KR102063343B1 - 화학 응집 침전 여과장치 - Google Patents

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Abstract

본 기재의 화학 응집 침전 여과장치는, 폐수 처리 시설에 설치되어 침전과 여과를 함께 수행하는 장치로서, 응집제를 투여하여 유입된 폐수로부터 고형물을 응집시키는 응집 반응조, 상기 응집 반응조 후단에 연결되어 상기 응집된 고형물과 처리수를 전달받으며 침강성 고형물을 제거하는 침전부, 및 상기 침전부의 상부에 구비되어 부유성 고형물을 제거하는 여과부를 포함할 수 있다.

Description

화학 응집 침전 여과장치{SEDIMENTATION AND FILTRATION APPARATUS USING CHEMICAL COAGULATION}
본 발명은 응집 침전 여과장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오폐수 처리 시설 중 고형물을 제거하는 과정에서 고형물을 화학 응집시켜 침전 및 여과를 동시에 수행하는 화학 응집 침전 여과장치에 관한 것이다.
폐수 또는 하수는 사람의 일상생활 및 사업활동 등으로 배출된 유기 물질, 영양 물질(N, P등), 독성 유발 물질, 및 현탁성 무기물질 등을 포함하는 액상 또는 고상의 더러운 물질이 수중에 혼합되어 그 상태로는 사람의 생활이나 사업활동에 사용할 수 없는 물을 말한다. 이러한 폐수 또는 하수 중에 포함되어 있는 오염물질을 제거하여 하천이나 호소의 오염을 방지하고 수중 동식물의 서식환경을 보호하기 위하여 여러 가지 처리방법을 적용하여 오염물질의 양이나 농도를 저감시키고자 폐수 처리 시설을 설치하고 있다.
일반적으로 폐수 처리 시설에서 오염 물질을 제거하기 위하여 물리적, 화학적, 및 생물학적 처리 방법을 조합하여 채택하고 있다. 물리적 처리방법은 전처리 또는 후처리에 주로 이용되며, 고형물 및 협잡물의 양을 저감하고 기계설비를 보호하며 유입 유량을 일정하게 유지하기 위하여 스크린, 집수조, 침사지, 유수분리기, 침전, 농축 및 여과 등의 과정을 거칠 수 있다. 화학적 처리방법은 난분해성 유기물 및 독성 물질을 처리하기 위하여 폐수 중의 특정 오염 물질을 화학제를 이용하여 산화, 환원, 분해, 중화 등을 통해 무해화 및 저감할 수 있다. 그리고 생물학적 처리방법은 폐수 처리의 주공정으로 주로 이용되며 유입수 중의 유기 물질을 미생물을 이용하여 호흡, 합성, 자산화를 통해 안정화 내지 저감시킬 수 있다.
이들 중 침전지의 역할은 침전 가능한 고형물을 제거하기 위한 것으로 통상 1차 침전지에서는 침사지에서 제거되지 못한 무기질을 다량 포함한 상대적으로 비중이 큰 고형물(SS)을 제거하고, 2차 침전지에서는 생물학적 반응조를 거친 유출수로부터 처리수와 미생물 응결물(FLOC)을 분리하기 위해 설치하여 중력침전을 통해 SS를 제거한다.
또한, 2차 침전지 후단에는 침전으로 제거되지 않는 미세한 입자의 제거를 위해 모래, 부상 여재, 여과막, 섬유상 여재 등으로 이루어진 여과장치를 추가적으로 설치하여 미세한 부유물질을 제거하게 된다.
그러나 이러한 종래의 기술에서는 다음과 같은 문제점이 발생하게 된다.
첫째, 침전지의 경우 폐수 중에 함유된 고형물을 중력에 의한 자연침강을 이용하여 제거하므로 2 ~ 5시간 만큼의 체류시간을 확보할 수 있는 토목구조물이 필요하게 되고,
둘째, 체류시간이 길어짐에 따라 침전 슬러지가 부패되어 상부로 부상되므로 이를 제거하기 위해 스컴 제거기를 설치하여 이를 제거하고 있으나, 미처 제거되지 못한 스컴은 후속공정으로 유출되어 후속공정에 부하를 초래하게 되며,
셋째, 침전지에서 제거되지 않는 미세한 입자의 제거를 위해 후단에 여과장치를 추가로 설치하여야 하므로 별도의 시설투자 및 부지면적을 소요하게 된다.
본 발명의 일 측면은 응집 반응조, 침전부 및 여과부를 함께 구비하여 응집 반응조에서는 응집제를 이용한 화학적 응집을 통해 미세 고형물 뿐 아니라 침전이나 여과로 제거할 수 없는 용해성 물질까지 강제 응집시켜 난분해성 COD 및 T-P(총인) 물질 등을 추가적으로 제거함과 동시에 침전부의 상부에 여과수단을 함께 구비함으로써 침전부 상부로 스컴이 유출되는 것을 방지하고 침전부에서 제거되지 않는 미세한 입자를 제거하여, 후단에 별도의 여과부를 추가적으로 설치하지 않도록 하는 화학 응집 침전 여과장치를 제공하고자 한다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화학 응집 침전 여과장치는, 폐수 처리 시설에 설치되어 침전과 여과를 함께 수정하는 장치로서, 응집제를 투여하여 유입된 폐수로부터 고형물을 응집시키는 응집 반응조, 상기 응집 반응조 후단에 연결되어 상기 응집된 고형물과 처리수를 전달받으며 침강성 고형물을 제거하는 침전부, 및 상기 침전부의 상부에 구비되어 부유성 고형물을 제거하는 여과부를 포함할 수 있다.
상기 여과부는, 복수 개로 구획된 셀을 형성하는 여과부 프레임, 및 상기 복수의 셀 각각에 구비되고 여과포 또는 섬유상 재질의 막을 포함하는 여과셀을 포함할 수 있다.
상기 여과부는 상기 침전부에 저장된 처리수의 수면에 평행하게 설치될 수 있다.
상기 여과셀의 상부에 설치되어 상기 여과셀로 세척수를 분사하는 세척수 노즐, 및 상기 여과셀의 하부에 설치되어 상기 여과셀을 통과한 세척수를 받아 외부로 배출하도록 구성된 세척수 받이를 포함할 수 있다.
상기 세척수 받이는 상기 침전부에 저장된 처리수의 여과 수면으로부터 50 mm 내지 100 mm 아래에 설치될 수 있다.
상기 세척수 받이의 토출구 말단에 연결되어 외부로 연장되는 배관 구조를 가지며 상기 외부에 위치하는 부분에 전동 밸브가 설치되어 개폐를 제어하는 세척수 배출관을 더 포함할 수 있다.
상기 침전부 내부에 압력 센서가 설치되고, 상기 압력 센서와 전기적으로 연결되어 상기 세척수 노즐의 구동을 제어하는 제어반을 포함하며, 상기 제어반은 상기 압력 센서에 의해 설정된 압력 도달 시 상기 세척수 노즐을 구동시키도록 구성될 수 있다.
본 실시예의 화학 응집 침전 여과장치는 타이머를 구비하여 상기 세척수 노즐의 구동을 제어하는 제어반을 포함하고, 상기 제어반은 상기 타이머에 의해 설정된 시간 경과 후 설정된 시간 동안 상기 세척수 노즐을 구동시키도록 구성될 수 있다.
상기 침전부 내부의 하단에는 슬러지 수집기가 구비되고, 원형의 외부 테두리를 갖는 상기 여과부 프레임의 중심에 위치한 회전 구동축이 상기 슬러지 수집기의 중심과 연결되며, 상기 회전 구동축은 구동 모터에 연결되어 구동력을 전달 받고, 상기 회전 구동축은 상기 슬러지 수집기와 동시에 구동하도록 구성될 수 있다.
상기 침전부는 처리수를 배출하는 처리수 유출구를 포함하고, 상기 처리수 유출구 후단에 연결되어 상기 처리수를 저장하였다가 배출하는 집수 탱크를 더 포함하며, 상기 집수 탱크는 상기 세척수 노즐과 연결되어 상기 세척수를 공급하도록 구성될 수 있다.
상기 여과부의 하부에 위치하여 세척 시 상기 침전부 내 상부에 존재하는 부유물을 모아 상기 세척수 받이로 이송시키는 스크래퍼를 더 포함할 수 있다.
상기 침전부 및 여과부가 복수 개로 마련될 수 있다.
본 실시예에 따른 화학 응집 침전 여과장치에 의하면,
첫째, 침전과 여과를 동시에 수행하므로 설치면적이 작다.
둘째, 약품을 이용한 화학 응집으로 인해 침전이나 여과로는 제거되지 않는 용해성 물질까지 제거하므로 난분해성 COD나 T-P(Total Phosphorus; 총 인)의 제거가 가능하다.
셋째, 약품응집 침전으로 중력 침전에 비해 침전효율이 매우 크므로 침전조의 크기를 1/3 내지 1/7배 까지 작게 할 수 있다.
넷째, 부유물이 후속공정으로 유출될 우려가 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 응집 침전 여과장치를 부분적으로 절개하여 도시한 부분 절개 사시도이다.
도 2는 도 1의 여과부 프레임과 여과막을 상세하게 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 응집 침전 여과장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
또한, 명세서 전체에서, 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 응집 침전 여과장치를 부분적으로 절개하여 도시한 부분 절개 사시도이고, 도 2는 도 1의 여과부 프레임과 여과막을 상세하게 도시한 평면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 응집 침전 여과장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 화학 응집 침전 여과장치(100)는 고형물을 응집시키는 응집 반응조(120), 그 후단에 연결되어 침강성 고형물을 제거하는 침전부(140) 및 그 상부에 구비되어 부유성 고형물을 제거하는 여과부(150)를 포함한다. 응집 반응조(120)는 유입된 폐수에 응집제를 투여하여 고형물을 응집시킬 수 있다. 침전부(140)는 응집 반응조(120)로부터 상기 응집된 고형물과 처리수를 전달받는데, 그 중에서 침강성 고형물을 제거하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 응집된 고형물에는 부유성 고형물이 포함될 수 있으며, 이러한 부유성 고형물은 여과부(150)에서 걸러져 제거될 수 있다.
침전부(140)는 침전 탱크(141)와 그 내부에 원통형상을 갖는 정류판(147)을 구비하며, 응집 반응조(120)로부터 전달된 고형물과 처리수는 정류판(147)으로 둘러싸인 내부 공간으로 수용될 수 있다. 정류판(147)은 침전 탱크(141) 중심부에 위치하며 상단에서부터 하부로 설정된 깊이만큼 연장되어 있다.
도 2를 참조하면, 여과부(150)는 복수 개로 구획된 셀을 형성하는 여과부 프레임(152) 및 복수의 셀 각각에 구비되는 여과셀(154)을 포함한다. 여과부 프레임(152)은 원형 테두리(152a)와 상기 원형의 중심에서 방사상으로 연장하여 원형 테두리(152a)까지 이어지는 복수의 스포크(spoke)(152b)를 포함할 수 있다. 따라서 여과셀(154)은 원형 테두리(152a)와 스포크(152b)에 의해 각 셀 별로 구획되며, 각 셀에는 여과포 또는 섬유상 재질의 여과막을 포함할 수 있다. 그리고 여과부(150)의 중심에는 정류판(147)이 형성되어 스포크(152b)가 이와 일체로 형성되어 방사상으로 연장될 수 있으며, 정류판(147)의 중심에는 회전 구동축(157)이 결합될 수 있다. 이 때 정류판(147)은 여과셀(154)의 면에 수직한 방향으로 회전 구동축(157)과 나란하게 연장될 수 있다. 이와 같이 구성되는 여과부(150)는 침전 탱크(141)에 저장된 처리수의 수면에 평행하게 설치될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 여과부(150)의 상부에는 세척수 노즐(161)이 설치되며, 여과부(150)의 여과셀(154)을 향해 하방으로 세척수를 분사할 수 있다. 여과셀(154)의 하부에는 세척수 받이(163)가 설치되며, 여과셀(154)을 통과한 세척수를 받아 외부로 배출하도록 구성될 수 있다. 세척수 받이(163)는 침전 탱크(141)에 저장된 처리수의 여과 수면으로부터 50 mm 내지 100 mm 아래에 설치되며, 이로써 세척수와 상부의 스컴(scum)이 동시에 제거될 수 있다. 즉 분사된 세척수는 여과셀(154)에 부착된 이물질들을 제거할 수 있으며, 이렇게 제거된 이물질들은 여과셀(154)을 통과한 세척수와 함께 외부로 배출될 수 있다.
세척수 받이(163)의 토출구 말단은 세척수 배출관(165)에 연결되며, 세척수 배출관(165)은 외부로 연장되는 배관 구조를 갖는다. 또한 외부에 위치하는 세척수 배출관(165)의 부분에는 전동 밸브(167)가 설치되어 개폐를 제어할 수 있다. 따라서 전동 밸브(167)는 세척 시에만 세척수 배출관(165)을 개방할 수 있다.
한편 침전 탱크(141) 내부에는 압력 센서(145)가 설치되고, 침전 탱크(141)의 상단 일측에는 세척수 노즐(161)의 구동을 제어하는 제어반(171)이 설치될 수 있다. 압력 센서(145)는 제어반(171)에 전기적으로 연결되어 상기 압력 센서(145)에 의해 설정된 압력 도달 시 세척수 노즐(161)을 구동시키도록 설정될 수 있다. 제어반(171)은 압력 센서(145)와 별도로 타이머(미도시)를 구비하여 상기 설정된 압력에 도달하지 않더라도 설정된 시간이 경과한 후 설정된 시간 동안 세척수 노즐(161)을 구동시키도록 설정될 수 있다.
제어반(171)은 응집 반응조(141)로 유입되는 폐수와 응집제의 유량제어에서부터 압력 센서(145) 및 타이머(미도시)에 의한 세척수의 가동과 슬러지 배출펌프(149)의 가동, 슬러지 수집기 구동모터의 가동 등 화학 응집 침전 여과장치의 가동에 필요한 모든 조건을 제어할 수 있다.
침전 탱크(141) 내부의 하단에는 슬러지 수집기(142)가 구비되어 바닥에 가라앉은 침강성 고형물인 슬러지를 수집하여 외부로 배출할 수 있다. 여과부(150)의 원형 테두리로 이루어지는 여과부 프레임(152)의 중심에는 회전 구동축(157)이 위치하여 결합되며, 이러한 회전 구동축(157)은 슬러지 수집기(142)의 중심과 연결될 수 있다. 회전 구동축(157)은 상단 일측에 구동 모터(M)가 연결되며, 구동 모터(M)는 회전 구동력을 회전 구동축(157)에 전달하여 이를 회전시킬 수 있다. 회전 구동축(157)은 슬러지 수집기(142)와 동시에 구동하도록 구성될 수 있다. 여과셀(154)을 구비한 여과부(150)는 여과 시에는 회전하지 않으며, 세척 시에만 회전하도록 구동될 수 있다. 따라서 여과셀(154)의 세척 시에 슬러지 수집기(142)도 동시에 회전 구동된다. 슬러지 수집기(142)에서 수집된 슬러지는 침전부(141) 외부에 구비된 슬러지 배출펌프(149)에 의해 인발되어 외부로 배출될 수 있다.
침전 탱크(141)는 처리수를 배출하는 처리수 유출구(143)를 포함할 수 있으며, 처리수 유출구(143)의 후단에는 집수 탱크(173)가 구비될 수 있다. 집수 탱크(173)는 상기 처리수를 저장하였다가 배출하는 기능을 하며, 또한 세척수 노즐(161)과 연결되어 세척수를 공급할 수도 있다. 따라서 집수 탱크(173)는 세척수 펌프(162)를 개재하여 세척수 노즐(161)과 연결될 수 있다.
또한 여과부(150)의 하부에는 스크래퍼(미도시)가 부착될 수 있으며, 세척 시 회전하면서 침전 탱크(141) 내 상부에 존재하는 부유물을 모아 세척수 받이(163)로 이송시킬 수 있다.
본 실시예에 따른 화학 응집 침전 여과장치(100)는 역세 시를 대비하여 복수 개로 구성될 수 있다.
이상을 통해 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.
100: 화학 응집 침전 여과장치 120: 응집 반응조
140: 침전부 141: 침전 탱크
142: 슬러지 수집기 143: 처리수 유출구
145: 압력 센서 147: 정류판
150: 여과부 152: 여과부 프레임
152a: 원형 테두리 152b: 스포크
154: 여과셀 157: 회전 구동축
161: 세척수 노즐 162: 세척수 펌프
163: 세척수 받이 165: 세척수 배출관
167: 전동 밸브 171: 제어반
173: 집수 탱크

Claims (6)

  1. 폐수 처리 시설에 설치되어 침전과 여과를 함께 수행하는 장치에 있어서,
    응집제를 투여하여 유입된 폐수로부터 고형물을 응집시키는 응집 반응조;
    상기 응집 반응조 후단에 연결되어 상기 응집된 고형물과 처리수를 전달받으며 침강성 고형물을 제거하는 침전부; 및
    상기 침전부의 상부에 구비되어 부유성 고형물을 제거하는 여과부
    를 포함하고,
    상기 여과부는 복수 개로 구획된 여과셀을 형성하는 여과부 프레임을 포함하며, 상기 여과부 프레임은 원형의 외부 테두리를 가지고, 그 중심에 회전 구동축이 위치하여 결합되어 상기 회전 구동축의 회전 시 함께 회전 가능하도록 구성되며,
    상기 여과셀의 상부에 설치되어 상기 여과셀로 세척수를 분사하는 세척수 노즐을 포함하고, 상기 세척수 노즐은 상기 여과부 프레임의 반경 방향으로 연장되는, 화학 응집 침전 여과장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 여과셀 각각은 여과포 또는 섬유상 재질의 막을 포함하는, 화학 응집 침전 여과장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 여과셀의 하부에 설치되어 상기 여과셀을 통과한 세척수를 받아 외부로 배출하도록 구성된 세척수 받이; 및
    상기 세척수 받이의 토출구 말단에 연결되어 외부로 연장되는 배관 구조를 가지며 상기 외부에 위치하는 부분에 전동 밸브가 설치되어 개폐를 제어하는 세척수 배출관을 더 포함하는 화학 응집 침전 여과장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 침전부 내부에 압력 센서가 설치되고,
    상기 침전부 내부에 설치된 압력 센서와 전기적으로 연결되어 상기 세척수 노즐의 구동을 제어하고, 타이머를 구비하여 상기 세척수 노즐의 구동을 제어하는 제어반을 포함하며,
    상기 제어반은 상기 압력 센서에 의해 설정된 압력 도달 시 상기 세척수 노즐을 구동시키고, 상기 타이머에 의해 설정된 시간 경과 후 설정된 시간 동안 상기 세척수 노즐을 구동시키도록 구성된, 화학 응집 침전 여과장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 침전부 내부의 하단에는 슬러지 수집기가 구비되고,
    상기 여과부 프레임의 중심에 위치한 회전 구동축이 상기 슬러지 수집기의 중심과 연결되며,
    상기 회전 구동축은 구동 모터에 연결되어 구동력을 전달 받고,
    상기 회전 구동축은 상기 슬러지 수집기와 동시에 구동하도록 구성된, 화학 응집 침전 여과장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 침전부는 처리수를 배출하는 처리수 유출구를 포함하고,
    상기 처리수 유출구 후단에 연결되어 상기 처리수를 저장하였다가 배출하는 집수 탱크를 더 포함하며,
    상기 집수 탱크는 상기 세척수 노즐과 연결되어 상기 세척수를 공급하도록 구성된, 화학 응집 침전 여과장치.
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