KR20160090343A - 액체 슬러지를 처리하기 위한 방법 및 장치 그리고 그러한 방법에 의해서 얻어진 필터 케이크 - Google Patents

액체 슬러지를 처리하기 위한 방법 및 장치 그리고 그러한 방법에 의해서 얻어진 필터 케이크 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액체 슬러지(2)를 처리 및 컨디셔닝하기 위한 방법 및 장치(1), 그리고 그러한 방법에 의해서 얻어진 응고된 슬러지 케이크에 관한 것으로서, 0. 05 m3 미만의 작은 부피를 가지는 제1 영역(8) 내에서, 제1 에멀전(14)을 생성하기 위해서, 슬러지의 제1 에멀전(14)이, Q’> 5Q의, 유량(Q’)(Nm3/h)으로 용기 내로 주입되는 공기(13)를 이용한 슬러지의 충격으로 인해서, 제1 유량(Q)(m3/h)으로 공급되는 인-라인 용기(5, 6) 내에서 생성되고, 이어서 제1 특이적 길이(L1)에 걸쳐서 연장하는 용기의 제2 영역(16) 내로 이송되고, 이어서 제2 특이적 길이(L2)에 걸쳐서 연장하는 챔버(19) 내에서 수두 손실(18)을 생성하는 구성요소를 통해서 방출된다. 적어도 부분적으로 탈기화되는, 제2의 응고된 에멀전(23)을 획득하기 위해서, 적어도 하나의 응집제(22)가 주입된다. 이러한 방식으로 얻어진 제2 에멀전(23) 내의 현탁 물질이 이어서 여과되거나 디캔팅된다.

Description

액체 슬러지를 처리하기 위한 방법 및 장치 그리고 그러한 방법에 의해서 얻어진 필터 케이크{METHOD AND DEVICE FOR TREATING LIQUID SLUDGE AND FILTER CAKES OBTAINED BY SAID METHOD}
본 발명은 공기를 슬러지 스트림 내로 주입하는 것에 의해서 액체 슬러지를 처리하기 위한 프로세스에 관한 것이다.
본 발명은 또한 그러한 프로세스를 이용하여 액체 슬러지를 처리하기 위한 장치 및 그러한 프로세스로 획득된 슬러지 케이크에 관한 것이다.
본 발명은, 비배타적으로, 물 처리로부터 초래되는 및/또는 산업용 물 침전 탱크 내에서 축적된 슬러지의 부피를 감소 및/또는 농후화(thickening)시키는 분야의 적용예에서 특히 중요하다.
저장 탱크의 투과성(permeable) 하단 상에서 이동 가능한 기계적 스크레이퍼(scraper)에 의해서 콤팩트(compact) 슬러지의 건조도(dryness)를 개선할 수 있게 하는 슬러지 농후화기가 이미 공지되어 있다(FR　2　729　383).
그러한 장치는, 뚫는 수단을 필요로 하는 막힘 위험을 가지고, 기계적 장비의 취약성을 나타낸다.
피상적인 탈기, 슬러지 내로의 재응집 반응물(reflocculation reagent)의 주입, 및 마지막으로 적어도 하나의 층상형(lamellar) 농후화기 내에서의 농후화를 필요로 하는, 응집/침전에 의한 물 처리로부터 초래되는 슬러지의 농후화를 위한 프로세스가 또한 공지되어 있다. 여기에서 다시, 농후화가 기계적으로 제공되고 빈번한 막힘을 피할 수 없다.
배수(draining) 테이블 시스템이 또한 공지되어 있으나, 그러한 시스템은 상당한 개발상의 제약을 가지며, 상단한 크기의 시설을 필요로 한다.
회전 드럼 유형의 기계적 농후화 시스템이 또한 공지되어 있다.
이들은, 강건하나 결과와 관련하여 제한된 시스템인데, 이는 그러한 시스템이 30 내지 40　g/l 초과의 DM을 농후화시키는 것을 기대할 수 없기 때문이다.
침전 탱크에 의해서 형성된 정적인 농후화 시스템이 또한 공지되어 있다.
그러나, 정적인 농후화의 경우에, 체류 시간이 상당하고, 불행하게도, 슬러지의 혐기성 진화(anaerobic evolution)를 생성하여, 역겨운 악취 및 슬러지의 콜로이드성 성질의 증가를 유발한다.
본 발명의 목적은, 특히 걸림이 발생할 수 있는 기계적 시스템 또는 처리하고자 하는 슬러지의 구조적 변경을 생성하는 시스템을 이용하지 않고, 수압 시스템 및 또한 저렴한 반응물(압축 또는 부스트(boosted) 공기, 통상적인 응집제)을 이용한다는 점에서, 이전에 공지된 것 보다 실제적인 요건을 보다 양호하게 만족시키는 프로세스 및 장치를 제공하는 것이며, 그에 따라 슬러지의 신속한 오염제거를 허용하면서, 본 발명에 따른 농후화 프로세스의 이용은 단지 몇 초 또는 몇 분을 필요로 한다.
이를 위해서, 본 발명은 연속적인 또는 (대안적인 회분처리(batch)에 의한) 반-연속적인 슬러지의 처리 및/또는 농후화의 원리로 작용하고, 엔클로저(enclosure)로 연속적인 유동으로 슬러지가 공급되는 한편, 동시적으로, 큰 유량(몇 십, 또는 심지어 몇 백 Nm3/h)의 공기가 내부로 주입되어, 공기 및 슬러지가 만나는 위치에서, 에멀전의 빠른 속력(V)(V　>　10　m/s)(예를 들어 50　m/s)가 얻어지게 하며, 에멀전은 강한 공기 스트림 내에서 슬러지의 복수의 액적(droplet)으로부터 형성되며, 미리 결정된 압력 강하가 엔클로저의 배출부에서의 및/또는 내에서의 협소화에 의해서 에멀전 내에서 생성되고, 응집제가 그러한 협소화 이후에 주입되고, 에멀전이 대기압에서 탈기되고, 여과 또는 침전 장치 내에서 모든 것이 회수된다.
유리하게, 슬러지가 또한 둑(weir)을 가지는 용기 내에서 온라인 하류에서 신속하게 농축된다.
이러한 목적으로, 본 발명은 특히 액체 슬러지를 처리 및 컨디셔닝하기 위한 프로세스를 제공하고, 슬러지의 제1 에멀전이, Q' > 5Q의, 유량(Q')(Nm3/h)으로 용기 내로 주입되는 공기로 슬러지를 블래스팅(blasting)하는 것에 의해서, 제1 유량(Q)(m3/h)으로 슬러지가 연속적으로 공급되는 가압된 온라인 용기 내에서 생성되고, 이어서 에멀전의 회수 및 탈기 이전에 압력 강하를 생성하는 부재를 통해서 용기의 배출부에서 방출되고, 이어서 그렇게 얻어진 에멀전의 현탁된 물질(suspended matter)이 여과되거나 침전되어 남게 되고, 그러한 물질을, 연속적으로 비워지는 액체 부분으로부터 분리하는, 프로세스에 있어서,
슬러지 및 공기가 용기의 제1 구역 내로 주입되고, 이어서 그렇게 형성된 에멀전이 미리 결정된 제1 길이(L 1 )에 걸쳐서 연장하는 용기의 제2 구역을 향해서 방출되고, 공기의 그리고 슬러지의 제1 구역 내로의 주입 및 길이(L1)는 공기 내의 슬러지의 적하물(drop)로부터 형성되는 제1 에멀전을 구성하는데 있어서 적합하며,
그러한 방출은, 엔클로저 내에서 응고된 그리고 응집된 슬러지 내의 공기의 제2 에멀전을 획득하기 위해서, 적어도 하나의 응집제가 내부로 주입되는, 미리 결정된 제2 길이(L 2 )에 걸쳐 연장하는 엔클로저 내에서 실시되고,
제2 에멀전이 엔클로저의 환기에 의해서 적어도 부분적으로 탈기되는 것을 특징으로 한다.
유리하게, 제1 구역은 특히 (예를 들어, 벤투리 또는 배관 긴축부 내와 같이) 2개의 측벽 사이에 한정된 작은 부피이고 예를 들어 0.005　m3 미만이다.
"반-연속적"이라는 용어는, 연속적인 또는 반-연속적인 처리를 가능하게 하여, 결과적으로 우수한 속도(rate)를 허용하기 위해서, 상황에 따라 서로 교대로 대체되는, 또는 실질적으로 중단 없는, 연속적인 회분처리(batch)를 의미하기 위한 것이다.
여기에서, 제1 에멀전이 다소 슬러지 에멀전이라는 것이 관찰된다. 이는, 슬러지가, 연속적인 상인 공기 내에 분산된 상으로 존재하는 에멀전을 의미하는 것을 의도한다.
제2 에멀전은, 다른 한편으로, 슬러지 내의 가스의 에멀전 대신에, 슬러지 응집체(floc) 내에 갖힌 마이크로미터 또는 밀리미터의 가스 기포를 갖는 응집제이다.
주입 구역의 특히 감소된 크기(예를 들어, 0.01　m3)는 우수한 슬러지/공기 혼합을 허용할 것이다.
사실상, 이러한 장소에서, 고속 구역이 존재하여, 가스 내에서 슬러지가 파괴될 수 있게 하는 운동 충격을 유발한다. 이어서, 그렇게 얻어진 에멀전이, 특정 길이에 걸쳐서 연장하는 용기의 제2 구역 내로 전달된다.
제1 및 제2 구역이 긴축부(벤투리 및/또는 오리피스)에 의해서 분리되어, 분리된 2개의 챔버 내에서 2개의 구역을 형성할 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다.
이러한 길이는 필수적으로, 약간이라도, 용기의 배출부를 향해서 침하(depression gradient) 구배를 유발하고, 이는 슬러지의 응집, 응고, 압밀(compaction)을 허용하고 그후 후속되는 처리를 위해서 변경된 제1 에멀전을 준비할 수 있게 한다.
유리하게, 미리 결정된 제1 길이(L 1 )는 50 센티미터 보다 길고, 예를 들어 1 m 보다 길며, 예를 들어 1　m 50이다.
그에 따라, 압력/감소된 압력 시퀀스가 실현되고, 이는 놀랍게도, 건조도에 있어서의 보다 큰 이득을 종료시에 획득할 수 있게 하는 물질의 상태(에멀전)를 생성한다.
특히, 압력은, 정전기적 결합(쿨롱 유형) 또는 쌍극성 결합(반데르발스 유형)을 불안정화 및 파괴할 수 있고 그에 따라 물이 유기 단편을 배출하게 하는 에너지를 도입한다.
후속되는 분산은, 그 측면에서, 낮은 압력의 구역을 향한 슬러지 가속 이동 및 팽창 또는 인발을 생성하고, 콜로이드 불안정화 및 파괴 효과 및 결합-파괴 효과를 지속시킬 것이다.
선택적으로 그리고 유리한 실시예에서, 희망하는 효과를 연장/단순화/생성하기 위해서, 압축 및 이어지는 감소된 압력의 시퀀스가 다시 반복된다.
이러한 경우에, 본 발명에 의해서 획득된 기술적 효과가, 반응기 치수 및 활성-구역 조건 하에서 공기로 슬러지를 파괴하는 것에 의해서 얻어진 슬러지의 다공성화(porosification)로, 이어서, 처리된 오수의, 사용되는 유량의 그리고 사용되는 응집제의 함수로서, 당업자가 보다 정밀하게 그리고 당연하게 비례 조정(proportion)할 수 있는 용기와 엔클로저 사이의 압력 강하로 먼저 그리고 우선적으로 링크된다.
공기가 슬러지 스트림 내로 도입되고, 그에 따라 공기와 슬러지 사이의 충격을, 이어서 예를 들어 공기 흡입의 벤투리 시스템을 이용할 때 확인될 수 있는 바와 같은 압력차를 유도한다.
유리하게, 미리 결정된 제2 길이(L 2 )는, 그 측면에서, 1 m 보다 길고, 보다 유리하게 2 m 또는 3 m 보다 길고, 예를 들어 5　m 이상이다.
유리한 실시예에서, 이하의 배열 중 하나 및/또는 다른 것에 부가적으로 및/또는 추가적으로 의존한다:
-　1.5　바아　<　P　<　10 바아가 되도록 용기 내의 평균 압력(P)이 정해지고, 10Q　≤　Q'　≤　100Q, 예를 들어 Q'　>　50Q이 되도록 Q'이 정해지며;
- 에멀전이 용기의 배출부에서, 예를 들어 교반 수단을 구비하는 탈기 챔버 내에서 강력하게 탈기되고;
-　온라인 용기는, 평균 직경(d) 및 높이(H　≥　10d)를 가지는 컬럼이고, 슬러지는 슬러지 공급부(feed)의 레벨에서(예를 들어 위 또는 아래) 주입되는 공기에 의해서 생성되는 기체 베드 내에서 컬럼의 하단 부분 내에서 도입되고;
- 액체 슬러지가 컬럼 내에서 용기의 벽 또는 내부 스크린 상으로 투사되고(projected), 그에 따라 기체 스트림 내의 슬러지의 파괴를 개선한다. 이러한 것을 하기 위해서, 슬러지-공급 용기 내의 배출부가 유리하게 벽 및/또는 스크린에 대향하여, 짧은 거리, 예를 들어 5 cm 미만에서 위치되고;
- 슬러지가 정적 혼합기를 통해서 용기의 하단 부분 내에서 도입된다. 정적인 혼합기는 그 자체적으로 공지된 시스템이고, 에너지가 공급되지 않으며, 슬러지-공급 관 내에 위치되고 그리고, 예를 들어, 정적 교반 블레이드 및/또는 비스듬한 격막, 등을 포함하며;
- 응집제는, 환기 전에, 용기의 인접한 배출부에서 주입되는 중합체이다. 이는, 예를 들어, 양이온 유형의 유기 응집제이고;
- 모래, 칼슘 카보네이트, 소석회, 산화 반응물, 및/또는 응고를 돕는 반응물로부터 취한 적어도 하나의 반응물이 용기의 상류에서, 슬러지 스트림 내로 도입되고;
- 모래, 칼슘 카보네이트, 소석회, 산화 반응물, 및/또는 응고를 돕는 반응물로부터 취한 적어도 하나의 반응물이 용기의 하류에서 도입되며;
- 엔클로저는, 용기의 평균 통과-횡단면과 균등한 평균 통과-횡단면을 갖는 관형이고;
- 관형 엔클로저는, 응집제가 배출부에서 주입되는, 용기의 배출부의 하류에서 압력 강하를 생성하는 적어도 하나의 요소를 포함하고;
- 관형 엔클로저는, 적어도 하나의 반응물 및/또는 공기가 배출부에서 도입되는, 제1 발생기 요소의 상류의 압력 강하를 생성하는 적어도 하나의 제2 요소를 포함하며;
- 압력 강하를 생성하는 요소(들)가 벤투리이고;
- 신속하고 및/또는 대략적으로 순간적인(몇 초 또는 심지어 몇 분, 예를 들어 7 내지 10 분) 슬러지의 농축이, 응축제로서 작용하는, 미리 결정된 부피를 한정하는 챔버 내의 응집된 에멀전의 부양(flotation)/침전에 의해서 실시되며, 응축된 슬러지는, 예를 들어, 범람을 통해서, 연속적으로 방출된다.
놀랍게도, 내부로 송풍된 공기의 상당한 부피는, 부양 중에 슬러지의 상승 속도를 상당히 증가시키는(10 이상의 인자(factor)가 곱해진 상승 속도가 관찰됨), 사실상 매우 큰 공기 기포(몇 밀리미터 초과)와 혼합된 슬러지를 생성하였다.
유리하게, 미리 결정된 부피를 한정하는 챔버의 표면을 다소 차단하는 것에 의해서, 이어서 그리고 부가적으로, 그 중량으로 인해서 침전될 수 있는, (이용되는 공기 및 슬러지의 유량에 따라서) 부유 층의 두께를 조절하여, 100 내지 120　g/l의 DM의 농도를 획득할 수 있게 하며, 응집된 슬러지 아래에서 얻어진 물의 투명도 및 품질이 여전히 예외적으로 유지된다는 것(200　mg/l 미만의, 또는 생물학적 슬러지의 경우에 심지어 100　mg/l의 COD)을 알 수 있고;
- 원심분리, 여과 및/또는 압착에 의해서, 슬러지의 보완적인 처리가 관형 엔클로저의 하류에서 실행되며;
- 주입되는 공기가 가열되고 및/또는 수증기와 혼합되며;
- 공기가 슬러지에 대해서 역류 모드 모드로 주입되거나, 선택적으로 슬러지 스트림에 대한 역류 모드에서 나선형 유동을 형성하도록 주입되거나, 슬러지 스트림에 대해서 직각으로, 또는 슬러지 스트림의 방향으로 주입된다.
본 발명은 또한 전술한 바와 같은 프로세스를 이용하는 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 액체 슬러지를 처리 및 컨디셔닝하기 위한 장치를 제공하고, 그러한 장치는 온라인 용기, 제1 유량(Q)(m3/h)으로 연속적으로 슬러지를 용기로 공급하기 위한 수단, Q' > 5Q에서, 유량(Q')(Nm3/h)으로 공기를 용기로 공급하기 위한 수단, 그리고 액체 부분을 현탁된 물질로부터 분리하기 위해서 그리고 연속적으로 회수하기 위해서 그렇게 응집되고, 배열된 에멀전을 여과 및/또는 침전시키기 위한 수단을 포함하는 장치에 있어서, 슬러지 및 공기를 용기로 공급하기 위한 수단이, 슬러지 및 공기를 용기의 제1 구역 내로 주입하도록, 이어서 공기 내의 슬러지의 적하물의 제1 에멀전을 형성하기 위해서 제1 길이(L 1 )에 걸쳐서 혼합물을 이송하도록 배열되고,
용기 내에서 얻어진 제1 에멀전의 방출을 위한 엔클로저를 포함하고, 챔버는 미리 결정된 길이(L 2 )에 걸쳐 연장하는 관형이고, 환기 수단 및 적어도 하나의 응집제를 환기에 대한 상류에서 관형 엔클로저 내로 주입하여 응고된 그리고 응집된 슬러지 내에서 공기의 제2 에멀전을 형성하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
"미리 결정된 길이(L 1 또는 L 2 )"라는 용어는 0.5　m 초과, 유리하게 1　m, 예를 들어 2　m, 3　m 그리고 유리하게 5　m 초과, 예를 들어 10　m의 거리를 의미한다는 것을 이해하여야 할 것이다.
유리하게, 용기의 제1 구역이, 특히 2개의 측벽(작은 횡단면)(그 사이에서 슬러지가 그에 따라 도입되어 보다 큰 부피의 및/또는 더 넓은 횡단면의 제2 구역을 향해서 빠져나간다) 사이에 한정된, 0.05　m3 미만의 작은 부피를 갖는다.
작은 부피는, 예를 들어, 벤투리에 의해서 형성되고 및/또는 공기 및 슬러지의 동시적인 주입을 위한 장치의 또는 주입을 위한 수단의 일부이다.
유리하게, 온라인 용기는, 평균 직경(d) 및 높이(H　≥　10d)를 가지는 컬럼이고, 슬러지는, 슬러지 공급부의 레벨에서, 예를 들어 약간 아래 또는 약간 위(1 또는 몇 센티미터)에서, 주입되는 공기에 의해서 생성된 기체 베드 내에서 컬럼의 하단 부분 내에서 도입된다.
유사하게 유리하게, 컬럼은, 부가적으로, 슬러지의 제트를 파괴하기 위해서, 컬럼 내로 주입하기 위한 수단의 배출부에 배열된 내부 스크린을 포함한다.
더 유리하게, 장치는 용기의 상류에서 슬러지의 정적 혼합기를 포함한다.
유리하게, 엔클로저는, 압력 강하를 생성하는 적어도 하나의 요소, 예를 들어 벤투리를 포함한다.
하나의 유리한 실시예에서, 본 발명은, 부가적으로, 용기의 하류에 위치된 교반 수단을 구비하는 탈기 챔버를 제시한다.
유리하게, 범람을 통한 슬러지의 연속적인 배출을 위한 수단을 구비하는, 미리 결정된 높이(미리 결정된 범위 내의, 예를 들어, 슬러지 두께의 20　cm와 1　m 사이의)의 응집된 슬러지의 부양을 허용하도록 배열된 농축기로서 작용하는, 미리 결정된 부피를 한정하는 챔버가, 부가적으로, 엔클로저의 배출부 또는 하류에 제공된다.
본 발명은 또한, 부석(pumice stone)의 다공도와 동일하거나 유사한 다공도를 가지는 유기 슬러지로부터 획득된 응고된 슬러지 케이크를 제공한다. "동일하거나 유사한"이라는 용어는 ± 20%, 유리하게는 ± 10%와 동일한 다공도(Φ = V기공/V전체)를 의미한다.
예를 들어, 다공도는 예를 들어 속슬렛(Soxhlet)으로 알려진 추출기를 이용한 또는 진공 증류에 의한 샘플로부터의 유체의 추출 이후에 준비된 샘플에 대해서 자체적으로 공지된 방식으로 계산된다. 전체 부피(V 전체)는 예를 들어 측량에 의해서 측정되고, 이어서 예를 들어 비중병(pycnometer)으로 고체 부피가 측정된다.
부석의 다공도는 그 측면에서 약 85%(± 5%)이다.
유리하게, 케이크의 밀도는 예를 들어 0.5 내지 0.9　g/cm3 이다.
유리하게, 케이크는 전술한 바와 같은 프로세스 및/또는 장치에 의해서 얻어진다.
본 발명은, 비제한적인 예에 의해서 이하에서 주어진 실시예에 관한 이하의 설명으로부터 보다 명확하게 이해될 수 있을 것이다. 그러한 설명은 첨부 도면을 참조한다.
도 1은 본 발명에 따른 프로세스를 실시하는 장치의 제1 실시예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 장치의 제2 실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 장치의 제3 실시예의 동작의 도면이다.
도 4는 탈기기 및 응축기를 가지는 본 발명에 따른 제4 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 제5 실시예에 따른 장치의 정면도, 측면도 및 상면도이다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 장치의 부분 측면도이다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는, 각각, 도 5의 응축기의 상면도 및 단면적 측면도들이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 농축기의 상면도 및 단면적 측면도이다.
도 9는 본 발명과 함께 이용될 수 있는 농축기/부양 유닛의 다른 실시예의 사시도(그리고 투과도)이다.
도 1은, 큰 유기 함량을 가지는 그에 따라 특히 암모니아(NH3)를 발생시키는, 슬러지, 예를 들어 오염된 슬러지를 저장하기 위한 저장용기(4)로부터, 펌프(3)를 통해서, 예를 들어 펌핑되는 액체 슬러지(2)를 처리 및 컨디셔닝하기 위한 장치(1)를 도시한다.
장치는 예를 들어 30　cm 내지 50　cm의 직경(d)을 가지는 관형 컬럼(6)에 의해서 형성되는 용기(5)를 포함한다.
슬러지가 (나선형 스크류와 같은, 도시되지 않은 정적 혼합 수단을 구비하는) 침투 파이프(7)를 통해서 예를 들어 20　cm3/h의 유량(Q)으로, 작은 부피, 예를 들어 10 l의, 컬럼(6)의 하단 부분(9) 내에 위치된 제1 구역(8) 내로 주입된다. 구역(8)의 부피는 침투 파이프(7)의 단부(10)의 부피 연장선(volumetric extension) 내에 위치된 엔클로저의 부분에 의해서 그리고 예를 들어 원통형이고 단부(10)로부터 5 cm에 위치되는 대향 벽(11)에 의해서 한정된다.
장치(1)는 또한, 예를 들어 슬러지 공급부(파이프(7)) 아래에서, 엔클로저(6)의 유량(Q')(Nm3/h)의 공기(13)의 공급부(12)를 포함한다. 그러나, 공기가 또한, 예를 들어, 나선형 내부 램프(12')에 의해서, 슬러지 스트림에 대해서 역류 모드로 공급될 수 있다.
또한, 가스 유량의 값이 통상적으로 Nm3/h(표준 입방 미터/h)으로 주어진다는 것이 상기되고, 부피(Nm3/h)는, 이러한 경우에, 화학 엔지니어링 분야의 엔지니어인 당업자에 의해서 당연하게 용인되고 이해되는 바와 같이, 1 바아의 압력, 20 ℃의 온도 및 0% 습도와 관련된 그 값에서 고려된다.
공기는 컬럼(6)의 평균(average) 내부 압력에 대해서 상승된 압력(P')이고, 슬러지 유량 보다 상당히 더 큰 유량(Q'), 예를 들어 500　Nm3/h로 주입된다.
공기와 슬러지의 만남은 제1 슬러지 에멀전(14)을 생성하고, 공기 내에서 슬러지(분산된 적하물(15))가 파괴되고, 그러한 에멀전은 이어서, 예를 들어 몇 밀리바아의 컬럼의 하단(9)과 상단(17) 사이의 ΔP 를 가지고, 절대압력 약 1.5 바아의 평균 압력(P)에서, 엔클로저 내부에서 제1 에멀전의 연속적인 상승된 압력을 허용하는 배출 부재(18), 예를 들어 조절 게이트 및/또는 밸브를 포함하는 컬럼의 상단(17)에 도달하기 전에, 전체 높이가 H인 컬럼 내에서, 제1 길이(L1)를 가지는 제2 구역(16) 내에서 상승된다.
여기에서 설명된 발명의 실시예에 따라서, 장치(1)가 또한, 예를 들어 3　m의 미리 결정된 제2 길이(L2)에 걸친 제1 에멀전의 방출을 위해서 ½　d　≤　d'　≤　d가 되도록 하는 직경을 예를 들어 가지는 관형 엔클로저(19)를 포함한다.
엔클로저(19)는, 예를 들어 컬럼(6)의 배출부로부터 거리(L'2　=　¾　L2)에서, 그 내용물의 환기를 위한 환기부(20)를 포함한다.
이러한 환기부 상류에서, 장치(1)는, 자체적으로 공지된, 응집제(22)를 엔클로저(19) 내로 도입하기 위한 수단(21)(계량 펌프, 준비 용기, 등)을 포함하고, 그러한 수단은, 예를 들어, 엔클로저에 근접하여(예를 들어, 부재(18)로부터 5 cm) 위치되고, 그러한 응집제는, 예를 들어, 처리되는 슬러지에 따른 당업자에 의해서 적응되는, 공지된 유형의, 중합체로 구성된다.
이번 경우에 응집된 슬러지 내의 가스의, 제2 에멀전(23)의 포메이션(formation)은 다음과 같다.
관형 엔클로저는, 상승된 압력에 의해서 초기에 그리고 이어서, 에멀전이 환기부(20)를 통해서 일단 환기되면, 중력 하에서 또는 실질적으로 중력 하에서(기울기(α)), 유동을 가능하게 한다.
밸브(24)는 선택적으로 이러한 환기를 조절할 수 있게 한다.
이어서, 에멀전(23)이 저장용기 내로 낙하되고, 이러한 경우에 여과 백(25, 25')은, 표면에서 부유하는 탈수된 슬러지(26)를 회수할 수 있게 하며, 깨끗한 물(27)은 하단 부분에서 회수된다. 이어서, 백으로부터 추출되는 슬러지(26)의 케이크(28)가 저장되고 및/또는 확전된다. 놀랍게도, 그러한 케이크는 악취 또는 부엽토의 악취를 가지지 않는다.
분리된 물은, 슬러지와 동일한 물리화학적-유형의 처리로부터 이득을 취한다. 공기가 내부에 가두어지지 않으나, 그 산환환원(redox) 전위가 상승되었고, 콜로이드성 단편이 유기 물질에 부착되어, 현탁된-물질 및 유기-물질 적재량(load)이 매우 낮은, 투명한 물을 남긴다. 예를 들어, 5 내지 10　NTU의 혼탁도(turbidity)가 얻어진 반면, 벨트 필터에서, 25 내지 35　NTU의, 훨씬 더 혼탁한 물이 얻어진다.
동일한 초기 슬러지 품질에서, 여과액이 또한 종래 기술에서 보다 덜 점성적이다. CST의 측정은 여기에서 약 5　s인 반면, 종래 기술은 약 10　s를 획득한다.
COD가 또한 (1000 내지 3000　mg O2/l의 통상적인 원심분리기로 얻어진 동일한 슬러지의 여과액에 대해서) 생물학적 슬러지의 여과액에 대해서 100　mg O2/l 미만으로 그리고 소화된(digested) 슬러지의 여과액에 대해서 200　mg/l 미만으로 감소되었고, 또한 현탁된 물질 함량은 동일한 조건 하에서 종래 기술의 1000　ppm 초과에 대해서 <　50　ppm 이다.
도 2는, 축(34) 주위로 연장된 그리고 미리 결정된 높이(H), 예를 들어 1 m를 가지는 용기(33)의 단부 부분(32)에서 도입되는 액체 슬러지(31)의 처리를 위한, 본 발명에 따른 장치(30)의 다른 실시예를 도시한다.
용기가 평균 압력(P)에서, 예를 들어 절대압력 2　바아에서 유지되고, 예를 들어 300 mm의 직경(d)을 가지는 실린더에 의해서 형성된다.
슬러지는, 예를 들어 압력(P' > P)에서, 예를 들어 절대압력 3 바아에서 공기 유입부(36)를 통해서 슬러지의 도입부 상류에서 그리고 용기의 단부에서 또한 공급되는 단부 부분(32)에 위치된, 예를 들어 10 l의, 감소된 구역(35)으로 공급한다.
공기가 매우 큰 유량(Q'), 예를 들어 100　Nm3/h로 공급되고, 슬러지는, 그 측면에서, 유량(Q), 예를 들어 10　m3/h로 도입된다.
슬러지(31)는 상승된 압력인 공기 내에서 파괴되고, 약간 감소된 압력(ΔP)이 슬러지(35)의 유입부에 위치되는 용기와 용기의 슬러지 에멀전 하류(37)의 배출부 사이에 존재한다.
용기(33)의 배출부에, 예를 들어 0.4 바아의 압력 강하를 생성하는 벤투리(38) 및/또는 조절 밸브가 위치되고, 여기에서 슬러지 에멀전은, 벤투리의 하류에서 그리고 그에 근접하여(양호한 교반을 가능하게 하기 위해서, 예를 들어 10 cm에서), 41에서 반응물 및/또는 공기(탭(tap) 지점(42))가 내부로 주입될 수 있는, 압력(P1 < P), 예를 들어 여기에서 1.6 바아(취해진 예에서)인 직경(d')(예를 들어, d' = d)를 가지는 원통형 제1 부분(40)을 포함하는 관형 엔클로저(39) 내로 방출된다.
이러한 실시예에서, 관형 엔클로저는 또한, 제2 벤투리(44)에 의해서 제1 부분(40)으로부터 분리된, 원통형 제2 부분(43)을 포함하고, 제2 부분은, 예를 들어 d' = d” = d인, 직경(d”)을 갖는다.
벤투리(44)의 하류, 및 그 인접부 내에서(1 내지 10 cm), 자체적으로 공지된 수단(계량 펌프, 등)을 가지는, 응집제 공급부(45)가 제공되고, 환기를 위한 환기부(46) 및/또는 대기로 개방된 슬러지 배출부(47)가 제공되고, 그에 따라 배출부(47)에서 1 바아 = 1 대기압으로 신속하게 변화되는, 예를 들어 벤투리의 배출부에서의 1.3 바아의, 이러한 제2 부분 내의 압력(P2)이 매우 신속하게 대기압이 되고, 에멀전은, 응집제의 첨가 이후에, 중력 하에서 단부 상으로 유동하는 슬러지 응집체 내의 공기의 에멀전이 된다.
엔클로저의 전체 길이(L2
Figure pct00001
l1 + l2)는, 예를 들어 10　m이고, l1 = 3　m 이고 L2 = 7　m이나, 다른 값이 이용될 수 있고, l1과 l2 사이의 비율은 일반적으로 그러나 비제한적인 방식으로 l1 < l2이다.
장치(30)는 하단 부분 내의 정제된 물(49)의 그리고 상단 부분 내의 탈수된 슬러지(50)의 방출을 위한 필터(48) 및/또는 침전 탱크를 부가적으로 포함한다.
본 발명에 따른 장치(51)의 제3 실시예가 도 3에 도시되어 있다.
장치(51)는, 하단 부분 내의 탭 지점(53)을 통해서, 액체 슬러지가 공급되고, 이러한 탭 지점(53) 아래에서, 제2 탭 지점(54)을 통해서 큰 유량으로 압축 공기가 공급되는 용기(52)를 포함한다.
구체적으로, 용기는, 예를 들어 높이(h1 = 50　cm) 및 30 cm의 직경(d 1 )을 가지는, 즉 부피가 약 35 l인 원통형인, 작은 치수의, 공기 및 슬러지를 매우 격렬하게 혼합/교반하기 위한 저장용기(56)를 형성하는 제1 부분을 포함하는 수직 컬럼(55)에 의해서 형성되어, 파괴된 슬러지의 액적(58)의 제1 에멀전(57)을 획득할 수 있게 한다.
가압 공기의 강한 상향 스트림 내의 이러한 적하물의 에멀전이, 작은 직경(d2 < d1)의, 예를 들어 10　cm의, 저장용기(56)를 연장시키는, 원통형 파이프(59)로 후속하여 침투하고, 그러한 파이프는 예를 들어 1 m의, 길이(h 2 )(L1 = h1 + h2)에 걸쳐서 연장한다.
이러한 공기 컬럼에서, 기체 스트림은 포함되는 및/또는 슬러지로부터 초래되는 그리고 특히 암모니아(NH3)를 가지는 가스의 스트립핑을 실시하여, 놀랍고도 동작 조건 및 처리되는 유기 슬러지에 의존하는 방식으로, 슬러지 내에 갇힌 바람직하지 못한 가스의 실질적으로 완전한 제거(몇 ppm 미만)를 생성한다.
길이(l2)는 이러한 것을 실시하기 위해서 당업자에 의해서 유리하게 비례 조정된다.
엔클로저의 상단(60)에서, 관형 엔클로저(62)로의 방출을 위해서, 조절 밸브(61) 및/또는 게이트가 제공된다.
에멀전(57)의 압력이, 초기 저장용기(56) 내의 P1(예를 들어 3 바아)으로부터, 밸브(61)의 레벨에 위치되는, 용기의 컬럼(59)의 상단 부분 내의, P1 보다 약간 낮은, P2(2.890 바아)까지 변화되며, 이때 ΔP = P2- P1= 몇 밀리바아이고, 이어서, 밸브의 배출부에서, (밸브의 압력 강하의 결과로서) P3 = 2　바아까지 변화된다.
보다 구체적으로, 엔클로저(62)는 예를 들어 5　m인 길이(l3)를 가지는 제1 섹션(63)을 포함하고, 제1 섹션은 벤투리(64)로 종료되고, 이는 제1 섹션의 단부(65)에서의 압력(P3' < P3)이, 환기부(67)를 구비하는, 중력 하의 기울기의 엔클로저의 제2 섹션(66) 내의 압력(P4)으로 변화시키며, 섹션(66)은, 예를 들어 1 m의, 길이(l4)를 가지며, L2 = l3 + l4이다.
섹션(66)은, 자체적으로 공지된 방식으로, 71에서 연속적으로 비워지는, 액체 부분(70)으로부터 현탁된 물질(69)을 분리하기 위한 필터(68)로 연결된다.
엔클로저는 교반 및 혼합에 의해서 준비 저장용기(74)로부터 응집제(73)를 공급하기 위한 수단(72)을 포함한다. 계량 펌프(75)는, 밸브(61)의 배출부의 레벨에서 또는 밸브(61)에 의해서 생성된 압력 강하의 결과로서 매우 방해되는 구역(76) 내의 바로 근접하는 곳(즉, 몇 cm) 내에서 용기(52)를 떠나는 슬러지의 에멀전 내로 응집제를 제공한다. P3는 여기에서 그리고, 예를 들어 P2
Figure pct00002
2　바아로부터 P3 = 1.4　바아로 순차적으로 취해지고, P4는, 그 측면에서, 환기부(67)로 인해서 대기압이 되거나 대략적으로 대기압이 된다.
이러한 실시예에서, 예를 들어 탭 지점(78)에 의해서 또는 병렬로 응집제가 순차적으로 주입되는, 부가적인 공기 유입부(77)가 또한 제공되어 있다.
응집제를 이용한 처리의 배출부에서 에멀전(79)이 농밀화된 응집된 슬러지 내의 공기의 에멀전이 되기 시작한다.
2개의 섹션(63 및 66)이, 예를 들어 용기의 평균 직경과 동일한, 예를 들어 (d1 + d2)/2 인, 동일한 직경(d3)을 가지는 예를 들어 원통형이다.
10　m3/h의 액체 슬러지, 및 적어도 60　Nm3/h의 공기 스트림에 대해서, 그리고 주입의 모드가 어떠하든 간에, 용기는 5　m, 10　m, 30　m 또는 그 초과의 높이에 대해서 200　mm의 횡단면을 나타내며, 매우 강한 스트립핑 효과가 관찰되고, 공기는 슬러지와 긴밀하게 혼합된다.
응집제와 관련하여, 중합체, 예를 들어 양이온성 중합체가 바람직하게 이용될 것이다.
예를 들어, 7　g/l의 현탁된 물질을 포함하는 슬러지의 경우에, 예를 들어 5　g/l으로 준비된, 50 g의 미가공(crude) 중합체가 이용되고, 즉 1 m3 의 슬러지 마다 10　l(리터)의 용액이 주입되었다. 주입은 용기의 컬럼의 배출 직후에 실행된다.
슬러지는, 예를 들어 중력 하에서, 환기되는 파이프(미도시)를 통해서 여과 백(미도시) 내로 후속하여 방출되고, 농밀화된 슬러지가, 그 측면에서, 예를 들어 유입부에서 액체 슬러지에 대해서 50의 인자(factor) 만큼(여과 백 내에서의 배수 이전에 50을 곱한 현탁된 물질의 τ) 농밀화된, 블록을 구성하기 위해서 펠릿화(pelleting)하는 것에 의해서 예를 들어 회수된다.
변형예로서, 슬러지 입자들 사이의 충격을 개선하는 반응물이 부가될 수 있다. 반응물이, 예를 들어, 전술한 바와 같이, 슬러지의 현탁된 물질 함량의 10%, 5% 또는 1%의 양으로 이용될 수 있다.
이러한 반응물은, 예를 들어, 모래, 칼슘 카보네이트, 소석회, 등이다. 이는, 예를 들어, 액체 슬러지(미도시)와의 혼합을 위한 탱크 내에서 컬럼의 상류로 도입된다.
산화 반응물이 또한 제공될 수 있다.
도 4는 펌프(82)를 통해서 온라인 용기(83) 내로 주입된 슬러지(81)를 처리하기 위한 장치(80)를 도시한다. 용기(83)는, 예를 들어 평행육면체 또는 원통형인, 제1 챔버(85)에 의해서 형성된 작은 부피(50 l 미만)의 제1 구역(84)을 포함하고, 그 내부로 한편으로, 예를 들어 유량(Q)으로, 예를 들어 10　m3/h로 예를 들어 하단 부분 내에서 슬러지가, 그리고 다른 한편으로, 제1 공기/슬러지 에멀전(89)을 형성하기 위해서 슬러지 스트림에 수직으로, 예를 들어 서로 대향하는 2개의 측방향 탭 지점(88)에 의해서 유량(Q')(예를 들어 100　Nm3/h)으로, 부스터(87)로부터, 압축 공기 또는 부스트된 공기(86)가 주입된다.
챔버(85)는, 예를 들어, 절대압력 5 바아의 압력(P)이고, 예를 들어 절반(압력 강하를 유도하는 긴축부를 형성하는 결과로서) 만큼, 챔버의 횡단면 보다 작은 횡단면을 가지는 파이프(90)를 통해서, 예를 들어 챔버(85) 보다 큰 횡단면, 예를 들어 2배의 길이(L1)를 가지는, 대략적으로 원통형이고, 길쭉한 또는 관형인 형상의 제2 챔버(92)에 의해서 형성된 제2 구역(91)까지 연결되며, 공기/슬러지 혼합에 의해서 얻어진 제1 에멀전(89)은, 예를 들어 절대압력 4.5 바아의 낮은 압력(P')을 갖는다.
장치는, 교반 수단(96)을 구비하는 탈기 챔버(95)로 종료되는 관(94)으로 형성되는 엔클로저(93)를 포함한다.
관(94)은, 엔클로저의 상류 부분 및 엔클로저의 하류 부분 사이의 엔클로저 내의 압력을 수정할 수 있게 하는 제약 밸브(97)를 포함하고, 챔버(95) 내에서 탈기된 응집된 제2 에멀전(99)을 형성하기 위해서, 긴축부(97)의 하류에서, 자체적으로 공지된, 응집제를 주입하기 위한 수단(98)을 구비한다.
탈기 챔버(95)는, 예를 들어, 과다 공기를 방출하기 위한 충분한 부피를 가지는 원통형 저장용기이고, 중력 하에서, 배출 파이프(100)를 통해서, 부양 유닛으로서의 역할을 하게 될, 미리 결정된 부피를 한정하는 농축 장치 또는 챔버(101)로 공급한다.
탈기된 에멀전(99)은 장치의 하단 중간 부분(102)에 도달하고 표면으로 상승하는 고체 물질(103)로 그리고, 절두-원통형 형상의 제1 저장용기(106) 내에서 연속적으로, 105에서 중력 하에서 방출되는 투명한 물(104)로 즉각적으로 분리된다.
고체 물질(103)은, 고체 물질(108)를 펌핑(펌프(109))에 의해서 원심분리 유닛(110)으로 방출하는 예를 들어 협소화된 활송로(107)를 통해서 농축기/부양 장치(101)의 상단 부분에서 방출되고, 112에서 잔류 물이, 보충적인 저장용기(111) 내에서, 부가적으로 침전된다.
장치(101)의 저장용기(106)가 유리하게 작은 크기(그러나 필수적인 것은 아니다)이고, 즉 그리고 예를 들어 시간당 이송되는 슬러지의 부피의 1%에 상응하는 부피, 예를 들어 10　Nm3/h에 대한 100　l 를 갖는다.
저장용기가 감소된 또는 협소화된 횡단면의 활송로(107)에 의해서 폐쇄되어, 절대압력 1 바아 초과로 약간 상승된 압력, 예를 들어 1.2 바아를 유지할 수 있게 한다.
본 발명으로, 종래 기술에서 관찰되는 속도(2 내지 20　m/h) 보다 상당히 더 큰, 50 내지 250　m/h의 저장용기 내의 상승 속도(V)를 가지는, 완전히 예상치 못한 즉각적인 부양 현상이 존재한다.
본 발명에 따라서, 예외적으로 동적인 부양 효과가 관찰된다(이는, 특히, 작은 크기의 장치를 위해서 제공할 수 있게 한다).
예를 들어, 1　m2 의 표면적 및 1　m3　의 총 부피를 가지는 부양 유닛이, 10 내지 13　m3/h의 슬러지 및 200 내지 250　kg/h의 현탁된 물질을 관리할 수 있고 그리고 80 내지 120　g/l의 현탁된 물질을 포함하는 슬러지를 생산할 수 있다.
본 발명으로, 1 미터 초과까지 슬러지의 베드의 후박화(thickening)(E)를 남길 수 있다. 슬러지의 다공도와 조합된, 슬러지의 상승 속도는 또한 슬러지를 부양으로 매우 긴 시간 동안(원하는 경우에 그리고 저장용기가 그에 따라 비례 조정되는 경우에, 몇 시간) 유지할 수 있게 하고, 이는, 기본적인 물 품질에 해를 가하지 않으면서, 슬러지 케이크의 후박화를 허용하는 효과를 갖는다.
상승시에, 슬러지가 0.6 내지 0.9의 밀도를 갖는다. 다공도가 안정적이고, 예를 들어 3000 rpm의, 110에서의 원심분리 이후에도, 물 상에서의 슬러지가 부유하도록 허용하는 다공도를 슬러지가 유지하게 한다.
저장용기(106) 내에서, 및/또는 필요에 따라, 보충적인 저장용기(111) 내에서 슬러지가 충분하게 농밀화된 후에, 그러한 슬러지가 스크랩핑, 범람, 연속적인 펌핑 또는 회분처리 방식 프로세스(이러한 경우에, 보다 특별하게 설명된 활송로를 통해서 슬러지가 범람된다)에 의해서 추출될 수 있다.
농축 장치가 또한 컬럼일 수 있고, 또는 부유 물질을 회수하기 위한 시스템 및 이하의 도면을 참조하여 이제 설명되는 바와 같은 범람부를 구비하는 보다 복잡한 또는 단순한 탱크일 수 있다.
회분처리 방식 프로세스에서, 다른 장치가 충진되는 동안에, 슬러지가 제1 장치에서 또한 농후화되게 할 수 있다는 것을 주목하여야 한다.
200 내지 250　kg/h의 건성 물질의 하중의 경우에, 예를 들어 1　m3 및 1　m의 표면의 장치가 제공될 수 있다.
슬러지 부양은 사실상 효과적이고(부양 공기를 가압하고 그러한 빠른 상승 속도 및 그러한 지속적인 슬러지가 얻어질 수 없게 하는 통상적인 부양 유닛에 비교하여, 에멀전 상의 응집으로 인해서, 이러한 것을 가능하게 하는 것은 기포의 크기이다), 그에 따라 두꺼운 케이크가 얻어진다.
이어서, 그러한 케이크는, 침전 용기로부터 범람함에 따라서, 활송로(107)를 통한 분출에 의해서 빠져나가는 일종의 슬러지의 플러그를 형성한다.
이러한 놀라운 효과는, 어떠한 이동 부분도 없이 동작될 수 있고, 그에 따라 조립체의 에너지 소비를 제한하는 작은 크기의 용기를 이용할 수 있게 한다.
통상적인 부양 또는 농후화 시스템은, 본 발명으로 얻어지는 것 보다 3배 더 적은, 기껏해야 30 내지 40　g/l의 결과를 제공한다는 것을 상기하여야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따라서 그렇게 신속하게 얻어진 예외적인 농후화는 많은 장점을 가질 수 있다:
이는 소화장치(digester)로 진입하는 부피를 감소시키기 위해서 생물학적 슬러지를 농축시킬 수 있게 한다.
이는 원심분리기와 같은 분리 장비의 유입부에서 슬러지의 부피를 감소시킬 수 있게 한다.
이는, 원심분리기 장비 및 프레스-필터 장비가 그들의 최적의 성능 범위 내에서 동작할 수 있게 하고 결과적으로 적어도 5% 내지 6% 만큼, 또는 심지어 10% 만큼 탈수된 슬러지의 건조도를 크게 개선할 수 있게 한다.
본 발명에 따른 장치 및/또는 프로세스에 의한 이전의 농축의 결과인 건조도의 개선은 또한, 탈수하고자 하는 물질로부터 보다 큰 부분의 결합되지 않은 물을 제거할 수 있게 하고 장비 동작 시간을 단축시킬 수 있게 한다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명에 따라 오수를 처리하기 위한 장치(113)의 다른 실시예를 도시한다.
장치(113)는, 조절기 밸브(115) 및 혼합기(116)를 구비하는 배관(114)에 의한, 슬러지 공급부, 및 하부 부분 내의 작은 부피(예를 들어, 36 l)의 원통형 챔버(117)를 포함한다.
챔버(117)는 또한 압축 공기를 공급하기 위한 2개의 탭 지점(118)에 의해서 공급된다. 이는, 상단 부분 내에서, 결합 파이프(120)를 통해서, 제2 챔버(119)로 연결되고, 그러한 제2 챔버는 원통형이고, 예를 들어 500 l의, 부피를 갖는다. 이는 벤투리(122)를 구비한 관형 엔클로저(121)를 가지는 상단 부분 내에서 종료되고, 그 배출부는 응집제를 공급하기 위한 수단(123)이 연결된다. 관형 엔클로저(121)는 굽힘부(bend)를 형성하고, 상단 부분 내에서, 125에서 대기압으로 개방되고, 중력 공급 파이프(127)를 통해서 예를 들어 절두 원추형인, 하단 부분(126) 내에서 미리 결정된 부피 또는 농축 장치(128)를 한정하는 농축 챔버로 연결되는 탈기 장치 또는 챔버(124)로 공급한다.
도 7a 내지 도 7c를 참조하여, 농축 장치(128)를 보다 구체적으로 설명할 것이다. 농축 장치는, 하단 부분(129) 내에서, 탈기 장치(124)로부터 초래되는 응집된 에멀전을 공급하는 것에 더하여, 농후화된 슬러지를 위한 배출 파이프(130) 및 얻어진 투명한 물을 위한 배출 파이프(131)를 포함한다.
사실상, 여기에서 설명된 본 발명의 실시예에 따른 농축 장치는, 반응기의 압력이 충분히 높지 않고, 결과적으로, 공기 기포의 크기가 마이크로미터 범위가 아니라 밀리미터 범위인 한, 통상적인 부양 유닛과 같이 작용하지 않는다.
이러한 성질은 현저한 상승 속도를 슬러지에 부여한다.
그에 따라, 관찰되는 상승 속도는 50　m/h 초과로, 가능하게는 100　m/h에, 또는 심지어 200　m/h에 도달하는 것으로 추정된다.
여기에서 보다 특별하게 설명된 본 발명의 실시예에 따른 장치는, 원심분리 전에 교반되는 슬러지 탱크 내에 후속하여 저장되기에 적합한, 소화기를 떠나는 소화된 슬러지를 농축할 수 있게 할 것이다.
그에 따라, 이러한 구성은 이하를 획득할 수 있게 한다:
· 원심분리기를 떠나는 보다 양호한 건조도(30% 초과)
· 악취의 제한: 농축된 슬러지의 장기간 저장(4주 초과)는 악취(H2S 및 NH3)가 없다는 것을 보여준다.
· 보다 느린 유량 및 저비용의 원심분리기를 이용할 수 있는 가능성.
그에 따라, 전형적인 정적 또는 기계적 농후화기(상당히 높은 성능 레벨 및 상당한 악취의 부재)인, 농축 도구의 크기의 매우 상당한 감소에 더하여, 본 발명은 여과 도구(전형적으로 원심분리기)의 크기의 감소 전망을 열고, 지출을 제한한다.
도 4 및 도 5를 참조하여 설명된 바와 같은 장치로 얻어진 생물학적 슬러지에 대한 라인 및 결과의 예가 이하에서 설명된다.
예 번호 1: 슬러지 특성
· 슬러지는 바이오스티어(biostyr)(FeCl3 및 중합체 멀티플로 엔트리(multiflo entry)의 부가)로부터의 세척(washing) 슬러지 및 일차적인 슬러지로 구성된다;
· 슬러지는 약 35　g/l　내지　40　g/l의 초기 건조도를 갖는다;
· 슬러지는 시간에 걸쳐 더이상 침전되지 않는다.
발명의 실시 이후의 결과:
· 이러한 상황에서, 현탁된 물질의 1　kg/t의 비율로 부가된 중합체 Praestol 860 BS;
· 건조도: 85　g/l
이러한 결과는, 소화기로 진입하는 소화된 슬러지를 50% 만큼 농축시킬 수 있다는 것을 보여주고, 그에 따라 이하를 가능하게 한다:
· 제3 슬러지의 부가에 의한 소화기의 부하의 매우 상당한 증가.
· 바이오 가스의 생산 증가 및 (지속 가능한 개발에 더하여) 네트워크 상에서의 경제적으로 가능한 배치 촉진.
· 최적의 성능 범위 내에서 동작하게 될, 원심분리기의 동작 개선.
그에 따라, 본 발명은 80　g/l 내지 100　g/l의 현저한 슬러지 농축 성능을 획득할 수 있게 한다.
이용되는 장치는, 또한, 매우 콤팩트하다.
그에 따라, 15　m3/h의 슬러지를 처리할 수 있게 하는 장치가 10　m2 미만의 바닥 공간을 차지한다 - 그 측면에서 50　m3/h 장치는 20　m2를 초과하지 않을 것이다.
예 번호 2:
슬러지 특성
이는 MBR(멤브레인 바이오반응기) 슬러지를 포함한다.
이러한 경우에 본 발명은 40　g/l에서의 슬러지로부터 시작하여 90　g/l에 도달할 수 있는 성능 레벨을 보여준다.
표 1: 소화된 슬러지 농도 결과
슬러지 유량 m3/h 현탁된 물질(g/l)
프랑스 공업 표준화 협회(Afnor) 표준		 COD 서브네이턴트(subnatant) mg/l
11 81.5 182
11.2 69 185
11.7 86 120
11.8 69 122
11.2 88　-　86 130
15.6 75 ND
표 2: 생물학적 슬러지 농도

Q 슬러지		 부양의 현탁된 물질 상단 부양 배출부에서의 Afnor 현탁 물질
m 3 /h g/l g/l
11.99 107 -
6.8 - 73
6.1 - 69.8
평균 슬러지 유량 = 11.73 m3/h
유입부에서, 슬러지 현탁 물질　=　15.8　g/l
중합체 유량　=　3.5　g/l에서 635　l/h
공기　=　57　Nm3/h
용기 내의 내부 압력(P) = 상대압력　0.88 바아
분석 매개변수 저장 탱크 배출부에서의 슬러지 농축기 배출부에서의 슬러지 30 분 동안 부양 유닛 배출부에서의 슬러지의 바구니 상에서의 배수
현탁된 물질(g/l) 15.8 79.4 111.4
밀도(g/cm3) 1.1 0.92 0.87
도 6은 본 발명에 따른 용기(131)의 다른 실시예를 도시한다.
작은 부피의 제1 구역(132)은 이러한 경우에 슬러지-공급 배관(135) 상에 형성된 벤투리(134)의 중앙 부분(133)이고, 공기 주입은 2개의 대칭적인 파이프(136)를 통해서 실시되고, 중앙 부분(133) 상으로 탭핑하는(tap) 절두원추형 협소부(137)를 통해서, 예를 들어 20°내지 90°, 예를 들어 30°의 각도(α)로 스트림의 방향으로 주입한다.
용기의 제2 구역(138)이 이러한 경우에, 예를 들어 압력(P)을 조절하기 위한 격막(140)을 통해서, 예를 들어 배관(135)의 직경의 10배의 큰 직경의 원통형 챔버(141)로 연결된 슬러지-공급 배관(135)의 배관(139)의 부분에 의해서 형성되고, 제1 및 제2 구역의 전체가, 밸브 또는 게이트(미도시)와 결합하는 탭 지점을 통한, 챔버(141)의 상단을 통해서 획득된 에멀전의 배출까지, 예를 들어 1 m의 길이(L)에 걸쳐 연장한다.
도 7a 내지 도 7c는 도 5의 농축 장치(128)를 도시한다.
그러한 장치는, 굽힘부를 가지고, 탱크의 높이의 1/3에 상응하는 레벨에서 탱크 내부에서 센터링되는, 배관(127)을 통한 에멀전 유입부를 구비하는 원통형 탱크(128)를 포함한다.
배관이 90°로 굽혀지고, 유량에 따라서 조정될 수 있는 높이(h)를 가지는 층(154)을 구성하는 슬러지 기포(153)의 상승을 허용하도록 위쪽으로 개방된 깔대기-형상의 배출부(152)로 종료된다.
슬러지가 탱크 내에서 약 50　m/s의 속도로 상승하고 원뿔형 중앙 깔대기(155) 내로 범람한다.
탱크의 상부 면(156)은, 공기가 방출되게 허용하도록 그리고 반전된 원뿔의 내부 면(159)과 깔대기의 둘레의 상부 연부(160) 사이의 158에서 슬러지의 압축을 가능하게 하도록 그 중앙(157)에서 개방된 반전된 원뿔 형상을 갖는다.
이어서, 슬러지가 깔대기 내로 범람하고 파이프(130)로 종료되는 굽혀진 관(161)을 통해서 중력에 의해서 하단 부분 내에서 방출된다.
깨끗한 물(162)이, 그 측면에서, 난류부(turbulence)(131)를 통한 상단 부분 내에서의 사이포닝(siphoning)(화살표(165)) 및 배출을 허용하는 수직 관(164)을 통해서 탱크의 하단 부분(163) 내에서 방출된다.
본 발명의 변형예에 따라서 이용될 수 있는 농축 장치(166)의 다른 실시예가 도 8a 및 도 8b에서 도시되어 있다.
그러한 장치는, 예를 들어 탱크의 높이의 1/3 또는 1/4에 위치되는 단부(169')를 가지는 센터링된 딥(dip) 파이프(169)를 통해서 상단을 통해 슬러지(168)가 공급되는 원통형 탱크(167)를 포함한다.
편이(deviation) 판(170)은 슬러지가 큰 속도로 상승할 수 있게 하고 그에 따라 절두원추형 형상의 배출부 단부(173)를 포함하는 탱크의 상단 부분(172) 내에서 빠져 나가는 슬러지의 플러그(171)를 구성할 수 있게 하고, 슬러지는 둘레 연부(174)를 따른 둑을 통해서 둘레 환형 저장용기(175) 내로 그리고 이어서 환형 저장용기의 하단 부분 내에서 배출부 파이프(176)를 통해서 방출된다.
하단 부분 내에 남아 있는 물(177)은, 그 측면에서, 배출 난류부(178)를 통해서 방출된다.
여기에서 다시, 유량의 그리고 탱크 요소의 공칭 치수의 조정을 통해서, 슬러지의 층의 높이를, 그에 따라 그 침전 및 그 건조도를 조정할 수 있다.
도 9는, 탱크(181)의 내부 벽과 챔버(182)의 외부 벽 사이의 공간(183)을 형성하는, 또한 평행육면체인 내부 챔버(182)를 그 중심에서 구비하는 평행육면체 탱크(181)에 의해서 형성된 농축 장치(180)의 다른 실시예를 도시한다.
슬러지가 챔버의 중앙값 부분(184)에 도달하고, 부양에 의해서 상승하여, 일정한 두께의 슬러지의 플러그를 생성하고, 그리고 챔버의 둘레(185) 상에서 챔버의 벽과 탱크의 벽 사이의 환형 둘레 부분(183) 내로 범람한다.
이는 예를 들어 30°의 컷-오프 모서리(186)에 의해서 회수되고 예를 들어 프리즘 형상의 수집 베이스(189)에 의해서 하단 부분 내에서 187에서 방출된다.
물은, 그 측면에서, 사이폰 물 컬럼으로서 동작하는, 수직 수집 채널(190)의 상단 부분 내에 위치된 배출 오리피스를 통해서 189에서 방출된다.
당연히 그리고 또한 전술한 내용으로부터 초래되는 바와 같이, 본 발명은 보다 특별하게 설명된 실시예로 제한되지 않는다. 대조적으로, 본 발명은 그 변형예 및 특히 몇몇 장치가 교대로 사용되는 변형예 모두를 포함한다.

Claims (35)

  1. 액체 슬러지(2, 31)를 처리 및 컨디셔닝하기 위한 프로세스로서, 제1 슬러지 에멀전(14, 57, 89)이, 유량(Q')(Nm3/h)으로 용기(5) 내로 주입되는 공기(13)로 슬러지(2, 31, 81)를 블래스팅하는 것에 의해서, 제1 유량(Q)(m3/h)으로 슬러지가 연속적으로 공급되는 가압된 온라인 용기(5, 6, 33, 52, 83, 117, 119, 131) 내에서 생성되고, 여기서, Q' > 5Q이며, 이어서 에멀전의 회수 및 탈기 이전에 압력 강하를 생성하는 부재(18, 38, 61)를 통해서 용기의 배출부에서 방출되고, 이어서 그렇게 얻어진 에멀전(23)의 현탁된 물질이 여과되거나(25, 25') 침전되어 남게 되고, 그러한 물질을, 연속적으로 비워지는 액체 부분(27, 49, 105, 112)으로부터 분리하는, 프로세스에 있어서,
    상기 슬러지(2) 및 공기(13)가 상기 용기의 제1 구역(8, 56, 84, 117, 133) 내로 주입되고, 이어서 그렇게 형성된 에멀전이 미리 결정된 제1 길이(L 1 )에 걸쳐서 연장하는 상기 용기의 제2 구역(16, 59, 91, 119, 141)을 향해서 방출되고, 공기의 그리고 슬러지의 상기 제1 구역 내로의 주입 및 길이(L1)는 공기 내의 슬러지의 적하물로부터 형성되는 제1 에멀전을 구성하는데 있어서 적합하고,
    상기 방출은, 엔클로저 내에서 응고된 그리고 응집된 슬러지 내의 공기의 제2 에멀전을 획득하기 위해서, 적어도 하나의 응집제(22, 45, 73, 123)가 내부로 주입되는, 미리 결정된 제2 길이(L 2 )에 걸쳐 연장하는 엔클로저(19, 39, 62, 94, 121) 내에서 실시되고,
    그리고 상기 제2 에멀전이 상기 엔클로저의 환기(20)에 의해서 적어도 부분적으로 탈기(20, 46, 67)되는 것을 특징으로 하는 프로세스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 구역이 0.05　m3 미만의 작은 부피를 가지는 것을 특징으로 하는 프로세스.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 미리 결정된 제1 길이(L 1 )가 50　cm 보다 긴 것을 특징으로 하는 프로세스.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 미리 결정된 제2 길이(L 2 )가 1 m 보다 긴 것을 특징으로 하는 프로세스.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    1.5　바아　<　P　<　10 바아가 되도록 상기 용기(5, 33) 내의 평균 압력(P)이 정해지고, 10Q　≤　Q'　≤　100Q가 되도록 Q'가 정해지는 것을 특징으로 하는 프로세스.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    교반 수단(96)을 구비하는 탈기 챔버(95, 124) 내에서, 상기 에멀전이 상기 용기의 배출부에서 강력하게 탈기되는 것을 특징으로 하는 프로세스.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기　온라인 용기(8)는, 평균 직경(d) 및 높이(H　≥　10d)를 가지는 컬럼(6)이고, 상기 슬러지(2)는 슬러지 공급부의 레벨에서 주입되는 공기에 의해서 생성되는 기체 베드 내에서 컬럼의 하단 부분(10) 내에서 도입되는 것을 특징으로 하는 프로세스.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 액체 슬러지(2)가 상기 컬럼(6) 내에서 상기 용기의 내부 스크린 또는 벽(11) 상으로 투사되고, 그에 따라 상기 기체 스트림 내의 슬러지의 파괴를 개선하는 것을 특징으로 하는 프로세스.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬러지(2)가 정적 혼합기를 통해서 상기 용기(5, 6)의 하단 부분(10) 내에서 도입되는 것을 특징으로 하는 프로세스.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 응집제(22, 45, 73)는, 환기 전에, 상기 용기의 인접한 배출부에서 주입되는 중합체인 것을 특징으로 하는 프로세스.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    모래, 칼슘 카보네이트, 소석회, 산화 반응물, 및/또는 응고를 돕는 반응물로부터 취한 적어도 하나의 반응물이 상기 용기(6)의 상류에서 상기 슬러지 스트림 내로 도입되는 것을 특징으로 하는 프로세스.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    모래, 칼슘 카보네이트, 소석회, 산화 반응물, 및/또는 응고를 돕는 반응물로부터 취한 적어도 하나의 반응물이 용기의 하류에서 도입되는 것을 특징으로 하는 프로세스.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔클로저(19, 62, 94)가 상기 용기의 평균 통과-횡단면과 균등한 평균 통과-횡단면을 갖는 관형인 것을 특징으로 하는 프로세스.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 엔클로저는, 상기 응집제가 그 배출부에서 주입되는, 용기(6, 52)의 배출부의 하류에서 압력 강하를 생성하는 적어도 하나의 요소(18, 61, 97)를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세스.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 엔클로저는, 적어도 하나의 반응물 및/또는 공기가 그 배출부에서 도입되는, 제1 발생기 요소의 상류에서 압력 강하를 생성하는 적어도 하나의 제2 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세스.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    압력 강하를 생성하는 요소(들)가 벤투리(18, 38, 44, 64)인 것을 특징으로 하는 프로세스.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬러지의 신속한 및/또는 실질적으로 순간적인 농축이, 농축기로서 작용하는, 미리 결정된 부피(101, 128, 166, 180)를 한정하는 챔버 내에서 응집된 에멀전을 부양/침전시키는 것에 의해서 실시되는 것을 특징으로 하는 프로세스.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 슬러지가 상기 농축기로부터 범람에 의해서 방출되는 것을 특징으로 하는 프로세스.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬러지의 처리가 원심분리, 여과 및/또는 압착에 의해서 상기 관형 엔클로저의 하류에서 실행되는 것을 특징으로 하는 프로세스.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    주입되는 상기 공기가 가열되고 및/또는 수증기와 혼합되는 것을 특징으로 하는 프로세스.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬러지 스트림 내에서 나선형 유동을 형성하도록 상기 공기가 주입되는 것을 특징으로 하는 프로세스.
  22. 액체 슬러지를 처리 및 컨디셔닝하기 위한 장치로서, 온라인 용기(5, 6, 33, 52, 83, 117, 119, 131), 제1 유량(Q)(m3/h)으로 슬러지(2, 31)를 용기로 연속적으로 공급하기 위한 수단(3, 82), Q' > 5Q에서, 유량(Q')(Nm3/h)으로 공기를 용기로 공급하기 위한 수단(87), 그리고 액체 부분을 현탁된 물질로부터 분리하기 위해서 그리고 연속적으로 회수하기 위해서 그렇게 응집되고, 배열된 에멀전을 여과 및/또는 침전시키기 위한 수단(25, 25', 68)을 포함하는 장치에 있어서,
    슬러지 및 공기를 용기로 공급하기 위한 상기 수단(3, 82)이, 슬러지 및 공기를 상기 용기의 제1 구역 내로 주입하도록, 이어서 공기 내의 슬러지의 적하물의 제1 에멀전을 형성하기 위해서 제1 길이(L 1 )에 걸쳐서 혼합물을 이송하도록 배열되고,
    상기 용기 내에서 얻어진 제1 에멀전의 방출을 위한 엔클로저(19, 39, 62, 93, 121)를 포함하고, 상기 엔클로저(19, 39, 62)는 미리 결정된 길이(L 2 )에 걸쳐 연장하는 관형이고, 환기 수단 및 적어도 하나의 응집제(22, 45, 73)를 환기에 관해 상류에서 상기 관형 엔클로저 내로 주입하여 응고된 그리고 응집된 슬러지 내에서 공기의 제2 에멀전을 형성하기 위한 수단(21, 72, 98, 123)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 용기의 제1 구역이 2개의 관통-벽들 사이에 한정된 0.05　m3 미만의 작은 부피를 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서,
    상기　온라인 용기(5, 33, 52)는, 평균 직경(d) 및 높이(H ≥　10d)를 가지는 컬럼(6)이고, 상기 슬러지는 슬러지 공급부의 레벨에서 주입되는 공기에 의해서 생성되는 기체 베드 내에서 컬럼의 하단 부분(10) 내에서 도입되는 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 컬럼(6)은, 부가적으로, 상기 슬러지의 제트를 파괴하기 위해서, 상기 컬럼 내로 주입하기 위한 수단의 배출부에 배열된 내부 스크린을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  26. 제22항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용기의 상류에서 슬러지의 정적 혼합기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  27. 제22항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔클로저(19, 62, 94)가 상기 용기의 평균 통과-횡단면과 균등한 평균 통과-횡단면을 갖는 관형인 것을 특징으로 하는 장치.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 관형 엔클로저(16)는, 상기 응집제가 그 배출부에서 주입되는, 용기의 배출부의 하류에서 압력 강하를 생성하는 적어도 하나의 요소(18, 44, 61, 97)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 관형 엔클로저는, 적어도 하나의 반응물 및/또는 공기가 그 배출부에서 도입되는(42), 제1 발생기 요소 전에 압력 강하를 생성하는 적어도 하나의 제2 요소(38)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  30. 제28항 또는 제29항에 있어서,
    압력 강하를 생성하는 요소(들)가 벤투리인 것을 특징으로 하는 장치.
  31. 제22항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    부가적으로, 교반 수단(96)을 구비하는 용기 하류의 탈기 챔버(95, 124)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  32. 제22항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    부가적으로, 미리 결정된 높이 상에서의 응집된 슬러지의 부양을 허용하도록 배열된 농축기로서 작용하는 엔클로저 하류의 미리 결정된 부피(101, 128, 166, 180)를 한정하는 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  33. 제32항에 있어서,
    미리 결정된 부피를 한정하는 상기 챔버가, 범람을 통해서 슬러지를 방출하기 위한 수단(107; 159, 160; 173, 174)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  34. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 프로세스에 의해서 얻어진 응고된 슬러지 케이크에 있어서,
    응고된 슬러지 케이크가 유기 슬러지로부터 형성되고, 0.5 내지 0.9　g/m3의 밀도를 가지는 것을 특징으로 하는 유기 슬러지 케이크.
  35. 제34항에 있어서,
    부석의 다공도와 동일한 또는 유사한 다공도를 가지는 것을 특징으로 하는 유기 슬러지 케이크.
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