자발적 가연성에 의해 필수적으로 가열된 폐수의 습식산화방법, 및 이에 상응하는 장치 document_id A220623026048

보다 일반적으로, 본 발명은 유기물 및/또는 서스펜션(suspension)상 물질을 대부분 포함하는 폐수(effluents)의 처리에 적용한다. 문제의 처리는 자연수신환경(natural receiving environment), 정화장 또는 시스템으로 배출할 목적으로 처리되는 폐수로부터 함유된 바람직하지 않은 화합물의 상당 부분을 제거하는데 있다. 문제의 폐수는 수분뿐만 아니라, 본 발명이 적용될 수 있는 어떠한 다른 산업 유체가 필수적으로 존재할 수 있다. 전형적으로, 본 처리는 정화장에서 이행되고, 정화장으로 유입되는 폐수를 정화하는 공정으로부터 슬러지를 처리하기 위한 목적이다. 상기 처리는 슬러지를 서스펜션으로 전환시키고, 이의 화학적 산소 요구량(chemical oxygen demand; COD)이 상당히 감소된다. 고도로 광물화된 상기 서스펜션의 고체상이 배출될 수 있고, 이러한 경우가 일어난다면, 상기 서스펜션의 수상(aqueous phase)은 정화장의 앞쪽에서 회수될 수 있다. 생활 또는 산업 폐수를 처리하기 위해 사용되는 정화 방법은 이들을 축적하는 동안, 이들의 생물학적 산소요구량(biological oxygen demand; BOD)을 감소할 목적으로 생물학적 공정을 포함하고, 자연현상을 재현한다. 그러나, 특정 폐수는 자연분해가 어렵고, 특수한 방법의 사용이 요구되며/요구되거나 화학적 기재(substrates)의 관여가 빈번히 요구되는 오염물질을 지닌다. 이러한 유형의 적용처에 적용되는 효율적인 처리 중 하나는 영국의 WAO(Wet Air Oxidation), 또는 (Hydrothermal Oxidation)의 습식 환경(습식법에 의한 산화 또는 열수(hydrothermal) 산화)에서의 산화이다. 습식 환경에서의 산화는 종래 기술, 특히, 미국 특허 US 4,721,575 및 4,272,383과 아울러 예를 들어, 프랑스 특허 FR 2,334,635에 매우 잘 기술되어 있는 기술이다. 상기 기술은 거의 또는 전혀 생분해되지 않는 고농도의 유기물을 지닌 용액에 함유된 유기물의 산화를 통해 성취되는 것이 목적이다. 산업 폐수 처리의 환경에 기본적으로 사용되어왔고, 액상태로 용액이 유지되는 동안 고온의 상기 용액과 접촉하도록 산화 가스를 제공하는 것으로 이루어진다. 상기 목적을 위해, 이러한 방법을 수행하기 위하 조건은 통상적으로 압력은 약 5 내지 약 160bar, 온도는 약 100℃ 내지 약 350℃로 한다. 사용된 산화성 가스는 특히 공기, 산소가 강화된 공기 또는 산소분자일 수 있다. 특히, 정화 방법에 있어서, 활성화 슬러지 및 물리-화학적(physico-chemical) 침전 방법에 의한 다른 처리들이 존재한다. 이러한 처리들은 일반적으로 불용성 광물성분 및 비분해성 유기물로 필수적으로 구성되는 잔류 슬러지의 생성을 일으킨다. 프랑스에서, 정화장에 의해 생성되는 슬러지의 양은 연간 건조물로 100만 톤이다. 상기 슬러지의 약 절반은 농업에 재활용되는 한편, 35%는 폐수로 저장된다. 정화수가 반드시 부합해야 하는 새로운 기준의 수립에 따라, 정화 슬러지의 생성은 더욱 중요해지고 있다. 동시에, 이들의 저장, 농업적 재활용 또는 분해를 조직화하는 제어 설비(regulatory provisions)는 이러한 슬러지가 이의 특성으로 인한 환경 및 건강에 대한 주어진 결점을 책임져야 하는 사실 때문에 더욱 더 제한적이다. 슬러지의 문제를 해결할 목적으로, 처리의 개선은 일군의 해결책을 제공하는 본 발명에 대한 기술적 도전이다. 상기 처리는 또한 특정한 경우에 배출 또는 재사용 기준에 직접적으로 부합하게 할 수 있다. 통상적으로, 이는 본질적으로 폐수 처리 공정의 슬러지를 별도로, 독립적으로 처리하도록 시도되어 왔다. 이러한 처리는 특히 라이밍(liming), 소각(incineration), 혼합(composting)에 의한 호기성 안정화(stabilisation), 혐기성 소화(anaerobic digestion), 분해, 안정화로 구성될 수 있다. 생성된 초과 슬러지의 이러한 처리와 동시에, 공급원의 감소(reduction) 처리가 나타나기 시작한다. 이러한 처리의 목적은 특히 유기물의 양을 감소시킴으로써 생성된 슬러지의 양을 감소시키기 위한 것이다. 그러나, 대부분의 경우에 있어서, 이러한 방법은 상기 장소(station)의 올바른 역할에 부정적인 영향을 가지고 있다. 이러한 악영향의 주요 이유는 슬러지 처리로부터 물이 방출되는 장소 상부로의 회수와 관련되며, 이는 COD 뿐만 아니라 상기 장소에 의해 제거되는 니트레이트에 관한 과적을 일으키며, 이러한 과적은 초기 적재(load)의 10% 내지 30%로 나타낼 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 시도에 관해, 한 가지 해결법은 특히, 잔류 슬러지의 광물화를 두드러지게 하고, 폐수 처리 시스템으로 순환하는 오염물을 줄이도록 사용된 폐수 처리의 공정조건을 강화하는 것으로 구성된다. 그러므로, 습식 공기 산화(WAO)에 의한 처리의 경우에 있어, 처리시간을 연장, 또는 압력, 온도 또는 산화성 가스의 농도를 증가시킴으로써 광물화를 강화하는 시도가 이루어질 것이다. 그러나, 이러한 전략은 그 방법이 매우 비싼 경향이 있다. 나아가, 통상적인 WAO 유닛에서, 에너지 회수는 처리된 폐수를 이용하여 처리되도록 폐수를 예열함으로써 일어난다. 생활 슬러지에서, 상기 배열은 새로운 슬러지를 45g/l(또는 4.5%의 건조물)에서 소화된 슬러리를 약 80g/l(또는 8% 건조물)의 슬러지로 에너지에서 자급자족할 수 있는 역할을 성취하기 위한 반응열 회수를 가능하게 한다. 그러나, 슬러지의 점도가 매우 높아지고, 교환기에서 압력 강하가 증가하며, 오염의 위험 때문에 현재 디자인의 교환기는 더 높은 농도에서 구동되는 것이 불가능하다. 나아가, 상대적으로 낮은 농도에서 기능은 특히, 반응기 크기의 증가에 의해 처리 라인에서 수용할 수 있는 유압(hydraulic flow)을 제한한다. 현재, 상기 방법에 따르면, 상기 실용상의 제한은 라인당 10 내지 30m3/h으로 놓인다. 더 많은 양의 슬러지의 처리는 단지 처리라인 수를 증가시킴으로써 이루어질 수 있다. 이러한 낮은 농도에서의 기능은 일반적으로 매우 낮은 온도 수준에서 단지 에너지 회수를 하게 함으로써, 재순환의 가능성을 전제의 가열로 제한한다. 그러므로, 슬러지의 특성과 관련하여, 상기 교환기는 정기적으로(통상적으로 매주 또는 최선으로 2 내지 3달에 한번) 반드시 세척되어야 한다. 그러므로, 반응 열을 회수하기 위한 교환기의 사용은 이러한 기술의 발전에 제약을 남기는 것으로 이해될 수 있다. 피스톤 타입의 반응기 내에 산화성 물질을 함유하는 폐수를 가열 및 산화 그리고, 초임계 조건하에서 기능하기 위한 시스템 및 방법은 이전의 기술분야에서 기술되어 왔다. 처리되기 위한 폐수의 가열은 특히, 밀도가 다른 두 가지의 유체가 반응함으로써 혼합이 촉진되도록 배열된 피스톤 반응기에서 반응 매개체로 혼합함으로써 일어난다. 다른 기술에 따르면, 가열 시스템은 특정 반응기에서 반응열을 사용하거나 여러 단계; 산화 반응 중에, 이전에 가열된 산화성 흐름으로 처리되도록 폐수를 증발된 물의 응축된 열과 혼합하는 열이동단계, 그리고, 반응기에 갖추어진 교환기에서 직접 가열 단계에서 열의 이동이 일어나게 한다. 상기 배치는 임계치 이하인 산화 시스템 또는 초임계 조건하 중 하나에서 용인될 수 있다. 이러한 기술의 단점은 반응시스템에서 특정한 장비의 설치가 요구된다는 점과 오로지 피스톤 타입의 반응기에 적용될 수 있다는 점이다. 이러한 정황으로, 다량의 산화성 유기물질을 포함하는 것으로 정의되는 처리되기 위한 폐수는 고온(500℃ 내지 600℃)의 조건하에서 산화제와 직접적으로 접촉되도록 놓인다. 나아가, 가열은 초임계 조건(기술에 따라 220bar 내지 700bar로 변경될 수 있는 압력)하에서 유지되는 반응 혼합물을 사용하여 수행된다. 또한, 처리된 폐수의 팽창중에 얻어진 플래쉬 스팀으로 처리된 폐수를 가열하기 위한 시스템이 제시되어 왔다. 이러한 시스템은 비-산화성 시스템의 배치에서 구동되고, 다른 하나에 의해 제조된 플래쉬 스팀을 사용하는 하나와 복합체 및 고가의 장치를 포함하는 다른 하나인 적어도 두 개의 반응기가 요구된다.