KR101785922B1

KR101785922B1 - 호기성 및 혐기성 복합 소화조에 의한 잉여 슬러지와 고농도 유기성 폐수의 감량화 및 고온 소화 방법과 그 장치

Info

Publication number: KR101785922B1
Application number: KR1020150127966A
Authority: KR
Inventors: 김진우; 이동주
Original assignee: 이동주
Priority date: 2015-09-09
Filing date: 2015-09-09
Publication date: 2017-10-17
Also published as: KR20170030404A

Abstract

본 발명은 호기성 및 혐기성 복합 소화조에 의한 잉여 슬러지와 고농도 유기성 폐수의 감량화 및 고온 소화 방법과 그 장치에 관한 것으로서,
호기성 산화조에서 고농도 유기성 폐수의 유기물이 산화 과정에서 발생되는 열에너지를 혐기성 소화조로 전달하여,
별도 외부 열원 없이 자체 발열 에너지로 고온 혐기성 소화조의 적정 온도를 지속적으로 유지할 수 있게 하여 유기물의 분해 효율을 극대화하고,
호기성 산화조 내 가스 용해장치의 순환 펌프의 압력을 대기압의 2배 정도로 유지시켜 호기성 산화조 내부로 연속적으로 순환시킴으로써, 세포벽을 취약하게 하고, 호기성 산화조 내부가 고온 상태에서 미생물의 세포벽의 강도를 약화시켜 쉽게 파괴되게 하며,
혐기성 소화조 내부 또는 외부에 고액 분리를 위한 부상 농축장치를 설치하여, 혐기성 소화조 내부의 미생물의 농도가 항상 높게 유지되게 하여 처리 효율이 증대되게 한 것으로서,
중온 혐기성 소화에 비해 체류 시간이 50% 정도 단축되어 소화조의 용적을 반으로 줄일 수 있게 하고, 그에 따라 소화 효율 역시 크게 증대될 수 있도록 하여,
초기 설비 투자비를 대폭 절감시킬 수 있게 하고, 가동 시간 단축으로 가동비 및 유지 관리비를 크게 줄일 수 있도록 한 것이다.

Description

호기성 및 혐기성 복합 소화조에 의한 잉여 슬러지와 고농도 유기성 폐수의 감량화 및 고온 소화 방법과 그 장치{METHOD FOR REDUCTION AND HIGH TEMPERATURE DIGESTION OF EXCESS SLUDGE AND HIGH DENSITY ORGANIC WASTE WATER BY AEROBIC AND ANAEROBIC, COMPLEX DIGESTION TANK AND ITS SYSTEM THEREOF}

본 발명은 호기성 및 혐기성 복합 소화조에 의한 잉여 슬러지와 고농도 유기성 폐수의 감량화 및 고온 소화 방법과 그 장치에 관한 것으로,

혐기성 소화의 소화 효율을 향상시켜 소화조의 용적과 운전 시간을 줄여,

초기 설비 투자비와 가동 및 유지 관리비를 절감할 수 있도록 한 호기성 및 혐기성 복합 소화조에 의한 잉여 슬러지와 고농도 유기성 폐수의 감량화 및 고온 소화 방법과 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로 생물학적 폐수 처리에는 필연적으로 잉여 슬러지가 발생하게 되는데,

슬러지 처리란 슬러지의 감량화를 의미하며,

감량화를 위하여 여러 가지 방법이 적용되고 있고, 그 중 가장 대표적인 처리 방법이 혐기성 소화에 의한 슬러지의 감량화 이다.

이와 같은 혐기성 소화의 효율을 극대화하기 위해서는,

35^OC 부근 온도에서 대상물질의 고농도 유기물을 혐기 상태에서 소화 부산물로 메탄 가스를 얻어 혐기성 소화조 온도 유지에 필요한 에너지 일부를 보충하는 방식의 중온 혐기성 소화 방법이 있으나, 이보다는 55^OC 부근의 온도에서 이루어지는 고온 혐기성 소화가 체류 시간을 단축하여 혐기 소화조의 용적을 50% 정도 절감할 수 있고, 운전 시간 또한 대폭 단축시킬 수 있다는 점에서 보다 경제적인 것으로 알려져 있다.

한편, 혐기성 소화의 대상물인 잉여 슬러지는 그 성분이 대부분 미생물로서,

미생물은 세포 내부에 고농도의 유기물질로 이루어진 세포액이 존재하고 있는데, 이 세포벽이 파괴되면, 높은 농도의 유기물이 세포벽 외부로 유출되어 소화 속도를 증가시켜 소화 효율을 증가시킬 수 있게 된다.

이러한 세포벽 파괴를 위한 방법으로는 대상 물질에 초음파를 조사하여 세포벽을 파괴하는 초음파 조사법(ULTRASONIC)과,

대상 물질에 알카리(주로 가성소다)를 주입하여 세포벽을 취약해지게 하여 세포벽을 파괴하는 알카리법(ALKALINE)과,

기계적 방법으로 세포벽을 파괴하는 셀 파괴법(BEADS MILL)과,

효소를 첨가하여 세포벽을 녹이는 방법과,

오존(O₃)을 조사하여 셀을 산화하는 방법과,

열을 가하여 세포벽을 취약하게 하여 파괴하는 방법 등이 있다.

그러나 이와 같은 종래의 슬러지의 감량화 처리에 있어서, 혐기성 소화에 의한 고온 혐기성 소화의 경우,

체류 시간을 단축하여 소화조의 용적과 운전 시간을 줄임으로써, 효율을 극대화시킬 수 있다는 점에서 경제적 효과가 있으나,

이를 위해서는 소화조의 온도를 55^OC 부근의 고온으로 유지해야 하고,

미생물의 세포벽을 파괴하여, 고농도의 유기물질을 세포벽 외부로 유출시켜 소화 효율을 증가시키기 위하여 대상 물질에 열을 가해야 하기 때문에,

그에 따른 설비가 요구되고, 가동 및 유지 관리비 역시 크게 증가하게 되는 문제가 수반되게 된다.

국내등록특허 제10-1240216 (2013.03.07 공고) 국내등록특허 제10-1426440 (2014.08.05 공고)

본 발명은 이와 같은 종래의 혐기성 소화에 의한 슬러지의 감량 처리가 갖고 있는 제반 문제점을 해결하기 위하여 연구된 것으로서,

본 발명의 목적은 혐기성 소화의 처리 방식을 개선하여, 보다 효율적인 방법으로 대상 물질의 온도를 유지할 수 있게 함으로써,

고온 혐기성 소화의 적정 온도를 지속적으로 유지함과 동시에, 고농도의 유기물질을 유지하여 소화 효율을 증가시킬 수 있도록 함으로써,

체류 시간을 단축하여 소화조의 용적과 운전 시간을 줄이고, 효율을 극대화시킬 수 있게 하여, 초기 설비 투자비가 대폭 절감되게 하고, 가동 시간을 단축시켜, 가동비 및 유지 관리비를 크게 줄일 수 있도록 하는 데 있다.

이를 위하여 본 발명은,

호기성 산화조에서 고농도 유기성 폐수의 유기물이 산화 과정에서 발생되는 열에너지를 혐기성 소화조로 전달하여,

별도 외부 열원 없이 자체 발열 에너지로 고온 혐기성 소화조의 적정 온도를 지속적으로 유지할 수 있게 하여 유기물의 분해 효율을 극대화하고,

호기성 산화조 내 가스 용해 장치의 순환 펌프의 압력을 대기압의 2배 정도로 유지시켜 호기성 산화조 내부로 연속적으로 순환시킴으로써, 호기성 산화조 내부가 고온을 유지하게 하고, 호기성 산화조 내부에 설치된 가스 용해 장치에서 분사시, 대기압 2배 정도의 고압 상태에서 분사하여 미생물의 세포벽의 강도를 약화시켜 쉽게 파괴되게 하며,

혐기성 소화조 내부 또는 외부에 고액 분리를 위한 부상 농축장치를 설치하여, 혐기성 소화조 내부의 미생물의 농도가 항상 높게 유지되게 하여 처리 효율이 증대되게 한 것으로서,

35^OC 부근에서 이루어지는 중온 혐기성 소화에 비해 체류 시간이 50% 정도 단축되어 소화조의 용적을 반으로 줄일 수 있게 하고, 그에 따라 소화 효율 역시 크게 증대될 수 있도록 하여,

초기 설비 투자비를 대폭 절감시킬 수 있게 하고, 가동 시간 단축으로 가동비 및 유지 관리비를 크게 줄일 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 호기성 및 혐기성 복합 소화조에 의한 잉여 슬러지와 고농도 유기성 폐수의 감량화 및 고온 소화 방법과 그 장치는 중온 혐기성 소화에 비해 체류 시간이 50% 정도 단축되어 소화조의 용적을 반으로 줄일 수 있게 하고, 그에 따라 소화 효율 역시 크게 증대될 수 있도록 함으로써,

초기 설비 투자비를 대폭 절감시킬 수 있게 하고, 가동 시간 단축으로 가동비 및 유지 관리비를 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 일실시예의 구성 상태를 보여주는 구성도,
도 2 는 본 발명에 적용된 호기성 산화조의 분리 확대도,
도 3 은 본 발명에 적용된 부상 농축장치의 분리 확대도,
도 4 는 본 발명의 다른 일실시예의 구성 상태를 보여주는 구성도,
도 5 는 본 발명의 공정 흐름도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하며 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 일실시예의 구성 상태를 보여주는 구성도,

도 2 는 본 발명에 적용된 호기성 산화조의 분리 확대도,

도 3 은 본 발명에 적용된 부상 농축장치의 분리 확대도로서,

본 발명의 호기성 및 혐기성 복합 소화조에 의한 잉여 슬러지와 고농도 유기성 폐수의 감량화 및 고온 소화 방법과 그 장치는,

혐기성 소화조(1)의 내부 또는 외부에 호기성 산화조(3)와 부상 농축장치(5)가 위치해 있으며,

상기 호기성 산화조(3)의 상측부에는 처리할 원수가 유입되는 원수 유입구(7)가 형성되어, 가스 용해장치(9)와 하단부에 형성된 원수 배출구(11)를 거쳐 압력이 대기압의 2배로 설정된 호기성 산화조 순환펌프(13)와 연결되어 있고,

상기 가스 용해장치(9)의 상단부에는 송풍기(15)가 연결되어 있다.

그리고 상기 호기성 산화조(3)와 혐기성 소화조(1) 사이에는 하측부와 상측부에 상징수 유입통로(17)(17')가 형성되어, 호기성 산화조(3)에서 산화 과정을 거쳐 고온 처리된 상징수가 혐기성 소화조(1) 내부로 이동할 수 있게 되어 있고,

호기성 산화조(3)와 혐기성 소화조(1)의 상단부에는 가스 배기공(19)(19')이 형성되어 소화시 발생된 가스가 외부로 배출되게 구성되어 있고, 혐기성 소화조(1)에는 소화조 교반을 위한 교반기(20)가 설치되어 있다.

한편, 상기 부상 농축장치(5)의 상측부에는 슬러지 유입통로(21)가 형성되어 수면 위로 부상하는 슬러지가 혐기성 소화조(1) 내부로 다시 이동할 수 있게 되어 있고,

이 부상 농축장치(5)의 상부에는 상징수 유입구(23)가 구비된 유도관(25)이 설치되어, 혐기성 소화가 끝난 상징수와 함께,

메탄가스와 이산화탄소 등이 포함된 가스가 순환펌프(26)에 의한 순환수의 순환에 의하여 음압이 형성되면서 유도관(25) 내부로 흡입되며, 이때 생성된 미세 기포가 슬러지와 접촉되면서 슬러지는 가스방울의 부력에 의해 상승하여 다시 혐기성 소화조(1) 내부로 유입되고,

슬러지가 제거된 처리수는 부상 농축장치(5)의 하측부에 형성된 처리수 배출구(27)를 통하여 혐기성 소화조(1) 외부에 구획된 방류 챔버(29)의 상부로 이동하여 처리수 방류구(31)를 통하여 외부로 방류되도록 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 호기성 및 혐기성 복합 소화조에 의한 잉여 슬러지와 고농도 유기성 폐수의 감량화 및 고온 소화 방법과 그 장치는,

처리하고자 하는 원수가 호기성 산화조 순환펌프(13)에 의하여 원수 유입구(7)를 통하여 호기성 산화조(3)의 가스 용해장치(9)로 유입되면,

송풍기(15)에서 공급된 공기와 접촉하여 호기성 소화가 이루어지면서 원수에 포함된 유기물이 산화 분해된다.

이 과정에서 산화열에 의해 호기성 산화조(3)의 원수는 65^oC 정도로 상승한 상태에서 상징수 유입통로(17)(17')를 통하여 혐기성 소화조(1)로 이송된다.

이렇게 이송된 원수는 55^OC 부근에서 고온 혐기성 소화가 진행된다. 이 때 필요할 경우, 온도 조절을 위한 열교환기가 설치 가동될 수 있다.

이와 같은 과정을 거쳐 혐기성 소화가 이루어진 처리수(유출수)는 부상 농축장치(5)를 통과하면서 고액 분리가 이루어져 슬러지가 제거된 낮은 농도의 처리수는 부상 농축장치(5)의 하측부에 형성된 처리수 배출구(27)를 통하여 혐기성 소화조(1) 외부에 구획된 방류 챔버(29)의 상부로 이동하여 처리수 방류구(31)를 통하여 외부로 방류되게 되고,

부상 농축장치(5)의 상부에 설치된 유도관(25) 내부로 메탄가스와 이산화탄소 등이 포함된 가스가 순환펌프(26)에 의한 순환수의 순환에 의하여 음압이 형성되면서 흡입되어, 생성된 미세 기포가 슬러지와 접촉되면서 슬러지는 가스방울의 부력에 의해 수면 위로 부상하여 부상 농축장치(5)의 상측부에 형성된 슬러지 유입통로(21)를 통하여 혐기성 소화조(1) 내부로 다시 재투입되어 혐기성 소화조(1) 내의 미생물 농도를 높게 유지하여 처리효율을 증대시킬 수 있게 된다.

도 4 는 본 발명의 다른 일실시예의 구성 상태를 보여주는 구성도로서,

혐기성 소화조(1)의 외부에 호기성 산화조(3)와 부상 농축장치(5)가 위치해 있는 구조로, 혐기성 소화조(1)의 내부에 호기성 산화조(3)와 부상 농축장치(5)가 설치된 경우와 동일한 기능을 발휘하게 된다.

이와 같은 본 발명의 호기성 및 혐기성 복합 소화조에 의한 잉여 슬러지와 고농도 유기성 폐수의 감량화 및 고온 소화 방법은 다음과 같은 제조 공정으로 이루어진다.

제조 공정

원수 유입 공정

처리하고자 하는 원수를 호기성 산화조 순환펌프(13)에 의하여 원수 유입구(7)를 통하여 호기성 산화조(3)의 가스 용해장치(9) 내부로 유입시킨다.

호기성 산화 공정

상기 유입된 원수가 송풍기(15)에서 공급된 공기와 접촉하면서 호기성 산화가 이루어져 원수에 포함된 유기물이 산화 분해되어, 산화열에 의해 호기성 산화조(3)의 원수가 65^oC 정도로 상승한 상태에서 대기압의 2배로 설정된 호기성 산화조 순환펌프(13)에 의하여 높은 압력을 유지한 상태로 호기성 산화조(3) 내부로 분사된다.

상징수 유입 공정

상기 65^oC 의 상징수가 상징수 유입통로(17)(17')를 통하여 혐기성 소화조(1)로 이송된다.

혐기성 소화 공정

상기 이송된 상징수는 55^OC 부근의 온도에서 고온 혐기성 소화가 진행되고,

교반기(20)에 의해 내부 교반이 균일하게 이루어지며,

이때 필요할 경우, 온도 조절을 위한 열교환기가 설치 가동될 수 있다.

고액 분리 공정

상기 혐기성 소화가 이루어진 처리수는 부상 농축장치(5)를 통과하면서 고액 분리가 이루어져 슬러지가 제거된 낮은 농도의 처리수는 부상 농축장치(5)의 하측부에 형성된 처리수 배출구(27)를 통하여 혐기성 소화조(1) 외부에 구획된 방류 챔버(29)의 상부로 이동하여 처리수 방류구(31)를 통하여 외부로 방류되는 한편,

부상 농축장치(5)의 상부에 설치된 유도관(25) 내부로 메탄가스와 이산화탄소 등이 포함된 가스가 순환펌프(26)에 의한 순환수의 순환에 의하여 음압이 형성되면서 흡입되어, 생성된 미세 기포가 슬러지와 접촉되면서 슬러지는 가스방울의 부력에 의해 수면 위로 부상하여 부상 농축장치(5)의 상측부에 형성된 슬러지 유입통로(21)를 통하여 혐기성 소화조(1) 내부로 다시 재투입된다.

재처리 공정

상기 혐기성 소화조(1)로 재투입된 슬러지는 혐기성 소화조(1) 내의 미생물 농도를 높게 유지한 상태에서 처리효율을 증대시키게 되며,

혐기성 소화가 완료될 때까지 상기 고액 분리 공정을 반복 순환하면서 혐기성 소화가 진행된다.

따라서 이와 같은 본 발명의 호기성 및 혐기성 복합 소화조에 의한 잉여 슬러지와 고농도 유기성 폐수의 감량화 및 고온 소화 방법과 그 장치에 의하면,

중온 혐기성 소화에 비해 체류 시간이 50% 정도 단축되어 혐기성 소화조의 용적을 반으로 줄일 수 있게 되고, 그에 따라 소화 효율 역시 크게 증대될 수 있도록 함으로써,

초기 설비 투자비를 대폭 절감시킬 수 있게 하고, 가동 시간 단축으로 가동비 및 유지 관리비를 크게 줄일 수 있는 장점이 있다.

이상에서는 본 발명을 특정한 실시예에 의거하여 설명하였으나, 이 밖에도 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 여러 변형예가 가능하며, 상기 실시예 만으로 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 물론 아니다.

1 : 혐기성 소화조
3 : 호기성 산화조
5 : 부상 농축장치
7 : 원수 유입구
9 : 가스 용해장치
11 : 원수 배출구
13 : 호기성 산화조 순환펌프
15 : 송풍기
17, 17' : 상징수 유입통로
19, 19' : 가스 배기공
20 : 교반기
21 : 슬러지 유입통로
23 : 상징수 유입구
25 : 유도관
26 : 순환펌프
27 : 처리수 배출구
29 : 방류 챔버
31 : 처리수 방류구

Claims

혐기성 소화조(1)의 내부 또는 외부에 호기성 산화조(3)와 부상 농축장치(5)가 설치되고,
상기 호기성 산화조(3)의 상측부에 원수 유입구(7)가 형성되어, 가스 용해장치(9)와, 하단부에 형성된 원수 배출구(11)를 거쳐 압력이 대기압의 2배로 설정된 호기성 산화조 순환펌프(13)와 연결되며,
상기 가스 용해장치(9)의 상단부에 송풍기(15)가 연결되고,
상기 호기성 산화조(3)와 혐기성 소화조(1) 사이에 상징수 유입통로(17)(17')가 형성되며,
상기 부상 농축장치(5)의 상측부에 슬러지 유입통로(21)가 형성되고, 부상 농축장치(5)의 상부에 상징수 유입구(23)가 구비된 유도관(25)이 설치되어 순환펌프(26)와 연결되며,
상기 부상 농축장치(5)의 하측부에 처리수 배출구(27)가 형성되어, 혐기성 소화조(1) 외부에 구획된 방류 챔버(29)를 거쳐 처리수 방류구(31)와 연결되어 이루어진 것을 특징으로 하는 호기성 및 혐기성 복합 소화조에 의한 잉여 슬러지와 고농도 유기성 폐수의 감량화 및 고온 소화 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 호기성 산화조(3)의 상단부에 가스 배기공(19)이 구비된 것을 특징으로 하는 호기성 및 혐기성 복합 소화조에 의한 잉여 슬러지와 고농도 유기성 폐수의 감량화 및 고온 소화 장치.
호기성 산화조(3)의 상측부에 형성된 원수 유입구(7)를 통하여 호기성 산화조 순환펌프(13)에 의하여 원수가 유입되는 원수 유입 공정과,
상기 유입된 원수가 송풍기(15)에서 공급된 공기와 접촉하면서 호기성 산화가 이루어져 원수에 포함된 유기물이 산화 분해되어, 산화열에 의해 호기성 산화조(3)의 원수가 65^oC 정도로 상승한 상태에서 대기압의 2배로 설정된 호기성 산화조 순환펌프(13)에 의하여 높은 압력을 유지한 상태가 되는 호기성 산화 공정과,
상기 65^oC 의 상징수가 상징수 유입통로(17)(17')를 통하여 혐기성 소화조(1)로 이송되는 상징수 유입 공정과,
상기 이송된 상징수가 55^OC 부근의 온도에서 교반기(20)에 의해 균일한 내부 교반이 이루어지면서 고온 혐기성 소화가 진행되는 혐기성 소화 공정과,
상기 혐기성 소화가 이루어진 처리수가 부상 농축장치(5)를 통과하면서 고액 분리되어, 슬러지가 제거된 낮은 농도의 처리수는 방류되고,
미처리된 슬러지는 유도관(25) 내부로 메탄가스와 이산화탄소 등이 포함된 가스와 함께 순환수의 순환에 의하여 흡입되어, 생성된 미세 기포와 접촉되면서 가스방울의 부력에 의해 수면 위로 부상하여 부상 농축장치(5)의 상측부에 형성된 슬러지 유입통로(21)를 통하여 혐기성 소화조(1) 내부로 다시 재투입되는 고액 분리 공정과,
상기 혐기성 소화조(1)로 재투입된 슬러지에 의해 혐기성 소화조(1) 내의 미생물 농도가 높게 유지된 상태에서 혐기성 소화의 완료시까지 상기 고액 분리 공정을 반복 순환하면서 혐기성 소화가 진행되는 재처리 공정,
을 포함하여서 된 것을 특징으로 하는 호기성 및 혐기성 복합 소화조에 의한 잉여 슬러지와 고농도 유기성 폐수의 감량화 및 고온 소화 방법.