KR102601671B1 - 슬러지 가용화 장치 - Google Patents
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Abstract
슬러지 가용화 장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 바닥 면의 중앙에 형성된 유입구와 천장 면의 중앙에 형성된 배출구를 구비하는 챔버; 상기 유입구와 마주보게 배치되는 제1 격벽, 및 상기 제1 격벽의 가장자리를 따라 형성되되 상기 제1 격벽에서 상기 챔버의 바닥 면을 향해 연장되는 제2 격벽을 포함하는 후드부; 상기 후드부의 내측 공간인 제1 영역에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 토치; 및 상기 제2 격벽의 외측 면과 상기 챔버의 내측 면 사이의 제2 영역에 초음파를 조사하는 복수의 고강도 초음파 발생기를 포함하고, 상기 제1 격벽의 상면과 상기 챔버의 천장 면 사이에는 상기 배출구에 연결되는 버퍼링 공간인 제3 영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 슬러지 가용화 장치가 제공될 수 있다.
Description
본 발명은 슬러지 가용화 장치에 관한 것이다.
최근 환경 보호에 대한 인식의 확산과 각종 규제로 인해 하폐수 처리량이 증가하고, 이에 따라 하폐수 처리 시설에서 발생하는 슬러지의 양도 점차 증가하고 있다.
통상 잉여 슬러지는 매립 방식으로 폐기 처분되었으나, 슬러지 매립이 침출수 등으로 인한 2차 오염의 원인으로 대두되면서 슬러지 가용화 기술을 이용한 슬러지 감량 방식이 점차 주목받고 있다.
슬러지 가용화 기술이란 슬러지의 혐기성 소화 공정 전에 이루어지는 전처리 공정 및 하 폐수처리장의 생물반응조 반송 잉여(농축)슬러지에 사용되는 기술로써 슬러지를 구성하는 유기 미생물의 세포벽을 파괴시켜서 유기 물질 및 소화효소인 리소좀을 용출시킬 수 있다. 그 결과, 혐기성 소화 공정 중 슬러지의 소화 효율이 향상되어 슬러지 감량율이 증대될 수 있고 생물반응조 내의 유해미생물의 제거, 고도처리 탄소원 활용, 슬러지 침강성 개선, 슬러지 인발량 감소 효과를 얻을 수 있다.
종래 슬러지 가용화 기술로서 초음파를 이용한 방식이 주로 채택되었지만, 저강도초음파 만으로는 슬러지 가용화 효율이 떨어지고, 슬러지 가용화 효율을 높이기 위해 고전력의 초음파 발생 장치를 사용하게 되면 처리 비용이 높아지는 문제가 있었다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록실용신안공보 제20-0405663호에 게시되어 있다
본 발명의 실시 예는 고강도 초음파에 의한 슬러지 가용화 효율을 향상시키기 위한 슬러지 가용화 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 바닥 면의 중앙에 형성된 유입구와 천장 면의 중앙에 형성된 배출구를 구비하는 챔버; 상기 유입구와 마주보게 배치되는 제1 격벽, 및 상기 제1 격벽의 가장자리를 따라 형성되되 상기 제1 격벽에서 상기 챔버의 바닥 면을 향해 연장되는 제2 격벽을 포함하는 후드부; 상기 후드부의 내측 공간인 제1 영역에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 토치; 및 상기 제2 격벽의 외측 면과 상기 챔버의 내측 면 사이의 제2 영역에 초음파를 조사하는 복수의 고강도 초음파 발생기를 포함하고, 상기 제1 격벽의 상면과 상기 챔버의 천장 면 사이에는 상기 배출구에 연결되는 버퍼링 공간인 제3 영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 슬러지 가용화 장치가 제공될 수 있다.
상기 유입구에 연결되어 상기 유입구를 통해 상기 챔버 내로 슬러지를 공급하는 슬러지 공급관; 상기 배출구에 연결되어 상기 챔버 내에서 가용화된 슬러지를 배출시키는 슬러지 배출관; 및 상기 슬러지 공급관의 내측으로 연장되어 상기 슬러지 공급관과 이중관을 형성하고, 상기 유입구를 통해 상기 챔버 내로 상향 돌출되는 가스 주입관을 더 포함하고, 상기 플라즈마 토치는 상기 가스 주입관의 상단에 결합될 수 있다.
상기 가스 주입관은 상기 제1 영역에 산소를 주입하되, 상기 가스 주입관에 의해 주입된 산소는 상기 플라즈마 토치에 의해 오존으로 변환될 수 있다.
상기 챔버의 바닥 면 상에는 상기 유입구의 가장자리를 따라 연장되는 중공의 원뿔대 형상의 코밍을 더 포함하고, 상기 코밍은 상기 플라즈마 토치보다 낮게 배치될 수 있다.
상기 코밍의 외측 경사면, 상기 제1 격벽의 하면 및 상기 제2 격벽의 내측 면에 각각 매립되어 상기 제1 영역에 자외선을 조사하는 복수의 자외선 광원을 더 포함할 수 있다.
상기 유입구를 통해 상기 챔버 내로 공급된 슬러지가 상기 제1 영역, 상기 제2 영역 및 상기 제3 영역에 체류하는 시간 비율은 3:9:1일 수 있다.
상기 제2 영역에서의 슬러지 체류 시간을 상대적으로 크게 하기 위해 상기 제2 격벽의 외경과 상기 챔버의 내경은 상단으로 갈수록 감소할 수 있다.
상기 제2 격벽은 상단에서 하단까지 내경과 외경이 각각 일정한 형상으로 이루어지고, 상기 제2 영역에는 슬러지 체류 시간을 늘리기 위해 상기 제2 격벽에 결합되는 제3 격벽과 상기 챔버에 결합되는 제4 격벽이 교번적으로 배치되어 지그재그 유로가 형성되고, 상기 제3 격벽은 상기 제2 격벽의 외측 면에서 상기 챔버의 내측 면을 향해 연장되는 링 형상으로 이루어지고, 상기 제4 격벽은 상기 챔버의 내측 면에서 상기 제2 격벽의 외측 면을 향해 연장되는 링 형상으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 슬러지는 초음파 조사 전에 플라즈마, 오존, 자외선 등에 의해 전처리 됨으로써 초음파에 의한 슬러지 가용화 효율이 향상될 수 있다.
또한, 고전력 초음파 발생기의 소비 전력이 절감될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 슬러지 가용화 장치를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 변형 예,
도 3은 도 1의 추가 변형 예,
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 슬러지 가용화 장치를 도시한 도면,
도 5는 도 4의 수평 평면도,
도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 슬러지 가용화 장치를 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 슬러지 가용화 장치를 도시한 도면,
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 슬러지 가용화 장치에 의한 가용화 처리 전후를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 변형 예,
도 3은 도 1의 추가 변형 예,
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 슬러지 가용화 장치를 도시한 도면,
도 5는 도 4의 수평 평면도,
도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 슬러지 가용화 장치를 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 슬러지 가용화 장치를 도시한 도면,
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 슬러지 가용화 장치에 의한 가용화 처리 전후를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
본 발명의 실시 예에서 사용되는 용어는, 명백히 다른 의미로 정의되어 있지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 단지 특정 실시 예를 설명하기 위한 것으로 볼 것이지 본 발명을 제한하고자 하는 의도가 있는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 특별한 기재가 없는 한 복수형도 포함하는 것으로 볼 것이다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 기재된 경우, 해당 부분은 다른 구성요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미한다.
또한, 어떤 구성요소 "상"으로 기재된 경우, 해당 구성요소의 위 또는 아래를 의미하고, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결" 또는 "결합"된다고 기재된 경우, 해당 구성요소가 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 결합되는 경우뿐만 아니라, 해당 구성요소가 또 다른 구성요소를 통해 간접적으로 연결 또는 결합되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 어떤 구성요소를 설명하는데 있어서 제1, 제2 등의 용어를 사용할 수 있지만, 이러한 용어는 해당 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등을 한정하고자 하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 슬러지 가용화 장치를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 슬러지 고강도 가용화 장치(10)는 챔버(100), 후드부(200), 플라즈마 토치(310) 및 복수의 고강도 초음파 발생기(400)를 포함할 수 있다.
챔버(100)는 슬러지 가용화가 이루어지는 내부 공간을 제공할 수 있고, 슬러지가 챔버(100) 내로 유입되는 유입구(101)와 챔버(100) 내에서 가용화된 슬러지가 배출되는 배출구(102)를 구비할 수 있다.
유입구(101)는 챔버(100)의 바닥 면의 중앙에 형성될 수 있고, 유입구(101)에는 슬러지 공급관(20)이 연결될 수 있다. 슬러지 공급관(20)을 통해 이송된 슬러지는 유입구(101)를 통해 챔버(100) 내로 공급될 수 있다.
배출구(102)는 챔버(100)의 천장 면의 중앙에 형성될 수 있고, 배출구(102)에는 슬러지 배출관(30)이 연결될 수 있다.
따라서, 챔버(100) 내에서 가용화된 슬러지는 배출구(102)를 통해 배출되어 슬러지 배출관(30)을 통해 예를 들어 혐기성 소화조(anaerobic digester) 또는 생물반응조로 이송될 수 있다.
또한, 챔버(100)의 바닥 면 상에는 유입구(101)의 가장자리를 따라 연장되는 중공의 원뿔대 형상의 코밍(110)이 형성될 수 있다.
코밍(110)은 챔버(100) 내의 슬러지가 슬러지 공급관(20)으로 역류하는 것을 방지할 수 있다.
챔버(100)의 내부 공간은 후술하는 것처럼 후드부(200)에 의해 3개의 영역으로 구분될 수 있다.
후드부(200)는 제1 격벽(210), 및 제1 격벽(210)에 결합되는 제2 격벽(220)을 포함할 수 있다.
제1 격벽(210)은 챔버(100)의 바닥 면과 천장 면 사이에서 유입구(101)와 마주보게 배치될 수 있다.
예를 들어, 제1 격벽(210)은 챔버(100)의 바닥 면과 평행하도록 배치될 수 있다.
제2 격벽(220)은 제1 격벽(210)의 가장자리를 따라 형성되되 제1 격벽(210)에서 챔버(100)의 바닥 면을 향해 연장될 수 있다.
따라서, 후드부(200)의 내측에는 제1 격벽(210)의 하면과 제2 격벽(220)의 내측 면에 의해 구획되는 공간인 제1 영역(A1)이 형성될 수 있고, 유입구(101)를 통해 유입되는 슬러지는 먼저 제1 영역(A1)에서 플라즈마 및/또는 오존에 의해 전처리 될 수 있다.
플라즈마 토치(310)는 제1 영역(A1)에서 플라즈마(plasma)를 발생시킬 수 있다.
구체적으로, 유입구(101)를 통해 챔버(100) 내로 가스 주입관(300)이 상향 돌출될 수 있고, 플라즈마 토치(310)는 가스 주입관(300)의 상단에 결합될 수 있다.
이 경우, 코밍(110)은 플라즈마 토치(310)보다 낮게 배치되어 간섭을 예방할 수 있다.
가스 주입관(300)은 예를 들어 에어 컴프레서에 연결되어 제1 영역(A1)에 산소를 공급할 수 있다.
가스 주입관(300)에 의해 챔버(100) 내로 주입된 산소는 플라즈마 토치(310)에 의해 오존으로 변환되어 슬러지를 전처리 함으로써 슬러지 가용화 효율을 향상시킬 수 있다.
가스 주입관(300)은 슬러지 공급관(20)의 내측으로 연장되어 슬러지 공급관(20)과 이중관을 형성함으로써 슬러지와 산소 또는 오존의 혼합이 보다 원활하게 이루어지게 할 수 있다.
복수의 초음파 발생기(400)는 챔버(100)에 결합되어 제2 격벽(220)의 외측 면과 챔버(100)의 내측 면 사이의 공간인 제2 영역(A2)에 고강도 초음파를 조사할 수 있다. 이때 조사되는 고강도 초음파는 주파수 20kHz, 발진기 최대출력 2kW, 음향강도 25~50W/cm2, 진폭 18~20㎛의 제너레이터 및 발진기를 통하여 기체폭발시 압력 500bar, 온도 5000℃, 충격수류 150m/sec이상의 에너지를 발산할 수 있다.
한편, 제1 격벽(210)의 상면과 챔버(100)의 천장 면 사이에는 배출구(102)에 연결되는 버퍼링 공간인 제3 영역(A3)이 형성될 수 있고, 그 결과 슬러지 가용화 효율이 향상됨은 물론 가용화된 슬러지의 배출이 보다 원활하게 이루어지는 것을 확인할 수 있다.
상술한 것처럼, 유입구(101)를 통해 챔버(100) 내로 공급된 슬러지는 제1 영역(A1), 제2 영역(A2) 및 제3 영역(A3)을 차례로 거친 후에 배출구(102)를 통해 챔버(100)의 외부로 배출될 수 있다.
이때, 제1 영역(A1)에서의 슬러지 체류 시간, 제2 영역(A2)에서의 슬러지 체류 시간 및 제3 영역(A3)에서의 슬러지 체류 시간은 3:9:1의 비율로 이루어진 경우에 슬러지 가용화 효율이 향상되어 슬러지의 점도 감소가 극대화되는 것을 확인할 수 있었다.
예를 들어, 제1 영역(A1)에서의 슬러지 체류 시간, 제2 영역(A2)에서의 슬러지 체류 시간 및 제3 영역(A3)에서의 슬러지 체류 시간은 각각 30초, 90초 및 10초일 수 있다. 가용화가 용이한 슬러지(미생물슬러지)와 어려운 슬러지(바이오매스 슬러지)의 다양한 종류에 따라 미생물 슬러지의 가용화시에는 제1영역(A1)을 생략할 수 있다.
이와 같이 제2 영역(A2)에서의 슬러지 체류 시간을 제3 영역(A3)에서의 슬러지 체류 시간보다 크게 하기 위하여, 제2 격벽(220)의 외경과 챔버(100)의 내경은 상단으로 갈수록 감소하도록 구성될 수 있다.
도 2는 도 1의 변형 예이다.
도 2를 참조하면, 제2 격벽(220)은 상단에서 하단까지 내경과 외경이 각각 일정한 형상으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제2 격벽(220)은 중공의 원통 형상일 수 있다.
한편, 도 1과 관련한 기술 내용은 모순되지 않는 범위 내에서 도 2의 변형 예에도 그대로 또는 일부 변형하여 적용될 수 있는바, 이하에서는 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 변형 예에서는, 제2 영역(A2)에서의 슬러지 체류 시간을 제1 영역(A1) 및 제3 영역(A3)에서의 슬러지 체류 시간보다 크게 하기 위하여, 제2 영역(A2)에 지그재그 유로를 형성할 수 있다.
구체적으로, 제2 영역(A2)에는 제2 격벽(220)에 결합되는 제3 격벽(230)과 챔버(100)에 결합되는 제4 격벽(120)이 교번적으로 배치될 수 있다.
제3 격벽(230)은 제2 격벽(220)의 외측 면에서 챔버(100)의 내측 면을 향해 연장될 수 있고, 제2 격벽(220)의 외측 면에서 원주 방향으로 연장되는 링 형상일 수 있다.
제4 격벽(120)은 챔버(100)의 내측 면에서 제2 격벽(220)의 외측 면을 향해 연장될 수 있고, 챔버(100)의 외측 면에서 원주 방향으로 연장되는 링 형상일 수 있다.
이 경우, 초음파 발생기(400)는 챔버(100)의 바닥 면과 제3 격벽(230) 사이, 및 제3 격벽(230)과 제4 격벽(120) 사이에서 각각 고강도 초음파를 조사할 수 있다. 조사되는 고강도 초음파는 주파수 20kHz, 발진기 최대출력 2kW, 음향강도 25~50W/cm2, 진폭 18~20㎛의 제너레이터 및 발진기를 통하여 기체폭발시 압력 500bar, 온도 5000℃, 충격수류 150m/sec이상의 에너지를 발산할 수 있다.
도1에서와 같이 가용화가 용이한 슬러지(미생물슬러지)와 어려운 슬러지(바이오매스 슬러지)의 다양한 종류에 따라 미생물 슬러지의 가용화시에는 제1영역(A1)을 생략할 수 있다.
도 3은 도 1의 추가 변형 예이다.
도 3을 참조하면, 코밍(110)의 외측 경사면에는 복수의 자외선 광원(500)이 매립되어 제1 영역(A1)에 자외선을 조사할 수 있다. 그 결과, 슬러지는 초음파 조사 전에 플라즈마, 오존 및 자외선에 의해 전처리 됨으로써 슬러지 가용화 효율이 향상될 수 있고, 자외선 광원(500)은 제1 격벽(210)의 하면 및 제2 격벽(220)의 내측 면에도 각각 매립될 수 있다.
자외선 광원(500)은 발광 다이오드일 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1, 2에서와 같이 가용화가 용이한 슬러지(미생물슬러지)와 어려운 슬러지(바이오매스 슬러지)의 다양한 종류에 따라 미생물 슬러지의 가용화시에는 제1영역(A1)을 생략할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 슬러지 가용화 장치를 도시한 도면이고,
도 5는 도 4의 수평 평면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 슬러지 가용화 장치(10a)는 챔버(100), 제1 격벽(210), 전처리 관(240), 복수의 제5 격벽(250), 복수의 제6 격벽(260), 가스 주입관(300), 플라즈마 토치(310) 및 고강도 초음파 발생기(400)를 포함할 수 있다.
챔버(100)는 슬러지 가용화가 이루어지는 내부 공간을 제공할 수 있고, 슬러지가 챔버(100) 내로 유입되는 유입구(101)와 챔버(100) 내에서 가용화된 슬러지가 배출되는 배출구(102)를 구비할 수 있다.
유입구(101)는 챔버(100)의 바닥 면의 중앙에 형성될 수 있고, 유입구(101)에는 슬러지 공급관(20)이 연결될 수 있다. 슬러지 공급관(20)을 통해 이송된 슬러지는 유입구(101)를 통해 챔버(100) 내로 공급될 수 있다.
배출구(102)는 챔버(100)의 천장 면에 형성될 수 있고, 배출구(102)에는 슬러지 배출관(30)이 연결될 수 있다.
따라서, 챔버(100) 내에서 가용화된 슬러지는 배출구(102)를 통해 배출되어 슬러지 배출관(30)을 통해 예를 들어 혐기성 소화조 또는 생물반응조로 이송될 수 있다.
챔버(100)의 내부 공간은 후술하는 것처럼 제1 격벽(210), 전처리 관(240), 복수의 제5 격벽(250) 및 복수의 제6 격벽(260)에 의해 3개의 영역으로 구분될 수 있다.
제1 격벽(210)은 챔버(100)의 바닥 면과 천장 면 사이에서 유입구(101)와 마주보게 배치될 수 있다.
예를 들어, 제1 격벽(210)은 챔버(100)의 바닥 면과 평행하도록 배치될 수 있다.
전처리 관(240)은 유입구(101)에서 제1 격벽(210)까지 상하 방향으로 연장될 수 있다.
따라서, 전처리 관(240)의 내측에는 제1 격벽(210)의 하면, 전처리 관(240)의 내측 면 및 챔버(100)의 바닥 면에 의해 구획되는 제1 영역(A1)이 형성될 수 있다.
제5 격벽(250)은 전처리 관(240)의 외주면에서 챔버(100)의 내측 면을 향해 연장될 수 있고, 전처리 관(240)의 원주 방향으로 연장되는 링 형상으로 이루어질 수 있다.
복수의 제5 격벽(250)은 챔버(100)의 바닥 면과 제1 격벽(210) 사이에서 상호간에 상하 방향으로 이격되도록 배치될 수 있다.
복수의 제6 격벽(260)은 전처리 관(240)의 외주면에서 챔버(100)의 내측 면을 향해 방사상으로 연장될 수 있다.
따라서, 전처리 관(240)의 외측 면과 챔버(100)의 내측 면 사이에는 제1 격벽(210), 제5 격벽(250) 및/또는 제6 격벽(260)에 의해 구획되는 복수의 제2 영역(A2)이 형성될 수 있다.
복수의 제2 영역(A2)은 각각 전처리 관(240)에 형성된 관통 홀을 통해 제1 영역(A1)에 연결될 수 있다.
가스 주입관(300)은 슬러지 공급관(20)의 내측으로 연장되어 제1 영역(A1)에 산소를 공급할 수 있고, 플라즈마 토치(310)는 가스 주입관(300)의 상단에 결합되어 제1 영역(A1)에 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
초음파 발생기(400)는 챔버(100)에 결합되어 복수의 제2 영역(A2)에 각각 배치될 수 있다.
조사되는 고강도 초음파는 주파수 20kHz, 발진기 최대출력 2kW, 음향강도 25~50W/cm2, 진폭 18~20㎛의 제너레이터 및 발진기를 통하여 기체폭발시 압력 500bar, 온도 5000℃, 충격수류 150m/sec이상의 에너지를 발산할 수 있다.
도1, 2, 3에서와 같이 가용화가 용이한 슬러지(미생물슬러지)와 어려운 슬러지(바이오매스 슬러지)의 다양한 종류에 따라 미생물 슬러지의 가용화시에는 제1영역(A1)을 생략할 수 있다.
한편, 제1 격벽(210)의 상면과 챔버(100)의 천장 면 사이에는 배출구(102)에 연결되는 버퍼링 공간인 제3 영역(A3)이 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 슬러지 가용화 장치를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 슬러지 가용화 장치(10b)는 챔버(100), 복수의 제7 격벽(270), 가스 주입관(300), 플라즈마 토치(310) 및 고강도 초음파 발생기(400)를 포함할 수 있다.
챔버(100)는 슬러지 가용화가 이루어지는 내부 공간을 제공할 수 있고, 슬러지가 챔버(100) 내로 유입되는 유입구(101)와 챔버(100) 내에서 가용화된 슬러지가 배출되는 배출구(102)를 구비할 수 있다.
유입구(101)는 챔버(100)의 바닥 면에 형성될 수 있고, 유입구(101)에는 슬러지 공급관(20)이 연결될 수 있다. 슬러지 공급관(20)을 통해 이송된 슬러지는 유입구(101)를 통해 챔버(100) 내로 공급될 수 있다.
배출구(102)는 챔버(100)의 천장 면에 형성될 수 있고, 배출구(102)에는 슬러지 배출관(30)이 연결될 수 있다.
따라서, 챔버(100) 내에서 가용화된 슬러지는 배출구(102)를 통해 배출되어 슬러지 배출관(30)을 통해 예를 들어 혐기성 소화조 또는 생물반응조로 이송될 수 있다.
복수의 제7 격벽(270)은 챔버(100)의 서로 마주보는 한 쌍의 내측 면에 결합되어 챔버(100) 내에 유입구(101)와 배출구(102)를 연결하는 지그재그 유로를 형성할 수 있다.
즉, 챔버(100) 내에는 복수의 수평 유로로 구성되는 지그재그 유로가 형성될 수 있다.
플라즈마 토치(310)와 초음파 발생기(400)는 복수의 수평 유로에 교번적으로 배치되어 슬러지에 대한 플라즈마 전처리와 초음파 조사가 교번적으로 이루어지게 할 수 있다.
또한, 플라즈마 토치(310)는 챔버(100) 내에 산소를 공급하는 가스 주입관(300)의 배출구에 결합될 수 있다.
조사되는 고강도 초음파는 주파수 20kHz, 발진기 최대출력 2kW, 음향강도 25~50W/cm2, 진폭 18~20㎛의 제너레이터 및 발진기를 통하여 기체폭발시 압력 500bar, 온도 5000℃, 충격수류 150m/sec이상의 에너지를 발산할 수 있다.
도1,2,3,4에서와 같이 가용화가 용이한 슬러지(미생물슬러지)와 어려운 슬러지(바이오매스 슬러지)의 다양한 종류에 따라 미생물 슬러지의 가용화시에는 제1영역(A1)을 생략할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 슬러지 가용화 장치를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 슬러지 가용화 장치(10c)는 챔버(100), 가스 주입관(300), 플라즈마 토치(310) 및 초음파 발생기(400)를 포함할 수 있다.
챔버(100)는 슬러지 가용화가 이루어지는 내부 공간을 제공할 수 있고, 슬러지가 챔버(100) 내로 유입되는 유입구(101)와 챔버(100) 내에서 가용화된 슬러지가 배출되는 배출구(102)를 구비할 수 있다.
유입구(101)에는 슬러지 공급관(20)이 연결될 수 있다. 따라서, 슬러지 공급관(20)을 통해 이송된 슬러지는 유입구(101)를 통해 챔버(100) 내로 공급될 수 있다.
배출구(102)에는 슬러지 배출관(30)이 연결될 수 있다. 따라서, 챔버(100) 내에서 가용화된 슬러지는 배출구(102)를 통해 배출되어 슬러지 배출관(30)을 통해 예를 들어 혐기성 소화조 또는 생물반응조로 이송될 수 있다.
챔버(100) 내에는 슬러지가 상향 이송되는 복수의 제1 유로와, 하나의 제1 유로의 상단에서 다른 하나의 제1 유로의 하단까지 하향 경사지게 슬러지를 이송하는 복수의 제2 유로가 형성될 수 있다.
플라즈마 토치(310)는 복수의 제1 유로의 상단에 각각 결합되어 플라즈마를 생성할 수 있다.
또한, 플라즈마 토치(310)는 챔버(100) 내에 산소를 공급하는 가스 주입관(300)의 배출구에 결합될 수 있다.
초음파 발생기(400)는 복수의 제2 유로의 하단에 각각 결합되어 초음파를 조사할 수 있다.
조사되는 고강도 초음파는 주파수 20kHz , 발진기 최대출력 2kW, 음향강도 25~50W/cm2, 진폭 18~20㎛의 제너레이터 및 발진기를 통하여 기체폭발시 압력 500bar, 온도 5000℃, 충격수류 150m/sec이상의 에너지를 발산할 수 있다.
도1,2,3,4,6에서와 가용화가 용이한 슬러지(미생물슬러지)와 어려운 슬러지(바이오매스 슬러지)의 다양한 종류에 따라 미생물 슬러지의 가용화시에는 제1영역(A1)을 생략할 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 슬러지 가용화 장치에 의한 가용화 처리 전후를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 침전 농축 슬러지는 가용화 처리 후 점도가 감소하는 것을 확인할 수 있고, 공정 조건에 따라 다르겠지만 약 20% 내지 45%의 점도 감소율을 나타내고 있다.
하기 표 1은 슬러지 가용화 처리 전후의 점도 변화의 실험 예를 나타낸 것이다.
[표 1]
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 기술사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 구성요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 실시 예를 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10, 10a, 10b, 10c: 슬러지 가용화 장치
20: 슬러지 공급관 30: 슬러지 배출관
100: 챔버 101: 유입구
102: 배출구 110: 코밍
120: 제4 격벽 200: 후드부
210: 제1 격벽 220: 제2 격벽
230: 제3 격벽 240: 전처리 관
250: 제5 격벽 260: 제6 격벽
270: 제7 격벽 300: 가스 주입관
310: 플라즈마 토치 400: 고강도 초음파 발생기
500: 자외선 광원
20: 슬러지 공급관 30: 슬러지 배출관
100: 챔버 101: 유입구
102: 배출구 110: 코밍
120: 제4 격벽 200: 후드부
210: 제1 격벽 220: 제2 격벽
230: 제3 격벽 240: 전처리 관
250: 제5 격벽 260: 제6 격벽
270: 제7 격벽 300: 가스 주입관
310: 플라즈마 토치 400: 고강도 초음파 발생기
500: 자외선 광원
Claims (6)
- 바닥 면의 중앙에 형성된 유입구와 천장 면의 중앙에 형성된 배출구를 구비하는 챔버;
상기 유입구와 마주보게 배치되는 제1 격벽, 및 상기 제1 격벽의 가장자리를 따라 형성되되 상기 제1 격벽에서 상기 챔버의 바닥 면을 향해 연장되는 제2 격벽을 포함하는 후드부;
상기 후드부의 내측 공간인 제1 영역에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 토치; 및
상기 제2 격벽의 외측 면과 상기 챔버의 내측 면 사이의 제2 영역에 고강도 초음파를 조사하는 복수의 고강도 초음파 발생기를 포함하고,
상기 제1 격벽의 상면과 상기 챔버의 천장 면 사이에는 상기 배출구에 연결되는 버퍼링 공간인 제3 영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 슬러지 가용화 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 유입구에 연결되어 상기 유입구를 통해 상기 챔버 내로 슬러지를 공급하는 슬러지 공급관;
상기 배출구에 연결되어 상기 챔버 내에서 가용화된 슬러지를 배출시키는 슬러지 배출관; 및
상기 슬러지 공급관의 내측으로 연장되어 상기 슬러지 공급관과 이중관을 형성하고, 상기 유입구를 통해 상기 챔버 내로 상향 돌출되는 가스 주입관을 더 포함하고,
상기 플라즈마 토치는 상기 가스 주입관의 상단에 결합되는 것을 특징으로 하는 슬러지 가용화 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 가스 주입관은 상기 제1 영역에 산소를 주입하되, 상기 가스 주입관에 의해 주입된 산소는 상기 플라즈마 토치에 의해 오존으로 변환되는 것을 특징으로 하는 슬러지 가용화 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 유입구를 통해 상기 챔버 내로 공급된 슬러지가 상기 제1 영역, 상기 제2 영역 및 상기 제3 영역에 체류하는 시간 비율은 3:9:1인 것을 특징으로 하는 슬러지 가용화 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 제2 영역에서의 슬러지 체류 시간을 상대적으로 크게 하기 위해 상기 제2 격벽의 외경과 상기 챔버의 내경은 상단으로 갈수록 감소하는 것을 특징으로 하는 슬러지 가용화 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 제2 격벽은 상단에서 하단까지 내경과 외경이 각각 일정한 형상으로 이루어지고,
상기 제2 영역에는 슬러지 체류 시간을 늘리기 위해 상기 제2 격벽에 결합되는 제3 격벽과 상기 챔버에 결합되는 제4 격벽이 교번적으로 배치되어 지그재그 유로가 형성되고,
상기 제3 격벽은 상기 제2 격벽의 외측 면에서 상기 챔버의 내측 면을 향해 연장되는 링 형상으로 이루어지고,
상기 제4 격벽은 상기 챔버의 내측 면에서 상기 제2 격벽의 외측 면을 향해 연장되는 링 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬러지 가용화 장치.
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| KR1020230032276A KR102601671B1 (ko) | 2023-03-13 | 2023-03-13 | 슬러지 가용화 장치 |
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|---|---|
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