KR20040065196A - 분뇨, 하수, 축산 폐수 등의 전처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분뇨, 하수, 축산 폐수 등 액상 폐기물에 함유된 각종 협잡물을 여과하여 탈수 처리하는 전처리 방법에 관한 것이다.

즉, 분뇨, 하수, 축산 폐수의 협잡물을 처리하는 전처리 방법에 있어 여기에 함유된 각종의 중, 대형 협잡물(5㎜ 이상)은 물론 1㎜ 크기의 미세한 협잡물까지, 그리고 모래(50㎛ 이상)와 각종 씨앗류 등, 다음 공정에 넘어가 좋지 않은 영향을 끼칠 수 있는 모든 종류와 성상의 협잡물을 종합적으로 여과 탈수 처리할 수 있는 방법과 아울러 그 처리 속도를 100㎥/hr. 까지 가능하게 하므로 써 실용성과 경제성을 함께 갖춘 분뇨, 하수, 축산 폐수의 종합적 전처리 방법에 관한 기술적 수단을 제공하고자 한다.

이에 본 발명의 구성을 설명하면, 로타리 스크린을 이용하여 일반적인 중, 대형 협잡물을 여과하는 협잡물 여과의 제1공정과, 모래 선별 분리조와 바켓 엘리베이터 및 펌프 등을 활용하여 여과액에 함유된 굵은 모래를 선별 분리하는 모래 선별 분리의 제2공정과 액체 사이크론을 이용하여 모래, 씨앗 등을 분리하는 모래 여과의 제3공정과, 여과된 모래, 씨앗 등을 스크류 데칸터를 이용하여 탈수하는 모래, 씨앗 탈수의 제4공정과, 사이크론에서 발생한 여과액을 웨지 바를 활용하여 미세 협잡물을 여과하는 제5공정, 그리고 앞의 제1공정과 제2공정 및 제5공정에서 여과된 중, 대형 협잡물, 굵은 모래, 미세 협잡물 등을 병합 탈수하는 스크류 프레스의 제6공정으로 구성된 발명이다.

이상과 같은 구성의 발명은 함유된 각종 협잡물을 처리함에 있어 협잡물을 비중과 크기별로 나누어 별도의 처리 공정을 거치게 하는 것이 그 핵심으로서, 즉 일반 협잡물은 중, 대형과 미세한 것으로 나누어 이를 2차에 걸쳐 단계적으로 여과하고 여과된 협잡물은 병합하여 탈수 하는 세 단계의 공정을 거치게 하고 모래 (씨앗 포함)는 굵은 모래와 잔모래를 분리한 후 각각 별도의 탈수 공정을 거친다.

위와 같이 그 종류와 성상이 다양하고 복잡한 폐기액의 협잡물을 종류와 크기 별로 4가지로 분류하여 각각 그 성상의 특질에 적합한 방법으로 처리하게 하였으므로 그 처리 효율을 극대화시킬 수 있어 1㎜ 크기의 미세한 협잡물까지 제거할 수 있으며 또한 시간당 100㎥의 속도로 연속 처리가 가능한 실용적이고 경제적인 효과를 발휘할 수 있다.

Description

분뇨, 하수, 축산 폐수 등의 전처리 방법 {Predisposal method of night soil, sewage and livestock waste water}

본 발명은 분뇨, 하수, 축산 폐수 등 액상 폐기물에 함유된 각종 협잡물을 여과하여 탈수 처리하는 전처리 방법에 관한 것이다.

이를 더욱 상세히 설명하면, 분뇨, 하수, 축산 폐수 등의 정화 처리과정에 있어 그 첫 공정인 전처리(前處理) 공정에서 이들 처리 대상액에 함유된 다양한 성상의 각종 협잡물을 그 성상에 각각 맞는 기술적 수단을 이용하여 단계적으로 여과, 탈수하여 제거 처리하는 방법에 관한 것이다.

액상 폐기물 처리시설에 있어 본처리를 어떤 방법으로 하든, 공통적으로 이루어지는 필수적 단계인 전처리 공정에서 대상액에 함유된 각종 협잡물을 충분히 제거 처리하지 않으면 이후의 본처리 공정을 온전히 수행할 수 없게 된다. 즉 전처리 공정에서 토사류, 씨앗류, 금속류, 목재류, 지류, 플라스틱류, 모발류, 동물의 털, 짚 기타 유기성 고형분 등이 물리적으로 충분히 제거되지 않고 본처리 공정으로 넘어가면 펌프 등 기기의 마모, 파손, 관의 막힘, 탱크 하부에의 퇴적, 탱크 상부에서의 스킴(Skim) 생성 등 여러 가지의 문제가 발생하게 되어 본처리의 소기의성과를 달성하지 못하게 되기 때문이다. 따라서 액상 폐기물의 처리에 있어 그 최초 단계인 이 전처리 공정에서의 협잡물 제거성능의 효과가 전체 처리의 성패를 가름하는 기본적 관건이 된다 할 것이다.

이와 같은 관점에서 분뇨 (재래식 분뇨, 정화조 오니, 오수 처리장의 침전조, 농축조의 청소액 등 넓은 의미의 분뇨), 하수 (일차 침전지, 이차 침전지 등의 침전물), 또는 축산 폐수의 전처리 방법에 있어 종래의 처리 기술을 살펴보면, 1단계의 로타리 스크린에서 우선 5㎜ 이상 크기의 협잡물을 여과하여 탈수 배출하고 다음 2단계에서 그 여과액을 대상으로 액체 사이크론 또는 다른 침전장치를 이용하여 모래 씨앗등 상대적으로 무거운 물질을 분리 침강시켜 다음의 3단계에서 이를 원심 분리기(Screw decanter) 또는 경사 설치된 스크류 콘베어 등으로 탈수하여 배출하며 위 침전장치에서 분리된 상등수를 대상으로 다음 4단계의 다공판 여과 드럼 등을 이용하여 미세한 협잡물을 여과하는 방법으로 이 가운데 수 개를 선택적으로 적용하여 활용하는 방법이 주종을 이루고 있다할 것이다. 그 가운데 대표적인 방법 몇 가지를 살펴보면,

첫째, 위의 1단계의 로타리 스크린과 3단계의 원심 분리기(스크류 데칸터)를 결합한 방법으로, 이는 로타리 스크린에서 5㎜ 이상 크기의 협잡물을 우선 여과하여 스크류 프레스로 탈수 배출하고 그 여과액을 전량 스크류 데칸터에 투입하여 모래 씨앗 등 상대적으로 무거운 물질을 분리, 탈수 처리하는 방법인 바 이는 스크류 데칸터가 탈수율은 우수한 반면 처리량이 너무 적은 관계로 하여 분뇨의 투입 속도(최저 50㎥/hr.)를 맞출 수 없기 때문에 연속 처리가 불가능한 단점을 가지고있다.

둘째, 1단계의 로타리 스크린과 3단계의 경사 스크류 컨베어를 합한 단순한 원리에 의한 방법으로 이는 비스듬히 설치한 스크류 컨베어에서 미세한 모래 및 씨앗을 분리하여 여과하기 어려우며 여과물질의 탈수 성능 또한 좋지 않은 단점이 있다.

셋째, 1단계의 로타리 스크린과 2단계의 침전조, 그리고 3단계의 스크류 데칸터를 합한 방법으로 이는 2단계의 침전조에 있어 그 침전 원리가 단순한 수단이기 때문에 그 분리 속도와 성능이 기대치에 미치지 못하여 전체적인 처리량과 처리 효율을 만족하기 어렵다.

넷째, 1단계의 로타리 스크린과 2단계의 침전조, 3단계의 스크류 콘베어를 결합한 방법으로 이는 위에서 설명한 바와 같이 침전조의 처리 효율과 처리량의 문제, 그리고 경사 컨베어의 미세 모래 여과의 곤란과 탈수 성능의 불량과 같은 단점이 있다.

다섯째, 1단계의 로타리 스크린과 2단계의 침전조, 그리고 3단계의 스크류 데칸터에다 4단계의 다공판 드럼 여과기를 합친 방법으로 이는 위의 셋째 방법의 단점을 보완하여 처리 효율과 처리성능 등을 증대시킬 목적으로 여기에 4단계의 다공판 드럼 여과기를 추가하여 미세한 협잡물을 여과하도록 한 것이다. 그러나 이 방법은 추가 결합된 다공판 여과기에 있어, 처리 대상액의 미세한 부유물질, 점성과 표면장력 등으로 하여 여과공의 눈 막힘 현상이 심하기 때문에 여과목(目)을 작게 형성할 수가 없어 미세 협잡물 처리기로서의 역할을 실제로 하지 못하고 있다하겠다. 따라서 전체적인 처리 성능과 효율의 개선이 기대치에 못 미치고 있다.

여섯째, 1단계의 로타리 스크린과 2단계의 액체 사이크론, 3단계의 스크류 데칸터를 결합한 방법으로서 이는 사이크론과 스크류 데칸터가 각각 가지고 있는 단점을 상호 보완하여 이 둘의 장점을 살린 방법이라 할 것이다. 즉 사이크론은 유체역학적 원리를 활용하여 고, 액 분리의 순간 대량 처리가 가능한 장치이긴 하나 분리된 고형분에 많은 수분이 남아 있는 단점이 있으며 이와 반대로 스크류 데칸터는 앞에서 말한 바와 같이 탈수율은 우수하나 그 처리량이 너무 적은 관계로 각각 단독으로는 처리효과가 적기 때문에 이 둘을 유기적으로 결합하여 그 효과를 살린 방법이라 하겠다. 즉, 1단계의 로타리 스크린에서 5㎜이상의 협잡물을 여과하고 넘어온 여액을 2단계의 액체 사이크론으로 투입하여 약 90% 가량의 액체 성분을 분리하여 본처리 공정으로 보내고 고형분이 포함된 나머지 10%의 물질을 3단계인 스크류 데칸터로 투입하여 탈수하는 시스템으로 전체 처리량의 약 10%만 스크류 데칸터가 처리하면 되기 때문에 전체적으로 많은 양을 우수한 탈수율로 연속적으로 처리할 수 있는 효과가 발생하며 따라서 이 방법이 이상의 여러 방법 가운데 가장 낫다고 볼 수 있겠다.

그러나, 최근 수질오염으로 인한 하천과 호소의 부영양화, 남조류 현상, 해양의 적조 현상 등 수생태계의 환경이 날로 악화 되어가고 있는 현실에서 액상 폐기액에 대한 고도처리의 필요성이 증대되고 있으며 이를 위해서는 전처리 단계에서부터 액상 폐기물에 함유된 협잡물을 미세한 것까지 완벽하게 제거 처리 하므로 써 본처리의 효율을 향상시킬 수 있어야 하며, 특히 전처리를 완료한 분뇨를 일시저장하였다가 하수처리 공정에 보내어 하수와 병합 처리하는 이른바 하수 연계 처리 시스템이 확산되고 있는 추세와 함께 가축의 털 등 미세한 협잡물이 많은 축산 폐수 처리장의 증가 추세 등으로 볼 때 이 미세 협잡물 처리 문제가 시급한 과제로 떠오르고 있다 할 것이다. 따라서 이제는 액상 폐기물의 전처리 과정에서 종래에 크게 유의하지 않았던 미세 협잡물(1~5㎜)의 확실한 제거처리 기능이 이에 추가되어야만 전처리 장치로서의 역할을 제대로 할 수 있다고 하겠다.

또한 전처리 장치를 하수 처리장에 활용하므로 써 침전지, 농축조의 체류 시간을 줄이고 소화조의 소화량을 감소시켜 운영비를 절감시킬 수 있으며 나아가 침전지, 농축조, 소화조 등의 용량을 작게 제작할 수 있기 때문에 처리장 건설비를 대폭 줄일 수 있는 등의 경제적인 효과가 나타나고 있어 전처리 장치가 하수 처리 공정에까지 폭넓게 적용되어 가는 추세이다. 그러나 분뇨에 주안점을 두어 제작된 종래의 전처리 방법으로는 하수처리장 침전지의 굵은 모래와 많은 양의 모래에 대한 대응책이 부족하기 때문에 이를 하수에 적용하기 위해서는 다양한 성상의 모래를 제거하는 적극적인 방법이 별도로 모색되어야 할 것이다.

이상의 관점에서 보아 종래 분뇨 위주의 전처리 방법에서 한 걸음 나아가 축산 폐수 처리의 성능 향상과 폐기액의 고도처리를 위한 전제로서 미세 협잡물 제거를 위한 방법과 아울러 하수 처리에 필요한 굵은 모래 제거의 기능을 가미한 방법 등 폐기액 처리의 환경 변화에 걸 맞는 새로운 개념의 전처리 방법을 창조하여야 할 필요성이 있다 하겠다.

본 발명은 분뇨, 하수 및 축산 폐수의 협잡물을 처리하는 전처리 방법에 있어 위와 같은 종래의 문제점을 해결하여 이상의 모든 폐기액에 두루 적용될 수 있는 새로운 개념의 효율적인 전처리 장치를 제공하고자 하는 것으로서 즉 분뇨, 하수, 축산 폐수에 함유된 각종의 중, 대형 협잡물(5㎜ 이상)은 물론 1㎜ 크기의 미세한 협잡물까지, 그리고 모래(50㎛ 이상)와 씨앗류 등, 다음 공정으로 넘어가 좋지 않은 영향을 끼칠 수 있는 모든 종류와 성상의 협잡물을 종합적으로 여과 탈수 처리할 수 있는 방법과 아울러 그 처리 속도를 100㎥/hr. (분뇨 수거차량 2대로부터 동시에 투입되는 양을 연속 처리할 수 있는 용적 속도)까지 가능하게 하므로 써 실용성과 경제성을 함께 갖춘 분뇨, 하수, 축산 폐수의 종합적 전처리 방법에 관한 기술적 수단을 제공하고자 한다.

제1도는 본 발명의 공정 표시도

제2도는 본 발명의 한 실시 예에 대한 공정을 상징적으로 표시한 블록도

제3도는 본 발명의 방법을 약간 변경한 별도실시예(청구항 2)의 공정 표시도

＊ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 로타리 스크린 2 : 모래 선별 분리 장치 2a : 모래 선별 분리조

2b : 바켓 엘리베이터 2c : 압송 펌프 3 : 액체 사이크론

4 : 스크류 데칸터 5 : 웨지 바 드럼 여과기 6 : 스크류 프레스

7 : 탈수 협잡물 컨베어 8 : 탈수 모래, 씨앗 컨베어

9 : 본처리 공정 10 : 분뇨, 축산 폐수의 투입 장치

10a : 하수 침전지의 투입 장치

본 발명의 구성을 각 공정별로 상세히 설명하면 다음과 같다.

분뇨, 하수, 축산 폐수 등이 투입되어 협잡물을 여과하는 제1공정의 로타리 스크린(Rotary screen)(1)과 여기에서 여과된 중, 대형 협잡물(5㎜ 이상)을 탈수하는 스크류 프레스(6)가 마련되고 로타리 스크린(1)에서 발생한 여과액을 다시 처리하기 위한 제2공정의 장치로서 모래 선별 분리 장치(2)가 구성된다. 이 장치는 모래 선별 분리조(2a)와 바켓 엘리베이터(2b) 및 압송 펌프(2c)로 이루어지는 것으로서 모래 선별 분리조(2a)에서는 일정크기 이상의 모래를 선별 분리하여 바켓 엘리베이터(2b)로 보내는 역할을 하며 바켓 엘리베이터(2b)는 이를 받아 스크류 프레스(6)로 이송하는 역할을 한다. 그리고 모래 선별 분리조(2a)에서 굵은 모래를 분리하고 난 고, 액 혼합물을 압송 펌프(2c)를 이용하여 다음 제3의 공정인 액체 사이크론(3)으로 압송한다. 액체 사이크론(3)에서는 고체와 액체를 순간 분리하여 고체 성분이 많은 물질은 제4공정인 스크류 데칸터(4)로 보내고 액체 성분은 제5공정의 웨지 바 드럼 여과기(5)로 유입시킨다. 제4공정의 스크류 데칸터(4)에서는 모래 씨앗 등의 고형분을 탈수하여 이를 컨베어(8)를 이용하여 배출하고 여과액은 본처리 공정(9)으로 보낸다. 한편 제5공정의 웨지 바 드럼 여과기(5)에서는 미세한 협잡물을 여과하여 그 여과액은 처리수로서 본처리 공정(9)으로 보내고 여과된 고형 물질은 앞의 스크류 프레스(6)로 보낸다. 따라서 이 스크류 프레스(6)는 제1 공정의 로타리 스크린(1)에서 분리된 중, 대형 협잡물과 제2 공정의 바켓 엘리베이터(2b)로부터 들어온 굵은 모래 그리고 제5공정인 웨지 바 드럼 여과기(5)로부터 여과된 미세한 협잡물 등을 모아 병합 탈수 처리하게 된다. 따라서 이것을 제6공정으로 볼 수 있겠다. 이 스크류 프레스(6)에서 탈수된 협잡물은 컨베어(7)로 이송, 배출되며 탈수 과정에서 발생하는 소량의 탈리액은 다시 최초 단계인 로타리 스크린(1)으로 반송하여 재처리하는 구성으로 되어 있다.

이상과 같은 구성의 본 발명에 있어 이를 실제로 실시할 경우의 한 실시 예를 제시하면 다음과 같다.

제1공정, 로타리 스크린(1)

분뇨 및 축산 폐수의 수거차량(10), 또는 하수 침전지의 펌프(10a)로부터 투입되는 액상 폐기액이, 원형 플랜지(Flange) 형상의 여과체(濾過體)를 5㎜의 틈새를 두고 연속 조립하여 된 여과 드럼의 외주면 일 측 길이 방향 전체에 접촉 유입되게 하고, 그 반대 측 외주면에는 여과체의 모든 틈새에 작은 원판이 삽입되게 하여 드럼과 작은 원판을 동일한 방향으로 각각 회전하게 한 로타리 스크린(1)을 구성한다. 여기에서 여과된 협잡물은 스크류 프레스(6)로 보내지며 여과액은 하부의 모래 선별 분리 장치(2)로 들어가는 구성으로 된다.

제2공정, 모래 선별 분리 장치(2)

제2공정의 모래 선별 분리 장치(2)는 모래 선별 분리조(2a)와 바켓 엘리베이터(2b) 및 압송 펌프(2c)로 구성된다. 모래 선별 분리조(2a)는 로타리 스크린(1) 하단부에 위치하여 로타리 스크린(1)의 여과액이 떨어져 들어오는 탱크로서 이 분리조(2a)의 바닥을 길이 방향으로는 한 쪽으로 경사지게 하고 폭 방향으로는 좌우가 높고 폭의 중앙이 낮게 경사지게 하여 이루어지는 탱크의 최저면에 바켓 엘리베이터(2b)를 세운다. 그리고 모래 선별 분리조(2a)의 외부에 압송 펌프(2c)를 설치하고 그 흡입관이 모래 선별 분리조(2a)의 내부, 바켓 엘리베이터(2b)의 입구 가까운 곳에 수평으로 가로 놓이게 하며 이 수평관의 하부에 흡입공(吸入孔)을 수 개 만들어 둔다. 이 흡입공이 있는 흡입관 부위는 펌프(2c)의 흡입구와 플랙시블(Flexible) 관으로 신축 이음을 하여 흡입공이 있는 흡입관 부위를 모래 선별 분리조(2a) 상부에서 상하로 조절할 수 있는 구조로 한다.

모래 선별 분리조(2a)의 가장 낮은 부위에 설치된 바켓 엘리베이터(2b)는 그 바켓을 요면(凹面)이 없는 형태의 구조로 한다. 즉 직사각형의 판을 접어 "ㄴ"자 형상의 직각 판을 만들고 그 양 측면에 직각삼각형의 판을 붙인 형상으로, 모래 등의 고형상 물질은 담을 수 있으나 액체 성분은 담기지 않는 구조가 된다. 그리고바켓 엘리베이터(2b)의 상부 출구는 스크류 프레스(6) 입구로 연결되게 한다.

제3공정, 액체 사이크론(3)

액체에 함유된 고형분의 순간 연속 분리가 이루어지는 액체 사이크론(3)은, 원통의 측면 상부에 원의 접선방향으로 형성된 입구가 있으며 이 입구에는 앞 공정의 압송 펌프(2c) 토출측 배관이 연결된다. 원통 하부에는 아래로 갈수록 좁아지는 형상의 원추대가 이어지고 원추대 최하단부의 고형분 배출구는 다음 단계인 스크류 데칸터(4)와 연결된다. 그리고 원통의 상부 중심에는 원형의 여과액 출구가 형성되어 다음의 웨지 바 드럼 여과기(5)에 이어진다. 이 출구관은 원통 내부로 일정 깊이까지 들어가 있는 구성으로 되어 있다.

제4 공정, 스크류 데칸터(4)

스크류 데칸터(4)는 수평 상에 원통과 원추대가 붙은 실린더와 그 내부의 스크류가 좁은 틈새를 사이에 두고 동심 축 상에 삽설되어 있다. 원통 측의 스크류 축은 주면에 다수개의 구멍이 있는 중공축으로 되어 앞의 사이크론(3) 하단부와 연결되는 입구가 된다. 그리고 유입측 면의 실린더 측판에는 중심에서 일정한 거리에 있는 다수 개의 물 넘이 구멍 (무너미, Orifice)이 있고 반대측인 원추대 측에는 탈수 모래 출구가 있는 구성으로 된다. 무너미로 배출된 액체는 처리수로서 본처리 공정으로 가게하며 반대 측의 탈수 협잡물 출구는 컨베어(8)로 이어지게 한다.

제5 공정, 웨지 바 드럼 여과기(5)

쐐기 형상의 단면을 가진 웨지 바(Wedge bar)를 일정 간격으로 다수 개 병렬 배치하여 원통 드럼이 되게 한다. 이때 쐐기 형상 단면의 바에 있어 그 이등변삼각형의 밑변에 해당하는 부위가 원통의 내주면이 되며 그 틈새가 일정하게 유지되도록 다수 개의 바 고정 테를 이용하여 바를 고정시킨다. 여기서 웨지 바의 단면을, 쐐기 형상의 이등변 삼각형 예각 부위에 마름모꼴과 비슷한 형상을 가진 꼭지를 붙인 모양이 되게 한, 꼭지 달린 웨지 바로 한다. 이 바의 꼭지에 해당하는 부위의 모양과 같은 모양 또한 크기도 같은 홈을 바 고정 테의 내주면에 톱니처럼 만들어 이 홈에 바의 꼭지가 삽입되게 결합하므로 써 바와 고정 테의 수많은 접촉면을 일일이 용접하는 어려운 작업을 하지 않고도 쉽게 제작이 가능한 웨지 바 드럼 여과기를 구성한다.

이러한 방법으로 실용화되는 웨지 바 드럼 여과기(5)의 유입측 축을 중공축(中空軸)으로 하여 그 축관 내부로 대상액을 유입시키며 드럼의 반대 측에는 배출 구멍이 다수 개 난 원통을 연결하여 이 구멍으로 여과된 협잡물이 빠져 다음 단계인 스크류 프레스(6)로 들어가게 하며 여과된 처리수는 드럼 하부의 호퍼에 모여 본처리 공정(9)으로 보내지는 구성으로 되어 있다.

제6공정, 스크류 프레스(6)

스크류 프레스(6)는 제1공정의 로타리 스크린(1)에서 여과된 5㎜ 이상 크기의 중, 대형 협잡물과 제2공정의 바켓 엘리베이터(2)에서 이송된 굵은 모래 성분, 그리고 제5공정의 웨지 바 드럼 여과기(5)에서 여과된 미세한 협잡물 등 세 가지를 병합하여 압착 탈수 처리하는 구성이다.

그리고 스크류 프레스(6)에서 여과된 소량의 여과액은 로타리 스크린(1)의 입구로 반송하여 재처리하게 하며 탈수된 협잡물은 컨베어(7) 등을 이용하여 이송배출되는 구성으로 한다.

이상과 같이 구성된 본 발명에 있어 그 효과를 알기 위하여 위 실시예의 각 공정에 따른 작동과 그 작용 효과를 각 공정별로 먼저 살펴보기로 하면,

제1공정, 로타리 스크린(1)

5㎜의 틈새를 가진 저속회전(16rpm) 원형 여과 드럼의 외주면으로 대상액을 투입하여 여과하며 투입의 반대편 측면부 모든 틈새에 삽입된 원판의 회전 작용으로 틈새에 협착되는 고형물을 탈리 제거하므로 써 여과목의 막히는 현상을 최대한 방지하여 중, 대형 협잡물을 충분히 여과하는 효과를 갖는다.

제2공정, 모래 선별 분리 장치(2)

모래 선별 분리조(2a)와 바켓 엘리베이터(2b) 및 압송 펌프(2c)로 구성되는 제2공정의 작동과 효과를 보면, 이 분리조(2a)로 하강 유입된 로타리 스크린(1)의 여과액 가운데 상대적으로 무거운 모래 성분이 바닥의 경사면 가장 낮은 곳에 서 있는 바켓 엘리베이터(2b) 입구로 모이면 바켓 엘리베이터(2b)의 바켓이 모래를 담아 상부의 수위를 벗어나 상승하는 과정에서 요면(凹面)이 없는 바켓의 구조에 따라 액체 성분은 바켓에서 떨어져 모래 선별 분리조(2a)로 들어오고 고형분만 바켓에 담겨 올라가 스크류 프레스(6)로 이송된다. 그런데 여기에서 압송 펌프(2c) 흡입공 관을 바켓 엘리베이터(2b) 입구 가까운 곳에 수평으로 가로 놓이게 하고 그 높이를 상부에서 조절할 수 있는 구조로 하였기 때문에 모래의 굵기를 선별하여 분리해 낼 수 있게 된다. 즉 하부로 향한 흡입공이 다수 개 있는 흡입관을 바닥에 가까이 내리면 모래에 작용하는 흡입력이 세어져 다소 굵은 모래까지 압송 펌프(2c)로 흡입되며 반대로 흡입공 관을 바닥에서 멀리 떨어지게 위로 올리면 바닥에 미치는 흡입력이 약해져 상대적으로 무거운 굵은 모래는 흡입이 되지 않고 잔모래 만 압송 펌프(2c)로 흡입된다.

3~5㎜ 크기의 굵은 모래를 이 공정에서 선별하여 제거해 내기 때문에 후 공정인 스크류 데칸터(4)의 과부하를 예방하는 효과를 발휘하고 있다.

제3공정, 액체 사이크론(3)

사이크론은 원래 기체속의 고체를 분리해내는 장치이나 이를 원용하여 액체와 고체를 분리하는 용도로 활용하는 것으로 여기서는 이를 특히 액체 사이크론(3)이라 칭한다.

이의 작동 원리를 살펴보면, 액체 사이크론(3) 상부 원통의 접선 방향으로 압송 펌프(2c)에 의해 고속 유입된 대상액은 원통의 내주면을 따라 회전운동을 하며 하강하게 되는데 이때 상대적 비중이 큰 모래 등의 고형분은 액체보다 원심력이 더 크게 작용하므로 원통 내주면에 보다 강하게 밀착되어 움직이게 된다. 단면적이 점차 좁아지는 하부로 갈수록 그 속도가 빨라지게 되므로(회전 모우멘트 일정의 원리) 사이크론(3)의 중심부는 진공에 가까운 상태가 되어 하단부까지 내려간 액체를 역으로 빨아올리게 된다. 따라서 하단부에서, 상대적으로 무거운 모래 씨앗 등의 고형분은 아래로 배출되고 비교적 중심에 가까이 위치한 가벼운 액체 성분은 중심으로 올라가는 반전류(反轉流)가 되어 상부 중심의 출구로 배출된다.

이와 같이 작동되는 액체 사이크론(3)은 자체 동력 없이 대량의 고, 액 혼합액을 1:9 정도의 비율로 순간적으로 분리해 내는 매우 유용한 장치로서 모래 등 상대적 비중이 큰 협잡물의 여과에 있어 그 효과를 십분 발휘하고 있다.

제4공정, 스크류 데칸터(4)

외통 실린더와 내부 스크류가 약간의 회전차를 가지고 동일 방향으로 고속회전하는 장치로서 매우 강한 원심력으로 하여 실린더 내의 물질이 실린더의 내주면에 밀착되어진다. 밀착된 고형분은 스크류의 추진력에 의하여 원추대 측으로 이송되어 수위(水位)를 벗어나며 탈수가 진행된 후 배출되고 무너미로 넘쳐 나오는 액체는 처리수로서 배출된다.

이상과 같이 작동되는 스크류 데칸터(4)는 통상 수천rpm의 고속 회전을 하므로 실린더 내부에는 지구 중력 가속도의 수백 내지 수천 배에 달하는 매우 큰 원심력이 작용한다. 따라서 대단히 좋은 탈수 효과를 발휘할 수 있다.

제5공정, 웨지 바 드럼 여과기(5)

본 실시 예에 활용한 웨지 바 드럼 여과기(5)는 웨지 바의 단면 형상을 특수한 형태로 하여 어려운 용접작업이 필요 없이 용이하게 제작할 수 있는 드럼형 여과기로서, 통상적인 다공판 여과기에 비하여 우수한 여과 성능과 빠른 여과 속도를 가진 웨지 바 형 여과기이다. 이 장치는 실제로 직경 700㎜에 길이 2m 크기의 드럼으로 1㎜ 크기의 미세한 협잡물까지, 분뇨 수거 차량 2대가 동시에 투입하는 속도인 100㎥/hr.의 용적속도로 연속 여과 처리할 수 있는 능력을 발휘하는 실용적이고 효과적인 장치이다.

제6공정, 스크류 프레스(6)

제1공정의 로타리 스크린(1)에서 여과된 중, 대형 협잡물과 제2공정의 바켓 엘리베이터(2b)에 의해 이송되어 온 굵은 모래, 그리고 제5공정에서 여과된 미세 협잡물 등 이상 세 가지의 고형 성분을 병합처리 하므로 써 탈수효율과 성능을 향상 시키는 효과를 얻을 수 있다. 이를 설명하면 스크류 프레스(6)는 실린더의 선단부 단면적을 좁게 하여 스크류로 압착 탈수하는 장치로서 모양이 다양한 중, 대형 협잡물만을 탈수 할 경우에는 압착하더라도 협잡물 사이사이에 공간이 다 메워지지 않기 때문에 즉 공극율(空隙率)이 크게 되는 관계로 충분한 압착 탈수가 되지 않게 되며 반대로 미세한 협잡물만을 탈수 할 경우, 탈수공의 크기가 작아 탈수 효율이 떨어질 수 있으며 협잡물의 응집력으로 하여 한 덩어리로 뭉쳐 진행이 잘 되지 못할 우려가 있다. 또한 모래만을 스크류 프레스(6)로 탈수할 경우 모래 상호간의 응집력이 약하여 탈수공으로 모래 입자가 빠져나가게 되어 여과 효율을 저하시키는 결과를 만든다. 그러나 이들이 혼합되어 함께 탈수될 경우에는, 미세한 협잡물이 큰 협잡물 사이사이에 들어가 공극율을 낮추어주며 모래와 미세 협잡물이 큰 협잡물 틈새에 함께 엉켜 있으므로 탈수공이 다소 크더라도 쉽게 빠져나가지 않기 때문에 단독으로 탈수할 때의 문제점이 해소되어 탈수 효율과 성능을 향상시키는 효과를 발휘할 수 있게 된다. 여기에 더하여 본 발명에서는 탈수공으로 빠져나오는 소량의 탈리액을 앞의 공정으로 반송하여 재여과 하게 하므로 써 스크류 프레스(6)의 탈수 효과를 한층 더 높이고 있다 하겠다.

이상과 같은 개개 공정별 작동과 효과에 있어 우선 공정의 흐름에 연관하여 그 작동을 요약 정리하면 다음과 같다.

분뇨, 하수, 축산 폐수 등의 폐기액이 제1공정의 로타리 스크린(1)으로 유입되면 5㎜이상 크기의 협잡물이 눈 막힘 없이 여과되어 그 여과액이 제2공정인 모래 선별 분리 장치(2)의 모래 선별 분리조(2a)로 하강 유입되며 여과된 협잡물은 제6공정의 스크류 프레스(6)로 하강 유입된다.

모래 선별 분리조(2a)에서는 일정 크기 (폐기액의 성상과 처리 요건에 맞추어 일차로 분리해 낼 모래 입자의 최소 크기가 결정된다.) 이상의 모래를, 압송 펌프(2c) 흡입공 부위의 높이를 조정하여 선별하며 선별된 모래는 바켓 엘리베이터(2b)를 이용하여 물 밖으로 건져내어 스크류 프레스(6)로 보내고, 나머지 여과액은 압송 펌프(2c)를 이용하여 제3 공정인 액체 사이크론(3)으로 압송한다.

액체 사이크론(3)에서는 유입액 중의 액체성분(유입량의 약 90%)을 순간 분리하여 상부의 액체 출구를 통하여 다음 공정의 웨지 바 드럼 여과기(5)로 보내고 고형분이 많이 포함된 물질(유입량의 약 10%)은 하부의 배출구를 통하여 다음의 공정인 스크류 데칸터(4)로 보낸다.

제4공정인 스크류 데칸터(4)에서는 큰 원심효과를 이용하여 상대적으로 비중이 큰 모래 및 씨앗 성분을 분리하여 탈수 배출하고 탈리액은 처리수로서 본처리 공정(9)으로 이송한다.

한편 액체 사이크론(3)의 상부로 빠져나간 액체 성분은 제5 공정, 웨지 바 드럼 여과기(5)로 들어가 1㎜ 크기까지의 미세한 협잡물이 여과되고 여과액은 처리수로서 본처리 공정(9)으로 이송된다.

그리고 제1공정과 제2공정 및 제5공정에서 발생한 여과 물질은 제6공정인 스크류 프레스(6)에서 병합 탈수하여 그 탈수 협잡물은 컨베어(7) 등으로 이송 처리되며 소량의 탈리액은 로타리 스크린(1)의 입구로 반송하여 재처리 과정을 밟는다.

이상과 같은 작동의 양상을 가지는 본 발명에 대하여 그 작동에 따른 공정별 기능을 정리하면 다음과 같다.

제1공정, 중, 대형 협잡물 여과,

제2공정, 굵은 모래 선별 분리,

제3공정, 잔모래, 씨앗 여과,

제4공정, 잔모래, 씨앗 탈수,

제5공정, 미세 협잡물 여과,

제6공정, 중, 대형 협잡물 및 미세 협잡물, 굵은 모래 탈수.

와 같이 되며 이를 다시 기능 별로 분류하면

첫째, 협잡물 여과 기능 ;

중, 대형 협잡물 여과 - 제1공정

미세 협잡물 여과 - 제5공정

둘째, 협잡물 탈수 기능 ;

중, 대형 및 미세 협잡물 탈수 - 제6공정

셋째, 모래, 씨앗 여과 기능 ;

굵은 모래 분리 - 제2공정

잔모래, 씨앗 여과 - 제3공정

넷째, 모래, 씨앗 탈수 기능 ;

굵은 모래 탈수 - 제6공정

잔 모래, 씨앗 탈수 - 제4공정

등의 결과를 나타낸다.

이상에서 알 수 있는 바와 같이 협잡물은 중, 대형 협잡물과 미세 협잡물을 2차에 걸쳐 단계적으로 여과하고 여과된 협잡물을 합하여 탈수하는 세 단계의 공정을 거치게 되고 모래(씨앗 포함)는 굵은 모래와 잔모래를 분리한 후 각각 별도로 탈수하는 공정을 거친다. 이와 같이 고형 물질을 그 종류와 크기별로 분리하여 그 성상에 적합한 방법으로 단계적으로 여과 탈수하는 방법이 본 발명의 핵심이라 하겠다.

분뇨, 하수, 축산 폐수 등의 폐기액은 함유된 고형물질의 종류와 성상이 다양하기 때문에 그 고형분의 형상, 크기, 비중, 부착력, 응집력, 등 물리적 특성이 다양하고 계절적 또는 지역적 편차를 보이며, 그 함유율 역시 수거차량 별로 차이를 나타내기 때문에 어떤 방법이든 고형분 전부를 한 번에 여과하여 탈수 한다는 것은 매우 어려운 작업이다. 따라서 본 발명에서는 이를 우선 비중별로 나누어 대개 비중이 물보다 큰 모래(씨앗을 포함한 토사류)와 물보다 작은 일반 협잡물 등 두 종류로 분류하고 이것들을 다시 크기별로 나누어 여과하는 방법으로 구성한 것이다. 즉 비중이 상대적으로 가벼운 일반 협잡물은 5㎜를 기준하여 이보다 큰 것은 로타리 스크린(1)을 활용한 외주면 여과 방법을 채택하여 소형의 장치로 많은 양을처리하게 하며 여기에서 통과된 미세한 협잡물은 특수 형상의 웨지 바를 이용한 내주면 여과 방법을 적용하므로 써 미세 협잡물 여과의 가장 큰 문제인 눈 막힘 현상을 최소화 할 수 있는 수단을 강구한 것이다. 이렇게 하여 각각의 협잡물 크기에 적합한 여과 방법을 채택하여 그 처리 효과를 증대시켰으며, 또한 모래 (씨앗 포함)의 여과 처리에 있어서는 처리액의 종류와 지역적 특성에 관련한 함유 모래의 비율, 크기별 분포 등에 의하여 결정되는 선별 기준 크기에 따라 그 이상 크기의 모래만 앞 단계에서 선별 분리하고 그 이하 크기는 액체 사이크론(3)으로 보내 여과하며 여과된 모래를 스크류 데칸터(4)로 탈수하므로 써, 과부하로 인한 스크류 데칸터(4) 고장의 예방 (굵은 모래 사전 분리), 처리량의 증대 (액체 사이크론의 활용), 그리고 탈수율의 향상 (스크류 데칸터의 이용) 등 모래 여과 처리에 관련한 어려운 문제를 일시에 해결하는 커다란 효과를 발휘하고 있다 하겠다.

이상과 같이 본 발명은 분뇨, 하수, 축산 폐수 등에 두루 적용되는 전처리 방법으로 대상액의 종류에 따라 일부 공정의 장치를 조정하므로 써 무리 없이 어느 것에나 활용이 되는 실용적인 방법인 것이다. 즉 분뇨 가운데에서도 재래식 분뇨 또는 축산 폐수 등은 일반 협잡물 제거가 중심이 되므로 제5공정인 미세 협잡물 여과기의 망목을 최소화하여 협잡물 제거율을 높이며 반대로 하수처리장의 일차 침전지, 이차 침전지 등의 침전물 처리에서는 모래 제거에 주안점을 두어야 하므로 제2공정의 모래 선별 분리조의 펌프 흡입공 관을 높은 위치로 조정하여 굵은 모래를 초기 단계에서 충분히 분리해 내므로 써 제4공정인 스크류 데칸터(4)의 부하를 줄여 과부하로 인한 고장을 예방하는 식으로 그 효과를 살릴 수 있기 때문에 함유된고형분의 성상이 다른 분뇨, 하수 및 각종 축산 폐수 등의 여러 폐기액에 대하여, 각각 그 협잡물을 제거 처리하는 전처리 방법으로 두루 적용할 수 있기 때문에 본 발명은 활용성이 큰 실용적 효과를 가지고 있다 하겠다.

그리고 본 발명의 제2공정인 바켓 엘리베이터에 있어 여기에서 배출되는 굵은 모래의 크기가 크고 양이 적어 굳이 탈수 공정을 거칠 필요가 없을 경우, 이를 스크류 프레스(6)의 입구로 보내는 대신 스크류 프레스(6)의 탈수 협잡물 출구 컨베어(7)로 바로 이송하는 구성으로 할 수도 있다.

위와 같이 본 발명을 통하여 폐기액의 전처리에 있어, 미세 협잡물 제거 처리 기능의 강화로 축산 폐수의 처리와 폐기액의 고도처리 공정에 도움을 주는 효과와 아울러 굵은 모래 제거 수단의 추가로 하수 처리장에 폭넓게 활용되어 하수 처리의 경제성을 높이는 효과를 함께 이루어 낸다고 할 것이다.

(엄밀한 의미에서 하수의 침전지 슬럿지 제거는 전처리라 하기에 다소 무리가 없는 것은 아니나 수처리 분야에서 고형 협잡물을 제거하는 과정을 통상 전처리 과정이라고 하는 것에 비추어, 하수의 침전 슬럿지 제거 역시 넓은 의미에 있어 전처리 과정에 포함될 수 있다고 보아 이를 함께 논하였으나 이에 별 혼란은 없을 것으로 봄.)

Claims (2)

1. 분뇨, 하수, 축산 폐수 등의 폐기액에 함유된 각종 협잡물을 제거 처리하는 전처리 방법에 있어,

   로타리 스크린(1)으로 투입(10, 10a)되는 처리 대상액의 중, 대형 협잡물(5㎜ 이상)을 일차 여과하여 스크류 프레스(6)로 보내고 여과액은 모래 선별 분리장치(2)로 보내는 제1공정인 일반 협잡물 분리 공정과

   상기 제1공정으로부터 들어온 여과액 가운데 일정 크기 이상의 모래 성분을 선별 분리하는 모래 선별 분리조(2a)와 그 분리된 모래를 상부로 이송하여 스크류 프레스(6)로 보내는 바켓 엘리베이터(2b) 및 압송 펌프(2c) 등 이상 셋으로 구성된 제2공정인 굵은 모래 선별 분리 공정과

   상기 제2공정의 압송 펌프(2c)를 통하여 유입된 고, 액 혼합액을 액체 사이크론(3)을 이용하여 모래(씨앗 포함)와 액체로 분리하는 제3공정인 모래 여과 공정과

   상기 제3공정에서 여과된 모래를 스크류 데칸터(4)로 탈수하는 제4 공정인 모래 탈수 공정과

   상기 제3공정에서 발생한 여과액을 웨지 바 드럼 여과기(5)로 미세한 협잡물까지 여과하는 제5공정인 미세 협잡물 여과 공정과

   상기 제1공정에서 발생한 일반 협잡물과 상기 제2공정에서 유입된 굵은 모래 그리고 상기 제5공정에서 들어온 미세 협잡물을 스크류 프레스(6)로 병합 탈수처리하는 제6공정인 협잡물 병합 탈수 공정과

   제4공정과 제5공정에서 발생하는 여과액을 처리수로서 이를 본처리 공정으로 보내며

   제6공정에서 발생하는 탈리액을 제1공정으로 반송하여 재처리하는 등 이상일련의 단계적 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 분뇨, 하수, 축산 폐수 등의 전처리 방법.
2. 청구항 1에 있어서 상기 제2 공정의 바켓 엘리베이터(2b)에서 배출되는 모래를 제6 공정인 스크류 프레스(6)의 탈수 협잡물 출구로 반출되게 한 구성을 특징으로 하는 분뇨, 하수, 축산 폐수 등의 전처리 방법.