KR200405663Y1 - 초음파 처리를 사용한 슬러지 감량장치 - Google Patents

초음파 처리를 사용한 슬러지 감량장치 Download PDF

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Abstract

본 고안은 하폐수의 처리시 발생되는 슬러지를 감량시키기 위해 초음파 전처리를 적용할 수 있도록 하기 위한 초음파 처리를 사용한 슬러지 감량장치를 제공한다. 이 슬러지 감량장치는 챔버(20), 제 1 초음파 진동자(30) 및 제 2 초음파 진동자(40)를 구비하여 이루어진다. 챔버(20)는 슬러지가 유입되는 유입구(22)와 슬러지가 배출되는 유출구(24)를 갖는다. 제 1 초음파 진동자(30)는 제 1 초음파를 발생시키는 제 1 초음파 발진기(32)와 접속되고, 챔버(20)의 일측면에 결합되어 챔버(20)의 내측방향으로 제 1 초음파를 조사한다. 제 2 초음파 진동자(40)는 제 1 초음파와 합성되는 제 2 초음파를 발생기키는 제 2 초음파 발진기(42)와 접속되고, 제 1 초음파 진동자(30)와 수평되도록 챔버(20)의 타측면에 결합되어 챔버(20)의 내측방향으로 제 2 초음파를 조사한다. 이와 같은 구성에 의해 본 고안에 따른 초음파 처리를 사용한 슬러지 감량장치는 챔버(20)내에서 제 1 초음파와 제 2 초음파의 합성파에 의해 슬러지가 처리되도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

초음파 처리를 사용한 슬러지 감량장치{SLUDGE DECREMENT APPARATUS USING SONICATION}
도 1은 본 고안에 적용되는 2개의 다른 주파수의 합성파의 개념을 설명하기 위한 도면;
도 2는 본 고안에 따른 초음파 처리를 사용한 슬러지 감량장치의 기술적 사상을 설명하기 위한 블록다이어그램;
도 3은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 초음파 처리를 사용한 슬러지 감량장치를 설명하기 위한 도면;
도 4a 내지 도 6은 도 3의 슬러지 감량장치를 사용하여 슬러지를 처리한 결과를 설명하기 위한 그래프들이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10, 10' : (초음파 처리를 사용한) 슬러지 감량장치
20 : (제 1) 챔버 20' : 제 2 챔버
22 : 유입구 24 : 유출구
26 : 연결구 30, 30' : 제 1 초음파 진동자
32 : 제 1 초음파 발진기 40, 40' : 제 2 초음파 진동자
42 : 제 2 초음파 발진기
본 고안은 초음파 처리를 사용한 슬러지 감량장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 하폐수의 처리시 발생되는 슬러지를 감량시키기 위해 초음파 전처리를 적용할 수 있도록 하는 초음파 처리를 사용한 슬러지 감량장치에 관한 것이다.
환경보호에 대한 인식의 확산과 각종 규제로 인해 하폐수 처리 시설이 증가하고 있으며, 그에 따라 발생되는 슬러지의 양도 증가하고 있다. 이와 같은 하폐수 슬러지는 통상 매립을 통해 처리되었으나, 이 또한 침출수 등으로 인한 토양 또는 해양의 2차 오염의 원인으로 대두되면서 각종 규제를 통해 매립이 차단되고 있는 실정이다.
하폐수 처리장의 슬러지 처리공정에서 슬러지의 발생량을 감소시키기 위해서는 농축방법 및 탈수설비의 개선과 함께 혐기성 소화공정의 소화효율 향상을 통해 소화슬러지를 감소하는 방법이 필요하다. 슬러지의 혐기성 공정중 산발효 단계는 입자상 고형물이 용존성 분자로 가용화되는 과정과 가용화된 중간 생성물이 산생성 미생물에 의해 산발효되는 과정으로 이루어진다. 이 과정에서 속도제한 단계는 가용화된 중간 생성물의 발효가 아니라, 입자상 고형물이 가수분해되는 단계이므로 가수분해 조건을 최적화하는 것이 더욱 중요하다.
그러나, 슬러지의 세포벽이 쉽게 파괴되지 않기 때문에 혐기성 소화균이 세포내의 기질을 쉽게 사용할 수 없어 슬러지의 산발효 공정의 가수분해 효율에 제약이 있다.
따라서 슬러지의 세포벽을 파괴시켜 세포내 기질을 용출시킴으로써 가용화율을 증가시켜 잇따르는 산생성 공정을 향상시키기 위한 전처리공정의 도입이 필요하며, 이를 위한 여러 가지 전처리 방법들이 연구되었다. 이와 같은 전처리 방법에는 물리적 방법으로 파쇄, 초음파 처리, 습식밀을 이용한 기계적 처리, 열을 가해 세포내 물질을 용출시키는 열처리가 있으며, 화학적 방법으로 산 또는 알칼리 물질 첨가, 오존처리 등이 있다.
이와 같은 이유로 최근 들어 슬러지의 세포벽을 전처리로 파괴시켜 세포내 기질을 용출시킴으로써 율속단계를 제거하고, 혐기성 미생물에 의한 기질의 이용도를 높임으로서 전체 혐기성 소화반응의 효율을 개선하기 위한 여러가지 연구가 수행되었다. 국내외에서 연구되고 있는 슬러지의 전처리 공정은 유기성 슬러지의 생분해도와 감량화를 목적으로 하고 있으며, 주요기술로는 기계적 방법, 열처리, 화학적 산화 및 생물학적인 방법 등이 있고, 구체적인 전처리방법으로는 40-150℃의 열처리, 동결, 산이나 알칼리 용액을 이용한 화학적 처리, 초음파나 볼밀을 이용한 물리적 처리, 오존 및 과산화수소를 이용한 산화 전처리, 효소를 이용한 생물학적 처리 등이 있다. 지금까지 가장 많이 사용된 슬러지의 전처리는 주로 열처리이며, 일차슬러지와 폐활성슬러지를 열처리한 후 슬러지를 소화, 탈수하는데 열처리한 슬러지는 가수분해성이 개선되고 유기물의 혐기성소화를 촉진시킨다고 보고되어졌다.
그러나 이와 같은 연구는 대부분 실험실 규모의 연구 단계라고 할 수 있으며, 실용화에는 전처리 비용문제와 긴 반응시간에 따른 별도 반응기의 필요에 의한 설비문제 등이 큰 장애가 되고 있는 실정이다.
이때 초음파 처리를 통한 전처리 방법은 초음파 진동자의 표면에서 초음파를 방출시 생기는 공동화 현상을 이용한다. 유체 시스템에 초음파를 적용하면 기포의 내파 현상인 공동화 기포의 생성과 붕괴가 일어나며, 붕괴되는 공동화 기포 내부의 온도와 압력은 약 5000K와 수백기압까지 상승한다. 이런 극한적인 조건이 공동화 기포 내에 존재하는 화합물의 열적 파괴와 매우 반응성이 강한 OH 라디칼의 생성으로 이끌 수 있게 하므로 슬러지의 물리, 화학적 파괴가 가능하게 된다. 슬러지는 물과 고형물로 이루어져 있기 때문에 초음파 분해에 의해 플록이 해체되고 미생물 등의 세포가 분해되어 세포액이 용출되게 된다.
이와 관련하여 Sonico사에 의해 제안되어 있는 초음파 전처리 시스템은 2초 이내의 체류시간으로 운전가능하고, 화학약품 등을 사용하지 않기 때문에 환경에 무해하면서도 에너지 전달효율이 우수하며, 미생물의 세포벽 파괴 특성이 뛰어나기 때문에 상업적으로도 가장 성공한 것으로 평가되어지고 있다.
그러나 이와 같은 종래 기술은 사용되는 초음파가 반응기 벽면이나 매질 경 계면에서 반사된 후 정재파를 발생하는 문제점이 있다. 정재파는 활성과 비활성 지역을 공동화에 의해 형성시키므로 반응기의 에너지 효율을 감소시키게 되는 것이다.
따라서 본 고안은 이와 같은 점을 고려하여 제안된 것으로, 종래 초음파 처리를 사용하여 하폐수의 슬러지 양을 감소시키는 장치를 개선하여 정재파의 형성을 극복하므로써 적은 에너지 비용으로 에너지 효율을 유지하면서도 슬러지 분해를 안정적으로 유지시키고, 장치의 구성을 비교적 간단하게 구성할 수 있는 새로운 형태의 초음파 처리를 사용한 슬러지 감량장치를 제공하는데 있다.
특히 본 고안은 종래 단일파를 사용하여 슬러지 양을 감소시키는 장치와 달리 합성파를 사용하여 슬러지 양을 효과적으로 감량시킬 수 있는 새로운 형태의 초음파 처리를 사용한 슬러지 감량장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 고안의 특징에 의하면, 본 고안은 하폐수의 처리시 발생되는 슬러지를 감량시키기 위해 초음파 전처리를 적용할 수 있도록 하기 위한 초음파 처리를 사용한 슬러지 감량장치에 있어서, 상기 슬러지가 유입되는 유입구(22)와 상기 슬러지가 배출되는 유출구(24)를 갖는 챔버(20)와; 제 1 초음파 를 발생시키는 제 1 초음파 발진기(32)와 접속되고, 상기 챔버(20)의 일측면에 결합되어 상기 챔버(20)의 내측방향으로 상기 제 1 초음파를 조사하는 제 1 초음파 진동자(30) 및; 상기 제 1 초음파와 합성되는 제 2 초음파를 발생기키는 제 2 초음파 발진기(42)와 접속되고, 상기 제 1 초음파 진동자(30)와 수평되도록 상기 챔버(20)의 타측면에 결합되어 상기 챔버(20)의 내측방향으로 상기 제 2 초음파를 조사하는 제 2 초음파 진동자(40)를 포함하여, 상기 챔버(20)내에서 상기 제 1 초음파와 제 2 초음파의 합성파에 의해 상기 슬러지가 처리되도록 하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 고안에 따른 초음파 처리를 사용한 슬러지 감량장치에서 상기 유입구(22)와 유출구(24)는 상기 제 1 초음파 진동자(30) 및 제 2 초음파 진동자(40)와 수직되도록 설치될 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 고안의 다른 특징에 의하면, 본 고안은 하폐수의 처리시 발생되는 슬러지를 감량시키기 위해 초음파 전처리를 적용할 수 있도록 하기 위한 초음파 처리를 사용한 슬러지 감량장치에 있어서, 상기 슬러지가 유입되는 유입구(22)가 설치되는 제 1 챔버(20)와; 상기 제 1 챔버(20)와 연결구(26)에 의해 연통되도록 접속되고, 상기 제 1 챔버(20)를 통해 유입된 슬러지가 배출되는 유출구(24)를 갖는 제 2 챔버(20')와; 제 1 초음파를 발생시키는 제 1 초음파 발진기(32)와 접속되고, 상기 제 1 챔버(20)와 제 2 챔버(20')의 일측면에 각각 결합되어 상기 제 1 챔버(20)와 제 2 챔버(20')의 내측방향으로 상기 제 1 초음파를 조사하는 제 1 초음파 진동자(30, 30') 및; 상기 제 1 초음파와 합성되는 제 2 초음파를 발생기키는 제 2 초음파 발진기(42)와 접속되고, 상기 제 1 초음파 진동자(30, 30')와 수평되도록 상기 제 1 챔버(20)와 제 2 챔버(20')의 타측면에 각각 결합되어 상기 제 1 챔버(20)와 제 2 챔버(20')의 내측방향으로 상기 제 2 초음파를 조사하는 제 2 초음파 진동자(40, 40')를 포함하여, 상기 슬러지가 상기 제 1 챔버(20)와 제 2 챔버(20')를 연이어 흐르도록 하면서 상기 제 1 챔버(20)와 제 2 챔버(20')내에서 상기 제 1 초음파와 제 2 초음파의 합성파에 의해 상기 슬러지가 처리되도록 하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 고안에 따른 초음파 처리를 사용한 슬러지 감량장치에서 상기 제 2 챔버(20')에 설치되는 제 1 초음파 진동자(30')와 제 2 초음파 진동자(40')는 상기 제 1 챔버(20)에 설치되는 제 1 초음파 진동자(30) 및 제 2 초음파 진동자(40)는 서로 반대되는 방향에 배치되어 설치될 수 있다.
도 1은 본 고안에 적용되는 2개의 다른 주파수의 합성파의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 1를 참조하면, 본 고안에 따른 슬러지 감량장치는 서로 다른 주파수를 갖는 초음파{(a)의 제 1 초음파와 제 2 초음파)가 서로 합성되도록 하여 합성파(d)를 형성하도록 하므로써 이 합성파(d)에 의해 슬러지를 감량시키는 것을 특징으로 한 다. 즉 본 고안에 따른 슬러지 감량장치는 슬러지의 전처리에 환경분야에서 점차적으로 적용되고 있으며 환경에 대한 2차 오염문제가 없는 초음파 기술을 이용하고자 하며 특히, 종래 초음파 전처리 공정의 한계를 극복하기 위해, 도 1과 같이, 합성파의 진폭이 커짐을 이용하여 세포분해율을 향상시키는 것이 가능하도록 2가지의 다른 주파수를 동시에 조사하는 이중주파수 개념을 적용하는 것이다.
도 2는 본 고안에 따른 초음파 처리를 사용한 슬러지 감량장치의 기술적 사상을 설명하기 위한 블록다이어그램이다.
도 2를 참조하면, 본 고안에 따른 슬러지 감량장치(10)는 챔버(20), 제 1 초음파 진동자(30) 및 제 2 초음파 진동자(40)를 구비하여 이루어진다.
챔버(20)는 슬러지가 유입되는 유입구(22)와 슬러지가 배출되는 유출구(24)를 갖는다. 제 1 초음파 진동자(30)는 제 1 초음파를 발생시키는 제 1 초음파 발진기(32)와 접속되고, 챔버(20)의 일측면에 결합되어 챔버(20)의 내측방향으로 제 1 초음파를 조사한다. 제 2 초음파 진동자(40)는 제 1 초음파와 합성되는 제 2 초음파를 발생기키는 제 2 초음파 발진기(42)와 접속되고, 제 1 초음파 진동자(30)와 수평되도록 챔버(20)의 타측면에 결합되어 챔버(20)의 내측방향으로 제 2 초음파를 조사한다.
이와 같은 구성에 의해 본 고안에 따른 초음파 처리를 사용한 슬러지 감량장치는 챔버(20)내에서 제 1 초음파와 제 2 초음파의 합성파에 의해 슬러지가 처리되도록 하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 고안에 따른 초음파를 사용한 슬러지 감량장치에 의하면, 슬러지를 초음파 처리기술를 사용하여 감량시키므로 환경에 대한 2차 오염문제가 없다. 특히 본 고안은 이중주파수의 초음파에 의한 합성파를 전처리에 적용하므로 시스템 규모를 소형으로 할 수 있고, 에너지 비용을 감소시켜 운전비용을 낮추면서도 슬러지 분해를 더욱 개선시켜 화학처리에 비해 공정시간을 단축시킬 수 있다. 또한 하폐수처리장의 슬러지 이송라인 사이에 플랜지 타입으로 간단하게 설치할 수 있으므로 중소규모의 하폐수 처리장에서 슬러지 감량화 내지 멤브레인 기술과 함께 적용하여 슬러지 무배출 시스템으로 전환 가능하다.
이하 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도 3 내지 도 6에 의거하여 상세히 설명하며, 도 1 내지 도 3에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다. 한편, 각 도면에서 일반적인 초음파를 사용한 슬러지 감량장치의 기술적 내용에 대한 도시 및 상세한 설명은 이 분야의 종사자들이 용이하게 이해할 수 있는 부분들이므로 간략히 하거나 생략하고 본 고안과 관련된 부분들을 중심으로 도시하였다.
도 3은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 초음파 처리를 사용한 슬러지 감량장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 슬러지 감량장치(10') 는 제 1 챔버(20)와 제 2 챔버(20')를 구비하여 이루어진다. 이와 같은 구성은 하폐수 처리장치에 플랜지 타입으로 설치하여 그 구성을 간단하게 하고, 통상의 하폐수 처리시스템에 용이하게 효과적으로 처리할 수 있도록 한다. 제 1 챔버(20)에는 슬러지가 유입되는 유입구(22)가 설치된다. 제 2 챔버(20')는 제 1 챔버(20)와 연결구(26)에 의해 연통되도록 접속되고, 제 1 챔버(20)를 통해 유입된 슬러지가 배출되는 유출구(24)가 설치된다.
이와 같은 제 1 챔버(20)와 제 2 챔버(20')에는 각각 제 1 초음파 진동자(30, 30')와 제 2 초음파 진동자(40, 40')가 각각 설치된다. 특히 본 실시예에서는 제 2 챔버(20')에 설치되는 제 1 초음파 진동자(30')와 제 2 초음파 진동자(40')가 제 1 챔버(20)에 설치되는 제 1 초음파 진동자(30) 및 제 2 초음파 진동자(40)와 반대되는 방향에 배치되어 설치되도록 하므로써 슬러지에 더욱 다양한 형태의 초음파가 작용하도록 하여 처리효과를 높이도록 한다. 또한 유입구(22), 연결구(26) 및 유출구(24)가 제 1 초음파 진동자(30, 30') 및 제 2 초음파 진동자(40, 40')와 수직되도록 하여 배관형태로 구성할 수 있도록 하고, 제 1 챔버(20)와 제 2 챔버(20')의 구성을 단순히 할 수 있도록 한다.
여기서 제 1 초음파 진동자(30, 30')는 제 1 초음파를 발생시키는 제 1 초음파 발진기(32)와 접속되고, 제 1 챔버(20)와 제 2 챔버(20')의 일측면에 각각 결합되어 제 1 챔버(20)와 제 2 챔버(20')의 내측방향으로 제 1 초음파를 조사한다. 그리고 제 2 초음파 진동자(40, 40')는 제 1 초음파와 합성되는 제 2 초음파를 발생기키는 제 2 초음파 발진기(42)와 접속되고, 제 1 초음파 진동자(30, 30')와 수평되도록 제 1 챔버(20)와 제 2 챔버(20')의 타측면에 각각 결합되어 제 1 챔버(20)와 제 2 챔버(20')의 내측방향으로 제 2 초음파를 조사한다.
이와 같은 구성에 의해 본 실시예에 따른 슬러지 감량장치(10')는 슬러지가 제 1 챔버(20)와 제 2 챔버(20')를 연이어 흐르도록 하면서 제 1 챔버(20)와 제 2 챔버(20')내에서 제 1 초음파와 제 2 초음파의 합성파에 의해 슬러지가 처리되도록 하는 것이다.
도 4a 내지 도 6은 도 3의 슬러지 감량장치를 사용하여 슬러지를 처리한 결과를 설명하기 위한 그래프들이다.
먼저 본 실시예에 따른 슬러지 감량장치(10')의 작용을 실험하기 위한 슬러지는 하수슬러지로서 부산광역시 환경시설공단 남부사업소에서 채취하였다. 이 남부사업소 시설용량은 340,000㎥/일이며, 주로 생활하수가 유입되어 표준활성슬러지법으로 운전되고, 슬러지 안정화 방법으로 중온혐기성 소화를 채택하고 있다. 본 실험에 이용된 하수슬러지는 잉여슬러지와 원심슬러지이며, 잉여슬러지는 일차 슬러지와 혼합되기 직전의 배관에서 채취되었다. 본 실험에서 하수슬러지를 잉여슬러지로 한정한 것은 일차 슬러지는 대부분 쉽게 가수분해 되는 성분들로 구성되어 있어 전처리의 유용성이 적기 때문이며, 일차 슬러지는 전처리된 잉여슬러지와 함 께 혼합되어 혐기성 처리될 수 있다는 연구결과에 따랐다. 채취된 잉여슬러지는 MLSS 농도를 0.7%, 1.0%, 1.5%, 2%로 조절하기 위하여 원심슬러지를 혼합하였다.
본 실험을 위한 슬러지 감량장치(10')는 제 1 초음파 발진기(32)로 20kHz의 파워 제너레이터(Power generator) 2대를 사용하고, 제 2 초음파 발진기(42)로 15kHz 파워 제너레이터 2대를 사용하였다. 또한 제 1 초음파 진동자(30, 30')와 제 2 초음파 진동자(40, 40')는 피에조 타입(piezo type)의 진동자로 일본국 선텍사의 6015-4PS, 5020-4PS로 각각 2200W, 1500W의 출력을 가지며, 그 주파수 대역은 무부하시 14.7kHz, 19.6kHz 였다. 그리고 제 1 초음파 진동자(30, 30') 및 제 2 초음파 진동자(40, 40')의 부스타 및 공구혼(도시 않음)은 티탄 재질로 내구성을 증가시켰으며, 공구혼은 스텝형으로 크기는 제 1 챔버(20) 및 제 2 챔버(20')에 내장할 수 있도록 하기 위하여 출력부의 크기를 폭 30㎜, 길이 50㎜로 하였다.
이와 같은 구성을 갖는 슬러지 감량장치를 사용하여 슬러지는 최소 1분에서 9분까지 초음파 처리하였다. 그리고 다양한 전처리 방법을 이용하여 전처리된 폐활성슬러지 시료를 원심분리기(MF80 model, Hanil Co., Ltd Korea)를 이용하여 3,000rpm에서 10분간 원심분리한 후, 상등액을 GF/C 여과지(Whatman, England)로 여과하여 얻어진 여과액을 4℃에서 냉장보관하면서 분석하였다. 분석항목 중 수온, pH, ORP는 다중항목 측정기(ALMEMO 2390-5 model, AHLBORN Co., Germany)를 이용하여 측정하였고, TCOD, SCOD은 Standard Methods 18th edition에 준하여 분석하였으며, Chemistry for Environmental Engineering (5th edition)을 이론적 배경으 로 하였다.
도 4a 내지 도 4c는 잉여슬러지를 원신슬러지와 혼합하여 TS 농도와 초음파 전처리 시간에 따른 ORP, pH 및 수온의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 초음파 전처리시 pH와 수온이 변하게 된다. 이는 초음파의 조사에 따른 음향화학효과 중에서 라디칼의 발생과 공동화 현상에 따른 것이다. 반응초기 슬러지(TS 농도 0.7, 1.0, 1.5%)의 수온은 각각 28.5, 29.2, 29.1℃를 나타내었으며, 초음파 전처리 시간이 증가하면서 수온의 변동은 미미하였으나, 계속적으로 증가하여 TS 농도 0.7, 1.0, 1.5%에서 30.7, 33.2, 33.9℃까지 나타났다. 이는 초음파의 에너지가 세포벽 파괴에 효율적으로 전달된 것을 의미한다. 슬러지의 pH는 초기 6.6~6.8의 범위를 보였으나, 반응시간 540초에서 pH는 6.5~6.4까지 천천히 감소하는 경향을 보였다. 대체로 슬러지의 TS 농도가 높아질수록 pH와 온도상승이 감소하는 경향을 보였다. 전체적으로 반응시간 300초에서 가장 활발한 반응을 보였으며, 이는 산화 및 환원지표인 ORP 변화를 통해 확인할 수 있었다. 초기 슬러지의 ORP는 -290.4~-334.9mV의 범위로 나타났으며, 반응이 가장 활발하였던 300초경에서의 ORP는 슬러지의 TS 농도 0.7, 1.0, 1.5%에서 각각 -346.0mV, -362.3mV, -387.0mV로 나타났다.
도 5 및 도 6은 슬러지의 TS 농도(0.7, 1.0, 1.5%)에 따른 SCOD 농도 및 SCOD/TCOD비의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 슬러지를 초음파 주파수 15+20kHz로 540초 동안 조사시 SCOD/TCOD비는 슬러지의 TS 농도 0.7%에서 각각 5.0, 5.9, 8.2%를, TS 농도 1.0%에서 각각 4.2, 7.9, 10.9%를, TS 농도 1.5%에서 각각 8.6, 10.3, 12.2%를 나타내었다. TS 농도가 높을수록 SCOD/TCOD비가 높게 나타났다. 슬러지의 TS 농도가 증가함에 따라 pH 변화폭은 작게 나타났는데, 이는 TS 농도가 증가함에 따라 pH 완충능이 더 크게 작용했기 때문이다. 초음파 조사시간 540초경과 후 까지도 모든 전처리 시료의 수온은 50℃ 이하를 유지하였다. 본 실험에서 수온의 상승이 초음파 조사 효과의 한 부분이므로 수온 상승을 억제하기 위한 별도의 조작을 하지 않았으며, 수온의 상승은 50℃ 이하로 공동화 현상에 지장을 주지 않는 범위를 유지할 수 있었다.
이와 같이 본 실시예에 따른 슬러지 감량장치는 세포분해 효율이 9분대에서 12%의 효율을 보였으며, 30분의 반응 시간에서는 26%의 효율을 나타내었다. 또한 발진 강도는 8㎾ 급으로 운전 출력은 5㎾로 전력 소모는 매우 적었다. 따라서 본 실시예의 처리용량을 3배 규모로 확대하면 5만톤/일 하수처리장 규모에서 적용 가능한 것이다.
상술한 바와 같은, 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 초음파를 사용한 슬러지 감량장치를 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
본 고안에 따른 초음파를 사용한 슬러지 감량장치에 의하면, 슬러지를 초음파 처리기술를 사용하여 감량시키므로 환경에 대한 2차 오염문제가 없다. 특히 본 고안은 이중주파수의 초음파에 의한 합성파를 전처리에 적용하므로 시스템 규모를 소형으로 할 수 있고, 에너지 비용을 감소시켜 운전비용을 낮추면서도 슬러지 분해를 더욱 개선시켜 화학처리에 비해 공정시간을 단축시킬 수 있다. 또한 하폐수처리장의 슬러지 이송라인 사이에 플랜지 타입으로 간단하게 설치할 수 있으므로 중소규모의 하폐수 처리장에서 슬러지 감량화 내지 멤브레인 기술과 함께 적용하여 슬러지 무배출 시스템으로 전환 가능하다.

Claims (4)

  1. 하폐수의 처리시 발생되는 슬러지를 감량시키기 위해 초음파 전처리를 적용할 수 있도록 하기 위한 초음파 처리를 사용한 슬러지 감량장치에 있어서,
    상기 슬러지가 유입되는 유입구(22)와 상기 슬러지가 배출되는 유출구(24)를 갖는 챔버(20)와;
    제 1 초음파를 발생시키는 제 1 초음파 발진기(32)와 접속되고, 상기 챔버(20)의 일측면에 결합되어 상기 챔버(20)의 내측방향으로 상기 제 1 초음파를 조사하는 제 1 초음파 진동자(30) 및;
    상기 제 1 초음파와 합성되는 제 2 초음파를 발생기키는 제 2 초음파 발진기(42)와 접속되고, 상기 제 1 초음파 진동자(30)와 수평되도록 상기 챔버(20)의 타측면에 결합되어 상기 챔버(20)의 내측방향으로 상기 제 2 초음파를 조사하는 제 2 초음파 진동자(40)를 포함하여, 상기 챔버(20)내에서 상기 제 1 초음파와 제 2 초음파의 합성파에 의해 상기 슬러지가 처리되도록 하는 것을 특징으로 하는 초음파 처리를 사용한 슬러지 감량장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유입구(22)와 유출구(24)는 상기 제 1 초음파 진동자(30) 및 제 2 초음파 진동자(40)와 수직되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 초음파 처리를 사용한 슬러지 감량장치.
  3. 하폐수의 처리시 발생되는 슬러지를 감량시키기 위해 초음파 전처리를 적용할 수 있도록 하기 위한 초음파 처리를 사용한 슬러지 감량장치에 있어서,
    상기 슬러지가 유입되는 유입구(22)가 설치되는 제 1 챔버(20)와;
    상기 제 1 챔버(20)와 연결구(26)에 의해 연통되도록 접속되고, 상기 제 1 챔버(20)를 통해 유입된 슬러지가 배출되는 유출구(24)를 갖는 제 2 챔버(20')와;
    제 1 초음파를 발생시키는 제 1 초음파 발진기(32)와 접속되고, 상기 제 1 챔버(20)와 제 2 챔버(20')의 일측면에 각각 결합되어 상기 제 1 챔버(20)와 제 2 챔버(20')의 내측방향으로 상기 제 1 초음파를 조사하는 제 1 초음파 진동자(30, 30') 및;
    상기 제 1 초음파와 합성되는 제 2 초음파를 발생기키는 제 2 초음파 발진기(42)와 접속되고, 상기 제 1 초음파 진동자(30, 30')와 수평되도록 상기 제 1 챔버(20)와 제 2 챔버(20')의 타측면에 각각 결합되어 상기 제 1 챔버(20)와 제 2 챔버(20')의 내측방향으로 상기 제 2 초음파를 조사하는 제 2 초음파 진동자(40, 40')를 포함하여, 상기 슬러지가 상기 제 1 챔버(20)와 제 2 챔버(20')를 연이어 흐르도록 하면서 상기 제 1 챔버(20)와 제 2 챔버(20')내에서 상기 제 1 초음파와 제 2 초음파의 합성파에 의해 상기 슬러지가 처리되도록 하는 것을 특징으로 하는 초음파 처리를 사용한 슬러지 감량장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 챔버(20')에 설치되는 제 1 초음파 진동자(30')와 제 2 초음파 진동자(40')는 상기 제 1 챔버(20)에 설치되는 제 1 초음파 진동자(30) 및 제 2 초음파 진동자(40)는 서로 반대되는 방향에 배치되어 설치되는 것을 특징으로 하는 초음파 처리를 사용한 슬러지 감량장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100796362B1 (ko) 2005-11-30 2008-01-21 김충우 초강력초음파 추출방법 및 캐비테이션 복합시스템
KR101261920B1 (ko) * 2011-07-13 2013-05-08 현대자동차주식회사 초음파를 이용한 폐수 슬러지 저감장치
KR102205249B1 (ko) * 2020-02-28 2021-01-20 주식회사 성진엠텍 슬러지 비접촉식 초음파 모듈 및 슬러지 비접촉식 초음파 가용화 장치

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