KR800000035B1 - 집적식 원형 폐수 처리 플랜트 - Google Patents

Abstract

내용없음

Description

집적식 원형 폐수 처리 플랜트

제1도는 본 발명의 폐수 처리장치의 대략적인 유통도

제2도는 본 발명의 폐수 처리 플랜트의 입체도

제3도는 제2도의 플랜트의 평면도

제4도는 제3도의 장치에서 유체 흐름 상태를 나타내는 평면도

제5도는 제3도의 A-A선을 따라 자른 단면의 정면도

제6도는 제3도의 B-B선을 따라 자른 단면의 정면도

제7도는 제3도의 C-C선을 따라 자른 단면의 정면도

제8도는 제4도의 접적식 원형 폐수처리 플랜트와 유사하되 295°의 아아치형 정화조를 갖는 시스템의 유체 유동 상태를 나타내는 평면도

제9도는 3개의 아아치형 폭기대와 제4 중앙폭기대 그리고 99°의 아아치형 정화조를 가진 또 다른 형태의 집적원형 폐수 처리 플랜트와 거기서의 유체 흐름을 나타내는 정면도

제10도는 두개의 아아치형 폭기대와 한개의 아아치형 염소화 영역 및 한개의 중앙 호기성 분해 영역과 222°의 정화조를 가진 집적원형 폐수플랜트의 펑면도

제11도는 제10도의 A-A 선을 따라 자른 단면의 정면도

제12도는 제10도의 B-B 선을 따라 자른 단면의 정면도

제13도는 제10도의 C-C 선을 따라 자른 단면의 정면도

제14도는 총부유 고형분 농도(MLSS)가 2,200mg/l인 폭기대에서 BOD 250mg/l의 폐수를 처리하는 공기 폭기원형 플랜트의 정화조 성능을 표시한 그래프

제15도는 총부유 고형분 농도가 5,000mg/l인 폭기대에서 250mg/l의 폐수를 처리하는 산소폭기 원형플랜트의 정화조 성능을 표시한 그래프.

제16도는 총 부유 고형분농도(MLSS)가 2,200mg/l인 폭기대에서 BOD 686mg/l의 폐수를 처리하는 공기 폭기 원형플랜트의 정화조 성능을 표시한 그래프.

제17도는 총부유 고형분 농도가 6,500mg/l인 폭기대에서 BOD 686mg/l의 폐수를 처리하는 산소 폭기 원형플랜트의 정화조 성능을 표시한 그래프

본 발명은 집적식 원형 플랜트내에서 적어도 50%의 산소로 폭기시켜 폐수를 처리하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 소량의 폐수를 처리하고자하는 경우에는 집적식 처리장치를 이용하는 것이 바람직한데 집적식 플랜트라 함은 모든 구성요소 장치들이 하나의 격막안에 둘러싸여 있는 구조를 의미한다. 비교적 소규모의 폐수처리 장치에 있어서는 따로 떨어진 장치들을 사용하는 경우에 비하여 집적식 플랜트를 이용하면 재료비 및 건설비가 적게든다. 더구나 집적식 폐수처리 플랜트는 밀집되어 있어 차지하는 시설의 면적이 대단히 적으며, 이같은 플랜트는 집적식이 아닌 시스템에 비하여 전체적인 설계가 대단히 간단해 지게된다. 이같은 집적식 플랜트는 그 규모가 작다하더라도 일정한 수준의 폐수처리 수준이 달성되어야 하는바 각 부분의 형태가 우수한 효율을 나타내어야 한다. 예를들면, 혼합조나 폭기조에서는 효율적인 유동상태와 액체의 분포를 촉진시키도록 되어야 하는데, 환언하면 정화조는 BOD가 낮은 배출수 및 저부로 배출되는 농축된 슬러지가 얻어지도록 해야한다.

종래에 소량의 폐수를 처리하는 경우에 원형 플랜트가 장방형 플랜트와 같은 다른 형태보다 이점이 많았으므로 주로 사용되었다. 둘레 : 단면적의 비를 최소화함으로서 원형플랜트는 소요자재를 최소화하고 높은 효율의 장치배열을 유지시킬 수 있다. 또한 부가적으로 건설코스트는 어떤 경우에 있어서는, 예를들면 콘크리트 조립에 있어서 원형단면으로 하는 것이 다른형의 단면에 비하여 적게든다.

종래에 소규모 원형 플랜트에 있어서는 생물학적 처리공정을 채택 하였었는데 그 이유는 다양한 종류의 폐수와 요구되는 배출농도로 처리할 수 있다는 장점과 경비가 적게든다는 것등을 들수 있다. 실제 상업화된 주요한 생물학적 처리공정은 활성슬러지법인데 여기서 폐수는 폭기대(帶)에서 산소함유 기체 및 활성슬러지와 혼합된다. 활성화 슬러지는 호기성 미생물을 함유하고 있으며 용존산소에 의하여 폐수중에 있는 생화학적으로 산화 가능한 유기물(BOD)을 흡수동화시켜 정화대에서 정화된 물로부터 쉽게 분리될 수 있는 유기물질로 전환시킬 수 있다. 정상적인 조건하에서는 미생물은 폭기대에서 급격히 번식하고 BOD전환에 필요한 시간이 경과하면, 혼합액은 정화대에서 침전되고 정화된 유입물은 경사분리(decant)시켜 최종수용액(水容液)으로 합해지게 된다. 슬러지는 정화조 밑바닥으로부터 배출시키며 이의 일부는 폭기대로 재순환시켜 유입폐수에 대한 효과적인 생물학적 반응을 유지시켜 준다. 활성화 슬러지 플랜트에 있어서는 특히 최근에까지 산소원으로서 대기중의 공기만을 이용했다. 최근에는 이같은 시스템을 개량하기 위해 일련의 폐쇄된 구형(矩形) 탱크내에 산화계로서 고순도의 산소기체를 사용하는 방법이 이용되어 있다. 이는 미국특허3,547,813, 3,547,814, 3,547,815(모두J.R.Mcwhirter출원)에 명시된 바와같이 기체와 액체를 탱크에서 탱크로 단계식 이동처리하는 방법이다. 고순도 산소폭기 시스템은 공기 폭기 플랜트에 비하여 중요한 장점을 지니고 있으며, 예를들어 유입되는 폐수에 대한 생물학적 반응도가 높을수록 폭기탱크의 크기는 줄어든다. 정화처리는 채택되는 폭기 형태에 따라 크게 영향을 받는다. 활성 슬러지법에서의 정화조는 두가지 기능을 지니고 있다. 즉 유출물에서는 현탁고형분이 적게 들어있어야 하며 또한 침전 고형분은 농도가 짙어야 하고, 공기 폭기 영역에 있어서 효과적인 생물학적 활성을 유지시키기에 충분한 농도를 지닌 슬러지를 형성시켜야 한다.

이러한 두가지 기능을 수행하기 위한 정화기의 효율은 폭기대로부더 배출되는 액체내의 고형분의 물리적 성질에 크게 좌우되며 여기서 다시 산소 폭기방법은 공기 폭기 시스템보다 뚜렷한 장점을 가지고 있다. 공기 폭기법에서는 전형적으로 미세한 부서지기 쉽고, 비교적 응결되기 어려운 고형분이 형성되어 정화조 내에서 잘 침전되지 아니한다. 더구나 침전된 슬러지에는 SVI(S1udge Volume Index)지수로 측정해 볼 때 높은 비용적(Specific Volume)을 요구하며 침전상태나·농축도가 좋지않기 때문에 공기 폭기된 슬러지를 처리하는 정화조는 용적 상당히 크게하여 충분한 성능을 보장하지 않으면 안된다. 공기폭기 시스템과 대조해서, 산소폭기 시스템은 침전 특성이 우수하고, 침전속도가 높으며(SVI치는 더 낮다), 탈수성능이 더 우수한 성질을 지닌 슬러지를 형성시킨다. 정화조의 크기를 결정하는데 있어서는 정화(clarification)와 농축(thickening)능력이라는 두가지 기능이 별도로 고려되어야 하며 전체 면적도 이 두 기능의 조건에 적합한 것으로 선택해야한다. 더우기 정화조를 설계하는데 있어서는 정체(停滯)영역이나 단거리 순환류(shortcircuiting flow)가 없도록 설계하는 것이 필요하다. 이같은 목적을 위해서는 액체흐름이 도달하기 어려운 모난 모서리나 부위를 갖고 있지않는 기하학적인 형태로 장치를 만들어주고, 또한 정화조내에서의 균일한 유체 흐름의 형태를 만들어줌으로써 달성될 수 있다. 이 후자의 특성은 주로 주입되는 액체를 가능한한 균일하게 정화조의 전 단면적을 통해 분배되게끔 해주므로서 얻어지는 특성이지만 또한 용기내에서의 액체체재시간(liquor residence time)이 충분하여 침전이 충실히 될수 있게하는 액체흐름의 형태를 만들어줄 필요도 있다. 또한 정화조내에 액체통로를 만들어주어 유입강도(influent strength)를 비교적 정체상태로 만들어 집단유체체적(bulk fluid volume) 내에서의 유체속도를 최소화 시켜주는 것이 바람직하다. 정화조내에 장치되어 있는 총면적을 효율적으로 사용하기 위하여는 액체통로의 길이는 적어도 최고수위(水位)조건시 침전에 소요되는 통로의 길이와 동일해야 한다. 침전 통로가 실제의 액체 이동통로 보다 짧다면 고형분의 분배는 정화조 영역의 일부분만에서 일어나게 된다. 이같은 환경하에서 정화조는 과잉 설계되게 되며 집적식 플랜트는 필요이상 커지게 된다. 침전통로가 실제의 액체 이동 통로보다 더 길다면 정화조 유출액에서 상당한 고형분이 손실된다. 불행히도, 종래에 사용되는 아아치형의 정화대를 가진 공기 폭기집적원형 플랜트는 액체 통로길이가 최소한 침전통로 길이와 같게되도록 하기 위하여서는 정화대가 외부벽의 전체 둘레주위로 연장된(예를들어 360°)영역이 요구된다. 즉 정화조 원호(圓弧)(arc)를 총 둘레보다 짧게 해주면 침전통로의 길이가 실제 액체 통로길이를 초과하게되고 결국 정화조 내에서 고체-액체분리를 감소시키게 된다. 이는 공기 폭기 집적 원형 플랜트의 중앙부만이 공기 폭기대로 이용됨을 의미하여 플랜트의 크기는 요구되는 공기 폭기 영역의 용량을 기준으로 책정되어야 함을 의미한다. 이같은 엄격한 제한의 결과는 주어진 폐수유량을 처리하는데 비교적 큰 규모의 플랜트가 설치됨을 초래한다.

본 발명의 목적은 집적 원형 플랜트내에서 폐수를 생물학적으로 처리하는 개량된 방법 및 장치를 제공하는데 있다. 또한 본 발명은 직사각형형 플랜트보다 실질적으로 더욱 치밀한 집적 원형 플랜트에 있어서 비교적 적은 폐수유량에 대해서 고순도 산소폭기를 채택하는 활성화 슬러지 타입의 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명은 주변 정화처리 영역을 지니고 있는 집적원형 플랜트의 산소폭기 폐수처리 시스템에 있어서 정화조의 원호(arc)길이를 90^o만큼 적게 단축시켜도 침전통로의 길이는 실제의 액체통로 길이를 초과하지 않게 된다는 기대외의 사실을 발견하였다. 이같은 점이 의미하는 바는 플랜트의 나머지 주변부분이 다른목적으로 이용될 수 있다는 것을 뜻하며, 폭기작용, 활성화 슬러지 분해작용, 정화조 유출액의 염소처리등에 이용된다. 비교적 값비싼 산소(공기와 비교해서)를 효과적으로 이용하고, 유출액의 BOD함량을 만족스러운 수준으로 감소시키며, 또한 전술한 우수한 침적특성을 갖는 활성화 슬러지를 얻도록 산소기체로서 원하는 폐수처리를 달성하기 위해서, 본 발명의 실시에 있어서 적어도 두개의 서로 분리되어 있는 산소 폭기영역을 채택할 필요가 있으며 제1차 영역으로부터 나오는 산소가 탈취된 기체는 제2차 폭기대로 이동되게 되어있고 제1차 산소처리된 액체도 역시 제2차 폭기대로 이동하도록 되어 있다. 적어도 한개의 폭기영역은 플랜트의 아아치형 부분에 설치되어 있고, 이 아아치형 부분은 특이한 축소된 정화조의 아아치형 부분으로 인해 유용하다.

후술하는 바와같이 "아아치형" 부분이라 함은 집적원형 폐수처리 플랜트의 폐쇄된 부분을 의미하며 이부분의 외부는 원형 탱크 외벽으로 둘러싸여 있고, 내부에는 원형내벽으로 둘러 싸여 있으며, 말단부분에서는 동심원상의 내부와 외부벽의 길이를 따라 360^o보다 적은 원호를 한정해주는, 반경 방향으로 연장된 격벽으로 고정되어 있다.

본 플랜트의 정화조 영역의 원호 길이는 90°정도로 낮출수도 있으며, 이때에도 최소한 침전 통로길이만큼 긴 실제 액체 통로의 길이를 제공해 준다. 이론적으로 볼때 본 발명의 집적원형 폐수처리 플랜트에서 완전히 연장된 360°의 정화조 영역을 채택하는 것은(원한다면)가능할 수 있다. 왜냐하면 이러한 원호길이에서는 이상적인 조건에 기초한 침전통로 길이가 실제 제공된 유체통로 길이보다 적기 때문이다. 그러나 고정된 직경의 플랜트 내에서의 이같은 원호 길이에 대해서는, 정화조의 내벽에서 외벽까지의 거리가 최소가 되어야 하는데, 왜냐하면 적어도 두개의 공기 폭기 영역을 위한 충분한 공간이 마련되도록 내부벽 직경이 증가되어야 하기 때문이다. 이같은 좁은폭을 가진 정화조 부분에 있어서는, 정화조 입구와 출구의 난류와 연관된 수압의 영향(hydraulic effect)은 증가되므로 자칫하면 정화조 성능에 대한 역효과가 나타난다. 따라서 정화조의 아아치형 부분은 330°를 초과하지 않도록 하여 내부와 외부벽 사이의 거리를 적절히 유지시켜주고 산소처리된 액체가 주입되는 내부벽과 정화된 유출액이 배출되는 외부벽에서 만족스러운 수압조건이 얻어지도록 해야한다.

본 발명의 집적원형 폐수처리 플랜트에 있어서 최종의 폭기대로부터 나오는 산소 처리된 액체는, 내부벽 부분사이에 있는 중간공간(volume)을 가진 제1차 아아치형 부분내에서와 동일한, 산소처리된 액체를 균일하게 분배시켜 주는 장치로 향하게 된다. 즉 산소처리된 액체는 반경 방향으로 내부벽으로부터 외부벽으로 향하여 흐르며 따라서 실제의 액체 유통로 길이는 반경방향의 벽간 거리가 된다. 최종의 폭기영역은 원형 내부벽내에 위치하는 것이 이상적이며 그 이유는 이와같이 배치하는 것이 정화조 아아치형 부분에서 필요한 반경방향의 흐름을 가장 손쉽게 해주기 때문이다. 즉, 산소처리된 액체가 최종적인 폭기영역에서 부터 중간공간의 제일차 아아치형 정화조 부분으로 흐르도록 내부벽내에 한정된 동공(들)이 설치될 수있다.

제3의 방사형 부분은 그 사이의 중간 공간을 지나 연장되어 있고 제2의 아아치형 부분내의 내부와 외부벽에 그 격벽이 부착되어 있어서 중간 공간내에서 또 하나의 아아치형 부분을 형성할 수 있다.

제2의 폭기영역은 제2의 아아치형 부분내에 위치하고 제3의 방사형 부분에 의하여 제일차 폭기 영역으로부터 분리될 수 있다.

본 발명의 집적 원형 폐수처리 플랜트는 지금까지 이용되고 있는 공기 폭기 원형 플랜트보다 사실상 많은 장점을 지니고 있다. 실시예를 보면, 1일당 백만 갤론의 폐수유량에 기초해서 보면, 본 플랜트는 공기폭기 플랜트에 의해서 요구되는 부지면적의 47% 만이 소요된다. 본 발명의 플랜트는 앞서 언급한 맥훠터의 미국특허 제3,547,815에 실시예로써 설명된 산소 폭기를 채택하는 직사각형 형의 플랜트 보다도 실질적으로 더욱 치밀하게 되어있다. 1MGD(mega galon perday)폐수유량을 기준으로 할때 이 원형 플랜트는 동일한 공정조건에서 직사각형형 플랜트에서 요구되는 외부벽면적의 31%만이 이용되며, 직사각형형 플랜트의 경우는 벽의 길이가 280ft라면 본 원형 플랜트의 경우는 87ft에 해당된다.

더 상세히 설명하면, 본 발명의 폐수처리 장치는 원형 탱크의 외부벽을 갖고, 원형 내부벽이 외부벽과 동심원 상에 있어서 외부벽과 내부벽 사이에 중간공간을 형성하며 외부벽 반경(R₂)에 대한 내부벽 반경(R_l)의 비율은 0.25-0.7이 된다. 제1의 반경방향 격벽은 내부벽과 외부벽 사이의 중간공간을 가로질러 연장되어서 각 벽의 반대편 모서리에 접합되어 있고, 제2의 반경방향 격벽도 또한 마찬가지이다. 이러한 두개의 격벽은 내부와 외부벽의 일부분으로 둘러싸인 중간공간의 제1아아치형 부분(각각의 원호의 90^o와 330^o사이)을 형성한다. 제2아아치형 부분은 중간 공간의 나머지 부분을 구성한다. 제1유체혼합 및 재순환 장치는 제1아아치형 부분이외의 첫번째 부분에 있는 외부벽내에 만들어져 있으며 덮개가 제1유체 혼합 및 재순환장치위에 위치한 이 부분을 덮고 있으며 제1폭기대를 형성한다.

제1통과장치는 제1폭기대에 산소 기체를 도입하며, 제2통과장치는 원료 폐수를 주입시키며 활성화 슬러지를 제1폭기대로 보낸다. 제2액체 혼합 및 재순환 장치는 제1아아치형부분 이외의 두번째 부분에 있는 외부벽내에 장치되어 있고 두번째 덮개는 제2유체 혼합 및 재순환장치 위에 위치한 두번째 부분을 덮고있어 제2폭기대를 형성한다. 두개의 대역(帶域)간의 제1기체 이송장치는 산소기체의 제1통과장치로부터 위치되어 있어 제1폭기대로부터 산소가 소모된 기체를 배출시키고 이를 다시 산소함유 기체로하여 제2공기폭기대로 도입시킨다. 양 대역간에 제1액체 이송장치는 제1폭기대로부터 첫번째 산소처리된 액체를 배출하도록 장치되어 있고, 그것을 제2폭기대로 도입시켜 산소함유 기체와 혼합시킨다. 기체 배출장치는 상기한 제1기체 이송장치로부터 위치되어 있어 산소가 더욱 탈취된 기체를 제2공기폭기대로부터 배출시킨다. 액체이송장치는 제2폭기대로부터 두번째로 산소처리된 액체를 배출시키며 이 장치는 내부벽 주위의 중간공간의 제1아아치형 부분내에 산소처리된 액체를 언급한 제1아아치형부분의 반경 방향으로 흐르게 하여 균일하게 분포시킬 수 있도록 되어있다. 제1아아치형 부분의 상부 외부벽 주위의 트로프 장치를 통해서 정화된 물을 배출하도록 되어있고, 제1아아치형 부분의 밑바닥으로부터 활성화 슬러지를 제거하고 최소한 일부의 슬러지를 제2통과 장치로서 제1폭기대로 보내도록 되어있다.

본 발명은 또한 폐수처리에 대한 개량법에 관한 발명이기도 하다. 원형 공기 폭기 플랜트내에서는, 침전통로길이가 실제 액체 통로길이를 크게 초과하지 않도록 정화조 원호의 길이를 360°이하로 감소시키지 않을 수 있다. 이같은 플랜트에서는, 만약 산소처리된 액체가 중앙정화조로부터 외부벽을 향한 반경 방향의 외향류로서 배출된다면 분포 면적은 대단히 클 것이고(완전히 연장된 360°벽에 기인) 액체의 반경방향속도는 대단히 낮아지게 될 것이다. 그러나 공기 폭기된 활성화 슬러지의 침강속도는 본질적으로 낮기때문에, 반경방향 액체의 속도를 양호한 침전이 이루어지도록 주입속도보다 훨씬 더 낮게 할 필요가 있다.

전체 패키지 플랜트의 기하학적 제한 조건내에서는, 공기시스템에서는 이와같이 한다는 것은 불가능하다. 단지 적은 정도의 액체 팽창만이 가능하며, 반경방향 액체속도는 실질적으로 감소하지 않는다. 본 발명의 방법에 있어서, 공기시스템 보다는 상당히 적은 폭기 공간은 적어도 두 영역으로 나누어진다. 즉 중앙의 원형 최종 폭기대는 크기가 적으며, 산소처리된 액체가 아아치형 정화대로 들어가도록 작고 국소화된 분포면적을 가지고 있다. 국소화된 분포면적은 더 작은 직경의 내부 입구 원호에서 높은 반경방향 액체속도를 조장하나 장치된 반경방향(실제적인)의 긴 액체 통로와 산소처리된 슬러지의 특징적인 더 높은침전 속도 때문에, 액체의 충분한 팽창이 일어나 좋은 침전효과를 얻는다.

본 발명의 폐수처리 방법을 더 상세히 설명해 보면 다음과 같다. 즉 재순환되는 활성화 슬러지 존재하에서 적어도 50%의 산소 기체를 폭기시켜 적어도 두개의 덮개를 가진 폭기대에서 생물학적으로 산화처리시키는 방법으로, 폭기대에서는 산소 주입기체 폐수 및 활성화 슬러지가 혼합되고 제1공기 폭기대에서 일부의 액체가 동시에 재순환되며, 제1폭기대로부터 부분적으로 산소가 탈취된 기체 및 부분적으로 산소처리된 액체는 각각 별도로 제2공기 폭기대로 도입되어 계속적으로 혼합되고 유체는 재순환되며 최종 폭기대로 부터 더욱 산소처리된 액체는 유출액으로 분리되며 정화대에서 활성화 슬러지는 최소한 일부의 슬러지와 함께 앞서 언급한 재순환 슬러지의 형태로 제1공기 폭기대로 되돌아가게 된다. 본 발명의 개량점은 다음과 같은 점을 포함한다.

(a) 아아치형 제1폭기대내에서 산소 주입기체와 폐수와 재순환된 활성화 슬러지를 혼합시키고,

(b) 산소가 부분적으로 탈취된 기체와 부분적으로 산소처리된 액체를 원형의 최종 공기 폭기대내에서 혼합시키며,

(c) 더욱 산소처리된 액체를 아아치형 정화대(90°-330^o의 원호길이)를 지나 내부의, 직경이 보다적은 주입부 원호로부터 외부의, 동심원상에 더 큰 직경을 지닌 액체 유출 원호로 흐르게 하며 이때의 반경방향 유속 및 유량비 V_E/V_I가 0.1-0.5가 되도록 되어 있다.

여기서

및

V_E=동심원상의 직경이 큰 외부 유출부 원호에서의 반경방향의 액체속도.

V_I=직경이 적은 내부 주입부 원호에서의 반경방향의 액체속도.

Q=정화조로부터 유출되는 액체의 유량.

R=활성화 슬러지의 재순환 량.

R₁=직경이 적은 내부 주입부 원호의 반경.

R₂=동심원상의 직경이 큰 외부 액체 유출 원호의 반경.

도면을 이용하여 상세히 설명하면 다음과 갈다.

제1도는 본 발명의 폐수처리 시스템의 내용을 설명한 것으로서 원형의 탱크 외벽(20)이 있고 원형의 내벽(21)이 외벽으로부터 일정간격 떨어진 곳에서 외벽과 중심을 같이하고 있으면서 내부공간(22)을 형성하고 있으며 내벽과 외벽 사이에는 중간공간(23)이 마련되어 있다. 외부벽 반경 R₂에 대한 내벽 반경 R₁의 비율은 0.25-0.7이다. 폐수는 도관(24)를 통하여 제1공기 폭기대(25)로 도입되고, 또한 재순환된 슬러지는 도관(26)을 지나 이 영역으로 주입되며 적어도 체적비 50%의 산소가 콘트롤발브(28)를 가진 도관(27)을 통하여 같은 영역으로 도입된다.

이미 설명한 바와같이, 제1차 공기 폭기대(25)는 플랜트의 아아치형 부분이며, 상부 덮개(29)에 의해 덮여있다. 제1유체 혼합장치 및 재순환장치는 제1폭기대내에 장치되어 있으며, 액체 표면에 위치한 회전식임펠러(30)로 구성되어 있고, 임펠러밑에 표면하 프로펠러(31)가 위치해 있으며, 공통의 샤프트(32)가 임펠러와 프로펠러를 연결해 주며 덮개(29)를 통해 연장되어 있고, 모터 드라이브장치(33)가 샤프트(32)에 연결되어 이를 회전시킨다. 프로펠러(31)는 표면하에서 유체를 계속적으로 혼합시키는 기능을 지니고 있으며, 한편 임펠러(30)는 기체와 반대방향으로 액체면을 외부로 밀어내주며(액체를) 계속적으로 재순환시켜준다. 만일 외부탱크(20)의 깊이가 얕은 경우에는 표면임펠러(30)는 양쪽기능을 다 수행할수 있으며 따라서 하부표면 프로펠러(31)는 불필요하다. 유체혼합 및 재순환을 위한 또다른 형태의 기계적 장치가 채택될 수도 있으며, 예를들면 하부 표면 프로펠러, 기체 스파져와 가스 재순환 펌프가 액체상부와 덮개 하부의 기체공간에 연결되어 있는 시스템이 이용될 수도 있다.

미국특허 3,547,815에 의해 J.R. Mcwhirter씨가 얻은 특허내용에 의하면 속이 빈 수직의 회전식 샤프트의 밑면끝에 기체 스파져가 위치해 있고 이 스파져 위의 샤프트에 또한 프로펠러가 부착되어 있을수 있다. 기체 재순환 펌프는 덮개위에 부착되어 있고 그것의 입구는 덮개를 관통한 도관에 의해서 기체공간에 연결될 수 있다. 펌프 배출구는 회전식 샤프트의 상부 끝에 연결되어서 산소 기체를 스파자에서 액체속으로 재순환시킨다. 슬러지는, 소정의 전체 고형분농도(MLSS)를 예를들어 6,000mg/l로 그리고 휘발성 현탁고형분 농도(MLVSS)를 예를들어 4,500mg/l로 유지할 수 있는 속도로 제1폭기대(25)로 재순환된다. MLSS는 4,000-8,000mg/l, MLVSS는 3,000-6,000mg/l정도의 범위를 가진 매개변수들이 될 수 있다. 영양물대 미생물군(food-t°-biomass)의 비는 0.5-1.55gm BOD₅/day x gm MLVSS의 범위내에 있으며, 예를들어서 약 0.68정도가 된다. 재순환된 슬라지 농도(MLSS)는 15,000-50,000mg/l정도의 범위이며, 산소기체는 충분한 량으로 주입되어 용존산소농도(DQ)가 혼합 액체내에서 4-8mg/l 정도, 즉 6mg/l정도가 유지되게 한다.

산소콘트롤발브(28)는 센서(34)와 전달장치(35)에 의해서 조정되어 있는 대로 상부 기체공간에서의 산소증기압에 의해 자동적으로 조절될 수 있다.

제1폭기대에서의 유체는 바라는 시간동안, 예를들어 45분의 액체체재시간동안 혼합되며, 그 결과 나온 최초의 산소 처리된 액체는 내벽(21)내의 개구부(36)를 통해 제2폭기대(37)로 배출된다. 동시에 제1폭기대(25)에서 나오는 산소가 탈취된 기체는 제1차 가스 내부영역 이동장치(38)를 통해 제2영역(37)으로 이동하고 유체는 이 영역에서 제2유체 혼합 및 재순한 장치에 의해 혼합되는데 이것은 프로펠러(39), 임펠러(40), 샤프트(41) 및 모터(42)로 구성되어 있다.

제2폭기대(37)는 덮개(43)에 의해 덮여 있으며 조작매개변수는 제1폭기대(25)의 내용과 동일하다. 원하는 액체체류시간후에, 예를들어 45분이 지나면 두번째로 산소처리된 액체가 제2의 영역(37)으로부터 배출되어 액체 통로장치(44)를 통해서 정화조 영역(45)으로 들어가며 이 정화조 영역은 내벽(21), 외벽(20)및 제1, 제2반경방향 격벽으로 둘러 싸여있다(제1도에는 나타나 있지 않음). 산소가 더 탈취된 기체는 기체 배출장치(46)를 통하여 제2폭기대(37)로부터 배출된다. 각각의 제1 및 제2폭기대(25) 및 (37)으로부터의 기체배출장치가 기체주입장치로부터 이러한 각 영역에 위치하여 있으므로 축로행로를 방지할 수 있다. 정화조 영역(45)에 들어온 산소처리된 액체는 외벽(20)을 향해 이러한 영역을 가로질러 반경방향으로 흘러가며 이동안 고형분은 액체로부터 침전된다. 도관장치(47)는 정화조(45)의 외벽말단부의 주위로 연장되어 있으며 도관(48)을 통해 정화된 물을 배출시킨다.

여기서 이용되는 도관장치(47)는 예를들어서 도시된 개관(開管) 또는 가라앉아 있는 다공관과 같은, 정화된 물을 수집하고 제거하는 어떠한 장치라도 포함하고 있다. 또한 정화조(45)의 밑부분으로 부터 활성화된 슬러지를 수집하여 제거시키고 이것의 일부를 상술한 장치(26)을 통해 제1폭기조(25)로 되돌아 보내는 장치가 있다. 여기에는 정화조 영역(45)의 밑면근처에 위치한 슬러지 픽업헤드(49)와 슬러지 픽업헤드에 연결되어 있는 하부 말단부와 상부 분기관(51)에 연결된 외부 말단부를 각각 가진 수직관(50)이 장치될 수 있다.

브리지(52)는 정화조 영역위로 가로질러 연장되어 있고 픽업헤드(49) 수직도관 조립물을 지지해 주고있다. 두개의 반경방향 격벽 사이에 있는 정화조 주위에서 브리지를 아아치 통로로 이동시키는 기계적 장치가 마련되어 있다. 상부 분기관(51)에는 펌프장치가 연결되어 있어 이를 통해 슬러지를 끌어내어 준다.

도면 제2도에 있어서는, 제1폭기조(25)는 제1아아치형 정화조 부분(45)을 제외한 중간공간의 나머지 부분으로 구성된 제2아아치형 부분의 일부이다. 이 제1폭기조(25)는 덮개(29)와 이 덮개에 의해서 지지되는 모터(33)를 가지고 있으며 이것은 제1차 유체의 기계적인 혼합 및 재순환 장치를 돌리기 위한 목적으로 이용된다.

제2폭기조(37)는 내벽(21)내에 있어 덮개(43)에 의해 둘러싸여 있고 이는 모터(42)를 지지하고 있으며 이 모터는 제2차 유체혼합 및 재순환 장치를 돌려주고 있다. 제1아아치형 정화조 부분(45)은 덮개가 없으며 브리지 조립물(52)이 있어 슬러지 픽업헤드-수직도관부속물을 지지해주고 있다. 한개의 아아치형 호기성 분해영역(aerobic digestion portion)(53)이 제1폭기대(25)에 인접되어 있고 제1반경방향 격벽(54)에 의해 정화조 부분으로부터 분리되어 있다. 제1폭기대(25)는 제2반경방향 격벽(56)에 의해 정화조(45)로부터 분리되어 있으며 덮개가 달린 두 개의 아아치 부분이, 제3반경방향 격벽(57)에 의해 각각 분리되어 있으며 외벽(20)과 내벽(21)사이에 있는 플랜트의 바닥으로 연장되어 있다. 유체 혼합 및 재순환 장치가 호기성 분해 대역(53)내에 마련되어 있어 덮개(55)위에 위치한 모터(58)에 의해 가동된다.

도면 3은 도면 2의 평면도이며, 여기에 아아치형 제1폭기대(25)가 있고, 중앙의 제2폭기대(37)와 아아치형 호기성 분해대역(53), 그리고 190^o아아치형 정화조 영역(45)이 나타나 있다. 역시 여기에는 아아치형 염소처리대(chlorination zone)(61)가 포함되어 있다. 주입 폐수는 주입도관(24)과 정지구(stop gate)(62) 및 막대체(bar screen)(63)를 통해 제1폭기대(25)로 도입된다.

산소 주입기체는 오버헤드 도관(27)을 통해 주입되고 슬러지는 정화조(45)로부터, 제1반경방향 격벽(54)과 제2반경방향 격벽(56)사이의 내벽(21)의 바깥쪽 둘레에 연장되어 있는 오버헤드 원형 트로프(overhead circular trough)(51)에 의해 재순환된다.

제1폭기대 덮개아래에서는 미소한 기체압(gas pressure)이 걸려있어서 연결되어 있는 폭기대(25)와(37) 사이의 기체의 역혼합(back mixing)을 방지해 준다.

제1 및 제2폭기대에는 압력릴리이프 밸브(64)와 (65)가 각각 장치되어 있다. 전술한 기계적인 유체혼합및 재순환시스템은 제1폭기조(25) 내에 있는 혼합액체로 산소가 이동되는 것을 조장하며, 생물군(biomass)은 동화작용을 일으켜 BOD를 분해시켜 CO₂, 물 및 부가적인 미생물을 생기게 한다. 여기서 산소는 소모되며 혼합액체 상부 공간내의 기체순도는 감소된다. 부분적으로 산소처리된 액체와 산소가 제거된 기체는 중앙의 제2폭기조(37)로 이동되어 유체를 더 혼합시키고 재순환 시키게 된다. 산소가 더욱 제거된 기체는 도관(46)을 통해 제2폭기대(37)로부더 빠져나가고 산소처리된 액체는 정화조(45)를 가로질러 반경방향 외부로 흐르게 된다. 슬러지 수집용 브리지와 오버헤드 분기관(52)은 제 1 및 제2반경방향 격벽(54)와(56)사이에 있는 아아치형 통로로 이동하고 한편 에어리프트 송풍기(air lift blower)(66)가 분가관(51)에 연결되어 있어서 정화조 바닥으로부터 슬러지를 흡입하여서 이를 트로프(51)내로 방출시키는데 필요한 흡입구 역할을 한다. 재순환 되지않은 슬러지는 트로프(51)에 의해 호기성 분해영역(53)으로 이동되며 여기에서도 제 1 및 제2 폭기대에서 사용된 것에 해당하는 것과 유사한 기계적인 유체 혼합 및 재 순환장치가 있다.

상술한 바의 혼합-재순환 장치 및 드라이브 모터(58)는 제2반경방향 격벽(54)과 제3의 반경방향 격벽(57)사이에 있는 아아치형 통로로 계속적으로 움직이는 브리지(59)상에 지지되어 있다.

산소기체는 외부원으로부터 호기성 분해영역에 공급되거나 적어도 일부분은 제2폭기대 배출구(vent)로부터 공급된다. 정화된 물은 유출 위어(effluent weir)(67)를 넘어 흘러가서 정화대(45)의 내부 둘레 주위로 연장된 트로프(68)로 들어간다. 이러한 유출액은 염소화 영역(61)에 유입되어 살균되고 배출도관(69)을 통해 배출된다. 고형물 분해는 호기성 영역(53)에서 실시되며 여기서 상층의 액체는 원한다면 정수정(stilling well)(70)을 통해 제1폭기대(25)로 되돌아간다. 폐수 슬러지는 도관(71)을 통해 호기성 분해영역(53)으로부터 배출된다.

제4도에 있어서는 상술한 바의 집적 원형 폐수처리 플랜트에 있어서의 유체의 흐름을 보여주고 있다. 간단히 설명하면 물이 단계적으로 제1폭기대(25)와 제2폭기대(37)를 통해 정화조 영역(45)으로 흘러들어가고 여기서 산소처리 된 액체는 활성화 슬러지와 정화된 물로 나누어진다. 정화된 물은 염소화 영역(61)으로 향하고, 수용수(receiving water)로 배출된다. 일부의 활성화 슬러지는 제1폭기대(25)로 재순환 되고 그 나머지는 호기성 분해영역(53)으로 이동되어 더욱 폭기된다.

상층액은 정수정(70)을 통해 제1폭기조(25)로 되돌아 간다.

제1폭기조(25)에 들어가는 산소 기체는 그 안에서 부분적으로 소모되며, 산소가 제거된 기체는 장치(38)를 통해 제2폭기대로 배출되며 산소가 더욱 제거된 기체는 장치(46)를 통해 빠져나간다.

제5도는 제3도의 확대 도면으로서 A-A선을 따라 절취한 단면을 나타내며 활성화 슬러지 수집 및 제거 조립물을 상세히 나타내고 있다. 일련의 슬러지 픽업헤드 49a-d가 횡으로 제1아아치형 정화조부분(45)을 가르질러 밑바닥(72) 가까이에 위치해 있으며, 이것들의 각각은 속이 비어있는 샤프트 50a-d에 의하여 지지되어 있으며 그것을 통해 오버헤드슬러지 로로프(51)족으로 유체가 흐르도록 되어있다.

제2폭기대 덮개(43)위에 부착되어 있는 에어리프트 송풍기(66)는 도관(73)과 (74)를 통하여 각각의 수직도관 75a-d로 연결되고 이 수직도관은 샤프트 50a-d의 하부 말단에 각각 연결되어 있으며, 슬러지를 상부로 배출시키는데 필요한 흡입작용을 제공해 주고 있다. 모터(76)는 정화조 아아치형 통로 둘레로 슬러지 픽업 브리지 부속물(52)을 이동시켜 준다. 산소처리된 슬러지는 제2폭기조(37)로부터 흘러나와 내벽(21)에 연결된 액체 통과장치(44)를 통해 정화조 영역(45)으로 들어간다. 액체통과장치는 밑바닥(72)으로부터 연장된 수직 돌출부(77)로 구성되어 있고, 내벽(21)의 양측에 위치해 있으며 내벽은 밑바닥(72) 가까이 까지 연장되어서 그것과 밑바닥과는 좁은 틈이 나있다.

제6도는 제3도의 확대도로서 선 B-B를 따라 절단한 것이고 제1아아치형 폭기대(25)와 중앙의 제2폭기대(37)를 분리하는 내벽부분을 보여주고 있다. 내벽(21)상부에 있는 원형 동공(38)은 제1폭기대에서 제2폭기대로의, 산소가 제거된 기체의 제한된 흐름을 허용하고 있으며, 반면 내벽 하부의 슬로트동공(36)은 제1차로 산소처리된 액체가 제1차 영역에서 제2차 영역으로 제한 유출됨을 허용해주고 있다. 액체의 수면에서의 수평상의 슬로트(78)는 거품이 제1차 영역에서 제2차 영역으로 통과하게 해 주고 있다.

제7도는 제3도의 확대도이며 선 C-C를 따라 절단한 것으로서 제1 아아치형 정화조부분(45)과 염소화영역(61)을 분리하는 제2 반경방향 격벽(56)을 보여주고 있다. 이 부분에서는 정화조 영역에서의 액면(상부의 수평점선으로 표시됨)이 염소화 영역에서의 액면(하부의 수평점선으로 표시됨)보다 위에 있다. 정화된 물은 배출위어(67)를 지나 정화조(45)둘레 주위에 있는 트로프(68)속으로 들어가며 외벽내(20)로 들어간 후 염소화 영역(61)에 주입된다. 슬러지 트로프(51)는 내벽(2l)의 바깥쪽에 위치해 있다. 제2폭기대(37)로부터 나오는 제2차 산소처리된 액체는 정화조 밑바닥(72)으로부터의 수직상의 돌출부(77)를 돌아 흐르게 되며 내벽(21)하부를 지나 정화조(45)내로 들어간 후 전술한 바와같이 반경방향으로 외향하게 된다.

제8도는 전술한 바의 내용과는 상이한 구조를 지닌 집적원형 폐수처리 플랜트의 평면도이며 상이점이란 제1폭기대(25)는 제2 아아치형 부분을 전부 포함하고 있으며 제1 아아치형 정화조 부분(45)은 외벽(20)과 내벽(21)사이에 중간 공간의 나머지 부분으로 이루어져 있다는 점이다. 이같은 배열에 있어서는 폭기 및 정화이외의 폐수처리대는 없으며 정화조 원호길이는 295^o도이다. 폭기 용적에 대한 정화조 단면적의 비율은 약 0.192이고, 외벽반경(R₂)에 대한 내벽반경(R₁)의 비율은 약 0.382이다.

제9도는 또 다른 형태의 집적 원형 폐수처리 플랜트에 관한 평면도이며, 특히 BOD함유량이 높은 폐수를 처리하기에 적합하다.

여기는 4개의 폭기대가 마련되어 있고 산소함유 기체와 폐수가 4단계를 거쳐 병류로 흐르도록 되어있다. 더욱 상세하게 설명하면 아아치형 폭기대가 3개, 4번째의 중앙의 폭기대, 한개의 99°각도의 아아치형 정화조 그리고 아아치형 호기성 분해조가 포함되어 있다.

제9도에서처럼 제1 아아치형 폭기대(25)는, 아아치형 정화조 영역(45)으로부터 제1차 반경방향격벽(54)에 의해 분리되어 있으며, 또한 제3의 반경방향격벽(57)에 의해 제2의 아아치형 폭기대(37)로부터 분리되어 있다.

제2 아아치형 폭기대(37)와 제3 아아치형 폭기대(78)는 제4의 반경방향격벽(79)에 의해 분리되어 있다. 제3 아아치형 폭기조(78)와 아아치형 호기성 분해영역(53)은 제5의 반경방향격벽(80)에 의해 분리되어 있으며, 분해영역(53)의 반대편 끝은 제2의 반경방향격벽(56)에 의해 아아치형 정화조 영역(45)으로부터 분리되어 있다.

제4의 폭기대(81)는 내벽(21)내의 중앙부에 위치해 있다. 아아치형 정화조부분(45)을 제외하면 나머지 전체플랜트는 덮개로 덮혀있다. 여러가지 영역사이의 유체내부 연결은 제6도와 제7도에서 설명된 바와같다. 예를들면, 폭기 용적(aeration volme)에 대한 정화조 단면의 비율은 약 0.0316이고 외벽반경 R₂에 대한 내벽반경 R₁에 대한 비율은 약 0.467정도이다.

제10도는 또 다른 형태의 평면도이며, 여기서 내벽(21)내에 있는 플랜트의 중앙부에 호기성 분해영역(53)이 위치해 있다. 제1 폭기대(25)는 제2 아아치형 부분내에 있고 한쪽면은 제3의 반경방향 격벽(85)에 의해 제2 아아치형 폭기대(37)으로부터 분리되어 있으며, 다른쪽면은 제4의 반경방향 격벽(86)에 의해 반경방향 염소화영역(61)으로부터 분리되어 있다. 제2 아아치형 폭기대(37)는 제1반경방향격벽(54)에 의해 제1 아아치형 정화조 부분(45)으로부터 분리되어 있다. 제2 폭기대(37)로부터 산소처리된 액체는, 아아치형 정화조부분(45)내의 내벽(21)의 바깥둘레 주위로 연장되어 있는 로온더(Launder)(87)에 들어가서 균일하고 연속적으로 정화조내로 넘쳐 흘러들어가 반경방향으로 흐르게 된다. 정화된 유출된 물은 트로프(68)를 통해 염소화 영역(61)으로 들어가며, 이 염소화 영역(61)은 제2 반경방향 격벽(56)에 의해 정화조영역으로부터 분리되어 있다. 정화조(45)내에 침전된 고형분은 브리지(52)상에 부착된 스크레이퍼 조립물(scraper assembly)에 의해 정화조 말단끝에 있는 트로프내로 이동된다.

스크레이퍼 조립물은 내벽과 외벽위의 트랙(track)에 의해서 정화조 아아치형 부분주위를 돌게되고, 브리지 스톱(bridge stop)(88)이 끝에 부착된 역드라이브 장치(76)에 의해서 운전되어 스크레이퍼는 양쪽방향으로 작동된다. 트로프는 내벽(21) 쪽으로 경사져 있으며 수집된 슬러지의 일부는 펌프(90)를 가진 도관(89)을 통해 아아치형 제1 폭기대(25)로 재순환된다. 슬러지의 나머지는 중앙의 호기성 분해영역(53)으로 향하게 되며 폐수 슬러지는 제2폭기대(37)를 통과하여 도관(71)을 통해 배출된다.

제11도는 제10도의 확대도로서 선 A-A를 따라 절단한 도면이다. 여기서는 스크레이퍼(91)가 외벽(20)과 내벽(2l)사이에 횡으로 연장되어 있으며, 평평한 밑면(72)의 약간위로 수평하게 배열되어 있으며 팔걸이(arm)(92)에 의해 브리지(52)로부터 지지되어 있다. 브리지(52)는 굴림대(roller)(93)위의 아아치형 정화조 주위로 움직인다.

제12도는 제10도의 확대도면이며 선 B-B를 따라 절단한 도면이며, 슬러지 환류조립물을 보여준다. 여기서는 침전된 고형분이 하부말단의 제1반경방향 격벽(54)에 있는 슬러지 트로프(95)에 축적되며 슬러지 환류펌프(90)에 의해 도관(89)의 수직단면을 통해 위로 끌어올려진다. 다시 순환되지 않는 부분은 분기관(96)을 통해 호기성 분해조(53)로 보내져 그곳에서 더욱 폭기된다. 수평의 점선은 제2 폭기조(37)에 있어서의 액턴을 나타내고 있다.

제13도는 제10도의 선 C-C의 절단면의 도면이며 제2 폭기대 유체혼합과 재순환 시스템 및 폐수슬러지 배출상태가 나타나 있다. 도관(71)은 내벽(21)을 통해 중앙의 폭기분해 영역(53)으로부터 연장되어 있으며 아아치형 제2 폭기대(37)로부터 밑바닥(72)을 가로질러 반경방향으로 연장되어 있다.

제14도-17도는 공기 폭기되는 원형 폐수처리 플랜트와 본 발명에 따른 산소 폭기되는 원형 폐수처리플랜트에 있어서의 실제적인 액체통로와 침전통로의 길이를 비교한 도면이다. 침전통로의 길이는 제14-17도에서 폭기된 액체가 내부 정화조벽에 인접한 수직절단면에 대해서 균일하게 분포되어 있고 액체의 유속이 반경방향으로 균일하게 분포되어 있다는 가정하에서 결정되었다. 곡선 A는 침전통로의 길이이고 곡선 B는 실제 액체통로의 길이를 나타낸다.

제14도는 현탁고형분 농도 2,200mg/l를 가진 BOD 250mg/l의 폐수를 처리하는 공기폭기 플랜트의 정화조 용량을 보여주며, 제15도는 동일한 BOD를 가지나 폭기대에서 5,000mg/l의 총 현탁고형분 농도를 가진 폐수를 처리하는 2단계 산소폭기 플랜트의 정화조 용량을 보여준다. 제14도의 공기폭기 플랜트에서는 실제의 액체통로 길이는, 완전히 연장된 360°정화조 형태를 가질때에는 침전 통로길이에 접근하며 정화조 원호길이를 감소시키면 플랜트가 고형분 함량이 많은 배출액을 내놓는 것임을 명백히 알수 있다.

이와는 대조적으로, 본 발명에 있어서는 260°정도로 낮은 정화조 원호길이가 채택될 수 있고 액체 유통로길이가 침전통로 길이를 능가하며, 이로써 정화조에서 고형분 분리가 잘된다.

제16도와 17도는 각각 공기와 산소로 폭기되는 원형 플랜트의 정화조 기능에 관한 것으로서 폭기대에서 총 현탁고형분농도(MLSS)가 2,200mg/l(공기폭기대)와 6,500mg/l(2개의 산소폭기 대중 각각)인 686mg/lBOD를 가진 폐수를 처리한 플랜트이다. 낮은 농도의 폐수를 처리한 제14도의 경우와 같이 제16도는 높은 BOD함량을 가진 폐수에 있어서는, 공기폭기 원형 플랜트는 또한 완전히 연장된 360^o정화조형태를 요구하며, 예를들어서, 침전통로길이 곡선 A는 정화조 전 영역의 원호길이에 대해서 실제액체 통로길이곡선 B보다 위에 있음을 보여준다. 그러나, 도면 제17도는, 약 180^o보다 큰 원호길이는 물과 정화된 배출액으로부터 고형분을 효과적으로 분리시키기에 충분하다는 것을 보여준다.

제14도와 제16도에 나타나 있는 공기폭기 원형 플랜트는 전술한 바와같은 본 발명에 기초한 플랜트에 포함된 호기성 분해영역과 염소화 영역과 같은 처리부분을 가질 유동성은 없다는 것을 주지하는 것이 중요하다. 정화조 원호길이가 90°-330°의 넓은 범위내에서는, BOD가 300mg/l이하인 비교적 낮은 강도의 폐수를 처리할때는 정화조 원호길이를 180°-300°로 하는 것이 바람직하며 300mg/l이상인 비교적 높은강도의 폐수를 처리할때는 90°-240^o로 하는 것이 좋다.

본 발명의 원형 집적 플랜트에서 접촉 안정화처리(contact stabilization)를 실시할때는 정화조 원호의 길이를 180°-330°로 이용하는 것이 좋으며 접촉 안정화는 예를들어서 액체 체재시간이 짧은 비교적 소형의 폭기단계를 이용하므로서 상층액을 제거하고 고형분을 부분적으로 농축시켜 더욱 폭기시키는 것이다.

상술한 범위는 아아치형 정화조 면적에 대한 폭기대 면적의 비가 증가함에 따라서 최적의 정화조 원호길이가 감소하는 일반적인 경향을 나타낸 것으로서, 더 높은 BOD농도를 처리하는데는 더 큰 폭기대 면적이 요구된다.

표 1은 전형적인 시(市)의 폐수를 처리하는 공기폭기 플랜트와 비교하여서, 본 발명의 산소폭기 집적원형 플랜트에 대한 적합한 공정조건을 요약한 것이다.

[표 I]

본 발명에 있어서는 총 폭기영역의 용적에 대한 정화조의 아아치형 단면적의 비율은 높거나 낮은 폐수BOD주입농도에 관련되어 있을수 있다. 약 300mg/l이하의 BOD함량을 지닌 주입폐수에 있어서는 아아치형 정화조 면적/폭기대 용적의 비는 0.10ft^-1-0.25ft^-1정도이고, 반면 공기폭기 원형 플랜트에 대한 비율은 0.02ft^-1-0.1ft^-l이다. 300mg/l이상의 BOD를 지닌 주입폐수에 있어서는, 아아치형 정화조 면적/폭기대 비율은 0.05ft^-l-0.1lft^-1이며, 반면 공기폭기 원형플랜트에 대한 비율은 0-0.04ft^-1이다. 요약하면 폐수강도가 낮은 경우는, 아아치형 정화조는 총 플랜트 면적의 비교적 큰 부분을 차지하며 반면에 강도가 높은 폐수의 경우에는, 아아치형 정화조는 총 플랜트 면적의 비교적 작은 부분을 차지한다. 표 II는 아아치형 정화조부분을 가진 공기폭기 원형 플랜트와 산소폭기 원형 집적 플랜트에 대해서 요구되는, 폭기대 단면적과 정화조 면적을 비교한 것이며, 모두 1×10⁶gal/day의 폐수유량에 기초한 것이다.

[표 II]

상기표에 의하면 산소시스템은 공기시스템보다 상당히 적은 폭기용적을 가지고 있음을 보여준다. 예를들면, 200mg/l BOD에 있어서 전형적인 산소시스템의 폭기용적은 그것에 해당하는 공기시스템용적의 약25%이다.

이같은 상이한 이유는 표 1에 표시되어 있다. 공기시스템은 단지 대단히 낮은 수준의 활성 미생물학적고형분 농도(MLVSS)를 달성할 수 있으며(전형적으로 900-2,600mg/l ) , 또한 상당한 BOD제거에 필요한 장시간의 액체체류 시간을 제공하기 위하여 대단히 큰 폭기탱크를 마련해야 한다. 그러나 산소시스템에 있어서는 본질적으로 생물학적 고형물의 농도가 더 높다고 하더라도 거기에 상응하여 더 높은 수준의 생물학적인 동화작용이 일어나며 그로 인해서 훨씬 더 적은 폭기조로 운전할 수가 있다. 폭기 시스템의 폐수처리 능력을 나타내는 단위는 1bs.BOD/day/100ft³(공기폭기용적)로 나타낼 수 있다. 공기시스템은 전형적으로 30-60l bs.BOD/day/1,000ft³의 값으로 운전되고, 반면 본 발명의 산소시스템은 60-300lbs.BOD/day/1,000ft³으로 운전될 수 있다. 임의의 BOD부하량에 있어서, 산소폭기시스템은 상응하는 공기폭기 시스템보다 처리장치의 크기가 더 적다.

전술한 바와같이 외벽반경(R₂)에 대한 내벽반경(R_l)의 비율은 0.25-0.7이다. R_l/R₂가 0.7을 초과하면 중간부분 용적은 너무 협소하여져서 아아치형 폭기대가 균일한 좋은 혼합특성을 갖지 못하게 되며 이것은 예를들어서 폭기대는 폭에 비해서 길이가 과도하게 길게되기 때문이다. 또한 아아치형 정화조부분은 변칙적인 흐름이 나타날 정도로 협소하게 되며, 외부벽을 향해서 반경방향으로 흐르는 실제액체가 줄어들게된다. 이처럼 주입부와 배출구가 근접되면 채널링(channeling)과 단거리-순환류(short-circuiting)현상이 일어난다. 만약 R₁/R₂가 0.25이하이면, 중앙영역 전체플랜트 면적에 비하여 대단히 적어진다. 아아치형 정화조의 내벽은 둘레가 대단히 적어진다. 아아치형 정화조의 내벽은 둘레가 대단히 짧으며 국부적인 산소처리된 액체 분포면적을 만들어 주기때문에 액체-고체 분리에 방해가 되는 난류(turbulence)현상이 야기되기 쉽다.

상술한 예에서는 R₁/R₂의 범위가 0.3-0.6의 경우가 바람직한 경우이다.

표 III는 BOD 200mg/l을 가진 시(市)의 폐수를 0.5-3.0x10⁶ga1/day의 양으로 처리하는 집적 원형플랜트의 적합한 크기와 용량을 요약한 것이다.

전술한 바와같이, 본 방법의 폐수처리방법은 V_E/V_I비가 0.1-0.5임이 요구되며 여기서 V_E는 바깥쪽의 큰 직경을 가진 액체유출 원호에 있어서의 액체의 반경방향 유속을 의미하고 V_I은 안쪽의 직경이 더 적은 유입부 원호에서의 액체의 반경방향 유속을 의미한다. 비율이 0.1이하이면 본질적으로 V_I가 과도하게 높은 값이므로 정화조 슬러지 블랭키트(blanket)로부터 고형물을 씻어내기 쉬우며, 난류와 비균일 흐름형태를 조성하기 때문에 액체-고체분리를 방해하게 된다. 비율이 0.5이상이 되면 아아치형 정화조를 지나는 반경방향 통로에서 충분한 감속효과가 일어나지 못하기 때문에 액체가 외벽에 도달되기 전에 고체가 분리되기 어렵다.

예를들어 R/Q=0.3이 되게끔 슬러지의 재순환 용적비를 0.3이라고 하면( 여기서 R은 활성화 슬러지의 재순환 유량이고, Q는 정화영역에서 나오는 액체 유출물의 유량임), 제8도와 9도에 있어서의 V_E/V_I은 각각 0.294 및 0.359가 된다.

[표 III]

(집적 원형 플렌트의 크기와 처리량)

(A) 중앙의 제2폭기대의 직경(R₁)

(B) 호기성 분해조가 없는 외벽의 직경(2R₂)(제8도)

(C) 호기성 분해조가 있는 외벽의 직경(2R₂)(제4도)

(1) 정상적인 1일당 유량보다 2.5배가 된다고 생각되는 최고유량(BOD-200mg/l)

(2) 모든 내벽에 대해 콘크리트 두께는 10"를 기준함.

본 발명의 방법에 있어서는 최종 폭기대는 내벽내의 중앙 원형영역내에 있는데 이는 이 영역으로부터 나오는 산소처리된 액체가 근접해 있는 아아치형 정화조 영역으로 쉽게 균일하게 분산되도록 하기 위함인데 만약 최종 폭기대가 제2 아아치형 부분에 있을 것 같으면 이같은 균일한 분포는 더욱 어렵게 되기 때문이다.

이 후자의 경우는 액체를 정화조로 이동시키고 거기서 침전이 일어날 수 있는 로온더(launder) 또는 트로프(trough)장치가 필요하게 된다. 이는 액체주입부에서 훨씬 멀리 떨어져 있는 곳에서 처럼 액체 이동장치에서의 액체 유류속도가 낮을때에는 극히 까다로운 문제가 야기되기 때문이다. 액체 이동장치에서 침전이 일어나게 되면 정화조 내경의 주입부 원호에 걸쳐 액체가 잘 분포되지 않기 때문이다.

본 발명에서 추천되는 장치에 대한 상세한 설명을 하였지만, 약간의 수정을 가한 또다른 형태도 생각될수 있으나, 그것은 본 발명의 범주내에서의 모방에 불과하다.

Claims (1)

1. 본 발명은 300mg/l이하의 폐수처리시 정화조 원호길이가 180°-300°사이이고 정화조면적:폭기조의 부피비가 0.10-0.25ft^-1이거나, 300mg/l이상의 폐수처리시 정화조 원호길이가 90°-240^o사이이고 정화조면적 : 폭기조 부피의 비가 0.05-0.11ft^-1인 폐수처리장치에 대한 발명으로서, 이러한 플랜트는 다음과 같은 장치들로 구성되어 있으며, 즉 원형의 탱크외벽과 외벽으로부터 동심원상으로 일정간격 떨어져 있고 외벽과의 사이에 중간공간을 형성하고 아울러 내부공간을 형성하는 내벽{내벽반경(R₁)과 외벽반경(R₂)의 비는 0.25-0.7과, 내벽과 외벽사이의 중간공간을 가로질러서 각각의 벽상에 연결되어 있는 제1 반경방향 격벽과, 제1 격벽과 함께 90°-330^o의 원호를 가진 중간공간의 제 1아아치형 부분을 형성하고 나머지 중간공간은 제2 아아치형 중간공간을 형성하게하는 제2 반경방향 격벽과, 제2 아아치형 부분의 첫번째 부분에 있으며 액체표면에 위치한 회전식 임펠러와 액체 표면밑에 위치한 동일축상의 프로펠러 그리고 모우터로 구성된 제1 유체혼합 및 재순환장치와 이 장치위의 덮개로 구성된 제1 폭기대와, 제1 폭기대내에 산소기체를 도입시키기 위한 제1 이송장치와, 주입폐수와 활성화 슬러지를 제1 폭기대에 주입시키는 제2 이송장치와, 제1 아아치형 부분이외의 원형내부 벽내의 내부공간에 있는 제2 유체혼합 및 재순환장치와 이장치와의 덮개로 구성된 제2 폭기대와, 산소가 제거된 기체를 제1 폭기대로부터 배출시키고 이것을 다시 제2 폭기대내로 주입시키는 제1 중간대역 기체이송장치와, 첫번째 산소처리된 액체를 제1 폭기대로부터 배출시키고 이것을 제2 폭기대로 주입시켜 산소 함유기체와 혼합시키는 제1 중간대역 액체이송장치와, 제2 폭기대로부터 산소가 더욱 제거된 기체를 외부로 배출하는 장치와, 제2 폭기대로부터 두번째 산소처리된 액체를 배출하는 액체이송장치와, 중간공간의 내부벽 밑부분 둘레로 산소처리된 액체를 제1 아아치형의 반경방향으로 균일하게 흐르게하여 분산시키는 장치와, 제1 아아치형 부분의 외벽 상부에 위치하여 정화된 물을 배출시키는 트로프장치와, 내부와 외부벽사이의 제1 아아치형 부분의 밑바닥 근처에 위치한 다수의 슬러지 수집헤드로 구성되어 있으며 이 헤드와 연결되어 수집된 슬러지를 이송시키는 다수의 도관 그리고 중간 영역위로 연장 설치되어 수집헤드-다수 도관 조립물은 지지해주는 브릿지 그리고 제1, 제2격벽사이의 제1아아치형 부분주위로 브릿지를 반복적으로 회전운동시키는 모우터장치 그리고 일부의 슬러지를 도관으로부터 이송시켜 제2 이송장치로 배출시키는 펌프장치들로 구성된 활성화 슬러지 수집, 제거장치로된 집적식 원형 폐수처리 플랜트.

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