KR100203948B1

KR100203948B1 - 최적의 고온 호기성 소화시스템 및 혐기 소화 시스템 전환 겸용 복합 폐수 처리 시스템

Info

Publication number: KR100203948B1
Application number: KR1019970000554A
Authority: KR
Inventors: 이상을
Original assignee: 이상을
Priority date: 1997-01-11
Filing date: 1997-01-11
Publication date: 1999-06-15

Abstract

본 발명의 복합 폐수 처리 시스템은 폐수를 집수하여 저장하기 위한 집수조(20), 상기 집수조로부터 이송된 폐수를 1차적으로 처리하기 위한 제1소화조(30), 및 상기 제1소화조로부터 이송된 1차 처리된 폐수를 2차적으로 처리하기 위한 제2소화조(40)로 구성된다. 또한 상기 폐수 처리 시스템은 제1소화조 및 제2소화조 내부의 폐수를 선택적으로 가열시키기 위한 보일러(140), 제1소화조 및 제2소화조 내부에 공기를 선택적으로 공급하기 위한 블로워(150,160), 및 제1소화조 및 제2소화조가 혐기성 소화 시스템으로 운영되는 경우에 메탄가스를 포집하기 위한 가스포집장치(210)를 더 포함한다. 본 발명의 폐수처리 시스템에서는, 제1소화조 및 제2소화조를 모두 최적의 고온 호기성 소화 시스템으로 운영할 수 있고, 이들을 모두 혐기성 소화 시스템으로 운영할 수도 있고, 또한 제1소화조를 고온 호기성 소화 시스템으로 제2소화조를 혐기성 소화 시스템으로 운영할 수도 있고, 그 반대로도 운영할 수 있다. 따라서 본 발명의 가장 큰 목적은 최적의 고온 호기성 소화시스템을 개발함에 있으며, 이 시스템을 위와 같이 다양하게 운영할 수 있게 고안 함으로써 각종 폐수가 가장 경제적이고 효율적으로 처리되도록 함에 있다.

Description

최적의 고온 호기성 소화시스템 및 혐기 소화 시스템 전환 겸용 복합 폐수 처리 시스템

제1도는 종래의 고온 호기성 소화 처리 시스템의 예를 개략적으로 나타낸 구성도이다.

제2도는 종래의 고온 호기성 소화 처리 시스템의 다른 예를 개략적으로 나타낸 구성도이다.

제3도는 본 발명에 따른 복합 폐수 처리 시스템을 나타낸 구성도이다.

제4도는 본 발명에 따른 복합 폐수 처리 시스템을 나타낸 개략적인 평면도이다.

제5도는 본 발명에 따른 복합 폐수 처리 시스템의 제1소화조의 상부를 나타낸 부분단면도이다.

제6도는 본 발명에 따른 복합 폐수 처리 시스템의 제2소화조의 상부를 나타낸 부분단면도이다.

제7도는 본 발명에 따른 복합 폐수 처리 시스템에서 제1 및 제2소화조의 맨홀을 나타낸 단면도이다.

제8a도 및 제8b도는 각각 본 발명에 따른 복합 폐수 처리 시스템의 사이클론을 부분적으로 나타낸 사시도 및 평면도이다.

제9도는 본 발명에 따른 복합 폐수 처리 시스템에서의 제2소화조의 처리수 배출파이프를 나타낸 단면도이다.

제10도는 본 발명에 따른 복합 폐수 처리 시스템에서의 가스포집장치를 나타낸 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 집수조 21 : 수중 커터 펌프

25 : 원폐수 유입관 26: 바이패스 노즐

27 : 노즐 30,40 : 제 1 및 제 2 소화조

31,41 : 탱크 32,42 : 탱크 입구

33,43 : 맨홀 50,55 : 베이스 플레이트

60,65 : 출입관 70,75 : 수중 폭기기

71,76 : 호스 72,77 : 인양 체인

80,90 : 사이클론 81,91 : 공기 순환 파이프

82,92 : 공기 흡입파이프 83,93 : 에어 벤트

85,95 : 공기 배출파이프 100 : 열교환 파이프 유닛

110 : 침전조(또는 농축조) 115 : 처리수 배출파이프

120 : 열교환 파이프 121 : 공기 공급 파이프

140 : 보일러 141,142 : 히팅 튜브

150,160 : 블로워 151,161 : 공기 공급관

170,175 : 보온층 180 : 비닐 하우스

200 : 전환 파이프 유닛 210 : 가스포집장치

211 : 메인 탱크 212 : 포집 탱크

213 : 가스 쳄버 215 : 가스 유입 파이프

216 : 가스 배출 파이프 220 : 배기 파이프

[발명의 분야]

본 발명은 고온 호기성 소화 방법 및 혐기성 소화방법에 의해 폐수를 정화 처리하기 위한 폐수 처리 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 최적의 고온 호기성 소화 시스템과, 필요시 이를 조작하여 혐기성 소화 시스템 또는 이 두 소화 시스템의 기능을 동시에 사용할 수 있도록 한 복합 폐수 처리 시스템(dual waste water disposal system)에 관한 것이다.

[발명의 배경]

현대 사회의 도시 하수, 산업 폐수 등으로 인한 수질 오염(水質汚染)은 생태계를 파괴시킬 뿐만 아니라, 산업 및 농업 용수, 식수의 고갈 현상을 야기시켜 심각한 사회 문제로 대두되고 있는 실정에 있다.

이와 같은 수질 오염의 주요 물질로는 유류(油類), 분뇨(糞尿), 폐수(廢水), 오수(汚水) 등을 포함한 각종 무기물(無機物)과 유기물(有機物)이 있다. 무기물은 부영양화(富營養化)와 적조(赤潮)를 일으켜 유해 부유생물(有害浮遊生物)의 발생을 유발시키고, 화학적 산소요구량(chemical oxygen demand : COD)의 증가 요인이 된다. 또한, 유기물은 자정(自淨) 작용의 방해 및 수계의 용존 산소량(dissolved oxygen : DO)등을 감소시키게 된다.

각종 오수, 분뇨, 축산 폐수, 기타 슬러지(sludge) 등의 유기물을 함유한 폐수의 처리 방법은 수중 미생물이 유기물을 영양원으로 섭취하여 소화시키는 원리를 이용하고 있으며, 이 때 사용되는 미생물의 종류에는 원생동물(protozoa), 조류(algae), 박테리아(bacteria) 등이 있다.

폐수는 수중 유기물의 농도에 따라 저농도 폐수와 고농도 폐수로 구분할 수 있고, 미생물은 산소 섭취 방식에 따라 혐기성 미생물(嫌氣性微生物)과 호기성 미생물(好氣性微生物)로 크게 분류된다. 혐기성 미생물은 유기물의 자체 산소로 호흡하며, 호기성 미생물은 수중의 용존 산소로 호흡한다.

한편, 고농도 유기성 폐수의 처리 방식에는 혐기성 소화 시스템과 고온 호기성 소화 시스템으로 크게 구분된다. 그런데, 혐기성 소화 시스템은 폐수의 정화 처리에 필요한 온도를 유지하기 위하여 외부로부터 가열이 필요하며, 미생물의 소화일이 길어 설비 규모가 커질 뿐만 아니라, 소화율도 낮고, 메탄가스나 황화수소로 인한 악취가 발생하는 문제가 있었다.

따라서, 최근 혐기성 소화 시스템의 단점을 해결할 수 있는 고온 호기성 소화 시스템의 개발이 활발하게 진행되고 있는 실정에 있으며, 이러한 고온 호기성 소화 시스템은 미생물의 적응 온도를 대략 60∼70℃ 정도로 유지하는 것과 산소공급을 위한 공기량을 적절하게 조절하는 것이 중요한 요소라 하겠다.

고온 호기성 소화 시스템이 혐기성 소화 시스템보다 비교 우위에 있는 구체적 내용으로는: 첫째, 고온(43∼80℃)에서 유기물의 분해가 일어나며 분해 속도가 매우 빠르며, 건설비용이 중온 혐기성의 1/5∼1/6로 크게 절감된다.

둘째, 고온반응은 미생물이 섭취 분해할 수 있는 유기물의 가수분해(용해)가 매우 왕성하여 중온에서보다 분해 가능한 유기물 농도가 증가한다. 따라서 높은 유기물 산화에 의해 최종슬럿지 농도가 낮아져 탈수케익의 양을 줄일 수 있다.

셋째, 병원성 세균은 50℃ 이상에서 사멸(55℃에서 4시간 또는 70℃에서 30분 : 저온 살균법)하므로 2차 오염을 방지한다.

넷째, 고온에서는 질산화 박테리아의 사멸 또는 활성 저하로 유해 성분인 아질산염(NO₂)이나 질산염(NO₃)이 형성되지 않으며, 질산화에 소모되는 O₂가 거의 없으므로 공급된 산소의 낭비가 없어 공기 공급을 위한 에너지 비용이 절감된다. 즉 상온에서의 유기물 분해는 하기 식에 의하여 진행되며,

C₅H₇O₂N + 5O₂→ 5CO₂+ 2H₂O + NH₃(NH₄ ⁺) + Energy

질산화 반응은 질산화 박테리아에 의해 하기 식과 같이 진행된다.

C₅H₇O₂N + 7O₂→ 5CO₂+ 2H₂O + NO₃+ H⁺+ Energy

질산화가 일어나지 않는 반응에서는 박테리아(C₅H₇O₂N)의 단위 무게(Kg)당 소모되는 산소량은 1.42Kg이며, 질산화가 진행되면 1Kg의 박테리아(C₅H₇O₂N)가 산화하기 위하여 1.98Kg의 산소가 소모된다. 따라서 질산화에 의해 0.56Kg의 산소가 더 소모된다.

다섯째, 호기성 미생물에 의한 소화로 악취가 없고 흙내음 같은 호기성 취기를 느낄 수 있다.

여섯째, 호기성으로 소화된 슬럿지는 pH가 8.0∼8.2로 높아 탈수후 토양 개량제로 이용이 가능하다.

일곱째, 고온 호기성으로 소화된 슬럿지를 다시 혐기성으로 소화시키면 CH₄가스 함량이 더 높아지는데 이는 호기성 반응에서 생성된 유기물의 가수분해율이 양호하여 혐기성 미생물의 분해력을 증대시켜 줌으로써 혐기성 분해시 CH₄가스량이 증가하게 된다. 즉 양질의 잠재 에너지를 얻을 수 있다.

위와 같은 장점을 가지는 고온 호기성 소화의 이론적 배경은 다음과 같다.

폐수중 유기성 고형물질 + O₂

새로운 세포체 (미생물) + CO2 + NH4 + +Energy

상기 반응과 같이, 유기성 고형물은 미생물이 섭취 분해하여 새로운 세포체와 무기질(CO₂,H₂O)로 전환되며 에너지를 방출한다. 상기 반응은 산소에 의한 유기물의 호기성 산화(소화) 반응인데 반하여, 일반적으로 널리 이용되고 있는 혐기성 소화 반응은 유기물이 혐기성 조건하에서 미생물(산성 생성 미생물과 메탄 생성 미생물)에 의해 분해되어 최종 물질로 새로운 세포체와 무기질(CO₂, H₂O, H₂S) 그리고 잠재 에너지인 CH₄로 전환되는데, 호기성 산화반응 보다는 매우 낮은 에너지(1/20)가 방출된다.

고온 호기성 미생물에 의한 소화시 방출 에너지는 유기물 1g 분해시 약 3.5℃의 열을 발생하게 된다. 또한 이 고온 호기성 미생물의 활동 온도 범위는 43∼80℃이다.

이와 같은 고온 호기성 미생물의 특성을 고온 호기성 소화 공법으로 적용하기 위하여는 다음과 같은 시스템적 요건 구비가 필요하다.

첫째, 미생물이 방출하는 에너지를 최대한 보존하여 외부 에너지를 최소화하는 것이 가장 중요한 요건이 된다. 즉 미생물의 발열 에너지만으로 고온 미생물의 활동 분위기 온도(43∼80℃)를 유지할 수 있는 시스템이라야 가장 경제적인 것이다.

둘째, 충분한 산소를 공급하면서도 위와 같이 내부 분위기 온도가 유지될 수 있어야 한다. 즉 순산소를 사용하거나 공기를 사용할 경우는 산소의 이용율(폐수중에 용해되는 정도)이 높아야만 내부 온도를 유지할 수 있게 된다. 그러나 순산소를 사용하는 경우 경제성에서 실용화가 어렵게 된다.

셋째, 소화조 내부 유기물과 미생물과 수중의 산소가 신속히 접촉이 이루어질 수 있어야 한다. 즉 내부 혼합과 균질이 빠르고 고르게 이루어져야 하는 것이다.

넷째, 점도가 상승하여 발생하는 다량의 거품이 외부로 유출되지 않도록 조내부에서 단시간 내에 파괴할 수 있어야 한다. 이는 에너지의 외부 유출과 산소의 용해율 저하 및 미생물과 유기물의 빠른 접촉을 방해하기 때문이다.

다섯째, 조내부의 온도가 과열될 경우 오히려 분해 속도가 떨어지므로 조내부 온도를 분해속도가 가장 빠른 소정의 온도로 조절할 수 있어야 한다.

여섯째, 처리 대상 유기물의 농도 변화시에도 안정적인 운영이 될 수 있도록 공급되는 산소의 양을 조절할 수 있어야 한다.

일곱째, 혹한기 등에는 외부 가열을 할 수 있는 구조라야 한다. 단 본개발 시스템이 국내 기후 여건에서는 위 6항 까지의 요건을 모두 충족하는 것으로써 외부 가열이 없이도 고온 호기성 소화 온도를 유지할 수 있으나 우리 나라 보다 겨울철 기온이 낮은 한냉지역에서는 설비에 포함되는 것이 안정적인 운전 요건이 된다. 또한 국내 여건에서도 혐기성 소화로 전용하거나 일부를 혐기성으로 운영하여 다량의 메탄가스 발생이나 퇴비화 액비화 등의 소화 목적을 이루고자 할 경우 선택적으로 필요한 것이 된다. 그러나 본 개발 시스템을 고온 호기성 소화 다음에 중온 혐기성 소화로 운영하고자 할 경우에는 고온 호기성조의 미생물에 의한 발열 에너지의 잔열 만으로도 혐기성 소화가 가능한 것이다.

고온 호기성 소화 시스템이 가지는 위와 같은 특성과 요건에 비하여 일반적으로 적용되고 있는 종래의 고온 호기성 소화 시스템의 예는 제1도에 나타낸 바와 같이, 집수조(集水槽 : 10)의 폐수가 펌프(11)의 구동에 의해 소화조(消化槽 : 12)로 유입되고, 소화조(12)의 폐수는 순환 펌프(13)의 구동에 의해 소화조(12)의 하부에서 상부로 순환되면서 정화 처리된다. 순환 펌프(13)의 구동에 의해 순환되는 폐수에 공기를 흡입시키기 위하여 순환 파이프(13A)에 에어 인젝터(14)가 장착되며, 소화조(12)의 상부 중앙에는 모터(15)의 구동에 의해 회전되는 임펠러(15A)가 장착되고, 소화조(12)의 상부에 공기 배기구(16)가 설치된다.

그러나, 상기한 종래의 고온 호기성 소화 시스템은, 순환 펌프(13)의 구동에 의해 소화조(12)내 폐수량을 시간당 대략 6회 이상으로 순환시키는 방식이므로, 순환 펌프(13)의 용량이 커져 동력 소비가 과다해지는 문제가 있었다. 또한, 폐수가 정화 처리되면서 소화조(12)의 수면에서는 폐수의 점도가 증가하면서 거품이 대량으로 발생되는 바, 임펠러(15A)를 회전시켜 소화조(12) 수면상에 발생한 거품을 파괴하여 제거하게 된다. 그런데, 거품을 효과적으로 제거하기 위해서는 모터(15)의 구동에 의해 임펠러(15A)가 고속으로 회전되어야 하므로, 모터(15)의 동력 소비가 과다해지는 문제가 있었다. 또한, 유입된 공기가 폐수와 접촉후 바로 빠져나가 산소이용율이 낮으며, 따라서 소화조(12)의 열에너지가 공기 배기구(16)를 통하여 누출되므로 에너지가 과다하게 소요되고 따라서 폐수 처리 효율이 현저하게 저하되는 문제가 있었다.

종래의 고온 호기성 소화 시스템의 다른 예로는 제2도에 나타낸 바와 같이, 집수조(10)의 폐수가 펌프(11)의 구동에 의해 소화조(12)로 유입되고, 소화조(12)의 상부에 공기 배기구(16)가 설치된다. 그리고, 소화조(12)의 폐수에 공기를 공급하기 위하여 컴프레서(17)의 구동에 의해 압축 공기를 소화조(12)의 수면위로 주입시키며, 소화조(12)의 폐수를 별도의 교반기(18)의 구동에 의해 교반시켜 폐수와 공기를 접촉시킨다.

그러나, 이와 같은 고온 호기성 소화 시스템은, 컴프레서(17)의 구동에 의한 단위 시간당 산소 공급량이 낮아 폐수의 처리속도가 현저히 낮아져 폐수 처리 효율이 크게 저하되는 문제가 있다. 또한, 대용량에서는 컴프레서(17)의 동력이 과다 소요되며, 교반기(18)의 저속 회전시 거품의 제거율이 낮아 산소의 용해율이 저하되는 문제가 있을 뿐만 아니라, 거품이 소화조(12)의 외부로 유출되어 내부 에너지의 보존이 곤란한 문제가 있었다. 교반기(18)를 고속 회전시킬 경우에는, 에너지 비용의 상승 및 교반기(18)의 고장 등으로 인한 관리 비용이 상승되는 문제가 있다.

따라서 본 발명자는 종래의 고온 호기성 소화 시스템이 갖는 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 최적의 고온 호기성 소화 시스템을 개발한 것이며, 또한 이를 필요에 따라 혐기성 소화 시스템 또는 이 두 소화 시스템의 기능을 동시에 사용할 수 있도록 개발한 복합 폐수 처리 시스템(dual waste water disposal system)을 개발하기에 이른 것이다.

[발명의 목적]

본 발명의 목적은 최적의 고온 호기성 소화 시스템을 개발하는 것이며, 또한 이를 필요시 혐기성 소화 시스템 또는 이 두 소화 시스템의 기능을 동시에 사용할 수 있도록 개발한 것으로 그 전환 조작이 간단하게 행해지는 복합 폐수 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 고온 호기성 소화 시스템의 운영시 산소 이용율이 증가되는 복합 폐수 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 고온 호기성 소화 시스템의 운영시 미생물의 산화 발열에너지의 보존이 효과적으로 행해져 경제성이 양호한 복합 폐수 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 혐기성 소화 시스템의 운영시에 폐수가 빠르게 혼합됨과 동시에 균질화되어 폐수의 정화 효율이 향상되도록 한 복합 폐수 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 고온 호기성 소화 시스템과 혐기성 소화 시스템으로 병용하여 운영함으로써 폐수의 성상 조건에 따라 각종 폐수의 정화 효율이 향상되고 에너지 비용이 낮아지도록 한 복합 폐수 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적 및 기타의 목적들이 하기 설명하는 본 발명에 의하여 모두 실현될 수 있다.

[발명의 요약]

본 발명의 복합 폐수 처리 시스템은 폐수를 집수하여 저장하기 위한 집수조(20), 상기 집수조로부터 이송된 폐수를 1차적으로 처리하기 위한 제1소화조(30), 및 상기 제1소화조로부터 이송된 1차 처리된 폐수를 2차적으로 처리하기 위한 제2소화조(40)로 구성된다. 또한 상기 폐수 처리 시스템은 제1소화조 및 제2소화조 내부의 폐수를 선택적으로 가열시키기 위한 보일러(140), 제1소화조 및 제2소화조 내부에 공기를 선택적으로 공급하기 위한 블로워(150, 160), 및 제1소화조 및 제2소화조가 혐기성 소화 시스템으로 운영되는 경우에 메탄가스를 포집하기 위한 가스포집장치(210)를 더 포함한다.

집수조(20)에는 저장된 폐수를 제1소화조(30)로 이동시키기 위한 복수개의 펌프(21)가 그 내부 바닥에 설치되어 있고, 이송관(22), 유입관(25), 유량계(28), 및 노즐(27)을 거쳐 폐수가 제1소화조로 이송한다. 유입관(25)의 다른쪽에는 폐수가 집수조(20)로 바이패스되도록 노즐(23)이 집수조(20) 내부로 설치된다. 집수조(20)의 상부에는 집수조(20)에 집수된 폐수의 유량을 측정하기 위한 레벨 스위치(23)가 설치된다.

제1소화조(30)는 폐수가 유입되어 분사되는 노즐(27), 외부공기가 유입되는 공기 흡입 파이프(82), 내부 기체 순환장치, 보일러에 연결된 가열 튜브(141), 블로워에 연결되고 제1소화조의 하부에 설치된 복수개의 에어 노즐(152), 폐수의 유량을 측정하기 위한 레벨 스위치(130), 및 제1소화조(30)에서 처리된 폐수를 제2소화조(40)로 이송하기 위한 연결관(30A)으로 구성된다. 상기 내부 기체 순환 장치는 제1소화조(30)의 뚜껑을 관통하도록 설치된 공기 배출 파이프(85), 복수개의 가이드 베인(84)을 갖고 상기 파이프(85)의 외부에 설치되며 하부에서 공기 흡입 파이프(82)와 연결되는 사이클론(80), 상기 사이클론(80)에 연결된 호스(71), 및 상기 호스(71)에 연결되고 제1소화조(30)의 바닥 내부에 위치하여 공기방울을 발생시키는 수중 폭기기(70)로 이루어진다. 수중 폭기기(70)는 체인(72)에 의하여 연결되며, 그 체인(72)의 한 끝은 뚜껑에 고정시킨다. 제1소화조(30)는 그 내부의 점검, 청소, 보수 등을 위하여 그 측부에 설치된 맨홀(33)을 더 포함한다.

제2소화조(40)는 제1소화조(30)에서 처리된 폐수가 유입되는 연결관(30A), 외부 공기가 유입되는 공기 흡입 파이프(92), 내부 기체 순환 장치, 보일러에 연결된 가열 튜브(142), 블로워에 연결되고 제2소화조의 하부에 설치된 복수개의 에어 노즐(162), 폐수의 유량을 측정하기 위한 레벨 스위치(135), 및 제2소화조(40)에서 처리된 처리수를 침전조(110)로 이송하기 위한 배출 파이프(115)로 구성된다. 상기 내부 기체 순환 장치는 제1소화조(30)의 장치와 동일하다. 수중 폭기기(75)는 체인(77)에 의하여 연결되며, 그 체인(77)의 한 끝은 뚜껑에 고정시킨다. 제2소화조(40)는 그 내부의 점검, 청소, 보수 등을 위하여 그 측부에 설치된 맨홀(43)을 더 포함한다.

제1소화조(30) 및 제2소화조(40)에는 그 내부의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(131, 136)가 각각 설치되어 있다.

본 발명의 폐수처리 시스템에서는, 제1소화조 및 제2소화조를 모두 고온 호기성 소화 시스템으로 운영할 수 있고, 이들을 모두 혐기성 소화 시스템으로 운영할 수도 있고, 또한 제1소화조를 고온 호기성 소화 시스템으로 제2소화조를 혐기성 소화 시스템으로 운영할 수도 있고, 그 반대로도 운영할 수 있다. 예를 들어, 제1소화조(30)를 혐기성 소화 시스템으로 운영하는 경우에는, 급기 조절 밸브(86)를 닫아서 제1소화조(30)의 내부로 유입되는 공기를 차단하고, 블로워(15)의 구동을 정지시켜 공기의 공급을 완전히 차단한다. 그리고 외부 공기가 차단된 상태에서 수중 폭기기(70)를 작동시켜 제1소화조(30) 내의 폐수를 강력히 혼합시킨다. 제1소화조(30)에서 발생한 메탄가스는 파이프(101,215)를 통하여 가스포집장치(210)에 포집된다. 파이프(101)와 유입관(25)은 열교환기 방식으로 설치되어 유입되는 폐수가 메탄가스의 열을 흡수하여 제1소화조(30)로 유입되는 폐수의 온도를 높일 수 있다.

다른 예로, 제1소화조(30)를 고온 호기성 소화 시스템으로 운영하는 경우에는, 공기 흡입 파이프(82)를 통하여 외부 공기가 제1소화조(30) 내부로 유입되고, 수중 폭기기(70)를 작동시켜 제1소화조(30) 내부의 공기가 사이클론(80)의 에어 벤트(83)를 통하여 고속으로 유입되고, 유입된 공기의 일부는 호스(71)를 통하여 수중 폭기기(70) 속으로 순환되고, 유입된 공기의 나머지 일부는 공기 배출 파이프(85)를 통하여 파이프(101)를 통하여 배출된다.

제1소화조(30)로부터 배출되는 더운 공기는 파이프(101)를 통과하고, 파이프(101)는 유입관(25)과 열교환기 방식으로 설치되어, 제1소화조(30)로 유입되는 폐수의 온도를 제1소화조 내부의 온도에 접근하도록 상승시킬 수 있다.

제1소화조(30)의 공기 흡입 파이프(82)를 통하여 유입되는 공기는 파이프(103)를 통과하며, 파이프(103)는 파이프(102)와 열교환기 방식으로 설치되고, 파이프(102)에는 제2소화조(40)로부터 배출된 더운 공기가 통과하기 때문에 공기 흡입 파이프(82)를 통하여 유입되는 공기의 온도를 상승시킬 수 있다.

또한, 제2소화조(40)의 공기 흡입 파이프(92)를 통하여 유입되는 공기는 파이프(120)를 통과하며, 파이프(120)는 배출 파이프(115)와 열교환기 방식으로 설치되어, 제2소화조(40)로 유입되는 공기의 온도를 상승시킬 수 있다.

[발명의 구체예에 대한 상세한 설명]

본 발명의 복합 폐수 처리 시스템은 폐수가 집수되어 저장하기 위한 집수조(20), 상기 집수조로부터 이송된 폐수를 1차적으로 처리하기 위한 제1소화조(30), 및 상기 제1소화조로부터 이송된 1차 처리된 폐수를 2차적으로 처리하기 위한 제2소화조(40)로 구성된다. 또한 상기 폐수 처리 시스템은 제1소화조 및 제2소화조 내부의 폐수를 선택적으로 가열시키기 위한 보일러(140), 제1소화조 및 제2소화조 내부에 공기를 선택적으로 공급하기 위한 블로워(150, 160), 및 제1소화조 및 제2소화조가 혐기성 소화 시스템으로 운영되는 경우에 메탄가스를 포집하기 위한 가스포집장치(210)를 더 포함한다.

이 복합 폐수 처리 시스템의 바람직한 특징은, 사이클론(80,90) 각각이 수중 폭기기의 호스(71,76)와 소킷에 의해 연결되고, 하부에 외부 공기의 흡입이 가능하도록 공기 흡입파이프(82,92)가 형성되고, 공기 순환파이프(81,91)의 상부 중앙에 제1 및 제2소화조의 내부 공기가 거품이 소포된 후에 배출가능하게 장착되는 공기 배출파이프(85,95)로 구성되고, 공기 순환파이프는 에어벤트(83,93)들의 내측으로 소정 각도로 경사지는 가이드 베인(84, 94)들이 형성되고, 가이드 베인들은 제1 및 제2소화조의 내부 공기가 유입되면서 고속으로 선회되도록 한쪽 방향으로 경사지게 형성함으로써, 제1 및 제2소화조의 내부 공기가 순환되어 산소의 이용율이 증가되며, 이로써 미생물의 발열에너지 누출이 최소화 되고, 제1 및 제2소화조의 수면에 발생되는 거품이 소포되어 제거되므로, 제1 및 제2소화조의 거품이 외부로 유출되면서 발생되는 에너지의 누출이 최소화된다.

한편, 제1 및 제2 소화조는 고온 호기성 소화 시스템과 혐기성 소화 시스템의 상호 전용 및 병용이 가능하도록 열교환 파이프 수단 및 이와 관련된 밸브들의 조작에 의해 간단하게 운영할 수 있을 뿐만 아니라, 이들의 병용에 의해 각종 폐수가 효율적으로 정화 처리된다.

그리고, 제1 및 제2소화조가 혐기성 소화 시스템으로 운영시 발생되는 메탄가스를 포집하기 위한 가스포집장치(210)가 더 설비되는 것에 있다. 이에 따라 가스포집장치에 의해 포집된 메탄가스는 보일러의 연료로 사용할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 복합 폐수 처리 시스템에 대한 하나의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

제3도 내지 제10도는 본 발명에 따른 복합 폐수 처리 시스템을 설명하기 위하여 나타낸 도면이다. 본 발명의 시스템은 고온 호기성 소화 시스템과 혐기성 소화 시스템의 상호 전용 및 병용이 가능한 것으로, 고온 호기성 소화 시스템의 운영시 고온 호기성 미생물의 소화에 의해 폐수를 정화 처리하고, 혐기성 소화 시스템의 운영시 혐기성 미생물의 소화에 의해 폐수를 정화 처리 한다.

제3도에 나타낸 바와 같이, 각종 오수, 분뇨 및 축산, 산업 폐수 등과 같은 폐수는 집수조(20)에 집수되고, 집수조의 바닥면에는 폐수를 배출시키기 위한 복수의 수중 펌프(21)가 각각 설치된다. 본 수중펌프(21)는 오물을 잘게 분쇄할 수 있는 커터 펌프형(Cutter Pump Type)이 바람직하다. 집수조의 수중 펌프(21)에 원폐수 이송관(22)이 각각 연결되며, 집수조의 상부에는 집수조의 유량을 측정하기 위한 레벨 스위치(23)가 설치되고, 이 레벨 스위치의 작동에 의해 집수조(20)의 유량을 적정하게 조정할 수 있다. 한편, 원폐수 이송관(22)은 유입관(25)과 연결되고, 유입관의 한쪽 끝에 바이패스 노즐(by-pass nozzle : 26)이 장착되며, 바이패스 노즐(26)은 바이패스되는 폐수가 집수조에 공기 접촉을 거쳐 공급되도록 집수조의 상부에 위치되게 장착된다. 바이패스 노즐(26)에 의해 바이패스되는 폐수가 공기와 접촉되면서 공기 접촉율이 높아져 집수조의 용존 산소량이 증가될 뿐만 아니라, 집수조의 수면위에 발생되는 거품이 소포된다. 또한, 유입관(25)의 다른쪽 끝에는 노즐(27)이 장착되고, 유입관(25)의 소정 위치에 폐수의 유량을 측정하기 위한 유량계(flow meter : 28)가 장착된다.

유입관의 노즐(27)은 제1소화조(30)의 내부 상부에 위치되어 폐수를 제1소화조의 내부로 공급시키게 된다. 유입관(25)의 노즐(27)이 제1소화조(30)의 상부에 위치됨에 따라 노즐(27)로부터 분사되는 폐수가 제1소화조(30)의 수면 위에 발생되는 거품층을 통과하면서 거품을 소포시킴과 동시에 거품층의 에너지를 흡수하게 되고, 이로 인하여 폐수가 수면에 도달할 때 온도 편차가 감소되게 된다. 본노즐(27)은 막힘이 없는 나선형 노즐이 바람직하다.

제1소화조(30)는 폐수를 미생물의 소화에 의해 1차 정화 처리하여 연결관(30A)을 통하여 제2소화조(40)로 공급하며, 제2소화조는 제1소화조로부터 공급된 1차 처리수를 미생물의 소화에 의해 2차 처리수로 정화 처리하다. 즉, 제1 및 제2소화조사이는 조의 하단부에 위치한 연결관(30A)에 의해 직렬로 연결되므로, 제1소화조의 1차 처리수가 제2소화조에 순차적으로 유도된다. 제2소화조(40)의 내부에는 집수조(20)로부터의 원폐수는 유입되지 않는다.

제1 및 제2소화조의 탱크(31, 41)는 폐수의 내부 순환이 원활하게 진행되도록 콘크리트 또는 철재 구조물에 의해 대략 원통형상체의 직립형으로 설비된다.

그리고, 탱크(31, 41)의 상부에는 입구(32, 42)가 각각 형성되고, 탱크의 하부 외주면에는 점검, 청소 및 보수 등을 위한 맨홀(33,43)이 각각 형성된다. 탱크(31,41)의 입구(32,42)와 맨홀(33,43)은 그 직경을 비교적 작게 형성하여 열의 손실을 최소화되도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 탱크(31,41)의 두께는 콘크리트 구조물인 경우에 대략 200∼400mm 정도로 형성되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하기로는 대략 250∼300mm 정도로 형성된다. 여기에서, 탱크의 바닥은 강도를 보강하기 위하여 그 두께가 대략 300mm 정도로 형성되는 것이 바람직하다. 제1 및 제2소화조 각각의 탱크는 지반(地盤)을 견고하게 고착(固着)시키도록 공사되는 잡석층(34,44)과 버팀층(35,45)의 상부에 설비된다. 잡석층(33,44)은 잡석이 소정 높이로 견고하게 다져져 형성되고, 버팀층(35,45)은 콘크리트 구조물에 의해 시공되며, 버팀층의 두께는 대략 50∼200mm 정도로 형성되는 것이 바람직하다.

탱크의 바닥면에는 열의 전도를 방지하기 위한 단열층(36,46)이 형성되고, 단열층은 발포 스티롤 수지로 이루어진다. 단열층의 두께는 대략 100∼200 mm 정도로 형성되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하기로는 대략 150mm 정도로 형성된다.

단열층(36,46)의 상부에는 바닥층(37,47)이 다시 콘크리트 구조물에 의해 각각 형성되고, 바닥층의 상부 가장자리에는 그 내측을 향하여 소정 각도 경사지는 경사면(37A,47A)이 각각 형성되며, 경사면(37A,47A)은 수압을 균일하게 분산시켜 바닥층(37,47)과 탱크(31,41)의 균열(crack) 등을 효과적으로 방지하게 된다. 바닥층의 두께는 대략 150∼400mm 정도로 형성되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하기로는 대략 250mm 정도로 형성된다.

바닥층의 하면에는 탱크의 바닥면에 지지가능하게 다수의 서포트 러그(support lug : 37B,47B)들이 돌출 형성되며, 이 서포트 러그들은 수압에 의한 단열층(36,46)의 압착을 방지하게 된다. 이때, 서포트 러그들은 대략 격자 형상체를 이루도록 형성되는 것이 바람직하다. 위와 같이 콘크리트 구조물일 경우 탱크의 내면과 바닥층(37,47)의 상면에는 누수의 방지를 위한 방수층(38,48)이 각각 형성되며, 방수층은 방수액을 대략 2회 정도 처리하여 형성한다. 여기에서, 방수액은 폴리웨이 분사방수액을 사용하는 것이 바람직하다. 철재 구조물일 경우는 필요시 방식 도장처리만 한다. 이 경우 방식처리가 불필요한 스테인레스 소재가 바람직하다.

제3도, 제5도 및 제6도에 나타낸 바와 같이, 탱크의 입구(32,42)에는 베이스 플레이트(50,55)가 앵커볼트(anchor bolt : 51,56)의 체결에 의해 각각 닫혀진다. 탱크의 상면과 베이스 플레이트의 하면 사이에 공기의 누설이 방지되도록 가스킷(52,57)이 각각 개재되며, 가스킷은 고무를 소재로 이루어진다.

제3도 및 제7도에 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2소화조 각각은 탱크의 맨홀(33,43)에 작업자의 출입이 가능하도록 출입관(60,65)이 각각 설치된다.

탱크의 맨홀과 출입관의 외주면 사이에 패킹(61,66)이 개재되고, 출입관의 플랜지(60A,65A)에는 덮개(62,67)가 볼트(63,68)의 체결에 의해 닫혀지며, 출입관의 플랜지와 덮개 사이에 패킹(64,69)이 개재된다.

제3도 및 제4도를 다시 참조하여 설명하면, 제1 및 제2소화조 각각의 내부 바닥 또는 일정한 높이에 폐수를 폭기(曝氣) 및 교반(攪拌)시키기 위한 수중 폭기기(70,75)가 설치된다.

이와 같이 수중 폭기기가 제1 및 제2소화조의 내부 바닥 또는 일정한 높이에 설치되므로, 수중 폭기기의 전기 에너지와 마찰 에너지가 제1 및 제2소화조의 내부에 잔류되어 조내부 에너지의 보존 및 활용율이 높아지게 된다. 또한, 수중 폭기기는 전체 폐수를 빠른 시간내 균등하게 혼합시키는 기능을 수행하게 되어 폐수의 처리 효율을 증대시키게 되며, 수중 폭기기의 사용으로 인하여 제1 및 제2소화조의 내부 공기를 재이용할 수 있게 된다. 따라서 산소이용율을 크게 높일 수 있게 되어 배기 공기량을 최소화함으로써 조내부 에너지의 누출을 최소화 할 수 있게 된다.

수중 폭기기의 한쪽에는 플렉시블 호스(71,76)가 연결되고, 수중 폭기기는 체인(72,77)에 의해 뚜껑의 베이스 플레이트(50,55)와 결합된다.

제5도 및 제6도에 나타낸 바와 같이, 수중 폭기기의 플렉시블 호스(71,72)는 제1 및 제2소화조의 내부 공기를 순환시키는 사이클론(80,90)과 각각 연결된다. 즉, 수중 폭기기의 플렉시블 호스는 사이클론(80,90)의 공기 순환파이프(81,91)와 소킷(socket : 73,78)에 의해 각각 연결된다. 그리고, 공기 순환파이프(81,91)의 하부에 외부 공기의 흡입이 가능하도록 공기 흡입파이프(82,92)가 형성되며, 이때 공기 흡입파이프(82,92)는 대략 Y자 형상으로 형성된다. 이로 인하여 제1 및 제2소화조의 내부 공기가 공기 순환파이프(81,91)를 통하여 재순환됨과 동시에 공기 흡입파이프(82,92)를 통하여 필요한 만큼의 외부 공기를 흡입시켜 수중 폭기기(70,75)의 구동에 의해 제1 및 제2소화조내의 폐수에 공급할 수 있게 된다. 이점이 유입공기의 산소이용율을 높이는 중요한 구조이다.

제8a도 및 제8b도에 나타낸 바와 같이, 공기 순환파이프(81,91)의 상부에는 제1 및 제2소화조의 내부 공기가 흡입가능하게 다수의 에어벤트(air vent: 83,93)들이 형성된다.

공기 순환파이프(81,91)는 에어 벤트(83,93)들의 내측으로 벤딩(bending)되어 소정 각도로 경사지는 가이드 베인(guide vane: 84,94)들이 형성된다. 가이드 베인(84, 94)들은 제1 및 제2소화조의 내부 공기가 유입되면서 고속으로 선회(旋回) 되도록 한쪽 방향으로 경사지게 형성된다. 이때, 가이드 베인에 의해 제1 및 제2소화조의 내부 공기가 공기 순환파이프(81,91)에 고속으로 선회되어 유입되면서 제1 및 제2소화조의 수면에 발생되는 거품을 소포시켜 제거하게 된다.

제5도, 제6도, 제8a도 및 제8b도에 나타낸 바와 같이, 사이클론의 공기 순환파이프(81,91)의 상부 중앙에 제1 및 제2소화조의 내부 공기가 거품이 소포된 후에 배출가능하도록 공기 배출파이프(85,95)가 소정 깊이로 각각 내장되어 장착된다.

사이클론(80,90)은 그 공기 흡입파이프(82,92)의 한쪽에 외부 공기의 흡입량을 조절할 수 있는 급기 조절밸브 유닛(86,96)이 각각 장착되고, 급기 조절밸브 유닛(86,96)은 수동밸브(86A,96A)와 자동밸브(86B,96B)로 구성된다.

급기 조절밸브 유닛(86,96)의 수동밸브(86A,96A)는 작업자의 수동 조정에 의해 공기의 흡입량을 적정하게 설정할 수 있으며, 자동 밸브(86B,96B)는 공기의 흡입량을 필요에 따라 적정하게 자동으로 조정하게 된다.

이러한 급기 조절밸브 유닛(86,96)의 조절에 의해 공기 흡입파이프(82,92)를 통하여 흡입되는 외부 공기의 흡입량이 조절되므로, 공기 순환파이프(81,91)에 의한 공기의 순환량이 적정하게 조정된다.

공기 배출파이프(85,95)의 한쪽에 공기의 배출량을 조절할 수 있는 배기 조절밸브 유닛(87,97)이 각각 장착되며, 배기 조절밸브 유닛(87,97)은 수동밸브(87A,97A)와 자동밸브(87B,97B)로 구성된다.

배기 조절밸브 유닛(87,97)의 수동밸브(87A,97A)는 작업자의 수동 조정에 의해 공기의 배출량을 적정하게 설정할 수 있으며, 자동밸브(87B,97B)는 공기의 배출량을 필요에 따라 적정하게 자동으로 조정하게 된다.

이러한 배기 조절밸브 유닛(87,97)의 조절에 의해 공기의 배출량이 조절됨으로써, 제1 및 제2소화조의 내부 분위기 온도를 일정하게 유지할 수 있고, 산소 이용율을 최대화할 수 있다. 뿐만 아니라, 제1 및 제2소화조의 내부에 유입되는 공기의 순환량이 조절되어 에너지의 누출이 최소화되며, 제1 및 제2소화조의 내부 기압이 높아져 산소의 용해율이 증가된다.

제3도 및 제5도에 나타낸 바와 같이, 상기한 사이클론(80)의 공기 배출 파이프(85)는 열교환 파이프 유닛(heat exchanger pipe unit: 100)에 연결된다. 열교환 파이프 유닛(100)은 제1소화조로부터 배출되는 고온 공기의 에너지를 회수하여 제1소화조에 다시 공급하는 것으로, 열교환 파이프 유닛(100)의 파이프(101)는 사이클론(80)의 공기 배출파이프(85)와 연결된다.

또한, 파이프(101)의 한쪽에 파이프(102)가 연결되고, 파이프(101)와 파이프(102) 사이에 차단밸브(101A)가 장착된다. 파이프(102)는 공기의 배기 및 메탄가스의 배출 기능을 수행하며, 차단밸브(101A)는 제1소화조(30) 또는 제2소화조(40)를 혐기성 소화 시스템으로 운영시 파이프(101)와 파이프(102) 사이에서 공기의 혼합을 선택적으로 차단시키게 된다. 파이프(101)의 중심부에 유입관(25)의 일부가 통과되어 2중 구조를 형성하게 된다. 즉, 파이프(101)는 유입관(25)의 소정 길이를 2중 구조로 감싸주도록 형성된다.

파이프(103)의 한쪽 끝은 사이클론(90)의 공기 배출파이프(95)와 연결되며, 이에 따라 제2소화조(40)의 고온 공기는 공기 배출파이프(95)를 통하여 파이프(103)로 배출된다. 파이프(102)의 외부에는 파이프(103)가 장착되어 2중 구조를 형성하고, 파이프(103)의 한쪽에 외부 공기가 흡입되는 흡입통로(103A)가 형성된다. 파이프(103)는 파이프(104)에 의해 사이클론(80)의 공기 흡입파이프(82)와 연결되며, 이때 파이프(103)는 열교환 작용에 의해 파이프(102)를 통하여 배출되는 고온 공기의 에너지를 회수하게 된다. 이에 따라 파이프(103)의 흡입통로(103A)를 통하여 유입되는 외부 공기와 회수된 에너지 사이에 열교환 작용이 이루어지게 되어 에너지의 누출이 최소화된다.

제3도 및 제9도에 나타낸 바와 같이, 제2소화조의 상부에 2차 처리수를 침전조(110)로 배출하기 위한 처리수 배출파이프(115)가 연결되고, 처리수 배출파이프(115)는 수직파이프(116)와 수평파이프(117)가 대략 ㄱ자형으로 절곡된 후 다시 ㄴ자 형으로 절곡되도록 형성된다. 처리수 배출파이프(115)는 수직파이프(116)의 끝이 제2소화조로부터 처리수를 배출하기 위한 목표 수면보다 대략 400∼500mm 정도로 낮게 위치되도록 설치되며, 수평파이프(117)의 끝은 침전조(110)와 연결된다. 여기에서, 처리수 배출파이프(115)의 수직파이프(116)는 그 끝이 목표 배출수면보다 낮게 위치되어 제2소화조의 거품 및 내부 공기가 유출되는 것을 방지한다.

수평파이프(117)의 외부에는 열교환 파이프(120)가 2중 구조를 형성하도록 장착되며, 이때 열교환 파이프(120)는 제2소화조로부터 배출되는 2차 처리수의 에너지를 회수하여 제2소화조로 다시 공급한다. 즉, 처리수 배출 파이프(115)의 수평파이프(117)는 열교환 파이프(120)의 중앙을 통과하여 침전조(110)에 연결되고, 이에 따라 열교환 파이프(120)는 침전조(110)로 배출되는 처리수의 에너지를 열교환 작용에 의해 회수하는 것이다.

열교환 파이프(120)의 한쪽에 외부 공기가 흡입되는 흡입통로(120A)가 형성되며, 열교환 파이프(120)의 흡입통로(120A)에는 외부 공기의 흡입을 선택적으로 차단시키기 위한 차단밸브(120B)가 장착된다. 열교환 파이프(120)는 공기 공급파이프(121)에 의해 사이클론(90)의 공기 흡입파이프(92)와 연결된다.

상기한 제1 및 제2소화조의 상부에는 그 내부의 유량을 측정하기 위한 레벨 스위치(130,135)와 내부 온도를 감지하기 위한 온도 센서(131,136)가 각각 설치된다. 이 레벨 스위치의 작동에 의해 제1 및 제2소화조의 유량을 적정하게 조정할 수 있으며, 온도 센서의 감지에 의해 급기 조절밸브 유닛(86, 96)의 자동밸브(86B,96B)를 연계하여 작동시킴으로써 제1 및 제2소화조의 내부 온도를 적정하게 조정할 수 있다.

제3도 및 제4도에 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2소화조의 하부에 가열 수단인 보일러(140)의 히팅튜브(141,142)가 각각 배관되고, 이때 보일러(140)는 제1 및 제2소화조의 외부에 설비된다.

보일러의 히팅튜브는 제1 및 제2소화조의 하부 전체에 지그재그 방식으로 배관되며, 보일러의 가동에 의해 발생되는 열은 히팅튜브에 의해 전달되어 제1 및 제2소화조의 내부 온도를 소정의 범위로 유지하게 된다.

보일러(140)는 고온 호기성 소화 시스템으로 운영시 운전 초기나 또는 추운 지방에서 혹한기 등과 같이 제1 및 제2소화조의 주변 기온이 급격하게 떨어져 제1 및 제2소화조의 내부 온도를 적정하게 유지시킬 필요가 있을 경우에 선택적으로 가동시킨다.

보일러(140)는 혐기성 소화 시스템으로 운영시에도 가동되는 바, 이때 보일러는 제1 및 제2소화조로부터 회수되는 메탄가스를 연료로도 사용할 수 있으며, 이에 따라 보일러의 가동이 경제적으로 수행된다. 단 제1소화조를 고온 호기성 소화 시스템으로 운영하고 제2소화조를 중온 혐기성 소화 시스템으로 운영할 경우는 제1소화조의 고온 미생물이 발열한 에너지의 잔열 만으로도 운영이 가능하다.

한편, 제1 및 제2소화조의 외부에 에어 블로워(150,160)가 각각 더 설비된다. 에어 블로워의 공기 공급관(151,161)들은 제1 및 제2소화조의 하부에 소정 간격으로 배관되어 공기를 공급하고, 공기 공급관들에는 공기를 분사시키는 다수의 노즐(152,162)들이 소정 간격으로 설치된다.

에어 블로워는 공기 공급관들의 한쪽에 공기의 공급을 선택적으로 조절할 수 있는 공기 공급밸브(153,163)가 각각 장착되며, 이러한 에어 블로워는 제1 및 제2소화조에서 유기물의 부하 변동이 발생되어 산소의 추가 공급이 필요한 경우 또는 하절기에 고온 소화조의 발열 온도가 소정의 온도 이상으로 상승시 이를 조절하는 기능을 하므로 온도센서와 연결하여 선택적으로 구동시킨다.

제4도에 나타낸 바와 같이, 상기한 제1 및 제2소화조는 탱크(31,41) 각각의 외주면이 보온층(170,175)에 의해 보온 처리된다. 보온층은 보온성이 우수한 우레탄 폼을 소재로 이루어지고, 보온층의 외면은 그 우레탄 폼의 색상이 태양열의 흡수성이 우수한 검은 색으로 이루어지는 것이 바람직하다. 보온층의 외면은 수분의 침투가 차단되도록 방수코팅막에 의해 마감 처리되며, 방수코팅막(171,176)은 대략 3∼5mm 정도로 코팅 처리되는 것이 바람직하다. 소화조가 옥외에 설치되는 경우는 보온층 외부를 철재 박판으로 덧 씌우고 철판 외피에 검은 도료를 마감하는 것이 우박 등에 의한 외피 보호상 바람직하다.

제5도 내지 제7도에 나타낸 바와 같이, 보온층(170,175)은 체결 위치, 예를 들어 앵커볼트(51,56)와 볼트(63,68)의 체결 위치에 작업구멍(172,177)을 갖는다. 보온층의 작업구멍에는 볼트캡(173,178)이 각각 끼워져 장착되고, 볼트캡은 보온층과 동일한 우레탄 폼을 소재로 이루어진다. 즉, 보온층의 작업 구멍은 앵커볼트와 볼트의 체결 위치에 형성되어 이들의 체결 및 분리 작업을 수행할 수 있도록 형성되는 것이며, 볼트캡은 앵커볼트와 볼트를 통하여 제1 및 제2소화조의 내부 에너지가 전도에 의해 누출되는 것을 방지하게 되며 베이스 플레이트 개폐시에도 보온층을 파손 없이 작업할 수 있게 된다.

제1 및 제2소화조의 외부에 비닐 하우스(180)가 더 설비되어, 혹한기 등에 제1 및 제2소화조의 주변 기온이 급격하게 떨어질 경우에 제1 및 제2소화조의 보온 기능을 수행하게 된다.

본 발명에 따른 복합 폐수 처리 시스템의 집수조(20), 제1 및 제2소화조(30,40), 및 침전조(110) 등과 연결되는 모든 배관용 파이프는 그 노출부분을 대략 50 mm 정도의 암면으로 보온 처리한 후에 알루미늄 박판으로 마감 처리하며, 이들의 연결부분은 실리콘 수지(silicon resin)로 마감 처리하는 것이 바람직하다. 또한, 모든 배관용 파이프는 태양열의 흡수성이 향상되도록 검은 색 페인트로 도장처리하는 것이 바람직하다. 이상의 구조적 특징이 본 발명의 1차적 목표인 고온 호기성 소화 시스템으로써 최적의 요건을 충족하게 하는 것 들이다.

본 발명의 또 다른 목적으로 복합 폐수 처리 시스템은 필요에 따라 고온 호기성 소화 시스템외에 혐기성 소화 시스템으로의 전용 및 병용이 시스템 전환 수단에 의해 가능하다.

제3도, 제5도 및 제6도에 나타낸 바와 같이, 시스템 전환 수단은 열교환 파이프 유닛(100)에 전환 파이프 유닛(200)이 연결되어 구성되는 것으로, 전환 파이프 유닛(200)은 열교환 파이프 유닛(100)의 파이프(102)에 연결파이프(201, 202)가 각각 연결된다.

연결파이프(201)의 끝은 집수조(20)의 상부에 위치되고, 파이프(201)는 제2소화조(40)만 고온 호기성 소화 시스템으로 운영시에 공기를 배기시키는 기능을 수행한다. 연결파이프(201)의 소정 위치에 공기의 배기를 선택적으로 차단시키기 위한 배기밸브(201A)가 장착된다.

연결파이프(202)는 제2소화조(40)만 혐기성 소화 시스템으로 운영시 메탄가스를 회수하게 되며, 연결파이프(202)의 소정 위치에 메탄가스의 공급을 선택적으로 차단시키기 위한 가스밸브(202A)가 장착된다.

그리고, 열교환 파이프 유닛(100)의 파이프(103)와 열교환 파이프(120) 사이에 연결파이프(203)가 연결되고, 연결파이프(203)는 제2소화조(40)만 고온 호기성 소화 시스템으로 운영시 파이프(103)의 열교환 작용에 의해 회수되는 에너지를 열교환 파이프(120)를 통하여 다시 열교환시킨 후에 제2소화조(40)로 공급하게 된다. 연결파이프(203)의 소정 위치에 에너지의 회수를 선택적으로 차단하기 위한 에너지 회수밸브(203A)가 장착된다.

제3도 및 제10도에 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2소화조가 혐기성 소화 시스템으로 운영될 경우에 발생되는 메탄가스를 포집하기 위한 가스포집 장치(210)가 더 설비된다.

가스포집장치(210)는 메인 탱크(main tank: 211)의 내부에 메탄가스가 누출되지 않도록 물이 저장되고, 메인 탱크의 내부에는 포집 탱크(212)가 거꾸로 세워져 그 상부에 가스 쳄버(213)가 형성되도록 설치된다.

포집 탱크(212)의 가스 쳄버(213)에는 가스 유입파이프(215) 및 가스 배출파이프(216)가 각각 연결되며, 가스 유입파이프(215)는 열교환 파이프 유닛(100)의 파이프(101)와 연결되고, 가스 유입파이프(215)의 한쪽에 전환 파이프 유닛(200)을 구성하는 연결파이프(202)의 끝이 연결된다.

가스 유입 파이프(215)의 소정 위치에 메탄가스의 유입을 선택적으로 차단하기 위한 가스 유입밸브(215A)가 장착되며, 가스 배출파이프(216)의 소정 위치에 메탄가스의 배출을 선택적으로 차단하기 위한 가스 배출밸브(216A)가 장착된다. 그리고, 가스 유입파이프(215)의 한쪽에 가스 유입 밸브(215A)를 경유하여 포집 탱크(213)로 공급되는 메탄가스량을 측정하기 위한 가스 계량기(217)가 장착된다.

가스포집장치(210)의 포집 탱크(212)는 가스 쳄버(213)의 상부에 가스쳄버(213)의 내부가 진공 상태로 형성되도록 공기를 배기시키는 배기파이프(218)가 더 연결되며, 배기파이프(218)의 한쪽에 공기의 배기를 선택적으로 차단시키기 위한 배기차단밸브(219)가 장착된다.

가스포집장치(210)의 가스 유입파이프(215)에 배기파이프(220)가 더 연결되고, 배기파이프(220)는 제1 및 제2소화조 전부나 또는 제1소화조만을 고온 호기성 소화 시스템으로 운영시 공기를 배기시키는 기능을 수행한다. 배기파이프(220)의 끝은 집수조의 상부에 위치되고, 배기파이프의 소정 위치에 공기의 배기를 선택적으로 차단시키기 위한 배기밸브(220A)가 장착된다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 복합 폐수 처리 시스템이 고온 호기성 소화 시스템으로 운영될 때의 작용 상태를 설명하면 다음과 같다.

제3도에 나타낸 바와 같이, 각종 오수, 분뇨 및 축산, 산업 폐수 등과 같은 폐수는 집수조(20)에 집수되어 수중 펌프(21)의 구동에 의해 이송관(22)을 통하여 유입관(25)으로 공급된다. 이때, 이송관(22)은 바이패스 노즐(26)에 의해 폐수의 일부를 집수조(20)로 바이패스시키게 되고, 바이패스 노즐에 의해 바이패스되는 폐수는 공기와 접촉되어 집수조로 유입되면서 공기 접촉율이 높아지며, 이로 인하여 집수조의 용존 산소량이 증가된다.

바이패스되는 폐수는 집수조의 수면 위에 발생되는 거품을 소포시킬 뿐만 아니라, 집수조의 유량과 제1소화조에 유입되는 유량을 적정하게 조정 시키게 된다. 이때, 집수조의 유량은 레벨 스위치(23)의 측정에 의해 용이하게 조정할 수 있다.

제5도에 나타낸 바와 같이, 폐수는 유입관(25)의 노즐(27)에 의해 제1소화조의 상부에 분사되고, 유입관을 통하여 제1소화조로 흐르는 폐수의 유량은 유량계(28)에 의해 측정하여 적정하게 조절할 수 있다.

유입관(25)의 노즐(27)로부터 분사되는 폐수는 제1소화조의 수면 위에 발생되는 거품층을 통과하면서 사이클론(80)의 주변 거품을 소포시킴과 동시에 거품의 에너지를 흡수하게 된다.

이에 따라 폐수가 제1소화조의 수면에 도달할 때에는 폐수의 온도 편차가 감소되어 고온 호기성 미생물의 서식 환경이 크게 변화되지 않게 되며, 수면 위의 거품이 에어 벤트(83)에 도달되기 전에 파괴되면서 내부 공기가 재순환되고, 일부 배출되는 내부 공기에 의한 거품의 유출이 효과적으로 방지된다. 즉, 유입관(25)의 노즐(27)에 의해 유입되는 폐수는 제1소화조의 내부에서 처리되고 있던 기존의 폐수와 온도 편차를 크게 가지게 되면 고온 호기성 미생물의 서식 환경에 악영향을 주게 될 우려가 있지만, 노즐(27)로부터 분사되는 폐수가 거품층의 에너지를 흡수하면서 온도 편차가 감소되어 고온 호기성 미생물의 서식 환경을 적정하게 유지시켜 주게 된다.

제1소화조의 내부로 공급된 폐수는 고온 호기성 미생물의 소화에 의해 1차 처리수로 1차 정화 처리되며, 제1소화조에서 처리된 1차 처리수는 연결관(30A)을 통하여 제2소화조로 공급된다. 그리고, 제2소화조의 내부로 공급된 1차 처리수는 고온 호기성 미생물의 소화에 의해 2차 처리수로 2차 정화 처리된다. 여기에서, 제1 및 제2소화조는 연결관(30A)에 의해 직렬로 연결되어 1차 처리수가 제2소화조에 순차적으로 유도되고, 이에 따라 제2소화조의 내부에서는 1차 처리수와 집수조로부터 공급되는 원폐수와의 혼합이 방지되어 제2소화조의 정화 처리가 보다 효율적으로 수행된다.

이와 같은 제1 및 제2소화조 각각의 1차 및 2차 정화 처리 과정에서, 제1 및 제2소화조의 수중 폭기기가 구동되면 사이클론(80,90)의 공기 순환파이프(81,91)의 에어 벤트(83,93)들을 통하여 제1 및 제2소화조의 내부 공기가 흡입된다. 이때, 공기 순환파이프(81,91)의 에어 벤트(83,93)들을 통하여 흡입되는 공기는 가이드 베인(84,94)들에 의해 고속으로 선회되면서 제1 및 제2소화조의 수면에 발생되는 거품을 소포시켜 제거하게 된다. 이로 인하여 제1 및 제2소화조의 거품이 외부로 유촐되면서 발생되는 에너지의 누출이 최소화된다.

그리고, 사이클론(80,90)의 에어 벤트(83,93)들을 통하여 공기 순환파이프(81, 91)로 흡입된 공기는 플렉시블 호스(71, 72)로 유입된 후에 수중 폭기기(70,75)의 구동에 의해 제1 및 제2소화조의 바닥에서 재폭기되어 미용해된 내부 공기중의 산소를 용해시켜 고온 호기성 미생물에 산소를 공급하게 된다.

이와 같이 수중 폭기기(70,75)의 구동에 의해 제1 및 제2소화조의 내부 공기가 순환되어 폭기되므로, 산소의 이용율이 극대화되어 외부 공기의 유입량을 최소화시킬 수 있으며, 에너지의 외부 누출도 최소화되어 시스템의 실용적이고 경제적인 운영이 가능해진다.

수중 폭기기(70,80)는 제1 및 제2소화조의 내부 바닥 또는 일정한 높이에 설치되므로, 수중 폭기기의 구동시 발생되는 전기 및 마찰 에너지가 제1 및 제2소화조의 내부에 잔류된다. 즉, 수중 폭기기는 제1 및 제2소화조의 내부 에너지를 손실없이 최대한 잔류시키는 것과 폐수를 빠르게 교반 시키는 목적에 아주 적합한 것이다.

상기한 사이클론(80)의 공기 순환파이프(81)는 열교환 파이프 유닛(100)의 파이프(103)와 파이프(104)에 의해 연결되므로, 사이클론(80)의 공기 순환파이프(81)에는 파이프(103)의 흡입통로(103A)로 통하여 외부의 신선한 공기가 흡입된다. 여기에서, 급기 조절밸브 유닛(86)의 조절에 의해 공기 흡입파이프(82)에서 외부 공기의 유입량이 조절되므로, 공기 순환파이프(81)에 의한 공기의 순환량이 자동으로 조정된다.

파이프(103)의 흡입통로(103A)를 통하여 유입되는 신선한 외부 공기와 공기 순환파이프(81)에 순환되는 내부 공기가 혼합되어 고온 호기성 미생물의 서식에 필요한 산소의 공급이 소화조(30)에 원활하게 이루어지게 된다.

한편, 사이클론(80)의 공기 순환파이프(81)에 의해 순환되는 내부 공기 중 일부는 공기 배출파이프(85)에 의해 열교환 파이프 유닛(100)의 파이프(101)로 배출된다. 이때, 열교환 파이프 유닛(100)의 파이프(101)를 통하여 배출되는 고온 공기의 에너지는 원폐수 유입관(25)중 일부에서 열교환 작용에 의해 제1소화조로 공급되는 폐수를 가열시키게 된다. 따라서, 집수조의 폐수가 유입관(25)을 통하여 제1소화조로 공급되면서 소정 온도를 유지한 상태로 유입되게 된다. 즉, 파이프(101)는 유입관(25)의 소정 길이를 2중 구조로 감싸주도록 형성되어 열교환 작용이 이루어지게 되는 것이다.

사이클론(90)의 공기 순환파이프(91)에 의해 순환되는 내부 공기중 일부는 공기 배출파이프(95)에 의해 열교환 파이프 유닛(100)의 파이프(102)로 배출된다. 이때, 열교환 파이프 유닛(100)이 파이프(102)를 통하여 배출되는 고온 공기의 에너지는 파이프(103)와 열교환 작용에 의해 파이프(103)에 유입되는 외부 공기를 소정 온도로 가열시키게 된다. 따라서, 파이프(103)의 흡입통로(103A)를 통하여 연결파이프(104)에 의해 제1소화조로 공급되는 외부 공기가 소정 온도를 유지하게 된다. 즉, 파이프(102)와 파이프(103)는 2중 구조로 형성되어 열교환 작용이 이루어지게 되는 것이다.

이와 같이 사이클론(80,90)의 공기 배출파이프(85,95)를 통하여 배출되는 고온 공기의 에너지가 열교환 파이프 유닛(100)에 의해 회수되어 제1 및 제2소화조의 내부로 다시 공급됨으로써, 제1 및 제2소화조의 고온 호기성 미생물이 소화시 자체 발열하는 에너지의 보존이 가능해지게 된다.

결과적으로 고온 호기성 미생물의 자체 발열만으로 제1 및 제2소화조의 내부 온도를 적정한 수준으로 유지할 수 있으며, 에너지의 활용율이 높아져 외부 에너지와 동력의 사용을 최소화시킬 수 있다.

배기 조절밸브 유닛(87, 97)의 조절에 의해 공기 배출파이프(85,95)를 통하여 배출되는 공기의 배출량이 조절됨으로써, 제1 및 제2소화조의 내부에 유입되는 공기의 순환량이 자동으로 조절되어 열에너지의 누출을 최소화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 제1 및 제2소화조의 내부 기압이 높아져 산소의 용해율이 증가된다.

제1소화조의 1차 처리수는 제2소화조로 공급되어 고온 호기성 미생물의 소화에 의한 2차 처리수로 정화 처리된 후에 처리수 배출파이프(115)에 의해 침전조(110)로 공급된다. 여기에서, 처리수 배출파이프(115)의 수직파이프(116)는 그 끝이 제2소화조로부터 2차 처리수를 배출하기 위한 목표 수면보다 낮게 위치되도록 연결되어 제2소화조의 거품 및 내부 공기가 유출되는 것을 효과적으로 방지하게 된다. 그리고, 처리수 배출파이프(115)의 수평 파이프(117)를 통하여 배출되는 2차 처리수의 에너지는 열 교환 파이프(120)의 열 교환 작용에 의해 흡수되고, 이에 따라 열교환 파이프(120)의 흡입통로(120A)를 통하여 흡입되는 외부 공기는 소정 온도로 가열되어 공기 공급파이프(121)에 의해 사이클론(90)의 공기 흡입파이프(92)로 흡입된다. 이때, 급기 조절 밸브 유닛(96)의 조절에 의해 공기 공급파이프(121)를 통하여 유입되는 외부 공기의 유입량이 적정하게 조절되므로, 공기 순환 파이프(91)에 의한 공기의 순환량이 자동으로 조정된다. 열교환 파이프(120)의 흡입통로(120A)를 통하여 공기 공급파이프(121)에 의해 사이클론(90)의 공기 흡입파이프(92)로 공급되는 공기가 소정 온도를 유지하게 된다. 예컨대, 열교환 파이프(120)의 열교환 작용에 의해 고온 호기성 미생물의 자체 발열만으로 제2소화조의 내부 온도를 적정한 수준으로 유지할 수 있고, 이로 인하여 에너지의 활용율이 높아져 외부 에너지와 동력의 사용을 최소화시킬 수 있다.

제1 및 제2소화조의 유량은 레벨 스위치(130,135)의 측정에 의해 적정하게 유지시키며, 온도 센서(131, 136)의 감지에 의해 급기 조절밸브 유닛(86,96)의 자동밸브(86B,96B)를 연결하고 외부 에어블로워(150,160)와도 연결하여 작동시킴으로써 제1 및 제2 소화조의 내부 온도를 적정하게 유지시킨다.

제3도 및 제4도에 나타낸 바와 같이, 보일러(140)의 가동은 운전 초기나 또는 추운 지방에서 혹한기 등과 같이 제1 및 제2 소화조의 주변 기온이 급격하게 떨어질 경우에 그 내부 온도를 고온 호기성 미생물의 서식 환경에 알맞도록 유지시키게 된다. 이때, 보일러(140)의 히팅튜브(141)(142)는 제1 및 제2 소화조의 하부 전체에 지그재그 방식으로 배관되어 제1 및 제2소화조의 내부 온도를 전체적으로 균일하게 유지시키게 된다. 즉, 보일러(140)의 가동은 제1 및 제2소화조의 내부 온도를 적정하게 유지시킬 필요가 있을 경우에만 이루어지는 것이며 온난 지역인 경우 본 발명의 고온 호기성 소화시스템에서는 꼭 필요한 것은 아니다.

유기물의 부하 변동이 발생되어 제1 및 제2소화조에 별도의 산소 공급이 필요한 경우와 하절기 내부 온도가 과열되는 경우에는 에어 블로워(150,160)의 구동에 의해 외부 공기를 공급한다. 이때, 에어 블로워는 공기 공급관(151,161)들의 노즐(152,162)들을 통하여 외부 공기를 제1 및 제2소화조의 하부에서 전체적으로 균일하게 공급하게 된다.

제1 및 제2소화조는 탱크(31,41) 각각의 바닥면에 열의 전도를 방지하기 위한 발포 스티롤 수지의 단열층(36,46)이 형성되므로, 탱크의 바닥과 지면 사이에서 열의 손실이 최소화된다. 또한, 제1 및 제2소화조는 탱크 각각의 외주면이 보온층(170,175)에 의해 보온 처리되므로, 제1 및 제2소화조의 내부 온도가 보온층에 의해 효과적으로 보온된다. 특히, 보온층은 외면이 검은 색의 우레탄 폼으로 이루어져 태양열의 흡수성이 높기 때문에 제1 및 제2소화조를 효과적으로 보온시킴으로써, 제1 및 제2소화조의 내부 온도가 전열에 의해 손실되는 것을 최대한 방지하게 된다. 보온층(170,175)의 외면은 방수코팅막(171,176)에 의해 코팅 처리되어 수분의 침투가 효과적으로 방지되어 보온층(170,175)의 보온 효과를 저하시키지 않게 된다.

제1 및 제2소화조의 외부에 비닐 하우스(180)가 더 설비되면, 제1 및 제2소화조의 주변 기온을 소정 온도로 유지시키게 된다. 예컨대, 비닐 하우스(180)는 주간에 태양열을 보존시켜 제1 및 제2소화조의 주변 기온이 급격하게 떨어질 경우에 제1 및 제2소화조의 보온 기능을 수행하게 된다. 이러한 비닐 하우스(180)의 설비는 혹한기 등 주간과 야간의 온도 변화가 급격하게 이루어지는 경우에 별도의 가열이 없이도 제1 및 제2 소화조의 내부 온도를 효과적으로 유지시킬 수 있게 된다.

제3도, 제5도 및 제6도에 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2소화조의 수중 폭기기(70,75)에 이상 및 고장 등이 발생되어 수리 및 점검을 수행하고자 할 경우에는, 보온층(170,175)의 작업구멍(172,177)으로부터 볼트캡(173,178)을 분리시킨다. 그리고, 보온층의 작업구멍을 통하여 앵커볼트(51,56)의 체결 상태를 공구, 예를 들어 복스 스패너(box spanner)등을 이용하여 풀어준 후에, 베이스 플레이트(50,55)를 크레인(crane) 등에 의해 상부로 들어올려 주게 되면, 이와 동시에 베이스 플레이트(50,55)와 체인(72,77)에 의해 연결된 수중 폭기기(70,75)가 함께 탱크의 입구(32,42)로 인양되므로, 수중폭기기(70,75)의 수리 및 점검이 용이하게 가능해지게 된다. 이때, 수중 폭기기의 플렉시블 호스는 유연하게 변형되므로, 수중 폭기기 및 사이클론을 파손없이 수리할 수 있다.

본 발명에 따른 복합 폐수 처리 시스템이 혐기성 소화 시스템으로 운영될 때의 작용 상태를 설명하면 다음과 같다.

제3도 내지 제6도에 나타낸 바와 같이, 혐기성 소화 시스템으로 운영하고자 할 경우에는, 제1 및 제2소화조의 급기 조절밸브 유닛(86,96)을 완전히 닫아 공기 흡입파이프(82,92)를 통한 외부 공기의 유입을 차단시키고, 배기 조절밸브 유닛(87,97)을 적절하게 조절하여 열어준다. 또한, 에어 블로워(150,160)의 구동을 정지시켜 제1 및 제2 소화조의 내부에 외부 공기의 공급을 완전하게 차단시킨다. 한편, 가스포집장치(210)의 가스 유입파이프(215)에 장착된 가스 유입밸브(215A)를 열어준다. 이에 따라 제1소화조에서 발생되는 메탄가스는 가스 계량기(217)를 경유하여 포집 탱크(212)의 가스 쳄버(213)로 공급되어 저장된다. 이때, 배기파이프(220)의 배기밸브(220A)는 닫아 메탄 가스의 배기를 차단시킨다. 또한, 전환 파이프 유닛(200)의 연결파이프(201)에 장착된 배기밸브(201A)는 완전히 닫아 메탄가스의 배기를 차단시키고, 연결파이프(202)에 장착된 가스밸브(202A)도 닫아주며, 히트 파이프 유닛(100)의 파이프(101)와 파이프(102) 사이에 장착된 차단밸브(101A)를 열어준다.

제1 및 제2소화조의 수중 폭기기를 구동시킨 상태에서 보일러(140)를 가동시키게 되면, 보일러의 가동에 의해 제1 및 제2소화조가 소정온도의 혐기성 소화 시스템으로 운영되면서 집수조(20)로부터 유입되는 폐수가 혐기성 미생물의 소화에 의해 순차적으로 정화 처리된다.

이와 같이 혐기성 소화 시스템의 운영시 집수조(20)로부터 유입관(25)을 통하여 폐수가 제1소화조로 유입되면서 앞에서 설명한 히트 파이프 유닛(100)의 파이프(101)에 의해 소정 온도로 가열된다. 즉, 히트 파이프 유닛(100)의 파이프(101)에는 제1 및 제2소화조의 내부에서 고온 공기, 즉 고온 가스가 사이클론(80,90)의 공기 배출파이프(85,95)를 통하여 배출되어 통과되므로, 제1소화조의 내부로 유입되는 폐수가 파이프(101)의 열교환 작용에 의해 고온 공기의 에너지를 회수하게 되는 것이다.

혐기성 소화 시스템의 운영시에도 수중 폭기기(70, 75)는 제 1 및 제2 소화조의 내부에서 폐수를 빠르게 혼합시킴과 동시에 균질화시키며, 제1 및 제2소화조의 상부에서 발생되는 스컴(scum)의 누적을 효율적으로 방지하는 기능을 수행하게 된다.

본 발명은 고온 호기성 소화 시스템의 운영에서 혐기성 소화 시스템으로 시스템 전환 수단 및 이와 관련된 밸브 및 장치들의 조작에 의해 용이하고 간단하게 전환하여 운영할 수 있다. 요컨대, 본 발명은 폐수의 정화 처리가 효율적이면서 에너지의 절약 효과가 우수한 최적의 고온 호기성 소화 시스템으로는 물론이고, 혐기성 소화 시스템으로도 전용이 가능해져 각종 폐수의 정화 처리에 효율적으로 활용이 가능한 것이다.

본 발명에 따른 복합 폐수 처리 시스템은 필요에 따라 고온 호기성 소화 시스템과 혐기성 소화 시스템을 병용하여 운영할 수 있다. 즉, 제1 및 제2소화조의 어느 한쪽은 고온 호기성 소화 시스템으로 운영하면서 다른 한쪽은 혐기성 소화 시스템으로 운영할 수 있는 것이다.

먼저, 제1소화조는 혐기성 소화 시스템으로 운영하면서 제2소화조는 고온 호기성 소화 시스템으로 병용하여 운영 상태를 설명하면 다음과 같다.

이것을 위해서는 제1 및 제2소화조의 폐수는 수중 폭기기(70,75)의 구동에 의해 폭기시켜 주는 상태에서, 제1소화조의 급기 조절밸브 유닛(86)을 완전히 닫아 공기 흡입파이프(82)를 통한 외부 공기의 유입을 차단시킨다. 또한, 배기 조절밸브 유닛(87)을 적절하게 조절하여 열어주고, 에어 블로워(150)의 구동을 정지시켜 제1소화조의 내부에 외부 공기의 공급을 완전하게 차단시킨다. 그리고, 제2소화조의 내부에 외부 공기의 추가 공급이 필요한 경우에는, 공기 공급밸브(153)는 닫고, 공기 공급밸브(163)는 열어 공기를 공급시킨다. 한편, 가스포집장치(210)의 가스 유입파이프(215)에 장착된 가스 유입밸브(215A)를 열어주며, 연결파이프(202)에 장착된 가스 밸브(202A)는 닫아주며 파이프(101)에 연결된 파이프(220)의 배기밸브(220A)도 닫아준다. 이에 따라 제1소화조에서 발생되는 메탄가스는 가스 계량기(217)를 경유하여 포집탱크(212)의 가스쳄버(213)로 공급되어 저장된다.

이와 같이 제1소화조가 혐기성 소화 시스템으로 운영되는 과정에서 제2소화조는 앞에서 설명한 것처럼 고온 호기성 소화 시스템으로 운영되는 것으로서, 히트 파이프 유닛(100)의 파이프(101)와 파이프(102) 사이에 장착된 차단밸브(101A)는 닫아준다. 또한, 열교환 파이프(120)의 흡입통로(120A)에 장착된 차단밸브(120B)를 닫아 외부 공기의 흡입을 차단시키고, 전환 파이프 유닛(200)의 연결파이프(203)에 장착된 에너지 회수밸브(203A)는 열어준다. 사이클론(90)의 공기 배출 파이프(95)를 통하여 제2소화조의 내부에서 고온 공기가 배출되면서 열교환 파이프 유닛(100)의 파이프(102)를 통하여 파이프(103)와 열교환 작용을 수행한 후에, 전환 파이프 유닛(200)의 연결파이프(203)를 통하여 열교환 파이프(120)로 공급된다. 열교환 파이프(120)로 공급된 공기는 제2소화조로부터 배출되는 처리수의 에너지와 열교환 작용을 수행하여 에너지를 회수한 다음에, 사이클론(90)의 공기 흡입파이프(92)를 통하여 제2 소화조의 내부로 다시 공급된다. 또한 전환 파이프 유닛(200)의 연결파이프(201)에 장착된 배기밸브(201A)를 열어주면, 제2소화조의 내부에서 배출되는 고온 공기가 히트 파이프 유닛(100)의 파이프(102)를 통하여 열교환 작용을 수행한 후에 연결 파이프(201)에 의해 집수조의 상부로 배기된다.

본 발명의 제1소화조는 고온 호기성 소화 시스템으로 운영하면서 제2소화조는 혐기성 소화 시스템으로 병용하는 운영 상태를 설명하면, 제1 및 제2소화조의 폐수는 수중 폭기기(70,75)의 구동에 의해 폭기시켜 준다. 제2소화조의 급기 조절밸브 유닛(96)을 완전히 닫아 공기 흡입파이프(92)를 통한 외부 공기의 유입을 차단시키고, 배기 조절밸브 유닛(97)을 적절하게 조절하여 열어준다. 제1소화조의 내부에 외부 공기의 추가공급이 필요한 경우에는, 공기 공급밸브(153)는 열고, 공기 공급밸브(163)는 닫아 공기를 공급시킨다. 한편, 전환 파이프 유닛(200)의 연결파이프(202)에 장착된 가스밸브(202A)를 열어주며, 연결파이프(201)의 가스밸브(201A)는 닫아준다. 이에 따라 제2소화조에서 발생되는 메탄가스는 연결파이프(202)와 가스 계량기(217)를 경유하여 포집 탱크(212)의 가스쳄버(213)로 공급되어 저장된다. 그리고, 제2소화조가 혐기성 소화 시스템으로 운영되는 과정에서, 히트 파이프 유닛(100)의 파이프(101)와 파이프(102) 사이에 장착된 차단밸브(101A)를 닫아주고, 연결파이프(203)의 에너지 회수밸브(203A)도 닫아준다. 제2소화조의 내부에서 배출되는 메탄가스의 에너지가 파이프(103)의 열교환 작용에 의해 제1소화조로 회수된다. 또한, 가스 유입 파이프(215)의 가스 유입밸브(215A)를 닫은 상태에서, 배기파이프(220)의 배기밸브(220A)를 열어주면, 제1소화조의 내부에서 배출되는 공기는 집수조(20)의 상부로 배기된다.

이와 같이 본 발명은 제1 및 제2소화조의 어느 한쪽은 고온 호기성 소화 시스템으로 운영하면서 다른 한쪽은 혐기성 소화 시스템으로 운영할 수 있으므로, 폐수의 성상 조건에 따라 각종 폐수의 정화 처리에 고도의 효율성을 가질 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 복합 폐수 처리 시스템이 혐기성 소화 시스템으로 전용 및 병용되어 운영될 경우에, 제1 및 제2 소화조로부터 발생되는 메탄가스는 앞에서 설명한 바와 같이 가스 유입파이프(215)의 가스 계량기(217)를 경유하여 포집 탱크(212)의 가스 쳄버(213)로 공급되어 저장된다. 이때, 메인 탱크(211)의 내부에 저장된 물은 메탄가스의 누출을 방지하게 되고, 포집 탱크(212)로 공급되는 가스량은 가스 계량기(217)에 의해 측정되어 혐기 소화시스템의 가스 발생 상태를 점검할 수 있다.

이와 같이 포집 탱크(212)의 가스 쳄버(213)에 저장된 메탄가스는 가스 배출파이프(216)를 통하여 보일러(140)의 연료로 사용할 수 있으므로, 보일러(140)의 연료 사용을 최소화시켜 실용적이고 경제적인 운영이 가능해진다.

상기한 구체예는 본 발명의 바람직한 하나의 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 적용범위는 이와 같은 것에 한정되는 것은 아니며, 동일 사상의 범주내에서 적절하게 변경가능한 것이다. 예를 들어 본 발명의 제 1 및/또는 제2소화조는 상온 및 중온 호기성으로 운영할 수 있고, 제1 및/또는 제2소화조를 중온 혐기성으로 운영할 수 있는 것은 당업자에게 용이하게 이해 가능한 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 복합 폐수 처리 시스템에 의하면, 최적의 고온 호기성 소화 시스템에 의한 운영이 가능함은 물론 필요시 혐기성 소화 시스템의 전용 및 병용이 용이하게 가능해져 각종 폐수의 정화 처리에 폭넓게 운영되는 것이다.

또한, 고온 호기성 소화 시스템의 운영시 제1 및 제2소화조의 내부 공기가 순환되면서 산소 이용율이 현저하게 증가되고, 에너지의 보존이 효과적으로 가능해져 고온 호기성 미생물의 자체 발열량 만으로도 고온 호기성소화 시스템의 가동이 고효율적으로 가능하게 되는 것이다. 뿐만 아니라, 에너지의 누출이 방지되며, 에너지의 활용율이 높아져 외부 에너지 및 동력의 사용이 최소화되므로, 시스템의 관리 및 운영이 실용적이고 경제적으로 수행되는 것이다.

혐기성 소화 시스템의 운영시에는 폐수가 빠르게 혼합됨과 동시에 균질화되며, 스컴의 누적이 효율적으로 방지되어 폐수의 정화 효율이 현저하게 향상되는 것이다.

그리고, 제1 및 제2소화조는 고온 호기성 소화 시스템과 혐기성 소화 시스템으로 병용하여 운영할 경우에는 메탄가스 발생량이 증가하고 슬럿지량이 감소하는등 폐수의 성상 조건에 따라 각종 폐수의 정화 효율이 현저하게 향상되는 것이다.

Claims

처리하고자 하는 원폐수를 집수하여 저장하기 위한 집수조(20); 상기 집수조(20)로부터 폐수가 유입되어 막힘 없이 분사되는 나선형 노즐(27); 외부공기가 유입되는 공기 흡입 파이프(82); 및 제1소화조의 뚜껑을 관통하도록 설치된 공기 배출 파이프(85), 상기 파이프(85)의 외부에 설치되며 하부에서 공기 흡입 파이프(82)와 연결되는 사이클론(80), 상기 사이클론(80)에 연결된 호스(71), 및 상기 호스(71)에 연결되고 제1소화조의 바닥 또는 소정의 높이로 내부에 위치하여 공기방울을 발생시키는 수중 폭기기(70)로 이루어진 내부기체 순환겸 외부 공기흡입 장치; 로 구성되고, 상기 집수조(20)로부터 유입된 폐수를 1차로 처리하기 위한 제1소화조(30); 및 상기 제 1 소화조(30)로부터 1차 처리된 처리수가 유입되는 연결관(30A); 외부공기가 유입되는 공기 흡입 파이프(92); 제2소화조의 뚜껑을 관통하도록 설치된 공기 배출 파이프(95), 상기 파이프(95)의 외부에 설치되며 하부에서 공기 흡입 파이프(92)와 연결되는 사이클론(90), 상기 사이클론(90)에 연결된 호스(76), 및 상기 호스(76)에 연결되고 제2소화조의 바닥 또는 소정의 높이로 내부에 위치하여 공기방울을 발생시키는 수중 폭기기(75)로 이루어진 내부기체 순환겸 외부공기 흡입 장치; 및 2차 처리된 처리수를 침전조(110)로 배출시키기 위한 배출 파이프(115); 로 구성되고, 상기 제1소화조(30)로부터 유입된 1차 처리수를 2차로 처리하여 침전조(110)로 배출시키기 위한 제2소화조(40); 로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 폐수 처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 집수조(20)는 집수된 폐수를 제1소화조(30)로 이송하기 위하여 복수개의 수중 커터 펌프(21), 이송관(22), 및 유입관(25)으로 구성되는 폐수 이송 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 폐수 처리 시스템.
제2항에 있어서, 상기 폐수 이송수단은 유입관(25)으로부터 바이패스되어 상기 집수조(20)의 수면위에 발생되는 거품을 소포하고 산소의 용해가 가능하도록 하기 위한 바이패스 노즐(26)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 폐수 처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1소화조(30) 및 제2소화조(40) 내부의 폐수를 선택적으로 가열하기 위한 보일러(140), 및 각각 내부에 설치된 히팅튜브(141, 142)로 이루어진 보일러 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 폐수 처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1소화조(30) 및 제2소화조(40) 내부의 폐수에 공기를 선택적으로 주입시키기 위한 한 쌍의 블로워(150, 160), 각각 내부에 설치된 공기 공급관(151, 161), 및 공기를 분산시키기 위한 다수의 노즐 (152, 162)로 이루어진 에어 블로워 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 폐수 처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1소화조(30) 및 제2소화조(40)의 측부에 각각 설치된 맨홀(33, 43)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 폐수 처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1소화조(30) 또는 제2소화조(40)로부터 발생하는 메탄가스를 포집하기 위한 가스포집장치(210)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 복합 폐수 처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 사이클론(80, 90)은 그 상부에 복수개의 에어 벤트(83, 93)를 형성하도록 내측으로 구부러져 형성된 복수개의 에어 벤트(84, 94)를 갖는 것과 공기 배출 파이프(85, 95)가 소정의 깊이로 내장되어 거품이 소포된 공기만 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는 복합 폐수 처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 호스(71, 76)는 가요성 호스인 것을 특징으로 하는 복합 폐수 처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 수중 폭기기(70, 75)는 각각의 뚜껑에 고정된 체인(72, 76)에 의하여 각각 인양되도록 하는 것을 특징으로 하는 복합 폐수 처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 집수조(20)로부터 상기 제1소화조(30)에 유입되는 폐수의 온도를 상승시키도록 상기 유입관(25)과 파이프(101)가 열교환기 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 폐수 처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 공기 흡입 파이프(82)로 유입되는 공기의 온도를 상승시키도록 상기 파이프(102)와 파이프(103)가 열교환기 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 폐수 처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 공기 흡입 파이프(92)로 유입되는 공기의 온도를 상승시키도록 상기 파이프(121)와 파이프(120)가 열교환기 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 폐수 처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 시스템의 보온효과를 위하여 상기 시스템의 외부에 설치된 비닐하우스(180)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 폐수 처리 시스템.
집수조(20)에 집수된 원폐수를 폐수 이송수단에 의하여 제1소화조(30)로 이송시키고; 제1소화조(30)에 이송된 원폐수를 미생물을 이용하여 1차 처리하고; 1차 처리된 처리수를 연결관(30A)를 통하여 제2소화조(40)로 이송시키고; 제2소화조(40)에 이송된 1차 처리수를 미생물을 이용하여 2차 처리하고; 그리고 2차 처리된 처리수를 배출 파이프(115)를 통하여 침전조 또는 농축조(110)로 배출시키는; 단계로 구성되고, 상기 1차 처리 및 2차 처리는 폐수의 성상 조건에 따라 호기식 및 혐기식 소화 방법 중에서 선택할 수 있는 것을 특징으로 하는 복합 폐수 처리 방법.
제15항에 있어서, 상기 방법이 보일러(140)를 가동시켜 히팅튜브(141, 142)를 통하여 제1소화조(30) 및 제2소화조(40) 내부의 폐수를 선택적으로 가열 시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 폐수 처리 방법.
제15항에 있어서, 상기 방법이 에어 블로워(150, 160)를 가동시켜 공기 공급관(151, 161) 및 다수의 노즐(152, 162)을 통하여 제1소화조(30) 및 제2소화조(40) 내부에 공기를 선택적으로 분사시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 폐수 처리 방법.
제15항에 있어서, 상기 제1소화조(30) 또는 제2소화조(40)가 혐기성 소화조로 운전되는 경우에 발생되는 메탄가스를 가스포집장치(210)에 포집하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 폐수 처리 방법.
제18항에 있어서, 상기 가스포집장치(210)에 포집된 메탄가스를 보일러(140)의 원료로 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 폐수 처리 방법.
제15항에 있어서, 상기 제1소화조(30) 또는 제2소화조(40)에서의 소화방법이 43∼80℃에서 실시되는 고온 호기성 소화방법인 것을 특징으로 하는 복합 폐수 처리 방법.
제20항에 있어서, 상기 소화방법이, 유입관(25)과 파이프(101)의 열교환 방식에 의하여 상기 노즐(27)을 통하여 제1 소화조(30)로 유입되는 원폐수의 온도를 상승시키고; 파이프(102)와 파이프(103)의 열교환 방식에 의하여 상기 공기 흡입 파이프(82)를 통하여 필요한 만큼의 가열된 공기가 제1소화조(30)내로 유입되고; 수중 폭기기(70)에 의하여 발생된 기체의 일부가 공기 배출 파이프(85)를 통하여 배출되고; 그리고 수중 폭기기(70)에 의하여 발생된 기체의 나머지 일부가 싸이크론(80)과 호스(71)를 통하여 재유입되는; 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 폐수 처리 방법.
제15항에 있어서, 상기 제1소화조(30) 및 제2소화조(40)에서의 소화방법이 43∼80℃에서 실시되는 고온 호기성 소화방법인 것을 특징으로 하는 복합 폐수 처리 방법.
제22항에 있어서, 상기 소화방법이, 파이프(121)와 파이프(120)의 열교환 방식에 의하여 상기 공기 흡입 파이프(92)를 통하여 필요한 만큼의 가열된 공기가 제2소화조(40) 내로 유입되고; 수중 폭기기(75)에 의하여 발생된 기체의 일부가 공기 배출 파이프(95)를 통하여 배출되고; 그리고 수중 폭기기(75)에 의하여 발생된 기체의 나머지 일부가 사이크론(90)과 호스(76)를 통하여 재유입되는; 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 폐수 처리 방법.
제15항에 있어서, 상기 제1소화조(30) 또는 제2소화조(40)에서의 소화방법이 혐기성 소화방법인 것을 특징으로 하는 복합 폐수 처리 방법.
제24항에 있어서, 상기 소화방법이, 상기 공기 흡입 파이프(82)를 통한 공기의 유입을 차단시키고; 온도 상승이 필요한 경우에 보일러(140)를 선택적으로 가열시키며; 발생된 기체의 일부가 공기 배출 파이프(85)를 통하여 배출되고; 그리고 수중 폭기기(70)에 의하여 발생된 기체의 나머지 일부가 호스(71)를 통하여 재유입되어 강력한 교반과 혼합이 이루어지는; 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 폐수 처리 방법.
제15항에 있어서, 상기 제1소화조 및 제2소화조(40)에서의 소화방법이 혐기성 소화방법인 것을 특징으로 하는 복합 폐수 처리 방법.
제26항에 있어서, 상기 소화방법이, 상기 공기 흡입 파이프(92)를 통한 공기의 유입을 차단시키고; 온도 상승이 필요한 경우에 보일러(140)를 선택적으로 가열시키며 발생된 기체의 일부가 공기 배출 파이프(95)를 통하여 배출되고; 그리고 수중 폭기기(75)에 의하여 발생된 기체의 나머지 일부가 호스(76)를 통하여 재유입되어 강력한 교반과 혼합이 이루어지는; 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 폐수 처리 방법.
제19항, 제21항, 제23항, 제25항, 또는 제27항에 있어서 차단 및 호기, 혐기 전환 밸브(101A, 201A, 202A, 203A, 215A, 220A, 120B)를 가지는 배관 구조를 특징으로 하는 복합 폐수 처리 방법.
제1항에 있어서, 상기 제2소화조의 처리수 배출 파이프(115)의 수직 부분(116)이 거품은 물론 상승하는 기포성 공기 방울도 유출되지 아니하도록 하는 형상으로 일정 수심에 잠기도록 하는 것을 특징으로 하는 복합 폐수 처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 집수조(20)에 설치되는 복수 개의 수중 펌프(21)는 각연결 배관의 끝에 설치된 노즐(26,27)의 막힘이 없도록 커터형 펌프(21)로 설비되는 것을 특징으로 하는 복합 폐수 처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2소화조(30,40)의 구조물 외부에 전면 보온이 가능하도록 베이스 플레이트(50,55) 및 맨홀 덮개(62,67)의 각 볼트 홀에도 동일 보온 소재로 볼트캡(173,178)을 만들어 끼우고 빼어 작업시 보온 층을 파손 없이 관리할 수 있는 것을 특징으로 하는 복합 폐수 처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2소화조(30,40) 구조물의 바닥 기초면에도 보온이 이루어지며, 보온 층의 압착이 방지 되도록 지지물(SUPPORT LUG)을 두어 보온하는 것을 특징으로 하는 복합 폐수 처리 시스템.