KR101081900B1 - 담체가 구비된 생물학적 수처리 장치 - Google Patents

Abstract

담체가 구비된 수처리 장치가 게시된다. 그러한 수처리 장치는 오폐수 및 기체가 유입되는 오폐수 유입관 및 기체 유입관과, 처리된 오폐수 및 기체가 외부로 배출되는 처리수 배출구 및 기체 배출구가 연결되는 반응조; 상기 반응조의 내부에 적치되어 상하 다단으로 구획되는 다수개의 반응 단위체로 이루어지며, 상기 반응 단위체의 유체 이동관을 통하여 오폐수와 호기성 가스의 상향 이동시간을 증가시킴으로써 산소 용존량을 증가시키거나, 또는 오폐수와 혐기성가스의 주입으로 오염물을 분해하고, 체류공간을 형성함으로써 오폐수의 유동성을 증가시킬 수 있는 적어도 하나 이상의 슬러지 분리부와; 그리고 상기 다수개의 반응 단위체에 수직방향, 수평방향, 혹은 부유상태로 구비되며, 다량의 미생물을 함유함으로써 오폐수와 접촉시 생물학적인 반응을 일으켜서 오폐수를 처리하고, 상기 슬러지 분리부의 오폐수 유동성 증가에 의하여 그 표면에 오폐수가 접촉함으로써 슬러지가 누적되는 것을 방지할 수 있는 생물학적인 처리수단을 포함한다.

담체, 수처리, 생물학, 오폐수, 슬러지

Description

담체가 구비된 생물학적 수처리 장치{BIOLOGICAL APPARATUS FOR TREATING WASTE WATER HAVING A CARRIER}

본 발명은 수처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반응조의 내부에 다수개의 반응 단위체를 적치하고, 이 다수개의 반응 단위체에 미생물 담체를 부착하여 다단의 슬러지 분리부를 적용함으로써, 생물학적인 반응에 의하여 오폐수를 효율적으로 처리할 수 있는 수처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로 수처리는 수중의 오염된 물질을 미생물 또는 화학적인 산화, 환원반응에 의하여 안정화된 물질로 변화시키고, 처리되지 않은 잔류물질을 분리하는 과정이다.

따라서, 수처리는 수질의 성상과 유기물, 영양물질을 다양한 방법으로 안정화 및 물질 분리 기술이다. 현재, 수처리 기술은 생물학적 처리방식이 대부분이며 비교적 처리비용이 저렴하다.

이러한 생물학적 처리방식은 다량의 미생물이 부착된 담체를 이용하여 오폐수와 접촉시킴으로써 정화처리를 하는 방식이다.

그러나, 이러한 기존의 생물학적 수처리 방식은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 반응조의 내부를 상하방향으로 다단의 분리부에 의하여 구획하여 오폐수를 순차적으로 통과시키는 방식은, 다단의 분리부가 반응조의 내부에 용접 등의 방식에 의하여 고정되므로, 이 분리부에 담체를 고정시키는 경우, 좁은 공간의 반응조 내부에 작업자가 직접 담체를 분리부에 고정시켜야 하므로 담체설치가 용이하지 않은 문제점이 있다.

둘째, 반응조의 내부에 다량의 담체를 단순히 적치하는 방식에 의하여 구비하는 경우, 이 담체에 부유물 또는 미생물이 부착하여 부패가 발생함으로써 담체의 효과가 저하되는 문제점이 있다.

셋째, 생물학적 처리장치의 산소전달효율이 낮음으로 이를 높이기 위하여 추가로 많은 에너지가 소모되는 문제점이 있다.

넷째, 반응조에서 미생물의 손실로 많은 미생물을 다시 반송해야 하고, 미생물 반송시 반송량만큼 유입수를 더 넣을 수 없음으로 반응조의 용량이 증대하게 되는 문제점이 있다.

다섯째, 침전과정에서 미생물의 활성이 저하된 미생물이 포기조에 유입되거나, 충분한 성장기를 지난 미생물의 유입으로 분해능력이 저하되는 문제점이 있다.

여섯째, 반응조 내부의 오폐수 유동성이 적음으로 일정 시간 작동시 담체 주변에 슬러지가 누적되어 담체 내부의 대부분은 혐기성 상태가 되어 처리효율이 저하되는 문제점이 있다.

일곱째, 오폐수 등 유체의 이동시, 선속도가 낮음으로 산소용해, 용존산소 및 기질이 미생물까지 전달 되는 속도 등의 물질전달속도가 낮다.

여덟째, 완전혼합방식의 반응조이므로 저농도에서 반응유도가 불가피하여 처리속도가 느리고 낮은 농도에서 고효율의 반응이 어렵다.

따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 다수개의 반응 단위체에 담체를 고정시키고, 이 반응 단위체를 반응조의 내부에 각각 적립시킴으로써 반응조의 내부에 용이하게 담체를 고정시킬 수 있는 생물학적 처리장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 다수개의 반응 단위체에 생물학적 미생물을 고정시킴으로써, 담체가 다단으로 구비되고, 유체의 유동성을 높임으로써 산소전달효율을 높혀서 오폐수를 효율적으로 정화처리할 수 있는 생물학적 처리장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 담체를 유체의 유동성이 높은 중심부 또는 수면 근처에 배치함으로써 미생물과의 반응성을 높일 수 있는 생물학적 수처리 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 담체를 수직형과, 수평형과, 유동형의 다양한 형태로 구비하여 그 위치를 달리함으로써 처리효율을 향상시킬 수 있는 생물학적 수처리 장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 오폐수 및 기체 가 유입되는 오폐수 유입관 및 기체 유입관과, 처리된 오폐수 및 기체가 외부로 배출되 처리수 배출구 및 기체 배출구가 연결되는 반응조;

상기 반응조의 내부에 적치되어 상하 다단으로 구획되는 다수개의 반응 단위체로 이루어지며, 상기 반응 단위체의 유체 이동관을 통하여 오폐수와 호기성 가스의 상향 이동시간을 증가시킴으로써 산소 용존량을 증가시키거나, 또는 오폐수와 혐기성가스의 주입으로 오염물을 분해하고, 체류공간을 형성함으로써 오폐수의 유동성을 증가시킬 수 있는 적어도 하나 이상의 슬러지 분리부와; 그리고

상기 다수개의 반응 단위체에 수직방향, 수평방향, 혹은 부유상태로 구비되며, 다량의 미생물을 함유함으로써 오폐수와 접촉시 생물학적인 반응을 일으켜서 오폐수를 처리하고, 상기 슬러지 분리부의 오폐수 유동성 증가에 의하여 그 표면에 오폐수가 접촉함으로써 슬러지가 누적되는 것을 방지할 수 있는 생물학적인 처리수단을 포함하는 수처리 장치를 제공하는데 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 생물학적 수처리 장치는 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 반응조의 내부에 다수개의 반응 단위체를 적치하고, 이 반응단위체에 생물학적 미생물을 함유한 담체를 각각 부착함으로써, 담체를 부착할 대상인 반응 단위체를 용이하게 반응조의 내부에 적치할 수 있음으로 담체도 용이하게 반응조의 내부에 부착시킬 수 있다.

둘째, 다수개의 반응단위체에 각각 담체를 부착함으로써, 유체의 유동성을 높일 수 있고, 산소전달효율을 높일 수 있으며, 추가적인 에너지가 요구되지 않음으로 운영비가 절감될 수 있다.

셋째, 담체를 유체의 유동성이 높은 중심부에 배치함으로써 미생물과의 반응성을 높일 수 있는 장점이 있다.

넷째, 담체를 수직형과, 수평형과, 유동형의 다양한 형태로 구비함으로써 처리효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

다섯째, 반응조 내부에 다수의 담체를 고정적으로 구비함으로써 오폐수와의 반응시 미생물이 손실되는 것을 방지할 수 있으며, 미생물의 손실을 최소화할 수 있어서 추가적인 미생물의 투입이 필요하지 않음으로 반응조의 용량을 소형화할 수 있는 장점이 있다.

여섯째, 유체가 점진적으로 이동하는 PFR 반응기형태를 유지하면서 동시에 산소전달효율을 향상시킴으로써 기존의 생물학적 처리방법 보다 약 5배의 처리효과를 얻을 수 있다.

일곱째, 담체에 부착된 생물막이 대부분 호기성 상태를 유지하므로 기존의 슬러지 누적화 조건을 원천적으로 배제할 수 있는 장점이 있다.

여덟째, 유체의 유동성으로 인한 선속도 증가로 물질전달 속도가 향상되어 미생물의 증식속도를 최대화할 수 있는 장점이 있다.

아홉째, 반응조 내부에 공기의 체류시간을 증가시켜 산소전달 효율을 증가시키고, 또한 오폐수 중에 악취의 체류시간을 증가시켜 악취제거를 유도할 수 있는 장점이 있다.

열째, 반응기 하부에서는 고농도의 유기물, 산소, 미생물을 접촉시키고 상부로 갈수록 저농도의 유기물, 산소, 미생물을 접촉시키므로 처리시간을 단축(일반 활성슬러지법의 5배이상)시킬 수 있고, 효율을 증가(95% 이상)시킬 수 있는 장점이 있다.

열한번째, 유입공기 또는 가스량을 조정하여 슬러지가 담체에 부착되는 정도를 조정할 수 있는 장점이 있다.

열두번째, 각 슬러지 분리부의 다양한 조건을 형성함으로써 많은 개체수의 미생물 수와 종을 동시에 확보할 수 있어 처리속도를 증가시킬 수 있고 충격부하에서도 안정적으로 공정을 운전할 수 있는 장점이 있다.

열세번째, 처리시간 단축으로 장시간 처리과정에서 발생되는 난분해성 미생물 부산물(soluble microbial product)을 줄일 수 있고, 충분한 용존산소로 산화속도의 증가로 슬러지의 발생량을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 생물학적 수처리장치가 첨부된 도면에 의하여 상세하게 설명된다.

도1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 생물학적 처리장치의 내부 구조를 보여주는 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 단위체를 보여주는 사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 생물학적 수처리 장치(1)는 오폐수 및 공기가 유입되어 포기 및 탈질과정이 진행되는 반응조(3)와; 상기 반응조(3)의 내부에 적층된 다수의 반응 단위체(5)로 이루어짐으로써, 상기 오폐수 및 기포의 접촉면적을 증가시켜 산소 용존량을 증가시키므로써 오염물을 분해하는 슬러지 분리부(S1,S2,S3)와; 상기 슬러지 분리부(12,14,16)에 구비되며, 다량의 미생물을 함유함으로써 오폐수와 접촉시 생물학적인 반응을 일으켜서 오폐수를 처리하는 생물학적 처리수단(C1,C2,C3)과; 상기 반응조(3)의 내부로 기체를 유입하는 산기수단(7)을 포함한다.

이러한 구조를 갖는 수처리 장치에 있어서, 상기 반응조(3)는 처리 과정에 따라 포기조 혹은 탈질조로 기능할 수 있다. 이러한 반응조(3)는 통형상을 갖음으로써 그 내부에 일정한 공간이 형성되어 오폐수 및 공기가 유입될 수 있다. 이때, 상기 반응조(3)는 원통형상, 육면체, 혹은 팔면체 형상 등이 가능하다.

그리고, 상기 반응조(3)는 상기 슬러지 분리부(S1,S2,S3)을 통과한 기포를 상기 반응조(3)의 외부로 배출시키는 기체 배출구(9)와, 상기 슬러지 분리부(S1,S2,S3)을 통과하여 처리된 오폐수를 외부로 배출시키는 처리수 배출구(11)를 포함한다.

또한, 이러한 반응조(3)는 그 하부에 오폐수가 공급되는 오폐수 유입관(13)이 연결된다.

그리고, 상기 오폐수 유입관(13)을 통하여 유입된 오폐수는 상기 반응조(3)의 내부를 하부에서부터 채우게 된다.

또한, 상기 산기수단(7)은 상기 오폐수 유입관(13)의 상부에 장착되며, 외부의 기체를 반응조(3)의 내부로 주입하게 된다.

이러한 산기수단(7)는 반응조(3)의 내측으로 연결된 유입배관(15)과, 상기 유입배관(15)상에 돌출 되는 적어도 하나 이상의 노즐(19)과, 상기 유입배관(15)의 일측에 구비되어 기체를 송출하는 송풍기(Blower;P1)를 포함한다.

따라서, 상기 송풍기(P1)에 의하여 상기 유입배관(15)으로 주입된 기체는 상기 다수개의 노즐(19)을 통하여 오폐수 중에 균일하게 분사될 수 있다.

이때, 상기 기체는 공기 혹은 메탄가스를 포함하며, 공기를 주입하는 경우에는 호기성 처리가 진행될 수 있고, 혐기성 가스, 즉, 메탄가스를 주입하는 경우에는 혐기성 처리가 진행될 수 있다.

한편, 상기 슬러지 분리부(S1,S2,S3)는 적어도 하나의 슬러지 분리부, 바람직하게는 제1 슬러지 분리부(S1), 제2 슬러지 분리부(S2) 및 제3 슬러지 분리부(S3)로 이루어진다.

그리고, 제1 내지 제3 슬러지 분리부(S1,S2,S3)는 각각 다수개의 반응 단위체(5)를 적층함으로써 이루어진다.

따라서, 다수개의 반응 단위체(5)를 단순히 반응조(3)의 내부에 적치함으로써 반응조(3)의 내부에는 다단의 슬러지 분리부(S1,S2,S3)가 구현될 수 있다.

이러한 반응 단위체(5)는 모두 동일한 형상을 갖음으로, 이하 하나의 반응 단위체(5)에 의하여 설명한다.

상기 반응 단위체(5)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 서로 대응되도록 배치되는 상부 및 하부 프레임(23,21)과; 상부 및 하부 프레임(23,21)을 연결하는 다리(25)와; 상부 프레임(23)의 내측에 구비되어 반응조(3)의 내부를 상하로 구획하는 경사판(27)과; 상기 경사판(27)에 구비되어 유체의 상하이동 통로가 되는 유 체 이동관(29)을 포함한다.

이러한 구조를 갖는 반응 단위체에 있어서, 상기 경사판(27)은 상부 프레임(23)의 내측에 구비되어 유체의 상하이동을 차단한다. 이때, 상기 경사판(27)은 하향으로 경사진 형상을 갖으며, 그 중심에 상하이동 통로가 되는 다수개의 유체 이동관(29)이 구비된다.

따라서, 상기 경사판(27)의 상면에 슬러지가 침전되는 경우, 경사면(28)을 따라 하부로 이동함으로써 슬러지가 적층되는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 상기 유체 이동관(29)은 경사판(27)의 중간부에 하부 방향으로 돌출 된다. 이러한 유체 이동관(29)은 관체형상으로써 그 내부를 통하여 유체가 상하로 이동할 수 있다.

따라서, 다수개의 반응 단위체(5)가 반응조(3)의 내측에 적층되는 경우, 각각의 반응 단위체(5)가 서로 맞닿게 됨으로써 상기 경사판(27)이 측방향으로 연결된 상태를 유지한다.

결과적으로, 오폐수가 이 경사판(27)에 의하여 차단된 상태에서, 상기 유체 이동관(29)을 통하여 상하로 이동할 수 있다.

그리고, 상기 유체 이동관(29)은 상기에서는 각 반응 단위체에 1개씩 배치되는 것으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 처리용량에 따라 각 반응 단위체에 2개 이상 구비될 수도 있다.

또한, 상기 유체 이동관(29)의 단면 형상은 원형이 바람직하나, 사각형, 삼각형, 오각형 등 각형상도 가능하다.

그리고, 상기 유체 이동관(29)은 경사판(27)의 하부로 일정 길이로 돌출 형성됨으로써 상기 경사판(27)의 저면에는 체류공간(Va,Vb,Vc)이 형성된다.

따라서, 반응조(3)의 하부로부터 상승한 기체는 이 체류공간(Va,Vb,Vc)에 포집되고, 일정량 이상 모이게 되면 압력에 의하여 사방으로 분산되어 상기 유체 이동관(29)으로 공급된다.

한편, 상기 생물학적 처리수단(C1,C2,C3)은 미생물이 다량 함유된 담체(C1,C2,C3)를 포함하며, 상기 담체(C1,C2,C3)들은 각 슬러지 분리부(S1,S2,S3)의 반응 단위체에 각각 구비된다.

따라서, 오폐수가 이 담체(C1,C2,C3)들에 접촉함으로써 담체(C1,C2,C3)에 함유된 미생물들과 생물학적인 반응을 진행함으로써 오폐수를 생물학적으로 처리하게 된다.

또한, 상기 담체(C1,C2,C3)들은 각각의 반응 단위체(5)에 미리 고정된 후, 반응 단위체(5)를 반응조(3)의 내부에 적치시킴으로써 담체(C1,C2,C3)가 반응조(3)의 내부에 다단으로 용이하게 구비될 수 있다.

결과적으로, 상기 담체(C1,C2,C3)들이 반응조(3)의 내부에 다단으로 구비될 수 있어서 오폐수의 처리효율을 향상시킬 수 있다.

보다 상세하게 설명하면, 상기 담체(C1,C2,C3)는 도 2에 도시된 바와 같이, 여러개의 도우넛 형상이 상하방향으로 일열로 배열된 형상을 가지며, 다량의 미생물이 함유된 수직형 담체(C1)와; 여러개의 도우넛 형상이 수평방향으로 일열로 배치된 수평형 담체(C2)와; 반응조(3)의 내부를 부유하는 유동성 담체(C3)를 포함한 다.

이러한 담체들은 반응 단위체(5)에 모두 구비될 수도 있고, 어느 하나의 담체만 구비될 수도 있으며, 이는 반응조(3)의 처리환경, 설계 등에 따라 적절하게 선택되어 질 수 있다.

상기 수직형 담체(C1)는 반응 단위체(5)의 중심부에 용접 혹은 볼트 등에 의하여 연결될 수 있다. 따라서, 상기 수직형 담체(C1)는 각 슬러지 분리부(S1,S2,S3)의 반응 단위체(5)에 상,하 방향으로 매달린 형태로 구비된다.

이와 같이, 상하로 배치된 수직형 담체(C1)의 사이로 오폐수가 상승하는 과정에서 오폐수가 수직형 담체(C1)와 접촉하게 된다.

이때, 담체(C1,C2,C3)의 상부는 체류공간(S)에 위치하게 되므로 공기와 집중적으로 접촉하게 되고, 담체(C1,C2,C3)의 하부는 오폐수중에 위치하게 된다.

이와 같이, 수직형 담체(C1)를 배치함으로써 미생물의 개체수를 최대로 부착하여 처리효과와 효율을 높일 수 있다.

이때, 수직형 담체(C1)에 과도하게 많은 미생물이 부착되는 경우, 수직형 담체(C1) 내부에서부터 부패가 일어나 결과적으로 수직형 담체(C1)의 효과가 소멸될 수 있다.

따라서, 상기한 바와 같이, 수직형 담체(C1)를 반응 단위체(5)의 중심부, 즉 유체 이동관(29)의 주위에 배치함으로써, 유체 이동관(29)을 통하여 하부에서 상부로 급격하게 이동하는 유체로 인하여 수직형 담체(C1)에 과도한 미생물이 부착되는 것이 불가능하여 적정한 미생물만 유지할 수 있다.

물론, 유체가 급격하게 유동하므로 수직형 담체(C1)의 내부에까지 산소가 공급되어 호기성 환경이 조성될 수 있다.

이때, 수직형 담체(C1)의 상부는 수면위에 위치하게 되므로 공기와 집중적으로 접촉하게 되고, 담체(C1)의 하부는 오폐수중에 위치하게 된다. 또한, 일부 담체(C1)는 물과 공기가 동시에 접촉하는 경계에 노출되어 있다.

따라서, 이러한 수직형 담체(C1)는 그 길이 전체에 걸쳐 다양한 미생물이 생존할 수 있다.

또한, 오폐수의 유동성이 증가하므로, 수직형 담체(C1)에 일정량 이상의 슬러지가 적층되는 것이 어렵게 되어 수직형 담체(C1)에 부착된 미생물막 전체를 호기성 상태로 유지시킬 수 있다. 이에 따라 생물학적처리 속도는 신속하게 진행될 수 있다.

상기에서는 수직형 담체(C1)가 반응 단위체(5)의 중심부에 구비되는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고 반응 단위체(5)의 상부 프레임(23)등에 구비될 수도 있다.

그리고, 미생물이 함유된 수직형 담체(C1)가 반응조(5) 내부에 고정적으로 구비되며, 고정적으로 구비된 수직형 담체(C1)에 오폐수가 접촉하여 생물학적인 처리가 이루어짐으로써, 포기시 미생물이 수직형 담체(C1)로부터 이탈되어 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.

이와 같이, 오폐수가 수직형 담체(C1)에 다양한 조건으로 접촉하여 생물학적 처리가 진행됨으로 기존의 생물학적 처리장치에 비교하여 반응속도를 감소시킬 수 있는 요소를 개선할 수 있다.

즉, 미생물의 손실을 방지할 수 있고, 산소 전달효율을 향상시키며, 고농도 미생물 및 저농도 오염물과의 반응, 담체 주변의 슬러지 누적화 방지, 유입된 오폐수의 즉시 방출을 방지할 수 있다.

한편, 상기 수평형 담체(C2)는 반응 단위체(5)의 다리(25)에 연결된다. 즉, 수평형 담체(C2)의 양단은 다리(25)에 각각 연결된다. 그리고, 이 수평형 담체(C2)는 수면위에 위치한다.

따라서, 상기 수직형 담체(C1)와 동일한 효과를 나타날 수 있다. 즉, 미생물의 손실을 방지할 수 있고, 산소 전달효율을 향상시키며, 고농도 미생물 및 저농도 오염물과의 반응, 담체 주변의 슬러지 누적화 방지, 유입된 오폐수의 즉시 방출을 방지할 수 있다.

그리고, 상기 유동성 담체(C3)는 반응 단위체에 고정됨이 없이, 즉 위치에 관계없이 유체의 내부에 부유상태로 유동될 수 있다. 이러한 유동성 담체(C3)는 미생물이 부착되어 있음으로 반응조(5)의 내부에서 유체를 따라 유동함으로써 오폐수를 정화처리할 수 있다.

그리고, 상기 유동성 담체(C3)는 슬러지가 부착된 상태이므로 오폐수 보다 무거워 반응조(5)의 하부로 이동한다. 따라서, 반응조(5)의 하단으로 갈 수록 미생물의 개체수가 증가한다.

또한, 유동성 담체의 무게는 슬러지 보다 무거워 미생물을 부착시킴으로써 반응조내 미생물량을 증가시키고 동시에 수직 또는 수평 유체유동의 벡터량을 증가 시켜 기포의 하향이동을 촉진시킨다.

한편, 이러한 수직형 담체(C1), 수평형 담체(C2), 유동성 담체(C3)는 도 3에 도시된 바와 같은 구조의 반응 단위체(30)에 구비될 수도 있다.

즉, 도 3에 도시된 반응 단위체(30)는 상부 프레임(34)과, 상기 상부 프레임(34)의 내측에 구비되어 반응 단위체(30)의 내부를 상하로 구획하는 경사판(36)과; 상기 경사판(36)에 형성되며, 기체가 상하로 이동될 수 있도록 하는 유체 이동관(38)와, 상기 상부 프레임(34)을 지지하는 다리(L)를 포함한다.

이러한 구조를 갖는 반응 단위체에 있어서, 상기 경사판(36)은 상부 프레임(34)에서 내측 바닥방향으로 각각 하향 경사됨으로써 바닥부에 한 쌍의 유체 이동관(38)이 형성되고, 다시, 한 쌍의 유체 이동관(38)에서 상부 프레임(34)의 상부 방향으로 상향 경사진 형상을 갖는다.

그리고, 상기 한 쌍의 유체 이동관(38)은 사각형상, 바람직하게는 직사각형상을 갖는다.

따라서, 오폐수가 이 경사판(36)에 의하여 차단된 상태에서, 상기 유체 이동관(38)을 통하여 상하로 이동할 수 있다.

그리고, 상기 유체 이동관(38)은 경사판(36)의 하부로 돌출 형성됨으로써 상기 경사판(36)의 저면에는 체류공간(Va,Vb,Vc)이 형성된다.

따라서, 반응조(3)의 하부로부터 상승한 기체는 이 체류공간(Va,Vb,Vc)에 포집되고, 일정량 이상 모이게 되면 압력에 의하여 사방으로 분산되어 상기 유체 이동관(38)으로 공급될 수 있다.

이러한 구조를 갖는 반응 단위체에, 수직형 담체(C1)와, 수평형 담체(C2)와, 유동성 담체(C3)가 구비될 수 있다.

즉, 상기 수직형 담체(C1)는 경사판의 저면에 상하로 매달린 형상으로 배치될 수 있다. 또한, 상기 수평형 담체(C2)는 다리의 사이에 양단이 연결됨으로써 반응 단위체(30)에 구비될 수 있다. 유동성 담체(C3)는 반응 단위체(30)에 고정되지 않고 반응조(3)의 내부를 부유하고 있는 상태이다.

이와 같이, 반응 단위체(30)에 상기 수직형 담체(C1), 수평형 담체(C2), 유동성 담체(C3)가 구비됨으로써, 미생물의 손실을 방지할 수 있고, 산소 전달효율을 향상시키며, 고농도 미생물 및 저농도 오염물과의 반응, 담체 주변의 슬러지 누적화 방지, 유입된 오폐수의 즉시 방출을 방지할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 상기 반응 단위체(30)는 정육면체 혹은 직육면체 형상일 수 있다.

그러나, 각 단위체가 인접하고 있는 단위체와 간격을 최소화하고 주변의 벽을 고려하여 상호간에 안정된 장착이 요구되므로 평면도가 사각형 뿐만아니라 육각, 팔각 등으로 구성될 수 있다.

상기 반응 단위체(30)가 정육면체인 경우, 다수개의 반응 단위체(30)를 반응조(3)의 내부에 순차적으로 적치함으로써 미생물 처리장치를 완성할 수 있다.

반면에, 반응 단위체(30)가 직육면체인 경우에는, 상부의 반응단위체(30)와 하부의 반응단위체(30)를 동일방향으로 적치함으로써 상하부의 유체이동관(29)이 서로 일직선 상에 배열될 수 있으나, 상부의 반응 단위체(30)와 하부의 반응단위체(30)가 수직방향으로 서로 엇갈리게 배열될 수도 있다.

즉, 상부의 반응단위체(30)와 하부의 반응단위체(30)의 중심을 서로 연결하는 가상의 중심축을 중심으로, 상부의 단응단위체(30)를 하부의 반응단위체(30)에 대하여 90도 각도로 회전시킴으로써, 상부의 유체 이동관(29)과 하부의 유체 이동관(29)이 서로 어긋나도록 배치한다.

이와 같이, 반응 단위체(30)를 정방향 혹은 수직방향으로 배치함으로써 유체의 교반효과를 상승시킬 수 있다.

한편, 도 4에는 상기한 담체들이 구비되는 반응 단위체의 다른 실시예가 구비된다.

도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 반응 단위체(40)는 경사판(44)의 형상이 도 3에 도시된 반응 단위체와 차이점이 있다.

즉, 본 실시예에 따른 반응 단위체(40)는 상부 프레임(42)과, 상부 프레임(42)의 내측에 구비되어 상하부를 차단하는 경사판(44)과, 경사판(44)의 중심에 구비되어 상하부 유체의 통로가 되는 유체 이동관(46)과, 상기 상부 프레임(42)을 지지하는 다리(L)를 포함한다. 다리(L)는 단위체의 상하간의 안정한 지지를 위해서 각 단위체에 1~4개가 설치될 수 있다.

그리고, 상기 상부 프레임(42)에 수직형 담체(C1)가 매달린 형상으로 배치되며, 수평형 담체(C2)는 다리(L) 사이에 연결된다. 또한, 유동성 담체(C3)는 유체중에 부유되는 상태이다.

따라서, 반응 단위체(40)에 이러한 수직형 담체(C1), 수평형 담체(C2), 유동성 담체(C3)가 구비됨으로써 미생물의 손실을 방지할 수 있고, 산소 전달효율을 향 상시키며, 고농도 미생물 및 저농도 오염물과의 반응, 담체 주변의 슬러지 누적화 방지, 유입된 오폐수의 즉시 방출을 방지할 수 있는 효과가 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예로써 도 5에 도시된 바와 같은 구조의 반응 단위체(50)에 담체가 구비될 수 있다.

즉, 본 실시예에 따른 반응 단위체(50)는 도 4에 도시된 반응 단위체와 동일하며, 다만, 경사판(54)에 캡부(56)가 추가로 구비될 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 반응 단위체(50)는 상부 프레임(52)과, 상부 프레임(52)의 내측에 구비되어 상하부를 차단하는 경사판(54)과, 경사판(54)의 중심에 구비되어 상하부 유체의 통로가 되는 유체 이동관(59)과, 상기 상부 프레임(52)을 지지하는 다리(L)를 포함한다.

그리고, 상기 상부 프레임(52)에는 수직형 담체(C1)가 매달린 형태로 구비된다. 또한, 수평형 담체(C2)는 다리(L)의 사이에 수평방향으로 연결된다. 유동성 담체(C3)는 반응 단위체(50)에 고정됨이 없이 반응조(3)의 내부에서 부유하는 상태이다.

또한, 상기 캡부(56)는 지지대(58)에 의하여 경사판(54)의 상면으로부터 일정 높이에 배치된 상태이다.

따라서, 반응 단위체(50)의 하부로부터 상승한 유체는 상기 유체 이동관(59)을 통하여 상승한 후, 상기 캡부(56)에 접촉함으로써 캡부(56)의 측방향으로 흐를 수 있다.

결과적으로, 유체가 상기 캡부(56)를 통과하는 과정에서 서로 교반됨으로써 처리효율이 상승될 수 있다.

또한, 유체가 반응 단위체(40)를 통과하는 과정에서, 상기 수직형 담체(C1), 수평형 담체(C2), 유동성 담체(C3)가 구비됨으로써 미생물의 손실을 방지할 수 있고, 산소 전달효율을 향상시키며, 고농도 미생물 및 저농도 오염물과의 반응, 담체 주변의 슬러지 누적화 방지, 유입된 오폐수의 즉시 방출을 방지할 수 있는 효과가 있다.

한편, 상기 반응조(3)의 일측에는 반응조(3) 내부의 기체 및 오폐수를 상하로 순환시키기 위한 순환수단(60)이 장착된다.

상기 순환수단(60)은 배관(62)과, 상기 배관(62)에 구비되는 펌프(P2)와, 상기 배관(62)으로부터 돌출 되어 반응조(3)의 상부공간에 연결되는 상부배관(64)과, 반응조(3)의 중간 공간에 연결되는 중간배관(65)과, 반응조(3)의 하부 공간에 연결되는 하부배관(66)을 포함한다.

따라서, 상기 펌프(P2)를 구동시킴으로써 반응조(3) 각 부분의 오폐수 및 기체를 순환시킬 수 있다. 이때, 상부배관(64),중간배관(65),하부배관(66)에 밸브가 부착되어 있어 상하 각단사이를 선택적으로 순환시킬 수 있다.

이러한 순환작업은 기체주입을 중단한 상태에서 이루어지며 일정한 주기로 실시함으로써 각 슬러지 분리부에 침전된 슬러지 중에서 질소를 제거(탈질)하는 효과가 있다.

한편, 상기 반응조(3)의 타측에는 기체 배출수단(70)이 제공됨으로써 각 슬러지 분리부에 포집된 기체를 외부로 배출하게 된다.

상기 기체 배출수단(70)은 기체가 이동 가능한 주배관(72)과, 상기 주배관(72)으로부터 돌출되어 반응조(3)의 내부로 진입하여 각 슬러지 분리부(S1,S2,S3)의 체류공간(Va,Vb,Vc)에 연통되는 보조배관(74a,74b,74c)을 포함한다.

이러한 구조를 갖는 기체 배출수단에 있어서, 각각의 보조배관(74a,74b,74c)은 각 슬러지 분리부(S1,S2,S3)의 체류공간(Va,Vb,Vc)에 연통됨으로써, 포집된 기체가 상기 보조배관(74a,74b,74c)으로 이동하고, 주배관(72)을 통하여 외부로 배출된다.

따라서, 이러한 기체 배출수단(70)은 반응조(3) 내부의 기체를 외부로 배출시킴으로써 탈질과정 등 무산소화 반응을 실시하는 경우 사용 가능하다.

이와 같은 포기 및 탈질조에 의하여 처리된 오폐수는 배출관을 통하여 외부로 방출된다.

그리고, 도1 에 도시된 바와 같이, 상기 다수의 반응 단위체(5)가 부력에 의하여 상승하는 것을 방지하기 위하여 잠금 브래킷(82)과 고정핀(86)으로 이루어진 고정바(80)가 최상단에 구비됨으로써 반응 단위체를 누르게 된다.

그리고, 상기 반응조(3)의 중간부분에는 청소 등을 위하여 멘홀(도시안됨)을 설치할 수 있다.

상기 실시예들에 있어서는 반응조에 공기를 주입하여 오폐수를 정화 처리하는 공정을 설명하였지만, 공기를 대신하여 오존 등의 가스를 주입하여 정화 처리하는 것도 가능하다.

그리고, 상기 실시예에 따른 반응 단위체를 혐기성 소화공정에 적용할 수 있다.

즉, 반응조에 메탄 등 혐기성 가스를 주입하여 반응 단위체의 담체를 통과시킴으로써 슬러지를 분리시킨다.

이와 같이, 반응 단위체를 혐기성 소화공정에 적용하는 경우, 호기성의 경우와 유사하게 반응 단위체를 이용한 경우의 효율이 이용하지 않은 경우의 효율 보다 약 5~10 배 또는 10~40%의 효율차이가 나타난다.

또한, 상기 반응조는 유체가 점진적으로 이동하는 PFR 반응기 형태, 즉 반응조의 하부에서는 고농도의 유기물, 산소, 미생물을 접촉시키고 상부로 갈수록 저농도의 유기물, 산소, 미생물을 접촉시키는 방식이므로 처리시간을 단축할 수 있다. 바람직하게는 일반 활성슬러지법의 5배이상 단축할 수 있다. 또한, 처리효율은 종래 수처리 장치에 비교하여 95% 이상 증가시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 생물학적 수처리 장치의 작동과정을 더욱 상세하게 설명한다.

도1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 처리 대상 오폐수가 오폐수 유입관(13)을 통하여 반응조(3)의 내부로 유입되고, 또한 외부공기도 공기 유입관(15)을 통하여 반응조(3)의 내부로 유입된다.

상기한 바와 같이 오폐수가 펌핑되어 반응조(3)의 내부로 유입됨으로써 반응조(3)의 내저부로부터 저장되며, 추가적으로 오폐수가 공급됨으로써 오폐수의 수위가 점차로 상승하여 제1 슬러지 분리부(S1)의 유체이동관(29)의 하부선상에 수면을 형성한다.

이때, 공기 유입관(15)을 통하여 유입된 공기가 상승하여 제1 슬러지 분리부(12)에 도달하게 되며, 이 과정에서 오폐수중에 균일하게 산포된다.

따라서, 오폐수중에 이러한 공기가 산포됨으로써 용존산소량이 증가하여 정화처리 효율이 상승된다.

또한, 반응조(3)의 내부에 공급된 오폐수는 제1 슬러지 분리부(S1)에 도달하는 동안, 제1 슬러지 분리부(S1)의 저면에 배치된 생물학적 처리수단(C1,C2,C3)을 통과하게 된다.

이 과정에서 오폐수가 수직형 담체(C1)와, 수평형 담체(C2)와, 유동성 담체(C3)에 접촉하게 되고, 담체에 부착된 다량의 미생물과 접촉하여 반응을 하게 된다.

따라서, 오폐수는 상기 생물학적 처리수단(C1,C2,C3)과 접촉에 의한 생물학적 반응에 의하여 정화처리될 수 있다.

결과적으로, 이러한 생물학적 처리수단(C1,C2,C3)과 오폐수가 접촉함으로써 미생물의 손실을 방지할 수 있고, 산소 전달효율을 향상시키며, 고농도 미생물 및 저농도 오염물과의 반응, 담체 주변의 슬러지 누적화 방지, 유입된 오폐수의 즉시 방출을 방지할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 제1 슬러지 분리부(S1)의 제1 유체이동관(29) 하부선상에 형성된 수면과 경사판(27)의 사이에는 일정한 체류공간(Va)이 형성되며, 이 체류공간(Va)에는 공기 등이 포집된다.

그리고, 포집된 공기는 일정량 이상 포집되는 경우 압력에 의하여 제 1유체 이동관(29)을 통하여 배출되므로, 체류공간(Va)을 이탈한 공기의 용적만큼 반응조(3) 상부의 오폐수가 낙하하여 이 공간을 채우게 된다.

따라서, 이 과정에서 오폐수가 격렬하게 서로 섞이게 되므로 유동성이 향상될 수 있다.

결과적으로, 생물학적 처리수단(C1,C2,C3)에 접촉하는 오폐수가 유동성이 향상되므로 보다 많은 접촉이 이루어짐으로써 처리효율이 향상될 수 있고, 필요이상의 미생물이 담체에 누적되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 필요시 기체 배출관을 통하여서도 공기를 외부로 배출시킴으로써 유동성을 보다 향상시킬 수 있다.

이와 같이, 오폐수는 제1 슬러지 분리부(S1)를 통과하게 되며, 계속하여 제2 슬러지 분리부(S2)에 도달하게 된다.

이때에도 제1 슬러지 분리부(S2)와 동일한 과정을 통하여 생물학적인 반응이 진행된다.

이와 같이, 제2 슬러지 분리부(S2)를 통과한 오폐수 및 공기는 제3 슬러지 분리부(S3)를 통과하게 된다.

상기한 바와 같이, 제1 내지 제3 슬러지 분리부(S1,S2,S3)를 순차적으로 통과한 오폐수 및 공기는 최종적으로 반응조(3)의 상부에 구비된 배출관(9,11)을 통하여 외부로 배출될 수 있다.

이러한 생물학적 수처리장치는 처리시간 단축으로 장시간 처리과정에서 발생 되는 난분해성 미생물 부산물(soluble microbial product)을 줄일 수 있고, 충분한 용존산소로 산화속도의 증가로 슬러지의 발생량을 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 생물학적 수처리장치의 내부 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 2는 도 1에 도시된 반응 단위체에 수직형 담체와, 수평형 담체와, 유동성 담체가 구비된 것을 보여주는 사시도이다.

도 3은 도 1에 도시된 다른 실시예에 따른 반응 단위체에 수직형 담체와, 수평형 담체와, 유동성 담체가 구비된 것을 보여주는 사시도이다.

도 4는 도 1에 도시된 또 다른 실시예에 따른 반응 단위체에 수직형 담체와, 수평형 담체와, 유동성 담체가 구비된 것을 보여주는 사시도이다.

도 5는 도 1에 도시된 또 다른 실시예에 따른 반응 단위체에 수직형 담체와, 수평형 담체와, 유동성 담체가 구비된 것을 보여주는 사시도이다.

Claims (8)

1. 오폐수 및 기체가 유입되는 오폐수 유입관 및 기체 유입관과, 처리된 오폐수 및 기체가 외부로 배출되는 처리수 배출구 및 기체 배출구가 연결되는 반응조;

   상기 반응조의 내부에 적치되어 상하 다단으로 구획되는 다수개의 반응 단위체로 이루어지며, 상기 반응 단위체의 유체 이동관을 통하여 오폐수와 호기성 가스의 상향 이동시간을 증가시킴으로써 산소 용존량을 증가시키거나, 또는 오폐수와 혐기성가스의 주입으로 오염물을 분해하고, 체류공간을 형성함으로써 오폐수의 유동성을 증가시킬 수 있는 적어도 하나 이상의 슬러지 분리부와; 그리고

   상기 다수개의 반응 단위체에 수직방향, 수평방향, 혹은 부유상태로 구비되며, 다량의 미생물을 함유함으로써 오폐수와 접촉시 생물학적인 반응을 일으켜서 오폐수를 처리하고, 상기 슬러지 분리부의 오폐수 유동성 증가에 의하여 그 표면에 오폐수가 접촉함으로써 슬러지가 누적되는 것을 방지할 수 있는 생물학적인 처리수단을 포함하며,

   상기 반응 단위체는 상부 프레임과, 상기 상부 프레임의 내측에 구비되어 반응 단위체의 내부를 상하로 구획하는 경사판과, 상기 경사판에 한 쌍의 사각형상으로 형성되며, 기체가 상하로 이동될 수 있도록 하는 한 쌍의 유체 이동관과, 상기 상부 프레임을 지지하는 다리를 포함하며,

   상기 경사판은 상부 프레임에서 내측 바닥방향으로 각각 하향 경사됨으로써 바닥부에 한 쌍의 유체 이동관이 형성되고, 다시, 한 쌍의 유체 이동관에서 상부 프레임의 상부 방향으로 상향 경사진 형상을 갖으며,

   상기 생물학적 처리수단은, 상기 상부 프레임의 유체이동관의 주위에 상하방향으로 배열된 형상을 가지며 다량의 미생물이 함유된 수직형 담체와, 상기 다리의 사이에 연결되어 수평방향으로 배치되며, 수면의 상부에 배치되는 수평형 담체와, 상기 반응조의 내부를 부유하는 유동성 담체를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서,

   상기 수직형 담체는 그 상부는 상기 체류공간에 위치하고, 하부는 오폐수 중에 위치함으로써 다양한 종류의 미생물이 서식가능한 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 다수개의 반응 단위체는 정육면체 혹은 직육면체 형상을 갖으며, 상기 직육면체인 경우, 상부 및 하부의 반응 단위체가 서로 수직방향으로 엇갈리게 배치됨으로써 상기 1개 이상 유체 이동관이 서로 엇갈리게 배치되는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.

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