KR101046622B1 - 벤츄리관을 직렬 및 병렬로 연결한 슬러지의 전처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수류조에 수용되는 슬러지를 벤츄리관을 이용하여 가용화하는 전처리장치에 관한 것으로;
하.폐수처리과정에서 발생하는 슬러지를 가용화하는 전처리장치로서; 상기 하.폐수처리과정에서 발생하는 슬러지를 수용하는 수류조(10)와; 상기 수류조(10)의 양측에 구성되면서 상기 슬러지의 통과속도를 증대하여 캐비테이션을 발생하는 다수개의 벤츄리관(28)을 갖는 가용화부(20); 및 상기 수류조(10)의 슬러지를 순환시키는 다수개의 펌프(30)를 포함하며; 상기 가용화부(20)는 상기 수류조(10)내의 슬러지가 배출되고 그 관로상에 유량계(21)가 구비된 제1처리관(22)과; 상기 제1처리관(22)에 병렬로 배치되고 그 관로상에 상기 벤츄리관(28)들이 직렬배치된 다수개의 제2처리관(24); 및 상기 제2처리관(24)에 의해 처리되는 슬러지를 상기 수류조(10)로 반송하는 제3처리관(26)로 구성되며
상기 수류조의 양측부에 상기 벤츄리관을 각각 직병렬로 구성함으로써 상기 슬러지의 통과과정에서 캐비테이션의 발생영역이 넓어져 상기 슬러지의 가용화 효율이 향상될 뿐만 아니라 상기 수류조를 보이지 않은 곳에 배치하는 것이 가능해져 상기 전처리장치의 소형화가 가능해지도록 한 것이다.

Description

벤츄리관을 직렬 및 병렬로 연결한 슬러지의 전처리장치{Device for pretreatment the sludge using parallel-serial venture tube}

본 발명은 슬러지 분해조나 슬러지 저류조 등의 슬러지를 벤츄리관을 통해 가용화하는 전처리장치에 관한 것으로, 특히 상기 수류조에 교반기를 설치함은 물론 상기 벤츄리관을 직.병렬로 구성하여 가용화효율을 향상시킬 수 있도록 한 벤츄리관을 직렬 및 병렬로 연결한 슬러지의 전처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 하수 및 폐수처리장의 재처리과정에서 발생하는 슬러지는 농축단계와 소화단계와 탈수단계를 거쳐 케이크 형태로 만들어진 후 처리장소로 이송되어 처분되며, 특히 상기 소화단계에서는 산소가 없는 조건에서 슬러지를 분해하는 혐기성 소화 방식이 사용되고 있다.

그러나, 상기 소화단계에서 상기 하폐수에 슬러지와 같은 고형물이 다량 존재하는 경우에는 가수분해반응이 충분히 일어나지 않아 소화시간이 많이 걸리고 상기 소화조의 용적도 커야하므로, 상기 슬러지의 소화율이나 메탄가스의 생산량을 높이기 위해 많은 부수적인 노력이 필요하다.

게다가, 상기 소화단계에서 상기 하폐수 슬러지의 구성성분이 대부분 미생물임을 고려할 때, 기존의 재래식 혐기성 공정에서 세포벽 등의 생물학적 난분해성 물질에 의한 처리효율의 저하와 처리시간이 길어진다는 단점을 극복하기 위해 많은 부수적인 노력이 필요한 것으로 판단된다.

여기서, 상기 소화단계에서 처리시간이 길어지는 이유는 혐기성 소화의 가수분해, 산 생성, 메탄생성 단계 중 속도제한 단계인 가수분해 단계에 있다. 가수분해단계는 혐기성 미생물이 이용하는 대부분의 기질이 세포막으로 둘러싸여 있어 혐기성 미생물 세포의 효소로 유기물을 분해하는 시간이 길어지기 때문이다.

즉, 상기 슬러지의 가용화를 위해서는, 미생물에 기계적/열적/화학적 처리를 가함으로써 세포벽을 파괴하고 구성물질을 용출시켜 가수분해를 촉진할 필요가 있으며, 특히 상기 슬러지에 포함되어 있는 고분자 형태의 고형물을 저분자상태로 전환함으로써 생분해성을 높일 수 있다.

따라서, 상기 소화단계에서 높은 음향 강도의 초음파를 조사함으로써 캐비테이션을 발생하는 기계적 방법이 연구되어 있지만, 이러한 방법은 운전 비용이 과도하게 소요되고, 에너지 소모가 커서 대형화가 어렵고 극판의 잦은 교체로 인한 비용이 증대되므로 많은 연구가 요구되고 있는 실정이다.

예컨대, 본원출원인에 의해 선출원된 슬러지전처리장치(등록번호:10-866620호)에 의하면, 도 1에서와 같이, 수류조(1)에 슬러지가 통과하면서 캐비테이션을 발생하는 다수개의 벤츄리부(3a,3b,3c)를 설치함으로써, 상기 슬러지의 가용화를 촉진하는 방법이 제안된 바 있다.

그런데, 상기 수류조(1)의 일측부에 상기 벤츄리부(3a,3b,3c)가 직렬로 설치된 구조로서 전용면적이 커서 장치의 소형화가 어려움은 물론 상기 슬러지의 가용화에 따른 효율이 저하될 뿐만 아니라 상기 수류조(1)에 상기 슬러지를 유동할만한 적절한 수단이 구비되지 않아 상기 슬러지의 전처리에 따른 각종 작업시간 및 작업비용이 증대되는 문제점이 있었다.

이로 인해, 상기 슬러지의 전처리에 따른 미비한 효율 증대와 처리시간이 증대됨으로써 에너지 소모가 커지는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 제문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전처리장치의 수류조에 교반기를 설치함은 물론 벤츄리관을 직.병렬로 다수개 구성함은 물론 미생물을 기계적으로 분쇄하여 세포벽을 파괴시키는 장치를 구성하여 상기 미생물의 세포벽을 이중으로 파괴시킬 수 있도록 한 벤츄리관을 직렬 및 병렬로 연결한 슬러지의 전처리장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은; 하.폐수처리과정에서 발생하는 슬러지를 수용하는 수류조와; 상기 수류조의 양측에 구성되면서 상기 슬러지의 통과속도를 증대하여 캐비테이션을 발생하는 다수개의 벤츄리관을 갖는 가용화부; 및 상기 수류조의 슬러지를 순환시키는 다수개의 펌프를 포함하며; 상기 가용화부는 상기 수류조내의 슬러지가 배출되고 그 관로상에 유량계가 구비된 제1처리관과; 상기 제1처리관에 병렬로 배치되고 그 관로상에 상기 벤츄리관들이 직렬식으로 배치된 다수개의 제2처리관, 및 상기 제2처리관에 의해 공급되는 슬러지를 상기 수류조로 반송하는 제3처리관로 이루어진다.

첫째, 상기 슬러지의 전처리장치에 다수개의 벤츄리관을 직렬 및 병렬로 연결함으로써, 상기 슬러지의 통과과정에서 캐비테이션의 발생영역이 넓어져 상기 슬러지의 가용화 효율이 향상된다.

둘째, 상기 수류조의 양측부에 상기 벤츄리관을 각각 구성함으로써 상기 수류조를 보이지 않은 곳에 배치하는 것이 가능해져 상기 전처리장치의 소형화가 가능해짐은 물론 외관미가 향상된다.

셋째, 상기 전처리장치의 양측부에 상기 벤츄리관을 직렬 및 병렬로 다수개 연결함으로써, 상기 전처리장치의 소형화가 가능해져 설비비가 줄어들고 상기 슬러지의 처리시간이 줄어들게 된다.

넷째, 상기 전처리장치의 수류조에 상기 슬러지를 혼합하는 다수개의 교반기를 장착함으로써, 상기 수류조에서 배출되는 슬러지와 상기 수류조에 반송하는 슬러지의 혼합효율이 향상된다.

도 1은 본원 출원인에 의해 선출원된 전처리장치의 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 전처리장치의 개략도,
도 3은 전처리횟수 당 SCOD 증가량을 나타낸 실험결과치로서, (a)는 SCOD 증가량이고, (b)는 TCOD 당 SCOD 증가량이다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 전처리장치의 개략도이고, 도 3은 본 발명에 따른 전처리횟수 당 SCOD 증가량을 나타낸 실험결과치이다.

도 2 및 도 3에서와 같이, 본 발명은 하.폐수처리과정에서 발생하는 슬러지를 가용화하는 전처리장치로서; 상기 하.폐수처리과정에서 발생하는 슬러지를 수용하는 수류조(10)와; 상기 수류조(10)의 양측에 구성되면서 상기 슬러지의 통과속도를 증대하여 캐비테이션을 발생하는 다수개의 벤츄리관(28)을 갖는 가용화부(20); 및 상기 수류조(10)의 슬러지를 순환시키는 다수개의 펌프(30)를 포함하며; 상기 가용화부(20)는, 상기 수류조(10)내의 슬러지가 배출되고 그 관로상에 유량계(21)가 구비된 제1처리관(22)과; 상기 제1처리관(22)에 병렬로 배치되고 그 관로상에 상기 벤츄리관(28)들이 직렬배치된 다수개의 제2처리관(24); 및 상기 제2처리관(24)에 의해 처리되는 슬러지를 상기 수류조(10)로 반송하는 제3처리관(26)으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

여기서, 본 발명의 처리장치는 상기 수류조(10)의 양측부에 상기 벤츄리관(28)을 직렬 및 병렬방식으로 연결하여 상기 수류조(10)를 보이지 않는 곳에 설치함은 물론 상기 수류조(10)에 교반기(15)를 구성하여 상기 슬러지의 혼합에 따른 효율을 증대한 것에 특징이 있다.

즉, 본 발명은 처리장치는 상기 수류조(10)에 수용되는 상기 슬러지가 상기 벤츄리관(28)의 목부분을 통과하는 과정에서, 상기 벤츄리관(28)의 후단부에서 발생하는 압력강하에 의한 캐비테이션을 이용한 것이다.

그리고, 수류조(10)는 상기 하.폐수처리과정에서 발생하는 농축슬러지를 수용하여 전처리하는 것으로서, 그 몸체일측에 상기 농축슬러지가 유입되는 관로인 유입라인(12)이 형성되면서 그 몸체타측에 상기 가용화된 슬러지를 소화공정으로 공급하는 배출라인(14)이 형성된다.

또한, 상기 수류조(10)는, 그 몸체상면에 상기 수류조(10)내에 수용되는 슬러지와 상기 벤츄리관(28)을 거쳐 가용되는 슬러지의 혼합을 유도하는 한 깨 또는 다수개의 교반기(15)가 설치된다.

이때, 상기 수류조(10)의 배출라인(14)에는 상기 가용화되는 슬러지를 배출하는 과정에서 압력을 제공하는 펌프(16)이 장착된다.

그리고, 가용화부(20)는, 상기 수류조(10)의 양측부에 적어도 2열 이상의 벤츄리관(28)을 직렬식으로 배치하여 구성한 것으로서, 상기 벤츄리관(28)의 목부분의 단면적을 작게 형성함으로써 상기 슬러지를 포함한 유체의 흐름속도를 증대하여 캐비테이션을 발생시키는 구성이다.

또한, 상기 가용화부(20)는, 상기 수류조(10)에 수용된 슬러지가 배출되는 제1처리관(22)과, 상기 제1처리관(22)에 분기되어 병렬방식으로 배치된 다수개의 제2처리관(24), 및 상기 제2처리관(24)에 의해 가용화된 슬러지를 상기 수류조(10)로 리턴시키는 제3처리관(26)으로 구성된다.

또한, 상기 제1처리관(22)은 상기 슬러지의 배출량을 감지하는 각각의 유량계(21)가 장착되고, 상기 제2처리관(24)은 직렬식으로 상기 벤츄리관(28)이 순차적으로 다수개 배치되며, 상기 제3처리관(26)은 이후에 설명하게 되는 상기 펌프(30)가 각각 장착되어 구성된다.

이때, 상기 제3처리관(26)은 상기 수류조(10)의 상부측에 배치함으로써 상기 제3처리관(26)에 의해 가용화된 슬러지가 자연스럽게 낙하되어 상기 수류조(10)내의 슬러지와 교반되도록 유도함이 바람직하다.

또한, 상기 벤츄리관(28)은 스테인리스 스틸로 제작하여 부식성이나 내구성을 향상함이 바람직하지만, 상기 벤츄리관(28) 중 적어도 어느 하나는 상기 슬러지의 통과과정에서 발생하는 캐비테이션을 육안으로 식별하기 위한 투명재질의 아크릴로 형성함이 바람직하다.

또한, 상기 벤츄리관(28)은 내부에 압력변화를 실시간으로 측정하였으며, 그 유입부와 그 목부분과 그 유출부에 각각의 압력측정포트를 설치하여 측정한 결과 상기 가용화 효율의 최적조건은 다음과 같았으며, 특히 벤츄리관(28)의 유입부와 유출부의 각도에 따라 효율이 변경됨을 알 수 있었다.

[다음] 벤츄리관의 최적 설계인자

(1). 유입부 및 유출부의 확장각	유입부: 10∼14°, 유출부 : 18∼22°
(2). 슬러지의 농도	고농도도 가능함
(3). 운전방식	흡입방식
(4). 회전수	높은 회전수가 유리
(5). 목부분의 압력	-1.0 atm
(6). 연결방식	병렬방식으로 3개의 벤츄리관을 직렬 연결

또한, 상기 벤츄리관(28)을 구성하는 과정에서 목부분의 직경을 서로 다르게 구성하여 상기 슬러지의 가용화 효율을 조절할 수도 있다..

그리고, 펌프(30)는 상기 제3처리관(26)의 흐름라인에 장착되어 상기 슬러지의 이송에 필요한 압력을 제공한다.

또한, 상기 펌프(30)는, 상기 슬러지를 포함한 유체를 이송에 필요한 압력을 제공하는 순환펌프 또는 상기 슬러지를 기계적으로 파쇄하는 파쇄펌프 중 어느 하나 또는 이들의 조합하여 사용함이 바람직하다.

이때, 본원에서는 상기 이송압력의 제공수단으로서 상기 펌프(30)에 한정하였지만 그 밖에도 상기 제1,2,3처리관(22,24,26)을 통과하는 유체에 이송압력을 제공한다면 본원의 기술범주에 포함됨은 당연하다.

한편, 상기 수처리장치에는 상기 수류조(10)에 의해 가용되는 상기 슬러지를 소화단계와 같은 후처리장소로 공급하는 과정에서 개폐되는 개폐밸브에 관하여는 자세한 설명을 생략하기로 한다.

이하, 본 발명에 따른 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 3은 상기 수류조(10)의 양측부에 다수열의 벤츄리관(28)을 장착하였을 때 상기 슬러지의 전처리 횟수에 따른 SCOD(soluble chemical oxygen demand)의 변화량을 도시한 결과치이다.

이때, 도 3의 a에 의하면, 상기 수류조(10)의 전처리 횟수가 20∼30회 정도까지는 상기 SCOD 증가량이 선형적으로 증가하는 경향을 나타내었으나 그 이후에는 감소하는 경향을 나타내었다.

예를 들어, 도 3의 a에서와 같이, 상기 SCOD의 증가량을 살펴보면, Comb-2의 경우 초기에는 85 mg/L이고, 30회 정도는 127 mg/L이며, 100회 이후에는 151 mg/L까지 증가함을 알 수 있었다.

그리고, 도 3의 b에서와 같이, 상기 슬러지의 가용화 효율을 살펴보면, 상기 SCOD 증가율 변화와 유사하였으며, 전처리 횟수 30회까지는 선형적으로 증가하였으나 그 이후에는 증가율이 둔화하였다.

따라서, 상기 수류조(10)의 초기에 상기 SCOD이 선형적으로 증가하므로, 상기 펌프(30)의 회전수 및 펌핑압력을 설정함으로써, 상기 슬러지의 전처리 횟수를 적절하게 선택할 수 있음을 의미한다.

즉, 상기 펌프(30)의 회전수 및 펌핑압력을 설정하여 상기 슬러지의 전처리 회수를 조절함으로써, 상기 수처리장치의 수두압력을 조정에 의한 에너지 효율을 증가시킬 수 있을 것으로 판단된다.

* 도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 수류조 15 : 교반기
20 : 가용화부 22,24,26 : 제1,2,3처리관
28 : 벤츄리관 30 : 펌프

Claims (5)

1. 하.폐수처리과정에서 발생하는 슬러지를 가용화하는 전처리장치로서;
   상기 하.폐수처리과정에서 발생하는 슬러지를 수용하는 수류조(10)와;
   상기 수류조(10)의 양측에 구성되면서, 상기 수류조(10)내의 슬러지가 배출되고 그 관로상에 유량계(21)가 장착된 제1처리관(22)과, 상기 제1처리관(22)에 분기되어 병렬 배치되고 그 관로상에 각각의 벤츄리관(28)들이 직렬 배치된 다수개의 제2처리관(24), 및 상기 제2처리관(24)에 의해 처리되는 슬러지를 상기 수류조(10)로 반송하는 제3처리관(26)으로 이루어진 가용화부(20); 및
   상기 가용화부(20)의 제3처리관(26)에 장착되어 상기 슬러지를 순환시키는 다수개의 펌프(30);
   를 포함하며;
   상기 벤츄리관(28)은,
   그 유입부의 확장각도가 10∼14°이면서 그 유출부의 확장각도가 18∼22°인 것을 특징으로 하는 벤츄리관을 직렬 및 병렬로 연결한 슬러지의 전처리장치.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 수류조(10)는,
   그 몸체에 상기 수류조(10)내의 슬러지와 상기 제3처리관(26)에 의해 반송하는 슬러지를 혼합하는 교반기(15)가 장착된 것을 특징으로 하는 벤츄리관을 직렬 및 병렬로 연결한 슬러지의 전처리장치.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 벤츄리관(28) 중 적어도 어느 하나는 상기 슬러지의 캐비테이션을 육안으로 식별하기 위한 투명재질의 아크릴로 형성된 것을 특징으로 하는 벤츄리관을 직렬 및 병렬로 연결한 슬러지의 전처리장치.
   
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서, 상기 펌프(30)는,
   상기 슬러지를 포함한 유체를 이송하는 순환펌프 또는 상기 슬러지를 파쇄하는 파쇄펌프 중 어느 하나 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 벤츄리관을 직렬 및 병렬로 연결한 슬러지의 전처리장치.
   

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