KR101110870B1 - 하수 슬러지 처리장치 - Google Patents

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Abstract

하수 슬러지 처리장치가 개시된다. 내관으로 하수 슬러지가 통과하는 이중관을 구비하고 있으며 이중관의 내관과 외관 사이에는 열을 전달하는 유체를 통과시켜서 내관을 지나는 하수 슬러지를 가용화시키는 가용화 반응기 및 가용화 반응기에서 배출된 하수 슬러지가 통과하고 하수 슬러지가 지나는 경로를 형성하는 격벽이 내부에 설치된 반응조를 구비하고 있으며 반응조를 가열하여 하수 슬러지의 유기성분을 분해시키는 저분자화 반응기를 포함하는 하수 슬러지 처리장치는, 하수 슬러지의 가용화 및 저분자화 특성에 맞추어 2단계의 반응기를 구성함으로써 하수 슬러지 처리에 소모되는 에너지를 줄여서 처리 비용을 줄이고 효율을 높일 수 있다.

Description

하수 슬러지 처리장치{Equipment for sludge treatment}
본 발명은 하수 슬러지 처리장치에 관한 것이다.
하수 슬러지는 하수 또는 폐수처리 과정에서 액체로부터 분리되어 축적된 고형물로서, 많은 유기성 물질을 포함하고 있다.
이러한 하수 슬러지를 처리하는 하나의 방법으로는 습식산화법(WAO, Wet Air Oxidation)이 있다. 습식 산화법은 고형성인 하수 슬러지에서 유기성분을 가용화(액상화, 이하 가용화) 및 저분자화시켜서 물과 이산화탄소로 분해하는 방법으로, 종래의 방법으로는 높은 에너지와 산화제를 필요로 하는 어려움이 있다.
이에 따라, 산화제를 사용하지 않고도 낮은 온도 및 압력에서 하수 슬러지의 유기성 물질을 생물학적 분해가 용이한 형태로 전환시키는 열가용화 기술이 요구되었으며, 습식산화에 비하여 적은 에너지 소모와 산화제를 사용하지 않음으로써 적은 운영비 그리고 유기성 물질을 산화하여 이산화탄소나 물로 변환시키지 않고 혐기소화를 거쳐 에너지 자원인 메탄으로 변환시키고 유출수는 액비처리를 하여 액비로 활용하거나 혹은 탈질공정의 탄소원으로 활용하는 것은 물론 무기성 슬러지(Fe(OH)3, FePO4, 이하 Fe계, Al(OH)3, AlPO4, 이하 Al계)의 금속이온에 의한 액체상 산화반응의 촉매작용과 free radical 메커니즘에서의 펜톤산화 반응 등에 의한 저분자화 증진효과를 활용하여 무기성 슬러지(Fe계, Al계)도 동시처리 가능하게 하여 자원 및 에너지 소비에서의 극대화, 발생 슬러지의 고효율의 감량화를 추구한 열가용화 기술이 시도되고 있다.
본 발명은 최소의 에너지를 투입하여 하수 슬러지의 유기성 물질을 가용화 및 저분자화시키며, 무기성 슬러지도 동시 처리가 가능한 하수 슬러지 처리장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 일 측면에 따르면, 내관으로 하수 슬러지가 통과하는 이중관을 구비하고 있으며, 상기 이중관의 내관과 외관 사이에는 열을 전달하는 유체를 통과시켜서 상기 내관을 지나는 하수 슬러지를 가용화시키는 가용화 반응기 및 상기 가용화 반응기에서 배출된 하수 슬러지가 통과하고 하수 슬러지가 지나는 경로를 형성하는 격벽이 내부에 설치된 반응조를 구비하고 있으며, 상기 반응조를 가열하여 하수 슬러지의 유기성분을 분해시키는 저분자화 반응기를 포함하는 하수 슬러지 처리장치가 제공된다.
상기 가용화 반응기는 병렬적으로 나란하게 배열된 이중관을 포함하고, 상기 나란하게 배열된 이중관은 동일한 수평면 상에 배치될 수 있다.
상기 반응조에는, 상기 격벽이 다층구조로 설치되어 있으며, 상기 다층구조의 격벽에는 각각 개구부가 형성되어 있어서 하수 슬러지는 상기 격벽 사이에 형성된 경로를 따라 상기 반응조의 상부에서 하부로 이동할 수 있다.
상기 반응조의 몸체벽 또는 상기 격벽 중 적어도 어느 하나에는, 하수 슬러지에 열을 전달하는 유체를 통과하는 열유체 경로가 형성될 수 있다.
상기 가용화 반응기 또는 상기 저분자화 반응기를 통과하는 하수 슬러지의 압력을 조절하는 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 가용화 반응기 또는 상기 저분자화 반응기에 하수 슬러지를 유입시키는 펌프를 더 포함할 수 있다.
상기 저분자화 반응기는, 무기성 슬러지를 상기 반응조에 투입하는 촉매 투입기를 더 포함할 수 있다.
상기 촉매 투입기는, 유기성 슬러지에 대한 상기 무기성 슬러지의 비율(함수율 96% 중량기준)이 0.02 내지 0.1이 되도록, 상기 무기성 슬러지를 투입할 수 있다.
본 발명은 하수 슬러지의 가용화 및 저분자화 특성에 맞추어 2단계의 반응기를 구성함으로써, 하수 슬러지 처리에 소모되는 에너지를 줄여서 처리 비용을 줄이고 효율을 높일 수 있으며, 하수처리장에서 발생되는 무기성 슬러지를 동시처리가 가능하게 하여 슬러지 처리 비용을 획기적으로 감소 시킬 수 있다 .
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하수 슬러지 처리장치의 구성을 설명하는 도면.
도 2 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하수 슬러지 처리장치의 가용화 반응기를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하수 슬러지 처리장치의 저분자화 반응기를 나타낸 도면.
이하에서 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하수 슬러지 처리장치의 구성을 설명하는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하수 슬러지 처리장치는 고형의 하수 슬러지를 가용화시키는 가용화 반응기(10) 및 하수 슬러지를 분해시키는 저분자화 반응기(50)를 포함하여, 하수 슬러지의 가용화 및 저분자화 특성에 맞추어 2단계의 반응기를 구성한 것을 특징으로 한다.
가용화 반응기(10)는 하수 슬러지를 유동시키면서 고른 열과 압력을 가함으로써, 고형물 상태의 하수 슬러지에서 유무기성분의 용해도를 높여서 가용화시키는 부분이다. 본 실시예의 가용화 반응기(10)는 이중관(15)을 사용하여 하수 슬러지에 고른 열과 압력을 가하면서 유동시킨다.
도 2 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하수 슬러지 처리장치의 가용화 반응기를 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3에 나타난 바와 같이, 본 실시예에서 이중관(15)의 내관(16)으로는 하수 슬러지(5)를 통과시키며, 내관(16)과 외관(17) 사이에는 열을 전달하는 유체를 통과시켜서 내관(16)을 지나는 하수 슬러지(5)를 가열한다. 구체적으로, 본 실시예의 이중관(15)에는 보일러(20)의 배관이 연결되어서 보일러(20)에서 가열된 열유체(22)가 이중관(15)의 내관(16)과 외관(17) 사이를 통과하여 내관(16)을 가열하는 구조를 가진다.
그리고, 이중관(15)의 상류 측에는 펌프(30)가 연결되어 내관(16)으로 하수 슬러지(5)를 주입하고, 이중관(15)의 하류 측에는 밸브(40)가 설치되어 내관(16)을 통과하는 하수 슬러지(5)의 압력을 일정하게 유지시킬 수 있다. 이 때, 내관(16)은 원형관 구조를 가짐으로써, 유동하는 하수 슬러지는 위치에 관계 없이 거의 일정한 압력을 받게 된다. 한편, 본 실시예에서는 이중관(15)의 상류 및 하류에 각각 펌프(30) 및 밸브(40)를 설치하였으나, 본 발명이 이러한 배치 구조에 한정되지는 않으며 펌프(30)와 밸브(40)의 설치여부 및 배치구조는 하수 슬러지의 압력설정에 따라 다양한 형태로 실시될 수 있다.
또한, 이중관(15)에서 하수 슬러지의 유동이 원활하도록, 이중관(15)은 동일한 수평면 상에 병렬적으로 나란하게 배열된 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 이중관(15)은 동일한 평면상에 상호 평행하게 복수의 직선형 배관부와 복수의 직선형 배관부를 연결하는 곡선형의 배관부로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 이중관(15)에서 가용화되는 하수 슬러지는 수평으로 연속적으로 흐르게 되어서, 이중관(15)에서는 구간에 상관없이 고른 압력 및 유동성을 확보할 수 있으며, 입구 부분에서의 막힘 현상도 최소화할 수 있다.
따라서, 본 실시예의 가용화 반응기(10)는 전 구간에 걸쳐서 하수 슬러지에 고른 열과 압력을 제공하는 이중관(15)을 이용하여 하수 슬러지의 가용화를 최대화할 수 있다. 구체적으로, 본 실시예의 가용화 반응기(10)를 테스트한 결과, 고형물 제거율(TSS, Total Suspended Solids)은 약 80%로 종래에 비하여 월등한 효과를 나타낸다. 더불어, 유기산 생성율(TVFA/SCOD 비율)도 약 35%로 높은 수준을 나타낸다. 여기서, 고형물의 가용화는 고형물의 유기성 물질이 SCOD(Soluble Chemical Oxygen Demand) 또는 액상의 유기산(Volatile Fatty Acid)으로 전환되었음을 의미한다.
저분자화 반응기(50)는 가용화된 하수 슬러지를 긴 유동경로를 따라 흐르게 하면서 열을 지속적으로 가함으로써, 고분자 상태의 유기성분을 저분자 상태로 분해시키는 부분이다. 본 실시예의 저분자화 반응기(50)는 다층구조로 구분된 격벽(57)이 형성된 반응조(55)를 이용하여 작은 용적으로도 반응에 필요한 긴 유동경로를 형성한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하수 슬러지 처리장치의 저분자화 반응기를 나타낸 도면이다.
도 4에 나타난 바와 같이, 본 실시예의 반응조(55) 내부는 가용화 반응기(10)에서 가용화된 하수 슬러지가 통과하는 유동경로를 형성하도록 다수의 격벽(57)이 다층구조로 설치되어 있다. 그리고, 각 격벽(57)에는 개구부가 형성되어 있어서, 상부의 격벽(57)에서 하부의 격벽(57)으로 하수 슬러지가 유동되는 구조를 가진다. 특히, 다층구조의 격벽(57)에는 일측과 타측에 교대로 개구부가 형성되어 반응조(55) 내부에서 최대한 긴 유동경로를 형성할 수 있다. 이 때, 반응조(55)의 상류 측 및 하류 측 각각에는 펌프(70) 및 밸브(80)가 설치되어 반응조(55)를 통과하는 하수 슬러지의 압력을 일정하게 유지시킬 수 있다.
그리고, 반응기의 몸체벽(56) 및 격벽(57)에는 하수 슬러지에 열을 전달하는 유체를 통과하는 열유체 경로(58)가 형성된다. 구체적으로, 본 실시예의 반응조(55)의 몸체벽(56) 및 격벽(57)에는 열유체가 통과할 수 있는 배관이 매설되고, 반응조(55)의 배관에는 보일러(20)의 배관이 연결되어서 보일러(20)에서 가열된 열유체가 반응조(55)의 배관을 통하여 몸체벽(56) 및 격벽(57)을 가열하는 구조를 가진다. 그러나, 본 실시예의 반응기의 몸체벽(56) 및 격벽(57)에 모두 열유체 경로(58)가 형성된 것에 한정되지는 않으며, 몸체벽(56) 및 격벽(57)에는 선택적으로 열유체 경로(58)가 형성될 수 있다.
따라서, 본 실시예의 저분자화 반응기(50)는 가용화된 하수 슬러지를 압력과 중력을 이용하여 저분자화 반응기(50) 내의 각 반응조(55) 내의 긴 경로를 유동하게 함으로써, 제한된 용적 내에서도 분해가능한 유기성분의 확산 반응을 최대화하여 적은 용적에서도 효율적인 저분자화를 수행할 수 있다.
한편, 도 1에 나타난 바와 같이, 본 실시예의 가용화 반응기(10)의 상류 측에는 가용화된 하수 슬러지에 무기성 슬러지를 추가로 투입하는 촉매 투입기(90)가 추가로 설치될 수 있다. 고분자화된 유기성 물질에 일정 비율의 금속이온이 촉매로 추가되면, 고분자를 미생물이 먹기 좋은 형태로 전환시키는 액체상 산화작용(liquid oxidation)이 원활하게 이루어져 저분자화 반응이 촉진될 수 있다. 구체적으로, 본 실시예의 촉매 투입기(90)는 하수 슬러지의 유기성 슬러지에 대한 무기성 슬러지의 비율이 0.02 내지 0.1이 되도록, 무기성 슬러지를 투입할 수 있다. 이 때, 무기성 슬러지로는 Fe계, Al계의 무기성 슬러지가 사용될 수 있다.
정리하면, 본 실시예의 하수 슬러지 처리장치는, 하수 슬러지 처리에 필요한 가용화 및 저분자화를 2단계의 반응으로 구분하고, 가용화 반응기(10) 및 저분자화 반응기(50)에서 각각의 반응에 최적화된 반응조건을 제공한다. 이에 따라, 하수 슬러지 처리에 소모되는 에너지를 줄일 수 있으며, 효율적으로 하수 슬러지를 처리하므로 용적이 작은 공간에도 하수 슬러지 장치를 설치할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.
10: 가용화 반응기
15: 이중관
16: 내관
17: 외관
20, 60: 보일러
30, 70: 펌프
40, 80: 밸브
50: 저분자화 반응기
55: 반응조
56: 몸체벽
57: 격벽
90: 촉매 투입기

Claims (8)

  1. 내관으로 하수 슬러지가 통과하는 이중관을 구비하고 있으며, 상기 이중관의 내관과 외관 사이에는 열을 전달하는 유체를 통과시켜서 상기 내관을 지나는 하수 슬러지를 가용화시키는 가용화 반응기; 및
    상기 가용화 반응기에서 배출된 하수 슬러지가 통과하고 하수 슬러지가 지나는 경로를 형성하는 격벽이 내부에 설치된 반응조를 구비하고 있으며, 상기 반응조를 가열하여 하수 슬러지의 유기성분을 분해시키는 저분자화 반응기를 포함하고,
    상기 반응조에는, 상기 격벽이 다층구조로 설치되어 있으며,
    상기 다층구조의 격벽에는 각각 개구부가 형성되어 있어서 하수 슬러지는 상기 격벽 사이에 형성된 경로를 따라 상기 반응조의 상부에서 하부로 이동하는 하수 슬러지 처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가용화 반응기는 병렬적으로 나란하게 배열된 이중관을 포함하고,
    상기 나란하게 배열된 이중관은 동일한 수평면 상에 배치된 것을 특징으로 하는 하수 슬러지 처리장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반응조의 몸체벽 또는 상기 격벽 중 적어도 어느 하나에는,
    하수 슬러지에 열을 전달하는 유체를 통과하는 열유체 경로가 형성된 것을 특징으로 하는 하수 슬러지 처리장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가용화 반응기 또는 상기 저분자화 반응기를 통과하는 하수 슬러지의 압력을 조절하는 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하수 슬러지 처리장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가용화 반응기 또는 상기 저분자화 반응기에 하수 슬러지를 유입시키는 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하수 슬러지 처리장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가용화 반응기는,
    무기성 슬러지를 상기 반응조에 투입하는 촉매 투입기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하수 슬러지 처리장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 촉매 투입기는,
    유기성 슬러지에 대한 상기 무기성 슬러지의 비율(함수율 96% 중량기준)이 0.02 내지 0.1이 되도록, 상기 무기성 슬러지를 투입하는 것을 특징으로 하는 하수 슬러지 처리장치.
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