KR101158296B1

KR101158296B1 - 유기성 슬러지 처리 장치의 유기성 슬러지의 예열 장치 및 처리 방법

Info

Publication number: KR101158296B1
Application number: KR1020100093707A
Authority: KR
Inventors: 최창식; 장은석; 김호
Original assignee: 고등기술연구원연구조합
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2012-07-03
Also published as: KR20120032199A

Abstract

본 발명은 반응기의 압력과 온도를 유지하면서 연속 흐름 반응을 통하여 유기성슬러지를 대용량 처리하는 과정에서 유기성 슬러지의 투입 및 반응을 원활히 하기 위해 투입되는 유기성 슬러지를 연속되게 예열하는 유기성 슬러지 처리 장치의 유기성 슬러지의 예열 장치 및 처리 방법에 관한 것이다.
본 발명은 이에 따라, 유기성 슬러지(sludge)를 연속식으로 공급하는 투입장치; 상기 투입장치로부터 유기성 슬러지를 공급받는 예열구간; 타단에 배출구가 형성되며, 일단이 상기 예열구간과 연결되어 유기성 슬러지의 이동로를 제공하는 반응기; 상기 반응기의 내부에 길이를 따라 설치되고, 상기 반응기를 가열함과 동시에 유기성 슬러지를 혼합시켜 고액 슬러리(slurry)를 생산하는 혼합기; 상기 반응기의 타측 저면을 관통하여 설치되어 배출구로 이동하는 상기 고액 슬러리가 저장되도록 유도하는 저장조; 및 상기 저장조의 고액 슬러리를 상기 예열구간으로 재순환시키는 재순환펌프가 포함되되, 투입되는 유기성 슬러지와 재순환되는 고액 슬러리가 상기 예열구간에서 혼합되어 상기 유기성 슬러지가 예열되게 구성된다.

Description

유기성 슬러지 처리 장치의 유기성 슬러지의 예열 장치 및 처리 방법{DEVICE AND METHOD FOR PREHEATING OF ORGANIC SLUDGE OF ORGANIC SLUDGE REMOVING APPAPATUS}

본 발명은 유기성 슬러지 처리 장치의 유기성 슬러지의 예열 장치 및 처리 방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 반응기의 압력과 온도를 유지하면서 연속 흐름 반응을 통하여 유기성슬러지를 대용량 처리하는 과정에서 유기성 슬러지의 투입 및 반응을 원활히 하기 위해 투입되는 유기성 슬러지를 연속되게 예열하는 유기성 슬러지 처리 장치의 유기성 슬러지의 예열 장치 및 처리 방법에 관한 것이다.

유기성슬러지의 경우 발생량이 지속적으로 증가하고 있으며 이의 처리가 큰 환경문제로 대두되고 있는데, 대표적인 처리방법인 매립과 해양투기는 각종 규제를 통해 차단되고 있는 실정이다.

유기성 슬러지는 2㎛의 크기를 갖는 미생물의 사체가 주된 물질로서, 점도를 갖는 물질이 플록을 형성하여 100 내지 1,000㎛ 크기의 입자를 형성하고, 플록 및 세포벽 내부에 수분이 다량 함유된다. 이와 같은 슬러지의 높은 함수율로 인해 감량화가 필수적이고, 재이용, 자원화를 위해서도 적정 함수율로 낮추어야 하므로 전처리는 필수적인데, 대표적인 전처리 기술로서 건조기술의 경우 슬러지를 구성하는 세포벽으로 인하여 슬러지 내부의 수분을 분리해내기 위해서는 다량의 에너지가 소비되고, 이외에도 악취 또는 점도로 인한 많은 공정상의 문제가 발생한다. 따라서 친환경적이면서 대규모처리가 가능한 새로운 처리방법의 개발이 시급한 실정이다.

밀폐형 연속식 가온 가압 반응기를 이용함으로써, 환원 분위기에서 가온 가압하여 슬러지로부터 기화에너지 소요 없이 수분을 분리하고 유기물의 손실을 최소화하면서 고열량의 고체 고형물과 액체생성물을 생산할 수 있으며, 이를 연속식 장치로 구현함으로써 슬러지를 더욱 간편하게 처리할 수 있는 기술이 특허 제10-0894154호에서와 같이 개발하였다. 그러나 안정적인 반응을 유지하면서 전체 반응시간을 줄이기 위해서는 유기성 슬러지 투입구의 유동성 저하와 초기 간접가열에 의한 열에너지 전달문제 개선이 필요하다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 점성이 있는 고형물 형태 유기성 슬러지의 유동성 향상과 투입되는 유기성 슬러지의 예열을 반응물의 열에너지를 이용하여 에너지 소모를 줄이면서 초기 투입 슬러지의 열전달을 원활히 할 수 있는 유기성 슬러지 처리 장치의 유기성 슬러지의 예열 장치 및 처리 방법이 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유기성 슬러지 처리 장치의 유기성 슬러지의 예열 장치는, 유기성 슬러지(sludge)를 연속식으로 공급하는 투입장치; 상기 투입장치로부터 유기성 슬러지를 공급받는 예열구간; 타단에 배출구가 형성되며, 일단이 상기 예열구간과 연결되어 유기성 슬러지의 이동로를 제공하는 반응기; 상기 반응기의 내부에 길이를 따라 설치되고, 상기 반응기를 가열함과 동시에 유기성 슬러지를 혼합시켜 고액 슬러리(slurry)를 생산하는 혼합기; 상기 반응기의 타측 저면을 관통하여 설치되어 배출구로 이동하는 상기 고액 슬러리가 저장되도록 유도하는 저장조; 및 상기 저장조의 고액 슬러리를 상기 예열구간으로 재순환시키는 재순환펌프가 포함되되, 투입되는 유기성 슬러지와 재순환되는 고액 슬러리가 상기 예열구간에서 혼합되어 상기 유기성 슬러지가 예열되게 구성된다.

그리고 상기 저장조의 하단에는 청소 및 반응물 시료 채취를 위한 배출밸브가 설치되게 구성될 수 있다.

이때, 상기 저장조의 타측에서 상기 재순환펌프의 일측으로 연통된 공급관,상기 재순환펌프의 타측에서 상기 예열구간으로 연통되며 끝단은 다수의 배출공을 형성하는 투입관으로 이루어져, 상기 공급관과 투입관에는 각각 역류방지밸브가 설치됨이 좋다.

더불어, 상기 배출공들은 각각 돌출 형성되어 재순환되는 고액슬러리와 투입되는 유기성슬러지와의 혼합을 유도함이 바람직하다.

한편, 상기 고액 슬러리는 가온 가압 반응기의 운전조건인 100 ~ 300℃의 온도, 1 ~ 90kg/㎠의 압력의 고체생성물과 액체생성물이 혼합되도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 혼합기의 내부에는 열매유가 흘러 상기 반응기를 가열하도록 구성될 수 있다.

그리고 상기 혼합기는 길이를 갖는 가열관과 상기 관의 둘레에 형성된 나선판으로 이루어지게 구성되는 것이 좋다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유기성 슬러지 처리 장치의 유기성 슬러지의 처리 방법은, 유기성 슬러지 처리 장치의 유기성 슬러지의 처리 방법에 있어서, 투입장치가 유기성 슬러지를 예열구간에 투입하는 단계; 투입된 상기 유기성 슬러지를 반응기로 유도하고 가온과 함께 혼합하여 고액 슬러리를 생산하는 단계; 유기성 슬러지는 외부로 유도해 배출하고 생산된 고액 슬러리는 저장조로 유도하는 단계; 상기 저장조에 저장된 고액 슬러리를 재순환펌프가 상기 예열구간으로 재순환하는 단계; 및 상기 예열구간에서 재순환된 상기 고액 슬러리를 투입되는 유기성 슬러지에 혼합시켜 상기 유기성 슬러지를 예열하는 단계를 포함하되, 상기 고액 슬러리에 의해 상기 유기성 슬러지가 예열되어 유기성 슬러지의 유동성 증가와 함께 상기 반응기 내부에서의 세포 분해를 가속화하도록 구성된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 유기성 슬러지 처리 장치의 유기성 슬러지의 예열 장치 및 처리 방법에 의하면, 상온의 유기성 슬러지가 200℃ 이상의 온도로 예열된 반응기에 투입되면서 간접가열에 의한 열전달 문제로 국부적으로 급격한 반응이 일어나는 문제를 반응기 투입 전 예열구간에서 반응조건(100 ~ 300℃)의 온도를 나타내는 반응생성물 고액 슬러리를 재순환하여 부분적인 직접가열의 효과로 추가적인 열에너지 공급 없이 100℃ 이하의 온도로 예열이 가능하다. 따라서 전체공정의 에너지 손실을 최소화하면서 반응성을 극대화하는 효과가 있다.

부수적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 유기성 슬러지 처리 장치의 유기성 슬러지의 예열 장치 및 처리 방법은 점도를 지닌 고형물 형태의 투입 유기성 슬러지가 반응물인 고액 슬러리와 혼합되어 유동성이 향상된다. 유동성의 향상은 유기성 슬러지의 투입이 원활하게 되어 투입장치(feed pump)에 걸리는 압력과 투입구 반응기 벽면의 영향을 주었던 유기성 슬러지의 마찰을 감소시켜 전체 공정의 내구성을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기성 슬러지 처리 장치의 유기성 슬러지의 예열 장치 및 처리 방법은 투입 유기성 슬러지의 유동성이 향상되어 반응기의 혼합기(static mixer)에 의한 반응물 혼합효과 증대와 유기성 슬러지만의 간접가열 열전달 속도보다 고액 슬러리를 통해서 직접 가열되어 전달되는 열전달속도가 크기 때문에 반응성 향상을 통한 반응시간 단축의 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기성 슬러지 처리 장치의 유기성 슬러지 예열 장치를 보인 개략도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기성 슬러지 처리 장치의 유기성 슬러지의 처리 방법을 보인 흐름도이다.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기성 슬러지 처리 장치의 유기성 슬러지 예열장치를 보인 개략도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기성 슬러지 처리 장치의 유기성 슬러지의 예열 장치는 투입장치(P) 상기 투입장치(P)의 타단에 일단이 연결되는 예열구간(10)과 상기 예열구간(10)의 타단과 일단이 일체로 연결되는 반응기(20)와 상기 반응기(20)의 내부에 설치되는 혼합기(30)를 구성한다. 더불어, 상기 반응기(20)의 저면을 관통하여 설치되는 저장조(40)와 일측이 상기 저장조(40)와 연결되고 타측이 상기 예열구간(10)과 연결되는 재순환펌프(50)를 포함한다.

상기 투입장치(P)는 전기 또는 휘발유를 동력으로 사용하는 펌프로 이루어지는 것이 좋다.

상기 예열구간(10)은 일단이 상기 투입장치(P)의 타단과 연결되어 상기 투입장치(P)로부터 유기성 슬러지(sludge)를 공급받는 것이다.

상기 반응기(20)는 관형으로, 일단이 상기 예열구간(10)의 타단과 일체형으로 연결되고 타단이 배출구를 형성하여, 상기 예열구간(10)으로 공급받는 상기 유기성 슬러지의 이동로를 제공한다.

상기 혼합기(30)는 상기 반응기(20)의 내부에 상기 반응기(20)의 길이를 따라 설치되어 상기 반응기(20)를 이동하는 상기 유기성 슬러지를 혼합할 수 있다. 이러한 상기 혼합기(30)는 길이를 갖는 가열관(31)과 상기 가열관(31)의 둘레에 형성된 나선판(33)으로 이루어진다. 그리고 상기 가열관(31)의 내부에는 열매유가 흘러 상기 반응기(20)를 가열함과 동시에 상기 나선판(33)은 상기 반응기(20)를 따라 이동하는 유기성 슬러지가 상기 나선판을 따라 나선형으로 이동하면서 혼합되도록 유도할 수 있다. 따라서, 상기 반응기(20)를 따라 이동하는 상기 유기성 슬러지에 열을 가함과 동시에 상호 혼합되게 하여 상기 유기성 슬러지가 전체적으로 고르게 가열되게 함으로써 고액(固液) 슬러리(Slurry)의 생산을 원활히 하는 역할을 한다.

상세하게는, 투입된 상기 유기성 슬러지에서 추출된 수분의 기화에너지 소요가 억제되도록 온도와 압력을 열역학적으로 조정하여 상기 유기성 슬러지의 세포로부터 결합수를 분리시킴으로써, 고체생성물과 액체생성물을 함유하는 고액 슬러리를 생산하는 것이다.

상기 고액 슬러리는 100 ~ 300℃의 온도와 1 ~ 90kg/㎠의 압력의 고체생성물과 액체생성물이 혼합된 것임을 밝힌다.

상기 저장조(40)는 관형상이며, 일단이 상기 반응기(20)의 타측 저면을 관통하여 설치됨으로써, 상기 반응기(20) 내부에서 생산되어 배출구 방향으로 이동하는 고액 슬러리를 내부로 유도하여 저장한다. 그리고 타단에는 배출밸브(41)가 설치되어 시료 채취 및 상기 저장조(40) 내부의 청소를 할 수 있게 함이 바람직하다.

상기 재순환펌프(50)의 일측과 상기 저장조(40)의 타측에는 공급관(52)이 연통되게 형성되어 상기 재순환펀프(50)가 사기 저장조(40)에 저장되는 고액 슬러리를 공급받게 한다. 그리고 상기 재순환펌프(50)의 타측에는 투입관(11)이 상기 예열구간(10)의 내부와 연통하게 형성되어 상기는 재순환펌프(50)로 공급된 고액 슬러리가 상기 예열구간(10)으로 투입되게 하는 것이 좋다. 따라서, 상기 저장조(40)에 저장되는 고액 슬러리가 상기 예열구간(10)으로 재순환하게 하는 것이다. 이렇게 상기 예열구간(10)으로 재순환된 상기 고액 슬러리는 상기 예열구간(10)으로 공급되는 유기성 슬러지와 혼합되는데, 상기 고액 슬러리와 상기 유기성 슬러지를 혼합하기 위해 상기 투입관(11)의 끝단은 복수의 돌출된 배출공(11a)으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 배출공(11a)은 상기 투입관(11)의 일측으로 복수로 돌출되게 형성되어 상기 투입관(11)으로부터 투입되는 고액 슬러리가 상으로부터 하로 고르게 투입됨으로 인해 상기 예열구간(10)으로 공급되는 유기성 슬러지와 혼합되도록 유도하는 것이 좋다. 여기서 상기 고액 슬러리와 혼합된 상기 유기성 슬러지는 상기 고액 슬러리에 의해 100℃ 이하까지 예열이 가능하다.

한편, 상기 공급관(52)과 투입관(11)에는 각각 역류방지밸브(51)가 설치되는 것이 좋다.

상기 역류방지밸브(51)는 상기 저장조(40)에서 상기 예열구간(10)으로 이송하는 고액 슬러리가 역류하는 것을 방지하기 위한 장치이다.

여기서, 상기 유기성 슬러지에 상기 고액 슬러리를 혼합하는 이유는 다음과 같다.

초기 투입되는 유기성 슬러지는 점성이 높아 마찰이 크고 유동성이 낮다. 또한, 유기성 슬러지는 고체, 액체, 기체가 혼합되어 있는 형태로 간접가열방식의 열전달 측면에서 매우 어려운 시료이다. 따라서 반응물인 고액 슬러리를 재순환하여 초기 투입 슬러지와 혼합하면 유동성 증가와 함께 고액 슬러리 자체가 고온의 열수로서, 유기성 슬러지 내부에서 자체적으로 열매체의 역할을 수행하여 직접가열방식으로 상온에 투입되는 유기성 슬러지를 예열하는 효과가 있다. 이로 인해서 후단의 반응기 에너지 소모 감소 및 반응성 향상으로 세포의 분해를 더욱 가속화시키게 된다.

상술한 각 구성요소들은 전기에너지를 공급하기 위한 전원과 조절장치를 포함함을 밝힌다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기성 슬러지 처리 장치의 유기성 슬러지의 처리 방법을 보인 흐름도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기성 슬러지 처리 장치의 유기성 슬러지의 처리 방법은 다음과 같다.

첫 번째 단계는 투입장치가 유기성 슬러지를 예열구간으로 투입하는 단계(1)이다.

두 번째 단계는 투입된 상기 유기성 슬러지를 반응기로 유도하고 가온과 함께 혼합하여 고액 슬러리를 생산하는 단계(2)이다.

세 번째 단계는 유기성 슬러지는 외부로 유도해 배출하고 생성된 고액 슬러리는 저장조로 유도하는 단계(3)이다.

네 번째 단계는 상기 저장조에 저장된 고액 슬러리를 재순환펌프가 상기 예열구간으로 재순환하는 단계(4)이다.

다섯 번째 단계는 재순환된 상기 고액 슬러리를 투입되는 유기성 슬러지에 혼합시켜 상기 유기성 슬러지가 예열하게 하는 단계(5)이다.

이상과 같은 단계로 유기성 슬러지 연속식 가온 가압 반응기의 반응물인 고액 슬러리를 재순환하여 상기 유기성 슬러지를 예열하게 하는 것임을 밝힌다.

10: 예열구간
20: 반응기
30: 혼합기
40: 저장조
41: 배출밸브
50: 재순환펌프

Claims

유기성 슬러지(sludge)를 연속식으로 공급하는 투입장치;
상기 투입장치로부터 유기성 슬러지를 공급받는 예열구간;
타단에 배출구가 형성되며, 일단이 상기 예열구간과 연결되어 유기성 슬러지의 이동로를 제공하는 반응기;
상기 반응기의 내부에 길이를 따라 설치되고, 상기 반응기를 가열함과 동시에 유기성 슬러지를 혼합시켜 고액 슬러리(slurry)를 생산하는 혼합기;
상기 반응기의 타측 저면을 관통하여 설치되어 배출구로 이동하는 상기 고액 슬러리가 저장되도록 유도하는 저장조; 및
상기 저장조의 고액 슬러리를 상기 예열구간으로 재순환시키는 재순환펌프가 포함되되,
투입되는 유기성 슬러지와 재순환되는 고액 슬러리가 상기 예열구간에서 혼합되어 상기 유기성 슬러지가 예열되는 것을 특징으로 하는 유기성 슬러지 처리 장치의 유기성 슬러지의 예열 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 저장조의 하단에는 청소 및 반응물 시료 채취를 위한 배출밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 유기성 슬러지 처리 장치의 유기성 슬러지의 예열 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 저장조의 타측에서 상기 재순환펌프의 일측으로 연통된 공급관,
상기 재순환펌프의 타측에서 상기 예열구간으로 연통되며 끝단은 다수의 배출공을 형성하는 투입관으로 이루어져,
상기 공급관과 투입관에는 각각 역류방지밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 유기성 슬러지 처리 장치의 유기성 슬러지의 예열 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 배출공들은 각각 돌출 형성되어 재순환되는 고액슬러리와 투입되는 유기성슬러지와의 혼합을 유도하는 것을 특징으로 하는 유기성 슬러지 처리 장치의 유기성 슬러지의 예열 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 고액 슬러리는 가온 가압 반응기의 운전조건인 100 ~ 300℃의 온도, 1 ~ 90kg/㎠의 압력의 고체생성물과 액체생성물이 혼합된 것을 특징으로 하는 유기성 슬러지 처리 장치의 유기성 슬러지의 예열 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 혼합기의 내부에는 열매유가 흘러 상기 반응기를 가열하는 것을 특징으로 하는 유기성 슬러지 처리 장치의 유기성 슬러지의 예열 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 혼합기는 길이를 갖는 가열관과 상기 관의 둘레에 형성된 나선판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기성 슬러지 처리 장치의 유기성 슬러지의 예열 장치.
유기성 슬러지 처리 장치의 유기성 슬러지의 처리 방법에 있어서,
투입장치가 유기성 슬러지를 예열구간에 투입하는 단계;
투입된 상기 유기성 슬러지를 반응기로 유도하고 가온과 함께 혼합하여 고액 슬러리를 생산하는 단계;
유기성 슬러지는 외부로 유도해 배출하고 생산된 고액 슬러리는 저장조로 유도하는 단계;
상기 저장조에 저장된 고액 슬러리를 재순환펌프가 상기 예열구간으로 재순환하는 단계; 및
상기 예열구간에서 재순환된 상기 고액 슬러리를 투입되는 유기성 슬러지에 혼합시켜 상기 유기성 슬러지를 예열하는 단계를 포함하되,
상기 고액 슬러리에 의해 상기 유기성 슬러지가 예열되어 유기성 슬러지의 유동성 증가와 함께 상기 반응기 내부에서의 세포 분해를 가속화하는 것을 특징으로 하는 유기성 슬러지 처리 장치의 유기성 슬러지의 처리 방법.