WO2024143883A1 - Green hydrogen generation apparatus - Google Patents

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WO2024143883A1
WO2024143883A1 PCT/KR2023/018070 KR2023018070W WO2024143883A1 WO 2024143883 A1 WO2024143883 A1 WO 2024143883A1 KR 2023018070 W KR2023018070 W KR 2023018070W WO 2024143883 A1 WO2024143883 A1 WO 2024143883A1
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WO
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tank
mec
unit
generation device
treated water
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/018070
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French (fr)
Korean (ko)
Inventor
정대열
이호준
최진수
Original Assignee
(주)바이오엑스
코오롱글로벌 주식회사
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Publication date
Application filed by (주)바이오엑스, 코오롱글로벌 주식회사 filed Critical (주)바이오엑스
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Definitions

  • conventional anaerobic digestion treatment equipment for food waste mostly uses simple crushing and screening devices for pre-treatment of anaerobic digestion facilities, so the removal rate of foreign substances is maintained at a low level, and the retention time is low with little consideration of particle size. It will operate for a relatively short period of time, less than 30 days.
  • the pretreatment unit includes a three-phase separator that separates oil and impurities from food waste and desorbed liquid; A pressurized flotation tank that floats and separates contaminants in the treated water transferred from the three-phase separator; A pre-fermentation tank that generates organic acid through anaerobic acid fermentation using organic matter separated from the treated water transferred from the pressurized flotation tank; an effluent filtration tank that removes and reduces suspended solids in the treated water transferred from the pre-fermentation tank; and a conditioning tank for adjusting and buffering the pH in the treated water transferred from the effluent filtration tank.
  • FIG. 3 is a component block diagram of the MEC unit.
  • Figure 4 is an overall flow chart of how the green hydrogen generation device operates.
  • Figure 5 is an overall conceptual diagram of a green hydrogen generation device.
  • first and second are used to distinguish one component from another component, and the scope of rights should not be limited by these terms.
  • a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component.
  • first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component.
  • second component When a component is referred to as being “connected” to another component, it should be understood that it may be directly connected to the other component, but that other components may also exist in between.
  • a component when a component is said to be “directly connected” to another component, it should be understood that there are no other components in between.
  • other expressions that describe the relationship between components such as “between” and “immediately between” or “neighboring to” and “directly neighboring to”, should be interpreted similarly.
  • Figure 1 is an overall block diagram of a green hydrogen generation device according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a component block diagram of a pretreatment unit
  • Figure 3 is a component block diagram of an MEC unit
  • Figure 4 is a green hydrogen This is an overall flowchart of how the generation device operates
  • Figure 5 is an overall conceptual diagram of the green hydrogen generation device.
  • the present invention may include a pre-processing unit 100, an MEC unit 200, and a post-processing unit 300.
  • the pretreatment unit 100 can preprocess and preferment raw water consisting of food waste and deionized liquid.
  • the pretreatment unit 100 may include a three-phase separator 110, a pressure flotation tank 120, a pre-fermentation tank 130, an effluent filtration tank 140, and a conditioning tank 150.
  • the three-phase separator 110 can separate oil and impurities from food waste and desorbed liquid.
  • the installed flow rate of the three-phase separator (110) is 0.1 ⁇ 0.2m3/hr or 1 ⁇ 2m3/hr, and the oil removal rate of the treated water after separation can be more than 95%.
  • the oil is removed by adding a chemical coagulant set according to the properties of the raw water. Separation or solid-liquid separation can be performed.
  • the pressurized flotation tank 120 can separate and remove contaminants in the treated water transferred from the three-phase separator 110 by levitating them.
  • the pressure flotation tank 120 can control the concentration of particulate matter in the treated water transferred from the three-phase separator 110 through a pressure flotation process.
  • the installation flow rate of the pressurized flotation tank 120 has a residence time of 0.5 to 1 hr, a removal rate of suspended solids can be more than 80%, and the liquid phase, which is the raw water separated from food waste and desorbed liquid through the three-phase separator 110.
  • Particulate matter can be controlled through the pressure flotation process, and the concentration of particulate matter can be reduced by adjusting pH and auxiliary injection of coagulant depending on the properties of raw water.
  • the second is organic polymer compounds, which include starch, polyacrylamide, and its derivatives.
  • Starch causes aggregation through the sensitization effect of colloids
  • polyacrylamide and its derivatives cause molecules adsorbed on particles to form aggregates. It is thought that particles are attracted to each other by a bridging effect. In most cases, the effect is greater when the above two coagulants are used together.
  • the pre-fermentation tank 130 is equipped with a low-speed stirrer (not shown), has a hydraulic residence time of 0.5 to 2 days at the installed flow rate, and has a minimum reactor capacity of 1 ton, and removes oil, coarse particles, and particulate matter.
  • the pH can be adjusted and acid fermented through a certain residence time. That is, in the pre-fermentation tank 130, the process is an acid fermentation process mainly containing acetate and ethanol as final by-products, and the acid fermentation process can provide a clarification effect of the water treated in the reaction tank by having a precipitation process inside the reaction tank.
  • Clarification is the separation of fine particles floating in a solution from the solution through some manipulation.
  • Common clarification methods include natural sedimentation, adsorbent (coagulant) addition, and filtration, and these methods can be used alone or in combination. Even in the wet reprocessing method, it is an important operation to remove insoluble residual particles from the fuel solution before extraction.
  • the effluent filtration tank 140 can remove and reduce suspended solids in the treated water transferred from the pre-fermentation tank 130.
  • the effluent filtration tank 140 may be equipped with a cross-flow cross filtration membrane to maintain the flow rate of treated water at a set level.
  • the MEC unit 200 can electrolyze microorganisms in raw water pretreated and prefermented in the pretreatment unit 100.
  • MEC stands for Microbial Electrolysis Cell and means microbial electrolysis cell.
  • Microbial Electrolysis Cell will be described using the abbreviation MEC.
  • the trap tank 230 can separate the gas and solution coming out through the cathode of the MEC tank 210 and return the solution to the water storage tank 220.
  • the installed flow rate of the trap tank 230 may be 1 to 5 L per tank.
  • the post-processing unit 300 can purify and compress the hydrogen gas produced by electrolysis in the MEC unit 200.
  • the post-processing unit 300 can purify, compress, and liquefy the hydrogen gas generated through the MEC unit 200 and transmit it to the hydrogen charging station.
  • the post-treatment unit 300 can purify biohydrogen into high-purity hydrogen through a VPSA/membrane composite process that satisfies ISO standards of 99.995% or more and can secure a purification recovery rate of 90% or more.
  • It can be connected to a wastewater treatment facility to remove organic components and nutrients generated through the MEC unit 200.
  • the food waste can be shredded and sorted and passed through a drum screen, cyclone, and silt tank, respectively, to produce food waste liquid, which is raw water, and then the raw water can be transferred to the pretreatment unit 100.
  • the treated water transferred to the MEC unit 200 generates green hydrogen through a microbial electrolysis reaction and is sent to the post-treatment unit 300.
  • the green hydrogen sent to the post-treatment unit 300 i.e. biohydrogen, is generated by vacuum, pressure, It can be purified through processes such as swing and adsorption (VPSA, Vacuum Pressure Swing Adsorption), compressed and liquefied, and then transported to a connected hydrogen charging station.
  • VPSA swing and adsorption
  • Vacuum Pressure Swing Adsorption Vacuum Pressure Swing Adsorption
  • the pre-treatment and pre-fermentation process removes oil, coarse particles, impurities, etc. in raw water through physical and chemical treatment of food waste and desorbed liquid and converts them into organic acids suitable for use in the MEC unit 200. You can.
  • the MEC unit 200 for producing green hydrogen is a two-chamber type of the MEC tank 210 and the trap tank 230 using a microbial electrolysis method, unlike the existing hydrogen production process.
  • Green hydrogen can be produced by introducing MEC-customized pre-fermentation raw water into the inflow end of the reaction tank with the MEC unit (200).

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Abstract

The present invention comprises a pre-treatment unit for pre-treating and pre-fermenting source water consisting of food waste and leachate; an MEC unit for electrolysis of microorganisms in the source water that has been pre-treated and pre-fermented in the pre-treatment unit; and a post-treatment unit for purifying and compressing hydrogen gas produced through electrolysis in the MEC unit, wherein the MEC unit lowers the concentration of organic components in the source water via an increase in reaction time or retention time or increases the concentration of input organic matter, thereby increasing the production amount of hydrogen gas.

Description

그린 수소 생성 장치green hydrogen generation device
본 발명은 음식물류 쓰레기 및 탈리액으로부터 그린 수소를 생산 및 가공하는 그린 수소 생성 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a green hydrogen generation device that produces and processes green hydrogen from food waste and deionized liquid.
음식물류 폐기물은 1일당 13,701톤 발생하고 있으며, 1일 1인당 발생량은 0.28kg로서 이는 1일당 전체 생활폐기물 50,906톤의 27.7%로 전체 생활폐기물의 상당 부분을 차지하고 있다.13,701 tons of food waste is generated per day, and the amount generated per person per day is 0.28 kg, which is 27.7% of the total 50,906 tons of household waste per day, accounting for a significant portion of the total household waste.
또한, 음식물류 폐기물의 물리적 성상을 살펴보면, 채소류, 과일류, 곡류, 어육류 등으로 구성되어 있으며, 통상 함수율은 80~85%를 차지하고 있으므로, 축산분뇨, 분뇨, 하수슬러지 등의 유기성 폐기물에 비해 고형물(TS: Total Solid)의 함량이 15% 이상으로 높고, 분해율도 80% 이상으로 높은 특징을 보유하고 있다.In addition, looking at the physical properties of food waste, it consists of vegetables, fruits, grains, fish and meat, etc., and the moisture content is usually 80 to 85%, so compared to organic waste such as livestock waste, excrement, and sewage sludge, it contains solids ( It has a high TS: Total Solid content of over 15% and a high decomposition rate of over 80%.
이와 같은 음식물류 폐기물은 대부분 사료화 또는 퇴비화를 통해 처리되고 있으나, 생산된 최종 부산물인 사료나 퇴비의 품질 저하 및 수요처 확보의 어려움 등의 문제 발생으로 인해 최근에는 저탄소 녹색정책의 일환으로 음식물류폐기물의 혐기소화를 통해 바이오가스를 생산하여 LNG(liquefied natural gas)의 대체 에너지원으로 활용하는 음식물류 폐기물의 혐기소화 처리장치가 채택되고 있다.Most of these food wastes are processed through feed or composting, but due to problems such as poor quality of the final by-products such as feed or compost and difficulty in securing demand, anaerobic digestion of food waste has recently been adopted as part of the low-carbon green policy. An anaerobic digestion treatment device for food waste that produces biogas and uses it as an alternative energy source to LNG (liquefied natural gas) is being adopted.
그러나, 이러한 종래의 음식물류 폐기물의 혐기소화 처리장치는, 대부분 해외 기술을 그대로 도입하는 과정에서 국내의 음식물류폐기물 성상에 맞지 않거나, 전처리 설비의 부적절, 단상의 혐기소화조 내에 고농도 고형물의 과잉 투입에 따른 혐기소화조의 효율 저하, 혐기소화조의 교반 불안정에 따른 혐기소화조 내의 유기산 축적 등의 문제로 인해 국내에 설치 운영중인 혐기소화 처리장치는 많은 문제점을 지니고 있다.However, most of these conventional anaerobic digestion treatment devices for food waste do not fit the characteristics of domestic food waste in the process of introducing foreign technology, inadequate pretreatment equipment, or anaerobic digestion due to excessive input of high-concentration solids into the single-phase anaerobic digestion tank. Anaerobic digestion treatment equipment installed and operated in Korea has many problems due to problems such as reduced efficiency of the digester and accumulation of organic acids in the anaerobic digester due to unstable stirring of the anaerobic digestion tank.
특히, 종래의 음식물류 폐기물의 혐기소화 처리장치는, 혐기소화시설의 전처리에 대부분 단순한 파쇄 선별장치를 사용하여 이물질의 제거율이 낮은 상태로 유지되고 있고, 입자 크기에 대한 고려도 적은 상태에서 체류시간이 30일 이내로 비교적 짧게 운영하게 된다.In particular, conventional anaerobic digestion treatment equipment for food waste mostly uses simple crushing and screening devices for pre-treatment of anaerobic digestion facilities, so the removal rate of foreign substances is maintained at a low level, and the retention time is low with little consideration of particle size. It will operate for a relatively short period of time, less than 30 days.
따라서, 종래의 음식물류 폐기물의 혐기소화 처리장치는, 혐기소화조 내의 이물질 축적과 이에 따른 혐기소화조의 사영역(Dead Space)의 증가, 유기산의 증가 등으로 인해 혐기소화조의 정상적인 운전이 불가능하게 되고, 이로 인해 음식물류 폐기물의 처리량이 점차 감소하여 최종적으로는 소화조내에 음식물류 폐기물의 투입이 불가능하게 되는 문제가 있다.Therefore, in the conventional anaerobic digestion treatment device for food waste, normal operation of the anaerobic digestion tank is impossible due to the accumulation of foreign substances in the anaerobic digestion tank, the resulting increase in the dead space of the anaerobic digestion tank, and an increase in organic acids, etc., which makes it impossible to operate the anaerobic digestion tank normally. As a result, there is a problem in that the processing amount of food waste gradually decreases, ultimately making it impossible to input food waste into the digester.
{선행기술문헌}{Prior art literature}
{특허문헌}{Patent Document}
(특허문헌 0001) 대한민국 등록특허 제10-1210869호(2012.12.12)(Patent Document 0001) Republic of Korea Patent No. 10-1210869 (December 12, 2012)
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 해결하고자 하는 음식물류 쓰레기 또는 탈리액을 전처리 및 전발효 처리하여 MEC의 수소생산에 적합한 MEC 맞춤형 유기성 기질로 전처리하고 MEC 반응기에서 그린수소를 생산하는 통합형 그린 수소 생성 장치를 제공하는 것이다.Therefore, the present invention was developed to solve the above problems, and the food waste or desorbed liquid to be solved by the present invention is pretreated and prefermented with a MEC customized organic substrate suitable for hydrogen production by MEC, and then pretreated in a MEC reactor. The goal is to provide an integrated green hydrogen generation device that produces green hydrogen.
다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly apparent to those skilled in the art from the description below. It will be understandable.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로, 음식물류 쓰레기 및 탈리액으로 구성된 원수를 전처리 및 전발효하는 전처리유닛; 상기 전처리유닛에서 전처리 및 전발효된 원수에서 미생물을 전기분해하는 MEC 유닛; 및 상기 MEC 유닛에서 전기분해되어 생산된 수소가스를 정제 및 압축하는 후처리유닛;을 포함하고, 상기 MEC 유닛은, 반응시간이나 체류시간의 증대로 원수 내 유기성분의 농도를 낮추거나 투입되는 유기성물질의 농도를 높여서 수소가스의 생산량을 증대시킬 수 있다.The present invention was created to improve the problems of the prior art as described above, and includes a pre-treatment unit for pre-processing and pre-fermenting raw water consisting of food waste and desorbed liquid; A MEC unit that electrolyzes microorganisms in the raw water pretreated and prefermented in the pretreatment unit; And a post-processing unit that purifies and compresses the hydrogen gas produced by electrolysis in the MEC unit, wherein the MEC unit lowers the concentration of organic components in the raw water by increasing the reaction time or residence time or reduces the concentration of the organic components in the input water. The production of hydrogen gas can be increased by increasing the concentration of the substance.
또한, 일 실시예에서, 상기 전처리유닛은, 음식물류 쓰레기 및 탈리액에서 유분 및 협잡물을 분리하는 삼상분리기; 상기 삼상분리기에서 이송된 처리수 내의 오염물질을 부상시켜 분리 제거하는 가압부상조; 상기 가압부상조에서 이송된 처리수에서 분리된 유기물을 활용하여 혐기성 산발효를 통해 유기산을 생성하는 전발효조; 상기 전발효조에서 이송된 처리수 내의 부유고형물을 제거하여 저감시키는 유출수 여과조; 및 상기 유출수 여과조에서 이송된 처리수 내의 pH를 조정하고 버퍼링하는 컨디셔닝조;를 포함할 수 있다.Additionally, in one embodiment, the pretreatment unit includes a three-phase separator that separates oil and impurities from food waste and desorbed liquid; A pressurized flotation tank that floats and separates contaminants in the treated water transferred from the three-phase separator; A pre-fermentation tank that generates organic acid through anaerobic acid fermentation using organic matter separated from the treated water transferred from the pressurized flotation tank; an effluent filtration tank that removes and reduces suspended solids in the treated water transferred from the pre-fermentation tank; and a conditioning tank for adjusting and buffering the pH in the treated water transferred from the effluent filtration tank.
또한, 일 실시예에서, 상기 MEC 유닛은, 전처리된 가용화 유기물을 이용하여 미생물 전기분해를 통해 수소를 생산하는 MEC 탱크; 상기 MEC 탱크에 순환유량공급을 위하여 외부의 반응조에서 상기 MEC 탱크에 유량을 제공하는 저수조; 및 상기 MEC 탱크의 음극을 통해 나오는 가스와 용액을 분리하고 용액을 다시 상기 저수조에 되돌려주는 트랩 탱크;를 포함할 수 있다.Additionally, in one embodiment, the MEC unit includes an MEC tank that produces hydrogen through microbial electrolysis using pretreated solubilized organic matter; A water storage tank that provides a flow rate to the MEC tank from an external reaction tank to supply a circulating flow rate to the MEC tank; and a trap tank that separates the gas and solution coming out through the cathode of the MEC tank and returns the solution back to the reservoir.
또한, 일 실시예에서, 상기 삼상분리기는, 원수의 성상에 따라 설정된 화학응집제를 투입하여 유분분리나 고액분리를 진행할 수 있다.Additionally, in one embodiment, the three-phase separator may perform oil separation or solid-liquid separation by adding a chemical coagulant set according to the properties of raw water.
또한, 일 실시예에서, 상기 가압부상조는, 상기 삼상분리기로부터 이송된 처리수에서 가압부상 공정을 통해 입자성물질의 농도를 제어할 수 있다.Additionally, in one embodiment, the pressure flotation tank can control the concentration of particulate matter in the treated water transferred from the three-phase separator through a pressure flotation process.
또한, 일 실시예에서, 상기 전발효조는, 처리수에 pH를 조정하면서 설정된 체류시간 동안 산발효시킬 수 있다.Additionally, in one embodiment, the pre-fermentation tank may perform acid fermentation for a set residence time while adjusting the pH of the treated water.
또한, 일 실시예에서, 상기 유출수 여과조는, 처리수의 유량을 설정된 수준으로 유지하도록 교차류십자여과막이 구비될 수 있다.Additionally, in one embodiment, the effluent filtration tank may be equipped with a cross-flow cross filtration membrane to maintain the flow rate of treated water at a set level.
또한, 일 실시예에서, 상기 컨디셔닝조는, 처리수의 pH를 6.0 ~ 7.5로 유지할 수 있다.Additionally, in one embodiment, the conditioning tank can maintain the pH of the treated water at 6.0 to 7.5.
또한, 일 실시예에서, 상기 후처리유닛은, 상기 MEC 유닛을 통해서 생성된 수소가스를 정제하고 압축 및 액화하여 수소충전소에 전송할 수 있다.Additionally, in one embodiment, the post-processing unit may purify, compress, and liquefy the hydrogen gas generated through the MEC unit and transmit it to a hydrogen charging station.
또한, 일 실시예에서, 상기 MEC 유닛을 통해서 발생하는 유기성분 및 영양염류의 제거를 위하여 폐수처리시설에 연계될 수 있다.Additionally, in one embodiment, the MEC unit may be connected to a wastewater treatment facility to remove organic components and nutrients generated through the unit.
본 발명의 일실시예에 따르면, 전처리 및 전발효 공정은 음식물류 쓰레기 및 탈리액의 물리화학적 처리를 통하여 원수내 유분, 조대입자, 협잡물 등을 제거하고 MEC 유닛에 사용하기 적합한 유기산으로 전환할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the pre-treatment and pre-fermentation process can remove oil, coarse particles, contaminants, etc. in raw water through physical and chemical treatment of food waste and desorbed liquid and convert them into organic acids suitable for use in the MEC unit.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 그린수소를 생산하는 MEC 유닛은 기존의 수소생산 공정과는 달리 미생물 전기분해공법을 이용한 2실형 MEC 유닛으로 반응조 유입단에 MEC 맞춤형 전발효 유입원수를 유입함으로써 그린수소를 생산할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, the MEC unit that produces green hydrogen, unlike the existing hydrogen production process, is a two-chamber MEC unit using a microbial electrolysis method and introduces MEC-customized pre-fermentation raw water into the inlet end of the reaction tank. By doing so, green hydrogen can be produced.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 통합형 설계 구성을 통하여 음식물류 쓰레기 및 탈리액 등의 고농도 유기성 폐수의 처리와 그린 수소 생산 및 충전시설 연계를 통하여 에너지공급 시설의 확보가 가능하다.In addition, according to an embodiment of the present invention, it is possible to secure energy supply facilities through the treatment of high-concentration organic wastewater such as food waste and deionized liquid and linkage with green hydrogen production and charging facilities through an integrated design configuration.
다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects that can be obtained from the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned above will be clearly understood by those skilled in the art from the description below. You will be able to.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention together with the detailed description of the invention described later. Therefore, the present invention includes the matters described in such drawings. It should not be interpreted as limited to only .
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 그린 수소 생성 장치의 전체 블록도이다.1 is an overall block diagram of a green hydrogen generation device according to an embodiment of the present invention.
도 2는 전처리유닛의 구성요소 블록도이다.Figure 2 is a block diagram of the components of a preprocessing unit.
도 3은 MEC 유닛의 구성요소 블록도이다.Figure 3 is a component block diagram of the MEC unit.
도 4는 그린 수소 생성 장치가 작동하는 전체적인 흐름도이다.Figure 4 is an overall flow chart of how the green hydrogen generation device operates.
도 5는 그린 수소 생성 장치의 전체 개념도이다.Figure 5 is an overall conceptual diagram of a green hydrogen generation device.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, since the description of the present invention is only an example for structural and functional explanation, the scope of the present invention should not be construed as limited by the examples described in the text. In other words, since the embodiments can be modified in various ways and can take various forms, the scope of rights of the present invention should be understood to include equivalents that can realize the technical idea. In addition, the purpose or effect presented in the present invention does not mean that a specific embodiment must include all or only such effects, so the scope of the present invention should not be understood as limited thereby.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.The meaning of terms described in the present invention should be understood as follows.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.Terms such as “first” and “second” are used to distinguish one component from another component, and the scope of rights should not be limited by these terms. For example, a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component. When a component is referred to as being “connected” to another component, it should be understood that it may be directly connected to the other component, but that other components may also exist in between. On the other hand, when a component is said to be “directly connected” to another component, it should be understood that there are no other components in between. Meanwhile, other expressions that describe the relationship between components, such as “between” and “immediately between” or “neighboring to” and “directly neighboring to”, should be interpreted similarly.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions should be understood to include plural expressions, unless the context clearly indicates otherwise, and terms such as “comprise” or “have” refer to the specified features, numbers, steps, operations, components, parts, or them. It is intended to specify the existence of a combination, and should be understood as not excluding in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein, unless otherwise defined, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as consistent with the meaning they have in the context of the related technology, and cannot be interpreted as having an ideal or excessively formal meaning unless clearly defined in the present invention.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 그린 수소 생성 장치의 전체 블록도이고, 도 2는 전처리유닛의 구성요소 블록도이며, 도 3은 MEC 유닛의 구성요소 블록도이고, 도 4는 그린 수소 생성 장치가 작동하는 전체적인 흐름도이며, 도 5는 그린 수소 생성 장치의 전체 개념도이다.Figure 1 is an overall block diagram of a green hydrogen generation device according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a component block diagram of a pretreatment unit, Figure 3 is a component block diagram of an MEC unit, and Figure 4 is a green hydrogen This is an overall flowchart of how the generation device operates, and Figure 5 is an overall conceptual diagram of the green hydrogen generation device.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명은 전처리유닛(100), MEC 유닛(200) 및 후처리유닛(300)을 포함할 수 있다.As shown in FIGS. 1 to 5, the present invention may include a pre-processing unit 100, an MEC unit 200, and a post-processing unit 300.
전처리유닛(100)은 음식물류 쓰레기 및 탈리액으로 구성된 원수를 전처리 및 전발효할 수 있다.The pretreatment unit 100 can preprocess and preferment raw water consisting of food waste and deionized liquid.
전처리유닛(100)은 삼상분리기(110), 가압부상조(120), 전발효조(130), 유출수 여과조(140) 및 컨디셔닝조(150)를 포함할 수 있다.The pretreatment unit 100 may include a three-phase separator 110, a pressure flotation tank 120, a pre-fermentation tank 130, an effluent filtration tank 140, and a conditioning tank 150.
삼상분리기(110)는 음식물류 쓰레기 및 탈리액에서 유분 및 협잡물을 분리할 수 있다. 삼상분리기(110)의 설치 유량으로는 0.1~0.2㎥/hr 또는 1~2㎥/hr이며, 분리 후 처리수의 유분 제거율 95% 이상일 수 있는데, 원수의 성상에 따라 설정된 화학응집제를 투입하여 유분분리나 고액분리를 진행할 수 있다.The three-phase separator 110 can separate oil and impurities from food waste and desorbed liquid. The installed flow rate of the three-phase separator (110) is 0.1~0.2㎥/hr or 1~2㎥/hr, and the oil removal rate of the treated water after separation can be more than 95%. The oil is removed by adding a chemical coagulant set according to the properties of the raw water. Separation or solid-liquid separation can be performed.
가압부상조(120)는 삼상분리기(110)에서 이송된 처리수 내의 오염물질을 부상시켜 분리 제거할 수 있다. 가압부상조(120)는 삼상분리기(110)로부터 이송된 처리수에서 가압부상 공정을 통해 입자성물질의 농도를 제어할 수 있다. The pressurized flotation tank 120 can separate and remove contaminants in the treated water transferred from the three-phase separator 110 by levitating them. The pressure flotation tank 120 can control the concentration of particulate matter in the treated water transferred from the three-phase separator 110 through a pressure flotation process.
구체적으로, 가압부상조(120)의 설치 유량으로는 체류시간이 0.5 ~ 1hr이며, 부유고형물의 제거율이 80% 이상일 수 있고, 삼상분리기(110)를 통해 음식물류 쓰레기 및 탈리액에서 분리된 원수인 액상을 가압부상 공정을 통해 입자성물질을 제어할 수 있는데, 원수 성상에 따라 pH 조정 및 응집제를 보조 투입함으로써 입자성물질의 농도를 저감시킬 수 있다.Specifically, the installation flow rate of the pressurized flotation tank 120 has a residence time of 0.5 to 1 hr, a removal rate of suspended solids can be more than 80%, and the liquid phase, which is the raw water separated from food waste and desorbed liquid through the three-phase separator 110. Particulate matter can be controlled through the pressure flotation process, and the concentration of particulate matter can be reduced by adjusting pH and auxiliary injection of coagulant depending on the properties of raw water.
응집제(cohesive agents)는 액체 속에 현탁되어 있는 고체입자가 몇 개씩 모여 약간 큰 덩어리를 만들기 위해 액체에 첨가하는 약품으로서, 응집되면 액체 속의 입자는 일반적으로 침강속도가 빨라지므로, 이 현상은 침강을 촉진시키는데 이용될 수 있다.Cohesive agents are chemicals added to a liquid to bring together several solid particles suspended in the liquid to form a slightly larger lump. When cohesive, the sedimentation speed of the particles in the liquid generally increases, so this phenomenon promotes sedimentation. It can be used to order.
응집제는 침강촉진제 또는 침강제라고도 하는데, 화학조성상 두 가지로 크게 나눌 수 있다. 첫 번째는 무기전해질로서 소석회(수산화칼슘), 백반, 염화알루미늄, 산화철(Ⅲ), 황산철(Ⅱ) 등이 이에 속한다. 이들은 액체 속의 입자의 표면전위(表面電位)를 거의 0에 가깝게 하며 그때까지 존재하던 입자 상호 간의 전기적 반발력을 없애 줌으로써 응집을 일으킬 수 있다.Coagulants are also called sedimentation accelerators or sedimentation agents, and can be broadly divided into two types based on their chemical composition. The first is inorganic electrolyte, which includes slaked lime (calcium hydroxide), alum, aluminum chloride, iron (Ⅲ) oxide, and iron (Ⅱ) sulfate. These can cause cohesion by bringing the surface potential of particles in a liquid close to zero and eliminating the electrical repulsion between particles that existed until then.
두 번째는 유기고분자화합물로서 녹말류나 폴리아크릴아마이드와 그 유도체 등이 이에 속하는데, 녹말은 콜로이드의 증감작용(增減作用)에 의하여 응집을 일으키는데 폴리아크릴아미드 및 그 유도체는 입자에 흡착된 분자가 다리걸침작용에 의해 서로 입자를 끌어당긴다고 생각된다. 대부분의 경우 위의 두 가지 응집제를 함께 사용하면 효과가 더욱 크다.The second is organic polymer compounds, which include starch, polyacrylamide, and its derivatives. Starch causes aggregation through the sensitization effect of colloids, and polyacrylamide and its derivatives cause molecules adsorbed on particles to form aggregates. It is thought that particles are attracted to each other by a bridging effect. In most cases, the effect is greater when the above two coagulants are used together.
전발효조(130)는 가압부상조(120)에서 이송된 처리수에서 분리된 유기물을 활용하여 혐기성 산발효를 통해 유기산을 생성할 수 있다. 전발효조(130)는 처리수에 pH를 조정하면서 설정된 체류시간 동안 산발효시킬 수 있다.The pre-fermentation tank 130 can produce organic acids through anaerobic acid fermentation using organic matter separated from the treated water transferred from the pressure flotation tank 120. The pre-fermentation tank 130 can perform acid fermentation for a set residence time while adjusting the pH of the treated water.
구체적으로, 전발효조(130)는 저속 교반기(미도시)가 구비되며, 설치유량으로 0.5 ~ 2day의 수리학적체류시간과 최소반응기의 용량이 1ton일 수 있으며, 유분, 조대입자 및 입자성 물질을 제거한 음식물류 쓰레기 및 탈리액을 산발효조에 투입한 후 pH를 조정하며 일정 체류시간을 통해서 산발효시킬 수 있다. 즉, 전발효조(130)에서 해당 과정은 최종 부산물로 아세테이트와 에탄올을 주성분으로 하는 산발효 공정으로서, 산발효 공정은 반응조 내부에 침전 과정을 둠으로써 반응조 처리수의 청징효과를 줄 수 있다.Specifically, the pre-fermentation tank 130 is equipped with a low-speed stirrer (not shown), has a hydraulic residence time of 0.5 to 2 days at the installed flow rate, and has a minimum reactor capacity of 1 ton, and removes oil, coarse particles, and particulate matter. After the removed food waste and desorbed liquid are put into the acid fermentation tank, the pH can be adjusted and acid fermented through a certain residence time. That is, in the pre-fermentation tank 130, the process is an acid fermentation process mainly containing acetate and ethanol as final by-products, and the acid fermentation process can provide a clarification effect of the water treated in the reaction tank by having a precipitation process inside the reaction tank.
청징은 용액 속에 부유하고 있는 미립자를 어떤 조작으로 용액에서 분리하는 것으로, 일반적인 청징법으로는 자연침강법, 흡착제(응결제) 첨가법, 여과법 등이 있으며 이들 방법을 단독 또는 조합하여 사용할 수 있다. 습식 재처리법에서도 추출조작 전에 연료 용해액에서 불용성 잔재(殘滓) 미립자를 없애는 데 중요한 조작이다.Clarification is the separation of fine particles floating in a solution from the solution through some manipulation. Common clarification methods include natural sedimentation, adsorbent (coagulant) addition, and filtration, and these methods can be used alone or in combination. Even in the wet reprocessing method, it is an important operation to remove insoluble residual particles from the fuel solution before extraction.
유출수 여과조(140)는 전발효조(130)에서 이송된 처리수 내의 부유고형물을 제거하여 저감시킬 수 있다. 유출수 여과조(140)는 처리수의 유량을 설정된 수준으로 유지하도록 교차류십자여과막이 구비될 수 있다.The effluent filtration tank 140 can remove and reduce suspended solids in the treated water transferred from the pre-fermentation tank 130. The effluent filtration tank 140 may be equipped with a cross-flow cross filtration membrane to maintain the flow rate of treated water at a set level.
구체적으로, 유출수 여과조(140)는 전발효조(130)에서 산발효된 처리수를 MEC 유닛(200)에 집어넣기 위하여 입자성 물질을 마지막으로 제어해주는 여과공정을 담당하기 위해, 교차류십자여과막(미도시)을 적용함으로써 기존의 재래식 막분리공정의 화학세정 및 역세과정과는 다르게 생산수 유량을 일관되게 유지할 수 있으며 기존의 막분리공정보다 더 낮은 여재교환을 요구할 수 있다.Specifically, the effluent filtration tank 140 is responsible for the filtration process of finally controlling particulate matter in order to feed the acid-fermented treated water in the pre-fermentation tank 130 into the MEC unit 200, and is a cross-flow cross filtration membrane ( By applying (not shown), unlike the chemical washing and backwashing process of the existing conventional membrane separation process, the flow rate of produced water can be maintained consistently and lower filter media exchange can be required than the existing membrane separation process.
컨디셔닝조(150)는 유출수 여과조(140)에서 이송된 처리수 내의 pH를 조정하고 버퍼링할 수 있다. 컨디셔닝조(150)는, 처리수의 pH를 6.0~7.5로 유지할 수 있다. 구체적으로, 컨디셔닝조(150)는 급속 및 완속 교반기(미도시)가 구비되어 최종적인 원수의 성상을 조정하는 반응조로써 최종 MEC 유닛(200)에 유입 전 pH가 기설정된 조건인 6.0~7.5가 유지되도록 하여 MEC 유닛(200)의 운전 안정성과 효율을 증대시킬 수 있다.The conditioning tank 150 can adjust and buffer the pH in the treated water transferred from the effluent filtration tank 140. The conditioning tank 150 can maintain the pH of the treated water at 6.0 to 7.5. Specifically, the conditioning tank 150 is a reaction tank equipped with a rapid and slow stirrer (not shown) to adjust the final properties of raw water, and the pH is maintained at a preset condition of 6.0 to 7.5 before entering the final MEC unit 200. By doing so, the operational stability and efficiency of the MEC unit 200 can be increased.
MEC 유닛(200)은 전처리유닛(100)에서 전처리 및 전발효된 원수에서 미생물을 전기분해할 수 있다. 여기서, MEC는 Microbial Electrolysis Cell의 약자로서 미생물전해전지를 의미한다. 이하에서는, Microbial Electrolysis Cell을 약자 MEC로 사용하여 설명한다.The MEC unit 200 can electrolyze microorganisms in raw water pretreated and prefermented in the pretreatment unit 100. Here, MEC stands for Microbial Electrolysis Cell and means microbial electrolysis cell. Below, Microbial Electrolysis Cell will be described using the abbreviation MEC.
MEC 유닛(200)은 반응시간이나 체류시간의 증대로 원수 내 유기성분의 농도를 낮추거나 투입되는 유기성물질의 농도를 높여서 수소가스의 생산량을 증대시킬 수 있다.The MEC unit 200 can increase the production of hydrogen gas by lowering the concentration of organic components in raw water or increasing the concentration of organic substances input by increasing the reaction time or residence time.
MEC 유닛(200)은 MEC 탱크(210), 저수조(220) 및 트랩 탱크(230)를 포함할 수 있다.The MEC unit 200 may include an MEC tank 210, a water reservoir 220, and a trap tank 230.
MEC 탱크(210)는 전처리된 가용화 유기물을 이용하여 미생물 전기분해를 통해 수소를 생산할 수 있다. MEC 탱크(210)의 설치 유량은 탱크 당 62.5L, 탱크 4개 별 250L의 모듈 1식 구성으로, 파일롯설비에 모듈 4식으로 설치될 수 있다.The MEC tank 210 can produce hydrogen through microbial electrolysis using pretreated solubilized organic matter. The installed flow rate of the MEC tank 210 is 62.5L per tank, 250L for each of the 4 tanks, and can be installed as 4 modules in pilot equipment.
저수조(220)는 MEC 탱크(210)에 순환유량공급을 위하여 외부의 반응조에서 MEC 탱크(210)에 유량을 제공할 수 있다. 저수조(220)의 설치유량은 MEC 탱크(210)와 1:1로 매칭될 수 있으며, 저수조(220)의 내부에는 30~60rpm 성능의 저속교반기(미도시)(저속교반기는 60rpm 수준정도)와 2.4~24L/hr 성능의 순환유량 펌프(미도시)가 구비될 수 있다.The water storage tank 220 may provide flow rate to the MEC tank 210 from an external reaction tank in order to supply a circulating flow rate to the MEC tank 210. The installed flow rate of the water tank 220 can be matched 1:1 with the MEC tank 210, and inside the water tank 220 is a low-speed agitator (not shown) with a performance of 30 to 60 rpm (the low-speed agitator is about 60 rpm) and A circulating flow pump (not shown) with a performance of 2.4 to 24 L/hr may be provided.
트랩 탱크(230)는 MEC 탱크(210)의 음극을 통해 나오는 가스와 용액을 분리하고 용액을 다시 저수조(220)에 되돌려줄 수 있다. 트랩 탱크(230)의 설치유량은 탱크 1개당 1 ~ 5L일 수 있다.The trap tank 230 can separate the gas and solution coming out through the cathode of the MEC tank 210 and return the solution to the water storage tank 220. The installed flow rate of the trap tank 230 may be 1 to 5 L per tank.
후처리유닛(300)은 MEC 유닛(200)에서 전기분해되어 생산된 수소가스를 정제 및 압축할 수 있다.The post-processing unit 300 can purify and compress the hydrogen gas produced by electrolysis in the MEC unit 200.
후처리유닛(300)은 MEC 유닛(200)을 통해서 생성된 수소가스를 정제하고 압축 및 액화하여 수소충전소에 전송할 수 있다.The post-processing unit 300 can purify, compress, and liquefy the hydrogen gas generated through the MEC unit 200 and transmit it to the hydrogen charging station.
구체적으로, 후처리유닛(300)에서는 MEC 유닛(200)을 통해서 발생하는 바이오가스인 순도 90% 이상의 그린 수소 자체를 발전기 등에 투입하여 에너지화 할 수 있다.Specifically, in the post-processing unit 300, green hydrogen with a purity of 90% or more, which is biogas generated through the MEC unit 200, can be converted into energy by inputting it into a generator, etc.
또한, 후처리유닛(300)은 99.995% 이상의 ISO 규격을 만족시키며 정제 회수율을 90% 이상 확보 할수 있는 VPSA/멤브레인 복합 공정을 통해 바이오수소를 고순도 수소로 정제할 수 있다.In addition, the post-treatment unit 300 can purify biohydrogen into high-purity hydrogen through a VPSA/membrane composite process that satisfies ISO standards of 99.995% or more and can secure a purification recovery rate of 90% or more.
또한, 후처리유닛(300)은 MEC 유닛(200)을 통해서 발생하는 고순도 수소를 소비자가 직접 사용할 수 있게 시장에서 유통되는 형태로 가공, 압축 및 액화할 수 있는 추가 공정이 진행되는 곳으로서, 그린 수소 생성 장치(10)에서 발생하는 유기성 폐수의 고형분들은 퇴비화 시설, 바이오가스화 시설 또는 매립시설 등으로 연계하여 처리할 수 있다.In addition, the post-processing unit 300 is a place where additional processes are carried out to process, compress, and liquefy the high-purity hydrogen generated through the MEC unit 200 into a form that can be distributed in the market so that consumers can use it directly. Solids of organic wastewater generated from the hydrogen generation device 10 can be treated in conjunction with a composting facility, biogasification facility, or landfill facility.
또한, 음식물류 쓰레기를 액화/슬러리화시켜 탈리액화하고, 생성되는 음식물류 쓰레기 및 탈리액을 저류조에서 균질화하여 전처리유닛(100)에 투입할 수 있다.In addition, food waste can be liquefied/slurryed to de-liquefy, and the resulting food waste and de-liquified liquid can be homogenized in a storage tank and then introduced into the pretreatment unit 100.
MEC 유닛(200)을 통해서 발생하는 유기성분 및 영양염류의 제거를 위하여 폐수처리시설에 연계될 수 있다.It can be connected to a wastewater treatment facility to remove organic components and nutrients generated through the MEC unit 200.
본 발명의 일실시예에 따른 그린 수소 생성 장치의 공정 프로세스는 다음과 같다.The process of the green hydrogen generation device according to an embodiment of the present invention is as follows.
도 4를 참고하면, 음시물류 쓰레기를 파쇄하고 선별하여 각각 드럼스크린, 싸이클론, 침사조를 거치도록 하여 원수인 음식물류 탈리액을 생성하는 공정을 거처서 원수를 전처리유닛(100)으로 이송할 수 있다.Referring to FIG. 4, the food waste can be shredded and sorted and passed through a drum screen, cyclone, and silt tank, respectively, to produce food waste liquid, which is raw water, and then the raw water can be transferred to the pretreatment unit 100.
전처리유닛(100)에서는 전술한 바와 같이 이송된 원수를 삼상분리기(110), 가압부상조(120), 산발효조(130), 유출수 여과조(140) 및 컨디셔닝조(150)를 거치면서 원수를 분리, 압축, 침전 등의 다양한 방법으로 처리한 처리수를 MEC 유닛(200)으로 이송할 수 있다.In the pretreatment unit 100, the raw water transferred as described above passes through the three-phase separator 110, the pressure flotation tank 120, the acid fermentation tank 130, the effluent filtration tank 140, and the conditioning tank 150 to separate the raw water. Treated water treated by various methods such as compression, sedimentation, etc. can be transferred to the MEC unit 200.
MEC 유닛(200)으로 이송된 처리수는 미생물 전기분해 반응을 통해서 그린 수소를 생성하여 후처리유닛(300)으로 보내지며 후처리유닛(300)으로 보내진 그린 수소 즉, 바이오수소는 진공, 압력, 스윙, 흡착(VPSA, Vacuum Pressure Swing Adsorption)등의 과정을 거쳐 정제되고 압축 및 액화 후 연계된 수소충전소로 이송될 수 있다.The treated water transferred to the MEC unit 200 generates green hydrogen through a microbial electrolysis reaction and is sent to the post-treatment unit 300. The green hydrogen sent to the post-treatment unit 300, i.e. biohydrogen, is generated by vacuum, pressure, It can be purified through processes such as swing and adsorption (VPSA, Vacuum Pressure Swing Adsorption), compressed and liquefied, and then transported to a connected hydrogen charging station.
또한, MEC 유닛(200)으로 이송된 처리수에서 발생한 폐수들은 연계된 폐수처리시설을 통해서 처리되어 방류될 수 있다.Additionally, wastewater generated from treated water transferred to the MEC unit 200 may be treated and discharged through a connected wastewater treatment facility.
본 발명의 일실시예에 따르면, 전처리 및 전발효 공정은 음식물류 쓰레기 및 탈리액의 물리화학적 처리를 통하여 원수내 유분, 조대입자, 협잡물 등을 제거하고 MEC 유닛(200)에 사용하기 적합한 유기산으로 전환할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the pre-treatment and pre-fermentation process removes oil, coarse particles, impurities, etc. in raw water through physical and chemical treatment of food waste and desorbed liquid and converts them into organic acids suitable for use in the MEC unit 200. You can.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 그린수소를 생산하는 MEC 유닛(200)은 기존의 수소생산 공정과는 달리 미생물 전기분해공법을 이용한 MEC 탱크(210)과 트랩 탱크(230)의 2실형 MEC 유닛(200)으로 반응조 유입단에 MEC 맞춤형 전발효 유입원수를 유입함으로써 그린수소를 생산할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, the MEC unit 200 for producing green hydrogen is a two-chamber type of the MEC tank 210 and the trap tank 230 using a microbial electrolysis method, unlike the existing hydrogen production process. Green hydrogen can be produced by introducing MEC-customized pre-fermentation raw water into the inflow end of the reaction tank with the MEC unit (200).
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 전처리유닛(100)와 MEC 유닛(200)의 통합형 설계 구성을 통하여 음식물류 쓰레기 및 탈리액 등의 고농도 유기성 폐수의 처리와 그린 수소 생산 및 충전시설 연계를 통하여 에너지공급 시설의 확보가 가능하다.In addition, according to an embodiment of the present invention, through the integrated design configuration of the pretreatment unit 100 and the MEC unit 200, high concentration organic wastewater such as food waste and deionized liquid is treated and green hydrogen production and charging facilities are linked to create energy. It is possible to secure supply facilities.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시 예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.A detailed description of preferred embodiments of the invention disclosed above is provided to enable any person skilled in the art to make or practice the invention. Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, those skilled in the art will understand that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the scope of the present invention. For example, a person skilled in the art may use each configuration described in the above-described embodiments by combining them with each other. Accordingly, the present invention is not intended to be limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.The present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit and essential features of the present invention. Accordingly, the above detailed description should not be construed as restrictive in all respects and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention. The present invention is not intended to be limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein. In addition, claims that do not have an explicit reference relationship in the patent claims can be combined to form an embodiment or included as a new claim through amendment after filing.
{부호의 설명}{Explanation of symbols}
10 : 그린 수소 생성 장치10: Green hydrogen generation device
100 : 전처리유닛100: Preprocessing unit
110 : 삼상분리기110: three phase separator
120 : 가압부상조120: Pressurized flotation aid
130 : 전발효조130: Pre-fermentation tank
140 : 유출수 여과조140: Effluent filtration tank
150 : 컨디셔닝조150: Conditioning tank
200 : MEC 유닛200: MEC unit
210 : MEC 탱크210: MEC Tank
220 : 저수조220: water tank
230 : 트랩 탱크230: trap tank
300 : 후처리유닛300: Post-processing unit
본 발명의 일실시예에 따른 그린 수소 생성 장치는, 전처리 및 전발효 공정은 음식물류 쓰레기 및 탈리액의 물리화학적 처리를 통하여 원수내 유분, 조대입자, 협잡물 등을 제거하고 MEC 유닛에 사용하기 적합한 유기산으로 전환할 수 있어 산업상 이용 가능성이 있다.In the green hydrogen generation device according to an embodiment of the present invention, the pre-treatment and pre-fermentation process removes oil, coarse particles, impurities, etc. in raw water through physical and chemical treatment of food waste and desorbed liquid, and converts them into organic acid suitable for use in the MEC unit. Since it can be converted, it has potential for industrial use.

Claims (10)

  1. 음식물류 쓰레기 및 탈리액으로 구성된 원수를 전처리 및 전발효하는 전처리유닛;A pretreatment unit that preprocesses and preferments raw water consisting of food waste and deionized liquid;
    상기 전처리유닛에서 전처리 및 전발효된 원수에서 미생물을 전기분해하는 MEC 유닛; 및A MEC unit that electrolyzes microorganisms in the raw water pretreated and prefermented in the pretreatment unit; and
    상기 MEC 유닛에서 전기분해되어 생산된 수소가스를 정제 및 압축하는 후처리유닛;을 포함하고,It includes a post-processing unit that purifies and compresses the hydrogen gas produced by electrolysis in the MEC unit,
    상기 MEC 유닛은,The MEC unit is,
    반응시간이나 체류시간의 증대로 원수 내 유기성분의 농도를 낮추거나 투입되는 유기성물질의 농도를 높여서 수소가스의 생산량을 증대시키는 것을 특징으로 하는 그린 수소 생산 장치.A green hydrogen production device that increases the production of hydrogen gas by lowering the concentration of organic components in raw water or increasing the concentration of injected organic substances by increasing the reaction time or residence time.
  2. 청구항 1에 있어서,In claim 1,
    상기 전처리유닛은,The preprocessing unit is,
    음식물류 쓰레기 및 탈리액에서 유분 및 협잡물을 분리하는 삼상분리기;A three-phase separator that separates oil and impurities from food waste and desorbed liquid;
    상기 삼상분리기에서 이송된 처리수 내의 오염물질을 부상시켜 분리 제거하는 가압부상조;A pressurized flotation tank that floats and separates contaminants in the treated water transferred from the three-phase separator;
    상기 가압부상조에서 이송된 처리수에서 분리된 유기물을 활용하여 혐기성 산발효를 통해 유기산을 생성하는 전발효조;A pre-fermentation tank that generates organic acid through anaerobic acid fermentation using organic matter separated from the treated water transferred from the pressurized flotation tank;
    상기 전발효조에서 이송된 처리수 내의 부유고형물을 제거하여 저감시키는 유출수 여과조; 및an effluent filtration tank that removes and reduces suspended solids in the treated water transferred from the pre-fermentation tank; and
    상기 유출수 여과조에서 이송된 처리수 내의 pH를 조정하고 버퍼링하는 컨디셔닝조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 그린 수소 생성 장치.A green hydrogen generation device comprising a conditioning tank that adjusts and buffers the pH in the treated water transferred from the effluent filtration tank.
  3. 청구항 1에 있어서,In claim 1,
    상기 MEC 유닛은,The MEC unit is,
    전처리된 가용화 유기물을 이용하여 미생물 전기분해를 통해 수소를 생산하는 MEC 탱크;MEC tank that produces hydrogen through microbial electrolysis using pretreated solubilized organic matter;
    상기 MEC 탱크에 순환유량공급을 위하여 외부의 반응조에서 상기 MEC 탱크에 유량을 제공하는 저수조; 및A water storage tank that provides a flow rate to the MEC tank from an external reaction tank to supply a circulating flow rate to the MEC tank; and
    상기 MEC 탱크의 음극을 통해 나오는 가스와 용액을 분리하고 용액을 다시 상기 저수조에 되돌려주는 트랩 탱크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 그린 수소 생성 장치.A trap tank that separates the gas and solution coming out through the cathode of the MEC tank and returns the solution back to the reservoir.
  4. 청구항 2에 있어서,In claim 2,
    상기 삼상분리기는,The three phase separator is,
    원수의 성상에 따라 설정된 화학응집제를 투입하여 유분분리나 고액분리를 진행하는 것을 특징으로 하는 그림 수소 생성 장치.Figure Hydrogen generation device characterized in that oil separation or solid-liquid separation is carried out by adding a chemical coagulant set according to the properties of raw water.
  5. 청구항 2에 있어서,In claim 2,
    상기 가압부상조는,The pressurized flotation tank is,
    상기 삼상분리기로부터 이송된 처리수에서 가압부상 공정을 통해 입자성물질의 농도를 제어하는 것을 특징으로 하는 그린 수소 생성 장치.A green hydrogen generation device characterized in that the concentration of particulate matter is controlled in the treated water transferred from the three-phase separator through a pressure flotation process.
  6. 청구항 2에 있어서,In claim 2,
    상기 전발효조는,The pre-fermentation tank is,
    처리수에 pH를 조정하면서 설정된 체류시간 동안 산발효시키는 것을 특징으로 하는 그린 수소 생성 장치.A green hydrogen generation device characterized by acid fermentation for a set residence time while adjusting the pH of the treated water.
  7. 청구항 2에 있어서,In claim 2,
    상기 유출수 여과조는,The effluent filtration tank,
    처리수의 유량을 설정된 수준으로 유지하도록 교차류십자여과막이 구비되는 것을 특징으로 하는 그린 수소 생성 장치.A green hydrogen generation device characterized by being equipped with a cross-flow cross filtration membrane to maintain the flow rate of treated water at a set level.
  8. 청구항 2에 있어서,In claim 2,
    상기 컨디셔닝조는, 처리수의 pH를 6.0 ~ 7.5로 유지하는 것을 특징으로 하는 그린 수소 생성 장치.The conditioning tank is a green hydrogen generation device characterized in that the pH of the treated water is maintained at 6.0 to 7.5.
  9. 청구항 1에 있어서,In claim 1,
    상기 후처리유닛은,The post-processing unit is,
    상기 MEC 유닛을 통해서 생성된 수소가스를 정제하고 압축 및 액화하여 수소충전소에 전송하는 것을 특징으로 하는 그린 수소 생성 장치.A green hydrogen generation device characterized in that the hydrogen gas generated through the MEC unit is purified, compressed, liquefied, and transmitted to a hydrogen charging station.
  10. 청구항 1에 있어서,In claim 1,
    상기 MEC 유닛을 통해서 발생하는 유기성분 및 영양염류의 제거를 위하여 폐수처리시설에 연계되는 것을 특징으로 하는 그린 수소 생성 장치.A green hydrogen generation device characterized in that it is connected to a wastewater treatment facility to remove organic components and nutrients generated through the MEC unit.
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KR100945055B1 (en) * 2009-11-27 2010-03-05 전주시 Process system of liquid food waste mandarin by-product and its process method
KR101210869B1 (en) 2012-06-19 2012-12-12 주식회사 포스코건설 Apparatus for anaerobic digestion of food waste
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