KR100841795B1 - 나노버블 고농도 산소수를 이용한 하·폐수 고도처리 장치 - Google Patents

나노버블 고농도 산소수를 이용한 하·폐수 고도처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 나노버블 고농도 산소수를 이용한 하·폐수 고도처리 장치에 관한 것으로서, 하수·폐수 처리공정(상수 처리공정)에서의 부상분리공정(DAF)과 포기(泡起)공정에 나노버블 발생기를 각각 설치하여, 부상분리공정에서는 나노버블이 유기성 입자와 부착하여 분리하며, 포기공정에서는 나노버블로 인한 용존산소량(이하, 나노버블 용존산소량)이 증가되는 현상을 이용하여 기체 전달률을 증가시켜서 하·폐수의 유기물 분해속도와 질산화 속도를 획기적으로 향상시키고자 한 것이다.
즉, 본 발명은 하·폐수의 부상분리공정과 포기(泡起)공정용 수조(2)의 바닥에 설치된 산기관(3)으로 기포를 공급하여 수처리하는 하·폐수 고도처리 장치(1)에 있어서, 상기 산기관(3)과 중도에 이송펌프(6)가 구비된 공급관(5)으로 연결한 나노버블 고농도 산소수 탱크(4)와, 나노버블 고농도 산소수 탱크(4)와 출구(16)가 연결되며 두 가지 유체를 나노버블 고농도 산소수 상태로 혼합하는 나노프레쉬(10)를 포함하는 것이다.
본 발명은 다른 예로 상기 나노프레쉬(10)를 직렬 혹은 병렬로 다단 연결하고, 유체펌프(17) 및 흡입구(18)와 입구 사이에는 분배장치(20)를 설치하며, 상기 나노프레쉬(10)들의 출구(16)와 나노버블 고농도 산소수 탱크(4) 사이에는 대기압 상태를 유지하는 나노버블 고농도 산소수 생성탱크(21)를 추가 설치하고, 나노버블 고농도 산소수 탱크(4)와 나노버블 고농도 산소수 생성탱크(21) 사이에는 나노버블 고농도 산소수를 강제 이송하는 이송펌프(22)와 압력조절제어장치(23)를 설치한 것 이다.
그리고 상기 나노프레쉬(10)는 본체(1)의 선단에 위치하는 제1나노버블 생성부(12)에 접선방향으로 2개의 유입구(12a)를 형성하여 물과 공기를 공급하도록 유체펌프(17)와 흡입구(18)를 배관 연결하고, 유체펌프(17)가 설치된 배관상에는 정압제어장치(19)를 설치하며, 제1나노버블 생성부(12)의 측방에는 내벽에 나선형 유도판(13a)이 형성된 제2나노버블 생성부(13)를 형성하고, 제2나노버블 생성부(13)의 측방에는 제3나노버블 생성부(15)를 형성하며, 상기 제3나노버블 생성부(15)는 안내면(14)에 의해 직경이 축소되며 내벽에 다수개의 2중 볼핀(15a)을 설치하고, 외부에 자성 생성부(15b)를 설치하며, 진행방향 측으로 출구(16)를 형성한 것이다.
하·폐수의 부상분리공정, 포기(泡起)공정, 산기관, 나노버블 고농도 산소수, 나노프레쉬

Description

나노버블 고농도 산소수를 이용한 하·폐수 고도처리 장치{Apparatus for biological advanced treatment of sewageand wastewater using nano-burble high density oxygen dissolved water}
도 1은 종래 하·폐수의 부상분리공정과 포기(泡起)공정용 수조의 바닥에 설치된 산기관으로 기포를 공급하는 예를 보인 개략도
도 2는 본 발명 나노버블 고농도 산소수를 이용한 하·폐수 고도처리 장치의 바람직한 일 실시예의 개략도
도 3은 본 발명에 적용되는 나노프레쉬의 구성을 보인 단면도
도 4는 본 발명에 적용된 나노프레쉬의 유입구 배치상태를 보인 측단면도
도 5는 본 발명에 적용된 나노프레쉬의 제3나노버블 생성부의 2중 볼핀 배치도
■도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명■
1:하·폐수 고도처리 장치 2:수조
3:산기관 4:나노버블 고농도 산소수 탱크
5:공급관 6:이송펌프
10:나노프레쉬 11:본체
12:제1나노버블 생성부 12a,12b:유입구
13:제2나노버블 생성부 13a:나선형 유도판
14:안내면 15:제3나노버블 생성부
15a:2중 볼핀 15b:자성 생성부
16:출구 17:유체펌프
18:흡입구 19:정압제어장치
20:분배장치 21:나노버블 고농도 산소수 생성탱크
22:이송펌프 23:압력조절제어장치
본 발명은 나노버블 고농도 산소수를 이용한 하·폐수 고도처리 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 하수·폐수 처리공정(상수 처리공정)에서의 부상분리공정(DAF)과 포기(泡起)공정에 나노버블 발생기(이하, 나노프레쉬라 함.)를 각각 설치하여, 부상분리 공정에서는 나노버블이 유기성 입자와 부착하여 분리하며, 포기공정에서는 나노버블로 인한 용존산소량(이하, 나노버블 용존산소량)이 증가되는 현상을 이용하여 기체 전달률을 증가시켜서 하·폐수의 유기물 분해속도와 질산화 속도를 획기적으로 향상시키고자 한 것이다.
기존의 부상분리공정과 포기공정에는 송풍기(Blower)를 이용하여 압축공기를 주입하여 생성된 기포로 입자를 포집하거나 용존산소량으로 유기성 유기물을 분해하거나 질산화 시키게 되는데, 이때 이 두 공정에서 가장 중요한 인자는 기포의 크기와 용존산소량이다.
기포의 크기가 작으면 작을수록 부상분리공정에서의 유기성 입자 포집효율이 증가하며, 용존산소량이 많으면 많을수록 포기공정에서 유기물 분해 및 질산화 속도를 증가시킬 수 있다.
따라서 이 두 공정의 효율을 향상시키기 위해서는 기포의 크기를 작게 함과 동시에 용존산소량을 향상시키는 것이 중요하다.
기포의 크기가 작으면 액중에서 유기성 입자와 부착하여 부유하므로 부상분리공정에서 입자의 포집효율을 향상시킬 수 있고, 용존산소량의 증가는 포기조에서의 유기물 분해(C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O)와 질산화(
Figure 112007045093068-pat00001
)를 가속화 시키는데 중요한 인자로 작용한다.
도 1에 도시된 바와 같이 수처리 공정에서 사용하는 기존의 방법은 송풍기로부터 공급된 공기가 산기관을 통해 분산되어 부상분리공정 및 포기공정에 공급된다.
이와 같은 기존의 기술에 의해 생성된 기포의 크기는 약 100㎛ 정도이고, 용존산소량은 5ppm정도이며, 산소포화 농도 또한 5%정도이므로 분리 및 유기물 분해 능력이 떨어진다. 또한 송풍기에 의해서 강제로 수중에 공기를 공급하기 때문에 송풍기의 구동력 비용이 매우 높아 비경제적이다.
현재 국내외적으로 수처리 공정의 부상분리 및 포기공정에서는 이와 같은 송풍기에 의한 공기 강제 입력에 의한 기술을 적용하고 있다.
이에 본 발명자는 상기에서와 같이 송풍기를 사용하지 않고, 나노버블을 발생시키는 나노프레쉬 및 주변장치를 이용하여 기포의 크기가 1㎛이하이며, 용존산소량이 15ppm이고, 산소포화 농도가 125%인 물을 만들어 저장한 후 분리 공정과 포기공정에 공급하여 유기물의 분리 및 분해 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있게 함에 발명의 기술적 과제를 두고 본 발명을 연구 개발하여 완성한 것이다.
도 2는 본 발명 나노버블 고농도 산소수를 이용한 하·폐수 고도처리 장치의 바람직한 제1 실시예의 개략도를 도시한 것이다.
본 발명에서 제공하는 나노버블 고농도 산소수를 이용한 하·폐수 고도처리 장치(1)의 제 1실시예에 의하면 하·폐수의 부상분리공정과 포기공정용 수조(2)의 바닥에 설치된 산기관(3)으로 기포의 크기가 1㎛이하이며, 용존산소량이 15ppm이고, 산소포화 농도가 125%인 물을 공급할 수 있게 함에 그 특징이 있는 것이다.
즉, 본 발명에서는 산기관(3)을 약 4kgf/cm2(또는 4kgf/cm2 이상)의 압력이 유지되는 나노버블 고농도 산소수 탱크(4)와 공급관(5)으로 상호 연결하여 공급관(5) 중도에 설치된 이송펌프(6)에 의해 나노버블 고농도 산소수를 강제 공급할 수 있게 하며, 나노버블 고농도 산소수 탱크(4)에는 유체펌프(17)와 흡입관(18)과 입구측이 연결되어 있는 나노프레쉬(10)의 출구(16)를 연결한 구성이다.
도 3은 본 발명 나노버블 고농도 산소수를 이용한 하·폐수 고도처리 장치의 바람직한 제2 실시예의 개략도를 도시한 것이다.
본 발명의 제2실시예는 본 발명 하·폐수 고도처리 장치의 기능성을 더욱 높일 수 있도록 한 것이다.
즉, 상기와 같은 나노버블 고농도 산소수를 이용한 하·폐수 고도처리 장치(1)를 구성함에 있어서, 나노프레쉬(10)를 직렬 혹은 병렬로 다단 연결하고, 유체펌프(17) 및 흡입관(18)과 이들이 연결되는 입구 사이에는 분배장치(20)를 설치하며, 상기 나노프레쉬(10)들의 출구(16)와 나노버블 고농도 산소수 탱크(4) 사이에는 대기압 상태를 유지하는 나노버블 고농도 산소수 생성탱크(21)를 추가 설치하고, 나노버블 고농도 산소수 탱크(4)와 나노버블 고농도 산소수 생성탱크(21) 사이에는 나노버블 고농도 산소수를 강제 이송하는 이송펌프(22)와 압력조절제어장치(23)를 설치한 구성이다.
도 4는 본 발명에 적용되는 나노프레쉬의 구성을 보인 단면도를 도시한 것이며, 도 15는 본 발명에 적용된 나노프레쉬의 유입구 배치상태를 보인 측단면도, 도 6은 본 발명에 적용된 나노프레쉬의 제3나노버블 생성부의 2중 볼핀 배치도를 도시한 것으로서, 이하에서 나노프레쉬 구성을 설명한다.
상기 나노프레쉬(10)는 두 가지 유체를 나노버블 고농도 산소수 상태로 혼합하는 장치로서, 본체(11)의 선단에 위치하는 제1나노버블 생성부(12)에 접선방향으로 2개의 유입구(12a)(12b)를 형성하고, 이들에는 물을 공급하는 유체펌프(17)와 공기를 공급하는 흡입관(18)을 배관 연결하되, 유체펌프(17)가 설치된 배관상에는 물을 항상 일정한 압력으로 공급할 수 있도록 정압제어장치(19)를 설치한다. 상기 정압제어장치(19)는 시중에 판매되고 있는 다양한 것 중 어느 하나를 선택하여 사용한다.
제1나노버블 생성부(12)의 측방에는 내벽에 나선형 유도판(13a)이 형성된 제2나노버블 생성부(13)를 형성한다.
제2나노버블 생성부(13)의 측방에는 제3나노버블 생성부(15)를 형성하며, 제3나노버블 생성부(15)는 안내면(14)에 의해 직경이 축소되며 내벽에 수개의 2중 볼핀(15a)을 설치하고, 외부에는 자성 생성부(15b)를 설치하며, 진행방향 측으로 출구(16)를 형성한 구성이다.
상기 자성 생성부(15b)는 토르마린, 네오디움, 세리움 및 사마리움 중 선택된 어느 하나로 구성된다.
이상과 같이 구성되는 본 발명의 나노버블 고농도 산소수를 이용한 하·폐수 고도처리 장치(1)는 하·폐수의 부상분리공정과 포기공정용 수조(2)의 바닥에 설치된 산기관(3)으로 기포의 크기가 1㎛이하이며, 용존산소량이 15ppm이고, 산소포화 농도가 125%인 나노버블 고농도 산소수를 공급하여 부상분리공정에서 입자의 포집 효율을 향상 시킬 수 있고, 포기조에서의 유기물 분해와 질산화를 가속화 시킬 수 있는 것이다.
즉, 본 발명을 이용하여 하·폐수의 부상분리공정과 포기공정용 수조(2)에 기포 생성 및 산소를 공급하기 위해서는 먼저 나노프레쉬(10)를 이용하여 대량의 나노버블 고농도 산소수를 생성해야 한다.
나노프레쉬(10)를 이용하여 나노버블 고농도 산소수를 생성하기 위해서는 유체펌프(17)로 공급되는 물을 배관상에 설치된 정압제어장치(19)에서 제어하고, 흡입구(18)로 공급되는 공기를 흡입되게 한 상태에서 본체(11)에 접선방향으로 형성되어 있는 유입구(12a)(12b)로 공급하여 물과 공기를 1차 와류 혼합시킨다. 이때 제1유체로 제공되는 물은 정수된 물 등을 사용하여도 무방하나, 하수처리장에서 생성되는 맑은 상등수를 사용하면 된다.
1차 와류 혼합된 혼합유체는 제2나노버블 생성부(13)의 나선형 유도판(13a)의 안내를 받으면서 가속되면서 급격히 혼합이 이루어지게 된다.
상기와 같이 제2나노버블 생성부(13)를 거친 혼합유체는 제3나노버블 생성부(15)로 공급되는데, 제3나노버블 생성부(15)는 안내면(14)에 의해 직경이 축소되며 내벽에 수개의 2중 볼핀(15a)이 설치되고, 외부에는 자성 생성부(15b)가 설치되며, 진행방향 측으로 출구(16)가 형성되어 있는 구성이므로, 유입된 혼합유체는 자성 생성부(15b)에 의해서 만들어진 자기장에 의해 더욱 고속으로 회전 이동하게 되는데 이때 유입된 혼합유체 중 비중이 큰 유체(물)는 원심력에 의해 외측으로 밀려서 이동하고, 비중이 작은 유체(공기)는 내측으로 밀려서 이동하게 된다.
이와 같이 물과 공기가 이동하는 과정에서 물은 내벽에 돌출 형성되어 있는 2중 볼핀(15a)과 충돌하면서 미립자로 분쇄되면서 외측(내벽 쪽)에 압력강하 영역이 생기고, 이 영역으로 공기가 유입되면서 2중 볼핀(15a)과 충돌되면서 다시 미립화 된다.
즉, 2중 볼핀(15a)이 형성된 제3나노버블 생성부(15)를 통과하면서 물로부터 미립화된 액적 및 공기로부터 미립화된 액적이 계속 충돌하면서 액적의 크기가 계속 감소하여 나노버블 고농도 산소수 상태에서 출구(16)를 통해서 나노버블 고농도 산소수 탱크(4)에 저장되므로, 공급관(5)상에 설치되어 있는 이송펌프(6)를 가동하여 하·폐수의 부상분리공정과 포기공정용 수조(2)의 바닥에 설치된 산기관(3)으로 공급하면 된다.
한편 본 발명을 도 3의 제2실시예와 같이 구성할 경우 하·폐수 부상 분리 공정 또는 포기 공정의 규모에 따라 나노프레쉬(10)를 직렬 및 병렬로 다수개 배열하여 사용하면 되는데, 나노프레쉬(10)를 직렬 및 병렬로 다수개 배열할 경우 1단에서 발생된 나노버블 고농도 산소수가 2단 및 3단의 단계를 거치면서 나노버블의 크기가 계속 감소하여 나노버블 고농도 산소수 생성탱크(21)에 저장 될 때는 0.1㎛ 이하의 크기로 만들 수 있는 것이며, 이를 이송펌프(22)를 이용하여 약 4kgf/cm2(또는 4kgf/cm2 이상)의 압력이 유지되는 나노버블 고농도 산소수 탱크(4)로 이송할 경우 용존산소량은 약 50ppm까지 증가한 나노버블 고농도 산소수를 제공할 수 있는 것으로 하·폐수의 부상분리공정과 포기공정용 수조(2)의 바닥에 설치된 산기관(3)으로 공급할 경우 안정된 나노버블 고농도 산소수 공급이 가능하게 되 는 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 나노버블 고농도 산소수를 이용한 하·폐수 고도처리 장치(1)는 나노프레쉬(10)를 이용하여 제조한 나노버블 고농도 산소수를 장치는 하·폐수의 부상분리공정과 포기공정용 수조(2)의 바닥에 설치된 산기관(3)으로 공급되게 한 것으로서,
본 발명을 사용할 경우 나노버블 고농도 산소수상의 기포의 크기가 1㎛이하이며, 용존산소량이 15ppm이고, 산소포화 농도가 125%이므로 부상분리공정과 포기공정에 공급하여 유기물의 분리 및 분해 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있는 매우 우수한 발명이다.

Claims (4)

  1. 하·폐수의 부상분리공정과 포기(泡起)공정용 수조(2)의 바닥에 설치된 산기관(3)으로 기포를 공급하여 수처리하는 하·폐수 고도처리 장치(1)에 있어서,
    상기 산기관(3)과 중도에 이송펌프(6)가 구비된 공급관(5)으로 연결한 나노버블 고농도 산소수 탱크(4)와,
    나노버블 고농도 산소수 탱크(4)와 출구(16)가 연결되며, 두 가지 유체를 나노버블 고농도 산소수 상태로 혼합하는 나노프레쉬(10)를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노버블 고농도 산소수를 이용한 하·폐수 고도처리 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 나노프레쉬(10)를 직렬 혹은 병렬로 다단 연결하고, 유체펌프(17) 및 흡입구(18)와 입구 사이에는 분배장치(20)를 설치하며,
    상기 나노프레쉬(10)들의 출구(16)와 나노버블 고농도 산소수 탱크(4) 사이에는 대기압 상태를 유지하는 나노버블 고농도 산소수 생성탱크(21)를 추가 설치하고, 나노버블 고농도 산소수 탱크(4)와 나노버블 고농도 산소수 생성탱크(21) 사이에는 나노버블 고농도 산소수를 강제 이송하는 이송펌프(22)와 압력조절제어장치(23)를 설치한 것을 특징으로 하는 나노버블 고농도 산소수를 이용한 하·폐수 고도처리 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 나노프레쉬(10)는 본체(1)의 선단에 위치하는 제1나노버블 생성부(12)에 접선방향으로 2개의 유입구(12a)를 형성하여 물과 공기를 공급하도록 유체펌프(17)와 흡입구(18)를 배관 연결하고, 유체펌프(17)가 설치된 배관상에는 정압제어장치(19)를 설치하며,
    제1나노버블 생성부(12)의 측방에는 내벽에 나선형 유도판(13a)이 형성된 제2나노버블 생성부(13)를 형성하고, 제2나노버블 생성부(13)의 측방에는 제3나노버블 생성부(15)를 형성하며,
    상기 제3나노버블 생성부(15)는 안내면(14)에 의해 직경이 축소되며 내벽에 다수개의 2중 볼핀(15a)을 설치하고, 외부에 자성 생성부(15b)를 설치하며, 진행방향 측으로 출구(16)를 형성한 것을 특징으로 하는 나노버블 고농도 산소수를 이용한 하·폐수 고도처리 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 자성 생성부(15b)는 토르마린, 네오디움, 세리움 및 사마리움 중 어느 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 나노버블 고농도 산소수를 이용한 하·폐수 고도처리 장치.
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