KR101831758B1

KR101831758B1 - 폐활성슬러지 가용화 장치

Info

Publication number: KR101831758B1
Application number: KR1020170001900A
Authority: KR
Inventors: 안규홍; 정경원
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2017-01-05
Filing date: 2017-01-05
Publication date: 2018-02-26

Abstract

본 발명은 오존(O₃) 가용화 공정과 캐비테이션(cavitation) 가용화 공정을 이용하여 슬러지를 가용화함에 있어서, 오존 가용화 공정과 캐비테이션 가용화 공정 또는 캐비테이션 가용화 공정과 오존 가용화 공정을 순차적으로 반복 진행되도록 하고, 오존 가용화 공정시 오존 미세기포와 슬러지의 지속적인 접촉을 유도함과 함께 캐비테이션 가용화 공정시 슬러지에 잔존하는 미세기포를 최소화한 상태에서 캐비테이션 가용화 공정이 진행되도록 함으로써 슬러지 가용화 효율을 향상시킬 수 있는 폐활성슬러지 가용화 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 폐활성슬러지 가용화 장치는 오존에 의해 슬러지가 가용화되는 공간을 제공하는 오존 가용화조; 상기 오존 가용화조로부터 가용화된 슬러지를 공급받아 오존을 슬러지에 용존시킴과 함께 오존 미세기포가 용존된 슬러지를 상기 오존 가용화조 내부에 구비된 오존-슬러지 공급관으로 공급하는 오존 미세기포 공급펌프; 상기 오존 가용화조 내부에 구비되어 상기 오존 미세기포 공급펌프로부터 공급되는 오존 미세기포가 용존된 슬러지를 오존 가용화조 내부에 공급하는 오존-슬러지 공급관; 오존 가용화조의 슬러지를 공급받아 슬러지에 잔존하는 오존 미세기포의 소멸을 유도하는 내부 가용화조와, 내부 가용화조를 월류한 슬러지를 캐비테이션 장치로 공급함과 함께 캐비테이션 장치로부터 배출되는 슬러지를 상기 오존 가용화조로 공급하는 외부 가용화조로 구성되는 캐비테이션 가용화조; 및 상기 내부 가용화조의 슬러지를 유동시켜 슬러지 간의 충돌 및 캐비테이션 현상을 유도하여 슬러지를 가용화시키는 캐비테이션 장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

폐활성슬러지 가용화 장치{Apparatus for waste activated sludge solubilization}

본 발명은 폐활성슬러지 가용화 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 오존(O₃) 가용화 공정과 캐비테이션(cavitation) 가용화 공정을 이용하여 슬러지를 가용화함에 있어서, 오존 가용화 공정과 캐비테이션 가용화 공정 또는 캐비테이션 가용화 공정과 오존 가용화 공정을 순차적으로 반복 진행되도록 하고, 오존 가용화 공정시 오존 미세기포와 슬러지의 지속적인 접촉을 유도함과 함께 캐비테이션 가용화 공정시 슬러지에 잔존하는 미세기포를 최소화한 상태에서 캐비테이션 가용화 공정이 진행되도록 함으로써 슬러지 가용화 효율을 향상시킬 수 있는 폐활성슬러지 가용화 장치에 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.

최근에는, 오존과 캐비테이션을 병행 적용하여 슬러지를 가용하는 기술이 제시되었다. Park외 1명은 '오존과 Cavitation을 이용한 슬러지 가용화에 관한 연구(한국물환경학회, 대한상하수도학회 공동춘계학술발표회 논문집, 2008. 4. 25)'에서 캐비테이션 유도장치와 오존발생장치를 이용하여 슬러지를 가용화하는 개념을 제시한 바 있다. 또한, 한국등록특허 제948494호는 오존을 이용한 1단계 슬러지 처리, 캐비테이션을 이용한 2단계 슬러지 처리의 방법을 제시하고 있으며, 한국공개특허 제2015-3697호는 제 1 슬러지 저장조와 제 2 슬러지 저장조 사이에 캐비테이션 챔버, 오존주입장치를 순차적으로 배치시키는 보다 구체화된 장치를 제시하고 있다.

오존과 캐비테이션을 이용하여 슬러지를 가용화함에 있어서, 슬러지 가용화 효율은 오존에 의한 가용화 공정과 캐비테이션에 의한 가용화 공정의 조합 형태에 따라 좌우된다. 즉, 오존 가용화 공정과 캐비테이션 가용화 공정의 조합 형태가 슬러지 가용화 효율에 큰 영향을 미치며, 이에 따라 오존 가용화 공정과 캐비테이션 가용화 공정의 최적 조합 형태를 구현할 필요가 있다.

한국등록특허 제1346535호 한국등록특허 제1126799호 한국등록특허 제948494호 한국공개특허 제2015-3697호

Park외 1명., 오존과 Cavitation을 이용한 슬러지 가용화에 관한 연구, 한국물환경학회-대한상하수도학회 공동춘계학술발표회 논문집, 2008. 4. 25.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 오존(O₃) 가용화 공정과 캐비테이션(cavitation) 가용화 공정을 이용하여 슬러지를 가용화함에 있어서, 오존 가용화 공정과 캐비테이션 가용화 공정 또는 캐비테이션 가용화 공정과 오존 가용화 공정을 순차적으로 반복 진행되도록 하고, 오존 가용화 공정시 오존 미세기포와 슬러지의 지속적인 접촉을 유도함과 함께 캐비테이션 가용화 공정시 슬러지에 잔존하는 미세기포를 최소화한 상태에서 캐비테이션 가용화 공정이 진행되도록 함으로써 슬러지 가용화 효율을 향상시킬 수 있는 폐활성슬러지 가용화 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폐활성슬러지 가용화 장치는 오존에 의해 슬러지가 가용화되는 공간을 제공하는 오존 가용화조; 상기 오존 가용화조로부터 가용화된 슬러지를 공급받아 오존을 슬러지에 용존시킴과 함께 오존 미세기포가 용존된 슬러지를 상기 오존 가용화조 내부에 구비된 오존-슬러지 공급관으로 공급하는 오존 미세기포 공급펌프; 상기 오존 가용화조 내부에 구비되어 상기 오존 미세기포 공급펌프로부터 공급되는 오존 미세기포가 용존된 슬러지를 오존 가용화조 내부에 공급하는 오존-슬러지 공급관; 오존 가용화조의 슬러지를 공급받아 슬러지에 잔존하는 오존 미세기포의 소멸을 유도하는 내부 가용화조와, 내부 가용화조를 월류한 슬러지를 캐비테이션 장치로 공급함과 함께 캐비테이션 장치로부터 배출되는 슬러지를 상기 오존 가용화조로 공급하는 외부 가용화조로 구성되는 캐비테이션 가용화조; 및 상기 내부 가용화조의 슬러지를 유동시켜 슬러지 간의 충돌 및 캐비테이션 현상을 유도하여 슬러지를 가용화시키는 캐비테이션 장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 내부 가용화조와 외부 가용화조는 원통 형상을 이루며, 동심원 형태로 배치되며, 상기 내부 가용화조의 상단 둘레에 원형 띠 형상의 천공판이 구비되며, 상기 천공판 상에 캐비테이션 가용화조의 공간을 수직 방향으로 2개의 공간(제 1 공간 및 제 2 공간)으로 구분하는 차단벽이 구비되며, 상기 제 1 공간에서, 오존 가용화조의 슬러지가 내부 가용화조로 공급되고 내부 가용화조의 슬러지가 월류되어 외부 가용화조로 이동되는 과정이 진행되며, 상기 제 2 공간에서, 캐비테이션 장치로부터 배출된 슬러지가 외부 가용화조에 저류됨과 함께 오존 가용화조로 공급되는 과정이 진행된다.

상기 제 2 공간에서, 외부 가용화조의 슬러지 수위가 천공판이 구비된 위치를 넘어서면 슬러지는 천공판에 구비된 천공부를 통해 천공판 상부로 이동되어 저류되며, 천공판 상의 슬러지는 외부 가용화조의 일측에 구비된 슬러지 배출구를 통해 상기 오존 가용화조로 공급된다.

상기 오존 미세기포 공급장치에 오존을 공급하는 오존 발생기가 더 구비되며, 상기 오존 가용화조 내에서의 오존 가용화공정이 완료된 슬러지를 상기 캐비테이션 가용화조의 내부 가용화조로 공급하는 슬러지 공급펌프가 더 구비되며, 오존 가용화조의 일측에 오존 가용화조의 슬러지를 오존 미세기포 공급펌프로 공급하기 위한 슬러지 순환유출구가 구비된다.

외부 가용화조의 슬러지 배출구는 오존 가용화조의 높이보다 높게 설계되어 외부 가용화조의 슬러지가 중력낙하를 통해 오존 가용화조로 공급될 수 있다.

상기 캐비테이션 장치는, 상기 내부 가용화조의 슬러지를 와류유도체에 공급하는 슬러지 공급배관과, 상기 슬러지 공급배관의 일부 구간에서 슬러지 공급배관을 대체하여 구비되어 슬러지 간의 충돌 및 슬러지 내의 캐비테이션 현상을 유도하는 와류유도체 및 오리피스관을 포함하여 구성되며, 상기 와류유도체는 내부에 공간이 확보된 방사형 관이며, 상기 오리피스관은 상기 와류유도체의 중심부와 공간적으로 연결되며, 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 공급배관 및 오리피스관과 직교한다.

본 발명에 따른 폐활성슬러지 가용화 장치는 다음과 같은 효과가 있다.

오존 가용화공정 및 캐비테이션 가용화공정을 복합화함에 있어서, 오존과 슬러지의 접촉효율을 증대시킴과 함께 잔존 미세기포의 최소화를 통해 캐비테이션 발생효율을 향상시킴으로써 슬러지 가용화 효율을 극대화할 수 있다. 또한, 최적 설계된 캐비테이션 장치를 통해 캐비테이션 가용화 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐활성슬러지 가용화 장치의 구성도.
도 2a 및 도 2b는 캐비테이션 가용화조의 구성도.
도 3a는 와류유도체의 사시도.
도 3b는 와류유도체에서 와류가 형성되는 것을 나타낸 참고도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐활성슬러지 가용화 장치를 실제 제작한 것에 대한 사진.
도 5는 실험예 1∼6을 진행한 후의 슬러지 평균입자 크기를 분석한 결과.

본 발명은 오존(O₃)을 이용한 슬러지 가용화 공정(이하, '오존 가용화공정'이라 함), 캐비테이션(cavitation)을 이용한 슬러지 가용화 공정(이하, '캐비테이션 가용화공정'이라 함)이 복합된 슬러지 가용화 기술을 제시한다.

슬러지를 가용화함에 있어서, 오존(O₃)은 슬러지에 포함되어 있는 미생물의 세포벽을 파괴하여 가용화율을 높이는 역할을 하며, 캐비테이션 공정은 슬러지 내에 캐비테이션 발생을 유도하여 미생물을 분해하는 역할을 한다. 따라서, 오존 가용화공정의 효율을 높이기 위해서는 오존과 슬러지의 접촉효율이 증가되어야 하며, 캐비테이션 가용화공정의 효율을 높이기 위해서는 캐비테이션 발생효율을 증가시켜야 한다.

본 발명은 오존 가용화공정시 오존과 슬러지의 접촉효율을 증가시키기 위해, 가용화조에 오존 미세기포를 주입함과 함께 가용화조 내부의 슬러지를 반복하여 내부 순환시키는 구성을 제시한다.

또한, 본 발명은 캐비테이션 발생효율을 증가시키기 위해, 오존 가용화공정이 완료된 슬러지에 대해 잔존 미세기포의 소멸을 유도함으로써 미세기포로 인한 캐비테이션 발생 저하 현상을 방지할 수 있는 내부 가용화조와 외부 가용화조의 구성을 제시하며, 이와 함께 본 출원인의 등록특허 제1595473호에 개시된 수리동력학적 캐비테이션 장치를 활용하는 구성을 제시한다.

본 발명에 있어서, 오존 가용화공정과 캐비테이션 가용화공정은 순차적으로 반복 진행되는 형태를 이룬다. 즉, 오존 가용화공정-캐비테이션 가용화공정의 순서 또는 캐비테이션 가용화공정-오존 가용화공정의 순서대로 가용화공정이 연속적으로 반복 진행된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 폐활성슬러지 가용화 장치를 상세히 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐활성슬러지 가용화 장치는 오존 가용화장치(100) 및 캐비테이션 가용화장치(200)를 포함하여 이루어진다. 상기 오존 가용화장치는 오존을 이용하여 슬러지를 가용화하는 장치이며, 상기 캐비테이션 가용화장치는 캐비테이션(cavitation) 발생을 유도하여 슬러지를 가용화하는 장치이다.

상기 오존 가용화장치(100)는 오존 가용화조(110), 오존 미세기포 공급펌프(120) 및 오존-슬러지 공급관(130)을 포함하여 구성된다.

상기 오존 가용화조(110)는 오존(O₃)에 의해 슬러지가 가용화되는 공간을 제공한다. 상기 오존 가용화조(110) 내의 슬러지는 상기 캐비테이션 가용화장치의 캐비테이션 가용화조(210)로부터 공급된다. 즉, 상기 캐비테이션 가용화장치(200)에 의한 캐비테이션 가용화공정이 적용된 슬러지가 상기 오존 가용화조(110)에 공급된다. 이에 대해서는 후술하여 상세히 설명하기로 한다.

상기 오존 미세기포 공급펌프(120) 및 오존-슬러지 공급관(130)은 오존 가용화조(110) 내의 슬러지를 순환시킴과 함께 오존 가용화조(110)에 오존 미세기포가 용존된 슬러지를 공급하는 역할을 한다.

구체적으로, 상기 오존 미세기포 공급펌프(120)는 상기 오존 가용화조(110)로부터 가용화된 슬러지를 공급받아 오존을 슬러지에 용존시킴과 함께 오존 미세기포가 용존된 슬러지를 상기 오존 가용화조(110) 내부에 구비된 오존-슬러지 공급관(130)으로 공급하는 역할을 한다. 상기 오존-슬러지 공급관(130)은 상기 오존 가용화조(110) 내부에 구비되어 상기 오존 미세기포 공급펌프(120)로부터 공급되는 오존 미세기포가 용존된 슬러지를 오존 가용화조(110) 내부에 공급하는 역할을 한다. 또한, 상기 오존-슬러지 공급관(130)의 일측에는 복수의 오존-슬러지 공급공(131)이 구비되며, 복수의 오존-슬러지 공급공(131)을 통해 오존 미세기포가 용존된 슬러지가 오존 가용화조(110) 내부로 공급된다.

상기 오존 미세기포 공급펌프(120)의 일측에는 오존 발생기(도시하지 않음)가 구비되며, 오존 발생기는 상기 오존 미세기포 공급펌프(120)에 오존을 공급한다. 또한, 오존 가용화조(110)의 일측에는 오존 가용화조(110)의 슬러지를 오존 미세기포 공급펌프(120)로 공급하기 위한 슬러지 순환유출구(111)가 구비된다.

상기 오존 미세기포 공급펌프(120) 및 오존-슬러지 공급관(130)을 통해 오존 가용화조(110) 내의 슬러지는 지속적으로 순환됨과 함께 오존 미세기포가 용존된 슬러지가 지속적으로 공급되며, 이에 따라 오존 미세기포와 슬러지의 접촉이 증가되어 오존에 의한 슬러지 가용화 효율이 증대된다.

정리하면, 오존 가용화조(110)의 슬러지는 오존 가용화조(110)의 일측에 구비된 슬러지 순환유출구(111)를 통해 오존 미세기포 공급펌프(120)로 공급되며, 오존 미세기포 공급펌프(120)는 오존을 슬러지에 용존시킴과 함께 오존 미세기포가 용존된 슬러지를 오존 가용화조(110) 내부에 구비된 오존-슬러지 공급관(130)으로 공급하며, 오존-슬러지 공급관(130)은 오존 미세기포가 용존된 슬러지를 오존 가용화조(110)로 분출시킨다. 오존 가용화조(110)로 공급된 오존 미세기포가 용존된 슬러지는 오존에 의해 가용화되며, 이와 같은 오존 가용화공정이 진행되는 과정에서 일부의 슬러지는 재차 상기 오존 미세기포 공급펌프(120)로 공급되어 상술한 순환 과정이 반복된다. 이와 같이, 오존 가용화조(110) 내의 슬러지가 순환됨과 함께 순환되는 슬러지에 오존 미세기포가 지속적으로 공급됨에 따라, 오존 미세기포와 슬러지의 접촉이 증가되어 오존에 의한 슬러지 가용화 효율이 향상될 수 있다.

상기 오존 가용화조(110) 내에서의 오존 가용화공정이 완료된 슬러지는 슬러지 공급펌프(140)를 통해 상기 캐비테이션 가용화장치(200)의 캐비테이션 가용화조(210)로 공급된다.

상기 캐비테이션 가용화장치(200)는 캐비테이션 가용화조(210) 및 캐비테이션 장치(230)를 포함하여 구성된다.

상기 캐비테이션 가용화조(210)는 세부적으로, 도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이 내부 가용화조(211)와 외부 가용화조(212)로 구성된다. 상기 내부 가용화조(211)와 외부 가용화조(212)는 원통 형상을 이루며, 동심원 형태로 배치될 수 있다.

상기 오존 가용화조(110) 내에서의 오존 가용화공정이 완료된 슬러지는 상기 내부 가용화조(211)로 공급되며, 내부 가용화조 내의 슬러지 수위가 내부 가용화조(211)의 상단에 다다르면 내부 가용화조(211)의 슬러지는 내부 가용화조(211)를 월류하여 외부 가용화조(212)로 이동된다.

오존 가용화조(110)로부터 공급되는 슬러지 내에는 오존 미세기포가 잔존할 수 있으며, 오존 미세기포가 포함된 상태로 슬러지가 캐비테이션 장치(230)로 공급되면 오존 미세기포로 인해 캐비테이션 발생 효율이 저하된다. 따라서, 오존 가용화조(110)로부터 공급되는 슬러지 내에 잔존하는 오존 미세기포를 소멸시킬 필요가 있다.

본 발명에 있어서, 오존 가용화조(110)의 슬러지는 내부 가용화조(211)로 공급되고, 내부 가용화조(211) 내의 슬러지가 월류되어 외부 가용화조(212)로 공급되는 방식임에 따라, 내부 가용화조(211) 내에서 슬러지가 일정 시간 저류하게 되고 이와 같은 과정에서 오존 미세기포의 소멸이 유도된다. 내부 가용화조(211)를 월류하여 외부 가용화조(212)로 이동된 슬러지는 가압펌프(220)를 통해 캐비테이션 장치(230)로 공급된다.

상기 캐비테이션 장치(230)는 가압펌프(220)를 통해 공급된 슬러지를 유동시켜 슬러지 간의 충돌 및 캐비테이션(cavitation) 현상을 유도하여 슬러지 내의 유기물을 분해하는 역할을 한다. 상기 캐비테이션 장치(230)는 본 출원인의 등록특허인 한국등록특허 제1595473호에 개시된 수리동력학적 캐비테이션 장치(230)로 구성할 수 있다.

구체적으로, 상기 수리동력학적 캐비테이션 장치(230)는 도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이 슬러지 공급배관(40), 와류유도체(10) 및 오리피스관(20)을 포함하여 구성된다.

상기 슬러지 공급배관(40)은 가압펌프(220)를 통해 공급되는 슬러지를 상기 와류유도체(10) 및 오리피스관(20)에 공급하는 역할을 한다. 상기 와류유도체(10) 및 오리피스관(20)은 상기 슬러지 공급배관(40)의 일부 구간에서 슬러지 공급배관(40)을 대체하여 구비되어 슬러지 간의 충돌 및 슬러지 내의 캐비테이션 현상을 유도하는 역할을 한다.

상기 와류유도체(10)는 내부에 일정 공간이 확보된 방사형 관으로서, 일정 길이를 갖는 지관(枝管)(11)이 방사 형태로 배치되고, 방사형 관의 중심부에서 각각의 지관(11)이 공간적으로 서로 연결되는 형태를 갖는다. 또한, 상기 와류유도체(10)를 구성하는 각각의 지관(11)이 배치되는 평면은 와류유도체(10)에 연결되는 상기 슬러지 공급배관(40) 및 오리피스관(20)과 직교하는 형태를 이룬다. 즉, 상기 와류유도체(10) 중심부의 일측은 상기 슬러지 공급배관(40)과 연결되고 다른 일측은 상기 오리피스관(20)과 연결되며, 와류유도체(10)를 구성하는 복수의 지관(11)이 배치되는 평면은 오리피스관(20)과 직교하는 형태를 이룬다. 상기 오리피스관(20)은 슬러지 공급배관(40)보다 작은 직경으로 설계된다. 이와 함께, 상기 와류유도체(10)를 이루는 방사형 관은 십자형태, 오각형태, 육각형태 등 다양하게 설계할 수 있으며, 각 지관(11)의 끝부분은 슬러지가 쌓이는 것을 방지하기 위해 유선형의 형태로 가공되는 것이 바람직하다.

이와 같은 구조 하에, 캐비테이션 가용화조(210)의 슬러지가 가압펌프(220)를 통해 슬러지 공급배관(40)을 거쳐 와류유도체(10)에 공급되면, 슬러지 공급배관(40)의 직경보다 오리피스관(20)의 직경이 작음에 따라 슬러지는 오리피스관(20)의 입구 주변의 와류유도체(10)에 충돌하게 되며, 와류유도체(10)에 충돌된 슬러지는 와류유도체(10)의 각 지관(11)으로 분산, 유입됨과 함께 각 지관(11)에서 슬러지의 와류가 형성된다. 와류 형성으로 인해 슬러지 간의 충돌이 발생됨과 함께 1차 캐비테이션 현상이 유발된다(도 3b 참조). 또한, 슬러지 공급배관(40)으로부터 공급되는 슬러지가 오리피스관(20)에 유입되는 과정에서 2차 캐비테이션 현상이 발생되며, 상기 1차 캐비테이션 현상과 2차 캐비테이션 현상은 거의 동시에 발생된다. 상기 오리피스관(20)의 전단에 와류유도체(10)가 구비되고, 상기 와류유도체(10)에 의해 슬러지 간의 충돌 및 캐비테이션 현상이 유발됨에 따라 오리피스관(20)에 의한 캐비테이션 효과에 더해 슬러지의 가용화가 촉진된다. 또한, 와류유도체(10) 및 오리피스의 조합에 의해 슬러지의 충돌 및 캐비테이션 현상이 배가됨에 따라, 슬러지 공급배관(40)에서의 슬러지 이송에 요구되는 압력을 낮출 수 있게 되며 이를 통해, 수리동력학적 캐비테이션을 위한 에너지 소모를 절감할 수 있게 된다.

와류유도체(10)와 오리피스관(20)의 설치 용이성을 위해 와류유도체(10) 및 오리피스관(20)을 포함하는 구조물을 일체형으로 구성하여 슬러지 공급배관(40)에 선택적으로 착탈 가능하도록 할 수도 있다. 일 실시예로, 와류유도체(10), 오리피스관(20), 제 1 배관(31) 및 제 2 배관(32)으로 이루어지는 캐비테이션 단위장치를 구성하고, 캐비테이션 단위장치의 양단이 슬러지 공급배관(40)과 선택적으로 착탈 가능하도록 구성할 수 있다. 상기 제 1 배관(31)의 일단은 슬러지 공급배관(40)과 연결되고 다른 일단은 와류유도체(10)의 중심부와 연결되며, 상기 제 2 배관(32)의 일단은 오리피스관(20)과 연결되고 다른 일단은 슬러지 공급배관(40)과 연결되는 구조이며, 상기 제 1 배관(31) 및 제 2 배관(32)의 직경은 상기 슬러지 공급배관(40)의 직경과 동일하게 설계될 수 있다. 이 때, 슬러지 공급배관(40)과 연결되는 제 1 배관(31)과 제 2 배관(32)은 플랜지 결합 등을 통해 슬러지 공급배관(40)과 선택적으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 와류유도체(10) 및 오리피스관(20)이 외부의 물리적 충격에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해 와류유도체(10) 및 오리피스관(20)의 둘레에 보호관을 구비시키는 것도 가능하다.

상기 캐비테이션 장치(230)의 와류유도체(10) 및 오리피스관(20)을 통해 슬러지의 캐비테이션 가용화공정이 진행되며, 캐비테이션 가용화공정이 완료된 슬러지 즉, 상기 캐비테이션 장치(230)를 통해 배출되는 슬러지를 상기 캐비테이션 가용화조(210)의 외부 가용화조(212)로 공급된다.

한편, 상기 캐비테이션 가용화조(210)를 설계함에 있어서, 캐비테이션 장치(230)로부터 외부 가용화조(212)로 공급된 슬러지가 내부 가용화조(211)로 이동되는 것을 방지하기 위해, 상기 내부 가용화조(211)의 상단측에 차단벽(214)이 구비된다.

상기 차단벽(214)은 내부 가용화조(211)의 상단측에 수직 방향으로 구비되며, 상기 차단벽(214)에 의해 캐비테이션 가용화조(210)는 수직 방향으로 2개의 공간으로 구분된다. 차단벽(214) 기준으로 일측의 공간(오존 가용화된 슬러지의 외부 가용화조로의 월류 공간)은 전술한 바와 같은 내부 가용화조(211)의 슬러지가 외부 가용화조(212)로 월류되는 과정이 진행되는 공간이며, 차단벽(214) 기준으로 다른 일측의 공간(캐비테이션 가용화된 슬러지의 오존 가용화조로의 공급 공간)은 캐비테이션 장치(230)로부터 배출된 슬러지가 저류됨과 함께 저류된 슬러지가 오존 가용화조(110)로 공급되는 과정이 진행되는 공간이다. 캐비테이션 장치(230)로부터 외부 가용화조(212)로 공급된 슬러지를 오존 가용화조로 공급함에 있어서, 외부 가용화조(212)의 슬러지가 내부 가용화조(211)로 이동되는 것을 방지하기 위해, 전술한 바와 같이 차단벽(214)이 구비되며 이와 함께 차단벽 기준으로 다른 일측의 공간(캐비테이션 가용화된 슬러지의 오존 가용화조로의 공급 공간)에 위치하는 내부 가용화조(212)의 상단부는 밀폐된 형태를 이룬다.

내부 가용화조(211)의 상단 둘레에는 원형 띠 형상의 천공판(213)이 구비되며, 상기 차단벽(214)은 상기 원형 띠 형상의 천공판(213) 상에 구비된다. 상기 원형 띠 형상의 천공판(213)은 내부 가용화조(211)의 둘레를 따라 구비됨에 따라, 공간적으로 상기 외부 가용화조(212)의 공간에 위치한다.

상기 천공판(213) 역시 상기 차단벽에 의해 2개의 영역으로 구분된다. 차단벽(214) 기준으로 일측의 공간(오존 가용화된 슬러지의 외부 가용화조로의 월류 공간)에 위치하는 천공판의 경우, 외부 가용화조(212)의 슬러지 수위가 천공판(213)에 다다르면 슬러지는 천공판(213)에 구비된 천공부(213a)를 통해 천공판(213) 상부로 이동되며, 천공판(213) 상에서 저류되는 형태를 이룬다. 외부 가용화조(212)의 천공판(213) 상의 슬러지는 슬러지 배출구(215)를 통해 상기 오존 가용화조(110)로 공급된다. 이 때, 외부 가용화조(212)의 슬러지 배출구(215)와 오존 가용화조(110)의 높이를 서로 다르게 설계하여 중력낙하를 통해 슬러지가 오존 가용화조(110)로 공급되도록 할 수도 있다.

한편, 차단벽 기준으로 일측의 공간(오존 가용화된 슬러지의 외부 가용화조로의 월류 공간)에 위치하는 천공판의 경우, 내부 가용화조의 슬러지가 월류하여 천공판(213)의 천공부(213a)를 통해 외부 가용화조(212)로 이동되는 과정이 진행된다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐활성슬러지 가용화 장치의 구성에 대해 설명하였다. 이와 같은 구성을 갖는 폐활성슬러지 가용화 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 폐활성슬러지 가용화 장치는 상술한 바와 같이 오존 가용화장치와 캐비테이션 가용화장치로 구성되며, 오존 가용화공정과 캐비테이션 가용화공정이 순차적으로 반복 진행되는데, 상기 오존 가용화공정과 캐비테이션 가용화공정은 선순위가 특정되지 않는다. 즉, 오존 가용화공정-캐비테이션 가용화공정의 순서로 진행되거나 캐비테이션 가용화공정-오존 가용화공정의 순서로 진행될 수 있다. 이하에서는, 오존 가용화공정-캐비테이션 가용화공정의 순서로 진행되는 것을 기준으로 설명하기로 한다.

오존 가용화공정은 다음과 같이 진행된다. 오존 가용화조(110) 내에서 오존에 의한 슬러지 가용화 공정이 진행되는 과정에서, 오존 가용화조(110)의 슬러지는 오존 가용화조(110)의 일측에 구비된 슬러지 순환유출구(111)를 통해 오존 미세기포 공급펌프(120)로 공급된다. 오존 미세기포 공급펌프(120)는 오존을 슬러지에 용존시킴과 함께 오존 미세기포가 용존된 슬러지를 오존 가용화조(110) 내부에 구비된 오존-슬러지 공급관(130)으로 공급하며, 오존-슬러지 공급관(130)은 오존 미세기포가 용존된 슬러지를 오존 가용화조(110)로 분출시킨다. 오존 가용화조(110)로 공급된 오존 미세기포가 용존된 슬러지는 오존에 의해 가용화되며, 이와 같은 오존 가용화공정이 진행되는 과정에서 일부의 슬러지는 재차 상기 오존 미세기포 공급펌프(120)로 공급되어 상술한 순환 과정이 반복된다. 이와 같이, 오존 가용화조(110) 내의 슬러지가 순환됨과 함께 순환되는 슬러지에 오존 미세기포가 지속적으로 공급됨에 따라, 오존 미세기포와 슬러지의 접촉이 증가되어 오존에 의한 슬러지 가용화 효율이 배가된다.

오존 가용화공정이 완료되면 캐비테이션 가용화공정이 진행된다.

구체적으로, 오존 가용화공정이 완료된 슬러지는 슬러지 공급펌프(140)를 통해 캐비테이션 가용화조(210)의 내부 가용화조(211)로 공급된다. 내부 가용화조 내의 슬러지 수위가 내부 가용화조(211)의 상단에 다다르면 내부 가용화조(211)의 슬러지는 내부 가용화조(211)를 월류하여 외부 가용화조(212)로 이동되며, 이와 같은 과정에서 오존 미세기포의 소멸이 유도된다.

내부 가용화조(211)를 월류하여 외부 가용화조(212)로 이동된 슬러지 즉, 오존 미세기포가 소멸된 슬러지는 가압펌프(220)를 통해 캐비테이션 장치(230)로 공급된다.

캐비테이션 가용화조(210)의 슬러지가 가압펌프(220)를 통해 슬러지 공급배관(40)을 거쳐 캐비테이션 장치(230)의 와류유도체(10)에 공급되면, 슬러지 공급배관(40)의 직경보다 오리피스관(20)의 직경이 작음에 따라 슬러지는 오리피스관(20)의 입구 주변의 와류유도체(10)에 충돌하게 되며, 와류유도체(10)에 충돌된 슬러지는 와류유도체(10)의 각 지관(11)으로 분산, 유입됨과 함께 각 지관(11)에서 슬러지의 와류가 형성된다. 와류 형성으로 인해 슬러지 간의 충돌이 발생됨과 함께 1차 캐비테이션 현상이 유발된다(도 3b 참조). 또한, 슬러지 공급배관(40)으로부터 공급되는 슬러지가 오리피스관(20)에 유입되는 과정에서 2차 캐비테이션 현상이 발생되며, 상기 1차 캐비테이션 현상과 2차 캐비테이션 현상은 거의 동시에 발생된다. 상기 오리피스관(20)의 전단에 와류유도체(10)가 구비되고, 상기 와류유도체(10)에 의해 슬러지 간의 충돌 및 캐비테이션 현상이 유발됨에 따라 오리피스관(20)에 의한 캐비테이션 효과에 더해 슬러지의 가용화가 촉진된다. 또한, 와류유도체(10) 및 오리피스의 조합에 의해 슬러지의 충돌 및 캐비테이션 현상이 배가됨에 따라, 슬러지 공급배관(40)에서의 슬러지 이송에 요구되는 압력을 낮출 수 있게 되며 이를 통해, 수리동력학적 캐비테이션을 위한 에너지 소모를 절감할 수 있게 된다.

상기 캐비테이션 장치(230)의 와류유도체(10) 및 오리피스관(20)을 통한 캐비테이션 가용화공정이 완료되어 캐비테이션 장치(230)로부터 배출되는 슬러지는 상기 캐비테이션 가용화조(210)의 외부 가용화조(212)로 공급된다.

외부 가용화조(212)의 슬러지 수위가 천공판(213)에 다다르면 슬러지는 천공판(213)에 구비된 천공부(213a)를 통해 천공판(213) 상부로 이동되며, 외부 가용화조(212)의 천공판(213) 상의 슬러지는 슬러지 배출구(215)를 통해 상기 오존 가용화조(110)로 공급된다. 이 때, 외부 가용화조(212)의 슬러지 배출구(215)와 오존 가용화조(110)의 높이를 서로 다르게 설계하여 중력낙하를 통해 슬러지가 오존 가용화조(110)로 공급되도록 할 수도 있다.

이상 설명한 바와 같이, 오존 가용화공정과 캐비테이션 가용화공정이 순차적으로 진행되며, 이와 같은 오존 가용화공정과 캐비테이션 가용화공정이 반복적으로 진행된다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐활성슬러지 가용화 장치의 구성 및 동작에 대해 설명하였다. 이하에서는, 실험예를 통해 본 발명에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

오존 가용화공정 및 캐비테이션 가용화공정에 따른 슬러지 가용화 효율을 살펴보기 위해 다음의 실험을 진행하였다. 구체적으로, 오존 주입 여부 및 오존 주입량 변화에 따른 슬러지 가용화 효율을 측정하였고, 오존 가용화공정 및 캐비테이션 가용화공정을 함께 적용한 경우에서의 오존 주입 여부에 따른 슬러지 가용화 효율을 측정하였다. 상세 실험조건은 아래의 표 1 및 표 2와 같다. 표 1에 있어서, 실험예 1(MB)은 오존이 포함되지 않은 공기 미세기포만을 이용한 가용화공정이고, 실험예 2 내지 실험예 4는 오존 주입량이 서로 다르게 설정된 오존 가용화공정이며, 실험예 5(HC+MB)는 공기 미세기포 가용화공정과 캐비테이션 가용화공정을 함께 적용한 것이며, 실험예 6(HC+MB+O₃)은 오존 가용화공정과 캐비테이션 가용화공정이 함께 적용된 실험예이다. 표 2는 표 1의 실험예 2, 3, 4, 6을 진행함에 있어서 TSS(total suspended solids)당 오존주입량 및 기타 공정조건을 나타낸 것이다.

<실험방법>

실험조건			방법	기타
No	실험방법	오존농도	방법	기타
실험예 1	MB	-	마이크로 버블 펌프에 공기(대기)를 주입하여 실험	오존 가용화조만 가동
실험예 2	MB+O₃	0.009	마이크로 버블 펌프에 오존을 주입(0.009 g O₃/g TSS)
실험예 3	MB+O₃	0.027	마이크로 버블 펌프에 오존을 주입(0.027 g O₃/g TSS)
실험예 4	MB+O₃	0.057	마이크로 버블 펌프에 오존을 주입(0.057 g O₃/g TSS)
실험예 5	HC+MB	-	마이크로 버블 펌프에 공기(대기)를 주입 + 캐비테이션 장치 동시 운전	오존 가용화장치 및 캐비테이션 가용화장치 모두 가동/캐비테이션 장치의 초기 압력 - 0.61 MPa
실험예 6	HC+MB+O₃	0.027	마이크로 버블 펌프에 오존을 주입(0.027 g O₃/g TSS) + 캐비테이션 장치 동시 운전	오존 가용화장치 및 캐비테이션 가용화장치 모두 가동/캐비테이션 장치의 초기 압력 - 0.61 MPa

* 공통사항 : 모든 실험(실험예 1∼6) 3시간 운전 후 실험 종료

* MB : 마이크로 버블 펌프 사용 / 오존 농도 (-) 표시 : 공기(대기) 주입 / O₃ : 오존 주입

* HC : 수리동력학적 캐비테이션 장치

* 오존 주입 농도의 경우 슬러지 처리 및 비용을 고려하여 0.03∼0.05 g O₃/g TSS (Chu 외 4명, 2009)가 경제성이 있다고 보고되고 있어 표와 같이 실험조건을 설정하였다. 각 실험조건에서 총 180분 운전하였으며, 30분 간격으로 시료를 채취하여 분석하였다. 참고문헌 : Chu, L., Yan, S., Xing, X.H., Xun, X., Jurcik, B., 2009. Progress and perspectives of sludge ozonation as a powerful pretreatment method for minimization of excess sludge production. Water Research, 43, 1811-1822.

<TSS당 오존주입량 및 실험조건>

실험조건	gO₃/gTSS	반응시간 (batch/h)	오존발생량 (g/batch)	오존농도 (g/Nm³)	오존농도 (g/L)	반응조 크기 (L)	TSS (g/L)
MB+O₃	0.009	3	1.2	2	2.84	25	12.51
MB+O₃	0.027	3	3.3	6	8.52	25	12.51
MB+O₃	0.057	3	6.9	12.5	17.74	25	12.51
HC+MB+O₃	0.027	3	3.3	6	8.52	25	12.51

*

* 1 g/Nm³ = 0.473 g/L

표 1 및 표 2의 실험방법 및 조건을 적용한 실험예 1∼6의 실험결과는 아래의 표 3 내지 표 8 및 도 5와 같다. 표 3은 TSS 제거율을 나타낸 것이고, 표 4는 VSS(volatile suspended solids) 제거율을 나타낸 것이며, 표 5는 총 화학적산소요구량(total COD) 제거율을 나타낸 것이며, 표 6은 용존 화학적산소요구량(soluble COD) 증가율을 나타낸 것이며, 표 7은 용존 질소(soluble N) 증가율을 나타낸 것이며, 표 8은 용존 인(soluble P) 증가율을 나타낸 것이다. 또한, 도 5는 실험예 1∼6을 진행한 후의 슬러지 평균입자 크기를 분석한 결과이다.

실험결과를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 실험예 1∼4의 결과 즉, 오존 주입 여부 및 오존 주입량 변화에 따른 슬러지 가용화 결과를 살펴보면 다음과 같다.

공기(대기)를 이용하여 미세기포만을 단독으로 사용했을 경우에는 미세기포의 공동화현상(물리적 기작)에 의한 효과만을 기대할 수 있는 반면에 오존을 추가로 주입하게 되면 미세기포 공동화 현상과 함께 미세기포에 의해 반응조 내부 오존 용존성이 증가하여 물리화학적 기작을 동시에 기대할 수 있다. 이러한 이유로 미세기포 단독으로 사용한 경우(실험예 1)과 비교했을 때 오존을 주입하는 양이 증가할수록 전체적인 고형물 제거효율이 점차 증가되는 것으로 나타났으며, 실험예 4에서 약 31%의 가장 높은 가용화율이 나타났다. 이는 오존 미세기포의 경우 및 오존 주입량이 증가함에 따라 보다 효과적으로 슬러지 세포막 구조 약화 및 슬러지 입자가 파괴하여 TSS 가용화율이 증가한 것으로 판단된다. 이는 도 5에 도시된 슬러지 평균 입자크기 분석 결과를 통해서도 확인할 수 있었다. 마찬가지로 VSS 측정결과에서도 실험조건 4에서 약 34%로 가장 높은 제거효율을 나타남으로써 오존 미세기포에 의해 하수슬러지가 효과적으로 가용화가 이루어졌다는 것을 나타낸다.

또한, 슬러지 가용화가 진행됨에 따라 세포막 분해 및 이에 따른 내부에 존재하는 유기물질 등에 의해 SCOD의 농도가 증가하게 된다. 하지만 실험결과 실험예 1과 비교하여 오존을 주입하는 양이 증가할수록 SCOD 증가율이 상대적으로 감소하는 경향이 나타났다. 이는 고형물 제거효율 결과에 비추어 보면 오존 주입량이 증가함에 따라 SCOD 농도가 증가하였으나, 반응조 내 높은 잔존 오존농도로 인해 증가된 SCOD가 다시 산화되어 오존주입량에 따른 SCOD 증가율이 반비례 관계를 나타낸 것으로 판단된다. 유기물과는 다르게 질소와 인은 오존에 의해 분해(산화)가 이루어지지 않기 때문에 오존 주입량이 증가함에 따라 SN과 SP증가율이 점차 증가한 것으로 나타났다.

실험예 5∼6의 결과는 다음과 같다.

오존 주입 여부에 따른 비교평가를 위해 오존 주입농도는 보고된 경제적인 오존 주입농도 중 최저 농도인 0.03 g O₃/g TSS와 비슷한 조건인 오존 주입농도(0.027 g O₃/g TSS)를 이용하여 진행하였다. 마이크로 버블 펌프에 오존을 주입할 경우(실험예 6)가 그렇지 않는 경우(실험예 5)보다 TSS disintegration, VSS, TCOD 제거율이 2배 이상 증가되는 것으로 나타났으며, 최종적으로 약 56%이상의 가장 높은 슬러지 가용화율을 나타냈다. 이는 미세기포 오존으로 인해 약화 및 파괴된 슬러지 세포가 캐비테이션 장치를 통과하면서 보다 효과적으로 처리됨으로써 전체적인 제거효율이 높게 나타나는 것으로 보인다. 즉, 앞서 서술한 오존 미세기포의 물리화학적 기작과 캐비테이션 장치의 물리적 기작의 병합공정에 의한 시너지 효과에 의해 나타난 결과로 판단된다. 이는 각 실험예별 슬러지 평균 입자 분석 결과(도 5 참조)를 통해서도 확인할 수 있으며, 실험예 6의 경우 약 58.3%의 평균 직경이 감소한 것을 알 수 있다. SCOD, SN, SP 증가율의 경우에서도 가장 높은 증가율을 보임으로써 캐비테이션 장치와 오존 미세기포 결합을 통해 높은 효율을 얻었다.

시간 (min)	Unit	실험예 1	실험예 2	실험예 3	실험예 4	실험예 5	실험예 6
0	g/L	12.51±3.5
30	%	4.06	4.26	5.03	5.88	3.77	8.15
60		6.02	7.39	8.92	7.27	7.08	13.30
90		12.33	15.16	14.44	16.06	15.09	22.32
120		16.36	18.52	18.56	24.23	18.87	39.06
180		19.56	22.52	26.95	30.68	24.53	56.22

*

* TSS₀ = 초기(0분) TSS / TSS = 측정시간대 TSS

시간 (min)	Unit	실험예 1	실험예 2	실험예 3	실험예 4	실험예 5	실험예 6
0	g/L	9.74±1.5
30	%	2.57	4.19	4.25	5.97	5.26	10.34
60		8.99	11.77	10.49	20.25	10.00	16.26
90		14.20	14.93	13.62	25.30	15.79	28.57
120		15.44	18.28	21.78	28.67	19.47	45.81
180		20.39	20.38	27.05	34.16	22.11	56.65

시간 (min)	Unit	실험예 1	실험예 2	실험예 3	실험예 4	실험예 5	실험예 6
0	g/L	11.04±3.4
30	%	0.46	1.55	1.77	4.76	3.35	2.05
60		2.39	5.36	6.77	9.88	4.39	8.70
90		2.46	7.31	8.41	11.89	5.00	21.37
120		5.42	9.40	14.58	16.43	6.57	28.13
180		6.68	16.44	19.73	21.15	15.05	48.55

시간 (min)	Unit	실험예 1	실험예 2	실험예 3	실험예 4	실험예 5	실험예 6
0	mg/L	76.2±18.7
30	%	247.76	218.99	218.98	193.02	611.76	413.89
60		380.60	481.01	406.31	365.12	1070.59	988.89
90		1189.55	1083.54	861.99	783.72	1900.00	1455.56
120		2007.46	1836.71	1748.04	1597.67	2194.12	1788.89
180		3553.73	2937.97	2798.64	2562.79	4782.35	5900.00

시간 (min)	Unit	실험예 1	실험예 2	실험예 3	실험예 4	실험예 5	실험예 6
0	mg/L	19.83±0.8
30	%	24.71	106.10	271.14	211.84	146.50	316.35
60		238.35	355.00	545.43	506.00	313.57	455.49
90		438.96	731.59	971.75	1291.47	1227.24	2357.50
120		1023.99	1266.07	2158.80	2384.78	2335.31	3841.52
180		2467.73	2536.66	3535.89	4015.76	4083.51	5797.06

시간 (min)	Unit	실험예 1	실험예 2	실험예 3	실험예 4	실험예 5	실험예 6
0	mg/L	13.06±1.9
30	%	64.53	46.69	23.11	171.05	243.48	418.55
60		114.94	207.03	46.06	305.87	399.30	513.18
90		629.11	681.27	353.62	611.07	1292.63	1888.11
120		923.52	977.86	917.52	1085.05	1448.62	2493.40
180		1400.38	1509.92	1650.17	1746.45	2494.56	`5439.27

10 : 와류유도체 11 : 지관
20 : 오리피스관 31 : 제 1 배관
32 : 제 2 배관 40 : 슬러지 공급배관
110 : 오존 가용화조 111 : 슬러지 순환유출구
120 : 오존 미세기포 공급펌프 130 : 오존-슬러지 공급관
131 : 오존-슬러지 공급공 132 : 슬러지 공급펌프
210 : 캐비테이션 가용화조 211 : 내부 가용화조
212 : 외부 가용화조 213 : 천공판
213a : 천공부 214 : 차단벽
215 : 슬러지 배출구 220 : 가압펌프
230 : 캐비테이션 장치

Claims

오존에 의해 슬러지가 가용화되는 공간을 제공하는 오존 가용화조;
상기 오존 가용화조로부터 가용화된 슬러지를 공급받아 오존을 슬러지에 용존시킴과 함께 오존 미세기포가 용존된 슬러지를 상기 오존 가용화조 내부에 구비된 오존-슬러지 공급관으로 공급하는 오존 미세기포 공급펌프;
상기 오존 가용화조 내부에 구비되어 상기 오존 미세기포 공급펌프로부터 공급되는 오존 미세기포가 용존된 슬러지를 오존 가용화조 내부에 공급하는 오존-슬러지 공급관;
오존 가용화조의 슬러지를 공급받아 슬러지에 잔존하는 오존 미세기포의 소멸을 유도하는 내부 가용화조와, 내부 가용화조를 월류한 슬러지를 캐비테이션 장치로 공급함과 함께 캐비테이션 장치로부터 배출되는 슬러지를 상기 오존 가용화조로 공급하는 외부 가용화조로 구성되는 캐비테이션 가용화조; 및
상기 내부 가용화조의 슬러지를 유동시켜 슬러지 간의 충돌 및 캐비테이션 현상을 유도하여 슬러지를 가용화시키는 캐비테이션 장치;를 포함하여 이루어지며,
상기 내부 가용화조와 외부 가용화조는 원통 형상을 이루며, 동심원 형태로 배치되며,
상기 내부 가용화조의 상단 둘레에 원형 띠 형상의 천공판이 구비되며,
상기 천공판 상에 캐비테이션 가용화조의 공간을 수직 방향으로 2개의 공간(제 1 공간 및 제 2 공간)으로 구분하는 차단벽이 구비되며,
상기 제 1 공간에서, 오존 가용화조의 슬러지가 내부 가용화조로 공급되고 내부 가용화조의 슬러지가 월류되어 외부 가용화조로 이동되는 과정이 진행되며,
상기 제 2 공간에서, 캐비테이션 장치로부터 배출된 슬러지가 외부 가용화조에 저류됨과 함께 오존 가용화조로 공급되는 과정이 진행되는 것을 특징으로 하는 폐활성슬러지 가용화 장치.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 제 2 공간에서, 외부 가용화조의 슬러지 수위가 천공판이 구비된 위치를 넘어서면 슬러지는 천공판에 구비된 천공부를 통해 천공판 상부로 이동되어 저류되며, 천공판 상의 슬러지는 외부 가용화조의 일측에 구비된 슬러지 배출구를 통해 상기 오존 가용화조로 공급되는 것을 특징으로 하는 폐활성슬러지 가용화 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 오존 미세기포 공급펌프에 오존을 공급하는 오존 발생기가 더 구비되며, 상기 오존 가용화조 내에서의 오존 가용화공정이 완료된 슬러지를 상기 캐비테이션 가용화조의 내부 가용화조로 공급하는 슬러지 공급펌프가 더 구비되며,
오존 가용화조의 일측에 오존 가용화조의 슬러지를 오존 미세기포 공급펌프로 공급하기 위한 슬러지 순환유출구가 구비되는 것을 특징으로 하는 폐활성슬러지 가용화 장치.
제 1 항에 있어서, 외부 가용화조의 슬러지 배출구는 오존 가용화조의 높이보다 높게 설계되어 외부 가용화조의 슬러지가 중력낙하를 통해 오존 가용화조로 공급되는 것을 특징으로 하는 폐활성슬러지 가용화 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 캐비테이션 장치는,
상기 내부 가용화조의 슬러지를 와류유도체에 공급하는 슬러지 공급배관과,
상기 슬러지 공급배관의 일부 구간에서 슬러지 공급배관을 대체하여 구비되어 슬러지 간의 충돌 및 슬러지 내의 캐비테이션 현상을 유도하는 와류유도체 및 오리피스관을 포함하여 구성되며,
상기 와류유도체는 내부에 공간이 확보된 방사형 관이며, 상기 오리피스관은 상기 와류유도체의 중심부와 공간적으로 연결되며,
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 공급배관 및 오리피스관과 직교하는 것을 특징으로 하는 폐활성슬러지 가용화 장치.