KR101153467B1 - System for providing a biogas - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은, 고온조와 중온조가 2단으로 구성되어 있는 혐기성 소화조와, 유기성 자원을 활용하여 생성된 바이오가스 중의 황화수소를 생물학적 기법을 통하여 제거할 수 있는 바이오가스의 황화수소 제거 장치와, 초음파에 의해 발생되는 수증기를 활용하여 바이오가스 생산시 발생하는 이산화탄소를 흡수할 수 있는 메탄가스 고질화 장치가 복합적으로 구성되어 있는, 바이오가스 생산 시스템을 제공하는 것이다. 이를 위해 본 발명은, 유기성 폐기물 내에 존재하는 병원성 미생물을 제거하고 상기 유기성 폐기물을 가수분해하여 바이오가스를 생산하기 위해 제1온도로 가열되는 제1혐기성 소화조; 상기 제1혐기성 소화조로부터 이송되어온 유기성 폐기물을 상기 제1온도보다 낮은 제2온도로 유지하면서, 상기 이송되어온 유기성 폐기물로부터 바이오가스를 회수하기 위한 제2혐기성 소화조; 상기 제1혐기성 소화조와 제2혐기성 소화조의 외부 상단에 설치되어 태양열을 전기 에너지로 변환시켜 상기 제1혐기성 소화조를 가열시키기 위한 태양전지; 및 상기 제1혐기성 소화조 또는 상기 제2혐기성 소화조에서 생성된 비정화 바이오가스에 포함되어 있는 황화수소를 제거하기 위한 황화수소 제거 장치를 포함한다.An object of the present invention is to provide an anaerobic digestion tank composed of two stages of a high temperature tank and a medium temperature tank, a biogas hydrogen sulfide removal device capable of removing hydrogen sulfide in biogas generated by using an organic resource through a biological technique, and ultrasonic waves. It is to provide a biogas production system that is composed of a methane gas nitriding device that can absorb the carbon dioxide generated during biogas production by utilizing the steam generated by the. To this end, the present invention comprises a first anaerobic digestion tank heated to a first temperature to remove pathogenic microorganisms present in the organic waste and hydrolyze the organic waste to produce biogas; A second anaerobic digestion tank for recovering biogas from the transported organic waste while maintaining the organic waste transported from the first anaerobic digester at a second temperature lower than the first temperature; A solar cell installed at an outer upper end of the first anaerobic digester and the second anaerobic digester to convert solar heat into electric energy to heat the first anaerobic digester; And a hydrogen sulfide removal device for removing hydrogen sulfide contained in the unpurified biogas generated in the first anaerobic digester or the second anaerobic digester.

바이오가스, 혐기성, 황화수소, 고질화  Biogas, Anaerobic, Hydrogen Sulfide, Nitriding

Description

바이오가스 생산 시스템{SYSTEM FOR PROVIDING A BIOGAS}Biogas Production System {SYSTEM FOR PROVIDING A BIOGAS}

본 발명은 바이오가스를 생산하는 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a system for producing biogas.

최근, 정부의 축산진흥정책과 국민소득 증가로 인해 유제품과 육류의 소비가 증가하면서, 농촌지역에서의 가축분뇨 발생량이 증가되고 있다. 즉, 1990년대 이후, 가축사육두수의 증가로 사육규모가 전업화 및 대규모화되고 있으며, 이에 따라 환경오염을 유발하는 폐단이 증가하고 있다. Recently, the consumption of dairy products and meats has increased due to the government's livestock promotion policy and the increase of national income, and the amount of livestock manure in rural areas is increasing. In other words, since the 1990s, the number of livestock breeding has increased and the scale of breeding has been increased, resulting in increased pollution.

한편, 2012년부터 런던협약에 따른 가축분뇨의 해양배출 금지 등 가축분뇨에 대한 환경규제가 심해짐에 따라, 가축분뇨를 활용한 바이오가스 회수 및 에너지화에 대한 관심이 급증하고 있다. On the other hand, since 2012, environmental regulations on livestock manure have been intensified, such as the ban on marine discharge of livestock manure under the London Convention, and interest in biogas recovery and energy utilization using livestock manure has increased rapidly.

국내의 경우에도, 바이오가스를 에너지화하는 것이, 장기적으로 온실가스를 감축하는 등 환경문제를 해소하는 방안으로서 부각되고 있다. 이에 따라, 지자체 및 일부 기업을 중심으로 가축분뇨 적정처리의 일환으로, 선진국 바이오가스 플랜트(Biogas plant) 도입 및 성능 검정에 돌입하고 있다. Even in Korea, biogas is emerging as a way to solve environmental problems such as reducing greenhouse gas in the long run. As a result, local governments and some companies, as part of the treatment of livestock manure, are in the process of introducing biogas plants and verifying their performance in developed countries.

이러한 바이오가스 에너지화에 이용되는 종래의 혐기성 소화조로는, 한국 등록특허공보 제0922536호(혐기소화 바이오가스 시스템의 운전 안정화 방법) 및 한국 등록특허공보 제0911835호(다단계 혐기성 소화조 및 이를 이용한 유기성폐기물의 바이오가스 생산방법) 등에 기재되어 있는 바와 같이, 중온 소화조 또는 고온조를 각각 활용하는 방안이나, 또는 온도를 변환시킬 수 있는 소화조가 이용되고 있으며, 이를 이용하여 바이오가스를 회수 방법 등이 개발되어 있다. 그러나, 이러한 장치들이 무분별하게 도입될 경우 농가피해를 유발할 수 있을 뿐만 아니라, 예산을 낭비할 우려가 크다는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 국내 여건에 적합한 한국형 혐기성 소화조를 개발하는 것이 매우 중한다. Conventional anaerobic digestion tanks used for such biogas energy conversion, Korean Patent Publication No. 0922536 (method for stabilizing the operation of the anaerobic digestion biogas system) and Korean Patent Publication No. 0911835 (multi-step anaerobic digestion tank and organic waste using the same) Biogas production method), a method of utilizing a medium temperature digestion tank or a high temperature tank, or a digester capable of converting temperature is used, and a biogas recovery method is developed using the method. have. However, if these devices are indiscriminately introduced, not only can cause farm damage, but also has a problem of wasting budget. Therefore, it is very important to develop a Korean anaerobic digester suitable for domestic conditions.

또한, 혐기소화 공정에서 생산되는 바이오가스 중 메탄이 55-80%, 이산화탄소가 20-25%, 황화수소가 1-1.3%, 암모니아가스가 0-0.5%를 차지하고 있으며, 이 중, 황화수소 가스의 발생은 인체 및 가축위생의 독성, 배관 부식 등의 피해를 유발하고 있기 때문에, 바이오가스 중 황화수소 제거로 메탄가스의 순도를 증대시키며, 에너지 전환 효율성을 극대화할 필요가 있다. 그러나, 바이오가스 중 황화수소를 제거하기 위한 종래의 공기 주입방식은, 황화수소 제거 시 황화수소 제거에 맞춘 과잉 공기를 주입한다는 문제점을 가지고 있다. Among the biogas produced in the anaerobic digestion process, methane accounts for 55-80%, carbon dioxide 20-25%, hydrogen sulfide 1-1.3%, and ammonia gas 0-0.5%, among which hydrogen sulfide gas is generated. Since it causes damage to human body and animal hygiene, pipe corrosion, etc., it is necessary to increase the purity of methane gas by removing hydrogen sulfide from biogas and maximize the efficiency of energy conversion. However, the conventional air injection method for removing hydrogen sulfide in the biogas has a problem of injecting excess air in accordance with the removal of hydrogen sulfide when removing hydrogen sulfide.

또한, 혐기소화 공정에서 생산되는 바이오가스 중 메탄이 55-80%, 이산화탄소가 20-25%, 황화수소가 1-1.3%, 암모니아가스가 0-0.5%를 차지하고 있다. 한편, 상기한 바와 같은 바이오가스를 구성하는 혼합물들 중, 이산화탄소를 제거하는 종래의 기술은, NaOH 등의 화학용매를 활용한 흡수제를 이용하는 것으로서, 2차 용매 발생으로 인한 후처리의 어려움이 있다는 문제점을 가지고 있다. In addition, methane accounts for 55-80%, carbon dioxide 20-25%, hydrogen sulfide 1-1.3%, and ammonia gas 0-0.5% of the biogas produced in the anaerobic digestion process. Meanwhile, among the mixtures constituting the biogas as described above, the conventional technique of removing carbon dioxide is to use an absorbent using a chemical solvent such as NaOH, and there is a difficulty in post-treatment due to secondary solvent generation. Have

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 고온조와 중온조가 2단으로 구성되어 있는 혐기성 소화조와, 유기성 자원을 활용하여 생성된 바이오가스 중의 황화수소를 생물학적 기법을 통하여 제거할 수 있는 바이오가스의 황화수소 제거 장치와, 초음파에 의해 발생되는 수증기를 활용하여 바이오가스 생산시 발생하는 이산화탄소를 흡수할 수 있는 메탄가스 고질화 장치가 복합적으로 구성되어 있는, 바이오가스 생산 시스템을 제공하는 것이다.An object of the present invention for solving the above problems, an anaerobic digestion tank consisting of two stages of the high temperature tank and the middle temperature tank, and biogas that can remove hydrogen sulfide in the biogas generated by using organic resources through biological techniques It is to provide a biogas production system is composed of a hydrogen sulfide removal device and a methane gas nitriding device that can absorb the carbon dioxide generated during the production of biogas by utilizing water vapor generated by ultrasonic waves.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유기성 폐기물 내에 존재하는 병원성 미생물을 제거하고 상기 유기성 폐기물을 가수분해하여 바이오가스를 생산하기 위해 제1온도로 가열되는 제1혐기성 소화조; 상기 제1혐기성 소화조로부터 이송되어온 유기성 폐기물을 상기 제1온도보다 낮은 제2온도로 유지하면서, 상기 이송되어온 유기성 폐기물로부터 바이오가스를 회수하기 위한 제2혐기성 소화조; 상기 제1혐기성 소화조와 제2혐기성 소화조의 외부 상단에 설치되어 태양열을 전기 에너지로 변환시켜 상기 제1혐기성 소화조를 가열시키기 위한 태양전지; 및 상기 제1혐기성 소화조 또는 상기 제2혐기성 소화조에서 생성된 비정화 바이오가스에 포함되어 있는 황화수소를 제거하기 위한 황화수소 제거 장치를 포함한다.The present invention for achieving the above object, the first anaerobic digestion tank is heated to a first temperature to remove the pathogenic microorganisms present in the organic waste and hydrolyze the organic waste to produce biogas; A second anaerobic digestion tank for recovering biogas from the transported organic waste while maintaining the organic waste transported from the first anaerobic digester at a second temperature lower than the first temperature; A solar cell installed at an outer upper end of the first anaerobic digester and the second anaerobic digester to convert solar heat into electric energy to heat the first anaerobic digester; And a hydrogen sulfide removal device for removing hydrogen sulfide contained in the unpurified biogas generated in the first anaerobic digester or the second anaerobic digester.

본 발명은 고온조와 중온조가 2단으로 구성됨으로써, 유기성 폐기물로부터 에너지를 생산하면서 병원균 사멸이 가능하다는 우수한 효과를 가지고 있다. 또한, 본 발명은 제1혐기성 소화조를 태양전지를 이용하여 가열시킴으로써, 별도의 에너지원 투입 없이도 운영 및 조작될 수 있다는 우수한 효과를 가지고 있다. The present invention has an excellent effect that the high temperature tank and the middle temperature tank is composed of two stages, thereby killing pathogens while producing energy from organic waste. In addition, the present invention has an excellent effect that by heating the first anaerobic digester using a solar cell, it can be operated and operated without a separate energy source.

또한, 본 발명은 바이오가스 중의 황화수소를, 생물 공학적 기법을 통하여 제거할 수 있다는 효과를 가지고 있다. 또한, 본 발명은 바이오가스 생산 공정에서 황화수소를 제거함으로써, 바이오가스 중의 황화수소 함량을 10ppm 이하로 유지하여, 바이오가스 전환과정에서 발생되는 기계부식을 방지하는 한편, 대기오염물질을 저감시킬 수 있다는 우수한 효과를 가지고 있다. In addition, the present invention has the effect that the hydrogen sulfide in the biogas can be removed through biotechnological techniques. In addition, by removing hydrogen sulfide in the biogas production process, the present invention maintains the hydrogen sulfide content in the biogas at 10 ppm or less, thereby preventing mechanical corrosion generated during the biogas conversion process and reducing air pollutants. Has an effect.

또한, 본 발명은 초음파에 의해 발생되는 수증기를 활용하여 바이오가스 생산시 발생하는 이산화탄소를 흡수함으로써, 혐기소화조를 이용하여 바이오가스 생산시 메탄과 함께 발생되는 이산화탄소를 포집 및 제거하여 메탄가스 함량을 증대시킬 수 있으며, 바이오가스 생산 시스템을 최적의 운전조건으로 유지시킬 수 있다. 즉, 본 발명은 혐기소화조를 이용한 바이오가스 생산시, 초음파 발생 수증기를 활용하여 이산화탄소를 흡수하는 방식을 이용함으로써, 바이오가스를 고질화시킬 수 있다는 우수한 효과를 가지고 있다.In addition, the present invention by absorbing the carbon dioxide generated during the production of biogas by using water vapor generated by ultrasonic waves, by using an anaerobic digestion tank to collect and remove the carbon dioxide generated with the methane during biogas production to increase the methane gas content The biogas production system can be maintained at optimum operating conditions. That is, the present invention has an excellent effect that the biogas can be made high by using a method of absorbing carbon dioxide by using ultrasonic generated water vapor during biogas production using an anaerobic digestion tank.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 상세히 설명된다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 바이오가스 생산 시스템을 적용하여 바이오가스를 생산하는 전체 시스템의 구성을 나타낸 예시도이다. 또한, 도 2는 본 발명에 따른 바이오가스 생산 시스템의 구성을 나타낸 예시도로서, 도 1에 도시된, 혐기성 소화조(400), 황화수소 제거 장치(500) 및 메탄가스 고질화 장치(700)를 구체적으로 나 타낸 것이다.1 is an exemplary view showing the configuration of an entire system for producing biogas by applying the biogas production system according to the present invention. In addition, Figure 2 is an exemplary view showing the configuration of the biogas production system according to the present invention, the anaerobic digestion tank 400, the hydrogen sulfide removal device 500 and methane gas nitriding device 700 shown in FIG. Is shown.

본 발명은 농업유래 발생하는 유기성 자원을 활용한 자원순환형 신재생에너지 생산 시스템에 적용되는 것으로서, 본 발명에 따른 혐기성 소화조를 이용하여 가축분뇨 및 농업부산물로부터 에너지를 생산하는 시스템을 구성함으로써, 기후변화, 농촌 환경개선, 농외수입창출에 기여할 수 있다. The present invention is applied to a resource recycling type renewable energy production system utilizing organic resources generated from agriculture, by using the anaerobic digester according to the present invention by configuring a system for producing energy from livestock manure and agricultural by-products, climate It can contribute to change, improvement of rural environment, and creation of extrafarm income.

우선, 본 발명이 적용되는 전체 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 저장조(100), 고액분리조(200), 파쇄조(300), 혐기성 소화조(400), 황화수소 제거 장치(500), 메탄가스 고질화 장치(700) 및 바이오가스 저장조(600)를 포함한다.First, the entire system to which the present invention is applied, as shown in Figure 1, the storage tank 100, solid-liquid separation tank 200, crushing tank 300, anaerobic digestion tank 400, hydrogen sulfide removal device 500, methane Gas nitrification apparatus 700 and biogas reservoir 600 is included.

저장조(100)에는 유기성 폐기물이 유입되어 저장된다. 유기성 폐기물은 유기성 고상 폐기물 및 유기성 액상 폐기물을 포함한다. 저장조(100)에 저장된 유기성 폐기물은 분리조(200)에 유입된다. Organic waste flows into the storage tank 100 and is stored. Organic waste includes organic solid waste and organic liquid waste. Organic waste stored in the storage tank 100 is introduced into the separation tank (200).

분리조(200)는 유기성 폐기물로부터 주로 수분으로 이루어진 유기성 액상 폐기물과, 주로 고형물로 이루어진 유기성 고상 폐기물을 분리하는 기능을 수행한다. 분리조(200)에서 분리된 유기성 고상 폐기물은 파쇄조(300)에 유입된다. Separation tank 200 performs a function of separating the organic liquid waste mainly consisting of water and the organic solid waste mainly consisting of solids from the organic waste. Organic solid waste separated in the separation tank 200 is introduced into the crushing tank (300).

파쇄조(300)는 유기성 고상 폐기물을 잘게 파쇄하여 미생물과의 접촉이 용이하도록 하는 기능을 수행한다.The crushing tank 300 serves to crush the organic solid waste finely to facilitate contact with the microorganisms.

혐기성 소화조(400)는 유기성 폐기물로부터 바이오가스를 생산하는 장치로서, 파쇄조에서 파쇄된 유기성 폐기물은 투입관을 통하여 혐기성 소화조(400)로 유입된다. 혐기성 소화조의 구체적인 구성 및 효과는 이하에서 도 3 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명된다.Anaerobic digestion tank 400 is a device for producing biogas from organic waste, the organic waste shredded in the crushing tank is introduced into the anaerobic digestion tank 400 through the input pipe. Specific configurations and effects of the anaerobic digester will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 5 below.

황화수소 제거 장치(500)는 혐기성 소화조에서 생성된 비정화 바이오가스에 포함되어 있는 황화수소를 제거하는 기능을 수행하는 것으로서, 황화수소 제거 장치를 통해 황화수소가 제거된 정화 바이오가스는 바이오가스 저장조(600)로 유입된다. 황화수소 제거 장치에 대한 상세한 내용은 도 6 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명된다. The hydrogen sulfide removal device 500 performs the function of removing hydrogen sulfide contained in the unpurified biogas generated in the anaerobic digester, and the purified biogas in which the hydrogen sulfide is removed through the hydrogen sulfide removal device is the biogas storage tank 600. Inflow. Details of the hydrogen sulfide removal apparatus will be described in detail with reference to FIGS. 6 to 9.

메탄가스 고질화 장치(700)는 혐기성 소화조에서 생성된 이산화탄소 포함 바이오가스에서 이산화탄소를 제거하는 기능을 수행하는 것으로서, 메탄가스 고질화 장치를 통해 이산화탄소가 제거된 바이오가스는 바이오가스 저장조(600)로 유입된다. 메탄가스 고질화 장치에 대한 상세한 내용은 도 10을 참조하여 상세히 설명된다. The methane gas nitriding device 700 performs the function of removing carbon dioxide from the carbon dioxide-containing biogas generated in the anaerobic digester, and the biogas from which carbon dioxide is removed through the methane gas nitriding device is transferred to the biogas storage tank 600. Inflow. Details of the methane gas nitriding device will be described in detail with reference to FIG. 10.

바이오가스 저장조(600)는 메탄가스 고질화 장치(700)로부터 이송되어온 바이오가스를 저장하는 기능을 수행한다. 즉, 혐기성 소화조(400)로부터 생성된 침전물은 침전물 처리장으로 유입되며, 혐기성 소화조(400)로부터 생성된 이산화탄소 포함 바이오가스는 메탄가스 고질화 장치에서 이산회탄소가 제거된 후, 바이오가스 저장조로 유입되어 저장된다. The biogas storage tank 600 stores the biogas that has been transferred from the methane gas nitriding device 700. That is, the sediment generated from the anaerobic digester 400 is introduced into the sedimentation treatment plant, and the carbon dioxide-containing biogas generated from the anaerobic digester 400 is removed from the carbon dioxide nitrifier, and then introduced into the biogas storage tank. And stored.

한편, 바이오가스 저장조(600)에 저장된 고온의 바이오가스는 다양한 방법에 의해 전기 에너지로 변화되어 이용될 수 있다.Meanwhile, the high temperature biogas stored in the biogas storage tank 600 may be converted into electrical energy by various methods and used.

도 3은 본 발명에 적용되는 혐기성 소화조의 일실시예 구성도이다. 또한, 도 4는 본 발명에 적용되는 혐기성 소화조로부터 생산된 바이오가스의 생산량을 나타낸 예시도이며, 도 5는 본 발명에 적용되는 혐기성 소화조를 이용한 경우의 가축분 뇨 및 음식물쓰레기 혼합비에 따른 바이오가스의 생산량을 나타낸 예시도이다.Figure 3 is an embodiment configuration of an anaerobic digester applied to the present invention. In addition, Figure 4 is an exemplary view showing the production amount of the biogas produced from the anaerobic digester applied to the present invention, Figure 5 is a biogas according to the mixing ratio of livestock manure and food waste when using the anaerobic digester applied to the present invention Illustrated diagram showing the amount of production.

본 발명에 적용되는 혐기성 소화조는 도 3에 도시된 바와 같이, 제1온도에서 병원성 미생물을 제거하고 가수분해를 수행하는 제1혐기성 소화조(420), 제1혐기성 소화조로부터 이송되어온 폐기물을 제1온도보다 낮은 제2온도로 유지하면서 제1혐기성 소화조에서 미처리된 유기성폐기물을 바이오가스로 회수하는 제2혐기성 소화조(430), 제1혐기성 소화조와 제2혐기성 소화조의 외부 상단에 설치되어 태양열을 전기 에너지로 변환시켜 제1혐기성 소화조를 가열시키기 위한 태양전지(410) 및 상기 구성요소들의 기능을 제어하기 위한 제어부(440)를 포함하여 이루어진다. As shown in FIG. 3, the anaerobic digester applied to the present invention includes a first anaerobic digester 420 for removing pathogenic microorganisms and performing hydrolysis at a first temperature, and wastes conveyed from the first anaerobic digester at a first temperature. The second anaerobic digester 430 for recovering untreated organic waste from the first anaerobic digester as biogas while maintaining the temperature at a lower second temperature, is installed on the outer upper end of the first anaerobic digester and the second anaerobic digester to generate solar energy. And a control unit 440 for controlling the function of the solar cell 410 and the components for heating the first anaerobic digester.

태양전지(410)는 태양의 열에너지 또는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하여 제1혐기성 소화조를 가열시키는 기능을 수행한다. 즉, 제1혐기성 소화조(고온조) 및 제2혐기성 소화조(중온조)의 외부 상단에는 태양전지(태양광 집열판)가 설치되어, 제1혐기성 소화조를 가열시키는 에너지원으로 활용된다. 즉, 태양전지로부터 발생된 전기 에너지는 제1혐기성 소화조(410)를 가열시키는 기능을 수행하며, 제2혐기성 소화조(420)는 제1혐기성 소화조로부터 발생된 잠열, 예를 들어, 제1혐기성 소화조 자체로부터 발생된 열 또는 제1혐기성 소화조를 가열시킨 폐수의 온도를 그대로 이용함으로써, 별도의 가온이 없이 제2혐기성 소화조가 운영될 수 있다 즉, 본 발명은 제1혐기성 소화조(고온조)의 잠열을 이용하여 제2혐기성 소화조(중온 소화조)를 가열하는 것으로서, 제2혐기성 소화조를 가열시키기 위한 별도의 가온시스템이 요구되지 않는다는 특징을 가지고 있다. 부연하여 설명하면, 본 발명은 제1혐기성 소화조 및 제2혐기성 소화조의 외부 상단에 태양전지(태양광 집열판)를 설치 하여 제1혐기성 소화조를 가열시키기 위한 가온시스템의 에너지원으로 사용하는 한편, 제2혐기성 소화조(중온조)는 외부의 가온 없이 제1혐기성 소화조(고온조)의 폐열을 이용하여 적정한 온도로 조절하고 있으며, 이를 위해, 제1혐기성 소화조와 제2혐기성 소화조의 부피비는 약 1:4로 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명에 적용되는 제1혐기성 소화조와 제2혐기성 소화조의 반응조 부피는 최적의 온도 조절 및 에너지 이용의 극대화를 위해, 1:4 ~ 2:4로 구성되는 것이 바람직하다. The solar cell 410 performs a function of heating the first anaerobic digester by converting solar thermal energy or light energy into electrical energy. That is, a solar cell (photovoltaic heat collecting plate) is installed at an outer upper end of the first anaerobic digestion tank (high temperature tank) and the second anaerobic digestion tank (mid temperature tank), and is used as an energy source for heating the first anaerobic digestion tank. That is, the electrical energy generated from the solar cell serves to heat the first anaerobic digester 410, and the second anaerobic digester 420 is a latent heat generated from the first anaerobic digester, for example, the first anaerobic digester. By using the heat generated from itself or the temperature of the waste water heated the first anaerobic digester as it is, the second anaerobic digester can be operated without additional heating, that is, the latent heat of the first anaerobic digester (high temperature tank) By heating the second anaerobic digester (medium temperature digester), it is characterized in that a separate heating system for heating the second anaerobic digester is not required. In detail, the present invention provides a solar cell (photovoltaic heat collecting plate) on the outer upper end of the first anaerobic digester and the second anaerobic digester to use as an energy source of a heating system for heating the first anaerobic digester. 2 The anaerobic digestion tank (mid temperature tank) is controlled to an appropriate temperature by using the waste heat of the first anaerobic digestion tank (high temperature tank) without external heating, and for this purpose, the volume ratio of the first anaerobic digestion tank and the second anaerobic digestion tank is about 1: It is preferable to consist of four. That is, the reaction tank volume of the first anaerobic digestion tank and the second anaerobic digestion tank to be applied to the present invention is preferably composed of 1: 4 to 2: 4 for optimal temperature control and maximization of energy use.

제1혐기성 소화조(420)는 파쇄조 등으로부터 유입된 유기성 폐기물을 일정한 온도로 유지시킴으로써, 바이오가스를 생산하는 기능을 수행한다. 이러한 기능을 수행하는 제1혐기성 소화조는 고온인 제1온도로 유지되는 것으로서, 고온조라고도 한다. 여기서, 고온인 제1온도는 약 50 ~ 59℃로 유지되는 것이 바람직하다. 상기한 바와 같이, 제1혐기성 소화조는 제1혐기성 소화조 및 제2혐기성 소화조의 외부 상단에 설치되는 태양전지(태양 집열판)를 이용한 자연가온을 통해 가열되어, 유기성 폐기물에 포함되어 있는 병원성 미생물을 제거하는 한편, 가수분해를 촉진시켜 바이오가스의 생산량을 증가시키는 기능을 수행한다. 유기성 폐기물은 상기한 바와 같이 저장조(100), 분리조(200), 파쇄조(300) 등을 거친 것으로서, 유기성 폐기물은 가축분뇨와 음식물류폐기물의 혼합비가 80:20 ~ 40:60으로 유지되는 것이 바람직하다. 여기서, 유기성 폐기물은 태양전지로부터 제공받은 전기 에너지를 이용하여 가열된 제1혐기성 소화조에 의해 혐기성 미생물의 활성화에 적합한 온도에 도달하게 된다. 혐기성 미생물이 활성화되는 온도는 30℃~60℃ 정도가 바람직하며, 특히, 제1혐기성 소화조는 상기한 바와 같은 높은 온도로 유지되어 혐기성 미생물을 활성화시킨다. 한편, 제1혐기성 소화조(420)에는 혐기성 미생물과 유기성 폐기물이 잘 섞일 수 있도록 교반기가 설치될 수 있다. 즉, 제1혐기성 소화조로 유입된 유기성 폐기물은 교반기에 의해 소화조 내에서 완전혼합(CSTR) 형태로 순환되면서 혐기성 미생물과 혼합될 수 있으며, 이때, 유기성 폐기물이 소화 처리됨으로써 바이오가스가 형성된다. The first anaerobic digester 420 maintains the organic waste introduced from the crushing tank at a constant temperature, thereby performing a function of producing biogas. The first anaerobic digestion tank that performs this function is maintained at a high temperature of the first temperature, also referred to as a high temperature tank. Here, the first high temperature is preferably maintained at about 50 ~ 59 ℃. As described above, the first anaerobic digester is heated through natural heating using a solar cell (solar heat collecting plate) installed on the outer top of the first anaerobic digester and the second anaerobic digester to remove pathogenic microorganisms contained in the organic waste. On the other hand, it promotes hydrolysis to increase the production of biogas. The organic waste is passed through the storage tank 100, the separation tank 200, the crushing tank 300, as described above, the organic waste is a mixture ratio of livestock manure and food waste is maintained at 80:20 ~ 40:60 desirable. Here, the organic waste is brought to a temperature suitable for the activation of anaerobic microorganisms by the first anaerobic digester heated using the electrical energy provided from the solar cell. The temperature at which the anaerobic microorganism is activated is preferably about 30 ° C. to 60 ° C., in particular, the first anaerobic digester is maintained at a high temperature as described above to activate the anaerobic microorganism. On the other hand, the first anaerobic digester 420 may be installed with a stirrer to mix the anaerobic microorganisms and organic waste well. That is, the organic waste introduced into the first anaerobic digester can be mixed with the anaerobic microorganisms while being circulated in a complete mixture (CSTR) form in the digester by the stirrer, where the organic waste is digested to form biogas.

제2혐기성 소화조(420)는 제1혐기성 소화조로부터 유입된 유기성 폐기물을 일정한 중온으로 유지시킴으로써, 바이오가스를 추가적으로 생산하는 기능을 수행한다. 이러한 기능을 수행하는 제2혐기성 소화조는 제1혐기성 소화조의 제1온도보다 낮은 제2온도로 유지되는 것으로서, 중온조라고도 한다. 제2혐기성 소화조인 중온조는 상기한 바와 같이, 외부의 가온 없이 제1혐기성 소화조의 폐열을 이용하여 제2온도로 유지될 수 있다. 한편, 제2혐기성 소화조는 제1혐기성 소화조의 소화액의 수위차를 이용하여 소화액 이송 후 그 잠열을 이용하여 내부 온도가 30 ~ 40℃로 유지될 수 있으며, 액상 체류시간은 10~15± 5일로 유지되는 것이 바람직하다. 또한, 제2혐기성 소화조에도 제1혐기성 소화조와 마찬가지로 교반기가 설치될 수 있다.The second anaerobic digester 420 maintains the organic waste introduced from the first anaerobic digester at a constant medium temperature, thereby additionally producing biogas. The second anaerobic digester performing this function is maintained at a second temperature lower than the first temperature of the first anaerobic digester and is also referred to as a medium temperature tank. The middle anaerobic digestion tank, which is the second anaerobic digestion tank, may be maintained at the second temperature using waste heat of the first anaerobic digestion tank without external heating. On the other hand, the second anaerobic digester using the level of the digestive fluid of the first anaerobic digester after the digestion fluid transfer to the internal temperature can be maintained at 30 ~ 40 ℃ using the latent heat, the liquid residence time is 10 ~ 15 ± 5 days It is desirable to remain. In addition, a stirrer may be installed in the second anaerobic digester as in the first anaerobic digester.

즉, 본 발명에 따른 바이오가스 생산 장치는, 바이오가스 생산을 위한 종래의 혐기성 소화조를, 서로 다른 온도를 갖는 제1혐기성 소화조(고온조)(56℃) 및 제2혐기성 소화조(중온조)(36℃)로 2단 분리하여 구비하고 있다. 여기서, 제1혐기성 소화조(고온조)는 병원성 미생물을 제거하고 가수분해하여 바이오가스 생산효율을 증대시키는 기능을 수행하고 있으며, 후단의 제2혐기성 소화조(중온조)는 제1혐 기성 소화조에서 미처리된 유기물을 이용하여 바이오가스의 생산을 극대화시키는 기능을 수행하고 있다. That is, the biogas production apparatus according to the present invention is a conventional anaerobic digestion tank for biogas production, the first anaerobic digestion tank (high temperature tank) having a different temperature (56 ℃) and the second anaerobic digestion tank (mid temperature tank) ( 36 degreeC) and isolate | separates two steps and is equipped. Here, the first anaerobic digestion tank (high temperature tank) is to remove the pathogenic microorganisms and hydrolyze to increase the biogas production efficiency, the second anaerobic digestion tank (mid temperature tank) at the end of the first anaerobic digestion tank untreated The organic matter is used to maximize the production of biogas.

상기한 바와 같이 본 발명은 제1혐기성 소화조(410)인 고온조(56℃)를 이용하여 병원균을 사멸시키는 한편 가수분해 효율을 증대시키고 있고, 태양광을 이용한 가온으로 외부 투입 에너지원을 최소화하고 있으며, 제1혐기성 소화조의 잠열을 이용하여 제2혐기성 소화조(중온조)를 별도의 가온 시스템 없이 가열시키고 있다는 특징을 가지고 있다. 또한, 본 발명은 상기한 바와 같은 최적의 온도조절을 위해 제1혐기성 소화조와 제2혐기성 소화조의 부피비를 1:4 ~ 2:4로 구성하고 있다는 특징을 가지고 있다. As described above, the present invention kills pathogens by using a high temperature tank (56 ° C.), which is a first anaerobic digester 410, and increases hydrolysis efficiency, and minimizes external input energy source by heating with sunlight. In addition, the second anaerobic digester (mid temperature) is heated without a separate heating system by using the latent heat of the first anaerobic digester. In addition, the present invention is characterized in that the volume ratio of the first anaerobic digester and the second anaerobic digester for 1: 1 ~ 2: 4 for optimal temperature control as described above.

한편, 제어부(440)는 태양전지에서 발생된 전기 에너지를, 제1혐기성 소화조를 가열시키는 히터 등의 가열장치로 공급하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 제어부는 유기성 폐기물 또는 바이오가스 등을 유입 또는 유출시키기 위해 제1혐기성 소화조 또는 제2혐기성 소화조에 구비되어 있는 각종 벨브의 온오프를 제어하는 기능을 수행할 수 있다. The controller 440 may perform a function of supplying electrical energy generated from the solar cell to a heating device such as a heater for heating the first anaerobic digester. In addition, the controller may perform a function of controlling the on / off of various valves provided in the first anaerobic digester or the second anaerobic digester in order to introduce or discharge organic waste or biogas.

도 6는 본 발명에 적용되는 황화수소 제거 장치의 일실시예 구성도이고, 도 7은 도 1에 도시된 혐기성 소화조에서 생산된 비정화 바이오가스 중 황화수소 발생량을 나타낸 그래프이고, 도 8은 본 발명에 적용되는 황화수소 제거 장치에서에서의 황화수소 제거량을 나타낸 그래프이며, 도 9는 본 발명에 적용되는 황화수소 제거 장치의 통과 전후의 바이오가스의 성분 변화를 나타낸 도표이다.Figure 6 is a configuration diagram of an embodiment of the hydrogen sulfide removal apparatus applied to the present invention, Figure 7 is a graph showing the hydrogen sulfide generation amount in the unpurified biogas produced in the anaerobic digester shown in Figure 1, Figure 8 is a present invention It is a graph which shows the amount of hydrogen sulfide removal in the hydrogen sulfide removal apparatus applied, FIG. 9 is a chart which shows the component change of the biogas before and after the passage of the hydrogen sulfide removal apparatus applied to this invention.

황화수소 제거장치(500)는 혐기성 소화조(400) 및 메탄가스 고질화 장 치(700)의 중간에 구비되며, 혐기성 소화조(400)에서 생성된 비정화 바이오가스에서 황화수소를 제거시킨 후, 황화수소가 제거된 정화 바이오가스를 메탄가스 고질화 장치(700)로 배출하기 위한 것으로서, 본 발명에 따른 황화수소 제거 장치(500)는 도 6에 도시된 바와 같이, 혐기성 소화조로부터 유입된 비정화 바이오가스와 미생물을 배양하기 위한 배지(520)가 담겨져 있는 반응조(510), 혐기성 소화조로부터 이송되어온 비정화 바이오가스를 차단하거나 반응조 내부로 유입시키기 위한 제1벨브(530), 공기를 차단하거나 반응조 내부로 유입시키기 위한 제2벨브(540), 반응조에서 생성된 순환 바이오가스를 차단하거나 또는 배출하기 위한 제4벨브(570), 순환 바이오가스가 반응조로 재유입되는 것을 차단하거나 유입시키기 위한 제5벨브(550), 반응조에서 생성된 정화 바이오가스를 메탄가스 고질화 장치(700)로 배출시키거나 차단시키기 위한 제3벨브(580) 및 상기 벨브들의 온오프를 제어하기 위한 제어부(560)를 포함하여 구성된다.Hydrogen sulfide removal device 500 is provided in the middle of the anaerobic digestion tank 400 and the methane gas nitriding device 700, after removing hydrogen sulfide from the unpurified biogas generated in the anaerobic digestion tank 400, hydrogen sulfide is removed As the discharged purified biogas is discharged to the methane gas nitriding device 700, the hydrogen sulfide removal device 500 according to the present invention as shown in Figure 6, the unpurified biogas and microorganisms introduced from the anaerobic digester Reactor 510 containing the culture medium 520 for cultivation, the first valve 530 for blocking or introducing the unpurified biogas transferred from the anaerobic digestion tank, to block the air or to enter the reactor The second valve 540, the fourth valve 570 for blocking or discharging the circulating biogas generated in the reactor, the circulating biogas is re-introduced into the reactor The fifth valve 550 for blocking or introducing the gas, the third valve 580 for discharging or blocking the purified biogas generated in the reaction tank to the methane gas nitriding device 700, and controlling on / off of the valves. It is configured to include a control unit 560 for.

여기서, 상기 황화수소 제거용 미생물을 배양하기 위해 상기 반응조에 담겨져 있는 상기 배지의 온도는, 20± 5℃로 설정되는 것이 바람직하다.Here, the temperature of the medium contained in the reaction tank for culturing the microorganism for removing hydrogen sulfide is preferably set to 20 ± 5 ℃.

즉, 본 발명은 혐기성 소화조(400)의 후단에 구성되는 것으로서, 비정화 바이오가스로부터 황화수소를 제거하기 위한 미생물을 배양하는 배지(520)로 혐기 소화액을 이용하며, 이러한 혐기 소화액은 반응조 내부에 담겨져 이용된다. That is, the present invention is configured in the rear end of the anaerobic digestion tank 400, using the anaerobic digestion liquid as a medium 520 for culturing microorganisms for removing hydrogen sulfide from unpurified biogas, such anaerobic digestion liquid is contained in the reaction tank Is used.

한편, 본 발명에서는 황화수소 제거용 미생물의 성장 및 공기에 의한 황화수소 제거를 위한 최적의 산화환원전위가 -10mV ~ -70mV로 유지되는 것이 바람직하다. On the other hand, in the present invention, it is preferable that the optimum redox potential for growth of microorganisms for removing hydrogen sulfide and removal of hydrogen sulfide by air is maintained at -10 mV to -70 mV.

또한, 본 발명은 황화수소제거장치(500)로 주입된 공기를 이용하여 화학적 메카니즘에 의해 황화수소를 제거하는 한편, 주입된 공기를 2차적으로 미생물 성장을 위한 공여체로서 이용하여, 미생물에 의해 일부 황화수소가 제거된다. 또한, 황화수소제거장치로부터 발생된 바이오가스와 황화수소제거장치로 주입된 공기를 재순환시킴으로써, 황화수소 제거율을 극대화활 수 있다 즉, 본 발명은 비정화 바이오가스 중에 존재하는 황화수소를 제거하기 위한 목적으로, 배지(혐기 소화액 또는 혐기 폐액)(520)에 존재하는 미생물을 활성화하기 위해, 소량의 공기를 주입하는 생물학적 방법을 이용하는 것으로서, 혐기성 소화조에서 생성된 비정화 바이오가스가 바이오가스 저장조(포집백)로 이동하기 전에, 재순환된 순환 바이오가스와 공기를 주입하여 비정화 바이오가스로부터 황화수소를 제거하는 기능을 수행한다.In addition, the present invention removes hydrogen sulfide by a chemical mechanism using the air injected into the hydrogen sulfide removal device 500, while using the injected air as a donor for the growth of microorganisms, some hydrogen sulfide is Removed. In addition, by recycling the biogas generated from the hydrogen sulfide removal device and the air injected into the hydrogen sulfide removal device, the hydrogen sulfide removal rate can be maximized. That is, the present invention provides a medium for removing hydrogen sulfide present in unpurified biogas. (Aerobic digestion fluid or anaerobic waste fluid) By using a biological method of injecting a small amount of air to activate the microorganisms present in the (520), the unpurified biogas generated in the anaerobic digester is transferred to a biogas storage tank (collection bag) Before, the recycled circulating biogas and air are injected to remove hydrogen sulfide from the unpurified biogas.

부연하여 설명하면 본 발명은, 혐기성 소화조의 혐기 소화액을 이용하여 배지(520)로 이용하고, 반응조에서 황화수소 제거용 미생물을 배양하는 한편, 화학적 황화수소 제거 및 생물학적 황제거 미생물 배양을 위한 최적 산화환원 전위로서 -10mV ~ -70mV를 유지하고 있으며, 황화수소 제거를 극대화하기 위해, 미세 공기투입방식 및 바이오가스 재순환 방식을 이용함으로써, 메탄 가스(정화 바이오가스)의 수율을 증대시키고, 연속운전이 가능하도록 한다는 특징을 가지고 있다. In detail, the present invention, using the anaerobic digestion liquid of the anaerobic digestion tank as a medium 520, while culturing the microorganisms for hydrogen sulfide removal in the reaction tank, while the optimal redox potential for chemical hydrogen sulfide removal and biological sulfur removal microorganism culture In order to maximize the removal of hydrogen sulfide, it is possible to increase the yield of methane gas (purified biogas) and to enable continuous operation by using a fine air input method and a biogas recirculation method to maximize hydrogen sulfide removal. Has characteristics.

한편, 종래의 공기주입을 이용한 황화수소 제거 방법은 일부 알려져 있으나, 본 발명은 공기주입방식과 황화수소 제거용 미생물을 배양하기 위한 최적의 공기 주입량과 잉여 공기를 최대한 활용하는 것으로서, 공기 주입과 바이오가스 재순환으로 메탄가스의 수율을 극대화할 수 있는 새로운 형태의 기술이다. Meanwhile, some methods of removing hydrogen sulfide using conventional air injection are known, but the present invention utilizes an optimal amount of air injection and surplus air for culturing microorganisms for removing air sulfide and hydrogen sulfide, and injecting air and recycling biogas. This is a new type of technology that can maximize the yield of methane gas.

즉, 본 발명은 최적 공기주입으로 에너지 투입량을 최소화하고, 메탄가스의 수율을 극대화할 수 있다는 특징을 가지고 있다. That is, the present invention has the feature that it is possible to minimize the energy input by optimizing the air injection, maximizing the yield of methane gas.

도 10은 본 발명에 적용되는 메탄가스 고질화 장치의 일실시예 구성도이다.10 is a configuration diagram of an embodiment of a methane gas nitriding device applied to the present invention.

메탄가스 고질화 장치(700)는 황화수소 제거 장치(500) 및 바이오가스 저장조(600)의 중간에 구비되어, 황화수소 제거 장치에서 생성된 이산화탄소 포함 바이오가스에서 이산화탄소를 제거시킨 후, 이산화탄소가 제거된 바이오가스를 바이오가스 저장소(600)로 배출하기 위한 것으로서,The methane gas nitriding device 700 is provided in the middle of the hydrogen sulfide removal device 500 and the biogas storage tank 600 to remove carbon dioxide from the carbon dioxide-containing biogas generated by the hydrogen sulfide removal device, and then remove the carbon dioxide. As to discharge the gas to the biogas reservoir 600,

본 발명에 적용되는 메탄가스 고질화 장치(700)는 도 10에 도시된 바와 같이, 공급수를 정화시키기 위한 정화부(MF)(720), 정화부로부터 유입된 정화수가 담겨져 있으며 황화수소 제거 장치로부터 이산화탄소 포함 바이오가스를 유입받는 반응조(710), 정화수에 초음파를 가하여 반응조 내부에 수증기를 발생시키기 위한 초음파 발생부(730) 및 반응조 내부에 장착되어 이산화탄소 포함 바이오가스의 이동 경로를 형성하기 위한 격벽(740)을 포함하여 구성되어 있다. As illustrated in FIG. 10, the methane gas nitriding device 700 applied to the present invention includes a purifying unit (MF) 720 for purifying the feed water, and the purified water introduced from the purifying unit is contained therein. Reactor 710 receiving the carbon dioxide containing biogas, an ultrasonic generator 730 for generating water vapor in the reaction tank by applying ultrasonic waves to the purified water and a partition wall mounted inside the reactor to form a movement path of the carbon dioxide-containing biogas ( 740 is configured.

정화부(720)는 반응조로 유입되는 공급수를 정화시키기 위한 것으로서, 멤브레인 필터(MF)로 구성될 수 있다. 즉, 멤브레인 필터는 0.0001 미크론의 중금속과 바이러스, 이온성분, 미생물 등의 오염물질을 제거하는 기능을 수행하는 것으로서, 정화부를 이용한 공급수의 정화 처리를 통하여, 수증기의 이산화탄소 흡수효율을 증대시킬 수 있다. The purification unit 720 is for purifying the feed water flowing into the reaction tank, it may be composed of a membrane filter (MF). In other words, the membrane filter removes 0.0001 microns of heavy metals and contaminants such as viruses, ions, and microorganisms. The membrane filter can increase the carbon dioxide absorption efficiency of water vapor through the purification of the feed water using a purification unit. .

반응조(710)는 정화부로부터 정화수를 유입받아 저장하고 있으며, 황화수소 제거 장치로부터 이산화탄소 포함 바이오가스를 유입받기 위한 가스 유입관, 이산 화탄소가 제거된 바이오가스를 배출하기 위한 가스 배출관, 일정 기간 동안 사용된 정화수를 배출하기 위한 정화수 배출관을 포함하고 있으며, 정화수가 담겨져 있는 부분에는 초음파 발생부가 장착되어 있다. 또한, 반응조의 상단 및 하단에는 다수의 격벽이 지그재그 형태로 부착되어 있어서, 이산화탄소 포함 바이오가스가 반응조 내부를 흐르는 동안, 수증기와 보다 많이 접촉될 수 있다.Reactor 710 receives and stores purified water from the purification unit, the gas inlet pipe for receiving carbon dioxide containing biogas from the hydrogen sulfide removal device, the gas discharge pipe for discharging the carbon dioxide is removed, used for a certain period of time It includes a purified water discharge pipe for discharging the purified water, the portion containing the purified water is equipped with an ultrasonic generator. In addition, a plurality of partition walls are attached to the top and bottom of the reaction vessel in a zigzag form, so that the carbon dioxide-containing biogas may be in contact with water vapor more while flowing inside the reactor.

초음파 발생부(730)는 정화수에 초음파를 가하여 반응조 내부에 수증기를 발생시키는 기능을 수행한다. 즉, 본 발명은 반응조내의 정화수(수증기)의 표면적을 증대하기 위하여, 초음파 발생부로, 판형 초음파 발생장치를 이용하고 있다는 특징을 가지고 있다. 부연하여 설명하면, 본 발명은 초음파 발생부를 이용하여 정화수를 수증기로 변환시킴으로써, 반응조 내부로 유입된 이산화탄소 포함 바이오가스가 수증기에 보다 많이 포집될 수 있도록 하고 있다. 즉, 본 발명은 판형 초음파 장치를 이용하여 반응조 내부의 정화수의 표면적을 증대시킴으로써, 이산화탄소의 포집율을 향상시킬 수 있다. 한편, 본 발명에서 초음파 발생부로 이용되는 초음파 발생장치는, 현재 일반적으로 이용되고 있는 초음파 발생장치가 적용될 수 있기 때문에 초기 투자비용이 낮고, 연속운전이 가능하다는 특징을 가지고 있으며, 특히, 초음파를 이용함으로써, 실온(상온)에서도(1520℃) 수증기를 발생시켜 이산화탄소를 용해시킬 수 있다는 특징을 가지고 있다. 즉, 본 발명에 적용되는 초음파 발생부는 공급수의 온도(20℃)(상온) 부근에서 동작되어 수증기를 발생시킬 수 있다는 특징을 가지고 있다. 즉, 본 발명은 판형 초음파 발생장치를 이용함으로써, 반응조 내에 공급되는 정화수의 표면적 확대를 위한 수증기 발생 온도 조건을 1520℃로 유지 할 수 있다는 특징을 가지고 있다. The ultrasonic generator 730 performs the function of generating water vapor in the reaction tank by applying ultrasonic waves to the purified water. That is, the present invention is characterized in that a plate-shaped ultrasonic wave generator is used as the ultrasonic wave generator in order to increase the surface area of purified water (steam) in the reaction tank. In detail, the present invention converts the purified water into water vapor using an ultrasonic wave generator, so that more carbon dioxide-containing biogas introduced into the reactor can be collected in the water vapor. That is, the present invention can improve the collection rate of carbon dioxide by increasing the surface area of the purified water in the reaction tank using the plate-shaped ultrasonic device. On the other hand, the ultrasonic generator used as the ultrasonic generator in the present invention is characterized by low initial investment costs, continuous operation is possible because the ultrasonic generator is generally used can be applied, in particular, using ultrasonic This allows the generation of water vapor even at room temperature (at room temperature) to dissolve carbon dioxide. That is, the ultrasonic wave generation unit to be applied to the present invention has a characteristic of generating water vapor by being operated near a temperature (20 ° C) (room temperature) of the feed water. That is, the present invention has the feature that the steam generation temperature condition for expanding the surface area of the purified water supplied into the reaction tank can be maintained at 1520 ° C by using the plate-shaped ultrasonic wave generator.

격벽(740)은 반응조 내부에 장착되어 이산화탄소 포함 바이오가스의 이동 경로를 형성하기 위한 것으로서, 상기한 바와 같이, 반응조의 상단 및 하단에 지그재그 형태로 부착되어 있어서, 이산화탄소 포함 바이오가스가 반응조 내부를 흐르는 동안, 수증기와 보다 많이 접촉될 수 있도록 하는 기능을 수행한다. 즉, 격벽은 반응조로 유입되는 이산화탄소 포함 바이오가스와 정화수(수증기)의 접촉을 원활하게 하고, 이산화탄소 포함 바이오가스의 반응조 내부에서의 체류시간을 증대시킬 수 있다는 특징을 가지고 있다. The partition wall 740 is mounted inside the reactor to form a movement path of the carbon dioxide-containing biogas. As described above, the partition wall 740 is attached to the top and bottom of the reactor in a zigzag form, such that the carbon dioxide-containing biogas flows inside the reactor. While, it performs a function that allows more contact with water vapor. That is, the partition wall has a feature that facilitates contact between the carbon dioxide-containing biogas flowing into the reaction tank and the purified water (steam) and increases the residence time in the reaction tank of the carbon dioxide-containing biogas.

상기한 바와 같은 메탄가스 고질화 장치(700)에 의하면, 이산화탄소 포함 바이오가스에서 이산화탄소를 제거시킴으로써, 바이오가스에 함유된 메탄의 함량을 95% 이상으로 유지할 수 있게 된다. According to the methane gas nitriding apparatus 700 as described above, by removing the carbon dioxide from the carbon dioxide-containing biogas, the content of methane contained in the biogas can be maintained at 95% or more.

즉, 본 발명은 초음파 발생부를 이용하여 정화수를 수증기로 변환시킴으로써, 정화수의 표면적을 증대시켜 이산화탄소의 포집율을 향상시킬 수 있으며, 이로 인하여, 바이오가스의 메탄가스 함량을 증대시킬 수 있다는 특징을 가지고 있다. 또한, 본 발명은 향상된 에너지 생산효율을 도출시킬 수 있으며, 포집된 이산화탄소를 재활용할 수 있다는 특징을 가지고 있다. That is, the present invention converts the purified water into water vapor using an ultrasonic generator, thereby increasing the surface area of the purified water and improving the capture rate of carbon dioxide, thereby increasing the methane gas content of the biogas. have. In addition, the present invention can lead to improved energy production efficiency, it is characterized in that the collected carbon dioxide can be recycled.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification, but should be defined by the claims.

도 1은 본 발명에 따른 바이오가스 생산 시스템을 적용하여 바이오가스를 생산하는 전체 시스템의 구성을 나타낸 예시도.1 is an exemplary view showing the configuration of an entire system for producing biogas by applying the biogas production system according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 바이오가스 생산 시스템의 구성을 나타낸 예시도.Figure 2 is an exemplary view showing the configuration of a biogas production system according to the present invention.

도 3은 본 발명에 적용되는 혐기성 소화조의 일실시예 구성도.Figure 3 is an embodiment configuration of an anaerobic digester applied to the present invention.

도 4는 본 발명에 적용되는 혐기성 소화조로부터 생산된 바이오가스의 생산량을 나타낸 예시도.Figure 4 is an exemplary view showing the amount of biogas produced from the anaerobic digestion tank applied to the present invention.

도 5는 본 발명에 적용되는 혐기성 소화조를 이용한 경우의 가축분뇨 및 음식물쓰레기 혼합비에 따른 바이오가스의 생산량을 나타낸 예시도.Figure 5 is an exemplary view showing the production of biogas according to the mixing ratio of livestock manure and food waste when using an anaerobic digester applied to the present invention.

도 6는 본 발명에 적용되는 황화수소 제거 장치의 일실시예 구성도.Figure 6 is a configuration diagram of one embodiment of the hydrogen sulfide removal apparatus applied to the present invention.

도 7은 도 1에 도시된 혐기성 소화조에서 생산된 비정화 바이오가스 중 황화수소 발생량을 나타낸 그래프.7 is a graph showing the amount of hydrogen sulfide generation in the unpurified biogas produced in the anaerobic digester shown in FIG.

도 8은 본 발명에 적용되는 황화수소 제거 장치에서에서의 황화수소 제거량을 나타낸 그래프.8 is a graph showing the amount of hydrogen sulfide removal in the hydrogen sulfide removal apparatus applied to the present invention.

도 9는 본 발명에 적용되는 황화수소 제거 장치의 통과 전후의 바이오가스의 성분 변화를 나타낸 도표.9 is a chart showing the changes in the components of the biogas before and after the passage of the hydrogen sulfide removal apparatus applied to the present invention.

도 10은 본 발명에 적용되는 메탄가스 고질화 장치의 일실시예 구성도.10 is a configuration diagram of an embodiment of a methane gas nitriding apparatus applied to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

400 : 혐기성 소화조 410 : 태양전지400: anaerobic digester 410: solar cell

420 : 제1혐기성 소화조 430 : 제2혐기성 소화조420: first anaerobic digester 430: second anaerobic digester

440 : 제어부440: control unit

Claims (6)

유기성 폐기물 내에 존재하는 병원성 미생물을 제거하고 상기 유기성 폐기물을 가수분해하여 바이오가스를 생산하기 위해 제1온도로 가열되는 제1혐기성 소화조;A first anaerobic digester which is heated to a first temperature to remove pathogenic microorganisms present in the organic waste and hydrolyze the organic waste to produce biogas; 상기 제1혐기성 소화조로부터 이송되어온 유기성 폐기물을 상기 제1온도보다 낮은 제2온도로 유지하면서, 상기 이송되어온 유기성 폐기물로부터 바이오가스를 회수하기 위한 제2혐기성 소화조; A second anaerobic digestion tank for recovering biogas from the transported organic waste while maintaining the organic waste transported from the first anaerobic digester at a second temperature lower than the first temperature; 상기 제1혐기성 소화조와 제2혐기성 소화조의 외부 상단에 설치되어 태양열을 전기 에너지로 변환시켜 상기 제1혐기성 소화조를 가열시키기 위한 태양전지; 및A solar cell installed at an outer upper end of the first anaerobic digester and the second anaerobic digester to convert solar heat into electric energy to heat the first anaerobic digester; And 상기 제1혐기성 소화조 또는 상기 제2혐기성 소화조에서 생성된 비정화 바이오가스에 포함되어 있는 황화수소를 제거하기 위한 황화수소 제거 장치를 포함하는 바이오가스 생산 시스템.Biogas production system comprising a hydrogen sulfide removal device for removing hydrogen sulfide contained in the unpurified biogas produced in the first anaerobic digester or the second anaerobic digester. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 황화수소 제거 장치에서 생성된 이산화탄소 포함 바이오가스에서 이산화탄소를 제거하기 위한 메탄가스 고질화 장치를 더 포함하는 바이오가스 생산 시스템.And a methane gas nitriding device for removing carbon dioxide from the carbon dioxide-containing biogas generated by the hydrogen sulfide removal device. 유기성 폐기물 내에 존재하는 병원성 미생물을 제거하고 상기 유기성 폐기물을 가수분해하여 바이오가스를 생산하기 위해 제1온도로 가열되는 제1혐기성 소화조;A first anaerobic digester which is heated to a first temperature to remove pathogenic microorganisms present in the organic waste and hydrolyze the organic waste to produce biogas; 상기 제1혐기성 소화조로부터 이송되어온 유기성 폐기물을 상기 제1온도보다 낮은 제2온도로 유지하면서, 상기 이송되어온 유기성 폐기물로부터 바이오가스를 회수하기 위한 제2혐기성 소화조; A second anaerobic digestion tank for recovering biogas from the transported organic waste while maintaining the organic waste transported from the first anaerobic digester at a second temperature lower than the first temperature; 상기 제1혐기성 소화조와 제2혐기성 소화조의 외부 상단에 설치되어 태양열을 전기 에너지로 변환시켜 상기 제1혐기성 소화조를 가열시키기 위한 태양전지; 및A solar cell installed at an outer upper end of the first anaerobic digester and the second anaerobic digester to convert solar heat into electric energy to heat the first anaerobic digester; And 상기 제1혐기성 소화조 또는 상기 제2혐기성 소화조에서 생성된 이산화탄소 포함 바이오가스에서 이산화탄소를 제거하기 위한 메탄가스 고질화 장치를 포함하는 바이오가스 생산 시스템.Biogas production system comprising a methane gas nitriding device for removing carbon dioxide from the carbon dioxide-containing biogas produced in the first anaerobic digester or the second anaerobic digester. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 제1혐기성 소화조 또는 상기 제2혐기성 소화조에서 생성된 비정화 바이오가스에 포함되어 있는 황화수소를 제거한 후, 황화수소가 제거된 상기 이산화탄소 포함 바이오가스를 상기 메탄가스 고질화 장치로 전송하기 위한 황화수소 제거 장치를 포함하는 바이오가스 생산 시스템.Hydrogen sulfide removal device for transmitting the carbon dioxide-containing biogas from which hydrogen sulfide is removed to the methane gas nitriding device after removing hydrogen sulfide contained in the unpurified biogas generated in the first anaerobic digester or the second anaerobic digester Biogas production system comprising a. 유기성 폐기물 내에 존재하는 병원성 미생물을 제거하고 상기 유기성 폐기물을 가수분해하여 바이오가스를 생산하기 위해 제1온도로 가열되는 제1혐기성 소화조; A first anaerobic digester which is heated to a first temperature to remove pathogenic microorganisms present in the organic waste and hydrolyze the organic waste to produce biogas; 상기 제1혐기성 소화조로부터 이송되어온 유기성 폐기물을 상기 제1온도보다 낮은 제2온도로 유지하면서, 상기 이송되어온 유기성 폐기물로부터 바이오가스를 회수하기 위한 제2혐기성 소화조; A second anaerobic digestion tank for recovering biogas from the transported organic waste while maintaining the organic waste transported from the first anaerobic digester at a second temperature lower than the first temperature; 상기 제1혐기성 소화조와 제2혐기성 소화조의 외부 상단에 설치되어 태양열을 전기 에너지로 변환시켜 상기 제1혐기성 소화조를 가열시키기 위한 태양전지;      A solar cell installed at an outer upper end of the first anaerobic digester and the second anaerobic digester to convert solar heat into electric energy to heat the first anaerobic digester; 상기 제1혐기성 소화조 또는 제2혐기성 소화조로부터 유입된 비정화 바이오가스와, 황화수소 제거용 미생물을 배양하기 위한 배지가 담겨져 있는 반응조;     A reaction tank containing an unpurified biogas introduced from the first anaerobic digester or the second anaerobic digester and a medium for culturing the microorganism for removing hydrogen sulfide; 혐기성 소화조로부터 이송되어온 비정화 바이오가스를 차단하거나 상기 반응조 내부로 유입시키기 위한 제1벨브;A first valve for blocking or introducing the unpurified biogas transferred from the anaerobic digestion tank into the reactor; 공기를 차단하거나 반응조 내부로 유입시키기 위한 제2벨브;A second valve for blocking air or flowing into the reactor; 반응조에서 생성된 정화 바이오가스를 메탄가스 고질화 장치로 배출시키거나 차단시키기 위한 제3벨브;A third valve for discharging or blocking the purified biogas generated in the reactor to the methane gas nitriding device; 반응조에서 생성된 순환 바이오가스를 차단하거나 배출하기 위한 제4벨브;A fourth valve for blocking or discharging the circulating biogas generated in the reactor; 순환 바이오가스가 반응조로 재유입되는 것을 차단하거나 유입시키기 위한 제5벨브(550);A fifth valve 550 for blocking or introducing the circulating biogas into the reactor; 상기 벨브들의 온오프를 제어하기 위한 제어부; 및A controller for controlling on / off of the valves; And 상기 제3벨브를 통해 배출된 이산화탄소 포함 바이오가스에서 이산화탄소를 제거하기 위한 메탄가스 고질화 장치를 포함하는 바이오가스 생산 시스템.Biogas production system comprising a methane gas nitriding device for removing carbon dioxide from the carbon dioxide containing biogas discharged through the third valve. 삭제delete
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