KR20120070955A - 미세기포와 초음파를 이용한 슬러지 감량 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세기포와 초음파를 이용한 슬러지 감량장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시형태에 의한 미세기포와 초음파을 이용한 슬러지 감량장치는, 기본적인 구성으로서 미세기포 접촉조, 초음파 접촉조, 순환배관, 흡입수단, 가압순환펌프를 포함하여 이루어지며, 바람직하게는 혐기소화조를 더하고, 기존 슬러지 처리시설에서 혐기소화조가 없을 경우 미세기포 접촉조를 호기소화조로 동시에 이용하는 구조를 포함하여 이루어진다. 본 발명에 따르면, 미세기포 발생장치에 의해 발생된 미세기포 및 가압 순환펌프이 수리동력학적 힘을 이용하여 슬러지를 가용화 시켜 초음파에 의한 필요 슬러지 가용화 에너지를 감소시키고 시너지 작용을 일으킴으로써, 기존 슬러지 전처리 방식보다 에너지 소모량을 최소화 슬러지를 효과적으로 감량화 처리할 수 있다.

Description

미세기포와 초음파를 이용한 슬러지 감량 장치{Activated sludge disintegration apparatus using microbubble and ultrasonification}

본 발명은 미세기포와 초음파를 이용한 슬러지 감량장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 슬러지를 경제적으로 감량화하기 위하여 미세기포와 초음파 발생장치를 이용한 슬러지 전처리를 통하여 기존 초음파 단독처리에 비해 에너지비용을 획기적으로 줄일 수 있는 슬러지 감량 장치에 관한 것이다.

하수슬러지 처분에 대한 규제가 강화되면서 슬러지 감량화 기술에 대한 연구와 기술개발이 활발히 이뤄지고 있다. 하?폐수 슬러지를 구성하는 미생물은 견고한 세포벽으로 둘러싸여 있기 때문에 생분해성이 낮고, 세포내부 수(水)나 간극 수(水) 등과 같은 부착수(bound water)의 함량이 높으며 친수성이 높아 탈수나 고액 분리가용이하지 않다.

이러한 슬러지의 특성을 고려하여 하?폐수 슬러지 처리 시스템의 선단에는 반드시 슬러지 전처리 공정을 추가하고 있다. 즉, 슬러지 전처리의 목적은 세포벽을 파괴하여 세포 구성 물질들의 가수분해를 촉진시켜 슬러지의 생분해성을 높이기 위한 것이다. 본 발명은 이러한 슬러지 전처리 방법과 관련된다.

현재까지 연구된 주요 슬러지 전처리 방법으로는 오존처리, 초음파처리, 알칼리처리, 열처리, 효소처리, 산 처리, 기계적 분쇄, 염소처리 등과 같은 단일 처리 및 알칼리/초음파 병합처리, 알칼리 열 병합처리 등이 있다.

이들 방법 중 초음파와 같은 물리적 처리기술은 처리과정 중 환경에 유해한 물질을 발생시키지 않는다는 장점이 있다. 초음파에 의한 슬러지 전처리는 공동(Cavitation)을 이용한 슬러지 전처리의 원리로서 공동(Cavitation)에 의해 액체 내부에 발생하는 Cavitation 공동과 버블의 파괴로 순간적인 고온 고압 조건이 형성되고 이에 따른 충격파와 전단력에 의해 주변의 슬러지가 파괴되는 것을 이용한 기술이다. 즉, 높은 음향 강도를 가진 초음파를 조사할 때, 초음파에 의한 에너지 투입이 물분자의 결합에너지를 넘어서면 부분적인 압력강하로 인하여 공동(Cavitation)이 발생하게 되는 것이다.

이 기술은 슬러지 처리효율이 높고 고형물 함량이나 점도의 영향을 비교적 적게 받는 장점이 있으나 에너지 투입량이 높고 시설유지비가 비교적 높다는 단점이 있다.

최근 슬러지 감량화를 위한 전처리 방법으로 오존 또는 초음파, 물리적 파쇄등 기존 단일방법보다는 오존+물리적파쇄, 초음파+알칼리처리등 두가지 이상의 공정을 결합한 하이브리드 공정개발이 활발히 진행되고 있다. 기존 슬러지 감량화를 위한 하이브리드 전처리 방법으로 출원번호 10-2007-0073678호, 10-2008-0041276호 등에서는 알칼리분해와 초음파공정, 오존용해장치와 미세기포 오존을 이용한 슬러지 감량화 방법이 제시되어 있다.

특히 기존 물리적 장치를 이용한 수리 동력학적 방법으로 큰 덩어리의 슬러지를 파괴하여 분해가 잘 일어나도록 하는 기계적인 전처리 방법은 오수 내부에 용해되어 있던 기체성분이 유리되어 기포가 형성되었다가 파괴되는 과정에서 미생물이 파괴되며, 따라서 큰 덩어리의 슬러지가 파쇄되어 잘게 나누어지면 소화 미생물의 먹이(기질, Substrate)가 되는 파쇄된 슬러지의 비표면적(Specific Surface Area)이 증가하여 슬러지의 분해가 용이하게 된다.

따라서 이러한 방법을 기존 슬러지 감량화 방법인 초음파 처리방법과 결합할 경우 단일 방법보다 경제적으로 슬러지를 처리할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 슬러지 감량화를 위한 초음파를 이용한 슬러지 전처리 방법이 감량화 효율이 입증되었음에도 높은 시설비용과 유지관리 비용으로 현장적용이 어려운 점을 극복하기 위하여 새로운 하이브리드 공정으로서 물리적 충격을 이용한 미세기포와 초음파 조합처리를 하여, 초음파 단독사용보다 슬러지 감량화 효율을 증가시켜 시설비용 및 운전비용이 절감되는 경제적인 처리장치를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

유입된 슬러지를 미세기포의 수리동력학적 힘을 이용하여 처리하는 미세기포 접촉조; 및 상기 미세기포 접촉조와 연결되어, 초음파의 케비테이션을 이용하여 슬러지를 가용화 처리하는 초음파 접촉조를 포함하며,

상기 미세기포 접촉조는,

상기 미세기포 접촉조에서 배출되는 슬러지가 다시 순환되도록 연결된 순환배관;

상기 순환배관의 경로상에 배치되어, 공기를 흡입할 수 있도록 이루어진 흡입수단; 및

상기 흡입수단과 연결되어, 상기 흡입된 공기에 감압 및 가압을 순차적으로 가하여 미세기포를 발생시켜 한편, 상기 순차적인 감압 및 가압에 의하여 발생하는 수리동력학적 힘에 의하여 함유된 슬러지를 분쇄하는 가압순환펌프를 포함하고,

상기 초음파 접촉조는,

초음파 발생장치와 연결되어 미세기포 접촉조에서 1차 전처리된 슬러지를 다시 2차로 초음파의 케비테이션 효과를 이용하여 슬러지를 가용화시키는 것을 특징으로 하는 미세기포와 초음파를 이용한 슬러지 감량장치를 제공한다.

본 발명에 따른 미세기포와 초음파를 이용한 슬러지 감량장치는 반송이 가능하도록 상기 미세기포 접촉조와 초음파 접촉조가 순환배관으로 연결되어 기존에 초음파 단독 슬러지 전처리 보다 에너지 비용을 66% 수준으로 효과적으로 절감시킬 수 있다.

본 발명에 따른 미세기포와 초음파를 이용한 슬러지 감량장치에 있어서, 상기 미세기포 접촉조와 초음파 접촉조는 후단 혐기소화조와 연결되어 전처리를 통해 가용화된 슬러지를 혐기성 미생물에 의한 생물학적 처리를 통해 슬러지 감량화가 가능하고, 기존에 혐기 소화조가 없는 구조의 슬러지 처리시설의 경우 미세기포 접촉조를 호기성 미생물에 의한 슬러지 감량화가 가능한 호기성 소화조로 같이 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 미세기포와 초음파를 이용한 슬러지 감량장치에 있어서, 상기 초음파 접촉장치에서 적정 초음파 주입에너지는 10,000kJ/kg-TSS~30,000kJ/kg-TSS를 적정 투입에너지 범위로 한다.

본 발명에 따르면, 미세기포 발생장치에 의하여 발생된 미세기포의 수리동력학적 힘과 가압순환펌프에 의한 물리적 파쇄로 슬러지 전처리가 가능한 미세기포 접촉조와 초음파의 케비테이션 효과를 이용하여 슬러지 세포벽을 해체하기 위한 초음파 접촉조로 구성되어 기존 초음파만을 이용한 슬러지 전처리에 비해 에너지 비용이 감소되고 전처리를 위한 시설비용이 감소되어 현재 슬러지 전처리의 가장 문제점이 운전비용과 시설비용을 획기적으로 줄일 수 있는 경제적인 슬러지 감량화가 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 의한 미세기포와 초음파를 이용한 슬러지 감량 장치의 구성을 나타낸 개략도 이다.
도 2는 본 발명에 의한 미세기포 발생장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3a와 도 3b는 각각 미세기포 접촉조에서의 접촉시간에 따른 TSS와 Particle size의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4a는 본 발명에 의한 미세기포와 초음파 처리장치와 초음파 단독처리 장체에서의 투입에너지에 따른 CODcr 가용화율의 거동을 나타낸 그래프이다.
도 4b는 본 발명에 의한 미세기포와 초음파 처리장치와 초음파 단독처리 장체에서의 투입에너지에 따른 TSS의 감량률의 거동을 나타낸 그래프이다.

이하 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 의한 미세기포와 초음파를 이용한 슬러지 감량 장치의 구성을 나타낸 개략도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 의한 미세기포와 초음파를 이용한 슬러지 감량 장치는, 기본적인 구성으로서 미세기포 접촉조(10), 초음파 접촉조(20), 순환배관(23), 흡입수단(24), 가압순환펌프(25), 초음파 발생장치(26)를 포함하여 이루어지며, 후단에 혐기 소화조(30)를 더하여 구성 되어진다.

본 발명에서는, 생물학적으로 슬러지를 감량화 시킬 수 있는 혐기 소화조(30) 전단에 슬러지 전처리를 위한 미세기포 접촉조(10)에 흡입수단(24) 및 가압순환펌프(25)를 포함하는 미세기포 발생장치를 더 포함시키고, 슬러지에 초음파를 접촉하기 위해 초음파 발생장치(26)와 초음파 접촉조(20)를 추가하여, 슬러지 전처리를 통해 가용화(可溶化)율을 높여 혐기반응조(30)의 슬러지 감량화(減量化)율을 증가시킬 수 있는 미세기포와 초음파를 이용한 슬러지 감량화 장치를 완성하였다.

즉, 본 발명은, 슬러지를 효과적으로 감량화 시키기 위해 미세기포 접촉조(10)에서 미세기포 발생장치(24, 25)를 통하여 발생된 미세기포의 수리동력학적 힘을 이용하여 슬러지를 일부 분쇄하고 다시 초음파 접촉조(20)에서 초음파 발생장치(26)에서 발생되는 초음파를 이용하여 슬러지 세포벽을 파괴하여 슬러지를 가용화를 촉진시켜 후단의 혐기소화조(30)에서 슬러지 세포벽이 파괴되어 기질(基質)화된 슬러지를 혐기 혹은 호기 미생물에 의해 생물학적 분해를 통해 최종 슬러지 감량화를 촉진시킨다.

이하, 본 발명에 의한 슬러지 감량화 장치의 각 구성에 대하여 설명하기로 한다.

미세기포 접촉조(10)는, 유입된 슬러지를 미세기포 발생장치에서 발생된 미세기포의 케비테이션 효과와 가압순환펌프의 의한 물리적인 분쇄작용에 의해 슬러지의 감량화를 촉진시키는 역할을 담당하고 있다.

도 2는, 본 발명에 의한 미세기포 발생장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 미세기포 발생장치는 순환배관(23), 가압순환펌프(25), 흡입수단(24)으로서의 인젝터 , 바이패스(By-pass)관 (27), 유입 및 유출 벨 브( 23c, 23d)를 포함하여 구성된다. 가압순환펌프(25) 전단에 설치된 흡입수단(24)로서의 인젝터는 , 그 배관의 직경을 순환배관(23)의 그것보다 작게 구성하여, 가압순환펌프(25) 전단에서 자흡식으로 공기가 유입되고, 이렇게 유입된 공기가 가압순 환펌프(25)의 회전차를 통과하면, 회전차의 전단에서의 감압, 및 회전차를 통과하면서 순간적으로 발생하는 고압에 의하여 용해되고, 회전차를 통과한 포화 액체가 압력식 호기 반응조에 유입되면, 압력이 해제되면서 헨리의 법칙에 따라 용해되었던 공기가 다시 미세기포로 생성된다.

이로부터 발생하는 미세기포는, 약 10 내지 100 정도의 크기를 지니며, 필요한 유량 및 공기량은 바이패스 밸브(27a) 개도에 의해 조절된다.

이러한 미세기포 발생 될 경우, 초음파에 의해 발생되는 케비테이션에 의한 미세기포 형성과 유사한 형태의 수리동력학적 힘에 의해 슬러지 세포벽에 물리적인 힘을 가해 슬러지 가용화를 촉진 시킬 수 있으며 미세기포 발생을 위해 필요한 가압순환펌프(25)의 회전차에 의한 슬러지의 물리적 파쇄 효과도 기대 할 수 있게 되므로 초음파에 의한 슬러지 가용화의 역할을 일부 수행함으로써 초음파 발생장치에 소요되는 에너지를 절감 할 수 있게 된다.

초음파 접촉조(20)는 초음파 발생장치(26)가 접촉 반응조에 연결되어 구성되어 있다. 초음파는 사람이 들을 수 초음파는 사람이 들을 수 있는 영역을 넘어서는 주파수 20kHz ~ 10MHz의 소리이다. 특정 강도 이상의 초음파 에너지는 작은 기포를 생성해낸다. 이 작용이 바로 공동(Cavitation)현상이다.

이 공동(Cavitation)기포는 수십 마이크로초 이내에서 생성과 붕괴를 반복하고, 강력한 수리동력학적 전단력을 발생시킨다. 주파수 20~40kHz에서는 공동(Cavitation)기포 생성이 더욱 빠르게 일어난다. 초음파가 슬러지에 조사될 때, 초음파는 압축력과 팽창력을 주기적으로 발생시킨다. 팽창력은 용액이나 현탁액에 음압이 가해지는 부분에서 발생한다. 가해진 음압으로 인해 용액에 용존 되어있던 기체가 기화되며 공동(Cavitation)기포, 즉 미세기포가 발생하는 것이다.

그리고 압축력 또한 주기적으로 가해지면서 압축력과 팽창력의 주기적인 작용으로 인하여 미세기포는 맹렬히 폭발하기 직전까지 크기가 커진다. 결국 공동(Cavitation)에 의한 작용은 미세기포가 형성되고 사이즈가 증가하다 급속하게 붕괴되는 과정의 결과이다. 실제로, 공동 기포의 폭발은 박테리아를 미생물 군집으로부터 분리시키고 세포벽을 더욱 부서지기 쉬운 형태로 만들어 놓는다. 그에 따라 독성 물질들이 세포내로 침투하기가 용이해지고 박테리아의 활성도가 낮아지는 것이다.

초음파 에너지는 슬러지 플럭을 부수고 미생물의 세포벽을 파괴하여 소화 시 가수분해를 향상시키는 전처리로써 적용될 수 있다. 세포벽의 파괴는 세포내의 유기물질을 슬러지 혼합액으로 유출시킨다. 그러나 현재 초음파를 이용한 슬러지 전처리는 국내외에서로 슬러지 감량화 시설에 도입된 초음파 투입 에너지 비용이 높은 것이 보급에 저해요인으로 작용하고 있다.

따라서 본 발명에서는 전단에 슬러지가 순환되는 미세기포 접촉조를 이용하여 초음파로 인한 에너지 비용을 감소시키고 필요에 따라 슬러지를 다시 순환시키면서 저비용, 고효율의 슬러지 감량화 장치가 가능하게 되도록 고안하였다.

초음파 접촉조(20) 후단에는 실제 적용을 위해서는 미생물을 이용한 슬러지 감량화 시설인 혐기조(30)를 설치하였다. 미세기포 접촉조(10)와 초음파 접촉조(20)를 거치면서 세포벽이 파괴되고 가용화된 슬러지를 가장 경제적인 혐기성 미생물을 이용하여 생물학적 분해를 시켜 최초 유입 슬러지의 30 - 50%까지 감량화 시키는 것이 가능하게 된다.

유입된 가용화된 슬러지를 혐기(嫌氣)적으로 처리하는 것은 슬러지를 가용화시킴으로써 세포벽으로 둘러싸여 분해가 어려운 슬러지를 보다 쉽게 생물학적 처리가 가능하게 함으로써 기본적으로 혐기성 분해에서 1차적으로 수행되는 가수분해를 촉진시켜 보다 쉽게 슬러지를 처리하는 역할을 한다. 이러한 작용을 일으키는 혐기성 미생물로서는, 예를 들면 산 생성 박테리아(acid-producing bacteria), 메탄 박테리아(methane bacteria), 탈질 박테리아(denitrification bacteria), 및 수소 박테리아(hydrogen bacteria) 등을 들 수 있으며, 이외에도 다양한 공지의 혐기성 미생물을 이용할 수 있다.

또한 슬러지 전처리 시설(초음파, 오존, 알칼리처리 등)은 슬러지를 생물학적으로 제거할 수 있는 혐기조 전단에 일반적으로 설치하고 있으나, 기존 슬러지 처리시설에서 혐기조가 설치되어 있지 않을 경우 미세기포 접촉조(10)를 호기성 소화조로 선택적 이용이 가능하다. 이는 미세기포 접촉조(10) 미세기포 발생장치에 의해 산소를 공급되어 호기성 미생물이 서식이 용이한 호기성 소화조의 역할을 하고 있으므로 슬러지가 미세기포 접촉조와 초음파 접촉조를 순환하면서 슬러지 감량이 가능하게 된다.

본 미세기포와 초음파를 이용한 슬러지 감량 장치의 발명은 다양한 필요에 따라 혐기소화조가 기존에 설치되어 있을 경우 슬러지 전처리 장치만으로 사용하고, 혐기소화조(30)가 설치되어 있지 않을 경우 초음파 접촉조(20)에서 다시 미세기포 접촉조(10)로 슬러지를 순환시키고 슬러지의 미생물에 의한 분해가 가능하도록 체류시간을 증가시켜 자체적으로 호기소화조의 역할이 가능한 장점이 있다.

이렇게 구성된 미세기포 접촉조(10)가 호기 소화조의 역할을 위해서는 호기성 미생물의 분해작용을 활성화할 수 있는 산소의 공급이 필수적이다. 상기 미세기포 발생장치는, 이처럼 미세기포 발생과 함께 더불어 산소를 공급함으로써 별도의 산소공급장치인 블로어(blower)와 디퓨저(diffuser)가 불필요하므로 경제적인 슬러지 감량화 장치의 구성이 가능하게 된다.

이하, 본 발명의 실시예를 들어, 본 발명에 대하여 설명하기로 한다.

미세기포 접촉조에서 슬러지 처리 효율 실험

미세기포 장치에 의한 슬러지 영향을 살펴보기 위해 미세기포 접촉조(10)에서 체류시간(HRT)에 따른 슬러지 처리 특성을 살펴보았다. 미세기포 접촉조는 300F x 700mm의 원통형 반응조를 이용하였고 미세기포 발생장치는 220V, 255W 용량의 가압순환펌프를 이용하여 순환량 10L/min를 기준으로 운전하였다. 미세기포 접촉조의 접촉시간을 1분에서 30분까지 증가시키면서 총고형물(TSS)의 변화와 Particle size의 변화를 측정하였다. 처리 대상 슬러지의 MLSS 농도는 10,000mg/L 이며 시간대별로 샘플링을 통하여 미세기포 접촉조내에서의 변화를 살펴보았다.

미세기포 접촉조내에서 체류시간을 변화시키면서 슬러지의 물리적 변화를 파악한 결과, 도 3a와 같이, 접촉시간 30분까지 TSS 감량율이 6.2%까지 증가되는 것으로 나타났다. 또한 도 3b와 같이 슬러지 플록의 크기는 particle size를 측정해본 결과 30분 접촉후에 초기 평균 크기는 25㎛에서 20㎛로 작아지는 것으로 나타나고 있다.

실시예 : 본 발명에 의한 미세기포와 초음파를 이용한 슬러지 감량형 장치를 이용한 슬러지 처리(초음파 단독처리와 비교실험)

반응조 규격은 압력식 호기반응조가 300F x 700mm, 초음파 접촉조 혐기반응조가 500F x 500mm로 설치하였으며 가압순환펌프 순환량은 10L/min으로 운전하였다. 초음파 발생장치는 주파수 25kHz, 최대전력 400W 용량의 초음파 발생장치를 이용하여 120W의 출력으로 실험하였고, 초음파 접촉조는 1L 용량으로 접촉시간을 증가시키면서 총 초음파 주입에너지를 변화시키면서 슬러지 가용화 정도를 측정하였다.

실험에 사용된 슬러지는 하수처리장 잉여슬러지를 이용하였으며 농도는 TCODcr 9,720mg/L, SCODcr 30mg/L, TSS 10,750mg/L, VSS 7,200mg/L 이다. 또한 미세기포 접촉조의 접촉시간은 기본 실험결과 최적으로 나타난 30분으로 하였으며 초음파 접촉조의 접촉시간은 투입에너지당 슬러지 가용화율을 비교하기 위하여 0분에서 20분까지 단계적으로 변화하면서 실험을 진행하였다. 본 실험은 동일 조건에서 초음파 단독처리시 와 미세기포+초음파 조합처리를 비교하여 가용화율을 근거로 슬러지 처리성능 개선 여부를 비교 하였다.

슬러지 감량화 평가

초음파 단독처리시와 미세기포+초음파 조합처리의 슬러지 가용화 평가

미세기포와 초음파 조합처리에 따라 주입에너지에 따른 슬러지 처리 정도를 TSS와 SCODcr의 변화를 이용한 가용화율, 감량화율을 통해 살펴보았다.

- TSS 감량화율 공식(%) : 슬러지 전처리에 따라 TSS가 감소된 백분율(%)

[식 1]

- SCODcr 가용화율 공식(%) : 슬러지 전처리에 따라 TCODcr에 대해 생성된 SCODcr량의 백분율.

[식 2]

-초음파 주입에너지 단위, Specific Energy(kJ/kg-TSS) : 단위 고형물량(TSS x Volume)당 투입에너지

[식 3]

도 4a에 나타낸 바와 같이, 투입에너지에 따른 초음파 단독처리와 미세기포+초음파 조합처리 실험결과 동일한 슬러지 가용화율을 얻기 위하여 초음파 단독처리 가 미세기포+초음파 조합처리보다 30-40%정도 에너지를 더 소비하는 것을 알 수 있다(가용화율 10%를 얻기 위해 초음파 단독처리는 Specific Energy 28,000kJ/kg-TSS, 미세기포+초음파 조합처리는 Specific Energy 18,000kJ/kg-TSS 소요).

이때 슬러지 전처리에 의한 감량화율 역시 도 4b에 나타난 것처럼 Specific Energy 18,000kJ/kg-TSS 투입시 초음파 단독처리는 슬러지 TSS 감량화율은 6.4%을 얻을 수 있었으나 초음파+미세기포 조합처리의 경우 12.6%의 감량화율을 얻을 수 있었다.

실증 실험결과 미세기포+초음파 조합 전처리를 통하여 슬러지의 가용화 및 감량화 정도가 초음파 단독 전처리에 비해 에너지 비용이 적게 들어가고 전처리 효과도 우수하다는 것을 알 수 있다.

처리장치의 투입 에너지 효율 비교

하기 표 1은 실시 예를 통해 얻어진 실험결과(도 4a, 도 4b)를 바탕으로 본 발명인 미세기포 및 초음파를 이용한 슬러지 감량장치의 투입에너지를 비교한 결과를 나타내었다.

구 분		가용화율 10% 달성 기준		비 고
		kJ/kg-TSS	kcal/kg-TSS
초음파 단독 투입에너지		28,000	6,720	100%
미세기포+초음파 조합처리	초음파 투입에너지	18,000	4,320
	미세기포 투입에너지	675	162
	계	18,675	4,482	66.6%

상기 표 1과 도 4a에 나타난 것과 같이 가용화율 목표를 10% 달성 기준으로 투입에너지를 살펴보면 초음파 단독처리시 투입에너지는 28,000kJ/kg-TSS(6,720 kcal/kg-TSS)로 나타났으며 미세기포와 초음파 조합처리시 투입에너지는 18,675kJ/kg-TSS(4,482kcal/kg-TSS)로 나타나 초음파 단독처리시 투입 에너지의 66.6% 수준으로 에너지 소모량이 작은 것을 알 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 예를 중심으로 상세하게 설명하였다. 그러나 본 발명의 권리범위는 상기 실시예에 한정되는 것은 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 용이하게 변환 또는 삭제 가능한 범위까지 포함하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 가능한 다양한 변형 가능한 범위까지 본 발명의 청구 범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

10: 미세기포 접촉조 20: 초음파 접촉조
21: 압력식 호기 반응조 23: 순환배관
24: 흡입수단 25: 가압순환펌프
26: 초음파 발생장치 30: 혐기소화조

Claims (4)

1. 유입된 슬러지를 미세기포의 수리동력학적 힘을 이용하여 처리하는 미세기포 접촉조; 및 상기 미세기포 접촉조와 연결되어, 초음파의 케비테이션을 이용하여 슬러지를 가용화 처리하는 초음파 접촉조를 포함하며,
   상기 미세기포 접촉조는,
   상기 미세기포 접촉조에서 배출되는 슬러지가 다시 순환되도록 연결된 순환배관;
   상기 순환배관의 경로상에 배치되어, 공기를 흡입할 수 있도록 이루어진 흡입수단; 및
   상기 흡입수단과 연결되어, 상기 흡입된 공기에 감압 및 가압을 순차적으로 가하여 미세기포를 발생시켜 한편, 상기 순차적인 감압 및 가압에 의하여 발생하는 수리동력학적 힘에 의하여 함유된 슬러지를 분쇄하는 가압순환펌프를 포함하고,
   상기 초음파 접촉조는,
   초음파 발생장치와 연결되어 미세기포 접촉조에서 1차 전처리된 슬러지를 다시 2차로 초음파의 케비테이션 효과를 이용하여 슬러지를 가용화시키는 것을 특징으로 하는 미세기포와 초음파를 이용한 슬러지 감량장치.
2. 제 1항에 있어서,
   반송이 가능하도록 상기 미세기포 접촉조와 초음파 접촉조가 순환배관으로 연결되어 기존에 초음파 단독 슬러지 전처리 보다 에너지 비용을 66% 수준으로 효과적으로 절감시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 미세기포와 초음파를 이용한 슬러지 감량장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 미세기포 접촉조와 초음파 접촉조는 후단 혐기소화조와 연결되어 전처리를 통해 가용화된 슬러지를 혐기성 미생물에 의한 생물학적 처리를 통해 슬러지 감량화가 가능하고, 기존에 혐기 소화조가 없는 구조의 슬러지 처리시설의 경우 미세기포 접촉조를 호기성 미생물에 의한 슬러지 감량화가 가능한 호기성 소화조로 같이 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 미세기포와 초음파를 이용한 슬러지 감량장치.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 초음파 접촉장치에서 적정 초음파 주입에너지는 10,000kJ/kg-TSS~30,000kJ/kg-TSS를 적정 투입에너지 범위로 하는 것을 특징으로 하는 미세기포와 초음파를 이용한 슬러지 감량장치.
   

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