KR101012273B1 - 고효율의 선회와류식 표면포기장치를 이용한 하폐수의 처리 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하수 또는 폐수중의 유기물을 비롯한 질소, 인을 제거하기 위한 하폐수의 고도처리공정에 있어서 호기성 미생물에 산소를 공급하는 방법중에서 기존의 선회와류식 표면포기장치의 산소전달효율과 교반력을 강화한 고효율 선회와류식 표면포기장치를 사용하는 것에 관한 것으로, 더욱 바람직하게는 기존 SBR 공정에 적용한 선회와류식 표면포기장치를 상승류 유도날개와 토출부의 필러를 추가함으로써 동일 동력대비 고효율의 산소전달력을 갖음으로써 전력비를 절감하고, 교반력을 강화함으로써 호기조의 미생물농도를 고농도로 유지하여 하폐수의 유입부하변동에 대하여 더욱 강력한 대응력을 갖도록하고, 결과적으로 더욱 우수한 하폐수의 처리효율을 얻고자 한다.
기존 선회와류식 표면포기장치는 단순히 원심력에 의한 살수로 인해 원통형의 표면포기장치 내부에 발생된 빈공간에 유체가 채워지는 과정에서 발생하는 자연발생적 상승류에 의한 교반을 상승류 유도날개에 의해 강제적 상승류를 발생시켜 교반력을 강화하고, 단순히 토출부에서 나오는 한줄기의 물줄기를 수면에 살수하는 과정에서 한줄기의 물줄기와 수면의 마찰에 의해 발생되는 다량의 물입자에 산소를 용해시켜 산소를 공급하는 방법을 더욱 효율을 향상시키기 위해 토출부에 필러를 내재하여 한줄기로 뿜어져 나오던 물줄기를 2개 이상 다수의 물줄기로 배출하여 더욱 많은 물 입자를 형성하여 산소의 용해율을 향상시키고 결국 수중에 산소의 전달효율을 향상시키는 기능을 갖는다.
이와 같이 기존의 선회와류식 표면포기장치의 산소전달효율과 교반력을 개량 개선한 고효율의 선회와류식 표면포기장치를 하폐수중의 유기물을 비롯한 인과 질소를 효과적으로 제거할 수 있는 하폐수의 생물학적 고도처리기술을 공급하는데 목적이 있다.

Description

고효율의 선회와류식 표면포기장치를 이용한 하폐수의 처리 방법 및 그 장치{the highly efficient rotary eddy flow typed surface aerator and the wastewater treatment method with thereof}

본 발명은 교반력과 산소전달력이 향상된 고효율의 선회와류식 표면포기장치를 이용한 연속공정(A2O)계열 또는 회분식공정(SBR)계열의 하폐수의 고도처리공정에 관한 것으로, 더욱 바람직하게는 처리시설로 유입된 하수 또는 폐수를 혐기조, 무산소조, 호기조로 유입시켜 A2O 계열의 하폐수처리 공정에 있어서, 호기조에 산소전달력이 뛰어나고, 교반력이 향상된 선회와류식 표면포기장치를 적용하는 장치 및 이를 이용하는 연속공정계열 또는 회분식공정계열의 하폐수 고도처리방법에 관한 것이다.

일반적인 하폐수의 처리는 스크린 분리, 침전분리 등을 통해 부유물을 제거하고, 혐기조, 무산소조, 호기조 등의 반응조들이 조합되어 있는 생물학적 처리를 행한후 방류하는 방식으로 처리되고 있다.

이와 같은 과정을 거쳐 하폐수가 처리되는 과정에서 필수적으로 필요한 것이 호기과정에서 미생물에 산소를 공급하는 것이다. 호기조에 산소를 공급하는 방법은 송풍기 방식, 수중포기장치 방식, 기계식 표면포기장치 방식으로 분류할 수 있다.

송풍기 방식은 별도의 송풍기를 두어 각종 배관과 밸브, 산기장치를 이용하여 호기조의 바닥에 공기방울을 공급하여 공기방울 중의 산소가 물속에 용해되도록 하여 미생물이 필요한 산소를 공급한다. 그러나, 이러한 송풍기 방식의 경우 산기장치를 설치하기 위한 바닥면과 산기장치 사이의 공간에 슬러지가 침적하여 부패함에 따른 처리효율 저하와 산기장치의 낮은 산소전달력과 복잡한 기계 설비로 인해 운영유지관리자의 어려움으로 인해 최근 적용이 배제되고 있는 실정이다.

수중포기장치 방식은 송풍기를 이용하여 호기조 바닥 또는 수중에 설치되어 있는 수중포기장치에 공기를 공급하고 수중포기장치는 강제 순환 및 공기방울을 수중에 공급함으로써 공기방울중의 산소가 수중에 용해되도록 하는 방식이다. 그러나 수중포기방식의 경우 교반 사각지대가 발생하여 산소공급이 원활히 되지 않아 오염물질의 처리효율을 저하하는 문제가 있으며, 바닥에 설치하는 경우 고점도의 미생물농도를 갖는 호기조의 특성상 교반면적이 작아 넓은 면적의 호기조에 고르게 산소를 공급하는데 한계가 있다.

기계식 표면포기장치의 경우 수면 상부에 설치된 프로펠러 또는 임펠러에 의해 일정한 깊이 이내 수면부위의 물을 공기중에 비산함으로써 산소를 공급하는 방식이다. 이 경우 산소전달효율은 우수하지만, 수면부위에 국한된 교반으로 인해 중ㆍ고심도의 호기조 바닥부분에 미생물이 침적되어 부패함으로써 하폐수의 처리효율을 저하시키는 한계가 있다.

상기와 같은 하폐수처리 시스템의 포기장치의 문제점을 해결하기 위하여 본 출원인은 부유식 선회와류식 표면포기장치를 이용한 하폐수처리장치 및 처리공정인 발명특허 제10-0373745를 제공한바 있다.

또한 본 출원인은 상기와 같은 하폐수처리 시스템의 포기장치의 문제점을 해결하기 위하여 발명특허 10-0941949 부유식 표면포기장치를 이용한 에스비알 공법의 하수 또는 폐수 처리장치 및 반응조의 제어방법을 제공한바 있다.

기존 기계식 표면포기장치는 수면에 설치된 프로펠러 내지 임펠러를 이용하여 낮은 수심의 수면부만을 폭기함으로써 낮은 산소전달력과 중ㆍ고심도의 반응조에 교반력 저하로 인해 하부 또는 사각지대에 슬러지가 침적되어 오염물질의 처리효율이 저하되는 문제가 있다.

또한, 송풍기 및 산기장치를 이용한 산소공급방식을 채택하는 경우 공기를 공급하기 위해 소음이 많고, 전력이 많이 소요되는 송풍기를 설치하기 위한 별도의 송풍기동을 건축하고, 공기를 이송하기 위한 복잡한 배관 및 각종 밸브를 취부함으로써 운영유지관리가 어려움이 있으며, 산기장치의 낮은 산소전달력으로 인해 고에너지가 소요되며, 산기장치의 막힘, 파손 등의 사유로 교체, 수리가 필요할 경우 호기조의 물을 배수해야 하는 어려움이 있었다.

따라서, 기존의 낮은 교반력과 산소전달력을 갖는 기계식 표면포기장치 또는송풍기와 같은 산기장치를 이용하여 호기조에 산소를 공급하던 것을 산소전달력이 우수하고, 교반력이 더욱 향상된 고효율의 선회와류식 표면포기장치로 대체함으로써 우수한 하폐수의 처리효율 향상 및 에너지 절감의 효과를 발휘할 수 있는 위한 장치의 개발 및 그 적용이 절실히 요구되고 있다.

또한 앞서 언급한 본 출원인이 권리를 소유하고 있는 발명특허 제 10-0373745호에 적용하고 있는 부유식 선회와류식 표면포기장치는 그 자체로 우수한 기술임에는 확실하다.

하지만 현장에서는 더 높은 산소전달효율과 더욱 향상된 교반력을 갖는 고효율의 선회와류식 표면포기장치를 연속공정(A2O)계열 또는 회분식공정(SBR)계열의 모든 생물학적 하폐수 처리공종의 호기조건에 산소를 공급할 수 있는 장치로 적용할 수 있는 표면포기장치가 요구되며, 이런 요구에 따라 하폐수처리공정의 처리효율을 더욱 높이고 유지관리가 용이한 하폐수처리공정을 제공할 필요성이 있다.

또한 본 발명은 상기와 같은 발명특허 제10-0373745호의 부유식 가변형 선회와류식 표면포기장치의 단점을 개량하여 원통형의 표면포기장치 하부유입부에 상승류 유도날개를 추가하고, 상부측면의 하폐수의 토출부에 필러를 내재함으로써 높은 교반력과 산소전달력을 갖은 고효율의 선회와류식 표면포기장치를 연속공정(A2O)계열뿐만 아니라 회분식공정(SBR)계열의 하폐수처리공정의 호기공정에 적용함으로써, 기존 송풍기 방식, 수중포기방식, 기계식 표면포기장치, 선회와류식 표면포기장치가 갖는 낮은 산소전달력, 낮은 교반력을 고효율의 산소전달력과 강력한 교반력을 갖는 고효율 선회와류식 표면포기장치로 개량, 개선하여 수중에 산소전달과 교반에 필요한 에너지 소모를 최소화하여 전력비를 절감하고, 기계장치를 단순화 함으로써 복잡한 기계설비로 인한 운영유지관리의 복잡성을 개선하는데 목적이 있다.

또한 본 출원인의 특허발명 10-0941949는 종래의 표면포기장치보다는 훨씬 나은 효과가 있는 표면포기장치를 제공하고 있다. 이 특허발명은 터빈을 관통하는 기어의 축과 플랜지를 연결한 회전축에 터보 프로펠러를 장착하여 터빈 내부로 상승류 발생을 유도하고 있다.

그러나 상기의 특허발명의 터보 프로펠러는 표면포기장치와 함께 회전하면서 상승류발생을 유도하기는 하지만 터보 프로펠러의 축이 반응조의 액체의 회전에 의하여 흔들림이 심하게 발생하여 효율적이고 안정적인 상승류 발생이 되지 않는 문제점이 있었다.

또한 터보 프로펠러에 작용하는 반응조의 액체의 충격에 의하여 표면포기장치 전체의 흔들림이 발생할 뿐만 아니라 터보 프로펠러의 축에 심한 충격력이 작용하여 터보 프러펠러의 축이 심하게 흔들리고 심지어는 축이 휘어지는 등의 잦은 고장이 있는 문제점과 원활한 상승류의 발생이 이루어지지 않아 반응조 전체의 교반이 잘 이루어지지 않은 문제점이 발생하였다.

따라서 상기의 본 출원인의 특허발명 10-0941949의 근본적인 문제점인 효율적이고 안정적인 상승류 발생을 해결할 필요성이 절실한 과제로 대두되었다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 다음과 같다.

본 발명은 도면에 나타내는 바와 같이, 처리하고자 하는 하수 또는 폐수를 유입하여 협잡물 종합처리기로 이송하는 유입맨홀;

상기 유입맨홀로부터 이송된 하수 또는 폐수 내에 함유된 미세입자나 비부식성 무기물질 기타 부유협잡물을 제거하는 협잡물 종합처리기;

상기 협작물 종합처리기를 거친 하수 또는 폐수가 함유하고 있는 오염물질중 질소와 인을 제거하기 위하여 구성된 혐기조, 무산소조;

상기 무산소조로부터 호기조에 이송된 하폐수중의 오염물질을 제거하기 위해 호기조의 미생물에 산소를 공급하기 위한 수단으로 호기조 수면에 부유식 또는 고정식으로 설치된 산소전달력과 교반력이 향상된 고효율 선회와류식 표면포기장치;

상기 호기조로부터 이송된 하폐수가 미생물과 처리수로 분리되는 침전조;

상기 침전조로부터 이송된 처리수를 자외선 소독하고 유량을 측정하는 자외선 소독조 및 유량계;

상기 침전조의 하부로부터 배출된 슬러지를 이송하여 저장하는 슬러지 저류조와 슬러지가 함유하고 있는 물을 탈수할 수 있는 슬러지 농축탈수장치를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 선회와류식 표면포기장치를 이용한 A2O계열의 하폐수처리 방법을 제공한다.

또한 본 발명에 적용하고 있는 고효율의 선회와류식 표면포기장치는 연속공정(A2O)계열과 회분식공정(SBR)계열의 하폐수 처리 방법에 있어서 호기조(공정)의 미생물에 산소를 공급하기 위한 수단인 감속모터와 기어의 축이 연결된 표면포기장치로서,

뚜껑이 있는 원통형의 상부몸체와 원통형의 하부몸체로 이루어져 있되 상부몸체와 하부몸체는 연결되어 있으며 중심축을 형성하는 회전체로 이루어지되 상기 상부몸체는 다수의 흐름유도날개 말단에 배출구가 형성되며,

상부몸체와 하부몸체 내부에는 다수의 흐름유도날개가 구성되어 있되 흐름유도날개는 덮개기능날개와 지지기능날개로 이루어져 서로 연결되어 있으며,

상기 덮개기능날개의 폭과 지지기능날개의 높이가 하부몸체에서 상부몸체로 점진적으로 커져 가는 형태로 이루어지며,

상기 하부몸체의 하단에 하나 이상의 상승류 유도날개가 장착되고,

상기 상부몸체의 배출구에 하나 이상의 필러를 부착한 것을 특징으로 하는 고효율의 선회와류식 표면포기장치 제공하여 기존의 낮은 교반력과 산소전달력에 의해 더욱 우수한 하폐수의 처리효율을 얻을 수 있음에도 불구하고 현장에서 실현하지 못한 하폐수처리 공정의 한계성을 극복하고자 한다.

상기와 같이 혐기조, 무산소조, 호기조로 구성되어 있는 하폐수처리공정에 있어서 교반력 및 산소전달력이 향상된 고효율의 선회와류식 표면포기장치를 적용함으로써 호기조내의 미생물에 저에너지로 다량의 산소를 짧은 시간에 공급하여 더욱 우수한 처리수질을 확보할 수 있고, 교반력이 향상되어 더 깊은 심도의 반응조를 설계함으로써 부지면적의 절감 효과를 기대할 수 있다.

특히, 교반력과 산소공급 능력이 향상된 고효율의 선회와류식 표면포기장치를 적용함으로써 통상의 호기조에 산소를 공급하는 방식으로 송풍기와 산기장치를 사용하는 경우보다 송풍기동의 별도 건축비를 절감하고, 하폐수처리시설의 주요 소음원인 송풍기 소음을 제거함으로써 관리자의 근무환경 개선을 유발할 수 있다.

또한, 각종 배관과 밸브 등의 복잡한 기계설비가 간단한 호기조 상부의 선회와류식 표면포기장치 1개의 설비로 대체됨으로써 운영관리의 편리성 및 용이성을 기대할 수 있다.

또한, 기존 활성슬러지법으로 운영되고 있는 하폐수처리시설의 경우 기존 설치되어 있는 송풍기, 배관, 산기장치, 밸브 등을 철거후 호기조 상부에 선회와류식 표면포기장치를 간단히 설치함으로써 고도처리 전환이 가능한 효과를 기대할 수 있다.

또한 본 발명은 종래의 표면포기장치의 단점을 개량하여 원통형의 표면포기장치 하부몸체에 상승류 유도날개를 추가구성하고, 상부몸체에 하폐수의 배출구에 필러를 내재함으로써 높은 교반력과 산소전달력을 갖은 고효율의 선회와류식 표면포기장치를 제공한다.

이와 더불어, 선회와류식 표면포기장치의 흔들림을 현저히 방지하고 안정적인 상승류 발생을 유도하는 작용을 하여 반응조 전체의 교반 효율에 있어 현저한 효과가 나타난다.

도 1a, 1b는 본 발명이 사용되는 하폐수의 연속처리공정 실시 예.
도 2a, 2b는 본 발명이 사용되는 하폐수의 회분식처리공정 실시 예.
도 3은 모터 및 감속기에 연결된 본 발명의 고효율 선회와류식 표면포기장치의 외형.
도 4는 본 발명의 고효율 선회와류식 표면포기장치의 단면도.
도 5는 본 발명의 고효율 선회와류식 표면포기장치의 정면도.
도 6은 본 발명의 고효율 선회와류식 표면포기장치의 흐름유도날개의 예.
도 7은 본 발명의 고효율 선회와류식 표면포기장치의 상승류 유도날개의 부착 예.
도 8은 본 발명의 고효율 선회와류식 표면포기장치에서 흐름유도날개가 하나인 경우의 정단면도.
도 9, 10은 본 발명의 고효율 본 발명의 고효율 선회와류식 표면포기장치의 필러의 예
도 11는 본 발명의 선회와류식 표면포기장치의 회전축길이 조절을 통한 교반력 및 산소전달력을 가변할 수 있는 길이 조절 회전축의 실시 예.
도 12는 본 발명의 선회와류식 표면포기장치의 회전축길이 조절을 통한 교반력 및 산소전달력을 가변할 수 있는 길이 조절 회전축의 또 다른 실시 예.
도 13은 본 발명의 선회와류식 표면포기장치를 실시할 경우의 반응조에서의 교반효과도.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 설명하기로 한다.

본 발명에 의한 하수 또는 폐수 처리공정은 포기 및 교반효율을 향상시킨 표면포기장치를 이용하여 하폐수중의 유기물을 비롯한 인, 질소를 동시에 제거하기 위한 하폐수처리공정에 관한 것으로 이루어진다.

또한 상기 본 발명에 의한 장치의 구체적 예를 도 1 내지 도 13에 도시하였으며, 이를 참조하여 설명한다.

우선, 하폐수처리시설로 유입된 하폐수는 유입펌프를 통해 하폐수중의 미세입자나 모래같은 비부식성 무기물질과 침강성, 부유성 협잡물을 제거하기 위한 협잡물처리장치로 이송된다.

협잡물처리장치를 통해 제거된 비부식성 무기물질 및 침강성, 부유성협잡물질은 하폐수처리시설의 이송배관이 부식되거나 침식되는 것을 방지하여 전체 하폐수처리시설의 배관설비의 내구성을 향상시킨다.

상기 협잡물처리장치에서 각종 협잡물이 제거되고, 하폐수는 유량조정조에 이송된다. 유량조정조는 후공정에 유입되는 하폐수의 유량을 고르게 공급할 수 있는 유입량 부하변동의 완충기능을 수행하고, 유량조정조에는 협잡물처리장치에서 미처 제거되지 못한 침사물의 침전을 방지하기 위해 수중 교반기 또는 바닥에 산기관을 일부 이설한다.

상기 유량 조정조를 거친 하폐수는 생물반응조로 이송된다.

상기 생물반응조는 통상 연속공정(A2O 계열)에서는 혐기조, 무산소조, 호기조로 구성이 되고, 회분식(SBR)계열 공정에서는 생물반응조 하나에서 혐기, 무산소, 호기 조건이 모두 이루어진다.

혐기조는 하폐수중의 총질소를 제거하기 위한 공정으로써 호기조에서 질산화미생물로 질산화된 유기질소 성분을 탈질미생물에 의해 질소가스로 대기중에 배출하는 역할을 수행한다.

무산소조는 호기조와 혐기조에서 미생물이 흡수 하거나 배출한 하폐수중의 인성분을 과잉섭취하도록 유도하여 최종 공정인 침전조 또는 침전공정에서 배출되는 잉여슬러지의 제거로 수중으로부터 인성분을 제거하는 공정이다.

호기조는 호기성미생물에 의해 하폐수중에 포함되어 있는 유기성오염물질을 이산화탄소와 물로 제거하고, 유기성질소를 질산화하는 역할을 수행하는 공정이다.

호기조에서 활동하는 미생물은 오염물질을 제거하기 위해 다량의 산소를 필요로 하는 특성을 갖는다. 따라서, 기존의 하폐수처리공정에서는 공기공급 수단으로 브로와, 산기장치, 수중포기장치, 표면포기장치 등 다양한 형태의 장치를 이용하였다.

앞서 설명한 바와 같이 종래의 선회와류식 표면포기장치는 산기관, 수중포기장치, 기타 표면포기장치 보다는 우수한 산소전달력과 교반 능력을 보유하고 있음에도 불구하고 더욱더 높은 산조전달능력과 교반 능력의 필요성이 현장 적용시 요구되었다.

본 발명에서는 기존의 선회와류식 표면포기장치를 개량, 개선하여 더욱 우수한 산소공급능력과 교반능력을 갖도록 하였으며, 이를 호기조에 적용하여 연속운전(A2O)계열 공정, 회분식공정(SBR)계열 등에 다양하게 적용하도록 하였다.

따라서 본 발명은 낮은 에너지 사용으로 다량의 산소를 용이하게 공급할 수 있는, 즉 더욱 우수한 산소전달력과 더욱 향상된 교반력을 보유하는 표면포기장치를 제공함으로써 에너지 절감효과 및 우수한 처리효율을 갖는 하폐수처리공정을 제공할 수 있게 된다.

본 발명의 큰 기술적 특징인 흐름유도날개와 배출구 필러 및 이를 포함하여 구성된 고효율 선회와류식 표면포기장치의 구성을 좀 더 상세히 설명한다.

본 발명의 고효율 선회와류식 표면포기장치는 그 하나의 예로서 도 3에서 보는 바와 같이 구성되어 있다.

본 발명의 고효율 선회와류식 표면포기장치는 전체적으로는 원형의 터빈형태로 상부몸체(100)와 하부몸체(200)로 이루어져 있으며 몸체의 중심축(1000)에 모터와 감속기 등의 동력전달수단과 연결되어 회전할 수 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 고효율 선회와류식 표면포기장치는 이를 운전제어하는 제어반이 있어서 포기량, 회전속도, 작동시간, 작동방법 등을 제어하게 된다.

상부몸체는 덮개(110)가 있는 원통 형태로 형성되어 있고 원통 내부에는 하나 이상의 다수의 흐름유도날개(300)가 형성되어 있어 하부몸체에서 형성되어 있는 다수의 흐름유도날개와 일대일로 연결되어 이루어져 있다. 또한 상부몸체는 다수의 흐름유도날개의 말단부분에 배출구(500)가 형성되어 있어 본 발명의 고효율 선회와류식 표면포기장치가 회전할 때 배출구로 액체(처리수)가 배출되면서 분산된다.

상기한 상부몸체의 흐름유도날개(300)는 하기할 하부몸체의 흐름유도날개(400)와 연결되는 형태로 이루어져 있으며 유체를 인발할 수 있는 유로를 형성하는 형태인 덮개기능날개(310)와 지지기능날개(320)로 구성되어 있다.

덮개기능날개와 지지기능날개는 서로 연결되어 있으며 도 6에서 보는 바와 같은 형태로 이루어져 있으나 이에 한정되지 않고 덮개기능날개와 지지기능날개가 합쳐진 전체적인 형태가 둥근 지붕의 형태를 띨 수도 있다.

그리고 배출구에서의 다수의 흐름유도날개는 서로 인접하여 위치하고 있으며 서로 접촉하여 위치할 수도 있다.

또한 상부몸체의 흐름유도날개(300)는 하부몸체의 흐름유도날개(400)와 자연스럽게 연결되므로 흐름유도날개 하단으로 갈수록 덮개기능날개의 폭과 지지기능날개의 높이가 점진적으로 작아지는 형상으로 하는 것이 좋다.

그리고 상기한 상부몸체의 흐름유도날개는 하부몸체의 흐름유도날개와 자연스럽게 연결되면서 흐름유도날개가 전체적으로 나선형으로 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

더불어 하부몸체는 상부몸체와 연결되어 있되 그 연결된 부분에서 하부몸체 방향으로 완만한 곡선형태로 이루어진 것이 바람직하다. 그 이유는 하부몸체의 하단의 직경이 상부몸체의 평균 직경(원통형인 상부몸체 전체에 대한 평균 직경)보다 작게 형성되는 것이 바람직하기 때문이다.

하부몸체는 전체적으로는 원통형으로 이루어져 있으며 바람직하게는 역원뿔형 또는 나팔관과 같은 형상으로 이루어지는 것이 좋다.

하부몸체의 흐름유도날개(400) 또한 덮개기능날개(410)와 지지기능날개(420)로 구성되어 있으며 하부몸체 내부에 다수로 형성되어 있다. 바람직하게는 흐름유도날개들이 나선형 형태로 이루어져 있는 것이 좋다.

또한 하부몸체의 흐름유도날개는 하부몸체의 하단부분 즉 상부몸체와 연결되지 아니하는 부분에서부터 덮개기능날개의 폭과 지지기능날개의 높이가 점진적으로 커져가서 상부몸체의 흐름유도날개의 덮개기능날개의 폭과 지지기능날개 높이와 동일한 크기로 형성되게 된다.

상기한 바와 같이 하부몸체의 흐름유도날개의 덮개기능날개와 지지기능날개는 서로 연결되어 도 6에서 보는 바와 같이 처음에서 끝으로 곡면형으로 이루어져 있다. 그러나 본 발명의 흐름유도날개는 이에 한정되지 않고 덮개기능날개와 지지기능날개가 합쳐진 전체적인 형태가 둥근 지붕의 형태를 띨 수도 있다.

상기와 같은 구조로 인하여 본 발명의 고효율 선회와류식 표면포기장치가 처리수의 수면에 접촉 침수되어 회전할 때 하부몸체의 흐름유도날개를 통하여 유도된 처리수가 상부몸체의 다수의 흐름유도날개를 통하여 와류를 형성하면서 분사되는 작용을 한다.

상기한 바와 같이 처리수가 흐름유도날개를 통하여 선형의 와류를 형성하고 분사될 때 대기중의 공기와 접촉되는 면적은 현저히 증가하게 되어 산소전달능력을 급격히 증대시키는 효과가 발생한다.

그리고, 본 발명의 고효율 선회와류식 표면포기장치가 처리수의 수면에 접촉 침수되어 회전할 때 반응조의 처리수는 와류가 형성되어 대기중의 산소전달능력을 향상시키게 된다.

이에 더하여 본 발명의 또 다른 큰 기술적 특징은 앞서 언급한 바와 같이 하부몸체의 하단부분에 상승류 유도날개가 형성된 것을 들 수 있다.

본 발명의 고효율 선회와류식 표면포기장치는 선회와류식 표면포기장치의 하부몸체의 하단부분에 상승류 유도날개를 부착함으로써 더욱 강력한 교반력을 갖는다.

더욱 상세하게는 기존의 선회와류식 표면포기장치의 경우 터빈이 회전운동을 하면서 발생하는 원심력에 의해 하부몸체 내부에 머물고 있던 액체(처리수 등)가 하부몸체에 형성되어 있는 흐름유도날개를 따라 상부몸체의 배출부를 통해 생물반응조의 수면에 부채살 형태로 살포하도록 구성되어 있다.

이러한 과정에서 하부몸체 내부의 액체가 원심력에 의해 배출되고 그 남은 빈 공간을 채우기 위해 하부몸체 하단부분으로부터 액체가 채워지고, 그 채워진 액체는 다시 원심력에 의해 배출되는 공정을 반복하는 과정에서 하부몸체의 하단부분으로부터 상승하는 상승류가 형성되도록 하는 과정을 통하여 전체적으로 생물반응조의 교반력을 형성하였다.

그러나, 이와 같이 단순한 물의 흐름에 의해 발생되는 상승류는 깊은 수심의 바닥까지 미치는데 한계가 있었다.

즉 종래의 선회와류식 표면포기장치에 있어서는 그 회전에 의하여 배출되는 액체를 하부몸체로 채우기 위해서는 하부몸체의 아래에 존재하는 액체의 상승압에 의하여 인입되는 것을 의도하였지만, 그 하부몸체로 인입되는 액체는 주로 침수되어 있는 하부몸체의 외부의 옆에 존재하는 액체의 수압이 더 높게 형성됨에 따라 하부몸체의 외부 옆부분의 액체가 하부몸체 아래 쪽에 있는 액체보다 하부몸체로 인입하는 힘이 더 크게 작용한다.

따라서 하부몸체 외부의 옆부분의 액체는 하부몸체로 인입하면서 흐름선(stream line)을 형성하면서 오히려 하부몸체 아래에 존재하는 액체보다 더 빨리 하부몸체로 인입되게 되는 것이다.

물론 하부몸체 아래에 존재하는 액체도 하부몸체로 인입하지만 그 인입효율은 현저히 떨어지게 되어 결과적으로 상승류가 약해지게 되므로 상승류에 의한 교반의 효율은 현저히 떨어지는 문제점이 있는 것이다.

따라서 본 발명에서는 하부몸체의 하단 부분에 상승류 유도날개(600)를 부착하여 선회와류식 표면포기장치가 회전할 때 강제 상승류를 형성시켜 더욱 깊은 수심에서부터 처리수를 하부몸체로 인입하게 함으로써 강한 상승류를 발생시킴에 따라 처리수의 교반효율을 현저히 높일 수 있게 되는 것이다.

본 발명은 상기한 바와 같이 상승류 유도날개가 하부몸체에 형성되어 있어 매우 효율적인 상승류를 발생시킴은 물론 하부몸체에 상승류 유도날개가 부착 형성되어 있다는 특징으로 본 발명의 고효율 표면포기장치의 작동시에도 흔들림이 없는 안정적인 운전을 할 수가 있어 반응조의 교반효율을 극대화하는 효과를 나타내게 된다.

참고적으로 도 13은 본 발명의 상승류 유도날개에 의한 반응조의 교반효과를 나타내는 도면이다.

또한 상승류 유도날개는 더욱 바람직하게는 하부몸체에 형성되어 있는 흐름유도날개의 하부 끝단에 상승류 유도날개를 부착하여 하부몸체 아래의 처리수에 대한 하부몸체의 흐름유도날개로의 인입 흐름선(stream line)을 형성시켜 더욱 효율적인 상승류를 형성시킴으로써 교반 효율을 극대화할 수도 있다.

본 발명의 상승류 유도날개는 하부몸체의 하단부분에 연결되어 구성되며 프로펠러 날개 형상 또는 나선형 주걱의 형상으로 이루어져 있다.

또한 바람직하게는 하부몸체의 연장선상에 대하여 상승류 유도날개의 중심축이 오도록 형성하는 것이 좋지만 하부몸체의 연장선상에 대하여 상승류 유도날개의 중심축이 안쪽으로 또는 바깥쪽으로 형성되는 것이 더더욱 바람직하다.

이와 같이 프로펠러 날개 형상 또는 나선형 주걱의 형상으로 이루어진 상승류 유도날개는 본 발명의 큰 기술적 특징으로 본 발명의 선회와류식 표면포기장치가 회전할 때 반응조의 하단에 있는 액체를 쉽게 하부몸체로 유도 인입하는 기능을 수행한다

상승류 유도날개는 하나 이상의 다수로 이루어져 있으며 바람직하게는 상기한 흐름유도날개의 갯수와 동일한 수로 있는 것이 좋다.

또한 상승류 유도날개는 본 발명의 선회와류식 표면포기장치의 하부몸체의 하단부 직경이 500~3,150mm인 점을 감안하여 상승류 유도날개의 길이를 10~500mm, 폭이 10~500mm인 것을 채용하는 것이 좋으나 고효율 선회와류식 표면포기장치의 크기에 따라 얼마든지 변형이 가능하다.

또한 본 발명의 상승류 유도날개는 선회와류식 표면포기장치의 회전속도에 따라 각도를 조절할 수 있는 기능을 포함하고 있다. 이와 같이 처리수에 작용하는 상승류 유도날개의 내부각(610)및 비틀림각(620)을 조정할 수 있어서 선회와류식 표면포기장치의 회전속도에 최적(optimized)인 상승류 유도날개를 장착하도록 해주는 기능을 수행한다.

상기한 내부각 및 비틀림각을 조정하는 수단은 수동식 또는 자동식으로 가능하며, 수동식은 인위적인 힘으로 내부각 및 비틀림각을 조정할 수 있고 자동식으로 하는 구성은 전기를 이용하는 기계를 이용하여 물체의 각을 조정할 수 있는 수단을 채용하면 된다. 이와 같은 구성은 통상적인 전기 기계 장치 수단으로 구현될 수 있다.

또한, 본 발명에서는 기존 선회와류식 표면포기장치의 우수한 산소전달력을 더욱 강화하여 고효율의 선회와류식 표면포기장치를 발명하였다. 기존의 터빈은 흐름유도날개를 통해 배출되는 물줄기가 단일 물줄기로 수면에 살포됨으로써 더욱 많은 물입자를 형성하지 못하고 있어 더욱 우수한 산소전달력을 발휘하지 못하고 있다.

이에 본 발명에서는 물줄기의 배출부에 돌출돌기 모양의 필러(700)를 한개 이상 또는 다수로 설치함으로써 단일 줄기로 분출되던 것을 2줄기 이상으로 쪼개어 수면에 살포함으로써 더욱 많은 물입자를 형성시키고, 다량의 물줄기로 형성된 물입자는 공기중의 산소와 접촉하는 표면적이 증대되어 더욱 효과적으로 산소를 용해시켜 고효율의 산소전달률을 달성하도록 구성되어 있다.

종래의 터빈은 흐름유도날개를 통하여 배출되는 물줄기가 단일 물줄기로 배출되고 물줄기의 회전력에 의해 분산되면서 대기중의 산소를 전달받았다. 그러나 물줄기의 배출속도가 커서 물줄기의 분산작용은 미비한 편이었다. 이런 이유로 대기중의 산소와 물줄기와의 접촉 면적은 상대적으로 작아 충분한 산소전달력이 이루어지지 않았다.

이와 반면 본 발명에서는 선회와류식 표면포기장치의 상부몸체의 배출구에 필러를 하나 또는 다수로 설치함으로써 물줄기의 분산을 더욱 크게 강화하였다.

본 발명의 필러는 배출구의 하단 또는 상단, 하단 및 상단에 설치하여 물줄기의 분산을 매우 효과적으로 달성하게 한다.

본 발명의 필러의 형상은 돌출돌기 모양, 막대기형, 삼각형 또는 역삼각형 등 다양하게 형성될 수 있으며 바람직하게는 물줄기의 특정한 흐름선(stream line)에 대한 저항만을 강하게 형성시킬 수 있는 모양이 좋다.

따라서 도 9에서 보는 바와 같이 본 발명의 필러는 둥근 형태의 머리부분이 있으며 기둥이 있는 돌출돌기 형상이 바람직하지만 이는 하나의 예일뿐 이 형상에 국한되는 것이 아니다.

상기와 같은 본 발명의 필러의 구조에 의하여 물줄기의 흐름선에 대하여는 강한 저항을 형성시키면서 전체적인 물줄기 배출압에는 영향을 최소화할 수 있는 작용을 하게 되어 물줄기가 다수로 분산되는 효과가 창출된다.

또한 필러의 크기는 배출구의 크기에 대하여 적정한 크기로 할 수 있으며 배출구의 높이의 1/3~2/3의 크기로 하는 것이 바람직하나 이에 한정하는 것은 아니다. 본 발명에서는 배출구의 높이가 50~150mm인 점을 감안하여 20~110mm의 크기로 형성되는 것이 좋다.

또한 필러의 수는 상기한 바와 같이 하나 이상 다수로 선택할 수 있으며 배출구의 크기에 따라서 또는 배출되는 액체의 양에 따라서 다양한 수로 채택할 수 있다.

종래의 선회와류식 표면포기장치가 모터 및 감속기에 의하여 동력을 전달하는 회전축의 길이가 일정함에 따라 일단 생물반응조에 선회와류식 표면포기장치를 설치하는 경우 처리수의 유량에 따른 수면의 높이의 변화에 잘 적응시키지 못하는 단점이 있었다.

그리고 현장에서 운전 기간이 경과함에 따라 선회와류식 표면포기장치의 침수 깊이가 깊어지는 현상이 발생하여 일정시간이 경과 후에 선회와류식 표면포기장치의 침수 깊이를 다시 조절해야 하는 필요성이 발생하였다.

상기와 같은 종래의 선회와류식 표면포기장치와는 다르게 본 발명의 또 다른 기술적 특징은 선회와류식 표면포기장치에 동력장치(모터 및/또는 감속기)로부터의 동력을 전달하는 회전축의 길이를 조절할 수 있는 기능이 있는 길이조절부(800, 길이조절수단)를 제공하여 처리수의 유량에 따른 수면의 높이의 변화에 잘 적응시키기는 효과를 제공한다.

본 발명의 회전축의 길이를 조절하는 수단의 하나의 예로써 다음과 같이 설명한다.

본 발명의 선회와류식 표면표기장치와 연결되는 회전축의 중간에 길이조절부(800)를 구성하여 회전축의 길이를 조절할 수 있게 된다.

길이조절부는 회전축이 서로 연결되어 있되 모터 및 감속기에 연결되어 있는 회전축은 삽입부(810)가 형성되어 있고, 표면포기장치에 연결되어 있는 회전축은 유입부(820)가 형성되어 었어서 이 유입부에 상기 삽입부가 삽입되는 구조로 이루어져 있다.

그리고 삽입부가 유입부에 삽입되면 상하로는 이동이 가능하지만 회전할 때는 서로 맞물려져는 기능을 하는 구조로 되어 있다. 그 예로 삽입부의 외주에는 톱니형상의 이가 형성되어 있고 유입부의 내주에도 톱니형상의 이가 형성되어 있어 서로 맞물리는 기능을 하되 상하로는 이동이 가능한 구조를 들 수 있다.

또한 모터와 감속기에 연결되는 회전축(상부회전축, 830)과 선회와류식 표면포기장치에 연결되는 회전축(하부회전축, 840)은 상하운동이 가능한 레크기어(850)로 연결되어 있다. 이 레크기어에 회전운동을 하는 피니언기어(860)를 장착하여 피니언 기어에 회전운동을 주면 선회와류식 표면포기장치에 연결되는 회전축은 상하운동을 하게 된다. 그 결과 전체 회전축의 길이가 늘거나 줄거나 하여 길이조절이 가능하게 되는 것이다.

상기한 레크기어는 상부회전축 또는 하부회전축에 결합되어 있고 피니언 기어는 모터 또는 감속기에 대한 설치 구조물이나 상부회전축에 고정되어 있어 피니언 기어의 회전력이 레크기어의 수평운동으로 작용할 수 있도록 한다.

그리고 상부회전축 또는 하부회전축은 레크기어와 연동되어 하부회전축의 상하 운동을 하게 되어 회전축의 길이가 조절되게 된다. 길이가 조절된 회전축은 고정자(870) 등을 이용하여 기어가 운동하지 못하도록 고정한다.

이때 피니언 기어에 동력을 전달하는 방법은 수동으로 또는 전기를 이용한 모터 및 감속기를 이용한 방법으로 할 수 있음은 물론이다.

회전축의 길이조절수단의 또 다른 예로서 상부 회전축의 내부를 3각 이상의 각형 구조로 제작하고, 하부 회전축의 외부를 상부 회전축 내부에 삽입할 수 있는 3각 이상의 각형 구조로 제작하고, 일정 높이에 1개 또는 다수의 고정핀(871)을 삽입할 수 있는 구멍을 설치하여 회전축의 높낮이를 조절할 수 있는 구조로 구성할 수 있다.

상기와 같이 본 발명에서는 회전축의 높낮이 조절이 가능한 구조로 설계하여 필요시 수면에 대한 선회와류식 표면포기장치를 높게 또는 낮게 설치함으로써 간단히 선회와류식 표면포기장치의 침수 깊이에 대한 조절이 가능하게 되는 것이다.

상기한 바와 같은 회전축 길이 조절 수단은 하나의 예이다. 따라서 본 발명의 권리범위에 상기의 예와 같은 기술적 사상을 포함하는 회전축 길이 조절 수단은 모두 포함된다 할 것이다.

본 발명의 상기와 같은 고효율 선회와류식 표면포기장치를 통하여 생물반응조의 산소전달 효율을 비교한 결과가 다음과 같은 표로 정리되어 있다.

구 분		Efficiency (㎏O2/㎾h)	Tip speed (m/sec)	비 고
Low speed (기계식)	Standard	2.13	4.6 ~ 7.6
	Lower turbine	2.13	4.6 ~ 7.6
Direct-drive propellor		1.67	22.9~30.5
Diffused(산기식)		1.22	-
Zet 포기식		1.82	-
선회와류식-표면포기장치		2.612	4.1~5.2
고효율 선회와류식-표면포기장치		3.012	3.8~4.73

상기 표에서 보는 바와 같이 본 발명의 고효율 선회와류식 표면포기장치는 산소전달효율에 있어 통상의 포기장치 및 기존의 선회와류식 표면포기장치에 비하여 현저하게 효과가 높다는 것을 알 수가 있다.

상기한 생물반응조에서 오염물질이 제거된 처리수는 침전조 또는 처리수조로 이송된다. 침전조 또는 처리수조는 생물반응조의 미생물 플록을 침전하여 제거하고 상등수를 하폐수처리시설 외부로 방류하도록 한다.

침전조 또는 침전수조에서 방류되는 상등수인 최종처리수는 소독장치를 통하여 소독공정을 별도로 둘 수가 있다. 소독공정은 염소소독, 클로로칼키 소독, 자외선소독 등 다양하게 채용할 수 있으며 바람직하게는 자외선소독장치를 사용한 공정이 좋다.

또한 부수적으로 최종 처리수의 양을 측정하기 위한 유량계를 설치하여 처리되는 양이 얼마인지 측정할 수도 있다. 유량계는 오리피스, 벤츄리, 파샬플룸 등의 가변 면적식 유량계 및 차압식 유량계를 사용할 수 있으며 전자 유량계 및 초음파 유량계 등 다양하게 채용할 수 있다.

본 발명의 생물반응조에 설치하는 고효율의 선회와류식 표면포기장치가 부유식일 경우에는 포기장치를 부유시키는 플로터, 포기장치를 구동시키는 감속기와 모터, 회전력을 전달하는 회전축, 상승류 유도날개와 필러가 부착되어 있는 포기장치로 구성되어 있다.

본 발명은 하수 또는 폐수의 유기물 및 질소, 인을 제거하기 위한 하폐수의 고도처리공정 산업에 매우 유용한 발명이다.

본 발명은 하수 또는 폐수의 유기물 및 질소, 인을 제거하기 위한 하폐수의 고도처리공정 장치를 제조, 판매하는 산업에 이용 가능성이 높은 발명이다.

또한 본 발명은 하 폐수 처리장 등의 호기조를 이용하는 반응조 또는 플랜트 등에 효과적으로 사용될 수 있는 발명이다.

100 : 상부몸체 110 : 상부몸체 덮개
200 : 하부몸체 300 : 상부몸체 흐름유도날개
310 : 덮개기능날개 320 : 지지기능날개
400 : 하부몸체 흐름유도날개 410 : 덮개기능날개
420 : 지지기능날개 500 : 배출구
600 : 상승류 유도날개 610 : 내부각
620 : 비틀림각 700 : 필러
800 : 회전축 길이연장부 810 : 회전축 삽입부
820 : 회전축 유입부 830 : 상부회전축
840 : 하부회전축 850 : 레크기어
860 : 피니언기어 870 : 고정자
871 : 고정핀 1000 : 몸체의 중심축

Claims (11)

1. 하폐수중의 유기물 및 영양염류 등의 오염물질을 정화처리하기 위한 하폐수의 생물학적 고도처리공정에서 생물반응조의 호기성 미생물에 산소를 공급하기 위한 장치로,
   뚜껑이 있는 원통형의 상부몸체와 원통형의 하부몸체로 이루어져 있되 상부몸체와 하부몸체는 연결되어 있으며 중심축을 형성하는 회전체로 이루어지되 상기 상부몸체는 다수의 흐름유도날개 상부말단에 배출구가 형성되며,
   상부몸체와 하부몸체 내부에는 다수의 흐름유도날개가 구성되어 있되 흐름유도날개는 덮개기능날개와 지지기능날개로 이루어져 서로 연결되어 있으며,
   상기 덮개기능날개의 폭과 지지기능날개의 높이가 하부몸체에서 상부몸체로 점진적으로 커져가는 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고효율의 선회와류식 표면포기장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 하부몸체의 하단에 하나 또는 다수의 상승류 유도날개가 장착된 것을 특징으로 하는 고효율의 선회와류식 표면포기장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상부몸체의 배출구에 하나 또는 다수의 필러를 부착하여 배출 물줄기의 분산을 증대시키는 것을 특징으로 하는 고효율의 선회와류식 표면포기장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 하부몸체의 하단에 하나 또는 다수의 상승류 유도날개가 장착되고,
   상기 상부몸체의 배출구에 하나 또는 다수의 필러를 부착한 것을 특징으로 하는 고효율의 선회와류식 표면포기장치.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   포기장치에 회전력을 공급하는 동력장치 및 포기장치에 회전력을 전달하는 회전축이 연결되고 선택적으로 플로터를 구비하여 부유가 가능한 고효율의 선회와류식 표면포기장치.
   
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   회전축은 길이조절부가 포함되어 회전축의 길이가 조절되는 기능을 갖는 고효율의 선회와류식 표면포기장치.
   
7. 제5항에 있어서,
   회전축은 길이조절부가 포함되어 회전축의 길이가 조절되는 기능을 갖는 고효율의 선회와류식 표면포기장치.
   
8. 하폐수중의 유기물 및 영양염류 등의 오염물질을 정화처리하기 위한 하폐수의 생물학적 고도처리공정에 있어서;
   하폐수의 원수중에 포함되어 있는 부유물질 및 침사성 오염물질을 제거하기 위한 수단으로 협잡물처리장치를 적용하고,
   협잡물처리장치를 통과하여 유입수량의 변화에 대하여 완충기능을 갖는 유량조정조를 적용하고,
   유량조정조에서 생물반응조에 유입하여 미생물에 의해 혐기, 무산소, 호기반응을 통해 유기오염물질과 영양염류를 제거할 수 있는 공정으로 구성되고,
   상기 생물반응조의 호기성 미생물에 산소를 공급하기 위한 수단으로 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 의한 고효율의 선회와류식 표면포기장치 및 이를 운전제어하는 제어반으로 구성하고,
   생물반응조에서 오염물질이 제거된 처리수를 침전조 또는 처리수조에 이송하고,
   최종 처리수를 하폐수처리시설의 외부로 방류하기 위해 자외선소독장치를 이용하여 소독공정을 두고, 유량계를 설치하여 하폐수처리시스템을 구성하는 것을 특징으로 하는 하폐수고도처리 방법.
   
9. 하폐수중의 유기물 및 영양염류 등의 오염물질을 정화처리하기 위한 하폐수의 생물학적 고도처리공정에서 생물반응조의 호기성 미생물에 산소를 공급하기 위한 수단으로,
   제5항의 고효율의 선회와류식 표면포기장치 및 이를 운전제어하는 제어반을 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수고도처리 방법.
   
10. 하폐수중의 유기물 및 영양염류 등의 오염물질을 정화처리하기 위한 하폐수의 생물학적 고도처리공정에서 생물반응조의 호기성 미생물에 산소를 공급하기 위한 수단으로,
    제6항의 고효율의 선회와류식 표면포기장치 및 이를 운전제어하는 제어반을 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수고도처리 방법.
    
11. 하폐수중의 유기물 및 영양염류 등의 오염물질을 정화처리하기 위한 하폐수의 생물학적 고도처리공정에서 생물반응조의 호기성 미생물에 산소를 공급하기 위한 수단으로,
    제7항의 고효율의 선회와류식 표면포기장치와 이를 운전제어하는 제어반을 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수고도처리 방법.
    

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