KR100856442B1

KR100856442B1 - 초미세 버블을 이용한 폐수 처리장치의 호기성 생물반응기

Info

Publication number: KR100856442B1
Application number: KR20080035542A
Authority: KR
Inventors: 위성수; 임찬호
Original assignee: 임찬호; 위성수
Priority date: 2008-04-17
Filing date: 2008-04-17
Publication date: 2008-09-04
Anticipated expiration: 2028-04-17

Abstract

본 발명은 음식물폐수, 식품폐수, 축산폐수 또는 이들이 혼합된 폐수 등을 처리하기 위한 폐수 처리장치에 사용되는 호기성 생물반응기에 있어서, 처리하고자 하는 폐수가 유입되는 유입구(4); 상기 유입구(4)의 일측에 연결설치되어 폐수가 처리되는 장소를 제공하는 몸체(2); 상기 몸체(2)의 내부에 구비되어 유입구(4)로 유입된 폐수의 흐름경로를 유도하는 동시에 몸체(2)의 내부공간을 제1차 고효율 호기성 생물반응조(16), 제2차 고효율 호기성 생물반응조(18) 및 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)로 분리하는 4개의 격벽(28, 30, 32, 34); 상기 제1차 고효율 호기성 생물반응조(16), 제2차 고효율 호기성 생물반응조(18) 및 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)의 하단에 각각 구비되어 제1차 고효율 호기성 생물반응조(16), 제2차 고효율 호기성 생물반응조(18) 및 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)에 공기를 제공하는 산기관(26); 상기 산기관(26)의 일측에 연결설치되어 산기관(26)에 공기를 제공하는 송풍기(10); 상기 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)의 내부 일측에 연결설치되어 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)에 체류하는 폐수의 일부를 반송시키기 위한 경로를 제공하는 내부 반송관(42); 상기 내부 반송관(42)의 일측에 연결설치되어 내부 반송관(42)을 따라 반송되는 폐수의 이동을 위한 구동력을 제공하는 내부반송 펌프(8); 상기 내부 반송관(42)의 일측에 연결설치되어 내부 반송관(42)을 따라 반송되는 폐수에 초미세 버블을 공급하는 버블 발생수단(14); 상기 내부 반송관(42)의 일측에 연결설치되어 내부 반송관(42)을 따라 반송되는 폐수 를 냉각하기 위한 냉각수단(12); 상기 내부 반송관(42)의 일측에 연결설치되어 내부 반송관(42)을 따라 반송되는 폐수의 일부를 제1차 고효율 호기성 생물반응조(16)의 내부로 공급하기 위한 제 1 내부 반송관(22); 상기 내부 반송관(42)의 일측에 연결설치되어 내부 반송관(42)을 따라 반송되는 폐수의 일부를 제2차 고효율 호기성 생물반응조(18)의 내부로 공급하기 위한 제 2 내부 반송관(24); 상기 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)의 상단 일측에 연결설치되어 공기를 외부로 배출하기 위한 공기 배출구(40); 및 상기 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)의 상단 일측에 연결설치되어 처리된 처리수가 배출되는 배출구(6)를 포함하는 호기성 생물반응기에 관한 것이다.

폐수 처리장치, 고농도 유기성 폐수, 냉각기, PFR, 초미세 버블, 생물반응기

Description

초미세 버블을 이용한 폐수 처리장치의 호기성 생물반응기{Plug Flow Bioreactor with Micro Bubble for Treatment of Wastewater}

본 발명은 호기성 생물반응기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 음식물폐수, 식품폐수, 축산폐수 또는 이들이 혼합된 폐수 등의 고농도 유기성 폐수를 처리하기 위한 폐수 처리장치의 호기성 생물반응기에 버블 발생수단에 의해 제공되는 초미세 버블을 공급하도록 하고, 상기 호기성 생물반응기의 내부공간을 적어도 3개의 반응조로 분리한 연속 압출유형을 갖는 관형흐름, 즉 플러그 플로우 흐름 방식의 호기성 생물반응기에 관한 것이다.

또한, 본 발명에서 배출되는 BOD 2,00 ~ 100,000 mg/L 범위의 고농도 유기성 폐수를 직접 반응기에 유입하여 처리하기 위한 밀폐형 호기성 생물반응기에 있어서 내부공간을 적어도 3구역이상으로 구분할 수 있도록, 측면을 따라 일정 간격으로 세로축으로 나누어진 연속 압출유형으로 관형흐름 방식의 PFR(Plug Flow Reactor) 반응기에 관한 것이다.

음식물폐수, 식품폐수 및 축산폐수 등의 고농도 유기성 폐수는 기존의 일반 적인 처리방법을 적용할 경우 처리효율 및 안정성에 많은 문제가 있을 뿐만 아니라 고비용과 넓은 부지가 필요하다.

그러나 초미세 버블을 이용한 연속 압출유형 반응기는 산소의 효율적인 공급, 고농도의 미생물 유지 및 활성화로 고농도의 폐수처리에 매우 적합하다.

일반적으로 활성슬러지법의 폭기조는 유입폐수에 용해되어 있는 유기물질을 미생물 세포와 반응시킴으로서 제거하기 쉬운 잉여세포와 무해한 무기물질로 전환시키는 방법으로 F/M(Food/Microorganism)비와 BOD용적 부하율은 활성슬러지 시스템의 폭기조의 중요한 설계변수이며 폭기조 관리의 중요한 인자는 pH7~8, 온도 20~30℃와 오니농도 2,000~5,000 mg/L이며, 영양원(BOD 100, N; 5~15, P:1), 용존산소는 폭기조 유출수 2~4 mg/L 범위이고 유해물질의 한계농도이하의 관리 등이다.

고농도의 유기성 폐수는 자원화방법, 계절적, 지역적 요소에 따라 성상별 부하량의 변동이 심한 악성 폐수의 경우에 고효율 호기성 생물반응기로 처리함에 따라 설치비 및 고도처리 효과가 크다. 특히 음식물 폐수처리는 남은 음식물 자원화시설에서 발생하는 탈리 여액, 침출수 등 고농도 유기성 음식물 폐수를 처리하는 기술로서 퇴비화, 사료화, 혐기성소화 등의 자원화 방식에 따라 BOD 2,000 ~ 100,000 mg/L의 고농도 유기성 폐수를 고효율 호기성 생물반응기를 이용하여 1 ~ 4일 만에 하수 연계처리 수질 또는 자체방류수준까지 안정적으로 처리할 수 있는 기술이다. 고농도 유기성 폐수는 하천이나 연안바다, 호소(호수 및 저수지)등으로 유입되어 조류의 성장을 촉진시켜 부영양화 현상을 발생시킨다.

또한, 폐수에 포함되어 있는 영양염류가 연안바다로 유입되었을 경우에는 적조현상의 원인이 되며, 심하면 수저부에서 부패하고 악취가 발생하여 수질오염을 촉진시키는 원인으로 작용함에 따라, 이러한 영양염류는 하천이나 호소로 유입되기 전에 제거되어야 한다.

우리나라의 경우 대부분의 하수처리 및 축산폐수 처리 방법은 활성슬러지법에 의존하고 있는 실정으로서, 상기 활성슬러지법에 의한 폐수 처리시 대부분의 현탁 고형물질과 유기물은 제거될 수 있으나, 질소나 인과 같은 영양염류 물질의 처리는 20 내지 40%에 불과하다.

이에, 이러한 질소나 인과 같은 영양염류 처리를 위한 공정들로는 물리, 화학적인 처리방법과 생물학적인 처리방법이 사용되고 있다.

물리적인 처리방법으로는 암모니아 탈기법, 선택적 흡착방법을 이용하는 이온교환법, 소석회 및 응집제를 사용하여 인을 침전시키는 방법 및 질소와 인을 동시에 침전시키는 스트로바이트(struvite)형성의 침전법 등이 이용되고 있다. 그러나 이와 같은 방법은 그 처리가 선택적으로 이루어지기는 하지만, 온도에 민감하고 비용이 많이 소요되는 문제점이 있고, 약품비 및 운전상에 요구되는 환경이 특정적이어서 그 운영이 쉽지 않으며, 유출수가 불안정하다는 문제점이 있다.

한편, 생물학적 처리방법은 질소의 경우 용존상태에 있는 암모니아성 질소와 유기질소를 호기성 조건에서 질산화균, 예를 들면 Nitrosomonas amp; Nitrobacter 등의 질산화균에 의해 질산화(암모니아를 질산염형태로 변형)시키고, 질산염을 탈질산화균, 예를 들면 Pseudomonas, Paracoccus denitrifiers 등의 탈질산화균에 의 해 무산소 조건에서 산소대신 전자수용체로서 이용하게 하여 질소 기체로 변환하여 대기중으로 방출(탈질산화)시켜 제거하고 있다.

한편, 인의 경우 폐수를 교대로 혐기성 조건과 호기성 조건으로 유지시켜 혐기성 조건에서는 인 제거 미생물, 예를 들면 Acinetobacter 등의 인 제거 미생물로부터 인을 방출시키고, 후속되는 호기성 조건에서는 미생물이 인을 과다 섭취하도록 한 뒤 미생물을 일정량씩 제거시키는 방법으로 폐수 중의 인을 제거한다.

여기서, 상기 호기성 조건에서 미생물이 인을 과다 섭취하게 되는 정도는 혐기성 조건으로 유입되는 유기물의 양과 종류에 따라 변동되는바 순수한 혐기상태의 유지와 유입되는 유기물이 초산염과 같은 유기산염이 많을 경우 순수한 혐기상태에서 인의 방출량이 증진되며, 후속된 호기상태에서 인의 섭취량이 향상되어 처리율이 증가한다.

따라서 생물학적 질소 및 인의 제거공정은 혐기성-호기성-혐기성-호기성 반응조를 적절히 분리배치하여 각 반응조의 특성에 따라 호기성 반응조에서는 유기물 산화 및 질산화 반응과 미생물이 인을 섭취하도록 유도하고, 혐기성 및 무산소 반응조에서는 질산성 질소를 질소가스로 변형시켜 대기 중으로 방출시키는 탈질반응과 인의 방출을 유도한다.

이와 같이, 생물학적인 폐수처리장치는 산기관 등을 이용하여 공기를 공급하는 호기성조, 즉 호기성 반응기가 구비되는바, 상기 반응기는 통상적으로 완전혼합형 반응기인 CSTR(Continuous Stirred Tank Reactor)을 사용하게 된다.

그러나 전술한 호기성 반응기로 이용되는 CSTR은 처리하고자 하는 폐수에 공기를 제공하기 위한 산기관이 폐수 유입구와 별도로 반응기의 하단에 설치되며, 산기관으로부터 배출되는 공기, 즉 공기방울의 상승속도에 따라 공기가 반응기 내에 체류하는 기체 체류시간이 결정되므로 기체 체류시간을 조절하는 것이 곤란하고, 이에 따라 처리하고자 하는 폐수에 산소를 용해시키는 산소전달효율이 약 10%(1~2kg O₂/kW·시간)에 불과한바, 전술한 CSTR인 호기성 생물반응기는 유입폐수의 농도가 높을수록 폐수를 장시간 동안 처리하여야 하고, 처리된 폐수(처리수)가 일정수준이하로 방류되기 곤란하다는 문제점이 있다.

특히, 생물학적 폐수처리에 일반적으로 사용되는 활성슬러지법은 유기질을 각종 미생물에 의해 분해시키는 것으로써 이의 조작조건으로 산소의 공급이 필수적이며 처리효율은 산소의 전달효율과 직접적으로 관련되며, 그 전달효율이 높을수록 처리효율이 증가한다.

통상적으로, 활성슬러지법에 의해 소비되는 산소는 산기관이나 기포산기관 또는 미세기포산기관과 같은 산기기 또는 심플렉식, 표면교반식 등의 기계식 포기장치에 의하여 공급되는바, 상기 산기관을 이용한 산소공급 방법은 공기를 공급하는 별도의 펌프를 이용하여 기포산기관 또는 미세기포산기관에 공기를 주입하는 방법을 이용하기 때문에 많은 동력을 필요함은 물론 기포산기관 또는 미세기포산기관에 구비된 구멍을 통하여 방출되는 기포 크기가 대략 2 내지 10mm 정도의 크기를 유지함으로써 기포와 폐수의 접촉면적이 적고, 폐수에 산소를 충분히 용해시키기 위한 체류시간이 부족하게 된다.

더욱이, 전술한 산기관을 이용하여 폐수의 용존산소량을 증가시키기 위해서는 산기관으로 더 많은 양의 공기를 공급하여야 하므로 동력비가 증가하고, 고농도의 폐수를 처리하기 위해 전처리 단계에서 유기물을 대량으로 제거하여야 하므로, 별도의 질소처리 시설을 더 필요로 하며, 상기 호기성 반응기의 후단에 연결되는 혐기조 또는 무산소조의 교반시 한계로 인해 폐수의 탈질시 가스분리가 곤란하여 탈질속도가 낮은 문제점이 있다.

본 발명은 폐수 처리장치에 구비되는 호기성 생물반응기의 내부를 다수개, 바람직하게는 3개 이상의 반응조로 분리함으로써, 호기성 생물반응기로 유입되는 폐수가 연속압출식으로 처리되며 배출되도록 하는 것에 해결하고자 한다.

일반적으로 반응조의 설계는 연속교반류 반응조(CFSTR, Continuous Flow Stirred Tank)나 PFR로 설계하고 있으나 본 발명은 상기 호기성 생물반응기로 유입되는 폐수에 초미세 버블을 함께 혼합시켜 공급하고, 음식물폐수, 식품폐수 및 축산폐수 등의 고농도 유기성 폐수를 처리하기 위한 장치로서 초미세 버블과 냉각기를 이용한 연속 압출유형 반응기를 활용한다.

본 장치에 사용되는 호기성 생물반응기에 있어서, 폐수가 처리되는 장소를 제공하되 고효율 호기성 생물반응기는 내부공간을 적어도 3개의 반응조로 구분할 수 있도록, 측면을 따라 일정 간격으로 세로축으로 나누어진 연속 압출유형으로 구성된다.

이는 밀폐형으로 압력을 높이고 기체 체류시간을 증가시켜 산소용해 효율을 증대시키며, 내부반송 펌프로 반송량은 유입 원수량에 비례하여 유입원수의 500 ~ 2,000%를 내부 반송하며, 냉각기, 내부 반송관, 송풍기, 제1차 고효율 호기성 생물반응기에 약 70% 내부반송이 이루어지고, 제2차 고효율 호기성 생물반응기에서 약 30% 내부반송이 되며, 제3차 고효율 호기성 생물반응기, 세로축으로 확장된 적어도 3개 이상의 격벽이 형성된 몸체로 구성된다.

본 발명은 몸체의 상단 반송관에 연결설치된 초미세 버블을 포함하는 폐수가 유입되는 유입구; 및 상기 몸체의 상단 반송관에 연결 설치된 냉각기는 고농도의 유기성 폐수에 의해 발생된 고온을 낮추어 줌으로 처리효율을 증가시키도록 냉각기에 통과되며 고효율 호기성 생물반응기내에 설치된 파이프는 연속파장 모양으로 구성되며 마이너스 영역의 부분은 직경 약 10cm의 구멍을 형성시켜 공기의 유입으로 교반 및 확산이 잘 형성되도록 파고를 약 10cm로 구성하고, 처리된 폐수가 배출되는 배출구를 포함하는 호기성 생물반응기에 관한 것으로, 상기 내부반송은 약 4 시간단위로 반응기 유입 순환되도록 체류시간을 조절할 수 있도록 하는 호기성 생물반응기를 제공하는 것에 해결하고자 하는 과제가 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 호기성 생물반응기는 처리하고자 하는 폐수가 유입되는 유입구; 상기 유입구의 일측에 연결설치되어 폐수가 처리되는 장소를 제공하는 몸체; 상기 몸체의 내부에 구비되어 유입구로 유입된 폐수의 흐름경로를 유도하는 동시에 몸체의 내부공간을 제1차 고효율 호기성 생물반응조, 제2차 고효율 호기성 생물반응조 및 제3차 고효율 호기성 생물반응조로 분리하는 4개의 격벽; 상기 제1차 고효율 호기성 생물반응조, 제2차 고효율 호기성 생물반응조 및 제3차 고효율 호기성 생물반응조의 하단에 각각 구비되어 제1차 고효율 호기성 생물반응조, 제2차 고효율 호기성 생물반응조 및 제3차 고효율 호기성 생물반응조에 공기를 제공하는 산기관; 상기 산기관의 일측에 연결설치되어 산기관에 공기를 제공하는 송풍기; 상기 제3차 고효율 호기성 생물반응조의 내부 일측에 연결설치되어 제3차 고효율 호기성 생물반응조에 체류하는 폐수의 일부를 반송시키기 위한 경로를 제공하는 내부 반송관; 상기 내부 반송관의 일측에 연결설치되어 내부 반송관을 따라 반송되는 폐수의 이동을 위한 구동력을 제공하는 내부반송 펌프; 상기 내부 반송관의 일측에 연결설치되어 내부 반송관을 따라 반송되는 폐수에 초미세 버블을 공급하는 버블 발생수단; 상기 내부 반송관의 일측에 연결설치되어 내부 반송관을 따라 반송되는 폐수를 냉각하기 위한 냉각수단; 상기 내부 반송관의 일측에 연결설치되어 내부 반송관을 따라 반송되는 폐수의 일부를 제1차 고효율 호기성 생물반응조의 내부로 공급하기 위한 제 1 내부 반송관; 상기 내부 반송관의 일측에 연결설치되어 내부 반송관을 따라 반송되는 폐수의 일부를 제2차 고효율 호기성 생물반응조의 내부로 공급하기 위한 제 2 내부 반송관; 상기 제3차 고효율 호기성 생물반응조의 상단 일측에 연결설치되어 공기를 외부로 배출하기 위한 공기 배출구; 및 상기 제3차 고효율 호기성 생물반응조의 상단 일측에 연결설치되어 처리된 처리수가 배출되는 배출구를 포함하도록 구성하는 것을 과제 해결 수단으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 호기성 생물반응기는 고농도 유기성 폐수와 함께 초미세 버블을 공급하여 버블과 폐수 사이의 접촉면적을 증가시키고, 생물반응기의 내부에 세로축으로 격벽을 4개 구비시킴으로써 폐수와 함께 공급되는 초미세 버블에 의한 용존산소들이 생물반응기에 장시간 체류할 수 있도록 하여 폐수의 용존산소량을 증가시키는 효과가 있다.

또한 고농도의 유기성 폐수처리는 자원화시설에서 발생하는 탈리 여액, 침출수 등을 처리하는 기술로서 퇴비화, 액비화, 사료화, 혐기성소화 등의 자원화 방식에 따라 활용된다.

또한, 내부반송 펌프, 냉각기, 내부 반송관, 송풍기, 제1차 고효율 호기성 생물반응기, 제2차 고효율 호기성 생물반응기, 제3차 고효율 호기성 생물반응기 내에서 일정수압의 유지로 유입된 고농도의 원수와 혼합액의 희석, 교반이 잘 형성된다. 용존산소농도의 조절이 가능하여 산소전달효율이 높으며, 반응기 내에 혼합액의 농도조절이 용이한 효과가 있다.

이하 본 발명에 따른 호기성 생물반응기를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 하기의 설명은 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 하기 설명에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 호기성 생물반응기의 구성을 나타내는 단면도로서 함께 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 호기성 생물반응기는 처리하고자 하는 폐수가 유입되는 유입구(4); 상기 유입구(4)의 일측에 연결설치되어 폐수가 처리되는 장소를 제공하는 몸체(2); 상기 몸체(2)의 내부에 구비되어 유입구(4)로 유입된 폐수의 흐름경로를 유도하는 동시에 몸체(2)의 내부공간을 제1차 고효율 호기성 생물반응조(16), 제2차 고효율 호기성 생물반응조(18) 및 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)로 분리하는 4개의 격벽(28, 30, 32, 34); 상기 제1차 고효율 호기성 생물반응조(16), 제2차 고효율 호기성 생물반응조(18) 및 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)의 하단에 각각 구비되어 제1차 고효율 호기성 생물반응조(16), 제2차 고효율 호기성 생물반응조(18) 및 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)에 공기를 제공하는 산기관(26); 상기 산기관(26)의 일측에 연결설치되어 산기관(26)에 공기를 제공하는 송풍기(10); 상기 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)의 내부 일측에 연결설치되어 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)에 체류하는 폐수의 일부를 반송시키기 위한 경로를 제공하는 내부 반송관(42); 상기 내부 반송관(42)의 일측에 연결설치되어 내부 반송관(42)을 따라 반송되는 폐수의 이동을 위한 구동력을 제공하는 내부반송 펌프(8); 상기 내부 반송관(42)의 일측에 연결설치되어 내부 반송관(42)을 따라 반송되는 폐수에 초미세 버블을 공급하는 버블 발생수단(14); 상기 내부 반송관(42)의 일측에 연결설치되어 내부 반송관(42)을 따라 반송되는 폐수를 냉각하기 위한 냉각수단(12); 상기 내부 반송관(42)의 일측에 연결설치되어 내부 반송관(42)을 따라 반송되는 폐수의 일부를 제1차 고효율 호기성 생물반응조(16)의 내부로 공급하기 위한 제 1 내부 반송관(22); 상기 내부 반송관(42)의 일측에 연결설치되어 내부 반송관(42)을 따라 반송되는 폐수의 일부를 제2차 고효율 호기성 생물반응조(18)의 내부로 공급하기 위한 제 2 내부 반송관(24); 상기 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)의 상단 일측에 연결설치되어 공기를 외부로 배출하 기 위한 공기 배출구(40); 및 상기 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)의 상단 일측에 연결설치되어 처리된 처리수가 배출되는 배출구(6)로 구성된다.

본 발명에 따른 호기성 생물반응기는 음식물폐수, 식품폐수, 축산폐수 또는 이들이 혼합된 폐수 등을 처리하기 위한 폐수 처리장치에서 공기를 공급하여 포기하는 호기성조, 즉 호기성 조건으로 유지되는 공간을 의미하는 것으로서, 이러한 목적을 위해 당업계에서 통상적으로 사용되는 장치라면 본 발명의 호기성 생물반응기에 해당된다.

본 발명에 따른 유입구(4)는 처리하고자 하는 폐수, 예를 들면 음식물폐수, 식품폐수, 축산폐수 또는 이들이 혼합된 폐수 등이 유입되는 것으로서, 이러한 목적을 위해 당업계에서 통상적으로 사용되는 유입구(4)라면 특별히 한정되지 않는다.

본 발명에 따른 호기성 생물반응기의 몸체(2)은 상기 유입구(4)의 일측에 연결설치되어 폐수가 처리되는 장소, 특정적으로 공기가 공급되어 호기성 조건을 유지하며 폐수가 처리되는 장소를 의미하는 것으로서, 이러한 목적을 위해 당업계에서 통상적으로 사용되는 몸체(2)이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 전체적으로 밀폐형으로 구성되어 몸체(2) 내부의 압력을 증가시킴으로써 반송되는 폐수에 포함된 초미세 버블 및 산기관(26)으로부터 제공되는 공기 중의 산소가 폐수에 용이하게 용해될 수 있도록 구성된다.

특히, 본 발명에 따른 호기성 생물반응기의 몸체(2)은 그 내부공간에 다수개, 특정적으로 4개의 격벽(28, 30, 32, 34)이 구비되어 상기 몸체(2) 내부를 3개 의 구역으로 분리할 수 있는바, 임의로 유입구(4)와 이웃한 몸체(2) 내부를 제1차 고효율 호기성 생물반응조(16)라고 지칭할 경우 그 후단으로 제2차 고효율 호기성 생물반응조(18) 및 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)가 순차적으로 형성되며, 상기 제1차 고효율 호기성 생물반응조(16), 제2차 고효율 호기성 생물반응조(18) 및 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)의 경계는 제 1 격벽(28) 및 제 3 격벽(38)에 의해 분리된다.

여기서, 상기 몸체(2)의 내부공간을 제1차 고효율 호기성 생물반응조(16), 제2차 고효율 호기성 생물반응조(18) 및 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)로 분리하는 제 1 격벽(28) 및 제 3 격벽(38)은 몸체(2)의 바닥을 기준으로 수직으로 일정 거리 상방향으로 확장되도록 형성된다.

한편, 본 발명에 따른 호기성 생물반응기의 몸체(2)는 폐수, 특정적으로 초미세 버블을 포함하는 폐수 및/또는 유입구(4)로부터 유입된 폐수가 위/아래 방향을 따라 지그재그로 흐를 수 있도록 경로를 제공하는바, 이러한 경로를 제공하기 위해 몸체(2)의 상부 벽면을 기준으로 수직으로 일정 거리 하향으로 확장된 제 2 격벽(30) 및 제 4 격벽(34)이 형성되어 있다.

여기서, 상기 제 2 격벽(30)은 상기 제 1 격벽(28) 및 제 3 격벽(32) 사이에 제 1 격벽(28)에 보다 근접하도록 몸체(2)의 상부 벽면을 기준으로 수직으로 일정 거리 하향으로 확장되도록 설치되는 것이 좋고, 제 4 격벽(34)은 제 3 격벽(32)과 몸체(2)의 측벽면 사이에 측벽멱에 보다 근접하도록 몸체(2)의 상부 벽면을 기준으로 수직으로 일정 거리 하향으로 확장되도록 설치되는 것이 좋다.

따라서 본 발명에 따른 호기성 생물반응기는 몸체(2)의 내부공간이 상기 제1차 고효율 호기성 생물반응조(16), 제2차 고효율 호기성 생물반응조(18) 및 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)로 분리되어 형성됨으로써, 다수의 반응조를 하나의 몸체(2)에 밀폐형으로 연결설치시켜 폐수가 연속 압출유형인 플러그 플로우 흐름을 갖도록 유도할 수 있다.

특정적으로, 본 발명에 따른 호기성 생물반응기의 몸체(2) 내부에 구비되는 제 1 격벽(28) 및 몸체(2)의 측벽면과, 상기 제 2 격벽(30) 및 제 3 격벽(32) 사이에 산기관(26)으로부터 배출되는 공기 및 제 1 내부 반송관(22)과 제 2 내부 반송관(24)으로부터 배출되는 초미세 버블이 충돌하며 폐수와 공기가 서로 용이하게 접촉할 수 있도록 하는 충돌판(36)이 더 구비될 수 있다.

여기서, 상기 충돌판(36)은 초미세 버블 등이 충돌하며 산소가 폐수로 용이하게 용해될 수 있도록 하는 것으로서, 이러한 목적을 위해 당업계에서 통상적으로 사용하는 충돌판(36)이라면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 다수개의 돌출부가 초미세 버블 등의 공기 이동방향에 대향되도록 구비된 격자 형태를 갖는 것이 좋다.

한편, 본 발명에 따른 호기성 생물반응기를 구성하는 몸체(2)의 크기는 당업계의 통상적인 호기성 생물반응기의 크기로서, 유입구(4)를 통하여 유입되는 폐수의 성상 및 용량에 따라 그 크기가 변경될 수 있지만, 바람직하게는 세로, 가로, 및 높이의 비가 1:3:2의 비율을 갖는 것이 좋고, 몸체(2) 내부에 구비된 제 1 격벽(28) 및 제 3 격벽(32)에 의해 분리되는 제1차 고효율 호기성 생물반응조(16), 제2차 고효율 호기성 생물반응조(18) 및 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)의 크기는 1:1:1.5의 부피비율을 갖는 것이 좋다.

이때, 상기 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)의 높이는 제1차 고효율 호기성 생물반응조(16) 및 제2차 고효율 호기성 생물반응조(18)의 높이보다 높게 구성하여, 상기 제1차 고효율 호기성 생물반응조(16), 제2차 고효율 호기성 생물반응조(18) 및 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)를 통과하면 처리된 처리수가 배출되는 배출구(6)를 제1차 고효율 호기성 생물반응조(16) 및 제2차 고효율 호기성 생물반응조(18)의 높이보다 높은 곳에 설치할 수 있도록 한다.

본 발명에 따른 산기관(26)은 몸체(2)의 바닥, 바람직하게는 제1차 고효율 호기성 생물반응조(16), 제2차 고효율 호기성 생물반응조(18) 및 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)의 바닥에 각각 설치되어 호기성 생물반응기가 호기성 조건을 유지하도록 공기를 제공하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 위해 당업계에서 통상적으로 사용되는 산기관(26)이라면 특별히 한정되지 않는다.

본 발명에 따른 송풍기(10)는 상기 산기관(26)에 연결설치되어 산기관(26)에 공기를 제공하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 위해 당업계에서 통상적으로 사용되는 송풍기(10)라면 특별히 한정되지 않는다.

본 발명에 따른 내부 반송관(42)은 몸체(2) 내부에 구비되는 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)의 내부 일측에 연결설치되어 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)에서 처리되며 체류하는 폐수의 일부를 반송시키기 위한 경로를 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 내부반송 펌프(8)는 상기 내부 반송관(42)에 연결설치되어 내부 반송관(42)을 따라 반송되는 폐수의 이동을 위한 구동력을 제공하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 위해 당업계에서 통상적으로 사용하는 내부반송 펌프(8)라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.

본 발명에 따른 버블 발생수단(14)은 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)에 체류하는 폐수의 일부를 반송시키는 내부 반송관(42)에 연결설치되어 내부 반송관(42)을 따라 반송되는 폐수에 초미세 버블을 공급하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 당업계의 통상적인 버블 발생수단(14)이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 나노버블 발생장치, 마이크로버블 발생장치 또는 산소발생 장치를 사용하는 것이 좋다.

이때, 상기 초미세 버블은 나노미터(nm) 단위 또는 마이크로미터(㎛) 단위의 버블로서, 바람직하게는 0.01 내지 1㎛ 크기로 상승속도는 0.1 내지 0.8cm/sec 정도이며, 이는 종래의 산기관에서 보여주고 있는 입자크기 2 내지 10mm에 비하여 매우 작은 것으로써, 액상에 장기간 체류할 수 있는 물리적 장점 및 넓은 표면적을 제공하는 장점 등이 있다.

본 발명에 따른 냉각수단(12)은 고농도의 유기성 폐수가 미생물과 반응하며 발생되는 발열, 특정적으로 유기물 산화에 의한 발열, 예를 들면 40 내지 55℃로 발열되는 것을 감소시켜 폐수의 처리효율을 증가시키기 위한 것으로서, 상기 내부 반송관(42)을 따라 반송되는 폐수를 냉각, 바람직하게는 위해 내부 반송관(42)의 일측에 연결설치된다.

특정적으로, 본 발명에 따른 냉각수단(12)은 당업계에서 통상적으로 사용되는 냉각탑이나, 구리관 등의 열전도성이 높은 금속관을 내부 반송관(42)에 길게 여러 겹으로 감싼 후 냉각수를 금속관으로 흘려주는 등의 냉각방법을 사용할 수 있다.

이때, 상기 냉각수단(12)에 의해 냉각된 폐수는 내부 반송관(42)에 의해 제1차 고효율 호기성 생물반응조(16) 및/또는 제2차 고효율 호기성 생물반응조(18)로 반송된다.

본 발명에 따른 제 1 내부 반송관(22) 및 제 2 내부 반송관(24)은 상기 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)의 폐수를 반송시키는 내부 반송관(42)에 연결설치되어 폐수를 제1차 고효율 호기성 생물반응조(16) 또는 제2차 고효율 호기성 생물반응조(18)로 반송시키기 위한 것으로서, 상기 제 1 내부 반송관(22)은 제1차 고효율 호기성 생물반응조(16)의 내부 일측에 연결설치되고, 제 2 내부 반송관(24)은 제2차 고효율 호기성 생물반응조(18)의 내부 일측에 연결설치된다.

이때, 상기 제 1 내부 반송관(22) 및 제 2 내부 반송관(24)으로 반송되는 폐수의 반송량은 사용자의 선택에 따라 선택할 수 있지만, 바람직하게는 내부 반송관(42)을 따라 반송되는 전체 폐수를 기준으로 약 70%는 제1차 고효율 호기성 생물반응조(16)로 반송되고, 나머지 약 30%는 제2차 고효율 호기성 생물반응조(18)로 반송되도록 한다.

특정적으로 본 발명에 따른 제 1 내부 반송관(22) 및 제 2 내부 반송관(24)의 종단 일측에는 제 1 내부 반송관(22) 및 제 2 내부 반송관(24)으로부터 배출되 는 초미세 버블을 포함하는 폐수의 용이한 배출을 위하여 반송수배출 파이프(38)가 더 연결설치될 수 있다.

여기서, 상기 반송수배출 파이프(38)는 연속파장 모양으로 구성되며 마이너스 영역의 부분은 직경이 약 10cm의 구멍이 형성되어 공기의 유입으로 혼합되어 잘 형성되도록 파고를 약 10cm로 구성한다.

한편, 상기 내부 반송관(42)을 통하여 제1차 고효율 호기성 생물반응조(16) 및 제2차 고효율 호기성 생물반응조(18)로 반송되는 폐수는 사용자의 선택에 따라 지속적 또는 간헐적으로 반송시킬 수 있는바, 간헐적으로 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)의 폐수를 반송시킬 경우 약 4시간 단위로 유입원수량에 비례하여 유입원수의 500 내지 2000%, 즉 5 내지 20배로 폐수를 반송시키는 것이 좋다.

본 발명에 따른 공기 배출구(40)는 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)의 상단 일측에 연결설치되어 공기를 외부로 배출하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 위해 당업계에서 통상적으로 사용하는 것이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.

본 발명에 따른 호기성 생물반응기의 배출구(6)는 몸체(2)의 상단 일측에 연결설치되어 처리된 폐수가 배출되는 것으로서, 이러한 목적을 위해 당업계에서 통상적으로 사용하는 배출구(6)라면 특별히 한정되지 않는다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 호기성 생물반응기의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 폐수 처리장치의 호기성 생물반응기 몸체(2) 일측에 구비된 유입구(4), 바람직하게는 호기성 생물반응기의 몸체(2)의 하단에 구비된 유입구(4)로 처리하고자 하는 폐수가 몸체(2)의 제1차 고효율 호기성 생물반응조(16)로 유입된다.

이때, 상기 제1차 고효율 호기성 생물반응조(16) 하단에 구비된 산기관(26)으로부터 공기가 제공되어 폐수와 공기가 서로 접촉하며 제1차 고효율 호기성 생물반응조(16)에 존재하는 호기성 미생물이 폐수를 처리하도록 한다.

그 다음, 상기 제1차 고효율 호기성 생물반응조(16)의 폐수는 제 1 격벽(28)을 따라 상승한 뒤 제 2 격벽(30)을 따라 하강하여 제2차 고효율 호기성 생물반응조(18)로 유입된다.

이때, 상기 제2차 고효율 호기성 생물반응조(18) 하단에 구비된 산기관(26)으로부터 공기가 제공되어 폐수와 공기가 서로 접촉하며 제2차 고효율 호기성 생물반응조(18)에 존재하는 호기성 미생물이 폐수를 처리하도록 한다.

그 다음, 상기 제2차 고효율 호기성 생물반응조(18)의 폐수는 제 3 격벽(32)을 따라 상승한 뒤 제 3 격벽(32)의 종단에서 하강하며 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)로 유입된다.

이때, 상기 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20) 하단에 구비된 산기관(26)으로부터 공기가 제공되어 폐수와 공기가 서로 접촉하며 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)에 존재하는 호기성 미생물이 폐수를 처리하도록 한다.

그 다음, 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)에서 처리된 처리수는 제 4 격벽(34)을 따라 상승하며 배출구(6)를 통해 외부로 배출되고, 공기는 공기 배출구(40)를 통해 외부로 배출된다.

한편, 전술한 과정을 거처 처리되는 폐수 중 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)에 체류하는 폐수의 일부를 제1차 고효율 호기성 생물반응조(16) 및 제2차 고효율 호기성 생물반응조(18)로 반송시킬 수 있는바, 이러한 경우 상기 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)의 내부 일측에 구비된 내부 반송관(42)에 연결설치된 내부반송 펌프(8)를 작동시켜 내부 반송관(42)으로 폐수를 반송시킨다.

이때, 상기 내부 반송관(42)으로 반송되는 폐수는 내부 반송관(42)에 연결설치된 버블 발생수단(14)로부터 초미세 버블을 제공받고, 상기 내부 반송관(42)에 연결설치된 냉각수단(12)을 통과하며 냉각된 뒤 제1차 고효율 호기성 생물반응조(16)에 연결설치된 제 1 내부 반송관(22) 및 제2차 고효율 호기성 생물반응조(18)에 연결설치된 제 2 내부 반송관(24)으로 반송된다.

이때, 상기 제1차 고효율 호기성 생물반응조(16) 및 제2차 고효율 호기성 생물반응조(18)로 반송되는 초미세 버블을 포함하는 폐수의 반송량은 반송되는 전체 폐수를 기준으로 약 70%는 제1차 고효율 호기성 생물반응조(16)로 반송되고, 나머지 약 30%는 제2차 고효율 호기성 생물반응조(18)로 반송되도록 한다.

아울러, 상기 내부 반송관(42)을 통하여 반송되는 폐수는 간헐적으로 운전될 수 있는바, 이러한 경우 약 4시간 간격으로 제3차 고효율 호기성 생물반응조(20)에 체류하는 폐수를 반송하는 것이 좋다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 호기성 생물반응기의 구성을 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

2 : 몸체 4 : 유입구

6 : 배출구 8 : 내부반송 펌프

10 : 송풍기 12 : 냉각수단

14 : 버블 발생수단 16 : 제1차 고효율 호기성 생물반응조

18 : 제2차 고효율 호기성 생물반응조

20 : 제3차 고효율 호기성 생물반응조

22 : 제 1 내부 반송관 24 : 제 2 내부 반송관

26 : 산기관 28 : 제 1 격벽

30 : 제 2 격벽 32 : 제 3 격벽

34 : 제 4 격벽 36 : 충돌판

38 : 반송수배출 파이프 40 : 공기 배출구

42 : 내부 반송관

Claims

음식물폐수, 식품폐수, 축산폐수 또는 이들이 혼합된 폐수 등을 처리하기 위한 폐수 처리장치에 사용되는 호기성 생물반응기에 있어서,

처리하고자 하는 폐수가 유입되는 유입구; 상기 유입구의 일측에 연결설치되어 폐수가 처리되는 장소를 제공하는 몸체; 상기 몸체의 내부에 구비되어 유입구로 유입된 폐수의 흐름경로를 유도하는 동시에 몸체의 내부공간을 제1차 고효율 호기성 생물반응조, 제2차 고효율 호기성 생물반응조 및 제3차 고효율 호기성 생물반응조로 분리하는 4개의 격벽; 상기 제1차 고효율 호기성 생물반응조, 제2차 고효율 호기성 생물반응조 및 제3차 고효율 호기성 생물반응조의 하단에 각각 구비되어 제1차 고효율 호기성 생물반응조, 제2차 고효율 호기성 생물반응조 및 제3차 고효율 호기성 생물반응조에 공기를 제공하는 산기관; 상기 산기관의 일측에 연결설치되어 산기관에 공기를 제공하는 송풍기; 상기 제3차 고효율 호기성 생물반응조의 내부 일측에 연결설치되어 제3차 고효율 호기성 생물반응조에 체류하는 폐수의 일부를 반송시키기 위한 경로를 제공하는 내부 반송관; 상기 내부 반송관의 일측에 연결설치되어 내부 반송관을 따라 반송되는 폐수의 이동을 위한 구동력을 제공하는 내부반송 펌프; 상기 내부 반송관의 일측에 연결설치되어 내부 반송관을 따라 반송되는 폐수에 초미세 버블을 공급하는 버블 발생수단; 상기 내부 반송관의 일측에 연결설치되어 내부 반송관을 따라 반송되는 폐수를 냉각하기 위한 냉각수단; 상기 내부 반송관의 일측에 연결설치되어 내부 반송관을 따라 반송되는 폐수의 일부를 제1차 고효율 호기성 생물반응조의 내부로 공급하기 위한 제 1 내부 반송관; 상기 내부 반송관의 일측에 연결설치되어 내부 반송관을 따라 반송되는 폐수의 일부를 제2차 고효율 호기성 생물반응조의 내부로 공급하기 위한 제 2 내부 반송관; 상기 제3차 고효율 호기성 생물반응조의 상단 일측에 연결설치되어 공기를 외부로 배출하기 위한 공기 배출구; 및 상기 제3차 고효율 호기성 생물반응조의 상단 일측에 연결설치되어 처리된 처리수가 배출되는 배출구를 포함하는 호기성 생물반응기.
제 1항에 있어서,

상기 4개의 격벽이 몸체의 내부공간을 제1차 고효율 호기성 생물반응조, 제2차 고효율 호기성 생물반응조 및 제3차 고효율 호기성 생물반응조로 분리하도록 몸체의 바닥을 기준으로 수직으로 일정 거리 상방향으로 확장된 제 1 격벽 및 제 3 격벽; 폐수가 위/아래 방향을 따라 지그재그로 흐를 수 있는 경로를 제공하도록 몸체의 상부 벽면을 기준으로 수직으로 일정 거리 하향으로 확장된 제 2 격벽 및 제 4 격벽으로 이루어진 것을 특징으로 하는 호기성 생물반응기.
제 2항에 있어서,

상기 제 1 격벽과 몸체의 측벽면 및 제 2 격벽과 제 3 격벽 사이에 산기관으로부터 배출되는 공기 및 제 1 내부 반송관과 제 2 내부 반송관으로부터 배출되는 초미세 버블이 충돌하며 폐수와 공기가 서로 용이하게 접촉할 수 있도록 하는 충돌판이 더 구비된 것을 특징으로 하는 호기성 생물반응기.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제 1 내부 반송관 및 제 2 내부 반송관의 종단 일측에 연결설치되어 반송되는 초미세 버블을 포함하는 폐수를 배출하는 반송수배출 파이프를 더 구비한 것을 특징으로 하는 호기성 생물반응기.
제 4항에 있어서,

반송수배출 파이프가 연속파장 모양인 것을 특징으로 하는 호기성 생물반응기.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 버블 발생수단이 나노버블 발생장치, 마이크로버블 발생장치 또는 산소발생 장치인 것을 특징으로 하는 호기성 생물 반응기.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 초미세 버블의 버블 크기가 0.001 내지 1㎛인 것을 특징으로 하는 호기성 생물반응기.