KR100381575B1 - 고형물과 용존성물질로 층분리된 오폐수로부터 용존물질을효과적으로 배출하기 위한 장치 - Google Patents

Abstract

상등수를 효율적으로 배출시키는 오폐수 처리장치가 개시된다. 그러한 오폐수 처리장치는 오폐수를 저장할 수 있는 내부 공간을 갖는 침전조와, 상기 침전조에 개구를 아래측으로 형성하여, 상기 오폐수의 침전물과 상등수가 층분리된 상태로 존재하도록 하는 반응조와, 상기 반응조의 상측 내부로/부터 압축공기를 주입/배출하여 반응조 내부의 오폐수를 압축/해제하므로써 상기 반응조를 상하측으로 이동시키는 압축공기주입수단과, 일단은 상기 반응조의 내부에 위치하고, 타단은 상기 침전조의 외부로 돌출 형성되어 상기 반응조 내부의 용존성 물질을 상기 침전조 외부로 배출시키는 배출수단과, 상기 배출수단을 상기 반응조의 내부에 일체로 고정시키므로써, 상기 반응조와 배출수단이 동시에 승하강 할 수 있도록 하는 고정수단과, 그리고 상기 오폐수의 수면에 부상하여 상기 반응조에 일체로 연결되므로써 상기 반응조를 수평적으로 지지하여 상기 침전조의 오폐수 내부로 가라앉은 것을 방지하는 부력수단을 포함한다.

Description

고형물과 용존성물질로 층분리된 오폐수로부터 용존물질을 효과적으로 배출하기 위한 장치{Plant for efficiency effluent of dissolved matter from the wastewater separated into solids and dissolved matter}

본 발명은 오폐수 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오폐수를 침전시키는 경우, 스컴과 하부의 침전물을 배제하고 용존성 물질(상등수) 만을 효과적배출하므로써 오폐수에 혼재되어 있는 용존성분과 고형물의 분리 효율을 개선시킬 수 있는 오폐수 처리장치에 관한 것이다.

일반적으로, 수처리는 수중의 오염된 물질을 미생물 또는 화학적인 산화, 환원반응에 의하여 안정화된 물질로 변화시키는 과정이다.

따라서, 수처리 기술은 폐수의 성상과 유기물, 영양물질을 다양한 방법으로 안정화시키는 기술이며, 현재, 수처리 기술은 생물학적 처리방식이 대부분이며, 비교적 처리비용도 저렴하다.

그러나, 이러한 수처리 과정의 초기 또는 처리 후 상등수와 침전물의 분리가 어려워 처리과정이 복잡해지거나 처리수질이 악화되는 경향이 있다.

따라서, 폐수처리의 핵심은 중력식 또는 기계적 침전에 의해서 폐수상태에서 층 분리된 고형물과 상등수를 어떻게 효과적으로 분리를 하느냐가 주요한 인자가 된다.

지금까지 이러한 문제를 해결하기 위하여 여러 방안이 개시되었다. 즉, 펌프에 의해서 상등수를 강제로 이송시키는 방법과, 부상기구에 의한 상등수 분리방법과, 싸이폰 원리에 의한 강제배출 방법이 개시되었으며, 최근에는 유압에 의하여 기계식으로 상하유동 시키는 방법이 개발되었다.

그러나, 펌프에 의해서 상등수를 강제로 이송시키는 방법의 경우, 침전된 슬러지가 동시에 이송되거나 수면의 스컴이 동시에 배출되어 배출수의 농도를 증가시키게 된다.

또한, 부상기구에 의한 상등수 분리방법의 경우, 배출 배관내에 포기과정에서 주입된 슬러지가 동시에 배출되므로 초기 배출수에 슬러지가 다량 포함되는 현상이 나타난다.

그리고, 싸이폰 원리에 의한 강제배출 방법의 경우, 고정된 지점에서 배출하므로 유입량이나 미생물의 상태에 따라서 다양하게 운전되어야하는데 이에 대응하여 배출수량을 조절하기 어렵다.

유압에 의하여 기계식으로 상하유동 하는 장치의 경우, 처리의 효율성은 높으나 비싼 제작비와 가동시의 과다한 동력비가 문제되고 다양한 자동 메카니즘에 의해서 작동되므로 작동 불량시 자체적인 보수가 어려움이 있고 특히, 시설이 방대하기 때문에 소규모 오폐수처리장에 설치하는 것은 불가능하다.

따라서, 상기에 언급한 바와 같이, 종래의 기술은 효율성이 매우 낮거나 고가이면서 대형 구조물의 장치로 구성되어야 적정의 효과를 유도할 수 있어 범용적으로 사용하거나 소규모 오폐수처리장에 적용하는 데에는 많은 어려움이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 공기와 오폐수의 밀도차이를 이용하며 오폐수로부터 용존성 물질과 고형물을 효과적이며 안정적으로 분리할 수 있는 간단한 구조를 갖으므로써 제작비와 소요동력을 최소화 할 수 있는 오폐수 처리장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 오폐수 처리장치에서 용존성 물질이 배출되기 전 상태를 보여주는 개략도.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 오폐수 처리장치에서 용존성 물질이 배출되는 상태를 보여주는 개략도.

도 3은 도 2에 도시된 배출관 고정부재의 구조를 보여주는 분해 사시도.

도 4는 도 3에 도시된 배출관 고정부재의 측면을 보여주는 측면도.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 오폐수를 저장할 수 있는 내부 공간을 갖는 침전조와, 상기 침전조에 개구를 아래측으로 형성하여, 상기 오폐수의 침전물과 상등수가 층분리된 상태로 존재하도록 하는 반응조와, 상기 반응조의 상측 내부로/부터 압축공기를 주입/배출하여 반응조 내부의 오폐수를 압축/해제하므로써 상기 반응조를 상하측으로 이동시키는 압축공기주입수단과, 일단은 상기 반응조의 내부에 위치하고, 타단은 상기 침전조의 외부로 돌출 형성되어 상기 반응조 내부의 용존성 물질을 상기 침전조 외부로 배출시키는 배출수단과, 상기 배출수단을 상기 반응조의 내부에 일체로 고정시키므로써, 상기 반응조와 배출수단이 동시에 승하강 할 수 있도록 하는 고정수단과, 그리고 상기 오폐수의 수면에 부상하여 상기 반응조에 일체로 연결되므로써 상기 반응조를 수평적으로 지지하여 상기 침전조의 오폐수 내부로 가라앉은 것을 방지하는 부력수단을 포함하며, 상기 반응조는 하부가 개방된 통형상이며, 그 상부에는 공기제어밸브가 장착된 상기 공기 주입수단이 일체로 연결되어 공기가 내부로 주입되며, 상기 반응조의 하부에는 상등수 제어밸브가 장착된 상기 배출 수단이 장착되는 오폐수 처리장치를 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 반응조는 하부가 개방된 통형상이며, 그 상부에는 공기제어밸브가 장착된 상기 공기 주입수단이 일체로 연결되어 공기가 내부로 주입되며, 상기 하부를 통하여 상등수 제어밸브가 장착된 상기 배출 수단이 장착되며, 상기 공기제어밸브 및 상등수 제어밸브를 동시에 개방하므로써 상기 상등수가 상기 배출관을 통하여 외부로 배출가능하다.

상기 반응조는 그 하부 원주면에 다수개의 오폐수 유입홀이 추가로 형성되므로써 상기 오폐수의 상기 반응조의 내부 유입속도를 감소시킨다.

그리고, 상기 고정수단은 그 내부가 빈 원통부와, 상기 원통부의 외주면에 돌출 형성되어 상기 반응조의 내부에 일체로 연결되는 다리부와, 상기 원통부에 삽입되며, 그 내부에 상기 배출수단이 압착되어 일체로 고정되는 패킹부재를 포함한다.

상기 패킹부재의 외경은 상기 원통부의 내경보다 작게 형성되므로써 상기 배출관이 상기 원통부 내부에서 소정 각도로 기울어지는 경우에도, 상기 반응조는 수평을 유지한다.

상기 부력수단은 소정 부피를 갖는 공기 주머니와, 상기 반응조의 외부면에 각각 돌출되며 부력에 근접한 질량을 가지므로써 상기 반응조를 안정적으로 수평유지시키는 한 쌍의 브래킷과, 상기 한 쌍의 브래킷과 상기 공기 주머니를 일체로 연결하는 와이어를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 오폐수 처리장치를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에서 오폐수가 배출되기 전의 상태이며, 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 오폐수 처리장치에서 용존성 물질이 배출되는 상태를 보여주는 개략도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 오폐수 상등수 배출장치는 유입, 포기, 교반, 침전, 배출이 단일 반응조 이루어지는 SBR (Sequencing Batch Reactor)공법에서 침전 후 상등수를 효과적으로 배출하기 위한 장치이다.

이러한 오폐수 상등수 배출장치는 그 내부에 오폐수가 저장되는 침전조(1)와, 상기 침전조(1) 내부에 부상(浮上)하며, 공기가 주입/배출되므로써 승하강하여 오폐수로부터 상등수를 분리하여 상기 침전조(1)의 외부로 배출시키는 반응조(2)와, 상기 반응조(2)의 상부에 장착되어 압축공기를 상기 반응조(2)의 내부에 주입시키는 공기 주입관(3)과, 상기 반응조(2) 내부의 상등수를 외부로 유출시키는 배출관(4)을 포함한다. 그리고, 상기 반응조(2)는 상기 오폐수 수면에 부상(浮上)된 부상부재(10)에 의하여 침전조(1) 내부에서 일정 높이로 부상된다.

상기 반응조(2)는 내부가 빈 원통형상이며, 상부는 공기 주입관(3)이 설치된 상태에서 폐쇄되고, 하부(7)는 개방된 형상이다. 그리고, 상기 반응조(2)의 하부 원주면에는 다수개의 오폐수 유입홀(6)이 형성된다. 따라서, 오폐수가 상기 반응조(2)의 하부(7) 및 다수개의 오폐수 유입홀(6)을 통하여 상기 반응조(2) 내부로 유입되므로써 순환된다.

또한, 상기 반응조(2)의 상면에는 공기 주입관(3)이 장착되며, 상기 공기 주입관(3)은 외부의 송풍기(도시안됨)와 연결된다. 이러한 구성에 의해 상기 공기 주입관(3)의 소정위치에는 공기제어밸브(24)가 장착된다. 따라서, 상기 공기제어밸브(24)를 개폐하므로써 상기 공기 주입관(3)을 통하여 상기 반응조(2)에 공기를 주입/배출하게 된다.

그리고, 상기 공기 주입관(3)을 통하여 외부공기를 상기 반응조(2)의 내부에 유입하면, 상기 반응조(2) 내부 압력이 대기압 이상으로 증가 하므로써 외부공기가 상기 반응조(2) 내부의 오폐수(13)를 하방으로 밀어내게 된다. 결과적으로, 상기 반응조(2)는 상향으로 부상하게 된다.

외부공기가 상기 반응조(2) 내부로 과도하게 주입되어 이 반응조(2)가 지나치게 상승된 경우에는, 외부공기가 상기 반응조(2)의 하부(7) 및 오폐수 유입홀(6)을 통하여 배출된다.

한편, 상기 배출관(4)은 상기 침전조(1)를 관통하며, 그 상단부(5)가 상기 반응조(2)의 하부(7)를 통하여 상기 반응조(2)의 내부에 위치하게 된다. 따라서, 상기 반응조(2) 내부의 오폐수(13) 수위가 증가하여 상기 배출관(4)의 상단부(5)가오폐수 중에 위치하게 되면, 오폐수가 상기 배출관(4)으로 유입되어 침전조(1) 외부로 배출된다. 그리고, 상기 배출관(4)의 침전조(1) 외부에는 상등수 제어밸브(23)가 장착되므로써, 상기 배출관(4)을 통하여 배출되는 상등수의 흐름을 제어하게 된다.

또한, 상기 배출관(4)은 고정부재(9)에 의하여 상기 반응조(2)의 내부에 고정되므로써 상기 반응조(2)가 승하강 하는 경우 상기 배출관(4)도 동시에 승하강하게 된다. 이를 위하여 상기 배출관(4)은 유연한 재질로 만들어 진다.

상기 고정부재(9)는 도3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 그 내부가 빈 원통부(16)와 상기 원통부(16)의 외주면으로부터 사방으로 돌출되어 상기 반응조(2)의 내주면(2a)에 일체로 고정되는 다리부(15)와, 상기 원통부(16)에 끼워져 상기 배출관(4)을 고정하는 패킹부재(21)를 포함한다.

상기 패킹부재(21)는 고무, 플라스틱, 실린콘 등의 플렉시블한 재질을 가지며, 상부 및 하부 테두리(18,20)와 중심축(19)으로 이루어진다. 이러한 패킹부재(21)는 상기 원통부(16)에 용이하게 삽입가능하며, 상기 배출관(4)의 외주면에 효과적으로 압착된다.

즉, 상기 패킹부재(21)를 상기 원통부(16) 내부에 삽입하는 경우, 외력을 가하여 상기 패킹부재(21)의 하부테두리(20) 혹은 상부 테두리(18)를 접고 상기 중심축(19)을 상기 원형부(16)에 삽입하므로써 삽입하게 된다. 그리고, 삽입후, 외력을 제거하므로써 상부 및 하부 테두리(18,20)가 원형으로 복원되므로써 상기 패킹부재(21)가 상기 원통부(16)에 결합 가능하다.

이러한 패킹부재(21)의 상부 및 하부 테두리(18,20)는 상기 원통부(16)의 상면 및 하면(16a,16b)에 밀착하므로써 상기 반응조(2)가 승하강 하는 경우, 상기 배 출관(4)도 동시에 승하강 하게 된다.

그리고, 상기 패킹부재(21)의 중심축(19) 직경(D2)은 상기 원통부(16) 내경(D1)보다 작게 형성된다. 결과적으로, 상기 패킹부재(21)가 상기 원통부(16)에 삽입되는 경우, 상기 패킹부재(21)의 중심축(19)과 상기 원통부(16) 내주면 사이에는 소정의 틈새(D3)가 형성된다.

따라서, 상기 반응조(2)가 승하강 과정에 있어서, 상기 배출관(4)이 일측으로 기울어지는 경우에도 상기 틈새(D3)로 인하여 상기 반응조(2)는 상기 배출관(4)의 기울기에 관계없이 오폐수 수면에 대하여 직각을 유지할 수 있다.

다시, 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 부상부재(10)는 소정의 부력을 갖는 재질, 바람직하게는 공기튜브(10)를 포함하므로써 상기 오폐수의 수면에 효율적으로 부상하게 된다. 몰론, 스티로포옴 등이 사용될 수도 있다.

그리고, 이러한 공기튜브(10)는 2 개가 한 조를 이루며, 상기 2 개의 공기튜브(10)는 상기 반응조(2)의 외주면에 돌출 된 한 쌍의 브래킷(11)에 각각 와이어 (12)등으로 연결된다. 상기 한 쌍의 브래킷(11)은 부력에 근접한 질량을 가지고 무게중심이 상기 반응조의 하단부에 위치하므로써 상기 반응조를 안정적으로 수평유지시킨다.

따라서, 상기 반응조(2)는 상기 오폐수 중에서 한 쌍의 와이어(12)에 의하여 가라않지 않고 소정 높이를 유지할 수 있다. 또한, 상기 한 쌍의 와이어(12)는 동일 길이를 가지므로써 상기 반응조(2)가 일측으로 기울어지는 것을 방지할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상등수 배출장치의 작동과정을 더욱 상세하게 설명한다.

도1 내지 도2를 참조하면, 먼저 오폐수를 침전조(1)의 내부에 저장하고, 유입, 포기, 교반, 침전과정을 거치므로써 오폐수를 층분리하여 용존성 물질(상등수)과 슬러지, 스컴등의 고형성 물질로 분리하게 된다. 그리고, 고형성 물질을 제외한 용존성 물질을 외부로 배출하게 된다.

이때, 상기 오폐수 처리 과정 중에 상기 상등수에 함유되어 부유하는 슬러지, 스컴등이 상기 배출관(4)의 상부입구로 유입될 수 있다. 결국, 이러한 유입을 방지하기 위하여 상기 배출관(4)의 상부입구를 오폐수 수면의 상부에 위치시켜야 한다.

따라서, 상기 반응조(2)를 상승시키기 위하여 도1 에 도시된 바와 같이, 공기 제어밸브(24)를 개방시키므로써 상기 반응조(2)의 내부에 공기 주입구(3)를 통하여 외부 공기를 주입하게 된다. 상기 반응조(2) 내부에 공기가 주입됨에 따라 내부 기압이 대기압 이상으로 상승하므로써 소정 압력이 작용하여 상기 오폐수(13)를 하방으로 밀게 된다. 결국, 상대적으로 상기 반응조(2)가 상승하게 된다.

이때, 상기 배출관(4)이 고정부재(9)에 의하여 상기 반응조(2)에 연결되어 있으므로, 상기 배출관(4)도 상승하게 되므로 오폐수 수면의 상부에 위치하게 된다. 결과적으로, 오폐수가 상기 배출관(4)에 유입되는 것이 방지된다.

상기 배출관(4)이 오폐수 수면위로 상승하게 되면, 상기 공기제어밸브(24)를 폐쇄하고, 소정시간 동안 오폐수를 포기, 교란한 후 오폐수에 함유된 슬러지, 스컴 등을 침전시키는 공정을 수행하게 된다.

침전이 완료되면, 상기 오폐수 중 상부에 존재하는 상등수 만을 외부로 배출하기 위하여 상기 반응조(2) 및 배출관(4)을 하강시키게 된다.

즉, 상기 반응조(2)를 하강시키기 위하여 상기 공기 및 상등수 제어밸브(24,23)를 동시에 개방하게 된다. 상기 공기 제어밸브(23)가 개방되므로, 상기 반응조(2) 내부에 저장된 공기가 상기 공기 제어밸브(24)를 통하여 외부로 배출된다.

공기가 배출되면, 상기 반응조(2) 내부의 압력이 감소하게 되므로써 상기 반응조(2) 내부에 형성된 오폐수(13) 수면이 상승하여 상기 배출관(4)의 상부입구가 오폐수에 잠기게 된다.

상기 배출관(4)이 잠기게 되면, 상등수가 상기 배출관(4) 및 상등수 제어밸브(23)를 통하여 침전조(1)의 외부로 배출된다.

이때, 침전조(1)의 내저부에 침전된 슬러지 및 스컴 등이 상승하는 수류에 의하여 부상할 수도 있으므로 이를 최소화하기 위하여 상기 반응조(2) 내부로 유입되는 오폐수의 유입속도를 완화시킬 필요가 있다.

따라서, 상기 반응조(2) 하부에 테두리부 및 다수개의 오폐수 유입홀(6)을 형성하므로써 오폐수의 유입속도를 감소시킨다. 결과적으로, 침전조(1)의 하부에 침전된 스컴이나 슬러지가 상기 반응조(2)의 내부로 유입되어 배출관(4)을 통하여배출되는 것이 최소화된다.

상등수의 배출이 완료되면, 상기 상등수 제어밸브(23)를 폐쇄하고, 상기 반응조(2)의 내부로 외부공기를 주입하게 된다.

따라서, 상기 반응조(2)는 다시 상승하게 되고, 오폐수는 유입, 포기, 교반의 처리과정을 수행하게 된다.

상기한 바와 같이, 상등수 배출과정은 상기 두 과정을 반복적으로 실시하므로써 이루어지게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 오폐수 용존물질(상등수)배출장치는 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 일반 부력식 상등수 배출장치의 배출 수위를 다양하게 조정할 수 있는 장점 이외에 유출수를 배출하지 않을 때는 배출구를 오폐수 수면위로 상승시키므로써 초기단계의 유출수에서 슬러지 배출을 배제할 수 있다.

둘째, 일정 수면 이하에서 상등수가 배출되므로 스컴 등 수면에 있는 슬러지를 배제하고 배출할 수 있다.

셋째, 반응조의 부상 및 배출의 주요 메카니즘을 공기와 오폐수의 밀도차이를 이용하고 1회 배출시 1회 공기 주입과 벨브 개폐 이외에 동력이 추가로 소모되지 않으므로 소요동력이 매우 낮다.

넷째, 단순한 구조로 구성되어 있어 제작이 간단하고 비용이 매우 낮아 소규모 처리장에도 쉽게 적용할 수 있는 장점이 있다.

다섯째, SBR 이외에 다양한 폐수의 침전조의 상등수 배출시설로 사용할 수 있다.

본 발명은 당해 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않고도 다양하게 변경실시 할 수 있으므로 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니한다.

Claims (6)

1. (정정) 오폐수를 저장할 수 있는 내부 공간을 갖는 침전조;

   상기 침전조에 개구를 아래측으로 형성하여, 상기 오폐수의 침전물과 상등수가 층분리된 상태로 존재하도록 하는 반응조;

   상기 반응조의 상측 내부로/부터 압축공기를 주입/배출하여 반응조 내부의 오폐수를 압축/해제하므로써 상기 반응조를 상하측으로 이동시키는 압축공기주입수단;

   일단은 상기 반응조의 내부에 위치하고, 타단은 상기 침전조의 외부로 돌출 형성되어 상기 반응조 내부의 용존성 물질을 상기 침전조 외부로 배출시키는 배출수단;

   상기 배출수단을 상기 반응조의 내부에 일체로 고정시키므로써, 상기 반응조와 배출수단이 동시에 승하강 할 수 있도록 하는 고정수단; 그리고

   상기 오폐수의 수면에 부상하여 상기 반응조에 일체로 연결되므로써 상기 반응조를 수평적으로 지지하여 상기 침전조의 오폐수 내부로 가라앉은 것을 방지하는 부력수단을 포함하며,

   상기 반응조는 하부가 개방된 통형상이며, 그 상부에는 공기제어밸브가 장착된 상기 공기 주입수단이 일체로 연결되어 공기가 내부로 주입되며, 상기 반응조의 하부에는 상등수 제어밸브가 장착된 상기 배출 수단이 장착되는 오폐수 처리장치.
2. (정정) 제1 항에 있어서, 상기 반응조는 상기 공기제어밸브 및 상등수 제어밸브를 동시에 개방하므로써 상기 상등수가 상기 배출관을 통하여 외부로 배출가능한 오폐수 처리장치.
3. (정정) 제1 항에 있어서, 상기 반응조는 그 하부 원주면에 다수개의 오폐수 유입홀이 추가로 형성되므로써 상기 오폐수의 상기 반응조의 내부 유입속도를 감소시키는 오폐수 처리장치.
4. (정정) 제1 항에 있어서, 상기 고정수단은 그 내부가 빈 원통부와, 상기 원통부의 외주면에 돌출 형성되어 상기 반응조의 내부에 일체로 연결되는 다리부와, 상기 원통부에 삽입되며, 그 내부에 상기 배출수단이 압착되어 일체로 고정되는 패킹부재를 포함하는 오폐수 처리장치.
5. 제4 항에 있어서, 상기 패킹부재의 외경은 상기 원통부의 내경보다 작게 형성되므로써 상기 배출관이 상기 원통부 내부에서 소정 각도로 기울어지는 경우에도, 상기 반응조는 수평을 유지하는 오폐수 처리장치.
6. (정정) 제1 항에 있어서, 상기 부력수단은 소정 부피를 갖는 공기 주머니와, 상기 반응조의 외부면에 각각 돌출되며 부력에 근접한 질량을 가지고 무게중심이 상기 반응조의 하단부에 위치하므로써 상기 반응조를 안정적으로 수평 유지시키는 한 쌍의 브래킷과, 상기 한 쌍의 브래킷과 상기 공기 주머니를 일체로 연결하는 와이어를 포함하는 오폐수 처리장치.