KR200397310Y1 - 초음파를 이용한 농축슬러지 분쇄장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 초음파를 이용한 농축슬러지 분쇄장치를 개시한다.

본 고안은 오폐수 처리과정에서 농축조를 통해 농축한 농축슬러지에 초음파를 조사하여 분쇄하도록 된 초음파 분쇄장치에 있어서, 수밀구조로 형성되는 장방형 본체(10); 상기 본체(10)의 일측벽판(14)에 설치되어 슬러지가 본체(10) 내로 유입되도록 하는 슬러지 유입구(20); 상기 본체(10)의 타측벽판(15)에 설치되어 처리된 슬러지가 배출되도록 하는 슬러지 배출구(30); 상기 본체(10)의 상판(11)에 설치되어 불필요한 공기가 방출되도록 하는 공기제거 밸브(40); 상기 본체(10)의 내부에 일정간격을 두고 수직한 칸막이 형태로 고정·설치되며 상단부와 하단부로 엇갈리게 슬러지 이동통로(51)가 형성되어 상기 슬러지 유입구(20)를 통해 본체(10) 내로 들어오는 슬러지가 배출구(30) 쪽으로 흘러 나갈 때 혼화되도록 하는 다수의 혼화벽(50); 상기 혼화벽(50)에 의해 구획되는 각각의 공간부에 수직하게 설치되어 통과하는 슬러지에 초음파를 조사하여 분쇄되도록 하는 봉(tubular) 형태로 이루어진 다수의 초음파 발생기(60);로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

초음파를 이용한 농축슬러지 분쇄장치{Apparatus for disintegrating thickened sludge using ultrasonic waves}

본 고안은 초음파를 이용한 농축슬러지 분쇄장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오폐수 처리과정에서 농축조를 통해 농축한 농축슬러지에 초음파를 조사하여 줌으로써 농축슬러지가 초음파 에너지에 의해 지극히 미세하게 분쇄되어 소화조 와 포기조 기능 및 방류수질 영양류 제거를 증진시킬 수 있게 하여주기 위한 초음파를 이용한 농축슬러지 분쇄장치에 관한 것이다.

각종 오폐수나 분뇨를 정화시키기 위한 오폐수 처리시스템은 일반적으로 포기조의 처리과정을 거치면서 박테리아에 의해 분해된 처리수를 2차 침전조로 보내 일정시간 동안 침전시켜서 상등수는 방류하게 되고, 침전된 잉여 슬러지는 다시 농축 과정을 거쳐서 혐기성 소화조로 투입되어진다.

농축된 잉여 슬러지는 호기성 슬러지로 1차 침전지에서 발생한 생(Raw)슬러지와 달리 박테리아 등 많은 호기성 미생물 덩어리이며, 이러한 호기성 세포물질들은 얇은 막으로 피복되어 소화조 내부의 혐기성 미생물에 의해 쉽게 파괴·소화되지 않는다.

경험에 의하면 소화조에 유입되는 슬러지중 잉여 활성슬러지(SAS)량이 40%를 초과할 경우, 소화조 성능을 저하시킬 수 있고, 때때로 소화조 기능이 상실되는 결과를 초래하기도 한다.

또한 포기조의 2차 처리과정에서 과대한 실 박테리아(Filamentous Bacteria)생성은 2차 침전지에서 벌킹 발생 및 슬러지 침전성을 저해시키는 요인이 된다.

나아가서 소화조에서 불량하게 소화된 슬러지는 탈수과정에서 응집 약품량 증가 및 슬러지 케이크 함수율 증가로 이어져 궁극적으로 오폐수 처리비용을 상승시키게 된다.

종래, 위와 같은 문제점의 해결책으로 소화조 투입전 잉여활성슬러지 세포를 파괴하기 위해 사용된 방법은 열분해(Heat Treatment), 기계적인 마모(Mechanical Disintegration)와 유체(Ultrasonic Disintegration)초음파 처리 등이 있다.

이들 중 초음파 처리는 주파수 20~25㎑ 정도의 음파 에너지를 슬러지에 조사하게 되는데, 정압과 부압(compression and expansion) 물결의 연속성으로 증폭된 파동에너지(Cavitation)에 의해 슬러지 미생물 세포피막이 파괴되며, 이 파괴된 슬러지를 소화조 또는 포기조에 투입할 경우 기능이 활성화 될 뿐 아니라 소화슬러지 탈수성도 증가하게 된다.

즉, 슬러지에 초음파를 조사하면 수없이 많은 공동화(Cavitation)가 발생하며, 공동화 기포(Cavitation bubble)들은 정압(compression)이 걸려 깨지면서(implosion) 수천 기압에 달하는 충격파를 발생시킨다. 이에 따라 높은 온도와 파열 압력이 발생되면서 높은 에너지에 의해 화학 반응이 촉진되어 휘발성 유기화합물을 분해 제거하거나 미생물을 살균하게 되는 등 환경분야 수처리 공정에서 다양한 형태의 적용이 가능하다.

다시 말해, 초음파를 슬러지에 조사할 경우 공동화 현상을 일으키고, 이때 발생된 공동화 기포는 핵의 형성, 기포로의 성장, 그리고 충분히 성장한 기포의 파열과 같은 생성과 소멸을 반복하게 되며, 기포가 성장하여 파괴될 때 기포내의 고온·고압 가스가 순간적으로 방출되면서 열분해(Pyrolysis)와 OH라디칼과 같은 강한 산화성 물질의 생성이 이루어진다.

따라서 공동화 기포들의 충격파에 의한 높은 온도와 에너지를 이용하여 잉여 슬러지의 일부를 파괴하여 슬러지에 포함된 탄소원을 미생물이 활용 가능한 형태로 만들어 질소와 인의 제거에 이용할 수 있다.

위와 같은 초음파 처리 개념을 이용한 종래기술로서 국내 특허공개 10-2001-0016310호가 있다.

이 선행기술은 초음파를 이용해 외부 반송 슬러지나 소화조 내부 슬러지의 미생물을 파괴하여 질산성 질소와 인을 용출시키고 휘발성 유기물질을 제거함으로써 유입 원수의 슬러지를 탄소원으로 사용할 수 있도록 하는 장치를 개시하고 있다.

그러나 상기한 선행기술은 흘러가는 반송 슬러지에 정해진 짧은 시간동안 초음파를 조사하도록 구성되었기 때문에 적절한 초음파 조사량의 확보가 어려울 뿐만 아니라, 특히 농축된 슬러지를 분쇄하기에는 조사량이 턱없이 부족한 문제가 있다.

또한, 반응 구조상 미반응 영역이 존재하게 되고, 층류 흐름 등 수류에 따라 반응효율을 일정하게 유지할 수 없는 문제가 있다.

한편, 초음파 농축슬러지 분쇄장치는 지난 수년간 해외에서 도1의 도시와 같은 장치(오스트리아 V社 제품)와 도2의 도시와 같은 장치(일본 S社 제품)가 개발되어 외국 오폐수 처리장에 설치 가동되어 왔다.

이들 외국사 제품은 효과는 만족할만하나 위와 같은 S社, V社 등의 외국 특허사 제품은 고비용 지불후 사용해야 함으로써, 국내에 도입하기에는 경제적으로 무리가 있었다.

뿐만 아니라, 도1의 V社 제품의 경우 초음파 진동기와 기계식 혼화기를 본체 내부에 함께 설치해야 하기 때문에 기계 구조가 복잡하며 ,본체가 원형으로 이루어져 있기 때문에 초기 제작이 까다로운 것은 물론이고, 혼화기를 가동하기 위한 에너지 비용이 많이 소요되며, 잦은 고장이 유발됨에 따른 수리와 부품교체 등의 유지관리에 많은 어려움이 따른다.

또한, 도2의 S社 제품의 경우에는 초음파 진동기가 본체 외부에 설치된 상태에서 초음파 진동을 내부로 전달하는 구조로 이루어져 있기 때문에 원거리에서 간접적으로 전달되는 초음파 조사 효율이 작아 농축슬러지의 분쇄 효과를 크게 기대하기가 어려운 단점이 있다.

본 고안은 오폐수 처리과정에서 농축조를 통과한 농축슬러지에 초음파를 조사하여 분쇄하도록 이루어진 종래의 초음파 분쇄장치에서 나타나는 제 문제점을 해결하기 위해 창안한 것으로, 본 고안의 목적은 초음파가 골고루 조사되도록 농축슬러지를 혼화시킴에 있어 동력을 사용하지 않고 간단한 칸막이 형태로 된 혼화벽을 통해 자연적으로 이루어지도록 함으로써, 초기 제작비용의 절감은 물론 가동 비용을 절감할 수 있고, 사용중 고장이 나지 않아 유지관리하기에 용이한 초음파를 이용한 농축슬러지 분쇄장치를 제공하는데 있다.

본 고안의 다른 목적은 농축슬러지에 초음파를 조사하는 초음파 발생기를 본체 내부의 적절한 장소에 설치하여 초음파 조사 효율을 최대한 높이고 초음파 발생기의 고장발생시 해당 발생기만을 선별제거하여 수리,교체 하는등 외부에서 간단히 보수할 수 있도록 함으로써, 농축슬러지 분쇄 효과가 우수하고 유지보수가 편리한 초음파를 이용한 농축슬러지 분쇄장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 초음파를 이용한 농축슬러지 분쇄장치는 오폐수 처리과정에서 농축조를 통해 농축한 농축슬러지에 초음파를 조사하여 분쇄하도록 된 초음파 분쇄장치에 있어서, 수밀구조로 형성되는 장방형 본체; 상기 본체의 일측벽판에 설치되어 슬러지가 본체내로 유입되도록 하는 슬러지 유입구; 상기 본체의 타측벽판에 설치되어 처리된 슬러지가 배출되도록 하는 슬러지 배출구; 상기 본체의 상판에 설치되어 불필요한 공기가 방출되도록 하는 공기제거 밸브; 상기 본체의 내부에 일정간격을 두고 수직한 칸막이 형태로 고정·설치되며 상단부와 하단부로 엇갈리게 슬러지 이동통로가 형성되어 상기 유입구를 통해 본체 내로 들어오는 슬러지가 배출구 쪽으로 흘러 나갈 때 혼화되도록 하는 적어도 하나 이상의 혼화벽; 상기 혼화벽에 의해 구획되는 각각의 공간부에 수직하게 설치되어 통과하는 슬러지에 초음파를 조사하여 분쇄되도록 하는 봉(tubular)형태로 이루어진 다수의 초음파 발생기;로 구성된 것을 기술 구성상의 기본적인 특징으로 한다.

위와 같은 특징의 본 고안에 의하면 통과하는 농축슬러지에 초음파를 골고루 충분히 조사할 수 있게 됨으로써, 초음파 에너지에 의해 지극히 미세하게 분쇄되어 탄소원이 많은 농축슬러지를 얻을 수 있게 된다.

따라서, 본 고안은 탄소원이 충분히 함유된 농축슬러지를 소화조 및 포기조 로 공급하여 소화조 및 포기조 내의 미생물 기능을 활성화시키고 처리수의 영양류를 제거하는데 활용하여서, 소화조 와 포기조의 운전성능을 향상시킬 수 있고 방류수질을 개선할 수 있으며 슬러지의 발생량을 감소시킬 수 있는 등 수처리 전체 과정에서 지대한 효과를 볼 수 있게 된다.

이하, 본 고안의 기술구성을 본 고안의 실시예에 따른 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도3은 본 고안에 따른 농축슬러지 분쇄장치가 적용된 수처리 시스템을 나타내고 있으며, 도4는 본 고안에 따른 농축슬러지 분쇄장치를 나타내고 있다.

이들 도면에 도시되는 바와 같이 본 고안의 초음파를 이용한 농축슬러지 분쇄장치는 장방형 구조로 이루어지는 것으로서, 본체(10)·슬러지 유입구(20)·슬러지 배출구(30)·공기제거 밸브(40)·혼화벽(50) 및 초음파 발생기(60)로 구성된다.

상기 본체(10)는 강판재를 이용해 수밀구조로 제작되는 것으로서, 제작이 용이하도록 장방형구조로 이루어진다. 그리고 본체(10)의 상판(11)에는 일정 크기의 개구부(12)가 형성되며, 개구부(12)를 밀폐하는 뚜껑(13)이 볼트 체결된다.

상기 슬러지 유입구(20)는 상기 본체(10)의 일측벽판(14)에 설치되어 농축조(100)에서 농축된 농축슬러지가 본체(10) 내로 유입되도록 하는 역할을 수행한다.

상기 슬러지 배출구(30)는 본체(10)의 타측벽판(15)에 설치되어 본 고안의 장치를 통해 처리된 농축슬러지가 포기조(200)나 소화조(300)로 이송되도록 하는 관로와 연결된다. 물론 상기 슬러지 유입구(20)와 배출구(30)에는 필요에 따라 개폐 조작하는 밸브(B)가 각각 구비된다.

상기 공기제거 밸브(40)는 상기 본체(10)의 상판(11)에 설치된다. 이 공기제거 밸브(40)는 본체(10)내에 생성되는 불필요한 공기가 자동방출(auto air vent)되도록 하기 위해 설치된다.

상기 혼화벽(50)은 상기 본체(10)의 내부에 일정간격을 두고 수직한 칸막이 형태로 다수개가 스폿 용접을 통해 고정·설치되며, 상단부와 하단부로 엇갈리게 슬러지 이동통로(51)가 형성되어 상기 슬러지 유입구(20)를 통해 본체(10) 내로 들어오는 슬러지가 배출구(30) 쪽으로 흘러 나갈 때 골고루 혼화되도록 하여 준다.

또한, 상기 혼화벽(50)들 중 하단부에 슬러지 이동통로가 형성되는 것들은 그것들의 상단부에 공기유통로(52)가 형성되어서, 본체(10)내의 공기 흐름이 본체 전체공간으로 자유롭게 이동할 수 있도록 하여 줌으로써, 본체(10) 내의 불필요한 공기가 앞서 설명한 공기제거 밸브(40)를 통해 외부로 방출시킬 수 있게 하고 있다.

위와 같이 설치되는 혼화벽(50)은 종래의 기계 구동식 혼화기 역할을 대행하는 것으로서, 고정식으로 구성되었기 때문에 별도의 구동 에너지가 필요 없으며, 고장날 염려 또한 없어 본 고안의 장치를 유지관리하는데 있어 운전의 편리성이나 비용절감 측면에서 크게 기여한다.

상기 초음파 발생기(60)는 상기 혼화벽(50)에 의해 구획되는 각각의 공간부에 설치되어 통과하는 슬러지에 초음파를 조사하여 분쇄되도록 하는 역할을 수행한다.

이 초음파 발생기(60)는 봉(tubular)형태로 이루어진 것이 수직하게 설치되며, 상기 본체(10)에 볼트 체결되는 뚜껑(13)에 장착되어서, 본체(10)의 내부에 있는 농축슬러지 제거없이 개별적으로 설치·검사가 가능하도록 구성된다.

본 고안은 이상과 같은 구성으로 이루어지며, 도3의 도시와 같이 오폐수 처리과정에서 포기조(200)와 2차 침전조(400) 및 농축조(100)를 거쳐 얻은 농축슬러지의 처리에 이용된다.

즉, 본 고안은 농축조(100)에서 농축시킨 농축슬러지를 공급받아 이 농축슬러지에 초음파를 조사하여 분쇄하는데 이용되는 것으로서, 농축슬러지가 본 고안의 분쇄장치를 통과하면서 초음파 에너지에 의해 박테리아 피막이 파괴된다.

따라서, 본 고안의 장치를 이용해 농축슬러지를 분쇄한 후 혐기성 소화조로 보낼 경우 혐기성 박테리아가 분쇄된 농축슬러지의 조직내부물질을 용이하게 분해하므로 혐기성 소화가 잘 이루어지며, 또한 본 고안의 장치를 이용해 농축슬러지를 분쇄한 후 호기성 포기조로 보내어 포기조 질소 인 제거공정에 이용할 경우에는 농축슬러지의 탄소원이 활성슬러지의 영양원이 되어서 호기성 분해를 용이하게 하여준다.

따라서, 본 고안의 장치를 이용해 얻은 슬러지를 다음 공정의 소화조(300)로 보내 혐기성 소화에 활용하거나 포기조(200)로 반송하여 호기성 포기에 이용할 경우 소화조 운전성능 개선, 최종 슬러지 발생량 감소 및 방류수질 영양류 개선에 큰 효과를 볼 수 있다.

즉, 본 고안이 국내·외 처리장 농축슬러지 분쇄에 적용될 경우, 대략 소화조에서 메탄가스의 발생량 증가 30%, 슬러지 탈수기 첨가약품 감소 30%, 슬러지 최종 처분비 감소 20%, 방류수질 부유고형물 및 영양류 감소 등 상당한 효과를 볼 수 있다.

한편, 본 고안은 이상과 같은 구성의 농축슬러지 분쇄장치를 제공하며, 본 고안은 그 기술적 범위가 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 고안의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.

상기와 같이 이루어지는 본 고안의 초음파를 이용한 농축슬러지 분쇄장치는 동력을 사용하지 않고 간단한 칸막이 형태로 된 혼화벽을 통해 농축슬러지가 자연적으로 혼화되도록 하여 처리되는 농축슬러지가 초음파에 골고루 노출되도록 함으로써, 농축슬러지의 분쇄 반응을 극대화시킬 수 있는 것임은 물론이고, 분쇄장치의 초기 제작비용의 절감과 함께 가동비용을 절감할 수 있으며, 사용중 혼화기 고장이 근본적으로 배제되기에 유지관리가 매우 용이하다.

또한, 농축슬러지에 초음파를 조사하는 초음파 발생기를 본체 내부의 적절한 장소에 설치하여 초음파 조사 효율을 최대한 높이고 초음파 발생기의 고장발생시 해당 발생기만을 제거하여 외부에서 간단히 수리할 수 있도록 함으로써, 농축슬러지 분쇄 효과가 우수하고 유지보수가 편리하다.

따라서, 본 고안은 활성 슬러지 공법에 의한 수처리 분야의 기술력과 경제성을 한층 더 높일 수 있는 매우 유용한 고안이다.

도1은 종래 초음파 슬러지 분쇄장치를 도시한 도면

도2는 종래 다른 초음파 슬러지 분쇄장치를 도시한 도면

도3은 본 고안에 따른 농축슬러지 분쇄장치가 적용된 수처리 시스템을 나타낸 도면

도4는 본 고안에 따른 농축슬러지 분쇄장치를 나타낸 도면

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10:본체 11:상판 12:개구부

13:뚜껑 14:일측벽판 15:타측벽판

20:슬러지 유입구 30:슬러지 배출구 40:공기제거 밸브

50:혼화벽 51:이동통로 52:공기유통로

60:초음파 발생기 100:농축조 200:포기조

300:소화조 400:2차 침전조 B:밸브

Claims (3)

1. 오폐수 처리과정에서 농축조를 통해 농축한 농축슬러지에 초음파를 조사하여 분쇄하도록 된 초음파 분쇄장치에 있어서,

   수밀구조로 형성되는 장방형 본체(10);

   상기 본체(10)의 일측벽판(14)에 설치되어 슬러지가 본체(10) 내로 유입되도록 하는 슬러지 유입구(20);

   상기 본체(10)의 타측벽판(15)에 설치되어 처리된 슬러지가 배출되도록 하는 슬러지 배출구(30);

   상기 본체(10)의 상판(11)에 설치되어 불필요한 공기가 방출되도록 하는 공기제거 밸브(40);

   상기 본체(10)의 내부에 일정간격을 두고 수직한 칸막이 형태로 고정·설치되며 상단부와 하단부로 엇갈리게 슬러지 이동통로(51)가 형성되어 상기 슬러지 유입구(20)를 통해 본체(10) 내로 들어오는 슬러지가 배출구(30) 쪽으로 흘러 나갈 때 혼화되도록 하는 다수의 혼화벽(50);

   상기 혼화벽(50)에 의해 구획되는 각각의 공간부에 수직하게 설치되어 통과하는 슬러지에 초음파를 조사하여 분쇄되도록 하는 봉(tubular)형태로 이루어진 다수의 초음파 발생기(60);로 구성된 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 농축슬러지 분쇄장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 혼화벽(50)들 중 하단부에 슬러지 이동통로가 형성되는 것들은 그것들의 상단부에 공기유통로(52)가 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 농축슬러지 분쇄장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 본체(10)는 상판(11)에 일정 크기의 개구부(12)가 형성되고, 그 개구부(12)를 밀폐하는 뚜껑(13)이 볼트 체결되며, 상기 뚜껑(13)에 상기 초음파 발생기(60)가 일체로 장착되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 농축슬러지 분쇄장치.