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KR101803089B1 - 친환경 축산 분뇨 처리시스템 및 처리 방법 - Google Patents

친환경 축산 분뇨 처리시스템 및 처리 방법 Download PDF

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KR101803089B1
KR101803089B1 KR1020160097455A KR20160097455A KR101803089B1 KR 101803089 B1 KR101803089 B1 KR 101803089B1 KR 1020160097455 A KR1020160097455 A KR 1020160097455A KR 20160097455 A KR20160097455 A KR 20160097455A KR 101803089 B1 KR101803089 B1 KR 101803089B1
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KR
South Korea
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gas
digestion
tank
heat exchanger
livestock manure
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KR1020160097455A
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Inventor
황상구
엄상용
Original Assignee
주식회사 케이티씨
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Publication date
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Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 축산분뇨 소화처리수단, 상기 축산분뇨 소화처리수단에서 소화된 소화슬러지를 처리하는 소화슬러지 처리수단 및 상기 축산분뇨 소화처리 수단에서 발생된 바이오가스를 처리하는 바이오가스 처리 수단을 포함하는 축산 분뇨 처리시스템에 있어서, 상기 축산분뇨 소화처리수단은, 축산분뇨가 수집 저장되는 축산분뇨 수집조; 상기 축산분뇨 수집조로부터 투입된 소화원료를 상온에서 24시간 동안에 거쳐서 52~55의 고온으로 가온시키는 예비 소화조; 상기 예비소화조로부터 가온된 소화원료를 투입받아서 내부에 중심에서 일정 간격을 가지고 형성된 제1 가온장치와 제2가온장치 및 상기 제1, 2 가온장치의 사이에 장착된 임펠러형 교반기에 의하여 52 ~ 60 ℃중 일정 온도의 고온상태로 순환하면서 혐기 소화처리를 수행하는 혐기소화조; 상기 혐기 소화조 내의 상부에 형성된 3개로 구획된 가스 체류영역의 압력을 제어하는 가스제어장치; 및 상기 가스 체류 영역에서 발생된 메탄가스를 저장하는 가스저장부; 를 포함하며, 상기 소화슬러지 처리수단은, 상기 혐기 소화조에서 소화가 완료된 소화슬러지액를 이송받아 저장하는 소화슬러지액 저장조; 상기 소화슬러지액 저장조로부터 상기 소화슬러지액을 이송받아 상기 소화슬러지액 88 ~ 90wt%, 코코피트 9 ~ 10wt%, 기타 식물에 필요한 무기질 영양소의 미네랄 1 ~ 3wt% 비율로 배합하여 액비를 발생시키지 않고 전체를 함수율 83 ~85%의 고형화된 부산물로 변환시키는 부산물 배합기; 및 상기 부산물 배합기에서 고형화된 부산물을 가공하여 고형 비료로 제조하는 고형비료 제조수단, 또는 고형 연료로 제조하는 고형 연료 제조수단을 포함하며, 상기 바이오가스 처리수단은, 상기 가스저장부로부터 이송된 가스를 정제하는 가스 정제기; 및 상기 가스 정제기에서 정제된 바이오 가스를 이용하여 전력을 생산하는 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 축산 분뇨 처리시스템이 제공된다.

Description

친환경 축산 분뇨 처리시스템 및 처리 방법{Eco-friendly livestock excretion treatment and method for operating the same}
본 발명은 친환경 축산 분뇨 처리시스템 및 처리 방법을 제공하는 것이다.
일반적으로 고농도의 유기물로 이루어진 가축 분뇨를 그대로 하천으로 방류할 경우, 하천을 오염시켜 음용수 및 농업용수 등 하천수의 이용을 불가능하게 하므로 별도의 정화처리장치를 거쳐 방류하거나 분뇨탱크에 저장하여 자연 발효시켜 농작물의 거름으로 재활용하고 있으며, 이로 인해 토양의 산성화를 낮출 수 있고, 토양의 화학적 성질을 개선할 수 있었다.
또한, 가축 분뇨를 퇴비화시키는 방법 중에서 가장 많이 사용되는 것이 가축 분뇨를 인위적으로 발효시켜 퇴비화하는 방법이며, 이러한 방법을 구현할 수 있도록 한 것이 발효장치이다.
상기 발효장치는, 분뇨저장조와 발효처리조를 이용하여 자연 발효시키는 방법으로서, 이는 분뇨의 발효처리시간이 많이 걸리고, 발효가 균일하게 이루어지지 않는 문제점이 있었다.
종래의 축산 분뇨 처리 방법의 처리 지연성(퇴비화 기간과 숙성기 간으로 약 6~12개월 소요) 및 악취, 수질 오염 측면의 문제, 산출된 퇴비의 처리를 위한 농지 부족 문제 등의 문제가 발생하였었다.
이에 대하여 대 규모 축산 분뇨 처리시설의 경우 호기성이나 혐기성 소화법 등으로 유기물을 분해시킨 후, 슬러지를 고형분과 처리수로 분리하여 처리하는 방법을 채택하고 있다.
호기성 소화장치는 처리시간이 비교적 빠르나, 슬러지 발생량이 많아서 발생되는 폐슬러지를 처리하는데 많은 경비가 소요되며, 또한 온도와 폐수의 유기물농도에 따른 부하조절이 곤란한 문제점이 있다.
유기질 성분뿐만 아니라 질소와 인이 다량 함유된 축산분뇨를 혐기성 소화공법으로 적절히 가공하게 되면 친환경 농업에 필요한 부산물 비료를 생산할 수 있으므로 환경개선에도 크게 기여할 수 있다.
또한 형기성 처리 방법은 밀폐된 장치에서 처리할 수 있어서 악취발생을 억제할 수 있고 더구나 부가적으로 바이오 가스가 생산되므로 환경 친화적인 대체에너지 확보도 가능하게 된다. 처리과정에서 연료로 사용할 수 있는 메탄이 발생되어 이를 처리 전력으로 사용하면 처리 비용을 줄일 수 있는 장점이 있다.
가축 분뇨의 경우 혐기 소화장치를 36℃의 중온 소화방식으로 할 경우 약 `1 ~2달 정도의 처리 기간을 가지게 되어 처리 시간이 느릴 뿐 아니라 소화조 부피가 증가하게 되며, 오랜 체류시간에 비해 생성되는 소화가스의 양은 낮다는 단점이 있다.
고온 타입의 혐기 소화장치는 중온 소화장치에 비해 유기물 분해속도가 빨라서 소화조 체류시간이 3 ~7일로 짧은 이점이 있어서 소화장치의 크기를 적게 할 수 있고 효과적인 병원균의 감소 및 메탄가스 발생효율이 높은 장점 등이 있으나, 소화물질을 고온으로 유지시키기 위한 고온 처리 및 유지에 따른 비용이 많이 드는 단점이 있다.
고온 타입의 혐기 소화장치의 가온 처리 및 고온을 유지에 따른 비용을 줄이기 위해서는 혐기 소화장치 내의 소화물질에 대한 열교환을 더 효과적으로 처리할 수 있는 장치에 대한 연구가 필요하다.
또한, 고온 혐기 소화처리과정을 거친 소화 슬러지의 처리의 경우, 고액 분리를 통하여 고형물과 처리수로 분리한 후, 고형물은 연료 또는 비료로 재활용하고, 처리수는 별로도 정화 처리과정을 거쳐서 하천으로 방류하거나, 또는 액상 비료(액비)로서 재활용하는 방법이 사용된다.
그러나, 축산물의 소화 처리수는 COD농도가 높아서, 고액분리를 통하여 발생된 처리수를 정화 처리과정으로 처리하기 위해서는 많은 처리 비용이 수반되는 문제점이 있다.
또한, 처리수를 액비로 활용하기 위해서는 액체이기 때문에 별도의 저장 탱크시설이 필요하고, 생산된 액비 자체에 포함된 악취로 인해 이를 저장하는 장소에 따른 민원이 발생될 수 있다.
또한, 파종되는 농작물에 따라 액비를 배포할 수 있는 시기가 달라서, 발생된 액비량에 맞추어 적재 적소에 배포할 수 있는 장소를 물색하는 것이 곤란하여 액비의 재활용에 많은 문제점이 발생될 수 있다.
따라서, 축산 분뇨의 경우, 고액분리 단계와 액비에 대한 별도의 처리과정이 없이 잔존물을 경제적인 처리로 재활용할 수 있는 기술이 요구된다.
본 발명 기술에 대한 배경기술은 대한민국 특허등록번호 제10-1616323호(가축분뇨 및 음식물의 바이오메스를 통한 전기, 액비 및 퇴비의 제조방법)에 게시된다.
제10-1616323호(가축분뇨 침 음식물의 바이오메스를 통한 전기, 액비 및 퇴비의 제조방법)
본 발명은 축산분뇨의 유기질 성분을 효과적으로 분해시키고 고액분리 단계와 액비에 대한 별도의 처리과정이 없이 잔존물을 재활용할 수 있는 고형화하는 과정을 포함하여 처리시간을 단축하고 경제적으로 처리할 수 있는 친환경 축산 분뇨 처리시스템 및 처리 방법 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 축산분뇨 소화처리수단, 상기 축산분뇨 소화처리수단에서 소화된 소화슬러지를 처리하는 소화슬러지 처리수단 및 상기 축산분뇨 소화처리 수단에서 발생된 바이오가스를 처리하는 바이오가스 처리 수단을 포함하는 축산 분뇨 처리시스템에 있어서, 상기 축산분뇨 소화처리수단은, 축산분뇨가 수집 저장되는 축산분뇨 수집조; 상기 축산분뇨 수집조로부터 투입된 소화원료를 상온에서 24시간 동안에 거쳐서 52 ~ 55℃의 고온으로 가온시키는 예비 소화조; 상기 예비소화조로부터 가온된 소화원료를 투입받아서 내부에 중심에서 일정 간격을 가지고 형성된 제1 가온장치와 제2가온장치 및 상기 제1, 2 가온장치의 사이에 장착된 임펠러형 교반기에 의하여 52 ~ 60℃ 중 일정 온도의 고온상태로 순환하면서 혐기 소화처리를 수행하는 혐기소화조; 상기 혐기 소화조 내의 상부에 형성된 3개로 구획된 가스 체류영역의 압력을 제어하는 가스제어장치; 및 상기 가스 체류 영역에서 발생된 메탄가스를 저장하는 가스저장부; 를 포함하며,
상기 소화슬러지 처리수단은, 상기 혐기 소화조에서 소화가 완료된 소화슬러지액를 이송받아 저장하는 소화슬러지액 저장조; 상기 소화슬러지액 저장조로부터 상기 소화슬러지액을 이송받아 상기 소화슬러지액 88 ~ 90wt%, 코코피트 9 ~ 10wt%, 기타 식물에 필요한 무기질 영양소의 미네랄 1 ~ 3wt% 비율로 배합하여 액비를 발생시키지 않고 전체를 함수율 83 ~85%의 고형화된 부산물로 변환시키는 부산물 배합기; 및
상기 부산물 배합기에서 고형화된 부산물을 가공하여 고형 비료로 제조하는 고형비료 제조수단, 또는 고형 연료로 제조하는 고형 연료 제조수단을 포함하며,
상기 바이오가스 처리수단은, 상기 가스저장부로부터 이송된 가스를 정제하는 가스 정제기; 및 상기 가스 정제기에서 정제된 바이오 가스를 이용하여 전력을 생산하는 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 축산 분뇨 처리시스템이 제공된다.
또한, 상기 고형 비료 제조수단은, 상기 함수율 83 ~ 85%의 고형화된 부산물을 상부가 개방되고 하부가 밀폐된 후숙발효 하우징 내에서 5 ~ 7일 동안 저장한 상태에서 주기적으로 공기와 혼합하여 2차 발효 과정에 의하여 함수율 52 ~ 55%의 고형화된 부산물을 형성시키는 후숙발효부; 및 상기 후숙발효부에서 함수율 52 ~ 55%의 고형화된 부산물을 포장하여 고형비료로 제조시키는 비료포장부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고형 연료 제조수단은, 상기 함수율 83 ~85%의 고형화된 부산물을 투입하여 믹서의 회전에 의해 고온의 공기와 혼합되면서, 건조되어 함수율 10 ~ 20%의 부산물로 변환시키는 건조기; 상기 함수율 10 ~ 20%의 부산물을 탄화시켜서 분탄 형태의 숯으로 제조하는 탄화기; 상기 탄화기로부터 탄화된 탄화물을 냉각시키는 냉각기; 및 상기 냉각기를 거친 탄화물을 고형 연료로 형성시키는 연료성형기;를 포함하며,
상기 탄화기는, 밀폐된 상태에서 내부의 부산물이 원주면에 형성된 전기 히터에 의해 380 ~ 420 온도를 유지되도록 가열되면서 이동되는 제1 탄화기; 상기 제1 탄화기에서 제1차 탄화과정을 거친 부산물이 외부 열 및 자체 발화현상에 의한 제2 탄화과정으로 탄화물을 제조하는 제2 탄화기; 를 포함하되, 상기 제1 탄화기 및 제2 탄화기는 원통형으로 형성되며, 내부에는 길이방향으로 길게 형성된 이송스크류에 의해 탄화과정의 부산물이 탄화가 진행되면서 이송되고,
상기 제2 탄화기에 공급되는 열 에너지는 상기 제1 탄화기에 공급되는 열 에너지의 25 ~30%로 공급되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 가온장치 및 제 2가온장치는, 각각 상단 열교환기, 중단 열교환기 및 하단 열교환기가 수직 방향으로 일정 이격 간격을 가지고 분리되어 형성되며, 상기 혐기소화조의 수평 원통형의 길이 방향으로 전단에서 후단까지 형성되되, 단면이 비대칭 장방형상을 가진 육면체의 형상으로 형성되며,
상기 가스 체류영역은, 상기 제1 가온장치의 상단 열교환기 상단에서 수직으로 상측 원통면까지 내부 가스 공간을 차단시키도록 형성된 제1 차단벽 및 상기 제2 가온장치의 상단 열교환기 상단에서 수직으로 상측 원통면까지 내부 공간을 차단시키도록 형성된 제2차단벽에 의하여 중앙에 제2 가스체류영역, 중앙의 좌측에 제 1 가스 체류영역 및 중앙의 우측에 제3 가스 체류영역이 구획되어 형성되고,
상기 상단 열교환기, 중단 열교환기 및 하단 열교환기의 마주 보는 면이 외측이 하향 경사지도록 형성되며,
상기 상단 열교환기와 중단 열교환기 사이 및, 중단 열교환기와 하단 열교환기 사이에는 소화원료에 대한 교반류의 흐름을 유도하는 교반 통로가 형성 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 친환경 축산 분뇨 처리시스템에 의한 축산 분뇨 처리방법에 있어서, 가축 분뇨 등을 포함하는 소화원료가 상기 예비 소화조로 투입되어 24시간 동안에 서서히 상온에서 52 ~ 55℃의 고온으로 가온시키는 단계; 상기 예비 소화조에서 가온된 소화원료는 상기 혐기 소화조에 상기 상단 열교환기의 일부분이 잠기는 수위까지 투입되는 단계; 상기 혐기 소화조에서 상기 임펠러형 교반기를 작동시켜서 상기 임펠러형 교반기로부터 하측으로 하향 교반류가 형성되도록 하며, 상기 하향 교반류는 상기 콘형 교반 분배 돌기에서 양측으로 분배되어 상기 혐기 소화조의 내측 원통면을 따라 양측에 상향 교반류가 형성되어 상승한 후, 상기 상향 교반류 중 반경이 작은 상향 교반류는 상기 중단 열교환기와 상기 하단 열교환기 사이에 형성된 제1 이격 공간을 통하여 순환되며, 반경이 큰 상향 교반류는 상기 상단 열교환기와 중단 열교환기 사이에 형성된 제2 이격 공간을 통하여 순환되는 과정을 주기적으로 반복하는 교반단계;
상기 교반단계를 거쳐서 5 ~ 8일 동안 소화가 완료된 소화슬러지가 인출관을 통하여 상기 소화슬러지 저장조로 저장되는 단계; 및 상기 저장된 소화슬러지를 이송받아 상기 부산물 배합기에서 상기 소화슬러지액 88 ~ 90wt%, 코코피트 9 ~ 10wt%, 기타 식물에 필요한 무기질 영양소의 미네랄 1 ~ 3wt% 비율로 배합하여 액비를 발생시키지 않고 전체를 함수율 83 ~85%의 고형화된 부산물로 변환시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 축산 분뇨 처리 방법이 제공된다.
또한, 상기 교반단계에는, 상기 가스제어장치를 통하여 상기 제2 가스 체류영역은 양압을 유지하고 상기 제1 가스 체류영역 및 제3 가스체류영역은 가스를 흡입하는 음압을 유지하도록 제어를 함으로써, 중앙의 소화원료는 전체적으로 하향으로 이동되고, 양 사이드 측의 소화원료는 상향으로 이동하는 압력이 형성되어 상기 소화원료가 중앙에서 내측 원통면을 따라 순환하도록 하는 교반과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 함수율 83 ~85%의 고형화된 부산물을 상부가 개방되고 하부가 밀폐된 후숙발효 하우징 내에서 5 ~ 7일 동안 저장한 상태에서 주기적으로 공기와 혼합하여 2차 발효 과정에 의하여 함수율 52 ~ 55%의 고형화된 부산물을 형성시키는 후숙발효 단계: 및 상기 후숙발효부에서 함수율 52 ~ 55%의 고형화된 부산물을 포장하여 고형비료로 제조시키는 비료포장 단계: 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고형화된 부산물에는 마그네슘 6,340.90ppm, 망간 39.20ppm, 아연 3.55ppm, 알루미늄 1380.89ppm, 인 25.85ppm 철 1,561.40ppm, 칼륨 1,899.54ppm, 칼슘 6490.89ppm 등의 미네랄이 포함하는 것을 특징으로 하는 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 친환경 축산 분뇨 처리시스템 및 방법은 가축 분뇨를 축산 분뇨를 혐기성으로 발효시켜 발생된 고온의 메탄을 활용하여 전기를 생산하고, 발효되고 남은 소화액은 고액 분리없이 전량을 고형화하여 비료 또는 고칼로리의 고형 연료로 생산함으로써, 처리비용 및 처리비용을 줄일 수 있으며, 환경오염을 최소화하는 효과를 가진다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 축산분뇨의 유기질 성분을 효과적으로 분해시키고 고액분리 단계와 액비에 대한 별도의 처리과정이 없이 잔존물을 모두 재활용할 수 있는 소화슬러지액의 처리 과정을 포함하여 처리시간을 단축하고 경제적으로 처리할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 친환경 축산 분뇨 처리시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2은 본 발명의 일 실시 예에 따른 축산 분뇨 소화처리 수단에 대한 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 혐기 소화조 전면의 내부 단면 구조를 도시한 것이다.
도 4, 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 혐기 소화조 측면의 내부 단면 구조를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 혐기 소화조에서 교반과정에 의한 교반류의 흐름을 도시한 것이다
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고형연료용 탄화장치를 설명하기 위한 구조를 도시한 것이다
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것이 아니다.
이하 본 발명의 구현에 따른 친환경 축산 분뇨 처리시스템 및 처리 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 친환경 축산 분뇨 처리시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 친환경 축산 분뇨 처리시스템(100)은 축산 분뇨 고온 혐기 소화 처리 수단(ⅰ), 소화슬러지 처리 수단(ⅱ) 및 발생가스 처리 수단(ⅲ)을 포함한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 축산 분뇨 소화처리 수단에 대한 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
먼저, 본 발명의 일 실시 예에 따른 축산 분뇨 소화 처리 수단(ⅰ)은 소화 원료를 저장하는 축산 분뇨 수집조(105), 소화원료를 상온에서 일정 시간에 걸쳐서 서서히 52~55℃의 고온으로 서서히 가온시키는 예비 소화조(110) 및 52 ~ 60℃의 고온 상태에서 4 ~ 10일간 소화처리를 진행하는 고온 혐기 소화조(200)를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 축산 분뇨 수집조(105)는 축산 농가와 연결되어 있는 라인을 통하거나 이송될 수 있다.
또는, 차량 탱크로 각 축산 농가로부터 운반하여 축산 분뇨 수집조(105)에 수집하여 저장될 수 있다.
상기 축산 분뇨 수집조(105)에는 축산 분뇨의 수거 중에 포함될 수 있는 금속 및 돌멩이 등의 이물질을 제거할 수 있는 이물질 선별기를 더 포함할 수 있다.
축산 분뇨 수집조(105)에 저장된 소화원료는 예비 소화조(110)로 투입되어 예비 소화조(110)에서 24시간에 걸쳐서 서서히 52~55℃의 고온으로 가온되는 단계가 수행된다.
본 발명의 일 실시 예에서는 수집된 상온의 소화원료를 직접 고온의 혐기 소화조로 투입 시에는 소화 원료에 포함된 혐기균이 스트레스를 받아서 혐기 소화에 따른 소화 효율이 저하되고 가스발생량이 저하되는 것을 방지하기 위하여 먼저 예비 소화조(110)에서 24시간에 걸쳐서 서서히 52~55℃의 고온으로 가온되는 예비 소화단계를 수행하게 된다.
예비 소화조(110)에서 24시간 에 걸쳐서 서서히 52~55℃의 고온으로 가온된 소화원료는 고온 혐기 소화조(200)에 투입되며, 고온 혐기 소화조(200)에서 고온 혐기 소화 처리 단계를 수행하게 된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 고온 혐기 소화조(200)는 밀폐된 수평 원통형 탱크로 형성된다.
상기 혐기 소화조(200) 상부에는 혐기 소화조(200)에서 발생되는 가스를 인출하여 가스 저장조로 저장시키는 가스 제어장치(450)가 설치된다.
또한, 상기 혐기 소화조(200) 일측에는 상기 생산된 가스에 의하여 상기 예비 소화조 및 상기 혐기 소화조의 가온장치에 온수 또는 증기를 공급하는 보일러(300)가 설치된다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 혐기 소화조(200) 전면의 내부 단면 구조를 도시한 것이다.
상기 혐기 소화조(200)는 제1, 2 가온장치의 사이에서 내부 중심과 하단 사이에 임펠러형 교반기(510)가 장착된다.
임펠러형 교반기(510)는 상기 혐기 소화조의 내부에서 수평 원통형의 길이 방향에서 일정 간격으로 복수 개 설치될 수 있다.
상기 교반기(510)의 하부에는 상기 교반에 따른 교반류의 흐름을 양측으로 원활하게 분배하고 가이드 하는 교반 분배 돌기(290)가 형성된다.
상기 교반 분배 돌기(290)는 상기 교반기(510)에 의해서 생성된 교반류의 흐름을 원통형의 하부에서 양측으로 분배되어 원통면을 따라 원활하게 상승되도록 콘(cone)형으로 형성된다.
도 2를 참조하면, 상기 혐기 소화조(200) 내부에 중심부에 일정 간격을 두고 2조의 소화조 가온장치(230)가 형성되며, 혐기 소화조(200)의 소화 원료는 상기 2조의 소화조 가온장치(230)에 의해 52 ~ 60℃ 중 일정온도의 고온 상태가 유지된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 제1, 2 가온장치(230)는 각각 상, 중, 하단이 각각 이격되어 분리된 형상으로 이격되어 그 사이에 유체 순환통로(236, 237)가 형성되는 구조로 장착될 수 있다.
또는 일체형으로 형성된 장방형 형상을 가진 육면체로 형성되고 상, 중, 하단 사이에 원통형의 유체 순환통로(236, 237)가 형성되는 구조로 장착될 수 있다.도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 혐기 소화조(200) 측면의 내부 단면 구조를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 2조의 제1, 2 가온장치(230)는 각각 상단 열교환기(231, 231-1), 중단 열교환기(232, 232-1) 및 하단 열교환기(233, 233-1) 사이에 제1, 2 유체 순환통로(236, 237)가 형성되도록 수직 방향으로 일정 이격 간격을 가지고 배치되며, 수평 원통형의 길이 방향으로 전단에서 후단까지 형성되되, 단면이 비대칭 장방형상을 가진 육면체의 형상으로 형성된다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 혐기 소화조(200) 측면의 내부 단면 구조를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 상기 제1, 2 가온장치(230)는 일체형으로 형성된 장방형 형상을 가진 육면체로 형성되며, 상단 열교환기(231, 231-1)와 중단 열교환기(232, 232-1) 사이 및, 중단 열교환기(232, 232-1)와 하단 열교환기(233, 233-1) 사이에는 소화원료에 대한 교반류의 원활한 흐름을 유도할 수 있는 원통형의 제1, 2 유체 순환통로(236, 237)가 형성된다.
상기 원통형의 제1, 2 유체 순환통로(236, 237)는 소화원료의 교반류의 흐름에 맞추어 지도록 외측이 하향 경사지도록 형성된다.
상기 상단 열교환기(231), 중단 열교환기(232) 및 하단 열교환기(233)는 내부에 코일형 발열관이 장착되며, 보일러(300)로부터 증기 또는 온수가 내부에 형성된 코일형 관을 통하여 공급되어 흐름으로써, 상기 상단 열교환기(231), 중단 열교환기(232) 및 하단 열교환기(233)가 발열이 된다.
또한, 상기 제1 가온장치의 상단 열교환기(231-1) 상단에서 수직으로 상측 원통면까지 내부 가스 공간을 차단시키도록 형성된 제1 차단벽(211) 및 상기 제2 가온장치의 상단 열교환기(211) 상단에서 수직으로 상측 원통면까지 내부 공간을 차단시키도록 형성된 제2 차단벽(212)에 의하여 제1 내지 제3 가스 체류영역(201, 202, 203)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
즉, 제1 차단벽(211) 및 제2차단벽(212)에 의하여 혐기 소화조(200)의 상부 측의 가스 충전 공간은 각각 전단에서 후단까지 각각 상부 가스 발생공간을 중앙에 제1 가스체류영역(201), 좌측에 제2 가스체류영역(201) 및 우측에 제3 가스체류 영역(203)의 각각 3개의 영역으로 구획된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 혐기 소화조(200)는 상단 열교환기(231)의 상단 일측에 형성된 소화원료(600)의 상한 경계부(610)까지 소화원료(600)가 채워지며, 상단 일부는 가스 발생공간으로 위치된다.
따라서 상단 열교환기(231)의 하부는 소화원료가 하부의 중단 열교환기(232)와의 이격 공간을 통하여 자유롭게 순환되나, 상단 열교환기(231)의 상부의 가스 발생공간의 하부는 소화원료(600)로 채워지고, 상단 열교환기(231)의 상부는 상기 제1 차단벽(211) 및 제2차단벽(212)에 의하여 차단된다.
따라서, 혐기 소화조(200)에서 상부의 가스 발생 공간은, 상기 제1 차단벽(211) 및 제2차단벽(212)에 의해 각각 중앙에 제2 가스체류영역(201), 좌측에 제1 가스체류영역(201) 및 우측에 제3 가스체류영역(203)이 독립적인 가스체류 공간으로 형성된다.
상기 중앙에 제1 가스체류영역(202), 좌측에 제2 가스체류영역(201) 및 우측에 제3 가스체류영역(203)으로 형성되어 각각 소화과정 중에 발생된 가스로 충전된 공간은 가스 이동관(451, 452, 453)을 통하여 흐르는 가스 흐름에 따라 독립적으로 가스량 및 공간 압력이 제어될 수 있다.
상기 가스제어장치(450)는 가스 이동관(451, 452, 453)으로 흐르는 가스 흐름을 제어하여 상기 제2 가스체류영역(201), 제1 가스체류영역(201) 및 제3 가스체류영역(203)에 가스 압력을 양압을 유지하거나, 음압을 유지하는 기능을 수행한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 고온형 혐기 소화처리장치(10)의 소화 처리방법은 다음과 같다.
먼저, 수거된 가축 분뇨 등을 포함하는 소화원료는 예비 소화조(110)로 투입되어 24시간 동안에 서서히 상온에서 52~55℃의 고온으로 가온 시킨다.
예비 소화조(110)에서 가온된 소화원료는 혐기 소화조(200)에 상단 열교환기(231)의 일부분이 잠기는 수위까지 투입된다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상단 열교환기(231)의 중간에 소화원료(600)의 상한 경계부(610)를 설정하고 상한 경계부(610)에 맞추어 소화원료를 투입할 수 있다.
혐기 소화조(200)에 상단 열교환기(231)의 일부분이 잠기는 수위까지 소화원료의 투입이 완료되면, 혐기 소화조(200)는 밀폐된 상태에서 소화원료(600)의 발효가 골고루 진행되도록 하고, 소화원료(600)의 모든 위치에서 균일한 온도로 유지하기 위하여 주기적으로 교반 단계가 수행된다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 혐기 소화조(200)에서 임펠라 교반과정에 의한 교반류의 흐름을 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 교반과정에서 교반기(510)가 정회전으로 작동을 하면, 교반기(510)로부터 하측으로 하향 교반류가 형성되며 상기 하향 교반류는 상기 콘형 교반 분배 돌기(290)에서 양측으로 분배되어 혐기 소화조(200)의 내측 원통면을 따라 양측에 상향 교반류가 형성되어 상승한다.
상기 상향 교반류 중 반경이 작은 상향 교반류는 중단 열교환기(232, 232-1)와 하단 열교환기(233, 233-1) 사이에 형성된 제2 유체 순환통로(237)를 통하여 순환되며, 반경이 큰 상향 교반류는 상단 열교환기(231, 231-1)와 중단 열교환기(232, 232-1) 사이에 형성된 제1 유체 순환통로(236)를 통하여 순환되는 과정을 주기적으로 반복함으로써, 소화원료를 상단 열교환기(231, 231-1), 중단 열교환기(232, 232-1) 및 하단 열교환기(233, 233-1) 주변을 골고루 순환되도록 한다. 이에 따라 소화원료의 온도를 항상 고온으로 유지하면서 혐기소화가 원활하게 이루어질 수 있다.
따라서 본 발명의 일 실시 예에 따른 혐기 소화조(200)는 소화원료가 순환되는 내부에서 각각 분리된 2조의 상단 열교환기(231, 231-1), 중단 열교환기(232, 232-1) 및 하단 열교환기(233, 233-1) 사이에 형성된 제1, 2 유체 순환통로(236, 237)로 이루어진 구조에 의하여 소화원료를 넓은 면적에서 효율적으로 열교환이 이루어짐으로써, 고온형 혐기 소화처리가 효과적으로 진행될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 혐기 소화조(200)에서는 소화원료가 항상 52~60℃ 범위 내에서 일정한 온도를 유지하게 된다.
본 발명의 또 다른 실시 예에서는 상기 임펠라 교반과정에 부가하여 가스유동식 교반과정이 더 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 고온형 혐기 소화처리 과정에서 상기 혐기 소화조(200) 상부 가스 발생 공간에 메탄(CH4)가스를 포함한 가스가 발생된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 유동식 교반과정에서는 상단 열교환기(231, 231-1), 중단 열교환기(232, 232-1) 및 하단 열교환기(233, 233-1)의 사이로 소화원료가 원활하게 순환하도록 하기 위하여 가스제어장치(450)를 통하여 제2 가스 체류영역(202)은 양압을 유지하고 제1 가스 체류영역(201) 및 제3 가스체류영역은 가스를 흡입하는 음압을 유지하도록 제어를 한다.
위와 같이 혐기 소화조(200)의 상단의 제1 내지 3의 체류영역을 통하여 중앙에 양압을 가하고 양 사이드에 음압을 가하게 되면, 중앙의 소화원료는 전체적으로 하향으로 이동하게 되고, 양 사이드 측은 전체적으로 상향으로 이동하게 되어, 전체적인 소화원료가 중앙에서 내측 원통면을 따라 순환하는 과정이 반복된다.
따라서, 위와 같은 가스 유동식 교반과정을 통하여 상기 임펠라 교반과정에서 교반력이 미치지 못하는 공간까지 전체적으로 유동하도록 함으로써, 교반 효율을 더 높일 수 있는 효과를 가진다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시 예에서는 교반 효율의 향상을 위하여, 상기 임펠라 교반과정에서 임펠러를 역회전하여 상향 교반류를 형성하고, 가스 유동식 교반과정에서는 제2 가스 체류영역(202)은 음압을 유지하고 제1 가스 체류영역(201) 및 제3 가스체류영역(203)은 가스를 흡입하는 음압을 유지하도록 제어를 하며, 전체적인 교반류의 흐름을 이전 교반 과정과 반대로 하는 과정을 교대로 실시할 수 있다.
상기와 같은 과정을 포함하여 고온형 혐기 소화처리과정 중에 메탄가스를 포함하는 소화 가스가 생성된다.
본 발명의 일 실시 예에서는 상기 3개의 가스 체류 영역에서 발생된 메탄가스를 저장하는 가스저장부(400)가 형성된다.
본 발명의 일 실시 예에서는 상기 가스 제어장치(450)는 3개의 가스 체류 영역에서 메탄가스 생성에 의한 가스압을 감지하여 일정압 이상이 감지되면 가스를 흡입하여 가스저장부(400)에 저장한다.
저장된 가스는 정제과정을 통하여 정제된 후, 본 고온형 혐기 소화처리장치에 필요한 전력을 제공하는 발전기 또는 보일러(300)를 가동하는데 사용된다.
또한, 상기 보일러(300)는 상기 발전기의 폐열을 이용하여 가온될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 혐기 소화조 내부에 복수의 단으로 분리되어 형성된 열교환기 구조 및 교반 수단에 의하여 소화원료가 효율적으로 열교환기와 접촉되어 소화효율을 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 고온형 혐기 소화처리장치는 수형 원통형 혐기 소화조 내에서 효율적인 열교환 및 교반 구조를 채택함으로써, 종래의 혐기 처리 구조에 비하여 전체적인 혐기 소화처리에 따른 설치 면적을 줄일 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 온도 상승에 따른 충격을 완화시키도록 예비소화조로부터 고온의 소화원료를 공급받아 혐기 소화조에서 고온으로 혐기 소화처리하는 방법을 채택함으로써, 소화효율을 높일 수 있는 효과를 가진다.
다시 도 1을 참조하면, 소화슬러지 처리 수단(ⅱ)은 소화슬러지액 저장조(700) 및 소화슬러지액 저장조(700)로부터 저장된 소화슬러지액을 이송받아 수분조절재 및 무기질 영양소를 배합하여 액비를 발생시키지 않고 전체를 고형화된 부산물로 변환시키는 부산물 배합기(750), 고형화된 부산물을 고형 연료로 제조하는 고형 연료 제조 수단 또는 고형화된 부산물을 고형 비료로 제조하는 고형 비료 제조 수단을 포함한다.
부산물 배합기(750)에서는 소화처리가 완료된 소화슬러지액 88 ~ 90wt%, 코코피트 9 ~ 10wt%, 기타 식물에 필요한 무기질 영양소의 미네랄 1 ~ 3wt% 비율로 투입한 후, 이를 임펠러형 교반기에 의해 교반 혼합하여 액비를 발생시키니 않고 전량 함수율 83 ~ 85%의 고형화된 부산물로 변환하는 단계가 수행된다.
코코피트는 코코넛 열매에서 추출한 무기질 성분으로 셀룰로우스 성분이 35~45% 포함되어 수분흡수력이 톱밥의 2,8배로 좋아서, 높은 함수율을 가진 소화슬러지액에 혼합하여 적은 재료로 고형화할 수 있어서 경제적이다.
코코피트를 9.0wt% 미만으로 혼합하면, 함수율이 높아져서 액상의 액비가 잔존하게 되고 또한 고형화 변환 시간이 늘어나서 비효율적이다.
또한, 코코피트 10wt%를 초과하여 혼합하면, 처리비용 및 고형화된 슬러지의 양이 늘어나서 비경제적이 된다.
또한, 코코피트는 독성이 없어서 고형화된 후 비료로 사용하기에 적당하다.
본 발명의 일 실시 예에서는 소화슬러지액 500kg에 코코피트 50kg, 무기질 영양소 5kg를 혼합 교반하여 함수율 83 ~85%의 고형화된 부산물이 생성되었다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 고형화된 부산물에는 마그네슘 6,340.90ppm, 망간 39.20ppm, 아연 3.55ppm, 알루미늄 1380.89ppm, 인 25.85ppm 철 1,561.40ppm, 칼륨 1,899.54ppm, 칼슘 6490.89ppm 등의 미네랄이 포함한다.
이와 같은 미네랄 성분은 식물로 하여금 흡수가 용이하도록 물성이 변화된 것이다.
따라서 본 발명의 일 실시 예에 따른 고형화된 부산물은 식물이 잘 자랄수 있는 영양소를 갖춘 비료로서 활용될 수 있다.
부산물 배합기(750)에서 고형화된 부산물은 비료 제조 수단 및 방법을 거쳐서 비료로서 활용이 된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 비료 제조 수단은 후숙발효부(910) 및 비료 포장부(920)를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 비료 제조 수단 및 방법은 후숙발효부(910)에서 고형화된 부산물을 상부가 개방되고 하부가 밀폐된 후숙발효 하우징 내에서 5 ~ 7일 동안 저장한 상태에서 주기적으로 뒤집어서 공기가 공급되도록 하는 단계가 수행됨으로써, 공기와 혼합하여 2차 발효가 일어나도록 하는 기능이 수행된다.
부산물 배합기(750)에서 함수율 83 ~ 85%의 고형화된 부산물은 상기 후숙발효부(910)에서 후숙발효를 거치게 되면, 52 ~ 55%의 고형화된 비료 부산물이 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 고형화된 부산물에 위와 같은 후숙발효 단계를 거침으로써, 함수율도 줄게 될뿐더러 제조된 비료를 농가에서 사용시 2차 발효가 일어나면서 농작물에 피해를 입는 사례를 방지할 수 있다.
상기 52~55%의 고형화된 비료 부산물은 포장부(920)에서 적정 크기로 포장되는 단계를 거쳐서, 농가에서 사용될 수 있는 유기질 비료로 제조된다.
상기 포장부(920)에서는 덩어리 상태의 고형물을 선별하는 선별기 및 이를 분쇄하는 분쇄기가 더 포함될 수 있다.
부산물 배합기(750)에서 고형화된 부산물은 연료 제조 수단을 거쳐서 고형연료로서 활용이 된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 고형연료 제조 수단은 건조기(810)와 탄화기(820)를 거쳐서 분탄 형태의 숯으로 제조되며 연료성형기(830)로 성형하여 고형 연료로 제조된다.
건조기(810)는 부산물 배합기(750)에서 고형화된 부산물을 투입받아 스크류형 믹서의 회전에 의해 고온의 공기와 혼합되면서, 건조되어 함수율 83 ~ 85%의 고형화된 부산물울 함수율 10 ~ 20%의 부산물로 변환시킨다.
상기 함수율 10 ~ 15%의 부산물은 탄화기(820)를 거쳐서 분탄형태의 숯으로 변환된다.
본 발명의 일 실시 예에서는 상기 건조기(810)에서 건조에 사용되는 고온의 공기는 상기 탄화기(820)에서 발생하는 탄화기 배기가스를 이용하여 재활용하여 사용할 수 있다.
탄화기(820)에서는 탄화과정을 거쳐서 분탄의 형태로 숯이 제조되며, 탄화과정에서 탄화기 내에서 고온 건조한 탄화기 배기가스가 발생한다. 상기 탄화기 배기가스는 고온 건조한 특성으로 인해 건조기(810)에 공급되어 건조기 내에서 부산물을 건조하는 데 이용된다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고형연료용 탄화장치를 설명하기 위한 구조를 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄화기(820)는 원통형으로 형성되어 상기 탄화기 내에는 길이방향으로 길게 형성된 이송스크류(827)에 의해 탄화과정의 부산물이 탄화가 진행되면서 이송된다.
탄화기(820)는 제1 탄화기(821)와 제2 탄화기(822)를 거쳐서 탄화가 완료된 분탄은 배출구(829)로 배출된다.
제1 탄화기(821)는 밀폐된 상태에서 내부의 탄화과정의 부산물이 원주면에 형성된 전기 히터(823)에 의해 380 ~ 420℃ 온도를 유지되도록 가열되면서 제1차 탄화 고정을 거치면서 제2 탄화기로 이동된다.
제1 탄화기(821)에서 탄화된 부산물은 제2 탄화기(822)에 투입되며, 제2 탄화기 에서는 자체적으로 발화가 일어나서 탄화가 진행되어 탄화물이 제조된다.
제1 탄화기(821)는 내부의 탄화과정의 부산물을 380 ~ 420℃ 온도로 유지시키기 위하여 약 500~700℃로 공급된다.
제1 탄화기(821)에서 380 ~ 420℃ 온도로 탄화가 진행된 부산물은 점점 자체 발화가 진행되어 제2 탄화기(822)부터는 초입의 일부만 가열을 하면, 나머지 구간은 자체 발열에 의한 연소로 탄화가 진행될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서는 제2 탄화기(822)에서는 제1 탄화기(821)에 공급되는 열 에너지의 25 ~ 30% 정도만 외부에서 공급하여 탄화를 진행시킴으로써, 경제적인 에너지를 투입하여 효율적으로 탄화 단계가 진행될 수 있다.
탄화가 완료되어 배출구(829)로 배출된 탄화물은 더 이상의 연소가 이루어지지 않도록 냉각기(830)를 거쳐서 연료로 활용된다.
냉각기(830)에 의한 냉각 단계는 탄화된 물질이 외부공기와 바로 접촉하게 되면 연소가 이루어져 재가 되어 버리는 것을 방지하기 위해서다.
상기 냉각기(830)는 코일형 냉각수 파이프로 이루어진 열교환형 냉각기가 사용되며 냉각기에서 덥혀진 냉각수는 보일러의 가온수로 재활용되어 에너지 소비에 대한 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에서는 상기 냉각기를 탄화가 완료된 탄화물에 냉각수를 살포하는 분무식 냉각기가 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서 상기 냉각기를 거친 연료를 연료 성형기(840)를 거쳐서 고형연료로 사용이 편리한 펠릿 형태의 고형 연료로 성형하는 과정을 더 포함할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에서는 발생가스 처리 수단(ⅲ)은 가스 저장기(400), 가스 정제장치(450), 가스 발전기(450) 및 보일러(300)를 포함한다.
또한, 발생가스 처리 수단(ⅲ)에 가스발전기(450)에서 생산된 전력을 외부에 공급하는 송전장치(490)를 더 포함할 수 있다.
축산 분뇨 처리 과정에서 발생된 바이오 가스는 CH4, 45~60%, CO2 25~40%, H2 1~5%, N2 그리고 H2S 등이 0.3~3% 를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 친환경 축산 분뇨 처리시스템에서는 CH4 가스를 이용하여 자체 처리 전력을 충당한다.
가스 저장기(400)에 저장된 가스는 가스 정제장치(450)에서 탈황, 농축 등을 통하여 CH4 가스를 일정한 농도 수준으로 유지시키도록 정제를 한다.
또한, 가스 정제장치(450)에서 CO2를 정제하는 장치를 더 포함할 수 있다.
CH4의 발열량은 단위 체적당 약 8,500kcal이고 바이오가스의 CH4 함량이 40%일 때 단위 체적당 열량은 약 3,825kcal로 환산된다. 발전효율 30%, 전기에너지 1kw를 860kcal의 열량으로 환산하여 계산해보면 CH4 함량 45%인 바이오가스 1m3는 약 1.34kw의 전력을 생산 할 수 있게 된다.
CO2 함량의 증가는 바이오가스를 연소 엔진의 연료로 사용할 경우 엔진의 출력을 저하시킨다
본 발명의 일 실시 예에 따른 친환경 축산 분뇨 처리시스템에서 발생하는 바이오가스의 CH4 농도는 시간에 따라 변화한다. CH4의 농도가 떨어지게 되면 연료의 발열량이 저하된다.
가스엔진은 CH4와 공기의 혼합비(공연비)를 일정하게 유지할 필요가 있으며, CH4 농도가 공연비의 조정 시 농도가 변하면 공연비가 변하고 회전수 저하, 이상 운전, 엔진 정지 등의 상황이 발생하게 된다.
또한, 바이오가스 중에는 수천 ppm의 H2S가 포함되어 있고 탈황시설을 거치지 않고 엔진 등에 공급하면 엔진 내부와 열교환기 등에 부식을 시켜 수명을 단축시킬 수 있으며, 대기 오염에도 악영향을 미치게 된다.
따라서 본 발명의 일 실시 예에서는 발전 효율을 높이고 대기 오염을 방지하기 위한 가스 정제장치(450)가 발생가스 처리 수단(ⅲ)에 포함된다.
가스 정제장치(450)에서 정제과정을 통하여 정제된 바이오 가스는 고온형 혐기 소화처리장치에 필요한 전력을 제공하는 발전기(450) 또는 보일러(300)를 가동하는데 사용된다.
또한, 상기 보일러(300)는 상기 발전기의 폐열을 이용하여 가동될 수 있다.
또한, 발전기(450)에서 발전된 전력을 매각하기 위하여 외부의 송전선로에 공급하는 송전장치가 더 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 혐기 소화조 내부에 복수의 단으로 분리되어 형성된 열교환기 구조 및 교반 수단에 의하여 소화원료가 효율적으로 열교환기와 접촉되어 소화효율을 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 친환경 축산 분뇨 처리시스템 및 방법은 가축 분뇨를 축산 분뇨를 혐기성으로 발효시켜 발생된 고온의 메탄을 활용하여 전기를 생산하고, 발효되고 남은 소화액은 고액 분리 없이 전량을 고형화 하여 비료 또는 고칼로리의 고형 연료로 생산함으로써, 처리비용 및 처리비용을 줄일 수 있으며, 환경오염을 최소화하는 효과를 가진다.
또한, 축산 분뇨를 발효하여 얻은 바이오 가스를 전기 에너지로 생산함에 따라 온실가스 방지와 화석연료 고갈 방지를 위한 효율적, 경제적 육상처리로서의 효과가 있고, 축산 분뇨에서 유출되는 소화액을 고형화시켜 슬러지 형태로 처리함에 따라 액비에 대한 별도 처리과정이 없이 퇴비와 연료 전량 재활용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 소화슬러지액을 고형화하는 단계에서 무기질 영양소를 포함함으로써, 축산분뇨를 풍부한 영양소를 가진 고형 비료로 재활용할 수 있는 효과가 있다.
ⅰ: 고온 혐기 소화 처리 수단
ⅱ: 소화슬러지 처리 수단
ⅲ: 발생가스 처리 수단
100: 친환경 축산분뇨 처리 시스템
105: 축산분뇨 수집조
110: 예비 소화조
200: 혐기 소화조
201: 제1 가스 체류영역
202: 제2 가스체류영역
203: 제3 가스 체류영역
211: 제1 차단벽
212: 제2 차단벽
230: 가온장치
231, 231-1: 상단 열교환기
232, 232-1: 중단 열교환기
233, 233-1: 하단 열교환기
236: 제1 유체 순환통로
237: 제2 유체 순환통로
290: 교반 분배 돌기
300: 보일러
450: 가스 제어장치
510: 교반기
600: 소화원료
700: 소화 슬러지 처리장치
750: 부산물 배합기
810: 건조기
820: 탄화기
841: 연료 성형기
810: 후숙발효기
920: 비료 포장기

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 축산분뇨 소화처리수단, 상기 축산분뇨 소화처리수단에서 소화된 소화슬러지를 처리하는 소화슬러지 처리수단 및 상기 축산분뇨 소화처리 수단에서 발생된 바이오가스를 처리하는 바이오가스 처리 수단을 포함하는 축산 분뇨 처리시스템에 있어서,
    상기 축산분뇨 소화처리수단은,
    축산분뇨가 수집 저장되는 축산분뇨 수집조;
    상기 축산분뇨 수집조로부터 투입된 소화원료를 상온에서 24시간 동안에 거쳐서 52 ~ 55℃의 고온으로 가온시키는 예비 소화조;
    상기 예비소화조로부터 가온된 소화원료를 투입받아서 내부에 중심에서 일정 간격을 가지고 형성된 제1 가온장치와 제2가온장치 및 상기 제1, 2 가온장치의 사이에 장착된 임펠러형 교반기에 의하여 52 ~ 60℃ 중 일정 온도의 고온상태로 순환하면서 혐기 소화처리를 수행하는 혐기소화조;
    상기 혐기 소화조 내의 상부에 형성된 3개로 구획된 가스 체류영역의 압력을 제어하는 가스제어장치; 및
    상기 가스 체류 영역에서 발생된 메탄가스를 저장하는 가스저장부; 를 포함하며,
    상기 소화슬러지 처리수단은,
    상기 혐기 소화조에서 소화가 완료된 소화슬러지액를 이송받아 저장하는 소화슬러지액 저장조;
    상기 소화슬러지액 저장조로부터 상기 소화슬러지액을 이송받아 상기 소화슬러지액 88 ~ 90wt%, 코코피트 9 ~ 10wt%, 기타 식물에 필요한 무기질 영양소의 미네랄 1 ~ 3wt% 비율로 배합하여 액비를 발생시키지 않고 전체를 함수율 83 ~ 85%의 고형화된 부산물로 변환시키는 부산물 배합기; 및
    상기 부산물 배합 기에서 고형화된 부산물을 가공하여 고형 비료로 제조하는 고형비료 제조수단; 또는 고형 연료로 제조하는 고형 연료 제조수단; 을 포함하고,
    상기 바이오가스 처리수단은,
    상기 가스저장 부로부터 이송된 가스를 정제하는 가스 정제기; 및
    상기 가스 정제 기에서 정제된 바이오 가스를 이용하여 전력을 생산하는 발전기를 포함하며
    상기 고형 연료 제조수단은,
    상기 함수율 83 ~85%의 고형화된 부산물을 투입하여 믹서의 회전에 의해 고온의 공기와 혼합되면서, 건조되어 함수율 10 ~ 20%의 부산물로 변환시키는 건조기;
    상기 함수율 10 ~ 20%의 부산물을 탄화시켜서 분탄 형태의 숯으로 제조하는 탄화기;
    상기 탄화기로부터 탄화된 탄화물을 냉각시키는 냉각기; 및
    상기 냉각기를 거친 탄화물을 고형 연료로 형성시키는 연료성형기; 를 포함하며,
    상기 탄화기는
    밀폐된 상태에서 내부의 부산물이 원주면에 형성된 전기 히터에 의해 380 ~ 420 ℃ 온도를 유지되도록 가열되면서 이동되는 제1 탄화기;
    상기 제1 탄화기에서 제1차 탄화과정을 거친 부산물이 외부 열 및 자체 발화현상에 의한 제2 탄화과정으로 탄화물을 제조하는 제2 탄화기; 를 포함하되,
    상기 제1 탄화기 및 제2 탄화기는 원통형으로 형성되며, 내부에는 길이방향으로 길게 형성된 이송스크류에 의해 탄화과정의 부산물이 탄화가 진행되면서 이송되고,
    상기 제2 탄화기에 공급되는 열 에너지는 상기 제1 탄화기에 공급되는 열 에너지의 25 ~30%로 공급되는 것을 특징으로 하는 친환경 축산 분뇨 처리시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 가온장치 및 제2 가온장치는
    각각 상단 열교환기와 중단 열교환기 사이 및, 중단 열교환기와 하단 열교환기 사이에는 소화원료에 대한 교반류의 흐름을 유도하는 유체 순환통로가 형성되고, 상기 혐기소화조의 수평 원통형의 길이 방향으로 전단에서 후단까지 형성되되, 장방형상을 가진 육면체의 형상으로 형성되며,
    상기 가스 체류영역은,
    상기 제1 가온장치의 상단 열교환기 상단에서 수직으로 상측 원통면까지 내부 가스 공간을 차단시키도록 형성된 제1 차단벽 및 상기 제2 가온장치의 상단 열교환기 상단에서 수직으로 상측 원통면까지 내부 공간을 차단시키도록 형성된 제2차단벽에 의하여 중앙에 제2 가스체류영역, 중앙의 좌측에 제1 가스 체류영역 및 중앙의 우측에 제3 가스 체류영역이 구획되어 형성되는 것을 특징으로 하는 친환경 축산 분뇨 처리시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 임펠러형 교반기의 하부에는 상기 임펠러형 교반기에 의한 교반류의 흐름을 양측으로 분배하고 가이드 하는 콘형 교반 분배 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 친환경 축산 분뇨 처리시스템.
  6. 상기 제3항의 친환경 축산 분뇨 처리시스템에 의한 축산 분뇨 처리방법에 있어서,
    가축 분뇨 등을 포함하는 소화원료가 상기 예비 소화조로 투입되어 24시간 동안에 서서히 상온에서 52 ~ 55℃의 고온으로 가온시키는 단계;
    상기 예비 소화조에서 가온된 소화원료는 상기 혐기 소화조에 상단 열교환기의 일부분이 잠기는 수위까지 투입되는 단계;
    상기 혐기 소화조에서 상기 임펠러형 교반기를 작동시켜서 상기 임펠러형 교반기로부터 하측으로 하향 교반류가 형성되도록 하며, 상기 하향 교반류는 콘형 교반 분배 돌기에서 양측으로 분배되어 상기 혐기 소화조의 내측 원통면을 따라 양측에 상향 교반류가 형성되어 상승한 후, 상기 상향 교반류 중 반경이 작은 상향 교반류는 중단 열교환기와 하단 열교환기 사이에 형성된 제2 유체 순환통로를 통하여 순환되며, 반경이 큰 상향 교반류는 상기 상단 열교환기와 중단 열교환기 사이에 형성된 제1 유체 순환통로를 통하여 순환되는 과정을 주기적으로 반복하는 교반단계;
    상기 교반 단계를 거쳐서 5 ~ 8일 동안 소화가 완료된 소화슬러지가 인출관을 통하여 상기 소화슬러지액 저장조로 저장되는 단계; 및
    상기 저장된 소화슬러지를 이송받아 상기 부산물 배합기에서 상기 소화슬러지액 88 ~ 90wt%, 코코피트 9 ~ 10wt%, 기타 식물에 필요한 무기질 영양소의 미네랄 1 ~ 3wt% 비율로 배합하여 액비를 발생시키지 않고 전체를 함수율 83 ~85%의 고형화된 부산물로 변환시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하되,
    상기 고형화된 부산물에는 마그네슘 6,340.90ppm, 망간 39.20ppm, 아연 3.55ppm, 알루미늄 1380.89ppm, 인 25.85ppm 철 1,561.40ppm, 칼륨 1,899.54ppm 및 칼슘 6490.89ppm의 미네랄이 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 축산 분뇨 처리 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 교반단계에는
    상기 가스제어장치를 통하여 제2 가스 체류영역은 양압을 유지하고 제1 가스 체류영역 및 제3 가스체류영역은 가스를 흡입하는 음압을 유지하도록 제어를 함으로써, 중앙의 소화원료는 전체적으로 하향으로 이동되고, 양 사이드 측의 소화원료는 상향으로 이동하는 압력이 형성되어 상기 소화원료가 중앙에서 내측 원통면을 따라 순환하도록 하는 교반과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 축산 분뇨 처리 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 함수율 83 ~85%의 고형화된 부산물을 상부가 개방되고 하부가 밀폐된 후숙발효 하우징 내에서 5 ~ 7일 동안 저장한 상태에서 주기적으로 공기와 혼합하여 2차 발효 과정에 의하여 함수율 52 ~ 55%의 고형화된 부산물을 형성시키는 후숙발효 단계: 및
    상기 후숙발효 단계에서 형성된 함수율 52 ~ 55%의 고형화된 부산물을 포장하여 고형비료로 제조시키는 비료포장 단계: 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 축산 분뇨 처리방법.
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