KR101779487B1 - 생물학적 수처리 장치 - Google Patents

Abstract

생물학적 반응조; 공기로부터 산소를 분리하여 산소용해기로 공급하는 산소발생기; 산소발생기로부터 산소를 공급받고, 유체를 공급받아 유체에 산소를 용해시켜 산소가 용해된 유체를 제조하고, 혼합기로 공급하는 산소용해기; 및 산소용해기로부터 산소가 용해된 유체를 공급받아 생물학적 반응조로 공급하고, 생물학적 반응조에서 산소가 용해된 유체의 교반을 유도하는 혼합기;를 포함하는 생물학적 수처리 장치가 제공된다. 이에 의하여, 본 발명의 생물학적 수처리 장치는 축산폐수 등을 미생물을 이용하여 생물학적으로 정화하여 유기물을 분해하고 인 및 칼륨 등 무기물 성분만이 잔존하도록 하여 액체비료의 제조에 활용할 수 있도록 하고, 산소용해기를 도입하여 산소의 용해 효율을 향상시키고, 산소의 사용량을 절감할 수 있으며, 반응조의 교반 동력을 절감하여 운영비용을 절감하는 효과가 있다.

Description

생물학적 수처리 장치{BIOLOGICAL APPARATUS FOR TREATING WASTE WATER}

본 발명은 수처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 축산폐수, 생활폐수, 농업용폐수 등을 미생물을 이용하여 생물학적으로 정화하여 유기물을 분해하고 인 및 칼륨 등 무기물 성분만이 잔존하도록 하여 액체비료의 제조에 활용할 수 있도록 하는 수처리 장치에 관한 것이며, 폐수와 산소를 미리 혼합하여 산소를 용해시키는 산소용해기를 도입하고, 산소의 용해 효율을 향상시키고, 산소의 사용량을 절감할 수 있으며, 반응조의 교반 동력을 절감하여 운영비용을 절감할 수 있는 생물학적 수처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로 수처리는 수중의 오염된 물질을 미생물 또는 화학적인 산화, 환원반응에 의하여 유기물을 분해하고, 처리되지 않은 잔류물질을 분리하는 과정을 의미한다. 이와 같은 수처리 기술은 생물학적 처리방식이 대부분이며 비교적 처리비용이 저렴하다.

이와 같은 생물학적 수처리는 다량의 미생물 즉, MLSS(Mixed Liquor Suspended Solid)을 축산폐수 등의 오폐수와 접촉시킴으로써 유기물을 분해하는 방식이며, 이때, 반응조의 미생물에 산소를 공급하기 위하여 반응조의 하부로부터 산소를 직접 공급하는 산기 방식을 이용하고 있는 실정이다.

이와 같은 산기 방식을 사용하게 되면 산소방울이 크게 형성되어 대부분이 대기 중으로 손실되고, 실제로 폐수에 용해되어 미생물에 공급될 수 있는 산소는 10% 이하로 효율이 매우 떨어지는 문제점이 있었다. 이에 따라, 유기물 분해를 위한 미생물에 필요한 산소를 공급하기 위하여 산소발생기의 용량이 매우 커야 했으며, 이와 같은 산소발생기를 가동하는 에너지 또한 많아야 하므로 이에 사용되는 공정 비용이 매우 높았다. 또한, 반응조 내의 폐수와 미생물의 충분한 교반을 위하여 교반을 위한 동력도 많은 에너지가 소모되는 문제점이 있었다.

공개특허공보 제10-2010-0100508호 등록특허공보 제10-0639296호

본 발명의 목적은 축산폐수, 생활폐수, 농업용폐수 등을 미생물을 이용하여 생물학적으로 정화하여 유기물을 분해하고 인 및 칼륨 등 무기물 성분만이 잔존하도록 하여 액체비료의 제조에 활용할 수 있도록 하는 수처리 장치를 제공하고, 이와 같은 수처리 장치에 폐수와 산소를 미리 혼합하여 산소를 용해시키는 산소용해기를 도입하여 산소의 용해 효율을 향상시키고, 산소의 사용량을 절감할 수 있으며, 반응조의 교반 동력을 절감하여 운영비용을 절감하도록 하는 데 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 생물학적 반응조; 공기로부터 산소를 분리하여 산소용해기로 공급하는 산소발생기; 상기 산소발생기로부터 산소를 공급받고, 유체를 공급받아 상기 유체에 산소를 용해시켜 산소가 용해된 유체를 제조하고, 혼합기로 공급하는 산소용해기; 및 상기 산소용해기로부터 상기 산소가 용해된 유체를 공급받아 상기 생물학적 반응조로 공급하고, 상기 반응조에서 상기 산소가 용해된 유체의 교반을 유도하는 혼합기;를 포함하는 생물학적 수처리 장치가 제공된다.

상기 산소발생기가 상기 공기로부터 질소를 제거함으로써 산소가 90부피% 이상 포함된 공기를 제조하는 것일 수 있다.

상기 산소용해기가 원통형의 본체를 포함하고, 상기 본체는 중심으로부터 순차적으로 위치하는 원통형의 제1 내부 파이프; 상기 제1 내부 파이프의 외부를 둘러싸고 유로의 단면이 고리형인 제2 내부 파이프; 및 상기 제2 내부 파이프의 외부를 둘러싸고 유로의 단면이 고리형인 외부 파이프;를 포함하는 것일 수 있다.

상기 산소용해기가, 상기 본체의 하부와 연결되고, 상기 산소 및 상기 유체가 유입되는 유입구가 형성된 하부커버; 및 상기 본체의 상부와 연결되고, 상기 산소가 용해된 유체가 유출되는 유출구가 형성된 상부커버;를 포함하는 것일 수 있다.

상기 산소용해기가, 상기 본체의 내부 및 말단에 상기 본체의 횡단면에 평행하고, 상기 파이프들의 유로에 대응하는 위치에 소정의 간격으로 형성된 홀(hole)을 포함하는 복수의 다공 정류판을 포함하는 것일 수 있다.

상기 복수의 다공 정류판이 상기 본체와 상기 하부커버의 연결부에 위치하는 제1 다공 정류판; 상기 본체와 상기 상부커버의 연결부에 위치하는 제2 다공 정류판; 및 상기 본체의 내부에 위치하는 제3 다공 정류판;을 포함할 수 있다.

상기 제1 다공 정류판이 상기 외부 파이프의 유로에 대응하는 위치에 복수의 제3 홀들이 형성되고, 상기 제1 및 제2 내부 파이프의 유로에 대응하는 위치는 밀폐된 구조일 수 있다.

상기 제2 다공 정류판이 상기 제1 내부 파이프의 유로에 대응하는 중앙에 제1 홀이 형성되고, 상기 제2 내부 파이프의 유로에 대응하는 위치에 제2 홀이 형성되고, 상기 외부 파이프의 유로에 대응하는 위치에 제3 홀이 형성되는 것일 수 있다.

상기 제3 다공 정류판이 복수 개이고, 상기 제1 내부 파이프의 유로에 대응하는 중앙에 제1 홀이 형성되고, 상기 제2 내부 파이프의 유로에 대응하는 위치에 제2 홀이 형성되고, 상기 외부 파이프의 유로에 대응하는 위치에 제3 홀이 형성되는 것일 수 있다.

상기 제2 홀 및 제3 홀이 복수로 형성되고, 제2 내부 파이프 또는 외부 파이프의 유로에 대응하는 위치를 따라 일정한 간격으로 형성될 수 있다.

제2 다공 정류판의 상기 제3 홀이 상기 제2 홀보다 직경이 상대적으로 클 수 있다.

제3 다공 정류판의 상기 제3 홀이 상기 제2 홀보다 직경이 상대적으로 클 수큰 것을 있다.

상기 외부 파이프가 형성하는 유로의 폭이 상기 제2 내부 파이프가 형성하는 유로의 폭보다 상대적으로 클 수 있다.

상기 본체에서의 유체의 흐름이 상기 외부 파이프, 제2 내부 파이프 및 제1 내부 파이프를 따라 이루어질 수 있다.

상기 제2 다공 정류판의 상기 제1 홀이 상기 상부커버의 유출구와 연결될 수는 것을 있다.

상기 혼합기가, 파이프형이고 상단부에 유입구와 하단부에 유출구를 포함하는유도관; 및 상기 유입구의 외부로부터 삽입되고, 상기 유도관의 상부에 일부 수용되는 파이프형의 원수 유입관;을 포함할 수 있다.

상기 원수 유입관의 외경이 상기 유도관의 내경 보다 상대적으로 작고, 상기 원수 유입관의 외면과 상기 유도관의 내면 사이에 유체가 유입될 수 있는 공간이 형성될 수 있다.

상기 유도관이 하부에 지지대를 추가로 포함할 수 있다.

상기 생물학적 수처리 장치가, 상기 산소용해기로 공급되는 산소의 양을 측정하는 유량계; 및 상기 산소용해기에 수용되는 유체의 산소 농도를 측정하는 산소 농도계;를 포함하는 계측장치를 추가로 포함할 수 있다.

상기 생물학적 수처리 장치가 상기 산소용해기로 유체를 유입시키는 펌프를 추가로 포함할 수 있다.

상기 생물학적 수처리 장치가 상기 산소용해기로 유입되는 유체의 공급량 및 산소의 공급량을 제어하는 제어장치를 추가로 포함할 수 있다.

상기 생물학적 반응조가 MLSS(mixed liquor suspended solid)을 포함할 수 있다.

본 발명의 생물학적 수처리 장치는 축산폐수, 생활폐수, 농업용폐수 등을 미생물을 이용하여 생물학적으로 정화하여 유기물을 분해하고 인 및 칼륨 등 무기물 성분만이 잔존하도록 하여 액체비료의 제조에 활용할 수 있도록 하고, 수처리 장치에 폐수와 산소를 미리 혼합하여 산소를 용해시키는 산소용해기를 도입하여 산소의 용해 효율을 향상시키고, 산소의 사용량을 절감할 수 있으며, 반응조의 교반 동력을 절감하여 운영비용을 절감하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 생물학적 수처리 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 생물학적 수처리 장치에 포함되는 산소용해기의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 생물학적 수처리 장치에 포함되는 산소용해기의 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 생물학적 수처리 장치에 포함되는 혼합기의 측면도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 생물학적 수처리 장치의 개략도이이다. 도 2는 본 발명의 생물학적 수처리 장치에 포함되는 산소용해기(200)의 측면도이고, 도 3은 본 발명의 생물학적 수처리 장치에 포함되는 산소용해기(200)의 본체(210)의 측단면도 및 다공정류판(230)이다. 또한, 도 4는 본 발명의 수처리 장치에 포함되는 혼합기(300)의 측면도이다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 생물학적 수처리 장치의 구조에 대해 설명하도록 한다.

본 발명의 생물학적 수처리 장치는 생물학적 반응조(400); 공기로부터 산소를 분리하여 산소용해기로 공급하는 산소발생기(100); 산소발생기(100)로부터 산소를 공급받고, 유체를 공급받아 상기 유체에 산소를 용해시켜 산소가 용해된 유체를 제조하고, 혼합기(300)로 공급하는 산소용해기(200); 및 산소용해기(200)로부터 상기 산소가 용해된 유체를 공급받아 생물학적 반응조(400)로 공급하고, 상기 산소가 용해된 유체의 교반을 유도하는 혼합기;를 포함한다.

상기 생물학적 반응조는 MLSS(mixed liquor suspended solid)을 포함할 수 있다.

산소발생기(100)는 90부피% 이상의 산소 농도를 갖는 공기를 제조하여 산소용해기(200)로 공급하는 것으로, 공기로부터 질소를 제거함으로써 고순도의 산소를 분리할 수 있다. 바람직하게는, 산소발생기(100)는 자동화 판넬(110)을 더 포함할 수 있다. 자동화 판넬(110)은 무인 자동운전을 위한 로직 및 인터록 시스템(미도시)을 포함하여 사람이 직접 작동하지 않아도 미리 프로그래밍된 작동 알고리즘에 따라 수처리를 자동으로 수행하게 할 수 있다.

본 발명의 생물학적 수처리 장치는 산소용해기(200)로 공급되는 산소의 양을 측정하는 유량계(510); 및 산소용해기(200)에 수용되는 유체의 산소 농도를 측정하는 산소 농도계(520);를 포함하는 계측장치(500)를 추가로 포함할 수 있다.

계측장치(500)에 의해서 상기 유체의 산소 농도에 따라 산소용해기(200)에 공급되는 산소의 양을 조절할 수 있다. 산소 농도는 실시간으로 측정될 수 있다.

또한, 생물학적 수처리 장치는 계측장치(500)의 산소 공급량 및 유체의 산소농도 측정에 따라 산소용해기(200)로의 산소 및 유체의 공급량을 조절할 수 있는 제어장치(700)를 포함할 수 있다.

제어장치(700)는 체크밸브(710) 및 볼밸브(720)를 포함할 수 있고, 체크밸브(710) 공기 및 유체가 산소용해기(200) 방향으로 흐르도록 하고, 볼밸브(720)는 유로를 개폐하는 역할을 수행할 수 있다.

또한, 본 발명의 생물학적 수처리 장치는 산소용해기(200)로 유체를 공급하도록 하는 펌프(600)을 추가로 포함할 수 있다.

도 2 및 도 3에 따르면, 산소용해기(200)는 원통형의 본체(210)를 포함하고, 본체의 내부에는 중심을 동심으로 하는 복수의 파이프들(220)이 위치한다.

구체적으로, 본체(210)는 중심으로부터 순차적으로 원통형인 제1 내부 파이프(224); 제1 내부 파이프(224)의 외부를 둘러싸는 유로의 단면이 고리형인 제2 내부 파이프(224); 및 제2 내부 파이프(224)의 외부를 둘러싸는 유로의 단면이 고리형인 외부 파이프(226);를 포함할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제2 내부 파이프(224)과 외부 파이프(226)의 하단은 본체(210)의 하단의 높이와 일치한다. 반면에, 제1 내부 파이프(222)의 하단은 본체(210)의 하단보다 높은 위치까지 형성되어 제2 내부 파이프(224)과 외부 파이프(226)보다 길이가 짧게 형성될 수 있다. 따라서, 본체(210)의 내부 하단에서 제1 외부 파이프(222)는 제2 내부 파이프(224)의 유로가 연결될 수 있다.

또한, 산소용해기(200)는 본체(210)의 하부와 연결되고, 상기 산소 및 상기 유체가 유입되는 유입구(252)가 형성된 하부커버(25)를 포함할 수 있고, 본체(210)의 상부와 연결되고, 상기 산소가 용해된 유체가 유출되는 유출구(262)가 형성된 상부커버(260)를 포함할 수 있다.

본체(210)와 하부커버(250) 및 상부커버(260)은 내부가 밀폐되도록 연결되고, 구체적으로, 본체(210)의 상단 및 하단의 둘레에 형성된 플랜지(a)와 하부커버(250) 및 상부커버(260)의 말단 둘레에 형성된 플랜지(a')가 상호 결합하여 연결될 수 있다.

본 발명의 생물학적 수처리 장치의 원통형의 본체(210)가 수직으로 설치면에 고정되도록 하기 위하여 본체(210) 하부 둘레의 소정의 위치에 지지대(270)가 설치될 수 있으며, 삼발이 형으로 형성될 수 있다. 그러나 본 발명의 범위가 여기에 한정되지 않으며, 지지대(270)의 위치 및 형태는 설치되는 설치면이나, 본체(210)의 크기 및 중량에 따라 다양하게 변경할 수 있다.

산소용해기(200)의 본체(210)의 내부에는 복수의 다공 정류판(230)들을 포함할 수 있다.

다공 정류판(230)은 본체(210)의 횡단면에 평행하고, 상기 각 파이프들의 유로에 대응하는 위치에 소정의 간격으로 형성된 홀(hole)(240)들을 포함하는 다수의 다공 정류판(230)을 포함할 수 있고, 다공 정류판(230)은 복수의 홀(240)을 포함할 수 있다.

복수의 다공 정류판(230)은 본체(210)와 하부커버(250)의 연결부에 위치하는 제1 다공 정류판(232), 본체(210)와 상부커버(260)의 연결부에 위치하는 제2 다공 정류판(234), 및 본체(210)의 내부에 위치하는 제3 다공 정류판(236)을 포함할 수 있다.

제1 다공 정류판(232)은 외부 파이프(226)의 유로에 대응하는 위치에 복수의 제3 홀(246)이 형성되고, 상기 제1 내부 파이프(222) 및 제2 내부 파이프(224)의 유로에 대응하는 위치는 밀폐 구조(b)로 이루어진다.

상기 밀폐 구조는 제1 내부 파이프(222) 및 제2 내부 파이프(224)로 유체가 유입되는 것을 막을 수 있다. 따라서, 하부커버(250)의 유입구(252)로부터 유입되는 유체가 외부 파이프(226)로만 유입되어 상승되도록 할 수 있다.

제2 다공 정류판(234)은 상기 외부 파이프의 유로에 대응하는 위치에 제3 홀(246)이 형성되고, 제2 내부 파이프(224)의 유로에 대응하는 위치에 제2 홀(244)이 형성되며, 제1 내부 파이프(222)의 유로에 대응하는 중앙에 제1 홀(242)이 형성된다.

제1 홀(222)은 제1 내부 파이프(224)의 유로에 대응하는 위치의 중심에 하나의 홀로 형성되는 것이 바람직하다. 제1 홀(222)은 상부커버(260)의 안쪽에서 상부커버(260)의 유출구(262)와 연결되도록 하기 위한 연결턱(280)이 추가로 형성될 수 있다. 연결턱(280)은 상부커버(260)의 유출구(262)의 하단부와 밀폐되어 연결될 수 있다. 연결부의 밀폐는 고무링 등 탄성체에 의해 이루어질 수 있으며, 본 발명의 범위가 여기에 한정되지 않는다.

제2 홀(244)은 제2 내부 파이프(224)의 유로에 대응하는 위치인 고리형 평면을 따라 소정의 간격을 두고 복수 개 형성될 수 있다.

제3 홀(246)은 외부 파이프(226)의 유로에 대응하는 위치인 고리형 평면을 따라 소정의 간격을 두고 복수 개 형성될 수 있다.

제3 홀(246)은 제2 홀(244) 보다 직경이 더 크게 형성되고, 외부 파이프(226)가 형성하는 유로의 폭(W)이 제2 내부 파이프(224)가 형성하는 유로의 폭(w)보다 상대적으로 크게 형성되는 것이 바람직하다.

제3 다공 정류판(236)은 본체(210) 내에 소정의 간격을 두고 복수 개 설치되는 것이 바람직하다. 제3 다공 정류판(236)의 형태는 제2 다공 정류판(236)과 동일한 것이 바람직하다.

도 4에 따르면, 혼합기(300)는 파이프형이고 상단부에 유입구(314)와 하단부에 유출구(312)를 포함하는 유도관(310); 및 유입구(314)의 외부로부터 삽입되고, 유도관(310)의 상부에 일부 수용되는 파이프형의 원수 유입관(320);을 포함한다.

도시된 바와 같이, 원수 유입관(320)의 외경(R)은 유도관의 내경(r) 보다 상대적으로 작고, 원수 유입관(320)의 외면과 상기 유도관의 내면 사이에 반응조에 있는 유체가 유입될 수 있는 공간이 형성될 수 있다.

혼합기(300)는 반응조(400) 내의 바닥면에 설치되고, 바닥면에 고정되어 설치될 수 있도록 지지대(330)을 추가로 포함할 수 있다. 지지대(330)의 형태는 도시된 바와 같이 삼발이형일 수 있으나, 본 발명의 범위가 여기에 한정되지 않으며 혼합기(300)의 높이 및 중량, 반응조 바닥면의 상태 등에 따라 다양한 형태로 적용될 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 4, 및 상술한 본 발명의 생물학적 수처리 장치의 구조를 참조하여 본 발명의 생물학적 수처리 과정 및 생물학적 수처리 장치의 작동원리에 대해 살펴보도록 한다.

먼저, 산소용해기(200)에서 산소 및 폐수를 공급받아 산소가 용해된 폐수가 제조된다. 상기 산소는 산소발생기(100)에서 분리된 것일 수 있고, 상기 폐수는 목적하는 폐수를 펌프(600)에 의해 산소용해기(200)로 전달받을 수 있다.

상기 산소 및 폐수를 공급받은 산소용해기(200)에서는 산소 및 폐수를 혼합하여 폐수에 산소가 용해되도록 한다.

산소용해기(200) 내에서 폐수의 흐름은 외부파이프(226), 제2 내부 파이프(224) 및 제1 내부 파이프(222) 세 개의 유로를 순차적으로 방향을 바꾸어 흐르고, 충분히 산소와 접촉하여 산소를 용해시킬 수 있다.

좀 더 구체적으로 상술한 산소용해기(200) 내에서 폐수의 흐름을 살펴보면, 폐수의 흐름은 산소용해기(200)의 하부커버(250)의 유입구(252)로부터 폐수가 유입되고, 상기 유입된 폐수는 제1 다공 정류판의 제3 홀(246)을 통하여 외부 파이프(226)로만 유입되어 상승할 수 있다. 상승되는 폐수는 단수 또는 복수의 제3 다공 정류판(236)의 제3 홀(미도시, 제2 다공 정류판의 구조와 같음)을 통과하며, 제2 다공 정류판(234)의 제3 홀(246)으로 배출되어 상부커버(260)의 내부로 들어가고, 다시 제2 다공 정류판(234)의 제2 홀(244) 및 제2 내부 파이프(224)를 통해 하강할 수 있다.

이때, 구조의 설명에서 상술한 바와 같이 제3 홀(246)은 제2 홀(244) 보다 직경이 더 크게 형성되고, 외부 파이프(226)가 형성하는 유로의 폭(W)이 제2 내부 파이프(224)가 형성하는 유로의 폭(w)보다 상대적으로 큰 것이 바람직하다. 왜냐하면, 외부 파이프로부터 상승한 폐수가 제2 내부 파이프를 통하여 하강할 때, 베르누이(Bernoulli's theorem)의 원리에 따라 폐수의 상승 속도보다 하강하는 속도를 더 빠르게 하면 상부커버(260)에 생길 수 있는 공기 포켓(pocket)을 제거할 수 있는 효과가 있기 때문이다.

다음으로, 제2 내부 파이프(224)를 통해 하강한 폐수는 산소용해기(200)의 본체(210) 하단에서 제1 내부 파이프(222)로 들어가 다시 상승할 수 있다. 상승하는 폐수는 산소와 충분히 접촉하여 산소 농도가 높은 상태가 되고 이와 같은 상태에서 제2 다공 정류판(234)의 제1 홀(242)와 상부커버(260)의 유출구(262)를 통하여 배출되고, 산소가 용해된 폐수는 혼합기(300)로 이동할 수 있다.

이때, 파이프(220) 내에 형성된 폐수의 유로에 다공 정류판(230)들이 배치되어 있으므로, 폐수는 다공 정류판(230)에 형성된 홀(240)을 통하여 파이프를 통과하므로, 폐수의 흐름을 균일하게 분배하여 유속이 지나치게 빨라지거나, 불균일해 지는 것을 방지하여 폐수에 산소가 골고루 혼합되어 용해될 수 있도록 할 수 있다.

이후, 원수 유입관(320)을 통해 혼합기(300)의 유도관(310)으로 유입된 산소 용해된 폐수는 중력에 의해 유출구(312)로 배출되어 혼합기(300)를 수용하고 있는 반응조(400)로 들어갈 수 있다. 이때, 상기 원수 유입관(320)을 통해 유도관(310)으로 유입된 산소 용해된 폐수의 유량을 'Q'로 정의한다.

이때, 중력 가속도에 의해 유속이 점차 증가된 폐수는 자연스럽게 유도관(310)의 상부로 이동할 수 있고, 상부로 이동한 폐수(Q')는 유도관(310) 상단의 유입구(314)의 감압 조건에 따라 압력 차이에 의해 자연스럽게 유도관(310)의 내부로 유입될 수 있다. 이때, 상기 압력 차이에 따라 유입구(314)를 통해 유도관(310)으로 유입된 폐수의 유량을 'Q''로 정의한다.

이후, 원수 유입관(320)을 통해 유입된 폐수의 유량(Q )과 유도관(310)의 유입구(314)를 통해 유입된 폐수의 유량(Q')이 더해져 총 유량(Q + Q')이 증가하고, 이와 같이 유량이 증가한 폐수가 유도관(310)의 유출구(312)로 배출되면서 유속은 더욱 증가하여 반응조(400) 내 폐수의 순환이 도 1에 도시된 화살표 방향으로 원활하게 일어날 수 있다. 이와 같은 원리에 따라, 반응조(400) 내에서 폐수와 MLSS 간의 교반이 별도의 동력공급장치에 의하지 않고 중력 및 압력에 의한 자연스러운 물의 순환에 따라 수행될 수 있다. 경우에 따라, 교반을 더욱 활발하게 이루어지도록 하기 위하여 별도의 동력을 이용한 교반장치를 추가로 설치할 수도 있다. 이 경우에도 종래에 비하여 동력을 크게 줄여 교반장치를 가동할 수 있다.

본 발명의 생물학적 수처리 장치는 산소용해기(200)에 의해 폐수에 미리 산소를 용해시켜 반응조(400)로 이동하여 폐수와 MLSS가 접촉하는 원리를 사용함으로써 산소의 이용효율을 최대화하여 용존산소량(DO)를 0.2 내지 2 ppm 수준으로 유지해야 하는 반응조에서 산소의 손실없이 산소 이용효율을 높일 수 있다. 특히, 축산폐수에서 유기물을 분해하고 인(P)이나 칼륨(K)과 같은 무기물을 잔존시켜야 하는 경우, MLSS의 농도는 10,000ppm 정도로 유지하는 것이 바람직하므로, 일반하수에서의 적정 MLSS 농도 2,000 내지 3,000ppm에 비하여 높은 미생물 농도를 유지하는 것을 알 수 있다. 따라서, 용존 산소량을 유지하기 위해서는 효율적인 산소 공급이 이루어지는 것이 바람직하며, 본 발명의 생물학적 수처리 장치는 산소용해기(200) 및 혼합기(300)의 상술한 바와 같은 작동에 의하여 상술한 바와 같은 산소공급 및 효율적인 사용을 구현할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 산소발생기 110: 자동화 판넬
200: 산소용해기 210: 본체
220: 파이프 222: 제1 내부 파이프
224: 제2 내부 파이프 226: 외부 파이프
230: 다공 정류판 232: 제1 다공 정류판
234: 제2 다공 정류판 236: 제3 다공 정류판
240: 홀 242: 제1 홀
244: 제2 홀 246: 제3 홀
248: 연결턱 250: 하부커버
252: 유입구 260: 상부커버
262: 유출구 270: 지지대
300: 혼합기 310: 유도관
312: 유출구 314: 유입구
320: 원수 유입관 330: 지지대
400: 반응조 500: 계측장치
510: 유량계 520: 산소농도계
600: 펌프 700: 제어장치
710: 체크밸브 720: 볼밸브

Claims (22)

1. 생물학적 반응조;
   공기로부터 산소를 분리하여 산소용해기로 공급하는 산소발생기;
   상기 산소발생기로부터 산소를 공급받고, 유체를 공급받아 상기 유체에 산소를 용해시켜 산소가 용해된 유체를 제조하고, 혼합기로 공급하는 산소용해기; 및
   상기 산소용해기로부터 상기 산소가 용해된 유체를 공급받아 상기 생물학적 반응조로 공급하고, 상기 생물학적 반응조에서 상기 산소가 용해된 유체의 교반을 유도하는 혼합기;를 포함하는 생물학적 수처리 장치이고,
   상기 산소용해기가 원통형의 본체를 포함하고,
   상기 본체는 중심으로부터 순차적으로 위치하는 원통형의 제1 내부 파이프; 상기 제1 내부 파이프의 외부를 둘러싸고 유로의 단면이 고리형인 제2 내부 파이프; 및 상기 제2 내부 파이프의 외부를 둘러싸고 유로의 단면이 고리형인 외부 파이프;를 포함하고,
   상기 외부 파이프가 형성하는 유로의 폭이 상기 제2 내부 파이프가 형성하는 유로의 폭보다 상대적으로 큰 것이고,
   상기 본체에서의 유체의 흐름이 상기 외부 파이프, 제2 내부 파이프 및 제1 내부 파이프를 따라 이루어지는 것인,
   생물학적 수처리 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 산소발생기가 상기 공기로부터 질소를 제거함으로써 산소가 90부피% 이상 포함된 공기를 제조하는 것을 특징으로 하는 생물학적 수처리 장치.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 산소용해기가, 상기 본체의 하부와 연결되고, 상기 산소 및 상기 유체가 유입되는 유입구가 형성된 하부커버; 및
   상기 본체의 상부와 연결되고, 상기 산소가 용해된 유체가 유출되는 유출구가 형성된 상부커버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 수처리 장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 산소용해기가, 상기 본체의 내부 및 말단에 상기 본체의 횡단면에 평행하고, 상기 파이프들의 유로에 대응하는 위치에 소정의 간격으로 형성된 홀(hole)을 포함하는 복수의 다공 정류판을 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 수처리 장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 복수의 다공 정류판이 상기 본체와 상기 하부커버의 연결부에 위치하는 제1 다공 정류판; 상기 본체와 상기 상부커버의 연결부에 위치하는 제2 다공 정류판; 및 상기 본체의 내부에 위치하는 제3 다공 정류판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 수처리 장치.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1 다공 정류판이 상기 외부 파이프의 유로에 대응하는 위치에 복수의 제3 홀들이 형성되고, 상기 제1 및 제2 내부 파이프의 유로에 대응하는 위치는 밀폐된 구조인 것을 특징으로 하는 생물학적 수처리 장치.
   
8. 제6항에 있어서,
   상기 제2 다공 정류판이 상기 제1 내부 파이프의 유로에 대응하는 중앙에 제1 홀이 형성되고, 상기 제2 내부 파이프의 유로에 대응하는 위치에 제2 홀이 형성되고, 상기 외부 파이프의 유로에 대응하는 위치에 제3 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 생물학적 수처리 장치.
   
9. 제6항에 있어서,
   상기 제3 다공 정류판이 복수 개이고, 상기 제1 내부 파이프의 유로에 대응하는 중앙에 제1 홀이 형성되고, 상기 제2 내부 파이프의 유로에 대응하는 위치에 제2 홀이 형성되고, 상기 외부 파이프의 유로에 대응하는 위치에 제3 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 생물학적 수처리 장치.
   
10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 홀 및 제3 홀이 복수로 형성되고, 제2 내부 파이프 또는 외부 파이프의 유로에 대응하는 위치를 따라 일정한 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 생물학적 수처리 장치.
    
11. 제8항에 있어서,
    상기 제2 다공 정류판의 상기 제3 홀이 상기 제2 홀보다 직경이 상대적으로 큰 것을 특징으로 하는 생물학적 수처리 장치.
    
12. 제9항에 있어서,
    상기 제3 다공 정류판의 상기 제3 홀이 상기 제2 홀보다 직경이 상대적으로 큰 것을 특징으로 하는 생물학적 수처리 장치.
    
13. 삭제
14. 삭제
15. 제8항에 있어서,
    상기 제2 다공 정류판의 상기 제1 홀이 상기 상부커버의 유출구와 연결되는 것을 특징으로 하는 생물학적 수처리 장치.
    
16. 제1항에 있어서,
    상기 혼합기가, 파이프형이고 상단부에 유입구와 하단부에 유출구를 포함하는 유도관; 및 상기 유입구의 외부로부터 삽입되고, 상기 유도관의 상부에 일부 수용되는 파이프형의 원수 유입관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 수처리 장치.
    
17. 제16항에 있어서,
    상기 원수 유입관의 외경이 상기 유도관의 내경 보다 상대적으로 작고, 상기 원수 유입관의 외면과 상기 유도관의 내면 사이에 유체가 유입될 수 있는 공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 생물학적 수처리 장치.
    
18. 제16항에 있어서,
    상기 유도관이 하부에 지지대를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 수처리 장치.
    
19. 제1항에 있어서,
    상기 생물학적 수처리 장치가, 상기 산소용해기로 공급되는 산소의 양을 측정하는 유량계; 및
    상기 산소용해기에 수용되는 유체의 산소 농도를 측정하는 산소 농도계;를 포함하는 계측장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 수처리 장치.
    
20. 제1항에 있어서,
    상기 생물학적 수처리 장치가 상기 산소용해기로 유체를 유입시키는 펌프를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 수처리 장치.
    
21. 제1항에 있어서,
    상기 생물학적 수처리 장치가 상기 산소용해기로 유입되는 유체의 공급량 및 산소의 공급량을 제어하는 제어장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 수처리 장치.
    
22. 제1항에 있어서,
    상기 생물학적 반응조가 MLSS(mixed liquor suspended solid)을 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 수처리 장치.
    

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