KR100970425B1 - 폐수복합처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐수복합처리방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 폐수복합처리방법은, 폐수에 응집약제 및 미세기포를 혼합하여 상기 폐수에 함유된 난분해성 및 유/무기물질의 응집 플록을 조대화하는 단계와, 조대화된 상기 응집 플록을 제거한 후, 폐수에 잔존하는 부유물질을 농축하여 액상의 농축슬러지를 생성하는 단계와, 상기 생성된 액상의 농축슬러지를 분리하여 저장조에 저장하고, 상기 농축슬러지에 함유된 수분을 증발시켜 농축하고 이를 건조시키는 단계를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 폐수복합처리방법에 따르면, 폐수처리공정을 세분화하여 폐수에 함유된 고농도 난분해성 유분 및 기타 유/무기물질을 분리 농축함으로써 폐수처리시설의 규모를 줄일 수 있으며, 이에 따라 폐수처리 시설투자에 대한 경비를 절감할 수 있다. 또한, 고농도 난분해성 유기 농축액 및 유기슬러지를 건조시켜 슬러지 발생량을 감소시키고, 건조된 슬러지를 에너지원으로 재활용하여 에너지 효율을 증대시킴으로써 폐수를 친환경적으로 처리할 수 있다.

Description

폐수복합처리방법{COMPOSITE TREATMENT METHOD OF WASTE WATER}

본 발명은 폐수복합처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폐수에 함유된 유분 및 기타 유/무기물질 등의 오염물질을 농축 및 건조하여 이를 제거하고, 농축 및 건조과정에서 발생하는 증기 및 건조된 슬러지를 에너지원으로 재활용이 가능한 폐수복합처리방법에 관한 것이다.

현대사회에 들어 각종 산업이 발전하면서 각종 환경오염물질의 배출도 날로 증가하고 있다.

특히, 일반 생활폐수와는 달리 석유화학 등에서 발생되는 산업폐수는 고농도의 유분 및 유기물질을 다량으로 함유한 난분해성 폐수이므로 환경오염에 치명적인 영향을 미칠 수 있을 뿐만 아니라 분해가 어려워 그 처리과정에 전문성이 요구된다. 여기서, 고농도 난분해성(유기물) 물질이란 재래식 생물학적 처리공정이나 자연환경에서 미생물에 의한 분해가 잘 되지 않는 물질로서, BOD / COD 비가 낮은수록 난분해성이라고 할 수 있다. 방향족 벤젠고리화합물(클로로 벤젠, 니트로벤젠, 데카하이드로나프탈렌, 벤젠, 크레졸, 크실렌, 톨루엔, 페놀등)과 할로겐화 화합물(TCE : 트리클로르 에틸렌, PCE : 퍼클로로에틸렌, PCP : 펜타클로로페놀 등) 등이 대표적이다.

이러한 고농도 난분해성 폐수를 처리하는 방법으로는 상변화법의 일종인 증발법이 가장 많이 사용된다. 상기 증발법은 폐수를 가열하는 방식에 따라 보일러를 이용하는 스팀가열방식, 히트펌프를 이용하여 진공 감압상태에서 증발시키는 방식, 화염 직접 가열방식 등이 주로 사용되고 있다.

스팀가열방식과 진공감압방식은 보일러 등의 기반 시설이 필요하여 설치규모가 크고 열교환에 따른 열효율이 떨어져 지속적으로 스케일을 제거하는 청소를 하여야 하고, 시설의 유지보수 비용이 많이 소요되는 단점이 있다. 또한 화염직접가열방식은 천연 가스나 유류를 연소시켜 폐수를 가열하여 증발시키는 방식으로 에너지 부담이 큰 단점이 있다.

한편, 고농도 난분해성 폐수는 전처리 단계를 거친 후 폐수처리장치에 유입되는데, 상기 전처리 단계는 폐수처리장치의 부식방지, 열교환기의 스케일 생성억제, 양호한 응축수의 수질확보를 위하여 폐수에 화학적 처리를 하는 것으로서, 화학적 처리 후 발생하는 다량의 폐기물은 폐수처리장치에 유입되기 전에 분리배출된다. 그리고, 폐수처리장치에 생물학적 처리시설을 포함하는 경우에 폐수의 체류시간 및 처리공정이 길어지게 되고, 저장시설 확보 등 처리시설 규모가 커지는 단점이 있다.

또한, 고농도 난분해성 폐수처리는 폐수를 농축시킨 후, 농축된 폐수는 별도의 건조기를 거쳐서 최종 처리하여야 하지만 고농도 난분해성 유기폐수의 특성상 보일러의 스팀 가열온도(최고 95°C 내외)로는 함수율을 더 이상 낮추기 어렵고, 폐수를 배출하는 과정에서 발생하는 증기에 의한 악취의 확산 방지 및 폐수의 보관 중 탄소성분에 의한 발화를 방지하기 위하여 폐수의 함수율을 50~70%로 유지하여 배출하게 된다. 따라서, 기존에는 톱탑을 사용하여 혼합 믹서하여 폐기물 처리하거나 침전, 탈수 등의 재순환식 방법을 사용하여 왔다.

아울러, 폐수를 농축하기 위하여 미세기포를 이용한 가압부상에 대한 연구 및 장치가 널리 상용화되고 있다. 이는 폐수에 함유된 오염물질의 농도를 높여 분리배출하기 위해 이용된다. 가압부상의 기본원리는 폐수 혼합물 속의 부유고형물(SUSPENED SOLID)에 미세기포를 부착시켜 부유물의 밀도를 감소시키고 부력을 증가시켜 부유물의 부상을 유도하는 원리이며, 미세기포를 발생시키기 위한 압력탱크의 산소공급 에너지와 가압펌프의 내구성 확보를 위한 응집 형성의 1차 전처리 과정을 거치게 된다. 상기 가압부상 방식은 일부 국한된 제지, 석유, 섬유, 일반 오폐수, 수산물, 식품, 도장, 축산폐수 등의 비교적 폐수의 비중이 작은 곳에서 운영되고 있다.

그러나, 상기 가압부상 방식은 미세기포에 의해 부상된 부유고형물을 함유한 농축액 및 상기 농축액에서 발생하는 악취를 제거하기 위한 방지시설이 더 필요하며, 상기 방지시설의 침착부식에 대비한 철저한 유지관리가 요구된다. 더불어, 기존에 사용된 가압 부상조 및 미세기포 발생장치를 이용한 부상조들은 다양한 성상에 대응한 호환성이 없으며 다분히 임의적이고 접촉면적, 목표제거율, 처리시설의 특징(거품범람, 농축액조정, 농축액배출 등) 변화에 빠르게 대처하지 못하는 단점이 있다.

또한, 상기한 가압부상 방식에 의해 분리배출되는 농축액에 함유된 수분을 증발시켜 농축액을 더욱 농축하고 나아가 건조시키는 과정에서 생성되는 응축수는 상변화에 의한 증류수이다. 따라서, 응축수는 무기물이 아닌 유기물성분을 포함하고 있다. 이러한 난분해성 유기물을 포함하는 응축수의 처리효율을 일정수준으로 올리기 위하여 화학약품 처리량을 증가시켜야 한다. 화학약품 처리량을 증가시키는 경우에 유기물계 오염부하량이 감소하고 악취제거에 도움이 되나, 무기영양염류(미네랄)이 없기 때문에 미생물활성에 어려움이 많고, 활성탄 응집 침전으로 2차 폐기물이 발생한다. 아울러, 화학약품 투여에 따라 초기에는 유기물 처리가 원할하나 수개월이 지나 유기물계의 혼용(증발 농축액의 침전 탈수과정 또는 농축액 배출시 발생된 악취를 포집하는 방지시설에서의 세정수 등에 의한 난분해성 물질의 재혼입 등) 및 난분해성 유기용제 폐수의 부패현상 등으로 폐수처리시설 운영에 어려움이 많다.

따라서, 최근에는 유기물 처리와 관련하여 펜턴산화법(H2O2), 오존처리(O3), UV 및 광촉매 등의 고도산화처리방법이 도입되고 있다. 하지만, 이와같은 고도산화처리방법도 역시 에너지 부담, 오염물과의 접촉성, 체류시간, 분해 산화물질의 배출에 따른 수질불량, 장기간 운전 등의 문제점이 있다. 또한 광촉매 반응은 일정시간이 경과하면 촉매의 독작용으로 촉매표면에 부착된 중간생성물 및 미세 고체입자에 의해 반응이 계속되지 못하는 문제점이 있다. 따라서, 광촉매반응을 재활성하기 위하여 상기 중간생성물 및 미세 고체입자를 제거하여야 한다. 이러한 반복되는 과정으로 인하여 폐수처리설비의 운전비가 상승하게 된다.

그러므로, 고농도 난분해성 산업폐수처리장치의 폐수처리공정 및 처리방식을 개선하여 폐수에 함유된 오염물질의 부피(중량)를 최소화하고, 이를 분리, 농축하여 재활용할 수 있는 폐수처리방법이 요구된다.

본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 응집제와 미세기포에 의한 난분해성 및 유/무기성 오염물질의 플록을 조대화하는 폐수복합처리방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 오염물질을 함유한 폐수에 기포를 주입하고 상기 기포에 오염물질을 흡착 및 부상시키고 상기 기포의 붕괴로 최소의 수분량을 함유하는 액상의 농축슬러지를 생성하도록 유입된 폐수를 재순환하여 폐수에 함유된 오염물질을 효과적으로 제거함으로써 폐수처리 시간을 단축할 수 있는 폐수복합처리방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

또한, 상기 액상의 농축슬러지에 함유된 수분을 하나의 장치에서 증발 농축 및 건조시킬 수 있어 설비비용을 절감하고, 상기 농축 및 건조과정 중에 증기 형태로 외부로 빠져나가는 열에너지를 회수하여 재활용하고, 건조과정에서 발생된 유기물을 함유한 건류가스를 연료원으로 재활용하여 에너지 효율을 증대시키는 폐수복합처리방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

또한, 액상의 농축슬러지를 분리한 후에 배출되는 처리수와 상기 액상의 농축슬러를 증발 농축 및 건조하는 과정에서 생성된 응축수에 함유된 유기물을 광촉매 및 자외선 램프 구비한 부상고도산화장치를 이용하여 산화시켜 유기물을 제거할 수 있는 폐수복합처리방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 폐수복합처리방법은, 폐수에 응집약제 및 미세기포를 혼합하여 상기 폐수에 함유된 난분해성 및 유/무기물질의 응집 플록을 조대화하는 단계와, 조대화된 상기 응집 플록을 제거한 후, 폐수에 잔존하는 부유물질을 농축하여 액상의 농축슬러지를 생성하는 단계와, 상기 생성된 액상의 농축슬러지를 분리하여 저장조에 저장하고, 상기 농축슬러지에 함유된 수분을 증발시켜 농축하고 이를 건조시키는 단계를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 액상의 농축슬러지를 생성한 경우에, 상기 액상의 농축슬러지를 분리한 후에 배출되는 처리수와, 상기 액상의 농축슬러지를 증발 농축 및 건조하는 단계에서 생성된 응축수에 함유된 유기물을 산화시키는 단계를 포함할 수 있다.

더욱 바람직하게는, 상기 유기물을 산화한 경우에, 상기 산화된 유기물이 제외된 배출수를 분리여과막을 이용하여 여과시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 응집 플록을 조대화하는 단계는, 교반기에 유입되는 폐수에 응집약제 및 미세기포를 주입하는 단계와, 상기 교반기를 작동시켜 미세기포의 표면에 흡착된 오염물질을 배출하는 단계를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 액상의 농축슬러지를 생성하는 단계는, 유입된 폐수에 기포를 주입하여 상기 기포에 오염물질을 흡착 및 부상시키는 단계와, 상기 부상된 기포를 포집하고, 상기 기포의 붕괴로 생성된 액상의 농축슬러지를 분리하여 배출하는 단계를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 농축슬러지를 증발 농축 및 건조시키는 단계는, 상기 저장조의 내부에서 설치되는 젓개에 고온의 수증기를 유입하여 가열하고, 상기 액상의 농축슬러지를 상기 젓개에 접촉시켜 열교환방식에 의해 상기 액상의 농축슬러지에 함유된 수분을 증발시켜 상기 액상의 농축슬러지를 농축하는 단계와, 상기 액상의 농축슬러지에 함유된 수분을 증발시킨 후에 상기 저장조의 외부를 감싸는 건조재킷에 고온 기체를 유입시켜 상기 저장조의 내벽을 가열하고, 상기 저장조의 내벽에 접촉하는 상기 농축슬러지를 건조시키는 단계를 포함할 수 있다.

더욱 바람직하게는, 상기 액상의 농축슬러지를 농축하는 단계는, 상기 액상의 농축슬러지에서 발생한 수증기를 히트펌프를 이용하여 상기 젓개에 재유입하는 단계를 포함할 수 있다.

더욱 바람직하게는, 상기 농축슬러지를 건조시키는 단계는, 상기 건조재킷에 유입되어 배출되는 고온 기체를 축열식 소각로에 재유입하는 단계를 포함할 수 있다.

더욱 바람직하게는, 유기물을 산화시키는 단계는, 상기 처리수 및 응축수에 미세기포를 주입하여 상기 미세기포의 표면에 유기물을 흡착 및 부상시키고, 광촉매 및 자외선 램프를 이용하여 상기 유기물을 산화시키는 단계와, 상기 부상된 미세기포를 포집하고, 상기 기포의 붕괴로 생성된 농축슬러지를 분리하여 배출하는 단계를 포함할 수 있다.

더욱 바람직하게는, 상기 농축슬러지를 배출하는 경우에, 상기 농축슬러지에 함유된 수분을 증발 농축 및 건조시키기 위하여 상기 농축슬러지를 상기 저장조에 저장하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에서 제안하고 있는 폐수복합처리방법에 따르면, 응집제와 미세기포에 의한 난분해성 및 유/무기성 오염물질 플록의 조대화를 고속으로 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 오염물질을 함유한 폐수에 기포를 주입하고, 상기 기포에 오염물질을 흡착 및 부상시키고, 상기 기포의 붕괴로 최소의 수분량을 함유하는 액상의 농축슬러지를 생성하도록 유입된 폐수를 재순환하여 폐수에 함유된 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있어 폐수처리 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 액상의 농축슬러지를 생성한 후 잔존하는 폐수를 재순환시키고, 상기 폐수에 응집제와 미세기포를 주입하여 오염물질의 플록을 조대화하고, 이를 반복하여 액상의 농축슬러지를 생성함으로써 폐수에 함유된 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 액상의 농축슬러지에 함유된 수분을 하나의 장치에서 증발 농축 및 건조시켜 설비비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 농축 및 건조과정 중에 증기 형태로 외부로 빠져나가는 열에너지를 회수하여 재활용하고, 건조과정에서 발생된 유기물을 함유한 건류가스를 연료원으로 재활용할 수 있어 에너지 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 액상의 농축슬러지를 분리한 후에 배출되는 처리수와 상기 액상의 농축슬러를 증발 농축 및 건조하는 과정에서 생성된 응축수에 함유된 유기물을 광촉매 및 자외선 램프 구비한 부상고도산화장치를 이용하여 산화시켜 유기물을 효과적으로 제거할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 폐수복합처리방법을 나타내는 순서도.
도 2a는 본 발명에 따른 고속응집형 폐수처리장치를 나타내는 개략도.
도 2b는 도 2a의 고속응집형 폐수처리장치에 채용된 고속응집장치를 나타내는 개략도.
도 3a는 본 발명에 따른 부유고형물 부상농축장치의 구성 및 사용상태를 나타내는 개략도.
도 3b는 도 3a의 부상농축장치의 분해사시도.
도 4는 본 발명에 따른 농축건조장치를 나타내는 개략도.
도 5a는 본 발명에 따른 부상고도산화장치를 나타내는 개략도.
도 5b 내지 도 5d는 도 5a의 부상고도산화장치에 채용된 산화반응부의 개략도.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명에 따른 실시예에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 폐수복합처리방법은, 유입된 폐수를 전처리하는 단계(S100)와, 전처리된 폐수에 폐수에 응집약제 및 미세기포를 혼합하여 상기 폐수에 함유된 난분해성 및 유/무기물질의 응집 플록을 조대화하는 단계(S200)와, 조대화된 상기 응집 플록을 제거한 후, 잔존하는 부유물질을 농축하여 액상의 농축슬러지를 생성하는 단계(S300)와, 상기 생성된 액상의 농축슬러지를 분리하여 저장조에 저장하고, 상기 농축슬러지에 함유된 수분을 증발시켜 농축하고 이를 건조시키는 단계(S400)와, 상기 액상의 농축슬러지를 생성한 경우에, 상기 액상의 농축슬러지를 분리한 후에 배출되는 처리수와, 상기 액상의 농축슬러지를 증발 농축 및 건조하는 단계에서 생성된 응축수에 함유된 유기물을 산화시키는 단계(S500)와, 상기 유기물을 산화한 경우에, 상기 산화된 유기물이 제외된 배출수를 분리여과막을 이용하여 여과시키는 단계(S600)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 폐수에 함유된 오염물질을 포함하고 최소의 수분량을 함유한 액상의 농축슬러지를 생성하고, 상기 액상의 농축슬러지에 함유된 수분을 증발시켜 농축하고 이를 건조시켜 오염물질을 제거할 수 있어 폐수처리효율이 증대됨은 물론 폐수처리공정에 소요되는 시간을 단축할 수 있다. 또한, 폐수에 함유된 유기물을 산화시켜 이를 제거하여 폐수정화능력을 향상시킬 수 있다.

먼저, 전처리단계(S100)는 유입되는 폐수 중에 포함된 협잡물, 토사류 및 비교적 크기가 큰 부유물질을 드럼형태의 1mm간극의 드럼스크린을 이용하여 걸러낸다. 그리고, 상기 드럼스크린에서 걸러낼 수 없는 미립자는 원통형의 하이드로사이클론 방식의 여과기를 이용하여 걸러낸다. 상기 여과기에서 걸러진 폐수는 저장시설로 이송되고 비중이 큰 오염물질은 침전시켜 걸러낸다. 상기와 같은 전처리단계(S100)를 거친 폐수에 함유된 오염물질을 제거하는 처리공정 및 처리시간을 단축하게 위하여 폐수에 응집약제 등을 투여하여 오염물질의 응집 플록을 조대화하는 단계(S200)를 수행한다.

응집 플록을 조대화하는 단계(S200)는 고속응집형 폐수처리장치(100)를 이용하여 오염물질이 함유된 폐수에 응집약제 및 미세기포를 혼합하여 난분해성 및 유/무기물질 등의 응집 플록을 조대화할 수 있다.

도 2a에서 도시한 바와 같이, 고속응집형 폐수처리장치(100)는 폐수가 저장되는 저장탱크(110)와, 저장탱크(110)로 폐수가 유입되는 폐수이송라인(120)을 구비할 수 있다. 또한, 폐수이송라인(120)에는 응집약제가 주입되는 약품주입라인(130)과, 공기 또는 이산화탄소 등의 기체를 주입하는 기체유입라인(140)이 연결되어 있다. 폐수이송라인(120)에는 응집약제와 기포에 의해 발생된 기포를 함유한 폐수를 이송하기 위하여 가압하는 펌프(150)가 연결되며, 상기 펌프(150)의 후단에는 상기 기포를 분쇄하여 미세 기포를 생성하면서, 상기 응집약제, 미세 기포 및 폐수를 혼합하는 고속응집장치(160)가 연결되어 있다.

따라서 유기물 또는 무기물 등의 오염물질을 함유한 폐수가 폐수이송라인(120)으로 이송되는 과정 중에 응집약제와 기포를 주입하고, 이를 고속응집장치(160)를 통하여 미세 기포를 생성함과 동시에 미세 기포와 응집약제 및 폐수와의 혼합을 적극 유도함으로써 단시간 내에 미세 기포의 표면에 오염물질의 흡착을 촉진시켜 오염물질의 응집을 조대화하기 위한 시간을 절감하고, 관련 설비를 매우 간소화할 수 있다.

약품주입라인(130)으로 공급되는 응집제는 폐수와 혼합하여 액상으로 주입되는데, 폐수의 성상에 따라 유/무기성 응집보조제인 황산반토, 소석회, 폴리황산철 등 다양한 화합물일 수 있다. 한편, 기체유입라인(140)은 폐수 속에 가압된 공기 또는 이산화탄소를 주입하여 기액혼합체를 형성한다. 이때, 약품주입라인(130)과 기체유입라인(140)에는 액상 응집약제 또는 기체의 주입량을 조절할 수 있는 밸브(미도시)가 장착되어, 사용자는 폐수의 성상에 따른 응집약품량과 기체주입량을 조절할 수 있다.

한편, 도 2b에서 도시한 바와 같이, 고속응집장치(160)는 폐수이송라인(120)에 따라 형성되는 하우징(161)과, 하우징(161) 내에서 회전되는 회전축(162)에 결합되어 폐수를 젓는 교반날개(163) 및 교반날개(163)의 표면(164)상에 돌출되어 기포를 미세 기포로 분쇄하는 돌기(165)를 포함할 수 있다.

하우징(161)은 폐수이송라인(120)의 길이방향에 따라 형성된 원통형상을 가질 수 있으며, 하우징(161)의 길이 방향 중심에는 회전축(162)이 장착되어 있다. 회전축(162)은 구동모터(미도시)에 의한 회전력을 인가받아 회전하게 구성되어 있으며, 구동모터와 회전축(162)의 연결은 감속기어(166)를 통하여 연결될 수 있다.

교반날개(163)는 폐수와 응집약제를 혼합하기 위한 것으로, 회전축(162)의 방사상으로 결합되는 부재이다. 이러한 교반날개(163)는 연속되는 스크루 형상일 수 있으며, 혼합 성능을 더욱 증대시키기 위하여 난류 흐름을 유도할 수 있는 다수의 비정형적인 날개를 구비할 수 있다.

또한, 교반날개(163) 상에는 다수의 돌기(165)가 돌출되게 형성됨으로써, 회전축(162)의 회전시에 돌기(165)가 기포와 충돌하여 미세 기포를 생성하게 된다. 또한, 돌기(165)는 하우징(161) 내부를 통과하는 폐수와 응집약제 및 미세 기포를 신속하게 혼합시켜 하우징(161)의 후단부분에서 폐수는 기액혼합체로 변환된다.

이로써, 주입된 공기 또는 이산화탄소 등의 기체가 미세 기포로 전환되어 오염물질을 흡착 가능한 기포의 표면적이 증대되고, 응집약제와 혼합된 오염물질의 미세 기포와의 충돌횟수가 증가하여 미세 기포에 의한 응집효율이 크게 증대되는 것이다.

나아가, 도 2a에서 도시한 바와 같이 폐수이송라인(120)은 스팀 또는 열풍을 공급받아 폐수를 가열하는 히터(170)를 더 포함할 수 있다. 폐수에 저비점 유기화합물이 포함된 경우에 미세 기포에 의한 오염물질 흡착률이 낮아지는 단점이 있으므로, 히트(7)를 통하여 미세 기포를 함유한 폐수를 가열함으로써 미세기포에 의한 흡착률을 극대화할 수 있다.

나아가, 상기 펌프(150)와 상기 고속응집장치(160) 사이의 폐수이송라인(120)에는 추가 응집제를 주입할 수 있는 보조약품주입라인(180)이 더 구비될 수 있다. 고속응집장치(160)를 거쳐 미세 기포가 함유되어 있으며, 용해도가 증가되어 활성화된 기액혼합체에 응집 플록의 조대화를 위해서 보조약품주입라인(180)을 통하여 유기고분자 응집제를 주입할 수 있다. 또한, 보조약품주입라인(180)은 필요에 따라 사용자가 선택한 다른 응집제를 주입하는데 사용할 수 있다. 이와 같은 일련의 과정을 통하여 폐수이송라인(120)의 기액혼합체는 저장탱크(110)로 유입되고, 저장탱크(110)에서 미세 기포는 교반기(111)에 의하여 서서히 회전되며 상승하여 오염물질을 표면에 흡착한 거품을 형성하게 된다. 저장탱크(110)의 상부에는 교반기(111) 및 스키머(112)를 작동하기 위한 모터장치(113)가 구비되어 있으며, 스키머(112)에 의하여 수집된 거품은 제1배출구(114)를 통하여 외부로 배출된다.

한편, 폐수이송라인(120)의 양단은 저장탱크(110)에 연통되어, 폐수이송라인(120)을 통한 폐수의 흐름은 저장탱크(110)에 저장된 폐수가 재순환을 이루도록 구성할 수 있다.

이와 같이, 저장탱크(110) 내의 폐수를 폐수이송라인(120)으로 순환하여 반복 처리하게 구성하여, 목표 수질에 도달하도록 폐수에 함유된 일정크기 이상의 응집 플록을 제거하고, 폐수는 잔존하는 부유물질을 농축하기 위하여 별도의 배출수단에 의해 도 3a에서 도시한 바와 같이 제1폐수유입라인(L1)에 유입된 후 부유고형물 부상농축장치(200)에 공급된다. 상기 부상농축장치(200)는 조대화된 응집 플록을 제거한 후, 폐수에 잔존하는 부유물질을 농축하여 액상의 농축슬러지를 생성하는 역할을 한다.

액상의 농축 슬러지를 생성하는 단계(S300)는 상기 부상농축장치(200)를 이용하게 된다.

도 3a에서 도시한 바와 같이, 부유고형물 부상농축장치(200)는 고속응집형 폐수처리장치에서 배출되는 폐수가 담기는 제1반응조(210), 제1반응조(210)의 내부 하부에 구비되는 기포주입기(220), 제1반응조(210)의 내측 상부에 형성되어 기포주입기(220)를 통하여 성장되는 거품에 흡착된 부유고형물을 외부로 배출하는 거품분리 배출수단(230)을 구비할 수 있다.

폐수는 제1반응조(210)에 일정 시간 머물게 되며, 제1반응조(210)의 바닥면에 구비된 기포주입기(220)는 폐수에 미세 기포(A)를 주입한다. 이때, 미세 기포(A)의 지름은 0.1 내지 0.5 mm 정도일 수 있으며, 사용자의 선택에 따라 보다 작거나 큰 지름을 가지는 미세 기포를 선택하여 주입할 수 있다. 미세 기포는 폐수 속에서 상승하면서 기포의 표면에 부유고형물을 흡착하게 된다. 폐수의 수면상에까지 상승한 기포는 그 표면에 부유고형물을 함유하면서 거품(B)으로 성장하게 되며, 미세 기포의 지속적인 유입에 따라 점차 거품(B)은 상부를 향하여 점차 성장하게 된다.

이때, 기포주입기(220)는 미세 기포의 유입에 따른 부유고형물의 흡착 효능을 증가시키도록 폐수가 스월을 일으키도록 구성할 수 있다.

구체적으로 제1폐수유입라인(L1)에 기포발생장치(G)를 연결하여 미세 기포가 폐수와 혼합되도록 한 후에 기포주입기(220)로 미세 기포를 함유한 폐수를 공급하여, 기포주입기(220)에서 미세 기포를 함유한 폐수가 제1반응조(210)의 내부로 주입되도록 하는 것이다. 이는, 폐수 속에 미세 기포를 미리 포함시킴에 따라 미세 기포와 폐수의 접촉 시간을 더욱 길게 확보하여 폐수에 함유된 부유고형물이 기포에 더욱 잘 흡착되게 하기 위함이다.

나아가, 미세 기포를 함유한 폐수가 기포주입기(220)에서 스월 형상으로 배출되게 하여 와류를 형성하면서 제1반응조(210)의 내부로 주입되도록 구성할 수 있게 된다. 이를 위하여 기포주입기(220)의 배출공은 회오리 형상으로 방사상으로 형성할 수 있다. 이 경우, 제1반응조(210)의 내부에 유입되는 폐수 및 미세 기포가 회전하면서 상승하게 되므로 폐수 속에 미세 기포가 머무는 시간을 더욱 증가시킬 수 있게 되고, 따라서 부유고형물이 미세 기포에 더욱 효과적으로 흡착될 수 있게 된다.

미세 기포의 주입에 따라 성장된 거품(B)은 제1반응조(210)의 내측 상부에 구비된 거품분리 배출수단(230)을 통하여 폐수와 원활하게 분리 배출된다. 거품분리 배출수단(230)은 기포의 주입에 따라 성장된 거품이 넘치는 제1월류벽(231)과, 제1월류벽(231)을 넘은 거품이 붕괴되어 생성된 액상의 농축슬러지가 담기는 제1저장공간(232)과, 제1저장공간(232)에 연통되어 농축슬러지가 배출되는 제1배수관(233) 및 제1저장공간(232)의 상측에 연통되어 거품 붕괴에 따라 발생한 악취가스를 외부로 배출하는 제1악취가스배출관(234)을 포함할 수 있다.

제1월류벽(231)은 대략 원통형인 제1반응조(210)의 내측에 결합되는 차폐판(235)의 중앙부에 세워지는 상하 중공된 원통의 형상일 수 있으며, 차폐판(235)의 하부에서 발생되어 성장된 거품은 제1월류벽(231)의 내측에 형성된 공간으로 상승한 후 제1월류벽(231)을 넘어 넘치게 된다.

제1월류벽(231)과 제1반응조(210)의 내벽 사이의 공간은 차폐판(235)을 바닥으로 하는 제1저장공간(232)이 되어, 제1월류벽(231)을 넘은 거품이 중력에 의하여 제1저장공간(232)으로 수집되고, 일정 시간의 흐름에 따라 거품(B)이 붕괴되어 액상의 농축슬러지(S)가 된다.

액상의 농축슬러지(S)는 제1저장공간(232)의 하단부에 형성된 제1배수관(233)을 통하여 제1반응조(210)의 외부로 배출된 후 후술할 농축건조장치(300)에 의해 건조됨에 따라 부유고형물을 고형화하여 제거할 수 있게 된다.

한편, 거품의 붕괴에 따라 발생하는 악취가스는 제1저장공간(232) 상단에 구비된 제1덮개(237)에 형성된 제1악취가스배출관(234)으로 배출되어 정화하게 된다.

한편, 제1반응조(210)의 측면에는 폐수의 수위를 확인할 수 있도록 투시창(211)이 형성되어 있다. 투시창(211)은 제1반응조(210)의 상하 방향으로 형성되어 있어, 외부에서 작업자가 제1반응조(210)에 유입된 폐수의 수위와 거품(B)의 생성 및 소멸 과정을 관찰할 수 있다.

또한, 기포주입기(220)에 연결된 제1폐수유입라인(L1)에 구비되어 폐수의 유입량을 조절하는 유입조절밸브(V1)와, 폐수가 제1반응조(210)의 외부로 배출되는 폐수배출라인(L2)에 장착되는 배출조절밸브(V2)를 통하여 제1반응조(210) 내의 폐수 수위를 작업자가 투시창(211)을 통하여 확인하고 변경, 조절할 수 있게 된다. 작업자는 유입조절밸브(V1)과 배출조절밸브(V2)의 개폐 정도를 조정함으로써 제1반응조(210) 내의 폐수 수위를 조절하여 원활한 액상 농축슬러지의 배출이 이루어지게 한다.

한편, 제1반응조(210)에 연속적인 폐수의 공급과 배출이 이루어지게 구성하면서, 아울러 폐수에 함유된 부유고형물을 일정한 수준 이하로 제거하기 위하여 제1반응조(210)의 폐수는 고속응집형 폐수처리장치(100)와 순환되도록 구성할 수 있다. 고속응집형 폐수처리장치에 유입된 폐수는 응집약제 등에 의해 조대화되고, 상기 고속응집형 폐수처리장치에서 배출된 폐수는 제1반응조(210)에 유입되는 폐수의 유량을 일정 수준으로 이루어지게 하는 유량조정조(250)로 유입된다.

유량조정조(250)에 임시 저장된 폐수는 제1폐수유입라인(L1)을 통하여 제1반응조(210)로 유입되며, 제1폐수유입라인(L1)에는 전술된 유입조절밸브(V1), 폐수를 가압 이송하기 위한 제2반응조(P) 및 미세 기포를 부가하는 기포발생장치(G)가 결합되어 있다.

제1반응조(210)의 제1폐수배출라인(L2)은 고속응집형 폐수처리장치(100)의 제1유입라인(L3)과 연결되며, 그 중간에는 정화된 폐수가 저장되는 저장시설(260)로 이동되게 하는 이동라인(L4)이 삼방밸브(V3)로 연결되어 있다.

따라서 고속응집형 폐수처리장치(100)와 유량조정조(250)를 거쳐 제1반응조(210)로 유입된 폐수는 제1반응조(210)에서 미세 기포를 이용하여 부유고형물의 함수량을 낮추되, 부유고형물이 사용자에 의하여 결정되는 일정수준 이하로 낮추어지지 아니한 경우에는 다시 고속응집형 폐수처리장치(100)로 유입시켜 다시 제1반응조(210)로 재유입되도록 순환할 수 있게 된다. 이후 부유고형물이 일정수준 이하로 그 함수량이 낮추어진 때에 삼방밸브(V3)를 작동하여 배출되는 폐수가 저장시설(260)로 이동되도록 한다.

이 경우, 제1반응조(210)를 연속적으로 작동하면서, 폐수에 함유된 수분량을 일정수준 이하로 낮출 수 있게 되므로, 다음에 이어지는 폐수 처리공정의 부담을 경감할 수 있게 된다.

한편, 도 3b에서 도시한 바와 같이, 제1반응조(210)의 저부에는 부상에 실패하여 가라앉는 고형물이 포집되어 생물학적 여과가 진행되는 제1여과층(271)과, 제1여과층(271)의 하부에서 강한 분사로 제1여과층(271)을 세척하는 분사형 제1세척봉(272)이 구비된 제1여과부(270)가 더 구비된다.

부유고형물 중 기포의 붕괴 또는 기포에 부착된 부유고형물의 비중에 의하여 기포가 상승하지 못하고 가라앉는 경우에 부상에 실패하여 가라앉는 기포 또는 고형물이 발생되며, 이는 제1반응조(210)의 상하로 부상과 침전을 반복하여 다른 부유 고형물의 부상에 지장을 초래하여 처리시간 등의 효율성을 저해하게 된다. 따라서, 제1반응조(210)의 하부, 보다 구체적으로는 수류적 안정을 위하여 기포주입기(220)의 아래면, 즉 제1반응조(210)의 바닥에서 이격된 높이에, 상기 가라앉는 기포 또는 고형물을 포집하는 제1여과층(271)을 형성하여, 제1여과층(271)에 포집된 고형물을 미생물을 이용한 생물학적 분해가 이루어지게 구성한다.

이러한 제1여과층(271)은 상하로 관통된 유로를 형성하고 있으며, 제1여과층(271)에 많은 고형물이 포집된 경우 또는 사용자에 의하여 결정되는 일정 시간마다 제1여과층(271)에 포집된 고형물을 분리할 수 있도록 제1여과층(271)의 하부에 분사형 제1세척봉(272)이 설치된다. 분사형 제1세척봉(272)은 외부의 압축공기 또는 고압수를 공급받아 제1여과층(271)의 표면에 강하게 분사함으로써 고형물이 떨어지게 하는 것이며, 떨어진 고형물은 제1세척봉(272)의 분사에 따라 부상되어 거품으로 배출되거나, 제1반응조(210)의 바닥에 가라앉은 후 별도의 고형물 배출구를 통하여 세척 후 외부로 배출된다. 이로써, 부상에 실패한 기포 또는 고형물로 인하여 부상 처리 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.

이와 같이 부유고형물 부상농축장치(200)를 사용하여 폐수에 함유된 부유고형물을 제거하고, 액상의 농축슬러지를 생성하게 된다. 상기 액상의 농축슬러지는 제1배수관(233)을 통하여 후술할 농축건조장치(300)로 유입되고, 상기 액상의 농축슬러지에 함유된 수분을 증발시켜 농축하고 이를 건조시키는 단계(S400)를 수행하게 된다. 한편, 부상농축장치(200)에 의해 부유고형물이 일정수준 이하로 낮춰진 처리수는 저장시설(260)로 이송된 후, 후술할 부상고도산화장치(400)로 유입된다.

농축슬러지에 함유된 수분을 증발시켜 농축하고 이를 건조시키는 단계(S400)는 농축건조장치(300)를 이용한다. 농축건조장치(300)는 상기한 부유고형물 부상농축장치(200)에서 생성된 액상의 농축슬러지에 함유된 수분을 열교환방식에 의해 증발시켜 농축하고, 상기 농축슬러지의 수분이 일정정도 제거된 후에는 고온의 열가스를 이용하여 상기 농축슬러지를 건조시키는 역할을 한다.

도 4에서 도시한 바와 같이, 농축건조장치(300)는 상기 부상농축장치(200)의 제1배수관(233)을 통하여 배출되는 액상의 농축슬러지가 저장되는 저장조(310)와, 저장조(310)의 내부에서 회전되며 그 내부에는 가열된 유체가 유통되어 상기 농축슬러지를 가열하는 젓개(320)와, 저장조(310)의 외부를 감싸며 내부에 고온 유체가 유통되는 건조재킷(330)을 포함할 수 있다.

저장조(310)의 내부는 원통형상이며, 하부로 갈수록 그 단면적이 좁아지게 형성될 수 있다. 저장조(310)의 상부에는 상기 액상의 농축슬러지가 유입되는 제2폐수유입라인(L4)이 형성되어 있으며, 저장조(310) 내부의 천장에는 농축 또는 건조 과정 중에 발생되는 기체를 외부로 배출하기 위한 증기라인(L5)이 연통되어 있다.

젓개(320)는 저장조(310)의 내부에서 회전되게 설치되는데, 젓개(320)의 내부에는 가열된 유체가 유통될 수 있도록 그 내부가 중공되어 있다. 구체적으로 젓개(320)에는 상하 방향으로 길게 신장된 상/하부 회전축(321,322)이 형성되며, 상/하부 회전축(321,322)에서 수평방향으로 연장된 날개부(323)가 형성되어 있다. 상/하부 회전축(321,322)과 날개부(323)는 중공된 봉으로 제작되며, 각 접합부분에서 서로 내부 공간이 연통됨에 따라 상부 회전축(321)에서 유입되는 유체가 날개부(323)에서 좌우로 분산된 후 하부 회전축(322)으로 빠져나갈 수 있도록 구성된다.

이때, 날개부(323)는 상부에 가로로 형성된 윗봉(324)과, 하부에 저장조(310)의 바닥형상에 따라 기울어지게 형성된 아랫봉(325)과, 윗봉(324)과 아랫봉(325) 사이를 연결하면서 그 내부공간이 연통되게 하는 다수의 세로봉(326)을 포함할 수 있다. 이때, 상/하부 회전축(321,322)의 중심을 통과하는 위치를 벗어나게 세로봉(326)이 배치됨으로써 상부에서 유입되는 가열된 농축슬러지가 하부 회전축(322)으로 바로 빠져나가지 아니하고 가능한 날개부(323) 외측을 거쳐 통과하도록 구성하는 것이 바람직하다.

젓개(320)의 상부 회전축(321)은 저장조(310)의 상부를 관통하게 장착되며, 상부 회전축(321)은 기어와 구동모터(M)에 의하여 회전가능하게 구성된다. 이때, 구동모터(M)와 상부 회전축(321)과의 연결은 기어 연결로 이루어지거나, 통상적인 체인, 풀리 등 동력전달수단을 구비할 수 있다.

젓개(320)는 저장조(310)의 내부에서 자유 회전이 가능하도록, 날개부(323)의 회전반경이 저장조(310)의 내측 반경보다 작게 형성된다.

한편, 건조재킷(330)은 저장조(310)의 외측 하부를 감싸도록 설치되어 있다. 건조재킷(330)은 후술할 축열식 소각로(343)에서 발생된 고온 스팀 등 고온 유체를 공급받아 저장조(310)의 내벽 온도를 고온으로 상승시키기 위한 것이다.

저장조(310)의 바닥측에는 건조재킷(330)을 통과하여 외부와 연결되는 제2배출구(311)가 형성될 수 있다. 이 제2배출구(311)는 유압에 의해 작동되는 마개(312)에 의하여 막혀 있으며, 필요에 따라 개방할 수 있는 것이다.

한편, 저장조(310)의 상단부에 형성되는 증기라인(L5)에는 히트펌프(340)가 연결되어 있고, 히트펌프(340)를 통과한 증기라인(L5)은 젓개(320)에 연통되어 있다. 또한, 보일러(341)는 히트펌프(340)와 젓개(320) 사이의 증기라인(L5)에 병렬되게 연결되어 있으며, 보일러(341)에 연결된 증기라인(L5)과, 히트펌프(340)에 연결된 증기라인(L5) 각각에는 밸브(V)가 설치되어 있다. 또한, 젓개(320)의 하부 회전축(322)에는 별도의 응축수 처리장치(미도시)가 연결되어 있다.

나아가, 저장조(310)와 히트펌프(340) 사이의 증기라인(L5)에서 분기되는 가스라인(L6)이 더 구비되고, 가스라인(L6)에는 기액분리기(345)와 축열식 소각로(343)가 순차적으로 연결되며, 축열식 소각로(343)에서 생성한 고온의 연소가스 등 대략 600~700℃정도의 고온 기체는 건조재킷(330)에 유입되도록 구성된다. 또한, 건조재킷(330)에는 유입된 고온 기체가 유통된 후 외부로 빠져나가기 위한 배출라인(331)이 형성되어 있다.

이때, 증기라인(L5)과 가스라인(L6)의 분기점에는 삼방변밸브가 장착되어 저장조(310)에서 배출된 기체가 증기라인(L5) 또는 가스라인(L6) 중 어느 한 쪽으로만 이동되게 구성하거나, 가스라인(L6)과 증기라인(L5)에 밸브(V)를 설치하여 사용자가 저장조(310)에서 배출된 기체의 흐름 방향을 조절할 수 있도록 구성할 수 있다.

상기와 구성된 농축건조장치에 의한 액상의 농축슬러지에 함유된 수분을 증발시키는 농축과정을 설명하면 다음과 같다.

저장조(310) 바닥의 제2배출구(311)가 막힌 상태에서 제2폐수유입라인(L4)을 통하여 부상농축장치(100)에서 생성된 액상의 농축슬러지가 저장조(310) 내부로 유입된다.

저장조(310)에 액상의 농축슬러지가 일정 수위로 채워진 후에 제2폐수유입라인(L4)의 밸브를 잠그고, 젓개(320)를 회전시키며, 보일러(341)에서 생성되는 고온의 수증기를 젓개(320)의 내부로 유입시켜 저장조(310) 내부의 농축슬러지 온도를 상승시킨다. 이때, 젓개(320)가 회전함에 따라 날개부(323)는 농축슬러지와의 접촉 기회가 증대되며, 젓개(320)의 내부를 통과하는 수증기가 원심력에 의하여 날개부(323)의 가장자리에까지 용이하게 이르러 저장조(310)의 농축슬러지와 열교환 효율이 높아지게 된다.

보일러(341)의 연소에 의하여 저장조(310)의 농축슬러지 온도가 대략 70℃ 이상으로 상승한 후에는 저장조(310) 내의 농축슬러지에서 수증기가 발생된다. 이 수증기는 증기라인(L5)을 통하여 히트펌프(340)로 유입된다.

히트펌프(340)는 압축기로 이루어져, 저장조(310)에서 배출된 수증기를 압축하여 고온 스팀을 생성하고, 이를 젓개(320)로 유입시키게 된다. 이때, 보일러(341)의 작동을 정지하고, 보일러(341)를 통한 수증기의 유입을 차단함으로써 히트펌프(340)의 작동으로 인하여 얻어진 고온의 스팀이 보일러(341)로 역류되는 것을 차단한다.

이 경우, 보일러(341)의 작동을 대체하여 히트펌프(340)를 작동시켜면서 젓개(320)에 의한 저장조(310) 내의 농축슬러지와의 열교환이 연속적으로 이루어지게 되는데, 보일러(341)의 운영비용보다 저렴한 히트펌프(340)의 운영비용으로 인하여 에너지 소비를 최소화하면서 농축과정을 진행시킬 수 있는 장점을 갖게 된다. 즉, 증기라인(L5)으로 배출되는 저장조(310)의 수증기의 열에너지에 작은 용량의 히트펌프(340)를 작동시킴으로써 저장조(310) 내의 농축슬러지의 지속적인 가열이 가능하게 되므로, 수증기로 버려지는 열에너지를 회수하여 에너지 효율을 증대시킬 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 저장조(310) 내의 농축슬러지를 지속적으로 가열하여 일정 정도의 수분을 제거한 후 상기 농축슬러지를 건조시키는 건조과정을 설명하면 다음과 같다.

상기한 농축과정을 거쳐 저장조(310) 내의 농축슬러지가 충분히 농축된 이후에는 히트펌프(340)로 유입되는 증기라인(L5)의 밸브를 잠그고, 기액분리기(345)로 유입되는 가스라인(L6)의 밸브를 개방하여 건조과정으로 들어간다.

건조과정에서는 가스라인(L6)에 구비된 축열식 소각로(343)를 작동하여 고온 기체를 생성하여 건조재킷(330)에 유입시킨다. 이때, 축열식 소각로(343)는 버너의 고열을 이용하여 대략 600~700℃ 정도의 고온 열가스를 생성할 수 있다. 축열식 소각로(343)에 의하여 얻어진 고온 열가스, 즉 고온 기체는 건조재킷(330)의 상부로 유입되어 건조재킷(330)의 내부를 순환한 후에 건조재킷(330)의 하부에 형성된 배출라인(331)으로 빠져나간다. 이때, 배출라인(331)에는 건조재킷(330)을 빠져나가는 고온 기체의 폐열을 활용하기 위한 별도의 장치의 열원으로 유입되게 구성하거나, 다시 축열식 소각로(343)로 회수되도록 구성할 수 있다.

고온 유체에 의하여 저장조(310)의 내벽은 고온으로 상승되어, 접촉되는 농축슬러지는 순간 건조된다. 이때, 젓개(320)는 지속적으로 회전함에 따라 농축슬러지를 원심력에 의하여 저장조(310)의 내벽으로 밀어내게 된다. 따라서 저장조(310) 내의 농축슬러지는 급격하게 건조되면서 더욱 농축되며, 신속하게 건조되기 시작한다.

상기 건조과정 중에 다량으로 증기가스가 발생하며, 상기 증기가스는 증기라인(L5)과 가스라인(L6)을 거쳐 배출된다. 증기가스에는 다량의 유기물이 포함되어 있어, 기액분리기(345)에서 수분이 분리 배출된 후 유기물 성분이 다량 함유된 건류가스가 생성된다.

상기 건류가스는 축열식 소각로(343)로 유입됨으로써, 축열식 소각로(343)의 연소원으로 재활용된다. 따라서, 축열식 소각로(343)운용에 소비되는 연료원을 절감할 수 있게 된다. 한편, 상기 건류가스의 수증기 함유율을 낮추기 위하여 기액분리기(345)를 통과하기 전의 가스라인(L6)에는 응축기(미도시)를 더 설치할 수 있다.

건조과정을 수행한 후에 저장조(310)의 바닥에는 유기물이 가루 형태로 모이게 되며, 일정 시간 동안 저장조(310) 냉각기간을 거친 후에 제2배출구(311)를 개방하여, 남은 유기물 가루, 즉 건조물을 외부로 반출하게 된다. 이때, 제2배출구(311)로 나온 뜨거운 건조물은 상온에서 냉각되면서 악취가스를 다량 방출하게 된다. 따라서 상기 건조물은 별도의 밀폐된 장치에서 냉각시키며 발생된 악취가스는 따로 포집하여 플라즈마 이온처리 등 공지된 구성에 따라 별도의 악취가스 분해처리 과정을 거치는 것이 바람직하다.

이와 같이, 하나의 농축건조장치에서 액상의 농축슬러지 농축과정과 건조과정을 차례로 진행할 수 있어 장치 전체의 크기를 작게 설계할 수 있고, 이에 따라 설비비용을 절감할 수 있다.

한편, 농축슬러지의 농축과정 중 저장조(310) 내에서 농축슬러지와 젓개(320)의 열교환으로 발생되는 수증기는 히트펌프(340)로 유입되어 저장조(310) 내의 농축슬러지를 지속적으로 가열하는 열원으로 사용되고, 상기 수증기는 젖개(2)의 하부 회전축(322)에 연결된 응축수 처리장치에 의해 응축되어 배출된다. 이때, 상기 응축수 처리장치에 의한 응축수는 다량의 유기물을 포함하고 있다. 또한, 농축슬러지의 건조과정 중 발생된 유기물을 포함한 다량의 증기가스는 기액분리기(345)와 상기 기액분리기(345)의 전의 가스라인(L6)에 설치된 응축기에 의해 액상으로 변화된다.

이처럼, 농축건조장치(300)에 의한 액상의 농축슬러지의 농축 및 건조과정에서 배출되는 응축수와 부유고형물 부상농축장치(200)에 의해 액상의 농축슬러지를 분리한 후에 배출되는 처리수에는 다량의 유기물을 포함하고 있다. 따라서, 이러한 유기물을 제거하기 위하여 유기물을 산화처리하는 공정이 필요하다(S500). 유기물 산화처리단계(S500)는 후술할 부상고도산화장치(400)에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 상기 응축수와 처리수는 부상고도산화장치(400)에 유입된다.

도 5a에서 도시한 바와 같이, 부상고도산화장치(400)는 제2반응조(410)의 하부에 구비되어 미세 기포(A)와 난분해성 유기물을 함유한 상기 응축수와 처리수를 포함한 폐수가 유입되는 공급부(420)와, 미세 기포(A)가 상승하며 그 표면에 흡착된 유기물이 산화되도록 제2반응조(410)의 중간에 구비되는 산화반응부(430)와, 제2반응조(410)의 상부에 구비되어 미세 기포에 의하여 형성된 거품(B)을 분리 배출하는 거품처리부(440)를 포함할 수 있다.

여기서, 공급부(420)는 제2반응조(410)의 하부에 구비되는 것으로, 난분해성 유기물을 함유한 상기 응축수 및 처리수를 포함하는 폐수를 제2반응조(410)의 내부로 유입시키는 주입구의 역할을 한다. 또한, 공급부(420)로 유입되는 폐수는 제2유입라인(L7)에 연결된 기포발생장치(421)를 통하여 미세 기포(A)와 혼합된 상태가 된다. 여기서, 미세 기포의 지름은 0.1 내지 0.5 mm 정도일 수 있으며, 기포발생장치(421)의 운영조건을 달리함으로써 지름의 크기는 달라질 수 있다.

이와 같이 폐수 내부에 미리 미세 기포를 함유시키고, 상기 폐수를 제2반응조(410) 내부에 유입하여 미세 기포에 폐수 속의 유기물이 흡착될 시간을 충분히 가질 수 있게 한다. 또한, 미세 기포를 사용함에 따라 기포의 상승이 서서히 이루어지고, 미세 기포가 폐수 속에 머무는 시간이 길어지므로 용존산소량을 증가시킬 수 있게 된다. 이로써, 추후 수행되는 생물학적 처리단계에서 요구하는 용존산소량을 증가시킬 수 있고, 이로써 생물학적 처리 단계에서 미생물이 고사되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 미세 기포에 의한 유기물의 분리 배출이 가능하게 되어 부상고도산화장치(500)에서 최종 배출되는 폐수 성분의 안정화에 도움이 된다.

한편, 공급부(420)는 미세 기포를 함유한 폐수를 제2반응조(410) 내부에 유입시킴에 있어서, 제2반응조(410) 내부에서 폐수가 선회되도록 주입할 수 있게 구성된다. 이를 위하여 공급부(420)에 형성된 폐수의 유입유로는 원형인 공급부(420)의 상단에서 편심되게 방사상으로 형성될 수 있다. 이로써 폐수에 함유된 미세 기포는 선회하며 천천히 제2반응조(410) 내부에서 상승하고, 상기 미세 기포에 유기물을 더욱 충분히 흡착할 수 있다.

한편, 산화반응부(430)는 제2반응조(410)의 중간층에 구비되는 것으로, 유기물을 흡착한 미세 기포(A)가 상승 통과되면서, 미세 기포(A)의 표면에 흡착된 난분해성 유기물을 산화할 수 있도록 수산화라디칼(OH-)을 생성하고, 산화반응을 촉진시키는 구성을 갖는다. 이때, 산화반응부(430)는 수산화라디칼을 생성하기 위한 광촉매로 이루어지거나, 이에 더하여 산화반응에 요구되는 광에너지를 공급하는 자외선 조사층을 더 구비할 수 있다. 이러한 산화반응부(430)를 통하여 미세 기포에 의하여 흡착된 유기물은 고도산화과정을 거쳐 용존성 물질로 변환되어, 후처리 공정에서 용이하게 분리처리할 수 있다.

도 5a에서 도시한 바와 같이, 고도산화처리가 효율적으로 이루어지도록 산화반응부(430)에는 광촉매패널층(431,431')과 자외선램프층(432)이 순차적으로 적층된 구성을 가질 수 있다. 이때, 도 5b 내지 도 5d에서 도시한 바와 같이, 광촉매패널층(431,431')은 얇은 띠(435,435')가 격자 또는 주름형 층으로 형성 격자공간(436,436')을 형성한 것일 수 있으며, 상기 격자 공간(436,436')은 미세 기포가 함유된 폐수가 상승하는 공간이다. 격자 공간(436,436')을 형성하는 가로띠와 세로띠의 외표면에는 수산화라디칼을 생성하는 광촉매가 코팅되어 있다. 이때, 광촉매는 일예로 이산화티탄(TiO2)일 수 있으며, 공지된 바와 같이 일부 귀금속류가 대체되어 사용될 수 있다. 한편, 자외선램프층(432)은 투명한 재질의 원통관(433) 내에 자외선램프(434)를 그 내부에 길이방향으로 배치한 것으로, 자외선램프(434)는 별도의 전원공급수단(미도시)을 통하여 전원을 공급받아 발광하도록 구성된다. 이러한 자외선램프(434)와 원통관(433)은 둘 이상이 나란하게 이격 배치됨에 따라 자외선램프층(432)을 형성하게 되며, 만일 자외선램프의 광량이 크고 제2반응조(410)의 단면적이 작은 경우에는 자외선램프층(432)은 하나의 자외선램프(434)와 원통관(433)으로 구성될 수 있다. 이와 같은 자외선램프층(432)은 자외선램프(434)가 점등되어 발산된 자외선의 에너지를 통하여 수산화라디칼의 생성을 촉진하여 고도산화반응이 활발하게 이루어지게 한다.

산화반응부(430)에는 광촉매패널층(431,431')과 자외선램프층(432)이 순차적으로 다수의 층으로 구비됨에 따라 미세 기포에 흡착된 난분해성 유기물이 산화되는 기회가 증대되어 폐수에 함유된 유기물의 고도산화처리가 신속하게 이루어질 수 있게 된다. 산화반응부(430)에 의하여 고도산화처리된 유기물은 용존성 유기물로 변환되며, 난분해성 유기물이 고밀도로 분포된 제2반응조(410) 하부의 폐수보다 비중이 작아져 다시 제2반응조(410)의 하부로 내려가지 않는다.

한편, 미세 기포(A)는 그 표면에 흡착된 유기물과 함께 폐수 수면 위로 부상되어 거품(B)을 형성하게 된다. 폐수 속의 유기물 중 계면활성제 등의 일부 성분에 의하여 거품이 쉽게 붕괴하지 아니하는 경우가 있게 되며, 이 경우에 지속적인 미세 기포(A)의 주입에 따라 거품(B)은 점차 성장하게 된다.

거품처리부(440)는 폐수 수위보다 높게 제2반응조(410)의 내부 상측에 구비되며, 미세 기포에 의하여 형성된 거품을 폐수와 분리하여 외부로 배출하는 역할을 한다.

거품처리부(440)는 성장된 거품을 효율적으로 분리 포집하기 위하여 폐수 수면에서 성장되는 거품이 넘치는 제2월류벽(441)과, 제2월류벽(441)을 넘은 거품이 붕괴되어 생성된 액상의 농축슬러지(S)가 담기는 제2저장공간(442)과, 제2저장공간(442)에 포집된 액상의 농축슬러지가 배출되는 제2배수관(443)과, 제2저장공간(442)의 상측에 연통되어 상기 거품 붕괴에 따라 발생하는 악취가스를 외부로 배출하는 제2악취가스배출관(444)을 포함할 수 있다.

도 5a에서 도시한 바와 같이, 제2반응조(410)의 내부 상측에는 가로판(447)이 구비되고, 가로판(447)에 형성되는 제2월류벽(441)은 제2반응조(410)의 단면에 비하여 작은 단면으로 상하 중공된 원통형 통일 수 있다. 따라서 가로판(447)의 하부에 형성된 폐수 수면에서 성장되는 거품은 제2월류벽(441)의 내부 공간을 통하여 상승된 후 제2월류벽(441)을 넘어 외주면을 타고 흘러 내려, 가로판(447) 상부에 형성된 제2저장공간(442)에 머물게 된다.

이후, 제2저장공간(442)에서 시간의 흐름에 따라 거품이 붕괴되어 다시 액상의 폐수, 즉 농축슬러지(S)가 되며, 거품에 흡착된 유기물은 높은 농도로 농축슬러지에 함유된다. 이후 농축슬러지(S)는 제2배수관(443)을 통하여 외부로 배출된다. 그리고, 배출된 농축슬러지(S)는 상기 농축건조장치(300)의 저장조(310)에 유입되고, 상기 농축슬러지(S)에 함유된 수분을 열교환방식에 의해 증발시켜 농축하고, 상기 농축슬러지(S)의 수분이 일정정도 제거된 후에는 고온의 열가스를 이용하여 상기 농축슬러지(S)를 건조시킨다. 즉, 농축슬러지(S)는 상기 농축건조장치(300)로 재유입되어 증발 농축 및 건조과정(S400)을 거쳐 함유된 유기물이 제거되고, 농축 및 건조과정(S400) 중 생성된 응축수는 재순환되어 부상고도산화장치(400)에 유입되는 과정(S500)을 반복하게 된다. 이러한 과정을 반복함에 따라 폐수에 함유된 유기물을 효과적으로 제거할 수 있다.

나아가, 도 5a에서 도시한 바와 같이, 제2월류벽(441)의 상부에는 제2월류벽(441)의 내측을 향하여 돌출되는 거품조절부(451)가 더 형성될 수 있다. 거품조절부(451)는 제2월류벽(441)의 중공된 내부 단면적보다 작은 단면적을 가지며, 제2월류벽(441)의 상단부에서 하부를 향하여 돌출되게 형성된다. 거품조절부(451)는 제2반응조(410)의 제2덮개(446) 배면에 돌출되게 형성되는 블록체로 이루어지거나, 제2월류벽(441)의 상단부에서 리브로 연결되는 블록체일 수 있다.

한편, 제2반응조(410)의 저부에는 부상에 실패하여 가라앉는 기포 또는 고형물이 포집되어 생물학적 여과가 진행되는 제2여과층(451)과, 제2여과층(451)의 하부에서 강한 분사로 제2여과층(451)을 세척하는 분사형 제2세척봉(452)이 구비된 제2여과부(450)가 더 구비될 수 있다. 부유 고형물 중 기포의 붕괴 또는 기포에 부착된 부유 고형물의 비중에 의하여 기포가 상승하지 못하고 가라앉는 경우에 부상에 실패하여 가라앉는 기포 또는 고형물이 발생되며, 이는 제2반응조(410)의 상하로 부상과 침전을 반복하여 다른 부유 고형물의 부상에 지장을 초래하게 된다. 따라서, 제2반응조(410)의 하부, 보다 구체적으로는 수류적 안정을 위하여 기포발생장치(421)의 아래면, 제2반응조(410)의 바닥에서 이격된 높이에, 상기 가라앉는 고형물을 포집하는 제2여과층(451)을 형성하여, 제2여과층(451)에 포집된 고형물을 미생물을 이용한 생물학적 분해가 이루어지게 구성한 것이다.

이러한 제2여과층(451)은 상하로 관통된 유로를 형성하고 있으며, 제2여과층(451)에 많은 기포 또는 고형물이 포집된 경우 또는 사용자에 의하여 결정되는 일정 시간마다 제2여과층(451)에 포집된 고형물을 분리할 수 있도록 제2여과층(451)의 하부에 분사형 제2세척봉(452)이 설치된다. 분사형 제2세척봉(452)은 외부의 압축공기 또는 고압수를 공급받아 제2여과층(451)의 표면에 강하게 분사함으로써 고형물이 떨어지게 하는 것이며, 떨어진 고형물은 제2세척봉(452)의 분사에 따라 부상되어 거품으로 배출된다. 이로써, 부상에 실패한 고형물로 인하여 부상 처리 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

이와 같은 부상고도산화장치(400)는 고도산화처리를 위한 산화반응부(430)와 생성된 거품을 분리배출하는 거품처리부(440)를 동시에 구비하고, 미세 기포를 이용함으로써 용존산소량을 증가시키면서 고도산화처리가 효율적으로 이루어지게 하는 장점을 가진다.

한편, 부상고도산화장치(400)에 의해 산화된 유기물을 제거한 후 폐수는 배출라인(L8)를 통하여 배출된다. 부상고도산화장치(400)에서 배출되는 폐수를 배출수라 칭한다. 사용자는 상기 배출수를 활성탄 여과시설 또는 RO분리막 시설을 이용하여 최종 여과시키는 단계를 수행할 수 있다(S600).

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 폐수복합처리방법에 따르면 고농도 난분해성 등의 오염물질을 함유한 산업폐수를 매우 안정적이고 효율적으로 처리할 수 있다.

이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 고속응집형 폐수처리장치 110: 저장탱크
120: 폐수이송라인 130: 약품주입라인
160: 고속응집장치 163: 교반날개
200: 부상농축장치 210: 제1반응조
220: 기포주입기 230: 거품분리 배출수단
270: 제1여과부 300: 농축건조장치
310: 저장조 320: 젓개
323: 날개부 330: 건조재킷
400: 부상고도산화장치 410: 제2반응조
420: 공급부 430: 산화반응부
431, 431': 광촉매패널층 432: 자외선램프층
440: 거품처리부 450: 제2여과부

Claims (10)

1. 폐수에 응집약제 및 미세기포를 혼합하여 상기 폐수에 함유된 난분해성 및 유/무기물질의 응집 플록을 조대화하는 단계;
   조대화된 상기 응집 플록을 제거한 후, 폐수에 잔존하는 부유물질을 농축하기 위하여 폐수에 기포를 주입하여 상기 기포에 부유물질을 흡착 및 부상시키고, 상기 부상된 기포를 포집하여 상기 기포의 붕괴로 액상의 농축슬러지를 생성하는 단계; 및
   상기 생성된 액상의 농축슬러지를 분리하여 저장조에 저장하고, 상기 농축슬러지에 함유된 수분을 증발시켜 농축하고 이를 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 폐수복합처리방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 액상의 농축슬러지를 생성한 경우에, 상기 액상의 농축슬러지를 분리한 후에 배출되는 처리수와, 상기 액상의 농축슬러지를 증발 농축 및 건조하는 단계에서 생성된 응축수에 함유된 유기물을 산화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수복합처리방법.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 유기물을 산화한 경우에,
   상기 산화된 유기물이 제외된 배출수를 분리여과막을 이용하여 여과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수복합처리방법.
   
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 응집 플록을 조대화하는 단계는,
   교반기에 유입되는 폐수에 응집약제 및 미세기포를 주입하는 단계; 및
   상기 교반기를 작동시켜 미세기포의 표면에 흡착된 오염물질을 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수복합처리방법.
   
5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 액상의 농축슬러지를 생성하는 단계는,
   상기 액상의 농축슬러지를 분리하여 배출한 후, 폐수에 잔존하는 부유물질을 제거하기 위하여 상기 폐수를 상기 응집 플록을 조대화하는 단계로 재순환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수복합처리방법.
   
6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 농축슬러지를 증발 농축 및 건조시키는 단계는,
   상기 저장조의 내부에서 설치되는 젓개에 고온의 수증기를 유입하여 가열하고, 상기 액상의 농축슬러지를 상기 젓개에 접촉시켜 열교환방식에 의해 상기 액상의 농축슬러지에 함유된 수분을 증발시켜 상기 액상의 농축슬러지를 농축하는 단계; 및
   상기 액상의 농축슬러지에 함유된 수분을 증발시킨 후에 상기 저장조의 외부를 감싸는 건조재킷에 고온 기체를 유입시켜 상기 저장조의 내벽을 가열하고, 상기 저장조의 내벽에 접촉하는 상기 농축슬러지를 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수복합처리방법.
   
7. 청구항 6에 있어서, 상기 액상의 농축슬러지를 농축하는 단계는,
   상기 액상의 농축슬러지에서 발생한 수증기를 히트펌프를 이용하여 상기 젓개에 재유입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수복합처리방법.
   
8. 청구항 6에 있어서, 상기 농축슬러지를 건조시키는 단계는,
   상기 건조재킷에 유입되어 배출되는 고온 기체를 축열식 소각로에 재유입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수복합처리방법.
   
9. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
   유기물을 산화시키는 단계는,
   상기 처리수 및 응축수에 미세기포를 주입하여 상기 미세기포의 표면에 유기물을 흡착 및 부상시키고, 광촉매 및 자외선 램프를 이용하여 상기 유기물을 산화시키는 단계; 및
   상기 부상된 미세기포를 포집하고, 상기 기포의 붕괴로 생성된 농축슬러지를 분리하여 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수복합처리방법.
   
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 농축슬러지를 배출하는 경우에, 상기 농축슬러지에 함유된 수분을 증발 농축 및 건조시키기 위하여 상기 농축슬러지를 상기 저장조에 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수복합처리방법.

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