KR101074035B1 - On-site sludge composting method for small-scale sewage treatment plant - Google Patents
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Abstract
소규모 하수처리장의 슬러지 처리장치 및 방법이 개시된다.Disclosed is a sludge treatment apparatus and method for a small sewage treatment plant.
본 발명의 일 실시예에 의한 소규모 하수처리장의 슬러지 처리장치는 슬러지를 고상과 액상으로 분리하고 고상과 팽윤재를 혼합하여 슬러지 혼합물을 만드는 고액분리장치(110), 슬러지 혼합물을 일정온도로 가열하여 발효시키는 호기성 발효장치(120), 발효된 슬러지 혼합물을 후부숙 및 안정화시키는 후부숙장치(130), 퇴비화된 슬러지 혼합물을 퇴비와 팽윤재로 분리하는 선별장치(140), 호기성 발효장치(120)와 후부숙장치(130)에 외부공기를 공급하는 에어펌프(150) 및 상기 전체 장치들의 동작을 제어하는 제어장치(160)를 포함하며, 건조나 탈수 등 별도의 전처리 과정 없이 수분함량이 높은 상태의 슬러지를 현장에서 퇴비화할 수 있어서 저류조 내에 인의 재방출을 방지하고 슬러지 처리를 촉진시킬 수 있다.In the sludge treatment apparatus of a small sewage treatment plant according to an embodiment of the present invention, the sludge is separated into a solid phase and a liquid phase, and the solid-liquid separator 110 for making a sludge mixture by mixing the solid phase and the swelling material is heated to a constant temperature. Aerobic fermentation apparatus 120 for fermentation, post-aging apparatus 130 for post-aging and stabilizing fermented sludge mixture, sorting apparatus 140 for separating composted sludge mixture into compost and swelling material, aerobic fermentation apparatus 120 And an air pump 150 for supplying external air to the post-housing device 130 and a control device 160 for controlling the operation of the entire device, and having a high water content without a separate pretreatment process such as drying or dehydration. Sludge can be composted on-site, preventing re-emission of phosphorus in the reservoir and promoting sludge treatment.
소규모 하수처리장, 하수슬러지, 생물학적 인 제거, 인산염의 재방출, 퇴비화 Small scale sewage treatment plant, sewage sludge, biological removal, re-release of phosphate, composting
Description
본 발명은 소규모 하수처리장에서 발생하는 하수슬러지를 퇴비화하는 처리장치에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 수분함량이 높은 하수슬러지를 주기적으로 인발하여 현장에서 퇴비화함으로써 인의 재방출을 최소화하여 수질향상에 실질적으로 기여하며 연속적으로 생성되는 퇴비를 인근 지역의 녹농지로 즉시 환원시킬 수 있는 소규모 하수처리장의 슬러지 처리장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a treatment apparatus for composting sewage sludge generated in a small sewage treatment plant, and more particularly, to substantially reduce water discharge by periodically drawing sewage sludge having a high water content and composting in the field to substantially contribute to water quality improvement. The present invention relates to a sludge treatment apparatus and method for a small sewage treatment plant capable of immediately reducing the continuously generated compost to a green farmland of a nearby area.
최근 하수슬러지의 매립이 금지되고 해양투기도 어려워지면서 이에 대한 처리가 문제되고 있으며, 방류수 수질기준이 강화되면서 소규모 하수처리시설에서도 질소와 인 등의 영양염류를 제거하는 공정이 필수적으로 포함되고 있다.Recently, sewage sludge has been banned and marine dumping has become difficult to deal with. As effluent water quality standards are strengthened, the process of removing nutrients such as nitrogen and phosphorus is essential in small sewage treatment facilities.
인 제거의 경우 통상 인제거 미생물인 PAO(Phosphate Accumulation Organisms) 등을 이용하여 인의 과잉섭취(Luxury Uptake)를 유도하는 생물학적 인 제거 공정이 채택되고 있으며, 수처리 계통에서 그와 같이 제거된 인은 슬러지 내에 집적된 상태로 존재하게 된다.In the case of phosphorus removal, a biological removal process that induces luxury uptake of phosphorus by using Phosphate Accumulation Organisms (PAO), which is a phosphorus removal microorganism, is adopted, and the phosphorus thus removed from the water treatment system is contained in the sludge. It exists in an integrated state.
농어촌 지역의 소규모 하수처리장은 인력이 상주하지 않는 무인시스템으로 운영되고 있어서 발생된 슬러지는 연간 1~2회의 빈도로 인근의 중대형 하수처리장으로 이송하여 병합처리하고 있기 때문에 슬러지는 이송전까지 소규모 하수처리장의 저류조 내에 장기간 방치하게 된다.The small sewage treatment plant in the rural area is operated by an unmanned system without manpower, so the sludge generated is transported to the nearby medium-sized sewage treatment plant at a frequency of 1 ~ 2 times a year. It is left in the reservoir for a long time.
이와 같이 인을 포함한 슬러지가 저류조 내에 장기간 체류하게 되면 혐기성 상태에서 인이 슬러지로부터 하수로 재방출되는 현상이 나타나며, 재방출된 인은 하수에 포함되어 생물반응조나 유량조정조로 반송되기 때문에 실질적인 인 제거 효과를 기대하기가 어렵다.As such, when the sludge containing phosphorus stays in the storage tank for a long time, phosphorus is re-emitted from the sludge into sewage under anaerobic conditions.Re-discharged phosphorus is included in the sewage and returned to a bioreactor or a flow control tank, thereby substantially removing Difficult to expect effect.
따라서, 소규모 하수처리장에서 발생하는 슬러지를 중대형 하수처리장으로 이동시키지 않고 현장에서 활용화함으로써 슬러지에서 인이 재방출되는 문제점을 해결함과 동시에 발생되는 슬러지를 유용하게 이용할 수 있는 방안이 필요하다.Therefore, there is a need for a method that can utilize the sludge generated at the same time to solve the problem of re-released phosphorous from the sludge by utilizing the sludge generated in the small sewage treatment plant in the field without moving to the medium and large sewage treatment plant.
이러한 방안으로서 슬러지를 현장에서 퇴비화하는 것이 바람직하지만, 탈수하지 않은 하수슬러지의 경우 수분함량이 99% 내외로 매우 높아 문제가 된다.It is preferable to compost the sludge on site as this method, but in the case of the sewage sludge which is not dehydrated, the water content is very high, around 99%, which is a problem.
즉, 슬러지를 퇴비화 처리하는 경우 수분함량은 50 내지 60%가 적당하기 때문에 탈수를 통해 수분함량을 낮추어야 하지만, 무인으로 운전되는 소규모 하수처리장에 별도의 탈수시설을 갖추기가 어려워 함수량이 높은 슬러지를 퇴비화하는 것은 현실적으로 불가능하다는 문제점이 있다.In other words, when composting sludge, the water content is 50 to 60%, so it is necessary to lower the water content through dehydration. However, it is difficult to equip a separate sewage treatment plant in a small sewage treatment plant that is operated unattended. There is a problem that it is practically impossible to do.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 소규모 하수처리장에서의 퇴비화 작업을 용이하게 수행하도록 하여 슬러지의 처리를 촉진시키는 소규모 하수처리장의 슬러지 처리장치를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention for solving the above problems is to provide a sludge treatment apparatus of a small sewage treatment plant to facilitate the composting operation in a small sewage treatment plant to promote the treatment of sludge.
또한, 본 발명의 다른 목적은 소규모 하수처리장의 저류조 내의 슬러지에서 인의 재방출을 방지할 수 있는 소규모 하수처리장의 슬러지 처리장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a sludge treatment apparatus of a small sewage treatment plant which can prevent the re-release of phosphorus from the sludge in the storage tank of the small sewage treatment plant.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 건조나 탈수 등 별도의 전처리 과정 없이 수분함량이 높은 상태의 슬러지를 그대로 이용하여 현장에서 퇴비화할 수 있는 소규모 하수처리장의 슬러지 처리장치를 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a sludge treatment apparatus of a small sewage treatment plant that can be composted on-site by using the sludge of the high water content as it is without a separate pretreatment process such as drying or dehydration.
그리고, 본 발명의 또 다른 목적은 소규모 하수처리장의 슬러지를 현장에서 퇴비화할 수 있는 소규모 하수처리장의 슬러지 처리장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a sludge treatment apparatus of a small sewage treatment plant capable of composting sludge of a small sewage treatment plant on site.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,According to an aspect of the present invention,
저류조로부터 유입된 슬러지를 고상과 액상으로 분리하여 액상은 저류조로 반송하고, 고상은 팽윤재와 혼합하여 슬러지의 초기 수분량을 60 내지 70%로 조절하는 고액분리장치;A solid-liquid separation device for separating the sludge introduced from the storage tank into a solid phase and a liquid phase, and returning the liquid phase to the storage tank, and mixing the solid phase with the swelling material to adjust the initial water content of the sludge to 60 to 70%;
상기 고액분리장치로부터 유입된 슬러지 혼합물을 호기성 상태에서 열원에 의해 일정온도로 유지되도록 가열하면서 발효시키는 호기성 발효장치;An aerobic fermentation apparatus for fermenting the sludge mixture introduced from the solid-liquid separator while being heated at a constant temperature by a heat source in an aerobic state;
상기 호기성 발효장치로부터 유입된 슬러지 혼합물을 호기성 상태에서 부화 및 안정화시켜 퇴비를 완성시키는 후부숙장치;A post-boiling apparatus for completing the compost by incubating and stabilizing the sludge mixture introduced from the aerobic fermentation apparatus in an aerobic state;
상기 후부숙장치에서 유입된 슬러지 혼합물로부터 팽윤재를 분리하여, 퇴비화된 슬러지는 인근의 녹농지로 이송시키고, 선별된 팽윤재는 재활용되도록 고액분리장치로 이송시키는 선별장치;A sorting device for separating the swelling material from the sludge mixture introduced from the post-boiling apparatus, transferring the composted sludge to the adjacent green farmland, and transferring the sorted swelling material to the solid-liquid separator to be recycled;
상기 호기성 발효장치와 후부숙장치가 호기성을 유지하도록 공기를 공급하는 에어펌프; 및An air pump for supplying air so that the aerobic fermentation apparatus and the post-warmer are maintained aerobic; And
상기 각 장치들을 동작시키고 처리장치 전체를 컨트롤하는 제어장치; 를 포함하는 소규모 하수처리장의 슬러지 처리장치를 제공한다.A control device for operating the respective devices and controlling the entire processing device; It provides a sludge treatment apparatus of a small sewage treatment plant comprising a.
상기 고액분리장치는 고상과 액상의 경계면에서 상층부의 액상을 흡입하여 배출하는 플로팅 밸브와, 고상 슬러지와 팽윤재를 혼합시키는 교반기와, 교반된 슬러지 혼합물을 하부로 배출하는 개폐장치를 구비한다.The solid-liquid separator includes a floating valve for sucking and discharging the liquid phase of the upper layer portion at the interface between the solid and liquid phases, an agitator for mixing the solid sludge and the swelling material, and an opening and closing device for discharging the stirred sludge mixture downward.
상기 고액분리장치에서 유출되는 액상은 생물반응조 또는 유량조정조로 반송된다.The liquid phase flowing out of the solid-liquid separator is returned to the bioreactor or flow rate adjustment tank.
상기 고액분리장치의 내부로 유입된 슬러지는 액상과 고상이 분리되도록 24 내지 36시간 동안 정체되는 것이 바람직하다.Sludge introduced into the solid-liquid separator is preferably suspended for 24 to 36 hours to separate the liquid phase and the solid phase.
상기 팽윤재는 우드칩, 톱밥 또는 왕겨 중 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다.The swelling material may be made of any one or more of wood chips, sawdust or chaff.
상기 호기성 발효장치에서는 내부온도를 50 내지 55℃로 유지시키면서 내부에 유입된 슬러지 혼합물을 8 내지 12일 동안 정체시키는 것이 바람직하다.In the aerobic fermentation apparatus, it is preferable to hold the sludge mixture introduced therein for 8 to 12 days while maintaining the internal temperature at 50 to 55 ° C.
상기 슬러지 처리장치는 발생하는 악취를 포집하여 처리하는 바이오필터를 더 포함할 수 있다.The sludge treatment apparatus may further include a biofilter for collecting and treating odor generated.
상기 고액분리장치, 호기성 발효장치, 후부숙장치 및 선별장치의 사이에는 슬러지 혼합물의 이송과 교반을 동시에 수행하도록 각각 스크루컨베이어를 설치하는 것이 바람직하다.It is preferable to install a screw conveyor between the solid-liquid separator, aerobic fermentation apparatus, a post-aging apparatus and a sorting apparatus to simultaneously carry out the transport and stirring of the sludge mixture.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,In addition, the present invention, in order to achieve the above object,
저류조의 슬러지를 고액분리장치로 유입시키고 고상과 액상으로 분리한 후, 액상은 저류조로 반송하고 고상은 팽윤재와 혼합하여 슬러지의 초기 수분량을 60 내지 70%로 조절하는 제1 단계;A first step of introducing the sludge of the storage tank into the solid-liquid separator and separating the solid phase and the liquid phase, then returning the liquid phase to the storage tank and mixing the solid phase with the swelling material to adjust the initial water content of the sludge to 60 to 70%;
상기 고액분리장치의 슬러지 혼합물을 호기성 발효장치로 유입시켜 호기성 상태에서 일정온도로 가열하면서 발효시키는 제2 단계;A second step of introducing the sludge mixture of the solid-liquid separator into the aerobic fermentation apparatus while fermenting while heating to a predetermined temperature in an aerobic state;
상기 호기성 발효장치의 슬러지 혼합물을 후부숙장치로 유입시켜 호기성 상태에서 부화 및 안정화시켜 퇴비를 완성시키는 제3 단계; A third step of introducing the sludge mixture of the aerobic fermentation apparatus into a post-preparation apparatus to incubate and stabilize in aerobic state to complete the compost;
상기 후부숙장치의 슬러지 혼합물을 선별장치로 유입시켜 슬러지 혼합물로부터 팽윤재를 분리한 후, 퇴비화된 슬러지는 인근의 녹농지로 이송시키고, 선별된 팽윤재는 고액분리장치로 이송시켜 재활용시키는 제4 단계; 및After the sludge mixture of the post-boiling device is introduced into the sorting device to separate the swelling material from the sludge mixture, the composted sludge is transferred to the adjacent green farmland, and the sorted swelling material is transferred to the solid-liquid separator and recycled. ; And
저류조의 슬러지 유무를 확인하여 슬러지가 있으면 제1 단계를 다시 진행하고 슬러지가 없으면 종료시키는 제5 단계; 를 포함하는 소규모 하수처리장의 슬러지 처리방법을 제공한다.A fifth step of checking whether or not there is sludge in the storage tank, if the sludge is present, proceeding to the first step again; It provides a sludge treatment method of a small sewage treatment plant.
상기 호기성 발효장치와 후부숙장치에는 호기성이 유지되도록 에어펌프에 의 해 외부공기를 계속적으로 공급하는 것이 바람직하다.Preferably, the aerobic fermentation apparatus and the post-aging apparatus continuously supply external air by an air pump to maintain aerobic characteristics.
상기 제1 단계에서, 고액분리장치 내에는 상층부의 액상을 흡입하여 생물반응조 또는 유량조정조로 반송하도록 슬러지 계면에 플로팅 밸브를 설치하고, 고상의 슬러지와 팽윤재를 혼합한 슬러지 혼합물을 배출시키도록 하부에 개폐장치를 설치하며, 고상의 슬러지와 팽윤재를 혼합시키도록 내부에 교반기를 설치할 수 있다.In the first step, in the solid-liquid separator, a floating valve is installed at the sludge interface to suck the liquid phase of the upper layer portion and return it to the bioreactor or the flow adjusting tank, and the lower portion is discharged to discharge the sludge mixture mixed with the solid sludge and the swelling material. An opening and closing device is installed at the inside, and an agitator can be installed inside to mix the solid sludge and the swelling material.
상기 제1 단계에서, 고액분리장치의 내부로 유입된 슬러지는 액상과 고상이 분리되도록 24 내지 36시간 동안 정체시키는 것이 바람직하며, 상기 팽윤재는 우드칩, 톱밥 또는 왕겨 중 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다.In the first step, the sludge introduced into the solid-liquid separator is preferably held for 24 to 36 hours to separate the liquid phase and the solid phase, the swelling material may be made of any one or more of wood chips, sawdust or rice husk. .
상기 제2 단계에서, 호기성 발효장치는 내부온도를 50 내지 55℃로 유지시키면서 슬러지 혼합물을 8 내지 12일 동안 정체시키는 것이 바람직하다.In the second step, the aerobic fermentation apparatus is preferably to hold the sludge mixture for 8 to 12 days while maintaining the internal temperature at 50 to 55 ℃.
상기 슬러지 처리방법은 제1 내지 제4 단계의 진행과 동시에 처리과정 중 발생하는 악취를 바이오필터로 포집하여 처리할 수 있다.The sludge treatment method may collect and treat odor generated during the treatment process as a biofilter at the same time as the first to fourth steps.
상기 고액분리장치, 호기성 발효장치, 후부숙장치 및 선별장치의 사이에는 각각 스크루컨베이어를 설치하여 슬러지 혼합물을 이송과 동시에 교반시키는 것이 바람직하다.It is preferable to install a screw conveyor between the solid-liquid separator, the aerobic fermentation apparatus, the post-aging apparatus and the sorting apparatus, respectively, to stir the sludge mixture simultaneously with the transfer.
본 발명의 소규모 하수처리장의 슬러지 처리장치 및 방법에 의하면, 건조나 탈수 등 별도의 전처리 과정 없이 수분함량이 높은 상태의 슬러지를 그대로 이용하여 현장에서 퇴비화할 수 있게 함으로써 저류조 내의 슬러지에서 인이 재방출되는 것을 방지하고 퇴비화 작업이 용이하도록 하여 슬러지의 처리를 촉진시킬 수 있다.According to the sludge treatment apparatus and method of the small sewage treatment plant of the present invention, phosphorus is re-released from the sludge in the storage tank by allowing the sludge of the high water content to be composted on site without any pretreatment such as drying or dehydration. It is possible to prevent sludge and facilitate the composting operation to promote the treatment of sludge.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.The terms or words used in this specification and claims are not to be construed as limiting in their usual or dictionary meanings, and the inventors may properly define the concept of terms in order to best explain their invention in the best way possible. It should be interpreted as meanings and concepts corresponding to the technical spirit of the present invention.
이하, 첨부된 예시도면에 의거하여 본 발명의 일 실시예에 의한 소규모 하수처리장의 슬러지 처리장치를 설명한다.Hereinafter, a sludge treatment apparatus of a small sewage treatment plant according to an embodiment of the present invention will be described based on the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 슬러지 처리장치의 전체 구성을 도시한 블록도로서 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 소규모 하수처리장의 슬러지 처리장치는 슬러지를 고상과 액상으로 분리하고 고상과 팽윤재를 혼합하여 슬러지 혼합물을 만드는 고액분리장치(110), 슬러지 혼합물을 일정온도로 가열하여 발효시키는 호기성 발효장치(120), 발효된 슬러지 혼합물을 후부숙 및 안정화시키는 후부숙장치(130), 퇴비화된 슬러지 혼합물을 퇴비와 팽윤재로 분리하는 선별장치(140), 호기성 발효장치(120)와 후부숙장치(130)에 외부공기를 공급하는 에어펌프(150) 및 상기 전체 장치들의 동작을 제어하는 제어장치(160)를 포함한다.1 is a block diagram showing the overall configuration of a sludge treatment apparatus according to an embodiment of the present invention, referring to the drawings, the sludge treatment apparatus of a small sewage treatment plant according to an embodiment of the present invention is a sludge solid and liquid Solid-liquid separator (110) for separating and mixing the solid phase and the swelling material to make a sludge mixture, aerobic fermentation apparatus (120) for heating the sludge mixture to a certain temperature for fermentation, and post-aging apparatus for post-aging and stabilizing the fermented sludge mixture. 130, the
도면을 참조하여 상기 각 구성장치들을 더욱 자세하게 설명하면 다음과 같다.With reference to the drawings will be described in detail with respect to each of the components as follows.
도 2는 본 발명의 일 실시예에서의 고액분리장치를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 고액분리장치(110)의 상부에는 저류조(100)의 슬러지를 유입하는 슬러지 주입구(103)와 탱크 내부로 팽윤재를 유입시 키는 팽윤재 주입구(143)가 설치되어 있고, 내부에는 플로팅밸브(112)가 설치되어 고상 슬러지(10)과 액상 하수(20)의 경계면을 따라 부유하면서 유출관(102)을 통해 상부의 액상 하수(20)를 저류조(100)로 반송시킨다.2 is a cross-sectional view schematically showing the solid-liquid separation device in one embodiment of the present invention. As can be seen in the figure, the
즉, 고액분리장치(110)내의 슬러지는 고상 슬러지(10)와 액상 하수(20)로 분리되고, 액상 하수(20)는 저류조(100) 쪽으로 유출되어 생물반응조(미도시) 또는 유량조정조(미도시)로 반송된다. 그리고, 슬러지의 양과 부유상태에 따라 농축된 고상의 경계면이 달라질 수 있음을 고려하여 고상과 액상의 경계면에 이동가능한 플로팅 밸브(112)를 설치한 것이다.That is, the sludge in the solid-
도 3은 저류조(100)에서 인발한 슬러지의 시간에 따른 수분함량과 농축된 슬러지의 부피변화를 나타낸 그래프로서, 농축시간에 따라 슬러지의 수분함량이 낮아지지만 약 30시간이 경과하면 더 이상 농축되지 않는 것을 볼 수 있다.3 is a graph showing the water content of the sludge drawn in the
따라서, 저류조(100)에서 유입된 슬러지를 액상과 고상으로 분리시키기 위해서는 슬러지를 고액분리장치(110)의 내에서 24 내지 36시간 동안 정체시키는 것이 바람직하며, 이 때의 수분함량은 96 내지 98%의 범위에 있다.Therefore, in order to separate the sludge introduced from the
그리고, 고액분리장치(110)의 내부에는 고상 슬러지(10)의 수분함량을 낮추기 위해 팽윤재와 고상 슬러지(10)를 혼합하는 교반기(114)가 설치되어 있으며, 하부에는 교반이 완료된 슬러지 혼합물을 배출시키기 위한 개폐장치(113)가 설치되어 있다.In addition, the inside of the solid-
초기 수분함량이 96 내지 98% 정도로 농축된 고상 슬러지(10)는 고액분리장치(110) 내에서 60 내지 70% 정도로 낮아지도록 팽윤재와 교반혼합된 후, 개폐장 치(113)를 통해 호기성 발효장치(120) 쪽으로 배출된다. 팽윤재는 우드칩, 톱밥, 왕겨 또는 그 혼합물 등을 사용할 수 있다.
호기성 퇴비화의 최적 수분함량은 50 내지 60%로 알려져 있으나 농축된 슬러지의 수분함량은 96 내지 98%의 범위에 있으므로, 팽윤재로 수분함량을 조절하는 경우 팽윤재가 과다하게 소요될 뿐만 아니라 분해가능한 유기물질의 함량이 낮아지게 되어 효과적인 퇴비화 반응의 진행이 어렵게 된다.The optimum water content of aerobic composting is known to be 50 to 60%, but the water content of concentrated sludge is in the range of 96 to 98%. When controlling the water content with swelling material, not only excessive swelling material is required but also degradable organic substances As the content of is lowered, the progress of the effective composting reaction becomes difficult.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 통상의 퇴비화 공정에서의 초기 수분함량보다 높은 60 내지 70% 수준까지 팽윤재로 수분함량을 조절하고, 호기성 발효장치(120)에서의 초기 퇴비화 반응은 열원(122)을 이용하여 발효온도를 유지하도록 한다.Therefore, in one embodiment of the present invention, the water content is controlled by the swelling material to a level of 60 to 70% higher than the initial water content in the conventional composting process, and the initial composting reaction in the
다음으로, 호기성 발효장치(120)는 고액분리장치(110)로부터 유입된 슬러지 혼합물을 호기성 상태에서 일정온도로 가열하면서 발효시키는 장치로서, 호기성 발효장치(120)의 외부에는 열을 공급하기 위한 열원(122)이 설치되어 있다. 열원(122)은 히팅필름 또는 열풍블로워 등과 같이 호기성 발효장치(120)를 일정온도로 유지시킬 수 있는 온도조절장치를 설치한다.Next, the
호기성 발효장치(120)는 열원(122)의 가열에 의해 내부온도가 50 내지 55℃ 범위로 유지되는 것이 바람직하고, 슬러지 혼합물을 내부에 8 내지 12일 동안 정체시키는 것이 바람직하다.The
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 초기 수분함량에 따른 퇴비화 과정 동안의 수분함량 변화를 보여주고 있는데, 위에서와 같이 호기성 발효장치에 열원(122)으 로서 히팅필름을 설치하여 내부온도를 50 내지 55℃로 유지되도록 제어하면서 퇴비화 반응의 진행을 관찰한 결과, 도면에서와 같이 약 9일 이후에 수분함량이 60% 이하로 낮아진다는 것을 확인할 수 있다.Figure 4 shows the change in moisture content during the composting process according to the initial moisture content in one embodiment of the present invention, by installing a heating film as a
또한, 호기성 발효장치(120) 내부는 항상 호기성 상태가 유지되어야 하므로, 외부에 설치된 에어펌프(15)로부터 외부공기를 지속적으로 공급받는다. 공급량이 과도하면 냉각되어 적정온도 이하가 되고 공급량이 적으면 호기성 상태를 유지하기 어려우므로 적정공급량은 1㎥ 당 50 내지 200L/min 정도가 적정하며, 이는 제어장치(160)에 의해 조절된다.In addition, since the
그리고, 호기성 발효장치(120) 내의 슬러지 혼합물은 자중으로 발생하는 고액분리현상에 의해 액상이 하부에 고일 수 있으므로, 호기성 발효장치(120)의 바닥을 2 내지 5˚ 정도 경사지게 하고 하단부에 코크(미도시)를 설치하여 모인 액상을 배출시키도록 하는 것이 바람직하다.In addition, since the sludge mixture in the
다음으로, 후부숙장치(130)는 상기 호기성 발효장치(120)로부터 유입된 슬러지 혼합물을 호기성 상태에서 부화 및 안정화시켜 퇴비를 완성시키는 장치이다.Next, the
미생물이 적절히 활동할 수 있는 수분범위에 도달하면 가온을 중지시키고 적정공기량만을 공급하는 부숙시간을 거치는 것이 필요하다. 이 기간은 약 5 내지 6일 정도로서 이 기간을 거치면 슬러지의 퇴비화가 완성된다.When the microorganism reaches the range of water in which it can function properly, it is necessary to stop the warming and go through the housing time to supply only the proper amount of air. This period is about 5 to 6 days, after which the sludge compost is completed.
후부숙장치(130) 내부도 호기성 발효장치(120)와 마찬가지로 호기성 상태를 유지해야 하므로, 외부에 설치된 에어펌프(15)로부터 외부공기를 지속적으로 공급받는다. 이 역시 공기의 적정한 공급이 이루어지며 제어장치(160)에 의해 조절된 다.Since the inside of the after-aging
다음으로, 선별장치(140)는 상기 후부숙장치(130)에서 유입된 슬러지 혼합물로부터 팽윤재를 분리하고, 퇴비화된 슬러지는 인근의 녹농지로 선별된 팽윤재는 재활용되도록 고액분리장치(110)로 이송시키는 장치이다. 즉, 후부숙장치(130)에서 퇴비화 과정이 끝난 슬러지 혼합물은 팽윤재와 최종생성물인 퇴비로 체분리되어 퇴비는 녹농지(200)로 이송시키고, 팽윤재는 다시 고온발효조로 반송시켜 재이용하게 된다.Next, the
상기 팽윤재는 최종생성물인 퇴비화된 슬러지와 분리하기 쉽도록 입자의 크기를 5 내지 15mm 정도로 하는 것이 바람직하다. 도 5는 본 발명의 실시예에서 팽윤재의 크기에 따른 수분함량의 변화를 나타내는 그래프로서, 도면에서 알 수 있는 바와 같이 팽윤재의 크기가 작을수록 퇴비화 반응에 유리하나, 생산된 퇴비의 선별작업 및 팽윤재의 재활용 측면을 고려할 때 최적 크기는 5 내지 15mm 정도가 바람직하다.Preferably, the swelling material has a particle size of about 5 to 15 mm to facilitate separation from the composted sludge as a final product. Figure 5 is a graph showing the change in the water content according to the size of the swelling material in the embodiment of the present invention, the smaller the size of the swelling material, as shown in the drawing is advantageous to the composting reaction, but the sorting operation and swelling of the produced compost Considering the recycling aspect of the ash, the optimum size is preferably about 5 to 15mm.
그리고, 도 1에서의 에어펌프(150)는 위에서 설명한 바와 같이 호기성 발효장치(120)와 후부숙장치(130)가 호기성을 유지하도록 공기를 공급하는 장치이고, 제어장치(160)는 상기 각 장치들(110,120,130,140,150)을 운전시키고 동작을 조절하는 역할을 한다.In addition, the
전체시스템을 무인으로 운전하기 위하여 고액분리장치(110), 호기성 발효장치(120), 후부숙장치(130) 및 선별장치(140)는 무한히 순환할 수 있도록 구성된 타원형 링 내부에 순차적으로 배열하고, 각 장치들 사이에는 스크루컨베이 어(111,121,131,142)를 설치하여 슬러지 혼합물의 이송과 교반을 동시에 수행하면서 일정한 시간 간격으로 이동되도록 구성하는 것이 바람직하다. 스크루컨베이어(111,121,131,142)의 이동속도는 각 장치가 요구하는 체류시간을 만족하도록 제어장치(70)에 의해 조절된다.In order to operate the entire system unattended, the solid-
한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 슬러지 처리장치에는 슬러지를 처리하는 전체 과정에서 발생하는 악취를 포집하여 처리하기 위한 바이오필터(170)를 더 포함하는 것이 바람직하다.On the other hand, the sludge treatment apparatus according to an embodiment of the present invention preferably further includes a
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 소규모 하수처리장의 슬러지 처리방법을 설명한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 슬러지 처리방법을 각 단계별로 나타낸 플로우차트로서, 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한다.Next, a sludge treatment method of a small sewage treatment plant according to an embodiment of the present invention will be described. 6 is a flowchart illustrating a sludge treatment method according to an embodiment of the present invention at each stage, which will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
먼저, 제1 단계(S1)에서는 저류조(100)의 슬러지를 고액분리장치(110)로 유입시키고 고상과 액상으로 분리한 후, 액상 하수(20)는 저류조(100)로 반송하고 고상 슬러지(10)는 팽윤재와 혼합하여 슬러지의 초기 수분량을 60 내지 70%로 조절한다. First, in the first step (S1), the sludge of the
즉, 슬러지를 고액분리장치(110)에서 약 24 내지 36시간 정도 정체시킴으로써 고상과 액상이 분리되고, 경계면에서 액상을 추출하여 반송시키면 농축된 슬러지를 얻을 수 있으며, 이 때 슬러지의 수분함량은 96 내지 98%의 범위에 있다. 이와 같은 고성 슬러지(10)에 우드칩이나 톱밥 등의 팽윤재를 섞어 통상의 퇴비화 공정에서의 초기 수분함량보다 높은 60 내지 70% 수준으로 조절한다.That is, the solid phase and the liquid phase are separated by stabilizing the sludge in the solid-
다음으로, 제2 단계(S2)에서는 고액분리장치(110)의 슬러지 혼합물을 호기성 발효장치(120)로 유입시켜 호기성 상태에서 일정온도로 가열하면서 발효시킨다.Next, in the second step S2, the sludge mixture of the solid-
즉, 호기성 발효장치(120)를 히팅필름 등의 열원(122)으로 가열하면서 내부온도가 50 내지 55℃를 유지하도록 일정기간 제어하여 수분함량이 60 % 이하로 낮아지도록 한다. 이 경우 소요기간을 8 내지 12일간의 범위로 하는 것이 바람직하며, 에어펌프(150)에 의한 외부공기의 공급량은 호기성 발효장치(120) 내부의 부피 1m3 당 50 내지 200 L/min 정도가 적정하다.That is, while controlling the
그리고, 실제 현장에서는 많은 양의 슬러지를 퇴비화함으로써 수분함량 조절 후에도 자중에 의해 부분적인 고액분리가 발생하여 액상이 호기성 발효장치(120) 하단으로 빠지는 물빠짐 현상이 발생할 수 있으므로, 이에 대비하여 바닥이 2 내지 5% 정도 기울기를 가지도록 하고 수집된 물은 콕크로 빼내는 것이 바람직하다.In addition, in the actual site, by composting a large amount of sludge, partial solid-liquid separation may occur due to its own weight even after the water content is adjusted, so that the liquid may fall into the bottom of the
다음으로, 제3 단계(S3)에서는 호기성 발효장치(120)의 슬러지 혼합물을 후부숙장치(130)로 유입시켜 호기성 상태에서 부화 및 안정화시켜 퇴비를 완성시킨다.Next, in the third step (S3), the sludge mixture of the
즉, 미생물이 적절히 활동할 수 있는 수분범위에 도달하면 가온을 중지시키고, 그 후에는 적정 공기량 만을 공급하는 부숙시간을 거치는 것이 필요하므로, 본 발명의 일 실시예에 의한 퇴비화 과정 중 고온발효된 고형물을 후숙시키는 후부숙장치(130)는 고온으로 발효된 슬러지 퇴비를 부숙단계를 거쳐 안정화시키는 단계로서 가열은 하지 않지만 호기성 상태는 지속적으로 유지시켜야 한다. 이 기간은 약 5 내지 6일 정도로서 부숙기간을 거치면 슬러지의 퇴비화 과정이 종료된다.That is, when the microorganism reaches the moisture range in which it can be properly activated, it is necessary to stop the heating, and after that, it is necessary to pass the aging time of supplying only the appropriate amount of air, so that the high-temperature fermentation solids during the composting process according to an embodiment of the present invention. The
다음으로, 제4 단계(S4)에서는 후부숙장치(130)의 슬러지 혼합물을 선별장치(140)로 유입시켜 슬러지 혼합물로부터 팽윤재를 체분리에 의해 선별한 후, 퇴비화된 슬러지는 인근의 녹농지로 이송시키고, 선별된 팽윤재는 고액분리장치(110)로 이송시켜 재활용시킨다. 이 때, 팽윤재를 최종생성물에서 용이하게 분리하기 위하여 5 내지 15mm 정도의 크기를 가진 팽윤재를 사용한다.Next, in the fourth step (S4), the sludge mixture of the
마지막으로, 제5 단계(S5)에서는 저류조(100)의 슬러지 유무를 확인하여 슬러지가 있으면 제1 단계를 다시 진행하고 슬러지가 없으면 종료시킨다. 이와 같은 동작은 제어장치(160)에 의해 제어된다.Finally, in the fifth step (S5) to check the sludge of the
본 발명은 제어장치(160)의 온오프 등을 제외한 전체 시스템을 무인상태로 운전하기 위하여 고액분지장치(110), 호기성 발효장치(120), 후부숙장치(130) 및 선별장치(140)는 도넛 형태로 무한히 순환할 수 있도록 구성된 타원형 링 내부에 순차적으로 배열하고, 각 장치의 사이에는 스크루컨베이어(111,121,131,142)를 설치하여 일정시간 간격으로 이동시킨다. 이 경우 스크루컨베이어(111,121,131,142)는 이송과 혼합의 기능을 동시에 수행한다. 또한, 스크루컨베이어(111,121,131,142)의 이동속도는 각 장치가 요구하는 체류시간을 만족시키도록 제어장치(160)에서 조절한다.In the present invention, the solid-
그리고, 퇴비화 공정 전체에서 발생하는 악취는 바이오필터(50)로 포집하여 처리하며, 이때 바이오필터 내부의 충전재는 기 생성된 퇴비와 팽윤재를 혼합하여 사용할 수 있다.In addition, the odor generated in the entire composting process is collected and treated by the
본 발명의 일 실시예에 의한 소규모 하수처리장의 슬러지 처리장치 및 방법 을 이용하여 슬러지를 인발하여 처리할 경우 저류조에서 인의 재방출이 최소화됨을 실험예인 표 1을 통하여 설명한다.When the sludge is drawn and treated using the sludge treatment apparatus and method of a small sewage treatment plant according to an embodiment of the present invention will be described through the experimental example Table 1 to minimize the re-release of phosphorus in the storage tank.
표 1은 슬러지 저류조에서 오랜 기간 체류한 슬러지와 저류조를 비운 후 새로 생성되어 경과시간이 오래되지 않은 슬러지를 각각 고액분리한 후, 농축슬러지와 액상 하수에 대하여 인의 총 농도를 측정하여 인의 함유량(mg)과 비율(%)를 나타낸 것이다. 오래된 슬러지의 인의 함량은 액상이 7.87mg이고 고상이 9.42mg이며 액상 대 고상의 비율이 45.4 : 54.6 %임을 알 수 있다. 그리고, 최근 생성된 슬러지의 인의 함량은 액상이 20.33mg이고 고상이 30.36mg이며 액상 대 고상의 비율이 40.1 : 59.9 %임을 알 수 있다.Table 1 shows the contents of phosphorus by measuring the total concentration of phosphorus in concentrated sludge and liquid sewage after solid-liquid separation of sludge that has been in the sludge storage tank for a long time and sludge that is newly generated and not old for a long time. ) And percentage (%). The content of phosphorus in old sludge is 7.87mg in liquid phase, 9.42mg in solid phase, and the ratio of liquid to solid phase is 45.4: 54.6%. In addition, the content of phosphorus in the recently produced sludge can be seen that the liquid phase is 20.33mg, the solid phase is 30.36mg, the ratio of the liquid phase to solid phase is 40.1: 59.9%.
즉, 오랫 동안 체류한 슬러지보다 최근 생성된 슬러지의 인 함량이 높게 나타나는 것을 보여주고 있어서 저류조 내에 슬러지가 오래 체류하게 되면 인이 수처리 계통으로 재방출되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 농축된 슬러지가 함유하고 있는 인산염이 수처리 계통에서 주기적으로 제거됨에 의해 수처리 계통에서의 실제적인 인 제거를 확인할 수 있다.That is, it shows that the phosphorus content of the sludge produced recently is higher than that of the sludge which has been retained for a long time, and when the sludge stays in the storage tank for a long time, it can be confirmed that phosphorus is re-released into the water treatment system. In addition, the phosphate contained in the concentrated sludge is periodically removed from the water treatment system to confirm the actual phosphorus removal in the water treatment system.
이상에서 본 발명은 실시예로 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만, 당업자가 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형과 수정이 가능하다는 것은 명백하며, 이러한 변형과 수정 역시 첨부된 특허청구범위에 속한다는 것은 당연하다.Although the present invention has been described in detail only with respect to specific examples described in the embodiments, it is apparent that various modifications and variations can be made by those skilled in the art within the scope of the present invention, and such variations and modifications also belong to the appended claims. Of course it is.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 슬러지 처리장치의 전체 구성을 도시한 블록도이다.1 is a block diagram showing the overall configuration of a sludge treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에서의 고액분리장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view schematically showing the solid-liquid separation device in one embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 고액분리장치에서 시간에 따른 수분함량 및 농축슬러지의 부피변화를 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing the water content and the volume change of the concentrated sludge over time in the solid-liquid separation apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 초기수분함량에 따른 수분함량의 변화를 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing a change in moisture content according to the initial moisture content in one embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시예에서 팽윤재의 크기에 따른 수분함량의 변화를 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing the change in moisture content according to the size of the swelling material in the embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 슬러지 처리방법을 나타내는 플로우차트이다.6 is a flowchart showing a sludge treatment method according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10:고상 슬러지 20:액상 하수10: solid sludge 20: liquid sewage
100:저류조 101:유입관100: storage tank 101: inflow pipe
102:유출관 103:슬러지 주입구102: outflow pipe 103: sludge inlet
110:고액분리장치 111,121,131,141,142:스크루컨베이어110: solid-
112:플로팅밸브 113:개페장치112: floating valve 113: opening device
114:교반기 120:호기성 발효장치114: agitator 120: aerobic fermentation apparatus
122:열원 130:후부숙장치122: heat source 130: rear housing device
140:선별장치 143:팽윤재 주입구140: sorting device 143: swelling material inlet
150:에어펌프 160:제어장치150: air pump 160: controller
170:바이오필터 200:녹농지170: biofilter 200: green farmland
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