KR100895122B1 - 폐활성슬러지의 감량 및 혐기성 소화 효율 개선 방법 및 장치 - Google Patents

폐활성슬러지의 감량 및 혐기성 소화 효율 개선 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하수처리장에서 발생되는 폐활성슬러지를 농축하고 혐기성 소화를 통해 메탄과 이산화탄소를 배출하는 일련의 과정에서 최초 슬러지 발생량을 감소시키고, 메탄 가스의 발생량을 증대시키며, 이에 따른 이산화탄소의 발생량을 줄이기 위한 폐활성슬러지 감량 및 혐기성 소화 효율 개선 방법 및 장치에 관한 것으로, 폐활성슬러지의 대부분을 차지하고 있는 미생물 세포를 산화시키거나 충격을 가하여 세포벽을 파괴하고 세포내 물질 중 용해성 물질을 용출시킨 상태의 슬러지를 혐기성소화조로 이송함으로써 용해성 유기물질에 의해 슬러지의 혐기성 소화 효율을 개선하였다.
이를 위하여 본 발명에서는 슬러지 이송관을 이중으로 구성하고 외부관에 60℃ 이상의 온수를 공급하여 일정시간 유지시킴으로 슬러지내 입자상의 유기물질을 용해성 유기물질로 변화시키는 열처리 단계; 고활성이온화가스 발생장치를 이용하여 OH라디칼을 생성시켜 슬러지내 미생물의 세포벽을 산화시켜 미생물 내부의 유기물질을 용출시키는 OH라디칼 접촉 산화 단계; 방전관내에서 방전에 의한 플라즈마를 유도한 후 폐활성슬러지를 액상으로 통과시키면서 수중방전을 시키는 고전압 수중방전 단계로 구성되는 전처리 공정을 행함으로써 최초 슬러지 발생량을 감소시키고, 메탄 가스의 발생량을 증대시키며, 이에 따른 이산화탄소의 발생량을 줄이는 효과를 얻을 수 있다.
열처리, OH라디칼 접촉 산화, 고전압 수중방전, 폐활성슬러지, 메탄가스, 혐기성 소화

Description

폐활성슬러지의 감량 및 혐기성 소화 효율 개선 방법 및 장치{The slimming and anaerobic consumption activity enhancing method and apparatus of the wasted-activated sludge}
본 발명은 하수처리장에서 발생되는 폐활성슬러지를 농축하고 혐기성 소화를 통해 메탄과 이산화탄소를 배출하는 일련의 과정에서 최초 슬러지 발생량을 감소시키고, 메탄 가스의 발생량을 증대시키며, 이에 따른 이산화탄소의 발생량을 줄이기 위한 폐활성슬러지 감량 및 혐기성 소화 효율 개선 방법 및 장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 슬러지 이송관을 이중으로 구성하고 외부관에 60℃ 이상의 온수를 공급하여 일정시간 유지시킴으로 슬러지내 입자상의 유기물질을 용해성 유기물질로 변화시키는 열처리 단계; 고활성이온화가스 발생장치를 이용하여 OH라디칼을 생성시켜 슬러지내 미생물의 세포벽을 산화시켜 미생물 내부의 유기물질을 용출시키는 OH라디칼 접촉 산화 단계; 방전관내에서 방전에 의한 플라즈마를 유도한 후 폐활성슬러지를 액상으로 통과시키면서 수중방전을 시키는 고전압 수중방전 단계로 구성되는 전처리 공정을 행함으로써 최초 슬러지 발생량을 감소시키고, 메탄 가스의 발생량을 증대시키며, 이에 따른 이산화탄소의 발생량을 줄이는 효과를 얻을 수 있는 폐활성슬러지 감량 및 혐기성 소화 효율 개선 방법 및 장치에 관한 것이다.
하수처리장에서 발생되는 폐활성슬러지를 농축하고 혐기성 소화를 통해 메탄과 이산화탄소를 배출하는 일련의 과정에서 유입 하수내에 존재하는 슬러지는 침전성 슬러지인 1차 슬러지와 생물학적 처리 후 발생되는 폐활성슬러지로 구분되며, 1차 슬러지에 비하여 폐활성슬러지는 혐기성 소화 효율이 극히 저조한 데, 이는 폐활성슬러지의 대부분이 미생물로 구성되어 있어 세포벽에 의해 세포내 용해성 유기물질이 혐기성 소화물질의 기질로 이용되지 못하기 때문이다.
즉, 하수처리장에서 생물학적 하수 처리 후 발생되는 하수슬러지는 농축하여 중온 소화와 같은 생물학적 안정화 공정을 거친 다음, 기계적 탈수를 통하여 해양투기, 매립, 소각 등으로 최종 처리를 한다. 이 때 혐기성 소화는 혐기성 미생물에 의해 유기물이 분해되어 최종 부산물로 이산화탄소와 메탄가스가 생성되는 공정으로서 혐기성 중온 소화조로 유입되는 슬러지 중 생물학적 처리 후에 발생되는 폐활성슬러지의 메탄가스 발생율과 휘발성 고형물(Volatile Solids : VS) 감소율이 침전성 찌꺼기인 1차 슬러지의 메탄가스 발생율과 휘발성 고형물 감소율의 50% 미만으로 나타나는 데, 이는 폐활성슬러지의 대부분이 미생물로 구성되어 있어 세포를 둘러싸고 있는 단단한 구조물인 세포벽으로 인해 다량의 유기물질로 이루어진 세포질이 분해되지 않아 슬러지 저감이 되지 않을 뿐만 아니라 혐기성 중온 소화에 이용되지 못하여 높은 이산화탄소 발생을 초래한다.
따라서, 폐활성슬러지의 감량 및 혐기성 소화 효율 개선 방법이 계속하여 개발되고 있다.
예를 들어, 한국 특허 제337758호에는 "하폐수의 생물학적 처리 공정에서 발생하는 슬러지중 반송되는 슬러지를 제외한 나머지를 이온화 가스 또는 옥시던트를 이용하여 분해 가용화하는 단계; 및 상기 단계에서 가용화된 슬러지를 생물학적 처리조로 반송하여 미생물의 먹이로 활용하는 단계를 포함하는 슬러지 무배출 생물학적 하폐수 처리 방법으로서, 상기 이온화 가스는 오존 이외에도 이온화 발생기로부터 생성되는, 수하전하(e-aq), H+, OH 및 각종 라디칼 혹은 자유전자 등의 산화력을 지닌 물질을 포함하고, 상기 옥시던트는 과산화수소를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 무배출 생물학적 하폐수 처리 방법"이 기재되어 있고, 한국 특허 제753906호에는 "하·폐수 처리 결과 발생되는 슬러지에 알칼리 전처리를 수행하는 단계(단계 1); 상기 단계 1에서 전처리된 슬러지에 방사선을 조사하여 방사선 처리하는 단계(단계 2); 및 상기 단계 2에서 처리된 슬러지에 오존을 주입하여 오존 처리하는 단계(단계 3)를 포함하여 이루어지는 하·폐수 처리 슬러지로부터 생물학적 영양염류처리를 위한 탄소원 회수 및 슬러지 저감방법"이 기재되어 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 우수 정화 장치 및 방법들은 설비가 복잡하고, 여러 단계를 거쳐야만 효과가 발현될 뿐만 아니라 슬러지 저감 및 혐기성 소화 효율 개선 효과가 만족스럽지 못한 단점들이 있었다.
따라서, 본 발명은 하수처리장에서 발생되는 폐활성슬러지를 농축하고 혐기성 소화를 통해 메탄과 이산화탄소를 배출하는 일련의 과정에서 최초 슬러지 발생량을 감소시키고, 메탄 가스의 발생량을 증대시키며, 이에 따른 이산화탄소의 발생량을 줄이기 위한 폐활성슬러지 감량 및 혐기성 소화 효율 개선 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 목적의 방법에 간단하게 적용할 수 있는 폐활성슬러지 감량 및 혐기성 소화 효율 개선 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에서는 슬러지 이송관을 이중으로 구성하고 외부관에 60℃ 이상의 온수를 공급하여 일정시간 유지시킴으로 슬러지내 입자상의 유기물질을 용해성 유기물질로 변화시키는 열처리 단계; 고활성이온화가스 발생장치를 이용하여 OH라디칼을 생성시켜 슬러지내 미생물의 세포벽을 산화시켜 미생물 내부의 유기물질을 용출시키는 OH라디칼 접촉 산화 단계; 방전관내에서 방전에 의한 플라즈마를 유도한 후 폐활성슬러지를 액상으로 통과시키면서 수중방전을 시키는 고전압 수중방전 단계로 구성되는 전처리 공정을 행함으로써 최초 슬러지 발생량을 감소시키고, 메탄 가스의 발생량을 증대시키며, 이에 따른 이산화탄소의 발생량을 줄이는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 폐활성슬러지 감량 및 혐기성 소화 효율 개선 방법은 슬러지 이송관(22)에 이중관 형태로 스팀자켓(23)을 설치하고 60℃ 이상의 온수를 공급하여 일정시간 유지시킴으로 슬러지내 입자상의 유기물질을 용해성 유기물질로 변화시키는 열처리 단계; 고활성이온화가스 발생장치(30)를 이용하여 OH라디칼을 생성시켜 슬러지내 미생물의 세포벽을 산화시켜 미생물 내부의 유기물질을 용출시키는 OH라디칼 접촉 산화 단계; 방전관내에서 방전에 의한 플라즈마를 유도한 후 폐활성슬러지를 액상으로 통과시키면서 수중방전을 시키는 고전압 수중방전 단계로 구성되는 전처리 공정을 행하는 것으로 특징지워진다.
본 발명에 따른 폐활성슬러지 감량 및 혐기성 소화 효율 개선 장치는 하수내의 유해물질을 침전시키는 침전조(10), 상기 침전조(10)로부터 유입되는 하수를 생물학적으로 처리하는 생물학적 처리조(50), 상기 침전조(10) 및 생물학적처리조(50)로부터 생성된 슬러지를 혼합하는 혼합 슬러지 저류조(60), 혼합된 폐활성슬러지를 농축하고 혐기성 소화를 행하는 소화조(70)로 구성되는 폐활성슬러지의 혐기성 소화 장치에 있어서, 상기 생물학적처리조(50)로부터 생성된 슬러지를 이송하는 슬러지 이송관(22)에 이중관 형태로 스팀자켓(23)이 설치되고, 생물학적처리조(50)로부터 이송된 슬러지에 OH라디칼을 접촉시켜 슬러지내 미생물의 세포벽을 산화시켜 미생물 내부의 유기물질을 용출시키는 고활성이온화가스 발생장치(30)와 폐활성슬러지를 액상으로 통과시키면서 수중방전을 시키는 고전압 수중방전장치(40)가 구비된 것으로 특징지워진다.
또한, 본 발명에 따른 폐활성슬러지 감량 및 혐기성 소화 효율 개선 장치는 상기 소화조(70)로부터 발생되는 메탄가스를 분리하기 위한 탈황조(80) 및 가스저장조(90), 가스저장조(90)의 가스를 이용하여 전기를 발생시키기 위한 발전기(100)와 소화조(70) 및 스팀자켓(23)의 온도 유지를 위한 보일러(110)가 부가설치된다.
이하 본 발명을 첨부된 도면 도 1 내지 도 4를 참고로 하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 폐활성슬러지 감량 및 혐기성 소화 효율 개선 장치의 개략적인 구성도이고, 도 2는 생물학적처리조로부터 생성된 슬러지를 이송하는 슬러지 이송관의 단면도이며, 도 3a는 본 발명에서 사용되는 이온 발생 장치의 요부인 방전 장치의 개략적인 구성을 보여주는 횡단면도, 도 3b는 이온 발생 장치 뚜껑의 단면도, 도 3c는 이온 발생 장치의 요부인 방전 장치의 개략적인 구성을 보여주는 종단면도이고, 도 4는 고전압 수중방전장치의 개략적인 종단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 폐활성슬러지 감량 및 혐기성 소화 효율 개선 장치는 하수내의 유해물질을 침전시키는 침전조(10), 상기 침전조(10)로부터 유입되는 하수를 생물학적으로 처리하는 생물학적 처리조(50), 상기 침전조(10) 및 생물학적처리조(50)로부터 생성된 슬러지를 혼합하는 혼합 슬러지 저류조(60), 혼합된 폐활성슬러지를 농축하고 혐기성 소화를 행하는 소화조(70)로 구성되는 폐활성슬러지의 혐기성 소화 장치에 있어서, 상기 생물학적처리조(50)로부터 생성된 슬러지를 이송하는 슬러지 이송관(22)에 이중관 형태로 스팀자켓(23)이 설치되고, 생물학적처리조(50)로부터 이송된 슬러지에 OH라디칼을 접촉시켜 슬러지내 미생물의 세포벽을 산화시켜 미생물 내부의 유기물질을 용출시키는 고 활성이온화가스 발생장치(30)와 폐활성슬러지를 액상으로 통과시키면서 수중방전을 시키는 고전압 수중방전장치(40)가 구비되고, 상기 소화조(70)로부터 발생되는 메탄가스를 분리하기 위한 탈황조(80) 및 가스저장조(90), 가스저장조(90)의 가스를 이용하여 전기를 발생시키기 위한 발전기(100)와 소화조(70) 및 스팀자켓(23)의 온도 유지를 위한 보일러(110)가 추가될 수 있는 구성이다.
상기 침전조(10)는 하수 중에 침전 가능한 물질들을 제거하기 위한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 장치를 사용할 수 있을 뿐만 아니라 침전 효과를 향상시키기 위한 장치들이 부가될 수 있다.
상기 생물학적 처리조(50)는 하수 중에서 미생물을 생육시킴으로써 미생물이 이용하는 유기물이 분해됨은 물론 미생물이 생육하면서 배출하는 다양한 효소 등에 의하여 각종 유해물질이 분해되어 하수가 정화될 뿐만 아니라 미생물 체내에 각종 유해물질이 축적되어 하수를 정화하게 된다. 이 때 생물학적 처리조(50)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 장치를 사용할 수 있을 뿐만 아니라 미생물 생육 효과를 향상시키기 위한 장치들이 부가될 수 있다.
또한, 상기 소화조(70) 역시 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 장치를 사용할 수 있을 뿐만 아니라 소화 효과를 향상시키기 위한 장치들이 부가될 수 있다.
종래의 방법들에서는 슬러지내의 유기물질들이 입자상으로 존재하기 때문에 처리 효율이 저하되는 문제점이 있었지만, 본 발명에서는 슬러지이송펌프(21)를 통해 폐활성슬러지를 이송시키는 슬러지 이송관(22)에 이중관 형태로 스팀자켓(23)을 설치하고 60℃ 이상의 온수를 공급하여 일정시간 유지시킴으로 60℃ 이상의 고온에서 슬러지가 이송되도록 유도하여 슬러지내 입자상의 유기물질을 용해성 유기물질로 변화시키는 열처리 단계를 거침으로써 슬러지 처리 효율을 향상시켰다.
또한, 고활성이온화가스 발생장치(30)를 이용하여 OH라디칼을 생성시켜 슬러지내 미생물의 세포벽을 산화시켜 미생물 내부의 유기물질을 용출시킴으로써 폐활성슬러지의 감량 및 처리 효율을 향상시킬 수 있다.
즉, 슬러지이송펌프(21)에 의하여 슬러지 이송관(22)을 통해 이송된 슬러지는 히팅코일(24)이 내설된 접촉라디칼탱크(20)에 저류되고, 고활성이온화가스 발생장치(30)에서 생성되는 고활성이온화가스가 인젝터(25) 및 터빈교반용 모터(26)에 의하여 접촉라디칼탱크(20)내의 슬러지와 접촉되면서 고활성이온화가스가 물속에서 해리되어 발생되는 OH라디칼 및 수화전자 등에 의하여 폐활성슬러지내 미생물의 세포벽을 산화시켜 파괴하게 된다.
한편, 상기 고활성이온화가스 발생장치(30)는 도 3에 도시된 이온 발생 장치를 사용하는 것이 효과적이다.
상기 고활성이온화가스 발생장치(30)는 공기 필터링장치(100), 방전장치(200), 전원발진장치(300), 자동배출장치(400) 및 유량제어장치(500)와 이를 중앙에서 제어하는 중앙제어장치(600)를 포함하는 방전장치(200)에 있어서,
원통형의 덮개 겸용 방열판(201), 방열판(201)과 내접하도록 삽입 설치되는 외부전극(201a), 외부전극(201a)과 내접하도록 삽입되어 설치되는 제1유전체(202), 제1유전체(202) 내부에 설치되는 코일 형상의 중간전극(205), 지지체 역할을 하는 제2유전체(204) 및 제2유전체(204) 내부에 삽입되어 고정 설치되는 코어전극(203)으로 구성되어지되, 방열판(201), 외부전극(201a), 제1유전체(202), 중간전극(205), 제2유전체(204) 및 코어전극(203)이 각각 삽입 고정되는 다수개의 홈(209)을 갖는 한 쌍의 뚜껑(208, 211)에 의하여 결합 구성되며, 제1유전체(202)와 코어전극(203)에 병렬로 전원발진장치(300)의 (+) 또는 (-) 전극 중 하나를 연결하고 중간전극(205)에 다른 전극을 연결한 구성한 이온 발생 장치를 사용함으로써 설비가 간단하고 제조 비용이 저렴하며, 공랭식이어도 이온발생 효율이 우수하고, 실용적이며, 미생물의 세포벽을 용이하게 산화 분해하는 효과를 얻을 수 있게 된다.
방전관 덮개 겸용 방열판(201)은 금속재로 구성되며, 원통형으로 구성되고, 본 발명에서는 알루미늄을 사용하였다.
외부전극(201a)은 방열판(201)의 내부에 삽설되어 내접되는 외경을 갖는 원통형으로 구성되며, 전기전도도가 우수한 금속재인 것이 바람직하다. 그러나, 방열판(201) 또는 외부전극(201a) 중 어느 하나가 전기전도도가 우수한 금속재이고 일정 강도를 가져 방전장치의 내구성을 가질 수 있다면 하나는 생략될 수도 있다.
제1유전체(202)는 고순도의 파인 세라믹이 아닌 일반 세라믹으로서 알루미나를 90% 탈지한 후, 900℃ 이상의 온도에서 소성한 것을 외부전극(201a)의 내부에 삽설되어 내접되는 외경을 갖는 원통형으로 구성한다. 그러나, 제1유전체(202)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 방법으로 외부전극(201a)의 내부에 코팅하여 구성할 수도 있다.
중간전극(205)은 코일 형상으로 제조되며, 전기전도도가 우수하고 이온화 가스에 대한 내산화성이 강한 금속재인 것이 바람직하다. 제2유전체(204)는 고순도의 파인 세라믹이 아닌 일반 세라믹으로서 알루미나를 90% 탈지한 후, 900℃ 이상의 온도에서 소성한 것을 코어전극(203)이 내부에 고정되는 형태로 제조한 것이고, 코어전극(203)은 중간전극(205)과 마찬가지로 전기전도도가 우수하고 이온화 가스에 대한 내산화성이 강한 금속재인 것이 바람직하다.
또한, 제1유전체(202)의 내부 표면 및 제2유전체(204)의 외부 표면에 나선형으로 요철(202a, 204a)을 형성하여 전하의 집중을 꾀하고, 공기 유입시 나선형의 와류를 형성하고, 이에 더하여 코일 형태의 중간전극(205)을 통하여 완벽한 와류를 형성, 충분히 활성화된 이온이 외부로 토출될 수 있도록 구성할 수도 있다.
상기의 방열판(201), 외부전극(201a), 제1유전체(202), 중간전극(205), 제2유전체(204) 및 코어전극(203)은 유출구 뚜껑(208)과 유입구 뚜껑(212)에 형성된 요홈(209a, 209b, 209c)에 삽입 고정되어지되 요홈(209a)에는 방열판(201), 외부전극(201a)과 제1유전체(202)가, 요홈(209b)에는 중간전극(205)이, 요홈(209c)에는 제2유전체(204)과 코어전극(203)이 삽입되도록 한 다음, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 고정 방법, 예를 들어 나사를 이용한 나합, 접착제를 이용한 접착 등의 방법으로 고정한다. 유출구 뚜껑(208)과 유입구 뚜껑(211)에는 공기의 유입과 유출이 가능하도록 하는 다수개의 유출공(210)과 유입공(212)이 형성되어 있다.
또한, 외부전극(201a)과 코어전극(203)에 병렬로 전원발진장치(300)의 (+) 또는 (-) 전극 중 하나를 연결하고 중간전극(205)에 다른 전극을 연결 구성한다. 유입구 뚜껑(211)에 형성된 다수개의 유입공(212)을 통하여 공기가 유입되고 유출구뚜껑(208)에 형성된 다수개의 유출공(210)을 통해 외부로 유출된다.
외부전극(201a)과 코어전극(203) 및 중간전극(205)에 전원발진장치(300)를 이용하여 전류를 공급하면서, 동시에 유입구 뚜껑(211)에 형성된 다수개의 유입공(212)을 통하여 공기를 송풍하면 공기는 방전장치를 통과하는 동안 발생된 아크에 의해 강력한 이온화 가스가 발생하여 유출구 뚜껑(208)에 형성된 다수개의 유출공(210)을 통해 일정한 압력으로 유출된다.
즉, 제2유전체(203) 외표면과 중간전극(205) 사이 및 제1유전체(202) 내표면과 중간전극(205) 사이에서 동시에 아크가 발생하여 이온 발생 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
이 때 전원발진장치(300)에서는 출력전압 1500V, 출력주파수 15 - 30KHz정도의 전원을 공급하여 이온 발생이 이루어지도록 한다.
한편, 상기 고전압 수중방전장치(40)는 고활성이온화가스 발생장치(30)와 구조상의 차이만 있을 뿐 동일한 기능을 행하되 폐활성슬러지가 직접 액상으로 통과되도록 하여 폐활성슬러지의 감량 및 처리 효율을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
즉, 상기 고전압 수중방전장치(40)는 원통형의 덮개(701), 덮개(701)와 내접되도록 삽설되는 외부전극(701a), 외부전극(701a)과 내접되도록 삽설되는 제1유전체(702), 제1유전체(702) 내부 중심을 따라 설치되는 제2유전체(704), 제1유전체(702) 내부에 설치되는 코일 형상의 중간전극(705), 제2유전체(704) 내부에 삽입 되어 고정 설치되는 코어전극(703)으로 구성되어지되 제2유전체(704) 및 코어전극(703)가 삽입 설치되어 지지되는 배플 형태의 지지대(708)와, 원통형 덮개(701)와 원주형으로 연결되어 배관과 연결되는 플랜지(710, 711)에 의하여 결합구성되며, 제1유전체(702)와 코어전극(703)에 병렬로 전원발진장치(미도시)의 (+) 또는 (-) 전극 중 하나를 연결하고 중간전극(705)에 다른 전극을 연결하여 구성된다.
뿐만 아니라, 제1유전체(702)의 내부 표면과 제2유전체(704)의 외부 표면에 나선형으로 요철(702a, 704a)을 형성하여 전하의 집중을 꾀하고, 슬러지 유입시 나선형의 와류가 형성되도록 하여 고전압 수중방전장치(40)를 슬러지가 용이하게 통과되도록 함과 동시에 코일 형태의 중간 전극(705)을 통하여 고전압에 의한 방전효과를 통해 스러지내 미생물의 미파괴 세포벽이 완전히 파괴되어 소화조(70)로 이송되도록 한다.
또한, 상기 고전압 수중방전장치(40)는 유입플랜지(710)의 유입구(712)를 통하여 폐활성슬러지가 유입되고, 유출플랜지(711)의 유출구(713)를 통해 일정한 압력으로 소화조(70)로 이송된다.
상기 고활성이온화가스 발생장치(30) 및 고전압 수중방전장치(40)는 제2유전체(203, 703)의 외표면과 중간전극(205, 705)의 사이 및 제1유전체(202, 702)의 내표면과 중간전극(205, 705)의 사이에서 동시에 아크가 발생하여 강력한 고전압 발생 효과를 얻을 수 있게 된다.
상기 고활성이온화가스 발생장치(30) 및 고전압 수중방전장치(40)는 (+) 전극 및 (-) 전극 사이에 고압의 전압을 인가하면 두 전극 사이에서 방전이 일어나 전기장을 형성하고, 이때 마이너스 전극 내에서 자유롭게 움직이던 자유전자가 방출되어 반대 전극으로 이동하며, 방출된 자유전자는 높은 에너지 상태에 있음으로 두 전극 사이에 존재하는 공기의 여러 가지 기체 성분 등을 활성화시켜 이온물질, 오존(O3), 산소 음이온(O2) 등이 생성되고, 생성된 전자들이 기체의 분자와 충돌하면서 기체 분자의 최 외각 전자가 변화를 일으켜 반응성이 높은 라디컬, 여기전자 및 이온을 생성하고 이들은 새로운 화학반응을 일으키게 되고, 오염물질을 포함한 페활성슬러지에 고활성 이온화 가스를 주입하면 라디컬, 여기전자 및 이온 등 활성 물질이 폐활성슬러지에 포함된 오염물질과 반응하여 산화분해시킴으로써 오염물질이 제거된다.
뿐만 아니라, 방전이 일어나 전기장을 형성하면서 강한 음파와 함께 충격파(shockwave)가 발생하며, 이러한 충격파는 미생물 세포에 충격을 가하여 세포벽을 파괴하게 되며, 이때 세포내 물질, 즉 용해성 유기물질이 용출되어 폐활성슬러지의 소화 효율을 향상시키게 된다.
한편, 고전압 수중방전장치(40)는 폐활성슬러지의 유입 및 이송으로 인하여 부유물질 등이 전극 등에 잔류하게 되고, 이로 인해 방전이 원활히 이루어지지 않아 미생물 세포벽 파괴 정도 및 소화 효율과 오염물질 제거 효율이 저하될 수도 있으므로 처리 효율 측정을 위한 측정기(미도시)가 설치될 수 있다.
상기 측정기(미도시)는 DO메터, SS메터, 전기전도도계 등과 같이 슬러지의 고형 물질 함량을 측정할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용 가능하며, 미리 설정된 값 이상으로 감지되어 처리 효율이 만족스럽지 못하다고 판단될 때에는 약품세척 등을 행할 수 있고, 자동으로 약품 세척 기능 등을 수행할 수 있도록 하는 제어시스템을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 적용 가능하다.
상기 소화조(70)로부터 발생되는 메탄가스를 분리하기 위한 탈황조(80) 및 가스저장조(90), 가스저장조(90)의 가스를 이용하여 전기를 발생시키기 위한 발전기(100)와 소화조(70) 및 스팀자켓(23)의 온도 유지를 위한 보일러(110)가 부가설치된다.
도 1은 본 발명에 의한 폐활성슬러지 감량 및 혐기성 소화 효율 개선 장치의 개략적인 구성도이고,
도 2는 생물학적처리조로부터 생성된 슬러지를 이송하는 슬러지 이송관의 단면도이며,
도 3a는 본 발명에서 사용되는 이온 발생 장치의 요부인 방전 장치의 개략적인 구성을 보여주는 횡단면도, 도 3b는 이온 발생 장치 뚜껑의 단면도, 도 3c는 이온 발생 장치의 요부인 방전 장치의 개략적인 구성을 보여주는 종단면도이고, 도 3d는 이온 발생 장치의 개략적인 구성도이며,
도 4는 고전압 수중방전장치의 개략적인 종단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 침전조 20 : 접촉라디칼탱크
30 : 고활성이온화가스 발생장치 40 : 고전압 수중방전장치
50 : 생물학적 처리조 60 : 혼합 슬러지 저류조
70 : 소화조 80 : 탈황조
90 : 가스저장조 100 : 발전기
110 : 보일러

Claims (9)

  1. 폐활성슬러지 감량 및 혐기성 소화 효율 개선 방법에 있어서, 슬러지 이송관(22)에 이중관 형태로 스팀자켓(23)을 설치하고 60℃ 이상의 온수를 공급하여 일정시간 유지시킴으로 슬러지내 입자상의 유기물질을 용해성 유기물질로 변화시키는 열처리 단계; 고활성이온화가스 발생장치(30)를 이용하여 OH라디칼을 생성시켜 슬러지내 미생물의 세포벽을 산화시켜 미생물 내부의 유기물질을 용출시키는 OH라디칼 접촉 산화 단계 및 방전관내에서 방전에 의한 플라즈마를 유도한 후 폐활성슬러지를 액상으로 통과시키면서 수중방전을 시키는 고전압 수중방전 단계로 구성되는 전처리 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 폐활성슬러지 감량 및 혐기성 소화 효율 개선 방법.
  2. 하수내의 유해물질을 침전시키는 침전조(10), 상기 침전조(10)로부터 유입되는 하수를 생물학적으로 처리하는 생물학적 처리조(50), 상기 침전조(10) 및 생물학적처리조(50)로부터 생성된 슬러지를 혼합하는 혼합 슬러지 저류조(60), 혼합된 폐활성슬러지를 농축하고 혐기성 소화를 행하는 소화조(70)로 구성되는 폐활성슬러지의 혐기성 소화 장치에 있어서, 상기 생물학적처리조(50)로부터 생성된 슬러지를 이송하는 슬러지 이송관(22)에 이중관 형태로 스팀자켓(23)이 설치되고, 생물학적처리조(50)로부터 이송된 슬러지에 OH라디칼을 접촉시켜 슬러지내 미생물의 세포벽을 산화시켜 미생물 내부의 유기물질을 용출시키는 고활성이온화가스 발생장치(30)와 폐활성슬러지를 액상으로 통과시키면서 수중방전을 시키되 원통형의 덮개(701), 덮개(701)와 내접되도록 삽설되는 외부전극(701a), 외부전극(701a)과 내접되도록 삽설되는 제1유전체(702), 제1유전체(702) 내부 중심을 따라 설치되는 제2유전체(704), 제1유전체(702) 내부에 설치되는 코일 형상의 중간전극(705), 제2유전체(704) 내부에 삽입되어 고정 설치되는 코어전극(703)으로 구성되어지되 제2유전체(704) 및 코어전극(703)가 삽입 설치되어 지지되는 배플 형태의 지지대(708)와, 원통형 덮개(701)와 원주형으로 연결되어 배관과 연결되는 플랜지(710, 711)에 의하여 결합구성되며, 제1유전체(702)와 코어전극(703)에 병렬로 전원발진장치(미도시)의 (+) 또는 (-) 전극 중 하나를 연결하고 중간전극(705)에 다른 전극을 연결 구성한 고전압 수중방전장치(40)가 구비된 것을 특징으로 하는 폐활성슬러지 감량 및 혐기성 소화 효율 개선 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 소화조(70)로부터 발생되는 메탄가스를 분리하기 위한 탈황조(80) 및 가스저장조(90), 가스저장조(90)의 가스를 이용하여 전기를 발생시키기 위한 발전기(100)와 소화조(70) 및 스팀자켓(23)의 온도 유지를 위한 보일러(110)가 부가 설치되는 것을 특징으로 하는 폐활성슬러지 감량 및 혐기성 소화 효율 개선 장치.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 고활성이온화가스 발생장치(30)는 공기 필터링장치(100), 방전장치(200), 전원발진장치(300), 자동배출장치(400) 및 유량제어장치(500)와 이를 중앙에서 제어하는 중앙제어장치(600)를 포함하는 방전장치(200)에 있어서, 원통형의 덮개 겸용 방열판(201), 방열판(201)과 내접하도록 삽입 설치되는 외부전극(201a), 외부전극(201a)과 내접하도록 삽입되어 설치되는 제1유전체(202), 제1유전체(202) 내부에 설치되는 코일 형상의 중간전극(205), 지지체 역할을 하는 제2유전체(204) 및 제2유전체(204) 내부에 삽입되어 고정 설치되는 코어전극(203)으로 구성되어지되, 방열판(201), 외부전극(201a), 제1유전체(202), 중간 전극(205), 제2유전체(204) 및 코어전극(203)이 각각 삽입 고정되는 다수개의 홈(209)을 갖는 한 쌍의 뚜껑(208, 211)에 의하여 결합 구성되며, 제1유전체(202)와 코어전극(203)에 병렬로 전원발진장치(300)의 (+) 또는 (-) 전극 중 하나를 연결하고 중간전극(205)에 다른 전극을 연결 구성한 것을 특징으로 하는 폐활성슬러지 감량 및 혐기성 소화 효율 개선 장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 2 또는 4에 있어서, 제1유전체(202, 702)의 내부 표면 및 제2유전체(204, 704)의 외부 표면에 나선형으로 요철(202a, 204a, 702a, 704a)을 형성한 것을 특징으로 하는 폐활성슬러지 감량 및 혐기성 소화 효율 개선 장치.
  7. 청구항 2 또는 4에 있어서, 제1유전체(202, 702)는 외부전극(201a, 701a)의 내부에 코팅하여 구성한 것을 특징으로 하는 폐활성슬러지 감량 및 혐기성 소화 효율 개선 장치.
  8. 청구항 4에 있어서, 압축공기 발생 및 저장장치를 공기 필터링장치(100) 전에 부가 설치한 것을 특징으로 하는 폐활성슬러지 감량 및 혐기성 소화 효율 개선 장치.
  9. 청구항 4에 있어서, 전원발진장치(300)에서는 출력전압 1500V, 출력주파수 15 - 30KHz정도의 전원을 공급함을 특징으로 하는 폐활성슬러지 감량 및 혐기성 소화 효율 개선 장치.
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