KR102215482B1 - C4 이하의 알케인 용매를 이용한 하수 슬러지의 탈수방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 C4 이하의 알케인 용매를 이용한 하수 슬러지의 탈수방법에 관한 것이다. 더 상세히, 본 발명에서는 상온 및 대기압 조건에서는 기체 상태이며, 증기압 이상의 압력 조건에서는 액체 상태로 형성되는 C4 이하의 알케인을 유기 용매로 하여 하수 슬러지를 탈수함에 따라, 하수 슬러지의 탈수 효율이 현저히 우수하면서도 유기 용매의 회수율이 높아 경제성이 향상될 수 있다.
Description
본 발명은 C4 이하의 알케인 용매를 이용한 하수 슬러지의 탈수방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 부테인을 용매를 이용한 하수 슬러지의 탈수방법에 과한 것이다.
런던 협약에 따라 하수 슬러지의 해양 투기가 전면 금지됨에 따라, 하수 슬러지를 효율적으로 처리하기 위한 다양한 기술 개발이 요구되고 있다. 현재는, 고분자 응집제를 이용하여, 하수에 포함된 유기성 슬러지, 미생물 등의 유기물과 물을 덩어리로 응집 및 침전시킨 다음, 하수 슬러지를 원심분리기로 탈수한 뒤 육지에 매립하는 방법으로, 하수 슬러지를 처리하고 있다.
한편, 고분자 응집제로 형성된 슬러지 덩어리는 비중이 12 정도로 형성되는데, 이 경우에는 원심분리기를 이용한 기계적 탈수 공정을 실시하여도, 여전히 하수 슬러지 내 수분 함유량이 높은 문제가 있었다.
특히, 입자군(Microfloc)의 크기가 약 150 마이크로미터 미만인 슬러지 덩어리는, 모세관 현상에 의해 슬러지 덩어리 간의 결착이 발생되어, 슬러지 덩어리 사이의 수분이 잔존하게 되고, 미생물 외부의 최외각수가 쉽게 탈수되지 못하는 문제가 있었다. 또한, 원심분리 등 기계적 탈수 공정을 실시하여도 미생물 자체가 파괴되지는 않기 때문에, 미생물 내부의 결정수(체내수)가 쉽게 제거되지 못하고, 잔존하는 문제가 있었다.
즉, 고분자 응집제와 원심분리기를 이용한 기계적 탈수 공정을 실시하여도, 여전히 하수 슬러지의 수분 함유량이 높은 문제가 있어, 하수 슬러지를 재활용하거나 육지에 매립하기 위해서는, 추가 건조 공정을 거쳐야 하는 문제가 있었다. 통상적으로, 하수 슬러지의 수분 감량을 위해서는 열처리를 통한 건조가 실시되고 있는데, 이러한 경우에는 열처리 시설의 구비와 이를 운용하는 데에, 많은 비용과 에너지가 필요하여, 경제적이지 못한 문제가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 최근에는 하수 처리의 후단에 하수 슬러지의 수분 감량을 위한 다양한 설비들을 구비하고 있으며, 최근에는 유기 용매를 이용하여 하수 슬러지의 탈수를 위한 다양한 시도가 계속되고 있다.
일례로, 대한민국 공개특허 제10-2015-0056429호 및 대한민국 등록특허 제10-1827305호에서는 하수 처리로 형성된 유기성 슬러지와 유기 용매를 혼합하여, 유기물과 물의 분리를 촉진하면서도 미생물의 최외각수 및 결정수(체내수)의 분리를 용이하게 함으로써, 슬러지의 수분 감량을 실시하고 있다. 특히, 대한민국 공개특허 제10-2015-0056429호에서는 C5 이상의 유기 용매를 사용하고 있고, 대한민국 등록특허 제10-1827305호에서는 펜탄과 펜탄의 이성질체를 유기 용매로 사용하고 있으며, 이들 유기 용매는 모두 상온 및 대기압 조건에서 액체 상태를 유지한다.
그러나, 상기 특허에 개시된 바에 따르면, 수분이 감량된 하수 슬러지 또는 하수 슬러지로에서 분리된 물로부터 유기 용매를 분리 및 회수하는 하는 공정이 반드시 실시되어야 함에 따라, 여전히 공정이 복잡하며, 긴 시간이 소요되는 문제가 있었다.
뿐만 아니라, 이러한 경우 유기 용매를 분리하는 과정에서 유기 용매와 유기물, 미생물 또는 물 등의 분리가 용이하지 못하여, 유기 용매의 회수율이 낮은 문제가 있었다. 이에 따라, 탈수된 하수 슬러지 내에 유기 용매가 잔류하여 각종 환경 문제를 발생시켰으며, 낮은 회수율로 인해 하수 슬러지를 처리할 시, 계속해서 새로운 유기 용매를 추가 사용해야함에 따라, 비용이 증가되는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 유기 용매를 이용하여 하수 슬러지를 탈수하되, 상기 유기용매로, 상온 및 증기압 이상의 압력에서는 액체 상태를 유지하며, 상온 및 대기압에서는 기체 상태로 상변화하는 C4 이하의 알케인 용매를 이용함으로써, 하수 슬러지 탈수 효율을 현저히 향상시키면서도 유기 용매의 회수율이 우수한, 하수 슬러지의 탈수 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 목적은 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 C4 이하의 알케인 용매를 이용하여 물, 미생물 및 유기물을 포함하는 하수 슬러지 탈수하는 방법으로서, 하수 슬러지의 농도를 조절하는 제1단계; 상기 농도가 조절된 하수 슬러지와 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매를, 제1내부압력으로 유지되는 제1탈수반응기 내부에 투입한 후 반응시켜, 상기 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매에 상기 하수 슬러지의 미생물 및 유기물을 흡착시키는 제2단계; 상기 미생물 및 유기물이 흡착된 상기 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매를 상기 제1탈수반응기로부터 회수한 후, 제1내부압력으로 유지되는 제2탈수반응기로 이동시켜, 상기 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매와 상기 미생물 및 유기물을 반응시키는 제3단계; 상기 제2탈수반응기의 내부압력을 제1내부압력 보다 낮은 제2내부압력으로 조절하여, 상기 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매를 기화시키는 제4단계; 및 상기 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매가 기화되고 남은 미생물 및 유기물을 포함하는 고형물을 회수하는 제5단계;를 포함하되, 상기 C4 이하의 알케인 용매는 상기 제1내부압력에서는 액체 상태이며, 상기 제2내부압력에서는 기체 상태인, C4 이하의 알케인 용매를 이용한 하수 슬러지의 탈수방법을 제공한다.
상기 제1단계에서는 상기 하수 슬러지의 MLSS 농도를 3,500 ~ 6,000 ppm으로 조절할 수 있다.
상기 C4 이하의 알케인 용매는 메테인, 에테인, 프로페인, 노말-뷰테인 및 아이소-뷰테인으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 제1내부압력은 20 ℃ 조건에서 2 ~ 3.5 kgf/cm2 인 것일 수 있다.
상기 제2내부압력은 20 ℃ 조건에서 1 ~ 1.5 kgf/cm2 인 것일 수 있다.
상기 제2단계에서는 상기 하수 슬러지 100 중량부에 대해 상기 C4 이하의 알케인 용매 0.01 ~ 5 중량부를 포함할 수 있다.
상기 제2단계에서는 상기 하수 슬러지 100 중량부에 대해 비이온성 계면활성제를 0.001 ~ 1 중량부로 더 투입할 수 있다.
상기 비이온성 계면활성제는 폴리옥시알킬렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌알킬아릴에테르 및 폴리옥시에틸렌스티릴페닐에테르를 포함할 수 있다.
상기 제4단계에서 기화된 상기 C4 이하의 알케인 용매는 회수 및 액화되어, 상기 제2단계의 상기 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매로 재사용되는 것일 수 있다.
상기 제5단계에서 회수되는 고형물은 수분 함유량(%)이 10 미만인 것일 수 있다.
상기 제1단계 내지 제5단계를 적어도 1회 이상 반복할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상온 및 증기압 이상의 압력에서는 액체 상태이되, 상온 및 대기압 조건에서는 기체 상태로 상 변화하는 C4 이하의 알케인을 용매로 이용하여, 하수 슬러지를 탈수함으로써, 하수 슬러지의 탈수 효율을 현저히 향상시킬 수 있다.
또한, 종래와 달리 하수 슬러지 또는 하수 슬러지에서 분리된 물로부터 용매를 분리하기 위한 추가 공정이 불필요함에 따라, 간단한 공정으로 단 시간 내에 하수 슬러지의 탈수를 실시할 수 있다. 뿐만 아니라, 상온 조건에서 내부압력을 대기압으로 낮춰주는 간단한 조작만으로도 용매의 분리 및 회수가 용이한 바, 고순도의 용매를 고효율로 회수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라, C4 이하의 알케인 용매를 이용하여 하수 슬러지를 탈수하는 방법의 흐름을 도시한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.
본 발명의 명세서 및 청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 명세서 전체에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 명세서 전체에 있어서, "A 및/또는 B"는, A 또는 B, 또는 A 및 B를 의미한다.
본 발명의 명세서 전체에 있어서, "상온"은 "20 ± 5 ℃ 일 수 있으며, 구체적으로는 20 ℃"를 의미하는 것일 수 있다.
이하에서 본 발명을 구체적으로 설명하였으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서는 C4 이하의 알케인 용매를 이용하여 물, 미생물 및 유기물을 포함하는 하수 슬러지 탈수하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서는 제1내부압력에서는 액체 상태이며, 제2내부압력에서는 기체 상태인 C4 이하의 알케인 용매를 이용하여 물, 미생물 및 유기물을 포함하는 하수 슬러지 탈수하는 방법으로서, 하수 슬러지의 농도를 조절하는 제1단계; 상기 농도가 조절된 하수 슬러지와 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매를, 제1내부압력으로 유지되는 제1탈수반응기 내부에 투입한 후 반응시켜, 상기 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매에 상기 하수 슬러지의 미생물 및 유기물을 흡착시키는 제2단계; 상기 미생물 및 유기물이 흡착된 상기 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매를 상기 제1탈수반응기로부터 회수한 후, 제1내부압력으로 유지되는 제2탈수반응기로 이동시켜, 상기 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매와 상기 미생물 및 유기물을 반응시키는 제3단계; 상기 제2탈수반응기의 내부압력을 제1내부압력 보다 낮은 제2내부압력으로 조절하여, 상기 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매를 기화시키는 제4단계; 및 상기 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매가 기화되고 남은 미생물 및 유기물을 포함하는 고형물을 회수하는 제5단계;를 포함하는, 하수 슬러지의 탈수방법을 제공한다.
구체적으로, 본 실시예에서는 상온 및 증기압 이상의 압력 조건에서는 액체 상태를 유지하되, 상온 및 대기압 조건에서는 기체 상태로 상변화하는 C4 이하의 알케인을 용매로 하여, 하수 슬러지의 탈수를 실시함으로써, 하수 슬러지의 탈수 효율이 현저히 우수하면서도 유기 용매의 회수율이 높은, 하수 슬러지의 탈수 방법을 제공한다.
본 실시예에서 C4 이하의 알케인을 용매로 하여 하수 슬러지를 탈수한다는 것은, C4 이하의 알케인 용매로 하수 슬러지 내에 함유된 유기물 및 미생물을 선택적으로 흡착하여, 물과 분리함으로써, 하수 슬러지의 수분을 감량시키는 것을 의미할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
(1)하수 슬러지의 농도를 조절하는 제1단계;
본 실시예의 제1단계에서는 하수 슬러지의 혼합액 평균 부유물 농도인 MLSS(Mixed liquor suspended solid) 농도를 조절할 수 있다. 본 실시예의 제1단계에서는 하수 슬러지의 MLSS 농도를 3,500 ~ 6,000 ppm, 구체적으로는 4,000 ~ 5,500 ppm, 더 구체적으로는 5,000 ~ 5,500 ppm 으로 조절할 수 있다.
만약, 본 실시예의 제1단계에서 하수 슬러지의 MLSS 농도를 3,500 ppm 미만으로 조절할 경우에는, 하수 슬러지의 MLSS 농도가 3,500 ~ 6,000 ppm 인 경우 보다, 동량의 하수 슬러지를 처리하는 데에 긴 시간이 소요되어 경제성이 저하될 수 있다.
반면, 본 실시예의 제1단계에서 하수 슬러지의 MLSS 농도를 6,000 ppm 초과로 조절할 경우에는, 하수 슬러지의 MLSS 농도가 3,500 ~ 6,000 ppm 인 경우 보다, 하수 슬러지 내 유기물 및 미생물과 유기 용매의 선택적 흡착이 어려워져, 하수 슬러지의 탈수 효율 및 유기 용매의 회수 효율이 저하될 수 있다.
본 실시예의 제1단계에서 하수 슬러지의 MLSS 농도가 3,500 ppm 미만인 경우에는, 고농도의 하수 슬러지를 더 투입함으로써, MLSS 농도를 높일 수 있다. 또한, 본 실시예의 제1단계에서 하수 슬러지의 MLSS 농도가 6,000 ppm을 초과한 경우에는, 하수 슬러지에 물을 더 투입하여, MLSS 농도를 낮출 수 있다.
본 실시예의 제1단계에서 하수 슬러지의 MLSS 농도를 조절하기 위해 투입되는 물로는, 상수도를 통해 공급된 물을 사용할 수 있고, 본 실시예의 제1단계 내지 제5단계를 거치면서 하수 슬러지로부터 분리된 물을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
(2)상기 농도가 조절된 하수 슬러지와 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매를, 제1내부압력으로 유지되는 제1탈수반응기 내부에 투입한 후 반응시켜, 상기 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매에 상기 하수 슬러지의 미생물 및 유기물을 흡착시키는 제2단계;
본 실시예의 제2단계에서는 제1내부압력으로 유지되는 제1탈수반응기 내부에 상기 제1단계에서 MLSS 농도가 3,500 ~ 6,000 ppm으로 조절된 하수 슬러지와 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매를, 투입한 후 반응시킴으로써, 상기 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매로 상기 하수 슬러지의 미생물 및 유기물을 흡착할 수 있다.
본 실시예에서는 C4 이하의 알케인을 유기 용매로 사용하며, 상기 C4 이하의 알케인 용매는 상온 및 증기압 이상의 압력에서는 액체 상태이되, 상온 및 대기압 조건에서는 기체 상태로 상 변화하는 특성을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 C4 이하의 알케인 용매는 메테인, 에테인, 프로페인, 노말-뷰테인 및 아이소-뷰테인으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 특히, 유기 용매는 탄소사슬이 짧을수록 미생물 및 유기물과의 흡착이 효율이 우수한 바, C5 이상의 탄소사슬을 포함하는 유기 용매를 사용하였던 종래 기술과 달리, 본 실시예에서는 C4 이하의 알케인을 용매로 포함함에 따라, 하수 슬러지 내에서 미생물과 유기물에 대한 흡착 효율이 더욱 우수할 수 있다.
구체적으로, 본 실시예의 C4 이하의 알케인 용매는 노말-뷰테인 및 아이소-뷰테인으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
더 구체적으로, 본 실시예의 C4 이하의 알케인 용매는 노말-뷰테인 및 아이소-뷰테인을 함께 포함할 수 있다. 특히, C4 로 동일한 탄소수를 가지나, 직렬 구조의 노말-뷰테인과 사슬 구조의 아이소-뷰테인을 혼합하여 사용함으로써, 상기 용매의 유기물 및 미생물 흡착 효과는 더욱 우수할 수 있다. 특히, 아이소-뷰테인은 사슬 구조로 형성되어, 유기물 및 미생물의 흡착 효과는 더욱 우수할 수 있다. 이에 따라, 하수 슬러지의 탈수 효율 및 C4 이하의 알케인 용매의 회수 효율은 더욱 향상될 수 있다.
더욱 구체적으로, 본 실시예의 C4 이하의 알케인 용매는 노말-뷰테인 및 아이소-뷰테인을 1 : 3 ~ 4 의 중량비로 포함할 수 있다. 특히, 본 실시예의 C4 이하의 알케인 용매로 노말-뷰테인 및 아이소-뷰테인을 1 : 3 ~ 4 의 중량비로 포함할 때, 하수 슬러지의 탈수 효율 및 C4 이하의 알케인 용매의 회수 효율이 현저히 우수할 수 있다.
이에 따라, 상기 제1내부압력은 상온 조건에서 상기 C4 이하의 알케인 용매가 액체 상태를 유지할 수 있도록, 상기 C4 이하의 알케인 용매의 증기압과 같거나 증기압 보다 높은 압력일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1내부압력은 20 ℃ 조건에서 2 ~ 3.5 kgf/cm2 일 수 있다.
예를 들어, 상온 조건에서 노말-뷰테인의 증기압은 약 2.10 kgf/cm2 이므로, 용매로서 노말-뷰테인을 사용한 경우, 제1내부압력은 약 2.10 kgf/cm2 과 같거나, 그 이상의 압력으로 형성될 수 있다.
또한, 상온 조건에서 아이소-뷰테인의 증기압은 약 3.10 kgf/cm2 이므로, 용매로서 아이소-뷰테인을 사용한 경우, 제1내부압력은 약 3.10 kgf/cm2 과 같거나, 그 이상의 압력으로 형성될 수 있다.
또한, 상온 조건에서 노말-뷰테인과 아이소-뷰테인을 함께 용매로 사용한 경우, 제1내부압력은 노말-뷰테인과 아이소-뷰테인이 모두 액체 상태로 존재할 수 있도록, 약 3.10 kgf/cm2 과 같거나, 그 이상의 압력으로 형성될 수 있다.
단, 노말-뷰테인과 아이소-뷰테인은 특별한 화학적 조작 없이 물리적으로 혼합되어 있는 바, 노말-뷰테인의 증기압과 아이소-뷰테인의 증기압은 상기와 동일하다. 이에 따라, 노말-뷰테인과 아이소-뷰테인을 혼합한 후, 이를 아이소-뷰테인의 증기압 이상의 압력 조건에 노출시킬 경우, 노말-뷰테인과 아이소-뷰테인은 모두 액체 상태로 존재할 수 있다.
또한, 노말-뷰테인과 아이소-뷰테인을 혼합한 후, 이를 상온 및 아이소-뷰테인 증기압 이상의 압력 조건에서, 압력을 낮추어, 상온 및 대기압 조건에 노출시킬 경우, 증기압이 높은 아이소-뷰테인이 먼저 기화하고, 그 다음으로 노말-뷰테인이 기화될 수 있다.
상기 제2내부압력은 상온 조건에서 C4 이하의 알케인 용매가 기체 상태를 유지할 수 있도록, 상기 C4 이하의 알케인 용매의 증기압 보다 낮을 수 있다. 구체적으로, 상기 제2내부압력은 상온 조건에서 1 ~ 1.5 kgf/cm2 일 수 있다. 더 구체적으로, 상기 제2내부압력은 상온 조건의 대기압일 수 있다.
한편, 상기와 같이 하수 슬러지와 용매를 반응시키면, 비중 차이에 의해, 제1탈수반응기에서 1 미만의 비중을 가지는 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매가 상부에 위치되고, 상기 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매 보다 비중이 높은 물이 하부에 위치될 수 있다.
더 상세히, 상온 조건에서 액체 상태의 프로판 비중은 0.501 이며, 액체 상태의 노말-뷰테인 비중은 0.579이고, 액체 상태의 아이소-뷰테인 비중은 0.557 이므로, 물 보다 비중이 낮다. 이에 따라, 상기 액체 상태의 프로판, 노말-뷰테인, 아이소-뷰테인 등 C4 이하의 알케인 용매는 물의 상부에 위치될 수 있다.
이에, 본 실시예의 제2단계에서는 상부에 위치된 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매를 분리 및 회수한 후, 하부에 위치된 물을 제거함으로써, 하수 슬러지의 수분을 1차 감량할 수 있다. 특히, 본 실시예에 따를 경우, 비중 차이에 의해 상부에 위치되는 액체 상태의 C4 알케인 용매를 분리 및 회수하는 간단한 조작만으로도, 유기 용매와 물을 분리할 수 있어, 단 시간 내에 다량의 하수 처리가 가능할 수 있다.
또한, 본 실시예의 제2단계에서 제1탈수반응기에 남은 물은 버려지거나, 제1단계에서 하수 슬러지의 농도를 조절하기 위한 공정수로 재사용할 수 있다.
본 실시예의 제2단계에서는 하수 슬러지와 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매를 혼합하되, 상기 하수 슬러지 100 중량부에 대해 상기 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매를 0.01 ~ 5 중량부, 구체적으로는 0.015 ~ 4 중량부, 더 구체적으로는 0.02 ~ 3 중량부로 포함할 수 있다.
만약, 본 실시예의 제2단계에서 상기 하수 슬러지 100 중량부에 대해 상기 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매를 0.01 중량부 미만으로 포함할 경우에는, 하수 슬러지 100 중량부에 대해 상기 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매를 0.01 ~ 5 중량부로 포함하는 경우 보다, 하수 슬러지의 탈수 효율 및 C4 이하의 알케인 용매의 회수 효율이 저하될 수 있다.
반면, 본 실시예의 제2단계에서 상기 하수 슬러지 100 중량부에 대해 상기 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매를 5 중량부 초과로 포함할 경우에는, 하수 슬러지 100 중량부에 대해 상기 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매를 0.01 ~ 5 중량부로 포함하는 경우 보다, 하수 슬러지의 탈수 효율 및 C4 이하의 알케인 용매의 회수 효율의 향상 정도가 미미하여 경제적이지 못할 수 있다.
또한, 본 실시예의 제2단계에서는 상기 하수 슬러지와 상기 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매를 반응시키기 전에, 상기 하수 슬러지와 비이온성 계면활성제를 먼저 혼합 및 반응시킬 수 있다. 특히, 본 실시예에서는 하수 슬러지와 C4 이하의 알케인 용매의 반응 전에, 하수 슬러지와 비이온성 계면활성제를 먼저 혼합하여 반응시킴으로써, C4 이하의 알케인 용매를 이용한 미생물 및 유기물의 흡착 효율을 더 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 하수 슬러지의 탈수 효율은 더 향상될 수 있다.
본 실시예의 비이온성 계면활성제는 폴리옥시알킬렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌알킬아릴에테르 및 폴리옥시에틸렌스티릴페닐에테르를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 폴리옥시알킬렌알킬에테르는 폴리옥시에틸렌라우릴에테르, 폴리옥시에틸렌세틸에테르, 폴리옥시에틸렌스테아릴에테르 및 폴리옥시에틸렌올레일에테르로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리옥시알킬렌알킬에테르는 폴리옥시에틸렌라우릴에테르일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 폴리옥시에틸렌알킬아릴에테르는 폴리옥시에틸렌노닐페릴에테르 및 폴리옥시에틸렌옥틸페닐에테르로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리옥시에틸렌알킬아릴에테르는 폴리옥시에틸렌노닐페릴에테르일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
구체적으로, 본 실시예의 비이온성 계면활성제는 폴리옥시알킬렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌알킬아릴에테르 및 폴리옥시에틸렌스티릴페닐에테르를 1 : 1 ~ 4 : 0.1 ~ 2 의 중량비로 포함할 수 있다.
더 구체적으로, 본 실시예의 비이온성 계면활성제는 폴리옥시알킬렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌알킬아릴에테르 및 폴리옥시에틸렌스티릴페닐에테르를 1 : 2 ~ 3 : 1 ~ 1.5 의 중량비로 포함할 수 있다. 특히, 본 실시예의 비이온성 계면활성제가 폴리옥시알킬렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌알킬아릴에테르 및 폴리옥시에틸렌스티릴페닐에테르를 1 : 2 ~ 3 : 1 ~ 1.5 의 중량비로 포함할 때, 하수 슬러지의 탈수 효율은 현저히 향상될 수 있다.
본 실시예의 제2단계에서는 상기 하수 슬러지 100 중량부에 대해 상기와 같은 비이온성 계면활성제를 0.001 ~ 1 중량부, 구체적으로는 0.005 ~ 0.7 중량부, 더 구체적으로는 0.01 ~ 0.5 중량부로 포함할 수 있다.
만약, 본 실시예의 제2단계에서 상기 하수 슬러지 100 중량부에 대해 상기와 같은 비이온성 계면활성제를 0.001 중량부 미만으로 포함할 경우에는, 비이온성 계면활성제를 0.001 ~ 1 중량부로 포함하는 경우 보다, 하수 슬러지의 탈수 효율이 저하될 수 있다. 반면, 본 실시예의 제2단계에서 상기 하수 슬러지 100 중량부에 대해 상기와 같은 비이온성 계면활성제를 1 중량부 초과로 포함할 경우에는, 비이온성 계면활성제를 0.001 ~ 1 중량부로 포함하는 경우 보다, 하수 슬러지의 탈수 효율 및 유기 용매의 회수 효율이 저하될 수 있다.
한편, 종래에는 하수 슬러지의 MLSS 농도가 5,000 ppm을 초과할 경우, 하수 슬러지의 탈수 효율 및 용매의 회수율이 현저히 저하되는 문제가 있었으나, 본 실시예에서는 하수 슬러지의 탈수에 있어서, 상온 및 증기압 이상의 압력조건에서는 액체 상태이며, 상온 및 대기압 조건에서는 기체 상태로 상변화하는 C4 이하의 알케인 용매를 사용하면서도, 상기 하수 슬러지와 용매의 반응에 앞서, 하수 슬러지를 비이온성 계면활성제와 반응시키는 조작을 실시함으로써, MLSS 농도가 5,000 ppm 이상인 경우에도, 우수한 하수 슬러지의 탈수 효율 및 용매 회수율의 특성을 구현해낼 수 있다.
(3)상기 미생물 및 유기물이 흡착된 상기 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매를 상기 제1탈수반응기로부터 회수한 후, 제1내부압력으로 유지되는 제2탈수반응기로 이동시켜, 상기 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매와 상기 미생물 및 유기물을 반응시키는 제3단계;
본 실시예의 제3단계에서는 상기 제2단계에 따라, 미생물 및 유기물이 흡착된 상기 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매를 상기 제1탈수반응기로부터 회수한 후, 제1내부압력으로 유지되는 제2탈수반응기로 이동시켜, 상기 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매와 상기 미생물 및 유기물을 반응시킬 수 있다. 이때, 상기 제2단계 및 상기 제3단계를 실시함에 있어, 제1탈수반응기 및 제2탈수반응기의 내부 압력을 C4 이하의 알케인 용매가 액체 상태로 유지될 수 있도록, 상기 C4 이하의 알케인 용매의 증기압 보다 높은 제1내부압력으로 계속해서 유지할 수 있다. 또한, 제1탈수반응기에서 제2탈수반응기로 C4 이하의 알케인 용매를 이동시키는 과정에서 용매의 기화가 발생되지 않도록, 이동 과정에 사용되는 반응기 또는 관 등의 내부압력을 제1내부압력과 동일하게 유지할 수 있다.
더 상세히, 본 실시예의 제3단계에서는 미생물 및 유기물이 흡착된 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매를 제1내부압력으로 유지되는 제2탈수반응기로 이동시킨 뒤, 이를 상온에서 약 5 ~ 20 분간 교반함으로써, 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매와 상기 미생물 및 유기물을 반응시킬 수 있다.
이에 의해, 미생물의 외부에 위치된 최외각수가 분리되며, 입자군(Microfloc)의 크기가 150 마이크로미터 미만인 유기물 덩어리 간의 결착에 의해 잔존하였던 물이 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매가 미생물의 내부로 침투되어, 미생물을 파괴시킴으로써, 미생물 내부의 물까지 외부로 방출 및 분리할 수 있다,
특히, 상기와 같이, 미생물의 체내수 및 최외각수와 입자군의 크기가 150 마이크로미터 미만인 유기물 덩어리 간의 결착에 의해 잔존하였던 물은, 원심분리와 같이 종래의 기계적 탈수 공정을 실시하여도 제거가 용이하지 않았으나, 본 실시예에서는 탄소 사슬이 짧아 유기물의 흡착 효과가 우수한 C4 이하의 알케인 용매를 사용하여 이를 분리함으로써, 하수 슬러지의 탈수 효율을 향상시킬 수 있다.
즉, 본 실시예에서는 제2단계에 따라 하수 슬러지로부터 1차로 물을 제거한 후, 제3단계에 따라 하수 슬러지 중에서도 미생물과 입자군이 150 마이크로미터인 유기물 덩어리로부터 2차로 물을 제거함으로써, 하수 슬러지의 탈수 효율을 현저히 향상시킬 수 있다.
또한, 상기에 따라 제2탈수반응기 내에서 분리된 물은, 액체 상태인 C4 알케인 용매 보다 비중이 높은 바, 제2탈수반응기의 상부에는 액체 상태인 C4 알케인 용매가 위치되며, 하부에는 유기물 및 미생물로부터 분리된 물이 위치될 수 있다. 이에 따라, 본 실시예의 제3단계에서는 제2탈수반응기의 하부에 위치된 물을 분리 및 회수하여, 버리거나 제1단계에서 하수 슬러지의 농도 조절을 위한 공정수로 재사용할 수 있다.
(4)상기 제2탈수반응기의 내부압력을 제1내부압력 보다 낮은 제2내부압력으로 조절하여, 상기 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매를 기화시키는 제4단계;
본 실시예의 제4단계에서는 제3단계에 따라 유기물 및 미생물과 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매를 반응시킨 후, 유기물 및 미생물로부터 분리된 물을 회수 및 제거한 다음, 상기 제2탈수반응기의 내부압력을 제1내부압력 보다 낮은 제2내부압력으로 낮춤으로써, 상기 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매를 기화시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 제2내부압력은 상온 조건의 대기압일 수 있다.
예를 들어, 본 실시예에서 C4 이하의 알케인 용매로 노말-뷰테인을 사용한 경우, 제1내부압력은 상온에서 2.10 kgf/cm2 이상일 수 있다. 또한, 제2내부압력은 상온에서 2.10 kgf/cm2 미만이거나 바람직하게는 대기압과 같을 수 있다.
특히, 유기 용매를 이용하여 하수 슬러지의 수분을 감량하였던 종래 방법에 따를 경우에는 액체 상태의 유기 용매와 물이 제거된 유기물 및 미생물을 분리하기 위한 용매 회수 공정이 추가로 필요하였을 뿐 아니라, 유기 용매와 물이 제거된 유기물 및 미생물의 분리가 용이하지 않아 유기 용매의 회수율이 낮은 문제가 있었다.
그러나, 본 실시예에서는 용매를 기화시켜, 유기물 및 미생물과 분리함으로써, 별도의 용매 회수 공정 없이도, 유기물 및 미생물과의 분리가 용이하여, 고순도의 용매를 우수한 효율로 회수할 있다.
또한, 본 실시예의 제4단계에서는 C4 이하의 알케인 용매를 기화시키는데, 본 실시예에서는 제4단계에서 기화된 상기 C4 이하의 알케인 용매를 회수한 후, 증기압 이상의 압력에서 다시 액화시킴으로써, 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매를 수득할 수 있다. 상기에 따라 수득된, 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매는 상기 제2단계에서 재사용될 수 있다.
(5)상기 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매가 기화되고 남은 미생물 및 유기물을 포함하는 고형물을 회수하는 제5단계;
본 실시예의 제5단계에서는 상기 제4단계에서 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매가 기화되고 남은 미생물 및 유기물을 포함하는 고형물을 회수할 수 있다. 상기 고형물은 미생물 및 유기물을 포함하며, 이외 하수 슬러지로부터 유입된 무기물 등의 부산물을 포함할 수 있다. 상기 고형물은 제1단계 내지 제4단계에 따라 탈수됨으로써, 수분 함유량(%)이 10 % 이하로 형성될 수 있다.
본 실시예에서는 제1단계 내지 제5단계를 적어도 1회 이상 반복하여 실시할 수 있다. 구체적으로, 본 실시예에서는 상기 제1단계 내지 제5단계를 2 ~ 3 회 반복하여 실시할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
이하 실시예, 비교예, 및 실험예를 통하여 본 발명의 C4 이하의 알케인 용매를 이용하여 물, 미생물 및 유기물을 포함하는 하수 슬러지 탈수하는 방법에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.
[ 실시예 ]
실시예 1
(1)먼저, 하수 슬러지의 MLSS 농도를 약 5,000 ppm으로 조절한 뒤, (2)상기 하수 슬러지와 액화된 상태의 노말-뷰테인을 2.5 kgf/cm2 의 내부압력으로 유지되는 제1탈수반응기에 투입하였다. 이때, 상기 하수 슬러지 100 kg에 대해 노말-뷰테인은 약 0.025 kg의 비율로 투입되었다.
이 후, 약 5 분간 반응시켜 하수 슬러지 내 미생물 및 유기물이 노말-뷰테인에 흡착되도록 한 뒤, 제1탈수반응기 상부에 위치된 노말-뷰테인을 분리 및 회수하였다. 이때, 노말-뷰테인에 의해 하수 슬러지로부터 분리된 물은 제1탈수반응기 하부에 위치되었으며, 노말-뷰테인을 분리하고 난 후, 물을 제거하였다.
(3)이어서, 상기 제1탈수반응기로부터 분리된 노말-뷰테인을 2.5 kgf/cm2 의 내부압력으로 유지되는 제2탈수반응기로 이동시킨 뒤, 상온에서 약 10 분간 교반함으로써, 노말-뷰테인과 미생물 및 유기물이 반응되도록 하였다. 상기 반응에 의해 미생물 및 유기물로부터 분리된 물은 제2탈수반응기의 하측에 위치되었으며, 미생물 및 유기물을 함유한 노말-뷰테인은 제2반응기의 상측에 위치되었다.
이에, 펌프를 이용하여 하측의 물을 제거함으로써, 제2탈수반응기 내에는 미생물 및 유기물을 함유한 노말-뷰테인만 남도록 하였다.
(4)이 후, 상기 제2탈수반응기의 내부 압력을 대기압으로 수준으로 낮추면서, 기화되는 노말-뷰테인은 따로 포집 및 회수하였다.
(5) 상기 노말-뷰테인이 기화되어 제거된, 제2탈수반응기 내부에 남은 미생물 및 유기물을 포함하는 고형물을 회수함으로써, 하수 슬러지의 탈수를 종료하였다.
상기의 모든 공정은 상온 조건(약 20 ℃)에서 실시되었으며, 상기 대기압은 약 1 kgf/cm2(1 atm)으로 하였다.
실시예 2
(1)먼저, 하수 슬러지의 MLSS 농도를 약 5,000 ppm으로 조절한 뒤, (2)상기 하수 슬러지와 액화된 상태의 아이소-뷰테인을 3.5 kgf/cm2 의 내부압력으로 유지되는 제1탈수반응기에 투입하였다. 이때, 상기 하수 슬러지 100 kg에 대해 아이소-뷰테인은 약 0.025 kg의 비율로 투입되었다.
이 후, 약 5 분간 반응시켜 하수 슬러지 내 미생물 및 유기물이 아이소-뷰테인에 흡착되도록 한 뒤, 제1탈수반응기 상부에 위치된 아이소-뷰테인을 분리 및 회수하였다. 이때, 아이소-뷰테인에 의해 하수 슬러지로부터 분리된 물은 제1탈수반응기 하부에 위치되었으며, 아이소-뷰테인을 분리하고 난 후, 물을 제거하였다.
(3)이어서, 상기 제1탈수반응기로부터 분리된 아이소-뷰테인을 3.5 kgf/cm2 의 내부압력으로 유지되는 제2탈수반응기로 이동시킨 뒤, 상온에서 약 10 분간 교반함으로써, 아이소-뷰테인과 미생물 및 유기물이 반응되도록 하였다. 상기 반응에 의해 미생물 및 유기물로부터 분리된 물은 제2탈수반응기의 하측에 위치되었으며, 미생물 및 유기물을 함유한 아이소-뷰테인은 제2반응기의 상측에 위치되었다.
이에, 펌프를 이용하여 하측의 물을 제거함으로써, 제2탈수반응기 내에는 미생물 및 유기물을 함유한 아이소-뷰테인만 남도록 하였다.
(4)이 후, 상기 제2탈수반응기의 내부 압력을 대기압으로 수준으로 낮추면서, 기화되는 아이소-뷰테인은 따로 포집 및 회수하였다.
(5) 상기 아이소-뷰테인이 기화되어 제거된, 제2탈수반응기 내부에 남은 미생물 및 유기물을 포함하는 고형물을 회수함으로써, 하수 슬러지의 탈수를 종료하였다.
상기의 모든 공정은 상온 조건(약 20 ℃)에서 실시되었으며, 상기 대기압은 약 1 kgf/cm2(1 atm)으로 하였다.
실시예 3 내지 5
표 1에 따르는 중량비로 혼합된 노말-뷰테인 및 아이소-뷰테인을 용매로 포함하는 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일하게 하수 슬러지의 탈수를 진행하였다.
| 실시예3 | 실시예4 | 실시예5 | ||
| 용매 | 노말-뷰테인 | 1 | 1 | 1 |
| 아이소-뷰테인 | 2.5 | 3.5 | 4.5 | |
실시예 6 내지 8
상기 (1)을 실시할 때, 하수 슬러지와 용매의 반응 전에, 하수 슬러지 100 kg에 대해 표 2의 중량비로 혼합된 비이온성 계면활성제를 0.01 kg 더 투입하여, 하수 슬러지와 비이온성 계면활성제를 혼합한 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일하게 하수 슬러지의 탈수를 실시하였다.
| 실시예6 | 실시예7 | 실시예8 | |
| 폴리옥시알킬렌알킬에테르 | 1 | 1 | 1 |
| 폴리옥시에틸렌알킬아릴에테르 | 1 | 2 | 4 |
| 폴리옥시에틸렌스티릴페닐에테르 | 0.1 | 1.5 | 2 |
이때, 상기 표 2에서 폴리옥시알킬렌알킬에테르는 폴리옥시에틸렌라우릴에테르이며, 폴리옥시에틸렌알킬아릴에테르는 폴리옥시에틸렌노닐페릴에테르이다.
[ 비교예 ]
비교예 1 내지 2
하수 슬러지의 MLSS 농도가 표 3과 같은 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일하게, 하수 슬러지의 탈수를 실시하였다.
| 실시예2 | 비교예1 | 비교예2 | |
| 하수 슬러지의 MLSS 농도(ppm) | 5,000 | 3,000 | 7,000 |
비교예 3 내지 6
제1내부압력 및 제2내부압력의 변화가 표 4[단위 : kgf/cm2]와 같은 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일하게, 하수 슬러지의 탈수를 실시하였다.
| 실시예 4 | 비교예3 | 비교예4 | 비교예5 | 비교예 | |
| 압력 변화 | 3.5 → 1 | 1.5 → 1 | 4.0 → 1 | 3.5 → 0.5 | 3.5 → 2.0 |
비교예 7
종래 방법에 따라, 상온 및 대기압 조건에서 하수 슬러지의 수분을 감량하였다.
먼저, 하수 슬러지와 액체 상태인 펜탄을 혼합한 후, 약 10 분 동안 교반하여, 하수 슬러지의 유기물 및 미생물이 유기 용매에 흡착되도록 하였다. 이어서, 비중 차이에 의한 유기물 및 미생물이 흡착된 유기 용매의 층과 물로 형성된 층을 서로 분리하여, 유기물 및 미생물이 흡착된 유기 용매를 회수한 다음, 상기 유기물 및 미생물로부터 유기 용매를 추출하여 분리 및 회수하였다. 이 후, 상기 유기물 및 미생물을 원심분리하여 고형의 분말을 수득함으로써, 하수 슬러지의 탈수를 실시하였다.
상기된 조작 이외에, 하수 슬러지의 농도, 하수 슬러지와 유기 용매의 혼합 비율, 공정 온도 등은 실시예 2와 동일하게 실시하였다.
[ 실험예 ]
실험예 1 : 하수 슬러지의 탈수 효율
실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 7에 따라 회수된 고형물의 수분 함유량(%)을 측정하여, 그 결과를 표 5에 나타내었다. 한편, 비교예 7은 여과를 통해 펜탄층으로부터 분리한 고형물의 수분 함유량(%)을 측정하여, 그 결과를 표 5에 기재하였다.
상기 고형물은 본 실시예의 제1단계 내지 제5단계에 따라 탈수된 하수 슬러지를 의미하며, 상기 고형물의 수분 함유량(%)은 ASTM D 5142-04(준용)에 따라 평가되었다.
| 수분 함유량(%) | 수분 함유량(%) | ||
| 실시예1 | 10 | 비교예1 | 46 |
| 실시예2 | 10 | 비교예2 | 50 |
| 실시예3 | 7 | 비교예3 | - |
| 실시예4 | 5 | 비교예4 | 15 |
| 실시예5 | 7 | 비교예5 | 19 |
| 실시예6 | 4 | 비교예6 | - |
| 실시예7 | 2 | 비교예7 | 46 |
| 실시예8 | 4 |
표 5를 보면, 본 실시예에 따를 경우, 수분 함유량(%)이 현저히 낮아짐을 확인할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따르면, 하수 슬러지의 탈수 효율이 현저히 우수함을 의미한다.
한편, 비교예 3의 경우에는 최초 압력이 증기압 미만이므로, C4 이하의 알케인 용매가 액화되지 못하였으며, 비교예 6의 경우에는 반응 후, C4 이하의 알케인 용매가 기화되지 못하였다. 이에 따라, 하수 슬러지의 수분 함유량(%)에 대한 평가 자체가 어려웠다.
실험예 2 : 용매의 회수 효율
실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 7에서, 기화된 C4 이하의 알케인 용매를 포집 및 회수한 후, 이를 다시 액화시켜, 최종적으로 회수된 C4 이하의 알케인 용매의 무게를 측정한 다음, 최초 무게 대비 회수율(%)을 계산하여 그 결과를 표 6에 나타내었다.
실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 7에서 C4 이하의 알케인 용매는 모두 동일하게 0.025 kg로 사용되었다.
| 용매 회수율(%) | 용매 회수율(%) | ||
| 실시예1 | 82 | 비교예1 | 74 |
| 실시예2 | 80 | 비교예2 | 50 |
| 실시예3 | 85 | 비교예3 | - |
| 실시예4 | 89 | 비교예4 | 80 |
| 실시예5 | 86 | 비교예5 | 80 |
| 실시예6 | 90 | 비교예6 | - |
| 실시예7 | 95 | 비교예7 | 64 |
| 실시예8 | 92 |
표 6을 보면, 본 실시예에 따를 경우, 용매 회수율이 현저히 높음을 알 수 있다. 즉, 본 실시예에 따르면, 하수 슬러지의 탈수에 사용되는 용매의 회수가 용이함을 의미한다.
한편, 비교예 3의 경우에는 최초 압력이 증기압 미만이므로, C4 이하의 알케인 용매가 액화되지 못하였으며, 비교예 6의 경우에는 반응 후, C4 이하의 알케인 용매가 기화되지 못하였다. 이에 따라, 용매의 회수에 대한 평가 자체가 어려웠다.
즉, 상기 내용을 종합하여 볼 때, 본 실시예의 하수 슬러지의 탈수 방법에 따르면, 하수 슬러지의 탈수 효율이 우수하면서도 탈수에 이용되는 용매의 회수율이 높음을 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (11)
- C4 이하의 알케인 용매를 이용하여 물, 미생물 및 유기물을 포함하는 하수 슬러지 탈수하는 방법으로서,
하수 슬러지의 농도를 조절하는 제1단계;
상기 농도가 조절된 하수 슬러지와 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매를, 제1내부압력으로 유지되는 제1탈수반응기 내부에 투입한 후 반응시켜, 상기 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매에 상기 하수 슬러지의 미생물 및 유기물을 흡착시키는 제2단계;
상기 미생물 및 유기물이 흡착된 상기 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매를 상기 제1탈수반응기로부터 회수한 후, 제1내부압력으로 유지되는 제2탈수반응기로 이동시켜, 상기 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매와 상기 미생물 및 유기물을 반응시키는 제3단계;
상기 제2탈수반응기의 내부압력을 제1내부압력 보다 낮은 제2내부압력으로 조절하여, 상기 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매를 기화시키는 제4단계; 및
상기 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매가 기화되고 남은 미생물 및 유기물을 포함하는 고형물을 회수하는 제5단계;를 포함하되,
상기 C4 이하의 알케인 용매는
상기 제1내부압력에서는 액체 상태이며, 상기 제2내부압력에서는 기체 상태인 것을 특징으로 하는, C4 이하의 알케인 용매를 이용한 하수 슬러지의 탈수방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제1단계에서는
상기 하수 슬러지의 MLSS 농도를 3,500 ~ 6,000 ppm으로 조절하는 것을 특징으로 하는, C4 이하의 알케인 용매를 이용한 하수 슬러지의 탈수방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 C4 이하의 알케인 용매는
메테인, 에테인, 프로페인, 노말-뷰테인 및 아이소-뷰테인으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, C4 이하의 알케인 용매를 이용한 하수 슬러지의 탈수방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제1내부압력은
20 ℃ 조건에서 2 ~ 3.5 kgf/cm2 인 것을 특징으로 하는, C4 이하의 알케인 용매를 이용한 하수 슬러지의 탈수방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제2내부압력은
20 ℃ 조건에서 1 ~ 1.5 kgf/cm2 인 것을 특징으로 하는, C4 이하의 알케인 용매를 이용한 하수 슬러지의 탈수방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제2단계에서는
상기 하수 슬러지 100 중량부에 대해 상기 C4 이하의 알케인 용매 0.01 ~ 5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, C4 이하의 알케인 용매를 이용한 하수 슬러지의 탈수방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제2단계에서는
상기 하수 슬러지 100 중량부에 대해 비이온성 계면활성제를 0.001 ~ 1 중량부로 더 투입하는 것을 특징으로 하는, C4 이하의 알케인 용매를 이용한 하수 슬러지의 탈수방법.
- 제 7 항에 있어서,
상기 비이온성 계면활성제는
폴리옥시알킬렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌알킬아릴에테르 및 폴리옥시에틸렌스티릴페닐에테르를 포함하는 것을 특징으로 하는, C4 이하의 알케인 용매를 이용한 하수 슬러지의 탈수방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제4단계에서 기화된 상기 C4 이하의 알케인 용매는 회수 및 액화되어, 상기 제2단계의 상기 액체 상태인 C4 이하의 알케인 용매로 재사용되는 것을 특징으로 하는, C4 이하의 알케인 용매를 이용한 하수 슬러지의 탈수방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제5단계에서 회수되는 고형물은
수분 함유량(%)이 10 % 이하인 것을 특징으로 하는, C4 이하의 알케인 용매를 이용한 하수 슬러지의 탈수방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제1단계 내지 제5단계를 적어도 1회 이상 반복하는 것을 특징으로 하는, C4 이하의 알케인 용매를 이용한 하수 슬러지의 탈수방법.
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| KR1020190100997A KR102215482B1 (ko) | 2019-08-19 | 2019-08-19 | C4 이하의 알케인 용매를 이용한 하수 슬러지의 탈수방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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| KR (1) | KR102215482B1 (ko) |
Citations (4)
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| KR101954139B1 (ko) * | 2018-10-15 | 2019-06-17 | (주)리사이텍 | 알케인 계열 용매를 이용한 하수 슬러지 처리 방법 |
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2019
- 2019-08-19 KR KR1020190100997A patent/KR102215482B1/ko active IP Right Grant
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