KR20110120614A

KR20110120614A - 호기성과 혐기성 수처리 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20110120614A
Application number: KR1020100040098A
Authority: KR
Inventors: 최홍복
Original assignee: (주) 에코데이
Priority date: 2010-04-29
Filing date: 2010-04-29
Publication date: 2011-11-04

Abstract

오폐수 처리장치 및 방법이 개시된다. 그러한 오폐수 처리장치는 오폐수가 유입되어 포기 및 탈질과정이 진행되며, 발생된 기체를 배출시키는 기체 배출구와, 처리된 오폐수를 배출시키는 처리수 배출구와, 오폐수 및 기체가 공급되는 유입구로 구성되는 반응기; 상기 반응기의 내부에 다수의 슬러지 분리 단위체가 적층되어 상하로 구획하며, 상기 반응기의 하부로부터 상승하는 기체를 포집할 수 있는 체류공간이 형성됨으로써 포기과정에 의하여 슬러지를 분리하는 슬러지 분리수단; 상기 반응기의 내부로 기체를 유입하는 산기수단; 상기 반응기의 처리수 배출구에 연결됨으로써 상기 처리수가 공급되어 고액분리가 이루어지는 침전부와; 상기 침전부에 연결되며, 상기 처리수가 유입되며 차염소산이 주입됨으로써 처리수중에 함유된 암모니아가 제거되는 암모니아 제거조; 그리고 상기 암모니아 제거조에 연결되며, 처리수에 오존을 주입하여 유기물을 제거하는 유기물 제거조를 포함한다.

Description

호기성과 혐기성 수처리 장치 및 방법{PLANT FOR AEROBIC AND ANAEROBIC DIGESTION TREATMENT}

본 발명은 수처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 슬러지 분리 단위체가 내재된 반응조와, 차염소산 및 오존이 각각 공급되는 저장조들을 순차적으로 연결함으로써, 상기 반응조에 의하여 1차로 호기성 및 혐기성 소화를 실시하고, 2차적으로 차염소산을 공급하여 암모니아를 제거하고, 3차적으로 오존을 공급함으로써 유기물을 제거할 수 있는 수처리장치 및 방법을 제공하는데 있다.

일반적으로, 호기 또는 혐기성 소화는 현재 주로 사용되고 있는 완전혼합조에 의해서 처리되어 왔으나 플러그 흐름 반응기(Plug Flow Reactor;PFR)형태의 처리방법이 적절한 방법으로 추천되어 왔다.

그러나, 상기 완전혼합조는 유입된 유기성 폐수가 반응기내에서 완전히 혼합되고 동시에 유입된 만큼 방류되므로 불가피하게 낮은 처리효율과 낮은 처리속도가 동시에 나타나고 있다.

즉, 이러한 완전혼합조는 1차적으로 호기 혹은 혐기성 처리를 실시하여 폐수를 처리하는 바, 처리효율이 낮음으로 많은 유기물이 잔류하게 된다. 따라서, 이러한 다량의 유기물을 처리하기 위하여 차염소산을 주입하게 되나, 차염소산을 주입하는 경우 염소계 유기화합물이 생성되어 환경에 위해를 줄 수 있을 뿐만 아니라, 차염소산이 유기물 제거에 대부분 소모되어 암모니아를 제거하는 것이 어려운 문제점이 있다.

그리고, 이러한 처리수에는 고농도 암모니아가 잔류하게 되므로, 이러한 암모니아를 제거하기 위하여 차염소산을 처리수에 주입하나, 암모니아의 독성으로 인하여 유기물의 처리가 불가능한 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 반응기 내부를 다단으로 구성하고 각단 사이에 기체층을 형성시켜 유체의 흐름을 차단시키거나 액체의 유동성을 증가시켜 기액간의 물질순환과 물질 반응속도를 증가시켜 반응속도 및 유체의 흐름을 동시에 PFR의 형태를 유지함으로써 완전한 PFR 반응기를 구성하여 폐수를 1차적으로 처리하고, 반응기에 의하여 처리된 처리수에 차염소산을 주입하여 2차적으로 처리함으로써 암모니아를 제거하고, 오존을 주입함으로써 유기물을 효율적으로 제거할 수 있는 호기성 또는 혐기성 소화 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 상기와 같은 결과로 인하여 유체의 이동형태에만 초점을 두고 있는 이론적 PFR 반응기의 효율과 반응속도를 확보할 수 있어 각단에서 차별성 있는 조건을 구성할 수 있다. 호기성처리의 경우, 최하단에서 용존산소량과 미생물 개체수, 높은 원수의 농도가 확보되고 점진적으로 감소되어 배출되는 형태가 나타나 전형적인 PFR 형태의 반응기 흐름이 되고, 혐기성의 경우는 최하단에서 고농도 유기물과 미생물이 확보되고 점차적으로 유기물 농도가 낮아져 방출되므로 하부에서 낮은 pH 상부에서 높은 pH가 유지된다. 유입수의 특성에 따라서 하향류식으로 운전해도 역시 유기한 결과를 도출할 수 있다.

따라서, 현재까지의 완전 혼합조에서 불가피하게 나타나는 문제점을 총체적으로 극복할 수 있는 호기성 수처리와 혐기성 수처리 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예는 오폐수가 유입되어 포기 및 탈질과정이 진행되며, 발생된 기체를 배출시키는 기체 배출구와, 처리된 오폐수를 배출시키는 처리수 배출구와, 오폐수 및 기체가 공급되는 유입구로 구성되는 반응기;

상기 반응기의 내부에 다수의 슬러지 분리 단위체가 적층되어 상하로 구획하며, 상기 반응기의 하부로부터 상승하는 기체를 포집할 수 있는 체류공간이 형성됨으로써 포기과정에 의하여 슬러지를 분리하는 슬러지 분리수단;

상기 반응기의 내부로 기체를 유입하는 산기수단;

상기 반응기의 처리수 배출구에 연결됨으로써 상기 처리수가 공급되어 고액분리가 이루어지는 침전부와;

상기 침전부에 연결되며, 상기 처리수가 유입되어 차염소산이 주입됨으로써 처리수중에 함유된 암모니아가 제거되는 암모니아 제거조; 그리고

상기 암모니아 제거조에 연결되며, 처리수에 오존을 주입하여 유기물을 제거하는 유기물 제거조를 포함하는 수처리 장치를 제공한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 수처리 장치 및 방법은 다수의 슬러지 분리 단위체를 적층함으로써 반응기나 침전부 내부를 다단으로 구성하고, 각단 사이에 기체층을 형성시켜 유체의 흐름을 차단시키거나 액체의 유동성을 증가시켜 기액간의 물질순환과 물질 반응속도를 증가시켜 반응속도 및 유체의 흐름을 동시에 PFR의 형태를 유지하여 완전한 PFR 반응기 구성을 시도할 수 있으며, 폐수를 1차적으로 처리하고, 차염소산을 주입하여 2차적으로 처리함으로써 암모니아를 제거하고, 오존을 주입함으로써 유기물을 효율적으로 제거할 수 있는 장점이 있다.

또한, 다수의 슬러지 분리 단위체를 반응기의 내부에 적층함으로써 설치시간 및 비용을 절감할 수 있고, 설치작업이 간편한 장점이 있다.

그리고, 슬러지 분리단위체의 형상을 다양하게 구성함으로써 설계의 다양성을 높일 수 있는 장점이 있다.

도1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수처리 장치와 암모니아 제거조와, 유기물 제거조의 연결 구조를 보여주는 측면도이다.
도2 는 도1 에 도시된 수처리 장치의 슬러지 분리 단위체를 보여주는 사시도이다.
도3 은 도2 에 도시된 슬러지 분리 단위체의 내부 구조를 보여주는 측면도이다.
도4 는 도2 의 평면도이다.
도5 는 도1 에 도시된 슬러지 분리 단위체의 결합구조를 보여주는 측면도이다.
도6 은 도1 에 도시된 슬러지 분리 단위체의 다른 결합구조를 보여주는 측면도이다.
도7 은 도1 에 도시된 슬러지 분리 단위체의 유체 이동관의 다른 실시예를 보여주는 측면도이다.
도8 은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 슬러지 분리 단위체를 보여주는 사시도이다.
도9 는 도8 에 도시된 슬러지 분리단위체의 단면도이다.
도10 은 도8 에 도시된 슬러지 분리단위체가 반응조의 내부에 배치된 상태를 보여주는 사시도이다.
도11 은 도10 의 측면도이다.
도12 는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 슬러지 분리단위체를 보여주는 사시도이다.
도13 은 도12 에 도시된 슬러지 분리단위체의 단면도이다.
도14 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수처리 방법을 보여주는 흐름도이다.
도15 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수처리 장치를 호기성/혐기성 조건에서 처리한 결과를 보여주는 그래프이다.
도16 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수처리 장치를 이용하여 다양한 폐수를 처리한 결과를 보여주는 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오폐수 처리장치의 구성을 상세하게 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 수처리 장치(1)는 오폐수 및 공기가 유입되어 포기 및 탈질과정이 진행되는 반응기(3)와; 상기 반응기(3)의 내부에 다수의 슬러지 분리 단위체(5)를 적층하여 유입된 오폐수 및 기포를 밀도순서로 상향으로 이동시키고, 상기 오폐수 및 기포의 접촉면적을 증가시켜 산소 용존량을 증가시킴으로서 오염물을 분해하는 적어도 하나 이상의 슬러지 분리수단(S1,S2,S3)과; 상기 반응기(3)의 내부로 기체를 유입하는 산기수단(7)과; 상기 반응기(3)에 연결되어 반응기로부터 배출된 처리수를 침전시키는 침전부(6)와; 상기 침전부(6)에 의하여 침전된 처리수가 유입되며 차염소산이 주입됨으로써 처리수중에 함유된 암모니아가 제거되는 암모니아 제거조(8)와; 상기 암모니아 제거조(8)에 의하여 처리된 처리수에 오존을 주입하여 유기물을 제거하는 유기물 제거조(10)를 포함하는 포기 및 탈질조이다.

이러한 구조를 갖는 포기 및 탈질조에 있어서, 상기 반응기(3)는 통형상을 갖음으로써 그 내부에 일정한 공간이 형성되어 오폐수 및 공기가 유입될 수 있다. 이때, 상기 반응기(3)는 원통형상, 육면체, 혹은 팔면체 형상 등이 가능하다.

그리고, 상기 반응기(3)에는 상기 슬러지 분리수단(S1,S2,S3)을 통과한 기포를 상기 반응기(3)의 외부로 배출시키는 기체 배출구(9)와, 상기 슬러지 분리수단(S1,S2,S3)을 통과하여 처리된 오폐수를 외부로 배출시키는 처리수 배출구(11)가 연결된다.

또한, 이러한 반응기(3)의 하부에는 오폐수 및 기체가 공급되는 오폐수 유입관(13)이 연결된다. 이때, 상기 기체는 공기 혹은 메탄가스를 포함하며, 공기를 주입하는 경우에는 호기성 처리가 진행될 수 있고, 메탄가스를 주입하는 경우에는 혐기성 처리가 진행될 수 있다.

따라서, 상기 오폐수 유입관(13)을 통하여 유입된 오폐수는 상기 반응기(3)의 내부를 하부에서 부터 채우게 된다.

또한, 상기 산기수단(7)는 상기 오폐수 유입관(13)의 상부에 장착되며, 외부의 기체를 반응기(3)의 내부로 주입하게 된다.

이러한 산기수단(7)는 반응기(3)의 내측으로 연결된 유입배관(15)과, 상기 유입배관(15)상에 돌출 되는 적어도 하나 이상의 노즐(19)과, 상기 유입배관(15)의 일측에 구비되어 기체를 송출하는 송풍기(Blower;P1)를 포함한다.

따라서, 상기 송풍기(P1)에 의하여 상기 유입배관(15)으로 주입된 기체는 상기 다수개의 노즐(19)을 통하여 오폐수 중에 균일하게 분사될 수 있다.

한편, 상기 슬러지 분리수단(S1,S2,S3)은 적어도 하나의 슬러지 분리부, 바람직하게는 제1 슬러지 분리부(S1), 제2 슬러지 분리부(S2), 제3 슬러지 분리부(S3)로 이루어진다. 그리고, 제1 내지 제3 슬러지 분리부는 다수개의 슬러지 분리 단위체(5)를 적층함으로써 이루어진다.

이러한 슬러지 분리수단(S1,S2,S3)에 있어서, 각각의 슬러지 분리 단위체(5)는 동일한 형상을 갖음으로, 이하 하나의 슬러지 분리 단위체(5)에 의하여 설명한다.

상기 슬러지 분리 단위체(5)는 도2 내지 도4 에 도시된 바와 같이, 서로 대응되도록 배치되는 상,하 프레임(23,21)과, 상,하 프레임(23,21)을 연결하는 연결 프레임(25)과, 상부 프레임(23)의 내측에 구비되어 반응기(3)의 내부를 상하로 구획하는 플레이트(27)와, 상기 플레이트(27)에 구비되어 유체의 상하이동 통로가 되는 유체 이동관(29)을 포함한다.

이러한 구조를 갖는 슬러지 분리 단위체에 있어서, 상기 플레이트(27)는 상부 프레임(23)의 내측에 구비되어 유체의 상하이동을 차단한다. 이때, 상기 플레이트(27)는 중심방향에 위치하여 상하이동 통로가 되는 다수개의 유체 이동관(29)을 향하여 일정 각도 기울어짐으로써 하향 경사진 형상을 갖는다. 따라서, 상기 플레이트(27)의 상면에 슬러지가 침전되는 경우, 경사면(28)을 따라 하부로 이동함으로써 슬러지가 적층되는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 상기 플레이트(27)의 저면에는 보강대(35)가 배치됨으로써 플레이트(27)를 지지한다. 상기 보강대(35)는 플레이트(27)의 저면으로부터 하부로 일정 높이로 돌출된 턱형상이며, 유체 이동관(29)을 중심으로 가로 및 세로 방향으로 배치된다.

따라서, 상기 보강대(35)는 수처리 중 상기 플레이트(27)가 오폐수 및 기체에 의하여 유동하는 것을 방지할 수 있고 미생물이 부착,성장할 수 있는 굴곡있는 구조로 구성할 수 있다.

그리고, 상기 유체 이동관(29)은 플레이트(27)의 중간부에 하부 방향으로 돌출 된다. 이러한 유체 이동관(29)은 관체형상으로써 그 내부를 통하여 유체가 상하로 이동할 수 있다.

결국, 다수개의 슬러지 분리 단위체(5)가 반응기(3)의 내측에 적층되는 경우, 각각의 슬러지 분리 단위체(5)가 서로 맞닿게 되어 상기 플레이트(27)가 측방향으로 연결된 상태를 유지하게 되므로 오폐수가 이 플레이트(27)에 의하여 차단된 상태에서, 상기 유체 이동관(29)을 통하여 상하로 이동할 수 있다.

이러한 유체 이동관(29)을 보다 상세히 설명하면, 상기 유체이동관은 바람직하게는 상부의 면적이 하부의 면적보다 넓은 깔때기 형상을 갖는다.

이때, 상기 유체 이동관(29)은 깔때기 형상에 한정되는 것은 아니고, 역깔때기, 원통형 등 다양한 형태로 변형가능하고 동일한 플레이트에 모양, 크기, 길이, 갯수가 다양한 형태의 이동관이 동시에 설치될 수 있다.

따라서, 상기 다양한 깔때기 형상의 유체 이동관(29)으로 유입된 오폐수는 종류 및 기체량에 따라서 기체가 이동하는 조건과, 상단에서 하단으로 이동하는 고밀도 물질의 이동량과, 이동속도의 변화를 유도할 수 있고, 이러한 요인은 수처리 효율과 효과에 영향을 미친다.

예를 들면, 부채꼴 형상의 이동관의 경우, 상향 이동하는 유체가 분산됨으로 주위의 슬러지가 침전되어 상기 유체 이동관(29)의 근처에 누적되는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 상기 유체 이동관(29)은 플레이트(27)의 하부로 일정 길이로 돌출 형성됨으로써 상기 플레이트(27)의 저면에는 체류공간(Va,Vb,Vc)이 형성된다.

따라서, 반응기(3)의 하부로부터 상승한 기체는 이 체류공간(Va,Vb,Vc)에 포집되고, 일정량 이상 모이게 되면 압력에 의하여 사방으로 분산되어 상기 유체 이동관(29)으로 공급된다.

이때, 상기 유체 이동관(29)은 이웃한 슬러지 분리 단위체(5)의 유체 이동관(29)과 동일한 길이를 갖는 것이 바람직하지만, 도7 에 도시된 바와 같이, 유체 이동관(29)의 길이를 서로 다르게 형성할 수도 있다.

즉, 서로 이웃하여 배치된 슬러지 분리 단위체(50,52)에 있어서, 일측에 구비된 유체 이동관(56)의 길이(D2)가 타측에 구비된 유체 이동관(54)의 길이(D1)보다 길게 형성될 수 있다.

이와 같이, 일측의 유체 이동관(56)의 길이(D2)를 길게 형성됨으로써 반응기(3)의 내부에 수위 변화와 슬러지 이동 변화를 활성화할 수 있다.

즉, 기체가 점차로 상승하여 플레이트(27)의 저면에 체류공간(Va,Vb,Vc)을 형성하는 경우, 제1 수면(L1)이 형성된다.

그리고, 추가로 기체가 상승하는 경우, 일부의 기체가 길이가 짧은 유체 이동관(54)을 통하여 상승하게 된다. 이때, 길이가 짧은 유체 이동관(54)을 통하여 빠져나가지 못한 일부의 기체가 점차 포집됨으로써 제1 수면(L1)을 하부로 눌러서 제2 수면(L2)을 형성한다.

그리고, 제2 수면(L2)에 형성된 체류공간(Va,Vb,Vc)의 기체가 길이가 짧은 유체이동관(54)을 통하여 상부로 이동하게 된다.

이 과정에서 제1 수면(L1)과 제2 수면(L2)의 이동으로 인하여 수면의 변화가 생겨 유체의 유동성이 증가한다.

이때, 길이가 긴 이동관(56)의 경우, 제2 수면(Ｌ2)과 이동관(56)과의 간격이 짧아 기체의 저항을 상대적으로 적게 받아 하향 또는 상향 이동하는 슬러지의 대부분은 큰 이동관(56)을 통해서 하향 이동한다.

또한, 길이가 긴 이동관(56)의 상단은 기체 이동이 없거나 또는 가끔씩의 기체 이동이 있어 대체로 높은 농도의 슬러지가 모여 있고 고농도 슬러지를 선택적으로 하향 이동시킬 수 있다.

그리고, 길이가 긴 이동관(56)의 하단에 고농도 슬러지 농도를 유지할 수 있는 것은 반송량을 줄이고 처리속도를 증가시킬수 있는 매우 중요한 인자가 된다.

다시, 도2 내지 도4를 참조하면, 상기 상부 프레임(23)에는 결합돌기(31)가 각각 돌출 형성된다. 이 결합돌기(31)는 상부 프레임(23)의 각 모서리 상면에 일정 길이로 돌출 된다. 그리고, 하부 프레임(21)의 각 모서리 저면에는 결합홈(33)이 각각 형성된다.

따라서, 하부에 배치된 슬러지 분리 단위체(5)의 결합돌기(31)가 상부에 배치된 슬러지 분리 단위체(5)의 결합홈(33)에 삽입됨으로써 다수개의 슬러지 분리 단위체(5)는 서로 결합될 수 있다.

이때, 각 결합홈(33)의 내측에는 마찰부재, 바람직하게는 고무, 합성수지 등을 부착시킴으로써 결합돌기(31)가 삽입되었을 경우, 마찰력에 의하여 지지됨으로써 슬러지 분리 단위체(5)가 부력에 의하여 뜨는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 상기 상부 및 하부 프레임(23,21)에는 이동관(29)의 하단과 유사한 위치에 유통홀(h)이 형성된다. 따라서, 슬러지 분리 단위체(5)의 하단에서 상단으로 이동하는 기포와 물은 유체 이동관(29)의 하한선에서 나누어진다.

이때, 물은 일부 기포와 더불어 하향 이동하고, 일부 기체는 구멍(h)을 통하여 인근 슬러지 분리 단위체(5)의 기체압력, 기체량, 기체분배 형태에 따라서 이동하게 된다. 또한 상하 유동홀(h)을 연결하는 담체를 설치하여 미생물 성장 및 부착을 유도할 수 있다.

이때, 액체는 하부로 이동 및 혼합하게 되어 혼합효과를 극대화시키고 기체는 인근 슬러지 분리 단위체(5)로 균일하게 이동하게 되어 체류하는 기체가 남거나 부족되지 않는 슬러지 분리 단위체(5)를 유도한다.

따라서, 각각의 슬러지 분리 단위체(5)로 기체부력에 의해서 발생된 힘이 유체의 혼합에 알자힘으로 작용하게 하여 본 장치의 목적인 혼합효과를 극대화시킬 수 있고 동시에 불규칙한 파동이나 진동에 의해서 장치를 안정에 저해하는 요인을 최소화시킬 수 있다.

상기한 바와 같이, 슬러지 분리 단위체(5)를 적층하여 수처리를 하는 방식은 슬러지 분리 단위체(5)를 성형공법 등에 의하여 용이하게 대량으로 제조할 수 있다. 이때, 상기 슬러지 분리 단위체(5)는 작업의 편리성을 위하여 각 단위별로 분리 성형, 제작하여 결합시킬 수도 있다.

그리고, 도1 에 도시된 바와 같이, 상기 다수의 슬러지 분리 단위체(5)가 부력에 의하여 상승하는 것을 방지하기 위하여 고정바(80)가 최상단에 구비됨으로써 슬러지 분리 단위체를 누르게 된다. 이러한 고정바(80)의 일단은 반응기(3)의 내부 일측에 구비된 고정 브래킷(84)에 힌지가능하게 연결되고, 타단은 반응기(3)의 내부 타측에 구비된 잠금 브래킷(82)에 연결된다.

따라서, 상기 고정바는 고정 브래킷(84)에 의하여 힌지가능하게 고정된 상태에서, 잠금 브래킷(82)에 고정핀(86)에 의하여 고정됨으로써 다수의 슬러지 분리 단위체를 가압하여 부력에 의하여 뜨는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 상기 반응기(3)의 중간부분에는 청소 등을 위하여 맨홀(도시안됨)을 설치할 수 있다.

한편, 상기 반응기(3)의 일측에는 반응기(3) 내부의 기체 및 오폐수를 상하로 순환시키기 위한 순환수단(60)이 장착된다.

상기 순환수단(60)은 배관(62)과, 상기 배관(62)에 구비되는 펌프(P2)와, 상기 배관(62)으로부터 돌출 되어 반응기(3)의 상부공간에 연결되는 상부배관(64)과, 반응기(3)의 중간 공간에 연결되는 중간배관(65)과, 반응기(3)의 하부 공간에 연결되는 하부배관(66)을 포함한다.

따라서, 상기 펌프(P2)를 구동시킴으로써 반응기(3) 각 부분의 오폐수 및 기체를 순환시킬 수 있다. 이때, 상부배관(64),중간배관(65),하부배관(66)에 밸브가 부착되어 있어 상하 각단사이를 선택적으로 순환시킬 수 있다.

이러한 순환작업은 기체주입을 중단한 상태에서 이루어지며 일정한 주기로 실시함으로써 각 슬러지 분리부에 침전된 슬러지 중에서 질소를 제거(탈질)하는 효과가 있다. 물론, 공기가 주입되는 정상 운전상태에서는 순환작업과 무관하게 질산화가 발생한다.

한편, 상기 반응기(3)의 타측에는 기체 배출수단(70)이 제공됨으로써 각 슬러지 분리부에 포집된 기체를 외부로 배출하게 된다.

상기 기체 배출수단(70)은 기체가 이동 가능한 주배관(72)과, 상기 주배관(72)으로부터 돌출되어 반응기(3)의 내부로 진입하여 각 슬러지 분리부(S1,S2,S3)의 체류공간(Va,Vb,Vc)에 연통되는 보조배관(74a,74b,74c)을 포함한다.

이러한 구조를 갖는 기체 배출수단에 있어서, 각각의 보조배관(74a,74b,74c)은 각 슬러지 분리부(S1,S2,S3)의 체류공간(Va,Vb,Vc)에 연통됨으로써, 포집된 기체가 상기 보조배관(74a,74b,74c)으로 이동하고, 주배관(72)을 통하여 외부로 배출된다.

따라서, 이러한 기체 배출수단(70)은 반응기(3) 내부의 기체를 외부로 배출시킴으로써 탈질과정 등 무산소화 반응을 실시하는 경우 사용 가능하다.

이와 같은 포기 및 탈질조에 의하여 처리된 오폐수는 배출관을 통하여 외부로 방출된다.

한편, 도5 에는 본 발명에 따른 슬러지 분리 단위체의 결합구조가 도시된다. 도시된 바와 같이, 슬러지 분리단위체(40,42)를 배치하는 경우, 이웃한 슬러지 분리 단위체(42)와 결합함으로써 보다 안정적으로 배치될 수 있도록 한다.

즉, 일측 슬러지 분리수단(40)의 상부에 돌출된 결합돌기(44)는 일측에 경사면(48)이 형성된다. 그리고, 타측 슬러지 분리수단(42,S2,S3)의 상부에 돌출된 결합돌기(31)는 측방으로 돌출된 돌기(49)가 형성된다. 이때, 상기 돌기(49)와 경사면(48)의 경사각은 동일하다.

따라서, 일측 슬러지 분리수단(40)과 타측 슬러지 분리수단(42)을 측방향으로 서로 결합하는 경우, 상기 결합돌기(46)의 돌기(49)가 경사면(48)에 접촉함으로써 확고하게 결합할 수 있다.

이와 같이, 일측 및 타측 슬러지 분리 단위체(40,42)가 확고하게 결합됨으로써 슬러지 분리 단위체(40,42)의 사이 틈새로 오폐수 및 기체가 상승 혹은 하강 하는 것을 방지할 수 있다.

한편, 이러한 슬러지 분리 단위체의 결합구조는 도6 에 도시된 바와 같은 구조도 가능하다. 즉, 일측에 구비된 슬러지 분리 단위체(41)의 연결 프레임(51)에는 삽입홈(53)이 형성되고, 타측에 구비된 슬러지 분리 단위체(43)의 연결 프레임(45)에는 삽입돌기(47)가 돌출 형성되는 구조를 갖는다.

따라서, 타측 슬러지 분리 단위체(43)의 삽입돌기(47)가 일측 슬러지 분리 단위체(41)의 삽입홈에 삽입됨으로써 양 슬러지 분리 단위체(41,43)는 서로 결합될 수 있다.

반응기(3)의 내부에 메탄가스를 주입하여 혐기성 처리를 하는 경우에는 기체 유출구에 통상적인 구조의 기체 포집부가 구비될 수 있다.

한편, 상기 반응기(3)에서 1차적으로 처리된 처리수는 반응기(3)의 처리수 배출구(11)를 통하여 배출되어 침전부(6)로 공급된다.

그리고, 이 침전부(6)에 공급된 처리수중에 함유된 슬러지 등의 이물질은 침전됨으로써 고액분리가 이루어질 수 있다.

이때, 상기 침전부(6)는 고액분리의 목적이 있음으로, 고액 분리가 가능한 장치를 모두 포함한다. 즉, 상기 침전부(6)는 슬러지 농도에 따라서 회전체의 중량값 차이를 이용하는 기계적인 고액분리 장치, 혹은 가압부상 등 일반적인 고액분리 장치, 혹은 자연침전 방식에 의한 침전조 방식을 포함할 수 있다.

이와 같이 침전부(6)에 의하여 고액분리된 처리수는 펌프 등에 의하여 암모니아 제거조(8)로 공급됨으로써 처리수중에 함유된 암모니아가 제거될 수 있다.

상기 암모니아 제거조(8)는 내부에 일정한 용적의 공간이 형성되는 통체형상을 갖으며, 그 내부에 상기 반응기로부터 배출된 처리수가 저장된다.

그리고, 상기 암모니아 제거조(8)에는 차염소산이 공급됨으로써 처리수중에 함유된 암모니아가 제거될 수 있다.

이러한 과정을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 즉, 상기 차염소산을 이용하여 암모니아를 제거하는 과정은 파과점 염소주입법(Breakpoint Chlorination)에 의하여 진행될 수 있다.

즉, 상기 파과점 염소 주입법은 용액에서 암모니아성 질소를 질소가스와 안정된 화합물로 산화시키는 화학적 공정이다.

그러나, 종래의 수처리 공정에 있어서는 알칼리도와 반응할 수 있는 산과 총 용해성 고형물의 축적, 원하지 않는 염소계 유기화합물의 생성과 같은 많은 문제점으로 인하여 사용될 수 없었다.

그러나, 본 발명에 따른 수처리장치(1)는 반응기(3)에서 진행되는 1차적인 처리과정에 의하여 상당수의 유기물이 처리되므로 이러한 파과점 염소주입법에 의하여 처리수중의 암모니아가 효율적으로 제거될 수 있다.

이러한 파과점 염소 주입법은 아래의 화학식(1) 및 (2)에 의하여 진행되며, 반응이 매우 급속하게 일어난다. 일 예로 수온 20도에서 5분만에 약 90%의 반응이 일어난다.

-----(1)

-----(2)

이러한 파과점 염소 주입법이 수처리에 적용되는 경우에는 반응이 아래의 반응식(3)에 의하여 진행될 수 있다.

------(3)

상기한 바와 같이 차염소산을 암모니아 반응조의 처리수에 주입하여 파과점 염소 주입법에 의하여 처리함으로써 처리수중에 함유된 암모니아가 제거될 수 있다.

이와 같이, 차염소산에 의하여 처리수중의 암모니아가 제거될 수 있는 것은 상기 반응기(3)를 통하여 처리된 처리수중에는 저농도의 유기물이 존재하므로 차염소산이 유기물과 반응하지 않고 암모니아 제거 공정에만 집중됨으로써 가능하다.

참고적으로, 상기 파과점 염소 주입법에 있어서, 실험실 연구와 실제 규모의 시험에서 파과점 염소주입의 최적 운전 pH 범위는 6~7이다. 만일 이 범위 밖에서 파과점 염소주입이 시행되면, 파과점에 도달하기 위해 필요한 주입량은 상당히 증가하게 되고 반응율은 느려진다. 정상적인 하수처리에서 온도는 중요한 요소가 아니다.

그리고, 반응기의 유출수로부터 암모니아성 질소를 파과점 염소주입으로 처리하는 공정은 단독 혹은 여러 개의 공정과 결합하여 사용된다.

단독으로 사용할 때 필요한 염소 주입량 이상으로 주입되는 것을 방지하기 위하여 파과점 염소주입은 처리수의 암모니아 농도를 낮추기 위하여 생물학적 질산화공정후에 이용된다.

또한, 이 공정의 운전을 최적화하고 시설비 및 운전비를 줄이기 위하여 유량 조정조가 더 추가될 수도 있다. 또한, 염소화합물이 환경에 미치는 잠재적 독성 때문에 유출수에서 탈염소를 행하는 공정이 선택적으로 추가될 수도 있다.

한편, 상기 유기물 제거조(10)는 상기 암모니아 제거조(8)에 연결됨으로써 암모니아가 제거된 처리수가 공급되어 저장된다. 이러한 유기물 제거조(10)는 내부에 일정 용적의 공간이 형성되며 암모니아 제거조(8)로부터 펌프 등에 의하여 처리수가 유입되어 저장될 수 있다. 그리고, 상기 유기물 제거조(10)에는 오존이 공급됨으로써 처리수중에 함유된 유기물을 제거할 수 있다.

이러한 오존은 3개의 산소원자가 4가지 형상의 공명구조로 결합된 형태로 존재하며 오존이 자기분해 할 때 생성되는 OH 라디칼은 강력한 산화력을 가짐으로써 오염원인 유기물을 산화시킬 수 있다.

즉, 상기 오존은 액상에 용해되는 경우, 자체의 불안정성으로 인하여 물 속에서 자기분해로 인한 연속적인 산화반응을 일으킴으로써 폐수를 처리하게 된다.

이때, 오존의 분해공정은 pH, UV, O₃농도, Radical Scavenger 등에 의해 영향을 받으며, 특히 오존의 분해속도는 pH에 크게 영향을 받는다.

상기한 바와 같이, 반응기에 의하여 1차적으로 처리된 처리수는, 암모니아 제거조(8)에서 차염소산이 주입됨으로써 2차적으로 처리되어 암모니아가 제거되며, 암모니아가 제거된 처리수는 유기물 제거조(10)에 공급되어 오존이 주입됨으로써 3차적으로 처리될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수처리 방법을 더욱 상세하게 설명한다.

도14 에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 수처리 방법은 유입수중의 협잡물을 제거하고, 파쇄기를 이용하여 파쇄하는 전처리 단계(S100)와; 호기과정을 통하여 유입수에 기체를 주입하여 유기물과 질소를 산화시키고 다음 단계로 이동시키 포기 및 탈질단계(S120)와; 유입수가 호기처리 된 후에 고액분리를 하여 침전시키는 단계(S130)와; 침전단계(S130)를 거친 처리수에 차염소산을 주입하여 암모니아를 제거하는 단계(S140)와; 그리고 암모니아가 처리된 처리수에 오존을 주입하여 유기물을 제거하는 단계(S150)를 포함한다.

이러한 순서로 진행되는 수처리 방법에 있어서, 상기 전처리 단계(S100)는 통상적인 방식으로 진행된다. 즉, 오폐수중에 함유된 협잡물을 제거하기 위하여 오폐수를 파쇄기를 통과시킴으로써 오폐수중에 함유된 협잡물을 파쇄함으로써 미세화시킨다.

이와 같이, 전전처리 단계(S100)가 완료되면, 포기 및 탈질단계(S120)가 진행된다.

이러한 포기 및 탈질단계(S120)를 설명하면, 도1 내지 도4 에 도시된 바와 같이, 처리 대상 오폐수가 오폐수 유입관(13)을 통하여 반응기(3)의 내부로 유입되고, 또한 외부기체도 산기수단(7)를 통하여 반응기(3)의 내부로 유입된다.

그리고, 상기 산기수단(7)에 주입된 기체는 다수개의 노즐(19)을 통하여 균일하게 분사됨으로 포기과정이 효과적으로 이루어질 수 있다.

상기한 바와 같이 반응기(3)의 내부로 유입된 오폐수 및 기체는 상승함으로써 제1 슬러지 분리부(S1)에 도달하게 된다.

이때, 반응기(3) 내부에 배치되는 다단의 슬러지 분리부(S1,S2,S3)는 다수개의 슬러지 분리 단위체(5)를 서로 적층함으로써 이루어질 수 있다.

즉, 하단에 슬러지 분리부(5)를 위치시키고, 그 상부에 슬러지 분리부의 결합홈(33)이 하부의 슬러지 분리부(5)의 결합돌기(31)가 삽입되도록 하여 적층시킨다.

이와 같은 과정을 통하여 다수개의 슬러지 분리 단위체(5)를 적층함으로써 다단의 슬러지 분리부(S1,S2,S3)를 형성할 수 있다.

이와 같이 형성된 다단의 슬러지 분리부(S1,S2,S3)중 제1 슬러지 분리부(S1)에 도달한 오폐수는 다수의 슬러지 분리 단위체(5)에 각각 구비된 다수의 유체 이동관(29)을 통하여 상부공간으로 상승하게 되고, 기체는 부력에 의하여 상승하여 플레이트(27)의 하부에 형성되는 체류공간(Va)에 포집된다.

이때, 상기 체류공간(Va)이 하부로 확장됨으로써 유체 이동관(29)의 하한선에 수면이 형성된다. 따라서, 상기 수면의 상부 공간에 기체가 포집될 수 있다.

한편, 이러한 유체 이동관(29)의 길이가 서로 다르게 형성되는 경우에는 기체가 점차로 상승하여 길이가 길게 형성되는 유체 이동관(29)의 하한선에 제1 수면(Ｌ1)이 형성된다.

그리고, 추가로 기체가 상승하는 경우, 일부의 기체가 길이가 짧은 유체 이동관(54)을 통하여 상승하게 된다. 이때, 길이가 짧은 유체 이동관(54)을 통하여 빠져나가지 못한 일부의 기체가 점차 포집됨으로써 제1 수면(Ｌ1)을 하부로 눌러서 제2 수면(Ｌ2)을 형성한다.

그리고, 제2 수면(Ｌ2)에 형성된 체류공간(Va)의 기체가 길이가 긴 유체이동관(56)을 통하여 상부로 이동하게 된다.

이 과정에서 제1 수면(Ｌ1)과 제2 수면(Ｌ2)의 이동으로 인하여 수면의 변화가 생겨 유체의 유동성이 증가한다.

이때, 길이가 긴 이동관(56)의 경우, 제2 수면(L2)과 이동관과의 간격이 짧아 기체의 저항을 상대적으로 적게 받아 하향 또는 상향 이동하는 슬러지의 대부분은 큰 유체 이동관(56)을 통해서 하향 이동한다.

또한, 길이가 긴 유체 이동관(56)의 상단은 기체의 이동이 없거나 가끔씩의 기체 이동이 있어 대체로 높은 농도의 슬러지가 모여 있고 고농도 슬러지를 선택적으로 하향 이동시킬 수 있다.

그리고, 길이가 긴 유체 이동관(56)의 하단에 고농도 슬러지 농도를 유지할 수 있는 것은 반송량을 줄이고 처리속도를 증가시킬수 있는 매우 중요한 인자가 된다.

또한, 유체 이동관(29)의 구조적인 특징 때문에 반응기(3)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 반응기(3)의 상단으로 갈수록 물질 농도가 낮아지는 물질분리가 일어난다.

그리고, 하부에서 유입되는 기체량 및 압력은 일정량 이상 되도록 하여 각각의 유체 이동관(29)을 통해서 균등하게 배출될 수 있도록 유도한다.

이러한 과정을 통하여 제1 슬러지 분리부(S1)를 통과한 오폐수 및 기체는 제2 슬러지 분리부(S2)에 도달하게 된다. 그리고, 제2 슬러지 분리부(S2)를 통과하는 과정에서 상기한 바와 같은 제1 슬러지 분리부(S1)와 동일한 과정을 통함으로써 물질분리가 이루어질 수 있도록 한다.

그리고, 반응기(3)의 최상부 공간에 도달한 오폐수 및 기체는 각각 기체 유출구(9) 및 오폐수 유출구(11)를 통하여 외부로 배출된다.

한편, 상기와 같은 포기 및 탈질과정에 있어서, 무산소조 운영이 필요한 경우, 상기 기체 배출수단(70)에 의하여 기체를 배기함으로써 탈질을 시도할 수 있다.

즉, 포기 완료 후 탈질을 위해서는 먼저 반응기(3)의 내부에 존재하고 있는 기체를 제거할 필요가 있으며, 이를 위하여 배출수단(70)의 주배관(72)의 밸브(76)를 개방함으로써 각 슬러지 분리부(S1,S2,S3)의 체류공간(Va,Vb,Vc)에 포집된 잔류기체 및 일부 거품을 보조배관(74a,74b,74c)을 통하여 배출시킨다.

이때, 배출되는 기체가 부력의 힘으로 상단의 상부로 이동되는 것을 방지하기 위하여 각 배관(74a,74b,74c)은 상단벽으로부터 일정한 거리로 이격되어 있어야 한다.

밸브(76)가 개방되면 각 단에 있는 기체와 일부의 거품은 보조배관(74a,74b,74c) 및 주배관(72)을 통해서 외부로 최초 원수로 유출된다.

따라서, 이러한 기체배출 과정을 통하여 탈질을 실시한 후 무산소조를 운영할 수 있다.

한편, 반응기(3)를 일정 시간 구동하게 되면 각 슬러지 분리부에는 침전물이 농축되므로 침전단계(S130)를 진행하게 된다.

이러한 침전단계(S130)에서는 순환수단(60)을 통하여 주기적으로 최하단으로 이동시키고, 처리수 배출구(11)을 통하여 침전부(6)로 배출시킴으로써 하단부의 농축효율을 증가시키고 탈질율도 증가시킬 필요가 있다.

즉, 순환수단(60)의 펌프(P2)를 작동시키면, 압력에 의하여 배관(62)의 상부, 중 간, 하부배관(64,65,66)을 통하여 각 단의 농축된 침전물이 흡입된다.

그리고, 흡입된 침전물은 배관(62)을 통하여 별도장치 또는 산기수단(7)의 유입배관(15)으로 유입되어 반응기(3)의 내부 임의 위치로 공급되어 다시 반응기(3)의 내부로 순환된다.

그리고, 일정 시간 경과 후, 처리수가 반응기(3)의 처리수 배출구(11)를 통하여 배출됨으로써 침전부(6)로 공급되어 고액분리가 이루어진다.

따라서, 이러한 순환과정을 통하여 하단에서 상단으로 이동할 때에는 기체를 주입할 때와 달리, 오폐수 자체의 이동에 의해서 하단으로 슬러지 집중화가 발생하여 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.

한편, 상기 암모니아 제거단계(S140)에서는 침전단계(S130)를 거친 처리수에 차염소산을 주입하여 암모니아를 제거하게 된다.

즉, 반응기(3)의 처리수 배출구로부터 배출된 처리수는 암모니아 제거조(8)에 공급되며, 상기 암모니아 제거조(8)에는 차염소산이 주입된다.

상기 암모니아 제거조(8)에 차염소산이 주입되면, 처리수중에 함유된 암모니아는 파과점 염소주입법(Breakpoint Chlorination)에 의하여 제거될 수 있다.

이때, 반응기(3)에서 1차적인 처리에 의하여 처리수중에 함유된 상당수의 유기물이 처리되므로 암모니아 제거단계(S140)에서는 이러한 파과점 염소주입법에 의하여 암모니아가 효율적으로 제거될 수 있다.

그리고, 상기한 파과점 염소 주입법은 아래의 화학식(1) 및 (2)에 의하여 진행될 수 있다.

-----(1)

-----(2)

------(3)

상기 암모니아 제거단계(S140)가 완료되면, 암모니아가 처리된 처리수에 오존을 주입하여 유기물을 제거하는 단계(S150)가 진행된다.

즉, 상기 유기물 제거단계(S150)에 있어서, 오존이 처리수중에 주입되면, 상기 오존은 자체의 불안정성으로 인하여 처리수 속에서 연속적인 산화반응을 일으킴으로써 폐수를 처리하게 된다.

상기한 바와 같이, 다수개의 슬러지 분리 단위체를 적층하여 구성된 반응기에 의하여 오폐수를 1차적으로 처리함으로써 유기성 물질이 거의 제거될 수 있고, 이러한 반응기에 의하여 처리된 처리수를 침전한 후, 암모니아 제거조(8)에서 차염소산이 주입됨으로써 2차적으로 처리되어 암모니아가 제거되며, 암모니아가 제거된 처리수는 유기물 제거조(10)에 공급되어 오존이 주입됨으로써 3차적으로 처리될 수 있다.

이와 같은 구성을 갖는 수처리 장치를 이용하여 오폐수를 처리하는 경우, 오폐수중에 함유된 암모니아와 유기물을 효율적으로 제거할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예로써 전처리 단계(S100) 후 혐기처리단계(S160)를 진행할 수도 있다. 즉, 상기 반응기(3)의 내부에 기체를 대신하여 메탄가스를 주입하고, 이 메탄가스와 오폐수가 슬러지 분리 단위체(5)들을 통과하는 과정에서 혐기성 처리가 이루어질 수도 있다.

상기한 바와 같이 슬러지 분리 단위체에 의한 수처리 효율은 아래의 실험 데이터에 의하여 나타낼 수 있다.즉, 음식물 폐수 유기물 유입 부하량과 제거효율을 살펴보면, 호기성 처리의 경우 제거효율이 97%이고, 혐기성 처리의 경우 90%를 나타냄으로써 상당히 월등한 수처리 효율을 나타낸다.

	유입부하량(BOD kg/ d)	제거효율(%)
호기성처리	30	97
혐기성처리	60	80-90
차염소산으로 암모니아제거	차염소산 소모 / 암모니아 제거 ≒ 몰비(1)

한편, 상기한 슬러지 분리 단위체의 다른 실시예가 도8 내지 도11 에 도시된다. 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 슬러지 분리 단위체(112)는 플레이트(113)와, 플레이트(113)의 하부에 돌출되어 다른 슬러지 분리 단위체에 연결되는 지지대(110)와, 상기 플레이트(113)에 구비되어 유체의 상하이동 통로가 되는 다수개의 유체 이동관(126,128,114,116)을 포함한다.

이러한 구조를 갖는 슬러지 분리 단위체에 있어서, 상기 플레이트(113)는 일정 면적을 가짐으로써 유체의 상하이동을 차단한다.

그리고, 상기 플레이트(113)는 4개의 플레이트가 일체로 합치된 형상을 갖는다. 즉, 하나의 플레이트(113)에 유체이동관(126,128,114,116)이 4개가 구비됨으로써 처리효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 이러한 4개의 플레이트(113)는 서로 동일한 형상을 갖으며, 다만, 유체 이동관(126,128,114,116)의 위치만이 차이가 있다.

따라서, 4개의 플레이트가 서로 동일한 구조이므로, 이하, 하나의 플레이트에 의하여 설명한다. 이러한 플레이트(113)는 중심방향으로 일정 각도 기울어진 형상을 갖는다. 따라서, 상기 플레이트(113)의 상면에 슬러지가 침전되는 경우, 경사면(118)을 따라 하부로 이동함으로써 슬러지가 적층되는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 상기 플레이트(113)의 저면에는 보강대(117)가 배치됨으로써 플레이트(113)를 지지한다. 상기 보강대(117)는 플레이트(113)의 저면으로부터 하부로 일정 높이로 돌출된 턱형상이며, 유체 이동관(126)을 중심으로 가로 및 세로 방향으로 배치된다.

상기 유체 이동관(126)은 관체형상으로써 그 내부를 통하여 유체가 상하로 이동할 수 있다.

따라서, 다수개의 슬러지 분리 단위체(112,122,124)가 반응기(102)의 내측에 적층되는 경우, 각각의 슬러지 분리 단위체(112,122,124)가 서로 맞닿게 되어 상기 플레이트(113)가 측방향으로 연결된 상태를 유지하게 되므로 오폐수가 이 플레이트(113)에 의하여 차단된 상태에서, 상기 유체 이동관(118)을 통하여 상하로 이동할 수 있다.

이러한 다수의 유체 이동관(126,128,114,116)은 서로 다른 간격을 유지하여 위치한다. 즉, 제1 유체 이동관(126)과 제2 유체 이동관(128)의 간격(D1)과, 제3 유체 이동관(114)과 제4 유체 이동관(116) 사이의 간격(D2)은 서로 다르게 형성된다.

이와 같이 각 유체 이동관(126,128,114,116)의 간격이 서로 다르게 형성된 슬러지 분리 단위체(112,122,124)들을 적층하는 경우, 슬러지 분리 단위체(112,122,124)들의 방향을 지지대(110)를 중심으로 90도 회전한 상태로 조립한다.

즉, 가로 세로의 길이가 동일한 2단의 슬러지 단위조립체(122)를 1단의 슬러지 단위조립체(112)에 대하여 90도 회전시킨 상태로 적층하고, 3단의 슬러지 단위조립체(124)를 2단의 슬러지 단위조립체(122)에 대하여 90도 회전시킨 상태로 적층한다.

결과적으로, 1단의 슬러지 단위조립체(112)의 유체이동관(126,128)들이 2단의 슬러지 단위조립체(122)의 유체이동관(132,134)과 어긋나고, 3단의 슬러지 단위조립체(124)의 유체이동관(136,138)이 2단의 슬러지 단위조립체(122)의 유체이동관(132,134)들과 어긋나게 배치된다.

따라서, 각 단의 슬러지 단위조립체(112,122,124)의 유체 이동관(126,128,114,116,132,134,136,138)들은 서로 어긋나도록 배치됨으로써 이를 통과하는 유체들의 교반효과가 상승될 수 있다.

이러한 구조를 갖는 슬러지 분리조립체를 반응조의 내부에 설치하고 오폐수를 처리하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

즉, 도10 및 도11 에 도시된 바와 같이, 처리 대상 오폐수가 오폐수 유입관(104)을 통하여 반응기(102)의 내부로 유입되고, 또한 외부기체도 산기수단(107)을 통하여 반응기(102)의 내부로 유입된다.

그리고, 상기 산기수단(107)에 주입된 기체는 공급관(105)과 다수개의 노즐(103)을 통하여 균일하게 분사됨으로 포기과정이 효과적으로 이루어질 수 있다.

상기한 바와 같이 반응기(102)의 내부로 유입된 오폐수 및 기체는 상승함으로써 제1 슬러지 분리 조립체(112)에 도달하게 된다.

그리고, 제1 슬러지 분리조립체(112)에 도달한 오폐수는 다수의 유체 이동관(126,128,114,116)을 통하여 상부공간으로 상승하게 된다.

이러한 과정을 통하여 제1 슬러지 분리조립체(112)를 통과한 오폐수 및 기체는 제2 슬러지 분리조립체(122)에 도달하게 된다. 그리고, 제2 슬러지 분리조립체(122)를 통과하는 과정에서 상기한 바와 같은 제1 슬러지 분리조립체(112)와 동일한 과정을 통함으로써 물질분리가 이루어질 수 있도록 한다.

그리고, 반응기(102)의 최상부 공간에 도달한 오폐수 및 기체는 각각 기체 유출구(106) 및 오폐수 유출구를 통하여 외부로 배출된다.

한편, 도12 및 도13 에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬러지 분리단위체가 도시된다. 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 슬러지 분리단위체(150)는 플레이트(158)의 측면에 테두리부(162)를 형성한 차이점이 있다.

이와 같이, 플레이트(158)에 테두리부(162)를 형성한 이유는 유체가 테두리부(162)의 내측에서 상하 유동을 하게 되므로 기체의 부력 에너지에 의하여 유체의 상하유동 효과를 극대화할 수 있고, 유체의 좌우 유동힘의 합성으로 수평유동 현상을 방지함에 있다. 유체의 수평 유동은 반응조에서 기포의 재순환에 방해가 될 뿐만 아니라 파동 합성현상에 의해서 반응조의 안정 문제를 야기시킬 수 있다.

특히, 대형처리시설의 경우 전체 파동현상을 줄이기 위하여 이러한 테두리부(162)가 설치된 슬러지 분리조립체를 적용한다.

보다 상세하게 설명하면, 본 실시예에 따른 슬러지 분리조립체(152)는 플레이트(158)와, 플레이트(158)의 하부에 돌출되어 다른 슬러지 분리 단위체에 연결되는 지지대(151)와, 상기 플레이트(158)에 구비되어 유체의 상하이동 통로가 되는 다수개의 유체 이동관(160,164)과, 상기 플레이트(158)의 가장자리에 하방으로 돌출형성되는 테두리부(162)를 포함한다.

그리고, 상기 플레이트(158), 경사면(160), 유체이동관(160,164), 지지대(151)의 형상은 전술한 실시예에 도시된 슬러지 분리조립체와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

상기 테두리부(162)는 플레이트(158)의 가장자리로부터 하부 방향으로 일정거리 돌출되므로써 형성될 수 있다. 이러한 테두리부(162)는 플레이트(158)의 사방 가장자리에 형성됨으로써 플레이트(158) 하부에 일정한 공간이 형성될 수 있다.

따라서, 이 공간에 오폐수 및 공기가 저장됨으로서 좌우로 유동되는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 이 테두리부(162)에는 홀(168)이 형성된다. 이 홀(168)은 네 테두리부(162)에 각각 형성된다. 따라서, 플레이트(158) 하부 공간에 저장되는 오폐수의 수압이 테두리부(162)에 집중되는 것을 방지할 수 있다.

이와 같은 슬러지 분리조립체를 이용하여 수처리를 실시한 결과 도15 및 도16 에 도시된 결과를 얻었다.

즉, 도15 에 도시된 바와 같이, 슬러지 분리 조립체를 이용하여 호기성 처리를 실시한 결과 기존 소화공정에 비하여 화살표 만큼 대폭 개선된 것을 알 수 있다. 또한, 혐기성 처리의 경우도 기존 소화공정에 비하여 화살표 만큼 개선된 것을 알 수 있다.

도16 에 도시된 바와 같이, 슬러지 분리 조립체를 이용하여 음식물 폐수, 축산폐수, 하수 슬러지에 대한 처리를 실시한 결과, 시간이 경과하면서 용존성 물질의 농도가 저하되는 등 처리효율이 향상됨을 알 수 있다.

1: 수처리 장치 3: 반응기
5: 슬러지 분리 단위체 7:산기수단
8: 암모니아 제거조 10: 유기물 제거조

Claims

오폐수가 유입되어 포기 및 탈질과정이 진행되며, 발생된 기체를 배출시키는 기체 배출구와, 처리된 오폐수를 배출시키는 처리수 배출구와, 오폐수 및 기체가 공급되는 유입구로 구성되는 반응기;
상기 반응기의 내부에 다수의 슬러지 분리 단위체가 적층되어 상하로 구획하며, 상기 반응기의 하부로부터 상승하는 기체를 포집할 수 있는 체류공간이 형성됨으로써 포기과정에 의하여 슬러지를 분리하는 슬러지 분리수단;
상기 반응기의 내부로 기체를 유입하는 산기수단;
상기 반응기의 처리수 배출구에 연결됨으로써 상기 처리수가 공급되어 고액분리가 이루어지는 침전부와;
상기 침전부에 연결되며, 상기 처리수가 유입되며 차염소산이 주입됨으로써 파과점 염소 주입법에 의하여 처리수중에 함유된 암모니아가 제거되는 암모니아 제거조; 그리고
상기 암모니아 제거조에 연결되며, 처리수에 오존을 주입하여 유기물을 제거하는 유기물 제거조를 포함하는 수처리 장치.
제 1항에 있어서,
상기 슬러지 분리 단위체는 서로 대응되도록 배치되는 상부 및 하부 프레임과, 상기 상부 및 하부 프레임을 연결하는 연결 프레임과, 상부 프레임의 내측에 구비되어 상기 반응기의 내부를 상하로 구획하며 기체 체류공간을 형성하는 플레이트와, 상기 플레이트에 구비되어 유체의 상하이동 통로가 되는 유체 이동관을 포함하며,
상기 슬러지 분리 단위체로 유입된 기체 및 오폐수가 상승하여 상기 플레이트에 도달하는 경우, 상기 체류공간에 기체중의 저밀도 물질이 포집되고, 하부에는 오폐수중의 고밀도 물질이 머물게 하여 수면 근처에 있는 저밀도 물질부터 우선적으로 상향 이동하도록 유도할 수 있는 수처리 장치.
제 1항에 있어서,
상기 슬러지 분리 단위체는 플레이트와, 상기 플레이트의 하부에 돌출되어 다른 슬러지 분리 단위체에 연결되는 지지대와, 상기 플레이트에 구비되어 유체의 상하이동 통로가 되는 다수개의 유체 이동관을 포함하며,
상기 슬러지 분리 단위체로 유입된 기체 및 오폐수가 상승하여 상기 플레이트에 도달하는 경우, 상기 체류공간에 기체중의 저밀도 물질이 포집되고, 하부에는 오폐수중의 고밀도 물질이 머물게 하여 수면 근처에 있는 저밀도 물질부터 우선적으로 상향 이동하도록 유도할 수 있는 수처리 장치.
제 2항에 있어서,
상기 상부 프레임의 상부에는 결합돌기가 돌출 형성되고, 하부 프레임에는 결합홈이 형성됨으로써, 상기 슬러지 분리 단위체를 적층하는 경우, 하단의 결합돌기가 상단의 결합홈에 결합되는 수처리 장치.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,
상기 다수의 슬러지 분리 단위체에 각각 구비되는 유체 이동관은 서로 다른 길이를 갖거나 서로 어긋나도록 배치되는 수처리 장치.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,
상기 다수의 슬러지 분리 단위체중 일측의 슬러지 분리 단위체의 연결프레임에는 삽입홈이 형성되고, 타측의 슬러지 분리 단위체의 연결 프레임에는 삽입돌기가 돌출 형성됨으로써 서로 결합되는 수처리 장치.
제 1항에 있어서,
상기 기체는 공기 혹은 메탄가스를 포함함으로써 호기성 혹은 혐기성 처리가 선택적으로 이루어질 수 있는 수처리 장치.
제 1항에 있어서,
상기 산기부는 반응기의 내측으로 연결된 유입배관과, 상기 유입배관상에 돌출 되는 적어도 하나 이상의 노즐(Nozzle)과, 상기 유입배관의 일측에 구비되어 기체를 송출하는 송풍기(Blower)를 포함하는 수처리 장치.
제 1항에 있어서,
상기 반응기의 일측에는 순환수단이 추가로 구비되며, 상기 순환수단은 배관과, 상기 배관상에 장착되는 순환펌프와, 상기 배관으로부터 돌출되어 상기 반응기의 내부 각 단에 연결되는 상부배관, 중간배관, 하부배관을 포함하며, 상기 순환펌프가 구동하는 경우 상기 반응기 내부의 각단의 침전물이 순환 또는 하부 누적이 가능한 수처리 장치.
제 1항에 있어서,
상기 반응기의 타측에는 기체 배출수단이 추가로 구비되며, 상기 기체 배출수단은 주배관과, 상기 주배관 상에 장착되는 밸브와, 상기 주배관으로부터 돌출되어 상기 반응기 내부의 각단에 형성된 체류공간에 연통되는 보조배관을 포함하며, 상기 밸브를 개방하는 경우, 상기 체류공간에 포집된 기체 및 거품이 상기 보조배관 및 주배관을 통하여 상기 반응기의 외부로 배출되는 수처리 장치.
유입수중의 협잡물을 제거하고, 파쇄기를 이용하여 파쇄하는 전처리 단계;
전처리 된 오폐수를 탈질공정을 통해서 질소를 제거하는 전 탈질단계;
전 탈질된 오폐수를 다수의 슬러지 분리 단위체를 배치함으로써 이루어진 반응기의 내부에 공급하여 호기과정을 통하여 기체를 주입하여 유기물과 질소를 산화시키고 다음 단계로 이동하는 포기 및 탈질단계;
호기처리 된 후에 침전부에 의해서 고액분리를 하고, 고액분리된 일부의 슬러지는 다시 탈질조와 호기 및 탈질조에 반송하는 침전단계;
상기 침전단계를 거치면서 고액분리된 처리수에 차염소산을 주입하여 암모니아를 제거하는 단계; 그리고
상기 암모니아가 처리된 처리수에 오존을 주입하여 유기물을 제거하는 단계를 포함하는 수처리 방법.
제 11항에 있어서,
상기 전처리 단계이후에 혐기처리 단계를 추가로 포함하며, 상기 혐기처리 단계에서는 메탄가스를 반응기에 주입하고, 이 메탄가스와 오폐수가 슬러지 분리 단위체들을 통과하는 과정에서 혐기성 처리가 이루어질 수 있는 수처리 방법.
제 11항에 있어서,
상기 암모니아 제거단계에서는 파과점 염소주입법(Breakpoint Chlorination)에 의하여 암모니아가 제거될 수 있는 수처리 방법.