KR101261920B1

KR101261920B1 - 초음파를 이용한 폐수 슬러지 저감장치

Info

Publication number: KR101261920B1
Application number: KR1020110069454A
Authority: KR
Inventors: 이승한
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2011-07-13
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2013-05-08
Also published as: KR20130008829A

Abstract

본 발명은 초음파를 이용한 폐수 슬러지 저감장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐수 처리장에서 발생되는 폐수 슬러지의 수분을 용출시켜 슬러지 함수량을 감소시키기 위한 초음파를 이용한 폐수 슬러지 저감장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 폐수 슬러지가 유입되는 초음파 처리조, 이 초음파 처리조에 장착되고 서로 다른 주파수의 초음파를 발생시키는 적어도 둘 이상의 초음파 발생부를 포함하여 구성되며, 상기 초음파 발생부에서 발생된 서로 다른 주파수의 초음파를 상기 초음파 처리조의 폐수 슬러지에 조사하도록 된 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 폐수 슬러지 저감장치를 제공한다.

Description

초음파를 이용한 폐수 슬러지 저감장치 {Decreasing device of waste water sludge using ultrasonic waves}

본 발명은 초음파를 이용한 폐수 슬러지 저감장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐수 처리장에서 발생되는 폐수 슬러지의 수분을 용출시켜 슬러지 함수량을 감소시키기 위한 초음파를 이용한 폐수 슬러지 저감장치에 관한 것이다.

일반적으로 폐수 처리장에서 발생하는 슬러지는 유기물을 이용하여 성장한 미생물의 세포로 구성되어 있으며, 이의 처리를 위하여 별도 비용을 들여 소각 처리를 하고 있고, 소각에 따른 처리비용을 저감하기 위하여 저류조의 슬러지를 응집하여 벨트프레스로 응집된 슬러지의 수분을 제거하고 있으나, 세포의 특성상 쉽게 분해되지 않아 처리에 많은 어려움을 가지고 있다.

도 1은 종래 폐수 처리 장치를 나타낸 구성도로서, 도시된 바와 같이 종래 폐수 처리 장치는 침전조(1), 폭기조(2), 최종 침전조(3), 저류조(4) 및 벨트프레스(5)로 이루어지는데, 먼저 상기 침전조(1)에서 폐수 내 부유물질을 무게에 의해 침전시켜 제거하고, 상기 침전조(1)에서 침전되지 않은 유기물질을 폭기조(2)에서 기포에 의해 번식시킨 미생물을 이용하여 분해시킨다. 이때, 폭기조(2)에서 미생물을 번식시켜 분해한 유기물질은 오니고형물을 생성시켜 첨전하기 쉬운 활성오니를 만든다.

상기 폭기조(2)에서 최종 침전조(3)로 이송된 유출수에는 슬러지가 다량으로 부유되어 있으며, 이 슬러지를 최종 침전조(3)에서 침전 분리시켜 저류조(4)로 보내고 상등수는 방류한다. 이때, 침전된 오니는 능률 증진을 위해 일부 폭기조(2)로 반송된다.

그리고, 상기 슬러지는 저류조(4)에 보관되어 있다가 벨트프레스(5)로 이송되어 상기 벨트프레스(5)에서 다수의 롤러에 의해 가압 탈수된다.

전술한 바와 같이, 종래 폐수 슬러지의 소각 처리비용을 저감하기 위하여 벨트프레스(5)로 응집된 슬러지의 수분을 제거하고 있으나, 상기 벨트프레스(5)에서 탈수 후에도 슬러지의 함수율이 90%로 유지되어 슬러지에서 수분이 충분히 제거되지 못한 상태로 소각 처리되고, 이에 따라 처리비용이 증가하게 되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 저류조에서 벨트프레스로 이송되는 폐수 슬러지에 초음파를 조사하여 슬러지의 대부분을 구성하고 있는 미생물을 파괴하여 슬러지 내 수분을 용출함으로써 슬러지의 함수율을 저감시킬 수 있는 초음파를 이용한 폐수 슬러지 저감장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 폐수 슬러지가 유입되는 초음파 처리조, 이 초음파 처리조에 장착되고 서로 다른 주파수의 초음파를 발생시키는 적어도 둘 이상의 초음파 발생부를 포함하여 구성되며, 상기 초음파 발생부에서 발생된 서로 다른 주파수의 초음파를 상기 초음파 처리조의 폐수 슬러지에 조사하도록 된 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 폐수 슬러지 저감장치를 제공한다.

상기 초음파 처리조는 이 초음파 처리조에 유입된 폐수 슬러지를 지그재그로 유동시킬 수 있는 슬러지 이동관이 내설되고, 상기 슬러지 이동관은 나선 형상의 내벽면을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 초음파 처리조는 폐수 슬러지가 유입되는 슬러지 유입구와 내부에서 초음파를 조사받은 폐수 슬러지가 배출되는 슬러지 배출구가 구비되며, 상기 슬러지 유입구는 슬러지 이동관의 하단에 연결되고, 상기 슬러지 배출구는 이 슬러지 이동관의 상단에 연결된 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 초음파 발생부에서 출력되는 초음파의 출력 강도는 1.0 ~ 3.0W/㎖ 인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 초음파 발생부 중 동일 주파수의 초음파를 발생시키는 초음파 발생부는 다른 주파수의 초음파를 발생시키는 초음파 발생부를 사이에 두고 위치되도록 배치된 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 초음파 발생부는 혼 타입과 플레이트 타입으로 혼합 구성되며, 상기 혼 타입의 초음파 발생부는 초음파 처리조에 삽입되어 슬러지 이동관 안쪽으로 배치되고, 상기 플레이트 타입의 초음파 발생부는 초음파 처리조의 외표면에 장착되는 것을 특징으로 한다.

상기 초음파 처리조는 그 슬러지 유입구에 폐수 슬러지가 보관되는 저류조가 연결되고, 그 슬러지 배출구에 폐수 슬러지를 가압 탈수하는 벨트프레스가 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 초음파를 이용한 폐수 슬러지 저감장치에 의하면 저류조에서 벨트프레스로 이송되는 폐수 내 슬러지의 수분 용출량을 증가시킴에 따라 탈수공정 및 자연건조 후 슬러지 함수율 및 발생량을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 폐수 슬러지의 소각 처리비용을 절감할 수 있다.

도 1은 종래 폐수 처리 장치를 나타낸 구성도
도 2는 본 발명에 따른 초음파를 이용한 폐수 슬러지 저감장치를 적용한 폐수 처리 장치를 나타낸 구성도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 초음파를 이용한 폐수 슬러지 저감장치를 나타낸 도면
도 4는 폐수 슬러지에 조사하는 초음파 출력 강도에 따른 슬러지 평균입도의 변화를 비교하여 나타낸 도면
도 5는 폐수 슬러지에 초음파를 조사함에 따른 슬러지의 함수율 변화를 나타낸 도면

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명에서는 폐수 슬러지에 초음파를 조사하여 슬러지의 대부분을 구성하고 있는 미생물을 파괴하기 위한 폐수 슬러지 저감장치에 관한 것으로, 폐수 슬러지 내 미생물의 세포벽을 파괴하여 수분을 용출시킴으로써 폐수 처리 후 함수율이 감소된 슬러지를 생성하여 폐수 슬러지 처리 비용을 절감한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 초음파를 이용한 폐수 슬러지 저감장치는 폐수 처리 장치의 저류조(4)와 벨트프레스(5) 사이에 장착 구성될 수 있다.

상기 저류조(4)는 침전조(1)와 폭기조(2) 및 최종 침전조(3)를 통해 폐수에서 침전 분리된 슬러지를 보관하고, 상기 벨트프레스(5)는 하기 초음파 처리조(6)에서 이송된 슬러지를 가압 탈수하는 기능을 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 초음파를 이용한 폐수 슬러지 저감장치는 폐수에서 침전 분리된 슬러지의 수분 용출을 위하여, 저류조(4)에서 이송되는 폐수 슬러지가 유입되는 초음파 처리조(6)와, 이 초음파 처리조(6)에 장착되고 서로 다른 주파수의 초음파를 발생시키는 적어도 둘 이상의 초음파 발생부(7)를 포함하며, 상기 초음파 발생부(7)에서 발생된 서로 다른 주파수의 초음파를 상기 초음파 처리조(6) 내의 폐수 슬러지에 조사하도록 구성된다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 초음파 발생부(7)는 혼 타입과 플레이트 타입으로 혼합 구성되며, 상기 혼 타입의 초음파 발생부(7a)는 초음파 처리조(6) 안쪽으로 삽입 배치되고, 상기 플레이트 타입의 초음파 발생부(7b,7c)는 초음파 처리조(6)의 외표면에 장착된다.

상기 혼 타입의 초음파 발생부(7a)는 초음파 처리조(6)에 삽입되어 슬러지 이동관(8) 안쪽으로 나란하게 배치된다.

또한, 상기 초음파 발생부(7)는 서로 다른 주파수의 초음파를 발생시키는 초음파 발생부끼리 근접하도록 배치된다. 즉, 상기 초음파 발생부(7)는 동일 주파수의 초음파를 발생시키는 초음파 발생부가 상호 인접하지 않도록 서로 다른 주파수의 초음파를 발생시키는 초음파 발생부를 교번 배치하여 초음파 상쇄를 방지한다.

본 발명의 일실시예에서 초음파 발생부(7)는 20㎑의 초음파를 발생시키는 혼 타입의 초음파 발생부(7a), 28㎑의 초음파를 발생시키는 플레이트 타입의 초음파 발생부(7b), 40㎑의 초음파를 발생시키는 플레이트 타입의 초음파 발생부(7c)로 혼합 구성된다.

그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 플레이트 타입의 초음파 발생부(7b,7c)는 초음파 처리조(6)의 외표면에서 28㎑의 초음파를 발생시키는 플레이트 타입의 초음파 발생부(7b)와 40㎑의 초음파를 발생시키는 플레이트 타입의 초음파 발생부(7c)가 상하로 교번 배치되어, 동일 주파수의 초음파를 발생시키는 초음파 발생부(7)가 상호 인접되지 않도록 한다.

예컨대, 동일 주파수의 초음파를 발생시키는 플레이트 타입의 초음파 발생부(7b,7c)는 그 사이에 혼 타입의 초음파 발생부(7a)를 배치하거나 또는 다른 주파수의 초음파를 발생시키는 플레이트 타입의 초음파 발생부를 배치한다.

즉, 초음파 발생부(7) 중 동일 주파수의 초음파를 발생시키는 초음파 발생부는 반드시 다른 주파수의 초음파를 발생시키는 초음파 발생부를 사이에 두고 위치되도록 배치한다.

상기 초음파 발생부(7)는 초음파에 의한 충격파 발생이 가능한 90㎑대 이하의 저주파대 초음파를 발생시키는 것을 사용한다.

이와 같이 서로 다른 주파수의 초음파를 발생시키는 초음파 발생부(7)를 혼합 구성하여 다양한 주파수대의 초음파를 사용함으로써, 동일 주파수의 초음파를 발생시키는 초음파 발생부들만으로 구성한 경우에 비해, 폐수 슬러지의 반응시간(슬러지에 초음파를 조사한 순간부터 슬러지 내 미생물이 파괴되는데 걸리는 시간임)을 저감하고 초음파의 이용 효율을 증대시킬 수 있다.

본 발명에 따른 폐수 슬러지 저감장치는 상기와 같이 초음파 발생부(7)를 이용하여 폐수 슬러지에 초음파를 조사함으로써 슬러지의 수분을 용출시켜 함수율을 감소시킬 수 있으며, 특히 초음파를 1.0 ~ 3.0W/㎖ 의 출력 강도로 출력시킴에 의해 슬러지 내 미생물의 수분 용출량을 더욱 증가시킬 수 있다.

한편, 상기 초음파 처리조(6)는 내부에서 초음파를 조사받는 폐수 슬러지의 이동/유동과 더불어 슬러지의 교반을 유도하기 위하여, 도 3과 같이 초음파 처리조(6)에 유입된 폐수 슬러지를 지그재그로 안내하여 유동시킬 수 있는 갈지자(之) 형상의 슬러지 이동관(8)이 내설되며, 상기 슬러지 이동관(8)은 슬러지의 교반 효과를 높이기 위해 나선 형상이 형성된 내벽면을 갖는 구조로 이루어진다.

즉, 초음파 처리조(6)에 유입된 폐수 슬러지는 별도의 교반수단 없이도 상기 슬러지 이동관(8)을 따라 이동되면서 자연적으로 교반되어 초음파를 골고루 조사받을 수 있게 된다.

또한, 상기 초음파 처리조(6)는 저류조의 폐수 슬러지가 유입되는 슬러지 유입구(9)와 슬러지 이동관(8)을 통과하면서 초음파를 조사받은 폐수 슬러지가 배출되는 슬러지 배출구(10)가 구비된다.

상기 슬러지 유입구(9)는 슬러지 이동관(8)의 하단에 연결되고, 슬러지 배출구(10)는 이 슬러지 이동관(8)의 상단에 연결 구성된다.

상기 슬러지 유입구(9)를 통해 초음파 처리조(6)로 유입된 폐수 슬러지는 슬러지 이동관(8)을 따라 지그재그로 유동되면서 초음파를 조사받아 슬러지 내 미생물의 세포벽이 파괴되고, 이에 따라 슬러지 배출구(10)에서 배출된 후 벨트프레스(5)로 이송되어 가압 탈수됨에 의해 함수율이 저감되게 된다.

또한, 상기 슬러지 이동관(8)은 폐수 슬러지의 유동을 위한 펌핑수단(미도시)이 연결 장착되고, 상기 펌핑수단은 갈지자형 슬러지 이동관(8)에서 폐수 슬러지를 이동시키기 위한 압력을 공급하며, 이에 의해 폐수 슬러지는 슬러지 이동관(8)의 하단에서 상단으로 이동할 수 있게 된다.

상기와 같이 초음파 발생부(7)가 초음파 처리조(6)의 외부와 내부에 모두 배치되고, 아울러 슬러지 이동관(8)을 따라 지그재그로 유동되는 폐수 슬러지가 초음파 발생부(7)들 사이를 통과함으로써 초음파 처리조(6)의 폐수 슬러지에 다양한 방향으로 초음파를 고르게 조사할 수 있다.

또한, 상기 초음파 처리조(6)는 슬러지 유입구(9)에 침전 분리된 폐수 슬러지가 보관되어 있는 저류조(4)가 연결되고, 슬러지 배출구(10)에 이 초음파 처리조(6)에서 이송된 폐수 슬러지를 가압 탈수하기 위한 벨트프레스(5)가 연결 구성된다.

이와 같은 본 발명의 초음파를 이용한 폐수 슬러지 저감장치는 초음파에 의한 공동화(cavitation) 현상이 발생되어, 슬러지 내 수분에 용해되어 있는 공기 등이 분리되어 수많은 기포들이 발생 및 성장하고, 기포가 성장함에 따른 압력에 의해 슬러지 내 미생물의 세포벽이 파괴되며, 세포벽 파괴시 순간적으로 약 4700℃ 수준의 온도 및 1000atm 수준의 압력이 발생하게 된다.

폐수 슬러지는 슬러지 내 미생물 내부의 수분이 보통 폐수 슬러지의 약 80%를 구성하고 있는데, 초음파에 의한 공동화로 슬러지의 대부분을 이루고 있는 미생물이 파괴되어 그 수분이 용출됨에 따라 차후 탈수 및 건조 공정에서 슬러지의 함수율이 크게 감소되어 슬러지 소각시 처리비용이 절감된다.

이하, 본 발명에 따른 초음파를 이용한 폐수 슬러지 저감장치를 통한 폐수 슬러지의 탈수 효과를, 아래 실험예를 통해 확인하도록 한다.

실험예

초음파 출력 강도의 변화에 따른 폐수 슬러지의 입도 변화를 조사하기 위하여, 폐수 슬러지에 표 1과 같이 출력 강도를 변경하여 20㎑의 초음파를 조사함에 따른 폐수 슬러지의 평균입도를 측정/산출하였고, 그 결과를 도 4에 나타내었다.

분석 기기는 LS13320을 사용하였고, 슬러지에 초음파를 조사한 순간부터 슬러지 내 미생물이 파괴되는데 걸리는 반응시간은 5분으로 설정하였다.

도 4에 보이는 바와 같이, 초음파를 조사하기 전(비교예 1)보다 초음파를 조사한 후(실시예 1 ~ 5) 슬러지의 평균입도가 감소되었고, 또한 초음파 출력 강도 1.25 ~ 2.25 W/㎖, 특히 2.25W/㎖에서 슬러지 평균입도가 크게 감소되었음을 확인할 수 있었다.

또한, 비교예 1과 실시예 5의 경우 슬러지 평균입도가 45㎛에서 19㎛로 감소되었고, 슬러지의 미생물 세포 내 수분 용출량은 899㎎/ℓ에서 5600㎎/ℓ로 증가되었음을 확인하였으며, 이를 통해 비교예 1에 비해 실시예 5에 따른 초음파를 슬러지에 조사함에 따라 폐수 내 슬러지량이 약 69% 감소됨을 확인할 수 있었다.

또한, 도 5는 종래 폐수 처리 장치와 본 발명에 따른 초음파를 이용한 폐수 슬러지 저감장치를 적용한 폐수 처리 장치에서 배출된 슬러지의 함수율을 나타낸 도면으로, 보이는 바와 같이 본 발명에 따라 슬러지에 초음파를 조사한 경우, 초음파를 조사하지 않은 기존에 비해, 미생물 세포에서 용출된 수분이 가압 탈수 및 자연 건조 후 제거되어 슬러지 함수율이 크게 감소됨을 확인할 수 있었다.

실시예 5의 조건으로 슬러지에 초음파를 조사한 경우, 슬러지에 초음파를 비조사한 비교예 1에 비해, 자연건조 후 슬러지 양이 100g 당 36g으로 감소됨을 확인하였다.

1 : 침전조
2 : 폭기조
3 : 최종 침전조
4 : 저류조
5 : 벨트프레스
6 : 초음파 처리조
7 : 초음파 발생부
7a : 혼 타입의 초음파 발생부
7b, 7c : 플레이트 타입의 초음파 발생부
8 : 슬러지 이동관
9 : 슬러지 유입구
10 : 슬러지 배출구

Claims

폐수 슬러지가 유입되는 초음파 처리조, 이 초음파 처리조에 장착되고 서로 다른 주파수의 초음파를 발생시키는 적어도 둘 이상의 초음파 발생부를 포함하여 구성되며, 상기 초음파 발생부에서 발생된 서로 다른 주파수의 초음파를 상기 초음파 처리조의 폐수 슬러지에 조사하며,
상기 초음파 처리조는 폐수 슬러지가 유입되는 슬러지 유입구와 내부에서 초음파를 조사받은 폐수 슬러지가 배출되는 슬러지 배출구가 구비되며, 상기 슬러지 유입구는 슬러지 이동관의 하단에 연결되고, 상기 슬러지 배출구는 이 슬러지 이동관의 상단에 연결된 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 폐수 슬러지 저감장치.
청구항 1에 있어서,
상기 초음파 처리조는 이 초음파 처리조에 유입된 폐수 슬러지를 지그재그로 유동시킬 수 있는 슬러지 이동관이 내설된 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 폐수 슬러지 저감장치.
청구항 2에 있어서,
상기 슬러지 이동관은 나선 형상의 내벽면을 갖는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 폐수 슬러지 저감장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 초음파 발생부에서 출력되는 초음파의 출력 강도는 1.0 ~ 3.0W/㎖ 인 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 폐수 슬러지 저감장치.
청구항 1에 있어서,
상기 초음파 발생부 중 동일 주파수의 초음파를 발생시키는 초음파 발생부는 다른 주파수의 초음파를 발생시키는 초음파 발생부를 사이에 두고 위치되도록 배치된 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 폐수 슬러지 저감장치.
청구항 1에 있어서,
상기 초음파 발생부는 혼 타입과 플레이트 타입으로 혼합 구성되며, 상기 혼 타입의 초음파 발생부는 초음파 처리조에 삽입되어 슬러지 이동관 안쪽으로 배치되고, 상기 플레이트 타입의 초음파 발생부는 초음파 처리조의 외표면에 장착되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 폐수 슬러지 저감장치.
청구항 1에 있어서,
상기 초음파 처리조는 그 슬러지 유입구에 폐수 슬러지가 보관되는 저류조가 연결되고, 그 슬러지 배출구에 폐수 슬러지를 가압 탈수하는 벨트프레스가 연결되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 폐수 슬러지 저감장치.