KR20050058180A - 일체화된 유압식 바닥층 제거가 실시되는 생물반응기에서현탁액을 생물학적으로 처리하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

생물반응기(2) 내에서 현탁액을 생물학적으로 처리하기 위한 방법 및 장치가 기술된다. 현탁액을 순환시키기 위해, 현탁액의 적어도 일부가 수직으로 정렬된 안내 영역(5)을 통해 전달되어, 현탁액의 수직 흐름이 생성된다. 침전 문제를 조절하기 위해, 유체, 특히 자유 액체 제트를 하나 이상의 노즐(11)을 통해 공급함으로써, 수평 흐름이 생물반응기(2)의 바닥 근방 내에서의 수직 흐름에 부가되고, 이것에 의해 생물반응기(2)의 중심 출구 영역에 대한 나선형 흐름의 발생이 제안된다 (도면 참조).

Description

일체화된 유압식 바닥층 제거가 실시되는 생물반응기에서 현탁액을 생물학적으로 처리하기 위한 방법 및 장치 {PROCESS AND DEVICE FOR BIOLOGICAL TREATMENT OF A SUSPENSION IN A BIOREACTOR WITH INTEGRATED HYDRAULIC BOTTOM LAYER REMOVAL}

본 발명은 생물반응기 내에서 현탁액을 생물학적으로 처리하기 위한 방법, 및 이러한 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것으로서, 상기 생물반응기에는 바닥 근방에 중심 출구 영역이 형성되어 있고, 현탁액을 순환시키기 위해 현탁액의 적어도 일부가 실질적으로 수직으로 정렬된 안내 영역을 통해 전달되어, 현탁액의 적어도 일부에 대한 실질적인 수직 흐름이 생성되며, 이것에 의해 흐름이 생물반응기의 바닥 근방으로 연장되거나 생물반응기의 바닥 근방으로부터 진행한다.

현탁액을 생물학적으로 처리하기 위한 방법은, 폐수, 하수 슬러지 또는 쓰레기를 생물학적으로 처리하기 위한, 예를 들어 호기성 또는 혐기성의 방법이며, 이러한 방법에서 현탁액 내에 함유된 생분해가능한 물질이 미생물에 의해 분해된다.

생물가스(biogas)의 회수 방법은 생분해가능한 물질을 함유하는 현탁액의 혐기성 처리, 특히 하수 슬러지의 처리에서 쓰레기 또는 슬러지 소화물을 발효시키는 것으로서 하기 정의된다. 발효 매질로 지칭되기도 하는 생분해가능한 물질은, 공기를 사용하지 않고 소위 발효 반응기라고 불리는 생물반응기 중에서 생물가스로 발효된다. 종종 기계적 교반 시스템 또는 유압식 재순환 시스템이, 발효 반응기 중에서 발효 매질을 완전히 혼합시키는데 사용된다. 발효 반응기 바닥 근방으로 가스를 주입시키는 기술이 다양한 방식으로 사용되기도 한다.

소위 루프 반응기에서, 가스가, 발효 반응기 내에 위치하는 중심 안내 파이프로 주입되고, 이것에 의해 발효 매질이 안내 파이프로 도입된다. 이러한 방식으로, 예를 들어 발효 매질이 안내 파이프에 의해 발효 반응기의 바닥 근방으로부터 발효 반응기에 함유되는 발효 매질의 표면까지 이송될 수 있다. 따라서, 발효 매질의 적어도 대부분이 발효 반응기 내에서 순환될 수 있다. 이러한 시스템은, 예를 들어 DE 197 25 823 A1호에 기술되어 있다. 발효 반응기내에 이동부가 존재하지 않는다는 중요한 특성 이외에도, 이 시스템은 여전히 다른 이점을 제공한다. 예를 들어, 낮은 구배의 완전한 혼합이 수직 루프를 통해 달성된다. 또한, 열 교환기를, 열수가 유동하는 이중 재킷형 파이프의 형태로 발효 반응기 내로 통합시킬 수 있다는 가능성이 제공된다. 가스를 루프 흐름 내로 불어넣고, 관련된 표면 파동을 형성시키고 바닥을 세게 혼합시킴으로써, 방사상 외측을 향하는 표면 흐름 내에서 표면 스컴의 형성이 조절된다. 중심 바닥 출구 방향으로 침전물을 이동시키기 위한 바닥 근방의 규정된 흐름 조건에 의해, 침전물의 형성이 또한 방지된다.

그러나, 실제적인 조작에서, 시스템 특이적인 방식으로 발효 반응기로 공급되는 특수한 슬러지 및 쓰레기의 양에 대해서, 표면층 및 침전물 문제가 부가적인 조절 수단을 필요로 할 수 있음이 확인되었다.

이것은, 한편으로는 지역 폐수 처리 또는 특수한 상업적 유기 잔류물로부터 야기되는, 세제, 및 미세 섬유성 플라스틱 및 셀룰로오스 입자 함량이 높은 슬러지 뿐만 아니라 점도가 보다 높은 슬러지에 관한 것이며; 그 유래에 따라 다량이 되기도 하는 질량 비율은 유리 단편 및 기타 불규칙적인 형태의 불활성 입자를 함유한다.

최초 물질에 대해서, 부상에 의한 스키밍(skimming)에 의해, 방사상으로 감쇠되는 난류가 바닥 혼합을 위해 더이상 충분하지 않은 반응기 내의 발효 표면의 외부 영역 내에서 회수가 일어날 수 있다. 모래(둥근 형태의 수정 입자)와는 다른 침전물에 대해서는, 이들의 불규칙적으로 파쇄된 가장자리에 의해 입자가 얽힐 수 있는데; 이것은 중심 바닥의 배출 지점에 대한 유압식 이송에 대해 내성이 증가한다는 것을 의미한다.

본 발명의 과제는, 침전 문제가 개선되는, 상기 언급된 유형의 방법 및 장치를 구성하는 것이다.

하기 설명으로부터, 본 발명의 다른 과제 및 이점이 명백해질 것이다.

방법적인 측면에서 살펴보면, 침전 문제는, 생물반응기의 바닥 근방에서 실질적으로 수직인 흐름에 대해 부가된 실질적인 수평 흐름을 공급하여, 이것에 의해 생물반응기의 중심 출구 영역에 방사상 흐름이 형성되도록 함으로써 개선된다.

따라서, 본 발명의 기본적인 구상은, 가스 유도된 루프 반응기 원리에 대해 유압식 제트 시스템을 부가시키는 것을 포함한다. 이러한 측면에서, 안내 파이프 및 가스 주입구가 설치된 루프 반응기의 공정면에서의 이점이 사용될 수 있음과 동시에, 매질에 따라 발생되는 문제 유형이, 생물반응기 시스템에 대한 에너지 부가를 현저하게 증가시키지 않고 유압식 시스템의 주기적 조작에 의해 조절된다.

바닥 영역에 있는 생물반응기로 주입된 자유 액체 제트는, 바닥 근방의 액체 매스를 회전시킨다. 반응기 중심에 대한 나선형 흐름은 수직 반응기 루프의 액체 흐름이 겹쳐져서 형성되며, 이때 흐름은 하류, 및 바닥 근방에서의 회전 시에 중심을 향하는 바닥 근방을 향하게 된다. 루프 흐름이 최소한이어서 침전물이 침전될 수 있는, 벽 근방의 반응기 영역에서의 부가적인 흐름은 배출 영역에서 반응기 중심을 향한 입자 이송을 지지한다. 이것은 소위 "티컵(teacup) 효과"에 의해 달성되는데, 그 이유는 베르누이 방정식(Bernoulli equation)에 따라 이 방향에서의 국소 압력 강하가 형성되기 때문이다.

반응기 체적이 8000 ㎥/h 이하이고 직경이 22 m 이하인 생물반응기에서, 바람직하게는 자유 액체 제트로서 10 내지 15 m/s의 유속을 갖는 생물반응기 내로 유체를 전달시키는 것은 충분하다. 또한, 상기 유체는 바람직하게는 체적 유량 300 내지 600 ㎥/h으로 생물반응기로 공급된다. 이러한 방식으로, 필요한 펄싱된 흐름이, 바닥 근방에서의 액체 질량이 탱크벽 근방에서 대략 0.5 m/s로 회전할 수 있도록 생성된다. 또한, 필요한 토크(torque)를 유발시키도록, 상기 유체를 40 내지 60°의 반경 제트에 대한 연장각(extension angle)에서 반응기로 공급하는 것이 특히 바람직한 것으로 판명되었다. 또한, 수평에 대한 0 내지 10°의 경사각(tilt angle)은 제트 유체(가스 함유물)에서 매질 유도된 부력을 보상하도록 설정되어야 한다. 유리하게는, 생물반응기로부터 흡입 제거되어, 바람직하게는 자유 액체 제트로서 노즐을 통해 생물반응기로 공급되는 현탁액의 일부가 유체로 사용된다.

불규칙적인 형상의 고체 입자에 대해서는, 광범위한 액체 이동이 침전 입자를 다시 들어올리기에는 충분하지 않다. 그러나, 놀랍게도 충분히, 평균 액체 속도보다 더 높은 국소 속도를 갖는 활성 자유 제트 영역 내에서는, 바닥 침전물이 다른 침전 영역과 비교하여 현저하게 감소됨이 확인되었다. 여기에서, 파편(debris) 운동 법칙에 따라 일정한 효과가 얻어지는데, 여기에서 "매그너스 효과(Magnus effect)"에 따르면, 바닥에서 구르는 입자 운동에 의해 입자에 대한 수직 부력이 유발되고, 이러한 운동에 의해 입자가 국소적으로 들어올려지게 되어, 중심을 향하는 흐름 영역 내로 입자가 다시 이동한다.

이러한 운동 과정을 요약하면, 가장자리 근방의 침전물은 반응기 중간쪽으로 이동한다는 것이다. 이러한 효과는, 종래 기저부 형성 기술을 사용할 수 있게 하기 위해, 탱크 중심에 대해 바닥 기저부 내에 형성된 바람직하게는 10 내지 20°의 경사에 의해 지지된다.

자유 액체 제트는, 반응기로부터 필요량의 액체를 배출시켜 이것을 노즐을 통해 다시 역으로 이송시키는, 외부에 장착된 펌프를 통해 유리하게 형성된다.

탱크의 전체 외주부에 걸쳐 상기 기술된 매그너스 효과를 확인하기 위해서, 유체가 바람직하게는, 생물반응기의 외주부의 바닥 근방에 분포되는 다수개의 노즐을 통해 생물반응기로 공급된다. 반응기 크기에 따라 달라지나, 생물반응기의 외주부 상에 상응하는 거리로 1 내지 5개의 노즐이 위치한다.

노즐이 동시에 작동된다는 것은, 보충 유압식 시스템에 대한 에너지 소비가 2 내지 5배라는 것을 의미한다. 그러나, 충분히 놀랍게도, 바닥 노즐이 시차를 두어 작동하는 경우에 대해서도 기술된 효과가 또한 나타날 수 있음이 확인되었는데, 그 이유는 그 사이에 침전된 입자가 상기 효과에 따라 추가로 다시 이송될 수 있기 때문이다. 따라서, 본 발명의 특히 바람직한 구체예에 따르면, 모든 설치된 노즐이 하나의 펌프에 연결되어, 주기적 스위칭에 의해 펌프로부터 연속적으로 공급된다. 이것은 작동 모드를 가능한 효율적이고 저가로 유지할 수 있게 한다.

생물반응기로부터 침전가능한 입자를 규정된 방식으로 순환시켜야 하는 경우에, 목적하는 침전도에 따라 치수화되는 수력사이클론을, 자유 제트 시스템에 대한 펌프 라인에 포함시킬 수 있다. 유리하게는 이후, 펌프의 흡수 라인은, 침전물이 다량 존재하는 매질 분획물이 위치하는 생물반응기 바닥의 중심쪽으로 경로 형성되어 있다.

본 발명의 구상의 추가 발전예에 따르면, 집중적인 상부 스컴 처리는, 탱크 외주부 상의 표면 근방에 위치하는 노즐 시스템을 통해 이와 같은 방식으로 이루어진다. 여기에서, 생물반응기로부터 흡입 제거되는 유체는, 현탁액의 표면 및/또는 현탁액의 표면 상에 부유하는 상부 스컴이 회전하는 흐름 내로 향하도록 하는 현탁액 충전 수준의 영역에 제공된 하나 이상의 노즐을 통해 부분적으로 또는 시간 연속적인 방식으로 생물반응기로 공급된다.

바람직하게는, 상기 유체는 탱크의 외주부 상에 실질적으로 접하여 위치하는 노즐을 통해 생물반응기로 공급된다. 여기에서, 노즐은 바닥 근방에 위치한 노즐과 동일한 펌프로부터 공급될 수 있다. 바닥 노즐 펌프를 통한 이러한 유압식 연결은, 주기가 거의 존재하지 않는 것으로 평가되거나, 하나 또는 2개의 부가적인 작동 주기가 바닥 시스템에 할당될 수 있는 경우에, 특히 권장된다. 매질 특성 때문에 상부 스컴 노즐이 빈번하게 작동하는 경우에는, 역으로 개별 펌프가 바람직하다.

탱크 외주부의 근방에 축적되는 상부 스컴 및 포말 입자는 서로 달라붙어 장시간에 걸쳐서는 밀집되는 경향이 있다. 따라서, 이들은 지속적으로 축축하고 미끄러운 상태로 유지되어야 하며, 이들이 조합되는 경우에는 교반되어야 하며, 부력을 감소시키기 위해 점착되는 가스 버블이 제거되어야 한다. 선택적으로는, 표면 근방으로의 편향(deflection)이 가능해야 한다.

전체 반응기 외주부에 걸친 완전한 조절은, 철 재질의 발효 반응기가 강도의 측면에서 지붕 슬로프 영역에서의 충전 수준에 대해서는 일반적으로 설계되지 않기 때문에, 기술적으로 용이하지 않다. 따라서, 자유 액체 표면은 원통형 반응기 부분의 횡단면 영역에 상응한다.

본 발명의 특히 바람직한 구체예에 따르면, 상기 문제는, 안내 영역으로부터 탱크 가장자리로의 방사상 표면 흐름에 의해 고리 내로 외부적으로 함께 밀려진 상부 스컴이, 바람직하게는 탱크의 외주부 상에 접하여 위치하는 하나 이상의 노즐에 의해 자유 액체 제트에 유압식으로 노출되어, 이송된 펄스에 의해 순환된다는 측면에서 해소된다. 이렇게 하는 경우에, 상부 스컴 고리가 제트 영역을 통해 이동하며, 젖은 상태에서 목적하는 방식으로 여기에서 교반된다.

액체 표면 수준에서 멀리로 밀려질 수 있는 강하 파이프가 구비된 탱크의 내벽에 방사상으로 부착된 상부 스컴 출구는, 필요에 따라 현탁액 내로 더이상 교반될 수 없는 부유 물질을 용이하게 제거한다. 이러한 조건은 생물반응기의 충전 수준에서의 변화에 의해 조절되어, 어느 하나의 상부 스컴이 출구 위로 회전하거나, 상기 물질이 배치 내에서 출구 박스 내로 밀려지게 할 수 있다.

이렇게 하기 위해서, 바람직하게는 바닥 노즐과 유사한 치수를 갖는 노즐이 상부 스컴 출구 앞에 일정 거리로 위치하여, 이것이 상기 스컴을 충분한 모멘텀으로 출구 박스 내로 씻어 버린다.

바람직하게는, 이동 및 적심을 목적으로 제공되는, 제 2의 반대측 노즐이 존재한다. 유리하게는, 이와 같은 방식의 2개 노즐의 작동은 주기적으로 이루어진다.

현탁액을 생물학적으로 처리하기 위한 방법 이외에, 본 발명은 또한 현탁액을 수용하기 위한 생물반응기를 사용하여 현탁액을 생물학적으로 처리하기 위한 장치에 관한 것으로, 상기 생물반응기의 내부에는 현탁액을 순환시키기 위해 수직으로 정렬된 생물반응기의 바닥 근방 내로 연장되는 안내 수단이 존재한다.

상기 방법을 수행하기 위한 장치는, 생물반응기의 바닥 근방에서 생물반응기 내로 유체를 공급하기 위한 하나 이상의 노즐을 포함한다.

상기 노즐에는 유리하게는, 생물반응기의 내부에 연결되는 공급 라인 및 펌프를 통해 현탁액이 공급될 수 있다. 바람직하게는, 생물반응기의 외주부 상의 바닥 근방에 분포된 다수개의 노즐이 존재한다. 여기에서, 상기 노즐은 바람직하게는 공통 펌프에 연결된다. 매질 유도된 부력을 보상하기 위해, 노즐은 바람직하게는 수평에 대해 0 내지 10°의 경사각으로 배열된다.

본 발명에 따른 장치의 추가 발전예는, 유체를 생물반응기로 공급하기 위한 의도된 현탁액 충전 수준의 영역에 위치한 노즐에 추가하여 연결될, 생물반응기의 내부에 연결된 공급 라인에 관한 것이다. 여기에서, 상기 노즐은 유리하게는 탱크 외주부 상에 접하여 배열된다. 노즐은, 유리하게는 생물반응기의 바닥 근방에 위치하는 노즐과 동일한 펌프에 연결된다.

추가로 구체화시키지 않아도, 지금까지의 설명으로도 당업자는 본 발명을 충분한 정도로 활용할 수 있다고 여겨진다. 따라서, 하기 바람직한 특정 구체예는 단지 예시를 위한 것으로, 어떠한 방식으로든 명세서의 나머지 부분을 한정하려는 것은 아니다.

본 발명을 도면에 도시되는 구체예를 기초로 하기 보다 상세하게 설명할 것이다.

도 1은, 예를 들어 젖은 쓰레기를 발효시키기 위한 플랜트를 도시하는 도면이다. 젖은 쓰레기가 (도면에 도시되지 않은) 전처리 단계에서 처리되어, 펄프 또는 가수분해물이 형성된다. 이러한 펄프 또는 가수분해물은, 발효 반응기(2)로서 명명되는 생물반응기로, 소위 발효 매질로서 불리는 현탁액으로서 라인(1)을 통해 공급된다. 발효 반응기(2)에서, 펄프 또는 가수분해물의 메탄화 반응이 일어난다. 이렇게 하기 위해서, 발효 반응기(2)가 혐기성 조건 하에서 유지되며, 발효 반응기의 내용물이 순환된다. 발효 중인 펄프 또는 가수분해물에 함유된 혐기성의 생물자원(biomass)은 유기 물질을 부분적으로 이산화탄소 및 메탄으로 전환시킨다. 생성되는 생물가스는 라인(3)을 통해 발효 반응기(2)로부터 배출된다.

상기 펄프 또는 가수분해물이 황 화합물을 함유하고 있기 때문에, H₂S가 추가 수단없이도 형성될 것이며, 이는 궁극적으로 생물가스에서 다시 확인될 것이다. 생물가스 중의 바람직하지 못한 H₂S 부분을 최소화시키기 위해서, 산소 함유 영역에 의해 형성된 발효 반응기의 전체 내용물이, 산소 함유 가스 및 발효 매질 사이에서 충분한 접촉 시간을 갖고 이송된다. 이를 위해, 발효 반응기(2)는 산소 함유 영역으로서 작용하는 중심으로 그리고 수직으로 배열된 안내 파이프(5) 형태의 내부 루프가 설치된 루프 반응기로서 제조된다. 여기에서, 안내 파이프 내부의 보다 낮은 부분으로 펌핑되어, 생물가스 분기 라인(6)을 통해 생물가스 배출 라인(3)으로부터 분기되는 생물가스가, 추진 가스로서 사용된다. 안내 파이프(5) 내의 혼합물의 밀도 및 가스 부력이 감소됨으로써, 발효 매질이 안내 파이프(5)를 통해 바닥으로부터 상부로 이송된다. 이렇게 함에 있어서, 발효 반응기의 전체 내용물이 안내 파이프(5)를 통해 시간당 2배 이상으로 펌핑되도록 안내 파이프의 기하구조 및 주입된 생물가스 흐름을 선택함으로써, 유압식 조건이 설정된다. 공기는, 공기 공급 라인(7)에 의해, 발효 매질이 안내 파이프(5)를 통과하는 중에, 목적하는 방식으로 이것의 대사 과정에서의 H₂S 형성을 제한하기 위해 산소와 적절하게 접촉하도록 하는 정량적인 비율로 안내 파이프(5)의 내부 상승 흐름 내로 계량된다. 동시에, 산소는, 생물가스에서의 상기 과정에 부정적인 영향을 미치는 산소 부분이 더이상 존재하지 않도록 하는 정도로 생화학적으로 분해된다. 이에 따라, 공기 요구량은, 생물가스 중의 질소가 추가 칼로리 사용을 위한 가스량을 현저하게 감소시키지 않도록 최소화될 수 있다. 발효 매질의 생물학적 처리에 대해 최적인 작동 온도를 유지하기 위해서, 안내 파이프(5)는 가열되도록 제조된다. 이렇게 하기 위해서, 상기 안내 파이프(5)에는, 가열수에 대한 주입구(8) 및 배출구(9)가 구비된 이중벽 형태의 재킷이 설치되어 있다. 추가로 또는 대안적으로, 발효 반응기의 내용물은 가열수가 흐르는 외부 열 교환기(19)에 의해 온도 처리될 수 있다.

매질에 대해 특이적으로 일어나는 문제 유형, 특히 특수한 슬러지 및 쓰레기 양에 대해서 파생되는 침전 문제를 조절하기 위해서, 유압식 제트 시스템이 가스 유도된 루프 반응기 원리에 부가된다. 이러한 측면에서, 안내 파이프(5) 및 가스 주입구(7)가 설치된 루프 반응기의 공정상의 이점이 사용될 수 있으며, 동시에 매질에 대해 특이적으로 일어나는 문제가 발효 시스템으로의 에너지 부가를 현저하게 증가시키지 않고 해소된다. 이를 위해, 발효 매질이 라인(15) 및 펌프(16)를 통해 발효 반응기(2)로부터 배출되어, 라인(12)을 통해 노즐(11)로 공급된다.

자유 액체 제트인 발효 매질은, 노즐 속도가 10 내지 15 m/s이고 바닥 근방 영역에서의 체적 유량이 300 내지 600 ㎥/h인 노즐(11)을 통해 발효 반응기(2)로 공급된다. 반응기 체적이 8000 ㎥ 이하이고 직경이 24 m 이하인 발효 반응기에서, 필요한 펄싱된 흐름은, 바닥 근방에서의 액체 질량이 탱크벽 근방에서 대략 0.5 m/s가 되도록 이러한 방식으로 생성된다. 여기에서, 탱크 크기 및 공정 변수에 따라 달라지나 직경이 50 내지 120 mm인 노즐(11)이, 토크를 유발시키도록 방사상 흐름에 대해 40 내지 60°만큼 오프셋된다. 0 내지 10°의, 수평에 대한 노즐(11)의 충분한 경사각이 제트 영역에서의 매질 유도된 부력을 보상하기 위해 사용된다. 실제적으로, 반응기 크기에 따라 달라지나, 2 내지 5개의 노즐이 전체 발효 반응기 탱크 주변의 외주부 상에 상응하는 거리로 배열된다. 명료히 하기 위해, 도면에는 단 하나의 노즐(11)이 도시되어 있다. 설치된 모든 노즐은 단일 펌프, 특히 펌프(16)에 연결되고, 이들은 일련의 주기적 스위칭에 의해 상기 단일 펌프로부터 연속적으로 공급된다. 이것에 의해 작동 모드가 가능한한 효율적이고 저가로 유지될 수 있다.

상부 스컴 문제를 조절하기 위해, 분기 라인(14)이 펌프(16)로부터, 표면 근방의 발효 반응기 탱크 주변에 위치하는 노즐(13)까지 이어져 있다. 이러한 노즐(13)의 유압식 연결은, 주기가 거의 없는 것으로 측정되거나, 하나 또는 2개의 부가적인 작동 주기가 바닥 시스템에 할당될 수 있는 경우에, 펌프(16)를 통해 이루어진다. 매질의 특성 때문에 노즐(13)이 빈번하게 작동되는 경우에, 개별 펌프가 바람직하다. 바닥 근방에 위치한 노즐(11)과 같이, 표면 근방에 위치한 노즐(13)도 다수개로 위치시키는 것이 권장된다. 그러나, 명료히 하기 위해, 단 하나의 노즐(1)이 도면에 도시되어 있다.

상기 설명에서, 반응기의 바닥 부분은 관형 반응기(5)의 바닥 아래에 있다.

본원에 인용된 모든 특허출원, 특허 및 공개물의 전체 내용은 본원에 참고로 포함되어 있다.

상기 설명으로부터, 당업자는 본 발명의 핵심적인 특성을 용이하게 확인할 수 있으며, 본 발명이 다양한 용도 및 조건에 적합하도록 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 다양한 변경 및 변형을 실시할 수 있다.

본 발명에 따른, 일체화된 유압식 바닥층 제거가 실시되는 생물반응기에서 현탁액을 생물학적으로 처리하기 위한 방법 및 장치에 의해, 작동 모드가 가능한 효율적이고 저가로 유지될 수 있다.

도 1은, 예를 들어, 젖은 쓰레기를 발효시키기 위한 플랜트를 도시하는 도면이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 **

(2): 생물반응기 (5): 안내 파이프

(8): 가열수 주입구 (9): 가열수 배출구

(11): 노즐 (16): 펌프

Claims (23)

1. 생물반응기(bioreactor) 내에서 현탁액을 생물학적으로 처리하기 위한 방법으로서,

   생물반응기의 바닥 근방에 중심 출구 영역이 형성되어 있고, 현탁액을 순환시키기 위해, 현탁액의 일부 또는 전부가 수직으로 정렬된 안내 영역을 통해 전달되어 현탁액의 일부 또는 전부의 수직 흐름이 생성되고, 이것에 의해 흐름이 생물반응기 바닥 근방으로 연장되거나 생물반응기 바닥 근방으로부터 진행되며,

   생물반응기의 바닥 부분에서의 수직 흐름에 부가되는 유체의 하나 이상의 수평 제트를 공급하여, 생물반응기의 중심 출구 영역에 나선형 흐름을 발생시킴을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 유체 제트가 10 내지 15 m/s의 유속으로 생물반응기로 공급됨을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1항에 있어서, 유체 제트가 300 내지 600 ㎥/h의 체적 유량(volumetric flow rate)으로 생물반응기로 공급됨을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1항에 있어서, 생물반응기의 바닥 부분에서 생물반응기 벽에 대한 나선형 흐름의 유속이 0.5 m/s임을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 유체 제트가 방사상 흐름에 대한 40 내지 50°의 오프셋 각도에서 생물반응기로 공급됨을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1항에 있어서, 유체가, 수평에 대한 0 내지 10°의 아래로의 경사각에서 생물반응기로 공급됨을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1항에 있어서, 노즐을 통해 생물반응기내로 현탁액을 재사용하는 생물반응기로부터 현탁액을 배출시키는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1항에 있어서, 유체 제트가, 생물반응기의 바닥 근방에서의 외주부 상에 분포되는 다수개의 노즐을 통해 생물반응기로 공급됨을 특징으로 하는 방법.
9. 제 8항에 있어서, 노즐이 제트 유체를 사용하여 다수회 공급됨을 특징으로 하는 방법.
10. 제 8항에 있어서, 노즐이 공통 펌프를 사용하여 작동되며, 일련의 주기적 스위칭에 의해 상기 공통 펌프로부터 연속적으로 공급됨을 특징으로 하는 방법.
11. 제 7항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 현탁액이 생물반응기의 바닥의 중심으로부터 흡입 제거됨을 특징으로 하는 방법.
12. 제 7항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 생물반응기로부터 흡입 제거되는 유체가, 현탁액의 표면, 현탁액 표면 상에 부유하는 상부 스컴 또는 이둘 모두가 회전하는 흐름 내로 향하도록 하는 현탁액 충전 수준의 영역에 제공된 하나 이상의 노즐을 통해 부분적으로 또는 시간 연속적으로 생물반응기로 공급됨을 특징으로 하는 방법.
13. 제 12항에 있어서, 유체 제트가, 탱크의 외주부 상에 접하여 위치하는 노즐을 통해 발효 반응기로 공급됨을 특징으로 하는 방법.
14. 제 13항에 있어서, 노즐이, 바닥 근방에 위치한 노즐과 동일한 펌프로부터 공급됨을 특징으로 하는 방법.
15. 현탁액을 수용하기 위한 생물반응기를 사용하여 현탁액을 생물학적으로 처리하기 위한 장치로서,

    생물반응기의 내부에, 현탁액을 순환시키기 위해 수직 정렬된 생물반응기의 바닥 근방 내로 연장되는 안내 수단이 존재하며,

    생물반응기 바닥 근방에서의 생물반응기로 유체를 공급하기 위한 하나 이상의 노즐이 존재하는 장치.
16. 제 15항에 있어서, 노즐에, 생물반응기의 내부에 연결되는 공급 라인 및 펌프를 통해 현탁액이 공급될 수 있음을 특징으로 하는 장치.
17. 제 15항 또는 제 16항에 있어서, 생물반응기의 외주부 상의 바닥 근방에 분포된 다수개의 노즐이 존재함을 특징으로 하는 장치.
18. 제 17항에 있어서, 노즐이 공통 펌프에 연결되어 있음을 특징으로 하는 장치.
19. 제 17항 또는 제 18항에 있어서, 노즐이 수평에 대해 0 내지 10°의 경사각으로 배열됨을 특징으로 하는 장치.
20. 제 16항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서, 생물반응기 바닥이 탱크 가장자리로부터 탱크 중간까지 바람직하게는 10 내지 20°경사져 있음을 특징으로 하는 장치.
21. 제 16항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 있어서, 생물반응기 내부에 연결된 공급 라인이, 의도된 현탁액 충전 수준의 영역에 위치하는 하나 이상의 노즐에 부가적으로 연결되어 있음을 특징으로 하는 장치.
22. 제 21항에 있어서, 노즐이 탱크 외주부 상에 접하여 위치함을 특징으로 하는 장치.
23. 제 21항 또는 제 22항에 있어서, 노즐이, 생물반응기의 바닥 근방에 위치하는 노즐과 동일한 펌프에 연결되어 있음을 특징으로 하는 장치.