KR101616276B1 - 하수슬러지 복합처리 가용화 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하수슬러지를 감량화 및 가용화하는 시스템으로서, 보다 상세하게는 교반되는 볼 사이에서 발생되는 전단마찰력과 열에 의하여 슬러지가 파쇄되는 볼밀 파쇄장치, 슬러지 내 미생물의 세포벽을 화학적 분해하는 알칼리 투입, 전기 분해를 이용하여 고액분리 및 가용화하는 전기분해장치 및 탈수장치로 구성된 하수슬러지 복합처리 가용화 시스템에 관한 것이다.
상기의 하수슬러지 복합처리 가용화 시스템은 볼밀 파쇄장치 막힘 현상을 없애고 그에 따라 운전비용도 절감되며, 알칼리약품을 투입하여 생기는 난분해성 물질을 침전조에서 제거하고, 전기분해장치를 단순화하여 구동에 있어 편리성을 가지며 전처리 단계인 알칼리 약품에 의하여 ph상승에 따라 처리효율도 높아지는 등 각각의 단점을 보완함으로써 하수슬러지 처리 비용의 절감과 처리효율을 높일 수 있다.

Description

하수슬러지 복합처리 가용화 시스템{Sewage sludge treament complex solubilizing system}

본 발명은 하수슬러지를 감량화 및 가용화하는 시스템으로서, 보다 상세하게는 교반되는 볼 사이에서 발생되는 전단마찰력과 열에 의하여 슬러지가 파쇄되는 볼밀 파쇄장치, 슬러지 내 미생물의 세포벽을 화학적 분해하는 알칼리 투입, 전기 분해를 이용하여 고액분리 및 가용화하는 전기분해장치 및 탈수장치로 구성된 하수슬러지 복합처리 가용화 시스템에 관한 것이다.

현재 하수슬러지의 발생량은 증가되고 있고 발생되는 슬러지의 해양배출은 런던협약 발효에 의해 2012년부터 금지됨에 따라 육상매립, 소각, 재활용, 연료화로 처리되고 있으나 매립지 부족, 오염물질 배출에 따른 민원발생, 고비용의 재활용처리의 문제점들이 발생되고 있다.

일반적인 하수슬러지를 가용화하는 기술은 크게 특정 미생물이나 효소를 이용하는 생물학적 처리기술, 초음파나 수리동력학적 캐비테이션, 열 가수분해 및 볼밀 파쇄를 사용하는 물리적 처리기술, 오존이나 알칼리 약품을 이용하여 처리하는 화학적 처리기술, 상기 처리기술들 중 두 가지 이상을 결합하는 복합처리 기술 및 전기분해를 이용한 전기적 처리기술로 나눌 수 있다.

상기 물리적 처리기술 중 볼밀 처리기술은 고속 회전하는 볼이 충진된 분쇄실로 슬러지를 유입시켜 교반되는 금속볼 사이에 발생하는 전단마찰력과 열에 의해 슬러지를 파쇄 시키는 방법으로 일반적으로 하수슬러지에 함유한 고형의 이물질에 대하여 안전하나 슬러지 액으로부터 철구를 분리하는 과정에서 분리설비의 막힘 현상이 발생되어 일정한 유량을 처리하기 위해서는 여러 대를 설치하여야 하며 수시로 점검 조치해 주어야 하므로 운전의 어려움 및 유지비용이 높은 문제점이 있다.

상기 화학적 처리기술 중 알칼리 처리 기술은 슬러지 내 미생물 세포벽의 화학적 분해에 의해 이루어지는 것으로 알칼리제 주입농도와 접촉시간이 커질수록 가용화 효율이 증가하였다가 그 이후로는 거의 일정한 값이 유지되어 주입 농도 및 접촉시간을 결정하는 것이 중요하고, 가용화 효율을 높이기 위하여 열처리를 결합하는 경우에는 처리온도가 낮아 경제성은 높지만 악취 및 타 난분해성 물질 생성의 문제점을 갖고 있다.

상기 전기분해 처리기술은 전지화학 반응과 같은 원리로서 무기성, 유기성, 전해질이 혼합된 폐수에 전기에너지를 공급함으로서 전기분해 반응을 일으켜 폐수를 처리하는 방법으로 전기적 응집, 전기적 부상, 전기적 산화, 표면착화, 정전기적 인력, 화학 전환, 화학 침전 등의 작용으로 오염 물질을 제거하는 방법이다.

이중 전기응집, 전기적 산화, 전기적 부상 반응을 통하여 슬러지를 침전시키거나 부상 분리하여 폐수를 효율적으로 처리하며, 슬러지 가용화에 적용되었을 때 전기분해 농축부와 전기분해부를 두어 슬러지를 가용화하는데 이를 다시 상기와 동일한 농축부와 전기분해부를 두어 총 4번의 전기분해를 실시하는 등 복잡한 구조와 슬러지 가용화에 따른 비용이 높은 문제점이 있다.

한편, 본 발명의 복합처리기술의 종래 기술은 한국등록특허 제10-066196호(2007.01.09.)로 기계적 전처리, 호기성 소화, 금속촉매 및 오존산화를 이용한 하수슬러지 감량화 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기계적 전처리에 의한 하수슬러지 가용화에 이은 호기성 소화기술과 금속촉매 및 오존산화를 이용한 고효율의 하수슬러지 감량화방법에 관한 것이다.

상기의 종래의 복합처리기술의 기계적 전처리 역시 볼밀 파쇄장치를 사용하나 상기의 볼밀 파쇄장치의 문제점을 동일하게 가지고 있으며 그 외로 호기성 소화와 금속촉매와 오존처리등 복잡한 구조와 고비용의 문제점을 가지고 있다.

한국 등록특허 제10-066196호(2007.01.09.)

본 발명은 상기와 같은 종래의 일반적인 하수슬러지의 가용화 기술 중 볼밀 파쇄장치의 슬러지에 의한 막힘 현상, 알칼리 약품의 난분해성 물질 생성에 따른 a문제점, 전기분해의 복잡한 구조에 따른 문제점 뿐만 아니라 상기 기술들의 슬러지 처리에 따른 고비용의 문제점을 해결하는데 그 목적을 둔다.

상기와 같은 문제점을 해결하고 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 하수슬러지 복합처리 가용화 시스템은

하·폐수고도처리과정에서 나오는 슬러지를 교반되는 금속볼 사이에서 발생 되는 전단마찰력과 열에 의해 파쇄 시키며 교번제어에 의하여 일정시간 역방향으로 구동되어 볼 및 스크린망이 세척되는 볼밀 파쇄장치;

상기 볼밀 파쇄장치에서 나온 슬러지를 화학적으로 분해하는 알칼리 주입;

상기 알칼리가 주입된 슬러지를 침전시키는 침전조;

상기 침전조에서 나온 슬러지를 최종적으로 감량화하는 전기분해장치;

상기 전기분해장치에서 감량된 슬러지를 탈수하여 탈수케이크를 만드는 탈수 장치;로 이루어진다.

상기 볼밀 파쇄장치는 원통형으로 되어 있고 수평 또는 수직으로 설치되며 파쇄된 슬러지가 배출되는 배출구는 파쇄장치내에 충진되는 볼의 크기보다 작은 격자형식의 스크린망이 고정 설치되어 있어 막힘현상이 없다.

상기 볼밀 파쇄장치 내부는 회전판의 교반설비가 설치되어 있고, 입경이 4 ~ 9mm인 유리볼이나 금속볼로 파쇄장치 체적의 55 ~85%로 충전되어 있으며, 상기 교반설비의 회전속도는 6 ~ 22m/s로 운전된다.

상기 알칼리 주입에서 알칼리는 부분적으로 용해되는 2가의 알칼리보다 1가의 알칼리를 사용한다.

상기 침전조에서 슬러지를 침전시켜 고액분리되고 분리된 슬러지 상부의 액체인 하수는 생물반응조로 재유입 되도록 반류된다.

상기 전기분해장치는 전기분해에 의한 산화·환원반응에 따라 라디칼의 분해, 응집, 석출 등이 이루어지며 그에 따라 슬러지를 침전시키거나 부상 분리하여 고액분리하는 전해부상농축조와 전기분해에 의해 세포막을 파괴하여 함수율, 발생량 및 악취가 저감되는 가용화조의 2단계로 구성된 전기분해 감량화 장치를 이용한다.

상기 전해부상농축조에서 고액분리된 슬러지는 가용화조로 주입되고 상기 슬러지가 분리된 하수는 생물반응조로 유입되도록 반류된다.

상기 전해부상농축의 전류인가는 6 ~ 9분, 전근의 간력은 4 ~ 6mm로 하고, 가용화의 전류인가는 25 ~ 60분 이내로 하는 하수슬러지 복합처리 가용화 시스템을 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 하수슬러지 복합처리 가용화 시스템은 볼밀 파쇄장치 막힘 현상을 없애고 그에 따라 운전비용도 절감되며, 알칼리 약품을 투입하여 생기는 난분해서 물질을 침전조에서 제거하고, 전기분해장치를 단순화하여 구동에 있어 편리성을 가지며 전 처리 단계인 알칼리 약품에 의하여 pH상승에 따라 처리효율도 높아지는 등 각각의 단점을 보완함으로써 하수슬러지 처리 비용의 절감과 처리효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하수슬러지 복합처리 가용화 시스템의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 볼밀 파쇄장치의 투시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기분해장치의 흐름도이다.

본 발명의 명칭은 "하수슬러지 복합처리 가용화 시스템"으로 통상의 기술자가 쉽게 알 수 있도록 구체적인 내용을 기재하고 충분히 유추 가능한 별도의 기재는 생략하며 필요경우 실시예 및 도면을 기재한다. 또한 본 명세서 및 특허청구범위에서 정의된 용어들은 한정 해석하지 아니하며, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있고 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

본 발명의 일면에 있어서,

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하수슬러지 복합처리 가용화 시스템의 흐름도이고 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 볼밀 파쇄장치의 투시도이며 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기분해장치의 흐름도이다.

도 1에서 도시된 바와 같이 하수슬러지 복합처리 가용화 시스템은 하·폐수고도처리과정에서 나오는 슬러지를 교반되는 금속볼 사이에서 발생 되는 전단마찰력과 열에 의해 파쇄시키며 하수슬러지 액이 몸통을 통과할 때 함유한 고형물질은 철구에 의하여 갈아 뭉겨지면서 미생물 세포 일부는 분해된다. 교번제어에 의하여 일정시간 역방향으로 구동되어 볼 및 스크린망이 세척되는 볼밀 파쇄장치; 상기 볼밀 파쇄장치에서 나온 슬러지를 화학적으로 분해하는 알칼리 주입; 상기 알칼리가 주입된 슬러지를 침전시키는 침전조; 상기 침전조에서 나온 슬러지를 최종적으로 감량화하는 전기분해장치; 상기 전기분해장치에서 감량된 슬러지를 탈수하여 탈수케이크를 만드는 탈수 장치;로 이루어진다.

도 2에서 도시된 바와 같이 볼밀 파쇄장치는 원통형으로 되어 있고 수평 또는 수직으로 설치되며 파쇄된 슬러지가 배출되는 배출구는 파쇄장치내에 충진되는 볼의 크기보다 작은 격자형식의 스크린망이 고정 설치되어 있어 막힘현상이 없고, 상기 볼밀 파쇄장치 내부는 회전판의 교반설비가 설치되어 있고, 입경이 4 ~ 9mm인 유리볼이나 금속볼로 파쇄장치 체적의 55 ~85%로 충전되어 있으며, 상기 교반설비의 회전속도는 6 ~ 22m/s로 운전된다.

상기 볼밀 파쇄장치의 교반기는 일반적으로 사용되는 모터로 사용가능하고, 볼밀 파쇄시간은 8 ~ 12분으로 하며 교번제어를 통하여 1 ~ 2분동안 역방향으로 구동되어 세척기능을 가진다.

한편 상기 볼밀 파쇄장치 운영전에 산화제 및 응집제 역할을 하는 액상 철산염을 주입하여 효율을 높일 수 있고, 상기 액상 철산염은 철로 구성된 한개의 양극판과 티타늄 재질인 두개의 음극판이 전기산화법에 의하여 액상내 철산염이 함유된 상태로 슬러지에 투입하므로써 효율을 높인다.

상기 알칼리 주입에서 알칼리는 부분적으로 용해되는 2가의 알칼리보다 1가의 알칼리를 사용하며 알칼리 약품이 투입된 하수슬러지는 상기 침전조에서 슬러지를 침전시켜 고액분리되고 분리된 슬러지 상부의 액체인 하수는 생물반응조로 재유입 되도록 반류된다.

도 3에서 도시된 바와 같이 전기분해장치는 전기분해에 의한 산화·환원반응에 따라 라디칼의 분해, 응집, 석출 등이 이루어지며 그에 따라 슬러지를 침전시키거나 부상 분리하여 고액분리하는 전해부상농축조와 전기분해에 의해 세포막을 파괴하여 함수율, 발생량 및 악취가 저감되는 가용화조의 2단계로 구성된 전기분해 감량화 장치를 이용하고, 상기 전해부상농축조에서 고액분리된 슬러지는 가용화조로 주입되고 상기 슬러지가 분리된 하수는 생물반응조로 유입되도록 반류되며, 상기 전해부상농축의 전류인가는 6 ~ 21분, 전근의 간력은 4 ~ 6mm로 하고, 가용화의 전류인가는 25 ~ 60분 이내로 적용한다.

이하에서는, 본 발명에 따른 전해부상의 실험예에 대하여 설명한다. 그러나 이들 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위해 기술한 것으로서 발명의 내용 및 범위를 제한하지 않는다.

( 실험예 )

상기 고액분리하는 전해부상은 S시의 물재생센터에서 채취한 반송슬러지를 사용하였으며 pH - 6.4~6.9, TS(mg/L) - 16,300~19,575, VS(mg/L) - 12,425~15,375, TCODcr(mg/L) - 15,309~17,885, SCODcr(mg/L) - 77~132 성상을 이루었으며 전류인가시간에 따른 농축, 전극간격에 따른 농축 실험을 실시하였다.

상기 전류인가시간에 따른 농축은 전극간격 5mm, 전류밀도 6.3mA/cm2에서 전류인가시간에 따른 하수슬러지 농축 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

상기 표 1에서 나타난 바와 같이, 하수슬러지의 고액분리는 6분 이후 서서히 상등분리가 이루어지기 시작하였으며, 약 10분 동안 2L까지의 농축효율은 약 66%로 20분 이후에는 크게 증가하지 않았다.

상기 전극간격에 따른 농축은 전류인가시간 20분, 전류밀도 6.25 mA/cm2에서 전극간격(4 ~ 6mm)에 따른 하수슬러지 농축 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

상기 표 2에서 나타난 바와 같이, 전극간격이 좁을수록 저항이 작아지므로 에너지 절약 측면에서 유리하였으나 하수슬러지의 농축효율에는 큰 영향을 주지 않았다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 하수슬러지 복합처리 가용화 시스템은 볼밀 파쇄장치 막힘 현상을 없애고 그에 따라 운전비용도 절감되며, 알칼리 약품을 투입하여 생기는 난분해서 물질을 침전조에서 제거하고, 전기분해장치를 단순화하여 구동에 있어 편리성을 가지며 전 처리 단계인 알칼리 약품에 의하여 pH상승에 따라 처리효율도 높아지는 등 각각의 단점을 보완함으로써 하수슬러지 처리 비용의 절감과 처리효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었지만, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술은 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10 : 볼밀 파쇄장치 20 : 알칼리 주입
12 : 몸통 30 : 침전조
14 : 교반기 40 : 전기분해장치
15 : 볼 42 : 전해부상농축조
17 : 스크린망 44 : 가용화조
18 : 전동기 50 : 탈수장치

Claims (8)

1. 하수슬러지를 가용화하는 시스템에 있어서,
   가용화 시스템은
   하·폐수고도처리과정에서 나오는 슬러지를 교반되는 금속볼 사이에서 발생되는 전단마찰력과 열에 의해 파쇄 시키며 교번제어에 의하여 일정시간 역방향으로 구동되어 볼 및 스크린망이 세척되는 볼밀 파쇄장치;
   상기 볼밀 파쇄장치에서 나온 슬러지를 화학적으로 분해하는 알칼리 주입;
   상기 알칼리가 주입된 슬러지를 침전시키는 침전조;
   상기 침전조에서 나온 슬러지를 최종적으로 감량화하는 전기분해장치; 및
   상기 전기분해장치에서 감량된 슬러지를 탈수하여 탈수케이크를 만드는 탈수 장치;로 이루어지고,
   상기 볼밀 파쇄장치 운영전 산화제 및 응집제 역할을 하는 액상 철산염을 주입하고, 상기 액상 철산염은 철로 구성된 한개의 양극판과 티타늄 재질인 두개의 음극판이 전기산화법에 의하여 액상내 철산염이 함유된 상태로 슬러지에 투입되며,
   상기 볼밀 파쇄장치는 원통형으로 되어 있고 수평 또는 수직으로 설치되며 파쇄된 슬러지가 배출되는 배출구는 파쇄장치내에 충진되는 볼의 크기보다 작은 격자형식의 스크린망이 고정 설치되어 있어 막힘현상이 없으며 볼밀에 의한 파쇄시간을 8 ~ 12분으로 하고 교번제어를 통해 1 ~ 2분동안 역방향으로 구동하여 세척기능을 갖으며,
   상기 볼밀 파쇄장치 내부는 회전판의 교반설비가 설치되어 있고, 입경이 4 ~ 9㎜인 유리볼이나 금속볼로 파쇄장치 체적의 55 ~ 85%로 충전되어 있으며, 상기 교반설비의 회전속도는 6 ~ 22m/s로 운전되고,
   상기 알칼리 주입에서 알칼리는 부분적으로 용해되는 2가의 알칼리보다 1가의 알칼리를 사용하며,
   상기 침전조에서 슬러지를 침전시켜 고액분리되고 분리된 슬러지 상부의 액체인 하수는 생물반응조로 재유입 되도록 반류되고,
   상기 전기분해장치는 전기분해에 의한 산화·환원반응에 따라 라디칼의 분해, 응집, 석출 등이 이루어지며 그에 따라 슬러지를 침전시키거나 부상 분리하여 고액분리하는 전해부상농축조와 전기분해에 의해 세포막을 파괴하여 함수율, 발생량 및 악취가 저감되는 가용화조의 2단계로 구성된 전기분해 감량화 장치를 이용하며,
   상기 전해부상농축조에서 고액분리된 슬러지는 가용화조로 주입되고 상기 슬러지가 분리된 하수는 생물반응조로 유입되도록 반류되고,
   상기 전해부상농축조의 전류인가는 6 ~ 21분, 전극의 간격은 4 ~ 6㎜로하고, 가용화의 전류인가는 25 ~ 60분 이내로 하는 것을 특징으로 하는 하수슬러지 복합처리 가용화 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제

Images