KR101092017B1

KR101092017B1 - The Working Method of Continuous Thermophilic Anaerobic Co-Phase Digestion System using Waste Activated Sludge

Info

Publication number: KR101092017B1
Application number: KR1020080123927A
Authority: KR
Inventors: 현영; 박찬수; 김용호; 김세광; 박명수
Original assignee: 주식회사 이지바이오시스템
Priority date: 2008-12-08
Filing date: 2008-12-08
Publication date: 2011-12-09
Also published as: KR20100065551A

Abstract

본 발명은 축산 분뇨와 유기성 폐기물을 연속 습식 고온 단상 혐기성 소화설비에서 처리하고, 축산 분뇨 저장조와 유기성 폐기물(또는 식물성 잔재물)을 저장하기 위한 폐기물 저장조, 상기 유기성 폐기물 저장조로부터의 폐기물을 파쇄하기 위한 파쇄기, 상기 파쇄기로부터의 파쇄된 폐기물을 선별 분리 후 상기 축산 분뇨 저장조로부터의 액상 축산 폐기물과 축산분뇨를 혼합하여 균질화하기 위한 유기물 혼합조, 상기 유기물 혼합조로부터의 균질화된 폐기물을 연속 습식 고온 단상 혐기소화 시키기 위해 병렬로 배치된 혐기성 발효조, 상기 혐기성 발효조로부터 발생되는 바이오가스를 탈황기를 거쳐 포집하기 위한 바이오가스 포집조, 상기 바이오가스 포집조의 가스로부터 전력을 생산하기 위한 열병합발전기, 엔진부의 냉각수와 배기열을 이용하여 온수를 생산하기 위한 열교환부를 포함하고 유기물의 혐기성 분해에 의해 발생되는 시스템으로, 고온발효(50 - 58℃)이며 경사를 이용한 축산분뇨의 선별기, 유기물이 발효조의 상, 중, 하 골고루 분산될 수 있는 투입구조, 제습을 위한 T 자형 배관 등이 세부 설비 특징이다.

축산 분뇨, 유기성 폐기물(또는 식물성 잔재물), 연속 습식 고온 혐기성 소화, 단상 혐기성 소화, 바이오가스, 메탄, 병원성 미생물, 퇴비, 액비, 열병합발전

The present invention is to treat livestock manure and organic waste in a continuous wet high temperature single phase anaerobic digestion system, waste storage tank for storing livestock manure storage tank and organic waste (or vegetable residues), crusher for crushing waste from the organic waste storage tank And an organic material mixing tank for mixing and homogenizing the liquid livestock waste and livestock manure from the livestock waste storage tank after sorting and separating the crushed waste from the crusher, and continuous wet high temperature single phase anaerobic digestion from the organic mix tank. Anaerobic fermentation tanks arranged in parallel for the purpose, a biogas collection tank for collecting the biogas generated from the anaerobic fermentation tank via a desulfurizer, a cogeneration generator for producing electric power from the gas of the biogas collection tank, cooling water and exhaust heat of the engine unit Using It is a system generated by anaerobic decomposition of organic matter, including heat exchanger to produce hot water. It is a high-temperature fermentation (50-58 ℃), and the livestock manure is selected using a slope, and organic matter can be distributed evenly in the upper, middle and lower parts of the fermenter. Detailed equipment features such as input structure, T-shaped piping for dehumidification.

Livestock manure, organic waste (or vegetable residues), continuous wet high temperature anaerobic digestion, single phase anaerobic digestion, biogas, methane, pathogenic microorganisms, compost, liquid fertilizer, cogeneration

Description

하수오니를 이용한 연속 고온 단상 혐기 발효 활성오니 제조방법 및 이를 이용한 고온혐기 메탄발효방법{The Working Method of Continuous Thermophilic Anaerobic Co-Phase Digestion System using Waste Activated Sludge}Continuous high temperature single phase anaerobic fermentation activated sludge production using sewage sludge and high temperature anaerobic methane fermentation method using the same {The Working Method of Continuous Thermophilic Anaerobic Co-Phase Digestion System using Waste Activated Sludge}

본 발명은 축산 분뇨와 유기성 폐기물(또는 식물성 잔재물)을 이용하여 연속 습식 고온 단상 혐기성 소화설비에서 처리하고 발생되는 가스를 이용하여 열에너지와 전기 등을 생산하고 그 소화액을 퇴비 또는 액비로 사용토록 하는 이용하는 축산분뇨와 유기성 폐기물을 이용한 연속 고온 단상 혐기 발효 시스템에 관한 것이다.The present invention uses livestock manure and organic waste (or vegetable residues) to process heat in continuous wet high temperature single phase anaerobic digestion facilities and produce heat energy and electricity using the gas generated and use the digestion liquid as compost or liquid fertilizer. A continuous high temperature single phase anaerobic fermentation system using livestock manure and organic waste.

산업사회의 발달과 더불어 음식물쓰레기, 주정폐수, 도축장 폐수, 매립장 폐수 등 각종 폐수와 폐기물의 발생이 증대되고 있으며, 그 중 고농도 유기성 폐수와 폐기물은 오염 부하량이 매우 높아서 이에 대한 처리가 절실하게 요구되고 있다. 특히, 축산 폐수의 경우 대부분 정화법, 호기성이나 혐기성 소화법 또는 퇴비화, 액비화 등 자원화 시설을 통해 처리되고 있으며, 규제 미만 축산농가에서 발생하는 폐수는 축산폐수 공공처리시설에서 처리되고 있다.With the development of the industrial society, the generation of various wastewaters and wastes such as food waste, alcoholic wastewater, slaughterhouse wastewater, landfill wastewater, etc. is increasing. Among them, high concentration organic wastewater and wastes are very high in pollutant loads, and the treatment of them is urgently required. have. In particular, most livestock wastewater is treated through refining, aerobic or anaerobic digestion, or composting and liquefaction, and wastewater generated from livestock farms under regulation is treated in livestock wastewater public treatment facilities.

메탄발효는 고분자 화합물이 저분자로 되는 1단계(가수분해단계)와 acetic acid, formic acid 등 유기산이 생성되는 2단계(산 생성단계), 그리고 1단계(가수분해단계)와 2단계(산 생성단계)를 거치며 생성된 부산물을 이용하여 메탄이 생성되는 3단계(메탄생성단계)를 거치며 최종 산물로 메탄이 생성된다. 메탄 생산에 있어서 속도 제한 인자는 제 2단계(산 생성단계)와 제 3단계(메탄생성단계)에 영향을 미친다.Methane fermentation involves the first stage of hydrolysis of high molecular compounds (hydrolysis stage), the second stage (acid generation stage) in which organic acids such as acetic acid and formic acid are produced, and the first stage (hydrolysis stage) and two stage (acid generation stage) Methane is produced as a final product through three stages (methane production stage) where methane is produced using the by-products generated through The rate limiting factor in methane production affects the second stage (acid generation stage) and the third stage (methane generation stage).

반면에 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. 더구나 부가적으로 바이오가스가 생산되므로 환경 친화적인 대체에너지 확보도 가능하게 된다. 국내에서 발생되는 축산분뇨 중 돼지분뇨는 양돈 사양관리 기술의 발달로 집약적으로 사양하므로 각종 오염물질의 농도가 매우 높아진 상태이다. 기존의 축산분뇨 처리공법은 액상 부식법을 중심으로 한 호기성 소화법과 혐기성 미생물을 이용하는 고속 혐기성 생물학적 방법이 주를 이루어왔다. 그러나 호기성 처리시설은 처리공정에 필요한 막대한 전력비와 슬러지 처리비용의 문제가 있고, 기존의 퇴비화 방법은 생성된 퇴비의 토양환원 시 자원의 가치는 높으나 퇴비화 시 소요되는 막대한 톱밥비용과 생산된 퇴비의 판매망의 부족에 따른 경영의 어려움으로 점차 그 적용이 줄어들고 있다. 또한, 기존에 이용되고 있는 혐기성 소화기술은 고농도 유기물의 감량화에 그 목적이 있고, 소화시 발생하는 바이오 가스 이용기술이 불완전하여 주로 보일러에 의한 소화조 가온에만 이용되고 있어, 에너지 이용효율이 낮고 시설 운전을 위한 전력의 외부 공급이 필요한 단점이 있다. 2005년부터 음식물류 폐기물의 직매립이 금지되며, 대부분 자원화시설에서는 전처리를 하고 있으며, 이러한 전처리에 의하여 고농도의 폐수가 발생되는데 이는 대부분 해양배출되고, 일부분이 하수병합 처리되고 있다. 그러나 최근에 해양수산부는 폐기물의 해양배출규제를 강화하고 있으며 2012년부터는 이를 금지하고자 하므로, 이에 따라 음식물류 폐기물에 대한 새로운 처리기술의 도입이 요구되고 있다.On the other hand, if the livestock manure containing large amounts of nitrogen and phosphorus as well as organic components is properly processed by anaerobic digestion, it can contribute to environmental improvement because it can produce by-product fertilizer necessary for eco-friendly agriculture. In addition, since biogas is additionally produced, it is possible to secure environmentally friendly alternative energy. Pig manure out of domestic livestock manure is intensively avoided due to the development of pig breeding management technology, so the concentration of various pollutants is very high. Existing livestock manure treatment methods have been mainly focused on aerobic digestion, focusing on liquid corrosion, and high-speed anaerobic biological methods using anaerobic microorganisms. However, aerobic treatment facilities have a problem of enormous power costs and sludge treatment costs required for the treatment process, and the existing composting methods have a high value of resources for reducing soils of the composts, but the cost of sawdust and compost sales of compostings is high. Due to the difficulties of management due to the shortage of telecommunications, its application is gradually decreasing. In addition, the existing anaerobic digestion technology is aimed at reducing the concentration of high organic matters, and the biogas utilization technology generated at the time of digestion is incomplete, and is mainly used for heating of digesters by boilers. There is a disadvantage in that an external supply of power is required. Since 2005, food waste is directly buried. Most resources have been pretreated, and high concentrations of wastewater are generated by this pretreatment. Recently, however, the Ministry of Maritime Affairs and Fisheries is tightening marine discharge regulations of wastes and intends to prohibit them from 2012. Accordingly, it is required to introduce new treatment technology for food waste.

종래의 바이오가스 설비는 대부분 중온발효(30 - 40℃) 시스템으로 이미 국내 특허등록이 된 기술인 "음식물쓰레기와 축산분뇨의 통합 소화처리장치(대한민국 특허등록 0356966호)" 과 "축산분뇨의 혐기발효를 이용한 바이오가스 제조장치(대한민국 특허등록0743373호) 등이 알려져 있다.
본 기술은 고온발효(50 - 58℃) 시스템으로 중온 대비 많은 유기물을 한꺼번에 처리할 수 있는 고효율적이며 발효기간이 짧은 설비이며(중온: 30 - 60일, 고온 18 - 20일), 단상 소화조 시스템을 이용한 설비면적이 축소되어 좁은 부지에도 설치가 가능하고 시설비가 절감되며, 발효공정의 고온 처리에 의한 병원성 미생물이 제거된 안전한 소화액 발생 등의 차별성을 가진 설비기술이다. 또한, 특징적인 세부 설비로는 5 - 10도 경사 형태로 된 유기물 선별기, 혼합조의 프로펠라가 장착된 수중모터, 혼합조의 파쇄장치 및 자동밸브 장치, 발효조의 유기물 유입배관 위치(상, 중, 하 3곳), 바이오가스의 제습 기능이 가능한 'T'자 형태의 가스 배관 등의 설비 특징이 있다.Conventional biogas equipment is a medium temperature fermentation (30-40 ℃) system, which has already been patented domestically, "Integrated digestion treatment device of food waste and livestock manure" (Korean patent registration 0356966) and "Aerobic fermentation of livestock manure" Biogas production apparatus (Korean Patent Registration No. 0743373) using a known is known.
This technology is a high-temperature fermentation (50-58 ℃) system, which is a high efficiency and short fermentation system that can process many organic materials at a time compared to medium temperature (medium temperature: 30-60 days, high temperature 18-20 days), single-phase digester system It can be installed on a narrow site due to the reduced facility area, and the facility cost is reduced, and it is a facility technology with differentiation such as the generation of a safe digestive liquid from which pathogenic microorganisms are removed by the high temperature treatment of the fermentation process. In addition, the characteristic detailed equipment includes an organic material sorter with a slope of 5 to 10 degrees, an underwater motor equipped with a propeller of a mixing tank, a crushing device and an automatic valve device of the mixing tank, and an inlet pipe position of the organic material in the fermentation tank (up, middle, and lower 3). ), And 'T' shaped gas pipe that can dehumidify biogas.

본 발명은 주변 하수종말 처리장의 중온발효 혐기소화조 하수오니를 이용하여 고온메탄 발효를 위한 고온혐기 발효조건을 만드는 방법이며, 가축분뇨와 유기성 폐기물을 이용하여 메탄발효를 수행하는 전반적인 발효조건을 제시한다.The present invention is a method for making high temperature anaerobic fermentation conditions for fermentation of high temperature methane using a medium temperature fermented anaerobic digester sewage sludge at a surrounding sewage terminal treatment plant, and proposes an overall fermentation condition for performing methane fermentation using livestock manure and organic waste. .

이상에서 살펴 본 바와 같이, 기존의 바이오가스 생산방법으로 사용되어왔던 중온 혐기성 발효는 안정화 기간을 제외한 발효기간이 30내지 60일로 길어서 설비 투자비가 많이 들고, 에너지 생산 효율이 낮았으나 본 발명의 방법을 통하여 안정화 기간이 경과한 후, 15내지 20일의 단기간에 고온의 혐기성 활성 오니로 전환시켜 고효율의 고온 혐기 메탄 발효를 가능토록 한다. 따라서 본 발명에 따라 초기 메탄발효액을 안정화시키면서 종래의 방법보다 초기 발효액을 만드는 기간을 단축하여 메탄발효 효율을 더 향상시킬 수 있다. 이러한 바이오가스 발효 기술은 하수처리장 혐기소화로 오니에 가축분뇨 및 유기성 폐기물(농업부산물, 음식물 쓰레기 및 유기성 산업폐기물 중의 적어도 한가지 사용)을 첨가하여 다량의 바이오가스 생산을 통해서 전기 및 열 등의 에너지를 생산하고, 소화액은 액상의 비료로 이용하거나 고체와 액체로 분리하여 액상과 고체의 다양한 형태의 비료로 이용하여 경종농업에 이용할 수도 있어서, 폐기물을 자원화하면서 자연 순환적 기능을 동시에 달성할 수 있다. 나아가 이산화탄소 배출의 저감에 따른 지구 온난화 방지에 기여하고 탄소 배출권 판매에 따른 수익도 창출하는 등 환경적·에너지적 측면에서 기대 및 파급효과가 클 것으로 기대된다.As described above, the medium temperature anaerobic fermentation, which has been used as a conventional biogas production method, has a long fermentation period of 30 to 60 days excluding the stabilization period, which leads to high capital investment and low energy production efficiency. After the stabilization period has passed, the high-temperature anaerobic methane fermentation is made possible by converting it into high temperature anaerobic activated sludge in a short period of 15 to 20 days. Therefore, while stabilizing the initial methane fermentation broth according to the present invention can shorten the period for making the initial fermentation broth than conventional methods can further improve the methane fermentation efficiency. This biogas fermentation technology is anaerobic digestion of sewage treatment plant, which adds livestock manure and organic waste (using at least one of agricultural by-products, food waste and organic industrial waste) to produce energy such as electricity and heat through the production of large amounts of biogas. The digestive fluid can be used as a liquid fertilizer or separated into solid and liquid, and can be used for farming and agriculture as a variety of liquid and solid fertilizers, and at the same time can achieve a natural circulation function while recycling waste. In addition, it is expected to have great anticipation and ripple effects in terms of environmental and energy aspects, such as contributing to the prevention of global warming by reducing carbon dioxide emissions and generating profits from the sale of carbon credits.

본 발명을 실시예를 통하여 설명한다.
(실시예 )
중온 혐기소화 하수오니를 이용한 고온 혐기성 초기 발효액 제조The present invention will be described by way of examples.
Example
Preparation of high temperature anaerobic initial fermentation broth using mesophilic anaerobic digestion sewage sludge

본 발명은 중온의 하수처리장 혐기소화 오니를 습식 고온 혐기성 발효를 위한 초기 발효액으로 제조하기 위해서, 하수처리장 혐기소화 오니에 가축분뇨 및 유기성폐기물(식물성 잔재물, 음식물쓰레기, 도축부산물, 곡물 폐기물, 식품가공부산물, 하수슬러지 및 기타 유기성 산업폐기물 중의 적어도 한 종류를 선택 사용함)을 첨가하여 고온의 혐기성 활성 오니로 제조하도록,The present invention is to produce anaerobic digestion sludge of medium temperature sewage treatment plant as an initial fermentation broth for wet high temperature anaerobic fermentation. By-products, sewage sludge and other organic industrial wastes are selected and used to produce high temperature anaerobic activated sludge,

중온의 하수처리장 혐기소화 오니(J시 하수 처리장에서 수거한 것)와, 돼지 농장에서 배출된 가축분뇨, 음식물 쓰레기를 기본 원료로 사용하였으며, 각각 원료들의 이화학적 성분 분석을 실시하여 표1에 나타내었다. 분석된 이화학적 성분 분석을 바탕으로 pH, TS (Total solid), VS (Volatile solid), tVFA (total volatile fatty acid), C/N (carbon:nitrogen) 비율 등을 고려하여 1:1:1 (혐기성오니:가축분뇨:유기성폐기물(음식물 쓰레기))의 비율로 혼합하였다(초기 발효 스타트업 비율). 혼합액의 pH는 7.0 - 7.2 이었으며, tVFA는 100 - 1,000 ppm으로 tVFA에 의한 혐기발효의 저해를 최소화하였으며, VS/TS는 약 55 이상으로 TS 중 절반 이상이 유기물로 혐기 발효 기질에 적당하였다.
추가로 유기물 투입 전 중온인 섭씨 35℃에서 시작하여 7 - 10일간 적응 단계를 통하여 중온 혐기소화 오니의 안정화를 시켰다. 발효 온도는 사용된 중온 활성 오니의 안정된 적응을 위하여 초기 섭씨 35℃에서 시작하여 일일 0.5 - 1℃ 이하씩 점진적으로 증가시켰고 1일부터 35일 까지는 안정화를 이루는 기간이다. 이는 중온 활성 오니에 존재하는 메탄발효 관련 미생물들이 급격한 온도 변화에 영향을 받지 않도록 하기 위함이다.Anaerobic digestion sludge (collected from J sewage treatment plant), livestock manure and food waste discharged from pig farms were used as basic raw materials, and the physicochemical components of each raw material were analyzed and shown in Table 1. It was. Based on the analyzed physicochemical components, the ratio of 1: 1: 1 is considered in consideration of pH, TS (total solid), VS (Volatile solid), tVFA (total volatile fatty acid) and C / N (carbon: nitrogen) ratio. Anaerobic sludge: livestock manure: organic waste (food waste)) were mixed (initial fermentation startup ratio). The pH of the mixed solution was 7.0-7.2, and tVFA was 100-1,000 ppm to minimize the inhibition of anaerobic fermentation by tVFA, and VS / TS was about 55 or more, and more than half of TS was organic and suitable for anaerobic fermentation substrates.
In addition, the temperature was stabilized in the anaerobic digestion sludge starting at 35 ℃ Celsius before the organic material through the adaptation step for 7 to 10 days. The fermentation temperature was gradually increased from 0.5 ° C. to less than 0.5 ° C. per day, starting at 35 ° C. for stable adaptation of the mesophilic sludge used, and stabilizing from 1 to 35 days. This is to ensure that the methane fermentation-related microorganisms present in the mesophilic sludge are not affected by rapid temperature changes.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 축산분뇨와 유기성 폐기물(또는 식물성 잔재물)을 이용한 연속 습식 고온 단상 혐기발효 시스템은 종래의 바이오가스 설비 기술과 달리 고온발효(50 - 58℃) 시스템으로 많은 유기성 폐기물을 빠른 기간(체류기간: 18 -20일) 내 처리하고 고온처리를 통한 병원성 미생물 및 해충이 사멸되어 보다 더 안전한 소화액으로 퇴비 및 액비를 생산할 수 있다. 또한, 단상 소화조로 기존의 2상 소화조보다 설비규모가 축소되어 부지확보가 용이하고 설치비용도 절감되는 이점이 있다. 추가적인 기술적 특징은 5 - 10도 경사형태로 된 이물질 선별기, 혼합조의 프로펠라가 장착된 수중모터, 혼합조의 파쇄장치 및 자동밸브 장치, 발효조의 유기물 유입배관 위치(상, 중, 하 3곳), 바이오가스의 제습 기능이 가능한 'T'자 형태의 가스 배관 등의 설비 특징이 있다. 본 발명의 시스템은 축산분뇨 및 식물성 폐기물(또는 잔재물) 처리를 통한 바이오가스 생산과 친환경 퇴비 생산뿐만 아니라 지구 온난화의 주범인 온실가스 저감에도 기여하며 친환경 축산을 영위하는데 파급효과가 클 것으로 기대된다.As described above, the continuous wet high temperature single phase anaerobic fermentation system using livestock manure and organic waste (or vegetable residues) of the present invention is a high temperature fermentation (50-58 ° C) system, unlike conventional biogas equipment technology, a lot of organic The wastes can be treated in a short period of time (retention period: 18-20 days) and the high temperature treatment kills pathogenic microorganisms and pests, which can produce compost and manure with safer digestive fluids. In addition, the single-stage digester is reduced in size than the existing two-phase digester has the advantage that the site is easy to secure and the installation cost is reduced. Additional technical features include debris sorter with 5-10 degree inclination, submersible motor with propeller of mixing tank, crusher and automatic valve device of mixing tank, organic material inlet pipe position of fermentation tank (top, middle and bottom 3), bio It features facility such as gas pipe of 'T' shape that can dehumidify gas. The system of the present invention is expected not only to produce biogas and livestock compost through the treatment of livestock manure and vegetable waste (or residues), but also to reduce greenhouse gas, which is the main culprit of global warming, and to have a great ripple effect in managing green livestock.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 구성은, 축산농가에서 발생하는 축산분뇨가 저장되는 축산분뇨 저장조(2); 상기 축산분뇨가 저장조로 이송하기 위한 이물질 선별기(1)가 구비된 이송라인(a); 유기성 폐기물(또는 잔재물)을 저장하기 위한 폐기물 저장조(4); 상기 폐기물을 분쇄시켜 폐기물 저장조(4)로 보내는 파쇄기(3)를 가지는 이송라인(b); 축산분뇨 저장조(2)의 축산분뇨와 폐기물 저장조(4)의 유기성 폐기물(또는 잔재물)을 균질 혼합하기 위한 유기물 혼합조(6); 상기 축산분뇨와 유기성 폐기물(또는 잔재물)이 유기물 혼합조(6)로 라인을 통해 각각 이송시키는 이송펌프(5-1,5-2); 유기물 혼합조(6)의 혼합물을 2기의 혐기성 발효조(11)로 이송시키기 위한 병렬로 구성된 라인(10); 각 라인(10)으로 유기물 혼합조(6)의 혼합물을 이송하여 혐기성 발효조(11)로 유입시키는 유입펌프(9); 상기 유기물 혼합조(6)의 혼합물이 혐기성 발효조(11)로 유입 시 혼합물의 균질성을 가하기 위한 파쇄기(8); 상기 유기물 혼합조(6)에서 이송받은 유기물을 고온 혐기 발효시키기 위한 혐기성 발효조(11); 상기 혐기성 발효조(11)에서 발생한 바이오가스의 황을 제거하기 위한 탈황기(15); 상기 탈황기(15)에서 발생된 바이오가스를 포집하는 바이오가스 포집조(16)와 상기 혐기성 발효조(11)에서 발생된 바이오가스를 바이오가스 포집조(16)로 이송하기 위한 가스 라인(c); 상기 바이오 가스 포집조(16)에 포집되어 있는 바이오 가스를 이용하여 발전을 하기 위한 열병합 발전기(19); 상기 바이오가스 포집조(16)에 포집되어 있는 바이오가스가 발전기로 유입되기 직전에 습기를 제거하는 제습기(17); 상기 혐기성 발효조(11)에서 발효된 발효액이 배출되어 보관되는 발효액 저장조(23); 상기 발효액을 발효액 저장조(23)로 이송시키기 위한 배출 밸브(26); 상기 발효액 저장조(23)의 발효액을 액비화 시키기 위한 액비조(25); 상기 발효액 저장조(23)의 발효액을 액비조(25)로 이송라인(d)을 통해 이송하기 위한 이송 펌프(24); 상기 혐기성 발효조(11)에서 발생한 바이오가스를 바이오가스 이송라인(e)으로 받아 구동하는 바이오가스 보일러(21); 상기 혐기성 발효조(11)의 고온을 유지하기 위하여 사용되는 온수를 공급하기 위하여 온수를 저장하도록 바이오가스 보일러(21)와 연결된 온수 저장 탱크(22)를 포함하여 구성된다.Technical configuration of the present invention to achieve the above object, the livestock manure storage tank (2) is stored in the livestock manure generated in the livestock farm; A transfer line (a) having a foreign matter sorter (1) for transporting the livestock manure to a storage tank; A waste storage tank 4 for storing organic waste (or residues); A transfer line (b) having a crusher (3) for crushing the waste and sending it to a waste storage tank (4); An organic material mixing tank 6 for homogeneously mixing the livestock wastes in the livestock waste storage tank 2 and the organic waste (or residues) in the waste storage tank 4; Transfer pumps 5-1 and 5-2 for transporting the livestock manure and organic waste (or residues) through the line to the organic matter mixing tank 6, respectively; A line 10 configured in parallel for transferring the mixture of the organic material mixing tank 6 to the two anaerobic fermentation tanks 11; An inflow pump 9 which transfers the mixture of the organic material mixing tank 6 to each line 10 and flows it into the anaerobic fermentation tank 11; A shredder (8) for adding homogeneity of the mixture when the mixture of the organic material mixing tank (6) enters the anaerobic fermentation tank (11); Anaerobic fermentation tank (11) for the high temperature anaerobic fermentation of the organic material transferred from the organic material mixing tank (6); A desulfurizer (15) for removing sulfur of biogas generated in the anaerobic fermentation tank (11); Biogas collection tank 16 for capturing the biogas generated in the desulfurizer 15 and the gas line (c) for transferring the biogas generated in the anaerobic fermentation tank 11 to the biogas collection tank 16 ; A cogeneration generator 19 for generating power using the biogas collected in the biogas collecting tank 16; A dehumidifier 17 for removing moisture immediately before the biogas collected in the biogas collecting tank 16 is introduced into a generator; A fermentation broth storage tank 23 in which the fermentation broth fermented in the anaerobic fermentation broth 11 is discharged and stored; A discharge valve 26 for transferring the fermentation broth to the fermentation broth 23; A liquid bath (25) for liquefying the fermentation broth of the fermentation broth (23); A transfer pump 24 for transferring the fermentation broth of the fermentation broth 23 to the liquid fertilizer 25 through a transfer line d; A biogas boiler 21 for driving the biogas generated in the anaerobic fermentation tank 11 into a biogas transfer line e; It comprises a hot water storage tank 22 connected to the biogas boiler 21 to store hot water for supplying hot water used to maintain the high temperature of the anaerobic fermentation tank (11).

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 바이오가스 제조 장치를 통하여 연속 습식 고온 단상 혐기성 소화 방법의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.When explaining the embodiment of the continuous wet high temperature single-phase anaerobic digestion method through the biogas production apparatus of the present invention having such a configuration as follows.

먼저, 본 발명의 바이오가스 제조 방법의 기본 과정은 축산 분뇨 및 유기성 폐기물을 각각 수집하는 수집단계와, 이들을 혼합하여 고온 습식 혐기성 발효조(11)에서 발효하는 발효단계, 발효에 의하여 발생된 바이오가스의 저장 및 활용단계, 상기 혐기성 발효조에서 발생한 발효 소화액을 퇴비로 사용하도록 가공 처리하는 단계로 이루어진다.First, the basic process of the biogas production method of the present invention is a collection step of collecting livestock manure and organic waste, respectively, a fermentation step of mixing them and fermenting in a high temperature wet anaerobic fermentation tank (11), the biogas generated by the fermentation Storage and utilization step, the fermentation digestion liquid generated in the anaerobic fermentation tank consists of a processing step to use as a compost.

이를 도 1을 통하여 상세하게 설명하면, 축산 농가와 연결되어 있는 라인을 통하거나 이송하거나, 탱크로 운반하여 축산 분뇨 저장조(2)에 수집하여 저장하게 되고, 상기 축산 농가와 축산 분뇨 저장조(2)가 직접 이송라인(a)으로 연결되어 있을 경우에는 이송라인(a)에 이물질을 제거할 수 있는 이물질 선별기(1)가 설치되어 있으며, 고상의 유기성 폐기물(또는 식물성 잔재물) 등은 1차로 파쇄기(3)를 통하여 이송라인(b)을 경유하여 폐기물 저장조(4)로 이송된다.1, the livestock farm and the livestock manure storage tank are collected and stored in the livestock manure storage tank 2 by transporting or transporting through a line connected to the livestock farm or transporting them to a tank. Is directly connected to the transfer line (a), the foreign matter sorter (1) is installed in the transfer line (a) to remove the foreign matter, solid organic waste (or vegetable residues), etc. are primarily the crusher ( 3) is transferred to the waste storage tank 4 via the transfer line (b).

상기 축산 분뇨 저장조(2)와 폐기물 저장조(4)에 공급되어진 유기물들은 일정한 혼합을 하기 위하여 유기물 혼합조(6)로 이송되어지며, 상기 유기물 혼합조(6)는 도 3과 같이 일정한 혼합을 유지하기 위하여 프로펠라가 장착된 수중 모터(7) 3기를 혼합조 내에 설치하여 유기물의 침전을 방지한다.The organic matters supplied to the livestock manure storage tank 2 and the waste storage tank 4 are transferred to the organic matter mixing tank 6 for constant mixing, and the organic matter mixing tank 6 maintains constant mixing as shown in FIG. 3. In order to prevent the sedimentation of organic matter, three underwater motors (7) equipped with propellers are installed in the mixing tank.

이어서 일정한 혼합비율로 혼합된 유기물은 이송 라인(10)이 병렬로 연결된 2기의 습식 고온 단상 혐기성 발효조(11)로 이송되어 발효를 하게 되며, 도 4에 보인 바와 같이 병렬로 연결된 라인(10)에는 유기물의 균질성을 가하기 위해 2차로 파쇄기(8)가 설치되고, 상기 유기물 혼합조(6)에서 혐기성 발효조(11)로 유기물 이송 시 혐기성 발효조(11)의 발효액의 일시적 과부하를 방지하기 위한 유속(m³/h)조절이 가능한 유입펌프(9)를 사용한다.Subsequently, the organic material mixed at a constant mixing ratio is transferred to two wet high temperature single-phase anaerobic fermentation tanks 11 in which the transfer line 10 is connected in parallel to ferment, and the lines 10 connected in parallel as shown in FIG. 4. In order to add homogeneity of organic matter, a second crusher 8 is installed, and a flow rate for preventing temporary overload of the fermentation broth of the anaerobic fermentation tank 11 when transferring the organic matter from the organic mixing tank 6 to the anaerobic fermentation tank 11 ( m ³ / h) Use adjustable inlet pump (9).

상기 2기의 혐기성 발효조(11)의 임펠라(Impeller)형 교반기는 약 1 ∼ 5 rpm의 속도로 회전 구동하여 발효 물질이 부유 또는 침전되지 않도록 교반하게 되고, 이때 발생되는 바이오가스는 상승하여 바이오가스 라인을 통해 배출된다. 온도는 50 - 58℃로 고온으로 유지한다.The impeller (Impeller) type stirrer of the two anaerobic fermentation tanks 11 is rotated at a speed of about 1 to 5 rpm to stir so that the fermentation material is not suspended or precipitated, and the biogas generated is raised to biogas Discharged through the line. The temperature is kept high at 50-58 ° C.

상기 2기의 혐기성 발효조(11)는 바이오가스 보일러(21)와 연결되어 있는 온수 저장탱크(22)의 온수를 이용하여 고온(50~58℃)을 유지하도록 하여, 각종 박테리아, 바이러스 및 기생충 등의 발생을 억제시키게 되며, 발효기간을 단축하고, 바이오가스 발생량을 증대 시키게 된다. 이때 상기 고온 발효조(11) 내부의 온도가 50도 미만 혹은 58도를 초과할 경우에는 메탄 발생균의 활성에 저해를 일으킬 수 있으므로 발효온도를 그 사이에서 유지시키는 것이 가장 바람직하다.The two anaerobic fermenters 11 are maintained at a high temperature (50 ~ 58 ℃) using hot water in the hot water storage tank 22 connected to the biogas boiler 21, various bacteria, viruses and parasites, etc. It will reduce the occurrence of, shorten the fermentation period, and increase the amount of biogas generated. At this time, when the temperature inside the high temperature fermentation tank 11 is less than 50 degrees or more than 58 degrees, it is most preferable to maintain the fermentation temperature therebetween because it may cause the inhibition of the activity of methane generating bacteria.

또한, 상기 2기의 혐기성 발효조(11)는 발효상태를 확인하기 위하여 발효조에는 pH 측정 센서(12) 및 온도 계측기(13)가 설치되어 있는 것으로 한다.In addition, in order to confirm the fermentation state of the two anaerobic fermentation tanks 11, it is assumed that the pH measuring sensor 12 and the temperature measuring device 13 are installed in the fermentation tank.

상기 2기의 혐기성 발효조(11) 내에서 발효물질의 분량에 따라 약 15 ～ 20일간 잔류시키면서 유해물질을 분해하고 발효시키면 바이오가스가 생성되며, 남은 발효액은 유량계(26)가 설치된 배출관을 통하여 발효액의 위치에너지에 의하여 발효액 저장조(23)로 이송되고, 이송펌프(24)에 의하여 액비조(25)로 이송된다.Biogas is generated by decomposing and fermenting harmful substances while remaining in the anaerobic fermentation tank 11 for about 15-20 days according to the amount of fermentation material, and the remaining fermentation broth is fermentation broth through the discharge pipe having a flowmeter 26. It is transferred to the fermentation broth storage tank 23 by the potential energy of, and is transferred to the liquid fertilization tank 25 by the transfer pump 24.

상기 발효액 저장조(23)로 이송된 발효액은 폭기 설비가 구비된 액비조(25)로 이송하며, 액비조(25)의 액비는 폭기 과정을 거친 후 부산물비료의 일종인 가축분뇨발효비료(액비)로서 이용되어 진다.The fermentation broth transferred to the fermentation broth 23 is transferred to a liquid fertilizer 25 equipped with an aeration facility, and the liquid fertilizer of the liquid fertilizer 25 undergoes an aeration process and is a manure fermentation fertilizer (liquid fertilizer), which is a kind of by-product fertilizer. It is used as

상기 2기의 혐기성 발효조(11)에서 발생한 바이오가스는 일정한 압력을 유지하기 위한 압력밸브(14)가 장착된 바이오가스 라인(c)을 통하여 바이오가스 포집조(6)로 이송된다.The biogas generated in the two anaerobic fermentation tanks 11 is transferred to the biogas collection tank 6 through a biogas line c equipped with a pressure valve 14 for maintaining a constant pressure.

이때, 바이오가스는 그 성분 중에서 기기의 부식을 발생시킬 수 있는 황 성분이 탈황기(15)를 거치면서 제거되고, 바이오가스에 포함되어 있는 응축된 수증기를 제거하기 위하여 도 5 와 같이 바이오가스 라인(c)을 'T'자형의 형태로 한다.At this time, the biogas is removed while the sulfur component that may cause corrosion of the device from the components through the desulfurizer 15, to remove the condensed water vapor contained in the biogas as shown in Figure 5 biogas line (c) is in the form of a 'T'.

상기 바이오 가스 포집조(16)에 포집된 바이오가스는 바이오가스 이송라인(e)을 통해 전기 생산을 위한 열병합 발전기(19), 발효조 등 설비에 필요한 열을 공급하기 위한 바이오가스 보일러(21), 산업용 가스로 이용하기 위한 가스분리기와 통상의 압축기(27), 여분의 가스를 처리하기 위한 바이오가스 연소기(플레어, Flare)(20)로 이송되어 활용되어진다.The biogas collected in the biogas collection tank 16 is a biogas boiler 21 for supplying heat required for a facility such as a cogeneration generator 19 for producing electricity and a fermentation tank through a biogas transfer line e. A gas separator for use as an industrial gas, a conventional compressor 27, and a biogas combustor (flare) 20 for processing excess gas are used to be used.

상기 바이오가스 포집조(16)에 포집된 바이오가스는 전기 생산을 위한 열병합 발전기(19)로 이송 시 수분을 제거하기 위한 제습기(17), 열병합 발전기의 안전한 운전을 위한 메탄측정 장치(18)를 통과하여 이송된다.The biogas collected in the biogas collection tank 16 includes a dehumidifier 17 for removing water during transport to the cogeneration generator 19 for electricity generation, and a methane measuring device 18 for safe operation of the cogeneration generator. Passed through.

도 1은 연속 습식 고온 단상 혐기 발효 시스템 구성을 보이는 개략도,1 is a schematic view showing the configuration of a continuous wet high temperature single phase anaerobic fermentation system,

도 2a는 도 1에서 축산 분뇨의 이물질 선별기의 구성을 나타내는 측면도면,
도 2b는 도 2a의 하나의 철망 확대 정면도,Figure 2a is a side view showing the configuration of the foreign matter sorter of livestock manure in Figure 1,
2b is an enlarged front view of one wire mesh of FIG. 2a;

도 3은 도 1에서 유기물 혼합조의 상세 구성을 나타내는 도면,3 is a view showing a detailed configuration of the organic material mixing tank in FIG.

도 4는 도 1의 유기물 혼합조에서 혐기성 발효조로 유기물 이송을 보인 계통도,4 is a system diagram showing the transfer of organic matter to the anaerobic fermentation tank in the organic matter mixing tank of FIG.

도 5는 도 1의 혐기성 발효조에서 발생한 바이오가스가 이송시 제습효과를 나타낼 수 있도록 설계된 T자 형태의 바이오가스 배관을 상세히 나타내는 도면이다.FIG. 5 is a view showing in detail a T-shaped biogas pipe designed to display a dehumidifying effect during transfer of biogas generated in the anaerobic fermenter of FIG. 1.

* 주요 도면부호의 설명* Description of the main reference numerals

1 : 이물질 선별기1: Foreign material sorting machine

2 : 축산 분뇨 저장조2: livestock manure storage tank

3 : 파쇄기3: crusher

4 : 폐기물 저장조4: waste storage tank

5-1 : 축산 분뇨 이송 펌프5-1: Livestock Manure Transfer Pump

5-2 : 폐기물 이송 펌프5-2: Waste Transfer Pump

6 : 유기물 혼합조6: organic matter mixing tank

7 : 수중 모터7: underwater motor

8 : 파쇄기8: shredder

9 : 유입펌프9: inflow pump

10 : 병렬 구조 라인10: parallel structure line

11 : 혐기성 발효조11: anaerobic fermenter

12 : pH 측정센서12: pH measuring sensor

13 : 온도 센서13: temperature sensor

14 : 가스 압력 밸브14: gas pressure valve

15 : 탈황기15: desulfurizer

16 : 바이오가스 포집조16: biogas collection tank

17 : 제습기17: dehumidifier

18 : 메탄 측정 장치18: methane measuring device

19 : 열병합 발전기19: cogeneration generator

20 : 연소기20: combustor

21 : 바이오가스 보일러21: Biogas Boiler

22 : 온수 저장탱크22: hot water storage tank

23 : 발효액 저장조23: fermentation broth storage tank

24 : 이송 펌프24: transfer pump

25 : 액비조25: livizo

26 : 배출밸브26: discharge valve

27 : 압축기27: compressor

Claims

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축산농가에서 발생한 축산분뇨가 축산분뇨 저장조(2)로 이송되는 이송라인(a); 축산분뇨를 저장하는 축산분뇨 저장조(2); 유기성 폐기물(또는 잔재물)이 저장되는 폐기물 저장조(4); 축산분뇨와 유기성 폐기물(또는 잔재물)을 균일하게 혼합하는 유기물 혼합조(6); 유기물 혼합조(6)의 혼합된 유기물이 2기의 혐기성 발효조(11)로 이송되는 병렬식 이송라인(10); 고온(50~58℃)으로 유기물의 바이오가스 생성을 위한 2기의 혐기성 발효조(11); 혐기성 발효조(11)에서 생성된 바이오가스에서 황을 제거하기 위한 탈황기(15); 탈황된 바이오가스의 수증기를 제거하기 위한 제습기(17); 메탄이 함유된 바이오가스(15)로 전기를 생산하기 위한 열병합 발전기(19); 상기 혐기성 발효조(11)에서 발생한 바이오가스를 이용하여 온수를 공급하기 위한 바이오가스 보일러(21); 바이오가스 보일러(21)에서 발생한 온수를 저장하기 위한 온수 저장탱크(22); 온수 저장탱크(22)에 저장된 온수를 고온 발효열(50 - 58℃)로 가온하기 위하여 온수가 발효조로 이송되기 위한 병렬의 온수배관; 상기 혐기성 발효조에서 발생한 바이오가스의 잉여가스를 제거하기 위한 잉여가스 연소기(20); 상기 혐기성 발효조(11)에서 발생한 발효액을 저장하기 위한 발효액 저장조(23); 발효액 저장조(23)에 저장된 발효액을 액비로 이용하기 위한 액비조(25)를 포함하여 구성하고;A transfer line (a) for transferring livestock manure from the livestock farm to the livestock manure storage tank (2); A livestock waste storage tank 2 for storing livestock manure; A waste storage tank 4 in which organic waste (or residues) are stored; An organic material mixing tank 6 for uniformly mixing the livestock manure and the organic waste (or residues); A parallel transfer line 10 through which the mixed organic material of the organic material mixing tank 6 is transferred to two anaerobic fermentation tanks 11; Two anaerobic fermenters 11 for producing biogas of organic matter at high temperature (50-58 ° C.); A desulfurizer (15) for removing sulfur from biogas produced in the anaerobic fermentation tank (11); A dehumidifier 17 for removing steam of desulfurized biogas; A cogeneration generator 19 for producing electricity with biogas 15 containing methane; A biogas boiler 21 for supplying hot water using the biogas generated in the anaerobic fermentation tank 11; A hot water storage tank 22 for storing hot water generated by the biogas boiler 21; Parallel hot water pipes for transferring hot water stored in the hot water storage tank 22 to the fermentation tank to warm the hot water stored in the hot fermentation heat (50 to 58 ° C.); A surplus gas combustor 20 for removing surplus gas of biogas generated in the anaerobic fermentation tank; Fermentation broth storage tank 23 for storing the fermentation broth generated in the anaerobic fermentation tank (11); A fermentation broth 25 for using the fermentation broth stored in the fermentation broth 23 as a liquor;

상기, 상기 축산 농가에서 발생하는 축산분뇨가 축산분뇨 저장조(2)로 이송 중 이물질을 제거하기 위한 이물질 선별기(1)가 더 포함되고; 상기 이물질 선별기(1)는 콘크리트 구조물로서 축산 분뇨의 흐름을 원활히 할 수 있도록 바닥이 5∼10도의 경사각을 이루고 총 4개의 철망을 설치하며, 각 철망의 구멍 간극은 각각 50mm, 20mm, 10mm, 5mm를 이루도록 단계적으로 구성함을 특징으로 축산분뇨와 유기성 폐기물을 이용한 연속 고온 단상 혐기 발효 시스템.The foreign substance sorter (1) for removing the foreign matter during the transfer to the livestock manure storage tank (2), the livestock manure generated in the livestock farm is further included; The foreign material sorter (1) is a concrete structure so that the bottom of the livestock manure flow smoothly to install a total of four wire mesh with an inclination angle of 5 to 10 degrees, the hole gap of each wire mesh is 50mm, 20mm, 10mm, 5mm respectively Continuous high temperature single-phase anaerobic fermentation system using livestock manure and organic waste, characterized in that step by step to achieve.

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제 2항에 있어서, 상기 2기의 고온 혐기성 발효조(11)로의 이송라인(10)은 병렬구조로 구성되며, 혐기성 발효조(11) 내의 발효액의 침전을 사전에 방지하기 위하여 이송라인(10)은 유기물 유입 배관이 상, 중, 하 세 곳으로 유입이 가능한 것을 특징으로 하는 축산분뇨와 유기성 폐기물을 이용한 연속 고온 단상 혐기 발효 시스템.According to claim 2, wherein the transfer line 10 to the two high temperature anaerobic fermentation tank 11 is configured in a parallel structure, in order to prevent the precipitation of the fermentation broth in the anaerobic fermentation tank 11 in advance the transfer line 10 Continuous high temperature single-phase anaerobic fermentation system using livestock manure and organic waste, characterized in that the organic inflow pipe can be introduced into three places, upper, middle and lower.

제 2항에 있어서, 혐기성 발효조(11)에서 발생한 바이오가스의 이송 바이오 가스라인(c)은 바이오가스의 제습기능이 가능한 'T'자 형태의 가스 배관으로 구성됨을 특징으로 하는 축산분뇨와 유기성 폐기물을 이용한 연속 고온 단상 혐기 발효 시스템.The livestock gas and organic waste of claim 2, wherein the biogas line (c) for transporting biogas generated in the anaerobic fermentation tank (11) is composed of a gas pipe of a 'T' shape capable of dehumidifying the biogas. Continuous high temperature single phase anaerobic fermentation system.