KR100492297B1

KR100492297B1 - 고전압 펄스를 이용한 슬러지 처리 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100492297B1
Application number: KR10-2002-0078829A
Authority: KR
Inventors: 이의신; 유희찬; 홍승모; 박현수
Original assignee: (주)대우건설
Priority date: 2002-12-11
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2005-06-02
Also published as: KR20040051009A

Abstract

본 발명에 의한 고전압 펄스를 이용한 슬러지 처리 방법은, 하수처리장에서 발생하는 하수슬러지에 고전압 펄스를 가하여 처리하는 방법으로서, 하수처리장의 2차침전지에서 배출되는 잉여슬러지를 슬러지 저류조에 저장하는 단계(a); 상기 단계(a)의 잉여슬러지를 원심농축기를 거쳐 농축시키는 단계(b); 상기 단계(b)의 농축된 잉여슬러지를 고전압 펄스 발생 장치를 통해 펄스반복율 100∼150Hz으로 고전압 펄스 처리하는 단계(c); 및 상기 단계(c)의 고전압 펄스 처리된 슬러지를 혐기성 소화조로 투입시켜 혐기성 소화공정을 거치는 단계(d)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 의한 고전압 펄스를 이용한 슬러지 처리방법은, 하수처리장에서 발생하는 하수슬러지에 고전압 펄스를 가하여 처리하는 방법으로서, 하수처리장의 2차침전지에서 배출되는 잉여슬러지를 슬러지 저류조에 저장하는 단계(a); 상기 단계(a)의 잉여슬러지를 원심농축기를 거쳐 농축시키는 단계(b); 상기 단계(b)의 농축된 잉여슬러지를 혐기성 소화조로 투입시켜 혐기성 소화공정을 거치는 단계(c); 상기 단계(c)의 혐기성 소화 처리된 슬러지를 고전압 펄스 발생 장치를 통해 펄스반복율 100∼150Hz으로 고전압 펄스 처리하는 단계(d); 및 상기 단계(d)의 고전압 펄스 처리된 슬러지를 혐기성 소화조로 재투입시키는 단계(e)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

고전압 펄스를 이용한 슬러지 처리 방법 및 장치{Method and device for sludge treatment using high voltage pulse}

본 발명은 슬러지를 처리하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 하수처리공정에서 배출되는 잉여슬러지를 고전압 펄스로 처리함으로써 잉여슬러지내의 미생물 세포벽을 파괴하고, 생물학적 난분해성 물질을 생물학적으로 분해가 용이한 물질로 전환하여 혐기성 소화 효율을 향상시키는, 고전압 펄스를 이용한 슬러지 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.

하수처리장에서 슬러지 안정화를 위해 많이 사용하는 혐기성 소화 공법은 혐기성 미생물에 의하여 슬러지내의 유기물을 분해하여 최종부산물로 이산화탄소와 메탄가스를 얻는 슬러지 안정화에 적용되는 대표적인 생물학적 처리 방법이다. 그러나, 호기성 처리와 달리 처리에 소요되는 시간이 길고, 슬러지의 유입, 혼합 등 필요한 시설이 증가하며, 특히 관련 혐기성 미생물이 주변 환경에 민감하게 반응하기 때문에 조작에 어려움이 많아 이용이 제한적이었다.

하수처리장에서 발생하는 유기성 폐기물은 하수 등에 섞여있는 분해가 용이한 음식물찌꺼기 및 현탁물질의 중력 침전에 의해 생성된 일차슬러지(생슬러지)와 유기물을 분해하여 증식한 미생물의 농축된 형태인 이차슬러지(잉여슬러지)가 있다. 이 가운데 일차슬러지는 혐기성 소화 효율이 높고 분해가 용이하나, 이차슬러지는 생물학적 분해가 용이한 물질들이 호기성 공정에서 이미 제거된 상태이고, 세포내 물질의 분해가 곤란하여 안정화 효율이 낮고, 상당한 시간(15일 이상)이 요구된다. 따라서, 많은 연구자들이 이차슬러지의 세포벽을 파괴하여 혐기성 소화효율을 향상시키기 위해 노력해왔다.

기존에 사용되어온 세포벽 파괴 방법으로는 기계적 파쇄법, 화학적(산 또는 알칼리) 가수분해법, 고온·고압 파괴법 등이 알려져 있으나, 이들 방법들은 회분식 공정으로 대규모의 공정에 적용하기 어렵고 과다한 에너지 소모로 비경제적이라는 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 하수처리공정에서 배출되는 잉여슬러지를 고전압 펄스로 처리함으로써 잉여슬러지내의 미생물 세포벽을 파괴하고, 잉여슬러지내 생물학적 난분해성 물질을 생물학적으로 분해하기 용이한 물질로 전환하여 혐기성 소화 효율을 향상시키는, 고전압 펄스를 이용한 슬러지 처리 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 고전압 펄스를 이용한 슬러지 처리 방법은, 하수처리장에서 발생하는 하수슬러지에 고전압 펄스를 가하여 처리하는 방법으로서, 하수처리장의 2차침전지에서 배출되는 잉여슬러지를 슬러지 저류조에 저장하는 단계(a); 상기 단계(a)의 잉여슬러지를 원심농축기를 거쳐 농축시키는 단계(b); 상기 단계(b)의 농축된 잉여슬러지를 고전압 펄스 발생 장치를 통해 펄스반복율 100∼150Hz으로 고전압 펄스 처리하는 단계(c); 및 상기 단계(c)의 고전압 펄스 처리된 슬러지를 혐기성 소화조로 투입시켜 혐기성 소화공정을 거치는 단계(d)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.또한, 본 발명에 의한 고전압 펄스를 이용한 슬러지 처리 방법은, 하수처리장에서 발생하는 하수슬러지에 고전압 펄스를 가하여 처리하는 방법으로서, 하수처리장의 2차침전지에서 배출되는 잉여슬러지를 슬러지 저류조에 저장하는 단계(a); 상기 단계(a)의 잉여슬러지를 원심농축기를 거쳐 농축시키는 단계(b); 상기 단계(b)의 농축된 잉여슬러지를 혐기성 소화조로 투입시켜 혐기성 소화공정을 거치는 단계(c); 상기 단계(c)의 혐기성 소화 처리된 슬러지를 고전압 펄스 발생 장치를 통해 펄스반복율 100∼150Hz으로 고전압 펄스 처리하는 단계(d); 및 상기 단계(d)의 고전압 펄스 처리된 슬러지를 혐기성 소화조로 재투입시키는 단계(e)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.상기 고전압 펄스를 이용한 슬러지 처리 방법은, 고전압 펄스 처리시에 공기 방울을 혼합시키는 것을 특징으로 한다.본 발명에 의한 고전압 펄스를 이용한 슬러지 처리 장치는, 슬러지 저류조; 원심농축기; 고전압 펄스 발생 장치; 처리슬러지 저류조; 및 슬러지를 이송시키는 수단을 포함하여 구성되는 슬러지 처리 장치로서, 상기 고전압 펄스 발생 장치는 고전압 발생 장치 및 수중방전 장치로 구성되는 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명에 의한 고전압 펄스를 이용한 슬러지 처리 장치에 있어서, 상기 슬러지 처리 장치는 혐기성 소화조를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

대부분의 박테리아와 같은 미생물은 오염물질을 소화하고 번식하여 더 이상 먹을 오염물질이 없으면 미래를 도모하기 위하여 포낭을 뒤집어쓰고 깊은 잠에 들어간다. 이러한 박테리아는 쉽게 제거할 수 없어 일부에서는 전자빔을 쐬어서 박테리아를 죽이기도 한다. 그러나, 박테리아가 전자빔으로 죽을 지라도, 그 박테리아 내부에 있는 세포질은 여전히 포낭 속에 갇혀 있어 압력을 가해도 탈수가 잘되지 않기 때문에 박테리아의 포낭을 깰 방법이 있어야 한다.

본 발명에서는 박테리아의 포낭을 깨기 위하여 고전압 고출력 전기 시스템을 이용한다. 펄스 상승시간(Rise Time)과 펄스 하강시간(Fall Time)이 빠른 고전위 펄스를 두 전극에 보내면서 전극 사이로 박테리아가 들어있는 물을 통과시키면, 전장의 급격한 변화 때문에 박테리아의 세포껍질이 과격한 진동을 하게 되고 이로 인하여 세포벽이 파괴된다.

또한, 외부에서 세포에 전기장을 가하면 세포막의 변화가 유발된다. 즉, 세포막 내·외부의 전위차가 임계값을 넘게 되면 전하 전달 분자(charge carrying molecules)간에 반발력이 생기며 결과적으로 세포막에 세공(pore)을 형성하게 된다.

더 효과적인 방법은 두 전극 사이에 박테리아가 들어 있는 물을 보낼 때에 공기 방울을 혼합하면 공기방울이 섞여있는 물이 흐르는 동안 높은 전위가 두 전극에 나타나며 강한 전장이 물과 공기 방울 속에 유도된다. 이 때, 물의 유전율은 8이고 공기의 유전율은 1이기 때문에 물 속보다는 공기 방울 속에 더욱 강한 전장이 유도된다. 이로 인하여 공기 방울 속에서 방전이 일어나게 되고 이 방전으로 인하여 플라즈마가 발생하며 그 속의 기체가 높은 온도로 데워진다. 공기 방울 속 온도가 급격히 올라가면 충격파(Shock Wave)를 만들면서 팽창하게 되는데, 이 충격파가 물 속을 전파해 갈 때 주위에 있는 박테리아의 세포벽이 파괴되어 세포는 죽고 세포 속의 물질은 외부로 방출된다.

도 1은 본 발명에 따른 고전압 펄스를 이용한 슬러지 처리 방법의 일실시예로서 고전압 펄스 처리된 슬러지를 혐기성 소화조로 투입시키는 공정도이다.

도 2는 본 발명에 따른 고전압 펄스를 이용한 슬러지 처리 방법의 다른 실시예로서 고전압 펄스 처리 전에 혐기성 소화공정을 거치는 공정도이다.

도 3은 본 발명에 따른 고전압 펄스를 이용한 슬러지 처리 방법의 또 다른 실시예로서 고전압 펄스 처리 전에 혐기성 소화공정을 거치고, 고전압 펄스 처리된 슬러지를 혐기성 소화조에 재투입하는 공정도이다.

이하, 실시예를 들어 본 발명의 구성 및 발명 효과를 보다 상세하게 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 설명하나, 본 발명의 내용이 여기에 한정되지는 않는다.

<실시예 1>

도 1에서와 같이, 고전압 펄스 처리된 슬러지를 혐기성 소화조로 투입시키는 공정을 이용하여 혐기성 소화효율 등을 측정하였다.

본 실시예에서 사용된 펄스발생 전원장치의 전압, 전류 특성은 하기 표 1과 같으며, 실험시 펄스전압 38kV, 펄스전류 0.32A, 펄스반복율 100~150Hz의 운전조건을 유지하였다. 또한, 고전압 방전기의 내부 전극간의 간격은 0.5~1mm를 유지하였다.

최대펄스전압	40 kV
최대펄스전류	2~3㎄
평균 전력	20㎾
펄스반복률(㎐)	1~500㎐
펄스상승시간(㎱)	250 ㎱
펄스하강시간(㎲)	4 ㎲
펄스폭(FWHM)	1㎲

본 실시예에 따라 처리된 슬러지의 성상변화는 하기 표 2와 같다.

상기 표 2에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따라 고전압 펄스를 이용하여 슬러지를 처리하면, 하수슬러지의 혐기성 소화 효율이 향상되며, 발생되는 휘발성 유기산의 총량도 기존 발생량 대비 150%이상 증가된다. 또한, 본 발명에 의하면 최종 생산되는 메탄가스의 순도가 65∼70%로 증가되는 효과도 거둘 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 고전압 펄스를 이용한 슬러지 처리 방법은, 하수처리공정에서 배출되는 잉여슬러지를 고전압 펄스로 처리함으로써, 미생물의 세포벽을 파괴하고, 잉여슬러지내 생물학적 난분해성 물질을 생물학적으로 분해하기 용이한 물질로 전환하여 슬러지를 감량시키고, 혐기성 소화 효율을 향상시킬 수 있다.

Claims

하수처리장에서 발생하는 하수슬러지에 고전압 펄스를 가하여 처리하는 방법으로서,

하수처리장의 2차침전지에서 배출되는 잉여슬러지를 슬러지 저류조에 저장하는 단계(a);

상기 단계(a)의 잉여슬러지를 원심농축기를 거쳐 농축시키는 단계(b);

상기 단계(b)의 농축된 잉여슬러지를 고전압 펄스 발생 장치를 통해 펄스반복율 100∼150Hz으로 고전압 펄스 처리하는 단계(c); 및

상기 단계(c)의 고전압 펄스 처리된 슬러지를 혐기성 소화조로 투입시켜 혐기성 소화공정을 거치는 단계(d)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고전압 펄스를 이용한 슬러지 처리 방법.
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하수처리장에서 발생하는 하수슬러지에 고전압 펄스를 가하여 처리하는 방법으로서,

하수처리장의 2차침전지에서 배출되는 잉여슬러지를 슬러지 저류조에 저장하는 단계(a);

상기 단계(a)의 잉여슬러지를 원심농축기를 거쳐 농축시키는 단계(b);

상기 단계(b)의 농축된 잉여슬러지를 혐기성 소화조로 투입시켜 혐기성 소화공정을 거치는 단계(c);

상기 단계(c)의 혐기성 소화 처리된 슬러지를 고전압 펄스 발생 장치를 통해 펄스반복율 100∼150Hz으로 고전압 펄스 처리하는 단계(d); 및

상기 단계(d)의 고전압 펄스 처리된 슬러지를 혐기성 소화조로 재투입시키는 단계(e)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고전압 펄스를 이용한 슬러지 처리 방법.
제1항 또는 제3항에 있어서,

고전압 펄스 처리시에 공기 방울을 혼합시키는 것을 특징으로 하는 고전압 펄스를 이용한 슬러지 처리 방법.
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