KR102513307B1 - The Mixing Apparatus with the Function of Biofilm Growth, The Spiral Heating Medium Circulation Tube and The Reactors and Water Treatment Facilities including the Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치와 반응 및 수처리 장치에 관한 것으로, 회전력을 생성하는 구동부, 미생물이 부착증식하는 담체 유니트, 구동부의 회전력을 상기 담체 유니트에 전달하는 회전축을 포함하고, 상기 담체 유니트는 복수의 관통구가 구비되며 상대적으로 견고한 구조의 외곽 담체와 상대적으로 비표면적과 공극율이 큰 생물막 담체로 구성되어 미생물 부착증식과 교반을 병행할 수 있는 교반장치를 제공하는 한편, 반응액을 교반하는 교반장치, 반응액이 체류하는 반응기와 상기 반응기의 내부에 미리 정해진 간격 및 각도만큼 서로 이격 및 경사지도록 배치된 나선형 열매체 순환관으로 구성되고 교반장치에 의해 생성되는 회전유동과 나선형 열매체 순환관의 충돌 및 난류 생성에 의해 열교환 효율 및 반응 효율이 증대되고 스케일 형성이 방지될 수 있는 반응장치와 이를 이용한 수처리장치에 관한 것이다.The present invention relates to a stirring device and a reaction and water treatment device equipped with a biofilm adhesion growth function, comprising a driving unit for generating rotational force, a carrier unit for attaching and propagating microorganisms, and a rotational shaft for transmitting the rotational force of the driving unit to the carrier unit, The carrier unit is provided with a plurality of through-holes and is composed of a relatively rigid outer carrier and a biofilm carrier having a relatively large specific surface area and porosity, thereby providing an agitation device capable of performing microbial attachment growth and agitation in parallel, while reacting It is composed of an agitator for agitating the liquid, a reactor in which the reaction liquid stays, and a spiral heat medium circulation pipe disposed to be spaced apart and inclined from each other at a predetermined interval and angle inside the reactor, and the rotary flow and the spiral heat medium generated by the agitator The present invention relates to a reaction device capable of increasing heat exchange efficiency and reaction efficiency and preventing scale formation by collision and generation of turbulence in circulation tubes, and a water treatment device using the same.
Description
본 발명은 교반장치와 생물막 담체 및 반응장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 생물막 담체가 구비되어 미생물의 부착증식과 교반이 함께 이루어지고 미생물을 고농도로 증식할 수 있는 교반장치 및 반응장치에 관한 것이다. The present invention relates to a stirrer, a biofilm carrier, and a reaction device, and more particularly, to a stirrer and a reaction device that is provided with a biofilm carrier and is capable of attaching growth and stirring of microorganisms and proliferating microorganisms at high concentration. .
식품공장의 발효조, 하폐수처리시설의 생물학적 반응기 등에는 교반기와 생물막 담체가 충전되기도 하며 식품공장의 발효조와 하폐수처리시설의 슬러지 소화조 등에는 가온시설이 설치되는데, 생물학적 반응기에서는 미생물과 기질의 접촉증대, 고형물의 현탁, 반응기의 소요용량 감소 및 반응시간의 단축을 위해 높은 농도의 미생물을 증식하고 미생물 증식을 위한 적정 온도의 유지가 매우 중요한 관건이다.Stirrers and biofilm carriers are sometimes filled in fermenters in food factories and biological reactors in wastewater treatment facilities, and heating facilities are installed in fermenters in food factories and sludge digesters in wastewater treatment facilities. It is very important to propagate a high concentration of microorganisms and maintain an appropriate temperature for microbial growth in order to suspend solids, reduce the required volume of the reactor, and shorten the reaction time.
그러나 종래 기술에서는 교반기와 유동상 또는 고정상의 생물막 담체가 별개로 구성 및 설치하는 것이 일반적이며 유동상 생물막 담체의 경우 교반기와 충돌하므로 망체와 같은 보호수단이 추가 소요된다. 또, 고정상 생물막 담체의 경우 수류 유동이 원활하지 못한 사각지대가 발생되고 적절하게 탈막(Sloughing)되지 못하는 문제점이 있다.However, in the prior art, it is common to configure and install a stirrer and a fluidized bed or stationary biofilm carrier separately, and in the case of a fluidized bed biofilm carrier, additional protective means such as a net are required because they collide with the stirrer. In addition, in the case of a fixed-phase biofilm carrier, there is a problem in that a blind spot in which the water flow is not smooth occurs and the film cannot be properly sloughed.
또, 가온이 필요한 생물학적 반응기의 경우 종래의 기술에서는 반응액의 일부를 반응기의 외부로 인출하여 히터로 가열 후 다시 반응기로 재순환 및 혼합하는 것이 일반적이다. 이와 같이 반응액의 일부를 인출하여 직접 가열하고 다시 반응기 내의 다른 반응액에 희석시켜서 반응기 전체를 적정 온도로 유지하는 경우 미생물이 포함된 반응액을 적정 온도보다 높은 온도로 가온해야 하는 문제점과 열교환기의 내부에 열매체가 아닌 반응액이 순환하므로 스케일이 과다 부착되는 문제점이 있다.In addition, in the case of a biological reactor requiring heating, in the prior art, it is common to take a part of the reaction solution out of the reactor, heat it with a heater, and then recirculate and mix the reaction solution back to the reactor. In this way, when a part of the reaction liquid is withdrawn, directly heated, and diluted again with another reaction liquid in the reactor to maintain the entire reactor at an appropriate temperature, the reaction liquid containing microorganisms must be heated to a temperature higher than the appropriate temperature, and the heat exchanger Since the reaction liquid, not the heating medium, is circulated inside, there is a problem in that scale is excessively attached.
지금까지 반응액을 교반하는 교반장치와 미생물을 부착증식하는 생물막 담체들이 다양하게 제시 및 공개되어 있는데, 반응기의 내부에서 유동하거나 고정되어 있는 유동상 또는 고정상의 생물막 담체들로서는 상기한 문제점들을 해소하지 못하고 있다. 종래 기술에 따른 교반장치는 등록특허 제10-1986098호「스컴 블레이드가 설치된 소화조용 누유 방지용 다축 교반기」, 등록특허 제10-2132395호「콘 타입의 교반기 탱크용 임펠러」, 등록특허 제10-2126649호「혐기성 소화조의 교반기 임펠러 폴딩 구조」, 등록특허 제10-2089219호「혐기성 소화조의 교반기 회전축」, 등록특허 제10-1987731호「교반기에 사용되는 스테빌라이저형 임펠러의 구조」, 등록특허 제10-2085154호「블레이드 각도 조절이 가능한 교반기용 임펠러」, 등록특허 제10-2131970호「저속회전으로도 데드존의 발생을 최소화시켜 수처리 효율을 향상시킬 수 있는 수처리용 교반기」, 등록특허 제10-2185180호「접이식 교반기」 등이 제시 및 공개되어 있다. 그런데 상기한 등록특허 기술들은 교반기의 성능개선, 구조적 안정성 개선, 내구성 개선 등에 치중되어 있으며 생물막 담체와 서로 간섭되는 문제점 등은 해소하지 못하고 있다.So far, agitators for stirring the reaction solution and various biofilm carriers for attaching and growing microorganisms have been proposed and disclosed. However, fluidized or stationary biofilm carriers that are fluidized or fixed inside the reactor do not solve the above problems. can't The agitation device according to the prior art is Patent No. 10-1986098 「Multi-axis agitator for preventing oil leakage for digester equipped with scum blade」, Patent No. 10-2132395 「Impeller for agitator tank of cone type」, Patent No. 10-2126649 No. 「Agitator Impeller Folding Structure of Anaerobic Digestion Tank」, Registration Patent No. 10-2089219 「Agitator Rotation Shaft of Anaerobic Digestion Tank」, Registration Patent No. 10-1987731 「Structure of Stabilizer Type Impeller Used in Agitator」, Registration Patent No. 10 -2085154 「Impeller for agitator with adjustable blade angle」, Patent No. 10-2131970 「Agitator for water treatment that can improve water treatment efficiency by minimizing the occurrence of dead zone even at low speed」, Registered Patent No. 10- No. 2185180 "Foldable stirrer" and the like are proposed and disclosed. However, the above registered patent technologies are focused on improving the performance of the agitator, improving structural stability, improving durability, etc., and problems such as interference with the biofilm carrier have not been resolved.
또, 종래기술에 따른 생물막 담체는 등록특허 제10-1900215호「오폐수 정화용 고정상 담체 및 이를 이용한 하수처리장치」, 등록특허 제10-2131858호「탈질용 담체 어셈블리 및 이를 구비하는 무산소조」, 등록특허 제10-0991970호「고도처리 유동형 바이오 담체」, 등록특허 제10-0987130호「유동상 담체 및 유동상 담체와 바이오리액터를 이용한 악취 저감 수처리공법」, 등록특허 제10-0877060호「난분해성 산업폐수처리를 위해 슬러지 탄화물을 함유한 폴리우레탄 폼 담체, 이의 제조방법 및 이의 용도」, 등록특허 제10-0829882호「폐수처리용 미생물 담체」, 등록특허 제10-0676686호「친수성을 갖으며 표면적이 증가한 유동상 플라스틱 미생물담체」, 등록특허 제10-0786815호「하·폐수 고도처리용 섬유상 담체 유닛」, 등록특허 제10-0604400호「미생물을 유기고분자 물질로 포괄 고정시킨 생물학적 유기여재를 이용한 생물학적 필터시스템」, 등록특허 제10-0661074호「생물학적 오폐수처리에 사용되는 스크류 막대모양의 미생물접촉 담체」, 등록특허 제10-0661079호「생물학적 오폐수처리에 사용되는 유공각형의 미생물접촉 담체」, 등록특허 제10-1297978호「하폐수 생물학적 처리를 위한 폐피혁 부산물에서 추출한 젤라틴을 함유한 친수성 다공성 담체 제조방법」, 등록특허 제10-0632386호「고분자 복합재료로 구성된 미생물막 담체, 그 제조방법 및 이를 이용한 생물학적 오폐수처리와 악취가스의 생물학적 여과방법」들이 제시 및 공개되어 있다. 그런데 이러한 등록특허 기술들은 생물막 담체의 성분, 구성, 제조방법 등에 관한 것으로 상기한 교반기와 생물막 담체의 간섭 문제, 사수구역 발생 및 탈막이 원활하지 못한 문제점들을 해소하지 못하고 있다.In addition, biofilm carriers according to the prior art are Registered Patent No. 10-1900215 "Fixed-bed carrier for wastewater purification and sewage treatment device using the same", Registered Patent No. 10-2131858 "Support assembly for denitrification and anoxic tank having the same", registered patent No. 10-0991970 「Advanced treatment fluidized biocarrier」, Registered Patent No. 10-0987130 「Odor reduction water treatment method using fluidized bed carrier and fluidized bed carrier and bioreactor」, Patent No. 10-0877060 「Resistant to degradable industry Polyurethane foam carrier containing sludge carbide for wastewater treatment, manufacturing method thereof and use thereof", Patent No. 10-0829882 "Microorganism carrier for wastewater treatment", Patent Registration No. 10-0676686 "Has hydrophilicity and surface area Increased fluidized plastic microbial carrier”, Patent No. 10-0786815 “Fiber carrier unit for advanced wastewater treatment”, Patent No. 10-0604400 Biological Filter System”, Registration Patent No. 10-0661074 “Screw rod-shaped microbial contact carrier used in biological wastewater treatment”, Registration Patent No. 10-0661079 “Hole-shaped microbial contact carrier used in biological wastewater treatment”, Registered Patent No. 10-1297978 「Method for manufacturing a hydrophilic porous carrier containing gelatin extracted from waste leather by-products for biological treatment of wastewater」, Patent No. 10-0632386 「Microbiological film carrier composed of polymer composite material, its manufacturing method and Biological wastewater treatment using this and biological filtration methods of odorous gas” are presented and disclosed. However, these registered patent technologies relate to components, configurations, manufacturing methods, etc. of the biofilm carrier, and do not solve the problems of interference between the stirrer and the biofilm carrier, the occurrence of water traps, and poor film removal.
또, 슬러지를 생물학적으로 발효하는 소화조 등과 같은 반응장치와 관련된 종래의 기술로서 등록특허 제10-1410722호「호기성 발효열을 가온에너지로 사용하는 혐기 발효시스템 및 방법」, 등록특허 제10-0592332호「고효율 혐기 소화조 장치」, 등록특허 제10-1807843호「고온형 혐기 소화처리 장치 및 소화처리 방법」, 등록특허 제10-1272243호「유기성 폐기물 처리를 위한 선택 작동식 혐기성 소화시스템」, 등록특허 제10-1143897호「해수를 이용한 습윤성 바이오메스의 소화발효조」, 등록특허 제10-1842230호「소화조 가열방식의 에너지 공급 시스템」, 등록특허 제10-1047871호「태양열 및 촉매를 이용한 유기성 액상 폐기물로부터 바이오가스를 제조하는 방법과 그 장치」, 등록특허 제10-1087035호「고온 혐기성 소화 처리장치」 등이 제시 및 공개되어 있다. 그런데 이러한 등록특허 기술에서의 혐기성 소화조 등의 반응장치에서는 발효열을 균일하게 전달하는 방법, 가열에 이용되는 열원 확보, 열교환 시스템의 구성 등에 관한 것으로 반응액의 일부를 인출하여 적정 온도 이상으로 가열해야 하는 문제점과 열교환기의 관로 내부에 스케일 침착 문제 등이 해소되지 못하고 있다.In addition, as conventional technologies related to reactors such as digesters for biologically fermenting sludge, Patent Registration No. 10-1410722 "Anaerobic Fermentation System and Method Using Aerobic Fermentation Heat as Heating Energy", Registration Patent No. 10-0592332 " High-efficiency anaerobic digestion tank device”, Patent No. 10-1807843, “High-temperature type anaerobic digestion treatment device and digestion treatment method”, Registration Patent No. 10-1272243, “Selective action type anaerobic digestion system for organic waste treatment”, Registered Patent No. No. 10-1143897 「Digestion and fermentation tank of wet biomass using seawater」, 「Reg. A method for producing biogas and its device,” Patent No. 10-1087035, “High-temperature anaerobic digestion treatment device,” etc. have been proposed and disclosed. However, in a reaction device such as an anaerobic digester in the registered patent technology, it relates to a method of uniformly transferring fermentation heat, securing a heat source used for heating, and configuring a heat exchange system, which requires that a part of the reaction liquid be withdrawn and heated to an appropriate temperature or higher. The problem and the problem of scale deposition inside the duct of the heat exchanger have not been resolved.
이에 반응기를 교반하는 교반장치와 생물막 담체가 서로 간섭하거나 충돌하지 않고 사수구역이 최소화되고 적절한 전단력에 의해 원활한 탈막이 이루어지는 교반장치 및 생물막 담체와 열전달효율이 우수하고 스케일 형성이 최소화 되고 적절한 난류가 형성될 수 있는 가온기능이 구비된 반응장치의 개발이 필요하다. Therefore, the agitator and biofilm support that agitate the reactor do not interfere or collide with each other, minimize the dead water area, achieve smooth film removal by appropriate shear force, excellent heat transfer efficiency with the biofilm support, minimize scale formation, and form appropriate turbulence. It is necessary to develop a reaction device equipped with a heating function that can be.
본 발명은 상술한 제 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 서로 충돌 및 간섭하지 않고 사수구역이 최소화되며 미생물의 고농도 증식이 가능한 생물막 담체 및 교반장치를 제공하는 한편, 열효율이 우수하고 스케일 형성이 방지되며 적절한 난류형성에 의해 반응효율이 증대되는 반응장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and provides a biofilm carrier and agitator capable of minimizing the water area without colliding and interfering with each other and proliferating microorganisms at high concentration, while having excellent thermal efficiency and preventing scale formation. Its purpose is to provide a reaction device in which the reaction efficiency is increased by appropriate turbulence formation.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른, 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치는, 회전력을 생성하는 구동부;와 미생물이 부착증식하는 담체 유니트; 구동부의 회전력을 상기 담체 유니트에 전달하는 회전축; 및 상기 담체 유니트가 상기 회전축에 연동되도록 하는 고정부;를 포함하고, 상기 담체 유니트는, 상대적으로 견고한 구조의 외곽 담체;와 상기 외곽 담체에 구비되며 유체가 유통되도록 하는 복수의 관통구; 상기 외곽 담체의 내측에 구성되어 있는 수용부; 및 상기 수용부에 설치되며 상대적으로 비표면적과 공극율이 큰 생물막 담체;를 포함하여 이루어지고, 미생물의 부착증식과 반응 대상물의 교반을 병행하도록 되어 있다. In order to achieve the above object, according to an embodiment of the present invention, a stirring device equipped with a biofilm attachment growth function, a driving unit for generating a rotational force; and a carrier unit in which microorganisms adhere to propagation; a rotational shaft transmitting the rotational force of the driving unit to the carrier unit; and a fixing part for allowing the carrier unit to interlock with the rotating shaft, wherein the carrier unit includes: an outer carrier having a relatively rigid structure; and a plurality of through-holes provided in the outer carrier and allowing fluid to flow therethrough; an accommodating part configured inside the outer carrier; And a biofilm carrier installed in the receiving unit and having a relatively large specific surface area and porosity; and is made to include, and to parallel the growth of microorganisms and the stirring of the reaction object.
본 발명의 일 실시예에 따른, 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치에서, 상기 생물막 담체는 사상체가 중첩되어 구성된 섬유상 담체;로 되어 있다. According to an embodiment of the present invention, in the agitation device equipped with a biofilm attachment proliferation function, the biofilm carrier is a fibrous carrier composed of overlapping filaments;
본 발명의 일 실시예에 따른, 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치에서, 상기 생물막 담체는 복수의 입상체로 구성된 입상 담체;로 되어 있다. According to an embodiment of the present invention, in the agitator equipped with a biofilm attachment growth function, the biofilm carrier is a granular carrier composed of a plurality of granular bodies; has become.
본 발명의 일 실시예에 따른, 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치에서, 상기 생물막 담체는 적어도 어느 일측이 외부 표면과 연통되는 복수의 개방형 공극이 구비되어 있는 스펀지상 담체;로 되어 있다. According to an embodiment of the present invention, in the agitation device equipped with a biofilm attachment growth function, the biofilm carrier is a sponge-like carrier provided with a plurality of open pores at least one side of which is in communication with the outer surface; has become.
본 발명의 일 실시예에 따른, 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치에서, 상기 생물막 담체는, 넓이에 비해 상대적으로 두께가 얇은 판상 부재;와 상기 판상 부재에 구비된 복수의 관통구; 상기 관통구를 중심으로 적어도 어느 일측으로 돌출되는 튜브형 돌기부; 및 상기 튜브형 돌기부에 구성된 파단부;를 포함하여 이루어진다. According to an embodiment of the present invention, in the agitation device equipped with a biofilm attachment growth function, the biofilm carrier, a relatively thin plate-like member compared to the width; and a plurality of through-holes provided in the plate-like member; a tubular protrusion protruding to at least one side around the through-hole; and a fracture portion formed on the tubular protrusion.
본 발명의 일 실시예에 따른, 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치에서, 상기 생물막 담체는, 반응액의 유입이 차단되어 있는 밀폐형 공극;과 적어도 어느 일측이 외부 표면과 연통되어 있는 개방형 공극; 및 반응액이 전후면을 관통하여 유통될 수 있는 유통유로;를 포함하여 이루어지고, 상기 밀폐형 공극의 크기 및 개수의 증감에 의해 비중이 조절되고, 상기 개방형 공극의 크기 및 개수의 증감에 의해 비표면적이 조절되며, 상기 유통유로의 크기 및 개수의 증감에 의해 유통유량이 조절된다. According to an embodiment of the present invention, in the agitation device equipped with a biofilm attachment growth function, the biofilm carrier, a closed pore in which the inflow of the reaction solution is blocked; and an open pore in which at least one side is in communication with the outer surface; and a circulation passage through which the reaction liquid can pass through the front and rear surfaces, wherein the specific gravity is controlled by increasing or decreasing the size and number of the closed pores, and the specific gravity is controlled by increasing or decreasing the size and number of the open pores. The surface area is controlled, and the distribution flow is controlled by increasing or decreasing the size and number of the distribution passages.
본 발명의 일 실시예에 따른, 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치에서, 하나 이상의 유통 지지부;를 더 포함하고, 상기 유통 지지부는 복수의 관통구; 및 상기 외곽 담체의 전후면을 서로 관통시키는 유통유로;를 포함하여 이루어지고, 상기 유통 지지부는 상기 외곽 담체의 수용부 내측에 구비된다. In an agitation device equipped with a biofilm attachment growth function according to an embodiment of the present invention, one or more distribution support; further comprising, wherein the distribution support comprises a plurality of through-holes; and a distribution passage through which front and rear surfaces of the outer carrier pass through each other, wherein the distribution support part is provided inside the accommodating part of the outer carrier.
본 발명의 일 실시예에 따른, 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치에서, 상기 담체 유니트는 반응액 중에서 하중 부하가 경감 되도록 가중평균 비중이 0.9∼1.1 범위로 되어 있다. According to an embodiment of the present invention, in the agitator equipped with a biofilm attachment growth function, the carrier unit has a weighted average specific gravity in the range of 0.9 to 1.1 so as to reduce the load load in the reaction solution.
본 발명의 일 실시예에 따른, 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치에서, 상기 외곽 담체에 구비되는 복수의 리브살;을 더 포함하고, 상기 리브살의 폭(w)과 배치 각도(θ) 및 배치 간격(ℓ)의 증감에 의해 리브살의 측면으로 분류되는 교반유량과 후면으로 분류되어 담체 유니트와 접촉하는 반응유량의 비율을 조절하도록 되어 있다.In accordance with an embodiment of the present invention, in the agitation device equipped with a biofilm attachment growth function, a plurality of ribs provided on the outer carrier; further comprising, the width (w) and arrangement angle (θ) of the ribs and By increasing or decreasing the arrangement interval (ℓ), the ratio of the agitation flow rate divided to the side of the rib meat and the reaction flow rate classified to the rear side and contacted with the carrier unit is controlled.
본 발명의 일 실시예에 따른, 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치에서, 하나 이상의 교반용 블레이드가 구비되어 있는 회전차;를 더 포함하고, 상기 담체 유니트는 상기 블레이드의 앞면과 뒷면 중에서 적어도 어느 일면에 설치된다.In accordance with an embodiment of the present invention, in the agitating device having a function of attaching and proliferating biofilms, a rotating car equipped with one or more blades for agitation; further comprising, wherein the carrier unit is at least one of the front and rear surfaces of the blades. installed on one side.
본 발명의 일 실시예에 따른, 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치에서, 상기 블레이드에 구비되며 유체가 유통되도록 하는 복수의 유통유로;를 더 포함한다. In accordance with an embodiment of the present invention, in the agitation device equipped with a biofilm attachment growth function, a plurality of flow passages provided on the blade and allowing the fluid to flow; further includes.
본 발명의 일 실시예에 따른, 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치는, 회전력을 생성하는 구동부;와 하나 이상의 교반용 블레이드가 구비되어 있는 회전차; 구동부의 회전력을 상기 회전차에 전달하는 회전축; 및 미생물이 부착증식하는 생물막 담체;를 더 포함하고, 상기 생물막 담체는 상기 블레이드의 앞면과 뒷면 중에서 적어도 어느 일면에 설치되는 구조로 이루어진다. According to one embodiment of the present invention, the stirring device is provided with a biofilm attachment growth function, a driving unit for generating a rotational force; and a rotating car equipped with one or more blades for stirring; a rotational shaft transmitting the rotational force of the driving unit to the rotational vehicle; And a biofilm carrier on which microorganisms attach and proliferate; further comprising, wherein the biofilm carrier is made of a structure installed on at least one side of the front and rear surfaces of the blade.
본 발명의 일 실시예에 따른, 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치에서, 상기 생물막 담체는 사상체가 중첩되어 구성된 섬유상 담체;와 복수의 입상체가 접착되어 구성된 입상 담체; 적어도 어느 일측이 외부 표면과 연통되는 복수의 개방형 공극이 구비되어 있는 스펀지상 담체; 중에서 선택된다. According to an embodiment of the present invention, in the agitator equipped with a biofilm attachment growth function, the biofilm carrier is a fibrous carrier configured by overlapping filamentous bodies; and a granular carrier configured by bonding a plurality of granular bodies; a sponge-like carrier provided with a plurality of open pores at least one side of which communicates with an outer surface; are selected from
본 발명의 일 실시예에 따른, 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치에서, 상기 생물막 담체는,According to an embodiment of the present invention, in the agitator equipped with a biofilm attachment growth function, the biofilm carrier,
넓이에 비해 상대적으로 두께가 얇은 판상 부재;와 상기 판상 부재에 구비된 복수의 관통구; 상기 관통구를 중심으로 적어도 어느 일측으로 돌출되는 튜브형 돌기부; 및 상기 튜브형 돌기부에 구성된 파단부;를 포함하여 이루어진다. a plate-like member having a relatively thin thickness compared to its width; and a plurality of through-holes provided in the plate-like member; a tubular protrusion protruding to at least one side around the through-hole; and a fracture portion formed on the tubular protrusion.
본 발명의 일 실시예에 따른, 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치에서, 상기 생물막 담체는, 반응액의 유입이 차단되어 있는 밀폐형 공극;과 적어도 어느 일측이 외부 표면과 연통되어 있는 개방형 공극; 및 반응액이 전후면을 관통하여 유통될 수 있는 유통유로;를 포함하고, 상기 밀폐형 공극의 크기 및 개수의 증감에 의해 비중이 조절되고, 상기 개방형 공극의 크기 및 개수의 증감에 의해 비표면적이 조절되며, 상기 유통유로의 크기 및 개수의 증감에 의해 유통유량이 조절된다. According to an embodiment of the present invention, in the agitation device equipped with a biofilm attachment growth function, the biofilm carrier, a closed pore in which the inflow of the reaction solution is blocked; and an open pore in which at least one side is in communication with the outer surface; and a distribution channel through which the reaction liquid can pass through the front and rear surfaces, wherein the specific gravity is controlled by increasing or decreasing the size and number of the closed pores, and the specific surface area is increased or decreased by increasing or decreasing the size and number of the open pores. The distribution flow rate is controlled by increasing or decreasing the size and number of the distribution passages.
본 발명의 일 실시예에 따른, 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치에서, 상기 생물막 담체는 생물막이 부착된 상태에서 반응액의 상부 수면에 부상될 수 있도록 비중이 0.90~0.98 범위로 되어 있다. According to an embodiment of the present invention, in the agitator equipped with a biofilm attachment growth function, the biofilm carrier has a specific gravity in the range of 0.90 to 0.98 so as to be floated on the upper surface of the reaction solution in a state in which the biofilm is attached.
본 발명의 일 실시예에 따른, 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치에서, 상기 블레이드에 구비되며 유체가 유통되도록 하는 복수의 유통유로;를 더 포함한다. In accordance with an embodiment of the present invention, in the agitation device equipped with a biofilm attachment growth function, a plurality of flow passages provided on the blade and allowing the fluid to flow; further includes.
본 발명의 일 실시예에 따른, 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치를 포함하는 반응장치는, 수체가 유입, 체류 및 유출되면서 반응이 이루어지는 반응기;를 더 포함하고, 상기 교반장치는 상기 반응기에 설치되어 이루어진다. According to an embodiment of the present invention, the reaction device including a stirrer having a function of attaching and proliferating biofilms includes a reactor in which the reaction is performed while water flows in, stays, and flows out; and the agitator further includes, installed and done
본 발명의 일 실시예에 따른, 나선형 열매체 순환관을 포함하는 반응장치는, 회전력을 생성하는 구동부와 반응액을 교반하는 회전차 및 회전축을 포함하여 구성된 교반장치;와 수체가 유입, 체류 및 유출되면서 반응이 이루어지는 반응기; 열매체가 순환하는 유로를 제공하는 열매체 순환관; 및 열매체가 순환되도록 유동시키는 열매체 유동수단;을 포함하는 반응장치에 있어서, 상기 열매체 순환관은 미리 정해진 간격 및 각도만큼 서로 이격 및 경사지도록 배치되어 구성된 나선형 열매체 순환관이며; 상기 교반장치는 상기 나선형 열매체 순환관에 회전유동이 작용되도록 설치되고; 상기 나선형 열매체 순환관은 상기 교반장치에 의해 생성되는 회전유동에 의해 외부 표면이 세척되고 스케일 형성이 방지되며; 상기 회전유동과 나선형 열매체 순환관의 충돌 및 난류 생성에 의해 열교환 효율 및 반응 효율이 증대되도록 구성되어 있다.According to an embodiment of the present invention, a reaction device including a spiral heating medium circulation pipe includes a stirring device including a driving unit for generating rotational force, a rotational vehicle for stirring a reaction solution, and a rotational shaft; and water flows in, stays, and flows out. A reactor in which the reaction takes place; a heat-medium circulation tube providing a flow path through which the heat-medium circulates; and a heat medium flow means for circulating the heat medium, wherein the heat medium circulation tubes are spiral heat medium circulation tubes arranged so as to be spaced apart from each other and inclined at predetermined intervals and angles; The stirring device is installed so that rotational flow acts on the spiral heat medium circulation pipe; The outer surface of the spiral heat medium circulation pipe is cleaned by the rotational flow generated by the stirring device and scale formation is prevented; It is configured to increase heat exchange efficiency and reaction efficiency by collision of the rotational flow with the spiral heat medium circulation pipe and generation of turbulence.
본 발명의 일 실시예에 따른, 나선형 열매체 순환관을 포함하는 반응장치에서, 상기 나선형 열매체 순환관은 수평면을 기준으로 2°∼ 5°경사지게 배치되어 있다. According to an embodiment of the present invention, in the reaction device including a spiral heat medium circulation tube, the spiral heat medium circulation tube is inclined by 2° to 5° relative to the horizontal plane.
본 발명의 일 실시예에 따른, 나선형 열매체 순환관을 포함하는 반응장치에서, 열매체를 냉각하거나 가온하는 열교환장치;를 더 포함하고, 상기 열교환장치는 상기 반응기의 내부에 체류하는 반응 대상물의 온도를 미리 정해진 온도범위 내에서 조절될 수 있도록 열매체의 온도를 제어한다.According to an embodiment of the present invention, in the reaction device including a spiral heat medium circulation pipe, a heat exchange device for cooling or warming the heat medium is further included, and the heat exchange device controls the temperature of the reaction object staying inside the reactor. The temperature of the heating medium is controlled so that it can be adjusted within a predetermined temperature range.
본 발명의 일 실시예에 따른, 나선형 열매체 순환관을 포함하는 반응장치에서, 상기 교반장치는 정회전과 역회전을 반복할 수 있는 회전방향 변경수단;을 더 포함하고, 정회전하는 상기 교반장치에서 생성되는 회전유동에 의해 상기 나선형 열매체 순환관의 어느 일측 표면이 세척되고, 역회전하는 상기 교반장치에서 생성되는 반대방향의 회전유동에 의해 상기 나선형 열매체 순환관의 다른 일측 표면이 세척됨으로써 나선형 열매체 순환관의 전체 표면이 세척 및 스케일 형성이 방지되도록 구성되어 있다.According to an embodiment of the present invention, in the reaction device including a spiral heat medium circulation pipe, the stirring device further includes a rotation direction changing means capable of repeating forward rotation and reverse rotation, and in the stirring device that rotates forward One surface of the spiral heat medium circulation pipe is washed by the generated rotational flow, and the other surface of the spiral heat medium circulation tube is washed by the rotation flow in the opposite direction generated by the counter-rotating stirring device, thereby circulating the spiral heat medium. The entire surface of the tube is constructed to prevent cleaning and scaling.
본 발명의 일 실시예에 따른, 나선형 열매체 순환관을 포함하는 반응장치에서, 입상의 유동상 매체;를 더 포함하고, 상기 유동상 매체는 유동하면서 상기 나선형 열매체 순환관과 충돌하여 외부 표면에 스케일 형성이 방지되도록 상기 반응기 내부에 충전된다.According to an embodiment of the present invention, in the reaction apparatus including the spiral heat medium circulation tube, the granular fluidized medium is further included, and the fluidized medium collides with the spiral heat medium circulation tube while flowing to form scale on the outer surface. It is filled inside the reactor so that formation is prevented.
본 발명의 일 실시예에 따른, 나선형 열매체 순환관을 포함하는 반응장치에서, 상기 유동상 매체는, 크기는 직경 5~20mm 범위이고, 비중은 반응액 중에서 원활하게 유동될 수 있는 0.95~1.05 범위로 되어 있다.According to an embodiment of the present invention, in the reaction apparatus including a spiral heat medium circulation tube, the fluidized bed medium has a diameter in the range of 5 to 20 mm and a specific gravity in the range of 0.95 to 1.05 that can smoothly flow in the reaction solution. is made up of
본 발명의 일 실시예에 따른, 나선형 열매체 순환관을 포함하는 반응장치에서, 상기 유동상 매체에 구비되며 적어도 어느 일측이 외부 표면과 연통되어 있는 복수의 개방형 공극;을 더 포함하고, 상기 유동상 매체는 무독성의 소재로 구성되고 미생물이 부착증식하는 생물막 담체로 되어 있다. According to an embodiment of the present invention, in the reaction apparatus including a spiral heating medium circulation pipe, the fluidized bed medium further includes a plurality of open pores provided in the fluidized bed medium and at least one side of which is in communication with an outer surface, the fluidized bed The medium is made of a non-toxic material and is a biofilm carrier on which microorganisms attach and multiply.
본 발명의 일 실시예에 따른, 나선형 열매체 순환관을 포함하는 반응장치에서, 중력식 침전지, 응집침전지, 부상분리장치, 여과장치, 막분리장치 중에서 선택된 하나 이상의 고액분리수단;을 더 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the reaction device including a spiral heat medium circulation tube further includes at least one solid-liquid separation means selected from a gravity settling tank, a flocculation settling tank, a flotation separator, a filtering device, and a membrane separator.
본 발명의 일 실시예에 따른, 나선형 열매체 순환관을 포함하는 반응장치에서, 생물학적 반응기, 물리화학적 반응기 중에서 선택된 하나 이상의 반응기를 더 포함한다. According to an embodiment of the present invention, the reaction apparatus including a spiral heat medium circulation tube further includes at least one reactor selected from a biological reactor and a physicochemical reactor.
본 발명에 따른 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치는 교반기와 생물막 담체가 하나의 구동부 및 회전축에 의해 회전 작동하도록 일체로 구성됨에 따라 교반기의 임펠러와 생물막 담체의 충돌 및 사수구역 형성이 방지되고 적절하게 탈막되는 효과를 발휘하는 한편, 나선형 열매체 순환관이 구비된 반응장치는 열효율이 개선되고 스케일 형성이 최소화되며 반응기 내에 적절한 난류를 고르게 형성하여 반응효율이 개선되는 효과를 발휘하게 된다.The agitator having the function of attaching and proliferating biofilm according to the present invention is integrally configured so that the agitator and the biofilm carrier are rotated by one driving unit and a rotating shaft, so that the impeller of the agitator and the biofilm carrier are prevented from colliding and the formation of water traps is prevented. On the other hand, the reaction device equipped with a spiral heat medium circulation pipe has an effect of improving thermal efficiency, minimizing scale formation, and evenly forming appropriate turbulence in the reactor to improve reaction efficiency.
도 1은 본 발명에 따른 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치에 구비되는 담체 유니트 제1실시예의 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치에 구비되는 담체 유니트 제1실시예의 개념도인 상기 도 2의 B-B 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치에 구비되는 담체 유니트 제1실시예의 개념도인 상기 도 2 및 도 3의 C-C 단면도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 담체 유니트에 포함되는 생물막 담체 제4실시예의 단면도이다.
도 5b는 본 발명에 따른 담체 유니트에 포함되는 생물막 담체 제4실시예의 평면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치에 구비되는 담체 유니트 제2실시예의 개념도이다.
도 7은 본 발명에 따른 생물막 부착증식형 교반장치에 구비되는 담체 유니트 제3실시예의 개념도이다.
도 8은 본 발명에 따른 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치의 다른 실시예에 대한 개념도이다.
도 9는 본 발명에 따른 반응장치 제1실시예의 개념도이다.
도 10은 본 발명에 따른 반응장치를 포함하는 수처리장치 제1실시예의 개념도이다.
도 11은 본 발명에 따른 반응장치를 포함하는 수처리장치 제2실시예의 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a stirring device equipped with a biofilm attachment growth function according to the present invention.
Figure 2 is a conceptual diagram of a first embodiment of the carrier unit provided in the agitator equipped with a biofilm attachment growth function according to the present invention.
3 is a BB cross-sectional view of FIG. 2, which is a conceptual diagram of a first embodiment of a carrier unit provided in an agitator equipped with a biofilm attachment growth function according to the present invention.
4 is a CC cross-sectional view of FIGS. 2 and 3, which is a conceptual diagram of a first embodiment of a carrier unit provided in an agitator equipped with a biofilm attachment and growth function according to the present invention.
Figure 5a is a cross-sectional view of a fourth embodiment of the biofilm carrier included in the carrier unit according to the present invention.
Figure 5b is a plan view of a fourth embodiment of the biofilm carrier included in the carrier unit according to the present invention.
Figure 6 is a conceptual diagram of a second embodiment of the carrier unit provided in the agitator equipped with a biofilm attachment growth function according to the present invention.
Figure 7 is a conceptual diagram of a third embodiment of the carrier unit provided in the biofilm attachment growth type agitator according to the present invention.
8 is a conceptual diagram of another embodiment of a stirring device equipped with a biofilm attached growth function according to the present invention.
9 is a conceptual diagram of a first embodiment of a reactor according to the present invention.
10 is a conceptual diagram of a first embodiment of a water treatment device including a reaction device according to the present invention.
11 is a conceptual diagram of a second embodiment of a water treatment device including a reaction device according to the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치의 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a stirring device equipped with a biofilm attachment growth function according to the present invention.
상기 도 1은 생물학적 반응기에 설치되어 반응액을 교반시키는 교반기능과 생물막 부착증식 기능이 함께 구비되어 있는 교반장치에 관한 것이다.1 relates to an agitation device installed in a biological reactor and equipped with an agitation function for agitating a reaction solution and a biofilm attachment and growth function.
본 발명에 따른 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 회전력을 생성하는 구동부(11), 미생물이 부착증식하는 담체 유니트(20) 및 구동부(11)의 회전력을 상기 담체 유니트(20)에 전달하는 회전축(12)을 포함하고, 상기 담체 유니트(20)는 비표면적과 공극율이 크고 무독성의 소재로 구성되어 내외부 표면에 미생물이 부착증식하는 한편, 상기 구동부(11)와 연동되어 회전하면서 반응액을 교반하도록 구성되어 있다. 교반기능이 구비된 담체 유니트(20)에 추가하여 교반동력을 증대시킬 수 있는 일반적인 교반용 회전차(13)가 더 포함될 수 있다. As shown in FIG. 1, the stirring
상기 담체 유니트(20)는, 반응 대상물을 교반시킬 수 있도록 두께에 비하여 상대적으로 넓이가 넓은 판상이 일반적이며, 미생물이 잘 부착증식 될 수 있도록 생체독성이 없는 무독성의 소재로 구성되고, 부피에 비하여 상대적으로 넓은 표면적이 제공 될 수 있도록 공극율과 비표면적이 큰 구조가 바람직하다. 상기 담체 유니트(20)는 구동부(11)의 회전력을 교반력으로 전환할 수 있고 동시에 표면에 부착증식하는 생물막과 반응 대상물의 접촉빈도가 증대될 수 있도록 회전축(12)에 연동되어 회전 작동하는 구성이다. 상기 담체 유니트(20)에는 고정부가 구비되며, 상기 고정부는 회전축(12)에 직접 고정 설치되거나 거치대(14)를 통하여 회전축(12)에 연결 설치될 수 있다. The
상기한 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명은 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치(10)에 추가하여 반응 대상물이 체류하면서 반응이 이루어지고 미생물이 부유증식할 수 있는 공간을 제공하는 반응기(50)를 더 포함할 수 있다. 상기 교반장치(10)는 상기 반응기(50)에 설치되어 회전하면서 반응 대상물을 교반시키는 동시에 상기 담체 유니트(20)에 부착증식하는 미생물과 기질의 접촉을 증가시켜서 효율적인 생물학적 반응이 이루어지는 반응장치(100)를 실현할 수 있게 된다. As shown in FIG. 1, the present invention is a reactor (50) that provides a space for the reaction to occur while the reaction object stays in addition to the
상기 교반장치(10)에 구비되어 있는 담체 유니트(20)의 내외부 표면에는 미생물이 부착증식하여 생물막을 형성하게 되는데, 생물막과 반응액 중의 기질이 원활하게 접촉되고 접촉빈도가 증대될 수 있도록 상기 담체 유니트(20)는 주로 반응액에 잠겨 회전하도록 구성되어 있는 침적형이 일반적이다. 또, 과잉 부착된 생물막은 상기 담체 유니트(20)가 회전하면서 발생되는 반응액과의 충돌 및 전단력에 의해 탈막(Sloughing)이 이루어지게 된다. 탈막된 생물막의 파편에 포함된 미생물과 반응액 중에서 자생된 부유 미생물이 유동하면서 부유증식하게 된다. 따라서 부유증식과 부착증식이 병행하는 복합증식이 이루어지므로 반응기(50) 내의 미생물 농도를 높게 유지할 수 있고 반응효율을 증대시킬 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따른 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치(10)는 교반기능에 추가하여 반응액과 생물막의 접촉을 증대시키고 미생물의 복합증식이 이루어지므로 생물학적 반응효율을 증대시킬 수 있게 된다. On the inner and outer surfaces of the
도 2는 본 발명에 따른 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치에 구비되는 담체 유니트 제1실시예의 개념도이다.Figure 2 is a conceptual diagram of a first embodiment of the carrier unit provided in the agitator equipped with a biofilm attachment growth function according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치에 구비되는 담체 유니트 제1실시예의 개념도인 상기 도 2의 B-B 단면도이다.3 is a B-B cross-sectional view of FIG. 2, which is a conceptual diagram of a first embodiment of a carrier unit provided in an agitator equipped with a biofilm attachment and growth function according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치에 구비되는 담체 유니트 제1실시예의 개념도인 상기 도 2 및 도 3의 C-C 단면도이다. 4 is a C-C cross-sectional view of FIGS. 2 and 3, which is a conceptual diagram of a first embodiment of a carrier unit provided in an agitator equipped with a biofilm attachment and growth function according to the present invention.
상기 도 2, 도 3, 도 4에 있어서, 도 2는 상기 도 1의 AA 단면도이며, 본 발명에 따른 교반장치에 구비되는 담체 유니트 제1실시예에 관한 것이다. 상기 제1실시예의 담체 유니트(20)는 생체독성이 없고 비표면적과 공극율이 크고 표면에 미생물이 부착증식하는 생물막 담체(22)와 복수의 관통구(24)가 구비되어 있고 외곽의 형상은 주로 두께에 비하여 상대적으로 넓이가 넓은 판상이며 상기 생물막 담체(22)를 수용하는 수용부[도 2에서 생물막 담체(22)가 충전되어 있는 공간]가 구비되어 있는 외곽 담체(21)를 포함하고, 상기 외곽 담체(21)의 수용부에는 생물막 담체(22)가 충전되어 있는 구성이다. 담체 유니트(20)를 구성하는 상기 외곽 담체(21)에는 회전축(12) 또는 거치대(14)가 삽입 고정될 수 있는 고정부(25)가 구비되므로 상기 담체 유니트(20)는 거치대(14)를 통하여 회전축(12)에 설치되거나 회전축(12)에 직접 설치되어 구동부(11)에 연동되어 회전 작동하게 된다. 구동부(11)에 의하여 상기 담체 유니트(20)가 회전하면 반응액의 유동이 발생되고 교반이 이루어지게 되는데, 상기 생물막 담체(22)는 비표면적과 공극율이 큰 구성이므로 유동에 대응하는 물리적 구조가 취약할 수 있다. 이에 상기 외곽 담체(21)는 생물막 담체(22)를 수용하여 보호 및 지지하는 구조체로서 기능하게 된다. 또, 상기 외곽 담체(21)는 복수의 관통구(24)가 구비되어 있으므로 반응기(50) 내의 반응 대상물이 외곽 담체(21)의 수용부에 배치된 생물막 담체(22)에게로 원활하게 유통될 수 있도록 하는 한편, 상기 외곽 담체(21) 자체도 내외부 표면에 미생물이 부착증식하는 담체로써 기능하게 된다.In FIGS. 2, 3, and 4, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1, and relates to a first embodiment of the carrier unit included in the stirrer according to the present invention. The
미생물이 부착증식할 수 있는 상대적으로 넓은 표면적이 제공되는 담체 유니트(20)는 공극율과 비표면적이 큰 편임에도 불구하고 담체의 전체 체적 중에서 공극 부분을 제외하고 순수하게 소재가 차지하는 부피가 상당히 큰 편이다. 이와 같이 소재의 부피가 크게 구성되므로 소재의 비중이 큰 경우에는 담체 유니트(20)는 무거운 중량물을 형성하게 되고 회전축(12), 거치대(14), 구동부(11)에 부과되는 하중부하의 증대로 인해 부재의 단면이 증대하게 되고 회전을 위한 동력소요도 증가하게 된다. 반면에, 비중이 지나치게 작은 소재로 구성되는 경우에도 반응액에 잠길 때 발생하는 부력에 의해 회전축(12), 거치대(14) 및 구동부(11) 등에 다른 형태의 하중부하인 부력이 작용하게 된다. 이와 같이 무게하중 또는 부력하중에 의해 회전축(12)과 거치대(14) 등 구조체의 단면을 증대시키는 점은 동일하다. 또, 상기 담체 유니트(20)에는 생물막이 부착증식하게 됨으로 부착된 생물막의 중량에 의한 하중부하가 더 증가하게 된다. 따라서 비표면적과 공극율이 큰 생물막 담체(22)와 복수의 관통구(24)가 구비되어 있는 외곽 담체(21)가 조합 구성되는 상기 담체 유니트(20)의 가중평균 비중을 0.9∼1.1의 범위가 되도록 구성하는 것이 바람직하다. 비중 1.0을 약간 상회하는 반응액에 비중범위 0.9～1.1인 상기 담체 유니트(20)가 잠겨 있을 때 반응액의 부력에 의해 회전축(12) 및 거치대(14) 등에 작용하는 담체 유니트(20)의 상대비중은 0±0.1의 범위이므로 무게와 부력에 의한 하중부하가 적은 담체 유니트(20)를 실현할 수 있게 된다.Although the
상기 생물막 담체(22)는, 섬유상, 입상, 스펀지상 등으로 다양하게 구성될 수 있는데 본 발명의 제1실시예에 따른 생물막 담체(22)로서 섬유상 담체(미도시)는 합성수지 사상체가 중첩되어 접착되거나, 편직 또는 직조에 의해 구성될 수 있는데 섬유의 직경이 지나치게 미세한 경우 비표면적은 증대시킬 수 있으나 구조적으로 취약하게 된다. 또, 지나치게 굵은 경우에는 무게와 체적에 비해 비표면적이 작은 문제점이 있다. 따라서 상기 섬유상 담체는 주로 합성수지 소재로 이루어지되 직경 0.4~1.2mm 범위의 사상체로 구성하고 가급적 표면을 거칠게 구성하는 것이 바람직하다.The
상기 외곽 담체(21)의 수용부에 충전되는 상기 섬유상 담체는 상기 외곽 담체(21)에 의해 보호되고 있으나 유동하는 반응액과 지속적인 접촉 및 굴신에 의해 드물게는 일부 섬유가 끊어지거나 탈리될 수 있다. 상기 섬유상 담체가 기포가 포함되지 않고 폴리염화비닐(PVC), 폴리우레탄(PU) 등과 같은 비중이 큰 소재의 사상체로 구성되는 경우 사상체가 탈리되면 반응기(50)의 바닥에 침전되므로 제거가 어렵고 퇴적 슬러지에 혼입됨으로 슬러지의 퇴비화 등 재활용과 매립 등 처리처분에 장애물이 된다. 따라서 사상체가 탈리되는 경우에도 반응기(50)의 바닥에 퇴적되지 않고 수면으로 부상되어 쉽게 제거될 수 있도록 비중이 1.0 미만이 되도록 소재를 선택하거나 내부에 기포가 포함되어 겉보기 비중이 작은 것이 바람직하다. 담체의 표면에 부착증식하는 생물막의 비중은 일반적으로 1.01∼1.02 범위이므로 생물막이 부착증식된 상태에서도 탈리된 사상체가 부유할 수 있도록 상기 사상체는 비중이 0.90∼0.96 범위이며 무독성의 합성수지 소재가 바람직하다.The fibrous carrier filled in the receiving part of the
상기 도 3에서는 본 발명의 담체 유니트(20)에 의해 상승 수류가 형성되도록 상측을 향하여 기우러진 구성을 나타낸 개념도이다. 이와 같이 본 발명에 따른 상기 담체 유니트(20)의 전면은 상기 도 3에서처럼 반응기(50) 상부 측을 향하도록 구성함으로써 담체 유니트(20)에 의해 상승 유동을 형성하고 반응기(50)의 다른 구간에서는 반대 방향인 하강 유동이 형성되도록 구성하여 반응기(50) 내부의 반응액 전체가 원활하게 유동되도록 할 수 있다. 또, 상기 담체 유니트(20)의 전면을 하부 측을 향하도록 구성함으로써 담체 유니트(20)에 의해 하강 유동을 형성하고 반응기(50)의 다른 구간에서는 상승 유동이 형성되도록 할 수 있다. 또, 상기 담체 유니트(20)의 전면은 반응기(50)의 외곽 측을 향하도록 경사지게 설치되어 반응액이 반응기(50)의 외곽 측을 향하도록 유동을 형성함으로써 원활하게 혼합되도록 할 수 있다. 또, 유동방향을 회전축(12) 방향을 향하도록 할 수도 있으나 공간이 확대되는 외곽 방향의 유동이 일반적이다.3 is a conceptual diagram showing a structure tilted upward so as to form an ascending water flow by the
본 발명에 따른 생물막 부착증식형 교반장치(10)를 반응 대상물이 체류하고 생물학적 반응이 이루어지는 반응기(50)에 설치 작동하면, 상기 반응기(50) 내부에서 미생물의 복합증식이 이루어지므로 생물학적 반응의 효율을 증대시키며 혐기성 반응조는 물론, 포기장치를 추가 설치하여 호기성 반응조 등에 다양하게 적용할 수 있다.When the biofilm attachment
또, 본 발명에 따른 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치(10)의 담체 유니트(20)에 충전되는 생물막 담체(22)의 제2실시예는 비표면적과 생체 친화성이 큰 복수의 입상 담체(미도시)에 관한 것이다. 구동부(11)에 의하여 상기 담체 유니트(20)가 회전하면 반응액의 유동이 발생되고 교반이 이루어지게 되는데, 상기 입상 담체는 낱개의 입상체들을 모아서 수용부에 충전하여 담체 유니트(20)의 비표면적을 크게 할 수 있다. 복수의 관통구(24)와 수용부가 구비되어 있는 망상체인 상기 외곽 담체(21)는 입상 담체를 수용하여 보호하고 이탈을 방지하는 구조체로서 기능하게 된다. 상기 외곽 담체(21)는 복수의 관통구(24)가 구비되어 있으므로 반응액이 외곽 담체(21)의 수용부에 배치된 입상 담체에게로 원활하게 유통되도록 하는 한편, 상기 외곽 담체(21) 자체가 내외부 표면에 미생물이 부착증식하는 담체로서 기능하게 된다.In addition, the second embodiment of the
미생물이 부착증식할 수 있는 상대적으로 넓은 표면적이 제공되는 담체 유니트(20)는 비표면적이 큰 구조인 경우에도 전체 담체에서 공극을 제외하고 순수하게 소재가 차지하는 부피가 상당히 크게 차지하는 것이 일반적이다. 이와 같이 소재의 부피가 큰 편이므로 비중이 큰 소재로 구성되는 경우에는 담체 유니트(20)는 무거운 중량물을 형성하게 되고 회전축(12), 거치대(14), 구동부(11)에 하중부하의 증대로 인한 부재의 단면 및 동력 소요가 가중될 수 있다. 반면에, 비중이 지나치게 작은 소재로 제작되는 경우에는 반응액 중에 담체 유니트(20)가 잠길 때 발생하는 부력에 의해 회전축(12), 거치대(14) 및 구동부(11) 등에 다른 형태의 하중부하인 부력이 작용하게 된다. 이와 같이 무게하중은 물론 부력하중이 과중한 경우에는 회전축(12)과 거치대(14) 등 구조체의 단면 소요를 증대시키는 점에서는 동일하다. 또, 상기 담체 유니트(20)에는 생물막이 부착증식하게 됨으로 부착된 생물막의 중량에 의한 하중부하가 더욱 증가되게 된다. 따라서 입상 담체와 복수의 관통구(24)가 구비되어 있는 외곽 담체(21)를 포함하여 구성되는 상기 담체 유니트(20)의 가중평균 비중을 0.9∼1.1의 범위가 되도록 구성하면 비중 1.0을 약간 상회하는 반응액에 상기 담체 유니트(20)가 잠겨 있을 때 부력이 작용하므로 회전축(12) 및 거치대(14) 등에 작용하는 담체 유니트(20)의 상대비중은 0±0.1의 범위가 된다. 따라서 반응액 중에서는 무게와 부력에 의한 하중부하를 거의 받지 않는 담체 유니트(20)가 구비된 교반장치(10)를 실현할 수 있게 된다.In general, the
상기 입상 담체는, 합성수지 또는 세라믹 소재의 입상체로 구성될 수 있는데 입상체의 입경이 지나치게 미세한 경우 비표면적은 증대될 수 있으나 외곽 담체(21)에 형성되는 관통구(24)도 미세하게 구성되어야 하므로 반응액의 유통이 저하되는 문제점이 발생된다. 또, 지나치게 입경이 큰 경우에는 무게와 체적에 비해 비표면적이 작아지는 문제점이 있다. 따라서 주로 합성수지 또는 세라믹 소재로 이루어지는 상기 입상 담체는 직경 5~15mm 범위의 입상체로 구성하되 가급적 표면을 거칠게 구성하고 공극이 적어도 어느 일측이 외부 표면과 연통되어 있는 관통형의 공극이 구비되는 것이 바람직하다.The granular carrier may be composed of granules of synthetic resin or ceramic material. If the particle diameter of the granular material is too fine, the specific surface area may be increased, but the through
상기 외곽 담체(21)의 수용부에 충전되어 있는 상기 입상 담체는 상기 외곽 담체(21)에 의해 보호되며 이탈이 방지되고 있으나 유동하는 반응액 중에서 입상 담체들과 외곽 담체(21)와의 지속적인 접촉 및 충돌에 의해 드물게는 일부가 파손되고 파편이 외곽 담체(21)의 관통구(24)를 통하여 수용부 밖으로 이탈될 수 있다. 그런데 상기 입상 담체가 기포가 포함되지 않은 폴리염화비닐(PVC), 폴리우레탄(PU), 세라믹 등과 같은 비중이 큰 소재로 구성되는 경우 외부로 이탈되면 이탈된 입상체가 반응기(50)의 바닥에 침전되므로 제거가 어렵고 퇴적 슬러지에 혼입되는 문제점이 발생된다. 따라서 입상 담체가 탈리되는 경우에도 반응기(50)의 바닥에 퇴적되지 않고 수면으로 부상되어 쉽게 제거될 수 있도록 비중이 1.0 미만으로 구성되는 것이 바람직하다. 담체의 표면에 부착증식하는 생물막의 비중은 일반적으로 1.01∼1.02 범위 이므로 생물막이 부착증식된 상태에서도 탈리된 입상체가 부유할 수 있도록 상기 입상체는 비중이 0.90∼0.96 범위이며 무독성의 합성수지 소재로 구성하는 것이 바람직하다. 또, PVC, PU, 세라믹 등과 같은 비중이 1 보다 큰 소재로 구성하는 경우에는 상기 입상 담체의 내부에 밀폐형의 공극인 기포를 포함시키고 밀폐형 공극의 크기와 개수를 조절하여 겉보기 비중을 0.90∼0.96 범위로 낮추는 것이 바람직하다. 또, 생물막의 증식을 위해 관통형의 공극이 함께 구비되는 것이 바람직하다. 상기 입상 담체는 외곽 담체(21)의 내부에서 유동하고 상호 충돌하게 됨으로 생물막의 탈막이 원활하게 이루어지므로 미생물이 과다 부착되는 고농도의 반응에 유리하다.The granular carriers filled in the receiving part of the
상기 입상 담체는 상기 외곽 담체(21) 내측의 수용부에 낱개로 충전하거나 복수의 입상체들을 연통 공극이 구비되도록 접착시켜서 입상체 접착형 담체를 구성할 수 있다. 접착 성형되는 주로 판상인 상기 입상 담체의 전후면을 관통하여 반응액이 유통될 수 있는 유통유로(28)가 구비되는 것이 바람직하다. 이와 같이 상기 입상 담체는 생물막이 부착 성형되는 경우에도 반응액의 상부로 부상될 수 있도록 비중이 0.90~0.96 범위이고, 상기 담체 유니트(20)에 포함되어 있는 상기 입상 담체 및 외곽 담체(21)의 가중평균 비중은 반응액 중에서 하중부하가 경감 되도록 비중이 0.9∼1.1 범위가 바람직하다. The granular carrier may be individually filled in the receiving part inside the
또, 본 발명에 따른 제3실시예의 생물막 담체(22)는 적어도 어느 일측이 외부 표면과 연통되어 있는 복수의 개방형 공극이 구비되어 있는 스펀지상 담체(미도시)일 수 있다. 합성수지를 발포시킨 일반적인 스펀지는 공극이 밀폐형이므로 공극 내부에서 미생물이 부착증식할 수 없다. 따라서 상기 스펀지상 담체는 밀폐 공극을 파열시켜서 외부와 연통되는 개방형 공극을 구비하는 것이 바람직하다. 상기 스펀지상 담체의 비중은 상기한 섬유상 담체 및 입상 담체에서처럼 0.90～0.96 범위이고, 상기 스펀지상 담체 및 외곽 담체(21)가 포함되어 있는 상기 담체 유니트(20)의 가중평균 비중은 반응액 중에서 하중부하가 경감 되도록 비중이 0.9∼1.1 범위가 바람직하다. In addition, the
또, 본 발명에 따른 담체 유니트(20)에는 하나 이상의 유통 지지부(23)를 더 포함하고, 상기 유통 지지부(23)는 복수의 관통구(24) 및 상기 외곽 담체(21)의 전후면을 서로 관통시키는 유통유로(28)를 포함하여 이루어진다. 상기 유통 지지부(23)는 상기 외곽 담체(21)의 수용부 내측에 구비되며 외곽 담체(21)의 전면과 후면을 서로 연결하여 구조적으로 보강하고 전후면을 관통하는 유통유로(28)를 제공하는 한편, 상기 유통유로(28)의 측면에는 외곽 담체(21)에서처럼 복수의 관통구(24)가 구비되어 수용부 및 생물막 담체(22) 측으로 반응액을 유입시켜서 반응효율이 증대되도록 한다.In addition, the
도 5a는 본 발명에 따른 담체 유니트에 포함되는 생물막 담체 제4실시예의 단면도이다.Figure 5a is a cross-sectional view of a fourth embodiment of the biofilm carrier included in the carrier unit according to the present invention.
도 5b는 본 발명에 따른 담체 유니트에 포함되는 생물막 담체 제4실시예의 평면도이다.Figure 5b is a plan view of a fourth embodiment of the biofilm carrier included in the carrier unit according to the present invention.
본 발명에 따른 담체 유니트(20)에 포함되는 제4실시예의 생물막 담체(22)는 상기 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 넓이에 비해 상대적으로 두께가 얇은 판상 부재(27), 상기 판상 부재(27)에 구비된 복수의 유통유로(28), 상기 유통유로(28)를 중심으로 적어도 어느 일측으로 돌출되어 있는 튜브형의 단관부(29)를 포함하여 구성되며 상기 단관부(29)에는 적어도 어느 일측이 절개되어 반응액이 측면으로도 유통될 수 있는 하나 이상의 파단부(30)가 형성되어 있다. 상기 단관부(29)는 비표면적이 넓고 구조적으로 안정되도록 단면이 주로 육각형이 바람직하다. 상기 제4실시예의 생물막 담체(22)는 구조적으로 안정되고 비표면적이 넓고 반응액의 유통과 접촉이 원활한 구성이다.
도 6은 본 발명에 따른 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치에 구비되는 담체 유니트 제2실시예의 개념도이다.Figure 6 is a conceptual diagram of a second embodiment of the carrier unit provided in the agitator equipped with a biofilm attachment growth function according to the present invention.
상기 도 6에 도시된 본 발명에 따른 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치에 구비되는 담체 유니트(20) 제2실시예는 두께와 폭에 비하여 상대적으로 길이가 길게 구성된 복수의 리브살(26)을 더 포함하는 구성이다. 상기 리브살(26)들은 상기 외곽 담체(21)에 구비되며 상기 담체 유니트(20)가 회전하면서 진행하는 방향(a) 즉, 담체 유니트(20)가 회전하면서 형성되는 원형궤적의 접선방향(a)을 기준으로 미리 정해진 일정한 각도 θ 만큼 경사지게 배치된다. 또, 상기 리브살(26)들은 미리 정해진 간격(ℓ) 만큼 서로 이격 배치되되, 일정하게 등간격으로 배치되는 것이 일반적이다. 상기 리브살(26)은 내외부 표면에 미생물이 부착증식할 수 있으므로 그 자체로서 담체의 일부를 구성하는 한편, 반응액이 외곽 담체(21)의 내측 수용부에 고르게 유입되도록 유도하는 유도수단으로 작용하게 된다. 또, 상기 리브살(26)들은 담체 유니트(20)와 함께 회전하면서 진행방향(a)으로부터 경사진 측면으로 반응액의 유동 방향을 전환시켜서 교반수류를 형성하게 된다. 상기 리브살(26)들의 폭(w)이 넓을수록, 배치각도 θ가 클수록, 배치 간격(ℓ)이 좁을수록 측면 방향으로의 유동량은 증가되고 상기 리브살(26) 후방의 담체로 유입되는 유량은 감소하게 된다. 또, 상기 리브살(26)들의 폭(w)이 좁을수록, 배치각도 θ가 작을수록, 배치간격(ℓ)이 넓을수록 상기 리브살(26)에 의한 반응액의 유동량은 줄어들고 후방의 담체로 유입되는 유량은 증가하게 된다. 이와 같이 상기 리브살(26)들의 폭(w), 배치각도(θ), 배치간격(ℓ)을 조절함으로써 상기 담체 유니트(20)의 측면 방향으로 유도되는 유량인 교반유량과 외곽담체의 내측으로 유도되는 유량인 생물학적 반응 유량의 비율을 조절할 수 있게 된다. 또, 상기 리브살(26)은 외곽 담체(21)의 일부를 구성하므로 외곽 담체(21)의 내측 수용부에 충전되어 있는 섬유상 담체 또는 입상 담체들의 이탈을 방지하고 보호하는 망체로써 기능하게 된다.The second embodiment of the
상기 담체 유니트(20)는 도 6에서처럼 거치대(14)와 같은 직선 방향으로 설치되는 직선 형태에 국한되지 않으며 진행방향을 기준으로 후 방향으로 꺾여서 경사진 형태일 수 있다. 또, 전면 측이 볼록한 곡면일 수 있다. 이와 같이 경사지거나 곡면인 경우 상기 리브살(26)의 경사각을 정하는 기준선은 반드시 진행 방향 즉, 회전원과의 법선 방향에 국한되지 않고 상기 담체 유니트(20)의 전면 측 외곽선 또는 상기 담체 유니트(20) 전면의 양측 끝부분 지점을 서로 연결한 선분을 기준선으로 하여 일정한 각도(θ)로 경사지게 배치하는 등 경사각의 기준선은 외곽 담체(21)의 형상에 따라 다양하게 설정될 수 있다. The
도 7은 본 발명에 따른 생물막 부착증식형 교반장치에 구비되는 담체 유니트 제3실시예의 개념도이다.Figure 7 is a conceptual diagram of a third embodiment of the carrier unit provided in the biofilm attachment growth type agitator according to the present invention.
상기 도 7에 도시된 본 발명에 따른 생물막 부착증식형 교반장치에 구비되는 제3실시예의 담체 유니트(20)는 비표면적을 크게 하고 미생물이 증식할 수 있는 복수의 공극과 반응액이 관통될 수 있는 유통유로(28)를 포함하고 주로 세라믹과 합성수지 중에서 선택된 소재로 이루어진다. 외형은 주로 반응액의 교반에 유리한 판상이며, 상기한 제1 내지 제2 실시예의 담체 유니트(20)와 달리 외곽 담체(21)와 내부에 충전되는 담체로 구분되지 않고 단일한 소재로 구성되는 것이 일반적이며 주로 연통형 공극(미도시)의 내부 표면과 유통유로(28) 및 담체의 외부 표면에 생물막이 부착증식하게 된다. The
상기 담체 유니트(20)는 낱개의 입상체들을 접착시켜서 입상체들 사이에 공극이 형성되도록 하고 유통유로(28)가 구비된 판상으로 성형되어 구성될 수 있다. 또, 상기 유통유로(28)의 단면적과 경사각도(θ) 및 배치 개수에 의해 유통유량을 조절할 수 있다. The
또, 상기 제3실시예의 담체 유니트(20)는 상기한 외곽 담체(21)의 내측 수용부에 충전되는 생물막 담체(22)일 수 있다.In addition, the
또, 상기 제3실시예의 담체 유니트(20)는 다른 실시예에서와 같이 비중을 0.9∼1.1의 범위가 되도록 구성함으로써 비중 1.0을 약간 상회하는 반응액에 잠겨 있을 때 반응액의 부력이 작용하므로 회전축(12) 및 거치대(14) 등에 작용하는 담체 유니트(20)의 상대비중은 0±0.1의 범위이므로 반응액 중에서는 무게와 부력에 의한 하중부하를 거의 받지 않는 담체 유니트(20)가 구비된 교반장치(10)를 실현할 수 있게 된다.In addition, the
또, 상기 담체 유니트(20)는, 합성수지 또는 세라믹 소재로 구성되고 복수의 연통형 공극이 구비될 수 있는데 비중이 작은 폴리에틸렌(PE), 또는 폴리프로필렌(PP)이 사용되는 경우에는 하중이 경감될 수 있다. 그런데 상기 담체 유니트(20)가 내구성 등의 물성이 우수한 폴리염화비닐(PVC), 폴리우레탄(PU), 세라믹 등과 같은 비중이 큰 소재로 구성하는 경우에는 상기 담체 유니트(20)의 내부에 밀폐형의 공극인 기포를 포함시켜서 겉보기 비중을 0.9∼1.1 범위로 낮추는 것이 바람직하다.In addition, the
이와 같이 반응액이 공극의 내부로 유입되지 못하도록 유체 유입이 차단 및 밀폐되어 있는 복수의 밀폐형 공극과 반응액이 공극의 내부까지 유통될 수 있는 복수의 연통형 공극을 포함하여 이루어지고, 상기 밀폐형 공극의 크기 및 개수를 증감시켜서 상기 담체 유니트(20)의 겉보기 비중을 0.9～1.1 범위로 조절할 수 있고 상기 연통형 공극의 크기 및 개수를 증감시켜서 비표면적을 조절할 수 있다. In this way, it includes a plurality of closed pores in which fluid inflow is blocked and sealed so that the reaction solution does not flow into the pores, and a plurality of communication pores through which the reaction solution can flow to the inside of the pores. The apparent specific gravity of the
또, 상기 유통유로(28)의 내측에 배치되는 복수의 돌기판(미도시)을 더 포함하고 비표면적을 더욱 증대시켜서 생물막의 부착증식량을 증가시킬 수 있다.In addition, by further including a plurality of projection plates (not shown) disposed inside the
도 8은 본 발명에 따른 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치의 다른 실시예에 대한 개념도이다.8 is a conceptual diagram of another embodiment of a stirring device equipped with a biofilm attached growth function according to the present invention.
상기 도 8에 도시된 교반장치(10)는, 회전하면서 반응 대상물을 교반시킬 수 있는 블레이드(15)를 더 포함하고, 상기 담체 유니트(20)는, 두께에 비하여 상대적으로 넓이가 넓은 판상이며, 상기 블레이드(15)의 앞면과 뒷면 중에서 적어도 어느 일측에 배치되어 있는 구성이다. 또, 상기 블레이드(15)와 담체 유니트(20)를 견고하게 서로 결합할 수 있는 고정부(25a)가 구비된다.The
반응액이 내측으로 관통되는 다공성의 담체 유니트(20)에 의해 교반이 이루어지는 다른 실시예에서 보다 이 실시예에서는 블레이드(15)가 더 포함되므로 교반효율이 증대될 수 있고 구조적으로 견고하다. 또, 상기 블레이드(15)에는 전면과 후면이 서로 관통되도록 하는 하나 이상의 유통유로(28)를 구비함으로 담체 유니트(20) 측으로 반응액을 직접 유도하여 접촉을 증대시킬 수 있다.Since the
이와 같이 본 발명에 따른 교반장치(10)는 담체 유니트(20)와 하나 이상의 블레이드(15)를 더 포함하고, 상기 블레이드(15)는 상기 구동부(11)에 연동되어 회전작동되며, 상기 담체 유니트(20)는 상기 블레이드(15)의 앞면과 뒷면 중에서 적어도 어느 일면에 설치되되, 교반력의 증대 및 생물막에 과다한 전단력이 작용되지 않도록 주로 블레이드(15)의 후면부에 설치되는 것이 일반적이다. 또, 상기 블레이드(15)에 설치되는 미생물의 부착증식수단은 외곽 담체(21)와 생물막 담체(22)가 결합되어 있는 담체 유니트(20)로 제한되지 않으며 상기한 제1 내지 제4실시예의 섬유상 담체, 입상 담체, 스펀지상 담체, 도 5a 및 도 5b에서 제시된 판상 담체일 수 있다. 또, 본 발명의 다른 실시예에서 제시된 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치(10)는 공극율이 크고 다공성이므로 구조적으로 견고하지 못하고 물리적인 외력에 취약하고 쉽게 변형될 수 있는데 이 실시예에서는 블레이드(15)가 구비되므로 생물막 담체(22) 또는 담체 유니트(20)의 구조적인 취약점이 보완될 수 있다.As described above, the stirring
도 9는 본 발명에 따른 반응장치 제1실시예의 개념도이다.9 is a conceptual diagram of a first embodiment of a reactor according to the present invention.
상기한 도 9에 도시된 본 발명에 따른 나선형 열매체 순환관(40)이 포함하는 반응장치(100)는, 회전력을 생성하는 구동부(11)와 반응액을 교반하는 회전차(13) 및 회전축(12)을 포함하여 구성된 교반장치(10), 반응 대상물이 체류하면서 반응이 이루어지는 반응기(50), 열매체가 순환하는 유로를 제공하는 열매체 순환관 및 상기 열매체가 순환되도록 유동시키는 열매체 유동수단(61)을 포함하여 구성된다. 상기 열매체 순환관은, 주로 원형으로 밴딩된 복수의 관이 미리 정해진 일정한 각도로 기울어지고 서로 연통되어 나선형으로 배치된 나선형의 열매체 순환관이며, 주로 상기 생물학적 반응기(50)의 내벽의 측면을 따라서 설치된다. The
상기 교반장치(10)는 회전차(13) 및 회전축(12)이 상기 나선형 열매체 순환관(40)의 중심부 측에서 회전 작동되도록 설치된다. 상기 교반장치(10)에 의해 생성되는 반응기(50) 내부의 회전유동과 상기 나선형 열매체 순환관(40)의 외부표면과의 충돌에 의해 나선형 열매체 순환관(40)의 외부 표면이 세척되어 열매체 순환관의 표면에 스케일 형성이 방지되는 한편, 상기 나선형 열매체 순환관(40)과 회전유동의 충돌로 인해 난류가 생성되고 생성된 난류로 인해 열교환 효율 및 반응 효율이 증대될 수 있는 구성이다. The
또, 상기 나선형 열매체 순환관(40)을 포함하는 반응장치(100)는, 열매체를 냉각하거나 가온하는 열교환장치(60)를 더 포함하고, 상기 열교환장치(60)는 생물학적 반응기(50)의 내부에 체류하는 반응 대상물의 온도를 미리 정해진 미생물의 증식에 적합한 온도범위 내에서 유지될 수 있도록 나선형 열매체 순환관(40)의 내부에서 유동되는 열매체의 온도를 제어하는 구성일 수 있다.In addition, the
혐기성 소화조 또는 호기성 소화조 등과 같은 생물학적 반응기(50)에서 교반장치(10)는 주로 반응조의 중앙부에 회전축(12)이 직립하는 구조로 설치되며 따라서 반응액의 유동은 수평방향으로 플랫하게 이루어지는 것이 일반적이다. 상기 나선형의 열매체 순환관도 플랫하게 설치되는 경우 교반수류가 열매체 순환관과 평행하게 유동하게 되므로 열매체 순환관과의 충돌 및 난류 형성이 저조하게 됨으로 스케일 형성을 방지하는 세척력이 부족하게 되고 반응효율 및 열교환 효율이 저하될 수 있다.In a
반면에, 상기 나선형 열매체 순환관(40)의 경사각이 지나치게 큰 경우 반응액의 유동에 장애물이 되며 유체의 유동이 저하됨으로 반응기(50) 전체의 순환 및 혼합이 저하될 수 있다. 따라서 상기 열매체 순환관은 수평면을 기준으로 2°∼ 5°경사지게 배치되는 것이 바람직하다.On the other hand, if the inclination angle of the spiral heat
정회전하는 상기 교반장치(10)에서 생성되는 회전유동에 의해 상기 열매체 순환관의 어느 일측 표면이 세척되게 된다. 그런데 이 경우 회전유동과 직접 충돌하지 않는 상기 열매체 순환관의 다른 일측에는 스케일이 부착되어 열교환 효율이 저하될 수 있다. 따라서 상기 교반장치(10)는 정회전과 역회전을 반복할 수 있는 회전방향 변경수단(미도시)을 더 포함시키고, 역회전하는 상기 교반장치(10)에서 생성되는 반대방향의 회전유동에 의해 상기 열매체 순환관의 다른 일측 표면이 세척되도록 함으로써 열매체 순환관의 전체 표면이 세척 및 스케일 형성이 방지되도록 구성할 수 있다.One side surface of the heat medium circulating pipe is washed by the rotational flow generated by the stirring
이와 같이 교반장치(10)에 회전방향 변경수단을 추가함으로써 열매체 순환관의 표면 전체에 스케일 형성이 방지될 수 있다.In this way, scale formation on the entire surface of the heat medium circulation pipe can be prevented by adding the rotating direction changing means to the
또, 상기 나선형 열매체 순환관(40)을 포함하는 반응장치(100)는, 반응액 중에서 유동하는 입상의 유동상 매체를 더 포함하고, 상기 반응기(50) 내부에서 유동하는 상기 유동상 매체와 상기 나선형 열매체 순환관(40)의 충돌에 의해 열매체 순환관의 외부 표면에 스케일 형성을 방지할 수 있다. 또, 상기 나선형 열매체 순환관(40)을 포함하는 반응장치(100)에 충전되는 상기 유동상 매체는, 크기는 직경 5~20mm 범위이고, 비중은 반응액 중에서 원활하게 유동될 수 있는 0.95∼1.05 범위인 세라믹과 합성수지 중에서 선택된 소재로 이루어질 수 있다. 상기 입상의 유동상 매체는 열매체 순환관과 지속적으로 충돌하게 됨으로 외부 표면에 미생물의 부착증식이 어렵게 된다. 따라서 상기 유동상 매체의 내측에 생물막이 부착될 수 있는 표면이 제공되도록 하는 공극을 구비하되 반응액이 유통될 수 있는 개방형 공극이 구비된 생물막 담체(22)일 수 있다.In addition, the
또, 상기 나선형 열매체 순환관(40)을 포함하는 반응장치(100)에 구비되는 교반장치(10)는 상기한 도 1 내지 도 9에 제시된 담체 유니트(20)가 포함되는 교반장치(10)일 수 있다.In addition, the stirring
도 10은 본 발명에 따른 반응장치를 포함하는 수처리장치 제1실시예의 개념도이다.10 is a conceptual diagram of a first embodiment of a water treatment device including a reaction device according to the present invention.
상기 교반장치(10)에 구비되어 있는 담체 유니트(20)의 내외부 표면에는 미생물이 부착증식하여 생물막을 형성하게 되는데, 상기 생물막과 반응액 중의 기질이 원활하게 접촉이 이루어지고 접촉빈도가 증대될 수 있도록 상기 생물막이 부착된 담체 유니트(20)가 반응액 중에서 회전하면서 기질과 접촉이 이루어지도록 구성되어 있다. 또, 과잉 부착된 생물막은 상기 담체 유니트(20)가 회전하면서 발생되는 반응액과의 충돌 및 전단력으로 인해 탈막(Sloughing)이 이루어지고 탈막된 생물막 파편은 반응액 중에서 유동하면서 부유증식하게 된다. 또, 부유증식 미생물이 담체 유니트(20)에 부착증식하게 되고 생물막을 형성하기도 함으로 반응기(50)에는 생물막에 의한 부착증식에 추가하여 반응액 중에서 생성된 부유 미생물과 생물막 파편에 포함된 미생물의 부유증식이 병행하게 된다. 그런데 반응기(50)의 체류시간이 충분하지 못할 경우 부유미생물의 농도를 높게 유지할 수 없으므로 이 실시예에서는 가압부상장치 또는 중력식 침전지 등과 같은 고액분리수단(70)을 추가 구비하고 유출 반응액을 고액분리 시켜서 분리된 부유미생물을 반송수단(80)을 통하여 반응기(50)로 재 유입시켜서 부유증식과 부착증식이 병행하는 복합증식에 의하여 반응기(50) 내의 미생물 농도를 높게 유지할 수 있고 반응효율을 증대시킬 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따른 생물막 부착증식 기능이 구비된 교반장치(10)는 교반기능에 추가하여 반응액과 생물막의 접촉효율 및 접촉빈도를 증대시키고 상기 교반장치(10)가 구비된 반응기(50)에 부유슬러지를 반송시킴으로써 미생물이 부착증식 및 부유증식이 병행하는 복합증식이 이루어지므로 반응효율을 증대시킬 수 있게 된다. On the inner and outer surfaces of the
또, 상기 반응장치(100)에 유입되는 부하를 줄이기 위해 전단에는 고액분리수단(70)을 추가 설치하고 고형물이 분리된 여액을 상기 반응장치(100)에 유입시킬 수 있다.In addition, in order to reduce the load flowing into the
도 11은 본 발명에 따른 반응장치를 포함하는 수처리장치 제2실시예의 개념도이다.11 is a conceptual diagram of a second embodiment of a water treatment device including a reaction device according to the present invention.
상기 도 11에 도시된 본 발명의 제2실시예에 따른 수처리장치(200)는 반응장치(100)의 전단계에는 고액분리수단(71)이 설치되고 고액분리된 상징수는 별도의 물리화학적 또 생물학적 반응기(50)로 구성된 분리액 처리장치(90)에서 처리된 후 후속되는 고액분리수단(72)을 거쳐서 유출되는 구성이다. 또, 고형물이 포함된 고농도 여액은 미생물 농도를 높게 유지할 수 있는 본 발명에 따른 반응장치(100)에서 생물학적 반응이 이루어지고 후속되는 고액분리수단(70)을 거쳐서 유출되는 수처리장치(200)를 예시한 것이다. 이와 같이 본 발명에 따른 반응장치(100)에는 생물화학적 반응기 또는 물리화학적 반응기가 추가 구비된 다양한 수처리장치(200)를 구성할 수 있다.In the
10: 교반장치 11: 구동부
12: 회전축 13: 회전차
14: 거치대 15: 블레이드
20: 담체 유니트 21: 외곽 담체
22: 생물막 담체 23: 유통 지지부
24: 관통구 25,25a: 고정부
26: 리브살 27: 판상 부재
28: 유통유로 29: 단관부
30: 파단부 40: 나선형 열매체 순환관
50: 반응기 60: 열교환장치
61: 유동수단 70,71,72: 고액분리수단
80: 반송수단 90: 분리액 처리장치
100: 반응장치 200: 수처리장치10: stirring device 11: driving unit
12: rotation axis 13: rotation difference
14: cradle 15: blade
20: carrier unit 21: outer carrier
22: biofilm carrier 23: distribution support
24: through
26: rib 27: plate member
28: distribution flow 29: short pipe
30: broken part 40: spiral heat medium circulation pipe
50: reactor 60: heat exchanger
61: flow means 70, 71, 72: solid-liquid separation means
80: transfer means 90: separated liquid treatment device
100: reaction device 200: water treatment device
Claims (4)
회전력을 생성하는 구동부와 반응액을 교반하는 회전차 및 회전축을 포함하여 구성된 교반장치;
하폐수의 수체가 유입, 체류 및 유출되면서 반응이 이루어지는 반응기;
열매체가 순환하는 유로를 제공하는 열매체 순환관; 및
열매체가 순환되도록 유동시키는 열매체 유동수단;을 포함하는 반응장치에 있어서,
상기 열매체 순환관은 미리 정해진 간격 및 각도만큼 서로 이격 및 경사지도록 배치되어 구성된 나선형 열매체 순환관이며; 상기 교반장치는 상기 나선형 열매체 순환관에 회전유동이 작용되도록 설치되고; 상기 나선형 열매체 순환관은 상기 교반장치에 의해 생성되는 회전유동에 의해 외부 표면이 세척되고 스케일 형성이 방지되며;
상기 반응기에 충전되는 입상의 유동상 매체;를 더 포함하고,
상기 유동상 매체는, 크기는 직경 5~20mm 범위이고, 비중은 반응액 중에서 원활하게 유동될 수 있는 0.95~1.05 범위이며, 적어도 어느 일측이 외부 표면과 연통되어 있는 복수의 개방형 공극;을 더 포함하는 무독성의 소재로 구성된 생물막 담체이며, 유동하면서 상기 나선형 열매체 순환관과 충돌하여 외부 표면에 스케일 형성을 방지함과 아울러, 상기 회전유동과 나선형 열매체 순환관의 충돌 및 난류 생성에 의해 열교환 효율 및 반응 효율이 증대되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 나선형 열매체 순환관을 포함하는 반응장치.
As a reactor for wastewater treatment,
A stirring device comprising a drive unit for generating rotational force, a rotational vehicle for stirring the reaction solution, and a rotational shaft;
A reactor in which the reaction is performed while the water body of the wastewater flows in, stays, and flows out;
a heat-medium circulation tube providing a flow path through which the heat-medium circulates; and
In the reaction device comprising a; heat medium flow means for flowing the heat medium to circulate,
The heat medium circulation tubes are spiral heat medium circulation tubes arranged so as to be spaced apart from each other and inclined at predetermined intervals and angles; The stirring device is installed so that rotational flow acts on the spiral heat medium circulation pipe; The outer surface of the spiral heat medium circulation pipe is cleaned by the rotational flow generated by the stirring device and scale formation is prevented;
Further comprising a granular fluidized bed medium filled in the reactor,
The fluidized bed medium has a size in the range of 5 to 20 mm in diameter, a specific gravity in the range of 0.95 to 1.05 that can smoothly flow in the reaction solution, and a plurality of open pores at least one side of which is in communication with the outer surface; further comprising It is a biofilm carrier composed of a non-toxic material to prevent scale formation on the outer surface by colliding with the spiral heat medium circulation tube while flowing, and heat exchange efficiency and reaction by collision and turbulence generation of the rotational flow and spiral heat medium circulation tube A reactor comprising a spiral heat medium circulation tube, characterized in that it is configured to increase efficiency.
열매체를 냉각하거나 가온하는 열교환장치;를 더 포함하고,
상기 열교환장치는 상기 반응기의 내부에 체류하는 반응 대상물의 온도를 미리 정해진 온도범위 내에서 조절될 수 있도록 열매체의 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 나선형 열매체 순환관을 포함하는 반응장치.
According to claim 1,
Further comprising a heat exchanger for cooling or warming the heat medium,
The heat exchanger is a reactor comprising a spiral heat medium circulation pipe, characterized in that for controlling the temperature of the heat medium so that the temperature of the reaction object staying inside the reactor can be adjusted within a predetermined temperature range.
중력식 침전지, 응집침전지, 부상분리장치, 여과장치, 막분리장치 중에서 선택된 하나 이상의 고액분리수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나선형 열매체 순환관을 포함하는 수처리장치. Including the reaction device according to claim 1 or 2,
A water treatment device comprising a spiral heat medium circulation pipe, further comprising: a solid-liquid separation means selected from a gravity settling tank, a flocculation settling tank, a flotation separator, a filtration device, and a membrane separator.
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