KR101848913B1

KR101848913B1 - 혐기성 소화 및 암모니아 처리장치

Info

Publication number: KR101848913B1
Application number: KR1020170156241A
Authority: KR
Inventors: 이병희; 이용운; 김민석; 고재중; 전인기
Original assignee: (주) 에스텍코리아; (주) 헵스
Priority date: 2017-11-22
Filing date: 2017-11-22
Publication date: 2018-05-24

Abstract

본 발명은 혐기성 소화 및 암모니아 처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반응조 내부에서 유체의 흐름을 plug flow 형태가 이루어질 수 있도록 함으로써 반응이 효율적으로 이루어지도록 하고, 하나의 혐기성 소화용 반응조에서 산 생성 반응과 메탄 생성 반응이 시간차를 두고 이루어질 수 있도록 함으로써 공간 및 비용 효율적인 혐기성 소화 및 암모니아 처리장치에 관한 것이다.
본 발명은, 여러 개의 구멍을 가지며 정해진 간격으로 배치되는 둘 이상의 제1다공판을 포함하되 각각의 제1다공판의 구멍은 연통되지 않도록 서로 엇갈리게 배치되는 수직형 반응조인 혐기성 반응조; 처리 대상수를 상기 혐기성 반응조의 하부쪽으로 유입하기 위한 처리 대상수 유입수단; 상기 혐기성 반응조의 하단부 쪽에 연결되어 혐기성 반응조 하부의 현탁액을 배출시켜 일부는 가온한 후 상기 혐기성 반응조의 상단부로 유입시키고 나머지는 방류하기 위한 것으로서 배관과 펌프 및 열교환기를 포함하는 순환수단; 상기 혐기성 반응조에서 생성된 메탄가스를 배출시키기 위한 것으로서 상기 혐기성 반응조의 상단부와 연결되는 배관을 포함하는 메탄가스 배출수단; 여러 개의 구멍을 가지며 정해진 간격으로 배치되는 둘 이상의 제2다공판을 포함하되 각각의 제2다공판의 구멍은 연통되지 않도록 서로 엇갈리게 배치되는 수직형 반응조인 암모니아 탈기조; 상기 혐기성 반응조에서 배출된 배출수의 pH를 조절하여 상기 암모니아 탈기조로 이송하기 위한 것으로서 상기 혐기성 반응조와 상기 암모니아 탈기조의 하부를 연결하는 배관과 펌프 및 pH 조정조를 포함하는 제1이송수단; 상기 암모니아 탈기조 상부의 유체를 가온하여 상기 암모니아 탈기조 하부로 이송하며 배관과 펌프 및 열교환기를 포함하는 제2이송수단; 상기 암모니아 탈기조에서 배출된 배출수의 pH를 조정한 상태로 상기 혐기성 소화조의 상부로 이송하기 위한 것으로서 배관과 펌프 및 pH조정조를 포함하는 제3이송수단; 및, 상기 암모니아 탈기조 내부의 압력을 감소시키고 암모니아 탈기조로부터 암모니아를 외부로 배출하기 위한 것으로서 상기 암모니아 탈기조의 압력을 줄이기 위한 감압수단과 상기 암모니아 탈기조의 상단부와 연결되는 배관을 포함하는 암모니아 배출수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기성 소화 및 암모니아 처리 장치를 제공한다.

Description

혐기성 소화 및 암모니아 처리장치{omitted}

본 발명은 혐기성 소화 및 암모니아 처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반응조 내부에서 유체의 흐름을 plug flow 형태가 이루어질 수 있도록 함으로써 반응이 효율적으로 이루어지도록 하고, 하나의 혐기성 소화용 반응조에서 산 생성 반응과 메탄 생성 반응이 시간차를 두고 이루어질 수 있도록 함으로써 공간 및 비용 효율적인 혐기성 소화가 가능하게 하고, 암모니아 탈기탑과 연계되는 공정의 구축을 통해 암모니아 제거율을 높임과 동시에 혐기성 소화조에서의 암모니아 독성을 차단하도록 하는 장치에 관한 것이다.

고농도 암모니아성 질소 함유 폐수로부터 암모니아를 처리하는 방법은 생물학적 처리방법과 및 물리·화학적 처리방법이 있다.

고농도 암모니아성 질소는 미생물 생장에 악영향을 주는 관계로 생물학적 처리방법이 광범위하게 사용되지 못하고 있으나, 최근에서는 특수 미생물을 이용한 암모니아성 질소제거 기술이 현장에 도입되고 있다. 최근 개발된 생물학적 처리방법의 대표적인 기술로 Anammox(ANaerobic Ammonium OXidation)가 있는데, Anammox균(Brocadia, Kuenenia, Anammoxoglobus, Jettenia, Scalindua 등)이 암모니아성 질소와 아질산성 질소를 이용해서 결합형태의 질소를 가스 형태의 질소가스로 외부에 방출하는 것이다. 이를 표현한 화학식은 다음과 같다.

NH₄ ⁺ + NO₂ ^- → N₂ + 2H₂O

그런데, Anammox 균은 유지관리 면에서 매우 어렵고, 반응조 수온을 30℃로 일정하게 유지시켜주어야 하는 관계로 열에너지가 필요하다. 이와 더불어 이 기술은 암모니아성 질소를 질소 가스로 대기 중에 방출시키는 관계로 비료성분인 질소를 회수하지 못하는 단점이 있다.

고농도 암모니아성 질소 함유 폐수로부터 물리·화학적으로 암모니아를 제거하는 기술로는 암모니아 탈기와 탈기된 암모니아 가스를 황산과 반응시켜 비료인 황산암모늄으로 회수하는 기술이 있다. 이 기술은 고농도 함유 폐수의 pH와 수온을 높혀 폐수 중의 암모니아성 질소를 암모니아 형태로 전환한 후 탈기탑에 투입하여 폐수중에 포함된 암모니아를 암모니아 가스로 배출시킨 후 배출된 가스를 황산과 반응시켜 비료성분인 황산암모늄을 생성시키는 것이다.

이 기술을 고형물 함량이 많은 고농도 암모니아 폐수에 적용하면 암모니아 탈기탑에 고형물이 쌓이고, 탈기탑 내부에 스케일이 누적되는 관계로 지속적인 탈기탑 운전이 어려운 문제가 있다. 또한, 탈기탑의 탈기 매개 물질로 대기 중의 공기를 사용하는 관계로 탈기 대상 유체에 산소가 유입되어, 혐기성 소화조와 연계처리되는 경우 혐기성 반응조 현탁액의 일부를 인발하여 탈기하면 현탁액에 유입된 산소가 혐기성 미생물에 치명적인 독성을 유발한다. 그러므로 이 기술로 혐기성 반응조 현탁액의 일부를 인발하여 암모니아성 질소를 제거한 후 혐기성 반응조로의 재투입은 불가능하다. 이와 더불어 이 기술은 탈기탑에 과도한 공기를 투입해야 하는 관계로 탈기탑의 배기가스인 암모니아성 가스가 희석되어 이후 황산암모늄을 생성하는 반응조의 체적이 암모니아 가스만 배출하는 감압 탈기탑 시스템에 비해 크게 된다.

한편, 전술한 암모니아 제거 장치 등에 사용되는 반응조는 수평형과 수직형으로 나뉘는데, 산소공급 장치 설치 등에 면적이 많이 필요한 곳에서는 수평형을 사용하고, 그렇지 않은 경우에는 수직형을 사용하고 있다. 또한, 반응조 설치 부지가 한정된 경우에는 산소공급 장치 등의 변환을 통해 수직 반응조를 사용하기도 한다.

반응조에 있어서 반응 형태는 유체가 완전히 혼합된 상태에서의 반응과 플러그 플로우(plug flow) 형태로 유동하는 상태에서의 반응으로 나눌 수도 있는데, 조건에 따라 차이는 있지만 통상적으로 플러그 플로우 형태의 반응이 완전혼합 형태의 반응보다 약 4배 정도 빠른 것으로 파악되고 있다. 따라서 짧은 시간에 만족스러운 반응이 수행되는 플러그 플로우형 반응조를 모든 처리시설에서 사용하고자 노력하고 있다.

본 발명은 전술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고형성 및 용존성 오염물질을 다량으로 함유한 유체의 혐기성 소화 및 암모니아 탈기가 효율적으로 이루어질 수 있도록 구조가 개선된 혐기성 소화 및 암모니아 처리 장치를 제공하는 것이다.

전술한 과제의 해결 수단으로서 본 발명은,

여러 개의 구멍을 가지며 정해진 간격으로 배치되는 둘 이상의 제1다공판을 포함하되 각각의 제1다공판의 구멍은 연통되지 않도록 서로 엇갈리게 배치되는 수직형 반응조인 혐기성 반응조;

처리 대상수를 상기 혐기성 반응조의 하부쪽으로 유입하기 위한 처리 대상수 유입수단;

상기 혐기성 반응조의 하단부 쪽에 연결되어 혐기성 반응조 하부의 현탁액을 배출시켜 일부는 가온한 후 상기 혐기성 반응조의 상단부로 유입시키고 나머지는 방류하기 위한 것으로서 배관과 펌프 및 열교환기를 포함하는 순환수단;

상기 혐기성 반응조에서 생성된 메탄가스를 배출시키기 위한 것으로서 상기 혐기성 반응조의 상단부와 연결되는 배관을 포함하는 메탄가스 배출수단;

여러 개의 구멍을 가지며 정해진 간격으로 배치되는 둘 이상의 제2다공판을 포함하되 각각의 제2다공판의 구멍은 연통되지 않도록 서로 엇갈리게 배치되는 수직형 반응조인 암모니아 탈기조;

상기 혐기성 반응조에서 배출된 배출수의 pH를 조절하여 상기 암모니아 탈기조로 이송하기 위한 것으로서 상기 혐기성 반응조와 상기 암모니아 탈기조의 하부를 연결하는 배관과 펌프 및 pH 조정조를 포함하는 제1이송수단;

상기 암모니아 탈기조 상부의 유체를 가온하여 상기 암모니아 탈기조 하부로 이송하며 배관과 펌프 및 열교환기를 포함하는 제2이송수단;

상기 암모니아 탈기조에서 배출된 배출수의 pH를 조정한 상태로 상기 혐기성 소화조의 상부로 이송하기 위한 것으로서 배관과 펌프 및 pH조정조를 포함하는 제3이송수단; 및,

상기 암모니아 탈기조 내부의 압력을 감소시키고 암모니아 탈기조로부터 암모니아를 외부로 배출하기 위한 것으로서 상기 암모니아 탈기조의 압력을 줄이기 위한 감압수단과 상기 암모니아 탈기조의 상단부와 연결되는 배관을 포함하는 암모니아 배출수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기성 소화 및 암모니아 처리 장치를 제공한다.

이 때, 여러 개의 구멍을 가지며 정해진 간격으로 배치되는 둘 이상의 제3다공판을 포함하되 각각의 제3다공판의 구멍은 연통되지 않도록 서로 엇갈리게 배치되는 수직형 반응조로서 내부에 황산이 충전된 황산 암모늄 생성조;

상기 황산 암모늄 생성조에서 생성된 황산 암모늄을 배출하기 위한 황산 암모늄 배출수단;

상기 황산 암모늄 생성조에 황산을 공급하기 위한 황산 공급수단;

상기 황산 암모늄 생성조의 상부와 연결되는 배관과 진공펌프를 포함하는 감압수단;

상기 황산 암모늄을 배출하기 위해 상기 황산 암모늄 생성조의 내부 압력을 대기압과 맞추기 위한 공기 공급수단;을 더 포함하며,

상기 암모니아 배출수단의 배관에는 상기 암모니아 탈기조에서 배출된 암모니아 가스 중에 포함된 수분을 제거한 상태로 상기 황산 암모늄 생성조로 이송하도록 제습수단이 마련된 상태로 상기 암모니아 탈기조와 상기 황산 암모늄 생성조를 서로 연결하는 것이 바람직하다.

상기 황산 암모늄 생성조, 황산 공급수단, 공기 공급수단, 황산 암모늄 배출수단은 각각 한 쌍이 마련되고 상기 암모니아 배출수단의 배관은 상기 황산 암모늄 생성조에 각각 연결되어 선택적으로 암모니아를 공급하여,

상기 한 쌍의 황산 암모늄 생성조가 서로 번갈아가며 운영되는 것이 더욱 바람직하다.

상기 제3다공판에 마련되는 구멍은 판으로부터 돌출된 형태의 구멍일 수도 있다.

상기 감압수단은 진공측정장치와 진공펌프를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면 반응조 내에서 plug flow 형태의 유체 흐름이 발생하도록 하여 반응속도를 높이고 이에 따라 반응이 효율적으로 발생하는 혐기성 소화 및 암모니아 처리장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 혐기성 소화 및 암모니아 처리장치를 설명하기 위한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 혐기성 소화조 또는 암모니아 탈기조에 설치되는 제1다공판 또는 제2다공판을 설명하기 위한 도면.
도 3은 도 1에 도시된 황산 암모늄 생성조에 설치되는 제3다공판을 설명하기 위한 도면.
도 4는 다공판에 의해 plug flow가 형성되는 것을 보여주기 위한 실험 사진.

이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명의 하나의 바람직한 실시예에 따른 혐기성 소화 및 암모니아 처리장치에 대하여 설명함으로써 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 제공하기로 한다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 혐기성 소화 및 암모니아 처리장치를 설명하기 위한 도면, 도 2는 도 1에 도시된 혐기성 소화조 또는 암모니아 탈기조에 설치되는 제1다공판 또는 제2다공판을 설명하기 위한 도면, 도 3은 도 1에 도시된 황산 암모늄 생성조에 설치되는 제3다공판을 설명하기 위한 도면, 도 4는 다공판에 의해 plug flow가 형성되는 것을 보여주기 위한 실험 사진이다.

본 실시예에 따른 혐기성 소화 및 암모니아 처리장치는 혐기성 반응조(100), 암모니아 탈기조(200), 황산 암모늄 생성조(300)를 포함하여 구성되며 각각의 반응조는 둘 이상의 제1다공판(110), 제2다공판(210), 제3다공판(310)을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 혐기성 반응조(100)와 관련된 대상수 유입수단(120), 순환수단(130), 메탄가스 배출수단(140), 상기 암모니아 탈기조(200)와 관련된 제1이송수단(220), 제2이송수단(230), 제3이송수단(240), 상기 황산 암모늄 생성조(300)와 관련된 황산 암모늄 배출수단(320), 황산 공급수단(330), 감압수단(340), 공기 공급수단(350)을 포함하여 구성된다.

상기 혐기성 반응조(100)는 아래위 방향으로 길게 배치되는 수직형 반응조로서 내부에는 전술한 제1다공판(110)이 설치된다.

제1다공판(110)은 여러 개의 구멍(111)을 가지며 정해진 간격으로 둘 이상이 배치되는 판으로서 각각의 제1다공판(110)의 구멍은 도 2에 도시된 바와 같이 연통하지 않도록 서로 엇갈리게 배치된다. 도 2의 오른쪽에 배치된 도면의 화살표는 두 개의 제1다공판(110)의 구멍(111) 중 어느 하나의 구멍(가운데에 위치한)을 지나는 유체의 흐름을 도시한 것이다. 도 1에 도시된 혐기성 반응조(100)에는 아래위로 세 세트의 제1다공판(110)이 구비되어 있는 것으로 도시되어 있는데 제1다공판(110)을 몇 세트 설치하는 것은 설계변경 사항이다.

상기 제1다공판(110)을 통과한 유체는 plug flow의 형태의 흐름을 보인다. 이는 도 4의 사진에서 확인할 수 있는데 도 4의 사진은 안료를 수직형 반응기의 상부쪽에서 흘린 것으로서 위쪽의 사진은 다공판이 없는 형태로서 completely mixed 형태로 안료가 배합되는 것을 확인할 수 있으며, 아래쪽의 사진은 다공판이 있는 형태로서 plug flow 형태의 유체흐름을 보이는 것을 확인할 수 있다.

상기 처리 대상수 유입수단(120)은 상기 혐기성 반응조(100)의 하부쪽으로 처리 대상수를 유입하는 구성이다. 처리 대상수로는 고농도 유기물과 유기성 질소 함유 폐수가 적당하다.

상기 순환수단(130)은 상기 혐기성 소화조(100)의 하부와 연결되어 혐기성 소화조(100)의 하부에 있는 현탁액을 배출시켜 일부는 가온한 후 혐기성 소화조(100)의 상부로 유입시키고 나머지는 방류하는 구성으로서 배관(131), 펌프(132) 및 열교환기(133)로 구성되며 열교환기(133)에 의해 순환수단(130)에 의해 이송되는 현탁액의 온도를 조절함으로써 혐기성 소화조(100) 내부 온도를 반응에 적절한 수준으로 조절하게 된다.

혐기성 소화조(100)에서는 산 생성 반응과 메탄 생성 반응이 일어나는데 산 생성반응과 메탄 생성 반응이 하나의 반응조에서 동시에 일어나는 경우 두 개의 반응을 최적화시키는데 어려움이 있어서 종래에는 별도의 반응조에서 산 생성과 메탄 생성 반응이 일어나도록 구성하였는다. 종래와 달리 본 실시예에서는 하나의 혐기성 소화조(100)에서 산 생성 반응과 메탄 생성 반응이 시간차를 두고 일어나도록 하여 하나의 반응조에서 효율적으로 두 가지 반응이 일어날 수 있도록 구성되어 있는데 이와 관련하여 다공판(110)의 역할이 중요하며 이에 대해서는 혐기성 소화조의 운용과 관련된 설명에서 다시 다루기로 한다.

상기 메탄가스 배출수단(140)은 상기 혐기성 반응조(100)의 상단부와 연결되는 배관(141)을 포함하며 혐기성 반응조(100)에서 발생한 메탄 가스를 외부로 배출하는 구성으로서 메탄가스 포집수단(142)을 포함하여 배출된 메탄가스를 포집할 수도 있다.

상기 암모니아 탈기조(200)는 상기 혐기성 반응조(100)와 마찬가지로 수직형 반응조로서 그 내부에는 제2다공판(210)이 설치되어 있으며, 혐기성 소화조(100) 현탁액 중의 암모니아성 질소를 제거하는 구성이다. 상기 제2다공판(210)은 제1다공판과 마찬가지로 여러 개의 구멍(211)을 포함하고 있으며 구멍(211)의 배치는 제1다공판(110)과 실질적으로 동일하지만 구분을 위해 제1, 제2의 수식어를 사용한 것이므로 추가적인 설명은 생략하기로 한다. 도 1에는 세 세트의 제2다공판(210)이 설치되어 이는 것으로 도시되어 있지만 이 역시 설계변경가능하다.

상기 제1이송수단(220)은 상기 혐기성 소화조(100)로부터 암모니아 탈기조(200)로 유체를 이송하기 위한 구성으로서 배관(221), 펌프(222) 및 pH 조정조(223)를 포함하여 구성된다. pH 조정조(223)에서는 암모니아 탈기조(200)로 유입되는 유체의 pH를 9이상으로 상승시켜 암모니아 탈기 효율을 높이도록 한다. 상기 배관(221)은 상기 혐기성 소화조(100)로부터 상기 암모니아 탈기조(200)로 연결되며 제2다공판(210)에 의해 암모니아 탈기조(200) 내부에서 plug flow 형태의 유체 흐름을 유도함으로써 암모니아 탈기 반응이 활성화된다.

상기 제2이송수단(230)은 상기 암모니아 탈기조(200) 상부의 유체를 가온하여 암모니아 탈기조(200)의 하부로 이송하기 위한 구성으로서 배관(231)과 펌프(232) 및 열교환기(233)를 포함하여 구성된다.

상기 제3이송수단(240)은 상기 암모니아 탈기조(200)에서 암모니아가 탈기된 현탁액의 pH를 조절하여 상기 혐기성 소화조(100)로 이송하기 위한 구성으로서 암모니아 탈기조(200)와 혐기성 소화조(100)의 상부를 서로 연결하는 배관(241)과 펌프(242) 및 pH 조정조(243)로 구성된다. 암모니아 탈기조(200)에서 배출된 현탁액을 pH 조정조(243)에서 pH 7 정도로 조정한 후 혐기성 소화조(100)로 유입시킨다.

상기 암모니아 배출수단(250)은 상기 암모니아 탈기조(200)를 감압하고, 암모니아 탈기조(200)에서 생성된 암모니아에 포함된 수분을 제거하여 외부로 배출하는 구성으로서 배관(251)과 감압수단 및 제습수단(253)을 포함하여 구성된다. 본 실시예에서 상기 암모니아 배출수단(250)에 의해 배출된 암모니아 가스는 상기 황산 암모늄 생성조(300)로 이송되는데, 이를 위해 상기 배관(251)은 상기 암모니아 탈기조(200)의 상단부와 상기 황산 암모늄 생성조(300)를 연결하도록 구성된다. 상기 감압수단은 상기 암모니아 탈기조(200)의 상부의 진공 상태를 측정하는 진공 측정장치(252)과 진공펌프(342)를 포함하여 구성되며, 감압수단에 의해 암모니아 탈기조(200)의 상부가 진공상태로 유지함으로써 암모니아 탈기 효율을 증가시키게 된다. 상기 제습수단(253)으로는 디미스터(Demister)를 사용할 수 있다.

상기 황산 암모늄 생성조(300)는 상기 암모니아 탈기조(200)에서 탈기된 암모니아 가스를 이용하여 황산 암모늄을 제조하는 구성으로서 수직 반응조 형태이며, 제3다공판(310)을 포함하고 있다. 상기 제3다공판(310)에는 여러 개의 구멍을 가지며 정해진 간격으로 배치되며 각각의 구멍은 연통되지 않도록 서로 엇갈리게 배치되어 있다. 상기 제3다공판(310)의 구멍(311)은 도 3의 단면도에 도시된 바와 같이 판으로부터 돌출된 형태의 구멍으로서 돌출된 형태로 인하여 고형물의 누적을 줄일 수 있게 된다.(도 1에는 제3다공판(310)이 제1다공판(110)과 동일한 형태로 도시되어 있는데 이는 도시상의 편의를 위한 것이고 실제로는 도 3에 도시된 형태이다.) 제3다공판(310)은 돌출된 형태의 구멍 이외에는 제1다공판(110)과 제2다공판(210)과 유사한 구성이므로 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.

상기 황산 암모늄 배출수단(320)은 상기 황산 암모늄 생성조(300)에서 생성된 황산 암모늄을 황산 암모늄 생성조(300)의 외부로 배출하는 구성이다.

상기 황산 공급수단(330)은 상기 황산 암모늄 생성조(300)에 황산을 공급하기 위한 구성이다.

상기 감압수단(340)은 상기 암모니아 탈기조(200)와 황산 암모늄 생성조(300)의 내부 압력을 낮추어 암모니아의 유입을 원활하게 하는 구성으로서 상부와 연결되는 배관(341)과 진공펌프(342)를 포함하여 구성된다. 암모니아가 황산 암모늄 생성조(300)로 유입되면 제3다공판(310)에 의해 plug flow 태의 흐름을 보이며 이로 인하여 황산 암모늄 생성이 활성화된다.

상기 공기 공급수단(350)은 황산 암모늄 생성조(300)에서 생성된 황산 암모늄을 외부로 배출할 때 필요한 구성으로서 배관(351)과 밸브(352)를 포함하여 구성되며, 공기 공급수단(350)에 의해 황산 암모늄 생성조(300)로 대기중의 공기를 공급하여 내부의 압력을 대기압과 동일하게 맞추게 된다.

상기 감압수단(340)과 공기 공급수단(350)의 운용방법은 후술하는 장치의 운영방법에 대한 설명부분에서 다시 설명하기로 한다.

본 실시예에서 상기 황산 암모늄 생성조(300), 황산 공급수단(330), 감압수단(340) 및 공기 공급수단(350)은 도 1에 도시된 바와 같이 한 쌍이 마련되어 배치(batch) 반응조 형태로 번갈아가며 운영되는데 이를 위하여 상기 암모니아 배출수단(250)의 배관(251)은 상기 한 쌍의 황산 암모늄 생성조(300) 각각에 연결되어 밸브(255)의 개폐에 의해 선택적으로 암모니아를 공급하게 되며, 상기 감압수단(340)의 배관(341)에는 밸브(343)가 설치되어 있어서 황산 암모늄 생성조(300)의 선택적 운영이 이루어질 수 있도록 한다.

이하에서는 전술한 혐기성 소화 및 암모니아 처리장치의 운영방법에 대하여 설명함으로써 본 발명의 기능, 작용 및 효과에 대하여 설명하기로 한다.

우선 혐기성 소화조(100)의 운영에 대하여 설명한다.

처리 대상수 유입수단(120)에 의해 처리 대상수(고농도 유기물과 유기성 질소 함유 폐수)를 혐기성 소화조(100)로 유입시킨다. 이때 순환수단(130)과 제1이송수단(220)은 운영되지 않으며 유입되는 처리 대상수는 가장 아래에 있는 제1다공판(110)의 하부를 채우는 정도이다.

처리 대상수가 혐기성 소화조(100)로 유입되면 혐기성 소화조(100)와 연결된 모든 배관을 차단하고 일정시간 산 생성 반응이 발생하도록 둔다. 산 생성 반응은 처리 대상수가 유입된 부분(가장 아래쪽에 설치된 제1다공판의 아래)에서 활발하게 진행되는데 제1다공판(110)에 의하여 제1다공판(110)의 아래와 위의 흐름이 어느 정도는 차단되기 때문에 제1다공판(110) 아래쪽에서만 산 생성 반응이 활발하게 발생할 수 있게 된다.

일정 시간 산 생성 반응이 일어나면 순환수단(130)에 의해 산 성생 반응이 발생한 혐기성 소화조(100) 하부의 현탁액을 혐기성 소화조(100)의 상부로 유입시킨다. 이때 필요한 경우 열교환기(123)를 이용하여 현탁액을 가온한다. 이때 처리 대상수 유입수단(120)과 제1이송수단(220)은 운영하지 않는다.

혐기성 소화조(100)의 상부로 유입된 현탁액은 혐기성 반응조(100)의 아래쪽으로 이동하게 되면서(자유낙하) 메탄 생성 반응을 일으키게 되는데, 제1다공판(110)에 의해 plug flow가 형성되며 이러한 plug flow에 의해 메탄 생성 반응이 매우 효율적으로 일어나게 된다.

이때 제3이송수단(240)에 의해 암모니아 탈기조(200)에서 암모니아가 탈기된 상태의 현탁액도 혐기성 소화조(100)의 상부로 유입되며 이렇게 유입된 유체 역시 plug flow 형태로 혐기성 소화조(100)의 내부에서 아래쪽으로 이동하며 이러한 흐름 역시 메탄 생성 반응이 효율적으로 일어나게 되는데 영향을 미치게 된다.

메탄 생성 반응은 산 생성 반응과 달리 혐기성 소화조(100)의 전체에서 발생하는 반응이다.

앞서 간단히 언급한 바와 같이 혐기성 처리에 있어 산 생성 반응과 메탄 생성 반응은 공존하는데 동시에 발생하게 되면 각각의 반응을 최적화하는데 어려움이 있어 별도의 반응조로 운영을 하는 경우가 많은데 본 발명에서는 하나의 반응조에서 시차를 달리하여 산 생성 반응과 메탄 생성 반응이 발생하도록 운영함으로써 보다 경제적인 혐기성 처리가 가능한 장점이 있다.

전술한 메탄 생성 반응에 의해 발생한 메탄가스는 메탄가스 배출수단(140)에 의해 외부로 배출되며 메탄가스 포집수단(141)에 저장할 수도 있다.

상기 혐기성 소화조(100)에서 일정시간이 경과하여 메탄 생성 반응이 종료되면 혐기성 소화조(100)의 처리수를 제1이송수단(220)에 의해 암모니아 탈기조(200)의 아래쪽으로 유입시킨다. 이때 제1이송수단(220)의 pH 조정조(223)에 의해 암모니아 탈기조 유입수의 pH를 9 이상으로 상승시켜 유입시키도록 한다.

상기 혐기성 소화조(100)에서 암모니아 탈기조(200)로 유체가 이송되면 처리 대상수 유입수단(120)에 의해 혐기성 소화조(100)로 처리 대상수가 유입되며 전술한 운영방식으로 처리 대상수를 처리하여 암모니아 탈기조(200)로 이송하게 된다.

한편, 암모니아 탈기 반응이 진행되는 동안 제2이송수단(230)에 의하여 암모니아 탈기조(200)의 상부의 유체가 암모니아 탈기조(200)의 하부쪽으로 이송되는데 이렇게 이송되는 유체 역시 상부쪽으로 plug flow의 형태로 이동하게 되며 필요한 경우 열교환기(233)에 의해 유체의 온도를 조절한다.

상기 제1이송수단(220)과 제2이송수단(230)에 의해 상기 암모니아 탈기조(200)의 아래쪽으로 유입된 유체는 펌프(222,232)에 의해 가압되어 암모니아 탈기조(200)의 상부로 이동하게 되는데 이때에도 제2다공판(210)에 의해 plug flow 형태로 이동하게 되며 이러한 형태의 흐름이 암모니아 탈기반응이 효율적으로 수행될 수 있도록 한다.

암모니아 탈기반응이 발생하는 동안 암모니아 탈기조(200)의 상부는 진공 상태를 유지할 수 있도록 하는데 이를 위하여 암모니아 배출수단의 감압수단을 이용한다. 진공 측정장치(252)를 이용하여 암모니아 탈기조(200) 상부의 진공상태를 측정하고 진공펌프(343)를 이용하여 암모니아 탈기조(200) 상부의 기체를 외부로 배출한다. 배출되는 기체에는 암모니아가 포함되어 있으며 암모니아는 제습수단(253)에 의해 습기가 제거된 상태로 황산 암모늄 생성조(300)로 이송된다.

상기 황산 암모늄 생성조(300)와 황산 암모늄 배출수단(320), 황산 공급수단(330), 감압수단(340), 공기 공급수단(350)은 전술한 바와 같이 한 쌍이 마련되어 배치방식으로 교차 운영된다. 첫번째 황산 암모늄 생성조(300)가 운영되는 경우 운영되는 황산 암모늄 생성조(300)는 황산 공급수단(330)에 의해 황산이 공급된 상태로 감압수단(340)에 의해 위쪽이 진공이 된 상태에서 암모니아 가스가 운영되는 황산 암모늄 생성조(300)의 하부쪽으로 유입된다. 유입된 암모니아 가스는 제3다공판(310)을 통과하면서 plug flow 형태로 위쪽으로 이동하며 이로 인하여 황산 암모늄 생성이 빠른 속도로 이루어진다. 황산 암모늄은 고체형태로 생성이 되며 암모니아 가스의 움직임과 함께 위쪽으로 이동하려는 경향이 생기는데 제3다공판(310)의 구멍(311)은 돌출된 형태로 구성되어 있어서 생성된 황산 암모늄이 다공판 사이에 누적되지 않고 행산 암모늄 생성조(300) 하부로 이송되도록 한다.

생성된 황산 암모늄을 외부로 배출하기 위해서는 운영되는 황산 암모늄 생성조(300)의 감압수단(340)의 작동을 중단하고 공기 공급수단(350)에 의하여 황산 암모늄 생성조(300) 내부로 공기를 유입시켜 대기압이 된 상태에서 황산 암모늄 배출수단(320)에 의해 황산 암모늄을 외부로 배출한다. 황산 암모늄을 배출하는 동안에는 두 번째 황산 암모늄 생성조(300)로 암모니아 가스가 유입되어 황산 암모늄이 생성되며 이런 방식으로 한 쌍의 황산 암모늄 생성조(300)가 선택적으로 운영되며, 암모니아 배출수단(250)의 배관(251)과 연결된 밸브(255)를 선택적으로 개방 또는 폐쇄함으로써 황산 암모늄 생성조(300)가 선택적으로 운영된다.

이상에서 본 발명의 하나의 바람직한 실시예에 따른 혐기성 소화조 및 암모니아 처리장치의 구성과 운영방식에 대하여 설명함으로써 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 제공하였으나 본 발명의 기술적 사상이 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 사상에 어긋나지 않는 범위 안에서 다양한 형태의 혐기성 소화조 및 암모니아 처리장치로 구성될 수 있다.

100 : 혐기성 소화조 110 : 제1다공판
120 : 처리 대상수 유입수단 130 : 순환수단
140 : 메탄가스 배출수단 200 : 암모니아 탈기조
210 : 제2다공판 220 : 제1이송수단
230 : 제2이송수단 240 : 제3이송수단
250 : 암모니아 배출수단 300 : 황산 암모늄 생성조
310 : 제3다공판 320 : 황산 암모늄 배출수단
330 : 황산 공급수단 340 : 감압수단
350 : 공기 공급수단

Claims

여러 개의 구멍을 가지며 정해진 간격으로 배치되는 둘 이상의 제1다공판을 포함하되 각각의 제1다공판의 구멍은 연통되지 않도록 서로 엇갈리게 배치되는 수직형 반응조인 혐기성 반응조;
처리 대상수를 상기 혐기성 반응조의 하부쪽으로 유입하기 위한 처리 대상수 유입수단;
상기 혐기성 반응조의 하단부 쪽에 연결되어 혐기성 반응조 하부의 현탁액을 배출시켜 일부는 가온한 후 상기 혐기성 반응조의 상단부로 유입시키고 나머지는 방류하기 위한 것으로서 배관과 펌프 및 열교환기를 포함하는 순환수단;
상기 혐기성 반응조에서 생성된 메탄가스를 배출시키기 위한 것으로서 상기 혐기성 반응조의 상단부와 연결되는 배관을 포함하는 메탄가스 배출수단;
여러 개의 구멍을 가지며 정해진 간격으로 배치되는 둘 이상의 제2다공판을 포함하되 각각의 제2다공판의 구멍은 연통되지 않도록 서로 엇갈리게 배치되는 수직형 반응조인 암모니아 탈기조;
상기 혐기성 반응조에서 배출된 배출수의 pH를 조절하여 상기 암모니아 탈기조로 이송하기 위한 것으로서 상기 혐기성 반응조와 상기 암모니아 탈기조의 하부를 연결하는 배관과 펌프 및 pH 조정조를 포함하는 제1이송수단;
상기 암모니아 탈기조 상부의 유체를 가온하여 상기 암모니아 탈기조 하부로 이송하며 배관과 펌프 및 열교환기를 포함하는 제2이송수단;
상기 암모니아 탈기조에서 배출된 배출수의 pH를 조정한 상태로 상기 혐기성 반응조의 상부로 이송하기 위한 것으로서 배관과 펌프 및 pH조정조를 포함하는 제3이송수단; 및,
상기 암모니아 탈기조 내부의 압력을 감소시키고 암모니아 탈기조로부터 암모니아를 외부로 배출하기 위한 것으로서 상기 암모니아 탈기조의 압력을 줄이기 위한 감압수단과 상기 암모니아 탈기조의 상단부와 연결되는 배관을 포함하는 암모니아 배출수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기성 소화 및 암모니아 처리 장치.
제1항에 있어서,
여러 개의 구멍을 가지며 정해진 간격으로 배치되는 둘 이상의 제3다공판을 포함하되 각각의 제3다공판의 구멍은 연통되지 않도록 서로 엇갈리게 배치되는 수직형 반응조로서 내부에 황산이 충전된 황산 암모늄 생성조;
상기 황산 암모늄 생성조에서 생성된 황산 암모늄을 배출하기 위한 황산 암모늄 배출수단;
상기 황산 암모늄 생성조에 황산을 공급하기 위한 황산 공급수단;
상기 황산 암모늄 생성조의 상부와 연결되는 배관과 진공펌프를 포함하는 감압수단;
상기 황산 암모늄을 배출하기 위해 상기 황산 암모늄 생성조의 내부 압력을 대기압과 맞추기 위한 공기 공급수단;을 더 포함하며,
상기 암모니아 배출수단의 배관에는 상기 암모니아 탈기조에서 배출된 암모니아 가스 중에 포함된 수분을 제거한 상태로 상기 황산 암모늄 생성조로 이송하도록 제습수단이 마련된 상태로 상기 암모니아 탈기조와 상기 황산 암모늄 생성조를 서로 연결하는 것을 특징으로 하는 혐기성 소화 및 암모니아 처리장치.
제2항에 있어서,
상기 황산 암모늄 생성조, 황산 공급수단, 공기 공급수단, 황산 암모늄 배출수단은 각각 한 쌍이 마련되고 상기 암모니아 배출수단의 배관은 상기 황산 암모늄 생성조에 각각 연결되어 선택적으로 암모니아를 공급하여,
상기 한 쌍의 황산 암모늄 생성조가 서로 번갈아가며 운영되는 것을 특징으로 하는 혐기성 소화 및 암모니아 처리장치.
제2항 에 있어서
상기 제3다공판에 마련되는 구멍은 판으로부터 돌출된 형태의 구멍인 것을 특징으로 하는 혐기성 소화 및 암모니아 처리장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 감압수단은 진공측정장치와 진공펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기성 소화 및 암모니아 처리장치.