KR102280983B1 - 플라즈마와 미세기포를 이용한 수처리장치 및 이를 이용한 수처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세기포를 이용한 고액분리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내부에 상측으로 개방되어 원수가 담겨지기 위한 저수공간부를 갖는 저수탱크, 상기 저수탱크의 저수공간부로 원수를 공급하기 위한 원수공급부, 상기 저수탱크의 원수 중 부상된 미세입자가 배출되기 위한 농축액배출부, 상기 저수탱크의 원수 중 미세입자와 분리된 처리수가 배출되기 위한 처리수배출부, 상기 저수탱크의 처리수를 이용하여 미세기포를 발생시켜 저수공간부로 공급하는 미세기포공급부, 상기 저수탱크의 저수공간부에 플라즈마를 방전시키기 위한 플라즈마발생부, 및 상기 저수탱크의 상측에 위치되되, 이동되는 스크레이퍼에 의해 부상된 슬러지를 상기 농축액배출부로 이동시켜 분리 배출시키는 스크레이핑부,를 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 공급되는 미세기포를 원수와 혼합시켜 슬러지를 분리효율을 향상시키고, 분리된 슬러지를 별도로 배출시킬 수 있어 작업효율을 향상시킬 수 있다.

Description

플라즈마와 미세기포를 이용한 수처리장치 및 이를 이용한 수처리방법{Water treatment device using plasma and microbubbles and water treatment method using the same}

본 발명은 수처리장치 및 수처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미세기포와 원수를 공급하되 혼합시킴에 따라 미세입자들을 부상시켜 분리하고, 별도 배출시켜 작업 효율을 향상시킬 수 있는 플라즈마와 미세기포를 이용한 수처리장치 및 이를 이용한 수처리방법에 관한 것이다.

일반적으로, 폐수처리란 원수에 용존 및 미립자상태로 존재하는 이물질을 제거하는 것을 말하며, 이물질을 화학약품 및 미생물 등 여러 가지 방법으로 고형화시키고 물리적방법을 이용하여 고형화된 이물질을 분리함으로써, 처리수와 슬러지로 분리해내는 과정을 말한다.

이러한 폐수처리 과정의 방법으로 이전 사용되던 침전방법의 단점을 개선하기 위한 가압부상방법이 사용되고 있다.

이 가압부상의 원리는 대기압 상태에서 원수속에 공기가 녹아 용존산소로 존재하고 있는바, 원수를 용기에 넣어 압력을 올린 상태에서 공기를 주입하게 되면 공기가 대기압 상태보다 많이 녹아 들어가게 되어 용존되지 않고 분자상태로 원수속에 존재하게 된다.

이러한 상태에서 압력을 대기압상태로 내리게 되면, 물속에 분자상태로 존재하던 공기가 다시 대기로 방출된다.

이를 이용하여 원수에 가압수가 공급되면, 가압수의 미세한 공기와 응집된 슬러지가 엉겨붙어 슬러지는 부력을 가지게 되어, 물 위로 부상을 하게 되고, 부상된 슬러지를 제거하게 된다.

종래 가압부상조를 살펴보면, 등록특허 10-0797197에서 개진된 바와 같이, 오폐수(원수)에 공기 분사에 의한 미세기포를 발생시키도록 하여 부유 이물질의 분리를 활성화하여 부상된 슬러지를 스크레이프장치에 의해 배출시키게 된다.

그러나 단순히 공기를 분사하여 기포를 발생시킬 경우, 미세기포를 발생시키기 어려워 효율성이 저하되는 문제점이 있으며, 이는, 전체적인 분리효율의 저하를 초래하고 있다.

이에 따라, 미세기포를 균일하고 효과적으로 발생시켜 공급함에 따라, 원수에서 미세입자들을 효과적으로 분리시킬 수 있는 기술에 대한 개발이 절실히 요구되는 실정이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로써, 내부에 상측으로 개방되어 원수가 담겨지기 위한 저수공간부를 갖는 저수탱크, 상기 저수탱크의 저수공간부로 원수를 공급하기 위한 원수공급부, 상기 저수탱크의 원수 중 부상된 미세입자가 배출되기 위한 농축액배출부, 상기 저수탱크의 원수 중 미세입자와 분리된 처리수가 배출되기 위한 처리수배출부, 상기 저수탱크의 처리수를 이용하여 미세기포를 발생시켜 저수공간부로 공급하는 미세기포공급부, 상기 저수탱크의 저수공간부에 플라즈마를 방전시키기 위한 플라즈마발생부, 및 상기 저수탱크의 상측에 위치되되, 이동되는 스크레이퍼에 의해 부상된 슬러지를 상기 농축액배출부로 이동시켜 분리 배출시키는 스크레이핑부,를 포함하여 공급되는 미세기포를 원수와 혼합시켜 슬러지를 분리효율을 향상시키고, 분리된 슬러지를 별도로 배출시킬 수 있어 작업효율을 향상시킬 수 있는 플라즈마와 미세기포를 이용한 수처리장치 및 이를 이용한 수처리방법을 제공하는 것이 목적이다.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명은, 내부에 상측으로 개방되어 원수가 담겨지기 위한 저수공간부를 갖는 저수탱크, 상기 저수탱크의 저수공간부로 원수를 공급하기 위한 원수공급부, 상기 저수탱크의 원수 중 부상된 미세입자가 배출되기 위한 농축액배출부, 상기 저수탱크의 원수 중 미세입자와 분리된 처리수가 배출되기 위한 처리수배출부, 상기 저수탱크의 처리수를 이용하여 미세기포를 발생시켜 저수공간부로 공급하는 미세기포공급부, 상기 저수탱크의 저수공간부에 플라즈마를 방전시키기 위한 플라즈마발생부, 및 상기 저수탱크의 상측에 위치되되, 이동되는 스크레이퍼에 의해 부상된 슬러지를 상기 농축액배출부로 이동시켜 분리 배출시키는 스크레이핑부,를 포함한다.

바람직하게, 상기 저수탱크의 저수공간부는, 상기 원수공급부에서 공급되는 원수와 상기 미세기포공급부에서 공급되는 미세기포가 혼합되기 위한 혼합공간부, 상기 혼합공간부에서 혼합된 원수와 미세기포가 이동되되, 미세기포와 부착된 미세입자들이 부상되어 분리되는 부상공간부, 상기 부상공간부에서 미세입자들이 분리된 처리수가 이동되어 저수되는 분리공간부, 상기 혼합공간부와 부상공간부를 구획하기 위한 제1격벽, 및 상기 부상공간부와 분리공간부를 구획하기 위한 제2격벽,을 포함한다.

그리고 상기 제1격벽과 제2격벽은, 해당 공간부의 상단부가 연통되도록 형성된다.

또한, 상기 제1격벽의 상단부는 상기 부상공간부방향으로 갈수록 경사지게 형성된다.

그리고 상기 제1격벽의 상단부는 30 ~ 60도로 형성되며, 45도로 형성됨이 바람직하다.

또한, 상기 제2격벽의 상단부는 제1격벽의 상단부보다 하측에 위치된다.

그리고 상기 제2격벽의 하단부는, 상기 부상공간부의 하단부와 분리공간부의 하단부를 연통시키는 적어도 하나 이상의 처리수연통이 형성된다.

또한, 상기 처리수연통의 면적은, 상기 제2격벽의 상단부 연통된 면적보다 작게 형성되어 제2격벽의 상단부 연통부분을 통해 이동되는 처리수 이동량의 5 ~ 30%이다.

또한, 상기 원수공급부는, 상기 혼합공간부의 하단부로 원수를 공급하도록 구비되는 원수공급파이프, 상기 원수공급파이프를 통해 원수를 공급하기 위한 원수펌프, 상기 원수공급파이프를 통해 유입되는 원수량을 측정하기 위한 유량센서, 및 상기 유량센서의 신호를 수신하여 상기 원수펌프를 제어하는 원수공급제어부,를 포함한다.

그리고 상기 미세기포공급부는, 공급되는 처리수와 기체를 혼합하여 기액 혼합액체를 형성하기 위한 미세기포펌프, 상기 분리공간부의 처리수를 상기 미세기포펌프로 공급하기 위한 처리수공급파이프, 상기 미세기포펌프로 기체를 공급하기 위한 기체공급부, 상기 미세기포펌프에서 형성된 기액 혼합액체를 상기 혼합공간부로 공급하기 위한 혼합액체공급파이프, 상기 혼합액체공급파이프를 따라 이동되는 기액 혼합액체의 압력을 측정하기 위한 압력센서, 및 상기 압력센서의 신호를 수신하여 상기 미세기포펌프를 제어하는 미세기포제어부,를 포함하고, 상기 미세기포펌프에 의해 처리수공급파이프를 통해 처리수가 공급되어 상기 기체공급부에서 공급되는 기체와 형성된 기액 혼합액체가 혼합액체공급파이프를 통해 혼합공간부로 공급될 경우, 상압으로 변형되며 미세기포를 발생시킨다.

또한, 상기 미세기포펌프는, 내부에 회전공간부가 형성된 펌프몸체, 상기 회전공간부로 처리수와 기체를 공급하기 위한 상기 펌프몸체에 형성되는 펌프유입구, 상기 회전공간부에서 형성된 기액 혼합액체가 상기 혼합액체공급파이프로 공급되기 위한 펌프배출구, 및 이중날개를 갖고, 상기 펌프몸체의 회전공간부에 회전 가능하게 구비되는 임펠러,를 포함한다.

그리고 상기 펌프유입구의 면적은, 상기 펌프배출구의 면적보다 크게 형성된다.

또한, 상기 펌프유입구의 면적은, 상기 펌프배출구의 면적의 1 ~ 4배로 형성된다.

그리고 상기 이중날개는, 상기 임펠러의 일면 가장자리를 따라 일정 간격으로 복수 개 형성된 제1날개, 상기 임펠러의 타면 가장자리를 따라 일정 간격으로 복수 개 형성된 제2날개, 상기 복수의 제1날개 사이에 각각 형성되어 상기 펌프유입구를 통해 유입되는 처리수와 기체가 가이드되어 혼합되기 위한 제1혼합로, 및 상기 복수의 제2날개 사이에 각각 형성되어 상기 펌프유입구를 통해 유입되는 처리수와 기체가 가이드되어 혼합되기 위한 제2혼합로,를 포함한다.

또한, 상기 제1날개는, 상기 인접한 두 개의 제2날개 사이에 위치된다.

그리고 상기 제1날개와 제2날개는, 상기 임펠러의 해당 면과 직교되도록 형성된다.

또한, 상기 제1날개와 제2날개는, 각각 40 ~ 100개 형성된다.

그리고 상기 미세기포펌프는 1,900 ~ 3,600rpm으로 회전되고, 상기 처리수공급파이프를 통해 유입되는 처리수는 상기 분리공간부의 처리수의 10 ~ 60wt%이며, 상기 기체공급부에서 공급되는 기체량은 상기 처리수공급파이프를 통해 유입되는 처리수의 0.5 ~ 4%이다.

또한, 상기 혼합공간부에서 상압으로 변형되며 미세기포는 10 ~ 75㎛이다.

그리고 상기 혼합액체공급파이프를 따라 이동되는 혼합액을 나선형으로 통과시켜 혼합시키기 위한 배관혼합부;를 더 포함한다.

또한, 상기 배관혼합부는, 상기 혼합액체공급파이프와 연통되도록 구비되는 배관혼합몸체, 및 상기 배관혼합몸체의 내부에 구비되어 이송되는 혼합액을 나선형으로 가이드하여 3차 혼합시키기 위한 배관혼합스크류,를 포함한다.

그리고 상기 플라즈마발생부는, 상기 저수탱크의 저수공간부에 구비되어 플라즈마를 방전시키기 위한 플라즈마방전부, 상기 플라즈마방전부로 전원을 공급하기 위한 플라즈마전원부, 및 상기 플라즈마전원부와 플라즈마방전부를 제어하여 플라즈마 발생량을 제어하는 플라즈마제어부,를 포함한다.

또한, 상기 플라즈마방전부는, 상기 혼합공간부에 구비되는 유전체관, 상기 유전체관의 내부에 위치되는 방전극, 및 상기 방전극에 대응되도록 상기 유전체관의 외측에 구비되는 대향전극,을 포함한다.

그리고 상기 유전체관의 내부 기체압력을 유지하기 위한 기체주입부;를 더 포함한다.

또한, 상기 기체주입부는, 상기 유전체관의 내부로 기체를 공급하는 기체펌프, 상기 유전체관의 내부 압력을 측정하기 위한 유전체관압력센서, 및 상기 유전체관압력센서의 신호를 수신하여 상기 기체펌프를 제어하여 유전체관의 내부 압력을 조절하는 기체제어부,를 포함한다.

그리고 상기 플라즈마전원부는, 고전압전원을 공급한다.

또한, 상기 유전체관은, 원형관으로, 석영관, 유리관, 세라믹관 중 선택된 어느 하나로 형성된다.

그리고 상기 방전극은 코일형상으로 형성된다.

또한, 상기 스크레이핑부는, 상기 저수탱크의 분리공간부 후단 상측에 회전 가능하도록 구비되는 제1회동부, 상기 저수탱크의 부상공간부 전단 상측에 회전 가능하도록 구비되는 제2회동부, 상기 제1회동부와 제2회동부를 동일한 방향으로 무한궤도 회전시키기 위한 연결부재, 상기 연결부재에 구비되어 동일하게 회전됨에 따라 상기 저수탱크의 저수공간부에서 부상된 미세입자들을 스크레이핑하는 스크레이퍼, 및 상기 제1회동부 또는 제2회동부를 회전시켜 상기 연결부재와 스크레이퍼를 무한궤도 회전시키기 위한 구동부,를 포함한다.

그리고 부상된 미세입자들을 상기 농축액배출부로 배출시킨 후, 상기 제1회동부를 따라 상측으로 회전되는 상기 스크레이퍼의 면을 스크레이핑하도록 상기 농축액배출부의 상단부에 구비되는 스크레이핑세척부,를 더 포함한다.

또한, 상기 스크레이핑세척부는, 탄성을 갖고, 농축액배출부의 상단부에서 제1회동부방향으로 갈수록 하향 경사지게 형성된다.

그리고 상기 처리수배출부를 통해 배출되는 처리수를 저장하는 처리수조,를 더 포함하고, 처리수조에 저장된 처리수는 폐수처리장으로 이송된다.

또한, 상기 농축액배출부를 통해 배출되는 농축액이 저장되는 원수조, 상기 원수조에 저장된 농축액이 저장되어 발효되는 산발효조, 상기 원수조에서 산발효조로 이송되는 농축액을 분쇄시키는 분쇄부, 혐기성 생물을 이용하여 상기 산발효조에서 발효된 발효액을 저장하여 분해시키는 소화조, 상기 농축액배출부를 통해 배출되는 농축액 중 일부를 임시저장하기 위한 저장조, 상기 저장조에 저장된 농축액을 상기 소화조로 공급하기 위한 제2공급펌프, 상기 소화조에서 발생되는 가스를 배출시키는 가스배출부,를 포함한다.

그리고 상기 소화조에서 분해된 소화액을 저장시키는 소화액저장조, 상기 소화액저장조에 저장된 소화액을 폐수처리장으로 이송시키는 소화액배출부, 상기 소화액저장조에 저장된 소화액을 상기 저수탱크로 순환시키는 순환펌프,를 더 포함한다.

또한, 제1항 내지 제5항의 수처리장치의 저수공간부에 원수와 농축액, 처리수가 담겨진 상태에서 원수공급부에 의해 상기 저수공간부로 원수를 공급하는 원수공급단계, 미세기포공급부에 의해 상기 저수공간부의 처리수와 기체를 흡입하여 혼합액을 생성한 후, 상기 저수공간부로 공급함에 따라 미세기포를 발생시키는 미세기포공급단계, 플라즈마발생부에 의해 상기 저수공간부에서 플라즈마를 형성함에 따라, 미세기포를 발생시키는 플라즈마 미세기포공급단계, 상기 미세기포와 원수가 혼합되어 원수에 포함된 미세입자가 미세기포와 부착되는 미세기포혼합단계, 상기 미세입자가 붙착된 미세기포가 상측으로 부상되어 분리되는 미세기포부상단계, 스크레이핑부에 의해 부상된 농축액을 농축액배출부로 스크레이핑하여 배출시키는 농축액분리단계, 및 상기 농축액이 분리된 처리수를 처리수배출부로 배출시키는 처리수배출단계,를 포함한다.

그리고 상기 원수공급단계는, 원수공급부의 원수펌프에 의해 원수공급파이프를 따라 원수가 상기 저수공간부의 혼합공간부로 공급되는 원수유입단계, 원수공급부의 유량센서에 의해 상기 원수공급파이프를 통해 유입되는 원수량을 측정하는 유입량측정단계, 및 상기 유량센서의 신호를 수신한 원수공급제어부에 의해 상기 원수펌프를 제어하여 유입 원수량을 제어하는 원수량제어단계,를 포함한다.

또한, 상기 미세기포공급단계, 일면에 복수의 제1날개와 제1혼합로가 형성되고, 타면에 복수의 제2날개와 제2혼합로가 형성된 임펠러가 펌프몸체의 회전공간부에 회전 가능하도록 구비된 상기 미세기포공급부의 미세기포펌프에 의해 처리수공급파이프를 따라 상기 저수공간부의 처리수가 미세기포펌프로 유입되는 처리수유입단계, 상기 처리수가 유입되도록 임펠러가 회전 될경우, 기체공급부를 통해 상기 회전공간부로 기체가 유입되는 기체유입단계, 회전되는 복수의 제1날개, 제2날개, 제1혼합로, 제2혼합로에 의해 공급된 처리수와 기체를 타격하고 혼합하여 혼합액을 생성시키는 혼합액생성단계, 및 상기 임펠러에 의해 생성된 혼합액을 혼합액체공급파이프를 통해 상기 혼합공간부로 공급함에 따라, 압력이 상압으로 낮아져 미세기포를 생성시키는 미세기포생성단계,를 포함한다.

그리고 상기 혼합액생성단계는, 상기 임펠러가 회전되어 제1날개와 제2날개가 회전됨에 따라, 상기 회전공간부로 공급된 처리수와 기체를 타격하는 타격단계, 상기 타격된 처리수와 기체가 해당 혼합로를 따라 임펠러의 중심방향으로 가이드하여 1차 혼합시키는 제1혼합단계, 및 상기 제1혼합로와 제2혼합로를 상호 연통시키도록 형성된 혼합연통공을 통해 어느 하나의 혼합로에 의해 1차 혼합된 혼합액을 다른 하나의 혼합로로 이동시켜 2차 혼합시키는 제2혼합단계,를 포함한다.

또한, 상기 혼합액체공급파이프를 따라 이동되는 혼합액을 나선형으로 통과시켜 혼합시키기 위한 배관혼합부,를 더 포함하고, 이 배관혼합부를 통과한 혼합액은 3차 혼합시키는 제3혼합단계,를 더 포함한다.

그리고 상기 배관혼합부는, 상기 혼합액체공급파이프와 연통되도록 구비되는 배관혼합몸체, 및 상기 배관혼합몸체의 내부에 구비되어 이송되는 혼합액을 나선형으로 가이드하여 3차 혼합시키기 위한 배관혼합스크류,를 포함한다.

또한, 상기 혼합액체공급파이프에 구비된 미세기포압력센서의 신호를 수신한 제어부가 상기 미세기포펌프를 제어하여 미세기포의 생성량을 제어하는 미세기포제어단계,를 더 포함한다.

그리고 상기 미세기포제어단계는, 상기 혼합액체공급파이프에 구비된 미세기포압력센서의 신호를 수신하는 압력신호수신단계, 및 상기 미세기포압력센서의 신호를 수신한 미세기포제어부에 의해 미세기포펌프를 제어하여 상기 분리공간부의 처리수와 기체공급부의 기체 유입량을 조절하여 미세기포의 발생량을 제어하는 미세기포조절단계,를 포함한다.

또한, 상기 미세기포제어단계의 미세기포제어부는, 상기 원수량제어단계의 원수공급제어부와 연계되어 원수 유입량에 대응되어 미세기포 발생량을 제어하는 제2미세기포조절단계,를 더 포함한다.

그리고 상기 플라즈마 미세기포공급단계는, 플라즈마전원부에 의해 유전체관과 방전극, 대향전극을 갖는 플라즈마방전부로 고전압전원을 공급하는 플라즈마 전원공급단계, 상기 플라즈마전원부의 고전압전원에 의해 플라즈마방전부에서 플라즈마가 발생되는 플라즈마발생단계, 및 상기 발생된 플라즈마에 의해 혼합공간부에서 플라즈마 미세기포를 생성하는 플라즈마 미세기포생성단계,를 포함한다.

또한, 상기 플라즈마 미세기포공급단계는, 기체펌프와 유전체관압력센서, 기체제어부를 갖는 기체주입부에 의해 유전체관의 내부 기체압력을 유지하는 기체압력조절단계,를 더 포함한다.

그리고 상기 농축액분리단계는, 스크레이핑부의 구동부에 의해 연결부재가 회전됨에 따라, 스크레이퍼가 함께 회전되어 상기 부상공간부와 분리공간부에 부상된 미세입자들을 스크레이핑하는 스크레이핑단계, 상기 스크레이핑부에 의해 농축액을 농축액배출부로 배출시키는 농축액배출단계, 및 상기 농축액배출부의 상단부에 구비된 스크레이핑세척부에 의해 미세입자들을 배출시키며 제1회동부를 지나는 스크레이퍼를 세척하는 스크레이퍼 세척단계,를 포함한다.

또한, 상기 스크레이핑세척부는, 탄성을 갖고, 농축액배출부의 상단부에서 제1회동부방향으로 갈수록 하향 경사지게 형성된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 플라즈마와 미세기포를 이용한 수처리장치 및 이를 이용한 수처리방법에 의하면, 공급되는 미세기포를 원수와 혼합시켜 슬러지를 분리효율을 향상시키고, 분리된 슬러지를 별도로 배출시킬 수 있어 작업효율을 향상시킬 수 있게 하는 매우 유용하고 효과적인 발명이다.

도 1은 본 발명에 따른 플라즈마와 미세기포를 이용한 수처리장치를 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 수처리장치의 측면도를 도시한 도면이며,
도 3은 본 발명에 따른 미세기포공급부를 도시한 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 미세기포펌프를 도시한 도면이며,
도 5는 본 발명에 따른 플라즈마발생부를 도시한 도면이고,
도 6은 본 발명에 따른 수처리장치에 처리수조부와 발효부, 순환부가 더 구비된 상태를 도시한 도면이며,
도 7은 본 발명에 따른 플라즈마와 미세기포를 이용한 수처리방법을 도시한 도면이고,
도 8은 본 발명에 따른 원수공급단계를 도시한 도면이며,
도 9는 본 발명에 따른 미세기포공급단계를 도시한 도면이고,
도 10은 본 발명에 따른 혼합액생성단계를 도시한 도면이며,
도 11는 본 발명에 따른 미세기포공급단계의 다른 실시 예를 도시한 도면이고,
도 12은 본 발명에 따른 플라즈마 미세기포공급단계를 도시한 도면이며,
도 13는 본 발명에 따른 농축액분리단계를 도시한 도면이고,
도 14은 본 발명에 따른 미세기포를 이용한 폐수처리방법의 다른 실시 예를 도시한 도면이며,
도 15는 본 발명에 따른 후처리단계를 도시한 도면이고,
도 16은 본 발명에 따른 발효단계를 도시한 도면이며,
도 17은 본 발명에 따른 순환단계를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.

몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부"의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다. 또한, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사 관련어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서(특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 플라즈마와 미세기포를 이용한 수처리장치를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 수처리장치의 측면도를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 미세기포공급부를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 미세기포펌프를 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 플라즈마발생부를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 수처리장치에 처리수조부와 발효부, 순환부가 더 구비된 상태를 도시한 도면이며, 도 7은 본 발명에 따른 플라즈마와 미세기포를 이용한 수처리방법을 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 원수공급단계를 도시한 도면이며, 도 9는 본 발명에 따른 미세기포공급단계를 도시한 도면이고, 도 10은 본 발명에 따른 혼합액생성단계를 도시한 도면이며, 도 11는 본 발명에 따른 미세기포공급단계의 다른 실시 예를 도시한 도면이고, 도 12은 본 발명에 따른 플라즈마 미세기포공급단계를 도시한 도면이며, 도 13는 본 발명에 따른 농축액분리단계를 도시한 도면이고, 도 14은 본 발명에 따른 미세기포를 이용한 폐수처리방법의 다른 실시 예를 도시한 도면이며, 도 15는 본 발명에 따른 후처리단계를 도시한 도면이고, 도 16은 본 발명에 따른 발효단계를 도시한 도면이며, 도 17은 본 발명에 따른 순환단계를 도시한 도면이다.

도면에서 도시한 바와 같이, 플라즈마와 미세기포를 이용한 수처리장치(10)는 저수탱크(100)와 원수공급부(200), 농축액배출부(300), 처리수배출부(400), 미세기포공급부(500), 플라즈마발생부(1000) 및 스크레이핑부(600)를 포함한다.

저수탱크(100)는 내부에 상측으로 개방되어 원수가 담겨지기 위한 저수공간부(102)가 형성된다.

그리고 원수공급부(200)는 저수탱크(100)의 저수공간부(102)로 원수를 공급하기 위해 구비된다.

여기서, 원수는 일반폐수, 음폐수, 축산폐수, 소화폐액 등의 고농도 폐수까지 포함한다.

농축액배출부(300)는 저수탱크(100)의 원수 중 부상된 미세입자가 배출되기 위해 구비된다.

또한 처리수배출부(400)는 저수탱크(100)의 원수 중 미세입자와 분리된 처리수가 배출되기 위해 구비된다.

미세기포공급부(500)는 저수탱크(100)의 처리수를 이용하여 미세기포를 발생시켜 저수공간부(102)로 공급한다.

그리고 플라즈마발생부(1000)는 저수탱크(100)의 저수공간부(102)에 플라즈마를 방전시키기 위해 구비된다.

스크레이핑부(600)는 저수탱크(100)의 상측에 위치되되, 이동되는 스크레이퍼(640)에 의해 부상된 슬러지를 농축액배출부(300)로 이동시켜 분리 배출시킨다.

이에, 플라즈마와 미세기포를 이용한 수처리장치(10)는 공급되는 원수와 미세기포를 혼합시킴에 따라, 미세기포와 원수에 포함된 미세입자가 부착되어 부상됨에 따라, 분리시킬 수 있다.

부상되는 분리된 미세입자는 스크레이핑부(600)에 의해 농축액배출부(300)로 배출되고, 처리수는 일부가 처리수배출부(400)로 배출되며, 다른 일부는 미세기포공급부(500)로 공급되어 미세기포를 발생시켜 저수공간부(102)로 순환시킴에 따라, 원수를 희석시키는 동시에 미세기포를 공급하여 처리효율을 향상시킬 수 있다.

여기서, 저수탱크(100)의 저수공간부(102)는 도 2에서 도시한 바와 같이, 혼합공간부(102a)와 부상공간부(102b), 분리공간부(102c)를 포함한다.

혼합공간부(102a)는 원수공급부(200)에서 공급되는 원수와 미세기포공급부(500)에서 공급되는 미세기포가 혼합되기 위해 구비된다.

또한 부상공간부(102b)는 혼합공간부(102a)에서 혼합된 원수와 미세기포가 이동되되, 미세기포와 부착된 미세입자들이 부상되어 분리된다.

분리공간부(102c)는 부상공간부(102b)에서 미세입자들이 분리된 처리수가 이동되어 저수된다.

이 혼합공간부(102a)와 부상공간부(102b), 분리공간부(102c)는 제1격벽(110)과 제2격벽(120)에 의해 구획된다.

제1격벽(110)은 혼합공간부(102a)와 부상공간부(102b)를 구획하기 위해 구비되고, 제2격벽(120)은 부상공간부(102b)와 분리공간부(102c)를 구획하기 위해 구비된다.

이러한 제1격벽(110)과 제2격벽(120)은 해당 공간부의 상단부가 연통되도록 형성되어 단계별로 이동된다.

여기서, 제2격벽(120)의 상단부는 제1격벽(110)의 상단부보다 하측에 위치된다.

그리고 제1격벽(110)의 상단부(112)는 부상공간부(102b)방향으로 갈수록 경사지게 형성되며, 30 ~ 60도로 형성되되, 45도로 형성됨이 바람직하다.

또한 제2격벽(120)의 하단부는 부상공간부(102b)의 하단부와 분리공간부(102c)의 하단부를 연통시키는 적어도 하나 이상의 처리수연통(122)이 형성된다.

이 처리수연통(122)의 면적은 제2격벽(120)의 상단부 연통된 면적보다 작게 형성되는 것으로, 처리수연통(122)을 통해 이동되는 처리수의 이동량은 제2격벽(120)의 상단부 연통부분을 통해 이동되는 처리수 이동량의 5 ~ 30%이다.

그리고 원수공급부(200)는 원수공급파이프(210)와 원수펌프(220), 유량센서(230) 및 원수공급제어부(240)를 포함한다.

원수공급파이프(210)는 혼합공간부(102a)의 하단부로 원수를 공급하도록 구비되고, 원수펌프(220)는 원수공급파이프(210)를 통해 원수를 공급하기 위해 구비된다.

또한 유량센서(230)는 원수공급파이프(210)를 통해 유입되는 원수량을 측정하기 위해 구비되며, 원수공급제어부(240)는 유량센서(230)의 신호를 수신하여 원수펌프(220)를 제어하기 위해 구비된다.

그리고 스크레이핑부(600)는 제1회동부(610)와 제2회동부(620), 연결부재(630), 스크레이퍼(640) 및 구동부(650)를 포함한다.

제1회동부(610)는 저수탱크(100)의 분리공간부(102c) 후단 상측에 회전 가능하도록 구비된다.

또한 제2회동부(620)는 저수탱크(100)의 부상공간부(102b) 전단 상측에 회전 가능하도록 구비된다.

연결부재(630)는 제1회동부(610)와 제2회동부(620)를 동일한 방향으로 무한궤도 회전시키기 위해 구비되는 것으로, 체인으로 형성됨이 바람직하다.

그리고 스크레이퍼(640)는 연결부재(630)에 구비되어 동일하게 회전됨에 따라 저수탱크(100)의 저수공간부(102)에서 부상된 미세입자들을 스크레이핑하여 농축액배출부(300)로 배출시킨다.

이러한 스크레이퍼(640)는 굴곡 형성되는 것으로, 하단부가 회전되는 반대방향으로 굴곡되도록 형성된다.

이에, 부상된 미세입자가 부착된 미세기포 배출 시, 처리수의 이동을 최소화시킨다.

구동부(650)는 제1회동부(610) 또는 제2회동부(620)를 회전시켜 연결부재(630)와 스크레이퍼(640)를 무한궤도 회전시키기 위해 구비된다.

그리고 스크레이핑부(600)는 스크레이핑세척부(660)를 더 포함한다.

이 스크레이핑세척부(660)는 농축액배출부(300)의 상단부에 구비되는 것으로, 부상된 미세입자들을 농축액배출부(300)로 배출시킨 후, 제1회동부(610)를 따라 상측으로 회전되는 스크레이퍼(640)의 면을 스크레이핑하여 스크레이퍼(640)의 면에 대한 세척이 이루어진다.

이러한 스크레이핑세척부(660)는 탄성을 갖고, 농축액배출부(300)의 상단부에서 제1회동부(610)방향으로 갈수록 하향 경사지게 형성된다.

이 스크레이퍼(640)의 면에서 스크레이핑된 농축액은 농축액배출부(300)로 떨어져 배출된다.

또한 미세기포공급부(500)는 도 3에 도시한 바와 같이, 미세기포펌프(510)와 처리수공급파이프(520), 기체공급부(530), 혼합액체공급파이프(540), 미세기포압력센서(550) 및 미세기포제어부(560)를 포함한다.

미세기포펌프(510)는 공급되는 처리수와 기체를 혼합하여 기액 혼합액체를 형성하기 위해 구비된다.

그리고 처리수공급파이프(520)는 분리공간부(102c)의 처리수를 미세기포펌프(510)로 공급하기 위해 구비되며, 기체공급부(530)는 미세기포펌프(510)로 기체를 공급하기 위해 구비된다.

혼합액체공급파이프(540)는 미세기포펌프(510)에서 형성된 기액 혼합액체를 혼합공간부(102a)로 공급하기 위해 구비된다.

또한 미세기포압력센서(550)는 혼합액체공급파이프(540)를 따라 이동되는 기액 혼합액체의 압력을 측정하기 위해 구비된다.

미세기포제어부(560)는 미세기포압력센서(550)의 신호를 수신하여 미세기포펌프(510)를 제어한다.

다시 말해, 미세기포압력센서(550)의 신호를 수신하여 공급압력을 제어하는 것으로, 원수의 공급량이나 처리수의 량 등과 연계되어 제어됨이 당연하다.

이에, 미세기포제어부(560)는 원수공급제어부(240)와 연계되어 원수 공급량이 적거나 중단될 경우, 미세기포의 발생량이 함께 조절된다.

이러한 미세기포공급부(500)의 작동상태를 살펴보면, 미세기포펌프(510)에 의해 처리수공급파이프(520)를 통해 처리수가 공급되어 기체공급부(530)에서 공급되는 기체와 형성된 기액 혼합액체가 혼합액체공급파이프(540)를 통해 혼합공간부(102a)로 공급될 경우, 상압으로 변형되며 미세기포를 발생시킨다.

그리고 미세기포공급부(500)는 배관혼합부(570)를 더 포함한다.

이 배관혼합부(570)는 혼합액체공급파이프(540)를 따라 이동되는 혼합액을 나선형으로 통과시켜 혼합시키기 위해 구비된다.

이러한 배관혼합부(570)는 배관혼합몸체(572)와 배관혼합스크류(574)를 포함한다.

배관혼합몸체(572)는 혼합액체공급파이프(540)와 연통되도록 구비된다.

또한 배관혼합스크류(574)는 배관혼합몸체(572)의 내부에 구비되어 이송되는 혼합액을 나선형으로 가이드하여 3차 혼합시키기 위해 구비된다.

이에, 혼합액의 혼합율을 향상시켜 미세기포의 생성효율을 향상시킬 수 있다.

여기서, 미세기포펌프(510)는 도 4에서 도시한 바와 같이, 펌프몸체(512)와 펌프유입구(514), 펌프배출구(516) 및 임펠러(518)를 포함한다.

펌프몸체(512)는 내부에 회전공간부(513)가 형성된다.

그리고 펌프유입구(514)는 회전공간부(513)로 처리수와 기체를 공급하기 위한 펌프몸체(510)에 형성된다.

펌프배출구(516)는 회전공간부(513)에서 형성된 기액 혼합액체가 혼합액체공급파이프(540)로 공급되기 위해 구비된다.

또한 임펠러(518)는 이중날개(519)를 갖고, 펌프몸체(512)의 회전공간부(513)에 회전 가능하게 구비된다.

여기서, 펌프유입구(514)의 면적은 펌프배출구(516)의 면적이상으로 형성된다.

다시 말해, 펌프유입구(514)의 면적은 펌프배출구(516)의 면적의 1 ~ 4배로 형성된다.

이는, 펌프배출구(516)로 배출되는 압력은 펌프유입구(514)로 유입되는 압력보다 낮은 것으로, 낮아지는 압력에 의해 속도가 감소되어 기포를 1차 형성한다.

이후, 혼합공간부(102a)로 공급될 경우, 상압으로 변형되며 미세기포를 발생시킨다.

그리고 이중날개(519)는 제1날개(5192)와 제2날개(5194), 제1혼합로(5196) 및 제2혼합로(5198)를 포함한다.

제1날개(5192)는 임펠러(518)의 일면 가장자리를 따라 일정 간격으로 복수 개 형성된다.

또한 제2날개(5194)는 임펠러(518)의 타면 가장자리를 따라 일정 간격으로 복수 개 형성된다.

제1혼합로(5196)는 복수의 제1날개(5192) 사이에 각각 형성되어 펌프유입구(514)를 통해 유입되는 처리수와 기체가 가이드되어 혼합되기 위해 구비된다.

그리고 제2혼합로(5198)는 복수의 제2날개(5194) 사이에 각각 형성되어 펌프유입구(514)를 통해 유입되는 처리수와 기체가 가이드되어 혼합되기 위해 구비된다.

여기서, 제1혼합로(5196)와 제2혼합로(5198)를 상호 연통시키기 위한 혼합연통공(5199)이 적어도 하나이상 더 형성된다.

이 혼합연통공(5199)은 제1혼합로(5196)를 따라 이동되는 처리수와 기체를 제2혼합로(5198)로 이동시키고, 제2혼합로(5198)를 따라 이동되는 처리수와 기체를 제1혼합로(5196)로 이동시켜 혼합율을 향상시킨다.

이러한 혼합연통공(5199)은 제1혼합로(5196)에서 제2혼합로(5198)로 경사사제 형성되는 것으로, 임펠러(518)의 가장자리에서 중앙부로 갈수로 하향 경사지게 형성된다.

또한, 이 혼합연통공(5199)은 혼합액이 유입되는 단부에서 배출되는 단부로 갈수록 직경이 점진적으로 작아지게 형성된다.

이에, 이동되는 혼합액의 속도를 증가시켜 이중날개(519)들에 의해 타격된 혼합액과 다른 속도로 이동되어 혼합율을 향상시킬 수 있다.

그리고 제1날개(5192)는 일 실시 예로 인접한 두 개의 제2날개(5194) 사이에 위치된다.

또한 제1날개(5192)와 제2날개(5194)는 임펠러(518)의 해당 면과 직교되도록 형성된다.

이러한 제1날개(5192)와 제2날개(5194)는 각각 40 ~ 100개 형성된다.

그리고 미세기포펌프(510)는 1,900 ~ 3,600rpm으로 회전되고, 처리수공급파이프(520)를 통해 유입되는 처리수는 분리공간부(102c)의 처리수의 10 ~ 60wt%이며, 기체공급부(530)에서 공급되는 기체량은 처리수공급파이프(520)를 통해 유입되는 처리수의 0.5 ~ 4%이다.

또한 혼합공간부(102a)에서 상압으로 변형되며 미세기포는 10 ~ 75㎛이다.

여기서, 미세기포공급부(500)에서 공급되는 미세기포는 미세입자를 부상시키는 기능과 OH라디칼을 생성시킨다.

더욱 자세히는, 미세기포의 약 95%는 미세입자를 부상시키고, 약 5%는 수중에서 터지면서 OH라디칼을 생성시킨다.

이 OH라디칼은 고도산화를 통한 용존성유기물에 대한 산화 및 분해시킬 수 있다.

이에, 부유성물질과 용전성물질을 동시에 제거할 수 있다.

그리고 플라즈마발생부(1000)는 도 5에서 도시한 바와 같이, 플라즈마방전부(1010)와 플라즈마전원부(1020) 및 플라즈마제어부(1030)를 포함한다.

플라즈마방전부(1010)는 저수탱크(100)의 저수공간부(102)에 구비되어 플라즈마를 방전시키기 위해 구비된다.

또한 플라즈마전원부(1020)는 플라즈마방전부(1010)로 전원을 공급하기 위해 구비된다.

이 플라즈마전원부(1020)는 고전압전원을 공급한다.

플라즈마제어부(1030)는 플라즈마전원부(1020)와 플라즈마방전부(1010)를 제어하여 플라즈마 발생량을 제어한다.

이 플라즈마방전부(1010)는 유전체관(1012)과 방전극(1014) 및 대향전극(1016)을 포함한다.

유전체관(1012)은 혼합공간부(102a)에 구비되고, 방전극(1014)은 유전체관(1012)의 내부에 위치된다.

이 유전체관(1012)은 원형관으로, 석영관, 유리관, 세라믹관 중 선택된 어느 하나로 형성된다.

그리고 방전극(1014)은 코일형상으로 형성된다.

대향전극(1016)은 방전극(1014)에 대응되도록 유전체관(1012)의 외측에 구비된다.

또한 플라즈마발생부(1000)는 기체주입부(1040)를 더 포함한다.

이 기체주입부(1040)는 유전체관(1012)의 내부 기체압력을 유지하기 위해 구비된다.

이러한 기체주입부(1040)는 기체펌프(1042)와 유전체관압력센서(1044) 및 기체제어부(1046)를 포함한다.

기체펌프(1042)는 유전체관(1012)의 내부로 기체를 공급한다.

그리고 유전체관압력센서(1044)는 유전체관(1012)의 내부 압력을 측정하기 위해 구비된다.

기체제어부(1046)는 유전체관압력센서(1044)의 신호를 수신하여 기체펌프(1042)를 제어하여 유전체관(1012)의 내부 압력을 조절한다.

이 플라즈마발생부(1000)에 의해 발생되는 플라즈마는 수중에서 플라즈마 미세기포를 발생시켜 미세기포공급부(500)에 의해 미세기포와 함께 처리효율을 향상시킨다.

이러한 플라즈마발생부(1000)에 의해 생성되는 플라즈마는 약 10%에 의해 미세기포(O₂, H₂, O₃ 등)를 발생시켜 미세입자를 부상시키고, 약 90%에 의해 OH라디칼이 생성된다.

이 플라즈마발생부(1000)에 의해 생성되는 OH라디칼은 고도산화를 통한 용존성유기물에 대한 산화 및 분해시킬 수 있다.

여기서, 플라즈마발생부(1000)는 미세기포공급부(500)에 의한 용존성물질 제거율보다 약 30% 이상 향상시킬 수 있다.

그리고 도 6에서 도시한 바와 같이, 미세기포를 이용한 고액분리장치(10)는 처리수조부(700)를 더 포함한다.

이 처리수조부(700)는 처리수조(710)와 처리수조펌프(720)를 포함한다.

처리수조(710)는 처리수배출부(400)를 통해 배출되는 처리수가 저장되고, 처리수조펌프(720)는 처리수조(710)에 저장된 처리수를 폐수처리장으로 이송시키기 위해 구비된다.

또한 미세기포를 이용한 고액분리장치(10)는 발효부(800)와 순환부(900)를 더 포함한다.

발효부(800)는 원수조(810)와 산발효조(820), 분쇄부(830), 소화조(840), 저장조(850), 제2공급펌프(860) 및 가스배출부(870)를 포함한다.

원수조(810)는 농축액배출부(300)를 통해 배출되는 농축액이 저장되고, 산발효조(820)는 원수조(810)에 저장된 농축액이 저장되어 발효된다.

그리고 분쇄부(830)는 원수조(810)에서 산발효조(820)로 이송되는 농축액을 분쇄시킨다.

소화조(840)는 혐기성 생물을 이용하여 산발효조(820)에서 발효된 발효액을 저장하여 분해시키기 위해 구비된다.

또한 저장조(850)는 농축액배출부(300)를 통해 배출되는 농축액 중 일부를 임시저장하기 위해 구비된다.

제2공급펌프(860)는 저장조(850)에 저장된 농축액을 소화조(840)로 공급하기 위해 구비된다.

그리고 가스배출부(870)는 소화조(840)에서 발생되는 가스를 배출시키기 위해 구비된다.

이 가스배출부(870)에서 배출되는 가스는 바이오가스로 수소, 메탄 등을 포함한다.

여기서, 미세기포를 이용한 고액분리장치(10)에 의하면, 고액분리율이 종래보다 60% 이상 향상되며, 메탄 발생량이 종래보다 15% 이상 향상된다.

또한 순환부(900)는 소화액저장조(910)와 소화액배출부(920) 및 순환펌프(930)를 포함한다.

소화액저장조(910)는 소화조(840)에서 분해된 소화액을 저장시킨다.

그리고 소화액배출부(920)는 소화액저장조(910)에 저장된 소화액을 폐수처리장으로 이송시킨다.

순환펌프(930)는 소화액저장조(910)에 저장된 소화액을 저수탱크(100)로 순환시킨다.

이에, 분리효율을 향상시킬 수 있음은 물론, 퇴비나 비료로 이용할 수 있으며, 폐수처리장에서의 처리 효율도 향상시킬 수 있다.

이와 같은, 플라즈마와 미세기포를 이용한 수처리장치를 이용한 수처리방법은 도 7에서 도시한 바와 같이, 원수공급단계(S10)와 미세기포공급단계(S20), 플라즈마 미세기포공급단계(S30), 미세기포혼합단계(S40), 미세기포부상단계(S50), 농축액분리단계(S60) 및 처리수배출단계(S70)를 포함한다.

원수공급단계(S10)는 저수탱크(100)의 저수공간부(102)에 원수와 농축액, 처리수가 담겨진 상태에서 원수공급부(200)에 의해 저수공간부(102)로 원수를 공급한다.

그리고 미세기포공급단계(S20)는 미세기포공급부(500)에 의해 저수공간부(102)의 처리수와 기체를 흡입하여 혼합액을 생성한 후, 저수공간부(102)로 공급함에 따라 미세기포를 발생시킨다.

플라즈마 미세기포공급단계(S30)는 플라즈마발생부(1000)에 의해 저수공간부(102)에서 플라즈마를 형성함에 따라, 미세기포를 발생시킨다.

또한 미세기포혼합단계(S40)는 미세기포와 원수가 혼합되어 원수에 포함된 미세입자가 미세기포와 부착된다.

또한 미세기포부상단계(S50)는 미세입자가 붙착된 미세기포가 상측으로 부상되어 분리된다.

농축액분리단계(S60)는 스크레이핑부(600)에 의해 부상된 농축액을 농축액배출부(300)로 스크레이핑하여 배출시킨다.

그리고 처리수배출단계(S70)는 농축액이 분리된 처리수를 처리수배출부(400)로 배출시킨다.

여기서, 원수공급단계(S10)는 도 8에서 도시한 바와 같이, 원수유입단계(S11)와 유입량측정단계(S12) 및 원수량제어단계(S13)를 포함한다.

원수유입단계(S11)는 원수공급부(200)의 원수펌프(220)에 의해 원수공급파이프(210)를 따라 원수가 저수공간부(102)의 혼합공간부(102a)로 공급된다.

그리고 유입량측정단계(S12)는 원수공급부(200)의 유량센서(230)에 의해 원수공급파이프(210)를 통해 유입되는 원수량을 측정한다.

원수량제어단계(S13)는 유량센서(230)의 신호를 수신한 원수공급제어부(240)에 의해 원수펌프(220)를 제어하여 유입 원수량을 제어한다.

미세기포공급단계(S20)는 도 9에서 도시한 바와 같이, 처리수유입단계(S21)와 기체유입단계(S22), 혼합액생성단계(S23) 및 미세기포생성단계(S24)를 포함한다.

처리수유입단계(S21)는 일면에 복수의 제1날개(5192)와 제1혼합로(5196)가 형성되고, 타면에 복수의 제2날개(5194)와 제2혼합로(5198)가 형성된 임펠러(518)가 펌프몸체(512)의 회전공간부(513)에 회전 가능하도록 구비된 미세기포공급부(500)의 미세기포펌프(510)에 의해 처리수공급파이프(520)를 따라 저수공간부(513)의 처리수가 미세기포펌프(510)로 유입된다.

그리고 기체유입단계(S22)는 처리수가 유입되도록 임펠러(518)가 회전 될경우, 기체공급부(530)를 통해 회전공간부(513)로 기체가 유입된다.

혼합액생성단계(S23)는 회전되는 복수의 제1날개(5192), 제2날개(5194), 제1혼합로(5196), 제2혼합로(5198)에 의해 공급된 처리수와 기체를 타격하고 혼합하여 혼합액을 생성시킨다.

또한 미세기포생성단계(S24)는 임펠러(518)에 의해 생성된 혼합액을 혼합액체공급파이프(540)를 통해 혼합공간부(102a)로 공급함에 따라, 압력이 상압으로 낮아져 미세기포를 생성시킨다.

그리고 혼합액생성단계(S23)는 도 10에서 도시한 바와 같이, 타격단계(S231)와 제1혼합단계(S232) 및 제2혼합단계(S233)를 포함한다.

타격단계(S231)는 임펠러(518)가 회전되어 제1날개(5192)와 제2날개(5194)가 회전됨에 따라, 회전공간부(513)로 공급된 처리수와 기체를 타격한다.

또한 제1혼합단계(S232)는 타격된 처리수와 기체가 해당 혼합로를 따라 임펠러(518)의 중심방향으로 가이드하여 1차 혼합시킨다.

제2혼합단계(S233)는 제1혼합로(5196)와 제2혼합로(5198)를 상호 연통시키도록 형성된 혼합연통공(5199)을 통해 어느 하나의 혼합로에 의해 1차 혼합된 혼합액을 다른 하나의 혼합로로 이동시켜 2차 혼합시킨다.

여기서, 혼합액생성단계(S23)는 제3혼합단계(S234)를 더 포함한다.

이 제3혼합단계(S234)는 배관혼합부(570)를 통과하는 혼합액을 3차 혼합시킨다.

이에, 제2혼합단계(S233)를 거쳐 2차례 혼합된 처리수와 기체를 3차례 혼합시켜 혼합율을 향상시킨다.

이는, 혼합액이 혼합공간부(102a)로 이동 시, 미세기포 발생량을 증가시킬 수 있어 원수의 처리효율을 향상시킬 수 있다.

또한 미세기포공급단계(S20)는 도 11에서 도시한 바와 같이, 미세기포제어단계(S25)를 더 포함한다.

이 미세기포제어단계(S25)는 혼합액체공급파이프(540)에 구비된 미세기포압력센서(550)의 신호를 수신한 미세기포제어부(560)가 미세기포펌프(510)를 제어하여 미세기포의 생성량을 제어한다.

이러한 미세기포제어단계(S25)는 압력신호수신단계(S251)와 미세기포조절단계(S252)를 포함한다.

압력신호수신단계(S251)는 혼합액체공급파이프(540)에 구비된 미세기포압력센서(550)의 신호를 수신한다.

그리고 미세기포조절단계(S252)는 미세기포압력센서(550)의 신호를 수신한 미세기포제어부(560)에 의해 미세기포펌프(510)를 제어하여 분리공간부(102c)의 처리수와 기체공급부(530)의 기체 유입량을 조절하여 미세기포의 발생량을 제어한다.

여기서, 미세기포공급단계(S20)는 제2미세기포조절단계(S26)를 더 포함한다.

제2미세기포조절단계(S26)는 미세기포제어단계(S25)의 미세기포제어부(560)가 원수량제어단계(S13)의 원수공급제어부(240)와 연계되어 원수 유입량에 대응되어 미세기포 발생량을 제어한다.

또한 플라즈마 미세기포공급단계(S30)는 도 12에서 도시한 바와 같이, 플라즈마 전원공급단계(S31)와 플라즈마발생단계(S32) 및 플라즈마 미세기포생성단계(S33)를 포함한다.

플라즈마 전원공급단계(S31)는 플라즈마전원부(1020)에 의해 유전체관(1012)과 방전극(1014), 대향전극(1016)을 갖는 플라즈마방전부(1010)로 고전압전원을 공급한다.

그리고 플라즈마발생단계(S32)는 플라즈마전원부(1020)의 고전압전원에 의해 플라즈마방전부(1010)에서 플라즈마가 발생된다.

플라즈마 미세기포생성단계(S33)는 발생된 플라즈마에 의해 혼합공간부(102a)에서 플라즈마 미세기포를 생성한다.

이 플라즈마 미세기포는 미세기포공급부(500)에서 생성되는 미세기포와 함께 원수에 포함된 미세입자들과 결합되어 분리효율을 향상시킬 수 있다.

이러한 플라즈마 미세기포공급단계(S30)는 기체압력조절단계(S34)를 더 포함한다.

이 기체압력조절단계(S34)는 기체펌프(1042)와 유전체관압력센서(1044), 기체제어부(1046)를 갖는 기체주입부(1040)에 의해 유전체관(1012)의 내부 기체압력을 유지시킨다.

농축액분리단계(S60)는 도 13에 도시한 바와 같이, 스크레이핑단계(S61)와 농축액배출단계(S62) 및 스크레이퍼 세척단계(S63)를 포함한다.

스크레이핑단계(S61)는 스크레이핑부(600)의 구동부(650)에 의해 연결부재(630)가 회전됨에 따라, 스크레이퍼(640)가 함께 회전되어 부상공간부(102b)와 분리공간부(102c)에 부상된 미세입자들을 스크레이핑한다.

그리고 농축액배출단계(S62)는 스크레이핑부(600)에 의해 농축액을 농축액배출부(300)로 배출시킨다.

스크레이퍼 세척단계(S63)는 농축액배출부(300)의 상단부에 구비된 스크레이핑세척부(660)에 의해 미세입자들을 배출시키며 제1회동부(610)를 지나는 스크레이퍼(640)를 세척한다.

또한 도 14에 도시한 바와 같이, 미세기포를 이용한 폐수처리방법은 후처리단계(S80)와 발효단계(S90), 순환단계(S100)를 더 포함한다.

후처리단계(S80)는 도 15에 도시한 바와 같이, 처리수조저장단계(S81)와 처리수이송단계(S82)를 포함한다.

처리수조저장단계(S81)는 처리수배출단계(S60)에서 처리수배출부(400)를 통해 배출되는 처리수를 처리수조(710)로 저장한다.

그리고 처리수이송단계(S82)는 처리수조펌프(720)에 의해 처리수조(710)에 저장된 처리수를 폐수처리장으로 이송시킨다.

또한 발효단계(S90)는 도 16에 도시한 바와 같이, 원수조저장단계(S91)와 농축액분쇄단계(S92), 농축액발효단계(S93), 농축액분해단계(S94), 농축액임시저장단계(S95), 농축액추가단계(S96) 및 가스배출단계(S97)를 포함한다.

원수조저장단계(S91)는 농축액배출부(300)를 통해 배출되는 농축액을 원수조(810)에 저장한다.

그리고 농축액분쇄단계(S92)는 산발효조(820)로 저장되기 위한 원수조(810)의 농축액을 분쇄부(830)에 의해 분쇄시킨다.

농축액발효단계(S93)는 분쇄부(830)에 의해 분쇄된 농축액을 산발효조(820)에 저장시켜 발효시킨다.

또한 농축액분해단계(S94)는 산발효조(820)에서 발효된 발효액을 소화조(840)에 저장시켜 혐기성 생물로 분해시킨다.

농축액임시저장단계(S95)는 농축액배출부(300)를 통해 배출되는 농축액 중 일부를 저장조(850)로 임시저장한다.

그리고 농축액추가단계(S96)는 제2공급펌프(860)에 의해 저장조(850)에 저장된 농축액을 소화조(840)로 공급한다.

가스배출단계(S97)는 가스배출부(870)에 의해 소화조(840)에서 발생되는 가스를 배출시킨다.

또한 순환단계(S100)는 도 17에 도시한 바와 같이, 소화액저장단계(S101)와 소화액이송단계(S102) 및 소화액순환단계(S103)를 포함한다.

소화액저장단계(S101)는 소화조(840)에서 분해된 소화액을 소화액저장조(910)에 저장한다.

그리고 소화액이송단계(S102)는 소화액배출부(920)에 의해 소화액저장조(910)에 저장된 소화액을 폐수처리장으로 이송시킨다.

소화액순환단계(S103)는 순환펌프(930)에 의해 소화액저장조(910)에 저장된 소화액을 저수탱크(100)로 순환시킨다.

10 : 고액분리장치 100 : 저수탱크
102 : 저수공간부 102a : 혼합공간부
102b : 부상공간부 102c : 분리공간부
200 : 원수공급부 300 : 농축액배출부
400 : 처리수배출부 500 : 미세기포공급부
510 : 미세기포펌프 520 : 처리수공급파이프
530 : 기체공급부 540 : 혼합액체공급파이프
550 : 미세기포압력센서 560 : 미세기포제어부
570 : 배관혼합부
600 : 스크레이핑부 610 : 제1회동부
620 : 제2회동부 630 : 연결부재
640 : 스크레이퍼 650 : 구동부
700 : 처리수조부 800 : 발효부
900 : 순환부 1000 : 플라즈마발생부

Claims (10)

1. 내부에 상측으로 개방되어 원수가 담겨지기 위한 저수공간부를 갖는 저수탱크;
   상기 저수탱크의 저수공간부로 원수를 공급하기 위한 원수공급부;
   상기 저수탱크의 원수 중 부상된 미세입자가 배출되기 위한 농축액배출부;
   상기 저수탱크의 원수 중 미세입자와 분리된 처리수가 배출되기 위한 처리수배출부;
   상기 저수탱크의 처리수를 이용하여 미세기포를 발생시켜 저수공간부로 공급하는 미세기포공급부;
   상기 저수탱크의 저수공간부에 플라즈마를 방전시키기 위한 플라즈마발생부; 및
   상기 저수탱크의 상측에 위치되되, 이동되는 스크레이퍼에 의해 부상된 슬러지를 상기 농축액배출부로 이동시켜 분리 배출시키는 스크레이핑부;를 포함하고,
   상기 저수탱크의 저수공간부는,
   상기 원수공급부에서 공급되는 원수와 상기 미세기포공급부에서 공급되는 미세기포가 혼합되기 위한 혼합공간부;
   상기 혼합공간부에서 혼합된 원수와 미세기포가 이동되되, 미세기포와 부착된 미세입자들이 부상되어 분리되는 부상공간부;
   상기 부상공간부에서 미세입자들이 분리된 처리수가 이동되어 저수되는 분리공간부;
   상기 혼합공간부와 부상공간부를 구획하기 위한 제1격벽; 및
   상기 부상공간부와 분리공간부를 구획하기 위한 제2격벽;을 포함하며,
   상기 미세기포공급부는,
   공급되는 처리수와 기체를 혼합하여 기액 혼합액체를 형성하기 위한 미세기포펌프;
   상기 분리공간부의 처리수를 상기 미세기포펌프로 공급하기 위한 처리수공급파이프;
   상기 미세기포펌프로 기체를 공급하기 위한 기체공급부;
   상기 미세기포펌프에서 형성된 기액 혼합액체를 상기 혼합공간부로 공급하기 위한 혼합액체공급파이프;
   상기 혼합액체공급파이프를 따라 이동되는 기액 혼합액체의 압력을 측정하기 위한 압력센서; 및
   상기 압력센서의 신호를 수신하여 상기 미세기포펌프를 제어하는 미세기포제어부;를 더 포함하고,
   상기 미세기포펌프에 의해 처리수공급파이프를 통해 처리수가 공급되어 상기 기체공급부에서 공급되는 기체와 형성된 기액 혼합액체가 혼합액체공급파이프를 통해 혼합공간부로 공급될 경우, 상압으로 변형되며 미세기포를 발생시키며,
   상기 미세기포펌프는,
   내부에 회전공간부가 형성된 펌프몸체;
   상기 회전공간부로 처리수와 기체를 공급하기 위한 상기 펌프몸체에 형성되는 펌프유입구;
   상기 회전공간부에서 형성된 기액 혼합액체가 상기 혼합액체공급파이프로 공급되기 위한 펌프배출구; 및
   이중날개를 갖고, 상기 펌프몸체의 회전공간부에 회전 가능하게 구비되는 임펠러;를 포함하고,
   상기 이중날개는,
   상기 임펠러의 일면 가장자리를 따라 일정 간격으로 복수 개 형성된 제1날개;
   상기 임펠러의 타면 가장자리를 따라 일정 간격으로 복수 개 형성된 제2날개;
   상기 복수의 제1날개 사이에 각각 형성되어 상기 펌프유입구를 통해 유입되는 처리수와 기체가 가이드되어 혼합되기 위한 제1혼합로; 및
   상기 복수의 제2날개 사이에 각각 형성되어 상기 펌프유입구를 통해 유입되는 처리수와 기체가 가이드되어 혼합되기 위한 제2혼합로;를 포함하며,
   상기 제1혼합로와 제2혼합로를 상호 연통시키기 위한 혼합연통공;이 더 형성되고,
   상기 미세기포공급부는,
   상기 혼합액체공급파이프를 따라 이동되는 혼합액을 나선형으로 통과시켜 혼합시키기 위한 배관혼합부;를 더 포함하는 플라즈마와 미세기포를 이용한 수처리장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마발생부는,
   상기 저수탱크의 저수공간부에 구비되어 플라즈마를 방전시키기 위한 플라즈마방전부;
   상기 플라즈마방전부로 전원을 공급하기 위한 플라즈마전원부; 및
   상기 플라즈마전원부와 플라즈마방전부를 제어하여 플라즈마 발생량을 제어하는 플라즈마제어부;를 포함하는 플라즈마와 미세기포를 이용한 수처리장치.
6. 제1항 또는 제5항의 수처리장치의 저수공간부에 원수와 농축액, 처리수가 담겨진 상태에서 원수공급부에 의해 상기 저수공간부로 원수를 공급하는 원수공급단계;
   미세기포공급부에 의해 상기 저수공간부의 처리수와 기체를 흡입하여 혼합액을 생성한 후, 상기 저수공간부로 공급함에 따라 미세기포를 발생시키는 미세기포공급단계;
   플라즈마발생부에 의해 상기 저수공간부에서 플라즈마를 형성함에 따라, 미세기포를 발생시키는 플라즈마 미세기포공급단계;
   상기 미세기포와 원수가 혼합되어 원수에 포함된 미세입자가 미세기포와 부착되는 미세기포혼합단계;
   상기 미세입자가 붙착된 미세기포가 상측으로 부상되어 분리되는 미세기포부상단계;
   스크레이핑부에 의해 부상된 농축액을 농축액배출부로 스크레이핑하여 배출시키는 농축액분리단계; 및
   상기 농축액이 분리된 처리수를 처리수배출부로 배출시키는 처리수배출단계;를 포함하는 플라즈마와 미세기포를 이용한 수처리방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 미세기포공급단계는,
   일면에 복수의 제1날개와 제1혼합로가 형성되고, 타면에 복수의 제2날개와 제2혼합로가 형성된 임펠러가 펌프몸체의 회전공간부에 회전 가능하도록 구비된 상기 미세기포공급부의 미세기포펌프에 의해 처리수공급파이프를 따라 상기 저수공간부의 처리수가 미세기포펌프로 유입되는 처리수유입단계;
   상기 처리수가 유입되도록 임펠러가 회전 될경우, 기체공급부를 통해 상기 회전공간부로 기체가 유입되는 기체유입단계;
   회전되는 복수의 제1날개, 제2날개, 제1혼합로, 제2혼합로에 의해 공급된 처리수와 기체를 타격하고 혼합하여 혼합액을 생성시키는 혼합액생성단계; 및
   상기 임펠러에 의해 생성된 혼합액을 혼합액체공급파이프를 통해 상기 혼합공간부로 공급함에 따라, 압력이 상압으로 낮아져 미세기포를 생성시키는 미세기포생성단계;를 포함하는 플라즈마와 미세기포를 이용한 수처리방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 혼합액생성단계는,
   상기 임펠러가 회전되어 제1날개와 제2날개가 회전됨에 따라, 상기 회전공간부로 공급된 처리수와 기체를 타격하는 타격단계;
   상기 타격된 처리수와 기체가 해당 혼합로를 따라 임펠러의 중심방향으로 가이드하여 1차 혼합시키는 제1혼합단계; 및
   상기 제1혼합로와 제2혼합로를 상호 연통시키도록 형성된 혼합연통공을 통해 어느 하나의 혼합로에 의해 1차 혼합된 혼합액을 다른 하나의 혼합로로 이동시켜 2차 혼합시키는 제2혼합단계;를 포함하는 플라즈마와 미세기포를 이용한 수처리방법.
9. 제6항에 있어서, 상기 플라즈마 미세기포공급단계는,
   플라즈마전원부에 의해 유전체관과 방전극, 대향전극을 갖는 플라즈마방전부로 고전압전원을 공급하는 플라즈마 전원공급단계;
   상기 플라즈마전원부의 고전압전원에 의해 플라즈마방전부에서 플라즈마가 발생되는 플라즈마발생단계; 및
   상기 발생된 플라즈마에 의해 혼합공간부에서 플라즈마 미세기포를 생성하는 플라즈마 미세기포생성단계;를 포함하는 플라즈마와 미세기포를 이용한 수처리방법.
10. 제6항에 있어서, 상기 농축액분리단계는,
    스크레이핑부의 구동부에 의해 연결부재가 회전됨에 따라, 스크레이퍼가 함께 회전되어 상기 부상공간부와 분리공간부에 부상된 미세입자들을 스크레이핑하는 스크레이핑단계;
    상기 스크레이핑부에 의해 농축액을 농축액배출부로 배출시키는 농축액배출단계; 및
    상기 농축액배출부의 상단부에 구비된 스크레이핑세척부에 의해 미세입자들을 배출시키며 제1회동부를 지나는 스크레이퍼를 세척하는 스크레이퍼 세척단계;를 포함하는 플라즈마와 미세기포를 이용한 수처리방법.

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