KR101163361B1 - 열수분해장치를 갖는 하수처리 시스템 및 이를 이용한 하수처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하수에 포함된 유기성 폐기물을 바이오 연료를 포함하는 자원으로 효율적으로 전환할 수 있는 열수분해장치를 갖는 하수처리 시스템 및 이를 이용한 하수처리방법을 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 하수에 함유된 질소와 인을 포함하는 오염물질을 미생물이 섭취하도록 하여 상기 하수를 정화하는 생물반응조를 가지며, 상기 생물반응조를 경유한 처리수에서 상기 미생물이 함유된 슬러지와 방류수를 분리하여 상기 방류수를 외부로 방출하는 하수처리부; 그리고, 상기 슬러지가 혐기상태가 되기 이전에 상기 슬러지를 농축하여 농축 슬러지와 상기 하수처리부로 재유입되는 반류수로 분리하는 슬러지 농축기와, 상기 농축 슬러지를 연속적으로 열수분해하는 열수분해장치와, 상기 열수분해장치로부터 배출되는 열수분해 유기물을 바이오 연료와 상기 하수처리부로 재유입되는 최종 반류수로 분리하는 바이오 연료 생성장치를 갖는 슬러지 처리부를 포함하는 열수분해장치를 갖는 하수처리 시스템 및 이를 이용한 하수처리방법을 제공한다.

Description

열수분해장치를 갖는 하수처리 시스템 및 이를 이용한 하수처리방법{System including thermal hydrolysis device for treating waste water and Method for treating waste water using the same}

본 발명은 하수처리 시스템 및 이를 이용한 하수 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하수에 포함된 유기성 오염물질을 바이오 연료를 포함하는 자원으로 효율적으로 환원하면서, 슬러지 공정에서 정수공정으로 돌아오는 반류수를 맑게 하여 하수처리 효율을 향상시킬 수 있는 열수분해장치를 갖는 하수처리 시스템 및 이를 이용한 하수처리방법에 관한 것이다.

도시, 공장, 축산농가 등 인구 고밀도 지역에서 발생하는 생물학적 산소요구량(BOD) 100ppm ~ 1000ppm 수준의 하수에 녹아있는 유기물, 질소, 인 등의 오염물질이 적절하게 제거되지 않은 상태에서 하천에 방류될 경우 하천 생태계를 파괴하는 수질오염이 발생하게 된다. 따라서, 상기 하수에 함유된 오염물질은 반드시 제거된 후에 하천에 방류되어야 한다.

현재에는 상기 하수에 들어있는 유기물, 질소, 인 등의 오염물질을 제거하기 위한 하나의 방법으로 활성 슬러지법이 주류를 이루고 있다.

상기 활성 슬러지법은 미생물을 이용하여 하수를 처리하는 방법으로서, 상기 활성 슬러지법은 호기성 미생물이 하수의 오염물질을 먹어 치워 하수를 깨끗한 방류수로 만드는 정수공정과, 상기 정수공정에서 증식된 미생물을 분리 처리하는 슬러지공정으로 구성된다.

상기 정수공정은 미생물이 하수에 녹아있는 유기물, 질소, 인 등 오염물질을 섭취하여 증식하면서 상기 하수가 깨끗하게 정화되는 과정이다. 이때, 하수에 녹아 있는 낮은 농도의 오염물질은 물과 분리되어 미생물의 세포로 이전된다.

구체적으로, 정수공정에서는 상기 미생물이 상기 하수에 BOD 100ppm~1000ppm 수준의 저농도로 들어있는 수용성 오염물질을 먹고 증식되도록 하여 상기 하수에서 오염물질이 제거되도록 한 후, 하수에서 증식된 미생물을 분리하면 물이 맑게 되는 원리를 이용한 바이오 기술이 사용된다.

상기 슬러지공정은 상기 정수공정에서 생성된 미생물을 폐기물로 처리하는 과정이다. 이때, 폐기물의 부피를 줄여 폐기물 처리비용을 절감하여 경제성을 높이기 위하여 미생물 슬러지에 함유된 물을 제거하기 위하여 침전 농축하는 농축과정과 강한 압력을 가하여 물을 짜내는 탈수과정이 필수적으로 수행되었다. 상기 농축과정 및 탈수과정을 통해 최종적으로 20만 ppm 내외의 고농도 슬러지 케이크가 만들어지게 된다.

또한, 상기 슬러지 공정의 농축과정 및 탈수과정에서 분리된 물은 각각 농축 반류수와 탈수 반류수가 되어 다시 상기 정수공정으로 유입된다. 이때, 상기 정수 공정에서 호기성 조건 아래에서 상기 미생물의 내부로 흡수되었던 질소나 인은 상기 농축과정 및 탈수과정에서 산소가 부족해지면 다시 상기 농축 반류수와 탈수 반류수로 각각 방출된다. 따라서, 상기 반류수들이 상기 정수공정으로 다시 유입되었을 때 상기 반류수들의 유입으로 인하여 오염물질의 양이 외부에서 유입되는 오염물질의 30% 이상 증가하게 되어, 상기 정수 공정에서의 부하가 크게 증가 하게 된다.

일례로, 중량하수처리장에서 조사된 자료에 의하면, 재유입된 상기 반류수들이 만드는 상기 정수공정의 부하 증가율은 BOD 43.1%, COD 49.0%, SS 35.9%, 질소 31.8%, 인 72.2% 등으로 나타나는 것을 알 수 있었다. 결과적으로, 슬러지 공정에서 상기 정수공정으로 되돌아 오는 많은 상기 반류수들에는 오염물질이 다량으로 함유되어 있음을 알 수 있었다.

도 1을 참조하여, 종래의 하수처리방법의 흐름을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 하수가 침사지(1)로 유입되면, 상기 하수와 함께 유입된 흙, 모래, 자갈 등이 상기 침사지(1)의 바닥면에 침전된다.

상기 침사지(1)를 경유한 하수는 1차 분리조(2)로 유입되고, 상기 1차 분리조(2)에서는 상기 하수에 포함된 유기물 입자를 물리/화학적으로 응집시켜 1차 침전시키게 된다. 이하에서, 상기 1차 분리조(2)에서 침전된 침전물은 1차 슬러지라 하며, 상기 1차 슬러지와 분리된 하수는 1차 처리수라 한다.

유기물 입자로 이루어진 상기 1차 슬러지는 슬러지 공정으로 이송되고, 상기 1차 처리수는 생물반응조(3)로 유입된다. 상기 1차 처리수는 침전되지 않은 수용성 오염물질이 녹아 있는 상태이다.

이때, 상기 생물반응조(3)에는 이미 전단계에서 상기 생물반응조(3)를 경유하고 난 후의 반송슬러지가 함께 유입되고, 상기 반송슬러지에는 호기성 미생물이 혼합되어 있다.

상기 생물반응조(3)에서 산소 농도가 일정 수준으로 유지되면, 상기 호기성 미생물이 상기 수용성 오염물질을 먹고 증식되기 때문에, 상기 1차 처리수에 함유된 수용성 오염물질이 상기 호기성 미생물의 내부로 이동된다. 이하에서는, 상기 1차 처리수에서 상기 수용성 오염물질이 상기 호기성 미생물의 내부로 이동된 상태를 2차 처리수라 한다.

상기 2차 처리수는 2차 분리조(4)로 유입되고, 증식된 미생물은 중력에 의하여 상기 2차 분리조(4)의 하부에 침전되게 된다. 이하에서는, 상기 2차 분리조(4)의 하부에 침전된 미생물의 침전물을 2차 슬러지라 한다.

상기 2차 슬러지는 분리되어 상기 슬러지공정으로 이송되고, 상기 2차 분리조(4)를 경유한 방류수는 상기 방류수의 기준에 따라 하전에 방류되거나, 녹조발생의 원인이 되는 질소와 인을 제거하기 위하여 고도처리조(5)로 경유하여 방류된다.

이때, 상기 2차 슬러지의 일부는 상기 생물반응조(3)에 미생물을 공급하기 위하여 펌프(6)에 의하여 상기 생물반응조(3)로 재유입된다. 이하에서, 상기 2차 슬러지 중 상기 생물반응조(3)로 재유입되는 슬러지는 반송슬러지라 한다.

상기 슬러지공정으로 이송된 상기 1차 슬러지는 유기물 입자로 제1 중력농축조(7)에서 제1 농축슬러지로 농축되고, 상기 2차 슬러지는 미생물로 제2 중력농축조(15)에서 제2 농축슬러지로 농축된다. 여기서, 상기 제1 중력농축조(7) 및 상기 제2 중력농축조(7)는 상기 슬러지들을 중력에 의하여 침전시키면서 농축 반류수와 농축 슬러지로 분리하게 되는데, 호기성 미생물은 산소가 부족하면 흡수한 질소, 인을 다시 방출하기 때문에 농축 반류수에는 질소 및 인의 농도가 높아지게 된다.

상기 제1 농축슬러지는 유기물 입자의 형태로 혐기소화조(13)로 이송되어 혐기미생물에 의하여 혐기소화된다. 상기 혐기소화과정에서 상기 유기물 입자가 분해되어 발생하는 바이오 가스는 가스탱크(14)를 경유하여 외부로 이송된다. 물론, 소형 하수처리장에서는 상기 1차 슬러지를 혐기소화시키지 않고, 그냥 농축 탈수하여 처리하는 경우도 있다.

또한, 혐기소화과정을 거친 제1 농축슬러지는 슬러지 저류조(10)로 유입되고, 상기 제2 중력농축조(15)에서 미생물이 농축된 상기 제2 농축슬러지도 상기 슬러지 저류조(10)로 유입된다.

상기 슬러지 저류조에서 합쳐진 상기 제1 농축슬러지와 상기 제2 농축슬러지는 탈수기(11)로 유입된다. 상기 탈수기에서는 강한 압력으로 상기 제1 및 제2 농축슬러지들이 압착되어 슬러지 케이크(12)가 형성된다. 이때, 상기 제2 농축슬러지에 포함된 미생물들이 보유하고 있던 질소나 인이 탈수 반류수에 다시 배출된다.

상기 질소나 인을 함유하고 있는 물, 즉 상기 농축 반류수나 탈수 반류수는 다시 상기 정수공정의 상기 침사지(1)로 유입된다. 따라서, 상기 정수공정에서 질소와 인의 농도는 증가하게 되고, 이로 인하여 상기 정수공정에서 외부로 방출되는 방류수에는 질소와 인이 다량으로 존재하게 된다. 결과적으로, 종래에는 상기 방류수에 함유된 상기 질소와 인을 제거하기 위하여 별도의 값비싼 고도처리 과정이 수행되는 상기 고도처리조(5)가 필수적으로 설치되어야 했다.

한편, 압축된 상기 슬러지 케이크는 폐기물로 취급되며, 하수처리장 외부로 배출되어 슬러지 케이크 상태로 매립되거나, 건조/소각되거나, 해양투기 등의 방법으로 처리된다.

그러나, 상기 슬러지 케이크는 1cc당 1억 마리 이상의 미생물이 모인 미생물 덩어리로서, 상기 슬러지 케이크의 미생물 세포 하나하나가 모두 각각의 세포막으로 보호를 받고 있기 때문에 상기 슬러지 케이크를 화학적/물리적/생물적 방법으로 처리하여 자원으로 활용하는 것은 쉽지 않아 폐기물로 처리된다.

대한민국 공개특허공보 특2002-0048460호(발명의 명칭: 생물학적 영양염류의 제거를 위한 하수처리공정)의 4쪽, 5쪽 및 도 2

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 정수공정에서 미생물이 흡수한 질소와 인 등의 오염물질이 슬러지 공정에서 반류수에 다시 방출되어, 상기 오염된 반류수가 다시 정수공정으로 유입됨으로 인하여 별도의 고도처리를 하여야 하는 문제를 해결하여 상기 슬러지 공정에서 깨끗한 반류수를 만들수 있는 하수처리스시템 및 이를 이용한 하수처리방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 다른 과제는 하수에 포함된 유기성 오염물질을 폐기물이 아닌 바이오 연료를 포함하는 자원으로 효율적으로 환원할 수 있는 갖는 하수처리 시스템 및 이를 이용한 하수처리방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 또 다른 과제는 슬러지 공정에서 슬러지를 연속적으로 열수분해하여 슬러지 폐기물이 하수처리장의 외부로 반출되지 않도록 하는 하수처리 시스템 및 이를 이용한 하수처리방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 또 다른 과제는 고온의 열수분해 유기물과 저온의 슬러지의 열교환을 통하여 슬러지의 가열에 소요되는 에너지를 줄일 수 있는 하수처리 시스템 및 이를 이용한 하수처리방법을 제공하는 것이다.

상술한 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 하수에 함유된 질소와 인을 포함하는 오염물질을 미생물이 섭취하도록 하여 상기 하수를 정화하는 생물반응조를 가지며, 상기 생물반응조를 경유한 처리수에서 상기 미생물이 함유된 슬러지와 방류수를 분리하여 상기 방류수를 외부로 방출하는 하수처리부; 그리고, 상기 슬러지가 혐기상태가 되기 이전에 상기 슬러지를 농축하여 농축 슬러지와 상기 하수처리부로 재유입되는 반류수로 분리하는 슬러지 농축기와, 상기 농축 슬러지를 연속적으로 열수분해하는 열수분해장치와, 상기 열수분해장치로부터 배출되는 열수분해 유기물을 바이오 연료와 상기 하수처리부로 재유입되는 최종 반류수로 분리하는 바이오 연료 생성장치를 갖는 슬러지 처리부를 포함하는 열수분해장치를 갖는 하수처리 시스템을 제공한다.

상기 열수분해장치는 상기 농축 슬러지를 가열하여 상기 열수분해 유기물로 만드는 슬러지 가열유닛과, 상기 슬러지 가열유닛에서 배출되는 고온의 열수분해 유기물과 외부에서 공급되는 열수분해될 저온의 슬러지를 열교환시키는 슬러지 열교환유닛을 포함하고, 상기 슬러지 가열유닛은 상기 농축슬러지가 채워지는 슬러지 공간과 상기 슬러지 공간의 상부에 수증기가 채워지는 수증기 공간을 형성하고, 상기 수증기는 상기 농축슬러지를 가열하기 위하여 상기 수증기 공간에 공급될 수 있다.

상기 하수처리부는 상기 생물반응조의 전단에서 상기 하수에 함유된 유기물 입자를 1차 슬러지로 분리하여 1차 처리수를 만드는 1차 분리조와, 상기 생물반응조를 경유한 2차 처리수에서 상기 미생물이 함유된 2차 슬러지와 상기 방류수를 분리하는 2차 분리조를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 바이오 연료생성장치는 반응물질을 공급하여 상기 열수분해 유기물에 존재하는 질소와 인을 화학 결합으로 제거하기 위한 화학 반응조를 더 포함할 수 있다.

상기 슬러지 농축기는 상기 1차 슬러지를 농축하여 제1 반류수와 1차 농축 슬러지로 분리하는 1차 농축기와, 상기 2차 슬러지를 농축하여 2차 반류수와 2차 농축 슬러지로 분리하는 2차 농축기를 가지고, 상기 열수분해장치는 상기 제1 농축슬러지를 열수분해하기 위한 제1 열수분해장치와, 상기 제2 농축슬러지를 열수분해하기 위한 제2 열수분해장치를 포함하며, 상기 바이오 연료 생성장치는 상기 제1 열수분해장치에 의하여 열수분해된 제1 열수분해 유기물을 제1 액상유기물과 제1 고형유기물로 분리하는 제1 고액분리기와, 상기 제2 열수분해장치에 의하여 열수분해된 제2 열수분해 유기물을 제2 액상유기물과 제2 고형유기물로 분리하는 제2 고액분리기를 포함할 수 있다.

상기 바이오 연료 생성장치는 바이오 가스를 생성하기 위하여 혐기성 미생물을 이용하여 상기 열수분해 유기물을 혐기소화시키기 위한 혐기소화조를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 화학 반응조는 상기 질소와 인을 함유하는 엠에이피(MAP: Magnesium Ammonium Phosphate)를 형성하기 위한 엠에이피(MAP) 반응조일 수 있다.

상기 하수처리 시스템은 상기 제2 액상유기물에 잔류하는 질소를 제거하기 위하여 탄소를 함유하고 있는 상기 제1 액상유기물과 상기 제2 액상유기물이 동시에 공급되는 탈질조를 더 포함할 수 있다.

상기 슬러지 농축기는 상기 1차 슬러지와 상기 2차 슬러지를 한꺼번에 농축하여 상기 농축슬러지를 형성할 수도 있다.

본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 본 실시 예에 따른 바이오 연료 생성장치는 상기 열수분해 유기물을 고형유기물과 액상유기물로 분리하는 고액분리기와, 상기 액상유기물을 혐기성 미생물을 이용한 혐기소화를 통하여 바이오 가스를 생성하는 혐기소화조와, 상기 혐기소화조를 경유한 액상유기물에 반응물질을 공급하여 질소와 인을 함유하는 엠에이피(MAP: Magnesium Ammonium Phosphate)를 형성하기 위한 엠에이피(MAP) 반응조를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시 형태에 의하면, 상기 바이오 연료 생성장치는 바이오 석탄을 만들기 위하여 상기 열수분해 유기물을 응집 침전시키는 응집 침전조를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시 형태에 의하면, 상기 바이오 연료 생성장치는 바이오 석탄을 만들기 위하여 상기 열수분해 유기물에서 고형유기물을 분리하는 막분리기를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시 형태에 의하면, 상기 바이오 연료 생성장치는 바이오 석탄을 만들기 위하여 상기 열수분해 유기물을 증발 응축하여 증류수와 건조유기물로 분리하는 증발응축기를 포함할 수 있다.

한편, 상기 슬러지 가열유닛은 상기 농축슬러지가 채워지는 슬러지 공간과 상기 농축슬러지의 상부에서 상기 농축슬러지와 접촉되도록 상기 수증기가 채워지는 수증기 공간을 형성하는 가열용기와, 상기 수증기 공간과 상기 슬러지 공간을 교대로 왕복회전하면서 상기 수증기와 상기 농축슬러지를 교반시키는 교반기를 포함하며, 상기 교반기는 상기 가열용기를 관통하여 설치되는 회전축과, 상기 회전축에 결합된 원통형 블레이드를 포함할 수 있다.

상기 열수분해장치는 상기 회전축과 상기 가열용기 사이를 밀폐시키는 밀폐유닛을 포함하고, 상기 밀폐유닛은 상기 가열용기와 결합되거나 상기 가열용기에서 연장형성되며 상기 회전축이 관통하는 밀폐블럭과, 상기 밀폐블럭의 내부에 설치되고 상기 회전축이 관통하는 밀폐부재를 포함하며, 상기 회전축과 상기 밀폐블럭 및 상기 밀폐부재에 의하여 형성되는 밀폐공간의 내부압력은 상기 가열용기의 내부압력보다 높게 유지될 수 있다.

상기 밀폐부재는 일정간격으로 설치되는 두 개의 립실(lip seal)을 포함하며, 상기 립실은 폴리아미드이미드 수지, 폴리이미드 수지 , 불소 수지 중의 하나 이상으로 제조될 수 있다.

한편, 상기 슬러지 열교환유닛은 중공형상의 열교환용기와, 상기 열교환 용기 내부에 배치되어 상기 저온의 슬러지가 흐르는 다단의 유로를 형성하는 유로형성부재와, 상기 유로형성부재의 외부에 감기면서 상기 고온의 열수분해 유기물이 흐르는 나선형 파이프를 포함할 수 있다.

상기 열수분해장치는 상기 슬러지 열교환유닛에서 열교환을 마친 열수분해 유기물이 유입되는 복수 개의 배출파이프와, 상기 배출파이프와 연결된 배출탱크와, 상기 배출파이프 내의 상기 열수분해 유기물의 유량을 조절하기 위한 배출밸브를 갖는 배출유닛을 더 포함할 수 있다.

상기 슬러지 농축기는 벨트식 농축기, 원심분리 농축기, 분리막 농축기 중의 하나로 구비될 수 있다.

본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 본 발명은 하수에 함유된 질소와 인을 포함하는 오염물질을 미생물이 섭취하여 상기 하수를 정화하는 생물반응단계, 상기 생물반응단계에서 처리된 처리수에서 상기 미생물이 함유된 슬러지와 방류수를 분리하여 상기 방류수를 방출하는 슬러지 분리단계, 상기 슬러지를 혐기상태가 되기 이전에 농축하여 반류수와 농축슬러지로 분리하는 슬러지 농축단계, 상기 농축 슬러지를 연속적으로 열수분해하는 열수분해단계, 그리고 상기 열수분해장치로부터 배출되는 열수분해 유기물을 바이오 연료와 최종 반류수로 분리하는 바이오 연료 생성단계를 포함하는 열수분해장치를 갖는 하수처리 시스템을 이용한 하수처리방법을 제공한다.

상기 열수분해 단계는 상기 농축 슬러지를 가열하여 상기 열수분해 유기물로 만드는 슬러지 가열 단계와, 상기 슬러지 가열유닛에서 배출되는 고온의 열수분해 유기물과 외부에서 공급되는 열수분해될 저온의 슬러지를 열교환시키는 슬러지 열교환 단계를 포함하고, 상기 슬러지 가열 단계는 상기 농축슬러지가 채워지는 슬러지 공간과 상기 슬러지 공간의 상부에 수증기가 채워지는 수증기 공간이 형성된 가열용기의 내부로 상기 농축슬러지를 가열하기 위하여 상기 수증기 공간으로 상기 수증기를 공급하는 단계를 수증기 공급단계를 포함할 수 있다.

상기 하수처리방법은 상기 생물반응단계 이전에 상기 하수에 함유된 유기물 입자를 1차 슬러지로 분리하여 1차 처리수를 만드는 1차 분리 단계와, 상기 생물반응단계를 경유한 2차 처리수에서 상기 미생물이 함유된 2차 슬러지와 상기 방류수를 분리하는 2차 분리단계를 더 포함하고, 상기 바이오 연료 생성단계는 반응물질을 공급하여 상기 열수분해 유기물에 존재하는 질소와 인을 화학 결합으로 제거하기 위한 화학반응 단계를 포함할 수 있다.

상기 슬러지 농축단계는 상기 1차 슬러지를 농축하여 제1 반류수와 제1 농축 슬러지로 분리하는 1차 농축단계와, 상기 2차 슬러지를 농축하여 제2 반류수와 제2 농축 슬러지로 분리하는 2차 농축단계를 포함하고; 상기 열수분해 단계는 상기 제1 농축슬러지를 열수분해하기 위한 제1 열수분해 단계와, 상기 제2 농축슬러지를 열수분해하기 위한 제2 열수분해단계를 포함하며, 상기 바이오 연료 생성단계는 상기 제1 열수분해 단계에서 열수분해된 제1 열수분해 유기물을 제1 액상유기물과 제1 고형유기물로 분리하는 제1 고액분리 단계와, 상기 제2 열수분해장치에 의하여 열수분해된 제2 열수분해 유기물을 제2 액상유기물과 제2 고형유기물로 분리하는 제2 고액분리 단계를 포함할 수 있다.

상기 바이오 연료 생성 단계는 바이오 가스를 생성하기 위하여 혐기성 미생물을 이용하여 상기 열수분해 유기물을 혐기소화시키는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 화학반응단계는 질소와 인을 함유하는 엠에이피(MAP: Magnesium Ammonium Phosphate)를 형성하는 엠에이피(MAP) 반응단계일 수 있다.

또한, 상기 하수처리방법은 상기 제2 액상유기물에 잔류하는 질소를 제거하기 위하여 탄소를 함유하고 있는 상기 제1 액상유기물과 상기 엠에이피(MAP) 형성된 이후의 제2 액상유기물을 동시에 탈질조에 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시형태에 의하면, 상기 바이오 연료 생성단계는 상기 열수분해 유기물을 고형유기물과 액상유기물로 분리하는 고액분리단계와, 상기 고액분리단계 이전에 상기 열수분해 유기물을 응집 침전시키는 응집 침전단계를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시 형태에 의하면, 상기 바이오 연료 생성단계는 바이오 석탄을 만들기 위하여 미세 통과구멍이 있는 막분리기로 상기 열수분해 유기물에서 고형유기물을 분리하는 막분리단계를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시 형태에 의하면, 상기 바이오 연료 생성단계는 바이오 석탄을 만들기 위하여 상기 열수분해 유기물을 증발 응축하여 증류수와 건조유기물로 분리하는 증발응축 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 열수분해장치를 갖는 하수처리 시스템 및 하수처리방법의 효과를 설명하면 다음과 같다.

첫째, 미생물이 정수공정에서 흡수한 질소와 인을 슬러지 공정에서 모두 분리 제거하여 상기 정수공정으로 되돌아 가는 반류수를 깨끗하게 처리함으로 인하여, 하수처리효율이 30%이상 향상될 뿐만 아니라 별도의 고도처리공정을 생략할 수 있는 이점이 있다.

둘째, 열수분해장치를 통하여 미생물 슬러지를 열수분해 유기물로 분해한 후 바이오 연료생성장치를 통하여 바이오 연료를 생산함으로써, 하수에 들어있는 유기물, 질소, 인 등의 오염물질을 탈수 슬러지 같은 폐기물로 만들지 않고 바이오 석탄, 바이오 가스, 비료 등의 에너지 자원(이하에서는, 바이오 연료라 한다.)으로 회수할 수 있는 이점이 있다. 특히, 하수에 함유된 인과 질소를 엠에이피(MAP:Magnesium Ammonium Phosphate)로 회수하여 비료로 활용할 수 있는 이점이 있다.

셋째, 유기물 입자인 1차 슬러지와 미생물인 2차 슬러지를 구분하여 열수분해하고, 1차 액상유기물을 탈질공정의 탄소원으로 활용함으로써 하수처리의 경제성을 높일 수 있는 이점이 있다.

넷째, 하수처리장에서 폐기물이 발생하지 않게 되므로, 슬러지 폐기물 처리에 소요되는 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 악취 등의 환경오염문제를 해결할 수 있는 이점이 있다.

다섯째, 슬러지 공정에서 연속식 열수분해장치로 200℃의 고온에서 농축 슬러지를 녹여 미생물을 액상유기물로 만들어 물리적, 화학적, 생물학적 처리가 잘 이루어지는 효율적인 슬러지 공정이 수행될 수 있는 이점이 있다.

다섯째, 열수분해장치에 슬러지 열교환유닛을 설치함으로써, 고온의 열수분해 유기물과 저온의 슬러지의 열교환을 통하여 슬러지의 가열에 소요되는 에너지를 줄일 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래의 하수처리 시스템의 구성을 블럭으로 나타낸 도면
도 2는 본 발명에 따른 하수처리 시스템의 제1 실시 예의 구성을 블럭으로 나타낸 도면.
도 3은 도 2의 하수처리 시스템에 구비된 열수분해장치를 나타낸 사시도.
도 4는 도 3의 열수분해장치에 구비된 슬러지 가열유닛의 잘려진 상태를 나타내는 사시도.
도 5는 도 3의 열수분해장치에 구비된 슬러지 가열유닛의 단면을 나타내는 도면.
도 6은 도 5의 슬러지 가열유닛에 구비된 회전축과 블레이드를 나타낸 사시도.
도 7은 도 6의 블레이드에 대한 확대 사시도.
도 8은 도 3의 열수분해장치에 구비된 슬러지 열교환 유닛의 잘려진 상태를 나타낸 사시도.
도 9는 도 8의 슬러지 열교환유닛에 구비된 나선형 파이프를 나타내는 사시도.
도 10은 도 3의 열수분해장치에 구비된 슬러지 열교환 유닛의 단면도.
도 11은 본 발명에 따른 하수처리 시스템의 제2 실시 예의 구성을 블럭으로 나타낸 도면.
도 12는 본 발명에 따른 하수처리 시스템의 제3 실시 예의 구성을 블럭으로 나타낸 도면. .
도 13은 본 발명에 따른 하수처리 시스템의 제4 실시 예의 구성을 블럭으로 나타낸 도면. .
도 14는 본 발명에 따른 하수처리 시스템의 제5 실시 예의 구성을 블럭으로 나타낸 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 열수분해장치를 갖는 하수처리 시스템 및 이를 이용한 하수처리방법을 설명한다.

본 발명에 따른 하수처리 시스템은 도시나 공장, 축산농가 등에서 발생하는 하수에 녹아있는 BOD 100ppm~1,000ppm 수준의 오염물질을 제거하여 하수처리의 효율을 높일 뿐만 아니라 상기 오염물질을 폐기물이 아닌 에너지 자원이나 비료로 회수하기 위한 것이다.

먼저, 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 하수처리 시스템의 제1 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

본 실시 예에 따른 하수처리 시스템은 하수를 정화시키기 위한 하수처리부와, 상기 하수처리부에서 발생하는 슬러지를 처리하기 위한 슬러지 처리부를 포함한다. 이하에서는, 상기 하수처리부에서 수행되는 공정을 정수공정이라 하고, 상기 슬러지 처리부에서 수행되는 공정을 슬러지공정이라 한다.

또한, 상기 정수공정에서 상기 슬러지공정으로 이동하는 오염물질과 물의 혼합물을 슬러지라 하며 상기 슬러지공정에서 오염물질이 제거되어 상기 정수공정으로 돌아가는 물을 반류수라고 한다.

상기 하수 처리부는 침사지(110), 1차 분리조(120), 생물반응조(130), 2차 분리조(140), 펌프(143)를 포함한다.

상기 침사지(110)는 하수와 함께 유입된 흙, 모래, 자갈 등을 침전시켜 분리하기 위한 곳이다.

상기 1차 분리조(120)는 하수에 함유된 오염물질 가운데 크기가 큰 유기물 입자를 분리하기 위한 곳이다. 상기 1차 분리조(120)에서는 상기 하수에 포함된 유기물 입자를 물리/화학적으로 응집시켜 1차 침전시키게 된다. 상기 1차 분리조(120)에서 침전된 유기물 입자 침전물인 1차 슬러지는 분리되어 상기 슬러지공정으로 유입된다. 상기 1차 분리조(120)에서 처리된 하수, 즉 1차 처리수에는 침전되지 않은 수용성 오염물질이 녹아 있는 상태이다.

상기 생물반응조(130)는 상기 1차 분리조(120)를 경유한 1차 처리수에 함유된 질소와 인을 포함하는 오염물질을 미생물이 먹도 증식하는 과정에서 상기 오염물질이 제거되도록 상기 미생물을 이용하여 상기 1차 처리수를 정화하는 곳이다.

이때, 상기 생물반응조(130)에는 이미 전단계에서 상기 생물반응조(130)를 경유하고 난 후 2차 분리조(140)에서 배출되는 반송슬러지가 함께 유입되고, 상기 반송슬러지에는 호기성 미생물이 혼합되어 있다.

상기 생물반응조(130)에서 공기를 공급하여 산소 농도가 일정 수준으로 유지되면, 상기 호기성 미생물이 상기 수용성 오염물질을 먹고 증식되기 때문에, 상기 1차 처리수에 함유된 수용성 오염물질이 상기 호기성 미생물의 내부로 이동된다.

물론, 상기 생물반응조(130)는 하수에 함유된 질소 성분이나 인 성분을 추가로 제거하기 위하여 미생물을 무산소 상태로 만든다거나, 공기 공급방식을 변경하거나, 생물막을 형성하는 등의 다양한 방법으로 구현될 수 있다.

상기 생물반응조(130)에서 처리된 2차 처리수는 상기 2차 분리조(140)로 유입되고, 증식된 미생물은 중력에 의하여 상기 2차 분리조(140)의 하부에 침전되게 된다. 상기 2차 분리조(140)의 하부에 침전된 침전물인 2차 슬러지는 상기 슬러지공정으로 유입된다.

본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않고, 상기 생물반응조 대신에 하수처리를 위하여 미세한 구멍이 있는 분리막이 설치된 분리막 생물조가 사용될 수도 있다. 또한, 상기 분리막은 방류수와 슬러지를 분리하기 위한 분리조에도 설치될 수 있다. 결과적으로, 상기 분리조는 분리조로 대체될 수 있고, 상기 생물반응조는 상기 분리막 생물조로 대체될 수 있다. 상기 분리막을 이용한 기술은 토지가 비싼 지역에서 공간을 절감할 수 있는 효과를 가져 온다.

본 실시 예에 따른 하수 처리부에는 상술한 종래기술과 달리 고도처리조가 존재하지 않는다. 왜냐하면, 상기 슬러지공정 중에 질소와 인이 반류수에 방출되지 않고 제거되기 때문에 상기 정수공정으로 재유입되지 않아 상기 방류수에서의 질소와 인의 농도가 낮아지기 때문이다.

한편, 상기 슬러지 처리부는 제1 슬러지 농축기(151), 제1 열수분해장치(2000), 제2 슬러지 농축기(152), 제2 열수분해장치(200) 및 바이오 연료 생성장치를 포함한다.

상기 제1 슬러지 농축기(151)는 유기물 입자인 상기 1차 슬러지를 농축하기 위한 것이고, 상기 제2 슬러지 농축기(152)는 미생물인 상기 2차 슬러지를 농축하기 위한 것이다.

또한, 상기 제1 열수분해장치(2000)는 상기 1차 슬러지가 농축된 제1 농축슬러지를 열수분해하기 위한 것이고, 상기 제2 열수분해장치(200)는 상기 2차 슬러지가 농축된 제2 농축슬러지를 열수분해하기 위한 것이다.

상기 바이오 연료 생성장치는 제1 고액분리기(161), 제2 고액분리기(162), 혐기소화조(170), 엠에이피(MAP:Magnesium Ammonium Phosphate) 반응조(180) 및 탈질조(190)를 포함한다.

상기 제1 고액분리기(161)는 상기 제1 열수분해장치(2000)에 의하여 열수분해된 제1 열수분해 유기물을 제1 액상유기물과 제1 고형유기물로 분리하기 위한 것이고, 상기 제2 고액분리기는 상기 제2 열수분해장치(200)에 의하여 열수분해된 제2 열수분해 유기물을 제2 액상유기물과 제2 고형유기물로 분리하기 위한 것이다.

이하에서, 상기 제1 슬러지 농축기(151)와 상기 제2 슬러지 농축기(152)는 실질적으로 동일하고, 상기 제1 열수분해장치(2000)와 상기 제2 열수분해장치(200)도 실질적으로 동일하며, 상기 제1 고액분리기(161)와 상기 제2 고액분리기(162)도 실질적으로 동일하므로 상기 제2 슬러지 농축기(152), 상기 제2 열수분해장치(200), 상기 제2 고액분리기(162)에 대해서만 설명한다.

상기 제2 슬러지 농축기(152)는 벨트 농축기로서, 상기 2차 슬러지를 회전하는 투수성 컨베이어 벨트(미도시) 위로 이송시키면서 중력을 이용하여 상기 2차 슬러지를 제2 반류수와 제2 농축슬러지로 분리하면서 상기 제2 농축슬러지가 혐기상태가 되기 전에 신속하게 농축시킨다.

구체적으로, 상기 2차 슬러지가 상기 컨베이어 벨트의 상부로 유입되면, 상기 컨베이어 벨트는 3~17m/min 속도로 이동하게 되고, 상기 컨베이어 벨트상에 놓인 교반유닛은 상기 2차 슬러지를 저어주게 된다.

그러면, 상기 2차 슬러지는 중력에 의하여 농축되면서 상기 2차 슬러지에서 배출되는 물은 상기 컨베이어 벨트의 하부로 분리되고, 분리된 물, 즉 상기 제2 반류수는 다시 정수공정의 침사지(110)로 이동된다. 여기서, 상기 2차 슬러지는 오염농도(SS기준) 5,000~50,000 mg/l 수준의 농축 유기물로 농축된다.

상기 제2 슬러지 농축기(152)에서 농축된 농축슬러지는 다음공정으로 이송된다. 이때, 상기 2차 슬러지는 이동되면서 중력에 의하여 농축되기 때문에 농축시간이 짧기 때문에 산소가 부족한 상태가 되지 않아 미생물에서 인과 질소가 배출되지는 않게 된다. 따라서, 상기 제2 반류수의 오염물질은 상기 정수공정의 방류수와 비슷한 수준으로 오염물질이 거의 없게 된다.

본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않고, 상기 슬러지 농축기로는 벨트 농축기 뿐만 아니라, 농축시간이 짧은 원심분리기 농축기나 분리막 농축기 등도 사용될 수 있다.

한편, 상기 제2 열수분해장치는 도 3 내지 도 10을 참조하여 추후에 설명하기로 한다.

상기 제2 고액분리기(162)로는 필터 프레스를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 필터 프레스는 다른 고액분리 장치에 비해 별도의 응집제를 사용하지 않더라도 가장 낮은 함수율의 고형 유기물을 얻을 수 있다. 상기 제2 고액분리기(162)에서 분리된 제2 고형유기물은 함수율이 낮기 때문에 바이오 석탄으로 사용된다.

상기 고액분리기로는 원심분리 탈수기나 스크류 탈수기 등도 사용될 수 있다.

상기 제2 고액분리기에서는 상기 제2 열수분해 유기물에 함유된 오염물질의 70% 정도가 상기 제2 고형유기물로 제거되고, 나머지 30% 정도가 상기 제2 액상유기물로 남는다.

여기서, 상기 제1 열수분해 유기물이 열수분해된 상기 제1 액상 유기물은 주로 탄수화물이 열수 분해된 포도당으로 이루어지며, 상기 제2 열수분해 유기물, 즉 미생물이 열수 분해된 제2액상유기물은 주로 단백질이 열수 분해된 아미노산으로 이루어진다. 상기 제2 액상유기물은 미생물이 흡수한 질소와 인이 다량으로 포함하고 있기 때문에 상기 제1 액상유기물과는 다른 처리과정을 거칠 수 있다.

먼저, 미생물이 열수분해되어 상기 제2 고액분리기에서 분리된 상기 제2 액상유기물은 상기 혐기소화조(170)로 유입된다.

상기 혐기소화조(170)에서는 혐기미생물에 의하여 혐기소화가 진행된다. 구체적으로, 상기 혐기소화조(170) 내의 제2 액상유기물에는 열수분해를 통하여 미생물 세포의 불용성 고분자 단백질이 수용성 저분자 아미노산으로 가수분해되고, 미생물 세포 내의 생분해성 유기물이 용출된 상태이기 때문에 혐기소화가 잘 이루어지게 된다. 특히, 고형 유기물이 제거된 상태이므로 혐기소화 과정에서 발생하는 침전물도 적게 생성되며 상기 혐기소화조 내부에서의 교반도 잘 이루어지게 된다.

상기 혐기소화조(170)에서 상기 제1 액상유기물과 상기 제2 액상유기물이 혐기소화가 진행되는 과정 중에 오염물질인 유기물이 분해되어 바이오 가스가 생성된다. 상기 바이오 가스에서 정제된 메탄가스는 재생연료로 사용된다.

상기 혐기소화조(170)를 경유한 상기 제2 액상유기물은 화학반응이 일어나는 화학반응조의 일종인 상기 엠에이피(MAP) 반응조(180)로 유입된다. 물론, 상기 엠에이피(MAP) 반응조(180)는 별도로 구비되지 않고, 엠에이피(MAP)를 생성하기 위한 공정이 상기 혐기소화조(170) 내에서 수행될 수 있다.

상기 제2 액상유기물에는 암모니아성 질소 성분과 인산 성분이 다량으로 함유되어 있기 때문에 상기 엠에이피(MAP) 반응조(180) 내부에 반응물질, 예를 들어 마그네슘 이온을 투입하게 되면, 인산이온, 암모늄이온 및 마그네슘 이온이 1몰씩 화학반응하여 엠에이피(MAP)를 생성하고, 알칼리 영역에서는 엠에이피(MAP)결정을 형성한다.

구체적으로, 인과 암모니아성 질소를 다량으로 함유하는 상기 제2 액상 유기물에 마그네슘 이온을 공급하기 위하여, 예를 들면 염화마그네슘을 첨가하고, 알칼리 환경이 조성되도록 피에이치(pH)를 조정하면, 엠에이피(MAP) 과립이 형성되면서 상기 제2 액상유기물에 함유된 인과 질소가 제거된다. 여기서, 상기 엠에이피(MAP) 결정은 회수되어 식물생장에 필요한 인산비료로 사용된다.

상기 엠에이피(MAP) 반응조를 경유한 상기 제2 액상유기물에 잔류하는 질소를 제거하기 위하여 상기 제2 액상유기물은 상기 탈질조(190)로 유입된다. 이때, 상기 제2 액상유기물에는 탄소성분이 부족하기 때문에 상기 제1 고액분리기(161)에서 분리된 일부의 제1 액상유기물이 혼합되어 상기 탈질조(190)로 동시에 유입된다.

상기 탈질조(190)에서는 탈질소박테리아가 탄소를 에너지원으로하여 질소성분 오염물질인 질산이온이나 아질산 이온을 분해하여 무해한 질소가스로 전환시키게 된다. 이때, 유기물 입자가 열수분해된 후, 상기 제1 고액분리기(161)에서 분리된 상기 제1 액상유기물은 탄소를 함유하고 있기 때문에 탈질과정에 필요한 탄질비(C/N 비)를 조절하는 탄소원으로 사용된다.

상기 탈질과정에서 상기 탄소원으로 사용되고 남은 상기 제1 액상유기물은 상기 혐기소화조(170)에 투입되어 바이오 가스로 분해된다.

또한, 상기 탈질조(190)에서 탈질 처리된 물, 즉 최종 반류수는 다시 정수공정으로 되돌아 간다.

결과적으로, 상기 제1 슬러지 농축기(151)와 상기 제2 슬러지 농축기(152)에서 분리되는 제1 반류수와, 제2 반류수 및 상기 탈질조(190)에서 분리되는 최종 반류수는 상기 질소와 인을 포함한 오염물질이 제거된 상태에서 다시 정수공정으로 들어가게 되다. 따라서, 상기 정수공정에서는 별도의 고도처리과정이 필요 없게 되고, 하수에 들어있는 유기물, 질소, 인 등의 오염물질은 바이오 연료, 즉 바이오 가스, 바이오 석탄, 엠에이피(MAP) 비료로 완전하게 에너지 자원으로 회수되게 된다.

물론, 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않고, 상기 1차 슬러지와 상기 2차 슬러지는 동시에 하나의 슬러지 농축기에 의하여 농축될 수도 있고, 농축된 슬러지는 하나의 열수분해장치에 의하여 열수분해되고, 열수분해된 유기물은 상기 바이오 연료 생성장치에 의하여 처리될 수 있다.

한편, 상기 열수분해장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 1차 슬러지가 농축된 제1 농축슬러지를 열수분해하기 위한 제1 열수분해장치(2000)와, 2차 슬러지가 농축된 제2 농축슬러지를 열수분해하기 위한 제2 열수분해장치(200)를 포함한다. 그러나, 상기 제1 열수분해장치(2000)와 상기 제2 열수분해장치(200)는 실질적으로 동일하기 때문에 상기 제2 열수분해장치(200)에 대해서만 도 3 내지 도 10을 참조하여 설명한다.

상기 제2 열수분해장치(200)는 농축슬러지를 연속적으로 처리하여 열수분해유기물로 변환시키기 위한 것이다. 상기 제2 열수분해장치(200)는 보일러 유닛(240), 슬러지 가열유닛(210), 슬러지 열교환유닛(250), 밀폐유닛(220), 슬러지 주입유닛(260), 배출유닛(270)을 포함하여 구성된다.

상기 보일러 유닛(240)은 보일러 본체(241)와, 상기 보일러 본체(241)에서 발생하는 수증기를 상기 슬러지 가열유닛(210)으로 공급하기 위한 수증기 공급관(243)을 포함한다.

또한, 상기 슬러지 가열유닛(210)은 상기 수증기 공급관(243)으로부터 공급되는 수증기를 사용하여 농축 슬러지를 가열하여 상기 열수분해 유기물로 만들게 된다.

상기 슬러지 가열유닛(210)은 상기 농축슬러지가 채워지는 슬러지 공간과 상기 농축슬러지의 상부에서 상기 농축슬러지와 접촉되도록 상기 수증기가 채워지는 수증기 공간을 형성하는 가열용기(211)와, 상기 수증기 공간과 상기 슬러지 공간을 교대로 왕복회전하면서 상기 수증기와 상기 농축슬러지를 교반시키는 교반기와, 상기 열수분해 유기물이 배출되는 배출용기(217)를 포함한다.

상기 가열용기(211)내의 상기 수증기 공간과 상기 슬러지 공간의 경계면에 있는 수증기는 상대적으로 차가운 상기 농축슬러지에 접촉하면서 열에너지를 잃게 되어 물로 변하게 되고, 상기 수증기가 물로 변하게 되면 상기 수증기가 차지하던 부피는 1기압에서 1/1700로 줄어들게 된다.

이때 줄어든 부피만큼 옆에 있던 새로운 수증기가 빈 공간을 채우면, 다시 상기 수증기가 상대적으로 차가운 농축슬러지와 다시 접촉하여 액체로 변하는 과정이 급속하게 반복되면서 상기 수증기로부터 상기 농축슬러지로 열에너지를 고속으로 전달되어 경계면의 농축슬러지가 고속으로 가열되게 된다.

그런데, 가열된 농축슬러지는 비중이 가벼워서 항상 상기 슬러지공간의 상면, 즉 경계면에 존재하므로, 이 상태를 그대로 두면 상기 슬러지공간의 하부로의 열전달이 잘 이루어지지 않아 이를 해결하기 위하여 상기 교반기가 상기 농축슬러지와 상기 수증기를 교반시키게 된다.

구체적으로, 상기 교반기가 상기 수증기 공간과 슬러지 공간을 왕복하면서 상기 수증기와 상기 농축슬러지를 서로 혼합시키게 되면 상기 수증기와 상기 농축슬러지의 접촉이 촉진되어 상기 농축슬러지가 계속적으로 고속 가열된다.

상기 수증기 공간을 통하여 다량의 수증기가 신속하게 연속적으로 공급되고, 증기 혼합 가열은 가열 속도가 빠르기 때문에 상기 가열용기(211)에 주입된 농축 슬러지가 가열구간을 이동하는 시간 동안 열수분해에 필요한 200℃의 온도로 빠르게 가열될 수 있게 된다.

상기 교반기는 상기 가열용기(211)를 관통하여 설치되는 회전축(213)과, 상기 회전축(213)에 결합된 원통형 블레이드(215)를 포함한다.

상기 블레이드(215)는 상기 회전축(213)을 따라 복수 개가 일렬로 배열되어 있고, 상기 블레이드(215)의 하부는 열수분해되고 있는 농축슬러지와 접촉하고 있고, 상기 블레이드(215)의 상부는 상기 수증기에 노출되어 있다.

결과적으로, 상기 블레이드(215)가 회전함에 따라 상기 농축슬러지와 상기 수증기는 서로 교반되어 섞이면서 열교환을 하게 된다.

상기 블레이드(215)는 상기 회전축(213)이 결합되는 블레이드 관통공(215a)이 형성된 블레이드 허브(215e)와, 상기 농축슬러지와 면접촉을 하면서 회전하는 블레이드 측벽(215c)과, 상기 블레이드 허브(215e)와 상기 블레이드 측벽(215c)을 연결하는 블레이드 스포크(215b)를 포함한다.

상기 블레이드 측벽(215c)에는 측벽홈(215d)이 형성되어 있고, 상기 측벽홈(215d)은 이웃하는 블레이드 측벽과 함께 상기 농축슬러지 또는 상기 수증기가 통과할 수 있는 통과공을 형성하게 된다.

상기 블레이드(215)가 원통형으로 구비되면, 상기 수증기 및 상기 농축슬러지와 접촉하는 면적이 증가하게 되어 상기 수증기와 상기 농축슬러지 사이의 열교환이 보다 효과적으로 발생하게 된다.

또한, 상기 가열용기(211)의 일측에는 상기 농축슬러지의 점성에 따라 상기 열수분해 유기물을 다시 재순환시키기 위한 순환용배관(212)이 구비될 수 있다.

상기 배출용기(217)는 상기 가열용기(211)의 일측단에서 상기 가열용기(211)와 연통되도록 설치된다. 상기 가열용기(211)와 상기 배출용기(217) 사이에는 격벽(219)이 형성되어 있다. 상기 열수분해 유기물은 상기 격벽(219) 위로 넘쳐서 상기 가열용기(211)에서 상기 배출용기(217)로 이동하게 되므로 상기 격벽(219)에 의하여 자연스럽게 상기 슬러지 공간과 수증기 공간이 형성된다.

상기 배출용기(217)에는 상기 열수분해 유기물의 수위를 측정하는 수위센서(218)가 설치된다. 또한, 상기 배출용기(217)의 하부에는 상기 열수분해 유기물이 배출되는 배출구가 형성되어 있다.

또한, 상기 배출용기(217)에서 배출된 열수분해 유기물은 상기 슬러지 열교환유닛(250)을 경유하면서 냉각되고, 상기 배출유닛(270)을 통하여 외부로 배출된다.

상기 배출유닛(270)은 복수 개의 배출파이프(271)와, 상기 배출파이프(271)와 연결된 배출탱크(273)와, 상기 배출파이프(271) 내의 열수분해 유기물의 배출량을 조절하기 위한 배출밸브(275)를 포함한다.

상기 배출유닛(270)의 내부에 이물질이 쌓이는 것을 방지하기 위하여 상기 배출유닛(270)에서 배출되는 열수분해 유기물의 온도는 가급적 낮은 상태로 외부로 배출되는 것이 바람직하다. 상기 배출파이프(271)가 복수 개로 병렬배치되고, 상기 배출파이프(271)마다 상기 배출밸브(275)가 구비되면, 상기 수위센서(218)의 정보에 의하여 상기 배출밸브(275)가 제어장치(미도시)에 의하여 선택적으로 개폐됨으로써 상기 열수분해 유기물의 배출량이 용이하게 조절될 수 있게 된다.

한편, 상기 배출밸브(275)는 단독으로 설치되어 상기 수위센서(218)의 측정값에 따라 개폐시간이나 개방면적이 조절됨으로써 상기 열수분해 유기물의 배출량이 조절될 수도 있다.

결과적으로, 상기 배출용기(217)의 수위를 상기 가열용기(211)의 수위보다 낮게 유지되도록 상기 배출밸브(275)를 조절하게 되면, 상기 가열용기(211)에서 열수분해된 열수분해 유기물은 상기 격벽(219)을 넘어 상기 배출용기(217)로 흘러들어가게 된다.

상기 가열용기(211)가 상기 수증기 공간과 상기 슬러지 공간으로 분리되고, 상기 수증기 공간과 상기 슬러지 공간을 상기 교반기를 통하여 혼합시켜주고, 상기 배출용기(217)의 수위를 조절함으로써 상기 농축슬러지가 상기 슬러지공간을 따라 연속적으로 주입되고, 흘러가면서 상기 수증기에 의하여 열수분해되고, 상기 배출용기(217)로 배출되는 연속적인 흐름이 형성된다.

상기 가열용기(211)의 내부에서는 보통 200℃ 15기압의 고온 고압에서 연속식으로 가열이 이루어지므로 상기 슬러지 주입유닛(260)은 상기 가열용기(211)의 내부압력보다 높은 압력으로 상기 농축슬러지를 가압하여 주입하게 된다.

상기 슬러지 주입유닛(260)에 의하여 주입되는 상기 농축슬러지는 상기 슬러지 열교환유닛(250)을 경유하여 상기 가열용기(211) 내부로 들어가게 된다.

상기 슬러지 주입유닛(260)으로는 상기 농축슬러지의 성상에 적합한 피스톤 펌프, 모노펌프, 기어펌프 등이 사용될 수 있다.

상기 농축슬러지의 주입 속도는 상기 가열용기(211)의 내부압력, 상기 농축슬러지의 온도, 상기 열수분해 유기물이 배출되는 배출용기(217)에서 상기 열수분해 유기물의 수위 중 하나 이상을 기준으로 공급될 있다.

예를 들면, 상기 가열용기(211) 내부에 온도센서(미도시)를 설치하여 상기 농축슬러지의 온도에 따라 상기 가열용기(211)에 주입되는 상기 농축슬러지의 양을 제어할 수 있다.

또한, 상기 가열용기(211)에 수증기 공급량이 일정하게 제어되는 경우는 상기 가열용기(211) 내부에 설치된 압력센서(미도시)를 이용하여 물의 증기압 곡선에 따라 상기 가열용기(211)에 주입되는 상기 농축슬러지의 양을 제어할 수도 있다.

결과적으로, 상기 압력센서, 상기 온도센서, 상기 수위센서(218)의 측정값을 바탕으로 상기 펌프들을 구동시키는 모터의 회전수를 제어하게 되고, 이로 인하여 상기 농축슬러지의 주입 속도가 제어된다. 상기 모터의 회전속도는 피엘씨(PLC:Program Logic Controller)와 인버터를 통하여 제어된다.

한편, 상기 밀폐유닛(220)은 상기 회전축(213)과 상기 가열용기(211) 사이를 밀폐시키게 된다. 상기 밀폐유닛(220)은 상기 가열용기(211)와 결합되거나 상기 가열용기(211)에서 연장형성되는 밀폐블럭(225)과, 상기 밀폐블럭(225)의 내부에 설치되고 상기 회전축이 관통하는 밀폐부재(미도시)와, 상기 회전축(213)과 상기 밀폐블럭(225) 및 상기 밀폐부재에 의하여 형성되는 밀폐공간에 증류수를 공급하기 위한 증류수 공급용기(221)와, 상기 밀폐블럭(225)과 상기 증류수 공급용기(221)를 연결하는 연결관(223)을 포함한다.

상기 밀폐부재는 상기 밀폐블럭(225)과 상기 회전축(213) 사이를 밀폐시키면서 상기 밀폐공간을 형성하게 되고, 상기 밀폐공간과 상기 가열용기의 내부공간을 독립적으로 분리시키게 된다.

상기 밀폐부재는 일정간격으로 설치되는 두 개의 립실(lip seal)을 포함하며, 상기 립실은 엔지니어링 플라스틱 재질 가운데 내열성, 내마찰성, 내마모성을 지는 폴리아미드이미드 수지나 폴리이미드 수지 또는 불소수지로 만든 립실이 사용될 수 있다. 일례로, 상기 폴리아미드이미드 수지로 만든 립실은 250 ℃, 40기압의 온도와 압력도 견딜 수 있다.

여기서, 상기 밀폐부재, 즉 립실은 항상 상기 회전축(213)에 긴밀하게 접촉된 상태에 있고, 상기 두 개의 립실이 일정간격을 가지면서 서로 마주보도록 배치되어 상기 밀폐블럭(225)의 내부에 상기 밀폐공간을 형성하게 된다.

또한, 상기 증류수 공급용기(221)는 상기 수증기가 공급되는 상기 수증기 공급관(243)과 연통되어 있으며 상기 증류수 공급용기에 수용된 증류수의 수면이 지면을 기준으로 상기 가열용기(211)보다 높게 설치된다.

상기 증류수 공급용기(221)에는 수증기가 응축된 증류수가 상기 수증기 공급관(243)과 연통되는 부위까지 일정수위로 채워지게 되는데, 상기 증류수의 수위가 상기 가열용기(211)보다 높은 곳에 있기 때문에 해당 수위차에 해당하는 수압만큼이 상기 밀폐블럭(225)에 추가로 작용하게 되어, 상기 증류수 공급용기(221)에서 상기 밀폐블럭(225) 내부의 밀폐공간에 가해지는 압력은 항상 상기 수증기 공급관(243)의 압력, 즉 가열용기(211) 내부의 압력보다 큰 값을 가지게 된다.

결과적으로, 상기 밀폐블럭(225) 내부의 밀폐공간의 압력은 상기 가열용기(211)의 내부압력보다 크게 되어, 상기 가열용기 내부의 농축슬러지 또는 열수분해 유기물은 상기 밀폐부재에 사이에 형성되는 공간으로 들어오지 못하게 된다. 따라서, 깨끗한 증류수만 상기 밀폐블럭(225) 내부의 밀폐공간에 채워지게 되어 윤활작용을 함으로써 상기 밀폐부재가 마모되지 않고 지속적으로 밀폐부재의 기능을 유지하게 되어 상기 회전축(213)과 상기 가열용기(211) 사이가 밀폐될 수 있게 된다.

한편, 상기 슬러지 열교환유닛(250)은 상기 슬러지 가열유닛(210)에서 배출되는 고온의 열수분해 유기물과 외부에서 공급되는 열수분해될 저온의 슬러지를 열교환시키게 된다.

상기 슬러지 열교환유닛(250)은 중공형상의 열교환용기(251)와, 상기 열교환 용기 내부에 배치되어 상기 저온의 슬러지가 흐르는 다단의 유로를 형성하는 유로형성부재(255)와, 상기 유로형성부재(255)의 외부에 감기면서 상기 고온의 열수분해 유기물이 흐르는 나선형 파이프(257)를 포함한다.

상기 유로형성부재(255)는 상기 저온의 슬러지가 상기 열교환용기의 중심부에서 길이방향으로 흐르도록 하기 위한 제1 유로형성부재(255b)와, 상기 열교환용기의 중심을 기준으로 반경방향으로 상기 제1 유로형성부재(255b)와 일정간격을 가지면서 배치되는 제2 유로형성부재(255a)와, 상기 제1 유로형성부재(255b)에 의하여 형성되는 제1 유로(S3)와 상기 제2 유로형성부재(255a)에 의하여 형성되는 제2 유로(S2)를 연결하는 유로연결부(255c)를 포함한다.

상기 나선형 파이프(257)는 상기 제1 유로형성부재(255b)의 내부에 나선형으로 감기는 제1 나선형 파이프(257a)와, 상기 제1 유로형성부재(255b)의 외측에 나선형으로 감기는 제2 나선형 파이프(257b)와, 상기 제2 유로형성부재(255a)의 외측에 나선형으로 감기는 제3 나선형 파이프(257c)를 포함한다.

상기 제1 나선형 파이프(257a)가 제일 작은 직경(D3)를 가지며, 상기 제2 나선형 파이프(257b)가 중간 직경(D2)를 가지며, 상기 제3 나선형파이프(257c)가 가장 큰 직경(D1)을 가지면서 동심원을 이룬다.

도 2 내지 도 10을 참조하여, 본 발명에 따른 하수처리 시스템의 하수처리방법의 흐름을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 1차 분리조(120)에서는 하수에 함유된 유기물 입자로 이루어진 1차 슬러지를 분리하는 1차 슬러지 분리단계가 수행된다.

다음으로, 생물반응조(130)에서는 상기 1차 슬러지 분리단계에서 처리된 1차 처리수에 함유된 질소와 인을 포함하는 오염물질을 미생물이 섭취하여 상기 1차 처리수를 정화하는 생물반응단계가 수행된다.

다음으로, 2차 분리조(140)에서는 상기 생물반응단계에서 처리된 2차 처리수에서 상기 미생물이 함유된 2차 슬러지를 분리하는 2차 슬러지 분리단계가 수행된다.

여기서, 상기 2차 슬러지 중의 일부는 반송슬러지의 형태로 다시 상기 생물반응조(130)로 재유입된다. 상기 반송슬러지에는 호기성 미생물이 함유되어 있다.

본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않고, 상기 1차 분리조 대신에 분리막을 이용한 분리기가 사용될 수도 있고, 상기 생물반응조 대신에 상기 분리막이 설치된 분리막 생물조가 사용될 수 있다.

다음으로, 제1 슬러지 농축기(151) 및 제2 슬러지 농축기(152)에서는 상기 1차 슬러지와 상기 2차 슬러지가 각각 이동되면서 상기 1차 슬러지와 상기 2차 슬러지를 농축하여 농축슬러지를 형성하는 슬러지 농축단계가 수행되고, 분리된 물은 각각 제1 반류수 및 제2 반류수로 다시 정수공정의 침사지(110)로 유입된다.

다음으로, 제1 열수분해장치(2000)에서는 상기 제1 슬러지 농축기에서 농축된 유기물 입자로 이루어진 제1 농축슬러지를 제1 열수분해 유기물로 연속적으로 열수분해하는 열수분해단계가 수행된다.

마찬가지로, 제2 열수분해장치(200)에서는 상기 제2 슬러지 농축기에서 농축된 미생물로 이루어진 제2 농축슬러지를 제2 열수분해 유기물로 연속적으로 열수분해하는 열수분해단계가 수행된다.

여기서, 상기 열수분해단계는 외부에서 공급되는 수증기를 사용하여 상기 농축 슬러지를 가열하여 상기 열수분해 유기물로 만드는 슬러지 가열단계와, 상기 슬러지 가열단계를 경유한 고온의 열수분해 유기물과 외부에서 공급되는 열수분해될 저온의 슬러지를 열교환 가열시키는 슬러지 열교환단계를 포함한다.

다음으로, 바이오 연료 생성장치에서는 상기 열수분해 유기물들을 처리하여 바이오 연료를 생산하는 바이오 연료 생성단계가 수행된다.

구체적으로, 상기 바이오 연료 생성단계에서는 상기 제1 열수분해장치(2000)에 의하여 열수분해된 제1 열수분해 유기물을 제1 액상유기물과 제1 고형유기물로 분리하는 단계가 수행된다.

마찬가지로, 상기 제2 열수분해장치(200)에 의하여 열수분해된 제2 열수분해 유기물을 제2 액상유기물과 제2 고형유기물로 분리하는 단계가 수행된다.

여기서, 제1 고형유기물은 바이오 석탄으로 사용되고, 상기 제1 액상유기물은 상기 제2 액상유기물의 탈질과정에서의 탄소원으로 사용되거나 상기 제2 액상유기물과 함께 혐기소화된다. 또한, 상기 제2 고형유기물은 바이오 석탄으로 사용되고, 상기 제2 액상유기물은 생물학적으로 분해된다.

다음으로, 상기 제1 액상유기물과 상기 제2 액상유기물은 혐기소화조(170)로 이동되어 혐기소화된다. 이때, 혐기소화 과정에서 혐기성 미생물에 의하여 바이오 가스가 생성된다.

다음으로, 혐기소화된 액상유기물들에 마그네슘 이온이 함유된 반응물질을 공급하여 질소와 인이 결합한 엠에이피(MAP: Magnesium Ammonium Phosphate) 결정을 형성하는 화학반응단계가 수행된다.

다음으로, 상기 액상유기물들에 잔류하는 질소를 제거하기 위하여 탄소를 함유하고 있는 상기 제1 액상유기물과 상기 엠에이피(MAP) 형성된 이후의 제2 액상유기물을 동시에 탈질조(190)에 공급하는 단계가 수행된다.

최종적으로, 상기 탈질조(190)에서 배출되는 물, 즉 최종 반류수는 다시 정수공정의 침사지(110)로 유입된다.

결과적으로, 질소와 인이 다시 정수공정으로 들어가지 않기 때문에 정수공정에서 고도처리과정이 필요 없게 되며, 하수에 들어있는 유기물, 질소, 인 등의 오염물질은 바이오 연료, 즉 바이오 가스, 바이오 석탄, 엠에이피(MAP) 비료로 완전하게 에너지 자원으로 회수되게 된다.

도 11을 참조하여, 본 발명에 따른 하수처리 시스템의 제2 실시 예를 설명한다.

본 실시 예에 따른 하수처리 시스템은 상술한 제1 실시 예와 달리, 1차 슬러지와 2차 슬러지가 하나의 슬러지 농축기(150)에서 농축된다. 본 실시예에 따른 하수처리 시스템은 방류수의 질소 배출농도에 문제가 없는 소형 하수처리장이나 별도의 질소제거 시설을 보유한 하수처리장에 사용될 수 있어 경제적이다. 본 실시 예에 따른 하수처리 시스템에서 하수처리부는 상술한 제1 실시예와 실질적으로 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

상기 1차 슬러지와 상기 2차 슬러지를 하나의 슬러지 농축기(150)에 의하여 농축되어, 농축 슬러지와 농축 반류수로 분리되고, 상기 농축 반류수는 상기 정수공정으로 유입되고, 상기 농출 슬러지는 슬러지 저류조(171)로 이동된 후 하나의 열수분해장치에 의하여 열수분해되고, 하나의 고액분리기(310)에 의하여 액상유기물과 고형유기물로 분리됨으로써 공정의 효율성이 증가하게 된다.

본 실시 예에 따른 하수처리 시스템에서는 상기 고액분리기(310)에서 분리된 고형유기물은 고형유기물 호퍼(340)로 이동되어 바이오 석탄으로 사용된다.

또한, 상기 액상유기물은 혐기소화조(320)로 이동되어, 혐기성 미생물에 의하여 혐기소화 과정을 거치게 된다. 이때, 상기 혐기소화조(320)에서 발생하는 바이오 가스는 가스탱크(350)를 통하여 외부로 반출된다.

또한, 상기 혐기소화조(320)를 경유한 액상유기물은 엠에이피(MAP) 반응조(330)로 유입되고, 상기 엠에이피(MAP) 반응조(330)에서 상기 액상유기물은 반응물질과 반응하여 질소와 인을 함유하는 엠에이피(MAP: Magnesium Ammonium Phosphate)를 형성하고, 최종 반류수는 별도의 탈질공정이 없이 다시 상기 정수공정으로 돌아가게 된다.

도 12를 참조하여, 본 발명에 따른 하수처리 시스템의 제3 실시 예를 설명한다.

본 실시 예에 따른 하수처리 시스템은 상술한 제2 실시 예와 유사한 구성을 가진다. 다만, 본 실시 예에서는 열수분해장치에서 열수분해된 열수분해 유기물을 화학적으로 응집처리하는 응집침전조(410)가 구비된다. 즉, 본 실시예에서는 상술한 제2 실시 예에서의 혐기소화조와 엠에이피(MAP) 반응조가 생략된다.

결과적으로, 상기 열수분해장치에서 열수분해된 열수분해 유기물은 상기 응집침전조(410)로 유입된다. 상기 응집침전조(410)에서 침전된 침전물은 고액분리기(420)로 유입되고, 상기 응집침전조(410)의 상등수는 최종 반류수로 다시 정수공정의 침사지(110)로 이동된다.

상기 고액분리기(420)에서 분리된 고형유기물은 바이오 석탄으로 사용되고, 액상유기물은 다시 상기 응집침전조(410)로 반송되어 응집 침전이 반복된다.

여기서, 상기 열수분해 유기물 내에서는 세포액이 자유롭게 이동하기 때문에 화학적인 반응도 신속하게 이루어지게 되므로, 고분자 응집제를 투여하게 되면 오염물질을 응집 침전시키게 된다.

도 13을 참조하여, 본 발명에 따른 하수처리 시스템의 제4 실시 예를 설명한다.

본 실시 예에 따른 하수처리 시스템은 상술한 제2 실시 예와 유사한 구성을 가진다. 다만, 본 실시 예에서는 열수분해장치에서 열수분해된 열수분해 유기물을 고형유기물과 액상유기물로 분리하는 막분리기(510)가 구비된다. 즉, 본 실시예에서는 상술한 제2 실시 예에서의 혐기소화조, 엠에이피(MAP) 반응조 및 고액분리기가 생략된다.

결과적으로, 상기 열수분해장치에서 열수분해된 열수분해 유기물은 상기 막분리기(510)로 유입되어 최종 반류수와 고형유기물로 분리된다. 상기 고형유기물은 바이오 석탄으로 사용되고, 상기 최종 반류수는 정수공정의 침사지(110)로 다시 이동된다.

상기 막분리기(510)는 미세한 구멍이 있는 분리막을 포함하며, 상기 분리막을 통과한 것은 최종 반류수로 분리되고, 상기 분리막을 통과하지 못한 것은 고형 유기물로 분리된다.

도 14를 참조하여, 본 발명에 따른 하수처리 시스템의 제5 실시 예를 설명한다.

본 실시 예에 따른 하수처리 시스템은 상술한 제2 실시 예와 유사한 구성을 가진다. 다만, 본 실시 예에서는 열수분해장치에서 열수분해된 열수분해 유기물을 가열하여 수증기로 증발시키고 수증기를 다시 응축하는 증발응축기(610)가 구비된다. 즉, 본 실시예에서는 상술한 제2 실시 예에서의 혐기소화조, 엠에이피(MAP) 반응조 및 고액분리기가 생략된다.

결과적으로, 상기 열수분해장치에서 열수분해된 열수분해 유기물은 상기 증발응축기(610)로 유입되어 증류수와 건조유기물로 분리된다. 상기 건조유기물은 바이오 석탄으로 사용되고, 상기 증류수는 최종 반류수가 되어 상기 정수공정의 침사지(110)로 다시 이동된다.

상기 증발응축기(610)는 상기 열수분해 유기물을 가열하여 수증기로 증발시키고, 상기 수증기를 다시 응축하는 방법으로 상기 열수분해 유기물을 상기 증류수와 건조유기물로 분리하게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정한 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

110: 침사지 120: 1차 분리조
130: 생물반응조 140: 2차 분리조
151: 제1 슬러지 농축기 152: 제2 슬러지 농축기
161: 제1 고액분리기 162: 제2 고액분리기
170,320: 혐기소화조 180,330: 엠에이피(MAP) 반응조
190: 탈질조 200: 제2 열수분해장치
210: 슬러지 가열유닛 211: 가열용기
213: 회전축 215: 블레이드
217: 배출용기 220: 밀폐유닛
221: 증류수 공급용기 225: 밀폐블럭
240: 보일러 유닛 250: 슬러지 열교환유닛
251: 열교환용기 255: 유로형성부재
257: 나선형 파이프 310,420:고액분리기

Claims (28)

1. 하수에 함유된 질소와 인을 포함하는 오염물질을 미생물이 섭취하도록 하여 상기 하수를 정화하는 생물반응조를 가지며, 상기 생물반응조를 경유한 처리수에서 상기 미생물이 함유된 슬러지와 방류수를 분리하여 상기 방류수를 외부로 방출하는 하수처리부; 그리고,
   상기 슬러지를 농축하여 농축 슬러지와 상기 하수처리부로 재유입되는 반류수로 분리하는 슬러지 농축기와, 상기 농축 슬러지를 연속적으로 열수분해하는 열수분해장치와, 상기 열수분해장치로부터 배출되는 열수분해 유기물을 바이오 연료와 상기 하수처리부로 재유입되는 최종 반류수로 분리하는 바이오 연료 생성장치를 갖는 슬러지 처리부를 포함하며,
   상기 바이오 연료생성장치는 반응물질을 공급하여 상기 열수분해 유기물에 존재하는 질소와 인을 화학 결합으로 제거하기 위한 화학 반응조를 더 포함하며,
   상기 하수처리부는 상기 생물반응조의 전단에서 상기 하수에 함유된 유기물 입자를 1차 슬러지로 분리하여 1차 처리수를 만드는 1차 분리조와, 상기 생물반응조를 경유한 2차 처리수에서 상기 미생물이 함유된 2차 슬러지와 상기 방류수를 분리하는 2차 분리조를 포함하는 열수분해장치를 갖는 하수처리 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 열수분해장치는 상기 농축 슬러지를 가열하여 상기 열수분해 유기물로 만드는 슬러지 가열유닛과, 상기 슬러지 가열유닛에서 배출되는 고온의 열수분해 유기물과 외부에서 공급되는 열수분해될 저온의 슬러지를 열교환시키는 슬러지 열교환유닛을 포함하고,
   상기 슬러지 가열유닛은 상기 농축슬러지가 채워지는 슬러지 공간과 상기 슬러지 공간의 상부에 수증기가 채워지는 수증기 공간을 형성하고, 상기 수증기는 상기 농축슬러지를 가열하기 위하여 상기 수증기 공간에 공급되는 것을 특징으로 하는 열수분해장치를 갖는 하수처리 시스템.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 슬러지 농축기는 상기 1차 슬러지를 농축하여 제1 반류수와 제1 농축 슬러지로 분리하는 1차 농축기와, 상기 2차 슬러지를 농축하여 제2 반류수와 제2 농축 슬러지로 분리하는 2차 농축기를 가지고,
   상기 열수분해장치는 상기 제1 농축슬러지를 열수분해하기 위한 제1 열수분해장치와, 상기 제2 농축슬러지를 열수분해하기 위한 제2 열수분해장치를 포함하며,
   상기 바이오 연료 생성장치는 상기 제1 열수분해장치에 의하여 열수분해된 제1 열수분해 유기물을 제1 액상유기물과 제1 고형유기물로 분리하는 제1 고액분리기와, 상기 제2 열수분해장치에 의하여 열수분해된 제2 열수분해 유기물을 제2 액상유기물과 제2 고형유기물로 분리하는 제2 고액분리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 열수분해장치를 갖는 하수처리 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 바이오 연료 생성장치는 바이오 가스를 생성하기 위하여 혐기성 미생물을 이용하여 상기 열수분해 유기물을 혐기소화시키기 위한 혐기소화조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열수분해장치를 갖는 하수처리 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 화학 반응조는 상기 질소와 인을 함유하는 엠에이피(MAP: Magnesium Ammonium Phosphate)를 형성하기 위한 엠에이피(MAP) 반응조인 것을 특징으로 하는 열수분해장치를 갖는 하수처리 시스템.
7. 제4항에 있어서,
   상기 제2 액상유기물에 잔류하는 질소를 제거하기 위하여 탄소를 함유하고 있는 상기 제1 액상유기물과 상기 제2 액상유기물이 공급되는 탈질조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열수분해장치를 갖는 하수처리 시스템.
8. 제1항에 있어서,
   상기 슬러지 농축기는 상기 1차 슬러지와 상기 2차 슬러지를 한꺼번에 농축하여 상기 농축슬러지를 형성하는 것을 특징으로 하는 열수분해장치를 갖는 하수처리 시스템.
9. 제8항에 있어서,
   상기 바이오 연료 생성장치는 상기 열수분해 유기물을 고형유기물과 액상유기물로 분리하는 고액분리기와, 상기 액상유기물을 혐기성 미생물을 이용한 혐기소화를 통하여 바이오 가스를 생성하는 혐기소화조와, 상기 혐기소화조를 경유한 액상유기물에 반응물질을 공급하여 질소와 인을 함유하는 엠에이피(MAP: Magnesium Ammonium Phosphate)를 형성하기 위한 엠에이피(MAP) 반응조를 포함하는 것을 특징으로 하는 열수분해장치를 갖는 하수처리 시스템.
10. 제1항에 있어서,
    상기 바이오 연료 생성장치는 바이오 석탄을 만들기 위하여 상기 열수분해 유기물을 응집 침전시키는 응집 침전조를 포함하는 것을 특징으로 하는 열수분해장치를 갖는 하수처리 시스템.
11. 제1항에 있어서,
    상기 바이오 연료 생성장치는 바이오 석탄을 만들기 위하여 상기 열수분해 유기물에서 고형유기물을 분리하는 막분리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 열수분해장치를 갖는 하수처리 시스템.
12. 제1항에 있어서,
    상기 바이오 연료 생성장치는 바이오 석탄을 만들기 위하여 상기 열수분해 유기물을 증발 응축하여 증류수와 건조유기물로 분리하는 증발응축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 열수분해 장치를 갖는 하수처리 시스템.
13. 제2항에 있어서,
    상기 슬러지 가열유닛은 상기 슬러지 공간과 상기 수증기 공간을 형성하는 가열용기와, 상기 수증기 공간과 상기 슬러지 공간을 교대로 왕복회전하면서 상기 수증기와 상기 농축슬러지를 교반시키는 교반기를 포함하며, 상기 교반기는 상기 가열용기를 관통하여 설치되는 회전축과, 상기 회전축에 결합된 원통형 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 열수분해장치를 갖는 하수 처리시스템.
14. 제13항에 있어서,
    상기 열수분해장치는 상기 회전축과 상기 가열용기 사이를 밀폐시키는 밀폐유닛을 더 포함하고, 상기 밀폐유닛은 상기 가열용기와 결합되거나 상기 가열용기에서 연장형성되며 상기 회전축이 관통하는 밀폐블럭과, 상기 밀폐블럭의 내부에 설치되고 상기 회전축이 관통하는 밀폐부재를 포함하며, 상기 회전축과 상기 밀폐블럭 및 상기 밀폐부재에 의하여 형성되는 밀폐공간의 내부압력은 상기 가열용기의 내부압력보다 높게 유지되는 것을 특징으로 하는 열수분해장치를 갖는 하수 처리시스템.
15. 제14항에 있어서,
    상기 밀폐부재는 일정간격으로 설치되는 두 개의 립실(lip seal)을 포함하며, 상기 립실은 폴리아미드이미드 수지, 폴리이미드 수지 , 불소 수지 중의 하나 이상으로 제조되는 것을 특징으로 하는 열수분해장치를 갖는 하수 처리시스템.
16. 제2항에 있어서,
    상기 슬러지 열교환유닛은 중공형상의 열교환용기와, 상기 열교환 용기 내부에 배치되어 상기 저온의 슬러지가 흐르는 다단의 유로를 형성하는 유로형성부재와, 상기 유로형성부재의 외부에 감기면서 상기 고온의 열수분해 유기물이 흐르는 나선형 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 열수분해장치를 갖는 하수 처리시스템.
17. 제16항에 있어서,
    상기 열수분해장치는 상기 슬러지 열교환유닛에서 열교환을 마친 열수분해 유기물이 유입되는 복수 개의 배출파이프와, 상기 배출파이프와 연결된 배출탱크와, 상기 배출파이프 내의 상기 열수분해 유기물의 유량을 조절하기 위한 배출밸브를 갖는 배출유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열수분해장치를 갖는 하수처리 시스템.
18. 제1항, 제2항, 제4항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬러지 농축기는 벨트식 농축기, 원심분리 농축기, 분리막 농축기 중의 하나인 것을 특징으로 하는 열수분해장치를 갖는 하수 처리시스템
19. 하수에 함유된 질소와 인을 포함하는 오염물질을 미생물이 섭취하여 상기 하수를 정화하는 생물반응단계;
    상기 생물반응단계 이전에 상기 하수에 함유된 유기물 입자를 1차 슬러지로 분리하여 1차 처리수를 만드는 1차 분리 단계;
    상기 생물반응단계에서 처리된 처리수에서 상기 미생물이 함유된 슬러지와 방류수를 분리하여 상기 방류수를 방출하는 슬러지 분리단계;
    상기 슬러지를 농축하여 반류수와 농축슬러지로 분리하는 슬러지 농축단계;
    열수분해장치를 사용하여 상기 농축 슬러지를 연속적으로 열수분해하는 열수분해단계; 그리고,
    상기 열수분해장치로부터 배출되는 열수분해 유기물을 바이오 연료와 최종 반류수로 분리하는 바이오 연료 생성단계를 포함하며,
    상기 슬러지 분리단계는 상기 생물반응단계를 경유한 2차 처리수에서 상기 미생물이 함유된 2차 슬러지와 상기 방류수를 분리하는 2차 분리단계를 포함하고,
    상기 바이오 연료 생성단계는 반응물질을 공급하여 상기 열수분해 유기물에 존재하는 질소와 인을 화학 결합으로 제거하기 위한 화학반응단계를 포함하는 열수분해장치를 갖는 하수처리 시스템을 이용한 하수처리방법.
20. 제19항에 있어서,
    상기 열수분해 단계는 상기 농축 슬러지를 가열하여 상기 열수분해 유기물로 만드는 슬러지 가열 단계와, 상기 슬러지 가열단계를 경유한 고온의 열수분해 유기물과 외부에서 공급되는 열수분해될 저온의 슬러지를 열교환시키는 슬러지 열교환 단계를 포함하고,
    상기 슬러지 가열 단계는 상기 농축슬러지가 채워지는 슬러지 공간과 상기 슬러지 공간의 상부에 수증기가 채워지는 수증기 공간이 형성된 가열용기의 내부로 상기 농축슬러지를 가열하기 위하여 상기 수증기 공간으로 상기 수증기를 공급하는 수증기 공급단계를 포함하는 열수분해장치를 갖는 하수처리 시스템을 이용한 하수처리방법.
21. 삭제
22. 제19항에 있어서,
    상기 슬러지 농축단계는 상기 1차 슬러지를 농축하여 제1 반류수와 제1 농축 슬러지로 분리하는 1차 농축단계와, 상기 2차 슬러지를 농축하여 제2 반류수와 제2 농축 슬러지로 분리하는 2차 농축단계를 포함하고;
    상기 열수분해 단계는 상기 제1 농축슬러지를 열수분해하기 위한 제1 열수분해 단계와, 상기 제2 농축슬러지를 열수분해하기 위한 제2 열수분해단계를 포함하며,
    상기 바이오 연료 생성단계는 상기 제1 열수분해 단계에서 열수분해된 제1 열수분해 유기물을 제1 액상유기물과 제1 고형유기물로 분리하는 제1 고액분리 단계와, 상기 제2 열수분해장치에 의하여 열수분해된 제2 열수분해 유기물을 제2 액상유기물과 제2 고형유기물로 분리하는 제2 고액분리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열수분해장치를 갖는 하수처리 시스템을 이용한 하수처리방법.
23. 제19항에 있어서,
    상기 바이오 연료 생성 단계는 바이오 가스를 생성하기 위하여 혐기성 미생물을 이용하여 상기 열수분해 유기물을 혐기소화시키기 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열수분해장치를 갖는 하수처리 시스템을 이용한 하수처리방법.
24. 제19항에 있어서,
    상기 화학반응단계는 상기 질소와 인을 함유하는 엠에이피(MAP: Magnesium Ammonium Phosphate)를 형성하는 엠에이피(MAP) 반응단계인 것을 특징으로 하는 열수분해장치를 갖는 하수처리 시스템을 이용한 하수처리방법.
25. 제22항에 있어서,
    상기 제2 액상유기물에 잔류하는 질소를 제거하기 위하여 탄소를 함유하고 있는 상기 제1 액상유기물과 상기 제2 액상유기물을 탈질조에 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열수분해장치를 갖는 하수처리 시스템을 이용한 하수처리방법.
26. 제19항에 있어서,
    상기 바이오 연료 생성단계는 상기 열수분해 유기물을 고형유기물과 액상유기물로 분리하는 고액분리단계와, 상기 고액분리단계 이전에 상기 열수분해 유기물을 응집 침전시키는 응집 침전단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열수분해장치를 갖는 하수처리 시스템을 이용한 하수 처리방법.
27. 제19항에 있어서,
    상기 바이오 연료 생성단계는 바이오 석탄을 만들기 위하여 미세 통과구멍이 있는 막분리기로 상기 열수분해 유기물에서 고형유기물을 분리하는 막분리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열수분해장치를 갖는 하수처리 시스템을 이용한 하수처리방법.
28. 제19항에 있어서,
    상기 바이오 연료 생성단계는 바이오 석탄을 만들기 위하여 상기 열수분해 유기물을 증발 응축하여 증류수와 건조유기물로 분리하는 증발응축 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열수분해장치를 갖는 하수처리 시스템을 이용한 하수처리방법.

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