KR200420422Y1 - 생물학적 폐수처리를 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 폐수의 생물학적 정화를 위한 장치로 미생물이 배양되는 반응조(1)에 폐수와 가스가 2상노즐(2)의 중심에 각각 설치된 바깥관(8)과 내부관(9)을 통해 주입되고, 상기 2상노즐(2)은 반응조(1)안의 폐수에 수직으로 잠겨 있다.

2상노즐(2)의 중심에 가스가 유입되도록 놓여진 내부관은 개방된 환 공간을 이루고 폐수가 유입되는 바깥관에 의하여 감싸져 있다. 폐수와 가스의 혼합물은 반응조(1) 내에서 순환되면서 유동한다. 2상노즐(2)의 내부에 가스가 주입되는 내부관은 폐수가 주입되는 바깥관의 출구를 형성하기 위하여 일정 간격(h)을 두고 있다. 바깥관의 출구와 그것을 가진 2상노즐(2)은 반응조(1) 바닥(4)으로부터 일정 간격(A)을 두고 있는데, 그 간격은 반응조(1)에 담긴 폐수의 높이(H)의 절반보다는 높다.

생물학적 폐수처리, 하수, 수처리

Description

생물학적 폐수처리를 위한 장치{Apparatus for the Biological Wastewater Treatment}

도 1은 본 고안에 따른 공정을 실행하기 위한 장치 구성도.

도 2는 본 고안에 따른 하나의 2상노즐을 크게 나타낸 단면도.

도 3은 도 1에 도시된 장치보다 확장된 장치를 보여주는 구성도.

본 고안은 폐수의 생물학적 정화를 위한 장치로서 폐수와 가스가 미생물이 있는 반응조에 2개의 관이 서로 동일 중심축에 끼워져 있는 2상노즐을 통하여 주입되며, 이 노즐은 반응조의 폐수에 수직으로 잠겨 있고, 노즐의 중앙에 있는 가스가 주입되는 내부관의 외주에는 폐수가 주입되는 바깥관이 감싸고 있으며, 폐수와 가스의 혼합은 반응조 내부에서 순환되면서 유동한다.(EP 0 130 499 B1)

폐수의 생물학적 정화에서 유기성 유해물질들은 미생물에 의하여 산소를 소비하는 가운데서 무해한 물질들로 전환시킨다. 폐수는 반응조 내에서 미생물-물 혼합액에 산기를 시키는 가운데서 정화되는데, 이때 반응조에는 폐수와 가스가 연속적으로 주입되고 미생물-폐수 혼합액은 일정량 배출시킨다. 여기서 가스는 산소가 충분히 들어있는 공기 또는 순 산소가스를 말한다.

생활 주거지나 여러 산업 활동에서 유기물로 오염된 폐수들이 발생한다. 이런 폐수를 정화하기 위해서 미생물들을 이용한 호기성 장치로 용존된 유기 화합물들을 제거하는 공정들이 알려져 있다. 이들 공정들은 대부분 수면이 넓은 폭기조에서 이루어진다. 이런 공정들의 단점들은 예를 들면, 많이 발생되는 배기가스로 주변에 심한 악취, 소음, 높은 투자비용과 동력비, 그리고 큰 부지면적의 소요 등이 일반적으로 알려져 있다.

또한, 심층폭기와 유사한 높은 실린더형 타워조에서 폐수를 정화하는 방법들이 알려져 있다.(DE-Z "Chemie-Ingenieur-Technik" 54(1982), Nr.11, 939-952쪽) 그러나 이러한 방법은 불리한 유체역학적 관계와 기포에 의한 비교적 나쁜 물질 전달조건 때문에 용적부하율, 즉 반응조의 용적과 시간(일)에 대한 오염물질을 측정한 COD량의 비율이 낮다. 종래 기술의 용적부하율은 약 1㎏/㎥d에 달한다. 이때 산기는 각 타워 반응기의 바닥에서 별도로 이루어지는데, 이러한 산기 공정에서 동력이 비교적 높게 소비된다.

한편 EP 0 130 499 B1에 따라 서두에 언급한 공정은 폐수처리에서 더 높은 부하량을 나타낸다. 그 용적부하율은 70㎏/㎥d 까지 얻어진다. 이 공정에 사용한 반응조들은 환류형 반응조라고 말한다. 이 반응조는 수직 축으로 놓여진 실린더형 조로서 그 내부에 양쪽이 개방된 유도관이 수직으로 설치되어 있다. 그리고 폐수와 가스는 2상노즐의 동일 중심축 상에 놓여 있는 관들로 주입되어 유도관 내부로 보내진다. 2상노즐에서 가스를 주입하기 위하여 이용되는 내부관은 폐수를 주입하기 위한 바깥관의 내부에 놓여져 있다.

그리고 가스가 주입되는 내부관은 바깥관의 하부로부터 튀어 나와 있다. 이 환류형 반응조의 가동 시에 환류흐름이 유도관 주위를 돌면서 형성되는데 이때 폐수와 가스가 혼합된다. 이 환류흐름의 장점들은 2상의 비교적 균일한 흐름과 이러한 흐름에 의하여 폐수정화에 필요한 산소가 가스로부터 물에 잘 전달되어 용해되는 것이다. 이와 같이 알려진 공정에서 가스는 위에서 유도관으로 유입되어, 최소한 한번은 완전한 환류를 형성하고 반응조 밖으로 빠져 나간다. 그러나 유도관에 주입되는 가스가 미세 기포를 형성하여 상승하는 것을 막고 환류 흐름과 같이 아래로 내려 보내기 위하여 주입되는 폐수 공급에 많은 에너지가 요구된다.

본 고안은 이러한 문제를 해결하기 위한 것인데, 서두에 나타낸 종래 공정을 더 개선하여 투자비용과 에너지 소비를 줄일 수 있다.

상기한 문제를 해결하기 위한 수단으로서 본 고안은 2상노즐에 있어서, 가스가 주입되는 내부관을 폐수가 주입되는 바깥관의 출구로부터 간격을 두어 내부 어느 지점에서 끝나게 하고, 바깥관의 출구는 반응조 바닥으로부터 일정 거리를 두는데, 그 거리는 반응조에 담겨 있는 폐수 높이의 절반 이상이 되게 한다.

본 고안에서, 순환하면서 유동하는 폐수와 가스가 2상노즐에서 최소한 공간적으로 분리되어 서로 주입되는데, 이때 가스는 바깥관보다 짧은 관으로 주입되기 때문에 2상노즐 내에서 먼저 확산되어진다. 그리고 폐수와 가스의 혼합물이 2상노즐로부터 분출될 때 반응조의 내에서 2상노즐에서 분출되는 혼합물로부터 반응조내 에 있는 폐수로 임펄스 전달이 일어나는데, 이 임펄스에 의하여 가스는 추가적으로 아주 미세하게 확산이 일어나고 반응조내 바닥으로 보내진다. 아래 방향으로 내려가는 가스와 폐수 혼합물의 유체는 반응조의 바닥에 부딪쳐 상승함으로써 환류 흐름을 형성하여 가스는 반응조내에서 아주 균일하게 분포되어 진다.

따라서 본 고안의 공정에서는 유도관과 확산장치 예를 들면, 흔히 이용되는 링분산기 또는 멤브레인 분산기들을 필요로 하지 않는다. 이 반응조는 특별한 내부 장치를 가지지 않기 때문에 매우 단순하게 시공 될 수 있다. 그렇기 때문에 시공비가 아주 적게 든다. 또한 이런 내부장치가 없기 때문에 역시 에너지 소비량을 줄일 수 있다.

본 고안에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 가지고 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1은 본 고안에 따른 공정을 실행하기 위한 장치의 구성을 보여주는 것이고, 도 2는 하나의 2상노즐을 크게 나타낸 단면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 장치를 더 확장한 도면이다.

도시된 반와 같이, 반응조(1) 내에는 하나의 2상노즐(2)이 수직으로 놓여져 있는데, 이 노즐의 정확한 구조는 도 2에 나타낸 것과 같다. 이것은 반응조(1) 내에서 공정 가동시 반응조의 폐수에 담겨진다. 이때 2상노즐(2)의 출구(3)는 반응조의 바닥(4)으로부터 소정 간격(A)으로 떨어져 있는데, 그 간격(A)은 반응조(1)에 있는 폐수의 높이(H)의 절반 이상 이다. 2상노즐(2)로부터 화살표(5) 방향으로 분 출되는 가스와 폐수 혼합물은 반응조(1)내에서 점선으로 나타낸 환류흐름(6) 형태로 유동한다.

정화되어야 할 폐수는 유입관(7)로부터 바깥관(8)으로 주입되는데, 이 바깥관(8)은 그 단부가 반응조(1) 내로 돌출되며 2상노즐(2)의 한 부분을 이룬다. 하나의 내부관(9)은 그 단부가 2상노즐(2) 내에 위치하며 가스유입관(10)으로 들어오는 가스를 주입시킨다. 반응조(1)에 밖으로 폐수순환관(11)이 연결되어 있는데 이 관은 또한 바깥관(8)과 연결되어 있다. 폐수순환관(11)을 따라 반응조(1)로부터 유출된 폐수는 펌프(12)에 의하여 새로운 폐수와 함께 다시 반응조(1)내로 주입되어 순환된다. 가스는 송풍기(13)로부터 2상노즐(2)로 주입된다. 펌프(12)와 송풍기(13)는 가스와 폐수의 혼합물을 2상노즐(2)로부터 충분한 속도로 분출되는 것을 보장한다.

2상노즐(2)에서 바깥관(8)과 내부관(9)의 단부들은 동일 중심축 상에 서로 놓여져 있다. 도 2는 2상노즐(2)를 구체적인 형태로 나타낸 것이다. 바깥관(8)은 가스가 주입되는 내부관(9)을 소정 간격을 가지고 둘러싸고 있어서 자연스럽게 환상(環狀)의 공간(annular gap)이 생기고 그 공간으로 폐수가 지나갈 수 있다. 바깥관(8)의 출구 범위는 그 관경이 적절하게 줄어들며, 이 출구는 동시에 2상노즐(2)의 출구이다. 내부관(9)의 내경은 dG로 나타내며, 반면 바깥관(8)의 내경은 그 출구(3) 범위에서 dF로 나타낸다. dG와 dF의 비는 약 0.6에서 0.9에 달하는데 가장 적합한 것은 0.75이다. 내부관(9)는 바깥관(8) 내에 들어 있는데, 그 관의 끝(14)은 바깥관(8)의 출구 끝으로부터 간격(h)를 가지고 있는데 그 간격은 최소한 dF보 다 5배는 커야 한다.

본 고안에 따른 공정은 예를 들면 다음과 같이 실행된다:

정화하고자 하는 폐수는 바깥관(8)로 주입되는데, 반응조(1)로부터 연결된 폐수반송관(11)으로 유출되는 폐수와 만나 2상노즐(2)로 주입된다. 동시에 가스는 내부관(9)을 따라 2상노즐(2)에 주입된다. 이 유체는 각각 펌프(12)와 송풍기(13)에 의하여 조절되어 충분한 속도에서 가스는 2상노즐(2)내에서 1차적 확산이 일어난다. 폐수와 가스의 혼합물이 2상노즐(2)로부터 분출될 때 반응조(1)내에 담겨져 있는 폐수에서 2상노즐(2)로부터 분출되는 혼합물로부터 반응조(1)에 있는 폐수로 임펄스 전달이 일어난다. 이러한 임펄스 전달에 의하여 가스는 추가적으로 아주 미세하게 확산되며 반응조(1)에서 아래로 이동된다.

가스와 폐수의 혼합물이 아래 방향으로 내려가 반응조(1)의 바닥(4)에 부딪쳐 상승함으로써 환류흐름(6)을 형성하여 가스는 반응조(1)내에서 아주 균일하게 분산된다. 그리고 정화된 폐수는 반응조(1)에서 미생물과 같이 배출관(15)을 따라 유출된다. 이 폐수와 미생물은 여기서 나타내지 않았지만 후단에 설치된 침전장치에서 서로 분리된다. 이 미생물은 상당부분 미생물 반송관(16)을 따라 반응조(1)로 반송되며, 그 나머지 미생물은 잉여슬러지로 배출된다.

2상노즐(2)의 출구는 이미 앞에서 언급한 것처럼 반응조(1)의 폐수 윗부분에 놓여져 있는데, 반응조(1) 바닥(4)으로부터 폐수의 높이(H)의 약 2/3에 위치한다. 반응조(1)내에 2상노즐(2)의 입구 높이에 따라 송풍기(13)로부터 가스는 많이 또는 적게 분산된다. 주입되는 가스에 상응하는 가스량은 가스배출관(17)을 통하여 반응 조 밖으로 배출된다.

반응조(1)의 높이와 직경의 비와 2상노즐(2)에서 폐수와 가스의 속도는 유체역학적 이유들에서 정해진 값들이 유지되어야 하고 반응조의 시공 높이는 에너지에 관한 이유에 의하여 제한되기 때문에, 아주 많은 양의 폐수를 처리하고자 할 때는 하나의 반응조에 상응하는 공급관에 여러 개의 2상노즐(2)이 설치되어 진다. 이것을 예를 들면, 도 3을 참조하면, 3개의 2상노즐(2)을 나타내었다. 하나의 반응조(1)에 여러 개의 2상노즐(2)들을 설치하는 것은 부수적인 장점을 가지는데, 그것은 주입된 가스의 확산이 바닥에 부딪혀 상승하고 서로 충돌하는 액체흐름의 충돌효과에 의하여 더 강하게 일어난다.

따라서 본 고안은 유도관과 확산장치 예를 들면, 흔히 이용되는 링분산기 또는 멤브레인 분산기들을 필요로 하지 않는다. 이 반응조는 특별한 내부 장치를 가지지 않기 때문에 매우 단순하게 시공 될 수 있다. 그렇기 때문에 시공비가 아주 적게 든다. 또한 이런 내부장치가 없기 때문에 역시 에너지 소비량을 줄일 수 있다.

Claims (7)

1. 폐수와 가스는 미생물이 들어있는 반응조에 2개의 관이 중심에 서로 끼워져 있는 2상노즐을 통하여 주입되며, 이 노즐은 반응조내에 담긴 폐수속에 수직으로 잠겨있고, 2상노즐의 가스가 주입되는 내부관은 폐수가 주입되는 바깥관에 의하여 환상의 공간을 형성하도록 감싸져 있으며, 그 바깥관에서 폐수와 가스의 혼합물이 반응조내에서 순환하면서 유동하는 폐수의 생물학적 정화를 위한 장치에 있어서,

   상기 2상노즐(2)의 가스가 주입되는 내부관(9)의 단부는 폐수가 주입되는 바깥관(8)의 단부로부터 소정 간격(h) 떨어진 안쪽에 형성되며,

   상기 바깥관(8)의 출구(3)와 2상노즐(2)의 출구는 반응조(1)의 바닥(4)로부터 소정 간격(A) 떨어지게 형성되고, 그 간격은 반응조(1)에 있는 폐수의 절반의 높이(H)보다는 더 큰 것을 특징으로 하는 생물학적 폐수처리를 위한 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 바깥관(3)의 출구와 2상노즐(2)의 출구는 반응조(1)의 바닥(4)에 있는 폐수 높이의 약 2/3에 놓이는 것을 특징으로 하는 생물학적 폐수처리를 위한 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 내부관(9)의 단부(14)와 바깥관(8)의 출구(3) 사이의 간격(h)은 바깥관 출구 부분의 내경(dF)보다 최소 5배는 더 큰 것을 특징으로 하는 생물학적 폐수처 리를 위한 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 폐수는 펌프(12)에 의하여 2상노즐(2)의 바깥관(8)으로 주입되는 것을 특징으로 하는 생물학적 폐수처리를 위한 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 폐수가 반응조(1)로부터 유출되는 폐수와 함께 2상노즐(2)의 바깥관(8)으로 주입되는 것을 특징으로 하는 생물학적 폐수처리를 위한 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 가스는 송풍기에 의하여 2상노즐(2)의 내부관(9)으로 주입되는 것을 특징으로 하는 생물학적 페수처리를 위한 장치.
7. 제1항 내지 제6항에 중 어느 한 항에 있어서,

   하나의 반응조 내에 2개 또는 그 이상의 2상노즐(2)을 설치하는 것을 특징으로 하는 생물학적 폐수처리를 위한 장치.

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