KR100603990B1 - 슬러지 감량 및 바이오 가스 증산이 가능하도록 초음파 공동화 현상을 이용한 슬러지 리액터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬러지 감량 및 바이오 가스 증산이 가능하도록 초음파 공동화 현상을 이용한 슬러지 리액터에 관한 것으로서, 특히 U자형의 주 관로와, 상기 주 관로에 설치되되, 상기 주 관로 내부에 유입되는 슬러지에 초음파를 조사하도록 길이 방향으로 일정 간격 이격되고, 서로 대응되도록 설치되는 복수의 초음파 발진자를 구비하여, 이송되는 슬러지에 초음파를 조사하고, 외부의 제어에 따라 선택적으로 처리 용량을 가변시키는 초음파 리액터와; 외부의 제어에 따라 상기 초음파 리액터의 복수의 초음파 발진자로 선택적으로 전원을 공급하는 전원 공급 장치와; 사용자의 선택에 따라 복수의 초음파 발진자의 동작을 제어하도록 상기 전원 공급 장치를 제어하고, 상기 제 1, 2슬러지 펌프의 부하 증가 여부에 따라 상기 초음파 리액터의 주 관로가 막힌 것을 판단하여 상기 초음파 리액터의 주 관로가 막히면 상기 스위치를 동작시켜 슬러지가 상기 초음파 리액터 내에서 역방향으로 이송되도록 제어하는 PLC 컨트롤러; 및 상기 초음파 리액터와 전원 공급 장치 및 PLC 컨트롤러를 냉각시키도록 이들과 냉각 덕트에 의해 연결되는 냉각 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면 U자형의 관로에 길이 방향으로 서로 대응되도록 배열된 슬러지 리액터를 이용하여 슬러지를 처리하고, 처리된 슬러지를 반송하도록 함으로써 소화조의 효율 증가와 소화 일수를 상대적으로 감소시키고, 발생 슬러지의 양을 감소시키며, 벌킹 슬러지의 처리가 가능하고, 슬러지의 탈수 효율을 증대시킬 수 있고, 또한, 슬러지의 처리중 슬러지 리액터가 막히는 경우 초음파 리액터 내에서 역방향으로 슬러지를 공급함으로써 슬러지 리액터가 처리중 막히는 것을 방지할 수 있으며, 또, 슬러지 처리시 소화 가스 발생량을 증가시켜 소화 가스를 이용하여 바이오 가스를 생산하고, 생산된 바이오 가스를 냉난방과 전력 생산의 공급원으로 제공함으로써 에너지를 효율적으로 이용할 수 있다.

초음파, 공동화 현상, 슬러지, 리액터, 소화 효율, 바이오 가스

Description

슬러지 감량 및 바이오 가스 증산이 가능하도록 초음파 공동화 현상을 이용한 슬러지 리액터{Sludge reduction and biogas increasing technics by Ultrasound treatment}

도 1은 종래의 스플릿 플로우형 초음파 슬러지 분해 반응기를 갖는 하폐수 처리 장치의 구성을 나타낸 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 슬러지 감량 및 바이오 가스 증산이 가능하도록 초음파 공동화 현상을 이용한 슬러지 리액터의 구성을 나타낸 블록도,

도 3은 본 발명에 따른 슬러지 감량 및 바이오 가스 증산이 가능하도록 초음파 공동화 현상을 이용한 슬러지 리액터의 초음파 리액터의 구성을 나타낸 정면도,

도 4는 본 발명에 따른 슬러지 감량 및 바이오 가스 증산이 가능하도록 초음파 공동화 현상을 이용한 슬러지 리액터의 초음파 리액터의 주관로 정단면도,

도 5는 본 발명에 따른 슬러지 감량 및 바이오 가스 증산이 가능하도록 초음파 공동화 현상을 이용한 슬러지 리액터의 초음파 리액터의 주관로 측단면도,

도 6은 본 발명의 실시예 따른 초음파 공동화 현상을 이용한 슬러지 리액터의 초음파 리액터의 단면도,

도 7은 본 발명에 따른 슬러지 감량 및 바이오 가스 증산이 가능하도록 초음파 공동화 현상을 이용한 슬러지 리액터를 이용한 하폐수 처리 시스템의 구성을 나 타낸 구성도,

도 8은 본 발명에 따라 섬모형 미생물에 초음파를 조사하였을 때 섬모형 미생물의 분해 과정을 나타낸 사진,

도 9는 본 발명에 따라 잉여 슬러지에 초음파를 조사하였을 때 잉여 슬러지의 분해 과정을 나타낸 사진,

도 10은 본 발명에 따라 농축조에서 배출되는 잉여 슬러지에 제 1슬러지 리액터를 이용하여 초음파를 조사시킬 때 잉여 슬러지의 소화 효율을 나타낸 그래프,

도 11은 슬러지 플럭의 점막 내의 수분을 도시하기 위한 그림,

도 12는 본 발명에 따라 소화조에서 배출되는 소화 슬러지에 제 2슬러지 리액터를 이용하여 초음파를 조사시킬 때 소화 슬러지의 소화 효율을 나타낸 그래프,

도 13은 본 발명에 따라 바이오 가스의 생산량을 나타낸 그래프,

도 14는 본 발명에 따라 처리 일수에 따른 유기물의 분해량을 나타낸 그래프.

삭제

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

100 : 슬러지 리액터 110 : 초음파 리액터

111 : 주 관로 112 : 초음파 발진자

114 : 진동판 116 : 제 1, 2슬러지 펌프

117 : 보조 관로 118 : 제 1, 2보조 슬러지 펌프

120 : 전원 공급 장치 130 : PLC 컨트롤러

140 : 냉각 장치

본 발명은 슬러지 감량 및 바이오 가스 증산이 가능하도록 초음파 공동화 현상을 이용한 슬러지 리액터에 관한 것이다.

최근 인구의 급격한 증가와 빠른 산업화로 인한 환경문제가 심각해지고 있다.

예를 들면, 생활 및 산업용 하폐수의 처리시설 및 용량이 동시에 증가하고 있는 실정이며, 슬러지의 발생량 또한 갈수록 늘어나면서 이에 대한 대책마련이 시급한 실정이다.

우리나라의 경우 1996년 전국 70개소 하수처리장에서 발생한 슬러지량은 128만톤, 2001년에는 190만톤, 2002년에는 207만톤, 2003년에는 227만톤이다. 현재와 같은 추세로 하수슬러지가 발생된다면 2006년에는 285만톤이 발생될 것으로 예상된다.

이중의 3.5%에 해당하는 4만5천톤만이 재활용되고, 나머지는 매립 또는 해양 투기 등으로 버려지고 있다. 지금까지는 최종 슬러지 폐기물을 주로 매립과 투기를 통해서 처리하였고, 일부는 퇴비 등으로 재활용하여 처리되었다.

그러나, 과거에 쉽게 이용되던 매립방법은 침출수와 냄새문제로 인해 이제는 쉽게 이용할 수 없는 방법이 되었고, 또한 부지확보도 어려우며 소각은 대기오염문 제를 일으키는 단점이 있다.

매립과 투기로 인한 처리방식의 한계점을 극복하기 위한 방편으로 복토재, 토지개량재, 비료로의 이용, 골재와 건축재료 등의 이용방법이 강구되기도 하였다.

그러나, 매립과 투기로 인한 처리방식이 한계점을 드러내고 있는 실정이다.

발생되는 슬러지의 양이 갈수록 증가하기 때문에 이에 대한 비용절감, 친환경적 처리, 효율적인 처리기술의 개발을 위한 명확한 기준의 제시가 시급한 실정이다.

일반적으로 하수처리시설에서 발생하는 잉여슬러지는 유기물을 이용하여 성장한 미생물의 세포로 구성되어 있으며, 세포의 특성상 쉽게 분해되지 않고 소화조에서의 감량화율 또한 낮아 처리에 많은 문제점을 가지고 있다.

그래서, 슬러지입자를 형성하고 있는 점막과 내부수(세포의 세포액으로 존재)는 소화효율 저하와 탈수효율 저하를 일으키고 세포파괴를 위해, 탈수에 소요되는 약품량의 증가를 초래하는 원인이 되기도 한다.

따라서, 소화조 효율을 향상시켜 슬러지 발생량을 최소화 하고 바이오가스 발생량을 극대화하며 탈수효율을 향상 시키기 위한 슬러지 중간처리기술의 도입은 반드시 필요한 실정이다.

기존의 처리기술은 최종단계의 슬러지 부피를 감소시키기 위하여 탈수성을 높이는 방법으로 탈수 전 약품 처리과정을 거치고 있다. 이러한 슬러지 처리 공정은 최초 침전지로 하폐수가 유입된 후, 생물반응조를 거쳐 생물학적 분해가 일어난 처리수가 최종 침전조로 이동되어 고액 분리된다. 그 후 침전조의 상부의 물은 방 류되고, 침전된 슬러지는 농축조를 거쳐 농축되고 소화조에서 약품이 첨가된 후 탈수기를 거쳐 탈수된다. 탈수된 케이크는 매립되거나 소각된다.

그러나, 약품 처리과정으로 인한 2차적인 환경오염 문제가 발생할 수 있고, 슬러지 농축조의 농축효율 저하와, 소화조의 소화효율 저하 및 슬러지 개량시 고분자응집제에 의존하여야만 하며, 소화조 운영 미비로 소화조 운영 대신에 기계 농축후 탈수함으로서 약품투입 및 처분 슬러지량이 증가하고 있기 때문에 탈수 전 물리적 처리방법에 대한 기술개발이 활발히 이루어지고 있는 상황이다.

물리적 처리방법으로 초음파를 사용하여 탈수성을 극대화하는 방법이 개발되었다.

이러한 초음파를 이용한 방법은 국내공개특허 2005-55917호(스플릿 플로우형 초음파 슬러지 분해 반응기를 갖는 하폐수 처리 장치)와 같이 개발되었다.

한편, 초음파를 이용한 방법은 초음파를 액상 매질속에 조사시키면 액상 매질의 수축과 팽창이 교대로 일어나며 매질 분자간에 응집력이 깨져 미세한 공동(cavity)이 발생하고, 공동의 생성과 파괴에 의한 충격파와 난류흐름으로 입자간의 충돌을 일으켜 입자의 표면적, 형상 그리고 표면의 크기를 변화시켜, 결국 슬러지의 구조를 물리적으로 변화시켜 탈수 속도를 향상시킨다.

이러한 스플릿 플로우형 초음파 슬러지 분해 반응기를 갖는 하폐수 처리 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 유입되는 하폐수를 제1, 제2차 침전지(122, 126)와 생물반응조(124)로 이루어진 수처리부(120)를 통하여 소독, 방류하고, 상기 제2차 침전지(126)로부터 발생되는 잉여 및 반송 슬러지 이송부(140)들을 통하여 이송후, 농축, 소화 및 탈수로 이루어진 슬러지 처리부(160)를 통하여 처리하도록 된 하폐수 처리 장치에 있어서, 슬러지에 함유된 미생물 세포 내의 유기물을 쉽게 유출시켜 슬러지 처리 효율성을 극대화하고자, 상기 수처리부 및 슬러지 이송부와 그리고 슬러지 처리부 각각에 스플릿 플로우(Split Flow)형으로 설치되어 슬러지의 일부에 초음파 반응을 유도하기 위한 초음파 슬러지 분해기(130)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 초음파 슬러지 분해기(130)는 상기 수처리부의 생물반응조와 제2차 침전지 사이의 통로(P2)에 그 통로(P2)와 연락되는 스플릿 플로우형으로 설치되어 스플릿 플로우 부위를 통하여 이송되는 일부 슬러지에 제1차 초음파 반응을 유도하는 제1초음파 슬러지 분해기(131)와, 상기 슬러지 이송부의 반송 슬러지 이송부의 통로(P4)에 그 통로(P4)와 연락되는 스플릿 플로우형으로 설치되어 스플릿 플로우 부위를 통하여 반송되는 일부 반송 슬러지에 대하여 초음파 반응을 유도하는 제2초음파 슬러지 분해기(132)와, 상기 슬러지 이송부의 잉여 슬러지 이송부의 통로(P5)에 그 통로(P5)와 연락되는 스플릿 플로우형으로 설치되어 스플릿 플로우 부위를 통하여 이송되는 일부 잉여 슬러지에 대하여 초음파 반응을 유도하는 제3초음파 슬러지 분해기(133)와, 상기 슬러지 처리부의 슬러지 농축조와 소화조 사이의 통로(P6)에 그 통로(P6)와 연락되는 스플릿 플로우형으로 설치되어 스플릿 플로우 부위를 통하여 이송되는 일부 슬러지에 대하여 초음파 반응을 유도하는 제4 초음파 슬러지 분해기(134)와, 상기 슬러지 처리부의 슬러지 소화조와 탈수기 사이의 통로(P7)에 그 통로(P7)와 연락되는 스플릿 플로우형으로 설치되어 스플릿 플로우 부위를 통하여 이송되는 일부 슬러지에 대하여 초음파 반응을 유도하는 제5초음파 슬러지 분해기(135)로 구성된다.

그러나, 이러한 종래의 스플릿 플로우형 초음파 슬러지 분해 반응기를 갖는 하폐수 처리 장치는 초음파 슬러지 분해기에서 슬러지를 스플릿하여 처리하기 때문에 처리 용량이 적고, 1회 처리만을 거쳐 배출하기 때문에 처리 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, U자형의 관로에 길이 방향으로 서로 대응되도록 배열된 슬러지 리액터를 이용하여 슬러지를 처리하고, 처리된 슬러지를 반송하도록 함으로써 소화조의 효율 증가와 소화 일수를 상대적으로 감소시키고, 발생 슬러지의 양을 감소시키며, 벌킹 슬러지의 처리가 가능하고, 슬러지의 탈수 효율을 증대시키도록 하는 슬러지 감량 및 바이오 가스 증산이 가능하도록 초음파 공동화 현상을 이용한 슬러지 리액터를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 슬러지의 처리중 슬러지 리액터가 막히는 경우 초음파 리액터 내에서 역방향으로 슬러지를 공급함으로써 슬러지 리액터가 처리중 막히는 것을 방지하는 슬러지 감량 및 바이오 가스 증산이 가능하도록 초음파 공동화 현상을 이용한 슬러지 리액터를 제공하는데 그 목적이 있다.

또, 본 발명은 슬러지 처리시 소화 가스 발생량을 증가시켜 소화 가스를 이용하여 바이오 가스를 생산하고, 생산된 바이오 가스를 냉난방과 전력 생산의 연료원으로 제공함으로써 에너지를 효율적으로 이용할 수 있도록 하는 슬러지 감량 및 바이오 가스 증산이 가능하도록 초음파 공동화 현상을 이용한 슬러지 리액터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,

U자형의 주 관로와, 상기 주 관로에 설치되되, 상기 주 관로 내부에 유입되는 슬러지에 초음파를 조사하도록 길이 방향으로 일정 간격 이격되고, 서로 대응되도록 설치되는 복수의 초음파 발진자를 구비하여, 이송되는 슬러지에 초음파를 조사하고, 외부의 제어에 따라 선택적으로 처리 용량을 가변시키는 초음파 리액터와; 외부의 제어에 따라 상기 초음파 리액터의 복수의 초음파 발진자로 선택적으로 전원을 공급하는 전원 공급 장치와; 사용자의 선택에 따라 복수의 초음파 발진자의 동작을 제어하도록 상기 전원 공급 장치를 제어하고, 상기 제 1, 2슬러지 펌프의 부하 증가 여부에 따라 상기 초음파 리액터의 주 관로가 막힌 것을 판단하여 상기 초음파 리액터의 주 관로가 막히면 상기 스위치를 동작시켜 슬러지가 상기 초음파 리액터 내에서 역방향으로 이송되도록 제어하는 PLC 컨트롤러; 및 상기 초음파 리액터와 전원 공급 장치 및 PLC 컨트롤러를 냉각시키도록 이들과 냉각 덕트에 의해 연결되는 냉각 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 초음파 리액터는 상기 주 관로가 설치 고정되는 프레임과; 판 형상으로 형성되어 상기 주 관로 내부에 삽입되고, 각각의 초음파 발진자가 결 합되어 진동을 발생하는 진동판과; 상기 주 관로의 끝단에 슬러지가 유입, 배출되는 연장 관로와; 상기 PLC 컨트롤러의 제어에 따라 동작되는 스위치를 구비하고, 상기 연장 관로 상에 각각 설치되어 상기 스위치의 동작에 따라 상기 주 관로 내의 슬러지를 이송시키는 제 1, 2슬러지 펌프와; 슬러지가 역방향으로 이송되도록 상기 연장 관로를 X자 방향으로 연결시키는 보조 관로와; 상기 보조 관로 상에 각각 설치되고, 스위치를 구비하여 상기 PLC 컨트롤러에 의해 동작되어 상기 주 관로가 막히면 동작되어 상기 보조 관로를 통해 슬러지를 역방향으로 상기 주 관로로 이송시키는 제 1, 2보조 슬러지 펌프; 및 상기 연장 관로 및 보조 관로에 각각 설치되어 관로를 개폐하는 밸브를 더 구비한다.

여기에서 또한, 상기 초음파 리액터와, 상기 전원 공급 장치 및 상기 PLC 컨트롤러는 함 내에 수납되고, 상기 함과 상기 냉각 장치의 냉각 덕트가 연결되어 냉각시킨다.

여기에서 또, 상기 초음파 발진자는 20㎑~1㎒의 초음파를 발생한다.

삭제

삭제

삭제

삭제

이하 본 발명에 따른 슬러지 감량 및 바이오 가스 증산이 가능하도록 초음파 공동화 현상을 이용한 슬러지 리액터 및 이를 이용한 하폐수 처리 장치의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 슬러지 감량 및 바이오 가스 증산이 가능하도록 초음파 공동화 현상을 이용한 슬러지 리액터의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 3은 본 발명에 따른 슬러지 감량 및 바이오 가스 증산이 가능하도록 초음파 공동화 현상을 이용한 슬러지 리액터의 초음파 리액터의 구성을 나타낸 정면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 슬러지 감량 및 바이오 가스 증산이 가능하도록 초음파 공동화 현상을 이용한 슬러지 리액터의 초음파 리액터의 주관로 정단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 슬러지 감량 및 바이오 가스 증산이 가능하도록 초음파 공동화 현상을 이용한 슬러지 리액터의 초음파 리액터의 주관로 측단면도이며, 도 6은 본 발명의 실시예 따른 초음파 공동화 현상을 이용한 슬러지 리액터의 초음파 리액터의 단면도이고, 도 7은은 본 발명에 따른 슬러지 감량 및 바이오 가스 증산이 가능하도록 초음파 공동화 현상을 이용한 슬러지 리액터를 이용한 하폐수 처리 시스템의 구성을 나타낸 구성도이다.

먼저, 도 2 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 슬러지 감량 및 바이오 가스 증산이 가능하도록 초음파 공동화 현상을 이용한 슬러지 리액터(100)는, 초음파 리액터(110)와, 전원 공급 장치(120)와, PLC 컨트롤러(130)와, 냉각 장치(140)로 구성된다.

초음파 리액터(110)는 주 관로(111)와, 초음파 발진자(112)와, 프레임(113)과, 진동판(114)과, 연장 관로(115)와, 제 1, 2슬러지 펌프(116)와, 보조 관로(117)와, 제 1, 2보조 슬러지 펌프(118)와, 밸브(119)로 구성된다.

주 관로(111)는 U자형으로 형성되데, 지면에서 두 개의 라인의 상하로 위치하도록 형성된다. 한편, 주 관로(111)를 측면으로 눕히는 이유는 절곡 부분에 가스가 차는 것을 방지하기 위함이다. 한편, 주 관로(111)는 제작 및 조립 여건에 따라 다단으로 나뉘어 플렌지에 의해 서로 결합될 수도 있다.

초음파 발진자(112)는 이송되는 슬러지에 초음파를 조사하고, 전원 공급 장치(120) 및 PLC 컨트롤러(130)의 제어에 따라 선택적으로 처리 용량을 가변시키도록 주 관로(111)에 설치되데, 주 관로(111) 내부를 유입되는 슬러지에 초음파를 조사하도록 길이 방향으로 일정 간격 이격되고, 서로 대응되도록 설치된다. 여기에서, 초음파 발진자(112)는 20㎑~1㎒의 초음파를 발생한다.

프레임(113)은 주 관로(111)를 지면에 고정시킨다.

진동판(114)은 판 형상으로 형성되어 주 관로(111) 내부에 삽입되고, 각각의 초음파 발진자(112)가 결합되어 진동을 발생한다.

연장 관로(115)는 주 관로(111)의 끝단에서 슬러지가 유입, 배출되도록 형성된다.

제 1, 2슬러지 펌프(116)는 PLC 컨트롤러(130)의 제어에 따라 동작되는 스위치(116-1)를 구비하며, 스위치(116-1)의 동작에 따라 연장 관로(115) 상에 각각 설치되어 주 관로(111) 내의 슬러지를 이송시킨다.

보조 관로(117)는 슬러지가 역방향으로 이송되도록 연장 관로(115)를 X자 방향으로 연결시킨다.

제 1, 2보조 슬러지 펌프(118)는 보조 관로(117) 상에 각각 설치되고, 스위 치(118-1)를 구비하여 PLC 컨트롤러(130)에 의해 동작되어 주 관로(111)가 막히면 동작되어 보조 관로(117)를 통해 슬러지를 역방향으로 주 관로(111)로 이송시킨다.

밸브(119)는 연장 관로(115) 및 보조 관로(117)에 각각 설치되어 관로를 개폐한다.

이때, 초음파 리액터(110)는 도 6에 도시된 바와 같이 지그재그 형태의 관로를 형성하고 각각의 끝단에 초음파 발진자를 형성할 수도 있다.

전원 공급 장치(120)는 PLC 컨트롤러(130)의 제어에 따라 초음파 리액터(110)의 복수의 초음파 발진자(112)로 선택적으로 전원을 공급한다. 여기에서, 전원 공급 장치(120)는 개별적으로 초음파 발진자(112)로 전원을 공급하여 각각의 초음파 발진자(112)의 동작을 제어할 수 있고, 초음파 발진자(112)에서 발생되는 초음파 세기를 제어할 수 있다.

PLC 컨트롤러(130)는 사용자의 선택에 따라 복수의 초음파 발진자(112)의 동작을 개별 제어하도록 전원 공급 장치(120)를 제어하고, 제 1, 2슬러지 펌프(116)의 부하 증가 여부에 따라 초음파 리액터(110)의 주 관로(111)가 막힌 것을 판단하여 초음파 리액터(110)의 주 관로(111)가 막히면 제 1, 2보조 슬러지 펌프(118)가 동작되도록 스위치(118-1)를 제어하여 슬러지가 초음파 리액터(110)내에서 역방향으로 이송되도록 제어한다.

냉각 장치(140)는 초음파 리액터(110)와 전원 공급 장치(120) 및 PLC 컨트롤러(130)를 냉각시키도록 이들과 냉각 덕트(141)에 의해 연결된다. 한편, 초음파 리액터(110)와, 전원 공급 장치(120) 및 PLC 컨트롤러(130)는 함 내에 수납되고, 함 과 냉각 장치(140)의 냉각 덕트(141)가 연결되어 냉각 장치(140)에 의해 냉각된다.

그리고, 도 7에 도시된 바와 같이 슬러지 감량 및 바이오 가스 증산이 가능하도록 초음파 공동화 현상을 이용한 슬러지 리액터를 이용한 하폐수 처리 시스템(200)은, 제 1슬러지 리액터(210)와, 제 2슬러지 리액터(220)와, 제 3슬러지 리액터(230)로 구성된다.

먼저, 일반적인 하폐수 처리 시스템은 하폐수가 유입되어 생슬러지를 침전시켜 제거하는 최초 침전지(201)와, 최초 침전지(201)로부터 유입되는 하폐수를 생물학적 분해시키는 생물반응조(202)와, 생물반응조(202)로부터 유입되는 하폐수를 침전시켜 잉여 슬러지를 제거하고, 상등수는 방류하는 최종 침전지(203)와, 최종 침전지(203)로부터 침전되어 공급되는 잉여 슬러지를 농축시키는 농축조(204)와, 농축조(204)로부터 공급되는 농축 슬러지를 소화시키는 소화조(205)와, 소화조(205)로부터 공급되는 소화 슬러지에 약품을 첨가하여 탈수시켜 케이크로 배출하는 탈수기(206)로 이루어진다.

그리고, 제 1슬러지 리액터(210)는 농축조(204)에서 배출되는 슬러지중 유기물질을 가용화시켜 소화되기 쉬운 상태로 만들고, 섬모형 미생물을 효과적으로 분해하여 벌킹 형상이 일어나는 것을 차단하고, 슬러지 플럭의 점막을 파괴하여 탈수 효율을 증대시키도록 농축조(204)와 소화조(205)의 연결 관로 상에 설치되어 농축조(204)로부터 농축 슬러지에 초음파를 조사한다.

또한, 제 2슬러지 리액터(220)는 소화 효율과 바이오 가스의 증산을 극대화시키도록 소화조(205)에서 배출되는 소화 슬러지를 분기시키고, 분기된 순환 슬러 지에 초음파를 조사한 후 소화조(205)로 재투입한다.

또, 제 3슬러지 리액터(230)는 탈수 효율을 극대화시키도록 소화조(205)와 탈수기(206)의 연결 관로 상에 설치되어 소화조(205)에서 배출되는 소화 슬러지에 초음파를 조사한다.

한편, 소화조(205)와 연결 관로를 통해 가스 크리너(240)를 연결하여 가스 크리너(240)가 소화조에서 발생한 바이오 가스를 처리하여 순도가 높은 매탄 가스를 생산하고, 소화조(205)에는 음식물 쓰레기, 인분, 축분, 축산폐수가 농축후 별도의 관로를 통해 투입된다.

이하, 본 발명에 따른 슬러지 감량 및 바이오 가스 증산이 가능하도록 초음파 공동화 현상을 이용한 슬러지 리액터를 이용한 하폐수 처리 시스템의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 8은 본 발명에 따라 섬모형 미생물에 초음파를 조사하였을 때 섬모형 미생물의 분해 과정을 나타낸 사진이고, 도 9는 본 발명에 따라 잉여 슬러지에 초음파를 조사하였을 때 잉여 슬러지의 분해 과정을 나타낸 사진이며, 도 10은 본 발명에 따라 농축조에서 배출되는 잉여 슬러지에 제 1슬러지 리액터를 이용하여 초음파를 조사시킬 때 잉여 슬러지의 소화 효율을 나타낸 그래프이며, 도 11은 슬러지 플럭의 점막 내의 수분을 도시하기 위한 그림이고, 도 12는 본 발명에 따라 소화조에서 배출되는 소화 슬러지에 제 2슬러지 리액터를 이용하여 초음파를 조사시킬 때 소화 슬러지의 소화 효율을 나타낸 그래프이며, 도 13은 본 발명에 따라 바이오 가스의 생산량을 나타낸 그래프이고, 도 14는 본 발명에 따라 처리 일수에 따른 유기 물의 분해량을 나타낸 그래프이다.

먼저, 농축조(204)와 소화조(205)의 연결 관로 상에 제 1슬러지 리액터(210)를 연결 설치한다.

그리고, 소화조(205)에서 배출되는 소화 슬러지를 분기 관로를 통해 분기시키고, 분기 관로에 제 2슬러지 리액터(220)를 연결 설치하며, 제 2슬러지 리액터(220)에서 배출되는 슬러지가 소화조(205)로 재투입되도록 한다.

또한, 소화조(205)와 탈수조(206)의 연결 관로 상에 제 3슬러지 리액터(230)를 연결 설치하는 데, 제 3슬러지 리액터(230)는 분기 관로의 이후에 연결된다.

한편, 소화조(205)와 연결 관로를 통해 가스 크리너(240)를 연결 설치하고, 소화조(205)와 투입 관로를 통해 음식물 쓰레기, 인분, 축분, 축산폐수가 투입되는 투입구를 연결 설치한다. 이때, 음식물 쓰레기, 인분, 축분, 축산폐수는 별도의 위생 시설을 통해 처리된 후 삽입되는 것이 바람직하다.

그리고, 제 1~3슬러지 리액터(210~230)의 각각의 PLC 컨트롤러(130)를 통해 시스템에 맞게 장치를 셋팅하여 시스템을 완성한다.

이러한 상태에서 최초 침전지(201)로 하폐수가 유입되면, 최초 침전지(201)에서는 생슬러지를 침전시켜 제거하고, 생슬러지가 제거된 하폐수가 생물반응조(호기조)(202)로 유입된다.

생물반응조(202)는 최초 침전지(201)로부터 유입되는 하폐수를 생물학적으로 분해시키고, 최종 침전지(203)는 생물반응조(202)로부터 유입되는 하폐수를 침전시켜 잉여 슬러지를 제거하고, 상등수는 방류한다.

한편, 농축조(204)는 최종 침전지(203)로부터 침전되어 공급되는 잉여 슬러지를 농축시켜 소화조(205)로 공급한다.

이때, 농축조(204)에서 배출되는 잉여 슬러지는 제 1슬러지 리액터(210)를 통과하면서 초음파가 조사된다.

잉여 슬러지에 초음파가 조사되면, 초음파의 공동화 현상에 의해 도 7에 도시된 바와 같이 섬모형 미생물의 섬모와 몸체가 분리되어 섬모에 의해 섬모형 미생물이 가라앉지 않아 발생하는 벌킹 형상이 일어나는 것이 차단된다.

그리고, 잉여 슬러지에 초음파가 조사되면, 도 9에 도시된 바와 같이 농축조(204)에서 배출되는 슬러지중 유기물질을 가용화시켜 소화되기 쉬운 상태로 만든다. 즉, 도 10에 도시된 바와 같이 잉여 슬러지의 양이 감소하고, 소화 일수가 단축되는 것을 확인할 수 있다.

또한, 잉여 슬러지에 초음파가 조사되면, 도 11에 도시된 바와 같이 슬러지 플럭의 점막을 파괴하여 점막 내부에 존재하던 수분을 제거하여 탈수 효율을 증대시킨다.

제 1슬러지 리액터(210)를 통과한 잉여 슬러지는 소화조(205)로 공급되고, 소화조(205)에서 체류하게 되는 데, 이때, 소화조(205)로는 음식물 쓰레기, 인분, 축분, 축산폐수가 별도의 관로를 통해 투입되어 유기물의 분해에 의한 바이오 가스의 생산량을 증대시킬수도 있다.

그리고, 소화조(205)에서 배출되는 소화 슬러지는 제 2슬러지 리액터(220)에 의해 분기되어 제 2슬러지 리액터(220)에서 초음파가 조사된 후 다시 소화조(205) 로 투입된다.

그러면, 소화 슬러지중 유기물질을 가용화시켜 소화되기 더욱 쉬운 상태로 만들기 때문에 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 소화 효율이 극대되고, 소화조로 투입된 음식물 쓰레기, 인분, 축분, 축산폐수 등의 유기물에 의해 바이오 가스의 생산량이 증대된다. 그리고, 소화조(205)에서 배출되는 바이오 가스는 가스 크리너(240)를 통해 정화된 후 별도의 저장시설에 저장된다.

한편, 소화조(205)를 통해 배출되는 소화 슬러지는 제 3슬러지 리액터(230)로 유입되는 데, 제 3슬러지 리액터(230)에서 발생하는 초음파에 의해 슬러지 플럭의 점막이 파괴되고, 점막 내부에 존재하던 수분이 배출되어 탈수기(206)로 유입되기 때문에 탈수 효율이 증대되고, 이로 인해 도 14에 도시된 바와 같이 배출되는 케이크의 량도 줄어든다.

상기와 같이 구성되는 본 발명인 슬러지 감량 및 바이오 가스 증산이 가능하도록 초음파 공동화 현상을 이용한 슬러지 리액터에 따르면, U자형의 관로에 길이 방향으로 서로 대응되도록 배열된 슬러지 리액터를 이용하여 슬러지를 처리하고, 처리된 슬러지를 반송하도록 함으로써 소화조의 효율 증가와 소화 일수를 상대적으로 감소시키고, 발생 슬러지의 양을 감소시키며, 벌킹 슬러지의 처리가 가능하고, 슬러지의 탈수 효율을 증대시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 슬러지의 처리중 슬러지 리액터가 막히는 경우 슬러지 리액터 내에서 역방향으로 슬러지를 공급함으로써 슬러지 리액터가 처리중 막히 는 것을 방지할 수 있다.

또, 본 발명에 따르면 슬러지 처리시 소화 가스 발생량을 증가시켜 소화 가스를 이용하여 바이오 가스를 생산하고, 생산된 바이오 가스를 냉난방과 전력 생산의 공급원으로 제공함으로써 에너지를 효율적으로 이용할 수 있다.

본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (7)

1. U자형의 주 관로와, 상기 주 관로에 설치되되, 상기 주 관로 내부에 유입되는 슬러지에 초음파를 조사하도록 길이 방향으로 일정 간격 이격되고, 서로 대응되도록 설치되는 복수의 초음파 발진자를 구비하여, 이송되는 슬러지에 초음파를 조사하고, 외부의 제어에 따라 선택적으로 처리 용량을 가변시키는 초음파 리액터와;

   외부의 제어에 따라 상기 초음파 리액터의 복수의 초음파 발진자로 선택적으로 전원을 공급하는 전원 공급 장치와;

   사용자의 선택에 따라 복수의 초음파 발진자의 동작을 제어하도록 상기 전원 공급 장치를 제어하고, 상기 제 1, 2슬러지 펌프의 부하 증가 여부에 따라 상기 초음파 리액터의 주 관로가 막힌 것을 판단하여 상기 초음파 리액터의 주 관로가 막히면 상기 스위치를 동작시켜 슬러지가 상기 초음파 리액터 내에서 역방향으로 이송되도록 제어하는 PLC 컨트롤러; 및

   상기 초음파 리액터와 전원 공급 장치 및 PLC 컨트롤러를 냉각시키도록 이들과 냉각 덕트에 의해 연결되는 냉각 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 감량 및 바이오 가스 증산이 가능하도록 초음파 공동화 현상을 이용한 슬러지 리액터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 초음파 리액터는,

   상기 주 관로가 설치 고정되는 프레임과;

   판 형상으로 형성되어 상기 주 관로 내부에 삽입되고, 각각의 초음파 발진자가 결합되어 진동을 발생하는 진동판과;

   상기 주 관로의 끝단에 슬러지가 유입, 배출되는 연장 관로와;

   상기 PLC 컨트롤러의 제어에 따라 동작되는 스위치를 구비하고, 상기 연장 관로 상에 각각 설치되어 상기 스위치의 동작에 따라 상기 주 관로 내의 슬러지를 이송시키는 제 1, 2슬러지 펌프와;

   슬러지가 역방향으로 이송되도록 상기 연장 관로를 X자 방향으로 연결시키는 보조 관로와;

   상기 보조 관로 상에 각각 설치되고, 스위치를 구비하여 상기 PLC 컨트롤러에 의해 동작되어 상기 주 관로가 막히면 동작되어 상기 보조 관로를 통해 슬러지를 역방향으로 상기 주 관로로 이송시키는 제 1, 2보조 슬러지 펌프; 및

   상기 연장 관로 및 보조 관로에 각각 설치되어 관로를 개폐하는 밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 슬러지 감량 및 바이오 가스 증산이 가능하도록 초음파 공동화 현상을 이용한 슬러지 리액터.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 초음파 리액터와, 상기 전원 공급 장치 및 상기 PLC 컨트롤러는 함 내에 수납되고, 상기 함과 상기 냉각 장치의 냉각 덕트가 연결되어 냉각시키는 것을 특징으로 하는 슬러지 감량 및 바이오 가스 증산이 가능하도록 초음파 공동화 현상 을 이용한 슬러지 리액터.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 초음파 발진자는,

   20㎑~1㎒의 초음파를 발생하는 것을 특징으로 하는 슬러지 감량 및 바이오 가스 증산이 가능하도록 초음파 공동화 현상을 이용한 슬러지 리액터.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제

Images