KR101020238B1 - 나노 입자 공기 부상을 이용한 하ㆍ폐수 처리 장치 및 방법 - Google Patents

나노 입자 공기 부상을 이용한 하ㆍ폐수 처리 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하ㆍ폐수 처리 장치에 관한 것으로서, 응집제가 투입되어 유입수 내의 미세입자를 플록으로 형성하는 응집조와; 상기 응집조에 형성된 플록을 포함하는 유입수가 투입되는 반응조와; 상기 반응조에 설치되어 나노 공기를 발생시켜 상기 플록을 상부로 부상시키는 나노 기포 발생부; 및 상기 반응조의 상부에 떠오른 플록을 제거하는 스키머를 포함한다.

Description

나노 입자 공기 부상을 이용한 하ㆍ폐수 처리 장치 및 방법 {APPARATUS FOR TREATING WASTEWATER USING NANO AIR FLOTATION AND METHOD THEREOF}
본 발명은 하ㆍ폐수 처리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하ㆍ폐수장의 침전조에서 제거하지 못한 부유 물질(Suspened Solids, SS), 용존성 총인(Total Phosphorus; T-P) 등을 처리하기 위한 3차 여과 처리 장치에 관한 것이다.
현대 산업이 발달함에 따라 각종 공장에서는 인체에 유해한 산업 폐기물 및 하ㆍ폐수가 다량 발생되며, 이러한 하ㆍ폐수를 무단 방류하게 되면 자연환경이 오염되어 생태계가 유지될 수 없으므로 하ㆍ폐수를 정화 처리하여 방류하도록 하고 있다.
최근 하ㆍ폐수의 정화 처리 문제가 심각한 환경문제로 대두되고 있으며, 보다 깨끗하고 간단한 방법에 의해 하ㆍ폐수를 정화 처리하기 위한 장치 및 방법들이 개발되고 있는 실정이다.
일반적으로, 하ㆍ폐수를 처리하는 방법은 침사지를 느린 속도로 이동하는 동안 커다란 이물질을 가라앉히는 1차 침전 단계와, 혼화조에 들어온 물에 응집제를 넣어 골고루 섞는 혼화 단계와, 응집제에 의해 물속의 미세 입자들이 서로 뭉치는 응집 단계와, 응집된 물질을 가라앉히는 2차 침전 단계와, 다양한 필터 부재를 이용하여 남은 불순물을 걸러내는 여과 단계 및 여과된 처리수를 살균하는 단계로 이루어진다.
그런데, 종래 하ㆍ폐수 처리 방법은 부유물질(SS), 총인(T-P)과 같은 미세 입자들이 뭉쳐진 플록(floc)을 효과적으로 처리하여 제거하지 못하여 처리수의 수질 저하를 초래하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 하ㆍ폐수 내의 미세입자들의 응집반응에 의해 형성된 플록을 상부로 부상시켜 제거하고, 잔존하는 미세입자를 추가적으로 여과시켜 수질향상을 도모하며, 미생물을 보호하면서 살균과 환원을 동시에 진행할 수 있는 공기 부상을 이용한 하ㆍ폐수 처리 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 응집제가 투입되어 유입수 내의 미세입자를 플록으로 형성하는 응집조와; 상기 응집조에 형성된 플록을 포함하는 유입수가 투입되는 반응조와; 상기 반응조에 설치되어 나노공기입자를 발생시켜 상기 플록을 상부로 부상시키는 나노 기포 발생부; 및 상기 반응조의 상부에 떠오른 플록을 제거하는 스키머를 포함하는 하ㆍ폐수 처리 장치를 제공한다.
또한, 상기 반응조의 입구측에는 유입수를 반응조의 하부로 이동시키는 격벽이 더 설치될 수 있다. 여기서, 상기 나노 기포 발생부는 상기 반응조의 하부에 설치된다.
또한, 상기 반응조에는 상기 플록을 상부로 유도하는 가이드 경사판이 더 설치될 수 있다.
또한, 상기 반응조에는 유입수 내에 잔존하는 미세입자를 추가적으로 여과하는 장모(長毛)상 여과막을 구비하는 디스크 드럼 필터가 더 설치될 수 있다.
또한, 상기 하ㆍ폐수 처리 장치는 디스크 드럼 필터 처리수에 살균제와 환원제가 투입되는 살균조를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 살균조는 복수 개의 격벽이 상부와 하부에 교대로 설치되어 3단으로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 살균제는 1단부에 투입되고, 상기 환원제는 3단부에 투입될 수 있다.
또한, 상기 하ㆍ폐수 처리 장치는 상기 반응조 내의 처리수를 상기 나노 기포 발생부로 이송하는 반송부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 반송부는 단부에 관경이 축소되는 이젝터부를 구비하는 반송 라인을 포함하고, 상기 이젝터부의 유속 증가에 의한 압력 감소에 의해 나노 기폭 장치로부터의 공기를 유도할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 유입수에 포함된 미세입자를 플록으로 형성하는 단계와; 상기 플록을 나노 공기 입자에 의해 상부로 부상시키는 단계와; 상기 상부로 부상된 플록을 제거하는 단계; 및 상기 플록이 제거된 처리수를 살균하는 단계를 포함하는 하ㆍ폐수 처리 방법을 제공한다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 하ㆍ폐수 처리 장치 및 방법은 공기 부상을 이용하여 플록을 상부로 부상시켜 제거함으로써, 하ㆍ폐수로부터 부유물질(SS), 총인(T-P)을 용이하게 분리 및 제거 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 하ㆍ폐수 처리 장치 및 방법은 장모상 디스크 드럼 필터를 이용하여 잔존하는 부유물질(SS), 총인(T-P) 등을 추가적으로 여과하여 처리수 수질을 향상시킨다.
또한, 본 발명에 따른 하ㆍ폐수 처리 장치 및 방법은 살균과 환원을 동시에 진행하여 살균제의 과다 투입을 사전에 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하ㆍ폐수 처리 장치의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하ㆍ폐수 처리 장치의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하ㆍ폐수 처리 장치의 부분 확대도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 디스크 드럼 필터의 측면도 및 정면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 살균조의 측면도 및 정면도이다.
도 8은 반송부가 구비된 하ㆍ폐수 처리 장치의 부분 확대도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 하ㆍ폐수 처리 장치에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하ㆍ폐수 처리 장치의 평면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하ㆍ폐수 처리 장치의 측면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하ㆍ폐수 처리 장치의 부분 확대도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 하ㆍ폐수 처리 장치(100)는 하ㆍ폐수가 유입되는 유입구(11)를 구비하는 응집조(10)와, 이 응집조(10)와 연결되어 플록을 상부로 부상시켜 제거하는 반응조(20) 및 이 반응조(20)에서 여과된 처리수를 살균하는 살균조(30)를 포함한다.
응집조(10)는 응집제를 투여하여 침전조에서 제거되지 않은 총인(Total Phosphorus; T-P), 부유물질(Suspened Solids, SS), 용존성 고형물 등과 같은 미세입자를 플록(floc)으로 응집한다.
응집조(10)에는 유입수의 진행방향을 따라 복수 개의 격벽(12, 13, 14)이 설치된다. 이 격벽(12, 13, 14)은 응집조(10)의 상부벽과 하부벽에 교대로 고정 설치된다. 즉, 제1 격벽(12)은 응집조(10)의 상부벽에 고정되어 유입수를 제1 격벽(12)의 하부로 이동시키고, 제2 격벽(13)은 응집조(10)의 하부벽에 고정되어 유입수를 제2 격벽(13)의 상부로 이동시키며, 제3 격벽(14)은 다시 응집조(10)의 상부벽에 고정되어 유입수를 제3 격벽(14)의 하부로 이동시킨다. 이에 따라, 응집조(10)의 혼화 및 응집효율이 향상된다.
또한, 각 격벽(12, 13, 14)에 의해 분리되는 응집조(10)의 공간에는 유입수의 진행방향을 따라 복수 개의 교반기(15, 16, 17)가 설치된다. 상기 교반기(15, 16, 17)는 유입수의 진행방향으로 회전속도가 점진적으로 작아질 수 있다. 예를 들면, 제1 교반기(15)의 회전속도는 120rpm, 제2 교반기(16)의 회전속도는 30rpm, 제3 교반기(17)의 회전속도는 15rpm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
플록이 형성된 유입수는 경계벽(18)을 넘어 반응조(20)로 투입된다. 반응조(20)의 입구측 상부벽에는 격벽(21)이 형성되어, 플록이 포함된 유입수가 격벽(21)의 하부로 이동한다.
그리고, 격벽(21)의 하부와 인접한 곳에는 나노 공기를 발생시키는 나노 기포 발생부(22)가 설치된다. 이 나노 기포 발생부(22)에 의해 격벽(21)의 하부로 이동하는 유입수에 포함된 플록은 나노 공기 입자와 함께 반응조(20)의 상부로 부상(浮上)한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 나노 기포 발생부(22)는 나노 공기가 나오는 복수 개의 홀(221)이 형성된 관형 부재로 이루어질 수 있으나, 그 형상, 위치, 배열 및 개수는 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들면, 나노 기포 발생부(22)는 격벽(21)의 하부와 인접한 곳 뿐만 아니라 반응조(20)의 바닥면 곳곳에 설치될 수 있다.
또한, 나노 기포 발생부(22)의 일측에는 가이드 경사판(23)이 설치된다. 이 가이드 경사판(23)은 반응조(20)의 바닥면에 고정되어, 나노 공기와 함께 플록이 용이하게 부상될 수 있도록 안내한다. 즉, 가이드 경사판(23)은 상부로 갈수록 격벽(21)과의 간격이 커지도록 형성된다. 일예로, 가이드 경사판(23)은 중간부가 절곡된 대략 "V"자 형상으로 이루어질 수 있다.
반응조(20)의 상부에는 나노 공기와 함께 반응조(20)의 상부로 부상된 플록을 스키머(skimmer, 24)로 제거한다. 스키머(24)는 반응조(20)의 측벽 위에 설치되는 한 쌍의 가이드 레일(241) 및 이 가이드 레일(241) 상에서 구동부(242)에 의해 왕복 운동하면서 플록을 직접 걸러내는 스크린(243)을 포함한다. 상기 스키머(24)에 의해 걸러진 플록은 흡입 장치 등에 의해 흡입되어 농축조로 이송될 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예로서, 좌우로 왕복 운동하는 스크래퍼(scraper)를 이용하여 나노 입자 공기와 함께 부상된 오염물질을 농축조로 이송하여 처리할 수 있다. 스크래퍼는 왕복운동할 수 있도록 가이드 레일 상에 가로로 설치되고, 그 하부에는 고무 바가 설치되며, 이 고무 바는 오염물질과 직접 접촉하여 부상된 오염물질을 밀고 간다.
또한, 반응조(20)의 유출구(25) 측에는 상부로 부상되지 않고 유입수 내에 잔존하는 미세 입자를 추가적으로 여과하는 디스크 드럼필터(26)가 침지되어 설치된다. 디스크 드럼필터(26)는 지지대(27)에 회전 가능하게 고정되며, 모터(261)와 연결된 동력 전달 부재(262)(예를 들면, 체인, 벨트 등)에 의해 회전할 수 있다. 이러한 디스크 드럼필터(26)는 반응조(20)에서 부상되지 못하고 하부로 침적되는 부유 물질과 공기방울에 부착되지 못한 입자들은 디스크 장모상 여과막을 통해서 한번 더 여과되는 과정을 거친다. 이에 따라, 디스크 드럼 필터(26)는 적은공간에 여과막 전체를 물속에 침적하여 사용하므로 설치공간이 작고 전체면적이 다 침수되어 전체 여과 면적이 늘어나는 장점이 있다. 요컨대, 디스크 드럼필터(26)는 장모상 여과기를 통하여 한번 더 여과하는 공정으로 처리효율 향상과 수질의 안전성을 도모한다.
디스크 드럼 필터(26)에 의해 여과된 처리수는 살균조(30)로 투입된다. 살균조(30)의 내부는 복수 개의 격벽(31, 32, 33)에 의해 구획되어 3단으로 구성된다. 살균조(30)의 1단부에는 살균제 투입장치(40)가 연결되어 염소와 같은 살균제가 투입된다. 살균조(30)의 3단부에는 환원제 투입장치(50)가 연결되어 핵사메탄인산소다와 같은 환원제가 투입된다. 살균조(30)는 1단부에서는 처리수가 살균되고, 3단부에서는 염소 환원이 이루어지면서 살균과 환원이 동시에 진행되어 과다염소투입으로 발생할 수 있는 위험을 사전에 방지할 수 있다. 상기와 같이 살균된 처리수는 유출구(34)를 통하여 배출된다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 디스크 드럼 필터의 측면도 및 정면도이다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 디스크 드럼 필터(26)는 외주면에 일정한 간격으로 개구부가 형성되는 원통형 드럼(261) 및 이 드럼(261)의 개구부와 연통되어 하ㆍ폐수를 여과하는 필터 부재(262)를 포함한다. 필터 부재(262)는 드럼의 외주면 둘레를 따라 고정 설치되어 디스크 형상으로 이루어진다. 필터 부재(262)는 드럼(261)의 개구부에 대응하는 개구부를 갖는 대략 사다리꼴 형상의 지지 세그먼트(263) 및 이 지지 세그먼트(263)에 결합되는 장모상 여과막(264)을 포함한다. 지지 세그먼트(263)는 드럼(261)의 외주면을 따라 일렬로 서로 밀착 결합되어 전체적으로 디스크 형상을 이룬다.
하ㆍ폐수는 필터 부재(262)의 양측면으로 장모상 여과막(264)을 통과하며 드럼(261)의 내부로 유입된 후 드럼(261)의 유출구(265)를 통하여 살균조(30)로 이동한다(하ㆍ폐수의 경로는 도 4의 화살표 참조). 이때, 잔존하는 미세입자는 여과막(264)에 의해 걸러진다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 살균조의 측면도 및 정면도이다.
도 6 및 도 7을 참고하면, 격벽(31, 32, 33)은 살균조(30)의 상부벽과 하부벽에 교대로 고정 설치된다. 즉, 제1 격벽(31)은 살균조(30)의 하부벽에 고정되어 처리수를 제1 격벽(31)의 상부로 이동시키고, 제2 격벽(32)은 살균조(30)의 상부벽에 고정되어 처리수를 제2 격벽(32)의 하부로 이동시키며, 제3 격벽(33)은 다시 살균조(30)의 하부벽에 고정되어 처리수를 제3 격벽(33)의 상부로 이동시킨다. 이와 같은 살균조(30)는 하천에서 발생하는 초기 미생물을 보호하면서 대장균과 같은 세균을 살균하여 완벽한 처리공정을 이룬다.
도 8은 반송부가 구비된 하ㆍ폐수 처리 장치의 부분 확대도이다. 도 8을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 하ㆍ폐수 처리 장치(100)는 처리수의 일부를 기포 발생부(22)에 이송하는 반송 라인(28)이 설치될 수 있다. 이 반송 라인(28)에는 반송 펌프가 설치된다. 나노 기폭 장치와 연결된 기포 라인(282)과 반송 라인(28)은 합류관(283)에서 만난다. 합류관(283)은 다시 분기되어 각 기포 발생부(22)와 연결된다.
합류관(283)과 만나는 반송 라인(28)의 부분은 관경이 축소되는 이젝터부(281)가 형성되어, 반송수의 유속이 증가되면서 합류관(283)으로 분사된다. 합류관(283)으로 분사된 반송수에 의해 그 부분은 압력이 감소되고, 이러한 압력 감소에 의해 기포 라인(282)으로부터 자연스럽게 공기가 유입(유도)되어 반송수와 함께 이동한다.
이와 같이, 기포 발생부(22)는 나노 기폭 장치에서 발생하는 기포가 포함된 반송수를 반응조의 하부에 배출하여, 하ㆍ폐수 부유 물질이나 반응조에서 응결된 총인을 공기와 함께 상부로 부상시킨다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 하ㆍ폐수 처리 장치(100)의 작동에 대하여 살펴본다.
먼저, 하ㆍ폐수가 응집조(10)에 유입되면 유입수는 격벽(12, 13, 14)을 순차적으로 넘어가고, 이 과정에서 응집제가 투입되어 교반기(15, 16, 17)에 의해 유입수 내에 함유된 미세 입자들이 충돌하여 플록으로 형성된다(응집 단계). 플록이 형성된 유입수는 반응조(20)의 격벽(21)을 통과하고, 이때, 플록은 나노 기포 발생부(22)에서 생성된 나노 공기와 함께 반응조(20)의 상부로 부상한다(부상 단계). 플록이 나노 공기와 함께 부상할 때, 가이드 경사판(23)에 의해 플록의 부상이 원활하게 이루어진다.
반응조(20)의 수면위로 부상된 플록은 스키머(24)에 의해 걸러져 농축조로 이송된다(플록 제거 단계). 이와 함께, 유입수 내에 잔존하는 미세 입자는 장모상 디스크 드럼 필터(26)에 의해 추가적으로 걸러진다(여과 단계). 여과된 처리수는 살균조(30)로 이동한다.
살균조(30)로 유입된 처리수는 1단부에 살균제가 투입되어 살균되고, 3단부에 환원제가 투입되어 살균제 환원이 이루어진 후 배출된다(살균 단계).
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 응집조 12, 13, 14: 격벽
15, 16, 17: 교반기 20: 반응조
21: 격벽 22: 나노 기포 발생부
23: 가이드 경사판 24: 스키머
26: 디스크 드럼 필터 30: 살균조
31, 32, 33: 격벽 40: 살균제 투입 장치
50: 환원제 투입 장치 100: 하ㆍ폐수 처리 장치

Claims (11)

  1. 응집제가 투입되어 유입수 내의 미세입자를 플록으로 형성하는 응집조;
    상기 응집조에 형성된 플록을 포함하는 유입수가 투입되는 반응조;
    상기 반응조에 설치되어 나노 공기를 발생시켜 상기 플록을 상부로 부상시키는 나노 기포 발생부; 및
    상기 반응조의 상부에 떠오른 플록을 제거하는 스키머를 포함하고,
    상기 반응조에는 유입수 내에 잔존하는 미세입자를 추가적으로 여과하는 장모상 여과막을 구비하는 디스크 드럼 필터가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 하ㆍ폐수 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반응조의 입구측에는 유입수를 반응조의 하부로 이동시키는 격벽이 더 설치되고,
    상기 나노 기포 발생부는 상기 반응조의 하부에 설치되는 것을 특징으로 하는 하ㆍ폐수 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 반응조에는 상기 플록을 상부로 유도하는 가이드 경사판이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 하ㆍ폐수 처리 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반응조에서 여과된 처리수에 살균제와 환원제가 투입되는 살균조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하ㆍ폐수 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 살균조는 복수 개의 격벽이 상부와 하부에 교대로 설치되어 3단으로 이루어지고,
    상기 살균제는 1단부에 투입되고, 상기 환원제는 3단부에 투입되는 것을 특징으로 하는 하ㆍ폐수 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반응조 내의 처리수를 상기 나노 기포 발생부로 이송하는 반송부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하ㆍ폐수 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 반송부는 단부에 관경이 축소되는 이젝터부를 구비하는 반송 라인을 포함하고,
    상기 이젝터부의 유속 증가에 의한 압력 감소에 의해 나노 기폭 장치로부터의 공기를 유도하는 것을 특징으로 하는 하ㆍ폐수 처리 장치.
  9. 유입수에 포함된 미세입자를 플록으로 형성하는 단계;
    상기 플록을 나노 공기에 의해 상부로 부상시키는 단계;
    상기 상부로 부상된 플록을 제거하는 단계; 및
    상기 플록이 제거된 처리수를 살균하는 단계를 포함하고,
    상기 유입수에 잔존하는 미세입자를 장모상 여과막을 구비하는 디스크 드럼 필터에 의해 추가적으로 여과하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하ㆍ폐수 처리 방법.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 살균하는 단계는 살균제와 환원제가 함께 투입되는 것을 특징으로 하는 하ㆍ폐수 처리 방법.
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