KR800000873B1 - 오물 슬러쥐의 처리방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

오물 슬러쥐의 처리방법

본 발명은 오물 슬러쥐(sludge)의 처리 및 폐기 방법에 관한 것이다.

오물 슬러쥐는 수분을 흡수하는 유기물질과 자양물을 포함하는데, 이들은 자양물과 유기물질이 많지 않으나 배수가 잘 되는 농경지에 사용하면 유익하다.

원래 형태 그대로의 오물 슬러쥐는 다음과 같은 몇가지 이유로 인해 농경지에 폐기할 수가 없다.

1) 처리되지 않은 오물 슬러쥐는 인간에게 흔한 모든 질병 유기체와 바람직하지 않은 식물 종자를 포함한다. 미처리된 형태의 이 물질은 건강에 위험을 주며 바람직하지 못한 식물을 성장시킬 수 있다.

2) 미처리된 오물 슬러쥐는 농경지 상에서 조절된 조건하에 분해하도록 한다면 매우 부패하기 쉽고 특히 그 냄새가 매우 불쾌하다. 분해물질은 또한 바람직하지 않은 해충의 번식을 조장할 수 있다.

3) 이들은 농경지에 무분별한 방법으로 과량의 비율로 사용하면 슬러쥐내의 질소가 사용 지역내의 지하수를 오염시킬 수 있다.

하수 슬러쥐를 가공하는 공지된 방법은, 슬러쥐의 탈수성을 증가시키는 방법으로 열처리하여 고체상과 액체상을 침전, 여과, 원심분리 등에 의해 쉽게 분리시킨다음, 고체상과 액체상을 폐기하거나 또는 각각 더 처리하는 것이다.

본 발명은 농경지상에 폐기하기 위하 하수 슬러쥐를 처리하는 방법에 관한 것으로서, 슬러쥐를 약 65℃-150℃의 온도에서 약 30초-60분의 시간(시간은 온도에 반비례한다)동안 가열한 다음, 고체상과 액체상을 분리하지 않고, 생성된 유체상태의 살균된 오물 슬러쥐를 약 32-60℃의 온도에서 생물학적 분해에 의해 처리하는 것이다.

생물학적 분해는 호기성 방법, 또는 혐기성 방법, 또는 이들의 결합으로 구성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 면은 생물학적 분해후에 유체 슬러쥐를 경작지에 운반하고, 이것을 1년당 1에이커당 질소 약 300파운드 이하의 비율로 분산시키는 단계이다.

여기서 사용되는 “오물 슬러쥐”라는 말은 서양에서 통상적으로 사용되는 수세식 변소로 부터 나오는 묽은 오물 뿐만 아니라 동양에서 대변과 같은 인간 또는 동물의 농축된 오물도 포함된다. 오물 슬러쥐는 물리적으로 수성 슬러리 또는 오물 고체의 현탁액이다.

본 발명의 목적은 오물 슬러쥐를 처리하여 바람직하지 못한 미생물을 없애고 부패성 및 악취를 감소시킴으로써 농경지에 폐기할 수 있도록 하려는 것이다.

이 방법은 다음과 같다.

a) 슬러쥐를 슬러쥐내의 병원성 미생물과 식물 종자를 불활성화시키고 유기물질은 더 쉽게 분해될 수 있는 물질로 분해시키기에 충분한 시간동안 충분한 온도까지 가열한다. 그러나 가열시간과 온도는 처리된 고체의 수분흡수 특성을 실질적으로 감소시키지 않은 범위까지 제한시킨다.

b) 생성된 유체 상태의 살균된 오물 슬러쥐를 탈수시키지 않고 약 32℃-60℃의 온도에서 생물학적 분해에 의해 처리한다.

생물학적으로 분해된 오물 슬러쥐는 슬러쥐 고체를 미리 분리하거나 또는 탈수시키지 않고 농경지에 분산시키기에 적당하다.

슬러쥐를 열 및 생물학적 분해에 의해 살균시키는 개개의 단계는 본 분야에서 독립적으로 알려져 있지만, 여기에 기술한 바와 같은 특수한 단계들의 결합 및 순서는 종전에 알려지지 않았던 이점을 제공한다.

본 발명의 방법에서 슬러쥐는 생물학적 분해전에 살균된다. 종전에 슬러쥐는 호기성 분해후에 살균 또는 저온 살균되었으나 슬러쥐 분해전에 열처리가 제안된 것은 본 발명이 처음이다. 분해전에 열처리 살균을 행하는 경우의 이점은 다음과 같다.

a) 열처리에 의해 슬러쥐내의 유기물질의 생물학적 분해성이 증가한다. 따라서 생물학적 분해전에 열처리를 하면 짧은 시간내에 더 큰 분해를 할 수 있다. 오물 슬러쥐에 25부피%의 잘 분해된 슬러쥐를 소량 넣고 혐기적으로 분해하여 연소성 기체(메탄)를 생성시키는 실험을 원래 상태 및 가열후의 상태에서 각각 수행했으며, 이 실험결과 가열된 슬러쥐를 분해한 것이 미가열된 원래 슬러쥐를 분해한 것보다 주어진 시간에서 더 많은 기체를 생성한다. 여러가지 뱃치(batch)실험(2개 이상 실험의 평균)의 종합결과는 다음과 같다.

상기 데이타는 슬러쥐를 분해전에 248℉에서 60분간 가열했을 때는 18일간의 분해 기간동안 26%의 기체가 더 얻어졌다는 것을 나타낸다. 248℉에서 3분간 가열했을 때에도 양호한 결과(20% 부가기체)가 얻어졌다.

만약 슬러쥐를 생물학적 분해후에 살균하기 위해 가열하면, 생물학적 안정한 유기물질이 후에 분해하기 쉬운 생분해성 물질로 전환되어 최종 폐기 장소에서 문제를 일으킬 가능성이 있다. 또한, 분해후에 열처리 하면 지하수 또는 지표수등으로 씻겨 내려가기 쉬운 용해성 자양물이 생성된다.

b) 슬러쥐를 열처리하면 효과적인 생물학적 작용에 도움이 되는 따뜻한 슬러쥐를 생성한다. 다른 외부 가열이 필요하지 않다. 만약 슬러쥐를 생물학적 작용후에 살균시키면 거기에 남아있는 잔류열이 조절된 분해에서 유익하게 사용되지 않고 손실된다.

c) 살균된 자양성 슬러쥐를 생물학적 처리단계에 도입시켜 원하는 유기체를 접종시키고 주위 조건을 가장 바람직한 생물학적 성장이 유지되는 상태로 조절함으로써 생물학적 처리를 제어할 수 있다. 미살균된 생 슬러쥐를 생물학적 분해 단계에 도입할때에는 공급원액 자신의 여러가지 형태의 미생물의 혼합 배양물이기 때문에 존재하는 유기체를 제거할 수 없다.

d) 본 발명에서 제안된 방법에 의해 바람직하지 못한 유기체를 불활성화 시키기 위해 열처리한 다음 잠재적 불쾌감(악취 등)을 감소시키기 위해 생물학적 분해를 행하면 농경지에 직접 사용하기에 바람직한 유체 슬러쥐가 얻어진다. 이 물질은 생물학적으로 안정하고 비교적 불쾌물이 없기 때문에 탈수할 필요가 없고, 또한 이 물질의 자양분은 암모니아와 같이 용해성 형태이기 때문에 탈수가 바람직하지 못하다.

본 방법은 다음에 기술한 바와 같이 여러가지로 변화시킬 수 있다.

1. 슬러쥐가 가열단계에서 슬러쥐를 가열하는 온도와 시간은 슬러쥐로 부터 질병을 유발하는 미생물과 식물종자를 제거하기에 충분하도록 한다. 살균목적을 위한 가열시간 및 온도 범위는 약 65℃에서 약 60분-약 150℃에서 약 30초간이며, 시간은 온도에 반비례한다. 바람직한 조건은 약 120℃에서 약 10분간이다. 가열 공정은 또한 슬러쥐내의 유기물질을 다음에 생물학적으로 분해하기 쉽게 만든다. 최소 가열시간 이상에서는 유기물질의 용해가 생물학적 분해가 증가된다.

가열단계는 오물 슬러쥐의 화학적 산소 요구량이 산화로 인해 감소되지 않도록 산소(공기)가 실질적으로 존재하지 않은 곳에서 수행하는 것이 바람직하다.

2. 살균된 오물 슬러쥐는 약 100-150℉(38-66℃)의 온도에서 생물학적 분해 단계로 공급되며, 이 단계에서는 탱크내의 종자생물이 부패성 유기물질을 기체 및 생물학적으로 안정한 유기물질로 분해한다. 생물학적 처리단계는 혐기성이거나 또는 호기성이다. 혐기성 공정에서는 따뜻한 살균 슬러쥐를 평균 약 5-20일동안 뚜껑덮힌 탱크에 보유한다. 최초 공정동안에 혐기성 탱크에 토양 박테리아를 접종시킨다. 이 목적을 위해서는 토양 유기체를 포함하는 농업용 로움(loam)을 사용할 수 있다. 살균된 부패성 슬러쥐를 혐기성 분해시키면, 연소될 수 있고 슬러쥐 열처리 공저엥서 연료로 사용될 수 있는 메탄기체가 생성된다. 탱크에는 종자와 슬러쥐 공급물을 혼합시키기 위해 기계적 혼합기 또는 기체 분산혼합기를 장치시킨다. 혐기성 공정은 90-140℉(32-60℃)의 범위에서 효과적으로 작용한다. 바람직한 온도는 95-100℉(35-38℃)이다. 생분해 온도는 거기에 공급된 가열된 슬러쥐의 온도를 조절함으로써 원하는 수준으로 조절된다.

생물학적 안정화단계는 변형될 수 있으며 특정한 환경에 적당하다. 예를들면 슬러쥐가 많은 양의 독성금속(예컨대, 구리)을 포함하는 경우에는 호기성 분해가 혐기성 분해보다 바람직하며, 독성 금속이 소량일 때는 혐기성 분해가 억제되나 호기성 분해는 억제되지 않는다. 살균 슬러쥐의 호기성 분해는 도입된 슬러쥐를 약 100-150℉(38-66℃)에서 1-10일간 통기시킴으로써 수행된다. 호기성 분해는 기계적 통기에 의해, 또는 탱크의 내용물을 통해, 산소를 포함하는 기체를 확산시킴으로써 산소가 확산되는 열린 탱크내에서 수행된다. 도입된 슬러쥐내의 분해성 유기물질은 이산화탄소와 물로 분해된다. 호기성 분해공정은 따뜻한 온도의 슬러쥐를 공정에 공급시킴으로써 가속화된다. 호기성 분해는 약 65℉(18℃) 이하의 온도에서 매우 느린 속도로 진행된다. 합리적으로 빠른 분해소도를 얻기 위해서는 호기성 분해에서 90℉(32℃) 이상의 온도[바람직한 온도는 110℉(43℃)]가 바람직하다. 호기성 분해는 또한 최초 공정동안 토양 유기체를 도입시킴으로써 접종된다. 또 다른 가능한 변형은 열처리한 후 계속해서 혐기성 및 호기성분해를 수행하는 것이다. 이 계획은 혐기성 공정의 에너지(연료용 기체)가 회수되는 이점이 있고 화학적으로 환원된 상태의 혐기성 슬러쥐를 호기적으로 연마한다. 예를들면, 유황 화합물을 포함하는 혐기적으로 분해된 슬러쥐는 설파이드 또는 머켑탄 형태로 존재하는 유황을 가지며, 이것은 바람직하지 못하게 악취가 날 뿐만 아니라 이것이 사용될 토양에서 바람직하지 못하게 높은 산소 요구를 나타낸다. 이 슬러쥐를 호기성 처리하면 설파이드를 산화시키고, 악취가 최종 사용 토양에서의 산소 요구를 감소시킨다. 후자의 두단계 생물학적 처리는 호기성 분해만을 사용하는 변형 방법에서보다 작은 호기성 단계의 통기력을 요구하는데, 왜냐하면 호기성 단계가 혐기성 분해에 의한 산소요구의 주부분을 제거하기 때문이다.

3. 생물학적 분해로 부터 얻어지는 액체 슬러쥐는 농경지에 직접 분산하거나 또는 농경지에 사용할 때까지 보유하는 저장탱크로 운송한다. 슬러쥐는 악취를 갖지 않고 저장 탱크내에서 더 숙성된다. 농경지에서 사용되는 슬러쥐는 슬러쥐내에 남아있는 질소양에 의해 조절된 하중 비율로 사용된다. 하중 비율은 1년당 1에이커당 질소 약 300파운드 이하, 통상적으로 질소 80-300파운드/에이커/.년(질소 35-135㎏/400㎡/년)이어야 하며, 이 양은 사용년수, 질소의 농작물이용 및 토양요소에 따라 변화한다. 높은 퍼센트의 질소를 포함하는 오물슬러쥐는 낮은 질소 농도를 포함하는 슬러쥐보다 낮은 비율로 사용해야 한다. 질소 사용이 과량이면 질소 화합물이 경작지의 표면과 지하수에 나타난다. 생물학적으로 처리된 슬러쥐내의 질소의 대부분은 용해성 암모니아 형태인 바람직한 자양물로서 조립하기 때문에, 유체 슬러쥐를 탈수시키지 않고 농경지에 사용하는 것이 농업적 면에서 가장 바람직하다. 그러나 질소함량이 너무 많아서 안전하게 폐기시킬 수 없다면, 슬러쥐를 탈수시킴으로써 편리하게는 저장탱크로 부터 윗 액체를 따라 버림으로써, 질소의 실질적 부분을 제거할 수 있다. 따라서 요구에 따라서는, 잔류 슬러쥐내의 질소의 양을 감소시키기 위해 저장탱크로 부터 윗 액체를 제거할 수 있으며, 이 경우에는 처리된 슬러쥐의 전체부피가 사용되는 경우보다 더 작은 농경 면적에서 폐기된다. 어떤 경우에는 잔류 슬러쥐를 농경지에 사용하기 전에 용해성 질소를 더 씻어 분석하기 위해 처리된 슬러쥐에 물을 기우려 따르는 방법으로 가하는 것이 바람직하다.

다음 실시예는 본 발명을 설명한다.

[실시예]

휘발성물질 67%를 포함하는 총고체 3.6%의 생 슬러쥐를 250℉에서 10분간 가열한다. 가열은 역류(逆流) 열교환기와 반응기에서 행한다. 약 60℉에서 차가운 슬러쥐를 열교환기를 통해 시스템에 펌핑한 다음 반응기에 공급하고, 이 반응기는 증기를 반응기에 분산시키거나 또는 반응기 바로 전에 증기 또는 다른 액체로 가열된 열교환기에 의해 원하는 온도로 유지된다. 가열된 슬러쥐는 시스템을 따라 유입되는 차가운 슬러쥐에 역류적으로 통과한다. 가열된 슬러쥐는 약 90-150℉의 온도에서 시스템을 떠나 혐기성 분해탱크로 들어간다. 혐기성 분해에서는 열처리 단계에 요구되는 연료를 제공하기에 충분한 연소성 기체가 생성된다. 보통조건하에서는 혐기성 분해 탱크내에서 10-15일간 보유되며, 이 기간동안 슬러쥐내의 약 40%의 휘발성 고체가 연소성 기체로 전환된다. 만약 예를들면 휘발성 고체 14,400파운드를 포함하는 슬러쥐 50갈론/분(72,200칼론/일)을 공급하면, 휘발성 고체 1파운드당 10,000BTU의 연료가를 갖는 이 고체 40%가 기체로 전환되며, 사용할 수 있는 연료의 양은 1일단 14,400×10,000=57.6백만 BTU/일이다. 공급되는 슬러쥐의 온도를 60℉에서 100℉로 높이는데 요구되는 열은 약 72,000×8.33×40=24백만 BTU이다. 따라서 기체내의 연료가의 40%가 공급 슬러쥐로 전달되는 열로 전환되며, 더 이상의 연료를 가하지 않고 바람직한 온도로 유지시키는데 충분한 열이 된다. 열교환기를 떠나는 따뜻한 슬러쥐는 기체 수집 장치가 부착된 뚜껑이 덮힌 분해탱크로 공급되며, 여기서 미리 접종 및 분해된 슬러쥐와 혼합되어 분해가 진행된다. 10-15일의 보유기간동안 약 40%의 휘발성 고체가 기체로 전환되어 감소된다. 분해기를 통과한 후 안정한 슬러쥐는 보통 저장탱크로 공급되어 여기서 토지 및 기후조건이 슬러쥐를 농경지에 분무할 수 있게 될 때까지 잔류하게 된다.

혐기성 분해대신 호기성 분해를 사용하는 경우에는 산소 함유기체를 분해 혼합물에 가하고 약 110℉(43℃)로 유지된 탱크내에서 분해를 수행한다. 잔류용해 산소 함량을 적어도 0.5㎎/ℓ로 유지하기에 충분한 산소를 가할때는 10일의 보유기간동안 약 40%의 휘발성 고체가 감소된다. 호기성 분해를 사용할 때는 연소성 기체를 회수할 수 없으며, 원하는 분해 온도를 유지시키기 위해 요구되는 연료는 외부로부터 공급되어야 한다. 호기성으로 분해된 슬러쥐는 다시 저장탱크로 공급되어 농경지에 분무할 때까지 기다리게 된다.

혐기성 분해후에 호기성 분해를 행하는 경우에는 약 50%의 최대 휘발성 고체감소를 얻기 위하여 혐기성 분해 공정에서 적어도 15일간 보유시킨 다음, 용해된 산소 함량이 적어도 0.5㎎/ℓ로 유지되도록 1-5일동안 호기성으로 연마시킨다.

Claims (1)

1. 본문에 상술한 바와 같이, 슬러쥐를 약 65℃ 내지 150℃에서 약 30초 내지 60분간 온도와 시간이 반비례하도록 가열하여, 질병을 유발시키는 병원체와 식물 종자를 죽이고, 유체 상태로 생성된 살균된 오물 슬러쥐를 고체상과 액체상을 분리하지 않고, 약 32℃ 내지 60℃의 온도에서 생물학적 분해에 의해 처리하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 농경지에 폐기하기 위한 오물 슬러쥐의 처리방법.