KR101227558B1

KR101227558B1 - 소화조 슬러지 인발 시스템

Info

Publication number: KR101227558B1
Application number: KR1020120092145A
Authority: KR
Inventors: 이동우
Original assignee: 뉴엔텍(주)
Priority date: 2012-08-23
Filing date: 2012-08-23
Publication date: 2013-01-29
Also published as: WO2014030786A1

Abstract

본 발명은 슬러지가 공급되는 전처리조; 상기 전처리조로부터 슬러지를 공급받아 소화공정을 수행하여 소화상징수를 배출시키는 소화조; 상기 소화조로부터 슬러지를 펌프의 펌핑력에 의해 공급받아 원심력에 의해 비중의 차이를 가지는 무기성분이 함유된 슬러지와 유기성분이 함유된 슬러지를 분리하여 각각 인발하고, 상기 유기성분이 함유된 슬러지를 상기 전처리조에 공급하는 사이클론; 및 상기 사이클론으로부터 상기 무기성분이 함유된 슬러지와 케미컬을 공급받아 MAP 생성 반응에 의해 생성된 MAP를 회수할 수 있도록 하고, 반응을 마친 처리수를 배출되도록 하는 MAP 성장조를 포함하도록 한 소화조 슬러지 인발 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 사이클론을 이용하여 슬러지를 인발함으로써 보다 고농도로 농축된 슬러지 인발이 가능하여 후속 탈수공정의 운전시간 단축 및 탈수효율 향상을 도모할 수 있고, 사이클론을 이용하여 미세 모래 등을 포함하는 비중이 큰 무기성분에 대한 분리배출 능력을 높여서 생물학적으로 분해가 불가능한 무기성분을 소화조 시스템에서 적극적으로 배제하고, 이로 인해 소화조 내부의 유기물 함량 및 체류시간을 증가시켜 감량효율을 향상시키며, 소화조 내 무기성분 축적 및 고착에 따른 소화조 유효용량 축소를 방지하도록 한다.

Description

소화조 슬러지 인발 시스템{Sludge drawing system of digester}

본 발명은 소화조 슬러지 인발 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사이클론에 의한 슬러지 인발을 이용하여 고농도 유기성 폐수 처리가 가능한 소화조 슬러지 인발 시스템에 관한 것이다.

하수 슬러지, 분뇨 슬러지, 음식물폐수 슬러지 등을 비롯한 슬러지는 해마다 증가하고 있다. 이와 같은 슬러지는 해양 투기가 금지되어 있고, 그 감량 효과가 높은 혐기성 소화조의 운영을 권장하고 있다.

종래의 기술에 따른 슬러지 감량 장치로는 대한민국 특허청에 등록된 특허등록 제10-0745201호의 "혐기성 소화조의 슬러지 감량장치"가 있는데, 이는 1차 침전지로부터 농축된 1차 슬러지와 2차 침전지로부터 농축된 2차 슬러지가 유입되고 혼합되어 형성된 혼합 슬러지의 소화공정이 이루어지는 혐기성 소화조; 상기 혐기성 소화조의 상측에 연결되어 상기 혼합 슬러지가 토출되고 상기 2차 슬러지가 유입되는 토출부와, 상기 혐기성 소화조의 하측에 연결되어 순환된 상기 혼합 슬러지가 유입되며 상기 1차 슬러지가 유입되는 유입부가 형성되는 순환배관; 그리고 상기 유입부에 구비되고, 보일러에서 발생된 스팀이 이동하는 스팀라인과 연결되어 상기 유입부를 통과하는 혼합 슬러지를 가온하는 스팀믹서를 포함한다.

그러나, 종래의 슬러지 감량장치는, 인발 슬러지의 부피 감량 효율을 높이는데 한계가 있고, 무기성 슬러지의 감량 효율이 현저히 낮으며, 단순 중력침전에 의해 농축된 슬러지를 인발함으로 인해 인발슬러지의 농도를 높이는데 한계가 있고, 이로 인해 인발 슬러지의 부피가 증가하는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 슬러지 감량장치는, 단순 중력침전에 의해 농축된 슬러지를 인발함으로써 무기성 슬러지와 유기성 슬러지가 동등하게 인발되었다.

상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 사이클론을 이용하여 슬러지를 인발함으로써 보다 고농도로 농축된 슬러지 인발이 가능하여 후속 탈수공정의 운전시간 단축 및 탈수효율 향상을 도모할 수 있고, 사이클론을 이용하여 미세 모래 등을 포함하는 비중이 큰 무기성분에 대한 분리배출 능력을 높여서 생물학적으로 분해가 불가능한 무기성분을 소화조 시스템에서 적극적으로 배제하고, 이로 인해 소화조 내부의 유기물 함량 및 체류시간을 증가시켜 감량효율을 향상시키며, 소화조 내 무기성분 축적 및 고착에 따른 소화조 유효용량 축소를 방지하도록 하는데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 슬러지가 공급되는 전처리조; 상기 전처리조로부터 슬러지를 공급받아 소화공정을 수행하여 소화상징수를 배출시키는 소화조; 및 상기 소화조로부터 슬러지를 펌프의 펌핑력에 의해 공급받아 원심력에 의해 비중의 차이를 가지는 무기성분이 함유된 슬러지와 유기성분이 함유된 슬러지를 분리하여 각각 인발하고, 상기 유기성분이 함유된 슬러지를 상기 전처리조에 공급하는 사이클론을 포함하는 소화조 슬러지 인발 시스템이 제공된다.

상기 사이클론으로부터 상기 무기성분이 함유된 슬러지와 케미컬을 공급받아 MAP 생성 반응에 의해 생성된 MAP를 회수할 수 있도록 하고, 반응을 마친 처리수를 배출되도록 하는 MAP 성장조를 더 포함할 수 있다.

상기 사이클론으로부터 공급되는 상기 유기성분이 함유된 슬러지를 물리적 또는 화학적 방법을 통해 가용화시킨 후 상기 전처리조에 공급되도록 하는 가용화전처리부를 더 포함할 수 있다.

상기 MAP 성장조는, 본체의 내부에 혼합을 위한 교반기가 설치되고, 상기 교반기의 주위에 상기 본체의 바닥면으로부터 이격되도록 링형태의 격벽이 설치됨으로써 상기 격벽과 상기 본체의 내주면 사이의 공간에 침전유도공간이 형성되도록 할 수 있다.

상기 MAP 성장조는, 상기 소화조로부터 배출되는 소화상징수의 배출라인에 설치되는 밸브의 동작에 의해 분기라인을 통해서 상기 소화상징수를 공급받을 수 있다.

상기 MAP 성장조로부터 배출되는 처리수가 저장되는 저류조; 및 상기 저류조로부터 처리수를 펌프의 펌핑력에 의해 공급받아 원심력에 의해 무기성분이 함유된 슬러지를 분리하여 상기 MAP 성장조에 공급시키는 이차사이클론을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 소화조 슬러지 인발 시스템에 의하면, 사이클론을 이용하여 슬러지를 인발함으로써 보다 고농도로 농축된 슬러지 인발이 가능하여 후속 탈수공정의 운전시간 단축 및 탈수효율 향상을 도모할 수 있고, 사이클론을 이용하여 미세 모래 등을 포함하는 비중이 큰 무기성분에 대한 분리배출 능력을 높여서 생물학적으로 분해가 불가능한 무기성분을 소화조 시스템에서 적극적으로 배제하고, 이로 인해 소화조 내부의 유기물 함량 및 체류시간을 증가시켜 감량효율을 향상시키며, 소화조 내 무기성분 축적 및 고착에 따른 소화조 유효용량 축소를 방지하도록 하고, 사이클론의 월류수(overflow water)를 전처리조로 반송하여 소화조의 MLSS 및 SRT를 증가시킴으로써 슬러지 감량화 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소화조 슬러지 인발 시스템을 도시한 구성도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소화조 슬러지 인발 시스템의 MAP 성장조를 도시한 평단면도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니고, 본 발명의 기술 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 식으로 이해 되어야 하고, 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하며, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 이에 대해 중복되는 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소화조 슬러지 인발 시스템을 도시한 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 소화조 슬러지 인발 시스템(100)은 전처리조(110), 소화조(digester; 120) 및 사이클론(cyclone; 130)를 포함하고, 나아가서, MAP 성장조(140)를 더 포함할 수 있다.

전처리조(110)는 슬러지가 공급되고, 일례로 슬러지가 단순히 저장되기 위한 탱크로 이루어지거나, 다른 예로서 후술하게 될 소화조(120)와 동일 내지 유사한 구성을 가짐으로써 소화조(120)의 소화효율을 높이기 위한 전처리 발효로서 슬러지에 대한 혐기성 생물화학적 처리를 수행할 수도 있다. 한편, 전처리조(110)의 내측으로 공급되는 슬러지에는 폐수가 포함될 수 있다.

소화조(120)는 전처리조(110)로부터 슬러지를 공급받아 소화공정을 수행하여 소화상징수를 배출시키도록 하고, 공급된 슬러지에 다량으로 존재하는 혐기성 미생물이 새로이 공급되는 슬러지에 증식하는 동시에 분해하여 소화상징수, 슬러지이기도 한 소화오니, 가스 등을 발생시키며, 일례로 슬러지유입관, 소화상징수 배출관, 소화액인출관, 가스배출관, 소화오니배출관, 소화조가온부 등이 포함될 수 있으며, 발생되는 가스에 의해 내부 순환이 이루어지도록 하거나 별도로 설치되는 교반기에 의해 내부 순환이 이루어지도록 할 수 있다. 한편, 소화조(120)로부터 배출되는 소화상징수는 수처리시설(210)로 보내어져서 수처리 과정을 거치게 된다.

사이클론(130)은 예컨대 하이드로사이클론(hydro cyclone)이 사용될 수 있고, 소화조(120)로부터 슬러지를 펌프(131)의 펌핑력에 의해 공급받아 원심력에 의해 비중의 차이를 가지는 무기성분이 함유된 슬러지와 유기성분이 함유된 슬러지를 분리하여 각각 인발하고, 유기성분이 함유된 슬러지를 포함하는 월류수(overflow water)를 전처리조(110)에 공급한다. 이와 같은 사이클론(130)은 연속상의 유체로부터 분산상의 고체를 원심력을 이용하여 분리하도록 하는데, 유입되는 슬러지는 외접선 방향으로 선회하고, 비중이 비교적 큰 입자인 무기성분이 함유된 슬러지는 원심력에 의해 유선을 벗어나서 벽체 방향으로 이동하여 하강 분리되고, 비중이 비교적 작은 입자인 유기성분이 함유된 슬러지와 물은 중심측의 상향 흐름을 따라 유출되도록 한다.

MAP 성장조(140)는 사이클론(130)으로부터 무기성분이 함유된 슬러지와 케미컬(chemical), 예를 들어 마그네슘(magnesium)을 공급받아 MAP 생성 반응에 의해 생성된 MAP(Magnesium Ammonium Phosphate ; MgNH₄PO₄, 또는 struvite)를 회수할 수 있도록 하고, 반응을 마친 처리수를 배출되도록 한다. MAP 성장조(140)는 MAP를 생성할 수 있도록 마그네슘(magnesium), 암모늄(ammonium), 인산염(phosphate)이 반응에 주어져야 하고, 이를 통해 아래의 화학식 1에 의한 반응을 일으켜서 MAP를 생성하도록 한다. 여기서, 마그네슘은 한정된 영양소이므로 반응을 위하여 보충되어질 수 있고, 이를 위해 마그네슘염뿐만 아니라, 필요에 따라 인산염도 MAP 성장조(140)에 투입될 수 있다. 따라서, MAP 성장조(140)는 암모니아를 인산염, 마그네슘염을 이용하여 무기성 슬러지인 조대화된 MAP 결정으로 제거할 수 있도록 하며, 생물학적 폐수 처리 방법을 보완할 수 있도록 한다.

[화학식 1]

Mg² ⁺ + NH₄ ⁺ + PO₄ ³ ^- + 6H₂O → MgNH₄PO₄·6H₂O(↓)

MAP 성장조(140)는 MAP 성장에 유리하도록 pH가 7~11를 유지하도록 할 수 있고, 알칼리 용액에서 MAP의 용해성이 감소하며, 침전을 촉진하고, 적정 pH를 유지하기 위한 알칼리제, 예컨대 NaOH를 투입할 수 있다. 또한, MAP 성장조(140)는 혐기성 소화슬러지에 적용하는 경우, 소화슬러지의 pH가 7 내외로 유지되며, 포기를 수행하는 경우 CO₂가 탈기되는 과정에서 pH가 8 내외로 상승하게 되므로 알칼리제 투입이 필요하지 않거나, 최소화할 수 있는 장점이 있다.

MAP 성장조(140)는 도 2에 도시된 바와 같이, MAP 생성 반응이 일어나기 위한 공간을 제공하는 본체(141)의 내부에 혼합을 위한 교반기(142)가 설치되고, 교반기(142)의 주위에 본체(141)의 바닥면으로부터 이격되도록 원형 또는 다각형을 비롯한 다양한 형상의 단면을 가진 링형태의 격벽(143)이 설치됨으로써 격벽(143)과 본체(141)의 내주면 사이의 공간에 침전을 유도할 수 있는 침전유도공간(144)이 형성되도록 할 수 있다. 따라서, MAP 성장조(140)는 교반기(142)의 동작에 의해 유발되는 흐름이 가장자리 측으로 이동하여 침전유도공간(144)의 내측으로 이동하게 되고, 격벽(143)에 의해 차단된 침전유도공간(144) 내에서 흐름이 완화되어 침전 효율을 높이도록 하게 된다. 한편, 교반기(142)는 MAP 성장조(140) 내측에 회전하도록 설치되는 임펠러(impeller)와 임펠러를 회전시키기 위한 교반모터를 포함할 수 있다.

MAP 성장조(140)는 소화조(120)로부터 배출되는 소화상징수의 배출라인(121)에 설치되는 밸브(122)의 동작에 의해 분기라인(123)을 통해서 소화상징수를 공급받을 수 있다. 여기서, 밸브(122)는 본 실시예에서처럼 3방향 밸브로 이루어지거나, 다수의 양방향 밸브로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 소화조 슬러지 인발 시스템(100)은 사이클론(130)으로부터 공급되는 유기성분이 함유된 슬러지를 물리적 또는 화학적 방법을 통해 가용화시킨 후 전처리조(110)에 공급되도록 하는 가용화전처리부(150)를 더 포함할 수 있다. 가용화전처리부(150)는 사이클론(130)으로부터 공급되는 슬러지에 비중이 큰 무기성 입자가 제거된 상태이므로, 초음파 설비 적용시 초음파 발생장치 마모 방지에 따른 설비수명 연장이 가능하고, 유기성분에 대한 가용화 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 소화조 슬러지 인발 시스템(100)은 슬러지 인발 효율을 높이도록 저류조(160)와 이차사이클론(170)을 더 포함할 수 있다.

저류조(160)는 MAP 성장조(140)로부터 배출되는 처리수가 저장되고, 처리수의 혼합을 위한 교반기(161)가 설치될 수 있다. 한편, 저류조(160)로부터 배출되는 처리수는 탈수기(220)에 의해 탈수과정을 거칠 수 있다.

이차사이클론(170)은 예컨대 하이드로사이클론이 사용될 수 있고, 저류조(160)로부터 처리수를 펌프(171)의 펌핑력에 의해 공급받아 원심력에 의해 무기성분이 함유된 슬러지를 2차적으로 분리하여 MAP 성장조(140)에 공급시키도록 하는데, 일례로 전술한 사이클론(130)과 동일한 구성을 가질 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 소화조 슬러지 인발 시스템에 따르면, 고농도 유기성 폐수 처리를 위한 시스템에서 사이클론(130)을 이용하여 슬러지를 인발함으로써 고농도 슬러지가 인발되도록 하여, 인발 슬러지의 부피를 감소하여 탈수기(220)의 운전시간을 단축시킬 수 있고, 탈수기(220)의 탈수효율을 높이도록 하며, 무기 성분이 다량 함유된 슬러지가 인발됨으로써 시스템 내 유기 성분 비율 증가에 따라 처리 효율이 향상되도록 한다. 또한, 침전 슬러지를 전처리조(110)로 반송하여 MLSS(Mixed Liquor Suspended Solid) 및 SRT(Solid Retention Time) 증진을 통한 처리성능을 향상시키도록 한다.

이와 같이, 인발된 슬러지는 질소(N), 인(P) 제거를 위한 MAP 성장조(140)로 투입되어 MAP 생성 및 결정화를 통해서 질소, 인이 제거되도록 하며, 이를 통해 후속공정에서 배관 막힘 등의 문제를 해결함과 동시에, 탈수여액으로 발생되는 질소, 인의 부하를 저감할 수 있고, MAP 회수를 통한 인 자원의 회수를 가능하도록 한다.

또한, 이차사이클론(170)에 의해서, 조대 입자로 성장하지 못한 MAP 입자를 MAP 성장조(140)로 재반송시킴으로써 MAP의 회수 효율을 높이도록 한다.

또한, 소화조(120)에 소화상징수 인발을 위하여 설치되는 고효율 고액분리시설과 함께 적용할 경우, 시스템 내 미생물을 고농도로 확보할 수 있어 처리 능력을 향상시킴과 동시에, 보다 청정한 처리수를 얻을 수 있다. 이때, 고액분리시설은 일반적인 중력 침전 기술을 적용하여도 무방하나, 보다 향상된 처리 효율을 얻기 위해서는 분리막 기술을 적용할 수 있다.

이와 같이 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이러한 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

110 : 전처리조 120 : 소화조
121 : 배출라인 122 : 밸브
123 : 분기라인 130 : 사이클론
131 : 펌프 140 : MAP 성장조
141 : 본체 142 : 교반기
143 : 격벽 144 : 침전유도공간
150 : 가용화전처리부 160 : 저류조
161 : 교반기 170 : 이차사이클론
171 : 펌프 210 : 수처리시설
220 : 탈수기

Claims

슬러지가 공급되는 전처리조;
상기 전처리조로부터 슬러지를 공급받아 소화공정을 수행하여 소화상징수를 배출시키는 소화조;
상기 소화조로부터 슬러지를 펌프의 펌핑력에 의해 공급받아 원심력에 의해 비중의 차이를 가지는 무기성분이 함유된 슬러지와 유기성분이 함유된 슬러지를 분리하여 각각 인발하고, 상기 유기성분이 함유된 슬러지를 상기 전처리조에 공급하는 사이클론;
상기 사이클론으로부터 상기 무기성분이 함유된 슬러지와 마그네슘을 공급받아 MAP 생성 반응에 의해 생성된 MAP를 회수할 수 있도록 하고, 반응을 마친 처리수를 배출되도록 하는 MAP 성장조를 포함하는, 소화조 슬러지 인발 시스템.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 사이클론으로부터 공급되는 상기 유기성분이 함유된 슬러지를 물리적 또는 화학적 방법을 통해 가용화시킨 후 상기 전처리조에 공급되도록 하는 가용화전처리부를 더 포함하는, 소화조 슬러지 인발 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 MAP 성장조는,
본체의 내부에 혼합을 위한 교반기가 설치되고, 상기 교반기의 주위에 상기 본체의 바닥면으로부터 이격되도록 링형태의 격벽이 설치됨으로써 상기 격벽과 상기 본체의 내주면 사이의 공간에 침전유도공간이 형성되도록 하는, 소화조 슬러지 인발 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 MAP 성장조는,
상기 소화조로부터 배출되는 소화상징수의 배출라인에 설치되는 밸브의 동작에 의해 분기라인을 통해서 상기 소화상징수를 공급받는, 소화조 슬러지 인발 시스템.
제 1 항, 제 4 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 MAP 성장조로부터 배출되는 처리수가 저장되는 저류조; 및
상기 저류조로부터 처리수를 펌프의 펌핑력에 의해 공급받아 원심력에 의해 무기성분이 함유된 슬러지를 분리하여 상기 MAP 성장조에 공급시키는 이차사이클론을 더 포함하는, 소화조 슬러지 인발 시스템.