KR100367642B1 - 와류를 이용한 폐수 또는 슬러지와 약품 혼합장치 및 그방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐수의 화학적 처리 또는 슬러지 개량에 있어서 종래에 이용하던 동력원이나 별도의 장치없이 폐수 또는 슬러지와 약품을 직접 혼합장치내에서 접촉혼합하여 응집 및 응결을 이루기 위한 화학적처리시스템의 일부에 관한 것으로, 제한된 공간내에 유입되는 폐수나 슬러지의 유속을 이용하여 대상 물질을 직접 접촉하여 혼합하므로 혼합과정에 부수적인 장치가 필요하지 않으며 혼합시간도 단축할 수 있고 제한된 공간내에서의 접촉효과가 높아 응집제를 초과투여하지 않고 적정량만으로도 처리가 가능하도록 하는것을 목적으로 하며 이러한 목적을 달성하기 위하여 혼합장치의 처리조를 구(球)형으로 하고 폐수 또는 슬러지 주입구로 폐수 또는 슬러지 등이 일정 압력과 유속으로 유입되면서 약품 주입구에서 들어오는 약품용액과 T자형 관에서 충돌하여 1차혼합되고 이 1차혼합된 용액이 구형 처리조내에 기히 담겨져 있는 용액에 일정유속으로 낙하하면서 2차충돌과 이로 인한 말림현상을 유발시켜 제한된 공간내에서 와류현상이 일어나 폐수 또는 슬러지와 약품용액 물질간의 접촉효과를 향상시켜 폐수 또는 슬러지를 정화하는데 특징이 있다.

Description

와류를 이용한 폐수 또는 슬러지와 약품 혼합장치 및 그 방법{An equipment mixing wastewater and medicines by a whirlpool, and the method thereof}

본 발명은 폐수의 화학적 처리 및 슬러지 개량에 있어서 반응조내의 모터, 임펠러 등과 같은 장치와 그에 수반되는 동력원없이 폐수 또는 슬러지와 약품을 직접 혼합장치내에서 접촉혼합하여 응집 및 응결을 이루기 위한 화학적처리시스템의 일부에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반응조내에 모터(motor)와 임펠러(Impeller)와 같은 별도의 혼합장치를 설치하지 않고 제한된 공간 내에서 폐수 또는 슬러지와 약품용액과의 충돌과 말림현상에서 발생되는 와류를 이용하여 직접 폐수 또는 슬러지를 약품용액과 균등하게 혼합하여 접촉시킴으로써 효율적으로 응집 및 응결하여 처리할 수 있는 혼합장치 및 그 방법에 관한 것이다.

폐수처리에는 화학적 처리공정이 따르게 되는데 폐수의 페하(pH) 조정을 위해 가성소다(NaOH)와 같은 알카리성 중화제를 사용하고 폐수의 응집에는 알루미나나 철염 등의 응집제를 사용하며, 폐수의 응결제로서는 고분자 응집제가 사용되고 있으나 이와같은 폐수처리에 사용되는 화학약품을 혼합하기 위해서는 별도의 혼합장치가 필요하여 현재까지 여러 가지 혼합장치가 개발되어 사용되고 있는데, 그러한 화학적처리는 대형 모터와 프로펠러, 터빈, 임펠러 등을 사용하여 폐수 또는 슬러지와 약품을 혼합하여 처리하고 있으므로 대부분 반응조내에 혼합을 위한 별도의 장치와 그에 수반되는 동력원을 필요로 하고 있다. 이러한 장치를 이용한 화학적처리는 그 시설비가 고가이고 운영 및 관리비용이 많이 들어 경제적이지 못하다. 또한 일반적인 화학적처리에 있어서 혼합처리조들은 처리조내에서 물질간의 접촉이 완전하지 못하여 어느 정도의 혼합시간을 필요로 하고 있으며 적정 응집제 투입량을 계산하여 투입하여도 실제로는 혼합이 제대로 이루어지지 아니하여 폐수 또는 슬러지와 접촉되지 못한 응집제는 그대로 잔류하게 되고 이러한 미응집 슬러지나 폐수를 감안하여 모두 응집시킬 수 있도록 적정응집제 투입량을 초과하여 혼합하는 것이 일반적인 폐수정화처리의 운전요령으로 인식되고 있다.

따라서 이와같은 운전방식으로는 복잡한 혼합장치가 필요할 뿐 아니라 혼합이 완전하지 못하여 과도한 약품을 사용하게 됨으로써 처리비용이 많이 들고 과잉투여하는 응집제으로 인하여 이 과잉약품 자체가 새로운 오염의 원인을 제공하는 악순환의 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 제한된 공간내에서 폐수 및 슬러지의 유속을 이용하여 대상 물질(폐수+응집제, 슬러지+응집제 등) 간에 직접 접촉하여 혼합하므로 혼합과정에 부수적인 장치가 필요하지 않으며 혼합시간도 단축할 수 있고 제한된 공간내에서의 접촉효과가 높아 응집제를 초과투여하지않고 적정량만으로도 처리가 가능하도록 하는것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 혼합장치의 처리조를 구(球)형으로 하고 폐수 또는 슬러지 주입구로 폐수 또는 슬러지 등이 일정압력과 유속으로 유입되면서 약품 주입구에서 들어오는 약품용액과 T자형 관에서 충돌하여 1차혼합되고 이 1차혼합된 용액이 구형 처리조내에 기히 담겨져 있는 용액에 고속으로 낙하하면서 발생하는 2차충돌과 이로인한 말림현상을 유발시켜 제한된 공간내에서 와류현상이 일어나 폐수 또는 슬러지와 약품용액 물질간의 접촉효과를 향상시켜 폐수 또는 슬러지 등을 정화하는데 특징이 있다.

도 1은 본 발명의 혼합장치를 나타낸 개략도

도 2는 혼합장치에서 폐수 또는 슬러지와 약품용액의 혼합이 이루어지는 것을 보여주는 개략도

도 3은 혼합장치를 직렬로 구성한 것을 보여주는 개략도

도 4는 혼합장치를 육면체로 구성한 것을 보여주는 개략도

도 5는 T자형 관을 사용하지 않은 혼합장치의 개략도

도 6은 혼합장치 처리조의 상부를 개방시킨 것을 보여주는 개략도

도 7은 T자형 관을 사용하지 않으면서 혼합장치 처리조의 상부를 개방시킨 것을 보여주는 개략도

도 8은 종래의 일반적인 교반기의 개략도

(a),(b) 프로펠러 믹서기의 단면도

(c) 터빈 믹서기의 단면도

(d) 정적 관로내 믹서기의 단면도

(e) 관로내 임펠러를 사용한 믹서기의 한 단면도

(f) 관로내 임펠러를 사용한 믹서기의 또 다른 단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1,1',1" : 폐수 또는 슬러지 주입구

2,2',2" : 약품 주입구

3 : T자형 관 4: 혼합수 유출구

5 : 모터 6 : 임펠러

본 약품혼합장치를 도면에 의거하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 장치는 그 형태가 구(球)형으로 되어 있다. 이는 다른 형태로도 와류가 발생할 수 있으나 구형일 때 가장 이상적인 형태의 와류가 발생하여 처리대상 물질과 약품용액간의 접촉을 제한된 공간내에서 완전하게 해주기 때문이다. 폐수 또는 슬러지 주입구(1)와 약품 주입구(2)는 벤튜리형 T자관과 같은 T자형 관(3)에 연결하여 사용하며 유입된 처리대상 물질과 약품용액이 이 T자형 관(3)내에서 1차충돌로 혼합된 후에 구형의 처리조에 유입되게 함으로써 혼합효과를 더욱 극대화 할 수 있다. 도면 2와 같이 폐수와 슬러지 등이 폐수 또는 슬러지 주입구(1)로 유입되고 약품 주입구(2)로는 알루미나, 철염 등의 응집제를 용해시킨 약품용액이 유입되게 되는데 T자형 관(3)에서 바로 폐수 또는 슬러지와 응집제 약품용액이 충돌하는 경우에 폐수 또는 슬러지의 유속과 압력이 커서 펌프에 부하가 발생할 수 있으므로 도1과 같이 폐수 또는 슬러지 주입구(1)의 배관을 T자형 관(3)의 구경보다 작은 것을 이용하여 폐수 또는 슬러지와 약품이 T자형 관(3)내에서 접촉하게 될 때 발생되는 펌프의 부하를 극소화 시키면서 폐수 또는 슬러지가 낙하하는 속도를 고속으로 유지하며 투입되는 약품용액과 1차충돌하여 접촉혼합한 후 2차로 기히 담겨진 혼합수에 낙하 충돌하여 말림현상을 일으킴으로써 와류를 일으키게 하는데 이 때 폐수 또는 슬러지와 응집제인 약품용액이 모두 펌프에 의해 구형의 처리조에 고속으로 주입되므로 펌프의 동력과 관의 구경에 따라 압력을 가지게 되고, 이렇게 형성된 유속과 압력에 의해 폐수 또는 슬러지와 응집제가 1차 T자형관에서 혼합 후 구형의 처리조 내로 낙하되면 와류가 형성되어 주혼합(main mixing)이 이루어져 폐수 또는 슬러지와 응집제가 완전히 접촉된 다음 혼합수 유출구(4)로 유출되게 되는데 그 메카니즘은 다음과 같다.

구형 처리조내에 반정도의 혼합수가 차기 시작하면 도면 2와 같이 충돌과 충돌부 주위의 말림현상과 와류 형성이 차례로 이루어지면서 폐수 또는 슬러지와 응집제가 혼합된다.

구형 처리조내에서의 혼합은 혼합장치의 모양이 구형으로 이루어져 있어 와류생성에 의한 혼합이 수리학적 측면에서 가장 이상적인 형태로 이루어지며, 구(球)라는 제한된 공간을 이용하므로 물질간의 접촉이 아주 원활히 이루어진다.

또, 폐수의 특성에 따라 혼합시간이 짧은 경우에는 폐수의 화학적처리 효과를 높이기 위하여 본 장치를 여러개 직렬로 설치하여 사용할 수 있으며(도 3), 구의 개수를 여러개로 했을 경우 최종 혼합수 유출구에 가까워 질수록 급속교반효과에서 완속교반효과를 볼 수 있다. 이는 구를 통과할 때마다 압력이 저하되므로서 와류가 완만히 발생하면서 완속교반효과를 볼 수 있는 것이다. 이러한 효과는 여러개의 구 중에서 후반부로 갈수록 구의 직경을 증가시킴으로서 그 효과를 크게 할 수 있다.

또한 본 발명은 필요에 따라 혼합장치의 형태를 구형이 아닌 육면체나 원통형 등으로 장치를 구성할 수 있고(도 4), 폐수 또는 슬러지와 약품용액 주입구에 T자형 관을 사용하지 않고 폐수 또는 슬러지를 구형이나 기타 형태의 처리조로 바로 유입시키고 약품용액 주입구는 혼합장치 처리조의 아래쪽 측면에 형성함으로써 와류를 유도하여 혼합할 수도 있으며(도 5), 본 발명에서는 위생적 처리를 위해 밀폐된 공간에서 처리하였으나 통상과 같이 장치의 상부를 개방형으로 구성할 수도 있고(도 6) T자형관을 사용하지 않으면서 장치의 상부를 개방형으로 구성(도 7)할 수도 있다. 또 상기 본 발명의 와류를 이용한 혼합장치를 기존 믹서기에서 프로펠러 등의 교반장치를 철거하지 않고 처리조 내부공간을 이용하여 사용할 수 있다.

한편, 본 발명의 혼합장치를 이용한 혼합방법은 폐수 또는 슬러지와 약품용액을 혼합할 경우뿐 아니라 이종(異種)의 액체를 혼합할 때에도 이용할 수 있다.

산업폐수 및 고농도 폐수의 화학적처리에 있어서 종래의 혼합처리조내에 모터와 임펠러 등과 같은 별도의 혼합장치를 사용하지 않고 와류를 이용하여 직접 폐수 또는 슬러지와 약품용액(응집제 등)을 접촉 혼합하여 응집력을 향상시킨 혼합장치를 제공함으로써 에너지 절약, 장치설비 및 유지관리비 절감 및 환경보존 등에기여하며 또 본 혼합장치는 구성이 간단하고 설치가 용이하며 기존 시설의 보조장치로도 활용할 수 있다.

Claims (8)

1. 혼합장치의 처리조를 구형으로 하고 폐수 또는 슬러지가 폐수 또는 슬러지 주입구(1)로 일정압력과 유속으로 들어오고 약품용액이 약품 주입구(2)로 들어오면 이들 주입구와 연결되는 T자형 관(3)에서 폐수 또는 슬러지와 약품용액이 충돌하여 1차혼합되고 이 1차혼합된 용액이 구형 처리조내에 기히 담겨져 있는 혼합수에 고속으로 낙하하면서 2차충돌하고 이로 인한 말림현상을 유발시켜 제한된 공간내에서 와류현상이 일어나 폐수 또는 슬러지와 약품용액간에 2차혼합으로 접촉을 향상시키면서 폐수 또는 슬러지를 정화하는 것을 특징으로 하는 와류를 이용한 폐수 또는 슬러지와 약품 혼합방법.
2. 제 1항에 있어서, 혼합장치의 처리조를 여러개 직렬로 구성하는 것(도 3)을 특징으로 하는 와류를 이용한 폐수 또는 슬러지와 약품 혼합방법.
3. 제 1항에 있어서, 혼합장치 처리조의 형태를 구형이 아닌 육면체 등으로 구성하는 것(도 4)을 특징으로 하는 와류를 이용한 폐수 또는 슬러지와 약품 혼합방법.
4. 제 1항에 있어서, 혼합장치는 T자형 관을 사용하지 않고 폐수 또는 슬러지를 처리조로 바로 유입시키고 약품용액 주입구를 구형처리조 아랫쪽 측면에 형성하는것(도 5)을 특징으로 하는 와류를 이용한 폐수 또는 슬러지와 약품 혼합방법.
5. 제 1항에 있어서, 혼합장치의 처리조는 밀폐된 공간을 이용하지 않고 장치의 상부를 개방형으로 구성하는 것(도 6)을 특징으로 하는 와류를 이용한 폐수 또는 슬러지와 약품 혼합방법.
6. 제1항에 있어서, 폐수 또는 슬러지 주입구(1)는 폐수 또는 슬러지와 약품용액의 공급부하를 적게하기 위하여 T자형 관(3)의 구경보다 작게 하는 것을 특징으로 하는 와류를 이용한 폐수 또는 슬러지와 약품 혼합방법.
7. 제 1항에 있어서, T자형 관을 사용하지 아니하여 폐수 또는 슬러지를 처리조로 바로 유입시키고 약품 주입구(2)는 처리조 아래쪽 측면에 형성하며 혼합장치의 처리조는 밀폐된 공간을 이용하지 않고 장치의 상부를 개방형으로 구성하는 것을 특징으로 하는 와류를 이용한 폐수 또는 슬러지와 약품 혼합방법.
8. 혼합장치의 처리조를 구형으로 하고 폐수 또는 슬러지가 폐수 또는 슬러지 주입구(1)로 고속, 고압으로 들어오고 약품용액이 약품 주입구(2)로 들어오면 이들 주입구의 T자형 관(3)에서 폐수 또는 슬러지와 약품용액이 충돌하여 1차혼합되고 이 1차혼합된 용액이 구형 처리조내에 기히 담겨져 있는 혼합수에 고속으로 낙하하면서 2차충돌하고 이로 인한 말림현상을 유발시켜 제한된 공간내에서 와류현상이일어나 폐수 또는 슬러지와 약품용액간에 2차혼합으로 접촉을 향상시키면서 폐수 또는 슬러지를 정화하도록 구성됨을 특징으로 하는 와류를 이용한 폐수 또는 슬러지와 약품 혼합장치.