KR20160057242A - Apparatus for dry anaerobic digestion and method for dry anaerobic digestion - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 건식 혐기 소화장치 및 건식 혐기 소화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a dry anaerobic digester and a dry anaerobic digestion method.
1972년에 체결된 런던협약은 폐기물 기타 물질의 투기에 의한 해양오염 방지 협약으로, 대한민국 정부는 이 런던협약에 의해 하수슬러지, 가축분뇨등의 해양투기 금지를 2012년부터 시행하였고, 2013년부터 음식물 쓰레기 탈리액 (음폐수)의 해양투기 금지를 시행하였다. 그에 따라 음폐수의 처리를 위한 대안기술의 확보가 시급한 상황이다.The London Convention, concluded in 1972, is an agreement to prevent marine pollution by dumping of waste and other substances. The Government of the Republic of Korea has enforced the ban on marine dumping of sludge and livestock manure by 2012 under the London Convention, The prohibition of marine dumping of waste trash (drinking waste water) was carried out. Therefore, it is urgent to secure alternative technologies for the treatment of waste water.
한편, 음식물 폐기물 처리과정에서 발생되는 부산물이 고농도 폐수이기 때문에 폐수처리 설치와 운영에 대한 부담이 크다. 이에 정부는 "폐자원 및 바이오매스 에너지화 대책"의 수립 및 수행 계획을 발표하고, 신재생에너지 보급확대를 위한 확충사업을 추진하고 있는 실정이다.On the other hand, since the byproducts generated in the food waste treatment process are high concentration wastewater, there is a great burden on the installation and operation of wastewater treatment. Therefore, the government announced plans for establishing and implementing the "Waste Resource and Biomass Energy Conservation Measures" and is promoting an expansion project to expand the supply of renewable energy.
이와 관련하여, 혐기 소화 기술은 고농도 음식물 폐기물 처리에 적합한 기술로서, 바이오가스를 전기 및 열로 전환하여 민간에서 사용할 수 있는 바, 이미 선진국에서는 주목 받고 있었다. In this regard, the anaerobic digestion technology is suitable for the treatment of high-concentration food wastes, and biogas can be converted to electricity and heat and used in the private sector.
국내의 경우 해외 기술을 도입하여 사업화하려는 시도가 있었으나, 음식물 폐기물에 포함된 유기물 성상 및 반응 특성이 다른 국가와는 상이하기 때문에 해외 기술을 활용한 음식물 폐기물의 처리효율 및 메탄가스 생성 효율이 저조한 문제점이 있었다.In Korea, there has been an attempt to commercialize foreign technologies. However, since the characteristics and reaction characteristics of organic matter contained in food wastes are different from those of other countries, there is a problem that the efficiency of treatment of food wastes using foreign technologies and methane gas generation efficiency are low .
본 발명의 실시예들은 메탄 가스 생성의 안정성과 운전가동 효율이 향상된 건식 혐기 소화장치 및 건식 혐기 소화방법을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention provide a dry anaerobic digester and a dry anaerobic digestion method in which methane gas generation stability and operation efficiency are improved.
본 발명의 실시예에 따르면, 음식물류 폐기물을 가열하여 가용화시키는 열가용화조; 상기 가용화된 상기 음식물류 폐기물을 산발효시키는 산발효조; 상기 산발효된 상기 음식물류 폐기물을 메탄 발효시켜 메탄 가스를 생성하는 소화조; 상기 메탄 발효된 상기 음식물류 폐기물로부터 생성된 소화 슬러지를 안정화시키는 안정화조; 및 상기 소화 슬러지에 포함된 암모니아 성분을 제거하는 암모니아 제거 장치를 포함하고, 상기 산발효조에는 혐기 소화 활성액이 공급되는 건식 혐기 소화장치가 제공될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a heat dissolving tank for heating and solubilizing food wastes; An acid fermentation tank for fermenting the solubilized food waste; A digester for generating methane gas by fermenting the acid fermented food waste by methane; A stabilization tank for stabilizing the digested sludge generated from the methane fermented food wastes; And an ammonia removal device for removing the ammonia component contained in the digested sludge, wherein the acid fermentation tank is provided with a dry anaerobic digestion device to which anaerobic digestion active liquid is supplied.
또한, 상기 산발효조에는, 상기 암모니아 제거 장치에 의해 상기 암모니아 성분이 기 설정된 농도 이하로 제거된 상기 소화 슬러지가 공급되는 건식 혐기 소화장치가 제공될 수 있다.In addition, the acid fermenter may be provided with the dry anaerobic digestion apparatus in which the digested sludge in which the ammonia component has been removed to a predetermined concentration or less is supplied by the ammonia removal apparatus.
또한, 상기 소화 슬러지의 상기 암모니아 농도는 3,000 mg/l 이하이고, 알칼리도는 8,000 ~ 11,000 mg/l인 건식 혐기 소화장치가 제공될 수 있다.In addition, the digester sludge may be provided with a dry anaerobic digester having an ammonia concentration of 3,000 mg / l or less and an alkalinity of 8,000 to 11,000 mg / l.
또한, 상기 소화 슬러지는 상기 음식물류 폐기물 질량의 0.5 배 내지 2배의 질량으로 공급되는 건식 혐기 소화장치가 제공될 수 있다.Also, the digested sludge may be supplied at a mass of 0.5 to 2 times the mass of the food waste, and the dry anaerobic digester may be provided.
또한, 상기 열가용화조는, 발전기 또는 보일러의 폐열을 이용함으로써 가열되는 건식 혐기 소화장치가 제공될 수 있다.Further, the thermal solubilizer may be provided with a dry anaerobic fire extinguisher which is heated by using a generator or waste heat of a boiler.
또한, 상기 혐기 소화 활성액은, 미네랄일 수 있으며, Fe, Ni, 및 Co 중 하나 이상을 포함하는 건식 혐기 소화장치가 제공될 수 있다.In addition, the anaerobic digestion active liquid may be a mineral, and may be provided with a dry anaerobic digestion apparatus containing at least one of Fe, Ni, and Co.
또한, 상기 음식물류 폐기물을 파쇄 및 선별하는 파쇄 선별기 및 상기 파쇄 선별기로부터 파쇄 및 선별된 상기 음식물류 폐기물의 침출수를 이용하여 메탄세균을 배양시키는 메탄세균 배양기를 더 포함하고, 배양된 상기 메탄세균은 상기 소화조로 공급되는 건식 혐기 소화장치가 제공될 수 있다.The method may further include a crushing separator for crushing and sorting the food waste, and a methane bacteria incubator for culturing the methane bacteria using the leachate of the food waste, which is crushed and sorted from the crushing separator, A dry anaerobic digester may be provided.
본 발명의 일 측면에 따르면, 음식물류 폐기물을 가열하여 열가용화시키는 단계; 상기 열가용화된 상기 음식물류 폐기물을 산발효시키는 산발효 단계; 상기 산발효된 상기 음식물류 폐기물을 메탄 발효시켜 메탄 가스를 생성하는 소화 단계를 포함하고, 상기 산발효 단계에서, 상기 산발효가 이루어지는 산발효조에는 혐기 소화 활성액이 투입되는 건식 혐기 소화방법이 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a food waste, An acid fermentation step of acidifying the thermally solubilized food waste; And a digestion step of fermenting the acid fermented food wastes by methane to produce methane gas. In the acid fermentation step, a dry anaerobic digestion method in which an anaerobic digestion active liquid is introduced into the acid fermentation tank where acid fermentation is performed may be provided have.
또한, 상기 소화 단계에서 생성되는 소화 슬러지는, 상기 소화 슬러지에 포함된 암모니아가 암모니아 제거 장치에 의해 기 설정된 농도 이하로 제거된 후 상기 음식물류 폐기물이 산발효되는 산발효조에 공급되는 건식 혐기 소화방법이 제공될 수 있다.Also, the digested sludge generated in the digestion step is supplied to an acid fermentation tank where the ammonia contained in the digested sludge is removed to a predetermined concentration or less by the ammonia removal device, and then the food waste is acid-fermented. Can be provided.
또한, 상기 열가용화 단계는, 발전기 또는 보일러의 폐열을 이용하여 상기 음식물류 폐기물을 가열하고, 미세 분쇄형 회전 날로 상기 음식물류 폐기물을 분쇄하는 건식 혐기 소화방법이 제공될 수 있다.Also, the thermal solubilization step may include a dry anaerobic digestion method of heating the food waste using waste heat of a generator or a boiler, and pulverizing the food waste with a fine pulverizing rotary blade.
또한, 상기 혐기 소화 활성액은 미네랄이며, 상기 미네랄은 Fe, Ni, 및 Co 중 하나 이상을 포함하는 건식 혐기 소화방법이 제공될 수 있다.Also, the anaerobic digestion activated liquid may be a mineral, and the mineral may include at least one of Fe, Ni, and Co.
또한, 상기 소화 슬러지의 상기 암모니아 농도는 3,000 mg/l 이하인 건식 혐기 소화방법이 제공될 수 있다.Also, a dry anaerobic digestion method in which the ammonia concentration of the digested sludge is 3,000 mg / l or less may be provided.
또한, 상기 소화 슬러지의 상기 암모니아 농도는 3,000 mg/l 이하이고 알칼리도는 8,000 ~ 11,000 mg/l인 건식 혐기 소화방법이 제공될 수 있다.Also, a dry anaerobic digestion method in which the ammonia concentration of the digested sludge is 3,000 mg / l or less and the alkalinity thereof is 8,000 to 11,000 mg / l may be provided.
또한, 상기 산발효조의 pH는 5.0 내지 6.0으로 유지되고, 상기 소화조의 pH는 7.2~8.0으로 유지되는 건식 혐기 소화방법이 제공될 수 있다.Also, a dry anaerobic digestion method in which the pH of the acid fermentation tank is maintained at 5.0 to 6.0 and the pH of the digestion tank is maintained at 7.2 to 8.0 can be provided.
또한, 상기 소화 슬러지는 상기 음식물류 폐기물 질량의 0.5 배 내지 2배의 질량으로 공급되는 건식 혐기 소화방법이 제공될 수 있다.In addition, the digested sludge may be supplied at a mass of 0.5 to 2 times the mass of the food waste, and the dry anaerobic digestion method may be provided.
또한, 상기 열가용화 단계 이전에, 상기 음식물류 폐기물을 파쇄 또는 선별하는 파쇄 선별 단계; 파쇄 또는 선별된 상기 음식물류 폐기물의 침출수를 이용하여 메탄세균을 배양시키는 단계; 및 배양된 상기 메탄세균을 상기 소화조로 투입하는 메탄세균 투입 단계를 더 포함하는 건식 혐기 소화방법이 제공될 수 있다.Further, before the heat-solubilization step, a step of crushing or sorting the food waste is performed. Culturing the methane bacteria using leached water of the food waste, which is crushed or selected; And a step of introducing the methane bacteria into the digester after the cultured methane bacteria are introduced into the digester.
본 발명의 실시예들은 메탄 가스 생성의 안정성과 운전가동 효율이 향상된 건식 혐기 소화장치 및 건식 혐기 소화방법을 제공할 수 있다.Embodiments of the present invention can provide a dry anaerobic digestion apparatus and a dry anaerobic digestion method in which methane gas generation stability and operation operation efficiency are improved.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 건식 혐기 소화장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 건식 혐기 소화방법의 순서도이다.
도 3 및 도 4는 음식물류 폐기물에 미네랄을 투입하지 않은 조건 하에서 혐기성 소화조의 부피당 생성되는 바이오 가스 생성 속도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 음식물류 폐기물에 미네랄을 투입한 조건 하에서 바이오 가스 생성 속도를 나타낸 그래프이다.1 is a schematic view of a dry anaerobic digestion apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart of a dry anaerobic digestion method according to an aspect of the present invention.
FIGS. 3 and 4 are graphs showing the rate of biogas production per volume of the anaerobic digestion tank under conditions in which no minerals are added to food waste. FIG.
5 is a graph showing the rate of biogas production under the condition that minerals are added to food wastes.
이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
본 발명의 일 측면에 따른 건식 혐기 소화장치는 음식물류 폐기물을 혐기성 세균을 이용하여 발효시킴에 따라 메탄 가스(바이오 가스)를 생산하는 장치에 관한 것으로, 파쇄 선별기(10), 메탄세균 배양기(100), 분쇄형 회전날을 지닌 고온의 열가용화조(20), 산발효조(30) 및 소화조(40), 안정화조(60), 암모니아 제거 장치(90)를 포함할 수 있다.A dry anaerobic digestion apparatus according to one aspect of the present invention is a device for producing methane gas (biogas) by fermenting food wastes using anaerobic bacteria. The apparatus includes a crushing separator (10), a methane bacteria incubator (100) A high temperature
본 실시예에서, 건식 혐기성 소화공정은 총 고형물 농도(TS, total solids)가 10~40%인 유기성 폐기물을 대상으로 하는 공정으로 이해될 수 있으며, 음식물류 폐기물은 일반적인 음식물 쓰레기뿐만 아니라, 하수 슬러지, 축산 분뇨와 같은 유기성 폐기물과 생활계 폐기물에서 발생되는 유기성 성분을 포함하는 의미로 사용될 수 있다. 그리고 본 실시예에 따른 음식물류 폐기물은 전처리 단계가 1단 혹은 2단 이하로 줄여질 수 있다.In this embodiment, the dry anaerobic digestion process can be understood as a process involving organic wastes having a total solids concentration (TS) of 10 to 40%, and the food wastes can be used not only for general food waste but also for sewage sludge, It can be used to mean organic wastes such as livestock manure and organic wastes generated from biological wastes. In the food waste according to the present embodiment, the pretreatment step can be reduced to one stage or two stages or less.
파쇄 선별기(10)는 투입 호퍼(11)를 통해 투입되는 고농도 음식물류 폐기물에 포함된 협잡물이나 이물질을 선별할 수 있으며, 선별된 음식물류 폐기물을 기 설정된 크기인 5 ~ 30mm의 범위에서 파쇄시킬 수 있다. 그리고 파쇄 선별기(10)에서 선별된 협잡물이나 이물질은 매립될 수 있다.The crushing and sorting
파쇄 선별기(10)는 원통속에 여러개의 볼(강구)을 넣어 상기 볼(강구)의 운동에 의한 충격으로 파쇄하는 볼밀(ball mill), 강봉을 파쇄매체로 사용하는 회전식 파쇄기인 로드밀(rod mill), 조크러셔(jaw crusher), 임팩트 크러셔(impact crusher), 및 휠러밀(wheeler mill) 등과 같은 기계적 장치나 또는 초음파장치, 열적처리와 같은 물리/화학적 장치 등이 적용될 수 있다. The crushing and
그리고 도시되지는 않았으나 파쇄 선별기(10)에 의해 파쇄 및 선별된 음식물류 폐기물은 저장조 등에 저장될 수도 있으며, 저장조에 저장된 음식물류 폐기물은 필요에 따라 선택적으로 열가용화조(20)로 공급될 수 있다.Although not shown, the food wastes that have been crushed and sorted by the crushing
한편, 음식물류 폐기물로부터 추출된 액상의 침출수는 메탄세균 배양기(100)로 공급될 수 있으며, 메탄세균 배양기(100)는 침출수를 이용하여 메탄세균을 배양시킬 수 있다. 침출수로부터 메탄세균을 배양시킬 경우, 배양되는 메탄세균의 양이 증가될 수 있다. 그리고 메탄세균 배양 과정에서 발생되는 메탄 가스 등은 가스 저장조(50)로 이송될 수 있다. Meanwhile, the liquid leachate extracted from the food waste can be supplied to the
열가용화조(20)는 파쇄 선별된 음식물류 폐기물을 열가용화 및 미세화시키는 기능을 갖는 것으로, 파쇄 선별된 음식물류 폐기물을 가열하여 열가용화시킬 수 있다. 또한, 미쇄 분쇄형 회전날을 가져서 음식물류 폐기물을 파쇄하여 미세화시킬 수 있다. 열가용화조(20)에서 음식물류 폐기물이 열가용화 및 미세화 됨에 따라 산발효조(30)에서의 가수분해가 촉진될 수 있다.The heat-solubilization tank (20) has a function of heat-solubilizing and refining the selected food wastes, and the food wastes can be heat-solubilized by heating the crushed food waste. In addition, the food waste can be crushed and refined by having a grinding-type rotary blade. The hydrolysis in the
열가용화조(20)에서 사용되는 열원은 발전기 혹은 보일러(80)로부터 공급되는 폐열일 수 있다. 일 예로 열가용화조(20)는 음식물류 폐기물을 약 50 내지 80℃로 가열할 수 있고, 가열 시간은 약 5분 내지 30분일 수 있다. 여기서 발전기(80)는 열병합 발전기일 수 있다.The heat source used in the heat-
이와 같이 가용화조(20)에 의해 음식물류 폐기물이 열가용화 및 미세화됨으로써, 음식물류 폐기물이 산발효조(30) 및 소화조(40)에서 소화되는 효율을 향상 시킬 수 있고 이에 따라 메탄가스 생성 속도를 향상시킬 수 있다.As the food waste is thermally solubilized and refined by the
또한, 열가용화조(20)는 음식물류 폐기물을 직접적으로 가열할 수도 있고, 외부로부터 공급받거나 직접 생산한 스팀을 음식물류 폐기물에 분사함으로써 음식물류 폐기물을 열가용화시킬 수 있다. 또한 도시하지는 않았으나 열가용화조(20)는 음식물류 폐기물을 폐열과 열교환시킬 수 있는 열교환기 등을 더 포함할 수 있다.In addition, the heat dissolving
산발효조(30)는 음식물류 폐기물을 가수분해 및 산발효시키는 기능을 갖는 것으로, 음식물류 폐기물과 소화조(40)로부터 회수된 소화 슬러지를 혼합시킬 수 있다.The
구체적으로, 산발효조(30)는 통성 혐기성균이 작용하여 고농도의 음식물류 폐기물에 포함된 다당류, 단백질, 지질 등을 단당류, 아미노산, 글리세롤, 고급 지방산 등으로 가수분해시킬 수 있으며, 그 후 아세트산(CH3COOH) 또는 부틸산(C3H7COOH)과 같은 유기산을 생성을 유도하는 기능을 담당할 수 있다.Specifically, the
이 때, 원활한 가수분해 및 산발효과정이 진행되기 위해서는 통성 혐기성균의 활동이 활성화 될 수 있는 최적의 환경 조건을 유지시키는 것이 중요하다. 최적의 환경 조건을 위해, 산발효조(30) 상의 pH 및 미네랄 농도가 일정 범위 이내로 유지될 수 있으며, 그 방법으로써 산발효조(30)에 소화조(40)의 소화 슬러지가 공급되거나, Fe, Ni, Co와 같은 미네랄이 투입될 수 있다. 그리고 산발효조(30)는 음식물류 폐기물과 소화 슬러지, 미네랄 등이 고르게 혼합될 수 있도록 교반 스크류 등을 포함할 수 있다.In this case, it is important to maintain the optimal environmental conditions in which the activity of the tuber-anaerobic bacteria can be activated in order for the smooth hydrolysis and the acid fermentation process to proceed. The pH and the mineral concentration on the
일반적으로 음식물류 폐기물의 pH는 4.2~4.8 사이로 약산에 해당하며, 이러한 pH 농도에서는 젖산 생성 세균 또는 알코올 생성 세균의 활동이 활발하게 이루어질 수 있다. 그리고 이에 따라 유기산 생성이 저하되고 젖산 발효 또는 알코올 발효 등이 활발하게 이루어질 수 있다.In general, the pH of food wastes is between 4.2 and 4.8, which means that lactic acid-producing bacteria or alcohol-producing bacteria can actively act at such pH. Therefore, the production of organic acid is lowered and lactic acid fermentation or alcohol fermentation can be actively performed.
반면에 통성 혐기성균, 즉 유기산 생성 세균의 생장에 적합한 pH 농도는 5.0 내지 6.0이므로, 적정 범위의 탄산염을 포함하는 소화 슬러지를 산발효조(30)에 공급함으로써 음식물류 폐기물의 pH를 안정화 시킬 수 있다. 산발효조(30)의 pH 농도는 5.0 내지 6.0으로 유지될 수 있으며 이를 위해서 투입되는 소화 슬러지의 질량은 음식물류 폐기물 질량의 0.5배 내지 2배일 수 있다. On the other hand, since the pH concentration suitable for the growth of tuber-anaerobic bacteria, that is, organic acid-producing bacteria is 5.0 to 6.0, the pH of the food waste can be stabilized by supplying the
이때, 순환되는 소화 슬러지의 알칼리도는 암모니아 제거 장치(90)에 의해 조절될 수 있다. 암모니아 제거 장치(90)에 대해서는 후설하기로 한다.At this time, the alkalinity of the circulated digestion sludge can be adjusted by the
표 1은 소화 슬러지를 음식물류 폐기물에 혼합함에 따라 아세트산, 프로피온산, 부틸산 등의 유기산의 발생량이 증가된 것을 나타내고 있다.
Table 1 shows that the amount of organic acid such as acetic acid, propionic acid, and butyric acid was increased as the digested sludge was mixed with the food waste.
단위
unit
산발효조
Acid fermenter
소화조
Digester
(소화 슬러지량
/음식물량)Mixing ratio
(Amount of digestion sludge
/ Food quantity)
0
0
0.5
0.5
1
One
0
0
0.5
0.5
1
One
아세트산
Acetic acid
mg/l
mg / l
4,672
4,672
3,809
3,809
2,537
2,537
252
252
22
22
31
31
프로피온산
Propionic acid
mg/l
mg / l
562
562
357
357
186
186
65
65
53
53
64
64
부틸산
Butyl Acid
mg/l
mg / l
2,152
2,152
2,963
2,963
3,956
3,956
350
350
0
0
0
0
한편, 산발효조(30)에는 혐기 소화 활성액이 투입될 수 있다. 혐기 소화 활성액은 혐기 소화를 활성화시킬 수 있는 물질로 일 예로 미네랄일 수 있다. 혐기 소화 활성액은 산발효조(30) 내의 통성 혐기성균 또는 소화조(40)의 메탄균의 생장을 돕는 물질일 수 있으며, 혐기 소화 활성액이 투입됨에 따라 유기산 및 메탄 가스 생성 효율 및 속도가 증가될 수 있다. 혐기 소화 활성액이 미네랄일 경우, 투입되는 미네랄의 종류는 일 예로 Fe, Ni, Co 중 하나 이상일 수 있다.On the other hand, the anaerobic digestion active liquid can be added to the
혐기 소화 활성액은 Fe, Ni, Co가 혼합되어 공급되는 혼합액일 수 있으며, 또는 각각의 공급 장치로부터 Fe, Ni, Co가 별도로 공급된 후 산발효조(30)에서 혼합될 수 있다. The anaerobic digestion activity liquid may be a mixed solution supplied by mixing Fe, Ni, and Co, or may be mixed in an
도 3 및 도 4는 음식물류 폐기물에 미네랄을 투입하지 않은 조건 하에서 바이오 가스 생성 속도를 나타낸 것이고, 도 5는 음식물류 폐기물에 미네랄을 투입한 조건 하에서 바이오 가스 생성 속도를 나타낸 것이다.FIG. 3 and FIG. 4 show the rate of biogas production under the condition that minerals are not added to the food waste, and FIG. 5 shows the rate of biogas production under the condition that minerals are added to the food waste.
도 3 및 도 4를 참조하면, 미네랄이 산발효조(30)에 투입되지 않은 경우, 종오니와의 혼합 비율에 따라 연속 운전의 정지 기간은 차이가 나지만, 소화조(40)에서 60여일 혹은 100일이 경과된 후에는 바이오 가스(메탄 가스) 생성이 이루어지지 않았다.3 and 4, when the mineral is not introduced into the
도 4의 실험 예는 도 3의 대조군 실험 예에 비해, 실험 기간 동안 용해성 Fe 농도가 100~300mg/l 및 Ni과 Co의 농도가 약 0.5 ~ 5 mg/l 수준으로 유지된 혐기 소화 활성액을산발효조(30)에 투입한 실험예이다. 미네랄이 투입된 경우에는 메탄가스 생성이 지속적으로, 그리고 시간이 지난 후에도 초기와 유사한 속도로 이루어지는 것을 알 수 있다.4, compared to the control experiment in FIG. 3, the anaerobic digestion activity was maintained at a level of soluble Fe of 100 to 300 mg / l and a concentration of Ni and Co of about 0.5 to 5 mg / l during the experiment And then put into the fermenter (30). It can be seen that when minerals are added, methane gas production continues at a similar rate to that at the beginning, even after a lapse of time.
그리고, Fe 성분은 산발효조(30)에 존재하는 하이드로제너스 (hydrogenase) 효소의 활성을 높이고 수소 및 유기산 (아세트산, 부틸산) 발효 형태로 전환될 수 있게 도와줄 수 있다. 또한, Fe, Ni, Co 성분은 소화조(40)에 존재하는 메탄노제니스 (methanogenase)의 활성을 높이고 유지하고 혐기성 미생물의 성장에 중요한 필수 성분이 된다.The Fe component can enhance the activity of the hydrogenase enzyme present in the
한편, 소화조(40)는 유기산을 메탄 발효시킬 수 있는 것으로, 편성 혐기성균인 메탄세균에 의해 유기산이 메탄 발효되어 메탄이 생성될 수 있다. 유기산이 메탄 발효되는 과정에서 발생되는 가스는 메탄, 이산화탄소 등을 포함할 수 있으며, 메탄 가스는 가스 저장조(50)에 저장될 수 있다. 그리고 가스 저장조(50)에 저장된 가스는 발전기/보일러(80)로 공급될 수 있다.On the other hand, the
소화조(40)는 유기산을 포함하는 음식물류 폐기물(이하 '소화액'이라 한다)과 메탄세균 간의 활발한 반응 및 탄산염 순환 사이클을 유지하기 위해서 소화액을 순환시킬 수 있는 순환 장치 등을 포함할 수 있다.The
그리고 소화조(40)에는 메탄세균 배양기(100)로부터 배양된 메탄세균이 투입될 수 있다. 소화조(40)에 메탄세균이 추가적으로 투입됨에 따라 음식물류 폐기물에 포함된 유기산 부하가 과도하게 증가하였을 때에도 소화조(40)의 운전이 안정적으로 이루어질 수 있다. 일 예로, 음식물류 폐기물의 종류에 따라 음식물류 폐기물에 포함된 유기산의 농도가 변경될 수 있으며, 이 경우 유기산의 농도에 따라 메탄세균이 추가적으로 투입될 수 있으므로 소화조(40) 소화 효율이 안정적으로 유지될 수 있다.Methane bacteria cultured from the
한편, 안정화조(60)는 소화조(40)로부터 배출되는 소화 슬러지를 침전시킬 수 있으며, 소화 슬러지가 안정화조(60)에서 침전됨에 따라 고형물과 액상의 독립된 층(layer)을 이루며 분리될 수 있고, 소화슬러지 중의 고농도 암모니아 성분은 산발효조(30)로 순환되기 전에 암모니아 제거장치(90)에 의해 제거될 수 있다. Meanwhile, the
암모니아 제거장치(90)는 안정화조(60)로부터 배출되는 소화 슬러지 중 암모니아를 제거하는 장치이다. 암모니아 제거 장치(90)는 소화 슬러지에 용해된 암모니아 성분을 가스화시킨 후에 암모니아 가스를 제거하는 스트리핑(Stripping) 장치일 수 있다. 암모니아 제거 장치(90)는 암모니아의 가스화 반응 속도를 향상시키기 위해 반응 온도가 50℃ ~ 80℃ 사이에서 운전될 수 있으며, 과산화수소 (H2O2)를 넣어 암모니아 성분의 제거 효율을 향상시킬 수 있다. The
암모니아 제거장치(90)에 의해 암모니아 성분이 제거된 소화 슬러지의 알칼리도는 8,000 ~ 11,000 mg/l로, 암모니아 농도는 3,000mg/l 이하로 유지될 수 있다.The alkalinity of the digested sludge in which the ammonia component is removed by the
그리고 고농도 암모니아가 제거되어서 적정 알칼리도를 갖는 소화 슬러지는 산발효조(30)로 다시 이송되어 산발효조(30)의 pH를 적정 pH, 일 예로 5.0~6.0 범위로 유지시키고, 소화조(4)의 pH를 적정 pH, 일 예로 7.2 내지 8.0으로 유지시킬 수 있다.Then, the digester sludge having an appropriate alkalinity is transferred again to the
한편, 탈수기(70)는 소화 슬러지를 탈수 시키고, 탈수된 소화 슬러지 중 슬러지 케익은 매립 처리되고, 폐수는 별도의 폐수 처리장치 등에 의해 처리될 수 있다.Meanwhile, the
이하에서는 본 발명의 일 측면에 따른 건식 혐기 소화 방법에 대해 설명한다.Hereinafter, a dry anaerobic digestion method according to one aspect of the present invention will be described.
먼저, 수거된 음식물류 폐기물은 투입 호퍼(11)를 통해 파쇄 선별기(10)로 투입될 수 있다. 파쇄 선별기(10)는 음식물류 폐기물에 포함된 협잡물 등을 걸러내고 음식물류 폐기물을 기 설정된 크기로 파쇄(S100)시킬 수 있다. First, the collected food waste can be introduced into the crushing
그리고 파쇄 선별기(10)로부터 배출되는 음식물류 폐기물 중 액상의 침춤수를 추출(S110)하여 메탄세균 배양기(100)로 공급할 수 있으며, 메탄세균 배양기(100)에 의해 메탄세균이 배양(S120)될 수 있다. 그리고 이 과정에서 생성된 메탄세균은 소화조(40)로 투입(S130)될 수 있으며, 메탄 가스 등은 추출(S140)된 후 가스 저장조(50)로 이송되어 저장될 수 있다. The liquid wastewater from the food wastes discharged from the crushing
또한, 침출수가 분리된 음식물류 폐기물 미세 분쇄형 회전날을 지닌 고온의 열가용화조(20)로 공급되어 열가용화(S200)될 수 있다.Further, the leachate may be supplied to the high-temperature heat-
열가용화조(20)는 발전기 또는 보일러(80)로부터 공급되는 폐열을 이용하여 음식물류 폐기물을 열처리할 수 있으며, 음식물류 폐기물은 산발효조에서 쉽게 분해가 용이한 상태로 가용화될 수 있다. 열가용화조(20)는 폐열을 열원으로써 스팀을 이용할 수도 있고, 분사 노즐 등을 이용하여 음식물류 폐기물에 스팀을 분사함으로써 음심물류 폐기물을 열처리 할 수 있다. The heat-
이 때 열가용화 단계(S200)가 소화 슬러지의 투입(S320) 전에 이루어지므로 소화 슬러지에 포함된 혐기성균의 사멸을 방지할 수 있다. In this case, since the thermal solubilization step (S200) is performed before the introduction of the digestion sludge (S320), the anaerobic bacteria contained in the digestion sludge can be prevented from being killed.
파쇄/선별, 열가용화와 같은 전처리 과정이 완료된 음식물류 폐기물은 산발효조(30)에서 산발효(S300)될 수 있다. 이때 산발효조(30)의 전단계에서는 혐기성균의 생장을 돕는 혐기 소화 활성액이 투입(S310)될 수 있으며, 소화조(40)로부터 회수된 소화 슬러지는 안정화조(60)를 거쳐 암모니아 제거 장치(90)로부터 암모니아가 제거된 상태로 산발효조(30)로 투입(S610)될 수 있다.The food waste having undergone the pretreatment process such as crushing / sorting and heat-solubilization can be acid fermented (S300) in the
이 때, 암모니아 제거 장치(90)는 소화 슬러지에 포함된 암모니아 농도를 3000mg/l 이하, 알칼리도는 8,000 ~ 11,000 mg/l 이하로 유지시킬 수 있다. 그리고 산발효조(30)에 암모니아가 제거된 소화 슬러지가 투입됨으로써 산발효조(30) 및 소화조(40)의 적정 알칼리도를 유지시킬 수 있다.At this time, the
또한, 순환되는 소화슬러지 적정 알칼리도는 산발효의 수소 분압을 낮춰 대사산물의 생성을 아세트산 및 부틸산인 유기산 발효 패턴으로 조절할 수 있다. 한편, 산발효조(30)에 혐기 소화 활성액이 투입됨으로써 혐기성균의 생장에 필요한 영양분 또는 효소가 공급될 수 있다. 따라서 산발효조(30)는 혐기성균의 생장에 최적화된 상태가 유지될 수 있으며, 이에 따라 아세트산(CH3COOH) 또는 부틸산(C3H7COOH)을 중심으로한 유기산 발효가 원활하게 진행될 수 있다. Also, circulating digestion sludge titratable alkalinity can be controlled by lowering the hydrogen partial pressure of acid fermentation to produce an organic acid fermentation pattern of acetic acid and butyric acid. Meanwhile, nutrients or enzymes necessary for the growth of the anaerobic bacteria can be supplied by inputting the anaerobic digestion active liquid into the
또한, 혐기 소화 활성액이 미네랄일 경우, 미네랄 성분은 일반적으로 용액 상에서 이온화된 상태로 존재하며, Fe, Ni, Co 등과 같은 미네랄은 H20를 구성하는 OH와 결합될 수 있어 상대적으로 용액 상의 수소 농도를 증가시킬 수 있다. 즉, 단순히 산발효조(30)에 미네랄만을 투입할 경우에는 산발효조(30)의 pH가 더 낮아져서 산발효가 활성화되는 효과가 현저하지 않을 수 있다. 따라서 산발효조(30)에 미네랄과 소화 슬러지를 함께 투입함으로써 산발효조(30)의 pH 농도 조절에 따른 효과가 증대될 수 있다. In addition, when the anaerobic digestion activating liquid is a mineral, the mineral component generally exists in an ionized state in the solution, and minerals such as Fe, Ni, Co and the like can be combined with OH constituting H 2 O, The concentration can be increased. That is, when only minerals are simply added to the
산발효가 완료된 소화액은 소화조(40)에서 소화(S400)될 수 있다. 즉, 통성혐기성균인 산생성 세균이 작용하여 가수분해와 산발효가 완료된 유기산이 포함된 산발효액이 편성혐기성균인 메탄세균에 의해 메탄 발효가 이루어질 수 있으며, 이에 따라 유기산이 메탄 가스로 전환될 수 있다. 이 때, 메탄세균 배양기(100)로부터 배양된 메탄세균이 소화조(40)로 투입(S130)될 수 있으므로 유기산의 농도가 과도하게 증가될 경우에도 메탄 발효가 원활하게 이루어질 수 있으며, 이에 따라 소화조(40)의 메탄 발효가 안정적으로 이루어질 수 있따.The digestion liquid in which acid fermentation is completed can be extinguished in the digester 40 (S400). That is, an acid fermentation broth containing an organic acid in which hydrolysis and acid fermentation are completed due to action of acid-producing bacteria such as tuberous anaerobes may be methane fermentation by methane bacterium, which is a combined anaerobic bacteria, and organic acids may be converted into methane gas . At this time, the methane bacteria cultivated from the
또한, 이 때 소화조(40)로 유입되는 소화액의 pH가 5.0 내지 6.0을 유지하고 있으므로 소화조(40)의 pH가 메탄 발효로 인해 과도하게 상승되는 것을 방지할 수 있다.Also, since the pH of the digestive juice flowing into the
한편, 소화조(40)에서 생성된 메탄 가스는 가스 저장조(50)에 저장될 수 있으며, 발전기(80)의 발전시 또는 보일러(80)의 가열에 사용될 수 있다.Meanwhile, the methane gas generated in the
한편, 소화조(40)에 잔류된 소화 슬러지는 안정화조(60)로 이송되어 안정화 단계(S600)를 거치며, 그 중 소화 슬러지에 포함된 암모니아 성분은 산발효조(30)로 이송되는 중간 라인의 암모니아 제거 장치(90)에 의해 제거 후 산발효조(30)로 투입(S610)될 수 있다. 그리고 기타 소화 슬러지는 탈수(S700)되어 슬러지 케익은 부숙화 장치에 의해 퇴비화가 가능하거나 부숙화 장치없이 퇴비의 원료로 사용될 수 있고, 폐수는 별도의 폐수 처리(S800) 과정을 거칠 수 있고, 암모니아 성분이 제거된 폐수는 기존 설비보다 운영비 절감효과를 가져 올 수 있다.Meanwhile, the digested sludge remaining in the
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것으로 한정적인 것으로 이해해서는 안되며, 이러한 변형된 실시예는 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, You will understand. For example, a person skilled in the art can change the material, size and the like of each constituent element depending on the application field or can combine or substitute the embodiments in a form not clearly disclosed in the embodiments of the present invention, Of the range. Therefore, it should be understood that the above-described embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive, and that such modified embodiments are included in the technical idea described in the claims of the present invention.
10: 파쇄 선별기 20: 열가용화조
30: 산발효조 40: 소화조
50: 가스 저장조 60: 안정화조
70: 탈수기 80: 발전기
90: 암모니아 제거 장치 100: 메탄세균 배양기10: crushing separator 20: thermal solubilization tank
30: acid fermentation tank 40: digester
50: gas storage tank 60: stabilization tank
70: Dehydrator 80: Generator
90: Ammonia removal apparatus 100: Methane bacteria incubator
Claims (15)
상기 가용화된 상기 음식물류 폐기물을 산발효시키는 산발효조;
상기 산발효된 상기 음식물류 폐기물을 메탄 발효시켜 메탄 가스를 생성하는 소화조;
상기 메탄 발효된 상기 음식물류 폐기물로부터 생성된 소화 슬러지를 안정화시키는 안정화조; 및
상기 소화 슬러지에 포함된 암모니아 성분을 제거하는 암모니아 제거 장치를 포함하고,
상기 산발효조에는 혐기 소화 활성액이 공급되는
건식 혐기 소화장치.A heat-solubilization tank for heating and solubilizing food waste;
An acid fermentation tank for fermenting the solubilized food waste;
A digester for generating methane gas by fermenting the acid fermented food waste by methane;
A stabilization tank for stabilizing the digested sludge generated from the methane fermented food wastes; And
And an ammonia removing device for removing the ammonia component contained in the digested sludge,
The acid fermentation tank is supplied with the anaerobic digestion active liquid
Dry anaerobic digester.
상기 산발효조에는,
상기 암모니아 제거 장치에 의해 상기 암모니아 성분이 기 설정된 농도 이하로 제거된 상기 소화 슬러지가 공급되는
건식 혐기 소화장치.The method according to claim 1,
In the acid fermentation tank,
And the digester sludge in which the ammonia component has been removed to a predetermined concentration or less is supplied by the ammonia removing apparatus
Dry anaerobic digester.
상기 소화 슬러지의 상기 암모니아 농도는 3,000 mg/l 이하이고, 알칼리도는 8,000 ~ 11,000 mg/l인 건식 혐기 소화장치.3. The method of claim 2,
Wherein the ammonia concentration of the digested sludge is less than or equal to 3,000 mg / l and the alkalinity is from 8,000 to 11,000 mg / l.
상기 소화 슬러지는 상기 음식물류 폐기물 질량의 0.5 배 내지 2배의 질량으로 공급되는 건식 혐기 소화장치.3. The method of claim 2,
Wherein the digested sludge is fed at a mass of 0.5 to 2 times the mass of the food waste.
상기 열가용화조는,
발전기 또는 보일러의 폐열을 이용함으로써 가열되는 건식 혐기 소화장치. The method according to claim 1,
The heat-
The dry anaerobic digester is heated by using the waste heat of the generator or the boiler.
상기 혐기 소화 활성액은,
미네랄일 수 있으며, Fe, Ni, 및 Co 중 하나 이상을 포함하는 건식 혐기 소화장치.The method according to claim 1,
The anaerobic digestion active liquid may be,
Mineral, and comprising at least one of Fe, Ni, and Co.
상기 음식물류 폐기물을 파쇄 및 선별하는 파쇄 선별기 및
상기 파쇄 선별기로부터 파쇄 및 선별된 상기 음식물류 폐기물의 침출수를 이용하여 메탄세균을 배양시키는 메탄세균 배양기를 더 포함하고, 배양된 상기 메탄세균은 상기 소화조로 공급되는 건식 혐기 소화장치.The method according to claim 1,
A crushing separator for crushing and sorting the food waste, and
Further comprising a methane bacterium culture device for cultivating methane bacteria using leachate of the food waste which has been crushed and selected from the crushing separator, wherein the methane bacteria cultivated are supplied to the digestion tank.
상기 열가용화된 상기 음식물류 폐기물을 산발효시키는 산발효 단계;
상기 산발효된 상기 음식물류 폐기물을 메탄 발효시켜 메탄 가스를 생성하는 소화 단계를 포함하고,
상기 산발효 단계에서,
상기 산발효가 이루어지는 산발효조에는 혐기 소화 활성액이 투입되는 건식 혐기 소화방법Heating food wastes to heat-solubilize them;
An acid fermentation step of acidifying the thermally solubilized food waste;
And an extinguishing step of producing methane gas by fermenting the acid fermented food wastes by methane,
In the acid fermentation step,
In the acid fermentation tank in which the acid fermentation is performed, a dry anaerobic digestion method
상기 소화 단계에서 생성되는 소화 슬러지는,
상기 소화 슬러지에 포함된 암모니아가 암모니아 제거 장치에 의해 기 설정된 농도 이하로 제거된 후 상기 음식물류 폐기물이 산발효되는 산발효조로 투입되는 건식 혐기 소화방법9. The method of claim 8,
The digested sludge generated in the digestion step may include:
Wherein ammonia contained in the digested sludge is removed to a predetermined concentration or lower by an ammonia removing device, and then the food waste is fed into an acid fermentation tank where acid fermentation is carried out,
상기 열가용화 단계는,
발전기 또는 보일러의 폐열을 이용하여 상기 음식물류 폐기물을 가열하고, 미세 분쇄형 회전 날로 상기 음식물류 폐기물을 분쇄하는 건식 혐기 소화방법.9. The method of claim 8,
Wherein the heat-
A method of dry anaerobic digestion wherein the food waste is heated using waste heat of a generator or a boiler, and the food waste is pulverized by a fine pulverizing rotary blade.
상기 혐기 소화 활성액은 미네랄이며,
상기 미네랄은 Fe, Ni, 및 Co 중 하나 이상을 포함하는 건식 혐기 소화방법.9. The method of claim 8,
The anaerobic digestion active liquid is a mineral,
Wherein the mineral comprises at least one of Fe, Ni, and Co.
상기 소화 슬러지의 상기 암모니아 농도는 3,000 mg/l 이하이고 알칼리도는 8,000 ~ 11,000 mg/l인 건식 혐기 소화방법.10. The method of claim 9,
Wherein the ammonia concentration of the digested sludge is less than or equal to 3,000 mg / l and the alkalinity is less than or equal to 8,000 and less than or equal to 11,000 mg / l.
상기 산발효조의 pH는 5.0 내지 6.0으로 유지되고, 상기 소화조의 pH는 7.2~8.0으로 유지되는 건식 혐기 소화방법.10. The method of claim 9,
Wherein the pH of the acid fermentation tank is maintained at 5.0 to 6.0, and the pH of the digestion tank is maintained at 7.2 to 8.0.
상기 소화 슬러지는 상기 음식물류 폐기물 질량의 0.5 배 내지 2배의 질량으로 공급되는 건식 혐기 소화방법.10. The method of claim 9,
Wherein the digested sludge is fed at a mass of 0.5 to 2 times the mass of the food waste.
상기 열가용화 단계 이전에,
상기 음식물류 폐기물을 파쇄 또는 선별하는 파쇄 선별 단계;
파쇄 또는 선별된 상기 음식물류 폐기물의 침출수를 이용하여 메탄세균을 배양시키는 단계; 및
배양된 상기 메탄세균을 상기 소화조로 투입하는 메탄세균 투입 단계를 더 포함하는 건식 혐기 소화방법.9. The method of claim 8,
Before the heat-solubilization step,
Crushing and sorting the food waste;
Culturing the methane bacteria using leached water of the food waste, which is crushed or selected; And
And introducing the methane bacteria into the digestion tank.
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