KR101001857B1 - 태양열을 이용한 폐수 정화처리모듈 및 이를 이용한 태양열 하폐수정화처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양열을 이용한 폐수 정화처리모듈 및 이를 이용한 태양열 하폐수정화처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 1차 증발챔버 내부로 폐수를 유입시킨 후, 상기 챔버 내 폐수속의 고형물이 침전되도록 한 후, 상부에 설치되는 투명커버를 통해 태양열이 투과되어 직접적으로 폐수를 예열 및 증발시키는 직접가열식 증발부와, 상기 직접가열식 증발부에서 이물질이 침전된 폐수가 유입되되 집열기를 통해 집열된 열전달매체와의 열교환을 통하여 상기 폐수를 증발시키는 간접가열식 증발부로 구성됨과 동시에, 상기 직접 및 간접가열식 증발부에서 발생된 응축수가 다시 1차 증발챔버 내부를 유동하면서 폐수와 열교환을 하도록 하여, 응축수의 현열을 회수하여 폐수 가열에 사용될 수 있도록 한 것으로, 폐수를 가열하여 증발된 응축수와 슬러지를 분리시켜 폐수를 정화하는 태양열을 이용한 폐수 정화처리모듈 및 이를 이용한 태양열 하폐수정화처리 방법에 관한 것이다.

태양열, 하폐수, 증발, 정화처리, 집열기

Description

태양열을 이용한 폐수 정화처리모듈 및 이를 이용한 태양열 하폐수정화처리 방법{Module and System for Purifying Waste Water using Solar thermal Energy}

본 발명은 태양열을 이용하여 하폐수를 직접 그리고 간접 가열하여 2차에 걸쳐 증발시킴으로써 폐수속 오염물질과 물을 분리 정화시키는 기술에 관한 것이다.

인간이 생활하면서 사용하고 버려지는 물은 가정으로부터의 생활하수, 산업현장으로부터의 폐수 등으로, 반드시 하폐수 정화처리 과정을 거쳐서 하천 등으로 방류되어야 한다.

국내 하루 발생 하폐수(19,000천 톤 이상) 중 생활하수는 약 78.7%, 산업폐수는 약 20.7%를 차지한다.

현재 일반적인 하폐수 정화처리 공정은 하수속의 고형물을 제거하는 침전지 설비, 생물학적 처리를 하는 포기조 설비, 슬러지 등을 침전시키는 농축조 설비, 슬러지를 소화 및 침전, 분리, 부상시키는 소화조 설비, 슬러지의 수분을 제거하는 탈수 설비 등 복잡한 여러 공정들을 포함하고 있다.

한편, 고유가와 화석연료의 환경오염 등으로 인하여 신재생에너지의 요구가 증대되고 있는 요즘, 건물의 난방, 온수 공급, 건조, 담수화, 산업열공정, 열발전 등에 사용되는 태양에너지의 활용기술은 큰 주목을 받고 있다.

하지만, 국내의 경우 태양열을 하폐수 정화처리에 열원으로 응용하려는 연구 및 기술은 개념 단계 수준이기에, 태양열 증발처리에 의한 폐수 정화 처리기술의 원천기술 확보가 절실히 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 1차 증발챔버 내부에 폐수를 인입하여 고형물이 하단에 가라앉도록 침전시킨 후, 태양 복사에너지를 통해 직접 폐수를 예열 및 1차 증발시키고, 예열되고 이물질이 분리된 폐수를 2차 증발챔버로 이송하고 태양열이 집열된 집열기의 열전달매체와의 열교환을 통하여 2차로 증발시키도록 시스템을 구성하되, 상기와 같은 증발로 인해 발생된 응축수의 여열을 회수하여 폐수의 예열에 사용될 수 있도록 한 태양열을 이용한 폐수 정화처리모듈 및 이를 이용한 태양열 하폐수정화처리 방법에 관한 것이다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, 폐수를 유입시켜 고형이물질을 침전시키되, 상기 폐수를 태양열에 의해 예열 및 1차 증발시키는 직접가열식 증발부와; 상기 직접가열식 증발부로부터 공급된 폐수를, 태양열 집열기에 의해 집열된 열전달매체와의 열교환을 통하여 2차 증발시키는 간접가열식 증발부; 상기 폐수 및 응축수와 열전달매체의 이송을 위한 다수개의 유체이송기구; 로 구성되어 폐수로부터 증발된 응축수와 슬러지를 분리시켜 폐수를 정화 처리하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 직접가열식 증발부는 상기 폐수가 내부에 저장되어 고형이물질이 침전되고 예열과 증발이 일어나는 1차 증발챔버와; 상기 1차 증발챔버의 상단에 설치되며, 태양열 복사에너지가 투과되어 폐수에 태양열에너지를 전달하면서 온실효과를 낼 수 있도록 하는 투명커버와; 상기 투명커버의 내부 측면에 설치되어 증발 및 응축된 응축수의 집수와 이송을 위한 응축수유로;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 간접가열식 증발부는 1차 증발챔버의 폐수가 유입되어 2차 증발이 일어나는 2차 증발챔버와; 태양열을 집열하여 내부의 열전달매체에 열을 저장하는 태양열 집열기와; 상기 열전달매체를 폐수와의 열교환을 위해 이송시키는 유체이송기구와; 상기 2차 증발챔버 내부의 폐수와 열교환을 하는 열교환배관; 으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 2차 증발챔버에는 상기 1차 증발챔버 내에서, 고형이물질의 침전으로 인하여 슬러지가 분리된 폐수가 공급되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 투명커버와 태양열 집열기는 일단 또는 양단을 향해 하향경사진 형태로 이루어져, 폐수에서 증발된 응축수가 물방울 형태로 저면에 맺힌 후, 일단 또는 양단으로 유동되어 각각의 응축수유로를 따라 집수될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 직접가열식 증발부 및 간접가열식 증발부에서 발생된 응축수는 상기 1차 증발챔버의 내부를 경유한 후, 외부로 배출되도록 하여, 상기 응축수의 현열을 회수하여 상기 1차 증발챔버 내 폐수의 예열에 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 간접가열식 증발부는 상기 1차 증발챔버로의 폐수 유입량과 2차 증발챔버의 처리용량을 따라 다수개가 설치되어 사용되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 1, 2차 증발챔버는 하부에 침전된 슬러지의 제거를 위하여 일단이 개방될 수 있는 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 폐수 정화처리모듈을 이용한 태양열 하폐수정화처리 방법에 있어서, 하폐수 처리용량의 증대, 연속적 폐수처리 및 설비 용량 증설의 유연성을 가지도록 외부 침사지로부터 다수개의 폐수 정화처리모듈이 병렬형으로 설치되어, 폐수 인입, 증발, 슬러지 처리 등의 공정이 연속적으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 기존의 폐수 처리공정을 대체할 경우, 친환경에너지의 사용으로 운전 및 유지 비용이 크게 감소되어, 고농도의 폐수 경우 기존 설비 대비 약 17% 정도의 비용으로 운영이 가능하여, 경제성이 뛰어난 효과가 있다.

또한, 본 발명은 슬러지의 처리 공정 중 탈수공정을 대체할 수 있고, 슬러지의 함수율을 쉽게 조절할 수 있으므로 슬러지 자원화를 위한 후처리 건조공정 등에도 적용가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 기존의 대단위 용량의 폐수 처리에 대한 대체뿐만 아니라, 단위 구역별 및 가구별로 분산형 소규모 폐수처리장 및 건조처리기로서의 활용으로 도 용이한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 폐수에서 물과 오염물의 분리를 증발에 의한 방법을 사용하므로, 생활하수, 축산폐수, 산업폐수 등 거의 모든 종류의 폐수에 적용이 가능하고, 특히 저용량 고농도의 폐수로부터 오염물질을 분리하는데 효과가 크다.

또한, 본 발명은 시스템의 구조가 간단하고 유연성이 높아 처리용량의 증설이 아주 용이한 효과가 있다.

본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래의 특징을 갖는다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양열을 이용한 폐수 정화처리모듈 및 이를 이용한 태양열 하폐수정화처리 방법을 상세히 설명하도록 한다.

도1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 태양열을 이용한 폐수 정화처리모듈 및 이를 이용한 태양열 하폐수정화처리 방법은 폐수속의 오염물질을 침전시킨 폐수를 태양열을 이용하여 예열과 2차에 증발을 통해 하폐수를 분리 정화할 수 있도록 구성된 폐수정화처리 방법에 관한 것이며, 직접가열식 증발부(10), 간접가열식 증발부(20), 펌프 등과 같은 유체이송기구(P)를 포함한다.

상기 직접가열식 증발부(10)는 폐수가 내부에 저장되어 고형물이 침전되고 예열과 증발이 일어나는 1차 증발챔버(11)와, 상기 1차 증발챔버(11)의 상부에 설 치되며, 태양열 복사에너지가 투과되어 폐수에 태양열에너지를 전달하면서 온실효과를 낼 수 있도록 하는 투명커버(12); 상기 투명커버의 내부 측면에 설치되어 증발 및 응축된 응축수의 집수와 이송을 위한 응축수유로(13); 로 이루어진다.

상기 1차 증발챔버(11)는 외부 침사지(30)로부터 폐수가 공급되되, 상기 1차 증발챔버(11) 내에서 폐수는 추가 침전과정을 거치게 되어, 상기 1차 증발챔버(11) 저면에 폐수속의 잔여 고형물이 침전되도록 한다.

또한, 상기와 같이 폐수 내의 고형물이 침전되는 동안, 상기 투명커버(12)를 통해 1차 증발챔버(11) 내로 투과되는 태양열에 의해, 1차 증발챔버(11) 내 저온의 폐수는 예열 및 증발된다. 더불어, 상기 1차 증발챔버(11) 내 폐수가 증발되어 발생된 응축수는 상기 커버(12)의 저면에 물방울 형태로 맺히게 되고, 일단 또는 양단을 향해 하향경사진 형태를 가지는 커버(12)의 형상으로 인하여, 상기 물방울, 즉 응축수들은 일단 또는 양단으로 유동되어 응축수유로(13)를 따라 모여지게 된다.

상기 간접가열식 증발부(20)는 상기 1차 증발챔버의 폐수가 유입되어 2차 증발이 일어나는 2차 증발챔버(21)와; 태양열을 집열하여 내부의 열전달매체에 열을 저장하는 집열기(22)와; 상기 열전달매체를 폐수와의 열교환을 위해 이송시키는 유체이송기구(P)와; 2차 증발챔버(21) 내부의 폐수와 열교환을 하는 열교환배관(24)으로 이루어진다.

상기 2차 증발챔버(21)에 저장되는 폐수는 펌프를 이용하여 상기 1차 증발챔 버(11)의 폐수가 유동되어 저장될 수 있도록 하는데, 이때, 상기 1차 증발챔버(11) 내에서의 폐수는 침전으로 인하여, 저면에 슬러지(S)가 침전되어 있는 상태이기에, 침전되기 전 상태보다 상대적으로 깨끗한 1차 증발챔버(11) 내 상부측 폐수가 공급되도록 한다. 다시 말해, 상기 2차 증발챔버(21)로 공급되는 폐수는 1차 증발챔버(11)에서 슬러지가 침전되어 분리된 폐수가 사용되는 것이다.

이후, 상기 집열기(22)에서 모아진 태양열로 인해 온도가 상승된 열전달매체가 이송라인(23)을 통해 2차 증발챔버(21)의 하부 열교환배관(24)을 경유하도록 하여, 상기 열전달매체로 인하여 2차 증발챔버(21) 내의 폐수를 가열함으로써 증발되도록 한다. 도 2는 상기 2차 증발챔버(21) 내에서 열전달매체와 폐수와의 열교환을 위한 열교환배관(24)의 구성을 나타낸 예이다.

또한, 상기 집열기(22)는 2차 증발챔버(21)의 상단에 설치되되, 일측을 향해 하향경사진 형태를 가지도록 하여, 증발된 폐수의 응축수가 집열기(22)의 저면에 물방울형태로 맺힌 후, 일방향으로 이동되어 모아질 수 있도록 한다. 물론, 상기 하향경사진 집열기(22)의 형태는 사용자의 선택에 의해 일측 또는 양측(또는 양단)으로 각각 하향경사진 형태가 될 수도 있음은 당연하다.

상기와 같이 2차 증발챔버(21)를 통해 생성된 응축수는 1차 증발챔버(11)에서 생성된 응축수와 합해져 외부로 이동하게 되는데, 외부로 이동시, 상기 1차 증발챔버(11)를 경유하도록 함으로써, 상기 1차 증발챔버(11) 내 폐수가 상기 응축수의 현열(顯熱)을 회수하여 폐수의 예열에 사용될 수 있도록 한다.

또한, 상기 1, 2차 증발챔버(11,21)는 하부에 침전된 슬러지(S)의 제거를 위 하여 일단이 개방될 수 있는 구조를 가진다.

더불어, 상기와 같은 간접가열식 증발부(20)는 1차 증발챔버(11)로의 폐수 유입량과 2차 증발챔버(21)의 처리용량 등을 고려하여 단일개 외에 다수개가 사용될 수도 있음이다.

도 3은 본 발명에 따른 태양열 폐수정화처리 방법으로서, 외부 침사지(30)로부터의 연속적 폐수처리 공정을 위하여 다수개의 폐수정화처리 모듈이 병렬형으로 설치됨으로써, 연속적 폐수처리, 처리용량의 증대 및 설비 증설의 유연성을 가지도록 구성된 태양열 하폐수정화처리 방법이다. 즉, 제1 정화처리모듈의 제1 2차증발챔버(E21)에 폐수가 유입되고, 제2 2차증발챔버(E22)에서 증발이 진행되며, 제3 2차증발챔버(E23)에서 슬러지(S)를 제거한후, 제3 2차증발챔버(E23)에는 다시 폐수가 인입되고, 제1 2차증발챔버(E21)에서 증발이 진행되며, 제2 2차증발챔버(E22)에서 슬러지가 제거되는 순서로 연속적 정화처리공정이 이루어진다. 물론 처리 시간과 처리용량을 고려하여 2차증발챔버의 갯수뿐만 아니라 제2 정화처리모듈 이하 복수개의 모듈을 적절히 구성할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명에 따른 하폐수 정화처리모듈을 나타낸 일실시예의 개요도.

도 2는 간접가열식 증발부의 열교환배관을 나타낸 일실시예의 개요도.

도 3은 본 발명에 따른 하폐수 정화처리방법을 나타낸 일실시예의 개요도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 표시>

10: 직접가열식 증발부 11: 1차 증발챔버

12: 투명커버 20: 간접가열식 증발부

21: 2차 증발챔버 22: 태양열 집열기

23: 이송라인 24: 열교환배관

Claims (9)

1. 폐수를 유입시켜 고형이물질을 침전시키되, 상기 폐수를 태양열에 의해 예열 및 1차 증발시키는 직접가열식 증발부(10)와;

   상기 직접가열식 증발부(10)로부터 공급된 폐수를, 태양열 집열기(22)에 의해 집열된 열전달매체와의 열교환을 통하여 2차 증발시키는 간접가열식 증발부(20);

   상기 폐수 및 응축수와 열전달매체의 이송을 위한 다수개의 유체이송기구(P); 로 구성되어 폐수로부터 증발된 응축수와 슬러지를 분리시켜 폐수를 정화 처리하며,

   상기 직접가열식 증발부(10)는

   상기 폐수가 내부에 저장되어 고형이물질이 침전되고 예열과 증발이 일어나는 1차 증발챔버(11)와;

   상기 1차 증발챔버(11)의 상단에 설치되며, 태양열 복사에너지가 투과되어 폐수에 태양열에너지를 전달하면서 온실효과를 낼 수 있도록 하는 투명커버(12)와;

   상기 투명커버(12)의 내부 측면에 설치되어 증발 및 응축된 응축수의 집수와 이송을 위한 응축수유로(13);로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 폐수 정화처리모듈.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 간접가열식 증발부(20)는

   1차 증발챔버(11)의 폐수가 유입되어 2차 증발이 일어나는 2차 증발챔버(21)와;

   태양열을 집열하여 내부의 열전달매체에 열을 저장하는 태양열 집열기(22)와;

   상기 열전달매체를 폐수와의 열교환을 위해 이송시키는 유체이송기구(P)와;

   상기 2차 증발챔버(21) 내부의 폐수와 열교환을 하는 열교환배관(24);

   으로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 폐수 정화처리모듈.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 2차 증발챔버(21)에는

   상기 1차 증발챔버(11) 내에서, 고형이물질의 침전으로 인하여 슬러지가 분리된 폐수가 공급되는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 폐수 정화처리모듈.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 투명커버(12)는

   일단 또는 양단을 향해 하향경사진 형태로 이루어져,

   폐수에서 증발된 응축수가 물방울 형태로 저면에 맺힌 후, 일단 또는 양단으로 유동되어 각각의 응축수유로(13)를 따라 집수될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 폐수 정화처리모듈.
5. 제 2항에 있어서,

   상기 태양열 집열기(22)는

   일단 또는 양단을 향해 하향경사진 형태로 이루어져,

   폐수에서 증발된 응축수가 물방울 형태로 저면에 맺힌 후, 일단 또는 양단으로 유동되어 각각의 응축수유로(13)를 따라 집수될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 폐수 정화처리모듈.
6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,

   상기 직접가열식 증발부(10) 및 간접가열식 증발부(20)에서 발생된 응축수는

   상기 1차 증발챔버(11)의 내부를 경유한 후, 외부로 배출되도록 하여,

   상기 응축수의 현열을 회수하여 상기 1차 증발챔버(11) 내 폐수의 예열에 사용하는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 폐수 정화처리모듈.
7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 간접가열식 증발부(20)는

   상기 1차 증발챔버(11)로의 폐수 유입량과 2차 증발챔버(21)의 처리용량을 따라 다수개가 설치되어 사용되는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 폐수 정화처리모듈.
8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 1, 2차 증발챔버(11, 21)는

   하부에 침전된 슬러지(S)의 제거를 위하여 일단이 개방될 수 있는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 폐수 정화처리모듈.
9. 제 1항에서 형성된 폐수 정화처리모듈 다수개를 외부 침사지(30)로부터 병렬형으로 설치하여, 폐수 인입, 증발, 슬러지 처리 등의 공정이 연속적으로 이루어지도록 함으로써, 하폐수 처리용량의 증대, 연속적 폐수처리 및 설비 용량 증설의 유연성을 가지도록 하는 것을 특징으로 하는 태양열 하폐수정화처리 방법.

Images