KR100954742B1 - 복합하수처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하수처리장치에 관한 것으로서, 종래 샌드필터, 활성탄, 자외선,오존 등의 여러 공정을 별도로 각각 거쳐 하수를 처리하던 것을 하나의 장치 내에서 처리 가능하도록 하는 복합하수처리장치를 제공한다.

하수, 처리, 오존, 바이오, 활성탄, 필터

Description

복합하수처리장치{Multifunctional sewage treatment equipment}

본 발명은 하수처리장치에 관한 기술로서, 종래 하수처리장의 최종침전조에서 방출되던 하수를 재활용하기 위하여 샌드필터, 활성탄, 자외선, 오존 등의 다단계를 거쳐서 유무기 오염물을 제거하는 복잡하고 비용이 많이 소요되는 과정을 대신하여 일 장치 내에서 처리할 수 있는 복합하수처리장치에 관한 기술이다.

현재 하수(본 발명에서 "하수"는 정수처리가 필요한 오염된 물을 의미하는 포괄적인 의미로 사용한다)처리를 위한 매우 다양한 기술이 개발되어 있으며, 크게 하수의 처리방법에는 물리적, 화학적, 생물학적 처리방법으로 나눌 수 있고, 보통 상기 세 가지 방법을 적절히 조합하여 하수처리가 행해지고 있다. 물리적 처리방법은 고액분리의 목적으로 수중의 부유 물질과 콜로이드 물질의 제거를 위한 처리 방법이다. 유지비가 적게 드나 효율이 낮다. 화학적 처리 방법은 용해성 유기물질과 무기물질의 제거를 위한 처리방법이다. 화학약품을 사용하므로 슬러지 생산이 크며, 유지비가 많이 든다. 생물학적 처리 방법은 하수 중에 존재하는 유기물 중에 서 생물에 의해서 분해 가능한 유기물과 부유물질을 미생물을 이용하여 제거시키는 방법이다. 생물학적 처리 공정은 호기성 분해와 혐기성 분해로 대별할 수 있다.

한편, 하수처리에 관한 다양한 기술이 특허로 등록되어 있다.

예를 들어, 대한민국특허등록 제446041호 "생물막법, 활성탄, 활성탄 필터 및 모래여과법과 고급산화공법을 연계한 산업폐수 중수처리시스템"에서는 회전형 생물막법과 활성탄 및 활성탄 흡착여과법, 모래여과법 및 고급산화공법 (Advanced Oxidation Process)을 결합 연계하여 정유공장 등의 폐수를 처리하는 기술을 제시하고 있다.

또한, 대한민국특허등록 제348413호 "자외선 및 오존 발생 에이오피 챔버 및 이를 이용한수처리 장치"에서는 수조 외부에 설치되어 자외선 및 그로부터 생성되는 오존을 이용하여 물 속의 유해 미생물을 살균하고 유기물을 분해하여 정화하며 탈취 효과를 일으킬 수 있는 에이오피 챔버(AOP Chamber: Advanced Oxidation Process Chamber) 및 그를 이용한 새로운 수처리 장치에 관한 기술을 개시하고 있다.

또한, 대한민국특허등록 제656562호 "수처리 재활용 시스템"에서는 하수나 오수 또는 폐수 내의 미세한 유기물 및 부유물질을 효과적으로 제거함과 더불어 자 외선과 오존처리를 통해 방류수의 수질을 높이고 안정성을 유지할 수 있도록 된 수처리 시스템에 관한 기술을 제시하고 있다.

종래의 하수 재활용 시스템에서는 보통 샌드필터, 활성탄, 자외선, 오존 공정 등을 각각 별개로 설치하여 처리한 후, 분리막 등의 더욱 고도한 처리 공정을 거치고 있다. 그러나 본 발명의 목적은 상기 샌드필터, 활성탄, 자외선, 오존 공정 등 여러 개로 나뉘어진 공정을 하나의 장치 내에서 처리하도록 하는 신규한 하수처리장치를 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여,

외부로부터 하수가 공급되어 순환수와 혼합되는 공간인 공급수혼합부를 갖는 처리조외체; 및

상기 처리조외체의 내부 바닥면 및 내부 측면으로부터 이격설치되어 하수가 순환 유동할 수 있는 상기 공급수혼합부을 형성하되, 순차적으로 다공성 지지체, 에어분사장치 및 호기성미생물이 담지된 다공성접촉여재로 이루어진 미생물처리존과, 상기 미생물처리존 상부에 순차적으로 오존분사장치 및 다공성접촉여재로 이루어진 오존처리존을 갖는 처리조본체로 이루어진 복합하수처리장치를 제공한다.

특히, 상기 처리조본체의 오존처리존 상부에는 오염물질이 처리된 하수 중 일부가 외부로 나갈 수 있는 처리수출구와, 나머지 일부가 순환되기 위한 순환수출 구를 갖는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 처리수출구에서 유출되는 하수를 외부로 배출하기 전 저장하기 위한 처리수저장조를 더 갖는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 처리수저장조의 하부에 처리수본체와의 사이에 개폐가 가능한 백워시용출구를 더 갖는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 미생물처리존 및 오존처리존의 다공성접촉여재로서 활성탄, 세라믹, 플라스틱류, 자갈, 모래, 섬모상 물질 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 공급수혼합부에는 믹서가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 샌드필터, 활성탄, 자외선, 오존 공정 등 여러 개로 나뉘어진 공정을 하나의 장치 내에서 처리하도록 하여, 처리시간의 단축, 처리공정의 단순화, 처리비용의 절약 등 종래의 기술보다 기술적, 경제적으로 개선된 효과를 갖는다.

이하 도면을 참고하면서 본 발명에 대하여 설명하도록 한다. 이하에서 본 발명에서 사용한 용어 "하수"는 정수가 필요한 모든 종류의 물을 의미한다.

도 1은 본 발명의 하수처리장치의 사용 용도를 나타내는 일례이다. 다양한 하수처리 과정을 거쳐 최종침전조에 집수된 하수는 단순 하천 방류가 아닌 산업용, 농업용 등으로 재활용을 하기 위하여 샌드필터, 활성탄, 자외선조사, 오존처리 등의 다단계로 처리한 후, 최종적으로 분리막(membrane)을 통과한 물을 재활용하는 것이 대표적인 하수재활용 공정이다. 종래 하수재활용을 위한 공정에서는 최종침전조로부터 샌드필터, 활성탄, 자외선, 오존처리 등의 공정을 연속적으로 하여야 하므로, 공정시간이 길고, 공정이 복잡하며, 유지 관리가 어려운 문제점이 있다. 도 1과 같이, 본 발명의 하수처리장치(100)는 이러한 여러 공정을 대신하여 하나의 장치 안에서 상기 네 가지 과정과 동등 또는 그 이상의 역할을 할 수 있는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 하수처리장치는 도 1 이외에 다양한 분야의 하수처리에 적용될 수 있음은 물론이다.

이하 도 2 내지 도 6를 통하여 본 발명의 하수처리장치에 대하여 더욱 자세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 하수처리장치(100)에서 하수처리과정을 설명하기 위한 단면도이며, 도 3은 도 2의 하수처리장치에서 하수의 처리 흐름을 쉽게 이해하기 위하여 하수처리과정을 간략히 도시화한 도면이다.

하수의 처리 흐름은 하수저장조(30)로부터 하수가 본 발명의 하수처리장치(100)로 유입된 후, 하수처리장치(100) 내에서 순환처리된 후 외부로 유출되게 된다. 본 발명의 하수처리장치(100) 내에서 하수의 주처리과정은 하부에 서 상부로 하수가 상승하면서 유무기 불순물이 제거된다. 본 발명의 하수처리장치 내에서의 하수의 유동은 후술할 에어공급부(50)와 오존공급부(40)로부터 공급되는 기체가 물보다 가벼운 비중을 갖으므로, 이러한 기체인 공기와 오존의 상승하려는 힘으로 인하여 하수도 상기 기체에 의해 자연스럽게 상승 및 순환과정을 이루게 된다.

이하에서 상기와 같이 하수저장조(30)로부터 유입된 하수의 처리과정을 보다 자세히 설명하도록 한다.

본 발명의 하수처리장치(100)에서 하수의 처리는 하수저장조(30)로부터 하수가 유입된다. 상기 하수저장조(30)는 도 1의 최종침전조에 해당할 수 있다. 상기 하수저장조(30)로부터 하수가 유입되어 처리조외체(91)와 처리조본체(92) 사이의 공간인 공급수혼합부(94)로 유입되어, 처리조본체(92)의 하부의 다공성 지지체(12), 미생물처리존(10), 오존처리존(20)을 통과하면서 미생물에 의한 유무기 불순물의 처리와, 오존에 의한 강한 산화력에 의한 처리 및 미생물처리존(10)과 오존처리존(20)에 있는 접촉여재에 의한 필터링 효과를 모두 갖으므로, 도 1의 종래의 샌드필터, 활성탄, 자외선, 오존처리의 모든 과정을 대신할 수 있다. 특히, 오존처리존(20)의 접촉여재로서 활성탄을 사용하는 경우 활성탄의 훌륭한 필터역할과 오존의 강한 산화작용을 동시에 기대할 수 있다.

처리조본체(92)에는 하부에 미생물처리존(10), 상부에 오존처리존(20)의 두 개의 하수처리존(10, 20)이 위치한다. 하수저장조(30)로부터 유입된 하수는 상기 미생물처리존(10)과 오존처리존(20)을 통과한 후, 일부는 본 하수처리장치(100)의 외부로 나가기 위하여 처리수보관조(70)와 처리조본체(92) 사이의 처리수출구를 통하여 처리수보관조(70)로 모인 후, 외부로 유출된다. 또한, 상기 오존처리존(20)을 통과한 하수의 대부분은 처리조본체(92)의 상부에 있는 순환수출구(93)을 통하여, 상기 하수저장조(30)에서 공급되는 하수와 공급수혼합부에서 혼합되어, 전술한 처리조본체(92)의 하부에서 미생물처리존(10)과 오존처리존(20)에서의 처리 과정을 반복한다.

전술한 바와 같이 본 하수처리장치(100)에서 이러한 하수의 처리를 위한 순환을 위한 별도의 펌프는 필요 없으며, 오존공급부(40) 및 에어공급부(50)로부터 공급되는 오존 및 공기의 상승 유동으로 인하여 이러한 하수의 순환이 자연적으로 이루어진다.

이하에서 상기 오존공급부(40) 및 에어공급부(50)에 대하여 설명하면 다음과 같다.

오존공급부(40)로부터 공급된 오존은 순수 오존과 공기가 혼합된 형태가 바람직하다. 이러한 오존은 오존처리존(20)의 하부에 위치하며, 오존처리존(20)에는 오존과 하수의 접촉을 증대하고, 불순물을 필터링할 수 있는 접촉여재(23)가 충진된다. 예를 들어, 오존에 의하여 물성이 파괴되지 않은 접촉여재가 모두 가능하다. 활성탄, 세라믹, 플라스틱류, 자갈, 모래, 섬모상 물질 등 다양한 접촉여재가 가능하며, 이중 활성탄을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 접촉여재의 형사은 다양하게 변형가능하다.

상기 오존처리존(20)의 하부의 오존분사장치(21)로부터 오존을 포함하는 공기가 물보다 가벼운 비중으로 인하여 상부로 상승하므로, 처리본체에서는 하수가 하부에서 상부로 유동하게 된다. 본 발명에서 미생물처리존(10)을 하부에 두고, 오존처리존(20)을 상부에 둔 이유는 오존에 의하여 미생물이 사멸되기 때문에, 미생물처리존(10) 상부에 오존처리존(20)을 두고, 오존처리존(20) 내에 오존분사장치(21)을 설치하여야 한다.

한편, 미생물처리존(10)에는 다공성지지체(12) 위에 통상의 호기성미생물이 담지된 접촉여재(13)가 충진된다. 미생물과의 친화력이 좋고, 적당한 형태와 크기로 가공이 가능한 재질이면 모두 가능하다. 여재의 표면에 형성된 미생물막과 폐수를 접촉시켜서 폐수 중의 오염물질을 제거하는 것으로서, 잘 알려진 공지기술이므로 상세한 설명은 생략하도록 한다. 미생물처리존(10)의 하부에는 미생물에 산소를 공급하기 위한 공기분사장치(11)가 설치되어 공기를 미생물처리존(10)으로 보낸다. 이러한 공기분사장치(11)는 디퓨져, 다공성 파이프 등 그 종류와 형태에 구애받지 않고, 산소공급부(50)로부터 공기를 공급받는다. 산소공급부(50)는 단순한 에어펌프형태나, 고압의 공기탱크 형태일 수 있으므로 특별히 형태를 한정하지 않으며, 통상의 공기를 공급할 수 있는 장치이면 본 발명의 목적에 적합하다.

따라서, 본 하수처리장치(100)에서 하수의 처리를 위한 하수의 유동은 공기분사장치(11)로부터 상승하는 공기와, 오존분사장치(21)로부터 상승하는 오존을 포함하는 공기의 유동으로 인하여 처리조본체(91)내에서는 하부에서 상부로 하수가 유동하며, 처리된 하수는 상부에서 각각 처리수출구(72)에 의하여 외부로 유출되거나, 순환을 위하여 순환수출구(93)로 나와 하수저장조(30)로부터의 원수와 혼합된다. 이러한 혼합을 돕기 위하여 공급수혼합부(94) 내에는 믹서(60)가 구비되어 있다. 믹서에 의하여 순환된 물과 하수저장조로부터의 오염된 하수가 혼합되어 다시 미생물처리존(10)과 오존처리존(20)을 통과하게 된다. 이러한 하수 처리과정에서 도면부호 31, 41, 51의 밸브는 오픈되어 있으며, 도면부호 81의 밸브는 클로즈된 상태이다.

도 4는 본 발명의 하수처리장치(100)의 분해사시도이다. 도 4와 같이, 오존공급부(40)가 여러 개 나뉘어 공급하는 것이 바람직하다. 도 4에서는 세 개의 오존공급부로부터 오존이 공급되나 필요에 따라 가감할 수 있다. 또한, 산소공급부(50)도 한 개 이상 설치할 수 있다.

도 5는 본 발명의 하수처리장치에서 백워시(back wash)하는 과정을 설명하는 도면으로서, 백워시를 하는 경우 하수저장조(30)로부터 하수의 공급을 차단하기 위하여 밸브(31)을 잠그고, 오존공급부(40)로부터의 오존공급을 차단하기 위하여 밸브(41)를 잠그며, 처리수보관조(70)의 정화된 하수가 외부로 빠져나가지 못하도록 밸브(71)를 잠근다. 그러나 이 경우에도 산소공급부(50)로부터의 공기를 계속 공급하기 위하여 밸브(51)는 오픈된 상태이며, 드레인(drain)을 위하여 드레인밸브(81)를 오픈한다. 도 4에서는 밸브를 통하여 하수, 산소 등의 공급을 조절하였으나, 밸브 이외에 다양한 대체 방법으로 공급을 조절하는 것이라면 본 발명의 권리범위 안에 포함된다.

하수저장조(30)로부터의 하수의 공급과 오존의 공급을 차단한 상태에서, 처리수보관조(70)의 백워시용출구(73)와 드레인밸브(81)을 열어주면, 처리조본체(92)과 공급수혼합부(94)에 있던 하수는 드레인밸브(81)을 통하여 외부로 유출이 시작됨과 동시에,처리수보관조(70)의 백워시용출구(73)를 통하여 처리수가 빠져나와, 오존처리존(20)과 미생물처리존(10)을 씻어주면서 드레인밸브(81)로 빠져나간다. 이때 여전히 산소공급장치(11)에서 산소가 공급되므로, 공급되는 산소로 인하여 미생물처리존(10)과 오존처리존(20)의 접촉여재가 일시적으로 산소의 힘에 의하여 상승하여, 서로 간격을 벌리게 한다. 이렇게 벌어진 접촉여재 사이로 처리수보관조(70)의 백워시용출구(73)를 통한 처리수가 흘러 접촉여재에 있는 오염물질을 백워싱하면서 드레인밸브(81)를 통하여 흘러간다.

도 6은 백워시 과정에서의 하수의 흐름을 보여준다. 도 6에서는 처리흐름을 이해하기 편하게 하기 위하여 미생물처리존(10)과 오존처리존(20)에서의 접촉여재를 생략하고 도시하였으나, 실제로는 접촉여재가 존재한다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명의 효과에 대하여 설명하기로 한다. 실험결과는 하기의 표 1과 같았다.

Date	단위		항목
			pH	BOD5	CODmn	TN	TP	SS	대장균 (MPN/100㎖)
'09.3.15	ppm	유입수	7.4	18	16	7.6	1.2	24	2400
		처리수	7.35	5	12	3.4	1.08	11	75
		제거율		72%	25%	55%	10%	54%	97%
'09.3.17	ppm	유입수	7.38	14	15	6.9	0.8	26	1850
		처리수	7.36	6	11	2.5	0.75	9	84
		제거율		57%	27%	64%	6%	65%	95%
'09.3.20	ppm	유입수	7.24	19	17	8.4	1.1	18	2680
		처리수	7.29	7	10	2.8	0.95	7	48
		제거율		63%	41%	67%	14%	61%	98%
'09.4.10	ppm	유입수	7.24	13	14	7.1	0.95	22	2250
		처리수	7.2	6	8	3.8	0.84	10	76
		제거율		54%	43%	46%	12%	55%	97%

상기 표 1의 결과와 같이 4회에 걸쳐 테스트한 결과, 본 발명의 복합하수처리장치를 이용한 경우, BOD5는 54% ~ 72%의 제거효율, CODmn은 25% ~ 43% 제거효율, TN은 46% ~ 67% 제거효율, TP는 6% ~ 14% 제거효율, SS는 54% ~65% 제거효율, 대장균은 95% ~ 98%의 제거효율을 보였으며, 이는 종래의 다단계 공정을 거쳐 처리한 경우에 버금가는 제거효율이었다.

본 발명은 상술한 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 용이하게 변형 실시 가능한 것은 물론이고, 이와 같은 변경은 청구항의 청구범위 기재범위 내에 있게 된다.

도 1은 본 발명의 하수처리장치의 용도를 설명하는 도면이다.

도 2는 본 발명의 하수처리장치의 하수처리과정을 설명하기 위한 절단면도이다.

도 3은 본 발명의 하수처리장치에서 하수의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 본 발명의 하수처리장치의 절단사시도이다.

도 5는 본 발명의 하수처리장치에서의 백워싱(back-washing)을 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 본 발명의 하수처리장치에서의 백워싱 중 하수의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.

** 도면의 주요 부호에 대한 설명 **

10 : 미생물처리존 11 : 에어분사장치

12: 지지체 13 : 다공성접촉여재

20 : 오존처리존 21 : 오존분사장치

23 : 다공성접촉여재 30 : 하수저장조

31, 41, 51, 71, 81 : 밸브 40 : 오존공급부

50 : 에어공급부 60 : 믹서

70 : 처리수보관조 72 : 처리수출구

91 : 처리조외체 92 : 처리조본체

93 : 순환수출구 94 : 공급수혼합부

100 : 하수처리장치

Claims (6)

1. 외부로부터 하수가 공급되어 순환수와 혼합되는 공간인 공급수혼합부를 갖는 처리조외체; 및

   상기 처리조외체의 내부 바닥면 및 내부 측면으로부터 이격설치되어 하수가 순환 유동할 수 있는 공급수혼합부를 형성하되, 순차적으로 다공성 지지체, 에어분사장치 및 호기성미생물이 담지된 다공성접촉여재로 이루어진 미생물처리존과, 상기 미생물처리존 상부에 순차적으로 오존분사장치 및 다공성접촉여재로 이루어진 오존처리존을 갖는 처리조본체로 이루어지며,

   상기 처리조본체의 오존처리존 상부에는 오염물질이 처리된 하수중 일부가 외부로 나갈 수 있는 처리수출구와, 나머지 하수가 순환되기 위한 순환수출구를 갖는 것을 특징으로 하고,

   상기 처리수출구에서 유출되는 하수를 외부로 배출하기 전 저장하기 위한 처리수저장조를 더 갖는 것을 특징으로 하고,

   상기 공급수혼합부에는 믹서가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 복합하수처리장치.
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4. 제1항에서, 상기 처리수저장조의 하부에 상기 처리조본체와의 사이에 개폐가 가능한 백워시용출구를 더 갖는 것을 특징으로 하는 복합하수처리장치.
5. 제1항에서, 상기 미생물처리존 및 오존처리존의 다공성접촉여재로서 활성탄, 세라믹, 플라스틱류, 자갈, 모래, 섬모상 물질 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 복합하수처리장치.
6. 삭제

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