KR101564635B1

KR101564635B1 - 슬러지 처리 장치, 폐수 처리 장치, 슬러지 처리 방법 및 폐수 처리 방법

Info

Publication number: KR101564635B1
Application number: KR1020137021839A
Authority: KR
Inventors: 에이지 후지타
Original assignee: 에이지 후지타
Priority date: 2011-03-03
Filing date: 2011-09-12
Publication date: 2015-11-06
Also published as: JP2014000486A; KR20130114250A; WO2012117595A1; JP4818474B1

Abstract

차아염소산 수용액 등의 약제를 사용하지 않고 슬러지를 삭감하는 것이 가능한 슬러지 처리 장치 및 이것을 사용한 폐수 처리 장치, 및 슬러지 처리 방법 및 폐수 처리 방법을 제공한다. 하수나 공장 폐수 등의 유기물을 포함하는 폐수를 미생물에 의해 유기물 분해하는 생물 처리조로서의 폭기조(aeration tank)(2)와, 폭기조(2)에서 처리된 물과 슬러지와의 혼합물을 슬러지와 처리수로 분리하기 위한 침전조(3)와, 침전조(3)에 의해 분리된 슬러지에, 이 슬러지 중의 미생물의 세포막을 파괴하도록 수격(水擊) 장치(8)에 의해 수격압을 가하여 폭기조(2)로 반송(返送)하는 반송 수단으로서의 슬러지 반송로(4)를 가진다.

Description

슬러지 처리 장치, 폐수 처리 장치, 슬러지 처리 방법 및 폐수 처리 방법{SLUDGE TREATMENT SYSTEM, WASTEWATER TREATMENT SYSTEM, SLUDGE TREATMENT METHOD AND WASTEWATER TREATMENT METHOD}

본 발명은, 유기물을 포함하는 폐수를 미생물에 의해 유기물 분해함으로써 발생한 슬러지를 삭감하는 슬러지 처리 장치 및 이것을 사용한 폐수 처리 장치, 및 슬러지 처리 방법 및 폐수 처리 방법에 관한 것이다.

유기물을 포함하는 폐수의 처리법으로서 활성 슬러지법이 알려져 있다. 활성 슬러지법에서는, 호기성 미생물이 서식하는 활성 슬러지를 폭기조(aeration tank)에 공급하고, 충분한 공기를 공급하고, 또한 이 폭기조에 유기물을 포함하는 폐수를 투입함으로써, 폐수 중에 포함되는 유기물을 활성 슬러지 중에 서식하는 호기성 미생물에 포식시킨다. 또한, 폭기조에서 처리된 물은 활성 슬러지와 함께 침전조로 흘러내려, 활성 슬러지와 처리수로 분리되고, 활성 슬러지는 반송(返送) 슬러지로서 폭기조에 되돌려진다.

여기서, 호기성 미생물은 폭기조에서 대량으로 증식하므로, 모두 반송하면 활성 슬러지가 지나치게 증가하기 때문에, 일부 활성 슬러지는 정기적으로 침전조로부터 뽑아내어 잉여 슬러지로서 폐기 처리된다. 뽑아내진 잉여 슬러지는 탈수 장치에 의해 탈수되어 탈수 케이크가 되어, 소각 처리되거나, 처분장 등에서 폐기 처리되지만, 이 잉여 슬러지의 처리 비용이 높으므로, 잉여 슬러지의 삭감이 요구되고 있다.

종래, 이와 같은 슬러지를 삭감하는 장치로서, 예를 들면, 특허 문헌 1에는, 유기성 폐수를 생물 처리하는 생물 처리조와, 생물 처리한 처리액을 고액(固液) 분리하는 고액 분리조와, 고액 분리하여 얻어진 슬러지의 세포를 파쇄화 처리하는 초음파 처리 장치와, 고액 분리조의 후단(後段)에 분리막을 내장한 막 분리조를 설치하고, 초음파 처리 장치에 의해 세포를 파쇄화 처리한 슬러지를 막 분리조에서 처리하는 폐수 처리 장치에 대하여 개시되어 있다. 또한, 특허 문헌 2에는, 압력을 높인 슬러지를 노즐로부터 분출시키고, 슬러지의 세포를 파괴하여 가용화(可溶化)하는 방법에 대하여 제안하고 있다.

일본 특허출원 공개번호 2008-93508호 공보 일본 특허 제366803호 공보

그런데, 특허 문헌 1의 초음파 처리 장치에 의해 세포를 파쇄화 처리하는 방법은 실현되고 있지 않으며, 충분히 파쇄화 처리가 행해지고 있지 않은 것으로 여겨진다. 또한, 특허 문헌 2에 기재된 방법에서는, 슬러지 함유 처리수를 30MPa 이상의 압력으로 높이기 위한 동력이 크고, 대형 설비가 필요하게 된다.

이에, 본 발명에 있어서는, 큰 동력을 필요로 하지 않고, 물리적으로 슬러지를 삭감하는 것이 가능한 슬러지 처리 장치 및 이것을 사용한 폐수 처리 장치, 및 슬러지 처리 방법 및 폐수 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 슬러지 처리 장치는, 유기물을 포함하는 폐수를 생물 처리조에서생물에 의해 유기물 분해함으로써 발생한 슬러지에, 이 슬러지 중의 미생물의 세포막을 파괴하도록 수격압(水擊壓)을 가하여 생물 처리조에 반송하는 반송 수단을 가지는 것이다. 또한, 본 발명의 슬러지 처리 방법은, 유기물을 포함하는 폐수를 생물 처리조에서 미생물에 의해 유기물 분해함으로써 발생한 슬러지에, 이 슬러지 중의 미생물의 세포막을 파괴하도록 수격압을 가하여 생물 처리조에 반송하는 것을 특징으로 한다.

이러한 발명에 의하면, 슬러지에 수격압을 가함으로써, 수격 작용에 의해 슬러지 중의 난분해성 미생물의 세포막이 파괴되어 생물 처리조에 반송되면 이분해 성의 세포내 물질이 다시 미생물의 먹이가 되어 용이하게 유기물 분해된다. 그리고, 수격(수추(水鎚), 수퇴(水槌), 워터 해머) 작용이란, 도관 내의 수류를 갑자기 막았을 때, 수류의 관성에 의해 도관 내에 충격 수압이 발생하는 현상이다.

본 발명의 폐수 처리 장치는, 유기물을 포함하는 폐수를 미생물에 의해 유기물 분해하는 생물 처리조와, 상기 슬러지 처리 장치를 가지는 것이다. 또한, 본 발명의 폐수 처리 방법은, 유기물을 포함하는 폐수를 생물 처리조에서 미생물에 의해 유기물 분해하는 것과, 상기 슬러지 처리 방법을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 발명에 의하면, 생물 처리조에 의해 발생한 슬러지에 수격압을 가함으로써, 수격 작용에 의해 슬러지 중의 난분해성 미생물의 세포막이 파괴되고, 생물 처리조에 반송되면 이분해성 세포내 물질이 다시 미생물의 먹이가 되어 용이하게 유기물 분해된다.

본 발명에 의하면, 생물 처리조에서 발생한 슬러지에, 이 슬러지 중의 미생물의 세포막을 파괴하도록 수격압을 가하고, 생물 처리조에 반송함으로써, 이분해 성 세포내 물질이 미생물의 먹이가 되어 용이하게 유기물 분해되어, 최종적인 잉여 슬러지가 감량되므로 잉여 슬러지의 처리 비용을 삭감할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에서의 폐수 처리 장치의 블록도이다.
도 2는 도 1의 전환 밸브의 작동 위치를 나타내는 설명도이다.
도 3은 도 1의 수격 장치의 개략 구성도이다.
도 4는 도 3의 밸브실의 확대 단면도이다.
도 5는 임계 속도와 수격압의 관계를 나타낸 도면이다.
도 6은 킬른식 열풍 건조기의 일례를 나타낸 개략 구성도로서, (a)는 종단면도, (b)는 (a)의 A-A선을 따라 절단한 단면도이다.
도 7은 복수의 수격 장치를 병렬로 설치한 폐수 처리 장치의 주요부를 나타낸 도면이다.
도 8은 어큐뮬레이터(accumulator) 대신 공급 탱크를 설치한 폐수 처리 장치의 주요부를 나타낸 도면이다.
도 9는 밸브실 설정 각도를 90°로 한 수격 장치의 확대 단면도이다.
도 10은 본 발명의 폐수 처리 장치의 다른 실시예를 나타낸 블록도이다.
도 11은 본 발명의 폐수 처리 장치의 다른 실시예를 나타낸 블록도이다.
도 12는 본 발명의 폐수 처리 장치의 다른 실시예를 나타낸 블록도이다.

도 1은 본 발명의 실시예에서의 폐수 처리 장치의 블록도, 도 2는 도 1의 전환 밸브의 작동 위치를 나타내는 설명도, 도 3은 도 1의 수격 장치의 개략 구성도, 도 4는 도 3의 밸브실의 확대 단면도이다.

도 1에 있어서, 본 발명의 실시예에서의 폐수 처리 장치(1)는, 하수나 공장폐수 등의 유기물을 포함하는 폐수(원수)를 미생물에 의해 유기물 분해하는 생물 처리조로서의 폭기조(2)와, 폭기조(2)에서 처리된 물과 슬러지의 혼합물을 슬러지와 처리수로 분리하기 위한 침전조(3)와, 침전조(3)에 의해 분리한 슬러지를 폭기조(2)에 반송하는 반송 수단으로서의 슬러지 반송로(4)를 가진다.

그리고, 폭기조(2) 및 침전조(3)에 대해서는 주지되어 있으므로, 상세한 설명을 생략하지만, 폭기조(2)는, 호기성 미생물이 서식하는 활성 슬러지가 공급되고, 또한 충분한 공기가 공급되고 있고, 폐수 중에 포함되는 유기물이 활성 슬러지 중에 서식하는 호기성 미생물에 의해 포식됨으로써, 유기물을 포함하는 폐수를 유기물 분해하는 것이다.

슬러지 반송로(4)의 도중에는, 펌프(5), 어큐뮬레이터(6), 전환 밸브(7) 및 수격 장치(8)가 설치되어 있다. 펌프(5)는, 침전조(3)로부터 슬러지를 뽑아내 수격 장치(8)에 공급하기 위한 것이다. 어큐뮬레이터(6)는, 수격 장치(8)에 의해 발생하는 수격압을 흡수함으로써, 펌프(5)에 수격압의 영향을 미치지 않도록 하기 위한 것이다. 그리고, 펌프(5)는, 보다 확실하게 수격압의 영향을 받지 않도록 하기 위하여, 「비정용적형(非定容積型) 펌프」를 사용하는 것이 바람직하다.

전환 밸브(7)는, 도 2의 (a), (b), (c)에 나타낸 3개의 위치로 전환 가능한 3방향 전환 밸브이다. 도 2의 (a)는, 수격 장치(8)를 작동시킬 때 선택하는 위치이며, 어큐뮬레이터(6)측 A와 수격 장치(8)측 B가 연통되는 위치이다. 도 2의 (b)는, 후술하는 수격 장치(8)의 폐수 밸브(83)의 록을 해제(정압력(靜壓力)을 개방)할 때 선택하는 위치이며, 수격 장치(8)의 도수측(導水側) B와 폐수측 C가 연통되는 위치이다. 도 2의 (c)는, 수격 장치(8)를 작동시키지 않을 때 선택하는 위치이며, 어큐뮬레이터(6)측 A와 수격 장치(8)의 폐수측 C가 연통되는 위치이다.

수격 장치(8)는, 도 3에 나타낸 바와 같이 도수관(80), 밸브실(81), 폐수관(82), 폐수 밸브(83), 폐수 밸브 조정 나사(84) 및 스토퍼(85)를 가진다. 폐수 밸브(83)는, 아래쪽에 설치된 회전축(83a)에 의해, 밸브실(81) 내의 하류측에 회동(回動) 가능하게 지지되어 있다.

수격 장치(8)는, 초기 상태에서는 폐수 밸브(83)가 열려 있고, 도수관(80)으로부터 슬러지를 포함하는 물이 들어오면, 그 운동 에너지에 의해 폐수 밸브(83)를 닫게 한다. 이 폐수 밸브(83)가 닫힐 때 스토퍼(85)에 밀착되도록, 폐수 밸브(83)에는, 도 4에 나타낸 바와 같이 복수의 조정판(83b)을 설치하여, 그 중량이 조정되고 있다. 또한, 폐수 밸브 조정 나사(84)는, 폐수 밸브(83)가 열렸을 때의 경사 각도 θ를 조정하기 위한 것이며, 폐수 밸브(83)가 맞닿는 선단(先端) 부분에는 완충용 쿠션(84a)이 설치되어 있다.

폐수 밸브(83)가 닫히면, 도수관(80) 내의 유수(流水)의 운동량에 의해 수격 작용이 일어나, 밸브실(81) 내의 슬러지에 수격압이 가해져서, 슬러지 중의 난분해성 미생물 세포막이 파괴된다. 그리고, 수격압이 밸브실(81) 내로부터 도수관(80) 내로 빠지면, 폐수 밸브(83)는 다시 열려서, 전술한 과정이 반복된다. 처리 후의 슬러지는, 폐수관(82)으로부터 폭기조(2)에 반송된다.

그리고, 통상, 수격 장치(8)가 작동할 때의 전환 밸브(7)는, 도 2의 (a)에 나타내는 위치에 있지만, 수격압의 반동(반작용)의 타이밍에 따라서는 폐수 밸브(83)가 닫힌 채로 되는 경우가 있다. 이 경우에, 폐수 밸브(83)에 정압(靜壓)이 인가되어, 폐수 밸브(83)는 움직이지 않게 되므로, 도 2의 (b)에 나타내는 정압을 개방하는 위치로 전환 밸브(7)를 조작한다. 또한, 수격 장치(8)의 유지보수 등으로 정지시키는 경우에는, 전환 밸브(7)를 도 2의 (c)에 나타내는 위치로 하여, 반송 슬러지를 비이패스시킬 수 있다.

본 실시예에서의 폐수 처리 장치(1)에서는, 원수가 폭기조(2)에 의해 생물 처리된 후, 침전조(3)에 의해 분리된 슬러지를, 슬러지 반송로(4)에 의해 수격 장치(8)를 통해서 폭기조(2)에 반송한다. 이 때, 슬러지를 포함하는 물이 펌프(5)에 의해 폭기조(2)로부터 뽑아내어 지고, 수격 장치(8)의 도수관(80)으로 안내된다.

여기서, 수격 장치(8)의 동작에 대하여 상세하게 설명한다. 폐수 밸브(83)가 열려 있는 상태에서, 물의 속도가 Va(임계 속도)에 이르렀을 때, 폐수 밸브(83)는 닫히는 방향으로 움직이기 시작한다. 그렇게 되면, 수류의 동압(動壓)을 받아 폐수 밸브(83)는 가속적으로 닫히도록 움직인다. 그리고, 밸브가 닫히는 순간, 수류는 완전히 정지한다. 이 때, 큰 수격압(Pa)이 발생한다.

이하에서 이론적으로 설명한다.

질량 m의 물질이 가속도 a로 움직이고 있을 때의 힘 F는,

F=m×a(뉴턴의 운동 방정식)

로 표시된다.

여기서, 미소(微小) 시간(Δt) 동안, 미소 속도 변화(Δv)했을 때의 가속도는, a=Δv÷Δt

로 표시되므로,

F=m×a=m×Δv÷Δt

가 된다.

전술한 식을 변형하면,

F×Δt=m×Δv

가 된다.

즉, 도수관(80) 내(여기서는, 어큐뮬레이터(6)로부터 수격 장치(8)까지)의 물의 질량을 m이라 하면, 물의 속도가 단시간(Δt)에 제로(0)로 될 때의 운동량 변화(m×Δv)는, 물에 가해진 축격량(F×Δt)과 같은 것을 의미한다.

따라서, 폐수 밸브(83)에 작용하는 힘(F)은,

F=m×Δv÷Δt

가 되고,

속도 변화 Δv(≒Va)로부터,

F≒m×Va÷Δt

가 된다.

이에 따라, Δv(≒Va)가 크고, Δt가 작을수록, 폐수 밸브(83)에 작용하는 힘(F)은 커지게 되는 것을 알 수 있다. 이 물에 가해진 힘(F)은, 수격압(Pa)의 형태로 압력파가 되어, 물속을 음속으로 전달된다. 이 때 도수관(80)(어큐뮬레이터(6)로부터 수격 장치(8)까지)에 들어가 있는 슬러지의 세포막이 파괴된다.

또한, 수격압 발생 직후, 물에 가해진 힘(F)의 반동(반작용)에 의해, 순간적으로 폐수 밸브(83) 근방의 물은 부압(負壓) 상태로 된다. 이 때, 폐수 밸브(83)는 자중(自重)에 의해 열리도록 움직인다. 그렇게 되면, 다시 물이 흐르기 시작하여, 서서히 속도를 증가하여 물의 속도가 임계 속도(Va)에 이르렀을 때, 다시 폐수 밸브(83)는 닫혀져서 수격압(Pa)이 발생한다. 수격 장치(8)는, 이와 같은 상태를 무한하게 반복한다(도 5 참조).

여기서, 펌프 압력(ΔP)과 유속(V)의 관계는, 다음 식으로 표시된다(배관이 직관(直管)인 경우).

ΔP=λ×γ×V²×L÷(2×g×D)

단, λ: 배관의 마찰 저항, γ: 물의 밀도, g: 중력 가속도, L: 배관 길이, D: 배관 직경이다.

실제 배관에서는, 엘보나 밸브 등의 저항이 부가되지만, 펌프 압력과 배관 조건이 정해지면, 물의 유속은 일의적으로 정해진다. 이 때의 유속이, 이 배관 조건에서의 최대 유속(Vmax)이 된다. 수격압이 발생하는 임계 속도(Va)를 가능한 한, 이 최대 유속(Vmax)에 근접하도록 수격 사이클 ta를 길게 하면, 수격압(Pa)이 커지고, 또한 슬러지 처리 능력도 커지게 된다.

이 Va, Δt는, 폐수 밸브(83)의 중량(W)과 밸브실 설치 각도(α), 폐수 밸브 장착 각도(θ)를 조정함으로써 변경할 수 있다. 폐수 밸브 조정 나사(84)로 θ를 크게 하면 Va는 커지고, 즉 수격압 Pa도 커지게 되지만, 지나치게 커지면 폐수 밸브(83)가 움직이지 않게(닫히지 않게) 된다. 또한, α를 크게 하면, 폐수 밸브(83)의 복귀(열림)가 빨라진다(최대 90°). 폐수 밸브(83)의 중량은, 조정판(83b)의 개수를 증감함으로써 조정할 수 있다. 그리고, 본 실시예에 있어서는, 수격압 Pa = 0.5∼1 MPa, 폐수 밸브 작동 시간 Δt = 0.05∼0.1 초(승압(昇壓) 속도 Pa/Δt = 5∼20 MPa/초), 밸브실 설정 각도 α = 20∼40 °, 폐수 밸브 장착 각도 θ= 60°∼80°, 수격 사이클 ta = 1∼3 초로 하고 있다.

이와 같이, 본 실시예에서의 폐수 처리 장치(1)에서는, 극히 단순한 폐수 밸브(83)의 개폐에 의한 수격압으로, 슬러지 중의 난분해성의 미생물 세포막이 파괴되고, 폭기조(2)에 반송되면 이분해성 세포내 물질이 호기성 미생물의 먹이가 되어 용이하게 유기물 분해되므로, 최종적인 잉여 슬러지가 감량되어 잉여 슬러지의 처리 비용을 삭감할 수 있다. 또한, 이미 설치된 폐수 처리 장치에 대해서도, 수격 장치(8)를 통해서 폭기조(2)에 반송하는 반송 수단을 가지는 슬러지 처리 장치를 증설함으로써, 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 이 폐수 처리 장치(1)에서는, 폐수 밸브의 작동 시간(Δt)을 작게 할수록 큰 수격압을 얻을 수 있다. 수격 장치(8)에서는, 펌프(5) 압력(ΔP)의 10배 정도의 수격압을 얻을 수 있으므로, 0.1MPa 정도의 저압의 펌프로 슬러지의 가용화 처리가 가능하다. 또한, 이 폐수 처리 장치(1)에서는, 슬러지의 가용화에 약제를 사용하지 않으므로, 폭기조의 생물 처리 기능에 악영향을 미치지 않게 된다.

또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 이 폐수 처리 장치(1)에 의한 처리 후의 슬러지 중, 일부(예를 들면, 90%)를 폭기조(2)에 반송하고, 나머지 일부(예를 들면, 10%)를 벨트 프레스식, 스크류식, 그 외의 탈수 장치(9)에 의해 처리하도록 구성할 수도 있다. 본 실시예에서의 폐수 처리 장치(1)에서는, 수격 장치(8)에 의해 슬러지 중의 난분해성의 미생물 세포막이 파괴되고 있으므로, 탈수 장치(9)에서는 세포 내의 수분까지 탈수하는 것이 가능하며, 슬러지의 수분을 80% 정도까지 용이하게 탈수할 수 있다.

그리고, 탈수 장치(9)에 의해 분리된 액분(液分)은, 폐수 처리 장치(10)에 의해 처리된다. 폐수 처리 장치(10)로서는, 자원 회수 장치, 폭기조(2)로의 순환 장치나, 다른 생물 처리조 등을 사용할 수 있다.

또한, 탈수 장치(9)에 의해 탈수된 고형분은, 건조 장치(11)에 의해 건조하도록 구성할 수도 있다. 그리고, 탈수 직후의 슬러지(탈수 슬러지)에 대해서는, 믹서(12)에 의해 건조 슬러지(건분(乾粉))를 균일하게 혼합한 후에 건조 장치(11)에 의한 건조를 행하는 것이 바람직하다. 믹서로서는, 예를 들면, 일본 특허 제3650380호 공보에 기재되어 있는 대량 혼합 처리가 가능한 관로 믹서 등을 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같은 믹서(12)에 의해 건조 슬러지가 균일하게 혼합된 슬러지는 점성이 낮아지므로, 건조 장치(11)로서 통상의 킬른식 열풍 건조기를 사용할 수 있다. 믹서(12)에 의해 혼합되는 건조 슬러지는, 건조 장치(11)에 의해 건조된 슬러지의 반송 건분을 사용할 수 있다.

그리고, 탈수 슬러지의 수분이 80%, 건조 슬러지의 수분이 10%인 경우의 혼합 비율과 혼합 후의 수분을 표 1에 나타내었다.

[표 1]

혼합 후의 수분은 낮을수록 점성이 낮아지지만, 건조 슬러지의 혼합량이 증가하여, 건조 장치(11)가 대형화된다. 반대로, 혼합 후의 수분이 높으면 점성은 높아지므로, 탈수 슬러지와 건조 슬러지의 혼합 비율은 1:2 ∼ 1:3, 혼합 후의 수분은 25%∼45%, 보다 바람직하게는 30%∼ 40%로 하는 것이 바람직하다.

그리고, 탈수 슬러지와 건조 슬러지의 혼합 후의 수분 30%∼40%의 슬러지는, 건조 장치(11)의 입구 측에서는, 구슬 모양이 되기 쉽고, 건조 장치(11)의 내면에 리프터를 설치해도, 슬러지가 부착되어 리프트 효과가 적다. 그래서, 입구 측에 리프터를 설치하지 않고, 건조가 진행되어, 수분이 적어지는 영역, 즉 점성이 낮아지는 영역(수분 20% 정도의 영역)으로부터 리프터를 설치하는 구조로 하는 것이 바람직하다.

도 6은 건조 장치(11)로서의 킬른식 열풍 건조기의 일례를 나타낸 개략 구성도로서, (a)는 종단면도, (b)는 (a)의 A-A선을 따라 절단한 단면도이다. 도 6에 나타내는 킬른식 열풍 건조기(20)에서는, 교반축(21)에 설치되어 있는 건조기 입구 측의 교반 날개(22)의 직경을 크게 하고, 킬른(23)의 내면과의 간극을 작게 함으로써, 킬른(23)의 내면에 슬러지가 부착되는 것을 방지하고 있다. 한편, 건조기 출구 측에서는, 교반 날개의 직경을 작게 하여, 킬른(23) 내면과의 간극에 리프터(24)를 설치하고 있다. 또한, 건조기 입구 측으로부터 출구 측을 향함에 따라 교반 날개(22)의 개수를 증가시켜, 건조기 내의 슬러지의 확산을 촉진하여 건조하기 쉽게 하고 있다.

전술한 바와 같이, 본 실시예에서의 폐수 처리 장치(1)의 수격 장치(8)에 의해 세포막이 파괴된 슬러지는 가용화되며, 폭기조(2)에 되돌리면, 이분해성 세포내 물질은 다시 미생물에 의해 분해 가능하게 되지만, 난분해성 미생물 세포막을 포함하는 일부 슬러지에 대해서는 잉여 슬러지로서 뽑아내어 탈수 장치(9)에 의해 탈수하고, 건조 장치(11)에 의해 건조하여, 바이오 연료로서 재이용하는 것이 바람직하다.

슬러지 세포막의 주요 물질인 「펩티드글루칸」이 세포의 강도를 유지하여, 침투압에 의한 세포 파괴를 방지하고 있다. 그러므로, 세포막이 파괴된 슬러지를 탈수한 후의 고형분은, 세포막을 많이 포함하는 슬러지가 많고, 건조하여 연료로 하는 것이 바람직하다. 탈수한 후의 액분은 「생물 처리조」에 되돌려도 되지만, 유용 자원(인 등)이 많이 포함되어 있으므로, 자원 회수하는 것이 바람직하다.

또한, 도 1의 예에서는, 수격 장치(8)를 1개 설치한 구성이지만, 도 7에 나타낸 바와 같이 복수의 수격 장치(8)를 병렬로 설치하도록 구성할 수도 있다.

도 7에 나타낸 바와 같이 수격 장치(8)를 복수(도시한 예에서는, 1 m³/min를 5라인)설치함으로써, 충격압을 분산하고 있다. 어큐뮬레이터(6)는 철제의 원통 탱크로 만들고, 탱크 용량은 반송 슬러지량이 1분간 체류하는 크기(5m³)로 하고 있다. 수격 장치(8)의 하류측은, 5라인의 폐수관을 합류하고, 유량 조정 밸브(13)에 의해 탈수 장치(9)에 0.5 m³/min, 나머지 4.5 m³/min를 폭기조에 반송하도록 하고 있다. 이와 같은 구성에서는, 수격 장치(8)와 각 배관은 밀폐되어 있으므로, 수격음을 완화하기 위해 장치 전체를 수중에 설치할 수도 있다.

이와 같이, 복수의 수격 장치(8)를 병렬로 설치함으로써, 슬러지의 처리량을 용이하게 증가시킬 수 있다. 또한, 복수의 수격 장치(8)를 설치함으로써, 1개의 수격 장치(8)의 폐수 밸브(83)가 동작 불량이 된 경우라도 다른 수격 장치(8)의 폐수 밸브(83)가 동작하므로, 폐수 처리가 정지하지 않게 된다.

또한, 어큐뮬레이터(6) 대신, 도 8에 나타낸 바와 같이 펌프(5)의 압력에 상당하는 필요한 수두차(水頭差)를 얻을 수 있는 높이의 공급 탱크(14)를 설치할 수도 있다. 이로써, 전술한 바와 마찬가지로 수격 장치(8)를 작동시킬 수 있으며, 또한 펌프(5)가 수격압의 영향을 받지 않으므로 염가의 폐수 처리 장치를 제공할 수 있다. 또한, 어큐뮬레이터(6) 대신, 호스를 사용할 수도 있다.

그리고, 상기 실시예에 있어서 수격 장치(8)는, 밸브실 설정 각도 α = 20∼40 °로 하고 있지만, 도 9에 나타낸 바와 같이 α = 90°로 한 수격 장치(8a)로 만들 수도 있다. 이 수격 장치(8a)에서는, 물은 아래쪽으로부터 위쪽을 향해 흐르도록 되어 있고, 폐수 밸브(93)는 밸브실(91)의 위쪽에 설치된 회전축(93a)에 의해, 밸브실(91) 내의 하류측에 회동 가능하게 지지되어 있다.

이 수격 장치(8a)에 있어서도, 초기 상태에서는 폐수 밸브(93)가 열려 있으며, 도수관(90)으로부터 슬러지를 포함하는 물이 들어오면, 그 운동 에너지에 의해 폐수 밸브(93)를 닫는다. 이 폐수 밸브(93)가 닫힐 때 스토퍼(95)에 밀착되도록, 폐수 밸브(93)에도 전술과 마찬가지로, 복수의 조정판(93b)을 설치하여, 그 중량이 조정되고 있다. 또한, 폐수 밸브 조정 나사(94)는, 폐수 밸브(93)가 열렸을 때의 경사 각도 θ를 조정하기 위한 것이다.

또한, 이 수격 장치(8a)에는, 밸브실(91) 내의 압력이 소정값 이상이 되었을 경우에, 수류를 밸브실(91)로부터 폐수관(92)에 바이패스하여 압력을 개방하기 위한 릴리프 밸브(96a)를 가진 바이패스관(96)이 설치되어 있다. 이와 같이 α=90°로 한 수격 장치(8a)에서는, 폐수 밸브(93)의 회전축(93a) 주위의 모멘트가 크고, 폐수 밸브(93)가 복귀하기(열리기) 쉬워져, 전술한 바와 같이 폐수 밸브(83)가 닫히는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 밸브실 설정 각도 α는, 본 실시예에 있어서 나타낸 각도뿐만 아니라, 임의로 설정할 수 있다.

또한, 전술한 폐수 처리 장치(1)에서는, 원수가 폭기조(2)에 의해 생물 처리된 후, 침전조(3)에 의해 분리된 슬러지 전체를 슬러지 반송로(4)에 의해 수격 장치(8)로 유도하여 수격압을 가하고 있지만, 도 10의 폐수 처리 장치(1a)에 나타낸 바와 같이, 슬러지 반송로(4)를 슬러지 반송로(4a)와 슬러지 반송로(4b)로 분기하고, 일부 슬러지만을 슬러지 반송로(4a)를 통해서 수격 장치(8)로 유도하여 수격압을 가하고, 나머지 슬러지는 슬러지 반송로(4b)를 통해서 폭기조(2)로 그대로 반송하도록 구성할 수도 있다.

전술한 폐수 처리 장치(1)와 같이 반송되는 슬러지 전체를 수격 처리한 경우, 슬러지 중의 미생물의 양이 지나치게 줄어들어, 폭기조(2)에서의 생물 처리가 양호하게 기능하지 않게 될 가능성도 있다. 이에, 도 10에 나타내는 폐수 처리 장치(1a)와 같이, 필요량(예를 들면, 70%)만의 일부 슬러지를 수격 장치(8)로 유도하고, 수격 처리함으로써, 폭기조(2)에서의 생물 처리와의 밸런스를 조정하여, 슬러지를 삭감할 수 있게 된다.

또한, 전술한 수격 장치(8, 8a) 대신, 도 11에 나타낸 바와 같이, 전기 제어에 의해 개폐를 반복하는 수격 장치로서의 밸브(8b)를 사용한 폐수 처리 장치(1b)로 할 수도 있다. 밸브(8b)로서는, 기요틴(guillotine) 타입의 밸브, 회전식 버터플라이 밸브나 볼 밸브 등을 사용할 수 있다. 구동 방식으로서는, 전동, 유압 구동이나 공기압 구동 등을 채용할 수 있다. 또한, 밸브(8b)는, 가능한 고속으로 닫는 것이 바람직하고, 예를 들면, 전기 신호가 폐일 때 차단되는 스프링 리턴식 밸브가 바람직하다. 전동보다 빠르게 작동하는 스프링 리턴식 밸브에 의하면, 수격 압력을 크게 할 수 있다.

전술한 폐수 처리 장치(1)와 같은 회전식 폐수 밸브(83, 93)에서는, θ와 α, 폐수 밸브(83, 93)의 중량, 물의 양이나 물의 압력 등의 인자가 복잡하게 관여하기 때문에, 폐수 밸브(83, 93)의 개폐 시간의 제어가 어려워지지만, 폐수 처리 장치(1b)에서는 전기 제어에 의해 개폐를 반복하는 밸브(8b)를 사용함으로써, 개폐 시간을 임의로 설정함으로써, 도 5에 나타내는 ta의 시간을 제어할 수 있게 된다.

따라서, 이 폐수 처리 장치(1b)에서는, 도 10에 나타내는 폐수 처리 장치(1a)와 같이 슬러지 반송로(4)를 분기하지 않아도, 슬러지의 수격 처리량을 임의로 제어할 수 있다. 또한, 전기 제어에 의해 강제적으로 밸브(8b)를 개폐하기 위하여, 전술한 폐수 밸브(83, 93)와 같이 닫힌 채 열리지 않게 되지 않아, 수격 처리를 안정적으로 계속할 수 있다.

또한, 상기 수격 장치(8, 8a) 및 밸브(8b)는, 폭기조(2)로부터 발생하는 슬러지를 폭기조(2)에 반송하는 슬러지 반송로(4)의 도중의 임의의 위치에 설치할 수 있다. 예를 들면, 도 12에 나타내는 폐수 처리 장치(1c)에서는, 슬러지 반송로(4) 중, 폭기조(2)와 침전조(3)의 사이에 밸브(8b)를 설치하고 있다. 이와 같이 폭기조(2)와 침전조(3)의 사이에 밸브(8b) 설치하면, 폭기조(2)로부터 발생한 슬러지가 수격압에 의해 뭉개지고, 응집하여 침강성이 양호하게 되므로, 침전조(3)에 있어서 필요한 응집제의 양을 줄일 수 있게 된다.

[산업상 이용가능성]

본 발명의 슬러지 처리 장치 및 슬러지 처리 방법은, 유기물을 포함하는 폐수를 미생물에 의해 유기물 분해하는 폐수 처리 장치 및 폐수 처리 방법의 슬러지 처리에 유용하다.

1, 1a, 1b, 1c: 폐수 처리 장치
2: 폭기조
3: 침전조
4, 4a, 4b: 슬러지 반송로
5: 펌프
6: 어큐뮬레이터
7: 전환 밸브
8, 8a: 수격 장치
8b: 밸브
80, 90: 도수관
81, 91: 밸브실
82, 92: 폐수관
83, 93: 폐수 밸브
83a, 93a: 회전축
83b, 93b: 조정판
84, 94: 폐수 밸브 조정 나사
84a: 쿠션
85, 95: 스토퍼
96: 바이패스 관
96a: 릴리프 밸브
9: 탈수 장치
10: 폐수 처리 장치
11: 건조 장치
12: 믹서
13: 유량 조정 밸브
14: 공급 탱크
20: 킬른식 열풍 건조기
21: 교반축
22: 교반 날개
23: 킬른
24: 리프터

Claims

유기물을 포함하는 폐수를 생물 처리조에서 미생물에 의해 유기물을 분해함으로써 발생한 슬러지에 수격압(水擊壓)을 가하여 상기 생물 처리조에 반송(返送)하는 반송 수단; 및
수격 장치
를 포함하며,
상기 수격 장치는, 상기 반송 수단의 도중(途中)에,
밸브실;
상기 밸브실에 상기 슬러지를 포함하는 물을 도입하는 도수관(導水管); 및
상기 밸브실의 하류측에 회동(回動) 가능하게 지지되고, 상기 도수관으로부터 도입되는 상기 슬러지를 포함하는 물의 운동 에너지에 의해 닫히고, 상기 밸브실 내의 슬러지에 수격압을 가하고, 그리고 상기 수격압이 상기 밸브실로부터 상기 도수관 내에 전파(傳播)되면 다시 열리는 것을 반복하는 폐수 밸브
를 가지는,
슬러지 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 수격압은 0.5MPa 이상이며, 또한 승압(昇壓) 속도 5∼20 MPa/초인, 슬러지 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 수격압을 가한 슬러지를 탈수하는 탈수 장치를 포함하는 슬러지 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 수격압을 가하여 탈수한 후의 슬러지를 건조하는 건조 장치를 포함하는 슬러지 처리 장치.
유기물을 포함하는 폐수를 미생물에 의해 유기물 분해하는 생물 처리조; 및
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 슬러지 처리 장치
를 포함하는 폐수 처리 장치.
슬러지 처리 방법에 있어서,
유기물을 포함하는 폐수를 생물 처리조에서 미생물에 의해 유기물을 분해함으로써 발생한 슬러지에 수격 장치에 의해 수격압을 가하여 상기 생물 처리조로 반송하는 단계를 포함하며,
상기 수격 장치는, 반송 수단의 도중에,
밸브실과,
상기 밸브실에 상기 슬러지를 포함하는 물을 도입하는 도수관(導水管)과,
상기 밸브실의 하류측에 회동(回動) 가능하게 지지되고, 상기 도수관으로부터 도입되는 상기 슬러지를 포함하는 물의 운동 에너지에 의해 닫히고, 상기 밸브실 내의 슬러지에 수격압을 가하고, 그리고 상기 수격압이 상기 밸브실로부터 상기 도수관 내에 전파(傳播)되면 다시 열리는 것을 반복하는 폐수 밸브
를 가지는,
슬러지 처리 방법.
제6항에 있어서,
상기 수격압을 가한 슬러지를 건조하는 단계를 포함하는 슬러지 처리 방법.
제6항에 있어서,
상기 슬러지에 건조 슬러지를 혼합하고, 수분 비율을 25%∼45%로 조정하여 상기 건조를 행하는, 슬러지 처리 방법.
유기물을 포함하는 폐수를 생물 처리조에서 미생물에 의해 유기물 분해하는 단계와, 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 슬러지 처리 방법을 포함하는 폐수 처리 방법.
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