KR101435950B1 - 호기성 산화조를 이용한 슬러지 저감시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 슬러지 저감시스템의 슬러지 처리효율을 높여 슬러지 감량화를 달성할 수 있고, 유지관리를 위한 비용을 감소시킬 수 있는 구조의 슬러지 저감시스템을 제공하는 것이다. 본 발명은, 침전지로부터 슬러지를 공급받아 일시 수용하는 슬러지저류조와, 그 슬러지저류조로부터 공급된 슬러지에서 호기성 미생물에 의해 유기물을 산화분해시키는 호기성산화조와, 상기 호기성산화조에서 공급받은 슬러지를 소화시키는 소화조; 및 소화조에서 공급받은 슬러지를 탈수시켜 슬러지케이크로 반출시키기 위한 탈수기를 포함하는 슬러지 저감시스템에 있어서, 상기 호기성산화조는, 호기성 미생물에 의해 슬러지 중의 유기물을 산화분해시키기 위해 내부에 슬러지를 수용하는 산화조본체와, 상기 슬러지저류조로부터 산화조본체에 슬러지를 공급하는 슬러지공급수단과, 산화조본체 내의 슬러지 중에서 공기기포를 공급하는 기포공급수단과, 상기 산화조본체에서 미생물에 의해 처리된 슬러지가 배출되는 배출구를 포함하되, 상기 산화조본체 내의 중심부에 수직으로 세워진 유동안내원통체가 설치되고, 상기 기포공급수단은 유동안내원통체 하부의 둘레에 다수개가 간격을 두고 배치되되 유동안내원통체를 중심으로 동일한 회전방향이 되도록 수평으로 기포를 분사하는 기포분사노즐을 포함하고, 산화조본체의 하부에서 슬러지를 흡입하여 산화조본체의 상부에서 내부로 공급하는 슬러지환류수단을 포함한다.

Description

호기성 산화조를 이용한 슬러지 저감시스템{Sludge decrease system using bio-oxdation tank}

본 발명은 하수, 오수, 폐수 등의 슬러지 처리효율을 향상시킨 호기성 산화조를 이용한 슬러지 저감시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 호기성 산화조를 구비하여 침전지로부터 유입되는 슬러지의 소화작용이 효과적으로 이루어짐으로써 슬러지의 감량화가 달성될 수 있도록 구성한 슬러지 저감시스템에 관한 것이다.

하수, 오수, 폐수슬러지 등의 처리를 위하여 고온/ 중온 이단의 소화조를 이용하는 혐기소화 공정이 알려져 있다.

혐기성 소화공정은 고온 및 중온의 이단 반응조에서 각각 가수분해, 산발효 및 메탄발효를 거쳐 메탄가스를 얻음으로써 유기성 폐기물의 처리효율을 극대화화고 최종 폐기물의 발생량을 감소시킨다. 그러한 소화공정을 통해 발생되는 메탄가스 등 재생가스는 가스발전설비 등에서 전력생산을 위한 재생에너지로 활용될 수 있다.

도 1은 한국등록특허공보 제10-0592492호에 도시된 것으로서, 종래, 고온 및 중온 소화조를 갖춘 폐기물 처리장치를 도시하고 있다.

도 1을 참고하면, 1단 고온 반응조(1)와 2단 중온 반응조(2)가 직결로 연결되어 있으며, 1단 고온 반응조(1)가 고온을 유지할 수 있도록 하는 온도제어장치(6)가 설치된다.

또한, 각각의 반응조(1,2) 내부에는 미생물의 반응을 촉진하는 교반기가 설치되고, 이 교반기의 속도를 제어하는 제어장치(4)가 각각 반응조(1,2) 외부에 구비되어 있다.

각각의 반응조(1,2) 일측에 유기성 폐기물을 유입시키거나 또는 유출시킬 수 있는 펌프(7,8) 및 그 펌프(7,8)를 제어하는 펌프제어장치(5)가 구비되어 있다.

이에 따라, 유기성폐기물은 공정 내 체류기간 동안 1단 고온 반응조(1) 및 2단 중온 반응조(2)를 거치면서 각각의 반응조(1,2)에서 가수분해, 산발효 및 메탄발효기작에 의해 유기물이 메탄가스(3)로 전환되고 있다.

고온 반응조(1)의 외부에 설치되는 온도제어장치(6)는 고온 반응조(1)가 고온을 유지하도록 하는 물자켓의 온도를 제어하고 있다.

상기 온도제어장치(6)는 고온 반응조(1)가 정상적인 역할을 할 수 있도록 별도의 열원에 의해 설정범위의 고온을 계속적으로 유지할 수 있도록 한다. 고온 반응조(1)를 유지하기 위한 운전온드는 55℃ 이상이 되어야 하므로 약 15℃ ∼ 25℃로 유입되는 슬러지를 별도의 열원으로 가열하여 온도를 높일 필요가 있다.

그러나, 전술한 종래의 유기성 폐기물 처리장치는 고온 반응조(1)의 정상적인 작동을 위해 보일러를 가동하여 스팀을 이용하는 등의 별도의 열원을 구비하여야 하는 바, 설치비 및 유지관리비가 많이 소요되고 있는 실정이다.

또한, 고온 및 중온 반응조(1,2)에 의한 슬러지의 처리가 완전할 수 없으므로, 고온 및 중온 반응조(1,2)의 효율을 높여 전체 시스템을 거치는 동안 슬러지의 최종배출량을 최소화시키는 시스템의 구현이 필요하다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 관점에서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 슬러지 저감시스템의 슬러지 처리효율을 높여 슬러지 감량화를 달성할 수 있고, 유지관리를 위한 비용을 감소시킬 수 있는 구조의 슬러지 저감시스템을 제공하는 것이다.

이에 따라, 본 발명의 슬러지 저감시스템는, 하수 중의 유기물을 침강시켜 슬러지를 수집하는 침전지와, 상기 침전지로부터 슬러지를 공급받아 일시 수용하는 슬러지저류조와, 상기 슬러지저류조로부터 공급된 슬러지에서 호기성 미생물에 의해 유기물을 산화분해시키는 호기성산화조와, 상기 호기성산화조에서 공급받은 슬러지를 소화시키는 소화조; 및 소화조에서 공급받은 슬러지를 탈수시켜 슬러지케이크로 반출시키기 위한 탈수기를 포함하는 슬러지 저감시스템에 있어서, 상기 호기성산화조는, 호기성 미생물에 의해 슬러지 중의 유기물을 산화분해시키기 위해 내부에 슬러지를 수용하는 산화조본체와, 상기 슬러지저류조로부터 상기 산화조본체에 슬러지를 공급하는 슬러지공급수단과, 상기 산화조본체 내의 슬러지 중에서 공기기포를 공급하는 기포공급수단과, 상기 산화조본체에서 상기 미생물에 의해 처리된 슬러지가 배출되는 배출구를 포함하되, 상기 산화조본체 내의 중심부에 수직으로 세워진 유동안내원통체가 설치되고, 상기 기포공급수단은 상기 유동안내원통체 하부의 둘레에 다수개가 간격을 두고 배치되되 상기 유동안내원통체를 중심으로 동일한 회전방향이 되도록 수평으로 기포를 분사하는 기포분사노즐을 포함하고, 상기 산화조본체의 하부에서 슬러지를 흡입하여 상기 산화조본체의 상부에서 내부로 공급하는 슬러지환류수단을 더 포함하며, 상기 슬러지공급수단은 환형의 관형상을 가지고 상기 산화조본체의 상측에서 수평으로 상기 산화조본체에 고정되는 헤드관체와, 상기 헤드관체와 상기 슬러지저류조를 연결하여 슬러지를 상기 헤드관체에 공급하는 슬러지공급관로와, 상기 헤드관체와 연통되어 상기 헤드관체 내부의 슬러지를 상기 산화조본체 내부의 상측에서 하측을 향해 분사하는 스프레이공급관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 슬러지 저감시스템에서 상기 소화조는 상기 호기성산화조로부터 슬러지를 공급받는 고온소화조와, 상기 고온소화조로부터 슬러지를 공급받고 상기 탈수기에 소화된 슬러지를 공급하는 중온소화조를 포함하고, 상기 고온소화조에서 배출되는 슬러지의 열에 의해 상기 슬러지저류조로부터 상기 호기성산화조롤 공급하는 슬러지를 가온시키는 슬러지열교환기가 설치되는 것을 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 슬러지 저감시스템에서 상기 유동안내원통체는 개방된 상단이 상기 슬러지의 수면 아래에 위치하고, 상기 슬러지환류수단은 상기 산화조본체의 하부 중, 상기 유동안내원통체의 내부에서 슬러지를 흡입하는 것이며, 상기 스프레이공급관은 상기 헤드관체의 둘레를 따라 다수개가 분포되고, 상기 헤드관체의 상면에 연결되며, 상기 슬러지환류수단은 상기 유동안내원통체의 내부에서 흡입한 슬러지를 상기 헤드관체의 내부에 공급하는 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 슬러지 저감시스템에서 상기 산화조본체는 수직으로 세워진 원통형상이고, 상기 산화조본체의 내부에서 바닥면과 벽면이 만나는 코너에는 상기 산화조본체의 둘레를 따라 경사면이 환형으로 형성되고, 상기 경사면은 상기 바닥면에 대하여 45도 이상의 경사이며, 상기 경사면의 하단부에는 슬러지분사공이 상기 산화조본체의 둘레를 따라 다수개가 분포되어 있으며, 상기 슬러지분사공에는 슬러지를 분사시키도록 상기 산화조본체의 내부에서 흡입한 슬러지를 순환시키는 하부순환장치가 설치된 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 슬러지 저감시스템은 상기 배출구로 진입하는 슬러지가 소정깊이의 하측에서만 상승하여 상기 배출구로 진입하도록 안내하기 위해 상기 산화조본체의 벽면에 상기 배출구를 감싸도록 배출구커버체가 설치되고, 상기 기포공급수단은 슬러지유입관로와 공기유입관로가 연결되어 슬러지와 공기가 공급되어 기포를 발생시키되, 상기 슬러지유입관로를 통해 공급되는 슬러지는 상기 슬러지환류수단에서 공급되는 슬러지인 것을 또 다른 특징으로 한다.

본 발명에 따른 슬러지 저감시스템은 고온소화조와 중온소화조의 전단에 호기성 산화조를 설치함으로써, 호기성 미생물과 유기물의 반응에 의해 별도의 열원없이 고온소화조로 유입될 슬러지를 예열하는 효과가 있으며, 호기성 산화조 자체에서 슬러지를 예비적으로 소화처리함으로써 전체적인 소효효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 슬러지 저감시스템은 호기성 산화조와 고온소화조 및 중온소화조의 전체적인 소화효율을 높여 신재생에너지로 활용가능한 메탄 등 재생가스의 생산성을 높일 수 있으므로, 가스발전설비 등에 전력생산용으로 재생가스를 공급하거나, 자체 에너지수급을 위한 연료로 활용하여 에너지 자립화를 이룰 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 슬러지 저감시스템의 호기성 산화조는, 유동안내원통체를 중심으로 동일한 회전방향이 되도록 수평으로 기포를 분사하는 기포분사노즐이 다수개 설치되어, 공기기포와 슬러지의 유동이 상승하는 나선의 형상이 되도록 함으로써, 공기기포가 유동하는 보다 긴 길이에서 호기성미생물과 접촉하도록 하고 그 접촉영역을 확대시켜 호기성미생물을 보다 활성화시키게 되는 바, 발열 및 슬러지 소화효율을 향상시키고 있다.

또한, 본 발명에 따른 슬러지 저감시스템의 호기성 산화조에서는, 환형의 관형상을 가지고 산화조본체의 상측에서 수평으로 산화조본체에 고정되는 헤드관체가 설치되고, 그 헤드관체에 슬러지가 공급되어 다수의 스프레이공급관으로 산화조본체 내에 슬러지를 분산하여 공급하고 있다. 이에 따라, 유동성이 좋지 못한 슬러지가 산화조본체 내부의 특정영역에 불균일하게 공급됨으로써 호기성미생물에 의한 처리상태의 편차가 발생되는 것을 방지하고 전체적으로 균일한 미생물의 작용이 발생되도록 한다.

도 1은 종래 고온소화조와 중온소화조를 구비한 슬러지 저감시스템의 일예를 도시하는 구성도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 슬러지 저감시스템의 전체 구성을 설명하는 블록설명도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 슬러지 저감시스템에서 호기성 산화조의 구성을 설명하는 블록설명도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 슬러지 저감시스템에서 호기성 산화조의 전체 구성도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 슬러지 저감시스템의 호기성 산화조에서 기포분사노즐과 유동안내원통체의 설치상태를 도시하는 단면구성도
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 슬러지 저감시스템의 호기성 산화조에서 기포분사노즐의 기포분사에 따른 기포 및 슬러지의 유동궤적을 설명하기 위한 사시도
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 슬러지 저감시스템의 호기성 산화조의 평면구성도
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 슬러지 저감시스템의 호기성 산화조에서 헤드관체와 스프레이공급관의 구성을 도시하는 구성설명도
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 슬러지 저감시스템의 호기성 산화조에서 산화조본체의 내부에서 바닥면과 벽면이 만나는 코너에서의 경사면과 하부순환장치의 구성을 설명하는 구성설명도
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 슬러지 저감시스템의 호기성 산화조에서 기포분사노즐의 구성을 설명하는 설명도

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 슬러지 저감시스템는, 하수 중의 유기물을 침강시켜 슬러지를 수집하는 침전지(100), 상기 침전지(100)로부터 슬러지를 공급받아 일시 수용하는 슬러지저류조(200), 상기 슬러지저류조(200)로부터 공급된 슬러지에서 호기성 미생물에 의해 유기물을 산화분해시키는 호기성산화조(300), 상기 호기성산화조(300)에서 공급받은 슬러지를 소화시키는 소화조(400), 및 소화조(400)에서 공급받은 슬러지를 탈수시켜 슬러지케이크로 반출시키기 위한 탈수기(600)를 포함한다.

상기 침전지(100)는 하수처리시설에 흔히 설치되는 구조물로서 소정의 길이와 높이 및 폭을 갖도록 콘크리트 구조물로 형성된다. 침전지(100)의 한쪽에는 침전된 슬러지가 수집되어 쌓이는 호퍼가 설치된다.

침전지(100) 내에는 구동장치에 의해 이동하는 스크레이퍼가 설치되어 침전지(100)에 침전된 슬러지를 상기 호퍼로 수집하고 있으며, 펌프의 주기적인 작동에 의해 호퍼에 쌓인 슬러지가 흡입관으로 흡입된다.

상기 슬러지저류조(200)는 침전지(100)에서 수집되어 흡입관으로 흡입된 슬러지가 이동하여 저장되는 수조로서, 슬러지가 처리되기 위해 일시적으로 수집되어 체류하는 저장공간이다. 침전지(100)에서 슬러지저류조(200)으로 유입되는 슬러지는 슬러지농축기(120)를 거침으로서 농축된 상태로 슬러지저류조(200)에 저장된다.

상기 호기성산화조(300)는 유기물과 호기성 미생물의 반응에 의해 자체적으로 발열이 가능한 것으로서, 소화조(400) 전단에 설치하여 소화조(400)의 열원을 공급하여 소화효율을 상승시키면서 자체적으로 소화효율을 가진다. 호기성산화조(300)의 구체적인 구성은 후술한다.

상기 소화조(400)는 농축된 슬러지를 혐기성 미생물을 이용하여 분해하는 것으로서, 하수, 오수, 폐수의 처리과정에서 발생되는 슬러지를 최대한 감량하기 위한 시설이다. 소화조(400)에서는 혐기성미생물(산생성균 및 메탄발효균)의 작용으로 유기성폐수 중의 유기물이 분해되어 연료로 사용할 수 있는 메탄이 다량 함유된 바이오가스가 생성된 후, 가스저장탱크(700)로 보내진다.

상기 소화조(400)는 슬러지를 유동 및 교반시키는 교반장치와 내부에서 발생한 소화가스가 배출되기 위한 가스배관 등이 구비되는 것으로서, 슬러지의 감량화, 바이오가스 생산을 통한 신재생에너지로의 활용을 통해 유지관리비를 절감시키는데 설치 목적이 있다.

상기 소화조(400)는 고온소화조(410)와 중온소화조(430)로 구분되어진다.

고온소화조(410)는 호기성산화조(300)로부터 예비 소화된 슬러지를 공급받아 소화시키는 설비로서, 운전온도는 55℃ 이상을 유지할 필요가 있다.

본 실시예에서는 별도의 열원의 공급없이 호기성산화조(300)에서 유기물과 호기성 미생물의 작용에 의한 발열을 이용하여 슬러지를 가온하여 고온소화조(410)에 공급하고 있다.

또한, 본 실시예에는 슬러지열교환기(500)가 설치된다. 슬러지열교환기(500)는 고온소화조(410)에서 소화된 고온의 슬러지가 중온소화조(430)로 바로 유입되지 않고 슬러지열교환기(500)에서 열교환후 중온소화조(430)로 유입시킨다.

슬러지열교환기(500)에서는 고온소화조(410)에서 유출된 고온 슬러지가 호기성산화조(300)로 유입되는 생슬러지를 가온하도록 열교환이 이루어지고 열교환되어 감온된 슬러지가 중온소화조(430)로 유입될 수 있도록 설치된다. 즉, 상기 슬러지열교환기(500)는 호기성산화조(300)에 공급되는 생농축 및 잉여농축슬러지와 중온소화조(430)로 유입되기 전의 고온 슬러지 사이에서 열교환이 이루어짐으로써, 호기성산화조(300)에 투입되는 슬러지를 승온시키고, 중온소화조(430) 투입슬러지는 감온시키는 장치이다.

중온소화조(430)에는 35± 2℃ 정도에서 소화가 이루어지므로 고온소화조(410)에서 배출된 고온 슬러지가 열교환기를 거치면서 중온소화조(430)에 적합한 온도가 될 수 있다.

상기 탈수기(600)는 소화된 슬러지를 탈수하는 장치이다. 슬러지를 탈수 처리하는 방식으로는, 여과포 사이에 슬러지가 투입 이송되어 롤러에 의해 가압되면서 슬러지의 탈수가 이루어지도록 하는 밸트프레스 방식과, 콘(cone)축의 직경이 전방으로 갈수록 커지면서 탈수실의 용적이 점차적으로 작아지도록 형성되어, 상기 통체에 슬러지가 투입되어 전방으로 이송되면서 서서히 압축되는 스크류 프레스 방식 등이 주지되어 현장에서 활용되고 있다.

한편, 도 4를 참조하면, 상기 호기성산화조(300)는, 호기성 미생물에 의해 슬러지 중의 유기물을 산화분해시키기 위해 내부에 슬러지를 수용하는 산화조본체(10)와, 슬러지저류조(200)로부터 상기 산화조본체(10)에 슬러지를 공급하는 슬러지공급수단(20)과, 상기 산화조본체(10) 내의 슬러지 중에서 공기기포를 공급하는 기포공급수단(30)과, 상기 산화조본체(10)에서 상기 미생물에 의해 처리된 슬러지가 배출되는 배출구(40)를 포함한다.

상기 산화조본체(10)는 수직으로 세워진 원통형상을 이루어 슬러지를 수용하는 저장조로서, 슬러지공급수단(20)에 의해 공급된 슬러지가 호기성 미생물에 의해 처리되는 동안 내부에 수용되고 있다.

상기 슬러지공급수단(20)은 슬러지저류조(200)로부터 산화조본체(10)에 슬러지를 공급하기 위한 것으로, 슬러지공급관로(24) 및 슬러지공급펌프(26)와, 산화조본체(10)의 상부에 설치되는 헤드관체(23)와, 산화조본체(10)의 내부에서 슬러지를 분사하는 스프레이공급관(25)을 포함한다.

슬러지저류조(200)로부터 슬러지공급관로(24) 및 슬러지공급펌프(26)에 의해 슬러지는 헤드관체(23)에 먼저 공급된 후, 헤드관체(23)에서 스프레이공급관(25)에 의해 산화조본체(10)의 내부로 공급된다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 헤드관체(23)는 환형의 관형상을 가지고 산화조본체(10)의 상측에서 수평으로 산화조본체(10)에 고정된 상태로 설치된다. 헤드관체(23)는 관형상을 가지는 것이므로, 슬러지공급관로(24)가 연결되어 헤드관체(23)의 내부에 슬러지가 공급되면, 환형으로 내부에서 슬러지가 유동하게 되며, 헤드관체(23)의 내부에 슬러지가 차오르면 스프레이공급관(25)을 통해 산화조본체(10)의 내부에 슬러지가 공급된다.

스프레이공급관(25)은 헤드관체(23)의 둘레를 따라 다수개가 분포되고, 헤드관체(23)의 상면에 연결되어 산화조본체(10) 내부로 연장되어 슬러지를 분사하는 구조이다.

헤드관체(23)의 상면에 스프레이공급관(25)이 연통된 상태로 연결됨으로써 헤드관체(23)의 내부에서 슬러지가 스프레이공급관(25)으로 차오르는 경우에 스프레이공급관(25)으로 슬러지가 유동할 수 있다.

스프레이공급관(25)은 헤드관체(23)의 둘레 전체에서 균등한 간격을 가지는 것이 바람직하며, 둘레 전체에 배치되는 다수의 스프레이공급관(25)은 슬러지를 산화조본체(10)의 내부로 분사하는 위치가 산화조본체(10)의 중심부를 향해 앞선 위치(25a)와 그보다 후측인 위치(25b)의 것이 혼합되어 배치되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 다수의 스프레이공급관(25)을 헤드관체(23)의 둘레 전체에서 분산시켜 슬러지를 공급하고, 산화조본체(10)의 중심부에 근접한 내측위치와 떨어진 외측위치로 나뉘어 또한 슬러지를 분산공급하게 됨으로써 산화조본체(10)의 내부 상면에 슬러지를 전체적으로 고르게 뿌려주는 작용을 한다.

이는 유동성이 좋지 못한 슬러지가 산화조본체(10) 내부의 특정영역에 불균일하게 다량 공급됨으로써 호기성미생물에 의한 처리상태에 편차가 발생되는 것을 방지하고 전체적으로 균일한 미생물의 작용이 발생되도록 한다. 이는 또한, 막 공급된 미처리상태의 슬러지가 배출구(40)를 통해 다량으로 배출되는 경우가 발생되지 않도록 하고, 고르게 섞인 상태에서 배출되는 슬러지의 처리된 상태가 비교적 균일하도록 하는 역할도 한다.

한편, 상기 헤드관체(23)는 슬러지환류수단(60)으로부터 산화조본체(10)의 슬러지를 공급받아 슬러지저류조(200)로부터 공급받은 미처리상태의 슬러지와 혼합시키는 작용을 한다.

상기 슬러지환류수단(60)은 소화조(400)본체(10)의 내부 중 하부의 어떤 위치에서도 흡입할 수 있으나, 수직으로 세워진 유동안내원통체(50) 내부의 하부에 슬러지흡입구(61)가 위치하고 환류라인(62) 및 환류펌프(63)에 의해 슬러지를 흡입하여 산화조본체(10)의 상부에서 다시 공급함으로써 슬러지가 고르게 섞이도록 순환시키고 있다. 수직으로 세워진 유동안내원통체(50)의 내부는 슬러지의 유동이 원만하지 못하기 때문이다.

이 때, 슬러지환류수단(60)이 산화조본체(10)의 상부에 직접 슬러지를 배출하지 않고, 헤드관체(23)에 공급함으로써 슬러지저류조(200)로부터 공급받은 미처리상태의 슬러지와 혼합될 수 있도록 한다.

산화조본체(10) 내에서 처리된 슬러지는 미생물의 작용에 의해 대략 55℃로 온도가 높으므로 슬러지저류조(200)로부터 공급받은 미처리상태의 슬러지를 먼저 헤드관체(23)에서 혼합되도록 함으로써, 슬러지저류조(200)로부터 공급되는 슬러지의 온도를 높이는 작용을 한다. 이에 따라, 온도가 높아지고 호기성미생물에 의해 처리중인 슬러지와 혼합된 슬러지가 산화조본체(10)로 공급됨으로써 호기성 미생물의 처리작용이 온도의 갑작스런 변화로 저하되지 않도록 하고, 산화조본체(10)의 하부와, 슬러지가 공급되는 산화조본체(10)의 상부 사이의 처리작용에 큰 편차가 발생되지 않도록 한다.

한편, 산화조본체(10) 내의 중심부에 수직으로 세워진 유동안내원통체(50)가 설치된다. 상기 유동안내원통체(50)는 산화조본체(10) 내에서 슬러지의 유동을 안내하기 위해 설치된다.

유동안내원통체(50)의 상단(53)은 개방되고 그 개방된 상단(53)은 슬러지의 수면 아래에 위치하여 유동안내원통체(50)의 내부로 슬러지가 유동하도록 구성한다. 전술한 바와 같이, 슬러지환류수단(60)은 유동안내원통체(50) 내부의 하부에 슬러지흡입구(61)가 위치하고 슬러지를 흡입하여 산화조본체(10)의 상부에서 다시 공급함으로써 유동안내원통체(50) 내부에서 슬러지의 유동이 원활히 발생토록 구성되어 있다.

또한, 유동안내원통체(50)의 하부에는 통공(54)이 형성되고 그 통공(54)을 통해 유동안내원통체(50)의 내외부로 슬러지의 유동이 가능하도록 한다.

한편, 도 4 및 도 5를 참고하면, 상기 기포공급수단(30)은 슬러지 중에서 공기기포를 공급하여 호기성 미생물의 작용을 활성화시키고 있다. 상기 기포공급수단(30)은 유동안내원통체(50)의 하부의 둘레에 다수개가 간격을 두고 배치되되, 상기 유동안내원통체(50)를 중심으로 동일한 회전방향이 되도록 수평으로 기포를 분사하는 기포분사노즐(31)을 포함한다.

상기 기포분사노즐(31)은 도 10에서 도시된 바와 같이, 슬러지유입관로(31b)와 공기유입관로(31a)가 연결되고, 슬러지유입관로(31b)로부터 유입된 슬러지가 고속으로 유동하면서 노즐 내부의 압력이 낮아지며 노즐에 연결된 공기유입관로(31a)의 공기가 빨려 들어와 노즐 내에서 슬러지와 혼합되어 기포를 발생시킨다. 슬러지유입관로(31b)는 기포발생을 위해 상기 슬러지환류수단(60)에 연결되어 슬러지가 기포분사노즐(31)에 공급되고 있다. 슬러지환류수단(60)은 기포분사노즐(31)과 헤드관체(23)에 모두 슬러지를 공급한다.

도 5을 참고하면, 기포분사노즐(31)은 유동안내원통체(50)의 주위에서 유동안내원통체(50)의 접선방향으로 균일한 간격의 4방향에서 기포가 분사되도록 구성됨으로써, 공기기포를 통해 호기성미생물에 공기를 공급함과 함께 슬러지의 유동도 함께 발생시키고 있다.

산화조본체(10) 내의 슬러지는 기포분사노즐(31)의 기포분사에 의해 산화조본체(10)의 내면과 유동안내원통체(50) 사이에서 일방향으로 회전하는 유동을 발생시킨다.

또한, 도 6를 참조하면, 분사된 기포는 분사압에 의해 유동안내원통체(50) 주변에서 슬러지를 회전시킴과 함께, 기포의 상승력에 의해 슬러지를 상승시키는 유동도 같이 발생시키게 되는 바, 도 6에서 도시하는 유동선(R)과 같이 나선형상(스파이럴형상)의 궤적을 그리면서 슬러지를 유동시킨다.

이는 공기기포가 슬러지와 함께 이동하는 궤적이 되므로 공기기포가 수직상방으로 배출되는 경우와 비교할 때, 비교적 긴 길이의 나선궤적을 그리면서 상승한다. 이는 공기기포가 유동하는 보다 긴 길이에서 호기성미생물과 접촉하도록 하고 그 접촉영역을 확대시킴으로써 호기성미생물을 보다 활성화시킬 수 있는 것이다.

한편, 도 9을 참고하면, 상기 산화조본체(10)의 내에서 바닥면(18)과 벽면(19)이 만나는 코너에는 상기 산화조본체(10)의 둘레를 따라 경사면(17)이 환형으로 형성되고, 그 경사면(17)의 하단부에는 슬러지분사공(72)이 산화조본체(10)의 둘레를 따라 다수개가 분포되며, 상기 슬러지분사공(72)에는 산화조본체(10)의 내부에서 흡입한 슬러지를 펌프(73)에 의해 순환시켜 분사시키는 하부순환장치(70)가 설치된다.

상기 구성은 산화조본체(10) 하부의 코너에서 슬러지가 체류하면서 부패하는 것을 방지하기 위한 구성이다.

상기 경사면(17)은 바닥면(18)과 벽면(19)이 만나는 코너를 경사지게 형성한 것으로서, 그 경사는 바닥면(18)에 대하여 45도 이상의 경사인 것이 바람직하다.

이에 따라, 상측에서 하강하여 산화조본체(10)의 코너에 모이려는 슬러지 입자들은 경사면(17)에서 경사를 타고 하강하게 되고, 슬러지분사공(72)을 만나는 위치에서 분사되는 슬러지와 함께 유동되어 코너에 쌍이는 슬러지가 발생하지 않는다.

상기 하부순환장치(70)는 산화조본체(10)의 바닥에서 슬러지를 흡입하여 펌프(73)에 의해 슬러지분사공(72)으로 공급하여 분사되도록 한다.

분사되는 방향은 바닥면(18)과 나란하도록 함으로써 바닥면(18)에 쌓이는 슬러지 입자도 함께 상측으로 부유시킬 수 있다.

도 4를 참고하면, 상기 배출구(40)는 산화조본체(10)에서 호기성 미생물에 의해 처리된 슬러지가 배출되는 부분으로서, 슬러지의 수위가 배출구(40)에 이르면, 자연히 슬러지가 흘러나올 수 있도록 개방되어 있다.

배출구(40)에는 산화조본체(10)에서 벽면(19)에 부착되어 배출구(40)를 커버함으로써 배출구(40)로 진입하는 슬러지가 하측에서부터 상승하여 배출구(40)로 진입할 수 있도록 배출유동로를 형성하는 역할을 한다.

따라서, 도 4 및 도 5을 참조하면 배출구커버체(42)는 배출구(40)을 감싸는 "ㄷ“자 형상의 판체가 소정깊이에서 개방되도록 산화조본체(10)의 벽면(19)에 부착됨으로써, 슬러지가 배출구커버체(42)와 산화조본체(10)의 벽면(19) 사이에서 하측에서만 배출구(40)를 향해 상승하도록 하고, 배출구커버체(42)의 양측은 벽면(19)에 부착되어 차단함으로써 수면 근처에서 슬러지가 배출구(40)에 유입되는 것을 막고 있다.

상기와 같은 구성은 슬러지저류조(200)에서 공급되어 아직 미처리된 슬러지가 배출구(40)를 통해 공급되는 것을 막고, 산화조본체(10)의 하부에서 호기성 미생물에 의해 처리가 진행된 슬러지가 배출될 수 있도록 하기 위함이다.

전술한 바와 같이, 본 실시예의 슬러지 저감을 위한 장치시스템은, 호기성산화조가 고온소화조의 전단에 설치되어 슬러지를 예비가열 및 예비소화시킴으로써, 호기성 미생물과 유기물의 반응에 의해 별도의 열원없이 고온소화조로 유입될 슬러지를 예열하여 유지관리비용을 줄일 수 있는 효과가 있으며, 호기성 산화조 자체에서 슬러지를 예비적으로 소화처리함으로써 전체적인 소효효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 향상된 소화효율에 의해 고온소화조 및 중온소화조에서 신재생에너지로 활용가능한 메탄 등 재생가스의 생산성이 높아질 수 있으므로, 가스발전설비 등에 전력생산용으로 재생가스를 공급하거나, 자체 에너지수급을 위한 연료로 활용하여 에너지 자립화를 이룰 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 상기의 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있는 일 실시예에 불과하며, 동업계의 통상의 기술자에 있어서는, 본 발명의 기술적인 사상 내에서 다른 변형된 실시가 가능함은 물론이다.

1: 고온 반응조 2: 중온 반응조
4: 제어장치 5: 펌프제어장치
6: 온도제어장치 7: 펌프
8: 펌프 10: 산화조본체
17: 경사면 18: 바닥면
19: 벽면 20: 슬러지공급수단
23: 헤드관체 24: 슬러지공급관로
25: 스프레이공급관 26: 슬러지공급펌프
30: 기포공급수단 31: 기포분사노즐
31a: 공기유입관로 31b: 슬러지유입관로
40: 배출구 42: 배출구커버체
50: 유동안내원통체 53: 상단
54: 통공 60: 슬러지환류수단
61: 슬러지흡입구 62: 환류라인
63: 환류펌프 70: 하부순환장치
72: 슬러지분사공 73: 펌프
100: 침전지 200: 슬러지저류조
300: 호기성산화조 400: 소화조
410: 고온소화조 430: 중온소화조
600: 탈수기

Claims (5)

1. 하수 중의 유기물을 침강시켜 슬러지를 수집하는 침전지(100);
   상기 침전지(100)로부터 슬러지를 공급받아 일시 수용하는 슬러지저류조(200);
   상기 슬러지저류조(200)로부터 공급된 슬러지에서 호기성 미생물에 의해 유기물을 산화분해시키는 호기성산화조(300);
   상기 호기성산화조(300)에서 공급받은 슬러지를 소화시키는 소화조(400); 및
   상기 소화조(400)에서 공급받은 슬러지를 탈수시켜 슬러지케이크로 반출시키기 위한 탈수기(600)를 포함하는 슬러지 저감시스템에 있어서,
   상기 호기성산화조(300)는,
   호기성 미생물에 의해 슬러지 중의 유기물을 산화분해시키기 위해 내부에 슬러지를 수용하는 산화조본체(10)와,
   상기 슬러지저류조(200)로부터 상기 산화조본체(10)에 슬러지를 공급하는 슬러지공급수단(20)과,
   상기 산화조본체(10) 내의 슬러지 중에서 공기기포를 공급하는 기포공급수단(30)과,
   상기 산화조본체(10)에서 상기 미생물에 의해 처리된 슬러지가 배출되는 배출구(40)를 포함하되,
   상기 산화조본체(10) 내의 중심부에 수직으로 세워진 유동안내원통체(50)가 설치되고,
   상기 기포공급수단(30)은
   상기 유동안내원통체(50) 하부의 둘레에 다수개가 간격을 두고 배치되되 상기 유동안내원통체(50)를 중심으로 동일한 회전방향이 되도록 수평으로 기포를 분사하는 기포분사노즐(31)을 포함하고,
   상기 산화조본체(10)의 하부에서 슬러지를 흡입하여 상기 산화조본체(10)의 상부에서 내부로 공급하는 슬러지환류수단(60)을 더 포함하며,
   상기 슬러지공급수단(20)은
   환형의 관형상을 가지고 상기 산화조본체(10)의 상측에서 수평으로 상기 산화조본체(10)에 고정되는 헤드관체(23)와,
   상기 헤드관체(23)와 상기 슬러지저류조(200)를 연결하여 슬러지를 상기 헤드관체(23)에 공급하는 슬러지공급관로(24)와,
   상기 헤드관체(23)와 연통되어 상기 헤드관체(23) 내부의 슬러지를 상기 산화조본체(10) 내부에서 분사하는 스프레이공급관(25)을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 저감시스템
2. 제1항에 있어서,
   상기 소화조(400)는 상기 호기성산화조(300)로부터 슬러지를 공급받는 고온소화조와,
   상기 고온소화조(410)로부터 슬러지를 공급받고 상기 탈수기(600)에 소화된 슬러지를 공급하는 중온소화조(430)를 포함하고,
   상기 고온소화조(410)에서 배출되는 슬러지의 열에 의해 상기 슬러지저류조(200)로부터 상기 호기성산화조(300)로 공급하는 슬러지를 가온시키는 슬러지열교환기(500)가 설치되는 것을 특징으로 하는 슬러지 저감시스템
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 유동안내원통체(50)는
   개방된 상단이 상기 슬러지의 수면 아래에 위치하고,
   상기 슬러지환류수단(60)은 상기 산화조본체(10)의 하부 중, 상기 유동안내원통체(50)의 내부에서 슬러지를 흡입하는 것이며,
   상기 스프레이공급관(25)은
   상기 헤드관체(23)의 둘레를 따라 다수개가 분포되고 상기 헤드관체(23)의 상면에 연결되며,
   상기 슬러지환류수단(60)은 상기 유동안내원통체(50)의 내부에서 흡입한 슬러지를 상기 헤드관체(23)의 내부에 공급하는 것을 특징으로 하는 슬러지 저감시스템
4. 제3항에 있어서,
   상기 산화조본체(10)는
   수직으로 세워진 원통형상이고,
   상기 산화조본체(10)의 내부에서 바닥면(18)과 벽면(19)이 만나는 코너에는 상기 산화조본체(10)의 둘레를 따라 경사면(17)이 환형으로 형성되고,
   상기 경사면(17)은 상기 바닥면(18)에 대하여 45도 이상의 경사이며,
   상기 경사면(17)의 하단부에는 슬러지분사공(72)이 상기 산화조본체(10)의 둘레를 따라 다수개가 분포되어 있으며,
   상기 슬러지분사공(72)에는 슬러지를 분사시키도록 상기 산화조본체(10)의 내부에서 흡입한 슬러지를 순환시키는 하부순환장치(70)가 설치된 것을 특징으로 하는 슬러지 저감시스템
5. 제4항에 있어서,
   상기 배출구(40)로 진입하는 슬러지가 소정깊이의 하측에서만 상승하여 상기 배출구(40)로 진입하도록 안내하기 위해 상기 산화조본체(10)의 벽면(19)에 상기 배출구(40)를 감싸도록 배출구커버체(42)가 설치되고,
   상기 기포공급수단(30)은 슬러지유입관로와 공기유입관로가 연결되어 슬러지와 공기가 공급되어 기포를 발생시키되, 상기 슬러지유입관로를 통해 공급되는 슬러지는 상기 슬러지환류수단(60)에서 공급되는 슬러지인 것을 특징으로 하는 슬러지 저감시스템

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