KR20160084631A

KR20160084631A - 팩키지형 오수처리시설

Info

Publication number: KR20160084631A
Application number: KR1020150001068A
Authority: KR
Inventors: 조중진; 곽종수
Original assignee: (주)상산
Priority date: 2015-01-06
Filing date: 2015-01-06
Publication date: 2016-07-14

Abstract

팩키지형 오수처리시설이 개시된다. 개시된 팩키지형 오수처리시설은 유입된 오수에서 중력에 의해 부유물질을 제거하여 1차처리수를 생성하고, 상기 1차처리수를 정량으로 유출시키는 유량조정조; 상기 유량조정조와 연결되도록 설치되며, 상기 1차처리수를 공급받아 협작물 을 스크린망을 통해 걸러주어 2차처리수를 생성해주는 스크린조; 상기 스크린조와 연결되도록 설치되며, 상기 2차처리수를 공급받아 생물학적 공정에 의해 유기물과 영양물질을 제거하고, 막분리공정으로 고액분리 및 고농도 MLSS를 유지시켜 3차처리수를 생성시키는 막분리반응조; 및, 상기 막분리반응조와 연결되도록 설치되며, 상기 3차처리수를 공급받아 잔류 유기물, 색도 및 병원성 미생물을 제거하는 오존산화반응장치;를 포함하며, 상기 스크린조, 상기 막분리반응조 및 상기 오존산화반응장치는 하나의 지지프레임 상에 설치되어 팩키지화된 형태로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

팩키지형 오수처리시설{PACKAGE TYPE WASTE WATER PROCESSING FACILITIES}

본 발명은 기존의 오수처리정화조의 낮은 처리효율을 개선 및 보수하기 위한 팩키지형 오수처리시설에 관한 것으로, 보다 자세히는 팩키지형태로 형성되어 설치 및 유지보수가 용이할 뿐 아니라, 고농도 MLSS(mixed liquor suspended solid, 혼합액 현탁고형물)를 유지할 수 있으며 영양염류까지 제거하는 분리반응조, 그리고 잔류 유기물, 색도 및 병원성 미생물을 제거할 수 있는 오존산화반응조를 갖는 팩키지형 오수처리시설에 관한 것이다.

산업 발전과 인구 증가로 인하여 산업 폐수 및 가정 오수가 급증하고 있으며, 이에 대한 대책으로 국가 및 지자체는 여러 가지 배출 규제 및 하수 종말 처리를 시행하고 있다. 오지의 마을이나 수자원 보호 구역 내의 학교 등의 정화조에서 발생되는 오수나 가축 분뇨 정화조에서 발생되는 축산 폐수는 유량조정조, 폭기조, 침전조 등으로 구성되는 오수정화시설이나 소형의 합병정화시설을 설치하여 처리하고 있으나, 처리방법이 복잡하여 운전, 보수, 점검 등의 관리가 용이치 않기 때문에 별도의 관리인이 필요하고, 동력비 등 운영상의 많은 문제점으로 실제로 가동이 중단되어 있는 경우가 많다. 또한, 하수 종말처리 시설이 없는 마을단위하수처리 시설에도 질소, 인에 대한 규제가 강화될 전망이며, 이에 따라 현재 기존의 오수처리시설의 처리 효율을 증대시키거나 기 설치되어 있는 오수 정화조에 대한 효율 개선 대책이 요구된다.

소규모 오수처리시설은 하수종말처리장이 설치되지 않은 곳에 위생상 지장이 없는 구조로 설치되어야 하는데, 정화조는 기존 주택 밀집지역 뿐만 아니라 대도시의 신설되는 대형건물이나 아파트 등지에도 많이 설치되어 운영되어 왔다.

일반적인 오수처리시설로서 오수처리정화조는 도 1과 같다.

도 1을 참조하면, 종래의 오수처리정화조(10)는 오폐수(이하, '오수'라 함)가 유입되는 유입구(11)로부터 처리되어져 유출수가 배출되는 유출구(13)까지 순차적으로 유량조정조, 접촉폭기1실, 접촉폭기2실, 접촉폭기3실, 접촉폭기4실, 침전조, 방류조가 설치되어 있고, 그들 사이에는 격벽(15)들이 각각 설치되어 있으며, 각각의 격벽(15) 상부에는 월류구가 설치되어 오수가 각 구역으로 순차적으로 여과되면서 이동할 수 있도록 되어 있다. 또한, 경우에 따라 복수의 접촉폭기실에는 처리효율을 증대시키고자 접촉여재가 설치되기도 한다.

유량조정조에서는 중력을 이용한 물리적 처리가 이루어지고, 복수의 접촉폭기실에서는 호기성 미생물을 이용하여 생물학적 공정처리가 이루어진다. 그리고 최종침전조에서는 슬러지와 처리수가 분류되어 처리수는 유출되고 침전된 슬러지는 일정기간 후 외부로 반송하게 된다.

소규모 오수처리시설의 처리방식은 크게 생물막법과 활성오니법을 나눌 수 있으며, 생물막법은 그 처리방식으로 부패탱크방식, 회전원판접촉방식, 접촉폭기방식, 살수여상방식 등이 있다. 활성오니법은 조내 중에 부유하고 있는 미생물 활성 오니(floc)와 오수를 접촉시켜 오수 중의 유기물을 흡착 산화시킨 후 활성 오니를 침전 분리시킴으로써 깨끗한 처리수를 생성하는 방법으로 장기폭기방식과 표준활성오니방식 등이 있다.

이러한 종래의 오수처리시설은 오수의 처리 효율이 떨어지고 정화장치의 1차 및 2차 처리의 신뢰성이 크게 떨어진다.

한편, 기존의 오수처리 정화조는 FRP재질로 이루어져 1~2년이 지나면 내부 격벽(baffle) 파손 및 PVC 배관 파손 등의 문제점이 발생되고 있으며, 미생물 활성화 및 침전조 기능의 부실로 인해 처리효율이 크게 떨어진다는 단점이 있으며, 그로 인해 전체적인 하수종말처리장의 부하를 증가시키고, 유출수의 수질악화로 인한 하천의 오염 및 수처리 비용의 증대를 불러일으키는 요인이 되고 있다. 또한 주간에 집중된 유량의 과부하 현상과 야간의 유기물의 빈부하상태의 운전조건은 활성슬러지의 상태를 불량하게 하여 BOD, SS 등 방류수 수질기준보다 높게 방류되고 있다. 또한, 이러한 처리성능이 미비한 오수처리시설을 보완 및 신설하려고 할 때 토목공사비 등 추가적인 소요비용 상승이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 기존의 소규모 오수처리시설을 개선 및 보완함으로써 처리효율을 획기적으로 향상시킬 수 있고 유지관리가 용이한 팩키지화된 오수처리시설을 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 팩키지형 오수처리시설은 유입된 오수에서 중력에 의해 부유물질을 제거하여 1차처리수를 생성하고, 상기 1차처리수를 정량으로 유출시키는 유량조정조; 상기 유량조정조와 연결되도록 설치되며, 상기 1차처리수를 공급받아 협작물 을 스크린망을 통해 걸러주어 2차처리수를 생성해주는 스크린조; 상기 스크린조와 연결되도록 설치되며, 상기 2차처리수를 공급받아 생물학적 공정에 의해 유기물과 영양물질을 제거하고, 막분리공정으로 고액분리 및 고농도 MLSS를 유지시켜 3차처리수를 생성시키는 막분리반응조; 및, 상기 막분리반응조와 연결되도록 설치되며, 상기 3차처리수를 공급받아 잔류 유기물, 색도 및 병원성 미생물을 제거하는 오존산화반응장치;를 포함하며, 상기 스크린조, 상기 막분리반응조 및 상기 오존산화반응장치는 하나의 지지프레임 상에 설치되어 팩키지화된 형태로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 막분리반응조은 전단에 상기 2차처리수가 유입되는 유입구와, 후단에 상기 3차처리수가 배출되는 배출구를 구비되고, 내부에는 상기 2차처리수를 막여과하여 상기 3차처리수 생성하는 적어도 하나의 분리막모듈이 설치되며, 상기 분리막 모듈의 하부로 기포공기를 발생시키는 기포발생수단이 설치되도록 구성되며, 상기 생물학적 공정은 상기 막분리반응조에 수용된 상기 제1처리수에서 유기물과 영양물질이 미생물에 의해 분해되어 제거되며, 상기 막분리공정은 상기 막분리반응조에 수용된 상기 제1처리수가 상기 분리막모듈에 의해 고액분리 및 고농도 MLSS를 유지하도록 구성할 수 있다.

상기 막분리반응조는 무산소상태 또는 호기성상태로 운전가능하도록 구성되며, 상기 분리막모듈의 여과시 상기 기포발생수단으로부터 공기가 공급되게 함으로써 호기성 미생물에 의해 질산화가 진행되고, 상기 분리막모듈의 여과가 정지된 상태에서는 상기 기포발생수단으로부터의 공기공급을 차단하여 무산소 및 혐기성 미생물에 의해 탈질화가 진행되게 함으로써 질소 및 인을 제거할 수 있도록 교대적으로 폭기되도록 구성할 수 있다.

상기 오존산화반응장치는, 오존을 발생시키는 오존발생기; 상기 막분리반응조로부터 공급되는 상기 3차처리수와 상기 오존발생기에 의해 발생된 오존이 혼합되어 마이크로 미세버블을 형성시키는 1차버블발생기; 상기 1차 미세버블 발생기에서 생성된 상기 마이크로 미세버블이 증가된 유속과 압력에 의해 나노버블로 전환되도록 하는 2차 미세버블 발생기; 상기 나노버블을 포함한 상기 3차처리수가 유입되어 오존반응을 일으키는 오존반응조; 상기 오존반응조에 형성되어 최종처리수를 배출시키는 처리수배출관;을 포함하며, 상기 오존산화반응조에는 충돌유도배플 및 기액평형부가 설치되어 있으며, 상기 2차 미세버블 발생기에서 발생된 상기 나노버블이 상기 충돌유도배플에 부딪혀 압력이 증가되고 흐름방향이 변화되며, 상기 나노버블이 상기 기액평형부를 통과하면서 표면에 음전하가 유지되어 표면적을 극대화되며 오염원과의 접촉효율 및 산화분해력이 증대되도록 구성할 수 있다.

상기 1차 및 2차 미세버블발생기는, 상기 3차처리수를 선회시키는 가이드베인이 설치된 회전부와, 상기 회전부의 후단에 연결되며 다수 개의 돌기가 구비되어 상기 3차처리수와 오존이 혼합된 버블을 형성시키는 반응부를 포함하도록 구성할 수 있다.

본 발명의 팩키지형 오수처리시설은 유량조정조,스크린조,막분리반응조,오존산화반응장치가 순차적으로 설치되어 유량조정조로 유입된 오수가 스크린조, 막분리반응조 및 오존산화반응장치를 거치면서 처리되는 방식으로 기존에 비해 처리효율이 향상될 뿐 아니라, 막분리반응조를 통해 고농도 MLSS를 유지하고 유기물 및 SS 그리고 영양염류(질소, 인)까지 제거할 수 있어, 고품질의 처리수질을 확보할수 있는 효과가 있다.

또한, 스크린조, 막분리반응조, 오존산화반응장치가 하나의 프레임상에 설치되어 팩키지화된 구성을 갖음으로써, 기존의 오수처리정화조를 대체하는 유량조정조에 팩키지화된 스크린조, 막분리반응조, 오존산화반응장치를 설치해주기만 하면 설비시공이 끝나므로 시공이 용이하고 유지보수가 편리한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 기존 설치되어 사용되는 오수처리정화조를 유량조정조로 활용함으로써 유입유량 변동이 큰 상황에 대처할 수 있게 하며, 침지식 분리막모듈을 이용한 생물학적 처리방식을 통해 고농도 활성미생물 농도를 유지하게 하여 미처리되어진 유기물 및 영양염류(질소, 인)까지 안정적인 처리효율 얻을 수 있다.

도 1은 통상의 오수처리정화조의 구조를 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 오수처리시설을 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 오수처리시설의 유량조정조의 구체적인 구성을 나타낸 도면이고,
도 4는 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 오수처리시설의 막분리조를 구체적으로 구성을 나타낸 평면도이고,
도 5는 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 오수처리시설의 오존처리기의 구체적인 구성을 나타낸 도면이고,
도 6은 도 5에 도시된 1차미세버블 발생기를 확대하여 도시한 단면도이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

도 2 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 팩키지형 오수처리시설에 대해 설명한다.

본 발명의 오수처리시설은 유량조정조(100), 스크린조(200), 막분리반응조(300), 오존산화반응장치(400)를 포함한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 유량조정조(100)는 전단에 오수가 유입되는 유입구(111)가 형성되고, 타단에 1차처리수가 배출되는 배출구(113)가 형성된다. 유량조정조(100)는 오수가 유입되어, 일정시간 체류하면서 중력에 의해 부유물질을 제거하는 침전조로서의 기능을 하며, 배출구(113)와 연결된 흡입관(117)상에 수중펌프(115)를 설치하여, 부유물질이 제거된 1차처리수를 일정한 정량으로 배출하여 스크린조(200)에 정량의 1차처리수가 공급되게 한다.

본 발명에서 기 설치되어 사용되던 기존 오수처리정화조를 유량조정조(100)로 활용함으로써 안정적인 운영을 도모할 수 있으며, 기존 설치된 오수처리정화조의 후단에 수중펌프(115)를 설치하여 일정 유량을 스크린조(200)에 공급할 수 있다.

기존 오수처리정화조 사용시 파손된 격벽 및 에어 공급시설의 손상은 단락류 흐름을 형성하거나 불균일한 혼합 및 미생물 성장을 억제하여 처리수질 악화의 원인이 되고, 에어리프트 형식의 내부반송과 기타배관의 손상은 유기물 및 영양염류 제거효율을 낮게 하며, 침전조의 기능 저하는 최종방류수의 수질저하로 이어지고 있다. 이를 개보수함으로써 일시적인 수질향상을 기대할 수 있으나, 주간에 집중되어진 오수발생에 대한 유량변동이 큰 조건에서 안정적인 처리효율을 얻을 수는 없다.

이에 본 발명은 기존 오수처리정화조의 후단에 수중펌프(115)를 설치하여 유량조정조(100)로 활용함으로써 안정적인 운영을 도모할 수 있으며, 일정유입량을 스크린조(200)로 공급할 수 있다. 이때, 수중펌프(115)의 운전은 기존 오수처리정화조에 설치된 수위레벨센서와 연동되어 운전되도록 구성할 수 있다.

이처럼 본 발명의 유량조정조(100)는 기존 오수처리정화조의 활용을 통해 소규모 오수처리시설의 문제점으로 지적되어온 시간대별 큰 유입유량 변동을 개선할 수 있으며, 별도의 토목공사비 등 소요비용을 절감할 수 있게 된다.

본 발명은 유량조정조(100)의 후류측에 순차적으로 설치되는 스크린조(200), 분리막반응조(300), 오존산화반응장치(400)가 하나의 지지프레임(P)상에 설치되어 팩키지형태로 구성된다.

지지프레임(P)은 스크린조(200), 분리막반응조(300), 오존산화반응장치(400)가 모두 하나의 팩키지 형태로 장착될 수 있도록 하기 위한 것으로 컨테이너 박스형태로 형성되어, 컨테이너 박스 내에 스크린조(200), 분리막반응조(300), 오존산화반응장치(400)가 설치되도록 구성될 수 있거니와, 이에 한정되는 것은 아니며, 베이스플레이트 모서리에 수직빔이 설치되고, 이 수직의 상단에 사각형틀이 고정설치된 지지프레임 형태가 될 수도 있고, 아울러, 스크린조(200), 분리막반응조(300), 오존산화반응장치(400)를 지지하여 설치할 수 있으면 어떠한 형태의 지지프레임이 적용되어도 무방하다.

상기와 같이 본 발명은 스크린조(200), 분리막반응조(300), 오존산화반응장치(400)가 하나의 지지프레임(P)상에 팩키지형태로 설치된 구조로 이루어지기 때문에, 공장에서 스크린조(200), 분리막반응조(300), 오존산화반응장치(400)를 하나의 지지프레임(P)에 팩키지형태로 제작한 후, 이 제작된 팩키지를 유량조정조(100)가 시공된 장소로 운반하여 내려 놓음으로써 간단하게 시공할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 스크린조(200), 분리막반응조(300), 오존산화반응장치(400)가 팩키지형태로 형성되므로 시공성이 용이해질 뿐 아니라, 추후 유지보수가 편리해질 수 있게 된다.

이하에서는 본 발명의 스크린조(200), 분리막반응조(300), 오존산화반응장치(400)의 구체적인 구성에 대해서 설명한다.

스크린조(200)는 지지프레임(P) 상에 설치되며, 유량조정조(100)와 분리막반응조(300)를 연결하도록 설치되며 통상의 스크린조와 동일하게 내부에 스크린망(미도시)을 구비하여, 유량조정조(100)로부터 1차처리수를 공급받아 협작물을 걸러준 다음, 2차처리수를 분리막반응조(300)로 배출해 준다. 스크린조(200)는 1차처리수에서 협작물을 필터링한 2차처리수를 배출하는 구성이면, 어떠한 형태의 스크린조가 적용되어도 무방하다.

본 발명은 유량조정조(100)와 막분리반응조(300) 사이에 스크린조(200)를 설치해줌으로써, 스크린조(200)로부터 막분리반응조(300)로 2차처리수를 이송시키기 위한 펌프, 막분리반응조(300)에서 오존산화반응장치(400)로 3차처리수를 이송하기 위한 펌프, 후술할 막분리반응조(300)의 분리막모듈(320)를 보호할 수 있다. 또한, 토사 등의 퇴적으로 인한 막분리반응조(300)와 오존산화반응장치(400)에서의 처리기능저하를 방지하고 과부하를 방지할 수 있을 뿐 아니라 기계설비의 마모 등을 방지하여 내구년한 단축을 얻을 수 있다.

도 2 및 도 4를 참조하면, 막분리반응조(300)는 스크린조(200)와 연결되어 스크린조(200)로부터 2차처리수를 공급받아 생물학적공정에 의해 유기물과 영양물질을 제거하고, 막분리공정으로 고액분리 및 고농도 MLSS를 유지시켜 3차처리수를 배출한다. 이때, 막분리반응조(300)와 스크린조(200)를 연결하는 유로상에는 2차처리수를 이송시키는 펌프(미도시)가 설치될 수 있다.

본 발명의 막분리반응조(300)는 지지프레임(P) 상에 설치되며, 전단에는 2차처리수가 유입되는 유입구(311)가 형성되고, 후단에는 3차처리수가 배출되는 배출구(313)가 형성된다. 막분리반응조(300) 내부에는 유입된 2차처리수를 막여과하여 3차처리수 생성하는 5개의 분리막모듈(320)이 마련된다. 이 분리막모듈(320)의 설치수는 적어도 하나 이상으로만 설치되면 무방하다. 또한, 막분리반응조(300)는 기포발생기(345)가 설치되어, 분리막모듈(320)의 공기가 공급되도록 구성됨으로써, 미생물 성장에 필요한 공기를 공급하는 한편, 분리막모듈(320)의 표면이 오염되었을 경우 표면오염물질을 제거시키게 된다. 기포발생기(345)는 브로워로 이루어져 기포공급관(미도시)를 통해 분리막모듈(320)의 하부에서 공기가 분출하도록 구성할 수 있다. 본 발명에 적용된 분리막모듈(320)은 0.45 마이크로 미터 공극을 가진 정밀 여과막으로서 처리수와 슬러지를 고액분리하며 흡인펌프에 의해 고품질의 처리수를 여과시킨다.

막분리반응조(300)은 기존의 활성슬러지 공정과 침전조를 대신하여 분리막모듈(320)을 이용해 고액분리함으로써 유기물 및 부유물질(SS)을 완벽히 제거하여 고품질의 3차처리수를 확보한다. 즉, 막분리반응조(300)는 생물학적 공정과 막분리고정을 조합한 것으로 막분리반응조(300)로 유입된 2차처리수는 막분리반응조(300) 내에서 미생물에 의한 생물학적 공정과 분리막모듈(320)에 의한 막분리고정을 동시에 수행하게 됨으로써, 생물화학적 공정에 의해 유기물, 영양물질을 분해제거하고, 막분리고정으로 고액분리 및 고농도의 MLSS를 유지하는 역할을 수행하게 된다.

상기에서 막분리반응조(300)의 유입구(311)를 통해 2차처리수가 유입되어 분리막모듈(320)를 거쳐 3차처리수가 생성되고, 이 3차처리수가 배출구(313)를 통해 이송되는 구조는 공지된 것으로 구체적인 구조설명은 생략하도록 한다.

본 발명에서, 막분리반응조(300)는 운전조건을 조정하여 무산소와 호기성 상태로 운전할 수 있다. 즉 분리막모듈(320)의 여과시에는 하부에서 공기를 공급함으로써 호기성 미생물에 의해 질산화가 진행되고 분리막모듈(320)의 여과가 정지된 때에는 공기공급이 차단되어 무산소 및 혐기성 미생물에 의해 탈질화가 진행되게 함으로써 질소 및 인을 제거할 수 있도록 교대적 폭기를 할 수 있다.

도 2, 도 5 및 도 6을 참조하면, 오존산화반응장치(400)는 지지프레임(P)상에 설치되며, 막분리반응조(300)와 연결되도록 설치되도록 구성되어, 막분리반응조(300)로부터 공급된 3차처리수가 유입되어 3차처리수에서 용해성 유기물, 색도 및 병원성 미생물을 오존산화반응공정을 통해 산화시킴으로써 재이용이 가능한 최종처리수를 생성한다.

구체적으로, 오존산화반응장치(400)는 3차처리수를 일정 압력과 유량으로 이송할 수 있는 공급 펌프(411)와, 3차처리수와 오존이 혼합되어 마이크로미세버블을 생성하는 1차 미세버블 발생기(415)와, 생성된 마이크로 미세버블이 증가된 유속과 압력에 의해 나노버블로 변화되고 용출된 오존버블 및 오존가스를 재유입시켜 오존용해율을 증대시키는 2차 미세버블 발생기(417)와, 오존반응조(423)와, 기액평형부(421), 처리수배출관(441)을 포함한다.

공급펌프(411)는 일측은 막분리반응조(300)의 배출구(313)와 연결되는 연결배관(미도시)에 연결되고, 타측은 배관(427)을 통해서 1차 미세버블발생기(415)의 입구(4103)와 연결되어 있다.

1차 미세버블발생기(415)와 2차 미세버블발생기(417)는 유입관(453)을 통해서 서로 연결되어 있으며, 그 구성은 동일하므로, 도 5 및 도 6을 참조하여 1차 미세버블발생기만(415)을 설명한다.

1차 미세버블발생기(415)는 도 6을 참조하면, 외관(4115)과 내관(4113)으로 구성되며, 오존이 유입되는 흡입배관(4101)이 설치된 부분과, 회전부(4109), 반응부(4111)로 구분된다. 흡입배관(4101)은 T자형상으로 오존이 유입되는 배관이다. 3차처리수는 입구(4103)를 통해 화살표 H방향으로 들어온다. 회전부(4109)에는 3차처리수를 선회시키기 위한 가이드베인(4105)이 꽈배기 형상으로 설치되어 있으며 유입수를 가이드하면서 선회시키는 공간이 좁아지는 구간이다. 반응부(4111)는 내관(4113) 내면에 90도 간격으로 다수 개의 충돌돌기(4107)가 구비되어 있으며, 반응부(4111)에서 회전하는 3차처리수와 오존가스가 혼합되면서 미세버블(4117)이 형성되어 출구(4113)를 통해 배출된다.

오존반응조(423)는, 처리대상이되는 3차처리수가 저장되어 있으며 내부반응조(443)와 외부반응조(444)로 구획되어 있다. 1차 기액분리부(449)는 오존반응조(423) 내부 폐수의 수면 위 공간으로서 2차 미세버블발생기(417)가 설치되어 있고, 이중배관(445), 충돌유도배플(425), 기액평형부(421)가 설치되어 있다.

이중배관(445)은, 내관(447)과 외관으로 구성되며, 내관(447)에는 다수개의 유공이 형성되어 있다. 충돌유도배플(425)은 내부 반응조(443)의 하부에 설치되어 있다. 기액평형부(421)는 외부반응조(444)의 상부에 설치된다.

2차 미세버블발생기(417)에서 발생되어진 나노버블이 충돌유도배플(425)에 부딪혀(도 5의 화살표 C 참조) 압력 증가 및 흐름변화를 유도한 다음 화살표 D와 같이 이중배관(445)의 내관(447)으로 재유입되어 혼합작용를 증폭시키고, 충돌로 인한 압력감소에 따른 캐비테이션 붕괴 및 충돌과 인력작용으로 성장된 나노버블이 화살표 E와 같이 용출되어 1차 기액 분리부(449)로 이동하며, 다시 화살표 B와 같이 기액평형부(421)를 통과하면서 나노버블 표면의 음전하가 유지되며 음이온 나노버블로 존재되어 표면적을 극대화시킴으로 오염원과 접촉효율 및 산화분해력이 증대된다.

기액평형부(421)는, 불안정한 나노버블의 오존입자를 안정화시키는 것으로서, 유도극성화층(미도시)을 의미한다. 유입수 중의 나노버블은 오존버블로서 전기적으로 불안한 상태로 물에 용존되어 있으며 서로 인력작용과 응집작용에 의해 달라 붙어 나노버블이 마이크로버블로 성장하기도 한다. 이렇게 나노버블이 점차 성장하여 거대버블을 형성하게 되면 오존용해율 및 접촉시간을 단축시켜 수처리 효율이 떨어지는데, 나노버블의 오존입자가 기액평형부(421)를 통과하게 되면 표면전하는 음이온으로 대전되면서 안정화되며, 나노버블 상호간 척력이 발생되어 미세한 나노버블 상태로 오래동안 유지되면서 오존용해율과 오수와의 접촉시간을 늘릴 수 있다.

처리수 배출관(441)은 외부반응조(444)와 연결되어 있으며, 최종처리수를 외부로 방류하거나, 재이용수 이용을 위해 배출시킨다. 처리수 배출관(441)의 중앙부에는 최종 처리수 중의 잔류오존을 분리하는 2차 기액분리부(461)가 형성되어 있다. 2차 기액분리부(461)의 오존은 배관(431)을 통해 1차 미세버블발생기(415)로 다시 유입되어 활용된다.

상기한 구성으로, 오존이 3차처리수 중에 나노버블 상태로 용해될 수 있도록 1차와 2차 미세버블발생기(415,417)가 연속적으로 구성되어 있으며, 각각의 미세버블발생기(415,417)는 3차처리수의 흐름을 층류에서 난류로 유도시켜주는 가이드베인(4105)과 기액 계면층과 충돌하게되는 충돌돌기(4107)로 이루어져 있다.

공급펌프(411)에서 3차처리수를, 오존발생기(13)에서 오존가스를 1차 미세버블발생기(15)로 공급한다.

공급된 오존가스와 3차처리수는 1차 미세버블발생기(415)를 통과하면서 혼합되고 마이크로 미세버블이 생성된다. 생성된 마이크로 미세버블은 빠른 유속으로 증가되어 2차 미세버블발생기(417)를 통과하면서 더 작은 크기인 나노 미세버블로 변화된다. 즉, 공급펌프(411)에 의해 일정 압력과 유속으로 이송되어진 3차처리수는 1차 미세버블 발생기(415)를 통과하면서 생기는 흡인압에 의해 오존발생기(413)에서 공급되어지는 오존과 혼합되어지면서 마이크로 미세버블로 만들어지고, 마이크로 미세버블은 2차 미세버블발생기(417)를 통과하면서 3 마이크로 이하의 나노 미세버블크기로 전환되어 유입수 중에 용해되게 된다.

오존입자가 나노버블 크기로 용해되면 상승속도가 느려지고 높은 비표면적으로 인해 기액계면상의 흡착이나 반응이 촉진되게 된다. 3차처리수 중의 유기물은 95%이상 용해되어진 오존버블과 반응하여 일차적으로 화학적 산화반응이 진행되어진다. 이러한 용해방식은 높은 용해율을 얻게 되며 높은 유기물 처리효율을 가지게 된다.

2차 미세버블 발생기(417)를 통과하면서 유입수의 압력은 급격히 증기압 이하로 내려갔다가 회복되면서 수리학적 캐비테이션을(CAVITATION) 생성하게 되며 충돌유도배플(425)에 의한 흐름방향의 변화를 통해 캐비테이션 현상을 지속시킨다. 이러한 현상을 통해 용존되어있거나 용해되어 있는 기타 유기물질은 오존에 의한 화학적인 반응 외에 캐비테이션 붕괴시 생성되는 강력 산화제인 수산화 자유라디칼(OH)에 의한 별도의 산화반응을 병행하게 되어 유기물질 분해효율을 향상시키게 된다.

이는 수산화 자유라디칼의 생성을 유도하고자 자외선(UV), 과산화수소, 광촉매 등을 첨가하는 기존 연구방식과 달리 오존 자체만으로 동일한 수산화 자유라디칼 생성을 증폭시킬 수 있는 방식이다. 오존반응조(423) 내부 수중에 존재하는 나노버블의 내외 압력차는 기포 크기가 작아지면 커지게 되며 외부조건에 의해 기포가 붕괴될 때 순간적으로 고온 및 고압이 생성되면서 수산화 자유라디칼 발생을 유도하게 된다.

2차 미세버블발생기(417)에서 오존반응기(423) 내부로 연결되는 배관(445)은 2중으로 구성되어 있으며 내측 배관(447)에는 다수의 유공이 형성되어 있고 배관 후단에는 충돌유도배플(425)이 설치되어 있다.

일정 유속을 갖는 유입수와 나노버블 혼합수는 충돌유도배플(425)에 부딪히며 일정각도로 흐름 유도를 받게 된다. 유입수는 충돌하면서 음이온 전하를 갖는 나노버블을 형성하게 되고 충돌유도배플(425)에 의한 변경된 일부 흐름은 내측 배관(447)에 형성된 유공으로 재유입되어(도 5의 화살표 D 참조) 접촉반응을 증대시키는데 이중 배관구성은 이러한 유로 흐름과 혼합효과를 원활히 일으키게 한다. 이러한 과정을 통해 음이온 전하의 나노버블 형성이 증대되며 화학적 반응도 상승되게 한다.

오존반응조(423) 내측 상부에는 1차 기액분리층(449)이 형성되는데 이는 오존반응조(423) 내에서 생성된 버블들 끼리 결합되어 거대버블로 생성되어 상부로 상승되어진 버블들(451), 그리고 캐비테이션 붕괴로 인해 배출된 오존가스 등이 오존반응조(423) 상부로 용출되어지는 부분이다. 이렇게 용출되어진 오존버블이나 오존가스는 2차 미세버블발생기(17)에 설치되어진 흡입배관(416)을 통해 공급되어져 미세버블로 전환된 다음 오존반응조(423) 하단으로 이송되어지게 됨으로써 미반응 잔류오존 발생을 최소화 하게 된다. 이는 오존 용해율을 증대시킬 뿐 아니라 이용율을 최대화 함으로써 오존 공급을 위해 외부에 설치되는 오존 발생기(413) 용량을 줄이게 되어 설치비 및 유지관리 비용을 줄일 수 있게 한다.

오존반응조(423) 상부에 형성된 1차 기액분리층(449)에서 분리되어진 3차처리수는 반응조 중간부분에 설치되어 있는 기액평형부(421)를 화살표 B방향으로 통과하게 되는데 3차처리수 중의 나노버블 오존은 기액계면이 음전하로 안정화되어 더 이상 충돌이나 인력에 의해 거대버블이 되지 않게 된다. 이는 용존된 나노버블의 오존입자의 안정화를 가져오게 되어 오존버블과 오염물질과의 접촉 면적을 최대화하게 하며 산화반응속도 및 처리효율을 재차 높이게 되며, 이 단계에서 모든 유기물질 등은 제거되어진다.

최종적으로 처리수배출관(441)을 통해 배출되어지는 최종처리수는 2차 기액분리부(461)를 통해 잔류 오존과 분리되어져 최종 배출되게 되며 여기서 분리되어진 잔류오존 가스는 유입단계의 1차 미세버블발생장치(415)로 순환되어 재유입되어지며 이를 통해 배출되는 오존을 최소화시키게 된다. 도 5에서 설명되지 않은 428,431은 오존이 이송되는 배관이다.

이처럼, 1차와 2차 미세버블 발생기(415,417)를 통과하여 나노버블을 생성시켜 수중에 오존 용해율을 극대화시킬 뿐 아니라, 충돌과 음압에 의해 형성된 캐비테이션들이 붕괴될 때 생성된 강력한 산화제인 수산화 자유라디칼과 반응하여 산화반응 효율을 증대시키고, 충돌유도배플과 흐름변화를 통해 캐비테이션 생성 유도 및 유기물질과의 반응시간을 증대시키고, 기액평형부(421)를 통해 음전하를 가진 나노오존버블을 만들어 넓은 비표면적을 유지하도록 함으로써 잔류 오존산화력을 최대한 사용할 수 있도록 하는 장점을 갖는다.

이를 통해 오존 사용량을 기존 오존반응장치의 1/3이하로 줄일 수 있으며 반응조 효율상승으로 반응시간을 대폭 줄일 수 있으며 설치부지 축소 및 유지관리비 절감효과를 얻을 수 있다. 또한 짧은 반응조내 체류시간을 통해 반응기 크기를 줄일 수 있으며 일부 잔류 오존을 재투입함으로써 오존의 배출량이 거의 없도록 하는 효과가 있다.

본 발명의 팩키지형 오수처리시설은 유량조정조(100), 스크린조(200), 막분리반응조(300) 및 오존산화반응장치(400)가 순차적으로 설치되어, 유량조정조(100)로 유입된 오수가 스크린조(200), 막분리반응조(300) 및 오존산화반응장치(400)를 거치면서 처리되는 것으로 기존에 비해 처리효율이 향상될 뿐 아니라, 막분리반응조(300)를 통해 고농도 MLSS를 유지하고 유기물 및 SS 그리고 영양염류(질소, 인)까지 제거할 수 있어, 고품질의 처리수질을 확보할 수 있으며, 아울러, 기존 설치된 오수처리정화조를 유량조정조(100)로 활용하여 유입수량 및 불규칙한 유입부하에도 항상 안정적인 처리수질을 얻을 수 있고, 추가적인 토목공사가 필요치 않으며, 또한, 스크린조(200), 막분리반응조(300) 및 오존산화반응장치(400)가 지지프레임(P) 상에 팩키지형태로 구성되어, 스크린조(200), 막분리반응조(300) 및 오존산화반응장치(400)의 시공 및 교체나 유지보수가 용이하게 된다.

한편, 본 발명의 팩키지형 오수처리시설은 현장여건에 따라 직렬 또는 병렬 배치가 가능하고 처리용량에 따른 규격화가 가능하여 부지 및 환경에 따른 맞춤디자인이 가능하다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주 되어야 할 것이다.

100...유량조정조
200...스크린조
220...스크린망
300...막분리반응조
320...분리막모듈
400...오존산화반응장치
413...오존발생기
415...1차 미세버블발생기
417...2차 미세버블발생기
421...기액평형부
423...오존반응조
425...충돌유도배플
441...처리수 배출관
443...내부반응조
444...외부반응조
449...1차 기액분리부
461...2차기액분리부
4101...오존유입관
4107...충돌돌기
4109...회전부
4111...반응부

Claims

유입된 오수에서 중력에 의해 부유물질을 제거하여 1차처리수를 생성하고, 상기 1차처리수를 정량으로 유출시키는 유량조정조;
상기 유량조정조와 연결되도록 설치되며, 상기 1차처리수를 공급받아 협작물 을 스크린망을 통해 걸러주어 2차처리수를 생성해주는 스크린조;
상기 스크린조와 연결되도록 설치되며, 상기 2차처리수를 공급받아 생물학적 공정에 의해 유기물과 영양물질을 제거하고, 막분리공정으로 고액분리 및 고농도 MLSS를 유지시켜 3차처리수를 생성시키는 막분리반응조; 및,
상기 막분리반응조와 연결되도록 설치되며, 상기 3차처리수를 공급받아 잔류 유기물, 색도 및 병원성 미생물을 제거하는 오존산화반응장치;를 포함하며,
상기 스크린조, 상기 막분리반응조 및 상기 오존산화반응장치는 하나의 지지프레임 상에 설치되어 팩키지화된 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 팩키지형 오수처리시설.
제 1 항에 있어서,
상기 막분리반응조은 전단에 상기 2차처리수가 유입되는 유입구와, 후단에 상기 3차처리수가 배출되는 배출구를 구비되고, 내부에는 상기 2차처리수를 막여과하여 상기 3차처리수 생성하는 적어도 하나의 분리막모듈이 설치되며, 상기 분리막 모듈의 하부로 기포공기를 발생시키는 기포발생수단이 설치되도록 구성되며,
상기 생물학적 공정은 상기 막분리반응조에 수용된 상기 제1처리수에서 유기물과 영양물질이 미생물에 의해 분해되어 제거되며,
상기 막분리공정은 상기 막분리반응조에 수용된 상기 제1처리수가 상기 분리막모듈에 의해 고액분리 및 고농도 MLSS를 유지하는 것을 특징으로 하는 팩키지형 오수처리시설.
제 2 항에 있어서,
상기 막분리반응조는 무산소상태 또는 호기성상태로 운전가능하도록 구성되며,
상기 분리막모듈의 여과시 상기 기포발생수단으로부터 공기가 공급되게 함으로써 호기성 미생물에 의해 질산화가 진행되고,
상기 분리막모듈의 여과가 정지된 상태에서는 상기 기포발생수단으로부터의 공기공급을 차단하여 무산소 및 혐기성 미생물에 의해 탈질화가 진행되게 함으로써 질소 및 인을 제거할 수 있도록 교대적으로 폭기되는 것을 특징으로 하는 팩키지형 오수처리시설.
제 1 항에 있어서, 상기 오존산화반응장치는,
오존을 발생시키는 오존발생기;
상기 막분리반응조로부터 공급되는 상기 3차처리수와 상기 오존발생기에 의해 발생된 오존이 혼합되어 마이크로 미세버블을 형성시키는 1차버블발생기;
상기 1차 미세버블 발생기에서 생성된 상기 마이크로 미세버블이 증가된 유속과 압력에 의해 나노버블로 전환되도록 하는 2차 미세버블 발생기;
상기 나노버블을 포함한 상기 3차처리수가 유입되어 오존반응을 일으키는 오존반응조;
상기 오존반응조에 형성되어 최종처리수를 배출시키는 처리수배출관;을 포함하며,
상기 오존산화반응조에는 충돌유도배플 및 기액평형부가 설치되어 있으며,
상기 2차 미세버블 발생기에서 발생된 상기 나노버블이 상기 충돌유도배플에 부딪혀 압력이 증가되고 흐름방향이 변화되며, 상기 나노버블이 상기 기액평형부를 통과하면서 표면에 음전하가 유지되어 표면적을 극대화되며 오염원과의 접촉효율 및 산화분해력이 증대되는 것을 특징으로 하는 팩키지형 오수처리시설.
제 4 항에 있어서,
상기 1차 및 2차 미세버블발생기는, 상기 3차처리수를 선회시키는 가이드베인이 설치된 회전부와, 상기 회전부의 후단에 연결되며 다수 개의 돌기가 구비되어 상기 3차처리수와 오존이 혼합된 버블을 형성시키는 반응부를 포함하는 것을 특징으로 팩키지형 오수처리시설.