KR101397780B1 - 혐기성 폐수 정화를 위한 방법 및 반응조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 주로 입상 생물체를 함유하는 상향류 반응조의 하부 부분에 폐수 및 임의로는 재순환수를 공급함으로써 그 처리로 생물 가스를 생성하고, 생성된 기체/액체/고체 혼합물을 위쪽으로 통과시켜서 3상 분리기에서 액체로부터 기체 및 고체를 분리시킴으로써 혐기성 유출수를 생성하고, 이 유출수를 분리기의 상부로부터 회수하는 것을 포함하며, 액체상으로부터의 기체 분리부 위에서, 경사진 플레이트, 튜브 또는 다른 경사진 내부 부품을 3상 분리기 몸체에 설치하여 유효 침강 표면을 증가시키고, 분리기에서 액체로부터 고체의 분리를 포함하는 개선점을 갖는, 슬러지층 시스템을 이용한 폐수의 혐기성 정화 방법, 이 방법에 적합한 상향류 반응조, 및 3상 분리기에 관한 것이다.
혐기성 폐수 정화, 3상 분리기, 상향류 반응조

Description

혐기성 폐수 정화를 위한 방법 및 반응조 {PROCESS AND REACTOR FOR ANAEROBIC WASTE WATER PURIFICATION}
본 발명은 생물학적 폐수 정화 분야에 속하고, 더 구체적으로 말하면, 혐기성 폐수 정화에 슬러지층 시스템을 이용하는 것에 관한 것이다.
생물학적 폐수 처리는 활성 생물체(biomass)(세균)를 이용하여 오염 물질(유기 물질)을 무해 성분으로 전환시킨다.
기본적으로, 이 처리를 수행할 수 있는 세균에는 두 가지 유형이 있다. 소위 혐기성 처리(산소를 이용하지 않음)의 경우, 혐기성 세균 공동체가 오염 물질을 실질적으로 생물 가스(biogas)로 전환시킨다.
호기성 처리에서는, 오염 물질이 호기성(산소를 이용함) 조건 하에서 대부분 환원되어 새로운 세균/생물체(잉여 슬러지)가 생성되고, 이어서 이들을 처리된 폐수로부터 분리해서 별도로 가공해야 한다.
혐기성 슬러지층 반응조 시스템은 혐기성 세균을 이용하여 폐수 중의 오염 물질을 생물 가스로 전환시킨다. 이들 혐기성 세균은 주로 입상 생물체라고 종종 불리는 응집체로 성장한다. 이 시스템은 종종 관련 혐기성 세균의 낮은 순 수율 로 인한 낮은 순 생물체 생성량(전형적으로, 2 내지 4 %의 전환된 COD)을 가짐을 특징으로 한다.
이것은 한편으로는 폐수 처리 시스템에서 발생한 과량의 생물체가 상당한 비용을 들여서 고체 폐기물로서 처분되어야 하기 때문에 커다란 이점이지만, 다른 한편으로는 처리 시스템(반응조)에 충분한 활성 생물학적 슬러지를 체류/유지시켜야 하는 민감한 국면을 만든다.
혐기성 처리 반응조에 생물체를 체류시키는 방법은 다양한 방식으로 행할 수 있다. 고정형 또는 이동형 담체 상에 생물체를 고정하는 것이 생물체 체류 시간으로부터 액체 체류 시간을 분리시키는 한 방법이다.
그러나, 더 나은 바람직한 방법은 UASB, EGSB 및 IC 반응조에 적용된 바와 같은 주로 입상화된 생물체를 이용하는 것이다.
지금까지, 고비율 혐기성 처리를 위한 임의의 새로운 산업적 응용의 85% 초과는 혐기성 슬러지층 기술을 기반으로 한다(문헌 [Frankin R.J.(2001). Full scale experience with anaerobic treatment of industrial wastewater. Wat Sci. Tech., 44(8), 1-6]).
정화 방법은 일반적으로 원폐수가 (부분 정화된) 폐수에 분산된 생물체를 함유하는 상향류 반응조의 바닥에서 도입되는 시스템을 이용하는 것을 포함한다. 혐기성 정화 공정 동안, 생물 가스가 생성되고, 액체(물), 고체(생물체) 및 기체의 혼합물이 반응조에서 위쪽으로 흐른다. 정화된 폐수가 방출될 수 있기 전에, 기체-액체-고체 분리가 일어나야 한다.
이러한 공정을 위한 전형적인 시스템은 원폐수가 공급되는 컨디셔닝 탱크를 기반으로 한다. 또한, 반응조로부터 나오는 혐기성 유출수의 재순환 흐름도 컨딩셔닝 탱크로 공급된다(보통은 중력에 의해). 컨디셔닝 탱크로부터 혼합물이 특수 설계된 유입수 분배 시스템을 통해 상향류 반응조의 기부에 도입된다. 이어서, 물이 조밀한 혐기성 슬러지층을 통해 위쪽으로 흐른다. 가용성 COD가 메탄이 풍부한 생물 가스로 쉽게 전환되고, 물 및 기체 함유 슬러지의 상향 순환이 확립된다. 반응조의 상부에 있는 특수 구조를 갖는 3상 분리기 구역이 우선적으로 효과적 탈기(degasification)가 일어나는 것을 허용한다. 이어서, 이제는 부착된 기포가 없는 고체 입자가 3상 분리기의 바닥으로 다시 가라앉아서 반응조로 돌아간다.
슬러지층 반응조에서는, 이러한 생물체의 양호한 침강성으로 인해, 그리고 반응조에서 이러한 생물체를 (처리된 폐수 및 생성된 생물 가스로부터) 효과적으로 분리하여 반응조에 체류시킬 수 있는 3상 분리기 또는 3상 분리기들을 반응조에 이용함으로 인해 생물체가 체류한다.
본 발명의 목적은 슬러지층 기술을 기반으로 하는 개선된 혐기성 폐수 처리 방법을 제공하는 것이다.
이것은 개선된 시스템의 다음 특징 중 하나 이상을 갖는 혐기성 폐수 처리를 위한 방법 및 반응조를 이용함으로써 달성한다:
Figure 112008056019924-pct00001
다음을 이용함으로써 얻은 개선된 슬러지 체류 및 성능:
Figure 112008056019924-pct00002
개선된 혐기성 유출수 재순환 방법
Figure 112008056019924-pct00003
다음을 갖는 개선된 3상 분리기 또는 3상 분리기들:
Figure 112008056019924-pct00004
유효 침강 표면을 증가시키기 위해 3상 분리기 몸체에 설치된 경사진 플레이트, 튜브 또는 다른 내부 부품
Figure 112008056019924-pct00005
3상 분리기 또는 3상 분리기들 및 내부 부품을 위한 공정내 세정 설비
Figure 112008056019924-pct00006
기체 분리가 더 효과적으로 일어나게 하기 위한 3상 분리기 또는 3상 분리기들 아래의 다수의 플레이트 기체 분리 배플
Figure 112008056019924-pct00007
개선된 유입수 분배 시스템(들).
제1 양상에서, 본 발명은 액체에 대한 고체의 개선된 분리에 관한 것이다. 이 실시태양에서는, 부피 변화 없이 유효 침강 표면을 증가시키기 위해 3상 분리기 몸체에 설치된 경사진 플레이트, 튜브 또는 다른 경사진 내부 부품을 갖는 3상 분리기가 사용된다.
따라서, 본 발명은, 주로 입상 생물체를 함유하는 상향류 반응조의 하부 부분에 폐수 및 임의로는 재순환수를 공급함으로써 그 처리로 생물 가스를 생성하고, 생성된 기체/액체/고체 혼합물을 위쪽으로 통과시켜서 3상 분리기에서 액체로부터 기체 및 고체를 분리시킴으로써 혐기성 유출수를 생성하고, 이 유출수를 분리기의 상부로부터 회수하는 것을 포함하며, 액체상으로부터의 기체 분리부 위에서, 경사진 플레이트, 튜브 또는 다른 경사진 내부 부품을 3상 분리기 몸체에 설치하여 유효 침강 표면을 증가시키고, 분리기에서 액체로부터 고체의 분리를 포함하는 개선점을 갖는, 슬러지층 시스템을 이용한 폐수의 혐기성 정화 방법으로 정의된다.
추가의 실시태양에서, 본 발명은, 기체, 고체 및 액체를 분리하기 위한, 반응조의 상부 부분에 존재하는 3상 분리기, 폐수의 흐름을 반응조 안으로 도입하기 위한, 반응조의 하부 부분에 존재하는 유입수 분배 수단, 분리기로부터 혐기성 유출수를 회수하기 위한 유출수 회수 수단, 및 임의로는 반응조로부터 재순환 흐름을 회수하기 위한 재순환 흐름 회수 수단을 안에 혼입한 반응조 탱크를 포함하고, 상기 3상 분리기는, 액체상으로부터의 기체 분리부 위에서, 3상 분리기 몸체에 설치된 경사진 플레이트, 파이프 또는 다른 경사진 내부 부품을 갖는, 본 발명의 방법에 적합한 상향류 반응조에 관한 것이다.
본 발명을 정의하는 세번째 방식은, 주요 분리기 몸체, 기체-액체-고체 혼합물에 대한 1개 이상의 입구, 혼합물로부터의 기체 분리를 위한 단일 또는 다중 생물 가스 분리 배플 플레이트, 액체상으로부터의 기체 분리부 위에서, 3상 분리기 몸체에 설치된 경사진 플레이트, 파이프 또는 다른 경사진 내부 부품, 및 3상 분리기 상부로부터의 유출수, 또한 임의로는 재순환수의 회수를 위한 수단을 포함하는 3상 분리기를 통한 것이다.
분리기내의 내부 부품은 전형적으로 50 내지 70°의 각도로 배치되어 수집된 고체의 중력에 의한 침강 및 플레이트간의 자유 공간을 가능하게 하고, 막힘(blockage)을 방지하기 위해 튜브 내부 또는 내부 부품 사이의 거리가 전형적으로 50 mm 이상이다. 본원에서 중요한 양상은, 기체 분리부가 이들 내부 부품 하부에 위치한다는 것이다.
이것은 다음 예를 이용하여 더 설명할 수 있다:
Figure 112008056019924-pct00008
설계 원폐수 흐름 100 ㎥/h
Figure 112008056019924-pct00009
실제 폐수 흐름 60 ㎥/h
Figure 112008056019924-pct00010
반응조에 도입되는 공급수 흐름 150 ㎥/h, 따라서 설계 조건 하의 혐기성 유출수 재순환 흐름 50 ㎥/h
Figure 112008056019924-pct00011
반응조는 각각의 유효 침강 표면이 5 ㎡이고 길이가 같은 3 개의 3상 분리기를 가지고, 특별한 내부 부품이 없으며, 각각
Figure 112008056019924-pct00012
Figure 112008056019924-pct00013
150 ㎜인 파이프의 수가 ~ 100인 경사진 파이프들의 패키지 때문에 유효 침강 표면은 25 ㎡이고, 파이프는 3상 분리기 몸체에 60°각도 하에 놓임.
종래 시스템에서는, 3상 분리기에 대한 유효 표면 부하가 설계 및 실제 상황 둘 모두에서 100/15 = 6.67 ㎥/㎡·h이다. 본 발명에 따르면, 3상 분리기에 대한 유효 표면 부하가 설계 조건 하에서는 100/75 = 1.13 ㎥/㎡·h이고, 실제 운전 조건 하에서는 겨우 60/75 = 0.8 ㎥/㎡·h이다.
이것은 더 효과적인 공정(더 나은 슬러지 재고량, 더 우수한 성능 및 환원률) 및 더 낮은 전체 투자 비용 달성에 있어 큰 이점이다.
동일한 표면 부하를 실현하기 위해서는 더 적은 3상 분리기(표면)가 요구된다.
혐기성 유출수 일부의 재순환은 혐기성 슬러지층 방법, 반응조 또는 장치의 안정한 작업에 유익하다. 그것은 안정한 수력학적 상태, 알칼리도 및 영양소의 재순환, 및 원공급수/원폐수의 희석(독성 및/또는 국지적 과부하를 방지하기 위함)을 제공한다. 기존의 혐기성 슬러지층 방법, 반응조 또는 장치에서는, 혐기성 유출수가 전체 3상 분리기 또는 3상 분리기들을 통과한 후, 혐기성 유출수(의 일부)를 (중력에 의해) 다시 컨디셔닝 탱크로 재순환시키는 것이 관행이다. 이것은 표면 부하가 반응조에 도입되는 총 공급수(= 실제 원폐수 흐름 + 재순환 흐름)를 3상 분리기(들)의 이용가능 순 표면적으로 나눔으로써 결정되기 때문에 3상 분리기 또는 3상 분리기들에 과잉 표면 부하(물(㎥)/3상 분리기 표면(㎡)으로 나타냄)를 발생시키는 결과를 초래한다.
본 발명의 경사진 내부 부품에 의해 이미 중요한 개선이 달성된다. 그러나, 이것을 개선된 재순환 방법과 조합함으로써, 훨씬 더 큰 개선이 얻어질 수 있다.
따라서, 바람직한 실시태양은 3상 분리기 외부의 반응조 상부로부터 또는 3상 분리기로부터 재순환수를 유출수와는 별도로 회수하는 것이다.
본 발명의 신규 양상은 혐기성 유출수 재순환 흐름이 종래와 같이 3상 분리기 유출수로부터 얻어지는 것이 아니라, 3상 분리기 외부의 반응조 상부로부터, 3상 분리기의 전용 구역으로부터, 또는 바람직하게는, 생물 가스가 이미 분리되고 침강된 고체가 (3상 분리기 몸체로부터) 수집되는 3상 분리기의 바닥으로부터 얻어진다는 점이다.
재순환수를 반응조의 상부로부터 또는 3상 분리기로부터 회수할 수 있는 다양한 방법이 존재한다. 제1 실시태양에서, 재순환수는 분리기로부터 기체가 이미 분리된 곳에서 회수된다. 이것은 분리기의 바닥으로부터 기체 편향 플레이트 바로 위에서 행해지는 것이 바람직하다.
다른 한 실시태양에서, 재순환 흐름은 분리기 외부의 반응조 상부로부터, 즉 고체-기체-액체 상으로부터 회수된다. 이 실시태양에서는, 경사진 플레이트 같은 기체 편향 장치 뒤에 회수 수단을 위치시키는 것도 가능하고, 이렇게 함으로써 고체-기체-액체 혼합물로부터 기체를 일부 분리한다.
다른 한 실시태양에서는, 3상 분리기 중 하나 이상(하나 초과의 3상 분리기가 존재함을 전제로 할 때) 또는 3상 분리기의 일부를 재순환 흐름에 전용하고, 한편 그 나머지 분리기 또는 3상 분리기의 일부를 유출수 생성 분리기로서만 전용하는 것도 가능하다.
재순환수의 양(부피)은 일반적으로 재순환수 및 혐기성 유출수를 합한 양의 >0 내지 95%일 것이다. 반대로, 혐기성 유출수의 양은 재순환수 및 혐기성 유출수를 합한 양의 5 내지 <100%일 것이다.
따라서, 3상 분리기에 대한 유효 표면 부하(㎥/㎡·h)는 항상 가능한 최저치이고, 실제 원폐수 공급 흐름에 정비례한다.
본 발명의 중요한 이점은 더 작은 3상 분리기를 설계하여 투자 비용을 줄이거나 또는 더 낮은 수력학적 부하로 인해 3상 분리기의 더 좋은 성능을 가질 수 있는 가능성이다.
반응조에는 많은 3상 분리기가 존재하는 경우가 꽤 자주 있다. 이러한 상황에서는, 각 3상 분리기로부터 각 3상 분리기의 길이/표면에 걸쳐 혐기성 유출수의 효과적이고 동등한 재순환을 갖는 것이 중요하다.
본 발명의 추가의 한 실시태양에서, 이것은 최소/최대 변화형(modulating min/max) 흐름 시스템에 의해 유출수 재순환을 성취함으로써 달성된다.
이어서, 각 3상 분리기로부터의 재순환 라인/파이프에 자동 개방/폐쇄 밸브를 설치한다. 이 방식에서는, 완전 또는 부분 재순환이 각 3상 분리기 또는 파이프로부터 별도로 성취된다. 다시 말해서, 이 실시태양에서는, 각 3상 분리기로부터의 재순환 흐름이 각 3상 분리기로부터의 재순환의 양의 분배를 결정하는 밸브에 의해 조절된다.
제1 실시태양에서는, 각 3상 분리기가 바닥에 혐기성 유출수 재순환 흐름 수집 파이프를 함유하고, 그의 길이에 걸쳐 (3상 분리기에) 수 개의 구멍/슬롯이 있다.
각 파이프는 3상 분리기 및 반응조 탱크 각각의 벽을 통해 뻗고, 모든 파이프가 헤더(header)에 연결되기 직전에 (반응조 외부에) 개방/폐쇄 자동 밸브를 함유한다.
이 헤더는 각 3상 분리기로부터 혐기성 유출수 재순환 흐름을 수집하고, 그것을 컨디셔닝 탱크로 방출한다. 이것은 다음 예를 이용하여 더 설명할 수 있다:
Figure 112008056019924-pct00014
설계 원폐수 흐름 100 ㎥/h
Figure 112008056019924-pct00015
실제 폐수 흐름 60 ㎥/h
Figure 112008056019924-pct00016
반응조에 도입되는 공급수 흐름 150 ㎥/h, 따라서 설계 조건 하의 혐기성 유출수 재순환 흐름 50 ㎥/h
Figure 112008056019924-pct00017
유효 3상 분리기 표면 15 ㎡
Figure 112008056019924-pct00018
반응조는 길이가 같은 3상 분리기를 3 개 가짐.
종래 기술 상황에서는, 3상 분리기에 대한 유효 표면 부하가 설계 및 실제 상황 둘 모두에서 150/15 = 10 ㎥/㎡·h이다. 본 발명의 바람직한 실시태양에 따르면, 개선된 재순환 위치를 이용함으로써, 3상 분리기에 대한 유효 표면 부하가 설계 조건 하에서는 100/15 = 6.67 ㎥/㎡·h이고, 실제 운전 조건 하에서는 겨우 60/15 = 4 ㎥/㎡·h이다.
바람직한 한 실시태양에 따르면, 재순환 라인의 개방/폐쇄 밸브는 예를 들어 다음 순서를 갖는다:
Figure 112008056019924-pct00019
어느 시점에서든 2 개의 밸브는 폐쇄되고 1 개의 밸브는 개방된다.
Figure 112008056019924-pct00020
5분마다 전환이 일어나서, 폐쇄된 밸브 중 하나는 개방되고 동시에 개방된 밸브는 폐쇄된다.
따라서, 어느 시점에서든, 전체 재순환 흐름이 3 개의 3상 분리기 중 하나로부터 설계 조건 하에서는 50 ㎥/h로, 원폐수 공급 흐름이 없는 경우 최대 150 ㎥/h로 얻어진다.
시간에 따른 이들 변동형 흐름의 결과는 다음과 같다:
Figure 112008056019924-pct00021
각 3상 분리기로부터 각 3 상 분리기의 길이에 걸쳐서 (더 많은) 동등한 재순환이 일어남.
Figure 112008056019924-pct00022
3상 분리기가 자동 세정되어 막힘의 위험이 적음.
게다가, 특별한 침강 표면과 혐기성 유출수 재순환을 위한 새로운 수단의 조합은 3상 분리기의 바닥에서 침강 고체의 더 효과적인 추출을 초래한다. 또한, 이것은 막함의 위험을 감소시킨다.
분리기 또는 그의 일부가 재순환수에만 특수하게 전용되는 경우, 유출수를 위한 분리기에서와 다른 종류의 내부 부품을 가지거나, 또는 내부 부품을 전혀 갖지 않는 것이 가능하다.
혐기성 유출수 추출 수단은 또한 동일한 추출 파이프 및 구멍 또는 슬롯을 통해 물 또는 (생물) 가스 재순환 흐름의 역류를 도입함으로써 3상 분리기(들) 및 그의 내부 부품의 공정내 세정 가능성을 제공한다.
이것은 반응조가 (완전 폐쇄된) 생물 가스 압력 하에서 운전될 때 이러한 조건 하에서 검사 또는 세정 목적으로 반응조를 개방하는 것이 매우 불편하기 때문에 특별히 중요하다.
본 발명에 따르는 3상 분리기(들)는 그들이 바이오탄(Biothane) UASB 및 바이오베드(Biobed) 3상 분리기에 이용될 때와 유사하게 다수의 (2 내지 10 개) 생물 가스 분리 배플 플레이트를 이용할 것이다. 3상 분리기로부터의 침강 고체는 중력 차이로 인해 유발되는 순환 흐름(맘모스 스트림(mammouth stream))의 결과로 적극적으로 반응조로 되돌아갈 것이다.
본 발명에 따르는 이 혁신적인 혐기성 슬러지층 방법 및 반응조와 관련된 추가의 중요한 바람직한 특징은 처리될 폐수와 (모든) 이용가능 생물체의 혼합 및 분배를 개선하는 것과 관련 있다.
전형적으로, 유입수 분배 시스템은 1 개의 스트링에 수 개의 노즐을 갖는 스트링들을 이용하여 1 내지 4 ㎡의 반응조 표면 당 1 개의 노즐을 가지고 반응조 표면에 걸쳐서 동등하게 분배된 짝수 개의 노즐을 갖도록 하여 수행한다.
본 발명의 이 실시태양의 특별한 특징은 반응조를 그의 높이에 걸쳐서 이들 유입수 분배 시스템을 수 개 갖도록 하여 수행한다는 점이다.
이것은 반응조 공급수 흐름과 이용가능 생물체의 더 나은 분배 및 혼합을 제공할 뿐만 아니라, 또한 그것은 정체된 슬러지층을 매우 효과적으로 파괴함으로써 반응조로부터 불규칙하고 바람직하지 않은 생물 가스 생성 흐름을 초래할 수 있는 기체 포켓 내의 생물 가스 축적을 방지할 것이다.
바람직하게는, 반응조는 1 개 이상, 바람직하게는 2 내지 5 개의 독립 운전 유입수 분배 시스템을 가질 것이다. 이들 시스템은 반응조의 높이에 걸쳐서 상이한 평면에 위치할 것이다. 일반적으로, 제1 시스템은 반응조의 바닥 가까이에 위치한다. 다른 유입수 분배 시스템은 제1 시스템 위에 반응조 높이의 15 내지 55%인 곳에 위치할 것이다.
한 전형적인 형태에서는, 하나의 시스템은 반응조 바닥에 위치하고, 추가의 시스템은 바닥으로부터 각각 2 m, 4 m 및 6 m인 곳에 위치한다.
유입수 분배 시스템은 슬러지층의 더 나은 혼합 및 분해를 위해(생물 가스 포획을 방지하기 위해) 바람직하게는 수평 유출을 갖는 최소/최대 변화형 흐름 시스템으로서 수행할 수 있다. 전형적으로, 흐름의 0 내지 40%가 노즐의 절반으로 향하고, 결과적으로 100 내지 60%가 나머지 절반으로 향한다. 최소에서 최대로의 바람직한 전환은 1 내지 5 분마다 일어난다.
2 개의 유입수 분배 시스템을 이용하는 장비에서는, 전형적으로 흐름의 20 내지 80%가 바닥의 유입수 분배 시스템으로 향하고, 결과적으로 흐름의 80 내지 20%가 더 높은 곳의 유입수 분배 시스템으로 향한다.
2 개 초과의 유입수 분배 시스템이 이용되는 경우, 시스템에 대한 유입수의 분배는 20 내지 80%가 바닥의 유입수 분배 시스템에 분배되고, 따라서 그 나머지 80 내지 20%는 더 높은 곳의 나머지 유입수 분배 시스템에 걸쳐서 동등하게 분배된다.
이 실시태양을 다음 예에서 더 설명한다:
Figure 112008056019924-pct00023
설계 원폐수 흐름 100 ㎥/h
Figure 112008056019924-pct00024
실제 폐수 흐름 60 ㎥/h
Figure 112008056019924-pct00025
반응조에 공급되는 공급수 흐름 150 ㎥/h, 따라서 설계 조건 하에서의 혐기성 유출수 재순환 흐름 50 ㎥/h
Figure 112008056019924-pct00026
반응조 600 ㎥, 15 m 높이, 따라서 40 ㎡ 반응조 표면
Figure 112008056019924-pct00027
반응조는 그의 높이에 걸쳐서 3 개의 유입수 분배 시스템을 가지고, 하나는 바닥 가까이에, 하나는 2 m 높이에, 하나는 4 m 높이에 위치함
Figure 112008056019924-pct00028
각 유입수 분배 시스템에는 4 개의 스트링 및 통틀어서 10 개의 노즐이 구비됨
Figure 112008056019924-pct00029
반응조 공급수 흐름의 1/2(따라서, 75 ㎥/h)은 바닥의 유입수 분배 시스템으로 향하고, 1/4(따라서, 37.5 ㎥/h)은 각각 2 m 및 4 m 높이의 유입수 분배 시스템으로 향함
Figure 112008056019924-pct00030
각 유입수 분배 시스템은 위에서 설명한 바와 같이 30%/70%의 최소/최대 흐름 분배로 운전됨
이제, 본 발명의 다양한 양상을 첨부 도면을 토대로 하여 설명한다:
도 1은 반응조 및 컨디셔닝 탱크로 이루어진 일반 공정 배열을 제공하는 도면.
도 2a는 3상 분리기의 측면도.
도 2b는 분리기의 상면도.
도 2c는 분리기의 다른 한 상면도.
도 3은 다단 유입수 분배 시스템을 갖는 상향류 반응조를 나타내는 도면.
도 4a 및 4b는 직접 재순환 파이프의 두 실시태양을 나타내는 도면.
도 5는 다수의 3상 분리기를 갖는 상향류 반응조의 상면도.
도 6은 기체 편향 플레이트를 이용하는 반응조의 상부로부터의 재순환을 나타내는 도면.
도 1에서는, 원폐수 (1)이 컨디셔닝 탱크 (2)로 공급되고, 여기서 그것은 재순환수 (10)(상향류 반응조 (5)로부터 중력에 의한 흐름)과 합쳐진다. 컨디셔닝 탱크 (2)에서는, 나타내지 않은 수단에 의해 물이 컨디셔닝(온도, pH, 영양소 첨가)된다. 반응조 공급수 펌프 (3)이 컨디셔닝된 물을 밸브 (4)를 이용하여 반응조 (5)의 바닥 가까이에 있는 유입수 분배 시스템 (6)으로 끌어올린다.
주로 입상 슬러지로 이루어지는 슬러지층이 존재하는 반응조에서 폐수가 증가한다. 폐수 중의 오염 물질의 혐기성 분해로 인하여 생물 가스가 형성되고, 고체, 액체 및 기체의 혼합물이 발생한다. 이 혼합물이 3상 분리기 (8)에 들어가고, 여기서 기체가 경사진 배플 (12)에 의해 제거된다. 혼합물 중의 고체가 분리기를 통해 침강하여 반응조로 되돌아간다. 세정된 유출수가 부호 (9)를 통해 회수된다. 생성된 기체는 라인 (7)을 통해 제거된다. 재순환 흐름은 라인 (10)을 통해 (중력에 의해) 회수된다. 별법으로, 재순환 흐름은 위치 (10a)(3상 분리기 외부) 또는 위치 (10b)(3상 분리기의 일부로부터)로부터 (모두 중력에 의해) 회수될 수 있다.
도 2a는 3상 분리기 (8)의 자세한 도면을 제공하고, 여기서 부호 (13)은 물 흐름 입구를 나타낸다. 이 물은 기체 및 고체를 추가로 함유하고, 다수의 생물 가스 분리 배플 플레이트 (12) 사이로 흐른다. 혼합물이 와류하고 아래쪽으로 흐르기 때문에, 고체로부터 부착 기체가 분리된다. 혼합물의 일부는 배플 플레이트의 바닥과 하부 기체 갭 (11) 사이의 구역을 통해 아래로 흐르고, 일부는 분리기 (8)의 내부 구역 (15)안으로 위쪽으로 흐른다. 내부 구역 (15)에는 바람직하게는 액체-고체 분리를 개선하기 위해 경사진 튜브 또는 경사진 플레이트와 같은 내부 부품이 제공된다. 고체는 아래쪽 방향으로 침강하여 구역 (16)을 통해 흘러 내려서 다시 반응조 안으로 간다. 액체는 내부 구역 (15)로부터 밖으로 위쪽으로 흐르고, 월류 론더(launder) (14)를 경유해서 유출수가 라인 (9)를 통해 제거된다. 재순환 흐름은 3상 분리기 (8)의 바닥 부분으로부터 이어서 파이프 (10)을 이용하여 중력에 의한 흐름에 의해 컨디셔닝 탱크로 회수될 수 있다.
도 2b에는 3상 분리기 (8)의 상면도가 제공되어 있고, 여기서 숫자 부호가 가리키는 것은 도 1 및 도 2a의 설명에서 숫자 부호가 가리키는 것에 상응한다. 이 도면에는 경사진 플레이트의 다양한 가능성이 제공되어 있다. 부호 (15a)는 골진 경사진 플레이트를 나타내고, 부호 (15b)는 경사진 튜브를 나타내고, 부호 (15c)는 경사진 편평 플레이트를 나타낸다.
도 2c에는 3상 분리기의 상면도가 제공되어 있고, 이것은 재순환 흐름을 수집하기 위한 특수 전용 구역을 갖는다. 이 구역은 부호 (16)으로 나타내었다. 이 구역은 내부 부품을 갖거나 갖지 않을 수 있다. 구역 (16)으로부터의 물이 월류 론더 (14a)를 통해 재순환 파이프 (10)으로 흐른다. 유출수는 론더 (14)를 경유해서 유출수 방출 파이프 (9)로 흐른다.
도 3에서는 4 개의 분배 시스템 (6a), (6b), (6c) 및 (6d)를 갖는 다수의 유입수 분배 시스템을 기술한다. 다양한 방출 파이프로 흐르는 물의 양은 밸브 (4a), (4b), (4c) 및 (4d)를 이용해서 조정한다.
도 4a 및 4b는 바람직하게는 3상 분리기 (10)의 바닥에 위치하는 직접 재순환 파이프의 자세한 사항을 나타낸다. 도 4a는 오리피스 (17)을 갖는 파이프를 나타낸다. 도 4b는 슬롯 (17a)를 나타낸다.
도 5에서는 상향류 반응조의 다수의 3상 분리기의 상면도를 나타낸다. 이 실시태양에서는 2 개의 분리기가 나타나 있지만, 더 많은 분리기를 포함하는 것도 가능하다. 각 분리기는 직접 재순환 파이프를 통해서 재순환 라인 (10)과 연결된다. 재순환 파이프에는 개폐 상태를 가질 수 있거나, 또는 흐름을 0%에서 100%까지 점차로 또는 단계적으로 조정하는 데 이용될 수 있는 밸브가 제공되어 있다.
도 6에는 3상 분리기 외부의 기체 편향 장치의 가능한 실시태양이 나타나 있다. 이 장치는 회수 수단 (10) 앞에 위치하는 기체 편향 수단 (19) 및 (20)으로 이루어진다.

Claims (25)

  1. 주로 입상 생물체를 함유하는 상향류 반응조의 하부 부분에 폐수를 공급함으로써 그 처리로 생물 가스를 생성하고, 생성된 기체/액체/고체 혼합물을 위쪽으로 통과시켜서 3상 분리기에서 액체로부터 기체 및 고체를 분리시킴으로써 혐기성 유출수를 생성하고, 이 유출수를 분리기의 상부로부터 회수하는 것을 포함하며, 액체상으로부터 기체를 분리시키는 배플 플레이트 위에, 경사진 플레이트, 튜브 또는 다른 경사진 내부 부품을 3상 분리기 몸체에 설치하여 유효 침강 표면을 증가시키고, 상기 분리기에서 액체로부터 고체를 분리시키는 것을 포함하는 개선점을 갖는, 슬러지층 시스템을 이용한 폐수의 혐기성 정화 방법.
  2. 제1항에 있어서, 내부 부품이 50 내지 70°의 각도로 배치되는 것인 정화 방법.
  3. 제1항에 있어서, 배플 플레이트가 3상 분리기의 바닥(16)에 위치하고, 경사진 플레이트, 튜브 또는 다른 경사진 내부 부품이 3상 분리기의 내부 구역(15)에 위치하는 것인 정화 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 재순환수를 3상 분리기로부터 또는 3상 분리기 외부의 반응조 상부로부터, 유출수와는 별도로 회수하는 정화 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 재순환수가 컨디셔닝 탱크 안으로 도입되고 폐수도 컨디셔닝 탱크 안으로 도입되어, 폐수 및 재순환 흐름을 합한 흐름이 컨디셔닝 탱크로부터 반응조로 도입되는 정화 방법.
  6. 제5항에 있어서, 재순환수의 도입이 중력을 기반으로 하는 것인 정화 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 3상 분리기 몸체에서의 경사진 플레이트, 튜브 또는 다른 경사진 내부 부품이 유효 침강 표면을 2 내지 10배 증가시키는 정화 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 생물 가스가 3상 분리기의 실제 침강 구역에 들어가는 것을 방지하고 고체 입자에 부착된 생물 가스의 효과적 분리를 제공하기 위해 3상 분리기의 입구에 다수의 생물 가스 분리 배플 플레이트가 존재하는 정화 방법.
  9. 제8항에 있어서, 2 내지 10 개의 생물 가스 분리 배플 플레이트가 존재하는 정화 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 반응조로의 공급수가 다단 유입수 분배 시스템을 통해 그 안에 도입되는 정화 방법.
  11. 제10항에 있어서, 2 내지 5 단의 유입수 분배 시스템이 존재하는 정화 방법.
  12. 제10항에 있어서, 제1 유입수 분배 시스템이 반응조의 바닥 가까이에 위치하고, 나머지 유입수 분배 시스템이 제 1 유입수 분배 시스템 위의 반응조 높이의 15 내지 55 %인 곳에 위치하는 정화 방법.
  13. 기체, 고체 및 액체를 분리하기 위한, 반응조의 상부 부분에 존재하는 3상 분리기, 폐수의 흐름을 반응조 안으로 도입하기 위한, 반응조의 하부 부분에 존재하는 유입수 분배 수단, 및 분리기로부터 혐기성 유출수를 회수하기 위한 유출수 회수 수단을 구비한 반응조 탱크를 포함하고, 상기 3상 분리기는, 액체상으로부터기체를 분리시키는 배플 플레이트 위에 위치하며 3상 분리기 몸체에 설치된 경사진 플레이트, 파이프 또는 다른 경사진 내부 부품을 갖는 것인, 제1항 또는 제2항의 방법에 적합한 상향류 반응조.
  14. 제13항에 있어서, 내부 부품이 50 내지 70°의 각도로 배치되어 있는 반응조.
  15. 제13항에 있어서, 폐수 공급 수단, 반응조의 재순환 흐름 회수 수단과 연결된 재순환 흐름 공급 수단, 및 재순환 및 폐수 흐름을 반응조에 공급하기 위한 공급 수단이 제공된 컨디셔닝 탱크가 존재하는 반응조.
  16. 제15항에 있어서, 재순환 흐름 공급 수단이 중력을 기반으로 하는 것인 반응조.
  17. 제13항에 있어서, 재순환수를 회수하기 위한 재순환 흐름 회수 수단이 존재하고, 상기 수단은 유출수 회수 수단과 별도로 존재하고, 상기 재순환 흐름 회수 수단은 3상 분리기로부터 또는 3상 분리기 외부의 반응조 상부로부터 물을 회수하도록 설계된 반응조.
  18. 제13항에 있어서, 다수의 생물 가스 분리 배플 플레이트가 3상 분리기의 입구에 존재하는 반응조.
  19. 제18항에 있어서, 2 내지 10 개의 생물 가스 분리 배플 플레이트가 존재하는 반응조.
  20. 제13항에 있어서, 반응조로의 공급수가 다단 유입수 분배 시스템을 통해 도입되는 반응조.
  21. 제20항에 있어서, 2 내지 5 단의 유입수 분배 시스템이 반응조의 상이한 높이에 존재하는 반응조.
  22. 분리기 몸체, 기체-액체-고체 혼합물에 대한 1개 이상의 입구, 혼합물로부터의 기체 분리를 위한 단일 또는 다중 생물 가스 분리 배플 플레이트, 배플 플레이트 위에 위치하고, 3상 분리기 몸체에 설치된 경사진 플레이트, 파이프 또는 다른 경사진 내부 부품, 및 3상 분리기 상부로부터 유출수의 회수를 위한 수단을 포함하는, 제1항 또는 제2항의 방법에 사용하기에 적합한 3상 분리기.
  23. 제22항에 있어서, 재순환수의 회수를 위한 수단을 더 포함하는 분리기.
  24. 분리기 몸체, 기체-액체-고체 혼합물에 대한 1개 이상의 입구, 혼합물로부터의 기체 분리를 위한 단일 또는 다중 생물 가스 분리 배플 플레이트, 배플 플레이트 위에 위치하고, 3상 분리기 몸체에 설치된 경사진 플레이트, 파이프 또는 다른 경사진 내부 부품, 및 3상 분리기 상부로부터 유출수의 회수를 위한 수단을 포함하는, 제13항의 반응조에 사용하기에 적합한 3상 분리기.
  25. 제24항에 있어서, 재순환수의 회수를 위한 수단을 더 포함하는 분리기.
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