KR102324578B1 - 내부반송라인을 무산소조로 활용한 하폐수 고도처리장치 - Google Patents

내부반송라인을 무산소조로 활용한 하폐수 고도처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 하폐수 고도처리장치는, 원수와 반송슬러지가 유입되는 혐기조, 상기 혐기조 후단에 위치한 포기조, 상기 포기조 후단에 위치한 침전조 및 상기 포기조와 상기 침전조에 연결되어, 상기 포기조로부터 상기 침전조로 유체가 이동하며, 내부가 저압으로 형성된 반응기를 포함할 수 있다.

Description

내부반송라인을 무산소조로 활용한 하폐수 고도처리장치{Advanced wastewater treatment system using the internal transfer line as an oxygen-free tank}
본 발명은 내부반송라인을 무산소조로 활용한 하폐수 고도처리장치에 관한 것이다.
일반적으로 질소와 인, 영양염류는 자연상태에서도 발생되기도 하며, 인간의 활동에 의해 발생하기도 하는데, 자연 활동에 의해 발생되는 것은 유기물 분해를 일으키는 미생물의 생육과 증식에 필요한 무기성 원소로서, 이들 중 특히 질 소화합물과 인산염은 생물 세포 형성과 생활 에너지 획득을 위하여 연속적으로 공급되어야 하는 원소이다. 이러한 영양 염류는 그 발생량에 있어 자연계에서 자정작용이 원만하게 진행되어 순환되거나 제거될 수 있는 양이지만, 생활 하수, 축산 폐수, 공장 폐수 등 인간의 활동에 의해 대량으로 유입되면 영양염이 지나치게 증가하게 되고, 이에 따라 현탁 물 질이 다량으로 섞여 들어 자연의 자정능력을 넘어서게 된다. 결국 부영양화 현상이 급속히 진행되어, 수질 오염이 촉진 되므로, 하폐수의 이러한 영양염류는 호소나 하천 등으로 유입되기 전에 제거되어야 하며, 이를 효율적으로 제거하기 위한 많은 연구가 이루어지고 있다.
우리나라의 경우 초기에는 대부분 활성 슬러지법에 의존하여, 하·폐수를 처리하여 왔으나, 현재는 기존의 활성 슬러지법을 변형하여, 질소 및 인을 동시에 처리하고자 하는 기술(Biological Nutrient Removal: BNR)을 도입하고 있는 시점이다.
현재 사용되고 있는 기존의 생물학적 하수처리기술 중 첫째로 활성 슬러지법은 가장 일반적이고 검증된 방법 이며 경제적인 장점이 있으나, 질소 및 인의 처리효율이 낮은 단점이 있어, 새로운 질소, 인의 방류수 수질기준에 적합 하게 처리할 수 없다. 둘째로 고도처리의 일종인 생물학적 영양소 제거법(BNR)은 유기물/질소-인의 동시 제거가 가능하며 대규모 처리시설에 적합하다. 현재 고도처리기술은 시스템내 내부반송을 채택하고 있다.
이와 같이, 하폐수 고도처리장치에 설치되는 내부반송파이프는 포기조에서 무산소조로 고형물이 포함된 유체를 넘기게 되는데, 유체의 용존산소가 높을 경우 무산소조에서 탈질반응이 제대로 수행되기 어렵다. 또한, 무산소조의 탈질화 반응은 외부탄소원을 전자공여체로, 질산성 질소를 전자수용체로서 미생물에 의해 수행되는데, 용존산소가 높을 경우 산소 소비가 먼저 수행 되므로 탈질효율이 떨어지는 문제가 있었다. 또한, CFSTR의 혼합작용이 이상적일 때, 용존산소 농도, 미생물 농도 및 후단 공정이 송수의 농도는 반응조 내 어디에서나 일정하므로, 효율 저하시 악순환이 되는 문제가 있다.
상기의 기술적 배경을 바탕으로 안출 된 것으로, 본 발명은 내부반송파이프내 유체의 용존산소를 낮춰 생물화학적인 반응기작이 내부반송파이프에서 보다 용이하게 발생되도록 유도하는 하폐수 고도처리장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하폐수 고도처리장치는, 원수와 반송슬러지가 유입되는 혐기조, 상기 혐기조 후단에 위치한 포기조, 상기 포기조 후단에 위치한 침전조 및 상기 포기조와 상기 침전조에 연결되어, 상기 포기조로부터 상기 침전조로 유체가 이동하며, 내부가 저압으로 형성된 반응기를 포함할 수 있다.
상기 반응기는, 복수개의 파이프가 한쌍의 반응부를 이루고, 수직한 방향으로 상기 반응부 복수개가 형성되되, 상기 각 반응부는 진공부와 개별 연결될 수 있다.
상기 반응부와 인접한 반응부 사이에는, 이동하는 상기 유체의 난류 흐름을 발생시키는 난류발생부를 포함할 수 있다.
상기 난류발생부는, 이동하는 상기 유체의 이동방향과 수직하게 형성되고 복수개의 홀이 형성된 날개부 및 상기 날개부의 회전력을 조절하는 조절부를 포함할 수 있다.
상기 파이프 내부에 삽입되며, 상기 파이프 내측 상면을 향해 형성된 이격부및 상기 이격부와 연결된 분리막을 가지는 기체분리막을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하폐수 고도처리장치는, 내부반송파이프내 유체 용존산소를 낮춰 생물화학적인 반응기작이 내부반송파이프에서 보다 용이하게 발생되도록 유도할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하폐수 고도처리장치의 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 반응부의 측면을 나타낸 도면이다.
도 3의 도 1에 도시된 반응부의 정면을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 난류발생부를 나타낸 개념도이다.
도 5는 도 2에 도시한 반응부 내부에 설치되는 기체분리막의 정면을 나타낸 도면이다.
도 6는 도 5에 도시한 기체분리막의 측면을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참고부호를 붙였다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하폐수 고도처리장치의 개념도이다.
도 1을 참고하면, 하폐수 고도처리장치(100)는 혐기조(10) 및 포기조(20)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 하폐수 고도처리장치(100)는 혐기성과 호기성 상태에서 인의 방출과 섭취의 개념을 이용한 생물학적 인 제거를 주목적으로 개발된 방법으로서 포기조(20)에서 적절한 체류시간으로 질산화를 이룰수도 있다 예를 들면, 포기조(20)에서는 질산화를 통하여 질산성질소를 생성할 수 있다. 질산성질소는 탈질화 과정을 통해 질소를 제거할 수 있다.
반응기(30)는 포기조(20)와 연결될 수 있다. 반응기(30)는 포기조(20)에서 생성된 질산성질소를 탈질화 과정을 통해 질소를 제거할 수 있다. 예를 들면, 반응기(30) 내부는 저압상태로 유지되어 산소가 결핍된 상태로 유지할 수 있다. 이러한 상태를 유지함으로써, 보다 원활한 이화작용을 유도할 수 있다. 반응기(30)는 침전조(40) 또는 혐기조(10) 등에 연결될 수 있다. 즉, 반응기(30)를 설치함으로써, 무산소조를 설치할 필요가 없어 공간적으로 여유가 발생되며, 여유 공간에 인 또는 질소를 제거하기 위한 다른 시설 등을 설치할 수 있다.
침전조(40)는 유체 내에 속한 오염물질 또는 여러 유기물들을 침전시켜 제거할 수 있다. 침전조(40)는 포기조(20) 후단에 설치되어 유입된 하폐수가 고도처리를 통해 외부로 배출되기 전에 설치될 수 있다. 다른 예로, 침전조(40)는 유입되는 하폐수가 고도처리 하기전에 설치하여 유입된 유체의 오염물질을 1차로 제거하고 혐기조(10)로 유도할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 반응부의 측면을 나타낸 도면이고, 도 3의 도 1에 도시된 반응부의 정면을 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 반응기(30)는 복수개의 파이프가 한쌍을 이루어 반응부(31)를 형성할 수 있다. 예를 들면, 복수개의 반응부(31)는 다단으로 구성될 수 있다. 이러한 구성을 통해, 비교적 좁은 면적에 상대적으로 규모가 큰 반응기(30)를 형성할 수 있다. 포기조(20)로부터 유입된 질산성질소를 포함한 유체는 반응부(31)로 유입되고 반응부(31)에서 이화작용을 발생될 수 있다.
반응부(31)는 진공부(60)와 연결되며, 진공부(60)를 통해 반응부(31) 내부를 저압상태로 유지할 수 있다. 예를 들면, 진공부(60)는 반응부(31) 내부에 산소가 결핍된 상태 또는 산소 분압이 낮은 환경을 형성할 수 있다. 즉, 저압으로 유지된 반응부(31) 내부에서 유체의 용존산소가 제거될 수 있다. 이러한 산소 결핍 상태를 통해, 박테리아가 산소를 대신해 NO3-를 전자수용체로 하여 호흡하게 되는 탈질소화가 보다 원활하게 이뤄질 수 있다. 질소주입부(62)는 반응부(31)와 연결될 수 있다. 질소주입부(62)는 반응부(31) 내부에 질소를 주입시켜 산소의 분압을 낮출 수 있다. 이를 통해, 보다 원활한 탈질소화를 유도할 수 있다.
진공부(60)는 반응부(31)의 파이프와 파이프 사이에 위치하며, 파이프와 파이프를 연결하는 연결부(32)에 형성될 수 있다. 진공부(60)는 반응기(30) 단부에서 수직하게 설치되어 각 반응부(31) 내부를 저압상태로 유지할 수 있다. 예를 들면, 난류발생부(70)를 통해 파이프 내부 공기층과 접촉면이 증가하게된 유체로부터 보다 용이하게 산소를 제거하여 산소 결핍상태를 보다 안정적으로 유지할 수 있다.
난류발생부(70)는 반응부(31)와 반응부(31)를 연결하고 수직하게 연결될 수 있다. 예를 들면, 제1 반응부(31)에서 제2 반응부(31)를 연결하여 유체가 이동하게 된다. 유체는 제1 반응부(31) 연결부에 연결된 진공부(60)를 통해 상대적으로 진공상태가 유지되면서 제2 반응부(31)로 연결될 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 난류발생부를 나타낸 개념도이다.
도 4를 참고하면, 난류발생부(70)는 유체의 흐름 방향에 대응하도록 복수개의 날개부(72)가 형성될 수 있다. 날개부(72)는 유체의 흐름 방향에 따라 회전하고 유체를 흐트리면서 유체 흐름을 난류로 변환 할 수 있다.
조절부(723)는 난류발생부(70) 외부에 위치하여 날개부(72)의 회전을 조절할 수 있다. 즉, 조절부(723)는 날개부(72) 회전에 저항을 부여하여 날개부(72)의 회전력을 조절할 수 있다. 이를 통해, 유체가 흐르면서 날개부(72)에 부딪히고, 날개부(72)의 날개홀(722) 날개홀(722) 및 날개부(72)를 회전하면서 이동하는 유체의 흐름이 나뉘면서 유체에는 난류가 발생할 수 있다.
가이드부(721)는 날개부(72) 단부에서 경사지게 연결될 수 있다. 가이드부(721)는 이동하는 유체에 의해 발생된 가압력을 날개부에 보다 용이하게 전달할 뿐 아니라, 유체의 이동 방향을 변화시켜 난류를 유도할 수 있다.
도 5는 도 2에 도시한 반응부 내부에 설치되는 기체분리막의 정면을 나타낸 도면이고, 도 6는 도 5에 도시한 기체분리막의 측면을 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 기체분리막(80)은 반응부(31) 내부에 설치될 수 있다. 예를 들면, 기체분리막(80)은 복수개의 파이프에 각각 설치될 수 있으며, 유입되는 파이프 측에만 설치될 수 있다.
기체분리막(80)은 이격부(81)를 포함할 수 있다. 이격부(81)는 진공부(60)가 형성되는 공기층을 향해 형성될 수 있다. 이를 통해, 진공부(60)에 의해 형성된 공기층의 영역을 유지할 수 있다.
분리막(82)은 파이프 내부의 유체를 마주하는 면에 돌기부(83)와 홈(82a)이 형성될 수 있다. 홈(82a)은 돌기부(83)와 인접한 돌기부(83) 사이에 형성될 수 있다.
돌기부(83)는 복수개가 형성되며 동일한 간격으로 이격 배치될 수 있다. 예를 들면, 이동하는 유체의 흐름과 수직하게 형성되며, 전면은 수직하게 형성되되 후면은 만곡지게 형성될 수 있다. 이를 통해, 이동하는 유체에 난류를 보다 크게 형성할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100: 하폐수 고도처리장치 10: 혐기조
20: 포기조 30: 반응기
31: 반응부 32: 연결부
40: 침전조 50: 반송슬러지관
60: 진공부 62: 질소주입부
311, 321, 331, 341: 연결부 70: 난류발생부
72: 날개부 721: 가이드부
722: 날개홀 723: 조절부
80: 기체분리막 81: 이격부
82: 분리막 82a: 홈
83: 돌기부 83a: 만곡면

Claims (5)

  1. 원수와 반송슬러지가 유입되는 혐기조;
    상기 혐기조의 후단에 연결된 포기조;
    상기 포기조의 후단에 연결된 침전조; 및
    일측이 상기 포기조의 상단과 연결되고, 타측이 상기 침전조의 상단에 연결되어, 상기 포기조로부터 발생된 유체의 질소를 제거하여 상기 침전조로 이동시키는 반응기를 포함하고,
    상기 반응기는,
    서로 수직한 방향으로 이격 배치되는 복수 개의 반응부;
    상기 복수 개의 반응부 각각에 연결되는 진공부; 및
    하나의 반응부 및 인접한 다른 하나의 반응부 사이에 구비되어, 상기 유체의 난류 흐름을 발생시키는 난류발생부를 포함하고,
    상기 복수 개의 반응부 각각은 수평한 방향으로 일정 간격 이격되어 배치된 두 개의 파이프와 상기 두 개의 파이프를 서로 연결하는 연결부를 포함하고,
    상기 진공부는 상기 연결부와 연결되고,
    상기 두 개의 파이프 각각은,
    파이프 내부에 위치되며, 상기 파이프의 내측 상면으로부터 하면을 향해 형성된 이격부; 및
    상기 이격부와 연결된 분리막을 가지는 기체분리막을 포함하고,
    상기 난류발생부는,
    상기 유체의 이동방향과 수직하게 위치되고, 복수개의 홀이 구비된 날개부; 및
    상기 날개부의 회전력을 조절하는 조절부를 포함하는 내부반송라인을 무산소조로 활용한 하폐수 고도처리장치.
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