KR101990768B1 - 미세기포수 복합펌프를 구비한 부상분리식 하폐수 처리장치 - Google Patents

미세기포수 복합펌프를 구비한 부상분리식 하폐수 처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가압펌프, 컴프레서 및 가압탱크 등 전력소비가 큰 부속설비를 사용하지 않고, 설치비 및 전력 소요가 적으면서 하폐수 처리 효율이 뛰어난 미세기포수 복합펌프를 구비한 부상분리식 하폐수 처리장치를 제공하기 위한 것이다.

Description

미세기포수 복합펌프를 구비한 부상분리식 하폐수 처리장치{Dissolved air flotation type wastewater processing apparatus equipped with microbubble water complex pump}
본 발명은 하폐수 처리장치, 특히 부상분리식 하폐수 처리장치에 관한 것이다.
부상분리식 하폐수 처리장치는 하수 또는 폐수와 같은 분산매질 중의 부유상 오염물질을 미세기포에 부착시켜 분산매질과 공기가 접하고 있는 수면까지 부상시켜 수면에서 오염물질 또는 오염물질이 부착된 슬러지를 제거하는 수처리 장치이다.
상기 하폐수 처리장치에 이용되는 부상분리방법에는, 기계부상법, 가압부상법, 전해부상법, 미생물학적 부상법 등이 있다. 상기 기계부상법은 난류가 심해 부유물(floc)이 파괴될 우려가 있기 때문에 상수원수, 2차 처리된 하폐수 등의 부상분리에는 부적합하며, 전해부상법의 경우에는 전기를 이용 전극판에서 물을 전기분해 미세한 기포를 발생시키는 방법으로 전력이 대단히 많이 소요되며, 물을 전기분해하는 전극판에 스케일이 발생하여 부착된다는 단점이 있다. 따라서 2차 처리된 하폐수 또는 상수원수의 경우에는 대다수가 침전 및 가압부상법이 많이 사용되고 있다.
가압부상법은 100 ㎛ 이하의 미세기포를 발생시켜 오염물에 부착시킴으로써 오염물의 전체 비중을 감소시켜 부력에 의해 오염물질을 제거하는 방법으로, 가압펌프, 컴프레서 및 가압탱크 등 전력소비가 큰 부속설비를 요구하며, 압력을 4 내지 6기압으로 유지하기 위해서 많은 전력이 소요되므로 경제성이 매우 떨어진다.
한국등록특허 제1054087호 한국등록특허 제1722099호
본 발명은 가압펌프, 컴프레서 및 가압탱크 등 전력소비가 큰 부속설비를 사용하지 않고, 설치비 및 전력 소요가 적으면서 하폐수 처리 효율이 뛰어난 미세기포수 복합펌프를 구비한 부상분리식 하폐수 처리장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은, 유입되는 하폐수에 응집제를 혼화하여 상기 하폐수에 플록을 생성시키는 혼화부(10); 상기 혼화부(10)를 통과한 하폐수가 유입되고 교반하여 상기 하폐수 중의 플록을 성장시키는 응집부(20); 상기 응집부(20)의 하부와 연통되는 하폐수 유입구(31)가 형성된 격벽(321), 2개의 측면 격벽(322, 323) 및 나머지 한 면에 바닥에서부터 상측 방향으로 수중에 설치되는 미세기포 안내판(33)으로 둘러싸여 형성되는 미세기포 접촉부(30); 상기 하폐수 유입구(31)로 유입되는 하폐수에 상기 미세기포 접촉부(30)의 하부에서 바닥 방향으로 미세기포수를 공급하는 미세기포수 배출부(40); 상기 미세기포 접촉부(30) 상부와 연통되어 상기 미세기포 접촉부(30)로부터 미세기포와 접촉된 플록과 함께 하폐수가 유입되고, 상기 미세기포와 접촉된 플록이 부력에 의해 수면에 부상하여 슬러지층을 형성하는 부상 슬러지 분리조(50); 상기 부상 슬러지 분리조(50)의 상기 미세기포 접촉부(30)와 연통되는 측의 타측 상부에 바닥에서부터 이격되도록 설치되어 수집된 슬러지를 배출하는 부상 슬러지 배출부(60); 상기 부상 슬러지 분리조(50)의 수면 위에 설치되어 부상 슬러지를 수집하는 부상 슬러지 수집기(70); 상기 부상 슬러지 분리조(50)의 하부와 연통되어 슬러지가 제거된 처리수가 저장되는 처리수 임시 저장조(80); 및 상기 처리수 임시 저장조의 상부와 연통되어 처리수가 저장되는 처리수 저장조(90);를 포함하는 부상분리식 하폐수 처리장치에 있어서,
상기 미세기포수 배출부(40)는,
상기 처리수와 공기가 공급되는 유입부(411),
상기 유입부(411)로부터 하측으로 연장된 처리수와 공기가 유동하는 분할부(412),
상기 분할부(412)에 구비되고, 회전하면서 소정간격으로 이격된 분할판(4131)으로 상기 처리수와 공기를 혼화하면서 분할하여 미세기포수를 형성하는 회전격자(413), 및
상기 분할부(412)로부터 상측으로 연장되고, 상측으로 갈수록 직경이 증가하다가 감소하여 형성된 내부 공간(4143), 상기 내부 공간(4143)의 직경이 감소된 말단부에 형성된 배출구(4141), 및 상기 배출구(4141) 둘레로 하측으로 돌출된 차단판(4142)을 포함하는 배출부(414);를 포함하는 미세기포수 복합펌프(41);
상기 미세기포수 복합펌프(41)의 상기 배출구(4141)로부터 배출되는 미세기포수 및 응집기포수의 혼합수가 공급되는 혼합수 공급관(421), 및 압력조절밸브(422) 및 압력초과공기 배출관(423)이 구비된 압력초과공기 분리탱크(42); 및
상기 압력초과공기 분리탱크(42)로부터 소정 압력 및 소정 크기 미만의 미세기포수를 배출하는 미세기포수 공급관(43);을 포함하는 것을 특징으로 하는 부상분리식 하폐수 처리장치에 관한 것이다.
본 발명은 가압펌프, 컴프레서 및 가압탱크 등 전력소비가 큰 부속설비를 사용하지 않고, 전력 소요가 적고 하폐수 처리 효율이 뛰어난 미세기포수 복합펌프를 구비한 부상분리식 하폐수 처리장치를 제공할 수 있다.
도 1은 가압펌프, 컴프레서, 라인믹서 및 가압탱크를 구비하고, 미세기포수 공급관에 분기관 및 다수의 노즐을 구비한 종래 부상분리식 하폐수 처리장치의 구성 설명도이다.
도 2는 도 1의 종래 부상분리식 하폐수 처리장치의 미세기포 접촉부의 평면도이다.
도 3은 미세기포수 복합펌프, 압력초과공기 분리탱크를 구비하고, 노즐이나 분기관 없이 미세기포수 공급관만 구비한 본 발명의 실시예에 따른 부상분리식 하폐수 처리장치의 구성 설명도이다.
도 4는 미세기포수 공급관이 수직으로 설치된 본 발명의 실시예에 따른 부상분리식 하폐수 처리장치의 미세기포 접촉부의 평면도이다.
도 5는 미세기포수 공급관이 수직으로 설치된 본 발명의 실시예에 따른 부상분리식 하폐수 처리장치에서 하폐수 유입구의 폭을 측면 격벽 사이의 폭의 50%로 하고, 측면 격벽 사이의 폭이 미세기포 안내판 방향으로 점점 넓어지는 미세기포 접촉부의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 부상분리식 하폐수 처리장치의 미세기포 접촉부의 하부를 확대한 정면도로서, 미세기포수 공급관의 말단부의 각도에 따른 길이방향의 위치 및 높이를 하나의 도면에 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 부상분리식 하폐수 처리장치의 미세기포수 복합펌프의 정단면도이다.
도 1은 종래 부상분리식 하폐수 처리장치의 구성설명도이고, 도 2는 미세기포 접촉부의 평면도를 나타낸 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면 종래 부상분리식 하폐수 처리장치는, 유입되는 하폐수에 응집제를 혼화하여 상기 하폐수에 플록을 생성시키는 급속 교반기(11)가 구비된 혼화부(10); 상기 혼화부(10)를 통과한 하폐수가 하부로 유입되고 교반하여 상기 하폐수 중의 플록을 성장시키는 완속 교반기(211)를 구비한 제1응집조(21), 및 제1응집조(21)와 상부로 연통되어 하강하면서 플록을 더욱 성장시키는 제2 응집조(22)를 구비한 응집부(20); 상기 응집부(20)의 하부와 연통되는 하폐수 유입구(31)가 형성된 격벽(321), 2개의 측면 격벽(322, 323) 및 나머지 한 면에 바닥에서부터 상측 방향으로 수중에 설치되는 미세기포 안내판(33)으로 둘러싸여 형성되는 미세기포 접촉부(30); 상기 하폐수 유입구(31)로 유입되는 하폐수에 상기 미세기포 접촉부(30)의 하부에서 미세기포수를 공급하는 미세기포수 배출부(44); 상기 미세기포 접촉부(30) 상부와 연통되어 상기 미세기포 접촉부(30)로부터 미세기포와 접촉된 플록과 함께 하폐수가 유입되고, 상기 미세기포와 접촉된 플록이 부력에 의해 수면에 부상하여 슬러지층을 형성하는 부상 슬러지 분리조(50); 상기 부상 슬러지 분리조(50)의 상기 미세기포 접촉부(30)와 연통되는 측의 타측 상부에 바닥에서부터 이격되도록 설치되어 수집된 슬러지를 배출하는 부상 슬러지 배출부(60); 상기 부상 슬러지 분리조(50)의 수면 위에 설치되어 부상 슬러지를 수집하는 부상 슬러지 수집기(70); 상기 부상 슬러지 분리조(50)의 하부와 연통되어 슬러지가 제거된 처리수가 저장되는 처리수 임시 저장조(80); 및 상기 처리수 임시 저장조의 상부와 연통되어 처리수가 저장되는 처리수 저장조(90);를 포함하는 부상분리식 하폐수 처리장치로서,
상기 미세기포수 배출부(44)는, 임시 저장조(80)의 처리수를 흡입하는 유입관(441), 상기 유입관(441)에서 처리수를 흡입하여 높은 압력으로 토출하는 가압펌프(442), 가압된 처리수 이송관에 압축공기를 공급하는 컴프레서(443), 상기 가압된 처리수와 압축공기를 혼화하는 라인믹서(444), 가압된 처리수와 압축공기의 혼화수를 가압하여 공기를 용해시키는 가압탱크(445), 상기 가압탱크에서 미세기포 접촉부(30)의 하부로 가압된 처리수와 압축공기의 혼화수를 이송하는 혼화수 공급관(446), 상기 혼화수 공급관에서 분기된 다수의 분기관(4461, 4462), 상기 다수의 분기관에 소정 간격으로 구비된 다수의 미세기포수 공급 노즐(4463, 4464)로 구성되어 있다.
상기 종래 부상분리식 하폐수 처리장치는 응집부(20)에서 성장된 플록이 미세기포 접촉부(30)와 부상 슬러지 분리조(50)로 하폐수가 유동하는 과정에서 부상하여 부상 슬러지 수집기(70)에 의해 제거된다.
그러나 상기 종래 부상분리식 하폐수 처리장치는 공기가 가압탱크(445) 내에서 처리수에 용해되는데 용해 효율을 증대시키기 위해 대용량의 가압탱크(445)가 필요하고, 또한 공기의 용해를 촉진하기 위해 컴프레서(443)가 추가로 필요하고, 고압에 의해 용해된 공기를 분기관을 거쳐 토출구 직경이 좁은 다수의 노즐을 통해 토출하는 과정에서 미세기포의 융합으로 기포의 직경이 증가하면서 압력손실이 발생되므로 처리효율이 감소되고, 설치비가 많이 소요되며, 높은 전력 소요에 의해 유지비도 많이 소요되는 문제점이 있었다.
이하 본 발명을 도 3 내지 도 7을 참조하여 설명한다.
도 3은 미세기포수 복합펌프(41), 압력초과공기 분리탱크(42)를 구비하고, 노즐이나 분기관 없이 미세기포수 공급관(43)만 구비한 본 발명의 실시예에 따른 부상분리식 하폐수 처리장치의 구성 설명도이고, 도 4는 미세기포수 공급관(43)이 수직으로 설치된 본 발명의 실시예에 따른 부상분리식 하폐수 처리장치의 미세기포 접촉부(30)의 평면도이며, 도 5는 미세기포수 공급관(43)이 수직으로 설치된 본 발명의 실시예에 따른 부상분리식 하폐수 처리장치에서 하폐수 유입구(31)의 폭을 측면 격벽 사이의 폭의 50%로 하고, 측면 격벽(322, 323) 사이의 폭이 미세기포 안내판(33) 방향으로 점점 넓어지는 미세기포 접촉부(30)의 평면도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 부상분리식 하폐수 처리장치의 미세기포 접촉부(30)의 하부를 확대한 정면도로서, 미세기포수 공급관(43)의 말단부의 각도에 따른 길이방향의 위치 및 높이를 하나의 도면에 도시한 것이다.
또한 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 부상분리식 하폐수 처리장치의 미세기포수 복합펌프(41)의 정단면도이다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 부상분리식 하폐수 처리장치는, 유입되는 하폐수에 응집제를 혼화하여 상기 하폐수에 플록을 생성시키는 혼화부(10); 상기 혼화부(10)를 통과한 하폐수가 유입되고 교반하여 상기 하폐수 중의 플록을 성장시키는 응집부(20); 상기 응집부(20)의 하부와 연통되는 하폐수 유입구(31)가 형성된 격벽(321), 2개의 측면 격벽(322, 323) 및 나머지 한 면에 바닥에서부터 상측 방향으로 수중에 설치되는 미세기포 안내판(33)으로 둘러싸여 형성되는 미세기포 접촉부(30); 상기 하폐수 유입구(31)로 유입되는 하폐수에 상기 미세기포 접촉부(30)의 하부에서 바닥 방향으로 미세기포수를 공급하는 미세기포수 배출부(40); 상기 미세기포 접촉부(30) 상부와 연통되어 상기 미세기포 접촉부(30)로부터 미세기포와 접촉된 플록과 함께 하폐수가 유입되고, 상기 미세기포와 접촉된 플록이 부력에 의해 수면에 부상하여 슬러지층을 형성하는 부상 슬러지 분리조(50); 상기 부상 슬러지 분리조(50)의 상기 미세기포 접촉부(30)와 연통되는 측의 타측 상부에 바닥에서부터 이격되도록 설치되어 수집된 슬러지를 배출하는 부상 슬러지 배출부(60); 상기 부상 슬러지 분리조(50)의 수면 위에 설치되어 부상 슬러지를 수집하는 부상 슬러지 수집기(70); 상기 부상 슬러지 분리조(50)의 하부와 연통되어 슬러지가 제거된 처리수가 저장되는 처리수 임시 저장조(80); 및 상기 처리수 임시 저장조의 상부와 연통되어 처리수가 저장되는 처리수 저장조(90);를 포함하는 것으로,
종래 부상분리식 하폐수 처리장치와는 미세기포 접촉부(30) 및 미세기포수 배출부(40)에서 기술적 구성에 주로 차이가 있다.
이하 미세기포수 배출부(40)을 먼저 설명한다.
상기 미세기포수 배출부(40)는, 상기 처리수와 공기가 공급되는 유입부(411), 상기 유입부(411)로부터 하측으로 연장된 처리수와 공기가 유동하는 분할부(412), 상기 분할부(412)에 구비되고, 회전하면서 소정간격으로 이격된 분할판(4131)으로 상기 처리수와 공기를 혼화하면서 분할하여 미세기포수를 형성하는 회전격자(413), 및 상기 분할부(412)로부터 상측으로 연장되고, 상측으로 갈수록 직경이 증가하다가 감소하여 형성된 내부 공간(4143), 상기 내부 공간(4143)의 직경이 감소된 말단부에 형성된 배출구(4141), 및 상기 배출구(4141) 둘레로 하측으로 돌출된 차단판(4142)을 포함하는 배출부(414);를 포함하는 미세기포수 복합펌프(41);
상기 미세기포수 복합펌프(41)의 상기 배출구(4141)로부터 배출되는 미세기포수 및 응집기포수의 혼합수가 공급되는 혼합수 공급관(421), 및 압력조절밸브(422) 및 압력초과공기 배출관(423)이 구비된 압력초과공기 분리탱크(42); 및
상기 압력초과공기 분리탱크(42)로부터 소정 압력 및 소정 크기 미만의 미세기포수를 배출하는 미세기포수 공급관(43);을 포함한다.
상기 유입부(411)에서 공기는 공기 유입관(4111)을 통해 처리수의 흡입 압력에 의해 함께 유입될 수 있다. 나아가 공기의 유입을 더욱 효과적으로 하기 위해 공기 유입관에서 분할부(412) 입구까지 공기 유입 인입관(4112)를 설치할 수 있다.
상기 미세기포수 복합펌프(41)는 분할판(4131)이 형성된 회전격자(413)의 회전에 의해 유입부(411)보다 좁은 유로를 가진 분할부(412)로 처리수와 공기가 흡입되고, 처리수와 공기가 혼화하면서 분할되며, 이로 인해 생성된 미세기포수가 고압으로 배출부(414)로 이송된다.
상기 미세기포수 복합펌프(41)에서 생성된 미세기포수는 내부 공간(4143) 및 차단판(4142)를 구비한 배출부(414)를 통해 소정 크기 미만의 미세기포와 소정 크기 이상의 미세기포가 각각 분리된 유로를 거친 후 배출구(4141)로 함께 배출되고, 상기 압력초과공기 분리탱크(42)에서 압력조절밸브(422)에 의해 소정 압력을 초과하는 공기는 기체상으로 배출되고, 소정 압력 이하의 처리수에 용해된 미세기포수만 미세기포수 공급관(43)을 통해 배출된다. 이때 미세기포수 공급관(43)에는 별도의 분기관이나 다수의 노즐을 추가로 구비하지 않으므로, 이로 인한 미세기포의 응집이나 압력손실 없이 미세기포수가 수중으로 공급될 수 있다.
상기 배출부(414)의 내부 공간(4143)은 상기 분할부(412)로부터 상측으로 연장되고, 상측으로 갈수록 직경이 증가하다가 감소하여 형성된 것으로 내면이 곡면을 이루고 있고, 바람직하게는 구형인 것이다. 분할판(4131) 및 회전격자(413)의 회전에 의해 처리수와 공기가 혼화하면서 분할되며, 이로 인해 생성된 미세기포수가 내부 공간(4143)으로 토출될 때, 소정 크기 이상의 미세기포는 원심력에 의해 상기 회전격자(413)의 회전 방향, 즉 도 7의 좌측 반구쪽으로 토출되어 상기 내부 공간(4143) 내벽을 따라 이동하다 회전하면서 상기 차단판(4142)에 부딪치면서 서로 응집하고, 소정 크기 미만의 미세기포는 상기 분할부(412)에서 토출되어 상기 내부 공간(4143)의 중앙부를 관통하여 이동하다가 배출구(4141)로 배출된다. 따라서 상기 분할부(412)에서 토출된 미세기포수는 미세기포의 크기에 따라 상기 배출부(414)의 내부 공간(4143)에서 각각 분리된 유로를 통해 이동하다가 배출구(4141)로 함께 배출된다. 즉, 배출구(4141)로 배출되는 미세기포수는 내부 공간(4143)의 중앙부로 이동하는 소정 크기 미만의 미세기포와 내부 공간(4143)의 내벽으로 회전하면서 응집하여 더욱 커진 소정 크기 이상의 미세기포가 함께 배출된다.
상기 차단판(4142)의 높이는 상기 구형 내부 공간(4143) 지름의 5 내지 40%, 바람직하게는 10 내지 30%인 것이다. 상기 차단판(4142)의 높이가 너무 낮으면 내부 공간(4143)의 내벽을 회전하면서 충분히 응집되기 전에 중앙부로 이동하는 소정 크기 미만의 미세기포와 함께 배출될 수 있다. 상기 차단판(4142)의 높이가 너무 높으면 내부 공간(4143)의 내벽을 회전하면서 소정 크기 이상으로 응집된 미세기포의 양이 상대적으로 너무 많아지므로 미세기포수 복합펌프(41)의 소정 크기 미만의 미세기포를 생성하는 미세기포 생성 효율 및 전력 소요 절감 효과가 감소한다.
상기 차단판(4142)의 높이는 회전격자(413)의 회전방향의 높이가 높고, 그 반대방향의 높이가 낮은 잘린 원기둥 형상인 것이, 소정 크기 미만의 미세기포를 생성하는 미세기포 생성 효율 및 전력 소요 절감 효과를 높이는데 더욱 바람직하다.
상기 구형 내부 공간(4143)의 지름은 상기 회전격자(413)의 둘레로 형성된 분할부(412)의 유로 내경의 3 내지 6 배, 바람직하게는 4 내지 5.5 배인 것으로, 상기 범위를 벗어날 경우 미세기포를 생성하는 미세기포 생성 효율 및 전력 소요 절감 효과가 감소한다.
상기 유입부(411)의 유로 내경은 상기 회전격자(413)의 둘레로 형성된 분할부(412)의 유로 내경의 2 내지 4배, 바람직하게는 2.5 내지 3.5 배인 것으로, 상기 하한치 미만에서는 미세기포수 복합펌프(41)에서 토출되는 미세기포수의 토출 압력 상승에 한계가 있고, 상기 상한치를 초과할 경우 펌프에 부하가 발생하여 펌프의 크기나 용량을 더욱 키워야 할 수 있다.
상기 미세기포수 복합펌프(41)의 상기 유입부(411)로 처리수는 0.1 내지 0.6 bar, 바람직하게는 0.2 내지 0.5 bar의 압력으로 흡입 공급되고, 상기 공기는 유입 유량의 3 내지 10%, 바람직하게는 7.5 내지 8.5%로 흡입되며, 상기 회전격자(413)의 회전수는 40 내지 60 Hz, 바람직하게는 50 내지 60 Hz인 것이고, 상기 범위를 벗어날 경우 미세기포수 복합펌프(41)에서 토출되는 미세기포수의 토출 압력 상승에 한계가 있고, 미세기포수 복합펌프(41)에서 토출되는 압력을 2 내지 6 bar, 바람직하게는 3 내지 5 bar로 맞추기 어렵다.
상기 압력초과공기 분리탱크(42)의 압력조절밸브(422)는 2 내지 6 bar, 바람직하게는 3 내지 5 bar로 설정할 수 있다. 본 발명의 미세기포수 공급관(43)에는 분기관이나 다수의 노즐을 통한 압력 손실 없이 바로 미세기포 접촉부(30)로 토출되므로 압력초과공기 분리탱크(42)의 압력조절밸브(422)에서 설정된 압력이 미세기포수 공급관(43)에서 토출되는 압력과 실질적으로 거의 동일하다.
상기 미세기포수 공급관(43)은 상기 하폐수 유입구(31)로 유입되는 하폐수에 상기 미세기포 접촉부(30)의 하부에서 바닥 방향으로 미세기포수를 공급한다. 상기 미세기포수 공급관(43)은 상기 미세기포 접촉부(30)에서 별도의 분기관이나 다수의 노즐이 설치되지 않고, 미세기포수를 바닥 방향으로 공급하는 배관이다.
이하 미세기포 접촉부(30)을 설명한다.
상기 하폐수 유입구(31)는 상기 격벽(321)의 하부에 응집부(20)의 하부와 연통되도록 바닥에서 소정의 높이까지 상기 격벽(321)으로 차단되지 않은 부분으로, 상기 2개의 측면 격벽(322, 323) 사이의 격벽(321) 하부 전체에 형성될 수 있다. 또는 응집부(20)에서 유입되는 하폐수와 미세기포수 공급관(43)을 통해 공급되는 미세기포수의 접촉을 늘리기 위해 상기 격벽(321)의 하부에 응집부(20)의 하부와 연통되는 하폐수 유입구(31)의 폭을 상기 격벽(321)의 하부 전체 폭의 20 내지 100%, 바람직하게는 30 내지 80%, 더욱 바람직하게는 40 내지 60%로 형성할 수 있다.
상기 미세기포 접촉부(30)는 상기 2개의 측면 격벽(322, 323) 사이를 폭방향으로 할 때, 상기 2개의 측면 격벽(322, 323) 사이의 폭이 상기 하폐수 유입구(31)에서 미세기포 안내판(33) 방향으로 가면서 점점 넓어지는 것이 미세기포수와 하폐수의 접촉 효율을 높이는데 바람직하다.
상기 하폐수 유입구(31)가 형성된 격벽(321) 및 미세기포 안내판(33) 사이를 길이방향, 상기 2개의 측면 격벽(322, 323) 사이를 폭방향으로 할 때, 상기 미세기포 접촉부(30)의 폭과 길이의 비는 1:1.2 내지 1:3, 바람직하게는 1:1.5 내지 1:2.5인 것이다. 상기 범위에서 폭이 너무 넓을 경우 미세기포수 공급관(43)에서 배출된 미세기포수가 2개의 측면 격벽(322, 323)까지 도달하지 않아 미세기포 접촉부(30) 내에 죽은 영역이 발생하고, 상기 범위에서 길이가 너무 길 경우 하폐수와 함께 플록을 상승시키는 압력이 손실되어 하폐수 처리 효율이 저하될 수 있다.
상기 미세기포수 공급관(43)의 말단부는 미세기포 접촉부(30) 바닥과 15°내지 60°, 바람직하게는 20°내지 45°경사지게 미세기포 안내판(33) 방향으로 배출되도록 구비될 수 있다. 상기 각도가 너무 낮은 경우 상기 미세기포 접촉부(30) 외부에서 미세기포 접촉부(30)의 하부로 인입 설치되는 상기 미세기포수 공급관(43)을 설치에 어려움이 있고, 상기 각도가 너무 높거나 수직으로 설치되는 경우 미세기포수 공급관(43)에서 배출되는 미세기포수의 일부가 하폐수 유입구(31) 방향으로 토출되어 플록의 원활한 상승이 어려워질 수 있다.
상기 미세기포 안내판(33)은 바닥에서 30°내지 60°, 바람직하게는 40°내지 55°경사지게 형성될 수 있다. 또한 상기 미세기포 안내판(33)은 바닥부터 말단까지 일정한 각도로 형성할 수도 있고, 바람직하게는 상기 범위 내에서 바닥부분의 각도는 상대적으로 높고, 말단부분의 각도는 상대적으로 낮게 형성할 수도 있고, 상기 범위 내에서 곡선형으로 형성할 수도 있다. 종래 미세기포 접촉부(30)의 바닥의 넓은 면적에 분기관 및 다수의 노즐을 형성한 도 2의 미세기포수 배출부(44)의 경우 미세기포 접촉부(30) 바닥에서 노즐을 통해 상부 방향으로 하폐수 및 플록을 상승시키기 때문에 상기 미세기포 안내판(33)의 경사가 60°를 초과하거나 나아가 수직으로 형성되는 경우에도 플록을 용이하게 상승시킬 수 있었으나, 본 발명의 경우 바닥 방향으로 토출되는 미세기포수가 미세기포 안내판(33)을 용이하게 타고 넘어가면서 플록을 상승시킬 수 있도록 상기 상한치 이하로 각도를 낮출 필요가 있다. 다만 미세기포 안내판(33)의 각도가 너무 낮아지면 수면까지의 거리가 너무 길어져 오히려 플록의 상승이 어려워질 수 있다.
상기 미세기포 안내판(33)의 높이는 상기 미세기포 접촉부(30)의 하폐수 높이의 50 내지 70 %인 것이 바람직하다.
상기 미세기포수 공급관(43)의 말단부 위치는 상기 폭방향의 중앙이 바람직하다. 또한 도 6에 미세기포 접촉부(30) 하부 확대도를 참고하여 설명하면, 상기 미세기포수 공급관(43)의 말단부 위치는 상기 길이방향에서 상기 하폐수 유입구(31)가 형성된 격벽(321)부터 미세기포 안내판(33)까지의 길이를 L이라 하고, 상기 미세기포수 공급관(43)의 말단부는 미세기포 접촉부(30) 바닥 사이의 각도를 θ°이고, 상기 격벽(321)부터 미세기포수 공급관(43)의 말단부까지 거리를 ℓ이라 할 때, L×(θ-30)/180 ≤ ℓ ≤ L×θ/180 이고, ℓ ≥ 0 인 위치이며, 상기 하폐수 유입구(31)의 높이를 H이라 하고, 상기 미세기포수 공급관(43)의 말단부의 바닥에서부터의 높이를 h라 할 때, H×(θ-5)/100 ≤ h ≤ H×(θ+30)/100 인 것이 바람직하다. 즉 상기 미세기포수 공급관(43)의 말단부는 미세기포 접촉부(30) 바닥 사이의 각도가 높아질수록 상기 미세기포수 공급관(43)의 말단부 위치는 상기 길이방향에서 격벽(321)에서 미세기포 안내판(33) 방향으로 이동하고, 상기 미세기포수 공급관(43)의 말단부 높이는 높아지는 것이 미세기포수와 하폐수의 접촉을 효율적으로 증진시켜 처리 효율을 증대시킬 수 있다.
상기 하폐수 유입구(31)의 높이는 300 내지 800 mm이고, 상기 미세기포수 공급관(43)은 미세기포 접촉부(30) 바닥에서 150 내지 600 mm 높이에 미세기포수가 바닥방향으로 배출되도록 구비될 수 있다. 이때 상기 바닥부터 격벽(321, 322, 323)의 높이가 2 내지 4.5 m 정도일 수 있다.
한편 부상 슬러지 배출부(60)의 바닥은 미세기포 안내판(33)에서 임시 저장조(80) 방향으로 가면서 바닥면을 경사지게 설치할 수 있다. 상기 경사는 2°내지 5°가 바람직하다. 상기 부상 슬러지 분리조(50)와 처리수 임시 저장조(80)에는 바닥면에 수직으로 침강 슬러지 차단벽(81)을 격벽(321) 높이의 5 내지 30 % 높이로 설치하는 것이 부상 후 일부 침강되는 슬러지의 유입을 차단하는데 유리하다.
이하 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 궤적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
실시예 1
도 4의 미세기포 접촉부(30) 평면도를 참고하여, 미세기포 접촉부(30)의 폭과 길이의 비는 1:3이고, 폭 1.8 m, 길이 4.2 m, 높이 2.2 m이고, 하폐수 유입구(31)의 높이는 0.4 m, 폭은 1.8 m, 미세기포 안내판(33)의 각도는 60°이며, 높이가 1.4 m인 미세기포 접촉부(30)에 도 7에 도시된 미세기포수 복합펌프(41), 압력초과공기 분리탱크(42); 및 미세기포수 공급관(43)으로 구성된 미세기포 배출부(40)을 설치하였다. 상기 미세기포 접촉부(30)의 하폐수의 높이는 2.1 m이었다.
상기 미세기포수 복합펌프(41)의 유입부(411)로 처리수는 0.4 bar의 압력으로 125 L/분 흡입 공급되고, 상기 공기는 10 L/분으로 흡입되며, 상기 회전격자(413)의 회전수는 60 Hz이며, 상기 압력초과공기 분리탱크(42)의 압력조절밸브(422)는 4 bar로 설정되어, 미세기포수 공급관(43)으로 4 bar의 미세기포수가 토출되도록 하였다.
또한 상기 미세기포 배출관(43)은 격벽(321)에서 미세기포 안내판(33) 방향으로 1.6 m, 바닥에서 0.4 m 높이에 수직으로 바닥방향으로 설치하였다.
실시예 2
도 5의 미세기포 접촉부(30)의 평면도를 참고하여, 하폐수 유입구(31)는 격벽(321) 중앙에 설치하고 폭은 0.9 m로 하고, 하폐수 유입구의 좌우 측단에 접한 2개의 측면 격벽(322, 323) 사이의 폭이 미세기포 안내판(33) 방향으로 가면서 45°각도로 점점 넓어지도록 하고, 나머지는 실시예 1과 동일하게 구성하였다.
실시예 3
실시예 2와 동일하게 미세기포 접촉부(30)를 구성하고, 다만 미세기포 배출관(43)은 격벽(321)에서 미세기포 안내판(33) 방향으로 말단부 위치가 0.3 m, 바닥에서 0.1 m 높이에 위치하도록 바닥에서 20°로 설치하였다.
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실시예 4
실시예 2와 동일하게 미세기포 접촉부(30)를 구성하고, 다만 미세기포 배출관(43)은 격벽(321)에서 미세기포 안내판(33) 방향으로 말단부 위치가 0.7 m, 바닥에서 0.2 m 높이에 위치하도록 바닥에서 40°로 설치하였다.
실시예 5
실시예 2와 동일하게 미세기포 접촉부(30)를 구성하고, 다만 미세기포 배출관(43)은 격벽(321)에서 미세기포 안내판(33) 방향으로 말단부 위치가 1 m, 바닥에서 0.3 m 높이에 위치하도록 바닥에서 60°로 설치하였다.
비교예 1
실시예 2와 동일하게 미세기포 접촉부(30)를 구성하고, 다만 미세기포 배출관(43)은 격벽(321)에서 미세기포 안내판(33) 방향으로 말단부 위치가 1 m, 바닥에서 0.4 m 높이에 위치하도록 수직으로 바닥방향으로 설치하였다.
비교예 2
실시예 1과 동일 규격의 미세기포 접촉부(30)를 구비한 부상분리식 하폐수 처리장치에, 도 1과 같이 가압펌프(442), 가압된 처리수 이송관에 압축공기를 공급하는 컴프레서(443), 상기 가압된 처리수와 압축공기를 혼화하는 라인믹서(444), 가압된 처리수와 압축공기의 혼화수를 가압하여 공기를 용해시키는 가압탱크(445), 상기 가압탱크에서 미세기포 접촉부(30)의 하부로 가압된 처리수와 압축공기의 혼화수를 이송하는 혼화수 공급관(446), 상기 혼화수 공급관에서 분기된 2개의 분기관(4461, 4462), 상기 2개의 분기관에 각각 소정 간격으로 8개씩 미세기포수 공급 노즐(4463, 4464)로 구성된 미세기포 배출부(44)를 바닥에서 0.1 m 높이에 설치하였다.
실험예 1: 하폐수 처리효율
실시예 1 내지 5 및 비교예 1 및 2의 부상분리식 하폐수 처리장치를 이용하여 하폐수의 처리효율을 비교하였다. 유입되는 하폐수의 총인(T-P)는 0.807 mg/L이고, 부유물질은 4.4 mg/L이었다. 하폐수 처리효율은 유입되는 하폐수의 총인 또는 부유물질에서 하폐수 처리장치를 거친 처리수의 총인 또는 부유물질 감소 정도를 백분율로 아래 표 1에 나타내었다.
구분 총인 처리효율(%) 부유물질 처리효율(%)
실시예 1 82 31
실시예 2 84 35
실시예 3 85 41
실시예 4 86 44
실시예 5 85 42
비교예 1 80 15
비교예 2 79 8
실험예 2: 전력 사용량
실시예 1 내지 5 및 비교예 1 및 2의 부상분리식 하폐수 처리장치를 이용하여 7일 동안 전력사용량을 평균하여 1일 평균 전력사용량을 계산하여 표 2에 나타내었다.
구분 1일 평균 전력사용량(kWh)
실시예 1 90
실시예 2 90
실시예 3 90
실시예 4 90
실시예 5 90
비교예 1 90
비교예 2 150
10: 혼화부 11: 급속 교반기
20: 응집부 21: 제1 응집조 211: 완속 교반기
22:제2 응집조
30: 미세기포 접촉부 31: 하폐수 유입구 321: 격벽
322, 323: 측면 격벽 33: 미세기포 안내판
40, 44: 미세기포 배출부
41: 미세기포수 복합펌프 411: 유입부
4111: 공기 유입관 4112: 공기 유입 인입관
412: 분할부 413: 회전격자 4131: 분할판
414: 배출부 4141: 배출구 4142: 차단판
4143: 내부 공간
42: 압력초과공기 분리탱크 421: 혼합수 공급관
422: 압력조절밸브 423: 압력초과공기 배출관
43: 미세기포수 공급관
441: 유입관 442: 가압 펌프 443: 컴프레서
444: 라인믹서 445: 가압 탱크 446: 혼화수 공급관
4461, 4462: 분기관 4463, 4464: 노즐
50: 부상 슬러지 분리조
60: 부상 슬러지 배출부
70: 부상슬러지 수집기
80: 처리수 임시 저장조 81: 침강 슬러지 차단벽
90: 처리수 저장조

Claims (16)

  1. 유입되는 하폐수에 응집제를 혼화하여 상기 하폐수에 플록을 생성시키는 혼화부(10); 상기 혼화부(10)를 통과한 하폐수가 유입되고 교반하여 상기 하폐수 중의 플록을 성장시키는 응집부(20); 상기 응집부(20)의 하부와 연통되는 하폐수 유입구(31)가 형성된 격벽(321), 2개의 측면 격벽(322, 323) 및 나머지 한 면에 바닥에서부터 상측 방향으로 수중에 설치되는 미세기포 안내판(33)으로 둘러싸여 형성되는 미세기포 접촉부(30); 상기 하폐수 유입구(31)로 유입되는 하폐수에 상기 미세기포 접촉부(30)의 하부에서 바닥 방향으로 미세기포수를 공급하는 미세기포수 배출부(40); 상기 미세기포 접촉부(30) 상부와 연통되어 상기 미세기포 접촉부(30)로부터 미세기포와 접촉된 플록과 함께 하폐수가 유입되고, 상기 미세기포와 접촉된 플록이 부력에 의해 수면에 부상하여 슬러지층을 형성하는 부상 슬러지 분리조(50); 상기 부상 슬러지 분리조(50)의 상기 미세기포 접촉부(30)와 연통되는 측의 타측 상부에 바닥에서부터 이격되도록 설치되어 수집된 슬러지를 배출하는 부상 슬러지 배출부(60); 상기 부상 슬러지 분리조(50)의 수면 위에 설치되어 부상 슬러지를 수집하는 부상 슬러지 수집기(70); 상기 부상 슬러지 분리조(50)의 하부와 연통되어 슬러지가 제거된 처리수가 저장되는 처리수 임시 저장조(80); 및 상기 처리수 임시 저장조의 상부와 연통되어 처리수가 저장되는 처리수 저장조(90);를 포함하는 부상분리식 하폐수 처리장치에 있어서,
    상기 미세기포수 배출부(40)는,
    상기 처리수와 공기가 공급되는 유입부(411),
    상기 유입부(411)로부터 하측으로 연장된 처리수와 공기가 유동하는 분할부(412),
    상기 분할부(412)에 구비되고, 회전하면서 소정간격으로 이격된 분할판(4131)으로 상기 처리수와 공기를 혼화하면서 분할하여 미세기포수를 형성하는 회전격자(413), 및
    상기 분할부(412)로부터 상측으로 연장되고, 상측으로 갈수록 직경이 증가하다가 감소하여 형성된 내부 공간(4143), 상기 내부 공간(4143)의 직경이 감소된 말단부에 형성된 배출구(4141), 및 상기 배출구(4141) 둘레로 하측으로 돌출된 차단판(4142)을 포함하는 배출부(414);를 포함하는 미세기포수 복합펌프(41);
    상기 미세기포수 복합펌프(41)의 상기 배출구(4141)로부터 배출되는 미세기포수 및 응집기포수의 혼합수가 공급되는 혼합수 공급관(421), 및 압력조절밸브(422) 및 압력초과공기 배출관(423)이 구비된 압력초과공기 분리탱크(42); 및
    상기 압력초과공기 분리탱크(42)로부터 소정 압력 및 소정 크기 미만의 미세기포수를 배출하는 미세기포수 공급관(43);을 포함하고,
    상기 격벽(321)의 하부에 응집부(20)의 하부와 연통되는 하폐수 유입구(31)의 폭은 상기 격벽(321)의 폭의 30 내지 80%이고,
    상기 2개의 측면 격벽(322, 323) 사이를 폭방향으로 할 때, 상기 2개의 측면 격벽(322, 323) 사이의 폭이 상기 하폐수 유입구(31)에서 미세기포 안내판(33) 방향으로 가면서 점점 넓어지며,
    상기 하폐수 유입구(31)가 형성된 격벽(321) 및 미세기포 안내판(33) 사이를 길이방향, 상기 2개의 측면 격벽(322, 323) 사이를 폭방향으로 할 때, 상기 미세기포 접촉부(30)의 폭과 길이의 비는 1:1.2 내지 1:3이고,
    상기 미세기포 안내판(33)은 바닥에서 30°내지 60°경사지게 형성되며,
    상기 미세기포수 공급관(43)의 말단부는 미세기포 접촉부(30) 바닥과 15°내지 60°경사지게 미세기포 안내판(33) 방향으로 배출되도록 구비되고,
    상기 미세기포수 공급관(43)의 말단 위치는 상기 폭방향의 중앙이고,
    상기 길이방향에서 상기 하폐수 유입구(31)가 형성된 격벽(321)부터 미세기포 안내판(33)까지의 길이를 L이라 하고, 상기 미세기포수 공급관(43)의 말단부는 미세기포 접촉부(30) 바닥 사이의 각도를 θ°이고, 상기 격벽(321)부터 미세기포수 공급관(43)의 말단부까지 거리를 ℓ이라 할 때, 상기 ℓ은 L×(θ-30)/180 ≤ ℓ ≤ L×θ/180 및 ℓ ≥ 0 인 조건을 모두 만족하는 위치이며,
    상기 하폐수 유입구(31)의 높이를 H이라 하고, 상기 미세기포수 공급관(43)의 말단부의 바닥에서부터의 높이를 h라 할 때, 상기 h는 H×(θ-5)/100 ≤ h ≤ H×(θ+30)/100인 조건을 만족하는 높이인 것을 특징으로 하는 부상분리식 하폐수 처리장치.
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  16. 제1항에 있어서,
    상기 하폐수 유입구(31)의 높이는 300 내지 800 mm이고,
    상기 미세기포수 공급관(43)은 미세기포 접촉부(30) 바닥에서 150 내지 600 mm 높이에 미세기포수가 바닥방향으로 배출되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 부상분리식 하폐수 처리장치.
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