KR0159367B1 - 가스압.중력 혼합 소화방식의 혐기성 소화조 장치 및 이를 이용한 폐수 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오염부하가 큰 분뇨나 축산폐수와 같은 고농도 유기폐수를 혐기성 소화 및 고액분리 방법에 의하여 처리하는 가스압·중력 혼합 소화방식의 혐기성 소화조 장치 및 그 장치를 이용하여 분뇨나 축산폐수 등과 같은 고농도 유기폐수를 처리하는 방법에 관한 것으로, 1조의 시스템이므로 고액분리 기능이 높고 소화조내 결로 현상이나 배관이 없어 막힐 요소가 없으므로 안정적인 운전을 할 수 있고, 고농도의 건고형물(12%) 및 고농도 MLSS 를 유지할 수 있으므로서 소화조 내의 체류시간을 단축시킬 수 있어 소화조 용적을 줄여 공사비를 낮출 수 있는 효과가 있다.

Description

가스압·중력 혼합 소화방식의 혐기성 소화조 장치 및 이를 이용한 폐수처리방법

제1도는 종래의 혐기성 소화조 구조를 보인 개략도.

제2도는 본 발명에 따른 혐기성 소화조 장치의 사시도

제3도 (a)(b)(c)(d)는 본 발명의 혐기성 소화조 장치에 의한 폐수처리의 과정을 도시하는 제2도 소화조 장치의 횡단면도.

제4도는 본 발명의 혐기성 소화조 장치의 일부를 보인 것으로서,

(a)도는 상부에서 본 평면도.

(b)도는 내부탱크의 회전부의 개략도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 내부탱크 2 : 외부탱크

3 : 상부탱크 10 : 회전부

11 : 폐수유입관 12 : 혼합구

13 : 배출관 14 : 가스배출관

20 : 슬러지 배출구 30 : 격리판

본 발명은 오염부하가 큰 분뇨나 축산폐수와 같은 고농도 유기폐수를 혐기성 소화 및 고액분리 방법에 의하여 처리하는 가스압과 중력 혼합소화방식의 혐기성 소화조 장치 및 그 장치를 이용하여 분뇨나 축산폐수 등과 같은 고농도 유기폐수를 처리하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 폐수, 분뇨, 가축폐수 등을 처리하기 위해서 대단위 폐수처리 시설을 장치하고 화학약품 등에 의하여 폐수를 처리하고 있으며, 이러한 고농도 유기폐수를 처리하는 방법 중의 대표적 하나로서 표준활성오니법 또는 표준활성오니법을 약간 변형시킨 공법에 의해 폐수를 주로 처리하고 있는데, 이 공법에서는 화학약품의 투입 및 침전공정 등 다양한 공정이 요구되며 특히 폐수의 부피에 비하여 10-20배의 희석수를 사용하여 폐수를 처리하므로 희석수를 폐수에 공급하는 용수의 공급적인 측면에서 심각한 어려움이 있었으며, 다양한 공정과 많은 양의 희석수를 첨가함으로 인하여 처리하고자 하는 폐수량의 증가로 인해 많은 양의 폐수를 처리하기 위해 부대시설을 거대화시켜야 하므로 시설비 및 고정투자비가 많이 소요되는 것은 물론이고, 그 시설을 가동시키거나 유지하고 관리하는데에 많은 운영경비가 소요되는 문제점이 있었다.

또, 이밖에도 폐수를 처리하기 위해서는 많은 양의 응집제인 화학약품을 사용함에 따라 2차 오염물질을 발생시키게 되고, 오염물질인 질소(N), 인(P)을 제거하는 효율이 낮은 문제점도 있었다.

폐수를 처리하는 또 다른 한 방법으로서 메디아 충전방식이 있는데, 이 방식은 폐수를 처리하는 효율은 좋은 반면에 분리되는 고농도의 고형물에 의하여 막힘 현상이 자주 발생하여 시설의 유지하고 관리하는 것이 어렵다는 문제점과 아울러 소화조내에서 폐수를 믹싱(Mixing)하기 위해 설치된 교반장치가 외부에 설치된 동력 발생수단에 의하여 회전됨으로써 동력을 많이 소모하게 되고, 또한 폐수를 처리하기 위한 시설을 대규모로 하여야 하므로 그 시설의 가동과 유지에 경비가 많이 들며 고정투자비가 많이 소요되는 문제점이 있었다.

게다가, 폐수를 처리하여 정화시키는 폐수처리의 효율이 떨어지는 큰 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 폐수처리 시설에 있어 과다한 투자의 필요성과 화학약품의 처리에 따른 비용을 절감하면서도 폐수를 완벽하게 처리할 수 있는 소화조 장치 및 이를 이용하여 폐수를 처리하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적은 중앙의 상부선단은 개방되어 있으며, 본체 상부에 설치된 상부탱크; 몸통의 중앙부에 설치되며 폐수를 유입하기 위한 폐수 유입관; 본체 하부에 설치되며, 폐수유입관에서 유입된 폐수를 교반시키는 프로펠러의 형상으로 된 혼합부; 한 상부선단에는 다수개의 혼합구가 형성되며 타선단에는 처리수를 유출하기 위한 배출관이 설치된 내부탱크와; 슬러지를 배출하는 배출구를 하부에 구비하며, 상기 내부탱크를 내부에 설치하도록 상기 내부탱크의 양단이 그에 용접 고정되어 있는 외부탱크로 이루어져 있으며, 상기 상부탱크가 그 하부는 상기 내부탱크와 관통되어 연결 설치되며, 중앙부에는 가스 배출관을 설치하고 상기 외부탱크의 상부 일단에 용접 고정되어 외부탱크와 내부탱크의 폐수를 분리하기 위한 격리판으로 구성된 소화조 장치에 의해 달성된다.

이러한 상기 소화조 장치를 사용하여 외부에서 폐수유입관을 통하여 내부탱크에 유입되는 폐수는 15-45℃의 온도에서 운전되는 내부탱크내에서 3-6시간 체류하는 동안에 내부탱크내에 우점종으로 서식하는 산생성군에 의하여 폐수는 가수분해되어 저급지방산으로 분해되고, 상기 내부탱크에서 폐수가 분해되어 생성된 저급지방산은 회전부를 통하여 외부탱크로 유출되고 상기 외부탱크로 유출된 저급지방산은 외부탱크에서 우점종으로 작용하는 메탄발효세균의 작용으로 메탄가스와 탄산가스를 발생하며, 상기 외부탱크에서 발생되는 메탄가스와 탄산가스에 의하여 상부통의 폐수의 수위가 상승하게 되고 계속하여 일정시간동안 운전이 계속된 후에 외부탱크와 상부에 설치되어 있는 가스배출관의 밸브를 오픈하여 외부탱크내의 가스를 외부로 방출하면 상부통 내에 있는 부식액이 내부탱크를 거쳐 가스분해된 내부탱크의 폐수를 회전부에 형성되어 있는 공간을 통하여 외부탱크의 하부로 유입시키는 가스압·중력 혼합 소화방식이 혐기성 소화조의 장치를 이용하여 축산폐수와 인분폐수를 처리한다.

이하 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

제2도는 본 발명의 혐기성 소화조 장치의 사시도이며, 제3도 (a)(b)(c)(d)는 본 발명의 혐기성 소화조 장치의 내부 구조와 그의 폐수처리 과정을 보여주는 개략도로서, 폐수를 인입하는 내부탱크(1), 상기 내부탱크(1)를 내부에 설치하여 폐수를 혼합하는 외부탱크(2)와, 상기 상부가 개방된 내부탱크(1)와 외부탱크(2)의 상부에 위치하여 내·외부탱크(2)에서 발생한 가스가 외부로 누출되는 것을 방지하는 상부탱크(3)로 주로 이루어지는 가스압 및 중력혼합 소화방식의 혐기성 소화조 장치이다.

내부탱크(1)는 중앙부로 폐수를 유입하는 폐수유입관(11)과 그 상부에 위치되어 폐수유입관(11)에 유입된 폐수를 외부탱크(2)로 방출하고 인입하는 프로펠러 형상의 회전날개로 된 혼합구(12)로 되어 있다.

다음에 설명하는 상부탱크(3)에 조립되어 있는 격리판(30)의 외부에는 다수개의 혼합구(12)가 위치되어 있다.

프로펠러의 형상의 구조로 되어 있는 상기 혼합구(12)는 각각의 날개에 일정한 공간을 갖도록 형성하여 그 공간을 통하여 내부탱크(1)의 폐수를 외부탱크(2)로 방출 및 혼합이 가능하도록 구성되어 있다.

외부탱크(2)는 그 하부에 탱크 내에서의 슬러지를 고형화하여 배출하는 슬러지 배출관(20)을 설치하고 있다.

상부탱크(3)는 상기 내부탱크(1)의 폐수와 외부탱크(2)의 폐수를 격리시키기 위한 격리판(30)과 정화된 폐수를 외부로 배출시키기 위한 처리수배출관(13)으로 되어 있다.

상기 격리판(30)은 상부탱크(3)의 내부면과는 일정한 간격을 두면서 내부탱크(1)의 상면에 원형으로 고정 부착되어, 외부탱크(2)의 폐수와 내부탱크(1)의 폐수를 분리시킨다.

이하 상기와 같이 구성되는 장치의 메카니즘을 첨부한 제3도에 의하여 단계별로 설명하면 다음과 같다.

외부에서 폐수유입관(11)을 통하여 내부탱크(1)에 유입되는 폐수는 15-45℃의 온도에서 운전되는 내부탱크(1)내에 우점종으로 서식하는 산생성군에 의하여 폐수를 가수분해하여 저급지방산으로 분해된다.

상기 내부탱크(1)에서 폐수가 분해되어 생성된 저급지방산은 회전부(10)를 통하여 외부탱크(2)로 유출되고 외부탱크(2)로 유출된 저급지방산은 외부탱크(2)에서 우점종으로 작용하는 메탄발효세균작용으로 메탄가스와 탄산가스를 발생한다.

이 외부탱크(2)에서 발생되는 메탄가스와 탄산가스에 의하여 상부통의 폐수의 수위가 상승하게 되고 계속하여 일정시간동안 운전이 계속된 후에 외부탱크(2)와 상부에 설치되어 있는 가스배출관(14)의 밸브를 오픈하여 외부탱크(2)내의 가스를 외부로 방출하면 상부통내에 있는 부식액이 내부탱크(1)를 거쳐 가스분해된 내부탱크(1)의 폐수를 회전부(10)에 형성되어 있는 공간을 통하여 외부탱크(2)의 하부로 유입된다.

이러한 소화조의 운전 메가티즘을 단계별로 살펴보면

1단계(운전개시단계)

외부에서 유입되는 오니 폐수나 가축폐수가 외부탱크(2)에서 발생하는 메탄가스와 탄산가스의 가스입자 중력에 의하여 혼합이 완료된 상태로서 상부탱크(3)의 상부에 부착된 가스배출관(14)은 닫혀 있으며 상부탱크(3)와 외부탱크(2)의 혼합액의 수위는 동일하다.

제2단계(수위 상승단계)

외부탱크(2)에서 우점종으로 작용하는 메탄발효세균에 의하여 생성되는 메탄가스와 탄산가스에 의한 가스압이 상승하여 외부탱크(2)와 상부탱크(3)를 관통하게 설치한 다수개의 혼합구(12)와 내부탱크(1)의 상부를 통하여 내부탱크(1)의 상부를 통하여 내부탱크(1)와 외부탱크(2)의 혼합된 폐수의 수위가 상승하여 상부탱크(3)로 상승하는 단계이다.

제3단계(원폐수의 유입 및 처리수의 유출단계)

처리수의 외부로의 유출은 상기 수위 상승단계에서 발생하는 메탄가스와 탄산가스의 발생으로 폐수가 상부탱크(3)의 상단부에 도달하게 되면 외부에서 내부탱크(1) 중간부에 설치된 폐수유입관(11)을 통하여 내부탱크(1)로 폐수가 유입되면 상부탱크(3)의 외부에 설치조립된 주위의 림(RIM)으로 이송되고 방류관이 설치된 격리판(30)의 상단부를 통하여 넘쳐흘러 처리수의 배출관(13)으로 배출되며 내부탱크(1)내로 유입된 원폐수는 내부탱크(1)에서 3-6시간 머무는 동안에 내부탱크(1)에서 우점종으로 있는 산성세균에 의하여 저급지방산으로 분해된다.

제4단계 (혼합단계)

탱크 내에 폐수의 유입과 처리수의 유출이 완료된 후에는 상부탱크(3)에 설치된 가스배출관(14)의 가스밸브가 열리게 되고 외부탱크(2)내의 압축가스는 상부탱크(3)와 외부탱크(2)에 관통되어 연결 설치된 가스배출관(14)을 통하여 가스 저장조로 배기된다.

이때 외부탱크(2)의 압축가스를 배기시킴으로써 상부탱크(3)내의 처리물질은 내부탱크(1)내에서 가스분해된 유입수와 함께 회전부(10)의 공간을 통하여 외부탱크(2)로 이송된다.

상기 프로펠러의 형상으로 된 회전부(10)에 형성된 공간을 통하여 내부탱크(1)에서 외부탱크(2)로 이송되는 폐수에 의하여 난류가 발생하여 회전부(10)에 회전력을 부여하게 되고 외부탱크(2)내 침전오니와 혼합 바이오-메스(Bio-mass)와 섞여 메탄발효세균에 의하여 메탄가스와 탄산가스가 발생하게 된다.

상부탱크(3)의 주변 림내의 처리물질은 혼합구(12)를 통하여 외부탱크(2) 수면위로 쏟아져 수면의 부유물질을 분산/혼화시키고 곧이어 가스유출 밸브가 닫히고 제1단계로 되어 반복 진행된다.

[실시예 1]

인분폐수를 내부탱크에 유입하여 인분을 6시간 동안 숙성시켜서 저급지방산으로 변성시킨 후 외부탱크로 보내 메탄발효세균에 의하여 발효시켜 배출시켰다.

(결과)

[실시예 2]

축산폐수를 내부탱크(1)에 유입한 후 6시간 동안 숙성시켜서 저급지방산으로 변성시킨 다음 오부탱크로 보내 메탄발효세균에 의하여 발효시켜 배출시켰다.

[결과]

[결론]

인분폐수와 축산폐수를 처리한 결과 PH는 중성이었으며 생물학적 산소요구량(BOD)는 95% 처리되었고, 화학적산소요구량(COD)는 90%로 처리되었으며, 부유물질(S.S)는 90%정도 처리되었다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 본 발명은 가스압에 의해서 생성된 상·하부실의 수두차를 이용하여 소화조내 생물체와 유입폐수의 혼합이 이루어지므로 별도 교반장치가 필요없이 무동력으로 교반이 가능하여 동력의 비용을 줄일 수 있는 큰 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 1개조에서 산의 생성, 메탄발효 작용, 고액분리 등 3가지의 작용을 하는 구조로 이루어짐으로써 방열 손실이 적고 유지관리가 용이하다는 효과가 있다.

본 발명에 의한 혐기성 처리 정화조 장치 및 그 제조방법은 제1조의 시스템이므로 고액분리 기능이 높고 소화조내 결로 현상이나 배관이 없어 막힐 요소가 없으므로 안정적인 운전을 할 수 있고, 고농도의 건고형물(12%) 및 고농도 MLSS를 유지할 수 있으므로서 소화조 내의 체류시간을 단축시킬 수 있어 소화조 용적을 줄여 공사비를 낮출 수 있는 효과가 있다.

이상과 같이 이루어지므로서 본 발명의 소화조 장치에서는 소화조내 구동장치나 충진물, 배관 등의 유지 및 보수관리가 필요없는 대단히 유용한 발명이다.

Claims (2)

1. 축산폐수와 인분폐수를 처리하는 장치에 있어서, 중앙의 선단은 개방되어 있으며 본체 상부에 설치된 상부탱크(3); 몸통의 중앙부에 설치되며 폐수를 유입하기 위한 폐수유입관(11); 본체 하부에 설치되며, 폐수유입관(11)에서 유입된 폐수를 교반시키는 프로펠러의 형상으로 된 혼합부(12); 한 상부선단에는 다수개의 상기 혼합구(12)가 형성되며, 타 선단에는 처리수를 유출하기 위한 배출관(13)이 설치된 내부탱크(1)와; 슬러지를 배출하는 배출구(20)를 하부에 구비하며, 상기 내부탱크(1)를 내부에 설치하도록 상기 내부탱크(1)의 양단이 그에 용접 고정되어 있는 외부탱크(2)로 이루어져 있으며; 상기 상부탱크(3)가 그 하부는 상기 내부탱크(1)와 관통되어 연결설치되며, 중앙부에는 가스배출관(14)을 설치하고, 상기 외부탱크(2)의 상부 일단에 용접 고정되어 외부탱크(2)와 내부탱크(1)의 폐수를 분리하기 위한 격리판(30)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스압·중력 혼합 소화방식의 혐기성 소화조 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 내부탱크(1)의 하단부에는 프로펠러 형의 회전부(10)가 설치되어 있으며, 그 각각의 날개에는 일정한 공간을 갖도록 형성되어서 그 공간을 통하여 상기 내부탱크(1)의 폐수가 외부탱크(2)로 방출 및 혼입되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스압·중력 혼합 소화방식의 혐기성 소화조 장치.

   3. (정정) 청구항 제1항의 소화조 장치를 사용하여 외부에서 폐수유입관(11)을 통하여 내부탱크(1)에 유입되는 폐수는 15~45℃의 온도에서 운전되는 내부탱크(1)내에서 3-6시간 체류하는 동안에 내부탱크(1)내에 우점종으로 서식하는 산생성군에 의하여 폐수는 가수분해되어 저급지방산으로 분해되고, 상기 내부탱크(1)에서 폐수가 분해되어 생성된 저급지방산은 회전부(10)을 통하여 외부탱크(2)로 상기 외부탱크(2)로 유출된 저급지방산은 외부탱크(2)에서 우점종으로 작용하는 메탄발효세균의 작용으로 메탄가스와 탄산가스를 발생하며, 상기 외부탱크(2)에서 발생되는 메탄가스와 탄산가스에 의하여 상부통의 폐수의 수위가 상승하게 되고 계속하여 일정시간동안 운전이 계속된 후에 외부탱크(2)와 상부에 설치되어 있는 가스배출관(14)의 밸브를 오픈하여 외부탱크(2)내의 가스를 외부로 방출하면 상부통 내에 있는 부식액이 내부탱크(1)를 거쳐 가스분해된 내부탱크(1)의 폐수를 회전부(10)에 형성되어 있는 공간을 통하여 외부탱크(2)의 하부로 유입시키는 것을 특징으로 하는 가스압·중력 혼합 소화방식의 혐기성 소화조 장치를 이용하여 축산폐수와 인분폐수를 처리하는 폐수처리 방법.