KR100481821B1 - 기체용해 및 물질분리에 의한 수처리 장치 - Google Patents

Abstract

기체유도 및 슬러지 분리가 가능한 수처리 장치가 개시된다. 그러한 수처리 장치는 오폐수가 아래측에서 유입되며, 이 유입 오폐수에 공기를 공급하여 기포를 발생시키는 수단을 구비한 반응조와, 상기 반응조의 내부를 상하 다단으로 구획하여 유입된 오폐수 및 기포를 밀도순서로 이동토록 하고, 상기 오폐수 및 기포의 접촉면적을 증가시켜 산소용존량을 증가시킴으로서 오염물을 분해하는 슬러지 분리 수단과, 상기 슬러지 분리수단을 통과한 기포를 상기 반응조의 외부로 배출시키는 기포 토출구와, 그리고 상기 반응조의 상측 내부에 제공되어 오폐수 중에 함유된 슬러지를 침전시키는 침전조를 포함한다.

Description

기체용해 및 물질분리에 의한 수처리 장치{PROCESS AND PLANT FOR WASTEWATER TREATMENT}

본 발명은 수처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반응조의 내부에 슬러지 분리수단을 장착함으로써, 오폐수를 생물학적으로 처리하는 경우 기포를 효과적으로 공급하고 물질을 분리시킴으로서 수처리 효율을 향상시킬 수 있는 수처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로 수처리는 수중의 오염된 물질을 미생물 또는 화학적인 산화, 환원반응에 의하여 안정화된 물질로 변화시키고 처리되지 않은 잔류물질을 분리하는 과정이다.

따라서, 수처리는 수질의 성상과 유기물, 영양물질을 다양한 방법으로 안정화 및 물질 분리 기술이다. 현재, 수처리 기술은 생물학적 처리방식이 대부분이며 비교적 처리비용이 저렴하다.

그러나, 이러한 기존의 생물학적 수처리 방식은 다만 자연상태에서 미생물의 유기물 분해속도에 의존하고 있어 처리속도가 매우 느리고 불안정하다.

따라서, 수처리의 핵심은 수처리에 중요한 영향을 미치는 요소들을 분석하고 각 요소들이 상호간에 작용하는 과정에서 제한요소가 되는 부분을 제어하는 과정이 수처리에 가장 주요한 과정이라고 할 수 있다.

그러나, 현재 개발되고 있는 수처리 장치를 보면, 대부분 수처리 과정에서 핵심적인 요소인 기체전달과정, 반응과정, 반응 후, 물질분리 과정 중에서 반응과정에만 치중하고 있어 처리효율의 한계가 나타나고 있다.

따라서, 이러한 처리효율의 한계를 극복하기 위한 방안이 필요한 실정이다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 반응조의 내부에 다수의 슬러지 분리수단을 장착함으로써 오폐수에 함유된 기포를 효과적으로 공급하고 물질을 분리시킴으로서 수처리 효율을 향상시킬 수 있는 수처리 장치를 제공하는데 있다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예는 오폐수가 아래측에서 유입되며, 이 유입 오폐수에 공기를 공급하여 기포를 발생시키는 수단을 구비한 반응조와; 상기 반응조의 내부를 상하 다단으로 구획하여 유입된 오폐수 및 기포를 밀도순서로 이동토록 하고, 상기 오폐수 및 기포의 접촉면적을 증가시켜 산소용존량을 증가시킴으로서 오염물을 분해하는 슬러지 분리 수단과; 상기 슬러지 분리수단을 통과한 기포를 상기 반응조의 외부로 배출시키는 기포 토출구와; 그리고 상기 반응조의 상측 내부에 제공되어 오폐수 중에 함유된 슬러지를 침전시키는 침전조를 포함하는 수처리 장치를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수처리 장치를 상세하게 설명한다.

도1 및 도2 에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 수처리 장치는 반응조(1)와, 상기 반응조(1)의 내부를 여러 구역으로 구획하여 유입된 오폐수 및 기포의 진행속도를 둔화시고 이동거리를 증가시켜 산소 용존량을 증가시키고 구역 상하간의 유체이동속도를 다르게 하여 슬러지를 분리시키는 슬러지 분리수단(3)과, 상기 슬러지 분리수단(3)을 통과한 기포를 상기 반응조(1)의 외부로 배출시키는 기포 토출구(5)와, 상기 반응조(1)의 내부에 장착되어 오폐수 중에 함유된 슬러지를 침전시키는 침전조(7)와, 각 구역으로부터 오폐수를 순환시킬 수 있는 순환수단(9)을 포함한다.

이러한 구조를 갖는 수처리 장치에 있어서, 상기 반응조(1)는 그 내부에 일정 부피의 빈 공간이 형성된다. 그리고, 반응조(1)의 하부에는 오폐수 유입구(11)와, 공기 유입구(13)가 형성된다. 따라서, 외부로부터 공급되는 오폐수가 상기 오폐수 유입구(11)를 통하여 반응조(1)의 내부로 유입된다. 또한, 외부 공기도 상기 공기 유입구(13)를 통하여 반응조(1)의 내부로 유입되어 오폐수에 용해된다.

그리고, 상기 반응조(1)의 저부에는 슬러지 배출구(15)가 장착된다. 따라서, 상기 반응조(1)의 내부 바닥에 침전된 슬러지가 주기적으로 상기 슬러지 배출구(15)를 통하여 반응조(1)의 외부로 배출된다.

이러한 반응조(1)의 내부에는 적어도 하나의 슬러지 분리수단(3)이 구비되며, 반응조(1)의 내부를 여러 구역으로 구획하게 된다.

상기 슬러지 분리수단(3)은 도3 및 도4 에 도시된 바와 같이, 상기 반응조(1)의 내벽(17)으로부터 돌출되어 지그재그 형상으로 배치되는 다단의 지지 플레이트(19)와, 상기 지지 플레이트(19)의 저면에 요철부(21)로 형성되어 미생물이 살기에 좋은 환경을 형성하는 미디어층(23)과, 상기 미디어층(23)의 하부로 돌출되어 미디어층(23)의 저면을 통과하는 기포를 균일하게 산포시키는 웨어 (Wear;25)로 이루어지는 미디어 부재를 포함한다.

이와 같은 구조를 갖는 슬러지 분리수단(3)은 상기 반응조(1)의 내부에 다층으로 형성되며, 서로 지그재그 형상으로 배치되어 상향으로 이동하는 오폐수의 통로(29)를 형성한다.

상기 미디어층(23)은 상기 지지 플레이트(19)의 저면에 요철부(21)를 갖추고 있다. 그리고, 하부로부터 상승한 오폐수 및 기포는 상기 미디어층(23)의 저면에 접촉하여 화살표 방향(도1)으로 진행하게 되며, 특히 기포는 부력으로 인하여 상기 미디어층(23)의 저면에 접촉한 상태로 진행하게 된다.

이때, 상기 미디어층(23)이 요철형상이므로 오폐수 및 기포가 미디어층(23)의 저면에 접촉하여 진행하는 경우 오폐수의 흐름이 느리게 된다. 따라서, 이동하는 공기 및 오폐수 유동에 의해서 일정량의 미생물 생물막이 미디어층(23)에 지속적으로 유지될 수 있음으로 시간이 경과되어도 과잉 부착없이 미디어층(23)의 표면에 초기 미생물성장 과정과 같은 형태의 미생물막이 형성되어 미생물 성장에 좋은 환경을 조성할 수 있다.

또한, 상기 미디어층(23)을 요철형상으로 구성함으로써 기하학적으로 표면적이 넓게 형성되므로 상기 기포 중에 함유된 산소가 상기 미생물층에 충분히 접촉하여 공급될 수 있음으로 용존산소 전달율 및 분해속도를 향상시킬 수 있다. 결국, 이러한 슬러지 분리수단(3)은 미생물처리에 있어서 발생하기 쉬운 혐기성 분위기의 발생을 방지하여 호기성 조건을 조성하게 된다.

상기 웨어(25)는 미디어층(23)의 소정 위치, 바람직하게는 중간부에 하부로 돌출 형성되며, 톱니(27)가 연속되는 형상을 갖는다. 따라서, 상기 미디어층(23)의 저면을 따라 흐르는 공기 및 오폐수는 상기 웨어(25)의 톱니(27)를 통과하면서 미디어층(23)의 전체에 균일하게 산포된다.

또한, 오폐수 및 기포가 상기 미디어층(23)에 접촉하여 흐르는 경우, 미디어층(23)의 인접위치에는 기포 등이 위치하게 되며, 하부방향으로 갈수록 상대적으로 고밀도의 슬러지가 위치하게 된다.

한편, 도5 에는 이러한 슬러지 분리수단의 다른 실시예가 도시된다. 도시된 바와 같이, 요철 형상의 미디어 부재를 대신하여 미세눈을 가진 필터(35)가 적용될 수 있다. 이러한 필터(35)는 오폐수가 필터(35)를 통과하는 경우, 오폐수 중에 함유된 슬러지를 제거하게 된다.

그리고, 슬러지가 제거된 오폐수는 필터(35)의 상부로 이동하며, 배출구(39)를 통하여 외부로 배출된다. 이때, 상기 필터(35)의 상부에는 사방이 밀폐된 차폐실(37)이 형성된다. 따라서, 이 차폐실(37)에는 필터(35)를 통과하면서 정화된 정화수와 일부공기가 저장되며, 이러한 정화수는 필터(35)를 통과하지 않은 오폐수와 분리되어 저장되며 배출구(39)를 통하여 외부로 배출하게 된다. 이 과정에서 일부 공기가 필터를 통과하게 됨으로 필터의 막힘현상을 사전에 방지할 수 있다.

이때, 배출구(39)에는 밸브(41)가 장착됨으로서 배출되는 정화수의 량을 조절하게 된다.

그리고, 이러한 필터(35)는 반응조(1) 내부에 다단으로 형성가능하며, 각 단에는 이러한 배출구(39)가 장착될 수 있다. 따라서, 각 단계별로 오폐수를 정화하여 외부로 배출할 수 있다.

다시, 도1 및 도2 를 참조하면, 상기 미디어층(23)의 일측에는 기포 포집구 (43)가 형성 가능하다. 상기 기포 포집구(43)는 지지 플레이트(19)의 일단부가 소정 각도로 절곡되어 반응조(1)의 내벽면에 연결됨으로써 형성된다. 따라서, 공기 유입구(13)를 통하여 유입된 기포는 상기 미디어층(23)의 저면을 따라 흐르면서 일부는 상기 기포 포집구(43)에 포집된다.

그리고, 포집된 기포는 일정량이 모이고 주변의 밸브(42)를 통해서 공기를 배출하면 배출된 공기 부피 만큼 상부의 오폐수가 순간적으로 하향 이동하여 각 구역 하단에 누적된 슬러지를 혼합시킬 수 있다.

이러한 기포 포집구(43)는 상기한 바와 같이 일측 뿐만 아니라 반대방향에 또 하나의 기포 포집구(45)가 설치 가능하다.

본 발명의 실시예에서는 2개의 기포 포집구(43)가 설치되는 것으로 기재하였지만, 선택적으로 각 미디어층(23)에 기포 포집구(43)를 각각 설치하는 것도 가능함은 물론이다.

그리고, 상기한 바와 같이, 상기 반응조(1)의 상부로 진행된 오폐수는 상기 침전조(7)에 저장된다. 이때, 상기 기포 토출구(5)는 최상층에 위치하는 슬러지 분리수단(3)의 오폐수 및 기포가 상승하는 통로방향으로 배치됨으로써 기포가 침전조 (7)에 도달하기 전에 부력에 의하여 상기 기포 토출구(5)에 포집되어 외부로 배출된다.

또한, 침전조(7)에 저장된 오폐수는 시간이 경과함에 따라 슬러지가 비중에 의하여 가라앉음으로서 침전이 이루어지게 된다. 그리고, 침전된 슬러지는 배출관(47)을 통하여 외부로 배출되거나, 혹은 반응조(1) 내부에서 역방향으로 이동하여 반응조(1)의 바닥부에 침전된다.이와 같이, 오폐수는 침전조(7)를 통과하면서 함유된 슬러지가 침전되고, 기포 토출구(5)를 통하여 기포가 배출되고, 슬러지 및 기포가 제거된 나머지 처리수가 배출관(47)을 통하여 외부로 배출된다.이와 같이, 침전조(7)가 반응조(1)의 상부에 일체로 장착됨으로 별도의 침전과정이 필요없이 침전유도 및 방출과정이 동시에 이루어지므로 처리시간을 단축할 수 있다.

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한편, 상기 반응조(1)의 외부에는 순환수단(9)이 구비되며, 이러한 순환수단(9)은 각 미디어층(23)과 연통된 순환관(47,49)과, 상기 순환관(47,49)에 장착된 개폐밸브(41;도5)를 포함한다.

따라서, 상기 개폐밸브(41)를 작동시킴으로써 각 미디어층(23)에 침전된 슬러지를 주기적으로 하부로 이동시킬 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 수처리 장치의 미디어층(23)은 지그재그 형상을 대신하여 도6 에 도시된 바와 같은 형상으로도 배치될 수 있다.

이 경우에도 슬러지 분리수단(3)은 상기한 바와 같이 필터식으로 형성된다. 즉, 필터(51)가 서로 일정 형상으로 배치되며, 상기 필터(51)의 상부에는 차폐실(53)이 구비된다. 따라서, 상기 필터(51)를 통과하여 슬러지가 제거된 정화수가 상기 차폐실(53)을 통하여 외부로 배출된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 수처리 장치는 반응조의 내부에 다수의 슬러지 분리수단을 배치하고, 유입된 오폐수 및 기포를 하부로부터 상승시켜 정화 처리하는 상향류식이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수처리 장치의 작동과정을 더욱 상세하게 설명한다.

도1 내지 도4 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수처리 장치를 이용하여 오폐수를 처리하는 경우, 먼저 오폐수 유입구(11) 및 공기 유입구(13)를 개방함으로써 오폐수와 공기를 반응조(1)의 내부로 유입시킨다.

이때, 유입된 오폐수에 함유된 슬러지는 유입구 인접 위치에서 낙하하여 반응조(1)의 바닥면(33)에 침전되기 시작한다.

그리고, 나머지 오폐수 및 기포는 미디어층(23)의 하부구역(29)을 통과하게 되며, 이때, 밀도가 낮은 슬러지는 미디어층(23) 가까이에 분포되고, 상대적으로 밀도가 높은 슬러지는 반응조(1)의 바닥면(33)에 분포된다.

이때, 미디어층(23)의 인접위치(P,Q)를 통과하는 오폐수는 화살표 방향으로 진행하면서 반응조(1)의 내벽면에 충돌하게 됨으로, 이때 발생하는 역방향의 흐름에 의해 아랫부분에 쌓여있는 밀도가 큰 슬러지는 오폐수의 흐름방향과 반대로 흐르게 된다.

따라서, 오폐수가 유입되어 수처리가 진행됨에 따라 밀도가 높은 슬러지는 점차 반응조(1)의 하부로 이동하게 된다.

상기한 바와 같이 하부로부터 공급된 오폐수는 점차로 상승하면서 다수의 미디어층(23)의 사이에 형성된 통로(29)를 따라 진행하게 되며, 이 과정에서 미디어층(23)의 저면에 접촉하게 된다.

그리고, 이러한 오폐수는 미디어층(23)의 요철부(21)에 접촉하면서 접촉면적이 증가되어 오폐수의 이동속도가 느려지게 된다. 따라서, 오폐수가 미디어층(23)에 접촉하는 시간이 길어지고 그 양도 증가하게 되므로, 미디어층(23)에 형성된 호기성 환경에 장시간 노출됨으로서 수처리 효과를 높일 수 있다.

또한, 미디어층(23)의 소정 위치에 설치된 웨어(25)에 의해 오폐수의 흐름이 난류로 되어 오폐수 및 기포가 요철부(21)에 의하여 일방향으로 편중되어 진행되는 것을 방지하여 미디어층(23) 전면에 균일하게 산포되도록 한다.

즉, 상기 오폐수 및 기포가 웨어(25)를 통과하는 동안 웨어(25)의 톱니(27)에 의하여 균일하게 분산되어 진행하게 된다. 따라서, 오폐수 및 기포가 상기 미디어층(23)의 전면에 균일하게 분포된다.

이러한 과정을 거쳐 점차로 상승하여 최상부로 이동한 오폐수는 침전조(7)로 공급된다. 그리고, 이 과정에서 오폐수에 함유된 기포는 부력에 의하여 침전조(7)까지 이동하지 못하고 기포 토출구(5)를 통하여 외부로 배출된다.

또한, 침전조(7)로 이동한 오폐수는 시간이 경과함에 따라 점차 하부로 침전되며, 일정 시간 경과시 순환관(47) 혹은 슬러지 배출구(15)를 통하여 외부로 배출된다. 이와 같이, 오폐수는 침전조(7)를 통과하면서 함유된 슬러지가 침전되고, 기포 토출구(5)를 통하여 기포가 배출되고, 슬러지 및 기포가 제거된 나머지 처리수가 배출관(47)을 통하여 외부로 배출된다

그리고, 각 미디어층(23)에 순환관(49)이 각각 연결되어 있음으로, 선택적으로 개폐밸브를 개방하여 침전된 슬러지를 주기적으로 하부로 순환하게 된다.

상기한 바와 같이 상향류식 수처리 장치에 유입된 오폐수는 다수의 미디어 수단을 통과하면서 정화처리 된다.

상기 장치를 이용하여 오폐수를 실험한 결과 다음과 같은 결과를 얻었다.

	반응기부피(처리온도)	처리대상 오폐수유입수/유출수농도(mg/L)	처리시간(H)	기타
호기성처리(일실시예)	15L(20도)	하수 BOD 190/5	3	산소 전달율 35％
혐기성 처리(다른 실시예)	15L(35도)	하수 슬러지VS 9300/2500	96(4일)	가스 발생율(CH4/CO2)81/19

상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수처리 장치는 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 생물 반응조 내부에 다수의 미디어층을 장착함으로서 기포의 이동거리와 체류시간을 증가시켜 용존산소 전달율과 교반효과가 증대된다.

둘째, 반응조 내부에서 슬러지의 밀도차이에 의하여 상하로 분리 농축되므로 고농도의 미생물을 유지하면서 오폐수가 미생물에 의해서 제거되는 시간을 충분히 확보할 수 있다.

셋째, 각 미디어층에 기포 포집부를 형성하여 상하의 교반효과를 높임으로써 용존산소를 집중적으로 공급하여 반응조의 분해속도를 극대화 할 수 있다.

넷째, 포기과정 동안 미디어층에는 기포가 요철부에 접촉하므로 늘 기포가 존재하고 난류를 유발하여 바이오 필름층을 형성하므로 혐기화 현상을 방지할 수 있다.

다섯째, 상향류식 반응조임으로 호기 및 혐기성 미생물이 대부분 하단에 있음으로 미생물의 손실을 최소화시킬 수 있다.

여섯째, 반응조 자체에 침전조가 구비됨으로 별도의 침전시설이 필요하지 않다.

일곱째, 반응조 상부에서 별도의 침전시간 없이 침전 유도 및 방류수를 방출하므로 처리시간을 줄일 수 있고 미생물의 활성도 높일 수 있다.

여덟째, 포기과정에 하부에서 임의적으로 슬러지를 배출함으로서 하단에서 유입 폐수 특성에 맞게 슬러지 농도를 조정할 수 있다.

아홉째, 미디어를 사용함으로서 미디어가 제공해주는 넓은 기하학적 비표면적 공간에 기포가 직접 접촉할 수 있어 기포중의 산소를 직접 미디어에 전달 할 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 특허청구의 범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

도1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수처리 장치의 단면도.

도2 는 도1 의 "A-A선" 단면도.

도3 은 도1 에 도시된 슬러지 분리 수단을 도시하는 저면 사시도.

도4 는 도3 에 도시된 슬러지 분리 수단의 측면도.

도5 는 본 발명에 따른 슬러지 분리 수단의 다른 실시예를 도시하는 단면도.

도6 은 본 발명에 따른 수처리 장치의 다른 실시예를 도시하는 단면도.

Claims (8)

1. 오폐수가 아래측에서 유입되며, 이 유입 오폐수에 공기를 공급하여 기포를 발생시키는 수단을 구비한 반응조와;

   상기 반응조의 내부를 상하 다단으로 구획하여 유입된 오폐수 및 기포를 밀도순서로 이동토록 하고, 상기 오폐수 및 기포의 접촉면적을 증가시켜 산소용존량을 증가시킴으로서 오염물을 분해하는 슬러지 분리 수단과;

   상기 슬러지 분리수단을 통과한 기포를 상기 반응조의 외부로 배출시키는 기포 토출구와; 그리고

   상기 반응조의 상측 내부에 제공되어 오폐수 중에 함유된 슬러지를 침전시키는 침전조를 포함하는 수처리 장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 슬러지 분리수단은 상기 반응조의 내벽으로부터 각각 돌출되어 지그재그 형상으로 배치되며, 일측에 오폐수 통로를 형성하는 지지 플레이트와, 상기 지지 플레이트의 저면에 요철형상으로 형성되어 미생물이 살기에 좋은 환경을 형성하는 미디어층과, 상기 미디어층의 하부로 돌출되어 미디어층의 저면을 통과하는 기포를 균일하게 산포시키는 웨어(Wear)로 이루어지는 미디어 부재를 포함하는 수처리 장치.
3. 제2 항에 있어서, 상기 웨어는 상기 미디어층으로부터 하향으로 돌출 형성된 톱니 형상을 가지며, 상기 톱니에 의하여 오폐수 및 기포를 균일하게 산포시키는 수처리 장치.
4. 제2 항에 있어서, 상기 지지 플레이트의 일측단부는 일정 각도로 절곡되어 반응조의 내벽에 연결됨으로써 기포 포집구를 형성하여 기포 배출에 따라서 기포부피 만큼 하향 이동하는 오폐수량 및 이동속도에 의해서 교반을 유도하는 수처리 장치.
5. 제1 항에 있어서, 상기 슬러지 분리수단은 상기 반응조의 내벽으로부터 각각 돌출되어 지그재그 형상으로 배치되며, 일측에 오폐수 통로를 형성하고, 오폐수에 함유된 슬러지를 제거하는 필터와, 상기 필터의 상부에 장착되어 정화수와 오폐수를 분리하는 차폐실을 포함하는 수처리 장치.
6. 제5 항에 있어서, 상기 차폐실은 상기 필터의 상면에 배치되어 사방이 밀폐됨으로써 상기 필터를 통하여 유입된 일부공기 및 정화수가 반응조의 외부에 돌출된 순환관을 통하여 외부로 배출가능한 수처리 장치.
7. 제1 항에 있어서, 상기 기포 토출구는 최상층에 위치하는 슬러지 분리수단의 오폐수 및 기포가 상승하는 통로방향으로 배치됨으로써 기포가 침전조에 도달하기 전에 부력에 의하여 상기 기포 토출구로 모이는 수처리 장치.
8. 제1 항에 있어서, 상기 반응조의 외부에 장착되어 상기 슬러지 분리수단의 상부 공간과 연통되는 순환관과, 상기 순환관에 장착된 개폐밸브로 이루어진 순환수단을 더 포함하여 주기적으로 슬러지를 순환시키는 수처리 장치.