KR100891023B1 - The coagulating and dehydration method of sludge and apparatus thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다세공 플럭 형성장치를 이용해 케이크 함수율을 저감시킨 하수 슬러지의 응집 및 탈수방법에 관한 것으로 본 발명의 특징은 고분자응집제의 특성인 플럭 간의 잔류 점성에 의한 탈수효율저하 방지, 플럭 성에 있어 플럭간 간극수 발생에 의한 탈수효율저하 방지 및 슬러지를 다중 투입하고 다시 응집제를 다중투입하는 방식과 함께 순간 고속 교반을 통하여 탈수효율을 개선하여 함수율을 저감시키는 응집탈수공정의 성능을 개선하기 위한 것이다. The present invention relates to a method for agglomeration and dehydration of sewage sludge having reduced cake moisture content using a multi-pore floc forming apparatus. The characteristics of the present invention are the prevention of a decrease in dehydration efficiency due to residual viscosity between flocks, which is a characteristic of a polymer flocculant, and a floc in flocculation. It is to improve the performance of the coagulation and dehydration process to reduce the moisture content by improving the dehydration efficiency through instantaneous high speed agitation together with the method of preventing the dehydration efficiency decrease due to the gap pore water generation and the multiple sludges and the multi flocculation agent again.
폐수처리의 경우 최근까지 Yu와 Somasundaran의 이액형 응집제에 의한 알루미나에 관한 연구 [1]와 Chitikela와 Dentel에 의한 철염 또는 양이온성 계면활성제의 전처리가 양이온성 고분자 응집제의 응집에 미치는 영향 등에 관한 연구[2], Bohm과 Kulicke의 준설 오니의 침강 효율 개선을 위한 양이온성 및 음이온성 고분자 응집제의 병행처리[3] 및 C.H.Lee와 J.C.Liu의 양이온성 및 비이온성 고분자 응집제를 이용한 슬러지 탈수에 대한 영향 평가[4] 등의 연구가 수행되어져 왔다. 또한, 쿠리다(Kurita)사의 경우 철염과 양쪽성 고분자 응집제를 이용한 조립농축 장치에 대한 특허(Japan Patent No.4-59100)를 보유하고 있는 등 다양한 형태의 연구가 이루어져 있다. In the case of wastewater treatment, a study on the alumina by two-component flocculant of Yu and Somasundaran until recently [1] and the effect of pretreatment of iron salt or cationic surfactant by chitikela and dentel on flocculation of cationic polymer flocculant [ 2], Simultaneous Treatment of Cationic and Anionic Polymer Coagulants for Sedimentation Efficiency of Dredged Sludges of Bohm and Kulicke [3] and Evaluation of Effect on Sludge Dewatering Using Cationic and Nonionic Polymer Coagulants of CHLee and JCLiu [4] et al. Have been conducted. In addition, in the case of Kurita, various types of research have been made, including a patent (Japan Patent No.4-59100) for a granulating and concentrating device using an iron salt and an amphoteric polymer flocculant.
[1] Xiang Yu and P. Somasundaran, "Enhanced flocculation with double flocculants" Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, Volume 81, 13 December 1993, Pages 17-23 [1] Xiang Yu and P. Somasundaran, "Enhanced flocculation with double flocculants" Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, Volume 81, 13 December 1993, Pages 17-23
[2] Chitikela S. and Dentel S., "Dual chemical condition-ing and dewatering of anaerobically digested biosolids: laboratory evaluations." Wat. Environ. Res. 70, 1062- 1069, 1998 [2] Chitikela S. and Dentel S., "Dual chemical condition-ing and dewatering of anaerobically digested biosolids: laboratory evaluations." Wat. Environ. Res. 70, 1062- 1069, 1998
[3] Bohm N. and Kulicke W. M., "Optimization of the use of polyelectrolytes for dewatering industrial sludge of various origins". Colloid Polym. Sci. 275, 73-81, 1997 [3] Bohm N. and Kulicke W. M., "Optimization of the use of polyelectrolytes for dewatering industrial sludge of various origins". Colloid Polym. Sci. 275, 73-81, 1997
[4] C.H.Lee and J.C.Liu, "Enhanced sludge dewatering by dual polyelectrolytes conditioning", Water research, 34, 18, 4430~4436, 2000. [4] C.H.Lee and J.C.Liu, "Enhanced sludge dewatering by dual polyelectrolytes conditioning", Water research, 34, 18, 4430-4436, 2000.
이와 같이 종래의 기술들은 단일응집제에 의한 응집효율 개선과 응집 장치의 변경에 따른 효율 개선이 아닌 특정 슬러지에 대한 적정 응결제와 응집제의 복합계 또는 서로 다른 하전을 가진 약품에 의한 상호보완적 응집 플럭의 개선이라는 점에서 보편화된 응집처리의 적용이 어렵다는 단점이 있다. As described above, the conventional techniques are not intended to improve the flocculation efficiency by a single flocculant and to improve the efficiency of change of the flocculating device. It is difficult to apply the generalized coagulation treatment in terms of improvement.
또한, 최근 쿠리타사의 특허의 경우, 무기계 응결제로써 철염 및 응집제로써 양쪽성 응집제를 사용한 기술로 이 기술 또한 그 조합비에 따른 특성으로 부분적 양이온성 및 음이온성을 부가하여 플럭의 크기를 조대화하는 특정 슬러지에 적합한 응용 기술이므로 범용적 적용이 어려우며, 또한 무기계의 투입량이 2% 이상으로 과량 적용되므로 실제 현장에서 슬러지의 발생량 등을 감안할 때 실용화하기 어려운 기술이다.In addition, in the case of Kurita's patent, a technique using iron salt as an inorganic coagulant and an amphoteric coagulant as a coagulant, this technology also adds partial cationic and anionic properties in accordance with the combination ratio to cope with the size of the flocks. Since it is an application technology suitable for sludge, it is difficult to apply it universally, and it is difficult to put into practical use in consideration of the amount of sludge generated in the actual site because the input amount of the inorganic system is applied in excess of 2%.
슬러지의 탈수능력 향상방법(특허등록번호 10-0321061)의 경우, 여러 반응조를 두고, FeCl3, 소석회, 섬유질 및 고분자 응집제를 각 단에 투입하여 탈수능력을 향상시키는 방법이며, 고분자 응집제를 2단에 각 단으로 투입하는 방법에 대한 특허이나 이 경우 다중약품에 의한 응결 및 응집처리 방법으로 탈수 케이크(cake)발생량이 과다하며, 특히 응집제의 투입량이 400~500 ppm으로 과다한 것은 제철소에서 발생하는 무기계슬러지를 대상으로 한 것이므로 일반적인 슬러지를 대상으로는 잔류 점성에 의한 영향 및 하전 균형의 영향으로 실제 탈수효율이 저하되는 현상이 발생되고, 감량화를 위해 화학약품을 최소 2300ppm(0.23%) 및 최대 4500 ppm(0.45%)를 투입하므로 제거하고자 하는 1.4% 고형분의 슬러지 대비 약 16~32%의 고형분 증가에 따른 케이크 발생량 증가로 단순한 수분감량효과만을 나타낼 뿐 오염물 감량화에 반대되는 현상을 유발하며, 응집반응조를 4단으로 설치하는 등 공간적 제약으로 실제 적용이 불가능한 기술이다.In the case of the sludge dewatering capacity improving method (Patent Registration No. 10-0321061), it is a method of improving the dewatering capacity by adding FeCl 3 , hydrated lime, fiber and polymer flocculant to each stage with several reactors, and the polymer flocculant 2 stage In this case, the amount of dehydration cake is excessive due to the method of condensation and flocculation by multi-drugs. In particular, the excessive amount of flocculant is 400-500 ppm. As the sludge is targeted for sludge, the actual dewatering efficiency decreases due to the influence of residual viscosity and the balance of charge, and at least 2300ppm (0.23%) and up to 4500 ppm of chemicals for reduction. (0.45%) is added, so it is simple to increase the amount of cake generated by increasing the solid content of about 16-32% compared to the 1.4% solid sludge to be removed. And causing a phenomenon, as opposed to only as the contamination reduction indicate moisture loss effect, a technology that can not be actually applied to the space constraints, such as installing the flocculation reaction tank as a four-stage.
고밀도 슬러지 탈수방법(특허출원번호 10-1999-0060888)의 경우, 2단 반응조를 이용하여 1과 2차 반응조에 각각 고분자 응집제를 투입하고, 순간고속과 저속응집반응을 통하여 탈수기로 이송하는 고밀도 슬러지의 탈수방법에 관한 기술로 그 대상이 고밀도 슬러지 즉, 철분함량이 높은 슬러지나 석재가공분야에 발생되는 슬러지에 국한되며, 플럭의 해체를 막기위해 1차 응집반응속도를 60~200 rpm으로 제한한 기술로 일반적인 하수 및 철강 외 산업폐수 등에 적용이 어려운 기술이다.In the case of high density sludge dewatering method (Patent Application No. 10-1999-0060888), high density sludge is introduced into the dehydrator through the instantaneous high speed and low speed agglomeration reaction by putting the polymer flocculant into the first and second reaction tanks using a two-stage reaction tank. It is a technology related to the dehydration method of sewage sludge, which is limited to high-density sludge, that is, sludge generated in the field of iron processing or stone processing, and limited the primary coagulation reaction rate to 60-200 rpm to prevent the dissolution of the flocs. This technology is difficult to apply to general sewage and industrial wastewater besides steel.
이에 본 발명의 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 연구 노력한 결과, 현재 각 처리장에서 사용하고 있는 응집제를 다른 약품의 추가 투입 없이 슬러지의 다중 투입과 응집제의 다중투입방식을 통하여 적은 응집제 투여량으로도 응집 효율을 높이며, 동시에 순간고속교반(700~1500 rpm)을 통하여 1차 형성된 플럭을 압밀과 해체과정을 통해 다시 2차 조대화된 플럭을 형성함으로써 다공성 플럭을 형성함으로써 특히 압밀성을 개선시켜 탈수 케이크의 함수율을 저감함으로써 처리비용을 절감할 수 있음을 알게 되었다. 추가적으로 고유기성인 음식물 및 하수 잉여 슬러지의 경우 응집제의 투입량이 과다하며, 슬러지 부하변동에 따라 응집제가 잔류할 경우 이를 교반 등의 물리적 처리로 개선할 수 없으나 슬러지를 다단으로 투입함으로써, 응집제 자체 점성 및 플럭간의 잔류 응집제에 의한 점성효과에 따른 탈수효율 저하를 개선하는 방법으로 응집효율 개선을 통해 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the inventors of the present invention have made efforts to solve the above problems, and as a result, the coagulant currently used in each treatment plant is used at a low coagulant dosage through the multi-injection method of the sludge and the multi-injection method of the coagulant without the addition of other drugs. In addition, it improves the cohesion efficiency and at the same time improves the compactness by forming the porous floc by forming the second coarse floc through the consolidation and dismantling of the first formed floc through instantaneous high speed stirring (700 ~ 1500 rpm). It has been found that the treatment cost can be reduced by reducing the moisture content of the dehydrated cake. In addition, the amount of coagulant is excessive in the case of highly organic food and sewage excess sludge, and when coagulant remains due to fluctuation of sludge load, it cannot be improved by physical treatment such as agitation. The present invention has been completed through the improvement of the cohesive efficiency in a way to improve the dehydration efficiency decrease due to the viscous effect of the residual coagulant.
따라서, 본 발명은 상기와 같이 단일 슬러지와 응집제에 의한 다중순간 고속 응집장치 및 그 장치를 이용한 다공성 플럭형성을 통한 탈수 케이크의 함수율 저감 기술과 그 응용 방법을 제공하는데 그 목적이 있으며, 이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a technique for reducing moisture content of a dewatered cake and a method of applying the same by using a single sludge and a flocculant, a multi-moment high speed flocculation device and a porous floc formation using the device. When described in detail as follows.
상기 본 발명의 목적은 슬러지를 분할하여 투입하고 응집제를 분할하여 투입 하여 응집 및 탈수시키는 것으로 구성되고, 1차 응집반응 시 반응속도를 700 rpm이상으로 하여 순간고속교반을 시키는 것을 특징으로 하는 하수 슬러지의 응집 및 탈수 방법에 의해 달성된다. The object of the present invention is to divide and add sludge and the flocculant is divided into the coagulation and dehydration, the sewage sludge characterized in that the instantaneous high speed stirring at the reaction rate of 700 rpm or more during the first coagulation reaction Is achieved by means of agglomeration and dehydration.
본 발명의 하수 슬러지의 응집 및 탈수 장치는 슬러지를 2중으로 분할해서 투입하기 위한 슬러지 비율 분할 조절밸브(11); 슬러지를 3중으로 분할해서 투입하기 위한 응집제 유량 조절 밸브(21, 22, 23); 교반속도 조절기(31)와 교반날개(32, 32)를 갖춘 순간고속 교반기(30)로 구성된 순간 다중 순간 고속 응집장치와 격막이 설치된 벨트 프레스를 포함한다. The flocculation and dewatering device for sewage sludge of the present invention comprises: a sludge ratio dividing regulating valve (11) for dividing sludge into two; Coagulant flow
상기 교반날개는 상부 방해판형 교반 날개(32)와 하부 원형 교반 날개(33)로 이루어 진다. The stirring blade is composed of an upper baffle
본 발명의 순간 다중 순간 고속 응집장치에는 역류를 방지하기 위한 레귤레이터(40)를 포함할 수 있다. The instantaneous multiple instantaneous high speed flocculation apparatus of the present invention may include a
본 발명을 통해 기존 탈수공정에서 응집반응의 최적화를 통한 함수율 저감으로 폐기물 발생량 및 응집제 사용량이 줄어들 뿐만 아니라 탈수 케이크의 2차 처리에 따른 효율 증가 등으로 환경오염의 처리비용 절감 효과가 있다.Through the present invention, the wastewater and the amount of flocculant are reduced by reducing the moisture content through the optimization of the flocculation reaction in the existing dehydration process, and the treatment cost of the environmental pollution is reduced by increasing the efficiency according to the secondary treatment of the dehydrated cake.
이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 응집제의 하전에 의한 현탁 오염물과 응집제간의 가교작용에 의한 플럭 조대화 과정 중 그 효율을 극대화하기 위한 방법으로 각 슬러지는 유입 원폐 수 성상, 전처리 공정, 소화율 및 농축율 등의 처리공정 특성에 의해 그 조성 및 응집특성 등이 상이하며, 각 폐수처리 공정에서 유, 무기성분의 응집침전 및 유기성분이 분해 제거되어 그 슬러지 표면하전에 차이가 생기므로 이와 하전 중화작용에 의해 전기적 인력으로 플럭을 형성하는 과정에 사용되는 응집제의 적정하전 또한 큰 차이가 있으나 이를 다중순간 고속 응집을 통한 다세공 플럭 시스템을 이용하여 그 효율을 증대시키는 기술에 관한 발명이다. The present invention is a method for maximizing the efficiency of the flocculation process by the cross-linking action between the suspended contaminant and the flocculant by the charging of the flocculant, each sludge treatment process characteristics such as influent waste water phase, pretreatment process, digestibility and concentration rate The composition and coagulation characteristics are different by each other.In each wastewater treatment process, the flocculation sedimentation and organic components of organic and inorganic components are decomposed and removed, resulting in a difference in the surface charge of the sludge. The proper charge of the flocculant used in the forming process is also a big difference, but the invention relates to a technique for increasing the efficiency of the multi-pore flocculation system through a multi-moment high-speed aggregation.
그 첫 번째 상세 기술로 단일 슬러지와 단일응집제의 다중투입에 의한 응집효율 개선 기술로 그 상세한 발명의 구성은 아래와 같다.As a first detailed technology, a coagulation efficiency improvement technique by multiple injection of a single sludge and a single coagulant is described.
일반적인 생오니의 경우 대부분 강양이온성, 소화오니의 경우 약중양이온성이 대부분 적용되고 있다. 본 특허에 적용이 되는 슬러지의 종류는 생, 잉여, 소화 및 고도처리 잉여슬러지 등 슬러지의 종류와 발생원과는 무관하며, 이에 사용되는 응집제의 종류 또한 분말형 및 에멀젼형 등의 물리적 형태의 구분과 분자량 및 분자구조 등의 고분자 형태의 분류와 무관하게 적용이 되는 응집 메커니즘과 관련된 응집 방법 및 장치를 특징으로 한다. Most of the raw sludge is strongly cationic, and in the case of digested sludge, most of them are weakly cationic. The type of sludge that is applied to this patent is irrelevant to the type and source of sludge such as raw, surplus, digested and advanced treated surplus sludge, and the type of flocculant used is also classified into physical type such as powder type and emulsion type. It is characterized by agglomeration methods and apparatus related to agglomeration mechanisms applied irrespective of the classification of polymer forms such as molecular weight and molecular structure.
그 적용의 한 예로써 J 하수처리장의 혼합슬러지(총고형분 : 2.2%, pH : 6.89, VS : 73%, 온도 : 28)를 대상으로 폴리아크릴아마이드계 에멀젼형 고분자응집제를 이용하여 응집탈수 실험한 결과를 예시로 하여 본 특허의 내용을 설명하고자 한다. 각 하전을 가진 에멀젼형 응집제(평균분자량 : 2천만 Dalton)을 동일 투입량(220 ppm)을 투입하여 상기 슬러지에 대한 응집제의 하전에 따른 응집효율 비교의 결과, 도 2에서 보여지는 것과 같이 다른 하전을 가진 응집제간의 현탁 오염 물질과의 하전중화 및 가교화작용의 효율에 따른 다른 탈수 효율을 나타내며, 본 슬러지의 경우에는 양이온성이 20 mol%와 60 mol%에서 최적의 응집효율을 나타내며, 이는 응집이론 중의 조대화 작용을 위한 고리형성에 필요한 적정하전이 이 영역에서 형성되기 때문으로 판단된다. As an example of the application, coagulation and dehydration experiments were carried out using a polyacrylamide emulsion type polymer coagulant on mixed sludge (total solids: 2.2%, pH: 6.89, VS: 73%, temperature: 28) of J sewage treatment plant. The contents of this patent will be described by using the results as an example. As a result of comparing the flocculation efficiency according to the charge of the flocculant to the sludge by inputting the same amount (220 ppm) of the emulsion type flocculent (average molecular weight: 20 million Dalton) with each charge, different charges are shown as shown in FIG. It shows different dehydration efficiency according to the efficiency of charge neutralization and crosslinking action between suspended flocculants with the flocculant. In case of this sludge, cationicity shows the optimum flocculation efficiency at 20 mol% and 60 mol%. It is considered that the proper charge necessary for the formation of the ring for the coarsening action is formed in this region.
도 3은 적정하전으로 평가된 양이온성 20mol%의 응집제 중 다른 분자량의 제품을 적용하여, 분자량과 응집효율과의 상관관계를 실험한 결과를 보여주며, 하전의 영향과는 달리 각기 다른 분자량에서 투입량 변화에 따른 상이한 응집 거동을 함을 보여준다.Figure 3 shows the results of experiments on the correlation between the molecular weight and the flocculation efficiency by applying the product of different molecular weight of the cationic 20 mol% flocculant evaluated by the appropriate charge, the input amount at different molecular weights, unlike the effect of the charge It shows different cohesive behavior with change.
이때 LMW는 분자량이 200만에서 1000만 Dalton, MMW는 1000만에서 2000만 Dalton, HMW는 2000만 Dalton이상의 분자량을 가진 응집제이다.At this time, LMW has a molecular weight of 2 million to 10 million Dalton,
이러한 하전과 분자량에 따른 응집제의 선정 기술은 종래에 많이 상용화된 기술이나 단일 응집제를 이용한 다단 응집은 기존에 적용되지 않는 기술로 그 대략적인 메커니즘은 본 발명에서 제안하는 하기 표 1 및 표 2의 다중 순간 고속 응집메카니즘의 개략도에 의한 그 효율을 알 수 있다.The selection technology of the flocculant according to the charge and the molecular weight is a conventionally commercialized technology, but the multi-stage flocculation using a single flocculant is not a conventional technique. The approximate mechanism is the multiple of Tables 1 and 2 proposed by the present invention. The efficiency can be seen from the schematic diagram of the instantaneous fast aggregation mechanism.
표 1. 다중 순간 고속 응집의 다세공 플럭 형성 메커니즘Table 1. Multi-pore Flock Formation Mechanisms of Multiple Instant Fast Aggregates
표 2. 다중 순간 고속 응집의 플럭 형성 메커니즘Table 2. Flock formation mechanism of multi-momentary high speed aggregation
표 1 및 표 2에 나타낸 것과 같이 단일 응집 장치를 사용하는 경우, 초기 미세 플럭(pin floc)의 형성단계에서 응집제 투입에 의한 플럭의 조대화과정이 이루어지는 메커니즘이나 다중순간 고속 응집 장치를 사용하는 경우에는 이를 다시 교반하거나 투입시점을 달리하거나 다중 응집반응을 이용하는 등의 방법을 통해 1차 형성된 플럭을 해체하여 플럭간의 간극수와 자유수를 최대한 제거하고 플럭의 크기는 작게 유지하면서 그 강도를 최대로 하는 2차 반응을 유도하고 다시 소량의 동일 응집제를 투입하거나 슬러지를 투입하여 플럭 간의 가교작용을 통한 플럭 조대화로 기존 단일 응집에서 플럭간에 함유하는 간극수나 자유수를 최대한 배출하고, 또한 응집의 효율을 최저 크기 플럭의 형성에 의한 압밀성 개선 및 잔류 응집제를 최소화하는 응집방법으로 그 탈수효율을 개선함으로써 케이크의 함수율을 저감하는 기술이다.In the case of using a single flocculation device as shown in Table 1 and Table 2, in the case of using a multi-momentary high speed flocculation device or a mechanism in which the flocculation process is carried out by adding flocculant in the initial formation of the pin floc. In order to maximize the intensity while dismantling the first-formed floc, the gap number and free water between the flocs are maximized and the size of the floc is kept small. Induce the secondary reaction, and add a small amount of the same flocculant or sludge again to make the floc coarse through cross-linking between the flocs. Agglomeration method that improves consolidation by minimizing floc size and minimizes residual flocculant. By improving the dewatering efficiency is a technique for reducing the water content of the cake.
본 기술에서 중요한 부분은 이러한 다중 슬러지 및 응집제의 투입방식에 있어서 그 1차 및 2차 이상의 투입량비의 조절로 그 대표적 투입량비별 응집성능에 대한 적용결과를 도 4a(슬러지 및 응집제)과 4a(응집제 단독)에 나타내었다.An important part of the present technology is that the application results of the coagulation performance of each of the typical input ratios by adjusting the input ratio of the first and second or higher in the multiple sludge and flocculant dosing method is shown in Figures 4a (sludge and flocculant) and 4a (coagulant). Alone).
도 4a와 4b의 실험내용은 강한 원심력에 플럭을 유지해야하는 원심탈수(Centrifuge)용 응집제 실험방법을 통하여 상기 슬러지를 이용하여 실험한 결과로, 도 4a에사용한 응집제는 부분가교형 에멀젼 응집제로 분자량은 약 800만 dalton의 제품을 사용하였으며, 도 4b의 실험에서는 선형인 분말 응집제를 사용하였다.4A and 4B are the results of experiments using the sludge through the centrifugal coagulant test method of maintaining the floc at a strong centrifugal force, and the coagulant used in FIG. 4A is a partially crosslinked emulsion coagulant. Approximately 8 million daltons of product were used, and the linear powder flocculant was used in the experiment of FIG. 4B.
본 발명에 있어서 단일 응집 방법과 비교하기 위해 동일한 응집제를 사용하여 단일 응집한 결과와 본 발명의 장치를 사용한 다중 응집 방법을 적용한 결과를 비교하고 분자량에 따른 영향을 판단하기 위해 예비 실험에서 가장 우수한 탈수 효율을 나타낸 고분자량 응집제를 이용하여 비교 실험하였다.In the present invention, the best dehydration in the preliminary experiment to compare the results of the single aggregation using the same flocculant to the single flocculation method and the result of applying the multiple flocculation method using the apparatus of the present invention and to determine the effect of molecular weight Comparative experiment was carried out using a high molecular weight flocculant showing efficiency.
도 4a의 실험결과와 같이, 슬러지 및 응집제의 분할 시 결과로는 1차 슬러지 투입량을 70%로 할 때 가장 탈수효율이 높았으며, 그 이하로 투입량을 조절 시 응집제 투입량 조절의 변동이 컸다. 1차 슬러지 투입량을 90%로 할 경우 2차 투입되는 슬러지 량의 부족으로 잔류 점성을 완전히 저하시키지 못해 탈수효율 개선효과가 비교적 낮았다.As shown in the experimental results of Figure 4a, when the sludge and the flocculant is divided as a result of the first sludge input amount was 70%, the dehydration efficiency was the highest, and when adjusting the input amount less than the fluctuation of the coagulant input control was large. When the first sludge input amount was 90%, the improvement of dehydration efficiency was relatively low because the residual viscosity was not completely reduced due to the lack of the second sludge input amount.
1차 슬러지 투입량을 70%로 설정하고, 1차 응집제 투입량을 30, 70 및 100%로 조절하여 실험한 결과, 1차 투입을 100%로 한 경우가 가장 탈수효율이 낮았으며, 응집제의 다중 투입이 적용된 70% 및 30%의 적용 시 슬러지와 응집제의 원활한 분산 및 2차 투입된 슬러지 및 응집제에 의한 조대화 공정으로 가장 높은 탈수효율을 나타내었다.Experiments with the first sludge input set at 70% and the first coagulant input at 30, 70 and 100% showed the lowest dehydration efficiency when the first input was set at 100%. The highest dehydration efficiency was shown by the smooth dispersion of sludge and flocculant and the coarsening process of sludge and flocculant in the second time.
응집제의 분할 투입량비에 따른 효과실험인 도 4b의 실험에서는 1차와 2차 투입시의 응집제 투입량은 25%를 기준으로 변화시키며 투입량을 조절하였으며, 기타 응집반응조건은 동일하게 하여 대조군을 실험하였다.In the experiment of FIG. 4b, which is an effect test according to the splitting ratio of the flocculant, the flocculant input at the first and second inputs was changed based on 25%, and the dosage was controlled. .
그 결과, 도 4b에서와 같이 75 : 25의 비로 투입한 경우가 가장 우수한 성능을 나타내었으며, 25 : 75 > 50 : 50 > 100 : 0 > 0 : 100의 순서로 그 탈수효율이 결정되었다.As a result, as shown in FIG. 4b, the best performance was obtained in the case of 75:25 ratio, and the dehydration efficiency was determined in the order of 25:75> 50:50> 100: 0> 0: 100.
이러한 결과는, 상기 메커니즘에서 나타낸 것과 같이 초기 75%의 투입량으로 1차 플럭을 생성하여 해체되는 동안 압밀성 및 플럭의 강도 증대 후 탈수를 위한 조대화 공정에 의한 결과이며, 25%를 초기 투입한 경우에는 초기 플럭은 아주 미세한 형태로 형성되나 이 과정 중에서 자유수의 분리효과는 우수하나 플럭간극수 의 경우에는 2차 투입인 조대화 과정 중에 일부 플럭간에 잔류하여 그 효율이 저하되었다는 것을 알 수 있다.This result is the result of the coarsening process for dehydration after increasing the consolidation and the strength of the floc during disassembly by generating the primary floc with the initial 75% dose as shown in the above mechanism. In this case, the initial floc is formed in a very fine form, but the separation effect of free water is excellent in this process, but in the case of floc pore water, it remains in some flocks during the coarsening process, which is the second input, and the efficiency is decreased.
단일투입으로 1차 투입량을 100%로 하여 투입한 경우, 응집된 플럭이 조대화한 후 플럭이 해체되어 탈수에 적합한 크기 이하의 플럭이 되어 그 효율이 저하되었음을 알 수 있고, 2차 투입량을 100%로 하여 투입한 경우, 응집된 플럭은 조대화가 되었으나 응집 작용을 하지 못하고 잔류한 응집제에 의한 플럭 점성으로 그 탈수 효율이 저하됨을 알 수 있다.In the case of inputting with the primary input amount of 100% by single input, after the coagulated flocculation is coarse, the floc is disassembled and the flocc is smaller than the size suitable for dehydration, and the efficiency is lowered. In the case of adding as%, the flocculated floc became coarse but the flocculation effect of the flocculant was not reduced and the dehydration efficiency was lowered.
고분자량 응집제와 비교 시에도 2단 투입에 의한 결과, 약 20%의 탈수효율 향상 결과를 나타냄을 알 수 있다.Compared with the high molecular weight flocculant, it can be seen that the result of the two-stage addition resulted in a dehydration efficiency improvement of about 20%.
본 실험에서는 1차 응집반응을 1000rpm에서 30초간, 2차 응집반응을 500rpm에서 30초간 시행하였으나 실제 적용을 위해서는 1차 반응에 필요한 체류시간이 수초 이내의 시간이므로 탈수기나 응집반응조 전단의 슬러지 배관 중 혼합 등의 방식으로 적용이 가능하다. 그 이유는 도 5에서와 같이 일반적인 응집조건인 150rpm에서 120초까지의 응집반응결과 45초에서 탈수효율이 가장 우수하며, 그 이상 응집반응을 지속할 경우 플럭이 해체되어 탈수효율이 저하된다.In this experiment, the first flocculation reaction was carried out for 30 seconds at 1000 rpm and the second flocculation reaction was carried out for 30 seconds at 500 rpm. However, for the practical application, the residence time required for the first reaction is within several seconds. Application is possible by mixing or the like. The reason for this is that as shown in FIG. 5, the dehydration efficiency is excellent at 45 seconds as a result of the coagulation reaction from 150 rpm to 120 seconds, which is a general coagulation condition.
도 6에 나타낸 응집반응을 순간 고속 응집반응 장치를 적용한 결과와 같이 700rpm으로 3초간 반응 시 그 탈수효율이 65%수준으로 단일저속응집반응의 38%대비 약 27%가 더 증가되었다. As shown in the result of applying the instantaneous high speed flocculation reaction device to the flocculation reaction shown in FIG. 6, the dehydration efficiency of the reaction was 700% for 3 seconds, which was about 27% more than 38% of the single low flocculation reaction.
이러한 결과는 도 7에서 나타낸 각 반응조건에서의 플럭의 상태 사진에서와 같이 순간고속반응 후 추가 반응에 의한 플럭강도 평가결과를 나타낸 결과이며, 그 결과, 순간고속 응집반응 시 플럭이 해체되기 보다는 압밀에 더 가까운 응집반응이 수반되어 600rpm에서 6초간 반응 후 플럭강도를 평가한 결과가 플럭이 가장 크고, 강도가 가장 좋음을 알 수 있고 장기저속반응 시인 150rpm에서 45초간 반응 시 플럭이 압밀보다는 해체반응이 이루어짐을 알 수 있으며, 더 반응 시 지속적으로 플럭이 깨어짐을 알 수 있다.These results show the results of the evaluation of the floc strength by the additional reaction after the instantaneous fast reaction as shown in the state of the floc under each reaction condition shown in FIG. The floc strength was evaluated after 6 seconds at 600 rpm, indicating that the floc was the largest and strongest. For 45 seconds at 150 rpm, the floc was dismantled rather than consolidation. It can be seen that this is done, and the floc is continuously cracked upon further reaction.
따라서, 본 발명에서 바람직하게는 1차 응집제 투입량을 60~80%로 하고 응집반응속도는 700rpm이상 3초 이하로 하고, 2차 응집제 투입량을 20~40%로 투입하는 것이 효율이 가장 우수하며, 일반적으로는 1차 투입량과 2차 투입량으로 분리하여 순간 고속 응집하는 것으로 하는 기술이다.Therefore, in the present invention, preferably, the primary coagulant input amount is 60 to 80%, the coagulation reaction rate is 700 rpm or more and 3 seconds or less, and the second coagulant input amount is 20 to 40%, and the most efficient. In general, it is a technique that separates into a first input amount and a second input amount and instantaneously rapidly aggregates them.
또한, 이중 투입 외에도 3중 투입의 적용 시 1차 투입량을 50~70%로 하고, 2차 및 3차 투입량을 2차 응집제 투입량을 15%~25%로 투입하거나, 4중 투입시에는 1차 투입량을 50~70%로 하고 각 단의 투입량을 10% 내외로 하고 최종 투입량을 10~15%로 하여 투입하고 1차 투입 후 순간 고속 응집을 하여 간극수를 최소화하고 플럭을 압밀하는 것을 특징으로 하여 플록을 세공을 함유한 상태로 조대화하여 탈수를 용이하게 하는 기술이다.In addition to double dosing, when the triple dosing is applied, the primary input is 50-70%, and the secondary and tertiary inputs are added with the secondary flocculant input with 15% to 25%, or when the input is quadruple. The input amount is 50 ~ 70%, the input amount of each stage is about 10%, and the final input amount is 10 ~ 15%. It is a technique which coarsens a floc in the state containing pore, and makes dehydration easy.
특히, 원심탈수의 경우에는 벨트 프레스형 탈수기와 달리 전단에 응집제를 투입하여 응집반응을 시행하는 응집 반응조가 없으므로 응집제와 슬러지간의 반응성을 조절하기에 어려움이 있으며, 공간적 제약으로 응집반응조를 신설하기에 어려움이 있으나 본 특허 중의 소규모의 순간 고속 응집장치를 적용함으로써 슬러지변화에 맞게 응집제의 투입방식 및 투입량을 조절함으로써 매우 효율적인 탈수가 가능하게 된다.In particular, in the case of centrifugal dehydration, unlike a belt press type dehydrator, there is no coagulation reaction tank in which flocculation agent is added to the front end to perform the coagulation reaction, which makes it difficult to control the reactivity between the coagulant and the sludge. Although there is a difficulty, by applying a small instantaneous high speed flocculation device of the present patent, it is possible to make very efficient dehydration by controlling the input method and the input amount of the coagulant according to the sludge change.
일반적인 응집이론에서는 분자량이 클 경우 조대화를 위한 고리형성과정이 느려 전체적인 응집반응속도가 느리며, 또한 조금의 과량투입일 경우에도 현탁 오염물질의 표면에 응집제인 고분자가 다중으로 중첩됨에 따라 잔류 점성을 나타냄으로써 탈수효율이 급격히 저하되고, 반대의 경우로 저분자량일 경우에는 이러한 현상과 달리 빠른 응집반응속도와 넓은 적정 응집제 투입량 영역을 가지나 플럭 간의 조대화 역할을 하는 응집제와 현탁 오염물간의 고리수가 적어 약간 플럭 강도를 나타내는 단점을 나타낸다고 알려져 있다.In general aggregation theory, when the molecular weight is large, the ring formation process for coarsening is slow, and the overall aggregation reaction rate is slow. Also, even in the case of slight overdosing, the residual viscosity due to the overlapping of the polymer as the coagulant on the surface of the suspended pollutant is multiplied. As a result, the dehydration efficiency is drastically lowered and, on the contrary, in the case of low molecular weight, in contrast to this phenomenon, it has a fast flocculation reaction rate and a wide range of appropriate flocculant input, but there is a small number of rings between the flocculant and the suspended contaminants which act as a coarsening between flocks. It is known to exhibit disadvantages in indicating floc strength.
또한, 처리수의 탁도는 응집성능이 우수할수록 낮으며, 고분자량 응집제의 과량 투입에서는 잔류 점성에 의해 미세 플럭이 모두 플럭간에 부착이 되어 최적의 탁도 제거효율을 나타낸다고 알려져 있다.In addition, the turbidity of the treated water is lower as the coagulation performance is excellent, and it is known that the fine floc adheres to all the flocs due to the residual viscosity in the excessive injection of the high molecular weight flocculant, thereby showing the optimum haze removal efficiency.
하지만 본 실험에서는 이러한 일반적 이론과 달리 응집제의 분자량 및 이온성과 무관하게 대부분의 유기성분이 함유될 슬러지의 탈수 공정에 적용이 가능하다.However, this experiment can be applied to the dehydration process of sludge that will contain most of the organic components regardless of the molecular weight and ionicity of the flocculant.
순간 고속 응집장치의 교반날개의 형태도 일반적인 날개의 형태는 슬러지 중의 이물질 중 머리카락 등이 날개에 감겨 일정 시간 후 지속적으로 이를 제거해야 하는 등의 문제가 발생될 수 있으나 본 특허에 의해 개발된 날개의 형태는 하부가 원형 날개(33 세탁기의 하부 원형 날개와 유사한 형태)와 중, 상부에 교반봉과 수평하게 길이의 구배를 머리카락 등이 감기지 않도록 제작한 것(32)을 특징으로 한다.In the form of agitation blades of the instantaneous high speed flocculation device, the shape of a general wing may cause problems such as hairs being wound on the blades of sludge and need to be removed continuously after a certain period of time. The form is characterized in that the lower portion of the circular blade (similar to the lower circular wing of the washing machine 33) and the middle, the upper 32 is made of a gradient of the length horizontally with the stirring rod so that the hair is not wound.
순간 고속 응집장치의 교반은 슬러지의 성상에 맞게 응집반응속도를 300~1500 rpm로 조절이 가능하도록 하여 이를 조절이 가능하게 하는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 700 rpm으로 3초 이하로 체류할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.The agitation of the instantaneous high speed flocculation device is characterized in that the coagulation reaction rate can be controlled at 300 to 1500 rpm to be adjusted according to the properties of the sludge. Preferably, it is characterized in that it is possible to stay at 3 or less seconds at 700 rpm.
슬러지와 응집제의 다중 투입방법 또한 슬러지의 성상(종류, 총고형분 등)에 따라 인위적으로 최적조합으로 조절이 가능하도록 개별 밸브(11, 21, 22, 23)를 조절이 가능하도록 하여 응집제와 슬러지의 반응성을 조절하는 것을 특징으로 하고, 바람직하게는 슬러지 투입은 2단 투입으로 하여 1차 슬러지 투입비율을 60~80%로 하고, 2차 슬러지 투입비율을 40~20%로 하고, 응집제 투입은 3단 투입으로 하여 1차 투입량을 50~70%로 하고, 각 단의 투입량을 25~15%로 하는 것을 특징으로 한다.Multiple injection method of sludge and flocculant is also possible to control individual valves (11, 21, 22, 23) to adjust artificially optimally according to sludge properties (type, total solids, etc.) of flocculant and sludge. Characterized by controlling the reactivity, preferably the sludge input is a two-stage input, the primary sludge input ratio is 60 ~ 80%, the secondary sludge input ratio is 40 ~ 20%, the flocculant input is 3 It is characterized in that the primary input amount is 50 to 70% and the input amount of each stage is 25 to 15%.
실시예Example 1 One
하수처리장에서 발생되는 생슬러지의 탈수공정에 본 특허에 의해 개발된 도 1의 다중 순간 고속 응집장치를 설치하여 그 외 조건을 동일하게 하여 실시하였다.In the dewatering process of the fresh sludge generated in the sewage treatment plant, the multi instantaneous high speed flocculation apparatus of FIG. 1 developed by the present patent was installed to perform other conditions in the same manner.
일반상태는 슬러지 유량을 20 m3/hr를 유입시키면서 응집제를 0.2%로 용해하여 1.68 m3/hr로 공급하여 응집반응조를 통해 응집반응 후의 벨트 프레스 초입의 중력여과 부분에서의 초기여수 상태로 초기여수가 불량하여 약 400 mm 정도 여수가 되지 못하고 정체되어짐을 알 수 있었으며, 그 조건에서 탈수 케이크의 함수율은 76.59%로 측정되었다.Under normal conditions, the sludge flow rate is 20 m 3 / hr while the coagulant is dissolved in 0.2% and supplied at 1.68 m 3 / hr. It was found that the free water was not enough for about 400 mm and stagnated, and the water content of the dehydrated cake was 76.59% under the conditions.
단순 순간 고속 교반 적용결과는 기존 대조군 조건에서 응집제의 유량을 1.55 m3/hr로 약 8% 저감 후 1000 rpm으로 순간 고속 응집 후 탈수기로 이송한 상태로 초기 여수성이 개선되어 약 200 mm 정도 정체되어 50% 정도의 초기여수성이 개선됨을 알 수 있었으며, 함수율 또한 75.10%로 1.5%가 저감되었다.Simple instantaneous high speed agitation result shows that the flow rate of the coagulant is reduced by about 8% to 1.55 m 3 / hr in the existing control condition, and the initial free water is improved after instantaneous high speed aggregation at 1000 rpm. As a result, it was found that the initial freeness of about 50% was improved, and the water content was also reduced by 1.5% to 75.10%.
본 특허의 장치를 적용하면서 응집제 투입량을 15% 저감하여 1.42 m3/hr 투입한 실험에서 1차 응집제 투입량을 70%로 하여 1.0 m3/hr 투입 후 순간 고속 응집 하고 다시 2차 응집제 30%인 0.42 m3/hr를 순간 고속 응집장치 후단부에 투입하여 응집한 결과, 초기 여수는 100% 개선되었으며, 함수율은 75.02%로 대조군 대비 약 1.6%가 저감되었다.And while applying the device of the patent reduces the
응집제 사용량을 더욱 저감하기 위하여 1.3 m3/hr(23%)까지 저감 시 함수율이 77.11%로 약 0.5%가 상승되었으나 탈수효율은 대조군과 유사하게 안정적 탈수가 가능하였다.In order to further reduce the amount of flocculant used, the water content increased by about 0.5% to 77.11% at 1.3 m 3 / hr (23%), but the dehydration efficiency was stable, similar to the control.
상기 결과와 같이, 다중 순간 고속 응집장치를 이용하여 탈수를 할 경우, 응집제의 사용량을 약 15%저감하고, 함수율을 1.5% 저감이 가능한 효율을 나타내었다.As shown in the above results, when dewatering using a multi-moment high speed flocculator, the amount of flocculant used was reduced by about 15% and the water content was reduced by 1.5%.
비교 결과를 도 8에 게시하였다. The comparison results are posted in FIG. 8.
실시예Example 2 2
하수처리장의 발생되는 잉여슬러지의 탈수공정에 본 특허에 의해 개발된 다중 순간 고속 응집장치를 설치하여 그 외 조건을 동일하게 하여 실시하였다.In the dewatering process of the excess sludge generated in the sewage treatment plant, a multi instantaneous high speed flocculation device developed by the present patent was installed, and the other conditions were the same.
일반상태는 슬러지 유량을 40 m3/hr를 유입시키면서 응집제를 0.2%로 용해하여 2.5 m3/hr로 공급하여 원심탈수를 시행하고 있으며, 이 때 발생된 케이크의 함수율은 약 80%정도이며, 탈리액은 잔류 응집제에 의한 거품발생이 과다하게 나타났다.In the normal state, the sludge flow rate is 40 m 3 / hr while the flocculant is dissolved at 0.2% and fed at 2.5 m 3 / hr to perform centrifugal dehydration. The moisture content of the cake is about 80%. The detachment solution was excessively foamed by the residual flocculant.
실험군으로써 슬러지를 1차 투입을 70%로 하여 28 m3/hr로 투입하고 응집제를 2.5 m3/hr로 공급하여 순간 고속 응집장치를 거친 후 슬러지를 2차로 12 m3/hr를 투입하여 2중 응집을 실시한 결과, 함수율이 약 78.5% 및 탈리액의 잔류점성 및 거품발생이 없는 결과를 나타내었다.To the sludge as a group to the
실험군으로써 슬러지를 상기 조건과 같이 70%와 30%로 분할하고, 응집제 또한 70%와 30%로 분할한 결과, 함수율은 79%로 다소 상승하였으나 탈리액의 거품은 거의 제거가 되었으며, 슬러지를 동일 조건으로 분할 투입하고 응집제를 50%와 50%로 분할 투입 시 함수율이 77.4%로 약 2.6%가 낮아졌다.As the experimental group, the sludge was divided into 70% and 30% as in the above conditions, and the flocculant was also divided into 70% and 30%. As a result, the water content increased slightly to 79%, but the bubbles in the desorption liquid were almost removed. The water content decreased by about 2.6% to 77.4% when the feed was divided into 50% and 50% of the flocculant.
상기 실험결과에서와 같이, 응집반응속도가 느린 고유기성의 잉여슬러지에 대한 응집반응은 슬러지와 응집제를 다중투입함으로써 함수율을 약 2.6% 저감이 가능하였다.As in the experimental results, the flocculation reaction for the surplus sludge of the slow-aggregation reaction rate was reduced by about 2.6% by multiple injection of the sludge and the flocculant.
실시예Example 3 3
하수처리장의 소화슬러지 벨트프레스 탈수 공정에 다중 순간 고속 응집장치를 적용하여 생성된 플럭의 경우, 초기 여수성이 매우 양호하므로 벨트프레스 탈수 시 슬러지 유량(기존 8~10 m3/hr)을 늘릴 경우 압착여과 시 슬러지의 삐짐현상으로 탈수기 외부로 슬러지가 유출되어 문제가 되나 이를 적용 시, 도 9와 같이 격막을 설치 후 슬러지 유량(11 m3/hr 이상) 및 벨트 속도를 늘려 운전하여도 압착탈수 시 슬러지의 삐짐 현상이 없으므로 원활한 탈수가 가능하였다.In the case of flocs produced by applying multiple instantaneous high speed flocculator to the sewage sludge belt press dewatering process in the sewage treatment plant, the initial free water is very good, so when the sludge flow rate is increased (from 8 to 10 m 3 / hr) when the belt press is dewatered Sludge is leaked out of the dehydrator due to sludge sludge during compression filtration, but when it is applied, it is decompressed even when operating by increasing the sludge flow rate (11 m 3 / hr or more) and belt speed after installing the diaphragm as shown in FIG. There was no swelling of the sludge, so smooth dehydration was possible.
도 1은 본 발명의 다중 순간 고속 응집장치의 개략적 구성도.1 is a schematic configuration diagram of a multi-moment high speed aggregation apparatus of the present invention.
도 2는 응집제 적정하전 실험 결과를 나타낸 그래프.Figure 2 is a graph showing the results of the flocculant titration experiment.
도 3은 분자량과 응집효율과의 관계를 나타낸 그래프.3 is a graph showing the relationship between molecular weight and aggregation efficiency.
도 4는 투입량비 조절에 따른 응집성능 비교결과를 나타낸 그래프로서, 도 4a는 슬러지의 투입량비 조절에 따른 응집성능 비교결과를 나타낸 그래프이고 도 4b는 응집제의 투입량비 조절에 따른 응집성능 비교결과를 나타낸 그래프.Figure 4 is a graph showing the results of the coagulation performance comparison according to the adjustment of the input ratio, Figure 4a is a graph showing the comparison of the coagulation performance according to the adjustment of the input ratio of the sludge and Figure 4b is a comparison result of the coagulation performance according to the adjustment of the input ratio of the coagulant Graph shown.
도 5는 일반 응집반응 조건(150 rpm)에서의 탈수효율 평가결과를 나타낸 그래프.Figure 5 is a graph showing the results of evaluating the dehydration efficiency in the general aggregation reaction conditions (150 rpm).
도 6은 순간 고속 응집반응 조건 선정실험(300 rpm이상)에서의 탈수효율 평가결과를 나타낸 그래프.6 is a graph showing the dehydration efficiency evaluation results in the instantaneous fast aggregation reaction condition selection experiment (300 rpm or more).
도 7은 응집반응속도 및 시간에 따른 플럭 상태 및 강도 비교 평가 사진7 is a comparison picture of the floc state and strength according to the aggregation reaction rate and time
도 8 함수율 저감 시험결과를 나타낸 사진 8 is a photograph showing the water content reduction test results
도 9a는 종래기술의 장치 사진 9b는 격막이 설치된 본 특허 장치의 사진 Figure 9a is a photograph of the prior art device 9b is a photograph of the present patent device with a diaphragm installed
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* * Explanation of symbols for the main parts of the drawings *
11 : 슬러지 비율 분할 조절밸브11: Sludge Ratio Split Control Valve
21 : 1차 투입 응집제 유량 조절 밸브 21: primary input flocculant flow control valve
22 : 2차 투입 응집제 유량 조절 밸브 22: secondary input flocculant flow control valve
23 : 3차 투입 응집제 유량 조절 밸브 23: 3rd input flocculant flow control valve
30 : 순간 고속 교반기 30: instantaneous high speed stirrer
31 : 교반 속도 조절기 31: Stirring Speed Controller
32 : 상부 방해판형 교반 날개 32: upper baffle stirring blade
33 : 하부 원형 교반 날개 33: lower circular stirring blade
40 : 역류 방지 레귤레이터 40: backflow prevention regulator
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