KR200223976Y1 - 생물막 여과지 처리수의 용존산소 포화장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 수질이 악화된 상수 원수의 자연정화형 처리 방식인 생물막 여과지에서 유입 원수 중의 유기물, 암모니아성 질소, 부유 탁질 등이 제거된 처리수에 용존산소를 포화시키는 장치에 관한 것으로, 상기 호기성 생물막 여과지에서 원수는 상부에서 하향류로 흐르면서 생물막을 통과하는 과정에서 유기물이 처리되고, 암모니아성 질소질이 산화되며, 부유 탁질은 여과층의 체거름 기능에 의하여 여과층에 억류 제거되며, 대장균등이 생물막에 의하여 제거되므로, 오염된 상수 원수를 정화 처리하게 된다. 상기한 생물막 여과지에서 처리된 처리수는 용존산소의 농도가 낮아서 상수 원수 1급수 수질 기준에 미달되는 것이 일반적이다. 따라서 상기한 처리수에 수리적 와류에 의한 혼합에 의하여 무동력으로 용존산소를 포화시킴으로써 상수 원수 1급수 수질 기준 농도 이상으로 용존산소를 용해 처리할 수 있는 간편한 장치를 활용하여 상수 원수의 정화처리가 가능하게 하며, 유지 관리가 불필요한 장치를 설치하여 에너지 절약 및 운영 관리가 간편한 상수 원수의 수질향상 기술로 활용하게 할 뿐 아니라, 실질적인 수질 향상에 기여하는 자연 정화형 처리 장치를 건설할 수 있게 하는 것이다.

Description

생물막 여과지 처리수의 용존산소 포화장치{DEVICE FOR SATURATING DISSOLVED OXYGEN OF BIOLOGICAL OXIDATION FILTERS}

본 고안은 생물막 여과지 처리수의 용존산소 포화장치에 관한 것으로, 특히 생물막 여과지에서 처리된 처리수의 부족한 용존산소를 무동력으로 포화시킬 수 있도록 한 생물막 여과지 처리수의 용존산소 포화장치에 관한 것이다.

종래 수질 환경 보전을 위한 수처리 기술 중에는 생물막 여과지를 이용한 기술이 사용되고 있다.

일반적으로 호기성 생물막 여과지에서는 여재층에 서식하는 미생물들이 유입수 중의 유기물질을 흡착, 산화, 분해시키며, 암모니아성 질소를 질산화시켜서 처리하고, 여재층에서 물리적 여과 처리가 된다.

그러나 이러한 생물막 여과지를 이용한 수처리 기술은 자연정화 처리 방식이기 때문에 수질이 악화된 상수 원수를 처리하게 될 경우에는 처리된 처리수의 용존산소 농도가 낮아서 상수 원수 1급수 수질 기준(7.5 ㎎/ℓ)에 미달되는 문제점이 있었다.

즉, 생물막 여과지에서, 수처리 미생물이 서식할 수 있도록 여과 담체를 충전한 여과층에 유입되는 원수를 상부에서 하향류로 흘러내리게 하면, 유입원수 중에 포함되어 있는 용존산소에 의하여 여과층이 호기성 상태를 유지하므로 충전 담체에 미생물이 서식하여 용존 유기물을 섭취 분해 산화시켜서 제거하며, 암모니아성 질소는 질산성 질소로 산화 제거되고, 부유 탁질은 여과층의 체거름 기능에 의하여 여과층에 억류 제거되며, 대장균등이 생물막에 의하여 제거되므로, 오염된 상수 원수를 정화 처리하게 되며, 이 과정에서 수중에 포함되어 있던 용존산소의 상당 부분은 여과층에서 미생물에 의하여 소모되므로 처리수에는 매우 낮은 용존산소 농도를 가지게 되는 것이다.

또한 용존산소의 농도를 높이기 위해서는 용존산소 포화장치를 사용하게 되는 데, 종래 용존산소 포화장치는 통상적으로 폭기나 순산소 투입 등의 방법을 사용하고 있기 때문에 별도의 동력을 필요로 하게 되는 문제점이 있었다.

따라서 본 고안의 목적은 상기한 처리수에 용존산소를 상수 원수 1급수 수질 기준치(7.5 ㎎/ℓ) 이상으로 용해 처리할 수 있는 간편한 장치를 활용하여 상수 원수의 정화처리가 가능하게 하며, 유지 관리가 불필요한 장치를 설치하여 경제성과 효율성이 있는 상수 원수의 수질향상 기술로 활용하게 할 뿐만 아니라, 실질적인 수질 향상에 기여할 수 있는 생물막 여과지 처리수의 용존산소 포화장치를 제공하려는 것이다.

특히, 본 고안은 처리수를 수리적으로 공기와 혼합하여 용존산소를 처리수에 포화시킴으로써 동력을 사용하지 않고 상수 원수 1급수 수질의 용존산소 농도 기준치를 아주 경제적인 방법으로 만족시킬 수 있도록 한 생물막 여과지 처리수의 용존산소 포화장치를 제공하려는 것이다.

도 1은 본 고안에 의한 생물막 여과지 처리수의 용존산소 포화장치의 구성도.

도 2는 수직와류형성부를 보인 단면도.

도 3은 수직와류형성부의 부분 평면도.

도 4는 수평와류형성부의 확대단면도.

** 도면의 주요 구성 요소에 대한 설명 **

10 : 생물막 여과지 30,50 : 수직와류형성부

31,51 : 수두탱크 32,52 : 수직와류형성관

33,53 : 깔때기형 웨어 34,54 : 처리수 유도판

35,55 : 처리수 분류링 40,60 : 수평와류형성부

41,61 : 수평와류형성관 42,62 : 나선형 날개

상술한 본 고안의 목적을 달성하기 위하여 상수 원수의 전. 후처리 방법에 사용되는 호기성 생물막 여과지에서 처리된 처리수가 유입되는 원수 유입관이 하단부에 설치된 수두탱크와, 이 수두탱크의 내부에 삽입되어 그 외주면과 수두탱크의 내주면과의 사이에 공간을 형성시키며 하단 일측에 처리수 유출관이 설치된 수직와류형성관과, 상기 수직와류형성관의 상단부에 결합되는 깔때기형 웨어를 가지는 수직와류형성부를 구비한 것을 특징으로 하는 생물막 여과지 처리수의 용존산소 포화장치가 제공된다.

상기 수직와류형성부를 일정 간격을 두고 복수개 설치하고, 상류측 수직와류형성부의 수직와류형성관의 처리수 유출관을 하류측 수직와류형성부의 수두탱크의 정수 유입관에 연결하여서 된 것을 특징으로 한다.

상기 상류측 수직와류형성부의 수직와류형성관의 처리수 유출관과 하류측 수직와류형성부의 수두탱크의 정수 유입관을 연결하는 수평와류형성관과, 이 수평와류형성관의 내부에 설치되는 나선형 날개를 가지는 수평와류형성부를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 하류측 수직와류형성부의 처리수 유출관을 처리수 수조에 연결하는 수평와류형성관과, 이 수평와류형성관의 내부에 설치되는 나선형 날개를 가지는 수평와류형성부를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 깔때기형 웨어의 경사면에는 다수개의 처리수 유도판이 방사상으로 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 다수개의 처리수 유도판의 상단면은 상기 깔때기형 웨어의 내주면에서 내측으로 이격된 위치에서 처리수분류링으로 연결된 것을 특징으로 한다.

상기 수직와류형성관과 깔때기형 웨어의 사이에는 깔때기형 웨어의 높이를 조절하는 높이조절수단이 더 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 높이조절수단은 상기 수직와류형성관의 상단부 내부에 삽입되어 용접 고정되며 그 외주면에 나사부가 형성된 연결관과, 상기 깔때기형 웨어의 하단에서 연장되어 그 내주면에 상기 나사부와 나사 결합되는 나사부가 형성된 연장관으로 구성됨을 특징으로 한다.

이하, 본 고안에 의한 생물막 여과지 처리수의 용존산소 포화장치를 첨부한 도면에 도시된 실시례로서 상세히 설명한다.

제1도는 호기성 생물막 여과지와 용존산소 포화장치의 구성 단면도이다.

도 1에서 10은 생물막 여과지로서, 하부집수장치(11)에 의하여 상하로 구획되어 상측에는 생물막 여과층(12)이 적층되고 하측에는 압력실(13)이 형성된다.

상기 생물막 여과지(10)의 상류측에는 원수를 유입하기 위한 원수거(14a)와, 원수착수정(14b)이 설치되며, 원수거(14a)와 원수착수정(14b)의 사이에는 원수밸브(14c)가 설치된다.

상기 압력실(13)의 하류측으로 연결되는 정수거(15)가 설치되고, 상기 정수거(15)의 하류측에는 정수관(16)을 통하여 정수집수거(17)가 연결 설치되며, 정수집수거(17)에는 정수집수웨어(17a)가 설치된다. 상기 정수관(16)에는 정수밸브(16a)가 설치된다.

상기 정수집수거(17)의 하류측에는 정수착수정(18)이 설치되며, 이 정수착수정(18)에는 정수유출웨어(18a)가 설치된다.

도면에서 미 설명 부호 19는 역세척수공급관, 19a는 역세척수공급펌프, 19b는 역세척수밸브이고, 20은 역세척공기공급관, 20a는 역세척 브로어, 20b는 역세척공기밸브를 보인 것이며, 21은 역세척 배수거, 21a는 역세척수 배수밸브를 보인 것이다.

상기 정수착수정(18)의 하류측에는 본 고안에 의한 용존산소 포화장치가 설치된다.

상기 용존산소 포화장치는 동력을 사용하지 않고 수리적으로 정수에 산소를 포화시키는 것이다.

도 2는 용존산소 포화장치의 종단면도이고, 도 3은 도 2의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도이다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 용존산소 포화장치는 상기 정수착수정(18)의 하류단에 연결되는 제1 수직와류형성부(30)와, 상기 제1 수직와류형성부(30)의 하단부에 연결 설치되는 제1 수평와류형성부(40)와, 상기 제1 수평와류형성부(40)의 하류측에 연결 설치되는 제2 수직와류형성부(50)로 구성된다.

상기 제1 수직와류형성부(30)는 중단부에 상기 정수착수정(18)의 하류단에 연결되는 처리수 유입관(31a)이 형성되고 상단에는 공기유입구(31b)가 형성된 원통형 제1 수두탱크(31)와, 상기 제1 수두탱크(31)의 내부에 삽입되어 제1 수두탱크(31)의 내주면과의 사이에 공간부(S)를 형성하며 상단부는 개구되고 하단 일측에는 처리수 유출관(32a)이 형성된 원통형 수직와류형성관(32)으로 구성된다.

상기 제1 수직와류형성관(32)의 하단 일측에 형성된 처리수 유출관(32a)은 상기 수두탱크(31)의 주벽을 관통하여 상기 제1 수평와류형성부(40)에 연결된다.

상기 제1 수직와류형성관(32)의 상단부에는 깔때기형 웨어(33)가 형성되며, 이 깔때기형 웨어(33)의 경사면에는 다수개의 처리수 유도판(34)이 방사상으로 설치된다.

상기 다수개의 처리수 유도판(34)의 상단면은 상기 깔때기형 웨어(33)의 내주면에서 내측으로 이격된 위치에서 처리수 분류링(35)에 의하여 연결된다.

상기 처리수 유도판(34)의 상단은 상기 깔때기형 웨어(33)의 중간부에 위치하게 하고, 상기 원수분류링(35)은 상기 깔대기형 웨어(33)의 최소 직경보다는 크고 깔때기형 웨어(33)의 최대 직경보다는 작은 직경으로 형성한다.

또한 상기 제1 수직와류형성관(32)은 단일관으로 형성하고 그 상단부에 깔때기형 웨어(33)를 용접 등에 의하여 고정 설치할 수도 있으나, 도시례와 같이 높이조절수단에 의하여 깔때기형 웨어(33)의 높이를 조절할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기 높이조절수단은 상기 제1 수직와류형성관(32)의 상단부 내부에 삽입되어 용접 고정되며 그 외주면에 나사부(36a)가 형성된 연결관(36)과, 상기 깔때기형 웨어(33)의 하단에서 연장되어 그 내주면에 상기 나사부(36a)와 나사 결합되는 나사부(37a)가 형성된 연장관(37)으로 구성된다.

상기 제1 수평와류형성부(40)는 상기 수직와류형성관(32)의 처리수 유출관(32a)에 연결되어 수평으로 설치되는 원통형 제1 수평와류형성관(41)과, 상기 원통형 제1 수평와류형성관(41)의 내부에 설치되는 나선형 날개(42)로 구성된다(도 4 참조).

상기 제2 수직와류형성부(50)는 중단부에 상기 제1 수평와류형성부(40)의 제1 수평와류형성관(41)의 하류단에 연결되는 처리수 유입관(51a)이 형성되고 상단에는 공기유입구(51b)가 형성된 원통형 제2 수두탱크(51)와, 상기 제2 수두탱크(51)의 내부에 삽입되어 제2 수두탱크(51)의 내주면과의 사이에 공간부(S)를 형성하며 상단부는 개구되고 하단 일측에는 처리수 유출관(52a)이 형성된 원통형 수직와류형성관(52)으로 구성된다.

상기 제2 수직와류형성관(52)의 하단 일측에 형성된 처리수 유출관(52a)은 상기 수두탱크(51)의 주벽을 관통하여 외부로 도출된다.

상기 제2 수직와류형성관(52)의 상단부에는 깔때기형 웨어(53)가 형성되며, 이 깔때기형 웨어(53)의 경사면에는 다수개의 처리수 유도판(54)이 방사상으로 설치된다.

상기 다수개의 처리수 유도판(54)의 상단면은 상기 깔때기형 웨어(53)의 내주면에서 내측으로 이격된 위치에서 처리수분류링(55)에 의하여 연결된다.

상기 처리수 유도판(54)의 상단은 상기 깔때기형 웨어(53)의 중간부에 위치하게 하고, 상기 원수분류링(55)은 상기 깔대기형 웨어(53)의 최소 직경보다는 크고 깔때기형 웨어(53)의 최대 직경보다는 작은 직경으로 형성한다.

또한 상기 제2 수직와류형성관(52)은 단일관으로 형성하고 그 상단부에 깔때기형 웨어(53)를 용접 등에 의하여 고정 설치할 수도 있으나, 도시례와 같이 높이조절수단에 의하여 깔때기형 웨어(53)의 높이를 조절할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기 높이조절수단은 상기 제2 수직와류형성관(52)의 상단부 내부에 삽입되어 용접 고정되며 그 외주면에 나사부(56a)가 형성된 연결관(56)과, 상기 깔때기형 웨어(53)의 하단에서 연장되어 그 내주면에 상기 나사부(56a)와 나사 결합되는 나사부(57a)가 형성된 연장관(57)으로 구성된다.

상기 제2 수평와류형성부(60)는 상기 수직와류형성관(52)의 처리수 유출관(52a)에 연결되어 수평으로 설치되는 원통형 제2 수평와류형성관(61)과, 상기 원통형 제2 수평와류형성관(61)의 내부에 설치되는 나선형 날개(62)로 구성된다.

제2 수평와류형성관(61)의 하류측에는 처리수 수조(70)가 연결 설치된다.

이하, 본 고안에 의한 생물막 여과지 처리수의 용존산소 포화장치의 작용을 설명한다.

먼저, 통상적인 생물막 여과지에서의 수처리 과정과 마찬가지로 원수거(14a)와 원수착수정(14b)을 통하여 여과지(10)로 유입된 원수는 생물막 여과층(12)을 통과하면서 여과되며, 여과된 정수는 정수거(15), 정수관(16), 정수집수거(17), 정수웨어(17a)를 통해 착수정(18)으로 착수되고, 여기서 제1 수직와류형성부(30)의 수두탱크(31)로 유입된다.

정수가 상기 제1 수두와류형성부(30)의 수두탱크(31)로 유입됨에 따라 수두탱크(31)와 수직와류형성관(32)의 사이에 형성된 공간(S)의 수위가 상승하게 되고, 그 수위가 수직와류형성관(32)의 상단에 설치된 깔때기형 웨어(33)의 상단 높이에 이르게 되면 깔때기형 웨어(33)를 월류하여 수직와류형성관(32)의 내부로 유입된다.

이때, 상기 깔때기형 웨어(33)는 상단부 직경이 크고 하단부로 갈수록 그 직경이 점차 작아지는 형태로 형성되어 있기 때문에 유속이 빨라지고, 빨라진 유속을 가지고 수직와류형성관(32)의 내부에서 하부로 낙하하게 된다.

따라서 수직와류형성관(32)의 내부에는 정수의 연속적인 집수 및 낙하와 그 유속의 증가에 의하여 수리적인 세찬 와류가 형성된다.

이러한 과정에서 수직와류형성관(32)의 내에 원수가 일정 수위로 채워진 상태에서 계속하여 원수가 집수 및 낙하하게 되면, 수두탱크(31)의 상단에 형성된 공기유입구(31b)를 통해 공기가 유입되며, 깔때기형 웨어(33)를 월류하여 낙하하는 정수가 이미 채워져 있는 정수와 충돌하면서 공기가 함께 유입되며, 유입된 공기는 정수의 낙차 및 유속에 따라 수중으로 어느 정도 유입되다가 공기의 부양력으로 인하여 그 표면으로 부상하면서 그 내부에서의 물흐름을 교란시키는 작용을 하게 된다(도 2 참조).

또한 이러한 집수낙차에 의하여 유입된 공기는 상승하여 수표면에서 터지면서 정수에 용해되기 쉬운 상태로 된다.

한편, 수직와류형성관(32)의 상단의 깔때기형 웨어(33)에서 월류하는 정수는 깔때기형 웨어(33)에 설치되어 있는 정수 유도판(34)에 의하여 집수낙하의 균형을 유지하게 되어 상기한 수리적인 와류의 형성이 촉진되고, 또한 정수분류링(35)에 의하여 정수가 두 층으로 갈라지게 되어 상기한 교란작용도 촉진된다.

제1 수직와류형성부(30)를 통과한 정수는 수직와류형성관(32)의 하단 일측에 설치된 정수 유출관(32a)을 통해 제1 수평와류형성부(40)측으로 이송된다.

제1 수직와류형성부(30)에서 처리되어 제1 수평와류형성부(40)의 원통형 제1 수평와류형성관(41)의 상류측으로 유입된 원수는 제1 수평와류형성관(41)의 하류측으로 유동하는 과정에서 나선형 날개(42)의 작용으로 수평와류를 일으키게 되어 공기의 용해 작용을 더욱 촉진시키게 된다.

제1 수평와류형성관(41)을 통과한 처리수는 다시 제2 수직와류형성부(50)의 수두탱크(51)내로 유입되어 상술한 제1 수직와류형성부(30)에서와 같은 작용으로 처리수에 대한 산소의 용해가 다시 한 번 촉진된다.

또한 제2 수직와류형성부(50)를 통과한 처리수는 다시 제2 수평와류형성부(60)내로 유입되어 상술한 제1 수평와류형성부(40)에서와 같은 작용으로 처리수에 대한 산소의 용해가 다시 한 번 촉진된다.

제2 수평와류형성부(60)에서 처리된 처리수는 그 하류단에 설치된 처리수 수조(70)에 집수된다.

상술한 실시례에서는 수직와류형성부와 수평와류형성부를 2단으로 설치한 예를 설명하였으나, 처리 용량에 따라서는 수직와류형성부와 수평와류형성부를 1단으로 설치하여도 무방하다.

이상과 같이 본 고안은 생물막 여과 공법을 사용하는 유기물질, 질소, 부유탁질등의 오염물질 제거용 고도 처리 공정으로서 경제적인 처리공정으로서 고도 처리 효과를 얻을 수 있는 자연 정화형 처리 장치의 처리수에 용존산소를 포화시킴으로서 처리수의 수질을 상수 원수 1급수 수질 기준(7.5 ㎎/ℓ)으로 개선할 수 있는 효과가 있으면서도 별도의 동력을 사용하지 않고 수리적으로 처리함으로써 경제적으로 되는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 상수 원수의 전. 후처리 방법에 사용되는 호기성 생물막 여과지에서 처리된 처리수가 유입되는 원수 유입관이 하단부에 설치된 수두탱크와, 이 수두탱크의 내부에 삽입되어 그 외주면과 수두탱크의 내주면과의 사이에 공간을 형성시키며 하단 일측에 처리수 유출관이 설치된 수직와류형성관과, 상기 수직와류형성관의 상단부에 결합되는 깔때기형 웨어를 가지는 수직와류형성부를 구비한 것을 특징으로 하는 생물막 여과지 처리수의 용존산소 포화장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 수직와류형성부를 일정 간격을 두고 복수개 설치하고, 상류측 수직와류형성부의 수직와류형성관의 처리수 유출관을 하류측 수직와류형성부의 수두탱크의 정수 유입관에 연결하여서 된 것을 특징으로 하는 생물막 여과지 처리수의 용존산소 포화장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 상류측 수직와류형성부의 수직와류형성관의 처리수 유출관과 하류측 수직와류형성부의 수두탱크의 정수 유입관을 연결하는 수평와류형성관과, 이 수평와류형성관의 내부에 설치되는 나선형 날개를 가지는 수평와류형성부를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 생물막 여과지 처리수의 용존산소 포화장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 하류측 수직와류형성부의 처리수 유출관을 처리수 수조에 연결하는 수평와류형성관과, 이 수평와류형성관의 내부에 설치되는 나선형 날개를 가지는 수평와류형성부를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 생물막 여과지 처리수의 용존산소 포화장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 깔때기형 웨어의 경사면에는 다수개의 처리수 유도판이 방사상으로 설치된 것을 특징으로 하는 생물막 여과지 처리수의 용존산소 포화장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 다수개의 처리수 유도판의 상단면은 상기 깔때기형 웨어의 내주면에서 내측으로 이격된 위치에서 처리수분류링으로 연결된 것을 특징으로 하는 생물막 여과지 처리수의 용존산소 포화장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수직와류형성관과 깔때기형 웨어의 사이에는 깔때기형 웨어의 높이를 조절하는 높이조절수단이 더 구비된 것을 특징으로 하는 생물막 여과지 처리수의 용존산소 포화장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 높이조절수단은 상기 수직와류형성관의 상단부 내부에 삽입되어 용접 고정되며 그 외주면에 나사부가 형성된 연결관과, 상기 깔때기형 웨어의 하단에서 연장되어 그 내주면에 상기 나사부와 나사 결합되는 나사부가 형성된 연장관으로 구성됨을 특징으로 하는 생물막 여과지 처리수의 용존산소 포화장치.