KR100977020B1 - Apparatus and methods for successive disposal of food wastewater - Google Patents
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Abstract
본 발명은 음식물 쓰레기의 탈리액을 밀폐형 가온 가압 반응기에 연속적으로 투입하고, 당해 반응기의 온도 및 압력을 일정 수준으로 유지시킴으로써, 음식물 쓰레기의 탈리액을 처리하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for treating a food waste stripping liquid by continuously feeding the food waste stripping liquid into a closed heating pressurized reactor and maintaining the temperature and pressure of the reactor at a constant level.
또한, 본 발명은 음식물 쓰레기의 탈리액으로부터 다량의 고체 고형물을 수득하기 위한, 음식물 쓰레기의 탈리액의 처리 장치에 관한 것이다.The present invention also relates to an apparatus for treating food waste detachment for obtaining a large amount of solid solids from the food waste detachment.
연속식, 가온 가압 반응기, 음식물 쓰레기, 탈리액, 공급 펌프, 고액 슬러리, 반응여액, 고체 고형물 Continuous, heated pressurized reactor, food waste, stripping solution, feed pump, solid slurry, reaction filtrate, solid solid
Description
본 발명은 음식물 쓰레기의 탈리액 처리 장치 및 처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각종 음식물 쓰레기의 탈리액 중에 함유된 유기성 고형분을 분리 제거하는 처리 작업에 사용되며, 특히 당해 처리 작업에 소요되는 비용과 시간을 대폭 단축시킬 수 있는 음식물 쓰레기의 탈리액 처리 장치 및 처리 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and a method for treating food waste, and more particularly, is used in a treatment operation for separating and removing organic solids contained in various food waste desorption liquids, and in particular, the cost and time required for the treatment operation. The present invention relates to a food waste removal apparatus and a treatment method capable of significantly shortening the waste.
일반적으로 각 가정이나 업소 등에서 수거한 음식물 쓰레기는 소정의 처리 과정을 거친 후 고형분 중에 함유된 수분(폐수)을 제거한 상태로 대부분 소각 및 매립 처리하거나 건조 및 발효시켜서 유기질의 비료나 퇴비 등으로 재활용하고 있다. 음식물 쓰레기의 탈리액은 주로 음식물류 폐기물 재활용시설의 탈수 장치인 원심탈수, 스크류데칸터, 스크류프레스 등에서 발생되며 고점착성 및 미세입자 형태로 구성되어 있어 탈수 효율이 매우 낮아 탈수 후의 탈리액에 고형분이 약 15 내지 25% 수준으로 포함되어 있다. 이와 같이 음식물 쓰레기를 처리하는 과정에서 발생하는 음식물 쓰레기의 탈리액을 처리하는 방법으로는, 선박을 이용하여 해상에 직접 해양 투기하는 방법과 통상의 폐수처리설비를 이용하여 수 처리하는 방법이 있다.Generally, food waste collected at each home or business is incinerated, landfilled, dried and fermented after removing a certain amount of water (wastewater) from the solids after a predetermined treatment process, and then recycled as organic fertilizer or compost. have. Desorption liquid of food waste is mainly generated from centrifugal dehydration, screw decanter, screw press, etc., which is a dehydration device of food waste recycling facility, and is composed of high adhesiveness and fine particle type so that dehydration efficiency is very low, so that the solid content of desorption liquid after dehydration is about 15 to It is included at 25% level. As a method of treating the desorption liquid of the food waste generated in the process of treating the food waste as described above, there are a method of directly dumping the ocean on the sea using a vessel and a water treatment using a conventional wastewater treatment facility.
상기 두 가지의 폐수 처리 방법 중에서 해양투기 방법은, 폐수 중에 함유된 다량의 유기성 물질에 의해 해상에서 각종 환경 오염을 유발하고 바다의 생태계를 파괴하는 심각한 문제를 초래할 수 있다. 특히, 바다의 환경 오염에 의해 해양 투기와 관련한 법적 규제는, 2007년 7월 1일부터 폐수의 함수율이 95% 이상으로 강화되고, 2012년 1월부터는 해양 투기가 전면 금지되므로 이에 대한 안정적 처리 기술의 개발이 시급히 요구된다.Among the two wastewater treatment methods, the ocean dumping method may cause a serious problem of causing various environmental pollution at sea and destroying the ecosystem of the sea by a large amount of organic substances contained in the wastewater. In particular, due to the environmental pollution of the sea, legal regulations related to ocean dumping have been strengthened since July 1, 2007, and the water content of wastewater is more than 95%, and since January 2012, the dumping of ocean dumping is completely prohibited. Development is urgently needed.
폐수 처리 시설을 통해 처리하는 방법은, 하·폐수 처리장에 연계하여 위탁 처리하거나 미생물을 이용하여 호기 또는 혐기의 방법으로 자가 처리를 시도하는 경우가 있는데, 자가 처리의 경우 대체로 낮은 탈수능 및 탈수장비의 고장, 높은 유기물 고형분의 농도 대비 낮은 용존성 유기물 농도 등으로 인해 처리에 어려움이 있다.In case of treatment through wastewater treatment facilities, consignment treatment in connection with sewage and wastewater treatment plants or self-treatment by aerobic or anaerobic methods using microorganisms may be performed. It is difficult to process due to the breakdown of, low dissolved organic concentration compared to the concentration of high organic solids.
짐프로 공정(Zimpro process)으로 알려진 열적 습식산화기술은 밀폐형 반응장치를 통해 하수를 처리하는 기술이지만 하수의 유기물을 산화시키기 위해 산화제가 투입되고 생성물의 경우 궁극적으로 CO2와 H2O가 생성되며, 당해 산화제로 인해 반응기 내벽을 내산성 물질로 코팅해 주어야 하므로 설치비가 높아지는 단점이 있다.Thermal wet oxidation technology, known as the Zimpro process, is a technology that treats sewage through a closed reactor, but an oxidant is added to oxidize the organic matter in the sewage, and ultimately CO 2 and H 2 O are produced. In addition, since the oxidant has to coat the inner wall of the reactor with an acid-resistant material, there is a disadvantage in that the installation cost is high.
또한, 대한민국 특허 제515497호는 가온 가압 반응기에서 하수 슬러지를 가열하면서 슬러지에서 추출된 수분의 기화에너지 소요가 억제되도록 가온 가압 반응기의 온도와 압력을 열역학적 기준에 의거 조정함으로써 하수 슬러지로부터 고체 탄화물을 생성하는 방법 및 이의 장치를 개시한다. In addition, the Republic of Korea Patent No. 550497 generates solid carbide from sewage sludge by adjusting the temperature and pressure of the heated pressurization reactor based on thermodynamic criteria to suppress the evaporation energy requirement of the water extracted from the sludge while heating the sewage sludge in the warm pressurization reactor. A method and apparatus thereof are disclosed.
그러나, 상기 특허는 반응이 끝난 후에 실온까지 냉각시켜 반응물을 회수하는 회분식 반응에 관한 것으로, 에너지 손실이 크고 연속 운전이 어려워 상용화가 어렵다는 문제점이 있다. 특히, 당해 특허의 회분식 반응 장치는 순차적으로 운전되므로 반응시간(HRT)이 2시간일 경우 대기시간 및 승온시간을 대략 2시간 포함하여 하루 처리가능 시간은 12시간에 불과하므로, 처리량에 한계가 있어 대량 처리가 불가능하여 상용화되기 어렵다는 문제점이 있다.However, the patent relates to a batch reaction for recovering a reactant by cooling to room temperature after the reaction is completed, and has a problem that commercialization is difficult due to large energy loss and difficulty in continuous operation. In particular, since the batch reaction device of the patent is operated sequentially, when the reaction time (HRT) is 2 hours, the processing time per day including the waiting time and the temperature rise time is approximately 12 hours, and thus the throughput is limited. There is a problem that it is difficult to commercialize because the mass processing is impossible.
본 발명은, 수분을 다량 함유하고 있으나(함수율 60% 이상) 탈수가 어려운 고함수 음식물 쓰레기의 탈리액(함수율 75 내지 85% 수준)으로부터, 미세입자 형태의 유기 고형물(섬유질) 및 미세입자와 결합된 수분을 분리하여 최대한의 고체 고형물을 확보할 수 있는 장치 및 방법을 제공함을 발명의 목적으로 한다. According to the present invention, organic solids (fibers) and microparticles in the form of microparticles are combined from the releasing solution (high water content of 75 to 85%) of high-function food wastes containing a large amount of water (more than 60% water content) and difficult to dehydrate. It is an object of the present invention to provide an apparatus and method which can separate moisture to ensure maximum solid solids.
또한, 본 발명은 음식물 쓰레기 탈리액의 고점착성으로 인한 잦은 폐수처리 시설 장비의 고장 및 상기 특허 제515497호의 회분식 처리 장치의 처리 시간 및 처리량의 한계와 에너지 손실의 문제점을 개선시키기 위해, 회분식 처리 장치를 연속식으로 운전 가능하도록 구현함으로써, 당해 공정을 통해 대량처리가 가능하고 비 교적 간단하게 수분을 분리할 수 있는 방법을 제공하고자 한다. In addition, the present invention is to improve the problems of frequent wastewater treatment plant equipment due to the high adhesion of food waste leachate, and the problem of the limitation of the processing time and throughput of the batch treatment device of the Patent No. 551497 and the problem of energy loss. By implementing the operation in a continuous manner, it is possible to provide a method that can be mass-processed and relatively simple to separate the water through the process.
본 발명에 이르러, 음식물 쓰레기의 탈리액을 연속적으로 투입하고 이를 연속적으로 처리할 수 있는 장치를 구현함으로써, 상기 문제점을 해결하였다. According to the present invention, the above problem has been solved by implementing a device capable of continuously adding and removing the waste food waste solution continuously.
상세히는, 본 발명은, 당해 탈리액을 가온 가압 반응기에 연속적으로 투입하고, 당해 반응기에서, 탈리액으로부터 추출된 수분의 기화 에너지 소요가 억제되도록 가온 가압 반응기의 온도와 압력을 열역학적으로 조정하여 탈리액의 유기성 물질로부터 결합수를 분리시키는 비교적 간단한 방법에 의해, 고점착성 유분의 고체화를 방지하고 탈리액의 점도를 낮추어 유동성을 개선시킴으로써, 상기 문제점을 해결하였다. Specifically, the present invention, the desorption liquid is continuously introduced into the warming pressurized reactor, in the reactor, the temperature and pressure of the warming pressurized reactor is thermodynamically adjusted so that the evaporation energy requirement of the water extracted from the desorption liquid is suppressed, thereby the organicity of the desorption liquid The above problem has been solved by a relatively simple method of separating the bound water from the material to prevent solidification of the highly tacky oil and to lower the viscosity of the leachate to improve fluidity.
본 발명에 따른 밀폐형 연속식 가온 가압 반응기를 이용함으로써, 환원 분위기에서 가온 가압하여 음식물 쓰레기 탈리액으로부터 수분을 분리하고 유기물의 손실을 최소화하면서 고열량의 고체 고형물을 생산할 수 있으며, 이를 연속식 장치로 구현함으로써 음식물 쓰레기 탈리액을 더욱 간편하게 처리할 수 있는 이점이 있다. 상세히는, 본 발명의 연속식 처리 장치 및 처리 방법은, 대기시간 및 승온 시간이 필요 없어 1일 24시간 처리가 가능하여 에너지 소모를 줄이면서 기존의 회분식 처리 장치에 비해 2배 이상의 탈리액을 간편하게 처리할 수 있다.By using the closed continuous heating pressurization reactor according to the present invention, it is possible to produce a high-calorie solid solids by separating the water from the food waste desorption solution and minimizing the loss of organic matter by heating under pressure in a reducing atmosphere, by implementing this as a continuous device There is an advantage that the food waste detachment can be more easily handled. In detail, the continuous processing apparatus and processing method of the present invention do not need a waiting time and a temperature rising time, and thus can be processed 24 hours a day, thereby reducing energy consumption and easily treating twice as much desorption solution as compared to a conventional batch processing apparatus. can do.
또한, 본 발명에 따른 연속식 가온 가압 열수 분해 공정을 통해 유기성 물질 을 파괴하고 유기성 물질과의 결합수분을 자유수로 전환시켜 비교적 간단하게 2차 탈수 공정을 통해 수분 분리가 가능하며, 기존의 주요 문제점이었던 고점착성으로 인한 장비 고장의 문제도 해결할 수 있다.In addition, through the continuous heated pressurized hydrothermal decomposition process according to the present invention, the organic material is destroyed and the combined moisture with the organic material is converted into free water, which enables relatively simple separation of water through the secondary dehydration process. It is also possible to solve the problem of equipment failure due to high tack.
또한, 본 발명에 따른 방법에 의해 생성된 고체 고형물의 경우 기존의 건조공정 또는 건식 열분해 적용 후의 고체 생성물과 비교시 높은 열량을 보존하고 있어 쓰레기 재생 연료 등의 연료로서 활용가치가 높고, 액상 생성물로 분리되는 반응 여액의 경우 고형물이 거의 용존되어 있지 않고 함수율이 높아 합법적으로 해양 배출이 가능하며, 용이하게 폐수 처리가 가능하다. 또한 반응 여액의 용존 유기물 농도(SCOD: Soluble COD)가 평균 100,000 mg/L 이상으로서 혐기소화를 통해 메탄가스의 생산이 가능하다. In addition, the solid solid produced by the method according to the present invention has a high calorific value compared to the solid product after the conventional drying process or dry pyrolysis application, has high utility value as fuel, such as waste regeneration fuel, and as a liquid product In the case of the separated reaction filtrate, solids are almost not dissolved and the water content is high, so that the wastewater can be legally discharged and the wastewater can be easily treated. In addition, the dissolved organic matter concentration (SCOD: Soluble COD) of the reaction filtrate is 100,000 mg / L or more on average, it is possible to produce methane gas through anaerobic digestion.
본 발명은, 음식물 쓰레기의 탈리액을 가온 가압 반응기에 연속적으로 투입하는 단계, 및 상기 투입된 음식물 쓰레기의 탈리액을 가열하는 단계를 포함하고, 상기 가열하는 단계가 상기 탈리액에서 추출된 수분의 기화 에너지 소요가 억제되도록 상기 가온 가압 반응기의 온도와 압력을 열역학적으로 조정하여 상기 음식물 쓰레기의 탈리액 중 유기물로부터 결합수를 분리시킴을 특징으로 하는, 음식물 쓰레기 탈리액의 처리 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은, 음식물 쓰레기의 탈리액을 밀폐형 가온 가압 반응기에 연속적으로 투입하는 단계, 및 당해 반응기를 1 내지 3시간 동안 100 내지 300℃의 온도에서, 당해 온도 범위의 특정 온도 값에 대한 1 내지 90 kg/cm2 범위 내의 특정 포화 수증기압 이상으로 가압시키는 단계를 포함하는, 음식물 쓰레기 탈리액의 처리 방법을 제공한다.The present invention includes the steps of continuously introducing a desorption liquid of food waste into a heated pressurized reactor, and heating the desorption liquid of the input food waste, wherein the heating step requires evaporation energy of water extracted from the desorption liquid. It is characterized in that the temperature and pressure of the heated pressurization reactor to be suppressed thermodynamically to separate the bound water from the organic matter in the desorption liquid of the food waste, it provides a method for treating food waste desorption liquid. In addition, the present invention, the step of continuously introducing the desorption liquid of food waste into the closed heating pressurized reactor, and the reactor at a temperature of 100 to 300 ℃ for 1 to 3 hours, 1 to a specific temperature value of the temperature range Provided is a method for treating food waste detachment, comprising pressurizing above a certain saturated water vapor pressure in the range of 90 kg / cm 2 .
함수율 75 내지 85% 수준(고형물 15 내지 25%)의 음식물 쓰레기 탈리액을 습식 열분해(가온 가압) 반응기 안에 연속적으로 투입하고 가온(100 내지 300℃) 및 각각의 온도에서의 포화 수증기압 이상으로 가압(1 내지 90 kg/cm2 이상)하면서 1 내지 3시간 가량 반응을 진행시키면, 음식물 쓰레기의 탈리액 중 유기성 섬유질이 분해되고 함유 수분인 결합수가 분리되어, 점성이 낮은 고형물과 액상 반응여액이 혼합된 고액 슬러리 형태가 된다. 이 때 반응기 내부에서 고온의 열을 갖는 수분은 열매체로서 작용하여 외부열원과 함께 주변의 섬유질 세포를 파괴하는 역할을 수행하게 된다.Food waste desorbents of 75 to 85% water content (15 to 25% solids) are continuously introduced into a wet pyrolysis (warm pressurized) reactor and pressurized to above warm (100 to 300 ° C.) and saturated steam pressure at each temperature (1 To 90 kg / cm 2 or more), and the reaction proceeds for about 1 to 3 hours. The organic fiber is decomposed in the food waste leachate, and the binding water, which is water, is separated, and the solid solution slurry is mixed with a low viscosity solid and a liquid reaction filtrate. Form. At this time, the moisture having a high temperature of heat inside the reactor acts as a heat medium and serves to destroy the surrounding fibrous cells together with the external heat source.
수득된 고액 슬러리를 탈수 수단(예: 탈수기)를 통해 고액 분리하고 수득된 고체 고형물을 자연 건조시켜, 용이하게 함수율 5% 미만의 고체 고형물을 수득할 수 있다.The obtained solid-liquid slurry can be solid-liquid separated through dehydration means (such as a dehydrator) and the solid solid obtained is naturally dried, so that a solid solid having a moisture content of less than 5% can be easily obtained.
따라서, 본 발명에 따른 처리 방법은, 고액 슬러리 상태의 생성물을 탈수 수단을 사용하여 고체 고형물과 반응여액으로 분리시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.Thus, the treatment method according to the present invention may further comprise the step of separating the product in the solid liquid slurry state into the solid solid and the reaction filtrate using dehydration means.
본 발명에 따른 처리 방법에 있어서, 상기 포화 수증기압 이상의 압력은, 별도의 가압 장치 없이 음식물 쓰레기의 탈리액의 투입 압력과 상기 반응기 내부에서 발생하는 저분자량 유기물의 휘발분 및 수증기의 증기압에 의해 형성된다. 당해 압력은 100℃에서는 1.03 kg/cm2의 포화수증기압 이상, 150℃에서는 4.85 kg/cm2의 포화수증기압 이상, 200℃에서는 15.85 kg/cm2의 포화수증기압 이상, 250℃에서는 40.56 kg/cm2의 포화수증기압 이상, 300℃에서는 87.62 kg/cm2의 포화수증기압 이상과 같은 방식으로, 100 내지 300℃ 범위 내의 특정 온도 값에 대한 1.03 내지 87.62 kg/cm2 이상의 특정 압력 값으로 정해질 수 있다. In the treatment method according to the present invention, the pressure equal to or higher than the saturated water vapor pressure is formed by the input pressure of the desorption liquid of the food waste and the vapor pressure of the low molecular weight organic material generated in the reactor and the steam pressure without a separate pressurization device. The pressure is 1.03 kg / cm 2 or more saturated steam pressure at 100 ° C, 4.85 kg / cm 2 or more at 150 ° C, 15.85 kg / cm 2 or more at 200 ° C and 40.56 kg / cm 2 at 250 ° C. It can be set at a specific pressure value of 1.03 to 87.62 kg / cm 2 or more for a specific temperature value in the range of 100 to 300 ° C., in the same manner as the saturated steam pressure of not less than, saturated vapor pressure of 87.62 kg / cm 2 at 300 ° C.
본 발명에 따른 처리 방법은, 상기 반응기에서 생성된 고액 슬러리 형태의 생성물을 배출 및 이송하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 당해 단계는 상기 반응기 후단의 압력이 일정 수준 이상이 되는 경우 고액 슬러리를 반응기 밖으로 배출 및 이송하도록 한다. 반응기 후단에서 비교적 고압의 압력을 일시에 해제하는 것은 반응기 내 압력 강하의 문제 및 공정 구성에도 어려움이 있으므로, 순차적으로 다단계를 거친 압력 해제를 통해 생성물이 원활하고 연속적인 배출 및 이송하도록 하는 것이 바람직하다.The treatment method according to the present invention may further comprise the step of discharging and conveying the product in the form of solid slurry produced in the reactor, wherein the step is a solid-liquid slurry when the pressure at the rear end of the reactor is above a certain level Drain and transfer out of the reactor. Temporarily releasing the relatively high pressure at the rear end of the reactor is problematic in terms of pressure drop in the reactor and in the process configuration. Therefore, it is desirable to smoothly and continuously discharge and transport the product through sequential pressure relief. .
본 발명에 따른 처리 방법에 있어서, 슬러리 상태의 반응 생성물의 일부, 예를 들어 5 내지 90%, 바람직하게는 10 내지 90%를, 상기 연속식 가온 가압 반응기 입구로 반송시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이로써, 반응기로 투입되는 원료의 점성을 낮출 뿐 아니라 생성물이 가지고 있는 고온의 열원을 이용하여 초기 유입되는 원료의 온도를 올리는 데 수월한 장점이 있다.In the treatment method according to the invention, the method may further comprise returning a portion of the reaction product in the slurry state, for example 5 to 90%, preferably 10 to 90%, to the inlet of the continuous warm pressurized reactor. Can be. As a result, not only the viscosity of the raw material introduced into the reactor is lowered, but also there is an easy advantage of raising the temperature of the raw material introduced initially by using a high temperature heat source of the product.
본 발명은 연속식 가온 가압 반응기에 의해 음식물 쓰레기의 탈리액 중 유기 성 섬유질을 분해시키고, 결합수를 탈리시킴으로써, 음식물 쓰레기 탈리액의 함수율을 높일 수 있다.The present invention can increase the water content of the food waste desorption solution by decomposing the organic fibers in the food waste desorption solution by the continuous heating pressurized reactor and desorbing the bound water.
상기 가온가압 반응기는 악취발생의 억제를 위해 밀폐된 상태에서 운전된다.The warming pressurized reactor is operated in a closed state to suppress odor generation.
본 발명에 따른 처리 방법에 있어서, 상기 반응기의 온도는 100 내지 300℃이고, 바람직하게는 190 내지 250℃의 범위이다.In the treatment method according to the invention, the temperature of the reactor is in the range of 100 to 300 ° C, preferably in the range of 190 to 250 ° C.
반응기 내 내부의 압력은 별도의 가압 장치가 필요없는 것이 특징이며, 공급 펌프에 의한 원료 물질의 투입 압력과 일부 저분자량 유기물/수증기의 증발 압력이 서서히 증가하여 포화수증기압 이상의 압력이 형성된다. 따라서 기화에너지로의 소모가 없어 처리비용 절감이 가능하다. The internal pressure in the reactor is characterized in that a separate pressurization device is not necessary, and the input pressure of the raw material material by the feed pump and the evaporation pressure of some low molecular weight organic matter / water vapor are gradually increased to form a pressure above the saturated water vapor pressure. Therefore, there is no consumption of vaporized energy, thus reducing the processing cost.
다음의 표 1은 정해진 반응온도를 상승시키는데 필요한 최소한의 소요압력인 포화수증기압의 열역학적 자료이며, 도 2를 통해 연속식 반응기 내부에서 온도가 상승함에 따라 압력도 점차적으로 상승하는 것을 확인할 수 있다.Table 1 below is a thermodynamic data of the saturated steam pressure, which is the minimum required pressure to increase the reaction temperature, and as shown in FIG. 2, the pressure gradually increases as the temperature increases in the continuous reactor.
(℃)Reaction temperature
(℃)
수증기압
(kg/cm2)saturation
Water vapor
(kg / cm 2 )
본 발명은 또한 음식물 쓰레기의 탈리액을 처리하는 장치를 제공하며, 당해 장치는 음식물 쓰레기의 탈리액을 수용하기 위한 밀폐형 연속식 가온 가압 반응기, 상기 반응기 내부에 장착된 상기 탈리액을 교반하기 위한 교반기, 상기 반응기 내부의 온도 측정을 위한 온도 센서, 상기 반응기 내부의 압력 측정을 위한 압력계, 상기 반응기 내부에 장착된 승온 및 온도조절 장치, 음식물 쓰레기의 탈리액을 지속적으로 반응기에 공급하고 반응기 내 생성된 고액 슬러리를 지속적으로 이동시키기 위한 공급 펌프, 및 반응기 후단에 설치되고, 상기 반응기 후단의 압력이 일정 수준 이상이 되는 경우 고액 슬러리 형태의 생성물을 배출 및 이송시키기 위한 압력 조절 수단을 포함한다.The present invention also provides an apparatus for processing the desorption liquid of food waste, the apparatus comprising a closed continuous heating pressurized reactor for receiving the desorption liquid of food waste, an agitator for stirring the desorption liquid mounted in the reactor, the reactor Temperature sensor for measuring the temperature inside, the pressure gauge for measuring the pressure inside the reactor, the temperature raising and temperature control device mounted in the reactor, the desorption liquid of food waste continuously supplied to the reactor and the solid slurry produced in the reactor A feed pump for moving to the reactor, and pressure adjusting means for discharging and conveying the product in the form of a solid slurry when the pressure at the rear of the reactor becomes a predetermined level or more.
상기 연속식 가온 가압 반응기는 세부적으로 관형 반응기(21), 교반기(22), 승온 및 온도조절장치(23), 온도 센서(24), 압력계(25), 생성물 배출 및 이송을 위한 압력 조절 수단(28)을 포함한다. 반응기는, 슬러리 상태의 반응 생성물의 일부, 예를 들어 5 내지 90%, 바람직하게 10 내지 90%를, 반응기 입구로 반송하기 위한 반송 펌프 및/또는 압력조절장치(26) 및 반송관(27)을 추가 포함할 수 있다. 이로써 음식물 탈리액의 열수 가압 반응기에서의 발생한 고온을 이용하여 반응기의 에너지 효율을 높일 수 있다. The continuous warming pressurization reactor is a
밀폐된 구조의 연속식 가온가압 반응기(13)는 예를 들어, 루프 타입 관형 반응기(ROOF TYPE TUBULAR REACTOR)이다. The continuous
본 발명의 한 양태에서 루프 형태의 반응기는 관형 타입의 배관을 이용하여 제작가능하므로 공급 펌프(12)의 용량에 맞추어 반응기 부분만 추가 장착이 가능한 확장성이 있으며, 공간 활용이 용이하여 회분식(PFR:Plug Flow Reactor) 반응기보다 설치 면적이 적어지는 장점이 있다.In one embodiment of the present invention, the loop-type reactor can be manufactured using tubular pipes, so that only the reactor part can be additionally fitted according to the capacity of the
본 발명의 한 양태에서 연속식 반응기 내에 장착하는 교반기(22)는 완벽한 밀봉(seal)이 요구되어 지는데, 기존의 구동축 및 베어링에 의한 스크류 타입의 교반기는 압력이 존재하는 조건에서는 반응생성물의 누수 현상이 발생하게 되어, 본 발명에서는 기계적 밀봉이 필요없는 정적 혼합기(static mixer)를 채용하였다.In one embodiment of the present invention, the
상기 밀폐된 구조의 가온 가압 반응기(13)의 주변 장치들로는 공급 펌프(12)가 있으며, 이외에 호퍼(11), 고액 슬러리 이송을 위한 생성물 이송관(14), 고액 슬러리의 2단계 배출을 위한 배출 용기(15), 고액 슬러리의 3단계 배출을 위한 녹-아웃(knock-out) 용기(16), 고액분리용 탈수기(17), 수증기 열회수를 위한 열 회수 용기(18)를 추가 포함할 수 있다. Peripheral devices of the closed
본 발명의 한 양태에서 공급 펌프(12)는 음식물 쓰레기의 탈리액 원료를 지속적으로 공급하면서 압력을 승압하게 되고, 반응기 내 고액 슬러리 생성물을 지속적으로 이동시킬 수 있는 단일 펌프(mono pump)를 채용하였다. 음식물 탈리액의 특성상 고점착성으로 인해 고체화되어 운전 장비에 달라붙어 장비의 고장을 유발하게 되는데, 공급 펌프(12)를 통해 연속적으로 투입하므로 이와 같은 현상을 피하게 되는 장점이 있다.In one embodiment of the present invention, the
상기 반응기는 필요에 따라 상기 압력 조절 수단 외에 추가로 압력을 순차적으로 해제시키기 위해, 반응기 후단에 배출 용기(15) 및 녹-아웃 용기(16)과 이에 부착된 자동 밸브를 추가 함유할 수 있다. 반응기 후단의 압력 조절 수단(28)은 반응기의 압력이 일정 수준 이상, 예를 들어 30 kg/cm2 이상이 되면 자동적으로 밸브를 열어 생성물을 배출 용기(15)로 배출시켜주고, 배출 용기(15)에서는 예를 들어 10 kg/cm2 이상의 수증기압이 생성될 경우 수증기를 열 회수 용기(18)로 배출시키면서 일정 시간 간격으로(대략 30분) 녹-아웃 용기(16)으로 고액 슬러리를 배출시킨다. The reactor may further contain a
녹-아웃 용기(16)에서는 고액 슬러리를 저장하면서 이를 고액 분리 탈수 수단(17)으로 이송해주게 된다. 반응기 후단에서 비교적 고압의 압력을 일시에 해제하는 것은 반응기 내 압력 강하의 문제 발생 및 공정 구성에도 어려움이 있으므로, 순차적으로 다단계를 걸친 압력 해제를 통해 생성물의 원활하고 연속적인 배출 및 이송이 가능하다.The knock-out
반송 펌프 및/또는 압력조절장치(26)는 반응이 종료되어 점도가 낮아지고 높은 온도를 보존하고 있는 고액 슬러리(중간 생성물)의 일부(5 내지 90%)를 반송할 수 있는 펌프 내지 장치로서 주로 플런지 펌프(plunge pump) 또는 기어 펌프(gear pump)로 구성될 수 있다. The conveying pump and / or the
상기 반응기에는 필요에 따라 공정 후단에 열 회수 용기(18)를 추가로 포함하고, 이는 주로 배출 용기(15)에서 배출되는 포화수증기를 포집하여 후단 공정에서 생성물의 건조 등에 열원으로 사용될 수 있다. 즉, 본 발명은 음식물 쓰레기의 탈리액의 열수 가압 반응에서 발생한 수증기의 폐열을 회수하여 최종 생성물을 건조하여 에너지 효율을 증가시킨다.The reactor further includes a
본 발명의 한 양태에 사용되는 연속식 습식 열분해 장치가 도 1에 도시되어 있다.A continuous wet pyrolysis apparatus used in one aspect of the present invention is shown in FIG. 1.
본 발명의 실시예가 아래 기술되며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Embodiments of the present invention are described below, which are merely illustrative to aid the understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
실시예 1Example 1
음식물 쓰레기의 탈리액 처리Desorption of food waste
도 1에 나타낸 음식물 쓰레기의 탈리액 처리 장치와 동일한 구성으로 이루어진 장치를 이용하여 음식물 쓰레기의 탈리액(함수율 84.1%, 고형물의 함량 159g) 1kg을, 170℃, 200℃ 및 250℃의 각각의 온도에서 습식열분해 반응을 진행시켰다. 반응 압력을 당해 온도에서의 포화수증기압보다 높은 수준으로 유지하여, 액상 생성물의 증발을 억제하여 기화에너지로의 소모를 최소화하였다. 수득된 고액 슬러리를 기계적 탈수기로 탈수 처리하여 고체 고형물과 액상 반응여액으로 분리하였다. 170℃의 반응 온도에서 106g(수득율 66.6%)의 고체 고형물, 200℃의 반응 온도에서 93.2g(수득율 58.6%)의 고체 고형물 및 250℃의 반응 온도에서 43.4g(수득율 27.3%)의 고체 고형물이 각각 수득되었다. 고체 고형물의 함수율은 5% 미만이었으며, 저온건조(105℃ 수준) 처리 시 함수율은 최대 0%이었다. 반응 여액은 170℃에서 693ml, 200℃에서 754ml 및 250℃에서 820ml 수득하였다(표 2 참조).1 kg of the food waste removal liquid (water content of 84.1%, the solid content of 159 g) was wetted at a temperature of 170 ° C., 200 ° C. and 250 ° C., using a device having the same configuration as the food waste desorption liquid treatment device shown in FIG. 1. The pyrolysis reaction was advanced. The reaction pressure was maintained at a level higher than the saturated steam pressure at this temperature, thereby suppressing evaporation of the liquid product to minimize consumption of vaporization energy. The obtained solid-liquid slurry was dehydrated with a mechanical dehydrator and separated into a solid solid and a liquid reaction filtrate. 106 g (yield 66.6%) of solid solids at a reaction temperature of 170 ° C., 93.2 g (yield 58.6%) of solid solids at a reaction temperature of 200 ° C., and 43.4 g (yield 27.3%) of solid solids at a reaction temperature of 250 ° C. Each was obtained. The moisture content of the solid solids was less than 5%, and the moisture content at the low temperature drying (105 ° C. level) was at most 0%. The reaction filtrate was obtained at 693 ml at 170 ° C., 754 ml at 200 ° C. and 820 ml at 250 ° C. (see Table 2).
실시예 2Example 2
음식물 탈리액의 가온 가압 열수분해 반응 전후의 물리화학적 특성 변화Changes in Physicochemical Properties of Food Desorption Solution Before and After Heating Pressurized Pyrolysis
상기 실시예 1에서 수득된 고액 슬러리의 물리 화학적 특성을, 열수 처리 전 음식물 탈리액의 특성과 비교하여 조사하였다. 당해 조사 결과를 하기 표 2에 나타낸다.The physicochemical characteristics of the solid-liquid slurry obtained in Example 1 were investigated by comparing the characteristics of the food desorption solution before the hydrothermal treatment. The investigation results are shown in Table 2 below.
(a: Moisture content, b: Volatile matter, c: Fixed carbon, d: High heating value)(a: Moisture content, b: Volatile matter, c: Fixed carbon, d: High heating value)
원소 분석(ultimate analysis) 결과 산소 성분이 15.9%에서 10.6%로 감소하여, 고형물로부터 산소가 CO2 또는 H2O 형태로 빠져 나갔음을 알 수 있다. 이로부터 음식물 탈리액의 고형물로부터 수분이 분리되고, 고형물이 탄화되어 소수성으로 바뀜으로써 탈수능이 좋아지는 것으로 판단된다.As a result of elemental analysis, the oxygen content was reduced from 15.9% to 10.6%, indicating that oxygen was released from the solid in the form of CO 2 or H 2 O. From this, the water is separated from the solids of the food desorption liquid, and the solids are carbonized to change hydrophobicity.
실시예 3Example 3
탈수능 측정Dehydration Measurement
실시예 1에서 수득된 고액 슬러리의 탈수능을 CST(Capillary Suction Time)를 통해서 확인하였다. 250℃에서 열수 처리된 고액 슬러리의 특성을 하기 표 3에 나타내었다.Dehydration capacity of the solid-liquid slurry obtained in Example 1 was confirmed through CST (Capillary Suction Time). The properties of the solid slurry subjected to hydrothermal treatment at 250 ° C. are shown in Table 3 below.
CST(Capillary suction time)로서 탈수능을 측정하였을 때 처리 전의 CST는 891.5초의 높은 수치로서 탈수가 매우 어려움을 나타낸 반면, 처리 후의 CST는 18.3초의 낮은 수치로 탈수성이 크게 개선되었다. When dehydration was measured as capillary suction time (CST), dehydration was very difficult with high value of 891.5 seconds, whereas CST after treatment was significantly improved with low value of 18.3 seconds.
또한, SCOD(가용성 COD)/TCOD(총 COD)의 비율을 보면 42%에서 88% 수준으로 높아지는 것을 확인할 수 있는데, 이는 다량의 미세입자들이 용존성 물질로서 반응여액에 용해되어 있음을 나타내는 것으로서, 탈리액 중 섬유질 유기물이 본 발명에서의 반응을 통해 용이하게 용해되었음을 확인할 수 있다. In addition, the ratio of SCOD (soluble COD) / TCOD (total COD) can be seen to increase from 42% to 88%, indicating that a large amount of fine particles are dissolved in the reaction filtrate as a dissolved substance. It can be confirmed that the fibrous organic material in the releasing solution was easily dissolved through the reaction in the present invention.
본 발명은 고함수 음식물 쓰레기의 탈리액(함수율 60% 이상)를 대상으로 안출한 것으로서, 유사한 성상을 갖는 음식물류 폐기물 및 하폐수 슬러지, 리그닌 슬러지, 축산폐수 등에 적용이 가능하다. The present invention is devised for the desorption liquid (water content of 60% or more) of the high-functional food waste, it can be applied to food waste and sewage sludge, lignin sludge, livestock wastewater and the like having similar properties.
본 발명에 따른 연속식 가온 가압 열수분해 공정은 유기성 물질을 파괴하여 유기성 물질과의 결합수를 자유수로 전환시켜 비교적 간단한 2차 탈수 공정을 거쳐 음식물 탈리액의 함수율을 높이는 것이 가능하며, 기존의 주요 문제점이었던 고점착성으로 인한 장비 고장의 문제도 극복할 수 있다. 최종 생성물인 고체 고형물의 경우 높은 열량을 보존하고 있어 단위열량이 6000 내지 9000kcal/kg을 상회하여 쓰레기 재생 연료 등의 연료로서 활용가치가 높다. 액상 생성물로 분리되는 반응여액의 경우는 용존 유기물 농도(SCOD: Soluble COD)가 평균 100,000 mg/L 이상으로 혐기소화를 통해 메탄가스의 생산이 가능하다. The continuous heated pressurized pyrolysis process according to the present invention is capable of increasing the water content of the food desorption solution through a relatively simple secondary dehydration process by converting the combined water with the organic material to free water by destroying the organic material. It is also possible to overcome the problem of equipment failure due to high adhesiveness which was a problem. In the case of the solid product, which is a final product, high calories are stored, and thus, the unit calorific value is higher than 6000 to 9000 kcal / kg. In the case of the reaction filtrate separated into a liquid product, dissolved organic matter concentration (SCOD: Soluble COD) is more than 100,000 mg / L on average, it is possible to produce methane gas through anaerobic digestion.
도 1은 본 발명에 따른 음식물 쓰레기의 탈리액의 처리 공정의 구성도이다. 1 is a block diagram of a treatment process of the desorption liquid of food waste according to the present invention.
도 2는 연속식 반응기 내부에서 온도 상승에 따라 포화수증기압 이상의 압력이 형성됨을 보여주는 그래프이다.2 is a graph showing that a pressure above the saturated steam pressure is formed as the temperature rises in the continuous reactor.
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