KR101367765B1 - 수리동력학적 캐비테이션을 이용한 슬러지 처리장치 - Google Patents

수리동력학적 캐비테이션을 이용한 슬러지 처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하수 등에 포함된 슬러지를 처리할 수 있으며, 상기 슬러지를 통해 바이오가스를 생성할 수 있는 수리동력학적 캐비테이션을 이용한 슬러지 처리장치를 개시한다. 이를 위하여 슬러지를 저장하는 슬러지 저장탱크와, 상기 슬러지 저장탱크로부터 배출된 슬러지를 캐비테이션을 통해 분해시키는 캐비테이터와, 상기 캐비테이터로부터 배출된 슬러지에 혐기성 발효균주를 제공하여 바이오가스를 생성하고 슬러지 잔여물을 배출하는 혐기성 소화조, 및 상기 혐기성 소화조로부터 배출된 슬러지 잔여물을 고체와 액체로 분리시키는 침전조를 포함하는 슬러지 처리장치를 제공한다. 본 발명에 의하면, 저비용 고효율로 슬러지를 처리할 수 있으며, 슬러지의 가용화율을 일정 수준 이상으로 유지시킬 수 있다.

Description

수리동력학적 캐비테이션을 이용한 슬러지 처리장치{SLUDGE TREATMENT INSTALLATION USING HYDRODYNAMIC CAVITATION}
본 발명은 수리동력학적 캐비테이션을 이용한 슬러지 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하수 등에 포함된 슬러지를 처리할 수 있으며, 상기 슬러지를 통해 바이오가스를 생성할 수 있는 수리동력학적 캐비테이션을 이용한 슬러지 처리장치에 관한 것이다.
하수처리장의 하수처리과정에서 발생하는 슬러지는 일반적으로 농축단계와 소화단계 및 탈수단계를 거쳐 슬러지 케이크로 만들어진 후 하수처리장 밖으로 이송하여 처분된다. 그 중 소화단계에서는 산소가 없는 조건에서 슬러지를 분해하는 혐기성 소화 방식이 많이 사용되며, 이는 크게 가수분해, 산 생성, 메탄 생성으로 이루어지는 다단계 반응이다.
그러나, 하수 내에 슬러지와 같은 고형물이 다량 존재하는 경우에는 소화 가능한 물질도 반응조 내에서 충분히 가수분해반응이 일어나지 않기 때문에, 반응조 내에서 장시간 체류를 요하고 반응조 용적도 커야 하는 문제점이 있다.
따라서, 혐기성 소화 방식이 적용된 소화 단계에서 슬러지의 소화율 및 메탄가스의 생산량을 높이기 위해서는 반응조에 공급되는 슬러지의 가용화(solubilization)나 감량화의 촉진이 필요하다.
보다 구체적으로, 하수 슬러지는 대부분 미생물로 구성되는데, 이러한 미생물은 견고한 세포벽으로 둘러싸여 있어 생분해성(biodegradation)이 낮다. 따라서, 슬러지의 가용화를 위해서는, 미생물에 물리/화학/생물학적 처리를 가함으로써 세포벽을 파괴하고 구성물질을 용출시켜 가수분해를 촉진할 필요가 있다.
즉, 슬러지에 포함되어 있는 고분자 형태의 고형물을 소화단계에서 이용하기 쉬운 저분자 상태로 전환함으로써 생분해성을 높일 수 있다.
이와 같이 슬러지 내의 미생물의 생분해성을 높이는 방법으로는 오존, 과산화수소, 산/알카리 등을 하수처리과정에 주입하는 화학적 방법, 볼 밀등의 기계적 처리나 고온의 열을 이용한 물리적 방법, 효소 등을 이용하는 생물학적 방법 등이 있으며, 이러한 방법을 둘 이상 혼합하여 적용하는 방법도 있다.
그러나 화학적 방법은 비교적 간단하고 비용이 적게 드는 장점이 있으나, 슬러지와 약품이 잘 섞이지 않아 원활한 반응이 일어나지 않거나 새로운 제 2 차 화학공해물질을 생성하는 문제점이 있다. 또한, 물리적 방법은 제 2 차 공해의 문제는 없으나, 에너지 소모가 너무 큰 문제점이 있다.
이에 따라 최근에는 새로운 하수처리방법으로 하수 처리에 초음파를 이용하는 방법이 개시되어 있다. 이에 더하여, 캐비테이션 현상을 이용한 물리적 방법도 이용되고 있는데, 이는 유체 내에 높은 음향 강도의 초음파를 조사하면 유체의 부분적인 희박화와 압밀화(consolidation)가 반복되면서 국지적인 압력강하가 일어나고 이로 인하여 캐비테이션이 발생하며, 이때 생성되는 캐비테이션 기포(cavitation bubble)의 성장 및 파괴는 순간적인 고온, 고압 조건을 형성하여 이에 따른 충격파 및 전단력에 의해 슬러지내 미생물 세포를 파괴하는 것이다.
그러나, 이러한 초음파를 이용한 캐비테이션 발생 방법은 운전비용이 높고 에너지 소모가 커서 장치의 대형화에 한계가 있고 소음이 심할 뿐만 아니라 초음파를 발생시키는 극판(sonotrode)의 잦은 교체가 요구된다는 문제점이 있었다.
또한, 최근에 도입된 새로운 하수처리 방법으로, 대한민국 특허출원번호 10-2004-7007078호, 10-2000-0066965호, 10-2006-7003849호 등에는 수리동력학적 방법으로 큰 덩어리의 슬러지를 파괴하여 분해가 잘 일어나도록 하는 하수처리 방법이 개시되어 있다.
이러한 수리동역학적 방법을 시행하면, 오수 내부에 용해되어 있던 기체성분이 유리되어 캐비테이션이 형성되었다가 파괴되는 과정에서 미생물이 파괴되며, 따라서 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 방법은 슬러지의 분해 정도가 획기적으로 증대하는 것을 기대하기는 어렵고, 처리수 중에 슬러지의 함량이 높고 그에 수반하여 처리수의 점도가 높을 경우 캐비테이션의 발생이 원활하지 못하여 슬러지 분해 효과가 떨어지는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허 제10-0866620호(2008.11.04 공고) 대한민국 등록특허 제10-1100801호(2012.01.02 공고) 대한민국 등록특허 제10-1036584호(2011.05.24 공고)
따라서, 본 발명의 목적은 캐비테이션 장치와 혐기성 발효 공정을 연계하여 슬러지의 가용화율을 높이며, 처리된 슬러지에 혐기성 발효균주를 주입하여 바이오가스의 생산효율을 높이는 수리동력학적 캐비테이션을 이용한 슬러지 처리장치를 제공하는데 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 처리될 슬러지를 저장하는 슬러지 저장탱크와, 상기 슬러지 저장탱크로부터 배출된 슬러지를 캐비테이션을 통해 분해시키는 캐비테이터와, 상기 캐비테이터로부터 배출된 슬러지에 혐기성 발효균주를 제공하여 바이오가스를 생성하고 슬러지 잔여물을 배출하는 혐기성 소화조, 및 상기 혐기성 소화조로부터 배출된 슬러지 잔여물을 고체와 액체로 분리시키는 침전조를 포함하는 슬러지 처리장치를 제공한다.
본 발명에 의한 슬러지 처리장치를 사용하면, 고압 펌프를 사용하지 않고도 슬러지의 처리가 가능하므로, 저비용 고효율로 슬러지를 처리할 수 있다. 또한, 본 발명은 슬러지의 가용화율을 높일 수 있으며, 타 처리공정(소각, 퇴비화 등)에서 취급이 용이한 슬러지를 생산할 수 있다.
그리고 본 발명은 슬러지 전처리 공정 후단에 혐기성 소화 공정을 결합하여 바이오가스의 생산효율을 높일 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 초음파 조사 공정을 병행하지 않으므로, 장치의 대형화에 대한 한계가 해소되며, 부품의 잦은 교체가 수반되지 않으므로 관리비용이 감소된다.
아울러, 본 발명은 벤투리 노즐을 이용하여 수리동력학적으로 캐비테이션 현상을 유발할 수 있으므로, 낮은 펌프 압력으로 캐비테이션 유발에 필요한 압력 강하를 달성할 수 있다. 결과적으로, 본 발명은 구조가 단순하면서도 에너지 효율이 현저히 향상되고 비용을 절감할 수 있다.
아울러, 본 발명은 슬러지의 순환처리 횟수를 조절하여 필요한 슬러지 가용화 효율을 달성할 수 있다.

[이 발명을 지원한 국가연구개발사업]
[과제고유번호] 000446310111
[부처명] 중소기업청
[연구관리 전문기관] 한국산학연합회
[연구사업명] 산학연공동기술개발지원사업
[연구과제명] 바이오가스 생산효율 향상을 위한 고효율 하폐수 슬러지 전처리 기술 개발
[기여율] 1/1
[주관기관] 서울과학기술대학교 산학협력단
[연구기관] 2010.06.01 ~ 2012.05.31
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러지 처리장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬러지 처리장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 슬러지 처리방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들에 의한 수리동력학적 캐비테이션을 이용한 슬러지 처리장치(이하, '슬러지 처리장치'라고 약칭함)을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러지 처리장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 1 을 참조하면, 본 발명에 따른 슬러지 처리장치는 슬러지의 저장 공간을 제공하는 슬러지 저장탱크(10)와, 상기 슬러지 저장탱크(10)로부터 배출된 슬러지를 캐비테이션(cavitation) 공정을 통해 분해시키는 캐비테이터(20)와, 상기 캐비테이터(20)로부터 배출된 슬러지를 기질로 이용하여 바이오가스를 생성하는 혐기성 소화조(30), 및 상기 혐기성 소화조(30)로부터 배출된 슬러지 잔여물을 고체와 액체로 분리시키는 침전조(40)를 포함한다.
이러한 슬러지 저장탱크(10)와 캐비테이터(20)의 사이에는 제 1 배출배관(62)이 구비되고, 캐비테이터(20)와 혐기성 소화조(30)의 사이에는 제 2 배출배관(64)이 구비되며, 혐기성 소화조(30)와 침전조(40)의 사이에는 제 3 배출배관(66)이 구비된다.
필요에 따라, 상기 제 1 배출배관(62), 제 2 배출배관(64), 제 3 배출배관(66) 중 선택된 어느 하나의 배출배관이나 둘 이상의 배출배관에는 펌프(미도시)가 설치될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 각 구성요소별로 보다 구체적으로 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 슬러지 처리장치는 슬러지 저장탱크(10)를 포함한다.
상기 슬러지 저장탱크(10)는 외부로부터 유입된 슬러지를 저장하는 것으로서, 이러한 목적을 달성할 수 있다면 어떠한 구조로 형성되어도 무방하다. 필요에 따라, 슬러지 저장탱크(10)에는 슬러지 저장탱크(10)에 수용된 슬러지의 점도에 대한 정보를 수집할 수 있도록 점도센서가 설치될 수 있다.
또한, 슬러지 저장탱크(10)에 수용된 슬러지가 원활하게 배출될 수 있도록 제 1 배출배관(62)에는 펌프가 설치될 수 있으며, 상기 펌프는 후술하는 제어부(미도시)에 의해 출력이 제어된다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 슬러지 처리장치는 캐비테이터(20)를 포함한다.
상기 캐비테이터(20)는 슬러지 저장탱크(10)에 연결되어 슬러지 저장탱크(10)로부터 배출된 슬러지를 분해시키는 것으로서, 캐비테이션을 발생시킬 수 있다면 어떠한 형태로 형성되어도 무방하다.
이러한 캐비테이션은 액체내의 압력이 증기압 이하로 저하함에 따라 생성되는 공동현상(cavitation)에 의해 슬러지를 처리하는 기술이다.
이러한 원리에 의해 슬러지가 캐비테이터(20)를 통과하게 되면, 슬러지가 가수분해 되어 후단 설비인 혐기성 소화조(30)에서 바이오가스 생산 시 높은 효율을 보이게 된다. 이와 같은 캐비테이터(20)에서 케비테이션이 발생하는 것을 수리동역학적 캐비테이션이라고 한다.
또한, 본 발명에 따른 캐비테이터(20)는 저장탱크와의 사이에 순환배관(50)이 설치될 수 있다. 상기 순환배관(50)은 캐비테이터(20)와 슬러지 저장탱크(10) 사이에 순환통로를 제공하여 캐비테이션을 통해 가수분해된 슬러지를 캐비테이터(20)에서 슬러지 저장탱크(10)로 순환시키는 역할을 수행한다. 이러한 슬러지의 순환이 원활하게 진행될 수 있도록 상기 순환배관(50)에는 순환펌프(미도시)가 설치될 수 있다.
이와 같이, 슬러지는 먼저 슬러지 저장탱크(10)에 수용된 후 슬러지 저장탱크(10)에 연결된 제 1 배출배관(62)을 통해 통하여 캐비테이터(20)로 유입되고, 캐비테이터(20)와 슬러지 저장탱크(10)의 사이에 구비된 순환배관을 통해 다시 슬러지 저장탱크(10)로 유입되거나 캐비테이터(20)에 연결된 제 2 배출배관(64)을 통해 배출된다.
보다 구체적으로, 상기 캐비테이터(20)는 슬러지 저장탱크(10)로부터 배출된 슬러지를 수용하는 저장조(22)와, 일단이 제 1 배출배관(62)에 연결되고 상기 일단에 대응되는 타단이 저장조(22)에 배치되는 벤투리 노즐(24)로 이루어진다. 따라서, 단면적이 급격하게 감소하는 벤투리 노즐(24)의 축소부를 슬러지가 통과할 때, 슬러지의 속도는 급격히 증가하며, 그에 따라 슬러지의 압력은 크게 감소한다. 이때, 유체 속의 용존 상태의 기체가 유체로부터 이탈하거나 물의 상변화가 일어나 캐비테이션 기포가 생성된다.
이와 같은 캐비테이션 기포(cavitation bubble)는 순차적으로 수축, 재팽창(rebound), 붕괴의 과정을 거치면서 수 GPa에 이르는 충격압과 약 5,000℃에 이르는 고온 환경을 기포 근방에 형성하는 동시에 붕괴되는 기포 내에는 마이크로 제트를 발생시키고, 붕괴되는 기포 주위에는 기포 및 계면 구성 물질로부터 유리된 라디칼(하이드록실기 및 과산화수소 등)을 생성시킨다. 이때, 기포 주위에 생성된 라디칼과 충격파, 초고압 마이크로 제트 등과 함께 5,000℃, 수 GPa의 압력으로 주위의 물체를 산화, 분해, 침식, 절삭시키게 된다.
또한, 캐비테이션 기포는 벤투리 노즐(24)의 확장부를 지나며 격렬하게 파괴되는데, 이 과정에서 발생하는 충격파에 의해 슬러지의 가용화가 이루어진다.
일반적으로 슬러지는 대부분 미생물로 구성되는데, 이러한 미생물은 견고한 세포벽으로 둘러싸여 있어 생분해성(biodegradation)이 낮다. 따라서, 슬러지의 가용화를 위해서는 미생물에 물리/화학/생물학적 처리를 가함으로써 세포벽을 파괴하고 구성물질을 용출시켜 가수분해를 촉진할 필요가 있다. 즉, 슬러지에 포함되어 있는 고분자 형태의 고형물을 소화과정에서 이용하기 쉬운 저분자 상태로 전환함으로써 생분해성을 높일 수 있다.
다시 말해, 상기 벤투리 노즐(24)은 전후의 압력차에 의해 수증기 버블 형태의 캐비테이션이 발생, 확장 및 붕괴됨으로써 발생되는 작용력을 슬러지에 제공하여 상기 슬러지의 가수분해를 촉진시킨다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬러지 처리장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 캐비테이터(20)는 제 1 캐비테이터(20'), 제 2 캐비테이터(20"), 상기 제 1 캐비테이터(20')와 제 2 캐비테이터(20")의 사이에 구비된 연결관(25)으로 구성될 수도 있다.
보다 구체적으로, 제 2 캐비테이터(20")는 일부가 슬러지 저장탱크(10)와 연결된 제 4 배출배관(68)에 연결되고 타부가 연결관(25)에 연결되며, 오리피스(orifice) 구조가 적용되어 슬러지 저장탱크(10)로부터 배출된 슬러지에 1차 캐비테이션을 발생시킨다. 필요에 따라, 상기 제 2 캐비테이터(20")과 슬러지 저장탱크(10)의 사이에는 순환배관이 구비될 수도 있다. 이는, 슬러지가 슬러지 저장탱크(10)와 제 2 캐비테이터(20")를 순환하여 제 2 캐비테이터(20")에 의한 캐비테이션을 복수 회 수행하기 위함이다.
또한, 제 1 캐비테이터(20')는 일부가 연결관(25)에 연결되고 타부가 제 2 배출배관(64)에 연결되며, 벤투리 노즐이 구비되어 제 2 캐비테이터(20")를 통과한 슬러지에 2차 캐비테이션을 발생시킨다.
보다 구체적으로, 상기 제 2 캐비테이터(20")는 벤투리 노즐이 구비된 제 1 캐비테이터(20')와 슬러지 처리원리는 같으나, 저장조(22)의 일부 또는 제 1 배출배관(62)에 연결된 노즐이 오리피스 구조로 형성되므로, 벤투리 노즐이 구비된 캐비테이터(20)에 비해 우수한 슬러지 처리효율을 가진다. 또한, 제 2 캐비테이터(20")는 차압의 형성이 더 높아 형태가 제 1 캐비테이터(20')에 비해 간단하고, 캐비테이션 현상이 배관 외부에서 이뤄짐으로 부식가스 등의 배출이 용이하며, 괴식 현상 등이 제 1 캐비테이터(20')에 비해 더 낮게 발생된다. 다만, 압력을 높게 유지해야 하므로 이에 따른 압력손실로 인한 유지비용이 제 1 캐비테이터(20')에 비해 증가된다.
따라서, 본 발명은 유지비용이 증가되는 문제점을 해결하기 위해 슬러지를 제 1 캐비테이터(20')만으로 처리하여도 원하는 슬러지 가용화율에 도달할 경우, 제 2 캐비테이터(20")를 통과하지 않도록 구성할 수 있다.
이를 위해, 제 1 배출배관(62)과 제 4 배출배관(68)에는 슬러지의 이동을 제어부의 제어에 따라 제한하는 밸브가 구비될 수 있다. 이때, 상기 밸브로는 솔레노이드 밸브가 사용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 슬러지 처리장치는 혐기성 소화조(30)를 포함한다.
상기 혐기성 소화조(30)는 캐비테이터(20)에 연결되어 캐비테이터(20)로부터 배출된 슬러지에 혐기성 발효균주를 제공하는 것으로서, 이러한 혐기성 발효균주는 가수분해된 슬러지를 기질로 이용하여 메탄(CH4) 등의 바이오가스를 생성한다. 이때, 혐기성 소화조(30)는 제어부에 의해 pH와 온도가 제어될 수 있다.
그리고 혐기성 소화조(30)는 바이오가스를 생성하고 남은 슬러지 잔여물을 제 3 배출배관(66)을 통해 배출한다.
다시 말해, 상기 캐비테이터(20)에 의해 잘게 파쇄된 슬러지는 비표면적이 크게 증가하여 미생물에 의한 소화(digestion) 작용이 활발히 일어나 유기물이 다량 분해되고, 그에 따라 다량의 메탄을 포함한 가연성 바이오가스가 생성된다.
이와 같이, 본 발명은 슬러지를 높은 수준으로 분해함으로써, 슬러지의 량을 획기적으로 줄일 수 있다. 또한, 혐기성 소화조(30)를 통해 생성된 가연성 바이오가스를 포집하면 연료로 활용할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 슬러지 처리장치는 침전조(40)를 포함한다.
상기 침전조(40)는 혐기성 소화조(30)에 제 3 배출배관(66)을 통해 연결되는 것으로서, 혐기성 소화조(30)로부터 배출된 슬러지 잔여물을 고체와 액체로 분리하는 역할을 수행한다.
필요에 따라, 상기 침전조(40)는 응집제가 저장된 약품탱크(70)가 연결될 수 있으며, 제어부에 제어에 따라 약품탱크(70)에 저장된 응집제가 침전조(40)로 투입된다. 이를 위해, 상기 침전조(40)와 약품탱크(70) 사이에 구비된 배관에는 제어부의 제어에 따라 개폐가 결정되는 밸브(미도시)가 구비될 수 있다. 이때, 밸브로는 솔레노이드 밸브를 사용할 수 있다.
한편, 상기 응집제로는 염화 제1철 및 소석회가 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 슬러지 처리장치는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 점도센서에 연결되어 점도센서를 통해 계측된 정보를 수집하고, 각 배출배관(62, 64, 66, 68)과 연결관(25) 및 순환배관(50)에 설치된 펌프에 연결되어 각 펌프의 출력을 제어한다. 또한, 제어부는 각 배출배관(62, 64, 66, 68)과 연결관(25) 및 순환배관(50)에 설치된 밸브에 연결되어 각 밸브의 개폐를 제어한다.
예를 들면, 제어부는 상기 점도센서를 통해 슬러지의 정보를 분석하여 상기 슬러지가 설정된 횟수만큼 슬러지 저장탱크(10)와 캐비테이터(20)를 순환하도록 펌프 및 밸브를 제어한다.
또한, 제어부는 상기 점도센서를 통해 슬러지의 정보를 분석하여 상기 슬러지가 순차적으로 제 2 캐비테이터(20")와 제 1 캐비테이터(20')를 통과하도록 펌프 및 밸브를 제어한다.
본 발명은 상기 슬러지 처리장치를 이용한 슬러지 처리방법을 제공한다. 도 3은 본 발명에 따른 슬러지 처리방법의 일실시 예를 설명하기 위한 순서도이다.
먼저, 본 실시예에 의한 슬러지 처리방법은 슬러지의 전처리 단계(S10)를 포함한다.
본 단계(S10)에서는 제어부가 제 1 배출배관(62)에 설치된 펌프의 출력을 제어하여 슬러지 저장탱크(10)에 수용된 슬러지를 캐비테이터(20)로 이동시키고, 캐비테이터(20)의 운전을 시작하여 캐비테이터(20)를 통해 슬러지를 가수분해시킨다.
또한, 본 단계(S10)에서는 슬러지 저장탱크(10)에 설치된 점도센서가 슬러지 저장탱크(10)에 수용된 슬러지의 정보를 계측하고, 상기 정보를 제어부로 제공한다.
그리고 본 실시예에 의한 슬러지 처리방법은 슬러지의 재처리 단계(S20)를 포함한다.
본 단계(S20)에서는 제어부가 점도센서로부터 전송된 슬러지의 정보를 분석하여 전처리된 슬러지를 재처리하거나 슬러지 저장탱크(10)에 저장된 슬러지를 제 4 배출배관(68)을 통해 제 2 캐비테이터(20")로 유입시킨다. 이와 같이, 슬러지를 제 4 배출배관(68)으로 배출시키는 경우, 제어부는 제 1 배출배관(62)에 설치된 밸브를 밀폐시킨다.
보다 구체적으로, 본 단계(S20)에서는 상기 슬러지 저장탱크(10)에 수용된 슬러지의 점도가 설정된 수치 이상으로 분석되면, 제어부는 제 4 배출배관(68)에 설치된 밸브를 개방시키고, 제 1 배출배관(62)에 설치된 밸브을 폐쇄시켜 슬러지 저장탱크(10)에 수용된 슬러지를 제 4 배출배관(68)으로 배출시킨다. 즉, 슬러지 저장탱크(10)로부터 배출된 슬러지가 제 2 캐비테이터(20")를 통과한 이후 제 1 캐비테이터(20')를 통과하도록 한다. 이어서, 제어부는 제 1 캐비테이터(20')를 통과한 슬러지를 제 2 배출배관(64)으로 배출시키는 과정을 수행한다.
이때, 슬러지 저장탱크(10)에 수용된 슬러지의 점도가 설정된 수치 미만으로 분석되면 제어부는 슬러지 저장탱크(10)에 수용된 슬러지의 순환 횟수를 결정한다. 여기서, 슬러지의 순환은 슬러지 저장탱크(10)와 제 1 캐비테이터(20')의 사이의 순환을 의미한다. 즉, 슬러지 저장탱크(10)로부터 배출된 슬러지가 제 1 캐비테이터(20')를 통과한 이후 다시 슬러지 저장탱크(10)를 통과하도록 한다. 이어서, 제어부는 설정된 횟수로 슬러지의 순환과정이 완료되면, 제 1 캐비테이터(20')를 통과한 슬러지를 제 2 배출배관(64)으로 배출시키는 과정을 수행한다.
그 다음, 본 실시예에 의한 슬러지 처리방법은 슬러지의 소화 단계(S30)를 포함한다.
본 단계(S30)에서 제어부는 케비테이터(30)로부터 배출된 슬러지를 혐기성 소화조(30)로 이동시키고, 상기 슬러지에 발효균주를 제공하여 바이오가스를 생성한다. 이때, 제어부는 바이오가스의 생성이 원활이 진행되도록 혐기성 소화조(30)의 pH와 온도를 제어한다. 또한, 바이오가스의 생성이 완료된 슬러지 잔여물을 제 3 배출배관(66)으로 배출시킨다.
마지막으로, 본 실시예에 의한 슬러지 처리방법은 슬러지의 고/액 분리 단계(S300)를 포함한다.
본 단계에서 제어부는 혐기성 소화조(30)로부터 배출된 슬러지 잔여물을 침전조(40)로 이동시키고, 상기 슬러지 잔여물을 침전조(40)에 일정시간 동안 보관하여 액상과 고상의 침전물을 분리시킨다. 이때, 제어부는 침전물이 원활히 생성될 수 있도록 약품탱크(70)에 저장된 응집제를 침전조(40)에 공급할 수도 있다. 이때, 침전조(40)에 생성된 침전물은 배출관(80)을 통해 배출된다. 필요에 따라, 배출관(80)은 침전조(40)의 상부에 연결된 제 1 배출관과 침전조(40)의 하부에 연결된 제 2 배출관으로 구성될 수 있다.
이 경우, 제어부는 침전조(40)에 연결된 제 1 배출관을 개방시켜 액상 물질을 외부로 배출시키고, 침전조(40)에 연결된 제 2 배출관을 개방시켜 고상의 침전물을 외부로 배출시킨다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 슬러지 저장탱크 20 : 캐비테이터
22 : 저장조 24 : 벤투리 노즐
30 : 혐기성 소화조 40 : 침전조
50 : 순환배관 62 : 제 1 배출배관
64 : 제 2 배출배관 66 : 제 3 배출배관
70 : 약품탱크

Claims (6)

  1. 슬러지를 저장하는 슬러지 저장탱크(10);
    상기 슬러지 저장탱크(10)에 배출배관(68)을 통해 연결되고 오리피스 구조가 적용되어 슬러지 저장탱크(10)로부터 배출된 슬러지를 분해시키는 제 2 캐비테이터(20")와, 상기 제 2 캐비테이터(20")와 슬러지 저장탱크(10) 사이에 구비된 순환배관과, 상기 제 2 캐비테이터에 연결관(25)을 통해 연결되고 슬러지 저장탱크(10)에 배출배관(62)을 통해 연결되며 벤투리 노즐이 구비되어 제 2 캐비테이터(20")를 통과한 슬러지나 슬러지 저장탱크(10)로부터 배출된 슬러지를 분해시키는 제 1 캐비테이터(20'), 및 상기 제 1 캐비테이터(20')와 슬러지 저장탱크(10) 사이에 구비된 순환배관(50)으로 구성된 캐비테이터(20);
    상기 제 1 캐비테이터(20')로부터 배출된 슬러지에 혐기성 발효균주를 제공하여 바이오가스를 생성하고 슬러지 잔여물을 배출하는 혐기성 소화조(30);
    상기 혐기성 소화조(30)로부터 배출된 슬러지 잔여물을 고체와 액체로 분리시키는 침전조(40);
    상기 슬러지 저장탱크(10)에 설치되어 슬러지 저장탱크(10)에 저장된 슬러지 성분에 대한 정보를 수집하는 점도센서;
    상기 배출배관(62, 68)과 연결관(25)과 순환배관(50)에 각각 설치된 밸브; 및
    상기 점도센서로 수집된 슬러지 정보를 분석하여 각 밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 포함하는 슬러지 처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 순환배관에 설치되어 캐비테이션을 거친 캐비테이터의 슬러지를 슬러지 저장탱크로 순환시키는 순환펌프를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 순환펌프에 연결되어 순환펌프의 출력을 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 슬러지 처리장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    응집제가 저장된 약품탱크와,
    일단이 상기 약품탱크에 연결되고, 상기 일단에 대응되는 타단이 상기 침전조에 연결되는 연결관과, 및
    상기 연결관에 설치되는 밸브를 더 포함하며,
    상기 제어부는 밸브에 연결되어 밸브의 개폐를 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 슬러지 처리장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 응집제는 염화 제1철 및 소석회로 구성된 것을 특징으로 하는 슬러지 처리장치.
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