KR100951710B1 - 인 제거 기능이 강화된 하폐수 처리시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방류수 수질기준 강화에 발마추어 인 제거 기능을 강화한 하폐수 처리시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무기 또는 유기, 또는 이들 유무기 응집제를 혼합하여 처리수의 방류 전에 다시 한 번 더 인을 확실하게 제거하고, 특히 철이온이 함유된 응집제를 이용하여 인산이온 응집체(floc)를 강화하여 여과기에서의 여과에 문제가 없도록 하고, 또 이와 함께 생물반응조에 무기응집제를 투입하여 잉여슬러지를 통해 인이 최대한 외부로 반출되도록 하는 운전이 가능한 하폐수 처리시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 인 제거 기능이 강화된 하폐수 처리시스템은 방류수 저장조; 상기 방류수 저장조와 연결된 흡착반응조; 상기 흡착반응조와 연결된 응집제 공급조; 및 상기 흡착반응조를 거친 방류수 내의 인산이온 응집체를 필터링하는 여과기;를 포함하여 이루어진다.

Description

인 제거 기능이 강화된 하폐수 처리시스템{WATER TREATMENT SYSTEM FOR REMOVAL OF PHOSPHORUS}

본 발명은 방류수 수질기준 강화에 발마추어 인 제거 기능을 강화한 하폐수 처리시스템에 관한 것으로,

보다 상세하게는 무기 또는 유기, 또는 이들 유무기 응집제를 혼합하여 처리수의 방류 전에 다시 한 번 더 인을 확실하게 제거하고, 특히 철이온이 함유된 응집제를 이용하여 인산이온 응집체(floc)를 강화하여 여과기에서의 여과에 문제가 없도록 하고, 또 이와 함께 생물반응조에 무기응집제를 투입하여 잉여슬러지를 통해 인이 최대한 외부로 반출되도록 하는 운전이 가능한 하폐수 처리시스템에 관한 것이다.

하천에 유입되는 영양염류(질소, 인)의 과잉으로 인해 조류의 발생 및 부영양화가 진행되어 하천수계를 오염시키고 물의 이용을 저해하며 정수처리비용증가 등 악영향을 미치고 있다.

현재의 하수처리기술은 고도처리공법의 개발 및 도입에 따라 인방출 및 과잉흡수가 가능하여 수질기준인 방류수 중 인의 함유량 2.0㎎/ℓ 수준을 안정적으로 유지하고 있다.

그러나 종래의 기술로는 방류수 중 인의 함유량을 0.2~0.5㎎/ℓ까지 유지하기 어렵다.

종래 대부분의 인 처리기술은 무기응집제를 투입하여 응집처리후 여과 또는 급속침전(가압부상)을 통하여 처리되는 공정을 활용하고 있다. 여기서 여과 또는 침전 제거된 슬러지는 인의 함량이 대단히 높은데 대부분 유량조정조 및 생물반응조로 반송하므로써 일시적으로 인의 방류수질은 낮게 할 수는 있으나 생물학적 처리 공정 내에서 인이 점차 농축되면 점차 방류농도가 높아지는 한계를 가진다.

현 관련법에서 방류수 수질기준을 정해 방류수 중 함량을 기준으로 질소 20㎎/ℓ, 인 2㎎/ℓ로 제한하고 있는데,

향후에는 부영양화를 보다 완벽하게 억제하고 하천의 수질개선 효율을 높이기 위하여 하천으로의 영양염류(질소, 인) 유입 제한이 강화되는 것은 필연이며,

인 방출 기준과 관련하여 대한민국에서는 2012년부터 인의 방류수 함량이 0.2~0.5㎎/ℓ로 강화된 기준이 적용될 예정이고, 향후 더 강화되는 수질 강화기준까지 충족하기 위해서는 더 낮은 방류수 중 인 함량(예: 0.03㎎/ℓ) 달성이 가능한 기술개발이 필요하다.

이에 본 발명은 영양염류 중 특히 인의 방류수 중 함량을 획기적으로 낮출 수 있는 기술을 제시하기 위하여 제안된 것이다.

본 발명은 생물반응조 및 침전조 등을 거친 처리수의 방류 전 응집제를 통하여 인 제거 기능을 강화한 하폐수 처리시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또 본 발명은 응집제 공급조에서 공급되는 응집제에는 철이온이 함유된 응집제가 포함되어 있어 인산이온 응집체를 강화할 수 있으므로, 이후 여과기에서의 인산이온 응집체(floc) 필터링에 문제가 없도록 한 하폐수 처리시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

나아가 본 발명은 흡착반응조에 철이온 친화적인 흡착체가 충진되어 있어 잔존 인산이온을 응집하고 인산이온 응집체을 더욱 단단하게 하여 여과기에서의 필터링 효율을 높일 수 있는 하폐수 처리시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

아울러 본 발명은 흡착반응조로 유입되기 전에 펌프의 회전력에 의하여 방류수에 응집제가 급속 혼합된 후 토출배관과 라인믹서를 통하여 완속 교반하여 인산이온 응집체(floc)를 형성하고, 이후 흡착반응조에서 보다 크고 단단한 인산이온 응집체를 형성하며, 흡착반응조에서는 안정화된 교반을 위하여 산기장치를 활용한 하폐수 처리시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 인 제거 기능이 강화된 하폐수 처리시스템은

방류수 저장조;

상기 방류수 저장조와 연결된 흡착반응조;

상기 흡착반응조와 연결된 응집제 공급조; 및

상기 흡착반응조를 거친 방류수 내의 인산이온 응집체를 필터링하는 여과기;

를 포함하여 이루어진다.

또 본 발명에 따른 인 제거 기능이 강화된 하폐수 처리시스템은

상기 응집제 공급조에서 공급되는 응집제에는 철이온이 함유된 응집제가 포함되어 있어 인산이온 응집체를 강화시킬 수 있고,

상기 흡착반응조에는 철이온 친화적인 흡착체가 충진되어 있으며,

상기 흡착반응조에는 지면 고정체, 상기 고정체 상부에 위치한 산기관, 상기 고정체와 상기 산기관을 잇는 연결수단을 포함하는 교반용 산기장치가 구비되어 있는 것이 바람직하다.

나아가 본 발명에 따른 인 제거 기능이 강화된 하폐수 처리시스템에서

상기 방류수 저장조 내에는 수중 공급펌프가 내장되고, 상기 응집제 공급조와 연결되어 응집제를 분사하는 노즐은 상기 공급펌프의 흡입구 주변부에 배열되어 있으며,

상기 공급펌프와 상기 흡착반응조를 연결하는 배관에는 반송라인이 분기 되어 있어, 펌핑되는 방류수 중 일부는 반송라인을 통하여 다시 저장조로 유입되고,

상기 저장조에는 교반용 산기장치가 구비되어 있으며,

상기 방류수 저장조 전단에는 생물반응조가 구비되고, 상기 생물반응조에는 상기 응집제 공급조와 연결되어 응집제를 분사하는 노즐이 구비되어 있으며, 상기 생물반응조에는 수중 교반기가 내장되어 있으며, 상기 노즐은 상기 수중 교반기의 교반날개 후방에 배열되어 있고,

상기 여과기는 여과기 역세수를 농축 처리하는 농축기와 연결되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 인 제거 기능이 강화된 하폐수 처리시스템은 생물반응조 및 침전조 등을 거친 처리수의 방류 전 응집제를 통하여 인 제거 기능을 강화하고, 또 응집제 공급조에서 공급되는 응집제에는 철이온이 함유된 응집제가 포함되어 있어 인산이온 응집체를 강화할 수 있으므로, 이후 여과기에서의 인산이온 응집체(floc) 필터링에 문제가 없으며, 나아가 흡착반응조에 철이온 친화적인 흡착체가 충진되어 있어 잔존 인산이온을 응집하고 인산이온 응집체을 더욱 단단하게 하여 여과기에서의 필터링 효율을 높일 수 있고, 아울러 흡착반응조로 유입되기 전에 펌프의 회전력에 의하여 방류수에 응집제가 급속 혼합된 후 토출배관과 라인믹서를 통하여 완속 교반하여 인산이온 응집체(floc)를 형성하고, 이후 흡착반응조에서 보다 크고 단단한 인산이온 응집체를 형성하며, 흡착반응조에서는 안정화된 교반을 위하여 산기장치를 활용할 수 있고, 결국 본 발명은 영양염류 중 특히 인의 방류수 중 함량을 획기적으로 낮출 수 있는 기술을 제시하여 대한민국에서 2012년부터 적용되는 인의 방류수 함량 0.2~0. 5㎎/ℓ 기준 충족은 물론, 이를 뛰어넘어 더 낮은 방류수 중 인 함량(예: 0.03㎎/ℓ) 달성이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 인 제거 기능이 강화된 하폐수 처리시스템의 공정블록도.
도 2는 흡착반응조에 적용되는 산기장치의 개략도.
도 3은 변형된 산기장치에 대한 개략도.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

먼저 도 1에 도시된 바와 같이, 인 제거 기능이 강화된 하폐수 처리시스템은 크게 방류수 저장조(110), 상기 방류수 저장조와 연결된 흡착반응조(120), 상기 흡착반응조와 연결된 응집제 공급조(130), 상기 흡착반응조를 거친 방류수 내의 인산이온 응집체를 필터링하는 여과기(140)를 포함하여 이루어진다. 그 외 처리수의 최종 방류 전 소독을 위한 소독기(150)와 상기 여과기의 필터 역세척수 처리를 위한 농축기(160)가 더 구비될 수 있다.

본 명세서에서 '처리수'는 하수, 오수, 폐수 등 수질개선을 위하여 수처리 시스템으로 유입되는 원수 및 수처리 공정 중에 있는 물을 포괄적으로 지칭하는 의미이며, 이에 비하여 '방류수'는 통상적인 후단 수처리 공정에서 소독기를 거치기 직전 및 이후의 처리수, 특히 최종침전조 이후에 집중된 본 발명의 수처리 시스템을 거치는 처리수를 의미한다.

또 본 명세서에서 '방류수 저장조'는 도 1에 도시된 바와 같이 최종 침전조(T4) 이후에 별도로 구비된 탱크만에 국한된 의미 뿐 아니라 흡착반응조로 유입되는 방류수의 유량 보장을 위한 임의의 탱크를 의미하는 것으로, 기존 수처리공정에서의 각종 반응조 등의 탱크일 수 있고, 일례로 최종 침전조(T4) 자체일 수도 있으므로, 도 1과 그 어의에 의하여 본 발명의 보호범위를 과도하게 제한 해석하여서는 아니 된다.

나아가 본 명세서에서 '인산이온 응집체'는 좀 더 포괄적으로 슬러지 플록을 의미하나, 본 발명의 강화된 인 제거 기능을 강조하기 위하여 선택된 용어로, 엄격하게 인 함량 기준에 따라 지칭한 것은 아니다.

최상의 인 처리를 위해서는 우선 기존의 고도처리공정에서 도입된 인방출 및 과잉흡수과정을 최적으로 운영하여 잉여슬러지를 통해 인이 최대한 외부로 반출되도록 하여야 한다. 따라서 응집제공급조(130), 특히 무기응집제(알륨(aluminium sulfate), PAC, 소석회 등)를 제공하는 제1공급조(130A)에 저장된 무기응집제를 수처리 전단 공정에 해당하는 생물반응조(T2)에 적정량을 투입하여 응집 제거되도록 하는 것이 바람직하다.

이를 위하여 도 1에 도시된 바와 같이, 무기응집제는 제1공급조(130A)에서 정량펌프(P1)를 통하여 생물반응조(T2), 예를 들어 무산소조(T2a)로 공급되어 인의 응집 제거에 일조한다. 또 인접 배열된 포기조(T2b)에는 무산소조(T2a)로의 반송을 위한 반송펌프(미지칭됨)와 반송라인(L2)이 구비되어 있으며, 산기장치, 특히 도 2 및 도 3과 관련하여 상술하는 본 발명의 특징 중 하나인 산기장치(A)가 구비되어 있다.

무엇보다도 상기 무산소조(T2a)로 무기응집제를 공급하는 경우에는 도 1 좌측 확대된 원 내에 도시된 바와 같이, 수중 교반기(S)의 교반날개(S2) 근처, 특히 후방에 무기응집제 분사 노즐(N)을 배열하여 교반효율을 높이는 것이 바람직하다.

보다 구체적으로 상기 노즐(N)은 교반기(S)의 모터(S1) 하우징 외주면을 따라 다수 개 배열되고, 각 노즐(N)은 후술하는 바와 같이 역류방지 기능을 위한 탄지 개폐볼(N4)을 구비한 형태를 갖는다.

또 상기 교반기(S)는 관절(S3)(모터(S1) 후단에 구비된 구조로 도시되어 있으나, 다양한 관절형태 도입 가능)을 갖고 무산소조(T2a) 상부까지 와이어(W)로 연결되어 있어, 무산소조(T2a) 외부에서 와이어(W)를 당길 경우 교반날개(S2)가 상승하고, 와이어를 풀 경우에는 자중에 의하여 교반날개가 하강하므로, 필요에 따라 교반 방향을 조절할 수 있다.

다음으로 기본적으로 본 발명에 따른 하폐수 처리시스템에서의 인 제거 기능의 강화 방안은 최종침전조(T4)의 처리수를 통하여 유출되는 인을 응집제, 특히 무기응집제(알륨, pac, 소석회 등)를 투입하여 응집 처리 후 여과기에서 필터링 하여 처리한다는 개념이다. 여기서 응집제의 투여방법 및 투입위치, 반응시간 등 장비의 구성이 차별화된다.

최종침전지(T4)를 거친 처리수는 방류수 저장조(110)(5~10분)에 저장되었다가 이후 공정으로 공급되는데,

먼저 저장조(110) 내에는 수중 공급펌프(P2)가 내장되어 있고,

하부 우측 확대된 원 내에서 확인할 수 있는 바와 같이, 응집제공급조(130), 특히 무기응집제용 제1공급조(130A)에서

(상기 제1공급조(130A)에는 무기응집제를 섞기 위하여 모터(131A)에 의하여 선회되는 교반기(131)가 구비되어 있다.)

정량펌프(P1)를 통하여 공급되는 무기응집제는

수중 공급펌프(P2)의 흡입구(P2a) 주변부에 복수의 분사노즐(N)을 통하여 분사되므로, 펌프의 교반력에 의하여 보다 완벽하게 방류수와 혼합되어 이후 공정을 진행할 수 있도록 되어 있다.

이와 같이 방류수에 혼합된 무기응집제는 공급펌프(P2)의 회전력에 의하여 급속 혼합되어 가능한 방류수에 빠르고 완벽하게 혼합되는데,

상기 공급펌프와 상기 흡착반응조를 연결하는 배관에는 반송라인(L1)이 분기 되어 있어, 펌핑되는 방류수 중 일부(예: 공급수량의 20~60%)는 반송라인(L1)을 통하여 다시 저장조(110)로 유입된 후 교반기, 특히 도 2 및 도 3과 관련하여 후술하는 교반용 산기장치(A)의 의하여 보다 완벽하게 혼합될 수 있다. 상기 반송라인(L1)에는 유량조절 밸브가 별도로 구비되어 있는 것이 바람직하다.

응집제 등 약품의 투입은 투입초기에 급속 교반하여 확산되도록 한 다음 완속 교반으로 응집체를 형성하도록 하는 것이 효과적이므로,

상기 저장조(110)에서 응집제, 특히 무기응집제와 혼합되어 공급되는 방류수는 이후 상대적으로 확관된 토출배관(M1)을 통과하면서 완속 교반되어 슬러지플록을 형성한다.

인처리를 위한 응집제를 단순하게 반응조 등의 탱크 상부에서 뿌려 주거나 배관상에 혼합하는 방식은 방류수와의 교반이 원활하지 않으므로 반응속도가 낮고 응집효과를 저해하며, 이에 따라 과량의 응집제를 사용하므로 비경제적이다.

한편, 상기 무기응집제 분사노즐(N)은 도 1 중간의 확대된 원내에 도시된 바와 같이, 역류방지 기능을 위한 탄지 개폐볼(N4)을 구비하고 있는데,

보다 구체적으로는 조립성 향상을 위하여 응집제 공급관 말단부(N1)에 나사겹합되는 중계체(N2)에 개폐볼(N4)을 수용한 후 코일스프링(N5)을 개재한 상태로 개구된 마개(N3)를 역시 나사결합하는 방식으로 조립된다.

응집제가 정량펌프(P1)에 의하여 가압 공급되면 개폐볼(N4)은 코일스프링(N5)을 수축시키면서 후퇴하여 유로를 개방하고, 펌프(P1)가 정지하면 코일스프링(N5)이 팽창하면서 개폐볼(N4)을 전진시켜 유로를 폐쇄하게 된다.

도 1 중간의 확대된 원 내에 도시된 복수의 노즐(N) 배열형태는 이해의 편의를 위하여 정면도의 특성상 수직 방향으로 일정 간격을 유지하면 배열된 것으로 도시되어 있으나, 실제로는 펌프(P2)의 흡입구(P2a)를 따라 수평으로 원형을 이루며 배열된 형태에 가깝다.

또 완속 교반의 효율을 높이기 위해서 상기 토출배관(M1) 후단에는 별도로 라인믹서(M)(line mixer)를 도입할 수 있다.

상기 라인믹서(M)로 방류수가 유입되기 직전에는 철이온이 함유된 응집제가 소량 투입되는 것이 바람직한데, 이는 인산이온 응집체를 강화시키기 위한 것이다. 이를 위하여 응집제공급조(130)는 별도로 제2공급조(130B)를 포함하는 것이 바람직하며, 제2공급조 역시 정량펌프(P1)를 거쳐 응집제를 공급하는데, 라인믹서(M) 전단, 특히 상기 토출배관(M1)을 통하여 혼입되도록 하는 것이 바람직하다. 제2공급조에 저장된 응집제는 철염을 함유한 무기응집제나 기타 유기응집제일 수 있다.

다음으로 흡착반응조(120)에는 철이온과 친화적인 흡착체(121), 예를 들어 조립활성탄이 자유로운 방류수 유출입이 가능한 망상체에 충진되어 구성된 반응기가 구비되어 있어, 이 반응기를 통과하면서 잔존 인산이온을 응집하여 인산이온 응집체(또는 슬러지플록)를 단단하게 할 수 있다.

또 상기 흡착반응조(120)에는 흡착체(121)와의 접촉을 통하여 인산이온 응집체가 원활하게 형성되도록 하면서도 과도한 교반으로 플록이 파괴되는 것을 방지할 수 있도록 하기 위하여 공기를 공급하여 교반이 이루어지도록 교반기를 구성하는 것이 바람직하다.

이를 위하여 본 발명에서는 도 2와 관련하여 후술하는 바와 같이, 에어레이터(50)로부터 공기를 공급받는 산기관(20)을 기본으로 하는 교반용 산기장치(A)를 도입할 수 있다.

인산이온의 응집체 형성을 강화하는 상기 흡착반응조(120)에서 상기 교반용 산기장치(A)는 인산이온 응집체의 탈리를 위해 주기적으로 교반하여 탈리시키는 기능을 하게 된다.

다음으로 흡착반응조(120)를 거친 방류수는 여과기(140)로 유입되어 인산이온 응집체가 여과 처리한다.

상기 여과기(140)에는 특히 충적된 섬유상 필터(141)와 함께 기계식 가압수단(143)을 도입하는 것이 바람직한데, 가압수단을 통하여 필터를 압착하여 공극을 축소함으로써 여과가 이루어지고, 다시 압착을 해제함과 동시에 역세척수 및 교반용 공기를 공급하여 슬러지플록을 탈리시키는 방식으로 작동될 수 있다.

이 여과기(140)를 거친 방류수는 소독기(150), 특히 UV램프(151)를 구비한 소독기(150)를 통하여 소독처리 후 최종 방류한다.

또 상기 여과기(140)에서 제거된 인산이온 응집체는 여과기 필터를 위한 역세척수와 함께 역세척수 농축기(160)를 통하여 더욱 농축된 후, 슬러지저류조(T3)를 통하여 탈수 처리 후 계 외부로 반출할 수 있고, 필요에 따라 인산이온 응집체가 포함된 농축수는 유량조정조(T1)로 공급될 수 있다.

상기 여농축기(160)는 여과기(140)의 역세수 뿐 아니라 기타 인농도가 비교적 높은 반류수를 농축하는데 사용될 수 있다.

기존 고도처리공법을 이용한 수처리시설은 여과기를 거친 여과수를 대부분 생물학적 반응조로 반송시키거나 슬러지저류조로 투입되어 처리하였는데, 생물반응조로 반송하면 반응조 내에서 인이 계속 농축되어 점차 방류수의 농도가 높아지게 되고, 슬러지저류조로 이송할 경우 슬러지농도가 낮아 저류조 및 슬러지탈수설비의 부하를 가중시키는 결과를 초래하는데 반하여, 본 발명에 따른 하폐수 처리시스템에서는 단계별 처리공정을 통하여 가장 효율적인 인제거 시스템이 유기적으로 운영 관리될 수 있다.

다음으로 도 2 및 도 3과, 도 1에 도시된 바와 같이, 방류수 저장조(110), 생물반응조(T2) 중 포기조(T2b), 흡착반응조(120) 등에 도입되어 최상의 교반조건을 제공하는 고효율 산기장치(A)를 살펴보도록 한다.

상기 산기장치(A) 크게 지면 고정체(10), 산기관(20), 상기 고정체와 상기 산기관을 잇는 연결수단(30)을 포함하여 이루어지고,

필요에 따라 도 3과 관련하여 설명하는 바와 같이, 상기 고정체와 연결수단을 통하여 이어진 산기관(20)을 수중에서 직립시키기 위한 플로트(40)를 더 포함할 수 있다.

본 명세서에서 '지면'이란 흡착반응조를 비롯한 각종 오폐수 처리시설이나 양식장 등의 가공된 바닥이나, 기타 고정체가 위치할 수 있는 바닥을 포괄하는 개념이다.

도 2에서와 같이, 산기관(20)은 트위스터 타입의 산기관이 도시되어 있다. 이러한 트위스터 타입의 산기관은 산기관 개당 통기량이 크고 적용범위가 넓으며, 산기면적이 크며, 유체 흐름간섭이 적고, 개별설치 및 인양점검이 용이하고, 멤브레인디스크와 튜브형 산기관의 장점이 겸비하고 있다.

보다 구체적으로 트위스터 타입 산기관의 특징을 살펴보면 다음과 같다.

종래 산기관 중 멤드레인 디스크 및 멤브레인 봉형 상기관은 미세 타공된 고무판을 지지프레임에 고정한 것으로 고무판 자체의 신축성을 이용하여 공기공급 압력으로 팽창하면 기공이 열리고 공기가 배출되며 공기공급이 없으면 수축하여 기공이 폐쇄되는 구조이며 장기간 팽창 및 수축이 반복되면 고무판의 탄성이 저하되어 공기가 공급되지 않아도 기공이 열린 상태가 되고 기공을 통하여 슬러지 혼합액이 유입되고 공기가 공급되면 기공의 여과작용으로 슬러지가 잔존하면서 산기관이 막히는 구조를 갖는다.

특히 공기 공급관의 압력에 비례하여 팽창하므로 기공이 커지게 되어 기포가 크게 형성되어 산소전달율이 저하될 뿐만 아니라 공기압력에 따라 멤브리인 고무판이 프레임에서 이탈 또는 파손 등 손상되는 사례가 있다.

또 산기관의 설치는 메인공급배관이 수중으로 인입하여 바닥부분에서 가지관으로 분기하고 가지관에 각 산기관을 설치하는 모듈식 구조이므로 부분적인 산기관의 손상이 모듈전체산기관의 손상으로 이어지기 쉽다.

이에 비하여 트위스터 산기관은 통상적으로 고무보다 탄성이 적은 수많은 기공을 가진 호스로 구성되므로 공기배관의 압력에 대한 내구성이 크고 기공의 면적이 고정되어 있으므로 공기공급량이 증가하면 유출되는 공기의 직경은 일정하고 유출 속도만 증가하므로 미세기포가 유지되어 산소전달율이 높다.

또 압력에 대한 내구성이 크므로 적정한 주기를 가지고 공기공급량을 순간적으로 과잉공급하면 기공의 막힘이 해소될 수 있다.

나아가 반응조 상부의 메인공기공급관에서 각각의 산기관마다 분기하여 유동이 가능한 호스를 이용하여 산기관에 공기를 공급하므로 개별설치 및 인양점검이 가능하고 특히 반응조를 배수하지 않고도 점검 및 보수가 가능하다는 장점을 갖는다.

이러한 트위스터 산기관의 특장점을 좀 더 세분화하여 정리하면, 산기관 하부에 슬러지가 퇴적되지 않으며, 산기관이 넓고 하부에서 상부로 개방구조로 수류의 순환을 방해하지 않는다.

또 트위스터 산기관은 인양점검 및 청소가 용이하며, 메인배관에서 포기조 하부까지 산기관별 단독으로 가요성 호스를 이용하여 설치할 수 있고, 반응조를 배수하지 않고 설치 및 인양점검 교체가 가능하며, 산기관의 손상 및 고장이 타 산기관에 영향을 주지 않게 된다.

아울러 일반적인 산기관 설치방식은 수중의 헤더배관에서 2~4개의 분기관이 설치되고 분기관에 산기관이 설치되는 모듈형태로 설치되는데, 이 경우 산기관 1개의 손상이 모듈전체 산기관을 막히게 하는 결과를 초래한다. 이에 비하여 트위스터 산기관은 호스를 이용하여 개별 설치되므로 손상된 산기관이 타산기관에 영향을 주지 않는다.

따라서 이러한 산기관, 특히 트위스터 산기관을 이용한 본 발명의 산기장치(A)는 고효율을 갖게 된다.

다시 도 2을 살펴보면,

도 2 우측에는 변형 구현예의 정면[A] 및 평면[B], 두 개략도가 배열되어 있는데(도 3의 기본 도면과는 연결막대의 형상과 고정체의 형상이 주되게 다르다),

산기관(20)은 다양한 방식으로 제조된 다공성이고 플렉서블한 호스(21)(단순화시켜서 선으로 도시함)를 지지틀(23)에 말아 고정한 것으로,

상기 지지틀(23)은 우측 하부에 개략적인 도시한 바와 같이, 횡단면 형상이 대칭된 '∧'형태가 되도록 절곡한 패널(23A)에, 횡단면 형상이 비대칭 '∧'형태가 되도록 절곡한 패널(23B)을 겹쳐 체결수단, 특히 볼트(23C)를 이용하여 연결막대(31)에 체결 고정한 구조를 갖는다.

각 패널에는 상하부에는 복수의 고정홈(23a)

(필요에 따라 패널 상부에만 또는 하부에만 형성하거나, 패널 측면(도면에서는 좌측 패널 측면에 고정홈이 형성되어 있음)에만 형성하거나 상하부에 형성되는 것과 함께 형성 가능)

이 형성되어 있으며,

이 고정홈(23a)은 초입이 좁고 내측이 넓어 탄성을 갖는 다공성 호스(21)를 눌러 변형한 후 투입하면 복원되어 고정홈(23)을 꽉 채우게 되므로(우측 하부에 별도로 도시한 개략도 참조) 이탈이 방지되며, 트위스팅 된 호스 형상이 유지될 수 있다.

나아가 트위스팅된 상기 다공성 호스(21)의 양단에는 연결구가 구비되어 있어, 입구측 연결구(21a)는 도 3에서와 같이 다양한 에어레이터(50)와 연결관(51)을 통하여 이어져 공기(또는 산소)를 공급받고,

출구측 연결구(21b)는 다른 산기관(20)의 입구측 연결구와 이어져 공기(또는 산소)를 전달하거나, 필요에 따라 단순히 막힌 상태를 유지할 수 있다.

또 상기 연결수단(30)을 이루는 연결막대(31)는 중앙의 기본 도면으로 도시된 구현예와 달리, 횡단면 형상이 대칭된 '∧'형태가 되도록 절곡한 부재를 이용한 것으로 상부에 치우친 위치에 산기관(20)의 지지틀(23)이 고정되며,

하단부는 앵커볼트(31b)를 통하여 고정체(10)에 고정되며,

상단부에는 플로트(40) 및 인양로프와의 연결을 위한 고리(31a)가 장착되어 있다.

지면에 상기 산기관(20)을 고정하는 역할을 하는 고정체는 다양하게 구현될 수 있는데,

예를 들어 7~10kg 정도의 무게추(weight 또는 ballast) 타입으로 도시되어 있고, 콘크리트나 기타 소재로 제조될 수 있다.

또 하천 등의 자연 바닥에 설치하는 경우 무게추의 움직임을 방지하기 위하여 상기 고정체(10)의 하부에는 고정핀(11)을 더 형성할 수 있다. 고정핀의 수는 3~6개, 또는 이를 초과하여(또는 그 미만으로), 필요에 따라 다양하게 선택될 수 있다.

상기 고정체(10)와 상기 산기관(20)을 잇는 연결수단은 단순히 와이어일 수 있다.

또 도 3 중앙의 기본 도면으로 도시된 구현예에서, 상기 연결수단(30)은 경직성을 갖는 연결막대(31)를 포함하여,

지면에 구배를 갖거나 울퉁불퉁한 경우에도 산기관(20)이 직립상태를 유지하도록 할 수 있도록

상기 연결막대(31)와 상기 고정체(10) 사이, 상기 연결막대(31)와 상기 산기관(20) 사이 또는 이들 모두에 구비된 힌지부재(33)를 도입하는 것이 바람직하다.

나아가 상기 힌지부재(33)는 유니버설조인트로 되어 있어 고정체의 위치나 고정형태와 무관하게 산기관의 수평상태를 유지하는 효과를 보다 향상시키도록 되어 있다.

도면에서도 연결막대(31)의 상부 및 하부 모두에, 각각 90도 교차하는 방향으로 굽힘 동작이 가능한 유니버설조인트가 도시되어 있다.

한편, 우측 하부에 도시된 또 다른 변형예에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 고정체(10)는 저면이 평평한 형태인 것이 아니라 구형에 가까운 고정체가 도시되어 있어 울퉁불퉁하거나 경사가 심한 지면에의 적응력을 높일 수 있고,

구형 고정체(10)의 거의 전면에 고정핀(11)이 구비되어 있어 고정력의 최적화를 도모할 수 있고,

연결막대(31)는 힌지부재(33) 하단에 볼조인트(B)가 구비되어 있고, 이 볼조인트(B)는 구형 고정체에 귀된 결합환홈(10g)에 이탈이 방지되는 형태로 결합될 수 있어(볼조인트를 수용하는 홈의 내경은 점선으로 도시함) 구형 고정체가 어느 방향으로 움직이건 산기관의 직립상태가 보장되도록 되어 있다.

또 도 3의 좌측에 도시된 다른 변형예는 고정체의 외면에 분기구(噴氣口)(13)가 하나 또는 복수개 형성되어 있고, 에어레이터(50)로부터 산기관(20)으로 공급된 공기가 다시 연장관(13A)(측벽에 무수한 미세공이 형성된 것이거나 단순히 폐쇄된 호스일 수 있다)을 통하여 분기구(13)로 배출될 수 있다.

상기 분기구(13)는 필요에 따라 고정체(도시된 형상 외에 다양한 형상을 가질 수 있다)의 측면이나 하부, 심지어는 상부에도 도입될 수 있다.

또 에어레이터(50)의 공기는 산기관(20)을 거치지 않고 바로 고정체의 분기구로 공급될 수 있다.

다음으로 상기 플로트(40)(도 3은 정면도 개념으로 도시한 것이나, 플로트는 이해를 돕기 위하여 편의상 사시도로 도시함)는 상광하협(上廣下狹) 형상을 가져 산기관에서 발생되는 기포의 진로를 방해하지 않도록 되어 있다.

도시된 플로트(40)는 역원추형이나, 상승하는 기포나 교반된 퇴적물(또는 슬러지)의 진로만 방해하지 않으면 되므로 타원형이나 다양한 유선형상을 가질 수 있으며, '상광하협(上廣下狹) 형상'은 이러한 개념을 포괄하기 위하여 선택된 용어이다.

또 상기 플로트(40)는 산기관(20)과 단순히 합성수지나 금속 등의 와이어(또는 끈)를 통하여 연결되거나 필요에 따라 경직성 연결부재로 이어질 수 있다.

아울러 상기 플로트(40)는 수중에 위치하며, 상기 플로트와 연결된 부표(41)를 더 도입하여 산기관(20)의 위치확인과 부력 보완이라는 효과를 모두 얻을 수 있도록 구성할 수 있다.

역시 상기 플로트(40)와 상기 부표(41)의 연결은 단순히 합성수지나 금속 등의 와이어(또는 끈)를 통하여 연결되거나 필요에 따라 경직성 연결부재를 통하여 이어질 수 있다.

상기 산기관(20)은 에어레이터(50)와 이어진 연결관을 통하여 공기(또는 산소)를 공급받는다.

본 명세서에서 '에어레이터'는 공기(산소 또는 기타 가스) 저장탱크, 별도의 산소(또는 기타 가스) 생성장치와 연결된 대구경 파이프, 대기를 가압 공급하는 블로어, 기타 에어(공기 또는 산소, 기타 가스)를 일정 압력으로 공급하기 위한 가압펌프를 포괄하는 개념이다.

필요에 따라 산기장치(A)의 인양을 위한 상승은 플로트(40)의 부력을 증가시키는 방식으로 이루어질 수 있다.

또 플로트의 부력만으로 산기장치를 상승시키거나,

인력이나 윈치릴, 기타 기계장치와 함께 플로트의 부력을 사용하여 산기장치를 상승시킬 수있다.

그 구체적인 구현 방식은 도시하지 않았으나 '플로트'의 부력 상승은 도 3에 도시된 수중 플로트(40) 또는 수면 부표(41), 또는 이들 모두를 신축성 주머니로 구성하거나, 이와 함께 또는 별도(경직성 수중 플로트 또는 경직성 수면 부표의 사용과 함께)의 신축성 주머니를 도입하는 방식으로 구현될 수 있으며,

에어레이터로부터 공기(또는 산소나 기타 가스)를 공급받아 각 주머니를 팽창시켜 산기장치(A)의 상승시킬 수 있다. 이 경우 산기장치의 하강 침전은 각종 주머니 내의 가스를 제거함으로써 이루어진다.

이상의 설명에서 응집제 종류 및 기능, 흡착체의 종류 및 특성, 여과기의 역세 과정, 농축기의 원리 및 종류, 산기관이나 에어레이터 등과 관련된 통상의 공지된 기술이나 산기관의 직립(또는 수평유지) 또는 상승을 위한 부력 계산 등에 대한 구체 설명은 생략되어 있으나, 당업자라면 용이하게 이를 추측 및 추론하고 재현할 수 있다.

또 이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구성을 갖는 하폐수 처리시스템을 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

T1: 유량조정조 T2: 생물반응조
T3: 슬러지 저류조 T4: 최종침전조
110: 방류수저장조 120: 흡착반응조
130,130A,130B: 응집제 공급조 131: 교반기
P1,P2: 펌프 140: 여과기
150: 소독기 160: 역세척수 농축기
A: 산기장치 10: 고정체
11: 고정핀 13: 분기구
10R: 레일 20: 산기관
21: 호스 23: 지지틀
30: 연결수단 31: 연결막대
33 힌지부재 40: 플로트
41: 부표 50: 에어레이터

Claims (4)

1. 방류수 저장조;
   상기 방류수 저장조와 연결된 흡착반응조;
   상기 흡착반응조와 연결된 응집제 공급조; 및
   상기 흡착반응조를 거친 방류수 내의 인산이온 응집체를 필터링하는 여과기;
   를 포함하여 이루어지되,
   
   상기 방류수 저장조 내에는 수중 공급펌프가 내장되고,
   상기 응집제 공급조와 연결되어 응집제를 분사하는 노즐은 상기 공급펌프의 흡입구 주변부에 배열되어 있고,
   상기 공급펌프와 상기 흡착반응조를 연결하는 배관에는 반송라인이 분기 되어 있어, 펌핑되는 방류수 중 일부는 반송라인을 통하여 다시 저장조로 유입되며,
   상기 저장조에는 교반용 산기장치가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 인 제거 기능이 강화된 하폐수 처리시스템.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 방류수 저장조 전단에는 생물반응조가 구비되고,
   상기 생물반응조에는 상기 응집제 공급조와 연결되어 응집제를 분사하는 노즐이 구비되어 있으며,
   상기 생물반응조에는 수중 교반기가 내장되어 있으며,
   상기 노즐은 상기 수중 교반기의 교반날개 후방에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 인 제거 기능이 강화된 하폐수 처리시스템.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 여과기는 여과기 역세수를 농축 처리하는 농축기와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 인 제거 기능이 강화된 하폐수 처리시스템.

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