KR101840791B1 - 고효율 산소 공급 장치 및 이를 이용한 침출수 및 고농도폐수 처리 시스템 - Google Patents

Abstract

고효율 산소 공급 장치 및 이를 이용한 침출수 및 고농도폐수 처리 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 아웃터 바디와, 아웃터 바디의 내부에 형성되는 인너 바디와, 인너 바디에서 아웃터 바디의 외부로 돌출되도록 연장 형성되는 토출 바디를 포함하여 구성되는 다중경로 이젝터, 외부에서 아웃터 바디의 내부로 인입되어 인너 바디에 연통되는 순환압력수 라인, 및 아웃터 바디의 내부로 에어를 공급하는 에어 공급 라인을 포함하는 산소 공급 장치가 제공된다.

Description

고효율 산소 공급 장치 및 이를 이용한 침출수 및 고농도폐수 처리 시스템{HIGH-EFFICIENCY OXYGEN SUPPLY DEVICE AND SYSTEM FOR TREATING LEACHATE AND HIGH-DENTICY WASTEWATER USING SAME}

본 발명은 고효율 산소 공급 장치 및 이를 이용한 침출수 및 고농도폐수 처리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미생물에 산소를 보다 최적화하여 전달할 수 있는 고효율 산소 공급 장치 및 이를 이용한 침출수 및 고농도폐수 처리 시스템에 관한 것이다.

산업 발전은 인구의 폭발적 증가를 초래하였다. 이에 따라, 도시에서 발생하는 생활폐수도 인구수에 비례하여 지속적 증가 추세이다. 그 결과, 도시 및 도시 근교에서는 생활폐수 등을 처리하는 폐수처리장의 신설 및 증설 공사가 지속적으로 이루어지고 있다. 또한, 인구의 증가에 따라 육류소비가 늘면서 가축분뇨의 처리 및 도축폐수의 처리를 위한 폐수처리장도 증가 추세이다. 이뿐만이 아니라 고농도의 공장폐수, 화학공장폐수 등과 같이 난분해성 물질이 다량 함유된 폐수의 처리 및, 매립장 등에서 나오는 침출수의 처리를 위한 특수폐수 처리장도 같이 증가 추세이다.

따라서, 이러한 난분해성 물질이 함유된 폐수 또는 침출수의 처리에 보다 효과적인 기술의 개발이 요구된다. 또한, 우수한 처리성능의 보증과 함께 유지관리비, 처리시설 운영의 용이성, 슬러지 발생 저감, 악취 발생 최소화 등을 구현하기 위해서 진보일한 기술의 개발이 요구된다.

대한민국 등록특허공보 제10-0745201호(2007.08.01, 혐기성 소화조의 슬러지 감량장치) 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0026643호(2010.03.10, 슬러지 감량화를 위한 소화조)

본 발명의 실시예들은 미생물에 산소를 보다 최적화하여 전달할 수 있는 고효율 산소 공급 장치 및 이를 이용한 침출수 및 고농도폐수 처리 시스템을 제공할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 아웃터 바디와, 아웃터 바디의 내부에 형성되는 인너 바디와, 인너 바디에서 아웃터 바디의 외부로 돌출되도록 연장 형성되는 토출 바디를 포함하여 구성되는 다중경로 이젝터, 외부에서 아웃터 바디의 내부로 인입되어 인너 바디에 연통되는 순환압력수 라인, 및 아웃터 바디의 내부로 에어를 공급하는 에어 공급 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 공급 장치가 제공된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 원수에 함유된 유기물질을 이용하여 탈질을 수행하는 탈질조, 탈질조를 거친 처리수에 함유된 암모니아성 질소를 질산성 질소로 질산화하는 질산화조, 및 질산화조에 설치되며, 아웃터 바디와, 아웃터 바디의 내부에 형성되는 인너 바디와, 인너 바디에서 아웃터 바디의 외부로 돌출되도록 연장 형성되는 토출 바디를 포함하여 구성되는 다중경로 이젝터, 외부에서 아웃터 바디의 내부로 인입되어 인너 바디에 연통되는 순환압력수 라인, 및 아웃터 바디의 내부로 에어를 공급하는 에어 공급 라인을 포함하는 산소 공급 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 산소 공급 장치를 이용한 침출수 및 폐수 처리 시스템이 제공된다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 미생물에 산소를 보다 최적화하여 전달할 수 있는 산소 공급 장치를 구현함으로써 우수한 처리성능의 보증과 함께 유지관리비 50%이상 감소, 처리시설 운영의 용이성, 슬러지의 40% 이상저감, 악취 발생 최소화, 설비 설치를 위한 소요부지의 50%이상의 절감 등을 구현할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 고효율 고효율 산소 공급 장치 및 이를 이용한 침출수 및 고농도폐수 처리 시스템을 기존 처리장 시설에 적용할 경우, 기존 처리장 시설의 침출수 및 폐수 처리 용량을 늘릴 수 있어 폐수 처리장의 초기 투자비를 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 산소 공급 장치를 이용한 침출수 및 폐수 처리 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 산소 공급 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 산소 공급 장치의 다중경로 이젝터를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 산소 공급 장치의 다중경로 이젝터의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 A-A'절단선을 기준으로 본 발명의 일 실시예에 따른 다중경로 이젝터를 나타낸 단면도이다.
도 6은 도 4의 B-B'절단선을 기준으로 본 발명의 일 실시예에 따른 다중경로 이젝터를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중경로 이젝터의 디퓨저의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 C-C'절단선을 기준으로 본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저의 단면을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 산소 공급 장치의 다중경로 이젝터가 질산화조의 벽체에 설치된 일례를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 한외여과장치를 나타낸 도면이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하는 것이 아니다.

또한, 결합이라 함은, 각 구성요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성요소가 각 구성요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성요소에 각 구성요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성요소의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

이하, 본 발명에 따른 탈출방향 안내 장치의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 산소 공급 장치를 이용한 침출수 및 폐수 처리 시스템을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 산소 공급 장치를 이용한 침출수 및 폐수 처리 시스템은 탈질조(30), 질산화조(40), 산소 공급 장치(100)를 포함하며, 균등조(20), 경도제거장치(미도시), 한외여과장치(50), 나노여과장치(60)를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 산소 공급 장치를 이용한 침출수 및 폐수 처리 시스템의 처리공정을 간략하게 설명하면, 외부로부터의 원수 공급, 스크린 처리 공정, 균등조 공정, 경도 제거 공정, 탈질조 공정, 질산화조 공정, 한외여과처리 공정, 나노여과처리 공정, 후속 처리 공정의 순서로 진행될 수 있다. 여기서, 원수라 함은 폐기물 처분장에서 침출되어 나온 더러운 물을 지칭하는 침출오수뿐만 아니라 액체성 또는 고체성의 더러운 물질이 섞이어 있는 상태의 물로서 생활이나 사업에 의해 발생되는 다양한 오폐수를 모두 포괄하는 용어이다.

도 1을 참조하면, 처리수 처리 라인(L1)에는 스크린 처리조(10), 균등조(20), 경도제거장치(미도시), 탈질조(30), 질산화조(40), 한외여과장치(50), 나노여과장치(60)가 설치될 수 있다.

처리수 처리 라인(L1)에 설치된 균등조(20)는 후술할 탈질조(30)에 앞서 외부에서 원수를 받아 균질화시키는 기능을 수행한다. 여기서의 균등조(20)는 유량조정조의 역할도 수행한다. 즉, 균등조(20)는 원수의 유입 농도 및 유량의 충격부하에 따른 균등화(homogenisation) 기능을 수행하며, 이외에도 시간최대유입피크부하시의 버퍼링 기능을 수행할 수 있다. 또한, 균등조(20)는 폐수 처리장의 주기적 유지관리 보수 시에 원수를 저류하는 저류 기능도 추가로 수행할 수 있다.

본 실시예에서, 균등조(20)의 운영은 탱크 용적의 50%는 교반에 의한 균질화를 유도하는데 활용하고, 잔여 용적 50%는 저류 용량으로 활용하여 시간대별 피크 유량의 유지관리 및 비상시 저류 용도로 운용할 수 있다.

경도제거장치(미도시)는 원수에 함유된 경도물질을 제거하기 위한 장치이다. 여기서 경도(degree of hardness)라 함은 물의 세기 정도를 나타내는 용어이다. 경도제거장치는 예를 들어 균등조(20)의 상부에 설치될 수 있다. 예를 들어 본 실시예의 침출수 및 폐수 처리 시스템이 침출수 처리장에 적용되는 경우라면, 침출수에 함유된 경도물질인 Ca2+, Mg2+ 등의 제거를 위하여 후술할 탈질조(30)에 H3PO4 투입만으로 경도물질을 제거할 수 있다. 본 실시예의 고효율 산소 공급 장치를 통하여 후속의 질산화조 이후의 한외여과막에서 경도물질이 제거되도록 유도할 수 있다. 이러한 수치는 본 출원인이 다수의 매립장 침출수 처리장에 실제로 적용한 실적을 바탕으로 얻은 데이터 수치이다. 유입되는 원수의 경도농도가 8,000ppm이면 본 실시예의 처리 시스템을 거치면서 약 250ppm으로 제거되는 것을 확인할 수 있다.

탈질조(30)(denitrification)는 원수에 함유된 유기물질을 이용하여 탈질을 수행하는 반응조이다. 탈질조(30)는 균등조(20)를 거쳐 탈질조(30)로 이송된 원수에 함유된 질산성 질소를 탈질소 세균을 이용하여 비독성, 비폭발성 가스인 질소(N2)가스로 바꾸어 제거하는 역할을 하며, 후술할 질산화조(40)에서 질산염과 같은 질산성 질소를 가져와 무해한 질소가스로 바꾸어 제거하는 역할을 한다.

이를 위해서, 질산화조(40)와 탈질조(30) 사이에는 처리수 반송 라인(L2)이 설치되며, 질산화조(40)를 거친 처리수가 처리수 반송 라인(L2)을 통해서 탈질조(30)로 순환될 수 있다. 이때, 질산성 질소의 제거를 위한 탈질미생물의 신진대사 에너지를 원수에 포함된 유기물질로부터 얻으므로 후속 공정인 질산화조(40)에서의 오염부하를 낮출 수 있어 가수분해를 위한 에너지를 절감할 수 있으며, 원수에서 직접 탈질 반응에 필요한 에너지(탄소원)을 얻으므로 난분해성 물질의 분해를 위해 외부에서 탄소원을 공급하는 것을 최소화할 수 있는 이점이 있다.

참고로, 탈질소 세균은 원수나 처리수 속의 질산염을 대기 중의 질소로 바꾸는 역할을 한다. 이러한 미생물에 의한 일련의 변환을 통해 유기체에 함유된 질소는 식물에 유용한 형태로 변화된다.

질산화조(40)(nitrification)는 탈질조(30)를 거친 처리수에 함유된 암모니아성 질소를 질산성 질소로 질산화하는 호기성 반응조이다. 통상적인 질산화조의 MLSS는 3,500~5,000PPM 이하인 방면, 본 실시예에서는 10,000~ 35,000PPM까지 유지함으로써 고농도 악성 폐수처리까지 처리가 가능한 기술이다. 이는 한외여과막에서 유용한 미생물의 처리수를 통한 외부 유출이 없이 반송을 통하여 원하는 미생물량(농도)을 유지할 수 있기 때문에 가능한 것이다. 이를 통하여 고농도의 악성 원수의 암모니아성 질소는 질산화조에서 질산화하여 아질산성, 질산성 질소로 변환된다. 즉, 질산화조(40)에서 호기성 미생물인 질산화세균이 처리수 속의 암모니아를 산화하여 아질산으로 바꾸고, 다시 아질산을 산화하여 질산을 생성하는 일련의 작용을 수행한다.

참고로, 모든 생물의 잔류물과 노폐물은 미생물에 의해 암모니아화 과정에서 암모니아로 분해된다. 이러한 암모니아는 질산화 반응을 통해 질산염으로 변화된다. 그러나 탈질소 작용이 없다면 질산염이 물에 아주 잘 녹고 물이 있는 곳으로 지속적으로 씻겨나가므로 지구의 질소는 모두 해양에 축적될 것이다. 따라서, 질산화조(40)를 거친 처리수를 탈질조(30)로 순환시켜 처리수 속에 함유된 질산염을 대기 중의 질소가스로 바꾸어줄 필요가 있다. 또한, 통상적인 질산화조에서의 허용 가능한 염소이온농도는 1,000 ~ 2,000PPM이나, 본 실시예에서는 예를 들어 12,000PPM까지 약 10배이상까지 허용이 가능하다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 산소 공급 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 산소 공급 장치의 다중경로 이젝터를 나타낸 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 산소 공급 장치의 다중경로 이젝터의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4의 A-A'절단선을 기준으로 본 발명의 일 실시예에 따른 다중경로 이젝터를 나타낸 단면도이며, 도 6은 도 4의 B-B'절단선을 기준으로 본 발명의 일 실시예에 따른 다중경로 이젝터를 나타낸 단면도이다.

산소 공급 장치(100)는 질산화조(40)에 설치된다. 산소 공급 장치(100)는 처리수 속에 공기를 불어 넣어 처리수 속의 산소 농도를 증가시키는 역할을 수행하며, 처리수 속에서 나오기 어려운 과잉의 유해한 질소를 빼내는 역할을 한다.

도 2를 참조하면, 본 실시예의 산소 공급 장치(100)는 다중경로 이젝터(110), 순환압력수 라인(120), 및 에어 공급 라인(130)을 포함한다. 도 4를 참조하면, 다중경로 이젝터(110)는 아웃터 바디(111), 아웃터 바디(111)의 내부에 형성되는 인너 바디(112), 및 인너 바디(112)에서 아웃터 바디(111)의 외부로 돌출되도록 연장 형성되는 토출 바디(113)를 포함하며, 토출 바디(113)를 아웃터 바디(111)에 지지시키기 위한 스테빌라이저(116)를 더 포함한다.

다중경로 이젝터(110)는 순환압력수 라인(120)을 통해 유입되는 처리수에 에어 공급 라인(130)을 통해 유입되는 에어를 혼합시켜 질산화조(40) 내부로 토출하는 역할을 한다. 이때, 다중경로 이젝터(110)는 후술할 에어 완충 공간(챔버) 및 순환압력수 완충 공간(챔버)을 이용하여, 큰 운동량을 갖는 두 유체, 즉 에어와 순환압력수가 충돌이라는 상호 작용을 통해 한 유체가 다른 유체의 운동량에 악영향을 미치는 정도를 완화할 수 있다. 즉, 에어 또는 순환압력수가 유입되는 각각의 챔버에 유로를 확보하기 위하여, 예를 들어 원추형의 공간과 그 내부에 배치되는 가이드핀을 포함하여 챔버를 구성함으로써, 챔버 내에서의 와류를 방지하여 진공 이젝션의 효과를 극대화할 수 있다.

또한, 다중경로 이젝터(110)는 후술할 토출 바디(113)의 제트펌프 구조를 이용하여, 에어 공급 라인(130)에 별도의 송풍기를 설치할 필요 없이 순환압력수 라인(120)의 펌프압 만으로 에어 공급 라인(130)의 에어를 유동시킬 수 있다. 이와 같은 다중경로 이젝터(110)를 통해서, 질산화조(40)의 처리수 내에 전달되는 산소의 전달효율을 극대화할 수 있으며, 그 결과 시스템 운영에 있어서의 에너지 사용량을 크게 절감할 수 있다.

아웃터 바디(111)는 그 내부에 인너 바디(112)를 수용할 수 있는 구조물이다. 아웃터 바디(111)는 인너 바디(112)와의 사이에 내부 공간을 형성할 수 있다. 아웃터 바디(111)와 인너 바디(112)의 사이에 형성되는 공간은 에어 완충 공간으로 활용될 수 있다.

인너 바디(112)는 아웃터 바디(111)의 내부에 형성되는 구조물이다. 도면을 참조하면, 인너 바디(112)는 아웃터 바디(111)의 내측 하부 공간에 설치될 수 있다. 인너 바디(112)와 아웃터 바디(111)는 제작 과정에서 일체화되어 제작될 수 있으며, 이외에도 별도의 제작 공정 후에 조립의 과정을 통해 결합될 수도 있다. 아웃터 바디(111)와 마찬가지로, 인너 바디(112)의 내부에도 별도의 내부 공간이 형성된다. 인너 바디(112)의 내부 공간은 순환압력수 완충 공간으로 활용될 수 있다.

토출 바디(113)는 인너 바디(112)에서 아웃터 바디(111)의 외부로 길게 연장 형성되는 구조물이다. 구체적으로, 토출 바디(113)는 관형의 디퓨저(113a), 디퓨저(113a)의 내부에 형성되는 관로에 설치되어 순환압력수 라인(120)의 순환압력수를 고압으로 토출하는 노즐(113b), 및 디퓨저(113a)의 관로에 나선형으로 형성되는 핀(113c)(fin)을 포함할 수 있다.

스테빌라이저(116)는 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼 각각의 토출 바디(113)를 일체로 연결시킬 수 있으며, 그 형태가 예를 들어 링 형태일 수 있다. 이러한 스테빌라이저(116)를 통해 복수의 토출 바디(113)가 아웃터 바디(111)에 안정적으로 지지된다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중경로 이젝터의 디퓨저의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 8은 도 7의 C-C'절단선을 기준으로 본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저의 단면을 나타낸 도면이다.

디퓨저(113a)는 관형의 파이프 구조이며, 제트펌프에 의한 진공 상태를 유도할 수 있도록 디퓨저(113a)의 관로는 직경이 감소하는 축소부와 직경이 증가하는 확장부를 포함하여 구성된다. 또한, 디퓨저(113a)의 관로는 테이퍼(taper) 형상을 가진다. 이와 같이 관로의 내측 형상을 테이퍼 형상으로 구성함으로써, 도 7에 도시된 것처럼 테이퍼의 단면부에서 유체의 순간 유속이 빨라져 강력한 추력을 발생시킬 수 있다. 그 결과, 토출 바디(113)에서의 이젝션 효과 및 질산화조(40) 내에서의 산소 용해 효과를 극대화할 수 있다.

노즐(113b)은 디퓨저(113a)의 관로 내에 설치된다. 도면을 참조하면, 디퓨저(113a)의 일단은 인너 바디(112)에 연통되는데, 이때 인너 바디(112)를 통해 후술할 순환압력수 라인(120)에도 연통된다. 따라서, 순환압력수 라인(120)의 순환압력수는 인너 바디(112)의 내부 공간을 거쳐 디퓨저(113a)의 일단을 통해 타단으로 토출될 수 있다. 노즐(113b)은 순환압력수 라인(120)의 순환압력수를 고압으로 디퓨저(113a)의 타단으로 토출하는 역할을 한다.

핀(113c)은 디퓨저(113a)의 관로 내에 나선형으로 형성된 구조물이다. 예를 들어 핀(113c)은 노즐(113b)을 통해 고압으로 토출되는 순환압력수의 유동에 회전류를 가미시키는 역할을 할 수 있다. 이에 따라 디퓨저(113a)의 타단을 통해 토출되는 순환압력수의 유동에 진행방향을 기준으로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전류가 가미될 수 있고, 결과적으로 처리수 내에 산소전달효율을 보다 높일 수 있다. 핀(113c)은 하나 또는 여러 개가 나선형의 형태로 설치될 수 있으며, 핀(113c)의 경사각에 따라 순환압력수의 유속이나 방향이 결정될 수 있다.

한편, 도 4를 참조하면, 본 실시예의 다중경로 이젝터(110)는 토출 바디(113), 보다 구체적으로 토출 바디(113)의 디퓨저(113a)에 구비되는 에어 흡입홀 또는 에어 흡입관(114)을 추가로 포함할 수 있다. 에어 흡입홀 또는 에어 흡입관(114)은 도면에 도시된 바와 같이 아웃터 바디(111)와 인너 바디(112) 사이의 영역에 위치하도록 설치될 수 있다.

에어 흡입홀은 디퓨저(113a)의 몸통, 보다 구체적으로 아웃터 바디(111)와 인너 바디(112)의 사이에 위치하는 디퓨저(113a)의 몸통에 형성된 구멍이다. 이러한 에어 흡입홀을 통해서, 아웃터 바디(111)와 인너 바디(112) 사이의 공간인 에어 완충 공간이 디퓨저(113a)의 관로와 상호 연통될 수 있다. 따라서 순환압력수 라인(120)의 순환압력수가 인너 바디(112)를 거쳐 다중경로 이젝터(110)의 디퓨저(113a) 내부를 통과하는 과정에서 디퓨저(113a)의 관로 내부와 관로 외부 사이에 압력차가 발생하며, 이렇게 발생한 압력차는 진공압을 유도하여 에어 공급 라인(130)을 통해 공급되는 에어를 흡입하는 에너지(흡입력)로 활용될 수 있다. 따라서 에어 공급 라인(130)에 별도의 송풍기를 설치할 필요 없이 순환압력수 라인(120)의 펌프압 만으로 에어 공급 라인(130)의 에어를 유동시킬 수 있다.

참고로, 순환압력수 라인(120)에는 순환압력수 펌프(140)가 설치되어 순환압력수의 유동을 위한 에너지를 제공할 수 있다.

에어 흡입관(114)은 에어 흡입홀에서 상측으로 돌출 연장된 관형의 구조물일 수 있다. 즉, 에어 흡입관(114)은 디퓨터에 관통 형성된 에어 흡입홀이 연장되어 디퓨저(113a)의 외부로 돌출된 구조물이라고 볼 수 있다. 에어 흡입관(114)의 에어 인입구는 디퓨저(113a)의 표면에 관통 형성된 에어 흡입홀보다 상대적으로 높은 위치에 위치할 수 있으므로, 아웃터 바디(111)와 인너 바디(112) 사이의 에어 완충 공간에 액체가 고이더라도 이러한 액체로 인해 에어 흡입관(114)의 에어 인입구가 막히는 경우를 방지할 수 있어 반영구적이다. 이는 기존의 산기 멤브레인 방식에서 주기적인 청소, 교체가 요구되는 것과 비교하여 크게 유리한 장점이다. 도면에서는 디퓨저(113a)의 일단에 에어 흡입관(114)이 구비된 경우를 예시로 도시하고 있다.

한편, 도 4를 참조하면, 본 실시예의 다중경로 이젝터(110)는 인너 바디(112)의 상부에 구비되는 에어 배출홀 또는 에어 배출관(115)을 추가로 포함할 수 있다. 에어 배출홀 또는 에어 배출관(115)은 그 형태상 상술한 에어 흡입홀 또는 에어 흡입관(114)과 유사할 수 있다. 그러나, 에어 배출홀 또는 에어 배출관(115)은 그 기능에서는 상술한 두 구성과 상이하여, 인너 바디(112) 내부에 쌓인 고압의 에어를 배출하는 역할을 수행한다.

이와 같은 다중경로 이젝터(110)를 통해서, 질산화조(40)의 처리수 내에 전달되는 산소의 전달효율을 극대화할 수 있으며, 그 결과 처리 시스템 운영에 있어서의 에너지 사용량을 크게 절감할 수 있다.

순환압력수 라인(120)은 도 2에 도시된 바와 같이 질산화조(40) 내부의 처리수를 순환시켜 상기 질산화조(40) 내부로 재순환하기 위한 파이프라인으로, 아웃터 바디(111)의 외부에서 아웃터 바디(111)의 내부로 인입되어 그 내부의 인너 바디(112)에 연통되도록 설치된다. 또한, 순환압력수 라인(120)은 순환압력수 펌프(140)를 이용하여 질산화조(40) 내부의 처리수를 고압으로 순환시킬 수 있다. 특히, 순환압력수 라인(120)의 순화압력수가 다중경로 이젝터(110)의 디퓨저(113a) 관로의 좁은 구간을 통과할 때 유속이 빨라지고, 이때 상기 관로의 좁은 구간에 연통되는 에어 흡입홀 또는 에어 흡입관(114) 내에 진공압이 발생하여 에어 공급 라인(130)을 통해 공급되는 에어를 흡입하는 에너지로 활용될 수 있다.

에어 공급 라인(130)은 도 2에 도시된 바와 같이 아웃터 바디(111)의 내부로 에어를 공급할 수 있다. 이때, 에어 공급 라인(130)의 일단은 다중경로 이젝터(110)의 아웃터 바디(111)의 내부로 연장되고, 그 타단의 적어도 일부는 질산화조(40)의 수면 위로 연장되거나 질산화조(40)의 외부로 연장되어 외기(에어)를 흡입할 수 있는 구조이다. 따라서, 순환압력수 펌프(140)의 작동과 동시에 순환압력수 라인(120)을 따라 순환압력수가 유동할 때, 다중경로 이젝터(110)의 디퓨저(113a) 관로 내에 진공압이 유도되고, 이때 발생한 진공압에 의해 외기가 에어 공급 라인(130)의 타단에 구비된 에어 인입구를 통해 디퓨저(113a)의 관로 내로 진공 흡입될 수 있다.

또한, 도 2를 참조하면, 에어 공급 라인(130)의 타단에서 분기되어 질산화조(40)의 수면 아래로 연장되는 분기 라인(131)이 추가로 설치될 수 있다. 분기 라인(131)과 에어 공급 라인(130)이 만나는 위치에는 밸브(132)가 설치된다. 따라서, 필요에 따라 질산화조(40) 내부의 처리수가 분기 라인(131)과 에어 공급 라인(130)을 거쳐서 다중경로 이젝터(110)로 공급될 수 있고, 진공 이젝션의 효과를 높일 수 있다. 이때, 질산화조(40) 내의 처리수가 분기 라인(131)을 통해 다중경로 이젝터(110)로 빨려 들어가는데, 이로 인해 질산화조(30)의 수면 상에서 소용돌이 또는 와류가 발생하는 것을 억제하기 위해서 배플(150)이 추가로 설치될 수 있다. 배플(150)은 수면 위에서 수면 아래로 연장되는 형태로 설치될 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 실시예의 다중경로 이젝터(110)는 질산화조(40)의 내부에 설치되는 반면, 순환압력수 라인(120) 상의 순환압력수 펌프(140)는 질산화조(40)의 외부에 설치된 것을 확인할 수 있다. 이를 위해, 순환압력수 라인(120)의 일부 구간은 질산화조(40)의 외부로 연장되도록 설치된다. 이와 같이 순환압력수 펌프(140)가 질산화조(40)의 외부에 설치됨으로써 작업자의 접근성이 높아지고 그 결과 펌프의 유지관리가 매우 용이하다.

특히, 본 실시예의 다중경로 이젝터(110)는 종래의 일반 멤브레인 산기관과 같은 막에 의한 산소 전달 방식이나 고정식의 폭기 장치(aerator plates)에 비해 유지관리 측면에서 반영구적이므로 유지관리에 소요되는 비용이 적다. 특히, 본 실시예의 다중경로 이젝터(110)는 종래 방식에서 산기관의 상부에 주로 발생하는 침전물의 침전에 의한 파손 또는 파울링(막힘 현상) 문제를 해결할 수 있다. 또한, 본 실시예의 다중경로 이젝터(110)는 러버(rubber), 멤브레인, 세라믹 등의 소모품이 없는 일체형이므로 반영구적인 산기장치이다.

또한, 본 실시예의 다중경로 이젝터(110)는 예를 들어 8~15개의 디퓨저(113a) 관로를 통해 다중경로를 형성할 수 있으며, 각각의 경로는 순환압력수의 토출과 동시에 그 토출압의 3배에 달하는 (에어) 흡입압을 발생시키므로 다중경로 이젝터(110)의 주변에 수많은 토출난류, 흡입난류, 드래그(drag)난류를 발생시킬 수 있다. 따라서, 본 실시예의 산소 공급 장치(100)는 상술한 다중경로 이젝터(110)와 순환압력수 라인(120) 및 에어 공급 라인(130)을 통하여, 질산화조(40)의 처리수 속에 산소를 보다 효과적으로 전달할 수 있다.

또한, 기존의 통상적인 시스템에서는 질산화조와 탈질조의 유효 수심 높이가 대략 5~6M 정도 인데 반해, 본 실시예에서는 상술한 다중경로 이젝터(110)를 적용함으로써 질산화조(40) 및 탈질조(30)의 유효 수심 높이를 8M~12M로 높일 수 있어, 기존 통상의 방식에 비해 처리 성능을 크게 높일 수 있는 이점이 있다. 이를 통해 에너지 소비량을 기존방식의 60%이하로 절감할 수 있고, 결과적으로 오염물질의 처리효율을 극대화할 수 있다.

비록 상술한 실시예들에서는 본 실시예의 다중경로 이젝터(110)가 질산화조(40)의 내부에 위치한 경우로 설명되었으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되지 않으며, 필요에 따라 본 실시예의 다중경로 이젝터(110)는 질산화조(40)의 벽체에 걸치도록 설치될 수도 있다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 산소 공급 장치의 다중경로 이젝터(110)가 질산화조(40)의 벽체에 설치된 일례를 도시하고 있다.

한편, 처리수 처리 라인(L1)에 설치된 한외여과장치(50)는 질산화조(40)를 거친 처리수에 함유된 미생물과 상등수를 분리시키는 역할을 수행할 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 한외여과장치(50)를 나타낸 도면이다.

도 10을 참조하면, 본 실시예의 한외여과장치(50)는 다수의 원통형 멤브레인 모듈이 직렬로 연결되어 하나의 루프(loop)를 구성하는 멤브레인 여과방식(즉, side stream crossflow 멤브레인 여과방식)이다. 각각의 루프는 2~6개의 원통형 멤브레인 모듈을 직렬로 연결하여 구성되며, 처리 용량에 따라 여러 개의 루프를 도면에 도시된 바와 같이 병렬로 연결하여 처리 용량을 늘릴 수 있다. 그 결과, 기존의 중력식 침전지를 이용한 고액분리 방식은 5,000PPM 이상의 미생물량을 유지할 수 없는 실정인데 반해, 본 실시예의 한외여과장치(50)는 질산화조의 미생물량을 최대 35,000PPM까지 유지 가능하게 할 수 있다. 또한, 본 실시예의 한외여과장치(50)는 작업자의 접근성이 용이하도록 설치되므로, 유지관리가 매우 용이하다. 또한, 본 실시예의 한외여과장치(50)의 세정시에 작업자는 슬러지, 폐수, 에어로졸, 세정 약품 등에 접촉할 필요가 없다.

나노여과장치(60)는 한외여과장치(50)를 거친 처리수에 함유된 이온 및 색도를 제거하는 역할을 수행한다. 나노여과장치(60)는 처리수 속에 존재하는 잔여 난분해성 물질을 제거하는 역할을 수행하며, 그 결과 항상 일정한 배출수질을 유지할 수 있다.

한편, 도 1을 참조하면, 슬러지 처리 라인(L3)에는 예를 들어 슬러지 저류조(70), 농축조(미도시), 소화조(미도시), 농축 탈수기(80) 등이 설치될 수 있다.

슬러지 저류조(70)는 한외여과장치(50)를 거친 처리수를 수용할 수 있고, 필요에 따라 처리수를 침전시켜 슬러지를 분리 배출시킬 수 있다. 농축조는 슬러지 처리 라인(L2)을 통해 이송되는 슬러지를 고농도로 농축시킬 수 있으며, 이렇게 농축된 슬러지는 소화조로 이송될 수 있다. 소화조는 슬러지 처리 라인(L2)을 통해 이송된 슬러지를 혐기성 미생물을 이용하여 분해하고 바이오 가스를 생성할 수 있다. 소화조를 거친 슬러지는 농축 탈수기(80)로 이송될 수 있다. 농축 탈수기(80)는 이송된 슬러지를 탈수시켜 외부로 배출할 수 있다. 농축 탈수기(80)에서 배출된 슬러지는 탈수 케이크 형태로 외부로 반출되어 소각 또는 매립되거나 토지 개량 등에 활용될 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

L1: 처리수 처리 라인 L2: 처리수 반송 라인
L3: 슬러지 처리 라인 10: 스크린 처리조
20: 균등조 30: 탈질조
40: 질산화조 50: 한외여과장치
51: 원통형 멤브레인 모듈 60: 나노여과장치
70: 슬러지 저류조 80: 농축 탈수기
100: 산소 공급 장치 110: 다중경로 이젝터
111: 아웃터 바디 112: 인너 바디
113: 토출 바디 113a: 디퓨저
113b: 노즐 113c: 핀
114: 에어 흡입홀 또는 에어 흡입관 115: 에어 배출홀 또는 에어 배출관
116: 스테빌라이저 120: 순환압력수 라인
130: 에어 공급 라인 131: 분기 라인
140: 순환압력수 펌프 150: 배플

Claims (12)

1. 질산화조에 설치되는 산소 공급 장치에 있어서,
   상기 질산화조의 처리수 내에 배치되며, 아웃터 바디와, 상기 아웃터 바디의 내측 하부 공간에 설치되어 상기 아웃터 바디와의 사이에 에어 완충 공간을 형성하는 인너 바디와, 상기 인너 바디의 내부에 형성되는 순환압력수 완충 공간에서 상기 인너 바디를 통과하여 상기 아웃터 바디의 외부로 돌출되도록 연장 형성되는 토출 바디와, 링 형태로 8개 내지 15개의 상기 토출 바디를 일체로 연결하여 상기 토출 바디가 상기 아웃터 바디에 지지하는 스테빌라이저를 포함하여 구성되는 다중경로 이젝터;
   일단이 상기 질산화조의 내부와 연통되고, 타단이 상기 아웃터 바디의 외부에서 상기 아웃터 바디의 내부로 인입되어 상기 인너 바디에 연통되며, 상기 일단과 타단 사이의 구간 중 적어도 일부 구간이 상기 질산화조의 외부를 경유하도록 상기 질산화조의 외부로 연장되는 순환압력수 라인;
   상기 순환압력수 라인의 상기 적어도 일부 구간에 설치되어 상기 질산화조 내부의 처리수를 상기 인너 바디로 순환시키는 순환압력수 펌프;
   일단이 상기 아웃터 바디의 내부로 연장되고, 타단이 상기 질산화조의 수면 위로 연장되거나 상기 질산화조의 외부로 연장되어 외부의 에어를 흡입 가능하고, 상기 순환압력수 펌프의 작동에 의해 상기 토출 바디의 관로 내에 유도되는 진공압을 이용하여 상기 아웃터 바디의 내부에 에어를 공급하는 에어 공급 라인을 포함하며,
   상기 다중경로 이젝터는,
   상기 아웃터 바디와 상기 인너 바디 사이의 상기 에어 완충 공간에 위치하도록 상기 토출 바디의 몸체에 구비되되, 상기 토출 바디의 몸체에서 상측으로 돌출 연장되어 상기 에어 완충 공간에 고이는 액체가 상기 토출 바디의 관로 내로 유입되는 것을 차단하는 에어 흡입관,
   상기 인너 바디의 내부에 형성되는 상기 순환압력수 완충 공간에 쌓이는 고압의 에어를 상기 에어 완충 공간으로 배출하는 에어 배출홀 또는 에어 배출관을 더 포함하고,
   상기 토출 바디는
   관형의 파이프구조로 직경이 감소하는 축소부와 직경이 증가하는 확장부를 포함하여 구성되는 디퓨저와,
   상기 디퓨저의 내부에 형성되는 관로에 설치되어 상기 순환압력수 라인의 순환압력수를 고압으로 토출하는 노즐, 및
   상기 디퓨저의 관로에 나선형으로 형성되는 핀(fin)을 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 공급 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 디퓨저의 관로는 테이퍼(taper) 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 산소 공급 장치.
8. 원수에 함유된 유기물질을 이용하여 탈질을 수행하는 탈질조;
   상기 탈질조를 거친 처리수에 함유된 암모니아성 질소를 질산성 질소로 질산화하는 질산화조;
   상기 질산화조에 설치되는 제1항에 따른 산소 공급 장치;
   상기 탈질조에 앞서 외부에서 원수를 받아 균질화시키는 균등조;
   다수의 원통형 멤브레인 모듈이 직렬로 연결되어 하나의 루프(loop)를 구성하여 상기 질산화조를 거친 처리수에 함유된 미생물과 상등수를 분리시키는 한외여과장치;
   상기 한외여과장치를 거친 처리수에 함유된 이온 및 색도를 제거하는 나노여과장치를 포함하며,
   상기 탈질조와 질산화조의 유효수심높이는 8~12미터인 것을 특징으로 하는 고효율 산소 공급 장치를 이용한 침출수 및 고농도폐수 처리 시스템.
   
9. 삭제
10. 삭제
11. 제8항에 있어서,
    상기 다중경로 이젝터는 상기 질산화조의 외부에서 내부로 관통하는 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 고효율 산소 공급 장치를 이용한 침출수 및 고농도폐수 처리 시스템.
12. 삭제

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