KR20180107435A - Double pipe type heat exchanging system for heating anaerobic digester - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 혐기성 소화조 가온용 특수 이중관형 열교환 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 슬러지에 함유된 유기물질을 파괴하고 열교환을 통해 가열하는 고강도 초음파 슬러지 파괴장치 및 이중관형 열교환기의 하이브리드 혐기성 소화 가용화 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a special double tube type heat exchange system for warming an anaerobic digestion tank, and more particularly, to a high strength ultrasound sludge destruction device and a hybrid anaerobic digestion and solubilization system of a double tube type heat exchanger which breaks organic substances contained in sludge and heat- .
산업 발전은 도시 인구의 폭발적 증가를 초래하였다. 이에 따라, 도시에서 발생하는 생활하수도 인구수에 비례하여 지속적 증가 추세이다. 그 결과, 도시 및 도시 근교에서는 생활하수 등을 처리하는 하수처리장의 신설 및 증설 공사가 지속적으로 이루어지고 있다.Industrial development has led to an explosion of urban population. As a result, there is a steady increase in proportion to the number of household sewage in the city. As a result, new and expanded sewage treatment plants for treating domestic wastewater are being continuously carried out in urban and suburban areas.
국내 하수처리장에 적용되는 하수처리 공법에는 여러 가지가 있지만, 주로 적용되는 것으로 활성 슬러지법이 있다.There are many sewage treatment methods applied to domestic sewage treatment plants, but there are activated sludge methods mainly applied.
활성 슬러지법은 생물학적 하수처리 공법으로서, 비교적 평이한 공정들로 이루어지는 장점을 가지고 있고, 그 동안 축적된 경험으로 인하여 국내 하수처리장에 가장 많이 적용되고 있는 하수처리 공법 중 하나이다.The activated sludge process is a biological sewage treatment method and has advantages of relatively simple processes, and it is one of the sewage treatment methods most commonly applied to domestic sewage treatment plants due to accumulated experience.
다만, 활성 슬러지법은 하수처리 공정 중에 발생하는 잉여 슬러지를 어떻게 처리할 것인지에 대한 문제가 지속적으로 제기되고 있으며, 특히 잉여 슬러지를 하수처리 공정 내에서 처리할 수 있는 방안에 대한 업계 요구에 따라 이에 대한 연구 개발이 시급한 상황이다.However, the activated sludge method has been constantly addressing how to treat the excess sludge generated during the sewage treatment process. In particular, according to the industry demand for the treatment of the excess sludge in the sewage treatment process, Research and development is urgent.
또한, 활성 슬러지법에서 사용되는 미생물은 적정 온도가 유지될 때에 충분한 번식률과 소화 효율을 달성할 수 있지만, 겨울철과 같이 외기의 온도가 낮은 경우에는 미생물의 번식율이 급격히 저하되어 소화 효율이 떨어지는 문제가 있었다. 특히, 우리나라와 같이 사계절이 뚜렷한 나라에서는 계절에 따라 하수처리장의 운영을 달리할 필요가 있다. 예를 들어, 외기의 온도가 낮은 경우에는 슬러지 반응조 내에서 질산화 작용이 충분하게 이루어지지 않게 되어 처리수 내 NH4 - N 농도가 높아지게 되고, 그 결과 T - N의 상승을 초래하여 방류수 수질 기준을 만족시키지 못하는 문제가 있었다. 나아가, 처리수를 히트펌프 등의 열원으로 사용하는 경우에는 더욱 양호한 수질이 요구됨에도 불구하고 이와 같은 수질 기준을 만족시키기 어려운 문제가 있었다. 또한, 하수 또는 처리수에 포함된 슬러지는 열 교환기의 열 전달율을 저하시킬 뿐만 아니라 열 교환기를 구성하는 배관의 부식을 초래하여 열 교환기의 수명 주기를 단축시키는 문제가 있었다.Further, the microorganisms used in the activated sludge process can attain a sufficient reproductive rate and digestion efficiency when the proper temperature is maintained, but when the temperature of the outside air is low as in winter, the reproductive rate of the microorganisms is drastically lowered, there was. In particular, in countries where four seasons are clear, such as Korea, it is necessary to change the operation of sewage treatment plants according to seasons. For example, when the temperature of the outside air is low, nitrification is not sufficiently performed in the sludge reaction tank, and NH 4 - N concentration in the treated water is increased. As a result, the T - N is increased, There was a problem that I could not satisfy. Furthermore, when treated water is used as a heat source such as a heat pump, there is a problem that it is difficult to satisfy such a water quality standard even though a better water quality is required. In addition, the sludge contained in sewage or treated water not only lowers the heat transfer rate of the heat exchanger but also causes corrosion of the pipe constituting the heat exchanger, thereby shortening the life cycle of the heat exchanger.
본 발명의 실시예들은 초음파를 슬러지에 조사하여 공동현상을 발생시켜 슬러지에 함유된 유기물질을 파괴할 수 있는 고강도 초음파 슬러지 파괴장치 및 이중관형 열교환기의 하이브리드 혐기성 소화 가용화 시스템을 제공할 수 있다.The embodiments of the present invention can provide a hybrid anaerobic digestion and solubilization system of a high strength ultrasonic sludge destruction apparatus and a double pipe type heat exchanger which can generate cavitation by irradiating ultrasonic waves to sludge to destroy organic matter contained in the sludge.
본 발명의 일 측면에 따르면, 외관과 외관의 내부에 배치되는 내관을 포함하여 구성되는 이중관형 구조를 가지며, 복수개가 서로 연결되어, 외관과 내관 사이의 공간을 통해 열전달 물질이 이송되고 내관의 내부를 통해 슬러지가 이송되는 구조의 제1 파이프유닛, 및 복수의 제1 파이프유닛들 사이에 연결되어 상류의 제1 파이프유닛의 내관을 통해 이송되는 슬러지를 하류의 다른 제1 파이프유닛의 내관으로 이송시키는 제2 파이프유닛을 포함하며, 제1 파이프유닛은 외관과 내관의 사이에 개재되는 간격 유지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중관형 열교환 장치가 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided a double tube type structure including an inner tube disposed inside an outer tube and an outer tube, a plurality of tubes connected to each other, a heat transfer material is transferred through a space between the outer tube and the inner tube, And the sludge conveyed through the inner pipe of the upstream first pipe unit is conveyed to the inner pipe of another downstream first pipe unit connected between the plurality of first pipe units to convey the sludge through the inner pipe of the upstream first pipe unit Wherein the first pipe unit further comprises a gap retaining portion interposed between the outer pipe and the inner pipe.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 외부에서 하수가 유입되고, 미생물을 이용하여 하수에 함유된 유기물질을 분해하는 슬러지 반응조, 슬러지 반응조를 거친 하수를 침전시켜 처리수와 슬러지로 분리 배출하는 침전조, 침전조에서 배출되는 처리수를 이송하는 처리수 처리 라인, 침전조에서 배출되는 슬러지를 이송하는 슬러지 처리 라인, 슬러지 처리 라인을 통해 이송된 슬러지를 혐기성 미생물을 이용하여 분해하고 바이오 가스를 생성하는 소화조, 소화조를 거친 슬러지를 탈수시켜 배출하는 탈수기, 슬러지 처리 라인에서 분기되어 슬러지 반응조에 연결되는 반송 슬러지 순환 라인, 슬러지 처리 라인에서 분기되어 슬러지 반응조에 연결되는 잉여 슬러지 순환 라인, 및 잉여 슬러지 순환 라인에 설치되고, 슬러지에 함유된 유기물질을 파괴하고 슬러지를 가열하여 가용화함으로써 슬러지 반응조에 탄소원을 공급하는 제1 슬러지 가용화 장치를 포함하는 하이브리드 혐기성 소화 가용화 시스템이 제공된다. 이때, 제1 슬러지 가용화 장치는, 초음파를 이용하여 슬러지에 함유된 유기물질을 파괴하는 고강도 초음파 슬러지 파괴장치, 및 고강도 초음파 슬러지 파괴장치를 거친 슬러지를 열 교환에 의해 가열하는 제1항에 따른 이중관형 열교환 장치를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a sludge treatment apparatus comprising: a sludge reaction tank for introducing sewage from the outside and decomposing organic substances contained in sewage using microorganisms; a sedimentation tank for sedimenting sewage having passed through a sludge reaction tank, A sludge processing line for transferring the sludge discharged from the settling tank, a digester for decomposing the sludge transferred through the sludge processing line using anaerobic microorganisms, a digester for generating biogas, and a digester A dehydrator for dehydrating and discharging coarse sludge, a conveying sludge circulation line branched from the sludge processing line and connected to the sludge reaction tank, an excess sludge circulation line branched from the sludge processing line and connected to the sludge reaction tank, and an excess sludge circulation line, The organic material contained in the sludge is destroyed and the sludge And a first sludge solubilizing device for supplying a carbon source to the sludge reaction tank by heating the solubilized sludge to be solubilized. The first sludge solubilizing apparatus includes a high strength ultrasonic sludge destruction apparatus for destroying organic substances contained in the sludge by using ultrasonic waves and a double tube according to the first claim for heating the sludge through the high strength ultrasonic sludge destruction apparatus by heat exchange. Type heat exchanger.
본 발명의 실시예들에 따르면, 초음파 슬러지 파괴장치와 이중관형 열교환 장치를 상호 연계하여 운영함으로써 공정 설계 시 온도에 대한 영향을 줄여 수리학적 체류 시간을 단축시킬 수 있고, 그 결과 슬러지 반응조의 용량을 줄일 수 있어 하수처리장 초기 투자비를 절감할 수 있다.According to the embodiments of the present invention, by operating the ultrasonic sludge destruction device and the double pipe type heat exchange device in conjunction with each other, it is possible to reduce the influence on the temperature in the process design and to shorten the hydraulic retention time. As a result, It is possible to reduce the initial investment cost of the sewage treatment plant.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 혐기성 소화 가용화 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중관형 열교환 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중관형 열교환 장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중관형 제1 파이프유닛의 일부를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중관형 열교환 장치에서 이중관형의 제1 파이프유닛의 체적을 구하는 방법을 설명하기 위한 참조도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중관형 열교환 장치를 이용한 열전달 성능을 나타낸 작동 예시이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중관형 열교환 장치에서 제1 파이프유닛의 일부를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중관형 열교환 장치에서 제1 파이프유닛의 길이방향을 따라 단면 형상을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중관형 열교환 장치에서 제1 파이프유닛의 단면 형상을 예시한 사진이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 고강도 초음파 슬러지 파괴장치를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a hybrid anaerobic digestion and solubilization system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of a double-tube heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a double-tube heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view showing a part of a dual pipe type first pipe unit according to an embodiment of the present invention.
5 is a reference view for explaining a method of obtaining a volume of a double pipe type first pipe unit in a double pipe type heat exchange apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an operation example showing heat transfer performance using a double-tube heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing a part of a first pipe unit in a double pipe type heat exchange apparatus according to another embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional view of a first pipe unit in a double pipe type heat exchanger according to another embodiment of the present invention.
9 is a photograph illustrating a cross-sectional shape of a first pipe unit in a dual-pipe heat exchanger according to another embodiment of the present invention.
10 is a view showing a high strength ultrasonic wave sludge destruction apparatus according to an embodiment of the present invention.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 출원에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하는 것이 아니다.In the present application, when a component is referred to as "comprising ", it means that it can include other components as well, without excluding other components unless specifically stated otherwise. Also, throughout the specification, the term "on" means to be located above or below the object portion, and does not necessarily mean that the object is located on the upper side with respect to the gravitational direction.
또한, 결합이라 함은, 각 구성요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성요소가 각 구성요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성요소에 각 구성요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.Furthermore, the term " coupled " does not mean that only a physical contact is made between the respective components in the contact relation between the respective constituent elements, but the other components are interposed between the respective constituent elements, It should be used as a concept to cover until the components are in contact with each other.
도면에서 나타난 각 구성요소의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.The sizes and thicknesses of the respective components shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of explanation, and thus the present invention is not necessarily limited to those shown in the drawings.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
이하, 본 발명에 따른 탈출방향 안내 장치의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Hereinafter, a preferred embodiment of an escape direction guiding device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals designate corresponding or corresponding components, A duplicate description will be omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 혐기성 소화 가용화 시스템을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a hybrid anaerobic digestion and solubilization system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 혐기성 소화 가용화 시스템은 슬러지 반응조(10), 침전조(20), 농축조(30), 소화조(40) 및 탈수기(50)를 포함할 수 있다.1, the hybrid anaerobic digestion and solubilization system according to an embodiment of the present invention may include a
슬러지 반응조(10)는 외부에서 유입되는 하수를 수용할 수 있고, 미생물을 이용하여 하수에 함유된 유기물질을 분해할 수 있다.The
침전조(20)는 슬러지 반응조(10)를 거친 하수를 수용할 수 있고, 하수를 침전시켜 처리수와 슬러지로 분리 배출시킬 수 있다.The
침전조(20)에서 분리 배출되는 처리수는 처리수 처리 라인(L1)을 통해 이송 또는 방류될 수 있고, 침전조(20)에서 분리 배출되는 슬러지는 슬러지 처리 라인(L2)을 통해 소화조(40)로 이송될 수 있다.The treated water separated and discharged from the
처리수 처리 라인(L1)에는 고강도 초음파 슬러지 파괴장치(100) 및 제1 폐열 회수 장치(300a)가 설치될 수 있다.The high-strength ultrasonic wave
처리수 처리 라인(L1)에 설치된 고강도 초음파 슬러지 파괴장치(100)는 처리수 중의 슬러지를 감량시켜 처리수 수질을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 온도를 상승시켜 제1 폐열 회수 장치(300a)에 안정적인 열원을 제공할 수 있다. 제1 폐열 회수 장치(300a)는 열 교환에 의해 처리수의 폐열을 회수할 수 있다. 이를 위해, 제1 폐열 회수 장치(300a)는 열 교환기 및 폐열을 이용한 히트펌프를 포함할 수 있다.The high strength ultrasonic wave
슬러지 처리 라인(L2)에서는 반송 슬러지 순환 라인(L3)이 분기되어 슬러지 반응조(10)에 연결될 수 있다. 반송 슬러지 순환 라인(L3)을 통해 슬러지 반응조(10)로 이송되는 슬러지는 슬러지 반응조(10)에서의 미생물 농도를 적정 수준으로 유지시킬 수 있다.In the sludge treatment line (L2), the conveying sludge circulation line (L3) may branch and be connected to the sludge reaction tank (10). The sludge transferred to the
슬러지 처리 라인(L2)에서는 반송 슬러지 순환 라인(L3) 외에 잉여 슬러지 순환 라인(L4)이 추가로 분기되어 슬러지 반응조(10)에 연결될 수 있다. 잉여 슬러지 순환 라인(L4)은 제1 슬러지 가용화 장치(60a)가 설치되는 점에서 반송 슬러지 순환 라인(L3)과 차이가 있다.In the sludge treatment line (L2), an excess sludge circulation line (L4) may be additionally branched in addition to the conveyance sludge circulation line (L3) and connected to the sludge reaction tank (10). The excess sludge circulation line L4 differs from the transport sludge circulation line L3 in that the
제1 슬러지 가용화 장치(60a)는 잉여 슬러지 순환 라인(L4)을 통해 이송되는 슬러지에 함유된 유기물질을 파괴하고 슬러지를 가열하여 가용화함으로써 슬러지 반응조(10)에 탄소원을 공급할 수 있을 뿐만 아니라 슬러지 반응조(10)를 외기 온도가 낮은 겨울철에도 적정 온도로 유지시켜 슬러지 반응조(10)에서의 미생물 활성을 높일 수 있다.The
농축조(30)는 슬러지 처리 라인(L2)에 설치될 수 있다. 즉, 슬러지 처리 라인(L2)을 통해 이송되는 슬러지는 농축조(30)에서 고 농도로 농축된 후에 소화조(40)로 이송될 수 있다.The
슬러지 처리 라인(L2)에서는 반송 슬러지 순환 라인(L3) 및 잉여 슬러지 순환 라인(L4) 외에 농축 슬러지 순환 라인(L5)이 분기되어 슬러지 반응조(10)에 연결될 수 있다. 농축 슬러지 순환 라인(L5)은 농축조(30)를 거치면서 고 농도로 농축된 슬러지를 이송하고 제2 슬러지 가용화 장치(60b)가 설치되는 점에서 반송 슬러지 순환 라인(L3) 및 잉여 슬러지 순환 라인(L4)과 차이가 있다.In the sludge processing line L2, in addition to the conveying sludge circulation line L3 and the surplus sludge circulation line L4, a concentrated sludge circulation line L5 may be branched and connected to the
제2 슬러지 가용화 장치(60b)는 농축 슬러지 순환 라인(L5)을 통해 이송되는 슬러지에 함유된 유기물질을 파괴하고 슬러지를 가열하여 가용화함으로써 슬러지 반응조(10)에 탄소원을 공급할 수 있을 뿐만 아니라 슬러지 반응조(10)를 외기 온도가 낮은 겨울철에도 적정 온도로 유지시켜 슬러지 반응조(10)에서의 미생물 활성을 높일 수 있다.The
소화조(40)는 슬러지 처리 라인(L2)을 통해 이송된 슬러지를 혐기성 미생물을 이용하여 분해하고 바이오 가스를 생성할 수 있다. 소화조(40)에서 생성된 바이오 가스는 열 에너지 수요처에 공급되어 에너지원으로 활용될 수 있다.The
소화조(40)에는 소화조(40)의 하부에 수용된 슬러지를 소화조(40)의 상부로 이송하는 소화 슬러지 순환 라인(L6)이 형성될 수 있다.A digester sludge circulation line L6 may be formed in the
소화 슬러지 순환 라인(L6)에는 제3 슬러지 가용화 장치(60c)가 설치될 수 있다.A
제3 슬러지 가용화 장치(60c)는 소화 슬러지 순환 라인(L6)을 통해 이송되는 슬러지에 함유된 유기물질을 파괴하고 슬러지를 가열하여 가용화함으로써 소화조(40)에 탄소원을 공급할 수 있을 뿐만 아니라 소화조(40)를 외기 온도가 낮은 겨울철에도 적정 온도로 유지시켜 소화조(40)에서의 미생물 활성을 높일 수 있다. 그 결과, 활성이 높아진 미생물의 유기적 작용으로 질산화 작용을 촉진시켜 소화 효율을 향상시킬 수 있고, 소화조(40)의 온도도 일정하게 유지시킬 수 있어 소화조(40)를 포함한 전체적인 운용 경비가 절감될 수 있다.The
소화조(40)를 거친 슬러지는 소화 슬러지 배출 라인(L7)을 통해 탈수기(50)로 이송될 수 있다.The sludge that has passed through the
소화 슬러지 배출 라인(L7)은 내부 순환 라인을 구비할 수 있고, 소화 슬러지 배출 라인(L7)의 내부 순환 라인에는 고강도 초음파 슬러지 파괴 장치(100) 및 제2 폐열 회수 장치(300b)가 설치될 수 있다.The digester sludge discharge line L7 may include an internal circulation line and the high-strength ultrasound
소화 슬러지 배출 라인(L7)에 설치된 고강도 초음파 슬러지 파괴장치(100)는 슬러지를 감량시킬 수 있을 뿐만 아니라 온도를 상승시켜 제2 폐열 회수 장치(300b)에 안정적인 열원을 제공할 수 있다. 제2 폐열 회수 장치(300b)는 열 교환에 의해 슬러지의 폐열을 회수할 수 있을 뿐만 아니라 슬러지의 온도를 낮추어 탈수기(50)에 공급함으로써 온도 저하에 따른 슬러지의 체적 감소를 초래하여 탈수기(50)에서의 탈수 효율을 향상시킬 수 있다. 제2 폐열 회수 장치(300b)는 열 교환기 및 폐열을 이용한 히트펌프를 포함할 수 있다.The high strength ultrasonic
소화 슬러지 배출 라인(L7)에는 슬러지 처리 라인(L2)에서 분기되는 농축 슬러지 배출 라인(L8)이 연결될 수 있다. 즉, 농축조(30)를 거친 슬러지 중 일부는 소화조(40)를 거치지 않고 농축 슬러지 배출 라인(L8)을 통해 탈수기(50)로 이송될 수 있다.The digested sludge discharge line L7 may be connected to a concentrated sludge discharge line L8 branched from the sludge processing line L2. That is, some of the sludge that has passed through the thickening
농축 슬러지 배출 라인(L8)에는 고강도 초음파 슬러지 파괴 장치(100) 및 제3 폐열 회수 장치(300c)가 설치될 수 있다.The concentrated sludge discharge line L8 may be provided with a high-strength ultrasonic
농축 슬러지 배출 라인(L8)에 설치된 고강도 초음파 슬러지 파괴장치(100)는 슬러지를 감량시킬 수 있을 뿐만 아니라 온도를 상승시켜 제3 폐열 회수 장치(300c)에 안정적인 열원을 제공할 수 있다. 제3 폐열 회수 장치(300c)는 열 교환에 의해 슬러지의 폐열을 회수할 수 있을 뿐만 아니라 슬러지의 온도를 낮추어 탈수기(50)에 공급함으로써 온도 저하에 따른 슬러지의 체적 감소를 초래하여 탈수기(50)에서의 탈수 효율을 향상시킬 수 있다. 제3 폐열 회수 장치(300c)는 열 교환기 및 폐열을 이용한 히트펌프를 포함할 수 있다.The high strength ultrasonic
탈수기(50)는 소화 슬러지 배출 라인(L7)을 통해 이송되는 슬러지를 탈수시켜 외부로 배출할 수 있다. 탈수기(50)에서 배출된 슬러지는 탈수 케이크 형태로 외부로 반출되어 소각 또는 매립되거나 토지 개량 등에 활용될 수 있다.The
제1 내지 제3 슬러지 가용화 장치(60a, 60b, 60c)는 고강도 초음파 슬러지 파괴장치(100) 및 이중관형 열교환 장치(200)를 포함할 수 있고, 이에 대해서는 자세히 후술하기로 한다.The first to
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 혐기성 소화 가용화 시스템을 구성하는 전부 또는 일부 라인(L1 내지 L8)의 분기점에는 밸브, 예를 들어 3방 밸브(three way valve)(미도시)가 설치될 수 있고, 전부 또는 일부 라인(L1 내지 L8)의 각각에는 처리수 또는 슬러지 이송에 필요한 압력을 생성하는 펌프(미도시)가 설치될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 혐기성 소화 가용화 시스템은 운전 조건, 예를 들어 슬러지 성상, 미생물 활성도, 외기 온도 등에 따라 시스템을 구성하는 밸브, 펌프 등의 구성요소를 자동 제어하는 제어장치(미도시)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, a valve, for example, a three way valve (not shown) is installed at a branch point of all or some of the lines L1 to L8 constituting the hybrid anaerobic digestion and solubilization system according to an embodiment of the present invention And a pump (not shown) may be installed in each of all or some of the lines L1 to L8 to generate a pressure necessary for transferring treatment water or sludge. In addition, the hybrid anaerobic digestion and solubilization system according to an embodiment of the present invention is a control device for automatically controlling components such as a valve, a pump, etc. constituting the system according to operating conditions such as sludge characteristics, microbial activity, (Not shown).
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중관형 열교환 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중관형 열교환 장치의 단면도이다.FIG. 2 is a schematic view of a dual-pipe heat exchanger according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view of a dual-pipe heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중관형 열교환 장치(200)는 제1 파이프유닛(210) 및 제2 파이프유닛(220)을 포함하며, 제1 파이프유닛(210)은 외관(211)과 내관(212) 및 간격 유지부(213)를 포함할 수 있다.2 and 3, a dual
제1 파이프유닛(210)은 외관(211)과 상기 외관(211)의 내부에 배치되는 내관(212)을 포함하여 구성되는 이중관형 구조이다. 따라서, 외관(211)과 내관(212) 사이의 공간 및 내관(212) 내부의 공간을 통해 서로 다른 복수의 유체가 동일한 방향 또는 역방향으로 각각 유동할 수 있다.The
도 2 및 도 3을 참조하면, 제1 파이프유닛(210)은 U자형 구조를 가지며 전체적으로 볼 때 직선부 구간(S)과 곡선부 구간(C)으로 나누어질 수 있다. 제1 파이프유닛(210)의 직선부 구간(S)은 주로 직관 파이프를 조립하여 구성될 수 있고, 곡선부 구간(C)은 엘보형 또는 C형과 같은 곡관 파이프를 조립하여 구성할 수 있는데, 이러한 파이프들은 별개로 제작되어 설계 조건에 맞게 조립되는 방식이다. 따라서, 본 실시예의 이중관형 열교환 장치는 열교환 용량의 확장성이 매우 뛰어나다. 또한, 복수개의 U자형 제1 파이프유닛(210)은 플랜지 등의 결합 구조를 통해 서로 연결될 수 있어 슬러지가 통과하는 유로의 길이를 능동적으로 확장할 수 있는 구조이다. 이 경우에 외관(211)과 내관(212) 사이의 빈 공간을 통해 열전달 물질이 이송되고 내관(212)의 내부 공간을 통해 슬러지가 이송될 수 있다.Referring to FIGS. 2 and 3, the
제2 파이프유닛(220)은 복수의 제1 파이프유닛(210)들을 서로 연결시키기 위한 매개체 구성이다. 제2 파이프유닛(220)은 제1 파이프유닛(210)의 내관(212)과 연결되는 단일관(221) 구조이다.The
제2 파이프유닛(220)은 복수의 제1 파이프유닛(210)들 사이에 개재되어 상류의 제1 파이프유닛(210)의 내관을 통해 이송되는 슬러지를 하류의 다른 제1 파이프유닛(210)의 내관으로 이송시키는 연결 기능을 가질 수 있다. 또한, 제2 파이프유닛(220)는 도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이 제1 파이프유닛(210)에 용이하게 결합되거나 분리될 수 있는 결합관계(예를 들어 플랜지를 이용한 결합구조)를 가지므로, 필요시 제2 파이프유닛(220)를 분리함으로써 제1 파이프유닛(210)의 내관(212)을 육안으로 확인할 수 있다. 또한, 고농도의 슬러지가 제1 파이프유닛(210)의 내관(212)을 통해 이송되는데, 이러한 슬러지는 점도가 높은 물질이므로 내관(212)의 내부에 고착될 가능성이 매우 높다. 따라서, 필요시 제2 파이프유닛(220)를 분리시켜 제1 파이프유닛(210)의 내부를 확인할 수 있으므로 파이프유닛(210, 220)의 유지 및 관리가 매우 용이하다.The
한편, 제1 파이프유닛(210)의 외관(211)과 내관(212) 사이의 공간으로 열전달 물질을 주입하거나 배출하기 위해서, 제1 파이프유닛(210)에는 유입 플랜지(216)와 배출 플랜지(217)가 구비될 수 있다. 유입 플랜지(216)는 외관(211)의 외주연에서 원주방향으로 배치되어 외부의 열전달 물질을 제1 파이프유닛(210)의 외관(211)과 내관(212) 사이의 공간 내부로 유입시킬 수 있다. 유입 플랜지(216)와 마찬가지로, 배출 플랜지(217)는 외관(211)의 외주연에서 원주방향으로 배치되며, 제1 파이프유닛(210)의 외관(211)과 내관(212) 사이의 공간 내부의 열전달 물질을 외부로 배출시키는 역할을 한다. 도 3을 참조하면, 유입 플랜지(216)는 외관(211)의 일단부에 설치되고, 배출 플랜지(217)는 외관(211)의 타단부에 설치될 수 있다.The
유입 플랜지(216)와 배출 플랜지(217) 각각은 인접한 다른 제1 파이프유닛(210)의 상응하는 배출 플랜지(217)와 유입 플랜지(216)에 볼트와 너트 등의 체결수단을 통해 결합될 수 있다. 따라서, 하나의 제1 파이프유닛(210)의 내부에서 유동하는 열전달 물질은 배출 플랜지(217)와 유입 플랜지(216)를 통해 인접한 다른 제1 파이프유닛으로 유동될 수 있다.Each of the
또한, 제1 파이프유닛(210)의 내관(212)이 제2 파이프유닛(220)의 단일관(221)과 연통되도록 하기 위해서, 내관(212)의 양단부에는 각각 제1 연결 플랜지(218)가 구비되고, 이에 상응하여 단일관(221)의 양단부에는 각각 제2 연결 플랜지(228)가 구비될 수 있다. 이중관형의 제1 파이프유닛(210)과 단일관형의 제2 파이프유닛(220)은 모두 C형 또는 U형의 관형을 가지므로, 각각의 상응하는 제1 연결 플랜지(218)와 제2 연결 플랜지(228)를 접합시킴으로써, 슬러지의 연속적인 이송을 가능하게 할 수 있다. 이 경우에도, 제1 연결 플랜지(218)와 제2 연결 플랜지(228)는 볼트와 너트 등의 체결수단을 통해 결합될 수 있다.A
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중관형 제1 파이프유닛의 일부를 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 제1 파이프유닛(210)의 외관(211)과 내관(212) 사이의 간격을 일정하게 유지하기 위해서, 간격 유지부(213)가 추가로 구비된다.FIG. 4 is a view showing a part of a dual pipe type first pipe unit according to an embodiment of the present invention. 4, a
간격 유지부(213)는 예를 들어 내관(212)의 외주연에서 외관(211)의 내주연을 향해 원주방향으로 돌출 형성된 막대 형상의 부재일 수 있다. 이러한 간격 유지부(213)는 내관(212)의 중심부에서 360도 방향으로 적어도 두개 이상이 설치될 수 있다.The
특히, 간격 유지부(213)는 제1 파이프유닛(210)의 직선부 구간(S)과 곡선부 구간(C)이 접하는 영역에 주로 설치된다. 이와 같이 간격 유지부(213)를 제1 파이프유닛(210)의 직선부 구간(S)과 곡선부 구간(C)이 접하는 영역에 배치하는 이유는, 외관(211)과 내관(212) 사이의 간격을 일정하게 유지하면서 동시에 외관(211)과 내관(212) 사이의 공간의 체적(이때의 체적은 후술하는 바와 같이 외관의 내경(D2)을 기준으로 산출한 체적(v2)에서 내관의 외경(D1)을 기준으로 산출한 체적(v1)을 뺀 체적차(v2-v1)와 실질적으로 동일함)이 간격 유지부(213)의 체적으로 인해 손실되는 것을 최소화하기 위함이다. 즉, 최대한 간격 유지부(213)의 설치 개수를 줄이면서 외관(211)과 내관(212) 사이의 간격을 유지하기 위함이다. 본 실시예의 경우 도 3에 도시된 바와 같이, 간격 유지부(213)가 곡선부 구간(C)의 양단부에서 수평방향으로 병렬적으로 연장되는 한 쌍의 직선부 구간(S)의 상측 구역에 하나씩 설치되는 것만으로도 상술한 효과를 기대할 수 있는 이점이 있다.In particular, the
또한, 외관(211)과 내관(212) 사이의 매우 협소한 공간에 간격 유지부(213)를 설치하는 것이 실제 현장에서는 매우 어려운 난제인데, 간격 유지부(213)를 직선부 구간(S)과 곡선부 구간(C)이 접하는 영역에 배치함으로써, 외관(211)과 내관(212) 사이의 매우 협소한 공간에 간격 유지부(213)를 보다 용이하게 설치할 수 있다. 특히, 본 실시예의 이중관형 열교환 장치는 외관(211)과 내관(212)의 사이 간격을 1.5mm 내지 2.5mm의 범위 내로 형성되도록 제작되는데, 이러한 협소한 간격을 유지하기 위해서는 고도의 부품 정밀한 가공 및 조립 공정이 요구된다. 이때, 간격 유지부(213)를 직선부 구간(S)과 곡선부 구간(C)이 접하는 영역에 배치할 경우, 직선부 구간(S)의 파이프와 곡선부 구간(C)의 파이프를 선 조립한 상태에서 직선부 구간(S)의 파이프와 곡선부 구간(C)의 파이프를 일체화시킬 때 이들 사이에 간격 유지부(213)를 개재하는 것만으로도 설치가 완료될 수 있어, 제1 파이프유닛(210)의 제작이 매우 용이해질 수 있다.In addition, it is very difficult in actual practice to provide the
이때, 내관(212)과 외관(211) 간의 조립의 용이성을 높이기 위해서, 직선부 구간(S)의 파이프 또는 곡선부 구간(C)의 파이프를 제작하는 과정에서 간격 유지부(213)가 직선부 구간(S)의 파이프의 끝단 또는 곡선부 구간(C)의 파이프의 끝단에 일체화되도록 제작될 수 있다. 이에 따라, 간격 유지부(213)를 직선부 구간(S)과 곡선부 구간(C)이 접하는 영역에 설치할 때, 추가적인 용접 공정 등이 생략될 수 있다.In order to increase the easiness of assembly between the
또한, 본 실시예의 제1 파이프유닛(210)은 외관(211)과 내관(212)의 사이 간격이 1.5mm 내지 2.5mm의 범위 내에 형성되도록 제작된다. 이와 같이 제1 파이프유닛(210)에서 외관(211)과 내관(212) 사이 간격이 1.5mm 내지 2.5mm의 범위(본 명세서의 도면은 상기 간격이 2mm로 유지되도록 제작된 제품의 실시예를 도시함)로 최소한의 간격만을 가지도록 제작됨으로써, 이중관형의 체적을 최소화할 수 있고 그 결과 본 실시예의 이중관형 열교환 장치를 종래에 비해 대략 1/2 정도로 콤팩트하게 제작할 수 있다. 특히, 열수와 같은 열전달 물질은 점도가 높은 슬러지에 비해 점도가 매우 낮으므로 동일한 량의 슬러지와 비교하여 동일한 시간에 보다 많은 열을 전달할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들에서는 슬러지를 이송하는 내관(212)의 내경의 체적은 그대로 두고, 외관(211)의 내경(D2)과 내관(212)의 외경(D2) 사이의 체적(D2-D1)을 최소화시킴으로써 종래의 열전달(열교환) 성능을 그대로 유지하면서도 제품의 크기를 콤팩트하게 제작할 수 있는 이점이 있다.The
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중관형 열교환 장치에서 이중관형의 제1 파이프유닛의 체적을 구하는 방법을 설명하기 위한 참조도이다.5 is a reference view for explaining a method of obtaining a volume of a double pipe type first pipe unit in a double pipe type heat exchange apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 외관(211)과 내관(212) 사이의 공간의 체적은, 외관의 내경(D2)을 기준으로 산출한 체적(v2)에서 내관의 외경(D1)을 기준으로 산출한 체적(v1)을 뺀 값, 즉 체적차(v2-v1)와 실질적으로 동일함을 알 수 있다. 따라서, 외관(211)의 체적과 내관(212)의 체적의 차이인 상기 체적차(v2-v1)를 외관(211)과 내관(212) 사이의 공간을 유동하는 열전달 물질의 체적으로 산출할 수 있다.5, the volume of the space between the
먼저 원통형 파이프의 체적은 아래의 수학식 1로 산출할 수 있는데, 이를 통대로 원통형 내관(212)의 체적과 원통형 외관(211)의 체적을 산출할 수 있고, 이에 따라 상기 체적차(v2-v1)를 산출할 수 있다.The volume of the cylindrical
[수학식 1] [Equation 1]
여기서, v는 원통의 체적이며, Π는 원주율을 나타내며, r은 원통의 반지름이며, h는 원통의 길이를 나타낸다.Where v is the volume of the cylinder, Π is the circularity, r is the radius of the cylinder, and h is the length of the cylinder.
수학식 1을 참조하여 내관(212)의 체적을 산출하면 아래의 수학식 2와 같다.The volume of the
[수학식 2] &Quot; (2) "
여기서, v1은 내관(212)의 외경(D1)을 기준으로 산출한 내관(212)의 체적이고, Π는 원주율을 나타내며, D1/2는 내관(212)의 반지름이며, H는 내관(212)의 길이를 나타낸다.Where D1 is the radius of the
다음으로, 수학식 1을 참조하여 외관(211)의 체적을 아래의 수학식 3과 같다.Next, referring to Equation 1, the volume of the
[수학식 3]&Quot; (3) "
여기서, v2은 외관(211)의 내경(D2)을 기준으로 산출한 외관(211)의 체적이고, Π는 원주율을 나타내며, D2/2는 외관(211)의 반지름이며, H는 외관(211)의 길이를 나타낸다.V2 is the radius of the
따라서, 외관(211)과 내관(212) 사이의 공간을 유동하는 열전달 물질의 체적, 즉 체적차(v2-v1)를 산출할 수 있다. 본 실시예의 경우 상기의 수학식 1 내지 3을 통하여 산출한 체적차(v2-v1), 즉 열전달 물질의 체적이 내관(212)의 내경을 기준으로 산출한 내관(212)의 체적, 즉 슬러지의 체적에 대비하여 20% 내지 100%가 되도록 외관(211)의 관경을 축소할 수 있다. 참고로, 산출한 체적차(v2-v1)이 내관(212)의 내경을 기준으로 산출한 내관(212)의 체적의 100%인 경우, 열전달 물질의 체적과 슬러지의 체적이 동일함을 의미한다.Accordingly, the volume, that is, the volume difference (v2-v1) of the heat transfer material flowing in the space between the
이와 같이 내관(212)의 관경은 그대로 둔 상태에서 외관(211)의 관경을 축소하여, 최종적으로 외관(211)과 내관(212)의 사이 간격이 1.5mm 내지 2.5mm의 범위 내에 있도록 이중관형 제1 파이프유닛(210)을 제작하더라도, 고점도의 슬러지 대비 액상의 열전달 물질의 점도가 매우 낮으므로 열전달 물질을 보다 빨리 순환시키는 방식을 통해 열전달 물질의 열전달 성능을 그대로 유지할 수 있다. 또한, 외관(211)과 내관(212) 사이의 공간을 통해 순환하는 열전달 물질의 순환 속도를 제어하는 방식을 통해 슬러지의 온도를 어느 정도까지 올리지 또는 반대로 낮출지를 현장 조건에 따라 결정할 수 있다.The diameter of the
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중관형 열교환 장치를 이용한 열전달 성능을 나타낸 작동 예시이다. 도 6을 참조하면, 본 실시예의 이중관형 열교환 장치를 이용하여 혐기성 소화조로 이송되는 슬러지의 온도를 효과적으로 가온하는 공정을 확인할 수 있다. 즉, 혐기성 소화조의 내부로 인입되는 슬러지의 최종 가온온도(섭씨 38도)와 본 실시예의 이중관형 열교환 장치(200)로 인입되는 보일러의 열수 공급온도(섭씨 70도)를 일정하게 유지한 상태에서, 이중관형 열교환 장치(200)만을 가지고 슬러지의 온도를 조절할 수 있음을 확인할 수 있다. FIG. 6 is an operation example showing heat transfer performance using a double-tube heat exchanger according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, it can be confirmed that the temperature of the sludge conveyed to the anaerobic digestion tank is efficiently heated by using the dual-pipe heat exchanger of the present embodiment. That is, in a state where the final heating temperature (38 ° C) of the sludge entering the inside of the anaerobic digestion tank and the hot water supply temperature (70 ° C) of the boiler introduced into the double-
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중관형 열교환 장치에서 제1 파이프유닛의 일부를 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중관형 열교환 장치에서 제1 파이프유닛의 길이방향을 따라 변형되는 단면 형상을 나타낸 도면이며, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중관형 열교환 장치에서 제1 파이프유닛의 단면 형상을 예시한 사진이다.FIG. 7 is a view showing a part of a first pipe unit in a dual pipe heat exchanger according to another embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a cross-sectional view of a double pipe heat exchanger according to another embodiment of the present invention, FIG. 9 is a photograph illustrating a cross-sectional shape of the first pipe unit in the dual pipe heat exchanger according to another embodiment of the present invention. FIG.
도 7 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 다른 실시예를 설명함에 있어서, 전술한 실시예에 따른 이중관형 열교환 장치와 동일 또는 상응하여 중복되는 부분은 구체적 설명을 생략하기로 하며, 전술한 실시예의 구성과 다른 부분을 중심으로 설명하도록 한다.7 to 9, the same or corresponding portions as those of the double-tube heat exchanger according to the above-described embodiment will not be described in detail. In the embodiment of the present invention, We will focus on the different parts from the configuration.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중관형 열교환 장치(201)는 제1 파이프유닛(210) 및 제2 파이프유닛(220)을 포함하며, 제1 파이프유닛(210)은 외관(211)과 내관(212) 및 간격 유지부(213)를 포함하며 상기 내관(212)의 표면을 따라 형성되는 복수의 돌기부(214)를 추가로 포함할 수 있다.7 through 9, a dual
돌기부(214)는 내관(212)의 내부로 또는 외부로 향하도록 돌출 형성된 원형의 홈 구조일 수 있다. 도면의 경우에는 돌기부(214)가 내관(212)의 내부로 향하도록 돌출된(도면에서 볼 때는 함몰된) 구조로 도시된다. 도 7을 참조하면, 복수의 돌기부(214)들 중 일부는 내관(212)의 원주면을 따라 상호 이격되게 방사상으로 형성되며, 나머지는 상기 내관(212)의 길이방향을 따라 상호 이격되게 형성됨을 확인할 수 있다.The
도 8을 참조하면, 복수의 돌기부(214)들이 내관(212)의 표면에 돌출(함몰)되게 형성됨으로써, 내관(212)의 내부 공간을 통해 이송되는 슬러지에 장운동과 유사한 유동 현상을 유발할 수 있다. 이러한 유동을 통해 내관(212)의 내측표면에 고착되기 쉬운 고형화된 슬러지를 깨끗하게 청소할 수 있는 이점이 있다.8, a plurality of
특히, 내관(212)의 표면을 따라 일정한 간격을 두고 돌기부(214)들이 반복적으로 돌출됨으로써, 내관(212)의 내측 단면 형상이 도 8에 도시된 바와 같이 원형 그리고 삼각형의 반복적인 패턴을 가지게 된다. 따라서, 슬러지가 내관(212)의 내부 공간을 통해 이송될 때, 돌기부(214)가 생략되어 내관(212)의 내경이 넓어진 구간(즉, 원형의 단면을 갖는 구간)에서는 슬러지가 상대적으로 느리게 유동하고, 돌기부(214)가 구비되어 내관(212)의 내경이 좁아진 구간(즉, 삼각형의 단면을 갖는 구간)에서는 상대적으로 유속이 빨라져 슬러지가 빨리 유동하는 형상을 반복함으로써, 슬러지가 내관(212)의 내측벽을 청소하는 효과를 기대할 수 있다.Particularly, by projecting
이를 위해, 내관(212)의 길이방향을 따라 이격되게 형성되는 돌기부(214)들 간의 중심간격(I)은 돌기부(214)의 지름(D3)보다 크고 내관(212)의 외경(D1)보다 작도록 설계될 수 있다.The center distance I between the
비록 도 7 내지 도 9에서는 내관(212)의 단면 형상이 돌기부(214)로 인해 대략적으로 삼각형 모양인 경우를 도시되고 있으나, 이는 하나의 예시에 불과하며, 다른 예시로서 내관(212)의 단면 형상은 네입클로버 모양 등 다양한 형상으로 변형될 수 있다.Although the
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 고강도 초음파 슬러지 파괴장치를 나타낸 도면이다.10 is a view showing a high strength ultrasonic wave sludge destruction apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고강도 초음파 슬러지 파괴장치(100)는 복수의 파이프(110) 및 초음파 발생기(120)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 10, a high-strength ultrasonic wave
복수의 파이프(110)는 상호간에 직렬 연결될 수 있다. 예를 들어, 첫 번째에 파이프(110)의 선단을 통해 슬러지 또는 처리수가 유입될 수 있고, 첫 번째에 배치된 파이프(110)의 후단은 두 번째에 배치된 파이프(110)의 선단에 연결될 수 있으며, 두 번째에 배치된 파이프(110)의 후단은 세 번째에 배치된 파이프(110)의 선단에 연결될 수 있다. 초음파 처리된 슬러지 또는 처리수는 마지막에 배치된 파이프(110)의 후단을 통해 배출되어 이중관형 열교환 장치(200) 또는 폐열 회수 장치(300a, 300b, 300c)로 공급될 수 있다.The plurality of
복수의 파이프(110)는 교번적으로 수평 방향 및 수평 방향에 대하여 상향 경사진 방향으로 연장될 수 있다. 이 경우에, 복수의 파이프(110) 중 상향 경사진 방향으로 연장되는 파이프(110)의 선단은 파이프(110)의 하단에 배치될 수 있다. 즉, 슬러지 또는 처리수는 복수의 파이프(110) 중 상향 경사진 방향으로 연장되는 파이프(110)에서 상승류를 형성할 수 있다. 다른 예시로서, 복수의 파이프(110)는 상호간에 상하 방향으로 이격되어 수평 방향으로 연장될 수 있다. 이 경우에, 복수의 파이프(110)는 서로 인접하는 2개의 파이프(110)에서 슬러지 또는 처리수가 반대 방향으로 이송될 수 있도록 배치될 수 있다. 또 다른 예시로서, 복수의 파이프(110)는 상호간에 수평 방향으로 이격되어 상하 방향으로 연장될 수 있다. 이 경우에, 파이프(110)의 선단은 파이프(110)의 하단에 배치될 수 있다. 즉, 슬러지 또는 처리수는 복수의 파이프(110)에서 상승류를 형성할 수 있다. 복수의 파이프(110)를 상술한 바와 같이 배치한 경우들을 종래의 경우와 비교한 결과 슬러지 처리 효율이 향상되는 것을 실험 데이터 등을 통해 확인할 수 있다.The plurality of
복수의 파이프(110) 중 첫 번째에 배치된 파이프(110)의 선단에는 슬러지 또는 처리수가 유입되는 통로인 유입부(130)가 결합될 수 있고, 마지막에 배치된 파이프(110)의 후단에는 슬러지 또는 처리수가 배출되는 통로인 배출부(140)가 결합될 수 있다. 또한, 복수의 파이프(110) 중 첫 번째에 배치된 파이프(110)의 후단에는 복수의 파이프(110)에 채워진 슬러지 또는 처리수를 배출시키기 위한 통로인 드레인부(150)가 결합될 수 있다. 드레인부(150)에는 드레인부(150)를 개방 및 폐쇄하기 위한 개폐밸브(미도시)가 설치될 수 있다.An
초음파 발생기(120)는 복수의 파이프(110)의 각각에 설치되어 파이프(110)를 통해 이송되는 슬러지 또는 처리수에 초음파를 조사할 수 있다. 구체적으로, 초음파 발생기(120)는 파이프(110)의 후단에 설치되어 슬러지 또는 처리수가 유입되는 파이프(110)의 선단을 향해 파이프(110)의 길이 방향으로 초음파를 조사할 수 있다. 즉, 초음파는 슬러지 또는 처리수의 이송 방향과 반대 방향으로 조사될 수 있다.The
초음파 발생기(120)에서 조사되는 초음파는 슬러지에 공동현상(cavitation)을 발생시켜 슬러지에 함유된 유기물질을 파괴할 수 있다. 슬러지는 공동현상에 의해 압축과 팽창을 반복하면서 미세기포를 생성할 수 있고, 이와 같이 생성된 미세기포는 공동현상에 의해 다시 압축과 팽창을 반복하면서 점차 성장하게 된다. 일정한 크기까지 성장한 미세기포는 더 이상 성장하지 못하고 폭발하게 되고, 이때 발산되는 높은 열 에너지와 압력은 슬러지에 함유된 유기물질의 세포막을 파괴할 수 있다. 따라서, 난분해성 유기물질을 가용화함으로써 슬러지를 감량할 수 있고, 유기물질에서 유출된 세포 내 물질은 미생물의 증식 및 활성을 증대시킬 수 있다. 특히, 농축조(30)를 거친 슬러지에 초음파를 조사함으로써 슬러지 처리 효율을 향상시킬 수 있다.Ultrasonic waves irradiated from the
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
L1: 처리수 처리 라인 L2: 슬러지 처리 라인
L3: 반송 슬러지 순환 라인 L4: 잉여 슬러지 순환 라인
L5: 농축 슬러지 순환 라인 L6: 소화 슬러지 순환 라인
L7: 소화 슬러지 배출 라인 L8: 농축 슬러지 배출 라인
10: 슬러지 반응조 20: 침전조
30: 농축조 40: 소화조
50: 탈수기 60a, 60b, 60c: 슬러지 가용화 장치
200, 201: 이중관형 열교환 장치 210: 제1 파이프유닛
211: 외관 212: 내관
213: 간격 유지부 214: 돌기부
220: 제2 파이프유닛 221: 단일관L1: treated water treatment line L2: sludge treatment line
L3: conveying sludge circulation line L4: surplus sludge circulation line
L5: Concentrated sludge circulation line L6: Digested sludge circulation line
L7: Digested sludge discharge line L8: Concentrated sludge discharge line
10: sludge reaction tank 20: settling tank
30: Enrichment tank 40: Digester
50:
200, 201: Double pipe type heat exchanger 210: First pipe unit
211: Appearance 212: Inner pipe
213: spacing portion 214:
220: second pipe unit 221: single pipe
Claims (13)
상기 복수의 제1 파이프유닛들 사이에 연결되어 상류의 제1 파이프유닛의 내관을 통해 이송되는 슬러지를 하류의 다른 제1 파이프유닛의 내관으로 이송시키는 제2 파이프유닛을 포함하며,
상기 제1 파이프유닛은,
상기 외관과 상기 내관의 사이에 개재되는 간격 유지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중관형 열교환 장치.
And a plurality of heat transfer materials are transferred through the space between the outer tube and the inner tube and the sludge is introduced into the inner tube through the inner tube, A first pipe unit of a structure to be conveyed; And
And a second pipe unit connected between the plurality of first pipe units to transfer the sludge conveyed through the inner pipe of the first upstream pipe unit to the downstream inner pipe of the first pipe unit,
The first pipe unit includes:
Further comprising a gap retaining portion interposed between the outer tube and the inner tube.
상기 제1 파이프유닛은 직선부 구간과 곡선부 구간으로 구획되는 U자형 구조를 가지며,
상기 간격 유지부는 상기 직선부 구간과 상기 곡선부 구간이 접하는 영역에 설치되는 것을 특징으로 하는 이중관형 열교환 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the first pipe unit has a U-shaped structure that is divided into a straight section and a curved section,
Wherein the gap maintaining portion is provided in an area where the straight section and the curved section are in contact with each other.
상기 외관과 상기 내관의 사이의 간격은 1.5mm 내지 2.5mm이며,
상기 외관과 상기 내관 사이의 공간을 유동하는 열전달 물질의 체적은 상기 내관의 내경을 기준으로 산출한 내관의 체적 대비 20% 내지 100%인 것을 특징으로 하는 이중관형 열교환 장치.
The method according to claim 1,
The distance between the outer tube and the inner tube is 1.5 mm to 2.5 mm,
Wherein the volume of the heat transfer material flowing through the space between the outer tube and the inner tube is 20% to 100% of the volume of the inner tube calculated based on the inner diameter of the inner tube.
상기 제1 파이프유닛은,
상기 외관의 외주연에서 원주방향으로 배치되어 외부의 열전달 물질을 내부로 유입시키는 유입 플랜지;
상기 외관의 외주연에서 원주방향으로 배치되어 내부의 열전달 물질을 외부로 배출시키는 배출 플랜지; 및
상기 내관의 양단부에 각각 배치되는 제1 연결 플랜지를 포함하며,
상기 제2 파이프유닛은,
단일관; 및
상기 단일관의 양단부에 각각 배치되어 상기 제1 연결 플랜지와 연결되는 제2 연결 플랜지를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중관형 열교환 장치.
The method according to claim 1,
The first pipe unit includes:
An inlet flange disposed in a circumferential direction at an outer periphery of the outer tube to introduce an external heat transfer material therein;
A discharge flange disposed in the circumferential direction at the outer periphery of the outer tube to discharge the heat transfer material to the outside; And
And a first connection flange disposed at both ends of the inner tube,
The second pipe unit includes:
Single tube; And
And a second connection flange disposed at both ends of the single pipe and connected to the first connection flange.
상기 내관은 그 표면을 따라 형성되는 복수의 돌기부를 포함하며,
상기 돌기부는 상기 내관의 내부 또는 외부를 향해 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 이중관형 열교환 장치.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the inner tube includes a plurality of protrusions formed along a surface thereof,
Wherein the protruding portion is protruded toward the inside or outside of the inner tube.
상기 복수의 돌기부들 중 일부는 상기 내관의 원주면을 따라 상호 이격되게 형성되며, 나머지는 상기 내관의 길이방향을 따라 상호 이격되게 형성되며,
상기 내관의 길이방향을 따라 이격되게 형성되는 돌기부들 간의 중심 간격은 상기 돌기부의 지름보다 크고 상기 내관의 외경보다 작은 것을 특징으로 하는 이중관형 열교환 장치.
6. The method of claim 5,
Wherein a part of the plurality of protrusions are spaced apart from each other along a circumferential surface of the inner tube and the rest are spaced apart from each other along a longitudinal direction of the inner tube,
Wherein a center distance between protrusions spaced along the longitudinal direction of the inner tube is larger than a diameter of the protrusion and smaller than an outer diameter of the inner tube.
상기 슬러지 반응조를 거친 하수를 침전시켜 처리수와 슬러지로 분리 배출하는 침전조;
상기 침전조에서 배출되는 처리수를 이송하는 처리수 처리 라인;
상기 침전조에서 배출되는 슬러지를 이송하는 슬러지 처리 라인;
상기 슬러지 처리 라인을 통해 이송된 슬러지를 혐기성 미생물을 이용하여 분해하고 바이오 가스를 생성하는 소화조;
상기 소화조를 거친 슬러지를 탈수시켜 배출하는 탈수기;
상기 슬러지 처리 라인에서 분기되어 상기 슬러지 반응조에 연결되는 반송 슬러지 순환 라인;
상기 슬러지 처리 라인에서 분기되어 상기 슬러지 반응조에 연결되는 잉여 슬러지 순환 라인; 및
상기 잉여 슬러지 순환 라인에 설치되고, 슬러지에 함유된 유기물질을 파괴하고 슬러지를 가열하여 가용화함으로써 상기 슬러지 반응조에 탄소원을 공급하는 제1 슬러지 가용화 장치를 포함하고,
상기 제1 슬러지 가용화 장치는,
초음파를 이용하여 슬러지에 함유된 유기물질을 파괴하는 고강도 초음파 슬러지 파괴장치; 및
상기 고강도 초음파 슬러지 파괴장치를 거친 슬러지를 열 교환에 의해 가열하는 제1항에 따른 이중관형 열교환 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 혐기성 소화 가용화 시스템.
A sludge reaction tank for introducing sewage from the outside and decomposing the organic substances contained in the sewage using microorganisms;
A sedimentation tank for sedimenting the sewage having passed through the sludge reaction tank and separating and discharging the treated water and the sludge;
A treatment water treatment line for transferring treatment water discharged from the settling tank;
A sludge processing line for transferring the sludge discharged from the settling tank;
A digester capable of decomposing sludge transferred through the sludge processing line using anaerobic microorganisms and generating biogas;
A dehydrator for discharging dehydrated sludge through the digester;
A conveying sludge circulation line branched from the sludge processing line and connected to the sludge reaction tank;
An excess sludge circulation line branched from the sludge processing line and connected to the sludge reaction tank; And
And a first sludge solubilizer installed in the excess sludge circulation line for supplying a carbon source to the sludge reaction tank by destroying organic substances contained in the sludge and heating and solubilizing the sludge,
The first sludge solubilizing apparatus includes:
A high strength ultrasonic wave sludge destruction apparatus for destroying organic substances contained in sludge by using ultrasonic waves; And
The hybrid anaerobic digestion and solubilization system according to claim 1, further comprising a double pipe type heat exchanger according to claim 1 for heating the sludge having passed through the high strength ultrasonic wave sludge disruptor by heat exchange.
상기 슬러지 처리 라인에 설치되고, 슬러지를 농축시키는 농축조;
상기 농축조를 거친 슬러지를 상기 슬러지 반응조로 이송하는 농축 슬러지 순환 라인; 및
상기 농축 슬러지 순환 라인에 설치되며, 상기 제1 슬러지 가용화 장치와 동일한 구조의 제2 슬러지 가용화 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 혐기성 소화 가용화 시스템.
8. The method of claim 7,
A concentration tank installed in the sludge treatment line and concentrating the sludge;
A concentrated sludge circulation line for transferring sludge through the thickener to the sludge reaction tank; And
Further comprising a second sludge solubilizer installed in the concentrated sludge circulation line and having the same structure as the first sludge solubilizer.
상기 소화조의 하부에 수용된 슬러지를 상기 소화조의 상부로 이송하는 소화 슬러지 순환 라인; 및
상기 소화 슬러지 순환 라인에 설치되며, 상기 제1 슬러지 가용화 장치와 동일한 구조의 제3 슬러지 가용화 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 혐기성 소화 가용화 시스템.
8. The method of claim 7,
A digester sludge circulation line for transferring sludge stored in a lower portion of the digester to an upper portion of the digester; And
Further comprising a third sludge solubilizer installed in the digester sludge circulation line and having the same structure as the first sludge solubilizer.
상기 고강도 초음파 슬러지 파괴장치는,
상호간에 직렬 연결되는 복수의 파이프; 및
상기 복수의 파이프의 각각에 설치되고, 상기 파이프를 통해 이송되는 슬러지에 초음파를 조사하는 초음파 발생기를 포함하며,
상기 초음파 발생기에서 조사되는 초음파는 슬러지에 공동현상(cavitation)을 발생시켜 슬러지에 함유된 유기물질을 파괴하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 혐기성 소화 가용화 시스템.
8. The method of claim 7,
The high strength ultrasonic wave sludge destruction apparatus comprises:
A plurality of pipes connected in series with each other; And
And an ultrasonic generator installed in each of the plurality of pipes and irradiating ultrasonic waves to the sludge conveyed through the pipe,
Wherein the ultrasonic wave irradiated from the ultrasonic generator generates cavitation in the sludge to destroy the organic material contained in the sludge.
상기 초음파 발생기는 상기 파이프의 후단에 설치되어 슬러지가 유입되는 상기 파이프의 선단을 향해 상기 파이프의 길이 방향으로 초음파를 조사하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 혐기성 소화 가용화 시스템.
11. The method of claim 10,
Wherein the ultrasonic generator is installed at a rear end of the pipe and irradiates the ultrasonic wave in the longitudinal direction of the pipe toward the tip of the pipe into which the sludge flows.
상기 복수의 파이프는 교번적으로 수평 방향 및 수평 방향에 대하여 상향 경사진 방향으로 연장되고,
상기 복수의 파이프 중 상향 경사진 방향으로 연장되는 상기 파이프의 선단은 상기 파이프의 하단에 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 혐기성 소화 가용화 시스템.
11. The method of claim 10,
The plurality of pipes alternately extending in an upward sloping direction with respect to the horizontal direction and the horizontal direction,
Wherein a tip of the pipe extending in an upward sloping direction of the plurality of pipes is disposed at a lower end of the pipe.
상기 처리수 처리 라인에 설치되어 열 교환에 의해 처리수의 폐열을 회수하는 제1 폐열 회수 장치;
상기 소화조를 거친 슬러지를 상기 탈수기로 이송하고, 내부 순환 라인을 구비하는 소화 슬러지 배출 라인;
상기 소화 슬러지 배출 라인의 내부 순환 라인에 설치되어 열 교환에 의해 소화 슬러지의 폐열을 회수하는 제2 폐열 회수 장치;
상기 슬러지 처리 라인에서 분기되어 상기 소화 슬러지 배출 라인에 연결되는 농축 슬러지 배출 라인; 및
상기 농축 슬러지 배출 라인에 설치되어 열 교환에 의해 농축 슬러지의 폐열을 회수하는 제3 폐열 회수 장치를 더 포함하며,
상기 고강도 초음파 슬러지 파괴장치는 상기 처리수 처리 라인, 상기 소화 슬러지 배출 라인의 내부 순환 라인, 및 상기 농축 슬러지 배출 라인에 각각 추가로 설치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 혐기성 소화 가용화 시스템.11. The method of claim 10,
A first waste heat recovering device installed in the treated water treatment line and recovering waste heat of the treated water by heat exchange;
A digester sludge discharge line for transferring sludge through the digester to the dehydrator and having an internal circulation line;
A second waste heat recovery device installed in an internal circulation line of the extinguished sludge discharge line for recovering waste heat of extinguished sludge by heat exchange;
A concentrated sludge discharge line branched from the sludge treatment line and connected to the digested sludge discharge line; And
And a third waste heat recovery device installed in the concentrated sludge discharge line for recovering waste heat of the concentrated sludge by heat exchange,
Wherein the high strength ultrasonic wave sludge destruction apparatus is additionally installed in the treated water treatment line, the internal circulation line of the extinguished sludge discharge line, and the concentrated sludge discharge line, respectively.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170035444A KR20180107435A (en) | 2017-03-21 | 2017-03-21 | Double pipe type heat exchanging system for heating anaerobic digester |
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KR1020170035444A KR20180107435A (en) | 2017-03-21 | 2017-03-21 | Double pipe type heat exchanging system for heating anaerobic digester |
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KR20180107435A true KR20180107435A (en) | 2018-10-02 |
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KR1020170035444A KR20180107435A (en) | 2017-03-21 | 2017-03-21 | Double pipe type heat exchanging system for heating anaerobic digester |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022180165A1 (en) * | 2021-02-26 | 2022-09-01 | Planet Biogas Group Gmbh | Biogas digester tank heating method and system, and modular heating rack for the same |
-
2017
- 2017-03-21 KR KR1020170035444A patent/KR20180107435A/en not_active Application Discontinuation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022180165A1 (en) * | 2021-02-26 | 2022-09-01 | Planet Biogas Group Gmbh | Biogas digester tank heating method and system, and modular heating rack for the same |
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