KR20100031058A - 슬러지 가열 유니트, 슬러지 가열 방법 및 이를 이용한 슬러지 가수분해 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소요되는 에너지를 줄이면서 슬러지의 가수분해를 효과적으로 수행할 수 있는 슬러지 가열유니트, 슬러지 가열 방법 및 이를 이용한 슬러지 가수분해 시스템에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은 유입된 슬러지가 수증기로 채워진 공간상에서 상기 수증기와의 접촉에 의하여 가수분해 되는 가수분해 용기, 상기 가수분해 된 슬러지가 배출되는 통로를 형성하는 배출용기, 상기 가수분해 용기의 내부공간을 상기 슬러지가 채워지는 슬러지 공간과, 상기 수증기가 통과할 수 있는 수증기 공간으로 구획하기 위한 격벽, 그리고 상기 슬러지 공간과 상기 수증기 공간을 왕복회전하면서 상기 수증기와 상기 슬러지를 교반시킴과 동시에 상기 슬러지를 상기 배출용기 방향으로 이동시키는 교반장치를 포함하는 슬러지 가열 유니트, 슬러지 가열방법 및 이를 이용한 슬러지 가수분해 시스템을 제공한다.

슬러지, 가수분해, 가열 유니트

Description

슬러지 가열 유니트, 슬러지 가열 방법 및 이를 이용한 슬러지 가수분해 시스템{Apparatus for heating sludge, a method for heating the sludge and a system for hydrolysis treatment of the sludge}

본 발명은 슬러지 가열 유니트, 슬러지 가열방법 및 이를 이용한 슬러지 가수분해 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소요되는 에너지를 줄이면서 슬러지를 200 이상의 가수분해 온도로 연속적으로 가열하여 슬러지의 가수분해를 효과적으로 수행할 수 있는 슬러지 가열유니트, 슬러지 가열 방법 및 이를 이용한 슬러지 가수분해 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 하수슬러지와 음식물 쓰레기 및 축산폐수 등의 유기물 슬러지 (여기서는 슬러지라고 칭한다)가 폐기물로 그대로 배출되면 침출수나 악취 및 해충 발생 등의 환경오염을 일으킬 수 있다. 한편, 슬러지는 건조 후 1kg당 3000 kcal 이상의 많은 에너지가 포함되어 있는데, 슬러지를 처리하는 과정에서 상기 에너지를 회수할 수만 있다면 경제적으로 매우 유용하겠지만, 슬러지의 함수율이 80% 수준으로 높아서 아직까지는 슬러지에 포함된 에너지가 경제적으로 활용되지 못하고 있다.

즉, 슬러지는 함유된 80% 이상의 많은 물을 제거하거나 미생물로 분해하면 에너지를 회수할 수 있고, 이를 위하여 많은 기술이 개발되었지만, 대부분의 기술이 아직 회수되는 에너지보다 투입되는 에너지가 더 커서 경제성이 없거나 악취발생 등의 문제가 있다. 따라서, 현재까지는 대부분의 슬러지가 해양투기나 퇴비 활용 등으로 처리되고 있다.

한편, 슬러지는 포도당이나 아미노산 및 지방산이 결합한 고분자 화합물인 탄수화물, 단백질, 지질 등의 영양 유기물이 포함되어 구성되고, 이 영양 유기물을 물과 함께 200 이상 고온으로 가열하면 포도당이나 아미노산 등으로 분해되는데, 이러한 현상을 가수분해라고 한다.

상기 가수분해의 원리를 이용하여 슬러지를 처리하는 여러 가지 방법이 고안되었지만, 고온으로 가열하는 과정에서 많은 열에너지가 필요할 뿐 아니라 고온에 수반되는 물의 높은 증기압을 견디며 연속적으로 작동될 수 있는 장치 구성이 어려워 슬러지의 가수분해 장치가 아직 실용화되지 못하고 있는 실정이다.

가수분해를 위하여 슬러지를 가열해야 하는데 이러한 가열을 위한 종래의 방법으로 외부용기를 가열하는 방법이 많이 사용되고 있으나 슬러지의 유동성이 나빠 열전달이 잘 되지 않고 가열 과정여서 용기의 과열이 불가피하며 이때 부분적인 증기압력이 높아져 정치 전체에 높은 압력을 발생시키며 열분해로 가스가 발생하여 후처리 장치 구성이 복잡하여 가수분해가 경제적으로 이루어지지 못하였다.

기존의 외부용기 가열의 과열 문제를 개선하는 가열 방법으로 수증기를 혼합하여 수증기의 응축열로 슬러지를 가열하는 방법으로 배관속을 지나는 슬러지에 고 압 증기를 주입하여 가열하는 증기 주입 가열기가 있다.

종래의 증기 주입식 가열기는 가열 구간과 가열시간을 매우 짧게 단축하기 위한 장치로 이를 위하여 가열온도보다 훨씬 높은 온도의 증기압을 가진 증기 사용이 필요하며 이 때문에 실제로는 225도에서 250도의 고온 고압 증기를 사용하여 180 정도로만 가열되는 것이다.

그런데 물의 증기압 곡선에 의하면 200도 이상에서 증기압이 급격히 상승하여 250도에서는 40기압의 증기압을 보이는데 이러한 고온 고압 증기를 생산하는 고압 보일러의 제작 비용과 가동 비용이 급격히 비싸진다.

또한, 가수분해시의 가열 온도가 180로 낮아 가수분해 시간이 오래 걸리며 이 시간동안 냉각되는 슬러지의 온도 유지를 위하여 가수분해 용기에 가득찬 슬러지 속에 수증기를 주입하는데 가수분해 용기의 하부에서 주입하여 교반시키는 보온용 수증기 주입 장치의 구성이 어렵고 장치도 대단히 복잡해지며 가수분해 용기의 압력 변동도 심하여 고장도 많이 발생한다.

또한 균일한 온도 전달을 위하여 교반장치가 불가피한데 용기 전체가 슬러지로 채워지게 되면 교반장치 회전을 위한 외부 구동축의 베어링 부분에서 슬러지가 누액되어 베어링이 쉽게 망가지므로 오래 가동하지 못하고 자주 보수해야 한다.

따라서 이러한 문제점을 개선하여 효율적인 슬러지 가수분해를 위하여 새로운 가열장치와 열교환 장치의 기술 개발이 필요한 실정이다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 가수분해 온도의 증기압을 가진 저압의 수증기를 이용하여 슬러지를 가열하고 슬러지의 가수분해를 연속적으로 수행할 수 있는 슬러지 가열 유니트 및 슬러지 가열방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 슬러지의 가수분해가 빠르게 진행되도록 200 이상의 온도로 상기 슬러지를 가열하는 슬러지 가열 유니트 및 슬러지 가열방법을 제공하는 것이다.

물의 증기압 특성으로 인하여 가수분해가 효과적으로 진행되는 210℃에서 발생하는 20기압의 높은 증기압 환경에서도 슬러지를 효과적으로 가수분해하는 슬러지 가수분해 시스템을 개발하는 것이다

본 발명의 또 다른 목적은 가열된 슬러지의 가수분해를 위하여 상기 슬러지를 보온하기 위하여 공급되는 수증기가 상기 슬러지를 효율적으로 가열할 수 있으며, 장치의 외부 구동축으로 누액이 발생하지 않아 장치의 사용 수명을 증가시킬 수 있는 슬러지 가열 유니트 및 슬러지 가열방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 슬러지의 가수분해에 소요되는 에너지를 줄일 수 있는 슬러지 가수분해 시스템을 제공하는 것이다.

상술한 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 기존의 증기 주 입식 가열법을 대체하도록 가열온도의 증기압과 실질적으로 동일한 압력의 증기로 가열하는 기술을 개발하여 더 낮은 압력의 증기로 200도 이상으로 가열하여 가수분해 시간을 30분 이하로 단축하여 장치의 가수분해 효율을 3배 이상 높이는 슬러지 가열유니트를 제공한다.

또한, 본 발명은 저온 슬러지가 증기압 곡선을 따르는 온도와 압력을 가진 수증기 속을 지나면, 상기 저온 슬러지에 수증기가 접촉하여 응축하면서 가열되는 가열 유니트를 제공한다. 구체적으로, 증기압 곡선의 온도와 압력을 가진 수증기는 약간만 냉각되면 바로 물로 변하는 상태인데 상기 가열 유니트에서는 이런 상태의 수증기로 가득 채워져 있으며, 상기 저온 슬러지가 상기 수증기와 접촉하게 되면 접촉된 수증기는 냉각되어 응축되고, 응축된 수증기가 차지하던 공간이 비워지면서 주변 수증기가 상기 비워진 공간으로 이동하면서 저온 슬러지와 계속 접촉되어 수증기의 응축이 지속적으로 진행된다. 이때, 상기 저온 슬러지의 표면은 상기 수증기의 응축열에 의하여 가열되고, 상기 응축열은 상기 슬러지 내부로 열전달되어 상기 저온 슬러지가 가열되도록 고안된 증기 접촉 가열 방식에 의하여 저온 슬러지가 가열된다.

또한 본 발명은 가수분해 용기에 격벽을 설치하여 무거운 슬러지 공간과 가벼운 수증기 공간이 상하로 분리되도록 구성하여 가수분해 시간동안 슬러지가 수증기와 계속적으로 접촉하여 슬러지가 냉각되지 않도록 고안된 가열용기를 제공한다. 상기 격벽에 의하여 슬러지 공간과 수증기 공간이 분리되는 가열용기의 수증기 공간에 구동장치의 외부축을 연결하면 슬러지 누액이 발생하지 않는다.

또한 본 발명은 가수분해되어 물처럼 유동성이 좋아진 슬러지는 상기 격벽을 넘어 배출 용기로 들어가 수위센서와 배출장치에 의하여 배출되도록 고안된 배출용기를 제공한다.

또한, 본 발명은 소정 압력(예를 들어, 10기압) 이상에서는 직접 가열로 슬러지를 가열하고 상기 소정 압력 미만에서는 열교환 방식(가수분해된 고온의 슬러지와 저온의 슬러지 사이에 열교환이 일어나도록 하여 저온의 슬러지를 가열하고 고온의 슬러지는 냉각하는 방식)으로 슬러지를 가열하여 가수분해에 필요한 열에너지 비용을 최대한 줄일 수 있음과 동시에 냉각장치 비용도 줄일 수 있도록, 슬러지 가열 유니트와 열교환 유니트로 구성된 새로운 슬러지 가수분해 시스템을 제공한다.

구체적으로, 본 발명은 유입된 슬러지가 수증기로 채워진 공간상에서 상기 수증기와의 접촉에 의하여 가수분해 되는 가수분해 용기, 상기 가수분해 된 슬러지가 배출되는 통로를 형성하는 배출용기, 상기 가수분해 용기의 내부공간을 상기 슬러지가 채워지는 슬러지 공간과, 상기 슬러지 공간의 상부에 위치하면서 상기 수증기가 통과할 수 있는 수증기 공간으로 구획하기 위한 격벽, 그리고 상기 슬러지 공간과 상기 수증기 공간을 왕복회전하면서 상기 수증기와 상기 슬러지를 교반시킴과 동시에 상기 슬러지를 상기 배출용기 방향으로 이동시키는 교반장치를 포함하는 슬러지 가열 유니트를 제공한다. 여기서, 상기 슬러지는 상기 슬러지의 표면에 수증기가 응축되는 증기접촉가열에 의하여 가열될 수 있다.

상시 슬러지 가열 유니트는 상기 슬러지가 상기 가수분해 용기로 이송되기 전에 상기 슬러지가 상기 수증기와의 접촉에 의하여 가열되도록 하는 가열용기를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 슬러지 가열 유니트는 상기 가열용기, 상기 가수분해 용기, 상기 배출용기 중의 적어도 어느 일측에 설치되어 상기 용기 내부의 수증기압을 측정하는 압력센서와, 상기 압력센서의 측정값을 바탕으로 상기 가열용기로 유입되는 수증기의 공급량을 제어하는 제어장치를 더 포함할 수 있다.

상기 제어장치는 상기 수증기의 공급량을 제어하여 상기 가수분해 용기의 내부 압력을 상기 슬러지의 가수분해 온도의 증기압과 동일한 압력으로 일정하게 유지할 수 있다.

또한, 상기 슬러지 가열유니트는 상기 배출용기에 설치되어 상기 슬러지의 수위를 측정하는 수위센서를 더 포함하며, 상기 제어장치는 상기 수위센서의 측정값을 바탕으로 상기 배출용기에서 배출되는 슬러지의 배출량을 제어할 수 있다.

또한, 상기 가열용기의 입구부에 설치되어, 상기 가열용기 내부로 슬러지를 주입하는 슬러지 주입장치를 더 포함하며, 상기 제어장치는 상기 수위센서의 측정값을 바탕으로 상기 슬러지 주입장치를 제어하여 상기 슬러지의 주입량을 조절할 수 있다.

또한, 상기 슬러지 이송장치는 상기 가열용기로 주입된 슬러지와 상기 수증기의 접촉시간과 접촉면적을 증가시키기 위하여 상기 슬러지를 반복적으로 수평이동 및 하강이동시키면서 상기 가수분해 용기로 이송시키는 슬러지 이송장치를 더 포함할 수 있다.

상기 슬러지 이송장치는 상기 슬러지를 상기 가열용기의 내벽 방향으로 밀어내면서 하부로 이송시키는 제1 회전체, 상기 슬러지를 상기 가열용기의 중심방향으로 끌어들이면서 하부로 이송시키는 제2 회전체, 그리고 상기 제1 회전체와 상기 제2 회전체를 회전시키는 회전축을 포함할 수 있다.

또한, 상기 슬러지 유니트는 상기 가열용기의 입구부에 설치되는 슬러지 주입장치와 연결되어, 주입된 슬러지를 상기 슬러지 이송장치의 상부로 분산 공급하는 분배장치를 더 포함할 수 있다.

상기 분배장치는 상기 가열용기의 상부를 관통하여 설치되며 슬러지가 주입되는 고정 주입관, 상기 고정주입관과 연통되며 회전하는 분배탱크, 상기 고정주입관과 상기 분배탱크를 연결하기 위한 연결장치, 그리고 상기 분배탱크의 중심축에서 이격되어 상기 슬러지 이송장치의 상부와 대응되는 위치에 설치되는 노즐을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 상술한 슬러지 가열유니트, 그리고 상기 가열 유니트의 가열용기의 주입부에 설치되는 슬러지 주입장치를 포함하며, 상기 슬러지 주입장치는 상기 슬러지에 흡입압이 발생하지 않도록 하는 주입수단과, 상기 주입수단을 경유한 슬러지를 가압하는 가압수단을 갖는 가압주입장치를 포함하는 슬러지 가수분해 시스템을 제공한다.

상기 슬러지 가수분해 시스템은 고온의 슬러지가 이동하는 고온 슬러지관의 외측면에 저온의 슬러지를 접촉시켜 상호 열교환 시키는 접촉식 열교환 유니트를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 슬러지 가수분해 시스템은 상기 슬러지 가열 유니트에서 배출되는 고온의 슬러지와 주입된 저온 슬러지 사이에 상기 접촉식 열교환 유니트에서 배출되는 저온 슬러지를 열교환 되도록 하는 증기식 열교환 유니트를 더 포함할 수 있다.

상기 주입수단은 상기 슬러지가 자체하중에 의하여 하부로 유입되도록 하는 입구와 상기 저온 슬러지가 배출되는 배출구를 갖는 케이스, 상기 케이스 내부에 설치되고 서로 기어 결합되어 회전하면서 상기 입구에서 유입된 슬러지를 상기 배출구 방향으로 밀어내는 한 쌍의 회전체를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 의하면, 본 발명은 수증기로 용기 내부를 채우는 수증기 주입단계, 상기 용기 내부로 슬러지를 주입하는 슬러지 주입단계, 상기 용기 내부에 구비된 격벽에 의하여 형성되는 수증기 공간과 슬러지 공간에서 회전하는 교반장치에 의하여 상기 수증기와 상기 슬러지가 교반되면서 이동되는 교반단계, 그리고 상기 수증기가 상기 슬러지의 표면에 접촉되어 응축되면서 상기 슬러지가 가열되는 증기접촉 가열단계를 포함하는 슬러지 가열 방법을 제공한다.

또한, 상기 슬러지 가열 방법은 상기 용기의 내부 압력을 상기 슬러지의 가수분해 온도의 증기압과 실질적으로 동일한 압력으로 일정하게 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 슬러지 가열 방법은 상기 슬러지가 상기 용기 내부에서 일정 높이가 되는 경우에만 상기 슬러지 공간에서 상기 용기의 배출부로 흘러들어가도록 하는 이동단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 슬러지 가열 유니트, 슬러지 가열방법 및 이를 이용한 슬러지 가수분해 시스템의 효과는 다음과 같다.

첫째, 슬러지의 가수분해에 필요한 높은 온도로 슬러지를 연속적으로 가열할 수 있기 때문에 가수분해 시간을 단축하고 장치의 효율을 대폭 향상시킨다.

둘째, 슬러지를 가수분해하기 위하여 요구되는 가열온도의 증기압과 동일한 압력의 증기를 사용하여 슬러지를 가열함으로서 고온의 증기를 생산하는 고압 보일러의 제작비용과 보일러의 운전비용이 줄어드는 이점이 있다.

셋째, 가수분해 용기의 공간을 슬러지 공간과 수증기 공간으로 상하 구획하는 격벽을 설치함으로써 상부에 위치하는 수증기가 자유롭게 통과하면서 하부의 슬러지 상면에 접촉함으로써 보다 효율적으로 슬러지가 보온될 수 있는 이점이 있다.

아울러, 가수분해 용기에 슬러지가 절반 정도만 채워진 상태에서 상기 슬러지와 수증기가 열교환을 하게 됨으로써 가수분해 용기에 구비된 교반장치에 가해지는 부하가 줄어들고 수증기 공간에서 구동장치의 외부축을 연결하여 상기 슬러지가 가수분해 용기의 외부로 누액되지 않아 가열 유니트의 보수가 적고 사용 수명이 길어지는 이점이 있다.

넷째, 슬러지를 가열함에 있어서 수증기를 사용한 직접 가열 방식과 열교환 방식(증기식 열교환 및 접촉식 열교환)을 통하여 슬러지의 가수분해에 필요한 에너지를 줄일 수 있는 이점이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1을 참조하여, 물의 열적 특성에 대하여 먼저 설명하면 다음과 같다.

물은 에너지를 흡수하면 온도가 상승하거나 액체에서 기체로 상태를 변화하는데 물이 액체에서 기체로 상태가 변화는 온도 압력 곡선을 물의 증기압 곡선이라 한다. 특정 온도에서 증기압 곡선 압력보다 외부 압력이 높으면 물은 액체로 존재하고 외부 압력이 낮으면 기체로 존재한다.

특히 증기압 곡선상의 온도와 압력을 가진 수증기는 약간만 냉각되면 바로 물로 변하고, 또한 증기압 곡선상의 온도와 압력을 가진 물은 약간만 압력을 낮추어도 수증기로 변하며 증기압 곡선의 평형상태를 유지한다.

물이 수증기로 상태가 변할 때 100 1기압에서 540 kcal/kg의 에너지를 흡수하고 부피는 대략 1700배 팽창하며, 수증기에서 물로 변화할 때는 같은 에너지를 방출하고 응축한다. 상기 물의 증기압 곡선에서 압력과 온도 관계는 표 1에 나타나 있다.

온도 (℃)	압력 (기압)	온도 (℃)	압력 (기압)	온도 (℃)	압력 (기압)	온도 (℃)	압력 (기압)
100	1.0	140	3.6	180	10.0	220	23.3
110	1.4	150	4.7	190	12.6	230	28.2
120	2.0	160	6.2	200	15.6	240	33.8
130	2.7	170	7.9	210	19.2	250	40.1

물의 온도를 올리는데 필요한 열에너지는 100까지 100cal, 150까지 151cal, 200까지 203cal, 250까지 259cal, 300까지 321cal 로 온도-에너지 관계는 저온과 고온에서 서로 비슷하지만, 온도와 압력의 경우 표 1에 보는 것처럼 100에서 1기압이 150에서 4.7기압, 200에서 15.6기압, 250에서 40.1기압, 300에서 86.5기압으로 온도-압력 관계는 온도가 높아지면 급격하게 상승한다. 상기 온도-에너지 관계와 온도-압력 관계를 도시하면 도 1과 같다.

도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 슬러지 가열 유니트의 일 실시예에 대하여 설명한다.

상기 슬러지 가열 유니트는 유입된 슬러지가 수증기로 채워진 공간상에서 상기 수증기와의 접촉에 의하여 가수분해 되는 가수분해 용기(450)와, 상기 가수분해 된 슬러지가 배출되는 통로를 형성하는 배출용기(440)와, 상기 가수분해 용기(450)에 설치되는 격벽(453)을 포함한다.

상기 가수분해 용기(450)는 상기 격벽(453)을 경계로 배출용기(440)와 연결되어 있으며 상기 배출 용기(440)에 설치된 수증기 주입장치(482)를 통하여 가수분해 온도의 증기압과 실질적으로 동일한 압력의 수증기가 공급되며, 이 수증기는 용기를 포함한 모든 내부장치를 가열하면서 내부 공간을 가득 채우게 된다.

상기 가수분해 용기의 입구부에는 슬러지가 주입되는 슬러지 주입구(401)가 형성되어 있고, 상기 슬러지 주입구에는 상기 슬러지를 상기 가수분해 용기 내부로 주입하기 위한 가압주입장치(420)를 포함하는 슬러지 주입장치가 구비된다. 상기 슬러지 주입장치는 고온 고압의 수증기로 채워진 상기 가수분해 용기 내부로 슬러지를 주입하기 위하여 상기 가수분해 용기 내부 수증기 압력보다 더 높은 압력으로 상기 슬러지를 가압하여 주입하게 된다.

상기 슬러지 주입장치는 상기 슬러지에 흡입압이 발생하지 않도록 하는 주입수단과, 상기 주입수단을 경유한 슬러지를 가압하는 가압수단(423)을 갖는 가압주입장치(420)를 포함한다. 물론, 상기 슬러지 주입장치는 저온의 슬러지를 상기 가압주입장치로 이송하기 위한 별도의 슬러지 펌프를 포함하여 구성될 수도 있다.

또한, 상기 가수분해 용기(450)의 내부는 상기 격벽과 중력에 의하여 가수분해 용기 하부는 슬러지 공간(451b)이 형성되고 상부는 수증기 공간(451a)이 형성되는데, 주입된 슬러지는 슬러지 공간(451b)에 담기고 수증기는 수증기 공간(451a)에서 자유롭게 통과한다.

이 격벽(453)으로 형성된 상기 슬러지의 상면은 계속 상기 수증기에 접촉되어 슬러지의 온도가 유지되도록 함과 동시에 상기 슬러지 공간(451b) 높이가 상기 격벽(453)보다 높아지면 슬러지는 상기 격벽(453)을 넘어 상기 배출용기(440)로 흐르도록 구성된다.

구체적으로, 상기 격벽에 의하여 가수분해되어 유동성이 좋아지는 슬러지는 가수분해 용기와 격벽으로 형성되는 용기에 고이게 되어 상기 슬러지 공간을 형성하고 상부는 자연스럽게 수증기 공간이 형성된다. 여기서, 상기 슬러지가 상기 격벽(453)의 높이보다 높게 고이면 상기 격벽(453)을 넘어 상기 배출용기(440)로 흐르게 된다. 상기 가수분해 용기(450)는 하나의 원통관으로 구비될 수 있지만 가수분해 구간을 늘리거나 가수분해 용기의 길이를 단축하기 위하여 두 개의 원통관을 서로 수평으로 연결하여 설치될 수도 있다.

또한, 상기 가수분해 용기(450) 내부에는 상기 슬러지 공간(451b)과 상기 수증기 공간(451a)을 왕복회전하면서 상기 수증기와 상기 슬러지를 교반시킴과 동시에 상기 슬러지를 상기 배출용기(440) 방향으로 이동시키는 교반장치(455)가 설치된다.

결과적으로, 상기 가수분해 용기(450)의 내부에서 상기 슬러지는 상기 수증기와 접촉하게 되면서 가열되어 가수분해된다. 즉, 상기 슬러지는 상기 슬러지의 표면에 수증기가 응축되는 증기접촉가열에 의하여 가열되어 가수분해된다.

가수분해 된 슬러지는 유동성이 좋아진 상태에서 상기 교반장치(455)에 의하여 이송된다. 이후에 상기 슬러지가 상기 격벽(453)보다 높게 고이면 상기 격벽(453)을 넘어 상기 배출용기(440)로 유입된다.

또한, 상기 가수분해 용기(450)에는 상기 가수분해 용기 내부의 수증기 압력을 측정할 수 있는 압력센서(457)가 설치된다. 물론, 상기 압력센서(457)는 상기 배출용기(440)에 설치될 수도 있다.

상기 배출용기(440)에는 상기 슬러지의 수위를 측정하는 수위센서(447)가 설치된다. 또한, 상기 배출용기(440)의 배출부에는 상기 슬러지의 배출량을 조절하기 위한 슬러지 배출장치(481)가 설치된다. 상기 슬러지 배출장치(481)는 밸브로 구성될 수 있다.

또한, 상기 슬러지 가열 유니트에는 상기 압력센서(457)에서 측정된 측정값을 바탕으로 상기 수증기 주입장치(482)를 제어하여 상기 가열용기로 유입되는 수증기량을 조절하는 제어장치(미도시)가 설치된다. 구체적으로, 상기 제어장치는 상기 수증기의 공급량을 제어하여 상기 가수분해 용기(450)의 내부 압력을 상기 슬러지의 가수분해 온도의 증기압과 실질적으로 동일한 압력으로 일정하게 유지시킨다.

상기 수증기는 배출용기(440)나 가수분해 용기(450)가 연통되어 자유롭게 이동하므로 수증기 주입구(482)는 가수분해 용기(450)에 설치될 수도 있다.

또한, 상기 제어장치(미도시)는 상기 수위센서(447)에서 측정된 측정값을 바탕으로 상기 슬러지 배출장치(481)를 제어하여 슬러지의 배출량을 조절한다. 즉, 상기 제어장치(미도시)는 상기 배출용기에 구비된 수위센서(447)의 측정값에 따라 상기 슬러지 배출장치(481)의 개폐정도를 제어하여 슬러지 배출량을 조절한다. 상기 제어장치(미도시)는 상기 수위센서(447)에서 측정된 측정값을 바탕으로 상기 가수분해 용기로 주입되는 슬러지의 주입량을 조절할 수 있다.

도3 및 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 슬러지 가열 유니트의 다른 실시 예를 설명한다.

본 발명에 따른 슬러지 가열 유니트는 유입된 슬러지가 수증기로 채워진 공간상에서 상기 수증기와의 접촉에 의하여 가열되면서 이동되는 가열용기(430), 상기 가열용기(430)와 소정 각도를 이루면서 연결되며, 상기 가열용기(430)로부터 이동된 슬러지가 상기 수증기로 채워진 공간상에서 상기 수증기와의 접촉에 의하여 가수분해 되는 가수분해 용기(450), 상기 가수분해 용기(450)의 일측에 설치되어, 상기 가수분해 된 슬러지가 배출되는 통로를 형성하는 배출용기(440)를 포함한다.

또한, 상기 가열용기(430)의 입구부에는 저온의 슬러지를 고온 고압의 수증기로 채워진 상기 가열 용기 내부로 주입하기 위하여 슬러지를 용기 내부 압력보다 더 높은 압력으로 가압하여 주입하는 슬러지 주입장치가 구비된다. 상기 슬러지 주입장치는 상기 슬러지에 흡입압이 발생하지 않도록 하는 주입수단과, 상기 주입수단을 경유한 슬러지를 가압하는 가압수단(423)을 갖는 가압주입장치(420)를 포함한다. 물론, 상기 슬러지 주입장치는 저온의 슬러지를 상기 가압주입장치로 이송하기 위한 별도의 슬러지 펌프(470)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 가열용기(430)의 입구부에는 상기 슬러지를 가열하는 수증기를 주입하기 위한 수증기 주입장치(482)가 설치된다.

상기 가열용기(430)의 내부에는 상기 가열용기(430)로 주입된 슬러지와 상기 수증기와의 접촉 면적을 증가시키기 위하여 상기 슬러지를 반복적으로 수평이동 및 하강이동시키면서 상기 가수분해 용기(450)로 이송시키는 슬러지 이송장치(460)가 설치된다.

또한, 상기 슬러지 이송장치(460)와 상기 가압주입장치(420)의 사이에는 가열용기(430) 내부로 주입된 슬러지를 상기 슬러지 이송장치(460)의 상부로 분산 공급하는 분배장치(410)가 설치된다.

결과적으로, 수증기로 가득채워진 가열용기(430) 내부로 주입된 저온의 슬러지는 상기 분배장치(410)에 의하여 상기 슬러지 이송장치(460)의 상부로 분배된다. 이후에 상기 슬러지는 상기 슬러지 이송장치(460)에 의하여 이송되면서 상기 가열용기(430) 내부에 가득 채원진 증기압 곡선의 온도와 압력 상태에 있는 수증기와 접촉하여 가열된다. 이후에 가열된 슬러지는 상기 가열용기(430)와 소정의 각도로 연결된 가수분해 용기(450)로 주입된다.

상기 가열용기(430)와 가수분해 용기(450)는 수직을 이루면서 결합되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 가열용기(430)에서 슬러지가 이송될 때 가열용기(430)가 수직으로 세워지면 슬러지의 자체하중에 의하여 가장 효과적으로 하부로 이송되기 때문이다.또한, 상기 가수분해 용기 내부에는 상술한 일 실시예와 마찬가지로 상기 가수분해 용기(450)의 내부 공간 중에 하부에 위치하는 슬러지 공간(451b)과 상기 슬러지 공간의 상부에 위치하며, 수증기가 자유롭게 통과할 수 있는 수증기 공간(451a)으로 분리하는 격벽(453)이 설치된다. 뿐만 아니라, 상기 가수분해 용기 내부에는 교반장치 및 압력센서가 설치되고, 상기 배출용기에는 수위센서가 설치된다. 뿐만 아니라, 상기 가열유니트는 상기 압력센서와 수위센서에서 측정된 측정값을 바탕으로 상기 가열용기로 유입되는 수증기량, 슬러지량 및 상기 배출용기로 배출되는 슬러지량을 제어하는 제어장치가 설치된다. 이들 구성은 상술한 일 실시예에 따른 슬러지 가열유니트에 구비된 구성과 실질적으로 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도 3 내지 도 6을 참조하여, 상기 슬러지 가열 유니트에 구비되는 가압주입장치(420), 분배장치(410), 슬러지 이송장치(460), 교반장치(455)에 대하여 구체적으로 설명한다.

상기 가압주입장치(420)는 가열용기(430)의 주입부에 설치되어 상기 슬러지에 흡입압이 발생하지 않도록 하는 주입수단과, 상기 주입수단을 경유한 슬러지를 가압하는 가압수단(423)을 포함한다.

상기 주입수단은 상기 슬러지가 자체하중에 의하여 하부로 유입되도록 하는 입구(421b)와 상기 슬러지가 배출되는 배출구(421a)를 갖는 케이스(421)와, 상기 케이스(421) 내부에 설치되고, 서로 기어 결합되어 회전하면서 상기 입구에서 유입된 슬러지를 상기 배출구 방향으로 밀어내는 한 쌍의 회전체(422)를 포함한다.

여기서, 상기 입구(421b)가 넓게 형성되어 있으므로 인하여 유동성이 불량한 저온의 슬러지라 하더라도 슬러지의 점성저항 보다 슬러지의 자체 하중이 더 큰힘을 갖게 된다. 결과적으로, 유동성이 불량한 저온의 슬러지라도 슬러지의 자체 하중에 의하여 하부로 이동되게 된다.

상기 회전체(422)는 수평방향으로 하나의 쌍을 이루도록 구비될 수 있으며, 각각의 회전체(422)가 상기 케이스(421)의 내측 중앙방향으로 회전하도록 서로 기어결합됨이 바람직하다. 이를 위해, 상기 회전체(421)는 서로 맞물려 돌아가는 기어일 수 있다. 상기 회전체(421)는 저온의 슬러지가 더욱 원활하게 이동할 수 있도록 탄성력이 높은 고무재질로 이루어질 수 있다

상기 주입수단의 하측에는 상기 가압수단(423)이 구비됨이 바람직하며, 상기 가압수단(423)는 로터리 기어 펌프로 이루어질 수 있다. 상기 로터리 기어 펌프는 제1 구동모터(525)에 의해 동력을 전달받을 수 있으며, 상기 회전체(422)의 구동축이 상기 로터리 기어 펌프의 구동축에 체인이나 벨트와 같은 동력전달부재에 의해 연결됨으로써 상기 회전체(422)도 회전할 수 있게 된다.

여기서, 상기 가압수단(423)의 상부는 상기 출구(421a)의 하측과 연결됨이 바람직하며, 상기 가압수단(423)의 일측에는 가압배출부(423a)가 구비될 수 있다. 이에 따라, 상기 유기물 슬러지 저장소로부터 배출되는 슬러지는 상기 가압주입장치(420)에 의해 상기 가열용기(430)의 내부로 공급될 수 있게 된다.

결과적으로, 상기 주입수단에 의하여 유동성이 불량한 저온의 슬러지가 주입되는 과정에서는 흡입압이 발생하지 않게 되고, 상기 가압수단(423)에 의해서는 저온의 슬러지가 일방향으로 원활하고 용이하게 주입될 수 있게 된다.

상기 가압주입장치(420)를 경유한 슬러지는 상기 가열용기(430) 내부에 설치된 분배장치(410)로 유입된다. 상기 분배장치(410)는 슬러지가 수증기와 잘 혼합이 될 수 있도록 상기 슬러지를 가늘게 분산시켜 상기 슬러지 이송장치(460)의 상부로 공급하는 역할을 한다.

상기 분배장치(410)는 상기 가열용기(430)의 상부를 관통하여 설치되며 슬러지가 주입되는 고정 주입관(411), 상기 고정 주입관(411)과 연통되며 회전하는 분배탱크(412), 상기 고정 주입관(411)과 상기 분배탱크(412)를 연결하기 위한 연결장치(414), 그리고 상기 분배탱크(412)의 중심축에서 이격되어 상기 슬러지 이송장치(460)의 상부와 대응되는 위치에 설치되는 노즐(413)을 포함한다.

상기 고정 주입관(411)은 상기 가압수단의 가압배출구(423a)와 연통되어 있으며, 상기 고정 주입관(411)을 통하여 슬러지가 유입되고, 상기 고정 주입관(411)을 통과한 슬러지는 분배탱크(412)로 유입된다.

이때, 상기 연결장치(414), 예를 들면 로터리 조인트는 상기 고정 주입관(411)과 상기 분배탱크(412)를 연통시키면서 고정된 상기 고정 주입관(411)과 회전하는 상기 분배탱크(412) 사이에 설치된다.

상기 연결장치(414)의 일측에는 상기 분배탱크(412)를 회전시키기 위한 웜휠기어(415), 상기 웜휠기어(415)와 맞물리는 웜기어(416), 상기 웜기어(416)에 구동력을 전달하기 위한 제2 구동모터(417)가 설치된다.

상기 분배탱크(412)는 상기 가열용기(430)의 단면 형상과 대응되는 형상을 가지며 상기 분배탱크(412)의 하면에는 슬러지가 배출되는 노즐(413)이 결합되어 있다.

결과적으로, 상기 고정 주입관(411)을 통하여 주입된 슬러지는 상기 연결장치(414)를 통하여 상기 분배장치(410)로 이동되고, 상기 분배장치(410)로 이동된 슬러지는 상기 노즐(413)을 통하여 상기 슬러지 이송장치(460)의 상부로 이동된다. 이때, 상기 제2 구동모터(417)의 구동으로 인하여 상기 웜기어(416)가 회전하게 되면 상기 웜기어(416)와 맞물린 웜휠기어(415)가 회전하면서 상기 분배탱크(412)를 회전시키게 된다. 상기 분배탱크가 회전하면서 상기 노즐(413)을 통하여 슬러지를 상기 슬러지 이송장치(460)의 상부로 분산시키게 된다.

상기 슬러지 이송장치(460)는 상기 슬러지를 상기 가열용기(430)의 내벽 방향으로 밀어내면서 하부로 이송시키기 위한 제1 회전체(462), 상기 슬러지를 상기 가열용기(430)의 중심방향으로 끌어들이면서 하부로 이송시키 위한 제2 회전체(463), 그리고 상기 제1 회전체(462)와 상기 제2 회전체(463)를 회전시키는 회전축(461)을 포함한다.

상기 제1 회전체(462)는 상기 가열용기(430) 내면에 밀착고정되고 중심부에 제1 토출구(462c)가 형성된 제1 받침대(462b)와, 상기 제1 받침대(462b)의 상면에 회전가능하도록 설치되어 상기 제1 토출구(462c) 측으로 상기 슬러지를 끌어들이도록 형성된 제1 회전날개(462a)를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 제2 회전체(463)는 상기 가열용기(430) 내면에 밀착고정되고 외곽부에 제2 토출구(463c)가 형성된 제2 받침대(463b)와, 상기 제2 받침대(463b)의 상면에 회전가능하도록 설치되어 상기 제2 토출구(463c)로 저온 슬러지를 밀어내도록 형성된 제2 회전날개(463a)를 포함하여 이루어진다. 상기 제1 회전체(462)와 제2 회전체(463)는 복수개가 번갈아 가면서 설치되어 층을 이루고 있다.

여기서, 상기 제1 회전날개(462a)와 제2 회전날개(463a)는 동일한 회전축에 의하여 같은 방향으로 회전되지만, 날개의 굽어진 방향이 서로 반대방향으로 구비되어 있다. 그리고, 상기 회전축(461)은 상기 분배장치(410)의 하면과 연결되어 상기 분배장치(410)와 함께 회전하게 된다.

상기 슬러지 이송장치에 의하여 슬러지가 이송되는 과정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 상기 노즐(413)에 의하여 분배된 슬러지가 상기 제1 받침대(462b)의 테두리부에 위치하게 되면 상기 제1 회전날개(462a)는 회전하면서 상기 슬러지를 제1 받침대(462b)의 중심부로 모으게 된다.

그러면, 상기 제1 받침대(462b)의 중심부로 모인 슬러지는 상기 제1 토출구(462c)를 통하여 자체 하중에 의하여 상기 제1 받침대(462b)의 하부에 위치하는 제2 받침대(463b)의 중심부로 떨어지게 된다. 이후에, 상기 제2 회전날개(463a)는 회전하면서 상기 제2 받침대(463b)의 중심부로 떨어진 슬러지를 제2 받침대의 테두리로 분산시키게 된다. 이후에, 상기 제2 받침대(463b)의 테두리로 분산된 슬러지는 상기 제2 토출구(463c)를 통하여 자체 하중에 의하여 다시 하부로 떨어지게 된다.

결과적으로, 상기 슬러지 이송장치(460)의 상부로 주입된 슬러지는 상기 제1 회전체(462)와 제2 회전체(463)에 의하여 수평이동 및 하강이동을 하면서 수증기와 접촉을 하게 된다. 상기 슬러지 이송장치가 상기 슬러지를 수평이동 및 하강이동 시킴으로써 슬러지와 수증기의 접촉시간과 접촉면적은 증가하게 되고, 이로 인하여 수증기와 슬러지 사이의 열교환이 효율적으로 일어나게 된다.

상기 슬러지 이송장치에 의하여 가열용기의 슬러지는 가수분해 용기로 이동하게 된다. 상기 가수분해 용기(450)에는 상기 가수분해 용기 내부의 슬러지 공간(451b)과 수증기 공간(451a)을 왕복회전하면서 상기 수증기와 상기 슬러지를 교반시킴과 동시에 상기 슬러지를 상기 배출용기(440) 방향으로 이동시키는 교반장치(455)가 구비된다.

상기 교반장치(455)는 상기 가열용기의 길이방향으로 설치되며, 상기 교반장치(455)의 일측에는 상기 교반장치(455)를 구동시키기 위한 제3 구동모터(452)가 구비된다.

상기 교반장치(455)는 상기 수증기와 슬러지를 교반시켜 주기 위한 교반날개(457)와 상기 교반날개(457)를 회전시키기 위한 교반 회전축(456)을 포함하여 구성된다.

도 3 내지 도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 슬러지 가열 유니트에서 슬러지가 가수분해 되는 과정을 전체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 보일러에서 공급되는 수증기가 가열용기(430), 가수분해 용기(450), 배출용기(440)에 가득 채워진다.

이후에, 상기 가열용기(430) 내부로 슬러지가 주입되고, 주입된 슬러지는 상기 수증기와 접촉하여 가열되면서 상기 가수분해 용기(450) 방향으로 이동된다.

이때, 상기 슬러지는 상기 제1 회전체(462)에 의하여 일차적으로는 가열용기(430)의 중심방향으로 수평이동되고, 상기 중심방향으로 이동된 슬러지는 자체하중에 의하여 하부방향으로 이동된다. 이후에, 상기 슬러지는 상기 제2 회전체(463)에 의하여 가열용기(430)의 테두리 방향으로 수평이동된 후 자체 하중에 의하여 다시 하부방향으로 이동된다. 상기 슬러지는 상기 제1 회전체(462)와 제2 회전체(463)가 교대로 적층된 상기 슬러지 이송장치(460)에 의하여 이송되면서 수증기와 접촉을 하면서 상기 가수분해 용기(450)로 이동된다.

상기 가수분해 용기(430)로 이동된 슬러지는 상기 슬러지 공간과 수증기 공간을 왕복회전하면서 상기 수증기와 상기 슬러지를 교반시키는 교반장치(455)에 의하여 상기 배출용기(440) 방향으로 이동하게 된다.

이때, 상기 수증기는 상기 가수분해 용기에 구비된 격벽(453)에 의하여 형성되는 수증기 공간에서 자유롭게 이동되면서 상기 슬러지의 상면과 접촉하고, 상기 슬러지는 상기 가수분해 용기(450)의 슬러지 공간에서 일정 높이 이상인 경우에만 상기 배출용기(440)로 이동된다. 여기서, 상기 가수분해 용기의 내부 압력은 상기 슬러지의 가수분해 온도의 증기압과 동일한 압력으로 일정하게 유지된다.

상기 배출용기(440)로 이동된 슬러지는 일정한 수위 이상인 경우에 상기 배출용기(440)의 외부로 배출된다. 이때 슬러지의 배출 여부는 상기 수위센서에서 측정된 측정값을 바탕으로 결정된다.

물론, 본 발명에 따른 슬러지 가열 유니트는 도 2와 같이 가열용기를 별도로 구비하지 않은 상황에서도 슬러지를 가수분해할 수 있다.

구체적으로, 먼저 수증기로 가수분해 용기 내부를 가득 채우고, 상기 가수분해 용기(450) 내부로 슬러지를 주입한다.

그리고, 상기 가수분해 용기(450) 내부에 구비된 격벽(453)에 의하여 형성되는 수증기 공간(451a)과 슬러지 공간(451b)에서 회전하는 교반장치(455)에 의하여 상기 수증기와 상기 슬러지가 교반되면서 이동하게 된다. 이때, 상기 수증기가 상기 슬러지의 표면에 접촉되어 응축되면서 상기 슬러지가 증기접촉 가열에 의하여 가열된다

여기서, 상기 가수분해 용기의 내부 압력은 상기 슬러지의 가수분해 온도의 증기압과 실질적으로 동일한 압력으로 일정하게 유지되는 것이 바람직하다.

뿐만 아니라, 상기 슬러지가 상기 가수분해 용기 내부에서 일정 높이가 되는 경우에만 상기 슬러지 공간에서 상기 배출용기(440)로 흘러들어가게 된다. 이후에는 수위센서(447)의 측정값을 바탕으로 상기 슬러지가 배출되게 된다.

도 7을 참조하여, 본 발명에 따른 슬러지 가수분해 시스템에 대하여 설명한다.

상기 슬러지 가수분해 시스템은 슬러지 가열 유니트(400), 증기식 열교환 유니트(300), 그리고 접촉식 열교환 유니트(200)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 가열 유니트(400)는 보일러(640)로부터 공급된 증기에 의하여 증기식 열교환 유니트(300)의 저온 열교환 용기(310)로부터 주입된 저온 슬러지를 가열시켜 가수분해하여 고온 슬러지로 되어 배출시킨다.

또한, 상기 증기식 열교환 유니트(300)는 저온 열교환 용기(310) 및 고온 열교환 용기(350)를 포함하여 이루어진다. 이때, 상기 가열 유니트(400)로부터 배출된 고온 슬러지가 고온 열교환 용기(350) 측으로 주입된다.

이후, 주입된 고온 슬러지의 증기압과 용기 내의 압력차에 의해 고온 슬러지에서 고온의 수증기가 발생한다. 이때, 고온 슬러지에서 수증기가 발생되므로 인하여 고온 슬러지는 수증기의 기화열로 인하여 냉각된다.

그리고, 상기 수증기는 상기 고온 열교환 용기(350)에서 저온 열교환 용기(310) 방향으로 이동한 후 상기 저온 열교환 용기(310) 내로 주입된 저온 슬러지와 접촉하여 응축되고, 상기 수증기의 응축으로 인하여 발생되는 응축열에 의하여 상기 저온 슬러지는 가열된다. 이때, 저온 열교환 용기로 주입되는 저온 슬러지는 접촉식 열교환 유니트(200)로부터 공급된다. 상기 저온 슬러지는 유동성이 불량하기 때문에 제2 가압주입장치(380)에 의하여 가압되어 상기 저온 열교환 용기(310)로 주입된다.

한편, 상기 접촉식 열교환 유니트(200)는 유기물 슬러지 탱크(100)로부터 저온 슬러지가 주입되며, 주입된 저온 슬러지가 1차적으로 상기 고온 열교환 용기(350)로부터 주입된 고온 슬러지와 접촉식 열교환을 시킨다. 구체적으로, 상기 접촉식 열교환 유니트(200)는 고온의 슬러지가 이동하는 고온 슬러지관(240)의 외측면에 저온의 슬러지를 접촉시켜 상기 저온의 슬러지와 고온의 슬러지를 상호 열교환 시키게 된다. 이때에도 상기 저온 슬러지는 유동성이 불량하기 때문에 제1 가압주입장치(270)에 의하여 상기 접촉식 열교환 유니트로 공급된다.

접촉식 열교환을 통하여 승온된 저온 슬러지는 증기식 열교환 유니트(300)의 저온 열교환 용기(310)로 주입된 후, 고온 열교환 용기(350)에 주입된 고온 슬러지와 열교환을 하게 된다. 이후에, 증기식 열교환을 통하여 승온된 저온 슬러지는 상기 슬러지 가열 유니트(400)로 주입되어 가열되고 가수분해 된다. 이때에도 마찬가지로, 승온된 저온 슬러지는 제3 가압주입장치(420)에 의하여 상기 가열 유니트(400)로 공급된다.

전술한 바와 같은 증기식 열교환 유니트(300)는 상기 슬러지 가열 유니트(400)와 접촉식 열교환 유니트(200) 사이에 구비되되, 저온 슬러지와 고온 슬러지 간의 열교환 효율을 증대시킬 수 있도록 다수 개가 직렬로 연결될 수 있다. 마찬가지로, 상기 접촉식 열교환 유니트(200)도 다수개가 직렬로 연결될 수 있다.

각각의 열교환 유니트가 직렬연결되어 배치됨으로써 고온 슬러지와 저온 슬러지의 열교환을 여러 번 반복하여 열에너지 재사용을 최대화하여 저온 슬러지의 온도가 효율적으로 상승될 수 있다.

한편, 상기 슬러지 가열 유니트(400)로부터 고온 열교환 용기(350), 접촉식 열교환 유니트(200)를 거친 슬러지는 고액 분리기(610)로 이동되어 고형물과 수용액으로 분리된다.

또한, 상기 고액분리기(610)를 통하여 침전된 고형물은 탈수기(620)로 이동되고, 수용액은 방출된다. 이때, 상기 탈수기(620)는 유입된 고형물을 탈수처리하여 탈수처리된 고형물은 고형연료 저장탱크(630) 측으로 이동시키고, 탈수처리된 수용액은 방출된다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 상기 슬러지 가수분해 시스템은 상기 슬러지 가열 유니트(400)와 상기 제3 가압주입장치(420)로만 구성될 수도 있다. 또한 열교환 유니트로 증기식 열교환 유니트(300)나 접촉식 열교환 유니트(200)의 어느 하나만 사용하도록 구성할 수도 있다. 상기 슬러지 가수분해 시스템에 사용되는 상기 슬러지 가열 유니트(400)와 상기 제3 가압주입장치(420)의 구체적인 구성에 대해서는 전술한 바 있으므로 생략한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정한 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

도 1은 물의 증기압 곡선 및, 물의 온도와 열에너지의 관계를 보여주는 그래프.

도 2는 본 발명에 따른 슬러지 가열 유니트에 대한 일 실시예를 나타내는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 슬러지 가열 유니트에 대한 다른 실시예를 나타내는 도면.

도 4는 도 3의 슬러지 가열 유니트에 대한 주요부의 단면도.

도 5는 도 3의 슬러지 가열 유니트에 구비된 가열용기의 단면도.

도 6는 도 5의 가열용기에 구비된 슬러지 이송장치의 분해 사시도.

도 7은 본 발명에 따른 슬러지 가수분해 시스템에 대한 일 실시예를 나타내는 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 도면 부호의 설명>

100: 유기물 슬러지 저장탱크 200: 접촉식 열교환 유니트

300: 증기식 열교환 유니트 400: 슬러지 가열 유니트

410: 분배장치 420: 가압주입장치

430: 가열용기 440: 배출용기

450: 가수분해 용기 460: 슬러지 이송장치

Claims (17)

1. 유입된 슬러지가 수증기로 채워진 공간상에서 상기 수증기와의 접촉에 의하여 가수분해 되는 가수분해 용기;

   상기 가수분해 된 슬러지가 배출되는 통로를 형성하는 배출용기;

   상기 가수분해 용기의 내부공간을 상기 슬러지가 채워지는 슬러지 공간과, 상기 수증기가 통과할 수 있는 수증기 공간으로 구획하기 위한 격벽; 그리고,

   상기 슬러지 공간과 상기 수증기 공간을 왕복회전하면서 상기 수증기와 상기 슬러지를 교반시킴과 동시에 상기 슬러지를 상기 배출용기 방향으로 이동시키는 교반장치를 포함하며, 상기 슬러지는 상기 슬러지의 표면에 수증기가 응축되는 증기접촉가열에 의하여 가열되는 슬러지 가열 유니트.
2. 제1항에 있어서,

   상기 슬러지가 상기 가수분해 용기로 이송되기 전에 상기 슬러지가 상기 수증기와의 접촉에 의하여 가열되도록 하는 가열용기를 더 포함하는 슬러지 가열 유니트.
3. 제1항에 있어서,

   상기 가수분해 용기 내부의 수증기압을 측정하는 압력센서와, 상기 압력센서의 측정값을 바탕으로 상기 가수분해 용기 내부로 유입되는 수증기의 공급량을 제 어하는 제어장치를 더 포함하는 슬러지 가열 유니트.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제어장치는 상기 수증기의 공급량을 제어하여 상기 가수분해 용기의 내부 압력을 상기 슬러지의 가수분해 온도의 증기압과 실질적으로 동일한 압력으로 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 슬러지 가열 유니트.
5. 제3항에 있어서,

   상기 배출용기에 설치되어 상기 슬러지의 수위를 측정하는 수위센서를 더 포함하며, 상기 제어장치는 상기 수위센서의 측정값을 바탕으로 상기 배출용기에서 배출되는 슬러지의 배출량을 제어하는 것을 특징으로 하는 슬러지 가열 유니트.
6. 제5항에 있어서,

   상기 제어장치는 상기 수위센서의 측정값을 바탕으로 용기 내로 유입되는 상기 슬러지의 주입량을 조절하는 것을 특징으로 하는 슬러지 가열 유니트.
7. 제2항에 있어서,

   상기 가열용기로 주입된 슬러지와 상기 수증기의 접촉시간과 접촉 면적을 증가시키기 위하여 상기 슬러지를 반복적으로 수평이동 및 하강이동시키면서 상기 가수분해 용기로 이송시키는 슬러지 이송장치를 더 포함하는 슬러지 가열 유니트.
8. 제7항에 있어서,

   상기 슬러지 이송장치는

   상기 슬러지를 상기 가열용기의 내벽 방향으로 밀어내면서 하부로 이송시키는 제1 회전체;

   상기 슬러지를 상기 가열용기의 중심방향으로 끌어들이면서 하부로 이송시키는 제2 회전체; 그리고,

   상기 제1 회전체와 상기 제2 회전체를 회전시키는 회전축을 포함하는 슬러지 가열유니트.
9. 제7항에 있어서,

   상기 가열용기의 입구부에 설치되는 슬러지 주입장치와 연결되어, 주입된 슬러지를 상기 슬러지 이송장치의 상부로 분산 공급하는 분배장치를 더 포함하는 가열 유니트.
10. 제9항에 있어서,

    상기 분배장치는

    상기 가열용기의 상부를 관통하여 설치되며 슬러지가 주입되는 고정 주입관;

    상기 고정주입관과 연통되며 회전하는 분배탱크;

    상기 고정주입관과 상기 분배탱크를 연결하기 위한 연결장치;그리고,

    상기 분배탱크의 중심축에서 이격되어 상기 슬러지 이송장치의 상부와 대응되는 위치에 설치되는 노즐을 포함하는 슬러지 가열 유니트
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 슬러지 가열 유니트; 그리고,

    상기 가열 유니트의 가열용기의 주입부에 설치되는 슬러지 주입장치를 포함하며, 상기 슬러지 주입장치는 상기 슬러지에 흡입압이 발생하지 않도록 하는 주입수단과, 상기 주입수단을 경유한 슬러지를 가압하는 가압수단을 갖는 가압주입장치를 포함하는 슬러지 가수분해 시스템.
12. 제11항에 있어서,

    고온의 슬러지가 이동하는 고온 슬러지관의 외측면에 저온의 슬러지를 접촉시켜 상호 열교환 시키는 접촉식 열교환 유니트를 더 포함하는 슬러지 가수분해 시스템.
13. 제12항에 있어서,

    상기 슬러지 가열 유니트에서 배출되는 고온의 슬러지와 주입된 저온 슬러지 사이에 상기 접촉식 열교환 유니트에서 배출되는 저온 슬러지를 열교환 되도록 하는 증기식 열교환 유니트를 포함하는 슬러지 가수분해 시스템.
14. 제11항에 있어서,

    상기 주입수단은

    상기 슬러지가 자체하중에 의하여 하부로 유입되도록 하는 입구와, 상기 저온 슬러지가 배출되는 배출구를 갖는 케이스;

    상기 케이스 내부에 설치되고, 서로 기어 결합되어 회전하면서 상기 입구에서 유입된 슬러지를 상기 배출구 방향으로 밀어내는 한 쌍의 회전체를 포함하는 슬러지 가수분해 시스템.
15. 수증기로 용기 내부를 채우는 수증기 주입단계;

    상기 용기 내부로 슬러지를 주입하는 슬러지 주입단계;

    상기 용기 내부에 구비된 격벽에 의하여 형성되는 수증기 공간과 슬러지 공간에서 회전하는 교반장치에 의하여 상기 수증기와 상기 슬러지가 교반되면서 이동되는 교반단계; 그리고,

    상기 수증기가 상기 슬러지의 표면에 접촉되어 응축되면서 상기 슬러지가 가열되는 증기접촉 가열단계를 포함하는 슬러지 가열 방법
16. 제15항에 있어서,

    상기 용기의 내부 압력을 상기 슬러지의 가수분해 온도의 증기압과 실질적으로 동일한 압력으로 일정하게 유지하는 단계를 더 포함하는 슬러지 가열 방법.
17. 제15항에 있어서,

    상기 슬러지가 상기 용기 내부에서 일정 높이가 되는 경우에만 상기 슬러지 공간에서 상기 용기의 배출부로 흘러들어가도록 하는 이동단계를 더 포함하는 슬러지 가열 방법.

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