KR100970427B1 - 미세 기포를 이용한 고속응집형 폐수처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐수 처리과정 중 폐수에 함유된 난분해성 및 유/무기성의 오염물질 등을 물리, 화학적 반응에 의하여 제거하는 폐수처리장치에 관한 것으로, 특히 응집제와 미세 기포에 의한 오염물질의 플록이 고속으로 조대화되게 한 고속응집형 폐수처리장치에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명에 따른 미세 기포를 이용한 고속응집형 폐수처리장치는 저장조로 폐수를 유입하는 폐수이송라인에 응집약제가 주입되는 약품주입라인과, 공기 또는 이산화탄소를 주입하는 기체유입라인이 연결되고, 응집약제와 기포를 함유한 폐수를 가압하는 펌프가 연결되며, 펌프의 후단에는 기포를 분쇄하여 미세 기포를 생성하면서, 응집약제, 미세 기포 및 폐수를 혼합하는 고속응집장치가 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

미세 기포를 이용한 고속응집형 폐수처리장치{waste water treatment apparatus using micro-bubbles}

본 발명은 폐수 처리과정 중 폐수에 함유된 난분해성 및 유/무기 오염물질 등을 물리, 화학적 반응에 의하여 제거하는 폐수처리장치에 관한 것으로, 특히 응집제와 미세 기포에 의한 난분해성 및 유/무기 오염물질 등의 플록이 고속으로 조대화되게 한 고속응집형 폐수처리장치에 관한 것이다.

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

특히, 일반 생활폐수와는 달리 석유화학 등에서 발생하는 산업폐수는 고농도의 유분 및 유기물질이 다량으로 함유된 상태이므로 환경오염에 치명적인 영향을 미칠 수 있을 뿐만 아니라 함유물질의 분해가 어려워 그 처리과정에 전문성이 요구된다.

이러한 난분해성 산업폐수를 처리하는 종래의 기술은 폐수에 포함된 오염물질을 폐수의 성상에 따라 물리적, 화학적, 생물학적 처리단계별로 제거하는 방식으로 이루어지는 것이 보통이다.

종래의 기술에서 폐수의 전처리로 화학약품을 투입하여 오염물질을 응집 침전시키거나, 폭기조를 이용하여 부상 처리하는 방법이 제시되어 있다. 침전식 전처리과정에는 다량의 화학약품이 요구되어 운용비용이 높으며, 슬러지의 발생량도 많아지는 단점이 있으며, 부상식 처리과정에는 기포에 슬러지를 흡착하기 위한 기체용해도, 기포 표면적과 오염물질의 접촉효율의 개선점 및 용존성 오염물질에 대한 제거 대책의 미비 등의 기술적 단점을 갖고 있다.

결국, 이러한 종래의 기술을 적용하여 적절한 폐수 처리 효과를 얻기 위해서는 과다한 화학약품의 첨가가 수행되며, 이로써 반응조, 응집조, 침전조, Ph 조정조, 탈수조 등의 다수의 처리시설을 연달아 설치하여야 하는 단점을 갖게 된다. 이로써, 폐수 처리 시설에서 전처리 시설의 규모가 커져 부지확보 및 시설투자비가 증대되며, 그에 따라 시설운영비가 증대됨에 따라 소규모 생산시설을 갖춘 많은 중소기업에서 폐수 정화 처리시설을 구축하는데 곤란한 문제가 되고 있다.

본 발명은 전술된 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 응집제와 미세 기포에 의한 난분해성 및 유/무기성 오염물질의 응집이 고속으로 이루어지게 하여 전처리 과정에 소요되는 장치의 소형화를 꾀하는 목적을 갖는다.

구체적으로 응집제의 용해도를 상승시키면서, 동시에 미세 기포에 의한 오염물질의 흡착효율을 증대시켜 응집 효율을 증대시키는 목적을 갖는다.

나아가, 저비점 유기화합물에 의한 응집 효율의 저하를 방지하는 목적도 갖는다.

또한, 전처리 과정의 폐수가 수집되는 저장조와 재순환을 이루도록 하여, 폐수의 후처리를 위한 전처리 순환이 가능토록 하는 목적도 갖는다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예는, 저장조로 폐수를 유입하는 폐수이송라인에는 응집약제가 주입되는 약품주입라인과, 공기(air) 또는 응집보조제의 일종인 이산화탄소(co₂)를 주입하는 기체유입라인이 연결되고, 상기 응집약제와 기포를 함유한 폐수를 가압하는 펌프가 연결되며, 상기 펌프의 후단에는 상기 기포를 분쇄하여 미세 기포를 생성하면서, 상기 응집약제, 미세 기포 및 폐수를 혼합하는 고속응집장치가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 미세 기포를 이용한 고속응집형 폐수처리장치를 제시한다.

또한, 상기 고속응집장치에는 상기 폐수이송라인에 따라 형성되는 하우징과, 상기 하우징 내에서 회전되는 회전축 상에 결합되어 상기 폐수를 젓는 교반날개와, 상기 교반날개의 표면상에 돌출되어 기포를 미세 기포로 분쇄하는 돌기가 포함되는 것을 특징으로 하는 미세 기포를 이용한 고속응집형 폐수처리장치를 제시한다.

또한, 상기 폐수이송라인에는 스팀 또는 열풍을 공급받아 폐수를 가열하는 히터가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 미세 기포를 이용한 고속응집형 폐수처리장치를 제시한다.

또한, 상기 펌프와 상기 고속응집장치 사이의 폐수이송라인에는 추가 응집제를 주입할 수 있는 보조약품주입라인이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 미세 기포를 이용한 고속응집형 폐수처리장치를 제시한다.

또한, 상기 폐수이송라인의 양단은 상기 저장조에 연통되어, 상기 폐수이송라인을 통한 폐수의 흐름은 상기 저장조에 저장된 폐수가 재순환을 이루는 것을 특징으로 하는 미세 기포를 이용한 고속응집형 폐수처리장치를 제시한다.

본 발명에 따르면, 폐수이송라인에 직접 응집약제와 공기 또는 이산화탄소를 주입하여 종래의 다수의 저장조로 이루어진 폐단을 개선하였으며, 고속응집장치를 통하여 미세 기포를 생성함과 동시에 용해도를 크게 증진하여 신속하면서도 효율적인 슬러지 응집처리가 이루어질 수 있게 된다. 따라서 전처리를 위한 관련 설비를 소형으로 제작할 수 있게 되어 장치의 비용절감과 소형화를 달성할 수 있게 되는 효과를 갖는다.

나아가 고속응집장치에서 교반날개에 돌기를 장착함에 따라 미세 기포의 발생과 함께 용해도 및 접촉 표면적을 증대시켜 오염물질 흡착효율을 증대시키는 효과와 함께, 폐수속의 슬러지로 인하여 하우징이 폐색되는 문제를 방지하여 작동신뢰성을 증대시키는 효과도 갖는다.

또한, 히터를 통하여 저비점 유기화합물(난분해성)이 함유된 폐수에서도 미세 기포에 의한 효율적인 슬러지 응집이 가능하게 되어, 저비점 유기화합물(난분해성)이 함유된 특정 폐수에서도 응집효율을 유지할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 전처리 과정이 폐수가 수집되는 저장조와 재순환을 이루도록 하여, 목표 수질에 맞추기 용이한 장점도 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 미세 기포를 이용한 고속응집형 폐수처리장치의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명에 채용된 고속응집장치의 개략적인 사시도.

상기 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 미세 기포를 이용한 고속응집형 폐수처리장치의 구성, 기능 및 작용을 구체적으로 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 미세 기포를 이용한 고속응집형 폐수처리장치(100)에는 폐수가 저장되는 저장조(1)와, 상기 저장조(1)로 폐수가 유입되는 폐수이송라인(2)이 구비되어 있고, 상기 폐수이송라인(2)에는 응집약제가 주입되는 약품주입라인(3)과, 공기 또는 이산화탄소를 주입하는 기체유입라인(4)이 연결되어 있다. 연이어 상기 폐수이송라인(2)에는 응집약제와 기포를 함유한 폐수를 이송하기 위하여 가압하는 펌프(5)가 연결되며, 상기 펌프(5)의 후단에는 상기 기포를 분쇄하여 미세 기포를 생성하면서, 상기 응집약제, 미세 기포 및 폐수를 혼합하는 고속응집장치(6)가 연결되어 있다.

따라서 유기물 또는 무기물 오염물질을 함유한 폐수가 폐수이송라인으로 이송되는 과정 중에 응집약제와 기체를 주입하고, 이를 고속응집장치(6)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 전처리 시간을 절감하면서, 관련 설비를 매우 간소화할 수 있는 것이다.

이때, 약품주입라인(3)으로 공급되는 응집제는 폐수와 혼합하여 액상으로 주입되는데, 폐수의 성상에 따라 유/무기성 응집보조제인 황산반토, 소석회, 폴리황산철 등 다양한 화합물일 수 있다. 한편, 기체유입라인(4)은 가압된 공기 또는 이산화탄소를 주입하여, 폐수 속에는 기액혼합체가 형성된다.

이때, 약품주입라인(3)과 공기유입라인(4)에는 액상 응집약제 또는 기체의 주입량을 조절할 수 있는 밸브(도시 생략)가 장착되어, 사용자는 폐수의 성상에 따른 응집약품량과 기체주입량을 조절할 수 있다.

또한, 펌프(5)는 폐수를 가압하여 이송하기 위한, 공지된 구성의 유체 이송용 펌프일 수 있다.

한편, 고속응집장치(6)에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 폐수이송라인(2)에 따라 형성되는 하우징(61)과, 상기 하우징(61) 내에서 회전되는 회전축(62)에 결합되어 상기 폐수를 젓는 교반날개(63) 및 상기 교반날개(63)의 표면(631)상에 돌출되어 기포를 미세 기포로 분쇄하는 돌기(64)가 포함된다.

상기 하우징(61)은 폐수이송라인(2)의 길이방향에 따라 형성된 원통형상을 가질 수 있으며, 하우징(61)의 길이 방향 중심에는 회전축(62)이 장착되어 있다. 이 회전축(62)은 구동모터(도시 생략)에 의한 회전력을 인가받아 회전하게 구성되어 있으며, 구동모터와 회전축(62)의 연결은 감속기어(621)를 통하여 연결될 수 있다.

교반날개(63)는 폐수와 응집약제를 혼합하기 위한 것으로, 회전축의 방사상으로 결합되는 부재이다. 이러한 교반날개(63)는 도시된 바와 같이 연속되는 스크루 형상일 수 있으며, 혼합 성능을 더욱 증대시키기 위하여 난류 흐름을 유도할 수 있는 다수의 비정형적인 날개로 형성될 수도 있다.

나아가 교반날개(63) 상에는 다수의 돌기(64)가 돌출되게 장착됨으로써, 회전축(62)의 회전시에 돌기(64)가 기포와 충돌하여 미세 기포를 생성하게 된다. 특히 이러한 돌기(64)는 교반날개(63) 표면에 소형으로 다수가 장착됨에 따라, 폐수 속에 함유된 오염물질과 기타 이물질이 돌기(64)에 걸려 하우징 내부가 폐색되는 것을 방지할 수 있게 된다. 또한, 돌기는 하우징 내부를 통과하는 폐수와 응집약제 및 미세 기포가 신속하게 혼합되게 함으로써, 하우징의 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 1에 도시된 바와 같이, 상기 폐수이송라인(2)에는 스팀 또는 열풍을 공급받아 폐수를 가열하는 히터(7)가 더 포함될 수 있다.

폐수의 성상에 따라 난분해성 물질인 에틸알콜류, 알데히드류, 에스테르류 등 저비점 유기화합물이 포함된 경우에, 상기 저비점 유기화합물에 의하여 미세 기포에 의한 슬러지 흡착률이 낮아지는 단점이 있으므로, 히터(7)를 통하여 미세 기포를 함유한 폐수를 가열함으로써 상기 저비점 유기화합물을 기화시켜 전술된 문제점을 극복할 수 있게 된다. 즉, 상온으로 이동되는 폐수를 35℃ 내지 40℃로 가열함으로서 저비점 유기화합물을 기화시킨 후 저장조에서 최종 기체 상태로 휘발시킴으로써 미세 기포에 의한 흡착률을 극대화하는 것이다.

이를 위한 히터(7)는 열교환기에 의한 통상적인 폐수의 가열을 고려할 수 있으나, 폐수이송라인(2)을 통한 폐수의 이동 속도를 감안하여 신속한 가열을 위하여 스팀 또는 열풍을 폐수에 직접 전달할 수 있는 공지된 구성의 인라인히터(in line heater)로 구성하는 것이 바람직하다.

나아가, 상기 펌프(5)와 상기 고속응집장치(6) 사이의 폐수이송라인(2)에는 추가 응집제를 주입할 수 있는 보조약품주입라인(8)이 더 구비될 수 있다.

고속응집장치(6)를 거쳐 미세 기포가 함유되어 있으며, 용해도가 증가되어 활성화된 기액혼합체에 응집 플럭의 조대화를 위해서 보조약품주입라인(8)을 통하여 유기고분자 응집제를 주입할 수 있게 된다. 또한, 보조약품주입라인(8)은 필요에 따라 사용자가 선택한 다른 응집제를 주입하는데 사용할 수도 있게 된다.

이와 같은 일련의 과정을 통하여 폐수이송라인(2)의 기액혼합체는 저장조(1)로 유입되고, 저장조(1)에서 미세 기포는 교반기(11)에 의하여 서서히 회전되며 상승하여 유기물을 표면에 흡착한 거품을 형성하게 된다. 저장조(1)의 상부에는 교반기(11) 및 스키머(12)를 작동하기 위한 모터장치(13)가 구비되어 있으며, 스키머(12)에 의하여 수집된 거품은 농축슬러지 배출구(14)를 통하여 외부로 배출된다.

한편, 상기 폐수이송라인(2)의 양단은 상기 저장조(1)에 연통되어, 상기 폐수이송라인(2)을 통한 폐수의 흐름은 상기 저장조(1)에 저장된 폐수가 재순환을 이루도록 구성될 수 있다.

즉, 저장조(1)에서 전처리가 일정 수준 이상으로 진행되도록, 저장조 내의 폐수를 전술된 바와 같이 폐수이송라인(2)으로 순환하여 반복 처리되게 구성하고, 목표 수질에 도달한 경우 별도의 배관을 통하여 다음 공정으로 폐수가 이송되도록 구성한다.

100 : 폐수처리장치 1 : 저장조
11 : 교반기 12 : 스키머
13 : 모터장치 14 : 배출구
2 : 폐수이송라인 3 : 약품주입라인
4 : 기체유입라인 5 : 펌프
6 : 고속응집장치 61 : 하우징
62 : 회전축 621 : 감속기어
63 : 교반날개 631 : 표면
64 : 돌기 7 : 히터
8 : 보조약품주입라인

Claims (5)

1. 저장조(1)로 폐수를 유입하는 폐수이송라인(2)에는,
   응집약제가 주입되는 약품주입라인(3)과, 공기 또는 이산화탄소를 주입하는 기체유입라인(4)이 연결되고, 상기 응집약제와 기포를 함유한 폐수를 가압하는 펌프(5)가 연결되며, 상기 펌프(5)의 후단에는 상기 기포를 분쇄하여 미세 기포를 생성하면서 상기 응집약제, 미세 기포 및 폐수를 혼합하는 고속응집장치(6)가 연결되고,
   상기 고속응집장치(6)는,
   상기 폐수이송라인(2)을 따라 형성한 하우징(61);
   상기 하우징(61) 내에서 회전하는 회전축(62) 상에 결합하고 상기 폐수를 젓는 교반날개(63); 및
   상기 교반날개(63)의 표면상에서 돌출되어 기포를 미세 기포로 분쇄하는 돌기(64);를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 기포를 이용한 고속응집형 폐수처리장치.
2. 삭제
3. 제1항에서,
   상기 폐수이송라인(2)에는 스팀 또는 열풍을 공급받아 폐수를 가열하는 히터(7)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 미세 기포를 이용한 고속응집형 폐수처리장치.
4. 제3항에서,
   상기 펌프(5)와 상기 고속응집장치(6) 사이의 폐수이송라인(2)에는 추가 응집제를 주입할 수 있는 보조약품주입라인(8)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 미세 기포를 이용한 고속응집형 폐수처리장치.
5. 제3항에서,
   상기 폐수이송라인(2)의 양단은 상기 저장조(1)에 연통되어, 상기 폐수이송라인(2)을 통한 폐수의 흐름은 상기 저장조(1)에 저장된 폐수와 재순환을 이루는 것을 특징으로 하는 미세 기포를 이용한 고속응집형 폐수처리장치.

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