KR20140063005A - 음폐수내 유분 농축회수장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음폐수내 유분 농축회수장치 및 농축회수방법에 관한 것이다. 상기 농축회수장치는, 유분이 포함된 유분포함폐수를 그 하부로 받아들여 일정높이의 액면을 유지하고, 그 내부에서, 유분포함폐수내의 유분이 물과의 비중차이로 상승하게 하는 처리탱크와; 상협하광의 형태를 취하는 다수의 깔때기형 콘부재를 수직으로 쌓아 적층 구성한 것으로서, 상기 처리탱크의 내부공간에 설치된 상태로 상승하는 유분을 그 내부로 통과시키되, 상승하는 유분과 부딪혀 유분에 포획되어 있는 슬러지를 유분으로부터 분리시키는 콘구조체를 갖는 유분회수부와; 상기 처리탱크내의 유분포함폐수 액면에 떠 있는 유분을 처리탱크 외부로 배출하는 농축유분배출부를 포함한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 음폐수내 유분 농축회수장치 및 농축회수방법은, 음식물쓰레기의 음폐수에 포함되어 있는 유분을 고농도로 농축 및 회수 할 수 있음은 물론, 작동 중 소음의 발생이 거의 없고 장치가 간단하며 특히 운전비용이 저렴하여 그만큼 경제적이고 더 나아가 음폐수의 정화처리 부하도 줄일 수 있다.

Description

음폐수내 유분 농축회수장치 및 농축회수방법{Apparatus for oil enriching recovery from oily waste water and Method for enriching recovery the oil}

본 발명은 음폐수내 유분 농축회수장치 및 농축회수방법에 관한 것이다.

점차 현실화 되어가고 있는 화석원료의 고갈과, 화석연료의 연소시 발생하는 대기오염에 대한 규제가 강화됨에 따라, 화석연료를 대신하기 위한 대체 에너지에 관련한 연구가 활발히 진행되고 있다. 상기 대체 에너지에는 여러 가지 종류가 있으며 그 중에는 이를테면 자동차 등의 연료로 사용할 수 있는 바이오디젤도 포함된다.

상기 바이오디젤은, 동물성지방이나 식물성오일을 알코올과 촉매의 존재 하에 반응시켜 생산되는 생물학적 연료로서 일반적인 디젤과 물리화학적 특성이 비슷하며 공해가 거의 발생하지 않고, 기존 주유소에서 바로 구입이 가능하여 현실적이라는 장점이 있다.

그런데, 상기 바이오디젤은 원료비가 총 생산비의 약 70%를 차지하고, 최근 바이오디젤의 생산량이 급속히 증가함에 따라 안정적인 원료확보가 어려워지고 동시에 원료 가격도 높아지는 새로운 문제에 봉착하고 있다.

이러한 문제에 대한 해결방안으로, 대두유와 유채유 등 유리지방산 함량이 낮은 고급유지를 사용하기보다는, 동물성 유지나, 폐식용유와 같은 폐유지나 비식용작물인 자트로파 오일 등을 사용하는 쪽으로 가고 있다.

그런데, 바이오디젤은, 원료로 사용되는 동물성유지나 식물성기름의 성상에 따라 수율이 달라짐은 물론 자체의 품질이 결정된다. 예컨대 정제되지 않은 동물성유지와 식물성기름을 원료로 생산된 바이오디젤은 합성과정에서의 수율 저하와 품질문제 등의 문제점을 갖는 것이다.

이에 따라 저급의 유지를, 물리 화학적 처리를 통해 바이오디젤의 원료로 사용할 수 있을 정도로 개질하는 여러 가지 방법이 연구되고 있다. 이를테면, 전 세계적으로 그 양이 풍부한, 사용 후 또는 부산물로 발생하는 동식물성 유지 중, FFA(free fatty acid) 함량이 원료상태에서 2.0%이하인 일부 동식물성 유지를 단순분리, 화학적 정제 처리하여 바이오디젤의 원료로 사용하기도 하는 것이다.

예컨대 산가 5㎎KOH/g 이상의 저급 지방산 중 음식물 쓰레기에서 발생하는 이른바 브라운 그리스(brown grease)(이하, 유분)는, 입자성 물질, 검질, 지방산, 비누, 수분 등을 다량 함유하여, 바이오디젤의 제조과정인 지방산 메틸 에스테르화 과정에서 수율 및 품질 저하의 원인으로 작용하기는 하지만, 그 순도를 높일 경우에는 바이오디젤의 원료로 충분히 사용 가능하다.

한편, 불순물 함량이 높은 동식물성 유지로부터 바이오디젤의 원료인 유분을 얻기 위한 종래의 기술로서, 폐음식물 탈리액 처리방법 및 처리시스템(출원번호 제10-2012-0019948호)이 제안되어 있다. 이는 음폐수를 종속원심분리와 고속원심분리의 2단계로 처리하여, 음폐수내의 슬러지 및 유분의 분리성능을 향상시키고자 하는 것이다. 그러나 원심분리는 그 자체로서 고액분리만 가능한 장치이기 때문에, 상기 처리시스템은 미세한 유분까지 분리하지 못한다는 한계를 갖는다.

또한, 유수분리장치(출원번호 제10-2006-0099324호)는, 슬러지가 함유된 음폐수내의 유분을 중력분리를 통해 분리하는 기본 구조를 가진다. 그러나 상기 유수분리장치는 내부에 매우 많은 격벽을 가지고 단지 음폐수를 중력분리하는 구조를 가지므로 처리효율이 좋지 않고 특히 처리에 시간이 많이 소요된다.

음식물탈리액 처리장치(출원번호 제10-2008-0104231호)는, 유수분리용 부상분리조와 유기성 고형물을 제거하기 위한 고액분리용 부상분리조를 분리설치하고, 고압공기로 가압처리하여 미세기포가 용해된 가압처리수를 생성 및 부상분리조의 탈리액 농도의 희석을 통해 유분분리를 시도하고 있으나, 이 또한 많은 동력이 들어가고 만족한 처리효율을 얻을 수 없다.

그런데, 상기와 같이 음폐수로부터 (바이오디젤의 원료로 사용하기 위한) 유분을 얻기 위한 다양한 시도가 있었지만, 유분의 순도를 보다 저렴하고 효과적으로 농축 및 회수할 수 있는 적당한 장치가 제안되어 있지 않다. 상기한 원심분리기나 유수분리기장치 등은, 이를테면 장치가 매우 고가이고 유지보수가 불편하여 실제로 현장에 적용되지는 않는다.

본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 음식물쓰레기의 음폐수에 포함되어 있는 유분을 고농도로 농축 및 회수 할 수 있음은 물론, 작동 중 소음의 발생이 거의 없고 장치가 간단하며 특히 운전비용이 저렴하여 그만큼 경제적이고 더 나아가 음폐수의 정화처리 부하도 줄일 수 있으며 회분식이 아닌 연속처리가 가능한 음폐수내 유분 농축회수장치 및 농축회수방법을 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 음폐수내 유분 농축회수장치는, 유분이 포함된 유분포함폐수를 그 하부로 받아들여 일정높이의 액면을 유지하고, 그 내부에서, 유분포함폐수내의 유분이 물과의 비중차이로 상승하게 하는 처리탱크와; 상협하광의 형태를 취하는 다수의 깔때기형 콘부재를 수직으로 쌓아 적층 구성한 것으로서, 상기 처리탱크의 내부공간에 설치된 상태로 상승하는 유분을 그 내부로 통과시키되, 상승하는 유분과 부딪혀 유분에 포획되어 있는 슬러지를 유분으로부터 분리시키는 콘구조체를 갖는 유분회수부와; 상기 처리탱크내의 유분포함폐수 액면에 떠 있는 유분을 처리탱크 외부로 배출하는 농축유분배출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 처리탱크의 내부에는, 처리탱크의 내부공간을 두 개 이상의 챔버로 구획하되, 일측 챔버의 액면에 위치한 유분을 이웃 챔버의 하측부로 유도하는 경로를 제공하는 구획수단이 구비된 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 콘구조체는 모든 챔버내에 설치되고, 상기 구획수단은; 그 하단부가 챔버의 바닥에 고정되고 상단부가 상기 콘구조체보다 높은 고도에 위치하며, 챔버내 액면으로 올라온 유분을 그 상부로 넘기는 위어월과, 상기 위어월에 대해 이격 배치되며, 위어월과의 사이에 위어월을 넘은 유분을 이웃 챔버로 유도하는 하강통로를 제공하고, 그 하단부에 이웃챔버로 개방된 유입구를 갖는 격벽이 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 각 챔버의 하부에는, 유분포함폐수로부터 분리된 슬러지를 챔버의 외부로 배출시키는 슬러지배출수단이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 콘구조체를 구성하는 콘부재는, 최상측 콘부재를 제외한 임의의 콘부재를 상향 통과한 유분이 상승하면서 그 상부에 위치한 상측 콘부재의 내측면에 부딪히도록, 상대적으로 하부에 위치한 콘부재의 상단개구의 연직 상부에 상측 콘부재의 내측면이 위치하도록 배치된 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 유분회수부의 상류측에는; 유분포함폐수를 가열하여 상기 처리탱크로 보내는 가열부가 더 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가열부와 유분회수부의 사이에는; 상기 가열부에 의해 가열된 유분포함폐수를 그 내부에 받아들여 유분포함폐수에 혼합되어 있는 슬러지를 일차적으로 분리하며, 상기 처리탱크내에 수용되어 있는 유분포함폐수의 액면과 같은 고도의 액면을 유지하는 슬러지분리탱크와, 상기 슬러지분리탱크와 처리탱크를 연통시키되, 슬러지분리탱크의 액면에 떠 있는 유분포함폐수를 처리탱크로 이동시키는 주입파이프가 더 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 음폐수내 유분 농축회수방법은, 음폐수저수조내에서 유분층을 이루고 있는 유분포함폐수를 수거하는 유분수거단계와; 상기 유분수거단계를 통해 얻은 유분포함폐수를 50℃ 내지 80℃로 가열하는 가열단계와; 상기 가열단계를 마친 유분포함폐수를 일정 고도의 액면을 유지하는 처리탱크의 하부로 주입하여, 폐수내의 유분이 물과의 비중차이에 의해 상승하게 하고, 액면에 도달한 유분을 처리탱크의 외부로 빼내는 유분회수단계를 포함한다.

또한, 상기 처리탱크의 내부에는; 상협하광의 형태를 취하는 다수의 깔때기형 콘부재를 수직으로 쌓아 적층 구성한 콘구조체가 설치되며, 상기 유분회수단계는; 상기 처리탱크의 하부로 유입된 유분포함폐수내의 유분이 상기 콘부재를 통과해 상향 이동하며 콘부재에 부딪혀 유분에 포획되어 있는 슬러지가 유분으로부터 분리되도록 하는 단계인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가열단계와 유분회수단계의 사이에 진행되는 과정으로서, 상기 가열단계를 마친 유분포함폐수를 슬러지분리탱크내에 주입하여, 유분포함폐수내의 슬러지를 분리하는 슬러지분리단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 음폐수내 유분 농축회수장치 및 농축회수방법은, 음식물쓰레기의 음폐수에 포함되어 있는 유분을 고농도로 농축 및 회수 할 수 있음은 물론, 작동 중 소음의 발생이 거의 없고 장치가 간단하며 특히 운전비용이 저렴하여 그만큼 경제적이고 더 나아가 음폐수의 정화처리 부하도 줄일 수 있으며 회분식이 아닌 연속식이므로 처리능력이 뛰어나다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 음폐수내 유분 농축회수장치의 전체적인 구조를 나타내 보인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 음폐수내 유분 농축회수장치의 다른 예를 도시한 구성도이다.
도 3은 상기 도 2에 도시한 슬러지분리탱크에 설치된 주입노즐의 동작 특성을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 상기 도 1 또는 도 2에 도시한 유분회수부의 일부 절제 분해 사시도이다.
도 5는 상기 도 4에 도시한 콘구조체의 작동특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 상기 도 4에 도시한 콘부재를 별도로 도시한 절제 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 음폐수내 유분 농축회수방법을 정리하여 나타낸 블록도이다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 음폐수내 유분 농축회수장치(11)의 전체적인 구조를 나타내 보인 구성도이다.

기본적으로 본 실시예에 따른 농축회수장치(11)는, 음식물쓰레기에서 나오는 음폐수로부터 유분(브라운그리스)을 추출하여 농축 및 회수하는 것이다. 본 설명에서의 유분은 브라운그리스(browm grease)를 의미한다.

도시한 바와같이, 본 실시예에 따른 음폐수내 유분 농축회수장치(11)는, 외부로부터 공급된 음폐수를 그 내부에 수용하며 음폐수가 수층(15)과 유분층(17)으로 나뉘어지게 하는 음폐수저수조(13)와, 상기 음폐수저수조(13)의 상부에 형성되어 있는 유분층(17)의 유분을 걷어내는 오일스키머(19)와, 상기 오일스키머(19)가 회수한 유분을 이송파이프(25)를 통해 음폐수저수조(13)로부터 인출하고 이를 가열부(23)로 전달하는 펌프(21)와, 상기 가열부(23)에서 가열된 유분을 주입파이프(27)를 통해 넘겨받아 처리하는 유분회수부(31)로 구성된다.

상기 유분층(17)에서 걷어내어진 유분은, 사실 유분이 포함되어 있는 이른바 유분포함폐수이다. 즉 100% 유분만 있는 것이 아니라, 유분과 슬러지와 음식물찌꺼기 등의 협잡물이 물과 함께 섞여 있는 상태이다. 위에 설명한 바와같이, 본 실시예의 농축회수장치(11)는, 상기 유분포함폐수로부터 유분만을 회수하여 농축하는 것을 목적으로 한다. 이하의 설명에서는 유분을 유분포함폐수라 칭하기로 한다.

먼저, 상기 펌프(21)는 오일스키머(19)가 걷어낸 유분포함폐수를 펌핑하여, 상기 가열부(23)와 주입파이프(27)를 통해 유분회수부(31)로 정량 이송시키는 것이다. 상기 펌프(21)의 펌핑유량은 농축회수장치의 규모에 따라 달라진다.

아울러 상기 펌프(21)는, 필요에 따라 콘트롤러(35)에 의해 제어되어 펌핑량을 조절할 수 도 있다. 가령 후술할 처리탱크(33)내의 액면(A)의 고도가 위어월(33e)의 높이보다 높을 경우, 콘트롤러(35)의 제어에 의해 펌핑량을 일시적으로 줄일 수 도 있고, 위어월(33e)의 높이보다 낮을 때 펌핑량을 일시적으로 늘일 수 있는 것이다.

이를 위하여 상기 처리탱크(33)의 내부에는 액면센서(33p)가 설치된다. 상기 액면센서(33p)는 처리탱크(33) 내부의 액면(A)의 고도를 실시간 감지하고 감지내용을 콘트롤러(35)로 전달하여 콘트롤러(35)로 하여금 적절한 제어동작을 하게한다.

상기 가열부(23)는, 유분회수부(31)로 이동하는 유분포함폐수를 대략 50℃ 내지 80℃ 정도로 가열하여, 유분포함폐수에 혼합되어 있는 에멀젼 상태의 유분을 물분자로부터 분리함은 물론 기름성분의 점도를 낮추는 역할을 한다. 이와같이 유분을 가열하여야 슬러지로부터의 분리가 용이하다.

상기 가열부(23)의 가열방식은 다양하게 적용할 수 있으며, 일 예로 스팀을 이용한 열교환 방식을 적용할 수 있다. 즉, 유분포함폐수의 유동장 내부에 스팀파이프(미도시)를 설치하고 상기 스팀파이프에 스팀을 통과시켜, 유분포함폐수가 스팀에 의해 가열되게 하는 것이다.

상기 주입파이프(27)는, 가열부(23)를 통과하며 가열된 유분포함폐수를 유분회수부(31)의 처리탱크(33)로 전달하는 통로로서, 특히 그 일부분이, 처리탱크(33) 내부의 위어월(33e)의 상단부의 높이와 같도록 배관되어 있다. 주입파이프(27)의 도면상 27a로 표현되어 있는 상단부(27a)의 고도가 상기 위어월(33e)의 상단부 및 액면(A)의 고도와 같은 것이다.

주입파이프(27)를 상기와 같이 배관한 것은, 처리탱크(33)로 유입하는 유분포함폐수의 흐름을 층류의 흐름으로 유지하고, 또한 액면(A)의 고도를 위어월(33e)의 상단부의 높이에 맞추기 위한 것이다.

상기 상단부(27a)를 넘은 유분포함폐수는, 펌프의 압력을 받지 않고, 중력의 영향을 받아 낙하하며 처리탱크(33)의 내부로 주입된다.

상기 펌프(21)는 유분포함폐수를 펌핑하되, 유분포함폐수를 상기 상단부(27a)에 해당하는 수두압력까지만 가압하여, 유분포함폐수를 상기 상단부(27a) 까지만 올린다.

한편, 상기 유분회수부(31)는, 상기 주입파이프(27)를 통해 유입한 유분포함폐수내에 혼재되어 있는 유분을 회수하는 것이다. 이는 제1,2,3,4챔버(33a,33b,33c,33d)로 구획되어 있는 처리탱크(33)와, 상기 각 챔버(33a,33b,33c,33d)의 내부에 설치되는 콘구조체(37)로 이루어진다.

상기 처리탱크(33)는 주입파이프(27)를 통해 받아들인 유분포함폐수를, 제 1,2,3,4챔버(33a,33b,33c,33d)로 순차 통과시켜 농축유분배출관(41)으로 내보내는 밀폐케이스로서, 도 4에 도시한 바와같이, 그 전면에 다수의 투명창(33t)을 갖는다. 상기 투명창(33t)은 외부에서 처리탱크(33)의 내부 상황을 체크하기 위한 창(窓)이다.

도 4를 통해 상기 처리탱크(33)의 구조를 설명하기로 한다.

도 4는 상기 유분회수부(31)의 일부 절제 분해 사시도이다.

도시한 바와같이, 상기 유분회수부(31)는, 대략 박스의 형태를 취하는 밀폐형 처리탱크(33)와, 상기 처리탱크(33)의 내부공간(33z)에 설치되는 네 개의 콘구조체(37)와, 상기 처리탱크(33)의 하부에 설치되며 처리탱크(33)로부터 슬러지와 기타 협잡물과 물을 빼내는 배출관(33r)을 포함한다.

상기한 바와같이, 처리탱크(33)의 내부에는 상호 구획되어 있는 제1,2,3,4챔버(33a,33b,33c,33d)가 마련되는데, 각 챔버는 세 개조의 위어월(weir wall)(33e) 및 격벽(33f)에 의해 형성된 것이다. 상기 챔버의 적용 개수는 필요에 따라 달라질 수 있다.

상기 위어월(33e)은 그 상단부가 처리탱크(33)의 천장으로부터 이격되어 있고 나머지 3변은 처리탱크(33)의 내면에 용접되어 있는 직사각플레이트이다. 각 챔버에 수용되어 있는 유분포함폐수는 상기 위어월(33e)을 넘어야 이웃 챔버로 이동할 수 있는 것이다. 상기 위어월(33e)의 상부가 폐수가 넘어가는 통로이다.

또한 상기 격벽(33f)은, 그 하단부가 처리탱크(33)의 바닥면으로부터 이격되어 있고, 나머지 3변이 처리탱크(33)의 내면에 용접되어 있는 플레이트 부재로서, 상기 위어월(33e)에 대해 평행하게 이격되어 위어월(33e)과의 사이에 하강통로(33m)를 형성한다. 상기 격벽(33f)의 하단부와 처리탱크 바닥과의 사이가 유입구(33k)인 것이다.

따라서 예컨대 제 1챔버(33a)측 위어월(33e)을 넘어 하강통로(33m)를 따라 하강한 유분포함폐수는, 상기 유입구(33k)를 거쳐 제 2챔버(33b)로 유입되어 제 2챔버(33b)의 위어월(33e)까지 차오르고, 제 2챔버(33b)의 위어월(33e)을 넘어 제 3챔버(33b)로 이동하는 것이다. 특히 상기 위어월(33e) 상단부의 고도는 콘구조체(37)의 상단부의 고도보다 높아야 한다.

한편, 상기 콘구조체(37)는, 고정프레임(37f)을 이용해, 다수의 콘부재(37a)를 수직으로 배치한 것으로서 각 챔버(33a,33b,33c,33d)에 수직으로 설치된다. 상기 콘구조체(37)의 테두리부는 챔버의 내측벽면에 밀착한다.

상기 콘부재(37a)는, 일정두께의 금속판으로 제작된 이른바 상협하광 형태의 깔때기형 부재로서, 속이빈 사각 뿔의 형태를 취하여 네 개의 하향 경사면(37c)을 갖는다. 상기 경사면의 수평면에 대한 경사각은 30도 내지 60도이다. 아울러 본 실시예에서 콘부재(37a)를 사각뿔 형태로 적용하였지만, 그 형상은 다양하게 변경할 수 있다. 가령 원뿔형태로 할 수 도 있는 것이다.

상기 콘부재(37a)의 상단부에는 사각의 상단개구(37b)가 형성되어 있고, 하단부에는 하단개구(도 5의 37m)가 위치한다. 상기 하단개구(37m)는 콘구조체(37)의 테두리부이기도 한다.

상기 콘구조체(37)에 있어서, 각 콘부재(37a)의 간격은, 상대적으로 하부에 위치한 콘부재(37a)가 상부 콘부재(37a)의 통로(도 5의 37n) 내부로 진입되어 있을 정도면 충분하다.

특히 상기 통로(37n)로 진입되어 있는 콘부재(37a)의 상단개구(37b)는, 상부 콘부재(37a)의 내측면(37k)의 연직하부에 위치하도록 배치된다. 즉, 상기 콘구조체(37)에 있어서, 각 상단개구(37b)가 수직으로 정열 되지 않는 것이다. 가상의 직선으로 각 상단개구(37b)의 중심점을 연결한다면 지그재그의 형태를 취하게 될 것이다.

이는 상대적으로 하부에 위치한 콘부재(37a)를 상향 통과한 유분이, 상부 콘부재(37a)의 상단개구(37b)로 바로 올라가지 않고, 상부 콘부재(37a)의 내측면(37k)에 부딪히도록 의도된 것이다.

유분이 수직으로 바로 올라가지 않고, 지그재그로 상승하며 상부 콘부재(37a)의 내측면(37k)에 부딪히도록 함으로써, (부딪히는 충격에 의해) 유분에 포획되어 있던 슬러지나 협잡물이 유분으로부터 분리되어 경사면(37c)을 따라 하부로 흘러내리게 할 수 있는 것이다.

상기 경사면(37c)을 따라 흘러내리는 슬러지는 사이드개구(37d)를 통해 챔버의 하부로 하강한다. 상기 사이드개구(37d)는 슬러지의 침강통로 확보를 위해 콘부재(37a)의 하단 테두리부에 형성한 것으로서, 도 6에 도시한 바와같이 주변 벽과의 사이에 통로를 제공한다.

상기한 동작을 구현하기 위하여, 콘부재(37a)의 상단개구(37b)와 하단개구(37m)의 중심은 상호 편향되어 있다. 즉 상기 상단개구(37b)의 기하학적 중심을 통과하는 수직선과, 하단개구(39m)의 중심을 통과하는 수직선이 일치하지 않고 이격되는 것이다.

이러한 구조를 가지도록 제작된 콘부재(37a)를 적층하되, 상대적으로 상부에 위치한 콘부재(37a)와 그의 하부에 있는 콘부재(37a)의 방향을 바꾸어 적층하면 가령 도 5의 상태가 된다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 각 챔버(33a,33b,33c,33d)의 하측부에는 경사판(33n)이 더 설치되어 있음을 알 수 있다. 상기 경사판(33n)은 유분으로부터 분리되어 침강하는 슬러지나 협잡물을 일단 받아 그 하부로 미끄러뜨리는 역할을 함은 물론, 챔버내부로 들어온 유분포함폐수가 하부로 흐르지 않도록 한다. 즉 유분포함폐수의 스트림라인이 최소한 하강하지 않도록 가이드 하는 것이다. 상기 유분포함폐수의 유동압이 하부로 미치게 되면 가라앉아 있던 슬러지가 다시 부양하게 된다.

또한 상기 각 경사판(33n)의 하부에는 감지부(33q)가 위치한다. 상기 감지부(33q)는 각 챔버의 하부에 쌓인 슬러지나 협잡물 등의 퇴적량을 감지하여 콘트롤러(35)로 전달한다. 상기 콘트롤러(35)는 감지부(33q)로부터 받은 정보를 기초로 밸브(33s)의 개폐여부를 결정한다. 상기 밸브(33s)가 개방되면 챔버의 내부에 쌓여있는 슬러지가 물과 함께 외부로 배출된다.

아울러 상기 처리탱크(33)의 상측부에는 액면센서(33p)가 구비되어 있다. 상기 액면센서(33p)는 처리탱크(33)내에 수용되어 있는 유분포함폐수의 액면(A)의 고도를 실시간으로 감지하고 감지내용을 상기 콘트롤러(35)로 보낸다. 상기 콘트롤러(35)는 처리탱크(33) 내부 액면(A)의 고도가 위어월(33e)의 상단부보다 낮아질 경우, 펌프(21)를 제어하여 액면을 높인다. 물론, 상기 액면센서(33p)를 적용하지 않을 수 도 있다.

또한 상기 처리탱크(33)의 도면상 우측부에는 농축된 유분을 처리탱크(33) 외부로 배출하는 농축유분배출부로서, 농축유분배출관(41)이 설치된다. 상기 농축유분배출관(41)은 최말단 챔버(도면에서는 제 4챔버(33d))의 액면에 떠 있는 유분을 외부로 인출하는 통로이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 음폐수내 유분 농축회수장치(11)의 다른 예를 도시한 구성도이다.

상기한 도면부호와 동일한 도면부호는 동일한 기능의 동일한 부재를 가리키며 이에 관한 설명은 생략하기로 한다.

도시한 바와같이, 상기 가열부(23)와 유분회수부(31)의 사이에 슬러지분리탱크(39)를 추가 구성할 수 도 있다.

상기 슬러지분리탱크(39)는, 상기 가열부(23)에 의해 가열된 유분포함폐수를 그 내부에 받아들여 유분포함폐수에 혼합되어 있는 슬러지를 일차적으로 분리하는 것으로서, 주입파이프(43)를 통해 처리탱크(33)에 연통한다. 상기 슬러지분리탱크(39)를 추가함으로써 유분회수부에서의 슬러지 분리 부하를 줄일 수 있다.

특히 상기 슬러지분리탱크(39)에 수용되는 유분포함폐수의 액면은 처리탱크(33) 내부 액면의 고도와 일치한다. 이는 상기 주입파이프(43)의 상단부를 상기 처리탱크(33) 내부의 액면 고도에 맞추기 때문에 가능하다. 상기 주입파이프(43)는 슬러지분리탱크(39)의 액면상에 떠 있는 유분포함폐수를 제 1챔버(33a)의 하부로 이동시키는 통로이다.

도면부호 39b는, 슬러지분리탱크(39)내에 수용되어 있는 유분포함폐수의 액면의 고도를 감지하는 액면센서이다. 상기 액면센서(39b)는 콘트롤러(35)와 연결되어 있다.

상기 액면센서(39b)는, 슬러지분리탱크(39) 내부의 액면이 낮아졌을 때 그 사실을 콘트롤러(35)로 전달하여, 콘트롤러(35)로 하여금 펌프(21)의 회전속도를 적절히 조절하여 액면의 고도를 올리는 역할을 한다.

그러나, 각 위어월(33e)의 높이와 주입파이프(43)의 상단부의 높이가 일치하므로, 상기 농축유분배출관(41)이 개방되어 있다면 슬러지분리탱크(39)로 유입되는 유체의 양을 늘리더라도, 유체의 액면이 주입파이프(43)의 상단부보다 올라가지 않을 것이므로 상기한 액면센서(33p,39b)는 생략해도 무방하다.

또한 도면부호 39a는 투명창이다. 상기 투명창(39a)은 슬러지분리탱크(39)의 내부 상황을 관찰하기 위한 창이다.

아울러, 상기 슬러지분리탱크(39)의 내부 하측에는 주입노즐(39c)이 위치한다. 주입노즐(39c)은 가열부(23)를 통과하며 가열된 유분포함폐수를 슬러지분리탱크(39)의 내벽면측으로 주입하는 통로이다.

상기 주입노즐(39c)은, 도 3에 도시한 바와같이, 유분포함폐수를 슬러지분리탱크(39) 내벽면의 원주방향으로 공급하여, 유분포함폐수가 깔때기 형태의 펀넬부(39e)를 나선형으로 흘러 내려가도록 한다. 이 때 유분포함폐수에 혼합되어 있는 슬러지에 원심력이 가해져, 슬러지가 일단 가장자리로 밀려난 후 펀넬부(39e)의 벽면을 따라 하부로 가라앉는다. 상기 펀넬부(39e)의 하부로 가라앉은 슬러지는 물보다 비중이 큰 것으로서, 배출관(33r)을 통해 하부로 배출된다.

또한 상기 펀넬부(39e)의 일측에는 감지부(39d)가 설치되어 있다. 상기 감지부(39d)는 가라앉은 슬러지나 협잡물 등의 퇴적량을 감지하고 그 정보를 콘트롤러(35)로 보낸다. 상기 콘트롤러(35)는 감지부(39d)에서 받은 정보를 기초로 밸브(33s)를 개폐한다.

도 3은 상기 도 2에 도시한 슬러지분리탱크에 설치된 주입노즐의 모습을 개략적으로 도시한 단면도이다.

도시한 바와같이, 슬러지분리탱크(39)의 내부로 진입되어 있는 주입노즐(39c)의 선단부가 슬러지분리탱크(39)의 원주방향을 향하도록 설치되어 있다. 따라서 상기 주입노즐(39c)을 통해 주입되는 유분포함폐수는 원주방향으로 편향되며 내부의 슬러지가 펀넬부(39e)를 나선형으로 돌며 하강한다.

도 5는 상기 도 4에 도시한 콘구조체(37)의 작동특성을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 상기 콘구조체(37)를 이루는 콘부재(37a)를 별도로 도시한 절제 사시도이다.

도시한 바와같이, 챔버내에 콘구조체(37)가 설치되어 있는데, 상기 콘구조체(37)를 이루는 하나 하나의 콘부재(37a)는 위 아래로 엊갈리게 배치되어 있다. 즉, 상대적으로 하부에 위치한 콘부재(37a)의 상단개구(37b)의 연직상부에 상측 콘부재(37a)의 내측면(37k)이 위치하는 것이다.

콘부재(37a)가 상기한 적층 구조를 가지므로, 최하부 콘부재(37a)를 통해 상향 이동하는 유분은 상부 콘부재(37a)의 내측면(37k)에 충돌하고, 그에 따라 유분에 포획되어 있던 슬러지는 유분으로부터 분리되어 화살표 b방향으로 하강하며, 가벼워진 유분은 화살표 a방향을 따라 계속 지그재그 식으로 상승하여 액면에 도달한다.

상기와 같이 유분을 콘부재(37a)에 충돌시키는 것은, 많은 경우, 슬러지에 유분이 포획되어 있거나 유분에 미세 슬러지가 잡혀 있는 이유로, 상승해야 할 유분이 수중에 언제까지나 부유하는 상태로 있기 때문에, 유분과 슬러지를 분리하기 위한 것이다.

화살표 b 방향으로 하강하는 슬러지는 경사면(37c)을 따라 미끄러져 사이드개구(37d)를 통해 하강한다.

또한, 상기 액면에 도달한 유분은 계속 밀려올라오는 유분에 밀려 하강통로(33m)와 유입구(33k)를 통해 그 이웃 챔버로 이동한다. 상기 액면에 도달한 유분은 슬러지나 협잡물이 어느 정도 제거된 상태로, 이웃챔버로 이동하여 상기한 과정을 반복한다.

상기 과정을 반복할수록 액면에 떠오르는 유분의 순도가 증가함은 물론이다. 즉, 제 1챔버(33a)로부터 제 4챔버(33d)로 갈수록 유분의 순도가 높아지는 것이다. 유분이 농축된 것이다. 상기 챔버의 개수를 늘릴 수록 고순도의 유분을 얻을 수 있음은 물론이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 음폐수내 유분 농축회수방법을 정리하여 나타낸 블록도이다.

도시한 바와같이, 본 실시예에 따른 음폐수내 유분 농축회수방법은, 유분수거단계(S100)와, 가열단계(S102), 슬러지분리단계(S104), 유분회수단계(S106)를 포함한다.

상기 유분수거단계(S100)는, 상기 음폐수저수조(13)내에서, 수층(15)의 상부에 어느정도 분리되어 있는 유분층(17)을 오일스키머(19)를 이용해 걷어내는 과정이다. 상기 유분층(17)은 완전한 기름덩이가 아닌 물이 혼합되어 있는 유분포함폐수로서 그 내부에 슬러지나 협잡물도 포함되어 있다.

이어지는 가열단계(S102)는, 수거된 유분포함폐수를 스팀 열교환기를 이용해 50℃ 내지 80℃로 가열하는 단계이다. 상기 가열단계(S102)를 통해 유분포함폐수 내의 유분의 점도가 낮아지고 표면장력도 작아진다.

상기 가열단계(S102)에 이어지는 슬러지분리단계(S104)는, 가열된 유분포함폐수를 상기 슬러지분리탱크(39)로 주입하여, 슬러지분리탱크(39) 내에서, 유분포함폐수내의 비중이 물보다 큰 슬러지나 잡물을 제거하는 과정이다. 상기 슬러지분리단계(S104)는 생략할 수 도 있다.

상기 유분회수단계(S106)는, 상기 슬러지분리단계(S104)를 통해 슬러지가 어느정도 제거된 유분포함폐수를 상기 처리탱크(33)로 보내어, 유분포함폐수내의 유분이 물과의 비중차이에 의해 상승하게 하고, 액면에 도달한 유분을 처리탱크(33) 외부로 빼내는 단계이다.

실험예 1

처리속도는 정량펌프를 이용하여 40리터/hr로 고정하였고, 가열은 스팀형 열교환기를 이용하여 75℃ 내지 80℃으로 맞추었다. 경기도 양주에서 채취한 시료인, 음폐수의 조성 성분은 아래 표 1과 같다.

종 류	성분비
기름(유분)층(W%)	2.54%
슬러지(W%)	25.43%
기름층산가(mgKOH/g)	24.5
수분(W%)	72.03

상기 조성을 갖는 음폐수를 상기 슬러지분리탱크에서 1차 처리한 유분포함폐수의 조성 성분은 아래 표 2와 같다.

종 류	성분비
기름(유분)층(W%)	52.75%
슬러지(W%)	11.23%
수분(W%)	36.02%

상기 표 2의 조성을 갖는 유분포함폐수를 75℃ 내지 80℃로 가열한 후, 농축회수장치(11)의 유분회수부(31)에 40리터/hr의 속도로 주입하여, 제 1,2,3,4챔버를 통과하게 한 후 제 4챔버로부터 처리물을 인출하여 그 성분을 분석하여 표 3의 결과를 얻었다.

종 류	성분비
기름(유분)층(W%)	99.44%
슬러지(W%)	0.1%
기름층산가(mg KOH/g)	23.98%
수분(W%)	0.46%

상기한 실험예 1에 따른 실험과정 중 유분과 비유분의 무게도 측정하였으며, 총 무게를 500kg 기준으로 각 성분별 무게를 표 4에 나타내었다. 당연히 투입량과 배출량은 500kg으로 같다.

		kg	비율(%)
투입	유분	12.7	2.54
	물+이물질	487.3	97.46
합계		500.0	100.00
농축 회수 유분		11.3	2.26
드레인	유분	1.4	0.28
	물+이물질	487.3	97.46
합계		500.0	100.00

상기 표를 종합하면, 총 500kg의 음폐수에 섞여 있던 유분 중 89%의 유분을 회수할 수 있었고 특히 회수된 유분의 성분은 기름이 99.44%임을 알 수 있다.

실험예 2

실험예 1과 마찬가지로 처리속도는 정량펌프를 이용하여 40리터/hr로 고정하였고, 가열은 스팀형 열교환기를 이용하여 75℃ 내지 80℃으로 맞추었다. 경기도 용인에서 채취한 시료인, 음폐수의 조성 성분은 아래 표 5와 같다.

종 류	성분비
기름(유분)층(W%)	5.57%
슬러지(W%)	11.24%
기름층산가(mgKOH/g)	20.53
수분(W%)	83.79

상기 조성을 갖는 음폐수를 상기 슬러지분리탱크에서 처리한 후의 유분포함폐수의 조성 성분은 아래 표 6과 같다.

종 류	성분비
기름(유분)층(W%)	72.34%
슬러지(W%)	4.64%
수분(W%)	23.02%

상기 표 6의 조성을 갖는 유분포함폐수를 실험예 1과 마찬가지로, 75℃ 내지 80℃로 가열하고 이를, 농축회수장치(11)의 유분회수부(31)에 40리터/hr의 속도로 주입하여, 상기한 제 1,2,3,4챔버(33a,33b,33c,33d)를 통과하게 한 후 제 4챔버로부터 처리물을 인출하여 그 성분을 분석하여 표 7의 결과를 얻었다.

종 류	성분비
기름(유분)층(W%)	99.52%
슬러지(W%)	0.05%
기름층산가(mg KOH/g)	20.75%
수분(W%)	0.43%

상기한 실험예 2에 따른 실험과정 중 유분과 비유분의 무게도 측정하였으며, 총 무게를 500kg 기준으로 각 성분별 무게를 표 8에 나타내었다.

		kg	비율(%)
투입	유분	27.85	5.57
	물+이물질	472.15	94.43
합계		500.0	100.00
농축 회수 유분		25.60	5.12
드레인	유분	2.25	0.45
	물+이물질	472.15	97.46
합계		500.0	100.00

상기 표 4 내지 표 8을 종합하면, 총 500kg의 음폐수에 섞여 있던 유분 중 92%의 유분을 회수할 수 있었고 특히 회수된 유분의 성분은 기름이 99.52%임을 알 수 있다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

11:농축회수장치 13:음폐수저수조 15:수층
17:유분층 19:오일스키머(oil skimmer) 21:펌프
23:가열부 25:이송파이프 27:주입파이프
27a:상단부 31:유분회수부 33:처리탱크
33a:제 1챔버 33b:제 2챔버 33c:제 3챔버
33d:제 4챔버 33e:위어월(weir wall) 33f:격벽
33k:유입구 33m:하강통로 33n:경사판
33p:액면센서 33q:감지부 33r:배출관
33s:밸브 33t:투명창 33z:내부공간
35:콘트롤러 37:콘구조체 37a:콘부재
37b:상단개구 37c:경사면 37d:사이드개구
37f:고정프레임 37k:내측면 37m:하단개구
37n:통로 39:슬러지분리탱크 39a:투명창
39b:액면센서 39c:주입노즐 39d:감지부
39e:펀넬부 41:농축유분배출관 43:주입파이프

Claims (10)

1. 유분이 포함된 유분포함폐수를 그 하부로 받아들여 일정높이의 액면을 유지하고, 그 내부에서, 유분포함폐수내의 유분이 물과의 비중차이로 상승하게 하는 처리탱크와;
   상협하광의 형태를 취하는 다수의 깔때기형 콘부재를 수직으로 쌓아 적층 구성한 것으로서, 상기 처리탱크의 내부공간에 설치된 상태로 상승하는 유분을 그 내부로 통과시키되, 상승하는 유분과 부딪혀 유분에 포획되어 있는 슬러지를 유분으로부터 분리시키는 콘구조체를 갖는 유분회수부와;
   상기 처리탱크내의 유분포함폐수 액면에 떠 있는 유분을 처리탱크 외부로 배출하는 농축유분배출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 음폐수내 유분 농축회수장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 처리탱크의 내부에는, 처리탱크의 내부공간을 두 개 이상의 챔버로 구획하되, 일측 챔버의 액면에 위치한 유분을 이웃 챔버의 하측부로 유도하는 경로를 제공하는 구획수단이 구비된 것을 특징으로 하는 음폐수내 유분 농축회수장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 콘구조체는 모든 챔버내에 설치되고,
   상기 구획수단은;
   그 하단부가 챔버의 바닥에 고정되고 상단부가 상기 콘구조체보다 높은 고도에 위치하며, 챔버내 액면으로 올라온 유분을 그 상부로 넘기는 위어월과,
   상기 위어월에 대해 이격 배치되며, 위어월과의 사이에 위어월을 넘은 유분을 이웃 챔버로 유도하는 하강통로를 제공하고, 그 하단부에 이웃챔버로 개방된 유입구를 갖는 격벽이 구비된 것을 특징으로 하는 음폐수내 유분 농축회수장치.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 각 챔버의 하부에는, 유분포함폐수로부터 분리된 슬러지를 챔버의 외부로 배출시키는 슬러지배출수단이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 음폐수내 유분 농축회수장치.
5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 콘구조체를 구성하는 콘부재는,
   최상측 콘부재를 제외한 임의의 콘부재를 상향 통과한 유분이 상승하면서 그 상부에 위치한 상측 콘부재의 내측면에 부딪히도록, 상대적으로 하부에 위치한 콘부재의 상단개구의 연직 상부에 상측 콘부재의 내측면이 위치하도록 배치된 것을 특징으로 하는 음폐수내 유분 농축회수장치.
6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 유분회수부의 상류측에는;
   유분포함폐수를 가열하여 상기 처리탱크로 보내는 가열부가 더 구비된 것을 특징으로 하는 음폐수내 유분 농축회수장치.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 가열부와 유분회수부의 사이에는;
   상기 가열부에 의해 가열된 유분포함폐수를 그 내부에 받아들여 유분포함폐수에 혼합되어 있는 슬러지를 일차적으로 분리하며, 상기 처리탱크내에 수용되어 있는 유분포함폐수의 액면과 같은 고도의 액면을 유지하는 슬러지분리탱크와,
   상기 슬러지분리탱크와 처리탱크를 연통시키되, 슬러지분리탱크의 액면에 떠 있는 유분포함폐수를 처리탱크로 이동시키는 주입파이프가 더 구비된 것을 특징으로 하는 음폐수내 유분 농축회수장치.
8. 음폐수저수조내에서 유분층을 이루고 있는 유분포함폐수를 수거하는 유분수거단계와;
   상기 유분수거단계를 통해 얻은 유분포함폐수를 50℃ 내지 80℃로 가열하는 가열단계와;
   상기 가열단계를 마친 유분포함폐수를 일정 고도의 액면을 유지하는 처리탱크의 하부로 주입하여, 폐수내의 유분이 물과의 비중차이에 의해 상승하게 하고, 액면에 도달한 유분을 처리탱크의 외부로 빼내는 유분회수단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음폐수내 유분 농축회수방법.
9. 제 7항에 있어서,
   상기 처리탱크의 내부에는;
   상협하광의 형태를 취하는 다수의 깔때기형 콘부재를 수직으로 쌓아 적층 구성한 콘구조체가 설치되며,
   상기 유분회수단계는;
   상기 처리탱크의 하부로 유입된 유분포함폐수내의 유분이 상기 콘부재를 통과해 상향 이동하며 콘부재에 부딪혀 유분에 포획되어 있는 슬러지가 유분으로부터 분리되도록 하는 단계인 것을 특징으로 하는 음폐수내 유분 농축회수방법.
10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 가열단계와 유분회수단계의 사이에 진행되는 과정으로서,
    상기 가열단계를 마친 유분포함폐수를 슬러지분리탱크내에 주입하여, 유분포함폐수내의 슬러지를 분리하는 슬러지분리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음폐수내 유분 농축회수방법.
    

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