KR101878775B1

KR101878775B1 - 환원 수용액 제조를 이용한 슬러지 탈수 케익의 감량화 처리 방법 및 처리 설비

Info

Publication number: KR101878775B1
Application number: KR1020170159378A
Authority: KR
Inventors: 배희동
Original assignee: 배희동
Priority date: 2017-11-27
Filing date: 2017-11-27
Publication date: 2018-08-16

Abstract

본 발명은 환원 수용액 제조를 이용한 슬러지 탈수 케익의 감량화 처리 방법 및 처리 설비에 관한 것이다.
본 발명은 탈수가 완료된 슬러지 탈수 케익에 물과 생물학적 버퍼제를 정량 공급한 후 교반하여 슬러지 환원액을 제조하는 슬러지환원액제조단계와; 상기 슬러지환원액에 생물학적 버퍼제를 정량 공급한 후 교반하여 슬러지 수용액을 제조하는 슬러지수용액제조단계와; 고형물 함량 3 ~ 8%가 되도록 상기 슬러지수용액에 물을 정량 첨가한 후 교반하여 환원 탈수케익 슬러지 수용액을 제조하는 환원수용액제조단계와; 상기 환원 탈수케익 슬러지 수용액을 연속농축 탈수시켜 탈수액과 탈수 슬러지를 분리하는 연속농축탈수단계;를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따르면, 상온의 상태로 전기적인 열을 투입하지 않으며, 오직 탈수케익 슬러지에 함유되어 있는 미생물의 생리학적인 기능을 파악하고 이의 특성을 이해함으로써 글라이코캘릭스(Glycocalyx)의 용이한 추출이 이루어 질 수 있도록 함으로써, 후단 공정인 연속농축 탈수에 의하여 탈수 효과가 극대화 된다 할 것이다.

Description

환원 수용액 제조를 이용한 슬러지 탈수 케익의 감량화 처리 방법 및 처리 설비{Methods and Equipment for Sludge Reduction by Sludge Re-Constitute Technology with Continuous Concentration Dewatering Process}

본 발명은 슬러지 탈수 케익의 감량화 처리 방법에 관한 것으로, 특히 글라이코갤릭스를 제거하는 방식을 취해 상온에서의 탈수 효과를 극대화시켜 효과적인 탈수 케익 감량화가 이루어질 수 있도록 한, 환원 수용액 제조를 이용한 슬러지 탈수 케익의 감량화 처리 방법 및 처리 설비에 관한 것이다.

지난 30~40 여년간 주거환경 개선과 산업사회의 발전에 따라 증가되는 하수 및 폐수의 처리과정 중에 발생되는 슬러지의 발생량을 줄이기 위하여 많은 기술이 개발되어 왔고 일부방식이 적용되어 왔다.

그럼에도 불구하고 그 결과에 대한 감량화 효과가 매우 낮았으며, 처리비용이 크게 소요되는 등 문제가 있어서, 많은 연구비를 투입하여 개발한 신규 공정개발 등에 많은 노력을 기울였으나, 슬러지 탈수를 위한 개선효과는 매우 미미하였다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 기술로, 본 발명의 출원인은 "슬러지 건조처리 방법 및 장치"(한국 등록특허공보 제10-0892649호, 특허문헌 1)에는 자체 중력 탈수 및 다단 탈수 공정을 제시한 바 있으며, "농축 슬러지의 탈수방법 및 장치"(한국 등록특허공보 제10-0989251호, 특허문헌 2)에는 농축 슬러지를 고분자 응집제와 혼합한 후 1차로 함수율을 88 ~ 90%가 되도록 하고, 2차 탈수로 함수율을 80 ~ 85%가 되도록 하고, 최종적으로 72 ~ 78%의 함수율을 달성하도록 하는 기술을 제시하기도 하였다.

특히, 본 출원인은 "고함수율 슬러지케익의 재탈수처리 방법 및 장치"(한국 등록특허공보 제10-0953061호, 특허문헌 3)에는 슬러지 탈수 케익을 공정수와 혼합한 후, 분쇄기로 미분쇄한 다음 다시 고정수와 혼합하여 교반한 후 응집제를 투여하여 응집을 유도한 후, 연속 농축탈수기에 투입하는 공정을 제시하기도 하였다.

이상과 같은 종래에 알려진 슬러지 탈수방법으로는 전기를 다량 소비하는 시스템과 물리적 압력으로 슬러지 감량화를 하는 방법을 개발 또는 개선시켜 왔으나, 여전히 많은 문제를 안고 있는 실정이다.

현재까지 슬러지의 탈수는 원심분리 방식이나 압착방식을 이용하여 탈수하여 왔고, 이러한 장비를 사용하여 탈수한 슬러지의 함수율은 약 78~85%에 이르는 등 슬러지 감량화에 대한 성능은 크게 개선되어 오지 않았다.

또한 슬러지의 감량화를 위하여 새로운 기술로 제시되어 온 초음파를 활용하여 슬러지 내 미생물을 파괴하여 미생물 내부수를 제거한다고 하였지만, 실효성이 없다는 결과를 나타낸 바 있으며, 이 또한 많은 에너지와 비용을 발생시키는 등 성공적인 결과를 창출하지 못하였다.

이처럼, 슬러지의 탈수는 많은 요인에 의하여 영향을 받는데, 지금까지 개발하여 온 대부분의 기술은 물리적인 및, 전기적인 열, 및 압력과 고온의 용해를 통하여 이루어져 왔으나, 많은 비용이 소요되고, 심한 악취가 발생되며, 용해 후 수처리에 심각한 장에가 발생하는 등의 문제를 안고 있어서, 지속가능한 기술로 인정받지 못하고 있다.

이상 살펴본 바와 같이 소득이 증가하면, 주민의 주거생활과 산업사회가 발전하게 되면 물을 사용 양이 증가되고, 이로 인하여 하수 및 폐수처리량이 증가하게 되는데, 이때 생물학적 처리과정 중에 발생하는 슬러지는 처리하는데 많은 어려움이 있다.

지난 30여년 간, 이를 경제적으로 처리하고, 발생량을 감소시키기 위하여 많은 노력을 기울였으나, 그결과는 매우 미미한 실정이다.

특히, 최근까지 발생된 슬러지의 감량화를 위하여 많은 기술이 개발되었으나, 실효성이 낮은 것으로 나타나고 있고, 이를 위한 열량소모량이 많아 연료 소비량이 증가됨으로써, 최근에는 미세먼지의 발생량을 증가시키는 또 하나의 원인이 되고 있는 실정이 되고 있으므로 이를 해결하기 위한 기술의 개발이 시급한 실정이다.

더욱이 국내의 경우, 슬러지 처리장의 대형화로 집중된 처리를 하여야 하는 경우가 많으므로, 발생량을 절대적으로 감소시킬 경우, 운반비가 크게 절감되고, 차량이동으로 인한 미세먼지의 절감에도 크게 기여할 것으로 예상된다.

KR 10-0892649 (2009.04.02) KR 10-0989251 (2010.10.14) KR 10-0953061 (2010.04.07)

일반적으로 탈수 슬러지에는 약 80%의 수분, 15% 정도의 유기물과 5%의 무기물이 함유되어 있으며, 수분을 제거한 건조물에는 약 60% ~ 70%의 유기물과 30 ~ 40%의 무기물(minerals)이 함유되어 있다.

유기물 중에는 대부분 수처리 과정 중에 증식된 미생물(microorganism)이 대부분으로 구성되어 있으며, 일부 하수속에 포함되어 있는 비분해된 입자성 물질(non-soluble solids)과 분해중인 입자성 물질(digesting and soluble solids)이 함유되어 있다.

이러한 슬러지 내에 존재하는 유기물의 집합체 내에는 용해성 물질이 약 80% 정도로 구성되어 있는데, 이러한 유기물의 집합체(organic substance)에 함유되어 있는 용해성 물질(soluble material)은 용해성 다당류 탄수화물(soluble polysaccharides), 글루코 펩티드(gluco-peptide) 및 용해성 단백질(soluble protein), 지질(lipid) 등으로 구성되어 있으며, 이러한 물질들은 물에 용해가 잘되는 특징을 갖고 있으나, 기존 방식의 탈수 방법으로는 수분을 머금고 부풀어 있는 형태(swallowed)로 존재하고 있기 때문에 탈수가 매우 어려운 특징이 있다.

특히 미생물은 자신의 보호를 위하여 세포막외부(cell membrane)에 보호막(extracellular matrix component)을 생성하게 되는데 이러한 물질의 대부분이 여기에 속하며, 이를 글라이코캘릭스(Glycocalyx)라 한다.

이러한 글라이코갤릭스는 많은 양의 수분을 함유하고 있으며, 미생물의 부피에 비하여 10배에서 수백배에 이르는 등 그 함량이 많으며, 탈수가 매우 어렵고, 슬러지의 탈수에 장애를 일으키는 물질일 뿐만 아니라, 부패시 유기산(organic acid)을 생성시키고 건조시 악취를 유발시키는 원인 물질 역할을 하게 되는 특징이 있다.

이처럼 글라이코갤릭스는 탈수하기가 대단히 어려운데, 예를 들어 풀(Glue)과 죽(Paste)은 많은 수분을 지니고 있지만 탈수가 거의 불가능한 특징이 있는데 이러한 현상과 동일한 상태라고 할 수 있다.

본 발명은 슬러지 감량화를 위하여 탈수한 슬러지를 환원(Sludge re-constitution)시켜 미생물을 보호하고 있는 글라이코캘릭스(Glycocalyx)를 용해시켜 제거함으로써 슬러지 탈수가 용이하고, 탈수효과를 극대화함으로써, 그 감량효과를 크게 상승시키려는 것이다.

보다 구체적으로, 탈수 처리된 슬러지 탈수 케익에 온도 변화를 가하지 않고 용해 및 환원이 원할히 이루어질 수 있도록 pH 및 물 양을 조절한 후, 생물학적 버퍼제를 투입하고 pH를 조정하여 글라이코갤릭스의 추출이 용이해지도록 함으로써 연속농축 탈수 공정에서의 탈수 효과가 극대화될 수 있게 하려는 것이다.

본 발명의 환원 수용액 제조를 이용한 슬러지 탈수 케익의 감량화 처리 방법은 상기과 같은 과제를 해결하기 위하여, 탈수가 완료된 슬러지 탈수 케익에 물과 생물학적 버퍼제를 정량 공급한 후 교반하여 슬러지 환원액을 제조하는 슬러지환원액제조단계와; 상기 슬러지환원액에 생물학적 버퍼제를 정량 공급한 후 교반하여 슬러지 수용액을 제조하는 슬러지수용액제조단계와; 고형물 함량 3 ~ 8중량%가 되도록 상기 슬러지수용액에 물을 정량 첨가한 후 교반하여 환원 탈수케익 슬러지 수용액을 제조하는 환원수용액제조단계와; 상기 환원 탈수케익 슬러지 수용액을 연속농축 탈수시켜 탈수액과 탈수 슬러지를 분리하는 연속농축탈수단계;를 포함하여 구성된다.

상기한 구성에 있어서 상기 슬러지환원액제조단계는, 탈수가 완료된 슬러지 탈수 케익을 케익저장조(1)로부터 슬러지모노펌프(2)를 이용하여 중량측정기가 부착된 1차용해조(3)로 투입하여 중량을 측정하고, 측정된 중량에 따라 탈수슬러지와 물이 1 : 0.5 ~ 3.0의 중량비가 되도록, 청수저장조(13)로부터 정량펌프(14)를 이용하여 1차용해조(3)로 물을 공급하며, 1차용해조(3) 내부의 탈수슬러지와 물의 혼합물에 제1버퍼용액저장조(16)로부터 정량펌프(15)를 이용하여 생물학적 버퍼제를 공급하며, pH가 5.0 ~ 6.5가 되도록 조정한 후, 1차용해조(3) 내부를 60 ~ 2,400RPM으로 5분 내지 1시간 동안 교반하여 슬러지 환원액을 제조하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 슬러지수용액제조단계는, 1차용해조(3)에서 제조된 슬러지 환원액을 2차용해조(4)로 공급하고, 2차용해조(4)에 투입된 슬러지 환원액에 제2버퍼용액저장조(18)로부터 정량펌프(17)를 이용하여 생물학적 버퍼제를 공급하고, pH가 6.0 ~ 6.5가 되도록 조정한 후, 2차용해조(4) 내부를 60 ~ 2,400RPM으로 5분 내지 1시간 동안 교반하여 슬러지 수용액을 제조하는 것을 특징으로 한다.

더불어, 상기 환원수용액제조단계는, 2차용해조(4)에서 제조된 슬러지 수용액을 3차용해조(5)로 공급하고, 3차용해조(5) 내부의 내용물이 고형물 함량 3 ~ 8중량%가 되도록 청수저장조(13)로부터 정량펌프(14)를 이용하여 물을 공급한 후, 3차용해조(5) 내부를 60 ~ 2,400RPM으로 5분 내지 1시간 동안 교반하여 환원 탈수케익 슬러지 수용액을 제조하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 연속농축탈수단계에서 분리된 탈수 슬러지를 펠렛 성형한 후, 펠렛을 표면 건조한 후, 저온 열풍건조한 다음 냉각시켜 함수율 8 ~ 12%의 건조물을 제조하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 연속농축탈수단계에서 분리된 탈수액을 급속 침전 시스템을 거쳐 부유물질의 95% 이상 제거한 후, 유량조정 후 하수 처리하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 환원 수용액 제조를 이용한 슬러지 탈수 케익의 감량화 처리 설비는, 탈수가 완료된 슬러지 탈수 케익이 저장되는 케익저장조(1)와; 슬러지모노펌프(2)를 통해 상기 케익저장조(1)와 연결되어 상기 케익저장조(1)에 저장된 슬러지 탈수 케익이 정량 공급되며, 내부에 교반장치가 설치되어 있는 1차용해조(3)와; 내부에 생물학적 버퍼제가 저장되고, 정량펌프(15)를 통해 상기 생물학적 버퍼제를 1차용해조(3)에 공급하는 제1버퍼용액저장조(16)와; 상기 1차용해조(3)에서 배출된 원료가 내부에 저장되며, 내부에 교반장치가 설치되어 있는 2차용해조(4)와; 정량펌프(17)를 통해 상기 생물학적 버퍼제를 2차용해조(4)에 공급하는 제2버퍼용액저장조(18)와; 상기 2차용해조(4)에서 배출된 원료가 내부에 저장되며, 내부에 교반장치가 설치되어 있는 3차용해조(5)와; 상기 1차용해조(3) 및 3차용해조(5)에 정량펌프(14)를 통해 연결되어 1차용해조(3)와 3차용해조(5)로 정량의 청수를 공급하는 청수저장조(13)와; 상기 3차용해조(5)에서 배출되는 원료를 공급받아 연속농축 탈수시켜 탈수액과 탈수 슬러지를 분리 배출하는 연속농축탈수시스템(6);을 포함하여 구성된다.

본 발명에 따르면, 상온의 상태로 전기적인 열을 투입하지 않으며, 오직 탈수케익 슬러지에 함유되어 있는 미생물의 생리학적인 기능을 파악하고 이의 특성을 이해함으로써 글라이코캘릭스(Glycocalyx)의 용이한 추출이 이루어 질 수 있도록 함으로써, 후단 공정인 연속농축 탈수에 의하여 탈수 효과가 극대화 된다 할 것이다.

이를 통하여 원심분리 및 벨트 프레스 등에 의하여 생산된 슬러지 발생량을 50% 내외로 크게 감소시킬 수 있음으로써, 경제성을 크게 개선할 수 있고, 기 투자된 슬러지 건조화 설비의 재투자 또는 중복투자를 방지 할 수 있으며, 처리비용을 크게 절감할 수 있고, 처리설비가 없는 경우, 외부 위탁시 슬러지 처리를 위한 운반비의 획기적인 절감이 가능할 수 있게 된다.

또한, 본 발명으로 처리할 경우, 대기조건에서 처리하고, 열을 가하지 않으며, 강제 용해 방식이 아니므로 악취발생이 전혀 없으며, 특히, 본 발명을 통하여 탈수가 완료된 슬러지 탈수 케익의 후처리에도 악취발생을 현저히 감소시킬 수 있고, 추출된 글라이코캘릭스(Glycocalyx)는 이미 용해가 이루어져 물에 녹아 있는 상태로 존재하기 때문에 기존의 하수 수처리장에서 정상적 공정으로 처리가 용이하다 할 것이다.

도 1은 본 발명의 환원 수용액 제조를 이용한 슬러지 탈수 케익의 감량화 처리 설비를 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명의 환원 수용액 제조를 이용한 슬러지 탈수 케익의 감량화 처리 설비를 나타낸 개략도.

본 발명은 일반적인 수처리 공정 중에 발생되는 하수슬러지에 포함되어 있는 미생물의 글라이코캘릭스(Glycocalyx)를 효과적이고 경제적이며, 용이하게 제거할 수 있도록 함으로써, 슬러지 탈수에 부정적인 영향을 미치는 물질을 분해, 용해하여 제거함으로써, 슬러지의 감량화 효과를 극대화 시키는 것이다.

특히 기존에 설치된 탈수기로부터 발생되는 슬러지는 이러한 문제가 있는 글라이코캘릭스(Glycocalyx)를 제거하거나 이에 함유되어 있는 수분을 제거할 수 있는 기능이 없는 바, 본 발명은 발생된 탈수 케익을 대상으로 탈수 케익을 환원시켜 연속농축 탈수 시키는 점에서 특이할 만하다 할 것이다.

특히 본 발명은 종래의 기술(압력 및 고온 가용화 기술)에 비하여 상온상태에서 실시하며, 악취를 전혀 유발시키지 않고 매우 열을 투입하지 않아, 경제적이며, 최종 50% 내외의 슬러지 감량화를 달성시킬 수 있다.

이러한 공정을 달성하기 위한 처리 설비 즉, 본 발명의 환원 수용액 제조를 이용한 슬러지 탈수 케익의 감량화 처리 설비는 도 1에 개략적으로 도시되어 있다.

구체적으로, 도시된 감량화 처리 설비는 케익저장조(1), 슬러지모노펌프(2), 1차용해조(3), 제1버퍼용액저장조(16), 2차용해조(4), 3차용해조(5), 제2버퍼용액저장조(18), 정량펌프(14), 청수저장조(13), 연속농축탈수시스템(6)을 포함하여 구성된다.

구체적으로 케익저장조(1)는 탈수가 완료된 슬러지 탈수 케익이 저장된다.

슬러지모노펌프(2)는 케익저장조(1)의 배출구와 연결되어 있으며, 케익저장조(1)에 저장된 슬러지 탈수 케익을 1차용해조(3)로 공급한다.

1차용해조(3)는 상기 슬러지모노펌프(2)를 통해 케익저장조(1)와 연결되어 상기 케익저장조(1)에 저장된 슬러지 탈수 케익이 정량 공급되며, 내부에 미도시된 교반장치가 설치되어 있다.

이때, 1차용해조(3) 내부에는 중량측정기, pH측정기 등이 설치되며, 외부에 중량측정기나 pH측정기와 전기적으로 연결되는 컨트롤장치가 구비될 수 있다.

이러한 중량측정기, pH측정기 및 컨트롤장치가 구비된 1차용해조(3)는 일종의 시스템으로 지칭될 수 있으며, 공지의 용해조가 공개되어 있는 바, 그 구조 등에 대한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 1차용해조(3)에는 정량펌프(15)를 통해 제1버퍼용액저장조(16)가 연결되어 있다.

제1버퍼용액저장조(16)는 내부에 생물학적 버퍼제가 저장되고, 정량펌프(15)를 통해 상기 생물학적 버퍼제를 1차용해조(3)에 공급하게 된다.

2차용해조(4)는 상기 1차용해조(3)에서 배출된 원료가 내부에 저장되며, 내부에 미도시된 교반장치가 설치되어 있다.

2차용해조(4) 역시 1차용해조(3)와 마찬가지로 중량측정기, pH측정기 등이 설치될 수 있다.

더불어, 2차용해조(4) 역시 정량펌프(17)를 통해 제2버퍼용액저장조(18)가 연결되어 있다.

제2버퍼용액저장조(18) 내부에도 역시 생물학적 버퍼제가 저장되는 바, 정량펌프(17)를 통해 상기 생물학적 버퍼제를 2차용해조(4)에 공급하게 된다.

한편, 3차용해조(5)는 상기 2차용해조(4)에서 배출된 원료가 내부에 저장되며, 역시 내부에 교반장치가 설치될 수 있다.

더불어, 3차용해조(5)에는 함수율 및 고형분 함량을 측정할 수 있는 공지의 측정수단이 설치될 수 있다.

또, 3차용해조(5)에도 도 2에 도시된 바와 같이 제3버퍼용액저장조(19)가 정량펌프를 통해 연결되도록 구성될 수도 있다.

청수저장조(13)는 도시된 바와 같이 상기 1차용해조(3) 및 3차용해조(5)에 정량펌프(14)를 통해 연결되어 1차용해조(3)와 3차용해조(5)로 정량의 청수를 공급하도록 이루어져 있다.

마지막으로, 연속농축탈수시스템(6)은 상기 3차용해조(5)에서 배출되는 원료를 공급받아 연속농축 탈수시켜 탈수액과 탈수 슬러지를 분리 배출하도록 이루어져 있다.

또, 연속 농축시 1차는 고형분 15 중량% 내외, 2차는 고형분 25 중량% 내외, 3차는 고형분 35 중량% 내외가 되도록 3차에 걸쳐 연속 농축한다.

아울러, 연속농축탈수시스템(6)에서 배출되는 탈수액은 탈수액저장조(20)에 저장되며, 탈수액저장조(20)에 저장된 탈수액은 펌프(21)를 통해 유량조정조(22)로 공급된 후, 하수 연계처리 한다.

또, 연속농축탈수시스템(6)에서 분리되는 탈수 슬러지는 탈수슬러지저장조(7)에 저장된 후, 건조분말과 혼합하여 펠렛성형기(8)에서 펠렛 성형되고, 성형된 펠렛은 표면건조기(9) 및 저온열풍건조기(10)에서 연속적으로 표면 건조 및 저온 열풍 건조가 이루어진 후, 냉각시스템(11)에서 냉각된 후 건조물저장조(12)에 저장한다.

도 2에는 탈수 슬러지를 위한 설비의 구체적인 예가 도시되어 있는데, 연속농축탈수시스템(6)의 압착프레스에서 탈수된 탈수 슬러지는 탈수슬러지저장조(7)에 저장되고, 펠렛분쇄기(24)에서 분쇄된 펠렛과 탈수 슬러지가 혼합기(31)에서 혼합된 후 스크린(32)에서 이물질을 선별한 다음 펠렛성형기(8)에서 펠렛 성형되고, 대기공기가 유입되는 열교환기 방식의 표면건조기(9)에서 성형된 펠렛의 표면이 건조된 다음, 보일러(33) 등을 통해 가열된 공기를 이용하여 저온열풍건조기(10)에서 열풍 건조된 후, 대기공기를 유입하여 잔여 수분을 증발시키는 냉각시스템(11)에서 냉각된 후, 일부는 펠렛분쇄기(24)로 일부는 건조된 상태로 건조물저장조(12)에 저장된다.

이러한 처리 방식은 표면 건조와 냉각에 대기 공기를 활용하고, 펠렛 성형에만 최소한의 저온 열풍이 소요되기 때문에 유지에 소요되는 비용을 최소화할 수 있게 된다.

이하에서는 본 발명의 환원 수용액 제조를 이용한 슬러지 탈수 케익의 감량화 처리 방법에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명의 환원 수용액 제조를 이용한 슬러지 탈수 케익의 감량화 처리 방법은 크게 슬러지환원액제조단계, 슬러지수용액제조단계, 환원수용액제조단계 및 연속농축탈수단계를 포함하여 구성된다.

1. 슬러지환원액제조단계

슬러지환원액제조단계는 탈수케익을 환원하는 단계로, 하수 슬러지, 산업폐수 슬러지, 음식물쓰레기 폐수처리 슬러지 등 생물학적 처리를 완료하고 생산된 유기성 슬러지를 대상으로 탈수 처리가 완료된 슬러지 탈수 케익에 물과 생물학적 버퍼제를 정량 공급한 후 교반하여 슬러지 환원액을 제조한다.

보다 구체적으로는, 탈수가 완료되어 케익저장조(1)에 저장되어 있는 슬러지 탈수 케익을 정량펌프인 슬러지모노펌프(2)를 이용하여 중량측정기가 부착된 1차용해조(3)로 투입하여 중량을 측정한다.

그런 다음 중량측정기를 통해 측정된 중량에 따라 슬러지 탈수 케익과 물이 1 : 0.5 ~ 3.0의 중량비가 되도록, 청수저장조(13)로부터 정량펌프(14)를 이용하여 1차용해조(3)로 물을 공급한다.

이때, 투입하는 물(청수 또는 최종 하수처리 방류수)은 온도를 높이지 않고 상온조건의 것을 사용한다.

아울러, 제1버퍼용액저장조(16)로부터 정량펌프(15)를 이용하여 생물학적 버퍼제(biological buffer)를 공급한다.

이때, 생물학적 버퍼제의 공급량은 내부 pH가 5.0 ~ 6.5가 될 정도로 공급한다.

생물학적 버퍼제는 농도 약 0.1 M 내외가 되며, 투입하는 슬러지 케익의 발생 및 성상 조건, 계절에 따라 투입량이 달라질 수 있다.

생물학적 버퍼제의 공급이 끝난 후에는 교반장치를 이용하여 1차용해조(3) 내부를 60 ~ 2,400RPM으로 5분 내지 1시간 동안 교반하여 슬러지 환원액을 제조한다.

제조된 슬러지 환원액의 점도는 1.0 ~ 5.0(mPa-sec)가 되는 것이 바람직하다.

더불어, 교반이 완료된 상태에서 제조된 슬러지 환원액은 pH 6 ~ 8 정도가 됨이 바람직하다.

상기한 공정에 따라 슬러지가 함유하고 있는 미생물에 결착되어 있는 글라이코캘릭스(Glycocalyx)가 1차로 용해된다.

2. 슬러지수용액제조단계

상기 슬러지환원액에 생물학적 버퍼제를 정량 공급한 후 교반하여 슬러지 수용액을 제조한다.

보다 구체적으로, 1차용해조(3)에서 제조된 슬러지 환원액을 2차용해조(4)로 공급하고, 2차용해조(4)에 투입된 슬러지 환원액에 제2버퍼용액저장조(18)로부터 정량펌프(17)를 이용하여 생물학적 버퍼제를 공급하되, pH가 6.0 ~ 6.5가 되도록 조정한다.

이때 생물학적 버퍼(biological buffer) 용액투입량은 투입하는 슬러지 케익의 발생 및 성상 조건, 계절에 따라 투입량이 달라질 수 있다.

그런 다음 2차용해조(4) 내부를 60 ~ 2,400RPM으로 5분 내지 1시간 동안 교반하여 슬러지 수용액을 제조한다.

상기한 공정에 따라 슬러지 환원액에 함유된 미생물에 결착되어 있는 글라이코캘릭스(Glycocalyx)가 1차로 용해된다.

3. 환원수용액제조단계

고형물 함량 3 ~ 8중량%가 되도록 상기 슬러지수용액에 물(공정수)을 정량 첨가한 후 교반하여 환원 탈수케익 슬러지 수용액을 제조한다.

보다 구체적으로, 2차용해조(4)에서 제조된 슬러지 수용액을 3차용해조(5)로 공급하고, 3차용해조(5) 내부의 내용물이 고형물 함량 3 ~ 8중량%가 되도록 청수저장조(13)로부터 정량펌프(14)를 이용하여 물을 공급한다.

이어 3차용해조(5) 내부를 60 ~ 2,400RPM으로 5분 내지 1시간 동안 교반하여 환원 탈수케익 슬러지 수용액(Sludge Re-Constitute Solution)을 제조한다.

이러한 공정은 상기한 전단계에 이어 글라이코갤릭스의 용해가 가속화되어 이의 용해가 완료된다.

4. 연속농축탈수단계

글라이코캘릭스(Glycocalyx) 용해가 완료된 상기 환원 탈수케익 슬러지 수용액을 연속농축 탈수시켜 탈수액과 탈수 슬러지를 분리한다.

연속농축탈수단계에서 최종적으로 벨트 프레스로 탈수하며, 이때 제조되는 탈수 슬러지는 함수율 68 ~ 73% 정도가 되도록 한다.

분리된 탈수액은 도 1에 도시된 탈수액저장조(20)에서 급속 침전시켜 부유물질(SS : Suspended solids)의 95%이상을 제거한 후, 유량조정조(22)에 저장한 후 하수처리할 수 있다.

또, 분리된 탈수 슬러지는 탈수슬러지저장조(7)에 저장한 후, 건조 펠렛 분말과 혼합하여 펠렛성형기(8)를 이용하여 펠렛 성형한 다음, 대기 공기를 이용한 표면건조기(9)에서 표면 건조(pre-conditioning process)한 후, 저온열풍건조기(10)에서 저온 열풍 건조(drying process)시킨 다음 대기 공기를 이용한 냉각시스템(11)에서 냉각시켜 함수율 8 ~ 12%의 건조물을 제조하여 건조물저장조(12)에 저장하여 처리될 수 있다.

상기와 같이 글라이코갤릭스의 용해가 완료된 상태에서의 연속 농축 탈수 공정을 거침에 따라 용해된 글라이코갤릭스의 제거율이 극대화되는 바, 슬러지 탈수에 장애를 일으키는 물질 제거를 통해 탈수 효과가 극대화된다.

더불어, 종래의 압력 및 고온 가용화 기술에 비해 상온상태에서 공정이 이루어지는 바, 악취 유발율이 매우 낮을 뿐만 아니라 경제적이며, 최종적으로는 50% 내외의 슬러지 감량화를 달성시킬 수 있게 된다.

<실험예 1>

대조구(물) 및 두 종류의 미생물을 채취하여 배양한 다음, 원심분리 전, 후 및 버퍼용액 처리 후의 중량 변화를 관찰하여 표 1에 나타냈다.

버퍼용액은 소디움 사이트레이트(Sodium Citrate Buffer, 0.1M, pH 6.5)를 사용하였다.

구분	A	B	C	D
Control (대조구)	515 ml	0 mg	0 mg	0 mg
Microorganism A (S. bovis+혼합)	510 ml	2,205 mg	750 mg	590 mg
Microorganism B (Rumen fluid)	505 ml	1,890 mg	820 mg	450 mg

(A : 채취한 배양액 용량

B : 원신분리 후 상등액을 제거하고 잔유물 중량 측정

C : 버퍼용액으로 1차 처리하고, 원심분리 후 상등액을 제거하고 잔유물 중량 측정

D : 버퍼용액으로 2차 처리하고, 원심분리 후 상등액을 제거하고 잔유물 중량 측정)

미생물을 배양하면 미생물 자체가 자신을 보호하기 위한 물질을 생산하는데, 이러한 물질을 글라이코캘릭스(Glycocalyx)라 명명하고 있으며, 많은 수분을 보유하고 있고, 탈수에 어려움이 있는 물질이지만, 용해성이 높은 물질로서 알려져 있다.

표 1의 실험 결과에 따르면, 배양액을 원심분리 하였을 때에는 글라이코캘릭스(Glycocalyx)가 미생물과 같이 포함되어 있어서 중량이 증가된 것으로 나타났지만, 버퍼 용액으로 1차 및 2차로 처리하였을 때에는 중량이 크게 감소된 것으로 나타났다.

이는 글라이코캘릭스(Glycocalyx) 버퍼 용액(pH 6.5)을 투입하여 용해됨으로써 물질이 용출되었다는 것을 의미한다.

그럼으로써 슬러지의 발생량이 크게 줄어들고, 탈수가 매우 용이하게 이루어진다.

<실험예 2>

대조구(물) 및 두 종류의 미생물을 채취하여 24시간 동안 배양한 다음 원심분리 전 및 원심분리 후, 버퍼용액 처리 후의 흡광도(Optical density, 600 ㎚) 변화를 관찰하여 표 2에 나타냈다.

구분	A	B	C	D
Control (대조구)	0.01	0.01	0.01	0.0
Microorganism A (S. bovis+혼합)	1.52	0.89	0.45	0.32
Microorganism B (Rumen fluid)	1.29	0.91	0.49	0.35

(A : 채취 후 24시간 동안 배양한 배양액의 흡광도

B : 원신분리 후 상등액을 제거하고 버퍼용액을 첨가 직후의 흡광도

C : 버퍼용액으로 1차 처리하고, 원심분리 후 상등액을 제거한 후의 흡광도

D : 버퍼용액으로 2차 처리하고, 원심분리 후 상등액을 제거한 후의 흡광도)

미생물의 성장을 측정하기 위하여는 첨가한 버퍼 용액 내에 분산되어 있는 미생물의 흡광도를 측정(600 nm) 함으로써 상대적으로 알 수 있는데, 분산액 내에 흡광도에 영향을 미치는 물질, 즉 탁도를 증가시키는 물질이 존재할 경우, 마치 미생물의 성장이 크게 증가된 것으로 해석 할 수 있고, 다른 물질이 존재하고 있다는 것을 의미한다.

본 결과를 보면, 버퍼액 처리 회수가 증가되면 용해물질이 제거되고 그로인하여 흡광도가 감소하는 것을 볼 수 있다.

즉, 미생물을 버퍼액 처리하는 경우, 글라이코캘릭스(Glycocalyx)를 제거함으로써, 미생물체(cell body)는 그대로 존재하고 있음에도 불구하고 흡광도가 감소하는 것으로 나타나고 있다.

<실험예 3>

전술한 본 발명의 공정으로 슬러지 탈수 케익을 슬러지환원액제조단계, 슬러지수용액제조단계, 환원수용액제조단계, 연속농축탈수단계를 거쳐 함수율과 투입 전후의 중량을 측정하여 표 3에 나타냈다.

표에서 실험 대상은 각기 서로 다른 자치단체에서 제공된 서로 다른 슬러지 탈수 케익을 A군, B군으로 나타냈다.

이때 생물학적 버퍼제는 소이움 아세테이트 버퍼 0.1M(pH 6.5)를 사용하였다.

항 목	함수율(%)	투입량(kg)	탈수후 함수율(%)	탈수후 발생량 (kg)	감량률(%) ((A-B)*100/A
A 군	81.6	1.02(A)	70.3	0.54(B)	47.1
B 군	82.4	0.93(A)	68.2	0.44(B)	52.7

표 3에 나타나 있는 바와 같이 본 발명의 공정을 거친 슬러지 감량화 효율은 약 45 ~ 53 로 나타났는데, 이는 글라이콜릭스의 용해도 증가에 따른 감량효과와 이로 인한 슬러지 탈수효과 개선으로 인한 감량효과가 병행되어 나타난 것으로 상호간 큰 시너지 효과(synergy)로 나타난 것으로 예측된다.

본 발명은 수처리 과정 중에 하수슬러지나 음식물 쓰레기 폐수에서 발생되는 잉여오니의 감량화와 기타 유기성 폐수 오니의 감량화는 물론이고, 특히, 산업슬러지의 경우, 하수슬러지 발생량보다 훨씬 많은 바, 이를 처리하는데 있어서도 크게 기여할 것으로 예상된다.

아울러 본 발명은, 슬러지 감량화에 매우 효과적인 것으로, 국내는 물론 중국, 일본을 비롯한 아시아 지역과 아직까지 런던협약에 가입하지 않은 미국의 있어서도 슬러지를 처리하는데 많이 요구되는 기술로 예상된다.

1 : 케익저장조 2 : 슬러지모노펌프
3 : 1차용해조 4 : 2차용해조
5 : 3차용해조 6 : 연속농축탈수시스템
7 : 탈수슬러지저장조 8 : 펠렛성형기
9 : 표면건조기 10 : 저온열풍건조기
11 : 냉각시스템 12 : 건조물저장조
13 : 청수저장조 14 : 정량펌프
15, 17 : 정량펌프 16 : 제1버퍼용액저장조
18 : 제2버퍼용액저장조 19 : 제3버퍼용액저장조
20 : 탈수액저장조 21 : 펌프
22 : 유량조정조 24 : 펠렛분쇄기
31 : 혼합기 32 : 스크린
33 : 보일러

Claims

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슬러지 탈수 케익의 감량화 처리 방법에 있어서,
탈수가 완료된 슬러지 탈수 케익에 물과 생물학적 버퍼제를 정량 공급한 후 교반하여 슬러지 환원액을 제조하는 슬러지환원액제조단계와;
상기 슬러지환원액에 생물학적 버퍼제를 정량 공급한 후 교반하여 슬러지 수용액을 제조하는 슬러지수용액제조단계와;
고형물 함량 3 ~ 8중량%가 되도록 상기 슬러지수용액에 물을 정량 첨가한 후 교반하여 환원 탈수케익 슬러지 수용액을 제조하는 환원수용액제조단계와;
상기 환원 탈수케익 슬러지 수용액을 연속농축 탈수시켜 탈수액과 탈수 슬러지를 분리하는 연속농축탈수단계;를 포함하여 구성되되,
상기 슬러지환원액제조단계는,
탈수가 완료된 슬러지 탈수 케익을 케익저장조(1)로부터 슬러지모노펌프(2)를 이용하여 중량측정기가 부착된 1차용해조(3)로 투입하여 중량을 측정하고,
측정된 중량에 따라 탈수슬러지와 물이 1 : 0.5 ~ 3.0의 중량비가 되도록, 청수저장조(13)로부터 정량펌프(14)를 이용하여 1차용해조(3)로 물을 공급하며,
1차용해조(3) 내부의 탈수슬러지와 물의 혼합물에 제1버퍼용액저장조(16)로부터 정량펌프(15)를 이용하여 생물학적 버퍼제를 공급하며, pH가 5.0 ~ 6.5가 되도록 조정한 후,
1차용해조(3) 내부를 60 ~ 2,400RPM으로 5분 내지 1시간 동안 교반하여 슬러지 환원액을 제조하고,
상기 슬러지수용액제조단계는,
1차용해조(3)에서 제조된 슬러지 환원액을 2차용해조(4)로 공급하고, 2차용해조(4)에 투입된 슬러지 환원액에 제2버퍼용액저장조(18)로부터 정량펌프(17)를 이용하여 생물학적 버퍼제를 공급하고, pH가 6.0 ~ 6.5가 되도록 조정한 후,
2차용해조(4) 내부를 60 ~ 2,400RPM으로 5분 내지 1시간 동안 교반하여 슬러지 수용액을 제조하는 것을 특징으로 하는,
환원 수용액 제조를 이용한 슬러지 탈수 케익의 감량화 처리 방법.
제 3항에 있어서,
상기 환원수용액제조단계는,
2차용해조(4)에서 제조된 슬러지 수용액을 3차용해조(5)로 공급하고, 3차용해조(5) 내부의 내용물이 고형물 함량 3 ~ 8중량%가 되도록 청수저장조(13)로부터 정량펌프(14)를 이용하여 물을 공급한 후,
3차용해조(5) 내부를 60 ~ 2,400RPM으로 5분 내지 1시간 동안 교반하여 환원 탈수케익 슬러지 수용액을 제조하는 것을 특징으로 하는,
환원 수용액 제조를 이용한 슬러지 탈수 케익의 감량화 처리 방법.
제 4항에 있어서,
상기 연속농축탈수단계에서 분리된 탈수 슬러지를 펠렛 성형한 후, 펠렛을 표면 건조한 후, 저온 열풍건조한 다음 냉각시켜 함수율 8 ~ 12%의 건조물을 제조하는 것을 특징으로 하는,
환원 수용액 제조를 이용한 슬러지 탈수 케익의 감량화 처리 방법.
제 4항에 있어서,
상기 연속농축탈수단계에서 분리된 탈수액을 급속 침전 시스템을 거쳐 부유물질의 95% 이상 제거한 후, 유량조정 후 하수 처리하는 것을 특징으로 하는,
환원 수용액 제조를 이용한 슬러지 탈수 케익의 감량화 처리 방법.
슬러지 탈수 케익의 감량화 처리 설비에 있어서,
탈수가 완료된 슬러지 탈수 케익이 저장되는 케익저장조(1)와;
슬러지모노펌프(2)를 통해 상기 케익저장조(1)와 연결되어 상기 케익저장조(1)에 저장된 슬러지 탈수 케익이 정량 공급되며, 내부에 교반장치가 설치되어 있는 1차용해조(3)와;
내부에 생물학적 버퍼제가 저장되고, 정량펌프(15)를 통해 상기 생물학적 버퍼제를 1차용해조(3)에 공급하는 제1버퍼용액저장조(16)와;
상기 1차용해조(3)에서 배출된 원료가 내부에 저장되며, 내부에 교반장치가 설치되어 있는 2차용해조(4)와;
정량펌프(17)를 통해 상기 생물학적 버퍼제를 2차용해조(4)에 공급하는 제2버퍼용액저장조(18)와;
상기 2차용해조(4)에서 배출된 원료가 내부에 저장되며, 내부에 교반장치가 설치되어 있는 3차용해조(5)와;
상기 1차용해조(3) 및 3차용해조(5)에 정량펌프(14)를 통해 연결되어 1차용해조(3)와 3차용해조(5)로 정량의 청수를 공급하는 청수저장조(13)와;
상기 3차용해조(5)에서 배출되는 원료를 공급받아 연속농축 탈수시켜 탈수액과 탈수 슬러지를 분리 배출하는 연속농축탈수시스템(6);을 포함하여 구성된,
환원 수용액 제조를 이용한 슬러지 탈수 케익의 감량화 처리 설비.