KR100187831B1 - 폐수의 호기성 생물처리에 있어서의 산기장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐수의 호기성 생물처리에 있어서의 산기장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폭기조의 상방으로 부터 산소공급을 이루게 하여 정화효율에 영향을 미치는 인자중 용존산소농도를 소동력으로 유지하게 되어 경제적인 정화처리를 기대할 수 있는 폐수의 호기성 생물처리에 있어서의 산기장치에 관한 것이다.

기 - 액 접촉면적을 늘리기 위한 방안으로 본 발명은 기포경을 수 미크론단위 (25 - 50 micron)로 미세화시키므로서 액체중의 상승 속도가 2.5 - 3.0 ㎝/sec가 줄어짐과 동시에 액체와의 접촉면적을 늘리게 하며, 기 - 액 접촉시간을 늘리기 위한 방안으로 본 발명은 상기 기포를 미세화 발생시키는 방법이외에 하부가 개방된 격벽통을 폭기조내에 설치하고 격벽통의 상부에서 펌프 또는 임펠러등의 수단으로 폭기조 외부액 또는 내부액에 압력을 가해 밀어넣어 하향유속중 격벽통내에서 미세기포의 상승속도 (2.5 - 3.0 ㎝/sec) 보다 약간 크게 참으로써 격벽통내의 기포의 체류시간을 무한대로 조정 가능하게 한 것을 특징으로 한다.

이에 따라 기존의 5 - 8%의 효율에 불과한 산소흡수효율을 대폭으로 향상시킬 수 있으며, 또한 소동력으로 폭기조내의 소요 용존산소농도를 유지할 수가 있어 경제적인 폐수정화처리를 기대할 수 있게 된다. 또한, 폭기조내의 부상하는 슬럿지를 순환 분산되게 하므로서 상기 부상하는 슬럿지에 따르게 되는 정화의 역효과를 해결할 수 있게 되며, 특히 기포의 상승속도보다 격벽통내의 기포, 액체의 혼합류의 하향류속을 더 크게 함으로서 격벽통내의 기포 체류 시간을 무한히 가능케 하는 효과가 있다.

Description

폐수의 호기성 생물처리에 있어서의 산기장치

제1도는 본 발명의 일실시예에 따른 장치의 구성도.

제2도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 장치의 구성도.

제3도 및 제4도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 장치의 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 폭기조 2 : 격벽통

2a, 2a' : 유입구 2b : 유출구

3 : (가압)펌프 3a : 노즐구

4 : 기포발생장치 5 : 기포

6 : 슬럿지 (sludge) 7 : 임펠러 (Impeller)

8 : 수축부 9 : 뚜껑

10 : 흡입관

본 발명은 폐수의 호기성 생물처리에 있어서의 산기장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폭기조의 상방으로부터 산소공급을 이루게 하여 정화효율에 영향을 미치는 인자중 용존산소농도를 소동력으로 유지하게 되어 경제적인 정화처리를 기대할 수 있는 폐수의 호기성 생물처리에 있어서의 산기장치에 관한 것이다.

일반적으로 유기성 폐수 정화처리에 있어서 미생물의 대사활동을 이용한 방법이 중심적인 기술이 되고 있다. 즉, 호기성 또는 혐기성 세균군의 생활환경을 적절히 조성해주므로서 이들 미생물에 의한 유기오수중의 단백질, 탄수화물등을 분해, 성취, 재합성하여 유기오수를 정화하는 것이다.

이러한 정화효율에 영향을 미치는 인자로는 기질(Substrate)농도, PH, 온도, 용존산소 (DO, Dissolved Oxygen) 등이다.

이중 기질농도나 온도 및 PH 등의 인자는 폐수자체가 갖고 있는 고유의 성질에 기인하게 되며, 외부에서의 인위적인 조작인자는 용존산소농도가 거의 유일하다고 할 수 있다. 다시 말하면, 효율적인 산소공급이 정화효율을 좌우하는 중요한 요소가 되어지는 것이다.

이러한 산소공급을 위하여 통상 산기식 산소공급장치가 이용되고 있다. 산기식 산소공급장치는 송풍기 (BIOWER)에 의해 외부 공기를 압송시켜 그 끝단에 구비된 여러 형태의 산기장치에 의해 수많은 기포를 발생시키게 하므로서 그 기포들이 폭기조 저부로부터 상승하면서 폐수에 용해되게 하는 것이다.

그러나, 산소는 액체에 대해 용해가 잘되지 않는 기체로 폭기조내에서 체류하는 시간이 짧을 경우 대부분 떠올라 대기중에 방출되고 만다.

현재 널리 사용되고 있는 산기식 산소공급장치인 경우 폐수의 농도, 온도, 폐수의 성상에 따라 다르나, 활성슬럿지법으로 운용되는 하수처리장의 경우 산소흡수효율(흡수된 산소량 공급된 산소량)은 약 5 ∼ 8%에 불과한 것으로 나타난다.

즉, 100개의 산소를 공급하여 5 ∼ 8개만이 액체에 흡수 이용되고 나머지는 대기중에 방출되고 마는 것이다.

경막설 (Two - film theory)에 따르면 산소의 전달속도는 rm = ㎏·A·(Cs - C)식으로 표시된다.

여기서 rm은 산소질량전달속도이며, ㎏은 산소의 확산계수이며, A는 산소의 확산면적이며, Cs는 액체중의 산소포화농도이며, C는 액체중의 산소농도이다. 상기식에 따르면 산소의 전달속도는 산소 - 액체 접촉면적인 A에 비례함을 알수 있다.

따라서, 기포를 완전한 구형이라 하면 같은 부피에서는 총 기포의 표면적은 기포경의 제곱에 비례하므로 가능한한 기포경을 미세화하여 전체 액체의 접촉면적을 크게 하는 것이 요구되는 것이다. 기포경을 미세화 하기 위한 여러 산기장치가 안출되고 있으나, 산기식의 경우 약 1 - 3㎜가 한계이며, 이 경우 액증상승속도는 약 25 - 30 ㎝/sec이다.

한편, 산소가 액체로 전달되는 양은 기포와 액체의 접촉시간에 비례하게 된다. 이러한 접촉시간을 길게 하기 위해서는 폭기조내의 수심을 깊게 하여 기포의 체류시간을 연장시키는 방법이 있겠으나, 이럴경우 수심이 깊을수록 수압이 증가하게 되어 기포발생 장치인 송풍기의 전력 소요량이 많아지게 되며, 이에 따라 산소흡수효율의 증가효과를 전력비가 상쇄해 버리기 때문에 일반적으로 폭기조의 수심은 약 3 - 8 m 가 바람직한 것으로 알려져 있다.

이와 같이 산소흡수효율을 높이기 위한 방안으로 기체 즉, 기포와 액체와의 접촉면적과 접촉시간을 늘리는 기술이 연구되고 있지만 접촉면적을 늘리기 위해서는 기포경을 최대한 미세화시키는 산기장치의 기술이 필요하게 되며, 또한 접촉시간을 늘리기 위해서는 폭기조의 수심을 깊게 하여야 함에도 불구하고 이럴 경우 송풍기기의 전력소요량이 증가되는 등의 문제점으로 한계가 있어 실제적으로는 극히 비효율적이고 비경계적인 폭기방식이 채택되고 있는 실정이다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점, 즉 기포의 액체와의 접촉면적 및 접촉시간을 늘리는데 따르게 되는 물리적인 한계를 극복하기 위해 안출한 것으로 간단한 산기장치의 구성에 의해 기포의 액체와의 접촉면적 및 접촉시간을 늘리게 하므로서 외부에서의 인위적인 조작인자가 가능한 용존산소농도를 미생물생활환경조성에 충분하게 제공하여 정화능력을 증대시키게 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적중 기 - 액 접촉면적을 늘리기 위한 방안으로 본 발명은 기포경을 수 미크론단위 (25 - 50 micron)로 미세화시키므로서 액체중의 상승속도가 2.5 - 3.0 ㎝/sec가 줄어짐과 동시에 액체와의 접촉면적을 늘리게 하며, 기 - 액 접촉시간을 늘리기 위한 방안으로 본 발명은 상기 기포를 미세화 발생시키는 방법이외에 하부가 개방된 격벽통을 폭기조내에 설치하고 격벽통의 상부에서 펌프 또는 임펠러등의 수단으로 폭기조 외부액 또는 내부액에 압력을 가해 밀어 넣어 하향유속중 격벽통 내에서 미세기포의 상승속도 (2.5 - 3.0 ㎝/sec)보다 약간 크게 참으로써 격벽통내의 기포의 체류시간을 무한대로 조정 가능하게 한 것을 특징으로 한다.

이러한 특징에 의해 기 -액 접촉면적은 약 100배, 기 - 액 접촉시간은 약 33배 이상으로 되어 이러한 증가된 접촉시간과 접촉면적을 동시에 고려할 경우 약 3300배 이상의 효과가 있게 된다.

다시 말해 기존의 5 - 8%의 효율에 불과한 산소흡수효율을 대폭으로 향상시킬 수 있으며, 또한 소동력으로 폭기조내의 소요 용존산소농도를 유지할 수가 있어 경제적인 폐수정화처리를 기대할 수 있게 된다. 또한, 폭기조내의 부상하는 슬럿지를 순환 분산되게 하므로서 상기 부상하는 슬럿지에 따르게 되는 정화의 역효과를 해결 할 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상술한다.

제1도는 본 발명의 일시예에 따른 산기장치의 구성도이다. 제1도에서와 같이 본 발명에 따른 산기장치는 폐수를 수용하는 폭기조(1), 폭기조(1) 내에 설치되는 격벽통(2), 격벽통(2)유입측에 설치되는 압송펌프(3) 및 펌프(3)에 연통시키느 기포발생장치(4)를 포함한다.

폭기조(1)는 수심에 제한이 없으며, 수심이 깊을수록 더욱 경제적이다.

격벽통(2)은 상단과 하단이 개방되는 유입구(2a) 및 유출구(2b)를 형성하며 원통형이나 원추형이거나 각형등의 형상을 불문하며 통상 원통형으로 제조되는 것이 더욱 바람직하다.

이러한 격벽통(2)은 상단이 폭기조(1) 수위로부터 돌출되는 수두차(h)를 이루도록 하며 하단은 폭기조(1)의 저면으로 부터 이격되도록 설치된다. 펌프(3)는 그 토출측이 격벽통(2)의 상단 유입구(2a)내로 인입되게 설치한다.

기포발생장치(4)는 기포경이 약 25 - 50 미크론단위를 갖는 미세한 기포를 발생시키는 장치이며, 상기 펌프(3)의 토출부에 연결된다.

부호 5는 기포이며, 부호 6은 부상된 슬럿지(Sludge)이다. 이러한 구성을 이룬 본 발명에 따른 장치의 작동 및 효과를 설명한다.

폭기조(1)에 정화 처리할 폐수가 수용되며 그 폐수에는 정화작용을 하는 미생물이 포함된다. 폐수는 정화작용을 하는 미생물이 포함된다. 폐수는 내설된 격벽통(2)의 상단으로 부터 수두차(h)를 이루도록 유지된다.

이러한 상태에서 가압펌프(3) 및 기포발생장치(4)가 가동된다. 즉, 기포발생장치(4)로 부터 미세한 기포경 (약 25 - 50 미크론)을 갖는 다량의 기포(5)들이 격벽통(2)의 상단 유입구(2a)를 통하여 유입되어 가압펌프(3)의 표출류와 혼합되어 격벽통으로 유입된다.

따라서, 격벽통(2) 내에는 하향의 유속이 발생되며, 격벽통(2)내의 미세한 기포(5)들은 격벽통(2)내의 폐수와 접촉을 이루면서 하향 이동하여 마침내 격벽통(2)의 하단 유출구(2b)를 통해 빠져나와 폭기조(1) 하부로 부터 자체 부력에 의해 상승된다.

또한, 가압펌프(3) 및 기포발생장치(4)의 유량을 조정하여 그 하향 유속을 미세기포의 상승속도보다 약간 크게 가변되게 하면 기포(5)의 체류시간을 무한정으로 유지시킬 수 있게 된다.

또한, 미세기포가 폭기조의 수면으로 상승함에 따라 폐수의 슬럿지(6)가 부상되나, 격벽통(2)의 하향 유속에 의해 격벽통(2)내로 흡인되어져 기포(5)와 함께 폭기조(1)내에서 순환 분산되므로 부상한 슬럿지(6)에 의한 정화능력의 역효과가 제거되는 것이다.

제2도는 본 발명의 다른 실시예이다. 제2도에 따르면, 격벽통(2)의 상단 유입구를 격벽통 자체의 직경보다 작게 한 유입구(2a')를 형성하고 이에 설치되는 가압펌프(3)의 끝단을 수축시킨 노즐구(3a)를 형성하여 벤츄리효과를 얻게 하므로서 부상된 슬럿지(6)가 흡인되어 슬럿지(6)의 순환을 보다 원활히 하게 한 것이다.

따라서 부상된 슬럿지(6)는 다시 폭기조에 순환, 분산되므로 부상된 슬럿지(6)에 따르게 되는 정화의 역효과를 해소시키는 것이다.

제3도는 본 발명의 또 다른 실시예이다. 즉, 격벽통(2)의 상단 유입구(2a)에 임펠러(7)를 설치하게 한 것이다. 이러한 구성 역시 상술한 실시예에서처럼 기포발생장치(4)로 부터 발생한 미세한 기포들을 하강시키기 위한 하향유속을 발생시킴과 동시에 유입구(2a)에 설치된 임펠러(7)에 의해 부상된 슬럿지(6)의 유입 및 순환을 원활히 하게 되는 것이다.

제4도는 이러한 부상슬럿지를 순환, 분산시키게 하는 또 다른 기술이 제안된다. 즉, 격벽통(2)의 하부에 수축부(8)를 형성하고 격벽통(2)의 상단 유입구는 그 유입구를 완전히 차단하는 뚜껑(9)을 구비하며, 이러한 격벽통의 뚜껑(9)을 통하여 흡입관(10) 및 기포발생장치(4)를 구비한 펌프(3)을 설치하게 한 것이다. 이때, 흡입관(10)은 뚜껑(9)을 관통하며, 그 하단은 수축부(8)에 이르게 한다.

이에 따라 펌프(3)에 따른 유속이 수축부(8)에서 벤추리효과를 갖게 되며, 흡입관(10)으로는 부상된 슬럿지(6)가 자동으로 유입되는 것이다.

이때 흡입관(10)을 상하로 조정하여 수축부(8)와의 단면적을 조정할 경우 여기서 발생되는 차압이 다르게 되어 흡입되는 부상슬럿지의 양을 임의로 조절할 수 있게 되는 효과를 얻게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 폐수의 호기성 생물처리에 있어서의 산기장치는 다음 표에서와 같은 효과가 있게 된다.

표에서와 같이 본 발명은 종래법에 비해 기 - 액 접촉면적을 100배, 기 - 액 접축시간이 33배 이상이 되며 접촉시간과 접촉면적 동시에 고려할 경우 약 3300배 이상의 산소흡수율을 가져오게된다.

다시 말하면 현재 5 - 8%의 효율에 불과한 산소흡수효율을 대폭으로 향상시키게 되며, 특히 소동력으로 폭기조내의 소요 용존산소농도를 유지할 수가 있어 경제적인 처리가 기대될 수 있는 것이다.

또한, 폭기조내의 깊이에 따른 추가 동력이 필요없게 되며, 폭기조의 깊이에 제한이 없고 폭기조의 수심을 깊게할수록 기 - 액 접촉시간을 더욱 연장시킬 수 있게 되어 경계적이다.

즉, 미생물의 생활환경을 위해 산소공급효율을 증대시키기 위한 방안의 산기장치에 있어서, 폭기조내에 격벽통을 설치하고 격벽통의 상부에 설치된 기포발생장치로 부터 발생한 미세한 기포들이 가압펌프 또는 임펠러에 의해 하강하다가 다시 상승하게 하므로서 기 - 액 접촉면적 및 기 - 액 접촉시간을 대폭 증대시키게 되어 미생물생활환경조성을 최적화시키게 되며, 부상된 슬럿지가 순환 분산되어 부상된 슬럿지에 따르게 되던 정화능력의 역효과를 제거하게 되는 등으로 정화능력을 극대화시키게 되는 효과가 있다.

위에서 기술한 실시예들은 본 발명을 제한하는 것이 아니라 예시적으로 기술하였을 뿐이고, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어남이 없이 적용분야를 달리 할 수 있는바, 예를 들면 정화처리만 이용뿐만 아니라 기 - 액 접촉면과 기 - 액 접촉시간을 증대하여 산소흡수효과를 극대화 시키게 하는 제반산업시설에 적용시킬 수 있게 됨은 물론이다.

Claims (7)

1. 폐수의 호기성 생물처리에 있어 정화효율에 영향을 미치는 용존산소농도를 증대시키기로 위한 산기장치에 있어서, 폐수를 수용하는 폭기조(1), 폭기조(1)의 바닥으로 부터 이격 설치되며, 상하단이 개방된 격벽통(2), 격벽통(2)의 상단 유입구(2a)에 연결 설치되는 가압펌프(3) 및 가압펌프(3)에 연결되는 기포발생장치(4)를 포함한 구성을 특징으로 하는 폐수의 호기성 생물처리에 있어서의 산기장치.
2. 제1항에 있어서, 기포발생장치(4) 25 - 50 미크론의 미세기포를 발생시키는 것을 특징으로 폐수의 호기성 생물처리에 있어서의 산기장치.
3. 제1항에 있어서, 격벽통(2)의 상단 유입구는 격벽통(2)직경 보다 작은 유입구(2a')을 형성하고 이에 연골되는 가압펌프(3)의 끝단은 노즐구(3a)를 형성하므로서 부상된 슬럿지(6)의 흡인 및 폭기조(1) 내에서의 순환 분산을 원활하게 한 것을 특징으로 하는 폐수의 호기성 생물처리에 있어서의 산기장치.
4. 제1항에 있어서, 격벽통(2) 유입구(2a)에는 가압펌프(3)의 대용으로 임펠러(7)를 설치한 것을 특징으로 하는 폐수의 호기성 생물처리에 있어서 산기장치.
5. 제1항에 있어서, 격벽통(2)의 하부에 수축부(8)를 형성하고 상단 유입구에는 뚜껑(9)을 설치하며, 상기 뚜껑(9)을 통하여 흡입관(10)을 수축부(8)에 이르도록 설치하며, 뚜껑(9)을 통하여 기포발생장치(4)를 구비한 펌프(3)를 설치하여 상기 흡입관(10)의 상하 이동조정에 의해 부상슬럿지(6)의 흡입량을 임의로 조정할 수 있게 함을 특징으로 하는 폐수의 호기성 생물처리에 있어서의 산기장치.
6. 제1항 내지 제5항의 어느 한 항에 있어서, 격벽통(2)은 폭기조(1)의 수면으로 부터 수두차(h)를 갖도록 돌출 설치되는 것을 특징으로 하는 폐수의 호기성 생물처리에 있어서의 산기장치.
7. 제1항에 있어서, 기포(5)는 가압펌프(3)및 기포발생장치(4)를 조정하게 하여 기포의 상승속도보다 격벽통(1)내의 기포, 액체의 혼합류의 하향류속을 더 크게 함으로서 격벽통(1)내의 기포 체류시간을 무한히 가능케 하는 것을 특징으로 하는 폐수의 호기성 생물처리에 있어서의 산기장치.