KR101418921B1

KR101418921B1 - 잉여 슬러지 감량화 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101418921B1
Application number: KR1020140011961A
Authority: KR
Inventors: 남학우; 노영태; 홍상현; 노성진
Original assignee: 주식회사 에코젠
Priority date: 2014-02-03
Filing date: 2014-02-03
Publication date: 2014-07-11

Abstract

본 발명은 잉여 슬러지 감량화 장치 및 방법에 관한 것이다. 그러한 잉여 슬러지 감량화 장치는 잉여 슬러지에 고분자 약품을 혼합하는 고분자 약품조 및 주입설비와; 잉여슬러지에 고분자 약품을 사용하여 응집한 후 고체를 연속적으로 농축시키는 농축기와; 농축된 잉여슬러지를 열에 의하여 가용화하는 가용화조와; 폐열을 이용하여 저장된 물과 열교환함으로써 가용화조에 열을 공급하는 열수조와; 그리고 가용화조의 내부 온도에 따라 열수조에서 데워진 물을 가용화조로 공급하여 열교환하거나, 열수조의 내부온도에 따라 폐열이 열수조로 유입될 수 있도록 하는 제어부를 포함한다.

Description

잉여 슬러지 감량화 장치 및 방법{PROCESS AND EQUIPMENT OF EXCESS SLUDGE REDUCTION}

본 발명은 잉여 슬러지 감량화 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공장 폐열을 가용화 공정에 이용함으로써 잉여 슬러지의 처리 비용을 현저히 줄일 수 있는 잉여 슬러지 감량화 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 생물학적 오폐수폐수처리 공정에서 발생하는 잉여 슬러지는 탈수기를 통해 일정량의 수분이 제거된 후 케이크의 형태로 배출되며, 매립, 소각 또는 해양 투기 등의 방법으로 최종 처리된다.

최근 들어, 해양 투기가 금지되고 최종 처리에 대한 여러 규제가 도입되면서 슬러지 처리비용이 급격히 상승하고 있다. 따라서, 생물학적 오폐수 처리 공정에 있어서 잉여 슬러지를 감량화시킬 수 있는 공정에 대한 관심이 고조되고 있다.

이러한 잉여 슬러지 감량 공정은 다양한 방식이 제안되는 바, 예를 들면, 차염산소다, 과산화수소 등의 약품을 이용하는 방법(대한민국 특허 등록 20-0405757, 대한민국 특허 등록 10-0883979, 대한민국 특허 등록 10-0928972, 대한민국 특허 등록 10-0413593)이 있다.

혹은, 초음파, 밀, 가압, 전기분해등의 물리적 방법(대한민국 특허 등록 10-1266482, 대한민국 특허 등록 10-0457957, 대한민국 특허 등록 10-04166530), 열을 이용한 방법(대한민국 특허 등록 10-0694311, 대한민국 특허 공개 10-2010-0013550, 대한민국 특허 등록 10-122225, 대한민국 특허 등록 10-0849671)등이 있다.

그러나, 이러한 종래의 가용화 방법은 50~70%의 높은 감량효율을 보이는 장점이 있는 반면, 가용화를 위한 약품비, 전력비 및 에너지비용이 과다하게 소모되는 단점이 있어 투자 회수기간이 10년 정도로 길어 오폐수처리장에 도입되기 어려운 문제점이 있다.

대한민국 특허 등록 10-0883979호(알칼리 분쇄와 초음파 공정을 이용한 하·폐수 슬러지감량화 방법 및 장치)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 감량효율이 높으면서도 운전비가 저렴한 잉여슬러지 감량화 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 잉여 슬러지 감량화 장치는 잉여슬러지를 농축시키는 농축기와;

농축된 잉여슬러지를 열에 의하여 가용화하는 가용화조와;

폐열을 이용하여 저장된 물과 열교환함으로써 가용화조에 열을 공급하는 열수조와; 그리고

가용화조의 내부 온도에 따라 열수조에서 데워진 물을 가용화조로 공급하여 열교환함으로써 가용화조의 내부 온도를 높이거나, 열수조의 내부온도에 따라 폐열이 열수조로 유입될 수 있도록 하는 제어부를 포함한다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉여 슬러지 감량화 방법은

(a) 폭기, 침전, 농축, 탈수공정을 통하여 처리된 잉여슬러지를 농축기에 의하여 농축하는 단계와;

(b)공장 폐열을 가용화조에 공급되는 열원으로 이용하기 위한 열회수 단계와;

(c)열 회수단계에서 회수된 열과 단파장의 빛을 이용하여 농축단계에서 얻어진 잉여 슬러리를 가용화하는 단계를 포함한다.

본 발명의 잉여슬러지 감량화 장치 및 방법은 공장 폐열과 자외선을 포함한 단파장의 빛을 이용하여 잉여슬러지를 가용화 시킴으로서 감량효율이 높고, 가용화 열원으로 버려지는 폐열을 회수하여 사용함으로서 에너지 비용이 들지 않는 장점을 가진다.

또한, 가용화조 및 열수조에 각각 온도 측정기를 배치하고, 이 온도 측정기로부터 전송된 온도를 연산하여 가용화조 및 열수조의 내부온도를 파악하고 기준 온도값과 비교함으로써 열 수조에서는 밸브를 개방하여 외부의 폐열이 열수조의 내부로 공급될 수 있도록 하고, 가용화조에서는 펌프를 구동시켜서 열수조로부터 공급된 온수가 유입되어 열교환되도록 함으로써 가용화에 필요한 열을 확보할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉여 슬러지 감량화 장치가 구비된 생물학적 하폐수 처리라인의 외관을 개략적으로 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 잉여 슬러지 감량화 장치의 농축조, 가용화조, 열수조 및 고분자 약품조를 상세히 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 "A"부를 확대하여 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉여 슬러지 감량화 방법의 각 공정들을 보여주는 순서도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 잉여 슬러지 감량화 장치를 첨부된 도면에 의하여 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 잉여 슬러지 감량화장치는 폭기조, 침전조, 농축조, 탈수기를 포함하는 생물학적 오폐수처리 공정에 있어서, 잉여 슬러지에 고분자 약품을 혼합하는 약품조 및 주입설비(12)와; 잉여슬러지에 고분자 약품을 사용하여 응집한 후 고체를 연속적으로 농축시키는 농축기(14)와; 농축된 잉여슬러지를 열에 의하여 가용화하는 가용화조(16)와; 폐열을 이용하여 저장된 물과 열교환함으로써 가용화조(16)에 열을 공급하는 열수조(18)와; 그리고 가용화조(16)의 내부 온도에 따라 펌프(P)를 구동시킴으로써 열수조(18)의 열을 가용화조(16)로 공급하거나, 열수조(18)의 내부온도에 따라 밸브(V)를 개방함으로써 폐열이 유입될 수 있도록 하는 제어부(20)를 포함한다.

이러한 구조를 갖는 잉여 슬러지 감량화 장치에 있어서, 고분자 약품조 및 주입설비(12)는 상부에 교반기(23)를 가진 고분자 용해조(13)와 정량펌프(15)로 구성된다.

고분자 용해조(13)에서 양이온 고분자를 1%이하의 농도로 녹인 후 정량펌프(15)로 농축기(14)내의 응집조(19)로 투여한다. 투여량은 정량펌프(15)로 조절가능하며 농축기(14) 가동시에만 정량펌프(15)가 작동될 수도 있다. 이때, 응집제로는 유기 응집제 혹은 무기 응집제 등 다양한 약품이 가능하다.

그리고, 농축기(14)는 바람직하게는 드럼 웨지형 농축기(14)로서, 잉여슬러지의 전부 또는 일부를 고분자를 사용하여 응집한 후 고액분리를 시킬 수 있다. 이러한 농축기(14)는 잉여슬러지 유량을 측정할 수 있는 삼각웨어조(17)와, 고분자와 잉여슬러지가 반응하는 응집조(19) 및 드럼?지(21)로 구성된다.

잉여 슬러지를 양이온 고분자와 반응하여 응집시킨 후 회전하는 드럼?지(21) 위에 떨어뜨리면 응집된 슬러지는 ?지에 걸려 넘어가 가용화조(16)로 이송되고 물은 내부로 빠져 나가면서 잉여슬러지가 3~5배 농축된다. 드럼?지(21)는 모터에 의해 서서히 회전하면서 내부에 장착된 스프레이수에 의해 역세척된 후 슬러지를 연속적으로 농축시킬 수 있다. 여과수와 역세수는 드럼 내부를 통하여 하부로 배출된다.

그리고, 상기 가용화조(16)는 농축된 잉여슬러지를 50~70도의 열과 자외선을 포함한 단파장의 빛을 이용하여 가용화할 수 있다.

이러한 가용화조(16)는 상부에 배치되어 슬러지를 교반하는 교반기(22)와; 내부에 배치되어 가용화조(16)의 온도를 50~70도로 유지할 수 있도록 하는 제 1열교환기(24)와; 내부에 배치되어 자외선 또는 빛을 슬러지에 조사하는 램프(26)와; 하부에 배치되어 공기를 공급할 수 있는 산기관(28)을 포함한다.

상기 교반기(22)는 모터(M)와 다수개의 블레이드(Blade;B)로 이루어짐으로써 모터(M)의 구동시 블레이드(B)가 회전함으로써 가용화조(16)의 내부를 교반시킬 수 있다.

그리고, 가용화조(16) 내부에는 제 1온도측정기(T1)가 배치됨으로써 온도를 측정한 후, 제어부(20)에 온도신호를 전송할 수 있다.

제어부(20)는 이 온도신호를 수신하여 기준 온도와 비교한 후 물 배출관(L2)상에 배치된 펌프(P)에 신호를 전송하여 구동시킨다.

따라서, 펌프(P)의 구동에 의하여 열수조에 저장된 물이 제 1열교환기(24)로 공급된다. 그리고, 제 1열교환기(24)에 의하여 가용화조(16) 내부의 물과 열교환됨으로써 가용화조(16)의 내부를 소정 온도로 가열할 수 있다.

결과적으로, 가용화조(16)는 온도, 빛의 광량, 공기 공급량 및 교반속도를 조절하여 최적화함으로서 감량효율을 극대화할 수 있다.

그리고, 열수조(18)는 가용화조(16)에 열을 공급하기 위하여 폐열을 열교환하여 열을 회수한다. 이러한 열수조(18)는 가용화조(16)로 순환되는 물의 온도를 50~70도로 유지할 수 있다.

보다 상세하게 설명하면, 열수조(18)는 공장 등으로부터 배출된 폐열이 공급되는 열 공급관(L1)과; 열 공급관(L1) 상에 배치되어 제어부(20)의 신호에 의하여 개폐함으로써 폐열을 열 수조(18)의 내부로 공급하거나 차단할 수 있는 밸브(V)와; 내부에 설치되며 열 공급관(L1)을 통하여 공급된 폐열과 열교환을 함으로써 물을 가열하는 제 2열교환기(32)와; 열교환 된 물을 가용화조(16)로 공급하는 물 배출관(L2)과; 물 배출관(L2)상에 배치되어 데워진 물을 가용화조(16)로 펌핑하는 펌프(P)를 포함한다.

이러한 열수조(18)에 있어서, 공장 등에서는 다량의 폐열이 배출되는 바, 이러한 폐열원을 열 공급관(L1)을 통하여 열수조(18)와 연결함으로써 공장 등의 폐열을 공급받을 수 있다.

즉, 대부분의 공장은 컴프레서(Compressor)에 의한 폐열 이외에도 스팀 응축수, 반응기 배열가스, 브로와 열(Blower heat) 등 다양한 폐열들이 배출될 수 있다.

그리고, 이러한 폐열들은 열 공급관(L1)을 통하여 열수조(18)의 내부로 공급됨으로써 열교환이 이루어질 수 있다.

즉, 열수조(18)의 내부에 배치된 제 2온도 측정기(T2)는 열수조(18) 내부의 온도를 측정하여 제어부(20)에 전송하고, 제어부(20)는 이 신호에 의하여 열 공급관(L1)에 배치된 밸브(V)를 개방함으로써 폐열이 열수조(18)의 내부로 공급될 수 있다.

그리고, 열수조(18)로 공급된 폐열은 제 2열 교환기(32)를 통하여 열수조(18) 내부에 저장된 물과 열교환이 이루어짐으로써 물의 온도를 상승시킬 수 있다.

이때, 제 2열교환기(32)는 다양한 방식의 열교환기가 가능하나, 바람직하게는 핀(36) 타입의 열교환기를 포함한다. 즉, 제 2열교환기(32)의 내부에는 열 공급관(L1)을 통하여 유입된 폐열이 순환할 수 있는 순환관(34)이 배치되고, 순환관(34)의 외부에는 열수조(18)에 저장된 물과 접촉하는 다수개의 핀(36)으로 구성된다.

따라서, 폐열이 순환관(34)을 통하여 제 2열 교환기(32)를 순환하는 동안 다수개의 핀(36)을 통하여 열수조(18) 내부에 저장된 물과 열교환함으로써 물을 일정 온도로 데울 수 있다. 제 1열교환기도 이러한 구조의 열교환기일 수 있다.

결국, 공장 등으로부터 배출된 폐열을 이용하여 열수조(18)의 내부에 저장된 물을 데울 수 있다.

그리고 이러한 열수조(18)에는 비상시를 대비하여 전기 히터가 설치되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 제어부(20)는 가용화조(16)의 내부 온도를 측정하여 기준온도와 비교한 후 펌프(P)를 구동시킴으로써 열수조(18)의 열을 제 1열교환기(24)를 통하여 자동제어에 의하여 가용화조(16)로 공급하거나, 열수조(18)의 내부온도에 따라 밸브(V)를 개방함으로써 폐열이 유입될 수 있도록 한다.

보다 상세하게 설명하면, 이러한 제어부(20)는 가용화조(16)의 내부에 장착되어 온도를 측정하는 제 1온도측정기(T1)와; 열수조(18)의 내부에 장착되어 온도를 측정하는 제 2온도측정기(T2)와; 제 1온도 측정기(T1)로부터 측정된 온도에 의하여 펌프(P)를 구동시켜서 열을 가용화조(16)에 공급하거나, 제 2온도 측정기(T2)로 부터 측정된 온도에 의하여 밸브(V)를 개방하여 폐열을 열수조(18)로 공급하는 컨트롤러(C)를 포함한다.

컨트롤러(C)는 가용화조(16)의 내부 온도에 대하여 기준 온도값이 미리 설정된다. 따라서, 제 1온도 측정기(T1)로부터 수신된 신호에 의하여 연산된 온도가 기준 온도값보다 낮다고 판단되면, 펌프(P)에 신호를 전송하여 구동시킴으로써 열수조(18)의 온수가 가용화조(16)로 공급되도록 하여 제 1열교환기(24)를 통하여 가용화조(16)의 내부 온도를 상승시킬 수 있다.

또한, 컨트롤러(C)에는 열수조(18)의 내부 온도에 대한 기준 온도값도 미리 설정되어 있다. 따라서, 제 2온도 측정기(T2)로부터 수신된 신호에 의하여 온도를 연산하고, 이 온도가 기준 온도값보다 낮다고 판단되면, 열 공급관(L1)상에 배치된 밸브(V)를 개방함으로써 폐열을 열수조(18)의 내부로 유입시켜서 내부 온도를 상승시킬 수 있다.

이때, 컨트롤러(C)에 기 설정된 기준 온도값에 있어서, 열수조(18)의 내부 온도가 가용화조(16)의 내부 온도보다 약 10℃ 높게 설정되는 것이 열수조(18)의 제 2열교환기(32)와 가용화조의 제 1열교환기(24)의 열교환 효율을 고려할 때 바람직하다.

이와 같이 공장 등의 폐열을 이용하는 잉여 슬러지 감량화 장치는 종래의 열을 단독으로 사용할 때에 비하여 같은 체류시간에 비해 감량효율이 30%이상 높은 특징을 가지고 있으며, 열수조(18)로 회수된 폐열을 이용함으로서 별도의 열에너지가 필요없어서 경제성이 향상될 수 있다.

이하, 이러한 오폐수 처리장치를 이용하여 잉여 슬러지를 감량화시키는 방법을 더욱 상세하게 설명한다.

도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 잉여 슬러지 감량화 방법은 (a)폭기, 침전, 농축, 탈수공정을 통하여 처리된 잉여슬러지의 전부 또는 일부를 농축하는 단계(S100)와; (b)공장 폐열을 가용화조(16)에 공급되는 열원으로 이용하기 위한 열회수 단계(S110)와; (c)열 회수단계에서 회수된 열과 단파장의 빛을 이용하여 농축단계(S100)에서 얻어진 잉여 슬러지를 가용화하는 단계(120)를 포함한다.

이러한 잉여 슬러지 감량화 방법에 있어서, (a)단계(S100)에서는, 농축기(14)를 사용하여 잉여슬러지를 농축한다. 농축기(14)를 이용하여 잉여슬러지를 농축하게 되면 후단의 가용화조(16)의 크기를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 열에너지가 적어지는 장점이 있다.

이때, 농축기(14)는 드럼형 ?지를 이용하므로 연속적인 농축이 가능하고, 종래의 자연침강에 의한 농축에 비해 농축시간이 짧을 뿐만 아니라 농축도가 3~5배로 증가하게 되므로 자연침강에 비해 경제적이다.

또한, 여과 등에 의한 기계적 농축은 설비(12)가 클 뿐만 아니라 주기적인 역세척이 필요한 등의 단점이 있어 적합하지 않다.

이와 같이 잉여 슬러지의 농축단계(S100)가 완료되면, 농축된 잉여 슬러지를 가용화하는데 필요한 열을 회수하는 단계(S110)가 진행된다.

이러한 열 회수단계(S120)에서는, 공장 등의 폐열을 이용하여 열교환을 하게 된다. 즉, 대부분의 공장은 컴프레서를 이용하여 고압에어를 생산, 사용하고 있는데, 이 설비(12)로 대기 공기를 7 ~ 12 Kg/cm²의 압력으로 압축하는 과정에서 공기의 온도가 120℃정도로 상승한다.

120℃의 온도를 가진 압축공기는 별도 열교환기로 온도를 상온으로 낮춘 후 사용되며, 열교환 된 물은 냉각탑에서 열을 외기로 발산시킨 후 재순환된다. 컴프레서에 의한 폐열 이외에도 스팀 응축수, 반응기 배열가스, 브로와 열 등 다양한 폐열들이 배출될 수 있다.

이와 같이 버려지는 폐열은 열 공급관(L1)을 통하여 열수조(18)로 공급되어 열 교환에 의하여 열수조(18) 내부에 저장된 물과 열교환이 이루어짐으로써 물의 온도를 상승시킬 수 있다.

즉, 제 2열교환기(32)의 내부로 공급된 폐열은 순환관(34)을 통하여 열 교환기를 순환하는 동안 다수개의 핀(36)을 통하여 열수조(18) 내부에 저장된 물과 열교환함으로써 물을 일정 온도로 데울 수 있다.

이 상태에서, 제어부(20)는 가용화조(16)의 내부에 장착된 제 1온도측정기(T1)에 의하여 가용화조(16)의 내부 온도를 파악하고, 이 온도가 기준 온도값보다 낮다고 판단되면, 펌프(P)를 구동시킴으로써 열수조(18)의 온수가 가용화조(16)로 공급되도록 하여 제 1열교환기(24)에 의한 열교환에 의하여 가용화조(16)의 내부 온도를 상승시킬 수 있다.

초기에는 가용화조(16)의 내부 온도가 낮아서 펌프(P)가 계속 구동하는 상태이므로 열수조(18)의 열은 물 배출관(L2)을 통하여 지속적으로 가용화조(16)로 공급된다.

그리고, 열이 가용화조(16)에 공급됨에 따라 온도가 상승하게 되고, 온도가 가용화에 적절한 정도에 도달하면 제어부(20)는 펌프(P)의 구동을 정지시킴으로써 가용화조(16)에 열이 추가적으로 공급되는 것을 차단한다.

또한, 제어부는 열수조(18)의 내부 온도도 일정 온도 이상을 유지하도록 제어하는 바, 제 2온도 측정기(T2)로부터 수신된 신호에 의하여 온도를 연산하고, 이 온도가 기준 온도값보다 낮다고 판단되면, 열 공급관(L1)상에 배치된 밸브(V)를 개방함으로써 폐열을 열수조(18)의 내부로 유입시켜서 내부 온도를 상승시킬 수 있다.

이와 같이, 폐열을 열수조(18)로 회수한 후 사용하면 냉각탑의 운영비를 절감할 수 있을 뿐 아니라 가용화에 별도의 열에너지를 사용하지 않아도 된다.

한편, 열수조(18)로 부터 열이 가용화조(16)로 공급되어 내부 온도가 소정 온도에 도달하면 가용화단계(S120)가 진행될 수 있다.

이 가용화 단계(S110)에서는 농축된 잉여슬러지를 50~70도의 열과 자외선을 포함한 단파장의 빛을 이용하여 가용화한다.

즉, 50~70도의 온도조건에서 24시간에서 72시간의 체류시간을 통해 자외선 또는 푸른색 단파장 빛을 조사하면 세포막이 파괴되면서 가용화될 수 있다.

자외선은 라디칼 화학물질의 형성시켜 열에 의해 균체 사멸과 세포 파괴를 촉진시키는 촉매 역할을 하며, 푸른색 단파장 빛은 자외선에 비해 라디칼 형성능은 떨어지지만 파괴된 균체의 응집성을 상승시키는 역할을 한다.

또한 자외선등 또는 푸른색 단파장 빛을 내는 엘이디 램프는 그 전력 소모가 100W미만으로 에너지 소모량이 극히 적은 장점이 있다.

또한, 가용화 효율을 극대화하기 위하여 바람직하게는 2vvm이상의 공기를 공급해 줌으로써 호기조건을 유지하며, 원할한 접촉을 위하여 교반기에 의하여 교반할 수 있다.

그리고, 가용화단계(S120)가 진행되는 중에도, 가용화조(16)의 내부 온도가 소정 온도 이하로 내려가면 다시 열수조(18)로부터 열이 공급되는 열 회수단계(S110)가 진행될 수 있다.

종래와 같이 열만을 이용하여 잉여슬러지를 가용화하는 경우보다, 본 발명과 같이 열과 자외선 또는 푸른색 단파장 빛을 동시에 이용하는 경우 감량화 시간이 짧아지고 감량화율이 높아지게 되는바, 이는 후술하는 실시예에 기재하였다.

이하, 상기한 잉여 슬러지 감량화 장치 및 방법에 의하여 오폐수중에 함유된 슬러지를 감량화시킨 경우의 효과를 설명한다.

실시예 1 : 열과 자외선 또는 단파장의 빛을 이용한 잉여슬러지 감량효율 측정

본 발명에 사용한 잉여슬러지는 화학섬유공장 농축조에서 채취한 슬러지로, 그 특성은 표 1에 나타내었다.

이 잉여슬러지에 양이온 고분자액을 투여하여 플록을 형성하게 한 다음 원심분리하여 고형물을 회수하고 여기에 상등액을 섞어 총 현탁 고형물의 농도를 30,000 mg/L로 조절하여 조건별 감량효율을 측정하였다.

항목	단위(mg/L)
TSS(총현탁 고형물)	9,450
VSS(휘발성 현탁 고형물)	8,630
TCOD(총 화학적 산소 요구량)	11,250
SCOD(가용성 화학적 산소 요구량)	13.5

가용화율은 처리 전후의 휘발성 현탁 고형물의 양을 측정하여 아래의 식으로 계산하였다.

가용화율 = [(처리전 VSS - 처리후 VSS)/처리전VSS]*100(%)

열과 자외선 또는 단파장 빛을 이용하여 잉여슬러지의 가용화정도를 확인하기 위하여 농도가 조절된 응집 잉여슬러지액을 빛이 차단된 용기에 담고 가열 및 온도 조절을 할 수 있는 핫플레이트 위에서 막대자석으로 강하게 교반하면서 온도에 따른, 자외선의 유무에 따른, 단파장 빛의 유무에 따른 감량효율을 측정하였다.

이때 산소 공급은 산기석을 이용하여 공기를 주입하였으며 공기주입속도는 2vvm(공기부피/슬러지부피x100)으로 하였고 자외선은 자외선 램프를 이용하였고 단파장 빛으로는 파랑색 빛을 내는 엘이디램프를 액 내부에 잠입시켜 사용하였다.

표 2에 각 조건별 감량화율과 SCOD를 표기하였다. 45도에서의 잉여슬러지 감량화율은 10%내외로 작았으나, 3일 처리시 50, 60, 70도에서의 감량화율은 33.7%, 41.6% 및 43.5%로 처리온도가 상승함에 따라 감량화율이 증가하였다.

그러나 60도에서의 감량화율에 비해 70도에서의 감량화율의 증가가 작은 것으로 관찰되어 에너지 투입 대비 감량효율의 비가 60도에 비해 작음을 알 수 있다.

또한, 열과 함께 자외선 과 푸른색 단파장 빛을 조사한 경우 감량화율이 증가하였는데, 특히 자외선을 조사하였을 때 감량효율은 30%정도 증가하여 60도이상에서 3일 처리시 감량효율은 50%를 넘어서는 결과가 관찰되었다.

그리고, 푸른색 단파장 빛을 조사한 경우 감량효율의 증가율은 5%미만으로 크지 않았으나, 처리후 슬러지의 침강성이 좋아지는 결과를 보였다.

이는 생물학적 오폐수처리설비(12)에서 가용화된 잉여슬러지를 유입수와 혼합하여 처리할 경우 가용화된 잉여슬러지에 의해 발생되는 침강성 불량문제 및 방류수 탁도증가 문제를 해결할 수 있는 수단으로 기대된다.

온도 (℃)	광원	처리시간 (일)	SCOD 농도 (mg/L)	감량화율 (%)
45	없음	1	525	9.5
		2	560	10.3
		3	665	12.6
	자외선	1	636	14.5
		2	921	16.5
		3	1,540	18.3
	파랑색	1	527	8.6
		2	760	12.7
		3	950	15.4
50	없음	1	1,899	18.6
		2	2,669	22.0
		3	3,291	33.7
	자외선	1	2,500	22.3
		2	3,356	38.5
		3	3,999	40.0
	파랑색	1	1,763	18.0
		2	2,978	25.6
		3	3,460	32.5
60	없음	1	2,476	21.0
		2	3,282	35.9
		3	3,629	41.6
	자외선	1	3,318	28.3
		2	4,121	42.9
		3	4,718	53.3
	파랑색	1	2,621	26.3
		2	3,547	33.5
		3	4,293	43.6
70	없음	1	2,999	29.3
		2	3,870	42.6
		3	4,230	43.5
	자외선	1	3,650	40.0
		2	4,590	47.9
		3	5,002	54.2
	파랑색	1	3,330	32.6
		2	3,950	43.9
		3	4,670	47.5

실시예 2 : 응집된 잉여슬러지의 농도에 따른 잉여슬러지 감량효율 측정

본 발명은 열에너지의 소모량을 줄이기 위하여 드럼?지형 농축기(14)에서 농축된 잉여슬러지를 사용하고 있는데 농축정도에 따른 감량효율을 알아보기 위하여 농축하지 않은 잉여슬러지와 실시예 1의 방법으로 농축된 잉여슬러지의 농도를 20,000mg/L, 30,000mg/L, 40,000mg/L로 조절하여 감량효율을 평가하였다.

빛이 차단된 용기에 농도가 조절된 잉여슬러지를 담고 가열 및 온도 조절을 할 수 있는 핫플레이트 위에서 막대자석으로 강하게 교반하면서 자외선을 조사하면서 온도는 60도, 공기주입은 2vvm(공기부피/슬러지부피x100)으로 3일간 가용화시켰다.

표 3에 각 조건별 감량화율과 SCOD를 표기하였다.

잉여슬러지 농도 (mg/L)	SCOD 농도 (mg/L)	감량화율 (%)
9,450	1,538	56.9
20,000	3,300	52.8
30,000	4,836	53.6
40,000	5,990	55.6

잉여슬러지의 농도에 따른 감량효율은 차이가 없었으며, SCOD의 농도는 농축된 잉여슬리지의 농도에 비례하여 증가하였다.

실시예 3 : 실 생물학적 오폐수설비에 적용한 잉여슬러지 감량

본 발명의 설비를 베트남 소재 H사의 실 생물학적 폐수처리설비에 적용하여 8개월간 잉여슬러지의 감량효율을 측정하였다.

H사는 타이어 코드지와 스판덱스 원사를 생산하는 공정에서 발생되는 오폐수를 도 1에 도시된 전형적인 생물학적 오폐수처리시설로 처리하고 있다. 감량화 설비가 도입되기 1년간의 평균폐수 유입량은 일 937.5m3정도이고 잉여슬러지의 월평균 배출량은 63.5톤으로 유기물의 슬러지 전환율은 0.42정도였다.

이 오폐수처리장에 고분자 약품조 및 주입설비(12): 잉여슬러지의 전부 또는 일부를 고분자를 사용하여 응집한 후 고체를 연속적으로 농축시키는 드럼?지형 농축기(14): 농축된 잉여슬러지를 50~70도의 열과 자외선을 포함한 단파장의 빛을 이용하여 호기 가용화하는 가용화조(16): 가용화조(16)에 열을 공급하기 위하여 폐열을 열교환하여 열을 회수하는 열수조(18)를 포함하는 잉여슬러지 감량화 장치(10)를 설치하여 8개월간 운전하면서 시운전을 통하여 정상상태에 도달한 이 후 6개월간의 수질변화와 잉여슬러지 발생량을 측정하였다.

감량화 설비의 설치전후 평균 운전결과를 표4에 표시하였다.

지표		평균값
지표		감량화 설비 설치전 1년	감량화 시운전후 6개월
유입수	COD pH T-N T-P	893.6mg/L 6.98 18.3mg/L 1.3mg/L	965.3mg/L 7.23 18.6mg/L 1.3mg/L
폭기조	pH MLSS VSS/MLSS	7.35 2,970mg/L 86.3%	7.43 3,250mg/L 87,2%
유출수	COD SS pH T-N T-P	86.3mg/L 12.3mg/L 7.35 15.4mg/L 0.8mg/L	94.5mg/L 21.6mg/L 7.43 14.3mg/L 1.3mg/L
월 평균 슬러지 케익 처리량		63.5톤/월	19.8톤/월

그 결과, 폭기조의 MLSS농도가 약간 올라가는 경향을 보였는데 이는 가용화 잉여슬러지액의 유입에 따른 유입농도가 상승했기 때문이다. 또한 무기화합물의 축적 유무를 확인하기 위한 지표인 FSS/MLSS 비율은 큰 변동이 없는 것으로 보아 무기물을 축적되지 않는 것으로 보인다. 또한 방류수질의 경우 SS의 증가에 따라 COD 와 T-P가 다소 증가하였는데 모두 배출허용기준 이내로 문제가 되지 않는다. 잉여슬러지 감량화설비가 정상운전상태에 도달한 이후 6개월간 측정한 월 평균 슬러지 케익 처리량은 19.8톤으로 설치이전과 비교하면 68.8%의 잉여슬러지가 감량되었다.

10: 잉여 슬러지 감량화 장치
12: 고분자 약품조 및 주입설비
14: 농축기
16: 가용화조
18: 열수조
20: 제어부

Claims

잉여슬러지를 농축시키는 농축기와;
농축된 잉여슬러지를 열에 의하여 가용화하는 가용화조와;
폐열을 이용하여 저장된 물과 열교환함으로써 가용화조에 열을 공급하는 열수조와; 그리고
가용화조의 내부 온도에 따라 열수조에서 데워진 물을 가용화조로 공급하여 열교환함으로써 가용화조의 내부 온도를 높이거나, 열수조의 내부온도에 따라 폐열이 열수조로 유입될 수 있도록 하는 제어부를 포함하며,
상기 가용화조는 슬러지를 교반하는 교반기와;
내부에 배치되어 열수조로부터 공급된 온수와 열교환을 하는 제 1열교환기를 포함하며,
상기 열수조는 폐열이 공급되는 열 공급관과; 열 공급관 상에 배치되어 제어부의 신호에 의하여 개폐함으로써 폐열을 열 수조의 내부로 공급하거나 차단할 수 있는 밸브와; 내부에 설치되며 열 공급관을 통하여 공급된 폐열과 열교환을 함으로써 물을 가열하는 제 2열교환기와; 열교환된 물을 가용화조로 공급하는 물 배출관과; 물 배출관상에 배치되어 상기 제어부의 제어에 의하여 데워진 물을 가용화조로 펌핑하는 펌프를 포함하는 잉여 슬러지 감량화 장치.
제 1항에 있어서,
상기 가용화조는 내부에 배치되어 자외선 또는 빛을 슬러지에 조사하는 램프와;
하부에 배치되어 공기를 공급할 수 있는 산기관을 포함하며,
상기 제 1열교환기는 온수와 열교환을 통하여 가용화조의 온도를 50~70도로 유지하도록 하는 잉여 슬러지 감량화 장치.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 제 2열교환기는 폐열이 전달되는 열 공급관에 연결되어 열수가 순환하는 순환관과; 순환관의 외부에 장착되어 폐열을 열수조에 저장된 물에 전달함으로써 열교환하는 다수개의 핀을 포함하는 잉여 슬러지 감량화 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제어부는
가용화조의 내부에 장착되어 온도를 측정하는 제 1온도측정기와; 열수조의 내부에 장착되어 온도를 측정하는 제 2온도측정기와; 제 1온도 측정기로부터 측정된 온도에 의하여 펌프를 구동시켜서 온수를 가용화조에 공급하여 열교환시키거나, 제 2온도 측정기로 부터 측정된 온도에 의하여 밸브를 개방하여 폐열을 열수조로 공급하는 컨트롤러를 포함하는 잉여 슬러지 감량화 장치.
제 5항에 있어서,
상기 제어부는 열수조와 가용화조의 내부 온도차이가 10도를 유지하도록 하는 잉여 슬러지 감량화 장치.
(a) 폭기, 침전, 농축, 탈수공정을 통하여 처리된 잉여슬러지를 농축기에 의하여 농축하는 단계와;
(b)공장 폐열을 가용화조에 공급되는 열원으로 이용하기 위한 열회수 단계(S110)와;
(c)열 회수단계에서 회수된 열과 단파장의 빛을 이용하여 농축단계에서 얻어진 잉여 슬러리를 가용화하는 단계(120)를 포함하며,
상기 열회수 단계에서, 제어부는 가용화조의 제 1온도 측정기로부터 수신된 신호에 의하여 가용화조의 내부 온도를 파악하고, 기준 온도값보다 낮다고 판단되면, 펌프에 신호를 전송하여 구동시킴으로써 열수조의 온수가 가용화조로 공급되도록 하여 제 1열교환기에 의한 열교환을 통하여 가용화조의 내부 온도를 상승시키고,
또한, 열수조의 제 2온도 측정기로부터 수신된 신호에 의하여 열수조 내부의 온도를 파악하고, 기준 온도값보다 낮다고 판단되면, 열 공급관상에 배치된 밸브를 개방함으로써 폐열을 열수조의 내부로 유입시켜서 제 2열교환기에 의한 열교환을 통하여 내부 온도를 상승시키는 잉여 슬러지 감량화 방법.
삭제
제 7항에 있어서,
상기 (c)단계에서, 가용화조의 내부에 제 2열교환기와 단파장 램프를 배치하여 열을 가함으로써 잉여 슬러지를 가용화하는 잉여 슬러지 감량화 방법.