KR101033415B1

KR101033415B1 - 하수 또는 폐수 처리장 방류수 열원 회수 시스템

Info

Publication number: KR101033415B1
Application number: KR1020090025108A
Authority: KR
Inventors: 조재민
Original assignee: 조재민
Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2009-03-24
Publication date: 2011-05-11
Also published as: KR20100106859A

Abstract

본 발명은 하수나 폐수 처리 과정 중에서 폐수를 소화조에서 폐수 처리하기 위하여 폐수를 가온하는 시스템에 관한 것이다. 종래에는 상기 폐수의 가온을 화석연료를 사용하는 보일러 스팀으로 가온하였으나 본 발명은 하수나 폐수 처리장에서 침전 여과하고 버려지는 물인 방류수의 열원을 회수하여 상기 폐수의 가온을 하는데 이용함으로서 LNG사용량을 줄일 수 있고 따라서 이산화 탄소 발생량을 저감하여 환경에도 도움을 줄 수 있는 것이다.

방류수, 폐수, 재활용 신재생에너지, 이산화 탄소, 히트펌프, 소화조, 축열조 탱크, Buffer 탱크

Description

하수 또는 폐수 처리장 방류수 열원 회수 시스템{Recycling System of Waste Water or Sewage water as Heat Source}

본 발명은 하수처리장이나 폐수처리장에서 침전하고 여과 과정을 거쳐서 버려지는 방류수의 열원을 회수하여 다시 이용하는 신 재생 에너지 시스템에 관한 것이다. 일반적으로 하수나 폐수 처리장의 수온은 일반 한강이나 하천의 수온보다 높은 것이 사실이다. 즉 가정의 생활 용수, 건물이나 빌딩의 용수 등이 버려져 하수나 폐수처리장으로 흘러 들어감으로 상기 하수나 폐수처리장의 폐수의 온도는 일반 하천의 수온보다 높다. 따라서 상기와 같은 하수나 폐수처리장의 폐수는 좋은 열원일 수 있으며 상기 열원을 회수하여 히트펌프를 이용 하수나 폐수 처리장 폐수의 가온에 유용하게 이용할 수 있는 것이다.

도 1은 일반적인 히트펌프을 이용한 폐수 열원 시스템을 나타내고 있다. 대중탕이나 욕조, 세면기 등과 같이 온수를 사용하는 온수사용처(10)로 부터 배출되는 폐수로부터 입자상 고형 슬러지를 여과시키기 위한 여과부(20)와, 상기 여과부(20)를 경유한 폐수가 일정시간 보관되는 폐수탱크(30)와, 폐수탱크(30) 내로 물을 순환시키도록 안내하는 열회수관(40)과, 열회수관(40)을 통해 회수된 열원이 축열되어지는 축열탱크(50)와, 축열탱크(50)에 축적되어지는 열원을 증발기측의 구동에 활용하는 하는 히트펌프(60)와, 폐수탱크(30) 하부에서 공기를 기포형태로 공급하는 공기공급관(80)으로 구성된 것이 일반적이다. 또한 폐수탱크(30)는 격벽(31)에 의해 다수의 공간(S1,S2,S3)으로 구획되어져 있으며, 각 격벽(특히31)에는 폐수의 유동이 가능하도록 통공(32)이 상호 높이를 달리하며 형성되었고, 일측에는 열교환을 마친 폐수를 배수시키기 위한 배수관(33)이 연결 설치되었다. 또한, 공기공급관(80)의 일단에는 공기 공급을 위한 송풍팬(81)이 장착되어져 있으며, 공기공급관(80)을 따라 기포가 배출되어질 수 있도록 일정 간격으로 다수의 노즐(82)이 형성되어져 있다. 상기와 같은 종래의 폐수열원 회수 시스템은 폐수의 열원을 열교환기를 통하여 회수하여 축열탱크(50)에 축열하고 상기 축열탱크의 열원을 다시 히트펌프로 회수하고 전력을 추가하여 온도를 상승시켜 온수를 사용하는 일반적인 방식을 보여주고 있다.

도 2는 기존 종래 폐수의 가온 시스템 계통도이다. 일반적으로 폐수의 온도는 20내지 36도 정도이고 상기 폐수의 온도를 35도내지 40도 정도로 상승시켜 혐기성 소화조(300)로 공급하기 위하여 Buffer 탱크(200)로 이송하는 과정에서 관로에 LNG를 이용한 보일러 시스템의 스팀을 공급하여 폐수의 온도을 상승시키고 있다. 도 2에서 제조폐수 탱크(100)의 폐수는 제1이송펌프에 의하여 Buffer탱크(200)로 이송되며 상기 이송관로의 이송 중에 상기 기존 보일러에 의한 스팀을 공급하여 폐수의 온도를 높이고 있는 것이다. 상기와 같이 온도가 상승한 폐수는 Buffer 탱크(200)로 이송되고 상기 Buffer 탱크(200)의 폐수는 다시 제2이송 펌프에 의하여 혐기성 소화조(300)로 이송된다. 상기와 같이 온도가 상승한 폐수가 혐기성 소화조(300)로 이송되면 소화조 내의 미생물이 잘 자라도록 적당한 온도가 유지되므로 상기 폐수를 잘 분해시켜 폐수 정화를 돕도록 하는 것이다.

상기와 같은 종래의 폐수 가온 시스템은 폐수를 가온하기 위하여 별도의 기존 보일러 시스템을 필요로 하고 또한 상기 보일러를 가동하여 스팀을 공급하기 위하여 LNG와 같은 에너지를 필요로 하며 상기 LNG와 같은 에너지 사용은 이산화탄소의 발생량을 증가시켜서 지구 환경에도 해로운 것이다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 상기 하수나 폐수 처리장에서 침전, 여과 과정을 거쳐 버려지는 방류수의 열원을 회수하여 상기 폐수의 가온에 이용함으로서 별도의 보일러가 필요 없으며 방류수 열원의 회수 사용으로 이산화 탄소 발생량도 줄일 수 있는 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하고자 한 본 발명은 폐수의 온도를 일차적으로 상승시키기 위하여 방류수의 열원을 회수하여 상기 폐수의 온도를 상승시키기 위한 제1열교환기(103)와, 상기 방류수의 열원을 회수하여 압축, 응축, 팽창 및 증발 과 정을 거쳐서 성능계수(COP)를 향상시켜 저온의 열원을 흡수하여 보다 높은 열원을 생산하는 히트펌프(105)와 상기 히트펌프(105)에서 생산된 열원을 축열하는 축열조 탱크(109)와 상기 축열조 탱크(109)의 열원을 이용하여 상기 폐수를 2차적으로 가온하는 제2열교환기(104)와 상기 축열조 탱크(109)의 열원을 순환시키는 제4이송펌프(107)와 상기 제4이송펌프(107)의 토출량을 제어하는 제어시스템으로 구성된 본 발명은 상기 제4이송펌프(107)의 토출량을 조절하여 Buffer탱크(200)로 들어가는 폐수의 온도를 일정하게 조절할 수 있으며 또한 버려지는 방류수의 열원을 회수하여 이용할 수 있는 것이다.

상기와 같은 본 발명은 별도의 스팀을 공급하기 위한 보일러 시스템이 필요없어 시스템 구축비용을 절약할 수 있으며 또한 버려지는 방류수를 열원으로 이용함으로서 에너지를 절감할 수 있고 이산화 탄소 발생량도 획기적으로 줄일 수 있는 효과가 있는 것이다.

도 3은 본 발명 방류수를 이용한 폐수 가온 시스템이다. 일반적으로 하수나 폐수처장 폐수의 온도는 20-36도 정도이고 하수나 폐수 처리장의 방류수의 온도는 25도 내지 36도로 방류수의 온도가 제조 폐수의 온도보다 높다. 도 3에서 폐수조(100)의 폐수는 제1이송펌프(101)에 의하여 제1열교환기(103)를 거쳐 제2열교환 기(104)로 이송되며 상기 제2열교환기(104)를 거친 폐수는 Buffer 탱크(200)로 이송되어 지는 것이다. 또한 방류조의 방류수는 제2이송펌프(102)에 의하여 이송되어 상기 제1열교환기(103)로 이송되며 상기 제1열교환기(103)에서 폐수의 온도보다 더 높은 방류수와 상기 폐수가 열교환을 하므로 폐수의 온도가 일반적인 방류슈의 온도로 상승하는 것이다. 상기 제1열교환기(103)를 거친 방류수는 히트펌프(105)에 의하여 고온의 열원으로 생산되고 상기 히트 펌프(105)에서 생산되 열원은 축열조탱크(109)로 제3이송펌프(106)에 의하여 이송되어 약 50도 내지 55도까지 축열이 이루어 지는 것이다. 상기와 같이 축열된 열원은 제4이송펌프(107)에 의하여 제2열교환기(104)로 이송되는 것이다. 상기와 같이 제2열교환기(104)로 이송된 축열조 탱크(109)의 열원은 제1열교환기(103)를 거친 폐수와 열교환이 이루어 지므로 폐수의 온도를 상승시키는 것이다. 이때 상기 Buffer 탱크(200)의 폐수 온도는 37도가 이상적이므로 상기 제2열교환기(104)를 거친 폐수의 온가 35도내지 40도 정도로 유지되도록 제4이송펌프(107)의 토출 유량을 제어하는 것이다. 상기와 같이 35도 내지 40도 정도로 상승한 폐수는 Buffer 탱크(200)로 이송되고 상기 Buffrer 탱크(200)의 폐수는 다시 제5이송펌프(108)에 의하여 소화조(300)로 이송되며 상기와 같이 온도가 상승한 폐수가 소화조(300)에 공급되므로 소화조(300) 내의 미생물이 잘 발달하여 폐수의 정화를 효과적으로 할 수 있는 것이다.

도 4는 본발명 열교환 Flow를 나타낸다. 도 4에서 방류수조(S10)의 방류수가 제1열교환기로 이송되고(S11), 다시 상기 제1열교환기에서 온도가 내려간 열원은 다시 히트펌프를 거쳐(S12)게 되고 히트펌프의 열원으로 다시 사용되며 히트펌프로 인하여 온도가 상승한 열원은 축열조 탱크로 이송되며(S13), 히트펌프를 통과한 방류수는 방류수 출구(S14)를 통하여 버려지는 것이다. 한편 폐수조의 폐수는(S15)는 제1열교환기로 이송되어 상기 방류수와 열교환을 하여 온도가 상승되고 온도가 상승된 폐수는 다시 축열조 탱크의 열원과 열교환하여(S16) Buffer 탱크로 상승된 폐수가 이송되는 것이다(S17).

도 5는 이송펌프를 제어하기 위한 본 발명에 적용한 제어 시스템 구성도이다. 입력부(501)를 통하여 모터의 동작시간 등을 설정하고 출력부(502)를 통하여 모터의 전류, 펌프 압력 등을 표출하며, 입력부(501)의 설정된 명령에 따라 각각의 모터펌프 P₁(제1이송펌프), P₂(제2이송펌프), P₃(제3이송펌프), P₄(제4이송펌프), P₅(제5이송펌프)와 히트펌프(105) 등을 제어하고 메모리부(503)에 각각의 입출력 정보를 저장하도록 하며 폐수조 온도센서(505), 방류조 온도센서(506), 축열조 탱크 온도센서(507), Buffer 탱크 온도센서(508), 소화조 온도센서(509)의 온도 값을 입력받아 모터펌프들을 제어하는 제어부(500)와 입력부(501)의 명령과 각각의 모터펌프, 히트펌프, 센서 등의 출력 정보 등을 저정하는 메모리부(503)와 모터펌프의 동작시간을 설정하고 계측 시간 정보 등을 제공하기 위한 타이머(504)로 구성된 제어 시스템의 주요 특징은 Buffer 탱크로 입수되는 폐수의 온도를 35도 내지 40도로 유지되도록 하기 위하여 축열조 탱크(109)로부터 제2열교환기(104)로 순환되는 열원의 유량을 제4이송펌프(107)로 조절하여 제어하는 것이다. 상기에서 제어부의 구성은 각각의 모터펌프의 속도제어를 위하여 인버터 등을 추가하여 구성할 수 있음은 물론이다.

상기와 같은 본 발명은 소화조(300)로 입수되는 폐수의 온도를 35도 내지 40도로 유지하기 위하여 버려지는 방류수의 열원을 회수하여 사용함으로서 에너지 사용을 줄이고 화석연료 사용을 줄여 이산화탄소 발생량을 줄일 수 있는 유용한 발명인 것이다.

도 1은 종래의 히트펌프를 이용한 폐수 열원 회수 시스템

도 2는 기존 폐수 가온 시스템 계통도,

도 3은 본발명 방류수를 이용한 폐수 가온 시스템 계통도

도 4는 본 발명 가온 시스템의 열교환 Flow,

도 5는 본 발명에 적용되는 제어 시스템 구성도이다.

**도면의 주요부분에 대한 부호 설명**

100 : 폐수조, 200 : Buffer 탱크, 300 : 소화조

400 : 방류수조 103 : 제1열교환기 104 : 제2열교환기

105 : 히트펌프 106 : 제3이송펌프 107 : 제4이송펌프

Claims

하수처리장 또는 폐수처리장의 폐수를 제1열교환기(103)로 이송하기 위한 제1이송펌프(101)와;

방류수를 상기 제1열교환기(103)로 이송하기 위한 제2이송펌프(102)와;

상기와 같이 이송된 방류수의 열원을 회수하여 폐수의 온도를 1차로 상승시키는 제1열교환기(103)와;

상기 제1열교환기(103)를 통과한 방류수의 열원을 회수하여 축열조의 열원의 온도를 상승시키는 히트펌프(105)와;

상기 히트펌프(105)에서 온도가 상승한 열원을 축열조 탱크(109)로 이송하기 위한 제3이송펌프(106)와;

상기 히트 펌프(105)를 통과하여 이송된 온도가 상승한 열원을 축열하는 축열조 탱크(109)와;

상기 축열조 탱크(109)의 열원을 제2열교환기(104)로 이송하는 제4이송펌프(107)와;

상기 축열조 탱크(109)로부터 이송된 열원의 열을 회수하여 제1열교환기(103)를 통과한 폐수의 온도를 2차적으로 상승시키는 제2열교환기(104)와;

상기 제2열교환기(104)로 부터 이송된 폐수를 이송받는 소화조(300)로 구성된 것을 특징으로 방류수의 열원을 이용한 폐수의 가온 시스템
제1항에 있어서 방류수를 이용한 폐수의 가온 시스템은 상기 제2열교환기(104)로 부터 폐수를 이송받는 Buffer 탱크(200)와 상기 Buffer 탱크(200)의 폐수를 상기 소화조(300)로 이송하는 제5이송펌프(108)를 더 포함 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 방류수의 열원을 이용한 폐수의 가온 시스템
제1항에 있어서 제4이송펌프(107)는 상기 제4이송펌프(107)의 유량을 조절하여 제2열교환기(104)를 통과하는 폐수의 온도를 35도 내지 40도로 유지하기 위한 제어 시스템을 더 포함 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 방류수의 열원을 이용한 폐수의 가온 시스템
제3항에 있어서 제어 시스템은

소화조(300)에 구비한 소화조 온도센서(509)와;

상기 온도센서(509)의 온도 측정치를 수신받아 상기 제4이송펌프(107)의 유량을 조절하는 제어부(500)를 포함 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 방류수의 열원을 이용한 폐수의 가온 시스템
하수처리장 또는 폐수처리장의 폐수를 제1열교환기로 이송하는 단계와;

방류수를 제1열교환기로 이송하는 단계와;

상기 제1열교환기를 통과한 방류수를 히트펌프로 이송하여 열원으로 사용하는 단계와;

상기 히트펌프에 의하여 온도가 상승한 열원을 축열하는 단계와;

상기 축열된 열원을 제2열교환기로 이송하여 상기의 제1열교환기를 통과한 폐수를 가온하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 폐수를 가온하는 방법