KR101145700B1

KR101145700B1 - 오니 처리 시스템

Info

Publication number: KR101145700B1
Application number: KR1020107007627A
Authority: KR
Inventors: 다쿠미 오바라; 노부유키 아시카가; 사토시 하라구치; 도쿠스케 하야미; 가츠야 야마모토; 히로시 다무라
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2007-10-23
Filing date: 2008-10-15
Publication date: 2012-05-24
Also published as: CN101835715B; CN101835715A; WO2009054107A1; JP2009101293A; KR20100061523A; JP5150199B2

Abstract

오니 성분의 전열면으로의 부착에 의한 열교환 효율의 저하가 생기지 않고, 또한, 오니에 의한 유로의 막힘도 생기지 않고 오니를 효과적으로 열처리 가능하게 한다.
오니를 반응기(14)에 의해 소정의 압력 하에서 가열하여 열처리한다. 이 반응기(14)에 의한 열처리 전의 오니에 대하여 예열 장치(13)에 의해 예열을 행한다. 이 예열 장치(13)는 반응기(14)로의 오니의 공급로 상에 연결된 직접 열교환기부(15)와, 반응기(14)로부터의 열처리 후의 오니의 배출로 상에 연결된 증발기부(16)를 일체화한 것으로, 이들의 내부는 반응기(14) 내보다 낮은 압력으로 유지된다. 직접 열교환기부(15)에 도입된 열처리 전의 오니는, 배출로에 의해 증발기부(16)에 도입된 열처리 후의 오니로부터 생기는 증기와 직접적으로 접촉함으로써 예열된다.

Description

오니 처리 시스템{SLUDGE TREATING SYSTEM}

본 발명은 유기물을 많이 포함하는 오니(汚泥)를 열처리하여, 용적 감축화(減容化)를 도모한 오니 처리 시스템에 관한 것이다.

최근, 유기물을 많이 포함하는 오니를 메탄 생성균 등의 혐기성 미생물의 작용에 의해 혐기성 발효시켜, 소화(消化) 가스를 회수하는 처리 방법이 많이 사용되고 있다. 이 경우, 혐기성 미생물의 처리 대상으로 되는 것은 주로 비교적 저분자의 유기물이기 때문에, 하수 처리 등에 의해 생기는 잉여 오니 등의 난분해의 유기성 오니를 혐기성 처리에 의해 처리하려고 하면, 오니가 용해하는 데에 시간이 걸리고, 장치의 대형화나 처리 효율의 악화를 초래하고 있었다.

그래서, 잉여 오니 등의 난분해성의 유기성 오니를 처리할 때에, 미리 가용화(可溶化) 처리를 실시하여, 혐기성 미생물에 의한 소화 처리를 단시간에 효율적으로 행하게 하는 방법이 제안되어 있다. 가용화 처리에는 고온 고압수가 갖는 매우 높은 반응성을 이용한 수열(水熱) 처리법이 주목되고, 그를 위한 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

상기 제안에서의 수열 가용화 처리 장치는 제 1 열교환기와 제 2 열교환기를 갖고 있고, 이들 열교환기는 액(液)체류부와, 열교환부를 각각 갖고 있다. 열교환부는 복수의 튜브와 방열용 핀이 적층된 구조이며, 액체류부는 유기성 오니가 수열 반응 처리에 요하는 시간만큼 체류 가능한 용량을 갖는다. 유기성 오니는 제 1 열교환기의 열교환부에 보내져, 예비 가열된다. 예비 가열에 의해 중온 고압으로 된 오니는 제 2 열교환기의 열교환부에 도입되어, 이 열교환부에서 가열 가스에 의해 가열된다. 가열된 오니는 고온 고압의 수열 가용화 오니로서 배출되어, 상기 제 1 열교환기의 수열 반응 공간(열교환부 및 액체류부로 이루어짐)으로 도입된다. 이 수열 반응 공간에서 수열 가용화 반응한 오니는 열교환부에 의해 냉각되어, 저온 고압의 수열 가용화 오니로서 배출된다. 즉, 제 2 열교환기의 수열 반응 공간, 및 제 1 열교환기의 수열 반응 공간에서는 유기성 오니는 고온 고압 조건 하에 노출되어, 수열 가용화 반응이 일어난다.

이러한 장치에서, 제 1 열교환기에서는 열처리 전의 오니와 열처리 후의 오니를, 열교환부에서 고압인 채로 전열면(傳熱面)(복수의 튜브나 방열용 핀 등)을 통하여 열교환한다. 이 제 1 열교환기에서 예열된 오니는 제 2 열교환기에서, 그 열교환부에서 가열 가스에 의해 가열되고, 이 열교환부를 포함하는 수열 반응부에서 오니의 가용화 처리가 된다는 것이었다.

일본국 특개2005-254165호 공보

상술한 종래 기술에서는, 가온(加溫) 전 오니와 가온 후 오니의 열교환을, 열교환부에서의 복수의 튜브와 적층된 방열용 핀에 의한 전열면을 통하여 행하고 있다. 이 때문에, 예를 들면, 오니에 의한 단백질의 응고물이나 탄산칼슘 등의 수화물이 전열면에 부착되면 열교환 효율이 떨어지게 된다. 또한, 오니에 의한 유로의 막힘이 염려된다.

본 발명의 목적은, 오니 성분의 전열면으로의 부착에 의한 열교환 효율의 저하가 생기지 않고, 또한, 오니에 의한 유로의 막힘도 생기지 않고 오니를 효과적으로 열처리할 수 있는 오니 처리 시스템을 제공하는 것에 있다.

본 발명에 의한 오니 처리 시스템은, 오니를 소정의 압력 하에서 가열하여 열처리하는 반응기와, 상기 반응기로의 오니의 공급로 상에 연결된 직접 열교환기부와, 상기 반응기로부터의 열처리 후의 오니의 배출로 상에 연결된 증발기부를 일체화하고, 이들의 내부는 상기 반응기 내보다 낮은 압력으로 유지되고, 상기 직접 열교환기부에 도입된 열처리 전의 오니를, 상기 배출로에 의해 상기 증발기부에 도입된 열처리 후의 오니로부터 생기는 증기를 직접적으로 접촉시켜 가열하는 예열 장치를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는, 예열 장치는, 상기 오니의 공급로 상 및 열처리 후 오니의 배출로 상에 복수단(段) 직렬로 연결되고, 이들 복수의 예열 장치의 내부 압력을, 상기 반응기에서 보아서 하류 방향으로 됨에 따라 순차적으로 낮게 설정한 구성으로 해도 된다.

본 발명은, 예열 장치가 복수단 직렬로 연결된 열처리 후 오니의 배출로 상의, 임의의 2개의 예열 장치 사이에 설치되고, 내부 압력이, 상기 반응기에서 보아서 상류측의 예열 장치로부터 자기(自己)를 포함하여 하류측의 예열 장치를 향하여 순차적으로 낮아지도록 설정되고, 상기 상류측 예열 장치로부터 도입된 열처리 후 오니로부터, 상류측과의 압력차에 의해 증기를 생기게 하고, 또한, 이 증기를 상기 상류측 예열 장치의 직접 열교환기부에 공급하기 위한 배관을 갖는 증발기를 구비한 구성이어도 된다.

본 발명은, 반응기에 의해 열처리되고, 상기 예열 장치의 증발기부를 거쳐 배출되는 열처리 후 오니를 혐기성 처리하는 혐기성 처리 장치를 구비한 구성이어도 된다.

본 발명에서는, 혐기성 처리 장치로부터 발생하는 소화 가스를, 반응기에 대한 가열원 설비의 연료로 사용하면 된다.

본 발명은, 상기 예열 장치의 증발기부를 거쳐 배출되는 열처리 후 오니를 혐기성 처리에 적합한 온도로 조정하는 온도 조정 장치를 구비한 구성이어도 된다.

본 발명에서는, 온도 조정 장치는, 예열 장치보다 낮은 내부 압력으로 설정되고, 이 예열 장치의 증발기부를 거쳐 배출된 열처리 후의 오니를 도입하고, 예열 장치와의 내부 압력차에 의해 증기를 발생시켜 오니 온도를 저하시키는 증발기로 구성하면 된다.

본 발명에서는, 온도 조정 장치는, 예열 장치의 열처리 후 오니 배출부로부터 혐기성 처리 장치로의 관로에 연결되어, 이 관로에 흐르는 배출 오니에 대하여 열처리되어 있지 않은 오니를 혼합시키는 장치여도 된다.

본 발명에서는, 반응기는, 열처리된 오니로부터, 고형분이 분리된 액분(液分)을, 예열 장치의 증발기부에 상기 배출로를 통하여 공급하도록 구성해도 된다.

본 발명은, 액분과 분리된 열처리 후의 오니의 고형분을, 혐기성 처리 장치에 공급하는 배관을 갖는 구성이어도 된다.

본 발명은, 액분과 분리된 열처리 후의 오니의 고형분을 농축하는 농축기를 갖고, 또한 농축에 의해 생긴 액분을 온도 조절용의 증발기를 거쳐 혐기성 처리 장치에 공급하는 배관을 갖도록 구성해도 된다.

본 발명에서는, 반응기에서의 열처리는, 60℃ 내지 374℃ 사이의 가열 처리 또는 가열 가압 처리이면 된다.

본 발명에 의하면, 구조가 간소하고, 오니의 부착에 의한 열교환 효율의 저하나 유로의 막힘, 심지어 고장이 생기기 어렵고, 오니를 효과적으로 열처리할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 오니 처리 시스템의 일실시형태를 나타낸 시스템 구성도.
도 2는 본 발명에서의 예열 장치의 압력 조정 기구를 변경한 실시형태를 나타낸 시스템 구성도.
도 3은 본 발명에서의 반응기에 고액(固液) 분리 기능을 갖게 한 실시형태를 나타낸 시스템 구성도.
도 4는 본 발명에서의 예열 장치를 다단으로 구성한 실시형태를 나타낸 시스템 구성도.
도 5는 본 발명에서의 예열 장치를 다단으로 구성하고, 또한 특정한 예열 장치에서 단숨에 승온시키기 위한 구성을 채용한 실시형태를 나타낸 시스템 구성도.
도 6은 본 발명에서의 온도 조절 장치의 다른 예를 나타낸 실시형태의 시스템 구성도.
도 7은 본 발명에서의 반응기에 고액 분리 기능을 갖게 하고, 그 액분을 고속 혐기 리액터에 의해 처리하는 실시형태를 나타낸 시스템 구성도.
도 8은 포화 증기압과 수온의 관계를 나타낸 특성도.

이하, 본 발명에 의한 오니(汚泥) 처리 시스템의 일실시형태에 대해서 도면을 이용하여 상세히 설명한다.

도 1은 이 실시형태의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 1에 나타낸 오니 처리 시스템은 처리 대상의 유기물을 많이 포함하는 오니(11)를 농축하는 농축기(12), 농축된 오니의 예열 장치(13), 예열된 오니를 소정의 압력 하에서 가열하여 열처리하는 반응기(14)를 갖는다.

예열 장치(13)는, 예를 들면, 일본국 특개2007-21300호 공보에 나타낸 바와 같이, 공통된 용기 내의 상부에 직접 열교환기부(15)를 배치하고, 하부에 증발기부(16)를 배치하여 이들을 일체(一體)화하고, 하부의 증발기부(16)에서 발생한 고온 증기를, 상부의 직접 열교환기부(15)에 도입된 오니에 직접 접촉시켜 가온(加溫)하여 예열하는 것이다.

이 직접 열교환기부(15)의 입구부는 농축기(12)와 이송 펌프(18)를 통하여 연결되고, 출구부는 이송 펌프(19)를 통하여 반응기(14)와 연결되어 있다. 즉, 직접 열교환기부(15)는 반응기(14)로의 오니의 공급로 위에 연결되어 있다. 또한, 증발기부(16)의 입구부는 이송 밸브(20)를 통하여 반응기(14)의 열처리 후 오니 배출부와 연결되고, 출구부는 후속의 혐기성 처리 장치(22)에 이르는 배관과 연결되어 있다. 즉, 증발기부(16)는 반응기(14)로부터의 열처리 후의 오니의 배출로 위에 연결되어 있다.

예열 장치(13)에 대해서는 릴리프 밸브(25)(설정압 이상으로 되면 열리는 기구의 압력 조정 밸브)가 설치되어 있고, 예열 장치(13)의 내부 압력(직접 열교환기부(15) 및 증발기부(16)에 공통된 내부 압력)은 반응기(14) 내보다 낮은 압력으로 유지되어 있다. 따라서, 예열 장치(13)의 직접 열교환기부(15)에 도입된 열처리 전의 오니는, 상기 배출로로부터 증발기부(16)에 도입된 열처리 후의 오니로부터 생기는 증기에 의해 직접적으로 가열된다.

반응기(14)는 예열 장치(13)로부터 도입된 예열 후의 오니를 소정의 압력 하에서 가열하여 열처리하고, 액상화시키는 것이다. 그 때문에, 이 반응기(14)에는 가열원 설비인 보일러(27)로부터 생긴 고온 증기가 승압 설비(28)에 의해 소정 압력으로 승압되어 공급되고, 오니를 가열 가압한다. 이 외에, 가열용으로서 히터(23)가 설치되어 있다. 보일러(27)의 연료에는 혐기성 처리 장치(이하, 소화조(消化槽)로서 설명함)(22)로부터, 그 소화 반응에 의해 생기는 메탄을 포함하는 바이오 가스(소화 가스)를 사용하면 된다. 이 경우, 바이오 가스는 탈류(脫硫) 장치(29)에 의해 탈류하여 보일러(27)에 공급해 연소시킨다.

소화조(22)는 투입된 오니를 혐기성 균의 작용에 의해 바이오 가스로 전환하는 것으로, 예열 장치(13)를 거쳐 배출되는 배출 오니를 도입하기 위해, 그 입구부는 증발기부(16)의 출구부와 이송 밸브(30), 온도 조정 장치로서의 증발기(31), 이송 펌프(32)를 통하여 연결되어 있다. 상기 온도 조정 장치로서의 증발기(31)는 예열 장치(13)를 거쳐 배출되는 배출 오니를 혐기성 처리에 적합한 온도로 조정하는 것으로, 예열 장치(13)보다 낮은 내부 압력으로 설정되고, 이 예열 장치(13)를 거쳐 배출된 고온의 오니를 도입하여, 예열 장치(13)와의 내부 압력차에 의해 증기를 발생시켜 오니 온도를 적정 온도까지 저하시킨다. 발생한 증기는 압력 조정 밸브(33)를 통하여 진공 펌프(34)에 의해 도출(導出)하여, 소(所) 내 열원 등에 이용하면 된다.

또한, 소화조(22)에 투입된 오니의, 바이오 가스로 전환된 나머지 고형분은, 탈수기(35)에 의해 탈수된 후에, 소각 또는 매립 처리된다.

상기 구성에서, 오니(11)는 예열 장치(13)의 직접 열교환기부(15)를 통과하여, 열처리용의 반응기(14)에 도입된다. 열처리 후의 오니는 예열 장치(13)의 증발기부(16)에 도입되고, 이 증발기부(16)를 통과한 오니는 후속의 소화조(22)에 도입된다. 소화조(22)에서 발생한 메탄 가스를 많이 포함하는 가스 성분은 가스 배관에 의해 탈류 설비(29)를 통과한 후에 보일러(27)에 공급되어, 연소된다. 소화조(22)에서 처리된 오니의 나머지 고형분은 탈수 처리 후 폐기된다.

이하, 상세히 설명한다. 오니(11)(온도 20℃로 함)는, 우선, 농축기(12)에 의해 함수율(含水率) 97% 이하로 농축된다. 이 농축 오니는 이송 펌프(18)에 의해, 예열 장치(13)의 상부에 구성된 직접 열교환기부(15)에 도입된다. 한편, 이 직접 열교환기부(15)의 하부에 일체 구성된 증발기부(16)에는, 반응기(14)로부터, 후술하는 열처리에 의해 고온 고압으로 된 열처리 후의 오니가 도입된다.

여기서, 예열 장치(13)의 일체형 용기의 내부 압력은 릴리프 밸브(25)에 의해 202㎪로 설정되어 있다. 즉, 릴리프 밸브(25)는 설정압 이상으로 되면 열리는 기구의 밸브이므로, 그 설정압을 202㎪로 함으로써, 용이하게 내부 압력을 조정할 수 있다. 이 내부 압력은 반응기(14)의 내부 압력보다 낮게 설정되어 있다. 주지(周知)된 바와 같이, 포화 증기압과 수온 사이에는 도 8에 나타낸 관계가 있다. 이 때문에, 증발기부(16)에 도입된 고온(220℃로 함)에서, 증발기부(16)의 내부 압력보다 고압의 열처리 후의 오니는, 주위 압력의 저하에 의해 120℃로 될 때까지 증기를 발생시키면서 감온(減溫)된다. 이 증발열을, 상부의 직접 열교환기부(15)에서 열처리 전의 오니에 직접 접촉시킨다. 이에 의해, 열처리 전의 오니는 20℃로부터 (120-α)℃(α는 열손실분으로 1℃ 내지 5℃ 정도)까지 가온되어, 예열된다.

예열 장치(13)에 의해 예열된 오니는 이송 펌프(19)에 의해 반응기(14)에 도입된다. 반응기(14)에는 보일러(27)로부터 얻어지는 고온 증기가 승압기(28)에 의해 승압되어, 공급되고 있다. 또한, 그 외의 열원으로서 히터(23)에 의해 가온함으로써, 반응기(14) 내는 220℃, 2.3㎫까지 승온 승압된다. 이러한 고온 고압 환경 하에서의 가압 열수(熱水) 처리(이하, 수열(水熱) 처리라고 칭함)에 의해, 고분자의 고형성 유기물은 저분자화되어, 액상화한다. 예를 들면, 하수 처리장의 생물 반응조로부터의 인출 오니인 잉여 오니를 대상으로 한 경우, 수열 처리에 의해 오니의 고형분의 70% 내지 80%가 액분(液分)으로 변환한다.

이와 같이 열처리 후의 액상화한 220℃의 고온 오니는, 반응기(14)와 예열 장치(13)의 내부 압력차에 의해, 이송 밸브(20)를 개방 조작함으로써 이송되어, 증발기부(16)에 도입된다. 증발기부(16)에 도입된 오니는, 2.3㎫로부터 202㎪까지 감압됨으로써 기화하고, 열을 빼앗겨서, 전술한 바와 같이 220℃로부터 120℃까지 감온된다. 이 감온분은 고온 증기로 되고, 전술한 바와 같이, 직접 열교환기부(15)에서 열처리 전의 오니와 직접 접촉하여 오니를 (120-α)℃까지 가온하여, 예열한다.

증발기부(16)에 의해 120℃까지 감온된 오니는, 증발기부(16)와, 그 배출측에 연결된 다른 증발기(31)의 압력차에 의해, 이송 밸브(30)를 개방 조작함으로써 증발기(31)에 도입된다. 증발기(31)는 진공 펌프(34)와 압력 조정 밸브(33)에 의해 74㎪까지 감압해 둔다. 이 때문에, 증발기(31)에 도입된 120℃의 오니는, 상기 압력차에 의해, 후속하는 소화조(22)에서의 혐기성 처리에 적합한 온도 40℃까지 감온된다.

이 40℃로 감온된 오니는 이송 펌프(32)에 의해 증발기(31)로부터 이송되어, 소화조(32)에 투입된다. 그리고, 소화조(32)에서 혐기성 균의 작용에 의해 바이오 가스로 전환된다. 소화조(32)에서 발생한 메탄을 60% 이상 포함하는 바이오 가스는 탈류 설비(29)에 의해 황화 수소가 제거된 후, 보일러(27)에 의해 연소된다. 보일러(27)에서 발생한 증기 중 적어도 일부는, 전술한 바와 같이 오니의 열처리의 가온에 이용된다. 물론, 다른 열원으로서 이용할 수도 있다. 또한, 바이오 가스로 전환된 후의 나머지 고형분은 탈수기(35)에 의해 탈수된 후에, 소각 또는 매립 처리된다.

이와 같이, 열처리 후의 오니가 기화할 때의 증기와 열처리 전의 오니를, 전열면(傳熱面)을 통하지 않고 직접 접촉시키기 때문에, 종래의 열처리 전의 오니와 열처리 후의 오니를 전열면을 통하여 열교환하는 열교환기에 비해, 높은 열교환 효율을 얻을 수 있다. 이 경우, 외부로부터 공급하는 열량으로서는, 반응기(14)에서 오니를, (120-α)℃로부터 220℃까지의 100℃ 상승시키는 데에 필요한 열량만이면 되고, 200℃분의 가온이 가능하다. 또한, 구조가 간단하고 고장이 생기기 어려운 열교환 장치로 하는 것이 가능하다.

또한, 열처리에 의해, 오니가 저분자화되어 미생물에 이용되기 쉬운 성분으로 되어 있기 때문에, 열처리하지 않은 경우에 비해, 메탄 가스의 발생량을 증가시킬 수 있다. 또한, 저분자화되어 있는 점에서, 분해 속도가 빨라지기 때문에, 소화 일수(日數)(소화조의 체류 시간)도 종래의 1/3 정도까지 삭감할 수 있다. 즉, 종래의 소화조의 약 1/3의 용적으로 처리가 가능해진다. 또한, 220℃의 열처리에 의해, 오니가 탈수되기 쉽게 되어 있고, 또한 고형분이 액분으로 분해됨으로써, 발생 오니량은 열처리하지 않은 경우에 비해 70% 내지 80% 삭감되어, 폐기 오니의 발생량을 대폭 삭감할 수 있다.

또한, 각 부의 오니 온도는 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 열처리 후의 오니로부터 발생하는 기화열에 의해, 열처리 전의 오니가 가온되는 것이면 된다. 즉, 아임계(亞臨界) 상태인 374℃ 이하의 온도 범위이면, 어떠한 온도를 대상으로 한 것이어도 된다.

또한, 반응기(14)에 대하여 수열 처리용의 증기를 승압기(28)로부터 직접 불어넣는 것이 아니고, 직접 열교환기부(15)로부터 반응기(14)로의 배관 내(이송 펌프(19)의 하류측)에 증기를 불어넣어, 이송 도중의 오니를 가온하는 구성이어도 된다.

또한, 반응기(14)에 대한 열원으로서는, 소화 가스를 보일러(27)에 의해 연소하였을 때의 증기에 한정되지 않고, 바이오 가스에 의해 발전기를 가동한 경우에 생기는 배열(排熱), 예를 들면, 가스 터빈의 배기 등이어도 되고, 또한, 탈수 후의 오니를 소각 처리하는 경우에는 그 소각로의 가스를 사용하는 것이어도 된다.

다음에, 도 2에 나타낸 실시형태를 설명한다.

이 실시형태에서는, 도 1의 실시형태에 비해, 예열 장치(13)에서의 내부 압력 조정 부분이 상이하다. 즉, 도 1과 같이 예열 장치(13)에서의 내부 압력의 조정을 릴리프 밸브(25)에 의해 조절하는 것이 아니고, 도 2에 나타낸 바와 같이, 압력 조정 밸브(37)를 설치하고, 이를 개방함으로써, 예열 장치(13)에서의 내부 압력을 대기압으로 하였다. 이 때문에, 증발기부(16)에서는 반응기(14)로부터 도입되는 열처리 후의 오니를, 대기압에 기초로 하는 100℃까지 감온하고, 그 때에 생기는 증기를 직접 열교환기부(15)에서 열처리 전의 오니에 직접 접촉시켜, (100-α)℃로 가온하여 예열한다.

예열 장치(13)에 의해 예열된 오니는 이송 펌프(19)에 의해 반응기(14)에 도입된다. 반응기(14)에 도입된 오니는, 고온 고압 환경 하에서 수열 처리되어, 고분자의 고형성 유기물은 저분자화되어, 180℃의 액상화한 오니로 된다. 이와 같이 열처리에 의해 액상화한 180℃의 고온 오니는, 반응기(14)와 예열 장치(13)의 내부 압력차에 의해, 증발기부(16)에 도입되어 기화하고, 열을 빼앗겨서, 전술한 바와 같이 대기압에 기초로 하는 100℃까지 감온된다. 이 감온분은 고온 증기로 되고, 전술한 바와 같이, 직접 열교환기부(15)에서 열처리 전의 오니와 직접 접촉하여 (100-α)℃까지 가온하여, 예열한다.

이 100℃까지 감온된 오니는, 증발기부(16)의 배출측에 연결된 증발기(31)에 도입되고, 압력차에 의해, 후속하는 소화조(22)에서의 혐기성 처리에 적합한 온도 40℃까지 감온된다. 이 이후의 동작은 도 1에 나타낸 실시형태와 동일하여 설명은 생략한다.

이와 같이, 도 2에 나타낸 구성으로 함으로써, 여분의 기기가 불필요해지고, 더욱 고장이 적은 시스템으로 할 수 있다.

또한, 소화조(22)에서의 혐기성 처리에 적합한 온도 40℃로의 감온은, 진공 펌프(34)를 사용하여 감압함으로써, 감온하는 것으로 하고 있지만, 별도 냉각기를 설치하여, 감온하는 것이어도 되고, 더욱 저온의 물과의 열교환에 의해서도 된다.

다음에, 도 3에 나타낸 실시형태를 설명한다.

이 실시형태에서는, 도 1의 실시형태에 비해, 반응기(14)로부터, 열처리된 오니의 고형분을 취출하도록 한 구성이 상이하다. 즉, 반응기(14)의 저부(底部)에는 열처리된 오니의 고형분이 모이므로, 그 저부에 인출 밸브(38)를 갖는 고형분 인출 장치(39)를 연결하여, 반응기(14)에 고액(固液) 분리 기능을 갖게 하고 있다. 고액 분리되고, 고형분 인출 장치(39)에 의해 반응기(14)로부터 인출된 열처리 후 오니의 고형분은, 이송 펌프(40)를 갖는 배관에 의해 소화조(22)에 공급된다. 또한, 고액 분리된 열처리 후 오니의 액분은 예열 장치(13)의 증발기부(16)에 배출 관로를 통하여 공급된다. 즉, 도 3의 구성은 반응기(14)의 하방으로부터 고형분을 인출하는 기구(38, 39)를 구비하고, 액분은 예열 장치(13)의 증발기부(16)에 도입하는 구성이다.

여기서, 열처리 후의 오니의 고액 분리는 반응기(14)의 저부에 연결한 인출 밸브(38)에 의해 간헐적으로 고체분을 인출함으로써 행해진다. 열처리 오니의 침강성(沈降性)은 양호하고, 고체분은 하방으로 침강한다. 반응기(14)의 윗물 부분인 액분은 예열 장치(13)의 증발기부(16)에 도입된다. 이 증발기부(16)를 포함하는 예열 장치(13)의 용기 내의 압력은 202㎪로 조정해 둔다. 이에 의해, 열처리 후 오니의 액분은 120℃까지 감온된다.

예열 장치(13)의 증발기부(16)에 도입된 열처리 후 오니의 액분은, 고액 분리에 의해 감소한 고형분의 체적분(줄어든 체적을 β : 0.2 내지 0.3으로 함)만큼, 증발기부(16)에서 감압할 때의 온도 상승분의 증기량이 적어지고, 열처리 전 오니에 대한 직접 열교환기부(15)에서의 예열량은 저하한다. 이 때문에, 그 만큼, 도 1의 실시형태의 경우와 비교하여 직접 열교환기부(15)로부터 유출되는 오니의 온도 상승은 작아진다. 즉, 직접 열교환기부(15)로부터 유출되는 오니의 온도는 (120-α)×(1-β)℃로 된다. 이 때문에, 반응기(14)에 외부로부터 공급하는 필요 열량은 커진다. 그러나, 반응기(14)로부터 예열 장치(13)의 증발기부(16)를 포함하는 배출 유로의 막힘은 적어지고, 안정된 시스템으로 하는 것이 가능해진다.

예열 장치(13)의 증발기부(16)로부터 유출되는 액분은 증발기(31)에 도입되어, 40℃ 부근으로 감온된 후, 소화조(22)에 투입된다. 고액 분리에 의해 반응기(14)로부터 분리된 고체분은, 40℃ 부근으로 감온된 액분과 함께, 전술한 바와 같이 소화조(22)에 투입된다. 그 외의 작용은 도 1의 실시형태와 동일하여 설명은 생략한다.

이 실시형태에 의하면, 열처리 후의 용액이 기화할 때의 증기를, 열처리 전의 오니에, 전열면을 통하지 않고 직접 접촉시키기 때문에, 종래형의 열교환기보다 높은 열교환 효율을 얻을 수 있고, 약 100℃ 상승시키는 데에 필요한 열량만으로 200℃분의 가온이 가능하다. 또한, 예열을 위해 증발기부(16)를 통하여 배출되는 열처리 후 오니의 액분은 고형분이 미리 제거되어 있기 때문에 이송관이나 이송 밸브 등의 유로의 막힘이 적은 시스템 구성으로 할 수 있다.

또한, 고액 분리는 중력 침강만으로 가능하고, 새로운 장치(막, 원심 농축), 고분자 응집제 등의 약품을 투입하지 않기 때문에, 저렴한 비용으로 실현 가능하다. 물론, 고액 분리는 원심 분리, 막 분리에 의해 행하는 것이어도 된다. 다만, 막 분리에 이용하는 막은 금속막과 같은 고온 내성이 있는 막이어야 한다. 또한, 고액 분리한 고형분은 소화조(22)에 투입하는 것에 한정되지 않고, 그 일부를 다시 열처리하기 위하여, 전단(前段)에 설치한 농축기(12)의 후단에 반송해도 된다. 또한, 소화조(22)에서 처리하지 않고 그대로 탈수 처리해도 된다.

다음에, 도 4에 나타낸 실시형태를 설명한다.

이 실시형태에서는, 직접 열교환기부(15)와 증발기부(16)를 일체 구성한 예열 장치(13)를 다단(도면의 예에서는 3단)으로 설치한 것이다. 즉, 복수의 예열 장치(3대의 예열 장치(13A, 13B, 13C)로 함)는 그들의 직접 열교환기부(15A, 15B, 15C)가 농축기(12)의 출구부로부터 반응기(14)의 입구부에 이르는 오니의 공급로 위에 직렬로 연결되고, 또한 그들의 증발기부(16A, 16B, 16C)가 반응기(14)의 출구부로부터 증발기(31)의 입구부에 이르는 열처리 후 오니의 배출로 위에 복수단 직렬로 연결되어 있다.

또한, 이들 복수의 예열 장치(13A, 13B, 13C)의 내부 압력은 반응기(14)에서 보아서 하류 방향으로 됨에 따라(도시 우측으로부터 좌측으로 감에 따라) 순차적으로 낮게 설정하였다. 즉, 반응기(14)에서 보아서 가장 하류측의 예열 장치(13A)(이하, 제 1 예열 장치로 하고, 우측을 향하여 순차적으로 제 2, 제 3 예열 장치로 함)가 가장 내부 압력이 낮아지도록 압력 조정한다. 예를 들면, 제 1 예열 장치(13A)의 내부 압력은 압력 조정 밸브(42) 및 증발기(31)와 공통된 진공 펌프(34)에 의해 19.9㎪로 제어한다. 제 2 예열 장치(13B)의 내부 압력은 압력 조정 밸브(37)에 의한 대기 개방에 의해 100㎪로 제어한다. 제 3 예열 장치(13C)의 내부 압력은 릴리프 밸브(25)에 의해 360㎪로 제어한다. 이들의 압력 제어에 의해, 반응기(14)로부터 공급되고, 각 예열 장치(13A, 13B, 13C)로부터 유출되는 증발 후의 오니 온도를 각각, 60℃, 100℃, 140℃로 제어할 수 있다.

상기 구성에서, 오니(11)(온도 20℃로 함)는 농축기(12)에 의해 함수율 97% 이하로 농축되고, 대기압 이하로 감압되어 있는 제 1 예열 장치(13A)와의 압력차에 의해 이송 밸브(41)를 통하여 직접 열교환기부(15A)에 도입된다. 이 직접 열교환기부(15A)에 도입된 열처리 전의 오니는, 후술하는 바와 같이 하부의 증발기부(16A)에서 발생한 증기에 의해 가열되어, 20℃로부터 (60-α1)℃(α1은 제 1 예열 장치(13A)의 열손실분)까지 예열된다.

제 1 예열 장치(13A)에 의해 예열된 열처리 전의 오니는 제 1 이송 펌프(19A)에 의해, 제 2 예열 장치(13B)의 직접 열교환기부(15B)에 도입되고, 후술하는 바와 같이 하부의 증발기부(16B)에서 발생한 증기에 의해 가열되어, (100-α1-α2)℃(α2는 제 2 예열 장치(13B)의 열손실분)까지 예열된다.

마찬가지로, 제 2 예열 장치(13B)에 의해 예열된 열처리 전의 오니는 제 2 이송 펌프(19B)에 의해, 제 3 예열 장치(13C)의 직접 열교환기부(15C)에 도입되고, 후술하는 바와 같이 하부의 증발기부(16C)에서 발생한 증기에 의해 가열되어, (140-α1-α2-α3≒136)℃(α3은 제 3 예열 장치(13C)의 열손실분)까지 예열된다.

또한, 제 3 예열 장치(13C)에 의해 예열된 열처리 전의 오니는 제 3 이송 펌프(19C)에 의해 반응기(14) 내에 도입된다. 반응기(14)에는 후속의 소화조(22)로부터 발생한 바이오 가스를, 탈류 장치(29) 및 실록산 제거 장치(42)를 통하여 연료로 하는 발전 설비(43)로부터의 고온 배열이, 승압기(28)에 의해 1㎫ 부근까지 승압되어, 가해지고 있다. 또한, 그 외의 열원으로서 히터(23)에 의해 가열한다. 반응기(14)는, 이들에 의해, 도입된 오니를 180℃로 승온시켜 수열 처리할 수 있다. 이 수열 처리에 의해, 고분자의 고형성 유기물은 저분자화되어, 액상화한다. 예를 들면, 하수 처리장의 잉여 오니를 대상으로 한 경우, 수열 처리에 의해 오니의 고형분의 40% 내지 50%가 액분으로 변환한다.

이와 같이 열처리 후의 액상화한 180℃의 고온 오니는 반응기(14)와 제 3 예열 장치(13C)의 내부 압력차에 의해 이송 밸브(20C)를 개방 조작함으로써 이송되어, 증발기부(16C)에 도입된다. 증발기부(16C)에 도입된 오니는 1㎫로부터 360㎪까지 감압됨으로써 기화하고, 열을 빼앗겨서, 전술한 바와 같이 140℃까지 감온된다. 이 감온분은 고온 증기로 되고, 전술한 바와 같이, 직접 열교환기부(15C)에서 열처리 전의 오니와 직접 접촉하여 (140-α1-α2-α3≒136)℃까지 가온하여, 예열한다.

140℃까지 감온된 오니는 제 3 예열 장치(13C)와 제 2 예열 장치(13B)의 내부 압력차에 의해 이송 밸브(20B)를 개방 조작함으로써 이송되어, 증발기부(16B)에 도입된다. 증발기부(16B)에 도입된 오니는 360㎪로부터 100㎪까지 감압됨으로써 기화하고, 열을 빼앗겨서, 전술한 바와 같이 100℃까지 감온된다. 이 감온분은 고온 증기로 되고, 전술한 바와 같이, 직접 열교환기부(15B)에서 열처리 전의 오니와 직접 접촉하여 (100-α1-α2)℃까지 가온하여, 예열한다.

100℃까지 감온된 오니는 제 2 예열 장치(13B)와 제 1 예열 장치(13A)의 내부 압력차에 의해 이송 밸브(20A)를 개방 조작함으로써 이송되어, 증발기부(16A)에 도입된다. 증발기부(16A)에 도입된 오니는 100㎪로부터 19.9㎪까지 감압됨으로써 기화하고, 전술한 바와 같이 60℃까지 감온된다. 이 감온분은 고온 증기로 되고, 전술한 바와 같이, 직접 열교환기부(15B)에서 열처리 전의 오니와 직접 접촉하여 (60-α1)℃까지 가온하여, 예열한다.

60℃까지 감온된 오니는 증발기부(16A)와, 그 배출측에 연결된 다른 증발기(31)의 압력차에 의해, 이송 밸브(30)를 개방 조작함으로써 증발기(31)에 도입되고, 후속하는 소화조(22)에서의 혐기성 처리에 적합한 온도 40℃까지 감온된다. 이후의 동작은 전술한 각 실시형태와 동일하여, 설명은 생략한다.

이 실시형태에서는, 복수의 예열 장치(13A, 13B, 13C)의 직접 열교환기부(15A, 15B, 15C)를 직렬로 연결하는 구성으로 함으로써, 열처리 전의 오니를 약 136℃까지 예열할 수 있으므로, 반응기(14)에서는 180℃로 승온시키는 44℃분의 열을 외부로부터 투입만하면 된다. 이러한 180℃까지의 승온한 열처리에 의한 가용화율은 220℃까지 온도를 올리는 경우보다 낮지만, 후단의 소화조(22)에서의 처리에 의한 최종적인 가용화율(오니의 용적 감축화율)은 80% 이상의 용적 감축화를 기대할 수 있다. 또한, 온도를 올렸을 때에 문제로 되는 색도(色度)에 관해서도, 220℃까지 승온하는 경우에 비하면 양호해진다.

또한, 각 예열 장치(13A, 13B, 13C)의 압력 조정은 100℃ 이하의 온도를 얻는 제 1 예열 장치(13A)에 관해서는, 증발기(31)와 공용인 1대의 진공 펌프(34)에 의해 감압하면 되고, 100℃의 온도를 얻는 제 2 예열 장치(13B)에 관해서는 대기압으로 개방함으로써 압력 조정하므로, 압력 조정용 펌프의 초기 투자가 저렴하다.

또한, 예열 장치(13)의 연결 대수는 3단으로 한정되지 않고, 2단 이상이면, 몇 단으로 해도 된다. 어느 정도의 단수까지는 다단으로 할수록, 외부로부터의 투입 에너지는 작아져서, 시스템 전체로서의 열회수율은 향상된다. 그러나, 용기나 펌프, 밸브 등이 복수 필요하게 되어, 더욱 복잡한 구성으로 되게 되므로, 양자가 균형을 이루는 대수를 선택하는 것이 바람직하다.

또한, 열처리 후 오니를, 60℃로부터 소화조(22)에서의 처리에 적합한 40℃로 감온하는 수단에 대해서는, 증발기(31)를 진공 펌프(34)에 의해 감압하는 것에 한정되지 않고, 별도 냉각기에 의해 냉각하는 것이어도 된다. 또한, 열처리 전의 20℃의 오니와 열처리 후 오니를, 전열면을 통한 일반적인 열교환 방법에 의해, 열교환하는 것이어도 된다.

다음에, 도 5에 나타낸 실시형태를 설명한다.

이 실시형태는, 도 4의 실시형태와 마찬가지로, 복수(이 경우도 3대로 함)의 예열 장치(13A, 13B, 13C)가 직렬로 연결된 구성이지만, 어느 특정한 예열 장치(도면의 예에서는 2단째의 예열 장치(13B))에서, 열처리 전의 오니를 단숨에 승온하도록 구성하고 있다. 그 때문에, 임의의 2개의 예열 장치간(이 경우는 13A, 13B간)의 열처리 후 오니의 배출로 위에 증발기(45)를 설치하여, 이 증발기(45)에 의해 생성되는 증기와 발전 설비(43)로부터 생기는 배열이, 2단째의 예열 장치(13B)의 직접 열교환기부(15B)에 불어넣어지도록 배관을 접속한 구성으로 되어 있다.

여기서, 증발기(45)의 내부 압력은, 반응기(14)에서 보아서 상류측으로 되는 예열 장치(13B)로부터, 자기를 포함하여 하류측의 예열 장치(13A)를 향하여 순차적으로 낮아지도록 설정되어 있다. 그리고, 상류측 증발기부(16B)로부터 도입된 열처리 후 오니로부터, 상류측과의 압력차에 의해 생기는 증기를, 상술한 바와 같이 예열 장치(13B)의 직접 열교환기부(15B)에 공급하기 위한 배관을 설치하고 있다.

여기서, 제 1, 제 2, 제 3 예열 장치(13A, 13B, 13C), 및 예열 장치(13A, 13B)간에 설치된 증발기(45)와의 내부 압력은 다음과 같이 설정되어 있다. 예를 들면, 제 1 예열 장치(13A)는 진공 펌프(34)와 압력 조정 밸브(42)에 의해 내부 압력을 19.9㎪로, 증발기(45)의 내부 압력은 대기 개방에 의해 100㎪로, 제 2, 제 3 예열 장치(13B, 13C)의 내부 압력은, 상이한 압력으로 설정된 릴리프 밸브(25, 46)에 의해, 압력을 360㎪, 1㎫ 부근으로 각각 제어하고 있다. 이에 의해, 열처리 후의 오니의 온도를 각각 60℃, 100℃, 140℃, 180℃로 제어할 수 있다.

반응기(14)에서는 발전 설비(43)로부터의 고온 배열을 승압기(28)에 의해 22㎫ 부근까지 승압함으로써, 220℃까지 승온하여, 도입된 오니를 수열 처리한다.

상기 구성에서, 농축기(12)에 의해 함수율 97% 이하로 농축된 20℃의 오니(11)는, 제 1 예열 장치(13A)의 직접 열교환기부(15A)에 도입되고, 하부의 증발기부(16A)에서 발생한 증기에 의해 가열되어, 20℃로부터 (60-α1)℃(α1은 제 1 예열 장치(13A)의 열손실분)까지 예열된다.

제 1 예열 장치(13A)에 의해 예열된 열처리 전의 오니는 제 2 예열 장치(13B)의 직접 열교환기부(15B)에 도입된다. 이 직접 열교환기부(15B)에는, 전술한 바와 같이 발전 설비(43)로부터 생기는 배열, 증발기(45)에서 생기는 증기가 주입되고, 또한 하부의 증발기부(16B)에서 발생한 증기가 각각 오니와 직접 접촉함으로써, (60-α1)℃로부터 140℃까지 단숨에 승온된다.

이와 같이 제 2 예열 장치(13B)에 의해 140℃로 예열된 열처리 전의 오니는 제 3 예열 장치(13C)의 직접 열교환기부(15C)에 도입되고, 하부의 증발기부(16C)에서 발생한 증기에 의해 가열되어, (180-α3)℃(α3은 제 3 예열 장치(13C)의 열손실분)까지 예열된다.

또한, 제 3 예열 장치(13C)에 의해 (180-α3)℃까지 예열된 열처리 전의 오니는 반응기(14) 내에 도입된다. 반응기(14) 내는 전술한 바와 같이 22㎫ 부근까지 승압되어 있으므로, 도입된 오니를 220℃로 승온시켜 수열 처리한다. 이 수열 처리에 의해, 고분자의 고형성 유기물은 저분자화되어, 액상화한다.

이와 같이 열처리 후의 액상화한 220℃의 고온 오니는 반응기(14)와 제 3 예열 장치(13C)의 내부 압력차에 의해 증발기부(16C)에 도입되고, 22㎫로부터 1㎫까지 감압됨으로써 기화하여, 180℃까지 감온된다. 이 감온분은 고온 증기로 되어, 직접 열교환기부(15C)에서 열처리 전의 오니와 직접 접촉하고, 전술한 바와 같이 (180-α3)℃까지 가온하여, 예열한다.

180℃까지 감온된 오니는 제 3 예열 장치(13C)와 제 2 예열 장치(13B)의 내부 압력차에 의해 증발기부(16B)에 도입되고, 1㎫로부터 360㎪까지 감압됨으로써 기화하여, 140℃까지 감온된다. 이 감온분은 고온 증기로 되어, 직접 열교환기부(15B)에서, 증발기(45)로부터의 증기나 발전 설비(43)로부터의 배열과 함께 열처리 전의 오니와 직접 접촉하여 예열한다.

140℃까지 감온된 오니는 제 2 예열 장치(13B)와 증발기(45)의 내부 압력차에 의해 증발기(45)에 도입되고, 360㎪로부터 100㎪까지 감압됨으로써 기화하여, 100℃까지 감온된다. 이 감온분은 고온 증기로 되어, 반응기(14)에서 보아서 상류측으로 되는 제 2 직접 열교환기부(15B)에 불어넣어지고, 상술한 바와 같이, 하부 증발기부(16B)로부터의 증기, 및 발전 설비(43)로부터의 배열과 함께 열처리 전의 오니와 직접 접촉하여 140℃까지 단숨에 승온하여 예열한다.

100℃까지 감온된 오니는 증발기(45)와 제 1 예열 장치(13A)의 내부 압력차에 의해 증발기부(16A)에 도입되고, 100㎪로부터 19.9㎪까지 감압됨으로써 기화하여, 60℃까지 감온된다. 이 감온분은 고온 증기로 되어, 직접 열교환기부(15B)에서 열처리 전의 오니와 직접 접촉하여 (60-α1)℃까지 가온하여, 예열한다.

60℃까지 감온된 오니는 고온 소화조(60℃의 고온균에 의한 소화)에 도입되어, 더욱 용적 감축화된다. 이후의 동작은 전술한 각 실시형태와 동일하여, 설명은 생략한다.

이 실시형태에 의하면, 열처리 전의 오니는 제 2 예열 장치(13B)의 직접 열교환기부(15B)에서, 60℃로부터 단숨에 140℃까지 승온되므로, 단백질 응고가 생기기 쉬운 60℃ 내지 100℃의 영역을 단숨에 승온하게 되어, 단백질 응고물에 의한 배관의 폐쇄, 용기로의 부착이 적은 시스템으로 할 수 있다.

또한, 증발기(45)에서 발생하는 증기를 제 2 직접 열교환기부(15B)에 불어넣는 구성으로 함으로써, 증발기(45)의 감압시에 생긴 열을 유효 이용할 수 있다.

또한, 후단의 소화조(22)를 고온 소화조로 함으로써, 60℃의 오니를 40℃까지 감온할 필요가 없기 때문에, 40℃까지 온도를 감온하기 위한 설비가 불필요하게 되어 구성을 간소화할 수 있다.

또한, 후단의 소화조(22)에 고온 소화조를 사용하지 않은 경우는, 60℃의 오니를 40℃까지 감온할 필요가 있지만, 그 경우는, 도 6에 나타낸 바와 같이 비교적 저온(20℃)의 생오니(111)를, 소화조(22)에 공급되는 열처리 후의 오니에 혼합시키면 된다. 즉, 열처리 후 오니의 온도 조정 장치로서, 예열 장치(13A)의 열처리 후 오니 배출부로부터 소화조(22)로의 관로에 연결되어, 이 관로에 흐르는 배출 오니에 대하여 열처리되어 있지 않은 오니를 혼합시키는 장치를 사용하면 된다.

여기서, 열처리 대상의 오니(11)를 하수 처리장의 생물 반응조로부터 생기는 오니(잉여 오니라고 칭함)로 한 경우, 하수 처리장의 생물 처리 전의 침전지로부터 생기는 오니(111)를 생오니라고 칭한다. 생오니와 잉여 오니의 발생량은 거의 1 대 1이며, 예열 장치(13A)의 열처리 후 오니 배출부로부터 유출되는 잉여 오니의 열처리 오니와 농축 후의 생오니가 배관 내에서 혼합하는 구성으로 한다.

도 6의 실시형태에서, 잉여 오니의 열처리 부분에 관해서는 도 5의 실시형태와 동일하다. 도 6의 실시형태에서는 예열 장치(13A)의 열처리 후 오니 배출부로부터 유출되는 60℃의 열처리 후의 오니를, 열처리를 실시하지 않은 20℃의 생오니(111)와 1 대 1의 비율로 혼합함으로써, 소화조(22)에서의 처리에 적합한 40℃까지 감온한다. 즉, 생오니와 잉여 오니의 혼합 오니(40℃)가 소화조(22)에 도입된다.

도 6의 실시형태에 의하면, 소화조(22)에서의 생물 분해성이 비교적 낮은 잉여 오니를 열처리하고, 생물 분해성이 비교적 높은 생오니는 열처리하지 않고 투입함으로써, 생오니를 승온하기 위한 설비·에너지를 필요로 하지 않으므로, 양쪽의 오니를 승온하는 경우에 비해 경제적이다. 또한, 생물 분해성이 낮은 잉여 오니가 열처리되어 있음으로써, 소화조(22)에서의 가스 발생량의 증대, 소화조 용량의 삭감, 폐기 오니량의 용적 감축화를 달성할 수 있다.

또한, 생오니와 잉여 오니의 혼합에 의해 60℃로부터 40℃로 감온하므로, 잉여 오니를 60℃로부터 40℃로 감온하기 위한 특별한 설비를 필요로 하지 않고, 하수 처리장의 기설(旣設) 설비인 소화조(40℃의 중온균에 의한 소화)를 이용할 수 있다.

또한, 대상 오니는 상기한 바와 같이 생오니와 잉여 오니의 혼합이 아니어도 되고, 예를 들면, 오니의 반 정도는 열처리하고, 반 정도는 열처리하지 않는다는 방법을 취하여, 열처리한 오니와 열처리하지 않은 오니의 혼합에 의해, 오니의 감온을 행하는 것이어도 된다. 또한, 혼합비도 1:1로 한정되지 않고, 어떠한 비로 혼합하는 것이어도 된다. 또한, 상기 실시형태에서는 혼합을 배관 내에서 행하는 것으로 하였지만, 교반기가 설치된 혼합조를 설치하여, 그 혼합조 내에서 혼합하는 것이어도 된다.

도 1 내지 도 4에 나타낸 증발기(31)로부터 생기는 증기는, 단순히 외부에 방출하는 것이 아니고, 예를 들면, 급탕 설비의 열원으로서 사용하도록 구성하면 된다. 이와 같이 구성하면, 잉여의 열원을 유효 이용하는 것으로 되어, 플랜트 전체의 에너지 절약으로 이어진다. 물론, 급탕 설비에 한정되지 않고, 증발기(31)로부터 생기는 증기나 가온된 오니가 감압될 때에 편승하는 증기를 냉난방 설비 등, 그 오니 처리 플랜트의 부대 설비의 가온·감온에 이용하는 것이면 어떠한 것이어도 된다.

다음에, 도 7의 실시형태를 설명한다.

이 실시형태에서는, 도 3에 나타낸 고액 분리를 포함하는 열처리에서, 액분을 고속 혐기 리액터(46)에 의해, 예를 들면, UASB(Upflow Anearobic Sludge Blanket : 상향류식 혐기성 오니 블랭킷)법에 의한 처리를 행하고, 고체분은 탈수 처리를 행하는 프로세스 플로(flow)로 한다.

상기 구성에서, 반응기(14)는 220℃로 수열 처리를 행함으로써, 하수 처리장의 잉여 오니이면 고형분의 70% 내지 80%는 가용화하기 때문에, 고형분량은 열처리를 하지 않은 경우의 20% 내지 30%로 된다. 이 수열 처리 후 오니의 고형분을 인출 밸브(38)에 의해 인출하여 고액 분리하고, 이 고형분은 또한 농축기(48)에 의해 무약주(無藥注)의 농축 후, 탈수기(35)에 의해 탈수 처리를 행하고, 폐기한다.

열처리 오니는 침강성이 높으므로, 무약주의 원심 농축으로 높은 농축성을 얻을 수 있고, 고형분의 함수율을 낮게 할 수 있으므로, 더욱 고형분의 용량을 삭감할 수 있다. 또한, 농축기(48)에서 생기는 농축 후의 액분은 증발기(31)에 도입되어, 이 증발기(31)에 의해 감온된 후, 리액터(46)에 의해 UASB 처리된다. 한편, 반응기(14)로부터 예열 장치(13)에 유출되는 액분은, 그 증발기부(16)에서 및 증발기(31)에서 감온한 후, 오니의 발생이 거의 없는 UASB 프로세스로 처리한다. UASB 프로세스에서는 메탄 생성균이 집적한 입상(粒狀)의 그래뉼(granule)에 의해 처리하기 때문에, 일반적인 소화조에 비해, 짧은 체류 시간(용적)의 처리조에서 가용화액을 처리할 수 있다. UASB의 처리수(處理水)는 수처리 프로세스(예를 들면, 하수 처리장이면, 생물 처리조(폭기조(曝氣槽)) 앞으로 반송됨)에 의해 처리되어, 최종적으로는 하천에 방류된다.

도 7의 실시형태에 의하면, 용액분을 UASB법에 의해 처리하기 때문에, 통상적인 소화조(체류 시간 30일)에 비해, 용적을 1/30 정도까지 작게 할 수 있고, 공간 절약의 오니 처리 프로세스를 실현할 수 있다. 또한, 오니의 열처리에 의해, 열처리하지 않은 경우에 비해, 열처리에 의한 가용화, 침강성 향상에 의해, 폐기 오니의 발생량을 용적 베이스에서 80% 내지 90% 삭감할 수 있다. 또한, 반응기(14)로부터의 오니를 무약주로 농축 처리함으로써, 약품의 사용량이 적고 러닝 코스트(running cost)가 저렴하며, 무기 오니의 발생량이 적은 프로세스로 할 수 있다.

또한, 리액터(46)에 의한 UASB 처리 프로세스의 후단에 활성탄에 의한 색도 처리 프로세스를 설치해도 된다. 또한, 색도 처리 프로세스는 UASB 처리의 전단이어도 되고, 또한, 활성탄 처리에 한정되지 않고, 활성탄 또는 응집제(철(鐵)계의 응집제) 또는 OH 래디컬 또는 전기 분해 처리 등의 단독 또는 조합에 의한 색도 처리 프로세스이어도 된다. 또한, 오니 탈수 후의 탈리액도 맞추어, 색도 처리하는 프로세스이어도 된다. 이에 의해, 열처리를 하였을 때에 문제로 되는 색도를 개선할 수 있다.

또한 고속의 혐기성 처리 프로세스의 리액터(46)는 UASB 프로세스에 한정되지 않고, EGSB(Expanded Granular Sludge Bed) 리액터, IC(Internal Circulation) 리액터 등, 고부하의 유기물을 처리할 수 있는 고속 리액터이면 어떠한 혐기성 처리 프로세스이어도 된다. 또한, 반응기(14)로부터의 고형분의 처리는, 도 7과 같이 농축 후, 탈수하는 것이 아니고, 농축 후, 소화조에 의한 혐기성 처리를 실시한 후에 탈수 처리를 행하는 것이어도 된다.

11 : 처리 대상의 오니
13 : 예열 장치
14 : 반응기
15 : 직접 열교환기부
16 : 증발기부
22 : 혐기성 처리 장치(소화조)

Claims

오니(汚泥)를 소정의 압력 하에서 가열하여 열처리하는 반응기와,
상기 반응기로의 오니의 공급로 상에 연결된 직접 열교환기부와, 상기 반응기로부터의 열처리 후의 오니의 배출로 상에 연결된 증발기부를 일체화하고, 이들의 내부는 상기 반응기 내보다 낮은 압력으로 유지되고, 상기 직접 열교환기부에 도입된 열처리 전의 오니를, 상기 배출로에 의해 상기 증발기부에 도입된 열처리 후의 오니로부터 생기는 증기를 직접적으로 접촉시켜 가열하는 예열 장치
를 구비한 것을 특징으로 하는 오니 처리 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 예열 장치는, 상기 오니의 공급로 상 및 열처리 후 오니의 배출로 상에 복수단(段) 직렬로 연결되고, 이들 복수의 예열 장치의 내부 압력을, 상기 반응기에서 보아서 하류 방향으로 됨에 따라 순차적으로 낮게 설정한 것을 특징으로 하는 오니 처리 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 예열 장치가 복수단 직렬로 연결된 열처리 후 오니의 배출로 상의, 임의의 2개의 예열 장치 사이에 설치되고, 내부 압력이, 상기 반응기에서 보아서 상류측의 예열 장치로부터 자기(自己)를 포함하여 하류측의 예열 장치를 향하여 순차적으로 낮아지도록 설정되고, 상기 상류측 예열 장치로부터 도입된 열처리 후 오니로부터, 상류측과의 압력차에 의해 증기를 생기게 하고, 또한, 이 증기를 상기 상류측 예열 장치의 직접 열교환기부에 공급하기 위한 배관을 갖는 증발기를 구비한 것을 특징으로 하는 오니 처리 시스템.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응기에 의해 열처리되고, 상기 예열 장치의 증발기부를 거쳐 배출되는 열처리 후 오니를 혐기성 처리하는 혐기성 처리 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 오니 처리 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 혐기성 처리 장치로부터 발생하는 소화(消化) 가스를, 상기 반응기에 대한 가열원 설비의 연료로 사용하는 것을 특징으로 하는 오니 처리 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 예열 장치의 증발기부를 거쳐 배출되는 열처리 후 오니를 혐기성 처리에 적합한 온도로 조정하는 온도 조정 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 오니 처리 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 온도 조정 장치는, 상기 예열 장치보다 낮은 내부 압력으로 설정되고, 이 예열 장치의 증발기부를 거쳐 배출된 열처리 후의 오니를 도입하고, 상기 예열 장치와의 내부 압력차에 의해 증기를 발생시켜 오니 온도를 저하시키는 증발기를 사용한 것을 특징으로 하는 오니 처리 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 온도 조정 장치는, 상기 예열 장치의 열처리 후 오니 배출부로부터 혐기성 처리 장치로의 관로에 연결되어, 이 관로에 흐르는 배출 오니에 대하여 열처리되어 있지 않은 오니를 혼합시키는 장치인 것을 특징으로 하는 오니 처리 시스템.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응기는, 열처리된 오니로부터, 고형분이 분리된 액분(液分)을, 상기 예열 장치의 증발기부에 상기 배출로를 통하여 공급하는 것을 특징으로 하는 오니 처리 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 반응기는, 열처리된 오니로부터, 고형분이 분리된 액분을, 상기 예열 장치의 증발기부에 상기 배출로를 통하여 공급하고, 액분과 분리된 열처리 후의 오니의 고형분을, 혐기성 처리 장치에 공급하는 배관을 갖는 것을 특징으로 하는 오니 처리 시스템.
제 7 항에 있어서,
상기 반응기는, 열처리된 오니로부터, 고형분이 분리된 액분을, 상기 예열 장치의 증발기부에 상기 배출로를 통하여 공급하고, 액분과 분리된 열처리 후의 오니의 고형분을 농축하는 농축기를 갖고, 또한 농축에 의해 생긴 액분을 온도 조절용의 증발기를 거쳐 혐기성 처리 장치에 공급하는 배관을 갖는 것을 특징으로 하는 오니 처리 시스템.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응기에서의 열처리는, 60℃ 내지 374℃ 사이의 가열 처리 또는 가열 가압 처리인 것을 특징으로 하는 오니 처리 시스템.