KR790001510B1 - 하수 오니(汚泥)의 탈수특성(脫水特性)을 개량(政良)하는 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

하수 오니(汚泥)의 탈수특성(脫水特性)을 개량(改良)하는 방법

제 1 도는 본 발명의 공정에 의한 하수 오니를 열처리하는 시스템에 대한 공정도이다.

제 2 도는 본 발명의 공정과 종전의 공정에 있어서, 시간 및 온도와 착색도와의 관계와 오니의 탈수 특성을 표시하는 그라프이다.

제 3 도는 본 발명의 공정과 종전의 공정에 있어서, 시간 및 온도와 오니의 BOD의 가용화(可溶化)와의 관계를 표시하는 그라프이다.

본 발명은 하수 오니의 탈수특성을 개량하기 위하여 오니를 열처리하는 방법에 관한 것이다.

하수 오니를 열처리하여 그 탈수특성을 개량하는 것은 잘 알려진 방법이며 수년동안 공업적으로 실시되어 온 것이다. 종전의 방법에서는 오니를 100-180℃의 온도로 30분에서 수시간 또는 수일간 가열하였다. 실험공정에서의 실험 결과로는 약간 더 높은 온도에서는 더 짧은 시간에 처리할 수 있다는 발표도 있다. 그러나 종전에 실시해 온 방법에서는 시간이 얼마나 걸리든지간에 저온에서 회분식(回分式)공정으로 가열하여 바람직한 탈수력을 얻었으며, 이렇게 함으로써 연속공정에 필요한 값비싼 장치 및 그에 관련된 여러 문제점들을 피해 왔다.

최근에는 연속 열처리를 하여 열효율을 개량하고 조작용량을 증대시켜 왔다. 그러나 이런 시스템에서도 대체로 30분이상의 장시간을 요하였다.

종전의 열처리 공정에 의하여 오니의 탈수특성은 만족할 만큼 개량되었지만, 다시 새로운 문제점이 제기되었다. 즉, 부유(浮遊)하는 액체의 착색도와 BOD(생물학적 산소요구량) 값이 현저하게 증가된다는 사실이 문제점이다. 생물학적 처리를 하면 표면의 착색에만 영향을 미치므로 오물 공장 배출물도 표면만이 착색된다. 이러한 사실은 대단히 중요한 것이며, 왜냐하면 착색도 및 BOD 값이 수질측정의 기준이 되기 때문에 부유액체의 착색도와 BOD값이 높으면, 위생기사는 오니를 열처리함으로써 하수처리 공장의 오니처리용량이 증가된다고 생각하게 되기 때문이다.

여러가지 온도에서 10분-2시간 범위의 여러가지 체재시간 동안 오니를 가열함으로써 얻은 자료에 의하면, 착색도는 온도에 정비례함을 알 수 있다. 즉 오니의 탈수특성 개량을 위한 가열온도가 높으면 높을수록 그 결과로 생기는 부유액체의 착색도가 높다는 것이다. 1차적 오니와 활성화된 오니와의 혼합물을 30분 동안 150℃로 가열하면 APHA 착색도는 1,200이 되며, 180℃에서는 3,000, 190℃에서는 4,100, 200℃에서는 약 5,000, 그리고 210℃에서는 약 6,200이 된다. 따라서 부유액체의 착색도가 낮기를 원한다면 처리온도를 180℃이상으로 해서는 안된다. 1차적 오니 및 폐기된 활성화 오니에 대하여 10분-70분의 시간과 171-210℃의 반응기 온도로 실험 공장에서 행한 일련의 열처리 실험을 회귀선 분석하여 다음 결과를 얻었다.

** : 99% 신빙도를 의미함.

NS : 대수롭지 않은 결과임.

상기 자료로부터, 종전의 조작 범위에서는 단지 온도만이 여액 착색에 중요한 영향을 미친다고 결론 지을 수 있다.

상기 14개의 실험에 대한 여과 속도를 유사한 방법으로 분석하여 다음 결과를 얻었다.

온도는 또한 여과 속도에도 영향을 미치는 중요한 요인이 된다는 것을 알았다. 종전의 조작 범위에서는 온도가 여액착색 및 여과속도에 미치는 영향이 대수롭지 않다는 것을 알았다.

상술한 바와 같은 시간 및 온도의 영향과는 반대로 종전보다 훨씬 높은 온도에서 오니를 단시간동안 열처리하면 퇴적물의 탈수특성은 상당히 개량되어 과거의 어느 것보다도 착색이 덜되게 할 수 있다는 것을 알았다.

본 발명에 의하면 예열된 하수 오니를 190-230℃의 온도로 240초 이내의 단시간동안 가열한다. 이 경우 가열시간은 가열온도에 반비례한다. 이렇게 하면 불용성 고체의 탈수특성은 개량되고 부유액체의 착색도 및 BOD는 감소한다.

가열된 오니는 부유액체에 지나친 착색도가 나타나기 이전에 냉각시킨다. 하수 오니로는 1차적 오니, 소화(消化)된 것, 활성화 된 것 등 어느 것도 좋으나, 활성화된 오니와 1차적 오니의 혼합물이 더 적당하다. 가정의 하수 오니는 물론 공장의 하수 오니도 사용할 수 있다.

적당한 오니로는 여과값에 대한 비저항이 500×10⁷sec²/g 이상으로 높은 것이 좋고, 실질적인 모든 면에 있어서 회전식 진공 여과기를 통과하지 못해야 한다. 또한 부유액체의 APHA 착색도가 1,000이하인 오니가 적당하다. 첨부도면을 참고로 하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

제 1 도에 도시된 바와 같이 일차 및 이차 오니(A)를 저압펌프(1)로 분쇄기(2)에 도입시킨다. 여기서 균질혼합물을 만들어 탱크(3)에 도입시킨 다음 사용시까지 저장해 둔다. 또 하나의 저압펌프(4)로, 저장오니를 고압펌프(7)에 도입시키며, 고압펌프(7)은 오니의 압력을 조작압력으로 높인 다음 이를 U-형 역류 열교환기(9)의 튜우브로 도입시킨다. 본 시스템에서 오니의 유속은 가변 출력펌프로 조절한다. 이때 비융축성 기체(NCG)를 선택적으로 첨가함으로써 열교환기의 열교환 효율을 개량할 수 있다. 교환기 내에서 오니는 가열되어 소망의 최종 열처리 온도보다 다소 낮은 온도에까지 이른다. 가열된 오니는 상향류(上向流) 반응기(13)에 들어가며 여기서 나오는 오니 유입률에 따라 결정되는 처리시간동안, 최종 열처리 온도로 유지된다. 오니는 보일러(21)로부터 필요한 양의 증기를 반응기에 주입함으로써 가열된다.

열처리된 오니(C)는 반응기로부터, 반응기(13)의 상부 아래에 위치한 배출파이프(15)를 통하여 흐르는데, 이때 기체가 방(16)안에서 축적되고 가열된 오니의 혼합물과 섞여 흐르게 된다. 필요하다면, 반응기에 축관을 설치하여 발브(17)을 일부분 잠그고 발브(19)를 일부분 열어서 오니의 일부분만이 반응기를 통하여 흐르도록 할 수 있다. 다음에 가열된 오니는 U형 역류 열교환기(9)의 외각을 지나 발브(45)를 통하여 분리기(22)로 도입되며, 여기서 액상과 기상으로 분리된다. 기상은 압력조절발브(23)를 통하여 배출되어 압력이 대기압으로 낮아진다. 석회, 백반, 염화제 2철 등과 같은 화학약품을 농축 탱크에 가함으로써 열처리된 오니의 특성을 더욱 개량시킬 수도 있다. 냉각된 오니는 분리기(22)로부터 농축탱크(25)로 이동되며, 이때 분리기 내의 수위는 액체조절발브(24)로 조절된다. 또한 농축 탱크에서는 불용성 고체가 침전되도록 방치해 둔다. 다음에 농축된 오니는 탈수시스템(27)내에서 탈수된다. 탈수시스템(27)은 진공여과시스템으로 되어 있는 것이 보통이다. 농축 탱크(25)로부터 나온 부유액체(E)는 축관을 통하여 탈수시스템(27)을 우회하여 지나가며 그 결과 탈수시스템의 용량을 증대시킨다. 열처리된 농축 오니(D)로부터 나온 탈수된 고체(F)는 소각기와 같은 고체 폐기시스템(29)로 보낸다. 농축 탱크로부터의 부유액체(E) 및 탈수시스템에서 분리된 액체(G)와 같이 농축 오니(D)와 유리되어 있는 액체는 임시저장탱크(31)로 이동된다. 소량의 공기를 저장탱크(31)에 통과시킴으로서, 악취가 쌓이거나 혐기성(嫌氣性)조건이 일어나는 것을 방지할 수 있다. 방출공기는 호기성(好氣性)생물학적 처리시스템(33)의 송풍기로 내보낸다.

다음에, 열처리된 오니로부터 나오는 BOD가 많은 유출물(E) 및 (G)의 전부 또는 일부를, 하중이 큰 호기성 생물 처리시스템(33)으로 보낸다. 시스템(33)은 종전의 활성화 오니 시스템(35)와 분리되어 있다. 하중이 큰 생물 처리시스템(33)으로부터 나오는 유출물 또는 유출물과 오니 고체는 종전의 하수와 대등한 가용성 BOD를 가지게 되며 종전의 활성화 오니 시스템(35)의 입구로 가게 된다. 저장탱크(31)로 부터의 유출물 중 별도의 생물처리를 받지 않은 것은 활성화 오니 시스템(35)로 보냄으로써 오니 형성율을 일정하게 유지한다. 이 경우, 시간은 하수의 BOD가 평균 수준 이하인 동안에 활성화 오니 시스템(35)로 보내야 한다.

하수 오니는 열교환기를 오염시킬 염려가 있기 때문에, 용제 세척 시스템을 설치함으로써 본 시스템의 작업을 중지하지 않고 이용할 수 있다. 열교환기의 표면을 오염시키는 물질을 용해시키는 용제, 즉 부식제나 청정제를 용제 저장탱크(37)에 저장하였다가 정기적으로 열교환기를 세척하는데 사용한다. 세척을 할 때에는 발브(5),(11),(17) 및 (45)를 닫아서 오니가 시스템에 못 들어가게 하고 발브(41),(47) 및 (19)를 열어서 용제가 시스템 속에 들어가게 한다. 용제는 열교환기(9)의 튜우브로 들어가서 발브(19)를 통하여 열교환기(9)의 외각으로 간 다음, 저장탱크(37)로 되돌아가거나 또는 발브(43)을 통하여 하수 처리 시스템으로 방출된다. 필요에 따라 분리기에 축관을 별도로 배치하여(그림에 표시되지 않음) 오니 기체의 혼합물을 모두 조절 발브(24)를 통하여 농축탱크(25)에 보낼 수 있다. 이 경우 기체는 세척기를 통하여 방출되게 한다.

제 2 도에 표시된 바와 같이, 오니가 가열되는 시간은 가열온도에 반비례한다. 예를들면, 퇴적물이 210℃로 가열될 때는 시간은 약 30초 유지해야 탈수특성이 완전히 개량되며 또한 약 180초 이하로 유지해야 부유액체가 지나치게 착색되는 것을 피할 수 있다. 오니가 가열되는 온도가 높으면 높을수록 가열시간의 최소 및 최대치 사이의 범위가 좁아진다. 이 범위는 오니 가열 온도가 230℃이상인 경우에는 현실적으로 실시할 수 없을 만큼 좋다. 190℃이하에서 탈수특성을 충분히 개량하려면, 부유액체의 착색도가 지나치지 않을 만한 시간동안 유지해야 한다. 가열 온도가 200-225℃이면 180-15초가 적당하다.

본 발명의 공정에서, 1차적 오니와 폐기된 활성화 오니의 혼합물에 대한 탈수 특성을 충분히 개량하려면, 진공여과 속도(표준 상태)가 적어도 건조고체 49kg/㎡/hr가 되어야 한다. 또한 소화된 오니와 활성화된 오니의 탈수특성을 충분히 개량하려면, 여과속도가 적어도 건조고체 15㎏/㎡/hr가 되어야 한다. 부유액체의 착색도는 APHA 착색 단위로 약 3,000 이하이면 충분하다고 생각된다.

제 3 도는, BOD 가용화와 열처리의 시간 및 온도와의 관계를 표시한다. 빗금 부분으로 표시된 바와 같이, 종전의 방법으로 열처리하면, 여과력을 충분히 개량하는데 부유액체에 대한 5일간의 BOD가 6g/ℓ이상이 된다. 그러나 놀랍게도 본 발명의 공정에서는 부유액체의 5일간의 BOD는 단지 2-6g/ℓ에 불과하며, 이러한 개량은 대단히 중요한 사실이다. 왜냐하면 열처리된 오니의 부유액체는 활성화된 오니 시스템의 BOD 하중을 20%만큼 증가시킬 수 있기 때문이다.

제 2 도 및 3 도에 표시된 시간은 반응기 내에서 오니를 그라프에 표시된 온도로 유지하는 기간을 의미한다.

이러한 시간은 반응기의 용적을 오니의 반응기 내에서의 유속으로 나눔으로써 결정된다. 미처리된 오니가 열교환기 내에서 가열되는 시간과 열처리된 오니가 열교환기 내에서 냉각되는데 필요한 시간은 포함되지 않는다. 이러한 시간은 반응기이 용량이 열교환기의 용량보다 상대적으로 작으면 작을수록 더 중요하다. 그러나 일반적으로 오니가 반응기로부터 열교환기로 이동한 이후에는 부유액체의 착색도는 거의 증가하지 않는다. 오니내의 고체의 농도는 그리 중요한 것은 아니지만 2-8%의 농도가 적당하다.

열교환기를 통과하는 오니의 속도는 약 0.9-2.1m/sec인 것이 적당하다. 반응기를 통과하는 오니의 속도는 약 1.5-3m/min이 적당하다. 반응기의 온도는 약 185-230℃로 유지되며, 190-210℃인 것이 더 적당하다.

반응기 내의 체재시간은, 190℃에서는 180-240초, 210℃에서는 30-180초로 유지된다. 가장 적당한 반응기의 온도는 약 205℃이며, 이 온도에서 30초이상 240초 이하로 유지되는 것이 적당하다.

열처리되지 않은 오니가 열교환기에 도입되기 전에 소량의 공기, 즉 오니 1ℓ당 약 0.75-7.5ℓ의 공기를 혼합하는 것이 좋다. 그 이유는 공기가 있음으로써, 열전달 계수가 높아지고, 열교환기가 막힐 위험성이 줄어들며 또한 열처리된 오니의 냄새가 약해지기 때문이다. 만일 냄새만 증진시키려 한다면 공기를 반응기로 주입시킬 수도 있다. 비록 냄새가 증진된다 해도 그것이 화학적 산소 요구량(COD)의 감소에 기인하는 것은 아니다. 왜냐하면 이 경우의 공기의 양은 극히 소량이기 때문에 오니의 COD에 별로 영향을 주지 않기 때문이다. 즉, COD는 기껏해야 약 1-3% 정도 감소한다. 만일 열교환 효율만을 높이기 원한다면 공기 대신에 다른 기체, 즉 CO₂,N₂또는 이들의 혼합물을 사용할 수도 있다.

작업을 함에 있어서 반응기의 온도를 바람직한 수준으로 유지하려면 처리된 오니 1ℓ당 13-20kcal의 열을 공급해야 한다. 이 열은 증기를 반응기에 직접 주입함으로써 공급할 수 있다. 또한 이 열은 별개의 가열기에서 가열된 별개의 뜨거운 액체로 간접적인 열교환을 하여 공급할 수도 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 구체적 형태에서는 열처리된 오니로부터 나온 배수액을 탱크 내에 넣어 공기를 공급함으로써 액체를 폭기(曝氣)시킬 수 있다. 폭기된 액체를 활성화된 오니와 접촉시키거나 또는 침전이 용이한 오니를 생성하는 특정의 오니 형성체와 접촉시키면, 하중이 큰 생물처리 시스템이 되며 이 시스템은 배수액의 BOD를 정상적인 하수 함유량 또는 그 이하로 급격히 감소시킨다. 예를들면, 하루에 혼합액체 휘발성 분산 고형질(MLVSS) 0.45kg에 대해서 1.82kg의 BOD 또는 그 이하를 갖고도 BOD가 90-95%, 즉 3g/ℓ에서 0.3g/ℓ 또는 그 이하로 감소시킬 수 있다. 이러한 시스템은 회분식 공정으로도 수행될 수 있다. 즉, 배수액이 넘치지 않을 정도로 채워짐에 따라 배수액을 오니 생성체 존재하에 폭기시키고 하루에 한번씩 침전시킨다. 처리된 표면액체는 활성화된 오니 시스템에 쏟아버린다. 쏟아버리는 시기는 하수 유입물의 BOD가 최하일 때가 적당하다. 침전된 고체의 일부는 회수하여 다른 오니 고체와 혼합하여 열처리한다.

넘치는 액체의 양이 허용할 수 있을만큼 낮도록 충분한 체재시간을 유지하면서 하중이 높은 생물학적 처리시스템을 연속적 방법으로 수행할 수도 있다. 공기는 이러한 감소를 일으킬 만큼 충분한 속도로 시스템에 공급해야 한다. 다음에 넘치는 액체는 활성화된 오니 시스템의 유입구로 이송된다.

[실시예 1]

다음은 본 발명의 공정을 이용한 오니 열처리 시스템의 한가지 예이다.

1차적 오니와 불용성 고체를 22g/ℓ 함유하는 농축된 활성화 오니와의 혼합물은 제 1 도에 표시된 열교환기 및 반응기를 통하여 21기압(계기압력)에서 11.4ℓ/min의 속도로 공급했다. 이 경우 열교환기의 용량은 9.5ℓ(튜우브측)이고 반응기의 용량은 6.8ℓ이다. 충분한 양의 증기를 반응기에 주입하여 온도를 210℃로 유지함으로써 열교환기에 필요한 80°△t를 제공했다.

열교환기의 튜우브 내에서의 오니의 속도는 1.1m/sec이고 반응기 내에서의 속도는 4.9m/sec이었다. 이러한 속도이면 반응기 내의 체재시간은 30초가 된다. 냉각된 오니의 진공여과 속도는 건조고체 73kg/㎡/hr이었다. 불용성 고체는 소량만이 용해되었다. 부유액체의 APHA 착색도는 1,200이고 BOD는 2.2g/ℓ이었다. 종전의 방법으로 가열한 오니도 여과속도는 대등했지만 부유액체의 BOD는 5-6g/ℓ이고 APHA 착색도는 3,000-4,000이었다.

[실시예 2]

위와 유사한 조건하에서, 40g/ℓ의 불용성 고체를 함유하는 1차적 및 2차적 폐기물의 혼합물을 31기압의 압력에서 227ℓ/min의 속도로 열교환기, 반응기를 지나 다시 열교환기의 외각을 통과시키면 진공여과 속도가 건조고체 73kg/㎡/hr이고 부유액체의 BOD가 4.0g/ℓ이며 APHA 착색도가 2,000인 오니가 생성된다. 이 경우 열교환기의 용량은 튜우브가 189ℓ 및 외각이 114ℓ이고 유속은 튜우브 내에서 1.8m/sec 및 외각내에서 3.1m/sec이다. 또한 증기를 주입시켜서 반응기의 온도는 210℃로 유지하고 열교환기의 △t는 18℃로 유지한다. 반응기는 또한 반응기의 온도하에서 체재시간이 30초가 되는 용량을 갖고 있다. 종전의 방법으로 열처리한 오니는 유출물의 BOD가 7g/ℓ이고 APHA 착색도가 4,000이다.

[실시예 3]

오니의 유량을 568ℓ/hr로 하는 것 이외에는 실시예 1과 유사한 실험에서 오니가 열교환기에 들어가기 이전에 오니 1ℓ당 공기 9.4ℓ를 혼합하였다. 이러한 공기의 양은 오니를 습식공기 산화하여 BOD를 상당히 변화시키기에는 불충분하다. 즉 BOD가 약 1-4% 정도 감소될 뿐이다. 오니의 유속은 튜우브의 입구에서 41.5㎝/sec이고 튜우브의 출구에서 54.5㎝/sec였다. 공기가 없을때의 유속은 입구에서 28.4㎝/sec이고 출구에서 30.8㎝/sec였다. 평균 열전달 계수는 공기가 없을 때가 70이며 공기가 있을때는 55%가 증가한 108.5이었다. 공기를 400g/hr 정도로 공급하였을때 열전달 계수는 106.5에서 142.5로 34%가 증가했다. 열처리된 폐기물의 냄새도 공기가 없이 같은 방법으로 열처리한 폐기물의 냄새보다 상당히 감소되었다.

몇몇 경우, 특히 무거운 오니를 사용하면 열교환기에 침전이 생기므로 이를 제거해야 하는 문제가 생긴다. 공기를 첨가하면 열교환기 내에서의 혼합이 잘 되므로 이런 문제가 일어나지 않는다. 놀랍게도 공기를 부가함으로써 열교환기를 통하여 손실되는 열량도 별로 켜지지 않는다.

Claims (1)

1. 도면에 표시하고 본문에서 상술한 바와 같이 가열된 오니의 연속류와의 간접적인 역류 열교환기에 의하여 하수오니의 연속류를 예열하고 예열된 오니를 약 190-230℃의 온도로 약 240초 이내에 급격히 가열하며 (이때 이 가열시간은 가열온도에 반비례하고, 또한 오니의 여과력을 1차적 오니의 경우에는 적어도 49㎏/㎡/hr로, 산소량이 오니의 화학적 산소 요구량을 3%까지 감소시키는데 필요한 양보다 더 적은 소화(消化)된 활성화 오니의 경우에는 적어도 15㎏/㎡/hr로 증가시킴에 충분하다.), 그후 즉시 가열된 오니를 전술한 간접적인 역류 열교환에 의해 냉각시키는 것을 특징으로 하는 하수 오니의 탈수 특성을 개량하는 방법.

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