KR101498139B1 - 슬러지 열가용화 장치용 저분자화 반응기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬러지 열가용화 장치용 저분자화 반응기에 관한 것으로서, 하수 슬러지가 공급되는 유입구가 일 측에 형성되고 하부에는 열이 공급되는 하부 케이스와; 상기 하부 케이스의 상부에 장착되고 내부가 관통형성되는 반응조와; 상기 반응조의 상부에 장착되고 일 측에는 하부 슬러지가 배출되는 배출구가 형성되는 상부 케이스;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 적어도 하나 이상의 반응조와 격벽을 이용하여 고분자의 유기성분을 단시간에 저분자화시킬 수 있을 뿐만 아니라 그에 따른 작업시간과 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

슬러지 열가용화 장치용 저분자화 반응기{Low molecular reactor for Sludge Thermal Hydrolysis Equipment}

본 발명은 슬러지 열가용화 장치용 저분자화 반응기에 관한 것이다.

일반적으로 하수 슬러지는 하수 또는 폐수처리 과정에서 액체로부터 분리되어 축적된 고형물로서 많은 유기성 물질을 포함하고 있다.

그리고 상기 하수 슬러지를 처리하는 방법으로는 해양배출, 매립, 소각, 재활용 이외에도 습식산화법(WAO, Wet Air Oxidation)이 있다.

여기서 상기 습식 산화법은 고형성인 하수 슬러지를 고압, 고온 상태에서 산소와 같은 산화제를 주입시켜 슬러지 내의 유기성분을 가용화(액상화, 이하 가용화) 및 저분자화시키는 것은 물론 물과 이산화탄소로 분해하는 방법이다.

그러나 상기 습식 산화법은 높은 에너지가 요구됨에 따라 높은 에너지를 사용하지 않고도 낮은 온도 및 압력에서 하수 슬러지의 유기성 물질을 생물학적 분해가 용이한 형태로 전환시키는 열가용화 기술이 개발되었다.

상기 열가용화 기술은 습식산화에 비하여 적은 에너지를 소모함으로써 적은 운영비를 사용하고, 슬러지 내의 유기성 물질을 산화하여 이산화탄소나 물로 변환시키지 않고 혐기소화에 용이한 물질로 전환시켜 에너지 자원인 메탄을 생성하며, 유출수는 액비 처리를 하여 액비로 활용하거나 혹은 생물학적 탈질공정의 탄소원으로 활용할 수 있는 장점이 있다.

더욱이 일반적인 응집과정에서 발생하는 무기성 슬러지(Fe(OH)3, FePO4, 이하 Fe계, Al(OH)3, AlPO4, 이하 Al계)를 하수 슬러지와 함께 열가용화하여 열가용화 반응기 내에서 금속이온에 의한 액체상 산화반응의 촉매작용과 free radical 메커니즘에서의 펜톤산화 반응과 유사한 라디컬들의 반응에 의한 저분자화 증진효과를 활용하여 무기성 슬러지(Fe계, Al계)도 동시처리 가능하게 되었다.

그리고 소각에서의 열분해 반응과 유사하게 산화제로써의 산소를 저농도로 주입하여 열가용화 반응기내 가용화액의 혼합기능을 증진시키는 것은 물론 저분자화로의 반응을 촉진시키는 기술이 개발되고 있는 실정이다.

대한민국 등록특허 제10-0929215호 대한민국 특허공개공보 제2011-0120412호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 적어도 하나 이상의 반응조와 격벽을 이용하여 고분자의 유기성분을 단시간에 저분자화시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

또한 반응조에 산화제를 공급할 수 있는 산화제 공급수단을 장착하여 하부 슬러지를 저분화속도를 향상시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 하수 슬러지가 공급되는 유입구가 일 측에 형성되고 하부에는 열이 공급되는 하부 케이스와; 상기 하부 케이스의 상부에 장착되고 내부가 관통형성되는 반응조와; 상기 반응조의 상부에 장착되고 일 측에는 하부 슬러지가 배출되는 배출구가 형성되는 상부 케이스;를 포함하여 이루어진다.

상기 반응조는 다수개수로 구성되면서 수직장착되고 상기 반응조와 반응조의 사이에는 관통공이 구비된 격벽이 장착될 수 있다.

상기 격벽의 관통공은 다수개수로 형성되고 내면은 하수 슬러지가 상부로 용이하게 이동할 수 있도록 경사나 곡면지게 형성될 수 있다.

상기 반응조의 일 측에는 반응조의 내부공간에 산화제를 공급할 수 있도록 산화제 공급수단이 각각 장착될 수 있다.

상기 산화제 공급수단은 일 측 끝단이 반응조의 외부에 배치되고 반대 측은 상기 반응조의 내부공간에 배치되는 공급배관과; 상기 반응조의 내부에 위치하는 공급배관에 간격을 두고 장착되는 산화제 공급노즐;로 구성된다.

본 발명에 따르면, 적어도 하나 이상의 반응조와 격벽을 이용하여 고분자의 유기성분을 단시간에 저분자화시킬 수 있을 뿐만 아니라 그에 따른 작업시간과 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한 반응조에 산화제를 공급할 수 있는 산화제 공급수단을 장착하여 하부 슬러지를 저분화속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 슬러지 열가용화 장치용 저분자화 반응기를 나타낸 정면도.
도 2는 본 발명에 따른 슬러지 열가용화 장치용 저분자화 반응기를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 슬러지 열가용화 장치용 저분자화 반응기의 다른 실시 예를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 슬러지 열가용화 장치용 저분자화 반응기를 구성하는 격벽을 나타낸 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 슬러지 열가용화 장치용 저분자화 반응기를 구성하는 산화제 공급수단을 나타낸 도면.

이하, 본 발명의 구성을 첨부된 도면을 참조로 설명하면, 도 1은 본 발명에 따른 슬러지 열가용화 장치용 저분자화 반응기를 나타낸 정면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 슬러지 열가용화 장치용 저분자화 반응기를 나타낸 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 슬러지 열가용화 장치용 저분자화 반응기의 다른 실시 예를 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 슬러지 열가용화 장치용 저분자화 반응기를 구성하는 격벽을 나타낸 평면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 슬러지 열가용화 장치용 저분자화 반응기를 구성하는 산화제 공급수단을 나타낸 도면이다.

본원발명인 슬러지 열가용화 장치용 저분자화 반응기(10)는 하부 케이스(20)와, 상기 하부 케이스(20)의 상부에 장착되는 적어도 하나 이상의 반응조(30)와, 상기 반응조(30)의 상부에 장착되는 상부 케이스(40)와, 상기 반응조(30)와 반응조(30)의 사이에 장착되는 격벽(50)과, 상기 반응조(30)의 내부에 산화제를 공급하는 산화제 공급수단(60) 등으로 구성된다.

상기 하부 케이스(20)는 하부에 열이 공급되고, 상부는 개방되며, 일 측에는 하수 슬러지가 공급되는 유입구(22)가 형성된다.

그리고 본원발명에서 상기 하부 케이스(20)는 반원 형상으로 형성되고 상부 둘레에는 볼팅 결합이 가능하도록 플랜지부(24)가 형성된다.

상기 하부 케이스(20)의 상부에 장착되는 반응조(30)는 소정의 높이와 크기를 가지며 내부는 관통형성된다.

그리고 본원발명에서 상기 반응조(30)는 적어도 세 개 이상으로 구성되면서 수직장착되고, 원통 형상으로 형성되며, 상부와 하부 둘레에는 하부 케이스(20) 및 상부 케이스(40)와 볼팅 결합될 수 있도록 플랜지부(34)가 형성된다.

또한 상기 반응조(30)의 일 측에는 상기 산화제 공급수단(60)의 장착을 위하여 관통공(36)이 형성되고, 최하단에 위치하는 반응조(30)의 외부 둘레에는 슬러지 열가용화 장치용 저분자화 반응기(10)의 지지를 위한 지지 다리(38)가 간격을 두고 장착된다.

상기 반응조(30)의 상부에 장착되는 상부 케이스(40)는 하부가 개방되고 일 측에는 하수 슬러지가 배출되는 배출구(42)가 형성된다.

그리고 본원발명에서 상기 상부 케이스(40)는 반원 형상으로 형성되고 하부 둘레에는 상기 반응조(30)와 볼팅 결합될 수 있도록 플랜지부(44)가 형성된다.

상기 반응조(30)와 반응조(30)의 사이에 장착되는 격벽(50)은 소정의 두께와 크기를 가지며, 내부에는 적어도 하나 이상의 관통공(52)이 형성되고, 가장자리 둘레에는 반응조(30)와 결합될 수 있도록 볼트 결합공(54)이 형성된다.

즉 상기 격벽(50)은 반응조(30)와 대응하는 크기를 가지는 판 형상으로 형성되면서 내부에 하부 슬러지의 이동을 위한 관통공(52)이 형성되는 것이다.

이때 상기 격벽(50)의 내부에는 다수개의 관통공(52)이 형성되되, 상기 관통공(52)은 하부 슬러지의 원활한 이동을 위하여 내면이 경사나 곡면지게 형성될 수 있음을 밝힌다.

또한 상기 격벽(50)의 관통공(52)은 상부에 위치하는 격벽(50)의 관통공(52)과 동일 수직선상에 형성될 수 있지만 본원발명에서는 하수 슬러지의 상/하류 흐름 발생 등을 통한 저분자화의 효과를 상승시킬 수 있도록 지그재그로 배치된다.

상기 반응조(30)의 일 측에 장착되는 산화제 공급수단(60)은 반응조(30)의 내부공간(32)에 산화제를 공급하는 역할을 수행하게 된다.

그리고 상기 산화제 공급수단(60)은 일 측 끝단이 반응조(30)의 외부에 배치되고 반대 측은 상기 반응조(30)의 내부공간(32)에 배치되는 공급배관(62)과, 상기 반응조(30)의 내부에 위치하는 공급배관(62)에 간격을 두고 장착되는 산화제 공급노즐(64)로 구성된다.

즉 상기 산화제 공급수단(60)은 공급배관(62)을 통해 공급되는 산화제를 산화제 공급 노즐(64)을 이용하여 반응조(30)의 내부공간(32)에 공급할 수 있도록 한 것이다.

이때 상기 산화제 공급노즐(64)은 상부를 향할수록 지름 커지도록 형성된다.

그리고 상기 공급배관(62)에는 산화제 및 하부 슬러지의 역류를 방지할 수 있도록 역류방지밸브(66)가 장착될 수 있음을 밝힌다.

상기와 같이 구성되는 슬러지 열가용화 장치용 저분자화 반응기의 실시 예를 참조로 설명하면 다음과 같다.

먼저 반원 형상으로 상부가 개방되고, 일 측에는 하수 슬러지가 공급되는 유입구(22)가 형성되며, 상부 둘레에는 볼팅 결합될 수 있도록 플랜지부(24)가 형성되는 하부 케이스(20)를 형성한다.

그리고 상기 하부 케이스(20)의 상부에 원통 형상으로 형성되고, 상부와 하부 둘레에는 볼팅 결합될 수 있도록 플랜지부(34)가 형성되며, 일 측에는 관통공(36)이 형성되는 반응조(30)를 적어도 세 개 이상장착한다.

이때 상기 반응조(30)와 반응조(30)의 사이에는 소정의 두께와 크기를 가지며, 내부에는 다수개의 관통공(52)이 형성되고, 가장자리 둘레에는 반응조(30)와 결합될 수 있도록 볼트 결합공(54)이 형성되는 격벽(50)을 각각 장착한다.

또한 최하단에 위치하는 반응조(30)의 외부 둘레에는 슬러지 열가용화 장치용 저분자화 반응기(10)의 지지를 위한 지지 다리(38)가 간격을 두고 장착한다.

다음으로 최상단에 위치하는 반응조(30)의 상부에 반원 형상으로 하부가 개방되고, 일 측에는 하수 슬러지가 배출되는 배출구(42)가 형성되며, 하부 둘레에는 반응조(30)와 볼팅 결합될 수 있도록 플랜지부(44)가 형성되는 상부 케이스(40)를 장착한다.

그리고 상기 반응조(30)의 관통공(36)으로 일 측 끝단이 반응조(30)의 외부에 배치되고 반대 측은 상기 반응조(30)의 내부공간(32)에 배치되는 공급배관(62)과, 상기 반응조(30)의 내부에 위치하는 공급배관(62)에 간격을 두고 장착되는 산화제 공급노즐(64)로 구성되는 산화제 공급수단(60)을 장착하면 슬러지 열가용화 장치용 저분자화 반응기(10)의 조립은 완료되는 것이다.

여기서 상기 슬러지 열가용화 장치용 저분자화 반응기의 조립 순서는 상기와 다르게 구성될 수 있음을 밝힌다.

다음으로 상기와 같이 구성되는 슬러지 열가용화 장치용 저분자화 반응기의 사용상태를 살펴보면 다음과 같다.

먼저 상기 슬러지 열가용화 장치용 저분자화 반응기(10)를 구성하는 하부 케이스(20)에 열을 전달하는 열 공급장치를 장착하고 상부 케이스(40)에는 반응조(30)의 내부 공간(32)에 압력을 공급할 수 있도록 펌프를 장착한다.

이때 상기 슬러지 열가용화 장치용 저분자화 반응기(10)는 열 공급장치에서 전달되는 열에 의해 내부 온도가 90℃ 이상되도록 하고, 펌프를 이용하여 내부 압력이 15kgf/㎠ 이상 유지되도록 한다.

그리고 상기 하부 케이스(20)의 유입구(22)에 하부 슬러지를 공급하면, 상기 하부 슬러지는 공급되는 열에 의하여 가열될 뿐만 아니라 제한된 용적 내에서 분해가능한 유기성분의 혼합 및 확산 반응을 통해 효율적인 저분자화되는 것이다.

이때 상기 반응조(30)의 내부공간(32)에 위치하는 하부 슬러지는 산화제 공급수단(60)을 구성하는 산화제 공급노즐(64)을 통해 공급되는 산화제를 통해 분해가 촉진된다.

더불어 상기 하부 슬러지는 반응조(30)와 반응조(30)의 사이에 장착되는 격격(50)을 통해 상/하류의 흐름을 발생시켜 가용화된 슬러지의 혼합 기능을 촉진시킬 수 있게 되는 것이다.

다음으로 상기 반응조(30)의 내부에서 가융화된 하부 슬러지는 상부 케이스(40)의 배출구(42)를 통해 지정된 장소로 이동하게 되는 것이다.

이와 같이 본원발명의 슬러지 열가용화 장치용 저분자화 반응기는 고분자 상태의 유기성분을 저분자 상태로 용이하게 분해시킬 수 있는 장점이 있다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 슬러지 열가용화 장치용 저분자화 반응기를 설명함에 있어 특정형상 및 방향을 위주로 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 하수 슬러지 열가용화 장치용 저분자화 반응기,
20 : 하부 케이스,
30 : 반응조,
40 : 상부 케이스,
50 : 격벽,
60 : 산화제 공급수단.

Claims (6)

1. 하수 슬러지가 공급되는 유입구가 일 측에 형성되고 하부에는 열이 공급되는 하부 케이스와;
   상기 하부 케이스의 상부에 장착되고 내부가 관통형성되는 반응조와;
   상기 반응조의 상부에 장착되고 일 측에는 하부 슬러지가 배출되는 배출구가 형성되는 상부 케이스;를 포함하고,
   상기 반응조는 다수개수로 구성되면서 수직장착되고 상기 반응조와 반응조의 사이에는 관통공이 구비된 격벽이 장착되며,
   상기 격벽의 관통공은 다수개수로 형성되고 내면은 하수 슬러지가 상부로 용이하게 이동할 수 있도록 경사나 곡면지게 형성되고,
   상기 반응조의 일 측에는 반응조의 내부공간에 산화제를 공급할 수 있도록 산화제 공급수단이 각각 장착되며,
   상기 산화제 공급수단은,
   일 측 끝단이 반응조의 외부에 배치되고 반대 측은 상기 반응조의 내부공간에 배치되는 공급배관을 포함하고,
   상기 공급배관에는 산화제 및 하부 슬러지의 역류를 방지할 수 있도록 역류방지밸브가 장착되는 것을 특징으로 하는 하수 슬러지 열가용화 장치용 저분자화 반응기.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 산화제 공급수단은,
   상기 반응조의 내부에 위치하는 공급배관에 간격을 두고 장착되는 산화제 공급노즐을 포함하는 하수 슬러지 열가용화 장치용 저분자화 반응기.
   
6. 삭제

Images