KR101675574B1 - 초고속 고액분리 시스템을 구비하는 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 장치 - Google Patents

초고속 고액분리 시스템을 구비하는 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초고속 고액분리 시스템을 구비하는 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 촉매전극을 구비하는 초고속 고액분리 시스템, 한외 여과 필터(UF-Filter) 및 역삼투압필터(Reverse Osmosis Filer)을 구비하는 폐수처리 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 장치는 역삼투 장치에 유입되는 하수처리장 방류수를 초고속 고액분리 시스템을 이용하여 부유물질을 신속히 제거하므로, 역삼투막의 수명이 길어지고, 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는의 속도가 빨라지므로, 다량의 하수처리장 방류수를 효율적으로 처리하는 것에 유용하다.

Description

초고속 고액분리 시스템을 구비하는 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 장치{Device for Change Sewage Treatment Plant Effluent into Reuse Water Using High Speed Liquid-Solid Separation System}
본 발명은 초고속 고액분리 시스템을 구비하는 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 촉매전극을 구비하는 초고속 고액분리 시스템, 한외여과필터(Ultra Filtration Filter) 및 역삼투압필터(Reverse Osmosis Filer)을 구비하는 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 장치에 관한 것이다.
공장폐수나 축산폐수 같은 폐수를 강에나 바다에 직접 방류하는 경우 심각한 환경오염을 일으킬 수 있다. 따라서 대부분의 폐수는 각 폐수에 적합한 하수처리장에서 정화되어 배출되게 된다. 일반적으로 공장폐수는 화학적 처리과정과 물리적인 여과과정으로 통하여 배출되며, 축산폐수는 생물학적 처리과정을 거쳐 배출된다.
다만, 이러한 하수처리장 방류수는 강물 또는 해수와 희석되어 사용되는 것을 전제로 배출되어 그대로 농업용수 또는 공업용수로 사용하기는 부적합하다. 폐수로 배출될 수 있는 하수처리장 방류수의 생물학적 산소요구량(BOD)은 최대 120mg/L이하, 부유물질량은 최대 120mg/L이하의 기준치를 가지고 있다. 하지만 농업용수의 환경기준치는 생물학적 산소요구량 8mg/L, 부유물질량 100mg/L로 하수처리장 방류수와는 많은 차이가 있다. 따라서 대부분의 하수처리장 방류수는 강이나 바다로 방류되며, 공업용수와 농업용수는 다시 강이나 바다에서 취수하여 사용하고 있는 실정이다. 더불어 바다로 방류된 하수는 소금이 함유되어 농업용수로는 거의 사용이 불가능하고, 공업용수로 사용하더라도 염의 침착에 의한 손상이나 염에 의한 부식을 가져올 수 있어 제한적으로 사용되고 있다.
따라서 이러한 하수처리장 방류수를 직접 사용하기 위한 기술들이 다양하게 개발되고 있다.
대한민국 등록특허 제1080983호에서는 회전식 섬유여과필터를 이용한 하수처리장 또는 여과수조의 방류수 처리장치에 관하여 기재하고 있다. 이 발명은 회전식 섬유여과필터를 이용하여 하수처리장 방류수의 부유물질 및 탁도물질을 제거하여 하수처리장 방류수를 직접 사용 가능하다는 장점을 가지고 있지만, 섬유여과필터를 사용하므로 방류수 내의 부유물질의 양에 따라 필터의 효율이 저하될 수 있으며, 염분이 함유된 방류수를 처리할 수 없다는 단점을 가진다.
대한민국 공개특허 제2008-0100899호에서는 감마선 조사기술과 칼슘 치환법을 이용한 하수종말처리장 방류수의 처리방법에 관하여 기재하고 있다. 이 발명은 하수처리장 방류수의 병원성 미생물 및 잔류성 유기오염물질을 감마선을 이용하여 제거하며, 칼슘치환법을 이용하여 나트륨을 제거하는 것으로 방류수를 중수 또는 농업용수로 사용할 수 있다는 장점을 가지지만, 감마선 조사장치는 허가받은 사람은 운전가능하며, 잔류방사선에 의한 부작용이 발생할 수 있고, 지속적으로 칼슘이온이 치환된 제올라이트를 사용하여야 하므로 운전비용이 상승한다는 단점을 가진다.
이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 초고속 고액분리 시스템과 한외여과필터(Ultra Filtration Filter) 및 역삼투압필터(Reverse Osmosis Filer)를 구비하는 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 장치를 완성하였으며, 상기 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 장치를 이용하여 하수처리장 방류수의 정화실험을 실시한 결과, 기존의 하수처리장 방류수 처리장치에 비하여 다량의 방류수를 신속히 처리가능하며, 염분을 함유하는 방류수 역시 처리 가능한 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 목적은 초고속 고액분리 시스템을 구비하는 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 장치를 이용한 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 하수처리장 방류수의 고형물을 1차적으로 제거하는 멀티사이클론(71); (b) 상기 고형물 제거장치에서 처리된 유입수에 미세버블을 생성하는 미세버블발생장치(72); 및 (c) 상기 미세버블이 발생된 유입수에 응집제를 혼합하여 초고속 고액 분리 시스템으로 공급하는 미세버블혼합장치(73); (d) 하수처리장 방류수를 전기적으로 처리하여, 응집 및 부유를 유발시키고, 미세버블 함유 부유물과 1차 처리수를 분리하는 초고속 고액분리 시스템(76); (e) 상기 (d)단계에서 배출되는 1차 처리수를 부유물과 2차 처리수로 분리하는 한외 여과 필터; 및 (f) 상기 2차 처리수를 농축수와 배출수로 분리하는 역삼투압 장치;를 구비하는 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 장치에 있어서,
상기 초고속 고액분리 시스템(76)은 (A) 유입된 유체의 물질이 부유되어 분리되는 상측반응조(11); 상기 상측반응조(11)의 중단부분과 연결되며, 유체가 유입되는 유입로(4); 상기 상측반응조(11)의 상단부분과 결합되는 상부캡(10); 상기 상부캡(10)의 하단면을 관통하여 연결되는 제1배출로(1); 상기 상측반응조(11) 내부에 설치되는 내부관(2); 상기 내부관(2)의 안쪽에 설치되는 제1촉매모듈(3); 상기 제1촉매모듈(3) 하단에 장착되는 사이클론(5); 상기 상측반응조(11) 하단부분과 연결되는 하측반응조(12); 상기 하측반응조(12) 내부에 설치되는 제2촉매모듈(8); 상기 하측반응조(12)의 중단면을 관통하여 결합된 제2배출로(7); 및 상기 하측반응조(12)의 하단에 결합되는 하부캡(13)을 구비하는 복합모듈;
(B) 유입된 유체의 물질이 부유되어 분리되는 상측반응조(15); 상기 상측반응조(15)의 중단부분과 연결되며, 유체가 유입되는 유입로(16); 상기 상측반응조(15)의 상단부분과 결합되는 상부캡(21); 상기 상부캡(21)의 하단면을 관통하여 연결되는 배출로(14); 상기 상측반응조(15) 하단부분과 연결되는 하측반응조(22); 상기 하측반응조(22)의 안쪽에 설치되는 상부촉매모듈(18) 및 하부촉매모듈(19); 및 상기 하측반응조(22)의 하단에 결합되는 하부캡(23)을 구비하는 고농도모듈;
(C) 유입된 유체의 물질이 부유되어 분리되는 상측반응조(100); 상기 상측반응조(100)의 중단부분과 연결되며, 유체가 유입되는 유입로(93); 상기 상측반응조(100)의 상단부분과 결합되는 상부캡(98); 상기 상부캡(98)의 하단면을 관통하여 연결되는 제1배출로(91); 상기 상측반응조(100) 내부에 설치되는 내부관(92); 상기 내부관(92)의 일측과 연결되는 제2배출로(99); 상기 내부관(92) 하단에 설치되는 원뿔형 미세버블가이드(95); 상기 상측반응조(100) 하단부분과 연결되는 하측반응조(101); 상기 하측반응조(101) 내부에 설치되는 촉매모듈(96); 및 상기 하측반응조(101)의 하단에 결합되는 하부캡(102)을 구비하는 이중관모듈;
(D) 유입된 유체의 물질이 부유되어 분리되는 상측반응조(110); 상기 상측반응조(110)의 중단부분과 연결되며, 유체가 유입되는 유입로(105); 상기 상측반응조(110)의 상단부분과 결합되는 상부캡(103); 상기 상부캡(103)의 하단면을 관통하여 연결되는 제1배출로(104); 상기 상측반응조(110)의 하단부분과 연결되는 하측반응조(111); 상기 하측반응조(111) 내부에 설치되는 촉매모듈(108); 상기 하측반응조(111)의 중단면을 관통하여 결합된 제2배출로(107); 및 상기 하측반응조(111)의 하단에 결합되는 하부캡(112)을 구비하는 저농도모듈; 및
(E) 유입된 유체의 물질이 부유되어 분리되는 상측반응조(119); 상기 상측반응조(119)의 중단부분과 연결되며, 유체가 유입되는 유입로(115); 상기 상측반응조(119)의 상단부분과 결합되는 상부캡(113); 상기 상부캡(113)의 하단면을 관통하여 연결되는 제1배출로(114); 상기 상측반응조(119)의 하단부분과 연결되는 하측반응조(120); 상기 하측반응조(120)의 중단면을 관통하여 결합된 제2배출로(117); 및 상기 하측반응조(120)의 하단에 결합되는 하부캡(121);을 구비하는 분리모듈로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 조합인 것을 특징으로 하는 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 장치를 제공한다.
본 발명은 또한, (a) 하수처리장 방류수를 초고속 고액분리 시스템(76)에서 전기적으로 처리하여 응집 및 부유를 유발시키고, 미세버블 함유 부유물과 처리수를 분리하는 단계; (b) 전처리 필터를 이용하여 처리수의 부유물을 2차로 제거하는 단계; 및 (c) 역삼투압 장치를 이용하여 농축수와 배출수를 분리하는 단계를 포함하는, 상기 기수 담수화 장치를 이용한 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 장치는 역삼투 장치에 유입되는 하수처리장 방류수를 초고속 고액분리 시스템을 이용하여 부유물질을 신속히 제거하게 되어 역삼투막의 수명이 길어지고, 처리의 속도가 빨라짐에 따라 다량의 하수처리장 방류수를 효율적으로 처리하는 것에 유용하다.
도 1은 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 미세버블발생장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 미세버블혼합장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 2단 분리형 초고속 고액분리장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 1단 분리형 초고속 고액분리장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 촉매모듈의 구성을 나타낸 도면이다.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본 발명에서는 초고속 부상분리 시스템을 구비하는 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 장치를 사용하여 하수처리장 방류수 정화 실험을 수행하였다. 그 결과 기존의 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 장치에 비하여 역삼투막의 수명이 길어지며, 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 속도 역시 빨라지는 효과가 있음을 확인하였다.
따라서, 본 발명은 일 관점에서, (a) 하수처리장 방류수의 고형물을 1차적으로 제거하는 멀티사이클론(71); (b) 상기 고형물 제거장치에서 처리된 유입수에 미세버블을 생성하는 미세버블발생장치(72); 및 (c) 상기 미세버블이 발생된 유입수에 응집제를 혼합하여 초고속 고액 분리 시스템으로 공급하는 미세버블혼합장치(73); (d) 하수처리장 방류수를 전기적으로 처리하여, 응집 및 부유를 유발시키고, 미세버블 함유 부유물과 1차 처리수를 분리하는 초고속 고액분리 시스템(76); (e) 상기 (d)단계에서 배출되는 1차 처리수를 부유물과 2차 처리수로 분리하는 한외 여과 필터; 및 (f) 상기 2차 처리수를 농축수와 배출수로 분리하는 역삼투압 장치;를 구비하는 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 장치에 있어서,
상기 초고속 고액분리 시스템(76)은 (A) 유입된 유체의 물질이 부유되어 분리되는 상측반응조(11); 상기 상측반응조(11)의 중단부분과 연결되며, 유체가 유입되는 유입로(4); 상기 상측반응조(11)의 상단부분과 결합되는 상부캡(10); 상기 상부캡(10)의 하단면을 관통하여 연결되는 제1배출로(1); 상기 상측반응조(11) 내부에 설치되는 내부관(2); 상기 내부관(2)의 안쪽에 설치되는 제1촉매모듈(3); 상기 제1촉매모듈(3) 하단에 장착되는 사이클론(5); 상기 상측반응조(11) 하단부분과 연결되는 하측반응조(12); 상기 하측반응조(12) 내부에 설치되는 제2촉매모듈(8); 상기 하측반응조(12)의 중단면을 관통하여 결합된 제2배출로(7); 및 상기 하측반응조(12)의 하단에 결합되는 하부캡(13)을 구비하는 복합모듈;
(B) 유입된 유체의 물질이 부유되어 분리되는 상측반응조(15); 상기 상측반응조(15)의 중단부분과 연결되며, 유체가 유입되는 유입로(16); 상기 상측반응조(15)의 상단부분과 결합되는 상부캡(21); 상기 상부캡(21)의 하단면을 관통하여 연결되는 배출로(14); 상기 상측반응조(15) 하단부분과 연결되는 하측반응조(22); 상기 하측반응조(22)의 안쪽에 설치되는 상부촉매모듈(18) 및 하부촉매모듈(19); 및 상기 하측반응조(22)의 하단에 결합되는 하부캡(23)을 구비하는 고농도모듈;
(C) 유입된 유체의 물질이 부유되어 분리되는 상측반응조(100); 상기 상측반응조(100)의 중단부분과 연결되며, 유체가 유입되는 유입로(93); 상기 상측반응조(100)의 상단부분과 결합되는 상부캡(98); 상기 상부캡(98)의 하단면을 관통하여 연결되는 제1배출로(91); 상기 상측반응조(100) 내부에 설치되는 내부관(92); 상기 내부관(92)의 일측과 연결되는 제2배출로(99); 상기 내부관(92) 하단에 설치되는 원뿔형 미세버블가이드(95); 상기 상측반응조(100) 하단부분과 연결되는 하측반응조(101); 상기 하측반응조(101) 내부에 설치되는 촉매모듈(96); 및 상기 하측반응조(101)의 하단에 결합되는 하부캡(102)을 구비하는 이중관모듈;
(D) 유입된 유체의 물질이 부유되어 분리되는 상측반응조(110); 상기 상측반응조(110)의 중단부분과 연결되며, 유체가 유입되는 유입로(105); 상기 상측반응조(110)의 상단부분과 결합되는 상부캡(103); 상기 상부캡(103)의 하단면을 관통하여 연결되는 제1배출로(104); 상기 상측반응조(110)의 하단부분과 연결되는 하측반응조(111); 상기 하측반응조(111) 내부에 설치되는 촉매모듈(108); 상기 하측반응조(111)의 중단면을 관통하여 결합된 제2배출로(107); 및 상기 하측반응조(111)의 하단에 결합되는 하부캡(112)을 구비하는 저농도모듈; 및
(E) 유입된 유체의 물질이 부유되어 분리되는 상측반응조(119); 상기 상측반응조(119)의 중단부분과 연결되며, 유체가 유입되는 유입로(115); 상기 상측반응조(119)의 상단부분과 결합되는 상부캡(113); 상기 상부캡(113)의 하단면을 관통하여 연결되는 제1배출로(114); 상기 상측반응조(119)의 하단부분과 연결되는 하측반응조(120); 상기 하측반응조(120)의 중단면을 관통하여 결합된 제2배출로(117); 및 상기 하측반응조(120)의 하단에 결합되는 하부캡(121);을 구비하는 분리모듈로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 조합인 것을 특징으로 하는 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 장치에 관한 것이다.
상기 복합모듈의 상기 사이클론(5)은 처리모듈에 유입되는 유량의 속도 조절 및 유입되는 유체에서 밀도가 작은 물질들은 위로 올려 보내고, 밀도가 높은 물질들은 아래로 보낸다. 이러한 과정을 통해 상기 처리모듈 내부에 장착된 내부관(2)과 상기 하측반응조(12)에 처리될 부유물이 분배가 되어, 각 부분에서 전기적 응집과 부유가 일어나, 상기 처리모듈 내부에 균등한 밀도로 부유물이 분포될 수 있게 한다
본 발명에 있어서, 상기 미세버블발생장치(72)는 (i) 유체가 유입되는 유입로(53); (ii) 상기 유입로(53)의 타측과 연결되는 펌프몸체(51); (iii) 상기 유입로(53)의 상부와 연결되는 기체흡입구(60); (iv) 상기 펌프몸체(51)의 중심을 관통하여 회전하도록 설치되는 회전축(61); (v) 상기 회전축(61)의 일측과 결합되는 임펠러(52); (vi) 상기 회전축(61)의 타측과 결합되는 모터(미도시); (vii) 상기 펌프몸체(51)의 왼쪽 상단에 결합되는 버블자켓(54); (viii) 상기 버블자켓(54)의 상단 안쪽면에 결합되는 배플(56) 및 상기 버블자켓(54)과 상단에 연결되는 에어밴트(59); (ix) 상기 버블자켓(54)의 하단 안쪽면에 결합되는 에어댐퍼(58); (x) 상기 버블자켓(54)의 중심을 관통하여 연결되는 토출관(55); 및 (xi) 상기 버블자켓(54)의 일측과 연결되는 배출구(57)의 구성을 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 미세버블혼합장치(73)는 (i) 유체와 응집제가 함께 유입되는 유입로(41); (ii) 상기 유입로(41)의 상단과 결합되는, 응집제가 유입되는 약품유입구(32); (iii) 상기 유입로(41)의 일측과 연결되는, 유체가 유입되는 유체유입구(31); (iv) 상기 유입로(41)와 타측과 연결되는, 유입된 유체와 응집제가 혼합되는 혼합조(34); (v) 1개 내지 8개의 촉매모듈(40)을 포함하는 전기 반응조(39); 및 (vi) 상기 혼합조(34)의 하단부에 설치되는 혼합수단(37)의 구성을 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다..
본 발명에 있어서, 상기 미세버블혼합장치(82)는 1개 내지 8개의 촉매모듈(40)을 포함하는 전기 반응조(41)를 추가로 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다
상기 미세버블혼합장치(73)는 상기 혼합조(34) 안쪽면의 일측과 타측에 각각 5개씩 결합되어 있는 미세버블이 포함된 유체와 응집제가 혼합되는 것을 돕는 용도의 배플(Baffle)(33); 상기 혼합조(34)의 하단부 중심을 관통하여 회전하도록 설치되는 회전축(42); 상기 회전축(42)의 타측과 결합되는, 상기 혼합조(34) 바깥에 위치하는 모터(38); 상기 전기반응조(39)의 상측에 결합되는 커버(35); 및 상기 전기반응조(39)의 타측과 결합되는 배출구(36)를 추가로 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이때 상기 모터(38)는 300rpm 내지 1200rpm으로 운전하는 것이 바람직하다.
상기 유입로(31)에 유입되는 유체와 응집제의 비율은 10:1 내지 5000:1의 범위인 것이 바람직하며, 상기 응집제는 폴리알루미늄클로라이드(PAC), 황산제2철, 황산알루미늄, 염화알루미늄 및 염화제2철의 무기염으로 구성되는 그룹에서 선택되는 하나 또는 그 이상의 응집제를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 상기 응집제는 원액 대비 5 ppm 내지 50 ppm으로 혼합되어 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 전기전도도를 높이기 위해, 상기 응집제는 염화칼륨, 염화칼슘, 염화나트륨, 염화마그네슘, 염화철로 구성되는 그룹에서 선택되는 하나 또는 그 이상의 염화합물을 추가하여, 응집제에 대한 염화합물의 농도가 0.1wt% 내지 5.0wt%가 되도록 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 초고속 고액분리 시스템(76)은 상기 상측반응조(11, 15, 100, 110, 119)의 하부와 상기 하측반응조(12, 22, 101, 111, 120)의 상부에 결합되는 유니온(6, 17, 94, 106, 116) 및 상기 하부캡(13, 23, 102, 112, 121)의 하단면을 관통하여 연결되는, 내부 청소 용도의 드레인(9, 20, 97, 109, 118)을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하며, 상기 상측반응조(11, 15, 100, 110, 119)의 하부와 상기 하측반응조(12, 22, 101, 111, 120)의 상부에 결합되는 유니온(6, 17, 94, 106, 116) 및 상기 하부캡(13, 23, 102, 112, 121)의 하단면을 관통하여 연결되는, 내부 청소 용도의 드레인(9, 20, 97, 109, 118)을 추가로 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 상측반응조(11, 15, 100, 110 119)와 상기 하측반응조(12, 22, 101, 111, 120)의 내부는 관통되어 연결되어 있고, 외부는 상기 유니온(6, 17, 94, 106, 116)에 의해 결합되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 초고속 고액분리 시스템(76)은 기수 담수화 장치에서 직렬 또는 병렬 연결로 1개 내지 100개를 사용할 수 있으나 이에 제한되지 않으며, 처리수의 용량에 따라 100개 이상도 사용될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 촉매모듈(3, 8, 18, 19, 96, 108, 40)은 (i) 백금(Pt), 니켈(Ni), 철(Fe), 크롬이 도금된 납(Pb), 탄소(C)로 구성된 불용성 금속 그룹에서 선택되는 하나 이상의 금속으로 제작되며, 전자가 공급되는, 두께 0.5~2mm의 촉매판(131); (ii) 상기 촉매판(71)을 고정하며, 전기를 공급하는 분리가이드(72); (iii) 상기 분리가이드(72)에 전원을 공급하며, 탈부착이 가능한 분리판(74); (iv) 상기 분리가이드(72)와 연결되어 촉매판(71)에 전기를 공급하는 제1접촉단자(75); 및 (v) 상기 분리판(74)과 연결되어 분리가이드(72)에 전기를 공급하는 제2접촉단자(73)의 구성을 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 촉매판(71)은 백금(Pt), 니켈(Ni), 철(Fe), 크롬이 도금된 납(Pb), 탄소(C)로 구성된 불용성 금속 그룹에서 선택되는 하나 이상의 금속으로 제작되는 것이 바람직하다. 상기 촉매판을 불용성 금속으로 사용하였을 때, 전극의 산화 또는 환원으로 인한 손상이 없고, 알루미늄이온은 응집제를 통해 공급할 수 있어, 전극의 교체 없이 연속적으로 부유물을 제거할 수 있다. 상기 촉매판(71)의 두께는 0.5 mm 내지 2 mm 일 수 있다. 두께가 0.5 mm 이하인 경우, 전극이 빠른 유체의 흐름 등에 의해 손상될 수 있으며, 2 mm 이상으로 적용할 경우, 공정 효율 대비 운영 비용이 높아질 수 있다. 공정 조건에 따라 0.5 mm 내지 2 mm의 두께의 범위에서 전극을 제작하여 운영가능하다.
또한 상기 촉매모듈(3, 8, 18, 19, 96, 108, 40)을 통해 유체에 공급되는 전압과 전류는 작업환경과 유입되는 하수처리장 방류수의 농도에 따라 적절하게 선택 가능하지만, 바람직하게는 전압은 2V 내지 50V이며, 전류는 0.1A 내지 10.0A로 사용할 수 있다. 이 범위보다 낮은 전압과 전류를 공급하는 경우, 부유물과 응집제가 잘 응집이 되지 않을 수 있으며, 이 범위보다 높은 전압과 전류를 공급하는 경우 내부에서 부유물 및 응집제 등이 전극 주위에서 탈 수 있어 회수 과정에 문제가 생길 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 미세버블혼합장치(73)에 중력 또는 압력을 이용하여 응집제를 공급하는 공급수단(75)을 추가로 구비하는 것이 바람직하지만 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 상기 공급수단(75)은 펌프일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 한외 여과 필터는 여화효율에 따라 다양한 형상을 가지는 필터를 사용가능 하지만, 바람직하게는 중공사막필터를 사용할 수 있다.
본 발명의 용어 하수처리장 방류수는 하수처리장에서 처리되어 외부로 방류되는 처리수를 말하는 것으로, 일반적으로 환경기준치에는 적합한 농도를 가지지만, 그대로 재이용수 혹은 생활용수로 사용하기는 부적합하다. 따라서 이러한 하수처리장 방류수를 재처리하여 재이용수로 사용가능하도록 하는 것이 본 발명의 목적일 수 있다.
본 발명의 다른 관점에서, (a) 하수처리장 방류수를 초고속 고액분리 시스템(76)에서 전기적으로 처리하여 응집 및 부유를 유발시키고, 미세버블 함유 부유물과 처리수를 분리하는 단계; (b) 전처리 필터를 이용하여 처리수의 부유물을 2차로 제거하는 단계; 및 (c) 역삼투압 장치를 이용하여 염분농축수와 담수를 분리하는 단계를 포함하는, 상기 장치를 이용한 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계 이전; (i) 고형물 제거장치(71)를 통해 하수처리장 방류수의 고형물을 제거하는 단계; (ii) 미세버블발생장치(72)를 통해 하수처리장 방류수에 미세버블을 생성하는 단계; 및 (iii) 미세버블혼합장치(73)에서 상기 미세버블 함유 하수처리장 방류수와 응집제를 혼합하여 초고속 고액분리 시스템으로 공급하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 (i)단계는 전기적으로 처리하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기(a) 단계는 상기 하수처리장 방류수를 초고속 고액분리 시스템(76)에서 체류에 의한 부유물 부상을 통해 부유물을 제거하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 (a)단계에서 분리된 부유물을 필터링하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 과정은 다음과 같다. 상기 고형물 제거장치(71)를 통해 고형물이 제거된 하수처리장 방류수가 미세버블발생장치(72)의 모터에 의해 유입로(53)에 유입되고, 상기 장치 내부에 장착된 임펠러(52)의 회전에 의해 유입수가 펌프몸체(51)에서 고속으로 회전되어, 기체흡입구(60)에서 공급되는 공기와 함께 혼합되며 마이크로버블이 발생한다. 그리고, 버블이 발생된 유입수는 버블자켓(54) 내부로 유입되어, 버블자켓(54)에서의 공기의 내부 압력 1 kg/cm2 내지 4kg/cm2 과 에어댐퍼(58)와 배플(Baffle)(56)의 구조를 통하여 마이크로버블이 생성된 유입수와 공기가 고속으로 회전하면서 혼합되어 유입수에 미세버블이 생성된다.
상기 과정을 통해 미세버블이 함유된 처리수는 유체유입구(31)를 통하여 미세버블혼합장치(73)에 유입되고, 미세버블혼합장치(73)의 혼합조(34)에서 상기 혼합수단(37)를 통해 응집제와 혼합된다. 추가적으로 미세버블혼합장치(73) 내부에 장착된 촉매모듈(40)을 통해 전기가 공급될 수 있으며, 응집제와 혼합된 유입수에 전기적 응집이 일어날 수 있다.
상기 과정을 통해 응집제와 혼합된 처리수가 초고속 고액분리 시스템(76)에 유입되면서, 초고속 고액분리 시스템(76) 내부에 장착된 촉매모듈(8)을 통해 처리수에서 전기적 응집과 부유가 일어나며, 부유물이 응집된 물질이 처리모듈 상층으로 떠오르게 되며, 초고속 고액분리 시스템(76) 내로 흘러오는 계속되는 처리수 유입으로 오버플로우(Overflow)되어, 초고속 고액분리 시스템(76)의 상부캡(10)에 부유물이 응집된 오염수가 저장되며, 부유물 등의 응집물질이 제거된 염분을 함유하는 물은 초고속 고액분리 시스템(76)의 하측반응조(12)에 설치된 제2배출로(7)를 통해 배출된다.
저장된 오염수가 제1배출로(1)를 통해 배출된 뒤, 분리수단(77)으로 이송되게 된다. 이송된 오염수는 상기 분리수단(77)을 통해 부유물이 포함된 오염물질들과 물로 분리된다.
제 2배출로를 통해 배출된 염분을 함유하는 물은 전처리 필터에 의하여 한번 더 분리되며 이후 역삼투압 장치를 이용하여 농축수와 배출수로 분리된다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
1: 제1배출로 2: 내부관
3: 제1촉매모듈 4: 유입로
5: 사이클론 6: 유니온
7: 제2배출로 8: 제2촉매모듈
9: 드레인 10: 상부캡
11: 상측반응조 12: 하측반응조
13: 하부캡 14: 배출로
15: 상측반응조 16: 유입로
17: 유니온 18: 상부촉매모듈
19: 하부촉매모듈 20: 드레인
21: 상부캡 22: 하측반응조
23: 하부캡 31: 유체유입구
32: 약품유입구 33: 배플
34: 혼합조 35: 커버
36: 배출로 37: 혼합수단
38: 모터 39: 전기반응조
40: 촉매모듈 41: 유입로
42: 회전축 51: 펌프몸체
52: 임펠러 53: 유입로
54: 버블자켓 55: 토출관
56: 배플 57: 배출구
58: 에어댐퍼 59: 에어밴트
60: 기체흡입구 61: 회전축
71: 고형물제거장치 72: 미세버블발생장치
73: 미세버블혼합장치 74: 약품조
75: 공급수단 76: 초고속 고액분리 시스템
77: 분리수단 91: 제1배출로
92: 내부관 93: 유입로
94: 유니온 95: 미세버블가이드
96: 촉매모듈 97: 드레인
98: 상부캡 99: 제2배출로
100: 상측반응조 101: 하측반응조
102: 하부캡 103: 상부캡
104: 제1배출로 105: 유입로
106: 유니온 107: 제2배출로
108: 촉매모듈 109: 드레인
110: 상측반응조 111: 하측반응조
112: 하부캡 113: 상부캡
114: 제1배출로 115: 유입로
116: 유니온 117: 제2배출로
118: 드레인 119: 상측반응조
120: 하측반응조 121: 하부캡
131: 촉매판 132: 분리가이드
133: 제2접촉단자 134: 분리판
135: 제1접촉단자 200: 한외 여과 필터
300 : 역삼투압 필터

Claims (12)

  1. (a) 하수처리장 방류수의 고형물을 1차적으로 제거하는 고형물제거장치(71);
    (b) 상기 고형물 제거장치에서 처리된 유입수에 미세버블을 생성하는 미세버블발생장치(72); 및
    (c) 상기 미세버블이 발생된 유입수에 응집제를 혼합하여 초고속 고액 분리 시스템으로 공급하는 미세버블혼합장치(73);
    (d) 하수처리장 방류수를 전기적으로 처리하여, 응집 및 부유를 유발시키고, 미세버블 함유 부유물과 1차 처리수를 분리하는 초고속 고액분리 시스템(76);
    (e) 상기 (d)단계에서 배출되는 1차 처리수를 부유물과 2차 처리수로 분리하는 한외 여과 필터(200); 및
    (f) 상기 2차 처리수를 농축수와 배출수로 분리하는 역삼투압 장치(300);를 구비하는 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 장치에 있어서,
    상기 초고속 고액분리 시스템(76)은
    (A)유입된 유체의 물질이 부유되어 분리되는 상측반응조(11);
    상기 상측반응조(11)의 중단부분과 연결되며, 유체가 유입되는 유입로(4);
    상기 상측반응조(11)의 상단부분과 결합되는 상부캡(10);
    상기 상부캡(10)의 하단면을 관통하여 연결되는 제1배출로(1);
    상기 상측반응조(11) 내부에 설치되는 내부관(2);
    상기 내부관(2)의 안쪽에 설치되는 제1촉매모듈(3);
    상기 제1촉매모듈(3) 하단에 장착되는 사이클론(5);
    상기 상측반응조(11) 하단부분과 연결되는 하측반응조(12);
    상기 하측반응조(12) 내부에 설치되는 제2촉매모듈(8);
    상기 하측반응조(12)의 중단면을 관통하여 결합된 제2배출로(7); 및
    상기 하측반응조(12)의 하단에 결합되는 하부캡(13)을 구비하는 복합모듈;
    (B) 유입된 유체의 물질이 부유되어 분리되는 상측반응조(15);
    상기 상측반응조(15)의 중단부분과 연결되며, 유체가 유입되는 유입로(16);
    상기 상측반응조(15)의 상단부분과 결합되는 상부캡(21);
    상기 상부캡(21)의 하단면을 관통하여 연결되는 배출로(14);
    상기 상측반응조(15) 하단부분과 연결되는 하측반응조(22);
    상기 하측반응조(22)의 안쪽에 설치되는 상부촉매모듈(18) 및 하부촉매모듈(19); 및
    상기 하측반응조(22)의 하단에 결합되는 하부캡(23)을 구비하는 고농도모듈;
    (C) 유입된 유체의 물질이 부유되어 분리되는 상측반응조(100);
    상기 상측반응조(100)의 중단부분과 연결되며, 유체가 유입되는 유입로(93);
    상기 상측반응조(100)의 상단부분과 결합되는 상부캡(98);
    상기 상부캡(98)의 하단면을 관통하여 연결되는 제1배출로(91);
    상기 상측반응조(100) 내부에 설치되는 내부관(92);
    상기 내부관(92)의 일측과 연결되는 제2배출로(99);
    상기 내부관(92) 하단에 설치되는 원뿔형 미세버블가이드(95);
    상기 상측반응조(100) 하단부분과 연결되는 하측반응조(101);
    상기 하측반응조(101) 내부에 설치되는 촉매모듈(96); 및
    상기 하측반응조(101)의 하단에 결합되는 하부캡(102)을 구비하는 이중관모듈;
    (D) 유입된 유체의 물질이 부유되어 분리되는 상측반응조(110);
    상기 상측반응조(110)의 중단부분과 연결되며, 유체가 유입되는 유입로(105);
    상기 상측반응조(110)의 상단부분과 결합되는 상부캡(103);
    상기 상부캡(103)의 하단면을 관통하여 연결되는 제1배출로(104);
    상기 상측반응조(110)의 하단부분과 연결되는 하측반응조(111);
    상기 하측반응조(111) 내부에 설치되는 촉매모듈(108);
    상기 하측반응조(111)의 중단면을 관통하여 결합된 제2배출로(107); 및
    상기 하측반응조(111)의 하단에 결합되는 하부캡(112)을 구비하는 저농도모듈; 및
    (E) 유입된 유체의 물질이 부유되어 분리되는 상측반응조(119);
    상기 상측반응조(119)의 중단부분과 연결되며, 유체가 유입되는 유입로(115);
    상기 상측반응조(119)의 상단부분과 결합되는 상부캡(113);
    상기 상부캡(113)의 하단면을 관통하여 연결되는 제1배출로(114);
    상기 상측반응조(119)의 하단부분과 연결되는 하측반응조(120);
    상기 하측반응조(120)의 중단면을 관통하여 결합된 제2배출로(117); 및
    상기 하측반응조(120)의 하단에 결합되는 하부캡(121);을 구비하는 분리모듈;
    로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 조합인 것을 특징으로 하는 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 미세버블발생장치(72)는 다음의 구성을 구비하는 것을 특징으로 하는 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 장치:
    (i) 유체가 유입되는 유입로(53);
    (ii) 상기 유입로(53)의 타측과 연결되는 펌프몸체(51);
    (iii) 상기 유입로(53)의 상부와 연결되는 기체흡입구(60);
    (iv) 상기 펌프몸체(51)의 중심을 관통하여 회전하도록 설치되는 회전축(61);
    (v) 상기 회전축(61)의 일측과 결합되는 임펠러(52);
    (vi) 상기 회전축(61)의 타측과 결합되는 모터(미도시);
    (vii) 상기 펌프몸체(51)의 왼쪽 상단에 결합되는 버블자켓(54);
    (viii) 상기 버블자켓(54)의 상단 안쪽면에 결합되는 배플(56) 및 상기 버블자켓(54)과 상단에 연결되는 에어밴트(59);
    (ix) 상기 버블자켓(54)의 하단 안쪽면에 결합되는 에어댐퍼(58);
    (x) 상기 버블자켓(54)의 중심을 관통하여 연결되는 토출관(55); 및
    (xi) 상기 버블자켓(54)의 일측과 연결되는 배출구(57).
  3. 제1항에 있어서, 미세버블혼합장치(73)는 다음의 구성을 구비하는 것을 특징으로 하는 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 장치:
    (i) 유체와 응집제가 함께 유입되는 유입로(41);
    (ii) 상기 유입로(41)의 상단과 결합되는, 응집제가 유입되는 약품유입구(32);
    (iii) 상기 유입로(41)의 일측과 연결되는, 유체가 유입되는 유체유입구(31);
    (iv) 상기 유입로(41)와 타측과 연결되는, 유입된 유체와 응집제가 혼합되는 혼합조(34);
    (v) 1개 내지 8개의 촉매모듈(40)을 포함하는 전기 반응조(39); 및
    (vi) 상기 혼합조(34)의 하단부에 설치되는 혼합수단(37).
  4. 제3항에 있어서, 상기 미세버블혼합장치(73)는 상기 혼합조(34) 안쪽면의 일측과 타측에 각각 5개씩 결합되어 있는 미세버블이 포함된 유체와 응집제가 혼합되는 것을 돕는 용도의 배플(Baffle)(33); 상기 혼합조(34)의 하단부 중심을 관통하여 회전하도록 설치되는 회전축(42); 상기 회전축(42)의 타측과 결합되는, 상기 혼합조(34) 바깥에 위치하는 모터(38); 상기 전기반응조(39)의 상측에 결합되는 커버(35); 및 상기 전기반응조(39)의 타측과 결합되는 배출구(36)를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 초고속 고액분리 시스템(76)은 상기 상측반응조(11, 15, 100, 110, 119)의 하부와 상기 하측반응조(12, 22, 101, 111, 120)의 상부에 결합되는 유니온(6, 17, 94, 106, 116) 및 상기 하부캡(13, 23, 102, 112, 121)의 하단면을 관통하여 연결되는, 내부 청소 용도의 드레인(9, 20, 97, 109, 118)을 추가로 구비하는 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 상측반응조(11, 15, 100, 110 119)와 상기 하측반응조(12, 22, 101, 111, 120)의 내부는 관통되어 연결되어 있고, 외부는 유니온(6, 17, 94, 106, 116)에 의해 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 촉매모듈(3, 8, 18, 19, 96, 108)은 다음의 구성을 구비하는 것을 특징으로 하는 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 장치:
    (i) 백금(Pt), 니켈(Ni), 철(Fe), 크롬이 도금된 납(Pb), 탄소(C)로 구성된 불용성 금속 그룹에서 선택되는 하나 이상의 금속으로 제작되며, 전자가 공급되는, 두께 0.5~2mm의 촉매판(131);
    (ii) 상기 촉매판(131)을 고정하며, 전기를 공급하는 분리가이드(132);
    (iii) 상기 분리가이드(132)에 전원을 공급하며, 탈부착이 가능한 분리판(134);
    (iv) 상기 분리가이드(132)와 연결되어 촉매판(131)에 전기를 공급하는 제1접촉단자(135); 및
    (v) 상기 분리판(134)과 연결되어 분리가이드(132)에 전기를 공급하는 제2접촉단자(133).
  8. 다음 단계를 포함하는, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 장치를 이용하는 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 방법:
    (a) 하수처리장 방류수를 초고속 고액분리 시스템(76)에서 전기적으로 처리하여 응집 및 부유를 유발시키고, 미세버블 함유 부유물과 처리수를 분리하는 단계;
    (b) 한외 여과 필터를 이용하여 처리수의 부유물을 2차로 제거하는 단계; 및
    (c) 역삼투압 장치를 이용하여 농축수와 배출수를 분리하는 단계.
  9. 제 8항에 있어서 상기 (a) 단계이전;
    (i) 고형물 제거장치(71)를 통해 하수처리장 방류수의 고형물을 제거하는 단계;
    (ii) 미세버블발생장치(72)를 통해 하수처리장 방류수에 미세버블을 생성하는 단계; 및
    (iii) 미세버블혼합장치(73)에서 상기 미세버블 함유 하수처리장 방류수와 응집제를 혼합하여 초고속 고액분리 시스템으로 공급하는 단계;
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 (iii)단계는 전기적으로 처리하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 (a)단계는 상기 하수처리장 방류수를 초고속 고액분리 시스템(76)에서 체류에 의한 부유물 부상을 통해 부유물을 제거하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 방법.
  12. 제3항에 있어서, 상기 촉매모듈(40)은 다음의 구성을 구비하는 것을 특징으로 하는 하수처리장 방류수를 재이용수로 전환하는 장치:
    (i) 백금(Pt), 니켈(Ni), 철(Fe), 크롬이 도금된 납(Pb), 탄소(C)로 구성된 불용성 금속 그룹에서 선택되는 하나 이상의 금속으로 제작되며, 전자가 공급되는, 두께 0.5~2mm의 촉매판(131);
    (ii) 상기 촉매판(131)을 고정하며, 전기를 공급하는 분리가이드(132);
    (iii) 상기 분리가이드(132)에 전원을 공급하며, 탈부착이 가능한 분리판(134);
    (iv) 상기 분리가이드(132)와 연결되어 촉매판(131)에 전기를 공급하는 제1접촉단자(135); 및
    (v) 상기 분리판(134)과 연결되어 분리가이드(132)에 전기를 공급하는 제2접촉단자(133).
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