KR100852359B1 - 폐수 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하수처리장의 침사지 생슬러지와 최종침전지 잉여슬러지 또는 혼합슬러지를 계면활성제 미세기포와 분산/발포 반응시킨 후, 발포된 거대 고형물을 부상조로 이동하여 부상조 내의 수면에서 부상시켜 이를 수집, 제거한다. 발포된 거대 고형물은 부상조 내에 공급되어 수면으로 부상하며, 부상 슬러지 수집장치는 부상한 거대 고형물을 수집, 제거한다. 부상조 내에는 확산기가 제공되며, 확산기는 발포된 거대 고형물이 부상조 내에서 균일하게 부상할 수 있도록 거대 고형물을 균일하게 확산시킨다. 확산기의 개구 상에는 개구면적을 축소하는 차단판이 제공되며, 차단판은 거대 고형물을 균일하게 확산시키는 역할을 한다.

확산기, 개구, 차단판, 혼합챔버

Description

폐수 처리장치{waste water treating apparatus}

본 발명은 폐수 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 확산기를 포함하는 폐수 처리장치에 관한 것이다.

슬러지 농축에 있어 단위조작의 방법은 화학적 약품을 이용하여 대상처리물질을 조대화한 후 자연적 중력을 이용한 응집침전방법과 인위적으로 기포를 생성시켜 그 부력에 의해 조대해진 고형물을 분리시키는 부상공법으로 대별되며, 상기 중력식 응집·침전방법은 고전적으로 수리학적 체류시간을 고려하여 약품을 첨가하여 침전 조대물을 자연적으로 침전시켜 그 효율을 얻는 것을 말한다.

상기 중력식 응집·침전방법은 자연 중력에 의존하여 고액분리를 유도하기 때문에 처리 후, 고형물이 혼합된 처리수의 분리시간이 장시간 필요하며, 설치 부지면적이 부상공법에 비해 3 ~ 5배 이상 필요로 하고, 침전조와 농축조등의 후단 복합시설등이 필요하며, 슬러지의 체류시간이 길어 잉여슬러지의 생물학적인 방출로 인한 2차적 오염원인이 될 수 있다. 또한, 슬러지 농축효율이 현저히 떨어져 2 차적 탈수시설의 고비용을 유발하며, 시설 초기비용이 많이 들고, 유량대비 면적에 비하여 난류의 영향을 받으며, 고형물의 탈수 및 조대화를 위하여 많은 약품이 소모되고 투입되는 약품사용 종류와 량에 따라 그 효율이 탈수시설과 연계되어 많은 차이와 불균일성을 가져온다.

그리고, 유체내 고형물은 침전조내 체거름 현상(sweeping)이 거의 발생되지 못하므로 미세한 플럭(floc)이 분리되지 못한 상태에서 월류되어 투입된 약품비용에 상응하는 효율을 얻기 힘들고, 후단 연계처리시 반류수에서 분리되지 못한 고형물로 인해 연계처리 및 전체 공정상에 악영향을 미칠 수 있으며 자연 침전 농축되어진 고형물의 함수율이 매우 높아 별도의 농축조등의 시설이 소요되고 탈수시설의 고비용을 유발한다.

이와 같은 문제점을 보완하기 위해, 구조적 변경 및 고효율 약품을 사용하여 중력대비 침전속도를 상승시키는 고속침전 방식이 있으나, 유지비용과 설치비용의 증가와 많은 부지면적을 줄일 수 없는 문제점이 있다.

그리고, 상기 중력식 침전방식의 문제점등을 극복하기 위하여 종래의 용존공기 부상법(DAF)을 활용하여 실제 현장에서 가장 많이 상용화 되어 사용되어지고 있으나, 그 설비시설이 노후화되어 탁월한 대체 공법의 개발이 시급한 실정이고, 설치당시의 공법적용이 저농도부하 처리의 정수분야였기 때문에 고농도, 고부하의 슬러지 농축과 산업폐수부분의 고액분리장치로 그 효율과 경제성에서 특성에 맞게 개발되지 못하여 현장 운전에 많은 문제점을 유발되고 있다.

이러한 문제점은 기계적인 가압시설을 이용하여 반송수내 공기를 용존시켜 노즐을 통하여 감압상태로 유도시 발생되는 미세기포를 이용하는 방법을 이용함으로서 농도부하가 높은 경우에는 공기의 용존율이 낮아져 부상효율을 얻지 못하고, 3∼ 5기압 등의 높은 압력을 발생시키는 가압시설이 필요하며, 고부하로 인한 잦은 고장 및 높은 전력소모 등의 비용문제가 발생되었다.

또한 고액분리 효율증가를 위하여 기포를 생성시키기 위해 많은 량의 반송수량이 부상분리조에 반영되므로 시설이 거대해질 뿐 아니라, 운전이 용이치 못해 운전자가 시설운영 유지를 기피하고 있는 실정이다.

또한 생성된 기포의 크기가 조대하여 많은 비용으로 약품처리된 고형물이 부상할 때, 슬라이딩 현상에 따른 파괴를 가져오기 때문에 유출수의 수질이 악화되는 경향이 있으며, 미세한 핀플럭(pin-floc) 제거가 용이하지 못해 연계처리시 많은 악영향을 미칠 수 있고, 기계적으로 가압수유출부 노즐막힘 현상과 반송수 수질에 의한 기포용 해도변화에 따라 고정적 기포공급의 어려움과, 응집·침전방식과 같이 단일 약품처리로 인한 고액분리가 어려워 비용 증가에 원인이 되었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 종래의 하수처리장의 중력식 농축 및 슬러지 부상농축시설의 시설운영상 단점과 소모되는 약품절감을 통한 경제적 비용지출을 보완할 수 있는 폐수 처리장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 농축슬러지의 함수저감을 극대화하여 소화조의 원활한 처리를 유도함으로서 전체 처리효율 개선, 고도처리 효율증가와 시설의 비용을 절감시킬 수 있는 폐수 처리장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 함수율과 반류수의 처리효율을 증가시켜 처리장의 처리효율을 높이는 동시에 선차적 슬러지 농축처리를 고효율적으로 이루어 탈수시설의 경제적 비용절감과 운전상의 문제점을 해결하고 적은 부지면적 내에서 높은 효율과 운전자의 유지관리가 용이한 계면활성제 미세기포를 이용한 폐수 처리장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 부상한 거대 고형물이 부상조 내의 수면 상에 고르게 분포될 수 있도록 하여 거대 고형물을 용이하게 수집,제거할 수 있는 폐수 처리장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.

본 발명에 의하면, 폐수처리장치는 기포를 공급하는 기포 발생장치; 고분자응집제를 공급하는 응집제 공급장치; 폐수가 공급되며, 상기 기포 발생장치 및 상기 응집제 공급장치로부터 각각 공급된 상기 기포 및 상기 고분자응집제와 상기 폐수를 혼합하는 혼합조; 상기 혼합조에 연결되어 혼합된 상기 폐수가 공급되는 부상조; 상기 부상조 내에 제공되며, 혼합된 상기 폐수를 상기 부상조 내에 공급하는 확산기; 그리고 상기 확산기에 연결되어 상기 확산기에 상기 폐수를 유입시키는 유입라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 확산기는 하부로 개방된 개구를 가질 수 있다. 또한, 상기 확산기는 상부로 개방된 개구를 가질 수 있다.

상기 확산기는 상기 개구 상에 제공되어 상기 개구면적을 축소하는 차단판을 가질 수 있다. 상기 차단판은 원판 형상이며, 축소된 상기 개구는 링 형상일 수 있다. 상기 차단판은 상기 원판의 외주면으로부터 하부를 향해 단차질 수 있다. 상기 차단판은 하부로 갈수록 단면적이 감소하는 역원추 형상일 수 있다. 상기 기포는 계면활성제 기포일 수 있다. 상기 확산기는 승강할 수 있다.

상기 장치는 상기 폐수와 상기 기포를 혼합하는 혼합챔버를 더 포함할 수 있다.

삭제

본 발명은 계면활성제 기포를 이용해 생슬러지와 잉여슬러지 또는 혼합슬러지의 농축방법을 계면활성제로 생성된 기포를 이용한 계면화학적 반응을 유도하여, 종래의 하수처리장의 소모되는 약품절감을 통한 경제적 비용지출을 보완하고, 농축슬러지의 함수저감을 극대화하여 소화조의 원활한 처리를 유도함으로서 전체 처리효율 개선, 고도처리 효율증가와 시설의 비용을 절감시키고, 함수율과 반류수의 처리효율을 증가시켜 처리장의 처리효율을 높이며, 탈수시설의 경제적 비용절감과 운전상의 문제점을 해결하고 적은 부지면적 내에서 높은 효율과 운전자의 유지관리가 용이하도록 하는 효과가 있다.

특히, 부상한 거대 고형물이 부상조 내의 수면 상에 고르게 분포될 수 있도록 함으로써 거대 고형물을 용이하게 수집,제거할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 11b를 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.

본 발명은 하수처리장의 침사지 생슬러지와 최종침전지 잉여슬러지 또는 혼합슬러지를 계면활성제 미세기포와 분산/발포 반응시켜, 혼합 슬러지 고형물의 수면 농축과 반류수의 처리효율을 개선하고, 하수처리장의 독립적 슬러지 처리공정의 효율을 높이는 동시에 슬러지의 높은 수분 함유로 인한 탈수시설의 경제적 비용 절감과 운전상의 문제점을 보완하여 적은 부지면적 내에서 연계 공정간 구성 효율을 증가시켜, 종래의 하수처리장 슬러지 처리 방식인 중력식 농축 및 가압부상농축시설의 운영상 문제점을 보완하고, 슬러지 처리에 소요되는 약품 사용량을 절감시키므로서, 경제적 비용지출을 줄이는 동시에 농축슬러지의 함수 저감을 극대화하여 소화조의 원활한 처리를 유도함으로서 처리효율 개선 및 고도처리 효율증가를 위한 계면활성제 미세기포를 이용한 하수 슬러지 상압부상 고농축 장치에 관한 것이다.

본 발명은 상압에서 생성된 계면활성제를 이용한 슬러지의 부상농축에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 계면활성제 단분자로 구성된 기포를 20,000 ~ 30,000㎎/ℓ의 고농도 혼합슬러지(생슬러지와 잉여슬러지)에 접촉시켜 분산작용과 이온특성에 따른 전위중화의 기전 작용을 동시에 유발시켜 혼합슬러지와 이에 포함된 콜로이드성물질 및 유기 고형물 등을 별도의 무기응집제를 투여치 않고 선차적 미세 고형화(조질화)를 유도한 후 계면활성제 미세기포를 슬러지 고형물에 발포시키는 계면활성제 미세기포를 이용한 하수 슬러지 상압부상 고농축 장치에 관한 것이다.

또한, 전체 하수처리 공정상의 농축 슬러지 함수율 저감에 있어, 악영향을 미치는 하수 미생물 슬러지의 미생물 분비물의 주성분인 다당류, 단백질, 핵산과 수분이 많이 포함된 약간의 겔 상태의 점저당물질 등을 전위중화 및 분산반응으로 조질화를 통해 농축슬러지의 함수개선과, 고분자 응집제의 응결반응을 위한 고분자 응집제의 사용량을 기존의 혼합슬러지 처리시 투여되는 혼합슬러지의 DS(Dry Solide)Kg 대비 0.4% 이상에 비해 그 이하의 적은 량으로도 신속히 반응시킬 수 있 다.

또한, 계면활성제로 생성된 기포는 고분자응집제 응결 과정 중 응결물 내 기포의 발포 현상을 유도할 수 있어, 종래의 응결반응후 생성된 혼합슬러지 고형물에 기포를 분사 주입하여 부착 시키는 기존 부상방법과는 대별되어 슬러지의 농축효과를 얻을 수 있다.

상기 기술한 방법은 하수 슬러지 내 미생물특성과 하수슬러지 내에 포함되어 있는 오염물질의 미세응집 반응에 계면활성제의 분자 특성을 이용함과 동시에 계면 분자내 내제된 기포를 혼합슬러지 응결 고형물내에 기포가 발포되게 하고, 미세하게 다량으로 발포된 기포의 부력에 의해 고농축 시키는 방법으로 기포의 탈리현상 없이 큰 부력을 부여할 수 있으며, 통상적 부상공법의 고액분리 개념을 넘어 95% ~ 96% 의 함수율을 가진 농축슬러지를 얻을 수 있다.

고형물 내부에 발포된 계면활성제 미세기포의 큰 부력과 계면분자의 액상과 기상, 고상간 계면활성 반응에 의하여 빠른시간에 많은 고형물을 부상농축시킬 수 있어, 기존 공법에 비해 높은 함수저감을 얻을 수 있다.

상기와 같은 방법으로 얻어진 농축슬러지는 35,000 ~ 60,000 ㎎/ℓ정도의 고농축 슬러지층이 형성되며, 슬러지 상호간 자유수와 간극수 저감으로 인하여 고농축되므로 점도가 증가하고, 슬러지층의 전단률이 높아져 응결 농축된 고형물의 제거시 종래의 루버 플레이트식 스크레이퍼를 이용하여 일방향으로 밀어 제어하기가 용이치 못한 성상을 가지게 된다.

이러한 고농축된 고밀도의 슬러지의 제거시 발생되는 전단 현상과 쏠림현상 을 방지하고, 효율적 제거를 위해 종축회전과 동시에 슬러지층 상부에서 훑어 퍼내는 슬러지 제거 장치가 필요하며, 유입되는 슬러지량과 제거시키고자하는 슬러지의

물질수지가 맞도록 회전속도 및 전방진행속도의 조작이 용이한 슬러지 제거장치가 구성되어 장착되어야 한다. 따라서, 본 발명은 상술한 농축슬러지를 얻기위한 반응 유도 조건에 따른 반응 방법 및 반응 고형물의 부상을 유도하는 각 공정을 수행하기 위한 슬러지 제거장치에 관한 것이다.

종래의 하수종말처리시설은 복합플랜트 설비로 초기투자비가 고가이고, 일단 건설되면 개조 등에 추가비용이 소요되는 등 경제적 측면, 방류수 수질기준을 준수해야하는 법적인 측면, 방류수역의 수질보전측면, 유지관리측면에서 매우 중요한 도시 기반 시설이다. 따라서, 주처리공정인 생물학적 처리 공정에 부합되며, 향후 고도처리시설 증설에 따른 슬러지 처리시설의 결정은 하수종말처리시설의 계획에 있어 중요한 요소중 하나로서 처리시설에 대해 충분히 검토한 후에 결정하여야 한다.

또한 근래까지의 하수처리시설은 대부분 유기물 처리목적으로 한 생물학적 처리공정이 주 처리공정으로 적용되어 왔으나, 수역의 부영양화 방지, 방류수 수질기준의 강화등으로 부영양화 원인물질인 질소, 인을 제거할 수 있는 고도처리 공정의 신설 및 증설처리시설을 중심으로 점차 확대되어 가는 실정이다. 이러한 생물학적 질소/인 제거가 가능한 고도처리 시설증설 및 처리수질의 강화를 감안하여 슬러지농축 또는 저류 및 탈수시 혐기상태에서의 잉여슬러지의 인의 방출을 방지하기 위해 단시간내 고농축할 수 있는 개선된 시설이 필요하다.

본 발명은 종래의 물리·화확적 단위조작 중 하수처리장의 1차처리 침전조의 생슬러지 및 2차 생물학적 처리 후, 발생되는 미생물 잉여 슬러지 또는 혼합슬러지의 처리대상 유기고형물 및 콜로이드성 물질의 개별적 처리가 가능하고, 동시에 합류하여 처리함으로서 개별공정상 유발되는 경제적 비용 저감과 효율증가를 개선하여 고도처리시설의 신설 및 증설에 필요한 농축방법을 제공하고 빠른 시간 내 생물학적 인방출을 최소화할 수 있으며, 1차 슬러지와 잉여슬러지 또는 혼합된 슬러지를 안정적으로 고농축하기 위한 부상농축에 관한 발명이다.

본 발명은 폐수가 유입되는 배관(16)과, 폐수를 공급하는 펌프(15)와, 상기 배관(16)에 계면활성제 미세기포를 주입하기 위한 미세기포발생장치(10)와, 폴리머(고분자응집제)를 생성하는 액상폴리머용해장치(20)와, 상기 미세기포가 주입된 폐수와 폴리머(고분자응집제)가 주입되는 혼합슬러지유입구(33)와 폴리머주입구(32)가 형성된 혼합조(30)와 상기 혼합조의 내부에 교반기(31)과 챔버(34)와 혼합슬러지 배출라인(35)이 형성되고, 상기 혼합슬러지 배출라인(35)에 연결되는 부상조(40)와, 상기 부상조(40) 상면을 이동하는 부상슬러지수집장치(50)로 구성되는 계면활성제를 이용한 혼합슬러지의 상압부상 농축 장치와 상기 하수 슬러지 상압 부상 농축에 있어서, 하수슬러지와 계면활성제 미세기포간 선차적 미세입자를 유도함에 있어 계면활성제를 0.05% ~ 0.1% 범위 내에서 사용되며, 처리대상 하수 슬러지량 대비 5% ~ 10%가 발생수와, 상기 희석액을 이용하여 계면활성제 미세기포를 발생시켜 기포의 유상액을 하수슬러지에 주입하여 혼합슬러지와 계면활성제 미세기 포를 발생시켜 기포의 유상액을 하수슬러지에 주입하여 혼합슬러지와 계면활성제 단분자간 상호 입자화 반응을 진행시키며, 상기 혼합슬러지와 계면활성제 단부자간의 상호 입자화 반응은 기포구성물질인 계면활성제 단분자가 액체/고체상에서 유화, 분산 반응토록하여 입자간 전위를 중화하고, 이에 따른 하수슬러지의 미세 입자화한 후, 액상폴리머용해장치서 공공되는 혼합슬러지 대비 0.15% ~ 0.2%의 농도를 공급하여, 혼합슬러지와 계면활성제 미세기포가 고형화 응결 과정 중 슬러지 고형물에 발포되도록 계면활성제 미세기포를 이용한 하수 슬러지 상압부상 고농축 방법을 이용한 장치를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 부상공법을 이용한 폐수처리장치의 전체적인 설치 상태를 도시한 배치도이다.

본 발명상의 부상공법을 이용한 폐수처리 장치는 미세기포발생장치(10), 액상폴리머용해장치(20), 혼합조(30), 부상조(40), 부상폴리머수집장치(50)를 포함한다. 상기 미세기포발생장치(10)는 한국등록특허공보 0759201호 및 한국등록특허공보 0338795호에 개시되어 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

미세기포발생장치(10)에 의해 생성되는 기포생성 반류/반송수는 처리대상 원수량 대비 5% ~ 10% 소모되며, 물량 증가시 기포의 이온력 저하현상이 일어날 수 있고, 물량 감소시 생성기포량이 줄어 필요량을 충족시킬 수 없게 되며 기포의 공기함유 체적이 상대적으로 낮아지게 된다. 따라서, 기포 생성 필요 용수의 양은 처리대상 원수의 총고형분 농도와 연계성을 갖고 있어 시운전시 상기 범위인 원수량 대비 5% ~ 10% 내에서 조정하는 것이 바람직하다.

상기 미세기포발생장치(10)에 공급되는 계면활성제는 하수의 잉여슬러지나 생슬러지의 고액농축시 그 농도는 혼합슬러지 대비 0.05% ∼ 0.1%의 공급 범위내에 있어야 한다. 만약, 적정 주입량이 주입되지 못하였을 때에는 기포 생성에 균일성이 떨어지고 초기 고형물 반응시 분산현상유도농도에 미치지 못하여 계면활성제와 고형물과의 분산 반응유도가 떨어져 고형물 입자가 작아질 수 있다. 또한 범위 이상의 경우 과잉공급으로 비용 효과가 떨어진다.

미세기포발생장치(10)에서 발생된 계면활성제기포는 혼합슬러지가 공급펌프(15)에 의해 공급되는 배관(16)에 공급되고, 상기 배관(16)은 혼합조(30)내에 구비된 챔버(34)로 연결되어, 혼합슬러지가 유입된다. 상기 혼합조 내에 구비된 챔버(34)는 계면활성제 기포와 혼합슬러지가 유입되는 유입관내 측면에 설치되어서 혼합조(30)에서의 폴리머와 교반 전에, 계면활성제 기포와 혼합슬러지의 분산반응이 자연적으로 일어나도록 한다.

종래에는 약품 주입 후 생성된 응집 고형물이 부상조(40)로 유입할 때 버블(bubble)이 하나의 배관에 합류되거나, 조내에 분사시켜 버블의 제어가 힘들고, 분사가 되더라도 버블사이즈(bubble size)가 매우 커, 플럭(floc)의 형성이 되지 않아 오버플로우(over flow) 등으로 처리효율이 저하되었다.

하지만, 본 발명은 미세기포가 혼합슬러지가 접촉할 때 미세 플럭(floc)이 형성되고, 함유된 기포가 고분자응집제 투여시 알카리도, 수소이온농도의 화학적 환경에 영향을 받지 않고, 혼합슬러지내에 발포되어 기포를 머금은 혼합슬러지 고 형물이 부상조(40)로 유입된다.

본 발명상을 통하여 기존의 효율저하에 영향을 미치던 플럭 해체현상을 없애고, 혼합슬러지 고형물간의 체거름 현상(sweeping)을 얻을 수 있어 오버플로우되는 핀-플럭(pin-floc)이 거의 없어 처리효율이 뛰어나며, 부상효율이 98%이상이 되어, 혼합슬러지 고형물의 함수율을 현저히 떨어뜨려 농축분리해 낼 수 있다.

도 3은 혼합슬러지 배관(16)에서 혼합슬러지와 이중막초미세기포의 현탁현상을 도시한 도면이다.

상기 배관(16)내에 주입되는 계면활성제 기포는 상기에 언급한 농도와 주입률 범위내에서 0.1㎛ ∼ 0.001mm 사이의 혼합슬러지내 미생물군집과 콜로이드 물질 및 유기고형물등의 액상과 경계면의 계면을 소수·침수의 화학적 특성에 의해 감싸게 되고, 1차 계면화학적 반응인 분산 현탁현상(suspension)을 유도하여 약품을 첨가하지 않고도 고형물의 조대화를 유도할 수 있으며 이러한 작용을 유도하기 위해서는 계면분자의 고유 이온력과 계면상간의 현상을 이용한다.

만일, 계면활성제 기포의 농도가 범위이상의 경우 전위 중화 범위를 벗어나, 분산 현탁현상을 저해하여 해체되며 범위 이하의 경우 분산 현탁 정도가 적어지는 현상이 나타난다.

계면활성제 기포(b)와 반응해 조대화된 고형물은 배관(16)을 따라 혼합조(30) 내의 챔버(34)로 유입되고, 상기 챔버(34)에서 현탁현상으로 미세 현탁화가 이루어진다.

계면활성제 기포가 유입된 혼합슬러지가 유입되는 배관(16)과 폴리머가 유입되는 배관(22)은 상기 혼합조(30) 내측에 설치되는 챔버(34)와, 혼합슬러지의 교반을 위해 혼합조 내에 설치되는 교반기(31)와, 폴리머주입구(32), 혼합슬러지유입구(33), 혼합슬러지 배출라인(35)으로 구성되고, 혼합조(30)의 수위는 부상조와 수위가 동일하여 자연 유화가 이루어지도록 한다.

상기 챔버(34)는 상부가 개방되어 챔버(34) 내에 유입되는 혼합슬러지와 폴리머의 수위가 챔버의 높이 이상이 되면, 월류되어 교반기가 설치된 혼합조 내로 유입된다.

상기 교반기(31)는 혼합조(30)에 유입되는 폴리머(p)와 조대화된 고형물의 혼합반응을 촉진시키고, 그 교반기(31)의 교반속도는 30 ~ 200rpm이 바람직하다.

상기 폴리머주입구(32)는 혼합조(30)에 폴리머(p)를 공급하는 액상폴리머 용해장치와 연결되고, 액상폴리머의 용이한 공급을 위해 액상폴리머용해장치(20)와 혼합조(30) 사이에는 폴리머약용정량펌프(21)이 설치된다.

도 4는 기포가 발포된 미세 현탁 혼합슬러지의 발포작용을 나타낸 것으로 폴리머(p)의 교반작용을 통해 거대화된 미세 현탁 혼합슬러지는 기포가 내제된 상태에서 유기응집제(폴리머)가 공급되므로, 발포된 거대 고형물은 많은 개수의 계면활성제 기포(b)를 포함하고 있어, 고형물의 공기 체적이 커, 부상조(40)로 이동할 경우, 빠른 속도로 부상하면서, 낮은 함수율로 농축 고액분리된다.

상기 고분자 응집제로 사용되는 폴리머는 고체분말 타입 또는 에멀젼 타입 모두 사용가능하며, 기존 시판되는 고분자응집 중 폴리 아크릴 아마이드계열(음이온)은 잉여슬러지의 SVI(슬러지 침강 지표)가 떨어지는 경우 사용되며, 그 외 디케틸 아미노 에틸 메타크릴레이트계(양이온),디메틸 아미노 에틸 아크릴레이트계(양이온),아미진계(양이온)은 SVI(슬러지 침강지표)에 큰 영향없이 혼합슬러지에 사용이 가능하다.

또한, TS 부하량 대비 고분자응집제 사용량은 종래의 농축 혼합슬러지를 4 ~ 5 % 얻기 위해 혼합슬러지 DS(Kg)대비 0.3 ~ 0.4%가 필요로하나, 본 발명상으로 계면활성제 기포의 분산현탁 및 발포를 유도하면 혼합슬러지 DS(Kg)대비 0.15 ~ 2%로 비교적 낮은 주입률에서 높은 농축효과를 얻을 수 있어 종래의 부상공법보다 약품사용량과 약품사용비용을 절감하는 경제적 효과가 있다.

상기 혼합조(30) 내부에서 발포된 거대 고형물은 혼합슬러지 배출라인(35)을 통해 부상조(40)로 이동하고, 부상조(40)으로 이동된 거대 고형물은 부상조의 수면을 부상하며, 이 거대 고형물은 부상슬러지수집장치(50)를 통해 수집, 제거된다.

도 5는 도 1의 부상조(40)를 나타내는 도면이다. 혼합조에서 응집/발포 반응후 이송된 슬러지는 부상조(40)에 유입된다. 부상조(40) 내에는 확산기(50)가 제공되며, 혼합슬러지 방출라인(35)은 유입라인(36)을 통해 확산기(50)에 연결된다. 혼합조(30) 내의 혼합슬러지는 혼합슬러지 배출라인(35) 및 유입라인(36)을 통해 확산기(50)로 이동하며, 확산기(50)는 혼합슬러지를 부상조(40) 내에 확산시킨다. 이때, 혼합조(30) 내부에서 응집/발포 반응한 거대 고형물은 부상조의 수면을 향해 부상하며, 부상슬러지 수집장치(50)를 통해 수집,제거된다. 수집된 슬러지는 저장조(도시안됨)에 보관되며, 거대 고형물 아래의 정화된 처리수는 처리수 저장조(도시안됨)로 이동된다. 처리수 저장조에는 텔레스콥 밸브(도시안됨)를 설치하여 저장조와 처리수 저장조의 수위를 조절하고, 정화된 처리수는 텔레스콥 밸브를 통해 이동된다. 텔레스콥 밸브에 대한 상세한 설명은 생략한다.

한편, 앞서 살펴본 바와 같이, 확산기(50)는 원통 형상인 부상조(40) 내의 중앙에 설치되며, 응집/발포 반응후 이송된 혼합슬러지를 확산시킨다. 이때, 확산기(50)로부터 확산된 혼합슬러지는 확산기(50)의 상부에 해당하는 부상조(40)의 중앙에 집중될 수 있다. 이로 인해, 부상조(40)의 중앙에는 두꺼운 거대 고형물층이 형성되며, 부상조(40)의 가장자리에는 중앙에 비하여 얇은 거대 고형물층이 형성된다. 따라서, 부상조(40) 내의 수면 상하에는 불균일한 고형물층이 형성되며, 부상슬러지 수집장치(50)를 통해 고형물을 수집, 제거하는데 어려움을 겪는다. 이를 해결하기 위하여 균일한 고형물층을 형성할 필요가 있다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 확산기(50)를 나타내는 도면이다. 확산기(50)는 유입부(52) 및 확산부(54), 그리고 차단판(56)을 포함한다. 유입부(52)는 내부가 비어 있는 실린더 형상이며, 상부에 개구가 형성된다. 유입라인(36)에는 유입라인(36)이 형성되며, 혼합슬러지는 유입라인(36)을 통해 유입부(52)로 이동한다. 확산부(54)는 유입부(52)의 상단에 제공되며, 유입부(52)의 상 단으로부터 상부 외측방향으로 경사지도록 연장된다. 확산부(54)의 상단 및 하단에는 개구가 형성되며, 유입부(52)로 이동한 혼합슬러지는 확산부(54)의 하단을 통해 확산기(50)의 상부로 배출된다.

확산부(54)의 상단에 제공된 개구 상에는 차단판(56)이 설치되며, 차단판(56)은 지지대(57)를 통해 확산부(54)의 상단에 고정된다. 차단판(56)은 확산부(54)의 상단과 동일한 높이에 배치되며, 확산부(54)의 상단에 제공된 개구면적을 차단판(56)의 면적만큼 축소시킨다. 또한, 차단판(56)은 확산부(54)의 상단에 제공된 개구의 중앙에 배치된다.

따라서, 도 6b에 도시한 바와 같이, 유입라인(36)을 통해 유입부(52)로 이동한 혼합슬러지는 확산부(54)를 통해 확산기(50)의 상부로 확산되나, 확산부(54)의 상단에 제공된 차단판(56)으로 인해 혼합슬러지는 확산부(54)의 개구 중앙을 통해 확산될 수 없으며, 확산부(54)의 개구 가장자리를 통해 부상조(40)의 상부로 확산된다. 확산부(54)의 개구 중앙을 향해 이동한 혼합슬러지는 차단판(56)의 하부면을 통해 차단판(56)의 외측으로 흘러 확산부(54)의 상부로 확산된다. 따라서, 혼합슬러지가 부상조(40)의 중앙에 집중적으로 확산되는 현상을 방지할 수 있으며, 부상조(40) 내의 수면 상하에 균일한 고형물층을 형성할 수 있다. 특히, 원형인 부상조(40)의 경우, 부상조(40)의 중앙 면적에 비해 부상조(40)의 가장자리 면적이 크며, 차단판(56)을 이용하여 부상조(40)의 가장자리에 다량의 혼합슬러리를 공급할 수 있다. 한편, 본 실시예에서는 차단판(56)으로 인해 확산부(54)의 개구 중앙을 통해 확산되는 혼합슬러지를 전부 차단하고 있으나, 이와 달리 차단판(56)의 중앙 에 혼합슬러지가 통과할 수 있는 통로(도시안됨)를 형성할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 확산기(50)를 나타내는 도면이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 차단판(56)은 차단판(56)의 가장자리로부터 하부로 단차진 형상일 수 있다. 앞서 살펴본 바와 같이, 혼합슬러지는 차단판(56)의 하부면을 통해 차단판(56)의 외측으로 이동하며, 차단판(56)의 하부면으로부터 돌출된 단차를 넘어 확산부(54)의 개구 가장자리 상으로 이동한다. 단차를 통해 혼합슬러지의 확산균일성을 조절할 수 있다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 확산기(50)를 나타내는 도면이다. 차단판(56)은 평판 형상이 아닌 하부로 갈수록 단면적이 감소하는 역원추 형상이다. 차단판(56)의 하부면에 의한 혼합슬러지의 압력강하에 비해 역원추 형상의 차단판(56)에 의한 혼합슬러지의 압력강하가 작다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 확산기(50)를 나타내는 도면이다. 확산기(50)는 상하로 승강할 수 있다. 유입라인(36)의 끝단에는 연장라인(37)이 연결되며, 연장라인(37)은 유입라인(36)에 삽입되거나 유입라인(36)으로부터 인출된다. 확산기(50)가 상승한 경우 연장라인(37)은 유입라인(36)으로부터 인출되며, 확산기(50)가 하강한 경우 연장라인(37)은 유입라인(36)에 삽입된다. 확산기(50)의 승강에 따라 확산기(50)의 상단과 수면과의 거리를 조절할 수 있다. 수심(d1)이 얕은 경우 확산기(50)를 하강시키며, 수심(d2)이 깊은 경우 확산기(50)를 상승시킨다.

도 10은 도 1의 변형된 실시예를 나타내는 도면이다. 부상조(40)의 외측에는 혼합챔버(60)가 제공된다. 혼합슬러지 방출라인(35)은 혼합챔버(60)의 일측에 연결되며, 유입라인(36)은 혼합챔버(60)의 타측에 연결된다. 또한, 미세기포발생장치(10)에 연결된 보조라인(62)은 혼합챔버(60)의 일측에 연결된다. 혼합챔버(60)의 내부에는 혼합슬러지 방출라인(35)을 통해 방출된 혼합슬러지와 미세기포발생장치(10)로부터 공급된 미세기포가 혼합되며, 혼합챔버(60) 내에서는 혼합조 이후 혼합슬러지에 대한 2차 발포 반응이 일어난다. 이를 통해 미반응된 혼합슬러지를 2차적으로 발포시킬 수 있다.

도 11a는 종래의 하수처리 공정도이며, 도 11b는 본 발명상의 하수처리 공정도이다. 상기와 같이 이루어지는 계면활성제를 이용한 혼합슬러지의 분산·발포 반응 유도 방법과 이를 이용한 상압부상 농축 장치는 도 11a에 도시한 바와 같이 종래의 폐수에 무기응집제를 투입하여 응집작용을 유도하고, 상기 응집작용 후 폴리머를 투입해 응결작용을 유도한 후 기포분사주입을 통해 부상시키는 것과 달리, 도 11b에 도시한 것과 같이 폐수에 계면활성제 기포를 혼입시켜, 혼합슬러지와의 분산작용과, 폴리머의 주입으로 발포부상작용으로 부상조의 상면으로 부상된 혼합슬러지를 수거한다.

한편, 본 실시예에서는 확산기(50)가 상부를 향해 혼합슬러지를 확산시키는 것으로 설명하고 있으나, 이와 달리 확산기(50)는 하부를 향해 혼합슬러지를 확산 시킬 수 있다. 즉, 유입부(52)는 하부가 개방된 형상을 가지며, 확산부(54)는 유입부의 하단에 연결될 수 있다. 이는 통상의 기술자에게 자명한 사항이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 폐수처리장치의 전체적인 설치 상태를 도시한 배치도이다.

도 2는 미세기포를 도시한 확대도이다.

도 3은 혼합슬러지 배관에서 이루어 지는 현탁현상을 도시한 확대도이다.

도 4는 미세 현탁 혼합슬러지의 발포작용을 도시한 확대도이다.

도 5는 도 1의 부상조를 나타내는 도면이다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 확산기를 나타내는 도면이다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 확산기를 나타내는 도면이다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 확산기를 나타내는 도면이다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 확산기를 나타내는 도면이다.

도 10은 도 1의 변형된 실시예를 나타내는 도면이다.

도 11a는 종래의 하수처리 공정도이다.

도 11b는 본 발명상의 하수처리 공정도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 설명 >

10 : 미세기포발생장치 20 : 액상폴리머 용해장치

30 : 혼합조 40 : 부상조

50 : 부상폴리머 수집장치

Claims (6)

1. 기포를 공급하는 기포 발생장치;

   고분자응집제를 공급하는 응집제 공급장치;

   폐수가 공급되며, 상기 기포 발생장치 및 상기 응집제 공급장치로부터 각각 공급된 상기 기포 및 상기 고분자응집제와 상기 폐수를 혼합하는 혼합조;

   상기 혼합조에 연결되어 혼합된 상기 폐수가 공급되는 부상조;

   상기 부상조 내에 제공되며, 혼합된 상기 폐수를 상기 부상조 내에 공급하는 확산기;

   상기 혼합조 및 상기 부상조의 외측에 배치되어 상기 혼합조 및 상기 기포 발생장치와 연결되며, 상기 혼합조 내에서 혼합된 상기 폐수와 상기 기포 발생장치로부터 공급된 상기 기포를 재혼합하는 혼합챔버; 및

   상기 혼합챔버와 상기 확산기를 연결하며, 상기 확산기에 재혼합된 상기 폐수를 유입시키는 유입라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수처리장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 확산기는 승강에 의하여 상기 폐수의 수면과 상기 확산기의 출구 사이의 이격거리를 조절가능한 것을 특징으로 하는 폐수처리장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 확산기는 하부로 개방된 개구를 가지는 것을 특징으로 하는 폐수처리장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 확산기는 상부를 향하여 개방된 개구 상에 제공되어 상기 개구면적을 축소하는 원판 형상의 차단판을 가지며,

   축소된 상기 개구는 링 형상인 것을 특징으로 하는 폐수처리장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 차단판은 상기 원판의 외주면으로부터 하부를 향해 단차진 것을 특징으로 하는 폐수처리장치.
6. 제4항에 있어서,

   상기 차단판은 하부로 갈수록 단면적이 감소하는 역원추 형상인 것을 특징으로 하는 폐수처리장치.

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