KR101095595B1

KR101095595B1 - 유기성 슬러지를 함유한 폐수를 처리하기 위한 초음파 동공을 구비한 폐수 처리장치

Info

Publication number: KR101095595B1
Application number: KR1020090055479A
Authority: KR
Inventors: 류성호; 명규남
Original assignee: 뉴엔텍(주)
Priority date: 2009-06-22
Filing date: 2009-06-22
Publication date: 2011-12-19
Also published as: KR20100137184A

Abstract

본 발명은 유기성 슬러지를 함유한 폐수를 처리하기 위한 초음파 동공을 구비한 폐수 처리장치에 관한 것이다.

본 발명은 슬러지가 소화되는 소화조, 상기 소화조에 설치되어 있으며 상기 소화조의 슬러지가 순환되는 순환관, 상기 순환관에 설치되며 일측 상부는 유입구가 바닥부를 향하도록 구비되고 타측 상부는 유출구가 수평으로 구비되고, 상단 중심부에는 초음파 발생기가 설치된 통형상 초음파 동공, 그리고 상기 순환관을 통해 상기 슬러지를 순환시키는 순환펌프를 포함한다.

본 발명은 슬러지에 대해 초음파를 제공하는 초음파 발생기에 대해 슬러지의 마찰을 줄임으로써 초음파 발생기의 수명이 연장되는 효과를 얻을 수 있다.

소화조, 순환관, 슬러지, 초음파, 안내관

Description

유기성 슬러지를 함유한 폐수를 처리하기 위한 초음파 동공을 구비한 폐수 처리장치{Waste Water Treatment Installation Having Ultrasonic Cavity for Treating Waste Water Containing Organic Sludge}

본 발명은 하수 등과 같이 유기성 슬러지를 함유한 폐수의 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하수처리 중에 발생하는 슬러지에 초음파를 조사하여 슬러지의 분해를 원활하게 만드는 유기성 슬러지를 함유한 폐수를 처리하기 위한 초음파 동공을 구비한 폐수 처리장치에 관한 것이다.

현재 종래의 하수 및 슬러지처리공정을 대체할 수 있는 새로운 하수처리 기술로서 하수 슬러지 가용화 및 감량화 기술이 활발히 개발되고 있는데, 오존, 과산화수소, 산/알카리 등을 하수처리과정에 주입하는 화학적인 방법, 기계적 충격 및 가열 등과 같은 물리적인 방법 등이 개발되고 있다.

그러나 화학적 방법은 비교적 간단하고 비용이 적게 드는 장점이 있으나, 슬러지와 약품이 잘 섞이지 않아 원활한 반응이 일어나지 않거나 새로운 제2차 화학공해물질을 생성하는 문제점이 있고, 물리적 방법은 제2차 공해의 문제는 없으나, 에너지 소모가 너무 큰 문제점이 있다. 이에 따라 최근 새로운 하수처리방법이 도 입되고 있는데, 한국특허 출원번호 10-2002-0047747호, 10-2004-0072211호, 10-2003-0088976호, 10-1998-0055680 등에서 하수 처리에 초음파를 이용하는 방법이 개시되어 있다.

그러나 이러한 초음파를 이용한 오, 폐수처리장치들은 종래의 물리, 화학적 처리방법과 병행하여 초음파를 이용하거나, 실험실 수준에서 초음파를 단독으로 이용하는 방법에 대하여 개시되어 있을 뿐 구체적인 폐수처리 장치를 제시하고 있지 못하고 있다. 그리고 통상적으로 초음파 발생장치는 에너지의 소모가 많고 시설유지비가 높으므로, 통상의 하수처리시설에 초음파를 이용하는 방법만 추가하는 것은 경제적 측면에서 바람직하지 않다.

그리고, 최근에 도입된 새로운 하수처리 방법으로, 한국특허 출원번호 10-2004-7007078호, 10-2000-0066965호, 10-2006-7003849호 등에서는 수리 동력학 적 방법으로 큰 덩어리의 슬러지를 파괴하여 분해가 잘 일어나도록 하는 하수처리 방법이 개시되어 있다. 이러한 수리 동역학적 방법을 시행하면, 오수 내부에 용해되어 있던 기체성분이 유리되어 기포가 형성되었다가 파괴되는 과정에서 미생물이 파괴되며, 따라서 큰 덩어리의 슬러지가 파쇄되어 잘게 나누어지면 소화 미생물의 먹이(기질, Substrate)가 되는 파쇄된 슬러지의 비표면적(Specific Surface Area)이 증가하여 슬러지의 분해가 용이하게 된다.

그러나, 이러한 방법은 슬러지의 분해 정도가 획기적으로 증대하는 것을 기대하기는 어렵고, 처리수 중에 슬러지의 함량이 높고 그에 수반하여 처리수의 점도가 높을 경우 캐비테이션의 발생이 원활하지 못하여 슬러지 분해효과가 떨어진다.

이와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 기술이 당사의 등록특허 785327호에 개시되어 있다. 개시된 기술은 단시간 내에 하수 중의 슬러지를 효과적으로 파쇄하여 슬러지의 소화효율 및 소화가스의 생산을 높이는 이점이 있다.

한편, 등록특허785327호에는 소화조의 순환관에 초음파 발생기가 설치되어 있다. 여기서, 초음파 발생기는 순환관의 내부로 설치되어 유동하는 슬러지에 초음파를 제공하도록 구성되어 있다. 이때, 슬러지는 초음파 발생기에 직접적인 마찰을 제공한다. 즉, 초음파 발생기가 슬러지의 유동방향에 대해 직접적으로 대면하게 구성되어 있으므로, 초음파 발생기는 슬러지의 유동에 대한 직접적인 저항체로 작용하며, 초음파 발생기는 쉽게 파손되었다.

따라서, 종래의 유기성 슬러지를 함유한 폐수의 초음파 동공을 구비한 처리장치는 초음파 발생기가 대략 1개월이라는 짧은 수명을 갖고 있으므로, 초음파 발생기의 교체로 인한 슬러지 처리비용이 상승하며, 교체의 시기가 1개월 단위로 모두 이루어지지 않거나 늦을 경우, 슬러지 처리가 정상적으로 이루어지지 못한다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 슬러지에 대해 초음파를 제공하는 초음파 발생기에 대해 유동하는 슬러지의 마찰을 줄임으로써 초음파 발생기의 수명이 연장되고, 초음파의 효과를 높인 유기성 슬러지를 함유한 폐수의 초음파 동공을 구비한 처리장치을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 유기성 슬러지를 함유한 폐수의 초음파 동공을 구비한 처리장치의 구성은 슬러지가 소화되는 소화조, 상기 소화조에 설치되어 있으며 상기 소화조의 슬러지가 순환되는 순환관, 상기 순환관에 설치되며 일측 상부는 유입구가 바닥부를 향하도록 구비되고 타측 상부는 유출구가 수평으로 구비되고, 상단 중심부에는 초음파 발생기가 설치된 통형상 초음파 동공, 그리고 상기 순환관을 통해 상기 슬러지를 순환시키는 순환펌프를 포함한다.

그리고, 상기 초음파 발생기와 상기 유입구 사이에는 상기 초음파 발생기 측으로 슬러지의 유동을 줄이는 차단판이 설치될 수 있다.

또한, 상기 유입구와 상기 바닥부 사이에는 상기 슬러지를 상기 바닥부로 경사지게 안내하는 경사면이 포함된다.

상기와 같은 본 발명에 따른 초음파 동공을 구비한 폐수 처리장치는 슬러지에 대해 초음파를 제공하는 초음파 발생기가 슬러지의 유동영향을 적게 받도록 초 음파 동공와 함께 순환관에 설치됨으로써 초음파 발생기에 대한 슬러지의 마모영향이 줄어들고, 초음파 발생기의 수명이 연장될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 초음파 동공을 구비한 폐수 처리장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.

실시예

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 동공을 구비한 폐수 처리장치의 구성도이고, 도 2는 도 1의 초음파 동공에 대한 상세도이며, 도 3은 도 2의 슬러지 유동에 대한 상태도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 동공을 구비한 폐수 처리장치는 슬러지가 소화되는 소화조(110, 111), 소화조(110, 111)에 연결되며 소화조(110, 111)의 슬러지가 순환되는 순환관(125)을 포함하고 있다.

소화조(110, 111)는 복수로 구성되고, 순환관(125)은 하나의 일 단계 소화조(110)에서 슬러지를 유동시키는 내부 순환관(125a) 및 일 단계 소화조(110)와 다른 2단계 소화조(111)를 연결시키는 외부 순환관(125b)으로 구성될 수 있다. 이때, 초음파 발생기(130)는 하나의 순환관(125)에 하나씩 배치될 수 있으며, 복수개가 배치될 수도 있다.

순환관(125)에는 통형의 초음파 동공(130)가 설치된다. 그리고, 순환관(125)에는 순환관(125)을 통해 슬러지를 순환시키는 순환펌프(128)가 설치되어 있다.

슬러지는 소화조(110, 111)의 하부에 설치된 순환펌프(128)에 의해 순환관(125)을 지나 소화조 내부 또는 두 개의 소화조 사이를 순환하게 된다. 그리고, 슬러지는 소화조(110, 111)에서 미생물에 의해 분해된다.

슬러지는 순환관(125)을 통과하면서 순환관(125)에 설치된 초음파 발생기(135)에 의해 물리/화학적으로 분해된다. 초음파 발생기(135)는 저주파 초음파와 고주파 초음파를 발생시키는 복수개가 사용될 수 있다. 저주파 초음파는 슬러지에 포함된 유기물을 물리적으로 쪼갠다. 그리고, 고주파 초음파는 물리적인 슬러지의 파괴와 함께 슬러지 내부의 미생물, 유기물질 등에 화학분해를 일으킨다. 이러한 화학분해는 주로 고주파수의 초음파에 의하여 발생한 아주 강력한 산화제인 수산기(OH-)라디칼의 산화작용에 기인한다.

순환관(125)에는 초음파 동공(130)이 설치되고, 초음파 동공(130)의 양측에는 순환관(125)이 연결되는데, 초음파 동공의 양측에는 유입관(126)과 유출관(127)이 각각 구비되어 있다.

유입관(126)은 초음파 동공(130)의 상부에서 바닥부(132)를 향하여 폐수가 유동되도록 끝이 하방으로 향하도록 안내관(140)이 연결되어 있으며, 유입관(126)에서 유입되는 슬러지는 안내관(140)에 의하여 초음파 동공(130)의 내부에서 바닥부(132)로 유동된다. 즉, 슬러지는 유입관(126)으로 유입되어 초음파 동공(130)의 바닥부(132)로 유동하여, 초음파 동공(130)의 바닥부(132)를 지나 초음파 동공(130)에 연결된 유출관(127)으로 유출된다.

초음파 발생기(135)는 슬러지의 유동속도가 다른 부분보다 느린 상단 중앙부에 설치된다. 즉, 초음파 발생기(135)는 초음파 동공(130)의 내벽 및 바닥부(132)로부터 이격되어 슬러지의 유동속도가 가장 느리게 형성되는 사각지대에 설치됨으로써 슬러지에 의한 마모는 줄어들고, 그에 따라 수명이 연장된다.

도 3은 초음파 발생기(135)가 초음파 동공(130)의 중앙 상면부(131)에 설치되었을 때, 슬러지의 유동을 전산유체 프로그램에 의해 해석한 결과이다. 화살표의 크기가 크고 밀집되어 있는 장소는 유동속도가 빠르고, 짧게 산개된 장소는 유동속도가 느리다. 화살표의 방향은 슬러지의 유동방향을 나타낸다. 그리고 초음파 발생기의 마모에 큰 영항을 주는 고형 입자는 원심력에 의하여 초음파 동공(130)의 벽을 따라 유동을 하므로 초음파 발생기(135)에 영향을 적게 미친다.

초음파 발생기(135)와 안내관(140) 사이에는 초음파 발생기(135) 측으로 슬러지의 유동을 줄이는 차단판(141)이 설치될 수 있다. 차단판(141)은 안내관(140)을 지나 초음파 발생기(135) 측으로 유동하는 슬러지에 의한 초음파 발생기(135)의 마모를 줄인다. 슬러지는 유입구(126)로 유입되어 초음파 동공(130)의 바닥부(132)를 지나 대체로 유출구(127)로 유출되나, 일부는 초음파 동공(130)의 상면부(131) 측으로 소용돌이를 발생시킨다. 차단판(141)은 초음파 발생기(135) 측에 대한 소용돌이를 차단하는 역할을 한다.

또한, 유입구(126)와 바닥부(132) 사이에는 슬러지를 바닥부(132)로 경사지 게 안내하는 경사면(142)이 구비될 수 있다. 경사면(142)은 초음파 동공(130)의 안내관(140) 하부에 형성됨으로써 안내관(140)에서 유출되는 슬러지를 초음파 동공(130)의 중앙 바닥부(132)로 안내하고 유동저항을 줄여줌으로써 슬러지가 원활하게 바닥부(132)를 타고 경사면(142)의 반대쪽으로 유동될 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 동공을 구비한 폐수 처리장치의 구성도이다.

도 2는 도 1의 초음파 동공에 대한 상세도이다.

도 3은 도 2의 슬러지 유동에 대한 상태도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

110, 111: 소화조 125: 순환관

126: 유입관 127: 유출관

128: 순환펌프 130: 초음파 동공

131: 상면부 132: 바닥부

135: 초음파 발생기 140: 안내관

141: 차단판 142: 경사면

Claims

슬러지가 소화되는 소화조(110);

상기 소화조(110)에 설치되어 있으며, 상기 소화조(110)의 슬러지가 순환되는 순환관(125);

상기 순환관(125)에 설치되며, 일측 상부에는 유입관(126)이 설치되고, 상기 유입관(126)의 끝에는 출구가 바닥부(132)를 향하는 안내관(140)이 구비되고, 타측 상부는 유출관(127)이 수평으로 구비되고, 상단 중심부에는 초음파 발생기(135)가 설치된 통 형상의 초음파 동공(130);

그리고, 상기 순환관(125)에 설치되어 슬러지를 순환시키는 순환펌프(128);

를 포함하는 초음파 동공을 구비한 폐수 처리장치.
제 1 항에 있어서,

상기 초음파 발생기(135)와 상기 안내관(140) 사이에는 상기 초음파 발생기(135) 쪽으로 슬러지의 유동을 줄이는 차단판(141)이 추가로 설치되는 것을 특징으로 하는 초음파 동공(130)을 구비한 폐수 처리장치.
제 1 항에 있어서,

상기 안내관(140)의 출구와 상기 바닥부(132)의 사이에는 상기 슬러지를 상기 바닥부(132)로 경사지게 안내하는 경사면(142)이 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 동공(130)을 구비한 폐수 처리장치.