KR100227819B1 - 폐수 처리를 위한 장치 및 그 처리 방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

폐수를 반응조내에서 전체적으로 순환시키면서 정화하는 기술임.

2. 발명이 해결하고자하는 기술적 과제

충분한 산소공급과 체류시간 극대화를 통한 양호한 폐수정화를 이룸과 동시에, 순환유동에 소비되는 에너지를 최소화하고자 함.

3. 발명의 해결 방법의 요지

반응조내에 유판을 구비시키고, 원폐수를 반응조에 주입하기 전에 반응조에서 유출되는 순환수와 미리 소정비율로 혼합하면서 유관으로 주입하고, 상기 유관 내부에 가스주입시 적어도 공간적으로 분리된 두 위치에서 가스를 주입함.

4. 발명의 주요한 용도

일반생활폐수 또는 공장폐수를 효율적으로 정화하는 용도임.

Description

폐수 처리를 위한 장치 및 그 처리 방법

본 발명은 폐수를 생물학적 또는 생화학적으로 처리하기 위한 기술에 관한 것으로서, 특히 최소한의 동력을 이용하여 산소가 함유된 가스(기상)와 정화하고자 하는 폐수(액상)를 동시에, 미생물이 존재하는 반응조로 주입하면서 전체적으로 순환시켜 산소 전달율을 극대화하는 폐수 처리 장치 및 그 처리 방법에 관한 것이다.

폐수가 생물학적으로 정화될 때, 유기성 유해불질은 미생물의 산소이용을 통한 정화작용에 의해 무해한 물질로 전환한다.

폐수는 반응조에서 미생물 등과 물이 혼합된 혼합물에 가스(산소)가 주입되면서 정화된다. 이때, 폐수와 가스는 반응조로 연속적으로 주입되며, 유입되는 폐수와 가스에 상응하는 만큼의 혼합물이 배출된다. 여기에서 가스는 공기, 즉 충분한 산소를 함유한 공기 또는 순산소를 의미한다.

유기물로 오염된 폐수는 주거지에서뿐만 아니라 산업현장에서도 발생된다. 이와 같은 폐수를 정화하기 위하여 미생물 등에 의한 호기성 방법으로 용해된 유기 화합물의 제거를 위한 방법들이 알려져 있다.

그러나, 이러한 방법들은 대부분 장방형 폭기조에서 실행되며 많은 폐가스량을 방출하여, 주변에 악취와 소음 공해를 유발할 뿐만아니라, 설치시 큰 면적이 요구되어 높은 설치비용이 소모되고, 그 운용에 많은 에너지가 요구되는 단점들이 일반적으로 알려져 있다.

그 다음으로 알려진 처리기술은 기 포기등과 유사한 높이를 가진 실린더형 타워에서 폐수를 정화하는 것이다.

(DE-Z(독일 학술지) "Chemie-Ingenieur-Technik" 54(1982) Nr. 11, 939-952).

그러나, 이 반응조에서는 불리한 수력학적 관계와 그로 인한 기 포기등의 비교적 낮은 물질전달조건 때문에, 그들의 용적부하, 즉 그 반응조의 용적과 시간(day)에 상관관계가 있고 COD로 측정된 오염물의 양에 상관관계가 있는, 용적부하가 비교적 작다. 이 경우의 용적부하는 약 1kgCOD/d에 지나지 않는다. 그리고 공기주입은 오로지 설치된 각 타워의 바닥에서만 이루어지도록 되어 있어 그로 인하여 상대적으로 에너지 요구량 커진다.

한편, 독일연방공화국 특허출원 DE 40 12 300 Al에서는 닫힌 반응조에서 폐수를 생물학적으로 정화할 수 있는 장치를 설명하고 있다.

상기 독일특허출원에서는 폐수와, 산소를 함유한 가스, 그리고 미생물이 혼합된 혼합물이 2상(액상 및 기상)의 노즐을 통하여 반응조 내부에 있는 원통형 유관으로 유입되어 수직공간의 밑 부분까지 주입된다. 처리될 폐수의 일부는 상기 유관의 외주면과 반응조 벽사이에 형성된 원형공간으로 주입되며, 처리될 혼합물의 일부분은 분리된 혼합 및 탈기용기로 연속적으로 통과된다. 그러나, 이 경우 폐수 및 가스와, 미생물 등의 혼합물을 상기 유관 아래의 한곳으로 끌어들이기 때문에, 유관의 윗부분에는 실제로 가스가 없게 된다. 따라서 이 곳에서는 산소가 폐수나 혼합물로 전달될 수가 없게 된다. 즉 이러한 장치로서는 순환식 처리임에도 불구하고 물질전달이 효율적이지 못하다는 문제점을 내포하고 있다.

또한, 유럽특허출원 EP 0 130 499 Bl에 의한 처리기술은 폐수처리에 확실히 높은 처리 효율을 달성할 수 있다. 여기서는 용적부하 70kgCOD/m에 달한다. 이 기술에서 이용하는 반응조(Schlaufenreaktor)는 수직으로 설치한 실린더 형의 조인데 내부에는 전술한 바와 같이 상하부의 양끝단이 열린 유관이 설치되어 있다.

이 반응조가 운전될때 액체와 가스가 혼합되어 유관 주위로 순환유동이 일어난다. 이때의 장점은 두 상의(액상과 기상) 균일 유동으로 폐수처리를 위해 필요한 산소의 전달이 훨씬 용이하다는 것이다.

이 기술에서는 가스가 유관상부에서 유관 내부로 주입되므로 가스가 반응조에서 배출되기 전에 최소한 한번은 완전한 순환을 거치게 된다. 그러나, 이와 같이 주입되면서 다수의 공기방울로 분산된 가스가 순환흐름과 같이 아래로 운반되어 지려면, 유관으로 주입되는 액체는 가스자체의 상승력(부력)을 저지하면서 소정 속도로 하강하는 순환유속을 유지 해야하므로 높은 에너지 공급이 요구된다는 문제점을 내포하고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 종래의 제반 문제점들을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 폐수 및 가스의 주입구조를 더 발전시켜 충분한 산소공급을 통한 양호한 물질전달을 이룸과 동시에, 순환유동에 소요되는 에너지를 현저히 줄인 폐수 처리 장치 및 그 처리 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 순환 유속을 유지하기 위한 적정량의 폐수 주입시 원폐수의 과도한 유입을 방지하기 위해 원폐수 유입량을 원활하게 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 폐수 정화를 위한 체류시간을 극대화한 폐수처리 장치 및 그 처리 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

제1도는 본 -발명에 이용되는 2상(액상 및 기상) 노즐의 사용상태를 나타낸 일 실시예 개략도.

제2도는 본 발명에 따른 폐수 처리를 위한 장치의 일실시예 개략도.

제3도는 제2도의 구성을 확장한 처리장치의 일실시예 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 반응조 2 : 유관

3 : 반응조바닥 4 : 폐수 주입관

5 : 가스 주입관 6 : 원폐수 유입관

7 : 순환수 유입관 8 : 폐수 펌프

9 : 미생물 주입관 10 : 가스 펌프

11 : 가스 배출관 12 : 정화수 배출관

21 : 상단 개방구 22 : 하단 개방구

40 : 2상 노즐 41 : 폐수 주입구

42 : 가스 주입구

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 반응조 내에 수직방향으로 적어도 하나의 유관을 설치하되, 상기 유관의 상단 개방구로 폐수가 주입되어, 그 주입된 폐수가 가스와 혼합되면서 상기 유관 내부로 하강 이동되고 상기 유관의 하단 개방구로 분산 배출된 후에는 상승이동 되도록하여 다시 상기 유관의 상단 개방구로 유입되도록 함으로써 순환시키는 폐수 정화를 위한 처리장치에 있어서, 정화하고자 하는 원폐수의 반응조 주입전에 상기 반응조에서 유출된 순환수를 원폐수와 미리 소정 비율로 혼합하면서, 상기 반응조로 제공하는 폐수 주입 수단; 및 상기 유관 내부로 폐수 주입시 가스가 주입되도록하되, 상기 유관 내부의 적어도 두 위치에서 가스를 주입하는 가스 주입수단을 포함하며, 상기 폐수주입 수단에 의해 주입되는 폐수의 유속에 의해 주입되는 폐수와 가스가 혼합되면서 상기 유관 내측에서 하강 이동하고 상기 유관 외측에서 상승이동하여 그 일부가 다시 상기 유관 내측으로 유입되는 순환동작이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 순환수 제공수단은, 상기 반응조로부터 정화처리중인 폐수를 유출하기 위한 순환수 유입관, 및 원폐수 유입관과 상기 순환수 유입관에 연결되어 순환수와 혼합된 원폐수를 폐수주입관을 통해 상기 유관 상부에서 그 하방으로 소정 유속으로 공급되게 평정하여 상기 순환동작이 이루어지도록 하는 폐수 펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 반응조 내에 수직방향으로 적어도 하나의 유관을 설치하되, 상기 유관의 상단 개방구로 주입된 폐수와 가스가 혼합되면서 정화되도록 처리하는 방법에 있어서, 정화하고자 하는 원폐수의 반응조 주입전에 상기 반응조에서 유출된 순환수가 원폐수와 미리 소정 비율로 혼합되게 하면서 상기 반응조로 제공하는 단계; 상기 유관 내부로 폐수 주입시에 상기 유관 내부의 적어도 두 위치에서 가스를 주입하는 단계: 주입되는 폐수의 유속에 의해, 주입된 폐수와 가스가 상기 유관 내측에서 하강이동되고 상기 유관의 하단 개방구로 분산배출된 후에는 상승 이동되도록하여 그 일부가 다시 상기 유관의 상단 개방구로 유입되어 순환하면서 폐수를 정화하는 단계; 및 유입되는 원폐수에 상응하는 만큼씩 정화된 폐수를 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명에서는 폐수가 수직구조로 배열된 유관의 상단끝에서 내부로 주입되며, 가스는 소정 압력하에 유입되는 폐수의 유동방향을 따라 유관안의 최소한 두 곳으로 주입되도록한다.

본 발명에서 가스는 펌프에 의하여 주입되는 폐수의 유동방향으로 주입되어 폐수를 주입에 의존하여 손쉽게 유입되도록한다.

특히, 폐수와 가스를 투입하는 곳을 공간적으로 분리하되, 가스의 주입장소를 다시 적어도 유관내부의 상,하부 두곳으로 바람직하게 분리 배치함으로써, 유관 안에 존재하는 모든 액체가 아래쪽으로 이동할 때 큰 에너지 손실없이 이동되도록 한다. 이는 특히 전체 주입가스의 대부분의 량을 유관 밑 부분으로 넣어줌으로서 더욱더 유효하다. 왜냐하면 이 가스가 유관 밑 부분에서 반응조 저면과의 공간을 통해 유관 외부로 배출되는 액체와 같이 분산되면서 밀려 나가기 때문이다. 액체가 유관 하단부의 밖으로 밀려갈 때 액체의 거센 와류로 상기 가스의 분산이 보장된다. 따라서, 본 발명에서는 원형분산기나 맴브레인 분산기와 같은 별도의 분산 장치가 필요없다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 가스를 유관의 밑 부분에서 넣을 때 거의 유체의 흐름에 따라 유입되는 원리로 실행되므로써 순환유동을 유지할 때 필요한 에너지 소모가 최소화된다.

또한, 본 발명에서는 유관의 윗부분에서 충분한 가스량을 주입하였을 때와, 다시 순환되는 액체를 펌프로 조절하였을때, 또한 유관의 외부로 상승 이동한 가스를 다시 유관안으로 빨아들이게 할 수 있어, 높은 가스순환과 더불어 전체의 반응 공간에 가스 공급이 골고루 이루어진다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 이용되는 2상(액상 및 기상)노즐의 일 사용예로서, 가스주입구(42)가 폐수주입구(41)의 중앙부에 배치되어 펌프(도시되지 않음)에 의해 빠른 유속으로 주입되는 액상의 폐수에 의해, 자연스럽게(특별한 동력 필요없이) 가스가 유입되는 원리를 알기 쉽게 설명하기 위해 편의상 하나의 가스 주입구를 구비한 2상 노즐(40)을 도시하였다. 미설명부호 2는 유관이다. 그러나, 후술되는 본 발명의 실시 예에서는 이와 동일한 원리하에 적어도 상하로 2군데에서 가스가 주입되는 구조를 취한다.

제2도는 본 발명에 따른 폐수처리를 위한 장치의 일실시예 개략도로서, 도면에서, 1은 반응조, 2는 유관, 3은 반응조 바닥, 4는 폐수 주입관, 5는 가스 주입관, 6은 원폐수 유입관, 7은 순환수 유입관, 8은 폐수 펌프, 9는 미생물 주입관, 10은 가스 펌프, 11은 가스 배출관, 12는 정화수 배출관, 21은 유관의 상단 개방구, 22는 유관의 하단개방구를 각각 나타낸 것이다.

도면에 도시된 바와 같이 반응조(1)에는 수직방향으로 유관(2)이 배치되어 있다. 상기 유관(2)은 양쪽끝이 개방된 원통형의 관이다. 상기 유관의 하단부는 반응조(1)의 바닥(3)과 충분한 간격을 두고 있어서 유관(2)을 통해 하강 이동된 액체가 그 공간을 통해 분산된 후, 다시 상승이동되어 순환될수 있도록 설치된다.

상기 반응조(1)에는 처음에 미생물 등과 물이 포함된 혼합물이 적절하게 채워진다.

정화될 폐수는 폐수주입관(4) 끝단에 구비되는 2상 노즐(제1도의 설명참조)을 통하여 유관(2) 안쪽으로 주입된다. 이 폐수는 위치 S1에서 유관(2) 안으로 주입된다. 그리고 가스는 가스 주입관(5)을 통하여 유관(2)으로 유입되며 유입된 가스는 적어도 두 위치, 즉 위치 S2와 S3으로 분리되어 나온다. 위치 S1, S2, S3은 도면에 표시된 바와 같이 공간적으로 서로 떨어져 있다. 여기서 상기 S2와 S3의 가스 배출구는 화살표 P로 표시된 폐수의 흐름방향으로 개방되어 있다.

또한, 도면과는 달리, 완전히 두개로 분리된 가스 유입관을 각각 별도로 구비시켜 위치 S2와 S3으로 각각 유입되도록 할 수도 있다.

그리고, S2, S3의 위치에 따라 제1도에서 설명한 바와 같이, 특별한 동력(펌프) 필요없이 자연스럽게 가스가 유입되도록 할 수도 있고, 경우에 따라 여의치 않을 때에는 별도의 가스펌프(10)를 구비시켜 비교적 적은 동력으로 원하는 바대로 가스 공급을 할 수도 있다.

제3도는 제2도의 구성을 확장한 처리장치의 일실시예 개략도로서, 폐수 처리량을 증가시키기 위해, 커다란 반응조(1)내에 동일한 구조로 일정 간격을 두고 3개의 유관(2)을 배치한 경우를 나타낸 것이다.

이제, 전술한 본 발명의 폐수처리 장치를 이용하여, 폐수를 처리하는 방법에 대하여 살펴본다.

원폐수 유입관(6)에서 주입되는 처리될 폐수(원폐수)는 순환수 유입관(7)을 통해 반응조(1)에서 규출된 순환수와 함께 폐수 주입관(4)을 통하여 반응조(1)의 유관(2)안쪽으로 주입된다. 이때, 유입되는 순환수의 양은 원하는 바에 따라 조절 가능하다. 폐수 펌프(8)애 의하여 조절이 가능한 하향주입되는 액체의 속도가 충분할 때 유관(2) 주위로 순환 유동이 발생한다. 정화된 폐수는 미생물등과 함께 배출관(12)을 통하여 반응조(1)에서 유출된다.

그리고, 후속장치(도시되지 않음)에서 폐수와 미생물 등은 서로 분리되어진다.

대부분의 분리된 미생물 등은 별도의 주입관(9)을 통하여 다시 반응조(1)로 유입되고, 나머지는 잉여슬러지로 배출된다.

폐수의 정화에 필요한 산소는, 기체 상태로서 보통 공기나, 공기와 산소가 혼합된 가스, 또는 순산소 가스를 가스주입 관(5)을 통하여 반응조(1)의 유관(2)안으로 주입되어 적어도 두곳에서 배출된다. 가스 주입관(5)은 제2도에 도시된 바와 같이 그 끝단부가 하방 및 측방을 향하도록 할수도 있고, 아니면 서로 다른 위치에서 모두 측방을 향하도록 할 수도 있고, 모두 하방을 향하도록 하여도 된다 특히, 대부분의 가스가 주입되는 하단측 가스 유입관(5)의 가스 배출구는 전술한 바와 같이 유판(2)의 밑부분에 위치시키는 것이 바람직하며, 본 실시예에 따르면 유관(2)의 하단으로부터 1/5 높이 이내에 있도록 함이 바람직하다.

반응조(1)의 2상(액상+가스상)충의 높이에 따라, 필요한 경우는, 반응조내에 가해지는 가스농도를 가스펌프(10)의 운전조작을 통해 조절한다. 가스의 분산은 위치 S3이하에서 대부분 이루어지는데, 우선 S2 위치에서는 S1에서 고속으로 배출되는 액체와 혼합되면서 분산되고, 위치 S3에서 배출되는 다량의 가스는 유관(2)의 하단 개방구(22)를 통해 배출되는 액체와 함께 이동하여 반응조바닥(3)에 부딪히게 되어 180도 방향을 바꾸면서 발생되는 와류에 의해 분산이 이루어진다.

폐수 주입관(4)에서 주입되는 액체 속도에 따라 반응조(1)의 유관(2)으로 유입되는 가스는 대부분 유관(2)의 상단 개방구(21)로 유입되어 재 순환된다. 그리고, 액체 밖으로 유출된 가스는 반응조(1) 상단부에 연결된 가스배출관(11)을 통해 외부로 배출된다.

한편, 반응조(1)와 유관(2)의 높이와 직경 비율과, 반응조(1)와 유관(2)에서의 액체의 속도는 유체역학적으로 계산되는 수치를 지켜야 하기 때문에, 폐수량이 많을때는 유관(2)을 두개나 그 이상으로 반응조(1)안에 배치한다. 제3도에서는 3개의 유관(2)이 하나의 반응조(1)내에 설치되어 있다. 이와 같이 유관(2)을 반응조(1)안에 여러개 설치했을 경우는 순환 이동중에 더 많은 충돌이 발생되어 가스의 분산이 더욱 많이 이루어져 산소의 전달율이 더욱 더 향상된다.

전술한 바와 같은 본 발명은 생물학적 또는 생화학적 반응을 이용하는 폐수 정화에 적용되어 다음과 같은 효과를 얻는다.

우선, 유관 안쪽에 적어도 상,하 2곳에서 가스를 주입시키되, 그 상부에서는 소량만을 주입하고, 가스의 대부분은 그 하부에서 주입되도록 하여, 유체의 흐름방향에 대해 반대방향으로 작용하는 가스의 부력에 기인한 저항력을 최소화하면서 산소 전달율을 극대화시키는 효과가 있다.

그리고, 유관(2)의내의 상부에서는 소량의 가스를 주입하여, 유관 내부의 정화되는 혼합액에 산소를 공급하고, 원폐수 주입 시에도 순환수와 혼합된 상태로 유입하여 정화에 요구되는 체류시간을 최대화하는 잇점이 있다.

또한, 유관의 외부로 상습이동된 반응조내의 유체가 유관 안쪽으로 다시 말려들어가, 유관을 통해 고속으로 유입되는 원폐수와 함께 혼합되면서 순차적으로 하강이동되고, 그 하부에 도달된 유체가 자체의 부력에 의해 상승되는 기상의 가스 입자들과 함께 상기 유관의 외부로 자연스럽게 다시 상승이동되도록하여, 동력손실을 최소화하면서 효과적으로 순환이동시키는 잇점이 있다.

Claims (7)

1. 반응조 내에 수직방향으로 적어도 하나의 유관을 설치하되, 상기 유관의 상단 개방구로 폐수가 주입되어, 그 주입된 폐수가 가스와 혼합되면서 상기 유관 내부로 하강 이동되고 상기 유잔의 하단 개방구로 분산 배출된 후에는 상승이동 되도록하여 다시 상기 유관의 상단 개방구로 유입되도록 항으로써 순환시키는 폐수 정화를 위한 처리장치에 있어서, 정화하고자 하는 원폐수의 반응조 주입전에 상기 반응조에서 유출된 순환수를 원폐수와 미리 소정 비율로 혼합하면서, 상기 반응조로 제공하는 폐수 주입 수단: 및 상기 유관 내부로 폐수 주입시 가스가 주입되도록하되, 상기 유관 내부의 적어도 두 위치에서 가스를 주입하는 가스 주입수단을 포함하며, 상기 폐수주입 수단에의해 주입되는 폐수의 유속에 의해 주입되는 폐수와 가스가 혼합되면서 상기 유관 내측에서 하강 이동하고 상기 유관 외측에서 상승이동하여 그 일부가 다시 상기 유관 내측으로 유입되는 순환동작이 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐수의 생물학적 처리를 위한 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 순환수 제공수단은 상기 반응조로부터 정화처리중인 폐수를 유출하기 위한 순환수 유입관; 및 원폐수 유입관과 상기 순환수 유입관에 연결되어 순환수와 혼합된 원폐수를 폐수주입관을 통해 상기 유관 상부에서 그 하방으로 소정 유속으로 공급되게 펌핑하여 상기 순환동작이 이루어지도록 하는 폐수 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리를 위한 장치.
3. 제1항에 또는 제2항에 있어서, 상기 가스 주입수단은 공간적으로 분리된 상기 두 위치중 상부 위치에서는 주입되는 전체 가스중의 소량만을 주입하고, 그 하부 위치에서 그 나머지인 전체가스의 대부분을 주입하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리를 위한 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 하부 위치는 상기 유관의 하단으로부터 실질적으로 1/5 높이 이내의 어느 한 곳에 위치하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리를 위한 장치.
5. 반응조 내에 수직방향으로 적어도 하나의 유관을 설치하되, 상기 유관의 상단 개방구로 주입된 폐수와 가스가 혼합되면서 정화되도록 처리하는 방법에 있어서, 정화하고자 하는 원폐수의 반응조 주입전에 상기 반응조에서 유출된 순환수가 원폐수와 미리 소정 비율로 혼합되게 하면서 상기 반응조로 제공하는 단계; 상기 유관 내부로 폐수 주입시에 상기 유관 내부의 적어도 두 위치에서 가스를 주입하는 단계; 주입되는 폐수의 유속에 의해, 주입된 폐수와 가스가 상기 유관 내측에서 하강이동되고 상기 유관의 하단 개방구로 분산배출된 후에는 상승 이동되도록하여 그 일부가 다시 상기 유관의 상단 개방구로 유입되어 순환하면서 폐수를 정화하는 단계; 및 유입되는 원폐수에 상응하는 만큼씩 정화된 폐수를 배출하는 단계를 포함하는 폐수 처리 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 가스를 주입하는 단계는 공간적으로 분리된 상기 두 위치중 상부위치에서는 주입되는 전체 가스중의 소량만을 주입하고, 그 나머지인 전체가스의 대부분은 그 하부 위치)에서 주입하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리를 위한 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 하부 위치는 상기 유관의 하단으로부터 실질적으로 1/5 높이 이내의 어느 한 곳에 위치하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리를 위한 방법.