KR20060026698A - 디에이에프펌프를 이용한 가압부상법의 폐수 재활용 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐수를 재활용하기 위한 시스템에 있어서, 외부에서 공급된 원수를 무기응집제와 교반 및 응집시켜 상기 원수에 함유된 부유물이나 고형물을 슬러지로 응집시키게 되는 반응조 및 응집조와, 상기 응집조를 거쳐 응집된 슬러지를 부상시키는 부상조와, 상기 부상조를 거쳐 슬러지가 제거된 처리수를 일차 저장하는 순환조로 구성되며, 상기 부상조에는 상기 순환조에 저장되어 있는 처리수를 공급받아 상기 처리수와 외부공기를 혼합한 후, 상기 부상조내로 분출하여 미세기포를 발생시켜 슬러지를 부상시키게 되는 DAF펌프를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 DAF펌프를 이용한 가압부상법의 폐수 재활용 시스템을 제안한다.

반응조, 응집조, 부상조, 처리조, DAF펌프, 슬러지, 미세기포

Description

디에이에프펌프를 이용한 가압부상법의 폐수 재활용 시스템{waste water recycling system}

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 의한 DAF펌프를 이용한 가압부상법의 폐수 재활용 시스템을 도시한 도면.

도 2는 본 발명인 DAF펌프를 이용한 가압부상법의 폐수 재활용 시스템과 종래 가압부상법의 폐수 재활용 시스템에서 발생하는 미세기포의 직경크기를 비교한 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 반응조 14: 무기응집제

20: 응집조 30: 부상조

40: 스키머 50: 처리조

60: DAF펌프

본 발명은 가압부상법을 이용한 폐수 재활용 시스템에 관한 것으로서, 특히 미세기포를 발생시키는 DAF펌프를 이용하여 부상조내에 슬러지를 효율적으로 부상시킬 수 있도록 한 DAF펌프를 이용한 가압부상법의 폐수 재활용 시스템에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 오폐수 처리에서 유기물과 같은 각종 부유물을 처리하기 위한 기술로는 침전법 혹은 여과법을 많이 사용하여 왔으나, 이러한 침전법 및 여과법은 침전지의 설치에 많은 면적이 필요하다는 것과 또한 설비가 복잡하고 관리 및 운전이 까다롭다는 단점으로 인해 그 사용이 점차 감소하고 있는 추세이다.

한편, 최근에는 상기한 침전법이나 여과법에 반대되는 개념으로 수중에 공기를 주입하여 용해된 공기가 미세한 기포로 용출 되면서 고형물과 접촉하여 고형물의 밀도를 감소시켜 액체표면으로 떠오르게 하는 원리를 이용한 부상법이 많이 사용되고 있는 바, 이러한 부상법으로는 거품의 존재유무 및 기포를 생성하는 기술에 따라 용존가스 부상법, 전해 부상법, 유도공기 부상법, 진공 부상법, 미생물학적 부상법, 용존공기 부상법으로 분류되어 진다.

용존가스 부상법(Dissolved Gas Flotation)은 공기가 아닌 특정가스로 과포화된 포화수를 반응조에서 생성시켜 대기압의 압력하강에서 미세기포를 발생시켜 고형물을 부상시키는 방법이다.

전해 부상법(Electro Flotation)은 물을 전기분해하여 생기는 미세한 수소나 산소로 이루어진 기포를 이용하여 고형물을 부상시키는 방법이다.

유도공기 부상법(Dissolved Air Flotation: 기포 분산법)은 대기압하에서 프 로펠러의 힘이나 다공판을 통해 공기를 불어넣어 기포를 생성하는 방법이다.

진공 부상법(Vaccuum Fiotation)은 대기압하에서 포하된 공기를 감압된 밀폐조에 넣은 후, 공기의 용해도의 감소로 인하여 기포를 발생시키는 방법이다.

미생물학적 부상법(Microbiological Auto Flotation)은 생물학적 탈질화 시스템에 의하여 N₂ 나 CO₂ 혹은 조류(algae)번식으로 광합성에 의한 과포화상태의 산소를 배출하여 물로부터 부유물을 떠올리는 방법이다.

마지막으로 용존공기 부상법(Dissolved Air Flotation)은 과포화 상태에 있는 기체와 액체의 혼합액을 대기압으로 압력을 감소시켜서 기포를 발생시키는 방법을 말한다.

상기한 방법들중 용존공기 부상법을 이용한 가압 부상 시스템은 종래의 침전법에 비해 처리시간이 현저히 단축된다는 점(15~20분)과 처리효율의 우수함, 또한 침전법으로 잘 처리되지 않는 냄새, 조류, 오일, 그리스, 합성세제, 중금속등의 제거효율이 우수한점, 그리고 제거된 슬러지는 고형물농도가 3%정도 침전 슬러지보다 높아 탈수처리가 보다 용이하다는 점등 많은 장점들을 가지고 있는 반면에 종래의 용존공기 부상법을 이용한 가압 부상 시스템은 다음과 같은 문제점들이 야기되었다.

먼저 부상조내로 미세기포를 발생시키기 위한 설비로 가압펌프외 압력탱크, 그리고 공기압축 및 분사를 위한 콤프레셔, 이젝트등이 필요로 하게 됨으로서, 기기의 설치비용 및 설치면적이 증가한다는 문제점이 있었으며, 상기 설비들을 연결 시키기 위한 배관작업으로 인해 장치의 복잡함을 가져오는 문제점이 있었다. 그리고 발생되는 기포가 100㎛이상의 비교적 큰 체적을 가지게 됨으로서 슬러지의 부상과정에서 상기 슬러지가 기포사이사이 공간으로 빠져나가 슬러지의 부상효율을 저하시킨다는 문제점이 있었다.

또한 슬러지의 처리시간이 종래 침전법에 비해 빠르다고는 하나, 대략 15~20분정도의 처리시간이 소요됨에 따라 처리효율역시 그다지 높지 못하다는 문제점이 있었다.

마지막으로 부유물을 응집시키기 위한 수단으로 황산알루미늄인 무기응집제와 별도의 유기응집제인 보조응집제를 첨가하여 사용하고 있으나, 이 경우에는 유기응집제의 성분인 PAA가 처리수에 잔류하게 됨으로서 R/O, U/F등에 치명적인 파울링을 유발하여 정수설비의 수명을 단축시키는 문제점 또한 내포하고 있었다.

따라서, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 DAF펌프에서 발생하는 미세기포를 이용하여 슬러지를 부상시킴으로서 슬러지의 부상효율을 극대화할 수 있는 DAF펌프를 이용한 가압부상법의 폐수 재활용 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 보다 균일하고 미세한 체적을 가진 미세기포를 발생시켜 슬러지의 부상효율을 상승시킬 수 있도록 한 DAF펌프를 이용한 가압부상법의 폐수 재활용 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 부상한 슬러지를 제거하는 스키머의 작동방향이 원수의 흐름과 반대방향으로 작동하도록 함으로서 슬러지를 보다 효율적으로 제거할 수 있는 DAF펌프를 이용한 가압부상법의 폐수 재활용 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 슬러지 처리시간을 단축시켜 처리효율을 극대화할 수 있는 DAF펌프를 이용한 가압부상법의 폐수 재활용 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 유기응집제를 사용치 않고 무기응집제만을 사용하게 됨으로서 정수설비의 수명을 연장시킬 수 있는 DAF펌프를 이용한 가압부상법의 폐수 재활용 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 본 발명을 통해 일차 처리된 처리수를 재활용할 수 있는 가압부상법의 폐수 재활용 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 시스템의 설치면적이 최소화되어 가격경쟁력을 높일 수 있는 DAF펌프를 이용한 가압부상법의 폐수 재활용 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 보다 안정적인 시스템을 구현할 수 있는 DAF펌프를 이용한 가압부상법의 폐수 재활용 시스템을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 폐수를 재활용하기 위한 시스템에 있어서, 외부에서 공급된 원수를 무기응집제와 교반 및 응집시켜 상기 원수에 함유된 부유물이나 고형물을 슬러지로 응집시키게 되는 반응조 및 응집조와, 상기 응집조를 거쳐 응집된 슬러지를 부상시키는 부상조와, 상기 부상조를 거쳐 슬러지가 제거된 처리수를 일차 저장하는 순환조로 구성되며, 상기 부상조에는 상기 순환조에 저장되어 있는 처리수를 공급받아 상기 처리수와 외부공기를 혼합한 후, 상기 부상조내로 분출하여 미세기포를 발생시켜 슬러지를 부상시키게 되는 DAF펌프를 포함하여 구성함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명이 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 본 발명에서 제안하고자 하는 DAF펌프를 이용한 가압부상법의 폐수 재활용 시스템의 개념을 살펴보면 반응조 및 응집조를 통해 부상조내로 투입된 원수의 슬러지를 DAF펌프에서 발생된 미세기포를 이용하여 부상하도록 한 DAF펌프를 이용한 가압부상법의 폐수 재활용 시스템을 제안하고자 한다. 한편, 본 발명에서 지칭될 용어들중 원수는 폐수를 뜻하며, 처리수는 상기 원수에 함유된 부유물이나 고형물을 본 발명인 DAF펌프를 이용한 가압부상법의 폐수 재활용 시스템을 통해 제거한 물을 뜻한다. 또한 슬러지는 원수내의 부유물이나 고형물이 응집된 것을 말하며, 플록(FLOC)은 상기 슬러지와 동일한 명칭을 뜻한다. 마지막으로 혼합액이란 DAF펌프에서 분출되는 처리수와 공기가 혼합된 액체를 말한다.

본 발명의 실시 예에 따라 앞서 제안한 DAF펌프를 이용한 가압부상법의 폐수 재활용 시스템의 구조는 첨부된 도 1에 도시한 바와 같다.

상기 도 1을 참조하면 DAF펌프를 이용한 가압부상법의 폐수 재활용 시스템은 크게 반응조(10), 응집조(20), 부상조(30) 및 순환조(50)로 이루어진다.

상기 반응조(10)는 원수가 처음 공급되어지는 곳으로서, 이 반응조(10)에는 원수외에 저장탱크(12)에 충진되어 있는 무기응집제(14)가 별도의 유로(16)를 통해 공급되어진다. 또한 상기 반응조(10)내에는 모터의 동력으로 회전하는 임펠러(18)가 설치되어 있으며, 이 임펠러(18)의 구동을 통해 원수와 무기응집제(14)는 서로 혼합되어져 원수내에 함유되어 있는 각종 부유물이나 고형물을 일차 응집시키게 된다. 여기서 상기 무기응집제(14)로는 황산알루미늄을 사용함이 가장 바람직하다. 또한 상기 무기응집제(14)의 투입량은 약품정량펌프 및 다수의 밸브를 통해 자동으로 제어되도록 함이 바람직하다.

상기 응집조(20)는 반응조(10)와 동일한 기능을 수행하는 곳으로서, 반응조(10)를 통과한 원수를 내부에 설치된 임펠러(22)를 통해 다시 혼합시켜 부유물이나 고형물을 재차 응집시키는 기능을 수행한다.

상기 부상조(30)는 응집조(20)를 거친 원수를 공급받아 응집된 부유물이나 고형물 즉, 슬러지를 후술하는 DAF펌프(60)를 통해 발생한 미세기포를 이용히여 부상시켜 제거하는 곳으로서, 일측에는 상기 응집조(20)에 연결된 원수유로(24)와 DAF펌프(60)에 연결된 혼합액유로(62)를 통해 원수 및 혼합액을 각각 공급받는 공급관로(32)가 형성되어 있으며, 타측에는 슬러지가 제거된 처리수(1b)를 순환조(50)로 공급하기 위한 배출유로(34)가 연결되어 있다. 그리고 상기 부상조(30)의 상단에는 모터(36)의 동력으로 회전하는 컨베이어(38)에 부착되어 수평이동하며 부상한 슬러지를 제거하게 되는 스키머(40)가 설치되어 진다. 여기서 상기 스키머(40)의 구동은 부상조(30)로 유입된 원수의 흐름과 반대방향으로 이동토록 함이 바람직하며, 이는 원수의 흐름에 따른 저항을 발생시켜 슬러지를 효과적으로 걸러낼 수 있도록 하기 위함이다. 또한 상기 부상조(30)의 전방 일측에는 슬러지배출구 (42)가 형성되어 있으며, 이 슬러지배출구(42)는 상기 스키머(40)의 작동으로 걸러진 슬러지를 농축조(44)로 자동 배출시키는 기능을 수행한다.

상기 순환조(50)는 상기 부상조(30)를 거쳐 슬러지가 제거된 처리수를 배출관로(34)를 통해 공급받아 일차 저장한 후, 저장된 처리수를 후처리공정인 처리수조로 배출시키게 된다. 여기서 상기 순환조(50)에는 별도의 배출유로(52)가 연결되어 있으며, 이 배출유로(52)를 통해 일정량의 처리수는 후술할 DAF펌프(60)로 유입되어 진다.

한편, 전술한 부상조(30)에는 상기 순환조(50)에 저장되어 있는 처리수를 배출유로(52)를 통해 공급받아 상기 처리수와 외부공기를 혼합한 후, 이 혼합액을 상기 부상조(30)의 공급관로(32)에 연결되어 있는 혼합액유로(62)를 통해 상기 부상조(30)내로 분출하여 미세기포를 발생시켜 슬러지를 부상시키게 되는 DAF펌프(60)가 설치되어 진다.

상기 DAF펌프(60)란 펌프내에서 가압된 유체와 공기가 과포화 상태의 혼합액으로 변화되어 미세기포가 발생하도록 함으로서 수중의 부유물질과 충돌, 부착되는 원리로서, 보다 상세히는 임펠러의 회전에 의해 전면베인은 물을 흡입하여 공기압을 형성시키고 후면베인은 공기를 흡입하여 대기압보다 낮은압을 이루다가 와류실에서 물(본발명에서는 순환조내에 저장되어 있는 처리수를 사용함)과 공기가 혼합되면서 헨리의 법칙에 따라 물속의 공기는 미세한 기포(Micro Bubble)로 녹아들게 되며, 이렇게 혼합된 물과 기포는 펌프토출부로 토출되면서 더욱 더 미세한 기포를 발생시키게 되는 것을 말한다. 여기서 상기한 DAF펌프(60)를 통해 형성된 미세기포 의 직경은 대략40㎛~70㎛사이로 매우 작고 균일한 직경을 가지게 되며, 따라서 종래와 달리 슬러지의 표면에 보다 많은 양의 미세기포가 들러붙게 됨으로서 슬러지를 최적의 속도로 부상시킬 수 있게 된다. 한편, 이러한 DAF펌프의 상세구성은 공지된 기술로서, 바람직하게는 미합중국 특허 제 6036434 호 및 국내에 출원된 출원번호 제 2001-0054397 호에 개제된 DAF펌프를 사용함이 바람직하다.

첨부된 도 2는 본 발명인 DAF펌프를 이용한 가압부상법의 폐수 재활용 시스템과 일반적인 가압부상법의 폐수 재활용 시스템에서 발생되는 미세기포의 직경크기를 비교한 그래프이다. 즉, 상기 도 2를 통해 알수 있는 바와 같이 본 발명은 종래 가압부상법에서 미세기포발생을 위해 사용되던 가압펌프, 압력탱크, 콤프레셔, 이젝트등의 설비를 사용치 않고 DAF펌프(60)를 이용하여 미세기포를 발생시키도록 함으로서 40~70㎛정도의 균일한 미세기포를 발생시킬 수 있게 되며, 따라서 슬러지의 부상속도를 높일 수 있음은 물론 원수내 존재하는 슬러지 대부분을 포집하여 부상시키게 됨으로서 처리수를 별도의 후처리공정으로 보낼 필요없이 본 발명만을 통해 용이하게 재활용할 수 있게 된다.

이상으로 살펴본 바와 같이, 본 발명은 DAF펌프에서 발생하는 균일하고 미세한 체적을 가진 미세기포를 이용하여 슬러지를 부상시킴으로서 다음과 같은 효과를 가지게 된다.

먼저 DAF펌프만을 사용하게 됨으로서 종래에 비해 설비의 간소함으로 인해 설치면적에 제한을 받지 않는다는 장점이있다. 또한 슬러지의 부상속도 및 포집율을 상승시킬 수 있게 되며, 따라서 높은 부상효율을 가질 수 있는 효과가 있다. 또한 상기한 효과를 통해 일차 처리된 처리수를 별도의 후처리공정 없이 재활용할 수 있게 됨으로서 불필요한 시설비가 지출되지 않는다는 효과를 가진다.

한편,본 발명에서는 유기응집제를 사용치 않고 무기응집제만을 사용하게 됨으로서 정수설비의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있으며, 마지막으로 부상한 슬러지를 제거하는 스키머의 작동방향이 원수의 흐름과 반대방향으로 작동하도록 함으로서 부상한 슬러지를 보다 효율적으로 제거할 수 있다는 상승적인 효과를 가진다.

Claims (3)

1. 폐수를 재활용하기 위한 시스템에 있어서,

   외부에서 공급된 원수를 무기응집제(14)와 교반 및 응집시켜 상기 원수에 함유된 부유물이나 고형물을 슬러지로 응집시키게 되는 반응조(10) 및 응집조(20)와, 상기 응집조(20)를 거쳐 응집된 슬러지를 부상시키는 부상조(30)와, 상기 부상조(30)를 거쳐 슬러지가 제거된 처리수를 일차 저장하는 순환조(50)로 구성되며;

   상기 부상조(30)에는 상기 순환조(50)에 저장되어 있는 처리수를 공급받아 상기 처리수와 외부공기를 혼합한 후, 상기 부상조(30)내로 분출하여 미세기포를 발생시켜 슬러지를 부상시키게 되는 DAF펌프(60)가 연결됨을 특징으로 하는 DAF펌 프를 이용한 가압부상법의 폐수 재활용 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 부상조(30)에는 부상조(30)로 유입된 원수의 흐름과 반대방향으로 이동하며 부상한 슬러지를 슬러지배출구(42)로 밀어내는 스키머(40)가 설치됨을 특징으로 하는 DAF를 이용한 가압부상법의 폐수 재활용 시스템.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 미세기포의 체적은 40 내지 70㎛인것을 특징으로 하는 DAF펌프를 이용한 가압부상법의 폐수 재활용 시스템.

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