WO2024034743A1 - 에너지 소비효율을 향상시킨 열가수분해 장치가 결합된 유기성 폐기물의 혐기성 소화 시스템 - Google Patents

에너지 소비효율을 향상시킨 열가수분해 장치가 결합된 유기성 폐기물의 혐기성 소화 시스템 Download PDF

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thermal hydrolysis
tank
organic waste
anaerobic digestion
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최재민
정국
차명철
최영수
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Definitions

  • the present invention relates to an anaerobic digestion system for organic waste combined with a thermal hydrolysis device that improves energy consumption efficiency.
  • Anaerobic digestion is a very suitable treatment method for reducing and stabilizing organic waste.
  • methane (CH 4 ) gas generated during anaerobic digestion is an environmentally friendly fuel source.
  • organic waste applied to anaerobic digestion is surplus sludge discharged during sewage and wastewater treatment, and the surplus sludge contains a significant amount of non-degradable organic matter such as microbial cell fragments. Because these organic wastes have a complex and hard structure, biological decomposition is slow or difficult. In addition, these organic wastes have limitations in weight reduction using mechanical dehydration due to internal water within cells or interstitial water between cells. To solve the above-mentioned problems, physical, chemical, or a combination of two or more pretreatments were previously applied, but their applicability was limited due to energy consumption, secondary pollution, etc.
  • Thermal hydrolysis using high temperature and pressure is a pretreatment technology for anaerobic digestion that has recently been attracting attention. It partially solves the energy consumption problem and does not cause secondary pollution, so its applicability is expanding. However, because it uses high-temperature thermal energy, attempts are being made to conserve energy while maximizing utilization and to compensate for operational problems that may arise due to high pressure.
  • the purpose of one embodiment of the present invention is to provide an anaerobic digestion system for organic waste that can increase biogas production and shorten the number of digestion days by linking a thermal hydrolysis device to pretreatment of anaerobic digestion.
  • an embodiment of the present invention aims to provide a system that reduces energy consumption of the system by reusing heat energy within the system.
  • a thermal hydrolysis device that receives organic waste and thermally hydrolyzes it, a first storage tank that receives and stores the liquid component discharged from the thermal hydrolysis device, and a liquid component of the first storage tank.
  • An anaerobic digestion system for organic waste combined with a thermal hydrolysis device comprising an anaerobic digester that receives inflow, generates biogas, and digests organic matter, and a dehydrator that mechanically dehydrates the digested sludge discharged from the anaerobic digester. to provide.
  • the thermal hydrolysis device includes a preheating tank for receiving and preheating organic waste, and a plurality of thermal hydrolysis reactors for receiving organic waste preheated from the preheating tank and thermally hydrolyzing it in a preset environment.
  • a pressure reduction tank that receives all the products except for some of the gas components among the products thermally hydrolyzed in each thermal hydrolysis reactor, separates the gas components and the liquid components, and discharges the gas components into the preheating tank and the liquid component, either.
  • a steam purification unit that receives a portion of the gaseous component of the thermally hydrolyzed product in the thermal hydrolysis reactor, separates the gaseous component and the liquid component, and discharges the gaseous component to another thermal hydrolysis reactor and the liquid component to the pressure reduction tank; It is characterized by comprising a heat exchanger that receives the liquid component discharged from the pressure reduction tank, cools it to a preset temperature, and then supplies it to the first storage tank, and a control unit that controls the operation of each component in the thermal hydrolysis device.
  • each thermal hydrolysis reactor thermally hydrolyzes organic waste through the same process, but performs different operations with time differences.
  • control unit is characterized in that when the pressure due to the gas component in any one of the thermal hydrolysis reactors is greater than a preset standard value, the control unit discharges a portion of the gas component to the steam purification tank.
  • the preset environment is characterized by having a pressure of 1 to 23 bar and a temperature of 100 to 220 ° C.
  • the thermal hydrolysis device further includes an ejector that injects steam introduced from the outside and gas components separated and discharged from the steam purification tank into one of the thermal hydrolysis reactors. do.
  • the heat exchanger joins the raised cooling water generated by cooling the thermally hydrolyzed liquid component to a boiler that supplies steam to the thermal hydrolysis device, or heats the anaerobic digestion tank. It is characterized by reducing energy consumption by combining it with the feed water of the boiler.
  • the anaerobic digestion system for organic waste further includes a digestion-desorbed liquid treatment device, which receives the digested-desorbed liquid generated from the dehydrator and removes nitrogen components contained in the desorbed liquid.
  • the digestion desorption liquid treatment device receives the digestion desorption liquid and performs partial nitrification, a partial nitrification reaction tank, and sludge with reduced sedimentation existing in the partial nitrification reaction tank is introduced, and ammonium oxidizing bacteria (ammonium oxidizing bacteria) AOB)
  • An AOB granule production tank that produces granules
  • an intermediate storage tank that receives and stores treated water from the partial nitrification reaction tank and removes solids from the treated water by precipitation
  • anaerobic ammonium oxidation Anammox
  • It is characterized by comprising an anammox reaction tank that removes nitrogen components by reaction.
  • the organic waste flowing into the thermal hydrolysis device is characterized in that it is discharged from the sewage and wastewater treatment device.
  • the sewage and wastewater treatment device includes a primary sedimentation tank in which sewage and wastewater flows in to generate sludge, a biological reactor that receives and biologically treats the supernatant of the primary sedimentation tank, and discharge from the biological reactor. It includes a secondary sedimentation tank that sediments the treated water to produce sludge and discharges supernatant water, and a dehydrator that dehydrates the sludge discharged from the secondary sedimentation tank, and organic waste flowing into the thermal hydrolysis device is discharged from the secondary sedimentation tank. It is characterized in that the discharged sludge is dehydrated.
  • the sewage and wastewater treatment device further includes a concentrator, wherein the concentrator concentrates the sludge generated in the primary sedimentation tank and discharges it to the primary storage tank, so that it can be used for anaerobic digestion at a later stage. It is characterized by:
  • the amount of biogas generated and the number of days of digestion in the anaerobic digester can be shortened by solubilizing organic waste through thermal hydrolysis and then processing it in an anaerobic digester.
  • the energy consumption efficiency of the system can be improved by reusing the heat energy generated from the thermal hydrolysis device in the organic waste anaerobic digestion system combined with the thermal hydrolysis device.
  • the digestion solution generated in the anaerobic digestion tank is treated through a process combining partial nitrification and anaerobic ammonium oxidation, thereby reducing the nitrogen load of the return water connected to the sewage and wastewater treatment device. , it has the advantage of reducing the cost of removing liquid.
  • Figure 1 is a diagram showing a process diagram of an anaerobic digestion system for organic waste combined with a thermal hydrolysis device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a diagram showing the configuration of a sewage and wastewater treatment device connected to an anaerobic digestion system for organic waste combined with a thermal hydrolysis device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a diagram showing the configuration of a thermal hydrolysis device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a diagram showing the operation sequence of a thermal hydrolysis reactor according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a diagram showing the operation sequence of each thermal hydrolysis reactor according to an embodiment of the present invention.
  • 6 to 11 are diagrams showing the operation sequence of a thermal hydrolysis device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 12 is a diagram showing the configuration of a thermal hydrolysis device according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 13 is a diagram showing the configuration of a fire extinguishing liquid treatment device according to an embodiment of the present invention.
  • first, second, A, and B may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component without departing from the scope of the present invention.
  • the term and/or includes any of a plurality of related stated items or a combination of a plurality of related stated items.
  • each configuration, process, process, or method included in each embodiment of the present invention may be shared within the scope of not being technically contradictory to each other.
  • Figure 1 is a diagram showing an anaerobic digestion system for organic waste combined with a thermal hydrolysis device according to an embodiment of the present invention.
  • the organic waste anaerobic digestion system 100 (hereinafter abbreviated as 'system 100') combined with a thermal hydrolysis device according to an embodiment of the present invention is a sewage and wastewater treatment device. (110), cake storage tank (120), thermal hydrolysis device (130), first storage tank (140), anaerobic digestion tank (150), second storage tank (160), digested sludge dehydrator (170), and digestion desorbed liquid treatment device ( 180).
  • the sewage and wastewater treatment device 110 receives sewage and wastewater from the outside, removes contaminants such as solids and organic matter, and discharges the treated water to the outside. Pollutants removed from the sewage and wastewater treatment device 110 are discharged in the form of organic waste such as primary sludge (raw sludge), secondary sludge (surplus sludge), and tertiary sludge (total phosphorus sludge). .
  • the sewage and wastewater treatment device 110 processes primary sludge (which has passed through a concentrator 215 to be described later with reference to FIG. 2) into the first storage tank 140 in the form of concentrated sludge, and secondary sludge and tertiary sludge ( They are dehydrated (using a dehydrator 235 to be described later) and discharged into the cake storage tank 120, respectively.
  • the sewage and wastewater treatment device 110 processes concentrated/dehydrated filtrate discharged during the process of concentrating and dehydrating sludge and further discharges sludge.
  • the sewage and wastewater treatment device 110 discharges sludge generated from the treatment of the filtrate into the second storage tank 160.
  • the sewage and wastewater treatment device 110 may be a water treatment facility at a sewage or wastewater treatment plant. The specific configuration of the sewage and wastewater treatment device 110 will be described later with reference to FIG. 2.
  • the cake storage tank 120 receives organic waste obtained by dehydrating secondary and tertiary sludge from the sewage and wastewater treatment device 110, and temporarily stores it until it is transferred to the thermal hydrolysis device 130.
  • the thermal hydrolysis device 130 receives organic waste stored in the cake storage tank 120, thermally hydrolyzes the organic waste, and discharges it to the first storage tank 140 in the form of a liquid product.
  • the thermal hydrolysis device 130 hydrolyzes organic waste under a preset temperature and pressure, further improving the digestion efficiency of organic waste in the anaerobic digestion tank 150.
  • thermal hydrolysis device 130 The specific configuration and operation sequence of the thermal hydrolysis device 130 will be described later with reference to FIGS. 3 to 12.
  • the first storage tank 140 receives the thermal hydrolysis reactants treated in the thermal hydrolysis device 130 and the concentrated sludge discharged from the sewage and wastewater treatment device 110, and stores them until input into the anaerobic digestion tank 150.
  • the concentrated sludge discharged from the sewage and wastewater treatment device 110 is an organic waste obtained by concentrating primary sludge (raw sludge) in the concentrator 215 of the sewage and wastewater treatment device 110.
  • this concentrated sludge has relatively good decomposability compared to secondary sludge and tertiary sludge (sludge generated in the secondary settling tank 230 and tertiary treatment tank 240, which will be described later), it is directly anaerobic without undergoing a separate solubilization treatment. Can be used for digestion.
  • the anaerobic digestion tank 150 receives organic waste mixed with the liquid product, which is a thermal hydrolysis reaction product, from the first storage tank 140 and the concentrated sludge from the sewage and wastewater treatment device 110, and digests it to reduce and stabilize the organic waste, It produces gaseous products (biogas) and digested sludge.
  • the liquid product which is a thermal hydrolysis reaction product
  • the anaerobic digester 150 generates biogas from organic waste through the action of anaerobic microorganisms and decomposes organic matter. Biogas generated in the anaerobic digester 150 is used to produce electricity through a biogas purification facility, or is reused in the form of heat energy. Digested sludge generated in the anaerobic digestion tank 150 is discharged to the second storage tank 160.
  • the second storage tank 160 receives the digested sludge generated in the anaerobic digestion tank 150 and temporarily stores it for post-processing.
  • the second storage tank 160 can further receive other sludge generated within the sewage and wastewater treatment device 110 and store it together with the digested sludge until solid and liquid are separated in the digested sludge dehydrator 170.
  • Sludge other than the digested sludge flowing into the second storage tank 160 is the excess sludge discharged through the sludge post-treatment process in the digestion desorbed liquid treatment device 180 and the filtrate treatment device 250, which will be described later with reference to FIG. 2. Includes discharged sludge.
  • the digested sludge dehydrator 170 receives the sludge collected in the second storage tank 160, separates solids and liquids, discharges the dehydrated cake for final disposal, and discharges the digested desorbed liquid to the digested desorbed liquid treatment device 180.
  • the digested sludge dehydrator 170 may be a centrifugal dehydrator, and the cake dehydrated by the dehydrator 170 has a water content of about 75%. Depending on the final disposal method, these dehydrated cakes can be dried and used for fuel, or taken out and consigned.
  • the digestion desorbed liquid treatment device 180 receives the desorbed liquid discharged from the digested sludge dehydrator 170 and removes the nitrogen component in the desorbed liquid.
  • the thermal hydrolysis device 130 in front of the digestion dehydrogenation treatment device 180 generates a high concentration of organic nitrogen in the process of improving the biodegradability of organic waste. Additionally, the anaerobic digestion tank 150 converts this organic nitrogen into ammonia nitrogen.
  • the desorbed liquid obtained by dehydrating the digested sludge of the anaerobic digester 150 still contains a high concentration of nitrogen, so when the desorbed liquid is treated in conjunction with the sewage and wastewater treatment device 110, the treatment of the sewage and wastewater treatment device 110 It may affect water quality. Accordingly, the fire extinguishing solution treatment device 180 removes nitrogen in the desorbing fluid and returns the treated water to the sewage and wastewater treatment device 110.
  • the digested desorbed liquid treatment device 180 discharges excess sludge during the nitrogen treatment process of the desorbed liquid, and the excess sludge is recovered back to the second storage tank 160 and reprocessed in the digested sludge dehydrator 170.
  • the specific configuration of the fire extinguishing liquid treatment device 180 will be described later with reference to FIG. 13.
  • the organic matter decomposition rate of the anaerobic digestion tank 150 is increased compared to the case of performing anaerobic digestion alone. can be increased.
  • the binding links of high-molecular organic materials are destroyed and converted to low-molecular organic materials, thereby improving the biodegradability of organic materials, and as a result, the anaerobic digestion tank 150 changes the properties of the incoming organic waste. It is possible to perform fast and highly efficient fire extinguishment without being affected.
  • the system 100 can shorten the residence time of the anaerobic digestion tank 150 by more than 30% compared to general anaerobic digestion.
  • the amount of biogas generated by the system 100 can also increase by more than 20 to 40% compared to a general anaerobic digestion system (not including pretreatment).
  • the system 100 further includes a digestion desorbed liquid treatment device 180 to process desorbed liquid containing a high concentration of nitrogen generated while passing through the thermal hydrolysis device 130 and the anaerobic digester 150, so that the return water is connected. It is possible to minimize the impact of the desorbed liquid on the quality of treated water of the sewage and wastewater treatment device 110.
  • Figure 2 is a diagram showing the configuration of a sewage and wastewater treatment device 110 connected to an organic waste anaerobic digestion system combined with a thermal hydrolysis device according to an embodiment of the present invention.
  • the sewage and wastewater treatment device 110 includes a primary settling tank 210, a concentrator 215, a biological reactor 220a, a secondary settling tank 230, and a dehydrator ( 235), a tertiary treatment tank 240, and a filtrate treatment device 250.
  • the primary settling tank 210 receives sewage and wastewater and sediments and concentrates solids in the sewage and wastewater through the action of gravity.
  • the primary settling tank 210 separates supernatant and primary sludge (raw sludge), and discharges the supernatant into the bioreactor 220a and the primary sludge into the concentrator 215. Since the primary sludge (raw sludge) generated in the primary settling tank 210 is relatively more decomposable than the secondary and tertiary sludge (surplus sludge and total phosphorus sludge), it can be directly applied to anaerobic digestion without pretreatment such as thermal hydrolysis. You can.
  • the primary sludge is discharged to the concentrator 215, passes through the concentrator 215, and is directly anaerobically digested in the anaerobic digestion tank 150.
  • the concentrator 215 receives primary sludge from the primary settling tank 210 and mechanically concentrates it to produce concentrated sludge and concentrated filtrate.
  • the concentrator 215 discharges the concentrated sludge to the first storage tank 140 and the concentrated filtrate to the filtrate treatment device 250.
  • the concentrated sludge concentrated in the concentrator 215 has a total solid concentration (TS) of approximately 4 to 5%.
  • This concentrated sludge is discharged to the first storage tank 140, mixed with the thermal hydrolysis reactants discharged from the thermal hydrolysis device 130, and digested in the anaerobic digestion tank 150.
  • the biological reactor 220a receives the supernatant water from the primary sedimentation tank 210, including microorganisms, removes organic matter, nitrogen, and phosphorus in the sewage and wastewater, and discharges the treated water into the secondary sedimentation tank 230.
  • the secondary settling tank 230 receives the treated water from the biological reactor 220a and precipitates and concentrates the solids.
  • the secondary settling tank 230 separates secondary sludge (surplus sludge) and supernatant water, and discharges the supernatant water into the tertiary treatment tank 240 and the secondary sludge into the dehydrator 235.
  • the dehydrator 235 receives secondary sludge discharged from the secondary settling tank 230.
  • the dehydrator 235 removes moisture from the secondary sludge and separates it into the dehydrated cake and the desorbed liquid.
  • the cake is discharged to the cake storage tank 120 and the desorbed liquid is discharged to the filtrate treatment device 250.
  • the dehydrator 235 is a mechanical dehydrator and, for example, may be a centrifugal dehydrator.
  • the organic waste (sludge) dehydrated in the dehydrator 235 has a moisture content of approximately 80%.
  • the organic waste dehydrated in the dehydrator 235 is supplied to the thermal hydrolysis device 130 and is solubilized (thermal hydrolysis).
  • the tertiary treatment tank 240 receives the supernatant water from the secondary settling tank 230, performs post-treatment to remove remaining contaminants not removed in the front end (primary settling tank, bioreactor, and secondary settling tank), and processes The final number is released.
  • total phosphorus treatment, etc. may be applied as needed, and the sludge generated during the total phosphorus treatment process is discharged to the dehydrator 235 and dewatered together with the secondary sludge.
  • the filtrate processing device 250 receives the concentrated filtrate discharged from the concentrator 215 and the dehydrated filtrate discharged from the dehydrator 235 and performs post-processing such as removal of solids.
  • the filtrate treatment device 250 returns the treated water to the front of the primary settling tank 210, and discharges the removed solids into the second storage tank.
  • the filtrate treatment device 250 may be a flotation separation device (not shown), and may further include a storage tank (not shown) to temporarily store the concentrated filtrate and the dehydrated filtrate, if necessary.
  • a flotation separation device receives the filtrate, removes particulate matter contained in the filtrate, and returns the treated water to the front of the primary sedimentation tank 210. Additionally, the removed particulate matter is discharged to the second storage tank 160 in the form of sludge, and is mixed with digested sludge at the rear stage to be dehydrated.
  • Figure 2b is a diagram showing a sewage and wastewater treatment device 110 according to another embodiment of the present invention.
  • the sewage and wastewater treatment device 110 may include only a biological reactor 220b, a dehydrator 235, a tertiary treatment tank 240, and a filtrate treatment device 250.
  • the biological reactor 220b can remove solids, organic matter, nitrogen, phosphorus, etc. in sewage and wastewater without prior sedimentation treatment, according to the biological treatment method.
  • the biological reactor (220b) separates sewage and wastewater into treated water and excess sludge, and discharges the treated water into the tertiary treatment tank (240) and the excess sludge into the dehydrator (235).
  • the bioreactor 220b may not include sedimentation tanks at the front and rear ends. . At this time, excess sludge is generated in the biological reactor (220b) and discharged to the dehydrator (235).
  • SBR sequential batch reactor
  • MLR membrane bioreactor
  • Figure 3 is a diagram showing the configuration of a thermal hydrolysis device 130 according to an embodiment of the present invention.
  • the thermal hydrolysis device 130 includes a preheating tank 310, a transfer pump 315, a plurality of thermal hydrolysis reactors 320, a pressure reduction tank 330, It includes a steam purification tank 340, a heat exchanger 350, and a control unit (not shown).
  • the preheating tank 310 receives organic waste to be treated from the cake storage tank 120 and preheats it.
  • the thermal hydrolysis reactor 320 which will be described later, hydrolyzes organic waste under conditions of relatively high temperature and high pressure. Accordingly, a relatively large amount of heat energy must be consumed. To prevent this, a preheating tank 310 is disposed in front of the thermal hydrolysis reactor 320 during the treatment process to preheat the organic waste to be hydrolyzed.
  • the preheating tank 310 does not receive heat energy (mainly in the form of steam) from a separate heat source, but receives gas components separated from the pressure reduction tank 330, which will be described later.
  • the gas components separated in the pressure reduction tank 330 have a constant temperature.
  • the gas components separated in the pressure reduction tank 330 are returned to the preheating tank 310 and used for preheating rather than being vented to the outside. Accordingly, the preheating tank 310 can preheat the organic waste introduced by the gas component separated in the pressure reduction tank 330 without the need to receive heat energy from a separate heat source, thereby minimizing energy consumption.
  • the transfer pump 315 transfers the organic waste stored in the cake storage tank 120 to the preheating tank 310.
  • the transfer pump 315 is controlled by a control unit (not shown) in conjunction with the operation sequence of the thermal hydrolysis device 130 in order to consistently transfer organic waste from the cake storage tank 120 to the preheating tank 310.
  • the thermal hydrolysis reactor 320 receives the organic waste preheated from the preheating tank 310 and thermally hydrolyzes it.
  • the thermal hydrolysis reactor 320 thermally hydrolyzes organic waste, thereby increasing the rate of organic matter decomposition using methane-producing bacteria in the anaerobic digestion tank 150 at the rear stage.
  • the thermal hydrolysis reactor 320 operates as shown in FIG. 4.
  • Figure 4 is a diagram showing the operation sequence of the thermal hydrolysis reactor 320 according to an embodiment of the present invention.
  • preheated organic waste is input into the thermal hydrolysis reactor 320.
  • a preset environment must be created so that a thermal hydrolysis reaction can occur in the thermal hydrolysis reactor 320.
  • the preset environment may be an environment with a temperature of 100 to 220°C, more specifically, 160 to 200°C under a pressure of 1 to 23 bar, more specifically 5 to 20 bar, to improve decomposition of organic waste.
  • heat energy steam
  • the thermal hydrolysis reactor 320 can secure a preset temperature environment.
  • a thermal hydrolysis reaction occurs within the thermal hydrolysis reactor 320.
  • the thermal hydrolysis reaction proceeds for a preset time (e.g., tens of minutes), and after the reaction is completed, some of the gas components of the product are discharged to the steam purification tank (340) and all remaining components are discharged to the pressure reduction tank (330). .
  • the thermal hydrolysis reactor 320 operates like this and thermally hydrolyzes the organic waste.
  • the thermal hydrolysis reactor 320 may be implemented in plural numbers. After the thermal hydrolysis reaction is completed in one of the thermal hydrolysis reactors (320), some of the gas components in the product are discharged to the steam purification tank (340). As described above, the gas component separated from the pressure reduction tank 330 flows into the preheating tank 310, while the gas component (steam) is contained in the steam purification tank 340, which will be described later, similarly to the pressure reduction tank 330. Separate any liquid components that may be present. The gas component separated in the steam purification tank 340 is introduced into another thermal hydrolysis reactor 320 to assist in setting the temperature for thermal hydrolysis. This is possible because a plurality of thermal hydrolysis reactors (320a to 320d) each operate as shown in FIG. 5.
  • Figure 5 is a diagram showing the operation sequence of each thermal hydrolysis reactor according to an embodiment of the present invention.
  • Each thermal hydrolysis reactor (320a to 320d) operates as described with reference to FIG. 4, but operates with a time difference. For example, as shown in FIG. 5, when the thermal hydrolysis reactor 320a enters the process of receiving organic waste from the preheating tank 310 and raising the temperature, only then does the thermal hydrolysis reactor 320b may begin to receive organic waste from the preheating tank 310. The thermal hydrolysis reactor 320c may begin to receive organic waste from the preheating tank 310 at the time the thermal hydrolysis reactor 320a begins to thermally hydrolyze the organic waste, and the thermal hydrolysis reactor 320d reacts. At the time of discharging the completed product to the outside, organic waste may begin to flow in from the preheating tank 310. When operating in this way, as described above, the purified gas component (steam) discharged from one thermal hydrolysis reactor 320 flows into the other thermal hydrolysis reactor whose temperature is being raised, so that the heat energy consumption required for temperature raising is can be reduced.
  • the thermal hydrolysis reactor 320 can secure some of the heat required for the thermal hydrolysis reaction from the gas component generated in the other thermal hydrolysis reactor 320, thereby reducing wasted energy. It can minimize and reduce energy consumption for temperature increase.
  • the thermal hydrolysis reactor 320 includes a pressure sensor therein, and separates and discharges some of the gas components of the products from the thermal hydrolysis reaction into the steam purification tank 340 under the control of a control unit (not shown).
  • the thermal hydrolysis reactor 320 senses the pressure inside the reactor, is separated from the pressure reduction tank 330, and is returned to the preheating tank 310, so that all gas components except the amount sufficient to preheat the preheating tank 310 are removed. It is separated and discharged into the steam purification tank (340). By performing pressure sensing, the thermal hydrolysis reactor 320 discharges the remaining amount other than the amount exactly required for preheating to the steam purification tank 340 to raise the temperature of the other thermal hydrolysis reactor.
  • the thermal hydrolysis reactor 320 senses the internal pressure to sense whether there are abnormally excessive gas components in the reactor or whether excessive steam is input from the outside. If the pressure due to gas components in the reactor is higher than the preset standard value, the thermal hydrolysis reactor 320 removes all gas components into the steam purification tank 340 under the control of a control unit (not shown) until the pressure falls below the standard value. discharged as The thermal hydrolysis reactor 320 discharges a certain amount of gas components into the steam purification tank 340, preventing the risk of explosion of the thermal hydrolysis reactor, and recovering heat can be used to heat other thermal hydrolysis reactors.
  • the pressure reduction tank 330 receives most of the products generated after the thermal hydrolysis reaction is completed in the thermal hydrolysis reactor 320 and separates the gas component and the liquid component. Among the products produced by the thermal hydrolysis reaction, only the liquid component corresponds to the component to be performed anaerobic digestion, and the gas component corresponds to the component unrelated to anaerobic digestion. Therefore, the pressure reduction tank 330 separates the gas component and the liquid component from the product so that the corresponding component can be separated and used for preheating.
  • the pressure reduction tank 330 has a relatively low pressure from the thermal hydrolysis reactor 320.
  • the pressure reduction tank 330 creates a pressure difference with the thermal hydrolysis reactor 320, causing certain components to be in a liquid state and the remaining components to be in a gaseous state.
  • the pressure reduction tank 330 returns the separated gas component to the preheating tank 310, and discharges the liquid component to the first storage tank 140 through the heat exchanger 350 for post-processing.
  • the steam purification tank 340 receives some of the gas components discharged from the thermal hydrolysis reactor 320 and purifies the liquid components. Since the thermal hydrolysis reactor 320 has a relatively high pressure, even if only the gas component is discharged from the reactor 320, the liquid component is generated after the gas component is discharged, or the liquid component is generated as the gas component is discharged at high pressure. It may be discharged together. Accordingly, the steam purification tank 340 separates the gas component and the liquid component, and discharges the liquid component to the pressure reduction tank 330 and the gas component to another thermal hydrolysis reactor into which the preheated organic waste will be introduced. The reason why the steam purification tank 340 separates the gas component and the liquid component from the product is as follows.
  • the liquid component corresponds to a component that has already undergone thermal hydrolysis reaction. If such liquid components are put back into the thermal hydrolysis reactor and undergo thermal hydrolysis reaction, it is inefficient and wasteful in terms of energy consumption.
  • organic waste is input from the preheating tank 310 to a specific thermal hydrolysis reactor 320
  • an appropriate amount is input so that the thermal hydrolysis reaction can be smoothly carried out in the thermal hydrolysis reactor 320.
  • the steam purification tank 340 separates the liquid component and the gas component in the product discharged from the thermal hydrolysis reactor 320 and transfers each to different configurations.
  • the steam purification tank 340 may be implemented in any shape or structure as long as it can separate gas components and liquid components.
  • the heat exchanger 350 lowers the temperature of the liquid component discharged from the pressure reduction tank 330 and adjusts the temperature of the anaerobic digestion tank 150 applied at the rear to a preset operating temperature.
  • the heat exchanger 350 circulates cooling water and exchanges heat with the high-temperature liquid component, thereby lowering the temperature of the liquid component. Since the temperature of the liquid component discharged from the pressure reduction tank 330 is about 100°C, the heat exchanger 350 lowers the temperature of the liquid component to the appropriate temperature range of the anaerobic digestion tank 150, for example, about 40°C. , supplying the liquid component to the first storage tank 140.
  • the cooling water whose temperature is raised by heat exchange with the high-temperature liquid component can be recovered to an external heat source (boiler) for supplying heat energy (steam) to the thermal hydrolysis reactor 320.
  • the heated cooling water joins the boiler water for steam generation, thereby reducing the energy consumed for steam generation.
  • the heated cooling water discharged from the heat exchanger 350 may be combined with the boiler (not shown) feed water for warming the anaerobic digestion tank 150. In this case, the energy consumption required for heating the anaerobic digestion tank 150 is reduced.
  • the raised cooling water may be recirculated as heat exchange water to maintain the preset operating temperature of the anammox reaction tank 1350, which will be described later.
  • the heat energy generated in the thermal hydrolysis device 130 can be recovered in various ways within the system 100. Accordingly, all of the heat energy generated in the thermal hydrolysis device 130 is reused, thereby improving the energy consumption efficiency of the system 100.
  • the control unit (not shown) controls the operation of each component in the thermal hydrolysis device 130.
  • the control unit controls the transfer pump 315 so that organic waste to be treated flows into the preheating tank 310.
  • the preheating tank 310 may include a water level gauge, and the control unit (not shown) injects waste from the cake storage tank 120 into the preheating tank 310 when the water level in the preheating tank 310 is below a preset water level. And, if it is above the preset level, waste input is controlled to stop.
  • the control unit may control the pressure reduction tank 330 to return the gas component separated in the pressure reduction tank 330 to the preheating tank 310 in order to preheat the organic waste.
  • the control unit controls the organic waste preheated in the preheating tank 310 to be transferred to the thermal hydrolysis reactor (eg, 320a). After the transfer, the control unit (not shown) separates the steam from the external heat source from the product in the other thermal hydrolysis reactor (e.g., 320c) so that the thermal hydrolysis reaction can occur in the thermal hydrolysis reactor (320a). Gas component (steam) is introduced into the thermal hydrolysis reactor (320a). Accordingly, a thermal hydrolysis reaction occurs in the thermal hydrolysis reactor 320a.
  • the control unit determines whether the pressure within the thermal hydrolysis reactor 320a is below a preset standard value. If the pressure in the thermal hydrolysis reactor 320a is below a preset standard value, it corresponds to a situation in which the thermal hydrolysis reaction is proceeding without abnormality. On the other hand, when the pressure within the thermal hydrolysis reactor 320a exceeds the preset standard value, this corresponds to a situation in which an abnormality may occur in the reactor 320 due to abnormally increased gas components or excessive input of steam from the outside. Accordingly, the control unit (not shown) discharges the gas component into the steam purification tank 340 until the pressure falls below a preset standard value. Accordingly, the control unit (not shown) resolves the abnormality in the thermal hydrolysis reactor (320a).
  • the control unit discharges some of the gas components into the steam purification tank 340 and discharges all remaining products into the pressure reduction tank 330. do.
  • the control unit separates from the pressure reduction tank 330 and discharges all the amount except the amount sufficient to preheat the organic waste in the preheating tank 310 to the steam purification tank 340. Accordingly, in addition to the gas components required for preheating, the remaining gas components can be used to heat other thermal hydrolysis reactors without being discharged to the outside, thereby maximizing energy efficiency.
  • the control unit (not shown) controls the pressure reduction tank 330 to separate the gas component and the liquid component, and controls the gas component to be discharged to the preheating tank 310 and the liquid component to be discharged to the heat exchanger 350 for anaerobic digestion. .
  • thermal hydrolysis reactors (320b to 320d) are also controlled in parallel to operate in order.
  • the process by which the control unit (not shown) controls the operation of each thermal hydrolysis reactor will be described later with reference to FIGS. 6 to 11.
  • the control unit controls each component in this way, the heat energy source can be recycled as much as possible without wasted heat energy source, thereby minimizing heat energy applied from an external heat source.
  • 6 to 11 are diagrams showing the operating sequence of an organic waste treatment device according to an embodiment of the present invention. 6 to 11 show in detail the process in which the thermal hydrolysis device 130 receives and processes organic waste.
  • organic waste is (for the first time) introduced into the preheating tank 310 and preheated under the control of a control unit (not shown).
  • preheated organic waste is introduced into the thermal hydrolysis reactor 320a, and heat energy (in the form of steam) is applied (for the first time) from an external heat source to increase its temperature.
  • heat energy in the form of steam
  • the thermal hydrolysis reactor 320a is separated from the pressure reduction tank 330 under the control of a control unit (not shown) and is placed in a preheating tank (The remaining gas components other than the amount sufficient to preheat the organic waste in 310) are discharged to the steam purification tank 340, and all remaining products are discharged to the pressure reduction tank 330.
  • the thermal hydrolysis reactor 320a discharges gas components into the steam purification tank 340 until the internal pressure falls below the preset standard value. All remaining products are discharged to the pressure reduction tank (330).
  • organic waste flows into the preheating tank 310, is preheated by gas components returned from the pressure reduction tank 330, and the preheated organic waste flows into the thermal hydrolysis reactor 320c.
  • the liquid component separated from the steam purification tank 340 flows into the pressure reduction tank 330, and the gas component flows into the thermal hydrolysis reactor 320c.
  • heat energy in the form of steam
  • an external heat source is supplied from an external heat source. is applied to increase the temperature of the thermal hydrolysis reactor (320c).
  • thermohydrolysis reactor 320c gas components are first applied from the steam purification tank 340 to the thermal hydrolysis reactor 320c, and then heat energy (steam) is applied from an external heat source to the thermal hydrolysis reactor 320c. Accordingly, all components can be introduced into the thermohydrolysis reactor.
  • the pressure reduction tank 330 transfers the separated liquid component to the heat exchanger 350 under the control of a control unit (not shown), and returns the separated gas component to the preheating tank 310 for preheating. Provides the necessary heat energy.
  • the thermal hydrolysis reaction proceeds in the thermal hydrolysis reactor 320c at an elevated temperature, and the process of FIGS. 8 to 11 can be repeated again.
  • Figure 12 shows a thermal hydrolysis device according to another embodiment of the present invention.
  • the thermal hydrolysis device 130 may further include an ejector 1210 in the configuration of the thermal hydrolysis device 130 according to an embodiment of the present invention. .
  • the ejector 1210 is a thermal energy supply path that supplies heat energy (in the form of steam) applied from the steam purification tank 340 and an external heat source to raise the temperature of the thermal hydrolysis reactor 320 to a specific thermal hydrolysis reactor 320. It is provided on the table.
  • the ejector 1210 simultaneously injects the gas components separated from the steam purification tank 340 and the heat energy applied from an external heat source into a specific thermal hydrolysis reactor 320, regardless of the pressure difference.
  • the external heat source has relatively high pressure.
  • the steam purification tank 340 has a relatively low pressure. Accordingly, when both are applied to the thermal hydrolysis reactor 320 at the same time, the gas component from the steam purification tank 340 may not be completely applied to the thermal hydrolysis reactor 320 due to the pressure difference, and rather, the external heat source may not be applied to the thermal hydrolysis reactor 320. A problem may also occur in which the heat energy applied from is discharged into the steam purification tank 340.
  • the ejector 1210 is placed at a point where a path for applying heat energy from an external heat source and a path for applying gas components from the steam purification tank 340 to the reactor 320 join.
  • the ejector 1210 receives steam and gas components provided through each path, and allows each component to be applied to the thermal hydrolysis reactor 320 regardless of the pressure difference. Furthermore, the ejector 1210 allows gas components discharged from the steam purification tank 340 to be applied to the thermal hydrolysis reactor 320 according to the pressure at which steam is sprayed from an external heat source. Accordingly, the ejector 1210 not only prevents gas components from being discharged from the thermal hydrolysis reactor 320 into the steam purification tank 340, but also improves the gas component discharge rate from the steam purification tank 340.
  • the liquid component separated in the steam purification tank 340 flows into the pressure reduction tank 330, and the gas component flows into the thermal hydrolysis reactor 320c. At the same time, steam is applied from an external heat source to increase the temperature of the thermal hydrolysis reactor (320c).
  • the ejector 1210 Since the ejector 1210 is located at the confluence of the supply path of the external heat source and the gas component supply path of the steam purification tank 340, the gas components and steam supplied from the outside are generated regardless of the order of the thermal hydrolysis reactor. It can be injected into (320c). In addition, gas components are more quickly supplied to the thermal hydrolysis reactor 320c by the ejector 1210, thereby increasing the temperature increase rate of the reactor.
  • Figure 13 is a diagram showing the configuration of a fire extinguishing liquid treatment device according to an embodiment of the present invention.
  • the digestion desorption liquid treatment device 180 includes a flow rate adjustment tank 1310, a partial nitrification reaction tank 1320, an AOB granule production tank 1330, an intermediate storage tank 1340, and an anammox reaction tank 1350. do.
  • the flow rate adjustment tank 1310 receives the digestion desorption liquid discharged from the digestion sludge dehydrator 170 and stores it until it is input into the partial nitrification reaction tank 1320.
  • the partial nitrification reaction tank (1320) receives the digestion desorption liquid from the flow rate adjustment tank (1310), and uses ammonium oxidation bacteria (AOB: Ammonium Oxidation Bacteria) granules (hereinafter abbreviated as 'AOB granules') to remove the digestion liquid contained in the desorption liquid. A portion (approximately half) of the ammoniacal nitrogen is oxidized to nitrite nitrogen.
  • the partial nitrification reaction tank 1320 receives the AOB granules produced by the AOB granule production tank 1330.
  • the partial nitrification reaction tank (1320) oxidizes part of the ammonia nitrogen in the supplied desorption liquid into nitrite nitrogen using the received AOB granules.
  • the partial nitrification reaction tank 1320 performs a partial nitrification reaction until the ratio of ammonia nitrogen to nitrite nitrogen is 1:1.32. In the partial nitrification reaction tank 1320, AOB dominates and nitrification occurs.
  • the partial nitrification reaction tank (1320) performs a partial nitrification reaction and then precipitates the AOB granules, discharging the treated water (supernatant) in addition to the AOB granules to the intermediate storage tank (1340), and the sludge with poor settling properties is stored in the AOB granule production tank. It is returned to (1330).
  • the partial nitrification reaction tank (1320) uses AOB granules. Improved treatment efficiency can be secured and settling time can be shortened.
  • the AOB granule production tank 1330 receives sludge with poor sedimentation properties from the partial nitrification reaction tank 1320, generates AOB granules, and supplies them back to the partial nitrification reaction tank 1320. By repeatedly performing these processes, the partial nitrification reaction tank 1320 can maintain granules and perform stable partial nitrification.
  • the AOB granule production tank 1330 may use an air lift type reactor (not shown) to effectively produce granules, but is not limited thereto.
  • the intermediate storage tank 1340 receives the treated water from the partial nitrification reaction tank 1320 and temporarily stores it until the treated water is supplied to the anammox reaction tank 1350.
  • the intermediate storage tank 1340 stores the treated water discharged from the partial nitrification reaction tank 1320 and supplies the nitrified treated water in response to the flow of the anammox reaction tank 1350, which is operated in a continuous flow manner at the rear stage.
  • sludge may be formed.
  • the sludge formed in the intermediate storage tank 1340 is recovered back to the second storage tank 160.
  • the anammox reaction tank 1350 receives partially nitrified treated water from the intermediate storage tank 1340, removes nitrogen, and returns the treated water to the sewage and wastewater treatment device 110.
  • the anammox reactor (1350) has Anaerobic Ammonium Oxidizing Bacteria (AnAOB) inside, and the anaerobic ammonium oxidizing bacteria use nitrite as an electron acceptor to remove nitrogen by converting ammonia in the treated water into nitrogen gas. do.
  • AnAOB Anaerobic Ammonium Oxidizing Bacteria
  • the chemical formula related to this is as follows.
  • the anammox reactor 1350 may be a fully mixed fluidized bed attached reactor (not shown), but is not limited thereto.

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Abstract

에너지 소비효율을 향상시킨 열가수분해 장치가 결합된 유기성 폐기물의 혐기성 소화 시스템을 개시한다. 본 발명의 일 측면에 의하면, 유기성 폐기물을 유입받아 열가수분해 시키는 열가수분해 장치와, 상기 열가수분해 장치로부터 배출되는 액체 성분을 유입받아 저류하는 제1 저류조, 상기 제1 저류조의 액체 성분을 유입받아 유기물을 소화시키고, 바이오가스를 생성하는 혐기성 소화조 및 상기 혐기성 소화조에서 배출되는 소화슬러지를 기계적으로 탈수하는 탈수기를 포함하는 것을 특징으로 하는 열가수분해 장치가 결합된 유기성 폐기물의 혐기성 소화 시스템을 제공한다.

Description

에너지 소비효율을 향상시킨 열가수분해 장치가 결합된 유기성 폐기물의 혐기성 소화 시스템
본 발명은 에너지 소비효율을 향상시킨 열가수분해 장치가 결합된 유기성 폐기물의 혐기성 소화 시스템에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
유기성 폐기물의 직매립 금지, 해양투기 금지와 같은 제도 개정으로 인해, 유기성 폐기물의 감량, 재활용 및 유기성 폐기물을 활용한 바이오 가스 생산에 대한 관심이 급증하고 있다.
혐기성 소화는 유기성 폐기물의 감량화 및 안정화에 매우 적합한 처리 방법이며, 특히, 혐기성 소화 과정에서 생성되는 메탄(CH4) 가스는 환경 친화적인 연료원에 해당한다.
일반적으로 혐기성 소화에 적용되는 유기성 폐기물은 하·폐수 처리과정에서 배출되는 잉여 슬러지이며, 잉여슬러지는 미생물 세포쇄설물 등 상당량의 난분해성 유기물을 포함하고 있다. 이와 같은 유기성 폐기물들은 복합적이며 단단한 구조로 구성되어 있기 때문에, 생물학적 분해가 느리거나 어렵다. 또한, 이러한 유기성 폐기물들은 세포 내 내부수 또는 세포 사이의 간극수 등으로 인해 기계적 탈수를 이용한 감량에도 한계를 갖는다. 상기된 문제점을 해결하고자 기존에는 물리학적, 화학적 또는 2개 이상을 결합한 병합 전처리를 적용하였으나, 에너지 소비, 2차 오염 등으로 적용성에 한계가 있었다.
고온과 고압을 이용한 열가수분해는 최근 주목받고 있는 혐기성 소화의 전처리 기술로서, 에너지 소비 문제를 일부 해결하였으며 2차 오염이 발생하지 않아 적용성이 확대되고 있다. 그러나 고온의 열에너지를 사용하기 때문에, 에너지를 보존하면서 활용성을 극대화하기 위한 방법과 고압으로 인해 발생할 수 있는 운영 상의 문제를 보완하기 위한 시도들이 진행되고 있다.
본 발명의 일 실시예는, 열가수분해 장치를 혐기성 소화의 전처리에 연계시킴으로써, 바이오가스 생산량 증대 및 소화일수를 단축시킬 수 있는 유기성 폐기물 혐기성 소화 시스템을 제공하는 데 일 목적이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는, 시스템 내에서 열에너지를 재사용하여 시스템의 에너지 소비량을 절감한 시스템을 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 유기성 폐기물을 유입받아 열가수분해 시키는 열가수분해 장치와, 상기 열가수분해 장치로부터 배출되는 액체 성분을 유입받아 저류하는 제1 저류조, 상기 제1 저류조의 액체 성분을 유입받아 바이오가스를 생성하고, 유기물을 소화시키는 혐기성 소화조 및 상기 혐기성 소화조에서 배출되는 소화슬러지를 기계적으로 탈수하는 탈수기를 포함하는 것을 특징으로 하는 열가수분해 장치가 결합된 유기성 폐기물의 혐기성 소화 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 열가수분해 장치는 유기성 폐기물을 유입받아 예열시키는 예열조, 상기 예열조로부터 예열된 유기성 폐기물을 인가받아 기 설정된 환경 내에서 열가수분해하는 복수의 열가수분해 반응기, 각 열가수분해 반응기에서 열가수분해된 생성물 중 기체 성분 일부를 제외한 나머지 모든 생성물을 유입받아 기체 성분과 액체 성분을 분리하고, 기체 성분을 상기 예열조로, 액체 성분을 배출하는 감압탱크, 어느 하나의 열가수분해 반응기에서 열가수분해된 생성물 중 기체 성분 일부를 유입받아 기체 성분과 액체 성분을 분리하고, 기체 성분을 다른 열가수분해 반응기로, 액체 성분을 상기 감압탱크로 배출하는 스팀 정제부, 상기 감압탱크에서 배출되는 액체 성분을 유입받아 기 설정된 온도로 냉각시킨 후, 제1 저류조로 공급하는 열교환기 및 상기 열가수분해 장치 내의 각 구성의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 각 열가수분해 반응기는 서로 동일한 과정을 거치며 유기성 폐기물을 열가수분해하되, 시간차를 두고 서로 다른 동작을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제어부는 어느 하나의 열가수분해 반응기 내 기체 성분으로 인한 압력이 기 설정된 기준치 이상인 경우, 상기 스팀 정제조로 기체 성분의 일부를 배출하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 기 설정된 환경은 1 내지 23 bar의 압력과 100 내지 220℃의 온도를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 열가수분해 장치는 외부에서 유입되는 스팀과 상기 스팀 정제조에서 분리되어 배출된 기체 성분을 어느 하나의 열가수분해 반응기로 주입시키는 이젝터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 열교환기는 상기 열가수분해된 액체 성분을 냉각시킴에 따라 발생되는 승온된 냉각수를 상기 열가수분해 장치에 스팀을 공급하는 보일러로 합류시키거나, 상기 혐기성 소화조를 가온시키는 보일러의 급수용수에 합류시켜 에너지 소비량을 절감시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 유기성 폐기물의 혐기성 소화 시스템은 소화탈리액 처리장치를 더 포함하여, 상기 탈수기에서 발생되는 소화 탈리액을 유입받아 탈리액에 함유된 질소 성분을 제거하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 소화탈리액 처리장치는 상기 소화 탈리액을 유입받아 부분 아질산화를 수행하는 부분 아질산화 반응조, 부분 아질산화 반응조에 존재하는 침강성이 저하된 슬러지를 유입받아 암모늄 산화 박테리아(AOB) 그래뉼을 생성하는 AOB 그래뉼 생성조, 부분 아질산화 반응조의 처리수를 유입받아 저류하면서, 처리수로부터 고형물을 침전 제거하는 중간저장조 및 상기 중간저장조로부터 처리수를 공급받아 혐기성 암모늄 산화(Anammox) 반응에 의해 질소 성분을 제거하는 아나목스(Anammox) 반응조를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 열가수분해 장치로 유입되는 유기성 폐기물은 하·폐수 처리장치로부터 배출되는 것임을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 하·폐수 처리장치는 하·폐수가 유입되어 슬러지를 생성하는 1차 침전조, 상기 1차 침전조의 상등수를 수용하여 생물학적으로 처리하는 생물 반응조, 상기 생물 반응조에서 유출된 처리수를 침전시켜 슬러지를 생성하고 상등수를 배출시키는 2차 침전조 및 상기 2차 침전조에서 배출된 슬러지를 탈수하는 탈수기를 포함하고, 상기 열가수분해 장치로 유입되는 유기성 폐기물은 상기 2차 침전조에서 배출된 슬러지를 탈수한 것임을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 하·폐수 처리장치는 농축기를 더 포함하고, 상기 농축기는 상기 1차 침전조에서 발생된 슬러지를 농축하여 상기 1차 저류조로 배출시킴으로써, 후단의 혐기성 소화에 사용되도록 하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 유기성 폐기물을 열가수분해를 통해 가용화 후 혐기성 소화조에서 처리함으로써, 바이오 가스 발생량 및 혐기성 소화조의 소화일수를 단축시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 열가수분해 장치에서 발생되는 열 에너지를 열가수분해 장치가 결합된 유기성 폐기물 혐기성 소화 시스템 내에서 재이용하여 시스템의 에너지 소비효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 혐기성 소화조에서 발생되는 소화탈리액을 부분 아질산화와 혐기성 암모늄 산화가 결합된 공정을 통해 처리함으로써, 하·폐수 처리장치로 연계되는 반류수의 질소 부하를 경감시키고, 탈리액 처리 비용을 절감시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열가수분해 장치가 결합된 유기성 폐기물의 혐기성 소화 시스템의 공정도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열가수분해 장치가 결합된 유기성 폐기물의 혐기성 소화 시스템에 연계된 하·폐수 처리장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열가수분해 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열가수분해 반응기의 동작 순서를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 각 열가수분해 반응기의 동작 순서를 도시한 도면이다.
도 6 내지 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 열가수분해 장치의 동작 순서를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열가수분해 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 소화탈리액 처리장치의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열가수분해 장치가 결합된 유기성 폐기물의 혐기성 소화 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 열가수분해 장치가 결합된 유기성 폐기물 혐기성 소화 시스템(100)(이하에서 '시스템(100)'이라 약칭함)은 하·폐수 처리장치(110), 케익 저장조(120), 열가수분해 장치(130), 제1 저류조(140), 혐기성 소화조(150), 제2 저류조(160), 소화슬러지 탈수기(170) 및 소화탈리액 처리장치(180)를 포함한다.
하·폐수 처리장치(110)는 외부로부터 하·폐수를 유입받아, 고형물이나 유기물 등의 오염물질을 제거하여 외부로 처리수를 방류한다. 하·폐수 처리장치(110)에서 제거된 오염물질은 1차 슬러지(생슬러지), 2차 슬러지(잉여 슬러지) 및 3차 슬러지(총인 슬러지, Total Phosphorus Sludge)와 같은 유기성 폐기물의 형태로 배출된다.
하·폐수 처리장치(110)는 1차 슬러지를 (도 2를 참조하여 후술될 농축기(215)를 거친) 농축 슬러지의 형태로 제1 저류조(140)로, 2차 슬러지와 3차 슬러지를 (후술될 탈수기(235)를 이용해) 탈수하여 케익 저장조(120)로 각각 배출한다.
또한, 하·폐수 처리장치(110)는 슬러지들의 농축 및 탈수 과정에서 배출되는 농축/탈수 여액을 처리하며 슬러지를 더 배출한다. 하·폐수 처리장치(110)는 여액의 처리에 따라 발생되는 슬러지를 제2 저류조(160)로 배출한다.
하·폐수 처리장치(110)는 하수 또는 폐수 처리장의 수처리 시설일 수 있다. 하·폐수 처리장치(110)에 대한 구체적인 구성은 도 2에서 후술하기로 한다.
케익 저장조(120)는 2차 및 3차 슬러지를 탈수한 유기성 폐기물을 하·폐수 처리장치(110)로부터 공급받아, 열가수분해 장치(130)로 이송하기 전까지 일시적으로 저류한다.
열가수분해 장치(130)는 케익 저장조(120)에 저류된 유기성 폐기물을 공급받아, 유기성 폐기물을 열가수분해하여 액상 생성물의 형태로 제1 저류조(140)로 배출한다. 열가수분해 장치(130)는 유기성 폐기물을 기 설정된 온도 및 압력 하에서 가수분해하여, 혐기성 소화조(150)에서의 유기성 폐기물의 소화 효율을 더욱 향상시킨다.
열가수분해 장치(130)의 구체적인 구성 및 동작 순서는 도 3 내지 12를 참조하여 후술하기로 한다.
제1 저류조(140)는 열가수분해 장치(130)에서 처리된 열가수분해 반응물과 하·폐수 처리장치(110)에서 배출되는 농축 슬러지를 공급받아, 혐기성 소화조(150)로 투입하기 전까지 저장한다. 하·폐수 처리장치(110)에서 배출되는 농축 슬러지는 하·폐수 처리장치(110)가 1차 슬러지(생슬러지)를 농축기(215)에서 농축시킨 유기성 폐기물이다. 이러한 농축 슬러지는 2차 슬러지 및 3차 슬러지(후술할 2차 침전지(230) 및 3차 처리조(240)에서 발생되는 슬러지) 대비 상대적으로 분해성이 좋기 때문에, 별도의 가용화 처리를 거치지 않고 바로 혐기성 소화에 사용될 수 있다.
혐기성 소화조(150)는 제1 저류조(140)로부터 열가수분해 반응물인 액상 생성물과 하·폐수 처리장치(110)의 농축 슬러지가 혼합된 유기성 폐기물을 공급받아 소화시켜 유기성 폐기물을 감량 및 안정화시키며, 기체 생성물(바이오가스)과 소화 슬러지를 생성한다.
혐기성 소화조(150)는 혐기성 미생물의 작용에 의해 유기성 폐기물로부터 바이오가스를 생성하고, 유기물을 분해시킨다. 혐기성 소화조(150)에서 발생한 바이오가스는 바이오가스 정제시설을 거쳐 전력을 생산하는데 이용되거나, 열 에너지 형태로 재이용된다. 혐기성 소화조(150)에서 생성된 소화 슬러지는 제2 저류조(160)로 배출된다.
제2 저류조(160)는 혐기성 소화조(150)에서 발생된 소화 슬러지를 공급받아 후처리를 위해 일시적으로 저장한다. 또한, 제2 저류조(160)는 하·폐수 처리장치(110) 내에서 발생되는 다른 슬러지들을 더 공급받아, 소화 슬러지와 함께 소화슬러지 탈수기(170)에서 고액 분리되기 전까지 저장할 수 있다.
제2 저류조(160)로 유입되는 소화 슬러지 외의 다른 슬러지는, 소화탈리액 처리장치(180)에서 슬러지의 후처리 과정을 거쳐 배출되는 잉여 슬러지 및 도 2를 참조하여 후술할 여액 처리장치(250)에서 배출되는 슬러지를 포함한다.
소화슬러지 탈수기(170)는 제2 저류조(160)에서 수집된 슬러지를 공급받아 고액 분리함으로써, 탈수된 케익을 최종 처분을 위해 배출시키고, 소화탈리액은 소화탈리액 처리장치(180)로 배출한다.
소화슬러지 탈수기(170)는 원심 탈수기일 수 있으며, 탈수기(170)에 의해 탈수된 케익은 약 75% 정도의 함수율을 갖는다. 이러한 탈수된 케익은 최종 처분 방식에 따라 건조 후 연료화에 사용되거나, 외부로 반출되어 위탁 처리될 수 있다.
소화탈리액 처리장치(180)는 소화슬러지 탈수기(170)에서 배출되는 탈리액을 유입받아, 탈리액 중의 질소 성분을 제거한다.
소화탈리액 처리장치(180) 전단의 열가수분해 장치(130)는 유기성 폐기물의 생분해도를 향상시키는 과정에서 고농도의 유기성 질소를 생성한다. 또한, 혐기성 소화조(150)는 이러한 유기성 질소를 암모니아성 질소로 전환한다.
이러한 이유로, 혐기성 소화조(150)의 소화슬러지를 탈수한 탈리액은 여전히 고농도의 질소를 함유하고 있으므로, 탈리액이 하·폐수 처리장치(110)로 연계 처리되는 경우 하·폐수 처리장치(110)의 처리수질에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 소화탈리액 처리장치(180)는 탈리액 내 질소를 제거하고, 그 처리수를 하·폐수 처리장치(110)로 반류시킨다.
또한, 소화탈리액 처리장치(180)는 탈리액의 질소 처리과정에서 잉여 슬러지를 배출하는데, 잉여 슬러지는 제2 저류조(160)로 다시 회수되어 소화슬러지 탈수기(170)에서 재처리 된다. 소화탈리액 처리장치(180)의 구체적인 구성은 도 13에서 후술하기로 한다.
열가수분해 장치가 결합된 유기성 폐기물의 혐기성 소화 시스템(100)은 유기성 폐기물을 혐기성 소화하기 전에 열가수분해로 전처리하기 때문에, 혐기성 소화만을 단독으로 실시하는 경우 대비 혐기성 소화조(150)의 유기물 분해율을 증가시킬 수 있다.
즉, 열가수분해 장치(130)에서 고분자 유기물질들의 결합 고리가 파괴되면서 저분자 유기물질로 전환됨에 따라 유기물질들의 생분해도가 향상되고, 그로 인해 혐기성 소화조(150)는 유입되는 유기성 폐기물의 성상에 영향받지 않고, 빠르고 효율 높은 소화를 수행할 수 있다.
그로부터, 시스템(100)은 혐기성 소화조(150)의 체류시간을 일반적인 혐기성 소화 대비 30% 이상 단축시킬 수 있다. 또한, 시스템(100)의 바이오가스 발생량도 일반 혐기성 소화 시스템(전처리 미포함) 대비 20~40% 이상 증가할 수 있다.
나아가, 시스템(100)은 소화탈리액 처리장치(180)를 더 포함하여 열가수분해 장치(130) 및 혐기성 소화조(150)를 거치면서 발생된 고농도의 질소 성분을 포함한 탈리액을 처리함으로써, 반류수가 연계되는 하·폐수 처리장치(110)의 처리수질에 대한 탈리액의 영향을 최소화할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열가수분해 장치가 결합된 유기성 폐기물 혐기성 소화 시스템에 연계된 하·폐수 처리장치(110)의 구성을 도시한 도면이다.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하·폐수 처리장치(110)는 1차 침전지(210), 농축기(215), 생물 반응조(220a), 2차 침전지(230), 탈수기(235), 3차 처리조(240) 및 여액 처리장치(250)를 포함한다.
1차 침전지(210)는 하·폐수를 유입받아 중력의 작용으로 하·폐수 속의 고형물을 침전 및 농축시킨다. 1차 침전지(210)는 상등수와 1차 슬러지(생 슬러지)로 분리하여 상등수는 생물 반응조(220a)로, 1차 슬러지는 농축기(215)로 배출한다. 1차 침전지(210)에서 발생된 1차 슬러지(생슬러지)는 2차 및 3차 슬러지(잉여슬러지 및 총인슬러지)보다 상대적으로 분해성이 좋기 때문에, 열가수분해 등의 전처리 없이 바로 혐기성 소화에 적용될 수 있다. 따라서, 1차 슬러지와 2차 및 3차 슬러지가 혼합되어 열가수분해 장치(130)에서 처리되는 것은, 열가수분해 장치(130)의 처리 용량을 불필요하게 증가시키는 결과를 초래할 수 있다. 따라서 1차 슬러지는 농축기(215)로 배출되고, 농축기(215)를 거쳐 혐기성 소화조(150)에서 바로 혐기성 소화된다.
농축기(215)는 1차 침전지(210)로부터 1차 슬러지를 유입받아 기계적으로 농축하여 농축 슬러지와 농축여액을 생성한다. 농축기(215)는 농축 슬러지를 제1 저류조(140)로, 농축여액을 여액 처리장치(250)로 배출한다.
농축기(215)에서 농축된 농축 슬러지는 대략 4~5% 정도의 총 고형물 농도(Total Solid, TS)를 갖는다. 이러한 농축 슬러지는 제1 저류조(140)로 배출되고 열가수분해 장치(130)에서 배출된 열가수분해 반응물과 혼합되어 혐기성 소화조(150)에서 소화된다.
생물 반응조(220a)는 미생물을 포함하여, 1차 침전지(210)의 상등수를 유입받아 하·폐수 내의 유기물, 질소 및 인 등을 제거하고, 2차 침전지(230)로 처리수를 배출한다.
2차 침전지(230)는 생물 반응조(220a)의 처리수를 유입받아 고형물을 침전 및 농축시킨다. 2차 침전지(230)는 2차 슬러지(잉여슬러지)와 상등수로 분리하여, 상등수는 3차 처리조(240)로, 2차 슬러지는 탈수기(235)로 배출한다.
탈수기(235)는 2차 침전지(230)에서 배출된 2차 슬러지를 공급받는다. 탈수기(235)는 2차 슬러지의 수분을 제거하여 탈수된 케익과 탈리액으로 분리하고, 케익은 케익 저장조(120)로, 탈리액은 여액 처리장치(250)로 배출한다.
탈수기(235)는 기계적 탈수기이며, 일 예로, 원심 탈수기일 수 있다. 탈수기(235)에서 탈수된 유기성 폐기물(슬러지)은 대략 80% 내외의 함수율을 갖는다. 탈수기(235)에서 탈수된 유기성 폐기물은 열가수분해 장치(130)로 공급되어, 가용화(열가수분해)된다.
3차 처리조(240)는 2차 침전지(230)의 상등수를 공급받아 전단(1차 침전지, 생물 반응조 및 2차 침전지)에서 제거되지 않은 나머지 오염물질을 제거하기 위한 후처리를 수행하고, 처리수를 최종 방류한다.
3차 처리조(240)의 후처리는 필요에 따라 총인 처리 등이 적용될 수 있으며, 총인 처리과정에서 발생되는 슬러지는 탈수기(235)로 배출되어 2차 슬러지와 함께 탈수된다.
여액 처리장치(250)는 농축기(215)에서 배출되는 농축여액 및 탈수기(235)에서 배출되는 탈수여액을 공급받아 고형물 제거 등의 후처리를 수행한다. 여액 처리장치(250)는 처리수를 1차 침전지(210)의 전단으로 반류하고, 제거한 고형물은 제2 저류조로 배출한다.
여액 처리장치(250)는 부상분리 장치(미도시)일 수 있으며, 필요에 따라 농축여액과 탈수여액을 일시적으로 저류하는 저류조(미도시)를 더 포함할 수 있다.
부상분리 장치(미도시)는 여액을 공급받아 여액 내 포함된 입자성 물질들을 제거하여, 처리수를 1차 침전조(210)의 전단으로 반류한다. 또한, 제거된 입자성 물질은 슬러지의 형태로 제2 저류조(160)로 배출되며, 후단에서 소화슬러지와 혼합되어 탈수 처리된다.
도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하·폐수 처리장치(110)를 도시한 도면이다.
도 2b를 참조하면, 하·폐수 처리장치(110)는 생물 반응조(220b), 탈수기(235), 3차 처리조(240) 및 여액 처리장치(250) 만을 포함할 수 있다.
이 때, 생물 반응조(220b)는 생물학적 처리방식에 따라, 전단의 침전 처리 없이 하·폐수 중의 고형물, 유기물 및 질소, 인 등을 제거할 수 있다. 생물 반응조(220b)는 하·폐수를 처리수와 잉여 슬러지로 분리하여 처리수는 3차 처리조(240)로, 잉여 슬러지는 탈수기(235)로 배출한다.
일 예로, 생물 반응조(220b)가 연속 회분식 반응기(Sequencing Batch Reactor, SBR)이거나 멤브레인 생물 반응기(Membrane Bioreactor, MBR)인 경우, 생물 반응조(220b)는 그 전단 및 후단에 침전조를 포함하지 않을 수 있다. 이 때, 생물 반응조(220b)에서 잉여 슬러지가 발생되어 탈수기(235)로 배출된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열가수분해 장치(130)의 구성을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열가수분해 장치(130)는 예열조(310), 이송 펌프(315), 복수의 열가수분해 반응기(320), 감압탱크(330), 스팀 정제조(340), 열교환기(350) 및 제어부(미도시)를 포함한다.
예열조(310)는 처리될 유기성 폐기물을 케익 저장조(120)로부터 유입받아 예열시킨다. 후술할 열가수분해 반응기(320)는 상대적으로 고온 및 고압의 조건에서 유기성 폐기물을 가수분해한다. 이에, 상대적으로 많은 열 에너지가 소비되어야 하는데, 이를 방지하기 위해, 처리과정 상에서 열가수분해 반응기(320)의 전단에 예열조(310)가 배치되어, 가수분해될 유기성 폐기물을 예열한다.
예열조(310)는 별도의 열원으로부터 열 에너지(주로, 스팀 형태)를 인가받는 것이 아니라, 후술할 감압탱크(330)에서 분리된 기체 성분들을 유입받는다. 감압탱크(330)에서 분리된 기체 성분들은 일정한 온도를 갖는다. 감압탱크(330)에서 분리된 기체 성분들이 외부로 배출(Vent)되는 것보다는 예열조(310)로 반송되어 예열에 이용되도록 한다. 이에 따라, 예열조(310)는 별도의 열원으로부터 열 에너지를 인가받을 필요없이, 감압탱크(330)에서 분리된 기체 성분에 의해 유입되는 유기성 폐기물을 예열시킬 수 있어 에너지 소비를 최소화할 수 있다.
이송 펌프(315)는 케익 저장조(120)에 저류된 유기성 폐기물을 예열조(310)로 이송한다. 이송 펌프(315)는 케익 저장조(120)로부터 유기성 폐기물을 일정하게 예열조(310)로 이송하기 위해, 제어부(미도시)에 의해 열가수분해 장치(130)의 동작 순서와 연동되어 제어된다.
열가수분해 반응기(320)는 예열조(310)로부터 예열된 유기성 폐기물을 인가받아 열가수분해한다. 열가수분해 반응기(320)는 유기성 폐기물을 열가수분해함으로써, 후단의 혐기성 소화조(150)에서 메탄생성균을 이용한 유기물 분해율을 증가시킨다.
열가수분해 반응기(320)는 도 4에 도시된 바와 같이 동작한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열가수분해 반응기(320)의 동작 순서를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 먼저, 열가수분해 반응기(320)로 예열된 유기성 폐기물이 투입된다. 유기성 폐기물이 투입되면, 열가수분해 반응기(320)에서 열가수분해 반응이 일어날 수 있도록 기 설정된 환경이 조성되어야 한다. 기 설정된 환경은 1 내지 23bar, 보다 구체적으로 5 내지 20 bar 내외의 압력 하에서, 100 내지 220℃, 보다 구체적으로는 유기성 폐기물의 분해능 향상을 위해 160 내지 200℃의 온도를 갖는 환경일 수 있다. 이때, 열가수분해 반응기(320)가 기 설정된 온도 환경을 확보할 수 있도록 외부 열원으로부터 열 에너지(스팀)가 인가된다. 기 설정된 환경, 특히, 충분한 승온이 일어나 온도 조건이 갖추어지면, 열가수분해 반응기(320) 내에서 열가수분해 반응이 일어난다. 열가수분해 반응은 기 설정된 시간(예를 들어, 수십 분)동안 진행되며, 반응이 완료된 후 생성물 중 기체 성분 일부는 스팀 정제조(340)로, 나머지 모든 성분은 감압탱크(330)로 배출된다. 열가수분해 반응기(320)는 이처럼 동작하며 유기성 폐기물을 열가수분해한다.
다시 도 3을 참조하면, 열가수분해 반응기(320)는 복수 개로 구현될 수 있다. 어느 하나의 열가수분해 반응기(320)에서 열가수분해 반응이 완료된 후 생성물 중 기체 성분 일부는 스팀 정제조(340)로 배출된다. 전술한 대로, 감압탱크(330)에서 분리된 기체 성분은 예열조(310)로 유입되는 한편, 후술할 스팀 정제조(340)에서도 감압탱크(330)와 유사하게, 기체 성분(스팀) 내 포함되어 있을 수 있는 액체 성분을 분리한다. 스팀 정제조(340)에서 분리된 기체 성분은 다른 열가수분해 반응기(320)로 유입되어 열가수분해를 위한 온도 조성을 보조한다. 이는 복수의 열가수분해 반응기(320a 내지 320d)들이 각각 도 5에 도시된 바와 같이 동작하기에 가능하다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 각 열가수분해 반응기의 동작 순서를 도시한 도면이다.
각 열가수분해 반응기(320a 내지 320d)는 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이 동작하되, 서로 시간 차를 두고 동작을 수행한다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 열가수분해 반응기(320a)가 유기성 폐기물을 예열조(310)로부터 유입받아 승온을 하고 있는 과정에 진입하였을 경우, 비로소, 열가수분해 반응기(320b)는 유기성 폐기물을 예열조(310)로부터 유입받기 시작할 수 있다. 열가수분해 반응기(320c)는 열가수분해 반응기(320a)가 유기성 폐기물을 열가수분해하기 시작할 시점에 유기성 폐기물을 예열조(310)로부터 유입받기 시작할 수 있으며, 열가수분해 반응기(320d)는 반응이 완료된 생성물을 외부로 배출하는 시점에 유기성 폐기물을 예열조(310)로부터 유입받기 시작할 수 있다. 이처럼 동작할 경우, 전술한 대로, 어느 하나의 열가수분해 반응기(320)에서 배출되어 정제된 기체 성분(스팀)은 승온 중인 다른 하나의 열가수분해 반응기로 유입됨으로서, 승온을 위해 필요한 열 에너지 소비량을 감소시킬 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 이처럼 열가수분해 반응기(320)는 열가수분해 반응을 위해 필요한 열량 중 일부를 다른 열가수분해 반응기(320)에서 생성된 기체 성분으로부터 확보할 수 있어, 버려지는 에너지를 최소화하고 승온을 위한 에너지 소비를 감소시킬 수 있다.
열가수분해 반응기(320)는 내부에 압력 센서를 포함하여, 제어부(미도시)의 제어에 따라 열가수분해 반응에 의한 생성물 중 기체 성분 일부를 스팀 정제조(340)로 분리 배출한다. 열가수분해 반응기(320)는 반응기 내부의 압력을 센싱하여, 감압탱크(330)에서 분리되어 예열조(310)로 반송됨으로써 예열조(310)를 예열시키는 데 충분한 양을 제외한 나머지 기체 성분은 모두 스팀 정제조(340)로 분리 배출한다. 열가수분해 반응기(320)는 압력 센싱을 수행함으로써, 정확히 예열에 필요한 양 이외의 나머지는 스팀 정제조(340)로 배출하여 다른 열가수분해 반응기를 승온시킬 수 있도록 한다. 종래에는 전량 감압탱크(330)로 배출되었으며, 기체 성분이 예열조로 모두 반송되어 예열에 사용된다 하더라도 예열에 필요한 양 이상이 반송되었기에 예열에 사용된 나머지 기체 성분은 모두 배출되어 버려졌다.
또는, 열가수분해 반응기(320)는 내부 압력을 센싱하여 반응기 내 비정상적으로 과도하게 기체 성분들이 많아지거나 외부에서 스팀이 과도하게 투입되었는지를 센싱한다. 반응기 내에 기체 성분으로 인한 압력이 기 설정된 기준치 이상인 경우, 열가수분해 반응기(320)는 제어부(미도시)의 제어에 따라, 압력이 기준치 이하가 될 때까지 기체 성분을 모두 스팀 정제조(340)로 배출한다. 열가수분해 반응기(320)는 일정량의 기체 성분을 스팀 정제조(340)로 배출함으로써, 열가수분해 반응기의 폭발 위험을 방지하고, 열을 회수하여 다른 열가수분해 반응기의 가열에도 이용할 수 있다.
감압탱크(330)는 열가수분해 반응기(320) 내에서 열가수분해 반응이 완료되어 생성된 생성물 대부분을 유입받아 기체 성분과 액체 성분을 분리시킨다. 열가수분해 반응으로 생성된 생성물 중 액체 성분만이 혐기성 소화가 수행될 성분에 해당하며, 기체 성분은 혐기성 소화와 무관한 성분에 해당한다. 따라서, 해당 성분을 분리하여 예열에 이용할 수 있도록, 감압탱크(330)는 생성물로부터 기체 성분과 액체 성분을 분리한다. 감압탱크(330)는 열가수분해 반응기(320)로부터 상대적으로 낮은 압력을 갖는다. 감압에 의해 생성물들의 온도는 하강하게 되어, 끓는 점이 (감압탱크 내 온도보다) 낮은 성분들은 기체 상태를 유지하되, 끓는 점이 (감압탱크 내 온도보다) 높은 성분들은 액체 성분으로 액화된다. 이처럼, 감압탱크(330)는 열가수분해 반응기(320)와 압력 차이를 발생시켜, 일정한 성분들을 액체 상태로, 나머지 성분들을 기체 상태로 만든다. 감압탱크(330)는 분리된 기체 성분은 예열조(310)로 반송하고, 액체 성분은 후처리를 위하여 열교환기(350)를 거쳐 제1 저류조(140)로 배출한다.
스팀 정제조(340)는 열가수분해 반응기(320)에서 배출되는 기체 성분 중 일부를 유입받아 액체 성분을 정제한다. 열가수분해 반응기(320)는 상대적으로 높은 압력을 갖는 상태이기 때문에, 반응기(320)에서 기체 성분만이 배출된다 하더라도 배출된 후에 액체 성분이 생성되거나, 높은 압력에서 기체 성분이 배출되면서 액체 성분이 동반하여 배출될 수 있다. 이에, 스팀 정제조(340)는 기체 성분과 액체 성분을 각각 분리하여, 액체 성분은 감압탱크(330)로, 기체 성분은 예열된 유기성 폐기물이 유입될 다른 열가수분해 반응기로 배출한다. 스팀 정제조(340)가 생성물로부터 기체 성분과 액체 성분을 분리하는 이유는 다음과 같다.
열가수분해 반응기(320)에서 생성된 생성물 중 액체 성분은 이미 열가수분해 반응을 마친 성분에 해당한다. 이와 같은 액체 성분이 다시 열가수분해 반응기로 투입되어 열가수분해 반응을 거치게 될 경우, 비효율에 해당하며 에너지 소비 측면에서도 낭비에 해당한다. 또한, 유기성 폐기물은 예열조(310)로부터 특정 열가수분해 반응기(320)로 투입됨에 있어, 열가수분해 반응기(320)에서 열가수분해 반응이 원활히 이뤄질 수 있도록 하는 적정량이 투입된다. 이때, 다른 열가수분해 반응기에서 생성된 생성물 중 액체 성분이 해당 열가수분해 반응기로 유입될 경우, 적정량 이상이 해당 열가수분해 반응기에 유입되게 된다. 이는 비효율적인 열가수분해 반응을 불러일으키며, 적정량 이상의 열 에너지를 소비하게 하는 원인이 된다. 이러한 문제들을 방지하기 위해, 스팀 정제조(340)는 열가수분해 반응기(320)에서 배출되는 생성물 내에서 액체 성분과 기체 성분을 분리하여 각각을 서로 다른 구성으로 이송한다.
스팀 정제조(340)는 기체 성분과 액체 성분을 분리할 수 있다면, 어떠한 형태나 구조로 구현되어도 무방하다.
열교환기(350)는 감압탱크(330)에서 배출되는 액체 성분의 온도를 낮추어, 후단에 적용되는 혐기성 소화조(150)의 온도를 기 설정된 운전온도까지 조절한다.
열교환기(350)는 냉각수를 순환시켜 고온의 액체 성분과 열교환함으로써, 액체 성분의 온도를 낮춘다. 감압탱크(330)에서 배출되는 액체 성분의 온도는 약 100℃ 수준이므로, 열교환기(350)는 액체 성분의 온도를 혐기성 소화조(150)의 적정 온도범위, 예를 들어, 40℃ 정도까지 낮춘 후, 제1 저류조(140)로 액체 성분을 공급한다.
한편, 고온의 액체 성분과의 열교환 작용에 의해 승온된 냉각수는, 열가수분해 반응기(320)로 열 에너지(스팀)를 공급하기 위한 외부 열원(보일러)으로 회수될 수 있다. 즉, 승온된 냉각수가 스팀 생성용 보일러 용수에 합류됨으로써, 스팀 발생을 위해 소비하는 에너지가 절감된다.
또한, 열교환기(350)에서 배출되는, 승온된 냉각수는 혐기성 소화조(150)의 가온을 위한 보일러(미도시) 급수용수에 합류될 수도 있다. 이 경우, 혐기성 소화조(150)의 가온에 필요한 에너지 소비량이 절감된다. 마찬가지로, 승온된 냉각수는 후술할 아나목스 반응조(1350)의 기 설정된 운전온도의 유지를 위한 열교환수로서 재순환될 수도 있다.
이와 같이, 열가수분해 장치(130)에서 발생하는 열 에너지는, 시스템(100) 내에서 다양한 방식으로 회수될 수 있다. 따라서, 열가수분해 장치(130)에서 발생되는 열 에너지들이 모두 재이용됨으로써, 시스템(100)의 에너지 소비효율이 개선된다.
제어부(미도시)는 열가수분해 장치(130) 내 각 구성의 동작을 제어한다.
제어부(미도시)는 예열조(310)로 처리되어야 할 유기성 폐기물이 유입되도록 이송 펌프(315)를 제어한다. 이를 위하여, 예열조(310)는 수위계를 포함할 수 있고, 제어부(미도시)는 예열조(310)의 수위가 기 설정된 수위 이하이면 케익 저장조(120)의 폐기물을 예열조(310)로 투입하고, 기 설정된 수위 이상이면 폐기물 투입을 중단하도록 제어한다.
제어부(미도시)는 유기성 폐기물을 예열시키기 위해 감압탱크(330)에서 분리된 기체 성분을 예열조(310)로 반송하도록 감압탱크(330)를 제어할 수 있다.
제어부(미도시)는 예열조(310)에서 예열된 유기성 폐기물이 열가수분해 반응기(예를 들어, 320a)로 이송되도록 제어한다. 이송된 후, 제어부(미도시)는 열가수분해 반응기(320a)에서 열가수분해 반응이 일어날 수 있도록, 외부 열원으로부터 스팀과 다른 열가수분해 반응기(예를 들어, 320c)에서의 생성물로부터 분리된 기체 성분(스팀)을 열가수분해 반응기(320a)로 유입시킨다. 이에 따라, 열가수분해 반응기(320a)에서 열가수분해 반응이 일어난다.
이때, 제어부(미도시)는 열가수분해 반응기(320a) 내 압력이 기 설정된 기준치 이하인지 여부를 판단한다. 열가수분해 반응기(320a) 내 압력이 기 설정된 기준치 이하인 경우라면, 열가수분해 반응이 이상없이 진행되고 있는 상황에 해당한다. 반면, 열가수분해 반응기(320a) 내 압력이 기 설정된 기준치를 초과할 경우, 비정상적으로 기체 성분들이 많아지거나 외부에서 스팀이 과도하게 투입되어 반응기(320)에 이상이 발생할 수도 있는 상황에 해당한다. 이에 따라, 제어부(미도시)는 압력이 기 설정된 기준치 이하가 될 때까지 기체 성분을 스팀 정제조(340)로 배출시킨다. 이에 따라, 제어부(미도시)는 열가수분해 반응기(320a) 내 이상을 해소한다.
열가수분해 반응기(320a) 내에서 열가수분해 반응이 기 설정된 시간 동안 진행된 경우, 제어부(미도시)는 기체 성분 일부를 스팀 정제조(340)로, 나머지 모든 생성물은 감압탱크(330)로 배출한다. 이때, 기체 성분을 배출함에 있어서, 제어부(미도시)는 감압탱크(330)에서 분리되어 예열조(310)에서 유기성 폐기물을 예열시키기에 충분한 양 이외에는 모두 스팀 정제조(340)로 배출시킨다. 이에 따라, 예열에 필요한 기체 성분 외에 나머지 기체 성분은 외부로 배출됨 없이 모두 다른 열가수분해 반응기를 가열하는데 사용될 수 있어 에너지 효율을 극대화할 수 있다.
제어부(미도시)는 감압탱크(330)가 기체 성분과 액체 성분을 분리하도록 제어하고, 기체 성분을 예열조(310)로, 액체 성분을 혐기성 소화를 위해 열교환기(350)로 배출하도록 제어한다.
이와 동시에, 나머지 열가수분해 반응기(320b 내지 320d)도 순서에 따라 동작하도록 병렬적으로 제어한다. 제어부(미도시)가 각 열가수분해 반응기들의 동작을 제어하는 과정은 도 6 내지 11을 참조하여 후술한다.
제어부(미도시)가 이와 같이 각 구성들을 제어함에 따라, 버려지는 열 에너지원 없이 최대한 열 에너지원을 재활용함으로써, 외부 열원으로부터 인가되는 열 에너지를 최소화할 수 있다.
도 6 내지 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기성 폐기물 처리장치의 동작 순서를 도시한 도면이다. 도 6 내지 11에 열가수분해 장치(130)가 유기성 폐기물이 유입받아 처리하는 과정을 상세히 도시하였다.
도 6을 참조하면, 제어부(미도시)의 제어에 따라, 예열조(310)로 (최초로) 유기성 폐기물이 유입되어 예열된다.
도 7을 참조하면, 예열된 유기성 폐기물은 일 열가수분해 반응기(320a)로 유입되며 외부 열원에서 열 에너지(스팀 형태)를 (최초로) 인가받아 승온한다.
도 8을 참조하면, 열가수분해 반응기(320a)에 특별한 이상이 발생하지 않을 경우, 열가수분해 반응기(320a)는 제어부(미도시)의 제어에 따라 감압탱크(330)에서 분리되어 예열조(310)에서 유기성 폐기물을 예열시키기에 충분한 양 이외의 나머지 기체성분은 스팀 정제조(340)로, 나머지 모든 생성물은 감압탱크(330)로 배출한다. 열가수분해 반응기(320a) 내부 압력이 기 설정된 기준치를 초과하는 경우, 내부 압력이 기 설정된 기준치 이하로 내려갈 때까지, 열가수분해 반응기(320a)는 기체 성분을 스팀 정제조(340)로 배출하고 나머지 모든 생성물은 감압탱크(330)로 배출한다
도 9를 참조하면, 예열조(310)는, 유기성 폐기물이 유입되고, 감압탱크(330)에서 반송된 기체 성분에 의해 예열되며, 예열된 유기성 폐기물은 열가수분해 반응기(320c)로 유입된다.
도 10을 참조하면, 스팀 정제조(340)에서 분리된 액체성분은 감압탱크(330)로, 기체 성분은 열가수분해 반응기(320c)로 유입된다, 이와 함께 외부 열원으로부터 열 에너지(스팀 형태)가 인가되어 열가수분해 반응기(320c)가 승온하게 된다.
이때, 열가수분해 반응기(320c)로 기체 성분과 열 에너지가 인가됨에 있어, 기체 성분이 우선적으로 모두 인가되고 그 후에 외부 열원으로부터 에너지가 인가된다. 열 에너지를 열가수분해 반응기로 인가하는 외부 열원은 상대적으로 상당히 고압을 갖는다. 한편, 스팀 정제조(340)는 상대적으로 상당히 낮은 압력을 갖는다. 이에 따라, 양자가 동시에 열가수분해 반응기(320c)로 인가될 경우, 압력 차이로 인해 스팀 정제조(340)에서 기체 성분이 온전히 열가수분해 반응기(320c)로 인가되지 못하는 문제가 발생하게 된다. 심지어, 외부에서 열가수분해 반응기(320c)로 인가된 열 에너지(스팀)이 오히려 스팀 정제조(340) 쪽으로 배출되는 문제가 발생할 수도 있다. 이를 방지하기 위해, 스팀 정제조(340)에서 우선적으로 열가수분해 반응기(320c)로 기체 성분을 인가하고, 그 후에 외부 열원에서 열 에너지(스팀)를 열가수분해 반응기(320c)로 인가한다. 이에 따라, 온전히 모든 성분이 열가수분해 반응기로 인가될 수 있다.
도 11을 참조하면, 감압탱크(330)는 제어부(미도시)의 제어에 따라 분리한 액체성분을 열교환기(350)로 전송하고, 분리한 기체 성분을 예열조(310)로 반송하여 예열에 필요한 열 에너지를 제공한다.
스팀 정제조(340)에서 분리된 기체 성분이 열가수분해 반응기(320c)로 유입됨에 따라, 외부 열원에서 인가되는 열 에너지량이 기체 성분만큼 감소할 수 있다. 이처럼 승온된 열가수분해 반응기(320c)에서 열가수분해 반응이 진행되며, 다시 도 8 내지 11의 과정이 반복되어 처리될 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열가수분해 장치를 도시한 것이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 열가수분해 장치(130)는 본 발명의 일 실시예에 따른 열가수분해 장치(130)의 구성에 이젝터(1210)를 더 포함할 수 있다.
이젝터(1210)는 스팀 정제조(340) 및 외부 열원으로부터 열가수분해 반응기(320)의 승온을 위해 인가되는 열 에너지(스팀 형태)를 특정 열가수분해 반응기(320)로 공급하는 열 에너지 공급 경로 상에 구비된다.
이젝터(1210)는 압력차와 무관하게 스팀 정제조(340)에서 분리된 기체 성분과 외부 열원에서 인가되는 열 에너지를 특정 열가수분해 반응기(320)로 동시에 주입시킨다.
전술한 바와 같이, 외부 열원은 상대적으로 상당히 고압을 갖는다. 한편, 스팀 정제조(340)는 상대적을 상당히 낮은 압력을 갖는다. 이에 따라, 양자가 동시에 열가수분해 반응기(320)로 인가될 경우, 압력 차이로 인해 스팀 정제조(340)에서 기체 성분이 온전히 열가수분해 반응기(320)로 인가되지 못할 수 있고, 오히려 외부 열원에서 인가된 열 에너지가 스팀 정제조(340)로 배출되는 문제도 발생할 수 있다.
이러한 문제를 방지하기 위해, 이젝터(1210)는 외부 열원에서 열 에너지를 인가하는 경로와 스팀 정제조(340)에서 기체 성분을 반응기(320)로 인가하는 경로가 합류되는 지점에 배치된다.
이젝터(1210)는 각 경로로 제공되는 스팀과 기체 성분을 인가받되, 압력차와 무관하게 각 성분들이 열가수분해 반응기(320)로 인가될 수 있도록 한다. 나아가, 이젝터(1210)는 외부 열원에서 스팀이 분사되는 압력에 따라 함께 스팀 정제조(340)로부터 배출되는 기체 성분이 열가수분해 반응기(320)로 인가될 수 있도록 한다. 이에 이젝터(1210)는 열가수분해 반응기(320)로부터 기체 성분이 스팀 정제조(340)로 배출되는 것을 방지할 뿐만 아니라, 스팀 정제조(340)의 기체 성분 배출 속도까지 향상시킬 수 있다.
이젝터(1210)를 포함하는 경우, 전술한 도 10에서의 열가수분해 장치(130)의 동작은 다음과 같다.
스팀 정제조(340)에서 분리된 액체 성분은 감압탱크(330)로, 기체 성분은 열가수분해 반응기(320c)로 유입된다. 이와 함께 외부 열원으로부터 스팀이 인가되어 열가수분해 반응기(320c)가 승온하게 된다.
이젝터(1210)가 외부 열원의 공급 경로와 스팀 정제조(340)의 기체 성분 공급 경로의 합류 지점에 위치하기 때문에, 기체 성분과 외부로부터 공급되는 스팀은 순서와 무관하게 생성되는 대로 열가수분해 반응기(320c)로 주입될 수 있다. 또한, 이젝터(1210)에 의해, 보다 신속하게 기체 성분이 열가수분해 반응기(320c)로 공급되어, 반응기의 승온속도가 상승된다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 소화탈리액 처리장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 13을 참조하면, 소화탈리액 처리장치(180)는 유량조정조(1310), 부분 아질산화 반응조(1320), AOB 그래뉼 생성조(1330), 중간저장조(1340) 및 아나목스 반응조(1350)를 포함한다.
유량조정조(1310)는 소화슬러지 탈수기(170)에서 배출되는 소화탈리액을 공급받아, 부분 아질산화 반응조(1320)로 투입되기 전까지 저류한다.
부분 아질산화 반응조(1320)는 유량조정조(1310)로부터 소화탈리액을 공급받아, 암모늄 산화 박테리아(AOB: Ammonium Oxidation Bacteria) 그래뉼(이하에서, 'AOB 그래뉼'이라 약칭함)을 이용하여 탈리액에 포함된 암모니아성 질소의 일부(대략 절반)를 아질산성 질소로 산화시킨다. 부분 아질산화 반응조(1320)는 AOB 그래뉼 생성조(1330)로부터 AOB 그래뉼 생성조(1330)가 생성한 AOB 그래뉼을 유입받는다. 부분 아질산화 반응조(1320)는 유입받은 AOB 그래뉼을 이용하여 공급받은 탈리액 내 암모니아성 질소의 일부를 아질산성 질소로 산화시킨다. 부분 아질산화 반응조(1320)는 암모니아성 질소와 아질산성 질소의 비가 1:1.32가 될때까지 부분 아질산화 반응을 진행한다. 부분 아질산화 반응조(1320)에서는 AOB가 우점화되어 아질산화가 이루어진다. 부분 아질산화 반응조(1320)는 부분 아질산화 반응을 진행한 후, AOB 그래뉼을 침전시켜 AOB 그래뉼 외에 처리수(상등수)는 중간저장조(1340)로 배출하고, 침전성이 불량한 슬러지는 AOB 그래뉼 생성조(1330)로 반송한다.부분 아질산화 반응조(1320)는 AOB 그래뉼을 이용함에 따라. 향상된 처리 효율을 확보할 수 있으며, 침전시간을 단축시킬 수 있다.
AOB 그래뉼 생성조(1330)는 부분 아질산화 반응조(1320)에서 침전성이 불량한 슬러지를 공급받아 AOB 그래뉼을 생성하고, 이를 다시 부분 아질산화 반응조(1320)로 공급한다. 이와 같은 과정들이 반복적으로 수행됨으로써, 부분 아질산화 반응조(1320)는 그래뉼 유지 및 안정적인 부분 아질산화를 수행할 수 있다.
AOB 그래뉼 생성조(1330)는 효과적으로 그래뉼을 생성하기 위해, 에어 리프트 형태 반응기(미도시)를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
중간저장조(1340)는 부분 아질산화 반응조(1320)의 처리수를 공급받아, 아나목스 반응조(1350)로 처리수를 공급하기 전까지 일시적으로 저류한다.
중간저장조(1340)는 부분 아질산화 반응조(1320)로부터 배출되는 처리수를 저류하고, 후단의 연속 흐름식으로 운전되는 아나목스 반응조(1350)의 흐름에 대응하여 아질산화된 처리수를 공급한다.
중간저장조(1340) 내에서 저류되는 처리수 중 고형물이 침전됨에 따라 슬러지를 형성할 수 있다. 중간저장조(1340)에서 형성된 슬러지는 제2 저류조(160)로 다시 회수시킨다.
아나목스 반응조(1350)는 중간저장조(1340)로부터 부분 아질산화된 처리수를 유입받아 질소를 제거하고, 처리수를 하·폐수 처리장치(110)로 반류시킨다.
아나목스 반응조(1350)는 내부에 혐기성 암모늄 산화 박테리아(AnAOB: Anaerobic Ammonium Oxidizing Bacteria)를 보유하며, 혐기성 암모늄 산화 박테리아는 아질산염을 전자수용체로 이용하여 처리수 중의 암모니아를 질소가스로 전환함으로써 질소를 제거한다. 이와 관련된 화학식은 다음과 같다.
1.0NH4 + + 1.32NO2 - + 0.066HCO3 - + 0.13H+
→ 1.02N2 + 0.26NO3 - + 0.066CH2O0.5N0.15 + 2.03H2O
아나목스 반응조(1350)는 완전혼합형 유동상 부착식 반응기(미도시)로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
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Claims (12)

  1. 유기성 폐기물을 유입받아 열가수분해 시키는 열가수분해 장치;
    상기 열가수분해 장치로부터 배출되는 액체 성분을 유입받아 저류하는 제1 저류조;
    상기 제1 저류조의 액체 성분을 유입받아 유기물을 소화시키고, 바이오가스를 생성하는 혐기성 소화조; 및
    상기 혐기성 소화조에서 배출되는 소화슬러지를 기계적으로 탈수하는 탈수기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 열가수분해 장치가 결합된 유기성 폐기물의 혐기성 소화 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열가수분해 장치는,
    유기성 폐기물을 유입받아 예열시키는 예열조;
    상기 예열조로부터 예열된 유기성 폐기물을 인가받아 기 설정된 환경 내에서 열가수분해하는 복수의 열가수분해 반응기;
    각 열가수분해 반응기에서 열가수분해된 생성물 중 기체 성분 일부를 제외한 나머지 모든 생성물을 유입받아 기체 성분과 액체 성분을 분리하고, 기체 성분을 상기 예열조로, 액체 성분을 배출하는 감압탱크;
    어느 하나의 열가수분해 반응기에서 열가수분해된 생성물 중 기체 성분 일부를 유입받아 기체 성분과 액체 성분을 분리하고, 기체 성분을 다른 열가수분해 반응기로, 액체 성분을 상기 감압탱크로 배출하는 스팀 정제조;
    상기 감압탱크에서 배출되는 액체 성분을 유입받아 기 설정된 온도로 냉각시킨 후, 제1 저류조로 공급하는 열교환기; 및
    상기 열가수분해 장치 내의 각 구성의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열가수분해 장치가 결합된 유기성 폐기물의 혐기성 소화 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    각 열가수분해 반응기는 서로 동일한 과정을 거치며 유기성 폐기물을 열가수분해하되, 시간차를 두고 서로 다른 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 열가수분해 장치가 결합된 유기성 폐기물의 혐기성 소화 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    어느 하나의 열가수분해 반응기 내 기체 성분으로 인한 압력이 기 설정된 기준치 이상인 경우, 상기 스팀 정제조로 기체 성분의 일부를 배출하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 열가수분해 장치가 결합된 유기성 폐기물의 혐기성 소화 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기 설정된 환경은,
    1 내지 23 bar의 압력과 100 내지 220℃의 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 열가수분해 장치가 결합된 유기성 폐기물의 혐기성 소화 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    외부에서 유입되는 스팀과 상기 스팀 정제조에서 분리되어 배출된 기체 성분을 어느 하나의 열가수분해 반응기로 주입시키는 이젝터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열가수분해 장치가 결합된 유기성 폐기물의 혐기성 소화 시스템.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 열교환기는,
    상기 열가수분해된 액체 성분을 냉각시킴에 따라 발생되는 승온된 냉각수를 상기 열가수분해 장치에 스팀을 공급하는 보일러로 합류시키거나, 상기 혐기성 소화조를 가온시키는 보일러의 급수용수에 합류시켜 에너지 소비량을 절감시키는 것을 특징으로 하는 열가수분해 장치가 결합된 유기성 폐기물의 혐기성 소화 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유기성 폐기물의 혐기성 소화 시스템은,
    소화탈리액 처리장치를 더 포함하여, 상기 탈수기에서 발생되는 소화 탈리액을 유입받아 탈리액에 함유된 질소 성분을 제거하는 것을 특징으로 하는 열가수분해 장치가 결합된 유기성 폐기물의 혐기성 소화 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 소화탈리액 처리장치는,
    상기 소화 탈리액을 유입받아 부분 아질산화를 수행하는 부분 아질산화 반응조;
    부분 아질산화 반응조에 존재하는 침강성이 저하된 슬러지를 유입받아 암모늄 산화 박테리아(AOB) 그래뉼을 생성하는 AOB 그래뉼 생성조;
    부분 아질산화 반응조의 처리수를 유입받아 저류하면서, 처리수로부터 고형물을 침전 제거하는 중간저장조; 및
    상기 중간저장조로부터 처리수를 공급받아 혐기성 암모늄 산화(Anammox) 반응에 의해 질소 성분을 제거하는 아나목스(Anammox) 반응조를 포함하는 것을 특징으로 하는 열가수분해 장치가 결합된 유기성 폐기물의 혐기성 소화 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 열가수분해 장치로 유입되는 유기성 폐기물은 하·폐수 처리장치로부터 배출되는 것인, 열가수분해 장치가 결합된 유기성 폐기물의 혐기성 소화 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 하·폐수 처리장치는,
    하·폐수가 유입되어 슬러지를 생성하는 1차 침전조;
    상기 1차 침전조의 상등수를 수용하여 생물학적으로 처리하는 생물 반응조;
    상기 생물 반응조에서 유출된 처리수를 침전시켜 슬러지를 생성하고 상등수를 배출시키는 2차 침전조; 및
    상기 2차 침전조에서 배출된 슬러지를 탈수하는 탈수기를 포함하고,
    상기 열가수분해 장치로 유입되는 유기성 폐기물은 상기 2차 침전조에서 배출된 슬러지를 탈수한 것인, 열가수분해 장치가 결합된 유기성 폐기물의 혐기성 소화 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 하·폐수 처리장치는 농축기를 더 포함하고,
    상기 농축기는 상기 1차 침전조에서 발생된 슬러지를 농축하여 상기 1차 저류조로 배출시킴으로써, 후단의 혐기성 소화에 사용되도록 하는 것을 특징으로 하는 열가수분해 장치가 결합된 유기성 폐기물의 혐기성 소화 시스템.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100837698B1 (ko) * 2007-09-03 2008-06-13 주식회사 피엠씨코리아 슬러지 고도처리장치 및 방법
KR100943315B1 (ko) * 2009-06-09 2010-02-19 (주)정봉 열가수분해와 고온 혐기성 소화를 이용한 유기성 슬러지 처리장치 및 처리방법
KR101830902B1 (ko) * 2017-02-23 2018-03-30 주식회사 부강테크 암모늄 산화 박테리아 그래뉼 생성조를 연계한 회분식 부분 아질산화 반응조 및 혐기성 암모늄 산화를 이용한 고농도 질소 오폐수 처리장치
KR101830896B1 (ko) * 2017-02-23 2018-03-30 주식회사 부강테크 암모늄 산화 박테리아 그래뉼을 이용한 부분 아질산화 및 혐기성 암모늄 산화를 이용한 단축질소제거 공정의 오폐수 처리장치
KR20180106010A (ko) * 2017-03-17 2018-10-01 주윤식 에너지 자립형 슬러지 자원순환 시스템 및 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100837698B1 (ko) * 2007-09-03 2008-06-13 주식회사 피엠씨코리아 슬러지 고도처리장치 및 방법
KR100943315B1 (ko) * 2009-06-09 2010-02-19 (주)정봉 열가수분해와 고온 혐기성 소화를 이용한 유기성 슬러지 처리장치 및 처리방법
KR101830902B1 (ko) * 2017-02-23 2018-03-30 주식회사 부강테크 암모늄 산화 박테리아 그래뉼 생성조를 연계한 회분식 부분 아질산화 반응조 및 혐기성 암모늄 산화를 이용한 고농도 질소 오폐수 처리장치
KR101830896B1 (ko) * 2017-02-23 2018-03-30 주식회사 부강테크 암모늄 산화 박테리아 그래뉼을 이용한 부분 아질산화 및 혐기성 암모늄 산화를 이용한 단축질소제거 공정의 오폐수 처리장치
KR20180106010A (ko) * 2017-03-17 2018-10-01 주윤식 에너지 자립형 슬러지 자원순환 시스템 및 방법

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