KR100334124B1 - 하수및오.폐수슬러지의순산소호기성소화방법및그장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 호기성 소화조에 반송되는 농축슬러지에 순산소를 혼합하여 소화조의 내부에서 가압 방사함으로써 호기성 소화조에 압력 상태 하에서 고순도 산소를 가압 주입시킬 수 있어 효과적인 산소 용해가 이루어지게 되고, 또한 혼합 방사기를 사용하여 고농도 산소와 슬러지 혼합액을 혼합 방사함으로써 폭기 효율(산소 이용 효율)을 높여 슬러지를 소화시키는 데 보다 효과적이며, 시설이 간단하고 유지 관리 비용이 저렴하게 되면서도 슬러지의 처리를 효율적으로 수행할 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

하수 및 오. 폐수 슬러지의 순산소 호기성 소화 방법 및 그 장치

본 발명은 생활 하수, 오수 및 각종 산업 폐수 처리 공정에서 발생된 폐 슬러지의 소화 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 하수, 오. 폐수 슬러지를 소화시키기 위해서 고농도 산소를 이용하는 호기성 상태하에서 소화 처리하여 슬러지의 양을 짧은 기간 내에 대폭 감소시키고, 슬러지를 안정화시킴으로써 효과적으로 처리할 수 있는 하수 및 오. 폐수 슬러지의 순산소 호기성 소화 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

미생물 슬러지를 소화시키는 방식은 호기성 소화와 혐기성 소화의 두 가지 방법으로 대별되는데 호기성 소화와 혐기성 소화는 이들 공정에 관여하는 미생물군의 대사 특성에 의하여 구분되는 것이다.

호기성 소화에서는 호기성 혹은 임의의 미생물이 산소를 사용해서 생물분해 가능한 유기물질이나 또는 세포 원형질을 분해해서 에너지를 얻게 된다. 미생물군을 영양분이 거의 없는 상태에서 폭기를 계속하면 미생물들은 세포내에 주로 탄수화물인 휘발성 고형물 형태로 저장된 영양소를 소모하면서 살게 된다. 궁극적으로 이 미생물들은 분해되어 분해 가능한 유기물이 되어 다른 미생물들이 이를 사용하게 된다. 호기성 소화의 최종산물은 탄산가스와 물 그리고 소위 "비 분해성" 물질인 복합사카라이드, 반 셀룰로즈 및 셀룰로즈 등이다.

호기성 소화는 "장기 폭기식" 형태의 처리 시설로서 성공적으로 실용화되어 왔으며, 최근에는 대형 폐수처리장에서 이 공정을 활용하는 경우도 있다.

반면에, 혐기성 소화는 임의성 혹은 혐기성 미생물이 유기 복합체를 가수분해하여 휘발성 유기산을 만드는 생화학 공정으로 혐기성 소화에서 생성되는 최종 산물은 주로 탄산가스, 메탄가스와 물이다.

이들 소화처리의 목적은 최종 처분에 적합한 정도까지 미생물 고형분을 안정화시키는 것이다.

종래 기술로서는 폐기물 관리법상의 슬러지 처리 기술로서 폭기 공법에 의한 호기성 소화 방법이 있었다.

그러나 이러한 종래의 호기성 소화법에서는 일반적인 공기 폭기 공법을 이용한 것이므로 폭기 효율(산소 이용 효율)이 만족할만한 정도에 이르지 못하기 때문에 슬러지 처리 효율이 저하되고, 이에 따라 소화조가 대형화되고 장기간에 걸쳐서 처리하여야 하는 등 유지 관리 비용이 상승하게 되는 등의 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 슬러지의 호기성 소화조에 압력 상태 하에서 고순도 산소를 가압 주입시킴으로써 효과적인 산소 용해가 이루어지게 되고, 또한 혼합 방사기를 사용하여 고농도 산소와 슬러지 혼합액을 혼합 방사함으로써 폭기 효율(산호 이용 효율)을 높여 슬러지를 소화시키는 데 보다 효과적이며, 시설이 간단하고 유지 관리 비용이 저렴하게 되면서도 슬러지의 처리를 효율적으로 수행할 수 있도록 한 하수 및 오. 폐수 슬러지의 순산소 호기성 소화 방법 및 그 장치를 제공하려는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 하수 및 오. 폐수 슬러지의 순산소 호기성 소화 처리 방법을 구현하기 위한 장치의 계통도.

도 2는 본 발명에 사용되는 혼합 방사기를 보인 것으로,

도 2a는 종단면도.

도 2b는 도 2a의 A-A선 단면도.

**도면의주요부분에대한부호의설명**

10 : 소화조 20 : 농축분리조

30 : 슬러지 순환관 31 : 사행형 반응부

40 : 순산소 공급 설비 41 : 순산소 공급관

50 : 혼합 방사기 51 : 분사노즐

52 : 혼합 방사관 53 : 흡입관

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 농축 분리조에서 호기성 소화조로 반송되는 농축슬러지에 순산소를 혼합하여 그 농축슬러지와 순산소의 혼합물을 상기 소화조의 내부의 슬러지와 함께 혼합하여 소화조 내부에 가압 방사함을 특징으로 하는 하수 및 오. 폐수 슬러지의 순산소 호기성 소화 방법이 제공된다.

상기 순산소는 기체 산소로서 그 순도가 60%이상인 것을 사용한다.

또한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 농축 분리조의 농축슬러지를 호기성 소화조의 내부 하측으로 반송하는 농축슬러지 순환관의 도중에 순산소 공급 설비를 연결하고, 농축슬러지 순환관의 소화조측 끝단에는 농축슬러지와 순산소의 혼합물을 소화조내의 슬러지와 혼합하여 방사하는 혼합 방사기를 설치하여서 된 것을 특징으로 하는 하수 및 오. 폐수 슬러지의 순산소 호기성 소화장치가 제공된다.

상기 혼합 방사기는 상기 농축슬러지 순환관의 끝단에 연결되는 분사노즐과, 이 분사노즐의 선단부에 겉으로 끼워지며 그 외주면에 다수개의 흡입공이 천공된 혼합 방사관으로 구성한다.

상기 농축슬러지 순환관의 도중에는 사행형 반응부를 형성하고, 상기 순산소 공급 설비를 사행형 반응부에 연결한다.

이하, 본 발명에 의한 하수 및 오. 폐수 슬러지의 순산소 호기성 소화 방법 및 그 장치를 첨부 도면에 도시한 실시례에 따라서 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 하수 및 오. 폐수 슬러지의 순산소 호기성 소화 방법을 구현하기 위한 장치를 보인 것으로, 10은 소화조이고, 20은 농축 분리조이다.

상기 소화조(10)에는 슬러지 유입관(11)이 설치된다.

상기 농축 분리조(20)의 하단에는 농축슬러지 배출관(21)과 슬러지 순환용 연결관(22)이 병렬로 연결되며, 상기 농축슬러지 배출관(21)에는 농축슬러지를 탈수기(도시되지 않음)로 이송하기 위한 농축슬러지 배출펌프(23)가 설치되고 슬러지 순환용 연결관(22)에는 미생물 슬러지를 소화조(10)로 반송하기 위한 슬러지 반송펌프(24)가 설치되어 있다.

상기 슬러지 반송펌프(24)의 토출단에는 농축슬러지 순환관(30)이 연결되어 그 끝단이 소화조(10)의 내부 바닥에 임하게 되어 있다.

도면에서 25는 농축 분리조(20)에서의 상징수를 배출하기 위한 상징수 배출관이다.

한편, 상기 농축슬러지 순환관(30)의 도중에는 사행형 반응부(31)가 형성되며, 이 사행형 반응부(31)에는 순산소 공급 설비(40)가 연결된다. 상기 사행형 반응부(31)와 순산소 공급 설비(40)은 순산소 공급관(41)으로 연결된다.

상기 순산소 공급 설비(40)는 순도 60%이상의 순산소를 공급할 수 있는 것이 사용된다.

상기 농축슬러지 순환관(30)의 끝단에는 혼합 방사기(50)가 설치된다.

상기 혼합 방사기(50)는 도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 상기 농축슬러지 순환관(30)에 연결되는 분사노즐(51)과, 이 분사노즐(51)의 선단부에 겉으로 끼워지며 그 외주면에 다수개의 흡입공(53)이 천공된 혼합 방사관(52)으로 구성된다.

상기 농축슬러지 순환관(30)과 분사노즐(51)은 각각 플랜지(30a,51a)를 볼트(54)와 너트(55)로 체결하는 것에 의하여 연결되는 것이다.

도면에서 60은 소화조(10)내의 용존산소 농도를 측정하는 용존산소 농도계로서, 상기 순산소 공급 설비(40)와 사행형 반응부(31)을 연결하는 순산소 공급관(41)의 도중에 설치된 순산소 공급밸브(42)를 제어할 수 있도록 연결되어 있다. 또한 도면에서 70은 소화조(10)내의 슬러지 액상의 상태를 지시하는 pH미터이다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 하수 및 오. 폐수 슬러지의 순산소 호기성 소화 방법을 설명한다.

먼저, 슬러지 유입관(11)을 통해 소화조(10)에 슬러지를 호기성 상태에서 소화시키기 위하여, 농축 분리조(20)의 하부의 슬러지 순환용 연결관(22)에 설치된 슬러지 반송펌프(24)를 가동시키면 농축슬러지가 슬러지 순환용 연결관(22), 농축슬러지 순환관(30)으로 반송된다.

동시에 순산소 공급 설비(40)를 가동시키면 여기서 생성된 고순도 산소가 순산소 공급관(41)을 통하여 사행형 반응부(31)로 공급되며 이 과정에서 반송되는 농축슬러지와 혼합된 상태로 농축슬러지 순환관(30)의 끝단에 연결된 혼합 방사기(50)을 통해 소화조(10)내로 방사된다.

이를 구체적으로 살펴보면 농축슬러지 순환관(30)으로 반송되는 농축슬러지와 순산소 공급관(41)을 통해 공급된 순산소는 1차적으로 사행형 반응부(31)를 통과하는 과정에서 혼합되고, 이 농축슬러지와 순산소의 혼합물은 혼합 방사기(50)의 분사노즐(51)에서 가압된 상태로 분사되며 그 분사된 혼합물이 혼합 방사관(52)을 통과하는 과정에서 베르누이정리에 의하여 분사노즐(51)의 선단 주위의 압력이 대기압보다 낮은 부압(負壓)상태로 되어 소화조(10)내의 슬러지가 혼합 방사관(52)의 외주면에 천공된 흡입공(53)을 통하여 흡입되어 분사되는 농축슬러지와 순산소의 혼합액과 혼합되면서 가압 제트 방사되므로 순산소가 소화조 전체에 균일하게 분산된다.

이에 따라 소화조내의 미생물들은 내생 호흡 단계에서 량이 감소되며, 슬러지가 안정화되어 슬러지는 처분에 적합한 형태로 소화가 진행된다.

이와 같이 소화된 슬러지는 슬러지 이송관(12)을 통하여 농축 분리조(20)로 이송되며, 농축 분리조(20)에서 중력에 의하여 소화된 슬러지는 농축되고 상징수는 분리되어 상징수 배출관(25)을 통하여 방류수로서 하수 처리계로 반송된다.

이러한 소화 처리 과정에서 상기 용존산소 농도계(60) 및 pH미터(70)의 측정값을 이용하여 슬러지의 소화 상태를 정확하게 제어할 수 있게 된다.

즉, 용존산소 농도계(60)와 pH미터(70)의 측정값에 따라 순산소 공급관(41)의 도중에 설치된 순산소 공급밸브(42)를 개폐 제어하여 용존산소와 pH값을 조정하는 것에 의하여 슬러지의 소화 상태를 정확하게 제어할 수 있게 되는 것이다.

한편, 농축된 소화 슬러지는 농축슬러지 배출펌프(23)에 의하여 탈수기로 보내지며, 탈수기에 의하여 탈수한 후 처분하게 된다.

이러한 본 발명의 순산소 호기성 소화법은 호기성 소화에 속하는 공법으로서 공정의 발열 특성과 생물학적 반응 속도의 증가로 인하여 대기온의 변화에 영향을 받지 않기 때문에 우리나라의 겨울과 같이 기온이 추운 지방에 특히 적합한 공정이다. 본 순산소 호기성 소화조는 밀폐형이나 개방형 소화조를 사용할 수 있는 것이 특징이다.

순산소 호기성 소화에서 밀폐형 소화조를 사용하면 소화 공정의 발열 특성으로 인하여 운전 온도가 높아지게 되며, 소화조에서 이와 같은 고온을 유지하면 휘발성 고형물의 분해 속도를 상당히 증가시키게 된다. 밀폐형 호기성 소화를 사용하는 경우에는 고농도 산소 분위기는 액면 위에 형성되고 산소는 기계적 폭기기에 의하여 슬러지에 전달된다.

한편, 개방형 소화조를 사용하면 산소를 미세한 기포를 만드는 특수한 산기 장치를 사용하여 슬러지 액상으로 전달시킨다. 기포들은 기-액 경계면에 도달하기 전에 완전히 용해된다.

본 발명의 순산소 호기성 소화 공법에서는 생슬러지나 부분 산화슬러지를 안정화시켜서 후속 공정에 적합한 물질을 만들어 주거나 처분에 적합하도록 만든다.

본 순산소 호기성 소화법의 특징과 장점은 다음과 같다.

1) 최초 투자비가 저렴하다.

2) 짧은 체류 시간 안에 필적할만한 고형분의 감량을 달성한다.

3) 처리수의 낮은 BOD 농도로 처리수의 수질이 양호하다.

4) 혐기성 소화가 일반적으로 가온하는 것과는 달리 본 공법에서의 슬러지 안정화는 가온 없이 순산소 폭기에 의하여 실행하는 것이며, 최종 처분에 더 적합한 고형분이 생성된다.

5) 운전 조작이 상대적으로 단순하고 용이하다.

6) 냄새가 없는 소화 슬러지가 생성된다.

이상과 같이 본 발명에 의하면 호기성 소화조에 압력 상태하에서 고순도 산소를 가압 주입시킴으로써 효과적인 산소 용해가 이루어지게 되고, 또한 혼합 방사기를 사용하여 고농도 산소와 슬러지 혼합액을 혼합 방사함으로써 폭기 효율(산소이용 효율)을 높여 슬러지를 소화시키는 데 보다 효과적이며, 시설이 간단하고 유지 관리 비용이 저렴하게 되면서도 슬러지의 처리를 효율적으로 수행할 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 농축 분리조에서 호기성 소화조로 반송되는 농축슬러지에 순산소를 혼합하여 그 농축슬러지와 순산소의 혼합물을 상기 소화조의 내부의 슬러지와 함께 혼합하여 소화조 내부에 가압 방사함을 특징으로 하는 하수 및 오. 폐수 슬러지의 순산소 호기성 소화 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 순산소는 기체 산소로서 그 순도가 60%이상인 것을 사용함을 특징으로 하는 하수 및 오. 폐수 슬러지의 순산소 호기성 소화방법.
3. 농축 분리조의 농축슬러지를 호기성 소화조의 내부 하측으로 반송하는 농축슬러지 순환관의 도중에 순산소 공급 설비를 연결하고, 농축슬러지 순환관의 소화조측 끝단에는 농축슬러지와 순산소의 혼합물을 소화조내의 슬러지와 혼합하여 방사하는 혼합 방사기를 설치하여서 된 것을 특징으로 하는 하수 및 오. 폐수 슬러지의 순산소 호기성 소화장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 혼합 방사기는 상기 농축슬러지 순환관의 끝단에 연결되는 분사노즐과, 이 분사노즐의 선단부에 겉으로 끼워지며 그 외주면에 다수개의 흡입공이 천공된 혼합 방사관으로 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 하수 및 오. 폐수 슬러지의 순산소 호기성 소화장치.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 농축슬러지 순환관의 도중에는 사행형 반응부를 형성하고, 상기 순산소 공급 설비를 사행형 반응부에 연결한 것을 특징으로 하는 하수 및 오. 폐수 슬러지의 순산소 호기성 소화장치.