KR102625530B1 - 하이브리드 바이오가스 생성 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하이브리드 바이오가스 생성 시스템에 관한 것으로, 상부에 암모니아 가스 생산조를 두고 직하방에 이산화탄소 흡수조를 마련하여 가축분뇨의 혐기 처리에서 배출되는 바이오 가스와 폐수를 하나의 하우징으로 적은 공간에서 암모니아 제거와 이산화탄소 흡수를 할 수 있으며, 암모니아 가스 생산조에서 암모니아를 중력식으로 낙하하면서 탈기할 수 있고, 상단의 암모니아 가스 생산조에서 암모니아가 제거된 제1유출수를 별도 구동장치 없이 이산화탄소 흡수조로 공급하여 암모니아 탈기와 강염기의 제1유출수를 중성화된 제2유출수로 변화시킬때에 에너지 절감을 할 수 있는 하이브리드 바이오가스 생성 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 농림축산식품부의 재원으로 녹림식품기술기획평가원의 "농가소득 창출을 위한 한우와 젖소 가축분뇨를 활용한 농가 마을단위 바이오가스-암모니아 발전기술 개발" 사업의 지원을 받아 연구되었다(과제고유번호 : 1545028287, 세부과제번호 : 00233134).
본 발명은 농림축산식품부의 재원으로 녹림식품기술기획평가원의 "농가소득 창출을 위한 한우와 젖소 가축분뇨를 활용한 농가 마을단위 바이오가스-암모니아 발전기술 개발" 사업의 지원을 받아 연구되었다(과제고유번호 : 1545028287, 세부과제번호 : 00233134).
Description
본 발명은 하이브리드 바이오가스 생성 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상부에 암모니아 가스 생산조를 두고 직하방에 이산화탄소 흡수조를 마련하여 가축분뇨의 혐기 처리에서 배출되는 바이오 가스와 폐수를 하나의 하우징으로 적은 공간에서 암모니아 제거와 이산화탄소 흡수를 할 수 있는 하이브리드 바이오가스 생성 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 농림축산식품부의 재원으로 녹림식품기술기획평가원의 "농가소득 창출을 위한 한우와 젖소 가축분뇨를 활용한 농가 마을단위 바이오가스-암모니아 발전기술 개발" 사업의 지원을 받아 연구되었다(과제고유번호 : 1545028287, 세부과제번호 : 00233134).
음식물 폐기물 또는 축산 농가에서 유출되는 축사분뇨의 처리는 소각, 매립, 재활용 기술로 나눌 수 있으며, 재활용 기술은 사료화와 퇴비화 등으로 구분되고 있다.
이러한 유기성 폐기물의 처리에서 소각의 경우 낮은 발열량과 수분 함유로 인한 불완전 연소 등에 의한 다이옥신 발생으로 2차 공해를 유발하여 환경을 오염시키는 심각한 문제점으로 사양화된 기술이며, 사료화 기술은 자원의 재활용이란 관점에서 가장 많이 보급된 기술이지만 처리 과정에서 매우 까다로운 절차가 필요한 기술로 많은 문제점이 따르고 있다.
또한 퇴비화 기술은 호기성 처리방법과 혐기성 처리방법이 있으나 호기성 처리 방법은 호기성 미생물의 호흡을 원활히 해주기 위한 수분 조절제(톱밥 등)의 사용을 필수로 요구하여 경제성이 떨어지고 대기오염 문제가 발생하는 단점이 있는 반면, 혐기성 처리 방법은 대기와 차단되어 악취 문제가 해결될 뿐 아니라 혐기성 처리 과정에서 활용 가능한 바이오가스(메탄 성분이 약 70%)가 발생하여 이를 이용한 바이오가스 발전이 가능한 장점이 있다.
이와 같이 유기성 폐기물을 이용한 에너지 자원화 방안은 환경 보존 및 신재생 에너지원이라는 관점에서 주목받고 지속적으로 개발되고 있으며, 유기성 폐기물을 혐기성 소화시켜 바이오가스를 생산하는 방법으로 생산된 바이오가스를 전기, 열에너지로 전환하여 사용할 수 있고 부산물로 비료 등으로 사용할 수 있기 때문에 그 활용도가 높아 지속적인 개발이 요구되고 있다.
이처럼 가축분뇨, 음식물 쓰레기 등의 고농도 유기성 폐기물을 처리하는 혐기성 소화조와 매립지에서는 유기 물질이 혐기성 상태에서 분해되면서 바이오가스가 발생되고, 이러한 바이오가스의 주성분은 메탄(50~70%)과 이산화탄소(30~50%)이며, 황화수소를 비롯한 암모니아, 수소, 질소, 휘발성 유기화합물 및 실록산 등의 불순 물질이 미량 포함되어 있는데, 그 원료물질인 유기성 폐기물은 인간활동과 각종 산업 활동을 통해 끊임없이 발생되므로 발생량은 지속적으로 증가하고 있다.
바이오가스는 메탄이 주성분이기 때문에 가연성 물질로서 에너지원으로 사용이 가능하지만, 메탄 함량이 천연가스에 비해 거의 절반 수준으로 낮고 불순가스가 많아 주로 보일러, 열병합 발전 등 전기나 열을 생산하는 공정의 연료로서 제한된 용도로만 사용되고 있다.
하지만 최근 유럽을 중심으로 바이오가스의 단순 이용보다는 고급화를 위해 메탄의 비율을 높이고 불순가스를 제거한 바이오메탄을 연료로 이용하려는 경향이 확대되고 있다.
바이오메탄은 메탄농도가 97% 이상, 산소, 질소 농도가 3% 이하, 황화수소, 실록산 등이 제한 수준 이내로 포함된 가스로 그 열량이 천연가스의 약85% 수준이지만, 가정이나 교통수단, 발전시설 등 기존 천연가스가 사용되는 곳에 모두 사용될 수 있다.
이와 같은 바이오가스의 정제는 바이오가스에 함유된 황화수소, 실록산 및 기타 불순물들을 제거하는 전처리공정과, 이산화탄소 및 잔존하는 불순물들을 제거하는 바이오메탄 정제공정으로 분류되는데, 바이오메탄의 정제방법으로는 일반적으로 흡수법, 흡착법 및 멤브레인법 등이 알려져 있다.
최근들어 국내에서도 다수의 특허가 출원되고, 바이오메탄을 정제하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있으나, 아직까지 상용화에 어려움을 겪고 있으며 대부분 외국으로부터 기술 및 시스템을 도입하여 실시하고 있다.
이와 같이 가축분뇨에서 메탄가스를 추출하여 전기 및 열을 생산하여 활용하거나 전력 및 열 판매 수입, 기타 유기성폐기물 반입 수수료 등 추가수입원 확보가 가능한 바이오가스화 기술에 대한 필요성이 대두되고 있다.
가축분뇨를 처리하여 바이오 가스를 생산하는 시스템은 암모니아 탈기와 이산화탄소 흡수를 필수 요건으로 하는데, 암모니아 탈기탑이나 이산화탄소 흡수탑은 넓은 공간을 요구하는 것이어서 소규모 축산 농가에서 설치하기 어려웠다.
또한, 암모니아 탈기와 이산화탄소 흡수에는 다수의 펌프와 콤프레샤를 계속하여 사용하여야 해서 에너지 소비가 많고 이들 구동장치를 설치하기 위한 공간이 요구되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 상부에 암모리나 탈기를 통한 암모니아 가스 생산조를 두고 직하방에 이산화탄소 흡수조를 마련하여 가축분뇨의 혐기 처리에서 배출되는 가스와 폐수를 하나의 하우징으로 적은 공간에서 암모니아 제거와 바이오 가스 내 이산화탄소 흡수를 할 수 있는 하이브리드 바이오가스 생성 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 암모니아 가스 생산조에서 암모니아를 중력식으로 낙하하면서 탈기할 수 있고, 상단의 암모니아 가스 생산조에서 암모니아가 제거된 제1유출수를 별도의 펌프 없이 이산화탄소 흡수조로 공급하여 암모니아 탈기와 강염기의 제1유출수를 중성화된 제2유출수로 변화시킬때에 에너지 절감을 할 수 있는 하이브리드 바이오가스 생성 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 작은 크기의 소처리조를 연속적으로 나란하게 구비하고 각각에 폐수를 공급하며, 각 소처리조 내부에 주름경사판인 패들을 가로방향으로 하향설치시켜 유입된 폐수가 지그재그로 형성된 복수의 패들을 자중에 의하여 낙하하며 이동함으로써 체류시간이 길어져 암모니아의 탈기가 원활한 하이브리드 바이오가스 생성 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 직사각형 형상의 소처리조 내부에 길이방향으로 하향 경사진 요철 주름 상면을 갖는 패들을 복수개로 구비하여, 유입된 폐수가 낙차이동과 요철이동을 번갈아 이동하도록 하고, 복수개의 소처리조에서 암모니아 가스기 제거된 제1유출수를 하나의 유출수 저장조로 저장시켜 이산화탄소 흡수조로 낙하시키므로 암모니아 탈기 효율이 높고, 이산화탄소 흡수조로의 공급량 제어가 가능한 하이브리드 바이오가스 생성 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 혐기소화조에서 처리한 가축분뇨의 폐수를 유입받는 암모니아 가스 생산조(200)가 상부에 배치되고, 혐기소화조에서 처리되어 가스로 배출되는 바이오 가스를 유입받는 이산화탄소 흡수조(100)가 하부에 배치되는 하이브리드 바이오가스 생성 시스템에 있어서, 상기 암모니아 가스 생산조(200)는 하단이 개방된 직사각형 단면의 소처리조(210)가 서로 이격되어 복수개가 연속적으로 배치되고; 상기 소처리조(210)의 하부에는 하단이 폐쇄된 상광하협 형상을 갖고 상기 소처리조(210)에서 처리되는 제1유출수가 낙하하여 저장되는 유출수 저장조(240)가 구비되며; 상기 유출수 저장조(240) 하부에는 상기 소처리조(210)와 수직 방향의 직사각형 단면을 갖는 이산화탄소 흡수조(100)가 구비되고; 상기 유출수 저장조(240)의 하부와 이산화탄소 흡수조(100)의 하부를 수직으로 연결하여 상기 제1유출수를 이산화탄소 흡수조(100)로 공급하는 유출수배관(250)이 구비되며; 상기 제1유출수 및 바이오가스는 이산화탄소 흡수조(100)의 하부로 유입되되, 마주보는 가로면으로 각각 유입된다.
본 발명의 복수개의 상기 소처리조(210)는 동일한 형상과 크기를 가지며; 각각의 소처리조(210)는 상부 측면에 소처리조(210) 내부로 돌출된 폐수 유입구(215)가 수평방향으로 복수개 구비되고, 상단에 암모니아 가스가 배출되는 암모니아 가스 배출구(216)가 구비된다.
또한, 본 발명의 상기 소처리조(210)의 내부에는 직사각형 형상의 패들(220)이 복수개로 구비되되; 각 패들(220)은 작은 길이를 갖는 소패들면(221)과 긴 길이를 갖는 대패들면(222)의 4측면을 형성하는 직사각형 형상이며; 상기 소패들면(221)은 일면(221a)이 소처리조(210)의 내벽면에 결합되고 타면(221b)이 소처리조(210)의 내벽면에서 이격되며, 상기 대패들면(222)은 양면이 소처리조(210)의 내벽면에 결합되어; 상기 패들(220)은 3면이 소처리조(210)의 내벽면에 의하여 폐쇄되고, 1면이 개방된다.
또한, 본 발명의 상기 패들(220)은 상면에 요철이 형성되고, 대패들면(222)이 소패들면의 소처리조(210)의 내벽면에 결합된 일면(221a)에서부터 하향경사져 있으며; 각 패들(220)은 상하로 이격되되, 근접된 소패들면(221)의 일면(221a)이 소처리조(210) 내부에서 반대 방향에 형성된다.
또한, 본 발명의 상기 유출수 저장조(240)는 소처리조(210)의 내부와 접하는 제1상면(241)이 개방되고, 소처리조(210)와 접하지 않는 제2상면(242)이 폐쇄되며; 하부 일측에 상기 유출수배관(250)과 결합되는 제1유출홀(251)이 형성된다.
또한, 본 발명의 상기 이산화탄소 흡수조(100)는 직사각형 형상의 메인 흡수조(120)를 포함하며; 상기 메인 흡수조(120)는 하부 일면에 제1유입홀(252)이 형성되어 유출수 저장조(240)로부터 제1유출수를 공급받고, 하부 타면에 가축분뇨가 혐기처리되며 발생하는 바이오가스가 유입되는 산기석(140)이 배치되며; 상기 메인 흡수조(120) 상부에 바이오 가스가 포집되도록 하광상협 형상의 가스포집조(111)가 구비되고; 상기 가스포집조(110)에는 바이오 가스가 배출되는 바이오 가스 배출구(111)가 구비된다.
또한, 본 발명의 상기 가스포집조(110)와 유출수 저장조(240) 사이에는 이동을 방지하는 폐쇄된 차단면(243)이 형성되고; 상기 가스포집조(110)와 유출수 저장조(240)는 차단면(243)을 중심으로 동일 형상이 반대 방향으로 배치된다.
또한, 본 발명의 상기 산기석(140)은 이산화탄소 흡수조(100) 내부로 연장되는 공급관(141)과 상기 공급관(142)에서 배치되는 다수개의 통공(142)을 포함한다.
따라서, 본 발명의 하이브리드 바이오가스 생성 시스템은 상부에 암모니아 탈기를 통한 암모니아 가스 생산조를 두고 직하방에 이산화탄소 흡수조를 마련하여 가축분뇨의 혐기 처리에서 배출되는 가스와 폐수를 하나의 하우징으로 적은 공간에서 암모니아 제거와 바이오 가스 내 이산화탄소 흡수를 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 암모니아 가스 생산조에서 암모니아를 중력식으로 낙하하면서 탈기할 수 있고, 상단의 암모니아 가스 생산조에서 암모니아가 제거된 제1유출수를 별도의 펌프 없이 이산화탄소 흡수조로 공급하여 암모니아 탈기와 강염기의 제1유출수를 중성화된 제2유출수로 변화시킬때에 에너지 절감을 할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 작은 크기의 소처리조를 연속적으로 나란하게 구비하고 각각에 폐수를 공급하며, 각 소처리조 내부에 주름경사판인 패들을 가로방향으로 하향설치시켜 유입된 폐수가 지그재그로 형성된 복수의 패들을 자중에 의하여 낙하하며 이동함으로써 체류시간이 길어져 암모니아의 탈기가 원활한 장점이 있다.
본 발명은 직사각형 형상의 소처리조 내부에 길이방향으로 하향 경사진 요철 주름 상면을 갖는 패들을 복수개로 구비하여, 유입된 폐수가 낙차이동과 요철이동을 번갈아 하도록 하고, 복수개의 소처리조에서 암모니아 가스기 제거된 제1유출수를 하나의 유출수 저장조로 저장시켜 이산화탄소 흡수조로 낙하시키므로 암모니아 탈기 효율이 높고, 이산화탄소 흡수조로의 공급량 제어가 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 바이오가스 생성 시스템의 외부 사시도이고,
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 바이오가스 생성 시스템에서 상부커버와 하부커버가 제거된 사시도이며,
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 바이오가스 생성 시스템의 정면도와 측면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 바이오가스 생성 시스템의 암모니아 가스 생산조(200)의 단면 분해도이고,
도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 바이오가스 생성 시스템의 암모니아 가스 생산조(200)의 일 구성인 소처리조(210)의 단면도이고,
도 6은 본 발명에 따른 하이브리드 바이오가스 생성 시스템의 소처리조(210)에 삽입되는 패들(220)이고,
도 7은 본 발명에 따른 하이브리드 바이오가스 생성 시스템의 내부 투시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 바이오가스 생성 시스템에서 상부커버와 하부커버가 제거된 사시도이며,
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 바이오가스 생성 시스템의 정면도와 측면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 바이오가스 생성 시스템의 암모니아 가스 생산조(200)의 단면 분해도이고,
도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 바이오가스 생성 시스템의 암모니아 가스 생산조(200)의 일 구성인 소처리조(210)의 단면도이고,
도 6은 본 발명에 따른 하이브리드 바이오가스 생성 시스템의 소처리조(210)에 삽입되는 패들(220)이고,
도 7은 본 발명에 따른 하이브리드 바이오가스 생성 시스템의 내부 투시도이다.
이하에서, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 암모니아 탈기를 통한 암모니아 가스 생산과 바이오 가스 내 이산화탄소 흡수를 상하로 형성된 하나의 시스템에서 순차적으로 수행하는 하이브리드 바이오가스 생성 시스템(10)으로, 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이,
혐기소화조(미도시)에서 가축분뇨가 처리되어 배출되는 폐수를 유입받는 암모니아 가스 생산조(200)가 상부에, 혐기소화조에서 처리되어 가스로 배출되는 바이오 가스를 유입받는 이산화탄소 흡수조(100)가 직하부에 배치되는 하이브리드 바이오가스 생성 시스템(10)에 있어서,
상기 암모니아 가스 생산조(200)는 하단이 개방된 직사각형 단면의 소처리조(210)가 서로 이격되어 복수개가 연속적으로 배치되고,
상기 소처리조(210)의 하부에는 하단이 폐쇄된 상광하협 형상을 갖고 상기 소처리조(210)에서 처리되는 제1유출수가 낙하하여 저장되는 유출수 저장조(240)가 구비되며,
상기 유출수 저장조(240) 하부에는 상기 소처리조(210)와 수직 방향의 직사각형 단면을 갖는 이산화탄소 흡수조(100)가 구비되고,
상기 유출수 저장조(240)의 하부와 이산화탄소 흡수조(100)의 하부를 수직으로 연결하는 유출수배관(250)이 구비되며,
상기 제1유출수 및 바이오가스는 이산화탄소 흡수조(100)의 하부로 유입되되, 이산화탄소 흡수조(100)의 마주보는 가로면으로 각각 유입된다.
복수개로 구비되는 상기 소처리조(210)는 동일한 크기와 형상으로 이루어지고, 각각의 소처리조(210)는 상부 측면에 소처리조(210) 내부로 돌출된 폐수 유입구(215)가 수평방향으로 복수개 구비되고, 상단에 암모니아 가스가 배출되는 암모니아 가스 배출구(216)가 구비된다.
상기 소처리조(210)의 내부에는 폐수 유입구(215) 아래에 직사각형 형상의 패들(220)이 복수개로 구비되되, 각 패들(220)은 4측면이 작은 길이를 갖는 소패들면(221)과 긴 길이를 갖는 대패들면(222)으로 이루어지며, 상기 소패들면(221)은 일면(221a)이 소처리조(210)의 내벽면에 결합되고 타면(221b)이 소처리조(210)의 내벽면에서 이격되며; 상기 대패들면(222)은 양면이 소처리조(210)의 내벽면에 결합된다.
상기 패들(220)은 상면에 요철(223)이 형성되고, 대패들면(222)이 소패들면의 일면(221a)에서부터 하향경사져 있으며, 복수개의 패들(220)은 상하로 이격되되, 각 패들(220)의 소패들면(221)의 일면(221a)이 소처리조(210) 내부에서 반대 방향에 형성된다.
상기 유출수 저장조(240)는 소처리조(210) 내부와 접하는 제1상면(241)이 개방되고, 접하지 않는 제2상면(242)이 폐쇄되며, 하부 일측에 유출수배관(250)과 결합되는 제1유출홀(251)이 형성된다.
바이오가스는 축산분뇨로 이루어진 유기성 물질의 혐기성 소화를 통해 생성된 것으로 주성분이 메탄, 이산화탄소이고, 황화수소를 비롯한 암모니아, 수소, 질소, 휘발성 유기화합물 및 실록산 등의 불순 물질이 미량 포함되며, 본 발명에서는 폐수에서 암모니아를 가스 상태로 탈기하여 제1유출수를 생성하고, 바이오가스 내의 이산화탄소를 강염기의 제1유출수에 녹여 흡수시키고 강염기의 제1유출수와 접촉하며 바이오가스에서 황화수소를 제거시킨 고순도 바이오가스를 생성한다.
본 발명에서 폐수는 혐기소화조(미도시)에서 바이오가스와 분리된 상태로 슬러지가 포함될 수도 있고, 암모니아 가스 생산조(200)에서 암모니아 가스가 제거되기 전까지의 상태를 말하며, 암모니아 가스가 제거된 제1유출수가 자중에 의하여 낙하하여 이산화탄소 흡수조(100)에서 이산화탄소가 흡수되어 pH가 중성화된 상태를 제2유출수라 한다. 다만, 폐수가 유입되어 암모니아 가스 생산조(200)에서 패들(220) 위를 지나가며 암모니아 가스가 분리되는 과정은 제1유출수와 암모니아가 혼합되어 있으나, 이를 '폐수'로 표기한다.
상기 암모니아 가스 생산조(200)은 강염기의 폐수를 상하 반대 방향으로 배치되어 하향경사지게 설치된 주름경사판인 패들(220) 위로 낙하시켜 난류가 발생되고 낙차로 인해 암모니아 가스의 탈기를 유도하며, 상기 이산화탄소 흡수조(100)에서는 혐기소화조에서 유입된 바이오가스와 암모니아 가스 생산조(200)에서 유입된 제1유출수의 접촉으로 이산화탄소가 흡수되고 황화수소가 제거되며 상대적으로 메탄비율이 높은 고순도 바이오가스와, 이산화탄소가 흡수되어 중성화된 제2유출수가 발생된다.
혐기소화조에서 가축분뇨를 처리하여 바이오 가스 및 이산화탄소를 배출시키며, 암모니아사가 포함된 폐수를 발생시키는 구성은 알려진 것이므로 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.
본 발명에서 암모니아 가스 생산조(200)로 공급되는 폐수는 수산화나트륨(NaOH) 등의 약품을 주입하여 강염기 상태이며, pH11 이상이 바람직하다.
상기 암모니아 가스 생산조(200)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 이산화탄소 흡수조(100)의 직상부에 배치되며, 직사각형 형상의 소처리조(210)가 서로 이격되어 다수개로 구비된다. 각 소처리조(210)는 내부와 외부에서 동일한 크기와 형상을 갖는다. 본 발명에서 소처리조(210)는 3개로 도시되어 있기에 3개로 설명하나, 이에 한정되지 아니한다.
각 소처리조(210)는 단면이 직사각형 형상이며, 3개의 소처리조(210)가 모여진 전체 암모니아 가스 생산조(200)도 단면이 직사각형 형상을 갖는다. 본 발명은 설명의 편의를 위하여 직사각형 형상에서 긴 길이의 변을 '가로'로 표기하고 짧은 길이의 변을 '세로'로 표기한다. 가로변의 면을 가로면, 세로변의 면을 세로면으로 표기한다. 따라서, 가로면이 세로면 보다 더 큰 면적을 갖는다.
본 발명에서 암모니아 가스 생산조(200)는 소처리조(210)가 3개를 포함하는 것으로 소처리조(210)와 수직 방향의 직사각형 형상을 가진다. 즉 소처리조(210)의 가로 방향이 암모니아 가스 생산조(200)에서는 세로 방향이 되고, 소처리조(210)의 세로 방향이 암모니아 가스 생산조(200)에서는 가로 방향이 된다. 따라서, 단면이 직사각형 형상을 갖는 소처리조(210)가 병렬로 연속적으로 배치되며, 각 소처리조(210)는 서로 이격된 간격을 갖는다. 3개의 소처리조(210)가 모여 하나의 큰 직사각형 형상을 가지며, 각 소처리조와 전체 소처리조의 직사각형은 가로가 서로 수직 방향을 갖는다.
한편, 본 발명은 이산화탄소 흡수조(100)를 암모니아 가스 생산조(200)의 직하단에 배치하여 하나의 하우징으로 형성하여 가축 분뇨의 혐기 소화조 처리 이후 폐수와 가스를 적은 공간에서 처리하고자 하므로 이산화탄소 흡수조(100)와 암모니아 가스 생산조(200)의 직사각형 방향이 동일하고, 이에 따라 이산화탄소 흡수조(100)와 소처리조(210)의 직사각형 방향이 수직하게 된다. 본 발명에서 이산화탄소 흡수조(100)와 암모니아 가스 생산조(200)는 가로변과 세로변의 길이가 같은 동일한 단면의 직사각형으로 상하단을 형성하여 전체적으로 하나의 하우징이 된다. 따라서, 본 발명은 하나의 하우징에서 암모니아 탈기를 통한 암모니아 가스 생산과 바이오 가스 내 이산화탄소 흡수를 동시에 할 수 있다.
본 발명은 암모니아 가스 생산조(200)를 분리된 복수개의 소처리조(210)로 마련하여 폐수의 유입량, 유입속도 및 공정의 안정성을 확보할 수 있다. 본 발명은 소처리조(210)에서 처리된 제1유출수가 중력에 의하여 낙하하기에 이산화탄소 흡수조(100)에서의 유량 조절이나 운전 조건의 변화가 어렵기에, 윗단인 암모니아 가스 생산조(200)에서 선택적으로 폐수의 유입 유량 조절을 하는 것이 바람직하다.
또한, 작은 크기의 소처리조(210)를 복수개로 구비하는 것은 암모니아 탈기 효율을 높일 수 있다. 이에 대하여는 뒤에서 설명한다.
본 발명에서 각 소처리조(210)는 긴 길이의 가로변과 짧은 길이의 세로변의 단면을 갖는 사각기둥 형태로 형성되며, 상부 측면에 폐수 유입구(215)가 수평으로 복수개 구비되고, 탈기된 암모니아 가스를 암모니아 가스 생산조(200)에서 외부로 유출시키는 상부로 갈수록 폭이 좁아지는 암모니아 가스 배출구(216)가 형성되며, 하부가 개방되어 암모니아가 탈기된 제1유출수가 자중에 의하여 낙하하여 유출수 저장조(240)에 저장된다.
상기 폐수 유입구(215)는 빨대를 삽입한 것처럼 소처리조(210) 내부로 돌출시켜 설치하여 내부로 유입되는 폐수가 소처리조(210)의 내벽면을 따라 흐르지 않고 낙차를 갖고 낙하하도록 한다. 상기 폐수 유입구(215)를 통해 유입된 폐수는 자유 낙하하여 패들(220) 상면에 떨어지고 패들을 따라 천천히 흐르면서 암모니아 가스가 탈기되어 제1유출수가 되고, 유출수 저장조(240)에 저장된다.
폐수에서 분리되어 상부로 이동하는 암모니아 가스를 배출시키는 암모니아 가스 배출구(216)는 하광상협의 형상으로 암모니아 가스를 모아서 배출할 수 있도록 형성한다.
이와 같이 상기 소처리조(210)로 유입된 폐수에서 분리된 암모니아 가스는 암모니아 가스 배출구(216)를 통하여 배출되며, 별도의 암모니아 가스 저장조(미도시)에 포집되어 전기분해나 열을 가해 수소 매개체로 이용하거나 연소시켜 무탄소 암모니아 발전의 에너지원으로 이용할 수 있다.
상기 소처리조(210)은 내부에 상면이 요철(223)로 주름진 패들(220)이 상하로 이격되어 복수개가 설치된다. 각 패들(220)은 사각형상으로 4측면이 작은 길이를 갖는 소패들면(221)과 긴 길이를 갖는 대패들면(222)으로 이루어지며, 상기 소패들면(221)은 일면(221a)이 소처리조(210)의 내벽면에 결합되고 타면(221b)이 소처리조(210)의 내벽면에서 이격되며, 상기 대패들면(222)은 양면이 소처리조(210)의 내벽면에 결합된다.
상기 패들(220)은 상면이 요철(223)로 주름지고, 대패들면(222)이 소패들면의 상기 일면(221a)에서부터 하향경사져 있으며, 각 패들(220)이 상하로 이격되되 상하 소패들면(221)의 일면(221a)이 소처리조(210) 내부에서 반대 방향에 형성된다.
즉, 사각형의 패들(220)은 긴 길이의 양면(대패들면(222))과 짧은 길이의 한면(소패들면(221a))이 소처리조(210)의 내벽면과 결합(3측면이 폐쇄됨)되어 폐수는 주름진 상면을 타고 진동을 거치며 내려오다가 개방된 소패들면의 타면(221b)에서 낙하하여 그 아래 패들(220)의 상면에 안착하여 동일한 이동을 반복한다.
도 4에서 패들(220)은 8도의 기울기로 하향경사지게 설치되며 상면에 형성되는 요철(223)의 돌출부의 높이가 5mm, 간격이 10mm로 도시하였다. 소처리조(210)로 유입된 pH 11 이상의 폐수가 중력에 의해 낙하하되, 아래의 패들이 위쪽 패들의 끝단에서 낙하하는 폐수를 받아 이동시키며 난류를 발생시키고 낙차로 인한 암모니아 가스 탈기를 유도한다. 상기 패들(220)은 소처리조(210)의 가로 길이방향으로 하향 경사지도록 설치되고 일정간격 이격되되 지그재그로 이어지도록 배치되어 폐수가 떨어지는 시간을 길게 하여 암모니아 가스가 원활하게 분리 배출되도록 한다.
본 발명은 동일한 형상의 소처리조(210)를 병렬로 다수개 배치하며, 이와 같은 작은 소처리조(210)의 병렬 배치는 큰 하나의 암모니아 가스 생산조보다 높은 탈기 효율과 적절한 유량제어를 할 수 있다.
큰 처리조 하나만 두게 되면, 경사판의 길이가 길어져서 탈기 효율이 저하된다. 탈기 효율은 요철이 많고 낙차에 의한 난류가 형성되는 것이 이상적이므로, 경사판 적절한 길이로 여러단을 거치는 것이 바람직하다. 하나의 큰 처리조를 두는 경우에 패들의 길이가 길어져 패들의 개수를 적게 하여야 하고 패들 사이의 낙차에 의한 충격이 작게 된다.
상부의 처리조에서의 너무 많은 폐수를 주입하면 유속이 빨라지면서 충분히 탈기되지 못하고 유출수 저장조로 떨어지므로 한개의 처리조 당 처리 가능한 용량이 정해진다. 따라서 작은 크기의 소처리조를 다수개 마련하는 것이 하나의 큰 처리조보다 동일 시간에 많은 폐수를 처리할 수 있다. 또한, 하단의 이산화탄소 흡수조(100)는 충분한 유량의 제1유출수가 공급되어 일정 이상의 깊이를 형성하여야 기액접촉이 일어나므로, 하나의 큰 암모니아 가스 생산조보다 작은 크기의 소처리조를 복수개로 구비하는 것이 암모니아 탈기 효율과 이산화탄소 흡수효율이 높다. 또한, 폐수의 주입량에 따라 소처리조를 1기, 2기, 3기로 분리 운전하는 것으로 처리양을 조절할 수도 있다.
소처리조(210)의 하부에 배치되는 유출수 저장조(240)는 소처리조(210) 내부와 접하는 제1상면(241)이 개방되고, 접하지 않는 제2상면(242)이 폐쇄되며, 하부 일측에 유출수배관(250)과 결합되는 제1유출홀(251)이 형성되어 소처리조(210)에서 분리된 제1유출수가 낙하하여 저장된다.
유출수 저장조(240)는 3개의 소처리조(210)에서 내려온 제1유출수가 모아지는 곳으로, 호퍼와 같이 상부가 넓고 하부가 좁은 상광하협 형상으로 제1유출수의 수집을 원활하게 하여 적은 양의 제1유출수라도 깊이 높이를 갖는다. 유출수배관(250)을 통하여 이산화탄소 흡수조(100)로 공급되는 제1유출수는 자중에 의하여 공급되기에 유출수 저장조(240)의 제1유출수의 깊이가 중요하다. 유출수 저장조(240)에 저장된 제1유출수의 높이가 높을수록 유출수배관(250)으로 유출되는 제1유출수의 양이 많아져서 아래단의 이산화탄소 흡수조(100)에서 이산화탄소 흡수율이 높아진다. 유출수배관(250)에는 밸브(미도시)가 마련되어 유출수 저장조(240)에 제1유출수가 어느 정도 이상 저장되었을때에 이산화탄소 흡수조(100)로 이동시킨다.
본 발명은 유출수배관(250)에 제1유출수가 그대로 이산화탄소 흡수조(100)로 공급되므로 유량 조절은 암모니아 가스 생산조(200)로 유입되는 폐수의 유입양으로 결정한다. 유출수 저장조(240)는 그 하단이 막혀 있어 제1유출수는 유출수배관(250)으로만 이동할 수 있다.
상기 이산화탄소 흡수조(100)는 단면이 직사각형 형상인 메인흡수조(120)를 포함한다. 메인 흡수조(120)는 하부 일면에 제1유입홀(252)이 형성되어 유출수 저장조(240)로부터 제1유출수를 공급받고, 하부 타면에 혐기처리되어 발생되는 바이오가스가 유입되는 산기석(140)이 배치된다. 메인흡수조(120)의 상부에는 이산화탄소가 흡수되고 남은 바이오 가스가 포집되도록 하광상협 형상의 가스포집조(110)가 구비되고, 상기 가스포집조(110)에는 바이오 가스가 배출되는 바이오 가스 배출구(111)가 구비된다.
상기 가스포집조(110)와 유출수 저장조(240) 사이에는 서로간의 이동을 막는폐쇄된 차단면(243)이 형성된다. 상기 가스포집조(110)와 유출수 저장조(240)는 차단면(243)을 중심으로 동일 형상이 반대 방향으로 배치된다. 즉, 차단면(243)에서 가장 작은 단면을 갖고 차단면(243)에서 멀어질수도 점차 단면이 커진다.
상기 암모니아 가스 생산조(200)에서 암모니아 가스가 분리된 제1유출수는 자중에 의하여 유출수배관(250)을 통해 이산화탄소 흡수조(100)로 이송된다.
상기 암모니아 가스 생산조(200)는 폐수가 상부에서 패들(220)로 떨어지며 암모니아 가스가 탈기될 수 있는 시간과 공간을 형성하고, 이에 유출수저장조(240)를 통해 배출되는 제1유출수는 폐수에서 암모니아가 제거된 상태가 된다.
상기 패들(220)은 탈부착이 가능한 상태로 소처리조(210)의 내벽면에 결합될 수 있으며, 본 발명은 가온시설이 없이도 패들(220)만을 이용해 폐수의 난류와 낙차로 인해 암모니아 가스 탈기가 가능하게 된다. 패들(220)은 암수 결합, 볼트 결합 등 다양하게 변화되며 결합될 수 있다.
상기 암모니아 가스 생산조(200)에서 배출되는 제1유출수는 구동 펌프 없이 자중으로 이산화탄소 흡수조(100) 하단으로 유입되고, 혐기소화조(미도시)에서 배출되는 바이오가스(이산화탄소 포함)는 공급 펌프(미도시)를 통해 이산화탄소 흡수조(100) 하단의 산기석(140)으로 유입된다.
산기석(140)은 복수의 공급관(141)을 포함하며, 메인 흡수조(120) 내부로 연장되는 각 공급관(141)에는 다수개의 통공(142)이 구비되어 산기석(140)으로 유입되는 바이오 가스를 메인 흡수조(120) 내에서 제1유출수 내부로 공급한다.
산기석은 강염기의 제1유출수 사이로 연장되어 바이오가스를 공급하므로 세라믹 등 부식에 강한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 이산화탄소 흡수조(100)은 하부측면에서 암모니아 가스 생산조(100)에서 이송된 제1유출수가 낙하하여 유입되고, 이때, 공급펌프를 통해 이송된 바이오가스가 이산화탄소 흡수조(100)으로 유입되며 제1유출수는 바이오가스 내 이산화탄소가 흡수되어 중성화된 제2유출수가 된다. 즉, 강염기성의 제1유출수는 별도의 약품 주입 없이 가축분뇨를 혐기처리한 이후에 발생되는 바이오 가스를 주입함으로써 중성의 제2유출수가 되는 것이다.
본 발명은 이산화탄소와 제1유출수의 접촉시간을 길게 하고 미접촉 비율을 낮추기 위해서 이산화탄소 흡수조(100)의 하부에 저장된 제1유출수 내부에서 토출시킨다.
본 발명의 이산화탄소 흡수조(100)와 암모니아 가스 생산조(200)는 하나의 하우징을 형성한다. 암모니아 가스 생산조(200)의 하부를 형성하는 유출수 저장조(240)와 이산화탄소 흡수조(100)의 상부를 형성하는 가스포집조(110)는 차단면(243)을 중심으로 반대 형상을 가지며 패인 형상을 가진다. 본 발명은 이러한 패인 형상이 아닌 전체적으로 하나의 하우징이 보일 수 있도록 유출수 저장조(240)와 가스포집조(110)의 외면에 각각 상부커버(245)와 하부커버(115)를 마련한다. 상부커버(245)와 하부커버(115)는 아래에 배치되는 메인 흡수조(120)와 동일한 형상의 직사각형으로 이루어진다. 상부커버(245)와 하부커버(115)에 의하여 유출수 저장조(240)와 가스포집조(110)를 감싸게 되면 본 발명의 하이브리드 바이오가스 생성 시스템(10)은 전체적으로 직육면체 형상을 갖게 된다.
한편, 이송된 바이오가스와 pH 11 이상의 제1유출수가 기액접촉을 통해 바이오가스 내의 황화수소가 제거된다. 황화수소는 pH 10 이상의 염기에서 이온상태(용존)로 존재하고, pH 7 이하의 산성에서는 가스상태로 존재한다. 본 발명은 염기성의 제1유출수를 중성으로 낮추는데 별도의 약품을 투입하는 대신에 가축분뇨를 혐기처리하며 배출된 바이오가스 내 이산화탄소를 활용하도록 하며, 제1유출수를 중성으로 낮추는 과정에서 바이오가스 내 황화수소가 같이 제거되는 부가적 이익이 발생된다.
상기 이산화탄소 흡수조로 유입되는 제1유출수는 pH 11 이상으로 pH를 떨어뜨려 중성의 제2유출수로 재사용이 가능하므로 이산화탄소 흡수조(100)에서 혐기소화조에서 유입된 바이오가스 내 이산화탄소를 이용하여 pH를 낮춘다.
이때, 상기 이산화탄소 흡수조(100)에서는 이산화탄소가 제1유출수에 녹아 pH가 낮아져 중성의 제2유출수가 생성되며 황화수소가 제거됨에 따라 상대적으로 메탄 비율이 높아지고 고질화된 바이오가스가 생성된다. 즉, 암모니아가 제거된 제1유출수와 접촉되며 이산화탄소가 흡수되면서 pH가 낮아지고 황화수소가 제거되어 이산화탄소 흡수조(100)로 유입되는 바이오가스보다 이산화탄소 흡수조(100) 상부에서 배출되는 바이오가스의 메탄 비율이 더 높게 된다.
이와 같이 상기 이산화탄소 흡수조(100)에 바이오가스가 유입되면 이산화탄소가 녹아 제1유출수가 중성의 제2유출수가 되며, 부식성 가스인 황화수소가 제거(탈황)되어 상대적으로 메탄의 비율이 높은 고순도의 바이오가스가 나오게 된다. 이처럼 제1유출수의 pH를 중성으로 낮추는 과정에서 pH 11 이상 제1유출수와 바이오가스의 접촉 즉, 기액접촉이 이루어지면 바이오가스 내의 황화수소가 제거되는 부가적 이익이 발생된다.
이에 본 발명은 황화수소를 제거하여 황화수소로 인한 배관 및 기기의 부식으로 인한 문제의 발생 또한 방지할 수 있다.
상기 이산화탄소 흡수조(100)에서 배출되는 제2유출수는 메인 흡수조(120) 아래의 제2유출홀(125)에서 암모니아, 이산화탄소, 황화수소가 제거된 상태로 별도의 유출펌프(미도시)을 이용하여 배출된다.
따라서, 본 발명의 하이브리드 바이오가스 생성 시스템(10)은 상부에 암모니아 가스 생산조를 두고 직하방에 이산화탄소 흡수조를 마련하여 가축분뇨의 혐기 처리에서 배출되는 바이오 가스와 폐수를 하나의 하우징으로 적은 공간에서 암모니아 탈기를 통한 암모니아 제거와 바이오 가스 내 이산화탄소 흡수를 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 암모니아 가스 생산조에서 암모니아를 중력식으로 낙하하면서 탈기할 수 있고, 상단의 암모니아 가스 생산조에서 암모니아가 제거된 제1유출수를 별도의 펌프 없이 이산화탄소 흡수조로 공급하여 암모니아 탈기와 강염기의 제1유출수를 중성화된 제2유출수로 변화시킬때에 에너지 절감을 할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 작은 크기의 소처리조를 연속적으로 나란하게 구비하고 각각에 폐수를 공급하며, 각 소처리조 내부에 주름경사판인 패들을 가로방향으로 하향설치시켜 유입된 폐수가 지그재그로 형성된 복수의 패들을 자중에 의하여 낙하하며 이동함으로써 체류시간이 길어져 암모니아의 탈기가 원활한 장점이 있다.
본 발명은 직사각형 형상의 소처리조 내부에 길이방향으로 하향 경사진 요철 주름 상면을 갖는 패들을 복수개로 구비하여, 유입된 폐수가 낙차이동과 요철이동을 번갈아 하도록 하고, 복수개의 소처리조에서 암모니아 가스기 제거된 제1유출수를 하나의 유출수 저장조로 저장시켜 이산화탄소 흡수조로 낙하시키므로 암모니아 탈기 효율이 높고, 이산화탄소 흡수조로의 공급량 제어가 가능한 장점이 있다.
10 : 하이브리드 바이오가스 생성 시스템
100 : 이산화탄소 흡수조
110 : 가스 포집조
111 : 바이오 가스 배출구 115 : 하부커버
120 : 메인 흡수조
125 : 제2유출홀
140 : 산기석
141 :공급관 142 :통공
200 : 암모니아 가스 생산조
210 : 소처리조
215 : 폐수 유입구 216 : 암모니아 가스 배출구
220 : 패들
221 : 소패들면 221a: 일면 221b:타면
222 :대패들면 223:요철
240 : 유출수 저장조
241 :제1상면 242:제2상면 243:차단면
245 : 상부커버
250 : 유출수배관
251 : 제1유출홀 252 : 제1유입홀
100 : 이산화탄소 흡수조
110 : 가스 포집조
111 : 바이오 가스 배출구 115 : 하부커버
120 : 메인 흡수조
125 : 제2유출홀
140 : 산기석
141 :공급관 142 :통공
200 : 암모니아 가스 생산조
210 : 소처리조
215 : 폐수 유입구 216 : 암모니아 가스 배출구
220 : 패들
221 : 소패들면 221a: 일면 221b:타면
222 :대패들면 223:요철
240 : 유출수 저장조
241 :제1상면 242:제2상면 243:차단면
245 : 상부커버
250 : 유출수배관
251 : 제1유출홀 252 : 제1유입홀
Claims (8)
- 혐기소화조에서 처리한 가축분뇨의 폐수를 유입받는 암모니아 가스 생산조(200)가 상부에 배치되고, 혐기소화조에서 처리되어 가스로 배출되는 바이오 가스를 유입받는 이산화탄소 흡수조(100)가 하부에 배치되는 하이브리드 바이오가스 생성 시스템에 있어서,
상기 암모니아 가스 생산조(200)는 하단이 개방된 직사각형 단면의 소처리조(210)가 서로 이격되어 복수개가 연속적으로 배치되고;
상기 소처리조(210)의 하부에는 하단이 폐쇄된 상광하협 형상을 갖고 상기 소처리조(210)에서 처리되는 제1유출수가 낙하하여 저장되는 유출수 저장조(240)가 구비되며;
상기 유출수 저장조(240) 하부에는 상기 소처리조(210)와 수직 방향의 직사각형 단면을 갖는 이산화탄소 흡수조(100)가 구비되고;
상기 유출수 저장조(240)의 하부와 이산화탄소 흡수조(100)의 하부를 수직으로 연결하여 상기 제1유출수를 이산화탄소 흡수조(100)로 공급하는 유출수배관(250)이 구비되며;
상기 제1유출수 및 바이오가스는 이산화탄소 흡수조(100)의 하부로 유입되되, 마주보는 가로면으로 각각 유입되는;
하이브리드 바이오가스 생성 시스템
- 제1항에 있어서,
복수개의 상기 소처리조(210)는 동일한 형상과 크기를 가지며;
각각의 소처리조(210)는
상부 측면에 소처리조(210) 내부로 돌출된 폐수 유입구(215)가 수평방향으로 복수개 구비되고, 상단에 암모니아 가스가 배출되는 암모니아 가스 배출구(216)가 구비되는;
하이브리드 바이오가스 생성 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 소처리조(210)의 내부에는 직사각형 형상의 패들(220)이 복수개로 구비되되;
각 패들(220)은 작은 길이를 갖는 소패들면(221)과 긴 길이를 갖는 대패들면(222)의 4측면을 형성하는 직사각형 형상이며;
상기 소패들면(221)은 일면(221a)이 소처리조(210)의 내벽면에 결합되고 타면(221b)이 소처리조(210)의 내벽면에서 이격되며, 상기 대패들면(222)은 양면이 소처리조(210)의 내벽면에 결합되어;
상기 패들(220)은 3면이 소처리조(210)의 내벽면에 의하여 폐쇄되고, 1면이 개방되는;
하이브리드 바이오가스 생성 시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 패들(220)은 상면에 요철이 형성되고, 대패들면(222)이 소패들면의 소처리조(210)의 내벽면에 결합된 일면(221a)에서부터 하향경사져 있으며;
각 패들(220)은 상하로 이격되되, 근접된 소패들면(221)의 일면(221a)이 소처리조(210) 내부에서 반대 방향에 형성되는
하이브리드 바이오가스 생성 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 유출수 저장조(240)는 소처리조(210)의 내부와 접하는 제1상면(241)이 개방되고, 소처리조(210)와 접하지 않는 제2상면(242)이 폐쇄되며;
하부 일측에 상기 유출수배관(250)과 결합되는 제1유출홀(251)이 형성되는;
하이브리드 바이오가스 생성 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 이산화탄소 흡수조(100)는 직사각형 형상의 메인 흡수조(120)를 포함하며;
상기 메인 흡수조(120)는 하부 일면에 제1유입홀(252)이 형성되어 유출수 저장조(240)로부터 제1유출수를 공급받고, 하부 타면에 가축분뇨가 혐기처리되며 발생하는 바이오가스가 유입되는 산기석(140)이 배치되며;
상기 메인 흡수조(120) 상부에 바이오 가스가 포집되도록 하광상협 형상의 가스포집조(110)가 구비되고;
상기 가스포집조(110)에는 바이오 가스가 배출되는 바이오 가스 배출구(111)가 구비되는;
하이브리드 바이오가스 생성 시스템.
- 제6항에 있어서,
상기 가스포집조(110)와 유출수 저장조(240) 사이에는 이동을 방지하는 폐쇄된 차단면(243)이 형성되고;
상기 가스포집조(110)와 유출수 저장조(240)는 차단면(243)을 중심으로 동일 형상이 반대 방향으로 배치되는;
하이브리드 바이오가스 생성 시스템.
- 제6항에 있어서,
상기 산기석(140)은
이산화탄소 흡수조(100) 내부로 연장되는 공급관(141)과 상기 공급관(141)에서 배치되는 다수개의 통공(142)을 포함하는
하이브리드 바이오가스 생성 시스템.
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KR1020230128353A KR102625530B1 (ko) | 2023-09-25 | 2023-09-25 | 하이브리드 바이오가스 생성 시스템 |
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KR1020230128353A KR102625530B1 (ko) | 2023-09-25 | 2023-09-25 | 하이브리드 바이오가스 생성 시스템 |
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KR1020230128353A KR102625530B1 (ko) | 2023-09-25 | 2023-09-25 | 하이브리드 바이오가스 생성 시스템 |
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100743373B1 (ko) | 2006-09-12 | 2007-07-30 | 유니슨 주식회사 | 축산분뇨의 혐기발효를 이용한 바이오가스 제조장치 |
KR100936540B1 (ko) * | 2009-02-16 | 2010-01-13 | 이상범 | 바이오가스 생산용 아파트형 혐기소화장치 |
KR20130003522A (ko) * | 2011-06-30 | 2013-01-09 | 코오롱글로벌 주식회사 | 폐수처리 시스템 |
KR101234286B1 (ko) | 2012-11-23 | 2013-02-28 | (주)전테크 | 축산분뇨와 같은 유기성 폐기물의 자원순환시스템과 에너지화 방법 |
KR20150003169U (ko) | 2014-02-13 | 2015-08-21 | 강상준 | 축산 분뇨를 이용한 바이오가스 포집장치 |
KR20180079783A (ko) * | 2017-01-02 | 2018-07-11 | 한국산업기술시험원 | 바이오 가스 플랜트 유용자원 회수시스템 및 이를 이용한 유용자원 회수방법 |
-
2023
- 2023-09-25 KR KR1020230128353A patent/KR102625530B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100743373B1 (ko) | 2006-09-12 | 2007-07-30 | 유니슨 주식회사 | 축산분뇨의 혐기발효를 이용한 바이오가스 제조장치 |
KR100936540B1 (ko) * | 2009-02-16 | 2010-01-13 | 이상범 | 바이오가스 생산용 아파트형 혐기소화장치 |
KR20130003522A (ko) * | 2011-06-30 | 2013-01-09 | 코오롱글로벌 주식회사 | 폐수처리 시스템 |
KR101234286B1 (ko) | 2012-11-23 | 2013-02-28 | (주)전테크 | 축산분뇨와 같은 유기성 폐기물의 자원순환시스템과 에너지화 방법 |
KR20150003169U (ko) | 2014-02-13 | 2015-08-21 | 강상준 | 축산 분뇨를 이용한 바이오가스 포집장치 |
KR20180079783A (ko) * | 2017-01-02 | 2018-07-11 | 한국산업기술시험원 | 바이오 가스 플랜트 유용자원 회수시스템 및 이를 이용한 유용자원 회수방법 |
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