KR100228658B1 - 폐수, 슬러지 및 습지진흙 처리시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폐수, 슬러지 및 습지진흙등을 채취하여 여과장치, 탈수기 및 교반기를 이용하여 원하는 건축자재, 가스 및 무공해 비료 등을 얻을 수 있는 폐수, 슬러지 및 습지진흙 처리시스템에 관한 것이다. 폐수, 슬러지 및 습지진흙 처리시스템은, 원심분리기로부터 유입된 고체성분을 1차 분쇄기, 막여과 장치 및 입자 크기 분류장치를 경과하게 하고, 건식법과 습식법을 적용하여 건축자재를 생산하는 건축자재 생산공정과; 상기 원심분리기로부터 분리된 기체를 탈수여과장치를 경과한 후, 가스분류기를 거쳐서 각 가스별로 저장하여 공급하게 되는 가스 공급 공정과; 상기 원심분리기로부터 분리된 액체(즉, 폐수)를 PH의 농도에 따라 액성분리기로 분리한 후, 각기 산성 및 알칼리성 폐수 중화장치를 거쳐서 무공해 유기농약 및 비료를 생산하는 공정으로 구성되는 점에 있다. 본 발명의 폐수, 슬러지 및 습지진흙 처리시스템은, 유입된 폐수, 슬러지 및 습지진흙을 각 상태별로 분리하여 벽돌, 기와, 블록 및 콘크리트, 가스, 무공해 유기농약 및 비료 등을 제조할 수 있는 잇점이 있다.

Description

폐수, 슬러지 및 습지진흙 처리시스템
본 발명은 폐수, 슬러지 및 습지진흙 처리시스템에 관한 것으로, 특히 폐수, 슬러지 및 습지진흙등을 채취하여 여과장치, 탈수기 및 교반기를 이용하여 원하는 건축자재, 가스 및 무공해 비료 등을 얻을 수 있는 폐수, 슬러지 및 습지진흙 처리시스템에 관한 것이다.
종래, 폐수를 처리하기 위한 일반적인 방법으로는 폐수에 있는 일정한 크기의 부유물을 물리적으로 제거하는 1차 처리단계와, 생물학적 공정을 통해 유기물을 제거하는 2차 처리단계로 이루어진다.
전술한 2차 처리단계에서 처리되는 폐수는 단백질, 지방, 탄수화물, 아미노산등의 유기물과 질소등을 포함하고 있다. 이러한 질소함유 폐수의 상기 2차 처리단계를 달성하기 위해서, 종래의 방법에서는 먼저 폐수를 분해하여 BOD 물질을 제하고 아질산염 또는 질산염 이온으로 전이되도록 암모니아계 질소를 산화시킨 다음, 산소의 농도가 낮은 환원 대기하에서 메탄올 등과 같은 유기 탄소원을 첨가하여 탈질소화하였다.
한편, 종래의 폐수 처리 장치에서는 유기물과 질소를 함유하며 제거된 부유물을 갖는 폐수는 질화탱크로 공급된다. 그리고, 폐수에 함유된 유기질소 및 암모니아계 질소는 아질산염 질소나 질산염 질소를 생성하기 위해 질화되는 미생물과 산소를 사용하여 질화 탱크속에서 산화되게 된다. 이렇게 질화된 폐수, 즉 혼합액은 질화 탱크로부터 탈질소화 탱크로 이송된다. 또한, 상기 탈질소화 탱크에서 질소는 탈질소 미생물의 호흡작용에 의해 분리된다. 상기 분리된 질소는 기체 상태로 대기중에 방출된다.
한편, 탈질소화 탱크에서 탈질소 처리된 물은 침전탱크속으로 유입된다. 처리된 물은 침전탱크속에서 활성슬러지와 물로 분리된다. 침전탱크로부터 처리된 물은 처리된 물이 고도의 공정으로 넘겨지거나 또는 염소 살균 처리된 후 시스템 밖으로 방출되는 것과 같은 단계로 공급된다. 상기 침전탱크에서 얻어진 활성 슬러지의 일부는 회수되어 제수와 함께 질화탱크로 유입된다.
이와 같은 종래의 폐수 처리시스템은 질화 및 탈질소화 공정을 위해 분리된 탱크를 필요로 하게 된다. 따라서, 이들 종래의 방법들은 대용량의 분리 탱크를 포함하는 대형 설비를 필요로 하므로 넓은 설치면적이 요구되는 단점이 있다.
게다가. 질화탱크내의 암모니아계 질소가 아질산염 또는 질산염을 생성하기 위해 산화되므로써 결과적으로 PH는 상당히 감소하게 되었다. 낮은 PH상태에서 질화 미생물은 거의 활동하지 않으며, 또 PH를 조정할 목적으로 가성소다와 같은 알칼리를 첨가할 필요가 있게 되었다. 더욱이, 종속 영양 미생물이 탈질소화 공정에서 탈질소 미생물로서 일반적으로 사용되었기 때문에 메탄올과 같은 유기 탄소원을 다량 첨가할 필요가 있었다. 결국, 종래의 폐수처리 방법은 이와 같은 설비를 사용하게 되므로 그 가격이 상승되는 단점도 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 건식법 및 습식법을 이용하여 폐수, 슬러지 및 습지진흙을 처리하여 벽돌이나 기와를 제조하고, 가스 배출 저장탱크를 경유하여 나온 가스를 이용함과 동시에 활성탄과 규조토등을 이용하여 외부로 배출되는 무공해 유기 농약을 생산할 수 있는 폐수, 슬러지 및 습지진흙 처리시스템을 제공하는 점에 있다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 폐수, 슬러지 및 습지진흙 처리시스템은, 원심분리기로부터 유입된 고체성분을 1차 분쇄기, 막여과 장치 및 입자 크기 분류장치를 경과하게 하고, 건식법과 습식법을 적용하여 건축자재를 생산하는 건축자재 생산공정과; 상기 원심분리기로부터 분리된 기체를 탈수여과장치를 경과한 후, 가스분류기를 거쳐서 각 가스별로 저장하여 공급하게 되는 가스 공급 공정과; 상기 원심분리기로부터 분리된 액체(즉, 폐수)를 PH의 농도에 따라 액성분리기로 분리한 후, 각기 산성 및 알칼리성 폐수 중화장치를 거쳐서 무공해 유기농약 및 비료를 생산하는 공정으로 구성되는 점에 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 폐수, 슬러지 및 습지진흙 처리시스템을 나타낸 블럭도,
도 2는 본 발명에 적용된 석회석 산성 폐수 중화장치를 개략적으로 나타낸 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명 *
10 : 원심분리기 20 : 1차 분쇄기
24 : 입자 크기 분류장치 30 : 습식법 적용부
32,42 : 배합기 36 : 교반기
40 : 건식법 적용부 52 : 탈수 여과장치
56 : 가스 분류기 60 : 제2 가스 저장탱크
62 : 액성 분리기 72 : 산성폐수 중화장치
82 : 알칼리성 폐수 중화장치
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 폐수, 슬러지 및 습지진흙 처리시스템에 대하여 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 폐수, 슬러지 및 습지진흙 처리시스템은 건식법과 습식법을 이용하는 건축자재 생산공정과; 가스를 저장하여 공급하는 가스 공급 공정과; 무공해 유기농약 및 비료를 생산하는 공정으로 구성된다.
일반적으로, 늪, 하천, 강변, 호수 및 저수지등에는 액체 및 고체상태의 폐수, 슬러지 및 습지진흙등이 오랜 퇴적과정에 의해 적층되어 있다. 이와같은 적층된 상기 폐수, 슬러지 및 습지진흙을 도 1에 도시된 바와 같은 파이프라인(5)을 경유하여 원심분리기(10)에 유입되게 한다. 그리고, 상기 원심분리기(10)에서는 유입된 폐수, 슬러지 및 습지진흙을 소정시간동안 원심 분리한 후, 각 상태별로 다음과 같은 공정을 수행하게 된다.
먼저, 고체의 경우에는 도 1에 도시된 바와 같이, 1차 분쇄기(20)로 소정시간동안 분쇄한 후, 막 여과장치(22)를 경유하여 걸러내게 된다. 여기서, 상기 막 여과장치(22)는 규조토 및 활성탄을 이용하여 여과하게 된다.
상기 막 여과장치(22)에서 나온 입자들은 입자 크기 분류장치(24)에서 분류되어 1.2 내지 5mm 정도의 것과, 0.01 내지 1.2 mm 정도의 것으로 분류하게 된다. 이때, 상기 입자의 크기가 1.2 내지 5mm 인 경우에는 습식법 적용부(30)를 거치게 된다.
상기 습식법 적용부(30)는 상기 입자를 건조시키지 않고 그대로 분쇄, 배합을 하여 동시에 원료 전체에 약 30 내지 40%의 물을 첨가하여 재분쇄 혼합한 다음 슬러지 및 습지진흙의 오염물질, 병원균, 대장균 및 과잉 수분을 제거하게 된다. 또한, 청결한 수분의 함유량이 약 20%인 슬러지 및 습지진흙등으로 유지하기 위하여 배합기(32)에서 석회(CaO)를 첨가하게 된다.
이와같이, 석회를 추가하게 되면 조강 포클랜드 시멘트가 제조되며, 상기 조강 포클랜드 시멘트는 석회석과 점토로 구성된다. 또한, 상기 석회에 별도의 알루미나. 마그네시아의 양을 적게하고 실리카와 산화철을 많이 넣어 수화작용을 할 때 발열량을 적게 하며 중용열 포클랜드 시멘트도 제조할 수 있다.
여기서, 콘크리트의 배합비율은 하중을 받는 경우에는 포클랜드 시멘트: 슬러지나 습지진흙: 자갈의 비율이 1:2:4 이고, 하중을 받지 않는 경우에는 포클랜드 시멘트: 슬러지나 습지진흙: 자갈의 비율이 1:3:6의 비율로 배합되게 된다.
한편, 블록의 경우에는, 생석회: 슬러지나 습지진흙: 백토: 굴회나 조개회: 모래나 왕모래의 비율을 1 : 3: 2: 1 :5의 비율로 섞고, 이를 도시되지 않은 형틀에 넣고 진동가압하며, 성형한 블록을 40 내지 60℃의 온도와 80 내지 100%의 습도로 유지하여 블록을 제조하게 된다.
이제, 입자크기 분류장치(24)에서 입자의 크기가 0.01 내지 1.2 mm인 경우에는 상기 입자를 다시 교반기(36)에서 소정시간 동안 교반하게 된다. 그리고, 상기 입자 보다 큰 것을 보다 정확한 크기로 하기 위하여 2차 분쇄기(38)에서 분쇄하게 된다.
상기와 같은 입자는 건식법 적용부(40)에 도달하게 되면, 각 입자 및 후술하게 되는 원료들의 함수량이 1% 이하로 건조하여 균일하게 슬러지 및 습지진흙을 처리하게 된다.
예를들어, 점토 벽돌은 산화철을 많이 함유한 점토와 슬러지 및 습지진흙을 주원료로한 건축재로서 건물의 내벽보다 주로 외벽에 많이 사용하게 된다. 그리고, 상기 점토벽돌은 사용 용도에 따라 탈점제로서 습지진흙의 양과 색조의 조절로서 슬러지를 입자의 크기에 따라 달리하게 되면 다양한 형태가 나타나게 된다.
한편, 상기 점토벽돌의 건조는 실내와 일광에서 자연 건조시키거나 폐열을 이용하여 건조실에서 충분히 인공건조시키는 방법을 사용하게 된다. 또한, 소성은 오줌가마나 호프만요 또는 터널가마등에서 900 내지 1200℃의 온도로 산화,환원,중성소성을 하게 되면 상기 점토벽돌은 소성정도등에 따라 그 등급이 여러종류로 분류된다.
상기 점토 벽돌은 불연재 및 내수재로서 단열, 보온, 방음효과가 클뿐만아니라 돌마감이나 타일마감에 비해 공사기간이 짧고 공사비가 저렴한 잇점을 가지고 있다. 또한, 유지관리비가 들지않고 내후성이 강하여 반영구적이고 질감이나 색상면에서 친근감이 느껴지게 되므로 오랜기간 사용하게 되어도 거부감이 느껴지지 않게 된다.
건식법 적용부(40)를 경과한 입자는 배합기(42)에서, 벽돌의 경우에는 전답의 흙: 슬러지: 습지진흙: 굴 또는 조개껍질의 비율을 3:2:1:0.5로 혼합하게 된다. 이때, 소성온도는 900 내지 1200℃이고, 압축강도는 약 70㎏/㎠이상이 되게 한다. 상기 배합기(42)에서는 착색제를 첨가하게 되고, 상기 착색제는 안료 또는 금속산화물의 가루를 사용하게 된다. 여기서, 상기 착색제는 물을 붓기전에 잘 혼합하여야 한다. 그러나, 기와의 경우에는 상기 배합기(42)에서, 황.적 점토: 습지진흙: 슬러지: 굴껍질이나 조개껍질의 비율을 3:1:1:0.5로 혼합하게 된다.
한편, 원심분리기(10)에서 분리된 기체 성분에 대하여 설명하면 다음과 같다. 상기 분리된 기체성분은 도시되지 않은 가스 배출관을 경유하여 탈수여과 장치(52)를 거쳐서 제 1 가스 저장탱크(54)에 저장되게 된다. 상기 제 1 가스 저장탱크(54)에는 황화수소, 아황산가스 및 암모니아등이 저장되게 된다.
이와같이 제 1 가스 저장탱크(54)에 저장된 가스는 가스 분류기(56)를 거쳐서 각 가스별로 제 2 가스 저장탱크(60)에 저장되게 된다.
우선, 황화수소가스는 무색의 유독가스로서 통상 화산, 유황광산 온천지대, 하수도 처리과정등에서 발생하게 된다. 최근에는 상기와 같은 장소에서 주변 대기중에도 존재하고 있으므로 대기 오염물질로 취급되고 있다. 0.1 PPM이하의 농도에서 상기 황화수소가스는 보다 불쾌한 냄새의 원인이 된다. 또한, 아황산가스의 경우에는 약산성으로 공기중의 산소로 산화되며 황산으로 되기 쉽다. 그리고, 상기 황산은 공기중에 종전과 같이 노출될 때 아황산가스를 포함하게 되므로 대기 오염의 요인이 되는 단점이 있다.
한편, 암모니아의 경우에는 자연 상태계의 식물에 특히 피해를 주는 원인중의 하나이다. 예를들어, 상기 암모니아는 식물의 엽록소를 완전히 파괴하여 세포를 죽게 할 수 있다. 그러나, 상기 암모니아는 질소비료, 냉매, 무기약품, 염료의 산성중화제, 고무산화제, 의약품, 금속표면의 질화폭약, 나일론 및 아크릴로니트릴제로 환원사용하게 한다. 또한, 상기 암모니아는 비누나 샴프등과 같은 일상 생활용품을 만드는데에도 적용할 수 있다.
이제, 원심분리기(10)에서 분리된 액체성분에 대하여 설명하면 다음과 같다. 상기 분리된 액체 즉, 공장폐수인 경우에는 공정에 따라서 강산성 또는 강알칼리성의 폐수가 발생하며, 이들은 금속재료나 콘크리트 구조물을 부식시키기 때문에 발생하며, 이들은 금속재료나 콘크리트 구조물을 부식시키기 때문에 과잉의 산과 알칼리를 제거하여 중성으로 PH를 조정하게 된다. 이와같은 공정을 중화라고 한다.
중화의 가장 간단한 방법은 각 공정별로 배출되는 폐수의 산성, 알칼리성을 파악하고 알맞게 혼합하여 액성을 중성으로 조정하는 것이다. 이와같은 원리를 이용하여 산성, 알칼리성 폐수에 반대성질의 화공약품, 즉 중화제를 투입시켜 화학반응을 실시해 PH가 6.5 내지 8.5의 범위에 있도록 하는 것이다.
산성 폐수의 경우에는 모든 알칼리 물질을 사용하게 된다. 즉, 석회석 산성 폐수의 경우에는 도 2에 도시된 바와같이, 산성 폐수 중화장치(72)를 이용하게 된다. 먼저 유입구(73)로 유입된 폐수는 모래 여과부(75)를 통과하게 된다. 상기 모래 여과부(75)를 통과한 폐수는 석회석 설치부(77)과 활성탄 설치부(78)를 경유하여 규조토 및 활성탄 여과부(79)를 거쳐서 유출구(76)로 유출하게 된다.
도 2에서, 미설명 부호 71은 중화수 반송관이고, 74는 펌프이다.
한편, 유리산이 많은 폐수는 석회석과 마찬가지로 철삭(Iron Scrap)을 채운층을 상향류로 폐수를 통과시켜 중화한다. 이때에는 반응결과 수소가스가 발생하게 된다. 그리고, 폐수중에 용출하는 철염은 중화한 다음에 공기 노폭하여 용해한 2가의 철염을 3가로 산화시키면 PH가 4.3에서부터 수산화 제2철을 만들어 응집작용을 하므로 응집제를 따로 첨가하지 않아도 응집 침강하여 폐수중의 부유물을 함께 제거할 수 있다.
카바이드의 아세틸렌 발생후의 잔사는 주성분이 소석회와 유사하므로 산성폐수의 중화제로도 사용할 수 있다. 그리고, 기타 시멘트 더스트, 노에서 배출되는 알칼리성 광제등도 이용하게 된다.
한편, 알칼리성 폐수의 경우에는 황산, 염산 또는 이산화탄소와 같은 강한 기산으로 중화시키게 된다. 이산화탄소가 없으면 황산으로 중화시키는데 이는 황산이 염산보다 가격이 저렴하기 때문이다. 또한, 무기산의 반응은 매우 빠르게 진행되며 도시되지 않은 혼합 용기에는 PH 감지기를 부착하여 산의 유입량을 조절하게 된다.
심한 강알칼리성 폐수는 제지공업, 피혁공업 및 석유정제공업의 특수한 공정에서 배출된다. 기타 약알칼리성 폐수는 하천수가 약산성이기 때문에 거의 중화되지만 강알칼리성은 그대로 방류할 수 없으며 매우 위험하다.
상기 산성 폐수 및 알칼리성 폐수 중화장치(72)(82)를 경과한 액체는 유기 농약, 석회질 비료 및 암모니아성 비료의 주성분으로 사용하게 된다.
상기 유기농약은 유기 합성제, 식물성 제제, 광물성 제제의 3종류로 나뉘어 지며, 유기 합성제는 유기 염소제, 유기린제, 유기 불소제, 유기 유황제등이 있고, 식물성 제제는 니코틴제, 데리스, 체충 살균제가 있고, 광물성 제제는 기계유, 유제등이 있다.
한편, 석회질 비료는 생석회, 소석회, 탄산석회 및 기타 석회질비료로 구성된다. 상기 생석회는 석회석을 태워 이산화탄소를 휘발시켜서 만든것이고, 소석회는 생석회에 물을 가하여 소화시킨 것으로 소석회 1t을 제조하는 데에는 원료생석회 약 0.6t이 소요된다. 또한, 탄산석회는 석회석을 분쇄기로 분쇄한 것으로 제품입자의 크기는 10 메쉬의 체를 98% 이상 통과하고 28 메쉬의 체를 60% 이상 통과해야 하며, 유효석회는 45% 이상이다.
이와같이 본 발명의 폐수, 슬러지 및 습지진흙 처리 시스템은 고체 성분은 블록, 콘크리트, 벽돌 및 기와를 제조하는데 사용되고, 기체 성분은 가스로써 이용되고, 액체성분은 무공해 유기농약 및 비료를 제조하는데 사용할 수 있게 된다.
전술한 바와같이 구성된 본 발명의 폐수, 슬러지 및 습지진흙 처리시스템은, 유입된 폐수, 슬러지 및 습지진흙을 각 상태별로 분리하여 벽돌, 기와, 블록 및 콘크리트, 가스, 무공해 유기농약 및 비료등을 제조할 수 있는 잇점이 있다.
게다가. 상기의 산물로서 제조된 물품들은 다른 제품에 비해 점성도가 우수할 뿐만아니라 압축강도와 인장강도가 강하여 균열을 방지하는데 효과가 있고, 산성과 알칼리성의 PH를 조절하여 중화시킴으로써 유해성을 제거한 유기농약 및 비료등을 제조할 수 있는 잇점이 있다. 또한, 본 발명의 폐수, 슬러지 및 습지진흙 처리시스템은 각 상태별로 분류하여 폐수, 슬러지 및 습지진흙을 이용하게 되므로 매우 경제적이고 이로 인해 전체 공정을 획일적으로 분류하여 사용할 수 있는 잇점이 있다.

Claims (7)

  1. 원심분리기로부터 유입된 고체성분을 1차 분쇄기, 막여과 장치 및 입자 크기 분류장치를 경과하게 하고, 건식법과 습식법을 적용하여 건축자재를 생산하는 건축자재 생산공정과;
    상기 원심분리기로부터 분리된 기체를 탈수여과장치를 경과한 후, 가스분류기를 거쳐서 각 가스별로 저장하여 공급하게 되는 가스 공급 공정과;
    상기 원심분리기로부터 분리된 액체(즉, 폐수)를 PH의 농도에 따라 액성분리기로 분리한 후, 각기 산성 및 알칼리성 폐수 중화장치를 거쳐서 무공해 유기농약 및 비료를 생산하는 공정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 폐수, 슬러지 및 습지진흙 처리시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 건축자재 생산공정에서 입자크기 분류장치는 그 입자의 크기를 1.2 내지 5mm의 것과, 0.01 내지 1.2mm의 것으로 분류하고, 상기 입자의 크기가 1.2 내지 5mm인 것은 습식법 적용부에 적용하고, 0.01 내지 1.2mm의 것은 건식법 적용부에 적용시키게 구성된 것을 특징으로 하는 폐수, 슬러지 및 습지진흙 처리 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 습식법 적용부를 경과한 입자는 배합기에서 생석회: 슬러지나 습지진흙: 백토: 굴회나 조개회: 모래나 왕모래의 비율이 1:3:2:1:5 인 것을 특징으로 하는 폐수, 슬러지 및 습지진흙 처리 시스템.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 건식법 적용부를 경과한 입자는, 벽돌의 경우에는 배합기에서 전답의 흙:슬러지:습지진흙: 굴이나 조개껍질의 비율이 3:2:1:0.5 이고, 기와의 경우에는 3:1:1:0.5인 것을 특징으로 하는 폐수, 슬러지 및 습지진흙 처리 시스템.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 입자크기 분류장치에서 입자의 크기가 0.01 내지 1.2mm인 것은 교반기 및 2차 분쇄기를 거쳐서 건식법 적용부에 적용되는 것을 특징으로 하는 폐수, 슬러지 및 습지진흙 처리 시스템.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 가스 공급공정에서 탈수 여과장치를 경과한 기체성분은 제 1 가스 저장탱크에 저장된후 가스분류기를 거쳐서 각 성분별로 분류되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 폐수, 슬러지 및 습지진흙 처리 시스템.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 산성폐수 중화장치는 석회석 산성 폐수의 경우에 모래여과부, 석회석 설치부, 활성탄 설치부, 규조토 및 활성탄 여과부를 경유하여 처리되는 것을 특징으로 하는 폐수, 슬러지 및 습지진흙 처리 시스템.
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