KR100377020B1 - 미세기포발생장치를 이용한 폐수처리시스템 및 폐수처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 미세기포발생장치를 이용한 폐수처리시스템 및 폐수처리방법은 기포의 유지성을 연장시켜 오래지속되므로 폐수처리효율을 극대화하고 설비의 설치면적을 최소화하므로서 폐수처리설비의 투자 및 유지비용을 적게하여 적은 비용으로 환경오염을 방지한다.

Description

미세기포발생장치를 이용한 폐수처리시스템 및 폐수처리방법{ a microbuble generator }

본 발명은 미세기포발생장치를 이용한 폐수처리시스템 및 폐수처리방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 페수 또는 공업용수에 계면활성제를 혼합한 용액을 이젝터를 통하여 유입시키면 이젝터로 공기가 유입되고 혼합액속에 미세기포가 형성이 되는데 이때 물과 기포의 부피가 8:2 정도로 형성되고 이 용액을 미세기포발생장치내의 기액분리기를 이용해 물과 기포를 1:1(부피비)의 비율로 물을 분리하여 공급할 수 있게 되므로서 적은 순환수를 사용하고 부상조의 탱크용량이 작아지고 동력비가 적게들며,부상조상부에 부상된 오염물질도 기포의 오랜 지속성때문에 침전이 되지않게되어 안정된 폐수처리를 할 수 있는 폐수처리시스템 및 폐수처리방법에 관한 것이다.

종래의 폐수처리장에서 많이 사용되고 있는 용존공기부상법(Dissolved Air Flotation)은 물속에 공기를 주입시키는 것이 한계가 있다. 기존 처리방법인 용존공기부상법은, 도5에 도시된 바와같이, 순환수에 이젝터 또는 공기압축기를 이용하여 공기를 주입시키는데 순환수내에 좀 더 많은 공기를 넣기위해 4 ~ 5기압정도의 높은 압력을 유지해주어야 하며 공기의 용해도에 따른 한계때문에 폐수내의 가벼운 오염물질의 농도(이하 "SS농도"라 함)가 높을 경우 부력이 커져야하므로 많은 양의 공기가 필요하고 이 때문에 많은 양의 순환수(일반적으로 폐수유량에 30~100%정도임)를 사용하므로서 부상조(3)의 직경이 커지고, 설치면적 설치비용이 높아지게되고, 순환수속에 용존되어 있던 기포는 가압탱크(4)에서 부상조로 유입되는 폐수와 순환수가 혼합이 되어 4~5기압이던 순환수가 대기압 노출되어 순환수속에 용존되어 있던 기포가 기체로 되면서 부상조에서 상승하게되는데 이때 기포는 서로 뭉쳐 기포크기가 커지게되고 커진 기포는 표면장력이 약해지면서 터져 SS의 부상효율이 떨어지고,부상된 SS도 재침전현상이 발생된다는 문제점이 있었다. 이와같이,공기압축기를 이용한 방법은 폐수중의 SS농도가 높을수록 가압탱크의 압력을 높게 해주어야 많은 공기를 넣어줄 수 있고(대체적으로 4~5kg/cm²에서 운전하여 줌) 이 압력에서도 공기량이 부족할 경우에는 공기량을 늘리기위하여 폐수처량 용량대비 30~200%의 순환수를 사용해야하므로 부상조 및 가압탱크 그리고 가압펌프등의 용량이 커져 투자비용과 운전비용 그리고 설치면적을 많이 차지하게 되는 것이다.

또한, 이젝터를 이용한 용존공기부상법은 상기 방법과 달리 공기를 가압하여 주지않고 가압펌프의 압력에 따라 공기의 흡입량이 결정되므로 공기압축기에의한 방법보다 많은 양의 순환수를 사용해야 한다는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 해결하기위한 것으로, 기포함량이 높은 순환수를 분리하여 분리된 기포를 응집조에서 공급되는 응집된 폐수와 혼합하여 부상조내에 공급하므로서 오염물질의 처리가 용이하게 되어 부상조, 펌프, 설치면적등이 작아져 저렴한 투자비용과 운전비, 그리고 설치면적이 작게 소요되고 또한 같은 시간에 더 많은 폐수를 처리할 수 있는 미세기포발생장치를 이용한 폐수처리시스템 및 폐수처리방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 순환수중의 기포를 제외한 나머지 용액을 최대한 제거하여 순도가 높은 용액과 기포의 부피비가 거의 1:1 정도로 혼합된 미세기포액만을 부상조내에 유입가능하게되므로서 순환수의 사용량을 대폭적으로 절감하는 것이 가능한 미세기포발생장치를 이용한 폐수처리시스템 및 폐수처리방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 이러한 목적은 계면활성제와 순환수를 일정비율로 혼합하는 단계와, 혼합된 순환수를 공기가 유입되는 이젝터를 통과시켜 기포를 발생시기는 단계와, 상기 기포가 혼합된 순환수를 기액분리기로 이송하여 기포와 순환수를 분리시키는 단계와, 기포만으로 분리된 기포를 응집조에서 유출되는 폐수와 혼합시켜 부상조로 유입시키는 단계를 포함하는 본 발명에 따른 폐수처리방법에의하여 달성된다.

본 발명의 이러한 목적은 계면활성제와 순환수가 혼합되는 계면활성제혼합부와, 상기 계면활성제혼합부에서 유출되는 순환수유출도관에 연결되고 별도의 공기유입관이 연결되어 순환수의 유입에따라 공기가 함께 유입되는 이젝터와, 상기 이젝터에서 토출되는 기포 및 순환수가 충진되는 탱크와, 상기 탱크로 부터 기포와 순환수가 유출되는 혼합유출도관에 연결되며 기포와 순환수를 분리가능하도록 상부의 기포토출부와 하부의 순환수토출부를 갖는 기액분리기로 구성된 미세기포발생장치의 기포유출관이 응집조에서 응집된 폐수가 유출되는 폐수유출도관에 연결되어 고순도의 미세기포액이 부상조내로 유입되는 것을 특징으로 하는 폐수처리장치에 의하여 달성된다.

본 발명에 따른 미세기포발생장치를 이용한 폐수처리시스템 및 폐수처리방법은 첨부된 도면을 참고로 하여 이하에 기술되는 실시예에 의하여 그 특징 및 장점들을 명백하게 이해할 수 있을 것이다.

도1은 미세기포발생장치를 이용한 폐수처리시스템의 개략적인 적용도

도2는 미세기포발생장치의 개략적인 구성도

도3은 미세기포발생장치의 기액분리기의 개략적인 횡단면도

도4는 미세기포발생장치의 이젝터의 개략적인 횡단면도

도5는 종래의 용존공기부상법에 따른 폐수처리시스템의 개략적인 적용도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

A. 폐수처리시스템 1. 응집조

2. 미세기포발생장치 3. 부상조

11. 폐수유출도관 21. 계면활성혼합부

22. 순환수유출도관 23. 공기유입관

24. 이젝터 26. 탱크

28. 기액분리기

본 발명의 일실시예에 따른 미세기포발생장치를 이용한 폐수처리시스템(A)은 도1에 도시된 바와같이, 폐수가 유입되어 응집되는 응집조(1)와, 상기 응집조(1)에서 유출되는 폐수가 이송되는 폐수유출도관(11)에 연결되는 미세기포발생장치(2)와, 상기 폐수유출도관(11)에 연결되며 폐수와 미세기포가 혼합되어 유입되는 부상조(3)를 포함한다.

상기 미세기포발생장치(2)는,도2에 도시된 바와같이, 계면활성제와 순환수가 혼합되는 계면활성제혼합부(21)와, 상기 계면활성제혼합부(21)에서 유출되는 순환수유출도관(22)에 연결되고 별도의 공기유입관(23)이 연결되어 순환수의 유입에따라 공기가 함께 유입되는 이젝터(24)와, 상기 이젝터(24)에서 토출되는 기포 및 순환수가 충진되는 탱크(26)와, 상기 탱크(26)로 부터 기포와 순환수가 유출되는 혼합유출도관(27)에 연결되며 기포와 순환수를 분리가능하도록 상부의 기포토출부와 하부의 순환수토출부를 갖는 기액분리기(28)를 포함한다.

본 실시예에서는 상기 계면활성제혼합부(21)는 계면활성제가 담긴 계면활성제통(211)과 순환수가 유입되는 순환수도관(212)으로 구성되어 있으나 계면활성제가 혼합된 혼합수가 순환수도관으로 공급될 수 있음은 물론이다.

상기 이젝터(24)는, 도4에 도시된 바와같이, 일단은 순환수유출도관(22)에연결되고 순환수가 통과되는 중간의 병목구간에 공기유입관(23)이 연결되어 있다.

상기 이젝터(24)는 빠른 유속의 순환수(물+계면활성제)가 이젝터(24)를 통과하면 이젝터(24)중앙의 병목부분에서 유속은 더욱 빨라지고 빠른 속도압이 진공을 형성하게되므로 공기유입관(23)을 통하여 이젝터 외부로부터 액체에비해 상당히 가벼운 공기는 이젝터내부로 흡입되어 액체인 순환수속에 기포를 형성하게 된다.

상기 기액분리기(28)는 폐수중에 응집된 SS를 부상조에서 부상시키는데는 기포만 필요하고 기포이외의 순환수는 아무런 도움을 주지못하므로 순환수중의 기포만을 폐수처리공정에 보내고자 사용하는 분리장치로서 본 발명의 핵심적인 부분이라 할 것이다.

상기 기액분리기(28)는 원통형상의 상부의 기포토출부(281)와 원뿔형상의 하부의 순환수토출부(282)로 구성되며, 상기 원통상의 상부의 기포토출부(281)에는 혼합유출도관(27)이 접선방향으로 연결되어 있고 기포토출부(281)의 상부에는 기포유출관(283)이 연결되어 있으며, 원뿔형상의 하부의 순환수토출부(282)에는 순환수유출관(284)으로 구성되어 있다. 상기 기액분리기(28)의 기포토출부(281)상에 접선유입으로 흡입되고 흡입된 순환수는 유입속도에의해 원통의 외벽을 따라 회전하면서 원뿔형상의 하부의 순환수토출부(282)쪽으로 하강하게 된다. 이때 순환수의 회전에의해 원심력이 작용하여 기액분리기의 벽쪽으로 순환수중의 액체가 자리를 잡고 액체에 비해 비중이 작은 기포부분은 기액분리기의 중심부에 위치하게되며 이때 중요한 설계조건으로 순환수중의 기포가 비중차이에 의해서 분리되려면 충분한 체류시간이 필요하게 된다. 그래서 기액분리기(28)의 원통부분의 기포토출부(281)의길이는 400mm에서 500mm가 되어야 되고, 순환수토출부(282)의 원뿔부분의 각도는 70~80도가 되어야 효율적인 기포분리가 이루어지고,기액분리기(28)의 상부토출과 하부토출에서 걸리는 압력 1.5~2.0kg/cm²을 유지해주어야 하며 상부토출에서 압력이 1.5kg/cm²이하로 떨어지면 기포에 비해 순환수가 상대적으로 많이 유출되어 약품용수의 사용량이 늘어나고 반대로 압력 2kg/cm²이상이 되면 상부토출로 기포의 양이 줄어들어 미세기포발생장치의 운전이 어려워진다.

상기 기액분리기(28)의 기포유출관(283)은 고순도의 미세기포액이 상기 부상조(3)내로 유입되도록 상기 응집조(1)에서 응집된 폐수가 유출되는 폐수유출도관(11)에 연결되어 있다.

이와같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 미세기포발생장치를 이용한 폐수처리시스템(A)은 계면활성제혼합부(21)에서 계면활성제를 순환수나 공업용수에 혼합하여 이젝터(24)에 고속으로 유입시키면 이젝터(24)내의 병목구간에 진공이 형성되어 상기 병목구간에 연통된 공기유입관(23)으로부터 공기가 이젝터(24)내부로 흡입되고 흡입된 공기는 그 용액속에 미세기포로 형성이되며 용액속의 계면활성제때문에 기포가 서로 합쳐지지않으며, 이때 물과 공기의 부피가 8:2 정도로 탱크(26)내에 충진된다. 이와같이 탱크(26)내에 충진된 용액(물+계면활성제)과 미세기포로 혼합되어진 순환수중에서 기포와 용액을 분리해내기위해 탱크(26)내에 있는 순환수를 펌프(P1)를 이용해 흡입하고 기액분리기(28)내에 3~5m/sec의 유속으로 유입시키면 유입된 순환수는 기액분리기(28)의 내부구조에의해 회전하면서 하강하게 된다. 이때 기액분리기(28)내부로 순환수가 들어가 하부와 상부로 토출되기까지 적정한 체류시간과, 상부토출과 하부토출에서 순환수가 빠져나오는데 걸리는 압력의 상호관계로 상부의 기포의 토출량과 하부의 순환수토출유량이 결정되어지고 기액분리기내부에서 순환수의 적정체류시간에의해 밀도가 1000 kg / m³H₂O 용액과 1.29 kg / m³Air 공기가 서로의 큰 비중차이로 인하여 기액분리기(28)의 내부에서 가벼운 기포는 위쪽으로 움직이고 공기에 비하여 무거운 용액은 하부쪽으로 움직인다. 이때 기액분리기(28)로 유입되는 순환수의 유입속도가 높으면 높을수록 순환수중의 기포와 용액이 위아래를 위치하는 시간이 짧게 걸리지만 상대적으로 펌프(P1)의 동력이 커지는 단점이 있으므로 적정한 유입속도로 경제성을 고려하여 설계된다. 이와같이 기포만으로 분리된 기포는 응집조(1)에서 응집된 SS를 폐수에서 분리하기위해 폐수가 응집조(1)에서 부상조(3)로 넘어가는 폐수유출도관(11)에 기포를 투입시켜주면 페수중에 혼합된 기포는 부상조(3)에 들어와서 기포의 낮은 비중으로 폐수속에서 기포가 상승하게 된다. 이때 기포가 상승하면서 폐수중의 SS를 상부쪽으로 띄우게되고, 오일스키머(도시않됨)가 부상조에서 뜬 SS를 걷어낸다. 이와같이 순환수중의 기포를 제외한 나머지 용액을 최대한 제거하여 용액과 기포의 부피비가 1:1정도로 되는 순도가 높은 미세기포액만을 부상조내에 유입하므로서 기존 처리방법인 용존공기부상법에 따른 방식의 부상조에 비해 부상조크기가 작게 설치되므로 설치면적이 작아지게 된다.

그리고 본 미세기포발생장치(2)에서 기액분리를 하는 기액분리기(28)는 경우에 따라 1 또는 2개를 설치하고 기액분리기(28)의 하부의 순환수토출부(282)에서 유출되는 순환수(물+계면활성제+기포)는 아주 빠른 속도로 유출되며 그 빠른 속도의 순환수는 탱크(26)에 저장되어 있는 순환수의 표면에 부딪히면서 순환수속에 또 다른 기포를 생성하여 주게되므로 탱크(26)의 순환수에는 초기보다 기포의 혼합비율이 향상되게 되는 것이다. 이상과 같은 목적에 의해 폐수처리에 있어서 적은 투자비용과 설치면적의 감소 그리고 폐수의 성상변화에 따른 빠른 대응으로 연속적이고 지속적인 폐수처리효율을 기대할 수 있고 특히 SS농도가 높은 분뇨폐수나 축산폐수에 적용하면 기존 처리설비인 PAF에 비해 상당히 적은 투자비용과 유지관리비로 환경오염을 지킬 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 미세기포장치를 이용한 폐수처리시스템은 이젝터를 이용해 기포를 생성시킨 순환수중에서 실제 필요한 기포만을 기액분리기를 이용해 기포함량이 높은 순환수를 분리해내서 사용하므로서(이때 순환수순환량은 폐수처리량 대비 2~3%임) 기존처리방법에대해 부상조, 펌프, 설치면적등이 작아져 저렴한 투자비용과 운전비, 그리고 설치면적이 작게 소요되고 또한 같은 시간에 더 많은 폐수를 처리할 수 있어 기존처리시설인 용존공기부상법보다 폐수처리비용이 저렴해져서 폐수를 배출하는 사업장의 제품경쟁력이 높아지게 된다.

Claims (2)

1. 삭제
2. 계면활성제와 순환수가 혼합되는 계면활성제혼합부와, 상기 계면활성제혼합부에서 유출되는 순환수유출도관에 연결되고 별도의 공기유입관이 연결되어 순환수의 유입에 따라 공기가 함께 유입되는 이젝터와, 상기 이젝터에서 토출되는 기포 및 순환수가 충진되는 탱크와, 상기 탱크로 부터 기포와 순환수가 유출되는 혼합유출도관에 연결되며 기포와 순환수를 분리가능하도록 상부의 기포토출부와 하부의 순환수토출부를 갖는 기액분리기로 구성는 미세기포발생장치에 있어서,

   상기 기액분리기의 상부의 상기 기포토출부는 원통형상이고 혼합유출도관이 접선방향으로 연결되어 있고 상부에는 기포유출관이 연결되고, 상기 순환수토출부느 원뿔형상으로 형성되고 하부에는 순환수유출관이 연결되고,

   상기 기액분리기의 상기 기포유출관은 응집조에서 응집된 폐수가 유출되는 폐수유출도관에 연결되어 고순도의 미세기포액이 부상조내로 유입되는 것을 특징으로 하는 폐수처리장치.