KR101916230B1 - 초음파 및 미생물을 이용한 폐수 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 및 미생물을 이용한 폐수 처리장치는, 미생물이 식종되도록 구성되는 수조, 상기 수조에 연결되는 순환관 - 폐수는 상기 수조에서 상기 순환관으로 흐르도록 구성됨 -, 외부 공기를 흡입하여 상기 폐수에 제공하도록 상기 순환관의 일측에 연결되는 공기공급수단 및 상기 폐수가 내부로 유입되도록 상기 순환관에 연결되는 초음파 발생조를 포함하며, 상기 초음파 발생조는 상기 미생물을 활성화시키기위한 기 설정된 주파수 이하의 초음파를 발생하도록 구성된 초음파 발생부를 포함할 수 있다.

Description

초음파 및 미생물을 이용한 폐수 처리장치{APPARATUS FOR PROCESSING WASTE WATER USING ULTRASONIC WAVES AND MICROORGANISM}

본 발명은 초음파 및 미생물을 이용한 폐수 처리장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 초음파를 이용해 미생물을 활성화시켜 폐수를 정화하고 폐수의 악취를 제거하기 위한 장치에 관한 것이다.

한국특허 출원번호 10-2002-0047747호, 10-2004-0072211호, 10-2003-0088976호, 10-1998-0055680 등에서 하수처리에 초음파를 이용하는 방법이 제시되어 있다. 그러나 이러한 초음파를 이용한 오, 폐수처리장치들은 종래의 물리, 화학적 처리방법과 병행하여 초음파를 이용하거나, 실험실 수준에서 초음파를 단독으로 이용하는 방법에 대하여 개시되어 있을 뿐 구체적인 폐수처리장치를 제시하고 있지 못하고 있다. 그리고 통상적으로 초음파 발생장치는 에너지의 소모가 많고 시설유지비가 높으므로, 통상의 하수처리시설에 초음파를 이용하는 방법만 추가하는 것은 경제적 측면에서 바람직하지 않다.

또한, 종래의 미생물을 이용한 폐수 처리장치는 등록특허공보 10-1126125에 개시되어 있다. 그러나, 종래의 미생물을 이용한 폐수 처리장치는 주로 혐기성 미생물을 이용하여 슬러지를 분해하는 소화조를 구비하는 것으로, 상기와 같은 슬러지 및 유기성폐수 처리장치의 소화조에서는 혐기성미생물(산생성균 및 메탄발효균)의 작용으로 유기성폐수 중의 유기물이 분해되어 연료로 사용할 수 있는 메탄이 다량 함유된 바이오가스가 생성된다. 다만, 혐기성 처리공정은, 용적부하가 다소 높은, 1 ~ 5kg CODcr/day·㎥ 상태로 운전되고 있으며, 시운전 기간이 매우 길고 운전이 까다롭고 한 번 문제가 발생하면 미생물활성이 회복되는데 시간이 매우 오래 걸린다는 단점이 있다. 이와 같은 혐기성 생물처리공정의 단점으로 인해 실제 산업현장에서는 적용율이 낮고 적용한 곳이라도 공정가동율과 처리효율이 낮은 것이 실상이다.

이러한 문제점을 인식하고 최근에는 호기성 미생물을 이용한 폐수 처리 장치가 대두된다. 그러나 호기성 미생물을 이용한 폐수 처리장치는 장치의 산소공급 능력 및 미생물의 활성도에 따라 폐수 처리능력이 크게 달라진다.

본 발명은 전술한 문제 및 이와 연관된 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 예시적 목적은, 산소 공급 능력이 향상되어 폐수 처리 능력이 향상된 폐수 처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 예시적 목적은, 호기성 미생물이 최적화된 활성 상태를 유지하도록 하여 폐수 처리능력이 향상된 폐수 처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 및 미생물을 이용한 폐수 처리장치는, 미생물이 식종되도록 구성되는 수조, 상기 수조에 연결되는 순환관 - 폐수는 상기 수조에서 상기 순환관으로 흐르도록 구성됨 -, 외부 공기를 흡입하여 상기 폐수에 제공하도록 상기 순환관의 일측에 연결되는 공기공급수단 및 상기 폐수가 내부로 유입되도록 상기 순환관에 연결되는 초음파 발생조를 포함하며, 상기 초음파 발생조는 상기 미생물을 활성화시키기위한 기 설정된 주파수 이하의 초음파를 발생하도록 구성된 초음파 발생부를 포함할 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 기 설정된 주파수는 60kHz일 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 순환관의 내부에는 상기 순환관의 직경보다 작은 직경을 갖는 이젝터가 설치될 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 이젝터의 일측은 상기 순환관의 내벽에 직접 연결될 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 순환관의 일부 구간에 상기 이젝터가 설치되며 상기 구간상에서 상기 순환관에 교차하도록 연결관이 배치될 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 공기공급수단은 상기 연결관을 통해 상기 순환관에 연결될 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 순환관 상에서 상기 수조와 상기 공기공급수단 사이에 위치되는 모터를 더 포함할 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 수조 및 상기 초음파 발생조 중 적어도 하나는 수질 및 미생물의 활성도 중 적어도 하나를 측정하도록 구성되는 측정부와 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 및 미생물을 이용한 폐수 처리장치는, 산소 공급 능력이 증가되고 호기성 미생물의 활성도가 증가됨에 따라 폐수 처리능력을 향상시킬 수 있다.

또한, 이젝터와 초음파 발생부로 인해 유기질과 슬러지플럭의 벽이 공동현상(cavitation)으로 파괴되어 가수분해가 보다 원활히 일어나기 때문에 복합악취가 저감되고 슬러지의 양이 감소되는 효과가 있다.

또한, 후단 처리 방법이 매우 간단한 자연친화적인 방법이기 때문에 수처리 후단에서 일어나는 처리에서 약품의 사용량을 줄일 수 있어 2차 오염을 막을 수 있는 효과가 있다.

한편, 앞서 기재된 효과는 예시적인 것에 불과하며 당업자의 관점에서 본 발명의 세부 구성으로부터 예측되거나 기대되는 효과들 또한 본원발명 고유의 효과에 추가될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐수 처리장치의 구성을 간략하게 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐수 처리장치의 구성을 간략하게 나타낸 도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 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.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 폐수 처리장치를 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐수 처리장치의 구성을 간략하게 나타낸 도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 폐수 처리장치는, 수조(100), 순환관(210), 공기공급수단(300) 및 초음파 발생조(400)를 포함한다.

수조(100)는 폐수를 수용할 수 있는 형태로 이루어질 수 있다.

수조(100)는 그 내부에 미생물이 식종되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 별도의 미생물 배양통에서 미생물이 배양되고, 배양된 미생물 약 2리터 정도가 수조(100)에 식종될 수 있다.

미생물은 호기성 미생물일 수 있다.

한편, 수조(100)는 정화될 폐수가 그 내부로 유입될 수 있도록 외부의 폐수 공급부에 연결될 수 있다.

순환관(210)은 상기 수조(100)에 연결되도록 이루어진다. 이에 따라 폐수는 수조(100)에서 순환관(210)으로 흐르도록 구성될 수 있다.

이때, 수조(100)에서 순환관(210)으로 폐수가 원활하게 흐르도록 상기 순환관(210)에는 순환펌프 또는 모터(600)가 설치될 수 있다.

공기공급수단(300)은 외부 공기를 흡입하여 상기 폐수에 제공하도록 상기 순환관(210)의 일측에 연결될 수 있다.

예를 들어, 상기 공기공급수단(300)은 브로워(blower)일 수 있다.

순환관(210)을 지나가며 상기 공기공급수단(300)을 통해 공기를 공급받은 폐수는 미세기포가 발생하여 용존산소량이 증가될 수 있다.

초음파 발생조(400)는 상기 폐수가 내부로 유입되도록 순환관(210)에 연결된다.

즉, 폐수는 수조(100)에서 순환관(210)을 거쳐 초음파 발생조(400)로 흐르게 되며, 순환관(210)을 거치면서 공기공급수단(300)에서 외부공기를 공급받으므로 용존산소량이 증가하게 된다.

한편, 초음파 발생조(400)는 미생물을 활성화시키기위한 초음파를 발생하도록 구성된 초음파 발생부(410)를 포함한다.

구체적으로, 상기 초음파 발생부(410)는 초음파 발진기 또는 초음파 진동자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 초음파 발진기의 경우 400W로 동작되고, 초음파 진동자의 경우 총 8개 구비되어 각각 50W로 동작할 수 있다.

초음파 발생부(410)에 의해 발생되는 초음파는 기 설정된 주파수 이하일 수 있다. 상기 기 설정된 주파수는 약 60kHz일 수 있다. 출원인은, 약 60kHz 이하의 초음파를 조사하는 경우 그렇지 않은 경우보다 미생물의 활성도가 증가되는 것을 확인하였다.

초음파에 의해 활성화된 미생물에 의해 폐수 내의 유기물이 가수분해 되며 폐수가 정화될 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 추후에 다시 하기로 한다.

한편, 본 발명에 따른 폐수 처리장치는, 산소 공급 능력을 향상시켜 폐수 처리 능력을 향상시킬 수 있다. 이하에서는, 이와 관련된 본 발명의 구성요소를 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

도 1을 참조하면, 순환관(210)의 내부에는 이젝터(ejector)가 설치될 수 있다. 이젝터(500)는 상기 순환관(210)의 직경보다 작은 직경을 갖도록 이루어질 수 있다.

구체적으로, 이젝터(500)의 일측(510)은 순환관(210)의 내벽에 직접 연결될 수 있다. 이젝터(500)의 직경은 상기 일측(510)에서 멀어질수록 점차 감소한다. 이젝터(500)의 타측(520)은 상기 순환관(210)의 내부와 연통되도록 개방된다.

보다 구체적으로, 이젝터의 일측(510) 및 타측(520)은 각각 순환관(210)의 상류측 및 하류측에 배치될 수 있다.

도 1을 참조하면, 이젝터(500)는 순환관(210)의 일부 구간(A)에 설치될 수 있다. 상기 일부 구간은 수조(100)와 초음파 발생조(400) 사이에 위치한다.

또한, 상기 일부 구간(A)상에서 상기 순환관(210)에 교차하도록 연결관(211)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 연결관(211)은 상기 순환관(210)과 일체로 형성되며, 순환관(210)의 길이 방향에 대하여 대체로 직교하도록 배치될 수 있다.

이 때, 앞서 설명한 공기공급수단(300)은 상기 연결관(211)을 통해 순환관(210)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 연결관(211)의 일측은 순환관(210)에 직접 연결되고, 연결관(211)의 타측은 공기공급수단(300)에 직접 연결될 수 있다.

이와 같은 구조에 의하면, 공기공급수단(300)을 통해 가압된 공기와, 이젝터(500)를 통과하며 유속이 증가된 폐수의 혼합이 보다 활발히 일어날 수 있으며 폐수의 슬러지 및 플록(floc)이 저감되고, 미세 기포가 증가하여 이로 인해 폐수 내의 용존산소량이 증가하여 일차적으로 pH, SS(suspended solid)가 일부 개선될 수 있다.

초음파 발생조(400)에서는 주파수 및 강도를 조절하여 미생물을 활성화시키고 이에 따라 미세 기포가 발생된다. 이때 압축파괴현상으로 인해 하이드록실(hydroxyl)라디칼을 생성되어 폐수 내 유기물이 가수 분해될 수 있다. 보다 구체적으로, 초음파 발생조(400)에서는 공동현상(cavitation)에 의한 유기물 및 슬러지 플록(floc)이 분해될 수 있다.

한편, 초음파 발생조(400)와 수조(100) 사이에는 초음파 발생조(400)에서 수조(100)로 다시 폐수를 보내기 위한 순환관(220)이 설치될 수 있다.

이하에서는, 도 2를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐수 처리장치를 설명하도록 한다.

도 2에서는 하나의 수조(100)에 복수의 초음파 발생조(400)가 연결된 것이 도시된다.

구체적으로, 수조(100)에는 순환관이 연결될 수 있다. 상기 순환관(210)은 제 1 및 제 2 분기순환관(210a, 210b)과 연결된다. 즉, 순환관(210)을 통해 상기 수조(100)로부터 배출된 폐수는 분기되어 제 1 분기순환관(210a) 또는 제 2 분기순환관(210b)으로 흐를 수 있다.

이 때, 제 1 및 제 2 분기순환관(210a, 210b)의 일부 구간에는 앞서 설명한 이젝터(500a, 500b)가 각각 설치된다.

제 1 및 제 2 분기순환관(210a, 210b)의 일부 구간들에는 제 1 및 제 2 연결관(211a, 211b)이 각각 연결될 수 있다. 이 때, 상기 연결관들(211a, 211b)은 동일한 공기공급수단(300)과 연결될 수 있다. 또는, 도면에는 도시되지 않으나, 상기 연결관들(211a, 211b)은 서로 다른 공기공급수단(300)에 각각 연결되는 것도 가능하다.

이 때, 상기 복수의 초음파 발생조(400a, 400b)는 각각 서로 다른 주파수의 초음파를 발생하도록 구성된 초음파 발생부(410a, 410b)를 포함할 수 있다. 다시 말해 복수의 초음파 발생조(400a, 400b)의 초음파 발생부(410a, 410b)는 각각 독립적으로 제어 가능하도록 구성될 수 있다.

한편, 수조(100) 및 초음파 발생조(400) 중 적어도 하나는 수질 및 미생물의 활성도 중 적어도 하나를 측정하도록 구성되는 측정부(미도시)와 연결될 수 있다.

예를 들어, 복수의 초음파 발생조(400a, 400b)의 초음파 발생부(410a, 410b)에서는 각각 서로 다른 주파수의 초음파가 발생되도록 초기 세팅될 수 있다. 이후, 어느 하나의 초음파 발생조(400a)의 미생물의 활성도가 다른 하나의 초음파 발생조(400b)의 미생물의 활성도보다 높게 측정되는 경우, 상기 다른 하나의 초음파 발생조(400b)의 초음파 발생부(410b)의 주파수를 상기 어느 하나의 초음파 발생조(400a)의 초음파 발생부(410a)의 주파수와 같게 변경할 수 있다.

한편, 별도로 도시되지는 않으나, 상기 수조(100) 및 초음파 발생조(400) 중 적어도 하나는 담지체를 포함할 수 있다. 상기 담지체는 메쉬망일 수 있다.

실시예로서, 별도의 미생물 배양통에서 배양된 미생물을 2리터 식종하고 초음파조사와 미세버블을 함께 포함한 폐수가 미생물 배양통에서 배양이 되며 이때 배양이 빠르게 이루어지는 메커니즘은 미세버블에 의한 1차 유기질 또는 단백질의 셀블럭을 파괴하여 가수분해를 원활하게 하였으며, 그 가수분해된 폐수에 초음파로 한번 더 조사하여 공동현상에 의해 다시 한번 더 분해가 되고 이때 미생물들은 낮은 주파수와 낮은 전앞으로 인해 살균 또는 멸균이 되는게 아니라 더욱 활성화를 할 수 있다. 이로 인해 이미 가수분해된 유기질은 한번 더 공동현상의 진동으로 인해 분해가 되며 미생물의 활성화로 인해서 슬러지 또는 유기질이 분해 섭식활동에 영향을주며 미생물이 원활하게 활동할 수 있는 진동을 주어 더욱 시간을 단축시킬수 있는 효과가 있다.

이에 따라 후단에 있는 활성오니를 통해 이루어 지는 미생물의 활성화로 COD, T-N, T-P를 저감하고자 할 때 약 60%이상 저감된 폐수가 후단으로 가기 때문에 슬러지를 포함한 모든 대사물질들의 수치가 낮아지므로 후단의 폐수처리가 원활하고 여기에 소요되는 시간과 비용을 감소할 수 있는 효과가 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐수 처리장치를 이용한 폐수의 복합악취에 관한 시험에서, 처리 전의 경우 폐수의 복합악취는 20800 배였으나, 처리 후의 경우 폐수의 복합악취가 300 배까지 감소됨을 확인하였다.

본 개시내용은 도면 및 이상의 설명에서 상세하게 예시되고 설명되었지만, 본 개시내용은 특성이 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 고려되어야 하고, 단지 소정의 실시형태가 도시되고 설명되었으며, 본 개시내용의 정신 내에 들어가는 모든 변화와 변형은 보호되는 것이 바람직함이 이해될 것이다.

100: 수조
210, 220: 순환관
211: 연결관
300: 공기공급수단
400: 초음파 발생조
410: 초음파 발생부
500: 이젝터
510, 520: 이젝터의 일측 및 타측
600: 모터

Claims (8)

1. 호기성 미생물이 식종되도록 구성되는 수조;
   상기 수조에 연결되는 순환관 - 폐수는 상기 수조에서 상기 순환관으로 흐르도록 구성됨 - ;
   외부 공기를 흡입하여 상기 폐수에 제공하도록 상기 순환관의 일측에 연결되는 공기공급수단 및
   상기 폐수가 내부로 유입되도록 상기 순환관에 연결되는 초음파 발생조를 포함하며,
   상기 초음파 발생조는, 상기 호기성 미생물을 활성화시키기위한 기 설정된 주파수 이하의 초음파를 발생하도록 구성된 초음파 발생부를 포함하며,
   상기 순환관의 내부에는 상기 순환관의 직경보다 작은 직경을 갖는 이젝터가 설치되며,
   상기 이젝터의 일측은 상기 순환관의 내벽에 직접 연결되고 타측은 상기 순환관의 내부와 연통되도록 개방되며,
   상기 순환관의 일부 구간에 상기 이젝터가 설치되며 상기 이젝터가 설치되는 상기 일부 구간상에서 상기 순환관에 교차하도록 연결관이 배치되며,
   상기 공기공급수단은 상기 연결관을 통해 상기 순환관에 연결되며,
   상기 초음파 발생조는 미생물의 활성도를 측정하도록 구성되는 측정부와 연결되며,
   상기 초음파 발생조는 복수의 초음파 발생조(400a, 400b)를 포함하며,
   상기 복수의 초음파 발생조(400a, 400b) 각각은 초기에 서로 다른 주파수의 초음파가 발생되도록 세팅된 각각의 초음파 발생부(410a, 410b)를 포함하고,
   상기 초음파 발생부(410a, 410b)들은, 어느 하나의 초음파 발생조(400a)의 미생물의 활성도가 다른 하나의 초음파 발생조(400b)의 미생물의 활성도보다 높게 측정되는 경우, 상기 다른 하나의 초음파 발생조(400b)의 초음파 발생부(410b)의 주파수가 상기 어느 하나의 초음파 발생조(400a)의 초음파 발생부(410a)의 주파수와 같게 변경되도록 구성되는
   초음파 및 호기성 미생물을 이용한 폐수 처리장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 기 설정된 주파수는 60kHz인
   초음파 및 호기성 미생물을 이용한 폐수 처리장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 순환관 상에서 상기 수조와 상기 공기공급수단 사이에 위치되는 모터를 더 포함하는
   초음파 및 호기성 미생물을 이용한 폐수 처리장치.
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