KR860000557B1 - 슬러지 처리장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

슬러지 처리장치

제1도는 본 발명에 따른 양호한 실시예를 도시하는 유통도.

제2도는 본 발명에 따른 다른 양호한 실시예를 도시하는 유통도.

제3도는 정화조의 다른 양호한 실시예를 도시한 단면도.

제4도는 정화조의 또 다른 양호한 실시예를 도시하는 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,7,11 : 침전조 17 : 기계적인 응축장치

27 : 혼합조 23 : 무기성 정화조

31 : 탈수기 35 : 건조기

37 : 분쇄기 39 : 용해로

41 : 메탄가스 집적장치 45 : 분리조

231 : 상향 유통관 238 : 순환통로

232 : 하향 유통관 238a : 순환펌프

233 : 하향 유통실 234 : 상향 유통실

235 : 헤드조 236 : 회전교반장치

236' : 스크류 237 : 고정 교반장치

238 : 순환통로 238 : 순환펌프

239 : 단열층 239a : 몰타르층

271 : 교반기

본 발명은 슬러지(sludge)처리 장치에 관한 것으로서, 특히 폐수처리시에 생긴 일차 슬러지를 무기성(無氣性)정화공정으로 처리하는 슬러지 처리장치에 관한 것이다.

종래의 처리방법에서는 폐수처리시에 생긴 일차 슬러지는 무기성 상태에서 정화되었으나, 이것은 정화된 슬러지를 후처리하는데 적합한 것으로서 목적하는 바와는 반대로 실행되어져 왔다. 종래의 대표적인 실시예에 있어서 폐수처리장치에 내장된 침전조로부터 얻어진 일차 슬러지는 지상에 설치된 무기성 정화조로 투입되어 예정된 기간이나 또는 예정된 날짜동안 예를들면, 정화를 위해 30일동안 무기성 정화조 내에서 보유되었다. 폐수처리장치로 부터 생긴 일차 슬러지는 일반적으로 중력 응축되며, 대략 2내지 3%의 슬러지 응축도로 응축되어 지상에 설치된 무기성 정화조로 투입된다. 상술한 바와같은 종래의 슬러지 처리장치에서는 다음과 같은 문제점이 생긴다.

상술한 종래의 장치에 있어서, 무기성 정화조에 일차 슬러지가 투입되기 전에 상기 일차 슬러지의 응축비율은 작고, 따라서 중력응축조와 무기성 정화조는 각각 용량이 큰것이 요구되었다. 특히, 종래의 중력응축에 의한 응축비율은 상술한 바와같이 2내지 3%정도에 불과하다. 따라서, 중력응축으로 인한 질량감소비율은 1/2내지 1/3에 불과하였다. 중력응축조내에서의 평균 보유시간은 대략 12시간이고, 12시간동안 보유할 수 있는 용량이 요구되었다. 한편, 무기성 정화조내에서 정화되기 위해 필요한 평균일자는 대략 30일 이었다. 그러므로, 무기성 정화조의 용량은 중력응축된 일차 슬러지의 30일분을 보유할 수 있어야만 했다. 또한 무기성 정화조내의 메탄 발효에는 35℃의 온도가 요구되었다. 그러므로, 일차 슬러지는 무기성 정화조로 투입되기전에 미리 가열되고, 가열된 일차 슬러지가 무기성 정화조로 투입되었다. 중력응축된 일차 슬러지를 무기성 정화조로 투입시키는 종래의 장치는 응축비율이 작기때문에, 일차 슬러지를 미리 떼우는데는 다량의 에너지가 요구되었다. 예를들면, 중력응축조의 응축비율이 2%이고 용량 감소 비율이 1/2이라 가정하면, 폐수처리장치에서 매일 생기는 일차 슬러지의 반이 예정된 온도로 데워져야 한다. 따라서, 이를 위해서는 얼마나 많은 양의 에너지가 필요한가는 쉽게 알수가 있다. 또한, 종래의 무기성 정화조는 통상적으로 지상에 설치되었다. 따라서, 무기성 정화조에서의 열량소모가 지대하며, 메탄 발효에 요구되는 온도로 슬러지를 유지하기 위해서는 여분의 에너지가 필요하게 된다. 더우기, 종래의 무기성 정화조에 있어서, 정화조내의 메탄발효에 의해 반응열이 발생된다 하더라도 상술한 바와같이 대부분의 열량이 방출되어 버려 정화조내의 온도는 낮아지게 마련이었다. 따라서, 정화조의 일정한 온도유지를 위해서는 많은 에너지가 요구되었다.

또한, 종래의 장치에 있어서 중력응축조에 의해 응축된 일차 슬러지의 응축은 주로 일차 슬러지의 성질에 좌우되어 균일한 응축슬러지를 얻기가 어렵다. 따라서, 정화조내의 반응이 불균형하고 일차슬러지가 완전히 정화되기전에 후처리장치로 이송되어버린다. 이러한 상태하에서는 후처리를 적절히 하는데 필요한 슬러지의 예비정화가 유실 및 감소된다.

한편, 상술한 바와같은 중력응축 방법과는 다른 이른바 압축부유응축법도 공지되어 있다. 그러나, 압축부유응축법을 사용하는 경우에도 일차슬러지의 응축비율은 4내지 5%에 지나지 않고, 따라서 용량의 감소도 1/4내지 1/5에 불과하였다.

또한, 압축 부유 응축법은 통상적으로 적당량의 중합체 응고시약, 탱크 및 수중에서의 공기용해를 위해 -5kg/㎠이상의 방출압력의 용량을 가지는 압축기를 필요로 한다. 따라서 이러한 응축법은 작동비용이 매우 많이 드는 단점을 수반한다.

또한, 압축 부유응축법의 경우에 있어서도, 응축도는 주로 폐수특성에 좌우되어 일차슬러지를 일정하게 농축시키기가 어렵거나 또는 불가능하다.

간단히 말하면, 본 발명은 폐수처리장치로 형성된 일차 슬러지를 처리하기 위한 장치에 직결되며, 이 장치는 일차 슬러지를 강하게 기계적으로 응축시키는 원심응축 분리기와 같은 응축장치와 무기성상태하에서 일차 슬러지를 처리하기위해 응축장치에 의해 응축된 일차슬러지를 수납하는 우물형의 정화조를 포함한다. 우물형의 무기성 정화조는 지하 10m이상 100m정도로 묻는다.

본 발명에 따라서, 일차 슬러지는 무기성 정화조로 삽입되기전에 응축장치에 의해 기계적으로 강하게 응축된다. 그러므로, 처리될 일차슬러지의 용량 즉, 침전조의 용량은 종래로부터 실시되어온 바와같이 중력응축조만을 사용하는 경우에 비해 극히 감소될 수 있다. 기계적인 응축장치에 의해 6내지 10%의 응축이 실행된다고 가정하면, 무기성 정화조의 용량은 중력응축을 사용한 종래의 장치에 비해 1/3내지 1/5로 감소될 수 있다. 처리될 일차슬러지의 양이 종래에 비해 1/3내지 1/5로 감소되므로, 일차슬러지를 무기성 정화조로 넣기전에 소정의 온도 즉 35℃로 이것을 데우는데 요하는 에너지가 크게 절감될 수가 있다. 또한, 본 발명의 무기성 정화조는 소위 우물형으로서 지하 깊숙히 매장되므로 지상에 설치되는 종래의 장치에 비해 열손실이 매우 감소된다. 따라서, 대기온도가 극히 낮아지는 겨울에도, 정화조의 온도는 적은 에너지로서 적절한 온도를 유지할 수가 있다.

본 발명의 양호한 실시예에서, 우물형의 무기성 정화조에서 정화된 슬러지는 벨트프레스, 필터프레스 및 원심탈수기 등과 같은 탈수장치로 탈수된다. 따라서 정화된 슬러지를 직접 탈수시키므로, 슬러지는 후처리에 의해 그 습기함량이 매우 작아진다.

본 발명의 다른 양호한 실시예에 있어서는 기계적인 응축장치와 우물형 무기성 정화조 사이에 다른 처리조가 설치된다. 산 발효단계와 산 환원 단계 및 알카리 발효단계의 3단계를 거치는 무기성 정화공정은 공지되어 있다. 산 발효단계중 소위 유기산 발생 박테리아가 작용하여 초산, 낙산, 프로피온산등의 작은 분자량을 가진 지방산을 형성한다. 산환원 단계에서는 유기산이 혼합되고 질소복합물이 용해되어 암모니아, 아민카르복서(carboxylic)산 등이 발생되고 유기산이 환원된다. 알카리 발효단계에서는 주로 메탄 발생 박테리아가 작용하여 유기산이 이산화탄소(CO₂) 및 메탄가스(CH₄)로 분해된다. 메탄발생 박테리아가 활성상태로 유지될 수 있는 pH영역은 비교적 엄밀하여 6.4내지 7.2로 된다. 또한, 산 발생 박테리아는 pH값이 6.4이하인 경우에도 활성상태로 유지될 수 있다. 따라서, 본 발명의 다른 양호한 실시예에서는 산발효단계와 산환원단계에 대응하는 기간동안은 거의 상술한 분리조에서 반응되고, 알카리 발효단계에 대응하는 기간동안은 우물형의 무기성 정화조에서 주로 작용한다. 상기 실시예에 따라, 분리조 및 무기성 정화조의 pH값은 각각 개별적으로 설정될 수 있다. 따라서, pH값은 메탄박테리아가 활동하기에 가장 적당한 값으로 설정될 수 있으며 이에 따라 반응효율이 향상될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양호한 실시예에서는 정화공정의 알카리 발효 단계중에 발생된 메탄가스를 집적하기 위한 장치가 설치된다. 지상에 설치되는 종래의 무기성 정화조의 경우에는, 메탄가스가 거의 발생되지 않을 뿐더러 높은 위치에 설치되어 메탄가스의 집적이 어렵기 때문에 이 장치는 사용될 수가 없다. 이에반해 본 발명에 의한 소위 우물형 무기성 정화조에는 이 장치가 사용되어, 헤드의 위치는 낮고 이 헤드의 면적은 메탄가스를 쉽게 집적할 수 있도록 작게 제작될 수도 있다. 그 이유는 우물형 무기성정화조의 용량이 비교적 헤드의 면적보다는 깊이에 좌우되기 때문이다. 따라서, 집적된 메탄가스는 건조기계와 다른 후처리장치를 위한 가열원으로 유효하게 사용될 수 있다. 한편, 일차 슬러지는 무기성 정화조에 삽입되기 전에 기계적인 응축장치로 6내지 10%로 응축되므로, 정화조에 남게되는 슬러지의 양은 증가되고 이에 따라 종래의 것보다 더욱 메탄가스의 발생이 활성화되어 많은 양의 메탄가스가 발생될 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 무기성 정화조의 용량이 종래의 것에 비해 상당히 감소되어 공간효율이 향상되는 슬러지 처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 요구되는 에너지를 극히 절감할 수 있는 슬러지 처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 처리능률이 향상된 슬러지 처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 슬러지에서 발생된 메탄가스를 유효하게 사용할 수 있는 슬러지 처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 여러가지 목적, 특징, 형태 및 장점들은 첨부 도면을 참조로하여 상세하게 설명될 것이다.

이하, 본 발명을 도면을 참조로하여 설명하기로 한다.

제1도는 본 발명의 한 실시예를 도시하는 유통도이다. 제1도에서, 가정용 폐수나 공업용 폐수등과 같은 폐수는 폐수공급 파이프(3)를 통해 폐수처리장치에 내정된 제1침전조(1)로 공급된다. 공급된 폐수는 제1침전조(1)에서 자연적으로 침전되어 일차슬러지와 부유액으로 분리된다. 분리된 부유액은 파이프(5)를 통해 무기성 침전조(7)로 공급된다. 이 부유액은 슬러지 처리공정을 통해 무기성 침전조(7)에서 처리된다. 무기성 침전조(7)에서 처리된 혼합용액은 파이프(9)를 통해 최종 침전조(11)로 옮겨진다. 이리하여 일차슬러지는 최종침전조(11)에서의 침전을 통해 분리된다. 이 최종 침전조(11)에서 부유된 용액은 파이프(13)를 통해 배출된다. 최종 침전조(11)에 침전된 슬러지는 슬러지 환수파이프(15)를 통해 상기 침전조(7)로 되돌아오며 제1침전조(1)에 의해 분리된 일차슬러지와 함께 기계적인 응축장치(17)로 옮겨진다. 이 응축장치는 본 발명의 주요특징이 된다. 본 발명은 상기한 바와같은 폐수처리에 의해 생긴 여분의 슬러지를 처리하기 위한 장치에 직결된다.

기계적인 응축장치(17)는 공급된 일차 슬러지를 기계적으로 강력하게 응축시키는 장치로서, 수직형 원심응축분리기, 수평형 원심응축분리기 또는 원심분리기 등등의 것과 같은 것이다. 더우기, 원심응축분리기(17)는 제1침전조(1)와 최종 침전조(11)로부터 일차 슬러지를 수납하여 슬러지농도를 6내지 10%로 응축시킨다. 공급된 슬러지 농도가 1%라고 가정하면, 예를들면, 6내지 10%의 슬러지농도는 원심응축분리기(17)로부터 얻어진다. 따라서, 원심응축분리기(17), 공급된 일차슬러지의 용량을 1/6내지 1/10로 감소시켜 파이프(19)를 통해 무기성 정화조(23)로 이를 공급한다. 이 무기성 정화조(23)도 역시 본 발명의 한 특징이 된다. 원심응축분리기(17)에 의해 형성된 분리용액은 파이프(21)를 통해 폐수처리장치에 내장된 제1침전조(1)로 되돌아오고 폐수처리장치에 의해 재처리된다. 상기 무기성 정화조(23)는 우물형의 것이다. 무기성 정화조(23)는 지하 10m이상 100m까지도 매장될 수 있는 외부관 또는 상향유통관(231)과 이 상향유통관(231)내에 삽입된 내부관 또는 하향유통관(232)으로 구성된다. 하향유통관(232)에는 하향유통실(233)이 있고 이곳을 통해 처리될 슬러지가 밑으로 흐르게 된다. 상향유통관(231)과 하향유통관(232)사이에는 상향유통실(234)이 있다. 상향유통실(234) 및 하향유통실(233)의 각각의 하부 및 상부는 서로 열려져 있다. 따라서, 무기성 정화조(23)는 순환형이 된다. 상향유통실(234) 및 하향유통실(233)의 상부에는 헤드조(235)가 설치되며, 이 헤드조는 상판으로 상부가 봉인되어 정화조(23)가 무기성 상태로 유지된다. 하향유통실(233)의 상부에는 스크류와 같은 회전 교반장치(236)가 설치된다. 또한, 상향유통실(234)의 하부에는 고정된 교반장치(237)가 설치된다. 고정된 교반장치(237)는 상향유통관(231)의 내벽 및 하향유통관(232)의 외벽상에 고정된 판으로서, 유통실을 통해 흐르는 슬러지의 흐름을 방해한다. 이러한 구조의 무기성 정화조(23)는 파이프(19)를 통해 공급되는 일차 슬러지를 분리하는데 사용되며, 산 발효단계와 산환원 단계 및 알카리 발효단계를 거쳐 이산화탄소(CO₂)와 메탄가스(CH₄)를 발생시키는데 사용된다. 본 발명에 따른 우물형의 무기성 정화조(23)의 고유기능 및 장점은 무기성 알카리 발효단계중 박테리아가 생성시킨 메탄가스(CH₄)와 함께 생산된 이산화탄소가스(CO₂)가 우물형 무기성정화조에 의해 나온 정수압헤드(static water pressure head)압력하에서 혼합된 용액속으로 용해된다는 것이다. 용해된 이산화탄소는 유기물질의 분해에 의해 생성된 유리수소(H₂)를 갖는 용액내에서 반응하여 메탄가스 생성물을 증가시키는 메탄가스로 변하게된다. 본 발명에 따른 무기성 정화가 우물형 무기성 정화조내에서 수행된다는 사실로 인하여 증대된 정압헤드의 고유효과로서 메탄생성율이 증대된다. 정화된 슬러지는 무기성 정화조(23)의 헤드조(235)로 부터 파이프(25)를 통해 혼합조(27)로 공급된다. 혼합조(27)에는 교반기(271)가 있고 이 교반기가 슬러지 농도를 균일하게 한다. 정화된 슬러지는 파이프(29)를 통해 이 혼합조(27)에서 벨트프레스와 같은 탈수기(31)로 공급된다. 이 벨트프레스(31)에는 정화된 슬러지를 응고시키는 응고시약과 여과기를 세정하는 세정수가 공급된다. 탈수기(31)대신에 다른 형태의 것도 사용될 수가 있으며 예를들면, 필터프레스, 진공탈수기, 압축탈수기, 원심분리탈수기 등과 같은 다른 형태의 탈수기가 사용될 수도 있다. 탈수기(31)로부터 분리된 용액과 여과기의 세정에 사용된 세정수는 모두 파이프(33)를 통해 폐수처리장치에 내장된 제1침전조로 되돌아온다. 한편, 탈수기(31)에 의해 처리된 탈수덩어리는 후처리를 위해 다음 단계로 보내어진다.

이 탈수된 덩어리는 건조기(35)로 이송되어 건조기(35)내의 고온기체로 건조된다. 따라서 건조기(35)는 고온기체를 발생시키는 에너지가 필요하게 된다. 건조기(35)에서 건조된 슬러지는 분쇄기(37)에 의해 과립상태로 분쇄되어 용해로(39)로 보내어진다. 이 용해로(39)에서 분쇄기(37)로 부터 얻어진 건조된 슬러지입자가 용해되어 재로 변한다. 건조기(35)는 본 명의 양수회사에서 제작된 "쿠보타-나테꼬"드라이어 장치(Kubota-Natako Drier System)"일 수도 있다. 용해로(39)도 역시 본 발명의 양수회사에서 제작된 "쿠보타 용해로(Kubota Melting Furnace)"일 수도 있다. 용해로(39)는 분쇄기(47)로 부터 이송된 건조 슬러지를 1,300℃이상의 온도로 용해시킨다. 이로인해, 용해로(39)역시 이러한 고온을 발생시키는 에너지원이 필요하게 된다.

도시된 양호한 실시예의 한가지 특징은 무기성 정화조(23)과 협동하는 메탄가스 집적장치(41)의 설치에 있다. 이 메탄가스 집적장치(41)는 무기성 정화조(23)의 헤드조(235)에서 발생된 메탄가스를 집적하기 위한 것으로서, 도시되지는 않았지만 집적조와 압축기로 구성된다. 메탄가스 집적장치(41)로 집적한 메탄가스는 가스파이프(43)를 통해 상술한 건조기(35)및 용해로(39)에 공급되어 에너지원이 된다.

한편, 정화공정, 즉 메탄가스는 무기성 정화조(23)내에서 발생되므로 상향 유통실(234)내에서의 특정한 슬러지 중력은 하향유통실(233)내의 그것보다 명백히 작다. 따라서, 이러한 명백한 중력차로 인해 슬러지를 유통 및 순환시키는데 에너지가 필요하게 된다. 스크류(236)는 이 스크류가 회전될 때 하향유통실(233)로부터 상향유통실(234)로 슬러지를 유통 및 순환시키기 위해 에너지를 제공한다. 정화조(23)속의 슬러지는 상술된 에너지를 통해 상향유통실(234) 및 하향유통실(233사이에서 순환을 위해 흐르게 된다.

이제 도시된 양호한 실시예에 의해 성취된 유리한 효과가 종래의 장치의 그것과 비교하여 기술될 것이다. 종래에는 일차 슬러지가 무기성정화조로 삽입되기전에 중력응축조에서 응축되었다. 이러한 중력응축조의 응축비율은 2내지 3%이고 용량의 감소비율도 1/2내지 1/3정도에 지나지 않았다. 한편, 본 발명에 사용된 원심응축분리기와 같은 기계적인 응축장치(17)는 그 응축비율이 6내지 10%이며 그 용량의 감소비율도 1/6내지 1/10이다. 폐수처리장치로부터 공급되는 슬러지가 응축되기전에 일차 슬러지의 농축도가 1%라 가정하면 예를들면 아직은 100ml의 혼합용액이나 또는 일차 슬러지속에 1g의 슬러지가 함유되어 있음을 의미한다. 종래의 중력응축조의 응축비율이 2%라 가정하면, 이것은 응축된후 50ml의 혼합용액속에 1g의 슬러지가 함유되어 용량 감소비율은 1/2이 된다. 이에 대해, 본 발명에 따른 기계적인 응축장치(17)를 사용하여 10%로 응축되었다고 가정하면, 이것은 응축후 10ml의 혼합용액속에 1g의 슬러지가 함유되어 있음을 나타내며, 용량 감소비율은 1/10을 의미한다. 따라서, 본 발명에 따른 기계적인 응축장치(17)를 사용하므로서 종래의 중력응축조를 사용하는 경우에 비해 그 용량이 1/5로 감소될 수가 있다. 이렇게 용량을 매우 감소시키므로 본 발명은 종래의 것에 있어 무기성 정화조의 용량이 크게 감소될 수 있어 일차 슬러지를 가열하기 위한 에너지를 지극히 절감시킬 수가 있다.

정화조에 필요한 용량 V는 다음식(1)로 주어지는 것으로 공지되어 있다.

여기에서, Q₁는 공급된 일차 슬러지의 양(㎥/일)이고, Q₂는 추출되는 정화슬러지의 양(㎥/일)이며, T는 정화에 필요한 일수이다.

종래의 중력응축조에 의해 일차슬러지가 2%의 농축도로 응축된다고 가정하여, 일차 슬러지의 습기함량 백분율이 98%이고, Q₁이 250㎥/일, Q₂가 60㎥/일이며 정화를 위한 일수를 30일이라고 가정하면, 유기물질의 2/3가 기화 및 액화되고, 95%의 습기함량으로 정화된 슬러지가 배출되며, 정화조의 용량은 대략 4,650㎥이 된다. 이에비해, 일차슬러지가 기계적인 응축장치(17)에 의해 6%의 농축도로 응고되어, 일차 슬러지의 습기함량이 94%라고 가정하면, Q₁은 83.3(㎥/일)이 되고 Q₂는 43(㎥/일)이 된다. 그러므로, 본 발명의 양호한 실시예에 따라서, 무기성정화조(23)의 용량은 대략 2,000㎥이면 된다. 따라서, 본 발명은 종래의 장치에 비해 무기성 정화조의 용량을 크게 줄일 수가 있다.

더우기, 본 발명에 따라, 무기성정화조는 종래의 것과는 달리 지하 깊숙히 매장된다. 따라서, 외부로 방출되는 열적손실도 억제할 수가 있다. 이러한 열손실의 억제와 상술한 용량감소는 다음에 설명하는 바와같이 에너지 절감을 가능하게 한다.

특히, 처리될 일차슬러지는 정화조로 투입되기 전에 35℃의 온도로 가열된다. 상술한 온도로 일차 슬러지를 가열하는데 필요한 가열량 C₁은 다음식(2)로 표시된다.

C₁=C·Q₁(T_D-T_S)×1000………………(2)

여기에서, C는 슬러지의 특정한 가열상수이며, Q₁는 투입되는 일차 슬러지의 양이고, T_D는 정화온도이며, T_S는 투입되는 일차슬러지의 온도이다.

제(2)식으로 부터 명백히 알수있는 바와같이, 본 발명의 한가지 양호한 실시예에서 Q₁은 종래의 것에 비해 1/5로 감소되어 가열량을 훨씬 절감할 수가 있다. 또한, 정화조로부터 방출되는 가열량 C₂는 다음식(3)으로 표시된다. C₂=∑K·A(T_D-T_A)×1.2…………(3) 여기에서, K는 정화조의 벽을 통하는 열전달비율이며, A는 면적, T_A는 순환온도이다.

본 발명에 사용하기 위한 우물형의 무기성정화조의 경우에 있어서, 정화조의 주요부분은 지하로 매장되어 지상에 설치되는 종래의 것에 비해 양호한 보온성을 가지므로 가열량의 소모가 감소된다.

상술된 바와같이 슬러지를 가열하는데 필요한 가열량 C₁의 감소와 방출되는 가열량 C₂의 감소로 인해, 본 발명은 종래의 것에 비해 가열량을 상당히 절감하여 에너지를 상당히 절감할 수가 있다. 그 특정한 실시예가 다음표에 도시된다.

에너지 산정

지금부터 슬러지를 35℃로 가열하는데 필요한 제1에너지 C₁에 대해 고찰하기로 한다.

종래형에서 에너지는 다음과 같이 산정된다. C₁=250×(35-15)×10³=5000(Kcal/일)

한편, 본 발명에 다른 형에선는 다음과 같다. C₁=83.3×(35-15)×10³=1667=1700(Kcal/일)

다음에 방출에너지 C₂를 고찰하기로 한다.

종래형에 있어서, 지상에 설치된 정화조는 원통형이고, 상부단은 반구의 지붕으로 덮혀있고 그 직경은 11.4m이고, 지붕면적은 408㎡이며, 측면의 면적은 810㎡이다. 이러한 종래의 정화조의 방출에너지는 다음과 같이 산정된다.

C₂{=0.7×408×(35-15)}+0.5×810×(35-15)+1.0×408×(35-15)×24=530×10³(Kcal/일) 여기에서, 0.7, 0.5및 1.0은 열전달계수 비율이다.

한편, 본 발명의 우물형 정화조에 있어서, 직경 5m, 깊이 100m, 몰타르층 두께 0.2m라 가정하면, 방출에너지 C₂는 다음과 같다.

C₂={π×5.4×(5×0.303+15+0.285+80×0.244) ×(35-15)}×24=200×10³(Kcal/일) 여기에서, 0.303, 0.285 및 0.244는 열전달 계수비율이다.

상술된 바와같이, 본 발명에 따라 전체장치에 필요한 에너지의 양은 종래의 장치에서 요구되는 에너지의 양에 비해 대략 1/3정도 절감될 수 있다.

또한 상술된 바와같이 본 발명에 따라 방출되는 열량은 지하온도에 좌우된다. 따라서, 대기로 방출되는 열량을 억제할 수 있는 깊이로 무기성 정화조(23)를 매장할 수 있으므로 적어도 10m이상의 깊이로 정화조(23)를 깊게 매장한다.

본 실시예는 또한 침전 되지않은 일차 슬러지가 탈수되는 종래의 경우에 비해 침전된 슬러지가 탈수기(31)에 의해 탈수되도록 구성되어 있기 때문에, 슬러지의 농축도가 균일함과 동시에 유기물질 함량이 적게되어 탈수가 간편하며, 시약의 투약량이 작아지는 등등의 여러 장점을 가진다. 처리될 일차 슬러지의 양이 250(㎥/일)이라고 가정하면, 종래의 중력 응축법으로 응축된 일차 슬러지가 직접 탈수되는 경우에, 일차 슬러지의 습기함량 백분율은 98%이고 따라서 폭이 3m인 두개의 벨트 프레스를 사용할 필요가 있다. 우선 종래의 중력 응축법으로 응축된 일차 슬러지가 침전되어 탈수된다면, 폭이 1.5m인 한개의 벨트 프레스로서도 충분하다. 이에 비해, 본 발명에 따라서 일차 슬러지가 기계적인 응축장치(17)에 의해 응축되고 정화조(23)에 침전된후 탈수되므로, 폭이 1m인 한개의 벨트프레스로서도 충분하다. 상술한 것은 벨트 프레스가 하루에 8시간 작동하는 것으로 간주된 것이다. 따라서, 기계적인 응축장치(17)를 사용하므로서, 탈수기의 용적이 종래의 것에 비해 현저히 작아질 수 있다.

제2도는 본 발명의 다른 양호한 실시예를 도시하는 유통도이다. 이 실시예는 기계적인 응축장치(17)와 우물형의 무기성 정화조(23)사이에 분리조(45)가 설치되는 것이 특징이다.

공지된 바와같이, 무기성 정화공정은 산 발효단계, 산 환원단계 및 알카리 발효 단계를 거쳐 처리한다. 산발효단계에서 유기산 발생 박테리아의 작용으로 탄수화물이 분해되어 저분자량의 지방산이 발생된다. 이러한 유기산발생의 흡수로 인해 pH가 감소된다. 산환원 단계에서, 유기산이 혼합되고 질소화합물이 용해되어 pH가 증가된다. 알칼리 발효 단계에서는 셀룰로오스와 질소화합물이 완전히 파괴되어 앞서 발생되었던 유기산은 이산화탄소가스 및 메탄가스로 분해된다. 알카리 발효 단계시에는 메탄발생 박테리아가 마이크로 유기화 작용을 한다. 메탄 발생박테리아는 무기성 박테리아이다. 메탄 발생 박테리아의 활동이 유지된 pH영역은 6.4내지 7.2이다. 한편, 상술된 유기산 발생 박테리아의 활동이 유지되는 pH영역은 보다 엄격하여 5.1정도의 pH영역에서 충분한 활동이 보장된다.

제1도의 양호한 실시예는 상술된 상술된 산 발효단계, 산 환원단계 및 알카리 발효단계가 하나의 무기성 정화조(23)내에서 동시에 처리될 수 있도록 제작되어 있다. 따라서, 산 발효 및 알카리 발효는 사실상 동시에 이루어진다. 산 발효 단계에서 pH값은 상술한 바와같이 급격히 감소된다. 한편, 메탄발생 박테리아에 적합한 pH값은 6.4내지 7.2이다. 그러므로, 알카리 발효단계에 대응하는 반응은 상술한 pH의 감소로 인해 억제되어 처리효율의 절감을 초래하게 된다. 따라서, 제2도의 실시예는 산 발효 및 산환원 단계에 대응하는 기간동안에는 분리조(45)에서 반응처리되고, 알카리 발효단계에 대응하는 기간동안에는 주로 무기성 정화조(23)에서 반응이 처리되도록 설계된다. 분리조(45)는 무기성 상태로 유지될 수도 있다. 제2도의 실시예는 산환원 단계가 분리조(45)에서 거의 완료되고 알카리 발효단계가 무기성 정화조(23)에서 완료되도록 설계되어 있으므로, 모든 처리가 하나의 정화조에서 이루어지는 경우에 비해 그 효율이 향상될 수 있다. 또한, pH값은 정화조(23) 및 분리조(45)에서 개별적으로 조절될 수 있으므로, 각각의 박테리아에 최적한 값으로 pH값을 쉽게 설정할 수가 있다. 이 결과로서 처리효율이 훨씬 향상되는 것은 말할 필요도 없다.

제3도는 무기성 정화조의 다른 양호한 실시예를 도시한 단면도이다. 제3도의 실시예는 정화조내의 슬러지를 교반시키는 순환통로(238)를 설치하여 이 통로에 순환펌프(238a)를 삽입한 것이 특징이다. 제3도의 실시예에 있어서 또 다른 특징은 상향유통관(231)의 둘레에 단열층(239)을 설치한 것이다. 순환펌프(238a)는 상향 유통실(234)을 거쳐 흐르는 슬러지를 하향 유통실(233)로 강력하게 순환시킨다. 이렇게하면, 제1도 및 제2도에 도시된 실시예에 비해 슬러지의 교반이 촉진되고, 따라서 정화처리도 촉진된다. 단열층(239)은 스티렐 기포나 우레탄 기포등과 같은 발포성 수지일 수도 있고 다른 공지된 단열재로 제작될 수도 있다.

이 단열층(239)은 정화조의 열방출을 더욱 억제시키며, 따라서, 슬러지의 가열에 필요한 에너지를 상당히 절감시킬 수가 있다. 이때 단열층(239)의 외면은 몰타르층(239a)으로 피복된다. 제3도에 도시된 바로는 상향 유통관(231)이 전체에 단열층(239)이 형성되어 있지만, 필요에 따라 상향 유통관(231)의 외면 부분에만 이 단열층(239)이 형성되고 나머지 부분에는 몰타르층(239a)이 도포될 수도 있다.

제4도는 무기성 정화조의 또 다른 양호한 실시예의 단면도이다. 제4도의 실시예의 특징은 슬러지의 발포작용을 촉진하기 위해 스크류(236')를 설치한 것이다. 이 스크류(236')는 상향유통실(234)의 상부에서 헤드조(235)에 설치된다. 또한 이 스크류(236')는 슬러지에 함유된 가스의 기포를 제거하기 위해 펌프(238a)로 흐르는 슬러지를 강하게 휘젖는다. 동시에, 스크류(236')는 순환통로(238)를 향한 가스유통을 억제하여 순환펌프(238a)내로 슬러지와 가스가 유입되는 것을 방지한다.

한편, 기포제거 작용을 촉진시키기 위하여, 다양한 수정이 가해질 수도 있다. 예를들면, 상술된 교반 스크류(236')에서 떨어진 구동샤프트에 칼퀴형의 부재가 부착될 수도 있다. 이러한 모든 변형체와 아울러 여기에 기술된 교반 스크류는 모두 회전 교반 장치이다.

본 발명이 상세히 기술되고 도시되었지만, 도시된 실시예 및 설명에만 극한되는 것은 아니며 본 발명의 정신 및 범주는 단지 첨부된 청구범위로서 한정된다.

Claims (11)

1. 폐수처리시에 발생된 슬러지를 처리하기 위한 장치에 있어서, 생성된 일차 슬러지를 강제로 응축시키기 위한 기계적인 응축장치(17)와, 상기 기계적인 응축장치(17)에 의해 응축된 일차 슬러지를 무기성으로 침전시키기 위해 상기 응축장치(17) 및 지하 깊숙히 매장된 무기성 정화조(23)사이에서 작동 가능하게 연결된 도관장치(19)와, 처리될 슬러지를 하향으로 유통시키기 위해 깊이 방향으로 연장하는 하향유통실(233)및 상기 하향유통실(233)과 연합하여 깊이방향으로 연장하는 상향유통실(234), 상기 상향 및 하향 유통설(234,122)들 사이에서 처리될 슬러지를 강제로 순환시켜서 그속에서의 반응을 촉진시켜 주기위해 상기 하향 및 상향 유통실(233,234)에 작동 가능하게 연결된 순환장치(236,237)로 구성되어 무기성 상태를 유지시켜 주기 위해 지하 깊숙이 매장된 우물형의 무기성 정화조(23)와, 상기 무기성 정화조(23)에 의해 침전된 슬러지로 받아들여서 탈수시키기 위해 상기 정화조(23)에 작동 가능하게 연결되는 탈수기(31)와 상기 정화조(23)내에서 생성된 메탄가스를 집적하기 위해 상기 정화조(23)에 작동 가능하게 연결된 메탄가스 집적장치(41)와 슬러지가 상기 탈수기(31)에 의해 탈수된후 탈수된 덩어리를 더이상 처리하기 위해 상기 탈수기(31)에 작동가능하게 연결되며 상기 메탄가스 집적장치(41)에 의해 집적된 메탄가스를 공급받아 에너지원으로 이용하는 후처리장치(35,39)로 구성됨을 특징으로 하는 슬러지 처리장치.
2. 제1항에 따른 슬러지 처리장치에 있어서, 상기 기계적인 응축장치(17)와 상기 무기성 정화조(23)사이에 설치되어서 유체를 서로 통하게 해주는 분리조(45)는 산발효 및 산환원에 해당하는 반응을 행하며, 상기 무기성 정화조(23)는 실지로 알카리 발효에 해당하는 무기성 정화를 수행함을 특징으로 하는 슬러지 처리장치.
3. 제2항에 따른 슬러지 처리장치에 있어서, 상기 분리조(45)는 또 하나의 무기성 정화조를 이루는 폐쇄장치로 구성됨을 특징으로 하는 슬러지 처리장치.
4. 제1항에 따른 슬러지 처리장치에 있어서, 우물형의 상기 무기성 정화조(23)는 상기 정화조(23)내에 각각의 정압헤드를 제공하기 위해 10m이상의 깊이로 지하에 깊숙히 매장됨을 특징으로 하는 슬러지 처리장치.
5. 제4항에 따른 슬러지 처리장치에 있어서, 상기 무기성 정화조(23)는 10m내지 100m범위의 깊이로 지하에 깊숙히 매장됨을 특징으로 하는 슬러지 처리장치.
6. 제1항에 따른 슬러지 처리장치에 있어서, 상기 무기성 정화조(23)내에 설치된 교반장치(236)는 상기 정화조(23)내에서의 반응을 촉진시키기 위해서 처리될 슬러지를 교반시킴을 특징으로 하는 슬러지 처리장치.
7. (정정). 제6항에 따른 슬러지 처리장치에 있어서, 상기 교반장치(236)는 처리될 슬러지를 교반시키기 위하여 회전식 교반장치로 구성됨을 특징으로하는 슬러지 처리장치.
8. (정정). 제6항 또는 7항에 따른 슬러지 처리장치에 있어서, 상기 교반장치는 상향유통실(234)의 일부에 고정식으로 설치된 고정된 교반장치(237)로 구성됨을 특징으로 하는 슬러지 처리장치.
9. (정정). 제1항에 따른 슬러지 처리장치에 있어서, 상기 무기성 정화조(23)는 하향유통실(233)을 구성하는 하향유통관(232)과, 상기 하향유통관(232)와 함께 상향유통실(234)을 형성하는 상향유통관(231)을 구성함을 특징으로 하는 슬러지 처리장치.
10. 제9항에 따른 슬러지 처리장치에 있어서, 상기 하향유통관(232)은 상기 상향유통관(231)내에 배치됨을 특징으로 하는 슬러지 처리장치.
11. 제10항에 따른 슬러지 처리장치에 있어서, 상향유통관(231)의 외측에는 열절연 장치(239,239a)가 제공됨을 특징으로 하는 슬러지 처리장치.

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