KR200221275Y1 - 오수처리용 제트루프리액터 - Google Patents

Abstract

본 고안은 고농도폐기물 처리방법중 하나인 제트루프리액터(Jet Loop Reactor)의 처리방법을 개선한 것으로서 본 장치는 원통형 구조를 갖는 제트루프리액터의 일종으로서 처리조내에서 뚜렷한 방향성을 갖는 순환흐름을 갖고 노즐을 통하여 공기와 유체를 혼합하여 분사시킴으로서 산소전달율을 높여 고농도 오수를 처리하는 생물반응 처리장치이다.

본 고안은 짧은 수리학적 체류시간에 높은 처리효율을 기대할 수가 있으며, 처리조의 구조가 간단하여 운전이 용이하며 기계의 고장 및 유지관리가 매우 손쉽다는데 장점이 있다. 또한 소요부지면적이 적으며, 산소전달율이 재래식 활성 슬러지 공정에 비하여 매우 높다는데 있다.

이에 본 고안은 산소전달율을 높이기 위한 방법으로 기존 분사노즐 분배장치와 유도관을 개량하여 처리조내 미생물 농도를 높게 유지할 수 있고 짧은 체류시간에 고부하-고효율의 운전이 가능한 장치를 제공하기 위한 오수처리용 제트루프리액터 장치에 관한 것이다.

Description

오수처리용 제트루프리액터{Jet Loop reactor for sewage treatment}

본 고안은 제트루프리액터를 이용한 고농도 유기성 폐수의 고도처리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유기물부하의 제거, 질소의 제거, 유기성질소의 암모니아성 질소로의 전환 및 질산화반응 등을 가능하게 하는 공정으로서 고농도 산소접촉 및 호기성 조건에서의 처리 등을 거치므로써 고농도의 유기물과 총 질소를 함유하는 주정폐수, 식품폐수, 전분폐수, 매립장 침출수 등을 처리할 때보다 경제적이고도 효과적으로 폐수처리가 가능한 폐수의 고도처리방법에 관한 것이다.

종래에는 일반적으로 고농도 유기성 폐수의 경우 표준활성오니 법으로만 처리를 하거나 혐기성처리를 한 후 표준활성오니법에 의해 처리 하여왔다. 그러나, 이러한 처리공정은 단순히 유기물만의 처리를 위해서는 별다른 문제없이 처리가 가능하나 이러한 공정으로는 폐수내에 포함되어 있는 과잉의 질소인 성분을 제거할 수는 없다. 이러한 처리되지 않은 질소는 호수나 댐에 유입되어 수계의 부영양화(eutrophication)를 초래하여 이러한 수계에서는 조류의 과잉생산으로 녹색, 적색 등으로 혼탁해 질뿐만 아니라, 악취와 불쾌한 맛을 유발하며 조류가 성장을 위해 용존산소를 소모함으로써 수중의 용존산소를 고갈시켜 수중 생태계의 균형을 파괴한다.

종래의 대부분의 오수처리용 제트루프리액터는 다상이며 매우 점도가 높은 BIO-SYSTEM을 위한 생물처리조나 높은 확산이 요구되는 fluid system에 적당한 장치로 알려져 있으나 처리조내에서 뚜렷한 방향성을 갖는 순환흐름을 갖는 노즐을 통하여 공기와 유체를 혼합하여 분사시킴으로서 산소전달률을 높이는 문제에서 산소전달의 편향성으로 여재의 고른 혼합이 이루어지지 못하여 처리효율이 떨어지는 경우가 빈번히 발생하였다.

이러한 피해를 예방하기 위한 장치로서 3상 제트루프리액터 장치가 개발되었으나 처리를 위한 산소전달율의 극대화를 이루지 못하여 점차적으로 사용이 기피되고 있는 실정이다.

이에 본 고안 장치는 축산폐기물과 같은 고농도 액상폐기물을 고부하 운전조건에서 고효율로 처리하기 위하여 고안되었으며, 기존 오수처리용 제트루프리액터에 의한 고농도 오수 처리시 발생되는 문제점의 해결방안을 모색함으로서 고농도 오수처리에 가장 적합한 제트루프리액터를 개발하기 위한 것이 본 고안의 목적이다.

통상적으로 축산폐기물과 같은 고농도 오수는 유기물농도는 높지만 지방산과 그리이스 성분이 다량 함유되어 있어 포기시 과도한 거품이 발생되는 특징을 지니고 있다. 특히 고부하 운전에서는 제트노즐에 의한 분사식 포기방법에서는 더욱 거품 발생량이 많아진다.

이에 본 고안은 축산오수와 같은 고농도 오수의 고부하-고효율 처리장치를 개발하기 위해 고안되었으며 축산오수의 경우 유기물농도(양돈폐기물의 경우 분 60,000mg/L, 뇨 3,500∼4,000mg/L)가 매우 높아 종래의 표준활성오니법에 의해 처리할 경우 넓은 부지면적과 큰 시설용량을 필요로 하게 되며 필연적으로 과다한 시설비 및 동력비가 필요하게 되어 우리나라와 같이 소규모의 영세한 형태를 보이는 축산농가에서는 적용하기 어려운 형편이다.

이에 본 고안은 축산오수와 같은 고농도 오수를 고부하 운전조건에서 고효율로 처리가 가능하게 함으로서, 처리효율이 증대와 아울러 기존 오수처리용 제트루프리액터의 단점을 개선함으로서 보다 나은 오수처리용 제트루프리액터를 제공하기 위한 것이다.

도 1은 본 고안에 따른 제트루프리액터 절개사시도

도 2은 도1에 따른 종단면도

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

1 : 상부유도류안내판

2 : 하부유도류안내판

3 : 가스포집부

4 : 스크린

5 : 매쉬망

6 : 부상부

7 : 배기관

8 : 여과수배출관

9 : 유도관

10 : air pump

11 : 제트루프리액터

12 : 원수유입관

13 : 여재유입관

14 : 제트노즐부

15 : 유도관고정대

16 : 처리장치지지대

본 고안은 내부에 유도관을 갖는 실린더형 처리조로 전체 모양은 원통형이다. 세부구조는 크게 원통형처리조인 제트루프리액터(11), 유도관(9), 제트노즐부(14), 가스포집부(3)의 4부분으로 구분된다.

처리조 상단에는 거품이나 가스를 채우기 위한 가스포집부(3)가 있으며 처리조로의 처리원수 주입은 원수유입관(12)으로 하게 된다. 유입된 원수는 내부순환 혼합액과 함께 제트노즐부(14)로 연결되며 제트노즐부(14)에서는 순간적인 압력강화에 의해 air pump(10)를 통해 흡입된 외부공기와 혼합되어 처리조내 유도관(9)으로 강하게 분사된다.

따라서 유입원수는 처리조로 유입되기까지 내부순환관속에서 1차 혼합이 이루어지고 제트노즐부(14)를 통하여 처리조내로 분사되면서 2차 혼합이 이루어진다.

상부로 진행되던 3상(wastewater, biomass, air) 분사류는 이어 유도관속에서 하향류를 형성하게 되고 처리조 바닥에 설치한 하부유도류안내판(2)에 부딪힌후 흐름방향을 바꾸어 다시 처리조 안쪽 유도관(9)으로 유입되어 상승하게 된다.

이와 같은 과정은 처리조 배부에서의 높은 재순환율에 의해 수회 반복되며 그 이후에는 처리조 상부의 가스포집부(3) 유입되어 일부는 순환펌프를 통하여 또다시 재순환되고 나머지는 침전지로 유입된다.

처리조에서 침전지로의 처리수 이동은 수위차에 의해 자연유하시키는 것이 동력비 절감차원에서 유리하게 나타났다.

처리조 중앙에 위치하여 처리조 내부 순환흐름을 유도하는 유도관(9)은 제트노즐부(14)에서 분사된 공기가 원수와 혼합이 잘 이루어지도록 가운데 부분을 좁게 형성하여 설치되었다. 유도관의 두께는 내부 순환흐름의 유연성에 영향을 미치므로 통상적인 연구문헌에 의하면 보통 직경과 유도관비는 33.3이 적당하다고 알려져 있어 이를 본 고안에 채택하였다.

본 고안에 사용된 오수처리용 제트루프리액터장치는 3상 노즐이 처리조 하단에 위치하므로 유도관(9) 내부에서는 상향류가 형성되고 유도관 외부에서는 하향류가 형성된다. 따라서 유도관을 통한 상향 흐름은 처리조 하단에 와서 다시 흐름 방향을 바꾸어야 하므로 흐름방향의 원활한 전환을 위하여 유도관(9)은 처리조 하단과 일정간격을 두었으며 처리조 하단에는 하부유도류안내판(2)을 설치하였다.

특히 유도관(9)내의 유속을 증가시켜 여재와의 혼합을 촉진시키고 이로인한 처리효율의 증대를 기하기 위해 유도관(9) 형태를 벤츄리노즐 형태로 구성하였다.

특히, 하부유도류안내판(2)은 순환되는 기포를 이곳에 충돌시켜 더욱 미세한 기포로 전환시키며, 에너지손실과 dead space를 최소화시키는 역할을 한다.

유도관(9)은 유도관고정대(15)에 의해 처리조 내벽에 고정되어지며 재질은 가벼운 스테인레스로 구성하였다.

오수처리용 제트루프리액터의 제트노즐부(14)에서는 내부순환흐름이 노즐을 통해 분사되면서 노즐 끝에서 순간적으로 진공이 형성되어 외부의 공기가 공기 흡입관을 통해 자연적으로 흡입되게 된다. 따라서 제트노즐부(14)에서의 액체분사면적과 공기흡입관 면적의 비와 공기흡입관 끝과 노즐 끝과의 거리는 공기흡입량에 영향을 미친다.

오수처리용 제트루프리액터의 제트노즐부(14)는 직경이 작아 막힘현상이 일어날 수 있다. 따라서 이러한 막힘현상이 일어날 경우 노즐의 청소가 가능하도록 나사식으로 연결하여 노즐의 탈착이 가능하도록 하였다.

도2에 도시된 것 처럼 제트노즐부(14)의 공기흡입관을 통해 흡입된 공기는 노즐 끝에서의 강한 분사력에 의해 유입되자마자 처리조내 액체와 강하게 혼합되면서 충돌하게 되며 이때 공기는 액체속으로 분산되는데 이를 1차 분산이라 한다. 유도관(9)을 통해 어느정도 상승한 이후에는 제트노즐부(14) 끝에서의 강한 분사력이 약해지면서 주위의 공기방울들이 서로 충돌하여 뭉치면서 2차 분산이 일어나게 된다. 또한 이때에는 먼저 흡입된 공기방울들이 유도관 외관을 통하여 상승하다 노즐 끝에서의 분사에 의한 강한 흡입력에 의해 일부 공기방울은 다시 유도관 속에서 재순환하게 된다.

유도관(9)의 상단에서의 제트분사류는 가운데에 공기흡입관을 잦는 벤츄리노즐을 통하여 처리조 혼합액을 분사함으로서 형성된다.

특히 유도관(9)의 형태를 가운데를 좁게 함으로서 공기와 물이 효율적인 혼합을 이루어지게 하는 역할을 한다.

상술한 바와 같이 본 고안은 산소전달율 및 산소전달효율이 재래식 표면포기기의 산소전달율 보다 월등히 높으며, 처리조내 미생물 농도를 높게 유지할 수 있고 짧은 체류시간에 고부하, 고효율 운전이 가능케하며, 짧은 수리학적 체류시간과 고부하 상태의 운전조건에서도 높은 처리효율을 얻을 수 있으며, 처리조의 형태가 원통형 구조로서 소요부지 면적이 적다는 장점이 있다.

Claims (1)

1. 처리조 상단에는 처리수를 유입시키기 위한 원수유입관(12)과 처리중 발생한 배기가스를 처리하기 위한 (7)배기관, 원수를 처리를 돕는 여재를 유입시키기 위한 여재유입관(13)이 설치되어 있고 유입된 원수를 혼합시키기 위한 제트노즐부(14), 혼합된 원수를 재순환시키기 위해 상부와 하부는 넓게 가운데 부분은 좁게 형성된 처리조내 유도관(9), 상향류를 형성하던 처리수를 재순환시키기 위한 상부유도류안내판(1), 다시 하향류를 형성하여 하향하던 처리수를 재상승시키기 위한 하부유도류안내판(2)을 구비하여서 된 것을 특징으로 하는 오수처리용 제트루프리액터