KR101627767B1 - 슬러지 감량을 위한 하수처리방법이 적용된 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬러지 감량을 위한 하수처리방법이 적용된 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 잉여 슬러지의 화학적, 기계적 전처리를 통하여 슬러지의 가용성 및 생분해성을 촉진, 증가시켜 슬러지를 저감되게 한 슬러지 감량을 위한 하수처리방법이 적용된 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 막분리형 활성슬러지 처리장치로부터 잉여슬러지를 인발, 전처리하여 가용성 및 생분해성을 촉진하고, 이를 상기 막 분리형 활성슬러지 처리장치로, 또는 무산소조로 이송처리 함으로서, 슬러지 처리량을 현저히 저감하여 처리비용을 획기적으로 절감하는 효과가 있고, 또한 질소제거에 필요한 추가적인 탄소원을 공급하여 질소제거효율을 높일 수 있는 효과가 있으며, 더불어 인제거 효율이 높은 효과가 있다.

Description

슬러지 감량을 위한 하수처리방법이 적용된 시스템{WASTEWATER TREATMENT SYSTEM FOR SLUDGE REDUCTION}

본 발명은 하수처리 기술 분야 중 슬러지 감량을 위한 하수처리방법이 적용된 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 잉여 슬러지의 화학적, 기계적 전처리를 통하여 슬러지의 가용성 및 생분해성을 촉진, 증가시켜 슬러지를 저감되게 한 후 곧바로 고형연료로 제조함으로써 효율적인 연료 생산이 가능토록 한 슬러지 감량을 위한 하수처리방법이 적용된 시스템에 관한 것이다.

종래 슬러지 저감 기술중 하나로 막분리 활성슬러지법이 사용되고 있다.

막분리 활성슬러지법은 도 1 및 도 2에서와 같이, 반응조내에 고농도의 미생물을 유지함으로써 안정적인 처리수질을 얻을 수 있고, 또한 상기 반응조 부피를 대폭적으로 줄일 수 있다는 장점으로 인해 점점 더 그 활용도가 높아가고 있는 것으로, 특히 소규모 오수처리 또는 중수처리에 많이 응용되고 있다.

그러나, 대부분의 생물학적 하폐수 처리공법이 그러하듯이 오염물질의 생물학적 분해의 결과로 생성되는 잉여슬러지의 처리문제에 대한 유지관리 및 비용발생 요인의 문제점으로 대두되고 있다.

즉, 막분리 활성슬러지법은 일반적인 하수처리 방법인 활성슬러지법과 비교해 볼 때 설치 소요면적이 작고, 자동운전이 용이하다는 점, 또 침전조를 별도로 포함하지 않아 슬러지 벌킹 등의 문제를 원천적으로 해결할 수 있다는 점 등의 장점 이 있어 소규모 하수 처리시설에 많이 활용되어 왔다.

이는 특히, 막의 선택에 따라 처리 수질을 필요로 하는 만큼 조절할 수 있기 때문에 최근의 물 재 이용에 대한 정책적 배려와 발맞추어 소규모 중수 처리 시설에도 많이 활용되고 있는 추세이다.

막분리 활성슬러지 공법은 여타 생물학적 처리공법들과 마찬가지로 오염물질의 분해와 미생물 성장의 결과로 슬러지가 축적되게 되며, 안정적인 운전을 위해 적정량의 슬러지를 인발함으로써 반응조내의 슬러지 농도를 일정수준으로 유지시켜주는 것이 필요하다.

슬러지 인발의 결과로 발생한 잉여슬러지는 일반적으로 별도의 농축, 탈수, 건조등의 공정을 거쳐 부피를 감량시키고 최종 발생한 케이크는 매립 또는 소각처리 되고있다.

일반적으로 이러한 슬러지의 처리비용은 전체 수처리 비용의 상당부분을 차지하고 있으며, 특히 소규모 오수처리에 많이 활용되고 있는 막분리 활성슬러지 공법의 경우 별도의 슬러지 처리 시설을 갖추고 운영한다는 것은 유지관리 측면이나 비용적인 측면에서 상당히 큰 부담의 문제점이 있다.

더욱이, 최근들어 슬러지의 최종처리와 관련된 법규가 강화되어 직접매립이나 소각, 해양투기 등 기존방식의 처리가 갈수록 어려워지고 있고, 그 비용도 증가하고 있다.

이러한 문제를 일부 개선하기 위한 종래기술로 대한민국 특허 등록번호 제10-0419259호(2004.02.05.)에 의한 것으로 "슬러지 감량형 막분리 활성슬러지 공법을 이용한하수처리방법"이 개시된 바 있다.

하지만, 상기 등록특허의 경우에는 슬러지 감량화율이 미약하므로 이에 대한 개선이 더 요구되고 있는 실정이다.

대한민국 특허 등록번호 제10-0419259호(2004.02.05.) '슬러지 감량형 막분리 활성슬러지 공법을 이용한하수처리방법'

본 발명은 이상과 같은 문제점등을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 슬러지 감량형 막분리 활성슬러지 공법을 이용한 하수처리 방법에 관한 것으로, 잉여 슬러지의 화학적, 기계적 전처리를 통하여 슬러지의 가용성 및 생분해성을 촉진, 증가시켜 슬러지를 저감되게 한 상태에서 곧바로 고형연료로 성형할 수 있는 슬러지 감량을 위한 하수처리방법이 적용된 시스템을 제공함에 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 하폐수 처리공정으로 폭기조내에 분리막을 침지시켜 활성슬러지 혼합액을 고액분리하는 막분리형 수처리 방법을 이용하여 하수를 처리하기 위해 막분리형 활성슬러지 처리장치(10), 잉여슬러지 전처리 반응조(20) 및 응집제 투여장치(30)를 포함하되, 호기엠비알조(13)로부터 인발된 슬러지를 상기 잉여슬러지 전처리 반응조(20)에서 알칼리 약품을 첨가하여 슬러지의 가용성 및 생분해성을 촉진, 증가시켜 무산소조(15), 호기엠비알조(13)로 선택적으로 반송하여 슬러지중 유기물의 생분해와 자산화를 가속, 슬러지 발생량을 저감되게 하고; 상기 잉여슬러지 전처리 반응조(20)는 상기 인발된 슬러지를 알칼리 처리시에 가온시켜 슬러지의 가용성 및 생분해성을 촉진, 증대시키거나 혹은 인발된 슬러지를 알칼리 처리 후, 볼밀 분쇄처리로 슬러지의 가용성 및 생분해성을 촉진, 증대시키도록 하되,

상기 무산소조(15)와 상기 호기엠비알조(13)는 내부순환라인(14)을 통하여 연결 설치되고,

상기 잉여슬러지 전처리 반응조(20)는 상기 호기엠비알조(13)로부터 인발된 일부의 슬러지를 알칼리처리, 열적처리, 볼밀처리, 오존처리 중 선택적 처리 또는 선택적 병합처리한 후 상기 무산소조(15)로 반송하고,

상기 호기엠비알조(13)의 나머지 슬러지에 포함된 암모니아성 질소는 질산화미생물에 의하여 질산성 질소로 산화된 후 상기 내부순환라인(14)을 통하여 상기 무산소조(15)로 보내져서 탈질반응으로 제거되고,

상기 응집제투여장치(30)는 상기 호기엠비알조(13)에 인(P) 동시 제거를 위한 응집제를 투여하는 슬러지 감량을 위한 하수처리방법이 적용된 시스템에 있어서;

상기 잉여슬러지 전처리 반응조(20)의 후단에 함수율을 완전히 떨어뜨려 건조함으로써 곧바로 고형연료화할 수 있는 최종처리장치(MT)를 더 설치하되, 상기 최종처리장치(MT)는 제1탈수기(100), 제2탈수기(200) 및 건조기(300)로 이루어지며;

상기 제1탈수기(100)는 원통형상의 탈수하우징(110)과, 상기 탈수하우징(110)의 외측에 구비되고 탈수하우징(110)과 동심을 갖는 외부하우징(120)을 포함하고, 상기 탈수하우징(110)의 상부에는 배출관(DP)이 연결되어 처리물이 유입되도록 구성되며 탈수 가능하도록 내벽(114) 일부에 그물망(112)이 형성되고; 상기 외부하우징(120)은 원통형상의 부재로서, 상기 그물망(112)을 통해 탈수된 물이 배출 안내되는 통로를 구성하며, 상기 탈수하우징(110)의 바닥면(130) 중심에는 회전축(140)이 고정되고, 상기 회전축(140)의 둘레에는 다수의 탈수블레이드(150)가 일체로 고정되며, 상기 탈수블레이드(150)는 판상의 부재가 수직하게 세워진 형상이고, 상기 탈수블레이드(150)를 고정하는 블레이드축(152)에는 수직하게 보강바(154)가 일체로 고정되며, 상기 보강바(154)의 하단에는 보강롤러(156)가 회전가능하게 결합되고, 상기 보강롤러(156)는 상기 바닥면(130) 상에 요입되고 원주방향으로 형성된 롤러홈(158)에 삽입되어 이를 따라 회전될 수 있도록 구성되며, 상기 회전축(140)은 베어링(160)의 개재하에 상기 바닥면(130)을 관통하여 탈수하우징(110) 하부로 노출되고, 노출된 단부에는 종동베벨기어(170)가 고정되며, 상기 종동베벨기어(170)에는 구동베벨기어(180)가 치결합되고, 상기 구동베벨기어(180)는 구동모터(M)에 연결되며, 상기 구동모터(M)는 모터베이스(MB)를 통해 상기 탈수하우징(110)의 저면에 견고히 고정되고, 상기 탈수하우징(110)과 외부하우징(120)은 배출관로(190)를 통해 연통되며, 상기 배출관로(190)는 상기 탈수블레이드(150)의 회전방향으로 경사진 채 곡률을 이루면서 형성되고;

상기 제2탈수기(200)는 상기 배출관로(190)를 통해 배출된 1차 탈수된 처리물을 무한궤도 형태로 회전하면서 다시 탈수하는 벨트프레스(210)를 포함하되, 상기 벨트프레스(210)는 구동풀리(220)와 종동풀리(230)에 감긴 상태로 무한궤도 형태로 회전하며, 벨트프레스(210) 자체는 메쉬 타입의 벨트이고, 벨트프레스(210)의 길이 중앙부에는 상부 벨트프레스(210a)를 사이에 두고 하측에는 3개의 지지롤(240)이 설치되고, 상측에는 하나의 가압롤(250)이 설치되어 서로 맞물린 채 회전되도록 구성되며, 상부 벨트프레스(210a)와 하부 벨트프레스(210b) 사이의 공간에는 저수팬(260)이 설치되어 처리물이 상기 가압롤(250)과 지지롤(240)에 의해 압착되면서 탈수될 때 탈수된 물을 받을 수 있도록 구성되고;

상기 건조기(300)는 상기 종동풀리(230)의 하방에는 간격을 두고 설치된 수집호퍼(310)를 포함하되, 상기 수집호퍼(310)의 하단은 깔대기 형상으로 좁아지게 구성되고, 상기 수집호퍼(310)의 하단에는 반구형상의 건조가이드(320)가 배치되며, 상기 건조가이드(320)의 전방에는 대형송풍팬(330)이 설치되고, 상기 대형송풍팬(330)은 송풍모터(340)에 연결되며, 상기 건조가이드(320)의 하단에는 최종물 수납대(350)가 배치되며;

상기 최종물 수납대(350)에 모인 건조된 처리물은 상기 최종물 수납대(350)의 하방에 설치된 피더기(400)를 통해 고형연료 생산기(500)로 공급되는데, 상기 피더기(400)는 건조된 처리물을 수납하는 원통형상의 피딩실린더(410)와, 상기 피딩실린더(410)에 내장되고 피딩모터(460)에 의해 제자리 회전되는 피딩스크류(420)와, 피딩스크류(420)의 끝지점 피딩실린더(410) 내벽면에 형성된 경사댐(470)과, 상기 경사댐(470)을 지난 지점에 형성되는 공간인 버퍼챔버(430)와, 상기 버퍼챔버(430)의 하부에 형성된 건조물 배출단(450)과, 상기 피딩실린더(410)의 길이 일부에 형성되고 톱밥을 투입하는 톱밥투입호퍼(440)를 포함하여 구성되고;

상기 고형연료 생산기(500)는 상기 건조물 배출단(450)이 접속된 메인압출몰드(510)와, 상기 메인압출몰드(510)의 전단에 볼트 체결되는 수지투입몰드(520) 및 상기 메인압출몰드(510)의 후단에 볼트 체결되는 서브압출몰드(530)를 포함하여 구성되되, 상기 수지투입몰드(520)에는 수지투입기(522)가 연결되어 수지를 투입할 수 있도록 구성되며, 상기 메인압출몰드(510)의 중심에는 상기 건조물 배출단(450)과 연통되는 메인건조물배출유로(512)가 형성되고, 상기 서브압출몰드(530)의 중심에는 상기 메인건조물배출유로(512)와 연통되는 서브건조물배출유로(532)가 형성되며, 상기 메인압출몰드(510)에는 상기 메인건조물배출유로(512)를 중앙에 두고 동심원을 이루는 메인수지배출유로(514)가 형성되고, 상기 서브압출몰드(530)에는 상기 서브건조물배출유로(532)를 감싸듯히 상기 메인수지배출유로(514)처럼 제1서브수지배출유로(534a)가 형성되는데 끝은 경사지게 상기 서브건조물배출유로(532)와 연통된 것을 특징으로 하는 슬러지 감량을 위한 하수처리방법이 적용된 시스템을 제공한다.

본 발명에 따르면, 막분리형 활성슬러지 처리장치로부터 잉여슬러지를 인발, 전처리하여 가용성 및 생분해성을 촉진하고, 이를 상기 막 분리형 활성슬러지 처리장치로, 또는 무산소조로 이송처리 함으로서, 슬러지 처리량을 현저히 저감하여 처리비용을 획기적으로 절감하는 효과가 있고, 또한 질소제거에 필요한 추가적인 탄소원을 공급하여 질소제거효율을 높일 수 있는 효과가 있으며, 더불어 고효율적인 고형연료 제조가 쉽게 이루어지는 효과도 얻을 수 있다.

도 1은 종래의 막분리 활성슬러지법(Membrane Bioreactor)을 이용한 하수처리 방법을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 종래의 생물학적 질소, 인 제거형 막분리 활성슬러지법을 이용한 하수처리 방법을 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 슬러지 감량형 막분리 활성슬러지 공정에 따른 슬러지 감량을 위한 하수처리방법이 적용된 시스템을 개략적으로 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 다른 실시예를 보인 도면.
도 5는 본 발명에 따른 고형연료 처리장치를 더 포함한 예시도.
도 6은 본 발명에 따른 고형연료 처리장치의 커터를 보인 예시도.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 막분리형 활성슬러지 처리장치(10), 잉여슬러지 전처리 반응조(20) 및 인 동시 제거를 위한 응집제 투여장치(30)로 구별할 수 있다.

각 단계별 세부 내용을 설명하면, 상기 막분리형 활성슬러지 처리장치(10)는 기본적으로 유기물의 호기분해공 정을 위한 공기공급장치(11)와 막분리를 이용한 멤브레인 고액분리장치(12)로 이루어져 있고, 이 두 장치는 단일 반응조, 또는 별도의 반응조에서 가동 될 수도 있다.

또한 유기물과 질소의 동시제거를 위하여 탈질단계를 포함할 경우, 호기엠비알(MBR)조(13) 전단에 무산소조(15)를 두고 내부순환라인(14)을 통하여 연동되게 하며, 이 경우 암모니아성 질소는 호기엠비알조(13)에서 질산화미생물에 의하여 질산성 질소로 산화되며, 질산성 질소는 상기 내부순환라인(14)을 통하여 무산소조(15)로 보내지고 여기에서 탈질반응으로 제거된다.

이때, 무산소 조건 이외에 상기 탈질반응에 있어서, 중요한 필요조건이 생분해성 탄소원으로 이것은 탈질 미생물이 무기탄소를 이용한 질산화 미생물과는 달리 유기탄소를 먹이로 필요로 하는 미생물이기 때문이고, 따라서 탈질반응의 효율은 상기 탄소원의 공급에 있다.

상기 잉여슬러지 전처리 반응조(20)에서는 슬러지를 구성하고 있는 미생물들의 세포벽을 화학적 또는 기계적으로 파괴하여 미생물들을 가용화시키고, 고분자 물질을 저분자 물질로 전환시켜 슬러지의 생분해성을 높이는 것으로, 상기 미생물 세포벽 파괴를 위한 슬러지 전처리로서, 알칼리처리, 열적처리, 볼밀처리, 오존처리 중 선택적처리로, 또는 상기 처리중 선택적 병합처리로 이루어져 있다.

상기 알칼리처리는 pH10~14에서 2~4시간 처리, 상기 열적처리는 50~70℃에서 2~4시간 처리, 상기 볼밀처리는 2000~4000rpm으로 10~30분간 처리, 오존처리는 0.03~0.07g O 3 /g-SS 로 처리 되게 하는 것이 바람직 한 것으로, 상기 알칼리처리와 열적처리는 세포벽의 가수분해를 촉진시켜 파괴하는 것이고, 볼밀처리는 기계적인 압력을 가하여 세포벽을 파괴하는 것이다.

본 발명에서 막분리 활성슬러지가 무산소조를 포함하지 않은 경우에는 호기엠비알조(13)에서 전처리 필요량 만큼의 슬러지를 인발하여 상기와 같이 전처리 후, 상기 호기엠비알조(13)로 반송하며, 무산소조(15)를 포함하는 경우에는 상기 전처리 후, 무산소조(15)로 반송되는 것으로, 내부순환되는 슬러지 중 상기 전처리 필요량 만큼만 별도 처리한 후, 내부순환라인(14)을 통하여 다시 호기엠비알조(13)로 이송 처리되게 하는 것이다.

상기 전처리에 의한 하폐수 슬러지의 가용성 및 생분해성 효율은 실험결과 하기 표 1과 같다. 이때 슬러지의 초기 부유물 농도와 COD(cr)농도는 각각 11,440 mg/L 과 13,890mg/L 이며, 생분해도 실험은 호홉법(Respirometry)을 사용, 측정하였다.

상기 표 1에서 실험된 전처리 단계의 공정중에서 알칼리처리는 비교적 간단하고, 저렴한 비용으로 처리되고, 다른 전처리 공정과 병합처리가 가능, 용이하며, 또한 열적처리나 오존처리와 병행될 경우 생분해성 효율이 증대 되었음을 보여주고 있다.

상기 전처리 과정을 통하여 생분해성이 높아진 슬러지는 막분리형 활성슬러지 처리단계의 반응조로 순환되어 원 하폐수의 생분해성 유기물과 함께 처리되나, 질소 제거를 위하여 무산소조를 포함한 경우는 이 무산소조로 이송시키면 탈질 반응에 필요한 탄소원으로 작용하여 탈질효율을 증대, 질소제거율을 높이게 된다.

별도의 슬러지 인발없이 잉여슬러지의 전처리와 전처리 슬러지의 반송을 통하여 슬러지 중 유기물 성분의 분해를 유도할 경우, 생물학적으로 분해될 수 없는 슬러지 중의 유기물질 중 일부는 이온성 물질로 용해되어 분리막을 통과하여 처리수와 방류되고 입자성 무기물질은 반응조내에 축적되게 된다.

따라서, 활성슬러지 중 미생물 농도를 일정하게 유지시켜 주기 위해서는 최소한의 슬러지 인발이 필요하다.

무기물의 축적을 방지하기 위한 슬러지 인발량은 슬러지 전처리를 도입하지 않았을 경우와 비교할 경우 10% 이하 수준으로 줄어 들게 된다.

결과적으로, 본 발명을 적용함으로써 하폐수 원수량의 0.5~1% 정도 규모의 슬러지 전처리 시설을 설치함으로써 잉여슬러지 발생량을 80~90%이상 저감 시킬 수 있게 된다.

인(P) 동시 제거를 위한 응집제 투여장치(30)에서는 막분리형 활성슬러지 처리장치(10)와 잉여슬러지 전처리 반응조(20)를 통하여 슬러지 발생량이 저감될 경우, 원수 중 인성분의 제거효율이 저하되는데, 이는 생물학적 처리공정에서 인의 제거가 슬러지로의 인성분 합성과 잉여슬러지의 인발을 통하여 이루어지기 때문인바, 이를 해결하기 위해 본 발명에서는 응집제를 투여한 것으로, 이 경우 응집제 투여는 호기 엠비알조에서 이루어지게 함으로써 침전조나 침전 체류시간을 둘 필요가 없고, 또한 슬러지 인발량이 적기 때문에 상당량의 응집제가 처리시스템 안에서 순환하게 되어 응집제 소요량도 저감될 수 있으면서 그 처리 효율은 80~90% 수준으로 높일 수 있다.

본 발명은 상술한 구성을 그대로 포함하면서 잉여슬러지 전처리 반응조(20)를 통해 처리된 처리물이 배출될 때 도 4와 같은 최종처리장치(MT)를 더 구비함으로써 슬러지의 함수율을 더욱 더 낮추고, 처리효율을 더욱 향상시킬 수 있도록 구성된다.

도 4에서와 같이, 본 발명에 따른 최종처리장치(MT)는 잉여슬러지 전처리 반응조(20)의 후단에 설치되며, 전처리 반응 후에 마감처리를 통해 함수율을 현저히 떨어뜨림으로써 처리효율을 높이도록 구성된다. 이 경우에는 최종처리장치(MT)를 거친 후 압출하여 펠릿화함으로써 곧바로 고형연료화시킬 수 있도록 처리됨이 바람직하며, 도 3과 같은 무산소조(15)를 거칠 필요가 없다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 최종처리장치(MT)는 제1탈수기(100), 제2탈수기(200) 및 건조기(300)로 이루어진다.

이때, 상기 제1탈수기(100)는 원통형상의 탈수하우징(110)과, 상기 탈수하우징(110)의 외측에 구비되고 탈수하우징(110)과 동심을 갖는 외부하우징(120)을 포함한다.

여기에서, 상기 탈수하우징(110)의 상부에는 배출관(DP)이 연결되어 처리물이 유입되도록 구성된다.

그리고, 상기 외부하우징(120)은 원통형상의 부재로서, 상기 탈수하우징(110)을 통해 탈수된 물이 배출 안내되는 통로를 구성한다.

특히, 상기 탈수하우징(110)의 바닥면(130) 중심에는 회전축(140)이 고정되고, 상기 회전축(140)의 둘레에는 다수의 탈수블레이드(150)가 일체로 고정된다.

이 경우, 상기 탈수블레이드(150)는 상기 탈수하우징(110)의 내경과 약간의 간격만 갖도록 하여 압축효율을 높이도록 구성됨이 바람직하며, 그 간격은 5cm 이내이다.

또한, 상기 탈수블레이드(150)는 판상의 부재가 수직하게 세워진 형상으로서, 압을 많이 받기 때문에 블레이드축(152)이 쉽게 파단될 수 있다.

따라서, 이를 보완하면서 충분히 힘을 받을 수 있도록 상기 블레이드축(152)의 길이 일부에는 수직하게 보강바(154)가 일체로 고정되고, 상기 보강바(154)의 하단에는 보강롤러(156)가 회전가능하게 결합되며, 상기 보강롤러(156)는 상기 바닥면(130) 상에 요입되고 원주방향으로 형성된 롤러홈(158)에 삽입되어 이를 따라 회전될 수 있도록 구성된다.

그리고, 상기 회전축(140)은 베어링(160)의 개재하에 상기 바닥면(130)을 관통하여 탈수하우징(110) 하부로 노출되고, 노출된 단부에는 종동베벨기어(170)가 고정되며, 상기 종동베벨기어(170)에는 구동베벨기어(180)가 치결합되고, 상기 구동베벨기어(180)는 구동모터(M)에 연결되며, 상기 구동모터(M)는 모터베이스(MB)를 통해 상기 탈수하우징(110)의 저면에 견고히 고정된다.

또한, 상기 탈수하우징(110)과 외부하우징(120)은 배출관로(190)를 통해 연통되며, 상기 배출관로(190)는 상기 탈수블레이드(150)의 회전방향으로 경사진 채 곡률을 이루면서 형성된다.

때문에, 처리물이 탈수블레이드(150)에 의해 밀려 회전되면서 탈수하우징(110)의 내벽(114)에 압착되면서 탈수되고, 일부는 배출관로(190)를 통해 밀려 빠져나가게 된다.

이를 위해, 상기 탈수하우징(110)의 하부는 둘레방향으로 일부에만 일정높이 그물망(112)이 형성되고, 그물망(112)이 형성되지 않은 부분은 내벽(114)이며, 상기 내벽(114) 상에 상기 배출관로(190)가 형성된다.

때문에, 배출관로(190)와 그물망(112)은 서로 영향을 주지 않으며, 그물망(112)을 통해 탈수된 물은 상기 외부하우징(120)과 탈수하우징(110) 사이의 공간인 배출수드레인(116)을 통해 하부로 모인 후 별도 처리되고, 상기 배출수드레인(116)을 관통한 배출관로(190)로는 탈수된 처리물이 압을 받아 밀려 나가게 된다.

이러한 과정을 거치게 되면, 50% 내외로 탈수되게 된다.

이어, 상기 배출관로(190)를 통해 배출된 1차 탈수된 처리물은 무한궤도 형태로 회전하는 벨트프레스(210)로 낙하된다.

상기 벨트프레스(210)는 구동풀리(220)와 종동풀리(230)에 감긴 상태로 무한궤도 형태로 회전하며, 벨트프레스(210) 자체는 메쉬 타입의 벨트이다.

또한, 벨트프레스(210)의 길이 중앙부에는 상기 벨트프레스(210), 더 정확하게는 상부 벨트프레스(210a)를 사이에 두고 하측에는 3개의 지지롤(240)이 설치되고, 상측에는 하나의 가압롤(250)이 설치되어 서로 맞물린 채 회전되도록 구성된다.

그리고, 상기 벨트프레스(210), 더 정확하게는 상부 벨트프레스(210a)와 하부 벨트프레스(210b) 사이의 공간에는 저수팬(260)이 설치되어 처리물이 상기 가압롤(250)과 지지롤(240)에 의해 압착되면서 탈수될 때 탈수된 물을 받을 수 있도록 구성되며, 이 과정을 거치게 되면 90% 내외로 탈수된다.

아울러, 상기 저수팬(260)은 도시상 전방으로 기울게 설치되어 저수된 물이 외부로 배출될 수 있도록 설계된다.

한편, 상기 종동풀리(230)의 하방에는 간격을 두고 수집호퍼(310)가 설치되며, 상기 수집호퍼(310)의 하단은 깔대기 형상으로 좁아지게 구성된다.

때문에, 상기 수집호퍼(310)의 하방으로 상기 처리물이 낙하될 때에는 소량씩 떨어지게 된다.

그리고, 상기 수집호퍼(310)의 하단에는 반구형상의 건조가이드(320)가 배치되고, 상기 건조가이드(320)의 전방에는 대형송풍팬(330)이 설치되며, 상기 대형송풍팬(330)은 송풍모터(340)에 연결되고, 상기 건조가이드(320)의 하단에는 최종물 수납대(350)가 배치된다.

따라서, 수집호퍼(310)의 하부로 낙하되던 처리물은 상기 대형송풍팬(330)에 의해 비산되면서 건조가이드(320)에 부딪히게 되고, 그 과정에서 건조되게 된다.

그리고, 건조된 처리물은 건조가이드(320)의 내벽면을 타고 흘러 내려 상기 최종물 수납대(350)로 모이게 된다.

이때, 상기 대형송풍팬(330)을 통해 바람을 송풍할 때 열풍을 불 수 있도록 가열기가 함께 구비되면 더욱 좋다.

이 과정을 거치게 되면 99%에 가깝게 탈수되어 거의 완전 건조된다고 보면 된다.

그리고, 상기 최종물 수납대(350)에 모인 건조된 처리물은 상기 최종물 수납대(350)의 하방에 설치된 피더기(400)를 통해 고형연료(RDF) 생산기(500, 도 5 참조)로 공급된다.

여기에서, 상기 피더기(400)는 건조된 처리물을 수납하는 원통형상의 피딩실린더(410)와, 상기 피딩실린더(410)에 내장되고 피딩모터(460)에 의해 제자리 회전되는 피딩스크류(420)와, 피딩스크류(420)의 끝지점 피딩실린더(410) 내벽면에 형성된 경사댐(470)과, 상기 경사댐(470)을 지난 지점에 형성되는 공간인 버퍼챔버(430)와, 상기 버퍼챔버(430)의 하부에 형성된 건조물 배출단(450)과, 상기 피딩실린더(410)의 길이 일부에 형성되고 톱밥을 투입하는 톱밥투입호퍼(440)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 피딩스크류(420)는 끝으로 갈수록 구경이 작아지게 하여 버퍼챔버(430) 쪽으로 피딩압을 높일 수 있도록 하면서 원활한 피딩작업이 이루어지도록 구성된다.

또한, 상기 경사댐(470)은 일정한 피딩압을 받도록 하여 버퍼챔버(430) 내에서의 압을 증대시킴으로써 건조물 배출단(450)을 통해 배출능력을 증대시키기 위함임은 물론, 더 중요한 것은 버퍼링되면서 톱밥과 건조된 처리물 간의 균일한 믹싱이 이루어지도록 유도하기 위한 것이다.

뿐만 아니라, 상기 건조물 배출단(450)는 나사체결식으로 분리 가능하게 조립되어 구경을 교체할 수 있도록 함으로써 배출되는 양을 조절할 수도 있다.

특히, 상기 톱밥은 상기 건조된 처리물의 열효율을 높이기 위해 투입되는 것으로, 투입양을 비율적으로 결정하기는 어렵지만 상기 건조된 처리물 대비 상대적으로 더 적은 양이 투입되도록 조절된다.

바람직한 투입양을 굳이 정해야 한다면, 상기 최종물 수납대(350)에서 상기 피딩실린더(410)로 투입되는 건조된 처리물의 양 대비 절반 정도가 적당하다.

한편, 상기 건조물 배출단(450)으로 배출된 톱밥이 혼합된 건조물은 도 5와 같은 고형연료 생산기(500)로 투입된다.

상기 고형연료 생산기(500)는 상기 건조물 배출단(450)이 접속된 메인압출몰드(510)와, 상기 메인압출몰드(510)의 전단에 볼트 체결되는 수지투입몰드(520) 및 상기 메인압출몰드(510)의 후단에 볼트 체결되는 서브압출몰드(530)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 수지투입몰드(520)에는 수지투입기(522)가 연결되어 수지를 투입할 수 있도록 구성되는데, 상기 수지투입기(522)를 통해 투입되는 수지는 폴리프로필렌수지이다.

그리고, 상기 수지투입몰드(520)와 메인압출몰드(510)의 경계 부분에는 상기 메인압출몰드(510) 쪽으로 일정깊이 요입된 수지챔버(524)가 형성되는데, 상기 수지챔버(524)는 투입된 수지가 일정량 버퍼링되게 하여 균일한 공급이 가능하도록 하기 위함이다.

또한, 상기 메인압출몰드(510)의 중심에는 상기 건조물 배출단(450)과 연통되는 메인건조물배출유로(512)가 형성되고, 상기 서브압출몰드(530)의 중심에는 상기 메인건조물배출유로(512)와 연통되는 서브건조물배출유로(532)가 형성된다.

다만, 상기 서브건조물배출유로(532)는 상기 메인건조물배출유로(512)에 비해 작은 직경을 갖도록 하여 압을 충분히 받으면서 배출되게 함으로서 속도를 늦춰 투입되는 수지가 완전히 감싸면서 건조물이 수지로 코팅될 수 있도록 하여 준다.

뿐만 아니라, 상기 메인압출몰드(510)에는 상기 메인건조물배출유로(512)를 중앙에 두고 동심원을 이루는 메인수지배출유로(514)가 형성된다.

따라서, 이를 종단면으로 보면 대략 도너츠 형상이 된다.

아울러, 상기 서브압출몰드(530)에는 상기 서브건조물배출유로(532)를 감싸듯히 상기 메인수지배출유로(514)처럼 제1서브수지배출유로(534a)가 형성되는데, 이의 끝은 경사지게 상기 서브건조물배출유로(532)와 연통된다.

때문에, 건조물이 압축되면서 원기둥 형태로 배출될 때 그 둘레면에는 수지가 발라진 상태로 고형연료가 된다.

그러면, 수지와 톱밥, 건조된 슬러지가 함께 공존하는 형태의 고형연료가 되므로 열효율이 현저히 상승되며 내구성도 높아진다.

특히, 상기 수지의 코팅 두께를 더 두껍게 할 필요가 있을 때를 위해 원형링 형상의 상기 메인수지배출유로(514) 상의 일부에 적어도 2지점에서 연통되는 우회유로(536)를 더 형성하고, 상기 우회유로(536)는 상기 제1서브수지배출유로(534a)와 비슷하게 형성된 제2서브수지배출유로(534b)와 연통되게 하되, 그 중간지점에 개폐볼트(538)를 체결하여 상기 개폐볼트(538)를 조이면 제1서브수지배출유로(534a)로만 수지가 흘러가 얇은 두께로 코팅하고, 상기 개폐볼트(538)를 풀어 제2서브수지배출유로(534b)와 우회유로(536)가 연통되게 하면 상기 제2서브수지배출유로(534b)로도 수지가 흘러가기 때문에 그 만큼 두께를 두껍게 코팅할 수 있게 된다.

이렇게 수지가 코팅된 상태로 배출되는 수지코팅 건조물은 도 6과 같은 커터(600)에 의해 일정길이로 절단된다.

상기 커터(600)는 상기 서브압출몰드(530)의 선단면 일측에 고정된 힌지(610)와, 상기 힌지(610)과 거리를 두고 설치된 커팅실린더(620)와, 상기 커팅실린더(620)에 연결된 커팅로드(630)와, 일단은 상기 힌지(610)에 결속되고 타단은 상기 커팅로드(630)의 단부에 결속된 상태에서 상기 커팅로드(630)의 승하강에 의해 수지코팅 건조물 배출단(540)을 통해 압출되어 나오는 수지코팅 건조물을 커팅하는 커팅와이어(640)를 포함하여 구성된다.

이때, 커팅된 수지코팅 건조물은 냉각조로 낙하되어 곧바로 냉각될 수 있도록 구성함이 바람직하다.

이와 같이, 본 발명은 탈수와 동시에 곧바로 고형연료로 제조할 수 있어 재활용 효율이 우수하고, 버려지던 쓰레기를 연료화시킴으로써 에너지 재생산에 기여하는 효과가 크다 하겠다.

10 : 막분리형 활성슬러지 처리장치 11 : 공기공급장치
12 : 멤브레인 고액분리장치 13 : 호기엠비알(MBR)조
14 : 내부순환라인 15 : 무산소조
20 : 잉여슬러지 전처리 반응조 30 : 응집제 투여장치

Claims (1)

1. 하폐수 처리공정으로 폭기조내에 분리막을 침지시켜 활성슬러지 혼합액을 고액분리하는 막분리형 수처리 방법을 이용하여 하수를 처리하기 위해 막분리형 활성슬러지 처리장치(10), 잉여슬러지 전처리 반응조(20) 및 응집제 투여장치(30)를 포함하되, 호기엠비알조(13)로부터 인발된 슬러지를 상기 잉여슬러지 전처리 반응조(20)에서 알칼리 약품을 첨가하여 슬러지의 가용성 및 생분해성을 촉진, 증가시켜 무산소조(15), 호기엠비알조(13)로 선택적으로 반송하여 슬러지중 유기물의 생분해와 자산화를 가속, 슬러지 발생량을 저감되게 하고; 상기 잉여슬러지 전처리 반응조(20)는 상기 인발된 슬러지를 알칼리 처리시에 가온시켜 슬러지의 가용성 및 생분해성을 촉진, 증대시키거나 혹은 인발된 슬러지를 알칼리 처리 후, 볼밀 분쇄처리로 슬러지의 가용성 및 생분해성을 촉진, 증대시키도록 하되,
   상기 무산소조(15)와 상기 호기엠비알조(13)는 내부순환라인(14)을 통하여 연결 설치되고,
   상기 잉여슬러지 전처리 반응조(20)는 상기 호기엠비알조(13)로부터 인발된 일부의 슬러지를 알칼리처리, 열적처리, 볼밀처리, 오존처리 중 선택적 처리 또는 선택적 병합처리한 후 상기 무산소조(15)로 반송하고,
   상기 호기엠비알조(13)의 나머지 슬러지에 포함된 암모니아성 질소는 질산화미생물에 의하여 질산성 질소로 산화된 후 상기 내부순환라인(14)을 통하여 상기 무산소조(15)로 보내져서 탈질반응으로 제거되고,
   상기 응집제투여장치(30)는 상기 호기엠비알조(13)에 인(P) 동시 제거를 위한 응집제를 투여하는 슬러지 감량을 위한 하수처리방법이 적용된 시스템에 있어서;
   상기 잉여슬러지 전처리 반응조(20)의 후단에 함수율을 완전히 떨어뜨려 건조함으로써 곧바로 고형연료화할 수 있는 최종처리장치(MT)를 더 설치하되, 상기 최종처리장치(MT)는 제1탈수기(100), 제2탈수기(200) 및 건조기(300)로 이루어지며;
   상기 제1탈수기(100)는 원통형상의 탈수하우징(110)과, 상기 탈수하우징(110)의 외측에 구비되고 탈수하우징(110)과 동심을 갖는 외부하우징(120)을 포함하고, 상기 탈수하우징(110)의 상부에는 배출관(DP)이 연결되어 처리물이 유입되도록 구성되며 탈수 가능하도록 내벽(114) 일부에 그물망(112)이 형성되고; 상기 외부하우징(120)은 원통형상의 부재로서, 상기 그물망(112)을 통해 탈수된 물이 배출 안내되는 통로를 구성하며, 상기 탈수하우징(110)의 바닥면(130) 중심에는 회전축(140)이 고정되고, 상기 회전축(140)의 둘레에는 다수의 탈수블레이드(150)가 일체로 고정되며, 상기 탈수블레이드(150)는 판상의 부재가 수직하게 세워진 형상이고, 상기 탈수블레이드(150)를 고정하는 블레이드축(152)에는 수직하게 보강바(154)가 일체로 고정되며, 상기 보강바(154)의 하단에는 보강롤러(156)가 회전가능하게 결합되고, 상기 보강롤러(156)는 상기 바닥면(130) 상에 요입되고 원주방향으로 형성된 롤러홈(158)에 삽입되어 이를 따라 회전될 수 있도록 구성되며, 상기 회전축(140)은 베어링(160)의 개재하에 상기 바닥면(130)을 관통하여 탈수하우징(110) 하부로 노출되고, 노출된 단부에는 종동베벨기어(170)가 고정되며, 상기 종동베벨기어(170)에는 구동베벨기어(180)가 치결합되고, 상기 구동베벨기어(180)는 구동모터(M)에 연결되며, 상기 구동모터(M)는 모터베이스(MB)를 통해 상기 탈수하우징(110)의 저면에 견고히 고정되고, 상기 탈수하우징(110)과 외부하우징(120)은 배출관로(190)를 통해 연통되며, 상기 배출관로(190)는 상기 탈수블레이드(150)의 회전방향으로 경사진 채 곡률을 이루면서 형성되고;
   상기 제2탈수기(200)는 상기 배출관로(190)를 통해 배출된 1차 탈수된 처리물을 무한궤도 형태로 회전하면서 다시 탈수하는 벨트프레스(210)를 포함하되, 상기 벨트프레스(210)는 구동풀리(220)와 종동풀리(230)에 감긴 상태로 무한궤도 형태로 회전하며, 벨트프레스(210) 자체는 메쉬 타입의 벨트이고, 벨트프레스(210)의 길이 중앙부에는 상부 벨트프레스(210a)를 사이에 두고 하측에는 3개의 지지롤(240)이 설치되고, 상측에는 하나의 가압롤(250)이 설치되어 서로 맞물린 채 회전되도록 구성되며, 상부 벨트프레스(210a)와 하부 벨트프레스(210b) 사이의 공간에는 저수팬(260)이 설치되어 처리물이 상기 가압롤(250)과 지지롤(240)에 의해 압착되면서 탈수될 때 탈수된 물을 받을 수 있도록 구성되고;
   상기 건조기(300)는 상기 종동풀리(230)의 하방에는 간격을 두고 설치된 수집호퍼(310)를 포함하되, 상기 수집호퍼(310)의 하단은 깔대기 형상으로 좁아지게 구성되고, 상기 수집호퍼(310)의 하단에는 반구형상의 건조가이드(320)가 배치되며, 상기 건조가이드(320)의 전방에는 대형송풍팬(330)이 설치되고, 상기 대형송풍팬(330)은 송풍모터(340)에 연결되며, 상기 건조가이드(320)의 하단에는 최종물 수납대(350)가 배치되며;
   상기 최종물 수납대(350)에 모인 건조된 처리물은 상기 최종물 수납대(350)의 하방에 설치된 피더기(400)를 통해 고형연료 생산기(500)로 공급되는데, 상기 피더기(400)는 건조된 처리물을 수납하는 원통형상의 피딩실린더(410)와, 상기 피딩실린더(410)에 내장되고 피딩모터(460)에 의해 제자리 회전되는 피딩스크류(420)와, 피딩스크류(420)의 끝지점 피딩실린더(410) 내벽면에 형성된 경사댐(470)과, 상기 경사댐(470)을 지난 지점에 형성되는 공간인 버퍼챔버(430)와, 상기 버퍼챔버(430)의 하부에 형성된 건조물 배출단(450)과, 상기 피딩실린더(410)의 길이 일부에 형성되고 톱밥을 투입하는 톱밥투입호퍼(440)를 포함하여 구성되고;
   상기 고형연료 생산기(500)는 상기 건조물 배출단(450)이 접속된 메인압출몰드(510)와, 상기 메인압출몰드(510)의 전단에 볼트 체결되는 수지투입몰드(520) 및 상기 메인압출몰드(510)의 후단에 볼트 체결되는 서브압출몰드(530)를 포함하여 구성되되, 상기 수지투입몰드(520)에는 수지투입기(522)가 연결되어 수지를 투입할 수 있도록 구성되며, 상기 메인압출몰드(510)의 중심에는 상기 건조물 배출단(450)과 연통되는 메인건조물배출유로(512)가 형성되고, 상기 서브압출몰드(530)의 중심에는 상기 메인건조물배출유로(512)와 연통되는 서브건조물배출유로(532)가 형성되며, 상기 메인압출몰드(510)에는 상기 메인건조물배출유로(512)를 중앙에 두고 동심원을 이루는 메인수지배출유로(514)가 형성되고, 상기 서브압출몰드(530)에는 상기 서브건조물배출유로(532)를 감싸듯이 상기 메인수지배출유로(514)처럼 제1서브수지배출유로(534a)가 형성되는데 끝은 경사지게 상기 서브건조물배출유로(532)와 연통되되,
   상기 막분리형 활성슬러지 처리장치(10)는
   공기공급장치(11)와 막분리를 이용한 멤브레인 고액분리장치(12)로 이루어지는 호기엠비알(MBR)조(13); 및
   상기 호기엠비알(MBR)조(13)의 전단에 설치되는 무산소조(15)를 포함하는 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 슬러지 감량을 위한 하수처리방법이 적용된 시스템.
   
   

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