KR20150003697A - Apparatus for pretreatment of waste activated sludge and waste activated sludge pretreatment process by using same - Google Patents

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KR20150003697A
KR20150003697A KR1020140169499A KR20140169499A KR20150003697A KR 20150003697 A KR20150003697 A KR 20150003697A KR 1020140169499 A KR1020140169499 A KR 1020140169499A KR 20140169499 A KR20140169499 A KR 20140169499A KR 20150003697 A KR20150003697 A KR 20150003697A
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Abstract

The present invention relates to an apparatus for pre-treating waste activated sludge that is generated in biological treatment tanks of sewage treatment plants and wastewater treatment plants, and a method for pre-treating waste activated sludge using the same. The apparatus for pre-treating waste activated sludge that solubilizes sludge comprises: a first sludge storage tank for accommodating sludge to be treated; a high-pressure pump for introducing the sludge from the first sludge storage tank into a cavitation chamber at a pressure of 7 to 560 bars; a cavitation chamber including an orifice so that cavitation can be generated while the high-pressure sludge discharged from the high-pressure pump passes therethrough; a Venturi part including an ozone injection part for injecting ozone into the sludge discharged from the cavitation chamber; and a second sludge storage tank installed on a downstream side of the Venturi part to store the treated sludge.

Description

폐활성슬러지 전처리 장치 및 이를 이용한 폐활성슬러지 전처리 방법{APPARATUS FOR PRETREATMENT OF WASTE ACTIVATED SLUDGE AND WASTE ACTIVATED SLUDGE PRETREATMENT PROCESS BY USING SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a waste activated sludge pretreatment apparatus and a waste activated sludge pretreatment method using the activated sludge pretreatment apparatus.

본 발명은 하수 및 폐수 처리장의 생물학적 처리조에서 발생되는 폐활성슬러지 전처리 장치 및 이를 이용하여 폐활성슬러지를 전처리하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a pretreatment apparatus for a waste activated sludge generated in a biological treatment tank of sewage and wastewater treatment plants and a method for pretreating waste activated sludge using the same.

하수 및 폐수 처리장의 생물학적 처리조에서 지속적으로 발생되는 폐활성슬러지(waste activated sludge or excessive sludge)는 대표적인 유기성 폐기물(organic wastes)에 속한다. 지금까지 이러한 유기성 폐활성슬러지는 매립, 소각, 해역투기, 퇴비화, 보조연료화, 탄화 등 여러 가지 방법으로 처리되어 왔지만, 대부분의 하수 및 폐수 처리장에서는 비용적으로 가장 유리한 처리 방식을 채택해 왔다. 이러한 이유로, 전세계적으로 많은 양의 유기성 폐활성슬러지가 해역에 투기되거나 농지에 뿌려지거나 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 전면 금지되게 되었다. 따라서 향후 이러한 유기성 폐슬러지는 전량 육상에서 적절한 방법으로 처리되어야만 한다.
The waste activated sludge or excessive sludge, which is continuously generated in the biological treatment tank of the sewage and wastewater treatment plant, belongs to representative organic wastes. So far, such organic waste activated sludge has been treated by various methods such as landfill, incineration, sea exploitation, composting, auxiliary fuelization, carbonization, etc. However, most sewage and wastewater treatment plants have adopted the most favorable treatment method at cost. For this reason, large amounts of organic waste activated sludge have been dumped into the sea, sprinkled on agricultural land, or landfilled worldwide. In Korea, more than 70% of sewage sludge has been disposed of by sea dumping at the end of 2006 due to the prohibition of direct landfilling of organic waste sludge in 2003. However, by joining the London Convention, which is an international environmental treaty, such sea dumping has become totally prohibited. In the future, such organic waste sludge must be treated in a proper manner on land.

이러한 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. 이러한 방법들을 구현하기 위해서는 폐활성슬러지가 적절히 전처리 되어야 하는데, 현재 개발된 기술들은 효율 및 비용 측면에서 아직 미흡한 실정이다.
In such a background, a method for originally reducing the amount of sludge generated, a method for recycling as compost, a soil material or an auxiliary fuel, and a method for recovering an energy source such as methane (CH 4 ) through anaerobic digestion, It is emerging as a room. In order to implement these methods, waste activated sludge must be properly pretreated, and currently developed technologies are still insufficient in terms of efficiency and cost.

폐활성슬러지를 적절히 전처리하기 위해서는 무엇보다 활성슬러지 플록(floc)의 구조를 정확히 이해하는 것이 중요하다. 활성슬러지 플록은 미생물들이 서로 얼기설기 모인 덩어리로서 미생물 세포외부의 섬유상 구조(extracellular polymeric substances, EPS)를 통해 서로 연결되어 있다(대한민국 특허등록 제10-0948494호 도 1 참조).
In order to properly pretreat waste activated sludge, it is important to understand the structure of activated sludge floc accurately. Activated sludge flocs are linked together by extracellular polymeric substances (EPS) outside the microbial cells as microorganisms aggregate together (see Korean Patent Registration No. 10-0948494, FIG. 1).

폐활성슬러지를 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 하폐수처리장의 폐활성슬러지 배출량을 0(zero)으로 만들 수 있게 된다. 또한 퇴비화 등으로 재활용되기 위해서는 필히 탈수 후 함수율을 60% 미만까지 낮추어야 하는데, 이 경우 활성슬러지 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 활성슬러지 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 활성슬러지 플록 구조를 깨뜨리면서 동시에 미생물 세포벽을 파괴하여 세포내 물질을 외부로 방출시킬 수 있어야 가능해지는 것이다.
In order to fundamentally reduce the waste activated sludge, it is necessary to break this sludge floc structure and to break the cell wall so that the microbial constituents are released to the outside. The treated sludge is then used as a carbon source in the biological treatment tank or an advanced treatment process for removing nitrogen or phosphorus, thereby making the waste activated sludge discharge amount at the sewage treatment plant zero. In order to be recycled by composting, the water content after dewatering should be lowered to less than 60%. In this case, pore water and some cell internal water around the activated sludge should be removed. The mechanical dehydration system, which is commonly used, is limited only by freedom. Therefore, alternatives are needed, and a suitable alternative method should be a technique capable of destroying these activated sludge floc structures and breaking cell walls. In the case of sludge treatment through anaerobic digestion, the higher the anaerobic digestion efficiency, the more solid matter can be converted into biogas, resulting in the recovery of a large amount of energy source, and also the reduction in the amount of sludge to be finally disposed of Effect is obtained. Therefore, a pretreatment technique that can increase the digestion efficiency is required. For this purpose, it is necessary to reduce the amount of organic substances present as solid substances and increase the amount of dissolved organic substances. This can be achieved by breaking the activated sludge floc structure and simultaneously destroying microbial cell walls and releasing intracellular material to the outside as described in the above two methods.

지금까지 폐활성슬러지 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, methods such as ultrasonic treatment, high temperature heat treatment, ozone oxidation, cavitation treatment, alkali treatment, enzymatic treatment, mechanical treatment, acid treatment, microbial treatment, wet oxidation treatment and vacuum treatment have been tested and developed as pretreatment methods of waste activated sludge (Nam Kyung-cheol, quoted in the 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 폐활성슬러지 처리는 슬러지 감량화를 위한 처리와 혐기성 소화의 전처리로 구분할 수 있다(대한민국 특허등록 제10-0928972호). 실규모 슬러지 감량화 처리에서는 0.05kgO3/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 0.03kgO3/kgTSS 에서 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).
Treatment of sewage sludge with ozone oxidation destroys the cell wall of sludge reacted with ozone and releases the substance (COD component) inside the cell. In addition, polysaccharides, proteins, lipids, etc. react with ozone and are converted to low molecular weight compounds. If the ozone injection volume is high enough, the intracellular material can be converted to carbon dioxide and water and mineralized. Waste activated sludge treatment using ozone can be classified into treatment for reducing sludge and pretreatment for anaerobic digestion (Korean Patent Registration No. 10-0928972). It was reported that ozone injection of 0.05 kg O 3 / kg TSS resulted in 19-35% sludge reduction effect in the real scale sludge reduction treatment. When this was applied to pretreatment of anaerobic digestion, 10% digestion sludge reduction effect was obtained. The ozone injection dose could be increased from 0.03 kg O 3 / kg TSS to 0.06 kg O 3 / kg TSS to increase the release of soluble COD material from 11% to 16%. However, it has been reported that the COD of the effluent after the anaerobic digester 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 6 years. As a solution to this problem, it has been reported that the closed loop ozone oxidizing system in the mid-temperature digester after ozone pretreatment is superior to the ozone injection amount in gas production and COD reduction (Namkung Kim, 2008, KOSEN Expert Review ).

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. 이 때 오리피스 모양은 구형이 아니고 타원형일 때 성능이 우수하다. 이 경우 블레이드가 진동을 하면서 공동현상이 매우 뚜렷하고 효과적으로 일어나도록 할 수 있다. 한편, 하나의 오리피스를 통해 공동현상을 일으키는 것과 달리 복수 개의 오리피스를 통해 유체를 통과시키면 공동현상 효과가 커질 수 있다. HC에 영향을 주는 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 (남궁규철, 대한토목학회지 제55권 제10호, pp 50-55, 2007 에서 재인용).
Hydrodynamic cavitation (HC) differs from ultrasound cavitation and principle but has similar characteristics in its effect. HC is produced through the turbulent flow of liquid, often occurring when there is a large pressure difference in the flow of liquid. For example, if a device is made to pass through an orifice having a small cross-sectional area while moving the fluid at a high pressure in a pipe having a certain cross-sectional area at a high speed, a large pressure difference exists in the discharge portion of the orifice, Lt; / RTI > As another example, there is an apparatus for causing the fluid passing through the orifice to meet the blade. At this time, the orifice shape is not spherical and has excellent performance when it is elliptical. In this case, the blade vibrates and cavitation can be made very distinct and effective. On the other hand, if the fluid is passed through a plurality of orifices unlike the one causing the cavitation through the orifices, the cavitation effect can be increased. Variables affecting HC include pressure, flow rate, cavitation chamber design, and time factors of cavitation. The pressure at the inlet of the orifice, the restoration pressure at the orifice discharge part, and the minimum pressure for cavitation are important, and it is necessary to clarify the related temporal factors for the commercial application (Nan Kyung Kim, 10, pp. 50-55, 2007).

한 연구에서는 캐비테이션 전처리를 거친 슬러지를 중온 혐기성 소화할 때 전처리 하지 않은 경우에 비해 체류 시간을 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(대한민국 공개특허 제2001-0072106호). 이 공정은 MicroSludgeTM(캐나다)이라는 공정으로 상용화되어, 최근 실규모 플랜트에 적용되고 있다. 이 공정은 회전 드럼농축기를 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 투입하기에 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 the sludge subjected to cavitation pretreatment was significantly reduced from 13 days to 6 days, compared with the case without pretreatment at the mid-temperature anaerobic digestion. It has been reported that the treatment efficiency is remarkably improved by adding an alkali treatment prior to the cavitation treatment in the sludge reducing effect and the gas production amount (Korean Patent Publication No. 2001-0072106). This process has been commercialized in a process called MicroSludge TM (Canada) and has recently been applied to real-scale plants. In this process, the concentrated sludge is subjected to alkali treatment for 1 hour at pH 8.5-10 using a rotary drum concentrator, and then cavitation treatment is performed under a high pressure of 12,000 psi. As a result, sludge solubilization was possible up to 80%. At this time, the pH of the solubilized sludge changes to 6.8-7.4. It has been reported that volatile solids can be reduced to 18-78% by the mid-temperature digestion of the treated sludge. Another example of a commercialized cavitation process is the Biogest Crown Disintegration System (UK). This process utilizes very fast flow rates and performs the cavitation treatment three times before injecting the sludge into the anaerobic digester. Another example of commercialization process is Rapid Non-equilibrium Decompression (RND). In this process, CO 2 dissolved by supersaturation under high pressure expands rapidly due to pressure drop to destroy the cell wall. The advantage of this process is that CO 2 can be reused, the energy cost is low, and the initial investment cost is less than 2 years.

하수 슬러지 처리의 전체 효율을 높이기 위해서는, 앞서 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 폐활성슬러지를 전처리함으로써, 슬러지 감량화, 슬러지 탈수효율 향상, 소화 효율 향상을 종합적으로 가능하게 하는 공정 및 장치가 소개되었다(대한민국 특허등록 제10-0948494호). 그러나 보다 간단한 공정으로 슬러지 감량, 탈수능 향상 및 혐기성 소화 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 슬러지 전처리 공정은 여전히 요구되고 있다. In order to increase the overall efficiency of the sewage sludge treatment, it is necessary to dispose the sludge floc structure effectively and disrupt the cell walls of the microorganisms as described above, thereby destroying the cell walls of the sludge floc, Do. Cavitation and ozone oxidation technologies provide an effective means of achieving this goal and provide superior synergies by using them together. Therefore, a process and apparatus have been introduced (WO 10-0948494) which can effectively reduce the sludge, improve the sludge dewatering efficiency, and improve the digestion efficiency by effectively integrating these technologies and pretreating the waste activated sludge. However, a sludge pretreatment process capable of further reducing the sludge weight loss, de-aeration capacity and anaerobic digestion efficiency with a simpler process is still required.

특히 기존의 캐비테이션-오존 공정에서는 오존을 별도의 접촉조에 두고 처리하였기 때문에 오존을 투입하기 위한 펌프용량이 커야 했으며, 또한 대용량의 유기성 슬러지를 처리함에 있어서 오존접촉조는 유기성 슬러지를 균일하게 가용화하는데 한계가 있다.Particularly, in the conventional cavitation-ozone process, ozone was disposed in a separate contact tank, so the pump capacity for inputting ozone was large, and in treating a large amount of organic sludge, the ozone contact tank was limited in solubilizing the organic sludge uniformly have.

대한민국 특허등록 제10-0948494호Korean Patent Registration No. 10-0948494 대한민국 특허등록 제10-0928972호Korean Patent Registration No. 10-0928972 대한민국 공개특허 제2001-0072106호Korea Patent Publication No. 2001-0072106

남궁규철, 대한토목학회지 제55권 제10호, pp 50-55, 2007.  Journal of Korean Society of Civil Engineers, Vol. 55, No. 10, pp. 50-55, 2007.

따라서, 본 발명은 캐비테이션을 이용하는 물리적 처리와 오존을 이용하는 화학적 처리를 결합하여 슬러지를 가용화하는 전처리에 있어서, 운전비용이 보다 저렴하고 에너지 효율이 높고 간단하면서도 슬러지 가용화 효율을 극대화한 장치, 즉 감량화, 슬러지 탈수효율 향상 및 혐기성 소화 효율이 높은 슬러지 전처리 장치를 제공하고자 한다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a pretreatment for solubilizing sludge by combining physical treatment using cavitation and chemical treatment using ozone, in which the operation cost is lower, energy efficiency is high, and the sludge solubilization efficiency is maximized, And to provide a sludge pretreatment device having improved sludge dewatering efficiency and high anaerobic digestion efficiency.

또한 본 발명은 상기 장치를 이용하여 슬러지를 전처리하는 방법을 제공하고자 한다. The present invention also provides a method for pretreating sludge using the apparatus.

본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 폐활성슬러지를 가용화하기 위한 전처리 장치에 있어서, In order to achieve the above object, the present invention provides a pretreatment apparatus for solubilizing waste activated sludge,

처리될 슬러지를 수용하는 제1 슬러지 저장조; A first sludge storage tank for receiving sludge to be treated;

상기 제1 슬러지 저장조로부터의 슬러지를 7bar ~ 560bar의 압력으로 캐비테이션 챔버에 도입하기 위한 고압펌프; A high pressure pump for introducing the sludge from the first sludge storage tank into the cavitation chamber at a pressure of 7 bar to 560 bar;

상기 고압펌프로부터 배출되는 고압 슬러지가 통과하면서 캐비테이션이 발생될 수 있도록 오리피스를 구비한 캐비테이션 챔버;A cavitation chamber having an orifice through which high pressure sludge discharged from the high pressure pump passes and cavitation can be generated;

상기 캐비테이션 챔버로부터 배출되는 슬러지에 오존을 주입하기 위한 오존주입부를 구비한 벤츄리부; 및A venturi unit having an ozone injection unit for injecting ozone into the sludge discharged from the cavitation chamber; And

상기 벤츄리부의 하류에 설치되어 처리된 슬러지를 저장하는 제2 슬러지 저장조를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐활성슬러지 전처리 장치를 제공한다. And a second sludge storage tank disposed downstream of the venturi unit for storing treated sludge.

본 발명의 바람직한 구현 예에 의하면, 상기 벤츄리부는 1개 내지 10개의 벤츄리관이 직렬 연결되어 구성될 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the venturi portion may be constituted by connecting one to ten venturi pipes in series.

본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 벤츄리관에 연결된 오존주입부는 벤츄리관의 단면적이 가장 좁은 목 부분에 연결될 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the ozone injection unit connected to the venturi pipe may be connected to the neck pipe having the smallest cross-sectional area of the venturi pipe.

본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 제1 슬러지 저장조로부터 캐비테이션 챔버에 도입되는 슬러지의 압력이 7bar ~ 560bar인 것이 더욱 바람직하고, 가장 바람직하게는 10bar ~ 420bar 이다. According to a preferred embodiment of the present invention, the pressure of the sludge introduced into the cavitation chamber from the first sludge storage tank is more preferably 7 bar to 560 bar, and most preferably 10 bar to 420 bar.

본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 본 발명의 장치는 상기 벤츄리부의 하류와 상기 제2 슬러지 저장조 사이에 벤츄리부로부터 배출되는 슬러지를 오존 처리하기 위한 오존접촉조를 더 포함할 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the apparatus of the present invention may further include an ozone contact tank for ozonizing sludge discharged from the venturi portion between the downstream of the venturi portion and the second sludge storage tank.

본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 제1 슬러지 저장조의 전단 또는 후단에, 처리될 슬러지로부터 소정 크기 이상의 이물질을 걸러내기 위한 여과조를 더 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the filtration tank may further include a filtration tank at the front end or the rear end of the first sludge storage tank for filtering out foreign substances larger than a predetermined size from the sludge to be treated.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 장치를 이용하여, 처리하고자하는 슬러지를 고압 캐비테이션 챔버 및 오존주입부를 구비한 벤츄리관을 통과하도록 함으로써 캐비테이션 발생과 함께 오존처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐활성슬러지 전처리 방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method for treating ozone, comprising the step of ozonating the sludge to be treated with cavitation generation by passing the sludge to be treated through a venturi tube having a high pressure cavitation chamber and an ozone injection unit A waste activated sludge pretreatment method is provided.

본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 폐활성슬러지는 벤츄리부로 도입되기 전에 알칼리, 과산화수소, 또는 알칼리 및 과산화수소로 처리된 것일 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the waste activated sludge may be treated with alkali, hydrogen peroxide, or alkali and hydrogen peroxide prior to introduction into the venturi.

본 발명에 따른 장치는 고압 캐비테이션 장치를 이용하여 슬러지를 가용화함에 있어서 고압부 후단에 오리피스에 의한 캐비테이션 챔버를 두어 캐비테이션 효과를 최대화한 후, 벤츄리부를 두어 오존을 분산 도입함으로써 오존을 주입하는데 들어가는 에너지 비용을 절감하고 또한 좋은 교반효과를 얻을 수 있다. 따라서, 벤츄리부를 이용하여 오존만 혼합처리만 한 경우 또는 저압 캐비테이션만 실시한 경우에 비해 슬러지 감량화, 슬러지 탈수효율 향상 및 혐기성 소화 효율의 향상 등의 효과를 가진다. 또한 오존접촉탱크를 추가로 이용하는 경우에도 펌프 및 탱크의 크기를 작은 규모로 할 수 있다. The apparatus according to the present invention solves sludge by using a high-pressure cavitation device. The sludge is maximized by providing a cavitation chamber with an orifice at the rear end of the high-pressure portion, and then the venturi portion is placed to disperse ozone. And also a good stirring effect can be obtained. Therefore, compared with the case where only the ozone mixing treatment is performed or the low pressure cavitation is performed using the venturi portion, the sludge reduction effect, the sludge dewatering efficiency improvement, and the anaerobic digestion efficiency are improved. In addition, even when the ozone contact tank is additionally used, the size of the pump and the tank can be made small.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 폐활성슬러지 전처리 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 폐활성슬러지 전처리 장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 폐활성슬러지 전처리 장치의 개략도이다.
도 4는 오리피스의 다양한 형태를 보여주는 개략도이다.
도 5는 벤츄리관의 가용화 효과를 보여주는 도면이다.
1 is a schematic view of a waste activated sludge pretreatment apparatus according to a first embodiment of the present invention.
2 is a schematic view of a waste activated sludge pretreatment apparatus according to a second embodiment of the present invention.
3 is a schematic view of a waste activated sludge pretreatment apparatus according to a third embodiment of the present invention.
Figure 4 is a schematic diagram showing various forms of orifices.
5 is a view showing the solubilization effect of the venturi pipe.

이하, 첨부된 도면을 참조한 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 전처리 장치의 개략도이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 폐활성슬러지 전처리 장치는 제1 슬러지 저장조(1), 고압펌프(HPP, 2), 오리피스(3)를 구비한 캐비테이션 챔버(4), 오존주입부(6)을 구비한 벤츄리관(5) 및 제2 슬러지 저장조(7)를 포함한다. 즉, 처리할 슬러지는 제1 저장조(1)로부터 고압펌프(2)에 의해 고압 캐비테이션 장치(high pressure cavitation unit, 4)를 거치면서 수력학적 캐비테이션에 의해 처리되고, 이어서 벤츄리관(5)에 유입되는데, 이 때 벤츄리관(5)의 오존주입부(6)에 오존이 주입되고 벤츄리관(5)을 거치면서 비교적 약한 수력학적 캐비테이션에 의해 오존과 슬러지가 효과적으로 혼합되고 추가적으로 처리된다. 1 is a schematic view of a pretreatment apparatus according to a first embodiment of the present invention. The waste activated sludge pretreatment apparatus of the present invention comprises a first sludge storage tank 1, a high pressure pump (HPP) 2, a cavitation chamber 4 having an orifice 3, and an ozone injection unit 6 A venturi pipe (5) and a second sludge storage tank (7). That is, the sludge to be treated is treated by hydraulic cavitation through the high pressure cavitation unit 4 by the high pressure pump 2 from the first reservoir 1, then introduced into the venturi pipe 5 At this time, ozone is injected into the ozone injection unit 6 of the venturi pipe 5, and ozone and sludge are effectively mixed and further processed by relatively weak hydrodynamic cavitation through the venturi pipe 5.

단계적으로 구분지어 보면, 오리피스(3)를 구비한 고압 캐비테이션 장치(4)에서 슬러지는 주로 그 플록(floc) 구조가 해체되고 세포외부의 섬유상 물질들에 의해 형성된 결합이 끊어지면서 개별적인 세포들로 나누어지게 되고, 벤츄리부(5)에서 오존이 주입되어 슬러지와 섞임과 동시에 약한 캐비테이션 현상을 거치면서 기액혼합이 효과적으로 이루어지고 오존은 개별화된 세포들의 세포벽과 세포외부 조직을 산화반응을 통해 파괴하여 슬러지를 가용화(solubilization)하게 된다. The sludge in the high-pressure cavitation device 4 equipped with the orifice 3 is mainly divided into individual cells as the floc structure is disassembled and the bonds formed by the fibrous substances outside the cells are broken. The ozone is mixed with the sludge by the injection of ozone in the venturi portion 5, and at the same time the vaporization is weakly effected through the weak cavitation phenomenon. Ozone destroys the cell walls and extracellular tissues of the individualized cells through the oxidation reaction, Solubilization.

고압펌프(2)의 압력은 7bar~560bar가 바람직하고, 보다 바람직하게는 10bar~420bar이다. 압력이 너무 낮으면 벤츄리부에서의 압력 강하 손실 때문에 공정이 제대로 진행될 수 없고, 압력이 지나치게 높으면 고가의 장비를 사용하여 비용이 증가하게 되는 문제점이 있을 수 있다. 필요에 따라, 고압펌프(2) 전단에 펌프를 더 사용하여 고압펌프의 작동을 원활히 할 수도 있다. The pressure of the high-pressure pump 2 is preferably 7 to 560 bar, more preferably 10 to 420 bar. If the pressure is too low, the process can not proceed properly due to the loss of pressure drop in the venturi. If the pressure is excessively high, expensive equipment may be used to increase the cost. If necessary, the pump may be further used in front of the high-pressure pump 2 to smoothly operate the high-pressure pump.

본 명세서에서, 캐비테이션 챔버란 오리피스로부터 벤츄리부 전단까지 영역으로 고압 캐비테이션이 형성되는 영역을 지칭한다. 캐비테이션 챔버(4)의 오리피스(3)는 도 4에 도시한 바와 같이, 개구부가 1개 또는 여러 개 일 수 있으며 특별히 제한되지 않는다. 고압펌프(2)에 의해 오리피스(3)로 흡입된 슬러지는 확장부를 지나면서 발생된 기포가 급격히 붕괴되면서 충격파가 발생하는 등 캐비테이션 현상이 형성된다. In this specification, the cavitation chamber refers to a region where high-pressure cavitation is formed in the region from the orifice to the venturi front end. As shown in Fig. 4, the orifice 3 of the cavitation chamber 4 may have one or more openings and is not particularly limited. The sludge sucked into the orifice 3 by the high-pressure pump 2 is cavitated by sudden collapse of bubbles generated by passing through the expansion portion, and shock waves are generated.

오존주입부(6)는 벤츄리관(5)의 단면적이 급격하게 감소하는 벤츄리관(5)의 목 부분에 형성되는데, 이 부분을 유체가 통과할 때, 유체의 속도는 급격히 증가하며 그에 따라 유체의 압력은 크게 감소하게 된다. 즉 음압이 발생하기 때문에 오존은 자연스럽게 흡입되므로 오존 주입을 위해 별도의 펌프를 가동할 필요가 없다. 또한, 유체 속의 용존 상태의 기체가 유체로부터 이탈하거나 물의 상변화가 일어나 공동(cavities)이 형성되어 캐비테이션 현상이 생성된다.The ozone injection portion 6 is formed in the neck portion of the venturi tube 5 in which the cross-sectional area of the venturi tube 5 is drastically reduced. When the fluid passes through this portion, the velocity of the fluid increases sharply, The pressure of the gas is greatly reduced. In other words, ozone is sucked naturally because of the negative pressure, so there is no need to operate a separate pump for ozone injection. In addition, the gas in the dissolved state in the fluid is separated from the fluid, or a phase change of water occurs, and cavities are formed to generate a cavitation phenomenon.

이러한 수리동력학적 캐비테이션 현상은 다른 기술 분야에서도 사용되어 왔으나, 고압 캐비테이션 장치와 벤츄리관을 이용한 오존주입을 병행함으로써 오존접촉조의 필요성을 아예 없애거나 그 규모를 대폭 줄일 수 있고, 낮은 펌프 압력으로도 빠른 기액혼합을 달성할 수 있다. 이에 따라 에너지 효율이 현저히 향상되고 비용을 절감할 수 있다.This hydraulic cavitation phenomenon has been used in other technical fields. However, ozone injection using a high-pressure cavitation device and a venturi pipe can be used to completely eliminate the need for an ozone contact tank or to greatly reduce the size thereof, Gas-liquid mixing can be achieved. This can significantly improve energy efficiency and reduce costs.

또한, 본 발명의 전처리 장치에서는, 도 1에 도시된 바와 같이 오존주입부(6)를 구비한 벤츄리관(5)이 하나만 직렬로 연결된 경우를 도시하였으나, 둘 이상 직렬로 연결되어 벤츄리부를 형성하도록 구성될 수 있으며, 이 경우 슬러지는 각각의 벤츄리관을 거치면서 가용화 효율은 더욱 향상될 수 있다. 특히, 각각의 벤츄리관은 착탈 가능하게 연결되어 필요에 따라 벤츄리관의 수를 용이하게 조절할 수 있도록 구성될 수도 있다. 또한 각각의 벤츄리관에 모두 오존을 주입할 수도 있지만, 경우에 따라서는 일부에만 주입할 수도 있다. In the pretreatment apparatus of the present invention, as shown in FIG. 1, only one venturi pipe 5 having an ozone injection unit 6 is connected in series. However, two or more venturi pipes 5 may be connected in series to form a venturi unit. In this case, the solubilization efficiency can be further improved by passing the sludge through each venturi pipe. In particular, each of the venturi pipes may be detachably connected so as to easily adjust the number of the venturi pipes as needed. Also, ozone can be injected into each venturi tube, but in some cases, it can be injected only into a part.

도 2는 본 발명의 다른 실시형태이다. 도시된 바와 같이 제1 슬러지 저장조(1), 고압펌프(2), 오리피스(3)를 구비한 캐비테이션 챔버(4), 벤츄리관을 포함하는 벤츄리부(5) 및 제2 슬러지 저장조(7) 외에, 처리하고자 하는 슬러지가 큰 고형물을 함유하는 경우 이를 여과하기 위한 여과조(10)를 더 포함할 수 있다. 도 2에서는 여과조(10)가 제1 슬러지 저장조(1)의 전단에 설치된 경우를 도시하나, 후단에 설치하는 것도 가능하다. 또한 도시되지는 않았지만 슬러지의 가용화를 촉진하기 위한 약제, 즉 알칼리 또는 과산화수소 등울 벤츄리부(5)에 도입하기 전에 첨가하기 위한 수단을 구비할 수도 있다. 2 is another embodiment of the present invention. In addition to the first sludge storage tank 1, the high-pressure pump 2, the cavitation chamber 4 having the orifice 3, the venturi unit 5 including the venturi pipe and the second sludge storage tank 7, , And a filtration tank (10) for filtering the sludge to be treated when the sludge contains a large amount of solid matter. 2 shows a case where the filtration tank 10 is installed at the front end of the first sludge storage tank 1, but it may be installed at the rear end. Further, although not shown, it may be equipped with a means for adding a drug for promoting the solubilization of the sludge, that is, before introduction into the alkali or hydrogen peroxide isothermal venturi portion 5.

또 다른 실시형태로는 도 2에 도시된 바와 같이, 벤츄리부에서 유출되는 슬러지를 추가로 오존처리하기 위한 오존접촉조(20)를 둘 수 있고, 추가의 오존접촉조(20)를 구비하는 경우에도 반응기의 크기나 펌프 용량은 본 발명에 따른 장치를 사용하지 않는 경우에 비해 훨씬 소형이어도 되므로 설비가 컴팩트하게 될 수 있다. In another embodiment, as shown in FIG. 2, the ozone contact tank 20 for further ozonizing the sludge discharged from the venturi unit may be provided. In the case where the ozonized contact tank 20 is provided The size of the reactor or the pump capacity may be much smaller than when the apparatus according to the present invention is not used, so that the facility can be made compact.

오존접촉조(20)에서 슬러지와 오존을 접촉시키는 방법은 두 가지 방식이 있을 수 있다. 하나는 기액혼합펌프를 이용하는 방법, 다른 하나는 인젝터/벤추리를 이용하는 방법이다. 전자의 경우 기액혼합펌프(30)로 접촉조(20)내 슬러지를 빼내고 여기에 오존이 주입되면서 기액혼합펌프(30)를 거쳐 슬러지와 오존을 혼합시켜 다시 오존접촉조(20)로 넣어주는 방법이고(도 2 참조), 후자는 액체이송 펌프(40)를 이용하여 오존접촉조(20)의 슬러지를 빼내고 이 슬러지가 인젝터/벤추리(50)를 지나가게 하면서 목부분에 오존을 주입하여 섞은 후 다시 오존접촉조(20)로 넣어주는 방법이다(도 3 참조). 어느 방법이든 효과적으로 사용될 수 있다. 이하 본 발명의 실시예를 들어 구체적으로 설명한다. 그러나 이러한 설명이 본 발명의 권리범위를 제한하는 것은 아니며, 본 발명의 명세서 및 청구항에 기재되어진 바에 의하여 당업자가 용이하게 치환할 수 있고, 이와 같은 치환이 자명한 균등범위는 본 발명의 권리 범위에 속한다.
There are two methods of contacting the sludge and ozone in the ozone contact tank 20. One is a gas-liquid mixing pump, and the other is an injector / venturi. In the former case, the sludge in the contact tank 20 is taken out by the gas-liquid mixing pump 30, the sludge is mixed with the ozone through the gas-liquid mixing pump 30 while the ozone is injected therein, (See FIG. 2). In the latter, the sludge of the ozone contact tank 20 is taken out by using the liquid transfer pump 40, and the ozone is injected into the neck portion while the sludge passes through the injector / And then introduced into the ozone contact tank 20 (refer to FIG. 3). Any method can be used effectively. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. It should be understood, however, that such description is not to be construed as limiting the scope of the invention, and that variations may be readily made by those skilled in the art, as set forth in the description and claims of the invention, Belongs.

실시예 1Example 1

*하수처리장에 설치된 생물막반응기(MBR) 파일럿 설비(처리용량: 300톤/일, 평균 TSS: 10,000mg/L)에서 하수 슬러지 시료를 채취하여 사용하였다. 도 1에 도시된 바와 같은 장치(벤츄리관 1개 직렬연결)를 이용하였으며, 구체적인 사양은 다음과 같다. Sewage sludge samples were taken from a biofilm reactor (MBR) pilot facility (treatment capacity: 300 tons / day, average TSS: 10,000 mg / L) installed at a sewage treatment plant. An apparatus (a series connection of a venturi tube) as shown in Fig. 1 was used, and specific specifications are as follows.

제1 슬러지 저장조 용량: 1.5m3 First sludge storage tank capacity: 1.5 m 3

고압펌프 유량: 17L/min High pressure pump flow rate: 17L / min

고압펌프 압력: 150barHigh pressure pump pressure: 150 bar

오리피스 단면적: 0.785mm2 Sectional area of orifice: 0.785 mm 2

벤츄리관 단면적: 7.065mm2 Venturi tube cross section: 7.065mm 2

오존주입량: 120mg/L Ozone dose: 120mg / L

여과조 사양: 1.0mm mesh를 갖는 스테인레스 스틸 스크린 장착 (스크린면적: 0.196m2)Filtration specifications: Stainless steel screen with 1.0 mm mesh (screen area: 0.196 m 2 )

오존접촉조 및 펌프 사양: 상단에 거품파괴기를 설치한 1.2m3 크기 원통형 접촉조, 2HP 380V 기액혼합펌프((주)신풍내산펌프)
Ozone Contact Pump and Pump Specifications: 1.2 m 3 size cylindrical contact tank equipped with foam breaker at the top, 2HP 380V gas-liquid mixing pump (Shinpung acid acid pump)

오존발생장치는 수냉식 장치이며((주)세왕씨이텍의 SW-50), 오존 발생용량은 최대 50g-O3/hr이다. 원료 산소는 고압용기에 저장된 순산소(99.99%)를 사용하였다.
The ozone generating apparatus is a water-cooled apparatus (SW-50, SeungWoo Seitech Co., Ltd.), and the ozone generating capacity is at most 50 g-O 3 / hr. Oxygen (99.99%) stored in the high pressure vessel was used as raw material oxygen.

처리된 슬러지는 다음과 같은 방법으로 분석하였다. The treated sludge was analyzed by the following 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.Temperature - The temperature of each sample was measured using a thermometer.

③ 부유물질(SS; suspended solids) - 유리섬유 여지(GF/C)를 미리 정제수로 씻은 다음 시계접시위에 놓고 105-110℃의 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 105-110℃의 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) - glass fiber filter cloth (GF / C) was washed with purified water in advance and placed on a watch tray, dried in a dryer at 105-110 ° C for 2 hours, placed in a sulfuric acid desiccator, The weight was precisely weighed and attached to the filter. The sample was filtered by suction while injecting the appropriate amount into the filter, and then the filter was washed with water for several times. The filter paper was taken out from the filter while taking care of the fineness, and dried in a dryer at 105-110 ° C for 2 hours The mixture was cooled in a desiccator of sulfuric acid and allowed to cool. The difference in the glass fiber clearance weight before and after filtration was calculated to be the amount of suspended material.

④ SCODcr - 시료를 유리섬유 여지(GF/C)로 여과한 후 여과된 액을 수 CODcr분석키트에 2mL 주입후 150℃에서 반응시킨 후 HS-2300Plus 수질분석기(Humas, Korea)를 이용하여 SCODcr을 분석하였다.
④ SCODcr - The sample was filtered with glass fiber filter paper (GF / C), 2 mL of the filtered solution was injected into the water CODcr assay kit, and reacted at 150 ℃. SCODcr was analyzed using HS-2300Plus water quality analyzer (Humas, Korea) Respectively.

비교예 1-고압 캐비테이션만 실시하는 경우Comparative Example 1 - When only high pressure cavitation was performed

오존 처리없이 고압 캐비테이션(200bar)만 실시하는 경우는 대한민국특허등록 제10-0948494호에 기재된 실험예를 참조할 수 있다. 결과는 다음과 같다. In the case of performing only high-pressure cavitation (200 bar) without ozone treatment, the experimental example described in Korean Patent Registration No. 10-0948494 can be referred to. The results are as follows.

Figure pat00001
Figure pat00001

비교예 2-벤츄리관을 사용하지 않고 오존접촉펌프로 오존처리만 하는 경우Comparative Example 2 - Ozone treatment with an ozone contact pump without using a venturi tube

고압 캐비테이션 없이 오존접촉펌프에 의해 오존만 처리하는 경우의 실험결과도 대한민국특허등록 제10-0948494호를 참조할 수 있다. 오존 투입량에 따른 실험결과는 다음과 같다. An experimental result in the case where only ozone is treated by the ozone contact pump without high-pressure cavitation can also be referred to Korean Patent Registration No. 10-0948494. Experimental results according to ozone input are as follows.

(2-1) 오존 투입량 30g/hr (2-1) Ozone input amount 30 g / hr

Figure pat00002
Figure pat00002

(2-2) 오존 투입량 50g/hr (2-2) Ozone input amount 50 g / hr

Figure pat00003
Figure pat00003

30g/hr 에서 50g/hr 으로 투입 오존량을 증가시킬 경우 슬러지의 파괴가 증가하게 되고 이는 SCOD의 증가 및 SCOD/SS의 증가로 나타났다.
Increasing the amount of ozone increased from 30 g / hr to 50 g / hr resulted in an increase in SCOD and an increase in SCOD / SS.

비교예 3-벤츄리관을 이용하지 않은 캐비테이션 및 오존처리Comparative Example 3 Cavitation and ozone treatment without using a venturi tube

캐비테이션과 오존접촉펌프에 의한 오존처리를 실시한 경우의 실험결과도 대한민국특허등록 제10-0948494호를 참조할 수 있다. 오존 투입량에 따른 실험결과는 다음과 같다. Experimental results in case of ozone treatment by cavitation and ozone contact pump can also be found in Korean Patent Registration No. 10-0948494. Experimental results according to ozone input are as follows.

(3-1) 오존 투입량 30g/hr (3-1) Ozone input amount 30 g / hr

Figure pat00004
Figure pat00004

(3-2) 오존 투입량 50g/hr (3-2) Ozone input amount 50 g / hr

Figure pat00005
Figure pat00005

단위 오존 투입량에 따른 처리 성능 비교Comparison of treatment performance according to unit ozone input

오존 투입을 실시한 실시예 1, 비교예 2 및 3의 장치를 이용한 경우 단위 오존 투입량당 SCODcr 증가비율을 비교하면 다음과 같다. When the apparatuses of Example 1 and Comparative Examples 2 and 3 in which ozone was introduced were used, the rate of increase of SCODcr per unit ozone input amount was as follows.

구분division 오존투입농도Ozone input concentration SCODcr 증가량Increase in SCODcr 단위 오존투입량당 SCODcr 증가비율Increase rate of SCODcr per unit ozone input 비고Remarks
(처리량, 오존발생량, 오존투입시간)(Throughput, ozone generation, ozone injection time)
실시예 1Example 1 120mg/L120 mg / L 1200mg/L1200mg / L 1010 1m3, 50g/hr, 2.4hr1 m 3 , 50 g / hr, 2.4 hr 비교예2Comparative Example 2 1One 250mg/L250mg / L 520mg/L520mg / L 2.082.08 20L, 30g/hr, 10min20 L, 30 g / hr, 10 min 22 417mg/L417 mg / L 870mg/L870 mg / L 2.092.09 20L, 50g/hr, 10min20 L, 50 g / hr, 10 min 비교예3Comparative Example 3 1One 250mg/L250mg / L 1,028mg/L1,028 mg / L 4.114.11 20L, 30g/hr, 10min20 L, 30 g / hr, 10 min 22 417mg/L417 mg / L 1,204mg/L1,204 mg / L 2.892.89 20L, 50g/hr, 10min20 L, 50 g / hr, 10 min

상기 표 6으로부터, 벤츄리관을 사용하지 않고 오존접촉펌프를 이용하여 실시한 경우(비교예 2) 또는 캐비테이션과 오존접촉펌프를 이용하여 실시한 경우(비교예 3)의 경우와 비교하여 본원발명과 같이 고압 캐비테이션 후 벤츄리관을 이용하는 경우 동일 오존투입량 대비 훨씬 우수한 SCODcr 증가, 즉 슬러지 가용화 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
It can be seen from Table 6 that compared with the case where the ozone contact pump is used (Comparative Example 2) or the case where the ozone contact pump is used (Comparative Example 3) without using a venturi tube, It can be seen that when the venturi tube is used after cavitation, the SCODcr increase, that is, the solubilization effect of the sludge, can be obtained much better than the same ozone input amount.

비교예 4-벤츄리관을 이용한 저압 캐비테이션만 실시Comparative Example 4 - Low pressure cavitation using a venturi tube only

삼창기업의 대한민국특허등록 제10-0866620호의 도 3은 벤츄리관의 수가 슬러지 가용화 효율에 미치는 영향을 그래프로 나타내고 있다(도 5 참조). FIG. 3 of the Korean Patent Registration No. 10-0866620 of Samchang Corporation graphically shows the influence of the number of the venturi pipes on the sludge solubilization efficiency (see FIG. 5).

도 5에 의하면, 벤츄리관 1 개로 20시간 처리 후에는 1,600 ㎎/L의 SCOD 값을 보였다. 반면, 벤츄리관 2 개를 직렬로 연결한 경우에는 운전시작과 동시에 SCOD가 증가하여 14시간 처리 후에 SCOD 농도가 2,700 ㎎/L에 도달하였으며, 그 이후부터는 SCOD 증가량이 미미하였다. 20시간 처리 후의 SCOD 증가량은 벤츄리관 두 개를 직렬로 연결한 경우가 벤츄리관이 하나일 때보다 약 2배였다. 이는 벤츄리관 두 개를 직렬로 연결함으로써 캐비테이션 발생 영역이 2배로 확장되는 효과가 있음을 보여준다. 5, SCOD values of 1,600 mg / L were obtained after 20 hours of treatment with one venturi tube. On the other hand, when two venturi tubes were connected in series, the SCOD reached to 2,700 ㎎ / L after 14 hours treatment at the start of operation, and thereafter, the increase of SCOD was insignificant. The increase of the SCOD after 20 hours treatment was about twice that of the venturi tube when two venturi tubes were connected in series. This shows that the cavitation generation area is doubled by connecting two venturi tubes in series.

본원발명과 대비하면 비교예 4는 매우 느린 처리 성능을 보인다. 비교예 4는 벤츄리관 1개로 20시간의 처리를 해야 SCOD값이 1,600mg/L이고 2개로 10시간의 처리를 해야 이 정도의 SCOD 증가를 얻을 수 있었다. 이에 비해 본원발명에서는 고압캐비테이션 후 저압캐비테이션을 2단 거쳐서 SCOD값이 1,550mg/L에 달하며, 이 때 처리 시간은 1분 이내 ~ 3분까지 소요된다. 이러한 시간 단축은 처리설비를 위한 공간, 면적이 작게 되고 컴팩트한 설비 구현을 가능하게 하여 시설투자비 및 운영관리비용을 줄이는 효과로 귀결된다.
Compared with the present invention, Comparative Example 4 shows very slow processing performance. In Comparative Example 4, SCOD value of 1,600 mg / L was required to be treated for 20 hours with a single venturi tube. In contrast, in the present invention, the SCOD value reaches 1,550 mg / L through two stages of low-pressure cavitation after high-pressure cavitation, and the treatment time is within one minute to three minutes. This shortening of time shortens the space and area for the treatment facility and enables the implementation of the compact facility, resulting in the reduction of the facility investment cost and the operation management cost.

비교예 5-오존주입후 PFR 반응기를 사용한 실시Comparative Example 5 - PFR reactor after ozone injection

Praxair Technology, Inc의 US Patent 7,695,622(April 13, 2010)은 슬러지 감량화를 위하여 슬러지를 오존으로 처리함에 있어 오존을 주입하는 양을 다른 이전 문헌들에 비해 줄일 수 있는 기술을 제시하고 있다. 이러한 방법으로 오존을 단일 또는 다중(multiple) 주입점에서 주입한 후 플러그 플로우(plug flow) 반응기에 연계되어 처리되도록 하고 있다. 그러나 슬러지의 가용화 정도를 나타내는 SCOD값을 제시하고 있지 않아 직접 비교는 어렵다. US Patent 7,695,622 (April 13, 2010) by Praxair Technology, Inc., presents a technique that can reduce the amount of ozone injected in treating sludge with ozone for sludge reduction compared to other prior art documents. In this way, ozone is injected at a single or multiple injection points and is then processed in conjunction with a plug flow reactor. However, direct comparison is difficult because SCOD value indicating the degree of solubilization of sludge is not presented.

다만 캐비테이션을 거쳐 오존처리하는 본 발명에서는 오존을 100mg/L~150mg/L 정도로 투입한다. TSS 10,000mg/L 인 슬러지를 연속혼합반응기(CSTR)에 두고 1개의 벤츄리관을 사용하여 오존처리하는 경우 오존주입률 120mg/L에서 SCOD 증가율이 400mg/L에서 1200mg/L로 증가하였는데, 앞에 고압 캐비테이션이 포함된 경우에는 1600mg/L로 증가하였다. 본 발명의 경우 이 조건에서 슬러지 감량율이 40%로, 이를 비교예 5에 제시된 0.05kg O3 consumed/kg Sludge reduced와 비교하면 0.025kg O3 consumed/kg Sludge reduced로 오존처리 효율이 2배 정도 되는 것을 알 수 있다. 결과적으로 동일한 오존 투입에 대해 본 발명에서는 2배 정도 슬러지 감량 효과가 있음을 알 수 있다.
However, in the present invention in which ozone treatment is performed through cavitation, ozone is injected at about 100 mg / L to 150 mg / L. When the sludge with TSS of 10,000 mg / L was placed in the continuous mixing reactor (CSTR) and the ozonation was carried out using one venturi tube, the SCOD increase rate increased from 400 mg / L to 1200 mg / L at the ozone injection rate of 120 mg / And increased to 1600 mg / L when cavitation was included. In the case of the present invention, the sludge reduction rate is 40% under this condition, which is 0.025 kg O 3 consumed / kg sludge reduced compared with the 0.05 kg O 3 consumed / kg sludge reduced shown in Comparative Example 5, . As a result, it can be seen that the present invention has about twice the effect of sludge reduction on the same ozone input.

이상 실시예 및 비교예에서 살펴본 바와 같이, 오존처리없이 캐비테이션만 실시한 비교예 1 및 비교예 4의 경우는 오존처리를 실시한 경우에 비하여 슬러지 가용화율이 현저히 낮게 된다. 또한 비교예 2 및 비교예 5의 경우처럼 벤츄리관을 사용하지 않고 오존접촉펌프를 이용하여 실시한 경우 또는 벤츄리관을 통한 오존주입 후 PFR 반응기를 이용하는 경우에도 본원발명에 경우보다 처리율이 낮다. 또한 고압캐비테이션 후에 벤츄리관을 사용하지 않고 일반 오존 접촉 펌프를 이용하는 경우보다 본원발명과 같이 고압 캐비테이션 후 벤츄리관을 이용하는 경우 동일 오존투입량 대비 훨씬 우수한 SCODcr 증가, 즉 슬러지 가용화 효과를 얻을 수 있다.As has been described in the above examples and comparative examples, in the case of Comparative Example 1 and Comparative Example 4 in which only cavitation was performed without ozone treatment, the sludge solubilization ratio was significantly lower than in the case of ozone treatment. Also, when the ozone contact pump is used without using a venturi pipe as in the case of Comparative Example 2 and Comparative Example 5, or when a PFR reactor is used after ozone injection through a venturi pipe, the throughput is lower than in the case of the present invention. In addition, when the venturi tube is used after the high-pressure cavitation as in the present invention, the SCODcr increase, that is, the sludge solubilization effect, which is much better than the same ozone injection amount, can be obtained as compared with the case where the general ozone contact pump is used without using the venturi tube after high pressure cavitation.

1 제1 슬러지 저장조
2 고압펌프(HPP)
3 오리피스
4 캐비테이션 챔버
5 벤츄리부
6 오존주입부
7 제2 슬러지 저장조
10 여과조
20 오존접촉조
30 기액혼합펌프
40 액체이송펌프
50 인젝터/벤추리
1 First sludge storage tank
2 High pressure pump (HPP)
3 orifice
4 Cavitation chambers
5 Venturi Department
6 ozone injection part
7 Second sludge storage tank
10 filtration tank
20 Ozone contact tank
30 gas-liquid mixing pump
40 liquid transfer pump
50 Injector / Venturi

Claims (6)

폐활성슬러지를 가용화하기 위한 전처리 장치에 있어서,
처리될 폐활성슬러지를 수용하는 제1 슬러지 저장조;
상기 제1 슬러지 저장조로부터의 슬러지를 7bar ~ 560bar의 압력으로 캐비테이션 챔버에 도입하기 위한 고압펌프;
상기 고압펌프로부터 배출되는 고압 슬러지가 통과하면서 캐비테이션이 발생될 수 있도록 오리피스를 구비한 캐비테이션 챔버;
상기 캐비테이션 챔버로부터 배출되는 슬러지에 오존을 주입하기 위한 오존주입부를 구비한 벤츄리부;
상기 벤츄리부의 하류에 설치되어 처리된 슬러지를 저장하는 제2 슬러지 저장조; 및
상기 벤츄리부의 하류와 상기 제2 슬러지 저장조 사이에. 벤츄리부로부터 배출되는 슬러지를 오존 처리하기 위한 오존접촉조를 포함하며, 상기 오존접촉조에는 오존접촉조의 슬러지 일부를 인출하여 오존을 주입한 후 다시 오존접촉조로 주입시키기 위한 벤츄리인젝터가 구비된 것을 특징으로 하는 폐활성슬러지 전처리 장치.
A pretreatment apparatus for solubilizing waste activated sludge, comprising:
A first sludge storage tank for receiving waste activated sludge to be treated;
A high pressure pump for introducing the sludge from the first sludge storage tank into the cavitation chamber at a pressure of 7 bar to 560 bar;
A cavitation chamber having an orifice through which high pressure sludge discharged from the high pressure pump passes and cavitation can be generated;
A venturi unit having an ozone injection unit for injecting ozone into the sludge discharged from the cavitation chamber;
A second sludge storage tank disposed downstream of the venturi unit to store treated sludge; And
Between the downstream of the venturi and the second sludge reservoir. And an ozone contact tank for ozone treatment of the sludge discharged from the venturi portion. The ozone contact tank is provided with a venturi injector for drawing a part of the sludge of the ozone contact tank to inject ozone into the ozone contact tank again. The waste activated sludge pretreatment apparatus comprising:
제1항에 있어서,
상기 벤츄리부는 1개 내지 10개의 벤츄리관이 직렬 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 폐활성슬러지 전처리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the venturi part is constituted by connecting one to ten venturi pipes in series.
제1항에 있어서,
상기 벤츄리관에 연결된 오존주입부는 벤츄리관의 단면적이 가장 좁은 목 부분에 연결된 것을 특징으로 하는 폐활성슬러지 전처리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the ozone injection unit connected to the venturi pipe is connected to a neck having a narrowest cross-sectional area of the venturi pipe.
제1항에 있어서,
상기 제1 슬러지 저장조의 전단 혹은 후단에, 처리될 슬러지로부터 소정 크기 이상의 이물질을 걸러내기 위한 여과조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐활성슬러지 전처리 장치.
The method according to claim 1,
Further comprising a filtration tank at a front end or a rear end of the first sludge storage tank for filtering out foreign substances having a predetermined size or more from the sludge to be treated.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 장치를 이용하여 폐활성슬러지를 전처리하는 방법.
A method for pretreating a waste activated sludge using the apparatus of any one of claims 1 to 4.
제5항에 있어서,
상기 폐활성슬러지는 벤츄리부로 도입되기 전에 알칼리, 과산화수소, 또는 알칼리 및 과산화수소로 처리된 것을 특징으로 하는 방법.
6. The method of claim 5,
Characterized in that the waste activated sludge is treated with alkali, hydrogen peroxide, or alkali and hydrogen peroxide prior to introduction into the venturi.
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