KR100640698B1 - 슬러지로부터의 인산염 회수방법 및 그 장치 - Google Patents

슬러지로부터의 인산염 회수방법 및 그 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR100640698B1
KR100640698B1 KR19990049211A KR19990049211A KR100640698B1 KR 100640698 B1 KR100640698 B1 KR 100640698B1 KR 19990049211 A KR19990049211 A KR 19990049211A KR 19990049211 A KR19990049211 A KR 19990049211A KR 100640698 B1 KR100640698 B1 KR 100640698B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sludge
phosphate
recovering
eluate
concentrated
Prior art date
Application number
KR19990049211A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20000035299A (ko
Inventor
후꾸시마유이찌
마쓰모또다다시
가와바따고우이찌
모리야마가쓰미
Original Assignee
미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤
모리야마 가쓰미
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP32105198A external-priority patent/JP3480904B2/ja
Priority claimed from JP11189752A external-priority patent/JP2001017999A/ja
Application filed by 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤, 모리야마 가쓰미 filed Critical 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤
Publication of KR20000035299A publication Critical patent/KR20000035299A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100640698B1 publication Critical patent/KR100640698B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05B—PHOSPHATIC FERTILISERS
    • C05B15/00—Organic phosphatic fertilisers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/02—Biological treatment
    • C02F11/04—Anaerobic treatment; Production of methane by such processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05B—PHOSPHATIC FERTILISERS
    • C05B17/00—Other phosphatic fertilisers, e.g. soft rock phosphates, bone meal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F7/00—Fertilisers from waste water, sewage sludge, sea slime, ooze or similar masses
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/20—Fertilizers of biological origin, e.g. guano or fertilizers made from animal corpses
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/40—Bio-organic fraction processing; Production of fertilisers from the organic fraction of waste or refuse

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Removal Of Specific Substances (AREA)

Abstract

슬러지로부터의 인산염 회수방법은 슬러지에 축적된 인산염을 용액 중으로 배출하기 위하여 하수처리장의 수처리장치에서 끌어온 슬러지를 혐기성 조건에서 처리하고, 시드 결정 물질을 사용하여 용액내 인산염을 회수하는 과정을 포함한다. 슬러지로부터의 인산염 회수장치는 인산염을 대량 액체로 배출하기 위하여 하수처리장의 수처리장치로부터 끌어온 슬러지를 혐기성 조건에서 처리하는 인배출 수단, 배출 인산염을 포함하는 용액을 함유한 슬러지를 탈수 용출액과 탈수 슬러지로 분리하는 탈수 및 분리 수단, 탈수 용출액의 칼슘 이온 농도를 조정하는 칼슘 이온 농도조정 수단, 탈수 용출액의 pH 를 조정하는 pH 조정 수단, 및 탈수장치의 칼슘 이온 농도조정 및 pH 조정된 용출액으로부터 인산염을 회수하는 결정화 수단을 포함한다.

Description

슬러지로부터의 인산염 회수방법 및 그 장치{METHOD FOR RECOVERING PHOSPHATE FROM SLUDGE AND SYSTEM THEREFOR}
도 1은 본 발명의 제 1 구현예에 따른 전체 인산염 회수장치의 구조를 도시한 경로도;
도 2는 제 1 구현예에 따른 인산염 회수탱크를 도시한 개략도;
도 3은 본 발명의 제 2 구현예에 따른 전체 인산염 회수장치의 구조를 도시한 경로도;
도 4는 제 2 구현예에 다른 인산염 회수탱크를 나타낸 개략도;
도 5는 본 발명의 제 3 구현예에 따른 인산염 회수탱크를 도시한 개략도;
도 6은 본 발명의 제 4 구현예에 따른 인산염 회수탱크를 도시한 개략도;
도 7은 본 발명의 실험예에 대한 그래프;
도 8은 본 발명의 또다른 실험예에 대한 그래프; 그리고
도 9는 통상적인 슬러지 처리장치를 도시한 경로도이다.
본 발명은 하수처리장에서 활성 슬러지를 사용하여 하수를 처리할 때 슬러지로부터 인산염을 회수하는 방법에 있어서, 폐슬러지(waste sludge) 또는 폐슬러지와 최초 침전지로부터의 슬러지의 혼합 슬러지를 혐기성 조건에서 처리함으로써 폐슬러지에 함유된 인산염을 용액으로 배출하고 용액내의 인산염을 회수하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 슬러지로부터 인산염을 회수하는 장치에 관한 것이다.
강이나 호수, 그리고 폐쇄성 연안 해역에서 수질오염을 방지하기 위하여, 산업 및 도시 하수를 처리하는 하수처리장이 많은 곳에 건설되어 있다.
도 9는 이러한 하수처리장에서 통상적으로 채택되는 하수 및 슬러지 처리장치의 예를 나타낸다.
처리장에 유입된 하수는, 먼저 모래 분리지에서 모래와 거친 폐석 등이 제거된다.
다음으로, 최초 침전지에서 현탁 고체들을 침전시키고, 상청액을 수득한다. 상청액은 생물 반응탱크에서 호기성 조건하에 활성 슬러지를 사용하여 처리한다. 이로써 상청액(supernatant)에서 유기물이 주로 제거된다.
다음으로, 제 2 침전지에서, 고체가 현탁된 혼합액을 활성 슬러지와 처리수로 분리한다. 활성 슬러지는 이후의 단계로 투입하고, 투입된 처리수는 용출액으로서 처리장으로부터 방출된다.
분리된 활성 슬러지는 반송 슬러지와 폐슬러지로 분리된다. 반송 슬러지는 생물 반응탱크로 반송되어, 활성 슬러지로서 재사용된다. 폐슬러지는 슬러지 처리장치에서 처리된다.
수처리장치(water treatment system)에서 발생한 폐슬러지 및 최초 침전지에 서 침전된 최초 침전지로부터의 슬러지(원슬러지)는 슬러지 처리장치(sludge treatment system)에서 별개로 또는 둘의 혼합물로서 농축(thickening)되고, 농축 슬러지와 농축 분리액의 분리가 이루어진다. 농축 분리액은 수처리장치로 반송된다. 분리된 농축 슬러지는 탈수처리가 수행되어, 탈수 분리액과 탈수 슬러지로 분리된다. 탈수 분리액은 측류로서 수처리장치로 반송된다. 분리된 탈수 슬러지는 소각 또는 기타 적당한 방법으로 매립하여 폐기된다.
그러나, 상기에서 설명된 종래의 처리방법에서는 다음과 같은 문제점들이 일어날 수 있다. 즉, 처리수는 인이나 질소같이 부영양화의 원인이 되는 물질들을 함유한다. 그러므로, 처리수는 호수, 폐쇄성 연안 해역 등에서 적조 등을 일으키는 요인이 된다.
상기에 대한 대응방법으로서, 상기 설명된 수처리장치에서 기상 생물 반응탱크 이전에 혐기성 탱크가 제공될 수 있다. 이로써, 활성 슬러지가 다인산염(polyphosphate)으로서 인산염(정인산염 이온(orthophosphate ion))을 축적하고, 용출액에서의 인 농도를 감소시킨다.
다인산(polyphosphoric acid)을 축적한 활성 슬러지가 폐슬러지로서 슬러지 처리장치로 폐기된된 후, 농축방법에 따라 폐슬러지로부터 인산염이 배출될 수 있고, 이는 농축 분리액 및 탈수 분리액에서의 인산염 농도의 증가를 가져온다.
증가된 인산염 농도를 갖는 농축 분리액 및 탈수 분리액은 측류로서 수처리장치로 반송된다. 결과적으로, 용출액에서 인 농도를 감소시키는 효과가 감소한다.
혐기성 분해탱크(anaerobic digestion tank)가 농축기에 이어 제공될 수 있다. 이러한 경우, 혐기성 분해탱크에서 분해된 분해 슬러지가 탈수장치로 전달될 때, 혐기성 분해에 의해 용액으로 방출된 인, 마그네슘 이온, 암모니아 등의 사이에서 반응이 일어나, 예를 들면 스트루바이트(struvite)와 같은 마그네슘 암모늄 인산염 결정이 파이프와 펌프에서 석출된다. 석출이 진행되면, 슬러지 전달 설비의 폐색과 같은 사고가 일어날 수 있다.
상기 설명된 문제점들을 극복하기 위하여, 현재 석회(lime), 황산알루미늄(aluminum sulfate), 황산제이철(ferric sulfate), 그리고 폴리알루미늄클로라이드(polyaluminum chloride)과 같은 응집제들을 슬러지 처리공정에서 사용한다. 응집제들을 사용하면, 첨가된 응집제에 의하여 슬러지의 양이 증가한다. 결과적으로, 하수처리와 관련된 최종 폐기비용이 증가한다. 응집제와 인산염 사이의 반응에 의해 생성된 생성물은 화학적으로 안정하기 때문에, 비료의 용도로 재사용할 수 없다. 이 생성물들은 최종적으로 탈수 슬러지에 함유된다. 그러므로, 탈수 슬러지가 하수 슬러지의 최종 폐기 기술로서 주목받고 있는 시멘트의 원료물질로 사용될 때, 시멘트가 인산염에 의해 품질저하될 수 있다. 결과적으로, 이러한 최종 폐기 기술을 채택하는 것은 곤란하다.
혼합 슬러지로부터 효율적으로 인산염을 회수하는 방법 및 장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
비료로서 효과적으로 사용될 수 있는 형태로 인산염을 회수하는 방법 및 장치를 제공하는 것이 본 발명의 또다른 목적이다.
인산염의 매우 효율적인 회수법을 단순화한 인산염 회수방법 및 장치를 제공하는 것이 본 발명의 또다른 목적이다.
슬러지 전달 파이프의 폐색을 피할 수 있는 인산염의 회수방법 및 장치를 제공하는 것이 본 발명의 또다른 목적이다.
처리수가 환경에 영향주는 것을 방지하기 위하여 고효율로 슬러지로부터 인산염을 회수하는 인산염의 회수방법 및 장치를 제공하는 것이 본 발명의 또다른 목적이다.
본 발명의 첫 번째 측면에 따르면, 슬러지로부터의 인산염 회수방법은, 슬러지 중의 인산염을 용액 중으로 배출하기 위하여 하수처리장의 수처리장치로 방출된 슬러지를 혐기성 조건에서 처리하고, 시드 결정 물질(seed crystal material)을 사용하여 용액 중의 인산염을 회수하는 과정을 포함한다.
슬러지는 예를 들면, 수처리장치에서 발생한 폐슬러지, 그리고 폐슬러지와 원슬러지의 혼합 슬러지를 포함한다.
혐기성 조건에서의 처리는, 예를 들면 슬러지를 혐기성 탱크에 투입하고 소정의 시간 동안 혐기성 탱크에서 유지하는 것에 의하여 이루어진다. 혐기성 조건에서의 처리에서, 폐슬러지(고체) 내의 인산염(다인산염)은 가수분해를 거쳐 정인산염(orthophosphate)로서 슬러지 용액으로 배출된다.
용액으로 배출된 인산염은 시드 결정 물질을 사용하여, 예를 들면 그 표면상의 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite) 결정으로서 회수된다.
시드 결정 물질로서는, 예를 들면 주성분으로 칼슘실리케이트 수화물(calcium silicate hydrate)을 함유한 거의 구형의 물질이 사용된다. 칼슘실리케이트 수화물은 토버모라이트(tobermorite), 조노트라이트(xonotlite), 힐레브란다이트(hillebrandite), 월라스토나이트(wollastonite)로 구성되는 군 중에서 선택되는 최소한 일종일 수 있다. 상기에 부가하여, 일본 공개 특허공보 제 9-308877호에 개시된 시드 결정 물질도 사용될 수 있다. 이 물질에서, 칼슘실리케이트 수화물은 벌집 중심(honeycomb core)의 표면에 부착된다. 시드 결정 물질로서, 오토클레이브 경중량 콘크리트 (ALC; autoclaved lightweight concrete) 또한 사용될 수 있다. ALC의 제조 시, 칼슘 물질과 규소 물질이 주요 물질로서 사용될 수 있고, 이에 물과 발포제가 첨가된 후에 오토클레이브 경화(autoclave curing)이 행해진다.
혐기성 조건에서의 처리와 인산염의 회수는 분리되어 또는 동일한 탱크에서 수행될 수 있다.
본 발명의 두 번째 측면에 따르면, 본 발명의 첫 번째 측면에 따른 슬러지로부터의 인산염의 회수 방법이, 추가적으로 혐기성 분해탱크에서 혐기성 조건하에 처리된 슬러지를 분해하고, 분해된 슬러지를 탈수 슬러지와 탈수 분리액으로 탈수 및 분리하는 과정을 포함한다.
감소된 인함량을 갖는 슬러지를 혐기성 분해탱크에서 처리한 이후에, 탈수 슬러지와 탈수 용출액 사이의 분리를 이루기 위하여 탈수를 행한다. 이 단 계에서 혐기성 분해탱크에서 처리된 분해 슬러지의 인함량이 사전감소되기 때문에, 인산염이 분해 슬러지 고체로부터 배출된다고 해도, 파이프와 펌프에서 스트루바이트(struvite)의 석출 가능성은 유의적으로 감소한다.
본 발명의 세 번째 측면에 의하면, 본 발명의 첫 번째와 두 번째 측면에 의한 슬러지로부터의 인산염 회수 방법에서, 시드 결정 물질을 사용한 인산염의 회수과정이 용액내 칼슘 이온 농도를 80 내지 150 ㎎/ℓ로 조정하는 과정을 포함한다.
처리되는 용액내 칼슘 이온을 조정하기 위한 칼슘 이온의 농도가 80 ㎎/ℓ 미만이면, 칼슘 이온 농도가 불충분해져 인산염 회수 효율의 감소를 가져온다. 농도가 150 ㎎/ℓ 초과로 세팅되어도, 효율이 증가하지 않아 비경제적이다. 칼슘 이온의 석출로부터 나오는 생성물이 또한 발생하여, 폐기가 요구되는 슬러지가 더 많이 생성된다.
본 발명의 네 번째 측면에 의하면, 본 발명의 첫 번째 내지 세 번째 측면 중 어느 하나에 의한 슬러지로부터의 인산염 회수방법에서, 시드 결정 물질을 사용한 인산염의 회수과정이 용액의 pH 를 7.5 내지 9.0까지의 범위로 조정하는 과정을 포함한다.
만일 pH 가 7.5 미만이면, 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite)가 생성되지 않는다. pH 가 9.0를 초과하면, 칼슘 이온의 석출에서 기인하는 생성물이 발생하고 물 속에서 하이드록시아파타이트의 미소결정이 발생하는데, 이것이 인산염 회수탱크로부터 방출되어 버려 인산염 회수 효율의 감소를 가져온다. 또한 칼슘의 석출에서 기인하는 생성물이 발생하고 무기 슬러지가 생성될 가능성이 있다.
본 발명의 다섯 번째 측면에 의하면, 본 발명의 첫 번째 내지 네 번째 측면 중 어느 하나에 의한 슬러지로부터의 인산염 회수방법에서, 혐기성 조건에서의 처리가 시드 결정 물질을 사용한 인산염의 회수와 동시에 이행된다.
본 발명의 여섯 번째 측면에 의하면, 본 발명의 다섯 번째 측면에 의한 슬러지로부터의 인산염의 회수방법에서, 시드 결정 물질이 슬러지 용액으로 유입된다.
본 발명의 일곱 번째 측면에 의하면, 본 발명의 여섯 번째 측면에 의한 슬러지로부터의 인산염 회수방법에서, 시드 결정 물질이 주성분으로 칼슘실리케이트 수화물(calcium cilicate hydrate)을 함유하고, 거의 구형으로 형성된다.
본 발명의 여덟 번째 측면에 의하면, 슬러지로부터 인산염을 회수하는 방법은 슬러지내 인산염을 용액중으로 배출하기 위하여 하수처리장의 수처리장치로부터 방출된 슬러지를 혐기성 조건에서 처리하고, 혐기성 조건에서 처리된 슬러지를 농축 슬러지와 농축 용출액으로 분리하며, 농축 슬러지를 탈수 슬러지와 탈수 용출액으로 탈수 및 분리하고, 탈수 용출액과 농축 용출액에 함유된 인산염을 회수하는 과정을 포함한다.
슬러지의 농축은 중력 농축(gravity thickening), 부유 농축(floatation thickening), 그리고 원심 농축(centrifugal thickening)과 같은 어떠한 방법에 의해서도 이행될 수 있다. 슬러지 내 물의 함량은 농축에 의해 감소될 수 있다. 따라서, 농축 슬러지 내의 인함량이 감소될 수 있다.
탈수에 의한 분리는 또한 어떠한 방법에 의해서도 이행될 수 있다.
이러한 방식으로, 농축 용출액과 탈수 용출액 모두로부터 인산염이 회수될 수 있기 때문에 슬러지로부터의 인산염의 회수율이 증가할 수 있다.
인산염의 회수에 관하여는, 상기 설명된 시드 결정 물질을 사용한 방법에 부가하여, 인회암(rock phosphate), 골탄(bone black), 실리카(silica), 방해석 (calcite), 그리고 ALC가 시드 물질로서 사용될 수 있다.
본 발명의 아홉 번째 측면에 의하면, 본 발명의 여덟 번째 측면에 의한 슬러지로부터의 인산염을 회수하는 방법이, 혐기성 분해탱크에서 농축 슬러지를 분해하고, 분해 슬러지를 탈수 슬러지와 탈수 용출액으로 탈수 및 분리하는 과정을 추가적으로 포함한다.
감소된 인 함량을 갖는 슬러지를 혐기성 분해탱크에서 처리한 이후에, 탈수 슬러지와 탈수 용출액 사이의 분리를 이루기 위해 탈수를 이행한다. 이 단계에서 혐기성 분해탱크에서 처리된 분해 슬러지의 인 함량이 사전감소되기 때문에, 분해 슬러지 고체로부터 인 성분이 배출되더라도, 파이프와 펌프에서의 석출 가능성은 유의적으로 감소한다.
본 발명의 열 번째 측면에 따르면, 본 발명의 여덟 번째와 아홉 번째 측면 중 하나에 의한 슬러지로부터의 인 성분의 회수방법에서, 인산염의 회수과정이 용액에서의 칼슘 이온 농도를 80 내지 150 ㎎/ℓ의 범위로 조정하는 과정을 포함한다.
슬러지 슬러리에서의 칼슘 이온을 조정하기 위한 칼슘 이온 농도는 바람직하게 80 내지 150 ㎎/ℓ에서 세팅된다. 칼슘 이온 농도가 80 ㎎/ℓ 미만이면, 칼슘 이온 농도는 처리되는 슬러지의 특징에 따라서 불충분할 수도 있어, 인산염 회수 효율의 감소를 가져온다. 농도가 150 ㎎/ℓ를 초과하여 세팅된다해도, 아무런 효과가 얻어지지 않으며 무기 슬러지가 증가하게 된다.
본 발명의 11번째 측면에 따르면, 본 발명의 여덟 번째 내지 열 번째 측면 중 어느 하나에 의한 슬러지로부터의 인산염의 회수방법에서, 인산염의 회수과정이 용액의 pH 를 7.5 내지 9.0으로 조정하는 과정을 포함한다.
만일 pH 가 7.5 미만이면, 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite)가 생성되지 않는다. pH 가 9.0을 초과하면, 칼슘 이온의 석출에서 기인하는 생성물이 발생하고 물에서 하이드록시아파타이트 미소결정이 발생하며, 이것이 인산염 회수탱크로부터 방출되어 버려 인산염 회수 효율의 감소를 가져온다. 또한 칼슘의 석출에서 기인하는 생성물이 발생하고 무기 슬러지가 생성될 가능성이 있다.
본 발명의 12번째 측면에 따르면, 본 발명의 여덟 번째 내지 12번째 측면 중 어느 하나에 의한 슬러지로부터의 인산염의 회수방법에서, 인산염을 회수하는 과정 중 시드 결정 물질이 사용된다.
시드 결정 물질로서는, 상기 설명된 것과 같이, 다양한 형태의 물질이 사용될 수 있다.
본 발명의 13번째 측면에 따르면, 본 발명의 12번째 측면에 의한 슬러지로부터의 인산염의 회수방법에서, 시드 결정 물질이 주성분으로 칼슘실리케이트 수화물을 함유하고 거의 구형으로 형성된다.
본 발명의 14번째 측면에 따르면, 슬러지로부터 인산염을 회수하는 장치는, 슬러지에 축적된 다인산염을 대량 액체로 방출하기 위하여 하수처리장의 수처리장치로부터 끌어온 폐슬러지를 혐기성 조건에서 처리하는 인배출 수단, 배출 인산염을 포함하는 용액을 함유한 슬러지 혼합액을 탈수 용출액과 탈수 슬러지로 분리하는 탈수 및 분리 수단, 탈수 용출액에서의 칼슘 이온 농도를 조정하는 칼슘 이온 농도조정 수단, 탈수 용출액의 pH 를 조정하는 pH 조정 수단, 그리고 칼슘 이온 농도가 조정되고 pH 가 조정된 탈수과정의 용출액으로부터 인산염을 회수하는 수단을 포함한다.
본 발명의 15번째 측면에 따르면, 슬러지로부터 인산염을 회수하는 장치는, 슬러지에 축적된 다인산염을 대량의 액체로 방출하기 위하여 하수처리장의 수처리장치로부터 끌어온 폐슬러지를 혐기성 조건에서 처리하는 인배출 수단, 배출 인산염을 포함하는 용액을 함유한 슬러지 혼합액을 농축 용출액과 농축 슬러지로 농축 및 분리하는 농축 수단, 농축 슬러지를 탈수 용출액과 탈수 슬러지로 분리하는 탈수 및 분리 수단, 칼슘 이온 농도를 조정하기 위하여 농축 용출액과 탈수 용출액에 수용성 칼슘 화합물을 첨가하는 칼슘 이온 농도조정 수단, pH 를 조정하기 위하여 농축 용출액과 탈수 용출액에 알칼리 물질을 첨가하는 pH 조정 수단, 그리고 칼슘 이온 농도가 조정되고 pH 가 조정된 농축 및 탈수 과정의 용출액으로부터 인산염을 회수하는 수단을 포함한다.
본 발명의 16번째 측면에 따르면, 본 발명의 15번째 측면에 의한 슬러지로부터의 인산염의 회수장치는 농축 슬러지를 분해하는 혐기성 분해 수단을 포함한다.
본 발명의 17번째에 따르면, 본 발명의 14번째 내지 16번째 측면 중의 어느 하나에 의한 슬러지로부터 인산염을 회수하는 장치에서, 수단들은 결정화반응에 의해 인산염을 회수하기 위한 시드 결정 물질을 포함한다.
본 발명의 18번째 측면에 따르면, 폐슬러지로부터 인산염을 회수하는 장치는 하수처리장의 수처리장치로부터 끌어온 폐슬러지를 받아들이기 위한 회수탱크, 다인산염을 대량의 액체로 배출시키기 위해 회수탱크에서 혐기성 조건하에 폐슬러지를 처리하는 인배출 수단, 인산염 함유 액체내의 칼슘 이온 농도를 조정하는 칼슘 이온 농도조정 수단, 액체의 pH 를 조정하는 pH 조정 수단, 그리고 액체로부터 인산염을 회수하는 수단을 포함한다.
따라서, 인산염을 회수하는 장치가 단순화된다.
폐슬러지 또는 혼합 슬러지내의 인산염을 배출 및 회수하는 것이 동일한 탱크에서 이행될 수 있고, 이로써 농축탱크가 생략될 수 있다.
본 발명의 19번째 측면에 따르면, 본 발명의 18번째 측면에 의한 슬러지로부터의 인산염 회수장치에서, 수단들은 결정화반응에 의해 인산염을 회수하기 위한 시드 결정 물질을 포함한다.
본 발명의 20번째 측면에 따르면, 본 발명의 19번째 측면에 의한 슬러지로부터의 인산염 회수장치에서, 시드 결정 물질은 결정화를 위하여 유체상태로 슬러지와 접촉하게 된다.
본 발명의 21번째 측면에 따르면, 본 발명의 18번째 내지 20번째 측면 중의 어느 하나에 의한 슬러지로부터의 인산염 회수장치는 탈인산화 수단에 의해 탈인산화된 슬러지를 농축 용출액과 농축 슬러지로 농축 및 분리하는 농축 수단과 농축 슬러지를 분해하는 혐기성 분해 수단을 포함한다.
따라서, 분해 슬러지를 위한 전달 파이프와 펌프내에서 스트루바이트 (struvite)의 석출 가능성이 감소되므로, 슬러지 전달 장치의 폐색을 방지할 수 있다. 결과적으로, 안정한 작동이 보장되고, 전체 슬러지 처리의 처리효율이 개선될 수 있다.
본 발명의 22번째 측면에 의하면, 본 발명의 17번째, 그리고 19번째 내지 21번째 측면 중 어느 하나에 의한 슬러지로부터의 인산염 회수장치에 있어서, 시드 결정 물질은 주성분으로 칼슘실리케이트 수화물을 포함하고 거의 구형으로 형성된다.
본 발명의 23번째 측면에 의하면, 본 발명의 22번째 측면에 의한 슬러지로부터의 인산염의 회수장치에 있어서, 칼슘실리케이트 수화물은 토버모라이트(tobermorite), 조노트라이트(xonotlite), 힐레브란다이트 (hillebrandite), 월라스토나이트(wollastonite)로 구성되는 군 중에서 선택되는 최소한 일종이다.
본 발명의 24번째 측면에 따르면, 본 발명의 14번째 내지 23번째 측면 중 하나에 의한 슬러지로부터의 인산염 회수장치에 있어서, 칼슘 이온 농도조정 수단은 칼슘 이온 농도를 80 내지 150 ㎎/ℓ까지의 범위로 조정한다.
처리되는 원수(raw water)에서의 칼슘 이온을 조정하기 위한 칼슘 이온 농도는 바람직하게 80 내지 150 ㎎/ℓ에서 세팅된다. 칼슘 이온 농도가 80 ㎎/ℓ 미만이면 칼슘 이온 농도가 불충분하여, 인산염 회수 효율의 감소를 가져온다. 농도가 150 ㎎/ℓ를 초과하여 세팅된다 해도, 효율은 증대되지 않아 비경제적이다. 또한, 칼슘 이온의 석출로 인한 생성물이 발생하고, 이로 인해 폐기될 슬러지가 증가한다.
본 발명의 25번째 측면에 따르면, 본 발명의 14번째 내지 24번째 측면 중 어느 하나에 의한 슬러지로부터의 인산염의 회수장치에서, pH 조정 수단은 pH 를 7.5 내지 9.0까지의 범위로 조정한다.
pH 가 7.5 이하이면 하이드록시아파타이트가 생성되지 않는다. pH 가 9.0을 초과하면, 칼슘 이온의 석출에서 기인하는 생성물이 발생하고 대량 액체에서 하이드록시아파타이트 미소결정이 발생하여, 이것이 인산염 회수탱크로부터 폐기되어 인산염 회수 효율의 감소를 가져온다. 또한 칼슘의 석출에서 기인하는 생성물이 발생하고 무기 슬러지가 생성될 가능성이 있다.
부가적으로, 수산화칼슘의 사용에 의해 칼슘의 농도와 pH 를 동시에 조절할 수 있다. 이러한 경우, 하이드록시아파타이트의 결정화 반응이 일어나는 동안 pH 가 급격히 증가하지 않고, 칼슘 이온이 지나치게 증가할 때 pH 가 증가한다. 즉, 소정의 범위내에서 pH 를 조절함으로써 칼슘 이온이 과도하게 첨가되는 것을 방지한다. 그러므로, 장치의 단순화와 수산화칼슘의 사용에 의한 화학적 비용의 감소가 달성될 수 있다.
pH 뿐만 아니라 농축 용출액과 탈수 용출액에 첨가되는 칼슘 이온의 양을 조정함으로써, 시드 결정 물질이 장기간 동안 고효율로 사용될 수 있다.
또한, 사용된 시드 결정 물질이 규소 비료, 인산염 비료로서 재사용될 수 있다. 사용된 시드 결정 물질은 또한 인산염 공업에서 사용될 수 있다.
본 발명에 의한 장치에 의해 처리된 탈수 슬러지는 낮은 인성분 함량을 가지 므로, 시멘트의 원료 물질로 사용될 때, 유해한 인성분에 의한 시멘트의 품질저하를 피할 수 있다.
도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 구현예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 구현예에 따라 전체 인산염 회수장치의 구조를 나타낸 경로도이다. 이 도면에서, 부호 1은 혐기성 인배출탱크를 나타내고, 부호 2는 농축기를 나타내며, 부호 3은 혐기성 분해탱크를 나타내고, 부호 4는 탈수장치를 나타내며, 부호 5는 Ca 첨가탱크를 나타내고, 그리고 부호 6은 인산염 회수탱크를 나타낸다. 혐기성 인배출탱크 1에, 폐슬러지 또는 폐슬러지 및 잉여수류로부터 생성된 원슬러지의 혼합 슬러지가 공급된다.
혐기성 인배출탱크(1)에서, 공급된 혼합 슬러지를 혐기성 조건에서 처리함으로써, 인성분, 특히 다인산염이 슬러지 중 고체로부터 정인산염(orthophosphate)으로서 대량 액체로 배출된다.
혼합 슬러지를 혐기성 조건에서 처리하면, 혐기성 분해와 달리 폐슬러지로부터 인 이온이 짧은 시간안에 배출될 수 있다. 배출을 목표로 하는 처리 시간은, 슬러지의 특징에 따라 변동이 있지만 예를 들어, 혼합슬러지의 경우 대략 1 내지 2시간으로 세팅한다. 1시간 미만이면, 처리시간이 너무 짧아 인산염의 불충분한 배출을 가져온다. 시간이 2시간을 초과하면, 특별한 문제가 없음에도 불구하고, 인산염 배출의 증가가 느리므로 총 처리효율이 감소하고, 혐기성 인배출탱크(1)의 부피가 너무 커지게 된다.
폐슬러지 단독으로 혐기성 조건에서 처리할 때는, 인산염의 배출은 혼합 슬러지와 비교하여 느려져, 상기에서 특정된 시간보다 길게 처리를 행하여야 한다. 그러므로, 폐슬러지와 원슬러지의 혼합 슬러지를 처리함으로써, 인산염 배출의 상승 시간(rise time)을 단축하고, 고로 처리효율을 개선한다.
배출 인산염을 포함한 슬러지 혼합액은 농축기(2)로 투입하고, 농축기(2)에서 슬러지는, 예를 들어 원심 농축기로써, 농축 슬러지와 농축 용출액으로 분리된다.
농축슬러지는 혐기성 분해탱크(3)에 투입하고, 농축 용출액은 Ca 첨가탱크(5)로 투입한다.
혐기성 분해탱크(3)에서, 농축 슬러지내의 생물적 성분으로서의 인을 분해하고 정인산염으로서 액체에 용해시킨다. 분해 슬러지는 탈수장치(4)로 투입된다.
탈수장치(4)에서, 투입된 분해 슬러지는 탈수 슬러지와 탈수 용출액으로 탈수 및 분리한다. 감소된 인 함량을 갖는 탈수 슬러지는 장치 밖으로 방출하고, 탈수 용출액은 Ca첨가탱크(5)로 투입한다.
Ca첨가탱크(5)에서, 투입된 농축액체와 탈수 용출액에 소정량의 수용성 칼슘 화합물(예를 들어, 염화칼슘, CaCl2)을 첨가한다. 결과로서, 혼합액체내 칼슘 이온 농도는 80 내지 150 ㎎/ℓ의 범위로 조정된다.
상기 설명대로 칼슘 이온 농도가 조정된 혼합액체는 인산염 회수탱크(6)에 투입된다. 인산염 회수탱크(6)에서는, pH 를 7.5 내지 9.0으로 고정하기 위하여 수산화칼슘 또는 가성소다와 같은 알칼리제를 공급한다.
칼슘실리케이트 수화물을 포함하는 시드 결정 물질은 인산염 회수탱크(6)에 저장한다. 인산염 회수탱크(6)에서, 시드 결정 물질의 표면에 하이드록시아파타이트 결정을 생성하기 위하여 pH 조정 액체를 시드 결정 물질과 접촉하도록 한다. 시드 결정 물질을 소정의 시간 동안 사용한 이후에 그것을 새 물질로 대체하므로, 즉 인산염을 회수하게 된다.
예를 들면, 시드 결정 물질을 대체하는 시간은 그 물질상에 결정화된 인성분의 함량이 인산염 비료의 수치와 동일해지는 시점까지로 결정할 수 있다.
도 2는 인산염 회수탱크(6)와 그 주변설비를 나타낸 개략도이다.
도면에 나타난 바와 같이, 시드 결정 물질(7)은 인산염 회수탱크(6)에 저장되고, pH 센서(8)가 수면 근방에 제공된다. pH 센서(8)는 액체의 pH 를 감지하고, 감지된 신호는 pH 컨트롤러(9)로 입력된다. pH 컨트롤러(9)는 감지된 pH 와 목표치에 기초한 작동을 수행하고, 조절밸브(11)의 개폐를 조절한다. 조절밸브(11)의 개폐는 전기적으로 제어된다. pH 가 목표치보다 낮을 때, 조절밸브(11) 는 개방되고, pH 가 목표치를 충족시킬 때 밸브(11)는 닫힌다. 인산염 회수탱크(6)로부터의 액체는 순환파이프(12)를 통해 순환 및 공급되고, 순환펌프(13)가 순환파이프(12)의 중앙에 제공된다. 순환펌프(13)로 순환액체의 유속을 조정함으로써, 시드 결정 물질 구역은 고정대(fixed bed), 확장대(expanded bed), 또는 유체화 대(fluidized bed)로서 세팅할 수 있다.
도 3과 4는 본 발명의 제 2 구현예를 도시한다.
이 구현예에서는, 혼합 슬러지가 투입된 인산염 회수탱크(31)내에서 혐기성 조건에서 인산염의 배출과 시드 결정 물질에 의한 인산염의 회수가 동시에 이행된다. 시드 결정 물질은 이 탱크(31)에서 유체상태로 유지된다. 슬러지 혼합액의 pH 와 칼슘 이온 농도를 조정하기 위하여 Ca(OH)2가 인산염 회수탱크(31)로 공급된다.
인산염 회수탱크(31)로부터 방출된 슬러지 혼합액(혼합 슬러지가 인함량을 감소시킨다)은 농축기(32)에서 농축되고, 농축 슬러지와 농축 용출액으로 분리된다.
농축 슬러지는 혐기성 분해탱크(33)로 투입되고, 그곳에서 인산염이 추가적으로 배출된다. 분해 슬러지는 탈수장치(34)에서 탈수되고 감소된 인함량을 갖는 탈수 슬러지와 탈수 용출액으로 분리된다. 탈수 용출액은 인산염 회수탱크(31)로 반송되고, 인산염이 회수된다.
도 4에 도시된대로, 혐기성 조건을 갖는 인산염 회수탱크(31)에서, 실린더형 격벽(cylindrical bulkhead, 35)이 탱크의 중앙에 제공되고, 모터구동 교반 블레이드(motor-driven agitating blade, 36)가 격벽(35)내에 제공된다. 격벽(35)의 외부상에, 시드 결정 물질(37)과 슬러지를 포함하는 유체화 구역(38)이 제공되고, 시드 결정 물질(37)이 슬러지내에서 유체화된다. 교반 블레이드(36)의 회전에 의해서, 인산염 회수탱크(31)의 격벽(35)내에 하강류가 생성되고, 그 바깥에는 상승류가 생성된다. 필터(39)는, 예를 들면 와이어메쉬 실린더(wire mesh cylinder)로 이루어져, 격벽(35)의 상단에 고정되고, 시드 결정 물질(37)이 격벽(35)으로 유입되는 것을 방지한다. 부호 40은 Ca(OH)2의 투입속도를 제어하는 조절밸브를 나타내고, 부호 41은 pH 센서를 나타낸다. pH 센서(41)에 의해 감지된 수치는 pH 제어기(42)로 입력되고, 슬러지 용액의 pH 가 적합한 범위내에서 제어되도록 pH 제어기(42)는 조절밸브(40)의 개폐를 제어한다. pH 를 7.5 내지 9.0으로 조절함으로써, 혼합 슬러지의 특징에 따라서 변동이 있지만 칼슘 이온 농도는 대략 80 내지 150 ㎎/ℓ에서 세팅된다.
즉, pH 가 7.5 내지 9.0의 범위에 있도록 수산화칼슘을 인산염 회수탱크(31)에 첨가함으로써, 칼슘 이온 농도가 대략 80 내지 150 ㎎/ℓ에서 세팅된다.
슬러지로부터 배출된 인산염은 채워진 시드 결정 물질(37)과 접촉하게 되고, 하이드록시아파타이트 결정이 결정화 반응에 의해서 시드 결정 물질(37)의 표면에 생성된다. 하이드록시아파타이트 결정이 생성된 시드 결정 물질이 소정의 시간 동안 사용된 후에, 그것은 새 작용제로 대체되고, 따라서 인산염이 회수된다.
많은 양의 유기물질을 함유하는 하수 또는 그와 같은 것을 처리할 때, 얇은 바이오필름(slimy biofilm)이 컨테이너의 벽면, 바닥 등에서 쉽게 형성된다. 시드 결정 물질로서 칼슘실리케이트 수화물을 장기간 동안 슬러지 혼합액에 침지시키면, 바이오필름이 컨테이너의 벽면상에는 형성되나 시드 결정 물질의 표면상에는 형성되지 않는 것이 발견된다. 그러므로, 본 구현예에서, 제 1 구현예에서 혐기성 조건에서의 인산염의 배출과 시드 결정 물질로의 인산염의 회수를 동일한 탱크에서 동시에 수행하여, 장비를 단순화하게 된다.
인산염 회수탱크(31)에서는, 투입된 슬러지에 축적된 인산염이 혐기성 조건하에 대량 액체로 배출된다. 이어서, 액체는 탱크내의 시드 결정 물질(37)과 접촉하도록 보내진다. 고정성 또는 거의 고정성의 시드 결정 물질이 액체와 접촉되면, 슬러지가 시드 결정 물질 구역을 통과할 때 저항이 증가하고 슬러지와 용액의 분리가 일어나, 인산염 회수탱크의 폐색을 야기한다. 그러므로, 인산염 회수탱크(31)에서는 바람직하게 입상의 시드 결정 물질(37)을 채워, 그것이 넓은 의미에서, 시드 결정 물질(37)이 액체의 흐름을 따라 유동하는 유체 상태(파운티닝 상태(fountaining state) 포함)에 있게 된다. 유체화 조건 등은 예를 들면, 사용되는 시드 결정 물질의 비중과 입자크기와 같은 요인, 그리고 액체의 점도에 달려 있다.
이러한 시드 결정 물질을 제조하는 방법은 규소물질로 만들어진 분말과 칼슘 물질로 만들어진 분말을 사용하여 텀블링(tumbling)함으로써 입상화(granulating)하는 단계(예를 들어, 대략 1 내지 15 ㎜의 직경을 갖는 소구(spherule)의 제조), 입상화한 물질을 습한 공기에서 경화하는 과정, 그리고 오토클레이브 경화하는 과정(예를 들어, 오토클레이브에서 180℃, 10atm하에 경화)을 포함한다. 규소물질과 칼슘물질로서는, 바람직하게 실리카, 이원자 토류(diatom earth), 토산(acid earth), 용광로 슬랙(blast furnace slag), 플라이애쉬(fly ash), 시멘트(cement), 석고(gypsum), 생석회(calcined lime)와 같은 것이 사용된다. 오토클레이브 경화는 포화증기의 압력 및 열효과가 함께 사용되는, 견고한 제조물에 주로 사용되는 경화 방법이다.
시드 결정 물질은 거의 구형의 형상이고, 하이드록시아파타이트에 대한 석출 부위로서의 칼슘실리케이트 수화물은 그 전체 표면에서 형성된다. 그러므로, 인산염을 함유하는 물과 하이드록시아파타이트의 석출 부위로서의 칼슘실리케이트 수화물의 접촉 영역이 증가하여, 인산염 흡착의 유의적으로 높은 효율을 야기한다.
본 발명의 제 3 구현예가 도 5에 도시되었다.
이 구현예에서는, 유체화 구역이 교반 블레이드를 사용하지 않고 형성되었다.
인산염 회수탱크(51)에 투입된 슬러지는 펌프(52)에 의해 회수탱크(51)내의 분산챔버(53)로 투입되어 진다. 슬러지는 분산챔버(53)의 최상부에 제공된 분배기(54, 공극 플레이트)를 통해 유체화 챔버(55)로 투입된다. 시드 결정 물질은 유체화 챔버(55)에 채워지고, 분배기(54)를 통해 투입된 슬러지의 공급에 의해 유체화 구역이 생성된다. 부호 56은 필터를 나타내고, 부호 57은 pH 센서를 나타내며, 부호 58은 pH 제어기를 나타내고, 그리고 부호 59는 수산화칼슘을 투입하는 파이프의 조절밸브를 나타낸다.
펌프(52)에 의해 슬러지 슬러리를 강제 순환시킴으로써 상승류가 생성되고, 결정화가 유체화 챔버(55)에서 이행된다. 시드 결정 물질을 회수함으로써, 슬러지로부터 배출된 인산염이 회수된다.
본 발명의 제 4 구현예가 도 6에 도시되었다.
본 구현예에서, 원추형 영역(62)이 인산염 회수탱크(61)의 하부에 제공되고, 탱크(61)에 채워진 시드 결정 물질(7)을 유체화하기 위해 순환 슬러지가 원추형 영역(62)의 하부로 투입된다. 인산염을 제거하기 위한 방법은 도 5에 도시된 제 3 구현예의 그것과 같다.
도면에 도시되지 않았지만, 직경이 회수탱크의 상부를 향해 점차적으로 증가한다면, 탱크에서의 유속이 점차 감소하여 유체화 구역의 형성을 멈추게 한다. 그러므로, 시드 결정 물질과 슬러지가 서로 분리되고, 최상부에 제공된 분리필터의 부하가 감소될 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 슬러지로부터 인산염을 회수하는 방법과 이를 위한 장치는 생물적 인 제거공정의 잉여수류에도 응용할 수 있다. 예를 들어, 혐기성-호기성 활성 슬러지 과정에서, 혐기성 탱크 그 자체로서 또는 혐기성 탱크와 호기성 탱크의 사이에서 본 발명에 의한 인산염 회수탱크를 사용하여, 혐기성 탱크내 반송 슬러지로부터 배출된 인산염을 시드 결정 물질로 처리함으로써, 호기성 탱크에 투입된 인산염의 농도를 감소시킬 수 있다. 결과적으로, 하수처리장치로부터 방출된 용출액의 인산염 농도를 감소시킬 수 있다.
본 발명은 특정한 실험예에 기초하여 보다 상세히 설명된다.
실험예 1 : 혐기성 조건에서의 인산염 배출
하수처리장에서 발생한 원슬러지와 폐슬러지(인 함량 : 4.0%)를 수집하여, 건조중량을 기초로 원슬러지와 폐슬러지가 1 : 1의 비율로 혼합된 혼합 슬러지(인 함량 : 2.5%), 그리고 폐슬러지가 시료로 사용되었다. 각 시료는 500 ㎖ 어렌마이어(Erlenmeyer) 플라스크에 채우고, 플라스크를 밀봉하였다. 플라스크내의 시료는 실험실용 교반기로 30분, 60분, 90분, 150분, 240분, 그리고 24시간 동안 교반한 후, 여과하였다. 여액(filtrate) 중의 정인산염의 농도를 측정하였고, 24시간 배출량에서 각 시점에서의 인산염 배출율을 계산하였다. 그 결과들이 표 1에 보여진다.
시간에 따른 인산염 배출량의 변화
교반시간(분) 인산염 배출율(%) 30 60 90 150 240
혼합 슬러지 36 58 70 85 87
폐슬러지 3 5 6 10 15
상기 결과로부터 명백한 것처럼, 혐기성 조건에서 혼합 슬러지를 다루는 시간이 30분에 세팅되면 정인산염의 배출속도가 불충분하고, 시간이 60분을 초과하면 슬러지 중 배출가능한 인의 약 50 내지 80%가 배출될 수 있다.
폐슬러지 단독으로 처리할 때, 혼합 슬러지와 비교하여 거의 10배의 처리시간이 요구된다. 그러므로, 혐기성 인배출탱크에서 혼합 슬러지의 목표 처리시간은 대략 1 내지 2시간으로 세팅된다.
실험예 2 : 확장대(expanded bed)에서의 결정화
폐슬러지와 원슬러지와의 혼합 슬러지의 진한 탈수 여액(현탁 고체 농도 : 약 100 ㎎/ℓ, 정인산염 농도 : 50 ㎎/ℓ)가 도 2에 도시된 실험장치로 처리되었다. 순환펌프(13)의 유속은 확장계수 125%로의 확장대가 형성되도록 제어되었다. 공간속도가 1/hr이 되도록 진한 탈수 여액을 공급하였다. 시드 결정 물질인 칼슘실리케이트 수화물(평균 입경 : 1.2㎜, 최대 직경 : 2.4㎜, 벌크 밀도 : 1.2)이 장치의 반응영역에 채워지고, 확장대가 형성되었다.
그곳에 수산화칼슘, 염화칼슘, 그리고 수산화나트륨 중 하나, 또는 염화칼슘와 수산화나트륨의 조합물을 첨가함으로써, 반응영역의 칼슘 이온 농도와 pH 가 변화하는데, 이러한 조건하에서 인산염 회수속도를 관찰하였다. 그 결과는 도 7에 도시되었다.
이 결과들로부터 명백하듯이, pH 가 7.5, 8.0, 8.5, 그리고 9.0일 때 회수율은 각각 30%, 80%, 90%, 그리고 90%이다.
pH 가 7.5 미만이면, 이것은 너무 낮아서 하이드록시아파타이트의 결정화 반응이 일어나지 않는다. pH 가 8.0일 때, 인산염 회수율이 80에서 90%의 범위라는 것이 확인된다. pH 가 9.0을 초과한 값으로 조정될 때, 하이드록시아파타이트 미소결정들이 혼합액체에 생성되어 시드 결정 물질의 표면에 하이드록시아파타이트를 결정화하는데 어려움을 야기하는 것이 확인된다.
칼슘 이온 농도가 80, 150, 그리고 200 ㎎/ℓ일 때, 인 회수율에는 차이가 없고, 따라서 요구되는 최대치와 최소치로 대략 150 ㎎/ℓ와 80 ㎎/ℓ를 각각 세팅하여도 특별한 문제가 없는 것으로 결정되었다.
또한, 수산화칼슘에 의해 조정된 pH 가 8.0 내지 9.0일 때, 칼슘 이온 농도가 110 ㎎/ℓ으로 80 내지 150 ㎎/ℓ의 바람직한 농도범위 내라는 것이 또한 발견된다.
실험예 3 : 유체화 대(fluidized bed)에서의 결정화
폐슬러지와 원슬러지의 혼합 슬러지(현탁고체 농도 : 대략 7,000 ㎎/ℓ, 인함량 : 2.4%, 총 인농도 : 170 ㎎/ℓ, 24시간 동안 배출된 인농도 : 대략 50 ㎎/ℓ)를 도 4에 도시된 실험장치로 처리하였다. 유지시간이 120분이도록 슬러지를 공급하였다. 시드 결정 물질인 칼슘실리케이트 수화물(평균 입자 크기 : 1.2㎜, 최대 직경 : 2.4㎜, 벌크 밀도 : 1.2)이 장치내 반응영역에 채워지고, 유체화 구역이 형성되었다. 수산화칼슘을 그곳에 첨가하고 pH 를 7.5 내지 8.5가 되도록 조정하였다. 소정의 일수 이후에 슬러지 시료를 모으고, 24시간 동안 배출된 인산염 농도에 대한 인산염 회수율을 구했다. 그 결과를 도 8에 도시하였다.
이 결과로부터 명백하듯이, pH 가 7.5와 8.5일 때, 각각 회수율이 약 30%와 60%이다.
pH 가 7.5 미만일 때 이는 너무 낮아 하이드록시아파타이트의 결정화반응이 일어날 수 없고, pH 가 8.0일 때 인산염 회수율이 약 80에서 90%라는 것이 확인된다. pH 가 8.5를 초과한 값으로 조정될 때, 하이드록시아파타이트 미소결정이 혼합액체에서 발생하여 시드 결정 물질의 표면에 하이드록시아파타이트를 결정화시키는데 어려움을 야기하는 것이 확인된다.
또한, 실험 레벨 D에서 석출로부터 기인하는 생성물이 칼슘 조정탱크에서 관찰되었다. 그러므로, 이 레벨의 칼슘 이온 농도는 과도한 첨가에 해당함이 명백하다.
본 발명에 의한 인산염 회수방법 및 장치는 인산염의 매우 효율적인 회수법을 단순화한 것으로, 혼합 슬러지로부터 효율적으로 인산염을 회수하여, 이를 비료로서 효과적으로 사용할 수 있다. 본 발명의 방법 및 장치에 의하면 고효율로 슬러지로부터 인산염을 회수하여 처리수가 환경에 영향을 주는 것을 방지할 수 있다.

Claims (25)

  1. 하기를 포함하는, 슬러지로부터의 인산염 회수방법:
    하수 처리장에서 발생한 원슬러지와 폐슬러지의 혼합 슬러지에 축적된 인산염을 대량 액체 중으로 배출하기 위하여 하수처리장의 수처리장치로부터 끌어온 슬러지를 혐기성 조건에서 처리하는 과정; 및
    주성분으로 칼슘 실리케이트 수화물(calcium silicate hydrate)을 포함하고 거의 구형으로 형성된 시드 결정 물질을 사용하여 용액 중의 인산염을 회수하는 과정.
  2. 제 1 항에 있어서, 처리된 슬러지를 혐기성 분해탱크에서 분해하는 과정; 및
    분해된 슬러지를 탈수 슬러지와 탈수 용출액으로 탈수 및 분리하는 과정을 추가로 포함하는, 슬러지로부터의 인산염 회수방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 시드 결정 물질을 사용하여 인산염을 회수하는 과정이 용액 중 칼슘 이온 농도를 80 내지 150 ㎎/ℓ의 범위로 조정하는 과정을 포함하는, 슬러지로부터의 인산염 회수방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 시드 결정 물질을 사용하여 인산염을 회수하는 과정이 용액 중 pH 를 7.5 내지 9.0의 범위로 조정하는 과정을 포함하는, 슬러지로부터의 인산염 회수방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 혐기성 조건에서의 처리가 시드 결정 물질을 사용한 인산염 회수와 동시에 이행되는, 슬러지로부터의 인산염 회수방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 시드 결정 물질이 슬러지 용액으로 유입되는, 슬러지로부터의 인산염 회수방법.
  7. 삭제
  8. 하기를 포함하는 슬러지로부터의 인산염 회수방법:
    슬러지에 축적된 다인산염을 용액으로 배출하기 위하여 하수처리장의 수처리장치로부터 끌어온 슬러지를 혐기성 조건에서 처리하는 과정;
    혐기성 조건에서 처리된 슬러지를 농축에 의해 농축 슬러지와 농축 용출액으로 분리하는 과정;
    농축 슬러지를 탈수 슬러지와 탈수 용출액으로 탈수 및 분리하는 과정; 및
    탈수 용출액과 농축 용출액에 함유된 인산염을 회수하는 과정.
  9. 제 8 항에 있어서, 하기를 추가로 포함하는 슬러지로부터의 인산염 회수방법:
    농축 슬러지를 혐기성 분해탱크에서 분해하는 과정; 및 분해 슬러지를 탈수 슬러지와 탈수 용출액으로 탈수 및 분리하는 과정.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 인산염을 회수하는 과정이 용액 중 칼슘 이온 농도를 80 내지 150 ㎎/ℓ의 범위로 조정하는 과정을 포함하는, 슬러지로부터의 인산염 회수방법.
  11. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 인산염을 회수하는 과정이 용액 중 pH 를 7.5 내지 9.0의 범위로 조정하는 과정을 포함하는, 슬러지로부터의 인산염 회수방법.
  12. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 인산염을 회수하는 과정에서 시드 결정 물질을 사용하는, 슬러지로부터의 인산염 회수방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 시드 결정 물질이 주성분으로 칼슘실리케이트 수화물을 포함하고, 거의 구형으로 형성되는, 슬러지로부터의 인산염 회수방법.
  14. 하기를 포함하는 슬러지로부터의 인산염 회수장치:
    인산염을 대량 액체 중으로 배출하기 위하여 하수처리장의 수처리장치로부터 끌어온 슬러지를 혐기성 조건에서 처리하는 인배출 수단;
    배출 인산염을 포함하는 용액을 함유한 슬러지를 탈수 용출액으로 분리하는 탈수 및 분리 수단;
    탈수 용출액내의 칼슘 이온 농도를 조정하는 칼슘 이온 농도조정 수단;
    탈수 용출액의 pH 를 조정하는 pH 조정 수단; 및
    탈수장치내의 칼슘 이온 농도조정 및 pH 조정된 용출액으로부터 인산염을 회수하는 결정화 수단.
  15. 하기를 포함하는 슬러지로부터의 인산염 회수장치
    인산염을 대량 액체 중으로 배출하기 위하여 하수처리장의 수처리장치로부터 끌어온 슬러지를 혐기성 조건에서 처리하는 인배출 수단;
    배출 인산염을 포함하는 액체를 함유한 슬러지를 농축 용출액과 농축 슬러지로 농축 및 분리하는 농축 수단;
    농축 슬러지를 탈수 용출액과 탈수 슬러지로 분리하는 탈수 및 분리 수단;
    칼슘 이온 농도를 조정하기 위하여 농축 용출액과 탈수 용출액으로 분리된 액체에 수용성 칼슘 화합물을 첨가하는 칼슘 이온 농도조정 수단;
    pH 를 조정하기 위하여 알칼리성 물질을 농축 용출액과 탈수 용출액에 첨가하는 pH 조정 수단; 및
    농축기와 탈수장치의 칼슘 이온 농도조정 및 pH 조정된 용출액으로부터 인산염을 회수하는 결정화 수단.
  16. 제 15 항에 있어서, 농축 슬러지를 분해하는 혐기성 분해 수단을 추가로 포함하는, 슬러지로부터의 인산염 회수장치.
  17. 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 결정화반응에 의해 인산염을 회수하기 위하여 결정화 수단이 시드 결정 물질을 포함하는, 슬러지로부터의 인산염 회수장치.
  18. 하기를 포함하는 슬러지로부터의 인산염 회수장치:
    하수처리장의 수처리장치로부터 끌어온 폐슬러지를 받아들이는 회수탱크;
    인산염을 용액 중으로 배출하기 위하여 슬러지를 회수탱크에서 혐기성 조건하에 처리하는 인배출 수단;
    인산염 함유 액체내의 칼슘 이온 농도를 조정하는 칼슘 이온 농도조정 수단;
    액체의 pH 를 조정하는 pH 조정 수단; 및
    액체로부터 인산염을 회수하는 결정화 수단.
  19. 제 18 항에 있어서, 결정화반응에 의해 인산염을 회수하기 위하여 결정화 수단이 시드 결정 물질을 포함하는, 슬러지로부터의 인산염 회수장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 결정화를 위하여 시드 결정 물질이 유체상태의 슬러지와 접촉하게 되는, 슬러지로부터의 인산염 회수장치.
  21. 제 18 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 하기를 추가로 포함하는 슬러지로부터의 인산염 회수장치:
    결정화 수단에 의해 탈인산화된 슬러지를 농축 용출액과 농축 슬러지로 농축 및 분리하는 농축 수단; 및
    농축 슬러지를 혐기성 조건에서 분해하는 혐기성 분해 수단.
  22. 제 19 항에 있어서, 시드 결정 물질이 주성분으로 칼슘실리케이트 수화물을 포함하고, 거의 구형으로 형성된 것인, 슬러지로부터의 인산염 회수장치.
  23. 제 22 항에 있어서, 칼슘실리케이트 수화물은 토버모라이트(tobermorite), 조노트라이트(xonotlite), 힐레브란다이트(hillebrandite), 및 월라스토나이트 (wollastonite)로 구성된 군 중에서 선택되는 1종 이상인, 슬러지로부터의 인산염 회수장치.
  24. 제 14 항 내지 제 16 항, 또는 제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 칼슘 이온 농도조정 수단이 칼슘 이온 농도를 80 내지 150 ㎎/ℓ의 범위로 조정하는 것인, 슬러지로부터의 인산염 회수장치.
  25. 제 14 항 내지 제 16 항, 또는 제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, pH 조정 수단이 pH 를 7.5 내지 9.0의 범위로 조정하는 것인, 슬러지로부터의 인산염 회수장치.
KR19990049211A 1998-11-11 1999-11-08 슬러지로부터의 인산염 회수방법 및 그 장치 KR100640698B1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP32105198A JP3480904B2 (ja) 1998-11-11 1998-11-11 汚泥中のリン分回収方法およびその装置
JP98-321051 1998-11-11
JP99-189752 1999-07-02
JP11189752A JP2001017999A (ja) 1999-07-02 1999-07-02 汚泥からのリン分回収方法およびその装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20000035299A KR20000035299A (ko) 2000-06-26
KR100640698B1 true KR100640698B1 (ko) 2006-10-31

Family

ID=26505666

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR19990049211A KR100640698B1 (ko) 1998-11-11 1999-11-08 슬러지로부터의 인산염 회수방법 및 그 장치

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6338799B1 (ko)
EP (1) EP1000904B1 (ko)
KR (1) KR100640698B1 (ko)
DE (1) DE69925090T2 (ko)

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100432321B1 (ko) * 2002-08-13 2004-05-20 엔바이로텍 주식회사 슬러지 분해가용화 방법을 이용한 슬러지 무배출하수고도처리방법
US6994782B2 (en) * 2003-09-09 2006-02-07 North Carolina State University Apparatus for removing phosphorus from waste lagoon effluent
US6982036B2 (en) * 2003-07-21 2006-01-03 Ch2M Hill, Inc. Chemically enhanced primary sludge fermentation method
KR100593833B1 (ko) * 2004-05-06 2006-06-28 한국화학연구원 반도체 폐에칭액으로부터 초고순도 인산의 분리ㆍ회수방법
US7513684B2 (en) * 2005-02-17 2009-04-07 Parker-Hannifin Corporation Calcium silicate hydrate material for use as ballast in thermostatic expansion valve
US7396453B1 (en) * 2005-04-19 2008-07-08 Procorp Enterprises, Llc Hydraulically integrated solids/liquid separation system for wastewater treatment
GB2430793A (en) * 2005-09-29 2007-04-04 Bookham Technology Plc Bragg grating reflection strength control
WO2008141290A1 (en) * 2007-05-11 2008-11-20 Ch2M Hill, Inc. Low phosphorous water treatment methods and systems
KR100837698B1 (ko) * 2007-09-03 2008-06-13 주식회사 피엠씨코리아 슬러지 고도처리장치 및 방법
DE102008013980B3 (de) * 2008-03-12 2009-10-08 P. C. S. Pollution Control Service Gmbh Verfahren zur Abwasserbehandlung und Abwasserbehandlungsanlage
US8153006B1 (en) 2008-06-05 2012-04-10 Procorp Enterprises, Llc Anaerobic treatment process for ethanol production
KR101021213B1 (ko) * 2009-07-28 2011-03-11 주식회사 환경시설관리공사 지르코늄 페라이트 충진 카트리지 필터를 이용한 폐수 방류수의 인제거·회수장치 및 방법
US8721887B2 (en) 2009-12-07 2014-05-13 Ch2M Hill, Inc. Method and system for treating wastewater
DE102010022381A1 (de) * 2010-06-01 2011-12-01 Tu Darmstadt Stoffgemisch zur Verringerung der Entstehung von Magnesiumammoniumphosphat (Struvit) in Kläranlagen
DE102010033145A1 (de) * 2010-08-03 2012-02-09 Envirochemie Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur selektiven Ausscheidung der anorganischen Fracht aus einem System zur anaeroben Abwasserbehandlung
DE102011016826A1 (de) * 2011-04-12 2012-10-18 Karlsruher Institut für Technologie Anlage und Verfahren zur Phosphorrückgewinnung aus Abwasser
GB201113313D0 (en) * 2011-08-02 2011-09-14 Univ Belfast Controlled release fertiliser
FR3012128B1 (fr) * 2013-10-18 2016-01-01 Saur Procede de traitement des eaux usees
CN105688814A (zh) * 2016-03-18 2016-06-22 中国科学院生态环境研究中心 一种利用污水处理厂污泥制备除磷吸附剂的方法
KR102025867B1 (ko) * 2017-07-13 2019-09-27 씨제이제일제당 주식회사 인산을 발효액 또는 발효 폐액으로부터 회수 및 재사용하는 방법
CN109320006B (zh) * 2018-09-10 2023-09-15 江苏澳洋环境科技有限公司 一种黑臭河道处理系统
EP3626684A1 (en) * 2018-09-20 2020-03-25 SUEZ Groupe Method for phosphorus recovery and ammonium abatement from wastewater
FR3092105B1 (fr) * 2019-01-28 2022-08-12 Suez Groupe Procédé et installation de récupération de phosphore dans un effluent de boues issues d’eaux usées
DE102019102700A1 (de) * 2019-02-04 2020-08-06 Cnp-Technology Water And Biosolids Gmbh Verfahren zur Rückgewinnung von Phosphor
US11944951B2 (en) * 2020-06-23 2024-04-02 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of Agriculture Composition and method for reducing ammonia and soluble phosphorus in runoff and leaching from animal manure
CN112119953B (zh) * 2020-09-18 2022-08-02 哈尔滨工程大学 一种智能控制的促进海洋固着生物诱导与生长的装置
CN113248089A (zh) * 2021-06-25 2021-08-13 山东建筑大学 剩余污泥消解磷溶出耦合磷酸盐回收装置及污泥处理方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3716484A (en) * 1971-05-10 1973-02-13 Michigan Chem Corp Process for substantial removal of phosphates from wastewaters
US3965002A (en) * 1975-04-02 1976-06-22 Betz Laboratories, Inc. Process for reducing dissolved inorganic orthophosphates to PPB levels in aqueous systems
US4076515A (en) * 1975-07-09 1978-02-28 Rickard M David Method for treatment of digester supernatant and other streams in wastewater treatment facilities
NL187312C (nl) * 1978-05-18 1991-08-16 Dhv Raadgevend Ing Werkwijze voor het defosfateren van water.
JPS56150500A (en) * 1980-04-25 1981-11-20 Ebara Infilco Co Ltd Disposal of sludge
US5651891A (en) * 1989-08-02 1997-07-29 Polytechnic University Wastewater treatment process
US5279637A (en) * 1990-10-23 1994-01-18 Pcl Environmental Inc. Sludge treatment system
JP2591921B2 (ja) * 1994-12-05 1997-03-19 東曹産業株式会社 燐酸アルカリ金属塩の製造方法
DE19505884A1 (de) * 1995-02-21 1996-08-22 Adalbert Dr Ing Nagy Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von mit Phosphationen und Ammoniumionen verunreinigtem Wasser
JPH10321051A (ja) 1997-05-16 1998-12-04 Furukawa Electric Co Ltd:The 軽量低弛度架空電線
JPH11189752A (ja) 1997-12-26 1999-07-13 Mitsui Chem Inc タイル固定用粘着性基材及びタイルユニットの製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP1000904A3 (en) 2001-04-11
KR20000035299A (ko) 2000-06-26
EP1000904A2 (en) 2000-05-17
DE69925090D1 (de) 2005-06-09
US6338799B1 (en) 2002-01-15
EP1000904B1 (en) 2005-05-04
DE69925090T2 (de) 2005-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100640698B1 (ko) 슬러지로부터의 인산염 회수방법 및 그 장치
EP3393968B1 (en) Process for producing a phosphorus product from wastewater
EP1849751B1 (en) Apparatus for treating wastewater and sludge
US4917802A (en) Method for treating waste water
US20210317016A1 (en) Methods and apparatus for nutrient and water recovery from waste streams
KR101462033B1 (ko) 인 결정화 장치를 갖는 하·폐수처리시설
US3546111A (en) Waste treatment
US3839199A (en) Method of softening water to provide easily drained and easily filtered precipitates
Kalló Wastewater purification in Hungary using natural zeolites
JP3480904B2 (ja) 汚泥中のリン分回収方法およびその装置
Heinzmann et al. Induced magnesium ammonia phosphate precipitation to prevent incrustations and measures for phosphorus recovery
JP3504248B2 (ja) フッ素化合物含有液体の高度処理方法
Yigit et al. Phosphate recovery potential from wastewater by chemical precipitation at batch conditions
US8013204B2 (en) Use of partly prehydrated lime for separating a solid matter/liquid mixture, method for treating sludge and purified sludge obtained by said method
KR101142860B1 (ko) 인저감용 알칼리슬러지, 알칼리슬러지의 제조방법, 알칼리슬러지를 이용한 하폐수의 인 저감방법 및 이를 수행하기 위한 하폐수 처리장치
JP4568391B2 (ja) 流動床式晶析反応装置
JP4871384B2 (ja) リン含有廃水の処理装置
US9650266B2 (en) Method of treating suspended solids and heavy metal ions in sewage
SK159594A3 (en) Process for the removal of phosphorus
WO2021006737A1 (en) Recovery of phosphorous
KR100371870B1 (ko) 하,폐수중의 인 회수 및 제거방법과 장치
JP2001038370A (ja) 排水処理装置
TWI807741B (zh) 廢水減容製程
KR101216412B1 (ko) 고속침전 여과방식의 고도처리장치 및 이를 이용한 고도처리공법
JP2001017999A (ja) 汚泥からのリン分回収方法およびその装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121012

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131018

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151016

Year of fee payment: 10