KR101259891B1 - 다중 원판형 슬러지 농축장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고농도 유기폐수의 정화공정시 슬러지를 탈수하기에 적합한 일정 농도로 조절하는 슬러지 농축장치 및 이런 슬러지 농축장치가 설치됨으로써 슬러지의 처리효율과 탈수효율이 향상되는 슬러지 처리 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 슬러지 처리 시스템(100)의 응집 혼화조(113)에 슬러지 농축장치(160)가 설치됨으로써, 응집 혼화조(113)에서 슬러지와 응집제를 응집 교반시켜 형성된 플럭으로부터 탈리액이 용이하게 분리 배출되고, 분리 배출되는 탈리액의 양도 용이하게 조절되어, 탈수기에 투입되는 플럭의 농도가 균일하게 유지된다. 그리고, 본 발명은 균일한 농도로 플럭이 유지되어서 탈수기가 안정적으로 운영될 수 있을 뿐만 아니라, 분리 배출되는 탈리액의 농도에 따라 응집 혼화조에 적당량의 응집제가 투입됨으로써 탈수효율이 증대되는 효과가 있다.

Description

다중 원판형 슬러지 농축장치{Sludge Concentration Apparutus of Multiple Circle Plate Type}

본 발명은 슬러지 농축장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 슬러지를 탈수하기에 적합한 일정 농도로 조절하는 슬러지 농축장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 슬러지 농축장치를 구비함으로써 슬러지의 처리효율과 탈수효율이 향상되는 슬러지 처리 시스템에 관한 것이기도 하다.

최근 폐수의 양이 급격하게 증가함에 따라서 주변환경의 오염문제가 심각하게 대두되고 있고, 그에 따라 산업폐수를 효과적으로 처리하기 위한 다양한 노력들이 이루어지고 있다.

일반적으로, 물리/화학적 폐수처리기술은 중금속이 함유된 고농도의 산업폐수 처리에 사용되며, 각종 약품이나 고분자 응집제 등으로 물과 분리하고 이때 생성된 중금속 함유 슬러지를 각종 탈수장치로 탈수 후 케이크는 건조시켜 매립하거나 소각하고, 탈리액은 생물학적 처리기술과 물리/화학적 처리기술을 이용하여 처리하고 있다.

한편, 생물학적 처리방법의 대표적인 시설인 하수처리장의 경우 하수처리장에 유입되는 하수의 BOD농도가 생활수준의 향상으로 높아져서 슬러지중에 차지하는 미생물의 농도가 높아져서 슬러지의 침전성이 저하되는 문제가 발생하고 있다. 또한, 기존 우수와 오수가 동시에 유입되는 관에서 우수와 오수가 분리되어 유입되는 관거로 하수관거 교체공사를 실시하고 있기 때문에, 슬러지중에 차지하는 무기성 고형물의 농도가 적어져서 침전성이 떨어지는 문제가 발생하고 있다. 그 결과, 기존의 설치 가동중인 하수처리장에서 슬러지의 농도저하로 탈수기의 성능저하 및 소화조(슬러지 감량화장치)의 성능저하가 발생되고 있다.

도 7은 종래기술에 따른 슬러지 처리 시스템의 구성도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 종래기술의 슬러지 처리 시스템은 침전지(11)에서 고체와 액체의 비중차이에 의해 분리되는 상등액을 월류시켜 방류시키고, 침전된 고형물을 제 1 펌프(21)의 펌핑작용으로 제 1 이송관(31)을 통해 슬러지 저류조(12)로 이송시킨다. 이때, 슬러지 저류조(12)로 이송된 침전 고형물은 수온, 슬러지 농도, 계절, 인발횟수 등에 따라 농도의 변화가 심하다.

슬러지 저류조(12)에 저류된 슬러지는 제 2 펌프(22)의 펌핑작용에 의해 제 2 이송관(32)을 통해 응집 혼화조(13)로 이송된다. 이와는 별도로, 슬러지에서 물을 분리시키기 위해 투여되는 응집제가 응집제 용해조(14)에서 제 1 교반장치(41)에 의해 용해된후 제 3 펌프(23)의 펌핑작용에 의해 제 3 이송관(33)을 통해 응집 혼화조(13)로 이송된다. 응집 혼화조(13)로 이송되어온 슬러지와 응집제는 제 2 교반장치(42)에 의해 교반혼합되며, 그 결과로서 플럭이 형성된다. 이렇게 형성된 플럭은 제 4 이송관(34)을 통해서 탈수기(15)로 이송되어 탈수된다. 이때, 탈수기(15)의 안정적인 운전 및 자동화를 위해, 탈수기(15)에 유입되는 플럭화된 슬러지를 응집 혼화조(13)에서 가능한한 일정한 농도와 수분을 갖게하고 고형물이 잘 분리된 상태로 만들어 주는 것이 필요하다.

그러나, 응집 혼화조(13)로 이송된 슬러지에 적합한 응집제의 투여량은 슬러지의 농도, 온도, 계절에 따른 침전된 슬러지의 입경변화, 미생물 침전인 경우에는 미생물의 활성상태, 저류조에서의 저류시간 및 저류상태 등 여러 가지의 변수로 인해 적절한 조절이 어려운 실정이다. 또한, 침전된 슬러지를 침전지(11)로부터 인출하는 인발횟수, 계절에 따른 침전지(11)의 상태변화 등 여러 가지 이유로 인해 슬러지 저류조(12)로 이송되는 슬러지의 농도가 변하며, 이로인하여 응집 혼화조(13)에서 플럭화되어 탈수기(15)에 투입되는 슬러지의 농도 변폭이 심해 탈수기(15)의 성능저하 및 적절한 운영의 곤란을 초래하였다.

도 8은 종래기술에 따른 다른 슬러지 처리 시스템의 구성도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 침전지(51)에서 침전된 슬러지는 제 1 펌프(61)의 펌핑작용에 의해 제 1 이송관(71)을 통해 원심 농축기(52)로 이송된다. 원심 농축기(52)에서는 슬러지를 일정농도로 농축시키며, 이렇게 농축된 슬러지는 제 2 펌프(62)의 펌핑작용에 의해 제 2 이송관(72)을 통해 슬러지 저류조(53)로 이송된다.

슬러지 저류조(53)로부터 배출된 슬러지는 제 3 펌프(63)의 펌핑작용에 의해 제 3 이송관(73)을 통해 응집 혼화조(55)로 이송된다. 이때, 제 3 이송관(73)의 중간에는 슬러지의 농도를 계측하기 위한 농도계(57)가 설치된다.

이와는 별도로 응집제 용해조(54)에서 제 1 교반장치(81)에 의해 용해된 응집제의 일부는 제 4 펌프(64)의 펌핑작용에 의해 제 4 이송관(74)을 통해 응집 혼화조(55)로 이송된다. 이때 이송되는 약품은 농도계(57)로 슬러지의 농도를 계측하여 슬러지 농도에 피드백 제어방식으로 약품 이송량을 제어한다. 응집 혼화조(55)로 이송되어온 슬러지와 응집제는 제 2 교반장치(82)에 의해 교반혼합되어 플럭을 형성시키며, 이렇게 형성된 플럭은 제 6 이송관(76)을 통해 탈수기(56)로 이송되어 탈수된다.

그런데, 침전지(51)로부터 제 1 이송관(71)을 통해 이송된 슬러지를 원심 농축기(52)로 농축시 침전지(51)에서 침전된 슬러지의 농도와 침전특성에 따라 원심력을 이용하여 농축하므로, 농축되는 농도의 변폭이 많고 또한 원하는 농축농도로 설정 농축할 수가 없다. 게다가, 응집 혼화조(55)로 투입되는 약품이 농도계(57)로 계측한 슬러지의 농도만의 상관관계를 가지지 않고 위에서 언급한 바와 같은 여러 가지 매개변수에 의해 가변적이다. 따라서, 농도계(57)가 설치는 되어 있으나 실효성이 없어서 현실적으로 적용이 곤란한 문제점이 있다.

이상에서 언급한 바와 같은 여러 가지의 이유로 응집 혼화조에 적정 약품의 자동 투입이 어렵고, 응집 혼화조에서 탈수기로 투입되는 고형물 농도의 변동으로 인하여 탈수기의 적절한 운전관리가 어려워서 슬러지 처리계통이 운영자의 감각에 의존해서 운영되고 있는 실정이다. 그 결과, 약품의 과다소요, 탈수기의 부적절한 운영, 고형물관리의 부적절 등 여러 가지 문제가 발생되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 제1 목적은 슬러지를 탈수하기에 적합한 일정 농도로 조절하는 슬러지 농축장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 제2 목적은 슬러지 농축장치를 구비하며 응집 혼화조에 투입되는 슬러지의 농도와 유량을 각각 계측하는 농도계와 유량계가 설치됨으로써, 이렇게 측정된 피드백 자료에 따라 적당량의 응집제가 투입되어 슬러지의 처리효율과 탈수효율이 향상되는 슬러지 처리 시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 슬러지 농축장치는 내부공간이 구비된 외부 케이싱과; 상기 외부 케이싱의 내부공간에 설치되며, 다수 개의 링 형상의 고정 원판과 가동 원판이 그 사이사이에 틈새를 갖도록 교대로 반복 적층되고, 상기 다수 개의 고정 원판들이 상호 일체로 고정 결합됨으로써 형성되는 원통 구조물과; 상기 외부 케이싱과 상기 원통 구조물 사이의 제 1 공간으로 슬러지 또는 응집제가 유입되도록 상기 외부 케이싱의 하부에 연결되는 하나 이상의 유입관들과; 상기 제 1 공간에서 회전 거동하면서 슬러지와 응집제의 교반을 유도하는 교반기와; 상기 외부 케이싱의 상부측에 연결되어, 슬러지와 응집제의 교반으로 형성된 플럭을 배출하는 플럭 배출관; 및 상기 원통 구조물의 내부에 형성된 제 2 공간에 연통되어, 상기 원통 구조물의 틈새를 통해 상기 제 2 공간으로 유입되는 슬러지와 응집제의 교반으로 발생된 탈리액을 외부로 배출하는 탈리액 배출관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 슬러지 농축장치는 내부공간이 구비된 외부 케이싱과; 상기 외부 케이싱의 내부에 설치되며, 다수 개의 링 형상의 고정 원판과 가동 원판이 그 사이사이에 틈새를 갖도록 교대로 반복 적층되고, 상기 다수 개의 고정 원판들이 상호 일체로 고정 결합됨으로써 형성되는 원통 구조물과; 상기 원통 구조물의 내부에 형성된 제 2 공간으로 슬러지 또는 응집제가 유입되도록 상기 외부 케이싱의 하부에 연결되는 하나 이상의 유입관들과; 상기 제 2 공간의 중심에 종방향으로 배치되고, 주축의 외면에 일체로 장착되어, 상기 주축의 회전에 따라 스크루 방식으로 혼합 교반되는 슬러지와 응집제를 상부로 이송하는 나선형의 날개와; 상기 원통 구조물의 상부측에 상기 제 2 공간과 연통되게 연결되어, 상기 원통 구조물의 상부로 이송되는 슬러지와 응집제의 교반으로 형성된 플럭을 외부로 배출하는 플럭 배출관; 및 상기 외부 케이싱에 연결되며, 상기 원통 구조물의 틈새를 통해 상기 외부 케이싱과 상기 원통 구조물 사이의 제 1 공간으로 유입되는 슬러지와 응집제의 교반으로 발생된 탈리액을 외부로 배출하는 탈리액 배출관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 슬러지 처리 시스템은 오폐수가 저장되는 침전지와, 상기 침전지와 연결되며 상기 오폐수에 함유된 슬러지를 침전시키는 슬러지 저류조와, 응집제가 수용액에 용해되는 응집제 용해조와, 상기 슬러지 저류조와 상기 응집제 용해조에 각각 연결되어 상기 슬러지와 상기 응집제가 각각 투입되는 응집 혼화조, 및 상기 응집 혼화조에서 상기 슬러지와 상기 응집제가 응집 교반됨으로써 형성되는 결과물이 투입되도록 상기 응집 혼화조에 연결되는 탈수기를 포함한다. 또한, 본 발명의 슬러지 처리 시스템은 상기 응집 혼화조에 설치되어, 상기 슬러지와 상기 응집제가 응집 교반됨으로써 형성되는 결과물을 플럭과 탈리액으로 분리 배출하도록 제작되는 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항의 슬러지 농축장치와; 상기 슬러지 저류조와 상기 응집 혼화조 사이의 제 1 연결관 및 상기 응집 혼화조의 탈리액 배출관에 각각 설치되어, 상기 제 1 연결관 및 상기 탈리액 배출관 내의 슬러지의 농도와 유량을 각각 계측하는 다수 개의 농도계와 유량계; 및 상기 응집제 용해조와 상기 응집 혼화조 사이의 제 2 연결관에 설치되며, 상기 농도계와 상기 유량계에서 측정된 피드백 자료에 따라 상기 제 2 연결관 내의 유동량을 조절하는 펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 슬러지 농축장치는 슬러지를 탈수하기에 적합한 일정 농도로 조절함으로써, 슬러지의 처리효율과 탈수효율을 향상시키는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 슬러지 처리 시스템은 상기 슬러지 농축장치 뿐만 아니라 응집 혼화조에 투입되는 슬러지의 농도와 유량을 각각 계측하는 농도계와 유량계가 설치됨으로써, 이렇게 측정된 피드백 자료에 따라 적당량의 응집제를 투입하여 슬러지의 처리효율과 탈수효율을 향상시키는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 슬러지 처리 시스템의 구성도이고,
도 2a는 도 1에 도시된 슬러지 처리 시스템에 설치되는 제 1 실시예의 슬러지 농축장치를 나타낸 개략도이고,
도 2b는 도 2a에 도시된 슬러지 농축장치의 일부 구성요소를 도시한 분해도이고,
도 3a는 도 1에 도시된 슬러지 처리 시스템에 설치되는 제 2 실시예의 슬러지 농축장치를 나타낸 개략도이고,
도 3b는 도 3a에 도시된 슬러지 농축장치의 일부 구성요소를 도시한 분해도이고,
도 4a는 도 1에 도시된 슬러지 처리 시스템에 설치되는 제 3 실시예의 슬러지 농축장치를 나타낸 개략도이고,
도 4b는 도 4a에 도시된 슬러지 농축장치의 일부 구성요소를 도시한 분해도이고,
도 5a는 도 1에 도시된 슬러지 처리 시스템에 설치되는 제 4 실시예의 슬러지 농축장치를 나타낸 개략도이고,
도 5b는 도 5a에 도시된 슬러지 농축장치의 일부 구성요소를 도시한 분해도이고,
도 6a는 도 1에 도시된 슬러지 처리 시스템에 설치되는 제 5 실시예의 슬러지 농축장치를 나타낸 개략도이고,
도 6b는 도 6a에 도시된 슬러지 농축장치의 일부 구성요소를 도시한 분해도이고,
도 7은 종래기술에 따른 슬러지 처리 시스템의 구성도이고,
도 8은 종래기술에 따른 다른 슬러지 처리 시스템의 구성도이다.

아래에서는 본 발명에 따른 슬러지 농축장치 및 이를 구비한 슬러지 처리 시스템의 양호한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 슬러지 처리 시스템의 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슬러지 처리 시스템(100)은 침전지(111)에서 오폐수가 고체와 액체의 비중차이로 인해 상등액과 고형물로 각각 분리된다. 그러면, 상등액은 방류되고, 침전된 고형물(또는 슬러지)은 제 1 펌프(121)의 펌핑작용에 의해 제 1 이송관(131)을 통해 슬러지 저류조(112)로 이송된다. 슬러지 저류조(112)에 저류된 슬러지는 제 2 펌프(122)의 펌핑작용에 의해 제 2 이송관(132)을 통해 응집 혼화조(113)로 이송된다. 이때, 제 2 이송관(132)의 중간에는 제 1 농도계(157)와 제 1 유량계(158)가 설치된다.

슬러지 처리 시스템(100)은 상기 슬러지 이송 공정과는 별도로, 응집제 용해조(114)에서 제 1 교반장치(141)에 의해 응집제가 물에 용해되고, 용해된 상태의 응집제가 제 3 펌프(123)의 펌핑작용에 의해 제 3 이송관(134)을 통해 응집 혼화조(113)로 이송된다. 이때, 슬러지 처리 시스템(100)은 응집 혼화조(113)의 배출관로인 드레인(136)에 설치된 제 2 농도계(175) 및 제 2 유량계(176)에서 탈리액의 슬러지 농도 및 유량이 각각 계측되고, 이런 제 2 농도계(175) 및 제 2 유량계(176)에서 계측된 피드백 자료에 따라 제 3 펌프(123)의 회전수가 조절되어 응집 혼화조(113)에 투입되는 응집제의 양이 조절된다.

그러면, 슬러지 처리 시스템(100)은 응집 혼화조(113)에서 슬러지와 응집제의 용해액이 슬러지 농축장치(160)로 유입되고, 슬러지 농축장치(160)의 작동에 따라 슬러지와 응집제가 교반 혼합된 후에 플럭과 탈리액으로 변형된다. 이렇게 형성된 플럭은 제 5 이송관(135)을 통해서 탈수기(115)로 이송되어 탈수되고, 슬러지 농축장치(160)에서 분리된 탈리액은 드레인(136)을 통해 배출된다.

이와 같은 구성으로 인해 본 발명의 슬러지 탈수 시스템(100)은 제1, 제2 농도계(157, 175) 및 제1, 제2 유량계(158, 176)에 측정되는 피드백 자료에 따라 슬러지를 교반되는 응집제의 양이 조절되어, 일정한 농도와 수분을 갖는 플럭이 탈수기(115)에 투입된다. 그러면, 본 발명의 슬러지 탈수 시스템(100)은 탈수기(115)가 안정적으로 운영되고, 탈수효율도 향상된다.

또한, 본 발명의 슬러지 탈수 시스템(100)은 응집 혼화조(113)에 아래와 같은 구성적 특징을 가진 슬러지 농축장치(160)가 설치됨으로써, 응집제의 공급이 용이할 뿐만 아니라 슬러지와 응집제가 보다 원활하게 교반되어 탈수기(115)에서의 탈수효율이 향상된다.

도 2a는 도 1에 도시된 슬러지 처리 시스템에 설치되는 제1 실시예의 슬러지 농축장치를 나타낸 개략도이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 슬러지 농축장치의 일부 구성요소를 도시한 분해도이다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 슬러지 농축장치(160)는 모서리를 일정한 곡률반경으로 가공한 사각 기둥형상 또는 원통형의 외부 케이싱(161)을 구비한다. 외부 케이싱(161)의 상측에는 슬러지와 응집제가 교반 혼합되어 형성된 플럭을 외부로 배출시키기 위한 플럭 배출관(162a)이 일정 길이만큼 외부로 연장하여 형성된다.

내부에 슬러지와 응집제의 혼합공간인 제 1 공간(S1)을 한정하는 외부 케이싱(161)의 바닥에는 외부, 즉 슬러지 저류조(112)로부터 슬러지를 외부 케이싱(161)의 제 1 공간(S1) 내로 도입하기 위한 슬러지 유입관(163)이 일정길이만큼 외부로 연장하여 형성된다. 슬러지 유입관(163)은 슬러지 저류조(112)로부터 연장된 제 2 이송관(132)과 연통한다. 또한, 외부 케이싱(161)의 바닥에서 슬러지 유입관(163)의 인접위치에는 응집제 유입관(164)이 일정길이만큼 외부로 연장하여 형성된다. 응집제 유입관(164)은 응집제 용해조(114)로부터 연장된 제 4 이송관(134)과 연통한다.

한편, 외부 케이싱(161)의 내부 중앙에는 모터에 연결된 주축(165)이 종방향으로 배치되고, 외부 케이싱(161)의 상측 외부에는 주축(165)을 회전구동시키기 위한 구동모터(166)가 배치된다. 이때, 구동모터(166)는 외부 케이싱(161)의 상부벽(도시되지 않음) 중앙위치에 고정 지지되며, 외부의 전기 공급원(도시되지 않음)으로부터 동력을 전달받아서 작동한다.

주축(165)은 외부 케이싱(161) 내부를 수직방향으로 가로질러서 연장되는데, 이때 주축(165)의 주위에는 패들타입(paddle-type)의 교반기(168)가 배치된다. 교반기(168)는 외부 케이싱(161) 내에서 주축(165)에 대하여 평행한 방향, 즉 외부 케이싱(161)의 종방향으로 연장된 수직로드(168a), 및 이를 지지하기 위해서 수직로드(168a)의 상단부 사이에서 연장되어 주축(165)에 고정된 수평로드(168b)로 구성된다. 교반기(168)는 수평로드(168b)의 중간부분이 주축(165)에 일체로 고정되어 있으므로, 주축(165)이 회전하는 경우에 주축(165)과 동일한 회전방향으로 함께 회전하게 된다. 교반기(168)는 주축(165)의 회전 작동시 함께 회전하여 제 1 공간(S1) 내의 슬러지와 응집제를 응집 교반시키는 작용을 한다.

한편, 교반기(168)의 방사상 안쪽에 위치한 주축(165)에는 회전바(169)가 일체로 장착된다. 회전바(169)는 패들타입 교반기(168)와 유사한 구성을 갖는다. 상세히 설명하면, 회전바(169)는 주축(165)에 대하여 평행한 방향, 즉 외부 케이싱(161)의 종방향으로 연장된 수직로드(169a), 및 이를 지지하기 위해서 수직로드(169a)의 상부와 하부에서 각각 수평연장되어 주축(165)에 고정된 수평로드(169b)로 구성된다. 회전바(169)는 수평로드(169b)의 내측 단부가 주축(165)에 고정되어 있으므로, 주축(165)이 회전하는 경우에 주축(165)과 동일한 회전방향으로 회전하게 된다.

주축(165)의 외측 주위에는 상부판(181), 가동 원판(167b)과 고정 원판(167a), 원통함체 형상의 하부 지지 구조물(182)이 적층 배치되며, 이때 하부 지지 구조물(182)은 회전바(169)의 하부에 위치한다. 그러면, 일체로 결합된 상부판(181), 가동 원판(167b)과 고정 원판(167a), 그리고 하부 지지 구조물(182)은 일정한 틈새(G)를 가지는 스크린 형상의 원통 구조물(180)을 형성하게 되고, 내부에는 탈리액 배출공간인 제 2 공간(S2)이 마련된다.

구동모터(166)로부터 연장된 주축(165)은 상부판(181)의 중앙을 관통하여 형성된 상부판 관통공(183)을 지나서 링형상의 가동 원판(167b)과 고정 원판(167a)을 지나서 하부 지지 구조물(182) 내로 연장된다. 이때, 다수 개의 가동 원판(167b)과 고정 원판(167a)은 수직방향으로 교대로 순차 적층되며, 그 사이사이에 틈새(G)가 형성된다.

고정 원판(167a)의 방사상 안쪽에는 다수의 체결돌기(167c)가 각각 돌출하여 형성되고, 체결돌기(167c)의 중앙에는 핀 삽입공(167d)이 각각 형성된다. 그리고, 고정 원판(167a)은 종방향으로 동일 선상에 각각의 핀 삽입공(167d)이 위치하도록 배치되고, 각각의 핀 삽입공(167d)에 체결핀(167g)이 삽입되어, 체결너트(167h)에 의해 고정된다. 이로 인해, 다수 개의 고정 원판(167a)들은 상호 결합된다.

그리고, 각각의 체결핀(167g)들에는 다수 개의 고정 원판(167a)들 사이사이에 가동 원판(167b)의 두께보다 두꺼운 높이를 갖는 링형상의 스페이서(167f)가 각각 끼워진다. 이로 인해 고정 원판(167a)과 가동 원판(167b)의 사이에는 틈새(G)가 형성된다.

이렇게 다수 개의 고정 원판(167a)과 가동 원판(167b)들이 상호 교대로 반복 적층됨으로써, 외부 케이싱(161)의 내부에는 원통 구조물(180)이 형성된다. 이때 가동 원판(167b)의 외경은 고정 원판(167a)의 외경보다 크고, 회전바(169)의 회전직경은 고정 원판(167a)의 외경과 같이 형성된다. 이와 같은 구성으로 인해, 회전바(169)가 회전하는 경우에는 고정 원판(167a)에 대하여 가동원판(167b)이 지속적으로 요동하게 된다.

한편, 하부 지지 구조물(182)의 방사상 측벽에는 탈리액 배출관(162b)이 일정길이만큼 외부로 연장하여 형성된다. 탈리액 배출관(162b)은 하부 지지 구조물(182)의 방사상 측벽으로부터 연장되어, 응집 혼화조(113)의 하부에 배치된 드레인(136)에 연통된다.

아래에서는 상기와 같은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 슬러지 농축장치(160)가 구비된 슬러지 처리 시스템(100)의 작동과정에 대해서 설명하겠다.

먼저, 침전지(111)에서 침전된 고형물은 제 1 펌프(121)의 펌핑작용에 의해 제 1 이송관(131)을 통해 슬러지 저류조(112)로 이송된다. 슬러지 저류조(112)에 저류된 슬러지는 제 2 펌프(122)의 펌핑작용에 의해 제 2 이송관(132)을 통해 응집 혼화조(113)로 이송된다.

이와는 별도로, 물로부터 슬러지를 분리시키도록 투여되는 응집제가 응집제 용해조(114)에서 용해된후 제 3 펌프(123)의 펌핑작용에 의해 제 4 이송관(134)을 통해 응집 혼화조(113) 내로 이송된다.

응집 혼화조(113)로 이송되어온 슬러지와 응집제는 슬러지 농축장치(160)에서 용이하게 교반 혼합되어, 플럭 및 탈리액이 효율적으로 형성된다. 또한, 본 발명의 슬러지 처리 시스템(100)은 슬러지 농축장치(160)에 투입되는 응집제의 양이 제1, 제2 농도계(157, 175) 및 제1, 제2 유량계(158, 176)에 측정되는 피드백 자료에 따라 제어됨으로써, 탈수기(115)에 투입되는 슬러지의 농도가 일정하게 유지되면서, 탈수기(115)의 안정적인 운영과 탈수효율이 향상된다.

슬러지 농축장치(160) 내에서의 동작은 다음과 같다. 슬러지와 응집제는 슬러지 유입관(163)과 응집제 유입관(164)을 통해서 슬러지 농축장치(160)의 제 1 공간(S1) 내부로 유입된다. 그리고, 주축(165)은 구동모터(166)의 작동에 따라 회전 구동되면서, 교반기(168)는 주축(165)을 중심으로 회전운동하고, 슬러지와 응집제는 제 1 공간(S1)의 하층부에서부터 응집 교반되면서 서서히 상층부로 이동된다.

그리고, 원통 구조물(180)의 방사상 외면에 부착되는 미세 플럭은 교반기(168)와 연동하는 회전바(169)의 수직로드(169a)에 의해 분리되면서, 제 1 공간(S1)에서의 플럭은 결국 플럭 배출관(162a)를 통해 외부 케이싱(161)의 외부로 배출된다.

그리고, 탈리액은 가동 원판(167b)이 요동함에 따라 원통 구조물(180)의 틈새(G)를 통해 제 2 공간(S2)으로 유입되고, 결국 탈리액 배출관(162b)를 통해 외부 케이싱(161)의 외부로 배출된다.

이때 응집 형성된 상태의 플럭은 응집 혼화조(113)로부터 유입된 슬러지의 성상과 약품의 적정성이 있으면 대부분의 고형물이 1mm 이상의 크기로 플럭이 형성되며, 이때 탈리액 농도는 거의 일정한 ss농도를 갖는다.

도 3a는 도 1에 도시된 슬러지 처리 시스템에 설치되는 제 2 실시예의 슬러지 농축장치를 나타낸 개략도이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 슬러지 농축장치의 일부 구성요소를 도시한 분해도이다.

본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 슬러지 농축장치(260)는 원통 구조물(280)의 일부 구성을 제외하고는, 도 2a와 도 2b에 도시된 슬러지 농축장치(160)의 구성과 기능이 동일하여 중복되는 구성에 대한 설명은 생략하겠다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 슬러지 농축장치(260)는 가동 원판(267b)의 방사상 외면 일측에 환형의 돌출부(267e)가 형성되고, 이런 돌출부(267e)의 내측에 구멍이 관통되게 형성된다. 그리고, 본 발명은 종방향으로 동일 선상에 가동 원판(267b)의 돌출부(267e)들이 배치되고, 회전바(269)의 수직로드(269a)가 돌출부(267e)들에 순차적으로 끼워져 결합된다. 이와 같은 구성으로 인해, 본 발명은 회전바(269)가 회전함에 따라 다수 개의 가동 원판(267b)들이 동일하게 연동되어, 탈리액이 보다 원활하게 제 2 공간(S2)으로 분리 배출된다.

그리고, 도 3a 및 도 3b에 도시된 미설명 도면번호는 틈새(G), 제 1 공간(S1), 외부 케이싱(261), 플럭 배출관(262a), 탈리액 배출관(262b), 슬러지 유입관(263), 응집제 유입관(264), 주축(265), 구동모터(266), 고정 원판(267a), 체결돌기(267c), 핀 삽입공(267d), 스페이서(267f), 체결핀(267g), 체결너트(267h), 교반기(268), 수직로드(268a), 수평로드(268b, 269b), 상부판(281), 하부 지지 구조물(282)이다.

도 4a는 도 1에 도시된 슬러지 처리 시스템에 설치되는 제 3 실시예의 슬러지 농축장치를 나타낸 개략도이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 슬러지 농축장치의 일부 구성요소를 도시한 분해도이다.

도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 슬러지 농축장치(360)는 모서리를 일정한 곡률반경으로 가공한 사각 기둥형상 또는 원통형의 외부 케이싱(361)을 구비한다. 외부 케이싱(361)의 상측에는 슬러지와 응집제가 교반 혼합되어 형성된 플럭을 외부로 배출시키기 위한 플럭 배출관(362a)이 일정 길이만큼 외부로 연장되게 형성되고, 외부 케이싱(361)의 하측에는 탈리액을 배출시키기 위한 탈리액 배출관(362b)이 일정 길이만큼 외부로 연장되게 형성된다.

외부 케이싱(361)의 내부 하단면에는 원통형 함체 형상의 하부 지지 구조물(382)이 설치되고, 하부 지지 구조물(382)의 상부에 링형상의 고정 원판(367a)들과 가동 원판(367b)들이 상호 교대로 반복 적층되며, 이렇게 적층된 고정 원판(367a)들과 가동 원판(367b)들로 이뤄진 구조물의 최상부에 원통형 함체 형상의 상부 지지 구조물(381)이 설치된다. 이로 인해, 외부 케이싱(361)의 내부에는 상하부 지지 구조물(381, 382) 및 다수 개의 고정 원판(367a)들과 가동 원판(367b)들로 이루어진 원통 구조물(380)이 형성되고, 플럭 배출관(362a)이 상부 지지 구조물(381)에 연통되게 연장 결합된다.

외부 케이싱(361)의 내부 바닥면에는 일정 길이만큼 외부로 연장된 슬러지 유입관(363) 및 응집제 유입관(364)이 각각 연결된다. 슬러지 저류조(112)에 담긴 오폐수 슬러지는 슬러지 유입관(363)을 통해 원통 구조물(380)의 제 2 공간(S2)으로 유입되며, 응집제는 응집제 유입관(364)을 통해 원통 구조물(380)의 제 2 공간(S2)으로 유입된다.

원통 구조물(380)의 내부 중심에는 주축(365)이 종방향으로 배치되고, 이런 주축(365)의 일부 외면에 나선형의 날개(365a)가 일체로 장착된다. 그러면, 날개(365a)는 주축(365)에 연결된 구동 모터(366)의 작동에 따라 회전하면서, 스크루 방식으로 혼합 교반되는 슬러지와 응집제를 상부로 이송한다.

고정 원판(367a)과 가동 원판(367b)은 다음과 같은 구성으로 적층 배치된다. 고정 원판(367a)의 방사상 외면에는 하나 이상의 돌출부(367e)가 형성된다. 다수 개의 고정 원판(367a)들은 돌출부(367e)가 종방향으로 일렬로 배치된 상태에서 돌출부(367e)에 체결 로드(370)가 끼워지고, 체결 로드(370)가 체결 너트(367h)에 의해 고정된다. 이때, 체결 로드(370)에는 다수 개의 고정 원판(367a)들 사이사이에 위치하도록 가동 원판(367b)의 두께보다 큰 높이를 갖는 스페이서(367f)가 각각 끼워진다. 이로 인해, 고정 원판(367a)과 가동 원판(367b) 사이에는 스페이서(367f)의 높이와 가동 원판(367b)의 두께 간의 차이만큼 일정 거리가 이격되어, 일정 간격의 틈새(G)가 형성된다. 이때, 본 발명은 가동 원판(367b)의 내경이 고정 원판(367a)의 내경보다 작으며, 날개(365a)의 직경이 가동 원판(367b)의 내경보다 크면서도 고정 원판(367a)의 내경보다 작게 형성된다.

그러면, 본 발명은 주축(365)이 회전함에 따라 날개(365a)가 가동 원판(367b)에 맞닿고 가동 원판(367b)이 요동치면서 탈리액이 제 2 공간(S2)에서 외부 케이싱(361)과 원통 구조물(380) 사이의 제 1 공간(S1)으로 보다 원활하게 분리 배출된다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 슬러지 농축장치(360)는 슬러지와 응집제가 제 2 공간(S2)으로 유입되어, 플럭과 탈리액으로 응집 교반된다. 그리고, 본 발명은 날개(365a)의 작동에 따라 플럭이 상부로 이동되면서도, 원통 구조물(380)의 틈새(G)로 탈리액이 분리 배출된다. 그러면, 본 발명은 최종적으로 플럭 배출관(362a)를 통해 플럭이 탈수기(115)로 이송되고, 탈리액 배출관(362b)를 통해 탈리액이 드레인(136)으로 배출된다.

도 5a는 도 1에 도시된 슬러지 처리 시스템에 설치되는 제 4 실시예의 슬러지 농축장치를 나타낸 개략도이고, 도 5b는 도 5a에 도시된 슬러지 농축장치의 일부 구성요소를 도시한 분해도이다.

본 발명의 바람직한 제 4 실시예에 따른 슬러지 농축장치(460)는 원통 구조물(480)의 내측에 회전바가 추가로 설치된다는 사항을 제외하고는, 도 4a와 도 4b에 도시된 슬러지 농축장치(360)의 구성과 기능이 동일하여 중복되는 구성에 대한 설명을 생략하겠다.

회전바는 원통 구조물(480)의 내측면에 맞닿는 수직로드(469a)와, 수직로드(469a)의 단부와 주축(465) 사이를 연결하는 수평로드(469b)로 구성된다. 또한, 본 발명의 슬러지 농축장치(460)는 제 3 실시예와 달리 가동 원판(467b)의 내경이 고정 원판(467a)의 내경보다 작게 형성되며, 회전바의 회전직경이 가동 원판(467b)의 내경보다 크게 형성된다. 또한, 날개(465a)의 직경이 회전바의 회전직경 및 가동 원판(467b)의 내경보다 작게 형성된다.

이로 인해, 본 발명의 슬러지 농축장치(460)는 날개(465a)의 작동에 의해 플럭이 상부로 이송될 뿐이며, 회전바의 회전으로 인해 수직로드(469a)가 가동 원판(467b)를 요동치게 하면서도 원통 구조물(480)의 내면 또는 틈새(G)에 부착되는 미세 플럭과 같은 이물질을 제거함으로써 탈리액이 제 2 공간(S2)에서 제 1 공간(S1)으로 보다 용이하게 분리 배출된다.

그리고, 도 5a 및 도 5b에 도시된 미설명 도면번호는 외부 케이싱(461), 플럭 배출관(462a), 탈리액 배출관(462b), 슬러지 유입관(463), 응집제 유입관(464), 주축(465), 구동모터(466), 돌출부(467e), 스페이서(467f), 체결너트(467h), 체결 로드(470), 상부 지지 구조물(481), 하부 지지 구조물(482)이다.

도 6a는 도 1에 도시된 슬러지 처리 시스템에 설치되는 제 5 실시예의 슬러지 농축장치를 나타낸 개략도이고, 도 6b는 도 6a에 도시된 슬러지 농축장치의 일부 구성요소를 도시한 분해도이다.

본 발명의 바람직한 제 5 실시예에 따른 슬러지 농축장치(560)는 원통 구조물(580)의 내측에 설치되는 회전바의 수직로드(569a)가 가동 원판(567b)과 일체로 결합된다는 사항을 제외하고는 도 5a와 도 5b에 도시된 슬러지 농축장치(460)의 구성과 기능이 동일하여 중복되는 구성에 대한 설명을 생략하겠다.

즉, 가동 원판(567b)의 방사상 내면에는 하나 이상의 제2 돌출부(567i)가 형성되고, 이런 제2 돌출부(567i)의 내측에 구멍이 관통되게 형성된다. 그러면, 본 발명은 제2 돌출부(567i)의 구멍에 회전바의 수직로드(569a)가 끼워져, 회전바의 회전에 따라 가동 원판(567b)도 함께 연동된다. 이때 본 발명은 회전바의 회전직경이 고정 원판(567a)의 내경 및 가동 원판(567b)의 내경과 동일하고, 날개(565a)의 직경보다 크게 형성된다. 이로 인해, 본 발명의 슬러지 농축장치(560)는 가동 원판(567b)이 회전함에 따라 원통 구조물(580)의 틈새(G)에 끼워지는 미세 플럭과 같은 이물질이 용이하게 제거됨으로써, 탈리액이 보다 용이하게 제 2 공간(S2)에서 제 1 공간(S1)으로 분리 배출된다.

그리고, 도 6a 및 도 6b에 도시된 미설명 도면번호는 외부 케이싱(561), 플럭 배출관(562a), 탈리액 배출관(562b), 슬러지 유입관(563), 응집제 유입관(564), 주축(565), 구동모터(566), 제1 돌출부(567e), 스페이서(567f), 체결너트(567h), 체결 로드(570), 수평로드(569b), 상부 지지 구조물(581), 하부 지지 구조물(582)이다.

결과 및 고찰

응집 혼화조(113)에 투입되는 슬러지의 농도가 제 1 농도계(157)로 측정한 결과 10,000㎎/ℓ이고 제 2 펌프(122)의 펌핑작용에 의해 5㎥/hr로 정량적으로 이송되도록 설정되었다고 가정한다. 탈수기(115)가 슬러지의 농도 20,000㎎/ℓ에서 50㎏·ds/hr〔2.5㎥/hr〕정도 투입되는 슬러지를 가장 잘 탈수하는 경우, 응집 혼화조(113)에서 응집제와 슬러지를 응집 혼화교반하여 슬러지에서 분리되는 물을 슬러지 농축장치(160)를 통해서 2.5㎥/hr의 유량으로 배출시킨다. 이때, 배출되는 물의 농도는 응집 혼화조(113)에 투입되는 슬러지의 농도와 비교하면 무시할 정도인 200∼300㎎/ℓ로 원농도에 비해 작으므로 계산에서 무시하면 탈수기(115)에 투입되는 농도는 결과적으로 슬러지 농도 20,000㎎/ℓ인 농도의 슬러지를 탈수기에 공급할 수 있다.

또한, 일반적으로 응집 혼화조(113)에 투입되는 슬러지는 정량펌프를 이용하므로 투입양은 일정하다. 이때, 유량은 5㎜로 일정하고 농도가 변화되어 들어온다고 가정하고 그 변화된 농도가 제 1 농도계(157)의 계측 결과 15,000㎎/ℓ으로 변화되어 투입된다면, 탈수기(115)에 투입되는 슬러지의 농도를 20,000㎎/ℓ로 투입하기 위해서는 슬러지 농축장치(160)에서 물을 1.25㎥/hr 유량으로 제거하도록 할 때 탈수기(115)에 투입되는 슬러지는 20,000㎎/ℓ에서 50㎏·ds/hr〔2.5㎥/hr〕정도로 투입된다. 이러한 방식으로 간단히 슬러지 농축장치(160)에서의 물 배제량을 조절하여 탈수기(115)로 투입되는 농도를 원하는 대로 조절할 수 있다. 또한, 배제하는 물의 량을 일정하게 하고 응집 혼화조(113)에 슬러지를 이송하는 제 2 펌프(122)의 펌핑동작을 조절하여도 같은 결과를 얻을 수 있다.

일반적으로, 응집제 약품선정 및 투여량은 슬러지의 응집반응테스트, 즉 JAR테스터를 실시하여 결정하는데, 공급된 슬러지와 응집제를 응집 혼화교반후 응집된 플럭상태의 암밀성 및 탈리액 배제 형태가 잘 된 상태가 응집제를 가장 적은 양으로 플럭상태가 가장 좋은 상태이다. 즉, 가장 낮은 함수율로 탈수가 가능한 상태로서 이때 배제된 물의 농도가 낮은 상태이다. 또한, 이때의 점성을 측정하여 이점을 기준점으로 삼아 두면 이 기준점이 가장 적당량의 응집제가 투입된 상태의 점성이다.

이 기준점은 JAR테스트를 실시하여 결정하는데, 일반적으로 비교적 맞는 응집제를 적정량 슬러지에 투입하여 배제되는 물의 SS농도는 ㎜ 정도 틈새로 배제하면 응집된 플럭이 거의 통과되지 않아 슬러지의 농도가 고농도와 저농도에 상관없이 200㎎/ℓ∼300㎎/ℓ정도 배출되며, 적정량보다 적게 투입될 경우에는 배제되는 물의 농도가 급격히 높아진다.

따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 응집 혼화조(113)로 투입되는 슬러지와 응집제를 응집 교반혼합시키고, 응집혼화된 슬러지에서 분리되는 물을 슬러지로부터 슬러지 농축장치(160)로부터 배출되는 물의 농도 기준점을 정해놓고, 제 2 농도계(175)로 계측하여 배제되는 물의 SS농도가 배제되는 물의 SS농도 기준점에 접근하도록 농도계와 응집제 펌프를 피드백 자료에 따라 작동시켜 응집제의 투입량을 조절한다. 물의 SS농도가 높은 상태인 경우에는 응집 혼화조(113)에 유입되는 슬러지 농도에 비교하여 응집제가 적게 투입된 것으로, 응집 혼화조(113)에 투입되는 응집제의 양을 증가시키면 배제되는 물의 농도가 기준점에 가까운 상태로 접근하여 움직이므로, 이러한 상태에서 설정된 SS농도 기준점에 근거하여 약품을 투입시킨다. 또한, 이 상태가 변화되어 응집제의 투입량이 적어도 될 상태로 응집 혼화조(113)에 슬러지가 유입되면 기존의 응집제 투입량은 과량 투입된 상태이므로, 응집반응에 필요지 않은 응집제는 배제되는 물에 혼합되어 나온다. 이때, 점도측정기로 측정하면 제시한 기준점에서 높은 방향으로 움직이므로 이 신호를 받아 응집제를 적게 투입하면서 배제되는 물의 SS농도를 측정하여 기준점에서 오차범위 밖으로 차이나지 않은 상태에서 약품을 투입하도록 하면 슬러지 처리계통의 약품자동장치를 자동화할 수 있다.

이상에서 본 발명의 슬러지 농축장치 및 이를 구비한 슬러지 처리 시스템에 대한 기술사항을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 이 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 이 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 이 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않고 첨부한 특허청구범위의 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

11,51,111 : 침전지 12,53,112 : 슬러지 저류조
13,55,113 : 응집 혼화조 14,54,114 : 응집제 용해조
15,56,115 : 탈수기
21,22,23,61,62,63,64,121,122,123 : 펌프
31,32,33,34,71,72,73,75,76,131,132,134,135 : 이송관
52 : 원심 농축기
57,157,175 : 농도계 136 : 드레인
158,176 : 유량계
160,260,360,460,560 : 슬러지 농축장치
161,261,361,461,561 : 외부 케이싱
162a,262a,362a,462a,562a : 플럭 배출관
162b,262b,362b,462b,562b : 탈리액 배출관
163,263,363,463,563 : 슬러지 유입관
164,264,364,464,564 : 응집제 유입관
166,266,366,466,566 : 구동모터
167f,267f,367f,467f,567f : 스페이서
168,268: 교반기 169, 269 : 회전바
180,280,380,480,580 : 원통 구조물
181,281 : 상부판
182,282,382,482,582 : 하부 지지 구조물
365a,465a,565a : 날개 370,470,570 : 체결 로드
381,481,581 : 상부 지지 구조물
S1,S2 : 공간 G : 틈새
165,265,365,465,565 : 주축
167a,267a,367a,467a,567a : 고정 원판
167b,267b,367b,467b,567b : 가동 원판
167c,267c : 체결돌기 167d,267d : 핀 삽입공
267e,367e,467e,567e : 돌출부
167g,267g : 체결핀
167h,267h,367h,467h,567h : 체결너트
168a,169a,268a,269a,469a,569a : 수직로드
168b,169b,268b,269b,469b,569b : 수평로드

Claims (1)

1. 슬러지와 응집제의 교반 혼합을 유도하는 슬러지 농축장치에 있어서,
   내부공간이 구비된 외부 케이싱과;
   상기 외부 케이싱의 내부공간에 설치되며, 다수 개의 링 형상의 고정 원판과 가동 원판이 그 사이사이에 틈새를 갖도록 교대로 반복 적층되고, 상기 다수 개의 고정 원판들이 상호 일체로 고정 결합됨으로써 형성되는 원통 구조물과;
   상기 외부 케이싱과 상기 원통 구조물 사이의 제 1 공간으로 슬러지 또는 응집제가 유입되도록 상기 외부 케이싱의 하부에 연결되는 하나 이상의 유입관들과;
   상기 제 1 공간에서 회전 거동하면서 슬러지와 응집제의 교반을 유도하는 패들타입 교반기와;
   상기 외부 케이싱의 상부측에 연결되어, 슬러지와 응집제의 교반으로 형성된 플럭을 배출하는 플럭 배출관과;
   상기 원통 구조물의 내부에 형성된 제 2 공간에 연통되어, 상기 원통 구조물의 틈새를 통해 상기 제 2 공간으로 유입되는 슬러지와 응집제의 교반으로 발생된 탈리액을 외부로 배출하는 탈리액 배출관; 및
   상기 원통 구조물의 방사상 외면에 면접되게 위치하도록 상기 교반기를 회전시키는 주축에 연결되는 회전바를 포함하며,
   상기 회전바는 상기 주축에 대해 평행한 방향으로 연장되어 상기 원통 구조물의 방사상 외면에 면접되는 수직로드와, 상기 수직로드의 상부와 하부에서 각각 수평연장되어 상기 주축에 고정되는 수평로드로 구성되며,
   상기 가동 원판의 외경은 상기 고정 원판의 외경보다 크고, 상기 회전바의 회전직경은 상기 고정 원판의 외경과 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 슬러지 농축장치.

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