KR101167872B1 - 응축물 재순환을 이용하는 열가수분해에 의한 미립자 생분해성 유기 폐기물의 처리 - Google Patents

응축물 재순환을 이용하는 열가수분해에 의한 미립자 생분해성 유기 폐기물의 처리 Download PDF

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Abstract

열가수분해에 의한 미립자 생분해성 유기 폐기물의 처리 방법. 그 방법은 슬러리를 생성하기 위해, 약 130 ℃ 이상의 온도와 대략 포화수증기압 이상의 압력에서 미립자 생분해성 유기 폐기물에 열가수분해를 가하는 단계를 포함한다. 그 슬러리는 가용화된 유기 물질과 잔여 고형물을 포함한다. 그 방법은 슬러리가 유지되는 압력을 저하시키는 단계를 더 포함한다. 통상적으로, 슬러리 압력을 저하시키는 단계는 플래시 탱크에서 일어나며, 다른 가수분해 생성물로부터 유기산 풍부 증기의 분리를 가능하게 한다. 그 방법은 압력이 저하되면 방출되는 증기 또는 다른 응축성 가스를 포집하는 단계와 증기 또는 다른 응축성 가스를 응축물로 응축하는 단계를 더 포함한다. 그 후, 포집된 응축물은 열가수분해 전에 미립자 생분해성 폐기물의 양에 첨가된다.

Description

응축물 재순환을 이용하는 열가수분해에 의한 미립자 생분해성 유기 폐기물의 처리{TREATMENT OF PARTICULATE BIODEGRADABLE ORGANIC WASTE BY THERMAL HYDROLYSIS USING CONDENSATE RECYCLE}
미립자 생분해성 유기 폐기물의 처리를 위한 방법 및 장치, 특히 미립자 생분해성 유기 폐기물의 열가수분해 및 혐기성 처리를 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 그 방법은 응축물 재순환을 포함한다.
현재, 아시아와 유럽의 여러 국가는, 음식물을 준비하여 제공하는 주거지, 음식점 그리고 공공시설로부터 나온 생분해성 고형 폐기물 및 음식 폐기물 고형물이 금속, 유리, 플라스틱, 종이 및 다른 고형 폐기물로부터 원천분리 수거할 것을 요구하거나 요구할 예정이다. 이러한 규제 동향은 미국 및 캐나다 양국의 대도시들에서도 채택될 것으로 보인다. 현재, 이들 나라에서 음식 폐기물 고형물의 처분은 매립, 소각에 따르며, 토양 개량제를 생산하기 위한 퇴비화로 한정되는 정도이다.
대한민국은 음식 폐기물 및 생분해성 고형 폐기물의 처분을 제한하고자 하는 대표적인 한 나라이다. 대한민국 정부는 2006년 1월 1일자로 음식 폐기물의 매립 처분을 금지하는 것을 제안했다. 음식 폐기물은 주로, 섬유질, 탄수화물, 지방, 단백질 및 무기 회분 (inorganic ash) 를 함유하는 채소, 과일, 곡물, 및 육류/어류 산물로 이루어진다. 데이터에 의하면 대한민국의 분리된 음식 폐기물은 76 ~ 84% 의 수분과 16 ~ 24% 의 건조물을 함유한다. 더욱이, 건조물은 80 ~ 90% 가 휘발성이다. 소각은 대한민국 대중에게 값비싼 대안이며 환경 문제로 인해 회의적인 것으로 생각된다.
규제 요건은 북미, 유럽 및 환태평양 지역 국가에서 폐수 처리 생고형물 (biosolid) 와 동물 거름의 매립 처분은 점점 더 엄격하게 되고 있다. 한국은 현재, 해양 하치에 의해 폐수 처리 생고형물과 동물 거름을 처분하고 있지만, 2008년부터는 이러한 관항을 중지하는 것을 국제 사회와 동의했다.
종래의 매립, 또는 소각 처분에 대한 대안으로서, 미립자 음식 폐기물, 폐수 처리 생고형물, 동물 거름, 및 다른 생분해성 유기 미립자 물질 (즉, 채소 폐기물, 원천분리 수거된 생분해성 도시 고형 폐기물 등) 은 열가수분해에 의해 가용화될 수 있으며, 또한 액체 부분은 적절한 혐기성 (anaerobic) 조건 하에서, 메탄 가스 및 이산화 탄소로 전환된다. 질소와 인을 함유하는 잔여 탄소계 물질은 다른 질소 및 인의 강화로 토양 개량제 또는 비료로서 사용되는데 적합하다. 선택적으로, 잔여 탄소계 물질은 충분한 고 열량 값 (휘발성 건조 고형물 1 파운드당 10,000 ~ 12,500 Btu) 를 가져, 에너지를 생성하기 위한 연료원으로서 사용하는데 적합하게 된다.
따라서, 미립자 생분해성 유기 폐기물의 열가수분해 및 그 다음에 이어지는 가용화된 부분의 혐기성 전환과 이러한 유기 고형 폐기물의 가수분해되지 않은 잔 여 생성물의 연소는, 잠재적으로 상당한 이점을 제공하고 경제적으로 매력적이며 환경적면에서도 허용가능한 처분 대안을 제공한다.
요코야마의 미국 특허 5,707,417호는 열가수분해와 그 다음에 이어지는 혐기성 소화 (digestion) 를 포함하는 쓰레기 처리를 위한 방법에 관한 것이다. 더 상세하게는, 요코야마의 특허는 불수용성인 유기 화합물을 함유하는 음식의 준비, 요리 및 처분으로부터 발생하는 쓰레기의 처리에 관한 것이다. 요코야마의 특허는, 100 ~ 400 ℃ (212 ~ 752 ℉) 의 온도와 대응하는 포화수증기압보다 높은 압력 (2 ~ 200 atm 또는 29.4 ~ 2940 psig) 에서 1 ~ 720 분 동안 행해지는 음식물 쓰레기의 열가수분해를 교시한다. 가용화 후 가용화된 유기물 및 불용성 미립자가 혐기성으로 소화되어 메탄을 생성한다. 요코야마는 더욱이, 열가수분해로부터 발생한 가용성 및 불용성 생성물들이 액체상의 혐기성 소화 전에 분리될 수 있음을 교시한다. 또한, 요코야마의 특허는, 고형물상은 회수되어 소각되거나 퇴비화될 수 있음을 교시한다. 요코야마의 특허는 종래의 음식물 쓰레기의 매립식 또는 소각 처분에 비해 상당한 이점을 제공하지만, 요코야마의 특허에 고시된 공정은 에너지 효율적이지 않으며, 가용화 또는 잔여 고형물 상으로부터 액체의 제거를 최대화하지 못한다. 더욱이, 요코야마의 특허는 생분해에 대한 저항성 있는 가용성 분 또는 열가수분해로부터 생성된 암모니아를 최소화시키지는 못한다.
솔헤임의 미국 특허 5,888,307호는 하수 슬러지 (sewage sludge) 를 함유하는 유기 폐기물을 가용화하기 위하여 연속적으로 작동되는 4 개의 증기 반응기로 구성된 연속적 다단계 시스템을 교시한다. 솔헤임의 특허는 가열 비용을 최소 화하고 에너지를 보존하기 위하여, 네 번째 단계의 반응기로부터 발생되는 플래시 증기 (flash steam) 가 보충 증기와 결합하여 첫 번째 단계의 반응기를 가열할 수 있음을 교시한다. 게다가, 세 번째 단계의 반응기로부터 발생되는 플래시 증기는 두 번째 단계의 반응기를 가열하는데 사용될 수 있음을 교시한다. 솔헤임의 특허는 가수분해가 160 ~ 240 ℃ (320 ~ 464 ℉) 의 온도 범위에서 일어남을 교시한다. 더욱이 솔헤임의 특허는, 향상된 가수분해를 얻기 위하여 산이 첨가될 수 있음을 교시한다. 솔헤임의 특허는 가수분해 과정에서의 에너지 사용을 최적화하지는 못한다. 더욱이, 솔헤임의 특허는 혐기성 소화 전에 가용화된 유기물 및 잔여 고형물을 분리하는 데 있어서 어떤 이점도 교시하고 있지 않다.
쉬의 미국 특허 5,525,229호는 하수 슬러지, 도시 폐기물, 동물 폐기물 및 다른 고유기 물질과 같은 유기 물질들의 혐기성 소화를 위한 장치 및 방법을 교시한다. 쉬의 특허는, 혐기성 소화에 이용할 수 있는 가용성 유기물을 증가시키기 위해 혐기성 소화에 앞서 이러한 폐기물들의 박테리아 가수분해 (bacterial hydrolysis) 를 개시한다. 쉬의 특허는 또한, 가수 분해 단계에 첨가되는 물질들을 예열하기 위해 소화 과정으로부터 발생하는 열을 재활용하는 것을 교시한다. 쉬의 특허에 교시된 박테리아 가수분해 단계는 잔여 고형물의 체적을 최소화하는데 충분한 가용화와 고형물 탈수 능력을 제공하지 못한다. 따라서, 처분되어야할 고형물 폐기물의 체적을 최소화하는 데는 충분히 효과적이지 못하다.
리의 미국 특허 6,905,600호는 본원에 기재된 향상된 방법 및 장치에 대한 기초로서 이용될 수 있는 미립자 생분해성 유기 폐기물의 처리를 위한 방법 및 장 치를 교시한다. 리의 특허는 가용화된 유기 물질과 가수분해되지 않은 잔여 고형물을 다른 요소 중의 증기 플래시 탱크에서 처리하는 것을 특징으로 한다. 리의 특허에 따르면, 플래시 탱크로부터 수집된 증기는, 예비증기 처리 빈 (bin) 과 연관된 열 교환기에 증기를 보내어 열원으로서 사용하기 위해 회수될 수 있다. 그러나, 리의 특허는 증기 플래시 탱크로부터 회수된 증기 또는 응축물을 열원 외의 용도로 사용하는 것에 대해서는 인식하지 못하고 있다. 증기 응축물의 다른 유리한 특성도 인식되거나 이용되지 않고 있다.
본 발명은 상기된 1 이상의 문제를 극복하기 위한 것이다.
본원에 개시된 일 실시형태는 열가수분해에 의한 미립자 생분해성 유기 폐기물의 처리 방법이다. 그 방법은 슬러리를 생성하기 위해, 약 130 ℃ 이상의 온도와 대략 포화수증기압 이상의 압력에서 미립자 생분해성 유기 폐기물에 열가수분해시키는 단계를 포함한다. 그 슬러리는 가용화된 유기 물질과 잔여 고형물을 포함한다. 그 방법은 슬러리가 유지되는 압력을 저하시키는 단계를 더 포함한다. 통상적으로, 슬러리 압력을 저하시키는 단계는 플래시 탱크에서 일어나며, 이 플래시 탱크는 다른 가수분해 생성물로부터 유기산 풍부 증기의 분리를 가능하게 한다. 본 방법은 압력이 저하될 때 방출되는 증기 또는 다른 응축성 가스를 포집하는 단계와 증기 또는 다른 응축성 가스를 응축물로 되게 응축하는 단계를 더 포함한다. 그 후, 포집된 응축물은 열가수분해 전에 미립자 생분해성 폐기물의 양에 첨가된다.
포집된 응축물은 통상적으로 유기산이 풍부하며, 열가수분해 처리를 받을 미립자 생분해성 유기 폐기물보다 실질적으로 낮은 pH 를 갖는다. 가수분해는 산성 조건 하에서 더 효율적으로 진행되는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 가수분해 전에 미립자 생분해성 유기 폐기물의 입력부에 산성 응축물을 재순환시키면 가수분해 처리의 효율 및 유효성이 증가된다. 낮은 pH 외에도, 가수분해 처리의 효율 및 유효성을 촉진시키고, 또한 탈수를 촉진시킬 수 있는 유기산의 다른 본래 특성이 있을 수 있다.
본 방법은, 연속 공정의 하류 부분에서 포집된 응축물이 그 공정의 상류 부분에서 첨가되는 미립자 생분해성 유기 폐기물에 연속적으로 첨가될 수 있는 연속작동식 가수분해 시스템에서 실시될 수 있다. 선택적으로 본 방법은, 초기에 포집된 응축물이 다음에 추가되는 미립자 생분해성 유기 폐기물에 부가되는 뱃치 공정에서 실행될 수도 있다. 어느 경우에도, 생분해성 유기 폐기물의 pH 는 필요에 따라, 열가수분해를 위해 가장 효과적인 입력 pH 를 제공하도록 포집된 응축물의 부가에 의해 조정될 수 있다. 더욱이, 재순환된 응축물의 유기산 함량은 휘발성 고형물의 가용화를 가장 효과적으로 촉진시키도록 입력 pH 를 최적화하기 위해, 증류, 증기 스트립핑, 분자체 또는 다른 농축 방법에 의해 더 농축될 수 있으며, 또는 포름산, 아세트산, 및/또는 다른 유기산의 첨가로 강화될 수 있다.
또한, 미립자 생분해성 유기 폐기물을 처리하기 위한 장치가 개시되어 있다. 그 장치는 미립자 생분해성 유기 폐기물의 가수분해에 적합한 열가수분해 반응기를 포함한다. 열가수분해는 통상적으로, 슬러리를 생성하기 위해 약 130 ℃ 이상의 온도와 포화수증기압 이상의 압력에서 일어난다. 본 장치는 또한, 열가수분해 반응기로부터 슬러리를 수용하는 증기 플래시 탱크를 포함하며, 이 탱크에서 압력이 슬러리에 걸쳐 방출될 수 있다. 압력 방출은 유기산 및 다른 가수분해 생성물이 풍부한 증기를 발생시킨다. 장치는 플래시 탱크로부터 발생된 증기를 수용하는 응축기를 더 포함한다. 응축기에서, 증기는 응축되고, 응축기 및 열적가수분해 반응기의 입력부와 연통하는 재순환 시스템을 통해 재순환될 수 있다. 재순환 시스템은 열적가수분해 반응기에 위치된 입력부 또는 열적가수분해 반응기의 상류의 다른 입력 장치에 응축기를 연결하는 도관일 수 있다. 선택적으로, 재순환 시스템은 가수분해 전에 응축물이 다음에 미립자 생분해성 유기 폐기물에 첨가될 수 있도록 그 응축물을 저장하는데 적합한 저장 탱크 또는 다른 장치를 포함할 수 있다. 포름산, 아세트산 및/또는 다른 유기산의 공급부가 휘발성 고형물 가용성 및/또는 잔여 고형물의 탈수를 최적화하기 위해 가수분해 반응기에서 pH 를 조정하도록 열가수분해 반응기와 연통될 수 있다. 더욱이, 증류, 증기 스트리핑, 분자체 또는 다른 농축 장치가 응축물 내의 유기산을 농축시키기 위해 재순환 시스템과 연통하여 제공될 수 있다.
본 출원은 증기 분사에 의해 가수분해를 위한 열을 제공하는 것을 명백히 개시하고 있지만, 예컨대, 고온 오일 또는 전기를 이용하여 간접적으로 가수분해 반응기를 가열하는 다양한 방안이 대체사용될 수 있다.
도 1 은 온도당 유지시간의 함수로서 가용화율의 그래프이다.
도 2A ~ 도 2G 는 응축물 재순환이 있는 경우와 없는 경우의 생고형물의 열가수분해의 예비 시험, 이차 시험 및 삼차 시험의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3 은 가수분해 액채 pH 에 대한 응축물 pH 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4 는 종래의 가수분해 장치의 개략적인 흐름도이다.
도 5 는 응축물 재순환과 선택적인 유기산 보충을 특징으로 하는 가수분해 장치의 개략적인 흐름도이다.
미립자 생분해성 유기 폐기물을 처리하기 위해 열가수분해를 이용하는 일차적 목표는 체적 감소이다. 이는 미립자 유기 물질을 온도당 유지시간의 특정 기간 동안 130 ℃ 보다 높은 온도, 바람직하게는 170 ℃ 이상의 온도까지 가열하여 달성된다. 이러한 온도 조건은 휘발성 미립자 유기 물질의 세포 조직을 가수분해하고 파괴시키며, 세포벽 내측의 가용성 물질을 방출한다. 아래의 표 1 과 도 1 의 그래프 100 에 도시된 바와 같이, 미립자 유기물의 가용화 정도는 온도당 유지시간에 따라 증가한다.
미립자 유기 물질의 가용화로 인한 체적 감소 외에도, 벤치 스케일 처리성 작업 (bench scale treatability work) 에 의하면, 가용화되는 총 고형물과 휘발성 고형물의 분량이 증가함으로써, 가수분해되지 않은 잔여물의 탈수성이 상당히 개선되는 것으로 나타났다 (표 1 및 도 2A 의 그래프 102 참조). 이러한 탈수성의 개선은 미립자 유기물의 가용화보다 전체 체적 감소에 더 크게 기여할 수 있다.
벤치 스케일 처리성 작업에 의하면 또한 가수분해된 휘발성 고용체의 분량과 잔여물 탈수성의 향상은 몇몇 인자에 달려있는 것으로 나타났다.
1) 미립자 유기 폐기물의 공급원료 및 조성(즉, 미가공 (raw) 폐수 처리 생고형물, 공공기관과 가정의 음식 폐기물, 동물 퇴비, 식품 가공 폐기물 등). 예컨대, 벤치 스케일 처리성 작업에 의하면, 유사한 작업 조건에서 도시 폐수 처리가 병합된 미가공 일차 및 이차 생고형물의 휘발성 분량의 20 ~ 40 %에 비해, 공공기관과 가정의 음식 폐기물 중의 휘발성 고형물의 50 ~ 70 + % 가 가용화될 수 있는 것으로 나타났다.
2) 반응기 작동 온도
벤치 스케일 처리성 작업에 의하면, 휘발성 미립자 유기 고형물의 가용화 비율이 150 ~ 170 ℃ 에서 반응 온도가 동일한 온도당 유지시간의 작업 조건에서 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타났다 (표 2 및 도 2B 의 그래프 104 참조). 가용화의 비율과 정도는 170 ℃ 보다 높은 온도에서도 계속 증가할 것으로 예상된다.
3) 반응기의 온도당 유지시간
벤치 스케일 시험에 의하면 또한, 열가수분해 후의 휘발성 미립자 유기 고형물의 가용화와 잔여물의 탈수성은 일정한 작업 온도에서 온도당 유지시간에 따라 증가하는 것으로 나타났다 (표 1 및 도 1 및 도 2C 참조).
4) 반응기의 산성 조건
벤치 스케일 처리성 연구에 의하면 더욱이, 평가되는 미립자 유기 폐기물의 열가수분해가 통상적으로 또는 약 pH 5.2 이하인 pH 조건의 산성 분위기에서 170 ℃ 에서 약 30 분 이상의 온도당 유지시간의 작업 조건에서 발생하는 것으로 나타났다 (표 3, 표 4, 표 5, 및 도 2C, 2D, 2F 및 2G 각각의 그래프 106, 108, 110, 112, 114 참조).
이러한 산성 조건은 열가수분해 중에 방출되고 그리고/또는 형성된 유기산의 존재로 인한 것이며 (응축물 조성의 차트를 위한 표 6 및 표 7 참조), 중성 pH 조건과 비교하면 휘발성 미립자 유기 고형물의 가용화를 위해 필요한 온도당 유지시간을 줄인다. 증가된 가용화 비율은 산 가수분해를 나타내는 pH 의 감소 때문만이 아니라, 응축물 내의 유기산의 고유 특성과 연관될 수도 있다.
벤치 스케일 처리성 연구에 의하면 또한, 약 170 ℃ 의 반응기 온도와 결합된 산 pH 조건이 유기 잔여물을 광물화하고 탈수성을 향상시키는 것으로 나타났다 (도 1 참조). 미립자 유기물의 광물화 정도는 온도당 유지시간에 따라 증가하며, 또한 휘발성 고형물이 가용화되는 정도보다 더 클 수 있다. 순효과는 온도당 유지시간이 증가함에 따라 남아 있는 잔여물의 질량과 체적이 더 줄어드는 것이다.
표 6 및 표 7 에 도시되어 있는 바와 같이, 미립자 유기 물질의 열가수분해는 초기에 저 분자량의 추출물을 가용화하며, 이 추출물은 포름산, 아세트산, 프로피온산 및 낙산 (butyric acid) 을 포함하는 유기산 계열을 포함한다. 공공기관과 가정의 음식 폐기물, 미가공 생고형물, 돼지 퇴비, 및 음식 처리 폐기물을 포함하는 미립자 유기 폐기물은 처리를 위해 수용되는 경우 수집 및 이송시의 자연 발효에 의해 생성되는 유기산의 결과로 산성으로 된다. 유기산은 또한 휘발성 고형물이 열가수분해에 의해 가용화되는 경우에도 생성된다. 열가수분해에 의해 생성되어 공급원료에 존재하는 유기산의 순효과는 미립자 유기물의 가용화 속도를 촉진하고, 잔여물의 탈수성을 향상시키는 것이다.
열가수분해 중 형성된 유기산의 상당 부분은, 송풍 탱크의 가수분해 생성물의 플래싱 (flashing) 중에 압력이 급속히 방출되는 경우 형성되는 응축물에 함유되어 있다. 본원에 그 전체가 참조로서 관련되어 있으며 리 (Lee) 에게 허여된 미국 특허 6,905,600호 에 의해 교시되어 있는 것과 같은 종래 기술의 가수분해 실시에서, 증기로부터 발생한 열은 가수분해 반응 전에 유기 물질을 예열하기 위해 교환되었다. 종래의 가수분해 실시에서, 송풍 탱크로부터 회수된 증기 또는 응축물의 다른 특성은 무시되었다. 응축물의 pH 는 통상적으로, 도 3 에 도시된 바와 같이, 가수분해 액체보다 0.5 내지 1.2 pH 단위 이상 더 작다. 본원에 기재된 장치 및 방법의 특징은 응축물을 재순환시켜, 가수분해 반응기에 대한 공급물과 혼합시키는 것으로 그리하여 공급원료의 유기산 함량을 증가시키는 것이다. 이는 가수분해 반응기 내의 pH 를 낮추며, 상기된 바와 같이, 무기 고형물의 광물화 (그에 따른 탈수성) 는 물론 휘발성 유기물의 가수분해 속도를 가속화한다. 열가수분해의 효과를 더 향상시키는 유기산의 본래 특성이 있을 수 있다. 더욱이, 부가의 유기산이 열가수분해와 탈수성을 더 최적화하기 위해 공급원료에 첨가될 수 있다.
본원에 기재된 종래 기술의 가수분해 방법 및 장치에 대한 개선점은 공지된 가수분해 시스템에서 이루어질 수 있다. 도 3 은 미립자 생분해성 유기 폐기물의 열가수분해 및 혐기성 처리를 위한 종래 장치 (10) 의 일 실시형태를 나타내며, 그 실시형태는 본원에 기재된 개선을 이루는데 적합하다. 입도 선별기 (12) 는 분쇄기 또는 그라인더일 수 있으며, 처리될 미립자 생분해성 유기 폐기물을 수용하며, 그 폐기물을 1/4" ~ 2" 의 입도로 선별한다. 입도 선별기는 원하는 크기의 입자를 만들기 위해 당해 기술분야에 알려진 적합한 임의의 장치일 수 있다. 공급물 혼합 탱크 (14) 는 입도 선별기 (12) 로부터 분류된 미립자 생분해성 유기 폐기물을 수용한다. 또한, 공급물 혼합 탱크 (14) 는 고비중의 물질을 가라앉힌 후 분리하기 위하여 사용될 수 있다. 공급물 혼합 탱크 (14) 는 미립자 생분해성 유기 폐기물을 혼합하는데 적합한 교반기를 포함할 수 있다.
제 1 액체/고체 분리기 (16) 는 공급물 혼합 탱크 (14) 로부터 미립자 생분해성 유기 폐기물을 수용하고, 미립자 유기 폐기물로부터 액체를 분리한다. 제 1 액체/고체 분리기 (16) 는 스크류 프레스, 원심분리기 또는 당해 기술분야에 알려진 임의의 다른 액체/고체 분리기일 수 있다. 열가수분해 반응기 (18) 는 미립자 유기물을 가용화하기 위해 탈수된 미립자 생분해성 유기 물질을 수용한다. 도 4 에 도시된 장치에서, 예비 증기처리 빈 (20) 은 우선 탈수된 미립자 생분해성 유기 폐기물을 수용하고, 증기 공급원 (22) 으로부터 발생한 증기는 미립자 생분해성 유기 폐기물을 예열하기 위해 예비 증기 빈에 유입된다. 예비 증기 처리 빈 (20) 으로부터 상기 폐기물은 증기 가수분해 반응기 (18) 로 이동한다. 이 반응기에는 증기 공급원 (22) 으로부터 발생한 추가의 증기가 부가되며, 열가수 분해가 약 130 ℃, 바람직하게는 적어도 약 170 ℃ 의 온도 및 포화수증기압 이상의 압력에서 수행되어, 가용화된 유기 물질 및 가수분해되지 않은 잔여 고형물을 함유하는 슬러리가 생성된다. 그 온도는 약 130 ~ 225 ℃ 의 범위일 수 있으며, 그 압력은 46.1 ~ 370 psig 의 범위일 수 있다. 가수분해는 가용화된 미립자 생분해성 유기 폐기물의 양을 최대화하고, 또한 잔여 고형물의 탈수성을 최적화하며, 암모니아 및 생분해에 대한 저항성이 있는 용해성 유기 화합물의 생성을 최소화하는 온도, 압력, 시간에서 수행된다. 따라서, 이러한 목적들 중 하나 이상을 최대로 하는 목표가 만족 된다면, 주어진 온도 및 압력의 범위는 다소 변경될 수 있다. 일부의 경우, 예컨대 고온 오일 또는 전기에 의한 간접 가열이 가수분해 반응기 내로 증기를 주입하는 직접 가열 대신에 이용될 수 있다. 가용화된 유기 물질 및 잔여 고형물이 압력이 감소되어 있는 증기 플래시 탱크 (24) 로 유동한다. 공지된 가수분해 장치에서, 증기는 도관 (26) 을 통해 응축기를 이용하여 예비 증기 처리 빈 (20) 을 가열하는데 사용하기 위해 플래시 탱크 (24) 로부터 회수될 수 있다. 아래에 상세하게 기재된 종래 가수분해 방법에 대한 개선점은 플래시 탱크 (24) 로부터 모은 증기 또는 응축물의 부가적인 사용을 포함한다.
화학약품 공급원 (28) 이 잔여 고형물의 가수분해 및 탈수를 향상시키기 위해 열가수분해 이전에 미립자 유기 폐기물에 화학약품을 공급하기 위하여 제공될 수 있다. 바람직한 화학약품은 산 또는 염기일 수 있다. 산으로는 HCl, HNO3, 아황산, 중아황산, 및 H2SO4 와 같은 황산 및 포름산 또는 아세트산과 같은 유기산을 포함하지만 이에 한정되지 않고 사용될 수 있다. 염기로는 NaOH, KOH, Ca(OH)2 및 Mg(OH)2 을 포함하나, 이에 한정되지 않는 임의의 수용성 수산화물이 사용될 수 있다. 특히, 소량의 KOH 가 열가수분해를 향상시키는 것으로 관찰되었다.
상기된 열가수분해 반응기 (18) 는 연속 공급물 반응기이다. 대안적으로는, 도시되지는 않았지만 뱃치식 (batch type) 가수분해 공정이 사용될 수도 있다. 이러한 공정에서, 예비증기 처리 빈 (20) 은 공급물 빈으로 대체되며, 예비증기 처리 및 가수분해 기능은 바람직한 수준의 유기 미립자 물질의 가용화 레벨을 제공하기 위해 필요한 경우, pH, 온도, 압력 및 잔류 시간 조건이 유지되는 단일의 뱃치 반응기에서 모두 이루어진다.
가용화된 유기물 및 잔여 고형물이 제 2 액체/고체 분리기 (30) 로 유동한다. 제 1 액체/고체 분리기 (16) 와 마찬가지로, 제 2 액체/고체 분리기 (30) 도 스크류 프레스 또는 고 고형물 원심분리기 등의 임의의 공지된 분리기일 수 있다. 액체/고체 분리기의 선택은 잔여 미립자의 특성과, 냄새 문제를 경감시킬 필요성에 따라 결정된다. 만일 잔여 고형물로부터 염이나 다른 수용성 오염물을 제거하고자 하면, 액체/고체 분리 단계에 세척/세광 (washing/elutriation) 이 더 포함될 수 있다. 그 후, 탈수된 잔여 고형물은 고형물 수용 탱크 (31) 로 운반되고, 거기서 퇴비화가 수행되어 토양 개질제나 비료로 사용될 수 있다.
가수분해 반응으로부터 발생한 가용화된 액체의 잔류열을 미립자 생분해성 유기 페기물과 교환하기 위하여 제 2 액체/고체 분리기 (30) 의 액체는 도관 (32) 을 경유하여 공급물 혼합 탱크 (14) 로 재순환된다. 이러한 열 교환은 물질 흐름의 분리를 유지하는 임의의 알려진 열교환 장치로 수행될 수 있다. 선택적으로는, 가용화된 액체는 미립자 생분해성 유기 폐기물과 혼합되어 열교환을 하게 한다. 이 후, 상기된 바와 같이, 가용화된 유기물을 포함하는 액체가 제 1 액체/고체 분리기 (16) 에 의하여 미립자 생분해성 유기 폐기물로부터 분리된다. 분리된 액체는 도관 (34) 을 통해 혐기성 반응기 (36) 로 유입된다. 필요하거나 원하는 경우, 공급원료 (38) 로부터 나온 희석수가 혐기성 반응기 (36) 에 첨가될 수 있다. 희석수는 이차적인 폐수 처리 설비 배출물 또는 기타 다른 적합한 희석수원일 수 있다. 혐기성 반응기로부터 발생한 메탄 풍부 가스가 포집되어 에너지 회수를 위하여 사용될 수 있다. 혐기성 반응기로부터 나온 처리된 배출물은 통상적인 폐수 처리 설비에 전달하는 것을 포함하여 임의의 적절한 방식으로 처분될 수 있다. 혐기성 처리를 위한 액체는 통상적인 폐수 처리 설비에서의 처분을 필요로 할 수 있다. 수용 환경으로 배출하기 위한 조건으로서, 화학적 산소요구량 (COD), 총 산소요구량 (TOC) 또는 잔여 유기 물질 및 암모니아의 다른 분석 척도로서 측정되는 비분해 가용성 유기 화합물을 포함하여, 배출물의 잔여 유기 성분의 총 산소요구의 양 또는 농도에 제한이 주어질 수 있다. 따라서, 암모니아 뿐만 아니라 생분해에 대한 저항성이 있는 용해성 유기 화합물의 형성이 최소화되도록 열적 공정을 실행하는 것이 중요할 수 있다. 마지막으로, 혐기성 반응 기 (36) 로부터 회수된 생고형물은 퇴비화, 에너지를 생산하기 위한 연소 또는 다른 처분을 위하여 고형물 수용 탱크 (31) 내의 탈수된 잔여 고형물과 결합될 수 있다.
중균성 (mesophilic) 및 호열성 (thermophilic) 혐기성 공정이 가수분해 시스템에 적용될 수 있다. 중균성 온도 범위 내에서 수행되는 혐기성 공정이 호열성 온도 범위 내에서 수행되는 혐기성 공정보다 더 높은 메탄화 정도와 처리 안정성을 달성할 수 있다. 혐기성 접촉, 혐기성 여과, 혐기성 유체 베드, 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 (UASB), 혐기성 막 생반응기 (bioreactor) 및 이러한 혐기성 구성의 조합을 포함하나 이에 한정되지 않는 여러 가지 알려진 공정 구성이 가수분해 액체를 처리하기 위한 가수분해 장치와 함께 사용될 수 있다. 이들 중에서, USAB 구성, 특히 20 ~ 35 kgCOD/㎥/day 의 범위의 무기적 로딩 (inorganic loading) 으로 작동할 수 있는 여러 공급 업체에 의하여 개발되어 특허받은 초고속 반응기가 가장 기능적이고 가격면에서 효과적이다. 대표적인 공급업체와 그들의 모델로는 "Biothane Corporation's BiobedTM" 및 "Paques BV's Internal Circulation Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor (IC-UASB) 를 포함한다. 용해된 유기물의 농도 및 가수분해 액체의 있을 수 있는 암모니아의 농도를 고려하면, 혐기성 처리 이전에 희석이 필요하다. 상기된 바와 같이, 새로운 물 대신에 이차 폐수 처리 배출물이 허용가능한 경제적인 희석수원일 것이다.
상기된 바와 같이, 열가수분해로부터 발생한 생성물내의 유기산의 상당 분량 이, 압력이 플래시 탱크 (24) 에서 가수분해 생성물의 플래싱 동안 급속히 방출되는 경우 형성되는 응축물에 포함된다 (도 4). 본원에 기재된 방법 및 장치는 응축물에 함유된 유기산을 활용하기 위해 그 응축물을 재순환시키는 것을 포함한다. 상기된 바와 같이, 플래시 탱크로부터 발생한 응축물의 pH 는 통상적으로 공급물 액체보다 0.5 내지 1.2 단위 이상 더 산성이다 (도 3). 특히, 도 5 의 개략도에 도시된 바와 같이, 도 4 와 관련하여 전체적으로 설명된 바와 같은 가수분해 시스템은 가수분해 반응기에 대한 공급물과 재순환된 응축물을 혼합하여 개선될 수 있다. 응축물 재순환은 공급원료의 유기산 함량을 증가시키며, 가수분해 반응기에서 pH 를 낮추고, 휘발성 유기 가수분해의 속도를 촉진하며, 또한 무기 고형물의 광물화 (및 그에 따라 탈수성) 를 증가시킨다. 가수분해와 광물화를 촉진하는 것으로 생각되는 응축물의 특성은 낮아진 pH 및 유기산의 다른 고유 특성을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
도 5 는, 재순환된 응축물 (52) 이 열가수분해 전에 공급원료 (54) 에 합쳐지는 응축물 재순환을 포함하는 열가수분해 모듈 (50) 의 개략도이다. 미립자 유기 공급원료는 공급원료 고압 펌프 (56) 에 의해 공급원료 가열기 (58) 로 운반되며, 그 공급원료 가열기에서 공급원료는 직접 증기분사 (60) 또는 간접 열전달 (즉, 전기, 고온 오일, 또는 증기) 에 의해 작업 온도까지 가열된다. 미립자 유기 물질의 열가수분해 및 가용화는, 공급원료가 1 이상의 열가수분해 반응기 (62A, 62B) 를 통과하여 배출 용기 (64) 로 들어가게 되면 발생한다. 배출기 밸브를 지날 때의 압력 방출은 액체의 일부를 기화 (플래시) 시킨다. 증기 및 가수분해 생성물은 플래시 탱크 (66) 에서 분리된다. 가수분해 반응기 (62A, 62B) 에서 배출된 휘발성 산의 많은 분량과 비응축성 가스 (68) 를 함유하는 수증기로 이루어지는 증기는 스프레이 응축기 (70) 를 통과한다. 유기산을 함유하는 수증기 (72) 는 응축물 저장 탱크 (74) 에서 응축되어 수집되고, 비응축성 가스 (68) 는 스프레이 응축기 (70) 의 상부로부터 배출된다. 응축물은 열 교환기 (76) 를 통해 재순환되며, 응축 매체로서 스프레이 응축기로 돌아간다. 스프레이 응축기 (70) 를 통한 이러한 응축물의 재순환은 평행 상태에 도달할 때까지 유기산을 응축시킨다.
재순환 응축물 (52) 을 공급원료 가열기 (58) 와 1 이상의 가수분해 반응기 (62A, 62B) 로 펌핑하기 전에, 공급원료 (54) 와 합침으로써 것은 공급원료의 유기산의 농도가 증가되고, 가수분해 반응기 (62A, 62B) 에서 pH 가 줄어들며, 미립자 유기 물질 가수분해 (가용화) 속도가 증가된다. 유기산 공급원 (77) 은 아세트산 또는 포름산과 같은 유기산을 공급하여, 필요하거나 요구되는 경우 가수분해 반응기에서 pH 를 선택적으로 더 낮추어서, 고형물 가수분해를 최적화하기 위해, 또는 잔여 고형물의 탈수를 향상시키기 위해 가수분해 반응기 (62A) 와 연통하여 제공될 수 있다. 이러한 특유의 작업 특징은 특정 온도에서 휘발성 미립자 물질의 특정 분량의 가수분해를 이루기 위해 요구되는 온도당 유지시간을 줄여, 공정의 전체 성능을 향상시키고, 처리용량을 증가시키는 것으로 기대된다.
다른 실시형태에서, 농축기 (79) 가 응축물 저장 탱크 (74) 와 유체 연통하여 제공될 수 있다. 이 농축기는 예컨대, 증류 유닛, 증기 스트립핑 유닛, 또 는 분자체일 수 있다. 이러한 실시형태에서, pH 는 저하될 수 있으며, 공급원료에 재순환되는 응축물의 양이 감소될 수 있다. 이는 더 적은 양의 액체에서 공급원료에 동일한 유효량의 산을 제공하는 이점과, 가수분해 반응기 (62A) 에 이어서 전달되는 액체의 양을 감소시켜 효율을 향상시키는 이점을 가질 수 있다. 농축기의 사용은 또한 유기산 공급원 (77) 으로부터 보충적인 유기산을 부가할 필요가 없게 할 수 있다.
다음 예는 단지 설명을 위한 것으로 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아니다.
예 1:
합쳐진 미가공 일차 및 이차 생고형물의 예비 열가수분해 처리성 시험 중에, 2 개의 뱃치 시험이 170 ℃ 와 180 분의 온도당 유지시간의 작업 조건에서 실시되었다. 제 1 시험으로부터 얻은 소량의 응축물 (878 gms) 이 6049 gms 의 공급원료에 부가되었다 (약 12.5 wt%). 표 3, 도 2C 의 그래프 106, 및 도 2D 의 그래프 108 에 도시된 결과에 의하면, 휘발성 고형물의 가용화율이 34.4 % 에서 36.6 % 로 증가하였다 (가용화된 휘발성 고형물의 양이 5.5 % 증가). 스크류 프레스 케이크 건조율은 59.0 % 에서 61.4 %로 증가되었다 (전체 건조 증가율이 4.1%). BOD5 와 COD, 및 응축물은 각각 22.7 % 및 36.8% 증가했으며, 이는 응축물 내의 유기물을 순환시켜 재사용하는 것을 나타낸다. 5.1 에서 4.9 로의 pH 의 저하는 응축물이 재순환되는 경우 응축물의 증가된 유기물 성분의 상당 부분이 유기산인 것을 나타낸다. 모든 응축물이 재순환되어 공급원료와 합쳐지는 연속 열가수분해 공정이, 일정 작업 온도와 온도당 유지 시간에서 휘발성 고형물 가용화를 더욱 촉진하고, 잔여물 탈수성을 더욱 개선할 것으로 기대된다.
예 2:
합쳐진 미가공 일차/이차 생고형물의 열가수분해 처리성 시험의 제 2 세트에서, 뱃치 시험이 170 ℃ 에서 실행되었고, 이때 온도당 유지시간을 초기 시험의 120 분에서부터 시작하여 3 개의 연이은 뱃치 시험에 대해 30 분씩 줄어들고, 마지막 뱃치 시험에서는 15 분이다. 초기 뱃치 시험 후, 이전 뱃치 시험의 응축물이 공급원료에 합쳐졌다. 공급원료에 부가된 응축물은 뱃치 반응기에 배치된 물질의 총 질량의 13.4 ~ 16.8 % 를 나타냈다.
뱃치 시험의 제 2 세트의 결과가 표 4, 도 2D 및 도 2E 에 도시되어 있다. 응축물의 재순환 결과, 90분의 온도당 유지시간 후의 잔여물의 탈수성 (51.9 % 스크류 프레스 케이크 건조율) 이 응축물이 부가되지 않은 120 분의 온도당 유지시간 후의 잔여물의 탈수성 (50.1 % 스크류 프레스 케이크 건조) 보다 조금 더 우수한 것으로 나타났다. 응축물 없이 170 ℃ 에서 90 분 동안 온도당 유지시간에서의 예비 뱃치 시험의 잔여물은 평균 43 % 의 스크류 프레스 케이크 건조율을 가졌다. 동일한 시험 조건에서 예비 시험 결과와 제 2 처리성 시험 결과를 비교하면, 응축물 재순환의 순효과는 잔여물의 탈수성을 약 21 % 증가시켰다.
예 3:
합쳐진 미가공 일차/이차 생고형물 열가수분해 처리성 시험의 제 3 세트에서, 일련의 10 개의 뱃치 시험이 170 ℃ 에서 120 분, 90 분, 및 60 분의 3 가지 온도당 특정 유지시간 조건으로 시험되어, 응축물 재순환에 의해 열가수분해 pH 작업 조건을 감소시키는 효과와, 일부 경우에는 잔여물의 탈수성과 체적 감소를 개선하도록 보충의 유기산에 의한 강화를 포함하는 효과를 더 평가하였다. 표 5 에 기재된 바와 같이, 모든 뱃치 시험은 약 20 % 건조 고형물을 함유하는 자국의 도시 폐수 처리 설비에서의 합쳐진 미가공 일차/이차 생고형물이 약 7300 ~ 7500 g 의 습식 중량으로 장입되었다. 1124 ~ 1332 g 의 물, 이전의 뱃치 시험으로부터 발생한 응축물, 또는 보충의 아세트산이 강화된 이전의 뱃치 시험으로부터의 응축물이 각 장입물에 부가되었다. 2 개의 뱃치 시험 (쿡 (cook) 1A, 1B) 가 120 분의 온도당 유지시간으로 실시되었고, 4 개의 뱃치 시험 (쿡 2A, 2B, 2C, 2D) 이 90 분의 온도당 유지시간으로 실시되었고, 4 개의 뱃치 시험 (쿡 3A, 3B, 3C, 3D) 이 60 분의 온도당 유지시간으로 실시되었다. 물이 쿡 (1A, 1B, 1C) 에 첨가되었다. 이전의 뱃치 시험으로부터 발생한 응축물이 쿡 (2B,2C, 3B) 에 첨가되었다. 이전의 뱃치 시험으로부터 발생한 응축물이 다양한 농도의 아세트산으로 강화되었으며, 쿡 (2D, 3C, 3D) 에 첨가되었다.
뱃치 시험의 제 3 세트의 결과가 표 5, 표 7 및 도 2F, 도 2G 및 도 3 에 요약되었다. 가수분해 액체 pH 에 대한 응축물의 pH 의 관계가 표 7 및 도 3 에 도시되어 있다. 가수분해 액체 및 응축물의 pH 는 유기산의 농도가 증가함에 따라 더 산성화되었다. 표 5 에 요약되고 도 2F 및 2G 에 그래프로 도시된 데이터는, 응축물의 재순환으로 인해 증가된 유기산 함량의 결과, 가수분해 반응기 pH 가 감소되었고 또한 가수분해되지 않은 잔여물의 탈수성이 상당히 개선되었음을 보여준다. 재순환된 응축물을 보충적인 유기산으로 보강하면, 가수분해 반응기의 pH 를 더 낮춰 성능을 향상시킨다.
동일한 수준의 가수분해 성능이 가수분해 액체 pH 의 감소에 의해 반응기 체적의 상당한 감소와 함께 얻어진다. 도 2F 에 도시된 pH 에 대한 여과 프레스 케이크 건조 고형물 함량의 플롯은, 약 50 % 의 동일한 여과 프레스 침전 고형물 함량이 120 분의 온도당 유지시간과 5.1 가수분해 액체 pH 에서, 90 분의 온도당 유지시간과 4.8 의 가수분해 액체 pH 에서, 그리고 60 분의 온도당 유지시간과 4.1 의 가수분해 액체 pH 에서 이루어질 수 있음을 보여준다. 도 2G 에 도시된 온도당 유지시간에 대한 여과 프레스 케이크 건조 고형물 함량의 플롯의 보외법 (extrapolation) 에 의하면, 약 55 % 의 여과 프레스 침전 고형물 함량을 얻기 위해서는, 약 4.2 ~ 4.3 의 가수분해 반응기 pH 에서 온도당 유지시간이 약 78분이고 이에 반해 약 5.1 ~ 5.2 의 가수분해 반응기 pH 에서는 온도당 유지시단은 거의 2 배인 약 147분이 필요한 것으로 나타난다.
본 발명은 다수의 실시형태에 관하여 특별하게 도시되고 설명되었지만, 당업자는 그 형태와 세부사항의 변경이 본 발명의 원리와 범위를 벗어나지 않고 본원에 기재된 다양한 실시형태에 대해 이루어질 수 있으며, 본원에 기재된 다양한 실시형태는 청구 범위를 한정하려는 것이 아님을 이해할 것이다. 본원에 인용된 모든 문헌은 그 전체가 참조로서 이용된다.
[표 1] 반응기의 온도당 유지시간과 관련한 스크류 프레스 케이크 고형물 함량과 미립자 유기물 가용화율
Figure 112009063320355-pct00001
[표 2] 반응기 온도의 함수에 따른 휘발성 고형물 가용화율 및 잔여 고형물 탈수성
Figure 112009063320355-pct00002
[표 3] 합쳐진 미가공 일차 및 이차 생고형물 처리성 시험
Figure 112009063320355-pct00003
[표 4] 합쳐진 미가공 일차 및 이차 생고형물 처리성 시험
Figure 112009063320355-pct00004
[표 5] 합쳐진 미가공 일차 및 이차 생고형물 처리성 시험 조건
Figure 112009063320355-pct00005
[표 6] 반응기 응축물 조성
Figure 112009063320355-pct00006
[표 7] 반응기 가수분해 액체 및 응축물 특성
Figure 112009063320355-pct00007

Claims (17)

  1. a) 가용화된 유기 물질과 잔여 고형물을 포함하는 슬러리를 생성하기 위해, 130 ℃ 이상의 온도와 포화수증기압 이상의 압력에서 미립자 생분해성 유기 폐기물을 열가수분해시키는 단계;
    b) 슬러리가 유지되는 압력을 저하시키는 단계;
    c) 압력이 저하될 때 방출되는 증기 포함 유기산을 포집하는 단계;
    d) 증기 포함 유기산을, 유기산을 포함하는 응축물로 되게 응축시키는 단계;
    e) 응축물 내의 유기산을 농축시키는 단계; 및
    f) 유기 폐기물의 pH 를 선택적으로 낮추기 위해, 단계 a) 의 열가수분해를 받게 될 미립자 생분해성 유기 폐기물에 농축된 유기산의 적어도 일부를 첨가하는 단계를 포함하는 미립자 생분해성 유기 폐기물의 처리 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    응축 단계 d) 는 스프레이 응축기를 이용하여 이루어지며, 단계 e) 이전에 스프레이 응축기에서 응축 매체로서 회수된 응축물을 분무하는 것을 더 포함하는 미립자 생분해성 유기 폐기물의 처리 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    스프레이 응축기에서 상기 회수된 응축물을 분무하기 전에 열교환에 의해 그 회수된 응축물을 냉각시키는 것을 더 포함하는 미립자 생분해성 유기 폐기물의 처리 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    응축물 내의 유기산을 농축시키기 위해 열 교환기와 스프레이 응축기를 통해 상기 회수된 응축물을 반복해서 재순환시키는 것을 더 포함하는 미립자 생분해성 유기 폐기물의 처리 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    단계 f) 에서 pH 는 5.1 미만으로 낮춰지는 미립자 생분해성 유기 폐기물의 처리 방법.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    농축 단계는 응축물을 증류시키는 것, 응축물을 증기 스트립핑하는 것, 또는 분자 체로 응축물을 처리하는 것 중 1 이상에 의해 실행되는 미립자 생분해성 유기 폐기물의 처리 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    생분해성 유기 폐기물에 산성 pH 를 제공하기 위해 필요한 경우 생분해성 유기 폐기물의 pH 를 선택적으로 조정하고,
    산성 pH 를 갖는 미립자 생분해성 유기 폐기물을 상기 단계 a) 와 같이 열가수분해시키고,
    생분해성 유기 폐기물의 pH 의 조정은 적어도 부분적으로는 그 생분해성 유기 폐기물에 적어도 일부의 응축물을 첨가하여 이루어지는 미립자 생분해성 유기 폐기물의 처리 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    pH 는 5.6 미만으로 조정되는 미립자 생분해성 유기 폐기물의 처리 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    pH 는 4.4 미만으로 조정되는 미립자 생분해성 유기 폐기물의 처리 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
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  16. 삭제
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101596931B1 (ko) 2015-07-16 2016-02-23 한국수자원공사 일체형 컨덴서-열교환기를 포함하는 고효율 회분식 열수분해 시스템 및 방법
KR102029117B1 (ko) 2019-01-31 2019-11-08 황연수 유기성 폐기물 처리용 열가수분해 혐기소화장치

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT507469B1 (de) 2008-10-16 2010-08-15 Biogas Systems Gmbh Vorrichtung zur kontinuierlichen oder diskontinuierlichen hydrolyse von organischen substraten
NO331912B1 (no) 2009-07-13 2012-04-30 Cambi As Dyseinnretning for trykkavlastning av materilaer inneholdende eroderende forbindelser
CN102086076A (zh) * 2010-08-25 2011-06-08 天津德为环保工程设备有限公司 生活垃圾中有机物降解还原液处理系统
US8329455B2 (en) 2011-07-08 2012-12-11 Aikan North America, Inc. Systems and methods for digestion of solid waste
CN102838264B (zh) * 2012-02-27 2014-06-25 四川深蓝环保科技股份有限公司 一种处理生物质的工艺及设备装置
PL2774894T3 (pl) 2013-03-08 2016-03-31 Aquatec Proyectos Para El Sector Del Agua S A U Ciągły sposób termicznej hydrolizy materiału organicznego oraz instalacja umożliwiająca realizację sposobu
FR3003558B1 (fr) * 2013-03-25 2015-04-24 Veolia Water Solutions & Tech Procede et dispositif d’hydrolyse thermique en continu
ES2570812B1 (es) * 2014-11-19 2017-09-05 Aquatec, Proyectos Para El Sector Del Agua, S.A.U. Procedimiento para la hidrólisis térmica en continuo de materia orgánica y una instalación apta para la puesta en práctica del procedimiento
GB201510219D0 (en) * 2015-06-11 2015-07-29 Lystek Internat Inc Stable biosolids-containing product
DK3328793T3 (da) * 2015-07-31 2021-08-09 Veolia Water Solutions & Tech Energieffektiv fremgangsmåde til hydrolyse af slam
CN108883344A (zh) * 2016-01-22 2018-11-23 格雷迪安特公司 在加湿器例如多级鼓泡塔加湿器中使用高气体流速形成固体盐
US10645950B2 (en) 2017-05-01 2020-05-12 Usarium Inc. Methods of manufacturing products from material comprising oilcake, compositions produced from materials comprising processed oilcake, and systems for processing oilcake
CN107442554B (zh) * 2017-08-09 2019-06-14 爱土工程环境科技有限公司 污染废弃物一体化处理装置及污染废弃物检测装置
US11839225B2 (en) 2021-07-14 2023-12-12 Usarium Inc. Method for manufacturing alternative meat from liquid spent brewers' yeast
KR102437517B1 (ko) * 2021-12-01 2022-08-26 공병석 악취발생이 저감되는 폐수슬러지 처리시스템
GB2612150B (en) * 2022-02-02 2023-11-08 Bisviridi Ltd Improvements in anaerobic treatment of waste

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020162332A1 (en) 2001-05-01 2002-11-07 Hazlebeck David A. Hydrothermal conversion and separation

Family Cites Families (51)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3711392A (en) * 1971-02-16 1973-01-16 J Metzger Method for the utilization of organic waste material
DE2229213C2 (de) * 1972-06-15 1982-12-02 Metallgesellschaft Ag, 6000 Frankfurt Verfahren zur Aufarbeitung der bei der Entgasung oder Vergasung von Kohlen anfallenden Abwässer
US3959125A (en) * 1974-07-05 1976-05-25 Sterling Drug Inc. Treatment and disposal of sewage sludge
US3933628A (en) * 1974-07-10 1976-01-20 Bio-Gas Of Colorado, Inc. Method and apparatus for the anaerobic digestion of decomposable organic materials
US4022665A (en) * 1974-12-09 1977-05-10 Institute Of Gas Technology Two phase anaerobic digestion
US4318993A (en) * 1974-12-09 1982-03-09 Institute Of Gas Technology Two phase anaerobic digester system
US5366558A (en) * 1979-03-23 1994-11-22 Brink David L Method of treating biomass material
DE3326939A1 (de) * 1983-07-26 1985-02-07 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Verfahren und vorrichtung zur anaeroben biologischen reinigung von abwasser
SE451262B (sv) * 1983-08-10 1987-09-21 Purac Ab Sett vid anaerob rening av avloppsvatten fran tillverkning av mekanisk eller kemimekanisk cellulosamassa
NL8303129A (nl) * 1983-09-09 1985-04-01 Gist Brocades Nv Werkwijze en inrichting voor het anaeroob vergisten van vaste afvalstoffen in water in twee fasen.
US4975106A (en) * 1985-12-16 1990-12-04 Biotherm International, Inc. Anaerobic digestion of fish wastes
WO1988004282A1 (en) 1986-12-08 1988-06-16 Waste=Energy Corporation Sludge restructuring and conversion method
US4765900A (en) * 1987-02-13 1988-08-23 Vertech Treatment Systems, Inc. Process for the treatment of waste
FI89581C (fi) * 1987-04-08 1993-10-25 Imatran Voima Oy Foerfarande foer behandling av avfall som innehaoller laogaktiva organiska avfallssammansaettningar fraon kaernkraftverk med hjaelp av anaerobisk jaesning
US4846964A (en) * 1987-09-14 1989-07-11 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Fluidized-bed bioreactor process for the microbial solubiliztion of coal
DE3810250A1 (de) 1988-03-23 1989-10-05 Mannesmann Ag Verfahren und vorrichtung zur zweistufigen anaeroben aufbereitung fluessiger substrate
JP2628089B2 (ja) * 1989-08-18 1997-07-09 大阪瓦斯株式会社 廃水の処理方法
US5120448A (en) * 1990-09-19 1992-06-09 Dorica Josesph G Removal of aox frm bleach plant mill effluents by ph shift using the alkalinity/acidity sources available at the mill
US5279637A (en) * 1990-10-23 1994-01-18 Pcl Environmental Inc. Sludge treatment system
US5266201A (en) * 1991-01-08 1993-11-30 Lafarge Fondu International Process for the purification of aqueous solutions polluted by nitrate ions
NL9100063A (nl) * 1991-01-15 1992-08-03 Pacques Bv Werkwijze en inrichting voor de biologische behandeling van vast organisch materiaal.
JPH0783878B2 (ja) 1991-04-26 1995-09-13 日本碍子株式会社 下水汚泥の処理方法
DE4120808A1 (de) * 1991-06-24 1993-01-14 Recycling Energie Abfall Aufbereitung von abfaellen fuer die anaerobe vergaerung biogen-organischer bestandteile des muells, insbesondere von biomuell, nassmuell, restmuell und gewerbeabfaellen
US5169532A (en) * 1991-07-08 1992-12-08 Homestake Mining Company Method for biological removal of cyanides, thiocyanate and toxic heavy metals from highly alkaline environments
DE4226087A1 (de) * 1992-04-16 1993-10-21 Recycling Energie Abfall Verfahren zur biologischen Aufbereitung organischer Substanzen, insbesondere zur anaeroben biologischen Hydrolyse zur anschließenden Biomethanisierung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
EP0586998B1 (de) * 1992-09-06 1998-01-07 Solvay Deutschland GmbH Verfahren zur Behandlung von organischen Stoffen, insbesondere chlororganische Verbindungen enthaltenden Abwässern aus der Epichlorhydrinherstellung
US5269947A (en) * 1992-09-17 1993-12-14 Baskis Paul T Thermal depolymerizing reforming process and apparatus
US5360553A (en) * 1992-09-17 1994-11-01 Baskis Paul T Process for reforming materials into useful products and apparatus
US5407817A (en) * 1993-12-23 1995-04-18 Controlled Environmental Systems Corporation Municipal solid waste processing facility and commercial ethanol production process
NO300094B1 (no) * 1994-09-28 1997-04-07 Cambi As Fremgangsmate og anordning ved hydrolyse av organisk materiale under reduserende betingelser
NL9401454A (nl) * 1994-09-07 1996-04-01 Paques Solid Waste Systems Bv Werkwijze en inrichting voor de anaerobe vergisting van vaste organische afvalstoffen.
US5525229A (en) * 1994-09-14 1996-06-11 North Carolina State University Process and apparatus for anaerobic digestion
JP2647804B2 (ja) * 1994-09-30 1997-08-27 工業技術院長 生ゴミの処理方法
WO1996040970A1 (en) * 1995-06-07 1996-12-19 Arkenol, Inc. Method of strong acid hydrolysis
US5766440A (en) * 1995-08-28 1998-06-16 Kawasaki Steel Corporation Method for treating sludge precipitated in a plating bath containing haloid ions
DE69617458T2 (de) * 1995-12-01 2002-06-06 Eastern Power Ltd., Toronto Vorrichtung und verfahren zum recycling und umwandeln von abfall
JP3893654B2 (ja) 1997-01-08 2007-03-14 栗田工業株式会社 有機性排水の処理方法
JPH10235315A (ja) 1997-02-24 1998-09-08 Mitsubishi Kakoki Kaisha Ltd 流動有機性廃棄物の処理方法
JP4260225B2 (ja) * 1997-06-06 2009-04-30 ジーイー・エナジー・ユーエスエー・エルエルシー 黒色放出水および蒸気回収システム
KR19990069971A (ko) * 1998-02-16 1999-09-06 정봉환 음식물 쓰레기로부터 에탄올을 생산하는 방법
US6387221B1 (en) * 1998-06-25 2002-05-14 James D. Schoenhard Processing method and system to convert garbage to oil
US6342378B1 (en) * 1998-08-07 2002-01-29 The Regents Of The University Of California Biogasification of solid waste with an anaerobic-phased solids-digester system
US6117672A (en) * 1998-12-22 2000-09-12 Breckenridge; Leon Moving bed biofilter and condenser for flue gas pollutant removal and collection
US6464875B1 (en) * 1999-04-23 2002-10-15 Gold Kist, Inc. Food, animal, vegetable and food preparation byproduct treatment apparatus and process
DE19937876C2 (de) 1999-08-17 2002-11-14 Aquatec Gmbh Inst Fuer Wassera Verfahren zur biologischen Umsetzung von organischen Stoffen zu Methangas
US6296766B1 (en) * 1999-11-12 2001-10-02 Leon Breckenridge Anaerobic digester system
ATE309001T1 (de) * 2000-08-22 2005-11-15 Green Farm Energy As Konzept zur trennung von aufschlämmung und herstellung von biogas
WO2003043939A2 (en) * 2001-11-16 2003-05-30 Ch2M Hill, Inc. Method and apparatus for the treatment of particulate biodegradable organic waste
KR100356966B1 (en) * 2002-04-16 2002-10-19 Halla Engineering & Ind Develo Apparatus and method for integrated treatment of garbage and livestock excretions by two stage anaerobic digestion
US7301060B2 (en) * 2003-03-28 2007-11-27 Ab-Cwt, Llc Process for conversion of organic, waste, or low-value materials into useful products
EP1641713A1 (en) 2003-06-06 2006-04-05 Forskningscenter Ris Fermentation media comprising wastewater and use hereof

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020162332A1 (en) 2001-05-01 2002-11-07 Hazlebeck David A. Hydrothermal conversion and separation

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101596931B1 (ko) 2015-07-16 2016-02-23 한국수자원공사 일체형 컨덴서-열교환기를 포함하는 고효율 회분식 열수분해 시스템 및 방법
KR102029117B1 (ko) 2019-01-31 2019-11-08 황연수 유기성 폐기물 처리용 열가수분해 혐기소화장치

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