KR101195006B1 - 고농도 유기성 폐수의 메탄화가 용이한 혐기성 처리장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 혐기성 처리장치 및 방법에 관한 것이다. 그러한 혐기성 처리장치는 원수가 유입되어 혐기반응에 의하여 처리됨으로써 가스 및 처리수가 배출되는 반응조와; 상기 반응조의 내부에 서로 다른 형상을 갖는 제 1 및 제 2활성부가 배치되어 상기 반응조를 다단으로 구획하며, 체류공간이 형성되어 상기 가스가 포집됨으로써, 이 가스가 제 1 및 제 2활성부를 통과하는 과정에서 농도차이 및 기포형성으로 인하여 가스와 원수의 고액분리와 교반이 동시에 이루어질 수 있는 혐기반응 활성수단과; 그리고 상기 반응조의 일측에 배치되며, 상기 반응조의 하부에 형성된 체류공간의 가스를 상부로 순환시킴으로써 상기 하부의 체류공간을 채우기 위하여 상부의 원수가 하부로 이동함으로써 교반을 유도하는 가스 순환부를 포함한다.

Description

고농도 유기성 폐수의 메탄화가 용이한 혐기성 처리장치 및 방법{Conversion of strong organic wastewater to methane through anaerobic digestion plant and process}

본 발명은 혐기성 처리장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유기성 고형물을 혐기성 소화공정에 투입하여 원수에 포함된 모든 유기물을 가스로 전환하고, 이 가스를 혐기반응 활성수단을 통과시킴으로써 교반과 고액분리가 동시에 이루어져서 고농도의 폐수에서 메탄을 효과적으로 회수할 수 있는 혐기성 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 혐기성 소화는 고형물이나 난분해성 유기물이 소화조에 유입될 경우 유입된 유기물이 메탄으로 전환되지 않은 상태에서 유출되어 소화효율이 매우 낮거나 처리시간이 길어지는 문제가 발생된다.

그러므로 유기물의 감량화 및 에너지로서의 가치를 높이기 위해서는 필수적으로 메탄가스의 발생량을 증가시키야 하며 이를 위하여 효과적인 혼합방법과, 분해속도를 높이기 위한 반응조 개선을 전제로 하는 혐기성 소화방법이 적절한 방법으로 추천되어 왔다.

그러나, 고농도 폐수는 밀도가 낮은 유지류, 난분해성 물질인 하수슬러지, 분해가 잘되는 고형물(음식물 등)등으로 다양하게 구성되어 있어 각각의 물질 분해조건을 동시 만족시킬 수 있는 혐기성 소화조를 구성하는 것은 매우 어렵다.

이러한 상황에서 현재 현장에서 적용되고 있는 완전혼합조 혐기성 소화조(현장의 대부분의 소화조는 완전혼합조임)는 폐수의 모든 물질 특성을 동일한 조건으로 전제하여 설계되고 있다.

즉, 효율을 높이기 위하여 분해시간이 가장 긴 물질 기준으로 설계되어 운전되므로 낮은 농도의 유기물 및 미생물이 존재하고, 이에 따라 혐기성 소화의 효율은 매우 저조한 것이 현실이다.

특히, 최근에 해양배출 금지 등 과거에 처리 의존도가 가장 높은 처리 방안이 전면 금지 되고 있으나 과거의 혐기성 소화 효과(처리시간이 길어지고, 낮은 메탄발생, 혐기성소화 후 많은 잔류물이 발생되어 후속처리 비용이 증가하는 등)로 대응 하는 것은 사실상 불가능하여 이러한 문제를 원천적으로 해결하는 방안이 요구된다.

이에 대응하는 방법으로는 UASB (Upflow Ananeroic Sludge Blanket)가 대표적인 방법이라고 할 수 있다.

그러나, UASB의 경우도 혼합, 미생물의 확보, 장치의 대형화, 급격한 pH 저하에 대한 대응, 특히 고형물 유입시 처리가 불가능하여 결국 효과 효율의 한계가 나타나고 있다.

또한, 과거에는 혐기성 소화가 다만 오염물질을 저감시키는 수단으로 사용되어 왔으므로 다소 효율이 낮아도 후단 수처리나, 토양에 살포하여 문제를 해결하여 왔다.

그러나 최근에는 메탄이 대체에너지로 부상 될 뿐만아니라 지구온난화에 지대한 영향을 미치므로 유기물에서 메탄량을 증가시키는 것은 곧 에너지 생산증가 및 환경보호와 동일하다.

그러므로 정해진 유기물에서 메탄 발생량을 최대한 높여 후단 수처리, 잔류 고형물처리를 매우 쉽게 할 수 있도록 유도하는 기술이 반드시 필요하다. 그러나 현재로는 이러한 목적을 달성하기 어려운 부분이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기에서 언급한 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 기존의 완전 혼합조를 대신하여 PFR 방식(Plug Flow Reactor)을 사용하여 처리시간을 종전 완전혼합조의 1/5 이하로 감소시켰고, 1차적으로 수리학적 체류시간은 감소시키고 고형물(혐기성 미생물 및 고형물)의 체류시간을 증가시키기 위해서 혐기조 내부에 가스층을 형성시켰고, 2차적으로 폐수와 미생물의 접촉 그리고 미생물 농도 증가 및 고형물의 처리 시간을 더욱 증가시기 위해서 반응조 하단에서 가스를 방출하는 교반 시스템을 구축함으로써 짧은 시간에 고농도 폐수에 있는 모든 유기물을 메탄으로 전환시킬 수 있는 혐기성 처리장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예는 원수가 유입되어 혐기반응에 의하여 처리됨으로써 가스 및 처리수가 배출되는 반응조와;

상기 반응조의 내부에 서로 다른 형상을 갖는 제 1 및 제 2활성부가 배치되어 상기 반응조를 다단으로 구획하며, 체류공간이 형성되어 상기 가스가 포집됨으로써, 이 가스가 제 1 및 제 2활성부를 통과하는 과정에서 스컴의 이동배제 및 분해, 기포크기 증가로 교반효과 증가와 동시에 수면 효과를 유도하고 이것을 바탕으로 고액분리를 유도하는 혐기반응 활성수단과;

상기 반응조의 일측에 배치되며, 상기 반응조의 하부에 형성된 체류공간의 가스를 상부로 순환시킴으로써 상기 하부의 체류공간을 채우기 위하여 상부의 원수가 하부로 이동함으로써 교반을 유도하는 가스 순환부와;

상기 반응조의 일측에 배치되어 상부의 처리수를 하부로 순환시키는 순환부와; 그리고

상기 반응조의 하부에 배치되어 침전물이 침전되어 누적되는 것을 방지하는 누적방지부를 포함하는 혐기성 오폐수 처리장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 반응조의 내부로 원수가 유입되어 혐기반응에 의하여 가스가 발생되는 단계;

상기 가스가 상승하여 제 1활성부의 저면에 포집되어 수위를 형성함으로써 그 상부에 제 1체류공간이 형성되는 단계;

상기 제 1체류공간에 포집된 가스가 제 1활성부의 제 1유체 이동관을 통하여 상승하게 되고, 고형물간의 농도차이에 의한 고액분리 및 미세기포가 모여 대형 기포 형성으로 인하여 교반이 1차적으로 진행되는 단계;

상기 제 1활성부를 통과하여 상승한 가스가 제 2활성부의 저면에 포집되어 수위를 형성함으로써 그 상부에 제 2체류공간이 형성되는 단계;

상기 제 2체류공간에 포집된 가스가 제 2활성부의 제 2유체 이동관을 통하여 상승하게 되고, 고형물간의 농도차이에 의한 고액분리 및 미세기포의 혼합으로 인한 기포형성으로 인하여 교반이 2차적으로 진행되고, 가스 및 원수가 외부로 배출되는 단계; 그리고

상기 반응조의 일측에 배치된 가스 순환부의 밸브를 개폐시킴으로써 상기 반응조의 하부에 형성된 체류공간의 가스를 보다 상부로 순환시킴으로써 상기 하부의 체류공간을 채우기 위하여 상부의 원수가 하부로 이동함으로써 2차적으로 교반을 유도하는 단계를 포함하는 혐기성 오폐수 처리방법을 제공한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 혐기성 처리 장치 및 방법은 반응조의 내부에 서로 형상을 달리하는 제 1 및 제 2활성부를 배치하여, 제 1 및 제2 활성부의 공통점은 가스의 체류공간 형성이며, 이 체류공간에 포집된 가스는 이동관을 통하여 순차적으로 상승하며, 이 상승 과정에서 수면에 이동관 하부가 닿아 있어 수면에 있는 낮은 농도의 물질이 상부로 이동하고, 수면 하부에 있는 고형물은 남게 되어 고형물 분리효과가 나타난다.

또한, 추가적으로 가스 및 원수가 혐기반응 활성수단을 통과하는 과정에서, 하부에서 가스를 순간적으로 배출하므로써 더 많은 분해시간이 요구되는 고형물, 분해하는 데에 필요한 미생물등 밀도가 높은 물질이 배출된 가스량 만큼 우선적으로 하부로 이동하여 처리속도와 처리효율을 향상시킨다.

그리고, 반응조 하부의 가스를 배출하여 반응조의 상부로 이동시켜 이동되는 가스 만큼 상부의 원수가 하부로 낙하되도록 하여 무동력으로 교반 효과를 더욱 원활하게 하고 동시에 고형물 및 미생물을 하부로 이동시켜, 하부에서 pH 저하 등을 사전에 차단할 수 있는 장점이 있다.

또한, 혐기성 소화는 매우 고농도의 폐수를 처리하고 있어 소화조 내부를 관찰하고 문제 발생시 대응하는 것이 불가능하므로 본 발명은 안전정치를 중복설치(가스 이동에 의한 교반, 가스 배출에 의한 교반, 가스체류에 의한 유동성 증가 등)하여 원천적으로 문제의 발생 가능성을 차단하였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전처리조와, 저류조와, 혐기조가 서로 연결된 상태를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 혐기조의 내부 구조를 개략적으로 보여주는 측단면도이다.
도 3은 도2 에 도시된 혐기성 처리 장치의 내부에 배치된 판형상의 제 1활성부를 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 제 1활성부를 통하여 제 1체류공간에 포집된 가스가 상승하는 상태를 개략적으로 보여주는 측면도이다.
도 5는 도 2에 도시된 블록형의 제 2활성부를 보여주는 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 제 2활성부를 통하여 제 1체류공간에 포집된 가스가 상승하는 상태를 개략적으로 보여주는 측면도이다.
도 7은 도 1에 도시된 가스 순환부가 반응조에 추가적으로 배치된 상태를 보여주는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 혐기성 처리장치의 구성을 상세하게 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 혐기성 처리 장치(1)는 전처리조(2)와; 상기 전처리조(2)에서 공급된 원수를 저류하는 저류조(3)와; 상기 저류조(3)로부터 공급된 원수로부터 메탄가스가 발생되고, 발생된 메탄가스가 상승하는 과정에서 체류시간이 증가하여 교반이 효율적으로 이루어지는 혐기조(4)를 포함한다.

이러한 혐기성 처리 장치에 있어서, 상기 전처리조(2)는 고농도 폐수에 함유된 조대 협잡물을 제거하고, 이 조대 협잡물을 파쇄기 등을 이용하여 파쇄한다.

상기 저류조(3)는 전처리조(2)와 혐기조(4)의 사이에 배치됨으로써, 산발효조 역할도 할 수 있으며 전처리조로부터 공급된 원수가 임시로 저장된 후, 혐기조(4)로 공급된다.

이러한 저류조(3)는 전처리조(2)에서 처리된 원수를 임시로 저장하는 기능을 수행하므로, 전처리조(2)와 혐기조(4)를 직접 연결하는 경우에는 저류조(3)를 생략할 수도 있다.

상기 혐기조(4)는 원수가 유입되어 혐기반응에 의하여 처리된 후 배출되는 반응조(6)와; 이 반응조(6)의 내부에 다단으로 배치되어 메탄가스(이하, 가스)와 오폐수가 상승하는 과정에서 고액분리와 교반이 이루어지는 혐기반응 활성수단(5,7,9,11)과; 상기 반응조(6)의 하부 가스를 상부로 배출시킴으로써 원수의 하부 이동을 유도하여 교반 및 고형물의 하부이동을 유도하는 가스 순환부(13)와; 상기 반응조(6)의 일측에 배치되어 상부의 처리수를 하부로 순환시키는 처리수 순환부(19)를 포함한다.

이러한 구조를 갖는 혐기조에 있어서, 상기 반응조(6)는 내부에 공간이 형성됨으로써 오폐수가 유입되어 저장될 수 있다. 그리고, 이 반응조(6)의 하부에는 원수가 유입되는 유입관(15)이 연결되며, 이 유입관(15)을 통하여 원수가 반응조(6)의 내부로 유입될 수 있다.

또한, 반응조(6)의 상부에는 가스 배출관(21)과 처리수 유출관(23)이 연결된다. 따라서, 상기 반응조(6)의 혐기반응 과정에서 발생된 가스가 가스배출관(21)을 통하여 배출되며, 처리수는 상기 처리수 유출관(23)을 통하여 배출된다.

상기 반응조(6)의 내부에 원수가 공급되면, 반응조(6)의 최하단에서 메탄가스가 발생되고, 이 메탄가스는 점차 상승하여 혐기 반응 활성수단(5,7,9,11)에 도달하게 된다.

이러한 혐기 반응 활성수단(5,7,9,11)은 반응조(6) 내부의 하부 구역에 가로 방향으로 배치되어 1차적으로 혐기반응을 유도하고, 발생된 가스에 의하여 고액분리 및 교반을 활성화시키는 제 1활성부(5,7)와, 반응조(6) 내부의 상부 구역에 가로방향으로 배치되어 2차적으로 혐기반응을 유도하며, 블록단위로 혼합이 이루어짐으로써 균일한 혼합이 가능한 제 2활성부(9,11)를 포함한다.

따라서, 상기 반응조(6)로 유입된 원수는 상기 제 1활성부(5,7)와 제 2활성부(9,11)를 순차적으로 통과하여 상승하게 되고, 이 과정에서 혐기처리와, 고액분리 및 교반이 이루어질 수 있다.

보다 상세하게 설명하면, 상기 제 1활성부(5,7)는 판형상을 갖으며, 반응조(6)의 내부를 가로 방향으로 차단하는 플레이트(Plate;30)와, 이 플레이트(30)에 임의 위치에 하방으로 돌출 형성되며 관통홀(32)이 형성됨으로써 원수 및 가스가 통과하는 적어도 하나 이상의 제 1유체 이동관(34)을 포함한다.

따라서, 상기 반응조(6)의 내부로 원수가 유입되는 경우, 원수는 반응조(6)의 하부로부터 상부로 상승하게 되며, 상기 적어도 하나 이상의 제 1유체 이동관(34)을 통하여 제 1활성부(5,7)를 통과하게 된다.

그리고, 상기 제 1활성부(5,7)를 통과하는 과정에 고액분리 및 교반이 이루어질 수 있다.

즉, 상승하는 원수는 상기 제 1유체 이동관(34)의 하단선상에 도달함으로써, 수위를 형성한다.

이와 같이, 제 1유체 이동관(34)의 하단선상에 수위가 형성됨으로써, 제 1유체 이동관(34)의 주위에는 제 1체류공관(V)이 다수 형성된다.

이때, 상기 제 1유체 이동관(34)의 길이는 상대적으로 길게 형성됨으로써 보다 넓은 제 1체류공간(V)이 형성될 수 있다.

즉, 상기 제 1유체 이동관(34)의 길이는 바람직하게는 후술하는 제 2활성부(9,11)에 구비된 제 1유체 이동관(52)의 길이 보다 길게 형성된다.

따라서, 제 1활성부(5,7)의 제 1체류공간(V)에 포집된 가스량이 제 2활성부(9,11)의 제 1체류공간(V)에 포집된 가스량보다 많음으로써, 후술하는 바와 같이 가스 순환부(13)에 의하여 가스가 상하부로 순환될 때, 반응조(6)의 하부로부터 보다 많은 량의 가스가 상부로 공급될 수 있으며, 이로 인하여 보다 많은 량의 처리수가 상부에서 하부로 급격하게 이동될 수 있어서 교반효율이 향상될 수 있다.

이와 같이 형성된 제 1활성부(5,7)의 제 1체류공간(V)에 반응조(6)의 하부로부터 상승한 가스가 포집되고, 가스가 일정량 이상 모이게 되면 압력에 의하여 사방으로 분산되며, 가스가 물을 밀어낸다.

이때, 상기 수위와 제 1유체 이동관(34)의 하단선은 동일선상에 위치하게 되므로, 체류공관(V)에서 물을 밀어낸 가스는 이 제 1유체 이동관(34)으로 주입된다.

또한, 수면에는 물의 표면장력 때문에 순간적으로 침전이 이루어져 가장 낮은 농도의 폐수(미생물이나 SS형태의 고형물이 최소한 존재하는 폐수)만 제 1유체 이동관(34)으로 주입된다.

따라서, 낮은 농도의 폐수는 제 1유체이동관(34)을 통하여 상승하게 되고, 상대적으로 고농도의 미생물, 고형물은 상부로 이동하지 못하고 하부에 정체하는 시간이 증가한다.

결과적으로, 폐수중에 함유된 고형물들이 고농도와 저농도로 분리됨으로써 분해될 수 있다.

또한, 통상적으로 원수중의 미생물에서 발생되는 메탄가스는 미생물 자체가 매우 작기 때문에 발생되는 가스 자체를 육안으로 분별하기 어려운 미세한 기포의 형태로 발생된다.

그리고, 이 미세한 기포에 의하여 교반효과를 유도하는 것은 어렵고, 오히려 이 미세한 기포는 슬러지를 부상시키는 부정적인 역할을 수행한다.

그러나, 상기 가스의 제 1체류공간(V)까지 이동한 미세기포는 다음 이동 단계인 제 1유체이동관(34,52)을 통하여 상부로 이동하는 단계에서는 상대적으로 매우 큰 기포상태로 이동하게 된다.

즉, 수위 근처에 발생된 다수의 미세기포들이 상대적으로 작은 면적을 갖는 제 1유체 이동관으로 집중되어 상승하는 과정에서 서로 합쳐짐으로써 보다 큰 크기의 기포가 형성되어 교반효과가 향상될 수 있다.

또한, 미생물 주변의 일부 미세기포는 제 1유체 이동관을 통해서 이동하는 큰 기포 흐름에 합쳐지므로, 미생물 주변에 있는 미세기포가 쉽게 이탈되고, 이에 따라 폐수와 미생물의 접촉이 더욱 용이해져 미생물의 증식속도가 증가한다.

따라서, 이 과정에서 일반 공법에서 부정적인 요인 갖고 있는 미세기포가 오히려 효율향상에 매우 중요한 요소로 작용하는 장점이 있다.

이러한 제 1활성부(5,7)는 플레이트(30)가 일단으로 배치될 수도 있고, 혹은 2단 이상의 복수단으로 배치될 수도 있다. 이는 혐기처리장치(1)의 설계사양에 따라 적절하게 선택될 수 있다.

이와 같이 제 1활성부(5,7)를 통과한 가스는 계속하여 상승함으로써 제 2활성부(9,11)에 도달하게 된다.

상기 제 2활성부(9,11)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 블록형상을 갖는 적어도 하나 이상의 단위반응체(38)로 구성된다.

이러한 적어도 하나 이상의 단위반응체(38)는 모두 동일한 구조를 가지므로, 이하 하나의 단위반응체(38)에 의하여 설명한다.

상기 단위반응체(38)는 블록형상을 갖으며, 서로 대응되도록 배치되는 상부 및 하부 프레임(42,44)과; 상부 및 하부 프레임(42,44)을 연결하는 다리(40)와; 상부 프레임(42)의 내측에 구비되어 반응조(6)의 내부를 상하로 구획하는 경사판(50)과; 상기 경사판(50)에 구비되어 유체의 상하이동 통로가 되는 제 2유체 이동관(52)을 포함한다.

이러한 구조를 갖는 제 2활성부에 있어서, 상기 상부 프레임(42)에는 돌출부(48)가 형성되고, 다리(40)의 저면에는 하단의 상부 프레임에 삽입되는 결합홈(46)이 형성된다.

따라서, 적어도 하나 이상의 단위반응체(38)를 적층함으로써 제 2활성부(9,11)를 구성할 수 있다.

상기 경사판(50)은 상부 프레임(42)의 내측에 구비되어 유체의 상하이동을 차단한다.

이때, 상기 경사판(50)은 2셋트로 배치되며 각 셋트의 경사판(50)은 하향으로 경사진 형상을 갖으며, 각 경사판(50)의 중심에 상하이동 통로가 되는 적어도 하나 이상의 제 2유체 이동관(52)이 각각 구비된다.

따라서, 상기 경사판(50)의 상면에 슬러지가 침전되는 경우, 경사판(50)을 따라 하부로 이동함으로써 슬러지가 적층되는 것을 방지할 수 있다.

물론, 상기에서는 경사판(50)이 2셋트로 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 경사판(50)이 한개만 배치될 수 있으며, 이 경우 유체 이동관(52)도 하나가 돌출된다.

이러한 제 2유체 이동관(52)은 관체형상을 가지며, 그 내부를 통하여 유체가 상하로 이동할 수 있다.

따라서, 적어도 하나 이상의 반응 단위체(38)가 반응조(6)의 내측에 적층되는 경우, 각각의 반응 단위체(38)가 서로 맞닿게 됨으로써 상기 경사판(50)이 측방향으로 연결된 상태를 유지한다.

결과적으로, 오폐수가 이 경사판(50)에 의하여 차단된 상태에서, 상기 제 2유체 이동관(52)을 통하여 상하로 이동할 수 있다.

그리고, 상기 제 2유체 이동관(52)은 경사판(50)의 하부로 일정 길이로 돌출 형성되며, 상술한 바와 같이, 제 1활성부(5,7)의 제 1유체 이동관(34)보다 짧은 길이를 갖는 것이 바람직하다.

따라서, 반응조(6)의 하부로부터 상승한 가스는 제 1활성부(5,7)와 같이 동일한 과정을 통하여 제 2유체 이동관(52) 주위에 포집됨으로써 제 2 체류공간(V)을 형성한다.

그리고, 가스가 제 2체류공관(V)에 포집되고, 일정량 이상 모이게 되면 압력에 의하여 사방으로 분산됨으로써 물을 밀어낸다.

따라서, 제 2체류공관(V)에서 물을 밀어낸 가스는 제 1활성부의 공정과 동일한 과정을 통하여 제 2유체 이동관(52)으로 주입됨으로써 폐수중에 함유된 고형물들이 고농도와 저농도로 분리되어 분해될 수 있다.

이때, 상기 제 2활성부(9,11)는 블록형상의 구조를 갖음으로 판형상의 구조를 갖는 제 1활성부와 달리, 각 단위 반응체 별로 고액분리 및 교반이 이루어지는 경향이 나타난다.

결국, 이러한 각 단위 반응체의 고액분리 및 교반을 제 2활성부 전체적인 관점에서 보면, 균일한 혼합이 이루어진다고 판단될 수 있다.

이와 같이, 제 2활성부(9,11)를 통과하여 상승한 원수 및 가스는 반응조(6)의 상부에 구비된 가스 배출구(21) 및 처리수 배출구(23)를 통하여 외부로 배출될 수 있다.

상기한 바와 같이 원수 및 가스는 제 1활성부(5,7)와 제 2활성부(9,11)로 이루어진 혐기반응 활성수단(5,7,9,11)을 순차적으로 통과하여 상승함으로써 고액분리 및 교반이 진행될 수 있다.

그리고, 이러한 고액분리 및 교반이 반복되므로 반응조(6)의 상부에는 처리수가 존재하고 하부는 고형물과 미생물이 집중적으로 존재하게 된다. 따라서 각단에서 반복해서 처리수, 미생물과 고형물이 분리되어 PFR의 흐름을 유지하게 된다.

한편, 상기에서는 제 1활성부(5,7)는 판상으로 구성하고, 제 2활성부(9,11)는 블록형으로 구성함으로써 혐기처리 공정을 다양하게 유도할 수 있다.

즉, 제 1 및 제 2활성부(5,7,9,11)를 동일한 형상으로 배치하지 않고, 본 발명은 제 1 및 제 2활성부(5,7,9,11)의 형상을 판상과 블록형으로 달리하여 배치하였다.

그리고, 제 1활성부(5,7)의 제 1유체이동관(34)의 길이가 제 2유체 이동관(52)의 길이 보다 길게 형성한다. 또한, 제 1활성부(5,7)의 높이를 제 2활성부(9,11)의 높이 보다 길게 형성하고, 제 2활성부(9,11)의 적층단수를 제 1활성부(5,7) 보다 더 많이 적층한다.

따라서, 반응조(6) 내부에서 상승하는 가스 및 원수는 서로 다른 형상의 제 1 및 제 2활성부(5,7,9,11)를 통과하면서 서로 다른 교반 및 분리공정을 거치게 되고, 보다 많은 량의 가스가 하부에서 상부로 공급됨으로써 상대적으로 보다 많은 량의 처리수가 상부에서 하부로 이동함으로써 교반효율이 향상될 수 있다.

물론, 제 1활성부(5,7) 및 제 2활성부(9,11)의 형상은 다양하게 변경될 수도 있다.

한편, 상기 가스 순환부(13)는 반응조(6)의 일측에 구비되어 반응조(6) 하부의 제 1체류공간(V)에 충전된 가스를 반응조(6)의 상부로 공급함으로써 급격한 교반을 유도한다.

즉, 상기 가스 순환부(13)는 반응조(6)의 체류공관(V)들에 연결되는 제 1 내지 제 4배관(L1,L2,L3,L4)과, 반응조(6)의 상부에 연결되는 제 5배관(L5)과, 제 1 내지 제 5배관(L1,L2,L3,L4,L5)을 연결하는 제 6배관(L6)과, 제 1 내지 제 5배관(L1,L2,L3,L4,L5)에 구비되어 배관을 개폐하는 제 1 내지 제 5밸브(S1,S2,S3,S4,S5)를 포함한다.

이러한 가스 순환부(13)는 가스를 배출하기 위한 펌프와 같은 동력원이 불필요하므로 별도의 동력전달 없이 가스의 순환이 가능하다.

즉, 반응조의 체류공간(V)에는 반응조에 채워진 원수에 의한 수두가 작용하고 있음으로 솔레노이드 밸브(S1,S2,S3,S4,S5)를 개방하는 경우, 수두에 의하여 하부의 체류공간에 포집된 가스가 보다 상부단의 체류공간으로 공급될 수 있다.

그리고, 상기 제 1 내지 제 5밸브(S1,S2,S3,S4,S5)는 바람직하게는 솔레노이드 밸브를 포함한다.

이러한 가스 순환부에 있어서, 하부에 포집된 가스를 상부로 공급하여 순환시키는 경우, 제 1 내지 제 5밸브(S1,S2,S3,S4,S5)를 적절하게 개폐시킴으로써 다양한 경로를 통하여 가스를 상부로 순환시킬 수 있다.

즉, 제 1 내지 제 5밸브(S1,S2,S3,S4,S5)를 모두 개방함으로써 각 단의 가스가 모두 상부로 공급될 수도 있고, 제 1 및 제 2밸브(S1,S2)만 개방함으로써 최하단의 체류공간에 포집된 가스가 바로 위단의 체류공간으로 공급될 수도 있다.

혹은, 제 1 및 제 3밸브(S1,S3)만 개방함으로써 최하단의 체류공간에 포집된 가스가 다음 위단의 체류공간으로 공급될 수도 있다.

이와 같이, 제 1 내지 제 5밸브(S1,S2,S3,S4,S5)를 적절하게 개폐시킴으로써 반응조(6) 하부의 가스를 배출시켜서 반응조의 상부로 공급하는 경우, 이 가스가 차지하고 있던 공간을 채우기 위하여 상부의 원수가 하부로 급격하게 이동하면서 순간적으로 가스와 원수가 서로 혼합될 수 있다.

그리고, 동시에 밀도가 높은 고형물이나 미생물이 우선적으로 하향 이동할 수 있고, 이어서 가스 발생으로 하부의 폐수가 상단으로 이동할 때 낮은 밀도의 물질이 우선적으로 상부로 이동하여 2차 고액분리가 이루어진다.

즉, 반응조(6) 하부의 가스를 주기적으로 배출하거나 교반, 고액분리의 정도에 따라서 가스 배출주기를 조정하므로써 반응조(6) 내부에서 가스와 원수를 효율적으로 서로 교반 및 고액분리가 이루어 진다.

상기 제1 활성부나 제2 활성부는 일부 유사한 기능이 있으나 제 2활성부는 반응조내에서 자발적으로 이루어지는 것(조정이 어려움)이며 제 1활성부는 운전조건에 따라서 임의적으로 조정할 수 있어, 초기 설계조건에 반영되지 않아도 운전과정에서 다양한 조건을 유도할 수 있어 혐기성처리에 반드시 필요하다.

모든 폐수는 시간과 공간을 초월하여 매우 다양한 반면에 시설은 설치 후 고정된 조건만 유지하게 된다.

따라서 초기의 설계와 다르게 운전과정에서 발생되는 폐수의 성상이나 양이 매우 다양하게 변화할 수 있어, 이러한 상황에 맞게 대응할 수 있는 보완 시설이 반드시 요구된다.

상기한 바와 같이, 원수와 가스가 제 1 및 제 2활성부(5,7,9,11)를 통과하는 과정에서 고형물과 처리수가 1차적으로 고액분리되거나 서로 혼합될 수 있고, 상기 가스 순환부(13)를 구동시키는 경우, 다량의 가스가 하부에서 배출되어 반응조의 상부로 공급됨으로써 이 빈 공간을 채우기 위하여 반응조 상부의 처리수가 급격하게 하부로 이동하여 2차적으로 혼합이 이루짐으로써 교반효과가 더 높아질 수 있다.

한편, 상기에서는 반응조(6)의 일측에 가스 순환부(13)가 배치된 것으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 반응조(6)의 타측에도 가스 순환수(62)가 추가로 배치될 수도 있다.

즉, 상기 제 1활성부(5,7) 혹은 제 2활성부(9,11)의 경우, 가스 순환부(13)에 가까이 배치된 유체 이동관(34,52) 주위의 체류공간(V)에 포집된 가스는 용이하게 가스 순환부(13)로 배출될 수 있지만, 상대적으로 반응조(6)의 중심에 배치된 체류공간(V)의 경우 가스 순환부(13)와 멀리 떨어져 있음으로 배출되기가 상대적으로 어렵다.

따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 다른 가스 순환부(62를 반응조(6)의 타측에도 배치할 수 있다.

이와 같이, 반응조(6)의 타측에도 가스 순환부(62)를 배치함으로써, 반응조(6)의 중심부에 포집된 가스도 양측의 가스 순환부(13,62)를 통하여 용이하게 배출될 수 있다.

그리고, 이러한 가스 순환부(62)는 필요에 따라서는 한 쌍 뿐만 아니라, 그 이상도 반응조에 배치될 수도 있다.

다시, 도 1을 참조하면, 상기 반응조(6)의 일측에는 반응조(6) 내부의 가스 및 원수를 상하로 순환시키기 위한 순환수단(19)이 선택적으로 장착된다.

상기 순환수단(19)은 배관(L)을 포함하며, 이러한 배관(L)은 반응조(6)의 상부와 하부를 서로 연결시킨다. 그리고, 상기 배관(L)에는 순환펌프(P)가 배치된다.

따라서, 상기 순환펌프(P)가 구동되는 경우 반응조(6)의 상부에 저장된 원수 혹은 고형물이 배관에 흡입되어 하부공간으로 배출됨으로써 반응조(6)의 상,하부에 저장된 원수 및 고형물이 서로 순환하게 된다.

이러한 순환작업은 일정한 주기로 실시함으로써 반응조 내부의 pH 조정(반응조의 상부는 pH 높고, 하부는 pH 낮음)과 혐기반응 활성수단(5,7,9,11)에 침전된 슬러지를 순환시키는 효과가 있다.

한편, 상기 누적방지부(17)는 반응조(6)의 하부에 배치됨으로써 침전하는 고형물이 반응조(6)의 내저부에 누적되는 것을 방지한다.

이러한 누적방지부(17)는 반응조(6) 하부의 경사면 일측에 연결되어 원수가 유입되는 제 7배관(L7)과, 제 7배관(L7)을 연결하여 흡입력을 발생시키는 배출펌프(P2)를 포함한다.

따라서, 상기 배출펌프(P2)가 구동하는 경우, 반응조(6) 하부에 침전된 고형물 및 원수가 제 7배관(L7)을 통하여 배출됨으로써 고형물이 반응조(6) 하부에 침전되는 것이 방지될 수 있다.

상기한 바와 같은 혐기성 처리장치(1)에 의하여 원수를 처리한 결과 다음과 같은 실험 데이터를 얻었다.

	종래기술	본 발명
음식물 처리량(톤/일)	17-18	30-60
체류기간(일)	26-27	7-12
톤당 가스발생량(m3/톤)	30-40	90-120
메탄 함량(%)	60-65	70-75
운전온도(℃)	35-37	35-37
처리효율(%)	40	85

상기 실험 데이터에서 알 수 있는 바와 같이, 음식물 처리량에 있어서 본 발명은 종래기술에 비교하여 약 2배의 처리량을 보여준다. 아울러, 메탄 가스발생량에 있어서도 본 발명은 종래기술에 비교하여 약 4배의 처리량을 보여준다.

결과적으로, 본 발명은 종래 기술에 비교하여 오폐수 처리효율이 2배 이상으로 월등함을 알 수 있다.

1: 혐기성 처리장치 3: 저류조
4: 혐기조 5,7: 제 1활성부
9,11: 제 2활성부 13: 가스 순환부
17: 누적 방지부 19: 순환수단

Claims (11)

1. 원수가 유입되어 혐기반응에 의하여 처리됨으로써 가스 및 처리수가 배출되는 반응조와;
   상기 반응조 내부의 하부 구역에 가로 방향으로 배치되어 1차적으로 혐기반응을 유도하며, 발생된 가스에 의하여 고액분리 및 교반을 활성화시키는 제 1활성부와; 상기 반응조 내부의 상부 구역에 가로방향으로 배치되어 2차적으로 혐기반응을 유도하며, 블록단위로 혼합이 이루어짐으로써 균일한 혼합이 가능하고, 상기 제 1활성부와는 다른 형상을 갖는 제 2활성부를 포함함으로써, 가스가 제 1 및 제 2활성부를 통과하는 과정에서 농도차이 및 기포형성으로 인하여 가스와 원수의 고액분리와 교반이 동시에 이루어질 수 있는 혐기반응 활성수단과; 그리고
   상기 반응조의 일측에 배치되며, 상기 반응조의 하부에 형성된 체류공간의 가스를 상부로 순환시킴으로써 상기 하부의 체류공간을 채우기 위하여 상부의 원수가 하부로 이동함으로써 교반을 유도하는 가스 순환부를 포함하는 혐기성 오폐수 처리장치.
2. 원수가 유입되어 혐기반응에 의하여 처리됨으로써 가스 및 처리수가 배출되는 반응조와;
   상기 반응조 내부의 하부 구역에 가로 방향으로 배치되어 1차적으로 혐기반응을 유도하며, 발생된 가스에 의하여 고액분리 및 교반을 활성화시키는 제 1활성부와; 상기 반응조 내부의 상부 구역에 가로방향으로 배치되어 2차적으로 혐기반응을 유도하며, 블록단위로 혼합이 이루어짐으로써 균일한 혼합이 가능하고, 상기 제 1활성부와는 다른 형상을 갖는 제 2활성부를 포함함으로써, 가스가 제 1 및 제 2활성부를 통과하는 과정에서 농도차이 및 기포형성으로 인하여 가스와 원수의 고액분리와 교반이 동시에 이루어질 수 있는 혐기반응 활성수단과; 그리고
   상기 반응조의 일측에 배치되며, 상기 반응조의 하부에 형성된 체류공간의 가스를 상부로 순환시킴으로써 상기 하부의 체류공간을 채우기 위하여 상부의 원수가 하부로 이동함으로써 교반을 유도하는 가스 순환부와;
   상기 반응조의 상부의 처리수를 하부로 순환시키는 처리수 순환부와; 그리고
   상기 반응조의 하부에 배치되어 스컴 및 침전물이 침전되어 누적되는 것을 방지하는 누적방지부를 포함하는 혐기성 오폐수 처리장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 반응조의 하부에 배치되어 스컴 및 침전물이 침전되어 누적되는 것을 방지하는 누적방지부를 추가로 포함하는 혐기성 오폐수 처리장치.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 제 1활성부는 판형상 또는 블록형상을 가지며, 상기 반응조의 내부를 가로 방향으로 차단하는 플레이트와; 이 플레이트에 임의 위치에 하방으로 돌출 형성되며 관통홀이 형성됨으로써 원수 및 가스가 통과하는 적어도 하나 이상의 제 1유체 이동관을 포함하며,
   상기 제 2활성부는 블록형상을 갖는 적어도 하나 이상의 단위 반응체를 포함하며, 상기 단위 반응체는 서로 대응되도록 배치되는 상부 및 하부 프레임과; 상부 및 하부 프레임을 연결하는 다리와; 상부 프레임의 내측에 구비되어 반응조의 내부를 상하로 구획하는 경사판과; 상기 경사판에 구비되어 유체의 상하이동 통로가 되며, 상기 제 1유체 이동관 보다 짧은 길이를 갖는 제 2유체 이동관을 포함하는 혐기성 오폐수 처리장치.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 4항에 있어서,
   상기 반응조에 공급된 원수는 상승하여 상기 제 1 및 제 2활성부의 유체 이동관의 하단선상에 수위를 형성함으로써, 상기 유체 이동관의 주위에 가스가 포집되는 체류공간이 형성되며, 상기 가스의 압력에 의하여 저농도의 고형물이 상기 유체 이동관을 통하여 상승함으로써 고액분리와 혼합이 동시에 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는 혐기성 오폐수 처리장치.
8. 원수가 유입되어 혐기반응에 의하여 처리됨으로써 가스 및 처리수가 배출되는 반응조와;
   상기 반응조의 내부에 서로 다른 형상을 갖는 제 1 및 제 2활성부가 배치되어 상기 반응조를 다단으로 구획함으로써 체류공간이 형성되어 상기 가스가 포집되며, 이 가스가 제 1 및 제 2활성부를 통과하는 과정에서 농도차이 및 기포형성으로 인하여 가스와 원수의 고액분리와 교반이 동시에 이루어질 수 있는 혐기 반응 활성수단과; 그리고
   상기 반응조의 일측에 배치되며, 상기 반응조의 하부에 형성된 체류공간의 가스를 상부로 순환시킴으로써 상기 하부의 체류공간을 채우기 위하여 상부의 원수가 하부로 이동함으로써 교반을 유도하는 가스 순환부를 포함하며,
   상기 가스 순환부는 반응조의 각각의 체류공간들에 연결되는 복수의 배관과, 각 배관들을 연결하는 배관과, 각 배관에 구비되어 배관을 개폐하는 밸브를 포함하며,
   상기 밸브를 개방하는 경우, 상기 반응조의 하부 체류공간에 포집된 가스가 보다 상단의 체류공간으로 순환됨으로써, 상기 가스가 배출된 체류공간을 채우기 위하여 반응조 상부의 원수가 하부로 이동하여 교반이 이루어질 수 있는 혐기성 오폐수 처리장치.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 반응조의 타측에는 상기 가스 순환부가 추가로 배치됨으로써, 상기 반응조 내부의 가스를 배출시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 혐기성 오폐수 처리장치.
10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 누적방지부는 상기 반응조 하부의 경사면 일측에 연결되어 원수가 유입되는 배관과, 상기 배관을 연결하여 흡입력을 발생시키는 배출펌프를 포함하는 혐기성 오폐수 처리장치.
    
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