KR20050029046A - 혐기성 소화조의 회전식 가스 교반장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하수처리장에서 사용되고 있는 혐기성 소화조의 교반기에 관한 기술이다.

본 발명의 목적은 혐기성 소화조 내에서 혐기성 소화조 내에서 완전한 혼합이 이루어지고 혐기성 소화조의 외부로 소화가스의 누설이 없고 설치와 보수가 용이하고 안전한 교반 장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적의 달성을 위하여 혐기성 소화조의 위 부분에 비교적 작은 크기로 미리 정한 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 발명은 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 가스 교반장치{Rotary type gas agitator of anaerobic digester}

본 발명은 하수 처리장의 혐기성 소화조에 사용하고 있는 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 소화조 내에 퇴적물이 발생하는 것을 방지하기 위한 것으로 매우 중요한 것이다.

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

소화가스를 이용하는 방법은 고압 송풍기를 이용하여 소화가스를 혐기성 소화조 내로 불어넣어 가스가 소화조 내의 슬러지 층을 부상하면서 발생하는 교란현상을 이용하여 소화조 내의 슬러지를 교반하여 혼합하는 것이다.

소화가스를 이용한 교반 방법에는 혐기성 소화조의 하부 중앙에서 집중적으로 소화가스를 분출하는 방법, 소화조 내의 여러 장소에 순차적으로 소화가스를 분출시키는 방법 등이 사용되고 있는데 방법에 따라서는 소화조 내의 슬러지 교반이 불완전하고 소화조 내의 60%이상이 교반이 안 되는 정체 구역(dead zone)이 있다는 실험결과 보고도 있을 정도로 농도가 높은 혐기성 소화조 내의 완전 혼합은 어려운 것이다.

그리고 소화가스에 의한 소화조의 교반에는 고압 가스 압축기와 가스 순환배관등이 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 일으키는 방법이 주종을 이루고 있는데 이 경우는 소화조 슬러지의 농도가 높아지면 소화조 슬러지의 점성도 높아져서 슬러지의 상하 순환이 잘 안되어 정체부가 생기기 쉽고 그 결과로 소화가 잘 안 되는 경향이 있다.

그런데 최근에는 슬러지 농축에 원심분리기를 사용하는 곳이 대부분이어서 농축 슬러지의 농도가 4∼6% 로 높아 상기 중앙으로부터의 가스 분출에 의한 순환방식의 교반 장치로는 소화 효율을 높게 유지하기가 어려워지고 있다.

다른 방법은 소화조 내의 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 소화조 내의 여러 장소에 가스 분출 관을 설치하는 것은 위에서 설명한 것과 같으나 각각의 가스 분출 관에 순차적으로 돌아가면서 차례차례 소화 가스를 공급하여 한번에 하나의 가스 분출 관에서만 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 분출 관의 사이에는 여전히 정체부가 생길 우려가 있어 가스 분출 관의 위치 선정이 어렵고 가스 분출 관의 숫자가 증가하는 문제가 있었고 각각의 가스 분출 관에 가스를 순차적으로 공급하는 분배장치의 가스 누설 방지도 어려운 문제가 되었다.

이러한 문제를 해결한 것으로는 본인의 선 발명 실용신안 출원번호 제1-1-2003-5112842-05(2003.06. 12) 혐기성 소화조의 회전식 가스 교반기 , 실용신안 출원번호 제1-1-2003-5112842-05(2003.06. ) 혐기성 소화조의 회전 굽힘식 가스 교반기 등이 있으나 혐기성 소화조 상부에 큰 개구 부를 필요로 하거나 별도의 구동장치를 필요로 하여 구조가 복잡하고 혐기성 소화조의 외부로 소화 가스누출의 완전 방지라는 면에서 신뢰성이 낮은 문제가 있었다.

본 발명이 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 가스 교반 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여,

혐기성 소화조의 중심부에 소화조 수면 아래 부근으로부터 소화조 윗면까지 이어지는 가스 차단 통;

상기 가스 차단 통의 위에 밀봉 구조로 조립 설치 된 밀봉 후랜지와 여기에 일체로 형성되고 외부로부터 소화가스 입구역활을 하는 양 후랜지 관;

상기 밀봉 후랜지의 양 후랜지 관의 하부에 수직 하방으로 미리 정한 깊이까지 연결한 수직 연결관;

상기 수직 연결관의 아래쪽에 연결 설치한 회전지지 관;

상기 회전 지지관에 회전지지 베어링으로 회전 자재하게 지지하고 상하로 위치를 고정하고 아래 부분을 회전 가스통 덮개로 밀봉한 회전 가스 통;

상기 회전 가스통에 수평 방향으로 양쪽으로 대칭이 되도록 일체로 형성한 연결 후랜지 단관;

상기 연결 후랜지 단관에 연결한 굽힘이 자재한 가요성 관과 이 가요성 관에 연결한 회전 가스 분출 관;

상기 연결 후랜지 단관 과 회전 가스 분출 관을 연결하되 수직 하방에서 수평위치 까지는 회전 자재하고 회전하는 측면 방향으로는 강성을 유지하는 힌지장치;

상기 회전 가스 분출 관이 미리 정한 각도 이내로 더 내려오지 못하게 위치를 제한하는 지지대;

상기 회전 가스 분출 관의 미리 정한 위치에 일체로 형성한 부자; 및

상기 회전 가스 분출 관의 맨 끝에 회전하는 방향의 반대로 형성한 회전용 분출구 와 상기 회전 가스 분출 관의 끝 부분보다 안 쪽으로 미리 정한 위치에 형성한 상승용 분출구를 포함하는 혐기성 소화조의 회전식 가스 교반 장치를 제공한다.

본 발명의 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같으나 이것은 이 발명의 한 실시 예로서 이것으로 이 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.

혐기성 소화조(가)의 위쪽에 미리 정한 비교적 작은 크기를 가진 개구부를 형성하고 이 개구부 위 바닥에 가스누설이 없도록 개구부와 일체로 가스 차단 통(1)을 설치하고 원통 부분은 혐기성 소화조(가)의 수면 보다 약간 깊은 위치까지 잠길 수 있게 하였고 심음 볼트(2)를 가스 차단 통(1)의 후랜지 부에 일체로 고정하여 균등한 간격으로 설치하였다.

그런 다음에 혐기성 소화조(가)의 위에 이미 설치한 가스 차단 통(1)의 위에 밀봉 가스케트(1-1)을 올려놓고 밀봉 후랜지(3)을 그 위에 덮고 고정 너트(2-1)을 조여서 고정한다.

상기 밀봉 후랜지(3)의 중앙에는 양 후랜지 구조로 된 양 후랜지 관(3-1)을 수직이 되게 일체로 형성하고 밀봉이 되도록 하였다.

상기 양 후랜지 관(3-1)의 위쪽에는 소화가스 공급관(라)를 연결하고 그 아래쪽에는 수직 연결관(4)를 연결하되 밀봉이 되도록 하였다.

상기 수직 연결관(4)의 아래쪽 연결 후랜지(4-1)에는 회전 지지관(5)의 위 후랜지(5-1)을 연결하였고 고정나사(4-2)로 견고하게 고정하였다.

상기 회전 지지관(5)의 중간에는 정지용 후랜지(6)을 일체로 형성하였고 아래쪽 끝에는 회전 지지관(5)의 안쪽에 고정판(7)을 수평으로 삽입하여 일체로 고정하였다.

상기 회전 지지관(5)에는 오일레스 베어링 재질로 된 회전 지지용 베어링(9)과 일체로 형성한 회전 가스 통(8)을 삽입설치하고 그 다음에 아래쪽에는 아래 지지판(10)을 대고 고정 볼트(10-1)을 고정판(7)의 나사 구멍(7-1)에 조여서 고정하였다.

상기 회전 가스통(8)의 위쪽 양옆으로 대칭 되는 위치에 연결 후랜지 단관(14)를 회전 가스 통(8)과 일체로 형성하고 이 연결 후랜지 단관(14)에는 굽힘이 자재한 가요성 관(15)를 연결하고 이 가요성 관(15)의 다른 쪽에는 회전 가스 분출 관(17)을 연결하였다.

상기 연결 후랜지 단관(14)와 회전 가스 분출 관(17)과는 수직 하방에서 수평위치까지는 회전이 자재하고 회전 가스 분출 관(17)의 회전 방향인 옆 방향으로는 강성을 유지하는 힌지 장치(16)으로 연결하였다.

상기 회전 가스 분출 관(17)의 길이는 혐기성 소화조 지름의 약 50∼75% 정도가 되게 정하였고 회전 가스 분출 관(17)의 중간 미리 정한 위치에는 가스 분출관(17)의 무게 보다 더 큰 부력을 가진 부자(18)을 일체로 형성하였고 회전 가스 분출 관(17)의 바깥 쪽 맨 끝에는 회전 가스 분출 관(17)이 수평 상태에서 회전할 때 회전 방향과는 반대로 회전용 분출구(17-3)를 형성하고 이것 보다 조금 안쪽에는 상승용 분출구(17-2)를 회전 가스 분출 관(17)이 수평이 되었을 때 수직 하방을 향하도록 방향을 정하고 미리 정한 길이로 상승용 분출구(17-2)를 형성하였다.

지지대(11)은 회전 가스 통(8)의 미리 정한 위치에 일체로 형성하여 회전 가스 분출 관(17)이 과도하게 안 쪽으로 처지는 것을 방지하도록 하였다.

이와 같은 본 발명의 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 발명에서는 소화조 슬러지의 혼합이 가장 잘 일어나는 것으로 알려진 소화조 지름의 약 50∼75%이상 되는 위치에 회전 가스 분출 관(17)의 회전용 분출구(17-3)이 위치하게 길이를 정하였다.

소화가스 압축기( 도시하지 안음)를 가동하여 혐기성 소화조(가)의 위쪽에 위치한 소화가스 공급관(라)에 압축된 소화가스를 공급하면 소화가스는 수직 연결관(4)와 회전 지지관(5)를 통하여 회전 가스통(8)내로 이송되고 여기서 연결 후랜지 단관(14)를 지나 회전 가스 분출 관(17)로 공급이 된다.

그런데 초기 상태에서는 회전 가스 분출 관(17)은 [도2]와 같이 거의 수직으로 처져 있어 부자(18)의 부력만으로는 상승하지 못할 수 있다.

회전 가스 분출 관(17)이 처진 상태에서는 상승용 분출구(17-2)가 회전용 분출구(17-3)보다 더 위쪽에 있어 수압차에 의하여 수압이 작은 상승용 분출구(17-2)로부터 회전 가스 분출 관(17)내로 공급된 소화 가스가 분출되며 이 분출 되는 가스의 반작용으로 회전 가스 분출 관(17)은 옆으로 밀리면서 힌지 장치(16)을 중심으로 회전하며 벌어지다가 어느 이상 벌어지면 부자(18)의 부력과 상승용 분출구(17-2)로 부터의 가스 분출력의 반작용으로 신속히 수평 상태가 된다.

회전 가스 분출 관(17)이 수평이 되면 상승용 분출구(17-2)는 수직 하방을 향하기 되며 상당한 길이를 가지고 있어 그 끝의 수압이 회전용 분출구(17-3)의 수압보다 크게되어 소화가스는 수압이 더 작은 회전용 분출구(17-3)으로만 분출된다.

회전 가스 분출관(17)이 연결된 회전 가스통(8)은 회전 지지관(5)에 회전 자재하게 조립되어 있으므로 이때 발생하는 분출 가스의 반작용으로 회전 가스 분출관(17)은 가스 분출([도1]의 A)와는 반대방향([도1]의 B)으로 힘을 받으며 회전하게 되고 이 회전에 의하여 혐기성 소화조 내부에는 순차적으로 계속하여 소화가스가 공급되면서 교반 작용을 일으키므로 혐기성 소화조의 내부 전체가 골고루 교반이 된다.

소화가스가 분출되는 부근의 소화 슬러지는 [도1]의 (사)와 같이 원형 모양을 이루며 교반이 되며 위치가 조금씩 바뀌면서 이런 상태가 계속적으로 연속하여 일어나서 혐기성 소화조 내가 전부 교반이 되는 것이다.

그리고 부자(18)의 부력은 회전 가스 분출 관(17)의 무게보다 더 크게 되어있어 상승용 분출구(17-2)로 소화가스가 분출되지 않아도 회전 가스 분출 관(17)이 수평 상태는 유지가 된다.

만인 고장이 발생하여 회전 가스 분출 관(17)등 필요 부분을 혐기성 소화조(가)의 외부로 꺼내야 할 때에는 고정 너트(2-1)을 풀고 소화가스 공급관(라)와 양 후랜지관(3-1)의 연결을 푼 다음에 크레인 등 인양 장비를 사용하여 양 후랜지관(3-1)을 들어 올리면 여기 연결된 부분은 모두 함께 들려 나오게 되는데 회전 가스 분출 관(17)은 수직 하향으로는 회전 자재하게 굽어지므로 가스 차단 통(1)에 걸려서 밑으로 처지면서 안 쪽으로 오므라져 가스 차단 통(1)내로 통과하여 밖으로 꺼낼 수 가 있다.

다시 설치하는 경우에는 최초 설치 시와 같이 조립설치 완료 후에 소화 가스를 공급하면 상기에서 설명한 바와 같이 회전 가스 분출 관(17)이 수평을 유지하면서 회전하며 혐기성 소화조 내를 고르게 교반한다.

가스 차단 통(1)의 끝이 혐기성 소화조(가)의 수면하에 위치하게 한 것은 가스 차단 통(1)의 내부 체적으로 개구부 체적을 한정하여 - 이 체적은 전체 소화 가스층 (다)의 부피에 대하여 수십 분의 1이하로 작다-밀봉 후랜지(3)을 열었을 때 내부의 소화가스의 손실을 줄이고 폭발의 위험을 감소하게 하기 위한 것이다.

이 혐기성 소화조의 회전식 가스 교반 장치는 소화가스와 외부와의 접속부분은 모두 정지 상태의 기계적 밀봉부로 구성되어 있어 사용 도중에 소화가스가 누출될 위험이 원천적으로 확실하게 방지된다.

본 발명의 혐기성 소화조의 회전식 가스 교반장치는 소화조 슬러지의 교반 효과가 우수하여 소화조 전 부분에 걸쳐 정체부가 없고 완전 혼합이 가능하여 소화가 촉진됨으로서 소화가스 발생량이 증가하며 소화 슬러지의 감량 효과가 증가하여 소화 슬러지 발생량이 감소하고 소화가스의 외부와의 접촉부는 전부 고정된 밀봉부로 되어 있어 소화가스의 누설이 없어 매우 안전하고 작은 개구부를 가진 혐기성 소화조에도 설치가 가능하며 보수도 용이한 효과가 있다.

도 1 은 본 발명의 구성상태를 나타낸 평면도

도 2 는 본 발명의 구성상태를 나타낸 측 단면도

도 3 은 본 발명의 관 하부의 상세한 평면도

도면의 중요부분에 대한 부호의 설명

1. 가스 차단 통 1-1 밀봉 가스케트

2. 심음 볼트 2-1. 고정 너트

3. 밀봉 후랜지 3-1. 양 후랜지 관 4. 수직 연결관

4-1. 연결 후랜지 4-2. 고정나사

5. 회전 지지관 5-1. 위 후랜지

6. 정지용 후랜지 7. 고정판 7-1. 나사구멍

7-2. 개구부 8. 회전 가스통

9. 회전 지지베어링 10. 아래 지지판 10-1. 고정 볼트

11. 지지대 12. 회전 가스통 덮개 13. 고정나사

14. 연결 후랜지 단관 15. 가요성 관

16. 힌지 장치

17. 회전 가스 분출관 17-1. 연결 후랜지 17-2. 상승용 분출구

17-3. 회전용 분출구 18. 부자

가. 혐기성 소화조 구조물 나. 소화 슬러지 다. 소화 가스층

라. 소화 가스 공급관 마. 소화가스 인발관 바. 슬러지 배출관

사. 가스 교반 모양

Claims (1)

1. 혐기성 소화조의 중심부에 소화조 수면 아래 부근으로부터 소화조 윗면까지 이어지는 가스 차단 통;

   상기 가스 차단 통의 위에 밀봉 구조로 조립 설치 된 밀봉 후랜지와 여기에 일체로 형성되고 외부로부터 소화가스 입구 역활을 하는 양 후랜지 관;

   상기 밀봉 후랜지의 양 후랜지 관의 하부에 수직 하방으로 미리 정한 깊이까지 연결한 수직 연결관;

   상기 수직 연결관의 아래쪽에 연결 설치한 회전지지 관;

   상기 회전 지지관에 회전지지 베어링으로 회전 자재하게 지지하고 상하로 위치를 고정하고 아래 부분을 회전 가스통 덮개로 밀봉한 회전 가스 통;

   상기 회전 가스통에 수평 방향으로 양쪽으로 대칭이 되도록 일체로 형성한 연결 후랜지 단관;

   상기 연결 후랜지 단관에 연결한 굽힘이 자재한 가요성 관과 이 가요성 관에 연결한 회전 가스 분출 관;

   상기 연결 후랜지 단관 과 회전 가스 분출 관을 연결하되 수직 하방에서 수평위치 까지는 회전 자재하고 회전하는 측면 방향으로는 강성을 유지하는 힌지장치;

   상기 회전 가스 분출 관이 미리 정한 각도 이내로 더 내려오지 못하게 위치를 제한하는 지지대;

   상기 회전 가스 분출 관의 미리 정한 위치에 일체로 형성한 부자; 및

   상기 회전 가스 분출 관의 맨 끝에 회전하는 방향의 반대로 형성한 회전용 분출구 와 상기 회전 가스 분출 관의 끝 부분보다 안 쪽으로 미리 정한 위치에 형성한 상승용 분출구를 포함하는 혐기성 소화조의 회전식 가스 교반 장치.