KR101268695B1

KR101268695B1 - 다기능 교반기를 구비한 하ㆍ폐수처리 시스템

Info

Publication number: KR101268695B1
Application number: KR20120124755A
Authority: KR
Inventors: 전양근; 고인범; 신정필; 윤성동; 지철권; 김희상
Original assignee: 코오롱워터텍 주식회사; 코오롱워터앤에너지 주식회사
Priority date: 2012-11-06
Filing date: 2012-11-06
Publication date: 2013-05-29

Abstract

본 발명의 활성슬러지 처리장치는, 혐기교반 또는 폭기교반을 선택적으로 수행할 수 있는 폭기 겸용 교반장치가 설치된 반응조; 상기 반응조에 인접하는 침전조; 상기 반응조에 인접하며, 인발라인에 의해 연결되어 활성슬러지를 유입하여 탈수처리하는 탈수기;를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

Description

다기능 교반기를 구비한 하ㆍ폐수처리 시스템{Wastewater Treatment System including multi-function agitator}

본 발명은 활성슬러지액을 반응조에서 직접 인발함으로써 SRT 제어를 용이하게 하되, 반응조의 혐기와 호기시간 비율을 제어하여 ASRT를 일정하게 제어하도록 하여 부하변동이 큰 경우에도 처리효율을 증대시킬 수 있는 기술에 관한 것으로, 특히 반응조의 혐기와 호기시간 비율을 제어함에 있어 일장치에 의해 혐기조건 및 호기조건으로 운전되도록 하여 시공, 운전이 용이하고, 에너지절감면에서도 유리한 활성슬러지 처리장치에 관한 것이다.

일반적으로 활성슬러지 공법에 의한 하,폐수 처리는 반응조 내에 적절한 용존 산소 상태에서, 활성슬러지가 하,폐수 중 유기물을 영양원으로 섭취하고, 증식하는 과정에서, 하,폐수 중 유기물을 흡착 및 산화함으로써 이루어지는 처리방법이다.

이러한 이유로 활성슬러지 공법의 설계 및 운전 관리는 반응조 내의 활성 슬러지가 오탁원인 물질인 유기물을 흡착, 산화하여 증식하는 반응의 평형유지가 중요하다.

이러한 반응속도는, 포기시간, 활성슬러지량, 유입 유기물량 등, 다양한 인자에 따라 다르지만, 이들 각 인자 중, 기본적 요인인 유입 유기물량(BOD량)과 반응조내 활성슬러지량(MLSS량)과의 비를 "BOD-MLSS부하"로 나타내고 있으며, 이 수치의 범위에 따라 각 처리 방식을 정하고 있으며, 운전 관리상 중요한 인자로 사용하고 있다. 예를 들면, 표준 활성 슬러지법에서는, BOD-MLSS 부하값을 0.2에서 0.4kg/kg-SS/day로 하고, 장시간 포기법에서는, 0.03에서 0.05kg/kg-SS/day등으로 하고 있다. 따라서 안정적인 처리를 위해서는, BOD-MLSS부하를 일정하게 유지하는 것이 중요하고, 이를 위한 적정한 반응조내 슬러지 농도를 설정하고, 그 관리를 잉여 슬러지 인발량에 의해 하고 있다. 이러한 잉여 슬러지 인발량에 의한 반응조내 슬러지 농도의 관리방법은, 유입 부하량에 대해 적절한 조내 슬러지량을 정하여 관리해야 할 조내 활성 슬러지 농도를 산출하고, 산출된 활성 슬러지 농도에 따라 최종 침전지에서 적당량의 잉여 슬러지를 인발하는 방법을 취하고 있지만, 잉여 슬러지 농도는 반응조로 반송되는 반송 슬러지와 동일하고 유입수량 변동과 슬러지의 침강속도에 큰 영향을 받기 때문에 농도 변동이 크다. 따라서, 인발 슬러지량은 잉여 슬러지 농도와 인발량(유량)과의 곱이고, 하수 처리에서는 유입량의 변동이 크기 때문에, 잉여 슬러지 농도가 크게 변동되어, 소정의 조내 활성슬러지 농도를 유지하기 위한 인발 슬러지량의 조정이 매우 어렵다.

한편, 최근 수처리 연구성과에 의하면, 활성슬러지 처리에 있어서는, BOD-MLSS 부하보다도 반응조 내의 고형물(활성 슬러지)의 체류 시간으로 정의되어 있는 슬러지 체류 시간[SRT(Solids Retention Time)]이 더욱 기본적 인자라고 생각되고, 이 슬러지 체류시간(이하 "SRT"라 함)을 적정하게 유지하는 것이 더욱 중요하다는 것이 명백해지고 있다. SRT는 반응조 내의 활성슬러지량과 슬러지의 처리계 밖으로 유출되는 양과의 비이지만, 기존의 최종 침전지에서 잉여 슬러지를 인발하는 방법에서는, 유입 부하 변동에 의해 인발 슬러지 농도가 크게 변동하기 때문에, SRT를 적정하게 유지하는 것이 매우 곤란했다(슬러지의 처리계 밖으로의 유출되는 양은 잉여 슬러지량과 처리수 SS량의 합이고, 처리수 SS량이 잉여 슬러지량 보다 매우 적기 때문에 처리계 밖으로 유출되는 양은 잉여 슬러지량과 거의 같다). 그래서 상기의 결점인 SRT 조정의 어려움을 해결하기 위한 방법으로 잉여 슬러지의 인발을 최종 침전지의 반송 슬러지 라인에서 인발하지 않고 반응조에서 직접 인발하는 방법이 고안되었다. 즉, 이것은 반응조내에 활성 슬러지액을 정량 송출하는 펌프를 설치하고, 인발하여, 잉여 슬러지로서 처리계 밖으로 배출함으로써, SRT를 항상 설정된 값으로 제어하도록 한 것으로, 반응조에서 직접 활성슬러지를 정량적으로 인발함으로써, 유입 하,폐수의 수량, 수질 및 반응조내 슬러지 농도와 반송 슬러지 농도의 변화에 관계없이 SRT를 일정하게 유지하는 것이다.

그러나, 상기한 방법에 의한 시스템은, 유입되는 수량, 수질의 부하 변동이 작을 때는 매우 유리하지만, 유입 부하 변동이 큰 경우, 예를 들면, 관광지에 입지하는 하수 처리장과 같이, 부하량이 관광 인구에 의해 크게 좌우되고, 게다가 주말과 평일로 크게 다른 경우에는, SRT를 일정하게 하면, 반응조 내의 활성슬러지 농도(이하 "MLSS 농도"라 함)가 변동하고, 부하 변동에 대응하기에는 범위에 한계가 있다는 것을 알았다.

이것은, 활성 슬러지법은 원칙적으로 BOD-MLSS 부하로서 표현되어질 수 있는 것과 같이 유입 부하량에 대한 활성슬러지량을 일정하게 유지하는 것이 처리를 안정시킬 수 있기 때문이다. 일반적으로 처리시설의 설계에 있어서는, 유입 부하가 높은 시점을 기준으로 설계되지만, 앞에서 서술한 관광지의 예와 같이, 유입 부하 변동이 크고 실제의 부하가 작은 경우, 상기의 수단에 의해 SRT을 일정하게 한 운전을 하면 MLSS 농도가 저하한다. 한편, MLSS 농도를 일정하게 한 운전에서는 SRT가 크게 변화한다. 이러한 쌍방의 운전 조건하에서, 평일에 극단적으로 부하량이 감소하는 경우, 직접적으로 처리에 영향은 작지만, 다음 주말에 큰 부하가 걸린 경우, 처리 기능이 회복하지 않는 경우가 많다. 특히, 이러한 경향은 혐기와 호기를 반복함으로써 질산화 및 탈질을 행하는 생물학적 탈질법에 있어서 현저하다. 활성 슬러지중의 질산화 세균은, 부하 조건에 알맞은 균체량이 유지되는 조건하에서는 활성이 유지되지만, 부하 변동이 크면, 그에 대응한 활성을 유지하는 것은 매우 곤란하게 된다. 예를 들면, 반응조에 수중 포기 장치를 설치하여 혐기와 호기를 반복하는 단조식 혐기호기법에 있어서, 유입 부하량에 따라 슬러지의 인발을 하여 MLSS 농도를 일정하게 한 운전을 할 때, 평일에 유입 슬러지량이 적고, NH4-H 부하가 작은 상태가 이어지는 조건하에서는, 혐기와 호기 운전 시간비를 부하가 높은 주말과 같은 모드로 운전하면, 슬러지 체류시간(SRT) 또는 호기 조건하에서 반응조 내의 고형물 체류 시간(ASRT, Aerobic Solids Retention Time)이 너무 길게 되기 때문에, 슬러지중의 질산화균이 사멸 및/또는 감소되고 활성이 저하된다. 이와 같은 상태에서 급격히 부하 상승이 생기면, 그 변화에 대처할 수 없어 처리 기능이 저하되고 수질이 악화한다. 이와 같은 부하 변동이 큰 처리장에서는, 장기간에 걸쳐 활성을 유지하고 처리 기능을 유지하는 것은 어렵다.

그래서, 이와 같은 부하 변동이 큰 경우에도 충분한 기능을 발휘할 수 있는 기술로서 대한민국 등록실용신안 제289790호 등이 제시되고 있는 바, 이러한 기술에서는 전술한 SRT의 제어를 쉽게 하는 방법과, 반응조의 혐기와 호기시간 비율을 제어하는 방법을 조합하여, 안정한 처리를 하는 장치 및 공법이 제시되고 있다.

이것은, 잉여 슬러지로서 포기조에서 직접 활성 슬러지액을 유입 부하량에 따라 양을 인발한다. 그 결과, 유입 부하량이 크게 변동하는 경우에는 SRT는 변화하게 되지만, 혐기처리 시간에 대한 호기처리 시간의 실질적인 비율을 유입부하량에 따라 조절함으로써, 호기 조건하에서 반응조 내의 고형물 체류 시간인 ASRT를 일정하게 제어하는 방법으로, 이 방법으로써 매우 양호한 처리 성능이 발휘될 수 있다는 것이 명확해졌다. 즉, 이러한 활성슬러지 공법은 혐기와 호기를 반복하여 활성 슬러지 처리를 하는 반응조에, 활성 슬러지액의 일부를 직접 계외로 배출하는 인발 수단을 설치하여, 유입하는 부하량에 따라 인발 활성 슬러지량을 조절함과 동시에, 아울러 혐기 처리 시간에 대한 호기 처리 시간의 실질적인 비율을, 유입 부하량에 따라 조절함으로써, ASRT를 일정하게 제어하도록 한 것을 특징으로 하는 것이다. 이의 실현에는 활성 슬러지액을 반응조에서 직접 계외로 배출하는 수단으로 구성되어 있으며, 반응계에서 배출된 활성 슬러지액은 탈수기를 통해 처리하게 되는 것이다.

그러나, 이러한 기술의 경우 반응조에서 혐기처리 시간에 대한 호기처리 시간의 실질적인 비율을 유입부하량에 따라 조절하도록 하여 호기조건하에서 반응조 내의 고형물 체류 시간인 ASRT를 일정하게 제어하도록 하기 위해 폭기장치, 블로워, 교반기를 각각 별도로 설치하여 호기조건에서는 블로워와 폭기장치가 연동하게 되는 것이며, 혐기조건에서는 교반기만을 작용케 하는 등으로 시설의 번잡에 따라 각각의 기기를 작동시켜야함에 따라 시공, 운전이 용이하지 않으며, 폭기에 사용되는 에너지면에서도 비경제적인 문제가 있다.

대한민국 등록실용신안 제289790호

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 활성슬러지액을 반응조에서 직접 인발함으로써 SRT를 제어함과 동시에 반응조의 혐기와 호기 시간 비율을 제어하여 ASRT를 일정하게 제어함으로써 처리효율을 증대시킴은 물론, 반응조의 혐기와 호기 시간 비율을 제어함에 있어 일장치에 의해 혐기조건 및 호기조건으로 운전되도록 하여 시공, 운전이 용이하고, 에너지절감면에서도 유리한 활성슬러지 처리장치를 제공하고자 함이다.

상술한 문제점들을 해결하기 위한 수단으로 본 발명에 따른 활성슬러지 처리장치는 혐기교반 또는 폭기교반을 선택적으로 수행할 수 있는 폭기 겸용 교반장치가 설치된 반응조; 상기 반응조에 인접하는 침전조; 상기 반응조에 인접하며, 인발라인에 의해 연결되어 활성슬러지를 유입하여 탈수처리 하는 탈수기;를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이러한 구성에 기한 본 발명의 활성슬러지 처리장치는는 활성슬러지를 반응조로의 유입 부하량 증감에 따라 반응조에서 직접 인발하여 SRT 조절이 용이하도록 하며, 반응조에서 혐기처리 시간에 대한 호기처리 시간비의 조절에 의해 ASRT가 일정하게 되도록 제어함으로써, 부하변동이 큰 처리 시설에 있어서도 항상 양호한 처리기능이 발휘되고, 효율적인 하,폐수 처리를 달성할 수 있으며, 특히 폭기 겸용 교반장치만을 사용하여 반응조를 선택적으로 혐기조건 또는 호기조건을 형성토록 함으로써 별도의 블로워 등의 설치가 필요없이 경제적인 운용 및 시공이 가능한 처리장치에 관한 것이다.

즉 반응조로의 유입 부하량에 따라, 그에 반비례하는 SRT로 되도록, 인발라인에 의해 활성 슬러지액 인발량을 증대 및 감소키도록 하는 것이며, 또한 반응조로 유입되는 유입부하량에 따라, 폭기 겸용 교반장치만을 제어하여 혐기처리 시간에 대한 호기처리 시간의 비율을 조절하게 되는 것이다.

이를 위해 폭기 겸용 교반장치는, 구동모터; 상기 구동모터에 구동축에 의해 연결되며 나선형의 날개가 외주연에 형성되는 바형상의 임펠러; 상기 임펠러가 그 중심을 관통하도록 구성되며 비산홈을 통해 유체를 분출시키는 토출수단; 상기 토출수단의 하부에 구성되며, 내부에 상기 임펠러가 내재되는 유도관;을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

더욱 상세히는 상기 토출수단은, 중심부에 하부로 축소되는 형태의 유입공이 형성되어지되 유입공 주위의 일정 간격으로 다수의 결합공이 형성된 지지체; 상기 지지체의 상부에 일정 간격으로 설치되어지되, 테두리 부분에 복수의 비산홈이 형성되며, 중심부에 구동모터와 연결되는 구동축이 관통하는 관통공이 형성된 플레이트; 상기 지지체와 상기 플레이트 간에 설치되어 상기 지지체와 상기 플레이트의 간격을 유지하는 간격유지체; 상기 지지체와 상기 플레이트를 체결하는 체결수단으로 구성됨을 특징으로 한다.

이에 더하여 상기 지지체와 상기 플레이트 간에는 상기 임펠러의 외주연에 형성되는 역원뿔형상의 유도부가 구성됨을 특징으로 한다.

한편 본 발명의 폭기 겸용 교반장치의 일 예로서 상기 토출수단에는 메쉬망으로 형성된 덮개형태로서 상면에 구동모터와 연결되는 구동축이 관통하는 제 2관통공이 형성되어 상기 플레이트를 덮고, 측면이 상기 플레이트와 상기 지지체에 의해 형성되는 공간을 감싸는 형상의 메쉬케이싱이 더 구성되도록 하는 예가 제시된다.

또한, 다른 예로서 상기 유도관의 내부에는 상기 유도관 보다 직경이 작은 내부유도관이 지지대에 의해 구성되며, 상기 임펠러에는 상단부에 나선형의 제 1날개가 구성되고, 하단부에 나선형이며 상기 제 1날개보다 직경이 작은 제 2날개가 구성되되, 상기 제 1날개의 직경은 상기 내부유도관의 직경보다 크고, 상기 제 2날개의 직경은 상기 내부유도관의 직경보다 같거나 작은 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유도관의 외주연에는 판형상의 종진동방지판이 구성되며, 일단이 상기 유도관을 관통하면서 상기 날개 하부에 위치하며, 타단은 상기 종진동방지판을 관통하여 수면위로 노출되는 에어관이 구성되고, 상기 에어관과 유도관의 외주연 및 종진동방지판의 하면에 의해 형성되는 공간에는 횡진동방지판이 구성됨을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 활성슬러지 처리장치는 유입부하량에 따른 잉여 슬러지의 인발과, 또한 실질적인 호기시간 비율을 조절함으로써 ASRT를 일정하게 제어하도록 반응조로부터 잉여 활성슬러지를 직접 인발하여 탈수하여 처리함으로써, 부하변동이 큰 경우에도 처리효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 활성슬러지 처리장치는 일장치에 의해 반응조의 호기시간 및 혐기시간을 조절하도록 함에 따라 별도의 브로워 등이 필요가 없어 시설, 운용경제 및 에너지면에서 유리한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 활성슬러지 처리장치에 대한 개략도이고,
도 2는 본 발명의 활성슬러지 처리장치의 실시 예를 나타내는 개략도이고,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 구성인 폭기 겸용 교반장치의 기본 예를 나타내는 분해사시도 및 측단면도이고,
도 4는 본 발명의 일 구성인 폭기 겸용 교반장치의 실시 예를 나타내는 측단면도이고,
도 5는 본 발명의 일 구성인 폭기 겸용 교반장치에 있어 다른 실시 예를 나타내는 측단면도이고,
도 6은 본 발명의 일 구성인 폭기 겸용 교반장치에 있어 토출수단의 다른 실시 예를 나타내는 사시도이고,
도 7a 및 도 7b는 도 4에 도시된 폭기 겸용 교반장치의 작동 예를 나타내는 개략도이다.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 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.

본 발명의 활성슬러지 처리장치는, 도 1에서 보는 바와 같이 혐기교반 또는 폭기교반을 선택적으로 수행할 수 있는 폭기 겸용 교반장치(100)가 설치된 반응조(10); 상기 반응조(10)에 인접하는 침전조(20); 상기 반응조(10)에 인접하며, 인발라인(30)에 의해 연결되어 활성슬러지액을 유입하여 탈수처리 하는 탈수기(40);를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

도 1은 단일 반응조(10)에 관한 것으로, 그 내부에 혐기교반과 호기교반을 선택적으로 수행하는 폭기 겸용 교반장치(100)가 설치되어 반응조(10)에 있어 선택적으로 혐기조건 또는 호기조건이 형성되도록 할 수 있다. 이러한 폭기 겸용 교반장치(100)는 제어부(70)의 제어에 의해 반응조(10) 내에 필요한 호기상태와 혐기상태를 교대로 형성할 수 있도록 되어 있다.

상기 반응조(10)에는 이에 인접하여 탈수기(40)가 설치되어 있으며, 침전조(20)의 슬러지는 반송슬러지로서 펌프(P1)에 의해 반송라인(50)을 통해 반응조(10)로 되돌아가고, 상등액은 장치 밖으로 유출되도록 한다. 또한, 반응조(10)에는 그 저부에서 활성슬러지액을 인발하기 위한 인발라인(30)이 구성되는 바, 상기 인발라인(30)은 상기 제어부(70)의 제어에 의해 가동되는 펌프(P2)에 의해 활성슬러지액을 상기 탈수기(40)로 유동토록 하는 것이며, 상기 탈수기(40)에서는 인발된 활성슬러지액을 탈수처리하고, 여액은 여액라인(60)을 통해 다시 반응조(10)로 반송토록 한다.

한편 도 2에서는 복수의 반응조가 종렬로 되어 배치된 예를 도시하고 있는 바, 각 반응조(10-1 내지 10-5)에는 각각 폭기 겸용 교반장치(100)가 구성되어 각 반응조(10-1 내지 10-5)를 선택적으로 호기조건 또는 혐기조건으로 운전시킬 수 있도록 한다. 여기서 마지막 반응조(10-5)에서는 순환라인(80)의 펌프(P3)에 의해 첫 번째 반응조(10-1)로 활성 슬러지액이 반송 순환 되도록 한다.

본 실시 예에 있어서는 유입되는 하,폐수가 첫 번째 반응조(10-1)로 공급되도록 하는 바, 예로 전단부 반응조(10-1, 10-2)에서 탈질반응이 유도되도록 하고, 후단부 반응조(10-3 내지 10-5)에서 질산화 반응이 진행되도록 하며, 질산화된 활성슬러지액의 일부가 반송 순환되어 탈질이 되도록 할 수 있다.

본 실시 예의 경우도 침전조(20)의 슬러지는 반송슬러지로서 펌프(P1)에 의해 반송라인(50)을 통해 반응조(10-1)로 되돌아가고, 상등액은 장치 밖으로 유출된다. 또한, 본 실시 예의 활성슬러지액의 인발은 마지막 반응조(10-5)의 저부에서 펌프(P2)에 의해 수행되고, 인발라인(30)을 통해 탈수기(40)로 유동토록 한다.

도 1에 도시된 장치와 동일한 조건으로 운전을 하는 경우 거의 동일한 처리 능력을 보였으며, 탈수기(40)로부터의 여액은 여액라인(60)을 통해 첫 번째 반응조(10-1)로 반송시키는 것이며, 그 밖의 제어부(70) 등의 구성은 동일하다.

특히 본 발명에서는 혐기교반 또는 폭기교반을 선택적으로 수행할 수 있는 폭기 겸용 교반장치(100)가 사용되어 반응조(10)를 선택적으로 혐기조건 또는 호기조건으로 운전할 수 있도록 한다. 즉 별도의 브로워 등의 장치없이 일장치에 의해 반응조(10)를 혐기조건 또는 호기조건으로 운전이 가능케 함으로써 시설경제면에서 우수하며, 에너지면에서도 우수한 효율을 나타내게 되는 것이다.

상기 폭기 겸용 교반장치(100)는, 도 3a 및 도 3b에서 보는 바와 같이 구동모터(110); 상기 구동모터(110)에 구동축(170)에 의해 연결되며 나선형의 날개(134)가 외주연에 형성되는 바형상의 임펠러(130); 상기 임펠러(130)가 그 중심을 관통하도록 구성되며 비산홈(142c)을 통해 하,폐수를 분출시키는 토출수단(140); 상기 토출수단(140)의 하부에 구성되며, 내부에 상기 임펠러가 내재되는 유도관(160);을 포함하여 구성됨에 특징이 있다.

더욱 상세히 설명하면 상기 폭기 겸용 교반장치(100)는, 정,역회전이 선택적으로 가능한 상기 구동모터(110)와, 상기 구동모터(110)의 하부에 구성되어 구조물 상에 설치 고정이 가능하도록 하는 하우징 수단, 구동모터(110)의 구동축(170) 상에 연결되어 정,역회전을 통해 반응조(10) 내부의 하,폐수를 상향으로 끌어 올려 폭기가 이루어지도록 하거나 하,폐수를 하향으로 내보내 하,폐수에 함유된 유기물과 미생물의 접촉이 이루어지도록 교반시키는 임펠러(130), 임펠러(130)가 그 중심을 관통하도록 구성되어 하우징 수단의 하부에 설치되어지되 임펠러(130)에 의해 상향으로 끌어 올려진 하,폐수를 일정 각도로 토출시켜 폭기가 이루어지도록 하는 토출수단(140), 임펠러 축(132) 상의 상부측에 결합 고정되어지되 토출수단(140) 사이에 설치되어 상향으로 끌어 올려진 하,폐수를 일정 각도로 회전 가이드 하는 역원뿔형상의 유도부(150), 토출수단의 하부에 결합 고정되어지되 일정부분으로부터 하부로 갈수록 확장되는 나팔관 형태로 이루어져 그 내부에 위치되는 임펠러(130)의 정,역 회전에 의해 하,폐수를 상향 또는 하향으로 유도하는 유도관(160)을 포함한 구성으로 이루어진다.

전술한 바와 같이 구성된 상기 폭기 겸용 교반장치(100)는 도 1 등의 제어부(70)의 제어에 의해 전원의 인가되어 구동모터(110)의 정역 구동이 이루어지면 임펠러(130)의 회전(정회전)에 의해 반응조(10) 내부의 하,폐수가 임펠러(130)에 의해 유도관(160)을 통해 상향으로 끌어 올려져 토출수단(140)과 유도부(150)를 통해 일정 경사각으로 토출되도록 하여 하,폐수의 폭기가 이루어질 수 있도록 하거나, 임펠러(130)의 회전(역회전)에 의해 유도관(160) 내부의 하,폐수를 하향으로 내보내어 하,폐수에 함유된 유기물과 미생물의 접촉이 보다 원활하게 접촉될 수 있도록 교반시키게 된다.

상기 구동모터(110)는 전원의 인가에 의해 임펠러(130)를 정역구동시켜 하,폐수를 상향으로 끌어올려 토출을 통한 폭기가 이루어지도록 하거나 하,폐수를 하향으로 내보내어 하,폐수의 교반이 이루어질 수 있도록 하기 위한 것으로, 구동모터(110)는 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 폭기 겸용 교반장치(100)의 최상부를 구성하게 된다.

또한, 폭기 겸용 교반장치(100)를 구성하는 하우징수단은 후술하는 토출수단(140)을 그 하부로 지지하는 한편, 상기 폭기 겸용 교반장치(100)를 반응조(10)의 구조물 상에 설치 고정되도록 하기 위한 것으로, 이 하우징수단은 원반형태로 형성되어지되 일정간격으로 다수의 결합홈(120a)이 형성되어 구동모터(110)의 하부에 고정 설치되는 원반형태의 고정부재(120), 임펠러(130)가 관통되도록 원통 형태로 형성되어지되 상하의 일정 길이로 형성되는 하우징본체(122), 고정부재(120)의 결합홈(120a)에 대응하는 다수의 결합홈(124a)이 형성되어지되 하우징본체(122)의 상부 테두리 상에 일체로 구성되는 상부 연결편(124) 및 하우징 본체(122)의 하부 테두리 상에 일체로 구성되어지되 토출수단(140)을 연결하여 지지하기 위한 일정간격의 결합홈(126a)이 형성되는 하부연결편(126)으로 이루어진다.

이렇게 구성된 하우징수단은 구동모터(110)의 하부측에 설치 고정된 고정부재(120)에 하우징본체(122)의 상부에 구성된 상부연결편(124)이 체결부재(128)를 통해 고정됨으로써 구동모터(110)의 하부측에 설치된다. 이때, 고정부재(120)와 상부 연결편(124)은 상호의 결합홈(120a, 124a)이 일치된 상태에서 이 결합홈(120a, 124a)으로 삽입 결합되는 체결부재(128)를 통해 결합되어 구동모터(110)의 하부측에 하우징본체(122)가 지지되어진다. 이때, 체결부재(128)는 볼트와 너트로 구성될 수 있다.

또한, 상기 하우징수단에서 상부 연결편(124)에는 상부 연결편(124) 상에 일체로 형성되어지되 본 장치(100)를 반응조(10)의 구조물 상에 고정시키기 위한 고정홈(124b-1)이 각각의 끝단에 형성된 다수의 고정편(124b)이 더 구성된다. 즉, 고정편(124b)은 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이 반응조(10)의 상부에 구성된 상부 구조물(12) 상에 본 장치(100)를 설치 시 본 장치(100)를 상부 구조물(12) 상에 고정볼트(도시하지 않음)를 통해 고정시키는 기능을 하게 된다. 즉 상부연결편(124) 상에 일체로 형성되는 고정편(124b)은 그 각각에 형성된 고정홈(124b-1)을 통해 삽입되어 반응조(10)의 상부 구조물(12) 상에 체결되는 고정볼트(도시하지 않음)를 통해 고정되어 본 장치(100)가 반응조(10)의 상부구조물(12) 상에 설치되도록 한다.

또한, 상기 임펠러(130)는 정역회전을 통해 반응조(10) 내부의 하,폐수를 상향으로 끌어 올려 토출함으로써 폭기가 이루어지도록 하거나 하향으로 내보내어 하,폐수의 교반이 이루어지도록 하기 위한 것으로, 상기 임펠러(130)는 구동모터(110)의 구동축(170) 상에 그 상부가 연결되어 구동모터(110)의 정역구동에 의해 정역회전되어진다. 상기 임펠러(130)는 일정 길이로 축 상에 나선형태의 날개(134)거 형성되어진다.

한편 구동축(170)에 임펠러(130)를 결합 고정시키기에 앞서 후술하는 유도부(150)를 먼저 임펠러(130)의 축(132) 외주면으로 결합시킨 후 상기 구동축(170)과 결합 고정시키는 것이 타당하다.

또한, 상기 토출수단(140)은 임펠러(130)의 정회전에 의해 상향으로 끌어 올려진 하,폐수를 외부로 토출시키기 위한 것으로, 이러한 토출수단(140)은 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 중심부에 하부로 축소되는 형태의 유입공(141a)이 형성되어지되 유입공(141a) 주위의 하부면 상에 일정 간격으로 다수의 결합공(141b)이 형성된 일정 두께의 지지체(141), 지지체(141)의 상부에 일정 간격으로 설치되어지되 임펠러(130)에 의해 상향으로 끌러 올려진 하,폐수가 일정 각도로 토출되도록 하는 플레이트(142), 지지체(141)와 플레이트(142)의 가장자리에 일정 간격으로 설치되어 지지체(141)와 플레이트(142)의 간격을 유지하는 간격유지체(144) 및 지지체(140)와 간격유지체(144) 및 플레이트(142)를 관통하여 체결 결합시키는 체결부재(146)의 구성으로 이루어진다.

상기 토출수단(140)은 다수의 간격유지체(144)를 통해 지지체(141)와 플레이트(142)를 상하로 일정간격을 유지시킨 상태에서 체결부재(146)를 통해 고정시킨 후, 플레이트(142)와 하부 연결편(126)의 일치된 결합홈(142c)과 결합공(126a)으로 삽입 결합되는 결합부재(148)를 통해 결합되어 하우징 본체(122) 하부에 결합 지지되어진다. 이때, 결합부재(148)는 볼트와 너트로 이루어질 수 있다.

이러한 구성에 기해 하우징 본체(122) 하부에 결합 지지된 토출수단(140)은 임펠러(130)의 정회전에 의해 후술하는 유도관(160)의 내부를 통해 유입되는 하,폐수를 지지체(141)의 유입공(141a)을 통해 하,폐수를 수면 위로 토출시킨다. 이때, 수면 위로 토출되는 하,폐수는 후술하는 유도부(150)의 경사면을 통해 일정 경사각으로 토출되어진다.

상기 플레이트(142)는 하부 연결편(126)의 결합공(126a)에 대응하는 결합공(142d)이 다수 형성되어 결합부재(148)를 통해 하우징 본체(122) 하부에 결합 지지되는 판 상의 플레이트 본체(142a), 플레이트 본체(142a)의 중심에 임펠러 축(132)이 관통되도록 일정 직경으로 관통 형성되는 관통공(142b) 및 플레이트 본체(142a)의 외주연 상에 일정 간격으로 절개 형성되어 임펠러(130)에 의해 끌어 올려진 하,폐수가 일정 각도로 분출되어 비산되도록 하는 비산홈(142c)의 구성으로 이루어질 수 있다. 이러한 플레이트(142)는 임펠러(130)에 의해 상향으로 끌어 올려진 하,폐수가 임펠러(130)와 함께 회전하는 유도부(150)의 경사면에 의해 상향으로 유도되어 플레이트(142)의 하부면에 부딪히는 하,폐수를 비산시킴은 물론, 상향으로 유도된 하,폐수를 플레이트(142)의 비산홈(142c)을 통해 일정 각도로 토출 비산시켜 하,폐수의 폭기가 이루어지도록 한다.

한편 도 6에서는 상기 폭기 겸용 교반장치(100)에 있어 상기 토출수단(140)의 다른 예가 제시되는 바, 본 실시 예의 경우 상기에서 언급한 토출수단(140)의 구성과 동일한 구성을 하고 있음은 동일하나, 메쉬케이싱(149)이 더 구성되는 점이 도 3a 및 도 3b에 도시된 실시 예와 다르다.

상기 메쉬케이싱(149)은 메쉬망으로 형성된 덮개형태로서, 상면에 구동모터(110)와 연결되는 구동축(170)이 관통하는 제 2관통공(149b)이 형성되어 상기 플레이트(142)를 덮고, 측면이 상기 플레이트(142)와 상기 지지체(141)에 의해 형성되는 공간을 감싸는 형상으로 구성됨에 특징이 있다. 이와 같이 메쉬케이싱(149)을 구성하는 이유는 임펠러(130)의 정회전에 의해 지지체(141)의 유입공(141a)을 통해 유입되는 하,폐수가 지지체(141)와 플레이트(142) 사이 공간 및 플레이트(142)의 비산홈(142c)을 통해 외부로 비산되며 토출되는 바, 상기 메쉬케이싱(149)에 의해 지지체(141)와 플레이트(142) 사이 공간 및 플레이트(142)의 비산홈(142c)을 감싸도록 함으로써 토출되는 하,폐수가 메쉬(148a)에 의해 더욱 비산되어 토출되도록 하기 위함이다. 즉 비산되는 하,폐수의 입경이 작으면 작을수록 공기와 접촉면적을 크게 할 수 있으므로 그 만큼 폭기효율이 좋아지게 되는 것이며, 상기 메쉬케이싱(149)에 형성된 메쉬(149a)에 의해 토출되는 하,폐수의 입자가 더욱 작게 되도록 할 수 있는 것이다. 또한, 상기 메쉬케이싱(149)이 구성됨에 의해 반응조(10)의 수위가 비정상적으로 높아지는 경우 즉 평상시 토출수단(140) 하부에 위치하는 수위가 토출수단(140) 상부로 올라가는 경우 하,폐수의 이물질 등이 지지체(141)와 플레이트(142) 사이로 유입되어 유입공(141a)에 침적되는 등의 이유로 기기작동의 비효율, 고장을 유발할 수 있는 바, 상기 메쉬케이싱(149)에 의해 하,폐수의 이물질을 걸러낼 수 있으므로 유입공(141a)에 침적되는 등의 문제를 방지할 수 있게 되는 것이다.

한편 상기 메쉬케이싱(149)은 상기 토출수단(140)에 상기 결합부재(148)를 메쉬(149a)에 관통시킴에 의해 체결되도록 할 수 있다.

한편 상기 유도부(150)는 역원뿔형상으로 지지체(140)와 플레이트(142) 사이에 위치되어 임펠러(130)의 정회전에 의해 지지체(141)의 유입공(141a)을 통해 상향으로 끌어 올려진 하,폐수를 일정 경사각으로 유도하여 토출되도록 하는 것이다.

이때, 상기 유도부(150)는 임펠러(130)에 고정되어 있기 때문에 임펠러(130)의 회전 방향으로 회전되어 상향으로 끌어 올려진 하,폐수를 회전 토출토록 하는 바, 이렇게 토출되는 하,폐수에 회전력을 부과하여 비산이 더욱 효율적으로 이루어지게 하는 것이다.

이와 같이 토출수단(140) 및 유도부(150)의 작용에 기해 상향으로 끌어 올려진 하,폐수를 회전 토출하게 되면 수면 위로 토출되는 하,폐수의 토출범위가 커지게 되는 것이며, 토출된 하,폐수가 수면에 낙하하는 충격에 의해 공기방울이 형성되어 반응조(10) 내부의 하,폐수에 산소를 공급하게 되는 것이다. 즉 반응조(10)의 호기조건이 형성되도록 하는 것이다.

한편 상기 유도관(160)은 임펠러(130)의 정역회전에 따른 하,폐수가 상향으로 끌어 올려지거나 하향으로 내보내지는 경우 하,폐수를 유도하는 것으로, 상기 토출수단(140)의 하부에 결합 고정되어지되 일정부분으로부터 하부로 갈수록 확장되는 나팔관 형태로 이루어져 그 내부에 위치되는 임펠러(130)의 정역회전에 의해 하,폐수를 상향 또는 하향으로 유도하게 된다.

상기 유도관(160)은 반응조(10) 상의 하,폐수를 유도하는 일정 크기로 이루어진 폭기 유도관(162), 폭기 유도관(162)의 상부면 외주연 상에 일체로 설치 되어지되 지지체(141)의 결합공(141a)에 대응하여 체결수단(164b)을 통해 결합 지지되는 결합공(164a)이 다수 형성된 결합부재(164), 폭기 유도관(162)의 하부에 일체로 구성되어지되 하부로 갈수록 점점 확장되는 나팔관 형태로 이루어져 반응조(10) 상의 하,폐수를 교반하는 경우 하,폐수를 교반 유도하는 교반 유도관(166)으로 이루어진다.

상기 유도관(160)은 반응조(10)의 하,폐수 속에 잠긴 상태로 설치되어 임펠러(130)의 정회전에 따른 폭기 시 유도관(160) 내부의 하,폐수를 폭기 유도관(162)을 통해 상향으로 유도하는 한편, 임펠러(130)의 역회전에 따른 교반시 유도관(160) 내부의 하,폐수를 교반 유도관(166)으로 유도하여 하,폐수의 교반이 이루어질 수 있도록 한다.

아울러, 전술한 바와 같이 구성된 유도관(160)의 교반 유도관(166)의 하단부에 일체로 형성되어지되 120∼160도의 각도로 하향 확장되어 하,폐수의 교반시 교반각도를 결정하는 교반각도 결정편(166a)이 더 구성되어진다.

한편 본 발명에서는 상기 폭기 겸용 교반장치(100)의 다른 예가 도 4에서 제시되고 있는 바, 본 실시 예에서는 상기 유도관(160)의 내부에는 상기 유도관(160) 보다 직경이 작은 내부유도관(168)이 지지대(169)에 의해 구성된다. 상기 내부유도관(168)은 상기 유도관(160)의 내부에서 상기 임펠러(130) 하단의 하부에 위치하도록 상기 유도관(160)의 내주연과 상기 내부유도관(168)의 외주연에 지지대(169)에 의해 고정되도록 구성된다.

이에 더하여 상기 임펠러(130)에는 상단부에 나선형의 제 1날개(134a)가 구성되고, 하단부에 나선형이며 상기 제 1날개보다 직경이 작은 제 2날개(134b)가 구성되되, 상기 제 1날개(134a)의 직경(d1)은 상기 내부유도관(168)의 직경(d3)보다 크고, 상기 제 2날개(134b)의 직경(d2)은 상기 내부유도관(168)의 직경(d3)보다 같거나 작은 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성됨에 의해 도 4에서 보는 바와 같이 교반 시 상기 임펠러(130)의 회전에 따라 임펠러(130)에 있어 축(132) 상단부에 직경이 큰 제 1날개(134a)의 회전에 따라 교반 유도관(166)으로 하,폐수의 교반흐름(W1)이 형성되며, 직경이 작은 제 2날개(134b)의 회전에 따라 제 2날개(134b)와 대향하는 내부유도관(168)으로 하,폐수의 교반흐름(W2)이 형성된다. 이렇게 두가지의 교반흐름을 형성하도록 하는 이유는 제 2날개(134b)의 회전에 대향하는 내부유도관(168)을 통해 유도되는 교반흐름(W2)은 하방향으로 직선성을 유지함으로써 도 4에서 보는 바와 같이 반응조(10)에서 더욱 깊게 교반이 형성되도록 함과 동시에 제 1날개(134a)의 회전에 따라 교반 유도관(166)으로 유도되는 교반흐름(W1)의 경우는 반응조(10)에서 더욱 넓고, 수면방향으로 더욱 높게 형성되도록 하여 반응조(10) 전체의 하,폐수가 교반이 균일하게 이루어지도록 하는 것이다. 이를 위해서 상기 내부유도관(168)의 경우 상기 교반 유도관(166)의 하단으로 노출되도록 구성되어 교반흐름(W2)이 더욱 깊게 형성되도록 함이 타당하다.

한편 본 발명에서는 상기 폭기 겸용 교반장치(100)의 또 다른 예가 도 5에 도시되고 있는 바, 본 실시 예의 경우 도 3a에 도시되고 있는 폭기 겸용 교반장치(100)의 구성과 동일하나, 이에 더하여 종진동방지판(180), 에어관(190) 및 횡진동방지판(181)이 더 구성된 점이 다르다.

본 실시 예에서 상기 종진동방지판(180)은 상기 유도관(160)의 외주연에 판형상으로 구성되는 것으로, 임펠러(130)의 정역회전에 의해 하,폐수의 폭기 및 교반시 발생되는 하,폐수 표면의 너울현상을 방지하도록 하는 것이다. 즉 하,폐수의 폭기 및 교반시 하,폐수의 상하 진동을 방지하도록 하는 것이다.

또한, 상기 에어관(190)은 일단이 상기 유도관(160)을 관통하면서 임펠러(130)에 형성된 날개(134) 하부에 위치하며, 타단은 상기 종진동방지판(180)을 관통하여 수면위로 노출되도록 하는 것이다. 이렇게 에어관(190)이 구성되는 이유는 반응조(10)의 폭기량이 더욱 요구되는 경우 도면에 도시된 바는 없으나, 상기 에어관(190)의 개폐밸브를 열어, 임펠러(130)를 회전(정회전) 시키는 경우 임펠러(130)의 날개(134)의 회전에 기해 유도관(160) 내부의 하,폐수가 상방향으로 유도되며, 이러한 하,폐수의 상방향 유도에 의해 임펠러(130)의 날개(134) 하부에는 부압이 발생하게 되며, 이렇게 발생된 부압에 의해 상기 에어관(190)으로 공기가 유입되어 상승하는 하,폐수에 공기가 용존되도록 하는 것이다. 즉 이렇게 에어관(190)을 이용함에 따라 에어관(190)에 의해 흡입된 공기가 용존되며, 이와 더불어 상기와 같이 상승된 하,폐수가 외부로 비산되면서 토출됨으로써 한번 더 공기와 접촉하게 되는 바, 그 만큼 반응조(10)의 폭기량은 증가하게 되는 것이다.

또한, 이러한 에어관(190)은 상기 종진동방지판(180)을 관통하게 됨으로써 상기 종진동방지판(180)에 의해 본 장치(100)에 견고하게 고정되도록 하는 것이다. 상기 에어관(190)은 도면에 도시된 바는 없으나, 개폐밸브에 의해 교반시는 에어관(190)을 닫도록 하여 폭기시만 작동되도록 함이 타당하다.

또한 본 실시 예에서는 상기 에어관(190)과 유도관(160)의 외주연 및 종진동방지판(180)의 하면에 의해 형성되는 공간에 횡진동방지판(181)이 더 구성되도록 함으로써 폭기 및 교반시 횡방향의 하,폐수 유동을 제어하도록 할 수 있다.

한편 도 7a 및 도 7b는 도 3a 및 도 3b에 도시된 폭기 겸용 교반장치(100)가 반응조(10)에 구성되어 작동되는 예를 도시하는 것으로, 이때 토출수단(140)이 하,폐수의 수면 위로 노출된 상태로 설치된다. 도 7a 및 도 7b에서 보는 바와 같이 밀폐된 구조의 반응조(10) 일 경우에는 반응조(10)의 상부를 이루는 천장인 상부 구조물(12) 상에 폭기 겸용 교반장치(100)가 장착된 상태를 나타내는 것으로 물론 상기 폭기 겸용 교반장치(100)는 개방형의 반응조(10)에도 장착되어 사용될 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.

10 : 반응조 20: 침전조
30 : 인발라인 40 : 탈수기
100 : 폭기 겸용 교반장치

Claims

혐기교반 또는 폭기교반을 선택적으로 수행할 수 있는 폭기 겸용 교반장치가 설치된 반응조;
상기 반응조와 연결되는 반송라인을 통해 슬러지는 반송시키며 상등액은 장치 밖으로 유출시키는 침전조;
상기 반응조와 연결되는 인발라인을 통해 활성슬러지를 유입하여 탈수처리하고 탈수된 여액을 여액라인을 통해 다시 반응조로 반송하는 탈수기;
를 포함하는데 있어서,
상기 폭기 겸용 교반장치는,
구동모터;
상기 구동모터에 구동축에 의해 연결되며 나선형의 날개가 외주연에 형성되는 바형상의 임펠러;
상기 임펠러가 그 중심을 관통하도록 구성되며 비산홈을 통해 하,폐수를 분출시키는 토출수단;
상기 토출수단의 하부에 구성되며, 내부에 상기 임펠러가 내재되는 유도관;
을 포함하되,
상기 토출수단은,
중심부에 하부로 축소되는 형태의 유입공이 형성되어지되 유입공 주위의 일정 간격으로 다수의 결합공이 형성된 지지체;
상기 지지체의 상부에 일정 간격으로 설치되어지되, 테두리 부분에 복수의 비산홈이 형성되며, 중심부에 구동모터와 연결되는 구동축이 관통하는 관통공이 형성된 플레이트;
상기 지지체와 상기 플레이트 간에 설치되어 상기 지지체와 상기 플레이트의 간격을 유지하는 간격유지체;
상기 지지체와 상기 플레이트를 체결하는 체결수단;으로 구성됨을 특징으로 하는 활성슬러지 처리장치.
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제 1항에 있어서,
상기 지지체와 상기 플레이트 간에는 상기 임펠러의 외주연에 형성되는 역원뿔형상의 유도부가 구성됨을 특징으로 하는 활성슬러지 처리장치.
제 1항에 있어서,
메쉬망으로 형성된 덮개형태로서 상면에 구동모터와 연결되는 구동축이 관통하는 제 2관통공이 형성되어 상기 플레이트를 덮고, 측면이 상기 플레이트와 상기 지지체에 의해 형성되는 공간을 감싸는 형상의 메쉬케이싱이 더 구성됨을 특징으로 하는 활성슬러지 처리장치.
제 1항에 있어서,
상기 유도관의 내부에는 상기 유도관 보다 직경이 작은 내부유도관이 지지대에 의해 구성되며,
상기 임펠러에는 상단부에 나선형의 제 1날개가 구성되고, 하단부에 나선형이며 상기 제 1날개보다 직경이 작은 제 2날개가 구성되되, 상기 제 1날개의 직경은 상기 내부유도관의 직경보다 크고, 상기 제 2날개의 직경은 상기 내부유도관의 직경보다 같거나 작은 것을 특징으로 하는 활성슬러지 처리장치.
제 1항에 있어서,
상기 유도관의 외주연에는 판형상의 종진동방지판이 구성되며, 일단이 상기 유도관을 관통하면서 상기 날개 하부에 위치하며, 타단은 상기 종진동방지판을 관통하여 수면위로 노출되는 에어관이 구성되고, 상기 에어관과 유도관의 외주연 및 종진동방지판의 하면에 의해 형성되는 공간에는 횡진동방지판이 구성됨을 특징으로 하는 활성슬러지 처리장치.