KR101980011B1 - 슬러지 전처리 시스템 및 이의 운전방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마를 이용하여 호기성 슬러지 뿐만 아니라, 종래기술에서는 분해가 어려웠던 혐기성 슬러지까지 효율적으로 분해할 수 있는 플라즈마 발생장치 기반의 슬러지 분해시스템 및 이의 운전방법에 대한 것으로, 혐기성 소화조(70)의 전단, 혐기성 소화조(70), 또는 혐기성 소화조(70)의 후단 중 어느 2 군데 이상에서 플라즈마 기반의 슬러지 분해장치에 의해 슬러지가 분해되는 것을 특징으로 하는 슬러지 분해 시스템에 있어서, 상기 플라즈마 기반의 슬러지 분해장치는 혐기성 소화조(70)의 전단에서 폐슬러지 용존화량 증가 3000 mgCOD/L를 달성하기 위하여 플라즈마 비에너지 (specific energy) 4800 kJ/kgTS 이상, 혐기성 소화조(70)의 후단에서 고액분리조(80)에서 유출수와 분리되어 농축된 소화슬러지 용존화량 증가 3000 mgCOD/L를 달성하기 위하여 플라즈마 비에너지 6300 kJ/kgTS 이상인 것을 특징으로 한다.

Description

슬러지 전처리 시스템 및 이의 운전방법 {Sludge decomposition system and operating method of the same}
본 발명은 슬러지 전처리 시스템 및 이의 운전방법에 대한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용하여 호기성 슬러지 뿐만 아니라, 종래기술에서는 분해가 어려웠던 혐기성 슬러지까지 효율적으로 분해할 수 있는 플라즈마 발생장치 기반의 슬러지 분해시스템 및 이의 운전방법을 제공한다.
슬러지는 하수처리장의 하수처리과정에서 발생하는 2차 생성물로, 생활하수, 음폐수, 축산 분뇨 및 오수 중에 존재하는 미생물 및 미분해 유기물이 고형물로 수분과 함께 존재하는 형태로 정의될 수 있다. 상기 슬러지는 통상적으로 농축 및 소화과정을 거쳐 탈수 후 케이크형태로 만든 뒤 하수처리장 밖으로 이송처리되며, 이 과정에서 슬러지의 분해는 농축 및 소화공정을 통한 에너지 생성, 부피 절감과 직접적으로 관련된 중요한 성능인자로, 슬러지 처리 효율 및 비용의 측면에서 상당히 중요한 요소로 인식되고 있다. 이에 따라, 농축 및 소화과정 이전에 별도의 슬러지 전처리 공정이 구비되고 있으며, 상기의 전처리 공정에서는 열분해를 중심으로 슬러지를 전처리하여 소화와 같은 본 공정에서의 처리 효율 개선을 목적으로 운영되어왔다. 그러나, 전처리 공정을 통한 슬러지의 분해는 호기성 슬러지와 혐기성 슬러지에 따라 상당한 차이를 나타내며, 일례로, 혐기성 슬러지의 경우, 혐기성 소화과정 중 생성되는 세포의 고분자물질(extracellular polymeric substances, EPS)로 인해 분해가 어려우며, 미생물을 삼투압으로부터 보호하기 위해 단단한 층으로 구성된 미생물의 세포외벽 때문에, 혐기성 슬러지는 호기성 슬러지 대비 상대적으로 분해에 어려움이 있다. 소화조와 같은 본 공정에서 슬러지를 직접 처리하기 위해서는 소화조 내에서 20~30일이라는 장시간 머무르게 하거나 소화조의 크기를 늘려야하는 문제가 발생할 수 있으며, 이러한 문제를 해결하기 위하여 슬러지를 미생물에 물리, 화학, 생물학적 처리를 가함으로써 세포벽을 파괴하여 가수분해를 용이하게 만들 수 있는 전처리과정(sludge pre-treatment)이 다양하게 개발되어왔다. 상기와 같이 슬러지의 전처리과정으로 고분자 형태의 슬러지를 소화단계에서 이용하기 쉬운 저분자 상태로 전환함으로써 소화조의 효율을 극대화하는 방법으로 대한민국 등록특허 제10-1367765호에서는 액체내의 압력을 증기압 이하로 저하함에 따라 생성되는 캐비테이션현상을 이용하여 슬러지를 전처리하는 기술이 제안되었다. 또한, 대한민국 등록특허 제10-1651080호에서는 혐기조, 무산소조 및 호기조로 이루어진 생물학적 고도처리부를 통해 처리되어 배출된 하수의 슬러지에 액상 철산염을 가하여 미생물을 산화시킴으로써 가용성을 높이는 전처리 기술이 제시되었으며, 이외에도 일본공개특허 제2010-089023호에서는 호기성 미생물에 의해 처리된 슬러지에 전처리제(무기산, 유기산 및 알코올)를 첨가하여 슬러지 중의 미생물 점착력을 저하시킴과 동시에 미생물의 표피를 얇도록 하는 전처리 기술이 제시되었으며, 일본공개특허 제2006-326438호에서는 슬러지를 수산화나트륨 등의 알칼리 용액에 의해 가용화시키고, 가용화된 슬러지를 호알칼리성 미생물에 의해 소화시키는 전처리 기술이 제안되었다. 상기의 종래기술들에서는 캐비테이션 기술, 액상 철산염을 주입하여 미생물을 산화시키는 기술, 무기산, 유기산 및 알코올로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 전처리제를 이용하는 기술, 수산화나트륨 등의 알칼리 용액을 주입하고, 호알칼리성 미생물에 의해 슬러지를 소화시키는 기술들이 슬러지의 전처리를 위하여 사용되었으나, 상기 기술들은 모두 호기성 슬러지의 분해를 위하여 이용된 것이며, 혐기성 슬러지의 분해를 목적으로 구성되지 않았으며, 모두 슬러지의 전처리 구성에서 단 1회의 공정만으로 이루어져 슬러지의 전처리에 상당한 한계성을 나타내고 있었다. 특히, 하수처리공정은 미생물 기반으로 구성되어 미생물 슬러지 처리가 필수 구성요소임에도 불구하고, 호기성 미생물 슬러지 처리에만 국한되어 왔다. 이에 따라, 기존 하수처리공정에서 슬러지 전처리는 혐기성 소화조의 전단에만 위치하여 슬러지의 성상 및 하수처리공정의 환경에 유연하게 대처하면서 전처리를 가속화할 수 있는 시스템 구축이 이루어지지 않은 문제점이 있었다.
한국등록특허 제10-1367765호 한국등록특허 제10-1651080호 일본공개특허 제2010-089023호 일본공개특허 제2006-326438호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하여, 슬러지의 성상 및 하수처리공정의 운전환경에 유연하게 대처하면서 전처리를 가속화할 수 있는 슬러지 전처리 시스템 및 이의 운전방법을 제공하는 것에 목적을 두고 있다.
이와 관련하여, 호기성 미생물 슬러지와 혐기성 미생물 슬러지를 동시에 분해 처리할 수 있는 슬러지 분해 통합 시스템을 제공하는 것에 목적을 두고 있다.
또한, 슬러지 전처리 시스템을 구성해 왔던 종래의 열분해 기술 대비 에너지 소모율이 상대적으로 낮은 슬러지 분해 기술을 제공하는 것에 목적을 두고 있다.
또한, 본 발명에 따른 슬러지 전처리 시스템은 종래 1회의 슬러지 전처리 공정구성을 탈피하여, 유입하수의 성상 및 운전환경, 운전목표에 폭넓게 대응할 수 있는 슬러지 전처리 시스템 구축에 목적을 두고 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 슬러지 전처리 시스템은 혐기성 소화조의 전단, 혐기성 소화조, 또는 혐기성 소화조의 후단 중 어느 2 군데 이상에서 플라즈마 기반의 슬러지 분해장치에 의해 슬러지가 분해되는 것을 특징으로 하는 슬러지 분해 시스템에 있어서, 상기 플라즈마 기반의 슬러지 분해장치는 혐기성 소화조의 전단에서 폐슬러지 용존화량 증가 3000 mgCOD/L를 달성하기 위하여 플라즈마 비에너지 (specific energy) 4800 kJ/kgTS 이상, 혐기성 소화조의 후단에서 고액분리조에서 유출수와 분리되어 농축된 반송소화슬러지 용존화량 증가 3000 mgCOD/L를 달성하기 위하여 플라즈마 비에너지 6300 kJ/kgTS 이상인 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 플라즈마 기반의 슬러지 분해장치는 혐기성 소화조의 전단에서 폐슬러지 용존화량 증가 2000 mgCOD/L를 달성하기 위하여 플라즈마 비에너지 (specific energy) 3200 kJ/kgTS 이상, 혐기성 소화조의 후단에서 고액분리조에서 유출수와 분리되어 농축된 반송소화슬러지 용존화량 증가 2000 mgCOD/L를 달성하기 위하여 플라즈마 비에너지 4200 kJ/kgTS 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 슬러지 전처리 시스템의 상기 혐기성 소화조의 전단에서 플라즈마 기반의 슬러지 분해장치의 플라즈마 비에너지에 따른 용존화율은 수식 1의 관계를 가지는 것을 특징으로 한다.
(수식 1) △SCOD = 0.617SE (여기에서, △SCOD는 슬러지 용존화량 (mg/L), SE는 비에너지 (kJ/kgTS)를 나타낸다.)
또한, 본 발명에 따른 슬러지 전처리 시스템은 상기 혐기성 소화조의 후단에서 고액분리조에서 유출수와 분리되어 농축된 반송소화슬러지의 플라즈마 기반의 슬러지 분해장치의 플라즈마 비에너지에 따른 용존화율은 수식 2의 관계를 가지는 것을 특징으로 한다.
(수식 2) △SCOD = 0.475SE (여기에서, △SCOD는 슬러지 용존화량 (mg/L), SE는 비에너지 (kJ/kgTS)를 나타낸다.)
또한, 본 발명에 따른 슬러지 전처리 시스템에서 상기 혐기성 소화조의 전단 및 후단에서는 플라즈마 기반의 슬러지 분해장치에 의해 슬러지가 분해되며, 상기 혐기성 소화조의 내부에는 플라즈마 발생장치가 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 혐기성 소화조내 플라즈마 발생장치는 혐기성 소화조내 혐기성 슬러지가 침적되는 데드볼륨 영역내에 플라즈마를 방출할 수 있도록 구성되며, 상기 데드볼륨 영역은 2면 이상의 면이 교차하는 모서리로부터 상기 혐기성 소화조 직경의 50% 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 슬러지 전처리 시스템에서 상기 플라즈마 기반의 슬러지 분해 장치는 플라즈마 발생을 위한 전극 및 상기 전극에 전기를 공급하는 전원으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 슬러지 전처리 시스템의 운전방법은 농축 활성슬러지가 유입되는 1단계 ; 상기 농축 활성슬러지가 플라즈마 기반의 슬러지 분해 장치에서 분해되는 2단계 ; 분해된 농축활성슬러지가 혐기성 소화조로 유입되고 소화되는 3단계 ; 상기 혐기성 소화조에서 소화된 소화슬러지가 농축된 후 플라즈마 기반의 슬러지 분해 장치에서 분해되는 4단계를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 슬러지 전처리 시스템은 혐기성 소화조를 중심으로, 전단과 후단뿐만 아니라, 혐기성 소화조 자체에도 슬러지 분해 수단을 구비함으로써, 슬러지의 성상 및 하수처리공정의 운전환경에 유연하게 대처하면서 전처리를 가속화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 슬러지 전처리 시스템은 호기성 미생물 슬러지와 혐기성 미생물 슬러지를 동시에 분해 처리할 수 있으며, 슬러지 전처리 시스템을 구성해 왔던 종래의 열분해 기술 대비 에너지 소모율이 상대적으로 낮은 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 슬러지 전처리 시스템은 종래 1회의 슬러지 전처리 공정구성을 탈피하여, 유입하수의 성상 및 운전환경, 운전목표에 폭넓게 대응할 수 있는 슬러지 전처리 시스템을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 슬러지 전처리 시스템의 구성을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 슬러지 전처리 시스템의 플라즈마 방전 시의 전압과 전류의 변화를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 슬러지 전처리 시스템의 혐기성 소화조 전단에서의 비에너지별 용존화율 그래프를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 슬러지 전처리 시스템의 혐기성 소화조 및 혐기성 소화조 후단에서의 비에너지별 용존화율 그래프를 나타낸다.
이하, 본 발명에 따른 슬러지 전처리 시스템의 기술구성을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
본 출원에서 “포함한다”, “가지다” 또는 “구비하다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 슬러지 전처리 시스템을 나타낸 전체 구성도로 플라즈마 기반의 슬러지 분해장치가 혐기성 소화조(70)의 전단, 혐기성 소화조(70), 또는 혐기성 소화조(70)의 후단 중 어느 2군데 이상에 구성되며, 상기 플라즈마 발생기는 고전압을 인가하여 두전극 사이에 방전에 의한 전기장을 형성하며, 이때 강한 음파와 함께 충격파(shockwave)를 발생시켜, 미생물 세포에 충격을 가하여 단단한 세포벽을 파괴함으로써 슬러지를 전처리하게 된다. 이때, 본 발명에 따른 슬러지 전처리 시스템의 플라즈마 발생장치는 코로나 플라즈마, 아크 플라즈마, 유전체장벽 플라즈마 발생기 중 선택될 수 있고, 혐기성 소화조(70)의 전단에서 폐슬러지 용존화량 증가 3000 mgCOD/L를 달성하기 위하여 플라즈마 비에너지 (specific energy) 4800 kJ/kgTS 이상, 혐기성 소화조(70)의 후단에서 고액분리조(80)에서 유출수와 분리되어 농축된 소화슬러지 용존화량 증가 3000 mgCOD/L를 달성하기 위하여 플라즈마 비에너지 6300 kJ/kgTS 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 슬러지 전처리 시스템의 슬러지 분해장치는 2개 이상의 플라즈마 발생장치가 소정의 형상을 가진 반응기내에 설치되도록 구성된다. 이 경우, 상기의 플라즈마 발생장치는 상기 반응기내 상부, 하부 또는 측면에 모두 설치될 수 있으나, 슬러지가 이송되는 이송관로를 고려할 경우 하부 또는 측면에 설치되어 슬러지와 접촉시간을 확보하는 것이 바람직하다. 상기의 플라즈마 발생장치 기반의 슬러지 분해장치가 혐기성 소화조(70)의 전단에 설치될 경우, 그 전단에는 침전조, 호기조(30), 혼합조(50), 농축조(60)가 구성되며, 통상적으로 호기조(30)를 중심으로 전단에 1차 침전조(20), 후단에 2차 침전조(40)가 구성된다. 상기의 혼합조(50)에서 1차 침전조(20) 및 2차 침전조(40)에서 침전 제거되는 고형물이 혼합되며, 이후 농축조(60)를 통해 미생물 중심의 고형물의 농축이 이루어진다. 따라서, 본 발명에 따른 슬러지 전처리 시스템에서 상기의 플라즈마 발생장치 기반의 슬러지 분해장치가 혐기성 소화조(70)의 전단에 설치될 경우, 유입되는 슬러지의 성상은 호기조(30) 전단 및 후단에서 생성된 침강 고형물이 유입됨으로써, 호기성 미생물을 중심으로 슬러지가 형성된다. 상기의 호기성 미생물은 혐기성 미생물 대비 구성상 시토크롬계 효소를 가지고 있어 유기물을 분해하는 속도가 빨라 미생물의 분해가 상대적으로 용이한 바, 플라즈마 발생장치의 비에너지 (specific energy) 4800 kJ/kgTS 이상이 필요하다. 상기 수치는 호기성 미생물보다 상대적으로 분해가 어려운 혐기성 미생물에 대한 동일한 소화슬러지 용존화량 증가 3000 mgCOD/L를 달성하기 위하여 플라즈마 비에너지 6300 kJ/kgTS 이상인 것과 비교하여 상대적으로 낮은 수치이다.
상기에 기재된, 혐기성 소화조(70)의 전단과는 달리, 농축조(60) 후단에 위치하는 혐기성 소화조(70)의 경우, 무산소 조건에서 소화가 이루어지며, 따라서 호기성 미생물이 아닌, 혐기성 미생물을 중심으로 슬러지가 구성되어 호기성 미생물 기반의 슬러지 분해조건과는 상이한 조건에서 분해가 이루어져야 한다. 즉, 혐기성 미생물이 이용하는 대부분의 기질이 세포막으로 둘러싸여 있기 때문에 혐기성 미생물의 세포 효소로 유기물을 분해하는 체류시간이 길어 슬러지의 분해에 상당한 제약이 따르며, 분해 온도 및 분해 시간의 측면에서 상대적으로 높은 온도와 긴 분해시간이 필요하다. 상기의 분해 조건은 이미 일정수준의 소화온도를 구비하고 있는 혐기성 소화조(70) 자체의 내부조건과 소화온도 유지가 필요없는 혐기성 소화조(70)의 후단에서도 달라져야 하며, 이에 따라, 혐기성 소화조(70)의 후단에서 고액분리조(80)에서 유출수와 분리되어 농축된 소화슬러지 용존화량 증가 3000 mgCOD/L를 달성하기 위하여 플라즈마 비에너지 6300 kJ/kgTS 이상으로 설정되어야 한다. 상기 범위 이하일 경우 슬러지의 분해가 어려워지게 된다. 본 발명에 따른 슬러지 전처리 시스템에서 혐기성 소화조(70)내 구성되는 플라즈마 기반의 슬러지 분해장치(200)는 혐기성 소화조(70)내 혐기성 슬러지가 침적되는 데드볼륨 영역내에 플라즈마를 방출할 수 있도록 구성되며, 상기 데드볼륨 영역은 2면 이상의 면이 교차하는 모서리로부터 상기 혐기성 소화조(70) 직경의 50% 이하인 것을 특징으로 한다. 통상적으로 원형 또는 다각형과 같이 소정의 형상을 가지는 혐기성 소화조(70)는 그 내부에서 일정 수준의 유동순환을 발생시킨다고 해도, 상기 유동순환은 소화조 전체에서 지속적으로 일어나기에는 한계가 있으며, 모서리 등 특정영역에서는 슬러지와 같은 고형성분의 축적이 이루어질 수 밖에 없는 상황이 발생하게 된다. 본 발명에서는 상기와 같이 미흡한 유동순환으로 고형물이 침적되는 데드볼륨 영역은 소화조내 2면 이상의 면이 교차하는 모서리로부터 상기 반응조 직경의 50% 이하로 정의될 수 있다. 본 발명에 따른 슬러지 전처리 시스템에서는 혐기성 소화조(70)의 상기와 같은 데드볼륨 영역에 플라즈마 기반의 슬러지 분해장치를 구성함으로써, 데드볼륨 영역에 침적된 슬러지를 효과적으로 분해할 수 있는 특징을 가진다. 본 발명에 따른 슬러지 전처리 시스템에서 상기 플라즈마 기반의 슬러지 분해 장치는 플라즈마 발생을 위한 전극 및 상기 전극에 전기를 공급하는 전원으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 슬러지 전처리 시스템의 운전방법은 농축 활성슬러지가 유입되는 1단계, 상기 농축 활성슬러지가 플라즈마 기반의 슬러지 분해 장치에서 분해되는 2단계, 분해된 농축활성슬러지가 혐기성 소화조(70)로 유입되고 소화되는 3단계, 상기 혐기성 소화조(70)에서 소화된 소화슬러지가 고액분리조(80)에서 농축된 후 플라즈마 기반의 슬러지 분해 장치에서 분해되는 4단계를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 슬러지 전처리 시스템에서 슬러지의 용존화율은 슬러지의 분해율을 나타내는 것으로, 하수슬러지의 세포벽이 파괴되어 슬러지 세포내의 유기물이 용존화되는 것으로 정의될 수 있다. 통상적으로 슬러지의 용존화율은 분해온도 및 분해시간에 따라 영향을 받게 되며, 온도가 높아질수록 용존화율도 함께 높아지게 된다. 아래의 실시예는 본 발명에 따른 슬러지 전처리 시스템의 슬러지 분해율을 평가한 것으로, 온도에 따른 용존화율로 나타내었다.
실시예
하수량 20 L/d가 유입된 후, 1차 침전조(20) 및 호기성 반응조, 2차 침전조(40)에서 처리되었으며, 상기 1차 침전조(20) 및 2차 침전조(40)에서 배출된 침전고형물은 혼합된 후 농축조(60)를 거쳐 혐기성 소화조(70)를 통해 처리되었다. 상기 혐기성 소화조(70)의 전단, 혐기성 소화조(70) 및 혐기성 소화조(70)의 후단에 플라즈마 기반의 슬러지 분해장치가 설치되었으며, 수중 플라즈마 방전을 위하여 12상 AC 전력공급장치, 텅스텐과 세라믹으로 이루어진 모세관 형태의 양극, 백금으로 이루어진 음극으로 구성된 60 Hz의 방전 주기를 가지는 플라즈마 발생장치를 사용하였다. 도 2에 나타난 바와 같이 플라즈마 장치에 의하여 대략 1200 ~ 1400 V 의 방전 전압, 1.7 ~ 2.0 A 의 방전 전류를 가지는 플라즈마 방전이 슬러지 내에서 일어나는 것을 오실로스코프를 이용하여 측정하였다.
상기 하수 중 고형분 농도는 1.6%, 화학적 산소요구량(chemical oxygen demand, COD)은 17,000 mg/L 의 슬러지에 대하여, 플라즈마 처리를 하였으며, 용존성화학적산소요구량 (soluble COD, SCOD)를 측정하여 투입 에너지 대비 용존화율을 측정하였다. 상기 실시예에서 혐기성 소화조(70) 전단의 슬러지 분해장치는 농축조(60)와 혐기성 소화조(70)의 사이에 위치하며, 혐기성 소화조(70)내의 슬러지 분해장치는 혐기성 소화조(70)의 데드볼륨 영역에 위치하도록 구성되었다. 또한, 혐기성 소화조(70)의 후단에 위치한 슬러지 분해장치는 혐기성 소화조(70)와 배출구 사이에 위치하도록 구성되었다.
도 3은 본 발명에 따른 슬러지 전처리 시스템의 혐기성 소화조(70) 전단에서의 플라즈마 출력에너지별 용존화율 그래프를 나타낸다. 상기 혐기성 소화조(70)의 전단에서 플라즈마 기반의 슬러지 분해장치의 플라즈마 비에너지에 따른 용존화율은 수식 1의 관계를 가지는 것으로 나타났다.
(수식 1) △SCOD = 0.617SE (여기에서, △SCOD는 슬러지 용존화량 (mg/L), SE는 비에너지 (kJ/kgTS)를 나타낸다.)
도 4는 본 발명에 따른 슬러지 전처리 시스템의 혐기성 소화조(70)의 후단에서 고액분리조(80)에서 농축된 슬러지의 플라즈마 출력에너지별 용존화율 그래프를 나타낸다. 상기 혐기성 소화조(70) 및 혐기성 소화조(70)의 후단에서 플라즈마 기반의 슬러지 분해장치의 플라즈마 비에너지에 따른 용존화율은 수식 2의 관계를 가지는 것을 특징으로 하는 슬러지 전처리 시스템
(수식 2) △SCOD = 0.475SE (여기에서, △SCOD는 슬러지 용존화량 (mg/L), SE는 비에너지 (kJ/kgTS)를 나타낸다.)
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
10 : 하수 유입구 20 : 1차 침전조
30 : 호기조 40 : 2차 침전조
50 : 혼합조 60 : 농축조
70 : 혐기성 소화조
80 : 고액분리조
100 : 슬러지 전처리 장치 (혐기성 소화조 전단)
200 : 슬러지 전처리 장치 (혐기성 소화조)
300 : 슬러지 전처리 장치 (혐기성 소화조 후단)

Claims (8)

  1. 혐기성 소화조(70)의 전단, 혐기성 소화조(70), 또는 혐기성 소화조(70)의 후단 중 어느 2 군데 이상에서 플라즈마 기반의 슬러지 분해장치에 의해 슬러지가 분해되는 것을 특징으로 하는 슬러지 분해 시스템에 있어서,
    상기 플라즈마 기반의 슬러지 분해장치는 혐기성 소화조(70)의 전단에서 폐슬러지 용존화량 증가 3000 mgCOD/L를 달성하기 위하여 플라즈마 비에너지 (specific energy) 4800 kJ/kgTS 이상, 혐기성 소화조(70)의 후단에서 고액분리조(80)에서 유출수와 분리되어 농축된 소화슬러지 용존화량 증가 3000 mgCOD/L를 달성하기 위하여 플라즈마 비에너지 6300 kJ/kgTS 이상인 것을 특징으로 하는 슬러지 전처리 시스템
  2. 1항에 있어서, 상기 플라즈마 기반의 슬러지 분해장치는 혐기성 소화조(70)의 전단에서 폐슬러지 용존화량 증가 2000 mgCOD/L를 달성하기 위하여 플라즈마 비에너지 (specific energy) 3200 kJ/kgTS 이상, 혐기성 소화조(70)의 후단에서 고액분리조(80)에서 유출수와 분리되어 농축된 소화슬러지 용존화량 증가 2000 mgCOD/L를 달성하기 위하여 플라즈마 비에너지 4200 kJ/kgTS 이상인 것을 특징으로 하는 슬러지 전처리 시스템
  3. 1항에 있어서, 상기 혐기성 소화조(70)의 전단에서 플라즈마 기반의 슬러지 분해장치의 플라즈마 비에너지에 따른 용존화율은 수식 1의 관계를 가지는 것을 특징으로 하는 슬러지 전처리 시스템

    (수식 1) △SCOD = 0.617SE (여기에서, △SCOD는 슬러지 용존화량 (mg/L), SE는 비에너지 (kJ/kgTS)를 나타낸다.)
  4. 1항에 있어서, 상기 혐기성 소화조(70) 및 혐기성 소화조(70)의 후단에서 플라즈마 기반의 슬러지 분해장치의 플라즈마 비에너지에 따른 용존화율은 수식 2의 관계를 가지는 것을 특징으로 하는 슬러지 전처리 시스템

    (수식 2) △SCOD = 0.475SE (여기에서, △SCOD는 슬러지 용존화량 (mg/L), SE는 비에너지 (kJ/kgTS)를 나타낸다.)
  5. 1항에 있어서, 상기 혐기성 소화조(70)의 전단 및 후단에서는 플라즈마 기반의 슬러지 분해장치에 의해 슬러지가 분해되며, 상기 혐기성 소화조(70)의 내부에는 플라즈마 발생장치가 구성되는 것을 특징으로 하는 슬러지 전처리 시스템
  6. 5항에 있어서, 상기 혐기성 소화조(70)내 플라즈마 발생장치는 혐기성 소화조(70)내 혐기성 슬러지가 침적되는 데드볼륨 영역내에 플라즈마를 방출할 수 있도록 구성되며, 상기 데드볼륨 영역은 2면 이상의 면이 교차하는 모서리로부터 상기 혐기성 소화조(70) 직경의 50% 이하인 것을 특징으로 하는 슬러지 전처리 시스템
  7. 1항에 있어서, 상기 플라즈마 기반의 슬러지 분해 장치는 플라즈마 발생을 위한 전극 및 상기 전극에 전기를 공급하는 전원으로 구성되는 것을 특징으로 하는 슬러지 전처리 시스템
  8. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111302577A (zh) * 2019-12-13 2020-06-19 泰州明锋资源再生科技有限公司 一种酸洗污泥的等离子处理工艺
CN111635772A (zh) * 2020-06-04 2020-09-08 苏州同和环保工程有限公司 一种污泥干馏制生物炭的方法
KR102548576B1 (ko) * 2022-11-28 2023-06-28 주식회사 플라즈마홀딩스 플라즈마를 이용한 하폐수 처리공법 및 그것에 이용되는 하폐수 처리시스템

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005288277A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Sutai Rabo:Kk ゴミ処理装置およびゴミ処理方法
KR101374305B1 (ko) * 2012-09-04 2014-03-12 대림산업 주식회사 막결합 및 저강도 초음파가 조합된 혐기성 소화시스템
KR101682677B1 (ko) 2016-06-22 2016-12-05 유준혁 액상무기물 및 슬러지의 감량 장치 및 방법

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006326438A (ja) 2005-05-24 2006-12-07 Nissin Electric Co Ltd 汚泥処理装置及び汚泥処理方法
JP2010089023A (ja) 2008-10-09 2010-04-22 Suiwa:Kk 余剰汚泥の減容化方法
KR101126871B1 (ko) * 2010-02-05 2012-03-23 금강엔지니어링 주식회사 플라즈마 방전조를 구비한 하폐수 고도처리 시스템
KR101367765B1 (ko) 2012-05-21 2014-02-27 서울과학기술대학교 산학협력단 수리동력학적 캐비테이션을 이용한 슬러지 처리장치
KR101651080B1 (ko) 2015-07-31 2016-08-25 주식회사 우리종합기술 슬러지 소화조 전처리 과정이 포함된 하수 및 슬러지 자원화 처리시스템

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005288277A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Sutai Rabo:Kk ゴミ処理装置およびゴミ処理方法
KR101374305B1 (ko) * 2012-09-04 2014-03-12 대림산업 주식회사 막결합 및 저강도 초음파가 조합된 혐기성 소화시스템
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