KR102177104B1 - 부상분리를 이용한 수처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세기포와 조대기포를 이용하여 제거하고자 하는 응집플록을 용이하게 제거할 수 있는 설치공간이 최소화된 수처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 1)부상반응조 내부에 형성된 처리수를 기체가 유입되는 믹서펌프에 공급하여 해당 처리수와 기체가 서로 용해된 용해수를 생성하는 단계와, 2)상기 믹서펌프에서 배출되는 용해수를 일정비율로 분할하여 미세기포 공급부재과 조대기포 공급부재에 각각 공급하여 미세기포와 조대기포를 생성하는 단계와, 3)생성된 미세기포를 폐수와 응집제와 폴리머로 이루어진 부상보조제가 유입되는 응집플록 반응부에 공급 후, 단계별로 서로 혼합하여 해당 미세기포가 들러붙은 응집플록을 생성하며, 생성된 상기 응집플록을 부상분리 반응부에 공급하는 단계 및 4)상기 부상분리 반응부에 공급된 상기 응집플록을 제거한 정화가 이루어진 처리수를 획득하며, 해당 처리수를 별도로 수용하여 그 일부는 상기 믹서펌프에 공급하고, 나머지는 상기 부상분리 반응부 외부로 배출하는 단계를 포함하되, 상기 조대기포 공급부재는 상기 부상분리 반응부 하부에 내측으로 조대기포를 배출할 수 있도록 설치되어 상기 부상분리 반응부 내에서 침전되는 상기 응집플록을 부상시키는 것을 특징으로 한다.

Description

부상분리를 이용한 수처리방법{Water treatment method using floatation}

본 발명은 미세기포와 조대기포를 이용하여 제거하고자 하는 응집플록을 용이하게 제거할 수 있는 설치공간이 최소화된 수처리방법에 관한 것이다.

일반적으로 오폐수 처리 시스템은 축산폐수, 가정하수, 공장폐수, 양식(어)장 폐수, 매립지 침출수 등을 정수하기 위해 일련의 물리적 처리(단위조작 : unit operation)와 화학 또는 생물학적 처리(단위공정 : unitprocess)를 조합하여 폐수로부터 오염물질을 3단계 처리로 제거한다.

1차 처리(primary treatment)에서는 폐수중에 포함된 상대적으로 큰 오염물을 균일한 크기의 구멍이 형성된 스크린으로 걸러내는 스크린분리(screening), 물보다 무거운 오염물을 중력에 의해 분리하는 침강분리(sedimentation)등의 단위조작을 적용하여, 폐수 중에 포함된 부상성 오염물과 침강성 오염물을 일차적으로 제거한다.

2차 처리에서는 응집제, 흡착제 및 살균제등의 각종 약품을 사용하여 현탁부유물을 응집 및 침강시키거나 흡착시키고 병원균을 사멸시키는 등의 화학적 단위 공정과, 미생물의 작용에 의해 비침강성 생분해 유기물을 분해하여 기체로 전환시키거나 부유물로 응집시켜 침강제거하는 등의 생물학적 단위공정을 사용하며, 폐수 중에 포함된 유기물을 주로 제거한다.

3차 처리(또는 고도 처리라고 함)에는 앞서 1차 및 2차 처리에 언급된 여러 가지 단위조작과 단위공정이 복합적으로 적용되며, 1차 및 2차 처리에서 쉽게 제거되지 않는 암모니아, 질소, 인 등을 비롯한 각종 무기물과 중금속 및 합성유기물 등을 제거한다.

상기와 같은 일반적인 폐수처리 방법은 유기물과 같은 각종 부유물을 제거하는 공정이 있으며, 이들 부유물의 분리 및 제거는 부유물의 물리화학적 특성(예, 크기, 밀도, 표면 전하등)에 따라 침강분리, 부상분리 등을 선택적으로 사용한다.

상기 침강분리는 수중에 응집제를 투입하여 혼합, 교반시켜 응괴를 형성하고, 여기에 불순물을 흡착시켜 침전시키는 것으로, 물보다도 무거운 입자는 정체된 물 또는 극히 흐름이 느린 물에서 침강하여 물과 분리하는 방식이다.

상기 부상분리는 분산매에 분산된 부유상에 공기를 부착시켜 분산매와 공기가 접하고 있는 한계면까지 부상시키는 현상을 말하며, 현탁물의 비중이 물보다 작거나 또는 현탁물에 작은 기포를 부착시켜서 비중을 작게하여 물의 표면에 정지시켜 물로부터 분리하는 방식이다.

그러나, 상기와 같은 부상분리는 부유물(응집플록)이 정체된 물 또는 극히 흐름이 느린 물에서 침강하여 물과 분리되므로 폐수처리시간이 장시간 소요되며, 물이 천천히 흐르도록 넓은조에 유입시켜 입자를 분리하는 침전지를 설치해야 하므로 처리장의 설치면적과 설치비용이 상승한다는 문제점이 있다.

국내등록특허 제10-0446141호(공고일: 2004.08.25.) 국내등록특허 제10-1718828호(공고일: 2017.03.23.)

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 처리장의 설치면적을 최소화 하면서도 폐수처리에 의한 시간적인 이득을 취할 수 있는 수처리방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상술한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 부상분리를 이용한 수처리방법은 1)부상반응조 내부에 형성된 처리수를 기체가 유입되는 믹서펌프에 공급하여 해당 처리수와 기체가 서로 용해된 용해수를 생성하는 단계와, 2)상기 믹서펌프에서 배출되는 용해수를 일정비율로 분할하여 미세기포 공급부재과 조대기포 공급부재에 각각 공급하여 미세기포와 조대기포를 생성하는 단계와, 3)생성된 미세기포를 폐수와 응집제와 폴리머로 이루어진 부상보조제가 유입되는 응집플록 반응부에 공급 후, 단계별로 서로 혼합하여 해당 미세기포가 들러붙은 응집플록을 생성하며, 생성된 상기 응집플록을 부상분리 반응부에 공급하는 단계 및 4)상기 부상분리 반응부에 공급된 상기 응집플록을 제거한 정화가 이루어진 처리수를 획득하며, 해당 처리수를 별도로 수용하여 그 일부는 상기 믹서펌프에 공급하고, 나머지는 상기 부상분리 반응부 외부로 배출하는 단계를 포함하되, 상기 조대기포 공급부재는 상기 부상분리 반응부 하부에 내측으로 조대기포를 배출할 수 있도록 설치되어 상기 부상분리 반응부 내에서 침전되는 상기 응집플록을 부상시키는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 2)단계에서는 2-1)단계로 추가혼합단계를 더 포함하되, 상기 추가혼합단계는 상기 믹서펌프에서 상기 미세기포 공급부재 사이에 설치되는 혼합챔버부재로 용해수가 와류 현상에 의해 혼합될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한 미세기포의 입자는 20㎛ 이하이며, 조대기포의 입자는 20㎛ 이상인 것이 바람직하다.

또한 상기 3)단계에서 단계별 혼합에 의해 생성되는 상기 응집플록은 폐수와 미세기포를 혼합수단에 의해 서로 혼합한 제1혼합물을 1차 생성하고, 상기 제1혼합물과 상기 응집제를 상기 혼합수단에 의해 서로 혼합한 제2혼합물을 2차 생성하며, 상기 제2혼합물에 상기 폴리머를 상기 혼합수단에 의해 서로 혼합하는 3차 생성에 의해 상기 응집플록을 획득하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 종래와는 차별적으로 응집플록에 미세기포가 붙을 수 있도록 해당 미세기포를 기포발생부를 통해 제공하되 부상반응조 내에서 상기 기포발생부에서 공급되는 또 다른 기포인 조대기포를 이용하여 상기 응집플록이 상기 부상반응조 내에서 침전되는 것을 방지하여 수면 위로 부상시킴으로써, 상기 응집플록의 제거가 용이하도록 한다.

또한 종래와는 차별적으로 설치면적이 최소화되어 설치장소의 제약이 불필요한 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 부상분리를 이용한 수처리방법을 나타낸 흐름도.
도 2는 본 발명에 따른 부상분리를 이용한 수처리방법을 활용한 폐수처리시스템을 나타낸 개념도.
도 3은 도 2에 대한 기포발생부를 나타낸 개념도.
도 4는 도 3에 대한 미세기포 공급부재를 나타낸 도면.
도 5는 도 4에 대한 충돌관을 나타낸 도면.
도 6은 도 4에 대한 다른 실시예.
도 7은 도 3에 대한 혼합챔버부재를 나타낸 도면.
도 8은 도 2에 대한 응집플록 반응부를 나타낸 도면.
도 9는 도 8에 대한 혼합수단을 나타낸 도면.
도 10은 도 9에 대한 혼합수단의 다른 실시예.
도 11은 도 2에 대한 부상분리 반응부를 나타낸 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 부상분리를 이용한 수처리방법(이하, 간략하게 '폐수처리방법'이라 한다)에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 폐수처리방법은 크게 1)용해수를 획득하는 단계(S100), 2)미세기포와 조대기포를 생성하는 단계(S200), 3)응집플록을 생성하는 단계(S300) 및 4)응집플록을 제거하는 단계(S400)를 포함하는 방법으로 이루어진다.

더욱 상세하게 설명하면, 상기 1)단계(S100)는 후술하는 미세기포와 조대기포로 이루어진 버블수를 생성하기 위한 단계이다.

예컨대 버블수는 후술하는 부상분리 반응부(300)를 통해 응집플록(F)이 제거된 정화가 이루어진 처리수를 복수의 믹서펌프(110)에 각각 유입되되 유입된 처리수와 함께 각각의 상기 믹서펌프(110)에 동시에 유입되는 기체를 용해시킨 용해수를 통해 미세기포 공급부재(120)와 복수의 조대기포 공급부재(130)에 개별 공급하여 미세기포와 조대기포가 생성될 수 있도록 한다.

아울러 믹서펌프(110)에 유입되는 유입수로 사용하는 처리수는 처리수 수용조(312)의 전체용량 중에서 약 20~40% 비율의 처리수가 상기 믹서펌프(110)로 유입되어 사용될 수 있도록 상기 처리수 수용조(312)와 관 연결되어 있으며, 버블수로 사용하지 않는 나머지 처리수는 외부로 배출될 수 있도록 한다.

또한 미세기포 공급부재(120)와 조대기포 공급부재(130)에 유입되는 용해수는 서로 다른 용량을 갖도록 공급할 수 있는데 그 이유는 하기에 설명하는 기포생성부(100)에서 더욱 상세하게 설명하도록 한다.

그리고, 상기 2)단계(S200)는 용해수를 서로 분할 공급하여 미세기포와 조대기포를 생성할 수 있도록 하기 위한 단계이다.

예컨대 상술한 1)단계(S100)에서 믹서펌프(110)에 의해 획득한 용해수는 미세기포 공급부재(120)와 조대기포 공급부재(130)에 각각 분할 공급될 수 있도록 상기 믹서펌프(110)와 관 연결되어 있으며, 그 공급비율은 상기 미세기포 공급부재(120)에 약 50~70% 비율의 용해수가 유입시에 상기 조대기포 공급부재(130)에는 그 나머지인 약 30~50% 비율의 용해수가 공급되어 미세기포와 조대기포가 각각 생성될 수 있도록 한다.

아울러 생성되는 미세기포의 입자 크기는 20㎛ 미만이며, 조대기포의 입자 크기는 해당 미세기포와 대비하여 밀도가 높게 최소 20㎛ 이상으로 생성될 수 있도록 그 입자 크기를 한정할 수 있는데 이에 대한 이유는 하기에 더욱 상세하게 설명하도록 한다.

이때, 2)단계(S200)에서는 상술한 미세기포의 입자 크기에 만족하는 기포를 생성하기 용이하게 믹서펌프(110)과 미세기포 공급부재(120) 사이에 혼합챔버부재(140)을 더 구비하여 상기 혼합챔버부재(140)를 통해 처리수와 기체의 용해율을 극대화할 수 있는 추가혼합단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이를 통해 조대기포보다 작은 입자를 갖는 미세기포를 용해수로 생성시에 밀도가 높은 미세기포를 생성하기 용이하여 후술하는 응집플록(F)가 들러붙은 상기 미세기포의 유지시간을 더욱 늘릴 수 있게 된다.

그리고, 상기 3)단계(S300)는 상술한 2)단계(S200)에서 생성된 미세기포와 응집제 및 폴리머로 구성된 부상보조제(215)를 폐수에 단계별로 혼합하여 응집플록(F)을 생성할 수 있도록 하기 위한 단계이다.

예컨대 응집플록(F)의 생성은 먼저, 폐수와 미세기포를 서로 혼합하여 제1탱크(211)에 수용하는 제1혼합물을 1차 생성하며, 생성된 상기 제1혼합물에 응집제를 혼합한 제2혼합물을 제2탱크(212)에 수용하고, 생성된 상기 제2혼합물에 폴리머를 혼합하여 이를 제3탱크(213)에 수용할 수 있는 응집플록(F)을 3차로 생성하는 복수의 과정을 단계별로 실행하여 획득할 수 있도록 한다.

이때, 제1 내지 제3혼합물의 혼합은 각각의 탱크(211,212,213) 상부에 구비된 배관(214)에 설치되는 다수의 혼합수단(220)에 개별적으로 혼합되어 각각의 혼합물이 수용될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

아울러 최종적으로 생성된 응집플록(F)을 수용하는 제3탱크(213)은 상기 응집플록(F)이 부상반응조(310) 내부로 유입될 수 있도록 관 연결된 구조를 갖는다.

그리고, 상기 4)단계(S400)는 생성된 응집플록(F)을 부상반응조(310) 내부에서 제거하는 정화공정을 실시하여 그 정화가 이루어진 처리수를 별도로 수용함과 동시에 상술한 복수의 믹서펌프(110)에 그 일부를 제공하기 위한 단계이다.

예컨대 상술한 3)단계(S300)를 통해 부상반응조(310)에 다수의 격벽(314)에 의해 분할 형성된 정화처리조(311) 내부로 유입되는 응집플록(F)은 미세기포의 부력에 의해 상기 부상반응조(310) 내부의 수면 상에 떠오르게 되며, 상기 부상반응조(310) 상부에 설치된 회전가능한 스키머(320)에 의해 제거될 수 있도록 한다.

스키머(320)에 의해 제거된 응집플록(F)은 다른 격벽(314)에 의해 분할된 공간을 형성하는 슬러지 수용조(312)에 수집되며, 도시하지는 않았으나 상기 슬러지 수용조(313) 외부에서 흡입하는 흡입수단(미도시)에 의해 상기 슬러지 수용조(313) 내부에 수용된 응집플록(F)이 외부로 배출될 수 있는 구조를 갖는다.

아울러 응집플록(F)이 제거된 처리수는 또 다른 격벽(314)에 의해 부상반응조(310) 내부에 분할 형성된 처리수 수용조(312)에 수용되며, 상기 처리수 수용조(312)는 복수의 믹서펌프(110)과 관 연결되어 그 처리수 일부가 각각의 상기 믹서펌프(110)으로 유입될 수 있도록 한다.

이때, 믹서펌프(110)으로 유입되는 처리수는 그 처리수 100중량부를 기준으로 약 20~40 중량부가 서로 분할되어 유입될 수 있도록 하며, 이러한 중량부는 정화처리조(311)의 내부 면적이나 생성되는 응집플록(F)의 생산량에 따라 조절할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 정화처리조(311) 내부로 유입되는 응집플록(F)은 상기 정화처리조(311) 내부 바닥면으로 침전되는 현상을 방지할 수 있게 조대기포를 통해 수면상으로 상기 응집플록(F)이 부상할 수 있도록 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상술한 본 발명에 따른 폐수처리방법에 대한 부상분리를 이용한 수처리시스템(이하 간략하게 '폐수처리시스템'이라 한다)에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 폐수처리시스템(1)은 크게 기포발생부(100), 응집플록 반응부(200) 및 부상분리 방응부(300)를 포함한다.

더욱 상세하게 설명하면, 상기 기포발생부(100)는 도 2 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 외부에서 유입되는 유입수와 기체(예를 들어, 산소 또는 오존)를 혼합한 용해수를 이용하여 버블을 생성할 수 있는 버블수를 생성하는 구성으로 예컨대 복수의 믹서펌프(110), 미세기포 공급부재(120) 및 적어도 하나 이상의 조대기포 공급부재(130)를 포함한다.

도 2를 참조하면, 각각의 믹서펌프(110)는 일단이 후술하는 부상분리 반응부(300)의 처리수가 공급될 수 있게 관 연결되며, 타단은 미세기포 공급부재(120)와 조대기포 공급부재(130)에 공동으로 버블수를 공급할 수 있도록 관 연결된 구조로 설치된다.

이때, 믹서펌프(110)에 공급되는 유입수는 부상분리 반응부(300)에서 정화처리된 처리수의 일부가 유입될 수 있는 구조로 설치되며, 상기 믹서펌프(110) 외부에는 유입된 처리수와 용해되기 위한 기체가 유입되는 기체유입관이 더 설치되는 것이 바람직하다(도 11 참조).

각각의 믹서펌프(110)에 의해 생성되는 용해수는 공급되는 기체를 급속으로 전단하여 처리수와 함께 용해될 수 있도록 형성하며, 상기 믹서펌프(110)를 통해 미세기포 공급부재(120)와 조대기포 공급부재(130)에 공동으로 공급되는 용해수의 비율은 미세기포 공급부재(120)에는 50~70%, 조대기포 공급부재(130)에는 30~50%의 비율을 갖도록 공급된다.

여기서, 조대기포 공급부재(130)에 비교적 적은 비율의 용해수가 공급되는 이유는 상기 조대기포 공급부재(130)를 통해 생성된 조대기포는 부상분리 반응부(300) 내에서 응집플록(F)의 침전을 방지하되, 해당 조대기포를 배출시에 발생하는 배출압력에 의해 응집플록(F)이 일 방향으로 이동하기 위한 용도의 것이므로, 미세기포 공급부재(120)에 공급되는 용해수보다 적은 비율로도 상술한 효과를 만족할 수 있기 때문이다(도 11 참조).

아울러 각각의 믹서펌프(110)와 관 연결되는 미세기포 공급부재(120)와 조대기포 공급부재(130)에는 제어신호에 개폐제어가 가능한 체크밸브(미도시)가 설치되어 작업자의 선택에 따라 선택적으로 사용할 수 있도록 할 수 있다.

미세기포 공급부재(120)는 도 4에 도시한 바와 같이, 믹서펌프(110)를 통해 공급된 용해수를 미세기포로 생성하기 위한 구성으로 노즐체(121), 커버체(124) 및 충돌관(125)을 포함한다.

노즐체(121)는 일단이 믹서펌프(110) 또는 혼합챔버부재(140)와 관 연결되어 용해수가 상기 노즐체(121) 내부로 유입될 수 있도록 하며, 타단은 응집플록 반응부(200)와 관 연결되어 미세기포 공급부재(120)를 통해 생성된 미세기포가 공급될 수 있도록 한다.

노즐체(121) 타단은 그 외면에 방사상으로 다수의 분배공(122)이 형성될 수 있으며, 응집플록 반응부(200)에 유입되고자 하는 미세기포의 용량에 따라 상기 노즐체(121)의 길이방향으로 서로 이웃하게 다수 형성되어 해당 미세기포의 용량이 증가될 수 있는 구조를 갖는다.

이때, 다수의 분배공(122)은 일 방향으로 경사각을 갖도록 노즐체(121)에 천공형성되어 상기 분배공(122)을 통해 배출되는 용해수에 와류 현상이 발생하여 배출될 수 있는 구조를 갖도록 하는 것이 바람직하다.

하여, 믹서펌프(110)의 배출압력에 의해 노즐체(121) 내부로 유입된 용해수는 다수의 분배공(122)을 통해 와류 현상을 갖도록 배출되며, 후술하는 충돌관(125)과 충돌시에 그 충격을 증가시켜 미세기포의 생성률을 극대화할 수 있게 된다.

커버체(124)는 속이 빈 관 형상으로 이루어져 있으며, 도시한 바와 같이, 그 하부는 노즐체(121) 타단과 기밀이 유지될 수 있도록 결합하고, 상부는 외면에는 응집플록 반응부(200)에서 연장된 연결관 내측으로 삽입될 수 있는 구조를 갖도록 형성되어 생성된 미세기포의 이탈 없이 상기 연결관을 통해 상기 응집플록 반응부(200) 내부로 용이하게 공급될 수 있도록 한다,

이때, 커버체(124) 하부는 노즐체(121) 외경보다 더 큰 내경을 갖는 관 형상으로 이루어져 분배공(122)을 통해 배출된 용해수가 와류되기 위한 공간이 확보될 수 있도록 하며, 상기 분배공(122) 전체가 감싸지게 노즐체(121) 타단에 결합하는 것이 바람직하다.

커버체(124) 상면에는 서로 대칭되게 다수의 오피리스(123)가 천공형성되어 충돌관(125)에 의해 생성된 미세기포가 용이하게 연결관으로 유입될 수 있는 구조를 갖는다.

이때, 오피리스(123) 내벽은 벤츄리 효과(Venturi effect)를 일으키기 용이하게 길이방향으로 그 중앙부가 오목한 벤츄리관(venturi pipe)의 형상을 갖도록 하여 연결관으로 유입되기 이전의 미세기포가 서로 충돌하여 원하는 입자크기의 기포를 생성할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

도 4를 참조하면, 관체(126)는 전체적으로 기둥형상으로 이루어지되 상면에서 하면까지 용해수가 관통하는 중공부(127)가 상기 관체(126)의 임의의 중심점(P)을 기준으로 천공형성된 형상을 갖는다.

이때, 중공부(127) 내부에는 각각 복수의 기포생성공(129)이 천공형성된 다수의 충돌벽(128)이 길이방향으로 서로 이웃하게 형성되어 상기 중공부(127) 내부로 유입되는 용해수가 충돌하여 미세기포가 생성될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

예컨데 도 5에 도시한 바와 같이, 각각의 기포생성공(129a,129b)은 일 방향으로 그 지름이 좁아지는 상광하협(上廣下夾)의 형상을 갖도록 천공형성되며, 상기 기포생성공(129a,129b)는 서로 이웃하게 구비된 한 쌍의 충돌벽(128)에 서로 마주보지 않게 돌출형성됨과 동시에 그 상광하협의 형상이 수직선(도면을 기준으로) 상에서 서로 일치하지 않도록 배치되어 다수의 상기 충돌벽(128)을 관통하는 용해수가 어느 구간에서는 일시적으로 체류하고, 어느 구간에서는 급속하게 상기 충돌벽(128)을 관통하여 그 충돌 효과를 극대화시켜 미세기포의 생성률이 더욱 높아질 수 있도록 한다.

즉, 용해수가 다수의 충돌벽(128)에 천공형성된 기포생성공(129a,129b)를 관통시에 1차로 관통하는 기포생성공(129a)이 형성된 구간에서는 해당 용해수가 잠시 체류할 수 있도록 그 지름이 좁아졌다가 넓어지는 형상을 갖도록 형성하여 상기 기포생성공(129a)를 관통한 용해수가 충돌벽(128)에 충돌 후, 미세기포가 생성할 수 있도록 하고, 충돌이 이루어진 용해수는 다시 다른 기포생성공(129b)에 용이하게 유입될 수 있게 그 지름이 넓어졌다가 좁아지는 형상을 갖도록 배치하여 생성된 기포가 급속하게 관통하여 다른 충돌벽(128)과 충돌할 수 있도록 반복되게 배치되는 것이다.

한편, 본 발명에서의 기포발생부(100)는 도 6을 참조하면, 상술한 믹서펌프(110)와 미세기포 공급부재(120) 사이에 관 연결되어 상기 믹서펌프(110)에서 용해된 용해수의 용해정도를 극대화할 수 있는 혼합챔버부재(140)를 더 포함하며, 예컨대 상기 혼합챔버부재(140)는 챔버(141) 및 혼합판(145)을 포함한다(도 3 참조).

챔버(141)는 속이 빈 함체 형상으로 이루어지되 일단이 믹서펌프(110)와 관 연결되어 용해수가 그 내부로 유입될 수 있도록 하며, 타단은 노즐체(121)와 관 연결되어 혼합판(145)에 의해 용해가 이루어진 용해수가 공급될 수 있는 구조를 갖는다.

챔버(141) 내벽에는 다수의 혼합판(145,145')이 서로 동일한 간격을 갖되 용해수가 유입되는 압력에 의해 상기 혼합판(145,145')의 유동을 방지할 수 있도록 서로 이웃하는 결합홈(미도시)이 더 형성되어 상기 혼합판(145,145') 외면과 형상맞춤으로 끼움 결합할 수 있도록 한다.

혼합판(145,145')은 챔버(141) 내부에 길이방향으로 다수 형성되되 상기 챔버(141) 일단에서 타단 방향으로 진행되는 용해수가 관통하면서 혼합이 이루어질 수 있도록 하기 위한 구성으로 링 플레이트(142) 및 리브(144)를 포함한다.

링 플레이트(142)는 도시한 바와 같이, 서로 다른 지름을 갖는 링 형상의 복수의 몸체가 동심원을 이루도록 모듈로 형성되며, 적어도 둘 이상의 상기 링 플레이트(142)는 방사상으로 형성된 다수의 리브(144)에 의해 서로 연결되는 구조를 갖는다.

이때, 다수의 리브(144)에 의해 연결된 복수의 링 플레이트(142)는 상기 리브(144) 사이에 유입공(143)을 형성하여 상기 유입공(143)을 통해 용해수가 관통할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

아울러 각각의 모듈로 구비되는 링 플레이트(142)에 구비된 리브(144)는 서로 동일 형상을 갖지 않도록 마주보게 형성되어 용해수의 용해율이 극대화될 수 있도록 한다.

즉, 챔버(141) 내부에 길이방향으로 다수 구비되는 링 플레이트(142)에 형성된 유입공(143)을 순차적으로 용해수가 관통시에 해당 용해수가 서로 다른 위치에 배치되는 리브(144)의 간섭에 의해 교반되어 기체와 유입수로 이루어진 용해수의 용해율을 극대화할 수 있는 것이다.

이를 위해, 리브(144)는 직선, 곡선 등의 다양한 형상을 갖도록 형성될 수 있다.

적어도 하나 이상 구비되는 조대기포 공급부재(130)는 도 3 및 도 11에 도시한 바와 같이, 용해수를 공급받아 조대기포를 생성하되 상기 조대기포를 부상분리 반응부(300)에 공급하여 응집플록(F)의 침전방지 및 상기 응집플록(F)이 일 방향으로 이동할 수 있도록 하기 위한 구성으로 상술한 미세기포 공급부재(120)와 동이한 구조를 갖으며, 본 발명의 요지를 흐리지 않도록 상술한 상기 미세기포 공급부재(120)의 설명으로 대신한다.

다만, 본 발명에서의 조대기포 공급부재(130)는 상술한 미세기포 공급부재(120)와는 달리, 일단에 관 연결된 믹서펌프(110)에서 직접적으로 유입되는 용해수를 통해 조대기포를 생성하되 그 타단은 후술하는 부상분리 반응부(300)의 부상반응조(310) 하부와 적어도 한 곳 이상 연결되어 상기 조대기포가 상기 부상반응조(310) 내부에 배출될 수 있는 구조를 갖는다.

이때, 조대기포 공급부재(130)는 부상반응조(310) 일측(바람직하게는 처리수 수용부와 대칭되는 위치) 하부에 연결되어 상기 부상반응조(310) 내부로 배출되는 조대기포 및 상기 조대기포에 의해 침전되는 응집플록(F)과 접촉(조대기포 배출압력 포함)하여 수면으로 부상시키며, 나아가서는 상기 응집플록(F)이 처리수 수용조(312) 방향으로 이동할 수 있도록 하는 것이 바람직하다(도 11 참조).

아울러 조대기포 공급부재(130)를 통해 생성되는 조대기포는 미세기포의 적정크기인 20㎛보다 더 크게 형성하여 응집플록(F)과의 접촉에 의해 상기 응집플록(F)을 충분히 수면으로 부상시킬 수 있도록 한다.

그리고, 상기 응집플록 반응부(200)는 도 8 내지 도 11에 도시한 바와 같이, 상술한 미세기포와 적어도 하나 이상의 부상보조제(215)를 혼합하여 응집플록(F)을 생성하기 위한 구성으로 예컨대 다수의 혼합탱크(210) 및 혼합수단(220)을 포함한다.

혼합탱크(210)는 도 8에 도시한 바와 같이, 서로 이웃하게 관 연결된 형태를 갖도록 설치되되 미세기포 공급부재(120)에서 부상반응조(310) 방향으로 각각의 상기 혼합탱크(210)에 순차적으로 이동할 수 있는 구조를 갖도록 한다.

예컨대 본 발명에서의 혼합탱크(210)는 폐수와 미세버블의 접촉이 이루어지는 제1혼합물이 생성되는 제1탱크(211), 상기 제1탱크(211)와 관 연결되되 부상보조제(215) 중 하나인 응집제와 상기 제1혼합물이 서로 혼합되어 제2혼합물을 형성하는 제2탱크(212) 및 상기 제2탱크(212)와 관 연결되되 상기 부상보조제(215) 중 하나인 폴리머와 상기 제2혼합물이 혼합되게 복수의 혼합단계를 순차적으로 거쳐 최종적으로 응집플록(F)을 생성하는 제3탱크(213)를 포함할 수 있다.

한편, 각각의 제1 내지 제3탱크(211,212,213) 내부에는 제1혼합물, 제2혼합물 및 응집플록(F)을 혼합하여 생성하기 위한 혼합수단(220)이 구비될 수 있으며, 상기 혼합수단(220)은 판 형상으로 이루어지되 도시한 바와 같이, 제1 내지 제3탱크(211,212,213)에 내부에 각각 설치되어 둘 이상의 물질이 와류 현상에 의해 혼합될 수 있도록 한다.

예컨대 도 9를 참조하면, 혼합수단(220)은 제1실시예로 전체적으로 소정 지름을 갖는 원형의 판 형상으로 이루어지되 방사상으로 다수의 와류형성공(222)이 천공형성된 와류판(221)으로 구성된다.

여기서 제1탱크(211) 내부에 길이방향으로 다수 이웃하게 구비되는 복수의 혼합수단(200,200-1)에 형성된 와류형성공(222,222-1)은 서로 대향되지 않게 배치되어 와류에 의한 제1혼합물의 형성이 용이할 수 있도록 한다.

와류판(221)은 폐수와 미세기포가 함께 유입되는 제1탱크(211) 내부에 길이방향으로 서로 이웃하게 다수 구비되되 각각의 상기 와류판(221)에 형성된 와류형성공(222)이 서로 대향되지 않게 와류 현상이 일어날 수 있는 구조로 설치되어 폐수와 미세기포가 서로 혼합될 수 있도록 한다.

이때, 방사상으로 천공형성된 다수의 와류형성공(222)은 도시한 바와 같이, 와류판(221) 중심부에서 서로 이어진 연결공(223)이 형성될 수 있도록 할 수 있으며, 상기 연결공(223)이 형성된 와류판(221)은 상기 연결공(223)이 형성되지 않은 한 쌍의 와류판(221) 사이에 배치될 수 있도록 구조를 갖도록 하는 것이 바람직하다.

이를 통해, 제1혼합물을 이루어지고자 하는 폐수와 미세기포가 다수의 와류판(221,221-1)을 관통하여 제1탱크(211) 내부에서 연결공(223)이 형성되지 않은 와류판(221,222-1) 부분에서는 잠시동안 폐수와 미세기포가 체류하여 혼합되되 상기 연결공(223)이 형성된 와류판(221,2221-1)에서는 급속하게 진행되면서 와류 현상을 용이하게 일어키는 반복적인 동작을 실행하여 혼합률을 극대화하게 되는 것이다.

또한 혼합수단(220-2)은 상술한 제1실시예와는 달리, 제2실시예로 도시한 바와 같이, 와류판(221-2)에 하나의 와류형성공(222-2)을 형성할 수 있다(도 10의 (a)참조).

이때, 제2탱크(212) 내부에 서로 이웃하게 다수 구비된 와류판(221-2) 각각에 천공형성된 와류형성공(222-2)은 서로 대향되지 않게 배치되어 폐수와 미세기포가 상기 배관(214)을 관통시에 와류 현상이 일어날 수 있게 배치되는 것이 바람직하다.

제2실시예에 따른 혼합수단(220-2)은 제1실시예와 다르게 혼합하고자 하는 폐수와 미세기포가 각각의 와류판(221)에서 체류할 수 있는 시간을 늘려 해당 미세기포가 폐수에 붙을 수 있는 시간을 확보할 수 있는 장점을 갖게 된다.

또한 혼합수단(220-3)은 도시한 바와 같이, 제3실시예로 제3탱크(213)의 길이방향을 따라 서로 이웃하게 다수 구비된 각각의 와류판(221-3)에 수직 또는 수평방향으로 한 쌍의 와류형성공(222-3)이 천공형성되어 상기 제3탱크(213) 내부를 관통하는 폐수와 미세기포가 와류 현상에 의해 서로 혼합될 수 있는 구조를 갖게 할 수 있다(도 10의 (b)참조).

이때, 와류형성공(222-3)은 서로 마주보게 제3탱크(213) 내부에 배치되는 복수의 상기 와류판(221-3)에 형성된 와류형성공(222-3)과 서로 대향되지 않게 배치되며, 상기 와류형성공(222-3)은 전체적으로 머리형성공(222-3a)과 이음공(222-3b)으로 이루어진 'T'자 형상으로 천공형성되며, 상기 머리형성공(222-3a)은 반원의 형상을 갖도록 천공형성되는 것이 바람직하다.

제3실시예는 상술한 제1 및 제2실시예의 효과를 모두 만족하기 위해 형성된 것으로, 제3탱크(213) 내부를 관통하는 폴리머와 제2혼합물이 상기 제3탱크(213)을 통과시에 서로 대향되지 않게 배치되는 머리형성공(222-3a)을 통해 와류 현상이 용이하게 발생할 수 있으며, 이음공(222-3b)을 통해 해당 폐수와 미세기포가 각각의 와류판(221-3)에서 잠시 체류하여 해당 미세기포가 폐수에 붙을 수 있는 시간을 확보할 수 있는 장점을 갖게 된다.

아울러 본 발명에서의 혼합수단(220,220-2,220-3)은 제1 내지 제3실시예 중 어느 하나를 선택하여 제1 및 제2혼합물은 물론, 응집플록을 생성하기 위한 혼합용도로 사용할 수 있다.

그리고, 상기 부상분리 반응부(300)는 도 11에 도시한 바와 같이, 상술한 응집플록 반응부(200)를 통해 생성된 응집플록(F)을 제거하여 정화된 처리수를 획득하기 위한 구성으로 부상반응조(310) 및 스키머(320)를 포함한다.

예컨대 부상반응조(310)는 전체적으로 속이 빈 함체 형상을 갖되 생성된 응집플록(F)에 수용되어 수면 상에 상기 응집플록(F)이 떠오르도록 하여 후술하는 스키머(320)를 통해 제거될 수 있는 구조를 갖는다.

부상반응조(310) 내부는 다수의 격벽(314)에 의해 서로 분할된 공간을 가질 수 있도록 하며, 그 분할된 공간이란 도시한 바와 같이, 응집플록(F)을 제거하기 위한 정화처리조(311), 정화가 이루어진 처리수가 수용되는 처리수 수용조(312) 및 제거된 응집플록(F)이 수용되어 외부로 배출될 수 있는 슬러지 수용조(313)를 포함한다.

이때, 정화처리조(311) 내부에는 상기 정화처리조(311) 바닥면으로 침전하는 응집플록(F)을 수면 상으로 부상시키기 위한 조대기포가 배출시에 상기 조대기포가 안내되어 배출될 수 있게 하는 안내판(315)이 수직방향으로 길이를 갖도록 설치되며, 상기 안내판(315)은 소정각도로 경사를 갖도록 형성됨과 동시에 그 상부가 절곡 형성되어 조대기포에 의해 안정적으로 침전되는 응집플록(F)이 부상할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

정화처리조(311)는 처리수 수용조(312)와 그 내부가 서로 연통될 수 있도록 형성되되 바람직하게는 수면상으로 응집플록(F)이 상기 처리수 수용조(312)로 유입되는 것을 방지할 수 있게 상기 정화처리조(311) 하부에서 서로 이어지도록 형성되며, 그 이음부에 별도의 필터(미도시)이 구비되어 제거되지 못한 이물질 등이 상기 처리수 수용조(312) 내부로 유입되는 것을 방지한다.

정화처리조(311)는 응집플록 반응부(200)와 관 연결되어 응집플록(F)이 정화처리조(311) 내부로 유입될 수 있는 구조를 가지며, 그 하부는 적어도 하나 이상의 조대기포 공급부재(130)와 관 연결되어 조대기포가 상기 정화처리조(311) 내부에서 배출될 수 있는 구조를 갖는다.

아울러 정화처리조(311) 상부에는 스키머(320)가 설치되어 상기 정화처리조(311) 내부에서 수면상으로 부상된 응집플록(F)을 상기 스키머(320)가 제거할 수 있도록 한다.

처리수 수용조(312)는 정화처리조(311) 일측에 격벽(314)을 통해 분할 형성되되 그 하부는 상기 정화처리조(311)와 연통되게 형성되어 응집플록(F)이 제거된 처리수가 수용될 수 있도록 한다.

처리수 수용조(312) 하부는 상술한 믹서펌프(110)와 관 연결되어 처리수 일부(약 20~40%)가 상기 믹서펌프(110)에 유입되어 미세기포나 조대기포를 생성하기 위한 버블수로 사용되며, 그 나머지 처리수(약 60~80%)는 외부로 배출되는 구조를 갖는다.

슬러지 수용조(313)는 정화처리조(311)와 처리수 수용조(312) 사이에 격벽(314)에 의해 분할된 공간을 형성하며, 후술하는 스키머(320)를 통해 획득한 제거하고자 하는 응집플록(F)이 수용되어 상기 슬러지 수용조(313) 외부로 배출될 수 있는 구조를 갖는다.

슬러지 수용조(313) 상부는 스키머(320)에서 지속적으로 걷어진 응집플록(F)이 신속하게 수용될 수 있도록 개방된 형상을 가지며, 그 하부에는 정화처리조(311) 방향으로 소정각도를 갖는 유입방지판(316)이 적어도 하나 이상 설치되어 상기 정화처리조(311)에서 처리수 수용조(312)으로 유입되는 처리수의 이물질이나 응집플록 등이 유입되는 것을 차단하기 위한 효과를 높일 수 있도록 한다.

스키머(320)는 정화처리조(311)의 수면상에 부상된 응집플록(F)을 회전에 의해 걷어 올려 상술한 슬러지 수용조(313)에 수용될 수 있게 제공하기 위한 구성으로 띠 형상의 벨트(321)와 상기 벨트(321) 내부에 회전가능하게 구동모터(미도시)에 의해 회전가능하게 설치되는 다수의 롤러(322)로 이루어진 통상의 컨베이어 방식으로 이루어진다.

스키머(320)는 정화처리조(311) 상부에 위치하되 그 하부는 수면과 근접할 수 있도록 설치되어 회전에 의해 수면상에 부상된 응집플록(F)을 걷어낼 수 있도록 한다.

이때, 스키머(320)를 이루는 벨트(321) 외면에는 직선이나 곡선 형상을 갖는 후크(324)가 형성되어 응집플록(F)을 걷어내기 용이한 구조를 가지며, 상기 벨트(321)에는 걷어 올려진 응집플록(F)에서 발생한 수분이 상기 벨트(321)를 관통하여 정화처리조(311)에 다시 수용될 수 있도록 통공(323)이 다수 천공형성되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에서의 정화처리조(311) 하부에 복수의 조대기포 공급부재(130)가 설치시에는 상기 조대기포 공급부재(130)를 제어부(미도시)의 제어신호를 통해 어느 하나만 동작할 수 있게 선택스위치(S/W)가 더 구비되어 사용할 수 있음에 유의한다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 폐수처리시스템(1)은 종래와는 차별적으로 응집플록(F)에 미세기포가 붙을 수 있도록 해당 미세기포를 기포발생부(100)를 통해 제공하되 부상반응조(310) 내에서 상기 기포발생부(100)에서 공급되는 또 다른 기포인 조대기포를 이용하여 상기 응집플록(F)이 상기 부상반응조(310) 내에서 침전되는 것을 방지하여 수면 위로 부상시킴으로써, 상기 응집플록(F)의 제거가 용이하도록 한다.

또한 종래와는 차별적으로 설치면적이 최소화되어 설치장소의 제약이 불필요한 효과를 갖는다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

100: 기포생성부 110: 믹서펌프
120: 미세기포공급부재 130: 조대기포공급부재
140: 혼합챔버부재 200: 응집플록 반응부
210: 혼합탱크 220: 혼합수단
300: 부상분리 반응부 310: 부상반응조
320: 스키머 F: 응집플록

Claims (4)

1)부상반응조(310) 내부에 형성된 처리수를 기체가 유입되는 믹서펌프(110)에 공급하여 해당 처리수와 기체가 서로 용해된 용해수를 생성하는 단계;
2)상기 믹서펌프(110)에서 배출되는 용해수를 일정비율로 분할하여 미세기포 공급부재(120)과 조대기포 공급부재(130)에 각각 공급하여 미세기포와 조대기포를 생성하는 단계;
3)생성된 미세기포를 폐수와 응집제와 폴리머로 이루어진 부상보조제(215)가 유입되는 응집플록 반응부(200)에 공급 후, 단계별로 서로 혼합하여 해당 미세기포가 들러붙은 응집플록(F)을 생성하며, 생성된 상기 응집플록(F)을 부상분리 반응부(300)에 공급하는 단계; 및
4)상기 부상분리 반응부(300)에 공급된 상기 응집플록(F)을 제거한 정화가 이루어진 처리수를 획득하며, 해당 처리수를 별도로 수용하여 그 일부는 상기 믹서펌프(110)에 공급하고, 나머지는 상기 부상분리 반응부(300) 외부로 배출하는 단계;를 포함하되,
상기 조대기포 공급부재(130)는 상기 부상분리 반응부(300) 하부에 내측으로 조대기포를 배출할 수 있도록 설치되어 상기 부상분리 반응부(300) 내에서 침전되는 상기 응집플록(F)을 부상시키며,
상기 2)단계에서 상기 믹서펌프(110)에 의해 상기 미세기포 공급부재(120)와 상기 조대기포 공급부재(130)에 각각 공급되는 용해수의 비율은 상기 미세기포 공급부재(120)에 50~70% 비율의 용해수가 유입시에 상기 조대기포 공급부재(130)에는 나머지인 30~50% 비율의 용해수가 공급되어 조대기포와 미세기포가 생성될 수 있도록 하며, 생성된 조대기포의 입자 크기는 최소 20㎛ 이상이되 미세기포의 입자 크기는 해당 조대기포의 입자 크기와 대비하여 밀도가 높은 20㎛ 미만으로 형성되어 상기 응집플록(F)에 들러붙은 미세기포의 유지시간이 연장될 수 있도록 하며,
상기 3)단계에서 단계별 혼합에 의해 생성되는 상기 응집플록(F)은 폐수와 미세기포를 혼합수단(220)에 의해 서로 혼합한 제1혼합물을 1차 생성하고, 상기 제1혼합물과 상기 응집제를 상기 혼합수단(220)에 의해 서로 혼합한 제2혼합물을 2차 생성하며, 상기 제2혼합물에 상기 폴리머를 상기 혼합수단(220)에 의해 서로 혼합하는 3차 생성에 의해 상기 응집플록(F)을 획득하며,
상기 미세기포 공급부재(120)는 일단이 상기 믹서펌프(110)와 관 연결되어 용해수가 유입되는 노즐체(121), 하부가 상기 노즐체(121)와 연결되되 상부는 상기 응집플록 반응부(200)와 연결되는 커버체(124) 및 상면에서 하면까지 이어진 중공부(127)를 용해수가 관통시에 상기 중공부(127) 내에 적층 구조로 형성된 다수의 충돌벽(128)과 기포생성공(129a,129b)을 통해 미세기포를 생성하는 관체(126)를 포함하되, 각각의 상기 기포생성공(129a,129b)은 일 방향으로 그 지름이 좁아지는 형상을 갖도록 천공형성되며, 상기 기포생성공(129a,129b)은 서로 이웃하게 구비된 한 쌍의 상기 충돌벽(128)에 서로 마주보지 않게 돌출형성되는 것을 특징으로 하는 부상분리를 이용한 수처리방법.

제1항에 있어서,
상기 2)단계에서는 2-1)단계로 추가혼합단계;를 더 포함하되, 상기 추가혼합단계는 상기 믹서펌프(110)에서 상기 미세기포 공급부재(120) 사이에 설치되는 혼합챔버부재(140)로 용해수가 와류 현상에 의해 혼합될 수 있도록 하며,
상기 혼합챔버부재(140)는 챔버(141) 및 상기 챔버(141) 내벽에 서로 동일한 간격을을 갖게 형성된 다수의 혼합판(145,145')을 포함하되, 상기 챔버(141)는 속이 빈 함체 형상으로 이루어지되 일단이 상기 믹서펌프(110)와 관 연결되어 용해수가 그 내부로 유입될 수 있도록 하며, 타단은 상기 노즐체(121)와 관 연결되어 상기 혼합판(145,145')에 의해 용해가 이루어진 용해수가 공급될 수 있는 구조이며,
각각의 상기 혼합판(145,145')은 링 플레이트(142) 및 리브(144)를 포함하되, 상기 링 플레이트(142)는 용해수가 관통하는 서로 다른 천공면적을 갖는 다수의 유입공(143)이 형성될 수 있게 서로 다른 지름을 갖는 링 형상의 복수의 몸체가 동심원을 이루도록 다수의 상기 리브(144)에 의해 이어지게 형성되며, 상기 리브(144)는 서로 동일 형상을 갖지 않게 상기 혼합판(145,145')에 마주보게 형성되는 것을 특징으로 하는 부상분리를 이용한 수처리방법.

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