KR101739419B1 - 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지중에 매설되고, 외부로부터 공급된 침출수를 정화시켜 배출하며, 내부에 침출수의 이동 경로를 설정하는 복수개의 격벽으로 구획된 복수개의 챔버가 형성되는 복수개의 질산화조; 상기 질산화조의 챔버 저면에 적어도 하나 이상 배치되어 회전하면서 침출수를 섞어주는 교반기; 지상에서 상기 질산화조의 상부에 설치되어 질산화조를 차양하도록 배치되고, 상기 질산화조의 침출수가 흐르는 방향을 따라서 전방에 배치되는 제1챔버 침출수와 열교환된 냉매가 공기열에 의해 열교환되는 제1히트펌프 내지 제3히트펌프; 상기 제1히트펌프 내지 제3히트펌프와 나란히 배치되어 상기 질산화조의 침출수가 흐르는 방향을 따라서 후방에 배치되는 제2챔버 침출수와 열교환된 냉매가 공기열에 의해 열교환되는 제4히트펌프 내지 제6히트펌프; 상기 제1히트펌프 내지 제3히트펌프와 연결되고, 상기 제1챔버 내부에 배치되어 침출수와 열교환하는 제1열교환부; 상기 제4히트펌프 내지 제6히트펌프와 연결되고, 상기 제2챔버 내부에 배치되어 침출수와 열교환하는 제2열교환부; 상기 제1열교환부의 냉매를 순환시키는 제1순환펌프; 상기 제2열교환부의 냉매를 순환시키는 제2순환펌프; 상기 제1순환펌프와 제2순환펌프 사이에 개재되어 상기 제1순환펌프 또는 제2순환펌프에 대응하여 임시 가동할 수 있는 예비 순환펌프; 상기 제1히트펌프 내지 제6히트펌프 중 어느 한 쌍의 히트펌프 사이에 연결되어 열교환된 냉매를 상기 제1챔버 또는 제2챔버에 선택적으로 공급하는 3방밸브; 상기 3방밸브 상에 구비되어 상기 3방밸브로 유입되는 냉매의 온도 또는 압력을 감지하는 센서부; 상기 제1히트펌프 내지 제6히트펌프와 제1순환펌프 및 제2순환펌프를 제어하여 상기 질산화조 내부의 침출수 온도를 설정 범위로 제어하는 제어부 및 상기 제1순환펌프 또는 제2순환펌프를 통하여 공급되는 열교환된 냉매의 온도 상승에 따른 압력을 보상할 수 있도록 마련된 팽창탱크를 포함하고, 상기 제어부는 상기 센서부의 데이터를 전달받아 상기 질산화조의 온도가 설정온도에 이르면 상기 제1히트펌프와 제2히트펌프를 정지시키거나, 상기 제1히트펌프 또는 제2히트펌프를 선택적으로 운전하도록 제어하며, 상기 제1순환펌프 또는 제2순환펌프가 먼저 가동하고 설정시간이 흐른 뒤 상기 제1히트펌프 또는 제2히트펌프가 가동하도록 제어하고, 상기 질산화조는 각 상기 챔버의 상부에 외부와 연통하는 개구부가 형성되고, 상기 개구부를 선택적으로 개폐하는 복수개의 환기도어를 포함하는 것을 특징으로 하는 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템을 제공한다.

Description

침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템{Constant temperature system of leachate or sewage treatment plant}

본 발명은 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템에 관한 것으로서, 하수에 포함되는 이물질을 침식시키고, 유기물질을 흡착 또는 분해하고, 유기물질을 제거함과 동시에 잉여 슬러지를 침강시켜 혼탁한 물을 맑은 물로 정화하는 침출수 처리장장의 온도를 일정하게 유지시키는 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템에 관한 것이다.

일반적으로 우리가 사용한 물은 찌꺼기와 같은 이물질과 함께 배수설비를 통해 오수로 배출된다. 배출된 오수는 하수관거를 통하여 하수처리장으로 집수된다.

하수처리장에서 실시하는 하수 처리과정에는 크게 수처리 과정과, 오니 처리과정으로 분류된다.

여기서 수처리 과정은 침사지에서 모래나 쓰레기를 걸러내는데, 오수 밑에 가라앉은 물질은 침전시키고, 오수 위에 떠오른 오염 물질을 제거한다.

그리고 침사지에서 공급된 오수는 유량 조정조에서 균등하게 혼합되어 생물반응조로 배출된다.

생물반응조, 즉 질산화조는 미생물을 공급하여 유기물질을 분해하는 역할을 한다. 이때 질산화조에 공급되기 전 최초 침전지에서 오염물질을 침전시켜 제거하는 과정을 거치기도 한다.

이후 미생물에 의한 분해가 완료되면 최종 침전지로 집수되어 미생물에 의해 분해된 슬러지 덩어리들을 침전시켜 맑은 물을 얻게 되는데, 이때 최종 침전지를 통과한 맑은 물은 소독조에서 마지막으로 소독 과정을 거쳐 하천으로 방류하는 과정을 거치게 된다.

또한 오니 처리과정은 질산화조에서 미생물에 의해 분해과정을 거친 침전물과 미생물이 섞이는데 이것이 바로 오니 또는 활성 슬러지로써, 수처리 과정에서 발생되어 가라앉았던 슬러지들을 농축조로 공급하여 농축조에서 혐기성 소화조, 탈수과정을 거쳐 최종 처리가 된다.

그러나 이러한 하수 처리과정에서 질산화조에 공급된 미생물은 설정 온도범위에서 가장 활발한 분해 또는 번식활동을 하게 되는데, 질산화조의 온도가 일정하게 설정된 범위의 정온을 유지하지 못하기 때문에 미생물의 활동이 활발히 이루어지지 않거나, 또는 설정 온도범위를 벗어나 높거나 낮은 온도로 인해 미생물이 몰사하여 유기물질의 분해가 완전히 이루어지지 않는 문제점이 지적되고 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 질산화조에서 미생물들이 활발하게 분해 또는 번식활동을 할 수 있도록 질산화조의 온도를 설정된 범위의 정온으로 일정하게 유지시킬 수 있는 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 수행하기 위한 본 발명은 지중에 매설되고, 외부로부터 공급된 침출수를 정화시켜 배출하며, 내부에 침출수의 이동 경로를 설정하는 복수개의 격벽으로 구획된 복수개의 챔버가 형성되는 복수개의 질산화조; 상기 질산화조의 챔버 저면에 적어도 하나 이상 배치되어 회전하면서 침출수를 섞어주는 교반기; 지상에서 상기 질산화조의 상부에 설치되어 질산화조를 차양하도록 배치되고, 상기 질산화조의 침출수가 흐르는 방향을 따라서 전방에 배치되는 제1챔버 침출수와 열교환된 냉매가 공기열에 의해 열교환되는 제1히트펌프 내지 제3히트펌프; 상기 제1히트펌프 내지 제3히트펌프와 나란히 배치되어 상기 질산화조의 침출수가 흐르는 방향을 따라서 후방에 배치되는 제2챔버 침출수와 열교환된 냉매가 공기열에 의해 열교환되는 제4히트펌프 내지 제6히트펌프; 상기 제1히트펌프 내지 제3히트펌프와 연결되고, 상기 제1챔버 내부에 배치되어 침출수와 열교환하는 제1열교환부; 상기 제4히트펌프 내지 제6히트펌프와 연결되고, 상기 제2챔버 내부에 배치되어 침출수와 열교환하는 제2열교환부; 상기 제1열교환부의 냉매를 순환시키는 제1순환펌프; 상기 제2열교환부의 냉매를 순환시키는 제2순환펌프; 상기 제1순환펌프와 제2순환펌프 사이에 개재되어 상기 제1순환펌프 또는 제2순환펌프에 대응하여 임시 가동할 수 있는 예비 순환펌프; 상기 제1히트펌프 내지 제6히트펌프 중 어느 한 쌍의 히트펌프 사이에 연결되어 열교환된 냉매를 상기 제1챔버 또는 제2챔버에 선택적으로 공급하는 3방밸브; 상기 3방밸브 상에 구비되어 상기 3방밸브로 유입되는 냉매의 온도 또는 압력을 감지하는 센서부; 상기 제1히트펌프 내지 제6히트펌프와 제1순환펌프 및 제2순환펌프를 제어하여 상기 질산화조 내부의 침출수 온도를 설정 범위로 제어하는 제어부 및 상기 제1순환펌프 또는 제2순환펌프를 통하여 공급되는 열교환된 냉매의 온도 상승에 따른 압력을 보상할 수 있도록 마련된 팽창탱크를 포함하고, 상기 제어부는 상기 센서부의 데이터를 전달받아 상기 질산화조의 온도가 설정온도에 이르면 상기 제1히트펌프와 제2히트펌프를 정지시키거나, 상기 제1히트펌프 또는 제2히트펌프를 선택적으로 운전하도록 제어하며, 상기 제1순환펌프 또는 제2순환펌프가 먼저 가동하고 설정시간이 흐른 뒤 상기 제1히트펌프 또는 제2히트펌프가 가동하도록 제어하고, 상기 질산화조는 각 상기 챔버의 상부에 외부와 연통하는 개구부가 형성되고, 상기 개구부를 선택적으로 개폐하는 복수개의 환기도어를 포함하는 것을 특징으로 하는 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템을 제공한다.

상기 3방밸브는 상기 제4히트펌프에 연결되고, 상기 제1챔버의 침출수 온도가 설정 온도보다 높은 경우 열교환된 냉매의 공급 경로를 상기 제2챔버에서 상기 제1챔버로 공급하도록 스위칭할 수 있다.

상기 제어부는 상기 제1챔버에서 제2챔버 방향으로 침출수가 이동하되, 상기 센서부의 온도 데이터를 근거로 상기 제1챔버 내부의 온도가 설정온도 이상으로 올라가는 경우, 상기 3방밸브를 개폐하여 상기 제4히트펌프에서 열교환된 냉매를 상기 제1챔버로 공급하도록 제어할 수 있다.

본 발명에 따른 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템에 따르면,

첫째, 히트펌프를 구비하여 질산화조의 침출수 온도를 설정 온도범위로 일정하게 유지할 수 있고,

둘째, 복수의 히트펌프를 이용하여 일제히 또는 선택적으로 운전하여 효율을 증대시킬 수 있으며,

셋째, 지중에 매설된 질산화조의 상측에 히트펌프를 설치하여 차양이 가능하기 때문에 질산화조 내부의 온도를 효율적으로 낮출 수 있고,

넷째, 예비 순환펌프를 구비하여 비상 상황에서도 질산화조의 설정 온도범위로 유지가 가능하며,

다섯째, 공기열원, 지열원, 수열원 등을 선택적으로 이용하여 열교환 하기 때문에 열교환 효율이 증대되는 효과가 있고,

여섯째, 각 질산화조의 상부에 형성된 개구부를 선택적으로 차폐할 수 있기 때문에 히트펌프를 이용한 온도조절 기능과 더불어 질산화조 내부를 환기시킴으로써 온도 조절이 용이하며,

일곱째, 복수의 히트펌프를 이용하여 각 챔버 마다 열교환 공정을 유지하면서 열교환이 더 필요한 챔버에 3방밸브를 통하여 선택적으로 추가적인 부분제어를 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템이 침출수 처리장에 설치된 위치를 도시하는 참고도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템의 구성을 평면에서 도시하는 배관상세도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템의 구성을 평면에서 도시하는 평면도이다.
도 4는 도 2에 나타낸 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템의 구성을 정면에서 도시하는 계통도이다.
도 5는 도 2에 나타낸 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템의 질산화조 내부를 도시하는 배관 평면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 질산화조의 단면을 도시하는 배관 상세도이다.
도 7은 도 6에 도시된 질산화조의 일부 단면을 도시하는 배관 상세도이다.
도 8은 도 7에 도시된 교반기를 확대하여 도시하는 부분 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템의 구성을 도시하는 평면도이다.
도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템의 구성을 도시하는 평면도이다.
도 11은 도 1에 나타낸 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템의 개구부를 개폐하는 환기도어를 도시하는 참고도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 도면번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템이 침출수 처리장에 설치된 위치를 도시하는 참고도이다.

도 1을 참조하면, 침출수 처리장(1)은 침사지(10), 유량 조정조(20), 혼합 조정조(30), 질산화조(110), 침전조(40), 농축조(50), 펜톤 산화(Fenton Oxidation)(60) 또는 역삼투압(Reverse Osmosis) 처리조(70), 탈수조(80) 등의 고도처리공정을 위한 구성을 포함한다.

침출수 처리에는 1차적으로 오염부하를 균질화하는 유량조정공정과 탈질/질산화 및 침전으로 오염물질을 제거하는 2차처리 공정과, 2차처리 후 추가 처리로 수질을 개선하는 3차 화학응집 공정으로 구성된다.

2차 처리공정은 대표적으로 무산소(탈질)-호기(질산화)공법이 있으며, 유기물, 질소를 제거하는 공법이다. 활성슬러지 공법에 비해 유기물, 질소 제거율이 높은 특징이 있다.

또한, 유기물, 질소를 제거하는 미생물이 잘 성장할 수 있는 환경을 하나의 생물반응조에 조합하는 공법도 적용된다.

또한 무산소조, 호기조, 침전지를 하나의 반응조에서 순서대로 운전하는 SBR계열과, 미생물이 번식하기 좋은 담체(스폰지)를 하수 중에 주입하여 처리하는 담체계열과, 오염물질을 걸러내는 막을 이용하여 처리하는 MBR계열과, 하수처리에 우수한 미생물을 선별적으로 배양하여 처리하는 특수미생물 계열 등의 고도처리공법 등이 적용될 수 있다.

여기서 상기 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템(100)은 2차 처리공정의 질산화조(Aeration tank)(110) 영역에 설치되며, 상기 질산화조(110)에 공급된 침출수를 설정 온도범위로 유지하는 기능을 제공한다. 또한 이러한 침출수뿐만 아니라 공장이나 일반 거주지에서 발생하는 오폐수의 처리장에서도 적용 가능함은 물론이다.

도 2는 도 1에 나타낸 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템(100)의 구성을 평면에서 도시하는 배관상세도이고, 도 3은 도 2에 나타낸 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템(100)의 구성을 평면에서 도시하는 평면도이며, 도 4는 도 2에 나타낸 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템(100)의 구성을 정면에서 도시하는 계통도이고, 도 5는 도 2에 나타낸 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템(100)의 질산화조 내부를 도시하는 배관 평면도이며, 도 6은 도 5에 도시된 질산화조의 단면을 도시하는 배관 상세도이고, 도 7은 도 5에 도시된 질산화조의 일부 단면을 도시하는 배관 상세도이며, 도 8은 도 7에 도시된 교반기를 확대하여 도시하는 부분 단면도이다.

도 2 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템(100)은 지중에 매설되어 침출수가 내부에 저장되는 질산화조(110)와, 지상에서 상기 질산화조(110)의 상부에 설치되는 제1히트펌프(120) 내지 제6히트펌프(132)와, 상기 제1히트펌프(120) 내지 제3히트펌프(122)와 연결되는 제1열교환부(140) 및 상기 제4히트펌프(130) 내지 제6히트펌프(132)와 연결되는 제2열교환부(150)와, 상기 제1열교환부(140)와 연결되는 제1순환펌프(160) 및 상기 제2열교환부(150)와 연결되는 제2순환펌프(170)와, 상기 질산화조(110) 내부의 침출수 온도가 설정 온도범위를 유지하도록 제어하는 제어부(180)를 포함한다.

상기 질산화조(110)는 유기물질을 분해하는 미생물이 공급된다. 이때 미생물이 활발하게 활동할 수 있는 환경을 조성하기 위해서 상기 질산화조(110) 내부의 온도, 즉 침출수의 온도는 설정된 범위를 유지하도록 제어해야 한다.

이를 위해서 상기 질산화조(110) 내부에는 침출수와 열교환이 이루어지는 제1열교환부(140) 및 제2열교환부(150)가 배치된다. 여기서 상기 질산화조(110)는 복수개의 격벽(111)으로 구획되어 복수개의 챔버(112)가 칸칸이 형성된다. 상기 챔버(112)들은 각각 하나의 질산화조(110) 내부에서 침출수의 이동이 가능하도록 일부 개방되되, 침출수가 자연적으로 섞이면서 상기 제1열교환부(140) 및 제2열교환부(150)와 간섭되게 흐르도록 형성된다.

상기 제1열교환부(140)는 제1챔버(112a) 내부에 배치되고, 상기 제2열교환부(150)는 제2챔버(112b) 내부에 배치된다. 이때 상기 제1챔버(112a)와 제2챔버(112b)는 반드시 인접하게 배치되지 않고, 침출수의 정화 규모 또는 질산화조의 규모에 따라서 열교환이 원활히 이루어지는 범위에서 서로 이격되어 배치될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 제1챔버(112a)와 제2챔버(112b)가 다른 챔버 하나를 사이에 두고 이격되도록 배치된 것을 일 예로 설명한다. 또한 대용량의 열교환이 필요한 경우 선택적으로 또는 모든 챔버에 열교환부를 배치할 수 있음은 물론이다.

상기 질산화조(110) 내부에는 각 챔버에 대응하여 침출수를 섞어주는 교반기(115)가 마련된다. 상기 교반기(115)는 각 챔버 내부의 침출수를 회전시켜, 챔버들 내부에서 침출수가 균일한 농도를 유지할 수 있도록 하고, 미생물 또한 균일하게 분포되도록 하며, 침출수의 수위별로 온도차가 발생하지 않도록 하는 기능을 제공한다.

또한 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 질산화조(110) 내부에는 외부로부터 공기를 상기 교반기(115) 주변으로 공급하는 에어 블로워 유닛(116)을 구비한다. 상기 에어 블로워 유닛(116)은 외부에서 상기 교반기 주변으로 공기를 유입시키는 공기유로(116a)와, 상기 공기유로(116a)를 통하여 외부 공기를 강제로 상기 질산화조(110) 내부에 공급시키는 컴프레셔(미도시) 및 상기 공기유로(116a)의 단부에 구비되어 상기 교반기(115) 방향으로 공기를 배출하는 노즐(116b)이 구비된다. 따라서 상기 교반기(115)가 회전하여 상기 질산화조(110) 내부의 침출수를 섞으면서 상기 공기유로(116a)로부터 공급된 외부 공기가 동시에 침출수와 섞여서 교반이 이루어지기 때문에 침출수에 공기가 섞이면서 소정의 온도를 낮출 수 있고, 또한 미생물이 활발히 활동할 수 있는 산소의 공이 이루어지는 효과가 있다.

그리고 상기 교반기(115)는 상기 질산화조 내부 저면에 고정되는 하우징(115a)과, 상기 하우징(115a) 내부에서 회전하여 침출수를 섞어주는 프로펠러(115b)와, 상기 프로펠러(115b)를 구동시키는 구동모터(115c)를 포함한다. 상기 하우징(115a)은 상기 질산화조의 저면에 위치한 침출수를 프로펠러(115b)의 회전력에 의해 상부방향으로 끌어올릴 수 있도록 수직방향으로 내부가 관통된다. 상기 하우징(115a)의 외주면에는 상기 교반기(115)가 질산화조(110) 내부에 설치될 때 상기 공기유로(116a)를 통하여 하강 방향을 안내받는 가이드 암(115d)이 구비된다. 따라서 상기 질산화조(110)의 깊이가 깊은 곳에 교반기(115)를 설치할 때, 먼저 설치된 공기유로(116a)를 통하여 안내되므로 보다 정확한 위치에 상기 교반기(115)를 위치시키고 고정할 수 있는 효과가 있다.

상기 프로펠러(115b)가 회전하게 되면 회전력으로 인해 압력차가 발생하게 되고, 이때 침출수는 압력차에 의해 이동하면서 교반(攪拌)작업이 이루어진다. 게다가 상기 에어 블로워 유닛(116)을 통해 상기 프로펠러(115b) 하측에 공급되는 공기가 침출수와 함께 섞이면서 교반된다. 상기 프로펠러(115b)는 침출수의 농도 또는 점도에 따라서 큰 압력에서 회전할 수 있는 로터 방식(미도시)으로 적용할 수도 있다.

상기 제1열교환부(140)는 내부에 액체의 냉매가 유입되고, 일 단부가 제1순환펌프(160)에 연결되고, 타 단부가 상기 제1히트펌프(120) 내지 제3히트펌프(122)와 연결된다. 따라서 상기 제1순환펌프(160)는 상기 제1열교환부(140)를 통하여 상기 제1챔버(112a) 내부 고온의 침출수와 열교환된 냉매를 상기 제1히트펌프(120) 내지 제3히트펌프(122)로 공급하여 공기열로 냉각이 이루어지게 된다.

그리고 상기 제2열교환부(150)는 내부에 액체의 냉매가 유입되고, 일 단부가 제2순환펌프(170)에 연결되고, 타 단부가 상기 제4히트펌프(130) 내지 제6히트펌프(132)와 연결된다. 따라서 상기 제2순환펌프(170)는 상기 제2열교환부(150)를 통하여 상기 제1챔버(112b) 내부 고온의 침출수와 열교환된 냉매를 상기 제4히트펌프(130) 내지 제6히트펌프(132)로 공급하여 공기열로 냉각이 이루어지게 된다.

이때 상기 제1순환펌프(160)와 제2순환펌프(170)는 각각 상기 제1히트펌프(120) 내지 제6히트펌프(132)를 연결하는 라인 상에 3방밸브(190)가 마련된다. 따라서 상기 3방밸브(190)는 상기 제1히트펌프(120) 내지 상기 제6히트펌프(132) 중 어느 한 쌍의 히트펌프를 선택적으로 연결한다. 보다 바람직하게는 상기 제4히트펌프(130)에 상기 3방밸브(190)가 구비된다. 그리고 상기 3방밸브(190)는 상기 제4히트펌프(130)가 평상 시 상기 제2챔버(112b) 내부의 상기 제2열교환부(150)와 연결되도록 작동하고, 비상 시 선택적으로 상기 제1챔버(112a) 내부의 상기 제1열교환부(140)와 연결되도록 작동한다. 이때 상기 제4히트펌프(130)가 상기 제1열교환부(140)와 연결된 상태에서도 상기 제5히트펌프(131) 및 제6히트펌프(132)는 상기 제2열교환부(150)와 지속적으로 열교환을 수행할 수 있는 부분제어가 가능하다. 물론 상기 제1히트펌프(120) 내지 제3히트펌프(122)는 상시 상기 제1열교환부(140)와 연결되어 열교환을 수행한다. 따라서 침출수의 이동방향에 따라서 전방에 배치되는 상기 제1챔버(112a)는 상기 제2챔버(112b)에 비하여 침출수의 온도가 높게 유지되는데, 상기 제1챔버(112a) 내부 침출수의 온도가 설정온도 이상으로 올라가거나 상기 제1챔버(112a) 내부 침출수의 온도를 급격하게 낮춰야하는 경우 상기 3방밸브(190)를 개폐하여 상기 제4히트펌프(130)가 상기 제1열교환부(140)와 연결되도록 할 수 있다.

따라서 제1히트펌프(120) 내지 제6히트펌프(132)를 효율적으로 가동하여 상기 질산화조 내부의 침출수 온도를 약 35~42℃ 범위의 정온(定溫)으로 유지하도록 제어할 수 있다.

이는 침출수 분해를 위해서 공급되는 미생물이 상기 온도 범위에서 가장 활발하게 활동할 수 있기 때문이다.

침출수의 수온상승으로 인한 문제 발생 시 최적 운전조건 변경 등 상황에 대한 즉각적인 조치로 수질기준 초과 문제는 발생하지 않았으나, 지속적인 방치는 안정적 공정운영의 저해요인으로 작용할 수 있다.

또한 하절기 질산화조(110)의 내부 온도 상승으로 인해 주기적으로 발생하는 생물공정 효율저하 문제를 해결하기 위해 적정온도로 수온을 저감시켜주거나 수온을 일정하게 유지함으로써 침출수의 효율적 처리 및 처리수질 개선에 기여할 수 있다.

그리고 상기 제1순환펌프(160) 또는 제2순환펌프(170)가 운전할 수 없는 상황을 고려하여 예비 순환펌프(165)가 마련된다. 예컨대 상기 제1순환펌프(160)가 고장나는 경우, 상기 예비 순환펌프(165)가 상기 제1히트펌프(120) 내지 제3히트펌프(122)와 연결되어 냉매를 순환시킬 수 있도록 할 수 있다.

또한 상기 정온시스템(100)은 상기 제1순환펌프(160) 또는 제2순환펌프(170)를 통해 공급되는 냉매의 온도 상승에 따른 압력을 보상하는 팽창탱크(175)를 구비한다. 이때 상기 팽창탱크(175)는 상기 제1순환펌프(160) 또는 제2순환펌프(170)의 선택적인 구동에 대응하기 위해 복수개가 마련되는 것이 바람직하다.

상기 히트펌프들은 압축-응축-팽창-증발의 과정을 거치는 냉동사이클로 구성된다. 하절기에는 침출수의 온도를 낮추기 위해 압축기에 항상 저온기체(공기)가 투입된다. 이 공기는 고압고온의 기체가 된 후, 사방변을 통해 실외기(응축기)로 보내진다. 실외기를 통해 유입되는 공기는 하절기를 가정으로 약 25℃ 정도 이상의 공기 보다 압축된 기체가 더 고온이므로, 두 공기간의 열교환이 이루어진다. 이렇게 간접방식으로 열교환이 이루어지면 상대적으로 차가운 공기는 데워져서 고온의 공기로 유출되고, 반대로 압축기를 통한 고압고온의 기체는 차가운 공기와 열교환되어 식혀진 액체로 액화된다. 이 액체가 팽창변을 지나면 기화되어 차가운 기체가 되고 이 기체가 실내기를 통해 유입된 더운 공기를 열교환하여 차갑게 식으면, 팽창변을 지난 기체는 반대로 약간 온도가 상승된 기체로 다시 사방변을 통해 압축기로 유입되어 리사이클 되는 과정을 반복하게 된다. 따라서 일련의 사이클이 진행되면서 상기 제1순환펌프(160)를 통해 공급된 냉매와 열교환이 이루어지고 이를 통해 온도가 낮아진 냉매는 상기 제1열교환부(140)로 공급되면서 침출수의 온도를 저감시키게 된다.

반대로 동절기에는 상기 일련의 사이클을 반대로 구동하여 차가운 침출수의 온도를 상기 설정 온도범위를 유지할 수 있도록 가열하게 된다.

상기 제어부(180)는 주변의 온도 또는 냉매의 압력을 감지하는 센서부(125)를 포함한다. 상기 센서부(125)를 통해 제공받은 데이터를 근거로 질산화조(110) 내부의 침출수를 가열하거나 냉각시켜 상기 설정된 온도범위를 유지할 수 있다.

또한 상기 제어부(180)는 상기 제1히트펌프(120) 내지 제6히트펌프(132)의 운전에 무리가 가지 않도록 상기 제1순환펌프(160) 또는 제2순환펌프(170)가 먼저 가동하고 설정된 시간이 흐른 뒤 상기 제1히트펌프(120) 내지 제6히트펌프(132)가 가동하도록 제어한다.

이하에서는 본 발명에 따른 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템(100)의 작동방법에 대해서 설명한다.

먼저 상기 제1순환펌프(160)가 작동하면 설정 시간이 흐른 뒤 상기 제1히트펌프(120) 내지 제3히트펌프(122)가 작동한다. 또한 상기 제2순환펌프(170)가 작동하면 설정 시간이 흐른 뒤 상기 제4히트펌프(130) 내지 제히트펌프(132)가 작동한다. 이때 상기 설정 시간은 약 1~3분 범위를 갖도록 형성된다. 이 설정 시간은 히트펌프들의 가동에 무리를 주지 않도록 작동하는데 기인한다.

이때 상기 3방밸브(190)는 사용자가 수동으로 질산화조를 선택하고, 작동하도록 조절한다. 만약 상기 제1챔버(112a)의 온도가 설정온도 이상 올라가면 상기 3방밸브(190)를 작동하여 상기 제4히트펌프(130)와 제1열교환부(140)가 열교환을 하도록 연결될 수 있다.

그리고 상기 제어부(180)는 히트펌프들의 운전에 따라서 침출수의 유량과 온도를 체크하고, 이들 데이터를 누적하여 모니터링 한다. 또한 질산화조(110) 운전 발열량의 합계를 누적하고 모니터링 한다.

그리고 운전 중에 침출수가 설정된 온도범위를 유지할 수 있도록 지속적으로 센서부(125)로부터 데이터를 제공받으며, 침출수의 가열 또는 냉각을 효율적으로 제공한다. 또한 히트펌프들이 가동 중에는 상기 질산화조 저면에서 교반기(115)가 회전하여 공급된 침출수가 균일한 온도로 형성되도록 하고, 미생물이 전 영역에서 균일한 밀도를 갖도록 섞는다. 그리고 앞서 설명한 바와 같이, 상기 제1챔버(112a) 내부 침출수의 온도가 설정온도 이상으로 올라가는 경우 상기 제어부(180)는 상기 3방밸브(190)를 제어하여 상기 제4히트펌프(130)가 상기 제1열교환부(140)와 연결되어 상기 제1챔버(112a) 내부 침출수의 온도를 상기 제1히트펌프(120) 내지 제3히트펌프(122)와 함께 냉각시키도록 전체 또는 부분 제어를 선택적으로 운용할 수 있다.

운전을 종료하는 경우 상기 제1히트펌프(120) 내지 제3히트펌프(122)가 정지하고 설정 시간이 흐른 뒤 상기 제1순환펌프(160)가 정지하며, 상기 제4히트펌프(130) 내지 제6히트펌프(132)가 정지하고 설정 시간이 흐른 뒤 상기 제2순환펌프(170)가 정지한다. 이때 상기 설정 시간은 약 3~5분 범위를 갖도록 형성된다.

따라서 침출수의 온도가 자동으로 설정된 온도범위를 유지하도록 할 수 있기 때문에 침출수의 분해가 효율적으로 이루어지고, 정화성능이 향상되는 효과를 기대할 수 있다.

도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템의 구성을 도시하는 평면도이다. 이하에서는 전기한 본 발명의 제1실시예와 차이점에 관해서 상세하게 설명한다.

본 발명의 제2실시예에 따른 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템(200)은 지중에 매설되고, 외부로부터 공급된 침출수를 정화시켜 배출하며, 내부에 침출수의 이동 경로를 설정하는 복수개의 격벽으로 구획된 복수개의 챔버(112)가 형성되는 복수개의 질산화조(110)와, 상기 질산화조(110)의 챔버 저면에 적어도 하나 이상 배치되어 침출수를 섞어주는 교반기(115)와, 상기 질산화조(110)의 제1챔버(112a)에 저장된 침출수와 열교환하는 제1열교환부(140)와, 상기 질산화조(110)와 떨어진 지중 또는 수중에 매설되어 지열에 의해 냉매를 열교환 하는 지중 열교환부(250)와, 지상에서 상기 질산화조(110)의 상부를 차양하도록 배치되고, 상기 제1열교환부(140)에서 열교환된 냉매와 상기 지중 열교환부에서 열교환된 냉매를 서로 열교환하는 제1히트펌프(220)와, 상기 제1열교환부(140)의 냉매를 순환시키는 제1순환펌프(260) 및 상기 지중 열교환부(250)의 냉매를 순환시키는 제2순환펌프(270)를 포함하고, 상기 제1히트펌프(220)와 제1순환펌프(260) 및 제2순환펌프(270)를 제어하여 상기 질산화조(110) 내부의 침출수 온도를 설정 범위로 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2실시예에 따른 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템(200)은 지열 또는 수열을 이용한 열교환 방식으로 상기 제1히트펌프(220)는 열교환 매체로 물대 물, 또는 냉매대 냉매를 이용한다. 따라서 부하측의 구조는 동일하고, 열원측의 구조에 차이점이 있다.

상기 제1히트펌프(220)는 지중 열교환부를 통하여 열을 방출한 저온의 제1냉매와, 상기 제1열교환부(140)에서 열교환된 고온의 제2냉매를 열교환하는 기능을 제공한다. 따라서 제1챔버(112a) 내부의 침출수 온도를 설정된 온도로 자동적으로 유지하도록 하는 효과를 제공한다. 이하 질산화조(110)의 부하측 열교환에 따른 구조는 동일하므로 중복 설명은 생략한다. 또한 상기 제1히트펌프(220)와 별도로 다른 챔버와 연동하는 히트펌프(미도시)와 열교환부(미도시)를 구비하여 복수의 열교환 시스템(미도시)을 적용할 수도 있다.

여기서 상기 지중 열교환부(250)는 수직밀폐형, 수평밀폐형, 수직개방형 등의 구조로 설치가 가능하며, 또한 수중에 설치하는 구조도 가능하다.

도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템의 구성을 도시하는 평면도이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템(300)은 지중에 매설되고, 외부로부터 공급된 침출수를 정화시켜 배출하며, 내부에 침출수의 이동 경로를 설정하는 복수개의 격벽으로 구획된 복수개의 챔버(112)가 형성되는 복수개의 질산화조(110)와, 상기 질산화조(110)의 챔버(112) 저면에 적어도 하나 이상 배치되어 침출수를 섞어주는 교반기(115)와, 상기 질산화조(110)의 제1챔버(112a)에 저장된 침출수와 열교환하는 제1열교환부(140)와, 상기 제1열교환부(140)에서 열교환된 제1냉매를 열원으로 하여 냉방 또는 난방을 공급하는 부하측 열교환부(330)와, 지상에서 상기 질산화조(110)의 상부를 차양하도록 배치되고, 상기 제1열교환부(140)에서 열교환된 제1냉매와 상기 부하측 열교환부(330)에서 열교환된 제2냉매를 서로 열교환시키는 제1히트펌프(320)와, 상기 제1열교환부(140)의 제1냉매를 순환시키는 제1순환펌프(360) 및 상기 부하측 열교환부(330)의 제2냉매를 순환시키는 제2순환펌프(370)를 포함하고, 상기 제1히트펌프(320)와 제1순환펌프(360) 및 제2순환펌프(370)를 제어하여 상기 질산화조(110) 내부의 침출수 온도를 설정 범위로 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제3실시예에 따른 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템(300)은 냉난방에 따른 부하측의 열교환 방식에 차이점이 있고, 반대로 질산화조(110) 내부에서 열교환된 제1냉매를 구동하는 방식은 구조상 동일한 구성을 가진다.

여기서 부하측의 열교환 방식은 냉난방이 필요한 옥내 실내에 냉방 또는 난방을 실시하여, 실내공기와 열교환을 거친 제2냉매가 상기 제1히트펌프(320)와 열교환 하도록 공급된다.

또한 제1냉매는 상기 제1챔버(112a) 내부에 배치된 제1열교환부(140)에서 순환하면서 침출수와 열교환하여 상기 제1히트펌프(320)로 공급된다.

여기서 상기 제1열교환부(140), 제1히트펌프(320), 제1순환펌프(360)는 질산화조(110)의 열교환 성능에 따라서 본 발명의 제1실시예와 같이 복수개가 마련될 수 있다.

도 11은 도 1에 나타낸 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템의 개구부를 개폐하는 환기도어를 도시하는 참고도이다.

상기 질산화조는 각 상기 챔버의 상부에 외부와 연통하는 개구부가 형성되고, 상기 개구부를 선택적으로 개폐하는 환기도어(1101, 1102, 1103)를 포함한다. 상기 환기도어(1101, 1102, 1103)는 열의 이동에 따른 자연법칙을 이용하여 질산화조 내부의 온도를 조절하는 기능을 제공한다.

도 11(a)의 환기도어(1101)는 개구부를 슬라이딩 방식 또는 미닫이 방식으로 여닫는 구조로 형성된다. 슬라이딩 방식은 전동기와 연동하는 체인 또는 벨트구동으로 구현될 수 있으며, 유공압기를 이용할 수도 있다. 슬라이딩 방식은 질산화조 내부 온도와 외기 온도를 고려하여 개폐정도를 조절할 수 있기 때문에 대류에 의한 공기순환에 따라 방열의 정도를 제어할 수 있는 효과가 있다. 또한 복수개의 개구부(도 1 참조, 110a) 중 설정된 패턴에 따라서 부분적으로 개폐를 제어할 수 있다.

도 11(b)의 환기도어(1102)는 개구부를 여닫이 방식으로 개폐하는 구조로 형성된다. 여닫이 방식은 유공압 제어방식 또는 링크절을 이용한 회절방식으로 구현될 수 있다. 여닫이 방식은 상기 환기도어가 개방되는 방향의 햇빛을 차양할 수 있는 효가가 있다. 따라서 상기 환기도어의 개방 방향은 태양의 이동경로에 따라서 변경될 수 있다. 예컨대 태양의 남중고도가 정 남쪽에 형성되는 지역은 상기 환기도어의 개방 방향 역시 남향으로 개방되도록 설치되어, 태양의 복사열이 직접적으로 질산화조 내부에 유입되는 것을 방지함으로써 방열 성능을 보다 효과적으로 제공할 수 있다.

도 11(c)의 환기도어(1103)는 개구부를 틸트방식으로 개폐하는 구조로 형성된다. 틸트방식은 도 11(a)의 환기도어(1101)와, 도 11(b)의 환기도어(1102) 특징을 모두 접목한 구조로써, 개방 정도를 조절할 수 있고, 또한 개방 방향에 따라서 차양이 가능한 효과가 있다. 또한 구조가 간단하고, 작동영역이 작기 때문에 기존의 개구부에 적용이 간편한 효과가 있다.

이렇게 상기 환기도어(1101, 1102, 1103)는 질산화조의 상부에 복수의 패턴으로 설치되어, 하절기에는 개방하여 질산화조 내부에서 발생되는 열을 신속하고도 효과적으로 배출할 수 있고, 동절기에는 폐쇄하여 내부 온도가 설정온도 이하로 떨어지는 것을 방지할 수 있기 때문에 침출수를 보다 효과적으로 설정된 범위의 정온(定溫)으로 유지할 수 있는 효과가 기대된다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용효과에만 국한되지 않고, 여러 가지 변형된 예가 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 후술하는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 할 것이다.

100, 200, 300 : 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템
110 : 질산화조 111 : 격벽
112 : 챔버 112a : 제1챔버
112b : 제2챔버 115 : 교반기
120, 220, 320 : 제1히트펌프 125 : 센서부
130 : 제2히트펌프 140 : 제1열교환부
150 : 제2열교환부 160, 260, 360 : 제1순환펌프
165 : 예비 순환펌프 170, 270, 370 : 제2순환펌프
175, 275, 365 : 팽창탱크 180 : 제어부
190 : 3방밸브 250 : 지중 열교환부
265 : 제1팽창탱크 275 : 제2팽창탱크
330 : 부하측 열교환부
1101, 1102, 1103 : 환기도어
10 :침사지 20 : 유량 조정조
30 : 혼합 조정조 40 : 침전조
50 : 농축조 60 : 펜톤 산화처리조
70 : 역삼투압 처리조 80 : 탈수조
1 : 침출수 처리장

Claims (3)

1. 침사지, 유량 조정조, 혼합 조정조, 질산화조, 침전조, 농축조, 펜톤 산화 처리조 또는 역삼투압 처리조, 탈수조를 포함하는 침출수 처리장에서 질산화조에 설치되는 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템에 있어서,
   지중에 매설되고, 외부로부터 공급된 침출수를 정화시켜 배출하며, 내부에 침출수의 이동 경로를 설정하는 복수개의 격벽으로 구획된 복수개의 챔버가 형성되는 복수개의 질산화조;
   상기 질산화조의 챔버 저면에 적어도 하나 이상 배치되어 회전하면서 침출수를 섞어주는 교반기;
   지상에서 상기 질산화조의 상부에 설치되어 질산화조를 차양하도록 배치되고, 상기 질산화조의 침출수가 흐르는 방향을 따라서 전방에 배치되는 제1챔버 침출수와 열교환된 냉매가 공기열에 의해 열교환되는 제1히트펌프 내지 제3히트펌프;
   상기 제1히트펌프 내지 제3히트펌프와 나란히 배치되어 상기 질산화조의 침출수가 흐르는 방향을 따라서 후방에 배치되는 제2챔버 침출수와 열교환된 냉매가 공기열에 의해 열교환되는 제4히트펌프 내지 제6히트펌프;
   상기 제1히트펌프 내지 제3히트펌프와 연결되고, 상기 제1챔버 내부에 배치되어 침출수와 열교환하는 제1열교환부;
   상기 제4히트펌프 내지 제6히트펌프와 연결되고, 상기 제2챔버 내부에 배치되어 침출수와 열교환하는 제2열교환부;
   상기 제1열교환부의 냉매를 순환시키는 제1순환펌프;
   상기 제2열교환부의 냉매를 순환시키는 제2순환펌프;
   상기 제1순환펌프와 제2순환펌프 사이에 개재되어 상기 제1순환펌프 또는 제2순환펌프에 대응하여 임시 가동할 수 있는 예비 순환펌프;
   상기 제1히트펌프 내지 제6히트펌프 중 어느 한 쌍의 히트펌프 사이에 연결되어 열교환된 냉매를 상기 제1챔버 또는 제2챔버에 선택적으로 공급하는 3방밸브;
   상기 3방밸브 상에 구비되어 상기 3방밸브로 유입되는 냉매의 온도 또는 압력을 감지하는 센서부;
   상기 제1히트펌프 내지 제6히트펌프와 제1순환펌프 및 제2순환펌프와, 상기 교반기를 제어하여 상기 질산화조 내부의 침출수 온도를 설정 범위로 제어하는 제어부;
   상기 제1순환펌프 또는 제2순환펌프를 통하여 공급되는 열교환된 냉매의 온도 상승에 따른 압력을 보상할 수 있도록 마련된 팽창탱크 및
   외부로부터 공급된 공기를 상기 질산화조 내부의 상기 교반기 주변으로 공급하는 에어 블로워 유닛을 포함하고,
   상기 에어 블로워 유닛은 외부 공기를 상기 교반기 주변에 유입시키는 공기유로와, 상기 공기유로를 통하여 외부 공기를 강제 공급시키는 컴프레셔와, 상기 공기유로 단부에 구비되어 상기 교반기 방향으로 공기를 배출하는 노즐을 포함하고,
   상기 교반기는 상기 질산화조 내부 저면에 고정되고 수직방향으로 내부가 관통되는 하우징과, 상기 하우징 내부에서 회전하여 침출수를 섞어주는 프로펠러와, 상기 프로펠러를 구동시키는 구동모터와, 상기 하우징이 질산화조 내부에 설치될 때 상기 공기유로를 통하여 설치 위치를 안내받을 수 있도록 상기 하우징의 외주면에 구비되는 가이드 암을 포함하며,
   상기 제어부는 상기 센서부의 데이터를 전달받아 상기 질산화조의 온도가 설정온도에 이르면 상기 히트펌프들을 정지시키거나, 상기 제1히트펌프 내지 제6히트펌프 중 적어도 하나를 선택적으로 운전하도록 제어하며, 상기 제1순환펌프 또는 제2순환펌프가 먼저 가동하고 설정시간이 흐른 뒤 상기 히트펌프들이 가동하도록 제어하고,
   상기 질산화조는 각 상기 챔버의 상부에 외부와 연통하는 개구부가 형성되고, 상기 개구부를 선택적으로 개폐하는 복수개의 환기도어를 포함하는 것을 특징으로 하는 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 3방밸브는,
   상기 제4히트펌프에 연결되고, 상기 제1챔버의 침출수 온도가 설정 온도보다 높은 경우 열교환된 냉매의 공급 경로를 상기 제2챔버에서 상기 제1챔버로 공급하도록 스위칭하는 것을 특징으로 하는 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 제1챔버에서 제2챔버 방향으로 침출수가 이동하되, 상기 센서부의 온도 데이터를 근거로 상기 제1챔버 내부의 온도가 설정온도 이상으로 올라가는 경우, 상기 3방밸브를 개폐하여 상기 제4히트펌프에서 열교환된 냉매를 상기 제1챔버로 공급하도록 부분적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 침출수 및 오폐수 처리장의 정온시스템.

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