KR100913989B1 - 바이오가스를 이용한 가스 교반형 혐기성 소화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 혐기성소화조 자체에서 발생하는 바이오가스를 이용한 가스 교반형 혐기성 소화장치에 관한 것으로; 폐수 내의 유기물을 처리하기 위한 식종 미생물 슬러지가 일정 수위가 되도록 채워지는 소화조와, 폐수를 상기 소화조내로 유입되게 하는 폐수유입관과, 상기 소화조의 내부 중앙에 수직방향으로 구비되어 소화조내로 폐수가 유입되면 상부로 배출시켜 상기 소화조내에서 순환되도록 안내하는 원통형상의 웰부재와, 상기 웰부재의 내의 폐수가 소화조 내에서 순환되도록 폐수를 순환하기 위한 리프팅력을 제공하는 바이오 가스를 웰부재 내에 배출하는 산기관과, 상기 소화조내의 폐수중에 고액분리를 통해 미생물 슬러지를 제외한 처리수가 일정수위 이상인 경우 흘러 넘쳐 분리공간으로 넘어가도록 구비되는 세퍼레이터와, 상기 세퍼레이터를 거쳐 분리공간으로 넘어온 처리수가 배출되는 처리수배출관으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 소화조에서 발생한 자체 바이오가스를 소화조내부의 중심 하부에 산기관으로 투입함으로서 유입폐수와 슬러지의 접촉효율을 높여 유기물의 처리효율을 극대화시키며, 세퍼레이터를 활용하여 고액분리 함으로써 폐수 처리 효율을 증대시키고 혐기성 소화조 하부에 미생물이 부착된 슬러지가 침적되지 않고 상부로 원활하게 순환함으로서 소화조 내 슬러지의 농도가 상.하부 어디에서든 일정하게 유지되어 폐수중의 유기물 처리 효율을 증대시키는 효과가 있다.

폐수, 미생물, 슬러지, 바이오가스, 소화.

Description

바이오가스를 이용한 가스 교반형 혐기성 소화장치{GAS MIXING ANAEROBIC DIGESTER USING BIOGAS}

본 발명은 폐수의 생물학적 처리시스템에 있어 고농도 유기물 및 부유물 함유 유기성 폐수의 처리를 위한 혐기성 소화장치에 관한 것으로, 소화조 내에서 발생되는 바이오가스를 이용하여 유입폐수와 혐기성 소화조내 미생물슬러지의 교반효율을 향상시켜 유입 폐수중의 유기물을 혐기성슬러지와 교반시켜 활발하게 분해함으로써 유기물의 처리효율을 극대화시킬 수 있도록 한 바이오가스를 이용한 가스 교반형 혐기성 소화장치에 관한 것이다.

일반적으로 폐수는 인간활동과 각종 산업활동에 의해 끊임없이 생성되는 것으로, 이러한 폐수가 처리되지 않고 유기물질을 함유한 채로 자연생태계에 유입되면 각종 질병을 유발하는 등 인간생활에 많은 악영향을 미치게 된다.

따라서, 폐수에서 유기물질을 제거하여야 할 시스템이 필수적으로 요구되는데, 폐수를 물리화학적으로 처리하는 방식과 생물학적으로 처리하는 방식이 적용되 고 있다.

이때, 물리화학적 처리방식은 비용이 많이 들어가고 처리 후의 생성물을 재처리 또는 처분해야 하는 단점을 가지고 있으며 도시생활하수의 1차 처리 및 3차 처리에 주로 사용되어진다.

생물학적 처리방식은 주로 미생물을 이용하여 폐수 내의 오염물질을 분해/해독/분리시키는 것으로서, 주로 도시생활하수의 2차 처리나 유기물질을 함유한 공장폐수 및 이로부터 생성되는 슬러지(sludge)의 처리에 사용되며, 비교적 저렴한 경비와 다양한 공정 등의 장점으로 가장 널리 활용되고 있다.

이러한 생물학적 처리방식은 산소의 이용 유무에 따라 호기성 처리와 혐기성 처리로 나뉘어지는데, 이들의 처리 방법에 있어 미생물들은 폐수 내에 균일하게 또는 플록(floc)을 형성하여 부유생활을 하거나 적당한 표면에서 부착생활을 하는 등 크게 두가지 유형으로 대별할 수 있다.

여기서, 혐기성 처리는 미생물을 이용하여 폐수중의 유기오염물을 산소가 존재하지 않는 언에어로빅(anaerobic) 상태하에서 메탄가스(CH₄)와 이산화탄소(CO₂)로 분해하여 제거하는 폐수처리방식으로서, 하수처리장의 슬러지 감량이나 주정공장등 고농도 유기물 및 SS를 제거하기 위하여 20일이상 장시간 소화조에서 혐기성슬러지와 반응시키는 재래식 소화조(Conventional Anaerobic Digester) 공법과, 고농도 용존성 유기물 폐수의 용존성 유기물을 제거하는 미생물의 자기 고정화(self immobilization)에 따른 입상화(granulation)를 이용한 UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket) 공법이 통상적으로 적용되고 있다.

그런데 종래의 재래식 소화조의 혐기성 미생물을 이용한 처리는 유입 폐수와 미생물 슬러지를 반응시키는데 가스 교반과 교반기를 활용한 교반, 펌프를 활용한 교반등의 기계식 교반방법을 활용하였으나, 가스 교반의 경우 가스의 적정량을 산정하여 교반함으로써 동력비절감을 도모하여야 하며, 기계식 교반의 경우 폐수와 미생물슬러지의 접촉효율이 낮고 하부에 SS와 슬러지가 침적된 상태를 유지하게 되어 유기오염물 및 SS의 분해효율이 저하되는 문제점이 있다. 특히, 펌프를 활용한 과다한 교반은 펌프의 IMPELLER를 거치면서 미생물 슬러지 FLOC을 해체시킴으로서 슬러지의 조대화 및 탁도등에 악영향을 유발한다. 또한 소화조 내 교반/혼합으로 인하여 처리수로 유출되는 미생물 슬러지는 소화조의 처리효율을 저하시키고 후처리시설의 약품비 및 운전비, 폐기물처리비를 가중시키는 경제적인 문제점이 야기되어 왔다.

따라서, 이러한 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 혐기성 소화조의 교반효율을 높이고, 처리수의 미생물 슬러지의 유실을 막고 혐기성소화조 내 미생물을 보유하고자 안출된 것으로서, 소화조 내 발생되는 가스를 활용하여 유입폐수와 슬러지의 접촉효율을 높여 유기물의 처리효율을 극대화시키며, 세퍼레이터(SEPARATOR)를 활용하여 고액분리 함으로써 미생물슬러지의 유출 을 줄이고 소화조 내 미생물 슬러지를 농축시킴으로서 폐수 처리 효율을 증대시키는 바이오가스의 리프팅을 이용한 가스 순환형 혐기성 소화장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명은 발생된 바이오가스를 혐기성 소화조 內내에 웰부재(well)의 하부로 투입시켜 가스의 리프팅(lifting)현상에 의해 혐기성 소화조 하부에 미생물이 부착된 슬러지가 침적되지 않고 상부로 원활하게 순환함으로서 소화조 내 슬러지의 농도가 상.하부 어디에서든 일정하게 유지되게 하는 바이오가스의 리프팅을 이용한 가스 순환형 혐기성 소화장치를 제공하는데에도 그 목적이 있다.

나아가, 본 발명은 소화조 내로 공급되는 유입수가 슬러지의 원활한 순환으로 균등하게 분산됨으로써 소화조 내 유입수와 슬러지의 교반이 활발하고 소화조 내에서 정체부분이 발생되지 않도록 하는 가스 순환형 혐기성 소화장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은;

폐수 내의 유기물을 처리하기 위한 식종 미생물 슬러지가 일정 수위가 되도록 채워지는 소화조와, 폐수를 상기 소화조내로 유입되게 하는 폐수유입관과, 상기 소화조의 내부 중앙에 수직방향으로 구비되어 소화조내로 폐수가 유입되면 상부로 배출시켜 상기 소화조내에서 순환되도록 안내하는 원통형상의 웰부재와, 상기 웰부재의 내의 폐수가 소화조 내에서 순환되도록 폐수를 순환하기 위한 리프팅력을 제공하는 바이오 가스를 웰부재 내에 배출하는 산기관과, 상기 소화조내의 폐수중에 고액분리를 통해 미생물 슬러지를 제외한 처리수가 일정수위 이상인 경우 흘러 넘쳐 분리공간으로 넘어가도록 구비되는 세퍼레이터와, 상기 세퍼레이터를 거쳐 분리공간으로 넘어온 처리수가 배출되는 처리수배출관으로 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오가스의 리프팅을 이용한 가스 순환형 혐기성 소화장치를 제공한다.

이때, 상기 세퍼레이터는 하측으로 내려갈수록 분리공간이 적어지는 안내 경사면이 형성되며 상기 세퍼레이터의 하측에는 분리공간의 미생물 슬러지를 소화조의 내부 바닥으로 안내하는 안내부가 더 형성되고, 상기 분리공간에는 처리수가 유입되면 미생물 슬러지가 상승되는 것을 방지하기 위해 분리공간으로 유입된 처리수를 하측으로 안내하는 배플이 더 구비되고, 상기 배플에 의해 안내된 처리수는

'

'자 형상의 처리수배출관을 거쳐 배출되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 소화조의 내부 상측에는 소화조 내의 미생물에 의한 유기물 분해시 발생되는 바이오가스가 배출되는 가스배출관이 연결되고, 상기 가스배출관을 통해 배출되는 바이오가스를 상기 산기관으로 강제 배출하는 블로어가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 웰부재는 원통형상으로 이루어지는 몸체의 상단에 순환배출공이 형성되고, 몸체의 하단에는 순환유입공이 형성되어서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명에 따르면, 바이오가스의 리프팅 현상을 이용해 유입폐수와 슬러지의 접촉효율을 높여 유기물의 처리효율을 극대화시키며, 세퍼레이터를 활용하여 고액분리 함으로써 폐수 처리 효율을 증대시키묘 혐기성 소화조 하부에 미생물이 부착된 슬러지가 침적되지 않고 상부로 원활하게 순환함으로서 소화조 내 슬러지의 농도가 상.하부 어디에서든 일정하게 유지되어 폐수중의 유기물 처리 효율을 증대시키는 효과가 있다. 특히 바이오가스를 활용한 가스교반방식으로 교반하여 줌으로서 발생되는 슬러지 플록의 파괴를 줄여 처리수의 탁도를 개선하고 슬러지 탈수의 처리효율을 높이고 탈수 약품사용비을 줄여 경제적이며, 폐기물 처리비 또한 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 세퍼레이터를 활용하여 고액분리 함으로써 폐수 처리 효율을 증대시키며 배플을 더 구비하여 미생물 슬러지의 유실을 최소화한 효과도 있다.

본 발명에 따른 바이오가스의 리프팅을 이용한 가스 순환형 혐기성 소화장치를 첨부한 도면을 참고로 하여 이하 상세히 기술되는 실시예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.

이때, 도 1은 본 발명에 따른 바이오가스의 리프팅을 이용한 가스 순환형 혐기성 소화장치의 단면을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 소화조의 평단면 도이고, 도 3은 본 발명의 세퍼레이터를 확대 도시한 단면도이다.

도 1 내지 도 3에 의하면, 본 발명에 따른 바이오가스의 리프팅을 이용한 가스 순환형 혐기성 소화장치는 소화조(10) 내의 폐수를 미생물슬러지와 고르게 교반 및 혼합하여 유기물의 처리효율을 극대화시키기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명에 따른 바이오가스의 리프팅을 이용한 가스 순환형 혐기성 소화장치는 폐수와 상기 폐수 내의 유기물을 처리하기 위한 식종 미생물 슬러지가 일정 수위가 되도록 채워지는 소화조(10)와, 폐수를 상기 소화조(10)내로 유입되게 하는 폐수유입관(12)과, 상기 소화조(10)의 내부 중앙에 수직방향으로 구비되어 소화조(10)내의 폐수가 하부로 유입되면 상부로 배출시켜 상기 소화조(10)내에서 순환되도록 안내하는 원통형상의 웰부재(well)(20)와, 상기 웰부재(20)의 내의 폐수가 소화조(10) 내에서 순환되도록 폐수를 순환하기 위한 리프팅력을 제공하는 가스를 웰부재(20) 내에 배출하는 산기관(30)과, 상기 소화조(10)내의 폐수중에 고액분리를 통해 미생물 슬러지를 제외한 처리수가 일정수위 이상인 경우 흘러 넘쳐 분리공간(42)으로 넘어가도록 구비되는 세퍼레이터(40)와, 상기 세퍼레이터(40)에 의해 격리된 분리공간(42)에 처리수가 유입되면 미생물 슬러지가 상승되는 것을 방지하기 위해 분리공간(42)으로 유입된 처리수를 하측으로 안내하는 배플(baffle)(44)과, 상기 배플(44)을 통과하여 상승되는 처리수가 배출되는 처리수배출관(50)으로 구성된다.

이와 같은 가스의 리프팅력을 이용하는 가스교반방식으로 교반할 경우 발생되는 슬러지 플록(sludge floc)의 파괴를 줄여 처리수의 탁도를 개선하고 슬러지의 조대화를 이룰 수 있게 된다. 또한 발생되는 잉여 슬러지의 조대화로 탈수 및 농축시 슬러지 탈수의 처리효율을 높이고 탈수 약품사용비을 줄여 경제적이며, 폐기물 처리비 또한 절감할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 본 발명에 따른 바이오가스의 리프팅을 이용한 가스 순환형 혐기성 소화장치의 각각의 구성을 좀 더 구체적으로 설명한다.

먼저, 상기 소화조(10)의 내부 상측에는 폐수가 유입되는 폐수유입관(12)이 구비되고, 제1밸브(12a)에 의해 유입량이 조정된다. 한편, 상기 소화조(10)의 내부 상측에는 소화조(10) 내의 미생물에 의한 유기물 분해시 발생되는 메탄가스 등의 가스가 배출되는 가스배출관(14)이 연결되어 배출된다.

이때, 상기 가스배출관(14)은 블로어(17)에 의해 강제순환되어 상기 산기관(30)의 산기공(32)을 통해 배출되어 웰부재(20)의 내측으로 배출된다.

한편, 상기 웰부재(20)는 원통형상으로 이루어지는 몸체(21)의 상단에 순환배출공(21a)이 형성되고, 몸체(21)의 하단에는 순환유입공(21b)이 형성되며, 웰부재(20)의 높이는 소화조(10)가 유지하고자 하는 수면고 보다 1M 낮게 함이 바람직하다.

이와 같은 구조에 의해 상기 산기관(30)의 산기공(32)을 통해 소화조(10) 내에서 발생되는 가스를 재투입하여 폐수를 리프팅시켜 소화조(10) 내에서 순환시켜 미생물 슬러지와 고르게 혼합시키게 된다. 즉 본 발명은 발생된 바이오가스를 혐기성 소화조(10)내에 웰부재(20)의 내측 하부로 투입시켜 가스의 리프팅(lifting)현 상에 의해 혐기성 소화조(10) 하부에 미생물이 부착된 슬러지가 침적되지 않고 상부로 원활하게 순환함으로서 소화조(10)내 미생물 슬러지의 농도가 상.하부 어디에서든 일정하게 유지되도록 한다.

삭제

또한, 이와 같은 산기관을 이용한 순환 및 재순환펌프를 이용한 재순환 방식을 함께 이용함으로서 소화조(10) 내의 바닥침전물을 지속적으로 순환시켜 주게 되어 발생되는 잉여 슬러지의 조대화로 탈수 및 농축시 슬러지 탈수의 처리효율을 높이고 탈수 약품사용비을 줄여 경제적이며, 폐기물 처리비 또한 절감할 수 있다.

이와 같은 가스를 이용한 혐기성 소화조의 처리효율은 유입되는 폐수와 미생물이 부착된 슬러지(sludge)가 적절하게 교반되어 접촉효율이 좋아짐에 따라 비례된다.

한편, 이와 같이 소화조(10)내에서 순환되는 폐수는 미생물 슬러지에 의해 유기물이 처리된 상태의 처리수 상태로 배출되어야 한다. 소화조(10)내의 처리수가 배출되는 경우 소화조(10) 내에서 보유해야할 미생물 슬러지가 유실될 수 있으며, 미생물슬러지가 유실되는 경우 소화효율이 저하되며, 소화조에 미생물 슬러지를 재식종 하거나 반송해야하는 어려움이 있음은 당연하다. 이와 같은 점을 고려하여 상 기 소화조(10)내에 처리된 처리수가 유출되는 처리수구간에 세퍼레이터(40)를 설치하여 분리구간(42)을 형성하고 고액 분리함으로써 처리수의 부유물농도(SS농도)를 줄이고, 미생물 슬러지의 유실 또한 방지함으로써 일정한 처리효율을 유지한다.

이 경우 상기 세퍼레이터(40)의 표면적 부하율은 10/.hr로 하며 세퍼레이터(40)에 의해 구획되는 분리구간(42) 내에서의 H.R.T(수리학적체류시간)은 1시간 이상으로 함이 바람직하다.

이때, 상기 세퍼레이터(40)는 하측으로 내려갈수록 분리공간이 적어지는 안내 경사면(40a)이 형성되며 상기 세퍼레이터(40)의 하측에는 안내부(46)가 형성되어 분리공간(42)상의 미생물 슬러지를 소화조(10)의 내부 바닥으로 재투입하게 된다.

따라서 안내공간(46)에 미생물 슬러지가 처리수가 세퍼레이터(40)의 상단을 타고 넘는 과정에서 분리공간으로 넘어온 경우 서서히 가라 앉으며 경사면(40a)을 따라 안내된다.

한편, 상기 세퍼레이터(40)의 상단을 타고 넘어 분리공간(42)으로 유입된 처리수는 미생물 슬러지가 그대로 처리수배출관(50)으로 배출될 수 있다.

따라서 미생물 슬러지의 유출을 최대한 억제하기 위해 방해기능을 하는 배플(44)을 더 구비한다.

이와 같은 배플(44)은 처리수를 세퍼레이터(40)의 경사면(40a)으로 안내하는 기능을 하게 되어 미생물슬러지를 안내부(46)로 안내하게 된다.

한편, 상기 배플(44)에 의해 안내된 처리수는 '

'자 형상의 처리수배 출관(50)을 거쳐 배출된다.

이상과 같은 구조에 의하면 소화조(10)는 5kgCODcr/.d의 유기물 부하율로서 80~90%의 유기물 처리효율을 갖게 되며 세퍼레이터(40)에 의해 처리수의 미생물 슬러지가 유실됨을 방지하고 소화조(10) 하부로 재투입함으로써 꾸준한 처리효율을 유지하여, 후단설비로 넘어가는 유출수 내에 유기물량 및 슬러지량이 적어져 슬러지 처리비나 탈수약품비등의 운전비 및 시설의 용량또한 적어져 시설투자비 절감효과도 있다.

이상과 같이 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적으로 균등의 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미친다.

도 1은 본 발명에 따른 바이오가스의 리프팅을 이용한 가스 순환형 혐기성 소화장치의 단면을 도시한 도면,

도 2는 본 발명에 따른 소화조의 평단면도,

도 3은 본 발명의 세퍼레이터를 확대 도시한 단면도.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

10: 소화조 12: 폐수유입관

20: 웰부재(well) 30: 산기관

40: 세퍼레이터 42: 분리공간

44: 배플(baffle) 46: 안내부

50: 처리수배출관

Claims (5)

1. 폐수 내의 유기물을 처리하기 위한 식종 미생물 슬러지가 일정 수위가 되도록 채워지는 소화조(10)와, 폐수를 상기 소화조(10)내로 유입되게 하는 폐수유입관(12)과, 상기 소화조(10)의 내부 중앙에 수직방향으로 구비되어 소화조(10)내로 폐수가 유입되면 상부로 배출시켜 상기 소화조(10)내에서 순환되도록 안내하는 원통형상의 웰부재(20)와, 상기 웰부재(20)의 내의 폐수가 소화조(10) 내에서 순환되도록 폐수를 순환하기 위한 리프팅력을 제공하는 바이오 가스를 웰부재(20) 내에 배출하는 산기관(30)과, 상기 소화조(10)내의 폐수중에 고액분리를 통해 미생물 슬러지를 제외한 처리수가 일정수위 이상인 경우 흘러 넘쳐 분리공간(42)으로 넘어가도록 구비되는 세퍼레이터(40)와, 상기 세퍼레이터(40)를 거쳐 분리공간(42)으로 넘어와 상승되는 처리수가 배출되는 처리수배출관(50)으로 구성되는 바이오가스의 리프팅을 이용한 가스 순환형 혐기성 소화장치에 있어서;

   상기 세퍼레이터(40)는 하측으로 내려갈수록 분리공간이 적어지는 안내 경사면(40a)이 형성되며 상기 세퍼레이터(40)의 하측에는 분리공간(42)상의 미생물 슬러지를 소화조(10)의 내부 바닥으로 안내하는 안내부(46)가 더 형성되고, 상기 분리공간(42)에는 처리수가 유입되면 미생물 슬러지가 상승되는 것을 방지하기 위해 분리공간(42)으로 유입된 처리수를 하측으로 안내하는 배플(44)이 더 구비되고, 상기 배플(44)에 의해 안내된 처리수는 '

   

   '자 형상의 처리수배출관(50)을 거쳐 배출되는 것을 특징으로 하는 바이오가스의 리프팅을 이용한 가스 순환형 혐기성 소화장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 소화조(10)의 내부 상측에는 소화조(10) 내의 미생물에 의한 유기물 분해시 발생되는 바이오가스가 배출되는 가스배출관(14)이 연결되고, 상기 가스배출관을 통해 배출되는 바이오가스를 상기 산기관(30)으로 강제 배출하는 블로어(17)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 바이오가스의 리프팅을 이용한 가스 순환형 혐기성 소화장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 웰부재(20)는 원통형상으로 이루어지는 몸체(21)의 상단에 순환배출공(21a)이 형성되고, 몸체(21)의 하단에는 순환유입공(21b)이 형성되어서 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이오가스의 리프팅을 이용한 가스 순환형 혐기성 소화장치.
4. 삭제
5. 삭제

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