KR101032608B1

KR101032608B1 - 유기성 폐기물 처리장치

Info

Publication number: KR101032608B1
Application number: KR20100120322A
Authority: KR
Inventors: 장정희; 김영오; 전덕우
Original assignee: 현대건설주식회사
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2011-05-06
Also published as: US20130295625A1; WO2012074289A2; WO2012074289A3

Abstract

본 발명은 유기성 폐기물 처리장치에 관한 것으로, 산발효조와 메탄발효조의 교반이 기계식 교반기와 더불어 와류생성수단에 의해 산발효조와 메탄발효조 내부에 와류가 형성됨으로써, 산발효조와 메탄발효조 내의 유기물에 대해 상호 반대방향의 수류가 교번으로 형성되어 수평적 순환이 원활히 이루어짐 물론 상부와 하부의 와류가 교번으로 생성되어 수직적 순환이 자연히 이루어져 교반 및 발효가 촉진되도록 된 것이다.

Description

유기성 폐기물 처리장치{System for treating organic waste}

본 발명은 유기성 폐기물을 처리하기 위한 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기성 폐기물이 처리조 내에서 와류에 의해 교반되도록 된 유기성 폐기물 처리장치에 관한 것이다.

일반적으로 산업발전과 함께 소득증대와 소비성향의 변화 및 유통구조의 발달로 인하여 생활 폐기물은 급격히 증가되는 추세이다.

생활 폐기물의 처리 방안으로 선택될 수 있는 것으로는 매립지를 확보하여 매립처리하는 방법, 소각하여 처리하는 소각방법, 재가공하여 새로운 자원으로 활용하는 방법 등이 있다.

매립처리방법은 처리 후 매립지의 지질오염과 유해가스발생, 수질오염 등이 발생하고, 매립지 확보를 위한 경제적 부담이 뒤따르는 문제점이 있다.

또한, 소각처리방법은 소각처리를 위한 경비의 부담과 더불어 소각시 대기오염이 발생하고, 처리대상물인 폐기물의 종류에 제한이 있다.

또한, 재활용처리방법은 최상의 처리방법에 해당되는 것으로 보여지나 재활용으로 인한 효용성에 따라 재활용 가능 여부가 결정된다. 즉, 재활용을 위한 처리비용의 경제성 여부와, 재활용처리과정에서 발생하는 2차적 환경오염 여부와, 재활용에 의한 최종 제품의 품질 만족도 등에 따라 재활용처리의 여부가 결정된다.

여기서, 일반 식생활에서 폐기물로 생성되는 고농도 유기성 폐기물(음식물 쓰레기, 하수 슬러지, 폐수 슬러지, 축산 폐기물 등)이 매립처리방법이 이용되기도 한다. 하지만, 이러한 고농도 유기성 폐기물이 매립처리되면 수질오염 및 부패로 인한 악취 발생 등이 발생하여 심각한 환경오염원인이 되고 있다. 또한 매립 후 주변의 토질변화, 유기물의 부패에 의한 가스발생으로 악취 및 대기오염과 수질오염 등의 여러 형태의 비경제적, 비위생적, 비환경적 문제가 발생한다.

따라서, 유기성 폐기물로부터 메탄가스는 추출되면서 기타 유독 가스 및 슬러지는 제거되고, 소화액은 정화시켜 방류하는 재활용 방법이 제시되고 있었다.

여기서, 유기성 폐기물은 산발효조 및 메탄발효조에서 교반에 의해 발효가 촉진되었고, 이때 유기성 폐기물의 교반을 위해 모터에 의해 교반날개가 회전하도록 이루어진 기계식 교반기가 별도로 설치되었다.

이와 같이, 기계식 교반기에만 의존하는 유기성 폐기물의 교반은 그 교반성능이 매우 낮아 효율성 측면에서 많은 문제가 제기되고 있었고, 이를 개선하기 위한 방법이 제시되어야만 하는 실정이다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 본 발명은, 교반기에 의한 교반과 더불어 와류에 의한 교반이 추가되어 유기성 폐기물에 대한 교반성능이 향상됨은 물론 처리 효율성이 상승하도록 된 유기성 폐기물의 처리장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 저장된 상태에서 상부와 하부의 유기성 폐기물이 상호 순환되면서 노즐에 의한 와류가 교번으로 형성됨으로써 교반성능이 최대화되도록 된 유기성 폐기물의 처리장치를 제공함에 다른 목적이 있다.

상기된 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기성 폐기물의 처리장치는, 유입된 유기성 폐기물을 저분자 유기화합물로 전환시키는 산발효조와, 산발효조에서 처리된 저분자 유기화합물에서 메탄가스를 생성시키는 메탄발효조가 포함되어 이루어진 유기성 폐기물 처리장치에 있어서, 산발효조에서 산발효 처리중인 유기성 폐기물의 일부가 메탄발효조로 공급되도록 제1순환펌프가 연계 설치된 제1순환라인; 메탄발효조에서 메탄발효 처리중인 유기성 폐기물의 일부가 산발효조로 공급되도록 제2순환펌프가 연계 설치된 제2순환라인; 및 메탄발효조 내의 유기성 폐기물이 와류에 의해 교반되도록 메탄발효조에 설치된 다수의 노즐을 포함한 와류생성수단;이 포함되어 이루어지고, 와류생성수단은 유기성 폐기물을 분사하여 일방향 및 반대방향의 수류가 교번으로 발생되도록 하여 와류를 발생시킨다.

유기성 폐기물 처리장치는, 유기성 폐기물을 선별하고 파쇄하는 선별 및 파쇄기; 선별 및 파쇄기를 통과한 유기성 폐기물을 산발효조에 투입하기 적당한 크기로 분쇄하는 분쇄기; 분쇄기(120)를 통과한 유기성 폐기물에 대해 일정 크기 이상의 유기성 폐기물을 걸러내는 스크린(121); 스크린(121)을 통과한 유기성 폐기물이일시 저장되는 저류조; 산발효조 및 메탄발효조 내의 유기성 폐기물을 일정 온도로 상승시키기 위해 산발효조(140) 및 메탄발효조에 각각 설치된 가열기; 메탄발효조에서 생성된 메탄가스가 저장되는 가스저장조; 가스저장조의 메탄가스가 유입되어 가열기에 열을 제공하는 보일러;가 더 포함되어 이루어진다.

와류생성수단은, 메탄발효조에서 발효된 혐기소화액에 대해 일방향으로 수류를 형성시키도록 다수의 제1노즐(202)이 일정 각도로 제1노즐관(201)에 설치되어 이루어진 제1노즐부; 제1노즐부의 분사방향과는 반대방향으로 수류를 형성시키도록 다수의 제2노즐이 일정 각도로 제2노즐관에 설치되어 이루어진 제2노즐부; 및 메탄발효조 상부의 혐기소화액을 제1,2노즐관으로 공급하도록 설치된 제1와류순환라인;이 포함되어 이루어진다.

제1와류순환라인에는 메탄발효조의 상부에서 제1,2노즐관으로 혐기소화액을 공급하도록 연계 설치된 제1와류순환펌프; 및 제1노즐관과 제2노즐관을 교번으로 개방시키도록 설치된 연동밸브;가 포함되어 이루어진다.

제1,2노즐관은 메탄발효조의 하부에 설치되고, 메탄발효조의 중심을 향해 일정 곡률을 갖도록 휘어진 형상이고, 제1,2노즐은 상향의 분사각도를 가지고, 분사각도(θ)는 30 ∼ 45°이다.

와류생성수단은, 메탄발효조의 상부에 다수의 제3노즐이 일정 각도로 제3노즐관에 설치되어 이루어진 제3노즐부; 및 메탄발효조 하부의 유기성 폐기물을 제3노즐관에 공급하도록 설치된 제2와류순환라인;이 더 포함되어 이루어진다.

제2와류순환라인은 메탄발효조의 하부에서 제3노즐관으로 유기성 폐기물을 공급하도록 제2와류순환펌프가 연계 설치된다.

제3노즐은 상향의 분사각도를 가지고, 각각의 제3노즐은 수직 또는 사선방향의 분사각도를 갖거나 또는 일예로 제3노즐은 상향 또는 하향의 분사각도를 가지고, 분사각도(θ)는 30 ∼ 45°을 갖는다.

와류생성수단은 제1와류순환펌프와 제2와류순환펌프가 교번으로 작동하도록 제어하고, 제1노즐부와 제2노즐부가 교번으로 개방되도록 연동밸브를 제어하는 제어기가 더 포함되어 이루어진다.

와류생성수단은 메탄발효조의 하부 측면에 설치되어, 상기 와류의 흐름이 간섭을 주기 위한 다수의 배플이 더 포함되어 이루어진다.

메탄발효조는 메탄발효조의 저면 테두리부에 배플과 접촉하여 하락하는 슬러지를 수집하기 위해 형성된 다수의 슬러지홈; 및 슬러지홈들에 연결되어 슬러지를 배출하는 슬러지배출라인이 포함되어 이루어진다. 또한, 메탄발효조의 저면은 중심에서 테두리측으로 하향 경사진다.

메탄발효조는 메탄발효조의 내부에 교반날개가 교반모터에 의해 회전되도록 설치된 교반기가 포함되어 이루어진다.

산발효조는 산발효조의 내부에 교반날개가 교반모터에 의해 회전되도록 설치된 교반기가 포함되어 이루어진다.

산발효조는 상부와 하부를 연결하도록 설치되고, 유기성 폐기물을 상부에서 하부로 공급시키는 교반순환펌프가 연계 설치된 교반순환라인이 더 포함되어 이루어진다.

제1순환라인은 산발효조에서 제1와류순환라인으로 연결되고, 제2순환라인은 메탄발효조에서 교반순환라인으로 연결된다.

제1순환라인과 제1와류순환라인의 연결지점은 연동밸브 이전의 지점이다.

한편, 와류생성수단은 메탄발효조 뿐만 아니라 산발효조에도 설치될 수 있고, 이로 인해 산발효조는 교반기와 더불어 와류생성수단에 의해 유기성 폐기물이 교반될 수 있다.

또한, 산발효조 및 메탄발효조 모두 교반기와 와류생성수단이 동시에 설치될 수도 있고, 와류생성수단만 설치될 수도 있음은 물론이다.

상기된 바와 같이 본 발명에 따르면, 다수의 노즐이 포함된 와류생성수단에 의해 발생된 와류에 유기성 폐기물의 상부와 하부에 상호 다른 와류가 형성되어 유기성 폐기물의 교반성능이 극대화되는 효과가 있다.

또한, 노즐의 분사가 교번이면서 반대방향으로 이루어져 유기성 폐기물의 교반성능이 배가되는 효과가 있다.

또한, 산발효조 및 메탄발효조 상부의 유기성 폐기물이 하부로 순환되어 유기성 폐기물이 침전되지 않고, 또한 상부의 유기성 폐기물 유분이 효율적으로 혼합되어 미생물과의 접촉이 향상되도록 교반이 이루어지는 효과가 있다.

또한, 산발효조와 메탄발효조의 발효중인 일부 유기물이 상호 순환되어 pH가 조정됨으로써 산발효조와 메탄발효조 내의 유기물이 와류 및 교반기에 의해 교반되면서 발효 효능이 극대화되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기성 폐기물 처리장치가 개략적으로 도시된 구성도이고,
도 2는 도 1의 산발효조와 메탄발효조가 개략적으로 도시된 상태도이며,
도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 메탄발효조의 내부가 개략적으로 도시된 정면도 및 평면도이고,
도 4는 도 2에 도시된 와류생성수단의 제어관계가 개략적으로 도시된 블럭도이며,
도 5a 내지 도 5c는 도 2에 도시된 산발효조와 메탄발효조 내부에서 형성된 와류가 개략적으로 도시된 상태도이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기성 폐기물 처리장치를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기성 폐기물 처리장치(100)는 유기성 폐기물을 선별하고 파쇄하는 선별 및 파쇄기(110)와, 선별 및 파쇄기(110)를 통과한 유기성 폐기물을 산발효조(120)에 투입하기 적당한 크기로 분쇄하는 분쇄기(120)와, 분쇄기(120)를 통과한 유기성 폐기물에 대해 일정 크기 이상의 유기성 폐기물을 걸러내는 스크린(121); 스크린(121)을 통과한 유기성 폐기물이 일시 저장되는 저류조(130)와, 유기성 폐기물을 산발효 처리하여 고분자 유기화합물을 저분자 유기화합물로 전환하는 산발효조(140)와, 산발효조(140)에서 유입된 저분자 유기화합물을 혐기성 미생물과 반응시켜 혐기소화액과 메탄가스를 생성시키는 메탄발효조(150)와, 산발효조(140) 및 메탄발효조(150) 내의 유기성 폐기물을 일정 온도로 상승시키기 위해 산발효조(140) 및 메탄발효조(150)에 각각 설치된 가열기(160)와, 메탄발효조(150)에서 생성된 메탄가스가 저장되는 가스저장조(170)와, 가스저장조(170)의 메탄가스가 유입되어 가열기(160)에 열을 제공하는 보일러(180)가 포함되어 이루어진다.

선별 및 파쇄기(110)는 유기성 폐기물에 포함된 합성수지, 금속 등 생물학적으로 분해되지 않는 이물질을 분리하고, 유기성 폐기물 중 대형의 고형물을 파쇄하는 장치이다.

분쇄기(120)는 파쇄된 유기성 폐기물을 잘게 분쇄하는 장치로서, 이 분쇄기(120)에 의해 분쇄된 유기성 폐기물은 80 ∼85% 정도의 수분을 함유하고 있어 유동성이 비교적 원활하다.

스크린(121)은 잘게 분쇄된 유기성 폐기물 내에 포함된 비닐류와 5mm 이상의 고형분과 불활성물질을 걸러 유동성이 더욱 원활하게 된다.

저류조(130)는 분쇄기(120)에서 배출된 유기성 폐기물이 임시 보관되는 곳으로, 이 저류조(130)의 유기성 폐기물을 산발효조(140)로 이송시키기 위한 이송펌프(131)가 구비된다.

가열기(160)는 보일러(180)와 연결되어 산발효조(140) 내의 유기성 폐기물을 대략 60 ∼ 100°의 온도로 가열시키고, 메탄발효조(150) 내의 유기성 폐기물을 대략 50 ∼ 60°의 고온으로 가열시킨다. 이는 유분이 다량 함유된 유기성 폐기물의 발효가 극대화되도록 하기 위함이다.

가스저장조(170)는 산발효조(140) 및 메탄발효조(150)에서 생성된 메탄가스가 저장되는 곳으로, 이 가스저장조(170)에 저장된 메탄가스의 일부는 보일러(180)로 공급되고, 일부는 고순도 가스정제소로 보내지거나 전력시스템으로 공급되어 전력을 생산하는데 사용된다.

보일러(180)는 가스저장조(170)에 저장된 메탄가스를 에너지원으로 하여 가열기(160)에 열을 공급하게 된다.

한편, 산발효조(140)는 도 2에 도시된 바와 같이, 산발효된 유기물을 메탄발효조(150)로 공급하기 위한 제1순환라인(141)과, 산발효조(140)의 내부에 설치된 교반기(142)와, 상부의 유기성 폐기물을 하부로 순환시키기 위한 교반순환라인(143)이 포함되어 이루어진다.

여기서, 교반기(142)는 산발효조(140)의 내부에 위치되는 교반날개(142a)가 교반모터(142b)에 의해 회전되도록 설치되어 이루어진다. 여기서, 교반모터(142b)는 15 ∼ 25rpm을 갖는 것이 바람직하고, 25rpm을 초과하면 교반모터(142b)의 내압이 상승하여 위험하고, 15rpm 미만이면 교반능력이 저하된다.

또한, 교반순환라인(143)에는 산발효조(140)의 상부에서 하부로 연결되고, 산발효조(140) 상부의 유기성 폐기물을 하부로 순환시키는 교반순환펌프(143a)가 연계 설치된다.

또한, 제1순환라인(141)은 산발효조(140)에서 메탄발효조(150)의 후술될 제1와류순환라인(230)에 연결되고, 산발효조(140)에서 산발효된 유기물을 메탄발효조(150)로 공급시키는 제1순환펌프(141a)가 연계 설치되어 이루어진다.

여기서, 제1순환라인(141)은 산발효조(140)의 하부에서 메탄발효조(150)의 하부로 산발효된 유기물을 순환시키도록 설치됨이 바람직하고, 대략 2 ∼ 3 시간마다 일정량이 순환됨이 좋다.

한편, 메탄발효조(150)는 도 2 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 혐기소화액이 와류에 의해 혼합되어 발효되도록 설치된 와류생성수단과, 메탄발효조(150)의 내부에 설치된 교반기(154)와, 메탄발효조(150)의 발효된 일부 혐기소화액을 산발효조(140)로 순환시키기 위한 제2순환라인(151)이 포함되어 이루어진다.

여기서, 교반기(154)는 메탄발효조(150)의 내부에 위치되는 교반날개(154a)가 교반모터(154b)에 의해 회전되도록 설치되어 이루어진다. 교반모터(154b)는 15 ∼ 25rpm을 갖는 것이 바람직하고, 25rpm을 초과하면 교반모터(154b)의 내압이 상승하여 위험하고, 15rpm 미만이면 교반능력이 저하된다.

와류생성수단은 메탄발효조(150)의 하부에 설치된 제1,2노즐부(200,210)와, 비상시 메탄발효조(150)의 교반을 위해 메탄발효조(150)의 상부에 설치된 제3노즐부(220)와, 메탄발효조(150) 상부의 혐기소화액을 제1,2노즐부(200,210)로 공급하기 위한 제1와류순환라인(230)과, 메탄발효조(150) 하부의 혐기소화액을 제3노즐부(220)로 공급하기 위한 제2와류순환라인(240)이 포함되어 이루어진다.

여기서, 제1와류순환라인(230)은 메탄발효조(150)의 상부에서 하부의 제1,2노즐부(200,210)로 연결되고, 상부의 혐기소화액을 제1,2노즐부(200,210)로 공급시키는 제1와류순환펌프(231)가 연계 설치되며, 제1노즐관(201)과 제2노즐관(211)이 교번으로 개방되도록 한 쌍의 연동밸브(232)가 설치되어 이루어진다.

여기서, 제1와류순환펌프(231)는 혐기미생물 플럭이 깨어지지 않도록 산발효조(140)에서 유입되는 유기성 폐기물의 유입량보다 6 ∼ 8배 이하의 유량을 순환시킬 수 있는 용량을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 제1노즐부(200)는 제1와류순환라인(230)과 연결된 제1노즐관(201)과, 이 제1노즐관(201)에 30 ∼ 45°기울어지게 설치되어 도면상 상향이면서 시계방향으로 수류를 형성시키는 다수의 제1노즐(202)이 포함되어 이루어진다.

또한, 제2노즐부(210)는 제1와류순환라인(230)과 연결된 제2노즐관(211)과, 이 제2노즐관(211)에 30 ∼ 45°기울어지게 설치되어 도면상 상향이면서 반시계방향으로 수류를 형성시키는 다수의 제2노즐(212)이 포함되어 이루어진다.

연동밸브(232)는 후술될 제어기(250)에 의해 제어된다.

제2와류순환라인(240)은 메탄발효조(150)의 하부에서 상부의 제3노즐부(220)로 연결되고, 비상시 제1와류순환라인(230)이 원활하지 않을 때 간헐적으로 하부의 유기물을 제3노즐부(220)로 공급시키는 제2와류순환펌프(241)가 연계 설치되어 이루어진다. 이때, 제2와류순환라인(240)은 메탄발효조(150)의 하단으로부터의 높이 1/3지점에서 2/3지점으로 혐기소화액을 공급시키도록 설치됨이 좋다. 또한, 제2와류순환펌프(241)는 산발효조(140)에서 유입되는 유기성 폐기물의 유입량보다 2 ∼ 4배의 유량을 순환시킬 수 있는 용량을 갖는 것이 바람직하다.

제3노즐부(220)는 제1,2노즐부(200,210)의 작동에 오류가 발생하여 정지되었을 경우를 대비하여 설치된 것으로, 제1,2노즐부(200,210)가 정지되는 비상시 작동함으로써 지속적인 교반이 이루어지게 된다. 물론, 제1,2노즐부(200,210)가 정상 작동할 때에도 교반능력을 상승시키기 위해 작동될 수도 있다. 또한, 제2와류순환라인(240) 역시 제3노즐부(220)가 작동여부에 따라 연계 작동하게 된다.

제3노즐부(220)는 제2와류순환라인(240)과 연결된 제3노즐관(221)과, 이 제3노즐관(221)에 설치된 다수의 제3노즐(222)이 포함되어 이루어진다.

여기서, 제3노즐관(221)은 메탄발효조(150)의 내부에서 2개의 관으로 분기되고, 이 분기관은 도면에서와 같이 굴절되어 형성되고, 일예로 제1,2노즐관(201,211)처럼 곡률로 형성될 수도 있다.

또한, 각각의 제3노즐(222)은 상향이면서 수직 또는 사선방향 중 하나의 분사각도를 갖도록 제3노즐관(221)에 설치된다.

이외의 실시예에서 제3노즐(222)은 상향 또는 하향이면서 30 ∼ 45°의 분사각도를 갖도록 분기된 형태의 제3노즐관(221)에 설치될 수도 있다.

또한, 제2순환라인(151)은 메탄발효조(150)에서 산발효조(140)의 교반순환라인(143)에 연결되고, 메탄발효조(150)의 유기물 일부를 산발효조(140)로 순환시키는 제2순환펌프(151a)가 연계 설치되어 이루어진다.

여기서, 제2순환라인(151)은 메탄발효조(150)의 하부에서 산발효조(140)의 하부로 혐기소화액을 순환시키도록 설치됨이 바람직하다.

제2순환라인(151)은 메탄발효조(150)의 혐기소화액의 일부를 산발효조(140)로 순환시키게 된다. 이는 산발효조(140)에서 교반되는 산발효된 유기물이 pH 3 ∼ 4 정도의 강산성의 성질을 갖게 됨에 따라 산발효조(140) 내에서의 발효가 원활치 않게 되는 현상을 지양하기 위해 산발효조(140) 내의 산성도를 낮추기 위함이다.

한편, 와류생성수단은 도 4에서와 같이, 제1,2와류순환펌프(231,241) 및 연동밸브(232) 등의 작동을 제어하는 제어기(250)가 더 포함되어 이루어진다.

물론, 이 제어기(250)는 저류조(130), 산발효조(140) 및 메탄발효조(150)에 장착된 모든 모터, 펌프, 밸브 등을 제어하도록 설치될 수도 있다.

또한, 와류생성수단은 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 메탄발효조(150)의 하부 측면에 설치되어, 다수의 노즐(202,212,222)에 의해 형성된 와류의 흐름이 간섭을 주기 위한 다수의 배플(260)이 더 포함되어 이루어진다.

여기서, 메탄발효조(150)는 저면 테두리부에 형성된 다수의 슬러지홈(152)과, 이 슬러지홈(152)과 연결되어 슬러지를 배출하도록 설치된 슬러지배출라인(153)이 포함되어 이루어지고, 메탄발효조(150)의 저면은 중심에서 테두리측으로 경사진다.

슬러지홈(152)은 배플(260)이 형성된 위치의 하방에 위치되도록 형성됨이 좋고, 이는 배플(260)에 의해 하락하는 슬러지가 슬러지홈(152)에 직접 수집될 수 있도록 하기 위함이다.

또한, 메탄발효조(150)의 경사진 저면은 저면에서 유동되는 슬러지가 저면의 테두리부로 유동된 다음 슬러지홈(152)에 수집되도록 하기 위함이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기성 폐기물 처리장치를 작동순서에 따라 설명한다.

먼저, 유기성 폐기물이 선별 및 파쇄기(110)와 분쇄기(120)를 통해 불순물이 선별되면서 일정 이하의 입자로 파쇄 및 분쇄된 다음, 스크린(201)을 통해 5mm 이상의 고형분이 걸러져 저류조(130)에 임시 저장된다.

이후, 산발효조(140)로 유입되어 가수분해 및 산발효되는 도중 일부 유기물이 제1순환라인(141)을 통해 메탄발효조(150)로 유입되어 메탄발효 처리되고, 메탄발효조(150)의 일부 혐기소화액 역시 제2순환라인(151)을 통해 산발효조(140)로 순환되어 산발효된다.

여기서, 산발효조(140)에서는 유기성 폐기물이 대략 3 ∼ 4일 동안 체류하면서 가수분해 및 산발효되어 고분자 유기성 화합물이 저분자 유기성 화합물로 전환된다.

또한, 도 5a에서 보는 바와 같이, 산발효조(140)의 내부에는 교반기(142)에 의한 수평의 수류가 형성되고, 하부에는 교반순환라인(143)에 의해 수평의 수류 및 수직의 순환이 이루어져 상부와 하부의 순환이 원활히 이루어진다.

이때, 산발효조(140)에서는 교반기(142)에 의한 교반 및 교반순환라인(143)을 통해 와류가 형성되어 교반된다. 따라서, 교반기(142)에 의해 산발효조(140)의 상부 교반이 이루어짐과 더불어 교반순환라인(143)을 통한 하부의 수류가 형성되고 산발효조(140) 상부의 유분이 하부로 원활히 혼합교반되어 산발효가 촉진된다.

메탄발효조(150)에서는 도 5b 및 도 5c에서 보는 바와 같이, 메탄발효조(150)의 내부에서 교반기(142)에 의한 수평의 수류가 형성되고, 와류생성수단에 의해 상부와 하부에서 와류가 교번으로 형성되어 상부와 하부에 수직 및 수평의 교반이 이루어짐으로써 발효처리가 촉진된다.

이때, 와류생성수단에 의한 와류는 제어기(250)에 의한 연동밸브(232)가 제1노즐부(200)와 제2노즐부(210)를 교번으로 개방시켜 상호 반대방향의 수류를 발생시킴으로써 발생된다. 좀 더 자세히 설명하자면, 제2노즐부(210)의 작동이 정지된 상태에서 제1노즐부(200)가 작동하여 도면상 상향이면서 시계방향으로 수류가 형성된 다음, 제1노즐부(200)의 작동이 정지된 상태에서 제2노즐부(210)가 작동하여 상향이면서 반시계방향으로 수류가 형성된다. 이렇게 발생된 와류에 의해 메탄발효조(150) 내의 혐기소화액은 수평 및 상향 교반이 원활히 이루어진다. 이때, 연동밸브(232)는 제어기(250)에 의해 제어된다.

그리고, 메탄발효조(150)에 설치된 제1와류순환라인(230)과 제2와류순환라인(240) 역시 교번으로 작동하여 메탄발효조(150)의 상부와 하부의 와류가 교번으로 생성되어 수직적 순환이 자연히 이루어져 교반 및 발효가 촉진된다. 이러한 교번 작동 역시 제어기(250)에 의해 제1,2와류순환라인(230,240)이 교번 개방됨으로써 가능하다.

예를 들어, 메탄발효조(150)에 하루 3ton/m³ 정도의 유기성 폐기물이 유입될 경우, 제1와류순환펌프(231)에 의해 1시간 동안 3ton/m³의 순환을 1회로, 하루에 6 ∼ 8회 정도 순환된다. 또한 제2와류순환펌프(241) 역시 동일한 방식으로 제1와류순환펌프(231)와는 교번으로 작동하되면서 제1,2와류순환펌프(231,241)가 24시간 동안 작동하게 된다. 따라서, 메탄발효조(150)에서는 상부와 하부에서의 수평적 혼합과, 상부와 하부의 순환적 수직 혼합이 조화롭게 이루어진다.

메탄발효조(150)의 상부에 설치되어 비상시 작동하는 제3노즐부(220)에서는 제3노즐(222)에 의해 메탄발효조(150)의 상부에 와류를 발생시키게 된다. 제3노즐(222)이 수직 또는 사선의 분사각도를 가짐으로써, 메탄발효조(150)의 상부에서는 무질서한 와류가 형성되어 비상시 제1,2노즐(201,212)을 대체하게 된다. 따라서, 제1,2노즐(202,212)에 의해 메탄발효조(150)의 하부에서는 상향이면서 시계방향 또는 반시계방향의 와류가, 메탄발효조(150)의 상부에서는 각기 다른 방향의 무질서한 와류가 형성된다. 또한, 제1,2노즐(202,212)에 의해 메탄발효된 유기물이 회전하면서 상승하게 됨에 따라 상부의 유기물이 하향 순환된다.

여기서, 제3노즐(222)이 상향 또는 하향이면서 30 ∼ 45°의 분사각도를 갖도록 제3노즐관(221)에 설치되어 제1,2노즐(202,212)와 유사한 작동하도록 설치된 다른 실시예에 의해 메탄발효조(150)의 상부에 와류가 발생할 수 있다.

이때, 제3노즐(222)이 제1,2노즐(202,212)과 연계 동작되어 하부에서는 상향이면서 시계방향의 와류가, 상부에서는 상향 또는 하향이면서 반시계방향의 와류가 형성되거나 그 반대로 와류를 형성시킬 수 있다. 물론 도 3b 또는 도 3c의 와류와는 다른 와류가 형성된다.

메탄발효조(150)에 장착된 배플(260)은 제1,2노즐(202,212)에 의해 형성된 와류에 대해 간섭을 발생시켜 일부위에서 무질서의 와류가 형성되도록 하여 혼합을 더욱 촉진시킨다. 또한, 와류를 따라 유동되는 슬러지가 배플(260)에 접촉되어 메탄발효조(150)의 저면에 하락되어 슬러지홈(152)에 수집된다. 물론, 슬러지홈(152)에 수집된 슬러지는 일정 간격으로 외부로 배출되어 제거된다.

한편, 산발효조(140) 및 메탄발효조(150) 내의 발효중인 유기물의 일부는 제1,2순환라인(141,151)을 통해 지속적으로 상호 순환된다.

이때, 산발효조(140)로 순환되는 메탄발효조(150)의 혐기소화액은 산발효조(140)에서 메탄발효조(150)로 공급되는 양의 10 ∼ 20% 정도로 공급하여 산발효조(140) 내의 유기성 폐기물에 대해 pH 4.3 ∼ 4.5를 지속적으로 유지시킴으로써 산발효 반응을 축진시킨다. 더불어, 산발효조(140) 내에서도 혐기미생물에 의해 유기물 분해가 산발효 분해량 대비 5 ∼ 10%정도 이루어진다. 물론 산발효의 정도 및 환경에 따라 메탄발효조(150) 유기물의 공급량을 늘려 pH 5 ∼ 6, 까지 상승시킬 수도 있다.

여기서, 산발효조(140)에서는 유기물이 대략 3 ∼ 4일 정도 체류하면서 산발효되고, 메탄발효조(150)에서는 유기물이 대략 15 ∼ 20일 정도 체류하면서 소화액 및 메탄가스를 생성시킨다.

한편, 산발효조(140)와 메탄발효조(150)에서 생성된 메탄가스는 가스저장조(170)에 저장되고, 이 가스저장조(170)의 메탄가스는 산발효조(140) 및 메탄발효조(150)에 설치된 가열기(160)에 열을 제공하는 보일러(180)에 일부 제공된다. 그리고, 잔여 가스는 전력시스템 또는 고순도 가스정제소로 제공된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100...유기성 폐기물 처리장치 140...산발효조,
141...제1순환라인 142...교반기,
143...교반순환라인 150...메탄발효조,
151...제2순환라인 152...슬러지홈,
153...슬러지배출라인 160...가열기,
170...가스저장조 180...보일러,
200...제1노즐부 201...제1노즐관,
202...제1노즐 210...제2노즐부,
211...제2노즐관 212...제2노즐,
220...제3노즐부 221...제3노즐관,
222...제3노즐 230...제1와류순환라인,
240...제2와류순환라인 250...제어기,
260...배플.

Claims

유입된 유기성 폐기물을 저분자 유기화합물로 전환시키는 산발효조(140)와, 산발효조(140)에서 처리된 저분자 유기화합물에서 메탄가스를 생성시키는 메탄발효조(150)가 포함되어 이루어진 유기성 폐기물 처리장치에 있어서,
상기 산발효조(140)에서 산발효 처리중인 상기 유기성 폐기물의 일부가 상기 메탄발효조(150)로 공급되도록 제1순환펌프(141a)가 연계 설치된 제1순환라인(141);
상기 메탄발효조(150)에서 메탄발효 처리중인 혐기소화액의 일부가 상기 산발효조(140)로 공급되도록 제2순환펌프(151a)가 연계 설치된 제2순환라인(151); 및,
상기 메탄발효조(150) 내의 상기 혐기소화액이 와류에 의해 교반되도록 상기 메탄발효조(150)에 설치된 다수의 노즐(202,212,222)을 포함한 와류생성수단;이 포함되어 이루어지고,
상기 와류생성수단은,
상기 메탄발효조(150)에서 발효된 상기 혐기소화액에 대해 일방향으로 수류를 형성시키도록 다수의 제1노즐(202)이 일정 각도로 제1노즐관(201)에 설치되어 이루어진 제1노즐부(200);
상기 제1노즐부(200)의 분사방향과는 반대방향으로 수류를 형성시키도록 다수의 제2노즐(212)이 일정 각도로 제2노즐관(211)에 설치되어 이루어진 제2노즐부(210); 및
상기 메탄발효조(150) 상부의 상기 혐기소화액을 상기 제1,2노즐관(201,211)으로 공급하도록 설치된 제1와류순환라인(230);이 포함되어, 상기 혐기소화액을 분사하여 일방향 및 반대방향의 수류가 교번으로 발생되도록 하여 와류를 발생시키도록 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
제1항에 있어서,
상기 유기성 폐기물 처리장치(100)는,
상기 유기성 폐기물을 선별하고 파쇄하는 선별 및 파쇄기(110);
상기 선별 및 파쇄기(110)를 통과한 상기 유기성 폐기물을 상기 산발효조(140)에 투입하기 적당한 크기로 분쇄하는 분쇄기(120);
상기 분쇄기(120)를 통과한 상기 유기성 폐기물에 대해 일정 크기 이상의 상기 유기성 폐기물을 걸러내는 스크린(121);
상기 스크린(121)을 통과한 상기 유기성 폐기물이 일시 저장되는 저류조(130);
상기 산발효조(140) 및 상기 메탄발효조(150) 내의 상기 유기성 폐기물을 일정 온도로 상승시키기 위해 상기 산발효조(140) 및 상기 메탄발효조(150)에 각각 설치된 가열기(160);
상기 메탄발효조(150)에서 생성된 메탄가스가 저장되는 가스저장조(170);
상기 가스저장조(170)의 메탄가스가 유입되어 상기 가열기(160)에 열을 제공하는 보일러(180);가 더 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1와류순환라인(230)에는,
상기 메탄발효조(150)의 상부에서 상기 제1,2노즐관(201,211)으로 상기 혐기소화액을 공급하도록 연계 설치된 제1와류순환펌프(231); 및
상기 제1노즐관(201)과 상기 제2노즐관(211)을 교번으로 개방시키도록 설치된 연동밸브(232);가 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
제1항에 있어서,
상기 제1,2노즐관(201,211)은 상기 메탄발효조(150)의 하부에 설치되고, 상기 메탄발효조(150)의 중심을 향해 일정 곡률을 갖도록 휘어진 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
제1항에 있어서,
상기 제1,2노즐(202,212)은 상향의 분사각도를 가지고, 분사각도(θ)는 30 ∼ 45°인 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
제4항에 있어서,
상기 와류생성수단은,
상기 메탄발효조(150)의 상부에 다수의 제3노즐(222)이 일정 각도로 제3노즐관(221)에 설치되어 이루어진 제3노즐부(220); 및
상기 메탄발효조(150) 하부의 상기 혐기소화액을 상기 제3노즐관(221)에 공급하도록 설치된 제2와류순환라인(240);이 더 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
제7항에 있어서,
상기 제2와류순환라인(240)은 상기 메탄발효조(150)의 하부에서 상기 제3노즐관(221)으로 상기 혐기소화액을 공급하도록 제2와류순환펌프(241)가 연계 설치된 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
제7항에 있어서,
상기 제3노즐(222)은 상향의 분사각도를 가지고, 각각의 제3노즐(222)은 수직 또는 사선방향의 분사각도를 갖는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
제7항에 있어서,
상기 제3노즐(222)은 상향 또는 하향의 분사각도를 가지고, 상기 분사각도(θ)는 30 ∼ 45°인 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
제8항에 있어서,
상기 와류생성수단은 상기 제1와류순환펌프(231)와 상기 제2와류순환펌프(241)가 교번으로 작동하도록 제어하고, 상기 제1노즐부(200)와 상기 제2노즐부(210)가 교번으로 개방되도록 연동밸브를 제어하는 제어기(250)가 더 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
제1항에 있어서,
상기 와류생성수단은 상기 메탄발효조(150)의 하부 측면에 설치되어 상기 와류의 흐름에 간섭을 주기 위한 다수의 배플(260)이 더 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
제12항에 있어서,
상기 메탄발효조(150)는,
상기 메탄발효조(150)의 저면 테두리부에 상기 배플(260)과 접촉하여 하락하는 슬러지를 수집하기 위해 형성된 다수의 슬러지홈(152); 및
상기 슬러지홈(152)들에 연결되어 슬러지를 배출하는 슬러지배출라인(153);이 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
제1항에 있어서,
상기 메탄발효조(150)의 저면은 중심에서 테두리측으로 하향 경사진 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
제1항에 있어서,
상기 메탄발효조(150)는 메탄발효조(150)의 내부에 교반날개(154a)가 교반모터(154b)에 의해 회전되도록 설치된 교반기(154)가 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
제1항에 있어서,
상기 산발효조(140)는 상기 산발효조(140)의 상부에 교반날개(142a)가 교반모터(142b)에 의해 회전되도록 설치된 교반기(142)가 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
제1항에 있어서,
상기 산발효조(140)는 상부와 하부를 연결하도록 설치되고, 상기 유기성 폐기물을 상부에서 하부로 공급시키는 교반순환펌프(143a)가 연계 설치된 교반순환라인(143)이 더 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
제4항에 있어서,
상기 제1순환라인(141)은 상기 산발효조(140)에서 상기 제1와류순환라인(230)으로 연결된 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
제18항에 있어서,
상기 제1순환라인(141)과 상기 제1와류순환라인(230)의 연결지점은 상기 연동밸브(232) 이전의 지점인 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.
제17항에 있어서,
상기 제2순환라인(151)은 상기 메탄발효조(150)에서 상기 교반순환라인(143)으로 연결된 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물 처리장치.