KR20070026405A

KR20070026405A - 배수처리장치

Info

Publication number: KR20070026405A
Application number: KR20067018312A
Authority: KR
Inventors: 데츠시 스즈키; 시게루 노리타케; 세이지 이마바야시; 가즈오 가미지
Original assignee: 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤; 아사히비루 가부시키가이샤; 아사히 비어 엔지니어링 리미티드
Priority date: 2004-02-12
Filing date: 2005-02-10
Publication date: 2007-03-08
Also published as: JP3909329B2; CN1918077A; WO2005077841A1; CN100519441C; JP2005224692A

Abstract

산 생성조(10)로부터 혐기 반응조(20)로 유기(有機)성 배수를 반송하는 반송라인(30) 상에 이젝터(34)를 배치하고, 혐기 반응조(20)로부터 배출되는 바이오가스를 가스순환라인(40)에 의해 이 이젝터(34)에 도입하여, 유기성 배수와 혼합시키고, 바이오가스를 미세한 기포로서 포함하는 기액 혼상류(氣液混相流) 상태로 혐기 반응조(20)의 하부에 마련된 디스트리뷰터(22)로 도입하여, 혐기 반응조(20) 내에 도입한다. 도입된 바이오가스는 혐기 반응조(20) 내에 가스 리프트(gas lift) 효과를 초래한다.

Description

배수처리장치{Drain treating device}

본 발명은, 유기물을 포함하는 배수를 처리하는 장치에 관한 것으로서, 특히, 발생하는 바이오가스(메탄가스 및 탄산가스)에 의해, 조 내부 액체를 교반하면서 혐기성 생물처리에 의해 발효처리를 행하는 상향류(上向流) 혐기성 처리조를 가지는 배수처리장치에 관한 것이다.

유기성분을 비교적 많이 포함하는 배수의 처리장치로서, 상향류 혐기성 오니상(汚泥床)(UASB: Upflow Anaerobic Sludge Bed)이나 팽창 오니상(EGSB: Expanded Granular Sludge Bed)을 이용한 상향류 혐기성 생물처리장치가 알려져 있다.

이 종류의 상향류 혐기성 생물처리장치는, 메탄균을 주체로 하는 혐기성 미생물이 자기응집하여 미립자화한 오니(그래뉼이라고 칭함)를 조(槽) 내에 저류하고, 처리액을 조의 바닥부로부터 공급한다. 발효에 의해 발생하는 바이오가스(메탄가스 및 탄산가스)에 의한 가스 리프트(gas lift) 효과로 그래뉼은 부풀어 오르므로, 처리액과 그래뉼의 접촉시간을 많이 취할 수 있어, 콤팩트한 설비로도 높은 부하의 배수를 처리할 수 있는 이점을 가지고 있다.

반면, 이 종류의 장치는, 발생하는 바이오가스에 의한 가스 리프트 효과에 의한 그래뉼의 교반을 행하기 때문에, 낮은 부하 배수의 경우는, 바이오가스의 발 생량이 적어, 가스 리프트 효과가 불충분하여 적용이 어렵다. 이와 같이 바이오가스의 발생량이 비교적 적은 경우에도 효과적인 가스에 의한 처리액의 교반을 행하는 기술로서 특허문헌 1에 기재되어 있는 기술이 알려져 있다.

이 기술은, 밸브의 스위칭조작에 의해, 발생하는 바이오가스의 가스압을 이용하여 처리조 내부의 처리액을 일시적으로 저류탱크에 저류하고, 처리조 내의 가스압을 저하시킨 다음, 저류탱크 내의 저류액을 처리조로 반송함으로써 저류액에 의한 처리조 내의 처리액교반을 행하는 것이다.

[특허문헌 1] 일본국 특허공개 2003-290796호 공보

＜발명의 개시＞

＜발명이 해결하고자 하는 과제＞

그러나, 이 기술에서는, 저류탱크와 다수의 스위칭밸브를 병설할 필요가 있으므로, 처리설비가 대형화되어 버린다는 결점이 있다. 또한, 저류액의 반송에 의한 처리조 내의 교반은 간헐적으로 행하여지는 일시적인 것이어서, 콤팩트한 설비에 있어서 처리액과 그래뉼의 접촉시간을 충분히 확보하는 것은 어렵다.

따라서 본 발명은, 바이오가스 발생량이 적은 낮은 부하 배수를 처리하는 경우라도 충분한 가스 리프트 효과를 얻는 것이 가능한 상향류 혐기성 생물처리장치를 가지는 배수처리장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

＜과제를 해결하기 위한 수단＞

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 관련된 혐기성 배수처리장치는, 처리수 중의 유기물을 저분자 유기산으로 분해하는 산 생성조와, 이 산 생성조에서 처리한 처리수를 혐기성 생물처리하는 상향류(上向流) 혐기성 생물처리조를 구비하는 혐기성 배수처리장치에 있어서, 산 생성조로부터 혐기성 생물처리조로의 처리액 반송라인을 흐르는 처리액 속에, 산 생성조 또는 혐기성 생물처리조에서 발생한 바이오가스의 일부를 혼합하여 기액 혼상류(氣液混相流) 상태로 혐기성 생물처리조의 하부로 도입하는 혼상류 형성수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 바이오가스의 일부가, 산 생성조로부터 배출되는 처리액에 혼합되고, 기액 혼상류 상태로 혐기성 생물처리조의 하부로 도입된다. 바이오가스는 기액 혼상류 상태, 즉, 처리액 속에 미세한 거품으로서 혼합된 상태로 생물처리조의 하부에 투입된다. 즉, 바이오가스를 순환 이용한다. 투입된 바이오가스는, 그래뉼과 양호하게 혼합하여, 그래뉼을 교반한다.

이 혼상류 형성수단은, 이젝터이면 좋다. 즉, 처리액의 유로를 좁혀, 유속을 올려 정압(靜壓)을 저하시킴으로써, 바이오가스를 흡인하면서, 바이오가스와 처리액을 양호하게 혼합하여 기액 혼상류를 형성한다.

＜발명의 효과＞

본 발명에 의하면, 혐기성 생물처리조의 하부에 바이오가스ㆍ처리액의 기액 혼상류를 도입함으로써, 바이오가스를 미세한 기포 상태로, 조(槽) 내에 균일하게 공급할 수 있다. 이로 인하여, 혐기성 생물처리조 하부에 존재하는 그래뉼을 양호하게 교반하여, 가스 리프트 효과를 촉진하여, 그래뉼을 부풀어 오르게 하여, 그래뉼과 처리액의 접촉효율을 높여서, 처리성능을 향상시킬 수 있다. 조 내에서 발생하는 바이오가스만으로 충분한 가스 리프트 효과가 얻어지는 경우에는, 바이오가스의 순환량을 줄이면 되어, 낮은 부하 배수로부터 높은 부하 배수까지 동일한 설비로 처리가 가능하게 된다. 또한, 혼상류 형성수단의 추가만 하면 되므로, 설비의 변경이 간단하여, 기존 설비의 개변도 용이하다.

이 혼상류 형성수단으로서 이젝터를 이용하면, 간단한 구성으로 기액 혼상류를 양호하게 형성할 수 있다. 또한, 통상의 처리액반송에 요하는 이외에 혼합을 위한 여분의 동력원을 필요로 하지 않고, 혼합부에 가동(可動)부가 존재하지 않으므로, 유지보수도 간편해진다.

도 1은, 본 발명에 관련된 배수처리장치의 제1 실시예의 구성을 나타낸 블럭도이다.

도 2는, 도 1 장치의 디스트리뷰터의 배치를 나타낸 개략도이다.

도 3은, 도 1 장치의 이젝터의 구조를 나타낸 개략단면도이다.

도 4는, 도 1 장치의 이젝터의 다른 실시예의 구조를 나타낸 개략단면도이다.

도 5는, 본 발명에 관련된 배수처리장치의 제2 실시예의 구성을 나타낸 블럭도이다.

도 6은, 본 발명에 관련된 배수처리장치의 제3 실시예의 구성을 나타낸 블럭도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 산 생성조

12 : 도입라인

14 : 순환라인

16 : 가스배출라인

20 : 혐기 반응조

22 : 디스트리뷰터(distributor)

22a : 도입구멍(導入孔)

24 : 배출라인

26 : 가스배출라인

27 : 전자(電磁)밸브

30 : 처리액 반송라인

32 : 전동펌프

34 : 이젝터(ejector)

36 : 블로어

40 : 가스순환라인

42 : 유량계

44 : 전자(電磁)밸브

46 : 역류방지밸브

100 : 본(本) 배수처리장치

341 : 노즐

342 : 디퓨저

343 : 출구

344 : 스로틀

345 : 가스도입관

＜발명을 실시하기 위한 최량의 형태＞

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 설명의 이해를 용이하게 하기 위하여, 각 도면에 있어서 동일한 구성요소에 대하여는 가능한 한 동일한 참조번호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.

도 1은, 본 발명에 관련된 배수처리장치의 제1 실시예의 구성을 나타낸 블럭도이다. 본 배수처리장치(100)는, 처리조로서 산 생성조(10)와, UASB타입의 혐기 반응조(혐기성 생물처리조)(20)를 가지고 있다. 산 생성조(10)와 혐기 반응조(20)의 하부는, 처리액 반송라인(30)으로 접속되어 있고, 이 반송라인(30) 상에는, 상류측(산 생성조(10) 측)에서부터 반송용 전동펌프(32)와, 이젝터(34)가 배치되어 있다. 그리고, 반송라인(30)의 하류단은, 혐기 반응조(20) 내에 배치되는 산기관(散氣管)인 디스트리뷰터(22)에 접속되어 있다.

산 생성조(10)의 상부에는, 처리대상이 되는 배수를 도입하는 도입라인(12)이 접속된다. 혐기 반응조(20)의 액상(液相) 상부에는, 처리수를 배출하는 배출라인(24)이 접속되어 있고, 이 배출라인(24)으로부터는 처리수를 산 생성조(10)로 반송하는 순환라인(14)이 분기되어 있다.

산 생성조(10), 혐기 반응조(20)의 기상부(氣相部)로부터는 가스배출라인(16, 26)이 각각 뻗어 하류부에서 합류하고 있다. 그리고, 이 배출라인(26)으로부터는, 가스순환라인(40)이 분기되어, 이젝터(34)에 접속되어 있다. 가스순환라인(40) 상에는, 유량계(42)와 전자밸브(44), 역류방지밸브(46)가 배치되어 있다.

도 2는, 디스트리뷰터(22)의 배치를 나타낸 개략도이다. 복수개의 배관(도면에서는 4개)이 평행하게 뻗어 있고, 배관 상에는 기액 혼합액을 혐기 반응조(20) 내로 도입하기 위한 도입구멍(導入孔)(22a)이 다수 배치되어 있다. 도입구멍(22a)은 통상적인 산기관에 비하여 비교적 큰 직경(수㎜ 정도)을 가지고 있다. 각 배관 상의 도입구멍(22a)은, 혐기 반응조(20)의 단면(斷面) 내에서 기액 혼합액이 될 수 있는 한 균일하게 도입되도록 배치되어 있다.

도 3은, 이젝터(34)의 구조를 나타낸 개략단면도이다. 이 이젝터(34)는, 반송라인(30) 상에 배치되고, 노즐(341)과 디퓨저(342)를 구비한다. 노즐(341) 근방에 가스순환라인(40)의 출구(343)가 배치된다.

다음으로, 본 실시예의 동작을 설명한다. 처리대상이 되는 유기성 배수는, 도입라인(12)으로부터 산 생성조(10)에 도입된다. 산 생성조(10)에서는, 조 내의 산 생성균에 의해 이 유기성 배수 속의 유기물을 분해하여, 유기산을 생성한다(산 생성공정). 유기산의 일부는, 순환라인(14)으로부터 산 생성조(10)에 유입한 미량의 그래뉼에 의해 분해되어, 메탄가스와 탄산가스를 주성분으로 하는 바이오가스가 발생한다. 이 바이오가스는, 가스배출라인(16)으로부터 조 밖으로 배출된다.

이어서, 전동펌프(32)의 동력에 의해 유기성 배수를 산 생성조(10)로부터 반 송라인(30)으로 도입하여, 혐기 반응조(20)로 이송한다. 여기서, 산 생성조(10)에서 발생한 바이오가스와 후술하는 바와 같이 혐기 반응조(20)에서 발생한 바이오가스가 가스순환라인(40)을 통하여 이젝터(34)에 공급되어, 반송라인(30)을 흐르는 유기성 배수와 혼합된다.

이젝터(34) 내에서는, 유기성 배수는 단면적이 작은 노즐(341)에 의해 증속 되어, 디퓨저(342)를 향해 분출된다. 이 분출에 의해 노즐(341) 주위의 압력이 저하되므로, 이에 이어지는 가스순환라인(40)의 출구(343)로부터 바이오가스가 흡인된다. 흡인된 바이오가스는, 노즐(341)로부터 분출된 유기성 배수와 양호하게 혼합하여, 기액 혼상류 상태로 디스트리뷰터(22)로 도입된다. 이 때, 바이오가스는 유기성 배수 속에서 미세한 기포의 상태로 존재한다.

디스트리뷰터(22)에 도입된 바이오가스ㆍ유기성 배수의 혼상류는, 디스트리뷰터(22)에 구비된 다수의 도입구멍(22a)으로부터 혐기 반응조(20) 내에 도입된다. 혼상류 상태로 디스트리뷰터(22)의 도입구멍(22a)으로부터 배출된 유기성 배수는, 혼입되어 있는 바이오가스의 기포와 함께, 혐기 반응조(20) 내를 상측으로 흐른다. 또한, 이 바이오가스가 형성하는 상향류(上向流)에 의해 혐기 반응조(20)의 하부에 존재하는 그래뉼이 부풀어 오르게 된다. 이로 인하여, 그래뉼과 처리액의 접촉효율이 높아져서, 처리성능을 향상시킬 수 있다(가스 리프트 효과).

그래뉼을 형성하는 메탄 생성균에 의해 유기성 배수 중의 유기산이 분해되어, 메탄 및 이산화탄소가 생성된다. 이때, 이산화탄소는, 수압에 의해 탄산이온의 형태로 유기성 배수 중에 다량으로 용해되어 있어, 혐기 반응조(20)의 상부로부터 배출되는 유기성 배수에 있어서는, 이산화탄소가 과포화 상태로 되어 있다. 혐기반응이라는 것은, 이와 같이 이산화탄소가 과포화 상태로 반응이 행하여지는 것에 근거한다.

유기성분이 분해된 배수는, 배출라인(24)으로부터 배출된다. 다만, 일부를 산 생성조로 반송하여 순환시킴으로써, 배출되는 배수 중의 유기농도를 더욱 저감하는 처리를 행한다.

혐기 반응조(20)에서 발생한 바이오가스는 일부가 가스순환라인(40)에 의해 혐기 반응조(20)로 되돌려 보내지고, 나머지는 가스배출라인(26)으로부터 시스템 밖으로 배출되어, 연료 등으로서 이용된다.

가스순환라인(40)에 의해 순환시키는 바이오가스의 유량은, 혐기 반응조(20)에 있어서 처리되는 유기성 배수의 처리부하 또는 발생하는 바이오가스의 양에 따라서 조정된다. 구체적으로는, 부하가 작아 혐기 반응조(20) 내에서 새로이 발생하는 바이오가스의 양이 적을 때는, 충분한 가스 리프트 효과를 확보하기 위하여 순환시키는 바이오가스의 양을 많게 하고, 부하가 커서 혐기 반응조(20) 내에서 새로이 발생하는 바이오가스의 양이 많을 경우는, 순환시키는 바이오가스의 양을 줄이며, 또한, 혐기 반응조(20) 내에서 새로이 발생하는 바이오가스만으로 충분한 가스 리프트 효과가 얻어지는 경우에는, 바이오가스의 순환을 정지시켜도 좋다.

이 순환 바이오가스량의 조정은, 유량계(42)로 측정하는 가스유량이 원하는 유량이 되도록 전자밸브(44)의 개도를 조정함으로써 행할 수 있다. 또한, 이젝터(34)를 복수 마련하고, 각각의 이젝터(34)에 바이오가스를 도입하는 공급라인의 개통ㆍ차단을 스위칭하도록 하여도 좋다.

이 실시예에 의하면, 바이오가스의 발생량이 적은 낮은 부하 배수의 경우이더라도, 순환시킨 바이오가스에 의하여 충분한 가스 리프트 효과를 얻을 수 있으므로, 그래뉼을 충분히 부풀어 오르게 할 수 있어, 그래뉼과 배수의 접촉효율을 높여서, 그 처리능력을 충분히 발휘할 수 있다. 이로 인하여, 낮은 부하 배수로부터 높은 부하 배수까지 동일한 설비에 의해 처리가 가능하게 되어, 부하변동이 큰 배수처리설비에 대하여도 상향류 혐기성 생물처리장치의 적용이 가능하게 된다.

바이오가스의 반송에 있어서, 바이오가스를 도입하는 유기성 배수와 혼합하여, 기액 혼상류 상태로 혐기 반응조(20)의 하부로 도입하기 때문에, 혐기 반응조(20) 내에 구조물을 추가할 필요가 없고, 또한, 균일하고 안정된 상향류(上向流)를 형성할 수 있다. 이로써, 그래뉼을 균일하게 부풀어 오르게 할 수 있어, 혐기 반응조(20) 내에서 반응이 불균일해지는 것을 억제하여, 안정된 처리를 행할 수 있다.

또한, 유기성 배수와 함께 대량의 SS(부유물질)가 유입한 경우이더라도, 가스 리프트 효과에 의해, 이 SS가 그래뉼에 부착되는 것을 방지하고, 배수와 함께 배출할 수 있다(wash out 효과). 이로 인하여, 혐기 반응조(20)에 대한 SS의 축적을 방지할 수 있어서, 처리능력이 저하되는 일이 없다.

또한, 디스트리뷰터(22)에는 바이오가스가 유기성 배수 속에 미세한 기포의 상태로 혼입되어 있는 기액 혼상류 상태로 도입되고 있으므로, 혐기 반응조(20)에 이 혼상류를 도입하기 위한 디스트리뷰터(22) 상의 도입구멍(22a) 직경은, 기포의 사이즈에 비교하여 크게 할 수 있다. 이로 인하여, 혐기 반응조(20) 내의 그래뉼이나 유기성 배수 속의 SS 등에 의한 도입구멍(22a)이 막힘을 효과적으로 억제할 수 있다.

이 실시예에서는, 이젝터(34)를 기액 혼상류의 형성수단으로서 이용하고 있다. 이젝터(34)는 가동(可動)부를 가지고 있지 않아, 구조도 간단하기 때문에, 유지보수가 용이하여 신뢰성이 높고, 게다가 독립된 동력원이 불필요하므로, 이니셜 코스트(initial cost), 런닝 코스트(running cost)도 저감할 수 있다. 또한, 기존의 설비에 혼상류를 형성하기 위한 가스순환라인(40)과 이젝터(34)를 증설하기만 하면 본 실시예로의 개조가 가능하여, 도입이 용이하다는 이점도 가지고 있다.

도 4는, 이젝터(34)의 다른 실시예를 나타낸 개략단면도이다. 이 실시예에서는, 반송라인(30) 내에 유로를 좁히는 스로틀(344)을 구비하고, 스로틀(344)의 좁힘부 근방에 가스순환라인(40)에 연결되는 가스도입관(345)의 출구를 구비하고 있다. 이 실시예에 있어서도, 스로틀(344)에서 증속된 유기성 배수의 흐름에 의해, 가스도입관(345)의 출구 부근의 압력을 감압하여 바이오가스를 흡인하여, 유기성 배수와 바이오가스를 양호하게 혼합시켜 기액 혼상류를 형성한다.

상기 설명에서는, 가스배출라인(16과 26)의 합류지점보다 하류 측에서 가스순환라인(40)을 분기시켰지만, 가스순환라인(40)은, 가스배출라인(26)의 가스배출라인(16)과의 합류지점보다 상류 측에서 분기시켜도 좋다. 그 밖에, 산 생성조(10) 또는 혐기 반응조(20) 내에서 발생한 바이오가스의 일부를 순환시키는 구성으로 되어 있으면 충분한다.

혼상류의 형성은, 이젝터(34)에 의한 것에 한정되지 않는다. 도 5에 나타낸 제2 실시예와 같이 블로어(36)에 의해 반송라인(30) 내를 흐르는 유기성 배수에 바이오가스를 투입해도 좋고, 도 6에 나타낸 제3 실시예와 같이, 가스배출라인(26) 상에 전자밸브(27)를 배치하고, 이것을 폐지(閉止) 혹은 좁힘으로써, 혐기 반응조(20) 내의 가스압에 의해 반송라인(30) 내를 흐르는 유기성 배수에 바이오가스를 투입해도 좋다.

이들의 경우에는, 미세한 기포를 형성할 수 있도록 반송라인(30) 내에 대한 바이오가스 도입부의 형상ㆍ배치를 적정화할 필요가 있다. 특히, 바이오가스 도입부에 있어서의 반송라인(30) 내의 배수의 흐름을 난류화(亂流化)하여 놓으면, 도입된 바이오가스의 기포의 성장을 억제하고, 이를 파쇄할 수 있으므로, 미세한 기포를 포함하는 혼상류의 형성에 효과적이다.

여기서는, UASB타입의 혐기 반응조를 이용한 배수처리장치에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 EGSB타입 등의 다른 상향류 혐기성 생물처리장치에 대하여도 적합하게 적용가능하다.

Claims

처리수 중의 유기물을 저분자 유기산으로 분해하는 산 생성조와, 상기 산 생성조에서 처리한 처리수를 혐기성 생물처리하는 상향류(上向流) 혐기성 생물처리조를 구비하는 배수처리장치에 있어서,

상기 산 생성조로부터 상기 혐기성 생물처리조로의 처리액 반송라인을 흐르는 처리액 속에, 상기 산 생성조 또는 상기 혐기성 생물처리조에서 발생한 바이오가스의 일부를 혼합하여 기액 혼상류(氣液混相流) 상태로 상기 혐기성 생물처리조의 하부로 도입하는 혼상류 형성수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 배수처리장치.
청구항 1에 있어서,

상기 혼상류 형성수단은, 이젝터인 것을 특징으로 하는 배수처리장치.