KR101595473B1 - 전기분해 공법이 결합된 수리동력학적 캐비테이션 장치를 이용한 폐활성슬러지 가용화 장치 및 방법 - Google Patents

전기분해 공법이 결합된 수리동력학적 캐비테이션 장치를 이용한 폐활성슬러지 가용화 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 와류를 통해 슬러지 간의 충돌을 유도하여 슬러지 분해를 촉진시킴과 함께 전기분해를 통한 슬러지 가용화를 병행함으로써 가용화 효율을 증대시키고 에너지 소모량을 절감할 수 있는 전기분해 공법이 결합된 수리동력학적 캐비테이션 장치를 이용한 폐활성슬러지 가용화 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 전기분해 공법이 결합된 수리동력학적 캐비테이션 장치를 이용한 폐활성슬러지 가용화 장치는 폐활성슬러지를 저장함과 함께 폐활성슬러지의 가용화 공간을 제공하는 슬러지 가용화조와, 상기 슬러지 가용화조 내의 슬러지를 전기분해하는 전기분해장치와, 상기 슬러지 가용화조의 일단에서 시작되어 슬러지 가용화조의 다른 일단에 연결되어, 상기 슬러지 가용화조의 슬러지를 순환시키는 슬러지 순환배관과, 상기 슬러지 순환배관의 일부 구간에서 슬러지 순환배관을 대체하여 구비된 와류유도체 및 오리피스관을 포함하여 이루어지며, 상기 와류유도체는 내부에 공간이 확보된 방사형 관이며, 상기 오리피스관은 상기 와류유도체의 중심부와 공간적으로 연결되며, 상기 와류유도체 및 오리피스관은 슬러지 간의 충돌 및 슬러지 내의 캐비테이션 현상을 유도하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기분해 공법이 결합된 수리동력학적 캐비테이션 장치를 이용한 폐활성슬러지 가용화 장치 및 방법{Apparatus and method for sludge solubilization with electrolysis and hydrodynamic cavitation}
본 발명은 전기분해 공법이 결합된 수리동력학적 캐비테이션 장치를 이용한 폐활성슬러지 가용화 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 와류를 통해 슬러지 간의 충돌을 유도하여 슬러지 분해를 촉진시킴과 함께 전기분해를 통한 슬러지 가용화를 병행함으로써 가용화 효율을 증대시키고 에너지 소모량을 절감할 수 있는 전기분해 공법이 결합된 수리동력학적 캐비테이션 장치를 이용한 폐활성슬러지 가용화 장치 및 방법에 관한 것이다.
하수처리장의 하수처리과정에서 발생하는 폐활성슬러지는 일반적으로 농축, 혐기소화 및 탈수의 단계를 거쳐 슬러지 케이크로 만들어진 후 처분된다. 폐활성슬러지는 대부분 미생물로 이루어지나 세포벽이 견고하고 플럭(floc) 형태로 존재하기 때문에 생분해도가 상당히 낮아 안정적인 혐기소화율을 기대하기 어렵다. 따라서, 안정적이고 효율적인 혐기소화율을 유지하기 위해서는 혐기소화 단계 전에, 세포벽을 파괴하고 내부 구성물질을 용출시켜 가수분해율을 증진시키는 이른 바, 가용화 단계가 반드시 선행되어야 한다.
폐활성슬러지의 가용화 방법으로 산, 알칼리 등의 화학약품을 이용하는 화학학적 방법, 열과 초음파를 이용하는 물리적인 방법이 있는데, 화학적인 방법은 화학약품과의 원활한 혼합의 한계와 2차 오염물질이 생성되는 문제점이 있다. 또한, 물리적인 방법은 과다하게 소모되는 에너지에 비해 높은 효율을 기대하기 어려우며, 운전비용이 높고 장치의 대형화에 대한 부담이 있다.
또 다른 가용화 방법으로 수리동력학적 캐비테이션(hydrodynamic cavitation)을 이용하는 방법이 있다. 수리동력학적 캐비테이션은 슬러지를 배관을 통해 유동시키면서 슬러지 내에 공동(空洞) 즉, 캐비테이션을 형성시켜 미생물을 분해하는 방법이다. 수리동력학적 캐비테이션을 이용하는 기술로서, 한국등록특허 제1346535호는 오리피스 또는 벤츄리관을 이용하여 유기성폐기물을 분해하는 기술을 제시하고 있고, 한국등록특허 제1126799호는 벤츄리관이 적용된 이젝터를 통해 잉여 슬러지를 분해하는 기술을 제시하고 있다.
그러나, 종래의 수리동력학적 캐비테이션 방법은 공통적으로 슬러지 배관 내에 오리피스 또는 벤츄리관을 구비시키는 구성을 채택하고 있어 가용화 효율을 향상시키는데 한계가 있으며, 일정 수준 이상의 압력이 요구되어 에너지 소모가 크다는 단점이 있다.
한국등록특허 제1346535호 한국등록특허 제1126799호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 와류를 통해 슬러지 간의 충돌을 유도하여 슬러지 분해를 촉진시킴과 함께 전기분해를 통한 슬러지 가용화를 병행함으로써 가용화 효율을 증대시키고 에너지 소모량을 절감할 수 있는 전기분해 공법이 결합된 수리동력학적 캐비테이션 장치를 이용한 폐활성슬러지 가용화 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기분해 공법이 결합된 수리동력학적 캐비테이션 장치를 이용한 폐활성슬러지 가용화 장치는 폐활성슬러지를 저장함과 함께 폐활성슬러지의 가용화 공간을 제공하는 슬러지 가용화조와, 상기 슬러지 가용화조 내의 슬러지를 전기분해하는 전기분해장치와, 상기 슬러지 가용화조의 일단에서 시작되어 슬러지 가용화조의 다른 일단에 연결되어, 상기 슬러지 가용화조의 슬러지를 순환시키는 슬러지 순환배관과, 상기 슬러지 순환배관의 일부 구간에서 슬러지 순환배관을 대체하여 구비된 와류유도체 및 오리피스관을 포함하여 이루어지며, 상기 와류유도체는 내부에 공간이 확보된 방사형 관이며, 상기 오리피스관은 상기 와류유도체의 중심부와 공간적으로 연결되며, 상기 와류유도체 및 오리피스관은 슬러지 간의 충돌 및 슬러지 내의 캐비테이션 현상을 유도하는 것을 특징으로 한다.
상기 와류유도체는 방사 형태로 배치된 복수의 지관(枝管)을 포함하여 구성되며, 방사형 관의 중심부에서 각각의 지관이 공간적으로 서로 연결되며, 상기 와류유도체를 구성하는 각각의 지관이 배치되는 평면은 와류유도체에 연결되는 상기 슬러지 순환배관 및 오리피스관과 직교한다. 또한, 상기 와류 유도체를 이루는 방사형 관은 십자 형태, 오각 형태, 육각 형태 중 어느 하나의 형태를 이룬다. 이와 함께, 상기 각 지관의 끝부분은 유선형의 형태로 가공될 수 있다.
상기 와류유도체 및 오리피스관은 캐비테이션 단위장치를 이루며, 상기 캐비테이션 단위장치에는 제 1 배관 및 제 2 배관이 포함되며, 상기 제 1 배관의 일단은 슬러지 순환배관과 연결되고 다른 일단은 와류유도체의 중심부와 연결되며, 상기 제 2 배관의 일단은 오리피스관과 연결되고 다른 일단은 슬러지 순환배관과 연결되며, 상기 제 1 배관과 제 2 배관은 슬러지 순환배관과 선택적으로 착탈 가능하다. 또한, 상기 와류유도체 및 오리피스관이 외부의 물리적 충격에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해 와류유도체 및 오리피스관의 둘레에 보호관이 더 구비될 수 있다.
상기 전기분해장치는, 상기 슬러지 가용화조 내에 이격되어 구비되는 음극과 양극, 상기 음극과 양극에 전원을 공급하는 전원공급수단을 포함하여 구성된다. 또한, 상기 슬러지 순환배관의 일측에 바이패스 배관이 더 구비되며, 상기 바이패스 배관의 양단은 각각 슬러지 순환배관과 슬러지 가용화조와 연결되며, 슬러지 순환배관의 설정된 압력과 유량을 유지하기 위해 슬러지 순환배관의 일부 슬러지는 상기 바이패스 배관을 통해 상기 슬러지 가용화조로 반송될 수 있다.
본 발명에 따른 전기분해 공법이 결합된 수리동력학적 캐비테이션 장치를 이용한 폐활성슬러지 가용화 방법은 슬러지 가용화조에 폐루프 형태로 연결되는 슬러지 순환배관에 슬러지를 공급하는 단계 및 슬러지 순환배관의 일부 구간에 슬러지 순환배관을 대체하여 구비된 와류유도체 및 오리피스관에 의해 슬러지의 충돌 및 캐비테이션 현상이 유도되는 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 와류유도체는 방사 형태로 배치된 복수의 지관(枝管)을 포함하여 구성되며, 방사형 관의 중심부에서 각각의 지관이 공간적으로 서로 연결되며, 상기 와류유도체를 구성하는 각각의 지관이 배치되는 평면은 와류유도체에 연결되는 상기 슬러지 순환배관 및 오리피스관과 직교하며, 슬러지 순환배관을 통해 슬러지가 와류유도체에 공급되면, 슬러지는 오리피스관의 입구 주변의 와류유도체에 충돌하게 되며, 와류유도체에 충돌된 슬러지는 와류유도체의 각 지관으로 분산, 유입됨과 함께 각 지관에서 슬러지의 와류가 형성된다.
상기 슬러지 가용화조에 음극과 양극이 이격되어 배치되며, 상기 음극과 양극에 전원이 인가되어 슬러지 내의 유기물이 전기분해된다.
본 발명에 따른 전기분해 공법이 결합된 수리동력학적 캐비테이션 장치를 이용한 폐활성슬러지 가용화 장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
오리피스관의 전단에 방사형 관 형태의 와류유도체를 구비시킴으로써 슬러지 간의 충돌을 유도함과 함께 캐비테이션 현상을 극대화할 수 있게 되며, 이를 통해 슬러지의 가용화가 촉진된다. 이에 따라, 슬러지 이송에 요구되는 압력을 낮출 수 있게 되어 에너지 소모를 절감할 수 있게 된다.
또한, 슬러지 가용화조에 전기분해를 통한 가용화를 병행 적용함으로써 가용화 효율을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기분해 공법이 결합된 수리동력학적 캐비테이션 장치를 이용한 폐활성슬러지 가용화 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 와류유도체를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 와류유도체에서 와류가 형성되는 것을 나타낸 참고도.
도 4는 각 가용화 장치의 가용화율을 나타낸 그래프.
도 5는 각 가용화 장치의 용해성 질소(SN), 용해성 인(SP) 및 용해성 탄수화물(SCarbo.)의 변화 특성을 나타낸 그래프.
도 6은 각 가용화 장치의 가용화된 슬러지의 입자 특성을 나타낸 그래프.
본 발명은 수리동력학적 캐비테이션 방법을 통해 슬러지를 가용화함에 있어서, 오리피스(orifice) 전단에 와류유도체를 구비시켜 와류에 의한 슬러지 충돌을 유도함과 함께 공동화 현상 즉, 캐비테이션(cavitation) 현상을 극대화시키는 기술을 제시한다. 즉, 와류유도체에 의해 슬러지 충돌 및 1차 캐비테이션 현상이 유도되며, 오리피스에 의해 2차 캐비테이션 현상이 유도되어 슬러지 충돌과 1차 및 2차 캐비테이션 현상을 통해 슬러지의 가용화를 촉진시킬 수 있다.
이와 함께, 본 발명은 와류유도체 및 오리피스를 이용한 수리동력학적 캐비테이션 방법에 슬러지의 전기분해를 병행 적용함으로써 가용화 효율을 향상시킴과 동시에 수리동력학적 캐비테이션 방법에 소모되는 에너지를 절감할 수 있는 기술을 제시한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전기분해 공법이 결합된 수리동력학적 캐비테이션 장치를 이용한 폐활성슬러지 가용화 장치 및 방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기분해 공법이 결합된 수리동력학적 캐비테이션 장치를 이용한 폐활성슬러지 가용화 장치는 슬러지 가용화조(10), 전기분해장치(20) 및 수리동력학적 캐비테이션 장치(100)를 포함하여 구성된다.
상기 슬러지 가용화조(10)는 폐활성슬러지를 저장함과 함께 폐활성슬러지가 가용화되는 공간을 제공한다. 상기 전기분해장치(20)는 슬러지 가용화조(10) 내의 폐활성슬러지를 전기분해하여 산화 및 환원 반응을 통해 슬러지를 가용화하는 역할을 한다. 상기 전기분해장치(20)는 세부적으로, 슬러지 내에 이격되어 구비되는 음극(21)과 양극(22), 상기 음극(21)과 양극(22)에 전원을 공급하는 전원공급수단(23)을 포함하여 구성된다. 상기 음극(21)과 양극(22)에 전원을 공급하면 물(H2O) 분자 및 슬러지 내 유기물이 이온 형태로 분해되며, 전자적 불균형 및 분해된 이온들의 산화, 환원 반응에 의해 슬러지가 가용화된다.
상기 수리동력학적 캐비테이션 장치(100)는 상기 슬러지 가용화조(10)의 슬러지를 배관을 통해 유동시켜 슬러지 간의 충돌 및 캐비테이션(cavitation) 현상을 유도하여 슬러지 내의 유기물을 분해하는 역할을 한다. 구체적으로, 상기 수리동력학적 캐비테이션 장치(100)는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 슬러지 순환배관(110), 와류유도체(120) 및 오리피스관(130)을 포함하여 구성된다.
상기 슬러지 순환배관(110)은 상기 슬러지 가용화조(10) 내의 슬러지를 순환시키는 역할을 하며, 상기 슬러지 가용화조(10)의 일단에서 시작되어 슬러지 가용화조(10)의 다른 일단에 연결되는 폐루프(close-loop) 형태로 구비된다. 상기 슬러지 순환배관(110)의 일측에는 일정 압력으로 작동되는 순환펌프(11)가 구비되며, 상기 순환펌프(11)에 의해 슬러지의 순환이 가능하게 된다.
상기 와류유도체(120) 및 오리피스관(130)은 상기 슬러지 순환배관(110)의 일부 구간에서 슬러지 순환배관(110)을 대체하여 구비되어 슬러지 간의 충돌 및 슬러지 내의 캐비테이션 현상을 유도하는 역할을 한다.
상기 와류유도체(120)는 내부에 일정 공간이 확보된 방사형 관으로서, 일정 길이를 갖는 지관(枝管)(121)이 방사 형태로 배치되고, 방사형 관의 중심부에서 각각의 지관(121)이 공간적으로 서로 연결되는 형태를 갖는다. 또한, 상기 와류유도체(120)를 구성하는 각각의 지관(121)이 배치되는 평면은 와류유도체(120)에 연결되는 상기 슬러지 순환배관(110) 및 오리피스관(130)과 직교하는 형태를 이룬다. 즉, 상기 와류유도체(120) 중심부의 일측은 상기 슬러지 순환배관(110)과 연결되고 다른 일측은 상기 오리피스관(130)과 연결되며, 와류유도체(120)를 구성하는 복수의 지관(121)이 배치되는 평면은 슬러지 순환배관(110) 및 오리피스관(130)과 직교하는 형태를 이룬다. 상기 오리피스관(130)은 슬러지 순환배관(110)보다 작은 직경으로 설계되며, 상기 오리피스관(130)의 다른 일단은 슬러지 가용화조(10)로 연결되는 슬러지 순환배관(110)과 연결된다. 이와 함께, 상기 와류유도체(120)를 이루는 방사형 관은 십자형태, 오각형태, 육각형태 등 다양하게 설계할 수 있으며, 각 지관(121)의 끝부분은 슬러지가 쌓이는 것을 방지하기 위해 유선형의 형태로 가공되는 것이 바람직하다.
이와 같은 구조 하에, 슬러지 순환배관(110)을 통해 슬러지가 와류유도체(120)에 공급되면, 슬러지 순환배관(110)의 직경보다 오리피스관(130)의 직경이 작음에 따라 슬러지는 오리피스관(130)의 입구 주변의 와류유도체(120)에 충돌하게 되며, 와류유도체(120)에 충돌된 슬러지는 와류유도체(120)의 각 지관(121)으로 분산, 유입됨과 함께 각 지관(121)에서 슬러지의 와류가 형성된다. 와류 형성으로 인해 슬러지 간의 충돌이 발생됨과 함께 1차 캐비테이션 현상이 유발된다(도 3 참조). 또한, 슬러지 순환배관(110)으로부터 공급되는 슬러지가 오리피스관(130)에 유입되는 과정에서 2차 캐비테이션 현상이 발생되며, 상기 1차 캐비테이션 현상과 2차 캐비테이션 현상은 거의 동시에 발생된다. 상기 오리피스관(130)의 전단에 와류유도체(120)가 구비되고, 상기 와류유도체(120)에 의해 슬러지 간의 충돌 및 캐비테이션 현상이 유발됨에 따라 오리피스관(130)에 의한 캐비테이션 효과에 더해 슬러지의 가용화가 촉진된다. 또한, 와류유도체(120) 및 오리피스의 조합에 의해 슬러지의 충돌 및 캐비테이션 현상이 배가됨에 따라, 슬러지 순환배관(110)에서의 슬러지 이송에 요구되는 압력을 낮출 수 있게 되며 이를 통해, 수리동력학적 캐비테이션을 위한 에너지 소모를 절감할 수 있게 된다.
와류유도체(120)와 오리피스관(130)의 설치 용이성을 위해 와류유도체(120) 및 오리피스관(130)을 포함하는 구조물을 일체형으로 구성하여 슬러지 순환배관(110)에 선택적으로 착탈 가능하도록 할 수도 있다. 일 실시예로, 와류유도체(120), 오리피스관(130), 제 1 배관(141) 및 제 2 배관(142)으로 이루어지는 캐비테이션 단위장치를 구성하고, 캐비테이션 단위장치의 양단이 슬러지 순환배관(110)과 선택적으로 착탈 가능하도록 구성할 수 있다. 상기 제 1 배관(141)의 일단은 슬러지 순환배관(110)과 연결되고 다른 일단은 와류유도체(120)의 중심부와 연결되며, 상기 제 2 배관(142)의 일단은 오리피스관(130)과 연결되고 다른 일단은 슬러지 순환배관(110)과 연결되는 구조이며, 상기 제 1 배관(141) 및 제 2 배관(142)의 직경은 상기 슬러지 순환배관(110)의 직경과 동일하게 설계될 수 있다. 이 때, 슬러지 순환배관(110)과 연결되는 제 1 배관(141)과 제 2 배관(142)은 플랜지 결합 등을 통해 슬러지 순환배관(110)과 선택적으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 와류유도체(120) 및 오리피스관(130)이 외부의 물리적 충격에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해 와류유도체(120) 및 오리피스관(130)의 둘레에 보호관(143)을 구비시키는 것도 가능하다.
한편, 상기 슬러지 순환배관(110)의 일측에는 슬러지 순환배관(110) 내에서 이동되는 슬러지의 압력과 유량을 측정하는 압력계(12)와 유량계(13)가 구비된다. 또한, 슬러지 순환배관(110) 내의 압력과 유량을 일정하게 유지하기 위해 상기 슬러지 순환배관(110)의 일측에 바이패스 배관(150)이 더 구비된다. 상기 바이패스 배관(150)의 양단은 각각 슬러지 순환배관(110)과 슬러지 가용화조(10)와 연결되며, 설정된 압력과 유량을 유지하기 위해 슬러지 순환배관(110)의 일부 슬러지는 상기 바이패스 배관(150)을 통해 상기 슬러지 가용화조(10)로 반송될 수 있다. 상기 바이패스 배관(150)의 일측에는 바이패스 배관(150)을 선택적으로 개방하는 차폐밸브(151)가 구비된다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기분해 공법이 결합된 수리동력학적 캐비테이션 장치를 이용한 폐활성슬러지 가용화 장치의 구성 및 동작에 대해 설명하였다. 다음으로, 본 발명의 전기분해 공법이 결합된 수리동력학적 캐비테이션 장치를 이용한 폐활성슬러지 가용화 장치에 의한 가용화 효율을 살펴보기로 한다.
<실험예 : 가용화 특성 분석>
본 발명에 따른 가용화 장치 즉, 전기분해장치와 수리동력학적 캐비테이션 장치가 결합된 가용화 장치(EFM-HC, electric field-assisted modified hydrodynamic cavitation)에 대해 가용화 실험을 진행하였으며, 대비를 위해 전기분해장치만을 적용한 가용화 장치(I-EF, individual electric field), 종래의 오리피스관만이 적용된 가용화 장치(C-HC, conventional hydrodynamic cavitation), 전기분해장치 없이 본 발명의 수리동력학적 캐비테이션 장치만이 적용된 가용화 장치(M-HC, modified hydrodynamic cavitation), 종래의 오리피스관과 전기분해장치가 결합된 가용화 장치(EFC-HC, electric field-assisted conventional hydrodynamic cavitation)에 대해서도 동일한 슬러지, 동일한 실험조건을 적용하여 가용화 실험을 진행하였다.
실험에 적용된 폐활성슬러지의 성상은 아래의 표 1에 나타낸 바와 같으며, 슬러지의 공급압력과 유량은 각각 5kgf/cm2, 20 L/min 로 적용하였으며, 전기분해장치의 음극과 양극의 거리는 15cm로 유지하고, 전압은 90V를 인가하였다. 또한, 가용화 과정은 3시간 동안 진행하였다.
[표 1]
폐활성슬러지의 성상
Figure 112014024457180-pat00001

실험 결과, 표 2 및 도 4를 참조하면 가용화율(solubilization)은 본 발명의 가용화 장치(EFM-HC)가 약 47%로 가장 높게 나타났고, 전기분해장치 없이 본 발명의 수리동력학적 캐비테이션 장치만이 적용된 가용화 장치(M-HC)와 종래의 오리피스관과 전기분해장치가 결합된 가용화 장치(EFC-HC)가 각각 약 33.5%, 약 30.9%로 뒤이었으며, 종래의 오리피스관만이 적용된 가용화 장치(C-HC)와 전기분해장치만을 적용한 가용화 장치(I-EF)가 각각 약 17.2%, 약 9.6 이었다.
이와 같은 결과를 통해, 본 발명의 수리동력학적 캐비테이션 장치가 적용되는 경우 전기분해장치의 결합 여부에 무관하게 가용화율이 크게 개선됨을 알 수 있으며, 전기분해장치가 결합되면 가용화율이 더욱 향상됨을 확인할 수 있다. 이는 아래의 표 3의 결과를 통해서도 확인된다. 표 3을 참조하면, 본 발명의 수리동력학적 캐비테이션 장치만이 적용된 가용화 장치(Modified HC)의 경우, 33.5%의 가용화율을 나타내는 반면 종래의 오리피스관만이 적용된 가용화 장치(Conventional HC)의 경우, 가용화율 17.2%에 불과하다.
또한, 용해성 질소(SN), 용해성 인(SP) 및 용해성 탄수화물(SCarbo.)의 변화 특성에 있어서도, 표 2 및 도 5를 참조하면 본 발명의 가용화 장치(EFM-HC)가 가장 우수하며, 도 3의 결과와 마찬가지로 M-HC, EFC-HC, C-HC, I-EF의 순서로 특성이 저하됨을 확인할 수 있다.
이와 함께, 총고형물 농도(ΔTSS)도 본 발명의 가용화 장치(EFM-HC)가 약 6.0g/L 감소되어 가장 우수한 특성을 나타냈으며, M-HC, EFC-HC, C-HC, I-EF의 순서로 특성이 저하되었다. 이와 같은 결과에 근거하여, 가용화 목표가 30%라면 본 발명에 따른 가용화 장치(EFM-HC)는 다른 장치들에 비해 최소 30분에서 최대 1시간 가량 가용화 시간을 단축시킬 수 있다.
[표 2]
각 가용화 장치의 가용화 특성
Figure 112014024457180-pat00002

[표 3]
종래의 오리피스관과 본 발명의 캐비테이션 장치의 가용화 특성
Figure 112014024457180-pat00003

한편, 상기 실험을 통해 가용화가 완료된 슬러지에 대해 각각 입자 크기를 분석하였다. 슬러지의 입자 크기가 작을수록 가용화 특성이 우수함을 나타낸다. 아래의 표 4 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 가용화 장치(EFM-HC)의 경우 가장 많이 분포된 입자의 크기(peak size) 9.7㎛로 실험 진행한 5개의 가용화 장치 중 가장 작았으며, 평균 입자 크기도 약 9.42㎛로 가장 작음을 확인할 수 있다. 그 밖의 4개의 가용화 장치는 도 4 및 도 5의 경향과 동일하게 나타났다.
[표 4]
각 가용화 장치의 가용화된 슬러지의 입자 특성
Figure 112014024457180-pat00004
10 : 슬러지 가용화조 11 : 순환펌프
20 : 전기분해장치 21 : 음극
22 : 양극 23 : 전원공급수단
100 : 수리동력학적 캐비테이션 장치
110 : 슬러지 순환배관 120 : 와류유도체
121 : 지관 130 : 오리피스관
141 : 제 1 배관 142 : 제 2 배관
143 : 보호관 150 : 바이패스 배관
151 : 차폐밸브

Claims (11)

  1. 폐활성슬러지를 저장함과 함께 폐활성슬러지의 가용화 공간을 제공하는 슬러지 가용화조;
    상기 슬러지 가용화조 내의 슬러지를 전기분해하는 전기분해장치;
    상기 슬러지 가용화조의 일단에서 시작되어 슬러지 가용화조의 다른 일단에 연결되어, 상기 슬러지 가용화조의 슬러지를 순환시키는 슬러지 순환배관;
    상기 슬러지 순환배관의 일부 구간에서 슬러지 순환배관을 대체하여 구비된 와류유도체 및 오리피스관을 포함하여 이루어지며,
    상기 와류유도체는 내부에 공간이 확보된 방사형 관이며,
    상기 오리피스관은 상기 와류유도체의 중심부와 공간적으로 연결되며,
    상기 와류유도체 및 오리피스관은 슬러지 간의 충돌 및 슬러지 내의 캐비테이션 현상을 유도하며,
    상기 와류유도체는 방사 형태로 배치된 복수의 지관(枝管)을 포함하여 구성되며, 방사형 관의 중심부에서 각각의 지관이 공간적으로 서로 연결되며,
    상기 와류유도체를 구성하는 각각의 지관이 배치되는 평면은 와류유도체에 연결되는 상기 슬러지 순환배관 및 오리피스관과 직교하며,
    상기 슬러지 순환배관의 일측에 바이패스 배관이 더 구비되며, 상기 바이패스 배관의 양단은 각각 슬러지 순환배관과 슬러지 가용화조와 연결되며,
    슬러지 순환배관의 설정된 압력과 유량을 유지하기 위해 슬러지 순환배관의 일부 슬러지는 상기 바이패스 배관을 통해 상기 슬러지 가용화조로 반송되는 것을 특징으로 하는 전기분해 공법이 결합된 수리동력학적 캐비테이션 장치를 이용한 폐활성슬러지 가용화 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 와류 유도체를 이루는 방사형 관은 십자 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 전기분해 공법이 결합된 수리동력학적 캐비테이션 장치를 이용한 폐활성슬러지 가용화 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 와류유도체를 이루는 방사형 관은 오각 형태 또는 육각 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 전기분해 공법이 결합된 수리동력학적 캐비테이션 장치를 이용한 폐활성슬러지 가용화 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 각 지관의 끝부분은 유선형의 형태로 가공된 것을 특징으로 하는 전기분해 공법이 결합된 수리동력학적 캐비테이션 장치를 이용한 폐활성슬러지 가용화 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 와류유도체 및 오리피스관은 캐비테이션 단위장치를 이루며,
    상기 캐비테이션 단위장치에는 제 1 배관 및 제 2 배관이 포함되며,
    상기 제 1 배관의 일단은 슬러지 순환배관과 연결되고 다른 일단은 와류유도체의 중심부와 연결되며, 상기 제 2 배관의 일단은 오리피스관과 연결되고 다른 일단은 슬러지 순환배관과 연결되며,
    상기 제 1 배관과 제 2 배관은 슬러지 순환배관과 선택적으로 착탈 가능한 것을 특징으로 하는 전기분해 공법이 결합된 수리동력학적 캐비테이션 장치를 이용한 폐활성슬러지 가용화 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 와류유도체 및 오리피스관이 외부의 물리적 충격에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해 와류유도체 및 오리피스관의 둘레에 보호관이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 전기분해 공법이 결합된 수리동력학적 캐비테이션 장치를 이용한 폐활성슬러지 가용화 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 전기분해장치는,
    상기 슬러지 가용화조 내에 이격되어 구비되는 음극과 양극,
    상기 음극과 양극에 전원을 공급하는 전원공급수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기분해 공법이 결합된 수리동력학적 캐비테이션 장치를 이용한 폐활성슬러지 가용화 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
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