KR20140115820A - Apparatus and method for treating sludge - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 슬러지 처리 장치 및 슬러지 처리 방법에 관한 것으로서, 특히 별도의 가온 장치를 사용하지 않고서 혐기성 소화조의 온도를 유지할 수 있어 전체적인 운용 경비가 감소되는 슬러지 처리 장치 및 슬러지 처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a sludge disposal apparatus and a sludge disposal method, and more particularly, to a sludge disposal apparatus and a sludge disposal method in which the overall operation cost is reduced because the temperature of the anaerobic digestion tank can be maintained without using a separate heating apparatus.
미생물을 이용하여 하수로부터 질소(N)와 인(P)을 제거하는 하수처리방법들은, 필연적으로 다량의 슬러지(sludge)를 배출하게 되는데, 이러한 슬러지는, 하수처리과정에서 생긴 침전물로서 함수율도 높고 50% 정도의 유기물을 함유하고 있으므로 그 처리가 환경적인 문제로 대두되고 있다.Sewage treatment methods for removing nitrogen (N) and phosphorus (P) from wastewater using microorganisms inevitably result in a large amount of sludge being discharged. Such sludge is a sediment formed in the sewage treatment process and has a high water content Since it contains about 50% organic matter, its treatment is becoming an environmental problem.
현재 우리나라의 하수 슬러지(sludge) 처리 양상을 살펴보면, 2012년 해양투기 금지 법규의 시행 이후로, 하수 슬러지의 육상 위탁 처리를 위해 하수 슬러지(함수율 80%) 톤당 100,000원 이상의 비용을 지불하고 있어, 하수 슬러지의 발생량을 줄이는 것이 매우 중요한 상황이다. 특히 최근에는 총인(TP; Total Phosphrus) 처리를 위한 약품 투입까지 행해지고 있어 하수 슬러지의 발생량이 더욱 증가되고 있는 현실이다.Since the implementation of the regulation of prohibition of marine dumping in 2012, the cost of sewage sludge (water content 80%) is over KRW 100,000 for land consignment treatment of sewage sludge, It is very important to reduce the amount of sludge generated. In recent years, the amount of sewage sludge has been increasing more and more because of the addition of drugs for treatment of total phosphorus (TP).
또한, 유기성 오염물질 및 질소(N), 인(P) 등의 영양 염류는, 수중 생태계를 파괴하고 수역에 부영양화를 야기하는 등, 수자원의 상태 악화 및 이용 저해의 원인으로 작용하고 있는데, 이러한 문제를 제어하기 위해 2012년부터 국내 하수처리시설의 총인(TP) 농도 규제기준이 강화되었으며, 이에 대응하기 위하여 막대한 자금을 쏟아 관련 처리 시설을 설치하고 있는 실정이다. In addition, organic pollutants and nutrients such as nitrogen (N) and phosphorus (P) act as a cause of deterioration of water conditions and inhibition of use, such as destroying aquatic ecosystems and causing eutrophication in water bodies. (TP) concentration standards for domestic sewage treatment facilities have been strengthened since 2012, and a large amount of funds have been invested in order to deal with them.
이렇게, 하수처리장에서 발생하는 잉여 슬러지(excess sludge)는, 위의 주요현안 두 가지 모두에 대하여 장애물로 작용하는 폐기물로서, 일반적으로 생물학적 하수처리과정에서 발생하는 미생물 덩어리인 미생물 플록(floc)들로 구성되어 있는데, 호기성 상태에서 다량의 인(P)을 함유한 상태로 발생 되며, 혐기성 조건에 노출될 경우 인(P)이 재방출되는 특성이 있다.The excess sludge from the sewage treatment plant is a waste that acts as an obstacle to both of the above major issues and is a microbial floc that generally occurs during the biological sewage treatment process. (P) in the aerobic state, and the phosphorus (P) is released in the case of exposure to anaerobic conditions.
또한, 상기 잉여 슬러지의 구성 요소인 미생물은 세포막으로 둘러싸여 있어, 혐기성소화조 단독으로는 잉여 슬러지 내의 미생물을 분해하거나 가용화시키기가 어렵다. 따라서, 대부분의 하수처리시설에서는 잉여 슬러지로부터 인(P)이 방출되지 않도록, 발생된 잉여 슬러지를 곧바로 농축, 탈수하여 위탁 처리하고 있는 실정이다.In addition, since the microorganisms constituting the surplus sludge are surrounded by the cell membrane, it is difficult for the anaerobic digestion tank to decompose or solubilize the microorganisms in the surplus sludge alone. Therefore, in most sewage treatment facilities, the surplus sludge generated is directly condensed, dehydrated, and entrusted to prevent the phosphorus (P) from being released from the excess sludge.
이러한 잉여 슬러지를 감량하기 위하여, 잉여 슬러지를 이루는 미생물의 세포막을 파괴할 수 있는 전처리가 필요하며, 종래부터 여러 가지의 전처리 방법들이 고안되었다. 상기 전처리 방법은, 거시적으로는 생물학적 전처리, 물리적 전처리, 화학적 전처리로 나누어지며, 세부적으로는 고온 호기성 소화, 볼밀(Ball Mill), 초음파, 캐비테이션(cavitation), 오존, 열, 알칼리 등을 이용하는 방법들이 있다. In order to reduce such surplus sludge, a pretreatment that destroys the cell membrane of the microorganism constituting the surplus sludge is required, and various pretreatment methods have been conventionally devised. The pretreatment method is divided into a biological pretreatment, a physical pretreatment and a chemical pretreatment in a macroscopic manner. Specifically, methods using hot aerobic digestion, a ball mill, ultrasonic waves, cavitation, ozone, heat, have.
상기 종래의 전처리 방법들 이외에, 미생물 증식을 억제하는 미생물 제제를 투입하여 슬러지를 감량하는 기술도 있으나, 상기 전처리 방법들은 약품비, 유지관리비 등 경제성이 떨어지고, 처리 효율이나 처리 수질 등의 안정성 측면에서 미흡한 점이 많아, 상용화 사례가 매우 적다는 문제점이 있다.In addition to the conventional pretreatment methods described above, there is also a technology of reducing the amount of sludge by injecting a microorganism preparation inhibiting microbial growth. However, the pretreatment methods are inferior in economic efficiency such as drug costs and maintenance costs, There is a problem that commercialization is very few.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 별도의 가온 장치를 사용하지 않고서 혐기성 소화조의 온도를 유지할 수 있어 전체적인 운용 경비가 감소될 수 있도록 구조가 개선된 슬러지 처리 장치를 제공하기 위함이다.The present invention has been made to solve the above problem, and it is an object of the present invention to provide a sludge treatment apparatus improved in structure so that the temperature of the anaerobic digestion tank can be maintained without using a separate heating apparatus, It is for this reason.
본 발명의 다른 목적은, 별도의 가온 장치를 사용하지 않고서 혐기성 소화 단계의 온도를 유지할 수 있어 전체적인 운용 경비가 감소될 수 있도록 개선된 슬러지 처리 방법을 제공하기 위함이다.It is another object of the present invention to provide an improved sludge treatment method that can maintain the temperature of the anaerobic digestion stage without using a separate heating device, thereby reducing the overall operation cost.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 슬러지 처리 장치는, 미생물을 이용하여 슬러지를 처리하는 슬러지 처리 장치에 있어서, 호기성 미생물을 이용하여 외부로부터 유입된 잉여 슬러지를 분해하며, 45℃ 내지 70℃의 온도 범위에서 운영되는 호기성 소화조; 혐기성 미생물을 이용하여 상기 호기성 소화조로부터 유입된 슬러지를 분해하며, 35℃ 내지 38℃의 온도 범위에서 운영되는 혐기성 소화조; 상기 호기성 소화조 내의 미생물이 슬러지를 분해하는 과정에서 발생되는 열을 상기 혐기성 소화조로 전달하는 열 교환기; 상기 혐기성 소화조로부터 배출되는 분리 여액에 마그네슘을 투입함으로써 스트루바이트를 합성하는 스트루바이트 합성조:를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a sludge treatment apparatus for treating sludge using microorganisms, which comprises disposing excess sludge introduced from outside using aerobic microorganisms, Aerobic digester operating in the temperature range; An anaerobic digester operated in the temperature range of 35 ° C to 38 ° C to decompose the sludge introduced from the aerobic digestion tank using anaerobic microorganisms; A heat exchanger for transferring heat generated in the process of decomposing sludge by the microorganisms in the aerobic digestion tank to the anaerobic digestion tank; And a struvite synthesis tank for synthesizing struvite by adding magnesium to the separation filtrate discharged from the anaerobic digestion tank.
여기서, 막에 의해 고체와 액체를 서로 분리하는 막 분리 장치로서, 상기 혐기성 소화조로부터 유입된 슬러지를 농축 슬러지와 분리 여액으로 고액 분리하여, 상기 농축 슬러지는 상기 호기성 소화조와 상기 혐기성 소화조 중 적어도 하나로 반송하고, 상기 분리 여액은 상기 스트루바이트 합성조로 유입시키는 고액 분리 장치를 포함하는 것이 바람직하다.The membrane separation apparatus separates the solid and the liquid from each other by a membrane. The sludge introduced from the anaerobic digestion tank is solid-liquid separated from the concentrated sludge by separation filtration, and the concentrated sludge is returned to at least one of the aerobic digestion tank and the anaerobic digestion tank And a solid-liquid separator for introducing the separated filtrate into the struvite synthesis tank.
여기서, 상기 호기성 소화조로 유입되는 잉여 슬러지는, 함수율 95% 이하로 고농축되어 있는 것이 바람직하다.Here, the surplus sludge introduced into the aerobic digestion tank is preferably highly concentrated to a moisture content of 95% or less.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 슬러지 처리 방법은, 미생물을 이용하여 슬러지를 처리하는 슬러지 처리 방법에 있어서, 호기성 미생물을 이용하여 외부로부터 유입된 잉여 슬러지를 분해하여 가용화하며, 45℃ 내지 70℃의 온도 범위에서 수행되는 호기성 소화 단계; 혐기성 미생물을 이용하여 상기 호기성 소화 단계에서 가용화된 슬러지를 분해하여 감량하며, 35℃ 내지 38℃의 온도 범위에서 수행되는 혐기성 소화 단계; 상기 호기성 소화 단계에서 미생물이 슬러지를 분해하는 과정에서 발생되는 열을 상기 혐기성 소화 단계로 전달하는 열 교환 단계; 상기 혐기성 소화 단계에서 배출되는 분리 여액에 마그네슘을 투입함으로써 스트루바이트를 합성하는 스트루바이트 합성 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a sludge treatment method for treating sludge using microorganisms. The sludge treatment method comprises dissolving and solubilizing excess sludge introduced from outside using aerobic microorganisms, An aerobic digestion step carried out in a temperature range of 70 ° C; An anaerobic digestion step of decomposing and reducing the solubilized sludge in the aerobic digestion step using an anaerobic microorganism and performed at a temperature ranging from 35 ° C to 38 ° C; A heat exchange step of transferring heat generated in the process of decomposing sludge by the microorganisms to the anaerobic digestion step in the aerobic digestion step; And a struvite synthesis step of synthesizing struvite by adding magnesium to the separated filtrate discharged from the anaerobic digestion step.
여기서, 상기 혐기성 소화 단계에서 처리된 슬러지를 농축 슬러지와 분리 여액으로 고액 분리하여, 상기 농축 슬러지는 상기 호기성 소화 단계와 상기 혐기성 소화 단계 중 적어도 하나의 단계로 반송하여 재처리하고, 상기 분리 여액은 상기 스트루바이트 합성 단계로 보내어 처리하는 고액 분리 단계를 포함하는 것이 바람직하다.Here, the sludge treated in the anaerobic digestion step is subjected to solid-liquid separation as a separation filtrate from the concentrated sludge, and the concentrated sludge is conveyed to at least one of the aerobic digestion step and the anaerobic digestion step to reprocess the treated sludge, And a solid-liquid separating step of sending the treated liquid to the struvite synthesis step.
여기서, 상기 잉여 슬러지를 함수율 95% 이하로 고농축한 후 상기 호기성 소화 단계로 보내는 슬러지 농축 단계를 포함하는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the excess sludge is concentrated to a moisture content of 95% or less and then sent to the aerobic digestion stage.
본 발명에 따르면, 호기성 소화조와, 혐기성 소화조와, 상기 호기성 소화조로부터 발생된 열을 상기 혐기성 소화조로 전달하는 열 교환기를 포함함으로써, 별도의 가온 장치를 사용하지 않고서 상기 혐기성 소화조의 온도를 유지할 수 있어 전체적인 운용 경비가 감소되며, 상기 혐기성 소화조로부터 배출된 분리 여액에 포함된 고농도의 질소와 인을 스트루바이트 합성을 통하여 화학적으로 추가 제거할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, by including the aerobic digestion tank, the anaerobic digestion tank, and the heat exchanger for transferring heat generated from the aerobic digestion tank to the anaerobic digestion tank, the temperature of the anaerobic digestion tank can be maintained without using a separate heating device It is possible to chemically add and remove high concentrations of nitrogen and phosphorus contained in the separated filtrate discharged from the anaerobic digestion tank through the synthesis of struvite.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 슬러지 처리 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예인 슬러지 처리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 도 1에 도시된 열 교환기의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 열 교환기의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.1 is a schematic view for explaining a sludge disposal apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a sludge treatment method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view showing an embodiment of the heat exchanger shown in FIG. 1. FIG.
Fig. 4 is a view showing another embodiment of the heat exchanger shown in Fig. 1. Fig.
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 슬러지 처리 장치를 설명하기 위한 개략도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예인 슬러지 처리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.FIG. 1 is a schematic view for explaining a sludge processing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a flowchart for explaining a sludge processing method, which is an embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슬러지 처리 장치(100)는, 미생물을 이용하여 하수나 폐수 등의 오수로부터 발생되는 슬러지(sludge)를 처리하는 슬러지 처리 장치로서, 호기성 소화조(10)와, 혐기성 소화조(20)와, 열 교환기(30)와, 스트루바이트 합성조(40)와, 고액 분리 장치(50)를 포함하여 구성된다.1 and 2, a
상기 호기성 소화조(10)는, 호기성 미생물을 이용하여, 외부로부터 유입된 잉여 슬러지를 분해하여 가용화하는 용기이다. 본 실시예에서, 상기 호기성 소화조(10)로 유입되는 잉여 슬러지는 함수율 95% 이하로 고농축되어 있다.The
상기 호기성 소화조(10)는, 아래의 식(1)과 같이 호기성 미생물이 슬러지를 분해하는 과정에서 고온의 발열 현상이 유도되어 외부로부터 별도의 열 공급이 필요없는, 소위 "자체 발열" 호기성 소화조이다.
The
유기 고형 물질 + O2 -> 부산물 + CO2 + H2O + NH4 + 열(heat) ------ (1)
Organic solid material + O 2 -> byproduct + CO 2 + H 2 O + NH 4 + heat ------ (1)
상기 호기성 소화조(10)는, 소화조 내에 존재하는 유기물의 농도, 소화조의 열전도성, 소화조 내로 주입되는 산소의 종류 및 공급 방식 등에 따라 미리 정한 범위의 온도 내에서 운영이 가능하며, 본 실시예에서는 45℃ 내지 70℃의 비교적 고온의 온도 범위에서 운영된다.The
상기 호기성 소화조(10) 내부로의 산소 공급은, 별도의 동력을 이용하여 압축 공기나 순 산소(pure oxygen)의 형태로 공급하게 되는데, 본 실시예에서는 압축 공기를 사용하고 있다.The oxygen supply to the
상기 호기성 소화조(10)에서는, 슬러지에 포함된 휘발성부유물질(VSS; Volatile Suspended Solids) 1kg을 분해하는데 1.42kg의 산소가 필요하며, 이 과정에서 약 20,000kJ(4,800kcal)의 열이 발생한다In the
상기 혐기성 소화조(20)는, 상기 호기성 소화조(10)로부터 1차적으로 분해된 슬러지를, 혐기성 미생물을 이용하여 2차적으로 분해하여 감량하는 용기이다.The
상기 혐기성 소화조(20)에서는, 아래의 식 (2)와 같이 소화조 내부의 미생물이 산소가 유입되지 않은 상태에서 슬러지에 포함된 유기물을 분해하며, 이 과정에서 메탄 가스(CH4) 등의 에너지 물질과 다량의 인(P)이 생성된다.
Energy materials, such as the
CH3COOH + 0.032NH3 -> 0.032C5H7NO2 + 0.92CO2 + 0.92CH4 + 0.096H2O ---(2)
CH 3 COOH + 0.032 NH 3 -> 0.032 C 5 H 7 NO 2 + 0.92 CO 2 + 0.92 CH 4 + 0.096 H 2 O (2)
즉, 상기 혐기성 소화조(20)에서 발생되는 식 (2)의 반응은, 절대적으로 산소가 존재하지 않는 조건하에서, 생물학적으로 분해 가능한 유기물이 생화학 반응을 거쳐 메탄 가스(CH4)와 이산화탄소(CO2)로 최종분해되는 반응으로 정의될 수 있다.That is, the reaction of equation (2) generated in the
상기 혐기성 소화조(20)에서는, 일반적으로 상기 식 (2)와 같은 소화 과정을 통해서, 유입된 슬러지에 포함된 유기물의 약 30% 정도가 분해되어 감량되는 것으로 알려져 있으며, 휘발성 부유 물질(VSS) 1kg 당 약 300 L 내지 500 L의 메탄 가스가 발생된다.In the
상기 혐기성 소화조(20)는, 소화 효율이 가장 좋은 온도 범위에서 운영되는 것이 바람직한 바, 본 실시예에서는 35℃ 내지 38℃의 온도 범위에서 운영되는 소위 "중온" 혐기성 소화조가 사용되고 있다.It is preferable that the
상기 혐기성 소화조(20)로부터 발생되는 메탄 가스(CH4)와 같은 바이오 가스는, 상기 혐기성 소화조(20)와 연결된 가스 저장 탱크(70)에 저장된 후, 가정용 도시 가스나 발전소 연료 등으로 유용하게 활용될 수 있다.The biogas such as methane gas (CH 4 ) generated from the
한편, 상기 혐기성 소화조(20)로부터 배출되는 슬러지는, 탈수 장치(60)에 의하여 탈수되어, 탈수 케익(cake) 상태로 폐기 처리된다. On the other hand, the sludge discharged from the
상기 열 교환기(30)는, 상기 호기성 소화조(10)로부터 발생된 열을 상기 혐기성 소화조(20)로 전달하는 열 교환기(heat exchanger)로서, 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 용기(31)와 제2 용기(32)를 포함하여 구성된다.The
상기 제1 용기(31)는, 내부 공간을 가진 금속 용기로서, 일단부에는 상기 내부 공간과 상기 혐기성 소화조(20)를 연통시키는 제1 용기 입구(311)가 형성되어 있고, 타단부에는 상기 내부 공간과 상기 혐기성 소화조(20)를 연통시키는 제1 용기 출구(312)가 형성되어 있다.The
따라서, 상기 혐기성 소화조(20) 내의 슬러지(B), 정확히는 상기 슬러지(B)에 포함된 혼합액 현탁 고형물(MLSS; mixed liquor suspended solid)(B)이, 연속적으로 상기 제1 용기 입구(311)를 통하여 상기 제1 용기(31) 내부 공간으로 유입되어 미리 정한 시간만큼 머무른 후, 상기 제1 용기 출구(312)를 통하여 다시 상기 혐기성 소화조(20)로 유출된다.Accordingly, the sludge B in the
상기 제2 용기(32)는, 중공을 가진 금속 파이프로서 상기 제1 용기(31)의 내부 공간에 배치되며, 일단부에는 상기 중공과 상기 호기성 소화조(10)를 연통시키는 제2 용기 입구(321)가 형성되어 있고, 타단부에는 상기 중공과 상기 호기성 소화조(10)를 연통시키는 제2 용기 출구(322)가 형성되어 있다.The
상기 제2 용기(32)는, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 제1 용기(31)의 내부 공간에서 지그재그 형태의 다관형으로 형성될 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제1 용기(31)의 내부 공간에서 나선 형태의 코일형으로 형성될 수도 있다.The
따라서, 상기 호기성 소화조(10) 내의 슬러지(A), 정확히는 상기 슬러지(A)에 포함된 혼합액 현탁 고형물(MLSS)(A)이, 연속적으로 상기 제2 용기 입구(321)를 통하여 상기 제2 용기(32)의 중공으로 유입되어 미리 정한 시간만큼 머무른 후, 상기 제2 용기 출구(322)를 통하여 다시 상기 호기성 소화조(10)로 유출된다.Therefore, the sludge A in the
상기 호기성 소화조(10)내의 슬러지(A)가 상기 제2 용기(32)를 따라 유동하고, 동시에 상기 혐기성 소화조(20)의 슬러지(B)가 상기 제1 용기(31)를 따라 유동하면, 상기 호기성 소화조(10) 내의 슬러지로부터 발생된 열이 상기 제1 용기(31)를 거쳐서 상기 혐기성 소화조(20) 내의 슬러지로 서서히 전달된다.When the sludge A in the
상기 스트루바이트 합성조(40)는, 상기 혐기성 소화조(20)로부터 유입된 분리 여액으로부터 스트루바이트를 합성하는 용기이다. 여기서, 상기 분리 여액을 통상적으로 반류수(side stream)라고도 부른다.The struvite synthesis tank (40) is a vessel for synthesizing struvite from the separated filtrate introduced from the anaerobic digestion tank (20). Here, the separation filtrate is also commonly referred to as a side stream.
상기 스트루바이트 합성조(40)는, 상기 혐기성 소화조(20)로부터 유입된 반류수에 마그네슘(Mg)을 투입함으로써 결정질 광물의 일종인 스트루바이트(struvite)(NH4MgPO4·6H2O)를 생성시키는 반응조이다.The
상기 스트루바이트 합성조(40)에는, 내부에 수용된 반류수와 투입된 마그네슘을 서로 골고루 혼합시키는 교반 장치(미도시)가 설치되어 있다.The struvite synthesis tank (40) is provided with a stirring device (not shown) for evenly mixing the reflux water contained therein and the magnesium charged therein.
상기 스트루바이트 합성조(40)에는 스트루바이트 침전조(41)가 연결되어 있는데, 상기 스트루바이트 침전조(41)는 상기 스트루바이트 합성조(40)로부터 유입된 반류수로부터 스트루바이트를 침전시키고, 상등액(上澄液)은 처리수로 배출하는 저장 용기이다.A
본 실시예에서, 상기 스트루바이트 침전조(41)로부터 배출되는 처리수는, 상기 호기성 소화조(10)로 유입되는 잉여 슬러지를 발생시키는 하·폐수처리시설로 다시 반송되어 사용된다.In the present embodiment, the treated water discharged from the
상기 고액 분리 장치(50)는, 상기 혐기성 소화조(20)와 상기 스트루바이트 합성조(40) 사이에 배치된 장치로서, 상기 혐기성 소화조(20)로부터 유입된 슬러지를 농축 슬러지와 분리 여액으로 고액 분리하여, 상기 농축 슬러지는 상기 호기성 소화조(10)와 상기 혐기성 소화조(20)에 각각 반송하고, 상기 분리 여액은 상기 스트루바이트 합성조(40)로 유입시키는 장치이다. The solid-
여기서, 상기 막 분리 장치(50)를 통과한 상기 분리 여액의 용존성 인(P) 농도는 상기 막 분리 장치(50)를 통과하기 전과 비교하여 상당히 증가하게 되며, 이렇게 인(P)의 농도가 증가된 분리 여액은 스트루바이트 합성에 적합한 원료가 된다.Here, the dissolved phosphorus (P) concentration of the separated filtrate that has passed through the
본 실시예에서, 상기 고액 분리 장치(50)는, 막(membrane)에 의해 고체와 액체를 서로 분리하는 막 분리 장치(50)가 사용되고 있다.In the present embodiment, the solid-
상기 막 분리 장치(50)는, 막 분리(Separation by Membrane)라는 원리가 사용되는 장치인데, 통상 유기고분자 물질의 막이 사용되며, 막에 형성된 구멍 직경에 따라, 정밀 여과(MF; Microfiltration), 한외 여과(UF; Ultrafiltration), 역침투(RO; Reverse Osmosis) 또는 초여과(HF; Hyperfiltration) 등으로 분류되는데, 본 실시예에서는 정밀 여과(MF) 또는 한외 여과(UF) 방식이 사용되고 있다.
The
이하에서는, 상술한 구성의 슬러지 처리 장치(100)를 사용하여 슬러지를 처리 방법의 일례를 설명하기로 한다.Hereinafter, an example of a method of treating sludge using the
먼저, 잉여 슬러지를 상기 호기성 소화조(10)로 유입시키기 전에, 별도의 장치(미도시)를 이용하여 상기 잉여 슬러지를 함수율 95% 이하로 고농축시킨다. (슬러지 농축 단계; S10)First, before the surplus sludge is introduced into the
이어서, 상기 슬러지 농축 단계(S10)에서 농축된 잉여 슬러지를, 상기 호기성 소화조(10)로 유입시키고, 호기성 미생물을 이용하여 상기 호기성 소화조(10) 내에서 분해하여 가용화한다. (호기성 소화 단계; S20)Then, the concentrated sludge concentrated in the sludge concentration step (S10) is introduced into the aerobic digestion tank (10) and dissolved in the aerobic digestion tank (10) using aerobic microorganisms to be solubilized. (Aerobic digestion step S20)
이렇게 상기 호기성 소화조(10)내에서 가용화된 슬러지를, 상기 혐기성 소화조(20)로 유입시키고, 혐기성 미생물을 이용하여 상기 혐기성 소화조(20) 내에서 분해하여 감량한다. (혐기성 소화 단계; S30)The sludge solubilized in the
여기서, 상기 호기성 소화 단계(S20)와 상기 혐기성 소화 단계(S30)가 수행되는 중에, 상기 열 교환기(30)를 이용하여 상기 호기성 소화조(10)에서 발생된 열을 상기 혐기성 소화조(20)로 연속적으로 전달함으로써, 상기 혐기성 소화조(20)의 온도를 35℃ 내지 38℃의 온도 범위에서 유지시킨다. (열 교환 단계; S40)The heat generated in the
이어서, 상기 혐기성 소화조(20)에서 처리된 슬러지는, 상기 막 분리 장치(50)에 의하여 농축 슬러지와 분리 여액으로 고액 분리되며, 상기 농축 슬러지는 상기 호기성 소화조(10)와 상기 혐기성 소화조(20)로 각각 반송하여 재처리되고, 상기 분리 여액은 상기 스트루바이트 합성조(40)로 보낸다. (고액 분리 단계; S50)The sludge treated in the
이어서, 상기 막 분리 장치(50)에 의하여 여과된 후 스트루바이트 합성조(40)로 유입된 분리 여액에, 마그네슘(Mg)을 투입함으로써 결정질 광물의 일종인 스트루바이트(struvite)를 생성시킨 후, 상기 스트루바이트 침전조(41)에서 상기 스트루바이트 합성조(40)로부터 유입된 반류수로부터 스트루바이트를 침전시켜서 회수하고, 상기 스트루바이트 침전조(41)로부터 발생된 상등액(上澄液)은 처리수로 배출한다. 여기서, 상기 스트루바이트 침전조(41)로부터 배출되는 처리수는, 상기 호기성 소화조(10)로 유입되는 잉여 슬러지를 발생시키는 하·폐수처리시설로 다시 반송되어 사용된다. (스트루바이트 합성 단계; S60)Subsequently, magnesium (Mg) is added to the separated filtrate which has been filtered by the
마지막으로, 상기 혐기성 소화조(20)로부터 배출되는 슬러지는, 탈수 장치(60)에 의하여 탈수된 후, 탈수 케익(cake) 상태로 폐기 처리되며, 잉여 슬러지의 처리가 완료된다. (탈수 단계; S70)Finally, the sludge discharged from the
상술한 구성의 슬러지 처리 장치(100)는, 호기성 미생물을 이용하여 외부로부터 유입된 잉여 슬러지를 분해하는 호기성 소화조(10)와, 혐기성 미생물을 이용하여 상기 호기성 소화조(10)로부터 유입된 슬러지를 분해하는 혐기성 소화조(20)와, 상기 호기성 소화조(10)로부터 발생된 열을 상기 혐기성 소화조(20)로 전달하는 열 교환기(30)를 포함하고 있으므로, 별도의 가온 장치를 사용하지 않고서 상기 혐기성 소화조(20)의 온도를 유지할 수 있어, 전체적인 운용 경비가 감소되는 장점이 있다. The
본 실시예에서는, 비교적 고온인 상기 호기성 소화조(10)에서 1차적으로 가용화된 슬러지를, 비교적 중온인 상기 혐기성 소화조(20)에서 2차적으로 소화시킴으로써, 아래의 (표 1)에서 기재된 바와 같이, 슬러지 내의 휘발성 고형물(VS) 제거 효율을 60% 이상으로 유지할 수 있었으며, 상기 휘발성 고형물(VS) 제거 효율의 상승으로, 최종 탈수 케익의 발생량을 종래보다 20% 내지 40%까지 감소시킬 수 있었다.
In this embodiment, sludge primarily solubilized in the
제거효율Total solids (TS)
Removal efficiency
제거효율 Volatile solids (VS)
Removal efficiency
발생량
(80%wt)Dehydrated cake
Generation
(80% wt)
여기서, (표 1)의 유입 슬러지는 상기 호기성 소화조(10)로 유입되는 잉여 슬러지를 의미하며, 종래 방식이란 호기성 소화조를 사용하지 않고 일반적인 혐기성 소화조만을 사용한 경우를 의미한다. 그리고, 본 실시예와 비교 대상인 종래 방식 간의 유량과 총고형물(TS) 비율은 서로 상이하나, 동일한 시간 동안 상기 호기성 소화조(10)로 유입되는 총고형물(TS) 양은 동일하다.Here, the inflow sludge shown in Table 1 means excess sludge that flows into the
또한, 상기 슬러지 처리 장치(100)는, 상기 혐기성 소화조(20)로부터 유입된 분리 여액으로부터 스트루바이트를 합성하는 스트루바이트 합성조(40)를 포함하고 있으므로, 상기 분리 여액에 포함된 고농도의 질소(N)와 인(P)을 화학적으로 추가 제거할 수 있는 장점이 있다. 여기서, 상기 슬러지 처리 장치(100)는, 상기 잉여 슬러지의 특성상, 상기 혐기성 소화조(20)로부터 방출된 고농도(일반적으로 1,000mg/L 이상)의 인(P)을 포함한 슬러지를, 고액 분리 후 스트루바이트 합성에 의해 추가 회수할 수 있으므로, 상기 혐기성 소화조(20)로부터 배출되는 반류수에 의한 영양 염류 부하를 크게 절감할 수 있는 장점이 있다.Since the
그리고, 상기 슬러지 처리 장치(100)는, 상기 혐기성 소화조(20)로부터 유입된 슬러지를 농축 슬러지와 분리 여액으로 고액 분리하는 고액 분리 장치(50)를 포함하고 있으므로, 상기 농축 슬러지는 상기 호기성 소화조(10)와 상기 혐기성 소화조(20) 중 적어도 하나로 반송하고, 상기 분리된 분리 여액만을 인 회수 장치인 상기 스트루바이트 합성조(40)로 유입시킴으로써, 고형물 분해 효율을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.The
또한, 상기 슬러지 처리 장치(100)는, 상기 고액 분리 장치(50)가 막에 의해 고체와 액체를 서로 분리하는 막 분리 장치이므로, 상기 고액 분리 장치(50)의 유지 및 관리가 용이하며, 다른 장치와 비교할 때 고액 분리 효율이 우수하다는 장점이 있다.The
그리고, 상기 슬러지 처리 장치(100)는, 상기 호기성 소화조(10)로 유입되는 잉여 슬러지가 미리 함수율 95% 이하로 고농축되어 있으므로, 상기 호기성 소화조(10)에서의 발열량이 증가하고, 상기 스트루바이트 합성조(40) 내에서의 스트루바이트 합성 효율이 증가하는 장점이 있다.Since the surplus sludge introduced into the
또한, 상기 슬러지 처리 장치(100)는, 상기 혐기성 소화조(20)로부터 발생되는 바이오 가스를 저장하는 가스 저장 탱크(70)를 포함하고 있으므로, 상기 혐기성 소화조(20)로부터 발생되는 메탄 가스(CH4)와 같은 바이오 가스를 가정용 도시 가스나 발전소 연료 등으로 유용하게 활용할 수 있는 장점이 있다.Since the
그리고, 상기 슬러지 처리 장치(100)는, 상기 혐기성 소화조(20)로부터 배출되는 슬러지를 탈수하는 탈수 장치(60)를 포함하고 있으므로, 상기 혐기성 소화조(20)로부터 배출되는 슬러지를 상대적으로 부피가 작은 탈수 케익(cake) 상태로 폐기할 수 있어, 전체적인 탈수 슬러지의 운반 및 폐기 비용이 감소되는 장점이 있다.The
이상으로 본 발명을 설명하였는데, 본 발명의 기술적 범위는 상술한 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것은 아니며, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 수정 또는 변경된 등가의 구성은 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 것임은 명백하다.The technical scope of the present invention is not limited to the contents described in the above embodiments, and the equivalent structure modified or changed by those skilled in the art can be applied to the technical It is clear that the present invention does not depart from the scope of thought.
* 도면의 주요부위에 대한 부호의 설명 *
100 : 슬러지 처리 장치 10 : 호기성 소화조
20 : 혐기성 소화조 30 : 열 교환기
31 : 제1 용기 32 : 제2 용기
40 : 스트루바이트 합성조 41 : 스트루바이트 침전조
50 : 고액 분리 장치, 막 분리 장치 60 : 탈수 장치
70 : 가스 저장 탱크 [Description of Reference Numerals]
100: sludge treating apparatus 10: aerobic digester
20: anaerobic digester 30: heat exchanger
31: first container 32: second container
40: Struvite synthetic tank 41: Struvite sedimentation tank
50: solid-liquid separator, membrane separator 60: dehydrator
70: Gas storage tank
Claims (6)
호기성 미생물을 이용하여 외부로부터 유입된 잉여 슬러지를 분해하며, 45℃ 내지 70℃의 온도 범위에서 운영되는 호기성 소화조;
혐기성 미생물을 이용하여 상기 호기성 소화조로부터 유입된 슬러지를 분해하며, 35℃ 내지 38℃의 온도 범위에서 운영되는 혐기성 소화조;
상기 호기성 소화조 내의 미생물이 슬러지를 분해하는 과정에서 발생되는 열을 상기 혐기성 소화조로 전달하는 열 교환기;
상기 혐기성 소화조로부터 배출되는 분리 여액에 마그네슘을 투입함으로써 스트루바이트를 합성하는 스트루바이트 합성조:
를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 처리 장치A sludge treatment apparatus for treating sludge using microorganisms,
An aerobic digestion tank operated in the temperature range of 45 ° C to 70 ° C to decompose surplus sludge introduced from outside using aerobic microorganisms;
An anaerobic digester operated in the temperature range of 35 ° C to 38 ° C to decompose the sludge introduced from the aerobic digestion tank using anaerobic microorganisms;
A heat exchanger for transferring heat generated in the process of decomposing sludge by the microorganisms in the aerobic digestion tank to the anaerobic digestion tank;
A struvite synthesis tank for synthesizing struvite by adding magnesium to the separation filtrate discharged from the anaerobic digestion tank;
Characterized in that the sludge treatment device
막에 의해 고체와 액체를 서로 분리하는 막 분리 장치로서, 상기 혐기성 소화조로부터 유입된 슬러지를 농축 슬러지와 분리 여액으로 고액 분리하여, 상기 농축 슬러지는 상기 호기성 소화조와 상기 혐기성 소화조 중 적어도 하나로 반송하고, 상기 분리 여액은 상기 스트루바이트 합성조로 유입시키는 고액 분리 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 처리 장치The method according to claim 1,
Wherein the sludge introduced from the anaerobic digestion tank is subjected to solid-liquid separation in a separation filtrate from the concentrated sludge, the concentrated sludge is returned to at least one of the aerobic digestion tank and the anaerobic digestion tank, Characterized in that the separation filtrate includes a solid-liquid separator for introducing the separated filtrate into the struvite synthesis tank
상기 호기성 소화조로 유입되는 잉여 슬러지는, 함수율 95% 이하로 고농축되어 있는 것을 특징으로 하는 슬러지 처리 장치The method according to claim 1,
Wherein the excess sludge introduced into the aerobic digestion tank is highly concentrated at a water content of 95% or less.
호기성 미생물을 이용하여 외부로부터 유입된 잉여 슬러지를 분해하여 가용화하며, 45℃ 내지 70℃의 온도 범위에서 수행되는 호기성 소화 단계;
혐기성 미생물을 이용하여 상기 호기성 소화 단계에서 가용화된 슬러지를 분해하여 감량하며, 35℃ 내지 38℃의 온도 범위에서 수행되는 혐기성 소화 단계;
상기 호기성 소화 단계에서 미생물이 슬러지를 분해하는 과정에서 발생되는 열을 상기 혐기성 소화 단계로 전달하는 열 교환 단계;
상기 혐기성 소화 단계에서 배출되는 분리 여액에 마그네슘을 투입함으로써 스트루바이트를 합성하는 스트루바이트 합성 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 처리 방법A sludge treatment method for treating sludge using microorganisms,
An aerobic digestion step of decomposing and solubilizing the excess sludge introduced from the outside using aerobic microorganisms and performing in a temperature range of 45 ° C to 70 ° C;
An anaerobic digestion step of decomposing and reducing the solubilized sludge in the aerobic digestion step using an anaerobic microorganism and performed at a temperature ranging from 35 ° C to 38 ° C;
A heat exchange step of transferring heat generated in the process of decomposing sludge by the microorganisms to the anaerobic digestion step in the aerobic digestion step;
A struvite synthesis step of synthesizing struvite by adding magnesium to the separated filtrate discharged from the anaerobic digestion step;
And a sludge treatment method
상기 혐기성 소화 단계에서 처리된 슬러지를 농축 슬러지와 분리 여액으로 고액 분리하여, 상기 농축 슬러지는 상기 호기성 소화 단계와 상기 혐기성 소화 단계 중 적어도 하나의 단계로 반송하여 재처리하고, 상기 분리 여액은 상기 스트루바이트 합성 단계로 보내어 처리하는 고액 분리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 처리 방법5. The method of claim 4,
Wherein the sludge treated in the anaerobic digestion step is subjected to solid-liquid separation by a separation filtrate from a concentrated sludge, and the concentrated sludge is conveyed to at least one of the aerobic digestion step and the anaerobic digestion step to reprocess the treated sludge, And a solid-liquid separation step of treating the sludge by sending it to a truvite synthesis step
상기 잉여 슬러지를 함수율 95% 이하로 고농축한 후 상기 호기성 소화 단계로 보내는 슬러지 농축 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 처리 방법5. The method of claim 4,
And a sludge concentration step of concentrating the excess sludge to a moisture content of 95% or less and then sending the sludge to the aerobic digestion step
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