KR101745837B1 - 생물학적 처리 장치용 무동력 교반기 - Google Patents

생물학적 처리 장치용 무동력 교반기 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 생물학적 처리 장치에 사용되는 무동력 교반기로서, 무산소조(200) 또는 호기조(300)에 구비되어, 외부에서 제공되는 동력 없이, 무산소조(200) 또는 호기조(300)에 공급되는 원수의 수력에 의해 교반력을 제공한다. 본 발명에 의하여 추가적인 외부 동력을 사용하지 않고도 반응조의 내용물을 효과적으로 교반할 수 있어 경제적이다.

Description

생물학적 처리 장치용 무동력 교반기{A powerless mixer for a biological treatment apparatus}
본 발명은 하폐수 처리를 위한 생물학적 처리 장치에 사용될 수 있는 무동력 교반기에 관한 것이다.
일반적으로 하수와 폐수를 대상 원수로 적용하는 생물학적 처리 공정은 하폐수조, 호기조, 탈기조 및 침전조의 공정으로 이루어지며, 선택적으로 무산소조나 혐기조를 더 포함할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 생물학적 처리 장치로서, 무산소조를 포함하는 장치를 도시한다.
하폐수조(10)는 피처리수인 하폐수를 원수로서 저류하며, 저류된 원수는 펌프(P1)와 원수 유로(11)에 의해 무산소조(20)로 공급된다.
무산소조(20)는 원수 유로(11)에 의해 공급된 원수를 교반하며 1차 처리한다.
침전조(50)에서 생성된 슬러지 중 잉여 슬러지는 외부로 배출되고 반송 슬러지는 펌프(P2) 및 반송(recycle) 라인을 통해 무산소조(20)로 반송되어 미생물의 기질(substrate) 즉, 먹이로 사용된다.
호기조(30)는 제 1 호기조(30a) 및 제 2 호기조(30b)와 같이 다수 개 구비될 수 있으며, 무산소조(20)에서 공급된 원수를 2차 처리한다. 이 때, 컴프레서(60)에서 호기조(30) 내로 공기를 공급하여 DO(Dissolved Oxygen, 용존산소농도)를 높인다.
탈기조(40)는 호기조(30)에서 공급된 원수에 함유된 잔류 기포를 제거하여 침전조의 침강성을 높인다.
침전조(50)는 탈기조(40)에서 공급된 원수를 고체와 액체를 중력 침전시켜 분리한다. 침전물 즉, 슬러지는 반송 라인으로 배출되어 무산소조(20)로 반송 슬러지가 공급되거나 또는 잉여 슬러지가 처리 공정 밖으로 폐기 및 처분된다. 처리수는 배출 라인(59)로 배출되어 외부로 최종 배출된다.
무산소조(20) 및 호기조(30)에는 미생물들의 대상 원수와의 접촉 반응을 돕기 위한 교반기(26, 36a, 36b)가 설치되는데, 이는 교반 모터(25, 35a, 35b)에 의해 작동된다.
언급한 바와 같이, 생물학적 처리 장치는 컴프레서(60), 다수의 펌프(P1, P2) 및 다수의 교반 모터(25, 35a, 35b)를 포함하여, 장치 운영을 위한 많은 전력이 필요하기에 운영비용이 높다.
또한, 다수의 펌프(P1, P2)는 많은 동력을 필요로 하는데 원수 또는 슬러지의 이송 기능만 수행하여 에너지 측면에서 비효율적이며, 많은 운영비용을 필요로 한다.
이와 관련된 특허문헌은 다음과 같다.
한국 등록특허공보 제1336988호는 입상 슬러지를 이용한 하폐수 처리장치 및 방법에 관한 것으로, 분리판이 각각 구비된 혐기조, 무산소조, 제 1 포기조, 제 2 포기조를 포함하여 오염물질을 처리할 수 있는 하 폐수처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
한국 등록특허공보 제1494398호는 침지형 분리막을 이용한 하폐수 고도 처리 장치에 관한 것으로, 무산소조, 혐기조, 호기조 및 막분리조를 포함하여 하폐수를 생물학적으로 처리하는 것이다.
두 종래 기술 모두, 펌프는 이송의 기능만 수행하기에, 생물학적 처리 장치의 운영 시 많은 전력을 필요로 한다는 점을 해결하지 못한다.
한국 등록특허공보 제1336988호 한국 등록특허공보 제1494398호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것이다.
종래의 생물학적 처리 장치의 반응조인 무산소조 및 호기조는 미생물과의 반응을 위해 모터, 컴프레서 및 펌프와 같은 다수의 장치가 필요하였고, 이들은 많은 전력을 소모하는 것 대비 단일 기능만 수행하였기에, 효율적이지 못했던 점을 개선하고자 한다.
즉, 이송 기능만 수행하였던 펌프의 동력을 다른 장치를 작동시키기 위한 것으로 활용하고자 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 원수가 공급되는 하폐수조(100); 상기 하폐수조(100)에서 원수 유로(110)를 통해 공급된 원수가 1차 처리되는 무산소조(200); 상기 1차 처리된 원수가 2차 처리되는 호기조(300): 상기 2차 처리된 원수가 탈기 처리되는 탈기조(400); 및 상기 탈기 처리된 원수 중 슬러지가 침전되고 처리수가 생성되는 침전지(500)를 포함하며, 상기 침전지(500)에서 침전된 슬러지 중 일부가 반송 라인(510)을 통해 상기 무산소조(200)로 반송되는 생물학적 처리 장치에 사용되는 무동력 교반기로서, 상기 무동력 교반기는 상기 무산소조(200)에 구비되어, 외부에서 제공되는 동력 없이, 상기 무산소조(200)에 공급되는 원수의 수력에 의해 상기 무산소조(200)에 교반력을 제공하는, 무동력 교반기를 제공한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예는, 원수가 공급되는 하폐수조(100); 상기 하폐수조(100)에서 원수 유로(110)를 통해 공급된 원수가 처리되는 호기조(300): 상기 처리된 원수가 탈기 처리되는 탈기조(400); 및 상기 탈기 처리된 원수 중 슬러지가 침전되고 처리수가 생성되는 침전지(500)를 포함하며, 상기 침전지(500)에서 침전된 슬러지 중 일부가 반송 라인(510)을 통해 상기 호기조(300)로 반송되는, 생물학적 처리 장치에 사용되는 무동력 교반기로서, 상기 무동력 교반기는 상기 호기조(300)에 구비되어, 외부에서 제공되는 동력 없이, 상기 호기조(300)에 공급되는 원수의 수력에 의해 상기 호기조(300)에 교반력을 제공하는, 무동력 교반기를 제공한다.
또한, 상기 무동력 교반기는, 교반기 베이스(281)의 중심부(282)로부터 방사상 연장되는 교반익(283, 284)을 구비함으로써, 상기 원수 유로(110)의 배출측 말단이 상기 무동력 교반기에 인접하게 위치하여 상기 무동력 교반기를 향하여 원수를 하방으로 분사하고, 분사된 원수가 상기 교반익(283, 284)에 닿은 후 와류를 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 반송 라인(510)의 배출측 말단이 상기 무동력 교반기에 인접하게 위치하여 상기 무동력 교반기를 향하여 슬러지를 하방으로 분사하고, 분사된 슬러지는 상기 분사된 원수와 함께 상기 교반익(283, 284)에 닿은 후 와류를 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 교반익(283, 284)은 상기 교반기 베이스(281)의 중심부(282)로부터 나선형으로 방사상 연장되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 교반익(283, 284)에 의하여 상기 무동력 교반기(280)가 회전하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 교반익(283, 284)은 제 1 교반익(283) 및 제 2 교반익(284)을 포함하고, 상기 제 1 교반익(283)은 상기 중심부(282)로부터 방사상 외측방향으로 높이가 낮아지고 다시 높아지는 형태이며, 상기 제 2 교반익(284)은 상기 중심부(282)로부터 방사상 외측방향으로 높이가 낮아지는 형태인 것이 바람직하다.
또한, 상기 반송 라인(510)에는 외기가 유입되는 마이크로 버블 생성기(511)가 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 호기조(300)는 제 1 호기조(300a) 및 제 2 호기조(300b)를 포함하고, 상기 반송 라인(510)을 통해 슬러지가 반송되는 호기조는 제 1 호기조(300a)이고, 상기 제 2 호기조(300b)에는 다른 무동력 교반기 및 내부 순환 라인이 구비되고, 상기 내부 순환 라인의 유입측 말단에 수중 펌프(320)가 구비되고, 상기 내부 순환 라인에 외기가 유입되는 마이크로 버블 생성기(321)가 구비되며, 그리고 상기 내부 순환 라인의 배출측 말단이 상기 다른 무동력 교반기에 인접하게 위치하여 상기 다른 무동력 교반기를 향하여 상기 제 2 호기조(300b) 내에서 처리 중인 원수를 내부 순환시켜 하방으로 분사하고, 상기 하방으로 분사된 원수가 와류를 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하여 외부 동력을 사용하지 않고도 반응조의 내용물을 효과적으로 교반할 수 있어 경제적이다.
예를 들어, 종래에 이송시키는 기능만 수행한 뒤 버려지는 펌프의 동력을 반응조 내부를 교반시키기 위한 무동력 교반기에 적극 사용하여, 다수의 모터를 생략할 수 있게 된다.
이로 인해, 전력 사용량이 감소되어 운영 효율이 개선됨은 물론 초기 설비 투자 비용이 절약된다.
또한, 상이한 형태의 교반익을 다수 개 구비하여, 상이한 형태의 와류를 형성하게 되어 효과적인 교반을 수행할 수 있게 된다.
또한, 기존 외부에 설치되는 장치들 중 일부는 생략하고 일부는 내부에 설치하여 생물학적 처리 장치의 전체적인 규모가 축소되어 상대적으로 좁은 넓이의 부지에도 설치가 가능하다.
도 1은, 종래의 교반기 등을 구비한 생물학적 처리 장치의 개략도이다.
도 2는, 본 발명에 따른 무동력 교반기를 포함하는 생물학적 처리 장치의 제 1 실시예의 개략도이다.
도 3a는, 본 발명에 따른 무동력 교반기의 사시도이다.
도 3b는, 본 발명에 따른 무동력 교반기의 단면도로서, 도 3a의 A-A'에 따른 단면도이다.
도 4는, 본 발명에 따른 무동력 교반기를 포함하는 생물학적 처리 장치의 제 2 실시예의 개략도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 무동력 교반기와 이를 포함하는 생물학적 처리 장치를 상세히 설명한다. 여기에서, 본 발명을 이루는 구성요소들은 필요에 따라 일체형으로 사용되거나 각각 분리되어 사용될 수 있다. 또한, 사용 형태에 따라 일부 구성요소를 생략하여 사용 가능하다. 본 발명의 형태 및 구성요소의 개수에 있어서도 다양한 변형이 가능하다.
여기서, "하폐수"는 하수 또는 폐수를 의미하며 피처리수이다. 처리수가 되는 공정까지 전달되는 과정에서 일부 처리가 이루어지는데, 이를 원수로 통칭한다. 한편, 각 공정 별로 전 공정에서 이송된 공정수 역시 해당 공정에서의 "원수"로 지칭한다.
여기서, "호기조"는 DO(dissolved oxygen)가 약 1.0mg/l 이상인 조(tank)를 의미한다. 또한, "무산소조"는 호기조의 반대 개념으로서, DO가 1.0mg/l 미만인 조를 의미하며 빈산소 상태의 반응조를 포함하는 개념이다.
제 1 실시예
도 2를 참조하여 본 발명에 따른 무동력 교반기가 구비된 생물학적 처리 장치의 제 1 실시예를 설명한다.
제 1 실시예는 무산소조(200)를 포함하는 생물학적 처리 장치이다.
제 1 실시예에 따른 생물학적 처리 장치는 하폐수조(100), 무산소조(200), 호기조(300), 탈기조(400) 및 침전조(500)를 포함한다.
하폐수조(100)는 피처리수인 하폐수를 원수로서 공급받아 저류한다.
하폐수조(100)는 원수를 무산소조(200)로 공급할 수 있는 원수 유로(110)를 포함한다.
원수 유로(110)는 유입측 말단이 하폐수조(100)에 위치하고 연장되어 배출측 말단이 무산소조(200)의 내측 하부에 위치한다.
원수 유로(110)에는 펌프(P1)가 구비되어, 펌프(P1)에 의해 하폐수조(100)의 원수가 무산소조(200)로 공급된다.
무산소조(200)는 하폐수조(100)의 원수를 공급받아 1차 처리하며, 무동력 교반기(280)를 포함한다.
무동력 교반기(280)는 교반기 베이스(281)의 중심부(282)로부터 방사상 연장되는 교반익(283, 284)을 구비한다.
무동력 교반기(280)에 원수 유로(110)의 배출측 말단이 인접하게 위치한다. 펌프(P1)에 의해 무산소조(200)로 공급되는 원수는 높은 수압으로 무동력 교반기(280)에 직접 분사되며, 교반익(283, 284)에 닿은 원수는 다양한 와류를 형성하며 상승함으로써 교반을 수행한다.
다른 예에서는, 원수 유로(110)에서 높은 수압으로 분사되는 원수에 의해 교반익(283, 284)이 움직여서 무동력 교반기(280)가 회전할 수도 있다.
이때에도, 교반익(283, 284)에 닿은 원수는 와류를 형성하며 상승하게 된다.
상세한 내용은 후술한다.
호기조(300)는 무산소조(200)에서 1차 처리된 원수를 공급받아 2차 처리한다.
제 1 실시예에서는 호기조(300)가 제 1 호기조(300a) 및 제 2 호기조(300b) 두 개의 조로 예시되어있으나, 호기조(300)의 개수는 하나이거나 그 이상일 수도 있다.
무동력 교반기(380)는 전술한 무동력 교반기(280)와 동일하다.
호기조(300) 내에 교반을 위한 내부 순환 라인이 구비되며, 여기에 수중 펌프(320) 및 마이크로 버블 생성기(321)가 구비된다.
수중 펌프(320)는 호기조(300b)내에서 처리중인 원수를 펌핑한다.
마이크로 버블 생성기(321)는 내부 순환 라인에 외기를 유입시켜 마이크로 버블을 생성할 수 있다.
내부 순환 라인의 배출측 말단은 무동력 교반기(380)에 인접하게 위치하여 무동력 교반기(380)를 향하게 되며, 원수 및 마이크로 버블이 하방으로 분사된다.
이후, 원수 및 마이크로 버블이 교반익(283, 284)에 의해 다양한 와류를 형성하며 상승하게 된다.
탈기조(400)는 호기조(300)에서 2차 처리된 원수를 공급받아 원수에 함유된 잔류 기포를 제거하여 침강성을 높인다.
탈기조(400)는 탈기 처리를 위한 수중펌프 장치, 초음파 장치, 탈기 약품 투입 장치 등을 하나 이상 포함할 수 있다.
침전지(500)는 탈기조(400)에서 탈기 처리된 원수를 공급받아 처리하여, 슬러지가 침전되고 그 외 상등액은 처리수로 생성된다.
침전지(500)에서 침전된 슬러지 중 일부는 반송 슬러지로서 반송 라인(510)을 통해 무산소조(200)로 반송되고 다른 일부는 잉여 슬러지로서 외부로 배출되어 폐기 및 처분된다.
반송 라인(510)의 유입측 말단에는 슬러지 반송을 위한 수중 펌프(520)가 구비되며, 배출측 말단은 무동력 교반기(280)에 인접하게 위치한다.
이로 인해, 반송 라인(510)에서 하방으로 분사되는 슬러지는 하폐수조(100)에서 유입되는 원수와 함께 무동력 교반기(280)를 향하게 된다.
반송 라인(510)에서 분사된 슬러지는 원수 유로(110)에서 분사된 원수와 함께 교반익(283, 284)에 닿은 후 다양한 와류를 형성하며 상승하게 된다.
제 2 실시예
도 4를 참조하여 본 발명에 따른 무동력 교반기가 구비된 생물학적 처리 장치의 제 2 실시예를 설명한다.
제 2 실시예는 무산소조(200)가 포함되지 않는 생물학적 처리 장치로서, 하폐수조(100), 호기조(300), 탈기조(400) 및 침전조(500)를 포함한다.
제 1 실시예와 동일한 구성의 설명은 생략한다.
하폐수조(100)는 펌프(P1)에 의해 원수를 호기조(300)로 공급하며, 원수 유로(110)를 포함한다.
호기조(300)는 하폐수조(100)의 원수를 공급받아 처리하며, 제 1 호기조(300a) 및 제 2 호기조(300b)를 포함한다.
제 1 호기조(300a)는 무동력 교반기(380)를 포함한다.
무동력 교반기(380)는 원수 유로(110)의 배출측 말단과 인접하게 위치하며, 전술한 제 1 실시예에 따른 생물학적 처리 장치의 무동력 교반기(280)와 동일한 것이다.
원수 유로(110)에서 배출되는 원수는 무동력 교반기(380)를 향하여 분사되고, 분사된 원수는 교반익에 닿은 후 다양한 와류를 형성하며 상승한다.
제 2 호기조(300b) 및 탈기조(400)는 제 1 실시예와 동일하다.
침전지(500) 역시 탈기조(400)에서 탈기 처리된 원수를 공급받아 처리하는 것은 동일하되, 슬러지 중 일부는 반송 라인(510)을 통해 제 1 호기조(300a)로 반송되고 다른 일부는 처리 공정 밖으로 배출되어 폐기 및 처분된다.
무동력 교반기의 설명
도 3a 및 3b를 참조하여, 무산소조(200) 또는 호기조(300)에 구비될 수 있는 무동력 교반기(280, 380)를 상세히 설명한다. 구조가 동일한 바, 무동력 교반기(280)를 중심으로 설명한다.
무동력 교반기(280)는 교반기 베이스(281)의 중심부(282)로부터 각각 상이한 형상으로 방사상 연장되는 다수의 교반익(283, 284)을 구비한다.
교반익(283, 284)은 제 1 교반익(283) 및 제 2 교반익(284)을 포함한다.
제 1 교반익(283) 및 제 2 교반익(284)은 중심부(282)를 기준으로 각각 한 쌍으로 이루어지는 것으로 도시되나, 그 개수에 제한은 없다.
제 1 교반익(283)은 중심부(282)로부터 방사상 외측방향으로 높이가 낮아지고 다시 높아지는 형태이다.
이로 인해, 무산소조(200) 또는 호기조(300)의 벽면을 부딪히며 상승하는 형태의 와류가 생성된다.
제 2 교반익(284)은 중심부(282)로부터 방사상 외측방향으로 높이가 원만히 낮아지는 곡선 형태이다.
이로 인해, 무산소조(200) 또는 호기조(300)의 바닥면을 부딪히며 상승하는 형태의 와류가 생성된다.
제 1 교반익(283)과 제 2 교반익(284)이 다른 형상으로 형성됨으로 인해 각각이 회전됨으로써 생성하는 와류가 복잡해져 반응조 내부의 교반 효율이 극대화된다.
이상, 본 명세서에는 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 본 발명의 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10, 100: 하폐수조
11, 110: 원수 유로
P1: 유로 펌프
20, 200: 무산소조
25, 35a, 35b: 교반모터
26, 36a, 36b: 교반기
30, 300: 호기조
30a, 300a: 제 1 호기조
30b, 300b: 제 2 호기조
40, 400: 탈기조
50, 500: 침전지
51, 510: 반송 라인
59: 처리수 배출 라인
60: 컴프레서
280, 380: 무동력 교반기
281: 교반기 베이스
282: 중심부
283: 제 1 교반익
284: 제 2 교반익
320, 520: 수중 펌프
321, 511: 마이크로 버블 생성기

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 원수가 공급되는 하폐수조(100);
    상기 하폐수조(100)에서 원수 유로(110)를 통해 공급된 원수가 처리되는 호기조(300):
    상기 처리된 원수가 탈기 처리되는 탈기조(400); 및
    상기 탈기 처리된 원수 중 슬러지가 침전되고 처리수가 생성되는 침전지(500)를 포함하며,
    상기 침전지(500)에서 침전된 슬러지 중 일부가 반송 라인(510)을 통해 상기 호기조(300)로 반송되는, 생물학적 처리 장치에 사용되는 무동력 교반기로서,
    상기 무동력 교반기는 상기 호기조(300)에 구비되어, 외부에서 제공되는 동력 없이, 상기 호기조(300)에 공급되는 원수의 수력에 의해 상기 호기조(300)에 교반력을 제공하며,
    상기 호기조(300)는 제 1 호기조(300a) 및 제 2 호기조(300b)를 포함하고,
    상기 반송 라인(510)을 통해 슬러지가 반송되는 호기조는 제 1 호기조(300a)이고,
    상기 제 2 호기조(300b)에는 다른 무동력 교반기 및 내부 순환 라인이 구비되고,
    상기 내부 순환 라인의 유입측 말단에 수중 펌프(320)가 구비되고,
    상기 내부 순환 라인에 외기가 유입되는 마이크로 버블 생성기(321)가 구비되며, 그리고
    상기 내부 순환 라인의 배출측 말단이 상기 다른 무동력 교반기에 인접하게 위치하여 상기 다른 무동력 교반기를 향하여 상기 제 2 호기조(300b) 내에서 처리 중인 원수를 내부 순환시켜 하방으로 분사하고, 상기 하방으로 분사된 원수가 와류를 형성하는,
    무동력 교반기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 무동력 교반기는, 교반기 베이스(281)의 중심부(282)로부터 방사상 연장되는 교반익(283, 284)을 구비함으로써,
    상기 원수 유로(110)의 배출측 말단이 상기 무동력 교반기에 인접하게 위치하여 상기 무동력 교반기를 향하여 원수를 하방으로 분사하고, 분사된 원수가 상기 교반익(283, 284)에 닿은 후 와류를 형성하는,
    무동력 교반기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 반송 라인(510)의 배출측 말단이 상기 무동력 교반기에 인접하게 위치하여 상기 무동력 교반기를 향하여 슬러지를 하방으로 분사하고, 분사된 슬러지는 상기 분사된 원수와 함께 상기 교반익(283, 284)에 닿은 후 와류를 형성하는,
    무동력 교반기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 교반익(283, 284)은 상기 교반기 베이스(281)의 중심부(282)로부터 나선형으로 방사상 연장되는,
    무동력 교반기.
  6. 제 3 항에 있어서,
    분사되는 상기 원수에 의해 상기 교반익(283, 284)이 움직여서 회전되는,
    무동력 교반기.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 교반익(283, 284)은 제 1 교반익(283) 및 제 2 교반익(284)을 포함하고,
    상기 제 1 교반익(283)은 상기 중심부(282)로부터 방사상 외측방향으로 높이가 낮아지고 다시 높아지는 형태이며,
    상기 제 2 교반익(284)은 상기 중심부(282)로부터 방사상 외측방향으로 높이가 낮아지는 형태인,
    무동력 교반기.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 반송 라인(510)에는 외기가 유입되는 마이크로 버블 생성기(511)가 구비되는,
    무동력 교반기.
  9. 삭제
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