KR100321799B1 - Water processing method and apparatus for the same jointly using electro-coagulation and dissolved air flotation combined - Google Patents
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Abstract
전기응집 및 용존공기부상을 병용한 수처리 방법과 이를 위한 장치가 개시된다. 이 수처리장치는 전기응집조와 바닥면이 더 낮은 용존공기부상조가 일체형으로 구성된 수처리탱크와, 전기응집조의 바닥면과 수직되게 일정한 간격마다 배치되는 다수개의 전극을 교대로 양극과 음극으로 대전시켜 전계를 형성하여 물속에 포함된 불순물을 전기응집시켜 수면위로 부상시키기 위한 전기응집수단과, 상방향으로 압축공기와 물을 혼합하여 얻어지는 압축수를 상기 용존공기부상조의 바닥면 부근에서 분사하여 전기응집조에서 미처 제거되지 못한 불순물을 수면으로 부상시키기 위한 압축수분사수단과, 전기응집조와 용존공기부상조의 수면위로 부상한 불순물 슬러지를 긁어모아 수처리탱크의 슬러지배출구 밖으로 내보내기 위한 슬러지제거수단을 구비한다. 불순물을 전기응집부상에 의해 응집시키고 부상시켜 1차로 제거한 다음 용존공기부상을 이용하여 2차로 보다 완벽하게 제거하므로써 불순물의 처리효율을 높일 수 있고, 공정을 단순화하여 시스템의 자동화가 가능하여 시설 투자비나 유지비의 절감을 가져다준다.Disclosed are a water treatment method using an electric flocculation and dissolved air flotation and an apparatus therefor. This water treatment device consists of a water treatment tank in which the electrocoagulation tank and the lower surface of the dissolved air flotation tank are integrally integrated, and a plurality of electrodes arranged at regular intervals perpendicular to the bottom of the electrocoagulation tank are alternately charged with an anode and a cathode to generate an electric field. Electrocoagulation means for forming and flocculating impurities contained in the water to float on the surface of the water, and compressed water obtained by mixing compressed air and water in an upward direction in the vicinity of the bottom surface of the dissolved air flotation tank in the electrocoagulation tank. Compression water injection means for floating the impurity that was not removed to the surface, and sludge removal means for scraping out the impurity sludge floating on the water surface of the electric coagulation tank and dissolved air flotation tank to be discharged out of the sludge outlet of the water treatment tank. Impurities can be agglomerated by flocculation, floated and removed firstly, and then dissolved more completely by using dissolved air flotation to increase the treatment efficiency of impurities, simplifying the process, and automating the system. It brings down the maintenance cost.
Description
본 발명은 수처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기응집(electro-coagulation) 및 용존공기부상(dissolved air flotation: DAF)을 동시에 이용하여 처리능력을 향상시킨 수처리장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a water treatment apparatus, and more particularly, to a water treatment apparatus having improved treatment capacity by simultaneously using electro-coagulation and dissolved air flotation (DAF).
본 발명의 수처리 장치는 특히 중, 소규모의 용수를 재활용하거나 중, 소규모의 폐수처리에 적합하다.The water treatment apparatus of the present invention is particularly suitable for recycling medium and small scale water or for treating medium and small scale wastewater.
오늘날 폐수처리는 수질오염의 방지 차원 뿐 만 아니라 수자원의 재활용이라는 점에서도 그 중요성이 점점 커지고 있다. 이에 부응하여 폐수처리를 위한 기술 개발 노력이 다각도로 경주되고 있다.Today, wastewater treatment is becoming increasingly important not only for preventing water pollution but also for recycling water resources. In response, efforts are being made to develop technologies for wastewater treatment.
폐수처리를 위한 시설은 설치공간의 최소화, 범용화, 유지관리비의 최소화 및 우수한 처리효율성 등과 같은 조건들을 전부 만족시키는 것이 요구된다. 그러나, 이와 같은 요구 조건의 일부를 만족시키는 것은 있었어도 그 전부를 동시에 만족시켜주는 아직 까지 발견할 수 없다. 현존하는 폐수처리장치 내지 시스템의 문제점 중의 하나는 이를 구성하는 설비 또는 장치들의 숫자가 지나치게 많다는 것이다. 이로 인해, 처리해야 할 폐수의 양에 비례하여 상응하는 적절한 크기의 처리장치를 설치하지 못하고 불필요한 공간을 차지하게 되며 따라서, 그로 인한 비용증가의 측면 또한 경시할 수 없게 된다. 나아가, 폐수처리장치를 이루는 전체 구성설비들이 많게 됨으로써 다양한 용도로 사용되지 못하는 단점이 있게 된다.Facilities for wastewater treatment are required to meet all conditions such as minimizing installation space, generalization, minimizing maintenance costs, and good treatment efficiency. However, although some of these requirements have been satisfied, they have not yet been found to satisfy all of them at the same time. One of the problems with existing wastewater treatment systems or systems is that the number of installations or devices constituting them is too large. As a result, it is not possible to install a correspondingly sized treatment device in proportion to the amount of waste water to be treated, and occupy unnecessary space, and thus, the side of the increase in cost cannot be overlooked. In addition, the total number of components constituting the waste water treatment apparatus is a disadvantage that can not be used for various purposes.
종래에 전기응집법을 응용하여 폐수처리장치를 구현한 예가 있었다. 전기응집이란 두 개의 알루미늄 도체를 양극과 음극으로 대천시켜 전계를 형성하고 이 전계에 의해 물속에 포함된 불순물을 분극시켜 서로 응집되도록 함과 동시에 물의 이온화에 의해 발생되는 수소가스가 응집된 불순물 덩어리를 수면위로 부상시켜 주는 현상을 말한다. 수면위로 부상된 불순물(슬러지)을 걷어내므로써 오염된 물속에 녹아 있는 불순물은 제거될 수 있다.Conventionally, there has been an example of implementing a wastewater treatment apparatus by applying an electrocoagulation method. Electro-agglomeration refers to the formation of an electric field by tapping two aluminum conductors into an anode and a cathode, polarizing impurities contained in the water by the electric field to agglomerate with each other, and at the same time, agglomeration of impurities in hydrogen gas generated by ionization of water. It refers to the phenomenon of injury on the surface of the water. The impurities dissolved in the contaminated water can be removed by removing the impurities (sludge) that floated above the surface of the water.
전기응집법은 종래에는 보통 10~20m3/h의 범위의 슬러지 농축과 소규모의 수처리에 주로 응용되었다. 또한, 전기응집법을 응용한 수처리장치는 처리 효율이 비교적 낮기 때문에 현장 응용이 극히 제한적이었다. 원하는 수준으로 처리하기 위해서는 알루미늄 도체의 수를 대단히 많게 할 수밖에 없는데, 이는 수처리시설이 차지하는 면적을 크게 하여 비용을 상승시키는 문제를 유발한다.Electrocoagulation has conventionally been used mainly for sludge concentrations and small scale water treatment, usually in the range of 10 to 20 m 3 / h. In addition, the water treatment apparatus using the electrocoagulation method has a very low treatment efficiency, so the field application is extremely limited. In order to achieve the desired level, the number of aluminum conductors is very large, which causes a problem of increasing the cost by increasing the area occupied by the water treatment plant.
한편, 폐수처리장치의 또 다른 예로서 용존공기부상법을 응용한 것이 있다. 용존공기부상법은 포화된 공기의 압력이 감소되면서 생성되는 기포를 이용한 방법으로서 초기에는 지방, 기름이나 그리이스 같은 물보다 비중이 작을 물질을 제거하는 데 주로 이용되었다가 오늘날에는 하수나 음용수처리에 적용되고 있다. 그런데, 종래의 전통적인 용존공기부상법은 물속에 있는 불순물들을 응집시킨 다음 용존공기를 이용하여 응집물질을 수면위로 부상시키는 방식을 취하였다. 이 방법은 유입수에 포함된 불순물을 응집시키기 위해 응집제를 주입한다든지, 이와 더불어 급속혼화지나 완속 혼화지 등의 설치를 필요로 하였다.On the other hand, there is another application of the dissolved air flotation method as another example of the wastewater treatment apparatus. Dissolved air flotation method is a method that uses bubbles generated by decreasing the pressure of saturated air. It was mainly used to remove substances that have less specific gravity than water such as fat, oil or grease. Today, it is applied to sewage or drinking water treatment. It is becoming. However, the conventional dissolved air flotation method takes a method of flocculating impurities in water and then floating the flocculated material onto the water surface using the dissolved air. This method required the injection of a flocculant to agglomerate impurities contained in the influent, or the installation of a quick mixed paper or a slow mixed paper.
따라서, 이 방법은 급속 혼화지나 완속 혼화지 등과 같은 장치를 별도로 설치해야 하며, 또한 폐수 속에 포함된 불순물이 철이거나, 아연, 납, 카드뮴 등 중금속이거나 비철금속, 농약 등 어느 것이냐에 따라 그에 상응하는 응집제를 첨가하여 응집반응을 유도시켜야 하므로 항상 응집제를 사용해야 하는 부담을 안게 된다. 뿐 만 아니라, 투입되어야할 응집제의 최적양은 유입되는 물의 양이나 오염정도 그리고 처리시설의 조건 등 매우 다양한 변수에 의해 정해지는 것이므로 응집제의 최적 주입을 위한 자동화가 매우 어려웠다. 응집제가 과소하게 투입되면 불순물의 처리가 불완전하게 이루어지는 문제가 생기고 반면에 과다하게 투입되면 응집되는 슬러지의 양이 불필요하게 많이 생성되는 문제점이 생긴다.Therefore, this method requires a separate device such as a quick blending paper or a slow blending paper, and a coagulant according to whether the impurities contained in the waste water are iron, heavy metals such as zinc, lead, cadmium, nonferrous metals, pesticides, etc. Since the addition of the coagulation reaction should be induced, there is always the burden of using a coagulant. In addition, the optimal amount of flocculant to be added is determined by a wide variety of variables such as the amount of water introduced, the degree of contamination, and the conditions of the treatment plant. If the coagulant is excessively added, there is a problem that the impurity treatment is incomplete, whereas if the coagulant is excessively added, there is a problem that an excessively large amount of sludge aggregated is generated.
그래서, 처리해야 할 폐수의 양이 항상 일정하지는 않기 때문에 그리고 폐수처리시스템의 전체 처리 용량 등을 감안하여 일반적으로 처리해야 할 폐수를 일시 저장하기 위한 탱크를 별도로 설치하는 방식으로 해결하는 경우도 있다. 그러나 이 방식은 시설이 차지하는 면적과 건설비의 상승을 초래한다. 수처리시설의 자동화율이 낮으면 결국 그 시설은 인력에 의해 운전될 수밖에 없어 인건비 상승을 유발한다. 또한, 처리수의 일정량은 다시 응집물질의 부상을 위해 재사용 되는데, 이러한 처리수의 리사이클율이 높아 처리수의 생산 효율이 높지 않았다.Therefore, since the amount of wastewater to be treated is not always constant, and in consideration of the total treatment capacity of the wastewater treatment system, there is a case of solving the method by separately installing a tank for temporarily storing wastewater to be treated. However, this method leads to an increase in the area occupied by the facility and the cost of construction. If the automation rate of the water treatment plant is low, the facility will eventually be operated by manpower, causing labor costs to rise. In addition, a certain amount of treated water is reused for the flotation of flocculant again, the recycling rate of such treated water is high, the production efficiency of the treated water is not high.
위와 같은 종래기술의 문제점을 고려하여, 본 발명은 전기응집부상법을 적용하여 불순물의 응집과 부상을 통해 불순물을 1차로 제거하고 용존공기부상법을 적용하여 2차로 제거하는 방식을 취하므로써 공정을 단순화하여 자동화실현을 용이하게 함과 동시에 불순물의 처리효율을 높일 수 있는 수처리방법과 이를 위한 수처리장치를 제공함을 그 목적으로 한다.In consideration of the problems of the prior art as described above, the present invention applies the electrocoagulation flotation method to remove the impurities first through agglomeration and flotation of impurities, and to take the process of removing them secondly by applying the dissolved air flotation method. The purpose of the present invention is to provide a water treatment method and a water treatment apparatus therefor that can simplify and simplify automation and increase the treatment efficiency of impurities.
도 1은 전기응집 부상 원리를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining the principle of electrocoagulation injury.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수처리장치의 구성을 도시한 사시도이다.2 is a perspective view showing the configuration of a water treatment apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3은 도 2에 도시된 수처리장치의 평면도이다.3 is a plan view of the water treatment apparatus shown in FIG.
도 4는 도 2에 도시된 수처리장치의 측면도이다.4 is a side view of the water treatment apparatus shown in FIG.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100: 슬러지제거부 200: 전기응집부상부100: sludge removal unit 200: electrical coagulation upper part
300: 용존공기부상부 110: 인입관300: upper part of the dissolved air 110: inlet pipe
120: 슬러지배출공 130: 슬러지배출구120: sludge discharge hole 130: sludge discharge outlet
210: 모터 212a, 212b: 롤러210: motor 212a, 212b: roller
214: 체인 220a~220e, 225a~225e: 전극판214: chain 220a-220e, 225a-225e: electrode plate
230: 전기응집조 310: 압축수분사부230: electrocoagulation tank 310: compressed water injection unit
320, 340, 350, 360: 안내격벽 330: 용존공기부상조320, 340, 350, 360: guide bulkhead 330: dissolved air flotation
370: 배출관 400: 전원부370: discharge pipe 400: power supply
410: 에어컴프레서 420: 압축수공급기410: air compressor 420: compressed water supply
상기한 목적을 달성하기 위한 제1측면으로서, 본 발명에 따른 수처리장치는, 전기응집조와 상기 전기응집조에 비해 바닥면이 낮은 용존공기부상조를 포함하며, 상기 전기응집조의 측벽에는 불순물을 함유하는 물이 인입되는 인입관이 연결되며 상기 용존공기부상조의 측벽에는 불순물제거 처리가 완료된 물이 배출되는 배출관이 연결되며, 수집된 슬러지를 외부로 배출하기 위한 슬러지배출구가 상부 측벽에 형성된 수처리탱크; 상기 전기응집조의 바닥면과 수직되게 일정한 간격마다 배치되는 다수개의 전극을 교대로 양극과 음극으로 대전시켜 전계를 형성하고, 상기 전계에 의해 물속에 포함된 상기 불순물을 전기응집시켜 수면위로 부상시키기 위한 전기응집수단; 상방향으로 압축공기와 물을 혼합하여 얻어지는 압축수를 상기 용존공기부상조의 바닥면 부근에서 분사하여 전기응집조에서 미처 제거되지 못한 불순물을 수면으로 부상시키기 위한 압축수분사수단; 및 상기 전기응집조와 상기 용존공기부상조의 수면위로 부상한 불순물 슬러지를 긁어모아 상기 슬러지배출구 밖으로 내보내기 위한 슬러지제거수단을 구비함을 특징으로 한다.As a first aspect for achieving the above object, the water treatment apparatus according to the present invention includes an electrocoagulation tank and a dissolved air flotation tank having a lower bottom surface than the electrocoagulation tank, and containing impurities on the sidewall of the electrocoagulation tank. An inlet pipe through which water is introduced is connected to the side wall of the dissolved air flotation tank, and a discharge pipe through which water is removed from impurities is discharged, and a sludge discharge port for discharging the collected sludge to the outside is formed on the upper sidewall; A plurality of electrodes arranged at regular intervals perpendicular to the bottom surface of the electrocoagulation tank are alternately charged with a positive electrode and a negative electrode to form an electric field, and the impurities contained in the water by the electric field are flocculated to float on the water surface. Electrocoagulation means; Compressed water spraying means for injecting compressed water obtained by mixing compressed air and water in an upward direction near the bottom surface of the dissolved air flotation tank to float impurities, which have not been removed from the electrocoagulation tank, onto the water surface; And a sludge removal means for scraping up the impurity sludge which has floated on the water surface of the electrocoagulation tank and the dissolved air flotation tank and sending it out of the sludge discharge port.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 두 번째의 측면으로서, 본 발명에 따른 수처리방법은, 전기응집처리를 위한 전기응집조와 상기 전기응집조에 비해 바닥면이 낮고 용존공기부상처리를 위한 용존공기부상조를 포함하며, 상기 전기응집조의 측벽에는 불순물을 함유하는 물이 인입되는 인입관이 연결되며 상기 용존공기부상조의 측벽에는 불순물제거 처리가 완료된 물이 배출되는 배출관이 연결되며, 수집된 슬러지를 외부로 배출하기 위한 슬러지배출구가 상부 측벽에 형성된 수처리탱크를 이용하여 상기 물에 포함된 불순물을 제거하기 위한 것으로서,On the other hand, as a second aspect for achieving the above object, the water treatment method according to the present invention, compared to the electrocoagulation tank and the electrocoagulation tank for the electrocoagulation treatment, the bottom surface is lower and dissolved air flotation for the dissolved air flotation treatment It includes a side wall of the electrocoagulation tank is connected to the inlet pipe through which the water containing impurities are introduced, and the side wall of the dissolved air flotation tank is connected to the discharge pipe discharged water is completed, the discharged sludge is discharged to the outside In order to remove the impurities contained in the water by using a water treatment tank formed on the upper side wall sludge outlet for
전기응집조의 바닥면과 수직되게 일정한 간격마다 배치되는 다수개의 전극을 교대로 양극과 음극으로 대전시켜 다수개의 전계를 형성하고, 상기 전기응집조 안으로 유입되는 물을 상기 다수개의 전계가 형성된 곳을 통과하게 하고, 상기 전계에 의해 상기 물속에 포함된 불순물을 응집시키고 수면쪽으로 상승시키는 전기응집에 따른 1차 수처리 단계; 상기 전기응집조로부터 전달되는 1차 수처리된 물을 용존공기부상조의 바닥면으로 유도하고, 압축공기와 물을 혼합하여 얻어진 압축수를 상기 용존공기부상조의 바닥면 부근에서 분사하여 상기 전기응집조에서 미처 제거되지 못한 불순물을 수면위로 다시 부상시키는 용존공기부상에 따른 2차 수처리 단계; 및 상기 1차 수처리 및 상기 2차 수처리 단계에 의해 수면위로 부상한 불순물 슬러지를 긁어모아 수처리탱크에 마련된 슬러지배출구 밖으로 내보내는 불순물제거 단계를 구비함을 특징으로 한다.A plurality of electrodes arranged at regular intervals perpendicular to the bottom of the electrocoagulation tank are alternately charged with the anode and the cathode to form a plurality of electric fields, and water flowing into the electrocoagulation tank passes through the places where the plurality of electric fields are formed. A primary water treatment step of coagulating the impurities contained in the water by the electric field and raising them to the surface of the water; The first water-treated water delivered from the electrocoagulation tank is guided to the bottom surface of the dissolved air flotation tank, and compressed water obtained by mixing compressed air and water is sprayed near the bottom surface of the dissolved air flotation tank in the electrocoagulation tank. A second water treatment step according to the dissolved air injury that causes the impurities which have not been removed to rise back to the surface of the water; And an impurity removal step of scraping up the impurity sludge that has floated on the water surface by the first water treatment and the second water treatment step and sending it out of the sludge outlet provided in the water treatment tank.
상기 수처리방법은 에어컴프레서를 이용하여 공기를 압축하고, 상기 2차 수처리 단계까지 통과한 처리수의 일부를 피드백하여 압축된 공기와 혼합하여 상기 압축수를 만드는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.The water treatment method may further include compressing air by using an air compressor, feeding back a portion of the treated water that has passed through the second water treatment step, and mixing the compressed water with the compressed air to form the compressed water.
본 발명의 수처리 장치와 방법은 전기응집법과 용존공기부상법이 갖는 장점만을 통합적으로 병용한 시스템으로 평가할 수 있다.The water treatment apparatus and method of the present invention can be evaluated as a system integrating only the advantages of the electrocoagulation method and the dissolved air flotation method.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 전기응집법의 원리를 설명하기 위한 도면인데, 불순물을 많이 포함하고 있는 수조(10) 안의 물속에 잠겨있는 두 개의 알루미늄 전극판(12,14)이 직류전원에 연결되어 양극과 음극으로 대전되면 이는 마치 전지(cell)가 형성된 상태가 된다. 대전된 두 전극판에 의해 형성된 전계에 의해 물속에 포함되어 있는 여러 가지 불순물 입자들도 이온화되어 일정한 전하를 띠게 된다. 음극(12)은 전자를 잃으면서 산화되어 Al3+이온으로 물속에 용출된다. 또한, 양극(14)은 음극(12)에서 발생된 전자를 받아 물속에 전달하면 물 속의 수소이온은 전자를 받아 환원되면서 수소 가스가 발생된다. 이를 화학식으로 정리하면 아래 식 (1)과 같다.1 is a view for explaining the principle of the electro-aggregation method, two aluminum electrode plates (12, 14) submerged in the water in the tank 10 containing a lot of impurities are connected to the DC power supply to charge the positive electrode and the negative electrode This is as if a cell is formed. Due to the electric field formed by the two electrode plates, various impurity particles contained in the water are also ionized to have a constant charge. The cathode 12 is oxidized while losing electrons and is eluted in water with Al 3+ ions. In addition, when the anode 14 receives the electrons generated from the cathode 12 and delivers the electrons to the water, the hydrogen ions in the water receive the electrons and are reduced to generate hydrogen gas. This can be summarized as the following formula (1).
2H++ 2e--> H2(g)2H + + 2e -- > H 2 (g)
물속에 용출되어 나온 Al3+이온은 주위의 음전하를 띠고 있는 콜로이드성 물질과 결합한다. 이때 양극에서 발생된 수소 가스가 공기 중으로 방출되면서 두 금속판 사이에는 물의 교란이 일어나게 된다. 물속에 포함된 불순물과 같은 중화된 콜로이드성 물질들이 물의 교란에 의하여 서로 충돌하면서 응집이 되어 입자들이 커지게 된다. 여기서 콜로이드성 물질이란 미세한 불순물 입자를 비롯하여 대개0.1 μm 이상의 조류에 이르기까지의 부유물질들을 총칭한 것이다.Al 3+ ions eluted in water combine with the surrounding negatively charged colloidal material. At this time, as the hydrogen gas generated from the anode is released into the air, water disturbance occurs between the two metal plates. Neutralized colloidal materials, such as impurities contained in water, collide with each other due to water disturbance, causing agglomeration so that the particles become larger. Here, colloidal material is a generic term for suspended substances ranging from fine impurity particles to algae of 0.1 μm or more.
미세한 불순물들이 응집이 되어 커진 플럭(flock)들은 수면 위로 상승하는 미세하고 무수히 많은 수소 가스에 의해 부상하게 된다. 수소의 분자량은 매우 적어 특히 부상 효과가 높다 (수소 분자량 = 2g/몰, 물 분자량 = 18g/몰). 두 알루미늄 전극판(12, 14) 각각의 극성을 교대로 음극과 양극으로 바꾸어 주면 양극에서 발생되는 이물질들에 의한 전류 흐름의 방해나 전극의 오염이 생기지 않는다.The flocks, which are agglomerated with fine impurities, are floated by a myriad of hydrogen gases that rise above the surface. The molecular weight of hydrogen is so small that the floating effect is particularly high (hydrogen molecular weight = 2 g / mol, water molecular weight = 18 g / mol). When the polarity of each of the two aluminum electrode plates 12 and 14 is alternately changed to the negative electrode and the positive electrode, there is no disturbance of current flow or contamination of the electrode by foreign substances generated at the positive electrode.
본 발명은 이와 같은 전기응집법을 용존공기부상법에 의한 수처리의 전단계에 채용하므로써, 종래의 전통적인 용존공기부상법이 불순물 응집수단으로 이용했던 응집제의 투여, 급속 및 완속 혼화지의 설치 등을 대체하는 방식을 취하고 있다.The present invention adopts such an electrocoagulation method in all stages of water treatment by the dissolved air flotation method, so that the conventional dissolved air flotation method replaces the administration of the flocculant used as the impurity flocculation means, installation of rapid and slow mixed paper, and the like. Is taking.
본 발명에 따른 수처리장치의 사시도, 평면도 및 측면도를 각각 도시하고 있는 도 2 내지 4를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.With reference to Figures 2 to 4 which show a perspective view, a plan view and a side view of the water treatment apparatus according to the present invention will be described in detail.
본 발명의 수처리장치는 기능상 크게 슬러지제거부(100), 전기응집부상부(200) 및 용존공기부상부(300)로 구분할 수 있다. 위 세 가지 구성부의 주요 구성수단은 일체화된 수처리탱크내에 설치된다.The water treatment apparatus of the present invention can be largely divided into a sludge removal unit 100, an electric flocculation unit 200, and a dissolved air floatation unit 300. The main components of the three components are installed in an integrated water treatment tank.
수처리탱크는 전기응집조(230)와 전기응집조(230)에 비해 바닥면이 훨씬 낮으며 전기응집조(230)와는 관통되게 연결되어 있는 용존공기부상조(330)로 구성된다. 전기응집조(230)와 용존공기부상조(330)는 바람직하게는 육면체 구조로 만든다. 전기응집조(230)의 측벽에는 불순물을 함유하는 물이 인입되는 인입관(110)이 연결되며 용존공기부상조(330)의 측벽에는 불순물제거 처리가 완료된 물이 배출되는 배출관(370)이 연결된다. 또한, 전기응집조(230)의 상부측벽에는 수집된 슬러지(500a, 500b)를 외부로 배출하기 위한 슬러지배출구(130)가 형성된다.The water treatment tank is composed of a dissolved air flotation tank 330 which is much lower than the electrocoagulation tank 230 and the electrocoagulation tank 230 and connected to the electrocoagulation tank 230. The electrocoagulation tank 230 and the dissolved air flotation tank 330 are preferably made of a hexahedral structure. An inlet pipe 110 through which water containing impurities is introduced is connected to the side wall of the electrocoagulation tank 230, and a discharge pipe 370 through which the water from which impurities are removed is discharged is connected to the side wall of the dissolved air flotation tank 330. do. In addition, the sludge discharge port 130 for discharging the collected sludge (500a, 500b) to the outside on the upper side wall of the electrocoagulation tank 230.
한편, 전기응집조(230)와 용존공기부상조(330)는 도면과 같이 일 측면의 측벽이 없는 오픈된 구조이어서 그 오픈된 부분이 서로 관통되게 연결되는 구조로 하지 않고, 예컨대 각각 별개의 독립공간을 갖고 다만 전기응집조(230)에서 1차 처리된 물을 파이프를 통해 용존공기부상조(330)로 공급하여 2차 처리를 하는 구조를 취하는 것도 가능할 것이다. 다만, 경제성이나 수처리의 효율성에서 전자의 방식이 더 우수한 것으로 판단된다.On the other hand, the electrocoagulation tank 230 and the dissolved air flotation tank 330 is an open structure without a side wall of one side as shown in the figure does not have a structure in which the open portions are connected to each other through, for example, each independent It is also possible to take the structure of the secondary treatment by supplying water to the dissolved air flotation tank 330 through the pipe primary treatment in the electrocoagulation tank 230. However, the former method seems to be better in terms of economic efficiency and water treatment efficiency.
전기응집조(230)의 바닥면과 수직되게 일정한 간격마다 배치되는 다수개의 알루미늄 전극판을 배치한다. 전기응집 및 부상의 효율을 최대화하기 위해, 인입관(110)을 통해 유입된 물이 다수개의 전극 사이사이를 꾸불꾸불하게 통과하도록 다수개의 전극판의 인접한 전극끼리는 서로 약간 엇갈리도록 배치한다. 즉, 홀수 번째의 전극판(220a, 220b, 220c, 220d, 220e)은 전기응집조(230)의 제1측벽에는 밀착 고정시키지만 제1측벽과 마주보는 제2측벽과는 일정거리 이격되게 설치하며, 짝수 번째의 전극판(225a, 225b, 225c, 225d, 225e)은 전기응집조(230)의 제2측벽에는 밀착 고정시키지만 제1측벽과는 일정거리 이격되게 설치한다.A plurality of aluminum electrode plates are disposed at regular intervals perpendicular to the bottom surface of the electrocoagulation tank 230. In order to maximize the efficiency of electrocoagulation and flotation, adjacent electrodes of the plurality of electrode plates are arranged to be slightly staggered with each other such that water introduced through the inlet pipe 110 is steadily passed between the plurality of electrodes. That is, the odd-numbered electrode plates 220a, 220b, 220c, 220d, and 220e are tightly fixed to the first side wall of the electrocoagulation tank 230, but are installed to be spaced apart from the second side wall facing the first side wall. The even-numbered electrode plates 225a, 225b, 225c, 225d, and 225e are tightly fixed to the second side wall of the electrocoagulation tank 230, but are spaced apart from the first side wall by a predetermined distance.
그리고, 직류전압을 공급하기 위한 전원부(420)의 양극에는 홀수번째의 전극판(220a, 220b, 220c, 220d, 220e)을 연결하고 음극에는 짝수번째의 전극판(225a, 225b, 225c, 225d, 225e)을 연결한다. 따라서 다섯쌍의 전극판 각각 독립적인 전계를 형성시킨다. 전원부(420)의 양극과 음극은 주기적으로 교대로 바뀐다. 홀수번째의 전극판(짝수번째의 전극판도 마찬가지임)(220a, 220b, 220c, 220d, 220e)은 일정시간 동안은 음극으로 대전되고 다음 일정시간 동안에는 양극으로 대전된다. 전계의 방향도 주기적으로 바뀐다.Further, odd-numbered electrode plates 220a, 220b, 220c, 220d, and 220e are connected to the anode of the power supply unit 420 for supplying the DC voltage, and even-numbered electrode plates 225a, 225b, 225c, 225d, 225e). Therefore, each of the five pairs of electrode plates forms an independent electric field. The positive electrode and the negative electrode of the power supply unit 420 are alternately changed periodically. The odd-numbered electrode plates (as well as the even-numbered electrode plates) 220a, 220b, 220c, 220d, and 220e are charged to the cathode for a predetermined time and to the anode for the next predetermined time. The direction of the electric field also changes periodically.
용존공기부상조(330)의 바닥면 부근에는 물의 흐름방향을 가로질러 길게 설치되어 압축수를 분사하기 위한 압축수분사기(310)가 설치된다. 압축수분사기(310)를 설치하는 것은 전기응집조(230)에서 미처 제거되지 못하고 물속에 부유하고 있는 응집된 불순물을 수면위로 부상시켜 2차적으로 불순물을 완전하게 제거하기 위함이다. 압축수분사기(310)는 상부면에 일렬로 다수개의 구멍이 형성된 원통기둥 내지 육면체기둥으로 만든다. 압축수분사기(310)는 수처리탱크 외부에 설치된 압축수공급기(420)로부터 압축수를 공급받을 수 있도록 압축수공급기(420)와는 관(424)으로 연결된다.In the vicinity of the bottom surface of the dissolved air flotation tank 330 is installed long across the flow direction of the water is provided with a compressed water sprayer 310 for spraying compressed water. The installation of the compressed water sprayer 310 is to remove the impurities completely by floating the flocculated impurities floating in the water onto the water surface without being removed from the electrocoagulation tank 230. The compressed water spraying machine 310 is made of a cylindrical column or a hexahedron column having a plurality of holes formed in a row on an upper surface thereof. The compressed water sprayer 310 is connected to the compressed water supply 420 by a pipe 424 to receive the compressed water from the compressed water supply 420 installed outside the water treatment tank.
압축수공급기(420)는 공기를 압축하기 위한 에어컴프레서(410)와 연결된 관(412)을 통해 제공되는 압축공기와 배출관(370)과 연결된 관(422)을 통해 피드백되는 처리수를 혼합하여 압축수를 만들어 상기 관(424)을 통해 압축수분사기(310)에 공급한다.The compressed water supplier 420 compresses the compressed air provided through the pipe 412 connected to the air compressor 410 for compressing air and the treated water fed back through the pipe 422 connected to the discharge pipe 370. Water is made and supplied to the compressed water sprayer 310 through the pipe 424.
용존공기부상조(330)에는 전기응집조(230)를 통과한 물이 상기 용존공기부상조의 바닥면으로 하강하여 압축수분사기(310)를 가로질러 통과한 다음 수면쪽으로 상승하고, 상승수가 다시 상기 바닥면 쪽으로 하강한 다음 재상승 후 재하강하면서 배출관(370)으로 빠져나가도록 물의 흐름을 유도하는 다수개의 안내격벽(320, 340, 350, 360)을 설치한다. 특히, 안내격벽(340)은 수면높이에 천장을 덧붙여 압축수에의해 상승한 불순물슬러지(500b)가 다시 침강하지 못하도록 하여 불순물슬러지의 제거 효율을 더 높인다.In the dissolved air flotation tank 330, the water passing through the electrocoagulation tank 230 descends to the bottom surface of the dissolved air flotation tank, passes through the compressed water sprayer 310, and then rises toward the surface of the water, and the rising water again rises. A plurality of guide partitions 320, 340, 350, and 360 are installed to guide the flow of water so as to descend to the bottom and then descend after the re-emergence and exit to the discharge pipe 370. In particular, the guide partition 340 increases the removal efficiency of the impurity sludge by adding a ceiling to the height of the water to prevent the impurity sludge 500b raised by the compressed water from settling again.
한편, 전기응집조(230)와 용존공기부상조(330)의 수면위로 부상한 불순물 슬러지(500a, 500b)를 긁어모아 슬러지배출구(130)를 통해 밖으로 내보내기 위한 슬러지제거수단이 필요하다.On the other hand, the sludge removal means for scraping out the impurity sludge (500a, 500b) raised on the water surface of the electro-aggregation tank 230 and the dissolved air flotation tank 330 to the outside through the sludge discharge port 130 is required.
불순물 슬러지(500a, 500b)의 제거를 위해, 수처리탱크의 인입관(110)과 배출관(370) 쪽 상단부 측벽에 회전가능한 한 쌍의 롤러(212a, 212b)를 설치한다. 그리고, 한 쌍의 롤러(212a, 212b)에는 회전동력 전달을 위한 체인(214)을 감는다. 체인(214)의 움직임에 연동하여 움직이면서 수면위로 부상한 불순물 슬러지(500a, 500b)를 긁어모아 슬러지배출구(130)를 통해 밖으로 내보내기 위한 한 개 이상의 긁음날(skimming blade)(240)을 체인(214)에 고착시킨다. 롤러(212a)에는 또한 모터(210)가 연결되어 롤러(212b)를 회전시켜 준다.In order to remove the impurity sludges 500a and 500b, a pair of rotatable rollers 212a and 212b are installed on the sidewalls of the inlet pipe 110 and the discharge pipe 370 of the water treatment tank. The pair of rollers 212a and 212b are wound with a chain 214 for rotational power transmission. The chain 214 moves one or more skimming blades 240 for scraping out the impurity sludges 500a and 500b which float on the water while moving in conjunction with the movement of the chain 214 to be discharged out through the sludge outlet 130. ). The motor 210 is also connected to the roller 212a to rotate the roller 212b.
이하에서는 본 발명에 따른 수처리장치를 이용하여 수행되는 수처리 공정을 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, a water treatment process performed using the water treatment apparatus according to the present invention will be described in detail.
공장폐수나 이를 간이 처리한 유입수는 인입관(110)을 통해 전기응집조(230)로 유입된다. 전기응집조(230)안으로 들어온 유입수는 도 3에 화살표로 표시된 진행경로처럼 알루미늄 전극판(220a~220e, 225a~225e) 사이를 꾸불꾸불 통과하면서 용존공기부상조(330)로 흘러 들어간다.Factory wastewater or influent that has been simply processed is introduced into the electric coagulation tank 230 through the inlet pipe (110). The inflow water introduced into the electrocoagulation tank 230 flows into the dissolved air flotation tank 330 while slowly passing between the aluminum electrode plates 220a to 220e and 225a to 225e as shown by the arrow shown in FIG. 3.
이 과정에서 앞서 설명한 전기응집부상의 원리에 의해 유입수에 포함된 불순물질들은 응집되고 응집된 불순물 덩어리의 일부는 수중에 부유하거나 바닥면으로침강하는 것도 있지만 나머지는 수소가스에 의해 수면위로 부상하여 하여 불순물 슬러지(500a) 형태로 수면 위에 떠 있게 된다.In this process, the impurity contained in the inflow water is agglomerated by the above-mentioned principle of electroaggregation, and some of the aggregated impurity lumps float in water or settle to the bottom surface, but the others are floated on the surface by hydrogen gas. It floats on the water surface in the form of impurity sludge 500a.
이 전기응집을 채용하므로써 종래의 용존공기부상법에서 필요로 하는 응집제의 투입을 불필요하게 해줘 공정이 단순화되고 그 결과 수처리 장치의 자동화를 쉽게 이룰 수 있다. 즉, 전기응집공정에 필요한 제어는 전원부(400)의 전원공급의 극성을 변경이나 인가전압의 크기를 적절히 조절하는 것 등이므로 이의 자동화는 간단하게 달성될 수 있다.By adopting this electrocoagulation, it is unnecessary to add the flocculant required in the conventional dissolved air flotation method, which simplifies the process and, as a result, automates the water treatment device. That is, since the control necessary for the electrocoagulation process is to change the polarity of the power supply of the power supply unit 400 or adjust the magnitude of the applied voltage appropriately, the automation thereof can be easily achieved.
전기응집조(230)에서 1차처리를 거친 유입수는 이제 용존공기부상조(330)에 투입되어 전기응집부상공정에서 미처 제거되지 못한 불순물들을 보다 완벽하게 처리한다.Inflow water after the first treatment in the electrocoagulation tank 230 is introduced into the dissolved air flotation tank 330 to more completely process impurities that have not been removed in the electrocoagulation flotation process.
물 속에서의 공기의 용해와 관련하여 일반적으로 다음의 관계식이 성립한다.In relation to the dissolution of air in water, the following relation is generally established.
여기서, KH는 헨리상수(Henry's Constant)이고, P공기는 공기의 압력이며, [공기] 는 물속의 공기의 농도이다.Where K H is Henry's Constant, P air is the pressure of air, and [air] is the concentration of air in the water.
위 식을 변형하면,If we transform the above expression,
[공기] = KH* P공기 [Air] = K H * P air
이 되고, 물 속의 공기의 양은 P공기가 증가할수록 증가한다. 여기서, KH는 실험상수로서 온도에 반비례한다. 이러한 원리를 용존공기부상에 응용할 수 있다.And the amount of air in the water increases as P air increases. Where K H is inversely proportional to temperature as the experimental constant. This principle can be applied to dissolved air flotation.
압축수공급기(420)는 피드백관(422)을 통해 처리수를 공급받음과 동시에 에어컴프레서(410)로부터는 3~6 atm 정도의 압축공기를 공급받아 혼합하여 압축수를 만들어 용존공기부상조(330)의 바닥면에 설치된 압축수분사기(310)로 공급한다. 압축수분사기(310)에 도달하기까지 높은 압력하에 있던 공기를 함유한 물(압축수)이 압축수분사기(310)를 통해 수면쪽으로 강하게 분출되면서 급속한 압력저하를 경험한다. 이 과정에서 압축수에 용해되어 있던 공기가 물속에 석출되면서 무수히 많은 숫자의 미세한 기포가 발생된다.The compressed water supplier 420 receives the treated water through the feedback pipe 422 and at the same time receives compressed air of about 3 to 6 atm from the air compressor 410 and mixes the compressed water to produce the compressed water. Supply to the compressed water sprayer 310 installed on the bottom surface of the 330. Water containing air that was under high pressure until reaching the compressed water sprayer 310 (compressed water) is strongly ejected toward the water surface through the compressed water sprayer 310 and experiences a rapid pressure drop. In this process, the air dissolved in the compressed water precipitates in the water, generating a myriad of fine bubbles.
발생된 기포는 용존공기부상조(330)의 유입수 속에 아직 남아 있는 응집된 불순물 콜로이드들을 수면위로 부상시켜준다. 압축수의 상승력은 또한, 용존공기부상조(330)로 흘러드는 유입수의 진행경로를 우선 안내격벽(320)을 끼고서 바닥 쪽으로 하강시켰다가 재상승시키게 해준다. 수면 쪽으로 상승한 물은 다시 중력과 관성력의 작용에 의해 안내격벽(360)과 안내격벽(340) 사이를 통과하면서 하강한 다음 다시 안내격벽(340)과 안내격벽(350) 사이를 상승한 후 재하강하여 배출관(370)을 통해 배출된다.The generated bubbles float the agglomerated impurity colloids still in the inflow of the dissolved air flotation tank 330 onto the water surface. The upward force of the compressed water also allows the inflow of the inflow water flowing into the dissolved air flotation tank 330 to be first lowered toward the bottom along the guide partition wall 320 and then increased again. The water rising toward the surface again descends while passing between the guide bulkhead 360 and the guide bulkhead 340 by the action of gravity and inertia force, and then again rises between the guide bulkhead 340 and the guide bulkhead 350 and descends again to discharge the pipe. Ejected through 370.
전기응집에 의하여 발생되는 기포는 용존공기부상에 의해 생긴 기포에 비하여 숫자가 적고 그 크기도 크다. 따라서 응집된 불순물 플럭(flock)을 부상시키는 효과의 측면에서는 전기응집에 의한 기포가 용존공기부상에 의한 기포에 비해 우수하지 못하다. 따라서, 본 발명과 같이, 전기응집에 의해 미처 부상되지 못한 불순물 플럭들을 용존공기부상의 장점을 최대한 살려 제거하는 방식을 취하면 처리 효율을 크게 높일 수 있게 된다.Bubbles generated by electrocoagulation are smaller in number and larger in size than bubbles caused by dissolved air injuries. Therefore, in terms of the effect of floating flocculated impurity flocs, bubbles due to electroaggregation are not superior to bubbles due to dissolved air injury. Therefore, as in the present invention, if the impurity flocks that are not injured due to electrocoagulation are taken to take full advantage of the dissolved air injury, the treatment efficiency can be greatly increased.
여기서 압축수를 만드는데 이용되는 처리수의 리사이클율은 약 5% 정도로 하면 충분하다는 것이 실험결과를 통해 확인되었다. 배출관(370)을 빠져나온 처리수의 상태는 전기응집조(230)와 용존공기부상조(330)에서의 처리과정에서 불순물을 많이 빼앗겼기 때문에 그 수질이 대략 중수도급으로 된다.It was confirmed from the experimental results that the recycling rate of the treated water used to produce the compressed water was about 5%. The state of the treated water exiting the discharge pipe 370 is deprived of a large amount of impurities during the treatment in the electrocoagulation tank 230 and the dissolved air flotation tank 330, so that the water quality becomes approximately heavy water supply.
한편, 두 개의 조(230,330)내에서의 1, 2차 처리과정에서 생겨난 수면 위의 불순물 슬러지(500a, 500b)를 긁음날(240)을 이용하여 슬러지배출구(130) 쪽으로 계속 긁어모은다. 도면에는 편의상 긁음날(240)을 한 개 설치한 것으로 도시하였으나, 수면 위의 불순물 슬러지를 재빨리 긁어내지 않고 오래 방치하면 재침강할 수도 있으므로 긁음날(240)을 여러개 사용하는 것이 효과적일 것이다. 긁음날(240)의 움직임은 모터(210)를 구동시켜 롤러(212a, 212b)를 회전시키므로써 체인(214)이 직선 운동하게 하므로써 보장된다.Meanwhile, the impurity sludges 500a and 500b on the water surface generated during the first and second treatment processes in the two tanks 230 and 330 are continuously scraped toward the sludge outlet 130 using the scraping blade 240. Although the drawing shows that one scratching blade 240 is installed for convenience, it may be effective to use a plurality of scratching blades 240 because the impurity sludge on the water surface may be settled if left for a long time without being scraped quickly. The movement of the scraping blade 240 is ensured by driving the motor 210 to rotate the rollers 212a and 212b so that the chain 214 moves linearly.
긁음날(240)에 의해 슬러지배출구(130)로 모아진 불순물슬러지는 슬러지배출공(120)을 통해 수처리탱크 외부의 슬러지탱크(비도시)에 수집한다.The impurity sludge collected in the sludge discharge port 130 by the scraping blade 240 is collected in the sludge tank (not shown) outside the water treatment tank through the sludge discharge hole 120.
결국, 본 발명은 유입수를 전기응집부상 처리를 먼저 하여 불순물을 응집시킴과 동시에 부상시켜 일차적으로 불순물을 제거한 다음, 이 과정에서 미처 제거되지 못한 불순물 덩어리를 용존공기부상 처리를 통해 보다 신속하고 효과적으로 제고하는 방식을 취하는 것이다.As a result, the present invention first induces the flocculation flocculation to flocculate the impurities and simultaneously floats them to remove the impurities, thereby quickly and effectively improving the impurity lumps which have not been removed in the process through the dissolved air flotation treatment. It is the way to do it.
본 발명에 의한 수처리장치는 빌딩, 아파트 단지, 공장 등의 중수도 시스템, 폐기물 매립장 침출수 처리, 중소규모 폐수처리 및 홍수 재해 지역 비상 급수 시스템 등에 널리 적용될 수 있다.The water treatment apparatus according to the present invention can be widely applied to heavy water systems such as buildings, apartment complexes, factories, waste landfill leachate treatment, small and medium sized wastewater treatment, and flood disaster area emergency water supply systems.
본 발명은 다음과 같은 잇점이 있다.The present invention has the following advantages.
첫째, 전기응집부상과 용존공기부상을 2단계로 적용하여 처리하므로써 중수도 시스템의 처리 효율을 높일 수 있다.First, the treatment efficiency of the water system can be improved by applying the electrocoagulation flotation and the dissolved air flotation in two stages.
두 번째는, 수처리장치의 시스템 구성이 간단하고, 콤팩트하게 구성할 수 있으므로 시설면적을 최소화할 수 있어 비용절감을 가져다준다.Second, since the system configuration of the water treatment device is simple and can be compactly configured, the facility area can be minimized, resulting in cost reduction.
세 번째는, 수처리시설의 운전이 용이하여 자동화 구현에 매우 유리하다.Third, the operation of the water treatment plant is easy, which is very advantageous for the automation implementation.
네 번째는, 시설의 자동화로 운전을 위한 인건비가 적게 들고 고급 인력을 필요로 하지 않게 된다.Fourth, the automation of the facility means less labor costs for operation and the need for high-quality personnel.
다섯 번째는 응집제가 필요 없으므로 응집제 사용으로 인한 유지비와 최적량 사용을 위한 시설투자가 필요 없고, 최적량을 사용하지 못하므로 인한 문제가 생기지 않는다.Fifthly, there is no need for coagulant, so there is no need for maintenance cost and optimum investment due to the use of coagulant, and there is no problem due to the failure to use the optimum amount.
여섯 번째로는 응집을 위한 급속혼화지, 완속 혼화지의 장치가 불필요하여 역시 시설 투자비를 절감할 수 있다.Sixthly, the need for equipment for rapid mixing and slow mixing for coagulation can be eliminated, which can also reduce facility investment costs.
끝으로, 종래의 용존공기부상 장치의 체류시간 보다 약 1/4 정도로 줄일 수 있으므로 부상조의 크기가 종래의 그것에 비해 1/4로 줄어들어도 동일한 처리 능력을 갖게 된다.Finally, since the residence time of the conventional dissolved air flotation device can be reduced by about one quarter, the size of the flotation tank is reduced to one-quarter compared to that of the conventional dissolved air flotation device.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. I can understand that you can.
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