KR101276404B1 - 에너지 절감형 생물반응조 보온시스템 - Google Patents

에너지 절감형 생물반응조 보온시스템 Download PDF

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이강유
김진규
장성환
최규채
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주식회사 지이글로벌
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Abstract

에너지 절감형 생물반응조 보온시스템이 개시된다. 개시된 보온시스템은, 본 발명의 에너지 절감형 생물반응조 보온시스템은, 호기미생물에 의하여 하수를 생물학적으로 처리하는 생물반응조; 하수가 일정 수위로 채워진 상기 생물반응조로 일정 온도의 공기를 공급하는 하나 이상의 송풍장치; 및,원호 형상으로 형성된 육면체로 생물반응조 내부를 보온시키고, 생물반응조에서 발생된 악취가 내부공간으로 흡입되어 통과되는 동안 악취를 흡착하여 제거시키며, 생물반응조 위를 밀폐시키도록 결합되는 복수의 악취 제거용 보온덮개모듈;을 포함하며, 상기 보온덮개모듈 내측은 하부 중앙에 상기 악취를 포함한 공기가 유동하는 통기로가 형성되고, 상기 통기로의 양측에는 하부 밀폐챔버가 형성되며, 상기 통기로의 상측에는 상부 밀폐챔버가 형성된 것으로, 상기 통기로에는 화학적 필터 또는 생물학적 필터가 장착되어 상기 악취를 제거하고, 상기 상부 밀폐챔버 및 상기 하부 밀폐챔버에는 다공의 허니컴부재가 내장되어 보온성능이 향상되고, 상기 보온덮개모듈은 합성수지, 유기성 폐기물, 무기질필러, 광분해 안정제 및, 자외선 차단제를 합성하여 제작된 바이오 플라스틱 원료로 압출 성형되며, 상기 바이오플라스틱은 0.1~1㎛로 건조분쇄된 상기 유기성폐기물과 상기 무기질필러를 혼합하여 배합하여 1차 배합물을 생성하는 1차 배합공정과, 상기 1차배합물에 상기 광분해 안정제 및 상기 자외선 차단제를 첨가하여 2차 배합물을 생성하는 2차 배합공정과, 상기 2차 배합물에 상기 합성수지를 혼합하여 배합하여 3차 배합물을 생성하는 3차 배합공정과, 상기와 같이 생성된 3차 배합물을 압출성형하는 4차 성형공정을 통해 제조된 것을 특징으로 한다.

Description

에너지 절감형 생물반응조 보온시스템{System for Heat Insulating Covering of Bio Reactor having Low Energy Consumption-Type}
본 발명은 에너지 절감형 생물반응조 보온시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 동절기와 같은 저온의 기후환경에서도 공공하수시설의 생물반응조를 보온시켜 하ㆍ폐수를 처리할 수 있도록 하고 생물반응조에 공급된 압축공기를 이용하여 악취를 제거하는 에너지 절감형 생물반응조 보온시스템에 관한 것이다.
최근 급속히 진행되는 기후변화에 따른 엘리뇨, 라니냐 현상의 발생빈도가 증가하고 있으며, 이에 따른 동절기 집중한파가 진행되고 있는 것이 현실이다. 이는 생물학적으로 하/폐수를 처리함에 있어 그 처리성능에 막대한 영향을 미치고 있고, 결과적으로 방류하천수계 오염부하량을 증가시키는 원인으로 작용하고 있으며, 나아가 방류하천 부영화 원인물질 축적을 초래하여 여름철 녹조발생의 원인으로도 작용할 수 있다.
이에 동절기 수온저하방지를 위한 다각적인 연구와 기술로서, 히트펌프나 보온덮개 등의 기술이 개발되어 현장에 적용되고 있지만, 히트펌프는 막대한 양의 에너지를 요구함으로 인하여 저탄소 녹색성장에 적합지 않으며, 보온덮개는 보온력이 떨어져 보온성에 한계를 나타내고 있으며, 아울러, 반응조 내에서 발생된 악취물질이 보온덮개 내부에 농축되어 운영관리자의 안전을 보장할 수 없는 실정이다. 이를 보완하고자 별도의 덕트를 설치하여 덮개 내부의 악취를 포집한 후 탈취설비로 이송 및 처리하는 과정을 거치고 있다.
또한, 종래에 보온덮개 설비의 재질은 알루미늄, PVC, PE, FRP가 주를 이루고 있으며, 이러한 보온덮개는 100% 화학물질로 구성된 비친환경적 조성물로서 자연분해가 쉽게 되지 않아 소각이나 매립 방식으로 처리되고 있다. 이에 따른 막대한 예산과 자원을 낭비하고 있는 실정이다. 따라서 종래의 대안기술로는 전분 등을 이용한 생 분해성물질을 이용하고 있지만 강도나 내구성 등이 현저히 낮아 현장에 적용하기에 는 적합하지 않은 문제가 있었다.
더욱이 종래기술과 같이 보온덮개를 설치하면, 시설 내부에 농축된 악취물질을 배출 및 제거하기 위하여 별도의 탈취용 팬과 함께 탈취설비를 구비해야 하는 비용이 증가할 뿐 아니라, 더불어 탈취설비를 작동시키기 위하여 많은 에너지를 소비해야 하는 문제도 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-0975301호 대한민국 등록특허공보 제10-0907273호
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 창안된 것으로서, 동절기, 하폐수를 처리하기 위한 생물반응조의 수온을 절적하게 유지하도록 보온력이 향상될 뿐 아니라, 시설운영에 소요되는 에너지소비량을 절감할 수 있으며, 유기성 폐자원을 이용한 바이오 플라스틱재질로 보온덮개를 제작함으로써 자원재활용을 통한 녹생성장의 기틀을 마련할 수 있는 에너지 절감형 생물반응조 보온시스템을 제공하는데 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 에너지 절감형 생물반응조 보온시스템은, 호기미생물에 의하여 하수를 생물학적으로 처리하는 생물반응조; 하수가 일정 수위로 채워진 상기 생물반응조로 일정 온도의 공기를 공급하는 하나 이상의 송풍장치; 및,원호 형상으로 형성된 육면체로 생물반응조 내부를 보온시키고, 생물반응조에서 발생된 악취가 내부공간으로 흡입되어 통과되는 동안 악취를 흡착하여 제거시키며, 생물반응조 위를 밀폐시키도록 결합되는 복수의 악취 제거용 보온덮개모듈;을 포함하며,
상기 보온덮개모듈 내측은 하부 중앙에 상기 악취를 포함한 공기가 유동하는 통기로가 형성되고, 상기 통기로의 양측에는 하부 밀폐챔버가 형성되며, 상기 통기로의 상측에는 상부 밀폐챔버가 형성된 것으로, 상기 통기로에는 화학적 필터 또는 생물학적 필터가 장착되어 상기 악취를 제거하고, 상기 상부 밀폐챔버 및 상기 하부 밀폐챔버에는 다공의 허니컴부재가 내장되어 보온성능이 향상되고,
상기 보온덮개모듈은 합성수지, 유기성 폐기물, 무기질필러, 광분해 안정제 및, 자외선 차단제를 합성하여 제작된 바이오 플라스틱 원료로 압출 성형되며,
상기 바이오플라스틱은 0.1~1㎛로 건조분쇄된 상기 유기성폐기물과 상기 무기질필러를 혼합하여 배합하여 1차 배합물을 생성하는 1차 배합공정과, 상기 1차배합물에 상기 광분해 안정제 및 상기 자외선 차단제를 첨가하여 2차 배합물을 생성하는 2차 배합공정과, 상기 2차 배합물에 상기 합성수지를 혼합하여 배합하여 3차 배합물을 생성하는 3차 배합공정과, 상기와 같이 생성된 3차 배합물을 압출성형하는 4차 성형공정을 통해 제조된 것을 특징으로 한다.
상기 보온덮개모듈의 좌측면에는 요부가 형성되고 우측면에 철부가 형성되어, 상기 보온덮개모듈이 좌우방향으로 연속적으로 결합되는 것이 바람직하다.
상기 화학적 필터는 합성수지 45~75중량%, 무기질필러 15~45중량% 및 산화규소화합물 2중량%~32중량%, 나노점토 5~35중량%, 전이금속으로 이루어진 중합체 3중량%~33중량%로 이루어지도록 구성할 수 있다.
또한, 상기 생물학적 필터는 효소촉진제인 인산이수소카륨(K2HPO4) 1~2g, 인산수소이칼륨(K2HPO4) 2~5g, 인산수소이나트륨(Na2HPO4ㆍ7H2O) 8~10g, 염화암모늄 (NH4Cl) 0.2~1g, 황산마그네슘 (MgSO4ㆍ7H2O) 4~6g, 과탄산나트륨 2~12g, 중탄산나트륨 20~40g 및 탄산나트륨 40~200g을 H2O 1L와 혼합한 알카리도가 높은 효소 촉진제수용액으로 된 1차 생성 혼합물 10중량% 내지 30중량%와,
피트모스 50~100g, CMC1~2g, 보크사이트 50~100g, 생석회 200~300g, 규조토200~300g, 제오라이트 250~500g, 고분자응집제 0.5~1g, 황산알루미늄 50~150g(alum황산반토), 염화제이철 0.5~5g(Ferric chloride, FeCl3), 염화제일철 0.5~5g(Ferric chloride, FeCl2), 규산알루미늄 50~100g 및, 석고형백시멘트계 30~150g의 분말계가 혼합된 2차 생성 혼합물 70중량% 내지 90중량%를 혼합 교반하여 경화, 압축 또는 압출 성형하여 형성될 수 있다.
여기서, 상기 보온덮개모듈의 상기 통기로를 통해 유동되는 공기의 유속은 0.1 ~ 0.5m/sec 범위인 바람직하다.
본 발명에 따르면, 수온저하 방지를 통한 생물학적 고도처리시스템의 안정적 성능유지를 할 수 있을 뿐 아니라, 자연채광에 의한 열에너지와 공기공급으로 발생되는 기열을 재활용함으로써 에너지 투입비용을 최소하고 경제적인 시설운용을 꽤할 수 있으며, 나아가 저탄소 녹생성장 및 에너지 자립화 시설로의 페러다임 전환을 실현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 보온덮개모듈에 허니컴부재가 내장되어, 열손실을 절감함으로써, 보온력을 향상시킴으로써, 에너지 투입비용을 더욱더 최소할 수 있는 효과가 있다.
또한, 유기성 폐자원을 이용한 바이오 플라스틱재질로 보온덮개모듈을 제작함으로써, 자원재활용을 통한 녹색성장의 기틀을 마련할 수 있는 효과가 있다.
또한, 생물반응조에서 발생된 악취물질이 보온덮개모듈을 통과하면서, 보온덮개모듈 내부에 장착된 화학적 필터 또는 생물학적 필터를 통해 제거된 후, 정화된 공기가 외부에 배출됨으로써, 대기오염을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 에너지 절감형 생물반응조 보온시스템을 나타낸 단면 사시도이고,
도 2는 본 발명에 따른 실시 예로, 에너지 절감형 생물반응조 보온시스템에서 보온덮개모듈을 나타낸 사시도이고,
도 3은 도 2의 보온덮개모듈을 절단한 단면사시도이고,
도 4는 본 발명에서 화학적 필터가 장착된 보온덮개모듈을 나타낸 사시도이고,
도 5는 도4에서 화학적 필터가 분리된 상태를 나타낸 보온덮개모듈을 나타낸 사시도이고,
도 6은 본 발명에서 생물학적 필터가 장착된 보온덮개모듈을 나타낸 사시도이고,
도 7은 도 1에 도시된 제 1 연결부재를 나타낸 사시도이고,
도 8은 도 7에 표시된 A-A선을 따라 나타낸 단면도이고,
도 9는 도 1에 도시된 제 2 연결부재를 나타낸 사시도이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
이하 본 발명에 따른 에너지 절감형 생물반응조 시스템에 대해 설명한다.
도 1에서, 일정 처리용량을 갖는 생물반응조(1)의 개방된 상부에 복수의 단위모듈로 이루어진 보온덮개모듈(10)이 반원형의 터널 형상으로 기밀 설치된다. 보온덮개모듈(10)은 반구형의 돔형상 또는 다양한 형상으로 제작될 수 있다.
생물반응조(1)는 호기미생물에 의하여 하수를 생물학적으로 처리하는 것으로, 슬러지와 부유물 등을 포함한 오ㆍ폐수를 호기성 미생물로 반응시켜 수처리하는 것이다.
보온덮개모듈(10)은 생물반응조(1) 상단에 단위모듈로 이루어진 복수의 보온덮개모듈(10)을 상하좌우로 결합시켜 기밀이 유지되도록 밀폐시킨 것이다. 보온덮개모듈(10)은 일정 곡률을 갖는 원호 형상으로 형성된 육면체이다.
보온덮개모듈(10)은 생물반응조(1) 내부를 보온시키고, 내부공간에서 생물반응조(1)에서 발생된 악취를 흡착하고 생물학적 또는 화학적으로 분해시키는 것이다. 보온덮개모듈(10)은 반원형상의 터널으로 제작 및 설치하기 위하여 각 모듈의 크기 및 형상이 달라질 수 있다.
보온덮개모듈(10)은 합성수지 35~65중량%, 전분 10~40중량%, 무기질필러 15~45중량%를 합성하여 제작된다. 이때, 전분 10~40중량%은 유기성폐기물(전분, 왕겨, 볏집, 하수처리장슬러지 등) 10~40중량%으로 확장될 수 있고, 여기에 첨가제로 광분해 안정제 5~35중량%와 자외선 차단제 5~35중량%를 합성하여 제작될 수 있는 바이오플라스틱을 원료로 압출성형되는 것을 특징으로 한다.
상기 바이오플라스틱은 0.1~1㎛로 건조분쇄된 유기성폐기물과 무기질필러를 혼합하여 배합하여 1차 배합물을 생성하는 1차 배합공정과, 상기 1차배합물에 첨가제를 첨가하여 2차 배합물을 생성하는 2차 배합공정과, 상기 2차 배합물에 합성수지를 혼합하여 배합하여 3차 배합물을 생성하는 3차 배합공정과, 상기와 같이 생성된 3차 배합물을 압출성형하는 4차 성형공정으로 이루어질 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 보온덮개모듈(10)은 내측이 상부와 하부로 나뉘어지고, 하부 중앙부에는 악취를 흡착하는 화학적 필터(18, 도5참조) 또는 생물학적 필터(19, 도6참조)가 장착되는 통기로(13)가 전후방향으로 관통형성되고, 통기로(13)의 양측에는 전후 방향으로 하부 밀폐챔버(12,14)가 마련되되, 상기 하부 밀폐챔버(12,14)의 전단 및 후단은 막힌 형태로 밀폐된다.
또한, 통기로(13)의 상부 즉 보온덮개모듈(10)의 내측 상부에는 통기로(13), 하부 밀폐챔버(12,14) 위로 3개의 상부 밀폐챔버(11)가 형성된다. 상부 밀폐챔버(11)는 하부 밀폐챔버(12,14) 보다 높이가 작도록 구성되며, 상부 밀폐챔버(11)도 하부 밀폐챔버(12,14)와 동일하게 보온덮개모듈(10)의 전후 방향을 따라 형성되며, 그 전단 및 후단은 막힌 형태로 형성된다.
본 실시 예에서, 상부 밀폐챔버(11) 및 하부 밀폐챔버(12,14)에는 전후방향을 따라 다공구조를 갖는 허니컴 부재(17)가 형성된다. 허니컴 부재(17)는 벌집 형상의 다수의 구멍이 하부 및 상부 밀폐챔버(11,12,14)의 전후방향을 따라 형성된다.
즉, 상기 허니컴부재(17)는, 힘응력과 압축응력을 높이기 위해 육각 또는 원형의 다공성 형상을 갖고, 다수개의 구멍이 적층형으로 중첩된 구조로 이루어져 있어 구멍에 함유되어 있는 공기층도 적층형으로 중첩된 구조가 된다.
보온덮개모듈(10) 내측 상/하부에 형성된 상부 밀폐챔버(11)와 하부 밀폐챔버(12,14)는 공기가 밀폐되어 있으므로, 생물 반응조(1) 내부의 열손실을 줄여 보온함으로써, 보온덮개모듈(10) 안쪽, 즉 생물반응조(1) 내부 온도가 일정하게 유지되도록 하는 것이다.
특히, 상부 밀폐챔버(11)와 하부 밀폐챔버(12,14)에 허니컴 부재(17)가 형성되어 있기 때문에, 보온력이 더욱더 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 본온덮개모듈(10)은 통기로(13)에 화학적 필터(18)를 장착하여 통기로(13)를 통해 유동하는 공기 중의 악취를 흡착하여 제거할 수 있는 구성을 더 포함할 수 있다. 통기로(13)를 통해 유동되는 공기의 유속은 0.1 ~ 0.5m/sec 범위인 것이 악취제거에 바람직하다.
화학적 필터(18)는 통기로(13)와 동일한 크기 또는 다소 작은 크기로 구성될 수 있으며, 도 5와 같이, 전후 방향으로 다수의 통공이 형성된 다공판재로 이루어질 수 있다.
화학적 필터(18)는 합성수지 45~75중량%, 무기질필러 15~45중량%(5~10㎛ 7~30중량%, 3㎛ 이하 3~15중량%) 및 산화규소화합물 2중량%~32중량%, 나노점토 5~35중량%, 전이금속(크롬, 구리, 아연, 망간, 철, 니켈, 구리)으로 이루어진 중합체 3중량%~33중량%의 조성비를 갖는다.
화학적 필터(18)의 통공을 유동하는 악취는 전이금속에 의해 흡착되어 화학적으로 제거될 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 본온덮개모듈(10)은 도 6을 참조하면, 통기로(13)에 생물학적 필터(19)를 장착하여 통기로(13)를 통해 유동하는 악취를 흡착하여 제거할 수 있는 구성을 더 포함할 수 있다.
생물학적 필터(19)는 바이오담체로 이루어질 수 있으며, 안착대(19a) 상에 안착되어, 통기로(13)에 장착될 수 있다. 생물학적 필터(19)는 효소촉진제인 인산이수소카륨(K2HPO4) 1~2g, 인산수소이칼륨(K2HPO4) 2~5g, 인산수소이나트륨(Na2HPO4ㆍ7H2O) 8~10g, 염화암모늄 (NH4Cl) 0.2~1g, 황산마그네슘 (MgSO4ㆍ7H2O) 4~6g, 과탄산나트륨 2~12g, 중탄산나트륨 20~40g 및 탄산나트륨 40~200g을 H2O 1L와 혼합한 알카리도가 높은 효소 촉진제수용액으로 된 1차 생성 혼합물 10중량% 내지 30중량%와, 피트모스 50~100g, CMC1~2g, 보크사이트 50~100g, 생석회 200~300g, 규조토200~300g, 제오라이트 250~500g, 고분자응집제 0.5~1g, 황산알루미늄 50~150g(alum황산반토), 염화제이철 0.5~5g(Ferric chloride, FeCl3), 염화제일철 0.5~5g(Ferric chloride, FeCl2), 규산알루미늄 50~100g 및, 석고형백시멘트계 30~150g(도자기용으로 일반적으로 사용되는 석고 A급,B급,C급)의 분말계가 혼합된 2차 생성 혼합물 70중량% 내지 90중량%를 혼합 교반하여 일정한 틀에 경화, 압축 또는 압출 성형하여, 도 6과 같이 막대형상으로 형성될 수 있다. 다만, 막대형상에 한정되는 것은 아니며 타원형, 구형 등 다양하게 성형될 수 있음은 물론이다.
상기와 같이 본 발명은 통기로(13)에 화학적 필터(18) 또는 생물학적 필터(19)를 장착하여, 화학적 또는 생물학적 방법으로, 통기로(13)를 통해 유동하는 악취성분을 흡착하여 제거시킬 수 있다.
한편, 본 발명에서 보온덮개모듈(10)은 좌측면에 오목한 요부(15)가 형성되고, 보온덮개모듈(10) 우측면에 볼록한 철부(16)가 형성된다.
도 1과 같이, 보온덮개모듈(10) 좌/우측면에 각각 형성된 요부(15)와 철부(16)는 좌우방향으로 이웃하는 복수의 보온덮개모듈(10)을 연속적으로 결합하기 위한 것이다. 보온덮개모듈(10) 좌측면과 우측면에 형성된 요부(15)와 철부(16)는 좌우측에서 억지끼움 또는 상하방향에서 슬라이딩으로 삽입하여 결합된다.
한편, 전후 방향으로 이웃하는 보온덮개모듈(10)들은 도 1과 같이, 제 1 연결부재(20) 또는 제 2 연결부재(20')에 의해 연결될 수 있다. 제 1 연결부재(20)와 제 2 연결부재(20')는 보온덮개모듈(10)과 대응되도록 원호형상으로 형성된다.
도 7 및 도 8과 같이, 제 1 연결부재(20)는 두 판(20a,20b)이 이격되며, 그 사이에 두개의 격판(21,22)이 이격설치된다.
두 판(20a,20b) 사이에는 2개의 격판(21,22) 외측으로, 덮개 삽입부(21a,21b)가 각각 형성된다. 따라서, 전후 방향으로 이웃하는 두 보온덮개모듈(10)이 덮개 삽입부(21a,21b)의 전후방향에서 삽입되어 결합될 수 있다.
이때, 두 판(20a,20b) 중 내측판(20a)은 두 격판(21,22) 사이의 영역에 다수의 제 1 기공(24)이 형성되고, 각각의 격판(21,22)에는 다수의 제 2 기공(21a,22b)이 형성된다.
도 9와 같이, 제 2 연결부재(20')는 내측판(20a)에 형성된 제 1 기공(24)만 없을 뿐, 제 1 연결부재(20)와 동일하게 형성된다. 제 2 연결부재(20')들로 이루어진 반원형의 상측에는 공기배출구(25)가 형성된다.
상기한 구성에 따라, 생물반응조(1) 내에서 발생된 기류는 제 1 연결부재(20)의 제 1 기공(24)을 통해 유입되어 제 2 기공(21a,22b)을 통해 양측으로 배출되어 보온덮개모듈(10)의 통기로(13)로 유입되고, 보온덮개(10)의 통기로(13)로 유입된 기류는 제 2 연결부재(20)의 제 2 기공(21a,22b)을 통해 유입된 후, 상방향으로 이동하여 공기배출구(25)를 통해 외부로 배출되게 된다.
한편, 하수가 일정 수위로 채워진 생물반응조(1) 아래에는 일정 온도의 공기를 공급하는 하나 이상의 송풍장치(P)가 설치된다. 송풍장치(34)는 생물반응조(1)에 공기를 폭기시키는 것으로 송풍장치(P)에서 공급되는 공기는 0.1~10kgf/cm2의 압력으로 대략 40~90℃의 온도를 유지하도록 한다.
다음으로, 본 발명의 에너지 절감형 생물반응조 보온 시스템의 작용을 설명한다.
공공하수시설의 생물반응조(1)에 슬러지 및 부유물 등이 포함된 하수, 오수또는 폐수 등이 일정량으로 투입되고, 생물반응조(1)에는 호기성 미생물에 의하여생물학적인 처리가 이루어진다. 그리고 공공하수시설의 생물반응조(1)에는 유기물산화와 질산화를 위한 공기의 공급이 요구된다. 따라서 생물반응조(1) 바닥면에 설치된 하나 이상의 송풍장치(P)로부터 압축공기가 공급된다. 송풍장치(P)에서 공급된 공기는 생물반응조(1)의 호기성 미생물에 공기의 공급과 더불어 밀폐된 생물반응조(1)에 일정의 공기압을 제공한다. 생물반응조(1)로 공급되는 공기는 대략0.1~10kgf/cm2의 압력, 바람직하게는 0.5kgf/cm2이상의 압력과 송풍팬의 구동으로 열이 발생된다. 이때, 송풍장치(P)에서 공급되는 공기의 온도는 대략 40~90℃인것이 좋다.
송풍장치(P)에서 공급된 일정의 열에너지를 갖는 공기는 생물반응조(1)에 폭기되어 호기성 미생물의 유기성산화와 질산화를 위하여 필요로 하는 공기로 공급된 후에 하수처리시설 내에 기류를 형성하는 에너지로 작용한다. 즉 보온덮개모듈(10)로 상부가 덮인 생물반응조(1)는 밀폐되어 있으므로 송풍장치(P)에서 공급된 공기로 인하여 생물반응조(1) 내에서 일정 압력이 형성된다. 그리고 생물반응조(1)에서 생물학적인 반응에 의하여 악취가 발생되고, 이 악취는 공기와 혼합된다. 그리고 일정 온도로 가열된 악취가 혼합된 공기는 제 1 연결부재(20)의 제 1 기공(24) 및 제 2 기공(21a,22b)을 거쳐 보온덮개모듈(10)의 통기로(13)로 유입된다.
다시 말해, 송풍장치(P)에서 공급된 공기는 생물반응조(1)에 압축된 기류를 형성하게 되고, 이 기류의 흐름은 유입된 공기량만큼 제 1 연결부재(20)를 통해 보온덮개모듈(10)로 유입된다.
보온덮개모듈(10)의 통기로(13)로 유입된 공기는, 통기로(13)를 지나 제 2 연결부재(20')의 제 2 기공(21a,22b)을 거친 후, 반원형으로 연결된 제 2 연결부재(20')들의 상부로 이동하여 공기배출구(25)를 통해 외부로 배출된다.
이 경우, 통기로(13)를 지나는 공기에 포함된 악취는 통기로(13)에 장착된 화학적 필터(18) 또는 생물학적 필터(19)를 통해 제거될 수 있다.
본 발명은 통기로(13)에 화학적 필터(18) 또는 생물학적 필터(19)를 선택적으로 장착하여, 화학적 탈취 또는 생물학적 탈취를 통해 생물반응조(1)에서 발생된 공기에서 악취를 제거한 후, 정화된 청정 공기를 외부로 배출할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 보온덮개모듈(10)에 상부 및 하부 밀폐챔버(11,12,14)가 형성될 뿐 아니라, 그 내부에 내장된 다공의 허니컴 부재(17)에 의해, 외부의 온도가 낮아도 보온효과 향상되어, 고습도를 유지하게 된다. 이는 기후변화에 따른 집중 한파에도 보온 효과를 확보할 수 있고, 보온덮개(10) 내측면의 결빙현상을 방지할 수 있다.
이에, 본 출원인은 본 발명의 보온덮개모듈(10)에 의한 보온성능을 실험하였다.
<실험 1>
본 발명의 보온력평가를 수행하기 위해 20L 스테인레스 보온용기에 20℃의 물을 채운 후 열전대를 넣고 입구를 스티로폼으로 밀봉하고, 보온용기와 본 보온덮개 경계면은 실리콘처리하였으며, 항온쳄버를 0℃로 셋팅한 후 시료를 집어넣고 24시간 동안 유지하며 온도를 체크하였다. 본 실험에 사용된 항온항습기는 Cosmopia(Hitachi), TH-6(Jeio-tech), 온도기록계 코닉스 KR-100을 활용하였다. 본 실험의 대조평가를 위해 합성수지를 주원료로 제작된 제품중 종래 덮개로 사용되고 있는 두께 5cm, 그 내부공간은 비어있는 구조를 갖는 제품을 이용하였다.
Figure 112013020496267-pat00001
상기 그래프에서 확인할 수 있듯이 기존 덮개의 수온저하율은 0.4~0.5℃/hr을 보여주고 있으나 본 발명의 경우 0.1~0.15℃/hr을 보이고 있어, 본 발명에 의해 고안된 허니컴 부재가 내장된 보온덮개모듈의 보온효과는 기존덮개보다 63~75%의 개선효과가 있는 것으로 조사된다.
<실험 2>
또한, 소규모공공하수도시설 규모 50㎥/d의 시설내 생물반응조(규격 W2.5m x L4.0m)에 상기 발명을 적용하여 수온변화실험을 실시하였다. 처리장내 유량조정조 수온을 8℃로 유지하여 생물반응조에 공급하였으며, 생물반응조체류시간(HRT)는 4~6시간으로 조정하여 실험을 실시하였다. 덮개내부에 습도계, 온도계, 수온계를 구비하였으며, 온·습도계는 SATO사의 SK-L200TⅡ(Japan), 수온계는 일반적으로 사용되는 디지털방식의 측정기를 활용하였다. 실험기간은 동절기로 선정하였고, 동 기간 보온덮개 내부습도는 85~95%를 보였으며, 외부기온에 따른 보온덮개내부기온 및 생물반응조수온은 다음의 그래프와 같다.
Figure 112013020496267-pat00002
상기와 같은 결과는 생물반응조인 호기조에 공급되는 공기의 기열에 의해 덮개내부 기온 및 수온이 상승한 결과이다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주 되어야 할 것이다.
1...생물반응조
10...보온덮개모듈
11...상부 밀폐챔버
12,14...하부 밀폐 챔버
13...통기로
18...화학적 필터
19...생물학적 필터
20...제 1 연결부재
20'...제 2 연결부재
P...송풍장치

Claims (5)

  1. 호기미생물에 의하여 하수를 생물학적으로 처리하는 생물반응조;
    하수가 일정 수위로 채워진 상기 생물반응조로 일정 온도의 공기를 공급하는 하나 이상의 송풍장치; 및,
    원호 형상으로 형성된 육면체로 생물반응조 내부를 보온시키고, 생물반응조에서 발생된 악취가 내부공간으로 흡입되어 통과되는 동안 악취를 흡착하여 제거시키며, 생물반응조 위를 밀폐시키도록 결합되는 복수의 악취 제거용 보온덮개모듈;을 포함하며,
    상기 보온덮개모듈 내측은 하부 중앙에 상기 악취를 포함한 공기가 유동하는 통기로가 형성되고, 상기 통기로의 양측에는 하부 밀폐챔버가 형성되며, 상기 통기로의 상측에는 상부 밀폐챔버가 형성된 것으로, 상기 통기로에는 화학적 필터 또는 생물학적 필터가 장착되어 상기 악취를 제거하고, 상기 상부 밀폐챔버 및 상기 하부 밀폐챔버에는 다공의 허니컴부재가 내장되어 보온성능이 향상되고,
    상기 보온덮개모듈은 합성수지, 유기성 폐기물, 무기질필러, 광분해 안정제 및, 자외선 차단제를 합성하여 제작된 바이오 플라스틱 원료로 압출 성형되며,
    상기 바이오플라스틱은 0.1~1㎛로 건조분쇄된 상기 유기성폐기물과 상기 무기질필러를 혼합하여 배합하여 1차 배합물을 생성하는 1차 배합공정과, 상기 1차배합물에 상기 광분해 안정제 및 상기 자외선 차단제를 첨가하여 2차 배합물을 생성하는 2차 배합공정과, 상기 2차 배합물에 상기 합성수지를 혼합하여 배합하여 3차 배합물을 생성하는 3차 배합공정과, 상기와 같이 생성된 3차 배합물을 압출성형하는 4차 성형공정을 통해 제조된 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 생물반응조 보온시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보온덮개모듈의 좌측면에는 요부가 형성되고 우측면에 철부가 형성되어, 상기 보온덮개모듈이 좌우방향으로 연속적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 생물반응조 보온시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학적 필터는 합성수지 45~75중량%, 무기질필러 15~45중량% 및 산화규소화합물 2중량%~32중량%, 나노점토 5~35중량%, 전이금속으로 이루어진 중합체 3중량%~33중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 생물반응조 보온시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 생물학적 필터는 효소촉진제인 인산이수소카륨(K2HPO4) 1~2g, 인산수소이칼륨(K2HPO4) 2~5g, 인산수소이나트륨(Na2HPO4ㆍ7H2O) 8~10g, 염화암모늄 (NH4Cl) 0.2~1g, 황산마그네슘 (MgSO4ㆍ7H2O) 4~6g, 과탄산나트륨 2~12g, 중탄산나트륨 20~40g 및 탄산나트륨 40~200g을 H2O 1L와 혼합한 알카리도가 높은 효소 촉진제수용액으로 된 1차 생성 혼합물 10중량% 내지 30중량%와,
    피트모스 50~100g, CMC1~2g, 보크사이트 50~100g, 생석회 200~300g, 규조토200~300g, 제오라이트 250~500g, 고분자응집제 0.5~1g, 황산알루미늄 50~150g(alum황산반토), 염화제이철 0.5~5g(Ferric chloride, FeCl3), 염화제일철 0.5~5g(Ferric chloride, FeCl2), 규산알루미늄 50~100g 및, 석고형백시멘트계 30~150g의 분말계가 혼합된 2차 생성 혼합물 70중량% 내지 90중량%를 혼합 교반하여 경화, 압축 또는 압출 성형하여 형성된 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 생물반응조 보온시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 보온덮개모듈의 상기 통기로를 통해 유동되는 공기의 유속은 0.1 ~ 0.5m/sec 범위인 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 생물반응조 보온시스템.
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