KR100852939B1 - 약품 및 케익 발생량 저감을 위한 슬러지 처리방법 및처리시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 약품 및 케익 발생량 저감을 위한 슬러지 처리방법 및 처리시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 약품(응집제)을 이용하여 슬러지를 응집, 처리함에 있어서, 약품(응집제)의 용해 온도, 바람직하게는 약품(응집제)의 용해에 사용되는 용해수의 온도를 20 ~ 40℃로 하여 처리함으로써, 약품(응집제) 사용량 및 케익 발생량 등을 감소시켜 슬러지 처리에 따른 비용을 절감할 수 있는 슬러지 처리방법 및 처리시스템을 제공한다.

슬러지, 응집, 용해수, 온도, 함수율, 케익

Description

약품 및 케익 발생량 저감을 위한 슬러지 처리방법 및 처리시스템 {METHOD AND SYSTEM FOR TREATING SLUDGE TO REDUCE CHEMICAL AND PRODUCTION OF CAKE}

본 발명은 슬러지 처리방법 및 처리시스템(처리설비)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 약품(응집제)을 이용하여 슬러지를 응집, 처리함에 있어서, 약품(응집제)의 용해 온도, 바람직하게는 약품(응집제)의 용해에 사용되는 용해수의 온도를 최적화하여 처리함으로써, 약품 사용량 및 케익 발생량 등을 감소시켜 슬러지 처리에 따른 비용을 절감할 수 있는 슬러지 처리방법 및 처리시스템에 관한 것이다.

가정이나 산업 현장, 농축산 현장 등에서 발생된 하/폐수를 정화 처리함에 있어서는 대형의 수처리 설비가 이용된다. 이러한 수처리 설비 내에는 농축 슬러지(sludge)를 응집, 처리하기 위한 슬러지 처리시스템(처리설비)이 구축되어 있다.

일반적으로, 슬러지 처리시스템(처리설비)은 용해수에 약품(응집제)을 용해하는 약품용해탱크; 상기 약품용해탱크로부터 약품 용해액을 공급받아 유입된 슬러 지와 반응, 응집시켜 플록(floc)이 생성되게 한 후, 생성된 플록(floc)을 탈수(농축)하여 케익(cake)화시키는 응집/탈수장치를 갖는다. 이때, 상기 약품(응집제)은 약품저장탱크로부터 약품용해탱크에 공급되며, 상기 용해수는 저온(여름철의 경우 대략 18℃, 겨울철의 경우 대략 10℃)의 수돗물 또는 잡용수가 사용된다. 이러한 슬러지 처리시스템(처리설비)을 통하여 발생된 케익(탈수 슬러지)은 해양 투기, 소각 또는 육상 매립 등으로 방법으로 폐기 처리되고 있으며, 일부는 간척 등의 용도로 재이용되고 있다.

하/폐수 처리비용 중에서 슬러지 처리비는 큰 비중을 차지한다. 예를 들어, 국내 서울특별시 하수종말처리장의 경우, 전체 운영비(2006년)의 대략 1/5 이상을 슬러지 처리비로 사용하고 있다. 따라서 하/폐수 처리비용을 절감하기 위해서는 슬러지 처리비를 줄이는 것이 중요한 과제라 할 수 있다. 또한, 케익(탈수 슬러지)의 폐기 처리에 따른 비용과 약품(응집제) 구입비용이 슬러지 처리비의 거의 대부분을 차지한다.

슬러지 처리비는 함수율과 매우 밀접한 관계가 있다. 응집 효율(플록 생성율)을 증가시켜 함수율을 낮추면 케익 발생량을 감소시킬 수 있다. 이에 따라 케익의 폐기 처리에 따른 비용이 감소되어 슬러지 처리비를 절감할 수 있다.

그러나 종래 기술에 따르면, 응집 효율 저하로 인하여 케익 발생량이 많아 슬러지 처리에 따른 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다. 또한, 함수율을 줄이기 위해서는 많은 량의 약품(응집제)을 사용해야 하는 데, 이때에는 약품 구입에 따른 비용이 많이 소요된다.

아래의 [표 1]은 국내 중랑물재생센터(서울특별시 성동구 송정동 73번지 소재) 내에 구축된 응집/탈수장치(원심탈수기, 벨트탈수기, 원심농축기 등)에서 사용된 약품과 용해수의 사용량(2006년 기준)을 보인 것이다.

< 응집/탈수장치 약품 사용 현황(기간 : 2006.1.1 ~ 2006.12.31) >

탈수장치 종류	용량 및 설치대수	약품 사용량 (㎏/년)	용해수 사용량 (㎥/일)
제3원심탈수기	30㎥/h × 6대	235,410	140
제3벨트탈수기	9㎥/h × 18대	170,290	240
제3원심농축기	60㎥/h × 11대	149,840	226
제2원심탈수기	30㎥/h × 2대	46,780	45
위생처리장 기계농축설비	60㎥/h × 2대	21,100	49
합 계	-	620,420	700

상기 [표 1]에 보인 바와 같이, 국내 서울특별시 중랑물재생센터에서 발생된 하수 슬러지를 응집, 처리하기 위한 약품(응집제)으로 2006년 한 해 동안에는 620,420㎏/년으로서 많은 량을 소비하였다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 응집제의 용해 온도(유입되는 용해수의 온도 또는 응집제용해탱크 내의 온도)를 가온하여 처리하되, 상기 가온을 위한 열원은 슬러지 처리시스템 내에서 발생된 폐열을 이용함으로써 슬러지 처리에 따른 비용을 절감할 수 있는 슬러지 처리방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

용해수에 응집제를 용해하는 제1단계; 및

상기 제1단계의 응집제 용해액과 슬러지를 혼합하여 응집시키는 제2단계를 포함하고,

상기 제1단계는 상온의 용해수를 20 ~ 40℃로 가온하여 용해하되,

상기 상온의 용해수를 가온하기 위한 열원은 슬러지 처리시스템 내에서 발생된 승온 슬러지 및 온수 중에서 선택된 하나 이상이고,

상기 승온 슬러지는 슬러지 처리시스템 내의 가온보일러로부터 열을 공급받아 소화조에서 승온된 슬러지이며,

상기 온수는 슬러지 처리시스템 내의 가온보일러에서 발생된 배기가스를 응축시켜 배출량을 감소하기 위한 배기가스 저감장치에서 회수된 온수이고,

상기 승온된 슬러지와 온수를 용해수 유입라인에 설치된 열교환기에 통과시켜 상온의 용해수를 가온하여 처리하는 슬러지 처리방법을 제공한다.

또한, 본 발명은,

용해수에 응집제를 용해하는 제1단계; 및

상기 제1단계의 응집제 용해액과 슬러지를 혼합하여 응집시키는 제2단계를 포함하고,

상기 제1단계는 응집제용해탱크 내의 온도를 20 ~ 40℃로 가온하여 용해하되,

상기 응집제용해탱크 내에 온도를 가온하기 위한 열원은 슬러지 처리시스템 내에서 발생된 승온 슬러지 및 온수 중에서 선택된 하나 이상이고,

상기 승온 슬러지는, 슬러지 처리시스템 내의 가온보일러로부터 열을 공급받아 소화조에서 승온된 슬러지이며,

상기 온수는, 슬러지 처리시스템 내의 가온보일러에서 발생된 배기가스를 응축시켜 배출량을 감소하기 위한 배기가스 저감장치에서 회수된 온수이고,

상기 승온된 슬러지와 온수를 응집제용해탱크에 설치된 열교환기에 통과시켜 응집제용해탱크 내의 온도를 가온하여 처리하는 슬러지 처리방법을 제공한다.

아울러, 본 발명은,

용해수에 응집제를 용해하는 제1단계; 및

상기 제1단계의 응집제 용해액과 슬러지를 혼합하여 응집시키는 제2단계를 포함하고,

상기 제1단계는 상온의 용해수를 20 ~ 40℃로 가온한 다음, 응집제용해탱크로 유입시켜 용해하되, 응집제용해탱크 내의 유입물 인입배관으로 습기가 인입되는 것을 차단하는 습기 인입 방지수단을 설치하여 용해하는 슬러지 처리방법을 제공한다.

또한, 본 발명은,

용해수에 응집제를 용해하는 제1단계; 및

상기 제1단계의 응집제 용해액과 슬러지를 혼합하여 응집시키는 제2단계를 포함하고,

상기 제1단계는 응집제용해탱크 내의 온도를 20 ~ 40℃로 가온하여 용해하되, 응집제용해탱크 내의 유입물 인입배관으로 습기가 인입되는 것을 차단하는 습기 인입 방지수단을 설치하여 용해하는 슬러지 처리방법을 제공한다.

아울러, 본 발명은,

용해수에 응집제를 용해하는 제1단계; 및

상기 제1단계의 응집제 용해액과 슬러지를 혼합하여 응집시키는 제2단계를 포함하고,

상기 제1단계는 상온의 용해수를 20 ~ 40℃로 가온한 다음, 응집제용해탱크로 유입시켜 용해하거나, 응집제용해탱크 내의 온도를 20 ~ 40℃로 가온하여 용해하되, 응집제용해탱크 내의 유입물 인입배관으로 습기가 인입되는 것이 차단되도록, 상기 유입물 인입배관의 말단을 응집제용해탱크 내의 용액에 침지되게 하여 용해하는 슬러지 처리방법을 제공한다.

이에 더하여, 본 발명은,

유입된 용해수와 응집제를 혼합하는 응집제용해탱크;

상기 응집제용해탱크로부터 유입된 응집제 용해액과 슬러지 유입라인을 통해 유입된 슬러지를 혼합하여 응집시키고 탈수하는 응집/탈수장치;

상기 용해수의 온도 또는 응집제용해탱크 내의 온도를 가온하는 열공급수단; 및

상기 응집제용해탱크 내의 유입물 인입배관으로 습기가 인입되는 것을 차단하는 습기 인입 방지수단을 포함하는 슬러지 처리시스템을 제공한다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따라서, 상기 습기 인입 방지수단은 응집제용해탱크 내의 유입물 인입배관에 설치된 트랩부 또는 응집제용해탱크의 상부에 형성된 감압부를 포함한다.

본 발명에 따르면, 용해 온도의 가온으로 인하여 슬러지 처리효율이 향상되고, 슬러지 처리에 따른 비용이 절감된다. 구체적으로, 용해수의 온도(또는 용해탱크 내의 온도)가 20 ~ 40℃로 최적화되어, 응집제의 용해시간이 감소되고, 응집제 용해액(응집제 + 용해수)의 점도 증가로 인하여 응집 효율이 증가(플록의 크기 및 생성량 증가)되며, 응집제의 사용량(주입량)이 감소된다. 또한, 상기 응집 효율의 증가로 인하여 폐기 처리해야 하는 케익 발생량이 저감된다.

따라서 본 발명은 위와 같이 응집제 사용량 및 케익 발생량의 저감 등으로 인하여 슬러지 처리에 따른 비용을 절감할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 상기 용해 온도(용해수 온도 또는 용해탱크의 온도)를 가온하기 위한 열원으로서, 슬러지 처리시스템(처리설비) 내에서 발생된 폐열이 이용되어 슬러지 처리에 따른 비용을 더욱 절감할 수 있는 효과를 갖는다.

이에 더하여, 본 발명에 따르면, 응집제용해탱크에 습기 인입 방지수단을 설치하여 처리하는 경우, 응집제가 덩어리지는 현상이 방지된다.

본 발명자들은 폐기 처리해야 하는 탈수 슬러지(케익)의 감량화를 위하여 탈수 약품인 응집제의 효율을 높이기 위한 연구와, 슬러지 처리비용 절감에 관한 연구를 병행 실시하였다. 이러한 연구 과정에서 국내 중랑물재생센터(서울특별시 성동구 송정동 73번지 소재)의 운영기록을 검토해 본 결과, 하절기보다 동절기에 약품 사용량과 케익 발생량이 많다는 것을 발견하였다.

아래의 [표 2]는 중랑물재생센터에서 2006년 한 해 동안 사용된 계절별 월평균 약품(응집제)의 사용현황(약품 사용량 및 약품 주입율)을 보인 것이고, [표 3]은 계절별 케익의 함수율 현황을 보인 것이다. 하기 [표 2]에서 약품 주입율(%)은 아래의 수학식 1로부터 계산된 값이다.

(위, 식에서 TS는 케익 내에 포함된 고형분의 함량이다.)

< 계절별 월평균 약품 사용현황(기간 : 2006.1.1 ~ 12.31) >

구 분		봄/가을 (4,5,6,10,11월)	하 절 기 (7,8,9월)	동 절 기 (12,1,2,3월)	하절기 대비 동절기 증가량 (증가율, %)
제3원심탈수기	약품 사용량 (㎏/월)	19,978	15,120	22,540	7,420 (49.1%)
	약품 주입율 (%)	1.116	1.136	1.333	0.197 (17.3%)
제3벨트탈수기	약품 사용량 (㎏/월)	15,670	10,713	14,935	4,222 (39.4%)
	약품 주입율 (%)	0.908	0.749	0.986	0.237 (31.6%)
원심농축기	약품 사용량 (㎏/월)	12,306	9,194	15,182	5,988 (65.1%)

< 계절별 케익 함수율 현황(기간 : 2006.1.1 ~ 12.31) >

계절별 (월별)	제2원심탈수기 함수율(%)	제3원심탈수기 함수율(%)	제3벨트탈수기 함수율(%)	평균 함수율(%)
봄/가을 (4,5,6,10,11월)	76.54	78.31	81.28	78.71
하 절 기 (7,8,9월)	73.77	76.20	80.80	76.92
동 절 기 (12,1,2,3월)	78.83	79.45	81.90	80.06

먼저, 상기 [표 2]에 보인 바와 같이, 동절기가 하절기에 비해 제3원심탈수기의 경우 약품 사용량은 49.1%, 약품 주입율은 17.3%를, 제3벨트탈수기의 경우 약품 사용량은 39.4%, 약품 주입율은 31.6%를, 그리고 원심농축기의 경우 약품 사용량이 65.1% 증가율을 보였다. 또한, 상기 [표 3]에 보인 바와 같이, 케익 함수율도 동절기가 하절기에 비해 증가되었음을 알 수 있었다.

본 발명자들은, 위와 같이 하절기에 비해 동절기가 약품 사용량이나 케익 함수율이 많은 원인을 분석하는 과정에서, 탈수 케익의 함수율(케익 발생량)은 온도와 밀접한 관계가 있다는 점을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다. 본 발명자들의 실험적 고찰에 따르면, 온도가 최적화된 경우 슬러지 처리효율이 개선됨을 알 수 있었다. 구체적으로, 약품의 용해 온도를 최적화한 경우 슬러지 응집 효율이 증가(플록 생성율 증가)됨을 알 수 있었다. 특히, 본 발명의 바람직한 형태에 따라서, 용해수의 온도를 최적화한 경우, 슬러지 응집 효율이 증가되면서 약품의 용해율이 향상(용해도 향상 및 용해시간 감소 등)됨을 알 수 있었다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 슬러지 처리방법은, 용해수에 응집제를 용해하는 제1단계(응집제 용해액 제조); 및 상기 제1단계의 응집제 용해액과 슬러지를 혼합하는 제2단계를 적어도 포함한다. 이때, 본 발명에 따라서, 상기 제1단계의 응집제 용해(응집제 용해액 제조)는 20 ~ 40℃ 범위의 온도에서 실시된다.

본 발명에 따르면, 응집제를 용해수에 혼합(용해)함에 있어, 상기의 온도 범위에서 실시된 경우, 응집제의 용해도가 증가되어 용해수에 균일하게 확산 용해되고, 이와 함께 용해시간이 단축된다. 또한, 응집제 용해액(응집제 + 용해수)의 점도가 증가되면 고형분과의 응집력이 높아져 결국 슬러지의 응집 효율이 증가되는 데, 본 발명에 따라서 용해 온도가 위와 같은 범위로 유지된 경우 응집제 용해액의 점도가 증가되어 응집 효율이 향상(플록의 크기 및 생성량이 증가)된다. 구체적으로, 위와 같은 온도 범위에서 용해한 경우, 응집제를 미량으로 사용하더라도 응집제 용해액의 점도를 520cps 이상, 바람직하게는 700cps까지 증가시킬 수 있다. 이때, 응집제의 사용량 및 온도 조절을 통하여 응집제 용해액의 점도는 300cps ~ 2600cps로 할 수 있다. 이때, 상기 용해 온도가 20℃ 미만이면 종래와 같이 응집제 사용량 및 케익 발생량이 많고 응집제 용해시간이 길어지며, 40℃를 초과하면 과잉 승온에 따른 상승효과가 없을뿐더러 오히려 점도 감소로 인하여 응집 효율이 떨어질 수 있다. 상기 제1단계의 용해 온도는, 바람직하게는 25 ~ 40℃가 좋으며, 보다 바람직하게는 30 ~ 40℃가 좋다.

위와 같이 응집제의 용해 온도(즉, 응집제와 용해수의 혼합 시의 온도)를 20 ~ 40℃, 바람직하게는 25 ~ 40℃(보다 바람직하게는 30 ~ 40℃)로 유지함에 있어서, 용해수의 온도를 위와 같은 온도 범위가 되도록 가온하거나, 응집제용해탱크 내의 온도를 위와 같은 온도 범위가 되도록 가온함으로써 구현될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1단계는 상온의 용해수(수돗물 등)를 20 ~ 40℃로 가온하는 단계 a)를 포함하거나, 응집제용해탱크 내의 온도를 20 ~ 40℃로 가온, 유지하는 단계 b)를 포함하여, 응집제 용해 시의 온도가 20 ~ 40℃로 유지되게 할 수 있다. 이때, 상기 단계 a)는 상온의 용해수(수돗물 등)가 유입되는 유입라인(Inflow Line)에 열공급수단을 설치함으로써, 유입되는 용해수의 온도가 20 ~ 40℃가 되도록 가온할 수 있다. 또한, 상기 단계 b)는 응집제용해탱크 내에 온수를 공급하거나, 또는 응집제용해탱크 내에 열공급수단을 설치함으로써, 응집제용해탱크 내의 온도가 20 ~ 40℃가 되도록 가온, 유지되게 할 수 있다. 상기 열공급수단은 열교환기 또는 히팅 코일(heating coil)을 포함하는 전열기 등으로부터 선택될 수 있으며, 바람직하게는 열전달매체(열원)로서 기체나 액체 등의 유체를 사용할 수 있는 열교환기가 좋다.

또한, 상기 상온의 용해수(수돗물 등)를 가온하거나 응집제용해탱크 내의 온도를 가온하기 위한 열원으로는 슬러지 처리시스템(처리설비) 내에서 발생된 폐열로서, 바람직하게는 처리시스템 내의 슬러지 자체의 열(승온된 슬러지 열) 및 온수의 열로부터 선택된 하나 이상의 폐열(waste heat)을 이용하는 것이 좋다. 일반적으로, 하수종말처리장의 슬러지 처리시스템에는 소화조와 배기가스 저감장치가 설치되어 있다. 이때, 상기 소화조에는 30℃ 이상으로 승온된 슬러지가 수용되어 있으며, 상기 배기가스 저감장치에서는 온수가 배출되고 있는데, 상기 가온을 위한 열원으로서 소화조에서 승온된 슬러지, 및/또는 배기가스 저감장치에서 발생된 온수를 유용하게 이용할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 응집제는 슬러지를 응집시킬 수 있는 것이면 어떠한 것이든 사용 가능하며 분말상, 에멀젼상(응집 유효성분 20중량% 이상 포함) 및 액상(응집제 유효성분 2중량% 이상 포함)을 포함한다. 상기 응집제는 무기 응집제, 고분자 응집제 또는 이들의 혼합을 사용할 수 있다. 특별히 한정하는 것은 아니지만, 무기 응집제는 예를 들어 염화제1철, 염화제2철, 황산알루미늄(황산반토), 변성 염기성 황산알루미늄(PACS), 폴리염화알루미늄(PAC), 폴리알루미늄실리케이트설페이트(PASS), 및 알루민산 소다 등으로 이루어진 군중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 고분자 응집제는 양이온성, 음이온성, 비이온성, 및 양쪽성 고분자 등으로 이루어진 군중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 이때, 양이온성 고분자 응집제로는 아크릴로일옥시에틸트라이메틸암모늄 클로라이드의 (공)중합체, 메타크릴로일옥시에틸트라이메틸암모늄 클로라이드의 (공)중합체, 및 (메타)아크릴로일옥시에틸벤질다이메틸암모늄 클로라이드의 (공)중합체 등의 아크릴계; 폴리아미딘 등의 아미딘계; 및 폴리비닐아민 등의 아민계 등을 예로 들 수 있으며, 음이온성 고분자 응집제는 아크릴아마이드와 아크릴산(또는 이의 염)의 공중합체, 아크릴아마이드와 아크릴아마이드-2-메틸프로페인설폰산의 공중합체, 및 아크릴아마이드와 아크릴산 염과 아크릴아마이드-2-메틸프로페인설폰산의 공중합체 등의 아크릴-아마이드계 등을 예로 들 수 있다. 또한, 비이온성 고분자 응집제로는 아크릴아마이드의 중합체 등을 예로 들 수 있으며, 양쪽성 고분자 응집제는 (메타)아크릴로일옥시에틸트라이메틸암모늄 클로라이드-아크릴아마이드-아크릴산의 3원 공중합체 등을 예로 들 수 있다. 아울러, 상기 고분자 응집제는 국내에서 구입 가능한 상품으로서, 주식회사 송원산업의 제품명 SONGㆍFLOC; 주식회사 이양화학의 제품명 YANGㆍFLOC; 주식회사 코롱생명과학의 제품명 BESFLOC 등을 예로 들 수 있다.

또한, 본 발명에서 사용되는 용해수는 수돗물(상수도)을 유용하게 사용할 수 있으나, 수돗물에 국한되는 것은 아니며, 예를 들어 지하수, 잡용수 등을 사용할 수 있다. 여기서, 잡용수는 수처리 설비 내에서 수득된 것으로서, 중수도 이상이면 바람직하며, 수처리 설비의 침전지(침사지), 폭기조 또는 농축조 등에서 수득된 처리수(방류수); 상기 응집/탈수장치에서 배출된 처리수 등을 포함한다. 또한, 수처리 설비 내의 여과기나 응집/탈수장치 등은 세척수에 의해 세척될 수 있는 데, 이때 세척 후에 배출되는 세척수 등도 용해수로 사용할 수 있다.

아울러, 본 발명에서 처리 대상이 되는 슬러지는 가정이나 산업 현장 등에서 발생된 하/폐수의 슬러지; 광산 채굴 현장 등에서 발생된 고농축 폐수의 슬러지; 농축산 현장에서 발생된 슬러지; 제철소에서 발생된 슬러지; 그리고 기타 오수, 침출수 등으로부터 발생된 슬러지 등을 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 바람직한 형태에 따른 슬러지 처리시스템(처리설비)의 구성도를 보인 것이다. 그리고 도 2 내지 도 6은 본 발명에 따른 처리시스템(처리설비)을 구성하는 응집제용해탱크의 바람직한 구현예를 보인 구성도이다. 본 발명에 따른 슬러지 처리시스템(처리설비)에는 슬러지, 응집제, 용해수 등을 펌핑(pumping)하기 위한 펌프(pump)가 설치될 수 있는데, 이러한 펌프는 도면에서 생략하였다.

먼저, 도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 슬러지 처리시스템(처리설비)은 응집제저장탱크(10); 상기 응집제저장탱크(10)로부터 공급된 응집제와 용해수 유입라인(L20, Inflow Line)을 통해 유입된 용해수를 혼합(용해)하는 응집제용해탱크(20); 상기 응집제용해탱크(20)로부터 공급된 응집제 용해액(응집제 + 용해수)과 슬러지 유입라인(L40)을 통해 유입된 슬러지를 혼합하여 응집시키고 탈수하는 응집/탈수장치(40); 및 상기 용해수의 온도 또는 응집제용해탱크(20) 내의 온도를 가온하는 열공급수단을 포함한다.

상기 응집제저장탱크(10)는 슬러지를 응집시키기 위한 응집제(약품)가 저장되어 있다. 상기 응집제저장탱크(10)에 저장된 응집제는, 응집 유효성분 90중량% 이상인 분말(Powder), 응집 유효성분 20 ~ 50중량%를 함유한 에멀젼(Emulsion), 응집 유효성분 2 ~ 20중량%를 함유한 액상(Liquid)을 포함한다.

또한, 상기 응집제용해탱크(20)는, 바람직하게는 교반기가 착설되어 있으며, 이러한 응집제용해탱크(20)로부터 유출되는 응집제 용해액(응집제 + 용해수)은 응집/탈수장치(40)에 직접 공급되거나, 또는 응집/탈수장치(40)의 선단에 설치된 슬러지 유입라인(L40)으로 공급될 수 있다.

상기 응집/탈수장치(40)는 유입된 응집제 용해액과 슬러지를 혼합하여 응집(플록 생성)되게 한 후, 탈수(농축)하여 케익을 생성시키는 것으로서, 이러한 응집/탈수장치(40)는 응집 반응과 탈수(농축)를 동시에 진행시킬 수 있는 원심탈수기, 벨트탈수기, 원심농축기, 및 기계식농축기[예를 들어, GBT(Gravity Belt Thickener) 농축기 등] 등으로부터 선택될 수 있다. 또한, 상기 응집/탈수장치(40)는 플록을 생성시키기 위한 반응 응집조(혼합조)와, 상기 반응 응집조의 후단에 연속 설치되어 탈수(농축)를 진행하는 탈수기(농축기)가 별도로 구비된 구조를 가질 수 있다. 이때, 상기 반응 응집조는 본체에 교반기가 착설된 배치식(batch type)이나, 관형의 본체에 스크류(crew)가 내장된 연속식(continuous type)을 포함한다.

상기 열공급수단은 응집제의 용해 온도를 가온할 수 있는 것이면 여기에 포함한다. 구체적으로, 용해수의 온도나 응집제용해탱크(20) 내의 온도를 가온하여 응집제 용해시의 온도를 가온할 수 있는 것이면 좋다. 이때, 열공급수단에 의해 응집제의 용해 온도, 즉 용해수의 온도나 응집제용해탱크(20) 내의 온도가 20 ~ 40℃ 범위로 되면 좋다.

상기 열공급수단은 용해수의 온도를 가온하기 위한 구현예로서, 용해수 유입라인(L20) 상에 설치된 열교환기(70), 또는 히팅 코일(heating coil)을 포함하는 전열기 등으로부터 선택될 수 있으며, 바람직하게는 열전달매체(열원)로서 기체나 액체 등의 유체를 사용할 수 있는 열교환기(70)가 좋다. 이러한 열공급수단을 통해 용해수 유입라인(L20)으로 유입되는 수돗물 등의 상온(여름철의 경우 18 ~ 20℃, 겨울철의 경우 약 10 ~ 12℃)의 용해수가 20 ~ 40℃로 가온되어 응집제용해탱크(20)로 공급된다. 상기 열교환기(70) 등의 열공급수단은 처리시스템 내에 1개 또는 2개 이상이 설치될 수 있으며, 도 1에는 용해수 유입라인(L20)에 2개의 열교환기(70-1)(70-2)가 직렬로 설치된 모습을 예시하였다. 이때, 열교환기(70)에 공급되는 열전달매체(열원)는 슬러지 처리시스템(처리설비) 내에서 발생된 것으로서, 바람직하게는 처리시스템 내의 슬러지 자체의 열과 온수의 열로부터 선택된 하나 이상의 폐열(waste heat)을 이용하는 것이 좋다.

또한, 본 발명에 따른 슬러지 처리시스템은 응집/탈수장치(40)의 선단에 설치되어 유입되는 농축 슬러지를 소화(消化)하는 소화조(30); 및 상기 소화조에 열을 공급하여 슬러지를 승온하는 소화조 가온보일러(50)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 소화조(30)는 슬러지에 포함된 유기물을 분해하여 슬러지 량을 감소시킴과 함께 메탄(CH4) 등을 포함하는 소화가스(바이오가스)를 발생시키기 위한 것으로서, 이러한 소화조(30)는 도 1에 도시한 바와 같이 1단 소화조(30-1) 및 2단 소화조(30-2)를 포함할 수 있다. 상기 1단 소화조(30-1)는 소화조 가온보일러(50)로부터 열을 공급받아 약 35 ~ 40℃로 승온되고, 상기 1단 소화조(30-1)의 후단에 설치된 2단 소화조(30-2)는 약 33 ~ 35℃로 유지될 수 있다. 상기 소화조 가온보일러(50)는 소화조(30), 구체적으로는 1단 소화조(30-1)에 열을 공급하며, 이러한 소화조 가온보일러(50)의 연료로는 소화조(30)에서 발생된 소화가스(바이오가스)를 회수하여 사용하는 것이 좋다. 이때, 처리시스템 내에서 발생된 슬러지 자체 열(승온 슬러지)이 이용될 수 있도록 소화조(30)와 열교환기(70)는 슬러지 흐름라인(La)을 통해 연통된다. 이에 따라, 상기 소화조(30)에서 승온된 슬러지는 슬러지 흐름라인(La)을 통해 열교환기(70)를 통과하여 용해수에 열을 공급한 다음 응집/탈수장치(40)로 유입된다.

아울러, 본 발명에 따른 슬러지 처리시스템은 상기 소화조 가온보일러(50)의 후단에 설치된 배기가스 저감장치(60) 및 폐열회수장치(65)를 더 포함하는 것이 좋다. 상기 배기가스 저감장치(60)는 소화조 가온보일러(50)에서 배출된 배기가스를 기-액 접촉(응축)을 통하여 대기로 배출되는 배기가스의 양을 감소하기 위한 것으로서, 이는 적어도 기-액 접촉탑을 포함한다. 상기 기-액 접촉탑은 소화조 가온보일러(50)로부터 유입된 배기가스를 상향 분산시키는 가스 분산부와, 냉수를 하향 분산시키는 액체 분산부를 가질 수 있다. 또한, 상기 폐열회수장치(65)는 배기가스 저감장치(60)와 연계 설치되어 배기가스 저감장치(60)에서 발생된 폐열(waste heat)을 회수하기 위한 것으로서, 이러한 폐열회수장치(65)에서는 대략 60 ~ 65℃의 온수가 발생된다. 이때 상기 온수가 열전달매체(열원)로 이용될 수 있도록 폐열회수장치(65)와 열교환기(70)는 온수 흐름라인(Lb)을 통해 연통된다. 이에 따라, 상기 폐열회수장치(65)에서 발생된 온수는 흐름라인(Lb)을 통해 열교환기(70)를 통과하여 용해수에 열을 공급할 수 있다. 이때, 열교환기(70)를 통과한 온수(즉, 냉수)는 다시 배기가스 저감장치(60)로 리사이클(recycle)되어 배기가스의 응축을 위한 냉수로 사용될 수 있다.

보다 바람직하게는, 도 1에 도시한 바와 같이 2개의 열교환기(70-1)(70-2)를 용해수 유입라인(L20)에 직렬로 연속 설치하여, 제1열교환기(70-1)에는 소화조(30)의 승온 소화 슬러지를 통과시켜 용해수를 1차 가온하고, 제2열교환기(70-2)에는 폐열회수장치(65)에서 발생된 온수를 통과시켜 2차 가온하는 것이 좋다. 이때, 소화 슬러지가 통과되는 제1열교환기(70-1)에 의해 유입된 상온의 용해수를 약 25℃로 1차 가온할 수 있으며, 폐열회수장치(65)의 온수가 통과되는 제2열교환기(70-2)에 의해 30 ~ 40℃로 2차 가온할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 슬러지 처리시스템은 응집/탈수장치(40)로 공급되는 슬러지의 유속이나 유량 등을 조절하기 위한 소화슬러지 저류조(80)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 소화조(30)의 슬러지가 열교환기(70)를 용이하게 통과되도록 소화조(30)의 슬러지를 흡입, 펌핑하기 위한 펌프(도시하지 않음)가 설치될 수 있는데, 이러한 펌프의 구동에 의해 응집/탈수장치(40)로 공급되는 슬러지의 유속과 유량이 증가되어 응집/탈수장치(40)의 실제 처리용량보다 많아질 수 있다. 이때, 상기 소화슬러지 저류조(80)에 의해 응집/탈수장치(40)로 공급되는 슬러지의 유속이나 유량 등이 조절되어, 적정량의 슬러지가 응집/탈수장치(40)에 공급될 수 있다. 아울러, 본 발명에 따른 슬러지 처리시스템은 응집제용해탱크(20)에 공급되는 용해수의 온도가 20 ~ 40℃로 유지되도록, 온도를 감지하는 센서; 및/또는 열교환기(70)로 공급되는 소화 슬러지나 온수의 유량을 조절하는 제어기 등의 자동온도 조절장치(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.

위와 같이, 열교환기(70)에 공급되는 열전달매체, 즉 상온의 용해수를 가온하기 위한 열원으로서, 별도의 화석연료나 전열기 등을 사용하지 않고, 슬러지 흐름라인(La) 및/또는 온수 흐름라인(Lb)을 통해 슬러지 처리시스템 내에서 발생된 열을 활용하는 경우 슬러지 처리비용을 보다 절감할 수 있다. 이때, 상기 열전달매체(열원)는 소화 슬러지 자체 열과 폐열회수장치(65)의 온수와 같은 폐열을 예시하였으나, 이에 한정하는 것은 아니며 슬러지 처리시스템 내에서 발생된 열이면 여기에 포함한다. 예를 들어, 소화조 가온보일러(50)에서 발생된 열을 별도의 라인(Line)으로 일부 회수하여 열교환기(70)로 공급하여 용해수를 가온할 수 있다.

또한, 본 발명에 따라서 응집제의 용해 온도(즉, 응집제와 용해수의 혼합 시 온도)가 20 ~ 40℃로 되게 함에 있어서, 위와 같이 용해수의 온도를 가온하거나, 응집제용해탱크(20) 내의 온도를 가온함으로써 구현될 수 있는데, 응집제용해탱크(20) 내의 온도를 승온하는 방법으로는 응집제용해탱크(20)에 열공급수단을 설치하여 열을 공급하는 방법과 별도의 라인을 통하여 응집제용해탱크(20) 내에 온수를 공급하는 방법 등을 예로 들 수 있다. 구체적으로, 응집제용해탱크(20)에는 탱크(20) 내의 온도를 가온하기 위한 열공급수단이 설치될 수 있는데, 상기 열공급수단은 응집제용해탱크(20)에 설치된 전열기나 열교환기(70), 또는 응집제용해탱크(20) 내에 온수를 공급하는 온수공급라인(Lc)으로부터 선택될 수 있다. 이때, 상기 온수공급라인(Lc)을 통해 공급되는 온수는 슬러지 처리시스템 내에서 발생된 온수를 이용할 수 있다. 구체적으로, 배기가스 저감장치(60)와 응집제용해탱크(20)의 사이에 설치된 온수공급라인(Lc)을 통하여 배기가스 저감장치(60)에서 발생된 온수를 응집제용해탱크(20) 내로 공급하여 응집제용해탱크(20) 내의 온도가 20 ~ 40℃가 되게 할 수 있다. 또한, 상기 응집제용해탱크(20)에 전열기 등이 설치될 수 있는 데, 이때 상기 전열기는 히팅 코일(heating coil)을 포함하여 구성되고, 상기 히팅 코일은 응집제용해탱크(20)의 바닥 및/또는 내측벽에 설치될 수 있다. 아울러, 열공급수단으로서 응집제용해탱크(20)의 바닥 및/또는 내측벽에는 열교환기(70)가 설치될 수 있는데, 이때 열교환기(70)로 공급되는 열전달매체(열원)는 전술한 바와 같은 승온 슬러지(소화조에서 승온된 슬러지) 및/또는 온수(배기가스 저감장치에서 발생된 온수)가 유용하게 사용될 수 있다.

이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 슬러지 처리시스템(처리설비)을 구성하는 응집제용해장치(20)의 바람직한 구현예를 설명한다.

먼저, 도 2를 참조하여 설명하면, 상기 응집제용해탱크(20)에는 교반기(25)가 설치된 것이 좋으며, 상기 교반기(25)는 모터(M)에 의해 구동된다. 상기 응집제용해탱크(20)는 밀폐된 구조(예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 뚜껑(24)이 밀폐 결합된 구조)이거나 상부가 개방된 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 응집제용해탱크(20)의 바닥 또는 측벽 하단에는 혼합된 응집제 용해액(응집제 + 용해수)이 외부로, 즉 응집/탈수장치(40)로 배출될 수 있는 유출구(도시하지 않음)가 형성된 구조를 가질 수 있다.

이때, 상기 용해수와 응집제는 각각 별도의 배관을 통해 응집제용해탱크(20) 내부로 유입될 수 있으며, 바람직하게는 1개의 배관을 통해 유입되는 것이 좋다. 구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 응집제용해장치(20)는 용해수 유입라인(L20)과 응집제 유입라인(L10)이 연결되는 공유 호퍼부(21); 및 상기 공유 호퍼부(21)의 하단에 연통 설치되어지되, 탱크(20)의 내부에 위치된 유입물 인입배관(22)을 더 포함하여 구성될 수 있다. 이에 따라, 용해수와 응집제는 1개의 유입물 인입배관(22)을 통해 응집제용해탱크(20) 내부로 적하, 인입된다. 이때, 응집제용해탱크(20) 내부에 용해수와 응집제를 충전시킴에 있어서는, 먼저 용해수를 인입시켜 응집제용해탱크(20) 체적의 약 1/3 이상 충전시킨 다음, 응집제를 적정량 인입시킨다. 그리고 용해수를 더 인입시켜 충전시키는 것이 좋다. 또한, 유입물 인입배관(22)을 통하여 용해수와 응집제를 동시에 인입시킬 수 있다.

한편, 용해수의 가온에 의하거나, 응집제용해탱크(20) 내의 가온에 의해 응집제용해탱크(20) 내부에서는 습기가 증산하는 현상이 발생된다. 이때, 응집제용해탱크(20)가 밀폐 구조인 경우, 상기 증산된 습기가 응집제와 접촉되어 덩어리(응집제 고착물)를 형성시킬 수 있다. 이와 같이 형성된 덩어리(응집제 고착물)는 유입물 인입배관(22)을 막히게 할 수 있으며, 또한 응집제 용해율을 저하시킨다. 이러한 덩어리(응집제 고착물) 형성을 방지하기 위해, 본 발명의 바람직한 형태에 따라서 응집제용해탱크(20)에 습기 인입 방지수단(100)을 설치하는 좋다. 상기 습기 인입 방지수단(100)은 응집제용해탱크(20) 내부에서 증산된 습기가 응집제와 접촉되는 것, 즉 증산된 습기가 유입물 인입배관(22)으로 인입되는 것을 차단할 수 있는 구조이면 본 발명에 포함한다. 도 3 내지 도 6은 상기 습기 인입 방지수단(100)의 다양한 구현예가 적용된 모습을 보인 것이다.

본 발명의 구현예에 따라서, 상기 습기 인입 방지수단(100)은 응집제용해탱크(20) 내의 유입물 인입배관(22)에 설치된 트랩부(120)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 트랩부(120)는 응집제용해탱크(20) 내부에서 증산된 습기가 유입물 인입배관(22)으로 인입되는 것을 차단할 수 있는 절곡 구간을 갖는 것으로서, 예를 들어 'S'자형, 'U'자형, 'L'자형 또는 'ㄷ' 자형의 배관으로 구성될 수 있다. 도 3은 'S'자형 트랩부(120)를 예시한 것이고, 도 4는 'U'자형 트랩부(120)를 예시한 것이며, 도 5는 'L'자형 트랩부(120)를 예시한 것이다.

또한, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 습기 인입 방지수단(100)은 는 상기 트랩부(120)를 통과한 유입물(용해수 및/또는 응집제)이 하향되도록 하는 하향 가이드부(140)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 구체적으로, 상기 트랩부(120)가 'U'자형(도 4)이거나 'L'자형(도 5)인 경우, 트랩부(120)를 통과한 유입물이 상부 방향 또는 수평 방향으로 토출될 수 있는데, 이때 토출된 유입물이 아래로 적하할 수 있도록 하향 가이드부(140)가 설치되는 것이 좋다. 상기 하향 가이드부(140)로서 도 4에는 'ㄷ'자형을 예시하였으며, 도 5에는 'ㄱ'자형을 예시하였다.

본 발명에 따르면, 위와 같은 습기 인입 방지수단(100)에 의해 응집제용해탱크(20) 내부에서 증산된 습기와 응집제의 접촉의 방지된다. 이에 따라, 덩어리(응집제 고착물)의 형성이 방지되어 유입물 인입배관(22)의 막힘 현상 및 응집제 용해율 저하 현상이 방지된다.

또한, 도 6을 참조하여 설명하면, 상기 습기 인입 방지수단(100)은 본 발명의 다른 구현예에 따라서 감압부(160)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 상기 감압부(160)는 유입물 인입배관(22)의 말단보다 낮은 압력을 갖는 부분으로서, 이는 응집제용해탱크(20)의 상부(뚜껑(24) 및/또는 측벽의 상부)에 형성된다. 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 감압부(160)는 예를 들어 외부와 연통된 개구부로서 뚜껑(24)의 가장자리에 형성될 수 있다. 이때, 상기 감압부(160)가 개구부인 경우, 탱크 내부로 이물질이 유입되는 것을 방지하는 차단커버(170)가 상기 감압부(160) 상에 설치될 수 있다. 이때, 상기 차단커버(170)의 지지부(171)에는 감압부(160)와 관통공(171a)이 형성되어 있다. 따라서, 응집제용해탱크(20) 내에서 증산된 습기는 유입물 인입배관(22) 쪽으로 흐르지 않고, 감압부(160) 및 관통공(171a)을 통하여 외부로 배출되어 덩어리(응집제 고착물)의 형성이 방지된다. 또한, 상기 습기 인입 방지수단(100)은 증산된 습기만을 흡입 토출할 정도의 저속으로 운전되는 흡입 장치로 구성될 수 있다.

한편, 습기 증산에 의한 덩어리(응집제 고착물)의 형성을 방지하기 위한 방법으로서, 즉 응집제용해탱크(20) 내의 유입물 인입배관(22)으로 습기가 인입되는 것을 차단하기 위한 방법으로서, 본 발명의 다른 형태에 따라서는 상기 유입물 인입배관(22)의 말단을 응집제용해탱크(20) 내에 수용된 용액(용해수 또는 응집해 용해액)에 침지되게 하는 방법으로 실시될 수 있다. 예를 들어, 기존 설비의 유입물 인입배관(22)에 별도의 배관이나 튜브를 결합시킴으로써, 상기 배관이나 튜브의 말단이 응집제용해탱크(20) 내에 수용된 용액(용해수 또는 응집해 용해액)에 잠기도록 하여 인입배관(22)으로의 습기의 인입을 차단할 수 있다. 또한, 유입물 인입배관(22)의 길이를 기존보다 길게 설계함으로써, 상기 길게 설계된 유입물 인입배관(22)의 말단이 응집제용해탱크(20) 내에 수용된 용액(용해수 또는 응집해 용해액)에 잠기도록 하여 인입배관(22)으로의 습기의 인입을 차단할 수 있다. 이때, 상기 유입물 인입배관(22)의 말단은 응집제용해탱크(20) 높이의 1/3 이하에 위치될 수 있으며, 보다 바람직하게는 응집제용해탱크(20)의 바닥에 근접하여 위치될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 예시한다. 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕도록 하기 위해 제시되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1 및 비교예 1]

< 용해수의 온도에 따른 응집제 용해율과 점도 평가 >

용해수의 온도별 응집제 용해율(용해시간)과 점도 변화를 알아보기 위하여 다음과 같이 실험하였다.

응집제로서 양이온성 유기 고분자 응집제 폴리아크릴아마이드(PAA) 분말[국내, 서울특별시 서초동 반포4동 59-4번지 소재, 주식회사 송원산업의 제품 SONGㆍFLOC/SC-020R(원심용)]을 증류수(용해수)에 투입한 다음, 150rpm으로 교반하여 0.2wt%의 응집제 용해액(응집제 : 용해수의 중량비 = 0.2 : 98.8)을 제조하였다. 이때, 사용된 증류수(용해수)의 온도를 20℃(실시예 1-1), 25℃(실시예 1-2), 30℃(실시예 1-3), 35℃(실시예 1-4) 및 40℃(실시예 1-5)로 달리하였으며, 15℃의 증류수(용해수)를 사용한 것을 비교예 1로 하여 대비하였다. 교반 과정에서 완전히 용해될 때까지의 시간(용해시간)을 측정하였으며, 제조된 응집제 용해액에 대하여 Brookfield 점도계를 이용하여 점도를 측정하였다. 이와 같이 측정된 용해수 온도별 응집제 용해율(용해시간)과 점도 변화를 하기 [표 4]에 나타내었다. 또한, 온도와 점도의 상관관계를 그래프화하여 도 7에 첨부하였다.

< 용해수의 온도별 응집제 용해시간 및 점도 변화 결과 >

용해수 온도	비교예 1 (15℃)	실시예 1-1 (20℃)	실시예 1-2 (25℃)	실시예 1-3 (30℃)	실시예 1-4 (35℃)	실시예 1-5 (40℃)
용해시간(분)	60	40	30	20	20	20
점도(cps)	510	540	540	550	600	500

[실시예 2 및 비교예 2]

응집제로서 양이온성 유기 고분자 응집제 폴리아크릴아마이드(PAA) 분말[국내, 서울특별시 서초동 반포4동 59-4번지 소재, 주식회사 송원산업의 제품 SONGㆍFLOC/SC-050ART(벨트용)]을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여, 용해수의 온도별 응집제 용해율(용해시간)과 점도 변화를 측정하였으며, 그 결과를 하기 [표 5]에 나타내었다.

< 용해수의 온도별 응집제 용해시간 및 점도 변화 결과 >

용해수 온도	비교예 2 (15℃)	실시예 2-1 (20℃)	실시예 2-2 (25℃)	실시예 2-3 (30℃)	실시예 2-4 (35℃)	실시예 2-5 (40℃)
용해시간(분)	73	43	34	22	22	26
점도(cps)	502	527	569	547	654	612

[실시예 3 및 비교예 3]

응집제로서 음이온성 유기 고분자 응집제 폴아크릴아마이드(PAA) 분말[국내, 경기도 과천시 별양동 1-23번지 소재, 주식회사 코롱생명과학의 제품 K4041]을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여, 용해수의 온도별 응집제 용해율(용해시간)과 점도 변화를 측정하였으며, 그 결과를 하기 [표 6]에 나타내었다.

< 용해수의 온도별 응집제 용해시간 및 점도 변화 결과 >

용해수 온도	비교예 3 (15℃)	실시예 3-1 (20℃)	실시예 3-2 (25℃)	실시예 3-3 (30℃)	실시예 3-4 (35℃)	실시예 3-5 (40℃)
용해시간(분)	68	36	25	18	16	14
점도(cps)	525	547	555	567	637	562

상기 [표 4] 내지 [표 6], 그리고 첨부된 도 7의 결과에 나타난 바와 같이, 용해수의 온도가 높을수록 응집제의 용해시간이 짧아지고 점도가 향상되었음을 알 수 있었다. 특히, 응집제의 종류에 관계없이 용해수의 온도가 35℃인 경우 용해시간과 점도가 가장 우수한 것으로 나타났다. 그리고 온도가 40℃로 더 높아진 경우, 점도에 있어서는 감소 특성을 보였다.

[실시예 4 및 비교예 4]

< 용해수의 온도별 응집 효율 평가(1) >

용해수의 온도에 따른 응집 정도를 알아보기 위하여 다음과 같이 실험하였다.

먼저, 국내 서울특별시 중랑물재생센터 하수종말처리장에서 채취한 소화조 슬러지(고형분 함량 2.6wt%)를 3개의 비커(beaker)에 각각 500㎖씩 넣었다. 다음으로, 5℃(비교예 4), 20℃(실시예 4-1) 및 35℃(실시예 4-2)의 증류수(용해수)에 0.1wt%의 농도가 되도록 상기 실시예 2에서 사용한 양이온성 고분자 응집제를 넣어 용해한 다음, 이와 같이 얻어진 응집제 용해액을 상기 각 비커에 100㎖씩 투입하고, 200rpm으로 2분 동안 교반한 후, 온도별 응집성을 관찰하였다. 도 8은 본 실험예에 따른 각 비커의 사진을 보인 것이다.

[실시예 5 및 비교예 5]

< 용해수의 온도별 응집 효율 평가(2) >

용해수의 온도에 따른 응집 정도를 알아보기 위하여 다음과 같이 실험하였다.

먼저, 국내 서울특별시 중랑물재생센터 하수종말처리장에서 채취한 농축조 투입오니(고형분 함량 2.41wt%)를 3개의 비커(beaker)에 각각 500㎖씩 넣었다. 다음으로, 15℃(비교예 5), 25℃(실시예 5-1) 및 35℃(실시예 5-2)의 증류수(용해수)에 0.1wt%의 농도가 되도록 상기 실시예 2에서 사용한 양이온성 고분자 응집제를 넣어 용해한 다음, 이와 같이 얻어진 응집제 용해액을 상기 각 비커에 100㎖씩 투입하고, 160rpm으로 4분 동안 교반한 후, 온도별 응집성을 관찰하였다. 도 9는 본 실험예에 따른 각 비커의 사진을 보인 것이다.

도 8 및 도 9에 보인 바와 같이, 온도가 증가할수록 응집성(플록 생성율)이 높았으며, 35℃에서 응집성이 가장 좋은 것으로 나타났다.

[실시예 6]

< 용해수의 온도별 블록 크기 평가 >

용해수의 온도에 따른 플록 크기를 알아보고자 다음과 같이 실험을 하였다.

증류수(용해수)에 0.2wt%의 농도가 되도록 상기 실시예 2에서 사용한 양이온성 고분자 응집제를 적량 투입하여 응집제 용해액을 제조하였으며, 이때 용해수는 30℃, 33℃, 35℃ 및 40℃로 달리하였다. 그리고 국내 서울특별시 중랑물재생센터 하수종말처리장에서 채취한 소화조 슬러지(고형분 함량 2.6wt%)에 상기 응집제 용해액을 주입하되, 소화지 슬러지 1L 당 응집제 용해액을 130㎖, 140㎖, 150㎖로 주입하여 JAR Test를 실시한 다음, 생성된 플록 크기(floc size)를 측정하였다. 그 결과를 하기 [표 7] 내지 [표 9]에 나타내었다.

< 용해수의 온도에 따른 블록 크기 평가 결과(응집제 주입량 : 130㎖/L) >

용해수의 온도	30℃	33℃	35℃	40℃
응집제 주입량(㎎/L)	130	130	130	130
Floc Size(㎜)	1	1	2	1

< 용해수의 온도에 따른 블록 크기 평가 결과(응집제주입량 : 140㎖/L) >

용해수의 온도	30℃	33℃	35℃	40℃
응집제 주입량(㎖/L)	140	140	140	140
Floc Size(㎜)	2	2	3	1

< 용해수의 온도에 따른 블록 크기 평가 결과(응집제주입량 : 150㎖/L) >

용해수의 온도	30℃	33℃	35℃	40℃
응집제 주입량(㎖/L)	150	150	150	150
Floc Size(㎜)	3	3	4	1

상기 [표 7] 내지 [표 9]의 결과로부터, 응집제 주입량과 플록 크기는 비례하였으며, 35℃의 온도에서 가장 우수한 결과를 보임을 알 수 있었다. 예를 들어, [표 7]에 나타난 바와 같이, 응집제 주입량이 130㎖/L인 경우 플록 크기가 2배로 증가함을 알 수 있었다.

이상의 실험 결과로부터 용해수의 온도는 응집제의 용해시간, 점도 및 응집 효율(플록 생성율 및 플록 크기)에 영향을 미침을 알 수 있었다. 또한, 본 발명자들은 슬러지의 온도를 변화(증가)시키는 경우 어떠한 영향을 미치는 가에 대하여 알아보고자 다음과 같이 실험하였다.

[실시예 7]

< 슬러지의 온도별 응집 효율 평가 >

슬러지의 온도와 응집성의 상관관계를 알아보기 위하여 다음과 같이 실험하였다.

먼저, 20℃의 증류수(용해수)에 0.1wt%의 농도가 되도록 상기 실시예 2에서 사용한 양이온성 고분자 응집제를 투입하여 응집제 용해액을 제조하였다. 다음으로, 국내 서울특별시 중랑물재생센터의 하수종말처리장에서 채취한 농축조 투입오니(고형분 함량 2.41wt%)를 3개의 비커(beaker)에 각각 500㎖씩 넣었다. 이때, 농축조 투입오니의 온도를 15℃, 25℃ 및 35℃로 각각 달리하였으며, 이러한 농축조 오니에 상기 응집제 용해액을 300㎖씩 투입한 다음 160rpm으로 20분 동안 교반한 후, 농축조 투입오니의 온도별 응집성을 관찰하였다. 도 10은 본 실험예에 따른 각 비커의 사진을 보인 것이다.

실험 결과, 도 10에 나타난 바와 같이, 농축조 투입오니(슬러지)의 온도에 따른 응집율의 변화는 거의 없음을 알 수 있었다. 따라서 본 실험예를 통해 슬러지 자체의 온도는 고분자 응집제의 효율에 끼치는 영향이 미비함을 알 수 있었다.

한편, 본 발명자들은 위와 같은 실시예를 근거로 하여, 2007년 7월, 8월, 9월 3달 동안 다음과 같이 실증 테스트를 실시하였다.

국내 중랑물재생센터(서울특별시 성동구 송정동 73번지 소재)에 구축된 제3원심 탈수기를 이용하되, 상기 제3원심 탈수기에 용해수의 온도를 35℃로 가온하여 용해한 응집제를 주입하여 처리하고 2006년도(7월, 8월 및 9월)의 결과와 비교하였다. 이때, 용해수의 가온은 도 1에 보인 바와 같은 처리시스템을 통한 열교환기를 이용하였다.

하기 [표 10]은 응집제 사용량(kg/월)과 응집제 주입율(%)의 비교 결과를 보인 것이다.

< 제3원심탈수기 열교환기 설치 전/후 성능 비교 결과 >

구 분		개선 전 (2006년)	개선 후 (2007년)	개선효과	비고 (절감율)
응집제 사용량 (㎏/월)	7월	15,600	11,080	▽4,520	28.97%
	8월	17,060	9,440	▽7,620	44.67%
	9월	12,700	14,660	1,960	(증)15.4%
응집제 주입율 (%)	7월	1.120	0.918	▽0.202	18.04%
	8월	1.140	0.997	▽0.143	12.54%
	9월	1.150	0.892	▽0.258	22.4%

상기 [표 10]에서, 응집제 주입율(%)은 상기 수학식 1에 따라 계산된 값이다.

또한, 하기 [표 11]은 케익 발생량 현황 및 환산 DS량의 비교 결과를 보인 것이다. 이때, 2006년과 2007년의 슬러지 투입량이 상이하여 케익 발생량으로 단순 비교 할 수는 없어 2006년도 케익량을 기준으로 DS(Dry Solid ; 건조고형물량)를 환산하여 저감케익량 및 케익저감율을 평가하였다.

< 3원심탈수기 열교환기 설치 전/후 케익발생량 및 환산 DS량 >

구 분		2006년	2007년	2007년 환산 (2006년 기준)	2007년 저감	비 고 (케익저감율)
7월	케익량(톤/월)	6,323	4,923	6,323	431	6.8%
	TS(%)	23.20 (76.80)	24.79 (75.21)	24.79	23.20
	DS(톤/월)	1,467	-	1,567	100
8월	케익량(톤/월)	6,101	3,332	6,101	475	7.7%
	TS(%)	25.50 (74.50)	27.49 (72.51)	27.49	25.50
	DS(톤/월)	1,556	-	1,677	121
9월	케익량(톤/월)	4,907	5,880	4,907	1,132	23.0%
	TS(%)	22.70 (77.30)	27.94 (72.06)	27.94	22.70
	DS(톤/월)	1,114		1,371	257

상기 [표 11]에서,

DS = 케익량 × TS(%)/100

저감된 DS량 = 2007년 환산 DS량 - 2006년 DS량

케익 저감량 = 저감된 DS량 / 2006년 TS × 100

케익 저감율 = 케익 저감량 / 2006년 케익량 × 100의 산출식에 의해 계산된 값이다. (위, 산출식에서 TS는 슬러지에 포함된 고형분의 함량 백분율(%)이다.)

위와 같이, 제3원심 탈수기에 적용하여 실제 실증 테스트를 실시해본 결과, 응집제 주입율은 [표 10]에 보인 바와 같이 평균 17.7% 저감되고, 케익 저감율은 [표 11]에 보인 바와 같이 평균 약 12.5%로 나타나, 응집제 사용량과 케익 발생량을 저감시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.

도 1은 본 발명의 바람직한 형태에 따른 슬러지 처리시스템의 구성도이다.

도 2 내지 도 6은 본 발명에 따른 슬러지 처리시스템을 구성하는 응집제용해탱크의 구현예를 보인 구성도이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 용해수의 온도와 점도의 상관관계를 나타낸 그래프이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 용해수의 온도별 응집성(플록 생성율)을 보인 사진이다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 용해수의 온도별 응집성(플록 생성율)을 보인 사진이다.

도 10은 본 발명의 비교예에 따른 슬러지의 온도별 응집성(플록 생성율)을 보인 사진이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 응집제저장탱크 20 : 응집제용해탱크

30 : 소화조 40 : 응집/탈수장치

50 : 소화조 가온 보일러 60 : 배기가스 저감장치

65 : 폐열회수장치 70 : 열교환기

80 : 소화슬러지 저류조 100 : 습기 인입 방지수단

Claims (16)

1. 용해수에 응집제를 용해하는 제1단계; 및

   상기 제1단계의 응집제 용해액과 슬러지를 혼합하여 응집시키는 제2단계를 포함하고,

   상기 제1단계는 상온의 용해수를 20 ~ 40℃로 가온하여 용해하되,

   상기 상온의 용해수를 가온하기 위한 열원은 슬러지 처리시스템 내에서 발생된 승온 슬러지 및 온수 중에서 선택된 하나 이상이고,

   상기 승온 슬러지는 슬러지 처리시스템 내의 가온보일러로부터 열을 공급받아 소화조에서 승온된 슬러지이며,

   상기 온수는 슬러지 처리시스템 내의 가온보일러에서 발생된 배기가스를 응축시켜 배출량을 감소하기 위한 배기가스 저감장치에서 회수된 온수이고,

   상기 승온된 슬러지와 온수를 용해수 유입라인에 설치된 열교환기에 통과시켜 상온의 용해수를 가온하는 것을 특징으로 하는 슬러지 처리방법.
2. 용해수에 응집제를 용해하는 제1단계; 및

   상기 제1단계의 응집제 용해액과 슬러지를 혼합하여 응집시키는 제2단계를 포함하고,

   상기 제1단계는 응집제용해탱크 내의 온도를 20 ~ 40℃로 가온하여 용해하 되,

   상기 응집제용해탱크 내에 온도를 가온하기 위한 열원은 슬러지 처리시스템 내에서 발생된 승온 슬러지 및 온수 중에서 선택된 하나 이상이고,

   상기 승온 슬러지는, 슬러지 처리시스템 내의 가온보일러로부터 열을 공급받아 소화조에서 승온된 슬러지이며,

   상기 온수는, 슬러지 처리시스템 내의 가온보일러에서 발생된 배기가스를 응축시켜 배출량을 감소하기 위한 배기가스 저감장치에서 회수된 온수이고,

   상기 승온된 슬러지와 온수를 응집제용해탱크에 설치된 열교환기에 통과시켜 응집제용해탱크 내의 온도를 가온하는 것을 특징으로 하는 슬러지 처리방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제1단계는 가온된 용해수와 응집제를 응집제용해탱크로 유입시켜 용해하되, 응집제용해탱크 내의 유입물 인입배관으로 습기가 인입되는 것을 차단하는 습기 인입 방지수단을 설치하여 용해하는 것을 특징으로 하는 슬러지 처리방법.
4. 제2항에 있어서,

   상기 제1단계는 응집제용해탱크 내의 유입물 인입배관으로 습기가 인입되는 것을 차단하는 습기 인입 방지수단을 설치하여 용해하는 것을 특징으로 하는 슬러 지 처리방법.
5. 용해수에 응집제를 용해하는 제1단계; 및

   상기 제1단계의 응집제 용해액과 슬러지를 혼합하여 응집시키는 제2단계를 포함하고,

   상기 제1단계는 상온의 용해수를 20 ~ 40℃로 가온한 다음, 응집제용해탱크로 유입시켜 용해하되, 응집제용해탱크 내의 유입물 인입배관으로 습기가 인입되는 것을 차단하는 습기 인입 방지수단을 설치하여 용해하는 것을 특징으로 하는 슬러지 처리방법.
6. 용해수에 응집제를 용해하는 제1단계; 및

   상기 제1단계의 응집제 용해액과 슬러지를 혼합하여 응집시키는 제2단계를 포함하고,

   상기 제1단계는 응집제용해탱크 내의 온도를 20 ~ 40℃로 가온하여 용해하되, 응집제용해탱크 내의 유입물 인입배관으로 습기가 인입되는 것을 차단하는 습기 인입 방지수단을 설치하여 용해하는 것을 특징으로 하는 슬러지 처리방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 습기 인입 방지수단은 응집제용해탱크 내의 유입물 인입배관에 설치된 'S'자형, 'U'자형, 'L'자형 또는 'ㄷ' 자형 트랩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 처리방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 습기 인입 방지수단은, 상기 트랩부를 통과한 유입물이 하향되도록 하는 하향 가이드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 처리방법.
9. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 습기 인입 방지수단은 응집제용해탱크의 상부에 형성된 감압부를 포함하는 것을 특징으로 슬러지 처리방법.
10. 제1항에 있어서,

    상기 제1단계는 가온된 용해수와 응집제를 응집제용해탱크로 유입시켜 용해하되, 응집제용해탱크 내의 유입물 인입배관으로 습기가 인입되는 것이 차단되도록, 상기 유입물 인입배관의 말단을 응집제용해탱크 내의 용액에 침지되게 하여 용 해하는 것을 특징으로 하는 슬러지 처리방법.
11. 제2항에 있어서,

    상기 제1단계는 응집제용해탱크 내의 유입물 인입배관으로 습기가 인입되는 것이 차단되도록, 상기 유입물 인입배관의 말단을 응집제용해탱크 내의 용액에 침지되게 하여 용해하는 것을 특징으로 하는 슬러지 처리방법.
12. 용해수에 응집제를 용해하는 제1단계; 및

    상기 제1단계의 응집제 용해액과 슬러지를 혼합하여 응집시키는 제2단계를 포함하고,

    상기 제1단계는 상온의 용해수를 20 ~ 40℃로 가온한 다음, 응집제용해탱크로 유입시켜 용해하거나, 응집제용해탱크 내의 온도를 20 ~ 40℃로 가온하여 용해하되, 응집제용해탱크 내의 유입물 인입배관으로 습기가 인입되는 것이 차단되도록, 상기 유입물 인입배관의 말단을 응집제용해탱크 내의 용액에 침지되게 하여 용해하는 것을 특징으로 하는 슬러지 처리방법.
13. 유입된 용해수와 응집제를 혼합하는 응집제용해탱크;

    상기 응집제용해탱크로부터 유입된 응집제 용해액과 슬러지 유입라인을 통해 유입된 슬러지를 혼합하여 응집시키고 탈수하는 응집/탈수장치;

    상기 용해수의 온도 또는 응집제용해탱크 내의 온도를 가온하는 열공급수단; 및

    상기 응집제용해탱크 내의 유입물 인입배관으로 습기가 인입되는 것을 차단하는 습기 인입 방지수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 처리시스템.
14. 제13항에 있어서,

    상기 습기 인입 방지수단은 응집제용해탱크 내의 유입물 인입배관에 설치된 'S'자형, 'U'자형, 'L'자형 또는 'ㄷ' 자형 트랩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 처리시스템.
15. 제14항에 있어서,

    상기 습기 인입 방지수단은, 상기 트랩부를 통과한 유입물이 하향되도록 하는 하향 가이드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 처리시스템.
16. 제13항에 있어서,

    상기 습기 인입 방지수단은 응집제용해탱크의 상부에 형성된 감압부를 포함하는 것을 특징으로 슬러지 처리시스템.

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