KR101126125B1 - Sludge and Organic Matter Treatment Plant Having Two-Phase Digester - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하수 또는 폐수 처리과정에서 발생하는 슬러지 및 유기성폐수의 소화처리에 관한 기술로서, 좀더 자세하게는 소화조를 생물학적으로 서로 분리되는 산생성조와 메탄생성조의 2상(2-Phase)으로 구성하여, 슬러지 및 유기성폐수를 효과적으로 소화하고 다량의 메탄을 생성하는 장치에 관한 것이다.
본 발명은 소화조를 산생성조와 메탄생성조 두 개로 나누고 두 소화조를 이류관과 순환관으로 연결하여 슬러지 및 유기성폐수가 두 소화조 간을 순환하도록 하되, 이류관과 순환관에 각각 가압펌프와 벤츄리관을 구비하였다.
본 발명인 슬러지 및 유기성폐수 처리장치는 슬러지 및 유기성폐수 소화작용을 2상으로 분리함으로써, 각 상의 소화단계에 작용하는 미생물들이 활발히 작용하여 슬러지 및 유기성폐수의 소화효율을 높다. 따라서 본 발명의 슬러지 및 유기성폐수 처리장치는 슬러지 및 유기성폐수의 처리효율이 획기적으로 증대하고, 그에 따라 가연성 바이오가스의 생산량이 많아진다.The present invention relates to the digestion treatment of sludge and organic wastewater generated in the sewage or wastewater treatment process, more specifically, the digester is composed of two phases (2-Phase) of acid production tank and methane production tank which are biologically separated from each other, An apparatus for effectively extinguishing sludge and organic wastewater and producing large amounts of methane.
The present invention divides the digester into two acid generating tanks and two methane generating tanks, and connects the two digesting tanks to the advection pipe and the circulation pipe so that sludge and organic waste water circulate between the two digesters, respectively, to the advection pipe and the circulation pipe, respectively, a pressurized pump and a venturi pipe. It was provided.
The sludge and organic wastewater treatment apparatus of the present invention by separating the sludge and organic wastewater digestion into two phases, the microorganisms acting in the digestion step of each phase is active to increase the digestion efficiency of the sludge and organic wastewater. Therefore, the sludge and organic wastewater treatment apparatus of the present invention significantly increases the treatment efficiency of the sludge and organic wastewater, thereby increasing the amount of combustible biogas produced.
Description
본 발명은 하수 또는 폐수 처리과정에서 발생하는 슬러지의 소화처리에 관한 기술로서, 좀더 자세하게는 소화조를 생물학적으로 서로 분리되는 산생성조와 메탄생성조의 2상(2-Phase)으로 구성하여, 슬러지를 효과적으로 소화하고 다량의 메탄을 생성하는 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a digestion treatment of sludge generated in sewage or wastewater treatment process, more specifically, the digester is composed of two-phase (2-Phase) of the acid production tank and methane production tank biologically separated from each other, the sludge effectively It relates to a device for digesting and producing large amounts of methane.
축산분뇨를 포함한 분뇨오수, 생활하수 등의 하수에는 다량의 유기물질이 함유되어 있고, 이와 같은 유기물질로부터 영양을 섭취하는 미생물들이 다량으로 서식하면서 증식하고 있는데, 이러한 미생물들이 미분해 유기물질과 함께 뭉쳐서 고형물과 수분의 혼합체인 덩어리를 이루고 있는 것이 슬러지(Sludge)이다. 따라서 유기물질이 다량으로 함유된 하수를 생물학적 처리방법으로 정화할 때 필연적으로 2차 생성물인 슬러지가 발생하는데, 슬러지는 유기물과 무기물의 비가 7:3정도이다.Sewage, including livestock manure and sewage, contain large amounts of organic substances, and microorganisms that nourish from these organic substances are growing in large numbers. Sludge is a mass that is a mixture of solids and water. Therefore, when the sewage containing a large amount of organic material is purified by biological treatment, sludge, which is a secondary product, is inevitably generated, and the sludge has a ratio of 7: 3 of organic and inorganic materials.
통상적인 하수 및 슬러지 및 유기성폐수 처리장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 하수 중의 고형물을 단시간 내에 부상 또는 침전시켜 제거하는 전처리조, 미생물을 이용하여 유기물질을 분해하는 생물반응조, 슬러지를 포함한 고형물을 중력을 이용하여 침전시키는 침전조, 침전조의 슬러지를 고농도로 농축하는 농축조, 농축된 슬러지를 주로 혐기성 미생물을 이용하여 분해하는 소화조, 소화된 슬러지를 탈수하는 탈수기 등을 구비하고 있다.Conventional sewage and sludge and organic wastewater treatment apparatus, as shown in Figure 1, a pre-treatment tank to remove or precipitate the solids in the sewage in a short time, a bioreactor to decompose organic matter using microorganisms, solids including sludge It is equipped with a sedimentation tank for sedimentation using gravity, a concentration tank for concentrating the sludge of the sedimentation tank at a high concentration, a digester for decomposing the concentrated sludge mainly using anaerobic microorganisms, and a dehydrator for dehydrating the digested sludge.
상기와 같은 슬러지 및 유기성폐수 처리장치의 소화조에서는 혐기성미생물(산생성균 및 메탄발효균)의 작용으로 유기성폐수 중의 유기물이 분해되어 연료로 사용할 수 있는 메탄이 다량 함유된 바이오가스가 생성된다.In the digester of the sludge and organic wastewater treatment apparatus as described above, organic substances in organic wastewater are decomposed by the action of anaerobic microorganisms (acid-producing bacteria and methane fermentation bacteria) to generate biogas containing a large amount of methane that can be used as fuel.
최근에 슬러지 및 유기성폐수를 효과적으로 분해하고, 많은 바이오가스를 얻을 수 있는 방법과 시설에 관한 연구가 활발히 진행되고, 이에 관한 다양한 기술들이 특허출원 되고 있다. Recently, researches are being actively conducted on methods and facilities for effectively decomposing sludge and organic wastewater and obtaining a large amount of biogas, and various technologies have been patented.
하수 및 유기성폐수 슬러지 가용화 및 감량화 기술에는 오존, 과산화수소, 산?알카리 등을 하수처리과정에 주입하는 화학적인 방법, 기계적 충격 및 가열 등과 같은 물리적인 방법 등이 개발되고 있다. 화학적 방법은 비교적 간단하고 비용이 적게 드는 장점이 있으나, 슬러지와 약품이 잘 섞이지 않아 원활한 반응이 일어나지 않거나 새로운 제2차 화학공해물질을 생성하는 문제점이 있고, 물리적 방법은 제2차 공해의 문제는 없으나, 에너지 소모가 큰 문제점이 있다.Sewage and organic wastewater sludge solubilization and reduction techniques are being developed by chemical methods such as ozone, hydrogen peroxide, acid and alkali in the sewage treatment process, physical methods such as mechanical shock and heating. The chemical method has the advantages of being relatively simple and inexpensive, but there is a problem that sludge and chemicals do not mix well so that a smooth reaction does not occur or a new secondary chemical pollutant is generated, and the physical method has a problem of secondary pollution. None, but there is a big problem of energy consumption.
한국특허 출원번호 10-2002-0047747호, 10-2004-0072211호, 10-2003-0088976호, 10-1998-0055680 등에서 하수 처리에 초음파를 이용하는 방법이 제시되어 있다. 그러나 이러한 초음파를 이용한 오, 폐수처리장치들은 종래의 물리, 화학적 처리방법과 병행하여 초음파를 이용하거나, 실험실 수준에서 초음파를 단독으로 이용하는 방법에 대하여 개시되어 있을 뿐 구체적인 폐수처리장치를 제시하고 있지 못하고 있다. 그리고 통상적으로 초음파 발생장치는 에너지의 소모가 많고 시설유지비가 높으므로, 통상의 하수처리시설에 초음파를 이용하는 방법만 추가하는 것은 경제적 측면에서 바람직하지 않다. In Korean Patent Application Nos. 10-2002-0047747, 10-2004-0072211, 10-2003-0088976, 10-1998-0055680, and the like, a method of using ultrasonic waves for sewage treatment is proposed. However, these wastewater treatment devices using ultrasonic waves have been disclosed about the method of using ultrasonic waves in parallel with conventional physical and chemical treatment methods or using ultrasonic waves alone at the laboratory level, and do not present a specific wastewater treatment apparatus. have. In general, since the ultrasonic generator consumes a lot of energy and has a high facility maintenance cost, it is not economically desirable to add only the method of using ultrasonic waves to a conventional sewage treatment facility.
최근에 도입된 또 다른 하수처리 방법으로, 한국특허 출원번호 10-2004-7007078호, 10-2000-0066965호, 10-2006-7003849호 등에서는 수리동역학적 방법으로 큰 덩어리의 슬러지를 파괴하여 분해가 잘 일어나도록 하는 하수처리 방법이 개시되어 있다. 이러한 수리 동역학적 방법을 하수처리에 적용하면, 유체인 폐수의 압력이 포화수증기압 이하로 강하되는 지점이 발생하고, 이 영역에서 오수 내부에 용해되어 있던 기체성분이 유리되어 기포(Cavity)가 형성되었다가 압력이 회복되는 지점에서 파괴된다. 이와 같이 기포가 파괴되는 과정에서 발생되는 전단력, 제트류(Jet Stream) 등에 의하여 슬러지 덩어리가 파괴된다고 기재하고 있다. As another sewage treatment method recently introduced, Korean Patent Application Nos. 10-2004-7007078, 10-2000-0066965, 10-2006-7003849, etc., break down a large mass of sludge by hydrodynamic methods. A sewage treatment method is disclosed to make it happen well. When this hydrodynamic method is applied to sewage treatment, a point occurs at which the pressure of the wastewater, which is a fluid, drops below the saturated steam pressure, and the gaseous components dissolved in the sewage are released in this region, thereby forming bubbles. Is destroyed at the point where pressure is restored. As described above, it is described that the sludge mass is destroyed by the shear force, the jet stream, and the like generated in the process of breaking bubbles.
큰 덩어리의 슬러지가 파쇄되어 잘게 나누어지면, 소화 미생물의 먹이(기질, Substrate)가 되는 파쇄된 슬러지의 비표면적(Specific Surface Area)이 증가하여, 슬러지의 분해가 용이하게 된다. 그러나, 이러한 방법으로는 슬러지의 분해 정도가 획기적으로 증대하는 것을 기대하기 어렵고, 소화조로 유입되는 슬러지의 고형물 함량이 높거나 그에 수반하여 처리수의 점도가 높을 경우 캐비테이션의 발생이 원활하지 못하여 슬러지의 소화가 원활하지 못하여 가용화 효과가 떨어질 소지가 있다.
When a large mass of sludge is crushed and divided into small pieces, the specific surface area of the crushed sludge, which is a food (substrate) of digestive microorganisms, increases, and the sludge is easily decomposed. However, it is difficult to expect a significant increase in the degree of decomposition of sludge by this method, and when the solid content of the sludge flowing into the digester is high or the viscosity of the treated water is high with it, the cavitation is not generated smoothly. Digestion is not smooth, so the solubilization effect may be reduced.
상기한 바와 같이 종래의 슬러지 및 유기성폐수처리 방법은 각각 장점과 함께 문제점이 있고, 특히 최근에 개발된 수리동역학적 방법과 초음파 방법을 병행한 방법도 슬러지의 소화작용을 획기적으로 높이는데 한계가 있는 실정이다.As described above, the conventional sludge and organic wastewater treatment methods have problems with advantages, respectively, and the recently developed hydrodynamic and ultrasonic methods have limitations in dramatically increasing the digestion of sludge. to be.
그리고 종래의 소화조는 모두 하나의 소화조 내에서 가수분해된 유기물들에서 중간물질인 프로피온산 부티르산 등을 거쳐 아세트산이 생성되는 산생성단계와 아세트산에서 메탄이 생성되는 메탄생성단계가 동시에 일어나고 있다. 그러나 산생성단계에 관여하는 미생물과 메탄 생성에 관여하는 미생물은 종류가 서로 다르고, 이들 미생물들이 서식할 수 있는 최적 환경도 각각 상이하다. 특히 산생성에 관여하는 미생물과 메탄생성에 관여하는 미생물은 서로 타 미생물의 대사작용을 방해하여 메탄의 생성이 원활하지 못한 문제점이 있다.In the conventional digester, both the acid production step in which acetic acid is produced and the methane production step in which methane is produced in acetic acid occur through the propionate butyric acid, which is an intermediate in hydrolyzed organic matter in one digester. However, the microorganisms involved in the acid production stage and the microorganisms involved in the methane production are different from each other, and the optimum environment in which these microorganisms can live is different. In particular, microorganisms involved in acid production and microorganisms involved in methane production have a problem in that methane is not produced smoothly by interfering with the metabolism of other microorganisms.
(현재 소화조를 2개로 분리한 슬러지 처리장치가 있기는 하나, 이는 슬러지의 순환과 이류를 위하여 소화조를 2개로 분리한 것으로서, 두 소화조 사이에 슬러지와 미생물들이 서로 섞이고 있으므로 물리적으로는 소화조가 2개로 분리되어 있으나 생물학적으로는 단상(Single Phase) 소화조와 다르지 않다.) (There is currently a sludge treatment device in which two digesters are separated, but this is divided into two digesters for circulation and advection of sludge. The sludge and microorganisms are mixed between the two digesters so that physically two digesters are present. It is isolated but biologically not different from a single phase digester.)
하수처리 과정에서 슬러지의 발생량을 획기적으로 줄여 처리비용을 절감하고 나아가서 연료로 재활용할 수 있는 가연성 가스를 많이 발생시키기 위해서는, 하수처리장치의 소화조를 산생성단계가 일어나는 곳과 메탄생성단계가 일어나는 곳으로 생물학적으로 분리하여야 한다. 이와 같이 생물학적으로 두 소화조를 분리하기 위해서는 두 소화조 간에 이류하거나 순환하는 슬러지 중의 미생물을 사멸시켜야 한다.
In order to drastically reduce the amount of sludge generated in the sewage treatment process, to reduce the treatment cost and to generate more combustible gas that can be recycled as fuel, the digestion tank of the sewage treatment system is generated at the acid production stage and at the methane production stage. Biologically separated. This biological separation of the two digesters requires the killing of microorganisms in the sludge advection or circulation between the two digesters.
본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 소화조를 산생성조와 메탄생성조 두 개로 나누고 두 소화조를 이류관과 순환관으로 연결하여 슬러지 및 유기성폐수가 두 소화조 간을 순환하도록 하되, 이류관과 순환관에 각각 가압펌프와 벤츄리관을 구비하였다.In order to solve the above technical problem, the digester is divided into two acid production tanks and methane production tanks, and the two digesters are connected to an advection pipe and a circulation pipe to allow sludge and organic waste water to circulate between the two digesters. Pressure pumps and venturi tubes were provided in the and circulation pipes, respectively.
이와 같이 소화조를 둘로 나누고 두 소화조 사이를 슬러지 및 유기성폐수를 순환시키면, 벤츄리관을 통과할 때 슬러지 덩어리는 잘게 파쇄되어 소화되기 쉬운 상태가 되고, 슬러지와 함께 이동하는 미생물은 세포벽이 파열되면서 사멸하여 타 소화조에 유입된다. 즉 두 소화조는 각각의 소화조에 주로 서식하는 미생물이 서로 상이한, 생물학적으로 분리된 소화조가 된다. In this way, if the digester is divided into two and the sludge and the organic wastewater are circulated between the two digesters, the sludge mass is finely crushed and easily digested when passing through the venturi tube, and the microorganisms moving with the sludge die as the cell wall is ruptured. It enters other digesters. That is, the two digesters become biologically separated digesters in which the microorganisms inhabiting each digester are different from each other.
상기와 같이 소화조를 생물학적으로 분리된 두 개의 소화조로 나누고, 각 소화조는 산생성단계와 메탄생성단계에 각각 관여하는 미생물의 최적 서식환경(주로 산성도(PH))을 조성하면, 슬러지 및 유기성폐수의 소화가 산생성단계와 메탄생성단계의 2상(Two Phase)으로 일어난다.Dividing the digester into two biologically separated digesters as described above, each digester creates an optimal habitat environment (mainly acidity (PH)) of microorganisms involved in the acid production step and methane production step, the sludge and organic wastewater Digestion occurs in two phases, the acid and methane production phases.
상기와 같이 슬러지 및 유기성폐수의 소화가 2상으로 일어나면, 각 소화조에는 산생성와 메탄생성에 각각 기여하는 미생물이 주로 서식하고, 당해 소화조에서 주로 서식하는 미생물들의 활동을 방해하는 다른 종류의 미생물이 적게 서식하여 각 소화단계의 소화작용이 활발히 일어난다. 그리고 벤츄리관을 통과하면서 사멸한 타 소화조의 미생물 세포는 소화기질이 되어 소화효율이 극대화된다.When digestion of sludge and organic wastewater occurs in two phases as described above, each digester mainly inhabits microorganisms that contribute to acid production and methane production, and there are few other kinds of microorganisms that interfere with the activities of the microorganisms inhabiting the digester. Inhabits active digestion of each digestion stage. The microbial cells of other digesters that die while passing through the venturi tube become digestive substrates, maximizing digestion efficiency.
본 발명인 슬러지 및 유기성폐수 처리장치는 슬러지 및 유기성폐수 소화작용을 2상으로 분리함으로써, 각 상의 소화단계에 작용하는 미생물들이 활발하게 작용하여 슬러지 및 유기성폐수의 소화효율을 높다.The sludge and organic wastewater treatment apparatus of the present invention by separating the sludge and organic wastewater digestion into two phases, the microorganisms acting in the digestion step of each phase is active to increase the digestion efficiency of the sludge and organic wastewater.
따라서 본 발명의 슬러지 및 유기성폐수 처리장치는 미생물에 의한 슬러지의 소화효율이 높아 슬러지의 처리효율이 획기적으로 증대하고, 그에 따라 가연성 바이오가스의 생산량이 많아진다.Therefore, the sludge and organic wastewater treatment apparatus of the present invention has a high digestion efficiency of sludge by microorganisms, thereby greatly increasing the treatment efficiency of sludge, thereby increasing the amount of combustible biogas produced.
본 발명에 적용된 슬러지 및 유기성폐수 처리방법을 채택할 경우, 하수처리기간이 단축되고, 최종 고형잔여물인 슬러지 케익의 발생량이 적어, 하수처리비용이 절감된다.
When the sludge and organic wastewater treatment method applied to the present invention is adopted, the sewage treatment period is shortened, and the amount of sludge cake which is the final solid residue is small, thus reducing the sewage treatment cost.
도 1은 통상의 하수처리장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 소화조의 구성도이다.
도 3은 본 발명에서의 슬러지 소화과정을 나타낸 것이다.1 is a block diagram of a conventional sewage treatment apparatus.
2 is a block diagram of a digester of the present invention.
Figure 3 shows the sludge digestion process in the present invention.
본 발명의 슬러지 및 유기성폐수 처리장치는 도 2에 도시한 바와 같이, 통상의 슬러지 및 유기성폐수 처리에 이용되고 있는 소화조를 산생성조(1)와 메탄생성조(2)로 분리하였다. 그리고 산생성조(1)와 메탄생성조(2)는 이류관(3)과 순환관(3-1)으로 연결하여 슬러지 및 유기성폐수가 산생성조(1)와 메탄생성조(2) 사이를 순환할 수 있도록 하였다. 그리고 이류관(3)과 순환관(3-1)에는 각각 가압펌프(4)와 벤츄리관(5)을 구비하였다.In the sludge and organic wastewater treatment apparatus of the present invention, as shown in Fig. 2, a digester used for conventional sludge and organic wastewater treatment is separated into an acid generating tank (1) and a methane generating tank (2). The acid production tank (1) and the methane production tank (2) are connected to the advection pipe (3) and the circulation pipe (3-1) to circulate the sludge and organic wastewater between the acid production tank (1) and the methane production tank (2). I could do it. And the pressurizing
슬러지 및 유기성폐수는 복합 유기물로서, 도 3에 도시한 바와 같이, 단백질, 탄수화물, 그리고 지방으로 이루어져 있다. 이중 단백질은 발효균에 의하여 아미노산으로, 탄수화물은 당으로, 그리고 지방은 지방산과 알콜(글리세린 포함)로 가수분해된다. 이와 같이 단백질, 탄수화물, 그리고 지방이 각각 아미노산, 당, 그리고 지방산과 알콜로 분해되는 과정을 가수분해단계라고 한다. Sludge and organic wastewater are complex organics and are composed of proteins, carbohydrates, and fats, as shown in FIG. Proteins are hydrolyzed by fermentors to amino acids, carbohydrates to sugars, and fats to fatty acids and alcohols (including glycerin). The process of breaking down proteins, carbohydrates, and fats into amino acids, sugars, and fatty acids and alcohols is called the hydrolysis step.
아미노산은 발효균에 의하여 일부는 아세트산과 암모니아성질소(NH3-N) 그리고 황화수소(H2S)로 분해되고, 일부는 수소(H2)와 이산화탄소(CO2)가 된다. 당과 지방산은 중간생성물질인 프로피온산, 부티르산 등으로 분해된 후, 아세트산생성균에 의하여 일부는 아세트산과 암모니아성질소 그리고 황화수소로 분해되고, 일부는 수소와 이산화탄소가 된다. 그리고 알콜은 발효균에 의하여 일부는 아세트산과 암모니아성질소 그리고 황화수소로 분해되고, 일부는 수소와 이산화탄소가 된다. 상기와 같이 아미노산, 당, 지방산, 그리고 알콜이 아세트산, 암모니아성질소, 황화수소, 수소, 그리고 이산화탄소로 분해되는 과정이 산생성단계이다.Some of the amino acids are decomposed into acetic acid, ammonia nitrogen (NH 3 -N) and hydrogen sulfide (H 2 S) by fermentation bacteria, and some are hydrogen (H 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ). Sugars and fatty acids are decomposed into intermediates, propionic acid and butyric acid, and then some are decomposed into acetic acid, ammonia nitrogen and hydrogen sulfide by acetic acid producing bacteria, and some are hydrogen and carbon dioxide. And alcohol is partly decomposed into acetic acid, ammonia nitrogen and hydrogen sulfide by fermentation bacteria, and partly hydrogen and carbon dioxide. As described above, the process of decomposing amino acids, sugars, fatty acids, and alcohols into acetic acid, ammonia nitrogen, hydrogen sulfide, hydrogen, and carbon dioxide is an acid production step.
산생성조(1)는 상기 가수분해단계와 산생성단계가 일어나는 곳으로서, 가수분해와 산생성에 관여하는 발효균과 아세트산생성균 등의 미생물들이 주로 서식하여, 슬러지 및 유기성폐수를 아세트산, 암모니아성질소, 황화수소, 수소, 그리고 이산화탄소로 분해한다. 그리고 일부의 수소는 수소소비 아세트산생성균에 의하여 아세트산으로 변한다.슬러지 및 유기성폐수는 산생성조(1)에서 1 내지 3일가량 머물면서 산생성 소화가 일어난다.The acid production tank (1) is a place where the hydrolysis step and the acid production step occur, and microorganisms such as fermentation bacteria and acetic acid producing bacteria which are involved in hydrolysis and acid production mainly inhabit, and sludge and organic wastewater are treated with acetic acid, ammonia nitrogen, Decompose into hydrogen sulfide, hydrogen, and carbon dioxide. And some of the hydrogen is converted to acetic acid by the hydrogen consuming acetic acid producing bacteria. The sludge and organic wastewater stay in the
산생성조(1)에서 가수분해와 산생성이 이루어진 슬러지 및 유기성폐수는 이류관(3)을 통하여 메탄생성조(2)로 유입된다. 슬러지 및 유기성폐수가 이류관(3) 통하여 메탄생성조(2)로 유입될 때, 슬러지 및 유기성폐수는 가압펌프(4)에 의하여 가압되어 벤츄리관(5)을 통과하게 된다.Sludge and organic wastewater hydrolyzed and acid generated in the acid production tank (1) are introduced into the methane production tank (2) through the advection pipe (3). When the sludge and the organic wastewater flow into the
이류관(3)에는 이류순환관(31)과 밸브(32)들 그리고 이류순환조(33)를 추가로 구비하여, 산생성조(1)에서 메탄생성조(2)로 이류되는 슬러지 및 유기성폐수가 다수 회 반복적으로 벤츄리관(5)을 통과하도록 함으로써, 슬러지 덩어리를 더욱 잘게 파쇄하고, 슬러지에 함유되어 있는 미생물이 더 많이 사멸되도록 할 수 있다.The second flow pipe (3) is further provided with an advection circulation pipe (31), valves (32) and an advection circulation tank (33), so that sludge and organic wastewater that flows from the acid production tank (1) to the methane production tank (2). By repeatedly passing through the
벤츄리관(5)은 관로의 중앙에 단면적이 좁은 목이 형성되어 있는 관으로서, 술러지가 고압으로 입사하면 목에서 슬러지 및 유기성폐수의 유속이 아주 빨라지고, 베르누이의 정리에 의하여 목에서 압력이 급격히 낮아진다. 이와 같이 목에서 유체의 압력이 낮아지면, 유체 내부에 용해되어 있던 기체가 기포형태로 유리되어 나오면서 캐비테이션(Cavitation)이 발생한다. 유체가 벤츄리관의 목 부분을 통과하여 확대 부분에 이르면 유속이 다시 낮아지면서 압력이 회복되고, 캐비테이션을 이루는 기포들이 파열되는데, 기포가 파열되면서 순간적으로 주변에 고압이 형성되고, 이 고압의 압력은 슬러지에 전단력(Shear Force)를 가하여 큰 덩어리의 슬러지를 파쇄하여 소화되기 쉬운 상태로 만든다.Venturi tube (5) is a tube having a narrow cross-sectional neck formed at the center of the pipeline, and when the sludge enters at high pressure, the flow rate of sludge and organic wastewater is very fast in the neck, and the pressure in the neck is drastically lowered by Bernoulli's theorem. . When the pressure of the fluid in the neck is lowered as described above, cavitation occurs as the gas dissolved in the fluid is released in the form of bubbles. When the fluid passes through the neck of the venturi tube and reaches the enlarged part, the flow rate is lowered again, the pressure is restored, and the cavitation bubbles burst, and when the bubbles burst, a high pressure is formed around the instantaneously. Shear force is applied to the sludge to break up large chunks of sludge to make it easier to digest.
캐비테이션을 이루는 기포들이 파열될 때, 슬러지와 함께 산생성조(1)에서 주로 서식하는 가수분해와 산생성에 관여하는 미생물들도 세포벽이 파괴되면서 상당수가 사멸한다. 따라서 산생성조(1)에 서식하는 미생물들이 메탄생성조(2)로 유입되는 것이 차단되고, 메탄생성조(2)에 주로 서식하는 메탄생성에 관여하는 미생물들은 타 미생물들의 방해를 받지않고 메탄을 생성한다.When cavitation bubbles are ruptured, many of the microorganisms involved in hydrolysis and acid production in the acid production tank (1) together with the sludge are destroyed as the cell wall is destroyed. Therefore, the microorganisms inhabiting the acid production tank (1) are blocked from entering the methane production tank (2), and the microorganisms involved in the methane production mainly in the methane production tank (2) are prevented from interfering with other microorganisms. Create
메탄생성조(2)에서 아세트산과 암모니아성질소 그리고 황화수소는 아세토클라스틱 메탄생성균에 의하여 메탄과 이산화탄소로, 그리고 수소와 이산화탄소는 환원성 메탄생성균에 의하여 메탄과 이산화탄소로 분해된다. 이와 같이 아세트산, 암모니아성질소, 황화수소, 그리고 수소를 분해하여 메탄을 생성하는 과정을 메탄생성단계라고 한다.In the methane production tank (2), acetic acid, ammonia nitrogen and hydrogen sulfide are decomposed into methane and carbon dioxide by acetoplastic methane producing bacteria, and hydrogen and carbon dioxide are decomposed into methane and carbon dioxide by reducing methane producing bacteria. The process of producing methane by decomposing acetic acid, ammonia nitrogen, hydrogen sulfide, and hydrogen is called a methane production step.
메탄생성조(2)에서 장시간(15 내지 20일)에 걸쳐 소화작용이 일어나면, 메탄생성조(2)의 바닥에는 고형화된 슬러지가 침전되어 슬러지 베드(Sludge Bed) 층을 이루고, 슬러지 베드층의 상부에는 반 고형화한 슬러지가 부유하는 슬러지 블랭킷(Sludge Branket) 층을 이룬다. 이류관(3)의 말단을 슬러지 베드 층에 이르게 하면, 벤츄리관(5)를 통과한 빠른 유속의 처리수가 슬러지 베드 층을 교란하고, 이에 따라 메탄생성조(2)의 처리수가 균일하게 뒤섞여 소화가 촉진된다.When digestion occurs over a long time (15 to 20 days) in the methane production tank (2), solidified sludge precipitates at the bottom of the methane production tank (2) to form a sludge bed layer, and At the top, a semi-solidified sludge forms a sludge blanket (Sludge Branket) layer. By bringing the end of the
메탄생성조(2)의 일부 슬러지 및 유기성폐수는 순환관(3-1)을 통하여 다시 산생성조(1)로 유입된다. 순환관(3-1)에도 이류관(3)과 동일하게 가압펌프(4)와 벤츄리관(5)이 구비되어 있으므로, 슬러지 덩어리는 더욱 잘게 파쇄되고, 메탄 생성에 관여하는 미생물들은 상당량 사멸한다. 따라서 메탄 생성에 관여하는 미생물이 산생성조(1)로 유입되는 것이 차단되고, 산생성조(1)에서 서식하는 미생물들은 타 미생물들의 방해받지않고 슬러지 및 유기성폐수를 소화한다.Part of the sludge and organic wastewater of the methane production tank (2) is introduced into the acid production tank (1) through the circulation pipe (3-1). Since the circulation pipe 3-1 is provided with the
상기와 같이 메탄생성조(2)의 일부 슬러지 및 유기성폐수를 산생성조(1)로 순환시키면, 산생성조의 산성도를 용이하게 조절할 수 있다. 산생성조(1)에서 서식하는 미생물들의 최적 서식조건은 PH 5 내지 6인데, 산생성단계에서 아세트산이 많이 생성되면 산성도가 점점 낮아진다. 이와 같이 산생성조(1) 처리수의 산성도가 낮아져서 강한 산성이 되면 가수분해 및 산생성에 관여하는 미생물들의 소화 활동이 저하된다.By circulating some sludge and organic wastewater of the
메탄생성조(2) 처리수의 산성도는 PH 7 내지 8로 약한 알칼리성인데, 산생성조(1)의 처리수가 과도한 산성이 될 경우, 메탄생성조(2)의 처리수 일부를 순환관(3-1)을 통하여 산생성조(1)로 순환시키면, 산생성조(1)의 산성도를 적정하게 조절할 수 있다.The acidity of the treated water of the methane production tank (2) is weakly alkaline (PH 7-8). When the treated water of the acid production tank (1) becomes excessively acidic, a part of the treated water of the methane production tank (2) is circulated. By circulating to the
메탄생성조(2)에 순환관(3-1)이 연결되는 위치는 슬러지 블랭킷 층이 형성되는 깊이로 하는 것이 좋다. 그리고 메탄생성조(2)에서 슬러지 블랭킷 층이 순환관(3-1)과의 연결부위를 일정 이상 초과할 때 메탄생성조(2) 처리수를 산생성조(1)로 순환시키면, 메탄생성조(2)의 침전 슬러지를 일정한 정도로 관리할 수 있다. The position where the circulation pipe 3-1 is connected to the
메탄생성조(2)에서 충분한 정도로 소화가 된 잔여 슬러지는 메탄생성조(2)에서 방출되어 탈수과정을 거쳐 처리된다.Residual sludge digested to a sufficient extent in the methane production tank (2) is discharged from the methane production tank (2) and treated by dehydration.
상기 산생성조(1)와 메탄생성조(2) 사이에서 슬러지 및 유기성폐수가 지나가는 이류관(3)과 순환관(3-1)에는 초음파발생기(6)을 구비하여, 초음파를 조사함으로써 슬러지 및 유기성폐수의 분해를 촉진할 수 있다.An
상기 산생성조(1)로 슬러지 및 유기성폐수가 유입되는 유입관(7)에도 벤츄리관(5)을 구비하여 산생성조(1)로 유입되는 슬러지를 작은 덩어리로 파쇄하여 미생물에 의한 소화가 더욱 활발하게 일어나게 하는 것이 좋다.The inlet pipe (7) into which the sludge and organic wastewater flow into the acid generating tank (1) is also provided with a venturi tube (5) to break up the sludge flowing into the acid producing tank (1) into small lumps, so that digestion by the microorganism is more active. It is good to get up.
상기 산생성조(1)와 메탄생성조(2)에는 각각 순환펌프(9,11)가 부착된 내부순환관(8, 10)을 구비하여, 소화조 내의 슬러지 및 유기성폐수를 강제로 순환시켜 교반함으로써 슬러지 및 유기성폐수의 소화를 촉진할 수 있다. 이 내부순환관(8, 10)에도 벤츄리관(5) 또는 초음파발생기(6)을 구비하여 슬러지 덩어리를 더욱 잘게 파쇄하여 미생물에 의한 소화를 촉진할 수 있다.
The
본 발명의 2상 소화조를 구비한 슬러지 및 유기성폐수 처리장치는 축산분뇨를 포함한 분뇨오수, 생활하수, 유기물이 다량 포함된 공장폐수 등의 하수처리에 이용될 수 있다.
Sludge and organic wastewater treatment apparatus equipped with a two-phase digester of the present invention can be used for sewage treatment, such as manure sewage, including livestock manure, domestic sewage, factory wastewater containing a large amount of organic matter.
1 : 산생성조, 2 : 메탄생성조,
3 : 이류관, 3-1 : 순환관, 31 : 이류순환관, 32 : 밸브, 33 : 이류순환조,
4 : 가압펌프, 5 : 벤츄리관, 6 : 초음파발생기, 7 : 유입관
8 : 내부순환관, 9 : 순환펌프, 10 : 내부순환관, 11 : 순환펌프.1: acid production tank, 2: methane production tank,
3: advection pipe, 3-1: circulation pipe, 31: advection circulation pipe, 32: valve, 33: advection circulation tank,
4 pressure pump, 5 venturi tube, 6 ultrasonic generator, 7 inlet tube
8: internal circulation pipe, 9: circulation pump, 10: internal circulation pipe, 11: circulation pump.
Claims (4)
슬러지 및 유기성폐수가 유입되어 가수분해와 산생성이 일어나는, 산생성조(1);
상기 산생성조에서 가수분해와 산 생성이 일어난 슬러지 및 유기성폐수가 유입되어 메탄이 발생하는 메탄생성조(2);
상기 산생성조(1)에서 메탄생성조(2)로 슬러지 및 유기성폐수가 이동하는 이류관(3), 그리고 상기 메탄생성조(2)에서 산생성조(1)로 슬러지 및 유기성폐수가 이동하는 순환관(3-1);
상기 이류관(3)과 순환관(3-1)에 각각 구비되는, 가압펌프(4);
상기 이류관(3)과 순환관(3-1)에 각각 구비되는, 벤츄리관(5)을 포함하고,
상기 이류관(3)은,
이류순환관(31)과 밸브(32) 그리고 이류순환조(33)를 추가로 구비하여, 산생성조(1)에서 메탄생성조(2)로 이류되는 슬러지 및 유기성폐수가 다수 회 반복적으로 벤츄리관(5)을 통과하는 것을 특징으로 하는 슬러지 및 유기성폐수 처리장치.A sludge and organic wastewater treatment apparatus having a digester for extinguishing sludge and organic wastewater using microorganisms, the digester comprising: a digester;
Acid production tank (1), in which sludge and organic wastewater are introduced to cause hydrolysis and acid production;
A methane production tank (2) in which sludge and organic wastewater in which the hydrolysis and acid generation have occurred are introduced into the acid production tank and methane is generated;
Sludge and organic wastewater from sludge and organic wastewater (3) to the methane production tank (2), and the sludge and organic wastewater from the acid production tank (2) circulation Tube 3-1;
A pressurized pump (4), which is provided in each of the flow pipe (3) and the circulation pipe (3-1);
It includes a venturi tube (5), which is provided in each of the advection tube (3) and the circulation tube (3-1),
The advection tube 3 is
It is further provided with an advection circulation pipe 31, a valve 32, and an advection circulation tank 33, and the sludge and organic waste water which flows from the acid production tank 1 to the methane production tank 2 are repeatedly repeated a plurality of times. Sludge and organic wastewater treatment apparatus characterized by passing through (5).
상기 산생성조(1)와 상기 메탄생성조(2)는 각각 순환펌프(9, 11)가 부착된 내부순환관(8, 10)을 구비하여, 산생성조(1)와 메탄생성조(2) 내의 슬러지 및 유기성폐수를 강제로 순환시켜 교반함으로써, 슬러지 및 유기성폐수의 소화를 촉진하는 것을 특징으로 하는, 슬러지 및 유기성폐수 처리장치.The method of claim 1,
The acid production tank (1) and the methane production tank (2) are provided with internal circulation pipes (8, 10) to which the circulation pumps (9, 11) are attached, respectively, the acid production tank (1) and the methane production tank (2). Sludge and organic wastewater treatment apparatus, characterized in that to promote the digestion of sludge and organic wastewater by forcibly circulating and stirring the sludge and organic wastewater in the.
상기 이류관(3)과 순환관(3-1)에 초음파발생기(6)을 추가로 구비하여, 슬러지를 소화되기 쉬운 상태로 하는 것을 특징으로 하는, 슬러지 및 유기성폐수 처리장치.The method according to claim 1 or 3,
Sludge and organic wastewater treatment apparatus, characterized in that further comprising an ultrasonic generator (6) in the airflow pipe (3) and the circulation pipe (3-1), the sludge is easily digested.
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