KR100294420B1 - 오.폐수의 고체와 액체 분리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원심분리장치를 오·폐수를 처리하는 장치에 관한 것으로, 필터를 가진 드럼과, 드럼의 회전장치와, 드럼에 오·폐수를 공급하는 오·폐수공급장치와, 필터로부터 고형물을 분리하는 고형물분리수단과, 고형물 배출수단을 구비하여서 된 것에 있어서, 드럼은 그 상부와 하부가 개방되어 오·폐수가 머무를 수 없는 통체로 구성되고 단지 그 상단과 하단에 내향으로 일출방지부가 형성된 것이고, 오·폐수공급장치는 그 선단부에 오·폐수를 드럼의 내주면으로 안내하는 안내수단을 구비하여서 된 것임을 특징으로 하는 오·폐수의 고체와 액체 분리 장치에 관한 것임.

Description

오.폐수의 고체와 액체 분리 장치

본 발명은 필터를 가진 회전 드럼에 의하여 오·폐수로부터 고체와 액체를 분리하는 장치에 관한 것이다.

오·폐수의 처리는 오·폐수 속에 존재하는 고체성 및 용해성 오염물질을 제거하는 기술이다. 이러한 수처리에 있어, 가장 근본적인 기술 중의 하나는 물 속에 함유된 고체를 액체와 분리하는 기술이다. 일반적으로, 수처리 시스템으로서는 원수에 함유된 커다란 고형물질을 제거하기 위한 스크린장치와 미세한 고형물질(예, 슬러지)을 제거하기 위한 단순 여과 장치(예, 모래여과) 또는 중력 침전조 등이 알려져 있다. 그러나 스크린 장치는 미세한 고형물질을 제거할 수 없으며, 중력 침전조는 침전속도가 느려 고체 물질의 제거 효율이 매우 낮거나 일정하지 않다는 문제점이 있다. 특히, 크기가 작거나 밀도가 물에 가까운 고형물질의 제거는 매우 어려운 것으로 인식되고 있다. 따라서, 기존의 방법으로는 그 제거가 어려운 고형물질이 포함된 원수 또는 중간 처리수는 수처리 시스템에 부하를 가중시키거나 처리 효율 자체를 떨어뜨리기도 한다. 한 예로, 우리 나라에 건설된 축산폐수 처리 시스템은 대부분 4000-5000 ppm BOD의 원수를 처리하도록 설계가 되어 있으나, 고체성 오염물질이 완전히 제거되지 않은 축산폐수 원수의 BOD는 모두 설계 기준치를 크게 초과하고 있다.

수질오염물질은 일반적으로 물 속에 고형물질 및 현탁한 더러운 용해물질이 포함되어 있는 것을 말한다. 수처리는 크게 세 가지로 나눌 수 있는데, 침전, 여과, 부상(浮上), 스크린 등과 같은 물리적 처리, 응집, 산화-환원, 이온 교환, 흡착, 중화 등과 같은 화학적 처리, 그리고 활성 슬러지법, 생물막법, 산화지법 등과 같은 생물학적 처리를 들 수 있다. 이러한 처리 과정은 궁극적으로 오염물의 농도를 감소시키는 기술이라고 할 수 있는데, 수처리 전과정에서 고체와 액체를 분리하는 기술은 모든 수처리 공정의 부하를 크게 줄이고 주공정의 처리효율을 극대화시킬 수 있다. 특히, 특정 폐수에 따라서는 상술한 바와 같이 고체와 액체의 분리공정 자체만으로 완전한 처리공정이 될 수 있다.

현재까지 오·폐수의 처리를 위한 기술로서, 고체와 액체의 분리를 수행하기 위한 기술은 상술한 스크린, 여과, 중력침전 이외에 벨트 프레스(Belt-press) 탈수기, 경사분리기(Decanter), 원심분리 장치 등이 상품화되어 있다. 본 발명의 장치는 원심력을 이용한다는 점에서, 고·액 분리에 그 효과를 인정받고 있는 원심분리 공정으로 분류될 수 있다. 그러나 기존의 원심분리 장치는 분리의 핵심 장치 및 고형물질 수거에 필요한 장치 등의 부대 장치가 고난도의 정교함을 요하므로, 처리 장치의 가격이 매우 비쌀 뿐만 아니라 운전에도 숙련이 필요하다. 이에 비해 본 발명의 장치의 특징은 원심력과 필터의 원리 및 고형물질의 회수를 위한 압축공기 분사노즐을 설치함으로써 효과적인 고·액 분리를 수행할 수 있는 저가격형 분리장치를 제공한다는 데 있다.

본 발명은 오·폐수로부터 원심분리장치를 이용하여 고형물질을 분리시키며, 액체와 고형물질을 선택적으로 수거하는 장치를 제공하기 위한 것이다.

수용액에 함유된 고형물질을 액체와 분리하는 효과적인 방법 중의 하나는 고형물질의 크기보다 기공이 작은 필터를 사용하여 여과시키는 것이다. 필터를 이용해 고형물질을 여과할 때, 중력 이외의 외부 힘을 가하면 필터의 효율이 높아지나 어느 정도의 고체 물질이 필터에 쌓이면 물의 여과 효율이 계속 떨어진다는 것은 당연한 사실로 널리 알려져 있다. 따라서, 필터로 부터 이에 부착된 고형물을 효과적으로 분리하기 위해서는 필터에 강한 외부힘을 가하여 필터에 부착된 고형물을 제거해 주어야 한다. 이러한 사실은 필터를 포함하는 모든 막분리 기술에 공통적으로 해당한다.

필터를 이용해 고형물질을 여과할 때, 오·폐수를 필터에 가하는 외부의 힘으로서, 중력 이외의 외부 힘은 원심력이 매우 효과적이라는 것과, 필터에 쌓인 고형물질은 이를 주기적으로 제거해 주어야 한다는 것은 공지된 일이다.

그리고 이러한 원심력을 이용한 고액 분리장치에 있어서는,

첫째, 고체/액체를 회전시키어 이에 원심력을 가하면 고체/액체가 운동에너지를 얻어 원의 중심부에서 바깥쪽으로 운동하게 되고, 회전속도를 크게 하면 할수록 운동에너지는 커지며, 이 힘을 이용하면 유체가 필터를 투과할 수 있게 된다. 이 때 운동에너지의 힘이 적으면 유체의 투과효율이 적으며, 운동에너지의 힘이 너무 크면 액체뿐만 아니라 일부 고형물질도 필터를 투과하여 고·액 분리의 질이 떨어진다는 것이다. 따라서, 원심력에 의해 운동에너지를 얻은 유체를 필터에 부딛치게 함으로써 고체와 액체를 분리한다는 것은 한계가 있다.

둘째, 유체가 회전하고 있는 필터에 도달되면, 그 후부터는 필터에 얇은 유체층이 형성된다는 것으로서, 이렇게 되면 흡수 및 탈수되는 힘이 작용하여 고형물질은 필터에 남게되고 물만 필터를 통과한다는 것이다. 이 때, 속이 빈 원통형 필터의 위쪽과 아래쪽을 막으면 유체가 그 내부공간에 유지된 상태로 회전하기 때문에 원심력에 의해 탈수가 되므로 고·액 분리를 수행할 수 있다. 이는 세탁물 탈수기의 원리와 유사하다. 실험 결과, 필터가 회전하는 상태에서 처리하고자 하는 시료를 장치의 내부에 주입하면, 적절한 유도판에 의해 유체가 필터에 도달하고, 초기에는 액체/고형물질의 혼합층에서 물만 필터를 투과하며, 원심력에 의해 밀도가 물보다 큰 고형물질은 필터에 균일하게 쌓이고 물은 고형물질층의 안쪽(축에 가까운 쪽)에 물층을 이루게 되며, 물층은 고형물질과 필터를 차례로 투과하여 결국은 분리가 이루어지게 된다.

셋째, 탈수되고 남은 고형물질이 필터의 안쪽에 속이 빈 원통 형태로 쌓이는데, 이러한 고형물은 원통형 필터 구조물의 안쪽에 적절한 각도로 적절히 설치된 압축공기 분사노즐을 통해 분사되는 공기를 주입하여 필터 구조물의 아래로 쉽게 빼낼 수 있는 수단을 알아냈다. 특히, 고형물질을 수거하기 위한 압축공기의 분사시간은 짧은 시간으로도 충분하고, 필터 구조물을 연속해서 회전하는 동안에도 고형물질의 제거가 가능하다는 중요한 사실을 발견하였다.

이와 같은 아이디어 및 실험과정을 통해 본 발명자는 회전하는 필터에 유체를 유도하여 물을 투과시키고, 필터 안쪽에 쌓이는 고형물은 이를 주기적으로 제거 및 회수하는 장치를 발명하게 되었다. 이와 같은 본 발명의 구성을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예의 단면도

도 2,도 3, 도 4, 도 5 는 본 발명의 요부인 드럼의 실시 예시도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1. 드럼 11, 12. 일출방지부

2. 필터 3. 회전장치

31. 모터, 32. 회전축, 33. 연결막대, 34. 축수

4. 오·폐수공급장치 5. 고형물분리수단

51. 콤프레셔, 52. 분사노즐, 53. 밸브

6. 고형물배출수단 7. 안내수단

71. 공급수단 72. 공급구

81. 정수안내판, 82. 정수배출구

본 발명은 고형물질을 포함하는 오·폐수를 회전하는 필터 구조물 안쪽에 위치한 유도판을 통해 유체를 필터에 유도하고, 필터에 도달한 물은 필터를 투과하고 고형물은 필터에 남도록 하며, 필터에 쌓인 고형물은 적절한 각도로 필터 구조물 내부에 장착된 노즐을 통해 압축공기를 주기적으로 분사하므로서 고형물을 분리시키는 것을 특징으로 한다.

이와같은 본 발명은, 첨부된 도면 도 1 에 도시된 바와 같이, 필터(2)를 가진 드럼(1)과, 드럼(2)의 회전장치(3)와, 드럼에 오·폐수를 공급하는 오·폐수공급장치(4)와, 필터(2)로부터 고형물을 분리하는 고형물분리수단(5)과, 고형물 배출수단(6)을 구비하여서 된 것에 있어서,

드럼(1)은 그 상부와 하부가 개방되어 오·폐수가 머무를 수 없는 통체로 구성되고 단지 그 상단과 하단에 내향으로 일출방지부(11, 12)가 형성된 것이다. 이러한 드럼은 일출방지부(11, 12)가 첨부된 도면 도 2 내지 도 5 에 도시된 바와 같이, 상하 외향으로 경사지거나 수평 방향으로 설치될 수 있으며, 또한 드럼(1) 통체 또한 상하부 직경을 같게 형성시키거나 상부는 좁고 하부는 넓게 형성시킬 수 있다. 오·폐수공급장치(4)는 그 선단부에 오·폐수를 드럼(2)의 내주면으로 안내하는 안내수단(7)을 구비하여 구성시킨다.

필터(2)로 부터 고형물을 분리하는 고형물분리수단(5)은, 종래에는 일반적으로 분리용 칼날로 형성시키는 것이 보통이었으나, 본 발명은 이를, 드럼(1)의 내주면으로 향하여 압축공기를 분사할 수 있는 압축공기 분사장치로 구성시켰다. 압축공기분사장치로 된 본 발명의 고형물분리수단(5)은 콤프레셔(51)와 분사노즐(52) 및 밸브(53)로 구성된다. 분사노즐(52)은 그 폭이 좁으며 상하로 길게 형성되는 것이 바람직하며, 이와 같은 분사노즐(52)은, 드럼(1)의 상하로 또는 둘레 방향으로 하나 이상의 다수개로 설치될 수 있다. 분사노즐(52)로 분사되는 압축공기의 공기압은 1바(bar) 이상인 것이 바람직하다.

드럼(1)의 회전장치(3)는, 동력전달장치를 포함하는 모터(31)와, 이에 연결된 회전축(32), 회전축(32)과 드럼(1)을 연결하는 연결막대(33)로 구성된다. 회전축(32)이 적절한 축수(34)를 가지며, 모터(31)와 축수(34)는, 도면에는 도시하지 아니하였지만, 적절한 지지수단을 가진다.

오·폐수를 드럼(2)의 내주면으로 안내하는 안내수단(7)을 구비하여 구성된 오·폐수공급장치(4)는, 오·폐수를 드럼(2)의 내주면으로 안내하는 기능을 가지면 족하므로 첨부된 도면에 도시된 바와 같은 실시예에 한정될 이유가 없음을 미리 밝힌다. 첨부된 도면에 도시된 안내수단(7)은 오·폐수를 공급하는 공급수단(71)과 공급수단의 단부인 공급구(72)와 공급구(72)로 공급되는 오·폐수를 드럼(1)의 내주면으로 안내하는 안내판(73)으로 구성되어 있으며, 안내판(73)은 회전축(32)에 고정되게 설치되어 회전되도록 구성되어 있다.

드럼(1)의 외측 하방에는 정수안내판(81)과 정수배출구(82)가 설치된다.

이와 같이 구성된 본 발명은, 드럼(1)을 회전시키면서 오·폐수공급장치(4)로 공급되는 오·폐수를 안내수단(7)에 의해 드럼(1)의 내측으로 안내하면, 오·폐수는 드럼(1)의 회전에 의한 원심력으로 고형물과 액체가 분리된다. 그리하여 액체는 정수배출구(82)를 통하여 배출되며, 고형물은 첨부된 도면 도 1 에 있어서 점선(9)과 드럼(1) 사이의 구획 공간(가)와 같이 고르게 퍼지며 쌓이게 된다. 가동시간이 지나치게 길어지면 고형물은 점선(91)과 드럼(1)사이의 공간에 쌓이게 된다. 이와 같이 고형물의 충적 두께가 커지면 여과효과가 만족스럽지 못하게 되므로, 일정 시간 예컨대, 고체가 점선(9)에 이를 정도로 쌓이게 되는 시간이 경과하면, 잠시 오·폐수의 공급을 중단하고 콤프레셔(51)로 분사노즐(52)을 통하여 압축공기를 분사하므로서, 회전하는 드럼(1)의 내면에 부착된 고체가 떨어져 내리게 하고 따라서 고형물을 고형물배출수단(6)으로 배출시켜 수거할 수 있게 한다. 오·폐수의 공급을 중단하지 아니하고 일정시깅마다 주기적으로 분사노즐(52)로 압축공기를 분사하여 고형물을 분리 배출할 수도 있음은 물론이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 한 실시예인 상기 장치를 이용하여 활성슬러지 하수처리장에서 발생되는 2차슬러지(잉여슬러지)를 오·폐수공급장치(4)를 통하여 공급하고 정수 처리한 결과는 다음과 같았다. 오·폐수공급장치(4)에 투입된 2차슬러지는 총고형물(TS;Total Solids)이 3,950mg/L이었다.

	처리전	처리후
		처리수	고형물
TS(mg/L)	3,950	0	79,000

상기 표1의 결과에서 보듯이, 본 발명은 고형물질을 포함하는 오·폐수를 회전하는 필터에 유도하여 탈수함으로써 고체와 액체를 극히 용이하게 분리하고, 고형물질을 효과적으로 수거할 수 있게 되었다. 상기 실시예를 토대로 할 때, 본 발명을 실시함에 있어서 그 크기를 실험실 규모가 아닌 대규모의 설비 즉, 고속의 회전력과 필터구조물의 크기를 확대한다면 고형물과 액체의 분리 시간을 단축할 수 있으므로, 처리 용량을 더욱 높일 수 있을 것이며, 그리하면 오·폐수로부터의 고형물 분리 작업이 극히 용이하게 수행될 수 있을 것으로 기대된다. 따라서, 본 발명의 방법과 장치는 오·폐수의 고·액 분리 또는 농축하는 처리 장치로서 유용하게 실시될 수 있으며, 나아가 수질의 정화를 위한 주처리 방법과 장치로도 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

상술한 바와 같은 본 발명은 고체를 포함하는 모든 오·폐수의 정화 뿐만이 아니라 상수도용 물의 정화에도 적용될 수 있다. 다만 오·폐수 및 정수(淨水)에 포함된 고형물의 성상에 따라 회전필터의 구조물 형태 및 회전속도, 압축공기 분사 노즐의 형태 등이 다양하게 선택될 수 있다.

Claims (2)

1. 필터를 가진 드럼과, 드럼의 회전장치와, 드럼에 오·폐수를 공급하는 오·폐수공급장치와, 필터로부터 고형물을 분리하는 고형물분리수단과, 고형물 배출수단을 구비하여서 된 것에 있어서,

   드럼은 그 상부와 하부가 개방되어 오·폐수가 머무를 수 없는 통체로 구성되고 단지 그 상단과 하단에 내향으로 일출방지부가 형성된 것이고, 오·폐수공급장치는 그 선단부에 오·폐수를 드럼의 내주면으로 안내하는 안내수단을 구비하여서 된 것임을 특징으로 하는 오·폐수의 고체와 액체 분리 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 필터로 부터 고형물을 분리하는 고형물분리수단은 드럼의 내주면을 향하여 압축공기를 분사하는 노즐로 구성된 것을 특징으로 하는 오·폐수의 고체와 액체 분리 장치.