KR101062447B1 - 캐비테이션에 의한 슬러지의 가용화를 이용한 하수고도처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미생물을 이용하여 슬러지가 포함된 하수로부터 질소와 인을 제거하는 하수고도처리방법에 관한 것으로서, 상기 하수에 응집제를 투여함으로써 상기 하수에 포함된 슬러지를 콜로이드화하는 콜로이드화 단계; 상기 콜로이드화 단계에서 콜로이드화된 슬러지 내에 캐비테이션(cavitation)을 발생시킴으로써 상기 콜로이드화된 슬러지를 액상화하는 액상화 단계; 상기 액상화된 슬러지를 상기 미생물의 탄소원으로 이용하여 생물학적 탈질소 처리를 수행하는 탈질소 단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 슬러지가 포함된 하수 내에 캐비테이션을 발생시켜 슬러지를 액상화하고 슬러지에 포함된 유기물을 용출시킨 후 상기 유기물을 무산소조 내의 미생물에게 공급함으로써, 무산소조 내에서 수행되는 탈질 반응의 효율을 증가시키고 슬러지의 배출량을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

하수고도처리, 탈질, 질소, 인, 캐비테이션, 미세기포

Description

캐비테이션에 의한 슬러지의 가용화를 이용한 하수고도처리방법{Method of advanced wastewater treatment using of hydrolyzed sludge by cavitation}

본 발명은 미생물을 이용하여 슬러지가 포함된 하수로부터 질소와 인을 제거하는 하수고도처리방법에 관한 것으로서, 특히 무산소조 내에서 수행되는 탈질 반응의 효율을 증가시키고 슬러지의 배출량을 감소시킬 수 있는 하수고도처리방법에 관한 것이다.

본 발명은 한국환경산업기술원 및 국민대학교산학협력단의 차세대 핵심 환경기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다. [과제고유번호: 2008-08002-0076-0, 과제명: Cavitation과 O₃에 의한 유기성 고형물의 가용화 장치개발과 이를 이용한 탈질 및 메탄발효 공정 개선에 관한 연구]

미생물을 이용하여 하수로부터 질소(N)와 인(P)을 제거하는 하수고도처리방법들은 필연적으로 다량의 슬러지(sludge)를 배출하게 되는데, 이러한 슬러지는, 하수처리과정에서 생긴 침전물로서 함수율도 높고 50% 정도의 유기물을 함유하고 있으므로 그 처리가 환경적인 문제로 대두되고 있다.

종래의 경우, 상기 슬러지를 탈수하여 매립하거나 탈수하여 소각하는 방법을 사용하기도 하였으나, 처리되지 않은 슬러지는 함수율이 높기 때문에 탈수를 수반하는 경우에는 슬러지의 처리 비용이 증가하는 문제점이 있고, 이러한 탈수 비용을 줄이기 위하여 슬러지를 해양에 투기하기도 하였으나, 이러한 슬러지의 해양투기 행위마저도 법적으로 금지되고 있는 추세라는 점에서 문제점이 있다.

한편, 도 1에는 상기 하수고도처리방법들 중에서 대표적이라 할 수 있는 A2/O 공법을 구현하기 위한 장치 구성이 도시되어 있다. 이 공법은 혐기조(Anaerobic)(101)와, 무산소조(Anoxic)(102)와, 호기조(Oxic)(103)와, 침전조(104)를 순차적으로 구비하는 데서 그 명칭이 유래된 공법으로서, 슬러지가 포함된 하수가 유입라인(2)을 통하여 상기 혐기조(101)로 유입되면, 상기 혐기조(101)내에서는 산소 결핍 상태의 미생물이 인(P)을 방출하게 되고, 상기 무산소조(102)에서는 탈질 반응이 진행되어 질소(N)가 제거되며, 상기 호기조(103)에서는 질산화 과정 및 미생물이 인(P)을 과잉 흡착하여 인(P)을 제거하는 과정이 순차적으로 진행되며, 상기 호기조(103)에서 질산화된 하수의 일부는 내부반송라인(4)을 통하여 상기 무산소조(102)로 반송되며, 나머지 하수는 상기 무산소조(102)로 공급된다. 상기 침전조(104)에서는 인(P)을 과잉 흡착한 미생물을 포함한 슬러지가 침전됨으로써 정화가 이루어진다. 이어서, 상기 침전조(104)에서 침전된 슬러지의 일부는 외부반송라인(9)을 통하여 상기 혐기조(101)로 반송되며, 나머지 슬러지는 슬러지 배출라인(5)을 통하여 배출된다. 한편, 상술한 일련의 과정을 통하여 정화된 하수(이하 '처리수'라 한다)는 방류라인(3)을 통하여 외부로 방류된다.

종래의 A2/O 공법으로 하수를 처리하는 경우, 국내 하수 내에는 유기물(탄소원)이 비교적 부족하여 탄질비(C/N)가 낮으므로 미생물이 필요로 하는 유기물이 부족하여 상기 무산소조내에서 탈질 반응이 원활하지 못하다는 문제점이 있다. 따라서 별도의 음식물이나 추가의 슬러지를 투입하여 미생물에게 유기물을 공급하기도 하였으나, 투입 효과를 높이기 위하여 음식물이나 슬러지를 유기산으로 전환하는 경우에는 악취가 발생하거나 처리 비용이 상승하는 문제점이 발생하고, 비용 감소를 위하여 음식물이나 슬러지를 그대로 투입하는 경우에는, 유기물 투입효과가 저감된다는 문제점이 있다. 특히 슬러지를 그대로 투입하는 경우에는, 슬러지를 구성하는 미생물 세포의 세포벽이 난해성 고분자 물질로 이루어져 있어서 통상적인 생물학적 방법으로는 거의 분해되지 않는다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 무산소조 내에서 수행되는 탈질 반응의 효율을 증가시키고 슬러지의 배출량을 감소시킬 수 있도록 개선된 하수고도처리방법을 제공하기 위함이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 하수고도처리방법은, 미생물을 이용하여 슬러지가 포함된 하수로부터 질소와 인을 제거하는 하수고도처리방법에 있어서, 상기 하수에 응집제를 투여함으로써 상기 하수에 포함된 슬러지를 콜로이드화하는 콜로이드화 단계; 상기 콜로이드화 단계에서 콜로이드화된 슬러지 내에 캐비테이션을 발생시킴으로써 상기 콜로이드화된 슬러지를 액상화하는 액상화 단계; 상기 액상화된 슬러지를 상기 미생물의 탄소원으로 이용하여 생물학적 탈질소 처리를 수행하는 탈질소 단계;를 포함하는 특징을 갖는다.

본 발명에 따르면, 슬러지가 포함된 하수 내에 캐비테이션을 발생시켜 슬러지를 액상화하고 슬러지에 포함된 유기물을 용출시킨 후 상기 유기물을 무산소조 내의 미생물에게 공급함으로써, 무산소조 내에서 수행되는 탈질 반응의 효율을 증가시키고 슬러지의 배출량을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하수고도처리방법을 구현하기 위한 장치 구성을 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하수고도처리방법에 이용되는 슬러지 처리장치에 대한 개략적인 단면도이다. 도 4는 도 3에 도시된 슬러지 처리장치의 주요부분에 대한 개략적 사시도이며, 도 5는 도 3의 Ⅲ-Ⅲ을 따라 절개한 단면도이다.

먼저, 도 2를 참고하여, 본 실시예에 따른 하수고도처리방법을 구현하기 위한 장치 구성을 설명하기로 한다. 상기 하수고도처리방법을 구현하기 위한 장치 구성은, 슬러지가 포함된 하수가 유입되는 유입라인(2)과, 상기 유입라인(2)에 연결된 혐기조(101)와, 상기 혐기조(101)에 연결된 무산소조(102)와 상기 무산소조(102)에 연결된 호기조(103)와, 상기 호기조(103)에 연결된 침전조(104)를 순차적으로 구비하는 종래의 A2/O 공법의 장치 구성에, 추가적으로 응집제 저장조(105)와 슬러지 처리장치(106)를 구비한다.

상기 응집제 저장조(105)는, 상기 호기조(103)로부터 상기 침전조(104)로 공급되는 하수에 응집제 공급라인(8)을 통하여 투여되는 응집제를 저장하는 용기로서, 본 실시예에서 상기 응집제로서는 폴리염화알루미늄(PAC : Poly Aluminum Chloride)이 사용된다.

상기 슬러지 처리장치(106)는, 하수의 슬러지 내에 캐비테이션(cavitation)을 발생시킴으로써, 상기 침전조(104)로부터 슬러지 공급라인(6)을 통하여 공급되는 슬러지를 액상화하는 장치이다. 상기 슬러지 처리장치(106)의 구성과 작용에 대 하여는 상세히 후술하기로 한다.

이하에서는, 상술한 장치 구성을 이용하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하수고도처리방법을 설명하기로 한다. 이 하수고도처리방법은, 미생물을 이용하여 슬러지가 포함된 하수로부터 질소와 인을 제거하는 방법으로서, 콜로이드화 단계와, 액상화 단계와, 탈질소 단계를 포함하여 구성된다.

슬러지가 포함된 하수가 유입라인(2)을 통하여 상기 혐기조(101)로 유입되면, 상기 혐기조(101)내에서는 산소 결핍 상태의 미생물이 인(P)을 방출하게 되고, 상기 미생물은 인(P)이 결핍된 상태가 된다. (인(P)결핍 단계)

상기 혐기조(101)내에서 상기 인(P)결핍 단계를 거친 하수는 상기 무산소조(102)로 이동되며, 상기 무산소조(102)에서는 아래의 식(1)과 같은 탈질 반응이 진행되어 생물학적 탈질소 처리가 수행되어 질소(N)가 제거된다.

(1)

이때, 상기 무산소조(102) 내의 미생물은 하수에 포함된 탄소원을 영양분으로 이용하여 탈질 반응에 관여하게 된다. (탈질소 단계)

상기 무산소조(102) 내에서 상기 탈질소 단계를 거친 하수는 상기 호기조(103)로 이동되며, 상기 호기조(103)에서는 아래의 식(2) 및 식(3)과 같은 질산화 반응이 진행되며 미생물이 인(P)을 과잉 흡착하는 과정이 진행된다.

(2)

(3)

이때, 상기 호기조(103)에서 질산화된 하수의 일부는 내부반송라인(4)을 통하여 상기 무산소조(102)로 반송된다. (질산화 단계)

상기 호기조(103)내에서 질산화 단계를 거친 하수 중 상기 무산소조(102)로 반송되고 남은 하수는 상기 침전조(104)로 이동된다. 이때, 상기 침전조(104)로 이동되는 하수에 상기 응집제 저장조(105)로부터 공급라인(8)을 통하여 응집제인 폴리염화알루미늄(PAC)가 투여됨으로써, 상기 침전조(104) 내에서는 아래의 식(4)와 같은 콜로이드화 반응이 진행된다.

(4)

상기 식(4)의 반응에 의하여, 상기 호기조(103)에서 인(P)을 과잉 흡착한 미생물이 포함된 슬러지가 콜로이드화 되어 상기 침전조(104)의 바닥으로 침전됨으로써 하수의 정화가 이루어진다. (콜로이드화 단계)

상기 콜로이드화 단계를 거친 하수의 슬러지 중 일부는 슬러지 배출라인(5)을 통하여 배출되어 폐기되며, 나머지 슬러지는 슬러지 공급라인(6)을 통하여 상기 슬러지 처리장치(106)로 공급된다. 이렇게 공급된 슬러지는 상기 슬러지 처리장치(106)에 의하여 발생되는 캐비테이션에 의하여 액상화된다. (액상화 단계)

상기 액상화 단계를 거친 슬러지는 탄소원 공급라인(7)을 통하여 상기 무산소조(102)로 이동되는데, 이때 상기 슬러지로부터 용출된 유기물(탄소원)이 상기 무산소조(102) 내의 미생물의 영양분으로 작용하게 됨으로써, 상기 식(1)의 탈질 반응이 효과적으로 이루어지게 된다. (탄소원 공급단계)

상술한 바와 같은 일련의 단계들이 반복적으로 수행됨으로써, 상기 하수고도처리방법에 의하여 정화된 처리수는 방류라인(3)을 통하여 외부로 방류된다. (처리수 방류단계)

이하에서는, 도 3 내지 도 5를 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 하수고도처리방법에 이용되는 슬러지 처리장치(106)의 일례를 설명하기로 한다. 이 슬러지 처리장치(106)는, 외통부재(10), 내통부재(20), 유입관부재(30), 유입구(40), 유출구(50), 제1 축소관부재(61), 오존발생기(70), 순환관부재(80), 가압펌프(90), 제1 유량조절밸브(100), 제2 유량조절밸브(110)를 포함한다.

상기 외통부재(10)는 폐쇄된 공간부를 가지며, 상하방향으로 연장되어 있다.

상기 내통부재(20)는 상기 외통부재(10)의 중앙부에 그 외통부재(10)와 동축적으로 배치된다. 그 내통부재(20)의 상측부분은 외통부재(10) 내에 위치하고 하측부분은 외통부재(10)의 하방으로 연장되어 있다.

상기 유입관부재(30)는 외통부재(10)와 내통부재(20) 사이로 슬러지를 포함한 하수가 유입될 수 있도록 마련된 것이다. 상기 유입관부재(30)는 외통부재(10)의 하단부에 마련되며, 상기 외통부재(10)와 내통부재(20) 사이로 유입되는 상기 하수가 상기 외통부재(10)와 내통부재(20) 사이에서 회전되면서 흐르도록, 상기 유입관부재(30)는 상기 외통부재(10)의 중심축선(C1)과 만나지 않는 위치에 그 중심축선(C2)이 놓이도록 배치되어 있다.

상기 유입구(40)는 상기 외통부재(10)와 상기 내통부재(20) 사이로 유입된 하수가 외통부재(10)의 상단측에서 내통부재(20) 내부로 유입되도록 마련되어 있다. 상기 유입구(40)는 내통부재(20)의 상단부에 마련되어 있다. 본 실시예에서, 상기 유입구(50)는 내통부재(20)의 상단부에 마련된 다수의 구멍으로서, 그 구멍들을 통하여 하수가 내통부재(20) 내부로 유입된다.

상기 유출구(50)는 상기 내통부재(20) 내부로 유입된 하수가 외통부재(10)의 상단측에서 외통부재(10)의 외부로 배출되도록 마련되며, 그 유출구(50)는 외통부재(10)의 상단부에 마련된다.

상기 제1 축소관부재(61)는, 외통부재(10)의 내주면에 복수개가 배치되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 그 제1 축소관부재(61)는 하수가 흐르는 유동방향(A)상 상류측부분의 유동단면적이 하류측 유동단면적에 비하여 넓다. 따라서, 제1 축소관부재(61)를 통과하는 하수는 그 하수가 흐르는 유동방향(A)상 상류측의 유동단면적이 넓은 쪽으로 유입되어, 하류측의 유동단면적이 작은 쪽으로 배출된다. 본 실시예에서, 외통부재(10)의 하단측에 3개의 제1 축소관부재(61)가 마련되며, 외통부재(10)의 중단측에 3개의 제1 축소관부재(61)가 마련되어 있다.

또한, 본 실시예에 이용된 슬러지 처리장치(106)는, 제2 축소관부재(62)를 더 구비한다.

상기 제2 축소관부재(62)는 내통부재(20) 외주면에 복수개가 마련되며, 상기 제1 축소관부재(61)와 마찬가지로, 하수의 유동방향(A)상 상류측부분의 유동단면적이 하류측부분의 유동단면적보다 크게 형성되어 있다. 제2 축소관부재(62)를 통과 하는 하수는 하수의 유동방향(A)상 유동단면적이 큰 쪽에서 유입되어, 유동단면적이 작은 쪽으로 배출된다. 본 실시예에서 제2 축소관부재(62)는 내통부재(20)의 하단측 외주면에 3개가 마련되어 있으며, 내통부재의 중단측 외주면에 3개가 마련되어 있다.

상기 오존발생기(70)는 하수의 액상화의 촉진을 위해, 하수에 오존을 공급하기 위해서 상기 유입관부재(30)에 접속된다.

상기 순환관부재(80)는, 내통부재(20)로 유입되어 그 내통부재(20)의 하단부로 유동된 하수가 상기 외통부재(10)의 내부로 순환되도록 마련된 것으로, 그 일단부는 내통부재(20)의 하단부에 접속되고, 타단부는 외통부재(10)의 하단부에 접속되어 있다.

상기 가압펌프(90)는 상기 순환관부재(80)에 접속되어, 내통부재(20)의 하단부로 유동된 하수를 외통부재(10)로 순환시키기 위해서 마련된다.

상기 제1 유량조절밸브(100)는 상기 유출구(50)를 통해 유출되는 하수의 유량을 조절하기 위해서 마련되며, 상기 제2 유량조절밸브(110)는 상기 순환관부재(80)를 통해 순환되는 하수의 유량을 조절하기 위해서 마련된다.

본 발명의 일 실시예에 사용된 슬러지 처리장치(106)에 있어서, 유입관부재(30)는 하수가 흐르는 방향상 하류측으로 갈수록 유동단면적이 점진적으로 좁아지는 축소부(31)를 가지며, 오존발생기(70)는 그 축소부(31)에 접속되어 있다.

이하, 상기 구성에 의한 슬러지 처리장치(106)의 작동 과정의 일례를 설명한다.

먼저, 원수조(200)로부터 상기 슬러지 처리장치(106)에 하수를 공급하기 위한 원수공급펌프(210)를 가동시킨다. 상기 원수공급펌프(210)가 가동되면, 상기 원수조(200)로부터, 미생물과 결합한 슬러지를 포함한 하수가 상기 유입관부재(30)로 유입된다. 한편, 상기 원수조(200)로부터 상기 슬러지 처리장치(106)에 공급되는 하수의 양은 원수공급조절밸브(220)에 의해 조절될 수 있다.

상기 유입관부재(30)로 하수가 유입될 때, 하수는 유입관부재(30)의 축소부(31)를 지나게 되며, 축소부(31)의 유동단면적이 하수가 흐르는 방향으로 점진적으로 작아지므로, 하수의 유속이 빨라지게 되어, 캐비테이션 현상이 발생되고, 그 캐비테이션 현상에 의해 미세기포가 발생되게 된다.

한편, 하수가 유입관부재(30)의 축소부(31)를 지날 때, 하수의 슬러지가 용이하게 액상화될 수 있도록, 유입관부재(30)에 접속된 오존발생기(70)로부터 상기 하수에 오존이 공급된다.

그 후, 하수는 상기 외통부재(10)와 상기 내통부재(20) 사이로 유입된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 유입관부재(30)는 그 중심축선(C2)이 상기 외통부재(10)의 중심축선(C1)과 만나지 않도록 설치되어 있기 때문에, 유입관부재(30)로 유입된 하수는 상기 외통부재(10)와 상기 내통부재(20) 사이를 화살표 방향으로 회전하면서 유입되게 된다.

상기 외통부재(10)와 상기 내통부재(20)를 회전하면서, 점진적으로 상기 외통부재(10)의 상단측으로 하수가 유동되어, 상기 하수가 상기 내통부재(20)에 마련된 유입구(40)까지 상승된다.

하수가 내통부재(20)의 유입구(40)까지 상승되는 동안에, 하수는 그 하수의 유동방향(A)상 하수가 들어가는 쪽의 유동단면적이 하수가 나오는 쪽의 유동단면적보다 큰 제1 축소관부재(61)와 제2 축소관부재(62)를 통과하게 된다.

그 후, 상기 하수가 내통부재(20)의 유입구(40)까지 상승되면, 하수는 유입구(40)를 통하여, 상기 내통부재(20) 내부로 유입된다.

하수가 내통부재(20) 내부로 유입되면, 하수는 내통부재(20)의 하단측으로 낙하하게 된다. 하수가 낙하할 때, 캐비테이션 현상이 발생되고, 그 캐비테이션 현상에 의해서 미세기포가 발생되게 된다. 내통부재(20)의 저면은 외통부재(10)의 저면보다 더 낮으므로, 내통부재(20)의 하면을 향하여 떨어지는 하수에 대하여 충분한 캐비테이션 현상을 발생시킬 수 있다.

내통부재(20)의 저면에 도달한 하수를 다시 외통부재(10) 내부로 유입시키기 위해서, 가압펌프(90)를 작동시킨다. 그러면, 내통부재(20) 저면에 이른 하수는 상기 순환관부재(80)를 통하여 다시 외통부재(10)와 내통부재(20) 사이로 유입된다. 순환관부재(80)를 통하여 유동하는 하수의 유량은 제2 유량조절밸브(110)에 의해서 조절될 수 있다.

상기 순환관부재(80)를 통하여 다시 외통부재(10)와 내통부재(20) 사이로 유입된 하수는 외통부재(10)와 내통부재(20) 사이에서 회전되면서 내통부재(20)의 유입구(40)까지 상승되게 된다.

이러한 상기의 과정에서, 하수의 일부는 외통부재(10)에 마련된 유출구(50)를 통하여 다시 원수조(200)로 이동하며, 원수조(200)로 이동하는 하수의 유량은 제1 유량조절밸브(100)에 의해서 조절될 수 있다.

결과적으로, 하수는 상기한 바와 같이, 유입관부재(30), 외통부재(10)와 내통부재(20) 사이, 유입구(40), 내통부재(20) 내부, 순환관부재(80), 외통부재(10)와 내통부재(20) 사이, 유출구(50), 및 원수조(200)를 경유하면서 이동하는 과정을 반복하게 된다.

상기한 바와 같이, 하수는 외통부재(10)와 내통부재(20) 사이로 유입되기 전에 유입관부재(30)의 축소부(31)를 거치게 되므로, 그 과정에서 하수의 유속이 빨라져 캐이테이션 현상이 발생되고, 그 캐비테이션 현상에 의해 미세기포가 발생된다. 미세기포는 하수와 함께 외통부재(10)와 내통부재(20) 사이로 유입되어, 하수가 유동하는 동안에 미세기포가 파괴되어 슬러지가 액상화되게 된다.

또한, 하수가 유입관부재(30)의 축소부(31)를 거치는 동안에, 축소부(31)에 접속된 오존발생기(70)는 그 하수에 오존을 공급한다. 하수의 유속이 빨라지는 축소부(31)에서 오존이 공급되므로, 하수에 오존의 용존률을 높일 수 있다. 하수가 유동하는 동안에, 오존은 하수에 포함된 슬러지와 반응하여 슬러지의 액상화를 촉진시킨다.

또한, 하수가 외통부재(10)와 내통부재(20) 사이로 공급될 때, 하수가 회전되면서 유입되므로, 하수가 회전하면서 유동할 때, 외통부재(10)의 중심축선(C1)으로부터의 거리에 따라 하수의 회전속도에 차이가 발생하므로, 즉 중심축선(C1)으로부터 멀리서 유동하는 하수의 회전속도가 중심축선(C1)으로부터 가까이에서 유동하는 하수의 회전속도보다 빠르므로, 이러한 회전속도의 차이가 슬러지에 전단력을 발생시켜, 미생물의 세포벽을 둘러싸고 있는 점액성물질이 효과적으로 제거되어 슬러지가 액상화된다.

또한, 하수는 유동방향(A)상 그 하수가 유입되는 쪽의 유동단면적이 크고, 하수가 유출되는 쪽의 유동단면적이 작은 제1 축소관부재(61) 및 제2 축소관부재(62)를 통과하게 되므로, 그 하수가 제1 축소관부재(61) 및 제2 축소관부재(62)를 통과할 때 캐비테이션 현상이 발생되고, 그 캐비테이션 현상에 의해 미세기포가 발생된다. 하수가 유동하는 동안에, 그 미세기포는 파괴되면서 슬러지를 액상화시킨다.

그리고, 하수가 내통부재(20)의 유입구(40)를 통하여 유입되어, 내통부재(20)의 하단으로 떨어질 때, 내통부재(20)의 하단이 외통부재(10)의 하단보다 낮으므로, 내통부재(20)의 하단을 외통부재(10)의 하단과 일치시키는 것보다, 상대적으로 큰 위치에너지를 가진 하수가 떨어지게 되고, 그 과정에서 캐비테이션 현상에 의해 미세기포가 발생되게 된다. 그 미세기포는 하수가 유동하는 과정에서 파괴되어 슬러지를 액상화시킨다.

이처럼, 본 발명의 일 실시예에 사용된 슬러지 처리장치(106)는, 원수조(200)로부터 유입관부재(30)로 유입된 하수에 오존발생기(70)를 통해 오존을 공급하여 오존과 슬러지가 반응하도록 함으로써, 슬러지의 액상화를 촉진시키는 효과를 제공한다.

또한, 원수조(200)로부터 유입관부재(30)로 유입된 하수가 외통부재(10)와 내통부재(20) 사이에서 회전하면서 상승되므로, 하수의 회전시 유체에 전단력이 발 생되어 슬러지 입자들이 서로 분리되어 액상화되며, 미생물의 세포벽의 외곽을 감싸고 있는 점액성물질이 제거되게 된다. 이렇게 슬러지입자들이 분리되고, 미생물 세포벽을 감싸고 있는 점액성물질이 제거된 상태로, 다시 원수조(200)로 하수가 유입되면, 그 원수조(200)에서 슬러지를 효과적으로 처리할 수 있는 효과를 제공한다.

뿐만 아니라, 본 발명의 일 실시예에 사용된 슬러지 처리장치(106)는, 하수가 유입관부재(30)의 축소부(31)를 통과할 때, 하수가 외통부재(10)와 내통부재(20)에 마련된 제1 축소관부재(61)를 통과할 때, 하수가 내통부재(20)의 유입구(40)를 통해 내통부재(20) 내부로 유입된 하수가 내통부재(20)의 하단으로 유동할 때, 캐비테이션 현상이 발생되므로, 그 캐비테이션 현상에 의해 미세 기포가 발생되어, 미세기포가 파괴되면서 슬러지가 액상화되는 효과를 제공한다. 점액성물질이 제거된 미생물에 미세기포가 터지면서 미생물에 충격을 가하게 되면, 슬러지의 액상화에 크게 기여하게 된다.

또한, 하수는, 원수조(200), 유입관부재(30), 외통부재(10)와 내통부재(20) 사이, 내통부재(20) 내부, 순환관부재(80), 외통부재(10)와 내통부재(20) 사이, 유출구(50)를 통과하는 긴 유동경로를 거치게 되므로, 그 유동경로를 지나는 동안, 오존발생기(70)를 통해 공급된 오존과 슬러지가 반응하면서 슬러지의 액상화가 촉진되고, 캐비테이션 현상에 의해 발생된 미세기포가 파괴되면서 슬러지가 충분히 액상화되게 된다.

상술한 슬러지 처리장치(106)를 이용하여 본 실시예에 따른 하수고도처리방 법을 수행하게 되면, 상기 액상화 단계에서 상기 슬러지 처리장치(106)에 의하여 발생되는 캐비테이션에 의하여 슬러지를 액상화하고, 슬러지에 포함된 유기물을 용출시킨 후 상기 유기물을 상기 무산소조(102) 내의 미생물에게 공급함으로써, 상기 유입라인(2)을 통하여 유입되는 하수에 포함된 유기물만에 의존하여 탈질 반응을 수행하는 종래의 A2/O 공법과는 달리, 상기 무산소조(102) 내에서 수행되는 탈질 반응의 효율을 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한, 상기 슬러지 처리장치(106)에 의하여 슬러지의 일부를 액상화하고, 그 액상화된 슬러지를 상기 무산소조(102)로 공급하여 소모시킴으로써, 상기 슬러지 배출라인(5)을 통하여 배출되는 슬러지의 배출량을 감소시킬 수 있으므로, 배출되는 슬러지의 폐기 처리 비용을 절감할 수 있다는 장점도 있다.

한편, 본 실시예에 따른 하수고도처리방법에서는, 상기 콜로이드화 단계에서 응집제를 투여하여 인(P)을 과잉 흡착한 미생물이 포함된 슬러지를 콜로이드화함으로써, 처리수의 수질이 개선될 뿐 아니라 인(P)의 제거가 효과적으로 이루어질 수 있다는 장점이 있으며, 아울러 이러한 인(P)의 제거로 인하여 질소(N)의 제거도 더욱 효과적으로 수행될 수 있다는 장점이 있다.

본 실시예에서는, 하수의 액상화를 촉진하기 위하여 하수에 오존을 공급하는 상기 오존발생기(70)를 사용하고 있으나, 이러한 오존발생기(70)를 구비하지 않는 슬러지 처리장치에 의하여도 하수의 액상화가 수행될 수 있음은 물론이다.

이상으로 본 발명을 설명하였는데, 본 발명의 기술적 범위는 상술한 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것은 아니며, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 수정 또는 변경된 등가의 구성은 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 것임은 명백하다.

도 1은 종래의 하수고도처리방법의 일례인 A2/O 공법을 구현하기 위한 장치 구성을 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하수고도처리방법을 구현하기 위한 장치 구성을 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하수고도처리방법에 이용되는 슬러지 처리장치에 대한 개략적인 단면도이다.

도 4는 도 3에 도시된 슬러지 처리장치의 주요부분에 대한 개략적 사시도이다.

도 5는 도 3의 Ⅲ-Ⅲ을 따라 절개한 단면도이다.

＊ 도면의 주요부위에 대한 부호의 설명 ＊

101...혐기조 102...무산소조

103...호기조 104...침전조

105...응집제 저장조 106...슬러지 처리장치

2...유입라인 3...방류라인

4...내부반송라인 5...슬러지 배출라인

6...슬러지 공급라인 7...탄소원 공급라인

8...응집제 공급라인 10... 외통부재

20... 내통부재 30... 유입관부재

31... 축소부 40... 유입구

50... 유출구 61... 제1 축소관부재

62... 제2 축소관부재 70... 오존발생기

80... 순환관부재 90... 가압펌프

100... 제1 유량조절밸브 110... 제2 유량조절밸브

200... 원수조 210... 원수공급펌프

220... 원수공급조절밸브

Claims (3)

1. 미생물을 이용하여 슬러지가 포함된 하수로부터 질소와 인을 제거하는 하수고도처리방법에 있어서,

   상기 하수에 응집제를 투여함으로써 상기 하수에 포함된 슬러지를 콜로이드화하는 콜로이드화 단계;

   상기 콜로이드화 단계에서 콜로이드화된 슬러지 내에 캐비테이션을 발생시킴으로써 상기 콜로이드화된 슬러지를 액상화하는 액상화 단계;

   상기 액상화된 슬러지를 상기 미생물의 탄소원으로 이용하여 생물학적 탈질소 처리를 수행하는 탈질소 단계;를 구비하며,

   상기 액상화 단계는, 상하방향으로 연장되며 폐쇄된 공간부를 가지는 외통부재;와, 상기 외통부재의 중앙부에 그 외통부재와 동축적으로 배치되며, 상측부분은 상기 외통부재 내에 위치하고 하측부분은 상기 외통부재의 하방으로 연장되는 내통부재;와, 상기 외통부재의 내주면에 복수개 배치되며, 상기 외통부재와 내통부재 사이로 유입된 하수의 유동방향상 상류측부분의 유동단면적이 하류측부분의 유동단면적보다 크게 형성되어 있는 제1 축소관부재;와, 상기 내통부재로 유입되어 그 내통부재의 하단부로 유동된 하수를 상기 외통부재의 내부로 순환시키는 가압펌프;를 구비하는 슬러지 처리장치에 의하여 발생되는 캐비테이션에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 하수고도처리방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 탈질소 단계는, 혐기조(Anaerobic)와 무산소조(Anoxic)와 호기조(Oxic)를 순차적으로 구비하여 하수를 처리하는 A2/O 공법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 하수고도처리방법.
3. 삭제

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