KR100316404B1 - 생물학적처리와응집침전개선을위한슬러지파괴장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오·폐수처리에 있어서, 오·폐수를 기계적으로 분무·분사시키는 분사장치와, 분무·분사되는 오·폐수에 적극적으로 강한 충격을 가하는 충격장치의 결합으로 구성되어, 슬러지에 부착된 가스를 탈기시키고 슬러지의 결합구조를 파괴하여 후속 생물학적 처리효율 개선을 유도하거나 응집침전의 효과를 촉진시키는 오·폐수의 처리장치에 관한 것임.

Description

생물학적처리와 응집침전 개선을 위한 슬러지 파괴 장치

본 발명은 오·폐수를 고압으로 분무·분사하고, 분무·분사되는 오·폐수를 강하게 타격하여 오·폐수에 포함된 슬러지를 파괴하고 슬러지로 부터 가스를 탈기시켜, 난분해성 슬러지의 경우 응집 침전을 촉진시키고, 유기성폐수의 경우 후속 생물학적 처리효율을 증가시키는 오·폐수의 기계적인 전처리 장치를 제공하기 위한 것이다.

수처리는 수중의 오탁물질을 안정화된 물질로 변화시키는 일련의 조작이다. 폐수의 성상에 따라 이에 포함된 유기물은 이를 다양한 방법으로 안정화 시킬 수 있다. 그러나 수처리과정에서 항상 문제가 되고 있는 것은 수처리보다 수처리 전후에 발생되는 슬러지의 처리 문제이다. 슬러지 처리의 핵심은, 처리 대상 슬러지가 난분해성일 경우에는 수처리 시설에 유입시키기 전에 가능한 슬러지를 제거하고, 분해가 비교적 잘되는 유기물의 종류는 미생물에 의해서 보다 쉽게 분해할 수 있는 상태로 유도하는 전처리 공정의 선정에 있다.

지금까지 이와 같은 두가지의 조건에 대한 원칙론은 강조되어 왔으나 현실적으로 적용되는 전처리 사례는 거의 없었다. 기존의 유사한 공정의 연구로는 본 공정과는 다르게 다만 활성슬러지의 미생물세포 파괴에 초점이 맞추어져 있다. 대표적인 예로써, 미생물세포를 파괴하는 방법에는 초음파에 의한 방법, 볼밀에 의한 방법, 초음파에 의한 방법, 강산 강염기에 의한 방법, 열적처리 방법 등이 있으나 이러한 방법들은 미생물세포를 파괴함에 있어서 과다한 시설과 과다한 동력을 필요로 하여 실험실에서의 연구 단계에 머물러 있다. 또한 본 발명자는 고정된 충돌판에 분사하여 미생물 세포를 파괴하여 후속 혐기성 소화를 촉진하는 연구를 수행한 바 있다. 그러나 고정된 충돌판에 충돌시켜 미생물세포를 파괴하는 경우에 있어서는 단지 분사되는 힘의 크기에 의존하여 미생물세포를 파괴하므로 분사압력이 대단히 높아야 하고, 따라서 고압펌프에 의존하여야 하는 문제점이 있었다. 따라서 이러한 장치는 실험실에서만 사용되어 왔을 뿐 실용화에 어려움이 있었다. 이에 본발명은 분사력보다는 주로 충격력에 의하여 스러지를 파괴하므로써 기존의 어떤 방법보다 저렴한 비용으로 슬러지의 파괴를 유도할 수 있는 장치를 제공하고자 한다.

본 발명은 고형물이 다량 함유된 슬러지를 파괴하여 슬러지로 부터 가스 성분을 제거하고 응집침전에 의해서 슬러지를 고농도로 농축시키며, 슬러지의 응축침전효과를 향상시키므로서 상등수(Supernatant;상청수)의 양을 증가시켜 후속 생물학적처리 효율을 획기적으로 개선하기 위한 방법과 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명자들은 기존 오·폐수처리 공정의 슬러지 농축과 생물학적처리 효율개선을 위한 다양한 연구를 수행한 결과, 기존의 오·폐수처리 과정에서, 응집제를 투여하여 슬러지를 침전시키고 난 후의 상등수를 단순히 화학적 또는 생물학적으로 처리할 경우, 슬러지의 낮은 침전효과로 인하여 상등수로 부터 다량의 슬러지가 발생되는 결점이 있음을 알게 되었고, 이와 같은 결과는 오·폐수의 처리를 위한 전처리 과정에서 슬러지를 효율적으로 제거하지 못했기 때문이라는 사실을 알게 되었다. 그리하여 본 발명자들은 난분해성 슬러지의 경우 우선적으로 응집 침전에 의해서 슬러지 처리를 효과적으로 실시할 필요가 있으며, 분해가 잘되는 유기물 슬러지의 경우에는 이를 파괴하여 슬러지 내에 존재하는 기포를 제거하는 문제가 해결되어야 할 선결문제라고 판단되었다. 그리하여 본 발명자들은, 난분해성 슬러지의 경우 슬러지에 존재하고 있는 각종 가스를 제거하고 슬러지의 안정적 구조를 파괴하므로써 슬러지의 비중을 증가시켜 침전을 촉진시킬 수 있게 하여 응집제의 소모량을 줄일 수 있으며, 반면에 분해가 용이한 유기물은 이를 파괴하므로서 생물학적처리의 가수분해 단계를 촉진시킬 수 있음을 알았다.

이와 같은 기초이론을 토대로하여 본 발명자들은, 고정된 충돌판에 충돌시켜 미생물세포를 파괴하는 방법이 단지 분사되는 힘의 크기에 의존하여 미생물세포를 파괴하므로 분사압력이 대단히 높아야 하고, 따라서 고압펌프에 의존하여야 하는 결점이 있으며, 다량의 오·폐수를 고압펌프로 분사함에 있어서는 경제성이 적절치 아니하여 실용성이 없었던 점에 주목하고, 오·폐수가 비록 작은 압력으로 분사되더라도 큰 충격을 받게하여 오·폐수에 함유된 슬러지가 용이하게 분쇄되고 탈기되게 하는 장치를 제공할 수 있는 방안을 모색하였다. 그리하여 본 발명자는 낮은 압력의 펌프 또는 압축공기분사장치에 의해서 슬러지를 분사하되, 분사되는 오·폐수가 종래에 있어서와 같이 단순히 고정된 충돌판에 충돌되게 하지 아니하고, 분사되는 오·폐수에 적극적으로 타격을 가하여 강한 충격을 받게 하였다. 즉, 분사장치에 의하여 분사되는 오·폐수를 회전하는 회전자에 설치된 충격판으로 강력한 타격을 가하므로써, 분사되는 오·폐수가 강한 충격을 받아 오·폐수에 함유된 슬러지가 파괴되고 슬러지에 존재하고 있던 가스를 제거할 수 있게 하였다. 분사 압력을 상승시킴에 있어서는 많은 동력과 복잡한 고가의 장치를 필요로 하나 충격판을 가진 회전자를 고속으로 회전시키는 일은 비교적 단순하고 동력의 소모가 적으며, 그 장치의 제조비용이 고압의 분사장치의 설치비용에 비하여 현저히 저렴하기 때문이다.이와 같은 본 발명의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명의 슬러지 파괴장치의 일 실시에의 예시 단면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1............저류조 2...............압출펌프

11..........배관 3...............압축공기분사장치

4............분출구 5, 50 ...............회전자

51..........충격판

6............침전조 60..................출구

61, 62, 63, 64............경사판

65..........안내끈

7.............농축조 71............배출구

72...........제어변 73.............보호벽

8.............배수조 9.............슬러지

본 발명은 오·폐수를 분사하고, 분사되는 오·폐수에 포함된 슬러지에 강한 충격을 가하여 슬러지 주변의 기체성분을 제거하고 슬러지를 파괴하므로써, 슬러지의 응집침전 효과를 촉진시키고 후속처리인 생물학적처리의 효율성을 촉진시키는 것을 특징으로 한다.

이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 슬러지 파괴 장치는 슬러지를 분사하는 분사장치와 분사되는 슬러지를 적극적으로 강하게 타격하여 슬러지를 파괴시키는 충격장치를 구성요소로 한다. 이러한 충격장치는 고정되어 정지상태에 있는 단순한 충돌판을 포함하지 않음은 물론이다.

분사장치는 액체를 분사시키는 장치 일반이 별다른 제한 없이 사용될 수 있다. 그러나 이러한 분사장치로서는 슬러지의 분출구에 압축공기 분사노즐을 설치하여 분사되는 압축공기가 슬러지를 동반 분사시키는 압축공기분사장치나, 슬러지를 펌핑에 의하여 고압으로 분사시키는 펌핑장치가 선택 또는 병합적으로 설치 실시될 수 있다. 이 경우 분사노즐을 통하여 분사되는 슬러지 및 압축공기의 압력은 1바(Bar) 이상인 것이 바람직하다.

그리고 충격장치는 방사상의 방향으로 다수의 충격판을 설치한 회전자로 구성시키는 것이 바람직하며, 이러한 회전자는, 두개 기어의 톱니가 서로 맞물리듯, 충격판이 서로 맞물리는 형태가 되도록 대향되게 한쌍을 설치하는 것이 바람직하다. 각 회전자에는 5∼30개의 다수개의 충격판을 설치하므로서 분사되는 오·폐수가 충격판에 90도에 가까운 각도로 충돌되게 하는 것이 바람직하다. 이를 위하여는, 첨부된 도면에 도시된 바와 같이, 분출구(4)의 분사방향이 두개의 회전자(5, 51)의 중간부분을 향하게 하는 것이 바람직하다.

이와같은 슬러지 파괴장치는 슬러지를 포함하는 모든 오·폐수의 처리에 적용될 수 있으며, 다만 오·폐수에 포함된 슬러지의 종류, 처리량에 따라서 분사속도, 분사방법, 분사량 및 노즐의 형태 등이 다양하게 선택될 수 있다.

본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 본 발명의 목적을 실현하기 위한 실험실 규모의 실시예를 제시한다. 그러나 다음과 같은 실시예가 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 이해되어서는 아니될 것이다.

즉, 첨부된 도면에는 단순히 본 발명의 설명의 편의를 위하여, 본 발명의 실험에 사용된 실시예가 도시된 것이다. 이에 의하면, 오·폐수의 분사장치로서, 저류조(1)에 설치한 배관(11)에 송출펌프(2)를 설치하고, 배관(11)의 단부 분출구(4) 내부에 압축공기분사노즐(3)을 설치한 실시예가 도시되어 있다. 그리고 분사되는 오·폐수에 강한 타격을 가하여 슬러지를 파괴시키는 충격장치로서는, 방사상의 방향으로 다수개의 충격판(51)이 설치되어 있는 두개의 회전자(5, 50)가 그 충격판(51)들이 서로 맞물리듯 대향되게 설치되어 있는 실시예가 도시되어 있다. 배관(11)의 단부 분출구(4)는 두개의 회전자(5, 50) 중간부를 향하여 슬러지를 분사하도록 설치되어 있다. 분출구(4)의 직경은 2mm이다. 그리고 분출구(4)와 회전자(5, 50)의 축 중심을 잇는 선 까지의 거리는 70mm이다. 회전자(5, 51)의 직경은 100mm이고 충격판(51)의 길이는 50mm이다. 물론 위와 같은 칫수는 위 실험실의 실시예를 그대로 표현한 것이므로 본발명의 산업화 과정에서는 당연히 그 칫수가 변경될 수 있다.

본 발명을 실시함에 있어서는, 분출구(4)를 통하여 분사되어 충격장치에 의하여 파괴되는 슬러지와 물을 받아 분리시키기 위하여는 침전조(6)를 필요로 한다. 침전조(6)에는 분사 및 충격에 의하여 무화(霧化)된 물방울과 파괴된 슬러지가 고요히 가라 앉게 되는 바, 이와 같이 가라 앉는 물과 슬러지를 분리시키기 위하여, 침전조(6)에는 슬러지(9)가 용이하게 침전되게 하는 경사판(61, 62, 63, 64)을 설치되었다. 침전된 슬러지는 경사판(61, 62, 63, 64)위에서 응축되면서 물과 함께 배출되도록 침전조(6)의 하측에 출구(60)를 설치하였다. 출구(60)로 배출되는 물과 슬러지를 분리 수거할 수 있도록 출구(60)의 하측에 농축조(7)를 설치하였는 바, 농축조(7)는 그 상단 주연이 침전조(6)의 출구(60)보다 높은 위치에 위치하게 하며, 상단 주연 외측에 배수조(8)를 설치하여 농축조(7)의 상부로 넘치는 물을 배수시킬 수 있게 하였고, 그 하부에는 응축된 슬러지(9)를 배출시키는 배출구(71)를 설치하였다. 배출구(71)에는 슬러지(9)의 지나친 배출을 제어하는 제어변(72)을 설치하였다. 슬러지(9)가 지나치게 빠르게 배출되면 상등수가 농축조(7)의 상부로 넘치지 아니하고 슬러지와 함께 배출구(71)로 배출될 것이다. 침전조(6)의 출구(60)로 배출되는 물과 슬러지는 그 흐름의 과정에서 와류가 일어나 물과 슬러지가 다시 혼합되는 것을 방지할 필요가 있다. 그리하여 첨부된 실시예에 있어서는 출구(60)의 주연에 10mm의 간격으로 다수개의 안내끈(65)을 설치하여 아래로 길게 늘어뜨렸으며, 그리하여 응축된 슬러지덩이(91)는 안내끈(65)의 안내에 따라 농축조(7)의중심부로 하락되게 하였다. 이러한 안내끈(65)의 설치 간격은 5∼20mm인 것이 바람직하다. 또한 출구(60)의 높이보다 높은 정도의 높이를 가지는 보호벽(73)을 설치하므로서, 상등수가 농축조(7)의 상단 주연을 넘치는 과정에서 일어나는 물의 흐름에 따른 와류를 진정시키어 와류로 인하여 미세한 슬러지가 물과 함께 배출되는 것을 방지하였다. 도면중 미설명부호 10은 슬러지에 부착되어 있던 가스를 방출하기 위한 방출구이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예인 상기 장치를 이용하여 본 방법의 발명을 실시한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

오·폐수 50L(리터)와 10mg/L량의 응집제(Alum)를 저류조(1)에 투입하였다. 저류조(1)에 투입된 오·폐수는 축산폐수로써 총고형물(Total solids)이 15,000mg/L이었다. 분사장치인 송출펌프(2) 및 압축공기분사노즐(3)에 의하여 1바아(Bar)의 압력으로 저류조(1)의 오·폐수를 분사시킴과 동시에 회전자(5)를 5000RPM의 속도로 회전시켰다. 그 결과, 분사되는 오·폐수는 회전자(5, 50)의 충격판(51)에 충돌되면서 슬러지에 부착되었던 가스는 탈거되고 슬러지는 파괴되었으며, 슬러지는 응집제와 반응하여 분리수거조(6)에 고요히 하락하였다. 슬러지는 경사판을 흘러내려 농축이 시작되고 이때 방출되는 가스는 방출구(10)를 통해서 외부로 배출되었다. 응축된 슬러지가 침전조(6)의 출구(60)를 통하여 하락됨에 있어서, 응축된 슬러지덩이(91)는 안내끈(65)의 안내에 따라 농축조(7)의 중심부로 고요히 하락되었으며, 또한 미세한 슬러지는 보호벽(73)으로 인하여 물의 흐름에 따른 이동을 멈추고 하락하였다.

이와 같은 실시예에 의하여 처리된 축산폐수와, 위의 축산폐수를 종래에 있어서와 같이 응집제(본 발명에 있어서와 같이 Alum 10 mg/L)만을 투여하여 처리한 축산폐수에 대하여, 그 응축된 총고형물량(TS; Total Solid), 상등수의 COD와 BOD, CO₂방출량, NH₃-N방출량을 비교한 결과는 다음과 같았다.

응집제만을 가하여 침전시키는 종래의 방법과 본 발명의 방법에 따른 축산폐수의 슬러지 응축처리 결과의 농도변화

	종래의 방법	본 발명의 방법
침전수 TS(mg/L)	20,000	35,000
상등수 COD(mg/L)	5,000	2,000
상등수 BOD(mg/L)	1,000	1,500
CO2방출량(%)	0	0.35
NH3-N방출량(mg/L)	0	1200

폐수의 종류 : 축산폐수

폐수의 농도 : TS 15,000 mg/L, NH₃-N4,500 mg/L

응집제 첨가량 : Alum 10 mg/L

상기의 표1에서 보는 바와 같이 본 발명의 방법에 의하여 축산폐수의 슬러지를 파괴 응축하므로써, 종래의 방법에 의하여 축산폐수의 슬러지를 응축시킨 바에 비하여, 그 침전물의 농도 증가와 상등수의 COD감소가 나타났고 특히, 본 발명의 방법으로 슬러지를 응축시킨 경우 상등수 COD중에서 분해성물질(BOD)의 증가로 생물학적 처리효울을 증가시킬 수 있는 것으로 나타났다.

따라서, 본 발명의 방법과 장치는 화학적처리 뿐만아니라 생물학저처리의 효율증가를 위한 전처리 장치로써 유용하게 실시될 수 있으며, 나아가서 슬러지 감량화를 위한 공정으로도 적용될 수 있어 수질 정화를 위한 본처리 방법과 장치로도 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

특히, 본 발명은 종래에 알려진 바와 같이 단순히 분출되는 오·폐수를 정지된 충돌판에 충돌시키는 것이 아니고, 분출되는 오·폐수를 회전자의 충돌판에 의하여 적극적으로 가격하여 충돌시키므로 그 충돌의 효과가 극히 커지게 되었으며, 강한 충격을 얻기 위한 장치의 제조 비용을 현저히 감소시킬 수 있게 되고, 또한 충돌의 정도는 회전자의 회전속도 제어로 가능하게 되어 운전 조작의 용이성을 제공하는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 오ㆍ폐수를 분사하는 분사장치와 분사되는 오ㆍ폐수를 타격하여 슬러지를 파괴시키는 충격장치로 구성되고, 분사장치는 분출구(4)에 압축공기분사노즐(3)을 설치하여서 된 압축공기분사장치나, 배관(11)상에 설치되어 펌핑에 의하여 오ㆍ폐수를 고압으로 분사시키는 펌핑장치중에서 선택하거나 이들을 병합하여 설치된 것이고, 충격장치는 방사상의 방향으로 다수의 충격판(51)을 설치한 회전자(5)로 구성된 것임을 특징으로 하는 생물학적처리와 응집침전 개선을 위한 슬러지 파괴장치.
2. 제1항에 있어서, 회전자는 한쌍이 각 회전자(5, 50)의 충격판(51)이 서로 맞물리는 형태로 설치되고, 분출구(4)의 분사방향이 두개의 회전자(5, 51)의 중간부분 방향인 것을 특징으로 하는 생물학적처리와 응집침전 개선을 위한 슬러지 파괴장치.