종동기어 187e : 공급펌프
188 : 교반부 188a : 경사면
188b : 교반날개

Claims (4)

  1. 돈분뇨저장조와 유기성폐자원저장조로부터 제공되는 가축분뇨와 유기성폐자원의 혼합물을 발효시키는 중에 발생되는 가스를 저장하여 보일러 또는 발전기의 연료로 제공하는 가스생산부;
    상기 가축분뇨와 유기성폐자원의 혼합물을 발효시키고 탈수공정을 진행하여 호기성전처리공정을 진행하여 생성되는 암모니아에 황산암모늄을 첨가하여 비료를 생산하고, 암모니아가 제거된 혼합물로부터 질소를 제거한 후에 액상슬러지를 분리하여 액비로 사용하는 비료생산부;
    상기 가축분뇨와 유기성폐자원의 혼합물로부터 분리되는 고형분과, 상기 탈수공정에서 생성되는 고형분을 우분저장조에 공급하여 발효시키고 이물질을 제거하여 건조시킨 후에 펠릿 모양으로 성형하고 냉각시켜 고체연료를 생산하는 연료생산부; 및
    상기 호기성전처리공정에서 생성되는 고체슬러지로부터 농축액을 분리시킨 후에 클로렐라와 혼합 배양하여 동물사료 또는 농자재에 첨가되는 친환경조성물을 생산하는 친환경조성물생산부를 포함하고,
    상기 가스생산부, 상기 비료생산부, 상기 연료생산부 및 상기 친환경조성물생산부는 하나의 공간에 연계되도록 설치되는 재활용시스템에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 가축분뇨를 주로한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가스생산부는,
    상기 비료생산부의 산화발효조로부터 제공되는 슬러지를 30~41일 동안 수납하고, 섭씨35ㅁ1℃ 또는 섭씨55ㅁ1℃로 유지시켜 액상슬러지를 발효시키는 혐기성소화조; 및
    상기 혐기성소화조로부터 제공되는 혼합물로부터 발생되는 가스를 분리시켜 저장하는 가스저장조를 포함하고,
    상기 가스저장조는,
    상기 혐기성소화조로부터 공급되는 액상슬러지의 수소포화통도를 조절하는 PH조정조; 및
    상기 PH조정조로부터 공급되는 액상슬러지의 유량을 조정하는 유량조정조를 포함하고,
    상기 PH조정조에 구비된 산, 알카리의 약품이 상기 혐기성소화로부터 공급되는 액상슬러지의 PH에 따라 투입되어 액상슬러지를 중화시키고,
    상기 가스저장조에 저장되는 가스는 보일러를 구동시켜 상기 비료생산부의 혐기성발효조를 이루는 제1혐기성발효조, 제2혐기성발효조와, 상기 돈분뇨저장조, 상기 유기성폐자원저장조의 벽체 및 바닥에 설치된 온수배관으로 온수가 공급되어 온도 유지 가능하게 하는 재활용시스템을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가축분뇨를 주로한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정.
  3. 제1항에 있어서, 상기 연료생산부는,
    상기 비료생산부의 혼합분리조 또는 상기 비료생산부의 원심탈수기로부터 제공되는 액상슬러지를 우분과 함께 저장하는 우분저장조;
    상기 우분저장조로부터 공급되는 혼합물을 교반시키며 발효시키는 기계교반발효조;
    상기 기계교반발효조로부터 제공되는 혼합물로부터 이물질을 제거하는 제1선별기;
    상기 제1선별기를 통과하여 공급되는 혼합물로부터 수분을 제거하여 고체슬러지를 제공하는 수평원통형발효건조기;
    상기 수평원통형발효건조기로부터 제공되는 혼합물로부터 이물질을 제겅하는 제2선별기; 및
    상기 제2선별기를 통과하여 공급되는 건조 슬러지를 펠릿 모양으로 성형하는 펠릿성형기를 포함하는 재활용시스템을 이용하는 것을 특징으로 하는 가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정.
  4. 제1항에 있어서, 상기 친환경조성물생산부는,
    상기 비료생산부를 통과하면서 상기 가스생산부에 공급되는 가스를 배출하고, 상기 연료생산부에 공급되는 고형분을 배출한 후에 비교 생산에 사용되는 암모니아 및 농축액을 배출한 슬러지를 저장하고, 오존을 공급하여 산화시키는 오존산화조;
    상기 오존산화조에서 산화되어 광투과율이 높아지도록 색도가 제거된 처리수를 저장하는 저장조;
    상기 저장조에서 제공되는 혼합물을 클로렐라와 함께 수납하여 배양하는 클로렐라배양조;
    상기 클로렐라배양조로부터 공급되는 혼합물을 클로렐라농축액과 여액으로 분리하여 여액을 농자재 생산 시에 공급하는 막분리조; 및
    상기 막분리조로부터 공급되는 클로렐라농축액으로부터 수분을 제거하여 동물 사료로 사용되는 분말클로렐라를 제공하는 건조기를 포함하는 재활용시스템을 이용하는 것을 특징으로 하는 가축분뇨를 주로 한 혼합 유기성폐자원의 에너지화(바이오가스, 고형폐기물 연료) 통합공정.
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