KR100731995B1 - 열 가수분해를 이용한 슬러지 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하ㆍ폐수 슬러지(오니)를 열 가수분해 반응조를 이용하여 유기 슬러지 및 세포사이에서 자연발생적으로 형성된 중합체를 화학적으로 열 가수분해함으로써 소화조의 가용성 및 소화 후 탈수 시에 탈수율을 크게 향상시키고 케익의 양을 줄이는 하ㆍ폐수 슬러지 처리장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 하ㆍ폐수 슬러지를 저장탱크로부터 이송하여 탈수기를 거친 후, 저장 보관탱크를 거쳐서 슬러지의 교반, 수분 공급 및 예열 등으로 효율적인 열 가수분해를 위하여 조정조를 거쳐서 세포와 세포 덩어리를 분해하는 열 가수분해 반응조를 구비하고, 홀딩탱크와 열교환기를 통해서 소화조에 슬러지를 소화시키는 수단을 구비하며, 소화조에서 소화시킨 후 탈수기를 거쳐서 소각 또는 케익을 집수 처리하는 오물 및 하ㆍ폐수 슬러지 처리장치를 구현함으로써 케익의 양을 크게 줄이고 탈수율을 크게 향상시켜 고체 슬러지의 처리를 손쉽게 하는데 그 특징이 있다.

열가수분해, 슬러지, 탈수기, 소화조, 소각로

Description

열 가수분해를 이용한 슬러지 처리장치{A sludge disposal apparatus using heat hydrolysis}

도1 : 본 발명에 따른 열 가수분해를 이용한 슬러지 처리장치의 실시 예1의 개략도

도2 : 본 발명에 따른 열 가수분해를 이용한 슬러지 처리장치의 실시 예2의 개략도

도3 : 본 발명에 따른 열 가수분해를 이용한 슬러지 처리장치의 실시 예3의 개략도

<도면번호의 간단한 설명>

11; 슬러지 저류조 12; 탈수기

13; 저장탱크 14; 조정조

15, 16; 열가수분해 반응조 17; 홀딩탱크

18; 열교환기 19; 1단 소화조

20; 2단 소화조 21; 탈수기

22; 케익처리 23; 가스보일러

24; 발전설비 25; 소각로

26; 열교환기 27; 유해가스처리기

28; 소각재처리기

31; 바이패스라인

본 발명은 하ㆍ폐수 슬러지(오니)를 열 가수분해 반응조를 거쳐서 유기 슬러지 및 세포사이에서 자연발생적으로 형성된 중합체를 화학적으로 분해함으로써 소화조의 가용성 및 소화 후 탈수 시에 탈수율을 크게 향상시키고 슬러지의 부피를 크게 줄이는 하ㆍ폐수 슬러지 처리장치에 관한 것이다.

하ㆍ폐수 슬러지에 포함된 세포 덩어리는 생물학적으로, 세포와 세포사이에 존재하는 자연발생적 중합체를 형성하고 있으므로 슬러지의 소화성과 탈수성을 현저하게 저하시키고 슬러지의 점도를 증가시키며, 이산화탄소 및 메탄가스를 발생시키는 소화효율을 떨어뜨리는 문제점이 있다.

종래에는 상기와 같은 슬러지 내부의 세포사이에 형성되는 자연발생적인 중합체를 효율적으로 분리하는 열 가수분해 반응조를 거치지 못함으로써 슬러지를 효율적으로 소화시키는데 한계가 있어서 슬러지의 전체 부피가 증가하고 탈수가 잘 이루어지지 않아서 슬러지를 소각처리하거나 수집처리 하는데 많은 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기와 같은 종래기술의 문제점을 인식하고 안출된 것으로, 하ㆍ폐수 슬러지에 형성되어 있는 자연발생적 중합체(Natural Polymers)를 분리하여 유기 슬러지의 분해 및 소화성을 극대화하는 열 가수분해 반응조를 채용하고, 중합체가 분해된 슬러지를 기계적으로 혼합하면서 박테리아가 슬러지를 영양 및 에너지원으로 사용되어 지방산 또는 휘발성 산을 생산하고, 생산된 지방산이 이산화탄소와 메탄가스로 변형되면서 소화하는 소화조를 구비한 하ㆍ폐수 슬러지 처리장치를 구현함으로써 슬러지의 전체 부피를 줄이고 고체 슬러지의 함수율을 크게 줄여서 효율적으로 슬러지를 처리하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 하ㆍ폐수 슬러지 처리장치에서 열가수분해 반응조와 소화기를 이용한 소화과정을 동시에 적용하므로 최종 단계에서의 슬러지 양을 최소화하면서 악취를 감소시키고 지방산의 분해에 의하여 발생하는 메탄가스 가스를 이용하여 보일러를 가동하여 열 가수분해, 발전 및 난방용 에너지로 이용하거나 하ㆍ폐수 슬러지 처리장치 자체에 필요한 에너지를 공급함으로써 에너지 절약형 슬러지 처리 장치를 구현하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 슬러지의 수분함량을 제어하기 위한 탈수기과 물 주입 수단을 구비하고, 처리과정을 자동화하기 위하여 저장탱크를 처리과정 중간에 설치하여 열 가수분해 반응조와 소화기를 이용한 소화과정에서의 분해 효율을 극대화하고 처리과정을 자동화하여 인건비를 크게 절약하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 열 가수분해, 소화조, 탈수기 및 소각로를 구비하거나 열 가수분해, 탈수기 및 소각로를 구비하고 슬러지를 소각 처리할 수 있도록 구성하므로 슬러지가 탈수 된 케익의 저장 또는 운송에 따른 비용이나 인건비를 절약하는데 있다.

본 발명은 하ㆍ폐수 슬러지(오니)를 열 가수분해 반응조를 거쳐서 유기 슬러지 및 세포사이에서 자연발생적으로 형성된 중합체를 화학적으로 분해함으로써 소화조의 가용성 및 소화 후 탈수 시에 탈수율을 크게 향상시키고 슬러지의 부피를 크게 줄이는 하ㆍ폐수 슬러지 처리장치에 관한 것이다.

하ㆍ폐수 슬러지에 포함된 세포 덩어리는 생물학적으로, 세포와 세포사이에 존재하는 자연발생적 중합체를 형성하고 있으므로 슬러지의 소화성과 탈수성을 현저하게 저하시키고 슬러지의 점도를 증가시키며, 이산화탄소 및 메탄가스를 발생시키는 소화효율을 떨어뜨리는 문제점이 있다.

종래에는 상기와 같은 슬러지 내부의 세포사이에 형성되는 자연발생적인 중합체를 효율적으로 분리하는 열 가수분해 반응조를 거치지 못함으로써 슬러지를 효율적으로 소화시키는데 한계가 있어서 슬러지의 전체 부피가 증가하고 탈수가 잘 이루어지지 않아서 슬러지를 소각처리하거나 수집처리 하는데 많은 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 하ㆍ폐수 슬러지 처리장치에 관한 것이다. 본 발명의 이해를 용이하게 하는 도면에 대하여 살펴본다. 도1은 본 발명에 따른 열 가수분해를 이용한 슬러지 처리장치의 실시 예1의 개략도를 도시한 것이며, 도2는 본 발명에 따른 열 가수분해를 이용한 슬러지 처리장치의 실시 예2의 개략도를 도시한 것이다. 도3은 본 발명에 따른 열 가수분해를 이용한 슬러지 처리장치의 실시 예3의 개략도를 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 구성수단들을 구체적으로 살펴본다. 생활 주변에서 흔히 발 생하는 음식물쓰레기처리, 축산분뇨처리, 하수 및 오수처리, 화학약품 처리과정 등에서 고체와 액체가 공존할 경우에 슬러지에 존재하는 세포 덩어리에는 생물학적으로 세포와 세포들 사이에 자연발생적으로 중합체가 형성된다. 상기 세포사이에 형성된 중합체는 소화과정에서 소화를 방해할 뿐만 아니라 슬러지의 부피를 증가시키는 요인이 되고 탈수를 어렵게 하는 등의 다양한 문제를 야기시킨다. 이러한 다양한 문제점들을 효율적으로 해결하기 위하여 상기 오ㆍ폐수에서 자연발생적으로 형성된 중합체를 효율적으로 분해하기 위하여 일정 온도로 공급되는 열을 이용한 열 가수분해 반응조를 이용하는 것이 바람직하며, 상기 열 가수분해 반응조는 오ㆍ폐수를 소화하기 위한 소화조 또는 케익 처리를 위한 탈수 전 단계에서 실시하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 구체적인 실시 예를 살펴본다.

[실시 예]

[실시 예1]

본 발명에 따른 구체적인 실시 예를 도1을 통해서 구체적으로 살펴본다. 음식물쓰레기, 축산분뇨, 하수 및 오수, 화학약품 등 생활 주변에서 흔히 발생하는 오 폐수 발생원으로부터 차량 또는 이송배관을 통해서 이송된 슬러지는 일정 크기의 슬러지 저류조(11)에 저장된다. 상기 슬러지 저류조에 저장된 오ㆍ폐수(슬러지)의 세포와 세포사이에는 자연발생적으로 중합체(Natural Polymers)가 형성되며, 상기 자연적으로 형성된 중합체는 슬러지의 점도를 증가시켜 슬러지의 탈수를 방해하고 미생물에 의한 소화를 방해하여 최종 단계에서의 슬러지 량을 증대시키는 문제점이 있고, 슬러지를 소화하는 소화조(19, 20)에서는 소화를 방해함과 동시에 이산화탄소 및 메탄가스의 발생을 저하시키는 요인으로도 작용한다. 상기와 같은 이유 때문에 자연발생적으로 형성된 중합체(Natural Polymers)를 분해하는 수단은 슬러지를 효율적으로 처리하기 위하여서는 매우 중요하다. 자연발생적으로 형성된 중합체를 분해하는 방법은 일정온도로 열을 가하여 중합체를 가수분해하여 분리 분해하는 열가수분해 반응조(15)가 효율적이다. 보다 효율적인 열가수분해(15)를 위한 전단계로, 상기 저장탱크에 저장된 슬러지는 일정량의 수분을 제거하기 위하여 밸트프레스, 필터프레스 및 원심분리기 중 하나를 선택하여 통과시켜 탈수하는 탈수기(12)를 통과시키는 구성을 가진다. 상기 탈수된 슬러지는 필요에 따라 소정 시간동안 저장할 수 있는 저장 보관탱크(13)로 이동한다. 상기 탈수기(12)를 거친 슬러지나 저장 보관탱크(13)에 저장된 슬러지를 보다 효율적으로 열 가수분해(15)를 위하여 슬러지의 교반 및 수분을 공급하여 함수율, 예열을 위한 온도 및 압력을 제어하기 위한 조정조(14)를 거치면서 가열에 의하여 슬러지의 함수율을 다소 낮추고 열가수분해 반응조에서 열교환기를 통해서 회수한 열을 이용하여 최대한 가열할 수 있는 일정온도까지 예열하는 전처리 과정을 거친다. 상기와 같이 전처리 과정을 거친 슬러지는 미생물의 세포와 사슬구조의 중합체를 열에 의하여 분해시키는 열가수분해(15, 16) 반응조에서 열가수분해(15, 16) 과정을 거친다.

상기 열가수분해 반응조의 내부온도는 150℃내지 250℃로 유지하고, 압력은 8내지 12바(Bar)로 30분내지 한 시간 동안 열을 이용하여 슬러지에 포함된 미생물 세포와 사슬구조의 중합체를 가수분해하여 분리한다.

상기 열가수분해(15, 16)에 의하여 미생물의 세포와 사슬구조의 중합체가 분리 분해된 슬러지는 슬러지 홀딩탱크(17)로 이송되어 32℃내지 40℃의 중온 소화조로 이송하기 전에 열 가수분해에서 발생한 열을 열교환기(18)를 통해서 냉각시키는 과정을 구비한다. 상기 열교환기(18)에서 얻은 열은 상기 조정조(14)의 예열 전처리 과정에 이용하도록 구성함으로써 에너지를 절약할 수 있도록 구성되어 있다. 중온 소화에 적합한 32℃내지 40℃의 온도를 가진 슬러지는 슬러지에 포함된 박테리아 등의 미생물들이 슬러지가 가진 영양 및 에너지원을 이용하여 지방산 또는 휘발성 산을 생산하고, 생산된 지방산은 이산화탄소(CO2)와 메탄가스(CH4)를 발생하는 과정을 거쳐서 슬러지의 량과 악취를 줄이고, 부산물로 발생된 메탄가스를 이용하여 본 장치에 필요한 열에너지로 이용하거나 발전 또는 난방 에너지원로 이용할 수 있도록 구성할 수 있다.

상기 열 가수분해 반응조(15, 16)는 처리용량과 효율적인 처리를 위하여 병렬로 처리할 수 있도록 구성할 수 있으며, 열 가수분해 반응조에 주입되는 슬러지는 열 가수분해에 필요한 시간을 고려하여 슬러지 주입밸브를 열고 닫음으로써 주기적으로 공급되도록 구성되어 있다.

상기 열교환기를 거쳐서 소화에 적당한 온도로 냉각되어 나온 슬러지는 배관을 통해서 소화조로 이송되어 소화과정을 거치게 된다. 본 발명에 따른 소화조의 구성요소들을 살펴본다. 본 발명에 따른 소화조는 1단과 2단으로 구분되며, 상기 1단 소화조(19)는 슬러지를 골고루 교반하여 효율적인 소화를 이루기 위하여 수직 축에 상하 임펠러를 구성하여 하강 및 외측으로 밀어내는 소용돌이를 발생시켜 하부에 침전하는 슬러지를 방지함과 동시에 상부에서는 골고루 교반이 이루어지도록 구성되어 있다. 상기 1단 소화조(19)에 효율적인 교반을 위한 구성은 상하 2단으로 교반용 날개를 축에 설치하여 축을 모터로 필요한 속도로 회전시켜 슬러지를 교반하는 2단 기계식 교반기 또는 압축공기를 이용하여 교반하는 방법으로 구성할 수 있다. 상기 2단 소화조(20)는 가온 혹은 연속 믹싱 과정 없이 탈수과정 전의 슬러지 저장과 소화가스 보관용으로서 가스와 공기의 혼합을 방지할 수 있도록 멤브레인(Membrane)과 에어실을 구비하고 있다.

본 발명에 따른 상기 1단 소화조(19)와 2단 소화조(20)의 구성수단들에 대하여 구체적으로 살펴본다. 상기 열 가수분해에 의하여 미생물의 세포와 사슬구조의 중합체가 분리 분해된 슬러지는 중온 소화조에 필요한 온도를 유지하기 위하여 열교환기(18)를 통해서 냉각시키는 과정을 거쳐서 저장탱크의 슬러지의 온도를 32℃내지 40℃로 유지시키는 슬러지 저장탱크에 저장된다. 상기 저장탱크의 슬러지는 슬러지를 이송하기 위한 펌프와 파쇄기를 통하여 고형물질이 소화하기 용이한 크기로 파쇄하여 소화조의 상단의 배관라인을 통해서 이송되도록 구성되어 있다. 상기 1단 소화조(19)에는 슬러지를 골고루 혼합하여 효율적인 소화를 이루기 위하여 슬러지를 교반하기 위한 구동모터(M)로 회전축을 회전시켜 회전축의 상하에 부착 설치된 하강교반익과 외향교반익을 회전하도록 구성되어 있다. 상기 교반익 외측에는 복수개의 수직으로 구성된 와류제어판이 부착 설치되어 있으며, 상부에는 교반시 및 소화시 발생하는 거품을 제거하는 거품제거기와, 압축수를 공급하기 위한 압축수공급관 및 샘플을 채취하기 위한 샘플체취관이 설치되어 있다. 상기 소화조에서 소화를 효율적으로 이루기 위하여서는 소화단계에서 슬러지에 영양원의 공급, 온도 및 PH를 적절하게 제어 수단을 구비하고 제어함으로써 산과 메탄가스의 형성이 균형을 이룰 수 있고 최종 생산물인 소화 슬러지는 휘발성 및 비휘발성 입자로 구성되는데 이를 탈수하면 특별한 악취는 나지 않는다.

상부의 하강교반익은 1단 소화조(19) 내부로 공급된 슬러지를 하강시키기 위하여 출력축에서 대각으로 형성된 날개 면과 회전반대방향으로 하강 절곡면과 그 전면으로 수평면을 구성시켜 회전됨으로 슬러지, 스컴 및 기타 부유물을 하강시키도록 구성하고, 하부의 외향 교반익은 출력축에 방사형으로 곡면날개를 복수개 형성시켜 슬러지를 외향으로 방사하도록 구성하여 1단 소화조(19) 바닥의 슬러지를 부양시켜 교반하도록 한다.

1단 소화조(19)의 상부에 위치한 가스관은 거품제거기로 거품제거와 함께 수분응축기를 설치하여 1단 소화조에서 발생한 가스를 이송하는 구성을 구비하며, 1단 소화조의 슬러지를 2단 소화조로 이송하기 위한 배관라인을 2단 소화조(20)로 연결시켜 소화된 슬러지를 1차 소화 슬러지를 2단 소화조로 이송하여 2단 소화조(20)에 저장하도록 구성되어 있다.

상기 2단 소화조(20)에 이송 저장된 메탄가스를 이용하여 보일러(23)를 가열하여 물을 가열하여 온수 또는 증기를 만들고, 온수배관라인을 통해서 소화조를 가열하여 소정온도로 유지하여 순환시켜 슬러지의 소화능력을 향상시켜 빠른 소화를 이룰 수 있도록 구성하거나 상기 열가수분해 반응조를 가열하는데 사용하거나, 상기 보일러에서 발생한 증기를 이용하여 발전(24)에 이용하거나 난방용 에너지로 사용할 수 있도록 구성할 수 있다.

상기 열 가수분해 반응조와 소화조를 거쳐서 나온 슬러지는 슬러지에 포함된 중합체가 열가수분해 반응조에서 열에 의하여 가수분해되고, 소화조에서 소화되어 높은 유기물 산화에 의해 최종 슬러지의 농도 및 점도가 낮아져 탈수된 슬러지(케익)의 양을 크게 줄일 수 있도록 구성되어 있다.

상기 2단 소화조(20)의 저면부에는 소화된 슬러지를 탈수하기 위한 탈수기(21)가 설치되어 있으며, 탈수를 위하여서는 벨트프레스, 필터프레스 및 원심분리기 중 하나를 선택하여 사용하여 슬러지를 탈수하여 케익 상태로 만든다. 탈수과정을 거친 케익(슬러지)은 케익 저장탱크 또는 일정장소로 이송되어 처리된다.

상기 2단 소화조(20) 저면에는 2차 소화 슬러지를 배출하는 배출라인을 통해서 탈수기(21)로 이동하도록 구성되어 있으며, 탈수기(21)를 거쳐서 탈수된 슬러지(케익)를 저장하는 저장탱크로 배출하거나, 필요시에 2단 소화조로 피드백 시켜서 재순환시킬 수 있도록 구성되어 있다. 상기 배출라인 및 재순환을 위한 배관라인에는 슬러지 순환을 위한 순환펌프가 하나 이상의 설치되어 배출 및 재순환을 제어할 수 있도록 구성되어 있다.

상기 2단 소화조(20)는 가스 발생에 따른 압력을 측정하는 압력센서를 멤브레인 상단에 설치하고 압력에 견딜 수 있도록 상하이중형 멤브레인으로 구성하여 가스 저장을 위한 가스저장실을 형성하고, 상부 멤브레인 외부에는 와이어를 정방형으로 설치하여 일정크기 이상으로 확장되는 것을 방지하여 외피보호를 이루며, 가스저장실의 일측에는 개폐밸브, 송풍기 및 필터로 구성된 가스공급라인과, 압력센서, 개폐밸브 및 가스누출센서로 구성된 가스배기라인으로 구성하여 필요시에 가 스의 공급 및 배기를 이룰 수 있도록 구성하여 안전사고를 예방하고 소화조에서 발생한 가스를 효율적으로 저장하여 에너지원으로 이용할 수 있도록 설계되어 있다.

상기 1단 소화조(19)의 상단부에는 보충 압축수 공급관과 샘플체취관등을 설치하여 압축 수 공급과 함께 슬러지의 소화상태를 주기적으로 또는 필요시에 확인할 수 있도록 구성되어 있다.

상기 슬러지의 효율적인 소화를 이루고 부산물로 발생한 메탄가스를 효율적으로 사용하기 위한 1단 소화조 및 2단 소화조에 대한 보다 상세한 구성은 본 발명의 출원인이 출원하여 특허 등록된 대한민국 등록특허공보 제10-485639호에 개시되어 있다.

본 발명에 따른 하ㆍ폐수 슬러지 장치는 각각의 과정을 효율적이고 자동으로 제어할 수 있도록 각각의 과정에 필요한 온도계, 압력계, 저장된 슬러지의 양을 검출하는 상용의 센서 및 기타 필요한 센서들이 부착 설치되어 있다.

본 발명에 따른 하ㆍ폐수 슬러지 장치는 상기와 같은 다양한 과정에 설치된 밸브, 각종 센서들과 연동하여 효율적으로 제어하기 위하여 피엘씨(PLC) 또는 마이크로프로세서를 내장한 장치 제어부를 구비하며, 필요시에 각각의 과정을 별도로 작동시키기 위한 제어버튼과, 슬러지를 상기 순서에 따라 필요한 과정으로 이동시키기 위한 펌프 및 배관에 설치되고, 슬러지가 이송되는 배관의 일측에 설치되어 필요시에 열고 닫을 수 있도록 설계 제작된 밸브들과 연동하여 필요에 따라 수동 또는 자동으로 동작할 수 있도록 구성되어 있다. 상기 장치 제어부는 사용자들의 편의를 위하여 표시패널을 구비하고 각종 센서들과 연동하여 각각의 과정이 정상적으로 동작하는지 여부를 감시하거나 온도 및 각각의 과정의 제어에 필요한 수치를 입력하여 설정 저장할 수 있는 수단을 구비한다.

본 발명에 따른 탈수기(12, 21)는 밸트프레스, 필터프레스, 공기압을 이용한 탈수 및 원심분리기 중에서 하나를 택일하여 이루어진다.

[실시 예2]

본 발명에 따른 실시 예2를 도2에 기초하여 살펴본다. 실시 예2는 상기 실시 예1에서 1단 소화조(19)와 2단 소화조(20)를 거친 후 탈수기(21)를 거쳐서 나온 케익을 소각로(25)에서 소각하는 소각로를 거쳐서 소각하는 구성을 구비한다. 상기 소각로(25)에서 소각할 때 발생하는 인체 유해한 가스들을 분해 처리하는 유해가스처리기(27)를 구비하여 환경오염을 최소화하는 구성을 구비한다. 상기 소각 시에 발생하는 거스름 및 케익의 재처리 수단(28)을 구비한다.

상기 소각로(25)에 주입되는 에너지로는 상기 소화조에서 발생한 메탄가스, 오일 및 천연가스 중에서 선택 사용하여 소각을 이룰 수 있도록 구성할 수 있으며, 소각로에 대한 구체적인 구성은 본 발명 출원인이 출원한 출원번호 제10-2005-0014760호에 개시되어 있다.

상기 소각로(25)에서 발생한 열을 열교환기(260를 통해서 상기 열가수분해 반응조(15, 16)로 공급하여 이용하거나 산소가 포함된 외부 공기를 열교환기(26)를 이용하여 가열하여 소각로(25)의 배드 부분으로 주입함으로 공기가열에 필요한 에너지를 절약하면서 효율적인 소각을 이룰 수 있도록 구성되어 있다.

상기 소각로(25)에서 케익 소각 시에 발생하는 유해가스의 농도를 연속 측정하고 이들 유해가스를 분해하여 제거하는 필터 및 상용의 유해가스처리기를 구비하 고 이를 정화하여 공기 중으로 내보내는 구성을 구비한다. 소각시 발생한 거스름 및 재는 이를 집진 처리하는 집진처리기(28)를 거쳐서 소정의 절차에 따라 처리된다.

상기 소각로(25)는 수동 또는 자동으로 슬러지의 피딩 속도와 소각로(25) 내부의 유동공기의 흐름을 제어할 수 있도록 구성되어 있다. 상기 탈수 기에서 탈수된 케익은 케익의 저장 탱크를 거쳐서 주기적으로 주입하는 구성이나 직접 소각로로 주입할 수 있는 구성을 가지며, 케익을 주입하기 전에 소각로를 일정온도(650℃) 이상으로 예열하여야 하고 예열한 후 케익을 소각로 내부로 피딩하여야 한다. 케익의 피딩율은 소각로의 용량, 내부온도 및 유동공기의 흐름에 따라 제어하여 운전할 수 있도록 구성되어 있다. 소각로(25)가 안정되면 배드 온도가 일정하게 유지되도록 연료를 제어 공급하여야 하며, 이는 연료의 주입량, 더운 공기의 주입속도 및 소각로의 내부온도와 연동하여 자동으로 제어되도록 구성되어 있다. 소각시의 소각로(25)의 내부온도가 약 800℃정도이므로 케익 소각 시에 발생하는 고온의 가스를 이용하여 송풍 팬에 의하여 주입되는 산소가 포함된 외부 공기를 열교환기(26)를 이용하여 가열하여 소각로(25)의 배드 부분으로 주입함으로 공기가열에 필요한 에너지를 절약하면서 효율적인 소각을 이룰 수 있도록 구성되어 있다. 상기 열교환기(26)에서는 발생한 열을 효율적인 소각을 위하여 소각로(25)로 피드백 시키거나 상기 열가수분해 반응조(15, 16)를 가열하는 수단으로 이용할 수 있도록 구성할 수 있다.

실시 예2에서 채용한 소각로에 대한 보다 구체적인 구성은 본 발명 출원인이 출원한 출원번호 제10-2005-0014760호에 개시되어 있습니다.

[실시 예3]

본 발명에 따른 실시 예3을 도3에 기초하여 살펴본다. 실시 예3은 상기 실시 예1에서 열 가수분해 반응조(15, 16)에서 나온 슬러지를 저장하는 홀딩 탱크(17)를 거쳐서 열교환기(26)에서 일정 온도로 냉각시킨 후 탈수기(21)를 거쳐서 탈수한 케익을 상기 실시 예2에서 사용한 소각로(25)에서 소각 처리하는 구성을 구비한다. 상기 열교환기(26)에서 발생한 열은 상기 열 가수분해 반응조(15, 16)의 전 단계인 조정조(14)에서 슬러지를 예열하는데 사용된다. 즉, 실시 예3은 상기 실시 예1 및 실시 예2에서 채용된 소화조를 거치지 않고, 열 가수분해를 위하여 열 가수분해 반응조(15, 16)에서 열을 이용하여 중합체를 가수분해하여 중합체를 분리 분해한 후 탈수기(21)를 거친 후 소각하여 처리하는 구성으로 이루어진다.

실시 예3에서 사용한 소각로(25)는 상기 실시 예2에서 사용한 구성과 동일한 구성을 가진다.

상기 소각로(25)에서 발생한 열을 열교환기(26)를 통해서 상기 열 가수분해 반응조(15, 16)로 공급하여 이용하거나 산소가 포함된 외부 공기를 열교환기(26)를 이용하여 가열하여 소각로(25)의 배드 부분으로 주입함으로 공기가열에 필요한 에너지를 절약하면서 효율적인 소각을 이룰 수 있도록 구성되어 있다.

상기 소각로(25)에서 케익 소각 시에 발생하는 유해가스의 농도를 연속 측정하고 이들 유해가스를 분해하여 제거하는 필터 및 상용의 유해가스처리기(27)를 구비하고 이를 정화하여 공기 중으로 내보내는 구성을 구비한다. 소각시 발생한 거스름 및 재는 이를 집진 처리하는 집진기(28)를 거쳐서 소정의 절차에 따라 처리된다.

본 발명은 하ㆍ폐수 슬러지에 형성되어 있는 자연발생적 중합체를 분리하여 유기 슬러지의 분해 및 소화성을 극대화하는 열 가수분해 반응조를 채용하고, 중합체가 분해된 슬러지를 기계적으로 혼합하면서 박테리아가 슬러지를 영양 및 에너지원으로 사용되어 지방산 또는 휘발성 산을 생산하고 생산된 지방산이 이산화탄소와 메탄가스로 변형하면서 소화하는 소화조를 구비한 하ㆍ폐수 슬러지 처리장치를 구현함으로써 슬러지의 전체 부피를 줄이고 고체 슬러지의 함수율을 크게 줄여서 효율적으로 슬러지를 처리할 수 있는 작용효과가 있다.

본 발명의 또 다른 효과는 하ㆍ폐수 슬러지 처리장치에서 열가수분해 반응조와 소화조를 이용하여 가수분해 및 소화를 동시에 적용하므로 최종 단계에서의 슬러지 양을 최소화하면서 악취를 감소시키고 지방산의 분해에 의하여 발생하는 메탄가스를 이용하여 열가수분해, 난방 또는 발전의 에너지원으로 사용함으로써 에너지 절약형 슬러지 처리 장치를 구현하는데 있다.

본 발명의 또 다른 효과는 슬러지의 수분함량을 제어하기 위한 탈수기과 물 주입수단을 구비하고, 처리과정을 자동화하기 위하여 저장탱크를 처리과정 중간에 설치하여 열 가수분해 반응조와 소화조에서의 분해 효율을 극대화하고 처리과정을 자동화하여 인건비를 크게 절약하는데 있다.

본 발명의 또 다른 효과는 열 가수분해, 소화조, 탈수기 및 소각로를 구비하 거나 열 가수분해, 탈수기 및 소각로를 구비하고 슬러지를 소각 처리할 수 있도록 구성하므로 슬러지가 탈수 된 케익의 저장 또는 운송에 따른 비용이나 인건비를 절약하는데 있다.

Claims (13)

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2. 탈수율와 소화효율을 향상시킨 하ㆍ폐수 슬러지 처리장치에 있어서,

   하ㆍ폐수 슬러지를 저장하는 저장탱크;

   상기 저장탱크에 저장된 슬러지를 탈수하는 탈수기(12);

   상기 탈수기(12)와 열 가수분해 반응조 사이에 위치하여 신속한 열 가수분해를 위하여 일정온도까지 예열하기 위한 조정조;

   상기 탈수기에서 탈수된 슬러지에 포함된 중합체를 분해하여 소화를 용이하게 하고 탈수율을 높이기 위하여 열 가수분해를 하기 위한 열 가수분해 반응조;

   상기 열 가수분해 반응조에서 발생한 열을 회수하여 상기 조정조의 예열 전처리에 사용하기 위한 열교환기;

   상기 열 가수분해 반응조를 거쳐서 나온 슬러지를 일정 온도를 유지하면서 슬러지를 교반하되, 슬러지를 골고루 혼합하고 소화 효율을 높이기 위하여 교반 축의 상부에는 하강교반익을 설치하고 하부에는 외향교반익을 구비한 일단 소화조;

   상기 일단 소화조를 거쳐서 나온 가스 및 슬러지로부터 메탄가스 및 슬러지로 분리하는 이단 소화조;

   상기 이단 소화조를 거쳐서 나온 슬러지를 탈수하는 탈수기(21);

   상기 탈수기(21)를 거쳐서 나온 케익을 소각하여 처리하는 소각로; 및

   상기 저장탱크, 탈수기, 조정조, 반응조, 소화조, 소각로 및 센서를 서로 연동시켜 장치를 제어하기 위한 장치제어 부를 구비한 하ㆍ폐수 슬러지처리장치.
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6. 청구항2에 있어서,

   상기 이단 소화조에서 수집된 메탄가스를 이용하여 상기 열 가수분해 반응조 및 소화조에 필요한 열을 공급하기 위하여 보일러를 가열하는 수단을 더 구비한 하ㆍ폐수 슬러지 처리 장치.
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9. 청구항2 또는 청구항6에 있어서,

   상기 소각로에서 발생한 열을 소각로의 배드 부분으로 주입되는 공기의 가열 및 열 가수분해 반응조를 가열하기 위한 에너지로 이용할 수 있도록 열교환기를 더 부가한 하ㆍ폐수 슬러지 처리 장치.
10. 청구항9에 있어서,

    상기 소각로에서 케익 소각시 발생한 인체 유해한 가스들을 처리하는 유해가스처리기를 더 부가한 하ㆍ폐수 슬러지 처리 장치.
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