KR101174811B1

KR101174811B1 - 잉여 슬러지 처리용 슬러지 감량장치

Info

Publication number: KR101174811B1
Application number: KR20120051227A
Authority: KR
Inventors: 이정규
Original assignee: 이정규; 주식회사 윌텍
Priority date: 2012-05-15
Filing date: 2012-05-15
Publication date: 2012-08-23

Abstract

본 발명은 잉여 슬러지 처리용 슬러지 감량장치에 관한 것으로 기존 하폐수처리장에 큰 시설변경없이 가용화슬러지 분해를 위해 순환되는 유기물, 고형물의 부하변동에 영향을 최소화함에 따라 기존하폐수처리공정의 시설개량을 하지 않고 잉여슬러지를 처리하도록 하기 위해서, 최종침전조에서 유출되는 슬러지를 가용화하여 호기성소화하는 것으로 이루어지는 잉여 슬러지 처리용 슬러지 감량장치에 있어서, 슬러지를 이송하는 슬러지이송펌프에 의해 최종침전조에서 유출되는 슬러지와 혼화가용화조 내의 슬러지에 알칼리제재탱크에 내장된 알칼리제재를 넣어 슬러지를 연성화시키는 약품공급펌프와, 가용화를 촉진시키는 고속순환혼화기에 의해 잉여슬러지를 가용화하고, 상기 슬러지를 내장하는 혼화가용화조가 상기 고속순환혼화기에 형성된 두 개의 출구 중의 하나에 연결되고, 상기 혼화가용화조 내에서 가용화된 슬러지가 상기 고속순환혼화기를 통하여 이송되어 호기성소화조에 유입 내장되고, 상기 호기성소화조에서 소화액이송펌프에 의해 응집침전조로 이송되고, 상기 이송된 소화액은 응집침전분리되어 고형물과 용존성유기물로 분리시키는 장치를 통하여, 응집침전분리된 슬러지는 탈수처리되는 슬러지저장조로 이송하고, 용존성유기물은 최초침전조로 이송하는 소화액이송펌프가 설치되어 이루어진다.

Description

잉여 슬러지 처리용 슬러지 감량장치{SLUDGE REDUCTION APPARATUS FOR TREATMENT OF EXCESS SLUDGE}

본 발명은 잉여 슬러지 처리 설비에 설치되어 슬러지 감량화하기 위한 슬러지 감량장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존 하폐수처리장에 큰 시설변경없이 가용화슬러지 분해를 위해 순환되는 유기물, 고형물의 부하변동에 영향을 최소화함에 따라 기존하폐수처리공정의 시설개량을 하지 않고 잉여슬러지를 처리하는 잉여 슬러지 처리용 슬러지 감량장치에 관한 것이다.

일반적으로 하수의 처리 과정에서 발생하는 슬러지는 고형물량의 40 ~ 90%가 유기물로 구성되어 있으며, 함수율이 97 ~ 99%에 달해 부패하기 쉽고, 부패시에 심한 악취가 발생하며 인체와 생물에 유해한 물질이 발생하게 된다. 따라서, 최근 해양투기에 의존하던 것이 국제적 런던 덤핑조약에 의해 국가도 해양투기를 금지하는 조치를 내리고, 화석연료를 이용하여 건조후 퇴비, 고화, 소각, 연료화 등 기술을 도입하여 처리하고 있으나 이러한 기술들은 매립지부족, 연료가치 하락, 퇴비가치 하락 등으로 2차적인 문제를 야기하고 있다. 따라서, 슬러지를 발생시키는 하폐수처리공정에 원천적으로 감량을 하고 감량되지 못한 최소한의 슬러지를 처리하여야 함으로서 슬러지감량화기술이 개발되어 있다.

슬러지 감량화 방법으로는 오존처리, 알칼리처리, 초음파처리, 기계적 파쇄처리, 효소처리, 열처리 등이 있으며, 이러한 방법을 병행하여 효율성을 증대하고 있다. 이러한 기술들은 잉여슬러지를 분해가능물질로 변환하여 재차 하폐수처리시설공정중 생물학적공정으로 반송하여 최종적으로 물과 이산화탄소로 변화시켜 슬러지 감량화 한다.

그래서 하, 폐수 처리시 발생되는 슬러지 가용화 및 감량화와 관련된 종래의 기술로, 유기 폐기물의 효율적 처리 방법(한국공개특허 제2004-0105933호), 전처리조인 열분해조로 고온의 증기스팀을 유입시켜 첨가된 알카리제와 용합하면서 짧은 시간내에 유기물을 완전 분해하는 처리방법으로 유기물 분해에 소요되는 시간과 투입에너지를 절감시키고 필요한 시설부지를 축소시킬 수 있는 화학적 처리방법(한국등록특허 제10-393284호), 하수슬러지로부터 생산된 유기산을 이용한 고도하수처리시스템 및 고도하수 처리방법(한국등록특허 제10-473639호), 고도하수 처리를 위한 유기산생성장치와 그를 이용한 고도하수처리장치 및 방법(한국등록특허제10-474375호), 하, 폐수 오니 소화시스템(한국등록특허 제10-485639호), 유기물을 함유한 폐액을 산화시키기 위한 고온의 조건을 구비하기 위하여 열병합발전에서 발생되는 폐열을 활용하는 동시에, 초임계의 조건을 충족하기 위하여 폐액을 가열할 때 사용되는 저온부의 열을 난방등에 사용하는 다목적 열교환 시스템(한국등록특허 제10-506817호) 및 열적산화를 이용한 하수슬러지로부터의 연속식 유기산생성장치 및 방법(한국등록특허 제10-507990호) 등이 있다. 이 밖에도 유기 폐기물의 처리 장치 및 오니감량장치(일본공개특허 제2005-144231호 및 일본공개특허 제2006-346556호) 및 병렬로 설치된 가수분해 반응기를 엇갈리게 운전하여 슬러지를 분해하는 슬러지 열가수분해 방법 및 장치(미국공개특허 제2005-6966985호) 등이 있다.

그러나 기존의 하수처리장에 설치되어 있는 혐기성소화조의 경우, 고형물 농도가 높은 고농도 폐수 및 폐기물에만 적용이 가능하고, 부산물로 메탄가스를 얻을 수 있다는 장점에도 불구하고, 긴 체류시간으로 인한 저소화율, 메탄 가스의 유효 이용도 저조 등의 단점으로 인하여 실질적으로 감량화 및 에너지 회수에는 이용되지 못하고 있으며, 탈수성 개선에도 기여하지 못하고 있다.

상기와 같이 하수슬러지의 혐기성소화공정이 큰 효율을 발휘하지 못하는 원인 중 하나는 슬러지를 구성하고 있는 미생물들의 두꺼운 세포벽에 의해 기질이 차단되어 생물학적인 가수분해가 용이하지 않기 때문이며, 혐기성 분해는 가수분해, 산 생성 및 메탄 생성의 단계를 거쳐 안정화를 이루는데 하수슬러지 소화의 경우, 생물학적 가수 분해가 속도제안 단계로써 가수분해 시간이 많이 소요되므로 슬러지의 긴 체류시간과 막대한 용량의 소화 반응조가 요구된다.

예컨대 고온, 고압 하에서 열팽창을 이용한 슬러지를 가수분해시켜 감량화할 수 있고, 기계적 파쇄를 이용하여 상기 슬러지 내부의 미생물을 분해시킨 뒤, 하수처리장의 생물반응조 또는 포기조로 보내서 하,폐수를 처리하는 기술이 개발되었다.

그러나 상기와 같은 종래 기술은 슬러지를 가용화조에 리턴시킨 뒤, 가용화장치에서 하수처리장으로 바로 보내기 때문에, 하폐수처리장에 유입된 원래 유입수와 잉여슬러지를 가용화한후에 발생되는 가용화액은 용존성 유기물과 가용화되지 못한 슬러지가 고농도로 이루어져 있기 때문에 기존 하폐수처리시설에 유기물, 고형물부하를 상승시키는 요인으로 또한 가용화에 의해 미립자화된 슬러지는 침전이 잘 되지 않아 침전지의 시설용량 확장, 물과 이산화탄소로 분해시키기 위한 공기공급장치의 증설을 고려하고 증설하여야 하는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 혼화가용화조와 알칼리제재, 고속순환혼화기를 이용하여순환하면서 가용화된 슬러지를 호기성소화장치에서 유기물과 고형물을 분해시키고 응집침전하여 난분해성슬러지는 탈수처리시설로 용존성유기물은 하폐수처리시설의 생물반응조로 보냄으로 기존 하폐수처리시설의 확장이나 개량없이 잉여 슬러지 처리용 슬러지 감량장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 최종침전조에서 유출되는 슬러지를 가용화하여 호기성소화하는 것으로 이루어지는 잉여 슬러지 처리용 슬러지 감량장치에 있어서, 슬러지를 이송하는 슬러지이송펌프에 의해 최종침전조에서 유출되는 슬러지와 혼화가용화조 내의 슬러지에 알칼리제재탱크에 내장된 알칼리제재를 넣어 슬러지를 연성화시키는 약품공급펌프와, 가용화를 촉진시키는 고속순환혼화기에 의해 잉여슬러지를 가용화하고, 상기 슬러지를 내장하는 혼화가용화조가 상기 고속순환혼화기에 형성된 두 개의 출구 중의 하나에 연결되고, 상기 혼화가용화조 내에서 가용화된 슬러지가 상기 고속순환혼화기를 통하여 이송되어 호기성소화조에 유입 내장되고, 상기 호기성소화조에서 소화액이송펌프에 의해 응집침전조로 이송되고, 상기 이송된 소화액은 응집침전분리되어 고형물과 용존성유기물로 분리시키는 장치를 통하여, 응집침전분리된 슬러지는 탈수처리되는 슬러지저장조로 이송하고, 용존성유기물은 최초침전조로 이송하는 소화액이송펌프가 설치되어 이루어짐을 특징으로 하는 잉여 슬러지 처리용 슬러지 감량장치를 제공한다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 잉여 슬러지 처리용 슬러지 감량장치는 하폐수처리장에서 유입된 슬러지가 혼화가용화조와 고속순환혼화기를 순환하면서 가용화된 슬러지를 호기성소화조에서 분해시켜 응집침전조에서 고형물슬러지를 분리하여 탈수처리시설로 보내고, 낮은 농도의 용존유기물만 하폐수처리장으로 보내기 때문에 기존의 하폐수처리시설의 처리공정에 영향이 없이 수처리를 할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 잉여 슬러지 처리용 슬러지 감량장치의 전체 구성도,
도 2는 본 발명에 의한 호기성소화조의 상세 구성도이다.

이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 2를 참조하여 보면 본 발명에 의한 잉여 슬러지 처리용 슬러지 감량장치는 최종침전조(2)에서 유출되는 슬러지를 가용화하여 호기성소화하는 것으로 이루어지는 잉여 슬러지 처리용 슬러지 감량장치에 관한 것이다.

상기 슬러지를 이송하는 슬러지이송펌프(11)에 의해 최종침전조(2)에서 유출되는 슬러지와 혼화가용화조(12) 내의 슬러지에 알칼리제재를 넣어 슬러지를 연성화시키는 약품공급펌프(14)와, 가용화를 촉진시키는 고속순환혼화기(16)에 의해 잉여슬러지를 가용화한다.

상기 슬러지를 내장하는 혼화가용화조(12)가 상기 고속순환혼화기(16)에 형성된 두 개의 출구 중의 하나에 연결되고, 상기 혼화가용화조(12) 내에서 가용화된 슬러지를 상기 고속순환혼화기(16)를 통하여 이송되어 호기성소화조(21)에 유입 내장된다.

상기 호기성소화조(21)에서 소화액이송펌프(22)에 의해 응집침전조(31)로 이송되고, 상기 이송된 소화액은 응집침전분리되어 고형물과 용존성유기물로 분리시키는 장치를 통하여, 응집침전분리된 고형물의 슬러지는 슬러지저장조(41)로 이송되고, 용존성유기물은 최초침전조(42)로 이송되는 소화액이송펌프(32)를 설치하여 이루어지며, 상기 전공정을 통합하여 관리하는 프로그램이 내장된 컨트롤러(미도시됨)가 설치된다.

이와 더불어 상기 호기성소화조(21)에는 공기공급장치(25), 스컴제거기(26), 소포수기(27)가 내장되어 일정기간 호기성미생물에 의해 산화분해되어 응집침전조(31)로 이송되도록 구성한다.

그리고, 상기 고속순환혼화기(16)에 설치된 두 개의 출구 중의 하나의 출구를 단속하는 제1전자밸브(51)를 설치함과 아울러 다른 하나의 출구를 단속하는 제2전자밸브(52)를 설치하여 고속순환혼화기(16)로부터 유출되는 슬러지를 혼화가용화조(12)와 호기성소화조(21) 중의 하나 이상으로 유출시키도록 구성한다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의한 잉여 슬러지 처리용 슬러지 감량장치의 실시예는 하기와 같다.

공공하수처리시설에서 발생되는 잉여슬러지(성상 표 1)를 처리용량 200ml-잉여슬러지/day의 혼화가용화장치, 체류시간 5일의 호기성소화장치, 응집침전조, 제어반으로 구성된 Pilot 설비를 이용하여 감량화장치를 성능을 확인하였다.

[표 1]에 잉여슬러지 성상을 나타내었다.

공공하수슬러지의 성상

항목(mg/l)	잉여슬러지
TCOD	9,900 ~ 13,607
SCOD	373
TSS	11,700
VSS	10,800
TKN	751
NH3-N	24 ~ 76
NO3-N	5.2
T-P	0.99
pH	7.42

[표 1]에 나타낸 잉여슬러지를 알칼리제재를 투입하여 pH 11로 조절하고 고속순환혼화기로 30분간 순환시켰다.

잉여슬러지를 가용화, 소화, 고액분리 결과

	TSS		VSS		TCOD		SCOD
	농도 (mg/l)	제거율 (%)	농도 (mg/l)	제거율 (%)	농도 (mg/l)	제거율 (%)	농도 (mg/l)	제거율 (%)
가용화전	11,700		10,800		9,900		373
가용화후	6,832	41.6	5,932	45.1	9,900	0.0	3,350	39.4
Air 10ml/l/min	5,205	23.8	4,305	27.4	9,298	6.1	2,748	18.0
Air 100ml/l/min	4,338	36.5	3,438	42.0	8,676	12.4	2,126	36.5
Air 200ml/l/min	4,012	41.3	3,112	47.5	8,346	15.7	1,796	46.4
고액분리후	240.8	90	186.8	90	6,428	35.1	1,796	47.5

상기와 같은 구성의 본 발명에 의한 잉여 슬러지 처리용 슬러지 감량장치는 다음과 같이 작용한다.

우선 슬러지이송펌프(11)를 작동하여 최종침전조(2)의 슬러지를 고속순환혼화기(16)의 입구측으로 유입하거나 최종침전조(2)의 슬러지를 혼화가용화조(12)로 바로 유입하여 혼화가용화조(12)에 슬러지를 내장한다.

이러한 상태에서 고속순환혼화기(16)를 작동하여 혼화가용화조(12) 내의 슬러지를 파쇄하여 다시 혼화가용화조(12로 리턴시켜서 가용화 슬러지로 가변시킨다. 이때 약품공급펌프(14)를 작동하여 알칼리제재탱크(13) 내의 알칼리제재인 NaOH 등을 슬러지에 투입하여 미생물의 세포벽을 가수분해하게 된다.

상기 고속순환혼화기(16)으로 슬러지를 파쇄하여 슬러지 내의 미생물을 분해시킴으로써 슬러지 내 미생물의 세포막이 손상되며, 이러한 과정에서 파괴된 미생물은 최종침전조(2)의 이전 생물반응조(3)에서 탈질 및 인방출을 인한 탄소원으로 활용될 뿐만 아니라 호기성 미생물의 먹이로 이용되는 것이다.

상기와 같이 고속순환혼화기(16)의 작동으로 고속순환혼화기(16)와 혼화가용화조(12) 사이를 순환하는 슬러지는 파쇄되면서 가용화 슬러지로 가변되며, 이러한 가용화 슬러지가 호기성소화조(21)에 내장된다.

상기 호기성소화조(21)에 내장된 가용화 슬러지는 pH 등의 농도가 조절되는 것이며, 이러한 가용화 슬러지를 생물반응조(3) 내의 오염도에 따라 투입량을 조절할 수 있다.

특히 호기성소화조(21)에 미리 저장된 많은 양의 가용화 슬러지를 생물반응조(3)에 투입할 수 있으므로 가뭄 등의 요인으로 외부에서 유입되는 하,폐수의 오염도가 매우 높더라도 신속하게 대처할 수 있게 된다.

상기 호기성소화조(21) 내의 수질에 따라 최종침전조(2)에서 고속순환혼화기(16)로 유입되는 슬러지의 양을 조절하여 호기성소화조(21)와 혼화가용화조(12) 중의 하나 이상에 슬러지를 투입하여 호기성소화조(21)의 수질을 조절할 수 있다.

상기 호기성소화조(21) 내의 소화액은 소화액이송펌프(22)에 의해 응집침전조(31)로 이송되고, 응집침전조(31) 내에서 고형물과 용존성유기물로 분리되어 고형물은 슬러지저장조(41)로 이송되고, 용존성유기물은 최초침전조(42)로 이송되어 생물반응조(3)로 재투입된다.

2 : 최종침전조 11 : 슬러지이송펌프
12 : 혼화가용화조 13 : 알칼리제재탱크
14 : 약품공급펌프 16 : 고속순환혼화기
21 : 호기성소화조 22 : 소화액이송펌프
31 : 응집침전조 32 : 소화액이송펌프
41 : 슬러지저장조 42 : 최초침전조
51 : 제1전자밸브 52 : 제2전자밸브

Claims

최종침전조(2)에서 유출되는 슬러지를 가용화하여 호기성소화하는 것으로 이루어지는 잉여 슬러지 처리용 슬러지 감량장치에 있어서,
슬러지를 이송하는 슬러지이송펌프(11)에 의해 최종침전조(2)에서 유출되는 슬러지와 혼화가용화조(12) 내의 슬러지에 알칼리제재탱크(13)에 내장된 알칼리제재를 넣어 슬러지를 연성화시키는 약품공급펌프(14)와, 가용화를 촉진시키는 고속순환혼화기(16)에 의해 잉여슬러지를 가용화하고,
상기 슬러지를 내장하는 혼화가용화조(12)가 상기 고속순환혼화기(16)에 형성된 두 개의 출구 중의 하나에 연결되고,
상기 혼화가용화조(12) 내에서 가용화된 슬러지가 상기 고속순환혼화기(16)를 통하여 이송되어 호기성소화조(21)에 유입 내장되고,
상기 호기성소화조(21)에서 소화액이송펌프(22)에 의해 응집침전조(31)로 이송되고,
상기 이송된 소화액은 응집침전분리되어 고형물과 용존성유기물로 분리시키는 장치를 통하여, 응집침전분리된 슬러지는 탈수처리되는 슬러지저장조(41)로 이송하고, 용존성유기물은 최초침전조(42)로 이송하는 소화액이송펌프(32)가 설치되어 이루어짐을 특징으로 하는 잉여 슬러지 처리용 슬러지 감량장치.
제1항에 있어서,
상기 호기성소화조(21)에는 공기공급장치(25), 스컴제거기(26), 소포수기(27)가 내장되어 일정기간 호기성미생물에 의해 산화분해되어 응집침전조(31)로 이송되도록 구성됨을 특징으로 하는 잉여 슬러지 처리용 슬러지 감량장치.
제1항에 있어서,
상기 고속순환혼화기(16)에 설치된 두 개의 출구 중의 하나의 출구를 단속하는 제1전자밸브(51)를 설치함과 아울러 다른 하나의 출구를 단속하는 제2전자밸브(52)를 설치하여 고속순환혼화기(16)로부터 유출되는 슬러지를 혼화가용화조(12)와 호기성소화조(21) 중의 하나 이상으로 유출시키도록 구성함을 특징으로 하는 잉여 슬러지 처리용 슬러지 감량장치.