KR100989051B1 - 하수고도처리시스템용 탈인장치 - Google Patents

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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 탈인여과기는 내부에 공동부 및 적어도 하나의 여과재층이 형성된 밀폐형 바디 및 상기 공동부에서 회전하도록 구성된 교반기를 포함하고, 상기 여과재층을 세척하기 위해 역세수가 공급되는 동안에 상기 교반기가 회전하도록 구성된 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따라 종래 탈인공정상의 응집과정, 교반과정, 여과과정을 단일 장치에 의해서 수행함으로써 공정이 매우 단순하면서도 효율적으로 이루어질 수 있으며, 종래의 처리수가압과정을 위한 가압 펌프, 침전과정에서 슬러지를 인출하기 위한 별도의 펌프, 여과재층을 역세척하기 위한 역세 펌프를 별도로 구비할 필요가 없기 때문에 경제적이면서도 공간활용을 극대화할 수 있으며, 역세수가 공급되는 동안에 교반부를 작동시킴으로써 최소의 역세수 사용으로 최대의 역세효과를 가질 수 있다. 또한, 설비가 간소화되므로 설비의 유지 및 관리에 드는 비용을 절감할 수 있는 효과를 갖는다.

Description

하수고도처리시스템용 탈인장치{A phosphorus removing apparatus for a advanced waste-water treatment system}
본 발명은 탈인장치에 관한 것이며, 보다 자세히는 생물학적 반응조를 포함하는 하수고도처리시스템에 사용될 수 있는 탈인장치에 관한 것이다.
일반적으로 상, 하수 및 폐수 등의 처리를 위해서 일반적으로 생물학적 처리 공법이 사용되고 있다. 이러한 처리 공법은 공정이 안정되어 있고, 비용이 상대적으로 저렴하며 환경친화적이라는 장점을 갖는다.
생물학적 처리 공법은 미생물의 대사 작용에 의해 오염물질을 제거하는 것을 주요한 원리로 한다. 한편, 하수고도처리란 하수 내 부유물은 물론 총질소 및 총인 성분도 제거할 수 있는 처리 기술을 의미한다. 이러한 하수고도처리 방식은 미생물의 작용에 의해서 총질소와 총인을 제거하기 위한 생물학적 반응조를 포함한다.
다만, 상기와 같은 생물학적 반응조에서 미생물의 작용에 의해서 탈인과정을 거치더라도 처리수내에는 일정량 이상의 인성분이 잔류하게 된다.
따라서 상기 생물학적 반응조를 이용한 하수고도처리공법에 부가하여 화학적인 탈인공정이 부가될 수 있다.
화학적 탈인공법으로서 가장 널리 이용되는 방식은 응집침전탈인법이며, 이러한 화학적 응집침전탈인법에 의한 인 제거는 화학약품을 사용하여 처리수 중에 용해되어 있는 인성분을 용해도가 낮은 화합물로 만들어 침전시켜 처리수로부터 제거하는 방식이다.
다만, 기존의 탈인공정에 이용되는 설비는 공정이 복잡하며 처리 효율이 상당이 낮으며, 설비의 유지 및 관리에 상당히 많은 비용이 든다는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 종래 탈인공정에서 각각 개별 장치에 의해서 수행되었던 응집과정, 교반과정, 여과과정을 단일 여과기에 의해서 수행되도록 함으로써 공정이 매우 단순하면서도 효율적으로 이루어질 수 있으며, 여과기에 역세수가 공급되는 동안에 교반기를 작동시킴으로써 여과기 내부에서 와류를 형성하여 최소의 역세수 사용으로 최대의 효과를 가질 수 있는 탈인여과기를 제공함을 목적으로 한다.
전술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 탈인여과기는 내부에 공동부 및 적어도 하나의 여과재층이 형성된 밀폐형 바디 및 상기 공동부에서 회전하도록 구성된 교반기를 포함하고, 상기 여과재층을 세척하기 위해 역세수가 공급되는 동안에 상기 교반기가 회전하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 역세수는 상기 여과재층을 통과한 여과수가 될 수 있다.
또한, 상기 밀폐형 바디는 상기 여과재층을 통과한 여과수가 배출되는 배출구를 더 포함하고, 상기 역세수는 상기 배출구로 공급될 수 있다.
또한, 상기 밀폐형 바디는 여과될 유입수를 응집제와 혼합된 상태로 상기 공동부에 공급하기 위한 유입구를 더 포함하고, 상기 여과재층에 의해서 유입수로부터 분리된 불순물은 상기 유입구로 배출될 수 있다.
또한, 상기 응집제는 황산알루미늄 또는 염화제이철 중에서 적어도 하나를 포함하고, 상기 응집제는 유입수중에 포함된 인산과 반응하여 금속인산염을 형성할 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나의 여과재층은 여과사층 및 여과자갈층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 교반기는 임펠러될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 탈인장치는 인성분을 제거하기 위한 탈인여과기 및 상기 여과재층을 세척하기 위한 역세수를 공급하는 역세수 공급펌프를 포함하고, 상기 탈인여과기는 상기 유입수가 공급되는 공동부와 적어도 하나의 여과재층을 구비하는 밀폐형 바디 및 상기 공동부에서 회전하도록 구성된 교반기를 포함하고, 상기 역세수가 공급되는 동안에 상기 교반기가 회전하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 역세수 공급펌프는 상기 역세수로서 상기 탈인여과기를 통과한 여과수를 가압하여 상기 탈인여과기로 공급할 수 있다.
또한, 상기 탈인여과기에 의해서 여과된 여과수가 공급되는 방류조를 더 포함하고, 상기 방류조는 상기 여과수를 외부로 방류하기 위한 방류 펌프를 포함하며, 상기 방류 펌프가 역세수 공급펌프로서 기능할 수 있다.
또한, 상기 탈인여과기는 여과수를 방류조로 배출하는 배출구를 더 포함하고, 상기 역세수는 상기 배출구를 통해서 탈인여과기로 공급될 수 있다.
또한, 가압된 유입수와 응집제를 혼합하여 상기 탈인여과기에 공급하는 라인믹서를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나의 여과재층은 여과사층 및 여과자갈층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 교반기는 임펠러가 될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 하수고도처리시스템은 생물학적 반응조를 거친 처리수를 가압하여 공급하기 위한 가압펌프, 상기 가압되어 공급된 처리수내에 포함되어 있는 인성분을 제거하기 위한 탈인여과기 및 상기 여과재층을 세척하기 위한 역세수를 공급하는 역세수 공급펌프를 포함하고, 상기 탈인여과기는 상기 공급된 처리수가 유입되는 공동부와 적어도 하나의 여과재층을 구비하는 밀폐형 바디 및 상기 공동부에서 회전하도록 구성된 교반기를 포함하고, 상기 역세수가 공급되는 동안에 상기 교반부가 회전하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 생물학적 반응조는 침치형 분리막 및 상기 분리막으로부터 처리수를 인출하기 위한 흡입펌프를 포함하고, 상기 흡입펌프가 상기 가압펌프로서 기능할 수 있다.
한편, 상기 역세수 공급펌프는 역세수로서 상기 탈인여과기를 통과한 여과수를 가압하여 상기 탈인여과기로 공급할 수 있다.
또한, 상기 탈인여과기에 의해서 여과된 여과수가 공급되는 방류조를 더 포함하고, 상기 방류조는 상기 여과수를 외부로 방류하기 위한 방류 펌프를 포함하며, 상기 방류 펌프가 역세수 공급펌프로서 기능할 수 있다.
또한, 상기 탈인여과기는 여과수를 방류조로 배출하는 배출구를 더 포함하고, 상기 역세수는 상기 배출구를 통해서 역으로 공급될 수 있다.
또한, 상기 가압된 처리수와 응집제를 혼합하여 상기 탈인여과기에 공급하는 라인믹서를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 교반기는 임펠러가 될 수 있다
또한, 상기 생물학적 반응조는 호기조를 더 포함하며, 상기 침지형 분리막은 상기 호기조에 침지된 것일 수 있다.
또한, 상기 생물학적 반응조는 막분리조를 더 포함하며, 상기 침지형 분리막은 상기 막분리조에 침지된 것일 수 있다.
본 발명에 따른 탈인장치는, 종래 탈인공정상의 응집과정, 교반과정, 여과과정을 단일 장치에 의해서 수행함으로써 공정이 매우 단순하면서도 효율적으로 이루어질 수 있으며, 역세수가 공급되는 동안에 교반기를 작동시킴으로써 응집된 인산화물들이 주로 퇴적되는 여과재층 상부에 와류를 형성하여 최소의 역세수 사용으로 최대의 역세효과를 가질 수 있다. 또한, 설비가 간소화되므로 설비의 유지 및 관리에 드는 비용을 절감할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 생물학적 반응조 및 탈인부를 포함하는 하수고도처리시스템의 개념도.
도 2는 종래 탈인부 구성을 개략적으로 도시하는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 하수도고처리시스템용 탈인장치를 도시하기 위한 개념도.
도 4는 본 발명에 따른 복합형 탈인여과기를 상세히 설명하기 위한 도면.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 여과 스크린 장치의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 생물학적 반응조 및 탈인부를 포함하는 하수고도처리시스템(100)의 개념도이다.
도 1에는 유입되는 원수에 포함된 부유물 또는 침전물을 필터링하는 여과 스크린 장치(102), 필터링된 원수를 생물학적으로 처리하기 위한 반응조(103) 및 반응조(103)에 의해서 처리된 처리수에 포함된 인성분을 화학적으로 제거하기 위한 탈인부(106)를 포함하고, 상기 반응조(103)는 무산소조(103-1), 혐기조(103-2), 호기조(103-3, 침지형 분리막 포함) 및 완충조(103-4)를 포함하는 하수고도처리시스템(100)이 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 하수고도처리시스템(100)에 유입되는 원수는 굵은 실선으로 표시된 과정을 거쳐 처리가 이루어진다. 일점 쇄선으로 표시된 과정은 생물학적 반응조의 내부 반송라인(108)이다.
상세히 살펴보면, 외부로부터 공급되는 유입수(이하 원수라 함)는 반응조(103)에 유입되기 전에 유량조정조(101)를 거친다. 시스템(100)이 처리할 수 있는 유량이 제한적이기 때문에 유량조정조(101)를 거쳐 시스템(100)에 일정한 양의 원수가 공급된다.
공급된 원수는 사전 처리단계로서 여과 스크린 장치(102)를 거친다.
여과 스크린 장치(102)에서는 원수에 포함된 흙이나 모래등과 같은 침전물, 섬유, 씨앗등과 같은 일정 크기 이상의 부유물에 대한 필터링이 이루어진다. 이러한 침전물 및 부유물들은 하수처리 시스템 내에서 생물학적, 화학적으로 분해되지 않기 때문에 이러한 침전물, 부유물을 사전에 필터링하는 단계가 반드시 필요하다.
상기 여과 스크린 장치(102)에서 필터링된 원수는 생물학적 반응조(103)로 유입된다. 반응조(103)에서는 원수에 함유된 질소, 인 성분을 미생물을 이용하여 생물학적으로 제거하는 공정(탈질, 탈인) 및 원수에 함유된 유기물을 제거하는 공정이 수행된다.
생물학적 반응조(103)는 무산소조(103-1), 혐기조(103-2), 호기조(103-3, 막분리조 혹은 침지형 분리막 포함), 완충조(103-4)로 세분화할 수 있다. 다만, 본 발명에 따르는 생물학적 하수고도처리시스템(100)은 이와 같은 생물학적 반응조(103)를 포함하는 구성에 한정되는 것은 아니며, 반응조(103)의 구성은 여러 다양한 형태로 변형될 수 있다.
상기 무산소조(103-1), 혐기조(103-2), 호기조(103-3, 막분리조 포함) 및 완충조(103-4)를 포함하는 생물학적 반응조의 하수처리 작용 및 탈인부(106)의 기능을 간단히 살펴보면 다음과 같다.
본 발명에 따른 생물학적 하수고도처리 과정은 미생물의 대사작용(오폐수 중의 오염물질이 미생물의 에너지원이나 세포증식에 사용)에 의해 오염물질을 제거하는 하고 각종 부유물은 물론 총질소 및 총인을 동시에 제거하는 생물학적인 처리과정을 포함한다.
특히 하수에 포함되어 있는 질소 및 인은 영양염류에 속하며, 이를 제대로 제거하지 못하고 방류될 경우에는 부영양화의 주요 원인이 되어, 폐쇄성수역에서 조류의 이상 번식을 일으켜 상수원 및 공업용수 등을 오염시키는 문제점을 유발하게 되므로, 하수에 포함되어 있는 질소 및 인을 효과적으로 제거할 필요성이 있다.
이와 같은 생물학적 질소 및 인 제거를 위해서 원수가 무산소조(103-1) 및 혐기조(103-2)에 유입되면 혐기조(103-2) 내의 미생물의 발효에 의하여 저분자 유기물이 생성되며, 이들 유기물을 이용하여 인 제거 미생물은 혐기조에서 세포내 저장물질인 폴리하이드로부틸레이트(PHB)를 합성하면서 인산을 방출하게 된다.
반대로 인 제거 미생물이 호기조(103-3)에서는 폴리하이드로부틸레이트(PHB)를 분해하면서 혐기조(103-2) 및 무산소조(103-1)에서 방출한 인산의 포화량 이상으로 인산을 과량으로 섭취하게 되며, 인을 과잉으로 섭취한 미생물은 잉여 슬러지 형태로 제거된다.
한편, 질소의 처리과정은 하수내 유기 질소가 암모니아로 전환되고, 암모니아는 호기조(103-3)에서 질산화 미생물에 의하여 질산형태로 전환되고, 질산은 다시 내부 반송라인(106)에 의해서 무산소조(103-1)로 반송되어 무산소조(103-1)에서 탈질 미생물 균에 의하여 질소 가스로 전환되는 공정을 거쳐 공기중으로 배출시킴으로써 하수내의 질소 함량이 감소된다.
한편, 상기 생물학적 반응조(103)에서 제거되지 않고 잔류하는 인을 충분히 제거하기 위한 공정으로서 탈인부(106)가 추가된다. 생물학적 반응조(103)에서 처리된 처리수는 현행 하수종말 처리장 방류수 수질 기준에 합당하는 수질기준을 가질 수 있다. 다음 표는 현행 하수종말 처리장 수질기준을 나타낸다.
Figure 112010035925391-pat00001
즉, 본 발명에 따른 생물학적 반응조(103)를 통과한 처리수의 총인(T-P)수준은 2mg/L로 유지될 수 있다. 다만, 본 발명에 따른 하수고도처리시스템에 의해서 처리된 처리수가 바로 공업용수 또는 생활용수로 재이용가능한 정도가 되도록 T-P수준을 낮추기 위해서 탈인부(106)가 추가되는 것이다. 이 경우 탈인부(106)에서는 화학적 응집침전탈인법을 이용한다.
화학적 응집침전탈인법에 의한 인 제거는 주로 화학약품이 되는 응집제를 사용하여 폐수 중에 용해되어 있는 인성분을 용해도가 낮은 화합물로 만들어 제거하는 것이며, 흔히 이용되는 것은 Al을 포함하는 황산알루미늄(Al2(SO4)3·4H2O), Fe를 포함하는 염화제이철(FeCl3)의 금속염이다.
Figure 112010035925391-pat00002
또한, 염화제이철과 인과의 주된 반응식은 아래와 같다.
Figure 112010035925391-pat00003
상기와 같은 화학반응식에 의해서 형성된 인산염이 형성된다고 하더라도 입자의 크기는 상당히 작기 때문에 처리수 중에서 부유하게 된다. 따라서 이러한 부유입자를 침강하여 제거하는 방식으로서 침전처리방식이 적용된다.
침전처리란 배수중의 부유입자를 입자의 침강속도를 이용하여 제거하는 방식으로, 이 방식은 침강속도가 있는 일정 이상(대략 10μm 이상)의 입경의 입자에 유효하다. 1nm부터 10μm의 입자를 콜로이드라하며, 상기 화학반응식에 따라 형성되는 인산염입자는 상기 콜로이드상으로 처리수중에 부유하게 되며, 이러한 부유하는 콜로이드상 인산염입자는 응집침전과정을 통해서 처리수로부터 분리된다.
자세하게는, 상기 콜로이드는 배수중에서 브라운 운동을 하며 표면이 (－)로 대전하여 서로 반발한다. 따라서 이 상태로는 제거 가능한 상태까지 침강하지 않는다. 그러므로 콜로이드 입자를 응집하여 플럭(floc)이라는 거칠고 큰 입자를 형성할 필요가 있다. 응집제를 첨가하여 플럭을 형성하는 제 1단계와 플럭을 성장시키는 제 2단계로 구분할 수 있다. 제 1 단계에서는 (－)로 대전한 콜로이드의 표면 전하를 (＋)로 대전한 후술하는 금속염 등으로 중화하고, 전기적으로 결합하여 플럭의 핵을 형성한다. 제 2 단계에서는 생성한 플럭끼리 충돌하여 하나가 되어 더 큰 플럭으로 성장한다. 교반강도면에서는 제 1 단계에서는 교반강도가 클수록 플럭 형성은 빠르지만, 제 2 단계에서는 교반이 너무 강하면 모처럼 형성된 플럭이 전단력으로 파괴, 재분산하는 문제점이 발생하기 때문에 완속교반이 이루어지도록 한다.
전술한 바와 같이, 알루미늄을 포함하는 황산알루미늄(Al2(SO4)3·4H2O), Fe를 포함하는 염화제이철(FeCl3)의 금속염을 응집제로서 사용하는 경우에 이들 물질은 인산이온과 반응하여 인산염을 생성하는 외에도 상기와 같이 콜로이드를 응집시키기 위한 핵으로서 역할을 한다.
구체적으로는, 황산알루미늄은 수용액 상태에서 Al3 +이온을 생성하며, Al3 + 이온은 OH- 이온과 반응하여 수산화알루미늄(Al3(OH)3)의 불용성 침전물을 생성한다. 이러한 수산화알루미늄은 플럭 형성을 위한 핵으로서 작용한다.
염화제이철은 수용액 상태에서 Fe3+ 이온을 생성하며, Fe3+이온은 Al3 + 이온과 마찬가지로 수용액 중에서 Fe(OH)2+, Fe(OH)4-, Fe2(OH)2 4- 등의 다양한 수산화철을 생성하고, 이러한 수산화철은 플럭 형성을 위한 핵으로서 작용한다.
상기와 같은 금속수산화염을 핵으로 하여 형성되기 시작은 플럭은 교반과정을 거쳐 점차 입도가 커지면서 침강하게 된다.
이후 침전된 플럭은 슬러지 형태로 처리수로부터 분리되며, 농축되어 폐기되는 과정을 거친다.
한편, 상기와 같은 침전과정을 거친 원수 중에는 침전되지 않은 미세 플럭 및 기타 부유물들이 잔류하게 된다. 따라서 침전이후 단계에서는 여과과정을 거친다. 즉, 처리수를 일정한 두께를 갖는 인공의 여과사(filtering sand)를 통과하게 하면서 처리수중의 잔류 플럭 및 기타 부유물을 제거하는 과정을 거친다. 이러한 여과사를 이용한 여과방식은 완속사 여과(Slow Sand Filtration) 및 급속사 여과(Rapid Sand Filtration)로 구분할 수 있으며, 본 발명에 따른 화학적 응집침전탈인법의 경우에는 급속사 여과방식이 적합하다.
급속사 여과 방식은 여과속도를 크게 하여 좁은 면적에 다량의 처리수를 통과하면서 여과하는 방식을 의미한다. 이러한 급속사 여과 방식은 중력에 의한 자연유하식으로 여과를 행하는 중력식과, 밀폐된 구조물 내부에 처리수를 채우고 일정한 압력을 가하여 여과하는 방식인 압력식으로 구분할 수 있다.
급속사 여과 방식의 경우에 상기 밀폐된 구조물 내부에 여과재층을 포함하게 되며, 여과재층은 구체적으로는 여과사층 및 여과자갈층을 포함할 수 있다. 여과사층은 대략 600~700mm의 두께를 갖게 되고, 재질은 석영질을 다량함유하고 견고하고 균일한 모래가 적합하나, 편평하거나 약한 모래와 점토 등의 불순물이 포함된 것은 바람직하지 않다. 자갈층은 그 형상이 구형에 가깝고, 경질로서 재질이 균등한 것이 바람직하고 점토 등의 불순물이 포함된 것은 바람직하지 않다.
한편, 상기 여과재층의 하부에는 여과수의 배출구를 포함하는 하부 집수장치가 부착된다. 이러한 하부 집수장치는 상기 여과재층의 세척을 위한 역세척을 고려하여 구성되도록 할 수 있다.
처리수가 이러한 집수장치를 통과한 후에는 최종적으로 방류되는 과정을 거치게 된다.
도 2는 종래 탈인부 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 전술한 생물학적 반응조에서 생물학적으로 오염물질이 제거된 처리수는 1차 처리수조(201)로 유입된다. 탈인부(200)에서 처리할 수 있는 유량이 제한적이기 때문에 1차 처리수조(201)를 거쳐 탈인부(200)로 일정한 양의 처리수가 공급된다.
다음으로, 상기 1차 처리수조(201)로부터 공급 펌프에 의해서 응집조(203)로 일정한 양만큼의 처리수가 공급된다. 한편, 전술한 바와 같은 Al을 포함하는 황산알루미늄(Al2(SO4)3·4H2O), Fe를 포함하는 염화제이철(FeCl3)의 금속염 중에서 적어도 하나를 포함하는 응집제를 보관하는 응집제 공급부(202)가 상기 응집조(203)로 일정한 양만큼의 응집제를 공급한다.
상기 응집조(203)에서는 처리수에 포함된 인산 성분과 응집제 사이에서 화학반응이 개시된다.
전술한 바와 같이, 화학반응에 의해서 생성된 금속인산염은 처리수 중에서 콜로이드 상태로 부유하게 되나, 응집제가 용해되면서 생성된 수산화금속염이 플럭의 핵으로서 작용하여 응집조(203)에서는 미세 플럭이 형성되기 시작한다.
한편, 미세 플럭이 형성되기 시작한 상태에서 처리수는 교반조(204)로 공급된다.
전술한 바와 같이 교반조(204)에서는 생성한 플럭끼리 충돌하여 하나가 되어 더 큰 플럭으로 성장할 수 있도록 처리수를 교반한다. 다만, 전술한 바와 같이 교반강도면에서 교반이 너무 강하면 형성된 플럭이 전단력으로 파괴, 재분산하는 문제점이 발생하기 때문에 전술한 바와 같이 완속교반이 이루어진다.
교반조(204)에서 교반이 충분히 이루어진 후에 처리수는 침전조(205)로 공급된다. 침전조(205)에서는 침전할 수 있을 정도로 충분히 성장한 플럭이 침전조(205)의 하부로 중력에 의해서 천전히 침강하게 된다. 침전된 플럭은 슬러지상을 취하며 침전조(205) 하부의 배출구를 통해서 배출되어 농축조(206)로 보내진다. 한편, 슬러지가 분리된 처리수는 다음 단계인 가압수조(207)로 공급된다.
가압수조(207)는 슬러지가 분리된 처리수를 여과탱크(208)로 공급하기에 앞서서 일정한 양의 처리수가 여과탱크로 유입되도록 하는 역할뿐만 아니라 처리수를 일정한 수압을 갖도록 가압하기 위한 가압 펌프(207-1)를 구비한다. 도 2에 도시된 탈인장치는 압력식의 급속사 여과방식을 사용하기 때문에 처리수가 여과탱크에 공급되기에 앞서서 처리수를 일정한 압력을 갖도록 가압하기 위해 필요한 것이다.
여과탱크(208)는 그 내부에서 일정한 수압을 유지할 수 있도록 하기 위한 구조를 갖는다. 또한, 처리수의 여과를 위한 적어도 하나의 여과재층(여과사층 및 여과자갈층을 포함)이 층상구조를 이루어 형성된다.
상기 적어도 하나의 여과재층을 통과한 여과수는 여과탱크(208)의 하부에 설치된 집수장치를 통해서 방류조로 공급된다.
이와 같이 종래의 탈인공정은 응집과정, 교반과정, 침전과정, 처리수가압과정, 여과과정의 각각의 공정에 대한 설비를 별도로 구비해야하며, 처리수가압과정을 위한 가압 펌프, 침전과정에서 슬러지를 인출하기 위한 별도의 펌프, 여과재를 역세척하기 위한 역세 펌프를 별도로 구비해야하는 하는 등 과정이 복잡하며 처리 효율이 상당이 낮다. 또한, 설비의 유지 및 관리에 상당히 많은 비용이 든다는 문제가 있다.
도 3은 본 발명에 따른 하수도고처리시스템용 탈인장치를 도시하기 위한 개념도이다.
본 발명에 따른 탈인장치(300)는 응집제를 보관하며 처리수에 일정한 양만큼의 응집제를 공급하기 위한 응집제 공급부(302), 처리수와 응집제를 혼합하기 위한 라인믹서(303), 처리수의 교반 및 여과를 위한 복합형 탈인여과기(304), 상기 탈인여과기(304)로부터 배출된 슬러지를 농축하기 위한 슬러지농축조(305). 처리수를 방류하고, 상기 탈인여과기(304)에 역세수를 공급하기 위한 방류펌프(308)를 포함한다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 탈인장치(300)는 생물학적 반응조로부터 전송된 처리수를 가압하기 위한 1차 처리수조가 생략되어 있다. 즉, 생물학적 반응조에 포함되는 침지형 분리막으로부터 처리수를 토출하기 위한 흡입펌프(301)에 의해서 가압된 처리수가 압력이 유지되는 상태로 응집제(302)와 혼합된다. 또한, 흡입펌프(301)에 연결된 밸브의 작용에 따라 일정한 양의 처리수가 탈인장치(300)에 공급될 수 있다. 다만, 도 3에는 상기 흡입펌프(301)에 의해서 가압된 처리수가 공급되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 별도의 가압펌프(미도시)에 의해서 처리수가 가압되어 유입되도록 구성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 탈인장치(300)는 라인믹서(303)를 포함한다. 상기 흡입펌프(301)에 의해서 가압된 처리수 및 응집제 공급부(302)에 의해서 공급되는 응집제는 라인믹서(303)에서 혼합된다. 라인믹서(303)는 관내에 여러 개의 엘리먼트가 좌우방향의 연속으로 고정되어 층류의 유체를 난류유체로 변환시켜 주면서 통과 중에 연속적인 혼합을 일으켜 효과적으로 2가지 이상 유체를 혼합시켜주는 장치로서 유체흐름을 분할시키고 흐름의 방향을 뒤바꾸어 주고 전환시키면서 분할, 방향전환, 뒤섞임의 3가지 역할을 배관 내 이송 중에 연속적으로 시켜주어 세밀한 혼합까지 할 수 있다. 따라서, 이러한 라인믹서(303)를 사용함으로써 도 2와 같이 별도의 응집조(203)를 구비함이 없이도 협소한 공간에서도 처리수 내에서 충분한 응집반응을 일으킬 수 있는 효과를 갖는다.
상기와 같은 라인믹서(303)를 통과하면서 처리수 내에서는 응집반응이 개시되어 콜로이드상의 인산염 성분은 미세한 플럭을 형성하면서 복합형 탈인여과기(304)로 공급된다. 본 발명에 따른 복합형 탈인여과기(304)는 라인믹서(303)를 통과하면서 형성된 미세 플럭이 중력에 의해서 침전을 일으킬 수 있을 정도의 대형 플럭(슬러지상태)을 형성하도록 교반하기 위한 교반부, 처리수로부터 슬러지를 분리하기 위한 적어도 하나의 여과재를 포함할 수 있고, 상기 적어도 하나의 여과재층은 여과사층 및 여과자갈층을 포함할 수 있다. 따라서 종래 기술에서의 교반조(204), 침전조(205) 및 여과탱크(208)를 기능을 동시에 구비한 복합형 탈인여과기(304)에 의해서 탈인공정이 단순화되고 처리효율이 향상될 수 있는 효과를 갖는다. 한편, 상기 복합형 탈인여과기(304)의 구체적인 구성에 대해서는 도 4를 참조하여 후술한다.
한편, 상기 복합형 탈인여과기(304)는 상기 여과재층에 의해서 필터링되어 침전된 슬러지의 배출부가 필요하다. 다만, 별도의 슬러지 배출구가 구비될 필요는 없고, 상기 라인믹서(303)에서 응집제가 혼합된 처리수가 유입되는 유입구(309)로부터 상기 침전된 슬러지가 배출될 수 있다. 즉, 라인믹서(303)로부터 처리수가 복합형 탈인여과기(304)로 유입되는 동안에는 라인믹서(303)에서 복합형 탈인여과기(304)로 연결되는 배관의 밸브(310)는 개방되나, 상기 유입구(309)로부터 상기 슬러지 농축조(305)로 연결되는 배관의 밸브(311)는 닫히게 된다. 한편, 상기 복합형 탈인여과기(304)로부터 슬러지가 배출되는 동안에는 라인믹서(303)에서 복합형 탈인여과기(304)로 연결되는 배관의 밸브(310)는 닫히게 되나, 상기 유입구(309)로부터 상기 슬러지 농축조(305)로 연결되는 배관의 밸브(311)는 개방되는 구성을 취할 수 있다.
상기와 같은 과정으로 배출된 슬러지는 슬러지 농축조(305)로 공급된다. 한편, 본 발명에 따른 슬러지 농축조(305)에는 침지형 분리막(306) 구비되며, 침지된 분리막(306)은 슬러지로부터 처리수를 분리, 배출하여 슬러지를 농축하는 역할을 한다. 본 발명에 따른 침지형 분리막(306)은 생물학적 반응조의 호기조에 침지되어 있는 분리막(미도시)과 동일한 구성을 취할 수 있다.
한편, 상기 복합형 탈인여과기(304)의 하부에는 여과재층을 통과한 여과수를 배출하기 위한 여과수 배출부를 구비한다. 상기 여과수 배출부를 통과한 여과수는 방류조로 공급되고, 방류조(307)는 상기 복합형 탈인여과기(304)에 의해서 여과된 여과수를 외부로 방류하는 역할을 하고, 한편으로는 후술하는 바와 같이 복합형 탈인여과기(304)에 역세수를 공급하는 역할도 할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 탈인장치(300)는 상기 복합형 탈인여과기(304)를 역세척할 수 있는 구조를 더 포함한다.
본 발명에 따른 역세척은 상기 복합형 탈인여과기(304)에 의해서 여과된 여과수를 일정한 압력을 갖도록 하여 역으로 여과재층(여과사 및 여과자갈 포함)에 분사하는 방식을 취한다. 즉, 방류조(307)에 저장되어 있는 여과수를 방류하기 위한 방류 펌프(308)를 밸브 작용에 의해서 역으로 역세수 공급라인을 따라 복합형 탈인여과기(304)에 공급하는 방식으로 역세척이 이루어진다. 여과수가 방류조(307)로 배출되는 경우에 상기 복합형 탈인여과기(304)의 여과수 배출부로부터 상기 방류조(307)로 이어지는 배관에 설치된 밸브(312)는 개방되어 있고, 역세수 공급라인에 설치된 밸브(313)는 닫힌 상태가 된다. 반대로 역세수가 공급되는 경우에 상기 복합형 탈인여과기(304)의 여과수 배출부로부터 상기 방류조(307)로 이어지는 배관에 설치된 밸브(312)는 닫힌 상태가 되고, 역세수 공급라인에 설치된 밸브(313)는 개방되어 역세수가 여과수 배출부에 역으로 공급된다. 다만, 도 3에는 방류 펌프(308)가 역세수를 공급하기 위한 역세수 공급펌프로서 도시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 방류 펌프(308)와는 별도로 상기 탈인여과기(208)에 역세수를 공급하기 위한 역세수 공급펌프(미도시)를 별도로 구비할 수 있다.
또한, 상기 역세수가 복합형 탈인여과기(304)에 공급되는 동안에 상기 교반기가 작동되도록 구성할 수 있으며, 역세수가 공급되는 동안 탈인여과기(304) 내부, 다시 말하면 밀폐형 바디의 내부에서 와류를 형성할 수 있도록 구성할 수 있다. 이러한 구성은 최소의 역세수를 사용하여 최대의 역세효과를 갖는 이점을 갖는다.
도 4는 본 발명에 따른 복합형 탈인여과기(400)를 상세히 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 복합형 탈인여과기(400)는, 밀폐형 바디(401), 처리수 유입구(402), 미세 플럭이 형성된 처리수를 교반하기 위한 교반부(403), 처리수의 여과를 위한 여과재층(407, 408) 및 하부 집수장치(405)를 포함하고, 상기 하부 집수장치(405)는 여과수가 배출되는 배출구(406)를 포함한다. 한편, 상기 교반부(403)는 구동 모터(403-1), 구동 샤프트(403-2) 및 교반기(403-3)를 포함하며, 상기 여과재층은 여과사층(407) 및 여과자갈층(408)을 포함하고, 상기 밀폐형 바디(401)는 상기 여과재층(407, 408)의 교체를 위한 상부 맨홀(409) 및 하부 맨홀(410)을 포함한다.
도 4를 참조하여 본 발명의 복합형 탈인여과기(400)를 상세히 설명하면, 본 발명에 따른 복합형 탈인여과기(400)는 밀폐형 바디(401)를 포함한다. 전술한 바와 같은 압력식의 급속사 여과방식이 적합한 본원 발명의 경우에 일정한 압력이 탈인여과기(400) 내부에서 유지되어야 하기 때문에 탈인여과기(400)의 바디는 밀폐형을 취한다. 바람직하게는 일정한 압력을 유지할 수 있는 탱크형상 밀폐형 바디(401)가 된다.
상기 밀폐형 바디(401)는 처리수 유입구(402)를 포함하며, 도 3의 라인믹서(303)를 통과한 처리수는 유입구(402)로 유입되어 밀폐형 바디(401)의 공동부(404)를 충전한다. 후술하는 바와 같이 유입구(402)는 탈인여과기(400)에 의해서 걸러진 슬러지를 슬러지 농축조(305)로 배출하는 역할도 할 수 있다.
한편, 상기 유입구(402)로 유입된 처리수는 교반부(403)에 의해서 교반된다. 교반부(403)는 구동 모터(403-1), 교반기(403-3) 및 구동 모터(403-1)에 의해서 발생된 동력을 교반기(403-3)에 전달하기 위한 구동 샤프트(403-2)를 포함하며, 교반기(403-3)는 유입된 처리수를 일정한 속도로 교반하는 기능을 갖는다. 바람직하게는 교반기(403-3)는 임펠러형상을 취할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전술한 바와 같이 교반이 너무 강하면 라인믹서(303)에서 형성된 플럭이 전단력으로 파괴, 재분산하는 문제점이 발생하기 때문에 완속교반이 이루어지도록 구동 모터(403-1)의 회전속도를 제어하는 것이 바람직하다.
상기 교반과정에 따라 미세 플럭 사이의 결합에 의해서 점차 플럭의 형상이 커지게 되며, 충분히 성장된 플럭은 슬러지 형태로 상기 밀폐형 바디(401)의 공동부(404) 내에서 침전된다.
한편, 본 발명에 따른 복합형 탈인여과기(400)는 상기와 같은 과정으로 침전된 슬러지 및 미세 플럭 등을 여과하기 위한 여과재층(407, 408)을 포함하며, 상기 여과재층은 여과사층(407) 및 여과자갈층(408)을 포함한다. 상기 침전된 슬러지는 상기 공동부(404)에서 층을 형성하며 잔류하게 되고, 미세 플럭등은 여과사층(407) 및 여과자갈층(408)의 공극을 통과하지 못하여 여과되며, 처리수는 내부 수압에 의해서 상기 여과사층(407) 및 여과자갈층(408)을 통과하여 밀폐형 바디(401)의 하부에 위치한 배출구(406)를 통하여 도 3의 방류조(307)로 전송된다.
배출구(406)는 상기 여과재층을 통과한 여과수를 방류조(307)로 전송하는 기능외에도 상기 여과재층을 세척하기 위한 역세척시 역세수가 균등하게 여과재층을 역으로 통과할 수 있도록 하는 구조를 취할 수 있다. 역세척은 전술한 바와 같이 방류조(307)에 설치된 방류 펌프(308-1) 및 밸브 작용에 의해서 역세수를 역으로 상기 배출구(406)로 공급하고, 밀폐형 바디(401)의 하부에 위치된 여과자갈층(408)을 향해서 가압된 역세수를 공급하여 물과 공기를 발생시켜 부력을 이용하여 여과재층(여과사 및 여과자갈을 포함)을 세척하는 방식을 취한다. 이 경우에도 전술한 바와 같이 역세수가 공급되는 동안 교반부가 작동되도록 함으로써 역세효과를 극대화할 수 있다. 한편, 역세수 공급이 중단되면, 여과사와 여과자갈은 그 비중차이에 의해서 본래의 여과사층(407) 및 여과자갈층(408)으로 회복된다.
다만, 상기와 같은 역세척은 효과에 한계가 있으므로, 여과재는 그 수명이 제한적이다. 따라서 일정 시간이 경과한 후에는 여과재를 교체할 필요가 있으며, 이러한 여과사와 여과자갈의 교체를 위한 목적으로 상부 맨홀(409)과 하부 맨홀(410)이 상기 밀폐형 바디(401)의 상부와 하부에 각각 설치될 수 있다.
전술한 바와 같이, 여과수로부터 분리된 슬러지 등은 처리수 유입구(402)를 통해서 배출될 수 있다. 이때, 침전된 슬러지는 상기 여과사층(407)의 바로 윗 부분에 위치하게 되므로, 처리수 유입구(402)는 여과사층(407)의 바로 윗부분에 해당되는 곳에 설치되는 것이 바람직하다.
이 경우에 도 3에 도시된 바와 같이 라인믹서(303)로부터 처리수 유입구(309, 402)로 이어지는 배관에 설치된 밸브(310)는 닫히게 되며, 처리수 유입구(309, 402)로부터 슬러지 농축조(305)로 이어지는 배관에 설치된 밸브(309)는 개방되는 구성을 취할 수 있다. 배출된 슬러지의 처리에 관해서는 전술한 바와 같다.
이와 같이 본 발명에 따라 종래 탈인공정에서 각각 개별 장치에 의해서 수행되었던 교반과정, 침전과정, 여과과정을 단일 필터장치에 의해서 수행함으로써 공정이 매우 단순하면서도 효율적으로 이루어질 수 있으며, 종래의 처리수가압과정을 위한 가압 펌프, 침전과정에서 슬러지를 인출하기 위한 별도의 펌프, 여과재(여과사 및 여과자갈을 포함)를 역세척하기 위한 역세 펌프를 별도로 구비할 필요가 없기 때문에 경제적이면서도 공간활용을 극대화할 수 있다. 또한, 역세수가 공급되는 동안에 교반부를 작동시킴으로써 최소의 역세수 사용으로 최대의 역세효과를 가질 수 있다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 하수고도처리시스템
103: 생물학적 반응조
106: 탈인부
201: 1차 처리수조, 202: 응집제 공급부, 203: 응집조, 204: 교반조, 205: 침전조
208: 여과탱크:
301: 흡입펌프, 303: 라인믹서, 304: 복합형 탈인여과기, 307: 방류조, 308: 방류펌프
401: 밀폐형 바디, 402: 처리수 유입구, 403: 교반부, 406: 배출구
407: 여과사층, 408: 여과자갈층

Claims (26)

  1. 여과재층을 구비하는 탈인여과기;
    상기 여과재층을 세척하기 위한 역세수를 공급하는 역세수 공급펌프; 및
    상기 탈인여과기에 의해서 여과된 여과수가 공급되는 방류조;
    를 포함하고,
    상기 탈인여과기는
    여과될 처리수가 충전되는 공동부, 적어도 하나의 여과재층과 상기 여과수를 방류조로 배출하는 배출구를 구비하는 밀폐형 바디; 및
    상기 공동부에서 회전하도록 구성된 교반기;를 포함하고,
    상기 역세수는 상기 여과재층을 통과한 여과수이며,
    상기 역세수는 상기 배출구를 통해서 역으로 탈인여과기로 공급되고,
    상기 방류조는 상기 여과수를 외부로 방류하기 위한 방류 펌프를 포함하며, 상기 방류 펌프가 상기 역세수 공급펌프로서 기능하고,
    상기 역세수가 공급되는 동안에 상기 교반기가 회전하도록 구성된 것을 특징으로 하는 탈인장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 밀폐형 바디는 여과될 처리수를 응집제와 혼합된 상태로 상기 공동부에
    공급하기 위한 유입구를 더 포함하고,
    상기 여과재층에 의해서 처리수로부터 분리된 불순물은 상기 유입구로 배출되는 것을 특징으로 하는 탈인장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 응집제는 황산알루미늄 또는 염화제이철 중에서 적어도 하나를 포함하고,
    상기 응집제는 처리수중에 포함된 인산과 반응하여 금속인산염을 형성하는 것을 특징으로 하는 탈인장치.
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  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 1 항에 있어서,
    가압된 처리수와 응집제를 혼합하여 상기 탈인여과기에 공급하는 라인믹서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탈인장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 여과재층은 여과사층 및 여과자갈층을 포함하는 것을 특징으로 하는 탈인장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 교반기는 임펠러인 것을 특징으로 하는 탈인장치.
  15. 생물학적 반응조를 거친 처리수를 가압하여 공급하기 위한 가압펌프;
    상기 가압되어 공급된 처리수내에 포함되어 있는 인성분을 제거하기 위한 적어도 하나의 여과재층을 구비하는 탈인여과기;
    상기 탈인여과기에 의해서 여과된 여과수가 공급되는 방류조; 및
    상기 여과재층을 세척하기 위한 역세수를 공급하는 역세수 공급펌프;
    를 포함하고,
    상기 탈인여과기는
    상기 가압된 처리수가 충전되는 공동부와 여과수를 방류조로 배출하는 배출구를 구비하는 밀폐형 바디; 및
    상기 공동부에서 회전하도록 구성된 교반기;를 포함하고,
    상기 역세수는 상기 여과재층을 통과한 여과수이며,
    상기 역세수는 상기 배출구를 통해서 탈인여과기로 공급되며,
    상기 방류조는 상기 여과수를 외부로 방류하기 위한 방류 펌프를 포함하며, 상기 방류 펌프가 상기 역세수 공급펌프로서 기능하고,
    상기 역세수가 공급되는 동안에 상기 교반기가 회전하도록 구성된 것을 특징으로 하는 하수고도처리장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 생물학적 반응조는 제 1 침치형 분리막 및 상기 분리막으로부터 처리수를 인출하기 위한 흡입펌프를 포함하고,
    상기 흡입펌프가 상기 가압펌프로서 기능하는 것을 특징으로 하는 하수고도처리장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 역세수 공급펌프는 역세수로서 상기 탈인여과기를 통과한 여과수를 가압하여 상기 탈인여과기로 공급하는 것을 특징으로 하는 하수고도처리장치.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 가압된 처리수와 응집제를 혼합하여 상기 탈인여과기에 공급하는 라인믹서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하수고도처리장치.
  21. 제 15 항에 있어서,
    상기 교반기는 임펠러인 것을 특징으로 하는 하수고도처리장치.
  22. 제 16 항에 있어서,
    상기 생물학적 반응조는 호기조를 더 포함하며,
    상기 제 1 침지형 분리막은 상기 호기조에 침지되어 있는 것을 특징으로 하는 하수고도처리장치.
  23. 제 16 항에 있어서,
    상기 생물학적 반응조는 제 1 막분리조를 더 포함하며,
    상기 제 1 침지형 분리막은 상기 제 1 막분리조에 침지되어 있는 것을 특징으로 하는 하수고도처리장치.
  24. 제 4 항에 있어서,
    분리막이 침지되어 있는 막분리조를 더 포함하고,
    상기 유입구를 통과한 불순물 및 역세수는 상기 막분리조로 공급되어 상기 분리막을 통해서 공급된 물순물 및 역세수가 여과되는 것을 특징으로 하는 탈인장치.
  25. 제 15 항에 있어서,
    상기 밀폐형 바디는 여과될 처리수를 응집제와 혼합된 상태로 상기 공동부에 공급하기 위한 유입구를 더 포함하고,
    상기 여과재층에 의해서 처리수로부터 분리된 불순물 및 상기 역세수는 상기 유입구를 통해서 배출되는 것을 특징으로 하는 하수고도처리장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    제 2 분리막이 침지되어 있는 제 2 막분리조를 더 포함하고,
    상기 유입구를 통과한 불순물 및 역세수는 상기 제 2 막분리조로 공급되어 상기 분리막을 통해서 공급된 물순물 및 역세수가 여과되는 것을 특징으로 하는 하수고도처리장치.
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