KR20030034299A - 연속식 스트루바이트 결정화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 질소와 인이 고농도로 함유된 폐수를 스트루바이트(struvite)로 결정화하여 연속적으로 처리하는 연속식 스트루바이트 결정화 장치에 관한 것이다.

본 발명은 질소 및 인을 짧은 시간에 동시에 제거할 수 있고 폐수를 연속적으로 제거할 수 있는 특성을 가지고 있으며 후속된 생물학적 처리공정에 지장을 주지 않는 연속식 스트루바이트 결정화 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

구체적인 수단으로는 원수 및 응집원 주입부와, 질소 및 인의 스트루바이트 결정화부와, 유체의 원심력을 유도하는 프로펠러와, 수압(hydrocyclone)형 고액분리기와, 응집핵으로서 작용하는 스트루바이트 결정 유입부와, 슬러지 호퍼(sludge hopper)와, 고액분리된 유출수 및 에어(air) 유출구로 구성됨을 특징으로 하는 스트루바이트 결정화 장치를 제공하므로서 달성된다.

Description

연속식 스트루바이트 결정화 장치 {Continuous, struvite crystallization apparatus}

본 발명은 연속식 스트루바이트 결정화 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 질소와 인이 고농도로 함유된 폐수를 스트루바이트(struvite)로 결정화하여 연속적으로 처리하는 연속식 스트루바이트 결정화 장치에 관한 것이다.

화학적으로 질소 및 인을 제거 방법이 있으나 이 중 질소를 제거하는 방법으로 폭기와 pH 조정을 통하여 암모니아 가스로 탈기시켜 제거하는 방법이 있고, 인 의 제거방법으로는 알루미늄염으로 공침시켜 제거하는 방법이 기존에 사용되었으나 이러한 처리방법들은 처리 효율이 낮고 질소 및 인을 동시에 제거하는데 많은 어려움이 있다.

한편, 생물학적 처리법으로는 여러 공정들이 있으며 발덴포(bardenpho), A2/O, A/O, UTC, VIP 등이 개발되어지고 있고, 이들 공정들은 폭기와 비폭기를 적절히 조합하여 운전하는 공정으로서 질소 및 인을 제거하기 위해 선진국에서 널리 이용되고 있으나, 질소와 인이 고농도로 존재하는 폐수의 경우 질산화를 위해 수리학적 체류시간을 길게 요하기 때문에 부지를 많이 차지하며 처리장 건설을 위한 부지가 부족할 경우 하루에 처리하는 폐수의 처리량이 제한되는 문제점이 있었다.

특히, 산업폐수는 생활하수에 비해 고농도의 질소와 인을 함유하고 있는 경우가 많으며, pH가 높고 게다가 경우에 따라 독성물질을 함유하고 있는 경우도 있어 일반적인 생물학적 처리만으로는 폐수 배출 허용기준을 만족시키기에는 불가능하여 산업폐수를 따로 처리하는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 현재까지 스트루바이트 결정화에 의한 질소 및 인 처리에 관한 기술은 국외의 경우 하수처리장 및 산업현장에서 개발이 어느 정도 진척되어사용되는 경우가 있으나 국내의 경우 실용화되어 현장에 적용된 사례는 전무하다. 그러므로 본 발명에서는 고농도의 질소와 인을 함유하고 있고 또한 독성으로 인해 생물학적 처리가 어려운 악성 폐수를 스트루바이트 결정화를 이용하여 효과적으로 처리하는 장치를 제공하는데 있다

또한, 본 발명의 다른 목적은 질소와 인이 고농도인 폐수를 스트루바이트로 결정화하여 연속적으로 처리하는 장치에 관한 기술로 본 장치는 상기 문제점과 상황을 감안하여 질소 및 인을 짧은 시간에 동시에 제거할 수 있고 폐수를 연속적으로 제거할수 있는 특성을 가지고 있으며 후속된 생물학적 처리공정에 지장을 주지 않는 연속식 스트루바이트 결정와 장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로는;

공기와 대상원수, Mg, PO4, 알칼리제를 장치내부에 공급하는 주입부와 주입부 상단으로 이격 설치되어 질소와 인을 스트루바이트 결정반응을 일으키는 스트루바이트 결정화부와, 스트루바이트 결정화부의 상단으로 이격설치되어 고액분리를 위한 원심력을 유도하는 프로펠러가 설치된 수압형 고액분리기와, 스트루바이트 결정화부와 수압형 고액분리기 사이에 형성된 스트루바이트 결정 월류부와, 주입부와 스트루바이트 사이에 형성된 응집핵으로서 작용하는 스트루바이트 결정 유입부와, 주입부의 외주면을 감싸도록 설치된 마름모 형상의 슬러지 호퍼와, 하단 내측벽과 슬러지 호퍼사이에 형성된 스트루바이트 결정 인발부와, 상단부 외둘레를 따라 설치되어 유입원수가 스트루바이트 결정화 반응을 거친후 고액분리가 된 방류수를 배출하는 유출구와, 수압형 고액분리기 상단에 형성되어 유입원수에 포함되어 공급된공기를 배출하는 에어 유출구로 구성되고, 수압형 고액분리기의 외주면에 다수개가 설치되어 유체의 흐름으로부터 스트루바이트 결정과 방류수를 분리하는 비늘 형상의 홈를 제공하므로서 달성된다.

도 1은 본 발명에 따른 스트루바이트 결정화 장치의 개략적인 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 스트루바이트 결정화 장치내에 수압형 고액분리기의 횡 단면도.

<도면의 주요부위에 대한 부호설명>

1 : 주입부 2 : 스트루바이트(struvite) 결정화부

3 : 프로펠러 4 : 수압(hydrocyclone)형 고액분리기

5 : 스트루바이트 결정 월류부 6 : 유체흐름

7 : 스트루바이트 결정 유입부 8 : 슬러지 호퍼(sludge hopper)

9 : 스트루바이트 결정 인발부 10 : 유출구

11 : 에어(Air) 유출구 12 : 유체흐름

13 : 방류수흐름 14 : 홈

따라서 본 발명에 따른 구체적인 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 질소 및 인을 연속적으로 동시에 제거하기 위하여 연속식 스트루바이트 결정화 장치의 개략적인 단면도로서, 주요 장치는 공기와 유입원수, 응집원을 공급하는 주입부(1), 질소와 인의 스트루바이트 결정화부(2), 유체의 원심력을 유도하는 프로펠러(3), 수압형 고액분리기(4), 응집핵으로서 작용하는 스트루바이트 결정 유입부(7), 슬러지 호퍼(8), 고액 분리된 유출구(10), 에어 유출구(11)가 유기적으로 결합되어 구성되어 있다.

따라서, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 연속식 스트루바이트 결정화 장치에 따른 작용 및 효과에 대해 살펴보면;

응집원 주입부(1)로부터 공기와 질소, 인을 함유한 유입원수와 함께 Mg원, PO₄원, 알칼리제를 적정 비율로 펌프를 통해 주입하면 장치 외부에 설치된 에어리프터(도면 미도시)로 부터 발생하는 공기의 와류에 의해 유입원수 및 결정원들이 상향으로 이동하게 된다.

이때, 교반에 의해 질소와 인의 결정화 과정은 스트루바이트 결정화부(2)에서 일어나게 된다.

또한, 주입부(1)에서 공급되는 공기의 역할은 유입원수나 스트루바이트 생성원을 위로 상승하도록 이동시키고 유입원수 내부에 존재하는 CO₂를 탈기시킴으로서 유입원수의 pH를 상승시켜 소요되는 알칼리제를 줄이는 역할을 한다.

이러한, 반응이 일어나는 시간은 극히 짧기 때문에 반응이 일어나는 체류시간을 대단히 줄일 수 있다.

이와 같은, 반응작용에서 생성된 스트루바이트 결정들은 상향류를 타고 계속 움직임과 동시에 반응을 일으키게 되는 것이다.

또한, 상향이동과 동시에 반응을 일으키는 스트루바이트 결정들은 스트루바이트 결정화부(2)의 상단에 설치된 프로펠러(c)로 이동하게 된다.

이때, 프로펠러(c)에서 유체는 고액분리를 위한 원심력의 작용을 받게 되어 유체에 함유되어 있는 스트루바이트 결정 일부는 유체흐름(e)를 따라 슬러지 호퍼(8)로 모이게 되며 이런 유체흐름에 편승되지 않은 나머지 스트루바이트 결정은 수압형 고액분리기(4)로 이동하게 된다.

이때, 상기 프로펠러(3)는 수중모터(도면 미도시)와 연결되어 있으며 현수장치(도면 미도시)에 의해 스트루바이트 결정화부(2)와 수압형 고액분리기(4)의 사이에 설치되어진다.

이러한, 상기 슬러지 호퍼(8)는 스트루바이트 결정의 인발을 자연스러우면서도 손쉽게 하기 위해 마름모 모양으로 형성하여 유입원수가 유입되는 주입구(1) 부분을 감싸도록 지지되게 설치된다.

또한, 스트루바이트 결정화부(2)와 수압형 고액분리기(4) 사이로 프로펠러(3)의 원심력에 의한 스트루바이트 결정 월류부(5)의 유체흐름을 따라 스트루바이트 결정화부(2)에서 이탈되어지고 중력에 의해 침전되는 스트루바이트 결정체의 일부는 응집핵으로 작용하는 스트루로바이트 결정 유입부(7)의 유체흐름을 따라 이동하여 유입원수와 스트루바이트 결정원과 만나 스트루바이트 결정화 반응 시 스트루바이트 응집핵으로 작용하여 응집원의 주입량을 절감시킬 수 있다.

이때, 작용반응 과정 중 공침으로 인한 유입원수의 부유물질(SS) 및 독성물질의 제거 효율을 증진시킬 수 있다.

이와 같이 중력에 의해 유입원수가 스트루바이트 결정화 반응을 거친후 고액분리가 된 방류수는 장치 유출구(10)를 통해 방류되게 되며 에어 리프터로부터 발생되어 유입원수와 함께 주입된 공기는 수압형 고액분리기(4)의 상단에 설치된 에어 유출구(11)로 빠져나가게 된다.

이때, 도 1에 도시된 장치내의 유체흐름(6)은 스트루바이트 결정화 장치내에서 프로펠러(3)의 구동에 의해 발생하는 물의 흐름을 가상적으로 도식화 한 것이다.

도 2는 수압형 고액분리기(4)의 단면도를 도시한 것으로, 수압형 고액분리기 내에서 유체의 고액분리가 이루어지며 작동 원리는 프로펠러(3)에 의해 유도된 원심력으로 인해 유체는 수압형 고액분리기(4) 내에서 유체의 회전흐름(12)은 원형상의 반시계 방향으로 돌게 되고 유체에 함유된 스트루바이트 결정들은 유체로부터탈리되어 비늘모양의 홈(14)으로 빠져나가게 되며 탈리된 스트루바이트 결정은 슬러지 호퍼(8)로 모이게 된다.

또한, 도2에 도시된 방류수 흐름(13)은 수압형 고액분리기 내부의 유체로부터 분리되어 유출구로 방출되는 물의 흐름을 가상적으로 도식화 한 것이다.

이와 같은, 스트루바이트 결정화 반응을 하는 일련의 과정들은 연속적으로 이루어진다.

특히, 스트루바이트 결정화 장치는 단위 공정으로서 응용범위가 넓어 도시하수 처리장의 혐기성 소화조에서 질소 및 인 처리 공정에 적용시킬 수 있을 것이며 축산폐수와 같이 고농도 질소 및 인을 함유한 폐수의 처리를 위한 단위 공정으로서도 적용할 수 있다.

또한, 스트루바이트 결정화 장치를 단위 공정으로서 생물학적 처리와 연계하여 박스(package)화 한다면 보다 널리 스트루바이트 결정화 장치를 보급할 수 있을 것이다.

이상에서 살펴본 바와같이 본 발명의 스트루바이트 결정화 장치는 고농도 질소 및 인을 함유한 악성폐수의 효과적인 처리로서 환경적인 효과로 스트루바이트 결정화 처리시 부산물로 생성되는 스트루바이트 결정을 재이용하는 자원 재이용 효과와 영양염류의 강화된 환경규제 요건을 만족시킬 수 있다.

이때, 질소 및 인의 스트루바이트 결정화에 의한 처리는 질소 및 인을 동시에 제거 할 수 있으며 반응시간이 빠르고 결정화 반응이 진행되는 동안 독성물질및 고형물들이 함께 공침되어 후속되는 생물학적 처리 효율을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 경제적인 효과로서는 기존 처리장의 간단한 개조 및 보완에 따른 시설, 장치비 절감 효과와 함께 산업페수 특성에 따른 최적 처리공정 선정과 운전의 최적화하여 경비 절감의 효과가 있다.

Claims (3)

1. 공기와 대상원수, Mg, PO4, 알칼리제를 장치내부에 공급하는 주입부(1)와,

   주입부 상단으로 이격되어 설치되어 질소와 인을 스트루바이트 결정반응을 일으키는 스트루바이트 결정화부(2)와,

   스트루바이트 결정화부(2)의 상단으로 이격설치되어 고액분리를 위한 원심력을 유도하는 프로펠러(3)가 설치된 수압형 고액분리기(4)와,

   스트루바이트 결정화부(2)와 수압형 고액분리기(4) 사이에 형성된 스트루바이트 결정 월류부(5)와,

   주입부(1)와 스트루바이트 결정화부(2)사이에 형성된 응집핵으로서 작용하는 스트루바이트 결정 유입부(7)와,

   주입부(1)의 외주면을 감싸도록 설치된 마름모 형상의 슬러지 호퍼(8)와,

   하단 내측벽과 슬러지 호퍼(8)사이에 형성된 스트루바이트 결정 인발부(9)와,

   상단부 외둘레를 따라 설치되어 유입원수가 스트루바이트 결정화 반응을 거친후 고액분리가 된 방류수를 배출하는 유출구(10)와,

   수압형 고액분리기(4) 상단에 형성되어 유입원수에 포함되어 공급된 공기를 배출하는 에어 유출구(k)로 구성된 것을 특징으로 하는 연속식 스트루바이트 결정화 장치.
2. 제 1항에 있어서, 수압형 고액분리기(4)의 외주면에 다수개가 설치되어 유체의 흐름으로부터 스트루바이트 결정과 방류수를 분리하는 비늘 형상의 홈(14)으로 구성된 것을 특징으로 하는 연속식 스트루바이트 결정화 장치.
3. 제 1항에 있어서, 주입구(1)를 감싸도록하여 형성된 슬러지 호퍼(8)의 마름모 형상 내각을 60~120°로 형성한 것을 특징으로 하는 연속식 스트루바이트 결정화 장치.