KR101857479B1 - 슬러지 탈수장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소화슬러지 처리장체 및 그를 이용한 소화슬러지 탈수방법에 관한 것으로서, 소화슬러지 저류조, 상기 소화슬러지로부터 이송된 소화슬러지를 탈수하는 탈수기; 상기 소화슬러지 저류조 및 탈수기 사이의 소화슬러지 이송을 담당하는 소화슬러지 이송관; 비이온성 폴리머 저류조; 상기 비이온성 폴리머 저류조로부터 비이온성 폴리머를 상기 소화슬러지 이송관에 공급하는 비이온성 폴리머 공급관; 양이온성 폴리머 저류조; 및 상기 양이온성 폴리머 저류조로부터 양이온성 폴리머를 상기 비이온성 폴리머가 혼합된 소화슬러지가 이송중인 상기 소화슬러지 이송관의 상기 탈수기 전단에 공급하는 양이온성 폴리머 공급관을 포함하는 소화슬러지 탈수장치를 제공한다.

Description

슬러지 탈수장치 및 방법{An apparatus and method for dehydrating sludge}
본 발명은 슬러지 탈수장치 및 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 하수 슬러지의 함수율 및 약품사용량을 감소시킬 수 있는 개선된 슬러지 탈수장치 및 방법에 관한 것이다.
대도시 인구 집중 현상은 여러 가지 환경문제를 야기해 왔으며, 그 중 한 가지로 하수처리량 증가에 따른 하수슬러지 발생량의 증가를 들 수 있다. 하수슬러지 중에는 유기물 성분이 상당량 함유되어 있어 부패되기 쉽기 때문에 신속한 처리가 필요하며, 그 탈수방법으로 90년대 후반까지는 주로 단순매립방법이 채택되었다. 하지만 '97년에 개정된 폐기물관리법에서 직 매립을 금지함에 따라 대안으로 시설투자비 없이 저렴한 비용으로 처리할 수 있는 해양배출을 선호하게 되었으며, '04년에는 전체 발생량의 77%를 해양배출 처리할 정도로 급격하게 증가되었다. 그러나 해양오염방지에 관한 국제협약(런던협약 96의정서)에 의하여 '12년부터 하수슬러지 해양배출이 전면 금지되었다. 이러한 상황을 고려할 때 하수슬러지의 육상 처리시설 확충이 시급하다 하겠지만, 직 매립을 대체할 적정 처리공법의 부재 및 재활용 제품의 수요처 확보 곤란 등 처리시설의 설치에 장애가 되는 요소들이 많아 처리공법 선정이 어려울 뿐 아니라 설치사업도 민원발생 등의 영향으로 지연되는 등 전체적으로 하수슬러지 처리시설의 설치가 부진한 실정이다. 그러나 현재 적용 중인 하수슬러지 탈수방법은 그 종류가 매우 다양하며, 시설별 공법선정 등의 과정에 대한 표준화된 의사결정 체계가 미흡한 현실이다. 또한 하수슬러지 처리공정상의 에너지효율, 자원순환, 최종처분 등에 대한 평가 수단이 부재하므로 소각, 건조연료화, 고화, 탄화, 부숙화 등 각 하수슬러지 처리기술의 효용성에 대한 비교우위 구별의 어렵고, 이에 따른 정책적 진로 모색이 곤란한 상황이다. 일본공개특허 제2013-264647호의 슬러지 처리시스템에 관한 것으로 연소/탄화시키는 방법을 개시하였고 한국등록특허 제852359호에서 폐수 탈수장치에 관한 것으로 슬러지를 계면활성제 미세기포와 분산/발포 반응시킨 후 발포된 거대 고형물을 부상조로 이동하는 것을 개시하였다. 또한 한국등록특허 제1343404호에서는 슬러지와 폴리머의 고속 응집 시스템을 개시하여 폴리머의 투입 조건, 폴리머 배출구 위치 등의 설계로 혼화/응집을 통하여 처리하였다.
그러나, 상기 선행기술을 포함한 기존 기술들은 무기응집제를 응집보조제로 사용하여 슬러지 발생량 증가를 가져오고, 또한 양이온폴리머 단독 사용시 약품사용량 증가에 따른 비용 상승을 가져오는 단점을 지니고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 보다 효율적인 슬러지 탈수약품 주입방안 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 소화슬러지 저류조, 상기 소화슬러지로부터 이송된 소화슬러지를 탈수하는 탈수기; 상기 소화슬러지 저류조 및 탈수기 사이의 소화슬러지 이송을 담당하는 소화슬러지 이송관; 비이온성 폴리머 저류조; 상기 비이온성 폴리머 저류조로부터 비이온성 폴리머를 상기 소화슬러지 이송관에 공급하는 비이온성 폴리머 공급관; 양이온성 폴리머 저류조; 및 상기 양이온성 폴리머 저류조로부터 양이온성 폴리머를 상기 비이온성 폴리머가 혼합된 소화슬러지가 이송중인 상기 소화슬러지 이송관의 상기 탈수기 전단에 공급하는 양이온성 폴리머 공급관을 포함하는 소화슬러지 탈수장치가 제공된다.
본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 소화슬러지 저류조로부터 탈수기로 이송 중인 소화슬러지에 비이온성 폴리머를 공급하여 상기 소화슬러지의 플록의 크기를 확대하는 비이온성 폴리머 공급단계; 상기 비이온성 폴리머가 혼합된 소화슬러지에 양이온성 폴리머를 공급하는 양이온성 폴리머 공급단계; 및 상기 비이온성 폴리머와 양이온성 폴리머가 순차적으로 혼합된 소화슬러지를 탈수하는 탈수단계를 포함하는 소화슬러지의 탈수방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소화슬러지 탈수장치의 구조를 개략적으로 나타낸 개요도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소화슬러지 탈수장치를 이용한 소화슬러지 탈수방법의 전체 공정을 개략적으로 나타낸 개요도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 소화슬러지 탈수장치를 이용한 소화슬러지 탈수방법의 전체 공정을 개략적으로 나타낸 개요도이다.
용어의 정의:
본 문서에서 사용되는 용어를 정의하면 하기와 같다.
본 문서에서 사용되는 용어 "슬러지(sludge, 오니)"는 수중 부유물이 액체로부터 분리되어 침전된 찌꺼기를 의미한다. 다른 의미로는 정수슬러지, 하수슬러지, 폐수슬러지, 공정슬러지(유기, 무기) 등이 존재한다.
상기 정수슬러지는 정수공정에서 발생하는 것으로 1차 침전슬러지인 미사, 진흙 및 부유물질인 무기물질 위주인 반면에 약품처리 슬러지는 응집공정, 연수화공정에서 발생하는 것으로 유기물 및 약품을 의미한다.
상기 하수슬러지는 생슬러지(1차슬러지), 잉여슬러지(2차슬러지), 혼합슬러지, 농축슬러지, 소화슬러지, 탈수슬러지(탈수케이크) 등을 포함한다.
본 문서에서 사용되는 용어 "혐기성 소화"는 유기물을 혐기성 상태에서 미생물을 이용하여 메탄 및 이산화탄소를 생산하는 공정을 의미한다. 다른 의미로는 혐기성 소화는 음식물, 분뇨 등의 고농도의 폐수처리에 사용하는 것으로 가수분해, 산생성, 메탄 생성의 3단계로 구분되는데 산생성을 발효공정, 메탄생성 단계를 가스화라고 한다.
상기 혐기성 소화에 관여하는 세균은 산 생성 세균으로 Clostridium sp., Lactobacillus sp., Corynebacterium sp., Bacteroides sp., Actinomyces sp. 등이고 메탄생성 세균으로 Methanobacterium sp., Methanococcus sp., Methanosarcina sp. 등이다.
본 문서에서 사용되는 용어 "호기성 소화"는 슬러지 중의 유기물을 호기성 미생물의 작용에 따라 분해하고 안정된 소화슬러지와 탈리액 및 가스로 하는 조작을 의미한다.
상기 소화성소화를 행하는 소화조의 구조는 수처리에서의 포기조와 비슷하다. 뒤에 연속되는 농축조에 따라 소화슬러지와 탈리액이 분리된다. 호기성소화에 의한 슬러지 중의 유기물은 20일 정도에 30 ~ 50%가 감소되고 이산화탄소와 물로 변환된다.
본 문서에서 사용되는 용어 "개질제"는 다른 용어로 "탈수 보조제"로서 슬러지의 탈수율을 높이기 위해 사용되는 조성물을 의미한다. 이러한 개질제로는 폐지분말이나, 셀룰로오스나 헤미세룰로오스 및 리그닌 등이 혼합된 목질계 물질이 사용되며, 특히 대한민국 공개특허 제2015-0006935호에 개시된 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌 및 양친성 중합체를 포함하는 응집용 가교 보조제와 폐지의 혼합물로 이루어지는 목질계 물질을 이용한 탈수 보조제(상표명 FloCoA®) 또는 특허 제528701호에 개시된 불가사리 분말을 이용한 탈수보조제, 특허 제799261호에 개시된 티탄염을 이용한 탈수보제제 등이 사용될 수 있다. 상기 개질제는 섬유질 및 음이온 관능기를 가진 탈수보조제로 응집시 가교 역할을 하며 반류수의 난탈수성 원인인 섬유질이 없어 압밀성이 불량한 원인의 해결방안으로 함수율 개선 효과가 크다.
본 문서에서 사용되는 용어 "고분자 응집제"는 대부분 수중에 현탁ㅇ분산되어 있는 미세입자를 결합시키는 능력(응집력)을 가지고 있으며 화합물 중 분자량 1000이상의 고분자로서 강력한 흡착관능기를 가지는 유기화합물을 의미한다.
상기 고분자(폴리머) 응집제는 성분에 따른 구분에 따르면, 천연고분자 응집제(유도체 포함)와 합성고분자 응집제로 구분되는데 천연고분자 응집제에는 가용성 전분, 알긴산나트륨, 카르복시셀룰로오스나트륨, 구아검 등 식물성 고분자 응집제와 아교, 및 키토산 등 동물성 고분자 응집제가 존재한다. 합성고분자에는 폴리아민계 고분자, 아민에피클로르히드린, 폴리에틸렌이민 등 축합성과 폴리아크릴아미드, 폴리옥시에틸렌, 폴리아크릴산나트륨 등 중합성 고분자 응집제가 존재한다.
상기 고분자 응집제는 응집기구상으로는 비이온성 응집제와 음이온성 응집제, 및 양이온성 응집제로 구분된다.
본 문서에서 사용되는 용어 "양이온성 응집제"는 양전하를 띔으로써 음전하로 하전된 입자를 전기력으로 응집시키는 응집제를 의미한다.
상기 양이온성 응집제는 무기응결제와 동일하게 현탁 물질의 하전중화를 목적으로 사용되며 무기응결제에 비하여 양이온 전하의 밀도가 높기 때문에 응결기능이 더 크게 된다. 또한 유기응결제는 음이온으로 하전되어 있는 용해성물질(리그닌 설폰산, 음이온성 계면활성제, 알킬산, 후민산 등)과 반응하여 불용성의 염을 형성하는 기능을 담당하기도 한다.
아울러 상기 양이온성 응집제는 알킬벤젠 및 알킬염의 4급 유도체, 알킬아민ㅇ에피클로로히드린 축합물, 폴리에틸렌이민, 알킬렌디클로라이드 및 폴리알킬렌폴리아민의 축합물 등을 포함한다.
발명의 상세한 설명:
이하 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 소화슬러지 저류조, 상기 소화슬러지로부터 이송된 소화슬러지를 탈수하는 탈수기; 상기 소화슬러지 저류조 및 탈수기 사이의 소화슬러지 이송을 담당하는 소화슬러지 이송관; 비이온성 폴리머 저류조; 상기 비이온성 폴리머 저류조로부터 비이온성 폴리머를 상기 소화슬러지 이송관에 공급하는 비이온성 폴리머 공급관; 양이온성 폴리머 저류조; 및 상기 양이온성 폴리머 저류조로부터 양이온성 폴리머를 상기 비이온성 폴리머가 혼합된 소화슬러지가 이송중인 상기 소화슬러지 이송관의 상기 탈수기 전단에 공급하는 양이온성 폴리머 공급관을 포함하는 소화슬러지 탈수장치가 제공된다.
상기 소화슬러지 탈수장치에 있어서, 상기 소화슬러지 저류조는 소화조와 관으로 연결된 것일 수 있다.
상기 소화슬러지 탈수장치에 있어서, 상기 소화슬러지 저류조는 개질제 저장고와 개질제 이송관으로 연결되어 있을 수 있다.
상기 소화슬러지 탈수장치에 있어서, 상기 비이온성 폴리머 저류조는 비이온성 폴리머 용해조와 연결되어 있을 수 있다.
상기 소화슬러지 탈수장치에 있어서, 상기 소화슬러지 이송관은 소화슬러지 이송펌프를 추가로 구비할 수 있다.
상기 소화슬러지 탈수장치에 있어서, 상기 비이온성 폴리머 공급관은 비이온성 폴리머 이송펌프를 추가로 구비할 수 있다.
상기 소화슬러지 탈수장치에 있어서, 상기 양이온성 폴리머 공급관은 양이온성 폴리머 이송 펌프를 추가로 구비할 수 있다.
상기 소화슬러지 탈수장치에 있어서, 상기 탈수기는 원심탈수기, 전기침투 탈수기 또는 벨트프레스 탈수기일 수 있다. 아울러, 상기 탈수기는 추가로 탈수슬러지 이송관 및 탈수여액 이송관을 추가로 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 소화슬러지를 탈수기로 이송시키는 슬러지 이송단계; 슬러지 저류조로부터 탈수기로 이송 중인 소화슬러지에 비이온성 폴리머를 공급하여 상기 소화슬러지의 플록의 크기를 확대하는 비이온성 폴리머 공급단계; 상기 비이온성 폴리머가 혼합된 소화슬러지에 양이온성 폴리머를 공급하는 양이온성 폴리머 공급단계; 및 상기 비이온성 폴리머와 양이온성 폴리머가 순차적으로 혼합된 소화슬러지를 탈수하는 탈수단계를 포함하는 소화슬러지의 탈수방법이 제공된다.
상기 소화슬러지의 탈수방법에 있어서, 소화슬러지는 하수슬러지, 폐수슬러지, 또는 공정슬러지일 수 있고, 상기 하수 슬러지는 생슬러지(1차슬러지), 잉여슬러지(2차슬러지), 혼합슬러지, 농축슬러지, 소화슬러지, 또는 탈수슬러지(탈수케이크)일 수 있다.
상기 소화슬러지 탈수방법은, 상기 비이온성 폴리머 공급단계 전에 상기 소화슬러지 저류조에 개질제를 공급하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이때, 상기 개질제는 폐지분말, 불가사리분말, 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌, 티탄염 또는 이들의 혼합물일 수 있고, 상기 티탄염은 티타늄 트리클로라이드, 티타늄 테트라클로라이드, 티타닐 설페이트, 티타늄 설페이트, 티타늄 옥시설페이트 및 티타늄 철 설페이트로 구성되는 군에서 선택되는 것일 수 있다.
상기 소화슬러지 탈수방법에 있어서, 상기 비이온성 폴리머는 가용성 전분, 구아검, 폴리아크릴아미드, 또는 폴리옥시에틸렌 등 일 수 있다.
상기 양이온성 폴리머는 폴리아민, 키토산, 양이온성 폴리아크릴아마이드 공중합체, 폴리(디알릴 디메틸 암모늄클로라이드), 폴리[2-(디에틸아미노)에틸 메타크릴레이트], 폴리[2-(디에틸아미노)에틸 아크릴레이트], 4기화 만니히 폴리머(quaternized Mannich polymer), 폴리(에틸렌이민) 또는 폴리-L-라이신일 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예와 실험예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예 및 실험예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예 및 실험예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소화슬러지 탈수장치의 구조를 개략적으로 나타낸 개요도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러지 탈수장치는 소화슬러지 저류조(101), 상기 소화슬러지로부터 이송된 소화슬러지를 탈수하는 탈수기(102), 소화슬러지 저류조(101) 및 탈수기(102) 사이의 소화슬러지 이송을 담당하는 소화슬러지 이송관(103); 비이온성 폴리머 저류조(104), 비이온성 폴리머 저류조(104)로부터 비이온성 폴리머를 상기 소화슬러지 이송관(103)에 공급하는 비이온성 폴리머 공급관(105), 양이온성 폴리머 저류조(106), 및 양이온성 폴리머 저류조(106)로부터 양이온성 폴리머를 상기 비이온성 폴리머가 혼합된 소화슬러지가 이송중인 소화슬러지 이송관(103)의 탈수기 전단에 공급하는 양이온성 폴리머 공급관(107)을 포함한다. 상기 슬러지 탈수장치(100)는 상기 구성요소 외에, 슬러지 저류조 전단에 개질제 공급관(108)으로 연결된 개질제 저류조(109)를 추가로 구비할 수 있고, 슬러지 이송관(103), 비이온성 폴리머 공급관(105) 및 양이온성 폴리머 공급관(107)은 각각 슬러지 이송펌프(110), 비이온성 폴리머 공급펌프(111) 및 양이온성 폴리머 공급펌프(112)를 구비할 수 있다. 한편, 상기 소화슬러지 탈수장치는 비이온성 폴리머 저류조(104)에 비이온성 폴리머를 충분히 용해시킬 수 있는 비이온성 폴리머 용해조(113)가 추가로 구비될 수 있다. 아울러, 상기 탈수기는 탈수처리된 탈수케이트의 이송을 위한 탈수케이크 이송관(114)과 탈수여액의 처리를 위한 반류수 이송관(115)을 추가로 구비할 수 있다.
이하, 도 1에 기재된 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러지 탈수장치(100)의 작동 과정을 보다 상세히 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러지 탈수장치(100)는 소화조(미도시)로부터 생성된 소화슬러지가 저장된 슬러지 저류조(101)로부터 탈수기(102)로 슬러지 이송관(103)을 통해 슬러지를 수송하며, 이 때 수송은 슬러지 이송펌프(110)에 의해 수행된다. 이때 슬러지 저류조(101)의 전단에 개질제 저장조(109)가 개질제 이송관(108)에 연결되어 있어서 개질제를 소화슬러지 저류조(101) 내로 투입하게 된다. 이때, 개질제의 소화슬러지 저류조(101) 내로의 투입은 별도의 주입장치(미도시)를 이용하여 수행될 수 있다. 한편, 슬러지 저류조(101)로부터 탈수기(102)로 슬러지 이송 중 비이온성 폴리머 응집제가 저장된 비이온성 폴리머 저류조(104)로부터 슬러지 이송관(103)과 연결된 비이온성 폴리머 공급관(105)을 경유하여 비이온성 폴리머가 슬러지 이송관(103)으로 공급되어, 이송 중인 슬러지와 혼합하게 됨으로써 플록의 크기를 확대하게 한다. 이 경우도 마찬가지로 비이온성 폴리머의 공급은 비이온성 폴리머 이송 펌프(111)에 의해 수행된다. 한편, 상기 비이온성 폴리머는 이온성 폴리머보다 물에 대한 용해도가 다소 떨어지기 때문에 비이온성 폴리머 저류조(104)에 저장하기 전에 비이온성 폴리머를 충분히 용해시킬 수 있는 비이온성 폴리머 용해조(113)이 추가로 구비될 수 있다. 비이온성 폴리머와 혼화된 슬러지가 탈수기로 도달하기 직전 양이온성 폴리머 응집제가 저장된 양이온성 폴리머 저류조(106)에서 슬러지 이송관(103)으로 양이온성 폴리머가 양이온성 폴리머 공급관(107)을 통해 공급되게 된다. 상기 양이온성 폴리머 응집제의 주입 역시 양이온성 폴리머 이송펌프(112)에 의해 수행된다. 상술한 바와 같이 비이온성 폴리머와 양이온성 폴리머로 순차적으로 처리된 슬러지는 비로소 탈수기(102)로 공급되어 탈수되게 된다. 탈수가 수행되어 생성된 탈수케이크는 탈수케이크 이송관(114)을 통해 처리되고, 탈수여액은 반류수 이송관(115)을 통해 반류수탈수공정(미도시)으로 이송된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러지 탈수방법의 공정을 개략적으로 나타낸 순서도이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러지 탈수방법은 소화슬러지의 이송단계(S1); 슬러지 저류조로부터 탈수기로 이송 중인 소화슬러지에 비이온성 폴리머를 공급하여 상기 소화슬러지의 플록의 크기를 확대하는 비이온성 폴리머 공급단계(S2); 상기 비이온성 폴리머가 혼합된 소화슬러지에 양이온성 폴리머를 공급하는 양이온성 폴리머 공급단계(S3); 및 상기 비이온성 폴리머와 양이온성 폴리머가 순차적으로 혼합된 소화슬러지를 탈수하는 탈수단계(S4)를 포함한다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러지 탈수방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 소화슬러지의 이송단계(S1) 전에 소화슬러지 저류조에 개질제를 공급하는 개질제 공급단계(S0)를 추가로 포함할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실험예 1: 현장 실험실 실험
본 발명은 크게 소화슬러지 저류조에 개질제 주입, 탈수기로 이송배관에 비이온성 폴리머를 주입을 위한 주입부와, 양이온폴리머 주입하는 주입부로 구성된다. 상기 시스템 원리는 소화조에서 소화슬러지가 저류조로 유입시 일정량의 개질제를 주입하여 혼합하게 한 후 저류조에 있는 소화슬러지가 탈수기로 이송시 슬러지이송배관에 1단계 비이온성 폴리머를 주입하여 슬러지의 플록을 크게 한 후 탈수기에 들어가기 전에 양이온성 폴리머로 혼합되어 슬러지가 2차 응집되어 탈수기 내에서 물과 고형물이 분리되어 최종산물이 탈수슬러지가 발생되며, 탈수여액은 반류수처리공정으로 이송하게 된다. 이에, 본 발명자들은 현장에 구비된 실험실에서 소규모로 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러지 탈수장치를 제조하여, 실험실 규모로 실험을 수행하였다. 구체적으로 1000 mL 비이커에 슬러지 시료량 200 mL에 탈수약품 주입방안별 적정량의 고분자응집제 등 순차적 주입한 후 급속교반장치를 이용하여 교반속도 2,500 rpm, 약 5초간 교반 후 플록의 상태, 크기, 강도, 고액분리상태, 여과량 등 고려하여 결정하였다. 개질제(FloCoa®)는 슬러지량 대비하여 0.1%(W/V) 주입하였으며, 양이온성 폴리머로는 물재생센터 현장에서 사용 중이거나 슬러지 성상에 맞는 상용되는 K-7635(코오롱생명과학, 대한민국)을 사용하였고, 비이온성 폴리머 역시 상용제품인 K-4000(코오롱생명과학, 대한민국)을 사용하였다. 양이온성 폴리머 단독 사용의 경우 0.2% 저장액을 15 ml 주입하였고, 양이온성 폴리머와 비이온성 폴리머의 순차 처리의 경우 비이온성 폴리머 0.2% 저장액 1 ml 및양이온성 폴리머 0.2% 저장액 11 ml을 순차적으로 처리함으로써 총 약품 기준으로 12 ml을 주입하였다.
상기 현장 실험실 실험결과, 개질제, 비이온성 폴리머 및 양이온성 폴리머를 순차적 주입한 경우, 양이온성 폴리머를 단독 주입한 결과와 비교시 약품 사용량을 20%, 약품주입율은 24% 절감되는 것을 확인되었으며, 비이온성 폴리머, 양이온성 폴리머만 순차주입한 경우에는 양이온성 폴리머를 단독 주입한 경우와 비교시 약품 사용량을 20%, 약품 주입율은 17.3%까지 줄일 수 있었다(표 1 참조).
실험 약품주입율
(%)		 pH CST
비교예 1 양이온폴리머 단독 주입 0.75 7.5 25.7
비교예 2 0.1% 개질제 주입 후 양이온성 폴리머 주입 0.62 7.5 16.9
실시예 1 비이온성 폴리머 주입 후 양이온성 폴리머 주입 0.62 7.5 12.3
실시예 2 0.1% 개질제, 비이온성 폴리머, 양이온성 폴리머 주입 0.57 7.5 16.6
<현장 실험실 실험 결과>
※ 주입율 산정식 (%) = ((응집제농도 × 주입량)/(슬러지 TS 농도 × 슬러지량)) 100
※ CST: 모세관 흡입 시간
실험예 2: 물재생센터 현장실증실험
상기 일실시예 1에 따른 현장 실험실 결과에 따라 물재생센터 현장실증실험을 수행하였다. 장소는 S 물재생센터 2 처리장 탈수기동에서 수행하였다. 실험은 슬러지 함수율이 가장 높은 시기인 봄철에 총 3회 수행하였다.
실험방법은 앞서 현장 실험실에서 수행한 결과에 따라, 응집보조제, 비이온성 폴리머 응집제, 양이온성 폴리머 응집제를 순차적으로 주입하는 방안으로 실험을 수행하였다. 탈수보조제인 개질제로는 상표명 FloCoA®으로 판매되는 종이파쇄지이며, 이를 소화슬러지 부피 대비 0.15%를 투입한 후, 소화슬러지 저류조에서 30분간 혼합하여 슬러지와 잘 반응되도록 하였다. 양이온성 폴리머 및 비이온성 폴리머 역시 상기 실험예 1에서 사용한 것과 동일한 것을 사용하였다. 소화슬러지는 20 m3/h의 속도로 투입되었다.
실험은 하기 표 2와 같이 양이온성 폴리머 응집제 단독주입(비교예 1) 및 개질제 및 양이온성 폴리머 응집제의 주입(비교예 2), 비이온성 폴리머 응집제 및 양이온성 폴리머 응집제의 순차주입(실시예 1), 그리고 개질제, 비이온성 폴리머 응집제, 및 양이온성 폴리머 응집제의 순차주입(실시예 2) 등 네 가지 방법에 따른 실험을 수행하였다.
탈수약품 주입방법
비교예 1 양이온성 폴리머 단독 주입
비교예 2 개질제 투입 후 양이온성 폴리머 주입
실시예 1 비이온성 폴리머 및 양이온성 폴리머 순차주입
실시예 2 개질제 투입 후 비이온성 폴리머 및 양이온성 폴리머 순차주입
<탈수약품 주입방법 현장실증 실험 방안>
상기 슬러지 저류조에 개질제를 슬러지 부피 대비 0.15%의 주입량으로 주입하여 슬러지와 혼합하였고, 체류시간은 30분 내외이었으며, 슬러지를 원심탈수기로 이송하기 위해 사용되는 모노플렉스 펌프 앞단에 주입하도록 하였다. 이때 슬러지와 비이온성 고분자응집제가 혼합되어 탈수기로 이동하는데 걸린 체류시간은 30초 내외였다.
개질제 양이온성 폴리머
(투입속도)		 비이온성 폴리머
(투입속도)
비교예 1 - 0.2%
(3.6 m3/h)		 -
비교예 2 0.15% 0.2%
(3.5 ㎥/h)		 -
실시예 1 - 0.2%
(2.8 ㎥/h)		 0.1%
(0.95 m3/h)
실시예 2 0.15% 0.2%
(2.8 ㎥/h)		 0.1%
(0.95 m3/h)
<투입량(슬러지 유입량 20㎥/h)>
상기 실험을 총 4회에 거쳐 수행하였다. 그 결과, 하기 표 4에서 나타난 바와 같이, 응집보조제인 개질제를 슬러지 유량 대비 0.15% 투입할 경우 양이온성 폴리머만 단독으로 처리한 경우보다 함수율이 3.9% 낮아졌으나, 약품 사용량은 2.8% 정도 감소하였다. 반면 비이온성 폴리머 응집제 및 양이온성 폴리머 응집제를 순차 주입한 실험 결과(실시예 1) 양이온성 폴리머 응집제만 처리한 경우보다 함수율은 4.7% 낮아졌고, 약품사용량(양이온성 폴리머 + 비이온성 폴리머)은 최대 9.0%가 절감되었다.
마지막으로 개질제, 비이온성 폴리머 응집제, 양이온성 폴리머 응집제의 순차주입에 따른 실험결과(실시예 2), 양이온성 폴리머만 사용한 경우보다 함수율은 4.5% 낮아졌고, 약품사용량은 최대 9.0%가 절감되었다.
약품주입율(%) 함수율(%)
비교예 1 1.18 79.1
비교예 2 1.17 76.0
실시예 1 1.12 78.6
실시예 2 1.12 74.6
<현장실증 실험 결과>
상술한 바와 같이, 발생된 탈수슬러지는 기존 양이온 고분자응집제 단독 주입대비 개발된 탈수약품 제어시스템(개질제, 비이온성 폴리머 응집제, 양이온성 폴리머 응집제)은 함수율을 최대 4.5%까지 줄이고, 약품 사용량은 최대 9%의 절감효과를 가져오는 것으로 나타났다.
상기 결과에서 나타난 바와 같이, 응집 보조제인 개질제를 첨가할 경우 함수율 절감에 유용하고, 비이온성 폴리머 및 양이온성 폴리머의 순차주입에 의해 응집제의 사용량을 상당부분 감소시킬 수 있음을 확인하였다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 개발한 탈수약품 주입방안 시스템은 슬러지 함수율 개선 및 탈수약품 사용량 저감에 탁월한 효과가 있는 것으로 확인되었다.
본 발명은 상술한 실시예 및 실험예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예 및 실험예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 슬러지 탈수장치
101: 소화슬러지 저류조
102: 탈수기
103: 소화슬러지 이송관
104: 비이온성 폴리머 저류조
105: 비이온성 폴리머 이송관
106: 양이온성 폴리머 저류조
107: 양이온성 폴리머 공급관
108: 개질제 공급관
109: 개질제 저류조
110: 슬러지 이송펌프
111: 비이온성 폴리머 이송펌프
112: 양이온성 폴리머 이송펌프
113: 비이온성 폴리머 용해조
114: 탈수케이크 이송관
115: 반류수 이송관

Claims (16)

  1. 개질제 저장고; 상기 개질제 저장고와 개질제 이송관으로 연결된 소화슬러지 저류조; 상기 소화슬러지로부터 이송된 소화슬러지를 탈수하는 탈수기; 상기 소화슬러지 저류조 및 탈수기 사이의 소화슬러지 이송을 담당하는 소화슬러지 이송관; 비이온성 폴리머 저류조; 상기 비이온성 폴리머 저류조로부터 비이온성 폴리머를 상기 소화슬러지 이송관에 공급하는 비이온성 폴리머 공급관; 양이온성 폴리머 저류조; 및 상기 양이온성 폴리머 저류조로부터 양이온성 폴리머를 상기 비이온성 폴리머가 혼합된 소화슬러지가 이송중인 상기 소화슬러지 이송관의 상기 탈수기 전단에 공급하는 양이온성 폴리머 공급관으로 구성되는, 소화슬러지 탈수장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소화슬러지 저류조는 소화조와 관으로 연결된 것인, 소화슬러지 탈수장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 비이온성 폴리머 저류조는 비이온성 폴리머 용해조와 연결되어 있는, 소화슬러지 탈수장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 소화슬러지 이송관은 소화슬러지 이송펌프를 추가로 구비하는, 소화슬러지 탈수장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 비이온성 폴리머 공급관은 비이온성 폴리머 이송펌프를 추가로 구비하는, 소화슬러지 탈수장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 양이온성 폴리머 공급관은 양이온성 폴리머 이송 펌프를 추가로 구비하는, 소화슬러지 탈수장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 탈수기는 원심탈수기, 전기침투 탈수기 또는 벨트프레스 탈수기인, 소화슬러지 탈수장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 탈수기는 추가로 탈수슬러지 이송관 및 탈수여액 이송관을 추가로 구비하는, 소화슬러지 탈수장치.
  10. 소화슬러지 저류조 내의 소화슬러지에 개질제를 공급하는 개질제 공급단계;
    상기 소화슬러지 저류조로부터 상기 개질제가 혼합된 소화슬러지를 탈수기로 이송시키는 슬러지 이송단계;
    슬러지 저류조로부터 탈수기로 이송 중인 소화슬러지에 비이온성 폴리머를 공급하여 상기 소화슬러지의 플록의 크기를 확대하는 비이온성 폴리머 공급단계;
    상기 비이온성 폴리머가 공급된 소화슬러지가 탈수기에 도달하기 전에 상기 비이온성 폴리머가 혼합된 소화슬러지에 양이온성 폴리머를 공급하는 양이온성 폴리머 공급단계; 및
    상기 탈수기를 이용하여 상기 비이온성 폴리머와 양이온성 폴리머가 순차적으로 혼합된 소화슬러지를 탈수하는 탈수단계를 포함하는 소화슬러지의 탈수방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 소화슬러지는, 정수슬러지, 하수슬러지, 폐수슬러지, 또는 공정슬러지인, 소화슬러지의 탈수방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 하수슬러지는 생슬러지, 잉여슬러지, 혼합슬러지, 농축슬러지, 또는 탈수슬러지인, 소화슬러지의 탈수방법.
  13. 삭제
  14. 제10항에 있어서,
    상기 개질제는 폐지분말, 불가사리분말, 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌, 티탄염 또는 이들의 혼합물인, 소화슬러지의 탈수방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 비이온성 폴리머는 가용성 전분, 구아검, 폴리아크릴아미드, 또는 폴리옥시에틸렌인, 소화슬러지의 탈수방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 양이온성 폴리머는 폴리아민, 키토산, 양이온성 폴리아크릴아마이드 공중합체, 폴리(디알릴 디메틸 암모늄클로라이드), 폴리[2-(디에틸아미노)에틸 메타크릴레이트], 폴리[2-(디에틸아미노)에틸 아크릴레이트], 4기화 만니히 폴리머(quaternized Mannich polymer), 폴리(에틸렌이민) 또는 폴리-L-라이신인, 소화슬러지의 탈수방법.
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