KR100949823B1 - 수처리장치 - Google Patents

Abstract

수처리 공간을 이루는 수처리 용기, 처리대상 물을 가압과 공기 공급을 통해 공기가 용존된 상태로 상기 수처리 용기 내부로 공급하는 가압수 공급장치, 가압수 공급장치에서 공급되는 처리대상 물을 받아 상기 수처리 용기 내에서 서로 다른 방향으로 방출시키는 복수의 노즐, 상기 노즐 하부에 설치되는 여과물질층, 상기 여과물질층 하부에 설치되는 처리수 배출배관, 상부의 부유물 배출배관을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수처리 장치가 개시된다.

본 발명에 따르면 수처리 용기 내에서의 복수 개의 노즐의 방출 방향을 달리하여 가압수의 기포의 상승 속도 및 방출수 흐름을 조절함으로써 기포에 의한 처리대상 물 내의 부유물 포집 효율을 높일 수 있다.

Description

수처리장치{apparatus for waste water treatment}

본 발명은 수처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중수도나 하수도의 오염된 물을 처리하는 수처리 장치에 관한 것이다.

물은 인간의 생존과 생활에 불가결한 요소이며, 수처리는 인간에게 양질의 물을 공급하기 위해, 혹은 인간이 사용한 물이 환경을 오염시키는 것을 효율적으로 방지하기 위해 사용된다.

수처리에는 여러가지 형태가 있으나, 대상에 따라 상수를 제공하기 위한 상수처리와 중, 하수를 처리하기 위한 중, 하수처리, 특별히 오염된 폐수를 처리하기 위한 폐수 처리를 구분할 수 있다. 또한, 수처리 공정에 따라 침전, 여과, 부상분리 등의 여러 가지 방법을 사용할 수 있다. 실제의 수처리는 처리 효율을 높이기 위해 이러한 여러 가지 방법을 조합하여 이루어지는 경우가 많다.

부상분리공정과 포기공정에서는 송풍기(Blower)를 이용하여 처리대상 물에 압축공기를 주입하여 생성된 기포로 처리대상 물 내의 오염원 입자를 포집하거나 용존산소로 유기물을 분해하거나 질산화시키게 된다. 이때 이들 공정에서 중요한 인자로 기포의 크기와 부상 속도 등을 들 수 있다.

기포의 크기가 작으면 작을수록 부상분리공정에서의 유기성 입자 포집효율이 증가한다. 따라서 이 두 공정의 효율을 향상시키기 위해서는 기포의 크기를 작게 함이 필요하다.

여과는 여과층을 이루는 입자의 사이에 있는 공극을 이용하거나 여과막에 있는 미세 다공, 화학적 친화도 등를 이용하여 처리대상 물을 정수하는 방법이다. 하수 처리에서도 이런 여과방법을 사용할 수 있지만 처리대상 물 가운데 오염물이 많으면 여과층이 쉽게 오염되어 효율이 나빠질 수 있고, 여과층을 빈번히 교체해야 하므로 여과에서 모래와 같은 입자층이나 막 대신에 거름망(strainer)를 사용하는 경우가 많다.

한편, 수처리에 있어서 구체적 수처리 공정들을 조합하여 사용할 경우에는 하나의 수처리 단계가 다른 단계와 협력할 수 있거나, 적어도 하나의 수처리 공정이 다른 수처리 공정을 방해하지 않도록 하는 것이 필요하다.

또한, 수처리 공정은 넓은 공간과 시설을 필요로하는 경우가 많고, 수처리 공간을 줄이기 위해서는 설비와 비용이 증가할 수 있다. 따라서, 다량의 수처리를 집약된 공간에서 효율적으로 실시할 수 있는 수처리 장치가 요청되고 있다.

본 발명은 하수처리나 중수처리와 같은 수처리를 실시하는 장치를 형성함에 있어서 공간을 절약하면서 상대적으로 다량의 처리대상 물을 적은 비용과 짧은 시간에 처리할 수 있는 수처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수처리 장치는, 수처리 공간을 이루는 수처리 용기, 처리대상 물을 가압과 공기 공급을 통해 공기가 용존된 상태로 상기 수처리 용기 내부로 공급하는 가압수 공급장치, 가압수 공급장치에서 공급되는 처리대상 물을 받아 상기 수처리 용기 내에서 서로 다른 방향으로 방출시키는 복수의 노즐, 상기 노즐 하부에 설치되는 여과물질층, 상기 여과물질층 하부에 설치되는 처리수 배출배관, 상부의 부유물 배출배관을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명 장치의 수처리 용기 내에서 노즐은 위에서 아래로 가압수를 방출하는 하향노즐과 아래에서 위로 가압수를 방출하는 상향노즐을 구비하고, 하향노즐의 하부에는 가압수의 하향이동을 차단하는 차폐물이 설치될 수 있다.

본 발명 장치에서 하향노즐은 위쪽이 개방된 용기 형태의 유속저감내통 내부에 설치되며, 상향노즐은 유속저감내통 외측에 위쪽을 향해 개방된 복수의 노즐 구멍을 구비하도록 설치되는 것일 수 있다.

본 발명 장치에서 수처리 용기에는 여과물질층 아래쪽에서 역세라인이 연결 설치되고, 여과물질층 상부에는 찌꺼기 배출라인이 연결 설치될 수 있다.

여과물질층은 안스라사이트(anthracite)층을 포함하며, 처처리 용기 내에서 여과물질층 상단과 하단에는 여과물질층의 위치를 제한하는 스트레이너가 설치될 수 있다. 여과물질층 위치를 제한하기 위해 스트레이너의 구멍 크기는 여과물질층을 이루는 입자들의 직경보다 작게 하는 것이 적합하다. 여과물질층의 측면을 감싸는 수처리 용기 벽체에는 개폐용 맨홀이 구비될 수 있다.

본 발명 장치에서 가압수 공급장치는 처리대상 물을 공급하는 배관, 배관 일부에 약품을 투입할 수 있도록 설치되는 투입구, 배관 일부에 공기를 투입할 수 있도록 설치되는 투입구, 배관 중에 설치되는 가압다단펌프를 구비하여 이루어질 수 있다.

본 발명에 따르면, 수처리 용기 내에서의 복수 개의 노즐의 방출 방향을 달리하여 가압수의 기포의 상승 속도 및 방출수 흐름을 조절함으로써 기포에 의한 처리대상 물 내의 부유물 포집 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 노즐에서 방출되는 물의 흐름에 의한 압력의 영향으로 기포에 포집될 부유물이 노즐 하부의 여과물질층에 부착되고 쌓여 여과효율 저하시키는 현상을 방지할 수 있다.

이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도1은 본 발명에 따른 수처리장치의 일 실시예를 나타내는 구성도이다.

도1는 본 발명 장치의 기본적인 구성요소를 위주로 본 발명을 개시하고 있다. 본 실시예의 장치는 수처리가 실시되는 공간을 이루는 수처리 용기(21), 처리대상 물을 가압과 공기 공급을 통해 공기가 용존된 상태로 수처리 용기 내부로 공급하는 가압수 공급장치, 가압수 공급장치에서 공급되는 처리대상 물을 받아 수처리 용기 내에서 서로 다른 방향으로 방출시키는 두 개의 노즐, 노즐 하부에 설치되는 여과물질층(27), 여과물질층(27) 하부에 설치되는 처리수 배출배관(295), 수처리 용기 상부의 부유물 배출배관(291)을 구비하여 이루어진다.

수처리 용기 내에서 노즐은 위에서 아래로 가압수를 방출하는 하향노즐(251)과 아래에서 위로 가압수를 방출하는 상향노즐(253)을 구비하고, 하향노즐(251)의 하부에는 가압수의 하향이동을 차단하는 차폐물로서 플레이트(231)가 설치되어 있다.

한편, 가압수 공급장치는 처리대상 물을 공급하는 처리대상수 공급배관(11), 처리대상수 공급배관(11) 일부에 공기를 투입할 수 있도록 설치되는 공기투입배관(13), 처리대상수 공급배관(11) 중에 설치되는 가압다단펌프(15)를 구비하며, 공기투입배관(13)은 송풍기(133)과 연결되고, 중간에 투입 조절을 위한 공기조절밸브(131)가 설치되어 있다. 수처리 용기(21)는 상하방향으로 길게 형성되어 있고,

이런 수처리 장치에서 수처리가 이루어지는 과정을 살펴보면, 먼저 처리대상 수 공급배관(11)을 통해 처리대상수가 유입되면 처리대상수 공급배관(11)의 경로상에서 송풍기(133)가 공기 공급배관을 통해 공기를 공급한다. 이렇게 유입된 공기는 역시 처리대상수 공급배관(11)의 경로상에 있는 가압다단펌프(15)에서 가압을 통해 추리대상수에 일부가 용존되어 수처리 용기(21) 내로 투입된다. 수처리 용기(21) 내에서 공기가 용존된 처리대상수는 노즐을 통해 방출된다. 계속적인 정상 운용 상태에서 수치리 용기의 대부분의 공간은 물이 채워져 있고, 노즐도 물이 채워진 공간에 설치되어 가압상태로 공기가 용존된 가압수는 수처리 용기에 채워진 물 속으로 방출된다.

수처리 용기 내의 압력은 가압다단펌프에서 가압된 가압수의 압력보다 낮은 상태가 되어 가압수의 용존공기 상당부분은 기포상태로 발생하여 비중차이에 의해 물 속에서 부양되면서 수처리 용기의 상단으로 이동한다. 이 과정에서 기포는 물 속의 부유물질을 포집하여 용기의 상부에 모여 거품층으로 존재하게 되고, 가압수의 유입에 따라 압력이 높은 수처리 용기에서 압력이 낮은 외부로 압력차에 의해 부유물 배출배관(291)을 통해 밀려나가게 된다.

한편, 거품층의 기포에 포함되는 공기와 기포에 포집된 부유물을 제외한 물과 물에 포함된 이물질은 비중차에 의해 기포와 반대로 수처리 용기의 하부에 위치하면서 수처리 용기 내부의 압력이 외부보다 높으므로 아래쪽으로 이동하면서 처리수 배출배관(295)을 통해 외부로 밀려나가게 된다. 이 과정에서 이물질을 포함한 물은 여과물질층(27)을 통과하면서 이물질은 여과물질층에 남게되고, 여과된 처리수만 처리수 배출배관(295)을 통해 외부로 밀려나가게 된다. 여과물질층은 안스라 사이트(anthracite)와 같이 다공에 의한 이물질 흡착능력이 우수하고, 사용 기간을 늘릴 수 있는 여과물질을 사용하는 것이 바람직하다. 여과물질층이 오염된 경우에 이를 교체하기 위해 처리수 용기의 여과물질층의 측면을 감싸는 일부분에 맨홀(211)을 형성할 수 있다.

상향노즐(253)을 통해 방출되는 가압수는 처리수 용기 위쪽을 향한 흐름을 이루고, 또한 압력이 줄어들면서 공기가 용존된 가압수에서 기포가 발생한다. 상향노즐에서 위쪽으로 압력을 가지고 방출된 가압수는 위쪽의 플레이트(231)에 부딪혀 노즐에서 방출되는 압력에 의한 상승력은 줄어들지만 가압수가 처리수 용기에 넓게 퍼저 상향하게 된다. 이로써, 기포는 방출수의 상향 흐름의 영향을 벗어나 천천히 자신의 상승력에 의해 상승하면서, 처리수 용기에 있는 물속 부유물과 공간상으로 고르게 접할 수 있는 기회를 가지며, 포집효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 발생한 기포의 상승에 의한 영향으로 위쪽을 향한 흐름은 지속된다.

하향노즐(251)을 통해 방출되는 가압수는 일단 처리수 용기 아래쪽을 향한 흐름을 이루고, 압력이 줄어들면서 공기가 용존된 가압수에서 기포가 발생한다. 하향노즐에서 아래쪽으로 압력을 가지고 방출된 가압수는 아래쪽의 플레이트(231)에 부딪혀 노즐에서 방출되는 압력에 의한 하강력은 줄어들고, 미약하지만 반발력으로 가압수가 처리수 용기 위쪽으로 상향하게 된다. 또한, 발생한 기포의 상승에 의한 영향으로 위쪽을 향한 흐름이 이루어진다. 따라서, 기포는 방출수의 흐름의 영향을 벗어나 천천히 자신의 상승력에 의해 상승하면서 포집효율을 향상시킬 수 있다.

본 실시예에서는 플레이트(231)가 있는 경우를 예시하고 있으나, 하향노즐(251)과 상향노즐(253)을 통해 방출되는 가압수의 양이나 분사력을 조절하여 플레이트(231)가 없이도 방출압력을 상쇄하고, 노즐에서 방출된 가압수가 노즐에서 분출되는 힘의 영향을 작게 받으면서 기포가 처리수 용기 내에 고르게 퍼져 상승하도록 하고, 기포의 크기가 조절되고, 기포의 상승속도가 조절되어 부유물 포집의 효과를 높이도록 할 수 있다.

송풍기에 의해 배관에 유입되는 공기의 종류 및 양, 가압다단펌프의 압력, 용기의 크기 및 직경, 높이 비율, 여과물질층의 종류 및 층두께, 부유물 배출배관의 밸브 및 처리수 배출배관의 밸브 조절에 따라 처리수 용기의 거품층과 수층의 높이 비율은 조절될 수 있으며, 부유물 처리 효율도 영향을 받을 수 있다.

도2는 본 발명 수처리 장치의 다른 실시예를 나타내는 구성도이다.

기본적인 구성은 도1의 실시예와 비슷하며, 기본적인 구성 외에 실적용을 위해 추가적인 구성요소를 가지고 있다. 기본적인 구성에 대해서는 이미 도1의 실시예에서 언급되었으므로 이러한 추가적인 구성요소를 위주로 도2의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 처리대상수 공급배관(11)에는 공기 공급배관 외에 약품 공급배관(약품투입구:17)이 더 설치된다. 통상적으로 처리대상수를 처리하기 위해서는 약품을 공급하여 처리대상수 내의 이물질들의 응집이 이루어지도록 하고, 부유물 형태이건 침전물 형태이건 응집된 형태로 이물질을 제거하여 수처리 효율을 높일 수 있다.

처리대상수 공급배관(11)에서 가압다단펌프(15) 후단에는 수처리 용기(21) 내에 유입되는 가압수의 압력을 조절하기 위해 가압수 일부를 누출시키는 유량조절배관(19)과 처리대상수 공급배관 조절밸브(111)가 더 설치되어 있다.

처리대상수를 수처리 용기(21) 내에서 방출하는 상향 노즐(255)은 원주 형태로 이루어지고, 원주에는 상향으로 다수의 노즐구멍이 형성되어 있다. 이러한 좁은 노즐구멍에 의해 물 속에서 가압수에 의한 기포 형성이 촉진될 수 있다. 상향노즐(255)로 방출되는 물의 양을 하향노즐을 통하는 물의 양보다 7:3 정도로 작게하면 상향 방출되는 가압수의 절대량이 작아져 방출된 가압수는 주변 물의 저항을 받아 상승속도가 급격히 작아진다. 따라서 가압수에서 생긴 기포가 부유물을 충분히 포집하지 못하고 거품층으로 가는 문제가 줄어든다. 또한 노즐이 원주 형태로 이루어져 별도의 수단 없이도 방출되는 가압수가 수처리 용기 내에서 중앙에 집중되지 않고 넓게 퍼져 방출되고, 기포도 넓게 퍼져 상승하면서 수처리 용기 내의 보다 많은 공간에서 부유물을 포집할 수 있게 된다.

하향 노즐은 처리수 용기 내에 위쪽이 개방되고, 물 속에 잠긴 별도의 유속저감용 내통(23) 내에 설치된다. 따라서, 하향노즐(251)은 유속저감용 내통(23) 속에서 하방으로 가압수를 방출하고, 방출된 가압수는 내통 속에서 바닥에 부딪혀 큰 상승압력 없이 내통을 따라 서서히 상승하고, 내통을 벗어나면 처리수 용기 속에서 퍼지면서 계속 상승하게 된다. 발생된 기포는 상승하는 물의 흐름 속에서 자체의 비중에 의해 서서히 상승하면서 약품에 의해 응집되어 덩어리가 커진 채로 물속을 부유하는 비교적 비중이 낮은 이물질 덩어리를 포집하여 거품층으로 들어가게 된다.

처리수 용기는 통상적으로 높이가 직경에 비해 2배 이상으로 상하로 길게 형성된다. 유입되는 물과 공기가 일정 비율을 이루므로 용기 내에서도 통상적으로 공기가 중심이 되는 거품층의 높이와 수층의 높이는 대략 일정한 비율을 유지하게 되며, 송풍기에 의해 불어넣는 공기의 양, 가압다단펌프의 압력, 처리대상수의 성질, 노즐의 위치에 따라서도 거품층과 수층의 높이 비율은 조절될 수 있다.

수층의 높이가 너무 낮고, 거품층이 차지하는 높이가 너무 크면 수처리 양이 줄어들고, 기포가 이동하는 거리가 작아져 부유물 포집 효율이 작아질 수 있으므로 거품층이 차지하는 높이는 작게하되, 부유물 배출배관(291)으로 물이 넘쳐나오는 현상은 일어나지 않도록 조절한다.

처리수 용기의 내부 압력은 처리수 용기 내의 상태를 알려주는 좋은 지표가 되므로 초리수 용기에는 거품층 영역에 압력계(213)가 설치되어 있으며, 압력이 너무 높을 경우의 문제에 대비하기 위해 처리수 용기에 일정 이상 압력에서 내용물(공기)을 방출시킬 수 있는 안전변(safety vent:215)을 설치한다.

여과물질층(27)은 처리수 용기(21) 내에 하단의 일정 공간을 남기도록 설치된다. 여과물질층은 안스라사이드층(273), 모래층 등으로 이루어질 수 있고, 이들 층을 용기의 일정 부분에 한정, 유지시키기 위해 여과물질층의 상, 하단에는 거름망(strainer : 271)을 설치한다. 거름망은 금속판에 미세한 구멍을 형성하여 이루어질 수 있으며, 구멍은 여과물질층을 이루는 입자들이 빠져나가지 않도록 입자의 크기를 고려하여 형성할 수 있다.

가압수가 노즐에서 방출되면 물 속에 있는 이물질 응집물 가운데 비중이 큰 무거운 것은 침전물을 이루어 스트레이너와 여과물질층에 걸러지게 되고, 부유물 가운데 기포에 포집되지 않은 것도 물의 하향하는 흐름을 타고 내려와 여과물질층(27)을 거치면서 여과물질층(27)에 부착될 수 있다.

여과물질층에 너무 많은 이물질 응집물이 부착되거나 쌓이면 여과물질층을 통과하는 물의 양이 줄어들고, 수처리 효율이 떨어질 수 있다. 그러나 그때마다 여과물질층을 교체하는 것은 교체 비용이 너무 많이 들어가게 되는 문제가 있다.

따라서, 여과물질층을 정화하여 다시 사용할 수 있는 범위 내에서는 교체에 갈음하여 역세 공정을 실시하는 것이 바람직하다. 역세 공정은 수처리 용기(21) 내의 여과물질층 아래쪽에 역세용 배관(33)을 설치하고, 정수된 물이나 처리대상수 일부를 유입시켜 물이 통상의 공정과 달리 여과물질층 아래에서 위로 역으로 지나가도록 한다. 이때, 여과물질층이나 스트레이너에 걸려있던 응집물은 물의 흐름을 따라 여과물질층 위쪽 공간으로 이동하고, 여과물질층 위쪽 인접한 위치에 형성된 찌꺼기 배출배관(31)을 통해 역세용으로 유입된 물과 함께 제거될 수 있다. 여기서 찌꺼기 배출배관(31)은 흐름의 후방에서 부유물 배출배관과 통합되어 있다.

한편, 수처리 용기 하단에는 드레인 라인(37)이 설치되어 있다. 드레인 라인은 처리수 배출배관(295)이 설치된 공간에서 수처리 용기 바닥에 침전된 이물질 등을 처리수 용기(21)에서 배출시키기 위한 배관이다. 본 실시예에서 드레인 라인은 역세용 배관(33)과도 연결되지만 반드시 연결될 필요는 없다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백 한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

도1은 본 발명에 따른 수처리 장치의 일 실시예를 나타내는 구성도,

도2는 본 발명에 따른 수처리 장치의 다른 실시예를 나타내는 구성도이다.

Claims (6)

1. 수처리 공간을 이루는 수처리 용기, 처리대상 물을 가압과 공기 공급을 통해 공기가 용존된 상태로 상기 수처리 용기 내부로 공급하는 가압수 공급장치, 상기 가압수 공급장치에서 공급되는 처리대상 물을 받아 상기 수처리 용기 내에서 서로 다른 방향으로 방출시키는 복수의 노즐, 상기 노즐 하부에 설치되는 여과물질층, 상기 여과물질층 아래에서 상기 수처리 용기에 연결되는 처리수 배출배관, 상기 수처리 용기의 상부에 설치되는 부유물 배출배관을 구비하며,

   상기 가압수 공급장치는 처리대상 물을 공급하는 처리대상수 공급배관,

   상기 처리대상수 공급배관 일부에 약품을 투입할 수 있도록 설치되는 약품투입구,

   상기 처리대상수 공급배관 일부에 공기를 투입할 수 있도록 설치되는 공기투입구,

   상기 처리대상수 공급배관 중에 설치되어 공기가 투입된 처리대상수를 가압할 수 있는 가압다단펌프를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가압부상여과형 수처리 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 수처리 용기 내에서 상기 노즐은 위에서 아래로 가압수를 방출하는 하향노즐과 아래에서 위로 가압수를 방출하는 상향노즐을 구비하여 이루어지고,

   상기 하향노즐의 하부에는 가압수의 하향이동을 차단하는 플레이트가 구비되는 것을 특징으로 하는 가압부상여과형 수처리 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 수처리 용기 내에서 상기 노즐은 위에서 아래로 가압수를 방출하는 하향노즐과 아래에서 위로 가압수를 방출하는 상향노즐을 구비하고,

   상기 하향노즐은 상기 수처리 용기 내에 설치되는 상부가 개방된 용기 형태 의 유속저감내통 내부에 설치되며,

   상기 상향노즐은 상기 유속저감내통 외측에 복수의 노즐 구멍이 위를 향해 분산 설치된 원주 형태로 설치됨을 특징으로 하는 가압부상여과형 수처리 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 수처리 용기에는 상기 여과물질층 하부에 역세용 배관이 설치되고,

   상기 여과물질층 상부에 찌꺼기 배출배관이 설치되는 것을 특징으로 하는 가압부상여과형 수처리 장치.
5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 여과물질층은 안스라사이트(anthracite)층을 포함하며,

   상기 수처리 용기 내에서 상기 여과물질층의 상단과 하단에는 상기 여과물질층의 상기 수처리 용기 내에서의 위치를 제한하는 스트레이너(strainer:거름망)가 구비되고,

   상기 여과물질층을 감싸는 상기 수처리 용기 벽체에는 개폐용 맨홀이 구비되는 것을 특징으로 하는 가압부상여과형 수처리 장치.
6. 삭제

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