KR101852005B1 - 슬러지의 침전 및 탈수를 이용한 수처리 장치 및 이를 이용한 수처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 슬러지 침전 및 탈수를 이용하여 각종 하수를 처리하는 기술에 관한 것으로서, 구체적으로는 피처리수 내 플럭(floc)을 성장시킴으로써 형성되는 슬러지를 침전 및 분리시키고, 분리된 슬러지를 탈수시켜 플럭 형성 및 성장에 활용함으로써, 크기 및 밀도가 향상된 양질의 플럭을 형성하여 하수 처리 시스템의 운용 비용과 응집조 및 침전조를 포함한 전반적인 하수 처리 설비의 원가를 절감할 수 있는 수처리 장치 및 수처리 방법에 관한 것이다.

Description

슬러지의 침전 및 탈수를 이용한 수처리 장치 및 이를 이용한 수처리 방법{An apparatus for water treatment using precipitation and dehydration of sludge and a method for water treatment using thereof}
본 발명은 슬러지 침전 및 탈수를 이용하여 각종 하수를 처리하는 기술에 관한 것으로서, 구체적으로는 피처리수 내 플럭(floc)을 성장시킴으로써 형성되는 슬러지를 침전 및 분리시키고, 분리된 슬러지를 탈수시켜 플럭 형성 및 성장에 활용함으로써, 크기 및 밀도가 향상된 양질의 플럭을 형성하여 하수 처리 시스템의 운용 비용과 응집조 및 침전조를 포함한 전반적인 하수 처리 설비의 원가를 절감할 수 있는 수처리 장치 및 수처리 방법에 관한 것이다.
현대 사회는 산업 발달로 인해 각종 과학·기술분야에서 급격한 발전을 이루었으나, 그에 대한 부작용으로 농업, 공업 등의 분야에서 발생하는 농·축산폐수, 공업폐수, 산업폐수, 생활하수 등 각종 오염물질이 포함된 하수가 배출된다는 문제점이 대두되었다.
이러한 각종 하수는 내만 및 내해 등의 공용 수역과 도시 중소 하천 등의 수질을 오염시키는 원인이 되고 있으며, 특히 근래에 들어서 급속한 산업의 발달과 인구증가 및 도시의 인구집중으로 인하여 각종 용수량의 증가와 함께 폐수 중에는 무기 및 유기성분이 차지하는 비율이 점차 증가하고 있다.
이러한 폐수의 경우 COD(Chemical Oxygen Demand), BOD(Biochemical Oxygen Demand), SS(현탁물질), 질소, 인 등 고농도의 유기물을 다량 함유하고 있어 하천, 호소 및 댐 등에 그대로 흘러 들어가면 부영양화 등 수자원의 오염은 물론, 독성으로 인한 생태계의 파괴 등으로 이어져 환경에 악영향을 끼친다. 따라서, 폐수는 일정의 기준을 정해 놓고 일정의 기준치 이하로 정화시켜 배수하도록 되어 있다.
한편, 폐수의 정수처리시 폐수 속의 부유입자 제거방법에 있어 종래의 처리방법으로는 화학적 처리, 전기적 처리, 여과, 멤브레인(membrane)법 등을 들 수 있는데, 가장 대표적인 처리방법으로는 화학적 처리 중에서 응집제(coagulant)를 사용하는 것으로, 무기응집제 또는 유기응집제를 사용하여 입자의 표면성질을 변화시켜 플럭(floc)을 형성케 한 후 침전시키는 것이 지금까지 가장 일반적인 방법으로 알려져 있다.
이러한 응집제를 사용하는 화학적 처리 방법의 기본적인 과정은 다음과 같다.
먼저, 금속염(일반적으로 철 또는 알루미늄 화합물)을 이용해 피처리수인 하수 내의 콜로이드를 중화하여 마이크로 플럭을 생성하는 응집 단계를 거친 후, 마이크로 플럭을 집합 및 성장시키는 플럭 형성 단계를 거치게 된다. 이는 응집 단계에서 생성된 마이크로 플럭에 고분자(polymer)를 가하여 수행될 수 있다.
그 후, 피처리수로부터 플럭이 침전하여 생성되는 슬러지를 분리함으로써, 처리된 정수를 생성하는 단계가 수행된다.
이와 같은 응집제를 사용한 화학적 처리 방법은 플럭의 질을 향상시킴으로써 플럭의 형성, 성장 및 슬러지의 생성이 효율적으로 이루어지도록 하는 것이 중요한데, 이는 응집조 및 침전조를 포함한 전반적인 하수 처리 시설의 용량을 감소시킴으로써, 설비 원가 절감, 유지·보수 비용 절감이라는 효과와 직결된다.
이를 위해, 종래에는 침전된 슬러지를 순환시켜 플럭 형성에 활용하는 방법을 사용하였는데, 도 1은 이러한 종래의 슬러지 순환을 이용한 수처리 장치를 도식적으로 나타낸 것이다.
먼저, 수처리의 대상이 되는 각종 산업 폐수·하수인 피처리수가 피처리수 주입부(11)로부터 응집조(1)로 유입된다. 피처리수가 유입된 응집조(1)에는 응집제 주입부(12)로부터 응집제가 주입되는데, 이러한 응집제는 피처리수 내 플럭의 형성 및 성장을 유도하는 금속염, 음이온성 고분자 물질 등을 포함하고 있다.
한편, 응집제에 의해 플럭이 형성 및 성장하는 원리는 구체적으로 다음과 같다.
상대적으로 분자량이 작은 물질인 금속염은 피처리수에 주입되어 피처리수 내의 유기입자 또는 무기입자와 결합함으로써 마이크로 플럭을 형성하는 플럭 시드(floc seed) 역할을 수행한다. 이러한 다수의 마이크로 플럭은 상대적으로 분자량이 큰 물질인 음이온성 고분자 물질 등과 접촉 및 결합하면서 더 큰 플럭으로 성장한다.
이렇게 형성 및 성장된 플럭은 침전조(2)에서 중력에 의해 서서히 가라앉아 슬러지가 되어 피처리수로부터 분리되며, 플럭 및 슬러지와 분리된 피처리수는 배출구(13)로 배출되어 추가적인 처리를 거쳐 정수로서 사용되거나, 하천 등에 방류된다.
이때, 침전된 슬러지는 슬러지 순환 라인(3)에 의해 응집조(1)로 반송되어 플럭을 형성 및 성장시키는데 활용되는데, 이러한 슬러지는 보다 양질의 플럭을 생성하도록 하는 역할을 수행하기 때문에, 하수 처리가 좀 더 효율적으로 이루어질 수 있다는 이점이 있다.
그러나, 이와 같은 슬러지 순환 기술을 이용한 종래의 하수 처리 시스템도 응집 침전의 효율 및 수면적 부하율을 향상시키기 위한 고밀도 플럭을 형성하기에는 여전히 부족한 측면이 존재하였기 때문에, 하수 처리를 보다 효율적으로 수행함으로써 응집조 및 침전조 등 전체적인 하수 처리 시설에 소요되는 비용을 절감할 수 있는 기술이 요구되었다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 피처리수 내 플럭(floc)을 성장시킴으로써 형성되는 슬러지를 침전 및 분리시키는 수처리 기술에 있어서, 분리된 슬러지를 탈수시켜 플럭 형성 및 성장에 활용함으로써, 크기 및 밀도가 향상된 양질의 플럭을 형성하는 수처리 장치 및 수처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 피처리수 내 오염물질을 플럭(floc)의 형태로 형성 및 성장시킴으로써 발생되는 슬러지를 분리하는 수처리 장치를 제공하며, 구체적으로는 유입된 피처리수 내 플럭 형성 및 성장이 이루어지는 응집조(1), 상기 응집조(1)로부터 피처리수가 유입되고, 상기 플럭이 침전되어 형성된 슬러지가 하부로 배출 분리되는 침전조(2) 및 분리된 슬러지의 전부 또는 일부가 반송되어 상기 응집조(1)로 주입되는 슬러지 순환 라인(3)을 포함하는 수처리 장치를 제공한다.
이때, 상기 응집조(1)로 반송되는 슬러지에는 슬러지 탈수제가 주입되어 탈수되며, 탈수된 슬러지는 상기 응집조(1) 내 플럭 형성 및 성장을 촉진하도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 슬러지 탈수제는 고분자(polymer) 물질을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 상기 고분자 물질은 양이온성(cationic) 고분자 물질인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 수처리 장치는 상기 응집조(1)에 피처리수를 공급하는 피처리수 공급 라인(4)을 더 포함하며, 상기 피처리수 공급 라인(4)은 상기 응집조(1)의 하부로 연결될 수 있다.
또한, 상기 슬러지 순환 라인(3)은 상기 응집조(1)의 하부로 연결되도록 할 수 있다.
한편, 본 발명의 수처리 장치는 상기 응집조(1)에 피처리수를 공급하는 피처리수 공급 라인(4)을 더 포함하며, 상기 슬러지 순환 라인(3)은 상기 침전조(2)와 상기 피처리수 공급 라인(4)을 연결하도록 설치되어, 반송되는 슬러지가 상기 피처리수 공급 라인(4)을 통해 공급되는 피처리수와 합류되어 상기 응집조(1)로 유입되도록 할 수 있다.
또한, 상기 응집조(1) 내에 설치되어 피처리수가 상기 응집조(1) 내부로 균일하게 유입되도록 하는 다공판(5)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 수처리 장치는 상기 응집조(1)로 유입되는 피처리수에 플럭 형성을 유도하는 염(salt) 응집제를 주입하는 염 응집제 주입부(15)를 더 포함할 수 있고, 상기 염 응집제가 주입된 피처리수를 교반하는 믹서(mixer)(6)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 슬러지 순환 라인(3) 상에 설치되어 상기 슬러지 탈수제가 주입된 슬러지를 교반하는 믹서(7)를 더 포함할 수 있고, 상기 응집조(1)에 플럭 성장을 유도하는 고분자 응집제를 주입하는 응집제 주입부(12)를 더 포함할 수도 있다.
본 발명은 다른 실시예로서 피처리수 내 오염물질을 플럭(floc)의 형태로 형성 및 성장시킴으로써 발생되는 슬러지를 분리하는 수처리 방법을 제공하며, 구체적으로는 (a) 피처리수가 응집조(1)로 유입되는 단계, (b) 상기 응집조(1)로 유입된 피처리수 내 플럭 형성 및 성장이 이루어지는 단계, (c) 상기 응집조(1)로부터 피처리수가 침전조(2)로 유입되고, 상기 플럭이 침전되어 형성된 슬러지가 하부로 배출 분리되는 단계, (d) 분리된 슬러지의 전부 또는 일부에 슬러지 탈수제(3)가 주입되어 탈수되는 단계 및 (e) 탈수된 슬러지가 상기 응집조(1)로 반송되어 상기 응집조(1) 내 플럭 형성 및 성장을 촉진하는 단계를 포함하는 수처리 방법을 제공한다.
이때, 상기 슬러지 탈수제는 고분자(polymer) 물질을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 상기 고분자 물질은 양이온성(cationic) 고분자 물질일 수 있다.
한편, (a) 단계는 상기 피처리수가 상기 응집조(1)의 하부로부터 유입되는 단계일 수 있으며, (e) 단계는 반송되는 슬러지가 (a) 단계의 피처리수에 합류되어 상기 응집조(1)로 유입되는 단계일 수 있다.
본 발명의 수처리 방법은 (a) 단계 이전에 피처리수에 플럭 형성을 유도하는 염(salt) 응집제가 주입되는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이때 상기 염 응집제는 철염(iron salt, FeMn) 성분을 포함할 수 있다.
또한, (a) 단계 이후에 상기 응집조(1)에 플럭 성장을 유도하는 고분자 응집제가 주입되는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이때 상기 고분자 응집제는 음이온성(anionic) 고분자 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 피처리수 내 플럭(floc)을 성장시킴으로써 형성되는 슬러지를 분리하는 수처리 장치 및 수처리 방법에 있어서, 침전된 슬러지를 탈수시켜 플럭의 형성 및 성장에 활용함으로써 크기 및 밀도가 향상된 양질의 플럭을 형성할 수 있으며, 이를 통해 플럭의 응집 및 침전 시간이 감소됨으로써 시스템의 운용 비용이 절감되고, 응집조 및 침전조를 포함한 전반적인 하수 처리 설비의 용량이 감소됨으로써 설비 원가도 절감할 수 있다.
또한, 슬러지의 전부 또는 일부를 응집조로 반송하며 순환시키므로, 전체적인 슬러지 배출량이 저감되는 효과가 있으며, 기본적인 하수 처리 설비에 슬러지를 순환시키는데 필요한 설비 및 슬러지 탈수제를 주입하는데 필요한 설비가 추가된 구성만으로 이루어질 수 있어, 유지 및 보수가 용이하다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 슬러지 순환을 이용한 수처리 장치를 도식적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러지 침전 및 탈수를 이용한 수처리 장치를 도식적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라, 피처리수 공급 라인(4)이 응집조(1)의 하부로 연결되는 슬러지 침전 및 탈수를 이용한 수처리 장치를 도식적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 슬러지 순환 라인(3)이 피처리수 공급 라인(4)에 연결되도록 설치되는 슬러지 침전 및 탈수를 이용한 수처리 장치를 도식적으로 나타낸 것이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상부” 또는 "하부"에 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.
본 명세서 전체에서, 특정 부재의 "전단"이라는 용어는 임의의 기체 또는 유체가 특정 부재로 유입되어 들어오는 모든 방향을 의미하며, 마찬가지로 특정 부재의 "후단"이라는 용어는 임의의 기체 또는 유체가 특정 부재로부터 배출되어 나가는 모든 방향을 의미한다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재를 통과하도록 위치하는 것으로 해석될 수 있음은 물론, 다른 부재가 어떤 부재를 통과하도록 위치하는 것으로도 해석될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러지 침전 및 탈수를 이용한 수처리 장치를 도식적으로 나타낸 것이다.
본 발명은 피처리수 내 오염물질을 플럭(floc)의 형태로 형성 및 성장시킴으로써 발생되는 슬러지를 분리하는 수처리 장치 및 수처리 방법에 관한 것으로서, 도 2에 나타난 바와 같이 유입된 피처리수 내 플럭 형성 및 성장이 이루어지는 응집조(1), 상기 응집조(1)로부터 피처리수가 유입되고, 상기 플럭이 침전되어 형성된 슬러지가 하부로 배출 분리되는 침전조(2) 및 분리된 슬러지의 전부 또는 일부가 반송되어 상기 응집조(1)로 주입되는 슬러지 순환 라인(3)을 포함한다.
수처리의 대상이 되는 각종 산업 폐수·하수인 피처리수가 피처리수 공급 라인(4)을 통해 피처리수 주입부(11)로부터 응집조(1)로 유입된다.
응집조(1)에서는 유입된 피처리수 내 플럭 형성 및 성장이 이루어지는데, 이는 응집제 주입부(12)로부터 피처리수 내 플럭의 형성 및 성장을 유도하는 염(salt), 고분자(polymer) 물질 등이 포함된 응집제가 피처리수에 주입됨으로써 이루어진다.
이때, 염 응집제 주입부(15)로부터 상기 응집조(1)로 유입되는 피처리수에 플럭 형성을 유도하는 염 응집제가 주입될 수 있는데, 상기 염 응집제는 알루미늄(Al) 또는 철(Fe) 계열의 금속염(Al2(SO4)3, Fe2(SO4)3, FeCl3, Al2(OH)3Cl2 등) 성분을 포함하는 플럭 응집 물질인 것이 바람직하다.
특히, 철염(FeMn) 성분이 포함된 염 응집제가 사용되는 것이 보다 바람직한데, 가장 바람직하게는 염화철(FeCl3)이 사용될 수 있다.
이러한 염 응집제는 상대적으로 분자량이 작은 물질로서 피처리수 내의 유기입자 또는 무기입자와 결합하여 플럭을 형성하는 플럭 시드(floc seed) 역할을 수행한다.
또한, 상술한 응집제 주입부(12)로부터 응집조(1)로 주입되는 응집제가 고분자 물질을 포함할 경우, 상기 플럭의 성장을 유도하는 물질로 작용하는데, 이는 다수의 플럭이 상대적으로 분자량이 큰 물질인 고분자 물질과 접촉 및 결합하면서 더 큰 플럭으로 성장하기 때문이다.
이때 상기 고분자 응집제에는, 폴리염화알루미늄(Polyaluminium chloride, [Al2(OH)nCl6-n]n), 폴리황산규산알루미늄(Polyalumium sulfate silicate, PASS, Ala(OH)b(SO4)c(SiO2)d(H2O)x), 폴리수산화염화규산알루미늄(Polyaluminum (hydroxide)chloride silicate, PACS, AlNaxSiy(OH)zClb), 폴리아민(Polyamine) 또는 폴리아크릴아미드(Polyacrylamide, PAM) 등이 적어도 하나 이상 포함될 수 있으며, 특히 음이온성(anionic) 고분자 물질이 포함되는 것이 바람직한데, 이러한 음이온성 고분자 물질은 플럭의 응집·침강 및 여과를 촉진하는데 효과적이다.
한편, 상기 응집조(1) 내에는 교반 부재(8)가 포함될 수 있으며, 상기 교반 부재(8)는 위와 같은 응집제 및 피처리수가 잘 혼합되어 플럭이 빠르게 형성 및 성장하도록 교반하는 역할을 수행한다.
상기 응집조(1)에서 플럭의 형성 및 성장이 이루어진 피처리수는 침전조(2)로 이동하며, 상기 침전조(2) 내에서 플럭의 침전 및 슬러지 형성이 이루어진다.
즉, 일정 수준 이상으로 성장한 플럭은 중력에 의해 침전조(2)의 하부로 가라앉으며 응집 및 고형화되어 슬러지가 되며, 슬러지 배출구(23)를 통해 침전조(2)의 외부로 배출되고, 슬러지와 분리된 피처리수는 피처리수 배출부(13)를 통해 배출되어 추가적인 정화 과정을 거치거나 방류된다.
이때, 배출되는 슬러지의 전부 또는 일부를 슬러지 저장소(16)로 공급하거나, 슬러지 순환 라인(3)을 통해 응집조(1)로 반송함으로써, 플럭의 형성 및 성장에 활용할 수 있다.
또한, 슬러지 순환 라인(3)을 통해 응집조(1)로 주입되는 슬러지에는 슬러지 탈수제가 탈수제 주입부(14)로부터 주입되는데, 이렇게 탈수되는 슬러지는 밀도가 증가하게 되어 플럭의 크기 및 밀도를 보다 증가시킴으로써 양질의 플럭을 생산하는 역할을 수행한다.
즉, 슬러지의 높은 밀도는 접촉하는 플럭의 크기 및 밀도를 증가시키는 요인이 되며, 이를 통해 응집 및 침전 시간이 감소됨으로써 시스템의 운용 비용이 절감되고, 응집조(1) 및 침전조(2)를 포함한 전반적인 하수 처리 설비의 용량이 감소되어 설비 원가도 절감할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 슬러지의 전부 또는 일부를 응집조(1)로 반송하며 순환시키므로, 전체적인 슬러지 배출량이 저감되는 효과가 발생한다.
더불어, 위와 같은 효과를 갖는 하수 처리 시스템은 상술한 것처럼 기본적인 하수 처리 설비에 슬러지를 순환시키는데 필요한 설비 및 슬러지 탈수제를 주입하는데 필요한 설비가 추가된 구성만으로 이루어질 수 있어, 유지 및 보수가 용이하다는 장점이 있다.
이때, 상기 슬러지 탈수제는 고분자 물질을 포함하는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 양이온성(cationic) 고분자 물질을 포함하도록 할 수 있다.
한편, 본 발명의 수처리 장치는 상기 염 응집제가 주입된 피처리수를 교반하는 믹서(mixer)(6)를 더 포함할 수 있으며, 상기 슬러지 순환 라인(3) 상에 설치되어 상기 슬러지 탈수제가 주입된 슬러지를 교반하는 믹서(7)를 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 수처리 장치는 또한, 슬러지 순환 라인(3) 상에 하나 이상의 펌프(9)가 설치되어 응집조(1)로 반송되는 슬러지의 이동에 동력을 제공하도록 구성할 수 있고, 상기 슬러지 순환 라인(3)으로 주입되는 슬러지 탈수제의 이동에 동력을 제공하도록 하는 펌프(10)가 설치될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라, 피처리수 공급 라인(4)이 응집조(1)의 하부로 연결되는 슬러지 침전 및 탈수를 이용한 수처리 장치를 도식적으로 나타낸 것이다.
본 발명의 슬러지 침전 및 탈수를 이용한 수처리 장치는 도 3에 나타난 바와 같이, 응집조(1)에 피처리수를 공급하는 피처리수 공급 라인(4)이 응집조(1)의 하부로 연결되도록 구성될 수 있다.
이처럼 피처리수가 응집조(1)의 하부로부터 유입될 경우, 유입되는 피처리수가 응집조(1)에 저장된 피처리수의 수위에 영향을 받지 않고 저장된 피처리수의 내부로 균일하게 유입될 수 있다는 장점이 있다.
또한, 상기 응집조(1) 내에는 피처리수가 상기 응집조(1) 내부로 균일하게 유입되도록 하는 다공판(5)이 설치될 수 있는데, 피처리수가 응집조(1) 하부로부터 분사 노즐(21)에 의해 분사되어 유입되거나, 응집조(1) 내부에 추가적으로 설치될 수 있는 펌프, 프로펠러 등의 흡입 부재에 의해 상부로 이동할 때, 다공성 막을 포함하는 상기 다공판(5)을 통과함으로써 보다 균일하게 주입될 수 있다. 그러나, 상기 다공판(5)은 피처리수가 응집조(1)의 하부로부터 주입될 때만 설치될 수 있는 것은 아니며, 피처리수가 유입되는 방향에 맞춰 피처리수가 균일하게 확산되도록 설치될 수 있다.
특히, 염 응집제가 주입되어 작은 플럭이 형성된 피처리수가 상기 응집조(1) 내부로 균일하게 유입될수록, 응집조(1) 내에서 플럭이 형성 및 성장하는 속도가 증가될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 슬러지 순환 라인(3)이 피처리수 공급 라인(4)에 연결되도록 설치되는 슬러지 침전 및 탈수를 이용한 수처리 장치를 도식적으로 나타낸 것이다.
본 발명의 슬러지 침전 및 탈수를 이용한 수처리 장치는 도 4에 나타난 것처럼 슬러지 순환 라인(3)이 상기 침전조(2)와 상기 피처리수 공급 라인(4)을 연결하도록 설치되어, 반송되는 슬러지가 피처리수에 합류되어 상기 응집조(1)로 유입되도록 구성될 수 있다.
이는, 피처리수 및 슬러지가 응집조(1)로 이동하기 전에 서로 혼합되어 사전에 양질의 플럭을 형성하도록 함으로써, 응집조(1) 및 혼합조(2)에서 플럭의 형성 및 성장 속도를 향상시켜 플럭 및 슬러지의 체류시간을 절감하도록 하는 구성이다.
또한, 이러한 피처리수와 슬러지의 혼합이 보다 잘 이루어지도록 하는 믹서(22)가 도 4에 도시된 것처럼 응집조(1)의 전단에 설치될 수 있다.
< 슬러지 탈수제가 플럭의 형성 및 성장에 미치는 영향 확인 실험>
본 발명의 슬러지 탈수제가 플럭의 형성 및 성장에 미치는 영향을 알아보기 위해, 다음과 같이 오염물질이 포함된 피처리수에 염 응집제(FeCl3), 음이온성 고분자 응집제(Nalco 社) 및 슬러지 탈수제(양이온성 고분자 또는 음이온성 고분자)가 주입된 슬러지의 투입 여부를 다르게 하여 1분 동안 250 rpm로 쾌속 교반한 후, 최대 15분 동안 50 rpm으로 완속 교반하면서 탁도 변화를 측정하였다. 이때, 탁도가 낮을수록 플럭의 형성 및 성장이 촉진되었다는 것을 의미한다.
Case 1: FeCl3 투입
Case 2: FeCl3, 음이온성 고분자 응집제 투입
Case 3: FeCl3, 음이온성 고분자 응집제, 슬러지 탈수제(양이온성 고분자)가 주입된 슬러지 투입
Case 4: FeCl3, 음이온성 고분자 응집제, 슬러지 탈수제(음이온성 고분자)가 주입된 슬러지 투입
실험 결과, 도 5의 그래프에 나타난 바와 같이 Case 1 및 2의 경우 탁도가 최저값에 도달하기까지 침전 시간이 약 10분 소요되었으나 슬러지 탈수제가 주입된 Case 3 및 4의 경우 약 5분밖에 소요되지 않았다.
또한, 양이온성 고분자를 슬러지 탈수제로 사용한 경우 음이온성 고분자를 사용할 때보다 탁도의 감소폭이 더 컸다.
위와 같은 실험을 통해, 반송되는 슬러지에 슬러지 탈수제를 주입하면 플럭의 형성 및 성장을 촉진된다는 사실을 알 수 있었으며, 특히 슬러지 탈수제로서 양이온성 고분자를 사용할 때가 음이온성 고분자를 사용할 때보다 더 효과적임을 알 수 있었다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.
1: 응집조
2: 침전조
3: 슬러지 순환 라인
4: 피처리수 공급 라인
5: 다공판
6, 7, 22: 믹서
8: 교반 부재
9, 10: 펌프
11: 피처리수 주입부
12: 응집제 주입부
13: 피처리수 배출부
14: 탈수제 주입부
15: 염 응집제 주입부
21: 분사 노즐
23: 슬러지 배출구

Claims (18)

  1. 피처리수 내 오염물질을 플럭(floc)의 형태로 형성 및 성장시킴으로써 발생되는 슬러지를 분리하는 수처리 장치에 있어서,
    유입된 피처리수 내 플럭 형성 및 성장이 이루어지는 응집조(1);
    상기 응집조(1)로부터 피처리수가 유입되고, 상기 플럭이 침전되어 형성된 슬러지가 하부로 배출 분리되는 침전조(2);
    분리된 슬러지의 전부 또는 일부가 반송되어 상기 응집조(1)로 주입되는 슬러지 순환 라인(3);
    상기 응집조(1)에 피처리수를 공급하는 피처리수 공급 라인(4);
    상기 응집조(1) 내에 설치되어 피처리수가 상기 응집조(1) 내부로 균일하게 유입되도록 하는 다공성 막을 포함하는 다공판(5); 및
    상기 다공판(5)의 상부에 위치하여 피처리수를 혼합하는 교반 부재(8);를 포함하되,
    상기 슬러지 순환 라인(3) 및 피처리수 공급 라인(4)은 상기 응집조(1)의 하부로 연결되고, 분사 노즐(21)을 통해 하방에서 상방으로 반송된 슬러지 및 피처리수를 공급함으로써 공급된 반송 슬러지 및 피처리수가 상기 다공판(5)을 통과한 후, 교반 부재(8)에 의해 혼합되도록 하고,
    상기 응집조(1)로 반송되는 슬러지에는 슬러지 탈수제가 주입되어 탈수되며, 탈수된 슬러지는 상기 응집조(1) 내 플럭 형성 및 성장을 촉진하는 것을 특징으로 하는, 슬러지 침전 및 탈수를 이용한 수처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬러지 탈수제는 고분자(polymer) 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 슬러지 침전 및 탈수를 이용한 수처리 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 고분자 물질은 양이온성(cationic) 고분자 물질인 것을 특징으로 하는, 슬러지 침전 및 탈수를 이용한 수처리 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬러지 순환 라인(3)은 상기 침전조(2)와 상기 피처리수 공급 라인(4)을 연결하도록 설치되어, 반송되는 슬러지가 상기 피처리수 공급 라인(4)을 통해 공급되는 피처리수와 합류되어 상기 응집조(1)로 유입되는 것을 특징으로 하는, 슬러지 침전 및 탈수를 이용한 수처리 장치.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 응집조(1)로 유입되는 피처리수에 플럭 형성을 유도하는 염(salt) 응집제를 주입하는 염 응집제 주입부(15)를 더 포함하는, 슬러지 침전 및 탈수를 이용한 수처리 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 염 응집제가 주입된 피처리수를 교반하는 믹서(mixer)(6)를 더 포함하는, 슬러지 침전 및 탈수를 이용한 수처리 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬러지 순환 라인(3) 상에 설치되어 상기 슬러지 탈수제가 주입된 슬러지를 교반하는 믹서(7)를 더 포함하는, 슬러지 침전 및 탈수를 이용한 수처리 장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 응집조(1)에 플럭 성장을 유도하는 고분자 응집제를 주입하는 응집제 주입부(12)를 더 포함하는, 슬러지 침전 및 탈수를 이용한 수처리 장치.
  12. 피처리수 내 오염물질을 플럭(floc)의 형태로 형성 및 성장시킴으로써 발생되는 슬러지를 분리하는 수처리 방법에 있어서,
    (a) 피처리수가 응집조(1)로 유입되는 단계;
    (b) 상기 응집조(1)로 유입된 피처리수 내 플럭 형성 및 성장이 이루어지는 단계;
    (c) 상기 응집조(1)로부터 피처리수가 침전조(2)로 유입되고, 상기 플럭이 침전되어 형성된 슬러지가 하부로 배출 분리되는 단계;
    (d) 분리된 슬러지의 전부 또는 일부에 슬러지 탈수제(3)가 주입되어 탈수되는 단계; 및
    (e) 탈수된 슬러지가 상기 응집조(1)로 반송되어 상기 응집조(1) 내 플럭 형성 및 성장을 촉진하는 단계;를 포함하되,
    상기 응집조(1)는,
    피처리수가 상기 응집조(1) 내부로 균일하게 유입되도록 하는 다공성 막을 포함하는 다공판(5); 및 상기 다공판(5)의 상부에 위치하여 피처리수를 혼합하는 교반 부재(8);를 포함하고,
    (a) 단계 및 (e) 단계는,
    상기 피처리수 및 반송된 슬러지가 상기 응집조(1)의 하부로부터 유입되되, 분사 노즐(21)을 통해 하방에서 상방으로 공급됨으로써 공급된 피처리수가 상기 다공판(5)을 통과한 후, 교반 부재(8)에 의해 혼합되는, 슬러지 침전 및 탈수를 이용한 수처리 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 슬러지 탈수제는 고분자(polymer) 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 슬러지 침전 및 탈수를 이용한 수처리 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 고분자 물질은 양이온성(cationic) 고분자 물질인 것을 특징으로 하는, 슬러지 침전 및 탈수를 이용한 수처리 방법.
  15. 삭제
  16. 청구항 12에 있어서,
    (e) 단계는,
    반송되는 슬러지가 (a) 단계의 피처리수에 합류되어 상기 응집조(1)로 유입되는 것을 특징으로 하는, 슬러지 침전 및 탈수를 이용한 수처리 방법.
  17. 청구항 12에 있어서,
    (a) 단계 이전에,
    피처리수에 플럭 형성을 유도하는 염(salt) 응집제가 주입되는 단계를 더 포함하며,
    상기 염 응집제는 철염(iron salt, FeMn) 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는, 슬러지 침전 및 탈수를 이용한 수처리 방법.
  18. 청구항 12에 있어서,
    (a) 단계 이후에,
    상기 응집조(1)에 플럭 성장을 유도하는 고분자 응집제가 주입되는 단계를 더 포함하며,
    상기 고분자 응집제는 음이온성(anionic) 고분자 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 슬러지 침전 및 탈수를 이용한 수처리 방법.
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