KR101362858B1

KR101362858B1 - 미세버블을 이용한 다단 격벽식 부상분리장치

Info

Publication number: KR101362858B1
Application number: KR20130101717A
Authority: KR
Inventors: 이광희
Original assignee: 경상북도 경주시
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2013-08-27
Publication date: 2014-02-14
Also published as: WO2015030381A1

Abstract

본 발명에 따르면, 내부공간이 형성되되, 일측에는 부유물질이 포함된 하수(10)를 상기 내부공간으로 공급하기 위한 하수유입관(111)이 배치되고, 타측에는 정화된 하수(10)가 배출되기 위한 정화수배출구(112)가 형성되며, 상기 내부공간에는 하단으로부터 상부방향으로 연장형성된 하부격벽(113)과 상단으로부터 하부방향으로 연장형성된 상부격벽(114)이 하부와 상부에 교대로 배치되면서 상기 부유물질을 부상시켜 제거하기 위한 복수 개의 버블반응조(115)를 형성하는 반응챔버(110); 및 마이크로 또는 나노 크기의 미세버블(B)을 생성하며, 상기 하수유입관(111)과 버블공급관(121)으로 연통되어 상기 내부공간으로 유입되는 하수(10)에 생성된 미세버블(B)을 주입하거나, 상기 복수 개의 버블반응조(115) 중 적어도 어느 하나 이상에 설치된 버블분사 모듈(165)에 연통되어 생성된 미세버블(B)을 주입하는 버블생성부(120);를 포함하는 미세버블을 이용한 다단 격벽식 부상분리장치를 개시한다.

Description

미세버블을 이용한 다단 격벽식 부상분리장치{Partition Barrier Type Floatation Apparatus Using Micro Or Nano Bubble}

본 발명은 미세버블을 이용한 다단 격벽식 부상분리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하수의 유동방향으로 다단 설치된 격벽 구조를 이용하여 단계별로 미세버블에 의해 부상된 부유물질 입자를 제거하여 정화시키기 위한 다단 격벽식 부상분리장치에 관한 것이다.

일반적으로, 우기시 하수처리장으로 유입되는 하수월류수(CSO,Combined Sewer Over Flow)의 경우 초기 다량의 협잡물 및 고농도의 유기물질(SS, Suspendid Solids)을 포함하고 있어 하수처리장의 충격부하를 주며 우수 이후의 경우 극저농도의 하수유입으로 인한 빈부하를 가져오는 등 정상적인 처리를 어렵게 하고 있으며 특히, 하수월류수의 가장 큰 문제점은 하수처리장에 가해지는 수리학적 부하인데 이는 생물반응조의 충격부하, 최종침전지의 벌킹(Bulking)현상 등을 초래하여 방류수 SS농도를 초과하는 문제점이 발생된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 종래에는 하수가 유입되는 반응조 내부에 미세버블을 주입하여, 하수 내에 포함된 유기물질(SS) 및 화학적 슬러지(Al+PO₄ ^-3→AlPO₄)는 미세버블과 부착되어 수면위로 부상되며 부상된 유기물질 및 화학적 슬러지를 상단에서 걸러내는 방식으로 정화하는 부상분리장치가 개발되었다.

그러나, 종래의 부상분리장치의 경우 반응조가 단일 구조로 구성됨에 따라 상기 미세버블이 흡착되지 않은 유기물질 및 화학적 슬러지는 그대로 처리수로 방류하게 되는 문제점이 있었다.

한국 공개특허공보 제2012-0138025호(2012.12.24), 부상 분리 장치

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 하수의 유동방향에 대하여 다단으로 설치된 격벽 구조를 통해 단계별로 일시적인 미세버블의 유출을 제한하여 포화된 버블상태를 유지시킨 상태에서 유입된 부유물질 입자를 제거함으로써 단시간 내에 정화처리가 가능함은 물론 처리수에 포함되어 배출되는 부유물질을 최소화할 수 있는 미세버블을 이용한 다단 격벽식 부상분리장치를 제공하는 것에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 미세버블을 이용한 다단 격벽식 부상분리장치는, 내부공간이 형성되되, 일측에는 부유물질이 포함된 하수(10)를 상기 내부공간으로 공급하기 위한 하수유입관(111)이 배치되고, 타측에는 정화된 하수(10)가 배출되기 위한 정화수배출구(112)가 형성되며, 상기 내부공간에는 하단으로부터 상부방향으로 연장형성된 하부격벽(113)과 상단으로부터 하부방향으로 연장형성된 상부격벽(114)이 하부와 상부에 교대로 배치되면서 상기 부유물질을 부상시켜 제거하기 위한 복수 개의 버블반응조(115)를 형성하는 반응챔버(110); 및 마이크로 또는 나노 크기의 미세버블(B)을 생성하며, 상기 하수유입관(111)과 버블공급관(121)으로 연통되어 상기 내부공간으로 유입되는 하수(10)에 생성된 미세버블(B)을 주입하거나, 상기 복수 개의 버블반응조(115) 중 적어도 어느 하나 이상에 설치된 버블분사 모듈(165)에 연통되어 생성된 미세버블(B)을 주입하는 버블생성부(120);를 포함한다.

여기서, 상기 반응챔버(110)의 상부에 배치되되, 외부면에 복수 개의 스키머(131)가 장착된 회전체인(132)을 회전시켜 상기 미세버블(B)에 의해 각 버블반응조(115)의 상단에 부상된 부상슬러지(S1)를 긁어내어 외부로 배출시키는 부상슬러지 배출부(130);를 더 포함할 수 있다.

또한, 각 버블반응조(115)의 하부에는 침전된 침전슬러지(S2)를 배출시키기 위한 배출구(116)가 각각 형성되고, 각 배출구(116)는 단부에 침전슬러지 배출구(118a)가 형성된 침전슬러지 배출관(118)과 연통되어 상기 침전슬러지 배출구(118a)를 통해 상기 침전슬러지(S2)를 외부로 배출할 수 있다.

또한, 각 버블반응조(115)의 바닥면(117)은, 상기 배출구(116)로 침전된 침전슬러지(S2)가 모이도록 상기 배출구(116)를 중심으로 일정각도로 하향 경사지게 형성될 수 있다.

또한, 상기 버블생성부(120)는, 일단은 어느 하나의 버블반응조(115c)의 내부와 연통되고 타단은 상기 하수유입관(111)과 연통되는 버블공급관(121) 상의 일 위치에 배치되어, 상기 버블반응조(115c)로부터 공급되는 하수(10)를 이용하여 상기 미세버블(B)을 생성하며, 생성된 미세버블(B)이 포함된 하수(10)를 상기 하수유입관(111)으로 주입하여 상기 내부공간에 미세버블(B)을 공급할 수 있다.

또한, 상기 하수유입관(111)은 단부가 첫번째 버블반응조(115a)의 일측에 관통삽입되어 상기 내부공간으로 하수(10)를 주입하되, 상기 하수유입관(111)의 단부에는 복수 개의 관로로 분기된 분기관(160)이 배치되며, 각 관로의 단부에는 상기 하수유입관(111)을 통해 공급된 하수(10) 및 미세버블(B)을 상기 첫번째 버블반응조(115a)의 내부로 분사하여 주입하기 위한 분사노즐(161)이 장착될 수 있다.

또한, 각 분사노즐(161)의 전방에는, 분사공으로부터 일정간격 이격되어 하수(10) 및 미세버블(B)의 분사 방향에 대향하여 직교되는 방향으로 평행하게 배치되는 난류방지판(162)이 장착될 수 있다.

또한, 상기 부상슬러지 배출부(130)는, 첫번째 버블반응조(115a)의 일측단 상부와, 최종 버블반응조(115c)의 타측단 상부에 수평방향으로 각각 배치되는 회동롤러(133,134)와, 각 회동롤러(133,134) 사이에 끼워져 회동가능하게 체결되며 둘레에는 둘레면에 대하여 외측방향으로 연장배치된 복수 개의 스키머(131)가 장착된 회전체인(132) 및, 상기 회동롤러(133,134)에 회전력을 제공하는 구동모터를 포함하여 구비되며, 상기 반응챔버(110)의 상부에는 상기 스키머(131)의 위치와 대응되는 높이에 부상슬러지 배출구(119)가 형성되어, 상기 회전체인(132)를 따라 상기 회동롤러(133,134)를 중심으로 회전하는 각 스키머(131)에 의해 각 버블반응조(115)의 상부에 부상된 부상슬러지(S1)는 상기 부상슬러지 배출구(119) 방향으로 안내되어 외부로 배출될 수 있다.

또한, 상기 정화수배출구(112)가 형성된 상기 반응챔버(110)의 타측 위치에는, 상기 정화수배출구(112)를 통해 상기 하수(10)를 외부로 배출시켜 상기 반응챔버(110) 내부에 공급된 하수(10)의 수위를 선택적으로 제어하는 수위조절웨어(140);가 배치될 수 있다.

또한, 상기 수위조절웨어(140)는, 폭방향(W)으로 연장형성된 판 형상으로 형성되고, 일측단이 상기 반응챔버(110)의 타측 외벽(110a)상에서 상기 정화수배출구(112)의 하부 위치에 회동가능하게 체결되는 수위조절판(141)과, 상기 수위조절판(141)의 타측단에 체결되어 상기 수위조절판(141)의 일측단을 중심으로 상기 타측단을 회동시키는 구동축(142) 및, 상기 구동축(142)에 구동력을 제공하는 제어모터(143)를 포함하여 구비되며, 상기 제어모터(143)의 구동에 따라 상기 수위조절판(141)의 타측단이 회동하면서 상기 하수(10)의 수위가 선택적으로 제어될 수 있다.

또한, 상기 버블공급관(121)에는 상기 버블분사 모듈(165)에 미세버블(B)을 공급하기 위한 분기공급관(122)이 설치되되, 상기 분기공급관(122)의 일단은 상기 버블공급관(121)의 일측에 체결되며 타단은 상기 버블분사 모듈(165)에 체결되어 상기 버블생성부(120)로부터 생성된 미세버블(B)은 버블분사 모듈(165)로 공급할 수 있다.

또한, 상기 분기공급관(122)은, 각 버블반응조(115)의 내부에 폭방향으로 연장배치되도록 삽입되되, 연장형성된 길이방향으로 일정간격 이격배치된 하나 이상의 버블분사 모듈(165)이 체결되어 버블반응조(115) 내부에 전체적으로 균일한 미세버블(B)을 공급할 수 있다.

또한, 상기 버블분사 모듈(165)은, 중앙에 상기 분기공급관(122)이 체결되고, 양측에는 중앙으로부터 공급된 미세버블(B)을 배출하기 위한 다수의 배출공(166)이 형성되며, 상기 배출공(166)이 형성된 양측부는 외측으로 갈수록 외경이 작아지는 테이퍼진 형태로 형성될 수 있다.

한편, 각 버블반응조(115)는, 반응챔버(110)의 내부공간 내에서 하부와 상부에 교대로 배치된 하부격벽(113)과 상부격벽(114)에 의해 공간이 구획되어 형성되되, 상기 상부격벽(114)이 하부방향으로 연장된 길이에 따라 각 버블반응조(115)의 수중에 머물러 있는 미세버블(B)의 체류시간이 조절될 수 있다.

본 발명에 따른 미세버블을 이용한 다단 격벽식 부상분리장치에 의하면,

첫째, 하수의 유동방향에 대하여 다단으로 설치된 격벽 구조를 통해 단계별로 일시적인 버블의 유출을 제한하여 포화된 버블상태를 유지시킨 상태에서 유입된 부유물질 입자를 제거함으로써 단시간 내에 정화처리가 가능함은 물론 처리수에 포함되어 배출되는 부유물질을 최소화할 수 있다.

둘째, 하나의 반응챔버 내에서 격벽 구조에 의해 단계별로 부상된 부유물질 입자를 처리할 수 있으므로 단로(Short Flow) 흐름에 의한 부유물질의 유출을 최소화하면서도 반응챔버의 설치공간을 절감할 수 있다.

셋째, 반응챔버 내에서 반응공간이 다단으로 구획된 각 버블반응조의 하부에는 버블반응조 하부에 침전된 침전슬러지를 외부로 배출시키기 위한 배출구가 각각 형성되므로, 미세버블에 의해 부상되지 않는 크기로 인해 하부로 침전된 부유물질의 침전슬러지를 용이하게 외부로 배출할 수 있다.

넷째, 상기 버블반응조의 바닥면은 상기 배출구를 중심으로 일정각도로 하향 경사지게 형성됨으로써 하부에 침전된 침전슬러지가 배출구를 향하도록 가이드할 수 있으므로 침전슬러지를 외부로 배출하기 위한 별도의 흡입장치가 불필요한 장점이 있다.

다섯째, 미세버블을 생성하여 반응챔버의 내부공간으로 유입되는 하수에 생성된 미세버블을 주입하는 버블생성부는 최종 배치된 버블반응조로부터 공급되는 하수를 이용하여 미세버블을 생성하는 구조로 배치되어, 미세버블을 생성하기 위한 별도의 공급수 공급수단 및 공급라인이 불필요하기 때문에 장치의 구조를 간소화할 수 있다.

여섯째, 반응챔버의 내부에서 하수를 공급하는 하수유입관의 단부에는, 복수 개의 관로로 분기된 분기관이 배치되며, 각 관로의 단부에는 상기 하수유입관을 통해 공급된 하수 및 미세버블을 상기 첫번째 버블반응조의 내부로 분사하여 주입하기 위한 분사노즐이 장착되므로, 버블반응조의 내부에 전체적으로 균일한 미세버블을 공급할 수 있으며 안정적인 반응을 도모할 수 있다.

일곱째, 각 분사노즐의 전방에는 분사공으로부터 일정간격 이격되어 하수 및 미세버블의 분사 방향에 대향하여 직교되는 방향으로 평행하게 배치되는 난류방지판이 장착됨으로써, 버블반응조 내에서 하수 및 미세버블의 주입압력에 의해 유기물질과 미세버블을 균일하고 안정적으로 반응시킬 수 있다.

여덟째, 반응챔버의 타측 위치에 배치된 정화수배출구를 통해 선택적으로 상기 하수를 외부로 배출하여 상기 반응챔버 내부에 주입된 하수의 수위를 제어하는 수위조절웨어가 배치됨으로써, 각 버블반응조의 상단에 부상된 부상슬러지의 농도및 두께를 제어하여 적정하게 부상슬러지의 농축이 이루어지도록 조절할 수 있다.

아홉째, 각 버블반응조는 반응챔버의 내부공간 내에서 하부와 상부에 교대로 배치된 하부격벽과 상부격벽에 의해 공간이 구획되어 형성되되, 상기 상부격벽이 하부방향으로 연장된 길이에 따라 각 버블반응조의 수중에 머물러 있는 미세버블의 체류시간을 조절할 수 있으므로 최종 처리수의 안정적인 정화처리를 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다단 격벽식 부상분리장치의 전체 구성을 나타낸 측면도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수위조절웨어에 의해 하수의 수위가 조절되면서 부상슬러지의 두께 및 농도가 제어되는 동작원리를 나타낸 측면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반응챔버의 내부로 공급된 하수 및 미세버블이 각 버블반응조를 거쳐 처리되어 정화수배출구를 통해 외부로 배출되는 동작원리를 나타낸 평면도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 분사노즐의 다른 형태를 나타낸 개략도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 분기공급관 및 버블분사 모듈의 구성을 나타낸 평면도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세버블이 유기물질의 표면에 흡착되는 계면흡착 현상을 나타낸 개략도,
도 7는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세버블의 용해 및 산화력 효과를 나타낸 개략도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 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 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명의 실시예에 대하여 설명하기에 앞서, 이하에서 설명되는 몇가지 용어들을 정의한다. 이하에서 언급되는 '하수(10)'는 각종 오염물질이 포함된 폐수로서, 하수월류수(CSO)를 포함하여, 생하수, 공장폐수, 침출수, 분뇨 및, 축산폐수 등의 정화처리 대상을 의미한다. 따라서, 이하에서 언급되는 하수(10)에 포함된 '부유물질'은 우수에 다량으로 포함된 협잡물 뿐만 아니라, 화학적 슬러지, 고농도 유기물을 포함하여 미세버블(B)에 의해 부상시켜 제거할 수 있는 다양한 오염물질을 의미한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세버블을 이용한 다단 격벽식 부상분리장치(이하에서는 '다단 격벽식 부상분리장치(100)'이라 명칭함)는, 하수(10)의 유동방향에 대하여 다단으로 설치된 격벽 구조를 통해 단계별로 일시적인 버블의 유출을 제한하여 포화된 버블상태를 유지시킨 상태에서 부상된 부유물질 입자를 제거함으로써 단시간 내에 정화처리가 가능함은 물론 처리수에 포함되어 배출되는 부유물질을 최소화할 수 있는 정화장치로서, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 반응챔버(110), 버블생성부(120) 및 부상슬러지 배출부(130)를 포함하여 구비된다.

상기 반응챔버(110)는, 하수(10)와 미세버블(B)이 내부로 공급되면서 하수(10)에 포함된 부유물질을 부상시켜 제거하기 위한 반응공간부로서, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 부상분리가 이루어지는 소정의 내부공간이 형성되되, 일측에는 부유물질이 포함된 하수(10)를 상기 내부공간으로 공급하기 위한 하수유입관(111)이 배치되고, 타측에는 정화된 하수(10)가 배출되기 위한 정화수배출구(112)가 형성되며, 상기 내부공간에는 하단으로부터 상부방향으로 연장형성된 하부격벽(113)과 상단으로부터 하부방향으로 연장형성된 상부격벽(114)이 상부와 하부에 지그재그 형상으로 교대로 배치되면서 상기 부유물질을 부상시켜 제거하기 위한 복수 개의 버블반응조(115)를 형성한다.

여기서, 도면에는 세 개의 하부격벽(113a,113b,113c)과 세 개의 상부격벽(114a,114b,114c)이 반응챔버(110) 내의 하수(10) 유동방향에 대하여 교대로 배치되는 격벽 구조에 의해 세 개의 버블반응조(115a,115b,115c)가 형성된 것을 예시하였으나, 이에 국한되는 것은 아니며 하수(10)에 포함된 부유물질의 농도 및 미세버블(B)의 공급량에 따른 정화효율을 고려하여 두 개의 버블반응조(115) 또는 네 개 이상의 버블반응조(115)를 형성할 수도 있음은 물론이다.

그리고, 도면에는 상기 반응챔버(110)의 상부는 상기 부상슬러지 배출부(130)가 배치될 수 있도록 개구된 형상을 가지나, 하수의 악취가 외부로 배출될 수 있으므로 상기 부상슬러지 배출부(130)가 각 버블반응조(115)의 상부에 배치된 상태에서 부상슬러지 배출부(130)의 상부를 둘러싸는 형태로 내부가 커버되도록 구비될 수도 있다.

또한, 상기 하수유입관(111)을 통해 유입된 하수(10)에는 미세버블(B)에 의해 부상되지 않는 크기의 부유물질이 포함될 수 있는데, 통상적으로 이러한 크기의 부유물질의 경우 시간이 경과하게 되면 하수(10)의 하부에 침전되어 외부로 배출되지 않을 수 있다. 이를 위해 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다단 격벽식 부상분리장치(100)에서는 각 버블반응조(115)의 하부에는 침전된 침전슬러지(S2)를 배출시키기 위한 배출구(116)가 각각 형성되고, 각 배출구(116)는 단부에 침전슬러지 배출구(118a)가 형성된 침전슬러지 배출관(118)과 연통되어 상기 침전슬러지 배출구(118a)를 통해 상기 침전슬러지(S2)를 외부로 배출하도록 구비된다. 이때, 상기 침전슬러지(S2)가 배출되는 침전슬러지 배출관(118)의 관로 상에는 배출되는 침전슬러지(S2)의 배출량을 제어하기 위한 제어밸브(118c)가 구비될 수 있다. 이로 인해 미세버블(B)에 의해 부상되지 않는 크기로 인해 하부로 침전된 부유물질의 침전슬러지(S2)를 외부로 배출할 수 있는 것이다.

더불어, 도 1에 도시된 바와 같이 각 버블반응조(115)의 바닥면(117)은, 배출구(116)로 침전된 침전슬러지(S2)가 배출구(116) 방향으로 모이도록 배출구(116)를 중심으로 일정각도로 하향 경사지게 형성되는 것이 바람직하다. 이로 인해 바닥면(117)에 침전된 침전슬러지(S2)를 보다 용이하게 외부로 배출할 수 있음은 물론, 바닥면(117)의 경사진 각도에 의해 침전슬러지(S2)가 배출구를 향하도록 가이드되므로 침전슬러지(S2)를 외부로 배출하기 위한 별도의 흡입장치가 불필요한 효과를 구현할 수 있다.

그리고, 상기 침전슬러지 배출관(118)에는 필요에 따라 각 버블반응조(115)의 내부를 비울수 있도록 상기 침전슬러지 배출구(118a)를 통해 외부로 하수(10)를 배출시키기 위한 하수 배출구(118b)가 구비될 수 있다.

상기 버블생성부(120)는, 마이크로 또는 나노 크기의 미세버블(B)을 생성하여 반응챔버(110)로 유입되는 하수(10)에 주입하는 수단으로서, 상기 하수유입관(111)과 버블공급관(121)으로 연통되어 반응챔버(110)의 내부공간으로 유입되는 하수(10)에 생성된 미세버블(B)을 주입한다.

여기서, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 버블생성부(120)는, 일단은 어느 하나의 버블반응조(115)의 내부와 연통되고 타단은 하수유입관(111)과 연통되는 버블공급관(121) 상의 일 위치에 배치되어, 연통된 버블반응조(115)로부터 공급되는 하수(10)를 이용하여 미세버블(B)을 생성하며, 생성된 미세버블(B)이 포함된 하수(10)를 상기 하수유입관(111)으로 주입하여 상기 반응챔버(110)의 내부공간에 미세버블(B)을 공급할 수 있다.

이러한 버블공급관(121) 및 버블생성부(120)에 의한 미세버블(B) 공급구조로 인해, 미세버블(B)을 생성하기 위한 별도의 공급수 공급수단 및 공급라인이 불필요하기 때문에 장치의 구조를 간소화할 수 있다. 또한, 도 1에서와 같이 최종 배치된 버블반응조(115c)와 상기 버블공급관(121)을 상호 연통시켜 제3버블반응조(115c)를 통해 최종적으로 유기물질이 정화된 처리수를 미세버블(B)을 생성하기 위한 공급수로 이용함으로써, 상기 버블생성부(120)에 공급되는 하수(10)에 포함된 유기물질을 제거하기 위한 별도의 필터수단이 불필요한 효과를 제공할 수 있다.

더불어, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 하수유입관(111)은 단부가 첫번째 위치에 배치된 제1버블반응조(115a)의 일측에 관통삽입되어 상기 내부공간 즉, 제1버블반응조(115a)의 내부로 하수(10)를 공급하되, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 하수유입관(111)의 단부에는 복수 개의 관로로 분기된 분기관(160)이 배치되며, 각 관로의 단부에는 상기 하수유입관(111)을 통해 공급된 하수(10) 및 미세버블(B)을 상기 첫번째 버블반응조(115a)의 내부로 분사하여 주입하기 위한 분사노즐(161)이 장착될 수 있다.

여기서, 도면에는 상기 분기관(160)이 네 개의 관로로 분기되어 네 개의 분사노즐(161)를 통해 버블반응조(115a)의 내부로 미세버블(B)이 포함된 하수(10)가 공급되는 것을 예시하였으나 이에 국한되지 않으며, 상기 반응챔버(110)의 폭방향(W) 크기를 고려하여 두 개 또는 다섯 개 이상의 분사노즐(161)이 배치될 수 있다. 이러한 분기관(160) 및 분사노즐(161)의 조합된 구성으로 인해, 각 버블반응조(115)의 내부에 전체적으로 균일한 미세버블(B)을 공급할 수 있어 미세버블(B)과 유기물질의 안정적인 반응을 도모할 수 있다.

또한, 도 3의 우측 확대도에 도시된 바와 같이, 각 분사노즐(161)의 전방에는 분사공으로부터 일정간격 이격되어 하수(10) 및 미세버블(B)의 분사 방향에 대향하여 직교되는 방향으로 평행하게 배치되는 난류방지판(162)이 장착되는 것이 바람직하다. 이러한 난류방지판(162)의 구성을 통해 버블반응조(115) 내에서 하수(10) 및 미세버블(B)의 주입압력에 의해 유기물질과 미세버블(B)을 균일하고 안정적으로 반응시킬 수 있다.

그리고, 상기 분사노즐(161)은 상술한 난류방지판(162)의 구성없이도 난류가 방지되는 상태에서 미세버블(B)을 내부로 분사할 수 있도록 구비될 수 있는데, 이를 위해 도 4에 도시된 바와 같이 상기 분사노즐(161) 단부의 둘레에는 상기 미세버블(B)을 배출시키기 위한 다수의 분사공(164)이 외주연을 따라 고르게 분포되도록 배치되며, 상기 분사공(164)이 형성된 부분은 외측으로 갈수록 외경이 작아지는 테이퍼진 형상으로 형성되어 보다 안정적인 미세버블(B)의 배출이 이루어질 수 있도록 구비된다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 버블생성부(120)는, 상기 버블공급관(121), 분기관(160) 및 분사노즐(161)의 조합된 구성을 통해 첫번째 버블반응조(115a)의 내부로 분사하여 주입하는 구조 이외에, 두 번째 버블반응조(115b) 및 세 번째 버블반응조(115c) 중 어느 하나 이상의 버블반응조의 내부에 설치된 버블분사 모듈(165)을 통해 상기 버블생성부(120)로부터 생성된 미세버블(B)을 주입할 수도 있다.

이를 위해 도 5에 도시된 바와 같이 버블공급관(121)에는 상기 버블분사 모듈(165)에 미세버블(B)을 공급하기 위한 분기공급관(122)이 설치되는데, 상기 분기공급관(122)의 일단은 상기 버블공급관(121)의 일측에 체결되며 타단은 상기 버블분사 모듈(165)에 체결되어 상기 버블생성부(120)로부터 생성된 미세버블(B)은 버블분사 모듈(165)로 공급된다.

또한, 상기 분기공급관(122)은 각 버블반응조(115)의 내부에 폭방향으로 연장배치되도록 삽입되되, 연장형성된 길이방향으로 일정간격 이격배치된 하나 이상의 버블분사 모듈(165)이 체결되어 버블반응조(115) 내부에 전체적으로 균일한 미세버블(B)을 공급할 수 있도록 구비된다.

그리고, 상기 버블분사 모듈(165)은, 도 5의 확대도에 도시된 바와 같이 중앙에 상기 분기공급관(122)이 체결되고, 양측에는 중앙으로부터 공급된 미세버블(B)을 배출하기 위한 다수의 배출공(166)이 형성되며, 상기 배출공(166)이 형성된 양측부는 외측으로 갈수록 외경이 작아지는 테이퍼진 형태로 형성된다.

이러한 분기공급관(122) 및 버블분사 모듈(165)의 조합된 구성으로 인해, 각 버블반응조(115b,115b)의 내부에 전체적으로 균일한 미세버블(B)을 공급할 수 있어, 미세버블(B)과 부유물질간의 반응을 더욱 안정적으로 수행할 수 있다.

한편, 도 6에는 상기 미세버블(B)이 유기물질의 표면에 흡착되는 계면흡착 현상이 도시되어 있으며, 도 7에는 상기 미세버블(B)의 용해 및 산화력 효과가 도시되어 있다.

도 6 및 도 7를 참고하면, 하수(10)에 포함된 부유물질의 처리에 있어서, 미세버블(B)의 사용은 여러가지 장점을 가지고 있는데, 첫 번째로 기존의 침전방식(침전시간)보다 체류시간(부상시간)이 짧아 급격한 처리수량의 증가에 대한 대응성이 뛰어나고 설치에 필요한 소요부지 면적이 적으며 침전방식의 경우 침전을 위한 보다 큰 부유물질(SS)입자의 형성을 위해 응집제의 사용량이 많은 반면 부상방식의 경우 적은 부유물질 입자 크기로도 충분한 부상효율을 달성할 수 있기 때문이다. 또한, 미세버블(B)에 의한 부상방식은 기존 공기부상방식의 밀리버블 기포크기보다 직경 50이하의 마이크로 또는 나노 크기의 미세기포를 사용함으로써 계면흡착현상이 우수하여 부유물질 입자와의 기포 부착빈도가 높아 응집제를 사용하지 않고도 52mm 크기의 부유물질 입자를 제거할 수 있으며 보다 깨끗한 처리수질을 확보하기 위해 소량의 응집제 사용이 필요함으로 실질적인 응집제 사용량이 침전방식 및 기존 공기부상방식보다 적게 소요된다.

두 번째 특징으로는 미세버블(B)의 경우 수중에서의 기포 상승속도가 약 13mm/min로써 짧게는 15분 길게는 약 1시간 가량 수중에 머물러 있어 부유물질 입자와의 접촉시간이 길어 부상효율이 높은 장점이 있다.

세 번째 특징은 미세버블(B)의 경우 기포 표면적이 넓어 산소용해율이 뛰어나 부상처리 후 잔여 미세버블(B)은 수중에 완전 용해되어 처리수내 용존산소(DO, Dissolved Oxygen)농도를 과포화시켜 배출할 수 있다는 장점을 가지고 있는데 이는 처리수가 수계로 흘러갔을 때 수생생태계의 영향을 최소화하는 특징을 가지고 있다.

네 번째 특징으로는 미세버블(B)의 경우 기포의 파쇄(Crushing)효과에 의한 OH^*기를 발생시켜 악취제거 및 살균기능을 가지고 있어 처리수 및 부상슬러지내 악취를 저감시켜 주며 하수월류수내 대장균을 살균하는 효과를 가지고 있다.

한편, 상기 부상슬러지 배출부(130)는, 미세버블(B)에 의해 반응챔버(110)의 개구된 상부로 부상한 부상슬러지(S1)를 외부로 배출하여 제거하기 위한 수단으로서, 상기 반응챔버(110)의 개구된 상부에 배치되되, 외부면에 복수 개의 스키머(131)가 장착된 회전체인(132)를 회전시켜 상기 미세버블(B)에 의해 각 버블반응조(115)의 상단에 부상된 부상슬러지(S1)를 긁어내어 외부로 배출시킨다.

여기서, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 부상슬러지 배출부(130)는 첫번째 위치에 배치된 제1버블반응조(115a)의 일측단 상부와, 최종 위치에 배치된 제3버블반응조(115c)의 타측단 상부에 수평방향으로 각각 배치되는 회동롤러(133,134)와, 각 회동롤러(133,134) 사이에 끼워져 회동가능하게 체결되며 둘레에는 둘레면에 대하여 외측방향으로 연장배치된 복수 개의 스키머(131)가 장착된 회전체인(132) 및, 상기 회동롤러(133,134)에 회전력을 제공하는 구동모터(미도시)를 포함하여 구비된다.

또한, 상기 반응챔버(110)의 상부에는 스키머(131)의 위치와 대응되는 높이에 부상슬러지 배출부(130)가 형성되어, 상기 회전체인(132)에 따라 회동롤러(133,134)를 중심으로 회전하는 각 스키머(131)에 의해 각 버블반응조(115)의 상부에 부상된 부상슬러지(S1)는 긁어지면서 부상슬러지 배출부(130) 방향으로 안내되어 외부로 배출되 수 있다.

한편, 상기 정화수배출구(112)가 형성된 반응챔버(110)의 타측 위치에는, 상기 정화수배출구(112)를 통해 하수(10)를 외부로 배출시켜 상기 반응챔버(110) 내부에 공급된 하수(10)의 수위를 선택적으로 제어하기 위한 수위조절웨어(140)가 배치될 수 있다.

여기서, 상기 수위조절웨어(140)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 폭방향(W)으로 연장형성된 판 형상으로 형성되고, 수평하게 배치되어 일측단이 반응챔버(110)의 타측 외벽(110a) 상에서 상기 정화수배출구(112)의 하부 위치에 회동가능하게 체결되는 수위조절판(141)과, 상기 수위조절판(141)의 타측단에 체결되어 상기 수위조절판(141)의 일측단을 중심으로 상기 타측단을 회동시키는 구동축(142) 및, 상기 구동축(142)에 구동력을 제공하는 제어모터(143)를 포함하여 구비된다.

따라서, 상기 제어모터(143)의 구동에 따라 상기 수위조절판(141)의 타측단이 회동하면서 현재의 수면위치 보다 낮은 위치에 배치됨으로써 상기 정화수배출구(112)를 통해 하수(10)가 배출되도록 하여 상기 하수(10)의 수위가 선택적으로 제어될 수 있는 것이다. 이러한 수위조절웨어(140)의 구성으로 인해 각 버블반응조(115)의 상단에 부상된 부상슬러지(S1)의 농도 및 두께를 제어하여 적정하게 부상슬러지(S1)의 농축이 이루어지도록 조절할 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 수위조절웨어(140)의 기능은 다단 격벽식 부상분리장치(100) 내의 하수(10)의 수위를 미세하게 조정하는데 이는 부상슬러지(S1) 층의 적정 유지 및 처리수질의 상태에 따라 가변적으로 수위를 조절함으로써 안정적인 다단 격벽식 부상분리장치(100)를 운영하는데 목적이 있다. 상기 수위조절웨어(140)는 커튼식 웨어로서, 사전에 입력된 수위값에 의해 수위계(미도시)의 신호를 받아 웨어가 작동하게 된다.

또한, 상기 수위조절웨어(140)는 단순한 수위조절에서 끝나지 않고 부상슬러지(S1)의 조절을 통해 부상슬러지(S1)의 농도를 제어하여 적정하게 부상슬러지(S1)의 농축이 이루어지도록 하는데, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 수위조절웨어(140)의 수위조절판(141)을 일정 수준이하로 하강시키게 되면 부상슬러지(S1)층이 두꺼워지게 되는데, 상기 부상슬러지(S1)층이 너무 두꺼우면 처리수질이 악화되므로, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 부상슬러지(S1)의 월류량이 높이지도록 수위조절웨어(140)의 수위조절판(141)을 상승시키면 하수(10)의 수위를 일정 수준이상으로 상승되는데, 이와 같이 부상슬러지(S1)층을 얇게 함으로써 부유물질이 유출되지 않도록 한다. 상기 수위조절웨어(140)는 유입특성 및 운전상황에 따라 적정하게 수위를 조절하여 최적의 처리조건을 유지하도록 한다.

한편, 각 버블반응조(115)는, 반응챔버(110)의 내부공간 내에서 하부와 상부에 교대로 배치된 하부격벽(113)과 상부격벽(114)에 의해 공간이 구획되어 형성되되, 상기 상부격벽(114)이 하부방향으로 연장된 길이에 따라 각 버블반응조(115)의 수중에 머물러 있는 미세버블(B)의 체류시간을 조절할 수 있다. 즉, 각 버블반응조(115a,115b,115c)의 상부공간을 각각 구획하는 제1상부격벽(114a), 제2상부격벽(114b) 및 제3상부격벽(114c)의 하부방향으로 연장형성된 길이(각 하부격벽(113)과 중첩되는 부분)를 조절함으로써 미세버블(B) 및 하수(10)가 각 버블반응조(115a,115b,115c) 내에서 체류되는 시간을 제어할 수 있는 것이다.

예를 들어, 제1버블반응조(115a)에서는 미세버블(B)이 수중에 머물러 있는 약 5분간의 체류시간으로 설계되도록 제1상부격벽(114a)의 길이를 설정하여, 미세버블(B)이 제1상부격벽(114a)에 갇히면서 고밀도 및 과포화상태로 체류하면서 미세버블(B)과 부유물질간의 강한 흡착 및 산화분해가 이루어지도록 하여 부상분리하고, 제2버블반응조(115b)에서는 제1버블반응조(115a)에서 넘어온 미세버블(B)과 부유물질이 2차적으로 흡착되어 부상되도록 한다. 상기 제2버블반응조(115b)에서의 체류시간은 약 10분으로 제1버블반응조(115a)에서 제거되지 않은 부유물질 입자의 부상효율을 높이기 위해 보다 긴 체류시간을 갖도록 상기 제2상부격벽(114b)의 길이를 설정할 수 있다.

또한, 제3버블반응조(115c)에서는 미세한 부유물질의 부상속도를 감안하여 약 15분의 체결시간으로 설계되도록 제3상부격벽(114c)의 길이를 설정하는데, 이는 최종 처리수의 안정적인 처리를 도모해준다. 상기 제3버블반응조(115c)를 거친 처리수는 수위조절웨어(140)를 통해 정화수배출구(112)로 방류된다. 여기서, 각 버블반응조(115a,115b,115c)에서의 체류시간은 하수(10)에 포함된 부유물질의 농도 및 미세버블(B)의 공급량에 따라 적절하게 조절되어 설정될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다단 격벽식 부상분리장치(100)의 각 구성 및 기능에 의해, 하수(10)의 유동방향에 대하여 다단으로 설치된 격벽 구조를 통해 단계별로 일시적인 미세버블(B)의 유출을 제한하여 포화된 버블상태를 유지시킨 상태에서 부상된 부유물질 입자를 제거함으로써 단시간 내에 정화처리가 가능함은 물론 처리수에 포함되어 배출되는 부유물질을 최소화할 수 있다.

또한, 하나의 반응챔버(110) 내에서 격벽 구조에 의해 단계별로 부상된 부유물질 입자를 처리할 수 있으므로 단로(Short Flow) 흐름에 의한 부유물질의 유출을 최소화하면서도 반응챔버(110)의 설치공간을 절감할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10...하수 100...다단 격벽식 부상분리장치
110...반응챔버 111...하수유입관
112...정화수배출구 113...하부격벽
114...상부격벽 115...버블반응조
120...버블생성부 121...버블공급관
130...부상슬러지 배출부 131...스키머
132...회전체인 133,134...회동롤러
140...수위조절웨어 141...수위조절판
142...구동축 143... 제어모터
160...분기관 161...분사노즐
S1...부상슬러지 S2...침전슬러지
B...미세버블

Claims

내부공간이 형성되되, 일측에는 부유물질이 포함된 하수(10)를 상기 내부공간으로 공급하기 위한 하수유입관(111)이 배치되고, 타측에는 정화된 하수(10)가 배출되기 위한 정화수배출구(112)가 형성되며, 상기 내부공간에는 하단으로부터 상부방향으로 연장형성된 하부격벽(113)과 상단으로부터 하부방향으로 연장형성된 상부격벽(114)이 하부와 상부에 교대로 배치되면서 상기 부유물질을 부상시켜 제거하기 위한 복수 개의 버블반응조(115)를 형성하는 반응챔버(110); 및
마이크로 또는 나노 크기의 미세버블(B)을 생성하며, 상기 하수유입관(111)과 버블공급관(121)으로 연통되어 상기 내부공간으로 유입되는 하수(10)에 생성된 미세버블(B)을 주입하거나, 상기 복수 개의 버블반응조(115) 중 적어도 어느 하나 이상에 설치된 버블분사 모듈(165)에 연통되어 생성된 미세버블(B)을 주입하는 버블생성부(120);를 포함하는다단 격벽식 부상분리장치.
제 1항에 있어서,
상기 반응챔버(110)의 상부에 배치되되, 외부면에 복수 개의 스키머(131)가 장착된 회전체인(132)을 회전시켜 상기 미세버블(B)에 의해 각 버블반응조(115)의 상단에 부상된 부상슬러지(S1)를 긁어내어 외부로 배출시키는 부상슬러지 배출부(130);를 더 포함하는 다단 격벽식 부상분리장치.
제 2항에 있어서,
각 버블반응조(115)의 하부에는 침전된 침전슬러지(S2)를 배출시키기 위한 배출구(116)가 각각 형성되고,
각 배출구(116)는 단부에 침전슬러지 배출구(118a)가 형성된 침전슬러지 배출관(118)과 연통되어 상기 침전슬러지 배출구(118a)를 통해 상기 침전슬러지(S2)를 외부로 배출하는 것을 특징으로 하는 다단 격벽식 부상분리장치.
제 3항에 있어서,
각 버블반응조(115)의 바닥면(117)은,
상기 배출구(116)로 침전된 침전슬러지(S2)가 모이도록 상기 배출구(116)를 중심으로 일정각도로 하향 경사지게 형성된 것을 특징으로하는 다단 격벽식 부상분리장치.
제 1항에 있어서,
상기 버블생성부(120)는,
일단은 어느 하나의 버블반응조(115c)의 내부와 연통되고 타단은 상기 하수유입관(111)과 연통되는 버블공급관(121) 상의 일 위치에 배치되어, 상기 버블반응조(115c)로부터 공급되는 하수(10)를 이용하여 상기 미세버블(B)을 생성하며, 생성된 미세버블(B)이 포함된 하수(10)를 상기 하수유입관(111)으로 주입하여 상기 내부공간에 미세버블(B)을 공급하는 것을 특징으로 하는 다단 격벽식 부상분리장치.
제 5항에 있어서,
상기 하수유입관(111)은 단부가 첫번째 버블반응조(115a)의 일측에 관통삽입되어 상기 내부공간으로 하수(10)를 주입하되,
상기 하수유입관(111)의 단부에는 복수 개의 관로로 분기된 분기관(160)이 배치되며, 각 관로의 단부에는 상기 하수유입관(111)을 통해 공급된 하수(10) 및 미세버블(B)을 상기 첫번째 버블반응조(115a)의 내부로 분사하여 주입하기 위한 분사노즐(161)이 장착된 것을 특징으로 하는 다단 격벽식 부상분리장치.
제 6항에 있어서,
각 분사노즐(161)의 전방에는, 분사공으로부터 일정간격 이격되어 하수(10) 및 미세버블(B)의 분사 방향에 대향하여 직교되는 방향으로 평행하게 배치되는 난류방지판(162)이 장착된 것을 특징으로 하는 다단 격벽식 부상분리장치.
제 2항에 있어서,
상기 부상슬러지 배출부(130)는, 첫번째 버블반응조(115a)의 일측단 상부와, 최종 버블반응조(115c)의 타측단 상부에 수평방향으로 각각 배치되는 회동롤러(133,134)와, 각 회동롤러(133,134) 사이에 끼워져 회동가능하게 체결되며 둘레에는 둘레면에 대하여 외측방향으로 연장배치된 복수 개의 스키머(131)가 장착된 회전체인(132) 및, 상기 회동롤러(133,134)에 회전력을 제공하는 구동모터를 포함하여 구비되며,
상기 반응챔버(110)의 상부에는 상기 스키머(131)의 위치와 대응되는 높이에 부상슬러지 배출구(119)가 형성되어, 상기 회전체인(132)를 따라 상기 회동롤러(133,134)를 중심으로 회전하는 각 스키머(131)에 의해 각 버블반응조(115)의 상부에 부상된 부상슬러지(S1)는 상기 부상슬러지 배출구(119) 방향으로 안내되어 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 다단 격벽식 부상분리장치.
제 1항에 있어서,
상기 정화수배출구(112)가 형성된 상기 반응챔버(110)의 타측 위치에는, 상기 정화수배출구(112)를 통해 상기 하수(10)를 외부로 배출시켜 상기 반응챔버(110) 내부에 공급된 하수(10)의 수위를 선택적으로 제어하는 수위조절웨어(140);가 배치되는 것을 특징으로 하는 다단 격벽식 부상분리장치.
제 9항에 있어서,
상기 수위조절웨어(140)는,
폭방향(W)으로 연장형성된 판 형상으로 형성되고, 일측단이 상기 반응챔버(110)의 타측 외벽(110a)상에서 상기 정화수배출구(112)의 하부 위치에 회동가능하게 체결되는 수위조절판(141)과,
상기 수위조절판(141)의 타측단에 체결되어 상기 수위조절판(141)의 일측단을 중심으로 상기 타측단을 회동시키는 구동축(142) 및,
상기 구동축(142)에 구동력을 제공하는 제어모터(143)를 포함하여 구비되며,
상기 제어모터(143)의 구동에 따라 상기 수위조절판(141)의 타측단이 회동하면서 상기 하수(10)의 수위가 선택적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 다단 격벽식 부상분리장치.
제 1항에 있어서,
상기 버블공급관(121)에는 상기 버블분사 모듈(165)에 미세버블(B)을 공급하기 위한 분기공급관(122)이 설치되되, 상기 분기공급관(122)의 일단은 상기 버블공급관(121)의 일측에 체결되며 타단은 상기 버블분사 모듈(165)에 체결되어 상기 버블생성부(120)로부터 생성된 미세버블(B)은 버블분사 모듈(165)로 공급하는 것을 특징으로 하는 다단 격벽식 부상분리장치.
제 11항에 있어서,
상기 분기공급관(122)은, 각 버블반응조(115)의 내부에 폭방향으로 연장배치되도록 삽입되되, 연장형성된 길이방향으로 일정간격 이격배치된 하나 이상의 버블분사 모듈(165)이 체결되어 버블반응조(115) 내부에 전체적으로 균일한 미세버블(B)을 공급하는 것을 특징으로 하는 다단 격벽식 부상분리장치.
제 12항에 있어서,
상기 버블분사 모듈(165)은, 중앙에 상기 분기공급관(122)이 체결되고, 양측에는 중앙으로부터 공급된 미세버블(B)을 배출하기 위한 다수의 배출공(166)이 형성되며, 상기 배출공(166)이 형성된 양측부는 외측으로 갈수록 외경이 작아지는 테이퍼진 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 다단 격벽식 부상분리장치.
제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
각 버블반응조(115)는, 반응챔버(110)의 내부공간 내에서 하부와 상부에 교대로 배치된 하부격벽(113)과 상부격벽(114)에 의해 공간이 구획되어 형성되되, 상기 상부격벽(114)이 하부방향으로 연장된 길이에 따라 각 버블반응조(115)의 수중에 머물러 있는 미세버블(B)의 체류시간이 조절되는 것을 특징으로 하는 다단 격벽식 부상분리장치.