KR20110111597A - 선박용 복합식 오폐수 처리장치 - Google Patents

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KR20110111597A
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Abstract

본 발명은 선박에서 발생하는 각종 오폐수를 선박 내부에서 자체적으로 정화 처리할 수 있도록 한 오폐수 처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유입-반응-침전-유출 과정을 단일반응조에서 미생물에 의하여 수행토록 한 연속회분식 반응조와, 상기 연속회분식 반응조를 거친 1차 처리수의 여과를 위한 멤브레인필터와, 상기 멤브레인필터를 거친 2차 처리수의 탈취 및 살균을 위한 오존인젝터 및 오존반응조로 오폐수 처리장치를 구성함으로서, 선박의 내부에서 발생하는 각종 오폐수를 보다 신속하고 효율적으로 정화시킬 수 있도록 하는 한편, 그 설치공간을 최대한으로 축소시켜 선박에의 적용성이 우수한 콤펙트한 처리장치를 제공토록 하며, 크루즈선과 같이 많은 탑승객이 이용하는 대형 선박에서도 오폐수 처리에 따른 부하변동에 보다 능동적으로 대처할 수 있도록 함은 물론, 최근에 엄격히 제한되고 있는 선박 오폐수 배출기준을 충분히 만족시킬 수 있는 수준의 자동화된 고도처리가 가능토록 한 선박용 복합식 오폐수 처리장치에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명에 따른 선박용 복합식 오폐수 처리장치(100)는, 오폐수탱크(1)로부터 공급된 오폐수를 활성슬러지에 배양된 미생물과 반응시키는 연속회분식 반응조(4)와, 상기 연속회분식 반응조(4)를 거쳐 배출된 1차 처리수를 중공사막식 멤브레인필터(13)로 여과 처리하는 여과조(12)와, 상기 여과조(12)의 멤브레인필터(13)로부터 연장되는 2차 처리수의 배출관에 설치되어 오존발생기(17)로부터 생성된 오존을 2차 처리수에 혼입시키는 오존인젝터(16)와, 상기 오존인젝터(16)의 출구측과 연결 설치되어 2차 처리수와 오존을 반응시키는 오존반응조(18)를 포함하여서 이루어지며, 상기 연속회분식 반응조(4)의 내부에는 교반모터(6)의 모터축(6a) 하단에 연결된 교반날개(6b)와, 에어공급관(8a)에 의하여 블로워(8)와 연결된 에어분산기(8b)와, 1차 처리수의 배출을 위한 디캔터(Decanter)(5)가 각각 삽입 설치되고, 상기 디캔터(5)는 배출펌프(11)가 장착된 제 1배출관(10)에 의하여 여과조(12)와 연결 설치되며, 상기 여과조(12)의 멤브레인필터(13) 하부측에는 에어공급관(8a)에 의하여 블로워(8)와 연결된 에어분산기(8b)가 설치되는 것을 특징으로 한다.

Description

선박용 복합식 오폐수 처리장치{Apparatus for multi-processing of wasted water in a ship}
본 발명은 유입-반응-침전-유출 과정을 단일반응조에서 미생물에 의하여 수행토록 한 연속회분식 반응조와, 상기 연속회분식 반응조를 거친 1차 처리수의 여과를 위한 멤브레인필터와, 상기 멤브레인필터를 거친 2차 처리수의 탈취 및 살균을 위한 오존인젝터 및 오존반응조를 사용하여 선박에서 발생한 오폐수의 처리장치를 제공함으로서, 선박의 내부에서 발생하는 각종 오폐수의 신속하고 효율적인 고도처리가 가능토록 하는 한편, 그 설치공간을 최대한으로 축소시켜 선박에의 적용성이 우수한 콤펙트한 처리장치를 제공토록 하며, 특히 크루즈선과 같은 대형 선박의 오폐수 처리 목적으로 최적화시킨 선박용 복합식 오폐수 처리장치에 관한 것이다.
일반적으로 선박에 적용되는 오폐수 처리방식은, 오염도가 낮은 주방오수나 생활오수의 경우 간단한 협잡물 처리를 거친 다음 그 여액은 운항중에 바다로 배출시키고, 오수로부터 분리된 협잡물은 분쇄 및 탈수 처리를 거쳐 그 부피를 줄인 상태로 저장시키는 한편, 오염도가 심한 분뇨 등의 폐수는 별도의 탱크에 저장시켰다가, 선박이 항구에 접안한 기간동안 탱크로리 등을 셔틀식으로 운행하면서 이를 육상 처리시설로 운반토록 하고 있다.
그러나, 최근에 들어 각종 선박의 대형화 뿐만 아니라 여객수송의 증대에 의하여 크루즈선과 같은 대형여객선이 건조되고 있으며, 탑승자들의 생활과정에서 발생하는 주방오수나 생활오수 및 분뇨 등을 포함하는 선박 오폐수의 배출량 또한 이에 동반하여 증가되고 있으므로, 선박에서 발생한 오폐수를 자체적으로 처리하는 데 많은 부담이 가중되고 있음은 물론이고, 미처리된 선박 오폐수에 의한 해양오염이 심각한 환경문제로 대두되고 있다.
이러한 상황에 발맞추어, 선박으로부터 배출되는 오폐수에 의한 해양오염의 방지 및 그 배출규제에 대한 필요성이 국제해사기구(IMO, International Maritime Organization)와, 해양환경보호위원회(MEPC, Marine Environment Protection Committee)와, MARPOL 73/78 협약 등에서 제기되어 왔으며, IMO 및 미국해안경비대(USCG, United States Coast Guard)에서 규정하고 있는 선박으로부터의 오폐수 배출기준을 표 1에 나타내었다.
배출한계 IMO MARPOL
Resolution
MEPC 159(55) 		USCG
33CFR 159
PT1-300		 USCG/Alaska
33CFR 159.309
시험기간, 일(Day) 10 10 30
총부유물질(TSS), mg/L 35 150 30
생물학적 산소요구량(BOD5), mg/L 25 - 30
화학적 산소요구량(COD), mg/L 125 - -
배설물에 포함된 대장균/
열저항성 대장균, cfu/100㎖		 100 200 20
잔류염소, mg/L 〈 0.5 - 0.01
산도(pH) 6.0-8.5 - 6.0-9.0
한편, 국내에서 생산되고 있는 선박용 오폐수 처리장치의 대부분은 그 승선인원이 최대 300인 미만이 되는 일반 선박용으로 국한되어 있으므로, 크루즈선과 같은 대형 선박에 적용시키기 어려운 문제점이 있었으며, 2010년부터 새로운 선박 오폐수 처리기준인 IMO Resolution MEPC.159(55)가 발효됨에 따라, 강화된 배출기준을 만족시킬 수 있도록 생물학적 정화성능 및 살균능력이 우수하고 효율적인 처리장치의 개발이 필요하게 되었다.
뿐만 아니라, 육상에서의 오폐수 처리는 장치의 설치에 필요한 넓은 면적을 쉽게 확보할 수 있고, 오폐수의 처리에 소요되는 시간에 대한 제한이 적지만, 선박의 오폐수 처리에는 장치의 설치공간과 처리시간에 대한 제약이 크기 때문에, 설치공간을 최대한으로 축소시킬 수 있으면서도 오폐수에 대한 신속하고 효율적인 처리가 가능한 콤펙트한 장치가 요구된다.
이와 더불어, 선박의 다양한 운항경로 및 운항기간에 따른 선박의 오폐수 부하변동을 포함하여, 외부의 물리적 환경변화에도 능동적으로 대처할 수 있는 처리장치를 제공해야 함은 물론이고, 선박의 내부에 존재하는 복잡한 장치와 배관시스템을 고려하여, 선박용 오폐수 처리장치는 그 설치와 제어 및 수리와 유지보수가 손쉽게 이루어질 수 있도록 간단하면서도 자동화된 시스템이 요구되어진다.
본 발명은 상기와 같은 요구사항에 부합되는 선박용 오폐수 처리장치를 제공하기 위하여 안출된 것으로서, 유기물 성분과 질소 및 인 성분의 생물학적 처리와 부유물의 중공사막(中空紗膜) 여과처리 및 오존에 의한 탈취와 살균처리를 통하여 선박의 내부에서 발생하는 각종 오폐수를 보다 신속하고 효율적으로 정화처리토록 하는 한편, 그 설치공간을 최대한으로 축소시켜 선박에의 적용성이 우수한 콤펙트한 처리장치를 제공토록 하며, 크루즈선과 같이 많은 탑승객이 이용하는 대형 선박에서도 오폐수 처리에 따른 부하변동에 보다 능동적으로 대처할 수 있음은 물론이고, 최근에 엄격히 제한되고 있는 선박 오폐수 배출기준을 충분히 만족시킬 수 있는 수준의 자동화된 고도처리가 가능한 선박용 복합식 오폐수 처리장치를 제공하는 것을 그 기술적인 과제로 한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명에 따른 선박용 복합식 오폐수 처리장치는, 오폐수탱크로부터 공급된 오폐수를 활성슬러지에 배양된 미생물과 반응시키는 연속회분식 반응조와, 상기 연속회분식 반응조를 거쳐 배출된 1차 처리수를 중공사막식 멤브레인필터로 여과 처리하는 여과조와, 상기 여과조의 멤브레인필터로부터 연장되는 2차 처리수의 배출관에 설치되어 오존발생기로부터 생성된 오존을 2차 처리수에 혼입시키는 오존인젝터와, 상기 오존인젝터의 출구측과 연결 설치되어 2차 처리수와 오존을 반응시키는 오존반응조를 포함하여서 이루어지는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 연속회분식 반응조의 내부에는 교반모터의 모터축 하단에 연결된 교반날개와, 에어공급관에 의하여 블로워와 연결된 에어분산기와, 1차 처리수의 배출을 위한 디캔터가 각각 삽입 설치되고, 상기 디캔터는 배출펌프가 장착된 제 1배출관에 의하여 여과조와 연결 설치되며, 상기 여과조의 멤브레인필터 하부측에도 에어공급관에 의하여 블로워와 연결된 에어분산기가 설치되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 연속회분식 반응조는 여과조의 측면부를 따라 다수 개의 반응조로 분리되어 여과조와 일체로 설치되고, 상기 각각의 반응조마다 디캔터가 삽입 설치되는 것을 특징으로 하며, 상기 연속회분식 반응조의 내측 상부면에는 수면의 출렁거림을 제어하는 격자형의 배플이 설치되는 것을 특징으로 하고, 상기 오존반응조의 상단측에는 오존발생기로부터 연장되는 오존공급관이 연결 설치되는 것을 특징으로 한다.
이와 더불어, 상기 디캔터는 1차 처리수의 유입을 위하여 수면으로 부상되는 부표물과, 상기 부표물의 하측 중앙에서 부표물과 연결 설치되는 텔레스코프로드와, 상기 텔레스코프로드의 신축작동에 따른 부표물의 승하강 이동을 안내하는 가이드레일로 이루어지며, 상기 텔레스코프로드와 가이드레일은 연속회분식 반응조의 바닥면에서 수직 방향으로 설치되고, 상기 제 1배출관은 텔레스코프로드의 하단측과 연결 설치되는 것을 특징으로 하며, 상기 연속회분식 반응조로부터 여과조의 내부로 1차 처리수를 배출하는 배출펌프는, 연속회분식 반응조의 내부에서 디캔터와 연결 설치되는 수중펌프가 되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 하나의 반응조에서 오폐수의 생물학적인 1차 처리가 가능한 연속회분식 반응조를 기초로 하여, 여과처리와 탈취 및 살균처리를 추가적으로 수행할 수 있도록 함으로서, 오폐수 처리장치의 설치공간을 크게 줄일 수 있음에 따라 선박에의 적용성이 우수한 콤펙트한 처리장치를 제공하는 효과를 가지는 한편, 선박에서 발생한 오폐수의 효율적인 고도처리 또한 가능토록 하는 효과가 있다.
뿐만 아니라, 연속회분식 반응조 이후에 발생하는 오폐수의 여과처리와 탈취 및 살균처리는, 분사펌프의 작동에 따라 멤브레인필터와 오존인젝터 및 오존반응기를 처리수가 통과하는 짧은 시간동안 모두 자동적으로 수행되기 때문에, 오폐수의 처리시간을 최대한으로 단축시키는 효과가 있음은 물론이고, 오폐수의 처리과정이 단일경로를 따라 매우 간단한 방식으로 진행됨으로서, 처리장치의 설치와 제어 및 그 수리와 유지보수 또한 매우 손쉽고 용이하게 수행토록 하는 효과가 있다.
특히, 상기 연속회분식 반응조를 다수 개로 분리하여 설치한 경우에는, 각각의 반응조를 교대로 작동시켜 오폐수의 처리를 지속적으로 수행할 수 있고, 오폐수의 처리부하가 크게 되어 각각의 반응조를 동시에 작동시키더라도 오폐수의 처리에 따른 시간적인 부하는 각각의 반응조마다 할당된 1/n(반응조개수) 만큼 줄어든 상태가 되도록 함으로서, 오폐수 처리에 따른 부하변동에 보다 능동적으로 대처할 수 있는 처리장치를 제공하는 효과가 있다.
이로 인하여, 크루즈선과 같은 대형여객선이나 탑승객이 많은 대형 선박과 같이, 오폐수 처리에 따른 부하변동이 크게 되는 선박용으로 최적화 된 오폐수 처리장치를 제공할 수 있는 한편, 최근에 엄격히 제한되고 있는 선박 오폐수 배출기준을 충분히 만족시킬 수 있는 수준의 자동화된 고도처리가 가능한 오폐수 처리장치를 제공할 수 있는 효과를 가지는 것이다.
마지막으로, 상기 연속회분식 반응조의 내측 상단부에 격자형의 배플을 설치한 경우에는, 선박의 요동과 같은 외부의 물리적인 환경변화가 발생하더라도 연속회분식 반응조에 저장된 오폐수(처리수)의 수면을 안정적으로 유지시킬 수 있으며, 이로 인하여 연속회분식 반응조에서 활성슬러지의 교반이나 활성슬러지의 침전과 같은 오폐수의 처리작업을 한층 더 안정적으로 수행할 수 있는 등의 매우 유용한 효과를 가지는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 선박용 복합식 오폐수 처리장치를 나타내는 배관도이고,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박용 복합식 오폐수 처리장치를 연속회분식 반응조 중심으로 나타내는 배관도이며,
도 3은 도 2의 평단면도이다.
이하, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 선박용 복합식 오폐수 처리장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 오폐수탱크(1)와, 오폐수의 생물학적 처리를 위한 연속회분식 반응조(4)와, 부유물의 제거를 위한 중공사막(中空紗膜)식 멤브레인필터(13)가 구비된 여과조(12)와, 오폐수의 탈취 및 살균처리를 위한 오존발생기(17)와 오존인젝터(16) 및 오존반응조(18)를 포함하여서 이루어진다.
상기 오폐수탱크(1)의 내부에는 선박에서 발생한 각종 주방오수나 생활오수 및 분뇨 등의 오폐수가 저장되도록 하되, 그 크기가 비교적 크게 되는 협잡물의 제거가 이루어진 상태로 오폐수가 저장되도록 하며, 상기 오폐수탱크(1)는 공급펌프(3)가 장착된 오폐수공급관(2)에 의하여 오폐수의 생물학적 처리를 위한 연속회분식 반응조(4)와 연결 설치된다.
상기 연속회분식 반응조(4)는 오폐수의 생물학적 처리에 사용되는 공지의 장치로서, SBR(Sequencing Batch Reactor)이라고도 하며, 미생물이 배양된 활성슬러지를 이용한 공법을 공간적 개념에서 시간적 개념으로 바꾼 것으로서, 여러 가지의 부가적인 주변기기 없이도 호기(好氣) 조건과 혐기(嫌氣) 조건을 주어 각종 유기물과 질소 및 인 성분의 제거가 가능하고, 유입-반응-침전-유출로 이루어지는 일련의 과정을 단일반응조에서 수행할 수 있기 때문에 시간적,공간적 잇점을 제공하게 된다.
따라서, 상기와 같은 연속회분식 반응조(4)를 기초로 하여 선박용 오폐수 처리장치(100)를 구성하게 되면, 하나의 반응조에서 모든 생물학적 처리과정이 이루어지므로 설치공간을 크게 줄일 수 있고, 선박의 물리적인 외부환경이 변화될 시에도 오폐수 유입공정을 적절하게 조절하여 오폐수의 처리효율을 높일 수 있으며, 운전의 자동화에 따른 공정의 유연성과 인력의 낭비를 방지할 수 있게 된다.
상기 연속회분식 반응조(4)의 내부에는 교반모터(6)의 모터축(6a) 하단에 연결된 교반날개(6b)와, 솔레노이드 밸브(S.V)가 장착된 에어공급관(8a)에 의하여 블로워(8)와 연결된 에어분산기(8b)와, 1차 처리수의 배출을 위한 디캔터(Decanter)(5)가 각각 삽입 설치되고, 상기 연속회분식 반응조(4)의 바닥부에는 솔레노이드 밸브(S.V)가 장착된 슬러지배출관(9)이 연결 설치되어 있다.
상기 교반날개(6b)는 오폐수의 생물학적 처리를 위하여 오폐수탱크(1)로부터 공급된 오폐수를 미생물이 배양된 활성슬러지와 골고루 혼합시키는 기능을 수행하고, 상기 에어분산기(8b)는 활성슬러지의 부상(浮上) 및 호기성 반응시에 필요한 산소공급기능을 수행하며, 연속회분식 반응조(4)에서 미생물에 의한 오폐수중의 유기물과 질소 및 인 성분의 처리는 아래와 같은 방식으로 진행된다.
먼저, 독성이 강한 암모니아성 질소를 아질산으로 산화시키는 질산화 반응은 에어분산기(8b)로부터 공기(산소)가 공급되는 호기성 상태에서 암모니아가 질산화 미생물인 니트로소모나스(Nitrosomonas)와 니트로박터(Nitrobacter)에 의해 아질산을 거쳐 질산으로 산화되는 과정이며, 그 반응식은 세포합성 과정을 무시하면 (1),(2)식과 같다.
(1) NH4 + + 1.5O2 → NO2 - + H2O + H+ + energy
(2) NO2 - + 0.5O2 → NO3 - + energy
상기 (1),(2)식을 정리하면 (3)식과 같은 반응식이 되며, 각각의 반응에서 생성된 에너지는 호기성 미생물의 세포합성 및 유지에 사용된다.
NH4 + + 2O2 → NO3 - + 2H+ + H2O + energy ---------------------- (3)
이와 더불어, 미생물이 유기물이나 유기잔사체 등을 분해할 때, 산소 대신 질산성 질소를 사용하면서 질산성 질소가 질소가스로 환원되는 것을 탈질반응이라고 하며, 글루코오스(Glucose)를 사용할 때 산소가 최종 전자수용체인 경우 글루코오스의 분해 과정에서 1몰이 분해될 때 38 ATP가 생성되고, 질산성 질소가 최종 전자수용체인 경우 1몰이 분해될 때 26 ATP가 생성되기 때문에, 산소와 질산성 질소가 같이 존재할 경우에는 산소를 선호하게 된다.
따라서, 에어분산기(8b)로부터 공기(산소)가 공급되지 아니하는 혐기성 상태에서 탈질반응이 진행되지만, 약산성 상태에서는 산소가 존재하더라도 탈질반응이 진행되는 것으로 보고 있으며, 탈질반응은 유기물의 분해반응이기 때문에 탄소원을 필요로 하는 바, 이 탄소원으로는 메탄올을 주로 사용하며, 진행되는 반응은 아래의 (5),(6)식과 같다.
(5) 6NO3 - + 5CH3OH → 3N2 + 5CO2 + 7H2O + 6OH-
(6) NO2 - + 1.08CH3OH + 0.24H2CO3 → 0.056C5H9NO2 + 0.47N2 + 1.68H2O + HCO3 -
상기와 같은 방식으로 연속회분식 반응조(4)의 내부에서 질산화 반응 및 탈질반응을 수행하여 오폐수의 생물학적 1차 처리가 이루어지도록 한 다음에는, 미생물이 배양된 활성슬러지를 연속회분식 반응조(4)의 바닥부로 침전시키는 한편, 슬러지가 포함되지 않은 1차 처리수로서의 여액을 배출펌프(11)가 장착된 제 1배출관(10)을 통하여 여과조(12)로 배출시키게 된다.
이 경우, 여과조(12)로 배출되는 1차 처리수의 량을 약 50% 내지 60% 정도로 조정하게 되는 데, 그 이유는 배출되는 1차 처리수의 량이 60%를 초과할 경우 활성슬러지의 유출이 발생하여 1차 처리수의 오염을 유발시킴은 물론, 여과조(12)에 설치된 멤브레인필터(13)의 여과부하를 증대시키기 때문이며, 이러한 1차 처리수의 배출량을 조절할 수 있도록 연속회분식 반응조(4)의 내부에 디캔터(5)가 설치된다.
상기 디캔터(5)는 연속회분식 반응조(4)에 저장된 오폐수(처리수)의 수면으로 부유하는 부표물(5a)을 기초로 설치되는 것으로서, 상기 부표물(5a)에 처리수의 유입통로를 제공하는 한편, 상기 부표물(5a)을 배출펌프(11)가 장착된 제 1배출관(10)과 연결시킴으로서, 침전이 완료된 활성슬러지의 상부측에 위치하는 1차 처리수로서의 여액을 배출펌프(11)의 작동에 따라 그 수면으로부터 순차적으로 배출시키는 기능을 수행하게 된다.
상기 디캔터(5) 또한 연속회분식 반응조(4)에 널리 사용되는 공지의 부품이며, 그 작동방식에 따라 단순부유식이나 레버작동식과 같은 여러 가지의 형태가 알려져 있지만, 본 발명에서는 상기 부표물(5a)이 텔레스코프로드(Telescope-rod) (5b)의 상단측에 설치되도록 한 상태에서, 상기 텔레스코프로드(5b)의 하단부에 제 1배출관(10)이 연결 설치된 것을 대표적인 실시예로 하였다.
상기 텔레스코프로드(5b)는 도 1 및 도 2에 각각 도시되어 있는 바와 같이, 1차 처리수의 배출통로를 제공하는 다수 개, 바람직하게는 3개 내지 4개의 파이프가 텔레스코프식으로 연결 설치된 것으로서, 오폐수의 유입시에는 부표물(5a)의 부력에 의하여 텔레스코프로드(5b)가 상부로 신장되고, 1차 처리수의 배출시에는 부표물(5a)의 자중에 의하여 텔레스코프로드(5b)가 하부 방향을 따라 줄어드는 식으로 작동된다.
상기와 같이 텔레스코프로드(5b)에 의한 디캔터(5)의 작동을 보다 더 원활하게 수행할 수 있도록, 텔레스코프로드(5b)의 양측에는 부표물(5a)의 가이드레일(5c)이 설치되며, 상기 부표물(5a)의 하단측에는 텔레스코프로드(5b)를 통하여 1차 처리수를 유입시키기 위한 유입관(미도시) 및 1차 처리수의 탁도를 측정하여 배출펌프(11)의 작동을 제어하는 탁도센서(5d)가 각각 설치된다.
상기 텔레스코프로드(5b)를 이루는 각각의 파이프 연결부에는 수밀처리용 오링이나 수밀기능을 가지는 가이드 베어링 등이 설치되고, 텔레스코프로드(5b)와 가이드레일(5c)은 연속회분식 반응조(4)의 바닥부에서 수직 방향으로 평행하게 설치되며, 제 1배출관(10)은 텔레스코프로드(5b)의 하단측과 연결된 상태에서 여과조(12)측으로 연장된다.
상기 여과조(12)의 내부에는 디캔터(5)와 제 1배출관(10)을 거쳐 공급된 1차 처리수로부터 각종 부유물을 제거하는 중공사막식 멤브레인필터(13)가 설치되고, 상기 멤브레인필터(13)의 하부측에 해당하는 여과조(12)의 바닥부에는 솔레노이드 밸브(S.V)가 장착된 에어공급관(8a)에 의하여 블로워(8)와 연결된 에어분산기(8b)가 설치된다.
상기 에어분산기(8b)는 멤브레인필터(13)의 표면에 부착된 이물질을 기포에 의하여 탈락시킴으로서, 멤브레인필터(13)의 여과성능을 일정하게 유지시키는 기능을 수행하게 되며, 각각의 멤브레인필터(13)는 일정 기간동안 사용한 이후에 용이하게 교체할 수 있도록, 여과조(12)의 내부에 카트리지(Cartridge)식으로 설치하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 여과조(12)에 설치된 각각의 멤브레인필터(13) 상단측으로부터 제 2배출관(14)이 연장되는 한편, 상기 제 2배출관(14)에 분사펌프(15)와 오존인젝터(16)가 각각 설치됨으로서, 멤브레인필터(13)를 거쳐 부유물이 제거된 상태의 2차 처리수를 분사펌프(15)에 의하여 오존인젝터(16)로 공급시킬 수 있게 되며, 상기 오존인젝터(16)에는 오존발생기(17)로부터 생성된 오존가스를 공급하는 오존공급관(17a)이 연결 설치되어 있다.
상기 오존인젝터(16)는, 분사펌프(15)로부터 공급되는 2차 처리수가 미도시된 노즐부를 통과하는 과정에서 부압(負壓: 대기압보다 낮은 압력)이 발생되도록 함에 따라, 오존발생기(17)로부터 오존공급관(17a)을 거쳐 공급되는 오존가스를 2차 처리수와 혼입(混入)시키는 기능을 수행하며, 이는 일반적인 인젝터(Injector)의 원리와 동일하게 이루어지는 것이다.
상기 오존발생기(17)는 오존가스를 생성시킬 수 있는 것이라면 어떠한 제품을 사용하더라도 무방하며, 통상적으로는 플레이트(Plate)형과 튜브(Tube)형의 2가지 구조가 있으나, 컴프레셔로부터 발생한 압축공기를 필터를 통하여 정화시킨 다음, 냉각수 통로 사이에 설치된 방전관을 따라 공급시킴으로서, 방전관을 지나는 차고 깨끗한 공기 속의 산소가 전기적 에너지와의 충돌에 의하여 분해 및 재결합됨에 따라 오존가스를 생성시키는 원리는 동일하다.
한편, 오존인젝터(16)를 거쳐 연장되는 제 2배출관(14)의 단부에는 오존반응조(18)가 연결 설치됨으로서, 오존가스가 혼입된 2차 처리수가 오존반응조(18)의 내부에서 오존가스에 의하여 탈취 및 살균 처리되도록 하며, 오존반응조(18)의 내부에는 2차 처리수의 유동경로를 지그재그식으로 조정하여 2차 처리수의 수력학적 체류시간 및 이를 기초로 한 반응시간을 최대한으로 확보할 수 있도록 유로조정판(18a)이 설치된다.
상기와 같이 오존반응조(18)의 내부에서 탈취 및 살균처리까지 이루어진 최종 처리수를 선박의 외부로 배출시킬 수 있도록, 오존반응조(18)의 출구측에는 처리수배출관(19)이 연결 설치되어 있으며, 탈취 및 살균처리에 필요한 오존가스를 보다 더 충분하게 공급시킬 수 있도록, 상기 오존발생기(17)로부터 연장되는 오존공급관(17a)이 추가로 분기되어 오존반응조(18)의 상단측에 연결 설치되어 있다.
또한, 오폐수의 처리에 사용되고 남은 여분의 오존가스를 무해한 상태로 배출시킬 수 있도록, 오존반응조(18)와 연결되는 오존공급관(17a)으로부터 다른 하나의 오존공급관(17a)이 추가로 분기되어 오존제거기(20)와 연결 설치되며, 상기 오존제거기(20)는 전기.화학적인 방법으로 오존가스를 산화 처리하거나, 활성탄과 같은 다공성 흡착필터로 오존가스를 흡착 제거하는 것을 대표적인 예로 들 수 있다.
그리고, 오존발생기(17)의 출구측에 해당하는 오존공급관(17a) 및 오존인젝터(16)를 지난 위치에 해당하는 제 2배출관(14)에는 오존가스와 처리수의 역류를 방지하기 위한 체크밸브(C.V)가 설치되어 있으며, 이외에도 본 발명에 따른 선박용 복합식 오폐수 처리장치(100)의 자동화를 이루어낼 수 있도록 각종 센서기구 및 밸브기구가 제공되어 있다.
상기 센서기구로서, 연속회분식 반응조(4)와 여과조(12)에는 수위레벨센서(7)가 각각 설치되고, 연속회분식 반응조(4)에는 디캔터(5)에 설치되어 처리수 중의 활성슬러지 농도(MLSS)를 측정하는 상기 탁도센서(5d)를 포함하여, 용존산소(DO)와 온도 및 pH와 산화환원전위차(ORP) 등을 측정하는 센서(S1)(S2)가 설치된다.
상기 각각의 센서는, 오폐수공급관(2)의 공급펌프(3)와 제 1배출관(10)의 배출펌프(11)와 제 2배출관(14)의 분사펌프(15) 및 연속회분식 반응조(4)와 여과조(12)용 블로워(8)의 작동을 제어하는 동시에, 슬러지배출관(9)과 에어공급관(8a)에 설치된 각각의 솔레노이드 밸브(S.V) 및 배출펌프(11)의 이전 위치에서 제 1배출관(10)에 설치된 솔레노이드 밸브(S.V)의 작동을 제어하게 된다.
다른 한편으로, 오존발생기(17)에 의한 오존생산량을 자동적으로 제어할 수 있도록, 오존인젝터(16)의 입구와 출구측에 해당하는 제 2배출관(14) 및 오존인젝터(16)와 연결되는 오존공급관(17a)에는 압력계(P1)(P2)(P3)가 각각 설치되는 한편, 오존반응조(18)와 연결되는 오존공급관(17a)에도 압력계(P4)가 설치되며, 상기 처리수배출관(19)에는 처리수의 최종 상태와 배출량을 측정하여 오폐수 처리장치(100)를 피드백 제어하는 센서(S3)가 설치되어 있다.
상기와 같이 본 발명에 따른 오폐수 처리장치(100)의 자동화를 위하여 설치되는 각각의 센서(S1)(S2)(S3)와 압력계(P1)(P2)(P3)(P4) 및 솔레노이드 밸브(S.V)와 같은 제어기구의 적용례는 도 1에 도시된 것으로 한정되지 아니하며, 오폐수 처리장치(100)의 자동화를 이루어낼 수 있는 것이라면, 제어기구의 종류와 위치는 임의대로 변경이 가능함을 밝혀두는 바이다.
다시 말해서, 도 1에 도시된 적용례를 기준으로 하여 제어기구의 적용위치나 개수를 보다 증가시킬 수도 있고, 도 1에 도시된 적용례를 기준으로 하여 제어기구의 적용위치나 개수를 줄여서 최대한 간소화시킬 수도 있다는 것이며, 이는 각 배관의 개폐를 위하여 설치되는 통상적인 밸브(V)의 적용에 있어서도 동일하게 이루어진다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 하나의 반응조에서 오폐수의 생물학적인 1차 처리가 가능한 연속회분식 반응조(4)를 기초로 하여, 여과처리와 탈취 및 살균처리를 추가적으로 수행할 수 있도록 함으로서, 오폐수 처리장치(100)의 설치공간을 크게 줄일 수 있음에 따라 선박에의 적용성이 우수한 콤펙트한 처리장치를 제공할 수 있는 한편, 선박에서 발생한 오폐수의 효율적인 고도처리 또한 가능하게 된다.
뿐만 아니라, 연속회분식 반응조(4) 이후에 발생하는 오폐수의 여과처리와 탈취 및 살균처리는, 분사펌프(15)의 작동에 따라 멤브레인필터(13)와 오존인젝터(16) 및 오존반응조(18)를 처리수과 통과하는 짧은 시간동안 모두 자동적으로 수행되기 때문에, 오폐수의 처리시간을 최대한으로 단축시킬 수 있음은 물론이고, 오폐수의 처리과정이 단일경로를 따라 매우 간단한 방식으로 진행됨으로서, 오폐수 처리장치(100)의 설치와 제어 및 그 수리와 유지보수 또한 매우 손쉽고 용이하게 수행할 수 있는 것이다.
도 2 및 도 3에 도시된 것은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박용 복합식 오폐수 처리장치(100)에 관한 것으로서, 상기 연속회분식 반응조(4)를 다수 개의 반응조(4a~4b)로 분리시키는 한편, 각각의 반응조(4a~4b)를 여과조(12)의 주변에 콤펙트하게 배치시켜 여과조(12)와 일체로 설치되도록 한 것이며, 상기 디캔터(5)는 각각의 반응조(4a~4b)마다 1개씩 삽입 설치된다.
도면상 상기 연속회분식 반응조(4)는 여과조(12)의 측면부를 따라 시계 방향으로 제 1반응조(4a), 제 2반응조(4b), 제 3반응조(4c), 제 4반응조(4d)로 분리되어 있으나, 이와는 달리 연속회분식 반응조(4)를 3개 또는 5개 정도로 분리하여 설치하는 것도 가능하며, 상기 디캔터(5)는 앞선 기재내용에서 설명된 바와 같이 부표물(5a)과 텔레스코프로드(5b) 및 가이드레일(5c)로 이루어져 있다.
그리고, 도 2 및 도 3에는 도시되어 있지 아니하지만 상기 슬러지배출관(9) 또한 각각의 반응조(4a~4b)마다 설치하는 것이 바람직하고, 상기 수위레벨센서(7)를 포함하는 센서(S1)(S2)기구 역시 각각의 반응조(4a~4b)마다 설치하는 것이 바람직하며, 상기 제 2배출관(14)은 멤브레인필터(13)의 상단측에 연결될 수도 있고, 여과조(12)의 바닥부를 거쳐 멤브레인필터(13)의 하단부와 연결될 수도 있다.
한편, 도 3에서는 한 쌍의 오폐수공급관(2)과 공급펌프(3) 및 한 쌍의 블로워(8)를 사용함으로서, 각각 2개의 반응조(4a,4b)(4c,4d)를 통한 오폐수와 공기의 공급을 담당토록 하였으나, 하나의 오폐수공급관(2)과 공급펌프(3) 및 하나의 블로워(8)를 사용하여 4개의 반응조(4a~4b)를 모두 담당토록 할 수도 있으며, 이 경우에는 각각의 반응조(4a~4b)와 연결된 오폐수공급관(2) 및 에어공급관(8a)마다 솔레노이드 밸브(S.V)를 설치하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 다른 실시예에 있어, 연속회분식 반응조(4)의 디캔터(5)로부터 여과조(12)의 내부로 1차 처리수를 배출하는 제 1배출관(10)을 각각의 반응조(4a~4b)마다 분리하여 설치할 수도 있으나, 이러한 경우에는 총 4개의 제 1배출관(10)이 반응조(4a~4b)의 외부로 연장되어 여과조(12)와 연결 설치됨에 따라 전체적인 배관구조가 다소 복잡하게 될 우려가 있다.
이를 방지할 수 있도록, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1배출관(10)에 장착되는 배출펌프(11)를 수중펌프로 하여 각 반응조(4a~4b)의 내측 바닥면에 설치하는 한편, 각각의 반응조(4a~4b)에 설치된 디캔터(5)가 수중펌프인 배출펌프(11)를 거쳐 여과조(12)와 직접 연결 설치되도록 함으로서, 연속회분식 반응조(4)와 여과조(12)의 연결을 위한 배관이 외부로 노출되지 않도록 하였다.
본 발명의 다른 실시예에서와 같이 연속회분식 반응조(4)를 다수 개로 분리하여 설치하게 되면, 오폐수의 처리에 필요한 전체적인 부하, 예를 들어 활성슬러지의 부상과 교반 및 반응과 침전에 따른 시간적인 부하를 1/n(반응조개수) 만큼 분산시킬 수 있으며, 이로 인하여 각각의 반응조(4a~4b)를 교대로 작동시켜 오폐수의 처리를 지속적으로 수행할 수 있게 된다.
뿐만 아니라, 오폐수의 처리부하가 크게 될 경우에는 각각의 반응조(4a~4b)를 동시에 작동시킬 수도 있는 바, 이러한 경우에도 활성슬러지의 부상과 교반 및 반응과 침전에 따른 시간적인 부하는 각각의 반응조(4a~4b)마다 할당된 1/n(반응조개수) 만큼 줄어든 상태가 됨으로서, 오폐수 처리의 부하변동에 보다 능동적으로 대처할 수 있는 처리장치를 제공할 수 있게 된다.
이로 인하여, 크루즈선과 같은 대형여객선이나 탑승객이 많은 대형 선박과 같이 오폐수 처리에 따른 부하변동이 크게 되는 선박에 최적으로 적용시킬 수 있음은 물론이고, 최근에 엄격히 제한되고 있는 선박 오폐수 배출기준을 충분히 만족시킬 수 있는 수준의 자동화된 고도처리가 가능한 오폐수 처리장치(100)를 제공할 수 있는 것이다.
마지막으로, 본 발명에 따른 오폐수 처리장치(100)는 선박에 설치되는 것이므로, 선박의 운항시 발생하는 물리적인 환경변화, 예를 들어 선박의 롤링이나 피칭과 같은 요동 상황에서도 오폐수의 처리를 안정적으로 수행할 수 있도록, 도 2 및 도 3에 각각 도시된 바와 같이 연속회분식 반응조(4)의 내측 상단부에 격자형의 배플(Baffle)(21)이 설치된다.
상기와 같은 방식으로 배플(21)을 설치하게 되면, 선박의 요동시에도 연속회분식 반응조(4)에 저장된 오폐수(처리수)의 수면이 과도하게 출렁거리지 않게 되며, 이로 인하여 연속회분식 반응조(4)에서 활성슬러지의 교반 및 침전과 같은 오폐수의 처리작업이 한층 더 안정적으로 수행될 수 있으며, 필요에 따라서는 상기 여과조(12)의 내측 상단부에도 격자형의 배플(21)을 설치할 수 있다.
1 : 오폐수탱크 2 : 오폐수공급관 3 : 공급펌프
4 : 연속회분식 반응조 4a : 제 1반응조 4b : 제 2반응조
4c : 제 3반응조 4d : 제 4반응조 5 : 디캔터
5a : 부표물 5b : 텔레스코프로드 5c : 가이드레일
5d : 탁도센서 6 : 교반모터 6a : 모터축
6b : 교반날개 7 : 수위레벨센서 8 : 블로워
8a : 에어공급관 8b : 에어분산기 9 : 슬러지배출관
10 : 제 1배출관 11 : 배출펌프 12 : 여과조
13 : 멤브레인필터 14 : 제 2배출관 15 : 분사펌프
16 : 오존인젝터 17 : 오존발생기 17a : 오존공급관
18 : 오존반응조 18a : 유로조정판 19 : 처리수배출관
20 : 오존제거기 21 : 배플 100 : 오폐수 처리장치
V : 밸브 S.V : 솔레노이드 밸브 C.V : 체크밸브
S1,S2,S3 : 센서 P1,P2,P3,P4 : 압력계

Claims (6)

  1. 선박의 내부에서 발생한 오폐수를 선박에서 자체 처리하여 배출시키도록 한 오폐수 처리장치에 있어서,
    상기 오폐수 처리장치(100)는, 오폐수탱크(1)로부터 공급된 오폐수를 활성슬러지에 배양된 미생물과 반응시키는 연속회분식 반응조(4)와, 상기 연속회분식 반응조(4)를 거쳐 배출된 1차 처리수를 중공사막식 멤브레인필터(13)로 여과 처리하는 여과조(12)와, 상기 여과조(12)의 멤브레인필터(13)로부터 연장되는 2차 처리수의 배출관에 설치되어 오존발생기(17)로부터 생성된 오존을 2차 처리수에 혼입시키는 오존인젝터(16)와, 상기 오존인젝터(16)의 출구측과 연결 설치되어 2차 처리수와 오존을 반응시키는 오존반응조(18)를 포함하여서 이루어지며,
    상기 연속회분식 반응조(4)의 내부에는 교반모터(6)의 모터축(6a) 하단에 연결된 교반날개(6b)와, 에어공급관(8a)에 의하여 블로워(8)와 연결된 에어분산기(8b)와, 1차 처리수의 배출을 위한 디캔터(Decanter)(5)가 각각 삽입 설치되고, 상기 디캔터(5)는 배출펌프(11)가 장착된 제 1배출관(10)에 의하여 여과조(12)와 연결 설치되며,
    상기 여과조(12)의 멤브레인필터(13) 하부측에는 에어공급관(8a)에 의하여 블로워(8)와 연결된 에어분산기(8b)가 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 복합식 오폐수 처리장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 연속회분식 반응조(4)는 여과조(12)의 측면부를 따라 다수 개의 반응조(4a~4b)로 분리되어 여과조(12)와 일체로 설치되고, 상기 각각의 반응조(4a~4b)마다 디캔터(5)가 삽입 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 복합식 오폐수 처리장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 연속회분식 반응조(4)의 내측 상부면에는 수면의 출렁거림을 제어하는 격자형의 배플(Baffle)(21)이 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 복합식 오폐수 처리장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 오존반응조(18)의 상단측에는 오존발생기(17)로부터 연장되는 오존공급관(17a)이 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 복합식 오폐수 처리장치.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 디캔터(5)는 1차 처리수의 유입을 위하여 수면으로 부상되는 부표물(5a)과, 상기 부표물(5a)의 하측 중앙에서 부표물(5a)과 연결 설치되는 텔레스코프로드(Telescope-rod)(5b)와, 상기 텔레스코프로드(5b)의 신축작동에 따른 부표물(5a)의 승하강 이동을 안내하는 가이드레일(5c)로 이루어지며,
    상기 텔레스코프로드(5b)와 가이드레일(5c)은 연속회분식 반응조(4)의 바닥면에서 수직 방향으로 설치되고, 상기 제 1배출관(10)은 텔레스코프로드(5b)의 하단측과 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 복합식 오폐수 처리장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 연속회분식 반응조(4)로부터 여과조(12)의 내부로 1차 처리수를 배출하는 배출펌프(11)는, 연속회분식 반응조(4)의 내부에서 디캔터(5)와 연결 설치되는 수중펌프가 되는 것을 특징으로 하는 선박용 복합식 오폐수 처리장치.
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