KR20000024239A - 폐수처리와 정수처리를 위한 장치 및 그 처리방법 - Google Patents

Abstract

본원 발명은 폐수를 미생물 및 공기를 이용하여 생물학적 또는 생화학적으로 정화하기 위한 장치 및 방법에 관한 기술이다.

본원의 목적은 반응조내에서 이상적인 관류흐름과 교반작용의 특징을 이용하여 폐수, 미생물 및 공기를 혼합시켜 빠른시간내에 폐수를 정화하기 위한 것이다.

본원의 목적은 반응조내에 내부순환관을 구비시키고 내부순환관 상부의 끝부분에 일치하는 위치에 순환수 노즐을 설치하고, 공기노즐과 순환수노즐의 단면적비를 최소한 일대일 이상으로 하여, 공기를 강제 유입함으로써 달성될 수 있다.

본원은 미생물에 필요한 산소공급과 폐수처리시간의 최소화를 이루고 운전의 안정성 과 운전효율 및 운전비용을 최소화할 수 있는 효과가 있습니다.

본원은 미생물을 이용한 폐수에 포함되어 있는 유기물 및 무기물을 정화하는 용도와 오존을 이용한 정수처리에 널리 사용될 수 있다.

Description

폐수처리와 정수처리를 위한 장치 및 그 처리방법 {Equipment and treatment method for wastewater}

본원 발명은 폐수를 미생물 및 공기를 이용하여 생물학적 또는 생화학적으로 정화하기 위한 기술에 관한 것이다.

본원의 목적은 폐수, 미생물 그리고 공기를 반응조내에서 이상적인 관류흐름과 교반작용의 특징을 이용하여 빠른시간내에 혼합시켜 폐수를 정화하고, 미생물에 필요한 산소공급과 폐수처리시간의 최소화를 이루며, 운전비용을 최소화하는 폐수처리 및 오존을 이용한 정수처리장치 및 그 처리방법에 관한 것이다.

효율적인 폐수처리를 위한 선행기술로서 도 6 (참고문헌: 독일클라우스탈공대 열분리공정 및 환경문제연구소 박사논문, 이름; Burkhard Lohrengel, 1990) 및 도7 (참고문헌: DE-Z(독일학술지) Chemie-Ingenieur-Technik 42(1970) Nr.7, 474-479) 에는 그동안 개발되어온 순환반응조의 형태를 나타내었다.

도 6에서 보는바와 같이 순환반응조는 크게 다음과 같이 세가지로 나뉘어진다.

첫째, 매머드순환반응조

이 반응조는 반응조 내부에 설치된 내부순환관에 가스를 주입하거나 외관에 가스를 주입하여 Gas Hold-Up 의 차이를 통해 자연적으로 유체가 순환되어지는 원리를 이용하고 있으나, 이 반응조는 가스를 많이 유입시킬수는 있어도 미생물의 Flock을 깨지 못하는 단점이 있다.

둘째, 제트식 순환반응조

이 반응조는 하부에 노즐을 설치하여 가스와 액체를 강제 유입하게 되어 있으며, 미생물의 Flock 을 깰수 있는 장점을 가졌지만 액체와 가스를 하부에서 강제유입시켜야 하므로 상부에서 강제유입시키는 것보다 많은 운전에너지를 사용하는 단점이 있다.

셋째, 프로폘러 순환반응조

이 반응조는 매머드반응조에 프로펠러를 설치하여 유체를 강제순환시킬수 있는 장점을 가지고 있으나, 미생물의 Flock 을 깨지 못하는 단점을 가지고 있다.

또한 도 8 (참고문헌: DE-Z(독일학술지) Verfahrenstechnik 6 (1972) Nr.2, 50-57)에는 제트식 순환반응조의 형태를 구체적으로 사용하는 예를 나타내고 있으며 이 형태는 70 년대의 제트식순환반응조의 초기형태이다.

이는 순환수노즐이 하부에 위치하고 있고 수표면과 노즐 사이에 존재하는 정압 (, 여기서밀도,g:중력가속도,h:높이)으로 인하여 운전에너지가 높아지는 단점이 있다.

그 이후 상기 단점을 극복하기 위하여 한국특허출원공개 제97-20982호에서는 순환수노즐을 내부순환관 상부의 끝부분보다 일정부분 아래로 설치하고 있다.

그러나 강한 유체의 흐름으로 인하여 진동이 일어나 내부순환관이 흔들려 일정한 시간이 지나면 고정되어진 내부순환관이 전복될 위험이 있다. 이러한 현상은 내분순환관 상부끝부분에서 유체이탈지역이 발생하기 때문에 일어난다. 왜냐하면 이 지역내에는 공동화현상이 일어나 음압이 형성되어져 있기 때문이다.

그리고 도 9 에는 (참고문헌: DE-Z (독일학술지) Chemie-Ingenieur-Technik 58 (1986) Nr.11, 906-907) 1980 년대 독일 BASF 가 개발한 반응조를 나타내었다.

이 반응조는 순환수노즐이 중앙에 위치하고 순환수노즐 외곽에 공기노즐이 설치되어져 있다. 이러한 노즐을 이용하여 운전하게 된다면 폐수처리에 필요한 공기를 음압에 의한 자연흡입을 이루기 위해서는 최소한 20 m/s 이상으로 운전해야만 한다. 이러한 경우는 실제 대형장치로 운전할 경우 엄청난 운전비가 사용되므로 적용하기가 불가능하다.

그리고 도 9의 b 에서 보는 바와 같이 과잉의 공기가 반응조에 유입되어질 경우 공기가 순환되지 못하는 현상을 나타내는 단점을 가지고 있다.

본원 발명은 상술한 선행기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것이다.

본원의 목적은 반응조내에 내부순환관을 구비시키고 내부순환관 상부의 끝부분에 일치하는 위치에 순환수 노즐을 설치하며, 공기노즐에 대한 순환수노즐의 면적비를 최소한 일대일 이상으로 하여 공기를 강제 유입시킴으로써 운전의 안정성 과 운전효율 및 운전비용을 최소화하는 것이다.

본원의 또 다른 목적은 박테리아와 폐수속의 유기물과의 생화학적 반응 접촉확률을 많게 하여 처리시간을 단축하는 것이다.

제1도는 본 발명에 이용되는 3상(미생물, 폐수 및 공기) 또는 2상(액상 및 기상) 노즐의 사용상태를 나타낸 실시예

제2도는 본 발명에 따른 폐수처리 및 정수처리를 위한 장치의 실시예

제3도는 본 발명에 따른 폐수처리(무산소조)를 위한 장치의 실시예

제4도는 본 발명에 따른 하수종말처리장의 슬러지에 미생물접종을 시킨후 순환수노즐을 통해 미생물 플럭이 깨지는 현상

제5도는 본 발명에 따른 폐수처리에서 박테리아를 제외한 고등미생물(원생 생물) 및 사상균들이 수압에 의해 모두 제거된 현상

제6도 및 제7도는 선행기술로서 순환반응조의 형태

제8도는 선행기술로서 제트식 순환반응조의 구체적 사용예시

제9도는 선행기술로서 독일 BASF가 개발한 반응조

제10도는 단면적비율(순환수노즐/공기노즐)에 따른 유입되는 가스속도

제11도는 순환수노즐에서 유체속도에 따른 공기노즐에서의 공기유입속도

제12도와 제13도는 폐수처리 정화장치에서 2차탈기조의 유무에 미생물의 침전상태 대비

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 반응조 2 : 내부순환관

3 : 순환수노즐 4 : 일차탈기조

5 : 외부순환관 6 : 순환펌퍼

7 : 원폐수주입관 8 : 반송슬러찌주입관

9 : 송풍기 (공기강제유입) 10 : 콤프레셔 (공기강제유입)

11 : 산기관 12 : 공기노즐

13 : 처리수배출관 14 : 방해판

Q_T: 순환수유량 Q_G,Pr: 공기유량

Q_L,um: 내부순환수유량 Q_G,um: 내부순환가스유량

W_L,U: 내부순환관속의 순환수유속 W_G,RR: 외관속의 가스유속

W_L,RR: 외관 속의 순환수유속 W_G,U: 내부순환관속의 가스유속

W_T: 순환수유속 W_L,U: 내부순환관에서의 순환수유속

H_ZU:내부순환관상부의 액체높이 d_T: 순환수 노즐직경

e : 공기노즐의 잠수깊이 d_G: 공기노즐 직경

: 상대속도

Ei : 축소지역Ab : 유체이탈지역

Fr : 제트흐름경계선(Freistrahlgrenze)

Pr : 일차공기분산

Se : 이차공기분산

본원 발명의 상기 목적을 달성하기 위하여 도1에서 보는 바와 같이 노즐의 끝이 내부순환관의 상부 끝부분과 일치하게 설치한다.

또한 유입되는 공기의 양이 최대가 되기 위해서는 공기노즐과 순환수노즐의 면적비가 일대일이 되어야 한다. 왜냐하면 이러한 조건에서 음압이 최대가 되기때문이다. 이에대한 실험데이터는 도 10 에 나타내었다. 도 10 을 보면 에너지 5.0 kW/m³와 단면적비율이 1:1 에서 가장 많은 공기가 흡입되어진다. 따라서 음압에 의해 공기를 흡입시킬려면 순환수유속을 대단히 빨리 하여야만 가능하다. 도 11 에는 순환수노즐에서의 유체속도에 따른 공기노즐에서의 공기유입속도를 나타내었다. 반응조크기가 100 Liter 에서는 최소공기유입속도가 약 6 m/s 이고, 반응조크기가 25 m³에서는 최소공기유입속도가 약 11 m/s 이다. 이러한 결과는 필요한 공기를 반응조내에 유입시키기 위해서는 일단 최소한의 유체속도를 유지해야하는 단점을 가지고 있다.

이러한 사실은 공기를 음압에 의해 유입시킬려는 기존의 시스템에서는 운전비를 절감시키는데 한계를 가지는 것과 최소한 일정한 운전에너지를 유지해야 한다는 단점을 가지고 있다. 실제로 이 반응조를 대형화하여 운전할 때는 순환수노즐에서의 유속이 14-15 m/s 로 운전되고 있다. 이상태로 운전된다면 순환수노즐 끝부분에서 너무 많은 압력손실로 에너지를 상실하게 된다. 그리고 만약 순환수노즐에서의 유체유입속도가 최저속도 이하로 운전된다면 음압에 의해 공기가 유입되지 못하므로 폐수를 처리되지 못하는 단점이 있다.

이러한 단점을 극복하기 위하여 본원에서는 음압에 의해 운전되는 것이 아니라 공기를 강제유입시켜 운전 한다. 이때 사용되는 송풍기의 운전비는 반응조 1 m³당 10 Watt 가 소용된다. 이 에너지는 실제 반응조를 현장에 설치하여 사용할 때 사실상 거의 무시해도 되는 에너지이다. 하지만 근본적인 운전비용의 절감문제는 액체노즐의 면적비율에 있다.

상기 문제점을 극복하기 위하여 도 2 에서 보는 바와 같이 한 개 이상의 내부순환관을 설치하여 순환펌프를 통해 공기노즐과 순환수노즐의 면적비를 1:1 이상으로 하여 내부순환관으로 유입시키며, 가능한 이 비율이 크면 클수록 좋다. 왜냐하면 면적비율이 클수록 순환수노즐 끝부분에서의 압력손실이 작아지기 때문이다. 압력손실이 작을수록 운전비용을 절감할수 있다. 그리고 최소유체속도에 상관없이 반응조를 운전할수 있다.

이때 음압에 의해 흡입되는 공기가 미소하므로 송풍기를 설치하여 공기를 강제유입시킨다. 내부순환관 상부에 설치되어진 노즐을 통해 완전혼합되어진 유체는 반응조 전체에 걸쳐 균일하게 흐르게 된다. 외관을 통해 반응조 바닥에서 위로 흘러나온 유체는 노즐에서 이상적 혼합을 이루었기 때문에 슬러지내에 미세기포가 많이 함유되어있다. 이러한 미세기포를 제거하지 않고 외부순환관을 통해 순환펌퍼로 유입되어진다면 펌퍼의 효율을 저하시키는 원인이 된다. 그리고 미세기포를 함유한 순환수가 순환수노즐을 통해 내부순환관으로 유입된다면 반응조내에 거품발생의 원인이 될 수 있다. 거품이 많이 발생되어지면 반응조내의 슬러지가 짧은 시간내에 유출되어져 반응조의 기능을 상실할수 있다. 따라서 이러한 단점을 사전에 제거하기 위해서는 도 2 에서 보는바와 같이 반응조의 상부에 1차 탈기조를 만들어 미세기포를 제거 한다. 도 2 에서 보는바와 같이 유체는 내부순환과 외부순환을 반복하면서 혼합되어지는 순환작용을 통하여 폐수를 처리하는 특징을 가지고 있다.

원수 및 반송슬러지는 도 2 에서 보는바와 같이 일차탈기조 바닥에 연결되어진 외부순환관에 일정한 간격을 두고 유입관을 설치하여 자연스럽게 외부순환관에 유입되어지면서 혼합되어지고 곧바로 노즐을 통해 완전혼합이 일어나도록 한다. 경우에 따라서는 도 2 에서 나타낸바와 같이 외부순환관에 직접 원수 및 반송슬러지유입관을 설치할 수 있다.

노즐을 통해 강제유입되어진 공기가 부족할 경우 필요에 따라 부가적인 공기량을 증가시키려면 도 2 에 나타낸바와 같이 내부순환관 하부의 끝부분에 일치하는 곳에 링노즐(산기관)을 설치하여 보조한다.보다 바람직하게는 링노즐을 반응조 바닥에서 1/5 이상되는 높이에 설치하는 것이 효과적이다.

또한 본원에서는 박테리아가 순환수 노즐을 통하여 빠른 속도로 유입될 때 플록이 잘게 깨어지는 효과를 보여준다

미생물을 이용하는 반응조에서는 박테리아가 Flock 을 형성할려고 하는 특성을 가지고 있으므로 이를 가능한 빠른시간내에 깨부수어야한다. 왜냐하면 박테리아의 Folck 이 작으면 작을수록 산소와 폐수 속의 유기물과의 접촉확율이 커져 생화학적반응이 훨씬 빠르게 일어나기 때문이다. 생화학적반응이 빠르면 처리시간을 단축할 수 있다.

이러한 조건은 미생물을 이용하는 호기성반응기의 효율을 높이는 절대조건이다.

이에대한 특성을 도 4 에 나타내었다. 도 4 에 나타낸 슬러찌는 본 반응조를 시운전하기 위해 하수종말처리장에서 슬러찌(미생물)을 가져와 미생물접종을 시켰을 때 순환수노즐을 통해 미생물 Flock 이 깨지는 현상을 사진으로 현상한 것이다. 본 반응조를 하루정도만 운전하면 박테리아를 제외한 고등미생물 (원생생물) 및 사상균들이 수압에 의해 모두 제거되진다. 이에대해 도 5 에 나타내었다.

왜냐하면 박테리아의 크기는 2-3 ㎛ 이고 고등미생물의 크기는 수백 ㎛ 에 이르기 때문이다. 따라서 순환수노즐을 통해 빠른 속도로 유입되면서 큰 고등미생물 및 사상균은 수압에 의해 생존하기가 어려워진다. 따라서 크기가 작은 박테리아만 반응조내에 생존하게 된다. 실제로 폐수를 처리하는 미생물은 박테리아이다. 그외의 고등미생물은 박테리아를 먹고 사는 생물이기 때문에 실제로는 유기물을 처리하지 못한다. 더욱이 이러한 고등미생물의 수가 많아지면 침전조에서 슬러찌(미생물)의 침전이 어려워질 수 있다. 따라서 이 반응조에서는 박테리아가 거의 100 %로 이루어져 있다. 일반활성오니공법에서는 박테리아가 50 % 를 넘기 힘들다.

상기의 조건과 본원의 폐수처리 정화장치 및 방법의 대비해 보면, 하기의 설명으로 본원 발명의 성능과 효율을 판단할 수 있을 것이다.

본원에서는 반응조 상부에 설치되어진 순환수노즐을 통해 유입되어진 폐수와 공기 그리고 반송슬러찌 (미생물) 는 완전히 이상적으로 혼합이 일어난다. 이때 미생물 Flock 사이에 미세기포가 존재하고 폐수의 성상으로 인해 거품이 많이 발생하므로 반응조 상부에 일차탈기조를 도 2 에서 보는바와같이 설치한다. 이를 통해 순환펌프에 기포가 거의 포함되지 않은 액상만 유입되도록 한다. 이를통해 펌프의 효율을 높이고 반응조내에 거품발생을 차단시킬수 있다. 이차탈기조(미도시)는 처리되어진 폐수가 침전조에 유입되기전 따로 일정한 크기의 조를 만들어 일정한 체류시간을 가지게 하여 미생물속에 함유되어진 미세기포를 제거하여 침전조에 유입시키며, 침전조에서 미생물이 안정적으로 침전될수 있도록 한다. 이러한 이차탈기조를 설치하지 않으면 침전조에서 미생물이 부상하여 방출되어져 반응조내에 미생물량이 현격히 줄어들기 때문에 폐수를 처리하기가 어려워진다. 도 12 에는 이차탈기조를 만들었을 경우 30 분후 슬러찌(미생물) 와 처리수가 확실히 분리되어짐을 볼 수 있다. 하지만 이차탈기조를 만들지 않을 경우 도 12에서 보는 바와 같이 30 분 후 미생물이 상단부와 하단부로 분리되어져 상단부의 미생물이 침전조에서 유출되어져 시간이 얼마지나지 않아 반응조내의 미생물이 거의 유출되어져 없어져 버린다. 도 13 a) 에는 순환수노즐의 강한 난류혼합으로인해 미생물과 미세기포가 엉겨있는 모습을 나타내었다. 하지만 이차탈기조를 거치면서 b) 에서 보는바와 같이 미세기포가 모두 빠져나가고 미생물의 침전상태가 좋아진다. 도 4, 5, 12 에는 이러한 사실을 실제 미생물의 상태를 사진으로 나타내었다.

또한 기존의 폐수처리 장치는 정화하고자 하는 원폐수를 반응조 주입전에 반응조에서 유출된 순환수와 미리 소정비율로 혼합하여 주입하도록 하고 있으나 이 방법은 운전상 복잡해지며 반송슬러찌가 반응조내부에 얼마간 머문 후 순환펌퍼를 거쳐 순환수노즐에서 미생물이 파쇄되어진다.

그러나 본원에서는 유출된 순환수와 원폐수를 소정비율로 혼합하지 않고 도 2 에서 보는바와 같이 반송슬러찌(미생물)와 원수를 반응조 상단부분에 설치되어진 일차탈기조 바닥에 연결된 외부순환관 상부의 도입관(8, 7)에 일정한 간격을 두고 단순히 유입시키면 순환펌프를 거쳐 내부순환관 상부에 설치되어진 순환수노즐을 통해 유입되어지면서 원폐수, 반송슬러찌 (미생물) 그리고 반응조내의 처리수와 혼합이 이루어진다. 그리고 미생물의 Flock 이 액체노즐관을 통과하여 내부순환관에 유입되어지면서 50 ㎛ 이하로 깨어진다.이 위치는 도 2 에서 보는바와 같이 외부순환관내 (8, 7) 에 직접 연결하여 운전할수 있다.

본원 발명의 상기 목적, 특징 및 장점들은 본 발명의 바람직한 실시예를 상세한 예로 도시한 첨부된 도면에 대한 다음 설명으로 더 명백할 것이다.

<실시예 1>

(호기성조건하에서의 폐수처리 정화장치 및 그 방법)

본원의 제1실시예는 제1도 및 제2도와 함께 아래에 기술한다.

제1도는 폐수정화 처리장치 상단에 설치되어진 3상(미생물, 폐수 및 공기) 또는 2상(액상 및 기상) 노즐(제2도의 3)의 사용상태를 나타낸 실시예를 보여주고 있으며 도1에 에 나타낸 바와같이 반드시 내부순환관 상단 끝부분에 일직선으로 일치되게 설치하고 있다.

일차공기분산은 음압이나 강제공기유입에 의해 유입되어진 공기가 외곽에서 유입되어진 순환수(Q_T)가 순환수노즐을 통해 유입될 때 일어나며, 물의 밀도는 공기보다 1000 배 가량 무거우므로 가벼운 공기쪽으로 쏠리려고 하는 현상이 발생한다. 이러한 현상으로 축소지역이 만들어지고 돋보기를 이용하여 태양빛을 한곳에 모으면 검은 종이를 태우듯이 공기노즐관(도2의 12) 하부에 그림에서 보는바와 같이 순환수가 충돌을 하면서 공기를 깨부수고 미생물(슬러지)을 분쇄한다. 이차공기분산은 내부순환수유량(Q_L,um)에 의해 발생하는데 이 힘의 원동력은 마찰력이다. 즉 순환수(Q_T)가 15m/s 로 유입된다고 하더라도 순환수노즐 (도2의 3)을 빠져나오면서 확관현상이 일어나므로 갑자기 속도가 현격히 줄어든다. 이때의 속도는 내부순환수유량 (Q_L,um)에 의해 발생하는 유속(도1의 W_L,U)에 비해 훨씬 적다. 따라서 이때 상대속도가 발생되어져 손바닥을 비비면 열이나듯이 마찰력으로 인해 내부순환수유량(Q_L,um)에 의해 유입되어진 내부순환가스(Q_G,um)의 큰 기포가 미소하게 깨어져 이차공기분산을 유도하게 된다. 이렇게 형성된 일차 및 이차 공기분산이 강하게 일어나는 경계선을 제트흐름경계선이라고 하며, 순환수노즐(도2의 3)이 설치되어진 내부순환관상부에서는 이 경계선이 뚜렷하게 나타나지만 그 이하부터는 제트흐름경계선이 내부순환관벽(도2의 2)에 한계를 나타내므로 일정하게 유지되어진다.

도 1 에 나타낸 H_zu는 외부에서 공기가 음압에 의해 유입되거나 강제공기를 유입시킬 경우 대단히 중요한 설계인자이다. 이 H_zu가 너무 높으면 유입되는 공기관에 수두압이 작용하므로 음압에 의헤공기를 유입할 경우 유입되는 공기의 양이 작아지거나 강제공기를 사용할 경우는 많은 에너지가 소용되어진다. 이에반해 너무 낮으면 너무 많은 공기가 유입되어져 유체가 반응조내에서 순환되지 못하는 단점이 있다. 따라서 반응조조건에 따라서 최적의 높이를 선정해야 한다.

또한 e(공기노즐의 잠수깊이)는 가능한 순환수노즐 끝부분에서 가까운 곳에 설치하여야 한다. 만약 이 부분이 길어지면 공기관에 수두압이 크게 작용하므로 음압에 의헤공기를 유입할 경우 유입되는 공기의 양이 작아지거나 강제공기를 사용할 경우는 많은 에너지가 소용되어진다. 이에반해 e(공기노즐의 잠수깊이)의 위치가 순환수노즐내부에 위치한다면 상관이 없다. 하지만 최적의 조건은 도 1 에서 나타낸바와 같이 약간 돌출시켜야 한다.

제2도는 폐수정화 처리장치의 반응조 전반에 대한 운전방식을 나타내었다. 도면에서 보는 바와 같이 한 개 이상의 내부순환관(2)을 설치하여 순환펌프(6)를 통해 공기노즐(12)에 대한 순환수노즐(3)의 면적비를 1 이상으로 하여 내부순환관 내부(2)로 유입시킨다. 이때 음압에 의해 흡입되는 공기가 미소하므로 송풍기(9)를 설치하여 공기를 강제유입시킨다. 내부순환관(2)상부에 설치되어진 순환수노즐(3)을 통해 완전혼합되어진 유체는 반응조(1) 전체에 걸쳐 균일하게 흐르게 된다. 내부순환관 외부(1과 2사이)을 통해 반응조바닥에서 위로 흘러나온 유체는 순환수노즐(3)에서 이상적 혼합을 이루었기 때문에 슬러지내에 미세기포가 많이 함유되어 있다. 이러한 미세기포를 제거하기 위하여 반응조 상단에 1차탈기조(4)를 설치하고 있다.

유체는 내부순환(Q_L,um내부순환수유량 과 Q_G,um내부순환가수유량)과 외부순환 (5, Q_T순환수유량)을 반복하면서 혼합되어지고 폐수를 처리하는 특징을 가지고 있다.

원수 및 반송슬러지는 1차탈기조(4)에 연결되어진 외부순환관(5)에 일정한 간격을 두고 유입관(7,8)을 설치하여 자연스럽게 외부순환관(5)에 유입되어지면서 혼합되어지고 곧바로 순환수노즐(3)을 통해 완전혼합이 일어나도록 한다. 경우에 따라서는 외부순환관(5)에 직접 원수 및 반송슬러지 유입관(7,8)을 설치할 수 있다. 송풍기(9)에 의해 공기노즐(12)을 통해 강제유입되어진 공기(Q_G,Pr)가 부족할 경우 필요에 따라 부가적인 공기량을 증가시키려면 콤프레셔(10)를 이용하여 내부순환관 (번호2) 하부의 끝부분에 일치하는 곳에 링노즐(11)을 설치하여 보조, 유입시킨다. 링노즐(11)은 내부순환관 하단부의 일직선상에 설치하며 보다 바람직하게는 반응조 바닥에서 1/5이상되는 높이에 설치한다.

이때 내부순환관 내부 (2)의 순환수 속도를 W_L,U라고 하며, 내부순환관 외부(1과 2)에 흐르는 순환수 속도를 W_L,RR라고 한다. 그리고 내부순환관내부 (번호2) 의 기포속도를 W_G,U라고 하며, 내부순환관외부 (번호1 과 2 사이)에 흐르는 기포속도를 W_G,RR라고 한다. 도 2 에 나타낸바와 같이 내부순환관내부에 흐르는 기포속도는 순환수속도 W_L,U보다 빨라야 한다. 이에대한 표시로서(상대속도) 를 나타내었다. 상대속도가 클수록 유리하다.

만약 상대속도가 없다면 즉, 공기의 속도가 액체의 속도보다 빠르다면 반응조내에서 유체가 순환되지 못한다. 이에반해 내부순환관외부에 흐르는 기포속도 (W_G,RR)는 순환수속도 W_L,U보다 당연히 빠르다. 왜냐하면 공기는 부력에 의해 상승할려는 성질이 있기 때문이다. 이에대한 표시로서(상대속도)를 나타내었다. 이때는 상대속도가 클수록 불리하다. 왜냐하면, 기포들이 뭉쳐져서 기포가 커지기 때문이다. 기포가 커지게 되면 미생물의 생화학적반응 접촉확률이 줄어든다.

그리고 본원의 반응조를 거쳐 정화된 폐수는 미생물 등과 함께 배출관(13)을 통하여 유출된다.

배출관을 통하여 유출된 정화된 폐수는 2차탈기조를 거친다. 2차탈기조는 미생물속에 함유되어진 미세기포를 제거하기 위하여 처리되어진 폐수가 침전조에 유입되기전에 설치한다.

2차탈기조와 침전조를 거친 정화된 폐수는 후속장치(미도시)에서 폐수와 미생물 등은 서로 분리되어 진다.

분리되어진 미생물은 재활용을 위하여 다시 반응조로 유입되고 나머지는 잉여슬러지로 배출된다.

<실시예 2>

(탈질공정(무산소조)하에서의 폐수처리 정화장치 및 그 방법)

본원의 제2실시예는 제1도 및 제3도와 함께 아래에 기술한다.

제3도는 호기성 산화조가 아니라 폐수를 탈질공정(무산소조)으로 처리할 때 사용되는 운전방식이다.

이러한 경우는 외부의 공기유입 공기(도2의 Q_g,Pr)을 차단해야 한다. 따라서 공기노즐(도2의 12)을 제거하고 순환수노즐(3)만 설치한다. 이를 통해 반송슬러찌와 원수(7,8) 그리고 반응조내의 처리수가 완전혼합을 이룰수 있다.

보다 바람직하게는 도면에서 보는 바와 같이 순환수노즐 하단 끝부분 위와 수표면 밑의 위치에 방해판(14)을 설치하여 순환수노즐유속 (wT) 에 의해 수표면 외부에서 공기가 빨려 들어가는 것을 차단하여 반응조내에 무산소로서 운전되게끔 할 수 있다.

이때 내부순환관내부 (번호2) 의 순환수속도를 wL,U 라고 하며, 내부순환관외부 (번호1 과 2 사이) 에 흐르는 순환수속도를 wL,RR 라고 한다.

무산소조로 운전되는 조건 이외에는 실시예1과 동일하다.

또한 폐수처리량을 증대시키기 의해 커다란 반응조내에 일정 간격을 두고 동일한 구조의 순환수노즐을 배치할 수 있다.

전술한 바와 같이 본원은 미생물에 필요한 산소공급과 폐수처리시간의 최소화를 달성할 수 있으며, 순환수노즐을 내부순환관 상부의 끝부분과 일치되게 설치하여 강한 유체의 흐름이 발생하더라도 내부순환관이 전복될 위험이 없어 공정의 안정성을 확보할 수 있다.

또한 가스노즐단면적에 대한 액체노즐단면의 비율을 1이상으로 하여 운전비용을 절감할 수 있다.

본원은 폐수처리시간,운전비용을 최소화하고 운전효율과 공정의 안정성을 최대한 확보할 수 있는 폐수와 정수처리를 위한 장치 및 그 처리방법을 제공하고 있다.

또한 본원은 미생물을 이용하여 폐수에 포함되어 있는 유기물 및 무기물을 정화하는 용도와 오존을 이용한 정수처리에 널리 사용될 수 있습니다.

Claims (11)

1. 반응조내에 상단이 개방된 내부순환관을 수직으로 설치하고, 가스와 폐수는 혼합되면서 내부순환관의 내측으로 하강한 후 내부순환관 외측으로 상승하는 흐름중 일부는 내부순환관 내측으로 다시 유입되는 순환작용을 이용한 폐수처리장치에 있어서, 폐수와 미생물은 일정한 간격을 두고 유입관을 통하여 외부순환관으로 투입되고 공기노즐을 통하여 공기강제유입 방식에 의해 투입된 가스와 순환수 노즐에서 혼합되어 반응조의 내부순환관 상부로 주입되며, 순환수 노즐은 내부순환관 상부의 끝부분에 일직선으로 일치되게 설치하고, 반응조 상부에는 1차탈기조를 설치한 것을 특징으로 하는 폐수정화 처리장치
2. 제1항에 있어서, 가스노즐단면적에 대한 액체노즐단면적의 비율이 1 이상인 것을 특징으로 하는 폐수정화 처리장치
3. 제1항에 있어서, 내부순환관 하단부의 일직선상에 추가로 공기를 주입하는 산기관을 설치하고, 이는 반응조 바닥에서 1/5 이상되는 높이에 설치하는 것을 특징으로 하는 폐수정화 처리장치
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한항에 있어서, 반응조와 침전조 사이에 미생물이 함유된 미세기포를 제거하는 이차탈기조가 설치된 것을 특징으로 하는 폐수정화 처리장치
5. 제1항 내지 제2항 중 어느 한항에 있어서, 공기노즐을 제거하고 외부순환관을 통하여 순환수노즐로 유입된 폐수와 미생물이 반응조내의 처리수와 완전 혼합되어 탈질공정(무산소조)에 사용하는 것을 특징으로 하는 폐수정화 처리장치
6. 제5항에 있어서, 수표면 외부에서의 공기유입을 차단하기 위하여 순환수노즐의 상부와 수표면 사이에 방해판을 설치한 것을 특징으로 하는 폐수정화 처리장치
7. 반응조내에 상단이 개방된 내부순환관을 수직으로 설치하고, 가스와 폐수는 혼합되면서 내부순환관의 내측으로 하강한 후 내부순환관 외측으로 상승하는 흐름중 일부는 내부순환관 내측으로 다시 유입되는 순환작용과 폐수로부터 분리된 미생물을 재활용하는 폐수처리방법에 있어서, 순환수 노즐은 내부순환관 상부의 끝부분에 일직선으로 일치되게 설치하고, 폐수와 미생물을 외부순환관을 통하여 일정한 간격을 두고 1차탈기조가 설치된 반응조 상부로 투입하고, 공기노즐을 통하여 투입된 가스와 순환수 노즐에서 혼합되어 반응조의 내부순환관 상부로 주입되어 정화되며,정화된 폐수는 유출관을 통하여 미생물과 함께 배출되고, 배출된 폐수는 침전조로 유입되기 전에 2차탈기조를 거치는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 정화방법
8. 제7항에 있어서, 가스노즐단면적에 대한 액체노즐단면적의 비율이 1 이상인 것을 특징으로 하는 폐수정화 처리방법
9. 제7항에 있어서, 내부순환관 하단부의 일직선상에 추가로 공기를 주입하는 산기관을 설치하고, 이는 반응조 바닥에서 1/5 이상되는 높이에 설치하는 것을 특징으로 하는 폐수정화 처리방법
10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한항에 있어서, 공기노즐을 제거하고 외부순환관을 통하여 순환수노즐로 유입된 폐수와 미생물이 반응조내의 처리수와 완전 혼합되어 탈질공정(무산소조)에 사용하는 것을 특징으로 하는 폐수정화 처리방법
11. 제10항에 있어서, 수표면 외부에서의 공기유입을 차단하기 위하여 반응조의 순환수노즐 상부와 수표면 사이에 방해판을 설치한 것을 특징으로 하는 폐수정화 처리방법