KR20100009518A - A device for pretreatment of waste sludge and a method for pretreatment of waste sludge using it - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 하수 슬러지 전처리 장치 및 이를 이용하여 하수 슬러지를 전처리하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a sewage sludge pretreatment apparatus and a method for pretreating sewage sludge using the same.
하수 및 폐수 처리장의 생물학적 처리조에서 지속적으로 발생되는 폐슬러지( waste sludge or excessive sludge)는 대표적인 유기성 폐기물(organic wastes)에 속한다. 지금까지 이러한 유기성 폐슬러지는 매립, 소각, 해역투기, 퇴비화, 보조연료화, 탄화 등 여러 가지 방법으로 처리되어 왔지만, 대부분의 하수 및 폐수 처리장에서는 비용적으로 가장 유리한 처리 방식을 채택해 왔다. 이런 이유로, 전세계적으로 많은 양의 유기성 폐슬러지가 해역에 투기되거나 땅에 매립되어 왔다. 대한민국의 경우, 2003년에 유기성 폐슬러지의 직매립이 금지되면서 2006년말 70% 이상의 하수슬러지가 해역투기에 의해 처분되고 있는 실정이다. 하지만 국제환경협약인 런던협약에 가입하게 되면서 이러한 해역투기는 대한민국에서 2012년 1월 1일 이후 전면 금지될 예정이다. 따라서 향후 이 유기성 폐슬러지는 전량 육상에서 적 절한 방법으로 처리될 수 밖에 없다. 이런 배경에서, 슬러지 발생량 자체를 원천적으로 감량하기 위한 방법, 퇴비나 복토재 또는 보조연료 등으로 재활용하는 방법, 그리고 혐기성 소화를 통해 메탄(CH4)과 같은 에너지원을 회수하는 방법 등이 미래의 해결 방안으로 떠오르고 있다. 따라서 이러한 방법들을 구현하기 위해 폐슬러지를 적절히 전처리하는 방안들이 최근에 관련 산업에서 큰 관심을 끌고 있다. 하지만, 많은 기술이 효율 및 비용 측면에서 아직 미흡한 실정이다. Waste sludge or excessive sludge, which is continuously generated in biological treatment tanks of sewage and wastewater treatment plants, is one of the representative organic wastes. To date, these organic waste sludges have been treated in many ways, including landfilling, incineration, dumping, composting, auxiliary fueling, and carbonization, but most sewage and wastewater treatment plants have adopted the most cost-effective treatment. For this reason, a large amount of organic waste sludge has been dumped or landfilled around the world. In Korea, more than 70% of sewage sludge has been disposed of by dumping at the end of 2006, since direct landfilling of organic waste sludge was banned in 2003. However, with the joining of the London Convention, an international environmental convention, such sea dumping will be banned in Korea after January 1, 2012. Therefore, in the future, this organic waste sludge will have to be treated in an appropriate way on land. Against this background, the future solution is to reduce sludge generation by itself, to recycle it as compost or cover material or auxiliary fuel, and to recover energy sources such as methane (CH 4 ) through anaerobic digestion. Emerging into the room. Therefore, the methods for properly pretreating waste sludge to implement these methods have attracted great attention in the related industry in recent years. However, many technologies are still insufficient in terms of efficiency and cost.
슬러지를 적절히 전처리하기 위해서는 무엇보다 슬러지 플록(floc)의 구조를 정확히 이해하는 것이 중요하다. 슬러지 플록은 미생물들이 서로 얼기설기 모인 덩어리로서 (미생물)세포외부의 섬유상 구조(extracellular polymeric substances, EPS)를 통해 도 1에서 보듯이 서로 연결되어 있다. In order to properly pretreat the sludge, it is important to first understand the structure of the sludge floc. Sludge flocs are lumps of microorganisms frozen together and are connected to each other as shown in FIG. 1 through extracellular polymeric substances (EPS).
슬러지를 원천적으로 감량화하기 위해서는 반드시 이러한 슬러지 플록 구조를 깨뜨려야 하고 또한 세포벽을 깨뜨려서 미생물 구성물질이 외부로 방출되도록 해야 한다. 이렇게 처리된 슬러지는 다시 생물학적 처리조로 투입되거나 질소나 인을 제거하는 고도처리공정의 탄소원으로 이용됨으로써 하수처리장의 폐슬러지 배출량을 0(zero)으로 만들 수 있게 된다. 또한 퇴비화 등으로 재활용되기 위해서는 필히 탈수 후 함수율을 60%미만까지 낮추어야 하는데, 이 경우 슬러지 주변의 물 중 간극수 및 일부 세포 내부수까지 제거해 주어야 한다. 흔히 사용되는 기계적 탈수 방식만으로는 자유수밖에 제거할 수 없어 한계가 있다. 따라서 다른 대안이 필요하며, 적절한 대안 방법은 이러한 슬러지 플록 구조를 파괴하고 세포벽을 깨뜨릴 수 있는 기술이어야 한다. 그리고, 혐기성 소화를 통한 슬러지 처리의 경우, 혐기성 소화효율이 높아지면 고형물이 바이오가스(biogas)로 전환되어 결과적으로 많은 양의 에너지원을 회수할 수 있고 또한 부수적으로 최종 처분할 슬러지의 양이 줄어드는 효과를 얻게 된다. 따라서 소화효율을 높일 수 있는 전처리 기술이 필요하며, 이를 위해서는 고형물로 존재하는 유기물의 양을 줄이고 용존성 유기물의 양을 늘릴 수 있어야 한다. 이것은 앞서 위 두 가지 방법에서 기술한 바와 같이 슬러지 플록 구조를 깨뜨리면서 동시에 미생물 세포벽을 파괴하여 세포내 물질을 외부로 방출시킬 수 있어야 가능해지는 것이다. In order to reduce sludge fundamentally, these sludge floc structures must be broken and the cell walls must be broken to allow the release of microbial components. The sludge treated in this way is returned to the biological treatment tank or used as a carbon source of the advanced treatment process to remove nitrogen or phosphorus, so that the waste sludge discharged from the sewage treatment plant can be zeroed. In addition, in order to be recycled by composting, the water content must be lowered to less than 60% after dehydration. In this case, the pore water and some internal water of the cells around the sludge should be removed. There is a limit that only free water can be removed only by the commonly used mechanical dehydration method. Therefore, other alternatives are needed, and suitable alternatives must be techniques that can destroy these sludge floc structures and break cell walls. In the case of sludge treatment through anaerobic digestion, when the anaerobic digestion efficiency is increased, the solids are converted into biogas, which can recover a large amount of energy source, and consequently, the amount of sludge to be disposed of eventually decreases. You get an effect. Therefore, a pretreatment technique is required to increase the extinguishing efficiency. For this purpose, the amount of organic matter present as a solid and the amount of dissolved organic matter must be increased. This is possible only by breaking the sludge floc structure as described in the above two methods and at the same time destroying the microbial cell wall to release the intracellular material to the outside.
지금까지 슬러지 전처리 방법으로 초음파 처리, 고온 열처리, 오존 산화, 캐비테이션 처리, 알칼리처리, 효소처리, 기계적 처리, 산처리, 미생물처리, 습식산화공정, 진공처리 등의 방법들이 테스트되고 개발되어 왔다 (남궁규철, 2008 KOSEN Expert Review 에서 재인용).So far, sludge pretreatment methods have been tested and developed such as ultrasonication, high temperature heat treatment, ozone oxidation, cavitation treatment, alkali treatment, enzyme treatment, mechanical treatment, acid treatment, microbial treatment, wet oxidation process and vacuum treatment. Kyu-Cheol, cited in 2008 KOSEN Expert Review).
하수 슬러지를 오존산화로 처리하면 오존과 반응한 슬러지의 세포벽이 파괴되면서 세포내부의 물질(COD 성분)이 방출되게 된다. 또한, 다당류, 단백질, 지질 등은 오존과 반응하여 저분자량 화합물로 전환된다. 오존 주입량이 충분히 높다면, 세포내 물질은 이산화탄소와 물로 전환, 무기물화 될 수 있다. 오존을 이용한 슬러지 처리는 슬러지 감량화를 위한 처리와 혐기성 소화의 전처리로 구분할 수 있다. 실규모 슬러지 감량화 처리에서는 0.05 kgO3/kgTSS 의 오존 주입으로 19-35%의 슬러지 감량 효과를 얻었다고 보고되었다. 이를 혐기성 소화 전처리에 적용하였을 때, 10% 정도의 소화 슬러지 감량화 효과를 얻을 수 있었다. 그리고 오존 주입량을 0.03 kgO3/kgTSS에서 0.06 kgO3/kgTSS로 증가시켜 용해성 COD 물질의 배출을 11%에서 16%로 증가시킬 수 있었다. 하지만 혐기성 소화조를 거친 후 배출수의 COD가 증가하고, 슬러지 감소량에 비해 비용이 높아지는 단점이 있다고 보고되었다. 한 연구에서 오존 전처리에 대한 자금회수 기간은 약 6 년으로 추산되었다. 한편 이러한 문제점의 해결 방안의 하나로, 오존 전처리 후 중온 소화조에 클로즈드 루프 오존 산화 장치를 둔 경우가 오존 주입량에 비해 훨씬 우수한 가스생산, COD 감소 등을 얻을 수 있었다고 보고되었다(남궁규철, 2008 KOSEN Expert Review 에서 재인용).Ozone oxidation of sewage sludge destroys the cell walls of the sludge reacted with ozone, releasing substances inside the cells (COD components). In addition, polysaccharides, proteins, lipids, and the like react with ozone to be converted to low molecular weight compounds. If the ozone dose is high enough, intracellular substances can be converted to carbon dioxide and water and mineralized. Sludge treatment using ozone can be divided into treatment for sludge reduction and pretreatment of anaerobic digestion. In the sludge reduction treatment, it was reported that an ozone injection of 0.05 kgO 3 / kgTSS resulted in a sludge reduction effect of 19-35%. When applied to anaerobic digestion pretreatment, digestive sludge reduction of about 10% was obtained. The ozone dose was increased from 0.03 kgO 3 / kgTSS to 0.06 kgO 3 / kgTSS, resulting in an increase in soluble COD emissions from 11% to 16%. However, it has been reported that after the anaerobic digester, the COD of the effluent is increased and the cost is higher than the sludge reduction amount. In one study, the payback period for ozone pretreatment was estimated to be about six years. On the other hand, as a solution to this problem, it was reported that the closed-loop ozonation unit in the medium temperature digester after ozone pretreatment was able to obtain much better gas production and COD reduction than the ozone injection amount (Nam Gung Kyu, 2008 KOSEN Expert Review) Requoted from).
수력학적 캐비테이션(Hydrodynamic cavitation; HC)은 초음파에 의한 공동현상과 원리에서 차이가 있지만 그 효과에서는 유사한 특징을 보인다. HC는 액체의 난류 흐름을 통해 생성되는 것으로, 흔히 액체의 흐름시 큰 압력차가 생길 때 발생한다. 예를 들어, 일정 단면적을 갖는 파이프 내에 고압으로 유체를 빠른 속도로 이동시키면서 작은 단면적을 갖는 오리피스(orifice)를 통과하도록 장치를 만들면, 오리피스의 토출부에서 큰 압력차가 존재하여 토출부 직후에서 공동현상이 발생한다. 다른 예로, 오리피스를 통과한 유체가 블레이드를 만나도록 하는 장치를 들 수 있다. 이때 오리피스 모양은 구형이 아니고 타원형일 때 성능이 우수하다. 이 경우 블레이드가 진동을 하면서 공동현상이 매우 뚜렷하고 효과적으로 일어나도록 할수 있다. 한편, 하나의 오리피스를 통해 공동현상을 일으키는 것과 달리 복수 개의 오리피스를 통해 유체를 통과시키면 공동현상 효과가 커질 수 있다. HC에 영향을 주 는 변수들로는 압력, 유속, 캐비테이션쳄버(cavitation chamber) 설계 등과 함께 공동 현상 발생의 시간적 요인을 들 수 있다. 오리피스 입구에서의 압력과 오리피스 토출부에서의 복원 압력, 그리고 공동현상 발생을 위한 최소 압력 등이 중요하며 이와 관련 시간적 요인을 명확히 하는 것이 상업적 응용에 꼭 필요하다(Arrojo and Benito, "A theoretical study of hydrodynamic cavitation", Ultrasonics Sonochemistry, doi:10.1016/j.ultsonch.2007.03.007 2007) (남궁규철, 대한토목학회지 제55권 제10호, pp 50-55, (2007) 에서 재인용). Hydrodynamic cavitation ( HC ) differs in ultrasonic cavitation and principle, but shows similar characteristics in effect. HC is produced through turbulent flow of liquids, and often occurs when there is a large pressure difference in the flow of liquids. For example, if the device is made to pass through an orifice with a small cross-sectional area while moving the fluid at high pressure in a pipe with a constant cross-sectional area, there is a large pressure difference at the discharge portion of the orifice, which causes cavitation immediately after the discharge portion. This happens. Another example is a device that allows a fluid passing through an orifice to meet a blade. The orifice shape is not spherical but excellent in elliptical shape. In this case, as the blade vibrates, the cavitation can be made very clear and effective. On the other hand, unlike the cavitation through one orifice, passing the fluid through a plurality of orifices can increase the cavitation effect. Variables affecting HC include the timing of cavitation, together with pressure, flow rate, and cavitation chamber design. The pressure at the orifice inlet, the restoring pressure at the orifice outlet, and the minimum pressure for cavitation are important, and clarification of the time factors is essential for commercial applications (Arrojo and Benito, "A theoretical study of hydrodynamic cavitation ", Ultrasonics Sonochemistry, doi: 10.1016 / j.ultsonch. 2007.03.007 2007) (Re-quoted by Nam Gung-Kyu Chul, Journal of the Korean Society of Civil Engineers, Vol. 55, pp. 50-55, (2007)).
한 연구에서는 캐비테이션 전처리를 거친 슬러지를 중온 혐기성 소화할 때 전처리 하지 않은 경우에 비해 체류시간을 13일에서 6일로 대폭 줄일 수 있었다고 보고하였다. 그리고 슬러지 감량화 효과, 가스 생산량 등에서 캐비테이션 처리에 앞서 알칼리처리를 추가함으로써 처리 효율이 상당히 좋아지는 것으로 보고되었다. 이 공정은 MicroSludgeTM (캐나다)라는 이름으로 상용화되어, 최근 실규모 플랜트에 적용되고 있다. 이 공정은 회전 드럼 농축기를 이용해서 농축된 슬러지를 pH 8.5-10의 조건으로 1 시간 정도 알칼리 처리한 후, 12,000 psi의 고압 조건에서 캐비테이션 처리를 한다. 그 결과, 최고 80%까지 슬러지 가용화가 가능했다고 한다. 이 때, 가용화된 슬러지의 pH는 6.8-7.4로 변화한다. 이렇게 처리된 슬러지의 중온 소화 결과 18-78%까지 휘발성 고형물을 감소시킬 수 있는 것으로 보고되었다. 한편, 상용화된 캐비테이션 공정의 다른 예로 Biogest Crown Disintegration System(영국)이 있다. 이 공정은 매우 빠른 유속을 이용하며, 슬러지를 혐기성 소화조에 투 입하기에 앞서 캐비테이션 처리를 3회 수행한다. 또 다른 상용화 공정의 예로는 RND (Rapid Non-equilibrium Decompression)가 있다. 이 공정은 고압 하에서 과포화로 용존된 CO2가 압력강하에 따라 급격히 팽창하는 현상을 이용하여 세포벽을 파괴한다. 이 공정의 장점은 CO2를 재이용할 수 있으며 에너지 비용이 적게 소요되어 초기투자비의 회수 기간이 2년 미만이라는 점이다.One study reported that the residence time of cavitation pretreated sludge could be drastically reduced from 13 days to 6 days when not treated at moderate anaerobic digestion. In addition, treatment efficiency has been reported to be considerably improved by adding alkali treatment prior to cavitation treatment in terms of sludge reduction effect and gas production. This process has been commercialized under the name MicroSludge ™ (Canada) and has recently been applied to real scale plants. In this process, the concentrated sludge is alkali treated with a rotary drum concentrator at pH 8.5-10 for about 1 hour, followed by cavitation at high pressure of 12,000 psi. As a result, up to 80% of sludge solubilization was possible. At this time, the pH of the solubilized sludge changes to 6.8-7.4. It has been reported that mesophilic digestion of this treated sludge can reduce volatile solids by 18-78%. Another example of a commercially available cavitation process is the Biogest Crown Disintegration System (UK). This process uses very fast flow rates and performs three cavitation treatments before sludge is introduced into the anaerobic digester. Another example of a commercialization process is Rapid Non-equilibrium Decompression (RND). This process takes advantage of the phenomenon that CO 2 dissolved due to supersaturation under high pressure rapidly expands with the pressure drop, thereby destroying the cell wall. The advantage of this process is that CO 2 can be reused and energy costs are low, resulting in a payback period of less than two years.
본 발명자는 오존발생장치로부터 발생되는 오존을 수력학적 캐비테이션을 일으키는 장치의 전단(前段) 또는 후단(後段)에서 슬러지에 주입함으로써, 수력학적 캐비테이션(hydrodynamic cavitation)과 오존의 시너지 효과를 불러일으켜 슬러지 구조를 파괴하고 세포벽(막)을 파괴하여, 그 결과 슬러지를 가용화(solubilization)함으로써 슬러지의 감량화, 슬러지 탈수능의 향상, 혐기성 소화 효율 향상 등을 하나의 공정으로 종합적으로 이루어낼 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다. The present inventors inject the ozone generated from the ozone generator into the sludge at the front end or the rear end of the device which causes the hydraulic cavitation, thereby inducing the synergy effect of the hydrodynamic cavitation and ozone, and thus the sludge structure. And the cell wall (membrane), so as to solubilize the sludge as a result of reducing the sludge, improved sludge dewatering capacity, anaerobic digestion efficiency can be achieved in one process. The invention was completed.
하수 슬러지 처리의 전체 효율을 높이기 위해서는, 앞서 배경기술에서 기술한 바와 같이 슬러지 플록의 구조를 효과적으로 해체하면서 또한 미생물의 세포벽을 공격하여 파괴함으로써 세포내 물질과 내부수가 외부로 방출되도록 할 수 있는 공정 및 장치가 필요하다. 캐비테이션과 오존산화 기술은 이러한 목적을 달성하는 효과적인 수단을 제공하며 함께 사용함으로써 우수한 시너지 효과를 얻게 해준다. 따라서 이 기술들을 효과적으로 통합하여 폐슬러지를 전처리함으로써, 슬러지 감량화, 슬러지 탈수효율 향상, 소화 효율 향상을 종합적으로 가능하게 하는 공정 및 장치를 제공하는 것이다. In order to increase the overall efficiency of the sewage sludge treatment, as described in the background, a process that effectively dismantles the structure of the sludge floc and attacks and destroys the cell walls of the microorganisms to release the intracellular material and the internal water to the outside; and A device is needed. Cavitation and ozonation technologies provide an effective means of achieving this goal and, when used together, provide excellent synergy. Therefore, by effectively integrating these technologies to pre-treat waste sludge, it is to provide a process and apparatus that can totally reduce sludge, improve sludge dewatering efficiency, and improve digestion efficiency.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제 1의 형태로서 본 발명은 하수 슬러지를 전처리하는 방법에 있어서, 오존발생장치로부터 발생되는 오존으로 하수 슬러지를 처리하는 단계; 및 상기 오존 처리된 하수 슬러지를 2000∼8000 psi 의 고압으로 유입구보다 작은 단면적을 갖는 오리피스를 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하수 슬러지 전처리 방법을 제공한다. 상기 하수 슬러지에 가해지는 압력이 2000 psi 미만인 경우에는 슬러지 플록구조를 해체하고, 미생물 또는 세포를 파괴하기 위한 정도의 수력학적 캐비테이션 작용 효과를 얻기 어렵고, 8000 psi 보다 높은 압력의 경우 압력이 가해지는 모든 구조가 내압성이 커야 하고, 장치 운용면에서 많은 에너지를 필요로 하여 경제성이 떨어지게 된다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of pretreating sewage sludge, comprising: treating sewage sludge with ozone generated from an ozone generator; And it provides a sewage sludge pretreatment method comprising the step of passing the ozone treated sewage sludge having an orifice having a cross-sectional area smaller than the inlet at a high pressure of 2000 ~ 8000 psi. When the pressure applied to the sewage sludge is less than 2000 psi, it is difficult to obtain a hydrodynamic cavitation effect to dismantle the sludge floc structure and destroy microorganisms or cells, and when the pressure is higher than 8000 psi, The structure has to be high pressure resistance, and requires a lot of energy in terms of operation of the device, and the economy is inferior.
본 발명의 제 2의 형태로서 본 발명은 하수 슬러지를 전처리하는 방법에 있어서, 하수 슬러지를 2000∼8000 psi의 고압으로 유입구보다 작은 단면적을 갖는 오리피스를 통과시키는 단계; 및 상기 통과된 하수 슬러지를 오존발생장치로부터 발생되는 오존으로 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하수 슬러지 전처리 방법을 제공한다.As a second aspect of the present invention, there is provided a method of pretreatment of sewage sludge, comprising: passing an orifice having a cross-sectional area smaller than the inlet at a high pressure of 2000-8000 psi; And it provides a sewage sludge pretreatment method comprising the step of treating the passed sewage sludge with ozone generated from the ozone generator.
본 발명의 제 3의 형태로서, 본 발명은 하수 슬러지를 전처리하는 방법에 있어서, 하수 슬러지를 2000∼8000 psi의 고압으로 유입구보다 작은 단면적을 갖는 오리피스를 통과시키고, 상기 고압 발생부와 오리피스 사이에 오존발생장치로 발생시킨 오존을 주입하여 상기 하수 슬러지를 처리하고, 상기 오존 처리된 하수 슬러지가 상기 오리피스를 통과하며 수력학적 캐비테이션 현상에 의해 추가적으로 처리되는 것을 특징으로 하는 하수 슬러지 전처리 방법을 제공한다. 본 발명의 또 다른 실시형태로서 상기 오존 공급 이외에 유효량의 과산화수소(H2O2); 수산화나트륨(NaOH); 또는 과산화수소(H2O2) 및 수산화나트륨(NaOH)을 함께 공급할 수 있다. As a third aspect of the present invention, the present invention provides a method of pretreatment of sewage sludge, wherein the sewage sludge is passed through an orifice having a cross-sectional area smaller than the inlet at a high pressure of 2000 to 8000 psi, between the high pressure generating portion and the orifice. The present invention provides a sewage sludge pretreatment method, wherein the sewage sludge is treated by injecting ozone generated by an ozone generator, and the ozone treated sewage sludge passes through the orifice and is further treated by a hydraulic cavitation phenomenon. As another embodiment of the present invention, an effective amount of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) in addition to the ozone supply; Sodium hydroxide (NaOH); Or it can be supplied with the hydrogen peroxide (H 2 O 2) and sodium hydroxide (NaOH).
본 발명의 제 4의 형태로서, 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같은 하수 슬러지 전처리 장치를 제공한다. 상기 하수 슬러지 전처리 장치는 활성슬러지가 농축되는 농축조(1), 상기 농축조에 농축된 하수 슬러지를 관(3)에 2000∼8000 psi의 고압으로 공급하여 주는 고압펌프(2), 상기 고압펌프에서 토출된 하수 슬러지가 상기 고압 상태에서 통과하게 되고, 말단에 유입구보다 작은 단면적의 오리피스를 갖는 관(3), 상기 관을 통과한 하수 슬러지를 수집하는 저장조(6) 및 상기 농축조로부터 저장조 사이에 연결되어 하수 슬러지에 오존을 공급하는 오존발생장치(4)를 포함하는 것을 특징으로 한다. As a fourth aspect of the present invention, the present invention provides a sewage sludge pre-treatment apparatus as shown in Fig. The sewage sludge pretreatment device is a high pressure pump (2) for supplying a high pressure of 2000 to 8000 psi to the pipe (3), a concentration tank (1) in which activated sludge is concentrated, the pipe (3), discharged from the high pressure pump The sewage sludge is passed through the high pressure state and is connected between the pipe (3) having an orifice having a cross-sectional area smaller than the inlet at the end, a storage tank (6) for collecting the sewage sludge passing through the pipe and from the concentration tank It characterized in that it comprises an ozone generator (4) for supplying ozone to sewage sludge.
본 발명은 실시 형태에 따라 상기 오존 발생장치에 의해 발생된 오존이 상기 농축조(1)과 상기 관(3)의 사이에서 공급되어 질 수도 있고, 상기 관(3)의 유입부와 오리피스부 사이에서 공급되어 질 수도 있고, 상기 관(3)과 저장조(5)의 사이에서 공급되어 질 수도 있다. 본 발명은 실시 형태에 따라, 상기 관의 모양이 원형, 타원형 또는 다각형 모양의 관으로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 한 형태의 관일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, ozone generated by the ozone generator may be supplied between the concentrating
본 발명의 제 5의 형태로서 본 발명은 상기 하수 슬러지 전처리 방법을 이용한 하수 슬러지 처리 방법을 제공한다.As a fifth aspect of the present invention, the present invention provides a sewage sludge treatment method using the sewage sludge pretreatment method.
본 발명의 제 6의 형태로서, 본 발명은 상기 하수 슬러지 전처리 장치를 포함하는 하수 슬러지 처리장치를 제공한다.As a sixth aspect of the present invention, the present invention provides a sewage sludge treatment apparatus including the sewage sludge pretreatment apparatus.
본 발명에 따른 장치를 이용하여 슬러지를 처리한 경우, 캐비테이션 처리만 한 경우 또는 오존처리만 한 경우보다 향상된 효과를 확인할 수 있었다. 캐비테이션 처리를 단지 1회 처리한 슬러지를 오존산화처리하여 짧은 시간내에 가장 우수한 결과를 얻을 수 있는 것은 본 발명에서 제시한 캐비테이션과 오존산화 공정의 상승효과를 적절히 설명해준다. 따라서 본 발명에 따른 하수 슬러지 전처리 장치 및 방법은 슬러지 감량화, 슬러지 탈수효율 향상 및 혐기성 소화 효율의 향상 등의 효과를 가진다.When the sludge was treated using the apparatus according to the present invention, it was confirmed that the improved effect than the case of only cavitation treatment or only ozone treatment. Ozone oxidation of sludge treated only once with cavitation to obtain the best results in a short time period adequately accounts for the synergistic effect of the cavitation and ozone oxidation processes presented in the present invention. Therefore, the sewage sludge pretreatment apparatus and method according to the present invention have the effect of reducing sludge, improving sludge dewatering efficiency and improving anaerobic digestion efficiency.
이하 본 발명을 도면을 이용하여 구체적으로 설명한다. 그러나 이러한 설명이 본 발명의 권리범위를 제한하려는 것은 아니다. 본 발명의 권리 범위는 청구항에 기재된 바에 의하여 정하여 지는 것이며, 본 발명의 명세서 및 청구항에 기재되어진 바에 의하여 당업자가 용이하게 치환할 수 있고, 이와 같은 치환이 자명한 균등범위에까지 본 발명의 권리 범위가 미친다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, this description is not intended to limit the scope of the present invention. The scope of the present invention is defined by the claims, and can be easily replaced by those skilled in the art based on the description of the present invention and the claims. Crazy
실시예Example 1. 본 발명에 따른 활성 1.Activity according to the present invention 슬러지Sludge 전처리 장치 Pretreatment unit
도 2는 본 발명에 따른 활성 슬러지 전처리 장치의 개략도를 보인다. 생물학적 처리 공정(대표적으로 활성오니 공정)에서 발생되는 잉여오니(1)가 농축조에서 농축된 후 고압펌프(2)를 통해 고속으로 이송되어 말단이 작은 단면적의 오리피스를 갖도록 제작된 관(3)을 통해 토출되며, 이러한 공정에 연계하여 오존발생장치(4)에서 발생된 오존이 주입된다. 이렇게 처리된 슬러지는 저장조(5)에서 필요에 따라 적절히 처리되는 과정을 거쳐 생물반응조로 반송(6)되거나 탈수장치 또는 혐기성 소화를 위해 이송(7)된다. 2 shows a schematic view of an activated sludge pretreatment apparatus according to the present invention. The surplus sludge (1) generated in the biological treatment process (typically activated sludge process) is concentrated in a concentration tank, and then conveyed at a high speed through a high pressure pump (2) to produce an orifice with a small cross-sectional area. The ozone generated by the
실시예Example 2. 2. 캐비테이션과Cavitation 오존처리가 Ozone treatment 하수슬러지에Sewage sludge 미치는 영향 Impact
(1) 실험재료 및 방법 (1) Experimental Materials and Methods
1) 본 실험에 사용된 하수 슬러지는 하수처리장에 설치된 생물막반응기(MBR) 파일럿 설비(처리용량: 300톤/일, 평균 MLSS: 8000mg/L)에서 시료를 채취하여 사용하였다. 각각의 실험에 사용되는 시료는 캐비테이션 처리, 오존 처리, 및 캐비테이션 1회 처리후 오존 처리하면서 각각 0분(원수), 1분, 5분, 10분에 채취하였다.1) The sewage sludge used in this experiment was sampled from a biofilm reactor (MBR) pilot facility (treatment capacity: 300 tons / day, average MLSS: 8000 mg / L) installed in the sewage treatment plant. Samples used for each experiment were taken at 0 minutes (raw water), 1 minute, 5 minutes, and 10 minutes, respectively, with cavitation treatment, ozone treatment, and ozone treatment after one cavitation treatment.
2) 분석 방법2) Analysis method
① pH - 각 시료를 pH meter를 이용하여 pH를 측정하였다.① pH-Each sample was measured for pH using a pH meter.
② 온도 - 각 시료를 온도계를 이용하여 온도를 측정하였다.② Temperature-Each sample was measured for temperature using a thermometer.
③ 부유물질(SS; suspended solids) - 유리섬유 여지(GF/C)를 미리 정제수로 씻은 다음 시계접시위에 놓고 105-110도의 건조기 안에서 2시간 건조시켜 황산 데시케이터에 넣어 방냉하고 항량으로 하여 무게를 정밀히 달고 여과기에 부착시켰다. 시료 적당량을 여과기에 주입하면서 흡인여과한 후 여과기의 기벽과 여지상의 잔류물을 물로 수회 씻어주고 유리섬유 여지를 핀센트로 주의하면서 여과기에서 끄집어 내여 시계 접시위에 놓고 105-110도의 건조기 안에서 2시간 건조시켜 황산 데시케이터에 넣어 방냉한 다음 항량으로 하여 무게를 정밀히 측정하였다. 여과 전후의 유리섬유 여지 무게의 차를 계산하여 부유물질의 양으로 하였다.③ Suspended solids (SS; suspended solids)-Wash the glass fiber filter (GF / C) with purified water in advance, place it on a watch plate and dry it for 2 hours in a dryer at 105-110 degrees. Was weighed precisely and attached to the filter. Aspirate the sample with a suitable amount and filter it, and then wash the filter wall and filter residue with water several times, take out the glass fiber with a pincent, take it out of the filter and place it on a watch plate and dry it in a dryer at 105-110 degrees for 2 hours. The mixture was allowed to cool in a sulfuric acid desiccator, and weighed precisely as a constant weight. The difference in the weight of the glass fiber filter before and after filtration was calculated to be the amount of suspended solids.
④ SCODcr - 시료를 유리섬유 여지(GF/C)로 여과한 후 여과된 액을 수 CODcr분석키트에 2ml 주입후 150℃에서 반응시킨후 HS-2300Plus 수질분석기(Humas, Korea)를 이용하여 SCODcr을 분석하였다.④ SCODcr-After filtering the sample with glass fiber filter (GF / C), the filtered solution is injected into 2ml of water CODcr analysis kit and reacted at 150 ℃, and then SCODcr is analyzed using HS-2300Plus water analyzer (Humas, Korea). Analyzed.
3) 실험장치3) Experiment apparatus
캐비테이션만을 이용한 슬러지 처리 실험(도3)은 유입된 슬러지(1)를 저장조(2)에서 슬러지가 일정한 체류시간을 가지도록 하였다. 저장조(2)의 슬러지를 캐비테이션 장치(3)를 이용하여 처리 한 후 처리된 슬러지는 시료채취구(4)에서 시료채취하였으며, 처리된 슬러지(5)는 관을 통하여 이송하였다.Sludge treatment experiment using only cavitation (Fig. 3) was a
오존만을 이용한 슬러지 처리실험(도4)은 유입된 슬러지(1)를 저장조(2)에서 슬러지가 일정한 체류시간을 가지도록 하였다. 저장조(2)의 슬러지를 기액혼합펌프(3)를 통해 오존발생장치(4)에서 발생된 오존과 슬러지를 접촉하게 하여 슬러지를 처리하였다. 오존과 접촉하여 처리된 슬러지는 시료채취구(5)에서 시료채취하였으며, 처리된 슬러지(6)는 관을 통하여 이송하였다.In the sludge treatment experiment using only ozone (Fig. 4), the
캐비테이션과 오존의 조합을 이용한 슬러지 처리실험(도5)은 유입된 슬러지(1)를 캐비테이션장치(2)를 통해 1차적으로 슬러지를 처리한 후 저장조(3)에서 슬러지가 일정한 체류시간을 가지도록 하였다. 저장조(3)의 슬러지를 기액혼합펌프(4)를 통해 오존발생장치(5)에서 발생된 오존과 슬러지를 접촉하게 하여 슬러지를 2차 처리하였다. 오존과 접촉하여 2차 처리된 슬러지는 시료채취구(6)에서 시료채취하였으며, 처리된 슬러지(7)는 관을 통하여 이송하였다.In the sludge treatment experiment using the combination of cavitation and ozone (Fig. 5), the
(2) 캐비테이션처리가 하수슬러지에 미치는 영향 (2) Effect of Cavitation Treatment on Sewage Sludge
캐비테이션 장치는 자체 제작하였으며(도 3 참조), 오리피스의 크기와 모터주파수변경에 따른 캐비테이션의 압력의 변화와 캐비테이션 접촉시간을 변경시키며 슬러지의 특성변화를 실험하였다. 슬러지 시료 20L를 캐비테이션 압력 200bar (오리피스크기 D1.5mm)로 실험한 결과는 다음과 같다.The cavitation device was manufactured by itself (see FIG. 3), and the characteristics of the sludge were tested by changing the pressure of the cavitation and the cavitation contact time according to the change of the orifice size and the motor frequency. 20L of sludge samples were tested at a cavitation pressure of 200 bar (Oripisk machine D1.5mm).
- 처리시간 -Processing time
저장탱크의 슬러지를 캐비테이션으로 순환하여 처리할 경우 슬러지는 1분에 약 0.8회 정도 캐비테이션 장치를 통과한다. 따라서 10분 처리할 경우 캐비테이션 장치를 통과하는 횟수는 8회 정도 된다. When the sludge from the storage tank is circulated to the cavitation, the sludge passes through the cavitation device about 0.8 times a minute. Therefore, after 10 minutes of processing, the number of passes through the cavitation device is about eight times.
- 온도 변화 Temperature change
캐비테이션을 통해 처리되는 경우, 캐비테이션 장치를 통과하면서 고압에서 저압으로 급격히 압력변화가 발생되고 이 때 강한 전단력이 작용하고 충격파(shock wave)가 발생되며 공동현상(cavitation phenomena)이 발생되면서 상당한 열이 발생되게 된다. 이러한 열의 발생으로 캐비테이션 장치를 통과할수록 슬러지의 온도는 상승하게 된다. When processed through cavitation, a rapid pressure change occurs from high pressure to low pressure as it passes through the cavitation device, at which time a strong shear force is applied, a shock wave is generated, and a cavitation phenomena is generated, which generates considerable heat. Will be. The generation of heat causes the sludge temperature to rise as it passes through the cavitation apparatus.
- pH 변화 pH change
캐비테이션만으로 처리할 경우 pH 변화는 주로 미생물의 파괴로 인한 내부 물질의 용출에 기인한다. 대체로 중성 부근에서 크게 벗어나지 않으며 실험 결과는 이러한 사실을 잘 보여주고 있다. When treated with cavitation alone, the pH change is mainly due to the elution of internal substances due to the destruction of microorganisms. As a rule, they do not deviate significantly around neutral and the experimental results show this well.
- SCODcr -SCODcr
용해성 COD는 캐비테이션 전후에 크게 변화한다. 이는 미생물 플럭 구조의 파괴와 세포벽의 붕괴로 인한 세포내 물질의 용출로 인해 용해성 COD 성분이 크게 증가하기 때문이다. Soluble COD changes significantly before and after cavitation. This is because the soluble COD component is greatly increased due to the elution of the intracellular material due to the destruction of the microbial floc structure and the collapse of the cell wall.
- SCODcr/SS -SCODcr / SS
미생물 플럭 및 세포 파괴로 인해 용해성 COD의 증가와 함께 SS의 감소가 일어난다. 결과적으로 SCOD/SS 비율은 미생물 플럭과 세포파괴의 정도를 나타나는 가장 중요한 변수가 된다. SCOD의 증가에 비해 SS의 감소는 작은 편이며 이는 캐비테이션 처리의 경우 큰 분자량의 물질을 작은 분자량으로 전환하는 반응이 10분 이내의 짧은 시간 동안에는 거의 일어나지 않기 때문이다. 대체로 SCOD의 증가율은 SCOD/SS의 증가율 변화와 거의 유사하게 변화한다. Reduction of SS occurs with an increase in soluble COD due to microbial flocs and cell destruction. As a result, the SCOD / SS ratio is the most important variable in indicating the degree of microbial floc and cell destruction. The decrease in SS is small compared to the increase in SCOD, because in the case of cavitation, the reaction of converting a large molecular weight material into a small molecular weight rarely occurs within a short time of 10 minutes. In general, the rate of increase of SCOD varies much like the change of rate of increase of SCOD / SS.
(3) 오존처리가 하수슬러지에 미치는 영향 (3) Effect of ozone treatment on sewage sludge
오존발생장치는 수냉식 장치이며((주)세왕씨이텍의 SW-50), 오존 발생용량은 최대 50g-O3/hr이다. 원료 산소는 고압용기에 저장된 순산소(99.99%)를 사용하였다. 오존처리실험은 D30cm, H1000cm의 반응조에 20ℓ 슬러지를 가지고 슬러지와 오존을 접촉시키며 실험하였다(도 4 참조). 오존발생장치에서 발생된 오존을 기액혼합펌프(신풍내산펌프의 진공휴갈펌프 SP-VF1)를 사용하여 슬러지와 오존을 접촉시키는 방식으로 하였다. 반응조에서 발생되는 거품을 제거하기 위하여 상단부에 교반기를 설치하였다.The ozone generating device is a water-cooled device (SW-50 of Sewang C-Tech Co., Ltd.), and the ozone generating capacity is up to 50g-O3 / hr. The raw material oxygen was pure oxygen (99.99%) stored in a high pressure vessel. The ozone treatment experiment was conducted by contacting the sludge and ozone with 20 l sludge in a reaction tank of D30cm, H1000cm (see Fig. 4). The ozone generated by the ozone generator was contacted with the sludge and ozone by using a gas-liquid mixing pump (Vacuum Hog Pump SP-VF1 of Sin-pung acid pump). A stirrer was installed at the upper end to remove bubbles generated in the reactor.
기액혼합펌프 용량 : 1HP(0.75Kw), 60HzGas-liquid Mixing Pump Capacity: 1HP (0.75Kw), 60Hz
기액혼합펌프 유량 : 20L/minGas-liquid Mixing Pump Flow Rate: 20L / min
샘플량 : 20LSample volume: 20L
① 오존농도 : 30g/hr① Ozone Concentration: 30g / hr
② 오존농도 : 50g/hr② Ozone Concentration: 50g / hr
- 처리시간 -Processing time
기액혼합펌프로 슬러지를 순환처리하였고 슬러지는 1분에 1회 기액혼합펌프를 통과한다. 결국 통과 횟수가 늘어남에 따라 오존의 투입량이 증가하고 슬러지의 오존산화가 증가한다. The sludge was circulated with the gas-liquid mixing pump and the sludge passed through the gas-liquid mixing pump once a minute. Eventually, as the number of passes increases, ozone input increases and ozone oxidation of sludge increases.
- 온도 변화 Temperature change
오존에 의한 슬러지액의 산화시 기액혼합펌프를 통과하면서 약간의 온도상승이 일어나며 일부 발열반응에 의해 온도상승이 일어난다. 하지만 캐비테이션처리에 비해 그 온도상승은 미미한 편이며 실험결과를 이를 잘 보여주고 있다. When oxidizing the sludge liquid by ozone, a slight temperature rise occurs while passing through the gas-liquid mixing pump, and the temperature rise is caused by some exothermic reaction. However, compared to cavitation treatment, the temperature rise is slight and the experimental results are well shown.
- pH 변화 pH change
캐비테이션처리와 달리 오존산화는 오존이 슬러지 및 액상내 물질과 반응기 때문에 상대적으로 pH 변화가 커지게 된다. 오존이 투입되면서 pH는 산성 쪽으로 이동하고 오존투입량 및 처리시간에 따라 상당히 변화하게 된다. 실험결과는 이를 잘 나타내 준다. 특히 오존투입량 30g/hr 결과와 50g/hr 결과를 비교해 보면 오존투입량 증가에 따라 pH 감소가 더 현저해지는 것을 알 수 있다. Unlike cavitation treatment, ozone oxidation causes a relatively large pH change due to ozone sludge and substances in the liquid phase and the reactor. As ozone is introduced, the pH shifts towards acidity and changes significantly with ozone dose and treatment time. The experimental results show this well. In particular, when comparing the ozone dose 30g / hr results and 50g / hr results it can be seen that the pH decrease becomes more significant as the ozone dose increases.
- SCODcr -SCODcr
오존산화의 경우 캐비테이션과 달리 오존이 직접 슬러지 고형물 및 액상내 물질과 반응하면서 슬러지를 파괴시키기 때문에 SCOD 증가가 캐비테이션보다 다소 느릴 것으로 예측된다. 오존투입량이 증가하면 SCOD 증가율이 커질 것으로 예상되며, 오존투입량 증가(30g/hr --> 50g/hr)시 SCOD의 현저한 증가를 관찰할 수 있다. In the case of ozonation, unlike cavitation, the increase in SCOD is expected to be slightly slower than cavitation because ozone reacts directly with sludge solids and substances in the liquid phase to destroy sludge. As the ozone dose increases, the SCOD growth rate is expected to increase, and a significant increase in SCOD can be observed when the ozone dose increases (30g / hr-> 50g / hr).
- SCODcr/SS -SCODcr / SS
오존산화의 경우 캐비테이션과 달리 오존이 직접 반응하면서 큰 분자량의 물질을 작은 분자량의 물질로 전환하기 때문에 SS의 변화가 동반되며 결과적으로 SCOD 증가율과 SCOD/SS 의 변화율이 상이하게 된다. 실험 결과는 이러한 내용을 잘 보여주고 있다. In the case of ozonation, unlike cavitation, ozone reacts directly and converts a large molecular weight material into a small molecular weight material, which is accompanied by a change in SS. As a result, the SCOD growth rate and the SCOD / SS change rate are different. Experimental results show this well.
- 오존 투입량의 영향 -Effect of ozone input
30g/hr 에서 50g/hr 으로 투입 오존량을 증가시킬 경우 일반적으로 예상되듯이 슬러지의 파괴가 증가하게 되고 이는 SCOD의 증가 및 SCOD/SS의 증가로 나타난다. 실험 결과는 이를 잘 보여주고 있다. Increasing the input ozone amount from 30 g / hr to 50 g / hr increases sludge breakdown, as is generally expected, resulting in an increase in SCOD and an increase in SCOD / SS. Experimental results show this well.
(4) 캐비테이션 및 오존처리가 하수슬러지에 미치는 영향 (4) Effect of Cavitation and Ozone Treatment on Sewage Sludge
캐비테이션 압력 : 200bar (오리피스크기 D1.5mm)Cavitation Pressure: 200bar (Orispisk D1.5mm)
캐비테이션 처리 횟수 : 1회Cavitation processing count: 1 time
기액혼합펌프 용량 : 1HP(0.75Kw), 60HzGas-liquid Mixing Pump Capacity: 1HP (0.75Kw), 60Hz
기액혼합펌프 유량 : 20L/minGas-liquid Mixing Pump Flow Rate: 20L / min
샘플량 : 20LSample volume: 20L
① 오존농도 : 30g/hr① Ozone Concentration: 30g / hr
② 오존농도 : 50g/hr② Ozone Concentration: 50g / hr
- 처리시간 -Processing time
캐비테이션으로 1회 처리한 후 오존산화처리를 하였다. 따라서 1분 15초 정도의 처리시간을 준 것이다. 이후 오존 투입량을 달리하면서 실험을 하였고 전체 처리시간은 오존처리 시간에 1분 15초를 더한 것이다. After one treatment with cavitation, ozone oxidation treatment was performed. Therefore, processing time of about 1 minute and 15 seconds is given. Since then, the experiment was carried out with different ozone inputs, and the total treatment time was 1 minute and 15 seconds to the ozone treatment time.
- 온도 변화 Temperature change
온도변화는 캐비테이션 처리를 1회만 하였기 때문에 크지는 않으며 오존으로만 처리한 경우와 유사한 증가 경향을 볼 수 있다. The temperature change is not large because only one cavitation treatment is performed, and the increase tends to be similar to that of only ozone treatment.
- pH 변화 pH change
pH 변화는 캐비테이션만으로 처리한 경우에 비해 오존처리의 영향으로 상당히 큰 감소를 나타냄을 알 수 있다. 캐비테이션 1회 처리한 영향으로 오존만으로 처리한 경우보다 약간 낮은 것을 알 수 있다. 특히 오존 투입량이 적은 경우(30g/hr)에 더 강하며 오존처리시간이 길어지면 큰 차이가 없어지지만, 오존처리 초기에는 그 차이를 볼 수 있다. It can be seen that the pH change is significantly decreased due to the effect of ozone treatment compared with the cavitation treatment alone. The effect of one cavitation treatment was found to be slightly lower than the treatment with ozone alone. In particular, when the ozone input amount is small (30 g / hr) is stronger and the ozone treatment time is longer, there is no big difference, but the difference can be seen at the initial ozone treatment.
- SCODcr -SCODcr
캐비테이션 후 오존처리를 하는 경우 SCODcr은 매우 빠른 속도로 상승한다. 캐비테이션 처리만 제공한 경우에 비해 상승률이 매우 높다. 뿐만아니라 오존으로만 처리한 경우에 비해서도 SCODcr의 상승률은 훨씬 높다. 오존투입량 30g/hr에서 오존만으로 처리한 경우 5분후 SCOD가 약 350으로 상승했는데 캐비테이션으로 1회 처리후 5분 오존을 투입한 경우에는 SCOD가 약 720으로 상승하여 100% 이상의 증가했음을 알 수 있다. 또한 50g/hr의 오존투입량에서 10분 처리했을 때 약 910 가까이 SCOD가 상승했는데, 캐비테이션 1회 처리후에는 5분 처리하고 약 925 가까이 SCOD 값이 상승하였음을 알 수 있다. In ozone treatment after cavitation, the SCODcr rises very rapidly. The rate of increase is very high compared to cavitation only. In addition, the rate of increase of SCODcr is much higher than in the case of treatment with ozone alone. In the case of ozone treatment at 30 g / hr, the SCOD increased to about 350 after 5 minutes. However, when ozone was injected for 5 minutes after one treatment by cavitation, the SCOD rose to about 720 and increased by more than 100%. In addition, the SCOD increased to about 910 after 10 minutes of treatment at 50 g / hr of ozone injection, and the SCOD value increased to about 925 after 5 minutes of cavitation treatment.
- SCODcr/SS -SCODcr / SS
앞서 살펴 본 바와 같이, 캐비테이션 처리만 할 경우 상대적으로 SS의 감소가 적어 SCOD/SS 비율의 증가는 오존산화처리에 비해 작다. 하지만, 캐비테이션과 오존산화를 결합하는 경우 우수한 시너지 효과를 얻을 수 있다. 30g/hr의 오존투입량의 경우 캐비테이션 1회 처리 후 10분 오존처리했을 때 SCOD/SS 값은 355, 이에 비해 오존만으로 10분 처리했을 때는 139였다. 결국 SCOD/SS 값은 150%이상 상승한 것으로 이는 SCOD값의 상승률 91% 보다도 월등히 크다. 이로부터 캐비테이션에 의한 플럭구조의 파괴에 이어 오존산화처리가 효과적으로 SCOD 증가 및 SS의 감소를 야기했다는 것을 알 수 있다. 오존투입량이 50g/hr로 증가하면서 SCOD 증가는 37%, SCOD/SS 증가는 37%로 나타났는데, 이는 오존산화의 영향이 상대적으로 커졌기 때문으로 이해된다. As described above, when cavitation treatment alone, SS decreases relatively, so that the SCOD / SS ratio is smaller than that of ozone oxidation. However, when combined with cavitation and ozone oxidation, excellent synergy can be obtained. In the case of 30 g / hr of ozone dose, the SCOD / SS value was 355 for 10 minutes ozone treatment after one cavitation treatment, and 139 for 10 minutes treatment with ozone alone. As a result, the SCOD / SS value increased by more than 150%, which is much higher than the 91% increase rate of the SCOD value. From this, it can be seen that ozone oxidation effectively caused SCOD increase and SS decrease following destruction of the floc structure by cavitation. As the ozone dose increased to 50 g / hr, the SCOD increase was 37% and the SCOD / SS increase was 37%, which is understood as the effect of ozone oxidation was relatively increased.
- 시너지 효과 Synergy
앞서 보았듯이 캐비테이션 1회 처리 후 오존투입을 5분한 경우, 전체 처리 반응시간은 6분 15초 정도 된다. 이 처리에 의한 SCODcr의 증가는 오존만으로 10분 처리한 경우에 비해 오존투입량 30g/hr의 경우에는 30% 이상, 오존 투입량 50g/hr의 경우에는 약 2% 정도 많게 된다. 약 60% 정도의 반응시간만으로도 더 우수한 처리 결과를 얻었음을 알 수 있다. 결과적으로 SCOD 상승에 캐비테이션과 오존의 결합이 효과적으로 작용했음을 알 수 있다. As described above, when ozone injection was performed for 5 minutes after one cavitation treatment, the total treatment reaction time was about 6 minutes and 15 seconds. The increase of SCODcr by this treatment is more than 30% at 30g / hr ozone dose and about 2% at 50g / hr ozone dose, compared to 10 minutes treatment with ozone alone. It can be seen that even a reaction time of about 60% yielded better treatment results. As a result, it can be seen that the combination of cavitation and ozone effectively worked on the SCOD rise.
이러한 시너지 효과는 캐비테이션 처리와 오존처리의 적정 조합을 통해 효율적으로 얻을 수 있을 것으로 보인다. 예를 들어, 앞서 실험결과에서 보듯이 캐비테이션 처리를 1회 거친 후 30g/hr의 오존 투입량으로 10분 처리한 결과, 50g/hr의 오존투입량으로 10분 오존 처리한 경우보다 우수한 SCOD 증가 및 SCOD/SS 증가를 얻을 수 있었다. 이로부터 단위 오존투입량 당 SCOD 증가를 계산하면 다음 표와 같다. This synergy effect is expected to be efficiently obtained through the proper combination of cavitation treatment and ozone treatment. For example, as shown in the previous experimental results, after one cavitation treatment and 10 minutes of treatment with an ozone dose of 30 g / hr, the SCOD increase and SCOD / SS increase could be obtained. The following table shows the SCOD increase per unit ozone dose.
이 결과에서 알 수 있듯이 단위 오존 투입량 대비 SCOD 증가가 가장 좋은 경우는 1회 캐비테이션 후 30g/hr의 오존처리를 한 경우이다. 결국 투입된 에너지 대비 가장 높은 효율을 얻는 조합이 있음을 알 수 있다. As can be seen from this result, the best SCOD increase compared to the unit ozone dose is the case of 30g / hr ozone treatment after one cavitation. As a result, it can be seen that there is a combination that obtains the highest efficiency compared to the input energy.
본 발명에 따른 하수 슬러지 전처리 장치 및 이를 이용한 하수 슬러지 전처리 방법은 슬러지 감량화, 슬러지 탈수효율 향상, 혐기성 소화 효율의 향상을 가져올 수 있다. 물리적 처리와 화학적 처리를 유기적으로 결합, 시너지 효과를 창출함으로써 하수 슬러지 처리 분야에 있어서 기존의 방법보다 효율적인 방법으로 이용 될 수 있다.The sewage sludge pretreatment apparatus and sewage sludge pretreatment method using the same according to the present invention can reduce sludge, improve sludge dewatering efficiency, and improve anaerobic digestion efficiency. By combining synergy with physical treatment and chemical treatment, it can be used more efficiently than existing methods in sewage sludge treatment.
도 1은 슬러지 플록의 구조와 주변 물의 종류를 도시한다. 1 The structure of the sludge flocs and the type of surrounding water are shown.
도 2는 본 발명에 따른 활성 슬러지 전처리 장치의 개략도를 보인다. 생물학적 처리 공정(대표적으로 활성오니 공정)에서 발생되는 폐슬러지(1)가 농축조에서 농축된 후 고압펌프(2)를 통해 고속으로 이송되어 끝부분이 작은 단면적의 오리피스를 갖도록 제작된 관(3)을 통해 토출되며, 이러한 공정에 연계하여 오존발생장치(4)에서 발생된 오존이 주입된다. 이렇게 처리된 슬러지는 저장조(5)에서 필요에 따라 적절히 처리되는 과정을 거쳐 생물반응조로 이송(6)되거나 탈수장치 또는 혐기성(또는 호기성) 소화조로 이송(7)된다. 2 shows a schematic view of an activated sludge pretreatment apparatus according to the present invention. The waste sludge (1) generated in the biological treatment process (typically activated sludge process) is concentrated in a concentration tank and then conveyed at a high speed through a high pressure pump (2) so that the end portion has an orifice of small cross-sectional area (3). It is discharged through, and in connection with this process, ozone generated in the
도 3은 캐비테이션을 이용한 슬러지 처리방법과 이에 사용되는 장치를 개략적으로 도시한 것이다. ①: 유입 슬러지, ②: 반응조, ③: 캐비테이션 장치, ④: 시료채취구, ⑤: 처리 슬러지. 3 schematically shows a sludge treatment method using cavitation and an apparatus used therein. ①: inflow sludge, ②: reactor, ③: cavitation device, ④: sampling port, ⑤: treated sludge.
도 4는 오존을 이용한 슬러지 처리방법과 이에 사용되는 장치를 개략적으로 도시한 것이다. ①: 유입 슬러지, ②: 반응조, ③: 기액혼합펌프, ④: 오존발생장치, ⑤: 시료채취구, ⑥: 처리 슬러지. 4 schematically illustrates a method of treating sludge using ozone and an apparatus used therein. ①: inflow sludge, ②: reaction tank, ③: gas-liquid mixing pump, ④: ozone generator, ⑤: sampling port, ⑥: treated sludge.
도 5는 캐비테이션과 오존을 이용한 슬러지 처리방법과 이에 사용되는 장치를 개략적으로 도시한 것이다. ①: 유입 슬러지, ②: 캐비테이션 장치, ③: 반응조, ④: 기액혼합펌프, ⑤: 오존발생장치, ⑥: 시료채취구, ⑦: 처리 슬러지. 5 schematically shows a sludge treatment method using cavitation and ozone and an apparatus used therein. ①: inflow sludge, ②: cavitation device, ③: reactor, ④: gas-liquid mixing pump, ⑤: ozone generator, ⑥: sample collection port, ⑦: treatment sludge.
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