KR101651080B1 - 슬러지 소화조 전처리 과정이 포함된 하수 및 슬러지 자원화 처리시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 슬러지 가용화공정의 전처리가 포함된 하수처리 시스템으로서, 보다 상세하게는 침사지, 1차 침전조, 생물학적 고도처리, 2차 침전조공정을 통하여 하수내 슬러지와 진소 및 인을 제거하고 Pulsed UV를 사용하여 박테리아와 미생물을 제거한 후 방류하는 하수처리공정과 상기 하수처리공정에서 발생되는 슬러지를 혐기성 소화조로 처리함에 있어서 액상 철산염을 이용하여 전처리하는 슬러지 소화조에 전처리 과정이 포함된 하수 및 슬러지 자원화 처리시스템에 관한것으로 이상에서 설명한 바와 같이 하수처리공정에 Pulsed UV의 추가 설치에 따라 하수내 미생물에 UV를 조사하여 인체에 유해한 박테리아 및 미생물을 제거하고, 상기 하수처리 공정에서 발생되는 슬러지를 처리하는 혐기성 소화조의 전처리과정을 산화제 및 응집제로서의 두 가지 기능을 가지고 있는 슈퍼 산화제인 액상 철산염을 이용하여 전처리함으로써 혐기성 소화조의 효율을 높이고 그에 따라 슬러지 자원화의 높은 효율성을 가지며, 최종산물인 3가 상태의 철염(Fe(Ⅲ))으로서 환경 친화적인 특성을 가진다.
Description
본 발명은 슬러지 가용화공정의 전처리가 포함된 하수처리 시스템으로서, 보다 상세하게는 침사지, 1차 침전조, 생물학적 고도처리, 2차 침전조공정을 통하여 하수내 슬러지와 질소 및 인을 제거하고 Pulsed UV를 사용하여 박테리아와 미생물을 제거한 후 방류하는 하수처리공정과 상기 하수처리공정에서 발생하는 슬러지를 혐기성 소화조로 처리함에 있어서 액상 철산염을 이용하여 전처리하는 슬러지 소화조의 전처리 과정이 포함된 하수 및 슬러지 처리시스템에 관한 것이다.
매년 하수처리장의 증가와 고도처리의 도입으로 하수슬러지의 발생량이 커지고 있고 그에 따라 슬러지 처리시설의 전력비나 개보수비, 약품비 등의 처리비용 및 슬러지 처리시설의 유지관리비가 증가되고 있으나 환경규제 강화, 대안기술의 부재, 높은 슬러지 처리비용에 의하여 슬러지 관리 정책수립과 기술 개발에 많은 어려움을 갖고 있다.
종래의 일반적인 하수처리시설은 표준활성슬러지 공법이나 상기 공법의 추가 또는 변형된 공법을 주로 사용하고 외국에서는 A2/O 공정, UCT 공정, VIP 공정등을 사용하며, 상기의 외국에서 사용되는 공정은 국내의 합류식 하수배제 방식에 적용되지 못하고 있는 실정이며, 상기의 A2/O 공정은 생물학적 처리공정으로 A/O공법을 개량하여 질소 및 인을 제거하기 위한 공법으로 반응조는 혐기성조(Anaerobic Tank), 무산소조(Anoxic Tank), 호기성조(Aerobic Tank)로 구성되며 질산성 질소를 제거하기 위한 내부반송(Nitrifer Recycle)과 침전지 슬러지 반송으로 구성되고 혐기성조에서는 혐기성조건에서 인을 방출시켜 호기성조에서 미생물이 과잉섭취할 수 있도록 하며, 무산소조는 호기성조의 내부반송수의 Nitrate를 탈질시킴으로 질소와 인을 제거한다.
상기의 A2/O 공정을 통하여 하수의 질소 및 인 제거를 실시하여 하수내 영양염류를 줄이지만 하수 내 질소와 인 제거에만 중점을 두고 있고, 최근 문제가 되고 있는 하수내 인체에 유해한 박테리아와 미생물 제거가 되지 못한다는 문제점이 있다.
또한 상기의 하수처리공정들을 통해서 발생되는 슬러지의 처리는 해양투기에 크게 의존해 왔으나 2012년부터 해양투기가 금지되어 폐기물 자원화, 에너지화 및 감량화 등 유기성 폐기물의 신재생에너지화 촉진 정책이 추진되고 있으며 특히 혐기성 소화조를 통한 슬러지 처리를 실시함에 있어서 처리효율을 높이기 위해 가용화 전처리과정을 실시하고 있으며 상기 전처리 기술로는 고온 호기성 미생물을 이용하는 생물학적 방법, 초음파와 수리동력학적 캐비테이션과 열 가수분해 및 볼밀 파쇄장치를 이용하는 물리적 방법, 오존 처리와 알칼리 약품처리를 이용하는 화학적 방법, 상기의 처리방법을 복수개 병합하여 처리하는 복합처리 방법, 전기분해를 이용한 전기적 방법을 사용하고 있으나 비용이 고가이거나 감량효율이 떨어져 실용화에 어려움을 겪는 문제점이 있다.
상기의 혐기성 소화조의 소화효율 증대를 위한 슬러지 가용화 방법으로 한국등록특허 10-135458호(2013.09.02.)는 (1) 폐활성슬러지를 슬러지 가용화반응조에 투입하고, 희석수를 첨가하여 함수율 87~92%로 조절하는 단계; (2) 상기 (1) 단계에 알칼리 촉매를 첨가하고 교반시켜 촉매처리 폐활성슬러지를 제조하는 단계; (3) 상기 촉매처리 폐활성슬러지를 가열반응조로 이송시킨 후, 메탄올을 첨가하고 교반시켜 가용화슬러지를 제조하는 단계; 및 (4) 상기 가용화슬러지를 소화조로 이송시키고, 혐기성 미생물의 혐기발효를 이용하여 혐기소화시켜 바이오 가스를 생산하는 단계;를 포함하여 이루어진 것으로 폐수처리과정에서 발생하는 폐활성슬러지를 알칼리 촉매와 메탄올을 처리하여 슬러지내 생분해 가능한 미생물의 세포막을 연화 또는 파괴시켜 소화조의 혐기성 미생물에 의한 혐기성소화 효율을 향상시키는 것으로 상기의 운영관리의 어려움과 관리비용이 문제가 되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 일반적인 하수처리공정의 문제가 되고 있는 하수내 인체에 유해한 박테리아와 미생물을 제거하지 못하는 문제와 상기 하수처리공정에서 발생되는 슬러지처리공정의 운영상의 어려움, 높은 처리비용 문제를 해결 할 수 있는 슬러지 소화조의 전처리 과정이 포함된 하수 및 슬러지 처리시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 문제점을 해결하고 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 슬러지 소화조 전처리 과정이 포함된 하수 및 슬러지 자원화 처리시스템에 있어서,
상기 하수처리시스템(100)은
유입되는 하수에서 부피와 질량이 큰 슬러지를 제거하는 침사지(110);
상기 침사지(110)에서 처리된 하수에 포함된 슬러지를 재차 침전 시키는 1차 침전조(120);
혐기조와 무산소조 및 호기조로 구성되어 인과 질소가 제거되는 생물학적 고도처리부(130);
상기 생물학적 고도처리부의 공정을 통하여 처리된 하수의 슬러지를 침전시키는 2차 침전조(140); 및
상기 2차 침전조(140)에서 처리된 하수내 박테리아와 미생물을 제거하는 Pulsed UV소독조(150);로 이루어진다.
상기 하수처리 시스템은 슬러지 자원화 시스템(200)을 포함하며
상기 슬러지 자원화 시스템은(200)
상기 2차 침전조(140)에서 나오는 슬러지가 포함된 하수를 전기분해를 이용하여 고액분리하는 전해부상 농축조(210);
상기 1차 침전조(120)에서 발생되는 하수의 슬러지를 중력식 농축을 이용하여 고액분리하는 농축조(220);
상기 농축조(220)와 전해부상 농축조(210)에서 분리된 슬러지를 액상 철산염의 산화력에 의하여 슬러지내 미생물의 세포 파괴에 의하여 생분해성을 높여 가용성을 높이는 전처리조(230);
상기 전처리조(230)에 주입되는 액상 철산염(Fe(Ⅳ))을 전기산화법으로 제조하는 철산염 제조부(240); 및 상기 전처리조(230)에서 전처리된 슬러지의 부피를 감소시키고 바이오 가스를 생성하는 혐기성 소화조(250);로 이루어지고 상기 혐기성 소화조(250)에서 발생되는 슬러지를 자원화한다.
상기 Pulsed UV소독조(150)는 석영셀로 이루어진 Pulsed UV램프(152)를 통하여 하수를 수용하고 있는 알루미늄재질의 반사판(154)에 자외선을 조사하여 하수내 박테리아와 미생물을 제거한다.
상기 전해부상 농축조(210)는 전극을 이리듐으로 하고 상기 전극을 4단 구조로 한다.
상기 철산염 제조부(240)는 철로 구성되는 한 개의 양극판(242)과 티타늄 DSA의 재질인 두개의 음극판(244)이 전기산화법에 의하여 액상 철산염이 제조된다.
상기 제조된 철산염이 확산에 의해 음극으로 이동되면서 철 3가로 환원되는 것을 차단하는 양이온 교환막(248)이 설치되는 격벽(246)으로 이루어진다.
상기 철산염 제조부(240)에 OH-의 공급과 전해수 역할을 위해서 NaOH를 공급하는 슬러지 소화조 전처리 과정이 포함된 하수 및 슬러지 자원화 처리시스템을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 슬러지 소화조에 전처리 과정이 포함된 하수 및 슬러지 자원화 처리시스템은 하수처리공정에 Pulsed UV의 추가설치에 따라 하수내 미생물에 UV를 조사하여 인체에 유해한 박테리아 및 미생물을 제거하고, 상기 하수처리공정에서 발생하는 슬러지를 처리하는 혐기성 소화조의 전처리과정을 산화제 및 응집제로서의 두 가지 기능을 가지고 있는 슈퍼 산화제인 액상 철산염을 이용하여 전처리함으로써 혐기성 소화조의 효율을 높이고 그에 따라 슬러지 자원화의 높은 효율성을 가지며, 최종산물인 3가 상태의 철염(Fe(Ⅲ))으로서, 환경 친화적인 특성을 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러지 소화조 전처리 과정이 포함된 하수 및 슬러지 자원화 처리시스템의 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 Pulsed UV소독조를 나타내는 공정예도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 철산염 제조부를 나타내는 공정예도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 Pulsed UV소독조를 나타내는 공정예도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 철산염 제조부를 나타내는 공정예도이다.
본 발명의 명칭은 "슬러지 소화조 전처리 과정이 포함된 하수 및 슬러지 자원화 처리시스템"으로 통상의 기술자가 쉽게 알 수 있도록 구체적인 내용을 기재하고 충분히 유추 가능한 별도의 기재는 생략하며 필요 경우 실시예 및 도면을 기재한다. 또한 본 명세서 및 특허청구범위에서 정의된 용어들은 한정 해석하지 아니하며, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있고 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 발명의 일면에 있어서,
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러지 소화조 전처리 과정이 포함된 하수 및 슬러지 자원화 처리시스템의 공정도이고 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 Pulsed UV소독조를 나타내는 공정예도이며 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 철산염 제조부를 나타내는 공정예도이다.
도1에서 도시된 바와 같이 슬러지 자원화 시스템(200)을 포함하는 하수처리시스템에 있어서,
상기 하수처리시스템(200)은 유입되는 하수에서 부피와 질량이 큰 슬러지를 제거하는 침사지(110); 상기 침사지(110)에서 처리된 하수에 포함된 슬러지를 재차 침전 시키는 1차 침전조(120); 혐기조와 무산소조 및 호기조로 구성되어 인과 질소가 제거되는 생물학적 고도처리부(130); 상기 생물학적 고도처리부(130)의 공정을 통하여 처리된 하수의 슬러지를 침전시키는 2차 침전조(140); 및 상기 2차 침전조(140)에서 처리된 하수내 박테리아와 미생물을 제거하는 Pulsed UV소독조(150);로 이루어지고, 상기 하수처리시스템은 슬러지 자원화시스템(200)을 포함하며 상기 슬러지 자원화시스템(200)은 상기 2차 침전조(140)에서 나오는 슬러지가 포함된 하수를 전기분해를 이용하여 고액분리하는 전해부상 농축조(210); 상기 1차 침전조(120)에서 발생되는 하수의 슬러지를 중력식 농축을 이용하여 고액분리하는 농축조(220); 상기 농축조(220)와 전해부상 농축조(210)에서 분리된 슬러지를 액상 철산염의 산화력에 의하여 슬러지내 미생물의 세포 파괴에 의하여 생분해성을 높여 가용성을 높이는 전처리조(230); 상기 전처리조(230)에 주입되는 액상 철산염(Fe(Ⅳ))을 전기산화법으로 제조하는 철산염 제조부(240); 및 상기 전처리조(230)에서 전처리된 슬러지의 부피를 감소시키고 바이오 가스를 생성하는 혐기성 소화조(250);로 이루어지고 상기 혐기성 소화조(250)에서 발생되는 슬러지를 자원화한다.
또한 상기의 액상 철산염은 제조도 쉬울 뿐만 아니라 다른 산화제에 비해 적정 주입량이 낮고, 산화력이 강하며, 반응시간이 짧고, pH의 영향을 상대적으로 적게 받으며 환경친화적인 부산물을 생성하고, 철산염의 강력한 산화력을 반고형성 물질인 슬러지에 적용하여 슬러지내 세포 파괴에 의한 생분해성이 좋아지며, 유기물질을 무기화(mineralization)하여 고형분 함량을 줄일 수 있다.
도 2에서 도시된 바와 같이 상기 Pulsed UV소독조(150)는 석영셀로 이루어진 Pulsed UV램프(152)를 통하여 하수를 수용하고 있는 알루미늄재질의 반사판(154)에 자외선을 조사하여 하수내 박테리아와 미생물을 제거한다.
상기의 Pulsed UV소독조(150)는 UCV(185~280 nm)를 미생물에 조사하여 미생물의 DNA의 염기중 티민의 분자구조를 파괴하고, 자외선을 흡수한 티민은 이웃한 티민이나 시토신과 중합되어 DNA 복제가 일어나지 못하도록 방해하는 방식으로 소독작용이 일어난다.
또한 상기의 알루미늄재질의 반사판(154)에 사용되는 알루미늄은 알루미늄(1050), 알루미늄(6061), 알루미늄(5052), 알루미늄 미러 및 알루미늄 포일(Alu 1000)중 어느 하나를 사용한다.
한편 상기의 알루미늄재질의 반사판(154)에 이물질이 흡착되어 Pulsed UV램프(152)로 UV의 조사함에 있어서 방해가 될 수 있으므로 와이퍼(미도시)를 이용하여 상기 이물질을 제거하고, 제거된 이물질은 슬러지처리공정으로 보내져 처리 한다.
또한 상기 전해부상 농축조(210)는 전극을 이리듐으로 하고 상기 전극을 4단 구조로 한다.
도 3에서 도시된 바와 같이 상기 철산염 제조부(240)는 철로 구성되는 한 개 의 양극판(242)과 티타늄 DSA의 재질인 두 개의 음극판(244)이 전기산화법에 의하여 철산염이 제조되고, 상기 제조된 철산염이 확산에 의해 음극으로 이동되면서 철 3가로 환원되는 것을 차단하는 양이온 교환막(248)이 설치되는 격벽(246)으로 이루어지며, 상기 철산염 제조부(240)에 OH-의 공급과 전해수 역할을 위해서 NaOH를 공급한다.
또한 철산염 제조에 있어서 전력 공급은 전류와 전압조절이 가능한 것으로 일반적으로 사용되어지는 것으로 사용 가능하다.
상기의 전극판(242, 244)과 양이온 교환막(248)은 주기적으로 0.5%인 산용액(H3PO4)로 세척하여 불순물을 충분히 제거하는 것이 바람직하다.
실험예
: 농축
슬러지에
액상 철산염의 반응시간에 따른
가용화율
변화
철산염 합성농도를 높이기 위해 NaOH 16M을 사용하고 20분 제조시간과 10A의 전류를 인가하여 합성농도가 20,711~25,100mgFeO4/L인 액상 철산염, 고형물 농도가 높은 농축슬러지의 특성 때문에 원활한 혼합을 위해 200rpm 조건에서 슬러지 100ml를 상기 제조된 액상 철산염을 5, 10, 15 mgFeO4/gTS로 상기 슬러지에 주입시켰고 각 주입량에서 일정한 반응시간 후에 슬러지의 용존CODcr를 측정하여 COD 가용화율을 산정하여 하기 표에 나타내었다.
| 반응시간(min) | COD solubilization(%) | ||
| 5 mgFeO4/gTS | 10 mgFeO4/gTS | 15 mgFeO4/gTS | |
| 5 | 14.06 | 19.77 | 20.28 |
| 10 | 17.29 | 22.41 | 23.99 |
| 20 | 19.02 | 26.43 | 25.56 |
| 30 | - | 27.06 | - |
| 40 | 21.94 | 28.12 | 28.32 |
| 60 | - | 28.20 | - |
| 80 | 22.41 | 28.48 | 28.55 |
반응시간에 따른 가용화율의 변화를 살펴보면 40분까지는 지속적으로 증가하였으며 그 후 가용화율은 거의 변화가 없고 특히 10 mgFeO4/gTS와 15mgFeO4/gTS에서 반응시간 40분 이후로 가용화율이 28.12~28.63%로 거의 변화가 없어 본 실험결과를 통해 적정 반응시간이 40분임을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 슬러지 소화조에 전처리 과정이 포함된 하수 및 슬러지 자원화 처리시스템은 하수처리공정에 Pulsed UV소독조(150)의 추가 설치에 따라 하수내 미생물에 UV를 조사하여 인체에 유해한 박테리아 및 미생물을 제거하고, 상기 하수 처리시스템(100)에서 발생되는 슬러지를 처리하는 혐기성 소화조(250)의 전처리과정을 산화제 및 응집제로서의 두 가지 기능을 가지고 있는 슈퍼 산화제인 액상 철산염을 이용하여 전처리함으로써 혐기성 소화조의 효율을 높이고 그에 따라 슬러지 자원화의 높은 효율성을 가지며, 최종산물이 3가 상태의 철염(Fe(Ⅲ))으로서, 환경 친화적인 특성을 가진다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었지만, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술은 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 하수처리시스템 210 : 전해부상 농축조
110 : 침사지 220 : 농축조
120 : 1차 침전조 230 : 전처리조
130 : 생물학적 고도처리부 240 : 철산염 제조부
140 : 2차 침전조 242 : 양극판
150 : Pulsed UV소독조 244 : 음극판
152 : Pulsed UV램프 246 : 격벽
154 : 반사판 248 : 양이온 교환막
200 : 슬러지자원화시스템 250 : 혐기성 소화조
110 : 침사지 220 : 농축조
120 : 1차 침전조 230 : 전처리조
130 : 생물학적 고도처리부 240 : 철산염 제조부
140 : 2차 침전조 242 : 양극판
150 : Pulsed UV소독조 244 : 음극판
152 : Pulsed UV램프 246 : 격벽
154 : 반사판 248 : 양이온 교환막
200 : 슬러지자원화시스템 250 : 혐기성 소화조
Claims (7)
- 하수 및 슬러지 자원화 처리 시스템에 있어서,
상기 처리 시스템은
유입되는 하수에서 부피와 질량이 큰 슬러지를 제거하는 침사지;
상기 침사지에서 처리된 하수에 포함된 슬러지를 재차 침전 시키는 1차 침전조;
혐기조와 무산소조 및 호기조로 구성되어 인과 질소가 제거되는 생물학적 고도처리부;
상기 생물학적 고도처리부의 공정을 통하여 처리된 하수의 슬러지를 침전시키는 2차 침전조; 및
상기 2차 침전조에서 처리된 하수내 박테리아와 미생물을 제거하는 Pulsed UV소독조;로 이루어지고,
상기 처리 시스템은 슬러지 자원화 시스템을 포함하며,
상기 슬러지 자원화 시스템은
상기 2차 침전조에서 나오는 슬러지가 포함된 하수를 전기분해를 이용하여 고액분리하는 전해부상 농축조;
상기 전해부상 농축조는 전극을 이리듐으로 하고 상기 전극을 4단 구조로 하고,
상기 1차 침전조에서 발생되는 하수의 슬러지를 중력식 농축을 이용하여 고액분리하는 농축조;
상기 농축조와 전해부상 농축조에서 분리된 슬러지를 액상 철산염의 산화력에 의하여 슬러지내 미생물의 세포 파괴에 의하여 생분해성을 높여 가용성을 높이는 전처리조;
상기 전처리조에 주입되는 액상 철산염(Fe(Ⅳ))을 전기산화법으로 제조하는 철산염 제조부; 및
상기 전처리조에서 전처리된 슬러지의 부피를 감소시키고 바이오 가스를 생성하는 혐기성 소화조;로 이루어지고 상기 혐기성 소화조에서 발생되는 슬러지를 자원화하고,
상기 Pulsed UV소독조는 석영셀로 이루어진 Pulsed UV램프를 통하여 하수를 수용하고 있는 알루미늄재질의 반사판에 자외선을 조사하여 하수내 박테리아와 미생물을 제거하며,
상기 철산염 제조부는 철로 구성되는 한 개의 양극판과 티타늄 DSA의 재질인 두개의 음극판이 전기 산화법에 의하여 액상 철산염이 제조되고,
상기 제조된 철산염이 확산에 의해 음극으로 이동되면서 철 3가로 환원되는 것을 차단하는 양이온 교환막이 설치되는 격벽으로 이루어진 슬러지 처리를 포함하고,
상기 철산염 제조부에 OH-의 공급과 전해수 역할을 위해서 NaOH를 공급하며,
슬러지 100㎖일 일때 액상 철산염 10 내지 15 ㎎FeO4/gTS를 주입시키고, 30~40분동안 반응시키며,
상기 Pulsed UV소독조는 UCV(185~280nm)를 미생물에 조사하고, 상기 알루미늄재질의 반사판에 일물질이 흡착되어 Pulsed UV램프로 UV를 조사함에 있어서 방해가 될 수 있으므로 와이퍼(미도시)를 이용하여 이물질을 제거하고, 제거된 이물질은 슬러지처리 공정으로 보내져 처리되는 것을 특징으로 하는 슬러지 소화조 전처리 과정이 포함된 하수 및 슬러지 자원화 처리시스템. - 삭제
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| KR102548576B1 (ko) | 2022-11-28 | 2023-06-28 | 주식회사 플라즈마홀딩스 | 플라즈마를 이용한 하폐수 처리공법 및 그것에 이용되는 하폐수 처리시스템 |
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