KR20020058947A - 물속 슬러지를 이용하여 비료를 얻어내는 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하천이나 저수지의 물속 바닥면에 침전되어 있는 물속 슬러지에서 비료를 얻어내는 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 하천이나 저수지 등의 물속 바닥면에 침전된 물속 슬러지(sludge)를 외부로 끌어올려 유기물(有機物)과 토사(土砂)로 분리한 다음 상기 유기물은 별도의 첨가물에 의해 열반응시켜 액비 또는 퇴비로 만들어 식물의 성장제로서 용이하게 이용할 수 있도록 하고, 유기물이 분리되고 남은 토사(土砂)는 침출수가 생기지 않는 매립토로서 적합하게 이용할 수 있도록 한 것이다.

이를 위해 본 발명은, 하천이나 저주지의 물속 바닥면에 침전되어 있는 물속 슬러지를 진공 흡착하여 외부로 끌어올리는 진공흡착수단(1)과, 상기 외부로 끌어올려진 슬러지를 고압의 초미세 기포에 의해 세정하면서 상기 슬러지를 이루는 토사에서 유기물이 떨어져 나가도록 하는 기포발생수단(2)과, 상기 토사에서 유기물이 떨어져 나간 상태의 슬러지를 원심분리시켜 토사는 토사대로 유기물은 유기물대로 완전하게 분리하는 원심분리수단(3)과, 상기 원심분리된 토사를 적정량의 생석회와 혼합시켜 발열반응시키는 1차 반응수단(4)과, 상기 원심분리된 유기물을 적정량의 응집제와 혼합시켜 응집시키는 유기물 응집수단(5)과, 상기 응집된 유기물을 채별하여 유기 부유물과 순수한 물로 분리하는 채별수단(6)과, 상기 분리된 유기 부유물을 적정량의 생석회와 혼합시켜 발열반응시키는 2차 반응수단(7)으로 구성된 물속 슬러지를 이용하여 비료를 얻어내는 장치를 제공하고, 상기 장치에 의해 물속슬러지를 이용하여 비료를 얻어내는 방법을 제공한 것이다.

Description

물속 슬러지를 이용하여 비료를 얻어내는 장치 및 그 방법{device for producing fertilizer from water sludge and methode of the same}

본 발명은 물속에 침전되어 있는 물속 슬러지를 이용하여 비료를 얻는 기술에 관련된 것으로, 좀더 구체적으로는 하천이나 깊이가 호수 보다 얕은 저수지 등의 바닥면에 침전된 물속 슬러지(sludge)를 유기물(有機物)과 토사(土砂)로 분리한 다음 상기 유기물은 별도의 첨가물에 의해 열반응시켜 액비 또는 퇴비를 얻고, 유기물이 분리되고 남은 토사(土砂)는 매립토로서 적합하게 이용할 수 있도록 한 물속 슬러지를 이용하여 비료를 얻어내는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 하천이나 저수지 등에는 생활하수나 토사 등이 계속적으로 흘러들게되어 있으므로 오랜기간이 지나게 되면 유기물이 함유된 토사가 바닥면에 침전되어 생성된 슬러지가 쌓이게 되고, 이러한 슬러지는 그 량이 많아지면 많아질수록 수심이 그만큼 얕아지므로 인해 여러가지 문제점을 야기시키고 있다.

예를 들어, 하천의 바닥면에 슬러지가 쌓이게 되면 하천 깊이가 얕아지므로 물의 이동량이 줄어들게 됨에 따라 특히 우기에 그리 많은량의 비가 내리지 않더라도 물이 넘쳐나게 되어 논,밭이 침수되는 피해를 입게되고, 저수지의 바닥면에 슬러지가 쌓이게 되면 저수지의 깊이가 얕아지므로 저수량이 줄어들게 됨에 따라 건기에 필요한 물의 사용(농업 용수 및 상수)을 제한받게 된다.

또한 하천 및 저수지의 바닥면에 쌓인 슬러지는 특히 건기가 오래도록 진행될 경우 물속의 영양물질을 방출하는 부영양화(富營養化)가 일어나므로 저수지의 물을 식수로 사용할 경우에는 그 물의 정화에 상당한 비용을 들여야 하고 또한 하천 및 저수지에서 살아가는 각종 어폐류가 필요한 영양소의 부족으로 죽어가게 된다.

따라서, 하천이나 저수지 등에 있어서는 몇년에 걸쳐 정기적으로 슬러지를 제거하는 이른바 준설(浚渫)을 실시하는데, 상기 준설시 외부로 끌어 올려진 슬러지는 그 상태로서는 특별히 다른 용도로 사용할 수 없으므로 거의 전량을 매립 처리하고 있는 실정에 있다.

그러나 슬러지를 매립하기 위해서는 운반수단을 이용하여 상기 슬러지를 매립지까지 운반하여야 하는데, 준설된 직후의 슬러지는 다소간의 차이는 있으나 약 37%의 무기물과 약3%의 유기물 그리고 60%의 수분을 함유하고 있으므로 상기 수분의 높은 함량으로 인해 운반의 편리성이 확보되지 못하고 있고, 매립지까지 운반하여 매립을 하였더라도 침출수가 생기게 되어 주변의 지하수를 오염시키는 원인으로 제공되고 있어, 결국 슬러지의 매립처리도 그리 권장할만한 사항은 아니라고 봄이 타당하다.

지금까지의 슬러지 처리에는 기 설명된 바와 같은 매립처리 이외에 특별한 방법을 제공하지 못하고 있어, 상기에서 밝힌 여러가지 문제점은 앞으로도 계속될 것으로 전망된다.

본 발명은 상기에서 밝힌 슬러지 처리로 인한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 하천이나 저수지 등의 바닥면에 침전되어 있는 물속 슬러지(sludge)를 외부로 끌어올려 유기물(有機物)과 토사(土砂)로 분리한 다음 상기 유기물은 별도의 첨가물에 의해 열반응시켜 액비 또는 퇴비로 만들어 식물의 성장제로서 용이하게 이용할 수 있도록 하고, 유기물이 분리되고 남은 토사(土砂)는 침출수가 생기지 않는 매립토로서 적합하게 이용할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명 물속 슬러지를 이용하여 비료를 얻어내는 장치의 블럭구성도

도 2는 도 1의 장치로서 물속 슬러지를 이용하여 비료를 얻어내는 과정을 순서적으로 나타낸 플로우챠트

도면의 주요 수분에 대한 부호의 설명

1. 진공흡착수단 1a. 보조 기포발생수단

2. 기포발생수단 3. 원심분리수단

4. 1차 반응수단 5. 유기물 응집수단

6. 채별수단 7. 2차 반응수단

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 형태는, 하천이나 저주지의 물속 바닥면에 침전되어 있는 물속 슬러지를 진공 흡착하여 외부로 끌어올리는 진공흡착수단과, 상기 외부로 끌어올려진 슬러지를 고압의 초미세 기포에 의해 세정하면서 상기 슬러지를 이루는 토사에서 유기물이 떨어져 나가도록 하는 기포발생수단과, 상기 토사에서 유기물이 떨어져 나간 상태의 슬러지를 원심분리시켜 토사는 토사대로 유기물은 유기물대로 완전하게 분리해 내는 원심분리수단과, 상기 원심분리된 토사를 적정량의 생석회와 혼합시켜 발열반응시키는 1차 반응수단과, 상기 원심분리된 유기물을 적정량의 응집제와 혼합시켜 응집시키는 유기물 응집수단과, 상기 응집된 유기물을 채별하여 유기 부유물과 순수한 물로 분리하는 채별수단과, 상기 분리된 유기 부유물을 적정량의 생석회와 혼합시켜 발열반응시키는 2차 반응수단으로 구성된 물속 슬러지를 이용하여 비료를 얻어내는 장치가 제공된다.

또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 다른 형태는, 하천이나 저수지 등의 물속 바닥면에 침전되어 있는 물속 슬러지를 얻어 이를 챔버와 같은 공간부에 넣는 단계와, 상기 공간부 내로 고압의 초미세 기포를 발생시켜 슬러지를 이루는 토사에서 유기물이 떨어져 나가도록 하는 단계와, 상기 토사에서 유기물이 떨어져 나간 상태의 슬러지를 원심분리시켜 토사는 토사대로 유기물은 유기물대로 완전하게 분리하는 단계와, 상기 분리된 토사를 별도의 반응조와 같은 공간부에 넣고 1.5~2%의 생석회를 혼합하여 발열반응시킴과 함께 분리된 유기물을 챔버와 같은 공간부에 넣고 적정량의 응집제(凝集劑)를 첨가하여 응집시키는 단계와, 상기 응집된 유기물을 채별기 등을 이용해 걸러 상층의 유기 부유물과 하층의 순수한 물로 분리하는 단계와, 상기 상층의 유기 부유물을 반응조와 같은 공간부에 넣고 적정량의 생석회를 혼합하여 식물의 성장에 유용한 비료를 얻는 단계가 순차적으로 수행되어 진 물속 슬러지를 이용하여 비료를 얻어내는 방법이 제공된다.

이하 본 발명을 첨부된 도 1 내지 도 2를 참고로 하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도 1은 본 발명 물속 슬러지를 이용하여 비료를 얻어내는 장치의 블럭구성도로서, 하천이나 저주지 등의 근접된 지면에 지지되어 물속의 바닥면에 침전되어 있는 물속 슬러지를 진공 흡착에 의해 외부로 끌어올리는 진공흡착수단(1)과, 상기 진공흡착수단의 일측부에 구비되어 진공흡착수단(1)에 의해 외부로 끌어올려진 슬러지를 받아 고압의 초미세 기포의 발생에 의해 세정하면서 상기 슬러지를 이루는 토사에서 유기물이 떨어져 나가도록 하는 기포발생수단(2)과, 상기 기포발생수단의 일측에 구비되어 기포발생수단(2)에 의해 토사에서 유기물이 떨어져 나간 상태의 슬러지를 받아 원심분리시켜 토사는 토사대로 유기물은 유기물대로 완전하게 분리하는 원심분리수단(3)과, 상기 원심분리수단의 일측에 구비되어 원심분리수단(3)에 의해 원심분리된 토사를 받아 적정량의 생석회와 혼합시켜 발열반응시키는 1차 반응수단(4)과, 상기 원심분리수단(3)의 일측에 구비되어 원심분리수단에 의해 원심분리된 유기물을 받아 적정량의 응집제(유기응집제 또는 무기응집제를 선택적으로 사용한다)를 혼합시켜 응집시키는 유기물 응집수단(5)과, 상기 유기물 응집수단의 일측에 구비되어 유기물 응집수단(5)에 의해 응집된 유기물을 받아 채별하여 유기 부유물과 순수한 물로 분리하는 채별수단(6)과, 상기 채별수단의 일측에 구비되어 채별수단(6)에 의해 분리된 유기 부유물을 적정량의 생석회와 혼합시켜발열반응시키는 2차 반응수단(7)으로 구성된다.

상기에서 진공흡착수단(1)중 물속에 잠기는 부분의 하단부에는 진공흡착수단에 의한 물속 슬러지의 흡착시 상기 물속 슬러지 흡착 시작부위로 초미세 기포를 발생시켜 가압부상법에 의해 유기물의 부상이 이루어지도록 하는 보조 기포발생수단(1a)이 구비되는데, 이는 물속 슬러지의 진공흡착시 유기물의 확산을 방지하여 물의 오염영역을 줄여보고자 함에 있다.

첨부된 도 2는 도 1의 장치로서 물속 슬러지를 이용하여 비료를 얻어내는 과정을 순서적으로 나타낸 플로우챠트로서, 하천이나 저수지 등의 물속 바닥면에 침전되어 있는 물속 슬러지를 얻어 이를 챔버와 같은 공간부에 넣는 단계와, 상기 공간부 내로 고압의 초미세 기포를 발생시켜 슬러지를 이루는 토사에서 유기물이 떨어져 나가도록 하는 단계와, 상기 토사에서 유기물이 떨어져 나간 상태의 슬러지를 원심분리시켜 토사는 토사대로 유기물은 유기물대로 완전하게 분리하는 단계와, 상기 분리된 토사를 별도의 반응조와 같은 공간부에 넣고 1.5~2 중량%의 생석회를 혼합하여 발열반응시킴과 함께 분리된 유기물을 챔버와 같은 공간부에 넣고 적정량의 응집제(凝集劑)를 첨가하여 응집시키는 단계와, 상기 응집된 유기물을 채별기 등을 이용해 걸러 상층의 유기 부유물과 하층의 순수한 물로 분리하는 단계와, 상기 상층의 유기 부유물을 반응조와 같은 공간부에 넣고 적정량의 생석회를 혼합하여 식물의 성장에 유용한 비료를 얻는 단계가 순차적으로 수행되어 진다.

상기한 마지막 단계에서 상층의 유기 부유물을 반응조와 같은 공간부에 넣고 적정량의 생석회를 혼합할 때 상기 생석회의 량을 2~2.5% 혼합할 경우 알칼리성의고급 액비(液肥)로서 이용이 가능한 물질이 얻어지고, 생석회의 량을 5~10% 혼합할 경우에는 퇴비(堆肥)로서 이용이 가능한 물질이 얻어진다.

이하 하천이나 저수지 등의 물속 바닥면에 침전되어 있는 물속 슬러지를 외부로 끌어 올린 다음 비료를 얻어내는 과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

하천이나 저수지의 근접된 지면에 진공흡착수단(1)을 지지시킨 다음 상기 진공흡착수단의 흡입노즐을 물속으로 집어 넣어 상기 흡입노즐의 끝단이 물속 바닥면에 침전되어 있는 물속 슬러지에 접촉되도록 하는 과정을 사전에 거쳐야 함은 이해 가능하다.

이 상태에서 본 발명 장치가 동작되면, 진공흡착수단(1)에 의해 진공흡착이 이루어지므로 물속의 바닥면에 침전되어 있던 물속 슬러지가 흡착되어 외부로 끌어 올려지는데, 이때 상기 진공흡착수단(1)중 물속에 잠기는 수분의 하단부에 구비되어 있는 보조 기포발생수단(1a)을 의해 초미세 기포가 발생되므로 상기 물속 슬러지가 흡착되는 과정에서 일어나는 유기물이 가압부상(加壓付上)에 의해 부상되고, 이에 따라 물속 슬러지의 진공흡착시 유기물의 확산이 방지되어 물의 오염영역이 줄여들게 된다.

상기에서 외부로 끌어 올려진 슬러지는 무기물 37%와 유기물 3% 그리고 수분이 60%임은 이미 밝힌바 있다.

상기 진공흡착수단(1)에 의해 진공흡착되어 외부로 끌어 올려진 슬러지는 상기 진공흡착수단의 일측에 구비되어 있는 기포발생수단(2)으로 보내지는데, 이때 상기 기포발생수단에서는 고압의 초미세 기포가 발생되므로 상기 기포발생수단(2)에서는 슬러지가 기포에 의해 유동되면서 세정됨과 동시에 상기 슬러지를 이루는 토사에서 유기물이 떨어져 나가게 된다.

상기 기포발생수단(2)에서 토사에서 유기물이 떨어져 나간 상태의 슬러지는 상기 기포발생수단의 일측에 구비되어 있는 원심분리수단(3)로 보내지고, 상기 원심분리수단에서는 유기물이 떨어져 나간 상태의 슬러지를 원심분리시키므로 토사는 토사대로 유기물은 유기물대로 완전하게 분리되는데, 상기 원심분리수단(3)에서 분리된 토사는 곧바로 상기 원심분리수단의 일측에 구비되어 있는 1차 반응수단(4)으로 보내짐과 동시에 유기물은 곧바로 상기 1차 반응수단과 함께 원심분리수단(3)의 일측에 구비되어 있는 유기물 응집수단(5)으로 보내진다.

상기에서 원심분리수단(3)에 의해 원심분리된 토사는 통상 무기질 토사 54%와 유기질 토사 1% 그리고 수분이 45%이다.

한편 1차 반응수단(4)으로 보내진 토사는 상기 1차 반응수단에서 1.5~2 중량% 생석회가 혼합되므로 상기 생석회의 성분으로 인해 토사는 발열반응이 이루어 지면서 악취가 제거됨과 함께 수분함량은 32%로 줄어들고 특히 미생물에 의해 분해되는 유기물의 함량이 0.5% 미만으로 줄어들며, 부영양화 물질인 질소(N)나 인(P) 등이 상기 토사에 고착(固着)되어 이후 상기 토사를 매립처리하였을 때 침출수가 거의 생성되지 않게되어 지하수 오염등과 같은 환경오염이 방지됨은 이해 가능한데, 상기 1차 반응수단(4)에서 토사에 생석회를 혼합하는 것은 가격이 저렴하면서 발열반응 성분이 다른 물질에 비해 많은량 함유되어 있음이고, 그 혼합량을 1.5~2%로 한 것은 1.5% 이하로 할 경우 발열반응력이 너무 떨어지고 2 중량% 이상으로 할 경우에는 생석회의 사용량만 늘어날 뿐 그 사용으로 인한 여러가지 효과들은 이미 충분이 얻어졌기 때문이다.

또한 유기물 응집수단(5)으로 보내진 유기물은 상기 유기물 응집수단에서 응집제가 혼합되므로 상기 응집제의 성분으로 인해 유기물은 서로 응집되어 모아지고, 상기 유기물 응집수단에서 응집된 유기물은 유기물 응집수단(5)의 일측에 구비되어 있는 채별수단(6)으로 보내지는데, 상기 채별수단에서는 응집된 유기물이 채별되어 상층의 유기 부유물과 하층의 순수한 물로 분리되어 상기 순수한 물은 다시 하천이나 저수지로 흘러 들어간다.

상기에서 응집제는 슬러지에 따라 유기응집제를 사용하거나 무기응집제를 사용하므로 그 사용량을 한정할 수는 없음에 따라 현장에서 슬러지의 상태에 따라 유기응집제나 무기응집제중 어느 하나가 선택되면 유기물이 충분히 응집될 수 있는 량 만큼을 조절하여 사용하면 되리라 생각된다.

상기 채별수단(6)에서 응집된 유기물이 채별됨에 따라 얻어진 상층의 유기 부유물은 유기질 20%와 무기질 15%에 수분이 65%를 함유하고 있으므로 후술하는 2차 반응수단(7)을 거치지 않을 경우에는 악취가 발생됨은 물론 계속되는 부패(腐敗)로 인해 유독가스를 발생시킴은 이해 가능하다.

따라서 상기 채별된 상층의 유기 부유물은 곧바로 2차 반응수단(7)으로 보내지고, 상기 2차 반응수단에서는 유기 부유물에 적정량의 생석회가 혼합되므로 상기 생석회의 성분으로 인해 유기 부유물이 발열반응하여 알칼리성으로 변화하고, 이에 따라 식물의 성장에 유용한 물질인 비료가 얻어지는데, 상기 유기 부유물을 발열반응시켜 주기 위한 생석회의 혼합량을 2~2.5 중량%로 하였을 경우에는 이차발효가 생성되지 않는 유기질 12%와 무기질 17%에 수분이 71%인 알칼리성의 고급 액비로서 이용이 가능한 물질을 얻을 수 있어 이를 하천 및 저수지 주변의 식물에 현장에서 직접 시비(施肥)하여 사용하면 되고, 생석회의 혼합량을 5~10 중량%로 하였을 경우에는 유기물과 무기물의 혼합물인 고형분 65%에 수분이 35%인 알카리성의 퇴비로서 이용이 가능한 물질을 얻을 수 있어 이를 현장에서나 아니면 이후에 식물의 밑거름으로 사용하면 된다.

상기에서 유기 부유물에 5~10%의 생석회을 혼합함에 따라 상기 유기 부유물이 퇴비화 될 때 송풍기를 사용하여 유기 부유물에 공기를 주입시켜 주면 상기 유기 부유물의 퇴비화가 더욱 원활해 진다.

그러므로 본 발명은 하천이나 저수지 등의 바닥면에 침전되어 있는 물속 슬러지(sludge)를 식물의 성장제로서 용이하게 이용할 수 있는 비료(액비 또는 퇴비)로 만들어 낼 수 있어 슬러지의 원활한 처리는 물론 버려지는 자원을 재활용할 수가 있다는 효과가 있고, 비료를 만들어내고 남은 잔여물인 토사는 침출수가 생성되지 않은 상태로 매립처리될 수 있어 지하수의 오염과 같은 환경 오염을 미연에 방지할 수 있는 효과도 있다.

Claims (5)

1. 하천이나 저주지의 물속 바닥면에 침전되어 있는 물속 슬러지를 진공 흡착하여 외부로 끌어올리는 진공흡착수단과,

   상기 외부로 끌어올려진 슬러지를 고압의 초미세 기포에 의해 세정하면서 상기 슬러지를 이루는 토사에서 유기물이 떨어져 나가도록 하는 기포발생수단과,

   상기 토사에서 유기물이 떨어져 나간 상태의 슬러지를 원심분리시켜 토사는 토사대로 유기물은 유기물대로 완전하게 분리하는 원심분리수단과,

   상기 원심분리된 토사를 적정량의 생석회와 혼합시켜 발열반응시키는 1차 반응수단과,

   상기 원심분리된 유기물을 적정량의 응집제와 혼합시켜 응집시키는 유기물 응집수단과,

   상기 응집된 유기물을 채별하여 유기 부유물과 순수한 물로 분리하는 채별수단과,

   상기 분리된 유기 부유물을 적정량의 생석회과 혼합시켜 발열반응시키는 2차 반응수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 물속 슬러지를 이용하여 비료를 얻어내는 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   진공흡착수단중 물속에 잠기는 부분의 하단부에는 진공흡착수단에 의한 물속슬러지의 흡착시 상기 물속 슬러지 흡착 시작부위로 초미세 기포를 발생시켜 가압부상법에 의해 유기물의 부상이 이루어지도록 하는 보조 기포발생수단이 더 구비되어 진 것을 특징으로 하는 물속 슬러지를 이용하여 비료를 얻어내는 장치.
3. 하천이나 저수지 등의 바닥면에 침전되어 있는 물속 슬러지를 얻어 이를 챔버와 같은 공간부에 넣는 단계와,

   상기 공간부 내로 고압의 초미세 기포를 발생시켜 슬러지를 이루는 토사에서 유기물이 떨어져 나가도록 하는 단계와,

   상기 토사에서 유기물이 떨어져 나간 상태의 슬러지를 원심분리시켜 토사는 토사대로 유기물은 유기물대로 완전하게 분리하는 단계와,

   상기 분리된 토사를 별도의 반응조와 같은 공간부에 넣고 1.5~2%의 생석회를 혼합하여 발열반응시킴과 함께 분리된 유기물을 챔버와 같은 공간부에 넣고 적정량의 응집제(凝集劑)를 첨가하여 응집시키는 단계와,

   상기 응집된 유기물을 채별기 등을 이용해 걸러 상층의 유기 부유물과 하층의 순수한 물로 분리하는 단계와,

   상기 상층의 유기 부유물을 반응조와 같은 공간부에 넣고 적정량의 생석회를 혼합하여 식물의 성장에 유용한 비료를 얻는 단계가 순차적으로 수행되어 지는 것을 특징으로 하는 물속 슬러지를 이용하여 비료를 얻어내는 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상층의 유기 부유물을 반응조와 같은 공간부에 넣고 적정량의 생석회를 혼합하여 식물의 성장에 유용한 비료를 얻는 단계에서 상기 생석회의 혼합량을 2~2.5% 함에 따라 알칼리성의 고급 액비(液肥)로서 이용이 가능한 물질이 얻어지도록 한 것을 특징으로 하는 물속 슬러지를 이용하여 비료를 얻어내는 방법.
5. 제 3 항에 있어서,

   상층의 유기 부유물을 반응조와 같은 공간부에 넣고 적정량의 생석회를 혼합하여 식물의 성장에 유용한 비료를 얻는 단계에서 상기 생석회의 혼합량을 5~10% 함에 따라 알칼리성의 퇴비(堆肥)로서 이용이 가능한 물질이 얻어지도록 한 것을 특징으로 하는 물속 슬러지를 이용하여 비료를 얻어내는 방법.