KR101334873B1 - 혐기성소화 처리장치와 이를 갖는 수처리 장치 및 혐기성소화 처리방법 - Google Patents

혐기성소화 처리장치와 이를 갖는 수처리 장치 및 혐기성소화 처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 혐기성소화 처리장치는, 혐기성소화 공정 중 가수분해 단계와 산발효 단계가 이루어지는 산발효조, 산발효조 내에 수용된 하폐수를 순환시키기 위한 제 1 순환관 및 제 1 펌프, 제 1 순환관을 통해 유동하는 하폐수를 산발효조 내에서 분사시키기 위해 산발효조 내에 배치되는 제 1 분사관, 혐기성소화 공정 중 메탄발효 단계가 이루어지는 혐기성소화조, 혐기성소화조 내에 수용된 하폐수를 순환시키기 위한 제 2 순환관 및 제 2 펌프, 혐기성소화조 내에 수용된 하폐수를 혐기성소화조 내에서 분사시키기 위해 혐기성소화조 내에 배치되는 제 2 분사관을 포함한다. 본 발명의 혐기성소화 처리장치는 혐기성소화 공정을 산발효 단계와 메탄발효 단계로 분리하여 이들 단계를 노즐 교반방식의 산발효조 및 혐기성소화조의 개별 반응조에서 각각 수행함으로써, 혐기성소화 효율을 높일 수 있다.

Description

혐기성소화 처리장치와 이를 갖는 수처리 장치 및 혐기성소화 처리방법{Anaerobic digestion apparatus, water treatment apparatus having the same and anaerobic digestion method}
본 발명은 혐기성소화 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 혐기성소화 공정을 산발효 단계와 메탄발효 단계로 분리하여 이들 단계를 노즐 교반방식의 산발효조 및 혐기성소화조의 개별 반응조에서 각각 수행함으로써 혐기성소화 효율을 높일 수 있는 혐기성소화 처리장치와 이를 갖는 수처리 장치 및 혐기성소화 처리방법에 관한 것이다.
혐기성소화(anaerobic digestion)는 산소가 존재하지 않는 조건하에서 혐기성 미생물에 의해 생물학적으로 분해가 가능한 유기물(biodegradable waste)이 단계적 화학반응을 거쳐 메탄(CH4)과 이산화탄소(CO2)로 최종 분해되는 과정이라 정의 할 수 있다.
혐기성소화 처리는 1900년경부터 하수처리 슬러지 감량화 기술로 환경분야에 접근되었으며, 1950년대 후반에는 효모제조 폐수 등의 공장폐수처리에 응용되기도 하였다. 이후 활성오니법의 개발로 적극적으로 활용되지는 않았지만 1970년대 중반 에너지 위기로 화석에너지의 대체수단과 호기성 처리법에 비해 에너지 생산이 가능한 이점 때문에 유기성 폐기물로부터 에너지 회수 목적으로 활발한 연구가 진행되었다.
혐기성소화는 산소공급이 없어도 유입기질의 90% 이상이 바이오가스로 전환되며, 고농도의 기질을 처리할 수 있고, 슬러지 발생량도 4% 정도로 매우 적은 장점이 있다. 반면에 혐기성소화는 호기성 반응에 비해 매우 복잡하고, 미생물이 환경 인자에 민감하고 혐기성 미생물의 낮은 증식속도로 인하여 유입기질을 대사하기 위해서는 긴 체류시간이 요구된다. 또한 최종처리수의 농도가 높아 후속 처리가 요구되고, 슬러지의 침전성이 낮고 악취가 발생하는 단점이 있다.
혐기성소화의 유기물 분해는 각 혐기성 미생물에 의해 여러 단계로 구분이 된다. 혐기성소화 처리는 크게 고분자량을 가진 물질이 에너지와 세포 탄소원으로 사용되기 쉬운 물질로 전환되는 가수분해(hydrolysis) 단계, 가수분해 단계에서 생성된 화합물을 저분자량의 중간화합물로 변화시키는 유기산 생성(fermentation) 단계, 그리고 유기산 생성 단계에서 발생된 중간화합물을 메탄 및 탄산가스로 변환시키는 메탄생성(methanogenesis) 단계로 구분될 수 있다. 유기산발효 단계는 산발효 단계와 아세트산발효 단계로 나눠질 수 있다.
혐기성소화를 이용하여 유기성 폐기물을 처리하는 혐기성소화 처리장치의 일예가 대한민국 등록특허공보 제1049069호(2011. 07. 07 등록)에 개시되어 있다. 상기 공보에 개시되어 있는 혐기성소화 처리장치는 유기성 폐기물을 혐기성 미생물을 이용하여 생물학적으로 처리하고 혐기성소화 처리 시 발생하는 바이오 가스를 저장하는 일체형 혐기성소화조와 혐기성소화조 내에 설치되는 복수의 기계식 교반기를 포함한다.
그런데 상술한 것과 같은 종래의 혐기성소화 처리장치는 한 개의 혐기성소화조에서 혐기성소화의 모든 단계가 이루어지므로 혐기성소화 효율이 높지 않다. 또한 혐기성소화조 내에 설치된 교반기가 수중 모터 및 회전 스크류를 포함하는 기계식으로 이루어져 교반 효율이 낮고, 고장 발생의 위험이 크다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 혐기성소화 공정을 산발효 단계와 메탄발효 단계로 분리하여 이들 단계를 노즐 교반방식의 산발효조 및 혐기성소화조의 개별 반응조에서 각각 수행함으로써 혐기성소화 효율을 높일 수 있는 혐기성소화 처리장치와 이를 갖는 수처리 장치 및 혐기성소화 처리방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 혐기성소화 처리장치는, 하폐수를 수용하는 내부 공간을 갖고 혐기성소화 공정 중 가수분해 단계와 산발효 단계가 이루어지는 산발효조, 상기 산발효조 내에 수용된 하폐수를 순환시키기 위해 일단은 상기 산발효조의 상부에 연결되고 타단은 상기 산발효조의 하부에 연결되는 제 1 순환관, 상기 산발효조 내에 수용된 하폐수를 강제 순환시키기 위해 상기 제 1 순환관에 설치되는 제 1 펌프, 상기 제 1 순환관을 통해 유동하는 하폐수를 가열하는 제 1 열교환기, 상기 제 1 순환관에 연결되고 상기 제 1 열교환기에 의해 가열된 하폐수를 상기 산발효조 내에서 상부 방향으로 분사시키기 위해 상기 산발효조 내에 배치되는 제 1 상부 노즐을 갖는 제 1 분사관, 상기 산발효조를 통과한 하폐수를 수용하는 내부 공간을 갖고 혐기성소화 공정 중 메탄발효 단계가 이루어지는 혐기성소화조, 상기 혐기성소화조 내에 수용된 하폐수를 순환시키기 위해 일단은 상기 혐기성소화조의 상부에 연결되고 타단은 상기 혐기성소화조의 하부에 연결되는 제 2 순환관, 상기 혐기성소화조 내에 수용된 하폐수를 강제 순환시키기 위해 상기 제 2 순환관에 설치되는 제 2 펌프, 상기 제 2 순환관을 통해 유동하는 하폐수를 가열하는 제 2 열교환기, 상기 제 2 순환관에 연결되고 상기 제 2 열교환기에 의해 가열된 하폐수를 상기 혐기성소화조 내에서 상부 방향으로 분사시키기 위해 상기 혐기성소화조 내에 배치되는 제 2 상부 노즐을 갖는 제 2 분사관을 포함한다.
상기 제 1 분사관은 상기 제 1 순환관에 연결되고 상기 제 1 순환관을 따라 유동하는 하폐수를 상기 산발효조 내에서 하부 방향으로 분사시키기 위해 상기 산발효조 내에 배치되는 제 1 하부 노즐을 더 포함하고, 상기 제 2 분사관은 상기 제 2 순환관에 연결되고 상기 제 2 순환관을 따라 유동하는 하폐수를 상기 혐기성소화조 내에서 하부 방향으로 분사시키기 위해 상기 혐기성소화조 내에 배치되는 제 2 하부 노즐을 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 하부 노즐은 상기 산발효조의 하부를 향해 비스듬히 배치되고, 상기 제 2 하부 노즐은 상기 혐기성소화조의 하부를 향해 비스듬히 배치될 수 있다.
상기 산발효조의 바닥면은 상기 제 1 분사관의 기울기에 대응하는 기울기로 경사진 제 1 내부 경사면을 갖고, 상기 혐기성소화조의 바닥면은 상기 제 2 하부 노즐의 기울기에 대응하는 기울기로 경사진 제 2 내부 경사면을 가질 수 있다.
상기 제 1 하부 노즐은 상기 제 1 상부 노즐을 중심에 두고 상기 제 1 상부 노즐 좌우로 한 쌍씩 짝을 이루어 배치되되, 상기 제 1 상부 노즐 좌우로 짝을 이루어 배치되는 한 쌍의 제 1 하부 노즐의 각 끝단은 서로 다른 부분을 향하고, 상기 제 2 하부 노즐은 상기 제 2 상부 노즐을 중심에 두고 상기 제 2 상부 노즐 좌우로 한 쌍씩 짝을 이루어 배치되되, 상기 제 2 상부 노즐 좌우로 짝을 이루어 배치되는 한 쌍의 제 2 하부 노즐의 각 끝단은 서로 다른 부분을 향하는 것이 좋다.
본 발명에 의한 혐기성소화 처리장치는, 상기 제 1 순환관과 상기 제 1 분사관 사이에 배치되어 상기 제 1 순환관을 따라 유동하는 하폐수를 상기 제 1 분사관으로 안내하는 것으로 상기 제 1 순환관이 연결되는 고정부 및 상기 제 1 분사관이 연결되는 회전부를 갖는 제 1 로터리조인트, 상기 제 1 로터리조인트의 회전부를 회전시키는 제 1 모터, 상기 제 2 순환관과 상기 제 2 분사관 사이에 배치되어 상기 제 2 순환관을 따라 유동하는 하폐수를 상기 제 2 분사관으로 안내하는 것으로 상기 제 2 순환관이 연결되는 고정부 및 상기 제 2 분사관이 연결되는 회전부를 갖는 제 2 로터리조인트, 상기 제 2 로터리조인트의 회전부를 회전시키는 제 2 모터를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 혐기성소화 처리장치는, 상기 산발효조 내의 하폐수 수위를 검출하기 위해 상기 산발효조 내에 설치되는 제 1 수위 검출기, 상기 산발효조 내의 하폐수 온도를 검출하기 위해 상기 산발효조 내에 설치되는 제 1 온도 검출기, 상기 혐기성소화조 내의 하폐수 수위를 검출하기 위해 상기 혐기성소화조 내에 설치되는 제 2 수위 검출기, 상기 혐기성소화조 내의 하폐수 온도를 검출하기 위해 상기 혐기성소화조 내에 설치되는 제 2 온도 검출기, 상기 제 1 수위 검출기와 상기 제 1 온도 검출기와 상기 제 2 수위 검출기 및 상기 제 2 온도 검출기로부터 검출 신호를 제공받고 상기 제 1 펌프와 상기 제 1 열교환기와 상기 제 2 펌프 및 상기 제 2 열교환기의 동작을 제어하는 제어장치를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 수처리 장치는, 하폐수를 수용하는 내부 공간을 갖고 혐기성소화 공정 중 가수분해 단계와 산발효 단계가 이루어지는 산발효조, 상기 산발효조 내에 수용된 하폐수를 순환시키기 위해 일단은 상기 산발효조의 상부에 연결되고 타단은 상기 산발효조의 하부에 연결되는 제 1 순환관, 상기 산발효조 내에 수용된 하폐수를 강제 순환시키기 위해 상기 제 1 순환관에 설치되는 제 1 펌프, 상기 제 1 순환관을 통해 유동하는 하폐수를 가열하는 제 1 열교환기, 상기 제 1 순환관에 연결되고 상기 제 1 열교환기에 의해 가열된 하폐수를 상기 산발효조 내에서 상부 방향으로 분사시키기 위해 상기 산발효조 내에 배치되는 제 1 상부 노즐을 갖는 제 1 분사관, 상기 산발효조를 통과한 하폐수를 수용하는 내부 공간을 갖고 혐기성소화 공정 중 메탄발효 단계가 이루어지는 혐기성소화조, 상기 혐기성소화조 내에 수용된 하폐수를 순환시키기 위해 일단은 상기 혐기성소화조의 상부에 연결되고 타단은 상기 혐기성소화조의 하부에 연결되는 제 2 순환관, 상기 혐기성소화조 내에 수용된 하폐수를 강제 순환시키기 위해 상기 제 2 순환관에 설치되는 제 2 펌프, 상기 제 2 순환관을 통해 유동하는 하폐수를 가열하는 제 2 열교환기, 상기 제 2 순환관에 연결되고 상기 제 2 열교환기에 의해 가열된 하폐수를 상기 혐기성소화조 내에서 상부 방향으로 분사시키기 위해 상기 혐기성소화조 내에 배치되는 제 2 상부 노즐을 갖는 제 2 분사관, 상기 산발효조로 유입되는 하폐수의 유량을 조절하기 위해 상기 산발효조의 상류에 배치되는 유량조정조, 상기 혐기성소화조를 통과한 하폐수 중의 슬러지를 침전시키기 위해 상기 혐기성소화조의 하류에 배치되는 소화슬러지저류조를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 수처리 방법은, (a) 하폐수를 산발효조 내부로 유입시키는 단계, (b) 상기 산발효조 내부로 유입된 하폐수를 일단은 상기 산발효조의 상부에 연결되고 타단은 상기 산발효조의 하부에 연결되는 제 1 순환관을 따라 유동시키면서 상기 산발효조 내부로 유입된 하폐수에 대한 가수분해 공정 및 산발효 공정을 수행하는 단계, (c) 상기 산발효조를 통과한 하폐수를 혐기성소화조 내부로 유입시키는 단계, (d) 상기 혐기성소화조 내부로 유입된 하폐수를 일단은 상기 혐기성소화조의 상부에 연결되고 타단은 상기 혐기성소화조의 하부에 연결되는 제 2 순환관을 따라 유동시키면서 상기 혐기성소화조 내부로 유입된 하폐수에 대한 메탄발효 공정을 수행하는 단계를 포함한다.
상기 (b) 단계에서, 상기 제 1 순환관에 각각 연결되고 상기 산발효조 내부에 상부를 향하도록 배치된 제 1 상부 노즐 및 상기 산발효조 내부에 하부를 향하도록 배치된 제 1 하부 노즐을 통해 상기 제 1 순환관을 따라 유동하는 하폐수를 분사하여 교반하고, 상기 (d) 단계에서, 상기 제 2 순환관에 각각 연결되고 상기 혐기성소화조 내부에 상부를 향하도록 배치된 제 2 상부 노즐 및 상기 혐기성소화조 내부에 하부를 향하도록 배치된 제 2 하부 노즐을 통해 상기 제 2 순환관을 따라 유동하는 하폐수를 분사하여 교반할 수 있다.
본 발명에 의한 수처리 방법은, 상기 (a) 단계 이후 상기 (b) 단계 이전에 상기 산발효조 내부에 수용된 하폐수의 온도를 검출하는 단계, 상기 (c) 단계 이후 상기 (d) 단계 이전에 상기 혐기성소화조 내부에 수용된 하폐수의 온도를 검출하는 단계를 더 포함하고, 상기 산발효조 내부에 수용된 하폐수의 온도가 설정 온도 미만일 때 상기 (b) 단계에서 상기 제 1 순환관을 따라 유동하는 하폐수를 가열하고, 상기 혐기성소화조 내부에 수용된 하폐수의 온도가 설정 온도 미만일 때 상기 (d) 단계에서 상기 제 2 순환관을 따라 유동하는 하폐수를 가열할 수 있다.
본 발명에 의한 혐기성소화 처리장치는 산발효조와 혐기성소화조를 이용하여 혐기성소화 공정 중 산발효 공정과 메탄발효 공정을 분리하여 수행함으로써, 산발효 미생물과 메탄발효 미생물을 최적의 상태로 운전할 수 있고 혐기성소화 효율을 높일 수 있다.
또한 본 발명에 의한 혐기성소화 처리장치는 산발효조 및 혐기성소화조 내의 하폐수를 노즐 교반방식으로 교반함으로써 교반 효율을 높일 수 있고, 미생물과 유기물의 반응성을 향상시키고 결과적으로 혐기성소화 효율을 더욱 높일 수 있다. 종래 혐기성소화조는 기계식 교반이나 가스 교반방식을 채택하여 고장의 위험이 높고, 교반가스 누출문제, 거품발생문제, 운전의 어려움 등의 문제를 갖는데 반해, 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제를 해결할 수 있고, 유지 및 관리 비용을 최소화할 수 있다.
또한 본 발명에 의한 혐기성소화 처리장치는 혐기성소화 효율 향상으로 바이오가스의 생산량을 높일 수 있고, 슬러지량을 저감시킬 수 있다. 그리고 생산되는 바이오가스를 이용하여 공정 중에 필요한 에너지를 자체 충당할 수 있어 운전 비용을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 수처리 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 수처리 장치의 일부 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 수처리 장치의 산발효조를 나타낸 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 수처리 장치의 산발효조를 나타낸 횡단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 수처리 장치의 일부 구성을 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 수처리 장치의 산발효조를 나타낸 종단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 수처리 장치의 산발효조를 나타낸 횡단면도이다.
도 8은 본 발명에 의한 노즐 교반방식을 채택한 반응조와 기계식 교반방식을 채택한 종래 반응조에 대한 전산유동해석(CFD) 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명이 적용된 혐기성소화 처리장치를 1년간 운전하여 유기성고형물(VS) 농도 및 처리효율을 분석한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명이 적용된 혐기성소화 처리장치를 1년간 운전하여 소화효율 결과를 나타낸 그래프이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 혐기성소화 처리장치와 이를 갖는 수처리 장치 및 혐기성소화 처리방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다. 또한 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 수처리 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 수처리 장치의 일부 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 수처리 장치는 유기성 하폐수가 유입되는 유량조정조(110), 유량조정조(110)로부터 유입되는 하폐수를 혐기성소화 처리하는 혐기성소화 처리장치(120), 혐기성소화 처리장치(120)를 통과한 하폐수가 유입되는 소화슬러지저류조(150) 및 장치의 전반적인 동작을 제어하는 제어장치(160)를 포함한다. 유량조정조(110)는 하폐수를 일시 저장하였다가 하폐수를 간헐유입이나 연속유입의 방법으로 혐기성소화 처리장치(120)로 이송시키고, 혐기성소화 처리장치(120)는 산소가 존재하지 않는 조건하에서 혐기성 미생물에 의해 하폐수에 함유된 유기물을 단계적 화학반응을 거쳐 메탄(CH4)과 이산화탄소(CO2)로 최종 분해한다. 그리고 혐기성소화 처리장치(120)에서 혐기성 소화처리된 하폐수는 소화슬러지저류조(150)로 유입되어 이에 함유된 슬러지가 침전된다.
혐기성소화 처리장치(120)는 유량조정조(110)의 하류에 배치되고 유량조정조(110)를 통과한 하폐수를 수용하기 위한 내부 공간을 갖는 산발효조(121)와 산발효조(121)의 하류에 배치되고 산발효조(121)를 통과한 하폐수를 수용하기 위한 내부 공간을 갖는 혐기성소화조(122)를 포함한다. 산발효조(121)에서는 하폐수의 혐기성소화 공정 중 가수분해 단계와 산발효 단계가 이루어지고, 혐기성소화조(122)에서는 혐기성소화 공정 중 메탄발효 단계가 이루어진다.
혐기성소화 처리를 위해서는 반응조 내에 혐기성 미생물을 서식시켜야 하는데, 종래와 같이 단일 혐기성소화조를 이용하는 경우 산발효 미생물과 메탄발효 미생물을 단일 혐기성소화조 내에 적정 비율로 분포시키는 것이 어렵고 운전이 까다롭다. 이것은 산발효 미생물과 메탄발효 미생물이 서식하는데 요구되는 최적의 서식 조건(온도, pH, 체류시간 등)이 다르기 때문이다.
이에 반해, 본 발명에 의한 혐기성소화 처리장치(120)는 산발효 공정이 이루어지는 산발효조(121)와 메탄발효 공정이 이루어지는 혐기성소화조(122)를 분리함으로써, 산발효조(121)의 내부를 산발효 미생물이 서식하기 적합한 환경으로 만들고 혐기성소화조(122)의 내부를 메탄발효 미생물이 서식하기 적합한 환경으로 만들 수 있다. 따라서 산발효 미생물과 메탄발효 미생물을 최적의 상태로 운전할 수 있고, 결과적으로 혐기성소화 효율을 높일 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 산발효조(121)에는 산발효조(121) 내의 하폐수를 순환시키기 위한 제 1 순환관(123) 및 제 1 펌프(124), 제 1 순환관(123)을 따라 유동하는 하폐수를 가열하기 위한 제 1 열교환기(125), 산발효조(121) 내의 하폐수 수위 및 온도를 검출하기 위한 제 1 수위 검출기(128) 및 제 1 온도 검출기(129)가 설치된다. 그리고 혐기성소화조(122)에는 혐기성소화조(122) 내의 하폐수를 순환시키기 위한 제 2 순환관(135) 및 제 2 펌프(136), 제 2 순환관(135)을 따라 유동하는 하폐수를 가열하기 위한 제 2 열교환기(137), 혐기성소화조(122) 내의 하폐수 수위 및 온도를 검출하기 위한 제 2 수위 검출기(138) 및 제 2 온도 검출기(139)가 설치된다.
산발효조(121)와 혐기성소화조(122)의 구조는 동일하다. 이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 산발효조(121)의 내외부 구조에 대해 상세히 설명하고, 혐기성소화조(122)의 내외부 구조에 대한 설명은 산발효조(121)의 설명으로 대신하기로 한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 산발효조(121)는 하폐수를 수용하기 위한 내부 공간을 갖고, 산발효조(121)의 바닥면에는 바닥면의 중심 쪽으로 하향 경사진 제 1 내부 경사면(130)이 구비된다. 산발효조(121)에는 제 1 순환관(123) 이외에 유량조정조(110)의 하폐수를 유입시키기 위한 연결관(112)과 혐기성소화조(122)로 하폐수를 유출시키기 위한 연결관(113)이 연결된다.
제 1 순환관(123)의 일단은 산발효조(121)의 상부에 연결되고 제 1 순환관(123)의 타단은 산발효조(121)의 하부에 연결된다. 제 1 펌프(124)는 제 1 순환관(123)에 설치되어 제 1 순환관(123)을 통해 산발효조(121) 내의 하폐수를 강제로 순환시킨다. 제 1 펌프(124)가 작동하면 산발효조(121) 내부의 하폐수는 제 1 순환관(123)의 일단을 통해 제 1 순환관(123)으로 유입되어 제 1 순환관(123)의 타단 쪽으로 유동한다. 제 1 순환관(123)의 타단 쪽으로 유동하는 하폐수는 제 1 순환관(123)의 타단에 연결된 제 1 분사관(131)을 통해 산발효조(121) 내부로 분사된다.
제 1 분사관(131)은 산발효조(121) 내부에 배치되며, 하폐수를 산발효조(121) 내에서 상부 방향으로 분사시키는 제 1 상부 노즐(132)과 하폐수를 산발효조(121) 내에서 하부 방향으로 분사시키는 한 쌍의 제 1 하부 노즐(133)을 포함한다. 하폐수가 토출되는 제 1 상부 노즐(132)의 끝단은 산발효조(121)의 상부를 향하도록 배치되고, 하폐수가 토출되는 제 1 하부 노즐(133)의 끝단은 산발효조(121)의 하부를 향하도록 배치된다. 특히 제 1 하부 노즐(133)은 제 1 내부 경사면(130)의 기울기와 같은 기울기로 기울어지게 배치되어 제 1 하부 노즐(133)의 끝단은 산발효조(121)의 하부를 향한다.
한 쌍의 제 1 하부 노즐(133)은 제 1 상부 노즐(132)을 중심에 두고 제 1 상부 노즐(132)의 좌우에 제 1 상부 노즐(132)로부터 동일한 간격으로 이격 배치된다. 이들 한 쌍의 제 1 하부 노즐(133)의 각 끝단은 서로 다른 부분을 향한다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 제 1 상부 노즐(132)의 좌측에 배치되는 제 1 하부 노즐(133)의 끝단은 산발효조(121)의 일측 내면을 향하고, 제 1 상부 노즐(132)의 우측에 배치되는 제 1 하부 노즐(133)의 끝단은 산발효조(121)의 타측 내면을 향한다. 즉 제 1 상부 노즐(132)의 좌측에 배치되는 제 1 하부 노즐(133)의 끝단과 제 1 상부 노즐(132)의 우측에 배치되는 제 1 하부 노즐(133)의 끝단은 산발효조(121) 내면 중 서로 마주보는 부분을 향하게 배치된다. 따라서 제 1 상부 노즐(132)의 좌측에 배치되는 제 1 하부 노즐(133)을 통해 분사되는 하폐수와 제 1 상부 노즐(132)의 우측에 배치되는 제 1 하부 노즐(133)을 통해 분사되는 하폐수는 동일한 방향으로 유동하여 산발효조(121) 내에서 원활한 흐름을 나타내게 된다.
한 쌍의 제 1 하부 노즐(133)을 통해 분사되는 하폐수는 산발효조 바닥면의 제 1 내부 경사면(130)을 따라 바닥면의 중앙 쪽으로 유동하여 바닥면의 중앙에서 제 1 상부 노즐(132) 쪽으로 상승한다. 그리고 제 1 상부 노즐(132)에서 분사되는 하폐수는 수면 쪽으로 상승하여 수면 부근에서 산발효조(121)의 측벽 쪽으로 유동한 후 하강한다. 산발효조(121) 내에서 이러한 제 1 상부 노즐(132) 및 한 쌍의 제 1 하부 노즐(133)에 의한 하폐수의 유동으로 산발효조(121) 내에서 하폐수의 교반 효율이 향상된다. 그리고 하폐수의 균일하고 원활한 교반은 산발효 미생물과 유기물의 접촉 면적 및 접촉 시간을 증가시켜 산발효 효율을 상승시킨다.
도면에는 제 1 하부 노즐(133)이 제 1 상부 노즐(132)의 좌우에 하나씩 모두 두 개가 구비된 것으로 나타냈으나, 제 1 하부 노즐(133)의 설치 개수는 다양하게 변경될 수 있다. 그리고 제 1 하부 노즐(133)의 배치 간격이나 기울기, 제 1 순환관(123) 및 제 1 상부 노즐(132)과의 결합 구조도 다양하게 변경될 수 있다.
제 1 순환관(123)을 따라 유동하는 하폐수는 제 1 순환관(123)에 설치된 제 1 열교환기(125)에 의해 가열된다. 산발효조(121) 내에서 가수분해 및 산생성이 활발하게 이루어지도록 하기 위해서는 산발효조(121) 내의 하폐수 온도를 미생물에 의한 반응이 촉진될 수 있는 온도로 유지시키는 것이 좋다. 제 1 열교환기(125)는 제 1 순환관(123)을 따라 유동하는 하폐수를 가열하여 산발효조(121) 내의 하폐수 온도를 설정된 온도 범위로 유지시킨다.
제 1 열교환기(125)는 제 1 순환관(123) 중간에 배치되는 제 1 열교환관(126)과 제 1 열교환관(126)에 열을 제공하여 제 1 열교환관(126) 내의 하폐수를 가열하는 제 1 가열기(127)를 포함한다. 제 1 가열기(127)는 전기 등 다양한 외부 열원이나 혐기성소화조(122)에서 생성된 가스의 열을 이용하여 제 1 열교환관(126)을 가열할 수 있다.
제 1 열교환기(125)의 동작은 제어장치(160)에 의해 제어된다. 제어장치(160)는 산발효조(121) 내에 설치된 제 1 온도 검출기(129)로부터 산발효조(121) 내의 하폐수 온도 정보를 제공받고, 하폐수 온도가 설정된 온도 미만일 때 제 1 열교환기(125)를 작동시켜 하폐수 온도를 설정된 온도 범위까지 상승시킨다.
또한 제어장치(160)는 산발효조(121) 내의 제 1 수위 검출기(128)로부터 산발효조(121) 내 하폐수의 수위에 대한 정보를 제공받아 제 1 펌프(124)의 동작을 제어한다. 제어장치(160)는 산발효조(121) 내 하폐수 수위가 제 1 순환관(123)의 일단이 연결된 부분보다 높을 때만 제 1 펌프(124)를 작동시켜 산발효조(121) 내의 하폐수를 순환시킨다.
혐기성소화조(122)의 내외부 구조는 산발효조(121)와 같다. 혐기성소화조(122)에는 산발효조(121)를 통과한 하폐수를 유입시키기 위한 연결관(113)과 메탄발효 공정을 거친 하폐수를 소화슬러지저류조(150)로 안내하기 위한 연결관(114) 뿐만 아니라, 혐기성소화조(122)에서 생성된 가스를 배출하기 위한 가스 배출관(115)이 더 연결된다. 혐기성소화조(122)의 바닥면에는 바닥면 중앙을 향해 하향 경사진 제 2 내부 경사면(140)이 구비된다.
혐기성소화조(122) 내부에 배치되는 제 2 분사관(141)은 상부를 향하는 제 2 상부 노즐(142)과 하부를 향하는 한 쌍의 제 2 하부 노즐(143)을 포함한다. 그리고 제 2 열교환기(137)는 제 2 순환관(135) 중간에 배치되는 제 2 열교환관과 제 2 열교환관을 가열하기 위한 제 2 가열기를 포함한다. 제 2 열교환기(137)의 동작은 제어장치(160)에 의해 제어되며, 제어장치(160)는 제 2 열교환기(137)를 작동시켜 혐기성소화조(122) 내에서 메탄발효가 활발하게 이루어질 수 있도록 혐기성소화조(122) 내의 하폐수 온도를 메탄발효 미생물에 의한 반응이 촉진될 수 있는 온도로 유지시킨다.
이와 같이, 본 발명에 의한 수처리 장치는 산발효 공정이 이루어지는 산발효조(121)와 메탄발효 공정이 이루어지는 혐기성소화조(122)를 분리함으로써, 산발효 미생물과 메탄발효 미생물을 최적의 상태로 운전할 수 있고 혐기성소화 효율을 높일 수 있다. 또한 산발효조(121) 및 혐기성소화조(122) 내의 하폐수를 노즐 교반방식으로 교반하여 교반 효율을 높임으로써, 미생물과 유기물의 반응성을 향상시키고 결과적으로 혐기성소화 효율을 더욱 높일 수 있다.
한편, 도 5 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 수처리 장치의 일부 구성을 나타낸 것이다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 수처리 장치는 대부분의 구성이 상술한 본 발명의 일실시예에 의한 수처리 장치와 같고, 다만 산발효조(121) 및 혐기성소화조(122)의 내부 구조가 일부 변경된 것으로, 산발효조(121) 및 혐기성소화조(122) 각각의 내부에는 로터리 조인트(170) 및 모터(173)(175)가 더 설치된다. 산발효조(121)와 혐기성소화조(122)의 구조는 동일하므로, 이하에서는 도 6 및 도 7을 참조하여 산발효조(121)의 내외부 구조에 대해 설명하고, 혐기성소화조(122)에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 산발효조(121)에는 제 1 펌프(124) 및 제 1 열교환기(125)가 설치된 제 1 순환관(123)이 연결된다. 그리고 산발효조(121) 내부에는 산발효조(121) 내 하폐수 수위 및 온도를 검출하기 위한 제 1 수위 검출기(128) 및 제 1 온도 검출기(129), 제 1 순환관(123)을 따라 유동하는 하폐수를 산발효조(121) 내에서 분사하기 위한 제 1 분사관(131), 제 1 순환관(123)과 제 1 분사관(131)을 하폐수 유동이 가능하게 연결하는 제 1 로터리 조인트(170), 제 1 분사관(131)을 회전시키기 위한 제 1 모터(173)가 설치된다.
제 1 분사관(131)은 하폐수를 산발효조(121) 내에서 상부 방향으로 분사하기 위한 제 1 상부 노즐(132), 하폐수를 산발효조(121) 내에서 하부 방향으로 분사하기 위한 한 쌍의 제 1 하부 노즐(133)을 포함한다. 이러한 제 1 분사관(131)은 로터리 조인트(170)를 통해 제 1 순환관(123)과 연결되는 점에서 차이가 있을 뿐, 구체적인 구조는 상술한 본 발명의 일실시예에 의한 수처리 장치의 제 1 분사관(131)과 같다.
로터리 조인트(170)는 지지부재(174)를 통해 산발효조(121)의 바닥면에 고정되는 고정부(171) 및 고정부(171)에 회전 가능하게 결합되는 회전부(172)를 포함한다. 통상의 로터리 조인트(170)와 같이 고정부(171)와 회전부(172)는 유체가 유동할 수 있는 내부 유로를 갖고, 회전부(172)는 그 내부 유로가 고정부(171)의 내부 유로와 연결된 상태로 회전할 수 있다. 고정부(171)에는 제 1 순환관(123)이 연결되고, 회전부(172)에는 제 1 분사관(131)이 연결된다. 따라서 제 1 순환관(123)을 따라 유동하는 하폐수는 로터리 조인트(170)의 고정부(171) 및 회전부(172)를 통과하여 제 1 분사관(131)을 통해 산발효조(121) 내부로 분사된다.
제 1 분사관(131)을 통해 하폐수가 산발효조(121) 내부로 분사되는 동안 제 1 모터(173)는 제 1 분사관(131)을 회전시킨다. 제 1 상부 노즐(132) 및 제 1 하부 노즐(133)을 통해 하폐수를 분사시키면서 제 1 분사관(131)을 회전시키면 하폐수의 교반 효율을 더욱 높일 수 있어 결과적으로 혐기성소화 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
한편, 도 8은 본 발명에 의한 노즐 교반방식을 채택한 반응조와 기계식 교반방식을 채택한 종래 반응조의 전산유동해석(CFD) 결과를 나타낸 것이다.
도 8의 (a) 및 (c)에 나타낸 본 발명을 적용한 반응조의 해석 결과와 (b) 및 (d)에 나타낸 종래 반응조의 해석 결과를 살펴보면, 본 발명을 적용한 반응조 내에서는 유체가 전체적으로 균일한 유속을 나타내는 반면, 종래 반응조 내에서는 교반 날개 주변에서만 유속이 빠르고 전체적으로 유속 변화가 심하게 나타남을 확인할 수 있다. 또한 3D streamline을 살펴보면, 본 발명을 적용한 반응조는 종래 반응조에 비해 내부에서의 유체 유동이 활발하게 이루어지고, deadzone이 적게 나타나 교반 효율이 우수함을 알 수 있다.
도 9는 본 발명에 의한 산발효조(용량 15㎥)와 혐기성소화조(용량 15㎥)를 갖는 혐기성소화 처리장치를 1년간 운전하여 유기성고형물(VS) 농도 및 처리효율을 분석한 결과를 나타낸 그래프이고, 도 10은 소화효율 결과를 나타낸 그래프이다. 운전 조건은 35±2℃ 중온의 2상(산발효+메탄발효) 혐기성소화 방식이고, 원수(처리대상 하폐수)는 음식물류 폐기물에서 나오는 음폐수이며, 처리량은 1일당 1톤을 기준으로 한 것이다. 도 9의 그래프에서 '혐기성소화조'는 혐기성소화 후 혐기성소화조에서의 유출수를 나타내는 것이다. 유기성고형물(VS)의 농도 산출방법은 수질오염공정시험방법을 이용하여 산출한 것이고, 처리효율은 아래의 식을 이용하여 산출한 것이다.
"처리효율(%)={(유입유기물농도-유출유기물농도)/유입유기물농도)}×100"
도 10의 그래프에서 소화효율은 아래의 식을 이용하여 산출한 것이다.
"소화효율(%)={1-(혐기성소화조 유입 유기물량×혐기성소화조 유출 유기물량)/(혐기성소화조 유출 무기물량×혐기성소화조 유입 유기물량)}×100"
도 9 및 도 10의 결과를 도출한 실험에서, 반응조 내의 원활한 교반으로 소화슬러지와 기질과의 접촉능이 향상되고, 스컴발생이 차단되어 결과적으로 소화효율 및 소화가스 발생량이 증대함을 확인할 수 있었다. 소화가스 발생량의 경우 종래 혐기성소화 처리장치는 처리 톤당 약 45∼60N㎥의 소화가스를 발생하는데 반해, 본 발명에 의한 혐기성소화 처리장치는 처리 톤당 약 70∼75N㎥의 소화가스를 발생하는 것으로 나타났다. 또한 기존 국내 하수종말처리장의 경우 소화효율이 설계시 50%로 설계되어 있으나 실제 운영상에서는 25∼40%(“전국 하수처리장 소화조 실태조사”, 2005년 환경부)에 머물고 있는 반면, 본 발명을 적용한 경우 소화효율이 70% 이상 나타남을 알 수 있다(도 10 참조).
앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
110 : 유량조정조 120 : 혐기성소화 처리장치
121 : 산발효조 122 : 혐기성소화조
123, 135 : 제 1, 2 순환관 124, 136 : 제 1, 2 펌프
125, 137 : 제 1, 2 열교환기 126 : 제 1 열교환관
127 : 제 1 가열기 128, 138 : 제 1, 2 수위 검출기
129, 139 : 제 1, 2 온도 검출기 130, 140 : 제 1, 2 내부 경사면
131, 141 : 제 1, 2 분사관 132, 142 : 제 1, 2 상부 노즐
133, 143 : 제 1, 2 하부 노즐 150 : 소화슬러지저류조
160 : 제어장치 170 : 로터리 조인트
171 : 고정부 172 : 회전부
173, 175 : 제 1, 2 모터 174 : 지지부재

Claims (13)

  1. 하폐수를 수용하는 내부 공간을 갖고 혐기성소화 공정 중 가수분해 단계와 산발효 단계가 이루어지는 산발효조;
    상기 산발효조 내에 수용된 하폐수를 순환시키기 위해 일단은 상기 산발효조의 상부에 연결되고 타단은 상기 산발효조의 하부에 연결되는 제 1 순환관;
    상기 산발효조 내에 수용된 하폐수를 강제 순환시키기 위해 상기 제 1 순환관에 설치되는 제 1 펌프;
    상기 제 1 순환관에 연결되고 상기 제 1 순환관을 따라 유동하는 하폐수를 상기 산발효조 내에서 상부 방향으로 분사시키기 위해 상기 산발효조 내에 배치되는 제 1 상부 노즐을 갖는 제 1 분사관;
    상기 산발효조를 통과한 하폐수를 수용하는 내부 공간을 갖고 혐기성소화 공정 중 메탄발효 단계가 이루어지는 혐기성소화조;
    상기 혐기성소화조 내에 수용된 하폐수를 순환시키기 위해 일단은 상기 혐기성소화조의 상부에 연결되고 타단은 상기 혐기성소화조의 하부에 연결되는 제 2 순환관;
    상기 혐기성소화조 내에 수용된 하폐수를 강제 순환시키기 위해 상기 제 2 순환관에 설치되는 제 2 펌프; 및
    상기 제 2 순환관에 연결되고 상기 제 2 순환관을 따라 유동하는 하폐수를 상기 혐기성소화조 내에서 상부 방향으로 분사시키기 위해 상기 혐기성소화조 내에 배치되는 제 2 상부 노즐을 갖는 제 2 분사관;을 포함하고,
    상기 제 1 분사관은 상기 제 1 순환관에 연결되고 상기 제 1 순환관을 따라 유동하는 하폐수를 상기 산발효조 내에서 하부 방향으로 분사시키기 위해 상기 산발효조 내에 배치되는 제 1 하부 노즐을 더 포함하며,
    상기 제 2 분사관은 상기 제 2 순환관에 연결되고 상기 제 2 순환관을 따라 유동하는 하폐수를 상기 혐기성소화조 내에서 하부 방향으로 분사시키기 위해 상기 혐기성소화조 내에 배치되는 제 2 하부 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기성소화 처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 순환관을 통해 유동하는 하폐수를 가열하는 제 1 열교환기; 및
    상기 제 2 순환관을 통해 유동하는 하폐수를 가열하는 제 2 열교환기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기성소화 처리장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 하부 노즐은 상기 산발효조의 하부를 향해 비스듬히 배치되고,
    상기 제 2 하부 노즐은 상기 혐기성소화조의 하부를 향해 비스듬히 배치되는 것을 특징으로 하는 혐기성소화 처리장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 산발효조의 바닥면은 상기 제 1 분사관의 기울기에 대응하는 기울기로 경사진 제 1 내부 경사면을 갖고,
    상기 혐기성소화조의 바닥면은 상기 제 2 하부 노즐의 기울기에 대응하는 기울기로 경사진 제 2 내부 경사면을 갖는 것을 특징으로 하는 혐기성소화 처리장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 하부 노즐은 상기 제 1 상부 노즐을 중심에 두고 상기 제 1 상부 노즐 좌우로 한 쌍씩 짝을 이루어 배치되되, 상기 제 1 상부 노즐 좌우로 짝을 이루어 배치되는 한 쌍의 제 1 하부 노즐의 각 끝단은 서로 다른 부분을 향하고,
    상기 제 2 하부 노즐은 상기 제 2 상부 노즐을 중심에 두고 상기 제 2 상부 노즐 좌우로 한 쌍씩 짝을 이루어 배치되되, 상기 제 2 상부 노즐 좌우로 짝을 이루어 배치되는 한 쌍의 제 2 하부 노즐의 각 끝단은 서로 다른 부분을 향하는 것을 특징으로 하는 혐기성소화 처리장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 순환관과 상기 제 1 분사관 사이에 배치되어 상기 제 1 순환관을 따라 유동하는 하폐수를 상기 제 1 분사관으로 안내하는 것으로, 상기 제 1 순환관이 연결되는 고정부 및 상기 제 1 분사관이 연결되는 회전부를 갖는 제 1 로터리조인트;
    상기 제 1 로터리조인트의 회전부를 회전시키는 제 1 모터;
    상기 제 2 순환관과 상기 제 2 분사관 사이에 배치되어 상기 제 2 순환관을 따라 유동하는 하폐수를 상기 제 2 분사관으로 안내하는 것으로, 상기 제 2 순환관이 연결되는 고정부 및 상기 제 2 분사관이 연결되는 회전부를 갖는 제 2 로터리조인트; 및
    상기 제 2 로터리조인트의 회전부를 회전시키는 제 2 모터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기성소화 처리장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 산발효조 내의 하폐수 수위를 검출하기 위해 상기 산발효조 내에 설치되는 제 1 수위 검출기;
    상기 산발효조 내의 하폐수 온도를 검출하기 위해 상기 산발효조 내에 설치되는 제 1 온도 검출기;
    상기 혐기성소화조 내의 하폐수 수위를 검출하기 위해 상기 혐기성소화조 내에 설치되는 제 2 수위 검출기;
    상기 혐기성소화조 내의 하폐수 온도를 검출하기 위해 상기 혐기성소화조 내에 설치되는 제 2 온도 검출기; 및
    상기 제 1 수위 검출기, 상기 제 1 온도 검출기, 상기 제 2 수위 검출기 및 상기 제 2 온도 검출기로부터 검출 신호를 제공받고, 상기 제 1 펌프, 상기 제 1 열교환기, 상기 제 2 펌프 및 상기 제 2 열교환기의 동작을 제어하는 제어장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기성소화 처리장치.
  9. 하폐수를 수용하는 내부 공간을 갖고 혐기성소화 공정 중 가수분해 단계와 산발효 단계가 이루어지는 산발효조;
    상기 산발효조 내에 수용된 하폐수를 순환시키기 위해 일단은 상기 산발효조의 상부에 연결되고 타단은 상기 산발효조의 하부에 연결되는 제 1 순환관;
    상기 산발효조 내에 수용된 하폐수를 강제 순환시키기 위해 상기 제 1 순환관에 설치되는 제 1 펌프;
    상기 제 1 순환관에 연결되고 상기 제 1 순환관을 따라 유동하는 하폐수를 상기 산발효조 내에서 상부 방향으로 분사시키기 위해 상기 산발효조 내에 배치되는 제 1 상부 노즐을 갖는 제 1 분사관;
    상기 산발효조를 통과한 하폐수를 수용하는 내부 공간을 갖고 혐기성소화 공정 중 메탄발효 단계가 이루어지는 혐기성소화조;
    상기 혐기성소화조 내에 수용된 하폐수를 순환시키기 위해 일단은 상기 혐기성소화조의 상부에 연결되고 타단은 상기 혐기성소화조의 하부에 연결되는 제 2 순환관;
    상기 혐기성소화조 내에 수용된 하폐수를 강제 순환시키기 위해 상기 제 2 순환관에 설치되는 제 2 펌프;
    상기 제 2 순환관에 연결되고 상기 제 2 순환관을 따라 유동하는 하폐수를 상기 혐기성소화조 내에서 상부 방향으로 분사시키기 위해 상기 혐기성소화조 내에 배치되는 제 2 상부 노즐을 갖는 제 2 분사관;
    상기 산발효조로 유입되는 하폐수의 유량을 조절하기 위해 상기 산발효조의 상류에 배치되는 유량조정조; 및
    상기 혐기성소화조를 통과한 하폐수 중의 슬러지를 침전시키기 위해 상기 혐기성소화조의 하류에 배치되는 소화슬러지저류조;를 포함하고,
    상기 제 1 분사관은 상기 제 1 순환관에 연결되고 상기 제 1 순환관을 따라 유동하는 하폐수를 상기 산발효조 내에서 하부 방향으로 분사시키기 위해 상기 산발효조 내에 배치되는 제 1 하부 노즐을 더 포함하며,
    상기 제 2 분사관은 상기 제 2 순환관에 연결되고 상기 제 2 순환관을 따라 유동하는 하폐수를 상기 혐기성소화조 내에서 하부 방향으로 분사시키기 위해 상기 혐기성소화조 내에 배치되는 제 2 하부 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 순환관을 통해 유동하는 하폐수를 가열하는 제 1 열교환기; 및
    상기 제 2 순환관을 통해 유동하는 하폐수를 가열하는 제 2 열교환기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  11. (a) 하폐수를 산발효조 내부로 유입시키는 단계;
    (b) 상기 산발효조 내부로 유입된 하폐수를 일단은 상기 산발효조의 상부에 연결되고 타단은 상기 산발효조의 하부에 연결되는 제 1 순환관을 따라 유동시키면서 상기 산발효조 내부로 유입된 하폐수에 대한 가수분해 공정 및 산발효 공정을 수행하는 단계;
    (c) 상기 산발효조를 통과한 하폐수를 혐기성소화조 내부로 유입시키는 단계; 및
    (d) 상기 혐기성소화조 내부로 유입된 하폐수를 일단은 상기 혐기성소화조의 상부에 연결되고 타단은 상기 혐기성소화조의 하부에 연결되는 제 2 순환관을 따라 유동시키면서 상기 혐기성소화조 내부로 유입된 하폐수에 대한 메탄발효 공정을 수행하는 단계;를 포함하고,
    상기 (b) 단계에서, 상기 제 1 순환관에 각각 연결되고 상기 산발효조 내부에 상부를 향하도록 배치된 제 1 상부 노즐 및 상기 산발효조 내부에 하부를 향하도록 배치된 제 1 하부 노즐을 통해 상기 제 1 순환관을 따라 유동하는 하폐수를 분사하여 교반하고,
    상기 (d) 단계에서, 상기 제 2 순환관에 각각 연결되고 상기 혐기성소화조 내부에 상부를 향하도록 배치된 제 2 상부 노즐 및 상기 혐기성소화조 내부에 하부를 향하도록 배치된 제 2 하부 노즐을 통해 상기 제 2 순환관을 따라 유동하는 하폐수를 분사하여 교반하는 것을 특징으로 하는 혐기성소화 처리방법.
  12. 삭제
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 (a) 단계 이후 상기 (b) 단계 이전에 상기 산발효조 내부에 수용된 하폐수의 온도를 검출하는 단계; 및
    상기 (c) 단계 이후 상기 (d) 단계 이전에 상기 혐기성소화조 내부에 수용된 하폐수의 온도를 검출하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 산발효조 내부에 수용된 하폐수의 온도가 설정 온도 미만일 때 상기 (b) 단계에서 상기 제 1 순환관을 따라 유동하는 하폐수를 가열하고, 상기 혐기성소화조 내부에 수용된 하폐수의 온도가 설정 온도 미만일 때 상기 (d) 단계에서 상기 제 2 순환관을 따라 유동하는 하폐수를 가열하는 것을 특징으로 하는 혐기성소화 처리방법.
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