WO2010036039A2

WO2010036039A2 - 유기성 슬러지로부터 고액 슬러리를 제조하기 위한 연속식 처리 장치 및 이 연속식 처리 장치를 사용한 고액 슬러리 또는 메탄 가스의 제조 방법

Info

Publication number: WO2010036039A2
Application number: PCT/KR2009/005455
Authority: WO
Inventors: 김양배
Original assignee: 주식회사 디스텍
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2009-09-24
Publication date: 2010-04-01
Also published as: WO2010036039A3

Abstract

본 발명은, 유기성 슬러지로부터 고체 생성물과 액상 탈리액을 함유하는 고액 슬러리를 제조하는, 연속식 가온 가압 반응기를 포함하는 장치에 관한 것이다. 또한, 본원 발명은 상기 장치를 이용하여 유기성 슬러지로부터 고액 슬러리 또는 메탄 가스를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

유기성 슬러지로부터 고액 슬러리를 제조하기 위한 연속식 처리 장치 및 이 연속식 처리 장치를 사용한 고액 슬러리 또는 메탄 가스의 제조 방법

본 발명은 유기성 슬러지를 밀폐형 가온 가압 반응기에 연속적으로 투입하고, 당해 반응기의 온도 및 압력을 일정 수준으로 유지시킴으로써, 고체 고형물과 액상 탈리액을 함유하는 고액 슬러리를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 상기와 같이 제조된 고액 슬러리를 탈수시켜 액상 탈리액을 제거함으로써 수득된 고체 생성물을 고체 연료 또는 고체 연료탄으로 사용하는 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은, 유기성 슬러지로부터 고체 생성물과 액상 탈리액을 함유하는 고액 슬러리를 제조하는 장치에 관한 것이다.

본 발명은 또한, 상기 장치에 의해 유기성 슬러지의 세포벽을 파괴하고 결합수를 분리시킴으로써, 유기성 슬러지의 혐기소화 효율 및 메탄 생성을 증대시키는 방법에 관한 것이다.

미생물 처리방식으로 운영되는 하수처리장의 경우 대량의 폐 잉여슬러지가 발생하는데, 2006년 한 해 274 만여톤에 달하였으며 이 중 73.45%가 해양투기로 처리되었다. 그러나, 런던협약 '96 의정서가 2006년 3월 발효되면서 유기성 슬러지의 해양 배출 기준이 대폭 강화되었으며, 2011년부터는 유기성 슬러지의 해양 투기가 전면 금지되어, 해양투기를 대체할 환경친화적 유기성 슬러지 처리 기술의 개발이 시급하다.

하수 처리 후 발생하는 폐잉여 슬러지는 총유기성 탄소함량(TOC, 중량%, 건조)이 약 20 내지 40%로 건조시 발열량 2,000 내지 3,000 kcal/kg을 발현할 수 있는 에너지원이라 할 수 있다. 따라서, 고유가 시대를 맞이하여 에너지 재활용의 필요성 및 신에너지 자원의 개발이 절실해지고 있는 현재 슬러지 처리와 동시에 에너지원으로 활용할 수 있는 기술 개발이 필요하다.

현재 국제 유가는 2007년 하반기 대비 약 100% 상승한 110＄/bbl로서 고유가 시대에 대한 에너지 절약 및 신재생 에너지 개발의 필요성이 절실한 시점이지만, 슬러지 처리 분야에서는 환경 규제의 강화로 인하여 에너지 소비가 오히려 증가할 전망이다. 특히 향후 다가올 해양 투기 금기는 재이용, 감량화 또는 연료화의 비중 증가와 동시에 에너지 소비를 급증시킬 수 있는 위기 요소이다. 그러나, 유기성 슬러지는 지속적으로 증가할 것으로 예상되고 유기성 슬러지의 처리 비용도 증가할 것으로 예상되며 이는 해양 투기 금지로 증가가 더욱 불가피하다. 2005년 유기성 슬러지 발생량 7,052 톤/1일을 기준으로 연간 슬러지 처리 비용(30,000원/1톤)을 추정하면 약 770억원 정도이며, 2011년 예상 발생량 9,698톤/1일을 기준으로 유가 상승 및 해양 투기 금기로 인한 처리 비용 상승분을 고려(50,000원/1톤)한다면 연간 1,770억원에 육박할 것으로 예상된다.

따라서, 유기성 슬러지를 친환경적으로 대규모로 처리하면서 동시에 에너지원으로 활용할 수 있는 기술 개발이 절실하게 요구되고 있다.

유기성 슬러지는 2 ㎛의 크기를 갖는 미생물의 사체가 주된 물질로서, 점도를 갖는 물질이 플록을 형성하여 100 내지 1,000㎛크기의 입자를 형성하고, 플록 및 세포벽 내부에 수분이 다량 함유된다. 이와 같은 슬러지의 높은 함수율로 인해 유기성 슬러지의 재이용, 감량화 또는 연료화 등의 기술을 적용하는 데 있어서 걸림돌이 되고 있다(1차 탈수 처리 후 함수율 80%).

따라서, 유기성 슬러지의 후처리 및 재이용을 위해서는 우선 수분의 양을 낮추어야 하는데, 소각의 경우 슬러지의 함수율이 60% 미만이어야 하고, 재이용을 위해서도 함수율이 20% 미만이어야 한다. 따라서, 일반적인 건조공정을 통해 400℃가량의 열풍으로 처리하게 되는데 에너지 비용이 과다하고, 외부 공기원을 주입하게 되어 악취발생이 심하므로 주변 지역 주민에 의한 민원의 소지가 되고 있으며, 무엇보다 함수율이 65-55% 범위인 경우 점도가 높아져 장치 고장의 원인이 되며, 슬러지 세포벽의 파괴가 어려워 함수율 50% 미만으로 탈수 또는 건조하기가 어렵다.

특히 유기성 슬러지는 탈수시켜 건조한 슬러지는 고체 연료 또는 고체 연료탄으로 재이용될 수 있는 데, 이러한 고체 연료는 별도의 혼합물 없이 연료로 사용할 수 있으며, 고체 연료탄은 슬러지에 기타 혼합물을 섞어 만든 연료로 슬러지를 이용해 고체 연료탄으로 재이용하는 기술의 예로는 탈수슬러지를 순환 오일과 혼합하여 유동성을 갖는 슬러지를 제조하고 다목적의 건조 장치에 보내 슬러지의 수분을 효율적으로 제거하여 수분이 제거된 슬러지를 고액 분리기에서 오일을 제거하여 슬러지 케익을 생성하는 방법이 있다.

짐프로 공정(Zimpro process)으로 알려진 열적 습식 산화 기술은 밀폐형 반응장치를 통해 처리되는 기술이지만 슬러지의 유기물을 산화시키기 위한 산화제가 투입되어 생성물의 경우 궁극적으로 CO₂와 H₂O가 생성되는 반응이다.

또한, 대한민국 특허 제515497호는 가온 가압 반응기에서 유기성 슬러지를 가열하면서 슬러지에서 추출된 수분의 기화에너지 소요가 억제되도록 가온 가압 반응기의 온도와 압력을 열역학적 기준에 의거 조정함으로써 유기성 슬러지로부터 고체 탄화물을 생성하는 방법 및 이의 장치를 개시한다.

그러나, 상기 특허는 반응이 끝난 후에 실온까지 냉각시켜 반응물을 회수하는 회분식 반응에 관한 것으로, 에너지 손실이 크고 연속 운전이 어려워 상용화가 어렵다는 문제점이 있다. 특히, 당해 특허의 회분식 반응 장치는 순차적으로 운전되므로 반응시간(HRT)이 2시간일 경우 대기시간 및 승온시간을 대략 2시간 포함하여 하루 처리가능 시간은 12시간에 불과하므로, 처리량에 한계가 있어 대량 처리가 불가능하여 상용화되기 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은, 상기 특허 제515497호의 회분식 처리 장치의 처리 시간 및 처리량의 한계와 에너지 손실의 문제점을 개선시키기 위해, 회분식 처리 장치를 연속식으로 운전 가능하도록 구현한 것으로, 유기성 슬러지를 연속적으로 반응기 내 투입하고 반응 완료된 반응물은 회수하면서 온도와 압력이 유지되는 연속식 가온 가압 반응기를 고안하여, 대기시간 및 승온시간 필요없이 1일 24시간의 대량 처리 가능하고, 에너지 소모를 줄여 에너지 비용 면에서 개선시키고자 하였다.

본 발명은 또한, 상기 연속식 가온 가압 반응기를 이용하여 유기성 슬러지의 탈수 효율 및 혐기소화율을 증대시키고, 이로써 유기성 슬러지로부터 짧은 시간에 다량의 메탄 가스를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.

나아가, 본 발명은 유기성 슬러지로부터 메탄 가스를 제조함으로써, 유기성 슬러지를 효과적으로 처리하고, 이를 신에너지 자원으로 활용함으로써, 에너지 자원 고갈, 고유가 및 이산화탄소 배출량 규제 등의 제반 문제점을 극복할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 또한 유기성 슬러지를 탈수시켜 고체 생성물을 생성하고 이를 고체 연료 또는 고체 연료탄으로 사용하여, 유기성 슬러지의 신에너지 자원으로의 활용 방안을 제공하고자 한다.

본 발명은, 유기성 슬러지를 가온 가압 반응기에 연속적으로 투입하는 단계, 및 상기 투입된 유기성 슬러지를 가열하는 단계를 포함하고, 상기 가열하는 단계가 상기 슬러지에서 추출된 수분의 기화 에너지 소요가 억제되도록 상기 가온 가압 반응기의 온도와 압력을 열역학적으로 조정하여 상기 유기성 슬러지의 세포로부터 결합수를 분리시킴으로써, 고체 생성물과 액상 탈리액을 함유하는 고액 슬러리를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명은, 유기성 슬러지를 밀폐형 가온 가압 반응기에 연속적으로 투입하는 단계, 및 당해 반응기를 1 내지 3시간 동안 100 내지 300℃의 온도에서, 당해 온도 범위의 특정 온도 값에 대한 1 내지 90 kg/cm²범위 내의 특정 포화 수증기압 이상으로 가압시키는 단계를 포함하는, 유기성 슬러지로부터 고체 생성물과 액상 탈리액을 함유하는 고액 슬러리를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명은 상기 고액 슬러리를 혐기성 발효 방식에 의해 메탄 가스로 전환시키는 단계를 추가로 포함하는, 유기성 슬러지로부터 메탄 가스를 제조하는 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은, 상기 연속적 가온 가압 반응을 통한 전처리를 통해 유기성 슬러지의 세포벽을 파괴시키고 결합수를 분리시킴으로써, 유기성 슬러지의 혐기소화 효율 및 메탄 생성을 증대시키는 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 유기성 슬러지로부터 고체 생성물과 액상 탈리액을 함유하는 고액 슬러리를 제조하는 장치에 관한 것으로, 당해 장치는, 유기성 슬러지를 수용하기 위한 밀폐형 연속식 가온 가압 반응기, 상기 반응기 내부에 장착된 유기성 슬러지를 교반하기 위한 교반기, 상기 반응기 내부의 온도 측정을 위한 온도 센서, 상기 반응기 내부의 압력 측정을 위한 압력계, 상기 반응기 내부에 장착된 승온 및 온도조절 장치, 유기성 슬러지를 지속적으로 반응기에 공급하고 반응기 내 생성된 고액 슬러리를 지속적으로 이동시키기 위한 공급 펌프(feed pump), 및 반응기 후단에 설치되고, 상기 반응기 후단의 압력이 일정 수준 이상이 되는 경우 고액 슬러리 형태의 생성물을 배출 및 이송시키기 위한 압력 조절 수단을 포함한다.

본 발명에 따른 밀폐형 연속식 가온 가압 반응기를 이용함으로써, 환원 분위기에서 가온 가압하여 슬러지로부터 수분을 분리하고 유기물의 손실을 최소화하면서 고열량의 고체 고형물과 액상 탈리액을 생산할 수 있으며, 이를 연속식 장치로 구현함으로써 슬러지를 더욱 간편하게 처리할 수 있는 이점이 있다. 상세히는, 본 발명의 연속식 제조 장치 및 제조 방법은, 대기시간 및 승온 시간이 필요 없어 1일 24시간 처리가 가능하여 에너지 소모를 줄이면서 기존의 회분식 처리 장치에 비해 2배 이상 슬러지를 간편하게 처리할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 방법에 의해 생성된 고체 고형물의 경우 기존의 건조공정 또는 건식 열분해 적용 후의 고체 생성물과 비교시 높은 열량을 보존하고 있어 쓰레기 재생 연료(Refuse Derived Fuel) 등의 연료로서 활용가치가 높고, 액상 생성물로 분리되는 액상 탈리액의 경우는 용존 유기물 농도(SCOD: Soluble COD)가 평균 60,000 내지 80,000 mg/L로서 혐기소화를 통해 메탄가스를 제공할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 제조 방법 및 제조 장치는, 유기성 슬러지의 폐기 처리 비용을 절감시키고 슬러지 폐기로 인한 환경 오염을 감소시킬 뿐 아니라, 고액 슬러리 내 함유된 고체 고형물과 액상 탈리액의 효과적인 자원화 또는 재활용화 가능성을 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 유기성 슬러지의 처리 공정의 구성도이다. 당해 구성도는 호퍼(11), 공급 펌프(12), 습식열분해 연속식 반응기(Continuous PFR(Plug Flow Reactor))(13), 고액 슬러리 생성물 이송관(14), 배출 용기(15), 저장(storage) 용기(16), 고액 분리 탈수 수단(17), 열 회수 용기(18), 연속식 관형 반응기(21), 교반기(22), 승온 및 온도조절장치(23), 온도계(24), 압력계(25), 생성물 반송관(26) 및 생성물 배출 및 압력조절장치(27)를 포함한다.

도 2는 본 발명에 따른 유기성 슬러지의 처리 공정의 구성도로, 당해 구성도는 도 1에 따른 구성 외에 스팀 공급 유닛(30)을 추가로 포함한다.

도 3은 본 발명에 따른 유기성 슬러지의 처리 공정의 구성도로, 당해 구성도는 가온 가압 반응기(13)에서 발생한 스팀을 회수하고, 회수된 스팀이 스팀 공급 유닛(30)을 통해 공급 펌프 전단 및/또는 반응기의 전단 입부구에 공급됨을 보여준다.

도 4는 유기성 슬러지 시료(DS(dewatered sludge(함수율 80%))의 습식열분해에서 온도구간별 입자 크기의 용적%를 보여주는 그래프이다.

도 5는 유기성 슬러지의 열수 가압 반응 생성물의 온도 변화에 따른 가용화율(SCOD/TCOD)의 변화를 보여주는 그래프이다.

도 6은 유기성 슬러지를 원료로 하여 TGA(Thermogravimetric Analysis)(좌측도) 및 DTA(시차열분석)(우측도)를 각각 측정한 그래프이다.

도 7은 유기성 슬러지 분해시 반응 온도 변화에 따른 단백질 양 및 점도 변화를 보여주는 그래프이다.

도 8은 함수율 80%의 슬러지를 직접건조, 간접건조 또는 열수 분해 후 저온건조하여 함수율 5%가 되게 처리하는 데 소요되는 에너지 투여량을 비교하여 도시한다.

도 9는 연속식 반응기 내부에서 온도 상승에 따라 포화수증기압 이상의 압력이 형성됨을 보여주는 그래프이다.

도 10은 열수가압 반응 탈리액의 혐기소화 실험을 통한 발생가스 누적 결과를 보여주는 그래프이다.

본 발명은, 유기성 슬러지를 가온 가압 반응기에 연속적으로 투입하는 단계, 및 상기 투입된 유기성 슬러지를 가열하는 단계를 포함하고, 상기 가열하는 단계가 상기 슬러지에서 추출된 수분의 기화 에너지 소요가 억제되도록 상기 가온 가압 반응기의 온도와 압력을 열역학적으로 조정하여 상기 유기성 슬러지의 세포로부터 결합수를 분리시킴으로써, 고체 생성물과 액상 탈리액을 함유하는 고액 슬러리를 제조하는 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은, 유기성 슬러지를 밀폐형 가온 가압 반응기에 연속적으로 투입하는 단계, 및 당해 반응기를 1 내지 3시간 동안 100 내지 300℃의 온도에서, 당해 온도 범위의 특정 온도 값에 대한 1 내지 90 kg/cm²범위 내의 특정 포화 수증기압 이상으로 가압시키는 단계를 포함하는, 유기성 슬러지로부터 고체 생성물과 액상 탈리액을 함유하는 고액 슬러리를 제조하는 방법을 제공한다.

함수율 80%의 유기성 슬러지를 습식 열분해(가온 가압) 반응기 안에 연속적으로 투입하고 가온(100 내지 300℃) 및 각각의 온도에서의 포화 수증기압 이상으로 가압(1 내지 90 kg/cm²이상)하면서 1 내지 3시간 가량 반응을 진행시키면, 유기성 슬러지 세포 내 함유 수분인 결합수가 분리되어 반응기 내에 포화수로 존재하게 되는데, 반응기 내부에서 고온의 열을 갖는 수분은 열매체로서 작용하여 외부열원과 함께 자체적으로 슬러지 세포를 파괴하는 역할을 수행하게 된다. 함수율 80%인 탈수 슬러지(DS: Dewatered Sludge)를 원료로 하였을 때 반응 후 미세 입자(입경 10㎛ 내외)와 액상의 탈리액이 혼합된 고액(고체+액체) 슬러리 상태의 생성물을 얻게 되는데 이를 탈수 수단(예: 탈수기)를 통해 고액 분리하면 간단하게 함수율 30% 미만의 고체 고형물과 탈리액을 얻게 되며, 이미 자유수로 전환된 수분이 대부분이므로 저온건조를 수행하여 함수율 5% 미만의 고형물을 얻을 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 제조 방법은, 고액 슬러리 상태의 생성물을 탈수 수단을 사용하여 고체 고형물과 액상 탈리액으로 분리시키는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 또한 함수율 5% 미만의 고체 고형물을 얻기 위해 탈수 후 수득된 함수율 30% 미만의 고체 고형물을 저온 건조시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, 슬러지의 세포 파괴 및 결합수 분리를 위한 온도 조건은 100 내지 300℃이며, 바람직하게는 190 내지 250℃의 범위이다.

본 발명에 따른 메탄 제조 방법은 고체 고형물과 액상 탈리액을 함유하는 고액 슬러리를 혐기소화 반응시키거나, 액상 탈리액만을 혐기소화 반응시킬 수 있으나, 바람직하게는 액상 탈리액을 사용한다. 따라서, 본원의 메탄 제조 방법은 고액 슬러리를 고체 고형물과 액상 탈리액으로 분리시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

상기 혐기소화 반응은, 본 기술 분야에서 알려진 통상의 혐기성 발효 방법을 사용할 수 있다. 중온(mesophilic temperature) 범위에서의 혐기성 처리 공정은 고온 처리(thermophilic treatment) 보다 높은 수준의 메탄화 및 처리 안정성을 달성할 수 있다. 혐기성 접촉, 혐기성 필터, 혐기성 유동상, 상향식 혐기성 슬러지 블랭킷(UASB) 등을 포함하는 몇몇 알려진 혐기성 처리 공정과 이러한 혐기성 처리의 혼합 공정이 가수분해 액의 처리를 위해 본 발명과 함께 사용될 수 있다.

혐기소화 반응은 일반적으로 4단계, 즉 가수분해(hydrolysis), 산 생성(acidogenesis), 초산 생성(acetogenesis) 및 메탄 생성(methanogenesis)이 관련되어 있음이 공지되어 있으며, 이 중 가수분해 단계가 슬러지 소화의 제한적인 단계로서 알려져 있는데, 이는 단단한 미생물의 세포벽이 세포 밖으로 세포 내 물질이 빠져나가는 것을 막아 슬러지 소화를 방해하기 때문이다.

본 발명은 유기성 슬러지를 연속적 가온 가압 반응기에서 전처리하여 세포벽을 파괴시키고 세포 내 결합수를 분리시켜, 혐기소화 반응에서 제한적 단계인 가수분해 단계를 개선시킨다.

본 발명에 따른 고액 슬러리 또는 메탄 가스의 제조 방법에 있어서, 상기 포화 수증기압 이상의 압력은, 별도의 가압 장치 없이 유기성 슬러지의 투입 압력과 상기 반응기 내부에서 발생하는 저분자량 유기물의 휘발분 및 수증기의 증기압에 의해 형성된다. 이로써 기화 에너지로의 소모가 없어 슬러지 처리 비용을 절감할 수 있다. 당해 압력은 100℃에서는 1.03 kg/cm²의 포화수증기압 이상, 150℃에서는 4.85 kg/cm²의 포화수증기압 이상, 200℃에서는 15.85 kg/cm²의 포화수증기압 이상, 250℃에서는 40.56 kg/cm²의 포화수증기압 이상, 300℃에서는 87.62 kg/cm²의 포화수증기압 이상과 같은 방식으로, 100 내지 300℃ 범위 내의 특정 온도 값에 대한 1.03 내지 87.62 kg/cm² 이상의 특정 압력 값으로 정해질 수 있다.

본 발명에 따른 제조 방법은, 상기 반응기에서 생성된 고액 슬러리 형태의 생성물을 배출 및 이송하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 당해 단계는 상기 반응기 후단의 압력이 일정 수준 이상이 되는 경우 고액 슬러리를 반응기 밖으로 배출 및 이송하도록 한다. 반응기 후단에서 비교적 고압의 압력을 일시에 해제하는 것은 반응기 내 압력 강하의 문제 및 공정 구성에도 어려움이 있으므로, 순차적으로 다단계를 거친 압력 해제를 통해 생성물이 원활하고 연속적인 배출 및 이송하도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, 슬러리 상태의 반응 생성물의 일부, 예를 들어 5 내지 50%를, 상기 연속식 가온 가압 반응기 입구로 반송시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이로써, 반응기로 투입되는 원료의 점성을 낮출 뿐 아니라 생성물이 가지고 있는 고온을 이용하여 초기 유입되는 반응물의 온도를 올리는 데 수월한 장점이 있다.

본 발명은 연속식 가온 가압 반응기에 의해 유기성 슬러지로부터 결합수를 탈리시킴으로써 슬러지를 액상 탈리액과 고체 고형물로 분리시킬 수 있다.

상기 슬러지는 건조 처리를 하지 않은 상태로 투입하는 것이 좋다. 슬러지를 사전에 건조 처리를 하지 않기 때문에, 건조 처리를 위한 장치와 시간 및 인력이 필요치 않고, 생성된 고체 고형물의 단위 열량도 높다.

또한, 상기 가온가압 반응기는 악취발생의 억제를 위해 밀폐된 상태에서 운전된다.

본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, 상기 반응 온도의 범위는 유기성 슬러지의 세포파괴 및 결합수 분리에 있어서 도 4에서와 같이 반응온도가 상승할수록 세포 파괴가 잘되어 입도 크기가 초기의 50 내지 1000㎛로부터 10㎛ 영역대로 수렴하는 것을 알 수 있으며, 도 6의 TGA/DTA 도표에서, 유기물 감량구간이 250 내지 500℃임을 알 수 있다. 또한 도 7에서 슬러지의 세포물질이 파괴되어 점도가 감소하는 구간을 알 수 있는데, 대략 190℃ 이상의 온도가 필요하다는 것을 알 수 있다. 이로부터 슬러지의 세포 파괴 및 결합수의 분리를 위한 온도조건으로 190 내지 250℃ 범위가 최적의 온도구간이다. 다만, 다소간의 유기물 손실 및 미반응 상태가 큰 영향이 없는 상황에서 일반적으로 온도 100 내지 300℃의 조건에서 운전할 수 있다.

반응기 내 내부의 압력은 별도의 가압 장치가 필요없는 것이 특징이며, 공급 펌프에 의한 원료 물질의 투입 압력과 일부 저분자량 유기물/수증기의 증발 압력이 서서히 증가하여 포화수증기압 이상의 압력이 형성된다. 따라서 기화에너지로의 소모가 없어 도 8에서 보는 바와 같이 처리비용 절감이 가능하다. 즉, 유기성 슬러지 원료 1톤 처리시 수분을 증발시킬 경우 직접 건조방법은 977,400 kcal, 간접 건조방법은 1,629,000 kcal가 소요되지만 비증발형 습식 열분해 가온가압 반응에서는 433,163 kcal/kg의 에너지가 소요된다.

다음의 표 1은 정해진 반응온도를 상승시키는데 필요한 최소한의 소요압력인 포화수증기압의 열역학적 자료이며, 도 9를 통해 연속식 반응기 내부에서 온도가 상승함에 따라 압력도 점차적으로 상승하는 것을 확인할 수 있다.

표 1

스팀/물 표 (단위: kcal/kg)

반응온도(℃)	포화수증기압(kg/cm²)	포화수	포화수증기	기화에너지
반응온도(℃)	포화수증기압(kg/cm²)	물(0℃)->포화수	물(0℃)->포화수증기	포화수->포화수증기
100	1.03	100.1	639.1	539
150	4.85	150.9	655.7	505
200	15.85	203.6	666.6	463
250	40.56	259.3	668.8	409
300	87.62	321.3	657.1	336

본 발명은 또한 유기성 슬러지로부터 고체 생성물과 액상 탈리액을 함유하는 고액 슬러리를 제조하는 장치를 제공하며, 당해 장치는 유기성 슬러지를 수용하기 위한 밀폐형 연속식 가온 가압 반응기, 상기 반응기 내부에 장착된 유기성 슬러지를 교반하기 위한 교반기, 상기 반응기 내부의 온도 측정을 위한 온도 센서, 상기 반응기 내부의 압력 측정을 위한 압력계, 상기 반응기 내부에 장착된 승온 및 온도조절 장치, 유기성 슬러지를 지속적으로 반응기에 공급하고 반응기 내 생성된 고액 슬러리를 지속적으로 이동시키기 위한 공급 펌프, 및 반응기 후단에 설치되고, 상기 반응기 후단의 압력이 일정 수준 이상이 되는 경우 고액 슬러리 형태의 생성물을 배출 및 이송시키기 위한 압력 조절 수단을 포함한다.

본 발명에 따른 고액 슬러리 제조 장치는 상기 구성 외에 스팀 공급 유닛을 추가로 포함할 수 있다. 이 스팀 공급 유닛을 통해 가온 가압 반응기에서 발생한 스팀을 회수하고, 회수된 스팀을 공급 펌프 전단 및/또는 반응기의 전단 입부구에 공급할 수 있다.

상기 연속식 가온 가압 반응기는 세부적으로 관형 반응기(21), 교반기(22), 승온 및 온도조절장치(23), 온도 센서(24), 압력계(25), 생성물 배출 및 이송을 위한 압력 조절 수단(27)을 포함한다. 반응기는, 슬러리 상태의 반응 생성물의 일부, 예를 들어 5 내지 50%를, 반응기 입구로 반송하기 위한 생성물 일부 반송관(26)을 추가 포함할 수 있다. 이로써 유기성 슬러지 열수 가압 반응기에서의 발생한 고온을 이용하여 반응기의 에너지 효율을 높일 수 있다.

밀폐된 구조의 연속식 가온가압 반응기(13)는 예를 들어, 연속식 루프 타입 관형 반응기(continuous loop type tubular reactor)이다.

본 발명의 한 양태에서 루프 형태의 반응기는 관형 타입의 배관을 이용하여 제작가능하므로 공급 펌프(12)의 용량에 맞추어 반응기 부분만 추가 장착이 가능한 확장성이 있으며, 공간 활용이 용이하여 회분식 반응기(Batch Reactor)보다 설치 면적이 적어지는 장점이 있다.

본 발명의 한 양태에서 연속식 반응기 내에 장착하는 교반기(22)는 완벽한 밀봉(seal)이 요구되어 지는데, 기존의 구동축 및 베어링에 의한 스크류 타입의 교반기는 압력이 존재하는 조건에서는 반응생성물의 누수 현상이 발생하게 되어, 본 발명에서는 기계적 밀봉이 필요없는 정적 혼합기(STATIC MIXER)를 채용하였다.

상기 밀폐된 구조의 가온 가압 반응기(13)의 주변 장치들로는 공급 펌프(12)가 있으며, 이외에 호퍼(11), 고액 슬러리 이송을 위한 생성물 이송관(14), 고액 슬러리의 2단계 배출을 위한 배출 용기(15), 고액 슬러리의 3단계 배출을 위한 저장(storage) 용기(16), 고액분리용 탈수기(17), 수증기 열회수를 위한 열 회수 용기(18)를 추가 포함할 수 있다.

본 발명의 한 양태에서 공급 펌프(12)는 원하는 압력 범위까지 유기성 슬러지 원료를 지속적으로 공급하고, 반응기 내 고액 슬러리 생성물을 지속적으로 이동시킬 수 있는 모노 펌프(mono pump)를 채용하였으나 기타 펌프 종류가 또한 본원 발명에 사용될 수 있다.

상기 반응기는 필요에 따라 상기 압력 조절 수단 외에 추가로 압력을 순차적으로 해제시키기 위해, 배출 용기(15) 및 저장 용기(16)과 이에 부착된 자동 밸브를 추가 함유할 수 있다. 반응기 후단의 압력 조절 수단(27)은 반응기의 압력이 20 kg/cm² 이상이 되면 자동적으로 밸브를 열어 생성물을 배출 용기(15)로 배출시켜주고, 배출 용기(15)에서는 10 kg/cm² 이상의 수증기압이 생성될 경우 수증기를 열 회수 용기(18)로 배출시키면서 일정 시간 간격으로(대략 30분) 저장 용기(16)으로 고액 슬러리를 배출시킨다.

저장 용기(16)에서는 고액 슬러리를 저장하면서 이를 고액 분리 탈수 수단(17)으로 이송해주게 된다. 반응기 후단에서 비교적 고압의 압력을 일시에 해제하는 것은 반응기 내 압력 강하의 문제 발생 및 공정 구성에도 어려움이 있으므로, 순차적으로 다단계를 걸친 압력 해제를 통해 생성물의 원활하고 연속적인 배출 및 이송이 가능하다.

상기 반응기에는 필요에 따라 공정 후단에 열 회수 용기(18)를 추가로 포함하고, 이는 주로 배출 용기(15)에서 배출되는 포화수증기를 포집하여 후단 공정에서 생성물의 건조 등에 열원으로 사용될 수 있다. 즉, 본 발명은 유기성 슬러지의 열수 가압 반응에서 발생한 수증기의 폐열을 회수하여 최종 생성물을 건조하여 에너지 효율을 증가시킨다.

본 발명의 스팀 공급 유닛(30)은, 공급 펌프(12) 전단 및/또는 반응기(13) 전단 입구부에 고온의 스팀을 공급하도록 제공된다. 본 발명의 일 양태에 따른 도2의 스팀 공급 유닛(30)은, 반응기(13) 외부에서 스팀을 발생시키는 장치와, 발생된 스팀을 공급 펌프(12) 전단 및/또는 반응기(13) 전단 입구부 내로 전달하는 관로 및/또는 밸브 등을 포함한다. 상기 스팀 공급 유닛(30)은, 고온의 수증기를 공급 펌프(12)의 전단 및/또는 반응기(13) 전단 입구부 내로 공급함으로써, 슬러지의 점도를 낮추고, 또한, 슬러지의 유동성을 증가시켜 준다. 따라서, 상기 스팀 공급 유닛(30)은 공급 펌프(12)로부터 반응기(13)까지의 슬러지 이동성을 좋게 한다. 또한, 슬러지가 고온의 스팀에 의해 공급 펌프(12) 내에서 미리 가열되므로, 가온 가압 반응기(13) 내의 반응 시간을 단축시키는 데에도 기여할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따른 도 3에 도시된 장치는 스팀 공급 유닛과 관련된 부분을 제외하면, 도 2에 도시된 장치와 유사하다. 상세히는, 앞에서 설명된 스팀 공급 유닛이 외부에서 독립적으로 발생한 스팀을 호퍼(11)과 공급 펌프(12)의 사이 및/또는 가온 가압 반응기 전단 입구부 내에 공급하는 것과 달리, 도 3에 도시된 스팀 공급 유닛(30)은, 가압 가온 반응기(13)에서 발생한 스팀을 회수하여, 그 회수된 스팀을 공급 펌프 전단이나 반응기의 전단에 공급하도록 구성된다. 이를 위해, 상기 스팀 공급 유닛(30)은, 반응기(13)와, 공급 펌프(12) 전단 또는 반응기 전단 입구부를 연결시켜 주는 스팀 관로(31)와, 상기 스팀 관로(31)에 설치된 개폐 밸브(32)를 포함한다. 스팀 관로(31)의 종단이 비교적 압력이 낮은 공급 펌프(12)의 전단측과 연결되고/연결되거나 가온 가압 반응기(13)의 전단 입구부에 연결되므로, 상기 개폐 밸브(32)를 상기 공급 펌프 전단 또는 반응기 전단 입구부 중 적어도 어느 한 방향을 개방함으로써, 스팀을 상기 공급 펌프 전단 및/또는 반응기 전단 입구부로 공급할 수 있다.

본 발명의 실시예가 아래 기술되며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

유기성 슬러지로부터 고체 고형물 및 액상 탈리액 제조

도 1에 나타낸 유기성 슬러지 처리 장치와 동일한 구성으로 이루어진 장치를 이용해서 유기성 슬러지(함수율 80%) 시료 1톤을 200℃의 온도로 습식열분해 반응을 진행시켰다. 반응 압력을 포화수증기압보다 높은 20기압 수준으로 유지하여(도 9 참조), 액상 생성물이 증발되지 않아 기화에너지로의 소모를 최소화하였다. 습식열분해 후 생성된 고액 슬러리(함수율 80%)는 이미 결합수 대부분이 자유수로 전환된 상태로 간단한 탈수 처리에 의해 함수율 30% 수준의 고체 고형물 285.7kg이 수득되었다. 이를 저온 건조시 함수율 5% 미만의 고체 고형물 210.5kg가 수득되었으며, 탈수처리 후 탈리액 714.3kg을 수득하였다.

실시예 2

고체 고형물의 단위 열량 측정

실시예 1에서 수득된 고체 고형물과, 건조 공정이 필수 조건인 건식 열분해에 의해 얻어진 탄화고형물(Char)의 열량(HHV, High Heating Value)을 비교하였다. HHV 계산식은 Duloug의 식을 사용하였으며, 당해 식은 다음과 같다.

HHV 계산식= 8100(C)+34000(H-O/8)+2500(S)

일반적으로 건조 공정에서는 휘발성 고형물이 수분과 함께 쉽게 증발하고, 또한 건식 열분해 과정에서는 수분이 거의 없는 건조 고형물을 액화 또는 가스화처리를 목적으로 하므로, 다소 높은 온도 조건, 즉, 350 내지 750℃에서 운전되어 액화 물질(CxHy) 또는 가스화 물질(CH₄)이 생성되어, 탄화고형물(Char)의 열량이 감소된다. 건조 과정을 거치지 않은 본 발명에 의한 습식 열분해에 의해 생성된 단위열량은 4,500 내지 5,000 kcal/kg으로, 일반적인 유기성 슬러지 시료의 단위열량인 2,500 내지 3,000kcal/kg을 크게 상회하여 고품위 원료로서 활용이 가능함을 확인하였다.

실시예 3

액상 탈리액의 탈수능 평가

실시예 1에서 수득된 액상 탈리액의 탈수능을 CST(Capillary Suction Time)와 TTF(Time to Filtrate)를 통해서 확인하였다. CST는 슬러지의 여액이 모세관을 통해 여과지 1cm를 통과하는 데 걸리는 시간으로 CST 측정값이 낮을수록 슬러지의 탈수성은 개선된다. TTF는 슬러지 부피의 50%가 여액으로 빠져 나오는데 걸리는 시간을 나타낸다.

하기 표 2의 CST 결과는 같은 조건의 lab scale의 회분식 반응기의 결과보다 좋은 결과를 나타내었다. 따라서, 이상적인 반응조건인 회분식 반응 특성과 유사한 특성을 연속식 열수가압 반응에서도 확인할 수 있었다.

표 2

Lab scale 회분식과 연속식 열수가압반응 생성물의 CST 측정 결과(200℃)

	1회	2회	3회	평균
lab scale 회분식 200℃	63.7	64.4	65.4	64.5
연속식 반응기 200℃	46.2	49.7	47.5	47.8

또한, TTF의 탈수능 측정 결과에서도 이와 유사한 경향을 나타내었으며, 당해 결과를 하기 표 3에 나타낸다.

표 3

Lab scale 회분식과 연속식 열수가압반응 생성물의 TTF 측정 결과(200℃)

	1회	2회	3회	평균
lab scale 회분식 200℃	93	93	99	95
연속식 반응기 200℃	93	96	93	94

본 발명에 따른 연속식 열수 가압 반응을 통해 수득된 고액 슬러리의 입도 분석 결과 회분식 실험보다 더 작은 평균입경 및 유효입경을 나타내었다(표 4 참조).

표 4

Lab scale 회분식과 연속식 열수 가압 반응 생성물의 입도 분석 결과

입경크기별	하수슬러지의 Lab scale 회분식 실험			연속형반응기Pilot(1회)	연속형반응기Pilot(2회)
입경크기별	200℃	220℃	250℃	200℃	200℃
D0.1	5.39	3.18	2.40	2.16	1.68
D0.5	31.23	18.26	12.78	8.34	6.21
D0.9	149.53	54.42	32.92	41.4	32.44

따라서, 위 결과로부터 연속식 열수 가압 반응을 통해, 유기성 슬러지의 세포벽이 파괴되고 결합수가 분리되었음이 확인된다. 또한, 세포벽 파괴는 도 5의 가용화율(SCOD/TCOD)의 증가를 통해 확인할 수 있다. 세포벽이 파괴되면서 세포질 물질이 외부로 노출되면서 SCOD가 증가한 것으로 보인다. 본 발명의 반응 생성물로부터 분리된 액상 탈리액의 용존 유기물 농도(SCOD: Soluble COD)는 평균 60,000 내지 80,000 mg/L로 높아 혐기소화를 통한 메탄 가스의 제조시 원료로 사용된다.

실시예 4

액상 탈리액의 혐기소화 효율 평가

실시예 1에서 수득된 액상 탈리액의 혐기소화 효율을 평가하기 위해, 2, 4L의 2중 자켓 반응기로 된 실험실 규모의 회분식 소화조를 제작하였다. 반응기의 가온은 순환식 항온수조를 이용하여 중온소화(mesophilic digestion) 조건인 35.5℃를 일정하게 유지하였으며, 반응기(소화조) 내부의 온도는 온도계를 이용하여 확인하였다.

반응기 내부의 혼합은 자석 교반기와 agitator를 사용하였다. 소화조에서 발생된 소화 가스는 소화조를 통해 가스 수집기(gas collector)와 가스 측정기(gas meter)를 이용하여 누적 발생량을 측정하였다. 또한 발생한 가스는 온 라인으로 연결된 GC(HP5890 SERIES II, TCD detector)를 이용하여 한 시간에 한 번씩 가스분석을 수행하였다. 혐기소화 미생물은 수원시 환경사업소의 소화 슬러지를 샘플링하여 순응조에서 안정화를 거쳐 사용하였다. pH, ORP, 온도, 바이오가스 발생량을 실시간으로 컴퓨터에 저장하였다.

열수 가압 반응의 액상 탈리액의 혐기소화 효율 평가를 위한 대조군으로 사용한 기질은 일반적으로 슬러지 혐기소화에 적용되는 농축 슬러지와 미생물이 이용하기 쉬운 대표적인 기질인 글루코스를 사용하였다. 모든 기질은 동일 COD를 갖도록 제조하여 투입되었다.

위 실험 결과를 도 10에 도시하였으며, 당해 실험에서 혐기소화에 가장 좋은 기질로는 글루코스, 열수 가압 반응 액상 탈리액, 농축 슬러지 순이다.

글루코스의 경우 반응시간 24시간 이후에 급격하게 바이오가스가 발생하기 시작하여 50시간 이후에는 반응이 마무리된다. 글루코스는 미생물이 이용하기 아주 용이한 기질로서 가수분해 단계없이 바로 산 생성 단계로 넘어가는 것으로 판단된다. 따라서, 반응이 5일 안에 마무리되었다. 열수 가압 반응 액상 탈리액의 경우 120시간까지 미미한 가스 발생을 보이다가 이후 30시간 동안 급격한 가스 발생을 보이며 반응이 마무리되었다. 따라서 5일간의 가수분해 단계를 거치는 것으로 판단된다. 일반적인 슬러지 혐기소화에 사용되는 농축 슬러지는 일반적으로 알려진 슬러지 가수분해 단계의 시간인 10 내지 15일을 소비한 후 반응이 시작되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 열수가압 반응을 통한 가용화로 슬러지의 혐기소화 시간을 5 내지 10일 단축시킬 수 있다.

또한 최종 발생 가스량도 증가하는 것은 확인할 수 있다. 발생한 바이오가스 중 메탄의 함량은 50 내지 60% 정도이었다.

이상과 같이, 유기성 슬러지를 연속식 가온 가압 반응으로 전처리함으로써 탈수율 및 혐기소화 효율을 증가시킬 수 있음을 알 수 있다.

또한, 실시예 1의 액상 탈리액의 분석 결과 pH 7.0 내지 8.5, COD는 50,000 내지 60,000 mg/L, 총 질소(T-N)은 8,000 mg/L, 총 인(T-P)은 200mg/L 이하로 회분식 반응기 탈리액의 특성과 유사한 결과를 나타내었다. 이로써, 본 발명에 따라 제조된 액상 탈리액이 재자원 및 에너지원으로써 활용도가 높음을 확인하였다.

본 발명은 고함수 유기성 슬러지(함수율 50 내지 90%)를 대상으로 안출한 것으로서, 유사한 성상을 갖는 음식물류 폐기물 및 발생 탈리액, 축산폐수, 바이오매스 등의 기타 폐기물에도 적용될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

본 발명에 따른 습식열분해 공정은, 유기성 슬러지를 파괴하여 결합수를 자유수로 전환하므로 비교적 간단하게 탈수공정을 통해 수분분리가 가능하다. 또한 생성물인 고체 고형물의 경우 기존의 건조공정 또는 건식 열분해 적용 후의 고체 생성물과 비교시 높은 열량을 보존하고 있어 단위열량이 4,500 내지 5,000kcal/kg을 상회하여 쓰레기 재생 연료 등의 연료로서 활용가치가 높다. 액상 생성물로 분리되는 탈리액의 경우는 용존 유기물 농도(SCOD: Soluble COD)가 평균 60,000 내지 80,000 mg/L로 혐기소화를 통해 메탄가스의 생산이 가능하다.

Claims

유기성 슬러지로부터 고체 생성물과 액상 탈리액을 함유하는 고액 슬러리를 제조하는 장치에 있어서,

유기성 슬러지를 수용하기 위한 밀폐형 연속식 가온 가압 반응기;

상기 반응기 내부에 장착된 유기성 슬러지를 교반하기 위한 교반기;

상기 반응기 내부의 온도 측정을 위한 온도 센서;

상기 반응기 내부의 압력 측정을 위한 압력계;

상기 반응기 내부에 장착된 승온 및 온도조절 장치;

유기성 슬러지를 지속적으로 반응기에 공급하고 반응기 내 생성된 고액 슬러리를 지속적으로 이동시키기 위한 공급 펌프; 및

반응기 후단에 설치되고, 상기 반응기 후단의 압력이 일정 수준 이상이 되는 경우 고액 슬러리 형태의 생성물을 배출 및 이송시키기 위한 압력 조절 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고액 슬러리의 연속식 제조 장치.
제1항에 있어서, 반응기에 투입되는 유기성 슬러지의 점성을 낮추고, 반응기 후단에서 고온의 액상 형태로 존재하는 반응 생성물이 가지고 있는 고온의 열원을 이용하여 반응기에 초기 유입되는 원료의 온도를 높이기 위해, 반응기 후단의 고액 슬러리의 일정량을 지속적으로 반응기로 반송이 가능하도록 하는 반송 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
제1항에 있어서, 공급 펌프 전단, 반응기의 전단 입부구 또는 이들 둘 다에 스팀을 공급하기 위한 스팀 공급 유닛을 추가로 포함하는, 장치.
제3항에 있어서, 스팀 공급 유닛이 가압 가온 반응기에서 발생한 스팀을 회수하고, 회수된 스팀을 공급 펌프 전단, 반응기의 전단 입부구 또는 이들 둘 다에 공급하도록 구성됨을 특징으로 하는, 장치.
제1항에 있어서, 상기 압력 조절 수단이 순차적인 압력 해제를 위해, 압력 조절 장치, 배출 용기 및 저장(storage) 용기의 다단계로 이루어짐을 특징으로 하는, 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 고액 슬러리 형태의 생성물을, 고체 생성물과 액상 탈리액으로 각각 분리시키기 위한 분리 수단을 추가로 포함함을 특징으로 하는, 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 반응기 내부에 장착된 유기성 슬러지를 교반하기 위한 교반기가 반응기 외부에 연결되는 축 또는 베어링이 필요 없는 정적 혼합기(static mixer) 방식의 교반기임을 특징으로 하는, 장치.
유기성 슬러지를 가온 가압 반응기에 연속적으로 투입하는 단계를 포함하며, 당해 단계에서 반응 온도가 100 내지 300℃, 압력이, 당해 온도 범위의 특정 온도 값에 대한 1 내지 90 kg/cm²범위 내의 특정 포화 수증기압 이상이 되도록 조정되어 상기 유기성 슬러지의 세포로부터 결합수를 분리시킴으로써, 고체 생성물과 액상 탈리액을 함유하는 고액 슬러리를 제조하는 방법.
제8항에 있어서, 상기 연속적 투입 단계에서 반응 시간이 1 내지 3시간임을 특징으로 하는 제조 방법.
제8항에 있어서, 상기 반응기에서 생성된 고액 슬러리 형태의 생성물을 배출 및 이송하는 단계를 추가로 포함하며, 당해 단계가 상기 반응기 후단의 압력이 일정 수준 이상이 되는 경우 고액 슬러리를 반응기 밖으로 배출 및 이송하도록 함을 특징으로 하는, 제조 방법.
제10항에 있어서, 다단계의 압력 조절을 통해 압력이 순차적으로 해제됨을 특징으로 하는, 제조 방법.
제8항에 있어서, 상기 포화 수증기압 이상의 압력이, 별도의 가압 장치 없이 유기성 슬러지의 투입 압력과 상기 반응기 내부에서 발생하는 저분자량 유기물의 휘발분 및 수증기의 증기압에 의해 형성됨을 특징으로 하는, 제조 방법.
제8항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 있어서, 고액 슬러리 형태의 반응 생성물을, 탈수 수단을 사용하여 고체 생성물 및 액상 탈리액으로 각각 분리시키는 단계를 추가로 포함하는, 제조 방법.
유기성 슬러지를 연속식 가온 가압 반응기에 연속적으로 투입하는 단계;

상기 반응기에서 반응 시간은 1 내지 3시간, 반응 온도는 100 내지 300℃, 압력은, 당해 온도 범위의 특정 온도 값에 대한 1 내지 90 kg/cm²범위 내의 특정 포화 수증기압 이상이 되도록 조정하여 상기 유기성 슬러지의 세포로부터 결합수를 분리시키는 단계; 및

수득된 고액 슬러리를 혐기성 발효 방식에 의해 메탄 가스로 전환시키는 단계를 포함하는, 유기성 슬러지로부터 메탄 가스를 제조하는 방법.
제14항에 있어서, 상기 고액 슬러리를 고체 고형물과 액상 탈리액으로 분리시키고, 혐기성 발효에 상기 분리된 액상 탈리액을 이용함을 특징으로 하는, 제조 방법.
제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 포화 수증기압 이상의 압력이, 별도의 가압 장치 없이 유기성 슬러지의 투입 압력과 상기 반응기 내부에서 발생하는 저분자량 유기물의 휘발분 및 수증기의 증기압에 의해 형성됨을 특징으로 하는, 제조 방법.
유기성 슬러지를, 반응 온도가 100 내지 300℃, 반응 시간이 1 내지 3시간, 압력이, 당해 온도 범위의 특정 온도 값에 대한 1 내지 90 kg/cm²범위 내의 특정 포화 수증기압 이상이 되도록 조정된 연속식 가온 가압 반응기에 연속적으로 투입하여 유기성 슬러지의 세포벽을 파괴시키고 결합수를 분리시킴으로써, 유기성 슬러지의 혐기소화 효율 증대, 혐기소화 시간 단축 및 메탄 생성을 증대시키는 방법.
제14항에 있어서, 상기 연속식 가온 가압 반응기가,

유기성 슬러지를 수용하기 위한 밀폐형 연속식 가온 가압 반응기;

상기 반응기 내부에 장착된 유기성 슬러지를 교반하기 위한 교반기;

상기 반응기 내부의 온도 측정을 위한 온도 센서;

상기 반응기 내부의 압력 측정을 위한 압력계;

상기 반응기 내부에 장착된 승온 및 온도조절 장치;

유기성 슬러지를 지속적으로 반응기에 공급하고 반응기 내 생성된 고액 슬러리를 지속적으로 이동시키기 위한 공급 펌프;

반응기 후단에 설치되고, 상기 반응기 후단의 압력이 일정 수준 이상이 되는 경우 고액 슬러리 형태의 생성물을 배출 및 이송시키기 위한 압력 조절 수단; 및

배출 및 이송된 고액 슬러리 형태의 생성물을 고체 생성물 및 액상 탈리액으로 분리시키기 위한 탈수 수단을 포함하는, 방법.
제14항에 있어서, 혐기성 발효에 이용되는 고액 슬러리가 고체 고형물과 액상 탈리액을 포함함을 특징으로 하는, 방법.