KR100986757B1

KR100986757B1 - 반복순환식 유기슬러지 처리장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100986757B1
Application number: KR20080100017A
Authority: KR
Inventors: 오완호
Original assignee: 오완호
Priority date: 2008-10-13
Filing date: 2008-10-13
Publication date: 2010-10-08
Also published as: KR20100041037A

Abstract

본 발명은 녹말이 다량 함유되어 높은 점도를 지닌 돈분(豚糞)이나 각종 음식물쓰레기 등의 유기슬러지를 반복 순환시키면서 외부공기와 미생물배양액이 신속하고 고르게 혼합되도록 하여 단시간내에 분해, 질산화 및 탈질처리되도록 하는 유기슬러지 처리장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 녹말함량이 큰 돈분이나 음식물쓰레기로 된 유기슬러지가 일정량 저장되는 저장조와, 상기 저장조의 유기슬러지를 흡입관을 통해 흡입하여 일정압력으로 슬러지혼합기로 강제 이송시키는 슬러지펌프와, 상기 슬러지펌프로부터의 유기슬러지를 중앙부로 갈수록 점점 좁게 형성된 벤투리관을 통해 통과되도록 하되 상기 벤투리관의 중앙부에 연통 설치된 공기흡입관과 미생물흡입관을 통해 외부공기와 미생물배양액이 압력차에 의해 자연 흡입되면서 유기슬러지와 고르게 혼합되도록 하는 슬러지혼합기와, 상기 슬러지혼합기로부터의 외부공기와 미생물배양액이 혼합된 유기슬러지를 저장조로 보내 순환되도록 하는 배출관으로 구성되어 있어 상기 유기슬러지가 반복적으로 순환되면서 외부공기와 미생물배양액이 전체적으로 고르게 혼합되어 단시간내에 분해, 질산화 및 탈질처리되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 반복순환식 유기슬러지 처리장치 및 그 방법에 관한 것이다.

유기슬러지, 저장조, 슬러지혼합기, 슬러지펌프, 벤투리관, 중앙부

Description

반복순환식 유기슬러지 처리장치 및 그 방법{A organic sludge treatment apparats to be circulated repeatedly and the treating method thereof}

본 발명은 녹말이 다량 함유되어 높은 점도를 지닌 돈분(豚糞)이나 각종 음식물쓰레기 등의 유기슬러지를 반복 순환시키면서 외부공기와 미생물배양액이 신속하고 고르게 혼합되도록 하여 단시간내에 분해, 질산화 및 탈질처리되도록 하는 유기슬러지 처리장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 녹말함량이 큰 돈분이나 음식물쓰레기로 된 유기슬러지가 일정량 저장되는 저장조와, 상기 저장조의 유기슬러지를 흡입관을 통해 흡입하여 일정압력으로 슬러지혼합기로 강제 이송시키는 슬러지펌프와, 상기 슬러지펌프로부터의 유기슬러지를 중앙부로 갈수록 점점 좁게 형성된 벤투리관을 통해 통과되도록 하되 상기 벤투리관의 중앙부에 연통 설치된 공기흡입관과 미생물흡입관을 통해 외부공기와 미생물배양액이 압력차에 의해 자연 흡입되면서 유기슬러지와 고르게 혼합되도록 하는 슬러지혼합기와, 상기 슬러지혼합기로부터의 외부공기와 미생물배양액이 혼합된 유기슬러지를 저장조로 보내 순환되도록 하는 배출관으로 구성되어 있어 상기 유기슬러지가 반복적으로 순환되면서 외부공기와 미생물배양액이 전체적으로 고르게 혼합되어 단시간내에 분해, 질 산화 및 탈질처리되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 반복순환식 유기슬러지 처리장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 돼지분뇨(돈분(豚糞))나 음식물쓰레기는 녹말이나 단백질 등의 유기물 함량이 많을 뿐 아니라 함수율이 대략 70 ~ 90% 정도로 다량 함유되어 있어 다른 가축의 분뇨 등에 비해 비교적 미생물에 의한 분해처리가 용이하여 각종 호기성 및 혐기성미생물로 발효, 분해 및 탈질처리 등의 과정을 거쳐 액상의 비료 등으로 제조하여 재사용하거나 또는 환경친화적인 상태로 정화처리하여 방류처리하고 있다.

이러한 돈분과 같은 축산분뇨의 효과적인 처리방법으로 대한민국 특허등록번호 제 10-0306224호의 축산분뇨의 처리방법 및 장치, 대한민국 특허등록번호 제 10-0704109호의 축산분뇨를 이용한 고효율 액비 제조시스템, 대한민국 특허등록번호 제 10-0586490호의 축산분료의 고액분리장치, 대한민국 특허등록번호 제 10-0451856호의 축산분료의 퇴비화방법 등의 다양한 기술이 개시되어 사용되고 있으나, 상기 등록 특허들에서 발효처리하여 퇴비화하는 장치로 기계식의 경우에는 설치비용이 매우 비싸고 암모니아가스의 부식에 의한 고장 및 수리가 빈번하여 유지/관리비용이 크며, 노지형인 경우에는 넓은 면적이 소요될 뿐 아니라 우천시 축산분뇨의 유실위험성이 커서 환경오염이 발생할 수 있고 심한 악취가 발생되는 문제점 들이 있었다.

또한, 현재 돈분처리를 위한 기술로서 도 9에 도시된 바와 같이 3N시스템(No smell, No dicharge, No virus)이라 하여 무악취, 무방류, 무병균 시스템으로 된 돈분발효처리장치(29')가 개시되어 제주도지방 등에서 사용되고 있는데, 이 경우에는 축사로부터 유입된 돈분이 발효조(30')에 일정량 저장된 상태에서 호기성미생물에 의해 발효처리되고 이 때 발생되는 발효열에 의해 각종 유해균과 해충이 사멸되도록 한 다음 폭기조(31')로 이송하고, 상기 폭기조(31')에서는 교반기(32')에 의해 교반이 이루어지면서 블로워(33')로부터 공급되는 외부공기가 내부에 설치된 산기관(34')을 통해 간헐 폭기되어 돈분에 포함된 유기물질이 각종 미생물에 의해 분해되도록 하고 암모니아성분은 질산화 및 탈질되어 배출 제거되도록 하며, 상기 폭기조(31')에서 분해 및 탈질처리된 돈분은 침전조(28')로 이송되어 숙성처리된 다음 저류조(35')로 이송되어 저장된 후 액체비료 등으로 사용하게 된다.

그러나, 상기와 같은 돈분발효처리장치(29')는 주성분이 녹말으로 이루어진돈분의 점도가 매우 높아 폭기조(31')의 산기관(34')에서 간헐 폭기되는 외부공기가 돈분 내에 전체적으로 골고루 산기(airation)되지 못하여 미생물의 발효처리 효율이 낮을 뿐 아니라 이로 인해 최소 10 ~ 30일 이상 장기간의 체류시간이 필요하며 오랜시간 저장으로 부패가 일어나 암모니아, 황화수소 가스 등의 발생으로 심한 악취가 발생되고 해충이 번식하는 문제점이 있으며, 또한 발효조(30')와 폭기 조(31')와 침전조(28')와 저류조(35') 등의 다양하고 큰 용량의 처리조가 구비되어야 함으로써 전체 처리시설의 면적이 커야 하며 설비비용 및 유지비용이 큰 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로 녹말의 함량이 커 높은 점도를 지닌 돈분(豚糞)이나 각종 음식물쓰레기 등의 유기슬러지를 반복적으로 순환시키면서 벤투리관이 구비된 슬러지혼합기를 통해 외부공기 및 미생물배양액이 유기슬러지와 고르게 혼합되도록 하여 단시간내에 분해, 질산화 및 탈질처리가 이루어지도록 하고, 하나의 저장조에서 모든 처리가 반복 순환되면서 이루어지도록 되어 있어 설치규모 및 면적이 최소화되며 유지, 관리비용이 적고 상기 유기슬러지의 체류기간이 짧아져 부패 및 악취 발생없이 친환경적인 처리가 이루어지도록 하는 것에 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 녹말함량이 큰 돈분이나 음식물쓰레기로 된 유기슬러지가 일정량 저장되는 저장조와, 상기 저장조의 유기슬러지를 흡입관을 통해 흡입하여 일정압력으로 슬러지혼합기로 강제 이송시키는 슬러지펌프와, 상기 슬러지펌프로부터의 유기슬러지를 중앙부로 갈수록 점점 좁게 형성된 벤투리관을 통해 통과되도록 하되 상기 벤투리관의 중앙부에 연통 설치된 공기흡입관과 미생물흡입관을 통해 외부공기와 미생물배양액이 압력차에 의해 자연 흡입되면서 유기슬러지와 고르게 혼합되도록 하는 슬러지혼합기와, 상기 슬러지혼합기로부터의 외부공기와 미생물배양액이 혼합된 유기슬러지를 저장조로 보내 순환되도록 하는 배출관 으로 구성되어 있어 상기 유기슬러지가 반복적으로 순환되면서 외부공기와 미생물배양액이 전체적으로 고르게 혼합되어 단시간내에 분해, 질산화 및 탈질처리되도록 되어 있는 것에 본 발명의 특징이 있다.

상기와 같이 본 발명에 의하면 녹말의 함량이 커 높은 점도를 지닌 돈분(豚糞)이나 각종 음식물쓰레기 등의 유기슬러지를 반복적으로 순환시키면서 벤투리관이 구비된 슬러지혼합기를 통해 외부공기 및 미생물배양액이 유기슬러지와 고르게 혼합되도록 하여 단시간내에 분해, 질산화 및 탈질처리가 이루어질 수 있고, 하나의 저장조에서 모든 처리가 반복 순환되면서 이루어지도록 되어 있어 설치규모 및 면적이 최소화되며 유지, 관리비용이 적고 상기 유기슬러지의 체류기간이 짧아져 부패 및 악취 발생없이 환경친화적인 처리가 이루어질 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 구성을 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 반복순환식 유기슬러지 처리장치(1)는 도 1 내지 8에 도시된 바와 같이 축산분뇨 중 녹말이 다량 함유되어 높은 점도를 지닌 돈분(豚糞)이나 각종 음식물쓰레기 등의 유기슬러지를 반복 순환시키면서 외부공기와 미생물배양액이 신속하고 고르게 혼합되도록 하여 단시간내에 분해, 질산화 및 탈질처리되도록 하는 처리장치로서, 녹말함량이 큰 돈분이나 음식물쓰레기로 된 유기슬러지가 일정량 저장되는 저장조(2)와, 상기 저장조(2)의 유기슬러지를 흡입관(3)을 통해 흡입하여 일정압력으로 슬러지혼합기(6)로 강제 이송시키는 슬러지펌프(5)와, 상기 슬러지펌프(5)로부터의 유기슬러지를 중앙부(9)로 갈수록 점점 좁게 형성된 벤투리관(7)을 통해 통과되도록 하되 상기 벤투리관(7)의 중앙부(9)에 연통 설치된 공기흡입관(10)과 미생물흡입관(11)을 통해 외부공기와 미생물저장조(12)로부터의 미생물배양액이 유속변화에 따른 압력차에 의해 자연 흡입되면서 유기슬러지와 고르게 혼합되도록 하는 슬러지혼합기(6)와, 상기 슬러지혼합기(6)로부터의 외부공기와 미생물배양액이 혼합된 유기슬러지를 저장조(2)로 다시 보내 순환되도록 하는 배출관(21)으로 구성되어 있어 상기 유기슬러지가 반복적으로 순환되면서 외부공기와 미생물배양액이 전체적으로 고르게 혼합되어 단시간내에 분해(호정화), 질산화 및 탈질처리되도록 되어 있다.

상기 저장조(2)는 도 1, 2, 8에 도시된 바와 같이 녹말이 다량 함유되어 높은 점도를 지닌 돈분이나 음식물쓰레기로 된 유기슬러지가 일정량 저장되는 부분으로, 일측에는 흡입관(3)이 설치되어 있고 타측에는 배출관(21)이 설치되어 있어 상기 흡입관(3)을 통해 슬러지혼합기(6)를 거친 유기슬러지가 배출관(21)을 통해 다시 저장조(2) 내부로 배출되면서 일정 시간동안 반복 순환되도록 되어 있으며, 또한 상기 저장조(2)는 외부공기의 유입을 차단하기 위한 개폐도어(4)가 설치되어 있 어 상기 개폐도어(4)를 닫고 상기 슬러지혼합기(6)의 공기흡입관(10)을 차단하여 일정시간동안 저장조(2) 내부를 혐기조건으로 유지할 수 있도록 되어 있다.

상기 슬러지펌프(5)는 도 1, 2, 8에 도시된 바와 같이 통상의 순환펌프로서 저장조(2)에 저장된 유기슬러지를 흡입관(3)을 통해 흡입하여 상기 슬러지혼합기(6)로 일정압력으로 강제 이송시키도록 되어 있으며, 상기 흡입관(3)과 배출관(21) 및 슬러지혼합기(6)의 직경 등에 따라 처리용량에 맞는 슬러지펌프(5)를 선택적으로 사용하여 일정속도로 원활한 순환이 이루어지도록 한다.

상기 슬러지혼합기(6)는 도 1 내지 8에 도시된 바와 같이 슬러지펌프(5)로부터 강제 이송된 유기슬러지가 벤투리관(7)을 통과하면서 외부공기와 미생물배양액이 베르누이의 원리에 따라 발생되는 압력차에 의해 자연 흡입되어 이송되는 유기슬러지와 고르게 혼합되도록 하는 부분으로, 도 3 및 4에 도시된 바와 같이 가운데부분에 벤투리관(7)이 위치되어 있고 상기 벤투리관(7)의 양측 끝단 외주면에는 각각 플렌지부(8a)(8b)가 형성되어 있어 일측 플렌지부(8a)에는 상기 흡입관(3)의 플렌지부(8c)가 맞닿은 상태로 볼트 및 너트에 의해 일체로 고정체결되도록 되어 있고 타측 플렌지부(8b)에는 상기 배출관(21)의 플렌지부(8d)가 맞닿은 상태로 볼트 및 너트에 의해 일체로 고정체결되도록 되어 있으며, 상기 벤투리관(7)은 일측에서 내측 중앙부(9)로 갈수록 그 내경이 점점 좁아졌다가 상기 중앙부(9)에서 그 내경이 가장 최소값을 가지며 상기 중앙부(9)에서 타측으로 갈수록 그 내경이 점점 넓 어지게 형성되어 있고 상기 벤투리관(7)의 중앙부(9)에는 외측 상부에서 수직으로 관통 개재(介在)된 공기흡입관(10)과 미생물흡입관(11)이 벤투리관(7)의 내부와 서로 연통되도록 설치되어 있어 도 4에 도시된 바와 같이 직경이 큰 흡입관(3)으로부터 공급되는 유기슬러지가 직경이 점점 작아지게 형성된 벤투리관(7)의 내측 중앙부(9)를 통과한 직후 직경이 큰 배출관(21)쪽으로 배출되는 과정에서 베르누이의 원리에 따라 상기 중앙부(9)를 통과하는 유기슬러지의 유속이 순간적으로 증가하면서 압력이 낮아져 상기 벤투리관(7) 내부와 공기흡입관(10) 및 미생물흡입관(11) 사이에 압력차가 발생되어 상기 공기흡입관(10)으로부터는 외부공기가 자연적으로 흡입되고 상기 미생물흡입관(11)으로부터는 미생물저장조(12)로부터의 미생물배양액이 일정량씩 자연적으로 흡입되어 상기 유기슬러지와 외부공기 및 미생물배양액이 고르게 혼합되도록 되어 있다.

또한, 상기 중앙부(9)는 도 4 및 5에 도시된 바와 같이 내부에 링형상의 순환공급홈(13)이 형성되어 있고 상기 순환공급홈(13)은 타측에 벤투리관(7)의 내부와 서로 연통되는 연통로(14)가 벤투리관(7)의 내측 둘레를 따라 전체적으로 형성되어 있으며 상기 순환공급홈(13)에는 공기흡입관(10)과 미생물흡입관(11)의 하단부가 각각 연통설치되어 있어 상기 벤투리관(7)을 통과하는 유기슬러지의 유속변화에 따른 압력차에 의해 외부로부터 자연 흡입되는 외부공기와 미생물배양액이 상기 순환공급홈(13)에서 서로 균일하게 혼합된 상태에서 벤투리관(7)의 내측 둘레에 전체적으로 형성된 상기 연통로(14)를 통해 중앙부(9)를 통과하는 유기슬러지의 외주 면 전체에 외부공기와 미생물배양액이 공급되어 유기슬러지와 외부공기와 미생물배양액이 전체적으로 더욱 고르게 혼합되도록 되어 있다.

한편, 상기 벤투리관(7)의 다른 실시예로서 도 6에 도시된 바와 같이 상기 중앙부(9)는 내부에 링형상의 순환공급홈(13)이 형성되어 있고 상기 순환공급홈(13)은 타측에 벤투리관(7)의 내부와 서로 연통되는 다수개의 연통공(15)이 벤투리관(7)의 내측 둘레를 따라 일정간격으로 천공되어 있으며 상기 순환공급홈(13)에는 공기흡입관(10)과 미생물흡입관(11)의 하단부가 각각 연통설치되어 있어 상기 벤투리관(7)을 통과하는 유기슬러지의 유속변화에 따른 압력차에 의해 외부로부터 자연 흡입되는 외부공기와 미생물배양액이 상기 순환공급홈(13)에서 서로 균일하게 혼합된 상태에서 벤투리관(7)의 내측 둘레에 일정간격으로 천공된 다수개의 연통공(15)를 통해 중앙부(9)를 통과하는 유기슬러지의 외주면 전체에 외부공기와 미생물배양액이 공급되어 유기슬러지와 외부공기와 미생물배양액이 전체적으로 더욱 고르게 혼합되도록 할 수 있다.

또한, 상기 벤투리관(7)을 통과하는 유기슬러지는 직경이 작은 상기 중앙부(9)를 반복 통과하는 과정에서 압축과 팽창이 반복되고 상기 중앙부(9)의 내주면에 강하게 부딪치면서 마찰열이 발생되어 대략 50 ~ 70℃으로 가온되며 이때 단단한 구조를 지닌 β상태의 녹말이 마찰열에 의해 α상태의 녹말로 연화되어 더욱 빠른 시간내에 분해가능한 상태로 전환된다.

상기 공기흡입관(10)은 도 1 내지 5에 도시된 바와 같이 외부공기를 벤투리관(7) 내부로 공급하는 부분으로, 상기 벤투리관(7)의 중앙부(9) 내부에 형성된 순환공급홈(13)과 일체로 연통설치되어 있어 유기슬러지의 유속변화에 따른 압력차에 의해 외부공기가 공기흡입관(10)을 통해 상대적으로 압력이 낮은 벤투리관(7) 내부로 자연적으로 유입되도록 되어 있으며 공기흡입관(10)의 상부에는 차단밸브(16)가 설치되어 있어 초기 일정시간 동안에는 상기 차단밸브(16)를 개방하여 외부공기의 지속적인 유입으로 미생물배양액으로부터 유기슬러지에 공급된 호기성미생물(니트로소모나스(nitrosomonas), 니트로박터(nitrobacter), 락토바실러스(lactobacillus) 등)이 호기조건에서 유기성질소(Org-N)나 암모니아성질소(NH₃-N)를 아질산성질소(NO₂-N)로 산화시키고 아질산성질소(NO₂-N)를 질산성질소(NO₃-N)로 산화시키는 질산화반응이 이루어지도록 하며, 일정시간이 경과되어 질산화반응이 완료된 후에는 상기 차단밸브(16)를 차단하고 저장조(2)의 개폐도어(4)를 닫아 외부공기의 유입을 차단하면 미생물배양액으로부터 유기슬러지에 공급된 혐기성미생물(미크로코쿠스(micrococcus), 소우도모나스(pseudomonas) 등)이 혐기조건에서 질산성질소와 아질산성질소에 전자수용체로 결합되어 있는 산소를 이용하여 대사하면서 질소(N₂)를 방출하는 탈질반응이 이루어지도록 되어 있다.

상기 미생물흡입관(11)은 도 1 내지 3 및 5에 도시된 바와 같이 미생물배양 액을 벤투리관(7) 내부로 공급하는 부분으로, 상기 벤투리관(7)의 중앙부(9) 내부에 형성된 순환공급홈(13)과 일체로 연통설치되어 있고 상부끝단에는 미생물저장조(12)와 연결되어 있어 상기 미생물저장조(12)에 저장된 일정량의 미생물배양액이 유기슬러지의 유속변화에 따른 압력차에 의해 미생물흡입관(11)을 통해 상대적으로 압력이 낮은 벤투리관(7) 내부로 유입되도록 되어 있으며, 상기 미생물배양액은 니트로소모나스(nitrosomonas), 니트로박터(nitrobacter), 락토바실러스(lactobacillus) 등의 호기성 미생물배양액과, 미크로코쿠스(micrococcus), 소우도모나스(pseudomonas) 등의 혐기성 미생물배양액으로 나뉘어져 있어 선택적으로 투입되도록 되어 있되, 상기 호기성 미생물배양액은 외부공기가 공기흡입관(10)을 통해 유입되는 호기조건에서 투입되고, 상기 혐기성 미생물배양액은 공기흡입관(10)이 차단되어 외부공기가 유입되지 않는 혐기조건에서 투입되도록 되어 있다.

한편, 상기 호기성 미생물배양액에는 바실러스섭틸러스(Bacillus subtillus), 락토바실러스(lactobacillus) 등의 바실러스속(Bacillus sp.) 미생물이 다량 포함되어 있어 유기슬러지에 혼합된 상태에서 대사작용을 통해 녹말을 분해하는 아밀라아제(Amylase), 지방질을 분해하는 리파아제(Lipase), 단백질을 분해하는 프로테아제(Protease) 등의 효소를 생성하고, 특히 상기 아밀라아제는 돈분이나 음식물쓰레기의 주성분으로 된 녹말 및 글리코겐의 탄소고리를 끊어 다당류에서 단당류로 분해하여 유기슬러지의 점도를 급속히 낮추고 유기슬러지를 불수용성 상태에서 수용성 상태로 전환하여 더욱 신속한 분해가 이루어지며, 이와 같이 상기 유기슬러지는 계속적으로 반복 순환되면서 바실러스속 미생물에 의해 분해됨에 따 라 요오드화반응으로 확인시 그 색상이 점차적으로 청색, 자색, 적색, 황색을 띄게 되고 마지막에는 무색으로 호정화(Dextrinization)된다.

한편, 상기 미생물흡입관(11)은 상부에 조절밸브(17)가 설치되어 있어 유기슬러지의 양에 따라 미생물배양액의 공급량을 알맞게 조절하도록 되어 있다.

또한, 본 발명에 따른 다른 실시예로서, 상기 슬러지혼합기(6)는 도 7에 도시된 바와 같이 흡입관(3)과 배출관(21) 사이에 복수개가 일정간격으로 연결설치되어 다량의 유기슬러지를 한꺼번에 처리하도록 되어 있는데, 이 경우 상기 흡입관(3)의 타측 끝단에는 횡방향으로 공급연결관(18)이 일체로 연통설치되어 있고 상기 배출관(21)의 일측 끝단에는 횡방향으로 배출연결관(19)이 일체로 연통설치되어 있으며 상기 공급연결관(18)과 배출연결관(19) 사이에는 복수개의 슬러지혼합기(6)가 보조연결관(20a)(20b)을 통해 일정간격으로 나란히 연통 설치되어 있어 상기 흡입관(3)을 통해 강제 이송된 유기슬러지가 공급연결관(18)을 통해 각 슬러지혼합기(6)로 분배 공급되고 각 슬러지혼합기(6)를 통과한 유기슬러지는 다시 배출연결관(19)을 통해 모여 배출관(21)을 배출되면서 한꺼번에 다량의 유기슬러지에 외부공기 및 미생물배양액을 고르게 공급할 수 있도록 되어 있다.

상기 배출관(21)은 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 슬러지혼합기(6)를 통과한 유기슬러지를 저장조(2)로 보내도록 되어 있으며 배출관(21)의 중간부분에는 하단 부에 회전형분사노즐(22)이 설치된 바이패스관(23)이 연결 설치되어 있고 상기 바이패스관(23)과 배출관(21)의 연결부분에는 전환밸브(24)가 설치되어 있어 상기 전환밸브(24)의 조절에 따라 배출관(21) 또는 바이패스관(23)으로 선택적으로 유기슬러지가 보내지도록 되어 있으며, 상기 배출관(21)의 하단부는 유기슬러지의 수면 아래쪽에 위치되어 있으며 상기 바이패스관(23)의 하단부는 유기슬러지의 수면 위쪽에 일정간격 이격된 상태로 위치되어 있어 유기슬러지가 호기조건 및 혐기조건에 따라 각각의 미생물에 의해 분해(호정화)반응 및 질산환반응과 탈질반응이 진행되는 과정에서는 배출관(21)을 통해 연속적으로 반복 순환되도록 하며 일정시간 동안 반복 순환되어 유기슬러지의 탈질반응이 완료된 경우에는 상기 전환밸브(24)를 조절하여 유기슬러지가 바이패스관(23)쪽으로 이송되도록 하고 상기 바이패스관(23)의 회전형분사노즐(22)을 통해 저장조(2)의 수면 위쪽에서 방사상으로 퍼지면서 분사되도록 하여 혐기조건하에서 발생된 유기슬러지의 질소가스가 공기중으로 방출되어 신속하게 제거되도록 되어 있고, 이와 같이 분해, 질산화 및 탈질처리가 모두 완료된 유기슬러지는 액체비료로 재사용되도록 되어 있다.

한편, 상기 배출관(21)은 도 8에 도시된 바와 같이 타측에 이송관(25)이 연결되어 있고 상기 이송관(25)과 배출관(21)의 연결부분에는 이송용밸브(26)가 설치되어 있어 분해, 질산화 및 탈질처리 등이 모두 완료된 상태의 유기슬러지를 액체비료로 사용하지 않고 방류처리하는 경우에는 상기 이송용밸브(26)를 개방하고 전환밸브(24)를 차단하여 배출관(21)으로 보내지는 유기슬러지를 이송관(25)을 통해 통상의 드럼필터 등으로 된 필터링장치(27)로 보내 이물질 등을 필터링하여 제거하도록 되어 있으며 상기 필터링장치(27)를 통과한 유기슬러지는 통상의 침전조(28)로 보내 침전처리하여 환경친화적으로 정화처리된 상태에서 방류처리하도록 되어 있다.

이하 본 발명에 따른 작용은 다음과 같다.

본 발명에 따른 반복순환식 유기슬러지 처리장치(1)는 도 1, 2, 8에 도시된 바와 같이 녹말이 다량 함유되어 높은 점도를 지닌 돈분(豚糞)이나 분쇄처리된 음식물쓰레기 등의 유기슬러지를 저장조(2)에 일정량 저장한 상태에서 슬러지펌프(5)로 상기 유기슬러지를 흡입관(3)을 통해 흡입하여 일정압력으로 슬러지혼합기(6)로 강제 이송시키며, 상기 유기슬러지가 슬러지혼합기(6)의 벤투리관(7)을 통과하는 과정에서 상기 벤투리관(7)의 중앙부(9) 내부에 형성된 링형상의 순환공급홈(13)과 연통설치되어 있는 공기흡입관(10) 및 미생물흡입관(11)을 통해 각각 외부공기와 미생물저장조(12)로부터의 미생물배양액이 베르누이의 원리에 의해 상기 순환공급홈(13)과 벤투리관(7) 내부를 연통시키는 연통로(14) 또는 다수개의 연통공(15)을 통해 벤투리관(7) 내부로 자연 흡입되면서 이송되는 유기슬러지와 외부공기 및 미생물배양액이 고르게 혼합되도록 하고, 상기 벤투리관(7)을 통과한 유기슬러지는 배출관(21)을 통해 상기 저장조(2) 내부로 보내진 후 다시 상기 흡입관(3)을 통해 반복 순환되는 방식으로 유기슬러지가 빠른 시간내에 외부공기와 미생물배양액에 포함된 바실러스속 미생물과 호기성미생물 또는 혐기성미생물과 접촉되면서 다당류 인 녹말이 단당류로 분해되고 암모니아성분이 질산화 및 탈질처리되어 신속히 제거되도록 한다.

또한, 상기 벤투리관(7)을 통과하는 유기슬러지의 유속변화에 따른 압력차에 의해 외부로부터 자연 흡입되는 외부공기와 미생물배양액이 상기 순환공급홈(13)에서 서로 균일하게 혼합된 상태에서 도 4 및 6에 도시된 바와 같이 벤투리관(7)의 내측 둘레에 전체적으로 형성된 연통로(14) 또는 일정간격으로 형성된 다수개의 연통공(15)를 통해 중앙부(9)를 통과한 유기슬러지의 외주면 전체에 외부공기와 미생물배양액이 균일하게 공급되어 유기슬러지와 외부공기와 미생물배양액이 전체적으로 더욱 고르게 혼합되어 신속한 반응이 이루어지게 된다.

상기와 같은 처리과정에서 상기 벤투리관(7)을 반복 통과하는 유기슬러지는 직경이 최소인 상기 중앙부(9)를 통과하면서 압축과 팽창이 반복되고 상기 중앙부(9)의 내주면에 강하게 부딪치면서 마찰열이 발생되어 대략 50 ~ 70℃으로 가온되며 이때 단단한 구조를 지닌 β상태의 녹말이 마찰열에 의해 α상태의 녹말로 연화되어 더욱 빠른 시간내에 분해가능한 상태로 전환되고, 또한 상기 미생물배양액 중 호기조건에 투입되는 호기성 미생물배양액에 포함된 바실러스섭틸러스(Bacillus subtillus), 락토바실러스(lactobacillus) 등의 바실러스속(Bacillus sp.) 미생물이 유기슬러지에 골고루 혼합되면서 대사작용을 통해 녹말을 분해하는 아밀라아제(Amylase), 지방질을 분해하는 리파아제(Lipase), 단백질을 분해하는 프로테아 제(Protease) 등의 효소를 생성하고, 특히 상기 아밀라아제는 돈분이나 음식물쓰레기의 주성분으로 된 녹말 및 글리코겐의 탄소고리를 끊어 다당류에서 단당류로 분해하여 유기슬러지의 점도를 급속히 낮추고 유기슬러지를 불수용성 상태에서 수용성 상태로 전환하여 더욱 신속한 분해(호정화)가 이루어지도록 한다.

또한, 상기 유기슬러지가 반복순환식 유기슬러지 처리장치(1)를 반복 순환하는 과정에서 초기 일정시간 동안에는 상기 공기흡입관(10)에 구비된 차단밸브(16)를 개방하여 외부공기의 지속적인 유입으로 호기조건을 형성하며, 상기 미생물저장조(12)에는 호기성 미생물배양액을 투입하여 니트로소모나스(nitrosomonas), 니트로박터(nitrobacter) 등의 호기성미생물이 호기조건에서 유기슬러지의 유기성질소(Org-N)나 암모니아성질소(NH₃-N)를 아질산성질소(NO₂-N)로 산화시키고 아질산성질소(NO₂-N)를 질산성질소(NO₃-N)로 산화시키는 질산화반응이 이루어지도록 하며, 일정시간이 경과되어 질산화반응이 완료된 후에는 상기 차단밸브(16)를 차단하고 저장조(2)의 개폐도어(4)를 닫아 외부공기의 유입을 차단하여 혐기조건을 형성하며 상기 미생물저장조(12)에는 혐기성 미생물배양액을 투입하여 미크로코쿠스(micrococcus), 소우도모나스(pseudomonas) 등의 혐기성미생물이 혐기조건에서 질산성질소와 아질산성질소에 전자수용체로 결합되어 있는 산소를 이용하여 대사하면서 질소(N₂)를 방출하는 탈질반응이 이루어지게 된다.

다음으로, 일정시간 동안 반복 순환되어 유기슬러지의 탈질반응이 모두 완료된 경우에는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 배출관(21)에 설치된 전환밸브(24)를 조절하여 유기슬러지가 바이패스관(23)쪽으로 이송되도록 하면서 상기 바이패스관(23)의 하단부에 설치된 회전형분사노즐(22)을 통해 저장조(2)의 수면 위쪽에서 방사상으로 퍼지면서 분사되어 혐기조건하에서 발생된 유기슬러지의 질소가스가 공기중으로 방출되어 신속하게 제거되고, 이와 같이 분해(호정화), 질산화 및 탈질처리가 모두 완료된 유기슬러지는 액체비료로 재사용된다.

한편, 분해, 질산화 및 탈질처리 등이 모두 완료된 상태의 유기슬러지를 액체비료로 사용하지 않고 방류처리하는 경우에는 도 8에 도시된 바와 같이 상기 배출관(21)의 타측에 연결된 이송관(25)을 통해 처리완료된 유기슬러지를 통상의 드럼필터 등으로 된 필터링장치(27)로 보내 이물질 등을 필터링하여 제거하고 상기 필터링장치(27)를 통과한 유기슬러지는 통상의 침전조(28)로 보내 침전처리하여 환경친화적으로 정화처리된 상태에서 방류처리한다.

도 1은 본 발명에 따른 반복순환식 유기슬러지 처리장치의 전체 단면개략도

도 2는 본 발명에 따른 반복순환식 유기슬러지 처리장치의 작동상태를 나나탠 전체 단면개략도

도 3은 본 발명에 따른 반복순환식 유기슬러지 처리장치에서 슬러지혼합기의 사시개략도

도 4는 도 3의 A-A'선의 단면개략도

도 5는 도 4의 B-B'선의 단면개략도

도 6은 본 발명에 따른 반복순환식 유기슬러지 처리장치에서 슬러지혼합기의 다른 실시예를 나타낸 단면개략도

도 7은 본 발명에 따른 반복순환식 유기슬러지 처리장치에서 복수개의 슬러지혼합기가 연결설치된 상태의 사시개략도

도 8은 본 발명에 따른 반복순환식 유기슬러지 처리장치에 의해 처리된 유기슬러지를 필터링하고 침전처리하여 방류하는 상태의 단면개략도

도 9는 종래 돈분발효처리장치의 전체 단면개략도

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1. 반복순환식 유기슬러지 처리장치 2. 저장조

3. 흡입관 4. 개폐도어

5. 슬러지펌프 6. 슬러지혼합기

7. 벤투리관 8a, 8b, 8c, 8d. 플렌지부

9. 중앙부 10. 공기흡입관

11. 미생물흡입관 12. 미생물저장조

13. 순환공급홈 14. 연통로

15. 연통공 16. 차단밸브

17. 조절밸브 18. 공급연결관

19. 배출연결관 20a, 20b. 보조연결관

21. 배출관 22. 회전형분사노즐

23. 바이패스관 24. 전환밸브

25. 이송관 26. 이송용밸브

27. 필터링장치 28, 28'. 침전조

29'. 돈분발효처리장치 30'. 발효조

31'. 폭기조 32'. 교반기

33'. 블로워 34'. 산기관

35'. 저류조

Claims

유기슬러지가 저장되는 저장조와, 상기 저장조의 유기슬러지를 흡입관을 통해 흡입하여 일정 압력으로 슬러지혼합기로 강제 이송시키는 슬러지펌프와, 상기 슬러지펌프로부터의 유기슬러지를 일측에서 중앙부로 갈수록 내경이 점점 좁게 형성되고 중앙부에서 타측으로 갈수록 내경이 점점 넓어지게 형성된 벤투리관을 통해 통과되도록 하는 슬러지혼합기가 구비된 유기슬러지 처리장치에 있어서, 상기 벤투리관(7)은 중앙부(9)의 내부에 링형상의 순환공급홈(13)이 형성되어 있고 상기 순환공급홈(13)은 타측에 벤투리관(7)의 내부와 서로 연통되는 연통로(14)가 벤투리관(7)의 내측 둘레를 따라 전체적으로 형성되어 있으며 상기 순환공급홈(13)에는 공기흡입관(10)과 미생물흡입관(11)의 하단부가 각각 연통설치되어 있어 상기 공기흡입관(10) 및 미생물흡입관(11)을 통해 외부공기와 미생물저장조(12)로부터의 미생물배양액이 유속변화에 따른 압력차에 의해 상기 연통로(14)를 거쳐 벤투리관(7) 내부로 자연 흡입되면서 이송되는 유기슬러지의 외주면 전체에 고르게 혼합되도록 되어 있고, 상기 슬러지혼합기(6)에는 외부공기 및 미생물배양액이 혼합된 유기슬러지를 저장조(2)로 다시 보내 순환되도록 하는 배출관(21)이 연결되어 있어 상기 유기슬러지가 반복 순환되면서 외부공기 및 미생물배양액이 전체적으로 고르게 혼합되어 분해, 질산화 및 탈질처리되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 반복순환식 유기슬러지 처리장치.
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유기슬러지가 저장되는 저장조와, 상기 저장조의 유기슬러지를 흡입관을 통해 흡입하여 일정 압력으로 슬러지혼합기로 강제 이송시키는 슬러지펌프와, 상기 슬러지펌프로부터의 유기슬러지를 일측에서 중앙부로 갈수록 내경이 점점 좁게 형성되고 중앙부에서 타측으로 갈수록 내경이 점점 넓어지게 형성된 벤투리관을 통해 통과되도록 하는 슬러지혼합기가 구비된 유기슬러지 처리장치에 있어서, 상기 벤투리관(7)은 중앙부(9)의 내부에 링형상의 순환공급홈(13)이 형성되어 있고 상기 순환공급홈(13)은 타측에 벤투리관(7)의 내부와 서로 연통되는 다수개의 연통공(15)이 벤투리관(7)의 내측 둘레를 따라 일정간격으로 천공되어 있으며 상기 순환공급홈(13)에는 공기흡입관(10)과 미생물흡입관(11)의 하단부가 각각 연통설치되어 있어 상기 공기흡입관(10) 및 미생물흡입관(11)을 통해 외부공기와 미생물저장조(12)로부터의 미생물배양액이 유속변화에 따른 압력차에 의해 상기 다수개의 연통공(15)을 거쳐 벤투리관(7) 내부로 자연 흡입되면서 이송되는 유기슬러지의 외주면 전체에 고르게 혼합되도록 되어 있고, 상기 슬러지혼합기(6)에는 외부공기 및 미생물배양액이 혼합된 유기슬러지를 저장조(2)로 다시 보내 순환되도록 하는 배출관(21)이 연결되어 있어 상기 유기슬러지가 반복 순환되면서 외부공기 및 미생물배양액이 전체적으로 고르게 혼합되어 분해, 질산화 및 탈질처리되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 반복순환식 유기슬러지 처리장치.
제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 공기흡입관(10)은 상부에 차단밸브(16)가 설치되어 있어 외부공기가 벤투리관(7)의 내부로 유입되는 것을 조절하여 호기조건 또는 혐기조건이 조성되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 반복순환식 유기슬러지 처리장치.
제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 미생물흡입관(11)은 상부끝단에 일정량의 미생물배양액이 저장된 미생물저장조(12)와 연결되어 있으며, 상기 미생물배양액은 호기성 미생물배양액 또는 혐기성 미생물배양액으로 나뉘어져 선택적으로 공급되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 반복순환식 유기슬러지 처리장치.
제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 슬러지혼합기(6)는 흡입관(3)과 배출관(21) 사이에 복수개가 일정간격으로 연결설치되어 있되, 상기 흡입관(3)의 타측 끝단에는 횡방향으로 공급연결관(18)이 일체로 연통설치되어 있고 상기 배출관(21)의 일측 끝단에는 횡방향으로 배출연결관(19)이 일체로 연통설치되어 있으며 상기 공급연결관(18)과 배출연결관(19) 사이에는 복수개의 슬러지혼합기(6)가 보조연결관(20a)(20b)을 통해 일정간격으로 나란히 연통 설치되어 있어 상기 흡입관(3)을 통해 강제 이송된 유기슬러지가 공급연결관(18)을 통해 각 슬러지혼합기(6)로 분배 공급되고 각 슬러지혼합기(6)를 통과한 유기슬러지는 다시 배출연결관(19)을 통해 모여 배출관(21)을 배출되면서 유기슬러지에 외부공기 및 미생물배양액을 고르게 공급하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 반복순환식 유기슬러지 처리장치.
제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 배출관(21)은 하단부에 회전형분사노즐(22)이 설치된 바이패스관(23)이 연결 설치되어 있고 상기 바이패스관(23)과 배출관(21)의 연결부분에는 전환밸브(24)가 설치되어 있어 상기 전환밸브(24)의 조절에 따라 배출관(21) 또는 바이패스관(23)으로 선택적으로 유기슬러지가 보내지도록 되어 있되, 상기 바이패스관(23)의 하단부는 유기슬러지의 수면 위쪽에 일정간격 이격된 상태로 위치되어 있어 유기슬러지의 탈질반응이 완료된 경우 상기 전환밸브(24)를 조절하여 유기슬러지가 바이패스관(23)쪽으로 이송되도록 하고 상기 바이패스관(23)의 회전형분사노즐(22)을 통해 저장조(2)의 수면 위쪽에서 방사상으로 퍼지면서 분사되어 혐기조건하에서 발생된 유기슬러지의 질소가스가 공기중으로 방출되어 신속하게 제거되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 반복순환식 유기슬러지 처리장치.
제 7항에 있어서, 상기 배출관(21)은 타측에 이송관(25)이 연결되어 있고 상기 이송관(25)과 배출관(21)의 연결부분에는 이송용밸브(26)가 설치되어 있어 분해, 질산화 및 탈질처리가 완료된 상태의 유기슬러지를 방류처리하는 경우에는 상기 이송용밸브(26)를 개방하고 전환밸브(24)를 차단하여 배출관(21)으로 보내지는 유기슬러지를 이송관(25)을 통해 통상의 필터링장치(27)로 보내 이물질 을 필터링하여 제거하도록 되어 있으며 상기 필터링장치(27)를 통과한 유기슬러지는 통상의 침전조(28)로 보내 침전처리하여 환경친화적으로 정화처리된 상태에서 방류처리하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 반복순환식 유기슬러지 처리장치.
녹말이 다량 함유되어 높은 점도를 지닌 돈분이나 분쇄처리된 음식물쓰레기 로 된 유기슬러지를 저장조(2)에 일정량 저장하고, 슬러지펌프(5)로 상기 유기슬러지를 흡입관(3)을 통해 흡입하여 일정압력으로 슬러지혼합기(6)로 강제 이송시키며, 상기 유기슬러지가 슬러지혼합기(6)의 벤투리관(7)을 통과하는 과정에서 상기 벤투리관(7)의 중앙부(9) 내부에 형성된 링형상의 순환공급홈(13)과 연통설치되어 있는 공기흡입관(10) 및 미생물흡입관(11)을 통해 각각 외부공기와 미생물저장조(12)로부터의 미생물배양액이 베르누이의 원리에 의해 상기 순환공급홈(13)과 벤투리관(7) 내부를 연통시키는 연통로(14) 또는 다수개의 연통공(15)을 통해 벤투리관(7) 내부로 자연 흡입되면서 이송되는 유기슬러지와 외부공기 및 미생물배양액이 고르게 혼합되도록 하고, 상기 벤투리관(7)을 통과한 유기슬러지는 배출관(21)을 통해 상기 저장조(2) 내부로 보내진 후 다시 상기 흡입관(3)을 통해 반복 순환되는 방식으로 유기슬러지가 빠른 시간내에 외부공기와 미생물배양액과 골고루 접촉되면서 다당류인 녹말이 단당류로 분해되고 암모니아성분이 질산화 및 탈질처리되어 신속히 제거되도록 하는 것을 특징으로 하는 반복순환식 유기슬러지 처리방법.
제 9항에 있어서, 상기 유기슬러지는 반복순환식 유기슬러지 처리장치(1)를 반복 순환하는 과정에서 초기 일정시간 동안에는 상기 공기흡입관(10)에 구비된 차단밸브(16)를 개방하여 외부공기의 지속적인 유입으로 호기조건을 형성하며 상기 미생물저장조(12)에는 호기성 미생물배양액을 투입하여 호기성미생물이 호기조건에서 유기슬러지의 유기성질소나 암모니아성질소를 아질산성질소로 산화시키고 아질산성질소를 질산성질소로 산화시키는 질산화반응이 이루어지도록 하며, 일정시간이 경과되어 질산화반응이 완료된 후에는 상기 차단밸브(16)를 차단하고 저장조(2)의 개폐도어(4)를 닫아 외부공기의 유입을 차단하여 혐기조건을 형성하며 상기 미생물저장조(12)에는 혐기성 미생물배양액을 투입하여 혐기성미생물이 혐기조건에서 유기슬러지의 질산성질소와 아질산성질소에 전자수용체로 결합되어 있는 산소를 이용하여 대사하면서 질소를 방출하는 탈질반응이 이루어지는 것을 특징으로 하는 반복순환식 유기슬러지 처리방법.
제 9항에 있어서, 상기 유기슬러지는 반복순환식 유기슬러지 처리장치(1)를 일정시간 동안 반복 순환하여 유기슬러지의 탈질반응이 완료된 경우 상기 배출관(21)에 설치된 전환밸브(24)를 조절하여 유기슬러지가 바이패스관(23)쪽으로 이송되도록 하면서 상기 바이패스관(23)의 하단부에 설치된 회전형분사노즐(22)을 통해 저장조(2)의 수면 위쪽에서 유기슬러지가 방사상으로 퍼지면서 분사되어 혐기조건하에서 발생된 유기슬러지의 질소가스가 공기중으로 방출되어 신속하게 제거되도 록 하는 것을 특징으로 하는 반복순환식 유기슬러지 처리방법.
제 9항 또는 제 11항에 있어서, 상기 유기슬러지는 분해, 질산화 및 탈질처리가 모두 완료된 상태에서 방류처리하는 경우 상기 배출관(21)의 타측에 연결된 이송관(25)을 통해 처리완료된 유기슬러지를 통상의 필터링장치(27)로 보내 이물질을 필터링하여 제거하고 상기 필터링장치(27)를 통과한 유기슬러지를 통상의 침전조(28)로 보내 침전처리하여 환경친화적으로 정화처리된 상태에서 방류처리하는 것을 특징으로 하는 반복순환식 유기슬러지 처리방법.