KR20150075779A

KR20150075779A - 자가발열 고온 호기성 소화 반응 장치

Info

Publication number: KR20150075779A
Application number: KR1020130164079A
Authority: KR
Inventors: 김수복
Original assignee: 한성크린텍주식회사
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2015-07-06

Abstract

본 발명은 자가발열 고온 호기성 소화 반응 장치에 관한 것으로서, 상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 반응조 내에 구획된 후단측 반응 구역에서 슬러지가 유입되는 전단측 반응 구역으로 기설정된 량의 자가발열된 고온의 처리수를 바이패스시켜 고온 서식 미생물의 농도를 일정하게 유지시킴과 아울러 전단측 반응 구역에서의 자가발열시 필요한 반응 초기 온도를 기설정된 온도 이상으로 높여 유지할 수 있도록 함으로써 자가발열 고온 호기성 소화 반응을 통해 유기물 함유 폐수의 고효율 분해 처리가 가능하도록 하며, 자가발열된 반응열을 이용해 병원성균을 살균할 수 있도록 하며, 아울러 기존 하수처리 슬러지의 발생량을 획기적으로 감소시킬 수 있는 효과를 갖는다.

Description

자가발열 고온 호기성 소화 반응 장치{Device of Autothermal Thermophilic Aerobic Digestion}

본 발명은 자가발열 고온 호기성 소화 반응 장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 고온 서식 미생물을 이용해 유기물 함유 폐수의 고효율 분해 처리가 가능하도록 하는 자가발열 고온 호기성 소화 반응 장치에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 유기물 함유 폐수에 대한 자가발열 고온 호기성 소화처리 방법 일명 ATAD(Autothermal Thermophilic Aerobic Digestion)방식은 유럽에서 1960년대부터 연구되어 오다가 1970 년대 중반부터 특히 발전되어 왔다.

문헌("Korrespomdenz Abwasser", 29th, 1982, pp 203-207)에는 슬러지를 처리하기 위해 두 개의 연결된 단열 반응기들중 제1 반응기에서는 중온 이상으로 유지하고 제2 반응기에서는 45℃ 이상 바람직하게는 50℃ 이상으로 유지하여 처리시간을 단축하고 슬러지의 살균을 행하는 ATAD 방식이 개시된 바 있다.

ATAD 방식은 비교적 높은, 예를 들면 2% 이상의, 유기 고형물 함량을 가지는 슬러지 또는 유기 폐수를 한 개 이상의 단열 반응기에 장입하여 폭기함으로써 가열하지 않고 승온하여 2단계 소화 공정에서는 높은 온도 바람직하게는 50℃ 이상을 유지하게 하여 고온 호기성 미생물에 의하여 비교적 짧은 시간에 슬러지 고형량의 저감과 살균을 동시에 수행하여 슬러지 고형량을 줄이거나 슬러지 형태의 처리물을 비료 대용으로 사용할 수 있는 효율적인 처리 방법이다.

ATAD 방식은 뛰어난 효율성과 처리 슬러지의 비료 대용 사용의 가능성에 의하여 유럽에서는 상당히 각광을 받고 있는 처리 방식으로 여러 가지 변형이 이루어지고 있는데 미국특허 제4983298호에서는 종래 ATAD 방식에 중온 안정화 공정을 첨부하여 슬러지에 함유된 암모니아 성분을 질산화하고 COD를 저감하고 있다.

또한, 미국특허 제6685834호에서는 ATAD 방식으로 처리된 슬러지의 탈수효과를 증진하기 위하여 고분자 응집제와 동시에 알루미늄 또는 철 염을 사용하는 방식을 개시하고 있다.

또한, 미국특허 제6719903호에는 처리 슬러지의 산소요구량을 파악하여 제트 에어레이션으로 산소 공급을 조절하는 ATAD 방식이 개시되어 있다.

이처럼, ATAD 방식은 자가 발열의 높은 공정 온도에 의하여 처리효율이 높고 슬러지를 살균하는 유용한 공정임에는 틀림없으나 일반적으로 공정의 특성상 고온 조건(50 - 65℃)을 유지해야 하기 때문에 동 조건하에서 질산화 미생물이 파괴되고 질산화 반응이 억제되어 유기 고형물 파괴 과정에서 발생하는 암모니아가 처리 슬러지에 상당 수준 포함된다.

미국특허 제4983298호에는 종래 ATAD 방식에 중온 안정화 공정을 첨부하여 슬러지에 함유된 암모니아 성분을 질산화한다고 하고 있으나 이미 고온 호기성 처리에 의하여 C/N 비는 현저히 낮아져 미생물이 성장할 수 있는 적정한 조건이 아니기 때문에 비효율적이다.

따라서, 별도의 에너지원을 사용하지 않고도 반응조 내에서 고온 호기성 미생물의 농도를 일정하게 유지시켜 반응조 내에서 연속적인 소화 반응시 필요한 초기 적정 온도를 일정하게 유지시키도록 하여 유기물 함유 폐수의 고효율 분해 처리가 가능한 자가발열 고온 호기성 소화 반응 장치의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 반응조 내에 구획된 후단측 반응 구역에서 슬러지가 유입되는 전단측 반응 구역으로 기설정된 양의 자가 발열된 고온의 처리수를 바이패스시켜 고온 서식 미생물의 농도를 일정하게 유지시킴과 아울러 전단측 반응 구역에서의 초기 반응 온도를 기설정된 온도 이상으로 높여 일정하게 유지할 수 있도록 하는 자가발열 고온 호기성 소화 반응 장치를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자가발열 고온 호기성 소화 반응 장치는, 전단의 제1 반응 구역과 후단의 제2 반응 구역이 내부 격벽에 의해 분할 구획되되, 상기 제1 반응 구역 내에서 고온 서식 미생물을 이용해 1차 고온 호기성 소화 반응 처리된 1차 처리수가 상기 내부 격벽을 넘어 상기 제2 반응 구역으로 월류되어 상기 제2 반응 구역 내에서 고온 서식 미생물을 이용해 2차 고온 호기성 소화 반응 처리되도록 형성되는 적어도 한 쌍 이상의 반응조; 저류조에 저장된 농축 잉여 슬러지를 상기 각 반응조의 제1 반응 구역 내로 공급하도록 연장 설치되는 슬러지 공급부; 상기 각 반응조의 제1 반응 구역 내의 1차 처리수와 상기 제2 반응 구역의 2차 처리수를 자가 순환시켜 상측 계면부에 분사하는 자가 순환부; 상기 반응조의 제1 반응 구역의 1차 처리수 내부 및 제2 반응 구역 내의 2차 처리수 내에서 외부 공기를 불어 폭기시키는 폭기부; 상기 반응조의 제2 반응 구역 내부 상기 2차 처리수를 상기 제1 반응 구역 내로 바이패스시켜 제1 반응 구역의 1차 처리수 내의 고온 서식 미생물 농도와 초기 반응 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 하는 바이패스부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 반응조는 상기 제1 반응 구역과 상기 제2 반응 구역의 바닥 일측에 각각 슬러지 집진홈이 형성되고, 상기 슬러지 집진홈을 향해 하향 경사지게 경사 바닥면이 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 자가 순환부는 상기 반응조의 제1 반응 구역의 내부 하측에서 인출된 1차 처리수를 상기 제1 반응 구역 상측의 계면부에 분사하도록 하는 제1 자가 순환부; 및 상기 반응조의 제2 반응 구역의 내부 하측에서 인출된 2차 처리수를 상기 제2 반응 구역 상측의 개면부에 분사하도록 하는 제2 자가 순환부;를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 자가 순환부는 상기 제1 반응 구역 내부 하측으로부터 상기 제1 처리수를 인출하도록 제1 자가 순환 펌프에 연장 형성되는 제1 처리수 인출 배관; 및 상기 제1 자가 순환 펌프로부터 상기 제1 반응 구역 상측의 계면부에 설치되는 분사 노즐을 연결하도록 연장 설치되는 제1 처리수 분사 배관;을 포함하고, 상기 제2 자가 순환부는 상기 제2 반응 구역 내부 하측으로부터 상기 제2 처리수를 인출하도록 제2 자가 순환 펌프에 연장 형성되는 제2 처리수 인출 배관; 및 상기 제2 자가 순환 펌프로부터 상기 제2 반응 구역 상측의 계면부에 설치되는 분사 노즐을 연결하도록 연장 설치되는 제2 처리수 분사 배관;을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 분사 노즐은 벤츄리 노즐 또는 스프레이 노즐 중에서 선택된 적어도 하나 이상으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 자가 순환부는 상기 제1 자가 순환부와 상기 제2 자가 순환부를 연결하며 예비적으로 상기 반응조의 제1 반응 구역의 1차 처리수 또는/및 제2 반응 구역의 2차 처리수를 상기 반응조의 상기 제1 반응 구역 또는/및 상기 제1 반응 구역의 상측 계면부에 분사하도록 하는 예비 자가 순환부를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 예비 자가 순환부는 상기 제1 처리수 인출 배관과 상기 제2 처리수 인출 배관을 예비 자가 순환 펌프에 연결하도록 연장 형성되어 선택적으로 1차 처리수 또는/및 2차 처리수를 인출하도록 하는 예비 처리수 인출 배관; 및 상기 예비 자가 순환 펌프를 상기 제1 처리수 분사 배관 또는/및 상기 제2 처리수 분사 배관에 연결하는 예비 처리수 분사 배관:으로 구성될 수 있다.

또한, 상기 폭기부는 상기 반응조의 제1 반응 구역과 제2 반응 구역 내에 각각 설치되는 터블런스들; 및 상기 각 터블런스들을 외부에 설치되는 송풍기에 연결하도록 연장 형성되는 폭기 배관;을 포함할 수 있다.

또한, 상기 폭기부는 상기 각 반응조들의 폭기 배관들을 예비 송풍기에 연결하는 예비 폭기 배관:을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 바이패스부는 상기 제2 처리수 분사 배관으로부터 분지되어 상기 제1 반응 구역으로 연장 형성되는 바이패스 배관을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 반응조의 제1 반응 구역 및 제2 반응 구역 상측에는 거품을 제거하도록 폼 브레이커(Foam blade)가 더 구비될 수 있다.

또한, 상기 반응조의 제1 반응 구역 및 제2 반응 구역 상측에는 상기 1차 처리수 및 2차 처리수의 온도, 산도 및 산화환원 전위차를 측정하기 위한 계측부가 설치되고, 상기 계측부는 상기 1차 처리수 및 2차 처리수의 온도를 측정하기 위한 온도 측정계; 상기 1차 처리수 및 2차 처리수의 산도를 측정하기 위한 pH 측정계; 및 상기 1차 처리수 및 2차 처리수의 산화환원 전위를 측정하기 위한 ORP 측정계;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 반응조의 제1 반응 구역과 제2 반응 구역을 덮도록 설치되는 덮개; 및 상기 덮개를 관통하며 상기 반응조의 제1 반응 구역과 제2 반응 구역 내의 악취를 배출하도록 하는 악취 배출 환기 배관;을 더 포함할 수 있다.

상기한 본 발명의 자가발열 고온 호기성 소화 반응 장치에 따르면, 상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 반응조 내에 구획된 후단측 반응 구역에서 슬러지가 유입되는 전단측 반응 구역으로 기설정된 량의 자가발열된 고온의 처리수를 바이패스시켜 고온 서식 미생물의 농도를 일정하게 유지시킴과 아울러 전단측 반응 구역에서의 반응 초기 온도를 기설정된 온도 이상으로 높여 유지할 수 있도록 함으로써 자가발열 고온 호기성 소화 반응을 통해 유기물 함유 폐수의 고효율 분해 처리가 가능하도록 하고, 자가발열된 반응열을 이용해 병원성균을 살균할 수 있도록 하며 아울러 기존 하수처리 슬러지의 발생량을 획기적으로 감소시킬 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자가발열 고온 호기성 소화 반응 장치를 도시한 계통도이다.
도 2는 도 1의 자가발열 고온 호기성 소화 반응 장치의 슬러지 공급부 계통및 처리 과정을 도시한 반응조의 측단면 확대도이다.
도 3은 도 1의 자가발열 고온 호기성 소화 반응 장치의 자가 순환부 및 바이패스부 계통을 확대 도시한 도면이다.
도 4는 도 1의 자가발열 고온 호기성 소화 반응 장치의 폭기부 계통을 확대 도시한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자가발열 고온 호기성 소화 반응 장치를 도시한 전체 계통도이다.

도 1을 참조하여 설명하면, 자가발열 고온 호기성 소화 반응 장치는 반응조(10), 슬러지 공급부(20), 자가 순환부(30), 폭기부(40), 바이패스부(50), 계측부(60) 및 제어부(미도시)를 포함하여 구성된다.

본 실시예의 자가발열 고온 호기성 소화 반응 장치는 한 쌍의 반응조(10)가 하나의 단위 유니트를 이루도록 구성되며, 상기 각 반응조(10)는 전단의 제1 반응 구역(11)과 후단의 제2 반응 구역(12)이 내부 격벽(15)에 의해 서로 분할 구획되도록 구성된다.

도 2는 도 1의 자가발열 고온 호기성 소화 반응 장치의 슬러지 공급부 계통및 처리 과정을 도시한 반응조의 측단면 확대도이다.

도 2를 참조하여 설명하면, 상기 각 반응조(10)의 상기 제1 반응 구역(11) 내로 유입된 슬러지는 고온 서식 미생물의 고온 호기성 소화 반응을 통한 1차 처리 과정을 거친 후 상기 내부 격벽(15)을 넘어 상기 제2 반응 구역(12)으로 월류된 후 상기 제2 반응 구역(12) 내에서 고온 서식 미생물의 고온 호기성 소화 반응을 통한 2차 처리 과정을 거치게 된다.

본 실시예의 반응조(10)의 제1 반응 구역(11) 및 제2 반응 구역(12)의 하부 바닥면에는 일측에 각각 슬러지 집진홈(17)이 형성되고, 상기 슬러지 집진홈(17) 양측 바닥면은 상기 슬러지 집진홈(17)을 향해 하향 경사지게 경사 바닥면(18)이 형성된다.

따라서, 고온 서식 미생물을 이용해 슬러지 상태의 유기물 함유 폐수를 처리시 바닥면에 침전된 슬러지가 바닥 경사면(18)을 따라 흘러내려 슬러지 집진홈(17)에 집진된 후 추가 처리를 위해 협기성 소화조(미도시)로 좀더 쉽게 분리 배출할 수 있게 된다.

한편, 본 실시예에서 자가발열 고온 호기성 소화 반응을 통한 유기물 함유 폐수 처리시 사용되는 고온 서식 미생물은 바실러스균인 것을 예시한다. 그러나 본 발명이 이에 반드시 국한되는 것은 아니며 소화 온도 범위에 따라 다양한 종류의 고온 서식 미생물들이 적용될 수 있음은 당연하다.

다시 도 1을 참조하여 설명하면, 슬러지 공급부(20)는 저류조들(미도시)에 저장된 농축 잉여 슬러지를 상기 각 반응조(10)의 제1 반응 구역(11) 내로 공급하도록 슬러지 공급 배관(21)이 연장 설치되고, 상기 각 슬러지 공급 배관(21) 상에는 상기 각 반응조(10)의 제1 반응 구역(11) 내로 공급되는 슬러지 공급량을 개별 조절하기 위한 슬러지 공급 유량 조절 밸브들(22)이 설치된다.

따라서, 저류조로부터 슬러지 공급 배관(21)을 통해 공급된 유기물을 함유한 폐수 슬러지는 반응조(10)의 제1 반응 구역(11) 내에서 상기한 고온 서식 미생물의 고온 호기성의 소화 반응을 통해 1차 분해 처리가 이루어지게 되며 이때, 고온 서식 미생물의 상기한 고온 호기성 소화 반응시 자가 발열되며 점진적으로 제1 반응 구역(11)의 내부 온도가 상승하게 된다.

한편, 슬러지 공급 배관(21)을 공급되는 슬러지가 반응조(10)의 제1 반응 구역(11)의 수용 용량을 초과하게 되면 1차 처리된 처리수가 내부 격벽(15)을 넘어 상기 제2 반응 구역(12)으로 월류되어, 상기 제2 반응 구역(12) 내에서 고온 서식 미생물을 이용해 자가 발열되며 2차 고온 호기성 소화 반응을 통해 2차 분해 처리가 이루어지게 된다.

한편, 2차 반응 구역(12) 내에서 2차 분해 처리된 2차 처리수는 처리수 배출 배관(71)을 통해 배출되어 처리수 저장조(70)에 저장된 후, 유입 펌프 배관부(80)를 통해 고온 소화조(미도시)로 이송 공급되게 된다.

반응조(10) 내에서는 고온 서식 미생물인 바실러스균(MLSS: 20ppm)에 의해 제1 및 제2 반응 구역(11, 12) 내에서 고온 호기성 소화 반응을 통해 최대 55℃ 내지 70℃까지 자가 발열되어 비교적 짧은 시간에 유기물 함유 폐수의 고효율 분해 처리가 가능하도록 함과 아울러 슬러지 고형량의 저감 및 병원균의 살균을 동시에 수행할 수 있게 된다.

한편, 전술한 바와 같이 고온 서식 미생물의 자가발열 고온 호기성 소화 반응을 통해 유기물 함유한 폐수 슬러지를 분해하는 과정에서 과량의 거품이 발생하게 된다.

여기서, 발생된 거품들은 고온 호기성 소화 반응에 적합한 반응조(10) 내부의 온도를 일정하게 유지시키는 역할을 하기는 하나, 과량의 거품 발생은 자가발열 고온 호기성 소화 반응 장치의 연속적인 운전을 방해하게 된다.

따라서, 본 실시예에서는 고온 서식 미생물의 자가발열 고온 호기성 소화 반응을 통해 유기물 함유한 폐수 슬러지를 분해하는 과정에서 발생한 과량의 거품들을 제거할 수 있도록 함과 아울러 반응조(10) 내에 호기성 소화 반응에 필요한 산소 공급을 위해 자가 순환부(30)가 구비된다.

즉, 자가 순환부(30)는 상기 각 반응조(10)의 제1 반응 구역(11) 내의 1차 처리수와 상기 제2 반응 구역(12)의 2차 처리수를 자가 순환시켜 각각의 상측 계면부에 분사하여 거품들을 제거하는 폼 브레이커 역할과 함께 호기성 소화 반응에 필요한 산소를 처리수 내에 공급하도록 하는 역할을 수행하게 된다.

도 3은 도 1의 자가발열 고온 호기성 소화 반응 장치의 자가 순환부 및 바이패스부 계통을 확대 도시한 도면이다.

도 3을 참조하여 설명하면, 본 실시예에서 자가 순환부(30)는 제1 자가 순환부(31) 및 제2 자가 순환부(32)와 함께 예비 자가 순환부(35)로 세분되어 구성되는 것을 예시한다.

제1 자가 순환부(31)는 제1 처리수 인출 배관(31a), 제1 자가 순환 펌프(31b), 제1 처리수 분사 배관(31c) 및 복수의 노즐들(31d)로 구성되어, 상기 반응조(10)의 제1 반응 구역(11)의 내부 하측에서 인출된 1차 처리수를 상기 제1 반응 구역(11) 상측의 계면부로 자가 순환시켜 분사해 주도록 구성된다.

여기서, 제1 처리수 인출 배관(31a)은 상기 제1 반응 구역(11) 내부 하측으로부터 1차 처리수를 인출하도록 제1 자가 순환 펌프(31b)에 연결하도록 연장 설치된다.

1차 처리수 분사 배관(31c)은 상기 제1 자가 순환 펌프(31b)로부터 상기 제1 반응 구역(11) 상측의 계면부에 설치되는 제1 분사 노즐들(31d)을 연결하도록 연장 설치된다.

그리고, 제1 분사 노즐들(31d)은 벤츄리 노즐(31e)과 스프레이 노즐(31f) 2종 모두가 설치되어 사용되는 것을 예시한다.

특히, 벤츄리 노즐(31d)의 경우 스프레이 노즐(31f)과 같이 1차 처리수 분사 배관을 통해 공급된 1차 처리수를 제1 반응 구역(11)의 상측 계면부에 분사하여 거품을 제거하는 것 이외에도 호기성 소화 반응에 필요한 산소 공급을 1차 처리수 내에 공급해주는 역할을 동시에 수행하게 된다.

제2 자가 순환부(32)는 상기한 제1 자가 순환부(31)와 마찬가지로 제2 처리수 인출 배관(32a), 제2 자가 순환 펌프(32b), 제2 처리수 분사 배관(32c) 및 분사 노즐들(32d)을 포함하도록 구성되어, 상기한 제1 자가 순환부(31)와 마찬가지로 상기 반응조(10)의 제2 반응 구역(12)의 내부 하측에서 인출된 2차 처리수를 상기 제2 반응 구역(12) 상측의 개면부로 자가 순환시켜 분사해주도록 한다.

제2 처리수 인출 배관(32a)은 상기 제2 반응 구역(12) 내부 하측으로부터 상기 제2 처리수를 인출하도록 제2 자가 순환 펌프(32b)에 연결되도록 연장 설치된다.

제2 처리수 분사 배관(32c)은 상기 제2 자가 순환 펌프(32b)로부터 상기 제2 반응 구역(12) 상측의 계면부에 설치되는 분사 노즐을 연결하도록 연장 설치된다.

그리고, 상기 분사 노즐들(32d)은 상기한 제1 자가 순환부(31)와 마찬가지로 벤츄리 노즐(32e)과 스프레이 노즐(32f) 2종 모두가 사용되는 것을 예시한다. 그러나, 본 발명에서 사용되는 상기 분사노즐들(31d, 32d)가 전술한 벤츄리 노즐(31e, 32e)과 스프레이 노즐(31f, 32f)가 동시에 사용되는 것 만으로 반드시 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 이에 반드시 한정되는 것은 아니며 거품 제거 및 산소 공급이 가능한 다양한 종류의 노즐들이 다양하게 변형되어 적용될 수 있음은 당연하다.

그리고, 예비 자가 순환부(35)는 예비 처리수 인출배관(35a), 예비 자가 순환 펌프(35b), 예비 처리수 분사 배관(35c)을 포함하도록 구성되어, 예비적으로 상기 제1 자가 순환부(31)와 상기 제2 자가 순환부(32)를 연결하며 상기 반응조의 제1 반응 구역(11)의 1차 처리수 및 제2 반응 구역(12)의 2차 처리수를 각각의 상측 계면부에 자가 순환시켜 상기 분사 노즐들(31d, 32d)을 통해 분사해주도록 하는 역할을 한다.

한편, 본 실시예에서 예비 처리수 인출 배관(35a)은 상기 제1 처리수 인출 배관(31a)과 상기 제2 처리수 인출 배관(32a)을 예비 자가 순환 펌프(35b)에 연결하도록 연장 형성되어 선택적으로 1차 처리수 및/또는 2차 처리수를 인출하도록 한다.

그리고, 예비 처리수 분사 배관(35c)은 상기 예비 자가 순환 펌프(35b)를 상기 제1 처리수 분사 배관(31c)과 상기 제2 처리수 분사 배관(32c)에 연결하여, 상기한 노즐들(31d, 32d)을 통해 상기 반응조(10)의 상기 제1 반응 구역(11) 및/또는 상기 제2 반응 구역(12)의 상측 계면부에 분사하도록 한다.

따라서, 예비 자가 순환부(35)를 통해 상기 제1 자가 순환부(31) 또는/및 상기 제2 자가 순환부(32)가 고장난다 하더라도 이를 대체하여 상기 반응조(10)의 제1 반응 구역(11)의 1차 처리수 또는/및 제2 반응 구역(12)의 2차 처리수를 각각의 상기 제1 반응 구역(11) 또는/및 상기 제2 반응 구역(12)의 상측 계면부에 자가 순환시켜 분사해 줄 수 있게 된다.

더욱이, 본 실시예의 반응조(10)의 제1 반응 구역(11) 및 제2 반응 구역(12) 상측에는 거품을 제거하도록 폼 브레이커(37; Foam breaker)가 더 구비될 수 있다. 여기서, 폼 브레이커(37)는 폼 콘 콜렉터(Foam Cone Collector)또는 패들 드래드 (Paddle drade)가 사용될 수 있다.

이처럼, 자가 순환부(30)에 사용되는 벤츄리 노즐(31e, 32e) 및 스프레이 노즐(31f, 32f)과 함께 반응조(10)의 제1 반응 구역(11) 및 제2 반응 구역(12) 상측에 추가 설치된 폼 브레이커(37)를 구동 모터로 작동시켜 상측 계면부에 형성되는 거품들을 제거해 줌으로써 반응조(10) 내의 처리수가 처리수가 거품 형태로 넘쳐 나오는 것을 방지하여 자가발열 고온 호기성 소화 반응 장치의 지속적으로 운전이 가능하도록 한다.

특히, 자가 순환부(30)의 상기한 예비 자가 순환부(35)를 통해 후술하는 바이패스부(50)와 마찬가지로 제1 처리수 인출 배관(31a), 제2 처리수 인출 배관(32a) 및 예비 처리수 분사 배관(35c) 상에 배치되는 밸브들의 조작에 의한 처리수 순환 유로 변경을 통해 단속적으로 반응조(10)의 제2 반응 구역(12)의 2차 처리수를 제1 분사 노즐들(31d)을 통해 제1 반응 구역(11)의 상측 계면부로 되돌려 분사시켜줌으로써, 1차 반응 구역(11) 내에서의 고온 서식 미생물의 농도를 일정하게 유지시킴과 아울러 반응 초기 온도를 기설정된 온도 이상으로 높여 유지할 수 있는 효과도 기대할 수 있다.

도 4는 도 1의 자가발열 고온 호기성 소화 반응 장치의 폭기부 계통을 확대 도시한 도면이다.

폭기부(40)는 상기 반응조(10)의 제1 반응 구역(11)의 1차 처리수 내부 및 제2 반응 구역(12) 내의 2차 처리수 내부로 외부 공기를 폭기시켜 고온 호기성 소화 반응에 필요한 산소량을 공급해주는 역할을 한다.

본 실시예에서 폭기부(40)는 산소 전달 속도가 빠르고 공기 조절이 가능하도록 송풍기(41, 42), 폭기 배관(43, 44) 및 터블런스(47, 48)를 포함하여 구성된다.

폭기 배관(43, 44)은 각 반응조(10)의 제1 반응 구역(11) 및 제2 반응 구역(12) 내에 설치되는 상기 각 터블런스들(47, 48)을 외부에 설치되는 송풍기들에 연결하도록 연장 설치되어, 상기 각 터블런스들(47, 48)을 통해 상기 각 반응조(10)의 제1 반응 구역(11)과 제2 반응 구역(12) 내에 각각 설치되는 유입된 공기를 각각의 처리수 내에서 폭기시키도록 한다.

이처럼, 각각의 터블런스들(47, 48)을 통해 각 반응조()의 1차 처리수 내부 및 제2 반응 구역 내의 2차 처리수 내에서 외부 공기를 불어 폭기시켜 줌으로써, 고온 서식 미생물의 호기성 소화 반응을 통해 유기물 함유 폐수를 분해시 필요한 적당 산소량을 공급할 수 있도록 한다.

이때, 터블런스들(47, 48)을 통해 폭기된 공기량이 과다하게 되면 고온 서식 미색물의 고온 호기성 소화 반응을 통해 생성된 자가 발열량을 상실하게 되어 분해 효과를 저하시키게 되고, 부족하게 되면 고온 서식 미색물의 고온 호기성 소화 반응의 속도가 느려져 악취를 유발하게 된다.

한편, 폭기부(40)도 역시 예비 폭기 배관(46)을 이용해 상기한 폭기 배관들(43, 44)에 예비송풍기(45)를 연결하여, 송풍기(41, 42)들의 고장 발생시라도 예비 가동시켜 좀더 안정적으로 산소 공급이 이루어질 수 있도록 하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 상기 반응조(10)의 제1 반응 구역(11)과 제2 반응 구역(12)을 덮도록 설치되는 덮개(16)가 설치되고, 반응조(10)의 상기 덮개(16)를 관통하며 악취 배출 환기 배관(90)을 설치하여 상기 반응조(10)에서 발생하는 악취를 배출하도록 하며, 여기서, 악취 배출 환기 배관(90)은 처리수 저장조(70) 내부에서 발생된 악취 역시 배출할 수 있도록 서로 연계되어 설치될 수 있다.

다시 도 1 및 도 3을 참조하여 설명하면, 바이패스부(50)는 상기 반응조(10)의 제2 반응 구역(12) 내의 상기 2차 처리수를 상기 제1 반응 구역(11) 내로 바이패스시켜 1차 처리수 내의 고온 서식 미생물 농도와 온도를 높여 일정하게 유지할 수 있도록 한다.

즉, 상기 각 반응조(10)의 제1 반응 구역(11)에서는 저류조로부터 슬러지 공급 배관(21)을 통해 공급된 유기물을 함유한 폐수 슬러지를 고온 서식 미생물의 고온 호기성 소화 반응을 통한 1차 처리 과정을 거치게 되는데 이때, 고온 서식 미생물의 소화 반응을 통해 자가 발열을 일으키게 되어 내부 온도가 점차 상승하게 된다.

그러나, 상기 반응조(10)의 제1 반응 구역(11)으로 슬러지의 추가 공급이 이루지게 되면 고온 서식 미생물의 소화 반응을 통해 발생한 자가 발열량을 저하시켜 온도가 낮아지게 된다. 또한, 추가된 슬러지 공급량만큼의 1차 처리수가 활성화된 고온 서식 미생물들과 함께 상기 내부 격벽(15)을 월류되며 제2 반응 구역(12)으로 이동하게 되어, 제1 반응 구역 내에서 연속적으로 소화 반응에 필요한 고온 서식 미생물의 농도가 저하되게 된다.

이처럼, 반응조(10)의 제1 반응 구역(11)내의 온도가 낮아져 고온 서식 미생물의 활성도를 저하시킴과 아울러 고온 서식 미생물 농도가 낮아져 결국 유기물 함유 폐수 처리 효율을 저하시키게 된다.

따라서, 반응조(10)의 제1 반응 구역 내부를 일정 온도 이상으로 일정하게 유지할 수 있도록 함과 아울러 제1 반응 구역(11) 내의 고온 서식 미생물의 농도를 일정하게 유지하도록 하는 것이 필요하게 된다.

본 실시예에서와 같이 고온 서식 미생물로 바실러스균을 이용하는 경우 반응조의 제1 반응 구역 내에서 MLSS 농도를 일정하게 유지하도록 함과 아울러 제1 반응 구역(11) 내의 내부 온도가 대략 30℃ 이상으로 일정하게 유지시키는 것이 바람직하다.

반면, 반응조(10)의 제2 반응 구역(12) 내에서는 유입된 1차 처리수를 고온 서식 미생물을 이용해 제1 반응 구역(11)보다 더 안정적으로 고온 호기성 소화 반응 과정을 통해 유기물을 함유한 폐수 슬러지들을 분해할 수 있어 고온 서식 미생물의 농도가 높아짐과 아울러 이들에 의한 자가 발열량이 많아서 내부 온도가 올라가게 된다.

즉, 본 실시예에서와 같이 고온 서식 미생물로 바실러스균을 이용하는 경우 제2 반응 구역(12) 내부가 대략 70℃ 정도를 유지할 수 있도록 가동 제어하는 것이 바람직하다.

따라서, 상기한 바이패스부(50)를 통해 제1 반응 구역(11) 내의 1차 처리수와 비교해 고온 서식 미생물의 농도가 높고 고온인 상태인 제2 반응 구역(12) 내의 2차 처리수를 제2 반응 구역(12)으로부터 제1 반응 구역(11)으로 일부 바이패스시켜, 제1 반응 구역(11) 내의 1차 처리수 내의 고온 서식 미생물의 농도를 일정하게 유지하도록 함과 아울러 제1 반응 구역 내의 내부 온도가 대략 30℃ 이상으로 일정하게 유지시킬 수 있게 한다.

본 실시예에서 바이패스부(50)는 제2 반응조(12)의 자가 순환을 위해 설치되는 상기 제2 처리수 분사 배관(32c)으로부터 분지되어 상기 제1 반응 구역(11)으로 연장 형성되는 바이패스 배관(51)을 포함하여 구성되는 것을 예시한다.

이처럼, 바이패스 배관(51)을 상기 제2 처리수 분사 배관(32c)으로부터 분지되게 형성함으로써, 제2 처리수의 자가 순환에 의한 정상적인 거품 제거를 지속적으로 수행하면서도 2차 처리수 일부를 연속적으로 바이패스시킬 수 있도록 함과 아울러 바이패스시키는데 필요한 구동 모터 등의 중복 설치를 배제시켜 장치의 구성을 단순화시킬 수 있는 장점을 갖는다.

다시 도 1을 참조하여 설명하면, 상기한 자가 순환부(30), 폭기부(40) 및 바이패스부(50)는 계측부(60)에 의해 측정된 1차 처리수 및 2차 처리수의 상태 값들에 따라 제어부(미도시)에 의해 결정되는 운전 조건에 따라 자가 순환되는 처리수량, 폭기되는 공기량 및 바이패스 처리수량 등을 자동 제어하도록 구성된다.

따라서, 계측부(60)는 상기 반응조(10)의 제1 반응 구역(11) 및 제2 반응 구역(12) 상측에 각각 설치되어 상기 1차 처리수 및 2차 처리수의 온도, 산도 및 산화환원 전위차 등을 측정할 수 있도록 한다.

본 실시예에서 상기한 계측부(60)는 온도 측정계(61), pH 측정계(62) 및 ORP 측정계(63)를 포함하여 구성되는 것이 예시한다.

상기 온도 측정계(61)는 상기 반응조(10)의 제1 반응 구역(11) 및 제2 반응 구역(12) 상측에 각각 설치되어 상기 1차 처리수 및 2차 처리수의 온도값을 각각 측정하도록 한다.

pH 측정계(62)는 상기 반응조(10)의 제1 반응 구역(11) 및 제2 반응 구역(12) 상측에 각각 설치되어 상기 1차 처리수 및 2차 처리수의 산도값을 각각 측정하도록 한다.

그리고, ORP 측정계(63)는 상기 반응조(10)의 제1 반응 구역(11) 및 제2 반응 구역(12) 상측에 각각 설치되어 상기 1차 처리수 및 2차 처리수의 산화 환원에 필요한 각각의 전위값들을 측정하도록 한다.

이처럼, 본 실시예의 자가발열 고온 호기성 소화 반응 장치는 저류조로부터 슬러지 공급 배관을 통해 공급된 유기물을 함유한 폐수 슬러지를 반응조(10)의 제1 반응 구역(11) 내에서 고온 서식 미생물에 의해 고온 호기성의 소화 반응을 통해 1차 분해 처리한 후, 상기 내부 격벽(15)을 넘어 상기 제2 반응 구역으로 월류된 후 상기 제2 반응 구역(12) 내에서 고온 서식 미생물의 고온 호기성 소화 반응을 통해 2차 분해 과정을 거치도록 하되, 반응조(10) 내에 구획된 후단측 제2 반응 구역(12)에서 슬러지가 유입되는 전단측 제1 반응 구역(11)으로 기설정된 량의 처리수를 바이패스시켜 고온 서식 미생물의 농도를 일정하게 유지시킴과 아울러 전단측 반응 구역에서의 떨어진 반응 초기 온도를 기설정된 온도 이상으로 높여 유지할 수 있도록 함으로써 연속적으로 자가발열 고온 호기성 소화 반응을 통해 유기물 함유 폐수의 고효율 분해 처리가 가능하도록 하고, 자가발열된 반응열을 이용해 병원성균을 살균할 수 있도록 하며 아울러 기존 하수처리 슬러지의 발생량을 획기적으로 감소시킬 수 있는 효과를 가지게 된다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10: 반응조 11: 제1 반응 구역
12: 제2 반응 구역 15: 내부 격벽
16: 덮개 17: 슬러지 집진홈
18: 경사 바닥면 20: 슬러지 공급부
21: 슬러지 공급 배관 22: 슬러지 공급 유량 조절 밸브
30: 자가 순환부 31: 제1 자가 순환부
31a: 제1 처리수 인출 배관 31b: 제1 자가 순환 펌프
31c: 제1 처리수 분사 배관 31d: 제1 분사 노즐
31e: 벤츄리 노즐 31f: 스프레이 노즐
32: 제2 자가 순환부 32a: 제2 처리수 인출 배관
32b: 제1 자가 순환 펌프 32c: 제1 처리수 분사 배관
32d: 제1 분사 노즐 32e: 벤츄리 노즐
32f: 스프레이 노즐 35: 예비 자가 순환부
35a: 예비 처리수 인출 배관 35b: 예비 자가 순환 펌프
35c: 예비 처리수 분사 배관 40: 폭기부
41, 42: 송풍기 43, 44: 폭기 배관
45: 예비 송풍기 46: 예비 폭기 배관
50: 바이패스부 51: 바이패스 배관
60: 계측부 61: 온도계
62: pH 측정계 63: ORP 측정계
70: 처리수 저장조 80: 가압 펌프 배관부
90: 악취 배출 배관

Claims

전단의 제1 반응 구역과 후단의 제2 반응 구역이 내부 격벽에 의해 분할 구획되되, 상기 제1 반응 구역 내에서 고온 서식 미생물을 이용해 1차 고온 호기성 소화 반응 처리된 1차 처리수가 상기 내부 격벽을 넘어 상기 제2 반응 구역으로 월류되어 상기 제2 반응 구역 내에서 고온 서식 미생물을 이용해 2차 고온 호기성 소화 반응 처리하여 배출하도록 형성되는 반응조;
저류조에 저장된 농축 잉여 슬러지를 상기 각 반응조의 제1 반응 구역 내로 공급하도록 연장 설치되는 슬러지 공급부;
상기 각 반응조의 제1 반응 구역 내의 1차 처리수와 상기 제2 반응 구역의 2차 처리수를 자가 순환시켜 상측 계면부에 분사하는 자가 순환부;
상기 반응조의 제1 반응 구역의 1차 처리수 내부 및 제2 반응 구역 내의 2차 처리수 내에서 외부 공기를 불어 폭기시키는 폭기부; 및
상기 반응조의 제2 반응 구역 내부 상기 2차 처리수를 상기 제1 반응 구역 내로 바이패스시켜 제1 반응 구역의 1차 처리수 내의 고온 서식 미생물 농도와 초기 반응 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 하는 바이패스부;를 포함하는 자가발열 고온 호기성 소화 반응 장치.
제1항에 있어서,
상기 반응조는,
상기 제1 반응 구역과 상기 제2 반응 구역의 바닥 일측에 각각 슬러지 집진홈이 형성되고,
상기 슬러지 집진홈을 향해 하향 경사지게 경사 바닥면이 형성되는 자가발열 고온 호기성 소화 반응 장치.
제1항에 있어서,
상기 자가 순환부는,
상기 반응조의 제1 반응 구역의 내부 하측에서 인출된 1차 처리수를 상기 제1 반응 구역 상측의 계면부에 분사하도록 하는 제1 자가 순환부; 및
상기 반응조의 제2 반응 구역의 내부 하측에서 인출된 2차 처리수를 상기 제2 반응 구역 상측의 개면부에 분사하도록 하는 제2 자가 순환부;를 포함하고,

상기 제1 자가 순환부는,
상기 제1 반응 구역 내부 하측으로부터 상기 제1 처리수를 인출하도록 제1 자가 순환 펌프에 연장 형성되는 제1 처리수 인출 배관; 및
상기 제1 자가 순환 펌프로부터 상기 제1 반응 구역 상측의 계면부에 설치되는 분사 노즐을 연결하도록 연장 설치되는 제1 처리수 분사 배관;을 포함하고,

상기 제2 자가 순환부는,
상기 제2 반응 구역 내부 하측으로부터 상기 제2 처리수를 인출하도록 제2 자가 순환 펌프에 연장 형성되는 제2 처리수 인출 배관; 및
상기 제2 자가 순환 펌프로부터 상기 제2 반응 구역 상측의 계면부에 설치되는 분사 노즐을 연결하도록 연장 설치되는 제2 처리수 분사 배관;을 포함하는 자가발열 고온 호기성 소화 반응 장치.
제3항에 있어서,
상기 분사 노즐은,
벤츄리 노즐 또는 스프레이 노즐 중에서 선택된 적어도 하나 이상으로 이루어지는 자가발열 고온 호기성 소화 반응 장치.
제3항에 있어서,
상기 자가 순환부는,
상기 제1 자가 순환부와 상기 제2 자가 순환부를 연결하며 예비적으로 상기 반응조의 제1 반응 구역 1차 처리수 또는/및 제2 반응 구역의 2차 처리수를 상기 반응조의 상기 제1 반응 구역 또는/및 상기 제1 반응 구역의 상측 계면부에 분사하도록 하는 예비 자가 순환부를 더 포함하고,
상기 예비 자가 순환부는,
상기 제1 처리수 인출 배관과 상기 제2 처리수 인출 배관을 예비 자가 순환 펌프에 연결하도록 연장 형성되어 선택적으로 1차 처리수 또는/및 2차 처리수를 인출하도록 하는 예비 처리수 인출 배관; 및
상기 예비 자가 순환 펌프를 상기 제1 처리수 분사 배관 또는/및 상기 제2 처리수 분사 배관에 연결하는 예비 처리수 분사 배관:을 더 포함하는 자가발열 고온 호기성 소화 반응 장치.
제1항에 있어서,
상기 폭기부는,
상기 반응조의 제1 반응 구역과 제2 반응 구역 내에 각각 설치되어 유입된 공기를 폭기시키도록 하는 터블런스; 및
상기 각 터블런스를 외부에 설치되는 송풍기에 연결하도록 연장 형성되는 폭기 배관;을 포함하는 자가발열 고온 호기성 소화 반응 장치.
제6항에 있어서,
상기 폭기부는,
상기 각 반응조들의 폭기 배관들을 예비 송풍기에 연결하는 예비 폭기 배관:을 더 포함하는 자가발열 고온 호기성 소화 반응 장치.
제3항 또는 제5항에 있어서,
상기 바이패스부는,
상기 제2 처리수 분사 배관으로부터 분지되어 상기 제1 반응 구역으로 연장 형성되는 바이패스 배관을 포함하는 자가발열 고온 호기성 소화 반응 장치.
제1항에 있어서,
상기 반응조의 제1 반응 구역 및 제2 반응 구역 상측에는 거품을 제거하도록 폼 브레이커(Foam blade)가 더 구비되는 자가 발열 고온 호기성 소화 반응 장치.
제1항에 있어서,
상기 반응조의 제1 반응 구역 및 제2 반응 구역 상측에는 상기 1차 처리수 및 2차 처리수의 온도, 산도 및 산화환원 전위차를 측정하기 위한 계측부가 설치되고,
상기 계측부는,
상기 1차 처리수 및 2차 처리수의 온도를 측정하기 위한 온도 측정계;
상기 1차 처리수 및 2차 처리수의 산도를 측정하기 위한 pH 측정계; 및
상기 1차 처리수 및 2차 처리수의 산화환원 전위를 측정하기 위한 ORP 측정계를 포함하는 자가발열 고온 호기성 소화 반응 장치.
제1항에 있어서,
상기 반응조의 제1 반응 구역과 제2 반응 구역을 덮도록 설치되는 덮개; 및
상기 덮개를 관통하며 상기 반응조의 제1 반응 구역과 제2 반응 구역 내의 악취를 배출하도록 하는 악취 배출 환기 배관;을 더 포함하는 자가발열 고온 호기성 소화 반응 장치.