KR-102959923-B1 - SBR biofilm carrier recirculation SBR system by airlift pump

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Abstract

본원발명은 하기와 같은 구성을 가진다. SBR장치; 상기 SBR장치 내에 구성한 에어리프트펌프; 상기 에어리프트펌프의 공기유입구에 에어콤퓨레샤에어라인을 통하여 공기를 제공하는 에어콤푸레샤; 상기 공기유입구에 에어를 공급함으로 생물막담체와 액체가 빨려들어가도록구성한 에어리프트펌프유입부; 상기 에어리프트펌프유입부와 인접한 공간인 에어리프트내부는 액체와 상기 생물막담체가 지나가도록 구성한 확대공간부; 상기 확대공간부의 외부에 구성한 독립공간부; 상기 공기유입구로 진입한 공기는 상기 독립공간부에 진입을 하되, 상기 공기유입구를 진입하는 공기가 상기 독립공간부, 상기 확대공간부, 에어리프트펌프공간부를 순차적으로 통과하면서 상기 SBR장치의 하부에 있는 상기 생물막담체와 액체를 함께 상기 에어리프트펌프공간부로 끌어 올려 상부에서는 공기배출구를 통하여 공기는 배출되고 상기 생물막담체와 상기 액체는 회수되도록 구성하되, 상기 확대공간부를 통과한 상기 생물막담체가 상기 에어리프트펌프공간부를 액체와 함께 통과하면서 상기 생물막담체에 형성된 생물막이 세척되어 상기 생물막담체의 생물막을 세척 및 유지할 수 있도록 구성하여 상기 생물막담체를 운전정지없이 연속적으로 세척하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 에어리프트 펌프에 의한 생물막 담체 재순환 SBR 시스템에 관한 것이다.

Inventors

심상조
김범석
김규형
송대현
양승호
이준호
이명진
김명호

Assignees

주식회사 경우크린텍

Dates

Publication Date: 20260506
Application Date: 20230724

Claims (7)

SBR장치; 상기 SBR장치 내에 구성한 에어리프트펌프; 상기 에어리프트펌프의 공기유입구에 에어콤퓨레샤에어라인을 통하여 공기를 제공하는 에어콤푸레샤; 상기 공기유입구에 에어를 공급함으로 생물막담체와 액체가 빨려들어가도록구성한 에어리프트펌프유입부; 상기 에어리프트펌프유입부와 인접한 공간인 에어리프트내부는 액체와 상기 생물막담체가 지나가도록 구성한 확대공간부; 상기 확대공간부의 외부에 구성한 독립공간부; 상기 생물막담체는 상기 에어리프트펌프유입부로부터 상기 확대공간부를 거쳐 상기 확대공간부보다 지름이 작은 에어리프트펌프공간부로 이동하고, 상기 공기유입구로 진입한 공기는 상기 독립공간부에 진입을 하되, 상기 공기유입구를 진입하는 공기가 상기 독립공간부, 상기 확대공간부, 상기 에어리프트펌프공간부를 순차적으로 통과하면서 상기 SBR장치의 하부에 있는 상기 생물막담체와 액체를 함께 상기 에어리프트펌프공간부로 끌어 올려 상부에서는 공기배출구를 통하여 공기는 배출되고 상기 생물막담체와 상기 액체는 회수되도록 구성하되, 상기 확대공간부와 상기 독립공간부의 경계면에 구성한 다수미세홀부를 인하여 상기 독립공간부에 들어온 공기가 상기 확대공간부로 균일하게 확산 진입할 수 있도록 구성하며, 상기 공기유입구로부터 진입한 공기를 배출시키도록 상기 에어리프트펌프공간부로부터 연장된 연장부에 개방된 공기배출구를 구성하고, 상기 공기배출구는 상기 연장부가 휘어져서 수평방향으로 구성된 부분에 구성하며, 상기 확대공간부를 통과한 상기 생물막담체가 상기 에어리프트펌프공간부를 액체와 함께 통과하면서 상기 생물막담체에 형성된 생물막이 세척되어 상기 생물막담체의 생물막을 세척 및 유지할 수 있도록 구성하여 상기 생물막담체를 운전정지없이 연속적으로 세척하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 에어리프트 펌프에 의한 생물막 담체 재순환 SBR 시스템.
삭제
제1항에 있어서 상기 SBR장치 저부에 구성한 미세기포발생기; 상기 미세기포발생기에 에어펌프에어라인을 통하여 공기를 제공하기 위하여에어펌프를 구성하므로 상기 SBR장치 저부에서 폭기를 하도록 구성한 것을 특징으로 하는 에어리프트 펌프에 의한 생물막 담체 재순환 SBR 시스템.
삭제
삭제
제1항에 있어서 상기 에어리프트펌프공간부를 통과한 상기 생물막담체와 액체는 상기 연장부에 유출부를 구성하여 상기 생물막담체와 액체가 회수되도록 구성한 것을 특징으로 하는 에어리프트 펌프에 의한 생물막 담체 재순환 SBR 시스템.
제6항에 있어서 상기 유출부는 SBR장치의 액체수면의 하부로 상기 생물막담체와 액체가 회수되도록 구성한 것을 특징으로 하는 에어리프트 펌프에 의한 생물막 담체 재순환 SBR 시스템.

Description

Airlift 펌프에 의한 SBR 생물막 담체 재순환 SBR 시스템{SBR biofilm carrier recirculation SBR system by airlift pump} 본 발명은 고농도의 MLVSS(mixed liquor volatile suspended solid)를 유지하고, 동절기 질산화, 탈질산화에 의한 질소제거효율 향상, 충격부하에 대응하기 위해 생물막 담체를 활용하며, 생물막 담체의 유효생물막 두께를 조정하기 위해 Airlift 펌프에 의한 생물막 담체 탈리 및 폭기를 동시에 수행하는 SBR시스템 개발에 관한 것이다. 종래 기술의 상세 설명과 효과, 문제점 등을 살펴보면 다음과 같다. SBR(Sequence Batch Reactor)장치는 1973년 University of Notre Dame의 Irvine 교수에 의해 소개된 후 유기물과 영양염류제거를 위해 폭넓게 적용되었다. SBR(Sequenceing Batch Reactor)장치는 단일 반응조에서 유입, 폭기, 침전, 처리수의 배출 등으로 행하는 활성슬러지공법(Conventional Activated Sludge)으로 일반적인 활성슬러지공정에 비해 소요부지 최소화, 적절한 무산소/혐기/호기조건으로 질소와 인을 동시에 제거, 적은 비용으로 처리시설 확장 용이 및 유지관리 용이와 같은 장점을 가지고 있다. 그러나, SBR은 질소와 인과 같은 영양염류 제거 및 슬러지유실(washout), 질산화균의 낮은 성장속도와 세포생산계수(Yield)로 질소, 인 처리에 한계가 있다. SBR장치에 생물막 담체(Biofilm Carriers)를 적용할 경우 미생물(MLVSS)을 고농도로 유지하여 동절기 질소, 인 처리효율 저하 방지효과, 슬러지 강도 약화로 인한 슬러지유실 저감, 충격부하 감소의 효과가 있다. 또한, 생물막 담체는 질산화, 탈질산화 유도촉진, 유출수의 낮은 BOD, SS농도, pH조정 및 알칼리도 조정 불필요, 거품 및 스컴형성 방지효과 등이 있다. 생물막 담체의 생물막두께를 적정으로 유지하고 공극확보, 공기공급 및 원활한 혼합을 위해 주기적인 세척(regular washing)이 필요하다. SBBR(Sequencing batch biofilm reactor)과 같은 섬모상담체 또는 고정 담체를 적용한 경우 일정 기간 운전 후 중지하여 담체세척을 실시해야하는 문제점이 있다. 본원발명은 이와 같은 문제점을 해결하고자 하는 관점에서 발명된 것이다. 도 1a는 본 발명의 기술이 적용된 생물막 담체 재순환 SBR 시스템의 전체구성도를 보이는 일실시예의 도이다. 도 1b는 본 발명의 기술이 적용된 생물막담체 재순환 SBR 시스템의 또 다른 실시예를 보이는 도이다. 도 2는 본 발명의 기술이 적용된 생물막 담체 재순환 SBR 시스템의 부분도를 보이는 도이다. 도 3은 도2를 상부면에서 바라본 평면도를 보이는 도이다. 도 4는 본원발명에 적용되는 Airlift 펌프를 도시한 도이다. 도 5는 Airlift 내부 모습을 보이는 도이다. 도6a는 생물막담체에 생물막이 두텁게 형성되어있는 것을 보이는 도이다. 도6b는 생물막담체에 생물막이 세척된 상태를 보이는 도로 미생물을 고농도로 유지하는 것을 보이는 도이다. 도7a 내지 도7c는 공기주입구의 속도를 0.5m/s, 1.0m/s,1.5m/s로 할 경우에 14개로 시간을 나누어 공기주입구를 통해 유입된 공기가 수면까지 도달한 에어볼륨의 유동필드를 시간에 따라 도시한 도이다. 도7d 내지 도7f는 공기유입구의 속도를 0.5m/s, 1.0m/s,1.5m/s로 할 경우에 14개로 시간을 나누어 보이는 도이다. 도8a는 본원발명에 적용된 에어리프트펌프의 성능을 보이는 도이다. 도8b는 본원발명에 적용된 에어리프트펌프로 생물막담체의 이송능력을 테스트하는 도이다. 도 1a는 본 발명의 기술이 적용된 생물막 담체 재순환 SBR 시스템의 전체구성도를 보이는 일실시예의 도이다. 도1a는 SBR장치 내부에 에어리프트펌프를 적용한 것이다. 도 1b는 본 발명의 기술이 적용된 생물막담체 재순환 SBR 시스템의 또 다른 실시예를 보이는 도이다. 도1b는 SBR장치의 외부에 에어리프트펌프에 일부구성인 즉 담체를 순환시키는 파이프가 구성된 것이다. 담체를 순환시키는데 도1a와 같이 SBR장치 내부의 상부에서 액체와 함께 떨어트리는 방법으로 담체를 순환하여도 무방하다. 그러나 담체를 SBR장치의 수중의 중간부로 공급하기 위하여 주입시키는 방법을 사용할 수있는 것이다. 에어리프트펌프(100)는 회전 또는 가동부가 없는 것이 특징이며 양수 조작이 어려운 곳이나 물 밑의 탐사, 특히 수중의 부서지기 쉬운 침전물을 손상시키지 않고 흡입하거나 일반적인 펌프의 회전 임펠러를 손상시킬 수 있는 물질의 이송에 이용하는 특수한 양수 펌프이다. 공기의 부양력을 이용하는 이송 시스템인 에어리프트펌프(100)는 원심펌프와는 달리, 액체이송과정에서 공기를 혼입시키는 특성을 가지기 때문에 다량의 산소를 필요로 하는 오폐수처리 시설, 어류양식시설(aquaculture pond)과 같이 물속에 다량의 공기를 폭기하기에 매우 유리하다. 에어리프트펌프(100)는 유체 양수관 하단에 압축공기를 송입하면 양수관 속에 생기는 기액 혼합물의 비중량이 외부 액체의 비중량보다 작아지는 것을 이용해서 양수하는 펌프로 압축공기를 양수관에 송입하기 위한 공기관은 양수관 내부 혹은 외부에 설치되어 그 말단부는 양수관 내에 많은 기포가 생기도록 되어 있다. 에어리프트펌프(100)는 회전부가 없고 구동유체인 압축공기는 양수 후에 쉽게 분리될 수 있으므로 부식성 액체 및 기포 중에 함유 또는 부착되어 있는 침사물질을 양수하는 데 적합하며, 최근 태양열, 풍력 에너지등을 사용하는 심해저에서 망간 단괴 등의 광물자원 인양 개발에서도 활발히 연구되고 있다. 본 발명에서는 연속역세척여과 방식의 DynaSand filter를 응용하여 생물막 담체를 적용시킨 SBR에 운전정지 없이 생물막두께의 적정유지를 위한 주기적인 세척을 이뤄내고 그와 함께 공극확보, 공기공급 및 원활한 혼합을 위해 React Mode에서 에어리프트펌프(100)를 통한 연속적인 생물막담체(400)를 세척하고 생물막담체(400)가 재순환될 수 있도록 하는 것이다. 본 발명에 따른 에어리프트펌프(100)에 의한 생물막 담체 재순환 SBR 시스템의 효과에 대한 자세한 설명은 다음과 같다. 도1a 내지 도5에서 구체적인 구성을 살피면 다음과 같다. SBR장치(600)를 구성한다. 상기 SBR장치(600) 내에 에어리프트펌프(100)를 구성한다. 상기 에어리프트펌프(100)의 공기유입구(130)에 에어콤퓨레샤에어라인(250)을 통하여 공기를 제공하는 에어콤푸레샤(200)를 구성한다. 에어콤푸레샤라인(250)은 본원발명에서는 제1에어콤퓨레샤에어라인(252)과 제2에어콤퓨레샤에어라인(254) 로 구성하였다. 상기 공기유입구(130)에 에어를 공급함으로 생물막담체(400)와 액체가 빨려들어가도록 에어리프트펌프유입부(150)를 구성한다. 상기 에어리프트펌프유입부(150)와 인접한 공간인 에어리프트(140)내부는 액체와 상기 생물막담체(400)가 지나가도록 확대공간부(146)를 구성한다. 상기 확대공간부(146)의 외부에 독립공간부(145)를 구성한다.상기 생물막담체는 상기 에어리프트펌프유입부로부터 상기 확대공간부를 거쳐 상기 확대공간부보다 지름이 작은 에어리프트펌프공간부로 이동한다. 상기 공기유입구(130)로 진입한 공기는 상기 독립공간부(145)에 진입을 하되, 상기 공기유입구(130)를 진입하는 공기가 상기 독립공간부(145), 상기 확대공간부(146), 에어리프트펌프공간부(160)를 순차적으로 통과하면서 상기 SBR장치(600)의 하부에 있는 상기 생물막담체(400)와 액체를 함께 상기 에어리프트펌프공간부(160)로 끌어 올려 상부에서는 개방된 공기배출구(110)를 통하여 공기는 배출되고 상기 생물막담체(400)와 상기 액체는 유출부(120)에서 회수되도록 구성한다. 상기 확대공간부(146)를 통과한 상기 생물막담체(400)가 상기 에어리프트펌프공간부(160)를 액체와 함께 통과하면서 상기 생물막담체(400)에 형성된 생물막이 세척되어 상기 생물막담체(400)의 생물막을 세척 및 유지할 수 있도록 구성하여 상기 생물막담체(400)를 운전정지없이 연속적으로 세척하도록 구성하여 에어리프트펌프에 의한 생물막 담체 재순환 SBR 시스템을 구성하는 것이다. 상기 확대공간부(146)와 상기 독립공간부(145)의 경계면에 구성한 다수미세홀부(147)를 인하여 상기 독립공간부(145)에 들어온 공기가 상기 확대공간부(146)로 균일하게 확산 진입할 수 있도록 구성하는 것이다. 상기 SBR장치(600) 저부에 구성한 미세기포발생기(510,520,530,540)를 구성한다. 상기 미세기포발생기(510,520,530,540)에 에어펌프에어라인(350)을 통하여 공기를 제공하기 위하여 에어펌프(300)를 구성하므로 상기 SBR장치(600) 저부에서 폭기를 하도록 구성하는 것이다. 에어리프트펌프(100)를 장착한 SBR React mode에서 도8a 및 도8b에도시하였다. 상기 공기유입구(130)로부터 진입한 공기를 배출시키도록 상기 에어리프트펌프공간부(160)로부터 연장된 연장부에 공기배출구(110)를 구성하는 것이다. 상기 공기배출구(110)는 상기 에어리프트펌프공간부(160)의 연장부가 휘어져서 수평방향으로 구성된 부분에 구성하는 것이다. 상기 에어리프트펌프공간부(160)를 통과한 상기 생물막담체(400)와 액체는 상기 연장부에 유출부(120)를 구성하여 상기 생물막담체(400)와 액체가 회수되도록 구성한다. 상기 유출부(120)는 SBR장치(600)의 액체수면의 하부로 상기 생물막담체(400)와 함께 혼합된 액체가 회수되도록 구성한다. 본 발명에 따른 에어리프트펌프(100)에 의한 생물막 담체 재순환 SBR 시스템의 효과에 대한 자세한 증명은 다음과 같다. 생물막 담체에 형성된 생물막의 탈리 및 재순환을 CFD(Computational Fluid Dynamics)프로그램 Realizable k-모델을 활용하여 운전시간에 따른 유동장을 가시화해 본 발명의 효과를 증명하였다. SBR_Airlift 장치내 유속분포를