KR20050055917A - 스플릿 플로우형 초음파 슬러지 분해 반응기를 갖는하.폐수처리 장치 - Google Patents

스플릿 플로우형 초음파 슬러지 분해 반응기를 갖는하.폐수처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 하.폐수 처리에서 처리 공정 유량의 일부에 초음파 반응을 유도하여 슬러지 처리의 효율을 극대화 시킨 스플릿 플로우형 초음파 슬러지 분해 반응기를 갖는 하.폐수처리 장치를 제공함에 있 다.
이러한 본 발명은 유입되는 하.폐수를 제1,제2차 침전지와 생물반응조로 이루어진 수처리부를 통하여 소독, 방류하며, 상기 제2차 침전지로부터 침전 분리된 슬러지의 일부는 생물반응조의 미생물량 유지를 위해서 반송하고, 나머지는 농축, 소화 및 탈수로 이루어진 슬러지 처리부에 이송하여 슬러지를 안정화와 감량화후 최종처분 하는 하폐수 처리 장치에서, 슬러지 침강.농축성의 개선, 소화조에서 개스 발생량 증대와 유기물 비율감소, 탈수기에서의 탈수효율 증대를 위해 슬러지에 초음파를 반응하는 유도함에 있어, 그 초음파 반응장치를 에너지효율 증대와 시설의 콤팩트화를 위해 스플릿 플로우(Split Flow)형태로 설치한 것이다.

Description

스플릿 플로우형 초음파 슬러지 분해 반응기를 갖는 하.폐수처리 장치{A Sewage Treatment System Equiped Ultrasonic Sludge Disintegration Reactor, adopted Split FloW}
본 발명은 스플릿 플로우형 초음파 슬러지 분해 반응기를 갖는 하.폐수처리 장치에 관한 것으로, 특히 하폐수 처리 공정에서 슬러지(Sludge) 침강. 농축성 개선, 소화조 개스 발생량 증대, 탈수공정의 응집제 사용량 감소, 슬러지 발생량 감소를 위해 슬러지의 일부에 고에너지 초음파 반응이 유도되게 하여 동력효율을 극대화 하면서 초음파 반응조를 콤팩트화 시켜 기존 하.폐수 시설 개선시 쉽게 설치할 수 있게 한 스플릿 플로우형 초음파 슬러지 분해 반응기를 갖는 하.폐수처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 하(下).폐수(廢水) 처리 시스템은 수처리부, 그 수처리부에서 발생된 슬러지를 이송하는 이송부 및 슬러지 이송부에서 이송된 슬러지를 농축 처리하는 슬러지 처리부로 이루어져 있 다. 이에 대한 구성도를 도 3에 표시하였다.
도 3은 종래 하.폐수처리 장치의 구성도이다.
도면표시와 같이, 하(下).폐수(廢水) 처리 시스템(10)은 1차 침전지(12a), 생물반응조(12b) 및 2차 침전지(12c)로 이루어진 수처리부(12)와, 수처리부(12)에서 발생된 슬러지를 처리하는 슬러지 농축조(16a)와 소화조(16b)및 탈수조(16c)로 된 슬러지 처리부(16)과, 그리고 상기 수처리부(12)에서 발생되는 슬러지를 수처리부(12)와 슬러지 처리부(16)으로 이송하는 반송슬러지 이송부(14a)와 잉여 슬러지 이송부(14b)로 된 슬러지 이송부(14)로 이루어져 있다.
이와같은 하폐수처리 장치(10)에서 발생되는 슬러지 중 제2차 침전지(12a)에서 발생되는 잉여 슬러지는 60~80%가 생물반응조(12b)에서 발생하는 잉여 미생물로 구성되는데, 미생물은 생태학적 구성상 생물학적으로 분해가 용이한 세포액과,분해가 어려운 치밀한 구조의 표피 세포막으로 구성되어 있어서, 슬러지 소화 공정에서 쉽게 분해되지 않고 있다.
이 때문에 슬러지 처리공정에서 얻어지는 유용한 효과인 개스 발생량 증대와 슬러지 중의 유기물 비율 감소를 위해서는 슬러지 소화조(16b)에서의 슬러지 소화 공정 전에 잉여 슬러지의 표피 세포를 파괴하거나 물리적으로 터뜨려서 미생물 세포 내의 유기물을 유출시킬 필요가 있는데, 이렇게 하면
-소화 효율 개선을 통한 개스 발생량 증대 및 소화조(16b)의 크기 감소 효과,
-슬러지 중의 무기물 비율을 증대 시켜 탈수 효율을 개선함에 따라 슬러지 부피 감소(슬러지 운반, 처분 비용감소) 및 응집제 사용량을 감소 효과,
-반송수 중의 유기물 농도가 높아져서 고도하수처리 공정에서 C/N비 개선이되어 외부탄소원 공급량이 감소효과가 있게 된다.
이를 위해 이용되는 기술은 슬러지에 가하는 에너지 형태상 기계적 (Mechanical)인 방법(Stired Ball Mill 등), 가열분해 방법, 화학적인 방법(오존산소화, 산.알칼리반응), 생물학적인 분해, 동결융해 등을 이용하고 있다.
그러나, 기존의 위와 같은 기술(방법)로는 반송 슬러지(14a)에는 적용할 수 가 없고 오직 슬러치 처리 계통에만 적용되는 단점이있고, 슬러지 전량을 처리하기 때문에 반응조 크기가 거대해져서 대규모 기존 하.폐수 처리시설 개선에 적용이 어려운데다, 슬러지 전량을 처리하는 종래의 기계적인 방법은 처리된 슬러지 입자의 입경이 적어지고 균등한 크기로 바꾸어서 농축.탈수 효율이 저하되면서 에너지 효율이 떨어지는 문제가 있다.
따라서,본 발명의 목적은 상기 제반 결점들을 해소하고, 하.폐수 처리 공정에서 슬러지의 일부에만 고 에너지의 초음파 반응을 유도되게 하여, 에너지 이용효율을 개선하면서 초음파 반응조를 소형화하여, 기존 하.폐수 시설 개선에 쉽게 사용할 수 있는 실용성과 경제성을 동시에 만족할 수 있게 한 스플릿 플로우형 초음파 슬러지 분해 반응기를 갖는 하.폐수처리 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 스플릿 플로우형 초음파 슬러지 분해 반응기를 갖는 하.폐수처리 장치는, 유입되는 하폐수를 제1,제2차 침전지와 생물반응조로 이루어진 수처리부를 통하여 소독, 방류하고, 상기 제2차 침전지로부터 발생되는 잉여 및 반송 슬러지 이송부들을 통하여 이송후, 농축, 소화 및 탈수로 이루어진 슬러지 처리부를 통하여 처리하도록 된 하폐수 처리 장치에 있어서, 슬러지에 함유된 미생물 세포 내의 유기물을 쉽게 유출시키어 슬러지 처리 효율성을 극대화하고자, 상기 수처리부 및 슬러지 이송부와 그리고 슬러지 처리부 각각에 스플릿 플로우(Split Flow)형으로 설치되어 슬러지의 일부에 초음파 반응을 유도하기 위한 초음파 슬러지 분해기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 초음파 슬러지 분해기는 상기 수처리부의 생물반응조와 제2차 침전지 사이의 통로(P2)에 그 통로(P2)와 연락되는 스플릿 플로우 형으로 설치되어 스플릿 플로우 부위를 통하여 이송되는 일부 슬러지에 제1차 초음파 반응을 유도하는 제1초음파 슬러지 분해기; 상기 슬러지 이송부의 반송 슬러지 이송부의 통로(P4)에 그 통로(P4)와 연락되는 스플릿 플로우 형으로 설치되어 스플릿 플로우 부위를 통하여 반송되는 일부 반송 슬러지에 대하여 초음파 반응을 유도하는 제2초음파 슬러지 분해기; 상기 슬러지 이송부의 잉여 슬러지 이송부의 통로(P5)에 그 통로(P5)와 연락되는 스플릿 플로우 형으로 설치되어 스플릿 플로우 부위를 통하여 이송되는 일부 잉여 슬러지에 대하여 초음파 반응을 유도하는 제3초음파 슬러지 분해기; 상기 슬러지 처리부의 슬러지 농축조와 소화조 사이의 통로(P6)에 그 통로(P6)와 연락되는 스플릿 플로우 형으로 설치되어 스플릿 플로우 부위를 통하여 이송되는 일부 슬러지에 대하여 초음파 반응을 유도하는 제4 초음파 슬러지 분해기; 상기 슬러지 처리부의 슬러지 소화조와 탈수기 사이의 통로(P7)에 그 통로(P7)와 연락되는 스플릿 플로우 형으로 설치되어 스플릿 플로우 부위를 통하여 이송되는 일부 슬러지에 대하여 초음파 반응을 유도하는 제5초음파 슬러지 분해기를 포함하는 것을 특징으로한다.
또한,상기 초음파 슬러지 분해기는 에너지 효율을 높이기 위해 원심력을 이용하여 슬러지를 고농도로서 농축하는 농축기,농축기에 의해 농축된 고농도 슬러지에 대해 초음파 반응을 유도하는 초음파 접촉조를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 스플릿 플로우형 초음파 슬러지 분해 반응기를 갖는 하.폐수처리 장치의 보다 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 스플릿 플로우형 초음파 슬러지 분해 반응기를 갖는 하.폐수처리 장치의 구성도이다.
도면 표시와 같이, 본 발명에 따른 초음파를 이용한 하.폐수처리 장치(100)은 유입되는 하.폐수를1차 침전지(122), 생물반응조(124) 및 2차 침전지(126)을 경유후 소독,방류하는 수처리부(120)와, 그 수처리부(120)에서 발생된 슬러지를 슬러지 농축조(162), 소화조(164)및 탈수기(166)를 경유후 처분하는 슬러지 처리부 (160)와, 그리고 상기 수처리부(120)의 제2차 침전지(126)에서 발생되는 슬러지를 생물반응조(124)의 미생물량을 유지시키기 위해 수처리부(120)로 되돌리는 반송슬러지 이송부(142)와 슬러지 처리부(160)으로 이송하는 잉여슬러지 이송부(144)로 된 슬러지 이송부(140)으로 이루어져 있다.
이러한 구성은 종래의 하.폐수처리 장치(도3참조)와 같으므로 별도의 구체적인 설명은 생략한다. 도면부호 P1 ~ P7은 상호 연락되는 이송통로들을 각각 표시한 것이다.
본 발명은 위와 같은 하.폐수 처리장치(100)에서 슬러지의 침강.농축 및 탈수성을 개선하고 , 소화조에서의 개스 발생량을 증대 시키기 위해 슬러지의 일부를 슬러지 이송수로(P1~P7)에서 스플릿 플로우(Split Flow)형으로 분기시켜 초음파 처리를 할수 있게 한 것이 주요한 기술이다.
초음파 슬러지 분해기(130)을 수처리부(120) 및 슬러지 이송부(140)과 그리고 슬러지 처리부(160)의 각각에 바이 패스(By-Pass)구조의 스플릿 플로우(Split Flow)형으로 설치하여, 슬러지의 유동시 그 스플릿 플로우 부위측을 통하여 이송되는 일부 슬러지로부터 그 슬러지에 함유된 미생물 세포 내의 유기물을 쉽게 방출시킬 수 있도록 하는 초음파 반응이 유도되게 한 것이다.
상기 초음파 슬럿지 분해기(130)은 제1내지 제5 초음파 분해기들(131~135)로 이루어져 있다.
먼저, 상기 제1초음파 슬러지 분해기(131)은 수처리부(120)의 생물반응조 (122)와 제2차 침전지(126)과의 사이에서 상기 이송 통로(P2)로부터 그 생물반응조(122)와 제2차 침전지(126)과를 스플릿 플로우 형으로 연락되게 설치되어 제1초음파 분해를 유도하는 것으로, 벌킹(Bulking)의 원인균인 사상균을 분쇄하여 제2차 침전지(126)의 침강 분리 특성을 개선한다.
상기 제2초음파 슬러지 분해기(132)는 반송 슬러지 이송부(142)의 이송통로(P4)에서 상기와 구조와 같은 스플릿 플로우 형으로 연락되게 설치되어 초음파를 부여하여 벌킹과 거품원인 균인 사상균을 파괴하여 성장을 억제 한다.
상기 제3초음파 슬러지 분해기(133)은 슬러지 이송부(140)의 잉여 슬러지 이송부(144)의 이송통로(P5)에 상기와 동일 구조인, 스플릿 플로우 형으로 연락되게 설치되어 일부 미생물에 대해서만 세포질을 방출시켜 응집제로 이용되도록 하면 서 초음파 분해를 거치지 않는 슬러지 입경을 크게 유지 시킴으로써 침강.농축성을 개선하는 초음파 반응을 유도한다.
상기 제4초음파 슬러지 분해기(134)는 슬러지 처리부(160)의 농축조(162)와 소화조(164)사이의 이송통로(P6)에서 상기와 같이 스플릿 플로우 형으로 상호 연락되게 설치되어 소화조(164)측으로 이송되는 일부 슬러지에 대하여 고 에너지 초음파를 반응시켜 생분해가 용이한 세포질 방출을 유도한다.
상기 제5초음파 슬러지 분해기(135)는 슬러지 처리부(160)의 소화조(164)와 탈수기(166)사이의 통로(P7)에서 상기와 같이 스플릿 플로우 형으로 상호 연락되게 설치되어 탈수기(166)측으로 이송되는 일부 슬러지의 미생물에 대해서만 응집기능이 있는 세포질을 방출 시키되,초음파 분해를 거치지 않는 슬러지는 그 슬러지 입경을 크게 유지 시킴으로써 탈수성을 개선하는 초음파 반응을 유도한다.
위에서 설명한 제1내지 제5초음파 슬러지 분해기들(131~135)는 에너지 효율을 높이기 위해 원심력을 이용하는 기계농축 또는 가압부상농축 후 고농도 슬러지에 대해 초음파 반응을 유도하는 것이다. 이에 대한 구성은 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 도1에서 제1초음파 슬러지 분해기(132)만을 분리하여 구체적인 구성을 나타낸 도면이다.
도면 표시와 같이, 제1초음파 슬러지 분해기(131)는 슬러지 이송 통로(P2)에 스플릿 플로우 형으로 연락되게 설치된 스플릿 플로우 형 이송관(管)(131c)에 설치되어 그 스플릿 플로우 형 이송관(管)(131c)을 통하여 이송되는 일부 슬러지를 원심력에 의하여 고농도로 농축하는 농축기(131a)와, 그 농축기(131a)가 설치된 스플릿 플로우 형 이송관(管)(131c)에 농축기(131a)와 이격된 위치에 설치되어 농축기(131a)를 통하여 농축된 고농도 슬러지에 대해 초음파 반응을 유도하는 초음파 접촉조(131b)로 이루어져 있다. 농축기(131a)로부터 배출된 농축액(탈리액)은 소정 위치로 반송된다. 상기 실시예에서는 제1초음파 슬러지 분해기(131)에 대해서만 설명하였으나, 그 밖의 제2 내지 제5초음파 슬러지 분해기들(132~135)도 상기 제1초음파 슬러지 분해기(131)의 구성과 동일하여 별도의 설명은 생략한다.
위와 같은 하.폐수 처리 장치(100)에 이용한 초음파 기술은 그 초음파 에너지에 의해 기포가 폭발적으로 형성되었다가 파괴되는 캐비테이숀(Cavitation)을 이용하는 방법으로, 기포 형성과 소멸 과정에서의 순간적인 압력변화, 충격파 그리고 강한 제트류에 의한 전단력(剪斷力)등에 의해 슬러지 입자의 분산, 슬러지 중의 미생물 세포막의 분리 및 세포 전체의 파괴를 유도하여 생분해가 용이한 세포액을 세포막의 보호로부터 유출시키어 슬러지의 처리를 극대화하는 작용을 한다.
이러한 작용으로, 상기 제1초음파 슬러지 분해기(131) 및 제2 초음파 슬러지 분해기(132)로부터 유도되는 초음파 반응에 의해서는 하.폐수중의 슬러지의 벌킹방지 및 생물 반응조(124)내의 거품 형성을 방지한다.
또,제3초음파 슬러지분해기(133)으로부터 유도되는 초음파 반응은 슬러지 농축조(162)의 침강성을 개선하고,
또한, 제4초음파 슬러지 분해기(134)로부터 유도되는 초음파 반응은 소화조(164)의 소화 기능 개선 즉, 개스량 증대, 유기물 비율 감소를 하게하고,
제5초음파 슬러지 분해기(135)로부터 발생되는 초음파 반응은 탈수기(166)내에서의 탈수성을 증대하여 고형물 농도를 증대 한다.
상기에서 설명된 초음파 슬러지 분해기들(131~135)은 일반적으로 초음파를 유도하는 데 사용하는 것 인바, 이에 대한 별도의 구체적인 설명은 생략한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 하폐수 처리 공정에서 슬러지의 이송통로에 스플릿 플로우 형으로 설치하여 일부 슬러지에 대해서만 고 에너지 초음파 반응을 유도하는 초음파 슬러지 분해기들(131~135)에 의하여 동력 효율을 극대화하는 효과가 있고, 또 시설 규모를 콤팩트하게 함으로써 기존 하폐수 시설 개선에 쉽게 적용할수 있는 효과가 있 다.
도 1은 본 발명에 따른 초음파를 이용한 하.폐수처리 장치의 구성도이고,
도 2는 도1에서 제1초음파 슬러지 분해기(132)만을 분리하여 구체적인 구성을 나타낸 도면이고,
도 3은 종래 하.폐수처리 장치의 구성도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100 : 하폐수처리장치
120 : 수처리부
130 : 초음파 슬러지 분해기
131~135 : 제1 내지 제5초음파 슬러지 분해기
140 :슬러지 이송부
160 : 슬러지 처리부

Claims (3)

  1. 유입되는 하폐수는 제1,제2차 침전지와 생물반응조로 이루어진 수처리부를 통하여 소독, 방류하고, 상기 제2차 침전지로부터 발생되는 잉여 및 반송 슬러지 이송부들을 통하여 이송후, 농축, 소화 및 탈수로 이루어진 슬러지 처리부를 통하여 처리하도록 된 하폐수 처리 장치에 있어서,
    슬러지에 함유된 미생물 세포 내의 유기물을 쉽게 유출시키어 슬러지 처리 효율성을 극대화하고자, 상기 수처리부 및 슬러지 이송부와 그리고 슬러지 처리부 각각에 스플릿 플로우(Split Flow)형으로 설치되어 슬러지의 일부에 초음파 반응을 유도하기 위한 초음파슬러지 분해기를 포함하는 것을 특징으로하는 스플릿 플로우형 초음파 슬러지 분해 반응기를 갖는 하.폐수처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 초음파 슬러지 분해기는 상기 수처리부의 생물반응조와 제2차 침전지 사이의 통로(P2)에 그 통로(P2)와 연락되는 스플릿 플로우 형으로 설치되어 스플릿 플로우 부위를 통하여 이송되는 일부 슬러지에 제1차 초음파 반응을 유도하는 제1초음파 슬러지 분해기;
    상기 슬러지 이송부의 반송 슬러지 이송부의 통로(P4)에 그 통로(P4)와 연락되는 스플릿 플로우 형으로 설치되어 스플릿 플로우 부위를 통하여 반송되는 일부 반송 슬러지에 대하여 초음파 반응을 유도하는 제2초음파 슬러지 분해기;
    상기 슬러지 이송부의 잉여 슬러지 이송부의 통로(P5)에 그 통로(P5)와 연락되는 스플릿 플로우 형으로 설치되어 스플릿 플로우 부위를 통하여 이송되는 일부 잉여 슬러지에 대하여 초음파 반응을 유도하는 제3초음파 슬러지 분해기;
    상기 슬러지 처리부의 슬러지 농축조와 소화조 사이의 통로(P6)에 그 통로(P6)와 연락되는 스플릿 플로우 형으로 설치되어 스플릿 플로우 부위를 통하여 이송되는 일부 슬러지에 대하여 초음파 반응을 유도하는 제4 초음파 슬러지 분해기;및
    상기 슬러지 처리부의 슬러지 소화조와 탈수기 사이의 통로(P7)에 그 통로(P7)와 연락되는 스플릿 플로우 형으로 설치되어 스플릿 플로우 부위를 통하여 이송되는 일부 슬러지에 대하여 초음파 반응을 유도하는 제5초음파 슬러지 분해기를 포함하는 것을 특징으로하는 스플릿 플로우형 초음파 슬러지 분해 반응기를 갖는 하.폐수처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 초음파 슬러지 분해기는 에너지 효율을 높이기 위해 원심력을 이용하여 슬러지를 고농도로서 농축하는 농축기, 그 농축기에 의해 농축된 고농도 슬러지에 대해 초음파 반응을 유도하는 초음파 접촉조를 포함하는 것을 특징으로하는 스플릿 플로우형 초음파 슬러지 분해 반응기를 갖는 하.폐수처리 장치.
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