KR100615434B1 - 오존소독 및 부상분리 일체형 이중 원통형 반응조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오존을 사용하여 물을 소독하고 처리하는 오존소독 및 부상분리 일체형 이중 원통형 반응조에 관한 것이다.

본 발명의 반응조는, 원통형 외측벽(21A)의 하단부에서 깔대기형 베이스(21B)가 연장 형성된 외측 부상분리조(21)와; 외측 부상분리조(21)의 상단 내경부에 결합된 부상슬러지 스크래이퍼(22)와; 부상슬러지 스크래이퍼(22)의 직하에 위치하는 원판상 내측상판(23A)의 테두리부에서 하향 직립하는 내측벽(23B)으로 이루어진 하향 개방형의 내측 반응조(23)와; 상기 외측벽(21A)의 상부 일측을 관통한 후 하향 절곡된 일측단부가 상기 내측상판(23A) 중앙부에 관통 결합된 오존공급배관(24)과; 상기 외측벽(21A) 하부 일측에 관통 결합된 후 일측단부가 그 내경부 중심에서 상향 절곡된 원수공급배관(25)과; 상기 외측 부상분리조(21)의 상부를 외부와 차단시키는 미반응오존 포집조(26)로 구성된다.

본 발명의 반응조는 오존소독과 부상분리가 하나의 반응조에서 이루어지기 때문에 오존반응과 부상분리 효율이 현저히 향상될 뿐 아니라 설치면적이 획기적으로 작아지는 장점이 있다.

오존소독, 부상분리,

Description

오존소독 및 부상분리 일체형 이중 원통형 반응조{The cylindrical reactor in a body for dissolving ozone in water and separating sludge by floatation}

도 1은 종래의 일반적인 오존소독 장치 구성도.

도 2는 본 발명 일실시예 오존소독 및 부상분리 일체형 이중 원통형 반응조의 구성도.

((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))

11. 오존발생기 12. 오존반응조

13. 배오존처리기 14. 감시제어기

15. 부상분리 반응조 21. 외측 부상분리조

22. 부상슬러지 스크래이퍼 23. 내측 반응조

24. 오존공급배관 25. 원수공급배관

26. 미반응오존 포집조 27. 경사판

본 발명은 오존을 사용하여 물을 소독할 수 있는 고효율의 오존소독 및 부상분리 일체형 이중 원통형 반응조에 관한 것으로, 더 자세하게는 반응조를, 외측 부상분리조의 내부에 내측 반응조가 결합된 이중벽 구조로 하여 소독처리의 대상이 되는 원수를 상기 내측 반응조의 중앙 하부에서 상부측으로 상향 공급하고, 상호 향류를 이루도록 오존을 내측 반응조의 상부에서 하부측으로 하향 주입하며, 오존과 혼합된 원수가 내측 반응조의 중앙부에서 내측 반응조의 내측벽 내주면을 따라 하향 이동한 후 그 하단부를 벗어나 외측 부상분리조의 외측벽 하부를 통하여 배출되도록 하고, 미반응 오존과 부상 슬러지는 내측벽과 외측벽 사이의 공간에 채워진 원수 중에서 부력에 의해 상향 이동하여 미반응 오존은 외측 부상분리조 상부에 결합된 미반응오존 포집조로 포집되도록 하고, 부상 슬러지는 수면에 부상된 후 배출되도록 함으로써, 오존과 원수 사이의 접촉 시간을 증가시켜 오존에 의한 소독 효율을 높이는 동시에 소독 과정에서 발생하는 각종 부유물질을 효과적으로 부상분리시켜 제거할 수 있도록 한 오존소독 및 부상분리 일체형 이중 원통형 반응조에 관한 것이다.

식수를 얻기 위하여 상수원으로부터 채취한 원수를 정수하는 과정은 일반적으로 침전, 여과 및 소독이라는 일련의 순차적인 공정으로 이루어지는 바, 침전은 수질에 따라 침전지에서 오염물을 자연적으로 가라앉히는 보통침전과 응집제를 원 수에 주입하여 상기 보통침전 이상의 효과를 얻는 약품침전이 있으며, 최종 단계에서는 염소로 소독한 다음 배수하게 된다.

그러나, 급격한 산업화와 한정된 지역에서의 인구 집중화에 따라 상수원의 오염이 점차 심각해지고 있고, 상수원의 오염에 따라 원수 중에 함유된 유기물과 상기 정수 소독 과정의 염소가 반응하여 생성되는 미량의 유기염소화합물이 신체에 치명적인 악영향을 끼칠 수 있기 때문에 염소 처리 과정을 비롯한 정수 처리 전반에 대한 재검토가 실시되고 있다.

또한, 상수원의 보호를 위해 상수원 상류의 하수처리장의 경우 처리수를 소독한 후 방류하도록 하고 있으며, 현재 일반적인 소독의 경우 염소를 사용하고 있기 때문에 상기와 같은 문제는 더욱 심각해지고 있는 실정이다.

상기와 같이 염소를 사용하는 소독 방법의 문제점을 해결하기 위하여 새로운 정수처리 방법인 고도정수처리 공정에 전(前)오존처리 또는 후(後)오존처리를 포함시키는 방법이 국가적인 과제로 연구되고 있는 바, 종래 실시되고 있는 오존 소독 방법을 살펴보면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, 오존에 의한 소독을 실시하기 위한 종래의 일반적인 설비는, 오존발생기(11), 오존반응조(12), 배오존처리기(13), 감시제어기(14) 및 부상분리 반응조(15), 미세오존공기주입기(16) 등으로 구성되며, 오존발생기에서 만들어진 오존이 오존반응조 내에서 원수와 효과적으로 접촉 반응하도록 오존을 오존반응조로 주입하는 방법에 따라 터빈 교반 방식, 레디언 방식, 포러스 디퓨져 방식, 인젝터 방식 등으로 구분되는 바, 터빈 교반식은 동력이 과다하게 소비될 뿐 아니라 유지보수가 어렵기 때문에 근래에는 거의 사용되지 않고 있으며, 레디언 방식을 상기 터빈 교반식을 개선한 것으로 터빈 교반식과 함께 수질 상태가 좋지 않고 수조의 높이가 일정 수준 이상인 경우에 적합하다.

그리고, 포러스 디퓨저 방식은 동력이 필요 없는 장점이 있으나 수조의 높이가 낮으면 효율이 매우 떨어지게 되며, 인젝터 방식의 경우 수조가 낮고 수두압이 작은 접촉지에 적합하다.

상기의 여러 방식들 중 실제 현장에 가장 적합한 방식을 적용하면 되나, 어떠한 방식을 적용하던 가장 중요한 점은 물에 주입되는 오존의 접촉 반응 효율을 가능한 한 높여 주어야 하며, 이를 위하여서는 오존기포를 미세화하여 기-액 접촉면적을 최대화하여야 하고, 기-액 반응시간이 연장되도록 하여야 할 뿐 아니라, 기체와 액체가 향류를 이루도록 하는 것이 더욱 바람직하다.

그러나, 종래의 오존소독 설비에서는 정방형(정사각형)의 상기 오존반응조(12)는 다수의 소반응조로 구획 배열된 구조인 바, 1차 소반응조에서 원수와 반응한 오존기포는 그 크기가 커진 상태에서 2, 3차 소반응조로 이동하게 됨으로써 그 반응효율이 급격히 저하되기 때문에 오존 주입량이 증가하게 될 뿐 아니라, 오존기포의 크기가 커짐에 따라 미반응 오존의 배출량이 증가하여 이를 포집, 처리하기 위한 배오존처리기(13)의 용량도 증대되어야 하기 때문에 전체적인 설비 투자비용, 운전비용 등이 필요 이상 상승하게 되는 문제가 있다.

그리고, 상기와 같이 오존반응조(12)에서 오존에 의한 소독이 이루어진 원수는 부상분리조(15)로 공급된 후 부상 또는 침전되는 슬러지가 제거된 상태에서 배 출되는 바, 종래의 부상분리조 역시 다음과 같은 문제가 있다.

종래의 부상분리조는 일반적으로 상기 오존반응조와 같은 장방형의 형태로서, 오존반응조에서 공급되는 원수는 부상분리조의 전방단부측 상부로 유입된 후 후방단부측 하부를 통하여 배출된다.

따라서, 원수에 함유된 오존은 부상분리조의 전방단부로부터 인접한 거리까지는 원수의 흐름을 따라 원수와 함께 상부에서 하부측으로 하강하면서 후방으로 이동하게 되나, 계속 진행함에 따라 상부측으로 빠르게 상승한 후 배출되는 바, 이를 도식화한 것이 도 1의 기포흐름선(F)이다.

상기와 같이 원수에 함유된 오존기포가 부상분리 중인 원수로부터 신속히 배출됨으로써, 오존기포의 비반응 지역이 부상분리조의 중단 및 후방 하부에서 발생되고, 상기 비반응 지역의 체적이 분상분리조에서 상당한 부분을 차지하게 되고, 그 결과 부상분리 효율이 저하되고 오존의 소비가 증가하게 된다.

또한, 장방형의 오존반응조와 부상분리조가 일련의 순서로 배치되기 때문에 설비가 차지하는 면적이 지나치게 커지는 문제가 있다.

본 발명은 종래의 오존소독 설비가 가지고 있는 제반 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 오존소독과 부상분리 과정을 하나의 공정으로 처리함으로써 설비의 규모를 획기적으로 감소시킬 수 있을 뿐 아니라, 오존의 이용효율을 최대화할 수 있는 일체형 반응조를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 2중벽 구조와 향류에 의하여 달성된다.

본 발명의 오존소독 및 부상분리 일체형 이중 원통형 반응조는, 원형 단면을 갖는 하나의 반응조 내에서 오존소독과 슬러지의 부상분리가 동시에 이루어지는 구조로서, 반응조는 원통형 외측벽을 갖는 상향 개방형 외측 부상분리조의 중앙에 원통형 내측벽을 가지며 상향 밀폐 및 하향 개방된 내측 반응조가 결합된 이중벽의 형태이다.

그리고, 상기 외측 부상분리조와 내측 반응조를 각각 구성하는 두 측벽은 그 중심축이 서로 일치하며, 내측 반응조의 내측벽 하단부는 외측 부상분리조의 내부에서 공간에 떠있는 구조이고, 내측 반응조에서 반응이 완료된 원수는 외측 부상분리조의 외측벽 하부 배출구를 통하여 처리수 저장조에 저장된 후 외부로 배출된다.

이때, 상기 처리수 저장조의 수위에 의해 상기 외측 부상분리조에 채워지는 원수의 수위는 그 상단부에 이르게 된다.

즉, 본 발명의 반응조는 내측 반응조의 밀폐된 상단부보다 외측 부상분리조의 개방된 상단부 위치가 높기 때문에 반응조 내부의 수위는 외측 부부상분리의 수위가 내측 반응조의 수위로 구별되는 바, 내측 반응조의 수위는 내부 천정면이 되며, 외측 부상분리조의 수위는 내측 반응조의 천정면보다 높은 외측 부상분리조의 상단부가 된다.

따라서, 상기 내측 반응조의 내부 중앙에 향류를 이루도록 공급된 원수와 오 존은 내측 반응조의 하단부를 벗어나 외측 부상분리조의 하부 배출구를 통하여 오존과 반응이 완료된 원수가 처리수 저장수로 배출되는 동시에, 오존과 반응하여 생성되는 슬러지와 미반응 오존도 상기 배출구로 이동하는 원수의 흐름을 따라 내측 반응조의 하단부를 벗어나게 된다.

그러나, 미반응 오존과 부상 슬러지는 내측 반응조의 내측벽 하단부를 벗어나는 순간 부력에 의해 상기 배출구를 통하여 배출되지 못하고 내측 반응조의 내측벽 외주면과 외측 부상분리조의 외측벽 내주면 사이에 형성된 공간을 채우고 있는 원수 중에서 부상하여 외측 부상분리조의 상단부까지 상향 이동하게 된다.

이때, 내측 반응조를 벗어나 외측 부상분리조에서 부상하는 슬러지와 함께 상향 이동하게 되는 미반응 오존은 외측 부상분리조 상단부에 이르는 원수의 수면을 통하여 벗어난 후 상향 개방형의 외측 부상분리조 내부 상단부를 통하여 배출되는 바, 미반응 오존을 외부로 직접 배출시키지 않고 포집하기 위하여 외측 부상분리조의 상부에는 미반응오존 포집조가 결합되며, 이 곳에 포집된 미반응 오존은 미반응오존 포집조의 일측에 구비된 배출구를 통하여 배오전처리기에서 처리된 후 외부로 배출된다.

그리고, 원수 중에서 생성된 슬러지는, 원수 중에서 부상하는 슬러지와 침전되는 슬러지로 구분될 수 있는 바, 부상 슬러지는 외측 부상분리조의 외측벽 내경 상단부에 결합된 부상슬러지 스크래이퍼에 의해 일측으로 모아져 외측 부상분리조의 외측벽 상부를 통하여 배출되며, 침전 슬러지는 외측 부상분리조의 외측벽 하단부에서 하향 연장되는 깔대기 형상의 베이스 하단 중앙부를 통하여 외부로 배출된 다.

상기와 같이 본 발명의 오존소독 및 부상분리 일체형 이중 원통형 반응장치는, 내측 반응조 내부에서 향류를 이루도록 공급되는 원수와 오존을 내측 반응조의 중앙부에서 혼합 접촉시킴으로써, 두 물질이 접촉에 의해 반응되도록 한다.

또한, 상기와 같이 접촉반응이 진행중인 원수가 내측 반응조의 중앙부로부터 하단부측으로 하향 이동되도록 한 후 내측 반응조의 하단부를 벗어나 외측 부상분리조의 하부로 배출되도록 하는 동시에, 내측 반응조와 외측 부상분리조 사이의 공간을 통하여 미반응 오존과 부상 슬러지가 상향 이동되도록 함으로써, 오존과 원수의 접촉 시간을 증가시키게 될 뿐 아니라, 오존의 부상 배출시 종래와 달리 원수와 오존의 비반응 지역이 발생되지 않도록 하여 줌으로써 오존의 이용율을 높여주게 된다.

상기 본 발명의 목적과 기술적 구성을 비롯한 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 아래의 설명에 의해 명확하게 이해될 것이다.

도 2에 본 발명 일실시예 오존소독 및 부상분리 일체형 이중 원통형 반응장치의 구성도를 도시하였다.

본 발명의 장치는, 상·하부 각 일측에 부상슬러지 배출구(D_{S 1}) 및 처리수 배출구(D_W)가 각각 구비된 원통형 외측벽(21A)과, 외측벽(21A) 하단부로부터 직경이 점차 감소하도록 하향 연장되며 하단부에 침전슬러지 배출구(D_{S 2})가 구비된 깔대기 형상의 베이스(21B)로 이루어진 상향 개방형 외측 부상분리조(21)와;

상기 외측 부상분리조(21)의 외측벽(21A) 상단 내경부에 결합되어 원수(W) 중에서 부상된 슬러지(S₁)를 긁어 상기 부상슬러지 배출구(D_{S 1})를 통하여 외부로 배출시키기 위한 부상슬러지 스크래이퍼(22)와;

상기 부상슬러지 스크래이퍼(22)의 직하에 위치하는 원판상 내측 상판(23A)과, 상기 외측 부상분리조(21)의 외측벽(21A)과 동일 중심축을 갖도록 내측상판(23A)의 테두리부에서 하향 직립하여 외측벽(21A)과의 사이에 링형 공간(R)을 형성하는 원통형 내측벽(23B)으로 이루어진 내측 반응조(23)와;

상기 외측 부상분리조(21)의 외측벽(21A) 상부 일측을 관통하여 그 내경부 중심까지 연장되며, 하향 절곡된 일측단부가 상기 내측 반응조(23)의 내측 상판(23A) 중앙부에 관통 결합된 오존공급배관(24)과;

상기 내측 반응조(23)의 내측벽(23B) 하단부 아래에 위치하는 외측벽(21A) 하부 일측에 관통 결합되며, 일측단부가 외측벽 내경부 중심까지 연장된 후 내측 반응조(23)의 중심부측으로 상향 절곡된 원수공급배관(25)과;

상기 외측 부상분리조(21) 외측벽(21A) 상부 외주면에 결합되어 부상슬러지 배출구(D_S1) 직상의 외측 부상분리조(21) 상부를 외부와 차단시키며, 일측에 미반응오존 배출구(D_O)가 구비된 미반응오존 포집조(26)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 장치가 작동되는 방법을 다시 한 번 살펴보면 다음과 같다.

오존소독 대상이 되는 원수는 전처리 과정 등을 거친 후 펌프 등에 의해 원수공급배관(25)을 통하여 내측 반응조(23)의 중심부에서 상향 공급되어 그 내부를 채우게 되며, 오존발생기(11)에서 만들어진 오존은 상기 내측 반응조(23)의 내부 상단에서 원수 중으로 하향 주입되어 원주와 함께 내측 반응조의 중앙부에서 혼합 접촉하게 된다.

그리고, 오존과 혼합되어 반응이 완료된 원수는 내측 반응조(23)의 하단부를 벗어난 후 외측 부상분리조의 외측벽(21A) 하부 처리수 배출구(D_W)를 통하여 처리수 저장조(도면 미도시)로 배출되며, 내측벽(23B)과 외측벽(21A) 사이에 형성된 링형 공간(R)을 채우고 있는 원수(W)를 통하여 원수와 반응하지 않은 미반응 오존과 부상 슬러지(S₁)가 하부에서 상부측으로 이동한 후 원수(W)의 수면위로 부상한 후 부상 슬러지(S₁)는 외측 분리부상조 상단부에 결합된 부상슬러지 스크래이퍼(22)에 의해 부상슬러지 배출구(D_{S 1})로 배출되고, 부상되지 못한 침전 슬러지(S₂)는 외측 부상분리조의 하부를 이루는 베이스(21B) 중앙 하단부에 구비된 침전슬러지 배출구(D_S2)를 통하여 외부로 배출된다.

또한, 원수 중의 미반응 오존은 외측 부상분리조(21)와 내측 반응조(23) 사이를 통하여 부상 슬러지와 함께 상향 이동한 후 부상슬러지 스크래이퍼(22)가 결합된 외측 부상분리조(21)의 상단부를 통하여 미반응오존 포집조(26)로 포집되고, 포집된 미반응 오존은 배오전처리기(13)에서 처리된다.

상기와 같이, 내측 반응조의 중앙부에서 오존과 혼합 접촉한 원수는 최종 배 출되는 시점까지 오존과 함께 이동하게 되는 바, 본 발명 반응조의 원수 이동 경로에는 오존 미반응 구역이 발생되지 않게 된다.

그리고, 본 반응조 내부에서 침전되는 슬러지(S₂)가 가능한 한 빠른 속도로 좁은 범위 내에 축적되도록 상기 베이스(21B)를 깔대기의 형상으로 하는 동시에 그 내부 중앙에 경사판(27)을 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 반응조에 오존기포를 주입하지 않고 공기기포만을 주입함으로써 고효율의 슬러지 농축용으로 사용할 수도 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 하나의 반응조에서 오존소독(산화)과 부상분리가 동시에 이루어지는 동시에 오존기포의 미반응 구역이 제거됨으로써 오존반응과 부상분리 효율이 현저히 향상되며, 그 결과 오존 사용량이 감소될 뿐 아니라 미반응 오존을 처리하기 위한 배오존처리기의 용량을 줄일 수 있어 운전비용을 현저히 절감할 수 있는 이점이 있다.

또한, 종래와 달리 하나의 반응조로 이루어져 설치면적이 획기적으로 작아지기 때문에 설치 공사비는 물론 설비 투자비의 대폭적인 절감이 가능한 장점이 있다.

Claims (2)

1. 상·하부 각 일측에 부상슬러지 배출구(D_{S 1}) 및 처리수 배출구(D_W)가 각각 구비된 원통형 외측벽(21A)과, 외측벽(21A)의 하단부에서 깔대기 형상으로 하향 연장되며 침전슬러지 배출구(D_S2)가 구비된 베이스(21B)로 이루어진 외측 부상분리조(21)와;

   상기 외측벽(21A) 상단 내경부에 결합된 부상슬러지 스크래이퍼(22)와;

   상기 부상슬러지 스크래이퍼(22) 직하의 외측 부상분리조(21) 내경부에 위치하는 원판상 내측 상판(23A)과, 외측벽(21A)과의 사이에 링형 공간(R)이 형성되도록 내측 상판(23A)의 테두리부에서 하향 직립하는 원통형 내측벽(23B)으로 이루어진 내측 반응조(23)와;

   상기 외측벽(21A)의 상부 일측을 관통하여 내경 중심부까지 연장된 후 하향 절곡된 일측단부가 내측 상판(23A) 중앙부에 관통 결합된 오존공급배관(24)과;

   상기 외측벽(21A)의 하부 일측을 관통하여 내경 중심부까지 연장된 후 상향 절곡된 원수공급배관(25)과;

   상기 외측벽(21A)의 상부 외주면에 결합되어 외측 부상분리조(21)의 상부를 외부와 밀폐시키며, 미반응오존 배출구(D_O)가 구비된 미반응오존 포집조(26)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 오존소독 및 부상분리 일체형 이중 원통형 반응조.
2. 제 1항에 있어서, 상기 외측 부상분리조(21)의 베이스(21B) 내부에는 경사판(27)이 부가적으로 설치된 것을 특징으로 하는 오존소독 및 부상분리 일체형 이중 원통형 반응조.

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