KR102026130B1 - 선박용 오폐수 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박에서 발생되는 각종 오폐수를 처리하여 해양 오염을 방지할 수 있는 선박용 오폐수 처리 장치에 관한 것으로, 폐수가 유입되며, 유입된 폐수에 포함된 부유물을 제거하는 부유물 제거조와, 상기 부유물 제거조에 연결되는 제1 침전조와, 상기 제1 침전조에 연결되며, 폐수에 포함된 인 및 질소를 제거하는 혐기조와, 상기 혐기조에 연결되는 무산소조와, 상기 무산소조에 연결되고, MBBR(Moving Bed Bioreactor, 이동상 바이오 리액터)이 투입되며, 바닥면에는 공기가 분출되는 폭기판이 복수 개로 형성되는 폭기조와, 상기 폭기조의 내부에 설치되고, 하부에는 유입구가 형성되며 상부에는 분출구가 형성되어 상기 폐수와 MBBR을 상기 유입구로부터 흡인한 후 상기 분출구로 토출시키는 믹싱 모듈과, 상기 폭기조에 연결되도록 설치되는 제2 침전조 및 상기 제2 침전조의 상측에 연결되며, 상기 폐수에서 처리된 여과수가 배출되는 방류부와, 상기 부유물 제거조와, 제1 침전조, 혐기조, 및 제2 침전조에 각각 연결되며, 폐수에 포함된 슬러지가 배출되는 배출구를 포함하며, 상기 폭기조의 배출측에는 스크린망이 구비되어 이물질을 걸러낼 수 있도록 구비되며, 상기 제2 침전조의 하부와 연결되어 배출되는 슬러지를 받아 2차 처리하도록 하는 보조 침전조가 더 구비되며, 상기 믹싱모듈은, 수중펌프가 내장되는 하우징과, 상기 하우징 상부에 연결되되, 'ㄷ' 자 형태로 절곡되는 유동관과, 상기 유동관 내부로 공기를 공급할 수 있도록 상기 유동관 하단측에 연결되는 보조공기관을 포함하고, 상기 폭기판은, 복수의 폭기구멍이 형성되되, 상기 폭기판의 상측에 상하 이동되는 폭기조절구가 마련되고, 상기 폭기조절구는 폭기조절프레임과 상기 폭기조절프레임 하면에 상기 폭기구멍에 대응하는 위치로 마련되는 핀으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

선박용 오폐수 처리 장치{Wastewater treatment apparatus for ships}

본 발명은 선박용 오폐수 처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박에서 발생되는 각종 오폐수를 처리하여 해양 오염을 방지할 수 있는 선박용 오폐수 처리 장치에 관한 것이다.

종래 다양한 원수 처리 시스템은 개발 되어왔다. 이러한 처리들은 보통 응고, 침전 그리고 침강의 연속적 처리 단계를 포함한 다 단계의 여과를 구비하도록 설계된다.

처리되는 원수는 표면수, 지표수, 하수, 염수, 해수, 그 외 다른 것들을 포함한다. 종래 원수 처리 방법 중 하나는 활성 슬러지 처리(Activated sludge process, ASP)에 근거한다. 이는, 슬러지 형태의 함유물과 부유물 등을 제거하기 위하여 걸러내고 고형물을 제거하며 원수를 사전 처리한다. 그 후, 처리된 원수에 공기가 공급되도록 공기를 수조 내부로 분사하는 폭기부 혹은 폭기조가 마련된다.

다른 원수 처리 시스템은 멤브레인 바이오 리액터(Membrane Bio Reactor, MBR)의 사용을 포함한다. 이 시스템은 부유물 제거 및 사전 처리의 초기 단계, 그리고 원수를 폭기부나 폭기조에 제공하는 단계는 전술한 시스템과 유사하나, MBR 처리가 침전 탱크와 추가적인 여과 또는 살균 처리에 대체된다. 이를 위하여 MBR처리에는 5-12000mg/l의 총 부유물(Total Suspended Solid, TSS)을 갖는 원수를 처리하는데 사용되는 특수한 멤브레인이 채용된다.

MBR 처리는 한외(限外, 울트라) 여과(Ultra-filtration, UF) 멤브레인과 미세 여과(Microfiltration, MF) 멤브레인을 사용한다. 멤브레인의 공극 크기는 0003에서 001μm의 범위이다. MBR 처리는 보통 멤브레인을 생물 반응조(Bio Reactor)에 침지시킨다. 침지된 형상은 혼합물의 생성과 막 오염(fouling)의 제한을 위한 기포 폭기 장치에 따라 좌우된다. 폭기는 고형물의 부유 상태를 지속 시키고, 멤브레인의 표면을 세척한다. 또, 미생물에 산소를 공급하여 더 나은 분해와 셀(cell) 합성을 유도한다.

MBR 여과 성능은 멤브레인의 표면과 내부에 용해성의 미립자 물질의 퇴적으로 인하여 여과 시간이 경과함에 따라 저하된다. 멤브레인 막 오염은 멤브레인 재료와 활성 슬러지 성분간의 상호 작용의 결과이다. 이는 용해성과 콜로이드 상태 합성물 형태의 살아있거나 죽은 미생물에 의해 형성되는 생물학적 플록(floc)을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 멤브레인 막 오염은 시스템 성능에 영향을 주는 심각한 문제이다.

이는 수력 저항을 크게 증가시키고 용해 흐름을 감소시키거나 트랜스 멤브레인 압력(Trans-Membrane pressure, TMP)을 증가시키기 때문이다. 그러므로 주기적인 멤브레인의 세척과 교체가 요구된다.

다른 원수 처리 기술은 이동상 바이오 리액터(Moving Bed Bioreactor, MBBR)로 알려져 있다. MBBR 기술은, 호기성 리액터와 혐기성 리액터 그리고 무산소 리액터의 부유하는 바이오 필름 운반 요소를 활용하는, 개선되고 용량의 폐수 처리 공정을 채용한다. 운반 요소는 사실상 부착물과 부유물의 성장 처리 공정 사이의 혼합물이며, 설치 및 동작에 필요한 공간 및 천연 자원이 다른 처리 방법에 비하여 적게 요구된다.

바이오 필름 운반 요소는 매우 큰 유효 바이오 필름 표면 영역을 제공한다. 바이오매스는 운반 요소의 내부에 잡혀지고, 운반 요소는 배출구의 체에 의하여 리액터 내부에 유지된다. 이러한 캐리어 요소의 이동은 호기성 시스템의 회전식 공기 송풍기, 그리고 무산소성 및 혐기성 시스템의 혼합기에 의한 기포 공기 분배 시스템에 의해 이루어진다. MBBR 기술을 사용할 때, 리액터에서의 캐리어의 차지 비율은 원수의 비(比) 하중에 대응하여 변화될 수 있다. 처리 플랜트 역시 다수의 MBBR의 구성 및 목표가 되는 특정 오염물질에 대한 조합 공정에 의하여 설계될 수 있다.

원수 처리를 위한 방안 중 하나인 MBBR 방식은 다른 어떠한 처리방식보다 효과가 좋은 것으로 알려져 있으나, 보다 친환경적이고 효율이 좋은 MBBR 기술이 요구되고 있다.

종래에는 MBBR 방식을 채택하여 원수를 처리하나, 원수에 포함된 부유물 또는 침전물이 폭기조에 같이 포함되어 원수 처리 효율이 떨어지고, 그에 따라 원수 처리 비용 및 시간이 많이 요구되는 문제점이 있었다.

한국공개특허 제10-2012-0069587호 "멤브레인 바이오 리액터 원수 처리 시스템 및 이동상 바이오 리액터 원수 처리 시스템" (공개일자 : 2012.06.28)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 유입된 원수에 포함된 부유물과 침전물을 일차적으로 걸러내고, 입자 형태의 불순물이 포함되지 않은 원수를 MBBR 방식으로 처리하여 원수 처리 효율을 향상시키며 친환경적인 선박용 오폐수 처리 장치를 제공하는 것을 주요 목적으로 한다.

본 발명에 따른 선박용 오폐수 처리 장치는 폐수가 유입되며, 유입된 폐수에 포함된 부유물을 제거하는 부유물 제거조와, 상기 부유물 제거조에 연결되는 제1 침전조와, 상기 제1 침전조에 연결되며, 폐수에 포함된 인 및 질소를 제거하는 혐기조와, 상기 혐기조에 연결되는 무산소조와, 상기 무산소조에 연결되고, MBBR(Moving Bed Bioreactor, 이동상 바이오 리액터)이 투입되며, 바닥면에는 공기가 분출되는 폭기판이 복수 개로 형성되는 폭기조와, 상기 폭기조의 내부에 설치되고, 하부에는 유입구가 형성되며 상부에는 분출구가 형성되어 상기 폐수와 MBBR을 상기 유입구로부터 흡인한 후 상기 분출구로 토출시키는 믹싱 모듈과, 상기 폭기조에 연결되도록 설치되는 제2 침전조 및 상기 제2 침전조의 상측에 연결되며, 상기 폐수에서 처리된 여과수가 배출되는 방류부와, 상기 부유물 제거조와, 제1 침전조, 혐기조, 및 제2 침전조에 각각 연결되며, 폐수에 포함된 슬러지가 배출되는 배출구를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 폭기조의 배출측에는 스크린망이 구비되어 이물질을 걸러낼 수 있도록하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 침전조의 하부와 연결되어 배출되는 슬러지를 받아 2차 처리하도록 하는 보조 침전조를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 믹싱모듈은 수중펌프가 내장되는 하우징과, 상기 하우징 상부에 연결되되, 'ㄷ' 자 형태로 절곡되는 유동관과, 상기 유동관 내부로 공기를 공급할 수 있도록 상기 유동관 하단측에 연결되는 보조공기관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 폭기판은 복수의 폭기구멍이 형성되되, 상기 폭기판의 상측에 상하 이동되는 폭기조절구가 마련되고, 상기 폭기조절구는 폭기조절프레임과 상기 폭기조절프레임 하면에 상기 폭기구멍에 대응하는 위치로 마련되는 핀으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 선박용 오폐수 처리 장치는 선박 운용에 따라 발생되는 각종 오폐수(이하, 폐수)를 처리하기 위해 폐수를 유입하여 폐수에 부유하는 입자 형태의 불순물은 부유물 제거조에서 제거하고, 침전되는 불순물은 제1 침전조에서 제거하여 이동시키므로 액체 상태인 폐수를 폭기조에서 처리하여 처리 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 폭기조 내부에 설치되는 믹싱 모듈에 의해 폐수와 MBBR을 더욱 활발하게 유동시키면서, 추가적인 공기 공급을 통해 폐쑤 처리가 더욱 원할하게 이루어질 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 선박용 오폐수 처리 장치를 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 폭기판과 폭기조절구를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 믹싱 모듈을 나타낸 예시도이다.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 선박용 오폐수 처리 장치를 나타낸 개략적인 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 선박용 오폐수 처리 장치(1000)는 부유물 제거조(100), 제1 침전조(200), 혐기조(300), 무산소조(400), 폭기조(500), 믹싱 모듈(600), 제2 침전조(700), 방류부(800), 배출구(900) 및 보조 침전조(950)를 포함한다.

먼저, 상기 부유물 제거조(100)는 선박 운용에 따라 발생되는 각종 오폐수가 유입되며, 유입된 폐수에 포함된 부유물을 제거하는 구성이다.

이때, 상기 부유물 제거조(100)에서는 폐수에 부유하고 있는 불순물이 제거되도록 폐수의 수면에 배출구(900)가 연결되며, 부유물 제거조(100)의 하측에 상기 제1 침전조(200)와 연결되는 제1 연결관(101)이 형성된다.

다음으로, 상기 제1 침전조(200)는 부유물 제거조(100)에 연결되며, 상기 제1 연결관(101)은 제1 침전조(200) 상측에 연결되어 제1 침전조(200)로부터 이동되는 폐수는 제1 침전조(200)에 낙수하게 된다.

상기 제1 침전조(200)는 부유물 제거조(100)에서 폐수에 포함된 부유성 불순물이 제거된 상태에서 폐수에 침전되는 불순물을 제거하는 구성으로, 배출구(900)가 하측에 연결되며, 혐기조(300)에 연결되는 제2 연결관(201)이 상측에 연결된다.

상기 혐기조(300)는 제1 침전조(200)와 제2 연결관(201)을 통해 연결되며, 제1 침전조(200)에서 이동된 입자형 불순물이 제거된 폐수에 포함된 인 및 질소를 제거고, 상기 무산소조(400)는 혐기조 300에 연결되며 폐수에 포함된 인 및 질소를 추가로 제거하게 된다.

다음으로, 상기 폭기조(500)는 무산소조(400)에 연결되며, 내부에는 MBBR(Moving Bed Biofilm Reactor)이 투입되고, 바닥면에는 공기가 분출되는 폭기판(31)이 복수 개로 형성된다.

MBBR은 기존의 활성슬러지공법과 생물막공법의 장정만을 경합하여 개발된 기술로서, 표면적이 크고 미생물 부착 및 공기 투과가 쉬운 구조로써 유동성이 양호한 담체이며, 유기물 및 질소, 인 처리에서 뛰어난 효율을 보장한다.

상세하게는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 폭기조(500)의 바닥면에는 외부에서 강제 공급되는 공기가 분출될 수 있는 폭기판(510)이 형성되며, 폭기판(510)에는 복수 개의 폭기구멍(511)이 형성되어 공기가 균일하게 공급되어 분출될 수 있도록 한다.

바람직하게는, 폭기조(500)의 폭기판(510)을 통해 상승되면서 분출되는 공기는 보다 다양한 패턴으로 분출되게 할 필요성이 있다. 공기 분출 패턴이 지속적으로 일정하게 되면 특정 영역에서는 정체 영역이 발생될 수 있기 때문에 간헐적으로 공기 분출 패턴을 달리해줄 필요가 있다.

이에 본 발명에서는 폭기판(510)의 상측으로 이동 가능한 폭기 조절구(520)가 배치된다.

상기 폭기 조절구(520)는 폭기판(510)에 형성된 폭기구멍(511)에 대응하는 위치에 형성되는 꼬갈 형태의 핀으로써, 폭기조절프레임(521)의 하부에 복수의 핀(522)이 형성되어 폭기조절구(520)의 상하 위치를 조절함에 따라 폭기 구멍(511)의 개구 정도가 달라짐으로써 폭기 패턴을 보다 다양하게 구현할 수 있다.

평상시에는 폭기조절구(520)는 핀(522)이 폭기구멍(511)을 막지 않도록 최대한 상승되어 있도록 하며, 일정한 시간 간격을 설정하여 폭기조절구(520)가 하강되게 하여 핀(522)이 폭기구멍(511)을 부분적으로 막도록 하면 폭기 패턴이 달라지게 되고, 폭기조절구(520)의 하강 정도에 따라 얼마든지 다양한 패턴을 구현할 수 있다.

더욱 바람직하게는, 폭기조절구(520)의 핀(522)은 기본적으로 꼬깔 형태이되, 사이즈가 다른 복수의 핀(522)을 조합하여 폭기조절구(520)를 구성하도록 한다.

즉, 핀(522)의 길이나 외경 사이즈를 달리하는 복수의 핀(522)을 조합하여 사용하게 되면, 폭기조절구(520)의 높이 조절에 따라 더욱 다양한 폭기 패턴을 형성시킬 수 있게 된다.

다음으로, 상기 믹싱 모듈(600)은 폭기조(500)의 내부에 마련되며, 하부에는 유입구(631)가 형성되며, 상부에는 분축구(632)가 형성되어 폭기조(500) 내부에 수용된 폐수와 MBBR을 유입구(631)로부터 흡인한 후 분출구(632)로 토출시켜 폭기조(500) 내부의 폐수와 MBBR을 교반시키는 역할을 한다.

상세하게는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 믹싱 모듈(600)은 수중펌프(610), 하우징(620), 유동관(630) 및 보조공기관(640)을 포함한다.

상기 수중펌프(610)는 하우징(620)에 내장되되, 하우징(620)은 폭기조(500)의 바닥면에 인접하게 설치되고, 하우징(620) 내부에 수중펌프(620)가 설치되며, 하우징(620)에는 다수의 오폐수 유입구(621)가 형성된다.

하우징(620) 상부에 유동관(630)이 연결되는데, 유동관(630)은 대략 'ㄷ'자 형태로 절곡되는 파이프로 제작된다. 유동관(630)의 하단이 하우징(620) 상부에 연결되며, 유동관(630)의 하단이 유입구(631)가 된다. 유동관(630)은 상승구간, 수평구간, 하강구간으로 이루어지도록 'ㄷ'자 형태로 절곡되며, 하강구간 단부가 분출구(632)가 된다.

한편, 유동관(630) 내부로 공기를 공급할 수 있도록 하기 위해 유동관(630) 하단측에 보조공기관(640)이 연결된다.

기본적으로 믹싱모듈(600)은 수중펌프(610)의 펌핑작용에 의해 폭기조(500)의 오폐수를 유동관(630)을 통해 상승시켜서 수면보다 높은 위치에서 토출시키도록 한다. 수중펌프(610)에 의해 발생되는 흐름을 따라 MBBR도 유동관(630)을 따라 이동하게 되며, 동시에 보조공기관(640)을 통해 공기가 강제 공급됨으로써 원활하고 충분한 공기 공급을 통해 오폐수의 분해가 효율적으로 이루어지게 할 수 있다.

이어, 제2 침전조(700)는 폭기조(500) 다음에 연이어 설치된다. 제2 침전조(700)로 이동되는 오폐수는 폭기조(500)에서 이미 어느 정도 정화 처리가 이루어진 상태이며, 제2 침전조(700)에서 체류하면서 미세한 이물질이 침전되게 하여 슬러지로 형성되게 된다. 제2 침전조(700)에서 미세한 이물질은 슬러지 형태로 침전조 바닥에 쌓이게 되고, 제2 침전조(700)의 하부에는 배출구(900)가 연결되며 슬러지는 배출구(900)를 통해 배출되게 된다.

그리고 상기 방류수(800)는 제2 침전조(700)의 상측에 연결되며, 제2 침전조(700)에서 처리된 여과수가 배출되게 된다.

한편, 상기 제2 침전조(700)와 별도로 보조 침전조가 더 구비될 수 있는데, 제2 침전조(700)에 쌓이는 슬러지를 받아 2차 처리할 수 있도록 하는 기능을 한다.

보조 침전조로 이송되는 슬러지에는 오폐수가 여전히 포함되어 있는 상태이며, 제2 침전조(700)의 처리용량이 부족한 경우에도 슬러지와 오폐수를 함께 보조 침전조로 이송하여 슬러지를 생성시키도록 함으로써 선박용 오폐수 처리장치의 용량을 높일 수 있다.

그리고 상기 방류부(800)는 상기 보조 침전조와 연결되며, 보조 침전조에 이송되는 슬러지 및 오폐수는 다시 한번 침전 처리가 이루어지므로 보다 완벽하게 처리된 여과수를 배출시킬 수 있게 된다.

상기 방류부(800)는 배출되는 여과수를 추가적인 처리나 의도된 최종 사용처와 연결되어 여과수를 배출시킬 수 있게 된다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

1000 : 선박용 오폐수 처리 장치
100 : 부유물 제거조 101 : 제1 연결관
200 : 제1 침전조 201 : 제2 연결관
300 : 혐기조 400 : 무산소조
500 : 폭기조 510 : 폭기판
511 : 폭기구멍 520 : 폭기조절구
521 : 폭기조절 프레임 522 : 핀
600 : 믹싱 모듈 610 : 수중펌프
620 : 하우징 621 : 오폐수 유입구
630 : 유동관 631 : 유입구
632 : 분출구 640 : 보조공기관
700 : 제2 침전조 800 : 방류부
900 : 배출구

Claims (5)

1. 폐수가 유입되며, 유입된 폐수에 포함된 부유물을 제거하는 부유물 제거조;
   상기 부유물 제거조에 연결되는 제1 침전조;
   상기 제1 침전조에 연결되며, 폐수에 포함된 인 및 질소를 제거하는 혐기조;
   상기 혐기조에 연결되는 무산소조;
   상기 무산소조에 연결되고, MBBR(Moving Bed Bioreactor, 이동상 바이오 리액터)이 투입되며, 바닥면에는 공기가 분출되는 폭기판이 복수 개로 형성되는 폭기조;
   상기 폭기조의 내부에 설치되고, 하부에는 유입구가 형성되며 상부에는 분출구가 형성되어 상기 폐수와 MBBR을 상기 유입구로부터 흡인한 후 상기 분출구로 토출시키는 믹싱 모듈;
   상기 폭기조에 연결되도록 설치되는 제2 침전조; 및
   상기 제2 침전조의 상측에 연결되며, 제2 침전조에서 처리된 여과수가 배출되는 방류부;
   상기 부유물 제거조와, 제1 침전조, 혐기조, 및 제2 침전조에 각각 연결되고, 각각에는 개폐수단이 구비되며, 폐수에 포함된 슬러지가 배출되는 배출구;를 포함하며,
   상기 폭기조의 배출측에는 스크린망이 구비되어 이물질을 걸러낼 수 있도록 구비되며, 상기 제2 침전조의 하부와 연결되어 배출되는 슬러지를 받아 2차 처리하도록 하는 보조 침전조가 더 구비되며,
   상기 믹싱모듈은,
   수중펌프가 내장되는 하우징과, 상기 하우징 상부에 연결되되, 'ㄷ' 자 형태로 절곡되는 유동관과, 상기 유동관 내부로 공기를 공급할 수 있도록 상기 유동관 하단측에 연결되는 보조공기관을 포함하고,
   상기 폭기판은,
   복수의 폭기구멍이 형성되되, 상기 폭기판의 상측에 상하 이동되는 폭기조절구가 마련되고, 상기 폭기조절구는 폭기조절프레임과 상기 폭기조절프레임 하면에 상기 폭기구멍에 대응하는 위치로 마련되는 핀으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선박용 오폐수 처리장치.
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