KR102406986B1 - 2회 연속 침전 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 응집입자의 침전조 내에 체류시간을 최대화하여 효율적으로 침강 분리시킬 수 있는 2회 연속 침전 처리장치을 제공하기 위한 것이다.
이에 본 발명에서는 유입되는 터널폐수 중 부유 물질을 제거하고 유입 유량을 일정하게 조정하는 침사 및 유량조정조, 중화제를 주입하여 유입수 속에 존재하는 오염물질의 pH를 조정 및 1차 응집하는 반응조, 응집제를 주입하여 유입수 속에 존재하는 오염물질을 응집입자로 변화시키는 응집조, 중화 및 응집 반응을 거친 유입수를 일정시간 정치시켜 응집입자를 침전 처리(침강 분리)한 후 부유 물질이 제거된 유출수(침전 처리수)를 월류시켜 배출하고, 하부에 쌓인 슬러지를 슬러지 인발관을 통해 인발펌프로 압송하여 배출하는 침전조를 포함하는 2회 연속 침전 처리장치을 개시한다.

Description

2회 연속 침전 처리장치{WASTEWATER TREATMENT DEVICE}

본 발명은 침전 처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유입되는 터널폐수의 유속과 이동거리를 조절하여 성상 및 온도 분포를 균일하게 하면서 유입수와 주입 약품을 고르게 혼합하여 원활한 화학반응이 일어나고, 아울러 응집입자의 침전조 내에 체류시간(residence time)을 최대화하여 효율적으로 침강 분리시킬 수 있는 2회 연속 침전 처리장치에 관한 것이다.

오늘날 건설 현장에서 터널 굴착 시 발생하는 폐수는 숏크리트(shotcrete) 타설 및 각종 그라우팅 공법의 사용에 의한 폐수와 자연 발생하는 지하수, 암석 가루, 현장에서 사용하는 기계 장비의 유류 성분 및 세척수 등이 혼합되어 매우 고농도의 부유 물질(고탁도)과 강알칼리성을 갖는 것이 일반적이다.

이에 따라 터널시공 현장에서 발생하는 폐수를 인근 수계로 바로 배출할 수 없으며, 각 현장에서 직접 2회 연속 침전 처리장치을 운영함으로써 물환경보전법상의 방류수 수질기준 이하로 오염물질 저감 및 중성화 처리를 해서 공공수역으로 방류하여야 한다.

즉, 굴착 폐수를 처리하기 위한 공정으로는 알칼리성인 폐수를 중화처리하고, 다량의 부유물질은 약품 등을 사용하여 침전시켜 제거하는 방식을 취하고 있다. 그 공정을 살펴보면 침사조, 유량 조정조, 중화 반응조, 응집 반응조, 침전조의 구성을 통해 처리하고 있다.

이러한, 2회 연속 침전 처리장치는 터널폐수 중 부유 물질을 제거하고 유입하는 유량을 일정하게 조정하는 침사 및 유량조정조, 액화탄산가스와 명반 등의 화학약품(중화제)을 주입하여 오염물질을 1차 응집 및 pH를 조정하는 중화 반응조, 폴리머(polymer) 등의 화학약품(응집제)을 주입하여 응집입자로 변화시키는 응집조, 중화 및 응집 반응을 거친 유입수를 일정시간 정치시켜 응집입자를 침전 처리(침강 분리)한 후 부유 물질이 제거된 유출수(침전 처리수)를 월류시켜 배출하는 침전조, 침전조의 하부에 쌓인 슬러지를 인발펌프로 회수하여 일정 함수율 이하로 농축 처리한 후 배출하는 탈수기를 포함하고 있다.

여기서 반응조는 유출수의 수질에 직접적인 영향을 주기 때문에 유입수의 성상 및 온도 분포를 균일하게 할 수 있는 구조와 수두 및 교반에 안전하게 견딜 수 있는 설계가 요구된다.

그런데 종래의 반응조는 탱크 내에 교반기를 설치하여 유입수를 교반하는 구조적 특성상 공기의 공급이 원활하지 않은 데다 일부 응집물은 교반기의 교반날개(impeller)에 엉겨붙어 고착되면서 교반기의 기어드 모터(전동기와 감속기)에 부하를 가중시켜 고장을 유발하는 문제점이 있다.

또한, 반응조 내 유입수의 유동 및 성상이 충분히 균일화되지 않은 상태에서 응집조로 유입되는 문제점이 있다.

그리고 침전조는 유출수의 수질에 직접적인 영향을 주기 때문에 침전 효율을 높일 수 있는 설계가 요구된다.

즉, 침전조 내에서 유입수는 충분한 유속으로 일정한 이동거리를 흘려야만 응집입자가 안정적이고 효과적으로 침강할 수 있는데, 응집조를 거쳐 침전조로 유입된 유입수 중에 일부는 상승하는 흐름에 편승하여 침전을 위한 충분한 시간 동안 체류하지 않고 월류되고, 일부는 빠르게 하부로 하강하는 교란이 발생하여 침전조 바닥의 슬러지층이 불안정화되면서 유출수와 함께 슬러지가 월류하는 현상이 발생하는 문제점이 있다.

그뿐만 아니라 침전조로 유입된 유입수 중에 함유된 응집입자의 침강성이 불량하게 되어 분리 효율이 전반적으로 낮아지는 문제점이 있다.

또한, 종래에는 폐수를 중화시키기 위해 황산을 사용한 바 있는데 황산과 같이 강산을 사용하게 되면 설비의 부식현상 그리고 취급의 위험성이 있고, 폐수를 중화시키기 위해 별도로 중화 반응조를 설치해야 함에 따라 부지를 확보해야 하는 불편함이 있었다.

다시말해, 건설 현장에서 터널 굴착 시 발생하는 폐수를 살펴보면, 시멘트 성분이 다량 함유되어 있고 상기한 시멘트 성분의 주성분은 석회(lime), 실리카(silica), 알루미나(alumina), 산화철(iron oxide)등이며, 터널공사시 발생되는 폐수의 주 원인물질은 미세입자 형태의 다량의 석회성분이라고 할 수 있다.

이러한 터널폐수는 pH가 11 이상인 강알칼리성이 되고 부유물질 농도 또한 대단히 높아 적절한 처리가 요구되고 있으며, 상기와 같은 강알칼리성 터널폐수를 중화시키기 위하여 황산이나 염화제일철을 이용하는 방법이 제시된 바 있는데, 황산이나 염화제일철을 이용하여 터널폐수를 중화시키는 방법은 위험성이 높아 사용이 제한적인 문제점이 있어왔다.

여기서 상술한 배경기술 또는 종래기술은 본 발명자가 보유하거나 본 발명을 도출하는 과정에서 습득한 정보로서 본 발명의 기술적 의의를 이해하는데 도움이 되기 위한 것일 뿐, 본 발명의 출원 전에 이 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 기술을 의미하는 것은 아님을 밝힌다.

KR 특허등록 제10-0639266호 등록일자 2006.10.20 KR 특허등록 제10-1943451호 등록일자 2019.01.23 KR 특허등록 제10-0808289호 등록일자 2008.02.22 KR 특허등록 제10-0951103호 등록일자 2010.03.29

이에 본 발명자는 상술한 제반 사항을 종합적으로 고려함과 동시에 기존의 2회 연속 침전 처리장치의 기술이 지닌 기술적 한계 및 문제점들을 해결하려는 발상에서, 유입수의 유속과 이동거리를 조절하여 성상 및 온도 분포를 균일하게 하면서 유입수에 약품을 주입 시 고르게 혼합되어 원활한 화학반응이 일어나고, 아울러 유입수의 유속과 이동거리를 조절하여 성상 및 온도 분포를 균일하게 하고, 응집입자의 침전조 내에 체류시간을 최대화함으로써 유입수 속에 존재하는 응집입자를 효과적으로 침강시켜 분리 효율을 높일 수 있는 새로운 구조의 2회 연속 침전 처리장치을 개발하고자 각고의 노력을 기울여 부단히 연구하던 중 그 결과로써 본 발명을 창안하게 되었다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 유입수의 유속과 이동거리를 조절하여 성상 및 온도 분포를 균일하게 하면서 약품 주입에 따른 화학반응이 원활하게 일어날 수 있도록 하는 2회 연속 침전 처리장치을 제공하는 데 있는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제 및 목적은 응집입자의 침전조 내에 체류시간을 최대화할 수 있도록 하는 2회 연속 침전 처리장치을 제공하는 데 있는 것이다.

여기서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 이상에서 언급한 기술적 과제 및 목적으로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제 및 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위한 새로운 착상을 구체화하면서 특정의 기술적 목적을 효과적으로 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 구체적인 수단은, 터널폐수(유입수) 중 부유 물질을 제거하고 유입 유량을 일정하게 조정하는 침사 및 유량조정조, 중화제를 주입하여 유입수 속에 존재하는 오염물질의 pH를 조정하는 반응조, 응집제를 주입하여 유입수 속에 존재하는 오염물질을 응집입자로 변화시키는 응집조, 중화 및 응집 반응을 거친 유입수를 일정시간 정치시켜 응집입자를 침전 처리(침강 분리)한 후 부유 물질이 제거된 유출수(침전 처리수)를 월류시켜 배출하고, 하부에 쌓인 슬러지를 슬러지 인발관을 통해 인발펌프로 압송하여 배출하는 침전조를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 2회 연속 침전 처리장치을 제시한다.

특히 반응조는, 유입수가 유입되는 반응탱크, 상기 반응탱크 내의 유입수를 교반하는 교반기 및 상기 반응탱크 내부에 유입수의 유동을 일으키면서 교란을 주어 반응을 앞당기기 위해 장착되고, 상기 반응탱크 내의 유입수 속에 외부의 에어컴프레셔로부터 압축공기를 공급받아 분사하는 에어 노즐이 일정한 간격을 두고 다수 배열된 스탠드 파이프를 포함하여 구성됨으로써 유입수의 유속과 이동거리를 조절하여 성상 및 온도 분포를 균일하게 할 수 있고, 교반기의 교반날개 부분에 응집물이 고착되는 현상을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예로 상기 스탠드 파이프는, 상기 반응탱크 내에 상하로 일정한 간격을 두고 다수 배치되고, 상기 에어 노즐이 각도조절수단에 의해 각도 조절이 가능하게 둘레를 따라 일정한 간격을 두고 환형 모양으로 배열된 노즐관 및 상기 노즐관에 상기 에어컴프레셔의 압축공기를 공급하기 위해 연결된 다수의 공급관을 포함하여 구성됨으로써 반응탱크 내 유입수의 유속과 이동거리를 더욱 효과적으로 조절할 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예로 상기 각도조절수단은, 상기 노즐관의 둘레를 따라 일정한 간격을 두고 뚫린 연결구멍, 상기 노즐관의 내측에 삽입된 공기관, 상기 노즐관의 바깥쪽 둘레에 회전 가능하게 장착된 링형 클램프, 상기 클램프에 고정되고, 상기 에어 노즐을 일정한 각도로 회전시켜 분사 각도를 조절하는 전동기 및 상기 연결구멍을 통해 상기 공기관과 상기 에어 노즐을 연결하는 플랙시블 튜브를 포함하여 구성됨으로써 유입수가 반응탱크의 내벽을 따라 빙빙 돌며 소용돌이를 일으키도록 유도할 수 있다.

그리고 본 발명의 바람직한 실시예로 상기 침전조는, 유입관을 통해 유입수가 유입되고, 하부에 아래쪽으로 갈수록 점차 폭이 좁아지는 형상의 원뿔통형 제1호퍼부가 일체로 형성된 제1침전탱크, 상기 제1호퍼부의 중앙 하단부에 형성되고, 유입수에 함유된 응집입자가 침전 분리되어 쌓인 슬러지를 배출하기 위한 배출구, 상기 제1침전탱크 내에 설치되어 유입수의 이동 방향을 상방으로 전환시키는 제1유도관, 상기 제1유도관의 안쪽에 설치되고, 상기 제1유도관을 통해 유입수가 상방에서 하방으로 유입되고, 하부에 아래쪽으로 갈수록 점차 폭이 좁아지는 형상의 원뿔통형 제2호퍼부가 일체로 형성된 제2침전탱크, 상기 제2호퍼부의 중앙 하단부에 연결되고, 유입수에서 침전 분리된 응집입자를 상기 배출구로 떨어뜨리는 센터 드레인, 상기 제2침전탱크 내에 설치되어 유입수의 이동 방향을 상방으로 전환시키고, 부유 물질이 제거된 유출수를 월류시키는 제2유도관, 상기 제2유도관의 상부 외측에 설치되어 상기 제2유도관의 정상부를 통과하여 월류하는 유출수를 배출관으로 배출하는 월류웨어 및 상기 센터 드레인을 관통하여 감속모터의 구동에 의해 회전하는 회전축의 하부에 고정되고, 상기 회전축의 회전에 의해 상기 제1호퍼부의 안쪽 바닥에 쌓인 슬러지를 긁어내어 상기 배출구로 떨어뜨리는 다수의 스크래퍼를 포함하여 구성됨으로써 유입수의 유속과 이동거리를 조절하여 성상 및 온도 분포를 균일하게 하면서 유입수 중에 함유된 응집입자를 효과적으로 침강시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예로 상기 침전조는, 상기 유입관이 상기 제1침전탱크에 대하여 일정한 각도로 경사지게 연결되고, 상기 유입관과 대응하는 상기 제1유도관의 외측에 배플이 형성됨으로써 유입관을 통해 유입되는 유입수가 제1침전탱크 내에서 와류를 일으키면서 흐름을 바꾸어 분산될 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예로 상기 침전조는, 상기 센터 드레인 속에 위치되는 상기 회전축의 외측에 고정된 적어도 하나 이상의 플랩을 더 포함하여 구성됨으로써 센터 드레인의 막힘을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예로 상기 침전조의 인발펌프에 연결되고, 상기 인발펌프를 통해 전달받은 슬러지를 수분배출구멍이 있는 원통 케이싱 내에서 전동모터의 구동에 의해 회전하는 스크루를 이용하여 바깥으로 이송하고, 압축을 가하면서 함유 수분을 상기 케이싱 외로 배수하고 상기 스크루의 선단에서 일정 함수율 이하의 슬러지를 배출하는 스크루 프레스 및 상기 스크루 프레스에서 탈수된 슬러지를 압입 및 가압하여 케이크화하는 압착기를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하고자 특유한 해결 수단이 기초하고 있는 본 발명의 기술사상 및 실시 예(embodiment)에 따르면, 외부의 에어컴프레셔로부터 압축공기를 공급받아 에어 노즐을 통해 반응조 내에 분사함으로써 반응조 내 유입수의 유동을 일으키면서 교란을 주어 반응을 앞당김은 물론 유입수의 유속과 이동거리를 조절하여 성상 및 온도 분포를 균일하게 할 수 있다.

또한, 반응조 내 교반기의 교반날개 등에 응집물이 고착되는 현상을 방지할 수 있다.

그뿐만 아니라 유입수가 반응조의 내벽을 따라 빙빙 돌며 소용돌이를 일으키도록 유도함으로써 성상 및 온도 분포를 더욱 균일하고 신속하게 조정함은 물론 유입수와 주입 약품을 고르게 혼합하여 원활한 화학반응을 일으킬 수 있다.

아울러 유입수의 침전조 내에 체류시간(residence time)을 최대화하면서 유입수 중에 분산되어 있는 응집입자를 이중으로 침강시켜서 액체와 분리함으로써 침강 분리 효율을 극대화할 수 있다.

여기서 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 2회 연속 침전 처리장치을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 2회 연속 침전 처리장치을 구성하는 주요 요소 중 반응조를 개략적으로 나타낸 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 2회 연속 침전 처리장치을 구성하는 주요 요소 중 반응조의 스탠드 파이프를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 2회 연속 침전 처리장치을 구성하는 주요 요소 중 반응조의 스탠드 파이프 국부를 확대하여 나타낸 부분단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 2회 연속 침전 처리장치을 구성하는 주요 요소 중 반응조의 스탠드 파이프 국부를 확대하여 나타낸 부분단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 2회 연속 침전 처리장치을 구성하는 주요 요소 중 침전조를 개략적으로 나타낸 종단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 2회 연속 침전 처리장치을 구성하는 주요 요소 중 침전조를 개략적으로 나타낸 부분 평단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 2회 연속 침전 처리장치을 구성하는 주요 요소 중 침전조를 개략적으로 나타낸 부분 종단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 2회 연속 침전 처리장치을 구성하는 주요 요소 중 스크루 프레스와 압착기를 개략적으로 나타낸 부분 단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

이에 앞서, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이는 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 개념과 당해 기술분야에서 통용 또는 통상적으로 인식되는 의미로 해석하여야 함을 명시한다.

또한, 본 발명과 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

여기서 첨부된 도면들은 기술의 구성 및 작용에 대한 설명과, 이해의 편의 및 명확성을 위해 일부분을 과장하거나 간략화하여 도시될 수 있고, 그 도면상의 각 구성요소가 실제의 크기 및 형태와 정확하게 일치하는 것은 아님을 밝힌다.

아울러 본 명세서에서 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함하는 의미이며, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

즉, 본 명세서에서 설시(說示)하는 '포함하다' 또는 '구비하다', '가지다' 등의 용어는 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해해야 한다.

본 발명에서 사용하는 "부" 및 "유닛"의 용어에 대한 의미는 시스템에서 목적하는 적어도 하나의 기능이나 어느 일정한 동작을 처리하는 단위 또는 역할을 하는 모듈 형태를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 혹은 하드웨어 및 소프트웨어의 결합 등을 통한 수단이나 독립적인 동작을 수행할 수 있는 디바이스 또는 어셈블리 등으로 구현할 수 있다.

그리고 상단, 하단, 상면, 하면, 또는 상부, 하부, 상측, 하측, 전후, 좌우 등의 용어는 각 구성요소에 있어 상대적인 위치를 구별하기 위해 편의상 사용한 것이다. 예를 들어, 도면상의 위쪽을 상부로 아래쪽을 하부로 명명하거나 지칭하고, 길이 방향을 전후 방향으로, 폭 방향을 좌우 방향으로 명명하거나 지칭할 수 있다.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있다. 즉, 제1, 제2 등의 용어는 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 구성요소는 본 발명의 보호범위를 벗어나지 않는 한에서 제2 구성요소로 명명할 수 있고, 또 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명할 수도 있다.

본 발명에서는 유입수(터널폐수) 중에 함유된 침전 가능한 고형물(응집입자)의 비중이 물의 비중보다 클 경우 즉, 침강력이 액체에 대한 마찰 항력보다 클 경우 부유 고형물이 중력에 의해 저변으로 가라앉는 현상을 침전(sedimentation)이라 한다. 이 원리를 이용해 유입수 중 고액 분리가 이루어지는 장치를 침전조라 하고, 가라앉은 고형물을 슬러지(sludge)라 하며, 비중 차에 의해 상부에 위치한 것을 유출수라 한다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 2회 연속 침전 처리장치을 구성하는 주요 요소는 침사 및 유량조정조(100), 반응조(200), 응집조(300) 및 침전조(400)를 포함하고 있다.

침사 및 유량조정조(100)는 터널폐수(유입수) 중 모래, 기타 협잡물 및 부유 물질을 제거하고 유량펌프를 이용하여 반응조(200)로 유입되는 유량을 일정하게 조정한다.

반응조(200)는 약품주입장치를 이용하여 자동으로 중화제를 주입하여 유입수 속에 존재하는 오염물질의 pH를 조정 및 1차 응집한다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 구체적으로 반응조(200)는 유입수가 유입 및 저장되도록 일정한 저장공간을 갖는 반응탱크(210)가 구비되어 있다.

그리고 반응탱크(210)의 상측 중심부에는 반응탱크(210) 내의 유입수를 교반하기 위한 교반기(220)가 설치되어 있다.

즉, 교반기(220)는 반응탱크(210)의 한가운데 세워지고 감속모터의 구동에 의해 회전하는 회전축(구동축)과, 이 회전축에 조립식으로 부착되어 있는 다수의 교반날개로 이루어져 있다.

그리고 반응탱크(210)의 내부에는 유입수의 유동을 일으키면서 교란을 주어 반응을 앞당기고, 아울러 유입수의 유속과 이동거리를 조절하기 위한 스탠드 파이프(230)가 장착되어 있다.

즉, 스탠드 파이프(230)는 외부의 에어컴프레셔(A)로부터 압축공기를 공급받아 반응탱크(210) 내의 유입수 속에 분사하는 에어 노즐(231)이 일정한 간격을 두고 다수 배열되어 있다.

그리고 스탠드 파이프(230)는 다수의 노즐관(232) 및 공급관(233)을 포함하고 있다.

노즐관(232)은 에어 노즐(231)이 둘레를 따라 일정한 간격을 두고 환형 모양으로 배열되어 있고, 반응탱크(210) 내에 상하로 일정한 간격을 두고 다수 배치되어 있다.

즉, 에어 노즐(231)은 유입수에 와류를 일으키도록 각도조절수단에 의해 각도 조절이 가능하게 노즐관(232)의 둘레를 따라 결합되어 있다.

공급관(233)은 상하로 배치되어 있는 다수의 노즐관(232)을 연결하면서 에어컴프레셔(A)의 압축공기를 각 노즐관(232)에 공급하기 위해 다수개로 나누어 설치되어 있다.

여기서 에어 노즐(231)은 어느 한쪽 방향으로 비스듬히 기울여서 노즐관(232)에 결합함으로써 유입수가 반응탱크(210)의 내벽을 따라 빙빙 돌며 소용돌이를 일으키도록 유도할 수 있다.

즉, 에어 노즐(231)은 유입수가 원심력과 구심력 작용으로 회전 중심방향으로 나선형의 와류를 형성하도록 배치될 수 있다.

한편, 도면에서는 반응탱크(210)의 내부로 유입수를 공급하기 위한 유입관 및 반응탱크(210)의 외부로 처리수를 배출하기 위한 배출관은 도시하지 않고 생략하였으나, 이는 통상의 구조를 적용할 수 있음은 물론이다.

이러한 반응조(200)는 반응탱크(210) 내에 액화탄산가스와 명반 등의 화학약품(중화제)을 주입하고 교반기(220)를 작동시켜 일정한 속도로 교반함으로써 오염수 속에 존재하는 오염물질의 pH를 조정 및 1차 응집하는 중화 반응을 일으킬 수 있다.

이 과정에서 외부의 에어컴프레셔(A)로부터 압축공기를 공급받아 스탠드 파이프(230)에 대하여 각도 조절이 가능한 에어 노즐(231)을 통해 반응탱크(210) 내에 분사함으로써 반응탱크(210) 내 유입수의 유동을 일으키면서 교란을 주어 반응을 앞당김은 물론 유입수의 유속과 이동거리를 조절할 수 있다.

즉, 유입수가 수직 하강하지 않고 일정한 유속으로 빙빙 돌면서 흐르기 때문에 성상 및 온도 분포를 균일하게 하여 반응조(200)의 처리 성능을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 교반기(220)의 교반날개 등에 응집물이 고착되는 현상을 확실하게 방지할 수 있다.

또한, 교반기(220)의 구동축(회전축)에 부하를 주지 않아 교반날개가 원활하게 회전할 수 있다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이 반응조(200)를 구성하는 주요 요소 중 스탠드 파이프(230)의 에어 노즐(231)은 각도조절수단에 의해 노즐관(232)에 대하여 각도 조절이 가능하게 장착되어 있다.

즉, 노즐관(232)의 둘레를 따라 일정한 간격을 두고 연결구멍(234)이 뚫려 있고, 아울러 노즐관(232)의 내측에는 공기관(235)이 삽입되어 있다.

그리고 노즐관(232)의 바깥쪽 둘레에는 링형 클램프(236)가 외력에 의해 일정한 각도로 회전 가능하게 장착되어 있다.

또한, 클램프(236)에는 에어 노즐(231)을 일정한 각도로 회전시켜 분사 각도를 조절하는 전동기(237)가 고정되어 있다.

그리고 공기관(235)과 에어 노즐(231)은 유연하게 움직일 수 있도록 플랙시블 튜브(238)를 통해 연결되어 있다.

즉, 플랙시블 튜브(238)의 한쪽 끝은 연결구멍(234)을 관통하여 공기관(235)과 결합되어 있고, 반대쪽 끝은 에어 노즐(231)과 결합되어 있다.

여기서 전동기(237)로는 모터 드라이브와 같이 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 회전동력을 얻으며, 제어부로부터 신호 전류에 의해 시동(구동) 및 운전이 용이하고, 부하에 적합한 기종을 선택하기 쉽고, 소음 및 진동이 작고, 배기공해가 없는 통상의 전동기(전동 모터)를 사용하여 기계를 구동시키는 방식을 채용할 수 있다.

예를 들면, 고정자 권선에 흐르는 교류전류에 의해 발생하는 회전 자기장과 로터부에 발생하는 유도전류와의 상호작용에 의해 생기는 회전력으로 작동하는 인덕션 모터를 사용하는 모터 드라이브를 채용할 수 있다.

이외에도 전동기(237)로는 제어부의 제어신호에 따른 전압 입력을 회전각으로 바꾸어 정지 및 반전 동작이 신속하게 이루어지는 서보 모터나 일정 각도만큼 회전하는 스테핑 모터, 혹은 모터의 회전수를 감속하여 구동에 필요한 힘으로 출력하도록 조절하는 감속기를 포함하는 기어드 모터를 채용할 수 있다.

이러한 스탠드 파이프(230)는 클램프(236)가 노즐관(232)을 중심으로 일정한 각도로 회전하여 에어 노즐(231)의 수직 방향 각도가 조절되고, 아울러 전동기(237)의 회전 구동에 의해 에어 노즐(231)의 수평 방향 각도가 조절됨으로써 에어 노즐(231)이 어느 한쪽 방향으로 비스듬하게 기울인 상태로 공기를 분사할 수 있다.

따라서 유입수가 반응탱크(210)의 내벽을 따라 빙빙 돌며 소용돌이를 일으키도록 작동시킬 수 있어 반응탱크(210) 내 유입수의 유동을 더욱 효과적으로 일으키면서 교란을 주어 반응을 앞당김은 물론 중화제 혼합에 필요한 유입수의 유속과 이동거리를 조절할 수 있다.

아울러 교반기(220)의 교반날개 등에 응집물이 고착되는 현상을 확실하게 방지할 수 있다.

더구나 반응탱크(210)의 내벽을 따라 유입수가 빙빙 돌며 소용돌이를 일으키도록 유도할 수 있어 성상 및 온도 분포를 더욱 균일하고 신속하게 조정할 수 있다.

응집조(300)는 응집제를 주입하여 유입수 속에 존재하는 오염물질을 응집입자로 변화시킨다.

침전조(400)는 중화 및 응집 반응을 거친 유입수를 일정시간 정치시켜 응집입자를 침전 처리(침강 분리)한 후 부유 물질이 제거된 유출수(침전 처리수)를 월류웨어(470)로 월류시켜 배출하고, 하부의 배출구(420)에 쌓인 슬러지를 슬러지 인발관(490)을 통해 인발펌프(491)로 압송하여 배출한다.

도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이 구체적으로 침전조(400)는 내부에 유입수가 유입 및 저장되고 상부를 통해 유출수가 배출되도록 일정한 저장공간과 높이를 갖는 원통형 제1침전탱크(410)가 구비되어 있다.

그리고 제1침전탱크(410)의 상부 외측에는 유입수가 유입되는 유입관(411)이 연결되어 있고, 하부에는 아래쪽으로 갈수록 점차 폭이 좁아지는 형상의 원뿔통형 제1호퍼부(412)가 일체로 형성되어 있다.

또한, 제1호퍼부(412)의 중앙 하단부에는 유입수에 함유된 응집입자가 침전 분리되어 쌓인 슬러지를 모아서 배출하기 위한 배출구(420)가 형성되어 있고, 그 배출구(420)에는 인발펌프(422)의 압력작용을 통해 슬러지를 외부로 압송하기 위한 슬러지 인발관(421)이 연결되어 있다.

즉, 제1호퍼부(412)는 60도 이상의 기울기를 갖는 경사면이 형성되어 있고, 그 중앙의 하부에는 배출구(420)가 형성되어 있어 중력을 받아 침강하는 슬러지는 스크래퍼(480)에 의해 자연스럽게 그 경사면을 따라 하부 중앙의 배출구(420)로 모일 수 있다.

그리고 제1침전탱크(410) 내에는 유입수의 이동 방향을 상방으로 전환시키는 원통형 제1유도관(430)이 설치되어 있다.

여기서 제1유도관(430)의 상단은 제1침전탱크(410)의 상단 높이만큼 위치되어 있고, 하단은 제1침전탱크(410)의 바닥을 이루는 제1호퍼부(412)로부터 일정한 이격거리를 둔 높이에 위치되어 있다.

그리고 제1유도관(430)의 안쪽에는 그 제1유도관(430)을 통해 유입수가 상방에서 하방으로 유입되는 제2침전탱크(440)가 설치되어 있다.

또한, 제2침전탱크(440)의 하부에는 아래쪽으로 갈수록 점차 폭이 좁아지는 형상의 원뿔통형 제2호퍼부(441)가 일체로 형성되어 있으며, 제2호퍼부(441)의 바깥쪽 둘레에는 유입수가 제1유도관(430)과 제2침전탱크(440) 사이의 공간으로 자연스럽게 선회하면서 상승하도록 안내하는 가이드(442)가 형성되어 있다.

여기서 제2침전탱크(440)의 상단은 제1유도관(430)의 상단 높이보다 낮게 위치되어 있고, 하단은 제1유도관(430)의 하단 높이보다 낮게 위치되어 있다.

그리고 제2호퍼부(441)의 중앙 하단부에는 유입수에서 침전 분리된 응집입자를 배출구(420)로 떨어뜨리는 센터 드레인(450)이 일체로 연결되어 있다.

그리고 제2침전탱크(440) 내에는 유입수의 이동 방향을 상방으로 전환시키고, 부유 물질이 제거된 유출수를 월류시키는 원통형 제2유도관(460)이 설치되어 있다.

여기서 제2유도관(460)의 상단은 제2침전탱크(440)의 상단 높이보다 높게 위치되어 있고, 하단은 제2침전탱크(440)의 바닥을 이루는 제2호퍼부(441)로부터 일정한 이격거리를 둔 높이에 위치되어 있다.

그리고 제2유도관(460)의 상부 외측에는 제2유도관(460)의 정상부를 통과하여 월류하는 유출수를 배출관(471)으로 배출하는 월류웨어(470)가 형성되어 있다.

그리고 제1침전탱크(410)의 상측 중심부에는 감속모터(481)가 설치되어 있고, 그 감속모터(481)의 구동에 의해 회전하는 회전축(482)이 센터 드레인(450)을 관통하여 배치되어 있다.

또한, 회전축(482)의 하단부에는 연결대(484)가 교차형으로 부착되어 있으며, 그 연결대(484)의 하부에는 회전축(482)과 동시에 회전하면서 제1호퍼부(412)의 안쪽 바닥에 쌓이는 슬러지를 긁어내어 배출구(420)로 떨어뜨리는 장방형의 스크래퍼(480)가 다수 장착되어 있다.

즉, 스크래퍼(480)는 침전조(400)의 한가운데 세워진 회전축(482)으로 움직이면서 긁어모은 슬러지를 배출구(420)로 보내기 위해 침전조(400)의 밑부분인 제1호퍼부(412)의 안쪽에 설치되어 있다.

여기서 스크래퍼(480)는 제1호퍼부(412)에 탄성에 의해 탄력적으로 접촉된 채로 회전하면서 슬러지를 떨어내고, 감속모터(481)에 부하를 주지 않고 원활하게 회전하기 위해 탄성중합체, 고무, 실리콘, 합성수지 등의 탄성 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

아울러 연결대(484)는 회전축(482)의 사방에 여러 개를 연결하여 형성될 수 있고, 유체의 흐름에 방해되지 않게 접촉 간섭을 최소화하는 형태로 형성 및 배치될 수 있다.

또한, 연결대(484) 간에 또는 회전축(482)과 사이는 지지삭(485)으로 팽팽하게 연결함으로써 휘어짐을 방지하면서 장력과 회전력을 고르게 분산시킬 수 있다.

그리고 센터 드레인(450) 속에 위치되는 회전축(482)의 외측에는 센터 드레인(450)의 막힘을 방지하는 적어도 하나 이상의 플랩(483)이 고정되어 있다.

그리고 유입관(411)을 통해 유입되는 유입수가 제1침전탱크(410) 내에서 와류를 일으키면서 흐름을 바꾸어 분산되도록 하기 위해 유입관(411)은 제1침전탱크(410)에 대하여 일정한 각도로 경사지게 연결되어 있으며, 아울러 유입관(411)과 대응하는 제1유도관(430)의 외측에는 배플(490)이 형성되어 있다.

즉, 유입관(411)은 제1침전탱크(410)의 접선 방향으로 형성되거나 그 접선에 빗각을 이루도록 연결되어 있어, 이를 통해 유입되는 유입수 중에 함유된 응집입자가 수직 하강하지 않고 일정한 유속으로 제1침전탱크(410) 내부를 빙빙 돌면서 흐르기 때문에 더욱 효과적으로 침강 분리할 수 있다.

이러한 침전조(400)는 현탁고형물이 엉킨 응집입자가 중력에 의해 자연 침강되어 액체에서 분리되므로 유입수의 오염 농도를 저하시킬 수 있다.

아울러 제1호퍼부(412)의 안쪽 바닥에 쌓이는 슬러지는 적체 없이 감속모터(481)의 구동에 의해 일정한 속도로 회전하는 스크래퍼(480)가 긁어모아 중앙의 배출구(420)로 떨어뜨리고, 부유 물질이 제거된 유출수는 월류웨어(470)를 통해 월류시켜 자연 유하식으로 배출한다.

이때, 유입관(411)을 통해 유입되는 유입수가 제1침전탱크(410) 내에서 분산되어 침전조(400)의 중심부를 향한 나선형의 와류를 일으키면서 제1 및 제2유도관(430)(460)과 제2침전탱크(440)에 의해 상하로 반복하여 이동 방향을 전환하면서 흐르게 된다.

즉, 제1침전탱크(410) 내에 유입된 유입수는 제1침전탱크(410)의 내벽과 제1유도관(430)의 외벽 사이의 공간을 따라 하강하다가 제1유도관(430)의 하단에서 이동 방향을 바꾸어 상승하고, 다시 제1유도관(430)의 내벽과 제2침전탱크(440)의 외벽 사이의 공간을 따라 상승하다가 제2침전탱크(440)의 상단에서 이동 방향을 바꾸어 하강하며, 다시 제2침전탱크(440)의 내벽과 제2유도관(460)의 외벽 사이의 공간을 따라 하강하다가 제2유도관(460)의 하단에서 이동 방향을 바꾸어 상승한 후, 제2유도관(460)의 정상부에 도달하면 월류웨어(470)로 흘러넘침으로써 유입수의 침전조(400) 내에 체류시간(residence time)을 최대화할 수 있다.

이 과정에서 와류에 의한 회전력이 약화되면서 유입수 중에 분산되어 있는 응집입자는 제1호퍼부(412)와 제2호퍼부(441)에 이중으로 침강시켜서 액체와 분리 및 센터 드레인(450)과 배출구(420)를 통해 배출할 수 있다.

한편, 도 9에 도시된 바와 같이 침전조(400)의 배출구(420)에 쌓인 슬러지는 슬러지 인발관(421)을 통해 인발펌프(422)로 압송하여 배출할 수 있다.

이때, 인발펌프(422)에는 슬러지의 함수율을 낮추기 위한 스크루 프레스(500)가 연결될 수 있다.

즉, 스크루 프레스(500)는 인발펌프(422)를 통해 전달받은 슬러지를 수분배출구멍이 있는 원통 케이싱(510) 내에서 전동모터(520)의 구동에 의해 회전하는 스크루(521)를 이용하여 바깥으로 이송하고, 압축을 가하면서 함유 수분을 케이싱(510) 외로 배수하고 스크루(521)의 선단에서 함수율 85% 이하의 슬러지를 배출한다.

그리고 스크루 프레스(500)에서 탈수된 슬러지를 액추에이터(610)로 압입 및 가압하여 고형물로 취급할 수 있는 일정 크기로 케이크화하는 압착기(600)가 구비되어 있다.

여기서 액추에이터(610)로는 유압(공압) 펌프에서 가해진 힘으로 운동 방향을 변환하는 유압 또는 공압 솔레노이드밸브를 채택하여 적용할 수 있다.

예를 들면, 피스톤 양쪽에 유압이 작용하여 출력이 신장 및 수축 양쪽으로 작용하는 유압실린더를 채용할 수 있다.

그밖에 제어부가 컴프레셔 등의 구동원에 제어 신호를 전달하여 유압이나 공기압으로 실린더(푸시 로더, 피스톤 또는 플런저)를 가동시키면 전후진 또는 신장 및 수축하는 구조의 통상적인 유압모터나 유압실린더, 혹은 제어부의 스위치 개폐에 따라 전동기를 가동시키면 회전운동을 직선 운동으로 변환하여 신장 및 수축 작용을 하는 전동실린더(linear actuator) 구조로 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명은 상술한 실시 예(embodiment) 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 안에서 예시되지 않은 여러 가지로 다양하게 변형하고 응용할 수 있음은 물론이고 각 구성요소의 치환 및 균등한 타 실시 예로 변경하여 폭넓게 적용할 수도 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백하다.

그러므로 본 발명의 기술적 특징을 변형하고 응용하는 것에 관계된 내용은 본 발명의 기술사상 및 범위 내에 포함되는 것으로 해석하여야 할 것이다.

100: 침사 및 유량조정조 200: 반응조
210: 반응탱크 220: 교반기
230: 스탠드 파이프 231: 에어 노즐
232: 노즐관 233: 공급관
234: 연결구멍 235: 공기관
236: 클램프 237: 전동기
238: 플랙시블 튜브 300: 응집조
400: 침전조 410: 제1침전탱크
411: 유입관 412: 제1호퍼부
420: 배출구 421: 슬러지 인발관
422: 인발펌프 430: 제1유도관
440: 제2침전탱크 441: 제2호퍼부
450: 센터 드레인 460: 제2유도관
470: 월류웨어 471: 배출관
480: 스크래퍼 481: 감속모터
482: 회전축 483: 플랩
484: 연결대 485: 지지삭
490: 배플 500: 스크루 프레스
600: 압착기

Claims (6)

1. 터널폐수 중 부유 물질을 제거하고 유입 유량을 일정하게 조정하는 침사 및 유량조정조(100), 중화제를 주입하여 유입수 속에 존재하는 오염물질의 pH를 조정하는 반응조(200), 응집제를 주입하여 유입수 속에 존재하는 오염물질을 응집입자로 변화시키는 응집조(300), 중화 및 응집 반응을 거친 유입수를 일정시간 정치시켜 응집입자를 침전 처리한 후 부유 물질이 제거된 유출수를 월류시켜 배출하고, 하부에 쌓인 슬러지를 슬러지 인발관(421)을 통해 인발펌프(422)로 압송하여 배출하는 침전조(400)를 포함하여 이루어지는 침전 처리장치에 있어서,
   상기 반응조(200)는,
   유입수가 유입되는 반응탱크(210); 상기 반응탱크(210) 내의 유입수를 교반하는 교반기(220); 및 상기 반응탱크(210) 내부에 유입수의 유동을 일으키면서 교란을 주어 반응을 앞당기기 위해 장착되고, 상기 반응탱크(210) 내의 유입수 속에 외부의 에어컴프레셔(A)로부터 압축공기를 공급받아 분사하는 에어 노즐(231)이 일정한 간격을 두고 다수 배열된 스탠드 파이프(230)를 포함하고,
   상기 침전조(400)는,
   유입관(411)을 통해 유입수가 유입되고, 하부에 아래쪽으로 갈수록 점차 폭이 좁아지는 형상의 원뿔통형 제1호퍼부(412)가 일체로 형성된 제1침전탱크(410); 상기 제1호퍼부(412)의 중앙 하단부에 형성되고, 유입수에 함유된 응집입자가 침전 분리되어 쌓인 슬러지를 배출하기 위한 배출구(420); 상기 제1침전탱크(410) 내에 설치되어 유입수의 이동 방향을 상방으로 전환시키는 제1유도관(430); 상기 제1유도관(430)의 안쪽에 설치되고, 상기 제1유도관(430)을 통해 유입수가 상방에서 하방으로 유입되고, 하부에 아래쪽으로 갈수록 점차 폭이 좁아지는 형상의 원뿔통형 제2호퍼부(441)가 일체로 형성된 제2침전탱크(440); 상기 제2호퍼부(441)의 중앙 하단부에 연결 형성되고, 유입수에서 침전 분리된 응집입자를 상기 배출구(420)로 떨어뜨리는 센터 드레인(450); 상기 제2침전탱크(440) 내에 설치되어 유입수의 이동 방향을 상방으로 전환시키고, 부유 물질이 제거된 유출수를 월류시키는 제2유도관(460); 상기 제2유도관(460)의 상부 외측에 설치되어 상기 제2유도관(460)의 정상부를 통과하여 월류하는 유출수를 배출관(471)으로 배출하는 월류웨어(470); 및 상기 센터 드레인(450)을 관통하여 감속모터(481)의 구동에 의해 회전하는 회전축(482)의 하부에 고정되고, 상기 회전축(482)의 회전에 의해 상기 제1호퍼부(412)의 안쪽 바닥에 쌓인 슬러지를 긁어내어 상기 배출구(420)로 떨어뜨리는 다수의 스크래퍼(480)를 포함하며;
   상기 스탠드 파이프(230)는,
   상기 반응탱크(210) 내에 상하로 일정한 간격을 두고 다수 배치되고, 상기 에어 노즐(231)이 각도조절수단에 의해 각도 조절이 가능하게 둘레를 따라 일정한 간격을 두고 배열되는 환형의 노즐관(232); 및 상기 노즐관(232)에 상기 에어컴프레셔(A)의 압축공기를 공급하기 위해 연결된 다수의 공급관(233)을 포함하고;
   상기 각도조절수단은,
   상기 노즐관(232)의 둘레를 따라 일정한 간격을 두고 뚫린 연결구멍(234); 상기 노즐관(232)의 내측에 삽입된 공기관(235); 상기 노즐관(232)의 바깥쪽 둘레에 회전 가능하게 장착된 링형 클램프(236); 상기 클램프(236)에 고정되고, 상기 에어 노즐(231)을 일정한 각도로 회전시켜 분사 각도를 조절하는 전동기(237); 및 상기 연결구멍(234)을 통해 상기 공기관(235)과 상기 에어 노즐(231)을 연결하는 플랙시블 튜브(238)를 포함하는 것을 특징으로 하는 2회 연속 침전 처리장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 침전조(400)는,
   상기 유입관(411)을 통해 유입되는 유입수가 상기 제1침전탱크(410) 내에서 와류를 일으키면서 흐름을 바꾸어 분산되도록 상기 유입관(411)이 상기 제1침전탱크(410)에 대하여 일정한 각도로 경사지게 연결되고, 상기 유입관(411)과 대응하는 상기 제1유도관(430)의 외측에 배플(490)이 형성된 것을 특징으로 하는 2회 연속 침전 처리장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 침전조(400)는,
   상기 센터 드레인(450) 속에 위치되는 상기 회전축(482)의 외측에 고정되고, 상기 센터 드레인(450)의 막힘을 방지하는 적어도 하나 이상의 플랩(483);
   을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2회 연속 침전 처리장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 침전조(400)의 인발펌프(422)에 연결되고, 상기 인발펌프(422)를 통해 전달받은 슬러지를 수분배출구멍이 있는 원통 케이싱(510) 내에서 전동모터(520)의 구동에 의해 회전하는 스크루(521)를 이용하여 바깥으로 이송하고, 압축을 가하면서 함유 수분을 상기 케이싱(510) 외로 배수하고 상기 스크루(521)의 선단에서 일정 함수율 이하의 슬러지를 배출하는 스크루 프레스(500); 및
   상기 스크루 프레스(500)에서 탈수된 슬러지를 압입 및 가압하여 케이크화하는 압착기(600);
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2회 연속 침전 처리장치.
   

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