KR200328415Y1 - 혐기성 소화조의 회전식 액봉 가스 교반기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 하수처리장에서 사용되고 있는 혐기성 소화조의 교반기에 관한 기술이다.

본 고안의 목적은 혐기성 소화조 내에서 회전하는 관에서 소화가스를 분출하여 혐기성 소화조의 모든 부분에서 완전한 혼합이 이루어지고 축의 밀봉 부로부터 외부로 소화가스의 누설이 없고 적은 개구부로 통과가 가능하게 하여 설치와 보수가 용이하고 안전한 교반기를 제공하는 것이다.

이러한 목적의 달성을 위하여 혐기성 소화조의 위 부분에 비교적 작은 크기로 미리정한 크기의 원형 개구부를 형성하고 혐기성 소화조 외부로부터 인입하게 한 소화가스 공급관에 연결하여 혐기성 소화조의 중앙부에서 수직으로 중앙 입상관을 소화조 슬러지 의 미리 정한 높이까지 연장되게 설치하고 중앙 입상관의 위에서 동심원상으로 가스헤다를 설치하고 가스헤다 중심부에 일체로 액봉관을 형성하되 중앙 입상관보다 지름이 크게하여 중앙 입상관의 외부에서 수직 하방으로 혐기성 소화조의 바닥 부근까지 연장되게 액봉관을 설치하고 이 액봉관의 아래쪽 끝에서 위로 약 1m정도의 위치에 양쪽으로 가스밀봉이 유지되고 수평으로 설치한 가스 분기관을 2개이상 균등한 간격으로 부착하였다.

교반축은 가스헤다 위 쪽 중앙에 연결하여 견고하게 고정되도록 설치하고 소화조 상부로부터 소화조 슬러지의 위 경계부근에서 교반 축이 소화조 밖으로 나가는 부분에는 비접촉식 액체 밀봉장치를 설치하고 외부에서 청수를 주기적으로 소량씩 공급하여 액체 밀봉장치의 슬러지에 의한 오염을 방지하여 소화 가스의 누출을 완전하게 방지할 수 있게 하고 교반축은 방폭형 전동기가 부착된 감속기를 포함하는 구동장치에 카플링으로 연결하여 회전시킬 수 있게 하였다.

본 고안은 교반 축 밀봉부로부터 소화가스의 누출을 완전히 방지하여 폭발 사고를 예방하고 소화조 슬러지가 완전혼합이 되게 하여 소화 효율을 높일 수 있고 개구부가 작은 혐기성 소화조에도 용이하게 설치 할 수 있는 효과가 있다.

Description

혐기성 소화조의 회전식 액봉 가스 교반기{Rotary liquid seal type gas agitator of anaerobic digester}

본 고안은 하수 처리장의 혐기성 소화조에 사용하고 있는 가스 교반기에 대한 기술이다.

슬러지의 교반은 혐기성 소화조 내에 존재하는 혐기성 소화 미생물을 다량 포함한 기존의 소화조 슬러지와 새로 유입되는 농축 슬러지를 골고루 혼합하여 섞이게 함으로서 혐기성 소화 미생물을 새로 유입된 슬러지와 잘 접촉시켜서 소화를 촉진하게 하고 소화조내에 퇴적물이 발생하는 것을 방지하기 위한 것으로 매우 중요한 것이다.

혐기성 소화조의 교반에는 소화가스를 이용하는 방법과 교반기를 이용하는 방법이 있는데 구조가 간단한 소화 가스를 이용하는 방법이 많이 사용되고 있다.

소화가스를 이용하는 방법은 고압 송풍기를 이용하여 소화가스를 혐기성 소화조내로 불어 넣어 가스가 소화조내의 슬러지 층을 부상하면서 발생하는 교란을 이용하여 소화조 내의 슬러지를 교반하는 것이다.

이 경우 방법에 따라서는 소화조내의 슬러지 교반이 불완전하고 소화조내의 60%이상이 교반이 안 되는 정체 구역(dead zone)이 있다는 보고도 있는 실정이다.

그리고 소화가스에 의한 소화조의 교반에는 고압 가스 압축기와 가스 순환 배관등이 필요하고 압축기나 배관 등 어느 곳에서도 가스의 누설은 폭발을 일으킬 위험 때문에 허용되지 않아 유지관리에 세심한 주의가 필요하다.

종래의 소화 가스를 이용한 교반 장치에는 소화조의 중앙 바닥 부분에서 소화가스를 집중적으로 분출하게 하여 이때 발생하는 부상력에 의하여 소화조 슬러지가 소화조 내를 중앙의 밑에서 위로 올라왔다가 외부 쪽에서 밑으로 내려가는 순환작용을 이용하는 것이 주종을 이루고 있는데 이 경우는 소화조 슬러지의 농도가 높아지면 소화조 슬러지의 농도가 높아져서 슬러지의 상하 순환이 잘 않되어 소화가 잘 안되는 경향이 있다.

그런데 최근에는 슬러지 농축에 원심분리기를 사용하는 곳이 대부분이어서 농축 슬러지의 농도가 4∼6% 로 높아 상기 순환 방식의 교반장치로는 소화 효율을 높게 유지하기가 어려워지고 있다.

다른 방법은 소화조내의 여러 장소에 가스 분출관을 설치하고 동시에 가스를 분출시켜서 교반을 하는 방법이 사용되고 있는데 이 경우는 공급되는 소화 가스의 양이 많아야 하기 때문에 가스 압축기 및 배관시설이 커져서 비경제적이다.

또 다른 방법은 소화조내의 여러 장소에 가스 분출관을 설치하는 것은 위에서 설명한 것과 같으나 각각의 가스 분출관에 순차적으로 돌아가면서 차례차례 소화가스를 공급하여 한번에 하나의 가스 분출관에서만 가스가 분출되게 하여 필요한 소화가스 공급량이 적어도 양호한 교반 효과를 낼 수 있는 방법이 사용되기도 하였다.

이 방법은 비교적 효과가 양호 하지만 여러 장소에 설치한 가스 분출관의 사이에는 여전히 정체부가 생길 우려가 있어 가스 분출관의 위치 선정이 어렵고 가스 분출관의 숫자가 증가하는 문제가 있었고 각각의 가스 분출관에 가스를 순차적으로 공급하는 분배장치의 가스 누설 방지도 어려운 문제가 되었다.

이러한 문제를 해결한 것으로는 본인의 선 고안 실용신안 접수번호 제1-1-2003-5112842-00(2003. 06. 12) 혐기성 소화조의 회전식 가스 교반기 , 실용신안 접수번호 제1-1-2003-5123651-33(2003.06.27.)혐기성 소화조의 회전 굽힘식 가스 교반기 가 있으나 혐기성 소화조 상부에 큰 개구부를 필요로 하거나 구동장치받침대에 교반축을 조립하는 것이 까다로워서 시공이 어려운 문제가 있었다.

본 고안이 이루고자 하는 기술적 과제는 구조가 간단하며 소화조 슬러지의 교반 효과가 우수하고 소화 가스의 누출이 없고 개구부가 작은 기존의 혐기성 소화조에도 설치가 가능하고 유지관리 및 설치가 용이한 혐기성 소화조의 회전식 액봉 가스 교반기를 제공하는 것이다.

도 1 은 본 고안의 구성상태를 나타낸 측 단면도

도 2 는 본 고안의 작용상태를 나타낸 평면도

도면의 중요부분에 대한 부호의 설명

1. 소화가스 공급배관 1-1 액봉 슬리브

2. 중앙 입상관

3. 가스 헤다 3-1. 후랜지 3-2. 연결나사

4. 분기 가스관 4-1. 고정나사

5. 액봉관 5-1. 분기관

6. 교반 축 6-1. 위 후랜지 6-2. 아래 후랜지

7. 액봉 덮개

8. 액봉 지지대 8-1. 밀봉 후랜지 8-2.지지 후랜지

8-3. 고정 나사

9. 기초 밀봉판 9-1. 심음 나사 9-2. 밀봉용 고무링

10. 조임 너트

11. 액봉수 공급장치 12. 구동장치 받침대 12-1. 아래쪽 후랜지

12-2. 베아링 하우징 12-3. 위 쪽 후랜지

13. 구동축 13-1. 아래 후랜지

14. 구동축 베아링 15. 베아링 누르개

16. 위치 고정구

17. 연결 카플링 18. 구동장치 19. 구동장치 고정나사

20. 수봉액

가. 혐기성 소화조 나. 소화조 슬러지 다. 소화조 슬러지의 교반범위

라. 소화가스 배출관

본 고안은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여,

혐기성 소화조의 중심부에 소화조 수면 부근부터 액봉 지지대를 통하여 소화조 위에 있는 감속기 받침대까지 수직으로 설치하고 구동축에 연결한 교반 축;

상기 교반 축의 아래 부분에 일체로 형성한 후랜지에 연결하여 조립하고 소화조 수면아래 잠기게 설치한 가스 헤다;

상기 교반축의 아래 쪽 수면 부근에 상기 교반축과 일체로 밀봉구조로 형성한 액봉 덮개;

혐기성 소화조의 외부로부터 혐기성 소화조의 외벽을 따라 밑으로 설치하고 소화조의 바닥을 따라 소화조의 중앙까지 연결하여 설치한 소화가스 공급배관;

상기 소화 가스 공급배관에 연결하여 소화조의 중앙에서 수직으로 설치하되 혐기성 소화조의 소화조 슬러지 수면 위 부근의 상기 가스헤다 내 까지 연장하게 한 중앙 입상관;

상기 중앙 입상관의 위에 동심원 상으로 설치한 상기 가스 헤다의 중앙부의 아래 위치에서부터 소화조의 바닥 부근까지 연장되게 설치하고 상기 중앙 입상관의 외부에 동심원 상으로 설치한 액봉관;

상기 액봉관의 아래 끝에서 약 1m정도 높은 위치에 수평으로 짧게 형성한 분기관에 연결하여 설치하되 균등한 간격으로 설치하고 혐기성 소화조 지름의 약 50∼75%의 위치까지 수평방향으로 연장한 2개이상의 분기 가스관;

혐기성 소화조의 상부는 상기 가스헤다 및 분기관이 통과 할 정도의 개구부를 형성하고 그 위에 가스 누설이 없게 일체로 형성한 기초 밀봉판;

상기 기초 밀봉판 위에 가스의 누설이 없도록 설치한 액봉 지지대;

상기 액봉 지지대에는 미리 정한 길이로 혐기성 소화조내의 수면 하까지 내려가게 설치한 원통형의 액봉부와 혐기성 소화조 위에서 구동장치 받침대를 설치할 수 있도록 한 지지 후랜지를 구비한 액봉 지지대;

상기 액봉 지지대와 상기 수봉 덮개로 형성된 액봉부에 채운 수봉액;

상기 액봉 지지대의지지 후랜지 위에 동심원상으로 수직으로 설치하고 고정나사로 견고하게 고정한 구동장치 받침대;

상기 구동장치 받침대의 아래측 구멍을 통하여 액봉 지지대 내로 액봉수를 주기적으로 소량씩 공급하도록 한 액봉수 공급장치;

상기 구동 장치 받침대의 중간에 일체로 형성한 베아링 하우징과 여기에 삽입 설치한 교반 축 베아링과 구동축;

상기 구동장치 받침대위에 고정되게 설치하고 교반 축과는 연결 카플링으로 연결한 구동장치를 포함하는 혐기성 소화조의 회전 액봉식 가스 교반기를 제공한다.

본 고안의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

혐기성 소화조(가)의 위쪽에 가스 헤다(3)과 분기관(5-1)이 통과할 수 있을 정도의 비교적 작은 크기를 가진 개구부를 형성하고 개구부 위 바닥에 가스누설이 없도록 일체로 기초 밀봉판(9)를 설치하고 심음 나사(9-1)을 기초 밀봉판(9)에 일체로 고정하여 균등한 간격으로 설치하였다.

그런 다음에 혐기성 소화조(가)의 위에 이미 설치한 기초 밀봉판(9)위에 밀봉용 고무링(9-2)를 올려놓고 액봉 지지대(8)의 중간에 형성한 밀봉 후랜지(8-1)을 그 위에 덮고 조임 너트(10)을 조여서 고정한다.

혐기성 소화조(가)의 위쪽에서 외벽을 타고 소화가스 공급배관(1)을 밑으로 연장하여 혐기성 소화조(가)의 바닥까지 배관한 다음 바닥의 경사부를 따라 중앙부까지 연장되게 배관을 하고 혐기성 소화조(가)의 중앙바닥에서 수직으로 중앙 입상관(2)를 소화조 슬러지(나)의 수면 보다 조금 낮은 곳에 설치한 가스 헤다(3)의 안쪽까지 연장되게 설치하고 그 끝은 개방되게 하였다.

상기 중앙 입상관(2)의 위에는 동심원 상으로 가스헤다(3)을 설치하고 가스헤다(3)의 중앙부 아래쪽에서부터 혐기성 소화조(가)의 바닥 부근까지 밑으로 중앙 입상관(2)에 동심원 상으로 그 외부에 액봉관(5)를 설치하고 액봉관의 아래 끝에서 위로 약 1m정도 위치에 분기관 (5-1)을 2개이상 수평이 되게 짧은 길이로 연결하여 일체로 형성하고 그 끝에는 후랜지를 형성하였다.

분기관 (5-1)의 끝 후랜지에는 분기 가스관(4)의 안쪽에 형성한 후랜지를 연결하고 고정나사(4-1)로 조여 고정하되 분기 가스관(4)는 수평으로 설치하고 그 양 끝의 위치는 혐기성 소화조(가)의 지름의 약 50∼75%가 되게 정한다.

액봉 덮개(7)은 교반 축(6)과 일체로 밀봉 구조로 형성하고 가스 헤다(3)의 위에는 동심 상으로 교반 축(6)의 아래 후랜지(6-2)와 가스 헤다(3)의 위 후랜지(3-1)을 연결하고 연결나사(3-2)로 고정하여 일체로 조립한 다음 가설 자재를 사용하여 그 위치를 고정시킨다.

구동장치 받침대(12)의 중간에 일체로 베아링 하우징(12-2)에 구동축베아링(14)를 삽입하고 구동 축(13)을 구동축 베아링(14)에 삽입하여 조립하고 위치 고정구(6)로 축방향 이동이 일어나지 않도록 고정한 다음 베아링 누르개(15)로 구동축 베아링(14)를 눌러 고정한다.

이렇게 구동 축(13)이 조립완료 된 구동장치 받침대(12)를 액봉 지지대(8)의 위쪽에 일체로 형성한 지지 후랜지(8-2)에 올려놓고 지지 후랜지(8-2)와 구동장치 받침대의 아래쪽 후랜지(12-1)를 연결하고 고정나사(8-3)으로 조여서 고정하고 교반 축(6)의 위 후랜지(6-1)과 구동 축(13)의 아래 후랜지(13-1)을 연결한다.

구동장치 받침대(12)의 위쪽 후랜지(12-3)에 미리 정한 회전수로 회전 할 수 있는 구동장치(18)를 올려놓고 구동 축(13)의 위 쪽 끝과 구동장치의 축은 연결 카플링(17)을 삽입하여 연결한 다음 구동장치 고정나사(19)를 조여서 고정한다.

구동장치 받침대(12)의 아래쪽 구멍부를 통하여 액봉 지지대(8)의 안쪽까지 연장하여 액봉수 공급장치(11)을 설치한다.

이와 같은 본 고안의 작용은 다음과 같다.

혐기성 소화조(가)의 슬러지는 통상 약 4∼6%정도의 높은 고형물 농도를 가지고 있는데 고형물 농도가 높아지면 점성이 증가하여 일반적으로 적용되는 소화조 중앙에서의 가스 교반 만으로는 소화조 슬러지를 완전 혼합하는 것은 기대하기 어렵다.

따라서 본 고안에서는 소화조 슬러지의 혼합이 가장 잘 일어나는 것을 알려진 소화조 지름의 약 50∼75%이상 되는 위치에 분기 가스관(4)의 끝이 위치하게 하고 이 분기 가스관이 부착된 액봉관(5)와 일체로 형성한 가스 헤다(3)에 연결하여조립한 교반 축(6)이 구동축(13)과 연결되게 하고 구동 축(13)에 연결된 구동장치(18)을 가동하여 서서히 교반 축(6)을 회전시키면 여기에 연결된 가스 헤다(3)과 분기 가스관(4)가 함께 서서히 회전하게 된다.

소화가스 압축기( 도시하지 안음)를 가동하여 혐기성 소화조(가)의 위쪽에 위치한 소화가스 공급배관(1)에 압축된 소화가스를 공급하면 소화가스는 중앙 입상관(2)을 통하여 가스 헤다(3)내로 이송되고 여기서 액봉관(5)를 지나 분기 가스관(4)를 통하여 혐기성 소화조(가)의 바닥 부근에서 혐기성 소화조 지름의 약 50∼70% 위치에서 소화가스가 분출되고 이 분출된 소화 가스의 부상력에 의하여 소화조 슬러지가 강력하게 교반이 되어 그 근처의 소화 슬러지는 [도2] 의 "다"와 같이 원형의 넓은 범위로 완전 혼합이 일어난다.

교반 축(6)은 계속해서 서서히 회전하므로 분기 가스관(4)도 함께 서서히 회전하면서 혐기성 소화조(가)의 모든 부분이 차례로 소화가스에 의하여 교반이 되면서 연속적으로 그 부근의 소화조 슬러지의 완전 혼합이 일어나게 되며 이것이 혐기성 소화조(가)의 전 부분에 걸쳐 차례로 계속적으로 일어나기 때문에 결국은 소화조 슬러지의 전부가 완전혼합이 되게 되어 혐기성 소화조(가)의 어떤 부분에도 슬러지의 정체부가 없이 교반 효과가 완전하게 일어나 결과적으로 소화가 촉진되어 소화가스 발생량이 증가하고 슬러지 감량이 크게되서 소화슬러지의 발생량이 감소하게 된다.

가스헤다(3)에서 밑으로 설치한 액봉관(5)는 중앙 입상관(2)와는 비접촉으로 되어 있고 액봉관(5)의 아래쪽 깊이가 분기 가스관(4)의 위치보다 더 깊어서 그 수두차에 의하여 가스 헤다(3)에 공급된 압축된 소화가스는 분기 가스관(4)를 통해서만 분출되고 액봉관(5)의 밑으로는 분출되지 않기 때문에 액봉관(5)와 중앙 입상관(2)사이는 비접촉으로 가스의 누설이 방지된다.

그리고 교반 축(6)이 소화조 밖으로 나가는 관통부인 액봉 지지대(8)에는 액봉수 공급장치(11)에서 공급된 수봉액( 보통은 물을 사용한다)이 담겨있고 액봉 덮개(7)로 구성된 액봉부의 깊이 H 는 혐기성 소화조의 운전 압력이 보통 300mmAq(수주 mm) 인 것을 기준으로 하여 이것보다 더 큰 값이 500∼600mm정도의 깊이가되게 하면 소화조 내의 소화가스는 수봉액 압력보다 작아서 소화가스가 밖으로 나오지 못하게 되며 따라서 교반 축(6)의 관통부로부터 소화가스의 누출이 없다.

상기와 같이 소화 가스의 밀봉은 기계적으로 비접촉인 액체를 이용한 밀봉이라서 마모 부분이 없고 따라서 밀봉부의 보수나 고장은 발생하지 않으며 주기적으로 액봉수 공급장치(11)을 가동하여 수봉액(20)의 부족분만 보충하면 된다.

만약 보수를 위하여 가스헤다(3), 액봉관(5), 분기관(5-1)의 조립체를 혐기성 소화조(가)의 위쪽 개구부로 꺼낼 때는 구동축(13)의 아래 후랜지(13-1)의 나사를 풀고 구동장치 받침대(12)를 들어낸 다음 혐기성 소화조의 슬러지를 제거하고 가스 분기관(4)를 분기관(5-1)로부터 해체한 후에 교반 축(6)을 들어올리면 여기에 연결된 가스헤다(3), 액봉관(5)이 함께 혐기성 소화조 밖으로 들려 나온다.

다시 설치할 때는 꺼낼 때의 반대 순서로 하여 간단히 집어넣어 설치할 수 있다.

본 고안의 혐기성 소화조의 회전 액봉식 가스 교반기는 소화조 슬러지의 교반효과가 우수하여 소화조 전 부분에 걸쳐 정체부가 없고 완전 혼합이 가능하여 소화가 촉진됨으로서 소화가스 발생량이 증가하며 소화 슬러지의 감량 효과가 증가하여 소화 슬러지 발생량이 감소하고 교반 축 밀봉 부분이 비접촉식 액체 밀봉으로 되어 있어 소화가스의 누설이 없어 매우 안전하고 밀봉부분의 마모가 없어 추가적인 보수가 필요 없으며 작은 개구부를 가진 혐기성 소화조에도 설치가 가능하며 교반축 등의 기계적 조립이 용이한 효과가 있다.

Claims (1)

1. 혐기성 소화조의 중심부에 소화조 수면 부근부터 액봉 지지대를 통하여 소화조 위에 있는 감속기 받침대까지 수직으로 설치하고 구동축에 연결한 교반 축;

   상기 교반 축의 아래 부분에 일체로 형성한 후랜지에 연결하여 조립하고 소화조 수면아래 잠기게 설치한 가스 헤다;

   상기 교반축의 아래 쪽 수면 부근에 상기 교반축과 일체로 밀봉구조로 형성한 액봉 덮개;

   혐기성 소화조의 외부로부터 혐기성 소화조의 외벽을 따라 밑으로 설치하고 소화조의 바닥을 따라 소화조의 중앙까지 연결하여 설치한 소화가스 공급배관;

   상기 소화 가스 공급배관에 연결하여 소화조의 중앙에서 수직으로 설치하되 혐기성 소화조의 소화조 슬러지 수면 위 부근의 상기 가스헤다 내 까지 연장하게 한 중앙 입상관;

   상기 중앙 입상관의 위에 동심원 상으로 설치한 상기 가스 헤다의 중앙부의 아래 위치에서부터 소화조의 바닥 부근까지 연장되게 설치하고 상기 중앙 입상관의 외부에 동심원 상으로 설치한 액봉관;

   상기 액봉관의 아래 끝에서 약 1m정도 높은 위치에 수평으로 짧게 형성한 분기관에 연결하여 설치하되 균등한 간격으로 설치하고 혐기성 소화조 지름의 약 50∼75%의 위치까지 수평방향으로 연장한 2개이상의 분기 가스관;

   혐기성 소화조의 상부는 상기 가스헤다 및 분기관이 통과 할 정도의 개구부를 형성하고 그 위에 가스 누설이 없게 일체로 형성한 기초 밀봉판;

   상기 기초 밀봉판 위에 가스의 누설이 없도록 설치한 액봉 지지대;

   상기 액봉 지지대에는 미리 정한 길이로 혐기성 소화조내의 수면 하까지 내려가게 설치한 원통형의 액봉부와 혐기성 소화조 위에서 구동장치 받침대를 설치할 수 있도록 한 지지 후랜지를 구비한 액붕 지지대;

   상기 액봉 지지대와 상기 수봉 덮개로 형성된 액봉부에 채운 수봉액;

   상기 액봉 지지대의지지 후랜지 위에 동심원상으로 수직으로 설치하고 고정 나사로 견고하게 고정한 구동장치 받침대;

   상기 구동장치 받침대의 아래측 구멍을 통하여 액봉 지지대 내로 액봉수를 주기적으로 소량씩 공급하도록 한 액봉수 공급장치;

   상기 구동 장치 받침대의 중간에 일체로 형성한 베아링 하우징과 여기에 삽입 설치한 교반 축 베아링과 구동축;

   상기 구동장치 받침대위에 고정되게 설치하고 교반 축과는 연결 카플링으로 연결한 구동장치를 포함하는 혐기성 소화조의 회전 액봉식 가스 교반기.