KR101467204B1 - 하수 슬러지의 농축-탈수 및 호기적 공기-건조의 통합 방법 - Google Patents

하수 슬러지의 농축-탈수 및 호기적 공기-건조의 통합 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 하수 슬러지의 농축-탈수 및 호기적 공기-건조의 통합 방법은 다음 단계: (a) 유기 처리제로 전처리하는 단계(3); (b) 유기 처리제로 전처리된 잔류 슬러지를 중력식으로 농축시키는 단계(5); (c) 무기 처리제로 전처리하는 단계(7); (d) 기계적으로 탈수시키는 단계(8); (e) 파쇄 및 분산시키는 단계(10); 및 (f) 호기적으로 공기-건조시키는 단계(11)를 포함한다. 본 발명의 방법은 다음과 같은 장점을 갖는다: (i) 잔류 슬러지의 침전 성능을 향상시켜, 슬러지의 농축 효율을 개선시키고, 농축 시간을 감소시키며 농축용 풀(pool)의 용적을 감소시킨다; (ii) 탈수된 슬러지의 용적을 감소시켜, 상응하게 후속되는 열 처리 부하량을 감소시킨다; (iii) 건조용 에너지 소모량이 낮다; (iv) 건조 공정중 슬러지 입자가 저속으로 이동하여, 동력없이 안정하고 안전하게 생산된다; (v) 건조된 배기 공기가 물로 세척된 후 친환경적 배출 기준에 도달할 수 있다; 그리고 (vi) 산출되는 슬러지 입자가 압축되어(compact) 있지 않기 때문에, 재생 이용에 양호하다.

Description

하수 슬러지의 농축-탈수 및 호기적 공기-건조의 통합 방법{METHOD OF INTEGRATION OF CONCENTRATION-DEHYDRATION AND AEROBIC AIR-DRYING OF SEWAGE SLUDGE}
본 발명은 하수 슬러지의 처리 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 잔류 슬러지의 농축-탈수 및 호기적 공기-건조의 통합 방법에 관한 것이다.
현재, 활성 슬러지 공법을 사용하여 대부분의 도시 하수 처리장에서 하수를 처리한다. 상기 공정 중에, 유기 물질, 바이러스, 세균 및 금속 오염물질이 하수로부터 활성 슬러지로 이동된다. 수분 함량이 99.9% 이상이고 유기물의 함량이 높은 잔류 슬러지가 하수처리장에서의 주요 폐수 물질이다. 하수 슬러지의 처리와 폐기는 복잡한 문제이며, 지역의 건설과 발전을 제한한다.
하수 슬러지를 처리하는데 통상적으로 사용되는 현재의 방법에 따르면, 수분 함량이 99%인 잔류 슬러지를 먼저 중력식 농축 탱크 내로 비운다. 12 내지 24시간 후 상등액을 제거한다. 잔류 슬러지를 수분 함량이 97%가 되도록 농축시킨다. 이어서 농축된 슬러지를 양이온성 폴리아크릴아미드로 화학적으로 전처리한 다음 원심분리형 탈수기, 벨트 타입 건조기 또는 플레이트 프레임 필터 프레스(plate-and-frame filter press)중으로 비운다. 여액을 제거하면, 수분 함량이 80 내지 75%인 슬러지가 남게 된다. 상기 탈수된 슬러지를 입자와 스트라이프로 예비-분산시킨 다음 건조기에서 건조시켜 수분 함량이 40 내지 30%인 슬러지를 수득한다. 상기 건조된 슬러지는 나아가 매립처리되거나 소각되거나 또는 시멘트, 벽돌, 정원용 비료 및 저발열량 연료로서 재생 이용될 수 있다.
그러나, 슬러지를 처리하기 위하여 통상적으로 사용되는 방법은 다음과 같은 단점을 갖는다. (1) 슬러지의 농축 효율이 낮다. 중력식 농축에 12시간보다 더 소요되어, 농축 풀(pool)의 용적을 거대하게 하고 농축 과정중 슬러지가 부패하게 된다. (2) 슬러지의 탈수 효율이 낮다. 탈수된 슬러지의 양이 거대하며 수분 함량이 높다. 따라서, 후속되는 열처리에서 증발시켜야 할 수분의 양이 거대하여, 열처리 장비를 위한 투자비와 작동 비용을 높게 한다. (3) 수분 함량이 80-75%인 탈수된 슬러지는 점도가 높은 반고체이므로 건조 과정 중에 분산시키기 어렵다. 점성 상의 슬러지 (수분 함량이 60-40%)는 열 및 물질 이동(mass transferring) 효율이 낮다. 건조시, 그러한 슬러지는 높은 에너지 소모량을 필요로 하며 "소프트 코어 현상(soft core phenomenon)"에 처해지는데 이는 표면은 건조하지만 내부는 습한 것이다.
본 발명의 목적은 하수 슬러지의 농축-탈수와 호기적 공기-건조의 통합 방법을 제공함으로써 상기 언급한 문제점들을 극복하는 것이다. 이 방법은 하수 처리장으로부터의 잔류 슬러지를 처리하는데 적합하며, 하수 슬러지의 농축 및 탈수에 대한 효율이 높고, 건조용 에너지 소모량이 낮으며, 테일 가스로부터의 오염이 낮고, 장비에 대한 투자비와 작동 비용이 낮으며, 안전도가 높다.
본 발명은 하수 슬러지의 농축-탈수와 호기적 공기-건조의 통합 방법으로 구체화되며, 다음과 같은 단계를 포함한다:
(1) 유기 처리제(organic agent)에 의해 슬러지를 전처리하는(conditioning) 단계. 수분 함량이 98 내지 99.8%인 잔류 슬러지에 유기 처리제를 가한다. 혼합물을 10 내지 180초간 철저하게 교반시켜 잔류 슬러지의 침전 성능을 향상시킨다;
(2) 유기 처리제로 전처리된 잔류 슬러지를 중력식으로 농축시키는 단계. 상등액을 분리시키고 후처리용 하수 처리 장비로 들여보낸다;
(3) 무기 처리제(inorganic agent)에 의해 전처리하는 단계. Fe3 +을 함유하는 가용성 화합물을 상기 농축된 잔류 슬러지에 첨가한다. 혼합물을 10 내지 180초간 교반시켜 반응시킨다. 이후 석회 입자를 상기 혼합물에 첨가한다. 혼합물을 30 내지 300초간 교반시켜 슬러지의 압축성과 소수성을 향상시키고 슬러지내 세포 수분의 일부를 방출시킨다;
(4) 기계적으로 탈수시키는 단계. 무기 처리제로 전처리된 잔류 슬러지를 플레이트 프레임 타입(plane-and-frame type) 여과 탈수기로 강제로 보낸다. 여액을 제거하고 후처리용 하수 처리 장비로 들여보내, 탈수된 슬러지 필터 케이크를 수득한다;
(5) 파쇄 및 분산시키는 단계. 상기 필터 케이크를 슬러지 입자로 파쇄시키고 분산시켜 슬러지의 비표면적을 확장시키고 건조 효율을 향상시킨다.
(6) 호기적으로 공기-건조시키는 단계. 90 ℃ 미만의 건조 공기를 정적인 상기 슬러지 입자중으로 분출(blowing)시켜, 이동시키거나 오버턴(overturning)시킴으로써 호기성 발열 반응을 일으킨다. 슬러지 입자내 수분이 외부열 및 내부열 둘 다의 영향하에서 증발되어, 슬러지 입자의 수분 함량이 38% 미만이 되도록 한다.
단계 (6)에서, 슬러지 입자를 물리적 살균 또는 화학적 살균 처리한다. 물리적 살균 또는 화학적 살균은 슬러지의 재생 이용 요구조건에 따라 채택할 수 있다. 물리적 살균법은 UV-조사일 수 있다. 화학적 살균은 오존 소독, 고 염소- 또는 고 산소-물질 소독일 수 있다. 기타 살균법을 사용할 수 있다.
단계 (6)에서, 호기적 공기-건조시 발생된 테일 가스는 물로 세척 후 배출된다. 세척용 물은 중성 또는 알칼리성이어서 호기적 발효에 의해 발생된 부식성 산성 가스를 제거할 수 있거나, 또는 산성이어서 잠재적 암모니아 가스를 제거할 수 있다. 물의 공급원은 바람직하게는 냉각 교환기로부터 배출되는 응축수이다. 외부로부터의 물 공급원을 보조적으로 사용할 수 있다.
단계 (6) 이후, 재생 이용 요구조건을 만족시키기 위해 건조된 슬러지 입자를 추가로 분쇄할 수 있다. 추가 분쇄는 스크류 파쇄 장치를 사용하여 슬러지 입자를 압축시켜 서로 마찰(rubbing)되도록 함으로써 수행된다. 스크류 파쇄 장치는 단일 스크류 또는 2개 이상의 스크류로 이루어진 세트를 가질 수 있다.
단계 (1)에서 처리되는 잔류 슬러지는 오수 처리장의 작동중에 발생되며 수분 함량은 98 내지 99.8%이다. 분자량이 800 내지 1500인 양이온성 폴리아크릴아미드를 유기 처리제로서 사용하고 첨가시 0.05 내지 0.5% 농도의 용액으로 조제한다. 건조 중량 기준으로 슬러지에 첨가되는 폴리아크릴아미드의 질량비는 0.05 내지 0.5%이다. 폴리아크릴아미드는 정전기 전하의 중화, 흡착 및 가교와 같은 기능을 가지며, 이런 기능은 슬러지의 침전 성능을 향상시켜 농축시간을 감소시키고 농축 효율을 향상시킨다. 첨가되는 폴리아크릴아미드의 바람직한 농도는 0.15%이다.
단계 (2)에서의 슬러지의 중력식 농축은 자연적 침전(spontaneous sedmentation)이다. 중력식 농축에 소요되는 시간은 30 내지 150분이다. 중력식 농축으로 간극수(interstitial water)가 제거되고 슬러지내 물이 흡착된다. 중력식으로 농축된 슬러지의 수분 함량은 86 내지 95%이다.
단계 (3)에서 Fe3 +를 함유하는 가용성 화합물은 바람직하게는 35%보다 큰 농도를 갖는 삼염화철(iron trichloride) 용액이다. 건조 중량 기준으로 슬러지에 첨가되는 삼염화철의 질량비는 0.3 내지 10%이며, 바람직하게는 5%이다. 석회 입자는 유효한 산화칼슘을 60% 넘게 함유한다. 건조 중량 기준으로 슬러지에 첨가되는 산화칼슘의 질량비는 3 내지 150%이다. 정전기 전하 중화, 응집 스윕(sweep flocculation), 골격 제공(skeleton provision), 슬러지의 압축성과 소수성의 개선, 및 세포 수분 중 일부의 방출과 같은 이들의 기능 때문에, 삼염화철 용액과 석회 입자는 슬러지의 탈수 효율의 향상과 수분 함량이 더 낮은 탈수된 슬러지의 수득을 용이하게 한다. 석회 입자의 입자 크기는 60 메쉬와 같거나 더 크다.
단계 (4)에서 슬러지를 강제적으로 보내는데 사용되는 압력은 0.5 내지 2.5 MPa이다. 슬러지내 모세관 결합수분과 세포 수분의 일부 둘 다를 제거하기 위하여 플레이트 프레임 필터 프레스(plate-and-frame filter press)를 사용한다. 슬러지 필터 케이크의 수분 함량은 탈수 후 41 내지 69%가 된다.
단계 (5)에서 슬러지 필터 케이크의 파쇄는 슬러지 필터 케이크 파쇄용 수단에서 수행된다. 상기 수단은 스크류, 케이지, 스크류 구동 모터 및 하우스를 포함한다. 스크류 구동 모터는 커넥터(connector)에 의해 스크류에 연결된다. 상기 스크류 상에 파쇄용 블레이드가 있다. 스크류는 케이지로 둘러싸여 있으며 케이지는 하우스로 둘러싸여 있다. 케이지는 다공성이다. 슬러지 필터 케이크를 슬러지 필터 케이크 파쇄용 수단의 다공성 케이지에서 오버턴시킨다(overturned). 슬러지 필터 케이크는 그들간의 마멸과 충돌을 통하여 파쇄된다. 크기가 케이지 기공의 크기보다 작은 슬러지 입자는 케이지를 뚫고 나옴으로써 슬러지 필터 케이크의 파쇄와 분산이 수행된다.
케이지의 기공의 크기는 3 내지 30 ㎜이다. 상기 범위내의 생성된 슬러지 입자는 자유 침강시, 상대적으로 작은 벌크 밀도를 가지며, 이는 가스의 출입(in and out)이 용이하게 한다. 케이지에서의 슬러지의 오버턴은 정적 케이지(stationary cage)내에 고정되어 있는 스크류 및 블레이드에 의해, 또는 케이지 자체의 회전에 의해 구동된다.
케이지에서 슬러지 필터 케이크의 오버턴 속도는 슬러지 필터 케이크의 수분 함량과 산출량 반송(output remand)에 의해 조절된다. 이는 다음과 같다: (1) 슬러지 필터 케이크의 수분 함량이 높으면 높을수록, 오버턴 속도는 더 낮아지며; 슬러지 필터 케이크의 수분 함량이 낮으면 낮을수록, 오버턴 속도는 더 높아진다. 원칙은 전단 응력에 의해 슬러지 필터 케이크 내부에 이미 형성된 모세관 채널이 파괴되는 것을 최소화하여, 슬러지 입자가 상대적으로 느슨한 상태로, 또한 더 큰 비표면적을 갖는 상태로 유지하여 후속되는 호기적 공기-건조 공정에 도움을 주는 것이다. (2). 오버턴 속도가 높으면 높을수록, 슬러지 필터 케이크 파쇄용 수단은더 많은 산출량을 가지며, 오버턴 속도가 낮으면 낮을수록, 슬러지 필터 케이크 파쇄용 수단의 산출량이 더 작아진다. 바람직하게는, 슬러지 필터 케이크의 파쇄 및 분산중 오버턴 속도는 최외부 방사상 포인트 (outermost radial point)에서의 선속도가 5 ㎜/s 내지 100 ㎜/s인 것이다. 스크류 구동 모터의 동력은 0 내지 20 KW이다.
단계 (6)에서의 건조 공기는 다음과 같은 단계에 의해 생성된다: 컴프레서의 작동하에서 냉매를 냉각 교환기에서는 열을 흡수하도록 하고 열 교환기에서는 열을 방출하도록 하며, 공기 분출기에 의해 추출되는 상온의 공기를 냉각시켜 냉각 교환기중 응축된 물을 침전시키는데 이때 냉각용 온도는 0 ℃ 내지 15 ℃이고, 이후 공기의 온도를 열 교환기에서 0 ℃ 내지 90 ℃ 범위로 상승시켜 불포화된 건조 공기를 수득한다.
상기 언급한 방법은 다음과 같은 장점을 갖는다. (1) 유기 처리제로 잔류 슬러지를 전처리함으로써 잔류 슬러지의 침전 성능이 향상되고, 따라서 슬러지의 농축 효율이 향상되며, 농축시간이 감소되고 농축용 풀(pool)의 용적이 감소된다; (2) 무기 처리제로 잔류 슬러지를 전처리함으로써 농축된 슬러지의 응축성과 소수성이 향상되고 슬러지내의 세포 수분의 일부가 방출된다. 이는 고압 플레이트 프레임 필터 탈수 과정의 탈수 효율을 향상시켜 수분 함량이 더 낮은 슬러지 필터 케이크를 수득하도록 한다. 탈수된 슬러지의 용적이 상응하게 감소되어, 후속되는 열처리 부하량을 감소시킨다; (3) 슬러지 필터 케이크를 건조 단계 전에 파쇄하고 분산시, 생성되는 슬러지 입자가 더 큰 비표면적을 갖게 되는데, 이는 건조시 열전도와 물질 이동에 있어서 더욱 효율적이어서 적은 양의 에너지를 소모하여 건조되도록 한다; (4) 파쇄된 슬러지 입자의 호기성 발열 반응은 건조용 에너지 소모량을 감소시키며, 건조속도를 가속시키고 슬러지를 탈취시킨다; (5) 건조 중, 슬러지 입자가 상대적으로 더 느린 속도로 이동하여, 분진을 생산하지 않으며, 이에 의해 공정을 더욱 안정하고 안전하게 만든다; (6) 슬러지의 저온 건조로 인하여, 유기물의 열분해가 일어나지 않는다. 따라서, 세척 단계 후 건조된 테일 가스가 친환경적 배출 기준을 만족시킬 수 있다; (7) 배출 및 파쇄를 위한 수단은 추가의 파쇄 기능을 갖는데, 이는 생성된 슬러지 입자를 느슨하게 하여, 이들이 재생 이용에 더욱 용이하도록 만들 수 있다.
도 1은 본 발명에 따르는 하수 슬러지의 농축-탈수 및 호기적 공기-건조의 통합 방법을 설명하는 도식적 플로우챠트이다.
도 2는 본 발명에 따르는 슬러지 필터 케이크를 호기적으로 공기-건조시키기 위한 장치의 구조의 도식적 도해이다.
도 3은 본 발명에 따르는 슬러지 필터 케이크를 호기적으로 공기-건조시키기 위한 장치의 A-A에서의 단면의 구조의 도식적 도해이다.
도 4는 본 발명에 따르는 슬러지 필터 케이크를 호기적으로 공기-건조시키기 위한 장치의 B-B에서의 단면의 구조의 도식적 도해이다.
도 5는 본 발명에 따르는 슬러지 필터 케이크를 호기적으로 공기-건조시키기 위한 장치의 C 단면의 확대된 도해이다.
도면과 예시하는 실시예를 참고로 하여 본 발명을 본 명세서의 하기에서 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 하수 슬러지의 농축-건조 및 호기적 공기-건조의 통합 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다:
(1) 유기 처리제에 의해 슬러지를 전처리하는(conditioning)시키는 단계. 수분 함량이 98 내지 99.8%인 잔류 슬러지에 유기 처리제를 가한다. 혼합물을 10 내지 180초간 철저하게 교반시켜 잔류 슬러지의 침전 성능을 향상시킨다. 잔류 슬러지는 하수 처리장 가동시 발생되며 수분 함량은 98 내지 99.8%이다. 분자량이 800 내지 1500인 양이온성 폴리아크릴아미드(PAM)을 유기 처리제로서 사용하고 첨가시 0.05 내지 0.5% 농도를 갖는 용액으로 조제한다. 건조 중량을 기준으로 하여 슬러지에 첨가되는 폴리아크릴아미드의 질량비는 0.05 내지 0.5%이다. 첨가되는 폴리아크릴아미드 용액의 바람직한 농도는 0.1 내지 0.2%이다. 건조 중량을 기준으로 하여 첨가되는 폴리아크릴아미드의 바람직한 수준은 0.15%이다. 폴리아크릴아미드는 정전기 전하의 중화, 흡착 및 가교와 같은 기능을 가지며, 이런 기능들은 슬러지의 침전 성능을 향상시켜 농축시간을 감소시키고 농축 효율을 향상시킨다.
(2) 유기 처리제로 전처리된 잔류 슬러지를 중력식으로 농축시키는 단계. 상등액을 분리시키고 후처리용 하수 처리 장비로 들여보낸다. 후처리는 통상의 하수 처리이다. 슬러지의 중력식 농축은 자연적 침전이다. 중력식 농축에 소요되는 시간은 30 내지 150분이다. 중력식 농축으로 간극수(interstitial water)와 슬러지내 흡착된 물이 제거된다. 중력식으로 농축 후 슬러지의 수분 함량은 86 내지 95%이다.
(3) 무기 처리제에 의해 전처리하는 단계. Fe3 +을 함유하는 가용성 화합물을 상기 농축된 잔류 슬러지에 첨가한다. 혼합물을 10 내지 180초간 교반시켜 반응시킨다. 이후 석회 입자를 상기 혼합물에 첨가한다. 혼합물을 30 내지 300초간 교반시켜 슬러지의 압축성과 소수성을 향상시키고 슬러지내 세포 수분의 일부를 방출시킨다. Fe3 +를 함유하는 가용성 화합물은 바람직하게는 35%를 초과하는 농도를 갖는 삼염화철 용액이다. 건조 중량 기준으로 슬러지에 첨가되는 삼염화철의 질량비는 0.3 내지 10%, 바람직하게는 5%이다. 석회 입자내 유효한 산화칼슘의 수준은 60% 보다 크다. 건조 중량 기준으로 슬러지에 첨가되는 산화칼슘의 질량비는 3 내지 150%이다. 정전기 전하 중화, 응집 스윕(sweep flocculation), 골격 제공(skeleton provision), 슬러지의 압축성과 소수성의 개선, 및 세포 수분 중 일부의 방출과 같은 이들의 기능 때문에, 삼염화철 용액과 석회 입자는 슬러지의 탈수 효율의 향상과 수분 함량이 더 낮은 탈수된 슬러지의 입수를 용이토록 한다. 석회 입자의 입자 크기는 60 메쉬와 같거나 더 크다.
(4) 기계적으로 탈수시키는 단계. 무기 처리제로 전처리된 잔류 슬러지를 플레이트 프레임 타입(plane-and-frame type) 여과 탈수기로 강제로 보낸다. 여액을 제거하고 후처리용 하수 처리 장비로 들여보내, 탈수된 슬러지 필터 케이크를 남긴다. 슬러지를 강제적으로 보내는데 사용되는 압력은 0.5 내지 2.5 MPa이다. 슬러지내 모세관 결합수분와 세포 수분의 일부 둘 다를 제거하기 위하여 플레이트 프레임 필터 프레스(plane-and-frame filter press)를 사용한다. 슬러지 필터 케이크의 수분 함량은 탈수후 41 내지 69%가 된다.
(5) 파쇄 및 분산시키는 단계. 상기 슬러지 필터 케이크를 슬러지 입자로 파쇄시키고 분산시켜 슬러지의 비표면적을 확장시키고 건조 효율을 향상시킨다.
슬러지 필터 케이크의 파쇄는 슬러지 필터 케이크 파쇄용 수단에서 수행된다. 상기 수단은 스크류, 케이지, 스크류 구동 모터 및 하우스를 포함한다. 스크류 구동 모터는 커넥터(connector)에 의해 스크류에 연결된다. 상기 스크류 상에 파쇄용 블레이드가 있다. 스크류는 케이지로 둘러싸여 있으며 케이지는 하우스로 둘러싸여 있다. 케이지는 다공성이다. 슬러지 필터 케이크를 슬러지 필터 케이크 파쇄용 수단의 다공성 케이지에서 오버턴시킨다. 슬러지 필터 케이크는 그들간의 마멸과 충돌을 통하여 파쇄된다. 크기가 케이지의 기공의 크기 보다 작은 슬러지 입자는 케이지를 뚫고 나옴으로써 슬러지 필터 케이크의 파쇄와 분산이 수행된다. 케이지에서 슬러지 필터 케이크의 오버턴 속도는 최외부 방사상 포인트에서의 선속도 5 ㎜/s 내지 100 ㎜/s이다. 스크류 구동 모터의 동력은 0 내지 20 KW이다.
케이지의 기공의 크기는 3 내지 30 ㎜이다. 상기 범위내의 생성된 슬러지 입자는 자유 침강시, 상대적으로 작은 벌크 밀도를 가지며, 이는 가스의 출입(in and out)이 용이하게 한다. 케이지에서의 슬러지 필터 케이크의 오버턴은 정적 케이지내에 고정되어 있는 스크류 및 블레이드에 의해, 또는 케이지 자체의 회전에 의해 구동된다.
케이지에서 슬러지 필터 케이크의 오버턴 속도는 슬러지 필터 케이크의 수분 함량과 다음과 같은 규칙에 따르는 산출량 반송에 의해 조절된다: (1) 슬러지 필터 케이크의 수분 함량이 높으면 높을수록, 오버턴 속도는 더 낮아지며, 슬러지 필터 케이크의 수분 함량이 낮으면 낮을수록, 오버턴 속도는 더 높아진다. 원칙은 전단 응력에 의해 슬러지 필터 케이크 내부에 이미 형성된 모세관 채널이 파괴되는 것을 최소화하여, 슬러지 입자를 상대적으로 느슨한 상태로, 또한 더 큰 비표면적을 갖는 상태로 유지하여 후속되는 호기적 공기-건조 공정에 도움을 주는 것이다. (2). 오버턴 속도가 높으면 높을수록, 슬러지 필터 케이크 파쇄용 수단의 산출량도 더 많아지며, 오버턴 속도가 낮으면 낮을수록, 슬러지 필터 케이크 파쇄용 수단의 산출량이 더 작아진다.
(6) 호기적으로 공기-건조시키는 단계. 90 ℃ 미만의 건조 공기를 정적인 상기 슬러지 입자중으로 분출(blowing)시켜, 이동시키거나 오버턴시킴으로써 호기성 발열 반응을 일으킨다. 슬러지 입자내 수분이 외부열 및 내부열 둘 다의 영향하에서 증발된다. 건조 공기는 다음과 같은 단계에 의해 생성된다: 컴프레서의 작용하에서 냉매를 냉각 교환기에서는 열을 흡수하도록 하고 열 교환기에서는 열을 방출하도록 하며, 공기 분출기에 의해 추출되는 상온의 공기를 냉각시켜 냉각 교환기중 응축된 물을 침전시키는데 이때 냉각용 온도는 0 ℃ 내지 15 ℃이고, 이후 공기의 온도를 열 교환기에서 0 ℃ 내지 90 ℃ 범위로 상승시켜 불포화된 건조 공기를 수득한다. 슬러지 입자는 0 내지 0.2 m/s의 수평 이동 속도 또는 0 내지 1 r/s의 롤링 각속도로 정하고, 동력은 0 내지 10 KW 이다. 건조 공기 유속은 0 내지 20000 ㎥/h로 정하고, 동력은 0 내지 50 KW 이다.
단계 (6)에서, 슬러지 입자를 물리적 살균 또는 화학적 살균 처리한다. 물리적 살균 또는 화학적 살균은 슬러지의 재생 이용 요구조건에 따라 채택할 수 있다. 물리적 살균법은 UV-조사일 수 있다. 화학적 살균은 오존 소독, 고 염소- 또는 고 산소-물질 소독일 수 있다. 다른 살균법을 사용할 수 있다.
단계 (6)에서, 호기적 공기-건조시 발생된 테일 가스는 물로 세척 후 배출된다. 세척용 물은 중성 또는 알칼리성이어서 호기적 발효에 의해 발생된 부식성 산성 가스를 제거할 수 있거나, 또는 산성이어서 잠재적 암모니아 가스를 제거할 수 있다. 물의 공급원은 바람직하게는 냉각 교환기로부터 배출되는 응축수이다. 외부로부터의 물 공급원을 보조적으로 사용할 수 있다.
단계 (6) 이후, 건조된 슬러지 입자를 추가로 분쇄하여 재생 이용 요구조건을 만족시킨다. 재생 이용물은 비료, 벽돌 제조에, 연료로서 및 필러로서 사용될 수 있다. 추가의 분쇄는 스크류 파쇄 장치를 사용하여 슬러지 입자를 압축시켜 서로 마찰(rubbing)되도록 함으로써 수행된다. 스크류 파쇄 장치는 단일 스크류 또는 2개 이상의 스크류로 이루어진 세트를 가질 수 있다. 스크류의 운반 속도는 0 내지 10 KM/s이고, 동력은 0 내지 10 KW이다.
단계 (5)와 (6)은 슬러지 필터 케이크를 호기적으로 공기-건조시키기 위한 장치에서 수행한다.
도 2, 3 및 4에 나타낸 바와 같은, 슬러지 필터 케이크의 호기적 공기-건조를 위한 장치는 슬러지 필터 케이크를 파쇄 및 분산시키기 위한 수단 (2), 슬러지를 호기적으로 공기-건조시키기 위한 수단, 배출 및 파쇄를 위한 수단, 건조 공기를 생산하기 위한 수단, 테일 가스를 수집 및 세척하기 위한 수단을 포함한다. 슬러지 필터 케이크를 파쇄 및 분산시키기 위한 수단 (2)는 슬러지를 호기적으로 공기-건조시키기 위한 수단 위에 배치되어 있다. 슬러지 필터 케이크용 공급물 주입구 (1)은 슬러지 필터 케이크를 파쇄 및 분산시키기 위한 수단 (2) 위에 배치되어 있다. 슬러지 필터 케이크를 파쇄 및 분산시키기 위한 수단 (2)에서, 슬러지 필터 케이크가 슬러지 입자로 파쇄된다. 이후 슬러지 입자는 슬러지를 호기적으로 공기-건조시키기 위한 수단내의 컨베이어 벨트 (12)의 상부층상의 배출 포트를 통하여 떨어진다. 슬러지 필터 케이크를 파쇄 및 분산시키기 위한 수단 (2)의 배출 포트 아래에, 흙받이(mudguard)가 컨베이어 벨트 (12)의 상부층 시작점에 고정되어 있어 배출 포트로부터 슬러지 입자가 모두 컨베이어 벨트 (12)의 상부층상으로 확실하게 떨어지도록 한다. 슬러지 필터 케이크를 파쇄 및 분산시키기 위한 수단 (2)은 스크류, 케이지, 스크류 구동 모터 및 하우스(house)를 포함한다. 스크류 구동 모터는 커넥터에 의해 스크류에 연결된다. 상기 스크류 상에 파쇄 및 분산용 블레이드가 있다. 스크류는 케이지로 둘러싸여 있으며 케이지는 하우스로 둘러싸여 있다. 케이지는 다공성이다. 슬러지 필터 케이크를 슬러지 필터 케이크 파쇄용 수단의 다공성 케이지에서 오버턴시킨다(overturned). 슬러지 필터 케이크는 그들간의 마멸과 충돌을 통하여 파쇄된다. 크기가 케이지의 기공의 크기 보다 작은 슬러지 입자는 케이지를 뚫고 나옴으로써 슬러지 필터 케이크의 파쇄와 분산이 수행된다.
슬러지를 호기적으로 공기-건조시키기 위한 수단은 컨베이어 벨트(12), 구동 장치(15), 슬러지 두께 조절기(13) 및 자외선 램프(19)를 포함한다. 컨베이어 벨트(12)의 양 말단은 구동 장치(15)에 연결되어 있으며, 구동 장치는 축(axle)과 속도 조절 모터를 통하여 컨베이어 벨트(12)를 구동시킨다. 컨베이어 벨트(12)의 메쉬 벨트(20)가 체인 위에 고정되어 있으며 체인은 연결핀(21)으로 연결되어있다. 슬러지 두께 조절기(13)는 높은 건조 효율을 위하여, 컨베이어 벨트(12) 상의 슬러지 입자의 두께를 조절하도록 컨베이어 벨트(12)의 제1층 상부에 고정되어 있다. 슬러지 입자의 두께는 바람직하게는 10 ㎜ 내지 500 ㎜ 사이에서 조절된다. 컨베이어 벨트(12)는 상부에서부터 하부까지, 예를 들어 4개 이상의 층으로 배열되어 있다. 컨베이어 벨트의 층 하나가 인접하고 있는 층의 반대 방향쪽으로 이동한다. 컨베이어 벨트는 스틸 메쉬, 필터 천(cloth) 및/또는 플라스틱 메쉬와 같은, 견딜수 있고 환기될 수 있는 소재로 제조된다. 컨베이어 벨트의 하부층은 한쪽의 말단에서 위의 층을 넘어 있어 컨베이어 벨트 상부층 말단으로 보내진 슬러지 입자가 반대 방향으로 이동하는 하부층 위에 떨어지도록 되어 있다. 슬러지 입자가 떨어지는 동안, 이들은 컨베이어 벨트의 각층의 말단과 반대편 벽에 고정되어 있는 자외선 램프(19)에 노출되어 살균된다. 배출 및 파쇄를 위한 수단(16)이 슬러지를 공기-건조시키기 위한 수단의 기저부에 배치되어 있다. 배출용 배출구(17)는 배출 및 파쇄를 위한 수단(16)의 말단에 배치되어 있다. 컨베이어 벨트(12)의 기저층상의 건조된 슬러지 입자는 배출 및 파쇄를 위한 수단(16) 위에 떨어져, 배출 및 파쇄를 위한 수단(16)을 따라 진행될 때 파쇄되고 최종적으로는 배출용 배출구(17)로부터 배출된다. 배출 및 파쇄를 위한 수단(16)은 적어도 1개의 파쇄용 스크류가 있는 트윈 스크류 컨베이어일 수 있다. 바람직하게는, 배출 및 파쇄를 위한 수단(16)이 2개의 파쇄용 스크류를 갖는다.
건조 공기를 생산하기 위한 수단은 슬러지를 호기적으로 공기-건조시키기 위한 수단 위에 배치되어 있다. 건조 공기를 생산하기 위한 수단은 냉각 교환기, 컴프레서(compressor), 공기 분출기(air blower) 및 열 교환기를 포함한다. 공기 분출기(7)는 냉각 교환기(8)와 열 교환기(6) 사이에 있다. 냉각 교환기(8)는 공기 주입구(9)에 연결되어있다. 냉각 교환기(8)에 응축되어 있는 물은 응축물 분리기에 의해 분리되어 수집된 다음 응축수 펌프(10)에 의해 테일 가스 세척 장치(5)로 보내진다. 건조-공기 채널(18)을 통하여, 건조 공기가 컨베이어 벨트(12)내의 건조-공기 주입구(11)로 보내어져 컨베이어 벨트(12)상의 슬러지 입자를 건조시킨다. 건조-공기 주입구(11)은 위쪽 및 아래쪽으로 분출시킬 수 있다.
테일 가스를 수집하고 세척하기 위한 수단은 슬러지를 호기적으로 공기-건조시키기 위한 수단 위에 배치되어있다. 테일 가스를 수집하고 세척하기 위한 수단은 유인송풍기(3)와 테일 가스 세척 장치(5)를 포함한다. 유인송풍기(3)는 공기 채널을 통하여 슬러지 필터 케이크를 파쇄하고 분산시키기 위한 수단(2)에 이의 공기 주입구에서, 그리고 공기 채널을 통하여 테일 가스 세척 장치(5)에 이의 배출구에서 연결되어있다. 세척된 테일 가스는 테일 가스 세척 장치(5)의 상부상의 배기관으로부터 배출되며, 이때 폐수는 테일 가스 세척 장치(5)의 중간에 있는 오버플로우 오리피스(4)로부터 외부로 펌핑되었다.
수분 함량이 70% 내지 50%인 슬러지 필터 케이크가 공급물 주입구(1)로부터 슬러지 필터 케이크를 파쇄하고 분산시키기 위한 수단(2)으로 공급된다. 파쇄된 슬러지 입자는 컨베이어 벨트(12)의 스틸 메쉬상으로 떨어지며, 컨베이어 벨트의 선속도는 1 ㎜/s 내지 10 ㎜/s 사이로 고정한다. 컨베이어 벨트(12)의 스틸 메쉬상의 슬러지 입자의 두께는 슬러지 두께 조절기(13)에 의해 10 ㎜ 내지 500 ㎜ 범위에서 조절된다. 컨베이어 벨트의 층 말단으로 보내진 슬러지 입자는 반대 방향으로 이동하는 하부층상으로 떨어지게되고, 이때 떨어지는 슬러지 입자를 컨베이어 벨트의 각층 말단과 반대편의 벽에 고정되어 있는 자외선 램프(19)에 노출시켜 살균하며, 이를 반복하였다. 최종적으로 배출 및 파쇄시키기 위한 수단(16) 위에 떨어진 슬러지는 진행됨에 따라 파쇄되고, 배출 및 파쇄시키기 위한 수단(16)의 말단에 고정되어 있는 배출용 배출구(17)로부터 배출되었다. 컨베이어 벨트의 속도를 조절함으로써, 슬러지를 호기적으로 공기-건조시키기 위한 수단에서의 슬러지 입자의 체류 시간은 5시간 내지 50시간 내에서 조정되며 생성된 물질의 수분 함량은 50% 내지 5% 범위로 조정한다.
상온의 공기는 공기 주입구(9)를 통하여 건조 공기를 생산하기 위한 수단내의 냉각 교환기(8)로 보내지고 여기서 이의 수분이 응축되어 분리된 다음, 공기 분출기(7)에 의해 열 교환기(6)로 펌핑되며 열 교환기에서 가온되어 불포화 건조 공기가 된다. 건조 공기의 온도는 0 내지 90 ℃ 범위로 조절한다. 응축수가 냉각 교환기(8)내의 응축물 분리기로부터 배출된 다음 응축수 펌프(10)에 의해 세척용 물 공급원으로서 테일 가스 세척 장치(5)로 보내진다. 공기 채널(18)을 통하여, 건조 공기가 컨베이어 벨트(12)의 상부 및 하부 스틸 메쉬 사이에 있는 각각의 건조 공기 배출구(11)로 보내져, 거기에 있는 슬러지 입자에 건조되고 호기적인 공기를 공급한다. 컨베이어 벨트(12)의 각 층 위에 여러 개의 건조된 공기 배출구(11)가 있다. 슬러지 입자를 상기 건조 공기로 열전도 및 물질 이동시키고 탈수시킨다. 유인송풍기(3)를 통하여, 건조된 테일 가스를 슬러지 필터 케이크 파쇄 및 분산을 위한 수단(2)으로 수집하고, 테일 가스 세척 장치(5)내로 펌핑시킨 다음 버블링 세척 후 배출시킨다. 세척중 하수는 오버플로우 오리피스(4)로부터 하수관으로 펌핑시킨다.
실시예 1
수분 함량이 99.8%인 잔류 슬러지를 유기 전처리 교반 탱크로 운반하였다. 분자량이 1,200만인 양이온성 폴리아크릴아미드의, 농도가 0.1%인 용액을 상기 슬러지에 가하였다. 건조 중량 기준으로 슬러지에 첨가되는 폴리아크릴아미드의 질량비는 0.2% 였다. 이어서 유기 전처리된 슬러지를 중력식으로 농축시키는 탱크로 보냈다. 중력 농축 후 120분 후에 상등액을 제거하였다. 농축된 슬러지의 수분 함량은 95%였으며 이를 탈수 처리를 위하여 운반하였다.
상기 농축된 슬러지를 무기 전처리 교반 탱크로 운반시켰다. 상기 농축된 슬러지에, 농도가 38%인 삼염화철의 용액을 가하고 혼합물을 10초간 철저하게 교반시켰다. 건조 중량 기준으로 슬러지에 첨가되는 삼염화철의 질량비는 2.3% 였다. 이어서 유효 산화칼슘이 70%인 석회 입자를 가하고 혼합물을 60초간 격렬하게 교반시켰다. 건조 중량 기준으로 슬러지에 첨가되는 산화칼슘의 질량비는 12% 였다. 상기 전처리된 슬러지를 스크류 펌프에 의해 플레이트 프레임 필터 프레스로 강제로 보냈다. 스크류 펌프의 사출압력은 1 MPa였다. 여액을 제거하였고, 수분 함량이 61%인 필터 케이크가 남았다.
슬러지 필터 케이크를 슬러지 입자로 파쇄시켰다. 상기 슬러지 입자가 컨베이어 벨트에 떨어지게 되어 슬러지 입자층으로 분산되었다. 슬러지 필터 케이크의 파쇄는 슬러지 필터 케이크를 파쇄 및 분산시키기 위한 수단에서 수행하였다. 온도가 85 ℃인 건조 공기를 천천히 움직이는 컨베이어 벨트 상에 있는 슬러지 입자층 중으로 포지티브 압력을 사용하여 분출시켰다. 건조 공기는 상온의 공기를 냉각 교환기에서 수분을 응축시키고 분리시키며 열 교환기에서 가온시킴으로써 생성시켰다. 상기 건조 공기를 공기 채널을 통하여 스틸 메쉬 컨베이어 벨트의 상부 및 하부층 사이에 있는 건조 공기 배출구로 보냈다. 슬러지 입자의 기저부와 상부가 교차시, 건조 공기가 호기성 반응을 위한 산소를 제공할 뿐만 아니라 이로부터 수분을 빼앗아 슬러지를 탈수시켰다. 컨베이어 벨트는 층들로 고정되었으며, 제1층상에 슬러지 두께 조절기가 있다. 슬러지 입자의 두께는 200 ㎜ 였고 컨베이어 벨트의 선속도는 2 ㎜/s였다. 컨베이어 벨트상의 슬러지 입자의 전체적인 체류 시간은 20 시간이었다. 컨베이어 벨트의 상부층의 말단으로 보내진 슬러지 입자는 하부층으로 떨어져 반대 방향으로 이동하였다. 떨어지는 슬러지 입자를 물리적 또는 화학적 살균 처리하였다. 슬러지 수분을 함유하는 테일 가스를 슬러지 입자층으로부터 네가티브 압력을 사용하여 외부로 펌핑시키고 배출시킨 후 물로 세척하였다. 세척용 물의 공급원은 냉각 교환기로부터 배출된 응축수였다. 외부 물 공급원을 보조적으로 사용하였다. 말단으로 보낼 때, 컨베이어 벨트의 기저층상의 슬러지 입자는 컨베이어 벨트의 기저층 아래에 고정되어 있는 나선형 파쇄 장치로 떨어져 추가로 파쇄되었다. 생성된 슬러지 입자의 수분 함량은 36%였다.
실시예 2
수분 함량이 99.5%인 잔류 슬러지를 유기 전처리 교반 탱크로 운반하였다. 분자량이 1,500만인 양이온성 폴리아크릴아미드의, 농도가 0.1%인 용액을 상기 슬러지에 가하였다. 건조 중량 기준으로 슬러지에 첨가되는 폴리아크릴아미드의 질량비는 0.15% 였다. 이어서 유기 전처리된 슬러지를 중력식으로 농축시키는 탱크로 보냈다. 중력 농축 후 2시간 후에 상등액을 제거하였다. 농축된 슬러지의 수분 함량은 93%였으며 이를 탈수 처리를 위하여 운반하였다.
상기 농축된 슬러지를 무기 전처리 교반 탱크로 운반시켰다. 상기 농축된 슬러지에, 농도가 38%인 삼염화철의 용액을 가하고 혼합물을 2분간 철저하게 교반시켰다. 건조 중량 기준으로 슬러지에 첨가되는 삼염화철의 질량비는 5.5% 였다. 상기 혼합물에 석회 입자를 가하고 12분간 격렬하게 교반시켰다. 상기 석회 입자는 산화칼슘을 72% 함유하였다. 건조 중량 기준으로 슬러지에 첨가되는 산화칼슘의 질량비는 12% 였다. 상기 전처리된 슬러지를 스크류 펌프에 의해 플레이트 프레임 필터 프레스로 강제로 보냈다. 스크류 펌프의 사출압력은 1 MPa였다. 여액을 제거하였고, 수분 함량이 58%인 필터 케이크가 남았다.
슬러지 필터 케이크를 슬러지 입자로 파쇄시켰다. 상기 슬러지 입자가 컨베이어 벨트에 떨어지게 되어 슬러지 입자층으로 분산되었다. 슬러지 필터 케이크의 파쇄는 슬러지 필터 케이크를 파쇄 및 분산시키기 위한 수단에서 수행하였다. 온도가 60 ℃인 건조 공기를 천천히 움직이는 컨베이어 벨트 상에 있는 슬러지 입자층 중으로 포지티브 압력을 사용하여 분출시켰다. 건조 공기는 상온의 공기를 냉각 교환기에서 수분을 응축시키고 분리시키며 열 교환기에서 가온시킴으로써 생성시켰다. 상기 건조 공기를 공기 채널을 통하여 스틸 메쉬 컨베이어 벨트의 상부 및 하부층 사이에 있는 건조 공기 배출구로 보냈다. 슬러지 입자의 기저부와 상부가 교차시, 건조 공기가 호기성 반응을 위한 산소를 제공할 뿐만 아니라 이로부터 수분을 빼앗아 슬러지를 탈수시켰다. 컨베이어 벨트는 층들로 고정되었으며, 제1층 상에 슬러지 두께 조절기가 있다. 슬러지 입자의 두께는 200 ㎜ 였고 컨베이어 벨트의 선속도는 2.5 ㎜/s였다. 컨베이어 벨트상의 슬러지 입자의 전체적인 체류 시간은 18 시간이었다. 컨베이어 벨트의 상부층의 말단으로 보내진 슬러지 입자는 하부층으로 떨어져 반대 방향으로 이동하였다. 떨어지는 슬러지 입자를 물리적 또는 화학적 살균 처리하였다. 슬러지 수분을 함유하는 테일 가스를 슬러지 입자층으로부터 네가티브 압력을 사용하여 외부로 펌핑시키고 배출시킨 후 물로 세척하였다. 세척용 물의 공급원은 냉각 교환기로부터 배출된 응축수였다. 외부 물 공급원을 보조적으로 사용하였다. 말단으로 보낼 때, 컨베이어 벨트의 기저층상의 슬러지 입자는 컨베이어 벨트의 기저층 아래에 고정되어 있는 나선형 파쇄 장치로 떨어져 추가로 파쇄되었다. 생성된 슬러지 입자의 수분 함량은 34%였다.
실시예 3
수분 함량이 99.3%인 잔류 슬러지를 유기 전처리 교반 탱크로 운반하였다. 분자량이 1,200만인 양이온성 폴리아크릴아미드의, 농도가 0.1%인 용액을 상기 슬러지에 가하였다. 건조 중량 기준으로 슬러지에 첨가되는 폴리아크릴아미드의 질량비는 0.1% 였다. 이어서 유기 전처리된 슬러지를 중력식으로 농축시키는 탱크로 보냈다. 중력 농축 후 1시간 후에 상등액을 제거하였다. 농축된 슬러지의 수분 함량은 93%였으며 이를 탈수 처리를 위하여 운반하였다.
상기 농축된 슬러지를 무기 전처리 교반 탱크로 운반시킨다. 상기 농축된 슬러지에, 농도가 38%인 삼염화철의 용액을 가하고 혼합물을 1분간 철저하게 교반시켰다. 건조 중량 기준으로 슬러지에 첨가되는 삼염화철의 질량비는 4.5% 였다. 이어서 유효 산화칼슘이 75%인 석회 입자를 가하고 혼합물을 15분간 격렬하게 교반시켰다. 건조 중량 기준으로 슬러지에 첨가되는 산화칼슘의 질량비는 15.5% 였다. 상기 전처리된 슬러지를 스크류 펌프에 의해 플레이트 프레임 필터 프레스로 강제로 보냈다. 스크류 펌프의 사출압력은 1 MPa였다. 여액을 제거하였고, 수분 함량이 53%인 필터 케이크가 남았다.
슬러지 필터 케이크를 슬러지 입자로 파쇄시켰다. 상기 슬러지 입자가 컨베이어 벨트에 떨어지게 되어 슬러지 입자층으로 분산되었다. 슬러지 필터 케이크의 파쇄는 슬러지 필터 케이크를 파쇄 및 분산시키기 위한 수단에서 수행하였다. 온도가 48 ℃인 건조 공기를 천천히 움직이는 컨베이어 벨트 상에 있는 슬러지 입자층으로 포지티브 압력을 사용하여 분출시켰다. 건조 공기는 상온의 공기를 냉각 교환기에서 수분을 응축시키고 분리시키며 열 교환기에서 가온시킴으로써 생성시켰다. 상기 건조 공기를 공기 채널을 통하여 스틸 메쉬 컨베이어 벨트의 상부 및 하부층 사이에 있는 건조 공기 배출구로 보냈다. 슬러지 입자의 기저부와 상부가 교차시, 건조 공기가 호기성 반응을 위한 산소를 제공할 뿐만 아니라 이로부터 수분을 빼앗아 슬러지를 탈수시켰다. 컨베이어 벨트는 층들로 고정되었으며, 제1층 상에 슬러지 두께 조절기가 있다. 슬러지 입자의 두께는 200 ㎜ 였고 컨베이어 벨트의 선속도는 1.5 ㎜/s였다. 컨베이어 벨트상의 슬러지 입자의 전체적인 체류 시간은 25 시간이었다. 컨베이어 벨트의 상부층의 말단으로 보내진 슬러지 입자는 하부층으로 떨어져 반대 방향으로 이동하였다. 떨어지는 슬러지 입자를 물리적 또는 화학적 살균 처리하였다. 슬러지 수분을 함유하는 테일 가스를 슬러지 입자층으로부터 네가티브 압력을 사용하여 외부로 펌핑시키고 배출시킨 후 물로 세척하였다. 세척용 물의 공급원은 냉각 교환기로부터 배출된 응축수였다. 외부 물 공급원을 보조적으로 사용하였다. 말단으로 보낼 때, 컨베이어 벨트의 기저층상의 슬러지 입자는 컨베이어 벨트의 기저층 아래에 고정되어 있는 나선형 파쇄 장치로 떨어져 추가로 파쇄되었다. 생성된 슬러지 입자의 수분 함량은 33%였다.
실시예 4
수분 함량이 99%인 잔류 슬러지를 유기 전처리 교반 탱크로 운반하였다. 분자량이 1,000만인 양이온성 폴리아크릴아미드의, 농도가 0.1%인 용액을 상기 슬러지에 가하였다. 건조 중량 기준으로 슬러지에 첨가되는 폴리아크릴아미드의 질량비는 0.08% 였다. 이어서 유기 전처리된 슬러지를 중력식으로 농축시키는 탱크로 보냈다. 중력 농축 후 1.5 시간 후에 상등액을 제거하였다. 농축된 슬러지의 수분 함량은 90%였으며 이를 탈수 처리를 위하여 운반하였다.
상기 농축된 슬러지를 무기 전처리 교반 탱크로 운반시킨다. 상기 농축된 슬러지에, 농도가 38.8%인 삼염화철의 용액을 가하고 혼합물을 30초간 철저하게 교반시켰다. 건조 중량 기준으로 슬러지에 첨가되는 삼염화철의 질량비는 6.5% 였다. 이어서 유효 산화칼슘이 70%인 석회 입자를 가하고 혼합물을 10 분간 격렬하게 교반시켰다. 건조 중량 기준으로 슬러지에 첨가되는 산화칼슘의 질량비는 8.4% 였다. 상기 전처리된 슬러지를 스크류 펌프에 의해 플레이트 프레임 필터 프레스로 강제로 보냈다. 스크류 펌프의 사출압력은 1 MPa였다. 여액을 제거하였고, 수분 함량이 51%인 필터 케이크가 남았다.
슬러지 필터 케이크를 슬러지 입자로 파쇄시켰다. 상기 슬러지 입자가 컨베이어 벨트에 떨어지게 되어 슬러지 입자층으로 분산되었다. 슬러지 필터 케이크의 파쇄는 슬러지 필터 케이크를 파쇄 및 분산시키기 위한 수단에서 수행하였다. 온도가 25 ℃인 건조 공기를 천천히 움직이는 컨베이어 벨트 상에 있는 슬러지 입자층으로 포지티브 압력을 사용하여 분출시켰다. 건조 공기는 상온의 공기를 냉각 교환기에서 수분을 응축시키고 분리시키며 열 교환기에서 가온시킴으로써 생성시켰다. 상기 건조 공기를 공기 채널을 통하여 스틸 메쉬 컨베이어 벨트의 상부 및 하부층 사이에 있는 건조 공기 배출구로 보냈다. 슬러지 입자의 기저부와 상부가 교차시, 건조 공기가 호기성 반응을 위한 산소를 제공할 뿐만 아니라 이로부터 수분을 빼앗아 슬러지를 탈수시켰다. 컨베이어 벨트는 층들로 고정되었으며, 제1층상에 슬러지 두께 조절기가 있다. 슬러지 입자의 두께는 200 ㎜ 였고 컨베이어 벨트의 선속도는 0.2 ㎜/s였다. 컨베이어 벨트상의 슬러지 입자의 전체적인 체류 시간은 45 시간이었다. 컨베이어 벨트의 상부층의 말단으로 보내진 슬러지 입자는 하부층으로 떨어져 반대 방향으로 이동하였다. 떨어지는 슬러지 입자를 물리적 또는 화학적 살균 처리하였다. 슬러지 수분을 함유하는 테일 가스를 슬러지 입자층으로부터 네가티브 압력을 사용하여 외부로 펌핑시키고 배출시킨 후 물로 세척하였다. 세척용 물의 공급원은 냉각 교환기로부터 배출된 응축수였다. 외부 물 공급원을 보조적으로 사용하였다. 말단으로 보낼 때, 컨베이어 벨트의 기저층상의 슬러지 입자는 컨베이어 벨트의 기저층 아래에 고정되어 있는 나선형 파쇄 장치로 떨어져 추가로 파쇄되었다. 생성된 슬러지 입자의 수분 함량은 31%였다.

Claims (14)

  1. 하수 슬러지의 농축-탈수 및 호기적 공기-건조의 통합 방법에 있어서, 상기 통합방법은
    (1) 유기 처리제(organic agent)로 전처리하는 단계로서, 수분 함량이 98 내지 99.8%인 잔류 슬러지에 유기 처리제를 첨가하고, 혼합물을 10 내지 180초간 격렬하게 교반시키는 단계;
    (2) 유기 처리제로 전처리된 잔류 슬러지를 중력식으로 농축시키고, 상등액을 분리시키고 후처리용 하수 처리 장비로 보내는 단계;
    (3) 무기 처리제(inorganic agent)로 전처리하는 단계로서, Fe3+를 함유하는 가용성 화합물을 상기 농축된 잔류 슬러지에 첨가하고, 혼합물을 10 내지 180초간 격렬하게 교반시킨 다음, 추가로 석회 입자를 첨가하고, 추가로 30 내지 300초간 교반시키는 단계;
    (4) 기계적으로 탈수시키는 단계로서, 무기 처리제로 전처리된 잔류 슬러지를 플레이트 프레임 타입(plate-and frame type) 여과 탈수기로 강제로 보내서, 여액을 제거하고 탈수된 슬러지 필터 케이크를 수득하는 단계;
    (5) 파쇄 및 분산시키는 단계로서, 상기 필터 케이크를 슬러지 입자로 파쇄 및 분산시키는 단계; 및
    (6) 호기적으로 공기-건조시키는 단계로서, 건조 공기를 정적인 상기 슬러지 입자중으로 분출시켜, 이동시키거나 오버턴시킴으로써 호기성 발열 반응을 일으키는 단계를 포함하고,
    상기 유기 처리제는 양이온성 폴리아크릴아미드인 것을 특징으로 하는, 하수 슬러지의 농축-탈수 및 호기적 공기-건조의 통합 방법.
  2. 제1항에 있어서, 단계 (6)에서, 상기 슬러지 입자를 물리적 살균 또는 화학적 살균시키는데, 물리적 살균은 UV-조사이고 화학적 살균은 오존 소독, 고 염소- 또는 고 산소-물질 소독임을 특징으로 하는, 하수 슬러지의 농축-탈수 및 호기적 공기-건조의 통합 방법.
  3. 제1항에 있어서, 단계 (6)에서, 호기적 공기-건조시 발생되는 테일 가스가 물로 세척된 후 방출됨을 특징으로 하는, 하수 슬러지의 농축-탈수 및 호기적 공기-건조의 통합 방법.
  4. 제1항에 있어서, 단계 (6) 후에, 건조된 슬러지 입자를 추가로 분쇄하여 재생 이용 요구조건을 만족시킴을 특징으로 하는, 하수 슬러지의 농축-탈수 및 호기적 공기-건조의 통합 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 추가의 분쇄가 스크류 파쇄 장치를 사용하여 슬러지 입자를 압축시키고 서로 마찰되도록 함으로써 수행되고, 상기 스크류 파쇄 장치는 단일 스크류 또는 스크류 2개 이상으로 이루어진 세트를 가짐을 특징으로 하는, 하수 슬러지의 농축-탈수 및 호기적 공기-건조의 통합 방법.
  6. 제1항에 있어서, 양이온성 폴리아크릴아미드를 첨가시 0.05 내지 0.5% 농도를 갖는 용액으로 조제하며, 이때 건조 중량을 기준으로 하여 슬러지에 첨가되는 폴리아크릴아미드의 질량비가 0.05 내지 0.5%임을 특징으로 하는, 하수 슬러지의 농축-탈수 및 호기적 공기-건조의 통합 방법.
  7. 제1항에 있어서, 단계 (2)에서 슬러지의 중력식 농축은 자연적 침전이며, 이때 중력식 농축에 소요되는 시간은 30 내지 150분이고 중력식으로 농축된 슬러지의 수분 함량은 86 내지 95%임을 특징으로 하는, 하수 슬러지의 농축-탈수 및 호기적 공기-건조의 통합 방법.
  8. 제1항에 있어서, 단계 (3)에서 Fe3 +를 함유하는 가용성 화합물은 농도가 35%를 초과하는 삼염화철 용액이며, 이때 슬러지에 첨가되는 삼염화철의 질량비는 건조 중량 기준으로 0.3 내지 10%이고, 석회 입자는 유효 산화칼슘을 60% 넘게 함유하며, 슬러지에 첨가되는 산화칼슘의 질량비는 건조 중량 기준으로 3 내지 150%임을 특징으로 하는, 하수 슬러지의 농축-탈수 및 호기적 공기-건조의 통합 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 석회 입자의 입자 크기가 60 메쉬와 같거나 더 큰 것을 특징으로 하는, 하수 슬러지의 농축-탈수 및 호기적 공기-건조의 통합 방법.
  10. 제1항에 있어서, 단계 (4)에서 슬러지를 강제로 보내는데 사용되는 압력이 0.5 내지 2.5 MPa이고, 슬러지 필터 케이크의 수분 함량이 탈수 후 41 내지 69%임을 특징으로 하는, 하수 슬러지의 농축-탈수 및 호기적 공기-건조의 통합 방법.
  11. 제1항에 있어서, 단계 (5)에서 슬러지 필터 케이크의 파쇄는 슬러지 필터 케이크를 파쇄시키기 위한 수단에서 수행되며, 이때 상기 슬러지 필터 케이크를 파쇄시키기 위한 수단은 스크류, 케이지, 스크류 구동 모터 및 하우스를 포함하고, 상기 스크류 구동 모터는 커넥터(connector)에 의해 스크류에 연결되어 있으며, 상기 스크류 상에 파쇄용 블레이드가 있고, 스크류는 케이지로 둘러싸여 있고 케이지는 하우스로 둘러싸여 있으며, 여기서 상기 케이지는 다공성이며, 슬러지 필터 케이크는 슬러지 필터 케이크를 파쇄시키기 위한 수단의 다공성 케이지에서 오버턴되며 슬러지 필터 케이크 간의 마멸과 충돌을 통해 파쇄되고 케이지의 기공 크기보다 더 작은 크기의 슬러지 입자는 케이지를 뚫고 나옴으로써, 슬러지 필터 케이크의 파쇄 및 분산이 수행됨을 특징으로 하는, 하수 슬러지의 농축-탈수 및 호기적 공기-건조의 통합 방법.
  12. 제11항에 있어서, 케이지내 기공의 크기가 3 내지 30 ㎜임을 특징으로 하는, 하수 슬러지의 농축-탈수 및 호기적 공기-건조의 통합 방법.
  13. 제1항에 있어서, 단계 (6)에서의 건조 공기는 하기 단계에 의해 발생됨을 특징으로 하는 하수 슬러지의 농축-탈수 및 호기적 공기-건조의 통합 방법: 컴프레서(compressor)의 작동하에서 냉매가 냉각 교환기에서 열을 흡수하고 열 교환기에서 열을 방출하도록 하는 단계; 공기 분출기에 의해 추출된 상온의 공기를 냉각 온도 0 ℃ 내지 15 ℃에서 냉각시켜 냉각 교환기에 응축수가 침전되도록 하는 단계; 및 그런 다음, 열 교환기에서 온도를 0 ℃ 내지 90 ℃ 범위로 상승시켜 불포화된 건조 공기를 수득하는 단계.
  14. 제3항에 있어서, 세척용 물이 중성 또는 알칼리성 또는 산성이고, 물의 공급원은 냉각 교환기로부터 배출되는 응축수이며 외부 물 공급원을 보조적으로 사용함을 특징으로 하는, 하수 슬러지의 농축-탈수 및 호기적 공기-건조의 통합 방법.
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