KR102637663B1 - 농축 슬러지의 탈수 방법 - Google Patents

농축 슬러지의 탈수 방법 Download PDF

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조아라
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디와이산업개발 주식회사
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Abstract

(a) 응집조에 공정수 100중량부와 고분자 응집제 0.2~0.3중량부를 투입하고, 130~150rpm으로 교반하는 단계; (b) 상기 응집조의 교반 속도를 140~180rpm으로 조정한 후, 상기 응집조의 상부에 함수율이 85~95%인 농축 슬러지를 투입하여 플록을 형성하는 단계; (c) 상기 플록이 형성된 농축 슬러지를 라인펌프에 의해 상기 응집조로부터 탈수기로 이송하는 단계; 및 (d) 상기 탈수기로 이송된 농축 슬러지를 기계적 탈수하여 탈수 케이크와 탈수 여액을 분리하는 단계;를 포함하는 농축 슬러지의 탈수 방법이 제공된다.

Description

농축 슬러지의 탈수 방법{METHOD FOR DEHYDRATING CONCENTRATED SLUDGE}
본 발명은 농축 슬러지의 탈수 방법에 관한 것이다.
오·폐수 처리장에서 발생하는 슬러지는 일반적으로 에너지원이나 비료 등으로 재활용되거나, 땅에 매립 또는 소각하여 처리되고 있다. 이러한 슬러지 처리의 주된 목적은 수처리시설에서 분리한 슬러지를 가능한 부패되기 전에 신속하게 처리하여 취급이 용이한 형태로 만들어 반출함과 동시에 자원화에 필요한 성상으로 가공하기 위한 것으로, 슬러지 처리에 따라 슬러지 중의 수분 감소, 고형물 감소 및 슬러지 성상의 안정화를 이룰 수 있다.
특히 공장, 발전소 등의 산업시설 내에서 집수조 혹은 탱크 등을 운용할 경우, 침전된 슬러지가 필수적으로 발생하게 되지만, 높은 함수율을 갖는 슬러지의 특성으로 인해 처리에 어려움이 존재한다. 이를 처리하기 위한 기존의 폐수처리 시스템으로는 굉장히 많은 물을 희석하여야 처리가 가능하고, 시간과 비용 뿐만 아니라 시설 용량이 부족할 가능성이 높다. 또한, 톤백 등에 담아서 탈수하는 방법도 있지만 환경적인 문제가 있으며, 슬러지 성상에 따라서 탈수 불가능한 경우 역시 존재한다.
이와 함께, 1차적으로 응집 등을 통해 처리된 슬러지는 함수율이 85~95%정도 되는 농축 슬러지가 되는데, 이러한 농축 슬러지의 경우에는 일시적으로 발생한 것으로서 이를 적치하거나 건조할 공간이 부족한 것이 현실이다. 또한, 폐기물 보관은 폐기물법상 적법한 장소에 보관해야 하며, 해당 조건을 갖춘 충분한 여유공간이 없는 경우가 많다.
한편, 농축 슬러지를 바로 탈수 처리하여 폐기물로서 매립하기 위해서는 함수율을 85% 미만으로 저하시켜야만 한다. 그런데, 기존에는 농축 슬러지를 탈수하는 과정에서 오히려 물을 다량으로 사용하여 희석이 이루어지고, 약품조, 반응조 및 침전조 등을 연속적으로 사용하여 슬러지를 탈수함에 따라 지나치게 큰 탈수 장비를 설치하여야 하는 문제가 있었다. 또한, 탈수 장비 설치에 따른 비용이 과도하게 발생할 수 있으며, 탈수 시간 또한 길어지는 문제가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해 특허문헌 1에서는 슬러지를 가열하여 탈수하는 기술을 제안하고 있다. 그러나, 특허문헌 1과 같이 열을 인가하는 경우 많은 에너지가 소모되고, 시간당 처리 효율 또한 떨어질 뿐만 아니라, 설치 및 운영 비용 부담과 공간의 제약으로 인해 소규모 공장의 폐수처리시설에서는 활용이 어려운 단점이 있다.
국제공개공보 제WO2014-041594호
본 발명은 전술한 종래 기술에서 드러난 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 여러 목적 중 하나는 함수율을 빠르게 저감시킬 수 있는 농축 슬러지의 탈수 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 기계적 탈수라는 매우 간단하고 저비용으로 구축 및 관리가 용이한 상업적 방법을 이용하여, 탈수 공정을 단순화하고, 탈수 시간을 향상시킬 수 있는 농축 슬러지의 탈수 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 희석수를 별도로 투입하지 않아 탈수 효율을 향상시키고, 짧은 탈수 시간을 확보할 수 있는 농축 슬러지의 탈수 방법을 제공하는 것이다.
일 측면에 따르면, (a) 응집조에 공정수 100중량부와 고분자 응집제 0.2~0.3중량부를 투입하고, 130~150rpm으로 교반하는 단계; (b) 상기 응집조의 교반 속도를 140~180rpm으로 조정한 후, 상기 응집조의 상부에 함수율이 85~95%인 농축 슬러지를 투입하여 플록을 형성하는 단계; (c) 상기 플록이 형성된 농축 슬러지를 라인펌프에 의해 상기 응집조로부터 탈수기로 이송하는 단계; 및 (d) 상기 탈수기로 이송된 농축 슬러지를 기계적 탈수하여 탈수 케이크와 탈수 여액을 분리하는 단계;를 포함하는 농축 슬러지의 탈수 방법이 제공된다.
일 실시예에 있어서, 상기 공정수와 상기 농축 슬러지의 체적비는 1 : 6 내지 1 : 20일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계는 2~10분 동안 수행될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계에서 단위 시간당 농축 슬러지 투입량은 500kg/min 이상일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계의 교반 속도는 상기 (a) 단계의 교반 속도에 비해 10rpm 이상 빠를 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (c) 단계에서, 맥동방지기를 더 사용할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 기계적 탈수는 진공탈수, 원심분리, 벨트 프레스, 필터 프레스 및 스크류 프레스로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 방법에 의해 이뤄질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 탈수 여액을 회수하여 상기 공정수로 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 탈수 케이크는 함수율이 85% 미만일 수 있다.
본 발명의 농축 슬러지의 탈수 방법에 따르면 응집조 및 탈수기만을 사용하여 농축 슬러지의 함수율을 현저히 저감시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 농축 슬러지의 탈수 방법은, 시설 용량이 상대적으로 적게 필요하고, 응집조에 응집제 수용액을 제조해둔 상태에서 농축 슬러지를 응집조 상부에 투입하여, 저비용으로 공정 구축이 가능하며, 종래 기술과는 달리 탈수 공정의 효율이 증대되는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 농축 슬러지의 탈수 방법은, 매우 빠른 탈수를 통해 매립 가능한 함수율에 도달할 수 있는 공정이므로, 단위 시간 당 슬러지 처리량이 우수하고, 환경 친화적이라는 장점이 있다.
본 발명의 일 측면의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 명세서의 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 본 명세서의 일 측면을 설명하기로 한다. 그러나 본 명세서의 기재사항은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 수치적 값의 범위가 기재되었을 때, 이의 구체적인 범위가 달리 기술되지 않는 한 그 값은 유효 숫자에 대한 화학에서의 표준규칙에 따라 제공된 유효 숫자의 정밀도를 갖는다. 예를 들어, 10은 5.0 내지 14.9의 범위를 포함하며, 숫자 10.0은 9.50 내지 10.49의 범위를 포함한다.
본 발명자들은 농축 슬러지에 대한 통상적인 응집제 첨가 및 기계적 탈수만으로는 함수율을 약 85% 이하로 낮추기 어렵고, 과도한 희석수의 사용으로 신속한 탈수가 이루어지기 어려운 점을 인식하고, 이를 해결하기 위해 깊이 연구한 결과, 약품조, 반응조, 침전조를 통합하되, 응집제 용액을 빠른 속도로 교반한 채로 그 상부에 농축 슬러지를 투입하여 응집을 진행할 경우, 놀랍게도 그리고 예기치 못하게도 농축 슬러지의 탈수 효율이 현저히 항상되면서도 탈수 시간이 크게 단축되는 점을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
상기의 효과가 얻어지는 상세한 작용기작은 반드시 분명하지 않지만, 일부는 이하와 같이 추정된다. 즉, 농축 슬러지는 이미 함수율이 85~95%로 조절되어 전처리가 이루어진 상태로서 침전이 되어 있어, 농축이 상당히 진행된 상태이므로, 고속으로 교반 중인 응집제 용액 상에 농축 슬러지를 투입하게 되면, 분자 내 및/또는 분자 간 공유결합 등의 화학적 결합이나 반데르발스 결합 등의 정전기적 결합이 순간적으로 약화되고 고분자 응집제와의 반응이 빠르게 일어나 농축 슬러지 사이에 잔존하는 물이 분리되어, 탈수 효율이 향상된 것이라고 추측된다. 특히, 이러한 효과는 농축 슬러지를 포함하는 응집조의 교반 속도가 특정 범위로 조절되는 경우 극대화되는 것으로 나타났다.
이하, 본 발명의 일 측면인 농축 슬러지의 탈수 방법의 각 단계에 대하여 상세히 설명한다.
(a) 단계
먼저, 응집조에 공정수 100중량부와 고분자 응집제 0.2~0.3중량부를 투입하고, 130~150rpm으로 교반을 수행한다.
종래 기술에서는, 응집제 용액을 저장하는 약품조, 약품조로부터 공급되는 응집제와 농축 슬러지 간 화학적 반응이 이뤄지는 반응조, 응집제의 투입에 따른 침전물과 상등액의 분리가 이뤄지는 침전조를 분리하여 운영하였으나, 이러한 설비들을 분리하여 운영할 시 많은 면적을 차지하고, 또한 관리상 어려움이 있으며, 슬러지의 탈수 효율이 낮아지고, 탈수 시간이 길어질 수 있는 문제점이 존재하였다.
또한, 종래에서는 약품조에 저장된 응집제 용액을 농축 슬러지가 저장된 반응조 상부에 투입하는 방식으로 응집 공정을 진행하였으나, 농축 슬러지가 높은 점도와 낮은 유동성을 가짐에 따라, 응집제 용액의 분산성을 확보하기 위해서는 과도한 희석수(공정수)의 사용이 불가피했으며, 이에 따라 짧은 시간 내에 높은 탈수 효율을 나타내기 어려운 문제점이 존재하였다.
이를 해결하기 위해, 본 발명자들은 예의 실험 끝에, 약품조, 반응조 및 침전조를 통합하고, 이들이 통합된 응집조 내부에서 응집제 용액을 제조하고, 제조된 응집제 용액을 고속으로 교반한 채로 응집조의 상부에 농축 슬러지를 투입하게 되면, 적은 양의 희석수 사용으로도 응집제가 농축 슬러지에 높은 분산성을 갖고 분산될 수 있어, 우수한 응집 효과를 통해 탈수 효율을 충분히 높일 수 있다는 것을 확인하였다.
상기 공정수는 처리조에서 배출된 방류수, 탈수조에서 배출된 탈수 여액 및 물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 방류수 또는 탈수 여액을 사용하게 되면 새로운 오염수 발생을 줄일 수 있는 장점이 있다.
상기 응집조의 부피는 5톤 이상일 수 있다. 바람직하게는, 상기 응집조의 부피는 10톤 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 응집조의 부피가 상기 범위 미만일 경우에는, 슬러지 처리량이 낮아 원하는 양만큼의 탈수된 농축 슬러지를 얻기 어려울 수 있다.
상기 농축 슬러지에 투입되는 고분자 응집제는 양이온성 응집제 및 음이온성 응집제로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 양이온성 응집제는 아크릴아마이드 단량체 및 양이온성 (메타)아크릴레이트계 단량체의 공중합체일 수 있고, 상기 음이온성 응집제는 아크릴아마이드 단량체 및 음이온성 (메타)아크릴산계 단량체의 공중합체일 수 있다. 바람직하게는 상기 고분자 응집제는 플록 형성에 용이한 양이온성 응집제일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 고분자 응집제의 중량 평균 분자량은 300,000~20,000,000g/mol일 수 있고, 바람직하게는 1,000,000~10,000,000g/mol일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 고분자 응집제의 중량 평균 분자량이 상기 범위를 만족하게 되면, 고분자 응집제가 농축 슬러지 내의 분자와 가교 구조를 형성하여 응집 효율이 높아져 탈수 효율이 우수하게 나타날 수 있다.
통상적으로 응집제는 공정수 100중량부에 대하여 0.02~0.06중량부의 비율로 희석되어 사용된다. 그러나, 이처럼 과량의 공정수(희석수)가 사용될 경우 탈수 효율이 저하되고, 탈수 시간이 길어지게 된다.
이와 달리, 본 발명에서는 공정수 100중량부에 대하여, 고분자 응집제를 0.2~0.3중량부, 바람직하게는 0.25~0.3중량부의 비율로 희석하여 사용하는 것을 특징으로 한다. 예를 들어, 상기 고분자 응집제의 함량은 상기 공정수 100중량부에 대하여, 0.2중량부, 0.21중량부, 0.22중량부, 0.23중량부, 0.24중량부, 0.25중량부, 0.26중량부, 0.27중량부, 0.28중량부, 0.29중량부, 0.3중량부 또는 이들 중 두 값의 사이값일 수 있다. 이로 인해 본 발명에서는 비교적 짧은 시간 내에 많은 양의 농축 슬러지를 처리할 수 있는 이점이 있다.
상기 응집제 용액을 제조할 때, 응집 효율 및 탈수 속도를 높이기 위하여 무기 응집제를 더 투입할 수 있다. 상기 고분자 응집제를 투입할 때 무기 응집제를 동시에 투입해도 좋고, 순차적으로 투입해도 좋다. 예를 들어, 상기 무기 응집제는 철계 응집제 또는 알루미늄계 응집제일 수 있으며, 구체적으로는 염화제1철(FeCl2), 염화제2철(FeCl3), 황산철(FeSO4), 염화알루미늄(AlCl3), 황산알루미늄(Al2(SO4)3), 폴리염화알루미늄(PAC), 암모늄명반(NH4Al(SO4)2·12H2O), 알루민산나트륨(NaAlO2) 및 염화코퍼러스(FeCl2+Fe4(SO3)4)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는, 악취 및 인 제거에 효과가 탁월한 황산철이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 응집제 용액을 제조할 때, 응집 효율 및 탈수 속도를 높이기 위하여, 2가 구리 화합물을 추가로 첨가할 수 있다. 예를 들어, 상기 2가 구리 화합물은 염화구리(CuCl2), 질산구리(Cu(NO3)2) 및 황산구리(CuSO4)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 그 중에서도 황산구리(CuSO4)가 바람직할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 응집제 용액 제조 시 교반 속도는 130~150rpm일 수 있다. 예를 들어, 상기 응집제 용액 제조 시 교반 속도는 130rpm, 135rpm, 140rpm, 145rpm, 150rpm 또는 이들 중 두 값의 사이값일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는, 통상의 교반기에 비해 빠른 교반을 수행할 수 있는 고속 교반기를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 교반 속도가 상기 범위를 만족하면, 고분자 응집제의 농도가 높으면서도 고르게 분산될 수 있고, 이에 따라 고농축 상태에서 농축 슬러지와 혼합될 수 있어 우수한 응집 효율을 확보할 수 있고, 짧은 탈수 시간에 많은 양의 농축 슬러지를 처리할 수 있다. 반면, 상기 응집제 혼합 시 교반 속도가 상기 범위 미만이면, 상기 (a) 단계의 소요 시간이 지나치게 길어져 탈수 공정의 경제성이 저하될 수 있고, 탈수 시간이 길어질 수 있다. 상기 응집제 혼합 시 교반 속도가 상기 범위 초과이면, 상기 (a) 단계 수행 시 와류가 발생할 수 있고, 그 결과 응집조 내부의 손상을 야기할 수 있고, 교반 속도가 지나치게 빨라짐에 따라 고분자 응집제의 분자 사슬이 절단될 수 있고, 이에 따라 고분자 응집제의 중량 평균 분자량이 감소하여 응집을 위한 가교 형성이 부족해질 수 있으며, 결과적으로 탈수 효율이 낮아질 수 있다.
상기 (a) 단계는 2~10분 동안 수행될 수 있다. 바람직하게는, 상기 (a) 단계는 3~5분 동안 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 (a) 단계가 상기 범위 초과이면, 단위 시간당 처리할 수 있는 농축 슬러지의 양이 감소할 수 있다.
(b) 단계
응집조의 교반 속도를 140~180rpm으로 조정한 후, 농축 슬러지를 응집조의 상부에 투입하여 고분자 응집제와 혼합시켜 플록을 형성한다.
농축 슬러지는 오·폐수 처리장으로부터 공급된 슬러지를 1차적으로 침전 처리하여 상등액을 분리한 상태로서, 함수율이 85~95%로 조절된 것을 말한다. 오·폐수 처리장은 통상 물리적 처리조, 화학적 처리조, 생물학적 처리조, 침전조, 농축조 및 탈수조를 구비한다. 물리적 처리조에서는 여과막이나 흡착제 등에 의한 부유물의 물리적 제거가 이뤄진다. 화학적 처리조에서는, 철 산화법, 오존 산화법, 펜톤(Fenton) 산화법 등에 의한 잔류 부유물의 응집 제거가 이루어진다. 생물학적 처리조에서는 호기성 상태에서 미생물에 의한 유기물의 분해가 이뤄진다. 이러한 생물학적 처리조는 물리적 처리조 및 화학적 처리조의 전단에 구비될 수도 있고, 물리적 처리조 및 화학적 처리조의 후단에 구비될 수도 있다. 침전조는 물리적, 화학적 및 생물학적 처리조의 후단에 구비되며, 침전조에서는 유입되는 원수가 상등수와 슬러지로 분리된다. 농축조는 침전조의 후단에 구비되며, 농축조에서는 처리조 및 침전조로부터 공급되는 슬러지의 농축이 이뤄진다. 탈수조는 농축조의 후단에 구비되며, 탈수조에서는 농축된 슬러지 내에 함유된 수분의 제거가 이뤄진다.
본 발명에서 이용하는 농축 슬러지는 이들 중 처리조 또는 침전조에서 처리된 후, 농축조를 거친 것이 바람직하다. 상기 처리 및 농축을 마친 슬러지는 통상 85~95%의 함수율, 바람직하게는 85~90%의 함수율과, 4~12의 pH, 바람직하게는 6~11의 pH를 나타내고, 본 발명의 탈수 방법은 이러한 농축 슬러지를 대상으로 하여 바람직하게 적용될 수 있다.
상기 농축 슬러지는 상기 응집조에 투입될 때, 응집조 상부로부터 하부 방향으로 투입될 수 있다. 이는 상기 농축 슬러지가 상기 고분자 응집제에 비해 비중이 크므로, 상기 농축 슬러지가 응집조 상부에서 하부로 투입되면, 자연스럽게 상하 방향으로의 유동이 생성되고, 결과적으로 혼합이 더욱 원활하게 이루어져 탈수 효율을 높일 수 있다.
상기 공정수와 농축 슬러지의 체적비는 1 : 6 내지 1 : 20일 수 있고, 바람직하게는 1 : 8 내지 1 : 12일 수 있다. 공정수의 비율이 지나치게 낮을 경우 농축 슬러지가 뻑뻑하여 응집 탈수가 곤란하거나 후속 단계에서 플록(floc) 형성이 미흡할 수 있으며, 반대로 공정수의 비율이 지나치게 높을 경우 탈수 효율이 저하될 수 있다.
상기 플록 형성 시 교반기로는 통상의 교반기에 비해 빠른 교반을 수행할 수 있는 고속 교반기를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 플록 형성 시 교반 속도는 140~180rpm일 수 있고, 바람직하게는 150~175rpm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 플록 형성 시 교반 속도는 140rpm, 145rpm, 150rpm, 155rpm, 160rpm, 165rpm, 170rpm, 175rpm, 180rpm 또는 이들 중 두 값의 사이값일 수 있다. 상기 플록 형성 시 교반 속도가 상기 범위를 만족하면, 빠른 속도로 강하게 교반함으로써 플록에 강한 충격을 부여해 플록 중의 수분을 방출함과 동시에, 충돌에 의한 플록의 경화가 촉진되어 견고한 플록이 형성되고, 플록의 지름이 충분히 크게 형성되어 우수한 탈수 효율을 확보할 수 있다. 반면, 상기 플록 형성 시 교반 속도가 상기 범위 초과이면, 고분자 응집제의 분자 사슬이 절단될 수 있고, 이에 따라 고분자 응집제의 중량 평균 분자량이 감소하여 응집을 위한 가교 형성이 부족해질 수 있으며, 결과적으로 탈수 효율이 낮아질 수 있다. 상기 플록 형성 시 교반 속도가 상기 범위 미만이면, 고분자 응집제와 슬러지의 접촉에 의해 응집 오니가 플록화하는데, 충분한 접촉 시간을 확보하지 못해 고분자 응집제 투입에 따른 플록 형성이 불충분할 수 있고, 플록의 지름이 줄어듦에 따라 탈수 효율이 낮아질 수 있다.
상기 (b) 단계에서 단위 시간당 농축 슬러지 투입량은 500kg/min 이상일 수 있고, 바람직하게는 1,000kg/min일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 단위 시간당 농축 슬러지 투입량이 상기 범위 미만이면, 공정 전체의 소요 시간이 길어져 탈수 효율이 저하될 수 있고, 공정의 경제성이 저하될 수 있다.
상기 농축 슬러지의 경우에는 함수율이 어느정도 제어되어 있기 때문에 침전 과정은 생략해도 되나, 상기 (b) 단계 이후에 상등액을 제거하는 과정을 더 포함하여 슬러지의 함수율을 줄일 수 있다.
상기 (b) 단계의 교반 속도는 상기 (a) 단계의 교반 속도에 비해 10rpm 이상 빠를 수 있고, 바람직하게는 15rpm 이상 빠를 수 있고, 가장 바람직하게는 20rpm 이상 빠를 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 (b) 단계의 교반 속도가 상기 (a) 단계의 교반 속도보다 느리면, 슬러지 투입 시 슬러지의 침강 효과가 더 강하게 나타나, 상기 (a) 단계에서 제조된 응집제 수용액과 농축 슬러지의 혼합이 제대로 일어나지 않을 수 있고, 이에 따라 불균일 혼합된 슬러지의 응집 및 플록 형성이 원활하지 않아 탈수 효율이 감소할 수 있다.
상기 (b) 단계는 5~30분 동안 수행될 수 있다. 바람직하게는, 상기 (b) 단계는 10~25분 동안 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 (b) 단계 이후에, 상기 농축 슬러지와 응집제 수용액이 고속 교반된 상태에서 40~60rpm의 속도로 교반하는 단계를 더 포함할 수 있다. 편의상 이하에서는 이를 (b') 단계라고 한다.
상기 (b') 단계에서 교반 속도는 40~60rpm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 교반 속도는 40rpm, 45rpm, 50rpm, 55rpm, 60rpm 또는 이들 중 두 값의 사이값일 수 있다. 상기 교반 속도가 상기 범위를 만족하면, 상기 (b) 단계에 따라 치밀하고 견고한 플록이 형성된 후, 완속 교반이 이루어짐에 따라, 서로 집합하여 큰 플록을 형성시킬 수 있고, 이에 따라 탈수 효율이 우수하고, 높은 압력을 가하여 필터 프레스를 진행하더라도 막힘 없이 탈수 여액과 탈수 케이크가 분리되며, 함수율이 낮은 탈수 케이크가 형성될 수 있다.
상기 (b') 단계는 1~5분 동안 수행될 수 있다. 바람직하게는, 상기 (b') 단계는 3~5분 동안 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
(c) 단계
플록이 형성된 농축 슬러지를 라인펌프에 의해 상기 응집조로부터 탈수기로 이송한다.
상기 라인펌프는 용적식 펌프로서, 압력이 강하게 가해질 수 있어 역방향 및 정방향 모두 운용될 수 있는 특징을 갖는다.
상기 농축 슬러지의 경우에는 유동성이 낮아 강한 압력을 가해야만 이송될 수 있으므로, 상기 라인펌프에 의해 토출되어 탈수기로 이동하게 된다.
상기 라인펌프의 토출 압력은 5 bar 이상일 수 있고, 바람직하게는, 상기 라인펌프의 토출 압력은 10 bar 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 라인펌프의 토출 압력이 상기 범위 미만이면, 농축 슬러지가 이송될만큼의 충분한 압력이 형성되지 못해 탈수기로 이송되는데 긴 시간이 소요되거나, 아예 이송이 불가능할 수 있다.
(d) 단계
플록이 형성된 농축 슬러지를 기계적 탈수하여 탈수 케이크와 탈수 여액을 분리한다.
본 발명에서는 농축 슬러지를 기계적으로 탈수하는 구체적인 방법에 대해 특별히 한정하지 않으며, 공지의 어떠한 탈수 방법이라도 사용 가능하다. 제한되지 않는 일 예로서, 기계적 탈수는 진공탈수, 원심분리, 벨트 프레스, 필터 프레스 및 스크류 프레스로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 방법에 의해 수행될 수 있으며, 이들 중 둘 이상의 방법이 순차적으로 수행될 수 있음은 물론이다.
탈수시 가해지는 압력은 50MPa 내지 300MPa일 수 있고, 바람직하게는 100MPa 내지 200MPa 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 구체적인 탈수 방법 및 처리 효율을 고려하여 적절히 조절될 수 있음은 물론이다.
상기 기계적 탈수가 이뤄지는 탈수기에는 맥동방지기가 구비되어 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 맥동방지기는 탈수기의 강한 압력에 의한 탈수 시 발생할 수 있는 진동을 억제하고, 이를 댐핑하는 역할을 수행하여 장비 손상을 방지하는 역할을 수행할 수 있다. 특히, 상기 맥동방지기는 탈수기 내 압력을 정확하게 측정하여 탈수기 내 압력이 과하게 높아질 경우에 가동되는 등 선택적으로 가동될 수 있다. 예를 들어, 상기 맥동방지기는 탈수기 내 압력이 300MPa 초과일 경우 압력에 의한 장비 손상을 방지하기 위해 가동될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
기계적 탈수에 의해 얻어진 탈수 케이크의 함수율은 85% 미만일 수 있고, 바람직하게는 80% 이하일 수 있으며, 보다 바람직하게는 70% 이하일 수 있고, 보다 더 바람직하게는 60% 이하일 수 있고, 가장 바람직하게는 55% 이하일 수 있다. 상기 함수율이 85% 미만이 될 경우, 상기 탈수 케이크를 매립할 수 있게 되고, 이를 통해 빠른 탈수에 의한 농축 슬러지 처리라는 본원발명의 일 목적을 달성할 수 있다.
또한, 기계적 탈수에 의해 분리된 탈수 여액은 회수되어 희석수로서 공급될 수 있다.
상기 (a) 단계 내지 (d) 단계의 총 수행시간은 150분 이하일 수 있고, 바람직하게는 120분 이하일 수 있다. 특히, 상기 (b) 단계에서 응집조에 응집제 수용액을 제조하고, 여기에 농축 슬러지를 상부로부터 투입하여 교반 시간을 단축한 결과, 상기 (c) 및 (d) 단계에서의 소요 시간 역시 감소될 수 있다. 이를 통해 짧은 시간 동안 많은 양의 농축 슬러지를 처리할 수 있고, 탈수 효율 또한 우수할 수 있다.
이에 더해, 상기 응집조를 병렬로 운영하여 동일한 단계를 거쳐 상기 농축 슬러지를 탈수하는 공정을 운용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 병렬적으로 운용되는 응집조의 경우에는, 슬러지의 단위 시간당 처리량이 비약적으로 상승하여 짧은 시간 내에 다량의 농축 슬러지를 처리하여 폐기 처리하는데 유리할 수 있다.
이하, 본 명세서의 실시예에 관하여 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이하의 실험 결과는 상기 실시예 중 대표적인 실험 결과만을 기재한 것이며, 실시예 등에 의해 본 명세서의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 아래에서 명시적으로 제시하지 않은 본 명세서의 여러 구현예의 각각의 효과는 해당 부분에서 구체적으로 기재하도록 한다.
실험예
<실시예 1>
전분 제조 공장의 유기성 폐수처리장으로부터 생물학적 처리조에서 침전조로 이송되는 함수율 90%의 농축 슬러지(pH 7)를 채취하였다. 응집조에 공정수 1,000kg과 양이온성 고분자 응집제(아크릴아마이드 단량체 및 양이온성 아크릴레이트계 단량체의 공중합체) 2.5kg를 투입한 후 140rpm으로 4분간 교반하여 0.25중량%의 고농도 고분자 응집제 수용액을 형성하였다. 해당 고농도 응집제 수용액을 포함하는 응집조의 상부에 상기 농축 슬러지 10 톤을 1000kg/min의 속도로 투입하고, 교반 속도를 160rpm으로 하여 초고속 교반시키며 플록을 형성시켰다. 최종적으로 플록이 형성된 농축 슬러지를 라인펌프를 통해 이송시키고, 시간당 5톤을 처리할 수 있는 필터 프레스에 의해 함수율이 80%가 될 때까지 탈수시킨 후, 탈수 여액과 분리하고, 탈수 시간 및 폐수 발생량을 측정하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
<비교예 1>
전분 제조 공장의 유기성 폐수처리장으로부터 생물학적 처리조에서 침전조로 이송되는 함수율 90%의 농축 슬러지(pH 7)를 채취하여, 농축 슬러지 10톤을 반응조로 이송하였다. 이와 별도의 약품조에 희석수 4,000kg과 양이온성 고분자 응집제(아크릴아마이드 단량체 및 양이온성 아크릴레이트계 단량체의 공중합체)를 0.4kg투입하여 40rpm으로 10분간 교반하여 0.1%의 농도를 갖도록 응집제 수용액을 제조하였다. 이후 제조된 응집제 수용액을 반응조로 이송하고 50rpm의 속도로 교반한 후 플록 형성 상태를 점검하였다. 마지막으로 플록이 형성된 농축 슬러지를 펌프에 의해 이송시키고, 시간당 5톤을 처리할 수 있는 필터 프레스에 의해 함수율이 80%가 될 때까지 탈수시킨 후, 탈수 여액과 분리하고, 탈수 시간 및 폐수 발생량을 측정하여, 그 결과를 하기 표 1에 함께 나타내었다.
실시예 1 비교예 1
탈수시간 1시간 57분 3시간 4분
탈수 케이크 함수율 80% 80%
폐수 발생량 1.1톤 1.4톤
표 1에서 확인되는 바와 같이, 상기 응집조에서 응집제 수용액을 제조하고 농축 슬러지를 응집조 상부에 투입한 후 고속 교반하여 플록 형성이 이루어진 실시예 1의 경우, 비교예 1에 비해 짧은 시간 내에 함수율이 80%인 탈수 케이크를 얻을 수 있어, 탈수 시간이 효과적으로 감소하였음을 확인할 수 있다. 또한, 폐수 발생량 역시 0.3톤 감소한 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, 농축 슬러지를 처리함에 있어서 응집조 내에서 통합적으로 공정을 운영하여 고속 교반을 통해 응집제를 처리할 경우 탈수 효율이 현저히 향상됨을 알 수 있다. 전술한 본 명세서의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 명세서의 일 측면이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서에 기재된 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 명세서의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (7)

  1. (a) 응집조에 공정수 100중량부와 고분자 응집제 0.2~0.3중량부를 투입하고, 130~150rpm으로 교반하는 단계;
    (b) 상기 응집조의 교반 속도를 140~180rpm으로 조정한 후, 상기 응집조의 상부에 함수율이 85~95%인 농축 슬러지를 투입하여 플록을 형성하는 단계;
    (c) 상기 플록이 형성된 농축 슬러지를 라인펌프에 의해 상기 응집조로부터 탈수기로 이송하는 단계; 및
    (d) 상기 탈수기로 이송된 농축 슬러지를 기계적 탈수하여 탈수 케이크와 탈수 여액을 분리하는 단계;
    를 포함하는 농축 슬러지의 탈수 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공정수와 상기 농축 슬러지의 체적비는 1 : 6 내지 1 : 20인, 농축 슬러지의 탈수 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 2~10분 동안 수행되는, 농축 슬러지의 탈수 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 단위 시간당 농축 슬러지 투입량은 500kg/min 이상인, 농축 슬러지의 탈수 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계의 교반 속도는 상기 (a) 단계의 교반 속도에 비해 10rpm 이상 빠른 것을 특징으로 하는, 농축 슬러지의 탈수 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 탈수기에 맥동방지기가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는, 농축 슬러지의 탈수 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기계적 탈수는 진공탈수, 원심분리, 벨트 프레스, 필터 프레스 및 스크류 프레스로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 방법에 의해 이뤄지는, 농축 슬러지의 탈수 방법.
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