KR20230016940A - 하수슬러지의 탈수방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하수슬러지의 탈수방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하수슬러지를 원심탈수기로 공급하면서 응집제를 주입하는 제1 단계; 및 원심탈수기를 작동시켜 하수슬러지를 탈수하는 제2 단계를 포함하되, 상기 제1 단계에서는 하수슬러지의 고형물 농도를 측정하여, 제2 단계에서의 원심탈수기 주속과 차속을 조절하는 것을 특징으로 하는 하수슬러지의 탈수방법에 관한 것이다.

Description

하수슬러지의 탈수방법{Method of Sludge Dehydration}
본 발명은 하수처리과정에서 발생하는 하수슬러지를 탈수하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 항상 일정 범위의 탈수케익을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 작업자의 업무부담을 경감시킬 수 있는 하수슬러지의 탈수방법에 관한 것이다.
하수슬러지란 하수를 처리할 때 발생한 수중 부유물이 액체로부터 분리되어 발생하는 침전물로 정의할 수 있다. 이러한 하수슬러지는 통상 활성슬러지, 잉여슬러지, 혼합슬러지, 농축슬러지, 소화슬러지 및 탈수슬러지 등으로 구분할 수 있다.
활성슬러지란 1차 침전지에서 침전 후 발생되는 슬러지를 의미하며, 잉여슬러지란 포기조를 거쳐 2차 침전조에서 침전된 슬러지이다. 혼합슬러지는 활성슬러지와 잉여슬러지가 혼합된 것이고, 농축슬러지는 활성슬러지, 잉여슬러지 및 혼합슬러지를 농축조에서 감량시킨 슬러지이다. 또 소화슬러지는 혐기성 또는 호기성 소화에서 농축 분해된 슬러지이며, 탈수슬러지는 운반, 소각 등 최종 처분이 용이하도록 탈수된 슬러지를 의미한다.
이러한 슬러지는 반고형물로서 슬러지의 함수율, 부패성, 병원성, 유해물질의 함유로 인해 처리의 기술적 문제가 매우 중요하다. 특히 산업현장이나 도시에서 대량으로 발생하는 하수슬러지 처리문제는 환경보전, 나아가 유용자원을 재활용한다는 차원에서 친환경적이고 효율적인 처리가 절실한 실정이다.
한편 하수슬러지는 부피를 줄이기 위하여 농축하며, 또 탈수기를 사용하여 최대한 수분함량을 낮추는 탈수과정을 수행하고 있으며, 이때에는 하수슬러지의 플럭을 유도하여 탈수 효과를 높일 목적으로 응집제를 함께 주입하기도 한다.
하수처리장에 유입되는 하수는 하루 중에서도 시간에 따라 오염물질의 성상이나 농도가 상이하고, 이는 하수처리과정에서 발생하는 하수슬러지의 함수율이나 발생량 변동의 원인으로 작용한다. 하지만 대다수의 하수처리장에서는 함수율이나 발생량을 고려하지 않고 응집제를 일정하게 주입하거나 탈수기를 동일한 조건에서 가동함으로써 탈수기를 거친 탈수케익의 함수량이 높거나 일정하지 않아 소각 폐기 혹은 연료나 퇴비 등으로의 자원화가 어려운 현실이다.
한국등록특허공보 제1735748호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 탈수기로 공급되는 하수슬러지의 함수율이나 하수슬러지 발생량에 변동이 생기더라도 탈수케익의 함수율이 낮으면서도 일정 범위로 유지될 수 있는 하수슬러지의 탈수방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명에서는 하수슬러지를 공급하고 탈수기를 제어함에 있어 근무자들의 업무 부담을 줄일 수 있는 하수슬러지의 탈수방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 하수슬러지의 탈수방법은, 하수슬러지를 원심탈수기로 공급하면서 응집제를 주입하는 제1 단계; 및 원심탈수기를 작동시켜 하수슬러지를 탈수하는 제2 단계를 포함하되, 상기 제1 단계에서는 하수슬러지의 고형물 농도를 측정하여, 제2 단계에서의 원심탈수기 주속과 차속을 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 하수슬러지의 탈수방법에서, 상기 제1 단계에서는 하수슬러지의 고형물 농도를 측정하여, 응집제 주입량을 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 하수슬러지의 탈수방법에서, 상기 제1 단계에서는 하수슬러지의 공급유량을 측정하여, 제2 단계에서의 원심탈수기 주속과 차속을 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 하수슬러지의 탈수방법에서, 상기 제1 단계에서는 하수슬러지의 공급유량을 측정하여, 응집제 주입량을 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 하수슬러지의 탈수방법에서, 상기 하수슬러지의 고형물 농도, 원심탈수기의 주속 및 원심탈수기의 차속은 아래 식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
식-1) y1 = -156.85x2 + 266.98x + 3435.6
식-2) y2 = -313.7x2 + 533.97x + 3171.2
여기서, y1은 원심탈수기의 주속(rpm), y2는 원심탈수기의 차속(rpm), x는 하수슬러지 고형물 농도(v/v%)
또한 본 발명에 따른 하수슬러지의 탈수방법에서, 상기 하수슬러지의 고형물 농도 및 슬러지 유입량은 아래 식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
식-3) y3 = -4.8424x2 + 8.4694x + 1.3062
여기서, y3는 슬러지 유입량(m3/h), x는 하수슬러지 고형물 농도(v/v%)
또한 본 발명에 따른 하수슬러지의 탈수방법에서, 상기 하수슬러지의 고형물 농도 및 응집제 주입량은 아래 식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
식-4) y4 = -1.2877x2 + 2.1639x - 0.1168
여기서, y4는 응집제 주입량(m3/h), x는 하수슬러지 고형물 농도(v/v%)
또한 본 발명에 따른 하수슬러지의 탈수방법에서, 상기 응집제는 고분자 응집제이고, 부피 기준 0.2% 농도인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 하수슬러지의 탈수방법에서, 상기 제2 단계를 통해 얻어지는 탈수케익은 함수율이 77~78v/v%인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 하수슬러지의 탈수방법에서, 상기 하수슬러지의 고형물 농도는 투과 농도계, 미세 농도계 및 초음파 농도계 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 하수슬러지의 탈수방법에서, 상기 하수슬러지의 고형물 농도, 원심탈수기의 주속, 원심탈수기의 차속, 슬러지 유입량, 및 응집제 주입량은 아래 식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
식-1) y1 = -156.85x2 + 266.98x + 3435.6
식-2) y2 = -313.7x2 + 533.97x + 3171.2
식-3) y3 = -4.8424x2 + 8.4694x + 1.3062
식-4) y4 = -1.2877x2 + 2.1639x - 0.1168
여기서, y1은 원심탈수기의 주속(rpm), y2는 원심탈수기의 차속(rpm), y3는 슬러지 유입량(m3/h), y4는 응집제 주입량(m3/h), x는 하수슬러지 고형물 농도(v/v%), 응집제는 고분자 응집제이고 부피 기준 0.2% 농도임
본 발명에 따른 하수슬러지의 탈수방법에 의하면, 하수슬러지의 고형물 농도, 하수슬러지 공급유량, 응집제 주입량, 원심탈수기의 주속 및 원심탈수기의 차속을 함께 조절함으로써, 항상 일정한 범위의 함수율을 갖는 탈수케익을 얻을 수 있다는 장점이 있다.
또한 본 발명에 따른 하수슬러지의 탈수방법에 의하면, 탈수케익 함수율을 77~78v/v%로 낮게 유지할 수 있다는 장점이 있다.
게다가 본 발명에 따른 하수슬러지의 탈수방법에 의하면, 하수슬러지 공급유량, 응집제 주입량, 원심탈수기의 주속 및 원심탈수기의 차속 등은 PLC(Programmable Logic Controller) 기반으로 운전되기 때문에 근무자의 부담을 완화시켜 줄 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하수슬러지 탈수장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 하수슬러지 탈수장치를 제어하기 위한 콘트롤러의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슬러지고형물 농도, 원심탈수기의 주속과 차속 및 탈수케익 함수율과의 관계를 보여주는 결과이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슬러지고형물 농도, 원심탈수기의 주속과 차속, 슬러지 주입량 및 응집제 주입량과의 관계를 보여주는 결과이다.
본 출원에서 “포함한다”, “가지다” 또는 “구비하다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 하수슬러지의 탈수방법에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 하수슬러지 탈수장치의 개념도이고, 도 2는 본 발명에 따른 하수슬러지 탈수장치를 제어하기 위한 콘트롤러의 개념도이다.
도 1 및 2에 도시한 바와 같이, 하수슬러지 탈수장치는, 하수슬러지 저장조(100), 응집제 탱크(200), 원심탈수기(300), 케이크 호퍼(400), 탈수액 저장조(500), 복수개의 관로, 복수개의 펌프, 복수개의 유량 및 센서를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저 하수슬러지 저장조(100)는 활성슬러지, 잉여슬러지, 농축슬러지 및 소화슬러지 중 어느 하나 이상의 슬러지를 저장하기 위한 곳으로, 저장조의 슬러지가 균일한 함수율을 갖도록 간헐 또는 비간헐적으로 교반할 수 있는 블로워가 추가적으로 구비될 수 있다.
응집제 탱크(200)는 하수슬러지에 주입하는 응집제를 보관하는 탱크이다. 하수슬러지는 다량의 수분을 포함하고 있고 따라서 원심탈수기에 도입되기 전에 소정의 응집제를 주입함으로써 원심탈수기에서의 수분 제거효과를 극대화할 수 있다.
원심탈수기(300)는 응집제가 혼입된 하수슬러지로부터 수분을 제거함으로써 함수율이 낮은 탈수 케이크를 배출한다. 구체적으로 탈수기 몸체(310)는 긴 원통형으로 이루어질 수 있으며, 내부에는 회전체와 스크류가 장착되어 유입된 하수슬러지를 소정 속도로 회전시켜 원심력에 의해 수분을 분리하고, 수분이 분리된 슬러지는 후방으로 이송시킨다. 주모터(320)는 탈수기 몸체(310)의 전방, 즉 하수슬러지가 도입되는 유입구 인근에 위치하여 회전체를 회전시키는 모터이고, 차속모터(330)는 탈수기 몸체(310)의 후방에 위치하며 스크류를 소정 속도로 회전시켜 슬러지를 이송시키는 기능을 수행한다.
상기와 같은 원심탈수기의 구성과 기능은 공지된 것으로 상세한 설명은 생략하며, 일예로 한국등록특허번호 제1735748호에 기재된 원심탈수기일 수 있으나, 이에 제한하지 않는다.
케이크 호퍼(400)는 원심탈수기(300)에서 탈수되어 소정 범위 이하의 함수율을 갖는 슬러지 케익이 수집되는 곳이다.
그리고 탈수액 저장조(500)는 슬러지로부터 분리된 수분을 집수하는 곳으로, 분리된 수분은 별도의 정화과정을 거친 후 방류될 수 있다.
한편, 하수슬러지를 원심탈수기(300)로 공급하기 위하여 하수슬러지 저장조(100)와 원심탈수기(300)는 제1 관로(L1)로 연결되어 있으며, 이러한 제1 관로(L1)에는 슬러지 이송을 위한 제1 펌프(P1), 슬러지의 고형물 농도를 측정하기 위한 센서(S) 그리고 공급 유량을 확인하기 위한 제1 유량계(F1)가 구비된다.
여기서, 센서(S)는 투명 농도계, 미세 농도계 및 초음파 농도계 중 어느 하나 일 수 있고, 전술한 농도계는 공지된 기술에 해당되므로 구체적인 구성 및 작동원리에 관한 설명은 생략하기로 한다.
공급되는 하수슬러지에 응집제를 주입할 수 있도록 응집제 탱크(200)와 원심탈수기(300) 사이, 보다 상세하게는 응집제 탱크(200)에서 연장된 제2 관로(L2)의 타측은 제1 유량계(F1) 후방의 제1 관로(L1)에 연결된다.
또 제2 관로(L2)에는 응집제 공급을 위한 제2 펌프(P2)와 응집제의 공급 유량을 확인하기 위한 제2 유량계(F2)가 구비된다.
전술한 구성들을 포함하는 하수슬러지 탈수장치는 PLC(Programmable Logic Controller) 기반으로 운전되는 것이 바람직하다.
일예로, 탈수기의 주모터와 차속모터에 의한 주속과 차속, 하수슬러지의 고형물 농도, 하수슬러지 공급량, 응집제 주입량 등 최적 운전조건을 미리 저장 및 설정해 두고, 전술한 항목들을 실시간으로 측정하면서 설정범위에 해당되도록 주속, 차속, 하수슬러지 공급량, 응집제 주입량 등을 연속적으로 제어한다.
이하에서는, 실시예를 통해 본 발명에 대해서 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1에 도시한 하수슬러지 탈수장치를 사용하여 하수슬러지의 탈수를 진행하였다.
하수슬러지는 한국수자원공사 청송권지사 주왕산 하의리 하수처리장에서 발생한 하수슬러지를 대상으로 하였으며, 하수슬러지를 원심탈수기로 공급하면서 응집제를 주입하였고, 이후 원심탈수기를 작동시켜 하수슬러지를 탈수하였다.
구체적으로, 하수슬러지의 고형물 농도를 달리하면서 공급하였고, 이때 하수슬러지 공급유량, 원심탈수기 주속과 차속, 응집제 주입량이 변화하도록 조절하였다.
사용한 응집제로는 에멀젼 고분자 응집제(C-810EB)로서 농도는 부피 기준으로 0.2%이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슬러지고형물 농도, 원심탈수기의 주속과 차속 및 탈수케익 함수율과의 관계를 보여주는 결과이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슬러지고형물 농도, 원심탈수기의 주속과 차속, 슬러지 주입량 및 응집제 주입량과의 관계를 보여주는 결과이다.
상기와 같은 조건으로 운전한 결과에서, 슬러지고형물 농도, 원심탈수기의 주속과 차속 및 탈수케익 함수율과의 관계를 먼저 살펴보면(도 3 참조), 유입되는 슬러지고형물 농도가 0.90~1.50v/v%로 변화할 때, 원심탈수기의 주속(회전체를 회전시켜 원심력에 의해 물과 슬러지로 분리)은 3,550rpm에서 3,480rpm, 차속(슬러지를 후방으로 이동시키기 위한 스크류 회전)은 3,400rpm에서 3,260rpm으로 감소시켰고, 이때 탈수 케익의 함수율은 77.15~77.96v/v%로서 매우 안정적이면서도 낮은 슬러지 탈수가 진행됨을 확인할 수 있다.
슬러지고형물 농도, 원심탈수기의 주속과 차속, 슬러지 유입량 및 응집제 주입량과의 관계(도 4 참조)에서는, 유입되는 슬러지고형물 농도가 0.90~1.50v/v%로 변화할 때, 슬러지 유입량은 5.0m3/h에서 3.0m3/h, 응집제 주입량은 0.8m3/h에서 0.2m3/h로 감소시켰다.
즉, 도 3 및 도 4를 요약하면, 아래 식-1) 내지 식-4)와 같이 원심탈수기로 유입되는 슬러지고형물 농도가 변함에 따라, 원심탈수기의 주속과 차속, 슬러지 유입량 및 응집제 주입량을 함께 조절하면 원심탈수기에서 배출되는 탈수 케익의 함수율이 일정한 것을 알 수 있다.
식-1) y1 = -156.85x2 + 266.98x + 3435.6
식-2) y2 = -313.7x2 + 533.97x + 3171.2
식-3) y3 = -4.8424x2 + 8.4694x + 1.3062
식-4) y4 = -1.2877x2 + 2.1639x - 0.1168
여기서, y1은 원심탈수기의 주속(rpm), y2는 원심탈수기의 차속(rpm), y3는 슬러지 유입량(m3/h), y4는 응집제 주입량(m3/h), x는 하수슬러지 고형물 농도(v/v%), 응집제는 고분자 응집제이고 부피 기준 0.2% 농도임
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
100 : 하수슬러지 저장조
200 : 응집제 탱크
300 : 원심탈수기
310 : 탈수기 몸체
320 : 주모터
330 : 차속모터
400 : 케이크 호퍼
500 : 탈수액 저장조
L1 : 제1 관로
L2 : 제2 관로
P1 : 제1 펌프
P2 : 제2 펌프
F1 : 제1 유량계
F2 : 제2 유량계
S : 센서

Claims (11)

  1. 하수슬러지를 원심탈수기로 공급하면서 응집제를 주입하는 제1 단계; 및
    원심탈수기를 작동시켜 하수슬러지를 탈수하는 제2 단계를 포함하되,
    상기 제1 단계에서는 하수슬러지의 고형물 농도를 측정하여, 제2 단계에서의 원심탈수기 주속과 차속을 조절하는 것을 특징으로 하는 하수슬러지의 탈수방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단계에서는 하수슬러지의 고형물 농도를 측정하여, 응집제 주입량을 조절하는 것을 특징으로 하는 하수슬러지의 탈수방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 단계에서는 하수슬러지의 공급유량을 측정하여, 제2 단계에서의 원심탈수기 주속과 차속을 조절하는 것을 특징으로 하는 하수슬러지의 탈수방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 단계에서는 하수슬러지의 공급유량을 측정하여, 응집제 주입량을 조절하는 것을 특징으로 하는 하수슬러지의 탈수방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 하수슬러지의 고형물 농도, 원심탈수기의 주속 및 원심탈수기의 차속은 아래 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 하수슬러지의 탈수방법.
    식-1) y1 = -156.85x2 + 266.98x + 3435.6
    식-2) y2 = -313.7x2 + 533.97x + 3171.2
    여기서, y1은 원심탈수기의 주속(rpm), y2는 원심탈수기의 차속(rpm), x는 하수슬러지 고형물 농도(v/v%)
  6. 제4항에 있어서,
    상기 하수슬러지의 고형물 농도 및 슬러지 유입량은 아래 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 하수슬러지의 탈수방법.
    식-3) y3 = -4.8424x2 + 8.4694x + 1.3062
    여기서, y3는 슬러지 유입량(m3/h), x는 하수슬러지 고형물 농도(v/v%)
  7. 제4항에 있어서,
    상기 하수슬러지의 고형물 농도 및 응집제 주입량은 아래 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 하수슬러지의 탈수방법.
    식-4) y4 = -1.2877x2 + 2.1639x - 0.1168
    여기서, y4는 응집제 주입량(m3/h), x는 하수슬러지 고형물 농도(v/v%)
  8. 제7항에 있어서,
    상기 응집제는 고분자 응집제이고, 부피 기준 0.2% 농도인 것을 특징으로 하는 하수슬러지의 탈수방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 단계를 통해 얻어지는 탈수케익은 함수율이 77~78v/v%인 것을 특징으로 하는 하수슬러지의 탈수방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 하수슬러지의 고형물 농도는 투과 농도계, 미세 농도계 및 초음파 농도계 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 하수슬러지의 탈수방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 하수슬러지의 고형물 농도, 원심탈수기의 주속, 원심탈수기의 차속, 슬러지 유입량, 및 응집제 주입량은 아래 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 하수슬러지의 탈수방법.
    식-1) y1 = -156.85x2 + 266.98x + 3435.6
    식-2) y2 = -313.7x2 + 533.97x + 3171.2
    식-3) y3 = -4.8424x2 + 8.4694x + 1.3062
    식-4) y4 = -1.2877x2 + 2.1639x - 0.1168
    여기서, y1은 원심탈수기의 주속(rpm), y2는 원심탈수기의 차속(rpm), y3는 슬러지 유입량(m3/h), y4는 응집제 주입량(m3/h), x는 하수슬러지 고형물 농도(v/v%), 응집제는 고분자 응집제이고 부피 기준 0.2% 농도임
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