KR20040064579A - 유체유동에 의한 수처리 공정 및 장치 - Google Patents

Abstract

수처리장치가 개시된다. 그러한 수처리 장치는 오폐수 유입관 및 산기장치에 의하여 그 내부로 오폐수 및 공기가 유입되는 반응조와, 상기 반응조의 내부를 상하 다단으로 구획함으로써 상기 오폐수 및 기포의 접촉면적을 증가시켜 산소용존량을 증가시키고, 체류공간을 형성하여 공기를 별도로 포집함으로써 오폐수와 공기가 서로 분리되도록 하여 오폐수 및 공기중에 함유된 슬러지가 각각 밀도차이에 의하여 상승되도록 하여 오염물을 분해할 수 있는 슬러지 분리수단과, 상기 반응조에 장착되어 상기 슬러지 분리수단을 통과한 기포를 상기 반응조의 외부로 배출시키는 공기 배출구와, 상기 반응조에 장착되어 상기 슬러지 분리수단을 통과하여 처리된 오폐수를 외부로 배출시키는 처리수 배출구와, 그리고 상기 반응조의 하부에 제공되어 침전된 슬러지를 농축 배출시키는 침전조를 포함하는 수처리 장치를 포함한다.

Description

유체유동에 의한 수처리 공정 및 장치{FLUIDS FLUXION PROCESS AND PLANT FOR WASTEWATER TREATMENT}

본 발명은 수처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반응조의 내부에 슬러지 분리수단을 구비하고 가스 혹은 공기를 주입함으로써 오폐수 중에 가스의 체류시간을 증가시키고, 오폐수 및 가스층을 서로 분리하여 슬러지를 밀도차이에 의하여 분해 및 분리되도록 함으로서 수처리 효율을 향상시킬 수 있는 수처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로 수처리는 수중의 오염된 물질을 미생물 또는 화학적인 산화, 환원반응에 의하여 안정화된 물질로 변화시키고 처리되지 않은 잔류물질을 분리하는 과정이다.

따라서, 수처리는 수질의 성상과 유기물, 영양물질을 다양한 방법으로 안정화 및 물질 분리 기술이다. 현재, 수처리 기술은 생물학적 처리방식이 대부분이며 비교적 처리비용이 저렴하다.

그러나, 이러한 기존의 생물학적 수처리 방식은 다만 자연상태에서 미생물의 유기물 분해속도에 의존하고 있어 처리속도가 매우 느리고 불안정하다.

따라서, 수처리의 핵심은 수처리에 중요한 영향을 미치는 요소들을 분석하고 각 요소들이 상호간에 작용하는 과정에서 제한요소가 되는 부분을 제어하는 과정이 수처리에 가장 중요한 과정이라고 할 수 있다.

그러나, 현재 개발되고 있는 수처리 장치를 보면, 대부분 수처리 과정에서 핵심적인 요소인 기체전달과정, 반응과정, 반응 후 물질분리 과정 중에서 반응과정에만 치중하고 있어 처리효율의 한계가 나타나고 있다.

따라서, 이러한 처리효율의 한계를 극복하기 위한 방안이 필요한 실정이다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 기체와 액체물질의 밀도, 점도의 특징을 이용하여 물질전달 변화, 반응조의 내부에 공기체류시간 증가와 거품 및 밀도가 낮은 물질을 분리하는 수단을 장착함으로써 안정적으로 오폐수의 처리 효율을 향상시킬 수 있는 수처리장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 순환수단을 추가로 구비함으로써 반응조 내부의 침전물을 상하로 순환시킬 수 있는 수처리 장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 공기 배출수단을 구비함으로써 무산소조로 운영할 수도 있는 수처리 장치를 제공하는데 있다.

그리고, 본 발명의 또 다른 목적은 공기 뿐만 아니라 오존 등의 가스에 의하여도 밀도차이가 발생하게 되므로 오폐수 중에 함유된 이물질을 효과적으로 분리할 수 있는 수처리 장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 센서부재를 장착함으로써 별도의 순환수단을 구비하지 않고도 효과적으로 가스의 공급을 제어할 수 있는 수처리 장치를 제공하는데 있다.

도1 은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수처리 장치를 도시하는 측단면도.

도2 는 도1 에 도시된 슬러지 분리수단의 평면도.

도3 은 도1 의 "A" 부분에 대한 부분 확대 단면도.

도4 는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 수처리 장치를 도시하는 측단면도.

도5 는 도4 의 센서부재를 도시하는 부분 확대 단면도.

상기에서 언급한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예는 오폐수 유입관 및 산기장치에 의하여 그 내부로 오폐수 및 공기가 유입되는 반응조와; 상기 반응조의 내부를 상하 다단으로 구획함으로써 상기 오폐수 및 기포의 접촉면적을 증가시켜 산소용존량을 증가시키고, 체류공간을 형성하여 공기를 별도로 포집함으로써 오폐수와 공기가 서로 분리되도록 하여 오폐수 및 공기중에 함유된 슬러지가 각각 밀도차이에 의하여 상승되도록 하여 오염물을 분해할 수 있는 슬러지 분리수단과; 상기 반응조에 장착되어 상기 슬러지 분리수단을 통과한 기포를 상기 반응조의 외부로 배출시키는 공기 배출구와; 상기 반응조에 장착되어 상기슬러지 분리수단을 통과하여 처리된 오폐수를 외부로 배출시키는 처리수 배출구와; 그리고 상기 반응조의 하부에 제공되어 침전된 슬러지를 농축 배출시키는 침전조를 포함하는 수처리 장치를 포함한다.

본 발명의 바람직한 다른 실시예는 오폐수 유입관 및 산기장치에 의하여 그 내부로 오폐수 및 가스가 유입되고, 그 하부에 장착된 침전조를 통하여 처리된 오폐수를 외부로 배출하는 반응조와; 상기 반응조의 내부를 상하 다단으로 구획함으로써 상기 오폐수 및 가스기포의 접촉면적을 증가시켜 가스용존량을 증가시키고, 체류공간을 형성하여 가스를 별도로 포집함으로써 오폐수와 가스가 서로 분리되도록 하여 오폐수 및 가스중에 함유된 슬러지가 각각 밀도차이에 의하여 상승되도록 하여 오염물을 분해할 수 있는 슬러지 분리수단과; 상기 슬러지 분리수단에 구비되어 상기 체류공간에 포집되는 가스량을 검지함으로써 가스량에 따라 신호를 출력하는 센서부재와; 상기 반응조에 장착되어 상기 슬러지 분리수단을 통과한 기포를 상기 반응조의 외부로 배출시키는 가스 배출구와; 그리고 상기 반응조의 일측에 장착되며, 상기 센서부재로부터 송출된 신호에 의하여 상기 반응조에 가스를 주입/차단 가능한 가스 주입관을 포함하는 수처리 장치를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수처리 장치를 상세하게 설명한다.

도1 및 도2 에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 수처리 장치는 오폐수 및 공기가 유입되는 반응조(10)와, 상기 반응조(10)의 내부를 상하 다단으로 구획하여 유입된 오폐수 및 기포를 밀도순서로 상향으로 이동시키고, 상기 오폐수 및기포의 접촉면적을 증가시켜 산소 용존량을 증가시킴으로서 오염물을 분해하는 적어도 하나 이상의 슬러지 분리수단(12)과, 상기 반응조(10)에 장착되어 상기 슬러지 분리수단(12)을 통과한 기포를 상기 반응조(10)의 외부로 배출시키는 공기 배출구(14)와, 상기 반응조(10)에 장착되어 상기 슬러지 분리수단(12)을 통과하여 처리된 오폐수를 외부로 배출시키는 처리수 배출구(15)와, 그리고 상기 반응조(10)의 하부에 제공되어 침전된 슬러지를 농축 배출시키는 침전조(16)를 포함한다.

이러한 구조를 갖는 수처리 장치에 있어서, 상기 반응조(10)는 그 내부에 일정한 공간이 형성된 통 형상을 갖음으로써 오폐수 및 공기가 유입되어 저장 가능하다.

그리고, 이러한 오폐수 및 공기는 상기 반응조(10)의 하부에 제공되는 오폐수 유입관(22) 및 산기장치(24)를 통하여 반응조(10)의 내부로 공급된다.

즉, 상기 오폐수 유입관(22)은 상기 반응조(10)의 하부에 장착되는 관체이며, 반응조(10)로의 외부로부터 오폐수를 반응조(10)의 내부로 공급하게 된다. 따라서, 상기 오폐수 유입관(22)을 통하여 유입된 오폐수는 상기 반응조(10)의 내부를 하부에서부터 채우게 되며, 오폐수 중에 함유된 일정 중량이상의 슬러지는 침전조(16)로 침전된다.

또한, 상기 산기장치(24)는 상기 오폐수 유입관(22)의 상부에 장착되는 관체이며, 외부의 공기를 반응조(10)의 내부로 공급하게 된다.

이러한 산기장치(24)에 있어서, 그 일단부(26), 즉 반응조(10) 내측에 위치하는 부분에는 적어도 하나의 노즐(Nozzle;28)이 장착된다. 그리고, 상기산기장치(24)의 타단부, 즉 반응조(10) 외측에 위치하는 부분에는 송풍기 (Blower;30)가 장착된다.

따라서, 상기 송풍기(30)에 의하여 상기 산기장치(24)로 주입된 공기는 상기 다수개의 노즐(28)을 통하여 오폐수 중에 균일하게 분사될 수 있다.

한편, 상기 슬러지 분리수단(12)은 적어도 하나의 슬러지 분리부, 바람직하게는 제1 및 제2 슬러지 분리부(34,32)로 이루어진다. 그리고, 제1 및 제2 슬러지 분리부(34,32)는 동일한 형상을 갖음으로 이하 제1 슬러지 분리부(34)에 의하여 설명한다.

상기 슬러지 분리부(34)는 도2 및 도3 에 도시된 바와 같이, 반응조(10)의 내부를 상하로 구획하며 다수의 관통홀(38)이 형성되는 적어도 하나의 플레이트(40)와, 상기 플레이트(40)의 저면에 하방으로 돌출 형성되며 오폐수 및 공기가 통과하는 다수개의 유체 이동관(42)을 포함한다.

이와 같은 구조를 갖는 슬러지 분리수단(12)에 있어서, 상기 플레이트(40)에 형성되는 다수개의 관통홀(38)은 플레이트(40)상에 균일하게 분산되어 형성되는 것이 바람직하다. 다수개의 관통홀(38)이 균일하게 분산되어 형성됨으로써 상기 오폐수 및 공기를 균일하게 분산시킬 수 있다. 그리고, 이러한 다수개의 관통홀(38)은 플레이트(40) 상에 임의의 위치에 배치될 수도 있고, 일정한 배열에 의하여 배치될 수도 있다.

또한, 상기 다수개의 유체 이동관(42)은 그 내부에 빈 공간이 형성되어 상기 관통홀(38)에 연통되는 통형상이며, 바람직하게는 상부의 면적이 하부의 면적보다넓은 깔때기 형상을 갖는다.

따라서, 상기 깔때기 형상의 유체 이동관(42)으로 유입된 오폐수 및 공기는 상승함에 따라 공기가 부채꼴 형상으로 분산됨으로 주위의 슬러지가 침전되어 상기 유체 이동관(42)의 근처에 누적되는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 상기 다수개의 유체 이동관(42)은 플레이트(40)의 하부로 일정 길이로 돌출 형성됨으로써 상기 플레이트(40)의 저면에는 이러한 유체 이동관(42)으로 둘러싸인 체류공간(44,46)이 다수 형성된다.

따라서, 반응조(10)의 하부로부터 상승한 공기는 이 체류공간(44,46)에 포집되고, 일정량 이상 모이게 되면 압력에 의하여 사방으로 분산되어 상기 유체 이동관(42)으로 공급된다.

그리고, 이러한 다수개의 유체 이동관(42)은 플레이트(40)에 쐐기 등의 도구를 사용하여 펀칭(Punching)함으로써 형성될 수도 있고, 별도로 유체 이동관(42)을 제작하여 플레이트(40)에 용접 등의 방법으로 일체로 장착할 수도 있다.

상기한 바와 같이, 오폐수 및 공기가 상승하여 슬러지 분리수단(12)에 도달하게 되면, 오폐수 및 공기는 상기 다수개의 유체 이동관(42)을 통하여 슬러지 분리수단(12)의 상부 공간으로 이동하게 된다.

한편, 상기 반응조(10)의 상부에는 공기 배출구(14) 및 처리수 배출구(15)가 장착된다. 그리고, 상기 제1 및 제2 슬러지 분리부(34,32)를 통하여 상승한 오폐수 및 공기는 상기 공기 배출구(14) 및 처리수 배출구(15)를 통하여 반응조(10)의 외부로 배출된다.

또한, 상기 반응조(10)의 하부에는 침전조(16)가 장착되며, 이러한 침전조 (16)는 하방으로 경사진 형상을 갖는다. 그리고, 침전조(16)의 바닥에는 슬러지 배출구(48)가 형성된다.

따라서, 상기 반응조(10)로부터 침전된 슬러지가 상기 침전조(16)에 농축되어 상기 슬러지 배출구(48)를 통하여 외부로 배출된다.

그리고, 상기 반응조(10)의 일측에는 반응조(10) 내부의 공기 및 오폐수를 상하로 순환시키기 위한 순환수단(18)이 장착된다.

상기 순환수단(18)은 배관(54)을 포함하며, 이러한 배관(54)으로부터 돌출 된 상부배관(50)은 반응조(10) 내부의 상부공간에 연통되고, 중간배관(52)은 반응조(10)의 중간공간에 연통되며, 배관(54)의 하부는 상기 산기장치(24)에 연통된다. 또한, 상기 배관(54)상에 순환펌프(56)가 배치된다.

따라서, 상기 순환펌프(56)를 구동하는 경우 반응조(10)의 상부 및 하부공간에 저장된 오폐수 혹은 침전물이 배관(54)에 흡입되어 하부공간으로 배출됨으로써 반응조(10)의 상,하부에 저장된 오폐수 및 침전물이 서로 순환하게 된다.

이러한 순환작업은 일정한 주기로 실시함으로써 각 슬러지 분리부에 침전된 슬러지 중에서 상등수 및 오폐수를 순환시키는 효과가 있다.

한편, 상기 반응조(10)의 타측에는 공기 배출수단(20)이 제공됨으로써 각 슬러지 분리부(34,32)에 포집된 공기를 외부로 배출하게 된다. 상기 공기 배출수단 (20)은 공기가 이동 가능한 주배관(60)과, 상기 주배관(60)으로부터 돌출되어 반응조(10)의 내부로 진입하여 각 슬러지 분리부(34,32)의 체류공간(44,46)에 연통되는보조배관(58)으로 이루어진다.

이러한 구조를 갖는 공기 배출수단(20)에 있어서, 각각의 보조배관(58)은 각 슬러지 분리부(34,32)의 체류공간(44,46)에 연통됨으로서, 포집된 공기가 상기 보조배관(58)으로 이동하고, 주배관(60)을 통하여 외부로 배출된다.

따라서, 이러한 공기 배출수단(20)은 반응조(10) 내부의 공기를 외부로 배출시킴으로써 탈질과정 등 무산소화 반응을 실시하는 경우 사용 가능하다.

한편, 상기 실시예에서는 반응조에 공기를 주입하여 오폐수를 정화 처리하는 공정을 설명하였지만, 공기를 대신하여 오존 등의 가스를 주입하여 정화 처리하는 것도 가능하다.

도4 및 도5 에는 이러한 가스주입에 의하여 오폐수를 정화 처리하는 수처리장치가 도시된다. 도시된 바와 같이, 상기 수처리 장치는 일 실시예에 따른 수처리장치와 유사한 구조를 갖으나 순환수단을 대신하여 센서에 의하여 순환이 이루어지는 차이점이 있다.

즉, 본 발명이 제안하는 다른 실시에에 따른 수처리 장치는 상기 일 실시예와 동일하게 오폐수 및 가스가 유입되는 반응조(60)와, 상기 반응조(60)의 내부에 장착되어 유입된 오폐수 및 기포의 접촉면적을 증가시켜 가스 용존량을 증가시킴으로서 오염물을 분해하는 슬러지 분리수단(66)과, 상기 슬러지 분리수단(66)을 통과한 기포를 상기 반응조(60)의 외부로 배출시키는 가스 배출구(68)와, 상기 슬러지 분리수단(66)을 통과하여 처리된 오폐수를 외부로 배출시키는 처리수 배출구(70)와, 상기 반응조(60)에 가스를 주입하는 가스 주입관(71)과, 상기 반응조(60)의 하부에 제공되어 침전된 슬러지를 농축 배출시키는 침전조(72)를 포함한다.

그리고, 상기 반응조(60)의 하부에는 침전조(72)로부터 배출된 처리수를 재처리하기 위하여 반응조(60)의 내부로 처리수를 다시 공급하는 순환관(74)과, 상기 슬러지 분리수단(66)에 장착되어 포집되는 가스량을 검출하여 상기 가스 배출구(68)을 개폐시키는 센서부재(76)가 추가로 장착된다.

이러한 구조를 갖는 수처리 장치에 있어서, 상기 가스 주입관(71)을 통하여 오존 등의 가스가 주입되며, 주입된 가스는 노즐(78)을 통하여 상부로 확산된다. 확산된 가스는 제1 슬러지 분리수단(62)으로 상승하며, 상승한 가스는 제1 슬러지 분리수단(62)의 유체 이동관(84) 주위의 체류공간(80)에 포집된다.

이때, 유체 이동관(84)의 최하단 부위(82) 상부에는 상기한 일 실시예의 경우와 동일하게 체류공간(80)이 형성되고, 오폐수의 수위(82)는 상기 유체 이동관(84)의 최하단 부위(82)와 일직선상에 형성된다.

따라서, 체류공간(80)의 하부에 존재하는 물질이 상부로 이동하는 출발점은 유체 이동관(84)의 최하단 부위(82)이므로 거품 및 공기중에서 가장 밀도가 높은 물질과 오폐수 중에서 밀도가 가장 낮은 물질이 부력에 의하여 선별되어 상부로 이동한다.

이와 같은 과정을 통하여 오폐수 중에 함유된 이물질중 밀도가 높은 이물질은 하부로 침전되고 상대적으로 밀도가 낮은 이물질은 제1 슬러지 분리수단(62)의 유체이동관(84)을 통하여 상부로 이동하게 된다.

그리고, 포집된 가스는 상기 일 실시예와 동일하게 가스 배출구(68)를 통하여 외부로 배출된다.

이때, 상기 가스배출구(68)의 개폐는 도5 에 도시된 바와 같이 상기 체류공간(80)의 상부에 장착되어 가스를 검지할 수 있는 센서부재(76)에 의하여 수행된다.

즉, 상기 센서부재(76)는 가스, 바람직하게는 오존을 검출하게 된다. 따라서, 상기 체류공간(80)에 일정량 이상의 가스가 포집되면 센서부재(76)는 이를 검지하여 상기 가스 배출구(68)에 신호를 전달한다.

그리고, 수처리 반응이 진행되는 동안 상기 센서부재(76)는 가스배출구(68)를 폐쇄함으로서 체류공간(80)에 포집된 오존, 이산화 탄소 등의 가스가 외부로 배출되는 것을 방지한다.

그리고, 이러한 반응이 계속하여 진행되어 상기 체류공간(80)에 오존의 양이 일정치 이하로 감소되면 상기 센서부재(76)가 신호를 출력하여 상기 가스 배출구(68)를 개방하게 된다. 따라서, 상기 체류공간(80)중에 포집된 오존을 제외한 이산화탄소 등의 다른 가스들이 가스 배출구(68)을 통하여 외부로 배출된다.

또한, 이러한 센서부재(66)는 상기 일 실시예에 따른 수처리 장치에도 적용가능함은 물론이다.

이와 같이, 제1 슬러지 분리수단(62)을 통과한 가스는 상승하여 제2 슬러지 분리수단(64)에 도달한다. 그리고, 상기 제1 슬러지 분리수단(62)과 동일한 과정에 의하여 수처리가 진행된다.

이때, 상기 제2 슬러지 분리수단(64)에도 제1 슬러지 분리수단(62)과 동일하게 센서부재(76)가 장착된다. 따라서, 가스가 체류공간(80)에 일정량 이상 되는 경우 가스 배출구(68)를 폐쇄함으로써 반응이 지속적으로 진행되도록 하고, 일정량 이하인 경우 가스 배출구(68)를 개방시킴으로써 가스를 외부로 배출하게 된다.

한편, 상기한 바와 같이 침전된 이물질은 침전조(72)의 하부에 장착된 순환관(74)을 통하여 반응조(60)의 상부로 다시 복귀함으로써 재처리된다. 이러한 순환관(74)의 일단(88)은 상기 침전조(72)의 배출구(70)에 연결된 밸브(92)에 연결되고 타단(90)은 상기 반응조(60)의 상부에 연결된다.

따라서, 상기 밸브(92)를 개방하는 경우 침전조(72)의 오폐수가 상기 순환관(74)을 통하여 반응조(60)로 복귀되고 동시에 하부에 진공이 유도되어 외부로부터 가스 주입관(71)을 통하여 오존 등의 가스가 반응기(60)의 내부로 쉽게 유도될 수 있다.

즉, 가스주입 시점은 반응기(60)의 전체 공간을 오폐수로 채운 다음 하부에서 순간적으로 과량의 처리수가를 인출하여 순환관(74)을 통하여 반응기(60)의 상단으로 이동시키고 이때 하부에서 순간적으로 진공이 유도되어 외부의 가스가 쉽게 유입된다.

일정한 가스가 유입된 후에 순환 유량을 줄여서 계속해서 하향 이송하므로써 가스와 오폐수의 반응을 촉진시킨다. 이때 하향 이동하는 오폐수의 유속에 의해서 주변의 가스가 기포상태로 유입되어 가스의 용해도는 가속화된다.

또한, 상기 밸브(92)의 타측에는 유출관이 장착됨으로써 처리가 완료된 처리수를 반응조의 외부로 배출하게 된다.

이와 같이 공기뿐만 아니라 오존 등의 가스에 의하여도 밀도차이가 발생하게 되므로 오폐수 중에 함유된 이물질을 효과적으로 분리할 수 있다.

상기 가스 주입관(71)은 상기에서는 처리수의 다량유출로 인한 압력의 차이로 인하여 반응기 내부로 유입되는 것으로 기재하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고 송풍기(86)의 작동에 의하여도 오존 등의 가스를 반응기(60)의 내부로 공급할 수 있음은 물론이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수처리 장치의 작동과정을 더욱 상세하게 설명한다.

도1 내지 도3 에 도시된 바와 같이, 처리 대상 오폐수가 오폐수 유입관(22)을 통하여 반응조(10)의 내부로 유입되고, 또한 외부공기도 산기장치(24)를 통하여 반응조(10)의 내부로 유입된다. 이때, 산기장치(24)가 오폐수 유입관(22)의 상부에 위치함으로 침전 가능한 고형물이 산기장치(24)로부터 분산되는 공기로 인한 부력에 의하여 상승하는 것을 방지함으로써 고형물의 침전을 유도하여 사전에 제거할 수 있다.

그리고, 상기 산기장치(24)에 주입된 공기는 다수개의 노즐(28)을 통하여 균일하게 분사됨으로 포기과정이 효과적으로 이루어질 수 있다.

상기한 바와 같이 반응조(10)의 내부로 유입된 오폐수 및 공기는 상승함으로써 제1 슬러지 분리부(34)에 도달하게 된다.

상기 제1 슬러지 분리부(34)에 도달한 오폐수는 유체 이동관(42)을 통하여 상부공간으로 상승하게 되고, 공기는 부력에 의하여 상승하여 플레이트(40) 하부에형성되는 체류공간(44,46)에 포집된다. 이때, 체류공간(44,46)은 하방으로 돌출 된 유체 이동관(42)의 최하단 부위 상부에 형성된다. 따라서, 오폐수의 수위는 상기 유체 이동관(42)의 최하단 부위와 일직선상에 형성된다.

그리고, 상기 유체 이동관(42)을 통하여 일정한 유체가 이동되어야하므로 깔때기 모양의 유체 이동관(42)의 길이 및 직경은 일정해야한다.

또한, 반응조(10)의 하부에 존재하는 물질이 상부로 이동하는 출발점은 유체 이동관(42)의 최하단 부위이므로 거품 및 공기중에서 가장 밀도가 높은 물질과 오폐수 중에서 밀도가 가장 낮은 물질이 부력에 의하여 선별되어 상부로 이동한다. 또한, 공기를 유입시키지 않고 오폐수만을 주입 또는 순환하는 경우에는 오폐수중에서 상대적으로 밀도가 낮은 물질이 부력에 의하여 우선적으로 이동한다.

각각의 밀도 차이는 깔때기 모양의 유체 이동관(42)의 길이와 각단의 수심에 서 비롯되는 표면장력에 의해서 결정된다. 즉, 깔때기 모양의 유체 이동관(42)과 수심이 깊고 수면이 넓을수록 밀도차이는 크게 나타난다.

또한 도3 에 도시된 바와 같이, 깔때기 모양의 유체 이동관(42)의 주위에는 유체의 유동의 마찰저항을 최소화시키기 위하여 둔각의 형태로 하였으며 반대로 상단의 하부에서 보면, 역삼각형의 깔때기 형태가 되어 있어 공기가 부채꼴 형태로 분산되면서 상부로 이동하게 되어 주변의 슬러지 침전을 방지시킬 수 있다.

이러한 구조는 슬러지에 의해서 유체 이동관(42)이 막히는 현상을 사전에 방지할 수 있다. 즉, 하부는 좁게하여 상대적으로 유체의 이동속도를 증가시켰고 상부는 반응조(10)의 바닥이므로 밀도가 높은 슬러지가 많으므로 토출구 직경을 넓게구성하도록 하는 깔때기 형태가 되도록 하였다.

이러한 구조적인 특징 때문에 반응조(10)에서 발생된 거품은 대부분 오폐수 수위의 상단에 머물게 되며, 오폐수 수면의 경우 표면장력에 의해서 비교적 저농도의 물질들이 주류를 이루게 된다.

따라서, 각 단에서 저농도의 물질들이 상부에 위치하게 되므로, 결과적으로 반응조(10)의 상단으로 갈수록 물질 농도가 낮아지는 물질분리가 일어난다. 그리고, 하부에서 유입되는 공기량 및 압력은 일정량 이상 되도록 하여 각각의 유체 이동관(42)을 통해서 균등하게 배출될 수 있도록 유도한다.

이러한 과정을 통하여 제1 슬러지 분리부(34)를 통과한 오폐수 및 공기는 제2 슬러지 분리부(32)에 도달하게 된다. 그리고, 제2 슬러지 분리부(32)를 통과하는 과정에서 상기한 바와 같은 제1 슬러지 분리부(34)와 동일한 과정을 통함으로써 물질분리가 이루어질 수 있도록 한다.

그리고, 반응조(10)의 최상부 공간에 도달한 오폐수 및 공기는 각각 공기 유출구(14) 및 오폐수 유출구(15)를 통하여 외부로 배출된다.

한편, 상기와 같은 포기과정 후, 무산소조 운영이 필요한 경우, 상기 공기 배출수단(20)에 의하여 공기를 배기함으로써 탈질을 시도할 수 있다.

즉, 포기 완료 후 탈질을 위해서는 먼저 반응기내에 존재하고 있는 공기를 제거할 필요가 있으며, 이를 위하여 주배관(60)의 밸브를 개방함으로써 각 슬러지 분리부(34,32)의 체류공간(44,46)에 포집된 잔류공기 및 일부 거품을 보조배관(58)을 통하여 배출시킨다. 이때, 배출되는 공기가 부력의 힘으로 상단의 상부로 이동되는 것을 방지하기 위하여 각 배관(60)은 상단벽으로부터 일정한 거리로 이격되어 있어야 한다.

밸브가 개방되면 각 단에 있는 공기와 일부의 거품은 보조배관(58) 및 주배관(60)을 통해서 외부의 최초 원수로 유출된다.

따라서, 이러한 공기배출 과정을 통하여 탈질을 실시한 후 무산소조를 운영하게 된다.

한편, 반응조(10)를 일정 시간 구동하게 되면 각 슬러지 분리부(34,32)에는 침전물이 농축되므로 순환수단(18)을 통하여 주기적으로 최하단으로 이동시켜 하단부의 농축효율을 증가시키고 탈질율도 증가시킬 필요가 있다.

즉, 순환수단(18)의 순환펌프(56)를 작동시키면, 압력에 의하여 배관(54)의 상부 및 중간배관(50,52)을 통하여 각 단의 농축된 침전물이 흡입된다.

그리고, 흡입된 침전물은 배관(54)을 통하여 산기장치(24)로 공급되어 다시 반응조(10)의 내부로 순환된다.

따라서, 이러한 순환과정을 통하여 하단에서 상단으로 이동할 때에는 공기를 주입할 때와 다르게 오폐수 자체의 이동에 의해서 하단으로 슬러지 집중화가 일어나 하단의 농축효율의 증가와 동시에 상하단의 슬러지 농도차이를 유도할 수 있다. 아울러 이러한 과정과 더불어 탈질이 발생하게 되며, 순환은 최상단에서 최하단 또는 중간에서 최상단 등 다양하게 순환할 수 있다.

또한, 유출수 배출시점은 순환이 끝나는 시점이 될 수도 있고 포기가 끝나는 시점이 될 수 있으며 경우에 따라서 연속적으로 유입 및 배출할 수도 있다. 슬러지유출시점은 반응조(10) 내부의 슬러지 농도에 따라서 간헐적으로 또는 연속적으로 배출할 수 있다.

농축 슬러지 배출구 상단에 포기시설이 위치하여 유체유동이 동반되므로 스크레파 없이 하부로 슬러지를 인출할 경우에도 슬러지에서 채널 현상이 발생하는 예가 없으며, 일정하게 슬러지를 배출할 수 있다. 슬러지 농축조의 크기는 처리용량과 무관하게 다양하게 구성할 수 있다.

상기에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 수처리 장치는 반응조(10)의 내부에 다수의 슬러지 분리와 용존산소 전달효과를 증가시킬 수 있는 슬러지 분리수단(12)을 배치하고, 유입된 오폐수 및 기포를 하부로부터 상승시켜 정화 처리하는 상향류식이다.

그리고, 처리수를 반응기의 상부로 다시 순환시켜 오폐수 및 기포를 상부에서 하부로 하강시켜 처리하는 경우에는 하향류식이다.

아래 표는 상기에 언급된 처리순서에 따라서 수처리를 실시했을 경우 실험결과를 나타낸 것이다.

실험방법	실험조건
호기성처리	반응기부피(처리온도)	처리대상 오폐수 유입수/유출수 농도(mg/L)	처리시간(day)	기타
	10L(20도)	하수 BOD 15000/300	3.5	산소전달율 40%

상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수처리 장치는 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 생물 반응조 내부에 다수의 깔대기형 유체이동관이 구비된 슬러지 분리수단을 제공함으로써 기포의 이동거리와 체류시간을 증가시켜 용존산소 전달율과 교반효과가 증대된다.

둘째, 반응조 내부에서 슬러지의 밀도차이에 의하여 상하로 분리 농축되므로 반응기 하부로 갈수록 고농도의 유기물, 용존산소 및 미생물을 유지할 수 있어 오폐수의 처리시간을 대폭 단축시킬 수 있다.

셋째, 유체유동에 의해서 슬러지 배출에 따른 채널 현상을 억제할 수 있어 스크레파 없이 최하단부에서 지속적으로 농축된 슬러지를 배출할 수 있다.

넷째, 포기효율을 증가시키기 위하여 각단의 상부에서 기포가 체류하도록 하여 기포의 체류시간을 증가시키고 동시에 탈질시에는 기포를 배출시켜 무산소 상태를 쉽게 유도할 수 있어 무산소 및 호기상태의 변형이 용이하다.

다섯째, 탈질시에 질소가스 발생으로 돌출배관 주위에 질소가스가 쌓이고 슬러지 수면에 있는 저농도만 상향 이동하는 현상이 나타나 저농도 오폐수가 균등하게 깔때기 배관을 통과할 수 있으며 동시에 저농도 물질이 고정된 슬러지 층을 통과하여 유체의 PFR 흐름을 유발할 수 있어 탈질 효율을 증가시킬 수 있다.

여섯째, 수처리 장치의 제작이 간단하고 대규모 수처리에도 적용할 수 있으며, 소요 부지면적이 작고 운전이 용이하다.

일곱째, 낮은 동력에서도 포기가 가능하다.

여덟째, 포기과정에서 하부로부터 임의적으로 슬러지를 배출함으로서 하단에서 유입 폐수 특성에 맞게 슬러지 농도를 조정할 수 있다.

아홉째, 경우에 따라서 회분식 또는 연속식으로 운전할 수 있으며, 고농도 난분해성 폐수처리에 적합하다.

열번째, 공기뿐만 아니라 오존 등의 가스에 의하여도 밀도차이가 발생하게 되므로 오폐수 중에 함유된 이물질을 효과적으로 분리할 수 있다.

열한번째, 센서부재를 장착함으로써 별도의 순환수단을 구비하지 않고도 효과적으로 가스의 공급을 제어할 수 있다.

이상을 통해서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 특허청구의 범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (9)

1. 오폐수 유입관 및 산기장치에 의하여 그 내부로 오폐수 및 공기가 유입되는 반응조와;

   상기 반응조의 내부를 상하 다단으로 구획함으로써 상기 오폐수 및 기포의 접촉면적을 증가시켜 산소용존량을 증가시키고, 체류공간을 형성하여 공기를 별도로 포집함으로써 오폐수와 공기가 서로 분리되도록 하여 오폐수 및 공기중에 함유된 슬러지가 각각 밀도차이에 의하여 상승되도록 하여 오염물을 분해할 수 있는 슬러지 분리수단과;

   상기 반응조에 장착되어 상기 슬러지 분리수단을 통과한 기포를 상기 반응조의 외부로 배출시키는 공기 배출구와;

   상기 반응조에 장착되어 상기 슬러지 분리수단을 통과하여 처리된 오폐수를 외부로 배출시키는 처리수 배출구와; 그리고

   상기 반응조의 하부에 제공되어 침전된 슬러지를 농축 배출시키는 침전조를 포함하는 수처리 장치.
2. 오폐수 유입관 및 산기장치에 의하여 그 내부로 오폐수 및 가스가 유입되고 , 그 하부에 장착된 침전조를 통하여 처리된 오폐수를 외부로 배출하는 반응조와;

   상기 반응조의 내부를 상하 다단으로 구획함으로써 상기 오폐수 및 가스기포의 접촉면적을 증가시켜 가스용존량을 증가시키고, 체류공간을 형성하여 가스를 별도로 포집함으로써 오폐수와 가스가 서로 분리되도록 하여 오폐수 및 가스중에 함유된 슬러지가 각각 밀도차이에 의하여 상승되도록 하여 오염물을 분해할 수 있는 슬러지 분리수단과;

   상기 슬러지 분리수단에 구비되어 상기 체류공간에 포집되는 가스량을 검지함으로써 가스량에 따라 신호를 출력하는 센서부재와;

   상기 반응조에 장착되어 상기 센서부재의 신호에 의하여 상기 슬러지 분리수단을 통과한 기포를 상기 반응조의 외부로 배출시키는 가스 배출구와; 그리고

   상기 반응조의 일측에 장착되며, 상기 반응조에 가스를 주입/차단 가능한 가스 주입관을 포함하는 수처리 장치.
3. 제1 항 또는 제2 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬러지 분리수단은 제1 및 제2 슬러지 분리부로 이루어지며, 상기 제1 및 제2 슬러지 분리부는 각각 상기 반응조의 내부를 상하로 구획하며 다수의 관통홀이 형성되는 플레이트와, 상기 플레이트의 저면에 하방으로 돌출 형성됨으로서 가스와 포집되는 체류공간을 형성하며 오폐수 및 가스가 통과하는 다수개의 유체 이동관을 포함하며, 유입된 가스 및 오폐수가 상승하여 상기 슬러지 분리수단에 도달하는 경우, 상기 체류공간에 공기중의 저밀도 물질이 포집되고, 하부에는 오폐수중의 고밀도 물질이 머물게 하여 슬러지 분리수단의 수면 근처에 있는 저밀도 물질부터 우선적으로 상향 이동하도록 유도할 수 있는 수처리 장치
4. 제3 항에 있어서, 상기 다수개의 유체 이동관은 각각 상부면적이 하부면적보다 넓은 깔때기 형상을 갖는 수처리 장치.
5. 제1 항에 있어서, 상기 산기장치는 반응조의 내부에 위치하는 일단부에는 적어도 하나의 노즐이 장착되어 공기가 분사되며, 반응조의 외부에 위치하는 타단부에는 송풍기(Blower)가 장착되는 수처리 장치.
6. 제2 항에 있어서, 상기 가스 주입관은 상기 반응조의 내부에 위치하는 일단부에는 적어도 하나의 노즐이 장착되어 가스가 분사되며, 반응조의 외부에 위치하는 타단부에는 송풍기가 장착되는 수처리 장치.
7. 제1 항에 있어서, 상기 반응조의 일측에는 순환수단이 추가로 구비되며, 상기 순환수단은 배관과, 상기 배관상에 장착되는 순환펌프와, 상기 배관으로부터 돌출되어 상기 반응조의 내부 각 단에 연결되는 상부배관, 중간배관, 하부배관을 포함하며, 상기 순환펌프가 구동하는 경우 상기 반응조 내부의 각단의 침전물이 순환 또는 하부 누적이 가능한 수처리 장치.
8. 제1 항에 있어서, 상기 반응조의 타측에는 공기 배출수단이 추가로 구비되며, 상기 공기 배출수단은 주배관과, 상기 주배관 상에 장착되는 밸브와, 상기 주배관으로부터 돌출되어 상기 반응조 내부의 각단에 형성된 체류공간에 연통되는 보조배관을 포함하며, 상기 밸브를 개방하는 경우, 상기 체류공간에 포집된 공기 및 거품이 상기 보조배관 및 주배관을 통하여 상기 반응조의 외부로 배출되는 수처리 장치.
9. 제2 항에 있어서, 상기 반응조에는 처리된 오폐수를 상기 반응조로 재순환 및 가스흡입을 용이하게 유도하기 위하여 순환관이 추가로 구비되며, 상기 순환관의 일단부는 침전조 하부에 연결되고 타단부는 상기 반응조의 상부에 연결되는 수처리 장치.