KR101193225B1 - 상향류식 혐기성 폐수 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 혐기성 폐수 처리장치에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 의하면, 밀폐된 제1공간부가 내부에 형성되고, 상부 일측에는 처리수가 배출되는 유출구가 구비되며, 유출구의 하부 일측에는 폐수가 유입되는 유입구가 구비되는 처리조; 제1공간부에 설치되고, 내부에는 상부가 개방된 제2공간부가 형성되며, 하단에는 폭이 좁게 테이퍼진 노즐이 형성되고, 유입구와 연결된 폐수유입관이 노즐의 상부에 인접하게 연장되는 분사조; 분사조의 노즐과 대응하여, 제1공간부의 바닥면에 상단이 뾰족하게 경사진 형태로 돌출 형성되며, 노즐을 통과한 폐수를 제1공간부의 가장자리 방향으로 분산시켜, 강한 난류를 형성시키는 분산부; 및 분사조의 상부에 설치되며, 상향 유동하는 폐수로부터 기체, 고체 및 액체를 분리하는 3상 분리기;를 포함하는 상향류식 혐기성 폐수 처리장치가 제공된다.

Description

상향류식 혐기성 폐수 처리장치{APPARATUS FOR UPFLOW TREATMENT OF ANAEROBIC WASTEWATER}

본 발명은 혐기성 폐수 처리장치에 관한 것으로, 유기물을 포함한 폐수를 UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket) 방식으로 처리함에 있어서, 폐수의 처리효율 향상과 그래뉼(granule)의 유출을 방지할 수 있는 상향류식 혐기성 폐수 처리장치에 관한 것이다.

유기물을 포함한 폐수를 처리하는 혐기성 폐수 처리장치로서는, 폐수에 함유된 혐기성 세균으로 그래뉼을 형성시켜, 폐수 속의 유기물을 분해하는 UASB 처리장치나, EGSB(Expanded Granular Sludge Bed) 처리장치가 널리 알려져 있다.

여기서, UASB 처리장치의 경우 혐기성 세균을 이용하여 폐수 중의 오염물질을 바이오 가스로 전환시키게 되는데, 이들 혐기성 세균은 그래뉼 형태로 응집되어 층(blanket)을 이루며, 처리조 하부로 공급된 폐수는 그래뉼 층을 통과하여 상승하는 과정에서 폐수 속의 유기물이 혐기성 세균과 접촉하여 그 대사활동에 의해 제거된다.

따라서, UASB 처리장치에서는 그래뉼 층을 안정되게 유지하는 한편, 형성된 그래뉼의 유실을 최대한 방지해야 할 필요가 있으며, 그래뉼의 형성이 용이하게 이루어지고 유기물의 처리 효율이 향상되도록 할 필요가 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 필요에 의해 안출된 것으로, 본 발명의 일실시예는, 처리조 내부에 분사조가 설치되고, 분사조의 하부에는 처리조의 바닥면에서 분산부를 돌출 형성시켜, 분사조를 통과한 폐수가 분산부에 부딪히면서 처리조의 하부에 강한 난류를 형성시킴으로써, 그래뉼에 의한 유기물 처리 성능이 향상되는 상향류식 혐기성 폐수 처리장치와 관련된다.

또한, 본 발명의 일실시예는 3상 분리기 하부의 폐수와 그래뉼이 순환관을 통해 분사조로 다시 순환되도록 하여, 그래뉼의 유실을 방지한 상향류식 혐기성 폐수 처리장치와 관련된다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 의하면, 밀폐된 제1공간부가 내부에 형성되고, 상부 일측에는 처리수가 배출되는 유출구가 구비되며, 유출구의 하부 일측에는 폐수가 유입되는 유입구가 구비되는 처리조; 제1공간부에 설치되고, 내부에는 상부가 개방된 제2공간부가 형성되며, 하단에는 폭이 좁게 테이퍼진 노즐이 형성되고, 유입구와 연결된 폐수유입관이 노즐의 상부에 인접하게 연장되는 분사조; 분사조의 노즐과 대응하여, 제1공간부의 바닥면에 상단이 뾰족하게 경사진 형태로 돌출 형성되며, 노즐을 통과한 폐수를 제1공간부의 가장자리 방향으로 분산시켜, 강한 난류를 형성시키는 분산부; 및 분사조의 상부에 설치되며, 상향 유동하는 폐수로부터 기체, 고체 및 액체를 분리하는 3상 분리기;를 포함하는 상향류식 혐기성 폐수 처리장치가 제공된다.

여기서 3상 분리기는, 분사조의 상부에 이격하여 설치되며 테두리가 하측으로 경사지게 벌어진 가이드플레이트와, 가이드플레이트의 상측에 마련되고 내부에는 제1공간부와 연통하는 제3공간부가 형성되며 상단에는 가스배출관이 연결되는 가스포집조와, 가이드플레이트의 하측으로 소정 거리 이격하여 처리조의 내주면을 따라 하향 경사지게 형성되는 배플을 포함하여 구성된다.

또한, 제3공간부는 가이드플레이트의 상측으로 수직하게 연장되는 오버플로우관에 의해 제1공간부와 연통되며, 가이드플레이트의 하측으로 수직하게 연장되는 순환관에 의해 제2공간부와 연통된다.

이때, 배플의 일측에는 유입구로 연결되는 재순환라인이 형성되고, 재순환라인의 일측에는 폐수저장탱크로부터 연장된 폐수공급라인이 연결된다.

본 발명의 일실시예에 따른 상향류식 혐기성 폐수 처리장치에 의하면, 처리조의 하부에서 강한 난류가 형성되도록 하여 그래뉼을 회전시킴으로써, 그래뉼의 표면에 골고루 유기물이 공급되도록 하여, 페수의 처리 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 3상 분리기 하부의 폐수와 그래뉼을, 순환관을 통해 분사조로 재순환시킴으로써 그래뉼의 유실을 방지할 수 있다.

아울러, 분사조로 유입된 그래뉼은 분사조의 노즐을 통과한 후, 분산부에 부딪혀 처리조의 가장자리 방향으로 분산되며, 이 과정에서 발생되는 강한 난류에 의해 잘게 쪼개지게 되므로, 전체 그래뉼의 표면적 증가로 인한 폐수 처리 성능의 향상 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 상향류식 혐기성 폐수 처리장치의 개략도.

이하, 본 발명의 일실시예에 따른 상향류식 혐기성 폐수 처리장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.

아울러, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.

실시예

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 상향류식 혐기성 폐수 처리장치의 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 상향류식 혐기성 폐수 처리장치(10)는, 폐수가 유입되는 처리조(20)와, 처리조(20)의 내부에 설치되어 폐수를 처리조(20)의 바닥면으로 빠르게 유동시키는 분사조(30)와, 처리조(20)의 바닥면에서 분사조(30)와 대향하게 돌출 형성되어, 분사조(30)를 통과한 폐수가 부딪히면서 처리조(20)의 가장자리 방향으로 분산되게끔 하는 분산부(40)와, 분사조(30)의 상부에 이격하여 설치되며 상향 유동하는 폐수로부터 기체, 고체 및 액체를 분리하는 3상 분리기(50)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서 처리조(20)는, 상하가 밀폐되어 공기와의 접촉이 차단된 상태로 폐수가 저장되는 원통형 탱크 형태이며, 내부에는 제1공간부(21)가 형성되고, 처리조(20)의 상부 일측에는 처리수가 배출되는 유출구(22)가 구비되며, 유출구(22)의 하부 일측, 바람직하게는 후술하는 분사조(30) 보다 약간 더 높은 위치에 유입구(23)가 구비되어 이 유입구(23)를 통해 폐수가 공급된다.

분사조(30)는 처리조(20) 내 제1공간부(21)에 설치된다. 이때 분사조(30)는 내부에 제2공간부(31)가 형성된 원통 형태로서 상부는 개방되고 하부는 폭이 좁게 테이퍼져서 하단 중앙이 노즐(32) 형태로 형성되며, 이때 노즐(32)은 제1공간부(21)의 바닥면으로부터 소정거리 이격하여 위치한다.

또한, 분사조(30) 내부의 제2공간부(31)로 폐수유입관(33)이 연결되는데, 이 폐수유입관(33)의 일단은 유입구(23)에 연결되고, 타단은 하향 절곡되어 노즐(32)의 상부에 인접하게 배치된다.

따라서, 폐수저장탱크(60)와 연결된 폐수공급라인(61)을 통해 유입구(23)로 들어온 폐수는, 폐수유입관(33)을 거쳐 분사조(30)의 노즐(32)을 통해 제1공간부(21)의 바닥면 방향으로 공급된다.

이때, 제1공간부(21)의 바닥면 중앙에는 분사조(30)의 노즐(32)과 대향하도록 분산부(40)가 설치되어, 분사조(30)의 노즐(32)을 통해 공급되는 폐수를 처리조(20)의 가장자리 방향으로 분산시키게 되는데, 이 분산부(40)는 삼각뿔, 사각뿔, 원뿔 등 상단이 뾰족하게 경사진 형태로 돌출 형성되는 것이 바람직하며, 분산부(40)에 부딪히면서 처리조(20)의 가장자리 방향으로 유동하는 폐수는 도 1에 도시된 바와 같이 처리조(20)의 내벽에 부딪혀서 회전하는 강한 난류(strong turbulent flow)를 형성시키게 된다.

이 과정에서, 폐수에 포함된 슬러지(sludge)들이 응집되어 그래뉼(granule)을 형성하고, 이 그래뉼들이 강한 난류에 의해 회전하면서 폐수 속에 함유된 유기물과의 접촉이 활발해짐에 따라, 폐수 처리 성능이 향상되는 것이다.

즉, 그래뉼 속에는 메탄 생성균이 존재하며, 이 메탄 생성균들이 폐수를 혐기성 처리하게 되는데, 메탄 생성균은 폐수 속의 유기물을 분해하여 메탄가스, 탄산가스 등의 가스를 발생시키게 된다.

이때, 그래뉼의 형성은 시간의 경과에 따라 자연적으로 이루어지기도 하지만, 이미 형성된 그래뉼을 처리조(20)에 투입하여 사용하는 것도 물론 가능하다.

그래뉼에 의한 혐기성 처리에 의하여 발생한 가스는 기포가 되어 제1공간부(21)의 하부에서 상승한다.

이때, 분사조(30)의 노즐(32)을 통한 폐수의 분사 및 기포의 상승에 의해, 제1공간부(21)에는 상향류(upflow)가 형성되며, 폐수는 위쪽으로 상향 유동한다.

따라서, 강한 난류가 형성되는 제1공간부(21)의 하부 보다 약간 위쪽의 구역에는 강한 난류의 영향으로 인해 약한 난류(weak turbulent flow)가 흐르는 구역이 형성되고, 그보다 더 위쪽에는 흐름이 일정한 층류(laminant flow)가 흐르는 구역이 형성되어, 그래뉼의 유출을 방지하는 효과를 얻게 된다.

또한, 그래뉼들은 그 표면에 기포가 부착되어 함께 상향 유동하게 되는데, 상향 유동하면서 계속 응집됨에 따라, 강한 난류가 형성되는 구역에서 층류가 형성되는 구역으로 갈수록 그 크기가 커지게 되며, 상향류와 그래뉼의 자중이 균형을 이루면서 그래뉼 층(blanket)을 형성하게 된다.

이때, 폐수는 상향류를 따라 상승하면서 서로 다른 크기의 그래뉼로 이루어진 각각의 층을 통과하게 되며, 이때 폐수 속에 함유된 유기물들이 그래뉼과 접촉하면서 메탄 생성균과 같은 혐기성 세균에 의해 처리되는 것이다.

한편, 분사조(30)의 상부에는 상향 유동하는 폐수로부터 기체, 고체 및 액체를 분리하는 3상 분리기(50)가 설치되는데, 이 3상 분리기(50)는 분사조(30)의 상부에 이격하여 설치되며 테두리가 하측으로 경사지게 벌어진 가이드플레이트(51)와, 가이드플레이트(51)의 상측에 마련되고 내부에 제3공간부(52a)가 형성되는 가스포집조(52)와, 가이드플레이트(51)의 하측으로 소정 거리 이격하여 처리조(20)의 내주면을 따라 하향 경사지게 형성되는 배플(baffle)(53)을 포함하여 구성될 수 있다.

제1공간부(21)의 상부로 상승하면서 그래뉼과 접촉하여 혐기성 처리된 폐수는 배플(53)과 가이드플레이트(51)를 지나 유출구(22)를 통해 처리수로서 배출되며, 폐수 중 일부는 배플(53) 하측에 일단이 결합되고 타단이 유입구(23)에 결합된 재순환라인(56)을 통해 유입구(23)로 다시 재순환된다.

이때, 재순환라인(56)의 일측에는 폐수저장탱크(60)로부터 연장된 폐수공급라인(61)이 연결되며, 따라서 폐수공급라인(61)을 통해 공급되는 폐수와, 재순환라인(56)을 통해 공급되는 폐수가 함께 혼입되어 유입구(23)를 통해 폐수유입관(33)을 따라 제2공간부(31)로 유입되는 것이다.

그리고, 폐수와 함께 상승한 그래뉼은 배플(53)에 의해 가이드플레이트(51)의 하부로 안내되는데, 가이드플레이트(51)에는 가스포집조(52)의 제3공간부(52a)로 연통되는 오버플로우관(54)이 수직으로 설치되어, 가이드플레이트(51) 하부까지 상승한 그래뉼은 폐수와 함께 가스포집조(52)로 들어가게 된다.

이때, 오버플로우관(54)의 상단은 가스포집조(52)에 저장되는 폐수의 수면 보다 약간 높은 곳에 위치하는 것이 바람직하며, 오버플로우관(54)을 통해 가스포집조(52)의 제3공간부(52a)로 분출되는 폐수와 그래뉼로부터 메탄가스 등의 가스가 분리되고, 이렇게 분리된 가스는 가스포집조(52) 상단의 가스배출관(52b)을 통해 배출된다.

또한, 제3공간부(52a)의 바닥면에는 가이드플레이트(51)의 하측으로 수직하게 연장되어 그 끝단이 분사조(30)의 제2공간부(31)까지 연통된 순환관(55)이 설치되는데, 가스가 분리된 폐수와 그래뉼은 이 순환관(55)을 통해 다시 분사조(30)의 제2공간부(31)로 유입된다.

순환관(55)을 통해 분사조(30)의 제2공간부(31)로 유입된 폐수와 그래뉼, 및 분사조(30)로 유입되는 폐수의 흐름에 의해 분사조(30) 외부에서 제2공간부(31)로 이끌려 들어온 폐수와 그래뉼은, 분사조(30)의 노즐(32)을 통해 분산부(40)로 다시 뿜어져 나오게 된다.

이때, 그래뉼은 분산부(40)에 부딪혀서, 또는 폐수의 분산에 따른 강한 난류의 흐름에 의해 더욱 작은 크기의 그래뉼로 찢어지며 따라서, 그래뉼의 크기 감소에 따른 그래뉼들의 전체 표면적 증가로 인해 폐수 처리 성능이 향상된다.

그리고, 이후에는 전술한 과정이 다시 반복되는 식으로 폐수 처리과정이 계속된다.

10 : 상향류식 혐기성 폐수 처리장치
20 : 처리조 22 : 유출구
23 : 유입구
30 : 분사조 32 : 노즐
33 : 폐수유입관
40 : 분산부
50 : 3상 분리기 51 : 가이드플레이트
52 : 가스포집조 53 : 배플
54 : 오버플로우관 55 : 순환관
56 : 재순환라인
60 : 폐수저장탱크 61 : 폐수공급라인

Claims (4)

1. 밀폐된 제1공간부가 내부에 형성되고, 상부 일측에는 처리수가 배출되는 유출구가 구비되며, 상기 유출구의 하부 일측에는 폐수가 유입되는 유입구가 구비되는 처리조;
   상기 제1공간부에 설치되고, 내부에는 상부가 개방된 제2공간부가 형성되며, 하단에는 폭이 좁게 테이퍼진 노즐이 형성되고, 상기 유입구와 연결된 폐수유입관이 상기 노즐의 상부에 인접하게 연장되는 분사조;
   상기 분사조의 노즐과 대응하여, 상기 제1공간부의 바닥면에 상단이 뾰족하게 경사진 형태로 돌출 형성되며, 상기 노즐을 통과한 폐수를 상기 제1공간부의 가장자리 방향으로 분산시켜, 강한 난류를 형성시키는 분산부; 및
   상기 분사조의 상부에 설치되며, 상향 유동하는 폐수로부터 기체, 고체 및 액체를 분리하는 3상 분리기;를 포함하는 상향류식 혐기성 폐수 처리장치.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 3상 분리기는,
   상기 분사조의 상부에 이격하여 설치되며 테두리가 하측으로 경사지게 벌어진 가이드플레이트와, 상기 가이드플레이트의 상측에 마련되고 내부에는 상기 제1공간부와 연통하는 제3공간부가 형성되며 상단에는 가스배출관이 연결되는 가스포집조와, 상기 가이드플레이트의 하측으로 소정 거리 이격하여 상기 처리조의 내주면을 따라 하향 경사지게 형성되는 배플을 포함하는 것을 특징으로 하는 상향류식 혐기성 폐수 처리장치.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제3공간부는 상기 가이드플레이트의 상측으로 수직하게 연장되는 오버플로우관에 의해 상기 제1공간부와 연통되며, 상기 가이드플레이트의 하측으로 수직하게 연장되는 순환관에 의해 상기 제2공간부와 연통되는 것을 특징으로 하는 상향류식 혐기성 폐수 처리장치.
   
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 배플의 일측에는 상기 유입구로 연결되는 재순환라인이 형성되고, 상기 재순환라인의 일측에는 폐수저장탱크로부터 연장된 폐수공급라인이 연결되는 것을 특징으로 하는 상향류식 혐기성 폐수 처리장치.

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