KR101240216B1 - 폐수처리용 자가 발열 고온 호기성 소화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐수처리용 자가 발열 고온 호기성 소화 장치에 관한 것으로서, 고온 호기성 미생물의 활성화로 폐수에 포함된 유기물이 산화 분해되는 호기성 소화조와, 상기 호기성 소화조의 내측 하부에 구비되어 폐수를 순환하기 위한 리프팅력을 제공하는 공기를 배출하는 에어노즐이 수직상방으로 일정간격으로 배치되는 공기공급수단과, 상기 에어노즐에서 공기가 배출되면 상기 호기성 소화조의 내측 하부에 위치하는 폐수를 에어 리프트 현상에 의해 빨려 올라가도록 하는 스파이럴 형태의 내부돌기가 내벽면에 형성되는 안내부재로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 호기성 소화조 내부에 오니 및 폐수를 교반시키기 위해 공기를 스파이럴 형태의 내부돌기가 형성된 안내부재로 배출함에 따라 빠른 공기유속과 에어리프트 현상을 유도하여 호기성 소화조 내의 폐수를 효과적으로 상승시켜 호기성 미생물을 호기성 소화조 내에서 고르게 분산시켜 폐수에 존재하는 유기물의 분해 효율을 높이는 효과가 있다.

Description

폐수처리용 자가 발열 고온 호기성 소화 장치{ Autothermal Thermophilic Aerobic Digestor for Waste Water Treatment }

본 발명은 폐수처리용 자가 발열 고온 호기성 소화 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 설명하면, 호기성 소화조 내측 하부의 폐수를 공기로 교반시켜 호기성 소화조 내에서의 미생물을 활동을 증진시켜 폐수 내 유기물의 처리 효율을 높일 수 있는 폐수처리용 자가 발열 고온 호기성 소화 장치에 관한 것이다.

일반적으로 폐수는 인간 활동과 각종 산업 활동에 의해 끊임없이 생성되는 것으로, 이러한 폐수가 처리되지 않고 오염물질을 함유한 채로 자연생태계에 유입되면 각종 질병을 유발하는 등 인간생활에 많은 악영향을 미치게 된다.

따라서 폐수에서 오염물질을 제거하여야 할 시스템이 필수적으로 요구되는데, 폐수를 물리화학적으로 처리하는 방식과 생물학적으로 처리하는 방식이 적용되고 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 나눠지는데, 이들의 처리 방법에 있어 미생물들은 폐수 내에 균일하게 또는 플록(floc)을 형성하여 부유생활을 하거나 적당한 표면에서 부착생활을 하는 등 크게 두 가지 유형으로 대별할 수 있다.

호기성 소화(好氣性消化, aerobic digestion) 또는 호기성 분해는, 호기성 세균이 폐수 중의 용존산소를 소비하고, 영양원으로는 오염원 중의 유기물을 섭취한 후, 섭취된 유기물은 산화, 분해되고 미생물에 의해서 무용한 이산화탄소, 암모니아, 물 등의 무기화합물로 방출되는 것이다.

반면, 혐기성 소화(嫌氣性消化, anaerobic digestion) 또는 혐기성 분해는, 무산소성 균이 폐수 중의 유기물을 섭취하여 환원 분해하고, 무용한 무기화합물을 방출하는 것으로, 최종적으로 탄산가스나 메탄가스가 발생한다.

이와 같이, 혐기성 소화는 산소를 차단하고 혐기성 미생물에 의해 유기물질 을 가수분해 하는 것으로, 메탄발효에 의한 바이오가스를 회수할 수 있는 장점이 있으나, 온도, 유기물 부하, pH 등의 운전조건의 폭이 좁고, 2차 폐기물이 발생하며 악취가 심하다. 그리고 처리기간이 15 ~ 30일로 비교적 처리기간이 길고, 질소 및 잔류 유기오염물질을 처리를 위한 호기성 처리가 추가로 수반되어야 하는 단점이 있다. 또한, 온도유지를 위한 별도시설 필요하므로 시설비가 많고, 운전 및 관리비가 많다.

이에 반해 호기성 소화는 산소를 공급하며 중고온 미생물에 의한 유기물 분해하는 것으로, 유입폐수의 pH 제한이 없고 운전조건의 폭이 넓으며, 질소처리 효율이 혐기성처리에 비하여 매우 높아 연계시 유기물부하가 매우 낮다.

또한, 미생물의 유기물 산화시 발열반응에 의한 열을 이용하므로 온도유지를 위한 별도시설이 필요 없고, 운전 및 관리비가 적은 장점이 있다. 또한, 호기성 소화는 체류기간이 짧고, 2차 폐기물 발생이 적으며, 악취가 적고, pH의 상승효과 를 도모할 수 있는 장점이 있다.

이와 같이, 고온 호기성 소화에서 유기물의 화학적 에너지는 미생물에 합성되기도 하지만 대부분 열로써 주변에 방출된다. 예를 들어 글루코스(Glucose) 의 경우 약 60% 정도가 열로 변환되어 방출된다. 이와 같이 고온 호기성 세균을 이용한 소화를 자가발열 고온 호기성 소화고정(ATAD: Autothermal Thermophilic Aerobic Digestion)이라고 한다.

종래의 자가발열 고온 호기성 소화장치의 일예로 등록특허 제10-0939103호 가 제시된 바 있다. 이는 자체발열 중 고온 호기성 소화장치에 관한 것으로 고온 호기성 미생물의 활성화로 폐수에 포함된 유기물이 산화 분해되는 소정 크기의 호 기성 소화조와, 상기 호기성 소화조 내부의 폐수를 외부로 배출시킨 후 다시 호기 성 소화조 내부로 주입하는 폐수순환수단과, 상기 폐수순환수단에 의해 순환하는 폐수에 공기를 주입하고 용해시키는 제1공기주입수단과, 상기 호기성 소화조 상부 의 내부가스를 외부로 배출시킨 후 다시 호기성 소화조의 하부로 주입하는 내부가 스 순환수단과, 상기 내부가스순환수단에 의해 순환되는 내부가스에 공기를 주입하 기 위한 제2공기주입수단과, 상기 호기성 소화조 상부의 거품을 외부로 배출시킨 후 상기 폐수순환수단을 통해 다시 호기성 소화조의 하부로 주입하는 거품순환제거 수단과, 상기 호기성 소화조의 상단에 설치되어 호기성 소화조의 거품을 외부로 배 출시키기 위한 거품배출수단과, 상기 호기성 소화조 상부에 설치되어 호기성 소화 조 내부의 거품을 제거하는 살수거품제거수단을 포함하여 구성된다.

그런데 상기 호기성 소화장치는 내부가스 순환수단과 제2공기주입수단을 이용해 내부가스와 공기를 투입하여 폐수를 교반시키지만 폐수의 교반 효율을 증대시키기 위해 별도로 소화조 내의 폐수를 소화조의 하부로 재투입하기 위한 폐수순환수단이 더 구비되어 설비가 복잡하고 폐수와 공기 등을 함께 투입하기 위한 2류노즐을 구비함에 따라 소화조의 제작 단가가 상승되는 문제점을 안고 있다.

따라서 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적 은 소화조 내측 하부의 폐수를 공기의 투입만으로도 교반효율을 높여주어 호기성 소화조 내에서의 미생물의 활동을 증진시켜 폐수에 존재하는 유기물의 분해 효율을 높일 수 있는 폐수처리용 자가 발열 고온 호기성 소화 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 폐수의 교반효율을 높일 수 있으면서도 설비의 제작비용을 최소화할 수 있고 소화조 내부의 폐수 상측에 형성되는 거품층을 일정 두께 이하로 유지시켜 줄 수 있는 폐수처리용 자가 발열 고온 호기성 소화 장치를 제공하는 데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은;

고온 호기성 미생물의 활성화로 폐수에 포함된 유기물이 산화 분해되는 호기 성 소화조와, 상기 호기성 소화조의 내측 하부에 구비되어 폐수를 순환하기 위한 리프팅력을 제공하는 공기를 배출하는 에어노즐이 수직상방으로 일정간격으로 배치 되는 공기공급수단과, 상기 에어노즐에서 공기가 배출되면 상기 호기성 소화조의 내측 하부에 위치하는 폐수를 에어 리프트 현상에 의해 빨려 올라가도록 하는 스파 이럴 형태의 내부돌기가 내벽면에 형성되는 안내부재로 구성되는 것을 특징으로 하 는 폐수처리용 자가 발열 고온 호기성 소화 장치를 제공한다.

이때, 상기 안내부재는 상하가 개구된 원통형상으로 이루어지며 내주면을 따 라 스파이럴 형태의 내부돌기가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 호기성 소화조의 내부 상측에는 폐수가 유입되는 폐수유입관이 구비되어 집수조내의 폐수를 제1펌프를 구동하여 호기성 소화조의 내부에 투입하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 호기성 소화조의 벽면 상측에는 호기성 소화조 내 폐수의 처리 과정에서 발생되는 거품층이 일정 높이를 초과하면 집수조로 자연 배출될 수 있도 록 거품유출관이 연결되고, 상기 집수조는 폐수를 교반하는 교반기가 구비되며, 상 기 집수조의 폐수는 제1펌프의 구동에 의해 폐수유입관을 통해 상기 호기성 소화조 의 내부 상측으로 투입되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 호기성 소화조의 벽면 하측에는 호기성 소화조의 폐수를 상기 호 기성 소화조의 상측으로 재투입하기 위한 폐수순환관과 제2펌프가 구비되는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 공기공급수단은 에어블로워의 구동에 따라 외부공기를 호기성 소화조의 내부로 강제 공급하는 공기공급관과, 호기성 소화조 내부의 공기공급관에 수직 상방으로 설치되어 공기를 배출하는 다수의 에어노즐로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 호기성 소화조 내부에 산소를 공급하고 동시에 폐수를 교반시키기 위해 공기를 스파이럴 형태의 내부돌기가 형성된 안내부재로 배출함에 따라 빠른 공기유속과 에어리프트 현상을 유도하여 호기성 소화조 내 하부의 오니(汚泥)와 폐수를 효과적으로 상승시켜 호기성 미생물을 호기성 소화조 내에서 고르게 분산시켜 폐수에 존재하는 유기물의 분해 효율을 높이는 효과가 있다.

특히, 본 발명은 호기성 소화조의 폐수를 하부로 재투입하지 않으면서도 폐 수와 오니의 상승효과로 교반효율을 높일 수 있어 설비비용을 최소화하는 효과도 있다.

아울러, 본 발명은 호기성 소화조 내부의 폐수나 일정높이를 초과하는 거품 을 폐수를 공급하기 위한 집수조에서 교반하여 호기성 소화조의 상부로 재투입하여 호기성 소화조 내의 미생물을 고르게 분산 및 활동을 증진시켜주고 거품층의 두께 도 일정하게 유지시켜주는 효과도 있다.

도 1은 일반적인 음폐수 처리과정을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 폐수처리용 자가 발열 고온 호기성 소화 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 폐수처리용 자가 발열 고온 호기성 소화조의 공기공급수단 및 안내부재를 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 폐수처리용 자가 발열 고온 호기성 소화 장치를 첨부한 도면 을 참고로 하여 이하에 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.

도 1에 의하면, 통상 음폐수(음식물 폐수) 등은 집수설비(1)에 수집되어 탈수(2)과정을 거치면서 일부는 퇴비화 또는 비료화되어 농작물의 성장 촉진에 사용되며, 탈리액인 폐수는 집수조(3)로 집수되어 자가 발열 고온 호기성 소화조(100)로 투입되어 처리된 후, 혐기성 소화조(4)를 거친 후 생물학적 및 화학적 처리(5)를 거친 후 하수 처리가 이루어진다.

이때, 본 발명에 따른 폐수처리용 자가 발열 고온 호기성 소화 장치는 호기성 소화조(100) 내의 폐수를 고르게 교반시켜 호기성 소화조(100) 내에서의 미생물의 활동을 증진시켜 폐수의 처리효율을 극대화시키기 위해 고온 호기성 세균을 이용한 소화를 하는 자가발열 고온 호기소화(ATAD: Autothermal Thermophilic Aerobic Digestion)공법을 이용하는 것으로, 통상 음폐수는 보통 pH 2.8 ~ 4 정의 산성이므로 바로 생물학적 처리를 하기 위해서는 중화가 필수적인데 ATAD에서는 미생물반응에 의해 pH가 상승하여 중성 또는 약 알칼리성을 유지할 수 있어 pH 중화용 약품소요 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 자가발열에 의해 온도가 60℃ 이상 상승하므로 고온혐기성소화조의 적용온도인 55℃를 만족하는바 별도의 가온비용이 불필요하고, 60℃ 이상에서는 유산균 및 병원성미생물이 사멸하여 병원성미생물 등의 처리를 위한 약품비용도 절감할 수 있고, 폐수성상변화로 후단에 구비되는 혐기성소화조(미도시됨)에서의 처리가능성도 증대시킬 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 폐수처리용 자가 발열 고온 호기성 소화 장치는 도 2 및 도 3에 의하면 고온 호기성 미생물의 활성화로 폐수에 포함된 유기물이 산화 분해되는 호기성 소화조(100)와, 상기 호기성 소화조(100)의 내측 하부에 구비되어 폐수를 순환하기 위한 리프팅력을 제공하는 공기를 배출하는 다수의 에어노즐(116)이 수직상방으로 일정간격으로 배치되는 공기공급수단(110)과, 상기 에어노즐(116)에서 공기가 배출되면 상기 호기성 소화조(100)의 내측 하부에 위치하는 폐수 및 오니를 에어 리프트 현상에 의해 빨려 올라가도록 하는 스파이럴 형태의 내부돌기(122)가 내벽면에 형성되는 안내부재(120)로 구성된다.

이와 같은 공기의 리프팅력을 이용하여 폐수를 교반하는 경우 원통형상의 안내부재(120)의 내부를 따라 공기가 상승하면서 폐수가 안내부재(120)의 상측으로 리프팅되면서 상측으로 이동하게 되며 이 경우 스파이럴 형태의 내부돌기(122)에 의해 소용돌이를 일으키며 폐수가 상승하게 되어 폐수의 교반효율을 별도의 설비가 없이도 높일 수 있게 된다.

이하, 본 발명에 따른 폐수처리용 자가 발열 고온 호기성 소화 장치의 각부 구성을 좀 더 구체적으로 설명한다.

먼저, 상기 호기성 소화조(100)의 내부 상측에는 폐수가 유입되는 폐수유입관(131)이 구비되어 집수조(3)내의 폐수를 제1펌프(130)를 구동하여 호기성 소화조(100)의 내부에 투입한다.

한편, 상기 호기성 소화조(100)의 내부 상측에는 호기성 소화조(100) 내로의 산소공급을 위한 에어블로워에서 공급되는 공기가 거품, 수증기, 악취물질 등과 함께 배출되는데 이를 세정하기 위한 세정탑으로 배출되도록 가스배출관(140)이 연결된다.

한편, 상기 호기성 소화조(100)의 벽면 상측에는 호기성 소화조(100) 내 폐수의 처리과정에서 발생되는 거품층이 일정 높이를 초과하면 집수조(3)로 자연 배출될 수 있도록 거품유출관(150)이 연결된다. 자가 발열 고온 호기성 소화공정에서 DO 농도를 유지하기 위하여 공기가 주입됨에 따라 상당한 양의 거품이 발생하게 되는데 이러한 거품층의 형성은 공정의 안정적인 운전을 판단할 수 있는 중요한 인자이며 또한 고온 호기성 공정에서 거품의 제어는 공정의 안정적 운전을 위해 매우 중요하므로 폐수 상측에 형성되는 거품층의 높이를 일정하게 유지시켜주어야 유기물을 처리하는 미생물의 대사를 활발하게 유도할 수 있다.

이때, 상기 집수조(3)는 폐수가 채워지는 것으로 내부에는 폐수를 교반하기 위한 프로펠러가 회전가능하게 장착되는 교반기(152)가 구비되어 상기 거품유출관(150)을 통해 유입되는 거품을 폐수와 혼합시켜 거품을 집수된 폐수와 혼합하여 제거한다. 이와 같은 집수조(3)의 폐수는 제1펌프(130)의 구동에 의해 호기성 소화조(100)의 내부에 투입된다.

또한, 상기 호기성 소화조(100)의 수류의 말단부 벽면 하측에는 호기성 소화조(100)의 폐수 및 오니를 상기 호기성 소화조(100)의 폐수 유입부 측으로 재투입하기 위한 폐수순환관(160)이 연결되며, 제2펌프(162)의 구동에 의해 폐수 및 오니가 순환이동하게 된다.

이때, 상기 제1 및 제2펌프(130,162)의 구동에 의해 집수조(3) 및 호기성 소화조(100)의 폐수는 호기성 소화조(100)의 유입부 상측으로 재투입되어 폐수가 호기성 소화조(100) 내부에서 고르게 상승 및 분산될 수 있도록 함은 물론 거품을 줄여주는 기능도 하게 된다.

한편, 상기 호기성 소화조(100)의 내측 하부에 구비되어 공기를 배출하는 공기공급수단(110)은 에어블로워(112)의 구동에 따라 외부공기를 호기성 소화조(100)의 내부로 강제 공급하는 공기공급관(114)과, 호기성 소화조(100) 내부의 공기공급관(114)에 수직 상방으로 설치되어 공기를 배출하는 다수의 에어노즐(116)로 이루어진다.

또한, 각각의 에어노즐(116)의 상측에는 상하가 개구된 원통형상의 안내부재(120)가 설치된다. 이와 같은 구조에 의해 에어노즐(116)에서 공기가 배출되면 공기의 리프팅력을 이용하여 폐수(W)를 교반하는 경우 원통형상의 안내부재(120)의 내부를 따라 공기가 상승하면서 폐수가 안내부재(120)의 하측으로 빨려 들어오면서 유입되어 리프팅되면서 호기성 소화조(100)의 내부 상측으로 이동하게 되어 폐수의 생물학적 처리 효율을 증대시켜 주게 된다.

이때, 상기 안내부재(120)는 원통형상으로 이루어지며 내부면을 따라 스파이럴 형태의 내부돌기(122)가 형성되어 안내부재(120)로 유입되는 수조 하부의 폐수가 스파이럴 형태의 내부돌기(122)에 의해 안내되면서 소용돌이를 일으키며 상승하게 되어 빠른 공기유속과 에어리프트 현상에 의해 폐수의 교반효율을 높일 수 있다.

따라서 본 발명은 공기를 호기성 소화조(100)의 내측 하부로 투입시켜 가스의 리프팅(lifting)현상에 의해 호기성 소화조(100) 하부에 미생물 등이 침적되지 않으면서 효율적으로 상부로 순환시켜 호기성 소화조(100)내 미생물의 농도를 전체적으로 고르게 유지시켜 주면서도 미생물의 활동을 증진시켜 폐수에 존재하는 유기물의 분해 효율을 높일 수 있다.

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

100: 호기성 소화조 110: 공기공급수단
112: 에어블로워
114: 공기공급관 116: 에어노즐
120: 안내부재 122: 내부돌기
130: 제1펌프 131: 폐수유입관
140: 가스배출관 150: 거품유출관
160: 폐수순환관 162: 제2펌프

Claims (6)

1. 고온 호기성 미생물의 활성화로 폐수에 포함된 유기물이 산화 분해되는 호기성 소화조(100)와, 상기 호기성 소화조(100)의 내측 하부에 구비되어 폐수를 순환하기 위한 리프팅력을 제공하는 공기를 배출하는 에어노즐(112)이 수직상방으로 일정간격으로 배치되는 공기공급수단(110)과, 상기 에어노즐(112)에서 공기가 배출되면 상기 호기성 소화조(100)의 내측 하부에 위치하는 폐수를 에어 리프트 현상에 의해 빨려 올라가도록 하는 스파이럴 형태의 내부돌기(122)가 내벽면에 형성되는 안내부재(120)로 구성되며,
   상기 안내부재(120)는 상하가 개구된 원통형상으로 이루어지며 내주면을 따라 스파이럴 형태의 내부돌기(122)가 형성되며,
   상기 호기성 소화조(100)의 벽면 상측에는 호기성 소화조(100) 내 폐수의 처리과정에서 발생되는 거품층이 일정 높이를 초과하면 집수조(3)로 자연 배출될 수 있도록 거품유출관(150)이 연결되고, 상기 집수조(3)는 폐수를 교반하는 교반기(152)가 구비되며, 상기 집수조(3)의 폐수는 제1펌프(130)의 구동에 의해 폐수유입관(131)을 통해 상기 호기성 소화조(100)의 내부 상측으로 투입되며,
   상기 호기성 소화조(100)의 벽면 하측에는 호기성 소화조(100)의 폐수를 상기 호기성 소화조(100)의 유입부 상측으로 재투입하기 위한 폐수순환관(160)과 제2펌프(162)가 구비되며,
   상기 공기공급수단(110)은 에어블로워(112)의 구동에 따라 외부공기를 호기성 소화조(100)의 내부로 강제 공급하는 공기공급관(114)과, 호기성 소화조(100) 내부의 공기공급관(114)에 수직 상방으로 설치되어 공기를 배출하는 다수의 에어노즐(116)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐수처리용 자가 발열 고온 호기성 소화 장치.
   
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