KR200257124Y1 - 회전식미생물접촉장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 회전식 미생물 접촉장치에 관한 것이다. 종래 미생물 접촉장치는 단순히 원판상으로 된 접촉재를 사용하기 때문에 유기물을 처리할 목적으로 호기성 미생물을 활성화하는 데 사용하는 것일 뿐 호기성 미생물 및 혐기성 미생물 등 다수 종의 미생물을 활성화하는 데는 적용할 수 없는 것이었다. 본 고안은 처리조의 상부에 회전 가능하게 지지되는 회전축과, 각각 일단이 개방되고 타단에는 유입만 허용하는 체크밸브가 설치된 중공형 접촉재들이 상기 회전축을 중심으로 하는 동심원상 원호를 이루도록 배열된 수 개의 접촉재군을 가지는 접촉재 디스크와, 상기 접촉재 디스크를 상기 회전축에 일체로 회전되도록 지지하는 지지대로 구성함으로써 중공형 접촉재의 내,외주면에 각각 호기성 미생물과 통기성, 혐기성 미생물이 접촉, 증식할 수 있어 유기성 폐수중의 유기물질의 제거와 함께 질소의 제거를 수행할 수 있게 되되며, 중공형 접촉재의 내,외주면에 각각 요부와 철부를 형성함으로써 미생물들의 접촉이 더욱 효과적으로 이루어져 미생물의 증식과 유기물질 및 질소의 제거를 더욱 효과적으로 수행할 수 있게 되는 것이다.

Description

회전식 미생물 접촉장치

본 고안은 하수나 오수 또는 유기성 폐수 처리에서 유기물을 제거하는 데 사용되는 미생물을 배양하기 위한 미생물 접촉장치에 관한 것으로, 특히 호기성 미생물과 협기성 미생물을 모두 접촉 배양할 수 있도록 한 회전식 미생물 접촉장치에 관한 것이다.

일반적으로 하수나 오수 또는 생활 폐수 등의 유기성 폐수(이하 "유기성 폐수"로 약칭함)를 처리하는 활성오니법에 있어서는 미생물을 사용하여 유기물을 제거함에 있어서는 폭기조 등에 접촉장치를 설치하여 미생물들이 이에 접촉하여 서식하도록 하고 있다.

종래 이러한 종류의 미생물 접촉장치로서는 환형, 구형 또는 로프형 등으로 된 미생물 접촉부재를 현수(懸垂)하여 폭기조 등에 침지하는 것에 의하여 미생물이 미생물 접촉부재에 부착하여 서식하도록 하는 소위 '현수 미생물 접촉방법'이 있었다.

그러나 이러한 현수 미생물 접촉방법은 그 미생물 접촉부재가 항상 폭기조 등에 침지된 상태로 설치되는 다양한 종류의 미생물을 배양하는 데는 부적합한 것이었다.

따라서 종래에는 대략 폭기조 등의 수면 높이로 설치되는 수평 회전축에 원판형 미생물 접촉부재를 설치하고 이 원판형 미생물 접촉부재를 회전시키는 회전 원판 접촉장치가 사용되고 있다.

이 회전 원판 접촉장치의 원판형 미생물 접촉부재는 대략 절반 부분은 폭기조 등에 침지된 상태로 되고 나머지 절반 부분은 대기중에 노출된 상태로 회전하는 것으로서 유기물을 처리할 목적으로 호기성 미생물을 활성화하는 데 사용하는 것일 뿐 호기성 미생물 및 혐기성 미생물 등 다수 종의 미생물을 활성화하는 데는 적용할 수 없는 것이었다.

한편, 최근에는 유기성 폐수 중의 유기물뿐만 아니라 질소와 인을 제거해야 하는 문제점이 대두되고 있다.

종래 유기성 폐수 중의 질소와 인을 제거하는 방법으로서는 유기물 제거공법과는 별도로 A2/O법, 변형 Bandenpho법, UCT(University of Cape Town)법, VIP(Vieginia Initiative Plant)법 등이 알려져 있다.

이중 A2/O법은 최초 침전조에서 침전처리되어 부유 고형물질이 제거된 하수 및 오,폐수 등의 유입수를 혐기조(嫌氣槽), 무산소조(無酸素槽), 호기조(好氣槽), 침전조(沈澱槽)를 통하여 처리하여 방류하는 것이며, 변형 Bandenpho법은 최초 침전조를 거친 하수 및 오,폐수 등의 유입수를 혐기조, 제1 무산소조, 제1 호기조, 제2 무산소조, 제2 호기조, 침전조를 통하여 처리하여 방류하는 것이고, UCT(University of Cape Town Process)법에서는 최초 침전조를 거친 하수 및 오,폐수 등의 유입수를 혐기조, 무산소조, 호기조, 침전조를 통하여 처리하여 방류하는 것이며, VIP(Virginia Initiatve Plant)법에서는 최초 침전조를 거친 하수, 오,폐수 등의 유입수를 혐기조, 무산소조, 호기조, 침전조를 통하여 처리한 후 방류하는 것이다.

그러나 상술한 종래의 처리 방법에서는 여러 개의 처리조, 즉 혐기조, 무산소조, 호기조 등을 추가 설치하여야 하므로 설비가 대형화되고 시설 비용이 증가되는 등의 문제점이 있었다.

본 고안의 목적은 시설과 처리공법이 간소하면서도 호기성 미생물과 통기성, 혐기성 미생물을 접촉 배양할 수 있도록 하여 유기성 폐수 중의 유기물과 함께 질소를 제거는 공법에 적용할 수 있도록 한 회전식 미생물 접촉장치를 제공하려는 것이다.

본 고안의 다른 목적은 미생물의 접촉, 증식 면적을 넓일 수 있도록 한 회전식 미생물 접촉장치를 제공하려는 것이다.

도 1은 본 고안에 의한 회전식 미생물 접촉장치가 설치된 하수, 오수 및 유기성 폐수 처리조의 평면도.

도 2는 본 고안에 의한 회전식 미생물 접촉장치의 평면도.

도 3은 도 2의 A-A선 단면도.

도 4는 미생물 접촉부재의 부분 파단 정면도.

도 5는 미생물 접촉부재를 고정하는 주 지지구를 보인 정면도.

도 6은 도 5의 B-B선 단면도.

도 7은 미생물 접촉부재를 고정하는 보조 지지구를 보인 정면도.

도 8은 도 7의 C-C선 단면도.

**도면의주요부분에대한부호의설명**

10 : 회전축 20 : 중공형 접촉재

21a,22a : 요부 21b,22b : 철부

C : 접촉재군 D : 접촉재 디스크

30 : 주 지지대 40 : 보조 지지대

이러한 본 고안의 목적을 달성하기 위하여 처리조의 상부에 회전 가능하게 지지되는 회전축과, 각각 일단이 개방되고 타단에는 유입만 허용하는 체크밸브가 설치된 중공형 접촉재들이 상기 회전축을 중심으로 하는 동심원상 원호를 이루도록 배열된 수 개의 접촉재군을 가지는 접촉재 디스크와, 상기 접촉재 디스크를 상기 회전축에 일체로 회전되도록 지지하는 지지대로 구성됨을 특징으로 하는 회전식 미생물 접촉장치가 제공된다.

상기 중공형 접촉재는 내,외주면에 각각 요부와 철부를 가지는 주름관으로 형성된다.

상기 지지대는 상기 회전축에 방사상으로 고정되어 상기 접촉재군의 양단부와 중간부를 지지하는 주 지지대로 구성된다.

상기 주 지지대는 상기 중공형 접촉재의 반원주면이 삽입되는 반원형 삽입홈이 연부에 형성된 평행한 두 측면부와 이들 두 측면부를 연결하는 연결부를 가지는 한 쌍의 채널형 지지부재와, 이들 지지부재를 체결하는 체결수단으로 구성된다.

상기 지지대는 상기 회전축에 방사상으로 고정되어 상기 주 지지대의 사이에서 접촉재군을 지지하는 보조 지지대를 포함하여서 된다.

상기 보조 지지대는 상기 중공형 접촉재의 반원주면이 삽입되는 반원형 삽입홈이 연부에 형성된 띠판상 지지부재와, 상기 지지부재를 체결하는 체결수단으로 구성된다.

이하, 본 고안에 의한 회전식 미생물 접촉장치를 첨부도면에 도시한 실시례에 따라서 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 의한 회전식 미생물 접촉장치의 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도이다.

본 고안에 의한 회전식 미생물 접촉장치는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 처리조(1)의 좌우측벽(1a,1b,) 상면에 양단이 회전 가능하게 지지되는 회전축 (10)과, 접촉재 디스크(D)로 구성된다.

또한 상기 회전축(10)은 상기 처리조(1)의 좌우측벽(1a,1b) 상면에 베어링 (11,11)에 의하여 회전 가능하게 지지되는 것으로, 처리조(1)에 유입된 유기성 폐수(W)의 최고수위(HWL)보다 약간 높게 위치된다(도 3 참조).

상기 회전축(10)은 회전구동수단에 의하여 일방향, 즉 상기 중공형 접촉재 (20)의 개방된 단부가 선행(先行)하는 방향으로 회전 구동되도록 구성된다.

상기 회전구동수단은 상기 좌우측벽(1a,1b)중 어느 한 쪽에 탑재되는 구동모터(12)와, 상기 구동모터(12)의 회전력을 회전축(10)에 전달하기 위한 전동기구로 구성된다.

상기 전동기구는 도 2에 도시한 바와 같이, 구동모터(12)의 축에 고정되는 구동회전부재(13)와, 상기 회전축(10)의 일단에 고정되는 종동회전부재(14) 및, 이들 구동회전부재(13)와 종동회전부재(14)를 연결하는 전달부재(15)로 구성된다. 상기 회전부재(13,14)로서는 예컨대 스프로킷이나 풀리가 사용되고 상기 전달부재 (15)로서는 체인이나 벨트가 사용될 수 있다.

또한 구동모터(12)는 감속기가 내장된 것을 사용하며, 이 내장된 감속기에 의하여 감속된 회전력을 다시 전동기구에 의하여 감속하여 최종적으로 회전축(10)이 2∼3 RPM정도로 회전하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 접촉재 디스크(D)는 도 4에 도시한 바와 같이 각각 일단이 개방되고 타단에는 유입만 허용하는 체크밸브(23)가 설치된 중공형 접촉재(20)들을 도 3에 도시한 바와 같이 상기 회전축(10)을 중심으로 하여 동심원상의 원호를 이루도록 배열한 수 개의 접촉재군(C)으로 이루어진다.

상기 중공형 접촉재(20)는 미생물의 접촉 면적을 넓혀 주기 위하여 도 4에 도시한 바와 같이 내,외주면에 각각 요부(21a,22a)와 철부(21b,22b)를 가지는 주름이 있는 합성수지제 호스(hose)와 같은 주름관을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 접촉재군(C)은 도 3에 도시한 같이 회전축(10)을 중심으로 하는 원주를 대략 3등분하는 3개의 군으로 형성하는 것이 바람직하나 반드시 이로서 국한되는것은 아니고 2등분하는 2개의 군으로 형성할 수도 있다.

각 군의 중공형 접촉재(20)들은 회전축(10)에서 가장 가까운 것의 길이가 가장 짧고 외주측으로 갈수록 점차 길어지도록 배치되어 도 3에 도시한 바와 같이 3등분하는 원호상으로 배치된 경우에는 각 접촉재군(C)들은 회전축(10)과 중공형 접촉재(20)들의 양단을 잇는 각도가 60도보다 약간 작은 부채꼴을 이루게 되고, 3등분하는 원호상으로 배치된 경우에는 각 접촉재군(C)들은 회전축과 중공형 접촉재 (20)들의 양단을 잇는 각도가 180도보다 약간 작은 부채꼴을 이루게 된다.

실질적으로 도시례와 같은 중공형 접촉재(20)는 원주의 3분의 1보다 짧은 것으로 원주 방향으로 인접하는 중공형 접촉재(20)의 단부가 일정 거리만큼 이격된 상태를 유지하도록 배치된다.

또한 상기 접촉재 디스크(D)들은 회전축(10)의 길이 방향으로 일정 간격을 두고 다수 열(도면에서는 20열)로 배치된다.

상기 접촉재군(C)은 회전축(10)에 방사상으로 고정 결합되는 주 지지대(30)에 고정되어 회전축(10)과 일체로 회전하도록 구성된다(도 3 참조).

상기 주 지지대(30)는 적어도 접촉재군(C)들의 양단과 중간부분을 지지할 수 있도록 배치된다.

또한 주 지지대(30)의 사이에는 도 3에 도시한 바와 같이 보조 지지대(40)를 설치하여 접촉재군(C)들의 중공형 접촉재(20)들의 원호형상이 변형되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

상기 주 지지대(30)들은 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 상기 중공형 접촉재(20)의 반원주면이 삽입되는 반원형 삽입홈(32a)이 연부에 형성된 평행한 두 측면부(32)와 이들 두 측면부(32)를 연결하는 연결부(33)를 가지는 한 쌍의 채널형 지지부재(31)와, 이들 지지부재(31)를 체결하는 체결수단으로 구성된다.

상기 반원형 삽입홈(32a)은 중공형 접촉재(20)의 외주면에 형성된 요부(22a)가 끼워질 수 있는 직경으로 형성된다.

상기 체결수단은 양측 지지부재(31)의 연결부(33)를 관통하는 볼트(34)와, 상기 볼트(34)에 체결되는 너트(35)로 구성된다.

상기 보조 지지대(40)는 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이 상기 중공형 접촉재(20)의 반원주면이 삽입되는 반원형 삽입홈(41a)이 연부에 형성된 띠판상 지지부재(41)와, 상기 지지부재(41)를 체결하는 체결수단으로 구성된다.

상기 반원형 삽입홈(41a)은 중공형 접촉재(20)의 외주면에 형성된 요부(22a)가 끼워질 수 있는 직경으로 형성된다.

상기 체결수단은 상기 지지부재(41)의 일측면에 직각으로 돌출 설치된 체결편(42)과, 상기 체결편(42)을 관통하는 볼트(43)와, 상기 볼트(43)에 체결되는 너트(44)로 구성된다.

상기 주 지지대(30)와 보조 지지대(40)는 철재로 형성하는 것이다.

이와 같이 구성된 본 고안의 회전식 미생물 접촉장치는 도 2에 도시한 바와 같이 하나의 처리조(1)에 사용할 수도 있으나 처리 용량을 감안하여 다수 개의 처리조(1)들가 다단계로 연결되어 처리조군을 형성하는 처리 시설에 사용할 수 있다.

도 1에서 각 처리조(1)를 구획하는 격벽(2)들은 일단은 좌우측벽(1a,1b)중어느 한 쪽에 연결되고 타단은 다른 쪽과의 사이에 유동로(3)가 형성되도록 구성되어 처리하고자 하는 유기성 폐수가 각 처리조(1)들을 단계적으로 거치도록 구성되는 것이다.

또한 격벽(2)들과 좌우측벽(1a,1b) 사이에 형성되는 유동로(3)는 우측과 좌측에 번갈아가면서 형성되도록 함으로써 각 처리조(1)에서의 체류 시간이 일정하게 유지되도록 하는 것이 바람직하다.

또한 처리조군은 도 1에 도시한 바와 같이 측방으로 다수 열 배치하여 처리 용량을 더욱 확장할 수도 있는 것이다.

이 경우 처리조군 전체에 유기성 폐수를 유입시키는 유입수로(4)와 각 처리조군 전체에서 처리된 처리수를 배출하는 배출수로(5)를 형성한다.

상기 유입수로(4)에는 각 처리조군으로 유기성 폐수를 유입시키는 유입구 (4a)가 형성되고, 배출수로(5)에는 각 처리조군에서 처리된 처리수가 배출수로(5)로 유출되도록 하는 유출구(5a)가 형성된다.

또한 상기 각 처리조군의 사이에는 기계실(6)이 형성되어 이 기계실(6)에는 각 처리조(1)에 메타놀을 투입하기 위한 메타놀 탱크(methanol tank)(7)가 설치된다.

이하, 본 고안에 의한 회전식 미생물 접촉장치의 작용을 설명한다.

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이 설치된 상태에서 구동모터(12)가 가동되면 구동모터(12)의 회전력은 자체에 내장된 감속기를 거쳐 감속된 후 전동기구를 구성하는 구동회전부재(13), 전달부재(15), 종동회전부재(14)를 통하여 회전축(10)에 전달되어 회전축(10)은 2∼3 RPM으로 회전되며, 이 회전축(10)에 주 지지대(30)와 보조 지지대(40)에 의하여 고정된 중공형 접촉재(20)로 된 접촉재 디스크(D) 전체가 같은 방향으로 회전하게 된다.

이때 회전 방향은 상기 중공형 접촉재(20)의 개방된 일단부가 선행하고 타단의 체크밸브(23)가 후행하는 방향(도 3에서의 반시계 방향)이다.

도 3에서 유기성 폐수에 완전히 잠긴 위치에 있는 접촉재군(C)으로부터 설명하면, 이 "a" 위치에서는 중공형 접촉재(20)의 개방단부를 통하여 그 내부에 유기성 폐수가 유입됨과 아울러 유입만 허용하는 체크밸브(23)을 통하여도 유기성 폐수가 유입되어 이 위치에서의 중공형 접촉재(20)에는 유기성 폐수가 완전히 채워진 상태로 된다.

이 상태에서 계속 회전함에 따라 중공형 접촉재(20)의 개방단부가 대기중으로 노출되기 시작하며 도 3에서 접촉재군(C) 전체가 대기중에 완전히 노출된 "b" 위치로 이동하더라도 후행하는 단부에 유입만 허용하는 체크밸브(23)가 설치되어 있으므로 중공형 접촉재(20)에 채워진 유기성 폐수는 개방단부를 통하여 배출되지 않게 된다.

계속 회전하여 중공형 접촉재(20)의 개방단부가 유기성 폐수의 수명에 닿기 직전의 상태가 되더라도 후행하는 단부가 체크밸브(23)에 의하여 닫혀 있으므로 중공형 접촉재(20)에 채워진 유기성 폐수는 일부가 개방단부를 통해 빠져나갈 뿐 대부분은 중공형 접촉재(20)내에 있게 된다.

다시 중공형 접촉재(20)의 개방단부가 유기성 폐수에 잠기기 시작하여 도 3의 "c" 위치에 이르게 되면 중공형 접촉재(20)내에는 그 개방단부를 통하여 다시 유기성 폐수가 채워지게 되며, "a" 위치에 이르면 중공형 접촉재(20)의 내부에는 유기성 폐수가 완전히 채워지는 과정을 반복하게 된다.

이러한 과정에서 중공형 접촉재(20)의 외주면은 유기성 폐수에 잠긴 상태와 대기중에 노출된 상태를 반복하게 되며, 내주면은 항상 유기성 폐수에 의하여 채워진 상태로 된다.

따라서 중공형 접촉재(20)의 외부는 대기중에 노출되었을 때 호기 상태로 되므로 호기성 미생물이 증식하면서 폐수에 잠진 상태에서 유기물과 접촉하면서 유기성 폐수를 처리하게 되고, 중공형 접촉재(20)의 내부는 중공형 접촉재(20)가 대기중으로 나간 상태에서도 그 내부에 폐수가 채워져 있기 때문에 대기와 차단되어 혐기성 미생물이 증식하게 되어 폐수 중에 함유된 유기물 및 질소를 제거할 수 있게 되는 것이다. 또한 중공형 접촉재(20)의 내부는 체크밸브(23)가 열릴 때 일부의 공기와 접촉하게 되므로 통기성 상태로 되는 것이다.

중공형 접촉재(20)의 외주면에 접촉 증식하는 호기성 미생물은 대기중에서 산소(O2)를 공급받게 되므로 폭기조에서 공기를 공급받는 것과 같은 원리에 의하여 유기성 폐수중의 유기물질을 먹이로서 흡수하면서 증식하게 되어 유기성 폐수중의 유기물질을 제거할 수 있게 되는 것이다.

또한 중공형 접촉재(20)의 내주면에 접촉 증식하는 통기성, 혐기성 미생물은 분자상 산소(O₂) 대신 NO₂내지 NO₃를 수소(H2)의 수용체로서 호흡하면서 증식하게되어 유기성 폐수중의 질소를 제거할 수 있게 되는 것이다.

이에 대한 화학 양론식은 다음과 같다.

① 아질산 호흡

2NO₂+ 3H₂→ N₂↑ + 2OH^-+ 2H₂O

② 질산 호흡

2NO₃ ^-+ 5H₂→ N₂↑ + 2OH^-+ 4H₂O

여기서 수소(H₂)의 공급을 위하여 기체 산태 수소는 즉시 발산하기 때문에 메타놀 탱크(7)로부터 처리조(1)의 유기성 폐수중에 메타놀(methanol)을 주입하여 가수 분해 반응에 의해 필요한 수소를 공급함으로써 통기성, 혐기성 미생물의 증식과 질소 제거가 더욱 효과적으로 이루어지도록 할 수 있는 것이다.

③ 메타놀 가수 분해

CH₃OH + H₂O → CO₂+ 3H₂

이러한 과정에서

상기 중공형 접촉재(20)는 내,외주면에 요부(21a,22a)와 철부(21b,22b)를 가지는 주름형 호스와 같은 주름관으로 되어 있으므로 호기성 미생물 및 통기성, 혐기성 미생물의 접촉과 증식이 효과적으로 이루어지게 되며, 결과적으로 호기성 미생물의 증식에 의한 유기물질의 제거와 통기성, 혐기성 미생물의 증식에 의한 질소의 제거가 더욱 효과적으로 이루어지게 되는 것이다.

이상과 같이 본 고안에 의한 회전식 미생물 접촉장치는 다수 개의 중공형 접촉재를 이용하여 내,외주면에 각각 호기성 미생물과 통기성, 혐기성 미생물이 접촉, 증식할 수 있도록 하였으므로 유기성 폐수중의 유기물질의 제거와 함께 질소의 제거를 수행할 수 있게 되는 것이다. 또한 중공형 접촉재의 내,외주면에 각각 요부와 철부를 형성함으로써 미생물들의 접촉이 더욱 효과적으로 이루어져 미생물의 증식과 유기물질 및 질소의 제거를 더욱 효과적으로 수행할 수 있게 되는 것이다.

Claims (6)

1. 처리조의 상부에 회전 가능하게 지지되는 회전축과, 각각 일단이 개방되고 타단에는 유입만 허용하는 체크밸브가 설치된 중공형 접촉재들이 상기 회전축을 중심으로 하는 동심원상 원호를 이루도록 배열된 수 개의 접촉재군을 가지는 접촉재 디스크와, 상기 접촉재 디스크를 상기 회전축에 일체로 회전되도록 지지하는 지지대로 구성됨을 특징으로 하는 회전식 미생물 접촉장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 중공형 접촉재는 내,외주면에 각각 요부와 철부를 가지는 주름관으로 형성됨을 특징으로 하는 회전식 미생물 접촉장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 지지대는 상기 회전축에 방사상으로 고정되어 상기 접촉재군의 양단부와 중간부를 지지하는 주 지지대인 것을 특징으로 하는 회전식 미생물 접촉장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 주 지지대는 상기 중공형 접촉재의 반원주면이 삽입되는 반원형 삽입홈이 연부에 형성된 평행한 두 측면부와 이들 두 측면부를 연결하는 연결부를 가지는 한 쌍의 채널형 지지부재와, 이들 지지부재를 체결하는 체결수단으로 구성됨을 특징으로 하는 회전식 미생물 접촉장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 지지대는 상기 회전축에 방사상으로 고정되어 상기 주 지지대의 사이에서 접촉재군을 지지하는 보조 지지대를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 회전식 미생물 접촉장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 보조 지지대는 상기 중공형 접촉재의 반원주면이 삽입되는 반원형 삽입홈이 연부에 형성된 띠판상 지지부재와, 상기 지지부재를 체결하는 체결수단으로 구성됨을 특징으로 하는 회전식 미생물 접촉장치.