KR20000000973A - 고농도 폐수 처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고농도 폐수 처리 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 베이스의 상면에 탱크가 설치되어 폐수와 공기의 혼합 공간을 제공하고, 탱크의 내부에서는 호기성 미생물의 소화에 의해 폐수가 정화 처리된다. 탱크의 상부에 분무기가 설치되며, 분무기의 구멍을 통하여 분사되는 폐수에 공기 공급관으로부터 공급되는 공기가 혼합되고, 탱크의 내부에 순환로를 형성하도록 내부 실린더가 설치된다. 내부 실린더는 폐수와 공기가 혼합되는 혼합실을 가지며, 내부 실린더의 하방에는 혼합실로부터 배출되는 폐수와 공기가 순환로를 통하여 혼합실로 순환되도록 안내하는 미립화 촉진판이 설치된다. 따라서, 폐수와 공기가 혼합되어 분사된 후 순환되면서 공기의 용해도가 향상되며, 폐수가 균질화되어 호기성 미생물에 의한 폐수의 정화 효율이 크게 향상된다. 또한, 설비 비용이 감소될 뿐만 아니라, 시스템의 관리 및 운영이 실용적이고 경제적으로 수행된다.

Description

고농도 폐수 처리 시스템

본 발명은 호기성 미생물의 소화에 의해 폐수를 정화 처리하기 위한 고농도 폐수 처리 시스템에 관한 것이다.

현대 사회의 도시 하수, 산업 폐수 등으로 인한 수질 오염은 생태계를 파괴시킬 뿐만 아니라, 산업 및 농업 용수, 식수의 고갈 현상을 야기시켜 심각한 사회 문제로 대두되고 있는 실정에 있다. 이와 같은 수질 오염의 요인으로는 무기물 및 유기물, 유류(油類), 분뇨(糞尿) 등이 있다. 무기물은 부영양화(富營養化)와 적조를 일으켜 유해 부유생물(有害 浮遊生物)의 발생을 촉진하고, 화학적 산소요구량의 증가 원인이 된다. 또한, 유기물은 용수의 자정 작용을 방해하며, 수계의 용존 산소량 등을 감소시키게 된다.

이러한 유기물을 함유한 폐수, 예를 들어 각종 오수, 분뇨, 축산 폐수, 기타 슬러지(sludge) 등의 처리 방법에는 수중 미생물이 유기물을 영양원으로 섭취하여 소화시키는 원리를 이용하고 있으며, 미생물의 종류에는 원생동물(protozoa), 조류(algae), 박테리아(bacteria) 등이 있다. 폐수는 수중 유기물의 농도에 따라 저농도 폐수와 고농도 폐수로 구분할 수 있고, 미생물은 산소 섭취 방식에 따라 혐기성 미생물(嫌氣性 微生物)과 호기성 미생물(好氣性 微生物)로 크게 분류된다. 혐기성 미생물은 유기물의 자체 산소로 호흡하며, 호기성 미생물은 수중의 용존 산소로 호흡한다.

이와 같은 고농도 폐수 처리 시스템의 예를 도 1에 의거하여 살펴보면, 폐수는 도시하지 않은 집수조에 집수된 후 침전조를 경유하여 펌프의 구동에 의해 폭기조(10)로 유입되고, 폭기조(10)에는 공기 공급기(12)가 설치되며, 공기 공급기(12)는 폭기조(10)의 내부에 공기를 분사시키는 분사관(14)을 갖는다. 따라서, 폭기조(10)의 내부에 폐수를 저수시킨 상태에서 공기 공급기(12)의 구동에 의해 공기를 폐수속에 주입시키게 되면, 폭기조(10)의 내부에 서식하는 호기성 미생물의 소화에 의해 폐수가 정화 처리된다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 고농도 폐수 처리 시스템은, 공기 공급기(12)의 구동에 의해 공급되는 공기가 폐수에 용해되는 용해율이 비교적 낮기 때문에 호기성 미생물의 성장에 지장을 주어 정화 효율을 저하시키는 문제가 있었다. 그리고, 폭기조(10)에서는 단순히 호기성 미생물의 성장에 의해 폐수를 정화시키고 있기 때문에 고농도 폐수 및 난분해성 폐수, 독성 폐수의 정화 처리에는 부적합하며, 독성 폐수의 경우에는 호기성 미생물이 사멸될 우려가 높은 문제가 있었다. 더욱이, 폐수가 정화 처리될 때 폭기조(10)의 수면에서는 폐수의 점도가 증가하면서 거품이 대량으로 발생되며, 이러한 거품에 의해 형성되는 거품층이 용존 산소의 용해율을 저하시켜 정화 효율을 크게 감소시키게 된다.

또한, 폭기조(10)는 설비 규모가 큰 콘크리트 구조물로 설비되므로, 공사 기간이 길어질 뿐만 아니라, 토지의 소요 면적과 설비 비용이 증가되는 문제가 있었다. 그리고, 폭기조(10)가 밀폐형인 경우에는 용존 산소의 용해율을 저하시키기 때문에 대부분 개방형을 채용하고 있다. 폭기조(10)가 개방형인 경우에는 악취가 심하게 발생되며, 이것은 또 다른 환경 오염의 요인으로 작용되어 고농도 폐수 처리 시스템의 설비 장소에 제한을 주게 된다.

한편, 공기 공급기(12)의 구동에 의해 공급되는 공기는 공기 공급관(14)을 통하여 폭기조(10)의 바닥에 주로 분사되기 때문에 폭기조(10)의 내부에 불균일하게 공급되어 호기성 미생물의 서식 환경을 충족시키지 못할 뿐만 아니라, 호기성 미생물의 성장이 부분적으로 이루어져 정화 효율을 저하시키게 된다. 따라서, 폭기조(10)의 내부에 별도의 교반기를 설치하고, 이 교반기의 구동에 의해 폐수를 교반시켜 공기의 용해율을 증가시키고 있으며, 교반기이외에도 폭기조(10)의 내부에서 폐수를 상하로 순환시킬 수 있는 순환 펌프를 사용하고 있다. 그러나, 교반기나 순환 펌프의 사용으로 인하여 설비 및 관리 비용이 상승되는 문제가 있었다.

또한, 폭기조(10)는 호기성 미생물의 서식 환경, 예를 들어 온도를 적정하게 유지시켜야 하며, 폭기조(10)의 온도를 적정하게 유지시키지 못할 경우에는 호기성 미생물이 사멸이 발생되는 문제가 있었다. 특히, 동절기 등과 같이 온도의 변화가 크고 낮은 상태에는 폭기조(10)의 운전 및 관리가 매우 곤란하고, 폭기조(10)의 운전 및 관리에 숙련된 작업자가 요구된다. 뿐만 아니라, 폭기조(10)의 내부에 공기 공급관(14)이나 교반기, 순환 펌프 등이 설비될 경우에는 부식이 발생되기 때문에 이들의 운전 및 관리가 필요하여 실용성 및 경제성이 크게 저하되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 폐수의 정화 효율이 향상되도록 한 고농도 폐수 처리 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 설비 비용이 감소되도록 한 고농도 폐수 처리 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 관리 및 운영이 실용적이고 경제적으로 수행되도록 한 고농도 폐수 처리 시스템을 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 고농도 폐수 처리 시스템을 나타낸 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 고농도 폐수 처리 시스템을 나타낸 단면도,

도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 고농도 폐수 처리 시스템의 작동 상태를 나타낸 단면도.

♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

20: 베이스 22: 배출구멍

30: 탱크 32: 순환로

40: 분무기 50: 폐수 유입관

60: 공기 공급관 70: 내부 실린더

72: 혼합실 80: 미립화 촉진판

84: 충돌부 90: 공기 공급관

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 폐수와 공기의 혼합 공간을 제공하는 탱크와; 탱크의 상부에 설치되며, 탱크의 내부로 폐수를 분사시키는 구멍을 갖는 분무기와; 분무기의 구멍을 통하여 분사되는 폐수에 공기를 공급하도록 분무기와 동심으로 설치되는 공기 공급관과; 탱크의 내주면과 그 외주면 사이에 순환로를 형성하도록 탱크의 내부에 수직으로 설치되고, 폐수와 공기의 혼합이 이루어지는 혼합실을 갖는 내부 실린더로 구성되는 고농도 폐수 처리 시스템에 있다.

또한, 내부 실린더의 하방에는 혼합실로부터 배출되는 폐수와 공기가 순환로를 따라 상방으로 이동되도록 하는 미립화 촉진판이 설치되고, 미립화 촉진판의 상면에는 원뿔 형상의 충돌부가 형성되어 있다.

이하, 본 발명에 따른 고농도 폐수 처리 시스템에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 고농도 폐수 처리 시스템을 설명하기 위하여 나타낸 도면이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 베이스(20)의 한쪽에 배출구멍(22)이 형성되고, 베이스(20)의 상면에는 배출구멍(22)의 상부에 위치되도록 탱크(30)가 설치되며, 탱크(30)는 폐수와 공기의 혼합 공간을 제공하도록 대략 원통 형상의 직립 구조로 되어 있다. 이 탱크(30)의 내부에서는 호기성 미생물의 소화에 의해 폐수가 정화 처리되고, 탱크(30)는 콘트리트 또는 철재 구조물로 제작하거나 수지를 소재로 제작할 수 있다.

또한, 탱크(30)의 상부에는 분무기(40)가 설치되며, 분무기(40)의 하부에는 구멍(42)이 형성되고, 분무기(40)의 외주면 한쪽에는 폐수를 공급하는 폐수 유입관(50)이 연결되며, 폐수 유입관(50)은 분무기(40)의 외주면 상부에 연결되는 것이 바람직하다. 폐수 유입관(50)은 도시하지 않은 침전조의 펌프와 연결되는 것이 바람직하고, 침전조는 저수조로부터 공급되는 폐수속의 불순물을 침전시켜 제거함과 아울러 스컴(scum)을 제거하게 된다. 이와 같이 침전조에서 불순물과 스컴이 제거된 폐수가 폐수 유입관(50)을 통하여 분무기(40)로 공급된다.

한편, 분무기(40)의 중앙에는 공기 공급관(60)이 동심으로 장착되고, 이 공기 공급관(60)의 선단은 분무기(40)의 구멍(42)과 인접되도록 장착되는 것이 바람직하다. 분무기(40)의 구멍(42)을 통해 폐수가 분사됨에 따라 공기 공급관(60)에는 벤츄리 효과에 의해 부압이 걸리게 되고, 이 결과 외부의 공기가 공기 공급관(60)을 통해 흡입되어 폐수와 혼합된다. 이와 달리 공기 공급관(60)을 공압원, 예를 들어 컴프레서, 에어 블로워에 연결하여 압축 공기를 강제로 공급할 수도 있다.

그리고, 탱크(30)의 중앙에 순환로(32)가 형성되도록 내부 실린더(70)가 길이 방향을 따라 설치된다. 즉, 탱크(30)의 내주면으로부터 소정의 간격이 유지되도록 내부 실린더(70)가 수직으로 설치되어 탱크(30)의 내주면과 드래프트(70)의 외주면 사이에는 순환로(32)가 형성되는 것이다. 내부 실린더(70)는 폐수와 공기가 혼합되는 혼합실(72)을 갖도록 중공관으로 이루어지며, 내부 실린더(70)의 외주면 상하부는 서포트 바(74)에 의해 탱크(30)의 내주면에 고정된다. 이때, 내부 실린더(70)의 상부는 분무기(40)의 구멍(42)과 인접되도록 설치되고, 내부 실린더(70)의 하부는 베이스(20)의 상면으로부터 떨어져 소정의 간격을 유지하도록 설치된다.

또한, 내부 실린더(70)의 하방에는 혼합실(72)로부터 배출되는 폐수와 공기가 순환로(32)를 통하여 혼합실(72)로 순환되도록 안내하는 미립화 촉진판(80)이 설치되며, 미립화 촉진판(80)은 서포트 바(82)에 의해 탱크(30)의 내주면에 고정된다. 미립화 촉진판(80)의 상면에는 혼합실(72)의 중앙에서 가장자리로 폐수와 공기가 안내되도록 대략 원뿔 형상의 충돌부(84)가 형성되며, 충돌부(84)는 그 정점(84a)에서 가장자리를 향하여 완만한 곡선을 이루는 만곡면(84b)을 갖는다. 미립화 촉진판(80)의 외경은 베이스(20)의 배출구멍(22)을 가려줄 수 있는 크기로 형성되는 것이 바람직하다.

도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 탱크(30)의 외주면 대략 중앙에 순환로(32)의 상방으로 공기를 공급할 수 있도록 복수의 공기 공급관(90)이 설치되고, 공기 공급관(90)은 임의의 평면에 대하여 순환로(32)의 상방을 향하도록 소정의 각도로 설치된다. 이때, 공기 공급관(90)의 각도는 대략 20 내지 45도 정도를 유지하도록 설치되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하기로는 대략 30도 정도를 유지하도록 설치되는 것이 바람직하다. 그리고, 공기 공급관(90)은 공압원, 예를 들어 컴프레서, 에어 블로워에 연결하여 압축 공기를 강제로 공급한다. 도면에서 공기 공급관(90)은 탱크(30)의 외주면에 네 개가 등간격으로 설치된 것을 나타냈으나, 공기 공급관(90)의 위치 및 숫자는 필요에 따라 적절하게 변경할 수 있는 것이다.

본 발명의 고농도 폐수 처리 시스템은 연속형으로 설치할 수 있다. 즉, 초기 에 폐수를 정화 처리하는 고농도 폐수 처리 시스템의 배출구멍(22)에 후속으로 설치되는 고농도 폐수 처리 시스템의 폐수 유입관(50)을 연결하여 폐수의 정화 처리를 연속으로 수행할 수 있다. 이때, 후속 정화 처리 시스템의 폐수 유입관(50)에는 도시하지 않은 펌프를 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 고농도 폐수 처리 시스템에 의해 정화 처리된 정화수는 자연 방류시킬 수도 있으며, 필요에 따라 후속 공정, 예를 들어 미생물에 의해 정화를 수행하는 소화조에 공급하여 재차 정화 처리하거나 여과 처리할 수 있다. 그리고, 침전조와 연결하여 스컴 등을 제거시킬 수도 있다. 한편, 본 발명의 고농도 폐수 처리 시스템은 베이스(20)의 배출구멍(22)에 폐수 유입관(50)을 연결하여 폐수를 연속적으로 순환시키면서 정화 처리를 수행할 수 있다. 이때, 폐수 유입관(50)에 설치되는 펌프에는 침전조로부터 폐수를 공급받을 수 있도록 밸브 장치 등이 장착된다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 고농도 폐수 처리 시스템의 작동 상태를 설명하면 다음과 같다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 각종 오수, 분뇨 및 축산, 산업 폐수 등과 같은 폐수는 집수조에 집수되어 펌프의 구동에 의해 침전조로 공급되고, 침전조에서는 폐수속의 불순물, 예를 들어 고체입자 등이 침전되어 제거됨과 아울러 스컴이 제거된다. 그리고, 침전조에서 분순물과 스컴이 제거된 폐수는 펌프의 구동에 의해 폐수 유입관(22)을 통하여 분무기(40)로 공급되며, 이 폐수는 분무기(40)의 구멍(42)을 통하여 내부 실린더(70)의 상부에 분사된다.

이와 같이 분무기(40)의 구멍(42)을 통하여 내부 실린더(70)에 폐수가 분사될 때, 공기 공급관(60)에는 벤츄리 효과에 의해 부압이 걸리게 되므로, 공기 공급관(60)을 통하여 외부 공기가 흡입된다. 이 공기 공급관(60)의 선단은 분무기(40)의 구멍(42)에 인접되어 설치되므로, 분무기(40)의 구멍(42)을 통하여 분사되는 폐수에 공기가 공급되면서 혼합되어 분사된다. 즉, 공기 공급관(42)을 통하여 흡입되는 공기가 분무기(40)의 구멍(42)을 통하여 분사되는 폐수와 혼합되어 기포 형태로 분사되면서 공기의 접촉율이 높아지게 되며, 이로 인하여 산소의 용해도가 크게 향상되어 고농도 폐수 및 난분해성 폐수, 독성 폐수의 정화 처리가 가능해진다.

또한, 분무기(40)의 구멍(42)을 통하여 분사된 폐수와 공기는 내부 실린더(70)의 혼합실(72)에서 혼합되면서 배출되고, 혼합실(72)에서 혼합되어 배출되는 폐수와 공기, 즉 혼합수는 미립화 촉진판(80)에 의해 순환로(32)로 안내되며, 순환로(32)로 안내된 혼합수는 순환로(32)를 따라 내부 실린더(70)의 상부로 다시 유입된다.

이를 구체적으로 설명하면, 분무기(40)의 구멍(42)을 통하여 소정의 분사력으로 분사되는 폐수와 공기는 내부 실린더(70)의 혼합실(72)에서 혼합되어 배출되고, 배출된 혼합수는 미립화 촉진판(80)에 충돌되면서 순환로(32)로 안내된 후 수압에 의해 순환로(32)의 상부로 상승되어 혼합실(72)로 순환되는 것이다. 이 과정에서 폐수와 공기가 균일하게 혼합되며, 이로 인하여 폐수의 분해가 촉진될 뿐만 아니라, 호기성 미생물과 기질 사이의 접촉이 활발하게 이루어지게 된다. 그리고, 미립화 촉진판(80)의 충돌부(84)는 정점(84a)에서 가장자리로 혼합수를 안내하게 되고, 충돌부(84)의 만곡면(84b)은 혼합수의 흐름을 원활하게 유지시키게 된다.

한편, 혼합수가 순환로(32)를 따라 순환되는 과정에서, 공기 공급관(90)을 통하여 순환로(32)의 상방으로 압축 공기가 강제로 공급되며, 이로 인하여 산소의 용해도가 향상됨과 아울러 혼합수의 순환이 보다 원활하게 유지된다.

이와 같이 폐수와 공기가 혼합된 혼합수가 탱크(30)의 내부에서 내부 실린더(70)의 안과 밖으로 순환되므로, 산소의 용해도가 크게 향상되어 호기성 미생물의 성장 환경을 개선시킬 뿐만 아니라, 폐수의 분해가 촉진되어 호기성 미생물의 소화에 의한 폐수의 정화 효율이 크게 향상된다.

또한, 혼합수가 순환되는 과정에서 일부 정화된 정화수는 베이스(20)의 배출구멍(22)을 통하여 자연 배출된다. 이러한 정화수는 본 발명의 고농도 폐수 처리 시스템을 연속형으로 설치하여 정화시킬 수 있으며, 필요에 따라 소화조나 침전조로 공급시킬 수 있게 된다. 소화조나 침전조로 공급된 정화수는 용존 산소량이 높고 순환에 의해 균일하게 분해되어 균질화된 상태이기 때문에 정화 처리에 소요되는 시간의 단축과 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 고농도 폐수 처리 시스템은 탱크(30)의 크기를 작게 할 수 있어 토지의 소요 면적이 감소됨과 아울러 설비 비용이 절감되며, 탱크(30)가 밀폐형으로 이루어져 악취의 발생이 방지됨에 따라 설비 장소에 제한을 받지 않게 된다. 또한, 탱크(30)의 내부에 구동 장치, 예를 들어 펌프, 모터 등이 설비되지 않는 구조로 이루어져 운전 및 관리가 용이하고, 호기성 미생물의 서식 환경, 예를 들어 온도를 적정하게 유지시킬 수 있어 실용성 및 경제성이 크게 향상된다.

상기한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 적용 범위는 이와 같은 것에 한정되는 것은 아니며 동일 사상의 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다. 예를 들어 본 발명의 실시예에 나타난 각 구성 요소의 형상 및 구조는 변형하여 실시할 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 고농도 폐수 처리 시스템에 의하면, 폐수와 공기가 혼합되어 분사된 후 순환되면서 공기의 용해도가 향상되며, 폐수가 균질화되어 호기성 미생물에 의한 폐수의 정화 효율이 크게 향상되는 것이다. 또한, 설비 비용이 감소될 뿐만 아니라, 시스템의 관리 및 운영이 실용적이고 경제적으로 수행되는 것이다.

Claims (3)

1. 폐수와 공기의 혼합 공간을 제공하는 탱크와;

   상기 탱크의 상부에 설치되며, 상기 탱크의 내부로 폐수를 분사시키는 구멍을 갖는 분무기와;

   상기 분무기의 구멍을 통하여 분사되는 폐수에 공기를 공급하도록 상기 분무기과 동심으로 설치되는 공기 공급관과;

   상기 탱크의 내주면과 그 외주면 사이에 순환로를 형성하도록 상기 탱크의 내부에 수직으로 설치되고, 상기 폐수와 공기의 혼합이 이루어지는 혼합실을 갖는 내부 실린더로 구성되는 고농도 폐수 처리 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 내부 실린더의 하방에는 상기 혼합실로부터 배출되는 폐수와 공기가 상기 순환로를 통하여 상기 혼합실로 순환되도록 안내하는 미립화 촉진판이 설치되고, 상기 미립화 촉진판의 상면에 상기 혼합실의 중앙에서 가장자리로 폐수와 공기가 안내되도록 원뿔 형상의 충돌부가 형성되는 고농도 폐수 처리 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 탱크의 외주면에 상기 순환로의 상방을 향하여 공기를 공급할 수 있도록 복수의 공기 공급관이 임의의 평면에 대하여 소정의 각도로 설치되는 고농도 폐수 처리 시스템.