KR20020033779A - 폐수 시설의 슬러지 처리방법 및 그 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬러지(32)를 농축시켜 고형분 함량%를 적어도 1.5까지 증가시키는 단계; 상기 슬러지를 파열시키기 위하여 요구되는 에너지에 기초하여 바람직한 균질화 압력을 선택하는 단계; 상기 바람직한 균질화 압력에서 상기 농축된 슬러지(44)의 적어도 일부의 셀 물질을 파열시키는 단계; 상기 파열된 슬러지(48)를 소화시켜 메탄 가스(52)를 생성시키는 단계; 및 상기 메탄 가스를 실질적으로 요구되는 입력 에너지 이상인 입력 에너지를 폐수 처리 시스템에 입력할 수 있는 이용가능한 에너지 원으로 전환시키는 단계를 포함하는 폐수 시설의 슬러지 처리방법 및 그 시스템에 관한 것이다.

고형분 함량%가 적어도 1.5로 증가되도록 슬러지를 농축시키는 단계;

상기 슬러지를 파열시키기 위해 필요한 에너지에 기초하여 적합한 균질화 압력을 선택하는 단계;

상기 적합한 균질화 압력에서 상기 농축된 슬러지의 셀형 물질의 적어도 일부를 파열시키는 단계;

상기 파열된 슬러지를 소화시켜 메탄 가스를 생성시키는 단계; 및

상기 메탄 가스를 폐수 처리 시스템에 입력될 수 있는 이용 가능한 에너지원으로 전환시키는 단계를 포함하며, 상기 입력 에너지는 요구되는 입력 에너지와 실질적으로 같거나 그보다 큰 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템에서 발생되는 슬러지의 처리방법.

Description

폐수 시설의 슬러지 처리방법 및 그 시스템{System and method for treating sludge in a wastewater facility}

산업체 및 지역단체는 그 지역의 담수 및 식수 공급의 오염 및 공해물질을 방지하기 위하여 폐수를 처리한다. 이러한 처리 시설은 여러가지 생물학적 호기성 및 혐기성 과정을 이용하여 물로부터 유기질 및 무기질 오염물을 제거하고자 고안된다.

일반적으로 산업체 및 지역단체는 이러한 폐수 처리 시설의 작동에 실질적인 비용을 발생시킨다. 필요한 기계 및 기계 시스템을 작동시키기 위한 유틸리티 비용과 더불어, 시설은 또한 통상적으로 여러가지 처리 공정에 의해 발생되는 폐 슬러지의 처리에 있어서 실질적인 비용을 발생시킨다. 폐수 처리시 생성되는 슬러지는 예비-정제 단계 및 생물학적으로 활성화된 슬러지로부터의 1차 슬러지를 포함한다. 안정화된 슬러지는 1차 슬러지를 첨가하거나 또는 이를 첨가하지 않고 생물학적으로 활성화된 슬러지의 혐기성 소화의 역속적 적용을 통해서 생성될 수 있다. 몇몇 페수 처리 시설에 있어서, 이러한 슬러지는 소각, 쓰레기 매립 처리, 또는 인공 농업장에 걸친 비료와 같은 확산에 의해 처분된다. 이러한 모든 처분 방법은 값비싼 비용이 요구된다. 이러한 실질적인 작동 및 처분 비용에 기초하여, 슬러지 처분 비용에 있어서 폐수 배출 및/또는 감소의 향상된 성능을 얻기 위하여 상기 폐수 및 슬러지 공정을 위한 에너지 소비를 최대한 활용하는 것이 바람직하다.

혐기성 소화는 유기 물질이 산소의 부재하에서 미생물의 활동에 의해 분해되는 미생물학적 과정이다. 상기 혐기성 미생물은 상대적으로 높은 메탄 가스 함량을 갖는 바이오-가스를 생성시킴으로써 상기 생물학적으로 활성화된 슬러지내에 존재하는 유기 물질의 양을 감소시킨다. 상기 안정화된 슬러지는 통상적으로 탈수 및 처분용 소화조로부터 제거된다. 상기 메탄 가스는 상기 처리 시설의 모든 곳에서 사용하기 위한 공급 에너지 뿐만 아니라 소화조를 가열하도록 열을 공급하기 위하여 연소되거나 또는 회수될 수 있다.

탈수 공정에 있어서, 물은 기계적으로 짜내거나 또는 상기 슬러지 흐름으로부터 분리된다. 이러한 분야의 기술에 있어서 최대의 잇점은 슬러지 처분 체적을 감소시키면서 상기 슬러지 공정에서 소비되는 에너지를 최대한 활용하는데 있다. 또한, 상기 파열 기술의 목적은 상기 처분용 슬러지의 질량 감소를 최대한 활용하는데 있다.

종래 파열방법의 개괄적인 내용이 N. Dichtl, J. Muller, E. Engelmann, F. Cunthert, 및 M. Osswald에 의해 "Desintegration von Klarschalmm-ein aktuellerUberblick in: Korresondenz Abwasser"의 명칭으로 (44) No. 10, pp. 1726-1738(1997)에 있다. 상기 문헌은 (1) 볼 밀 젓기; (2) 고압 균질화기; 및 (3) 초음파 균질화기의 3가지 기계적 파열기술을 개시하고 있다. 이러한 파열방법을 이용하여 슬러지 내의 미생물 및 미립질의 고형분은 필수적으로 파열되거나 또는 잘게 절단된다. 예를 들어, 슬러지내에 존재하는 미생물 및 미세입자의 셀 벽은 균질화기를 사용하여 외압이 상기 셀 내압을 초과하는 경우 파괴될 수 있다. 따라서 상기 셀 벽에 의해 외부로부터 분리된 셀 내용물이 방출되어 연속 소화에 이용된다.

슬러지에 적용시 이러한 파열공정의 잇점은 상기 파열공정을 통해서 이러한 미생물들이 적어도 부분적으로 살아남는 다른 방법과는 대조적으로 혐기성 미생물이 또한 호기성 미생물과 함께 파열된다는 점이다. 이들은 상기 처분된 슬러지내에 유기질 잔유물로서 남는다. 파열법의 제2잇점은 상기 슬러지의 셀 내용물 내에 함유된 유기 물질이 상기 파열공정시 상기 미생물로 방출된다는 점이다. 이러한 방법으로, 이들은 상기 소화 공정에 있어서 탈질화작용을 지지하기 위한 탄소의 내부 원으로 작용한다.

초음파 균질화기를 이용한 1차 슬러지의 파열과 관련한 또 다른 문헌으로는 G. Lehne, J. Muller에 의해 "하수 슬러지 파열시 에너지 소비의 영향"이란 명칭으로 출판된 Technical University Hamburg - Harburg Reports On Sanitary Engineering, No. 25, pp. 205-215(1999)가 있다. 상기 Lehne 등의 문헌은 초음파 프로부 부근의 공동화(cavitation) 기포의 양이 많으면 많을수록 셀 파열이 더욱 큼을 개시하고 있다. 상기 공동화 기포의 양은 초음파 프로브의 세기에 비례한다.상기 초음파 프로브 세기를 최대한 활용하기 위한 더욱 깊은 연구는 상기 에너지 수지를 최대한 활용하기 위하여 필요하다. 고압 균질화기를 갖는 초음파 균질화기와 볼 스터링 밀의 비교는 이러한 공정에서 대조적인 결과를 제공하였다. 그러나, 거친 물질로 인한 기계적 문제점이 상기 고압 균질화기 및 볼 스터링 밀에서 발생되었다.

안정화된 하수 슬러지의 유기질 내용물의 파열방법이 또한 H. Gruning에 의해 "Einfluss dess Aufschlusses von Faulschlammen auf das Restgaspotential"의 명칭으로 개시되어 있다. 상기 문헌은 혐기성의 안정화된 하수 슬러지 공정에 있어서, 가스 생성은 초음파를 사용한 이전의 파열에 의해 상당히 증가되었음을 개시하고 있다. J. Muller, N. dichtl, J. Schwedes에 의하여 "Klarschlammdesintegration - Forschung und Anwendung"의 명칭으로Publication of the Institute for Settlement Water Economy of the Technical University Braunschweig, No. 61, Conference on the 10th and 11th of March 1998 in Braunschweig, pp. 180-191(1998. 3.)에 기재된 기사는 500 내지 1000바(bar) 범위의 압력에서 안정화된 슬러지를 파열시키기 위하여 고압 균질화기를 이용한 방법을 개시하고 있다. 따라서, 이들은 증가된 균질화기 압력이 상기 미생물 슬러지 셀의 파열정도를 증가시키기 위하여 적용되어야 한다는 종래의 지혜를 설명한다. 이러한 가정하에, 셀 파열량은 에너지 입력의 정도에 비례하여 증가된다. 따라서, 지금까지의 시도는 처분되어야 하는 체적을 감소시키기 위하여 농축되지 않은 생물학적으로 활성화된 슬러지의 파열 및/또는 혐기성 소화의 적용에 일반적으로 초점이 맞춰졌다.

안정화된 슬러지의 슬러지 농도 및 파열효과에 대한 일반적인 설명이 T. Onyeche, O. Schlafer, H. Klotzbucher, M. Sievers, A. Vogelpohl에 의하여 "Verbesserung der Energiebilanz durch Feststoffseparation bei einem kombinierten Verfahren aus Klarschlammdesintegration und Vergarung"의 명칭으로DechemaJahrestgungen1998, Volume Ⅱ, pp. 117-118 (1998)에 개시되어 있다. 상기 문헌은 슬러지 고형분 함량이 상층액 분리기(decanter)를 사용하여 농축됨으로써 균질화될 수 있음을 개시하고 있다. 그러나, 상기 문헌에서 사용된 고압 균질화기는 적어도 500바의 압력에서 작동된다. 모든 경우에 있어서, 상기 문헌은 상기 시스템의 에너지 수지를 적절히 최대한 활용하는데 있어서의 문제점은 해결하지 못하였다.

2000. 1. 11.자로 등록된 미국 특허 제6,013,183호는 생물학적으로 활성화된 슬러지에 고압의 균질화를 적용하는 방법이 개시되어 있다. 상기 슬러지는 액화되고 생물학적으로 활성화된 슬러지가 상기 호기성 소화조로 재순환되는 경우 전체 휘발성 고형분의 감소를 향상시키는 수단으로서 상기 균질화 노즐에 걸쳐 5000PSI(350바) 이상의 압력 내림(drop)에서 균질화된다. 상기 특허는 또한 혐기성 소화 이전에 생물학적으로 활성화된 슬러지를 고압의 균질화에 적용한 방법을 개시하고 있지만, 상기 특허는 1차 슬러지 또는 안정화된 슬러지의 그 이상의 공정에 어떤 처리가 적용되어야 하는지에 대하여는 개시하고 있지 않다. 또한, 상기 슬러지의 농축 이전에서와 같이, 양의 에너지 수지를 달성하기 위한 내용이 개시되어있지 않다.

1986. 12. 16.자로 등록된 미국 특허 제4,629,785호는 슬러지의 단백질을 회수하기 이전에 최고 12,000PSI(825bar)의 압력에서 생물학적으로 활성화된 슬러지 및 안정화된 슬러지 모두에 고압의 균질화를 적용하는 방법을 개시하고 있다. 상기 특허는 유사하게 1차 슬러지의 처리를 배제하고 있지만, 상기 액화된 슬러지의 혐기성 소화시 메탄 가스의 생성을 통한 에너지 회수에 대해서는 개시하고 있지 않다.

전술한 슬러지 처리방법에도 불구하고, 에너지 비용을 최소화시키기 위한 파열 공정의 에너지 수지를 최대한 활용할 필요가 있다. 균질화 이전의 슬러지 농축의 가능한 잇점은 종래에 기술되지 않았다. 상기 에너지 수지를 최대한 활용하는데 있어서, 1차 및/또는 2차 슬러지를 파열하고 그렇지 않으면 이들을 예비처리하는데 요구되는 에너지가 부가적인 메탄 가스 수율을 통해 얻어지는 에너지와 언제 같거나 또는 상당히 낮아지는지를 결정하는 것이 바람직하다. 이러한 관점에서, 상기 슬러지 소화과정시 생성된 메탄 가스가 상기 파열 공정 뿐만 아니라 다른 처리 공정 뿐만 아니라 상기 파열 공정을 자체-유지하기 위한 에너지 원으로서 사용될 수 있는 방법과 같이 상기 파열 공정을 최대한 활용하는 것이 또한 바람직하다. 따라서, 슬러지 흐름을 파열시키는데 필요한 에너지와 메탄 가스의 증가된 발생에 기인하여 얻어지는 에너지(이는 전기 에너지로 전환될 수 있음)를 양적으로 균형을 이룬 폐수 처리 시스템이 요구된다.

본 발명의 요약

따라서, 본 발명의 일반적인 목적은 종래 폐수 처리에 있어서의 문제점을 극복하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 폐수 처리시 생성되는 슬러지 공정에 소모된 에너지 및 슬러지의 혐기성 소화시 증가된 메탄 가스의 발생으로부터 얻은 에너지 수율과 관련된 에너지 수지를 최대한 활용하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 슬러지 소화 공정을 향상시키기 위한 영양분을 방출시키기 위하여 안정화된 슬러지에 존재하는 미생물의 셀 벽을 파열시킴으로써 처분되어야 하는 안정화된 슬러지의 질량을 감소시키는 방법 및 그 시스템을 제공하는데 있다.

상기 목적과 기타 목적 및 잇점은 본 발명에 따른 폐수 처리 시설에서 발생되는 슬러지 처리용 방법 및 그 시스템의 독특한 결합에 의해 달성된다. 본 발명의 방법은 혐기성 소화시킨 1차의 생물학적으로 활성화된 안정화된 슬러지 또는 모든 혼합물에서 고형분 농도를 증가시키는 단계를 포함한다. 바람직한 실시예에 있어서, 경제적인 저-압력 범위내에서 균질화기를 작동시킨 다음, 상기 농축된 슬러지내의 여러가지 미생물의 셀 벽을 파열시킴으로써 상기 셀 내의 영양분을 방출시킨다. 파열은 연속적 또는 불연속적인 방법중 한 방법으로 일어날 수 있다. 상기 파열된 슬러지는 메탄 가스의 발생을 향상시키기 위한 부가적인 영양분을 제공하는 소화조에 연속적으로 제공된다. 이러한 방법으로, 본 발명은 상기 소화 공정시 발생되는 증가된 메탄 가스의 발생으로부터의 에너지 수율과 비교하는 경우 상기 슬러지를 농축하고 균질화시키기 위해 필요한 에너지를 최대한 활용한다.

본 발명의 일측면에 따라, 양의 에너지 수지가 감소된 균질화기 압력에서 공정이 수행되는 높은 고형분 농도를 갖는 농축된 슬러지를 사용하여 얻어진다. 상기 슬러지는 바람직하게 균질화기로 공정되기 이전에 약 1.5이상의 인자로서 농축된다. 또한, 상기 균질화기는 바람직하게 400바 미만의 저압에서 작동된다. 이러한 범위에서, 상기 파열단계는 자체적으로 충분히 작동되며 잉여 에너지를 제공하기도 한다. 본 발명에 따르면, 고압 균질화기는 50 내지 400바, 바람직하게 100 또는 200바의 압력에서 유리하게 작동되어야 한다. 하기에 설명한 바와 같이, 더욱 저압에서도 APV 마이크로-갭 또는 수퍼 마이크로-갭 균질화기 밸부와 같은 특정 장치를 이용하여 달성될 수 있다.

본 발명의 선택적인 일특징에 따르면, 상기 슬러지는 파열 이전에 정화공정이 수행된다. 이러한 방법으로, 고형분 물질 입자는 상기 균질화기에 다다르기 이전에 침강 슬러지로부터 제거된다. 상기 방법으로 균질화 효율이 향상된다. 예를 들어, 상기 슬러지의 정화는 습윤 체 디바이스 또는 체를 이용하여 수행될 수 있다.

본 발명은 폐수 처리 기술 및 그 분야에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 슬러지 처리 공정과 관련된 에너지 수율 및 고형분 질량 감소에 대조적으로 폐수의 슬러지 하류 공정시 소비되는 에너지에 관련된 에너지 수지를 최대한 활용하기 위한 공정 및 시스템에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제1실시에 따른 폐수 처리 시스템을 간략하게 나타낸 블록 다이아그램이다.

도 2는 본 발명의 제2실시에 따른 폐수 처리 시스템을 나타낸 블록 다이아그램이다.

도 3은 도 1 및 도 2에 나타낸 실시예의 에너지 흐름을 나타낸 흐름도이다.

도 4는 여러가지 작동 압력에서 작동된 균질화기를 이용하여 파열된 농축되지 않은 슬러지 및 농축된 슬러지에 대한 에너지 수지를 나타낸 그래프이다.

도 5는 제1작동 압력의 여러가지 농도에서 미파열 및 파열된 슬러지에 대하여 시간에 따른 가스의 발생 정도를 나타낸 그래프이다.

도 6은 제2작동 압력의 여러가지 농도에서 미파열 및 파열된 슬러지에 대하여 시간에 따른 가스의 발생 정도를 나타낸 그래프이다.

도 7은 제3작동 압력의 여러가지 농도에서 미파열 및 파열된 슬러지에 대하여 시간에 따른 가스의 발생 정도를 나타낸 그래프이다.

일반적으로, 본 발명은 혐기성 소화 이전에 폐수 슬러지의 처리를 위해 소모된 에너지 및 메탄 가스 발생 형태의 처리로부터 얻어진 에너지와 관련된 에너지 수지를 최대로 활용하기 위한 방법 및 그 시스템을 제공한다. 본 발명에 따르면, 활성화된 슬러지는 기계적으로 분해되거나 또는 파열되어 상기 소화 공정을 향상시키는 영양분을 방출한다. 이러한 방법으로, 상기 파열된 슬러지의 혐기성 소화는 소화 시간을 감소시키고, 고형분 농도를 감소시키며, 메탄 가스의 생성을 증가시킴으로써 향상된다. 이로부터 얻은 메탄 가스는 바람직하게 상기 파열 시스템의 작동을 자체-유지하기 위한 에너지 뿐만 아니라 다른 측면 및 상기 폐수 처리 시설의 하부 시스템의 공급 에너지로 변환될 수 있다.

이러한 배경으로써, 폐수 처리 시스템은 수전(receiving) 흐름으로 방출되기 이전에 폐수를 청정한다. 도 1은 지역 또는 이와 유사한 곳에서 사용될 수 있는 폐수 처리 시스템(10)을 간략하게 나타낸 블록 다이아그램이다. 통상적으로, 산업 또는 지역의 폐수는 초기에 바(bar) 스크린(12)을 통한 유동 경로 및 상기 폐수의 연속 처리에 적용되는 장치에 해로운 그릿과 같은 물질을 제거하기 위한 다른 그릿 제거 장치(14)를 따라 통과한다. 그 다음, 상기 여과된 폐수는 통상적으로 무기질인 중질 침강물을 침강시키기 위한 1차 침강조(18) 내로 흘러들어간다. 상기 폐 물질은 종종 1차 슬러지로서 당해 분야에서 기술된다. 여러가지 수행에 있어서, 1차 슬러지는 유동 경로(20)를 지나서 분해용 소화조(50)를 통과한다.

상기 1차 유출물은 용존 산소의 존재하에서 원료 폐수가 미생물로 처리되는 유동 경로(19)를 따라 침강조(18)에서 폭기조 또는 퇴적분지(basin)(24)로 흐른다. 일반적으로, 상기 호기성 미생물은 상기 폐수에 있는 유기질 미립물질을 소비한다. 이러한 방법으로, 상기 미생물 처리는 생물학적으로 산소 요구 뿐만 아니라 폐수의 존재하에서 오염율을 감소시킨다.

상기 미생물을 함유하는 고형분 슬러지를 침강시키는데 있어서, 상기 혼합된 액체는 상기 폭기조(24)로부터 최종 정화조(28)로 흐른다. 상기 공정 단계에 있어서, 침강된 응집물 및 비중은 생물학적으로 활성회된(또는 2차) 슬러지로 공지된 부유(suspended) 미립자 및 고형분으로부터 물을 분리시킨다.

침강된 슬러지는 상기 최종 정화조(28)로부터 제거되며 통상적으로 여러가지 유동 경로를 따라 흐른다. 예를 들어, 상기 약간의 슬러지는 상기 성장 시스템을 성숙시키기 위한 유동 경로(34)를 따라 폭기조(24)로 다시 주입된다. 상기 폭기조(24)로 재순환된 상기 활성화된 슬러지는 때때로 생물학적으로 활성화된 반송 슬러지로 기술된다. 상기 최종 정화조(28)를 빠져나온 과량의 슬러지의 적어도 일정량은 또한 유동 경로(32)를 따라 소화용 혐기성 소화조(50)를 통과할 수 있다.

본 발명의 일측면에 따라서, 공정단계는 슬러지의 파열 및 소화 이전에 상기 슬러지내의 더 높은 고형분 농도를 제공하기 위한 혐기성 소화 장치로 주입되는 슬러지에 적용된다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 슬러지가 파열되고 소화용 소화조(50)로 흘러 들어가기 이전에, 적어도 일부의 흐름은 상층액 분리기(38) 및 정화조(42)에서 처리된다. 상기 상층액 분리기(38)는 통상적으로 이들에 제공되는 슬러지 흐름의 고형분상으로부터 액체상을 빠르게 분리하는 원심력 또는 다른 원형 운동 디바이스이다. 바람직한 실시예에 있어서, 상기 상층액 분리기(38)는 상기 고형분을 적어도 1.5의 인자로 농축시킨다. 상기 활성화된 폐 슬러지로부터 분리된 상층분리된 물은 그 이상의 공정을 위하여 초기작업(headwork) 또는 폐수 처리 흐름 입구로 되돌아갈 수 있다.

상층액 분리단계에 이어서, 상기 농축된 슬러지는 유동 경로(40)를 따라 정화조(42)를 통과한다. 상기 정화조(42)는 고압 균질화기(46)를 사용하는데 방해가 되거나 또한 농업장에 해로운 불순 물질(예를 들어, 그릿)을 제거한다. 따라서, 상기 고압 균질화기(46) 작업의 의존도는 향상되며, 상기 슬러지의 파열 효율은 증가된다. 정화조(42)의 일례로는 상기 슬러지 흐름내에서 보다 경질 물질로부터 중질 물질을 분리하기 위하여 회전 운동 및 비중 침강을 이용하는 그릿 와동(vortex) 디바이스가 있다. 상기 공정에 있어서 상층액 분리 및 정화단계의 순서는 뒤바뀔 수 있다.

바람직하게 적용된 전단 응력으로 상기 농축된 슬러지의 미생물을 파열시키는데 있어서, 상기 농축된(바람직하게 정화된) 슬러지는 바람직하게 유동 경로(44)를 따라 고압 균질화기(46)에 적용된다. 상기 고압 균질화기(46)는 당업자에게 공지된 바와 같이 고압의 펌프 및 균질화 밸브로 구성되어 있다. 일반적으로, 이러한 균질화기는 제한된 흐름 영역을 갖는 밸브 또는 노즐을 통해서 이러한 농축된 슬러지의 경우에 유체를 밀어넣는 고압의 펌프를 적용할 수 있다. 상기 유체가 상기 제한영역을 통해 흐르고, 속도가 증가되며 압력이 감소됨에 따라서, 고압의 위치 에너지는 동력 에너지로 전환된다. 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 균질화기 밸브는 마이크로-갭 또는 수퍼 마이크로-갭의 상표하에 시판되고 있는 APV 균질화 밸브로 수행된다. 상기 수퍼 마이크로-갭 균질화 밸브는 일반적으로 1998. 5. 12.자로 등록된 미국 특허 제5,749,650호 및 1999. 5. 4.자로 등록된 미국 특허 제5,899,564호에 개시되어 있다. 상기 특허들은 그 전체로서 본 발명의 참고문헌에 포함된다. 상기와 같이 수행함으로써, 본 발명은 작업 효율 이상을 달성할 수 있다. 즉, 수퍼 마이크로-갭 균질화 밸브는 다른 균질화 밸브와 대조적으로 약 20% 감소된 압력(수반되는 좀더 낮은 에너지 입력을 가짐)의 에서의 작업을 제공할 수 있으며, 여전히 파열과 동일한 양을 달성할 수 있다.

균질화기(46)의 상기 고압 펌프는 상기 수용 슬러지 흐름에 압력을 가하고 압축시킨다. 상기 슬러지 흐름상의 압력은 균질화 밸브(도시되지 않음)의 조정가능한 밸브 몸체의 갭을 통해서 임의의 압력으로 연속적으로 감소된다. 상기 압력이 감소됨에 따라서, 상기 슬러지 흐름의 액체 속력은 상당히 증가된다. 바람직한 실시예에 있어서, 상기 압력은 상기 슬러지 흐름에 남아있는 액체의 유체압이 유체 기포 또는 공동화 기포를 형성하는데 도달하는 지점까지 감소된다. 상기 유체 기포는 공동화 추력(thrust)에 도달하도록 초음파 유동 지점까지 상기 슬러지 흐름의 유체 속도를 더욱 증가시킨다. 궁극적으로, 슬러지의 미생물의 셀 내용물이 파열되도록 상기 공동화 기포는 붕괴되고 에너지가 풍부한 마찰 속도 장이 형성된다. 상기 슬러지 흐름은 상기 균질화기 밸브를 빠져나갈 때 상기 부유물의 유속을 감소시키도록 임팩트 링을 통해서 통과한다.

슬러지의 분해에 있어서, 상기 파열된 슬러지 흐름은 흐름 경로(48)를 따라 소화조(50)로 제공된다. 특히, 혐기성 소화에 있어서, 상기 소화 공정의 부산물 중 하나는 메탄 가스이다. 상기 메탄 가스는 회수되어(유동 경로(52)를 따라서와 같이) 에너지, 특히 전기 에너지로 전환될 수 있다. 이러한 방법으로 전환된 에너지는 폐수 처리 시스템에서 이용되는 여러가지 전기 디바이스 및 하부 시스템에 사용될 수 있다. 상기 안정화되고 소화된 슬러지는 통상적으로 그 이상의 탈수 처리를 행한 후 처분된다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 안정화되고 소화된 슬러지는 선택적으로 상기 유동 경로(54)를 따라 상기 혐기성 소화조(50)로부터 상기 상층액 분리기로 반송된다. 궁극적으로, 상기 슬러지는 고압의 균질화기(46)에 의해 파열된다.

여러가지 작업 압력이 사용되는 반면, 상기 고압 균질화기(46)는 바람직하게 약 50 내지 400바의 압력에서 작동된다. 본 발명에 따르면, 셀 파열은 공지된 실시, 즉 약 100 내지 200바의 압력 범위와 비교하여 더욱 낮은 온도 범위에서 발생된다. 몇가지 실시예에 있어서, 상기 균질화기의 압력은 상기 미생물에 적용되는전단 응력이 이들의 셀 벽을 파괴시킬 만큼 충분히 높은 한은 더욱 낮은 범위에서 작동된다.

본 발명에 따른 양의 에너지 수지는 상층액 분리기(38)를 갖는 슬러지의 고농도를 얻고, 정화 디바이스(42)을 이용한 정화에 의해서 얻어질 수 있다. 이러한 방법으로, 발생된 메탄 가스로부터 얻은 가능한 에너지는 상기 공정에서 파열 단계에 의해 사용될 수 있는 이상의 에너지를 제공한다.

상기 양의 에너지 수지는 상기 폐 슬러지를 적어도 1.5 인자의 농도로 농축시키고 공지된 파열 압력보다 상대적으로 낮은 셀 파열 압력 범위에서 고압의 균질화기(46)를 사용함으로써 얻어질 수 있다. 본 발명의 방법은 상기 생물학적으로 활성화된 슬러지가 농축 및 파열 단계 이전에 1차 슬러지와 혼합되는 경우 더욱 최대한 활용될 수 있다. 따라서, 상기 슬러지의 소화 및 이로부터 얻은 가스 수율이 증가된다.

도 2는 도 1에 나타낸 공정 및 시스템과 약간의 유사성을 갖는 본 발명에 따른 폐수 처리 시설(110)의 선택적인 일실시를 나타낸다. 상기 실시예에 있어서, 원료 폐수는 초기에 상기 바 스크린(112), 및 예비정제 또는 1차 침강조(118)로 유입되기 이전에 모래 수집 디바이스 또는 그릿 정화조(114)를 통해 통과한다. 상기 예비정제 탱크(118)는 폐수로부터 중질 침강물(1차 슬러지)을 제거하기 위하여 비중 침강법을 이용한다. 따라서, 하루당 2.15백만 갤런(mgd)의 원료 폐수의 평균 유입량을 갖는 처리 공장에 있어서, 1차 슬러지는 하루당 약 3,000파운드(lbs/d)의 고형분을 발생시킬 수 있다.

본 발명의 특정 실시에 따라서, 상기 슬러지는 상기 슬러지로부터의 중금속의 제거를 향상시킨 파열 또는 소화 이전에 더욱 예비처리될 수 있다. 도 2에 있어서, 상기 정화조(114)는 야채 오일 또는 다른 적당한 물질을 첨가하는 것과 같은 방법을 통해서 중금속의 향상된 제거를 달성할 수 있다. 이러한 제거는 중금속이 일반적으로 상기 슬러지의 미생물에 독성을 띠기 때문에 메탄 가스 생성을 향상시킨다. 그러나, 상기 중금속 제거에 사용되는 방법은 바람직하게 그 자체로는 상기 슬러지의 미생물에 실질적으로 영향을 미치지 않는다. 이러한 특성은 생태적 손상을 일으키지 않고 비료 또는 다른 농업적 적용으로 사용되는 시스템으로부터 유리하게 탈수된 슬러지가 배출되도록 한다.

상기 탱크(118)로부터 폐기된 1차 유출물로 기술되는 물은 유동 경로(122)를 따라 호기성 소화 구역(124)을 통과한다. 상기 실시에 있어서, 상기 호기성 구역(124)은 탈질화 퇴적분지(124A) 및 자극(또는 호기성) 퇴적분지(12B)로 구성된다. 상기 탈질화 퇴적분지(124A)는 상기 폐수로부터 질산염의 제거에 있어서 박테리아의 탈질화를 향상시키는 무산소 또는 산소-환원 조건하에서 장동된다. 그렇지 않은 경우, 환경에의 질산염의 방출은 식수 공급의 오염뿐만 아니라 호수 및 조류의 부영양화를 일으킬 것이다. 탈질화에 이어서, 상기 폐수는 상기 폐수의 유기질의 제거에 있어서 호기성 미생물을 증대시키기 위해 산소가 운반되는 호기성 유역(12B)으로 주입된다. 호기성 미생물의 핵을 갖는 폐수 혼합물은 혼합된 액체로 기술된다.

상기 폭기조(124)의 처리에 이어서, 상기 혼합된 액체는 유동 경로(126)를따라 정화를 위한 침강조(128)로 유입된다. 정화는 부유 고형분 및 미립물질로부터 물을 분리하기 위하여 응집 및 비중 침강법을 이용한다. 상기 물은 당업자에게 공지된 바에 따라 방출 이전에 유동 경로(130)를 따라 살균 공정으로 향한다.

도 2에 나타낸 실시예에 있어서, 상기 침강조(128)를 빠져나온 활성화된 슬러지 흐름 중 일부는 상기 시스템의 재성숙용 반송 유동 경로(132)를 따라 호기성 소화 구역(124)으로 반송된다. 상기 나머지 슬러지 흐름은 유동 경로(134)를 따라 슬러지 농축기 또는 증점제(136)로 향한다. 일실시예에 있어서, 리터당 약 214 밀리그램(mg/ℓ)의 생화학적 산소 요구량이 필요한 2.15mgd의 평균 유입량에서 공급되는 원료 폐수에 있어서, 상기 처리는 약 1,000lbs/d 고형분의 비율로 생물학적으로 활성화된 슬러지를 소모한다. 상기 슬러지 증점제 또는 체(136)는 통상적으로 상기 슬러지의 응집을 향상시키고, 과량의 물을 제거하기 위한 고분자와 함께 혼합된다. 일실시예에 있어서, 상기 체(136)는 약 8 내지 15의 인자로서 상기 활성화된 슬러지의 고형분 농도를 증가시킨다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 회수된 물은 경로(137)를 따라 상기 시설의 초기작업으로 반송될 수 있다.

슬러지 농축에 이어서, 상기 농축되고 활성화된 슬러지는 유동 경로(140)를 따라 열 교환기(143) 및 한 쌍의 소화조(144 및 145)로 이송된다. 따라서, 도 2에 나타낸 실시예에 실시된 상기 소화조(150)는 혐기성 소화 및 메탄 가스의 수집을 최대로 활용하기 위하여 1차 및 2차 소화조의 형태로 2-상(phase) 소화 공정을 이용한다. 그러나, 당업자들은 상기 실시가 단일 상의 혐기성 소화에 유사한 잇점을 제공할 수 있음을 인지할 것이다. 상기 농축되고 활성화된 슬러지는 상기소화조(144)에서 혐기성 분해를 유지시킬 상승된 온도에서 상기 열 교환기(143)에 의해 예비가열된다.

상기 소화 공정의 완결시, 상기 소화된 슬러지는 유동 경로(154)를 따라 저장 탱크(152)로 이동된다. 상기 소화되고 저장된 슬러지는 상기 슬러지 저장 탱크(152)에서 빠져나옴에 따라 바람직하게 상층액 분리단계, 파열단계 및/또는 소화단계의 순환 공정을 거친다. 상기 순환 공정은 상기 슬러지로부터의 바이오-가스의 생성을 최대한 활용한다. 상기 순환 공정은 연속적이거나 또는 불연속적일 수 있다. 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 소화되고 저장된 슬러지는 초기에 유동 경로(156)를 따라 저장 탱크(152)로부터 상층액 분리기(138)로 수송된다. 따라서, 상층액 분리기(138)는 전술한 바와 같이 적당한 고형분 농도로 상기 슬러지를 더욱 농축시킨다. 상기 농축된 슬러지는 유동 경로(159)를 따라 상기 저장 탱크로 거꾸로 재순환된다. 이러한 방법에 따라, 상기 저장 탱크에서 전술한 농도의 슬러지가 달성될 것이다. 선택적으로, 상기 상층액 분리기를 이탈하는 고형분 흐름은 상기 정화조(142)로 향할 것이다.

상기 상층액 분리기(138)에서 얻은 상층 분리된 물은 상기 폐수 처리 시스템의 입구로 반송된다. 상기 소화된 슬러지가 적당히 농축된 후, 상기 농축되고 소화된 슬러지의 적어도 일부의 흐름은 상기 미생물의 분해를 위해 유동 경로(157)를 따라 저장 탱크(152)로부터 뽑아진다. 예를 들어, 농축되고 소화된 슬러지가 상기 소화조(150)에 공급된 1차 슬러지 및 생물학적으로 활성화된 슬러지 혼합물의 약 0.2%의 유속에서 파열용 슬러지 저장 탱크(152)로부터 뽑아진다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 농축되고 소화된 슬러지는 도 1에서 전술한 바와 동일한 방법으로 정화조(142) 및 고압 균질화기(146)를 통해 통과한다.

상기 균질화기(146)를 빠져나온 파열된 슬러지는 상기 슬러지가 열 교환기(143)에 의해서 재가열되는 유동 경로(158)를 따라 이동된다. 상기 파열된 슬러지는 상기 예비정제 탱크(118)로부터의 1차 슬러지 및/또는 상기 체(136)로부터 제공된 생물학적으로 활성화된 슬러지와 혼합될 수 있다. 도 2에 도시되진 않았지만, 상기 슬러지 혼합은 또한 고압의 균질화기(146)를 이용하여 균질화 이전에 일어날 수 있다. 그 다음, 상기 슬러지는 상기 혐기성 소화 시스템(150)으로 반송된다.

주기적으로 상기 슬러지는 처분용 유동 경로(160)를 따라 저장 탱크(152)로부터 제거된다. 통상적으로, 상기 슬러지는 농업장 및/또는 매립지상의 소각 또는 증착에 의해서 처분되도록 준비되기 이전에 슬러지 조절기(162) 및 여과기(164)의 결합에 의해서 더욱 탈수된다. 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 조절기(162) 및 여과기(164)의 결합은 적어도 3의 인자에 의해서 슬러지의 고형분 농도를 증가시킨다.

도 2는 또한 상기 유동 경로(168 및 170)를 따라 상기 소화조(150)에 의해서 제공된 메탄 가스를 회수하기 위해 설치된 동력 전환 장치(166)를 나타낸다. 3.4% 고형분에서 하루당 53입방 미터(㎥/d)의 1차, 2차 슬러지 및 파열된 슬러지가 결합된 흐름을 혐기성 소화(150)에 제공하는 처리장치에 있어서, 상기 혐기성 소화조(150)는 64%의 메탄 체적으로 하루당 800입방 미터의 범위에서 바이오-가스를 회수하도록 예상된다. 물론, 메탄 발생은 당업자에 공지된 바와 같이 상기 소화된 슬러지의 휘발성 유기질 고형분 백분율에 따라 변화될 것이다. 상기 전환 공정이 동력 전환 장치(166)에 의해 수행되지만, 에너지의 부가적인 원은 상기 파열 시스템 뿐만 아니라 상기 폐수 처리 설비의 다른 부분에 의해 사용할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따라 얻어질 수 있는 에너지 수지 다이어그램을 나타낸다. 하기에 설명된 바와 같이, 종래의 슬러지 처리 방법에 비해서 공정된 슬러지 고형분당 더욱 큰 에너지가 달성될 것이다.

도 3에서, 킬로그램 총 고형분당 킬로와트-시간(kWh/kg TS)으로 측정된 바와 같이, 본 발명에 따른 처리 시스템(210)의 다양한 부위에서 에너지의 흐름을 나타내는데 사용된다. 도 1 및 도 2에 나타낸 실시예에서 소화조(50, 150)에 의해 생성된 생물학적 가스 또는 메탄 가스의 에너지 함량은 화살표(212)로 표시된 바와 같이, 상기 시스템용의 결합된 동력 전환 장치(266)에 제공된다. 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 에너지는 당해분야의 시스템에서 공지된 2kWh/kg TS와 대조적으로 2.5kWh/kg TS의 범위이다.

상기 동력장치(266)는 상기 소화조로부터 공급되는 바이오-가스로부터 사용가능한 에너지 형태로 전환시키기 위하여 작동된다. 상기 전환 공정에 있어서, 특정량의 에너지는 화살표(214)로 나타낸 바와 같이 손실될 것으로 예상된다. 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 에너지 손실은 0.3kWh/kg TS 범위이다. 상기 전환된 에너지의 여분은 상기 처리 시스템의 자체-유지 작동에 사용될 수 있다.

상기 소화 장치 작업을 위한 여러가지 에너지 요구조건이 있다. 예를 들어,상기 소화 공정의 일부로서 소화된 슬러지를 가열하기 위한 열 교환기(243)의 적합한 온도를 유지시키기 위해 요구되는 에너지는 바람직한 실시예가 약 1.2kWh/kg TS의 예상 에너지 범위인 도 3의 화살표(216)로 주어진다.

이는 상기 슬러지의 혐기성 소화를 최대한 활용할 경우 바람직한 바와 같이 98 내지 102℉ 범위의 온도에서 작동하기 위한 소화조 구역(250)을 허용한다. 물론 열은 상기 열 교환기로부터 소화조 구역으로 수송될 것이다. 상기 에너지의 전이는 도 3의 화살표(218)에 나타낸 바와 같이 약 0.8kWh/kg TS로 주어진다. 이와 유사하게 전송을 통해서와 같은 에너지 손실은 상기 소화 구역에서 일어날 것이다. 이러한 손실은 화살표(220)로 주어지며, 약 0.2kWh/kg TS의 차수이다. 상기 열 교환기의 슬러지 폐기에 기초한 열 손실은 화살표(222)로 주어지며, 약 0.6kWh/kg TS의 차수이다. 최종적으로, 상기 시스템내의 과도한 열 손실은 0.1kWh/kg TS의 차수로서 화살표(224)로 주어진다.

전술한 바와 같이, 결합된 동력 전환 장치는 상기 화살표(226)으로 주어진 바와 같이 전기 에너지를 발생시킨다. 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 발생된 전기 에너지의 양은 약 0.8kWh/kg TS이다.

파열 슬러지에 대하여, 상기 발생된 전기 에너지의 일부는 상기 균질화기 펌프(246)를 작동시키기 위하여 요구된다. 일실시예에 있어서, 상기 에너지 요구는 화살표(228)(예를 들어, 100바에서 0.2kWh/kg TS)로 주어진다. 즉, 상기 시스템은 도 3에 나타낸 바와 같은 고압의 균질화기(246)를 작동시키기 위하여 상기 에너지를 필요로 한다. 물론, 과량의 발생된 모든 에너지는 상기 처리 시스템의 다른 측면에서 사용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 종래 방법에 따른 값과 비교한 경우 에너지 함량값에서 약 25%의 증가가 달성될 것이다. 즉, 본 발명에 따라 발생된 상기 바이오-가스의 에너지 함량은 종래 방법에 따른 2kWh/kg TS와 대조적으로 2.5kWh/kg TS이다. 결과적으로, 본 발명은 종래 기술에 따른 슬러지 처리 방법과 비교하는 경우, 상기 슬러지의 자체-유지 파열을 위한 충분한 에너지를 제공할 뿐만 아니라 그 밖의 사용을 위한 과량의 에너지를 허용한다.

도 4는 상기 에너지 수지를 0 내지 500바의 압력에서 작동되는 고압 균질화기를 이용한 파열에 대하여 도시한 다이어그램을 나타낸다. 상기 다이어그램은 상이한 농도를 갖는 슬러지를 위해 적용된 에너지 및 생성된 에너지를 나타낸다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 균질화기가 약 200바의 압력에서 적용되는 경우, 상기 적용된 에너지는 상기 발생된 에너지보다 낮다. 따라서, 이러한 범위에서 상기 에너지 수지는 양이다. 상기 흰 삼각형 또는 흰 점으로 표시된 곡선은 2의 인자에 의해 농축된, 고도로 농축된 슬러지에 적용된다. 상기 다이어그램은 농축된 슬러지용으로 적용된 에너지가 비-농축된 슬러지용으로 적용된 에너지 미만임을 나타낸다. 한편, 상기 발생된 에너지의 양, 즉 200바의 균질화기 압력까지의 발생된 메탄 가스의 양은 비-농축된 슬러지로부터 발생된 에너지와 비교하는 경우 농축된 슬러지에서 더욱 높다. 농축된 슬러지에 대한 에너지 수지는 0 내지 400바의 균질화기 압력 범위에서 양의 값을 갖는다. 가장 큰 잉여 에너지는 100바의 균질화기 압력에서 얻어진다.

도 5는 일반 농도 및 농축된 슬러지(2 및 3의 인자)에서 처리되지 않은 슬러지, 파열된 슬러지의 샘플로부터의 특정 가스 발생을 시간에 대해 도시한 다이어그램이다. 이러한 경우, 23일동안 관찰한다. 상기 도 5에 나타낸 바와 같이, 처리되지 않은 슬러지는 파열된 슬러지보다 상당히 낮은 메탄 가스를 제공한다. 상기 가스 발생 곡선은 급격하게 진행된다. 상기 2번 농축된 슬러지는 비-농축 슬러지보다 더욱 많은 가스를 발생시킨다. 상기 가스 곡선은 거의 평행하다. 상기 3번 농축된 슬러지는 덜 농축된 슬러지보다 처음 4일 동안은 더욱 적은 가스를 발생시킨다는 점은 주목할 만하다. 그러나, 상기 3번 농축된 슬러지는 실질적으로 미생물학적인 안정성에 도달하며 덜 농축된 슬러지의 분해에서 보다 더욱 맣은 가스를 발생시킨다. 이러한 성능 분석에서 사용된 상기 파열 공정은 100바에서 작동되는 고압 균질기를 이용하여 수행된다.

도 6은 200바의 균질화기 압력에서 수행된 시험 결과를 나타낸 그래프이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 농축되지 않고 비파열된 슬러지의 가스 발생은 비-농축, 파열된 슬러지와 거의 동일하다. 따라서, 약간의 파열에 의해서 더욱 높은 가스 수율이 일반적으로 달성되지 않는다. 도 5에 나타낸 가스 발생과 비교하는 경우, 200바에서 고압 균질화기의 이용시, 상기 가스 수율은 100바의 균질화기 압력에서보다 더욱 높지 않음을 나타낸다.

도 7은 도 5 및 6과 대조적으로 400바의 압력에서 고압의 균질화기를 작동시켜 얻은 그래프이다. 파열이 400바의 압력에서 일어날 경우, 상기 가스 수율은 100바의 균질화기 압력에서와 대조적으로 단지 적어도 3의 인자에서 농축됨으로써 증가된다. 도 4에 나타낸 바와 같은 200바에서의 시험결과와 대조적으로, 상기 가스 수율은 증가된 균질화기 압력에 따라 더욱 향상될 수 없다.

본 발명에 따라 여러가지 잇점을 얻을 수 있다. 폐 처리 시설은 상기 시설로부터 발생된 에너지와 비교하는 경우 적용된 에너지의 면밀한 최적화를 통해서 얻어지는 에너지 수지를 제공한다.

본 발명의 실시예 및 특정 변형이 도면 및 첨부된 설명에 제공된다. 그러나, 당업자들은 상기 기술된 본 발명의 보호범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 이루어질 수 있음을 인지할 수 있을 것이다. 상기 변형은 균질화기 밸브와 대조적으로 미생물 벽의 파열에 있어서 유사한(또는 동일한) 정도를 얻는 적당한 혼합 수단, 초음파 균질화 수단 또는 유사 기구를 이용하여 상기 슬러지내의 미생물을 부분적으로 또는 실질적으로 완전히 파열시키는 것을 특정 제한없이 포함한다. 이와 유사하게, 본 발명에 따라 최대한 활용하기 위한 방법을 수행하도록 일련의 단계들로 요약하였지만, 본 발명의 보호 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 특정 단계가 첨가되거나, 제거되거나 또는 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명은 상기 기술된 실시예에 한정되지 않는다. 반대로, 본 발명은 상기 기술된 실시예 뿐만 아니라 상기 상세설명의 범위에서 법으로 허용되는 최대 범위까지 하기 청구항에 의해 정의된 본 발명 및 본 발명의 보호범위내의 다른 내용을 포함하고자 한다.

Claims (22)

1. 고형분 함량%가 적어도 1.5로 증가되도록 슬러지를 농축시키는 단계;상기 슬러지를 파열시키기 위해 필요한 에너지에 기초하여 적합한 균질화 압력을 선택하는 단계;

   상기 적합한 균질화 압력에서 상기 농축된 슬러지의 셀형 물질의 적어도 일부를 파열시키는 단계;

   상기 파열된 슬러지를 소화시켜 메탄 가스를 생성시키는 단계; 및

   상기 메탄 가스를 폐수 처리 시스템에 입력될 수 있는 이용 가능한 에너지원으로 전환시키는 단계를 포함하며, 상기 입력 에너지는 요구되는 입력 에너지와 실질적으로 같거나 이보다 큰 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템에서 발생되는 슬러지의 처리방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 파열단계는 400바(bar) 미만의 균질화 압력에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 파열단계는 50바 내지 400바의 압력에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 방법은 상기 슬러지로부터 불순물을 제거하기 위하여상기 슬러지를 정화시키는 단계를 더욱 포함하며, 상기 정화단계는 상기 파열단계 이전에 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 정화단계는 그릿 와류 디바이스를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 소화단계는 상기 파열된 슬러지를 적어도 부분적으로 소화시키기 위한 제1혐기성 소화조에 상기 파열된 슬러지를 통과시킨 다음, 상기 부분적으로 소화된 슬러지의 적어도 일부를 제2혐기성 소화조에 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 슬러지는 일련의 혐기성 소화조에서 소화되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 파열은 일부 또는 모든 혐기성 소화조에서 발생되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 1차 및 생물학적으로 활성화된 슬러지의 파열은 이들 모두를 혼합하기 이전에 발생되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제8항에 있어서, 상기 다중 파열은 혐기성 소화조 사이에서 낮은 압력에서 발생되는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 슬러지 파열단계는 연속적인 단계로서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제1항에 있어서, 상기 슬러지 파열단계는 불연속적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제1항에 있어서, 상기 슬러지는 생물학적으로 활성화된 슬러지인 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제1항에 있어서, 상기 슬러지는 1차 슬러지인 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제1항에 있어서, 상기 슬러지는 생물학적으로 활성화된 슬러지 및 1차 슬러지의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제1항에 있어서, 상기 슬러지는 안정화된 슬러지인 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제1항에 있어서, 상기 슬러지는 안정화된 슬러지, 생물학적으로 활성화된 슬러지 및 1차 슬러지의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제1항에 있어서, 상기 농축단계 및 파열단계는 상기 슬러지 흐름의 분획물상에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제1항에 있어서, 상기 농축단계는 상층액 분리기 또는 다른 원심력 분리 디바이스를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제1항에 있어서, 상기 농축단계는 침강법에 의해서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
21. 제1항에 있어서, 상기 방법은 소화단계 이전에 파열단계 이전 또는 그 이후 중 한 단계의 슬러지로부터 중금속 및/또는 부식성 물질을 제거하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
22. 폐수를 수용하고, 제1농도를 갖는 제2슬러지를 생성시키기 위해 설치된 침강조 구역;

    상기 제2슬러지를 수용하고, 상기 제1농도보다 실질적으로 큰 고형분 함량을 갖는 농축된 슬러지를 제공하기 위해 설치된 상층액 분리기 구역;

    상기 농축된 슬러지를 수용하고 상기 농축된 슬러지에 존재하는 셀형 물질을 파열시키기 위해 설치되며, 파열된 슬러지를 제공하도록 선택된 입력 에너지에 기초한 압력에서 작동되는 균질화기; 및

    상기 입력 에너지와 실질적으로 같거나 이보다 큰 출력 에너지로 변환될 수 있는 메탄 가스를 생성시키기 위해 상기 파열된 슬러지를 소화시키도록 설치된 혐기성 소화 구역을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리와 관련된 에너지 수지를 최대한 활용한 시스템.