KR20000056009A - 오.폐수의 가스제거장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오·폐수 및 오염된 공기로 부터 오염물질을 제거함에 있어서, 처리대상 오염물질을 100RPM 이상의 회전체에 투여하여 주위벽에 충돌시키므로서 오·폐수에 포함된 가스를 분리하거나, 오염된 공기와 물을 동시에 투입하여 오염된 공기 중의 오염물질을 용해시키므로서, 후속 혐기성소화, 호기성처리, 질소제거 등의 생물학적 처리의 효율을 개선하는 전처리 또는 주처리 장치를 제공함에 있어서, 특히 외통체(3)를 원뿔대형으로 형성시키고, 외통체(3)에 내장되며 회전축(1)에 설치된 다단의 충돌판(2)은 그 직경을 외통체(3)의 내주면형상에 대응하도록 순차적인 크기의 직경으로 형성시키며, 외통체(3)의 내벽에 회전방향과 직각이 되게 저지턱(5)을 형성시키므로서 공기와 물의 흐름을 제어하고 충돌효과를 상승시키어, 오·폐수로 부터의 가스 분리, 또는 오염된 공기 중의 오염물질 용해 효과를 증대시킬 수 있게 한 것임.

Description

오.폐수의 가스제거장치{Plant for gases removal foom sewage and wastewater}

본 발명은 오·폐수 등의 오염물질을 회전체에 투여하여 충돌시키고 또 회전하는 회전체에 의한 원심력으로 주변의 벽에 강하게 충돌되게하여 오·폐수에 포함된 슬러지를 파괴하고 이에 포함된 가스를 제거하므로서, 후속 혐기성소화, 호기성처리, 질소제거 등의 생물학적 처리의 효율을 개선하는 오·폐수의 전처리 또는 주처리 장치를 제공하기 위한 것이다.

수처리는 수중의 오염된 물질을 미생물 또는 화학적인 산화 또는 환원반응에 의하여 안정화된 물질로 변화시키는 일련의 조작이다. 폐수의 성상에 따라 이에 포함된 유기물은 이를 다양한 방법으로 안정화 시킬 수 있다. 그러나 대부분의 수처리는 자연상태에서 미생물의 유기물 분해속도에 의존하고 있어 처리속도가 매우 느리고 불안정하다. 특히, 고농도의 질소를 함유하고 있는 분뇨, 축산 폐수의 경우 이러한 문제는 더욱 심각하게 나타난다. 이와 같은 오·폐수 처리의 핵심은 수처리과정에서 가능한 한 질소의 함량을 대폭 감소시켜 생물학적 처리에 적합한 C/N비를 유지하는 방안이 동시에 강구되어야 할 것이다.

지금까지 이와 같은 조건에 대한 원칙론은 강조되어 왔으나 현실적으로 이에 맞는 장치는 개발되지 않고 있다. 즉, 고농도의 질소가 함유되어 있는 오·폐수의 경우 생물학적 처리를 위한 전처리 과정에서 질소를 제거하므로서 후속처리에 도움을 줄 수 있다는 인식은 일반화되어 있다. 그러나 최소의 비용으로 최대의 효과를 유도할 수 있고 실용화하기가 용이한 공정은 국·내외적으로 개발되지 못하고 있는 실정이다. 예로서, 본 발명자는 고정된 충돌판이나 회전형 충돌판에 슬러지를 펌프로 분사하여 충돌시키므로서 미생물 세포를 파괴하여 후속 혐기성 소화효율을 촉진하는 연구를 수행한 바 있다. 그러나 이와 같은 경우 충돌 횟수, 분무화의 정도, 처리시설의 복잡성, 분사에 소요되는 고압펌프의 설치 등에 어려움이 있다.

본 발명자들은 펌프에 의한 분사로 가스제거를 유도할 경우 오·폐수의 액주(물기둥 형태) 자체의 무거운 질량 때문에 충돌하는 과정에서 외부에서 투여된 힘의 상당 부분이 손실된 상태에서 충돌판에 충돌되므로 가스제거에 필요한 요소인 충격력의 충분한 확보에 한계가 있다는 것을 알게 되었다. 아울러 제거 대상 가스의 이동, 반응의 촉진을 위한 순환 등의 중요한 요소가 결여되어 있다는 사실도 알게 되었다.

그리하여 본 발명자들은 이러한 문제를 해결하기 위하여 다양한 연구를 수행한 결과 고형물이 포함되고 고농도의 암모니아가 함유된 폐수에서의 가스제거는, 암모니아 자체가 고형물 주위에 밀착되어 있어 충돌이나 충격에 의하여 고형물 주위에 밀착되어 존재하는 가스를 이탈시키고 분무상태에서 가스제거를 유도하는 과정이 매우 중요한 것임을 알게 되었다. 또한 가스를 산화에 의하여 분해 제거할 경우도 역시 유체의 분무화 상태에서 제거 대상 가스와 산화제를 반응시키는 것이 유용함을 알게 되었다.

그리하여 본 발명자들은, 회전체에 오·폐수를 투입하여 회전체의 원심력으로 주위에 흩뿌리므로서 주벽에 충돌시키어 오·폐수의 무화와 가스 이탈을 유도하는 장치를 개발하기에 이르렀다. 이는 본 발명자들에 의하여 1998년특허출원제57792호로 개시된 바 있다. 그러나 이와 같은 선 발명은 주벽에 흩뿌려지면서 충돌되는 오·폐수가 외통체의 내벽을 따라 띠를 이루면서 회전하는 현상을 일으키게 되어, 흩뿌려지면서 하강되는 율이 적어 충격에 의한 파괴효과가 충분치 아니함을 알게 되었다. 뿐만 아니라 이와같은 선발명은 유체가 그 내부에서 와류를 일으킬 뿐 그 배출 방향이 일정치 아니하여, 오·폐수를 처리할 경우 미쳐 탈기되지 아니한 무화 상태의 물방울이 배출된다던지, 오염된 공기를 물과 함께 투입하여 오염물질을 물에 용해시켜 제거하려 할 경우 오염물질이 미처 물에 용해되지 아니한 상태에서 배출되어 오염된 공기가 그대로 배출되는 현상이 있음을 알게 되었다.

그리하여 본 발명자들은 외통체에 다단의 충돌판을 설치하고 이에 오·폐수를 투입하거나, 오염된 공기와 물을 투입하여 처리를 하도록 하는 상기 선 발명의 장치에 있어서, 외통체를 원뿔대형으로 형성시키고, 이에 내장되는 다단의 충돌판은 그 직경을 외통체의 내주면형상에 대응하도록 순차적인 크기의 직경으로 형성시키며, 외통체의 내벽에 회전방향과 직각이 되게 저지턱을 형성시키므로서, 공기의 흐름을 제어하고 충돌효과를 상승시키어, 물로 부터의 공기 분리, 또는 오염된 공기 중의 오염물질 용해 효과를 증대시킬 수 있게 한 것인 바 이와 같은 본 발명을 첨부된 도면에 의하여 설명하면 다음과 같다.

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예로서 실험실 규모의 실시예를 첨부된 도면에 의하여 제시한다. 그러나 다음과 같은 실시예가 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 이해되어서는 아니될 것이다.

도 1 은 본 발명의 장치의 일 실시예의 요부 발췌 단면도

도 2 는 도 1 에 도시된 실시예에 있어서의 횡단면도

도 3 은 본 발명의 다른 실시예의 요부 발췌 단면도

도 4 는 안내판(4)의 일 실시예의 사시도

도 5 는 도 4에 도시된 실시예의 평면도

〈도면중 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1............회전축 2.............충돌판

3.............외통체 4.............안내판

5.............저지턱 6.............투입구

7.............처리수배출구 8..............공기배출구

본 발명은, 회전축(1)에 설치되어 회전하는 다층의 충돌판(2)에 오·폐수를 투입하므로서 충돌판(2)에 의하여 주위로 흩뿌려지면서 무화되게 하며, 외통체(3)의 내측 주변벽에 충돌되고 다시 각개의 충돌판(3) 사이의 외통체내벽에 설치된 안내판(4)에 의하여 하향 안내되어 차하위의 충돌판(3)에 충돌되고 흩뿌려지게 하므로서 오·폐수의 무화와 가스 이탈을 효과적으로 유도하고, 후속 혐기성소화, 호기성처리, 질소제거 등의 생물학적 처리를 함에 있어서 그 효율을 개선시키는 장치에 있어서, 특히 외통체(3)를 원뿔대형으로 형성시키고, 외통체(3)에 내장되며 회전축(1)에 설치된 다단의 충돌판(2)은 그 직경을 외통체(3)의 내주면형상에 대응하도록 순차적인 크기의 직경으로 형성시키며, 외통체(3)의 내벽에 충돌판(2)의 회전방향과 대략 직각이 되게 저지턱(5)을 형성시키는 것을 특징으로 한다.

충돌판(2)상에는 다수개의 충격부(21)가 설치되어 충돌판(2)으로 하락하는 오·폐수가 충격부(21)에 의하여 충격을 받아 분쇄될 수 있게 하는 것이 바람직함은 이미 선행 발명에 개시된 바와 같다.

외통체(3)는 이를 원뿔대형으로 형성시킨다. 이는 본 발명의 제1의 요소이다. 그리고 원뿔대형의 외통체(3) 내부에 설치되는 다단의 충돌판(3)들은 그 직경을, 외통체(3)의 형상에 대응하도록, 점차적으로 감소시키거나 확대시키어 원뿔대형의 외통체(3) 내벽과 각개 충돌판(3)의 외주면의 간격이 거의 일정하도록 한다. 후술하는 바와 같이 외통체(3)를 원뿔대형으로 형성시키는 이유는, 각개의 충돌판(3)의 직경에 차이를 두어 상하 일측의 충돌판(3)의 직경을 더욱 크게 형성시키므로서, 충돌판(3)의 회전에 의한 원심력에 차이가 생기도록 하기 위함이다. 외통체(3)의 경사도는 약 50내지 85도인 것이 바람직하나 그 이하일 수도 있다.

다층의 충돌판(2)이 내장된 원뿔대형의 외통체(3)는 첨부된 도면 도 1 에 도시된 바와 같이 그 상부가 좁고 하부가 넓게 형성시킬 수도 있고, 첨부된 도면 도 3 에 도시된 바와 같이 상부가 넓고 하부가 좁게 형성시킬 수도 있다. 이는 본 발명의 장치의 용도에 따른 실시예의 차이이다.

각개의 충돌판(3) 사이의 외통체내벽에 설치된 안내판(4)은, 첨부된 도면 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이, 이를 4개 내지 20개로 분리된 낱개판(41)을 결합하여 구성시키는 것이 바람직하다. 각개의 낱개판(41)은 충돌판(3)의 회전방향(A)측으로 개구부(40)가 형성되게 설치되어 물방울이 하향으로 이동되도록 하는 안내기능을 향상시키게 한다.

외통체(3)는 그 상부에 투입구(6)가 설치되며, 하부에 처리수배출구(7)가 설치 된다. 처리수배출구(7)에는 곡관으로 된 수압밸브(71)를 설치한다. 필요에 따라 외통체(3)에 공기배출구(8)가 설치된다. 공기배출구(8)는 저부에 설치될수도 있다.

이와 같이 구성된 본 발명은, 회전축(1)과 이에 고정 설치된 충돌판(2)을 모터(도면에 도시하지 아니함)에 의해서 100회/min 이상 회전시키면서, 투입구(6)로 오·폐수를 유입시키면, 오·폐수는 충돌판(2)에 설치되어 있는 충격부(21)에 부딛히면서 작은 입자로 쪼개져 안개 상태로 전환된다. 안개상태가 된 오·폐수는 슬러지 자체의 무게 감소로 주변에 충돌하는 속도가 높아질 수 있다. 즉, 뉴톤의 운동법칙에 의하면 F=ma라고 표시할 수 있다. 이 등식에서 일정한 힘(F)이 주어질 경우 질량(m)의 값이 최소화인 분무상태가 될 때 가속도(a)의 값이 최대값이 된다. 본 연구자들은 슬러지 충돌효과에 대한 오랜 연구 결과 충돌 가속도가 최대일 때 역시 분무 및 충돌효과도 최대가 된다는 사실을 밝힌 바 있다. 최대의 분무 및 충돌효과는 고형물과 액체로부터의 가스의 이탈 정도를 최대화 시킬 수 있다.

1차 충돌된 오·폐수는 외통체(3)의 내벽에 부딛히면서 무화되기도 하고 일부는 관성에 따라 외통체(3)의 내벽을 타고 충돌판(2)의 회전 방향에 따라 띠를 이루면서 회전하는 현상을 일으키려 한다. 그러나 본 발명은 외통체(3)의 내벽에 저지턱(5)을 설치하여 이러한 흐름을 방해하고 그리하여 외통체(3) 내벽의 충격력을 향상시키게 된다. 이와 같이하여 1회 충돌된 오·폐수는 외통체(3)의 내벽에 설치된 안내판(4)에 의하여 차하위의 회전 충돌판(2)으로 이송된다. 1차 무화된 오·폐수의 무화상태가 최대한 유지되도록 하기 위해서 안내판(4)의 내경을 회전형 충돌판의 내경의 1/2 - 2/3이 되도록 하였다. 이와 같은 무화 및 충돌 과정이 충돌판(2)의 갯수 만큼 반복되도록 하였고 충돌판(2)은 처리 대상 오·폐수에 따라 다수개(첨부된 실시예에서는 5개)를 설치하도록 하였다. 그리고 이러한 안내판(4)은 이를 4개 내지 20개로 분리된 낱개판(41)을 결합하여 구성시키고, 각개의 낱개판(41)은 충돌판(2)의 회전반대방향(A)측으로 개구부(40)가 형성되게 설치하므로서, 각개의 낱개판(41)이 물방울은 이를 하향으로 안내하고 비산하는 가스는 이를 상향시키는 기능을 가지게 하였다.

특히 본 발명은 충돌판(2)의 직경에 차이가 있으며, 이는 본 발명의 제1의 특징인 바, 직경이 큰 충돌판에 충돌된 물과 공기는 직경이 작은 충돌판에 충돌된 물과 공기보다 더 큰 원심력을 가지게 되며 따라서 이 부위에서의 외통체(3) 내부 부분은 큰 압력을 가지게 되고 이러한 충돌판 직경의 크기 차이에 따르는 외통체(3) 내부의 압력차는 외통체(3) 내부에서의 공기 및 무화된 액체의 흐름을 유도하여 물과 공기의 접촉시간을 연장하고 압력을 가하여 물과 공기의 결합을 촉진할 수 있다.

따라서 첨부된 도면 도 1 에 도시된 본 발명의 장치의 투입구(6)를 통하여 오염된 공기와 물을 투여하면서 회전축(1)을 회전시키면, 물이 충돌판(2)에 의하여 외통체(3)의 내벽에 충돌되고 저지부(5)에 의하여 재 충격을 받아 무화되고, 무화된 물방울과 공기는 분할된 안내판(4)에 의하여 하측으로 안내되어 또다시 충격을 받아 무화가 진행되면 이와 같은 과정에서 오염된 공기중의 수용성 물질은 물에 용해되며 그리하여 처리수는 처리수배출구(7)로 배출되고, 오염물질을 물에 용해시킨 정화된 공기는 공기 배출구(8)로 배출된다.

본 발명의 장치를 이용하여 축산폐수로 부터 이에 포함된 질소를 제거하는 본 발명의 방법을 실시한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

축산폐수의 원수를, 첨부된 도면 도 3 에 도시된 실시예의 장치에 투입구(6)를 통하여 투입하였다. 도 3 에 도시된 실시예의 외통체(3)는 직경이 40 cm, 높이 30cm, 충돌판(3)의 직경은 30cm이고, 충돌판(3)의 회전속도는 2,000 RPM, 처리량은 10l/min. 이었다.

이와 같이 축산폐수를 투입하고 회전축을 회전시키게 되면 충돌판(2) 및 외통체(3)에 의하여 축산폐수가 충격을 받게 되고 그리하여 폐수에 포함된 질소가 분리된다. 이와같이 본 발명의 장치에 의하여 축산폐수를 처리한 결과, 처리 전의 축산폐수에 있어서는 그 총 질소량이 4,200mg/L이었으나, 처리 후에는 1,800mg/L로 감소되었음을 알게 되었다.

위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 가스제거 장치에 의해서 처리한 축산폐수의 총질소 농도 제거 효율은 57%가 되었다. 이러한 증가치는 본 연구자들에 의해서 수행되었던, 고압(25 Bar)펌프에 의한 분사로 처리된 가스 제거 장치 보다 월등히 높은 제거 효율을 보여 주고 있다.

또한 원심분리를 위하여 회전체를 4,000 rpm까지 가동시키는 일은 비교적 용이하다. 더우기 회전형 충돌판을 여러개 설치할 경우 본 실험 예에서 실시한 경우 보다도 월등히 높은 처리효율을 쉽게 유도할 수 있다. 따라서 본 발명의 장치는 그 제조 및 운전 비용을 현저히 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 회전축(1)에 설치되어 회전하는 다층의 충돌판(2), 외통체(3), 외통체내벽에 설치된 안내판(4)으로 구성된 것에 있어서, 외통체(3)를 원뿔대형으로 형성시키고, 외통체(3)에 내장되며 회전축(1)에 설치된 다단의 충돌판(2)은 그 직경을 외통체(3)의 내주면형상에 대응하도록 순차적인 크기의 직경으로 형성시켜서 된 것을 특징으로 하는 오.폐수의 가스제거장치.
2. 제1항에 있어서, 외통체(3)는 그 내벽에 충돌판(2)의 회전방향과 대략 직각이 되게 저지턱(5)이 형성된 것임을 특징으로 하는 오.폐수의 가스제거장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 외통체(3)는 그 경사도가 50 내지 85도인 것을 특징으로 하는 오.폐수의 가스제거장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각개의 충돌판(3) 사이의 외통체내벽에 설치된 안내판(4)은, 4개 내지 20개로 분리된 낱개판(41)을 결합하여 구성된 것이고, 각개의 낱개판(41)은 이웃의 낱개판(41)과 함께 충돌판(2)의 회전반대방향(A)측으로 개구부(40)가 형성되게 설치된 것임을 특징으로 하는 오.폐수의 가스제거장치.