KR20180106322A - 폐수 처리용 산소 용해기 및 이를 포함하는 폐수처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일측에 폐수 유입구가 형성되고 타측에 폐수 배출구가 형성되며 그 내부에 산소 용해용 배관이 수용되는 용해기 케이스와, 상기 용해기 케이스 내부에 배치되며 그 내부로 폐수가 흐르면서 산소가 용해되는 산소 용해용 배관 및 상기 산소 용해용 배관의 입구측에 구비되는 공기 주입 배관을 포함하는 산소 용해기 및 이를 포함하는 폐수처리 시스템에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 산소 용해기는 구조가 간단하면서도 산소 용해 효율이 우수하며, 소비 전력이 적게 들고 협소한 장소에도 설치가 용이한 효과가 있다.

Description

폐수 처리용 산소 용해기 및 이를 포함하는 폐수처리 시스템{OXYGEN DISSOLVING DEVICE AMD WASTEWATER TREATMENT SYSTEM COMPRISING THE SAME}

본 발명은 용해기 케이스(case) 내에 다수 회 절곡된 산소 용해용 배관을 구비함으로써 구조가 간단하면서도 산소 용해 효율이 우수한 폐수 처리용 산소 용해기 및 이를 포함하는 폐수처리 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 수처리는 수중의 오염된 물질을 미생물 또는 화학적인 산화, 환원반응에 의하여 유기물을 분해하고, 처리되지 않은 잔류물질을 분리하는 과정을 의미한다. 이와 같은 수처리 기술은 생물학적 처리방식이 대부분이며 비교적 처리비용이 저렴하다.

이와 같은 생물학적 수처리는 다량의 미생물 즉, MLSS(Mixed Liquor Suspended Solid)을 축산폐수 등의 오폐수와 접촉시킴으로써 유기물을 분해하는 방식이며, 이때, 반응조의 미생물에 산소를 공급하기 위하여 반응조의 하부로부터 산소를 직접 공급하는 산기 방식을 이용하고 있는 실정이다.

도 1은 이러한 종래 기술에 따른 축산폐수 처리 장치의 일예를 나타낸 구성도이다.

상술한 축산폐수 처리 장치는 축산폐수가 수용되는 침전조(10)와, 침전조(10)에 공기 공급을 위한 풍압을 제공하는 풍압 발생부(20)와, 풍압 발생부(20)에 의하여 발생된 풍압을 이용하여 공기를 침전조(10) 내부로 공급하는 공기 공급관(30) 및 공기 공급관(30)에 배치되어 풍압에 따라 침전조 내부로 공기를 공급하는 노즐부(40)를 포함한다.

공기가 침전조(10) 내부로 공급되면 축산폐수의 상부 수면까지 기포가 발생하여 상승하면서 침전조(10) 내부에 공기 속에 함유된 산소가 용해되고, 산소가 용해된 침전조(10) 내부의 축산폐수는 2차 처리를 위하여 외부 배출관(50)을 통하여 외부로 배출되게 된다.

그러나, 상기와 같이 구성되는 종래 기술에 따른 축산폐수 처리 장치는, 풍압을 제공하기 위한 풍압 발생부(20)의 부피가 큼은 물론, 그 비용이 상당한 고가이고, 풍압 발생부(20)에 의하여 소모되는 소비전력이 큰 단점을 가진다.

또한, 침전조(10) 내부에서 공기 속에 함유된 산소는 5% 내외의 미미한 양만이 용해되는 바, 미생물의 활발한 증식이 어려운 바 인공적으로 침전조(10) 내에 미생물을 추가 투입하여야 하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 구조가 간단하면서도 산소 용해 효율이 우수하고 소비 전력이 적게 드는 폐수 처리용 산소 용해기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 산소 용해기를 포함하는 폐수처리 시스템을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은, 일측에 폐수 유입구가 형성되고 타측에 폐수 배출구가 형성되며 그 내부에 산소 용해용 배관이 수용되는 용해기 케이스와, 상기 용해기 케이스 내부에 배치되고 그 내부로 폐수가 흐르고 상기 폐수에 산소가 용해되는 산소 용해용 배관 및 상기 산소 용해용 배관의 입구측에 구비되는 공기 주입 배관을 포함하는 산소 용해기에 관한 것이다.

본 발명의 일 구현예에 따른 산소 용해기에 있어서, 상기 산소 용해용 배관은 상기 용해기 케이스 내에서 다수 회 절곡되어 형성될 수 있다.

또한 상기 산소 용해용 배관은 외측으로 형성된 요철 형상의 다수의 돌출부를 포함할 수 있다.

또한 상기 요철 형상은,

, 및 중 선택된 1종 이상의 형상일 수 있다.

또한 상기 돌출부는 높이가 산소 용해용 배관 지름의 10~20%일 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 산소 용해기에 있어서, 상기 산소 용해용 배관은 와류를 형성함으로써 산소의 용해가 촉진될 수 있다.

또한 공기 또는 아크 방전된 공기가 상기 공기 주입 배관에 주입될 수 있다.

또한 상기 산소 용해용 배관은 폐수 공급용 배관에 의해 폐수 저장조로부터 폐수가 공급되며, 산소가 용해된 폐수가 폐수 배출용 배관에 의해 다시 상기 폐수 저장조로 배출될 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 산소 용해기에 있어서, 상기 용해기 케이스는 육면체 형상으로 이루어질 수 있다.

또한 상기 용해기 케이스는 금속 재질로 이루어질 수 있다.

본 발명의 또 하나의 양상은, 폐수를 유입시켜 저장하는 집수조와, 상기 집수조로부터 이송되는 폐수와 응집제를 교반시키는 교반탱크와, 상기 교반탱크로부터 이송되는 폐수를 1차 침전처리하는 1차 침전조와, 상기 침전조에서 배출되는 처리수를 저장하는 1차 처리수조와, 상기 1차 처리수조로부터 이송되는 1차 처리수에 공기를 공급하여 정화시키는 반응조와, 상기 반응조로부터 이송되는 정화수를 침전처리함으로써 2차 처리를 한 후 2차 처리수를 배출하는 2차 침전조와, 상기 2차 침전조에서 배출되는 2차 처리수를 저장하는 2차 처리수조와, 상기 2차 처리수조로부터 이송되는 2차 처리수를 여과시키는 여과기 및 상기 여과기를 통과하며 여과된 여과수를 저장한 후 방류시키는 방류조를 포함하는 폐수처리 시스템으로서, 상기 반응조 후단에는 본 발명에 따른 산소 용해기가 설치되는 폐수처리 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 일 구현예에 따른 폐수처리 시스템에 있어서, 상기 2차 침전조 후단에는 본 발명에 따른 따른 산소 용해기가 추가로 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 폐수 처리용 산소 용해기는 구조가 간단하면서도 산소 용해 효율이 우수한 장점이 있다.

또한 소비 전력이 적게 들어 유지 관리비가 저렴하며, 협소한 장소에도 설치가 용이한 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 축산폐수 처리 장치의 일예를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 산소 용해기의 유체 흐름을 도시한 플로우 차트(flow chart)이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 산소 용해기의 투과 사시도이다.
도 4는 도 3에 다른 산소 용해기를 A-A 선에서 절단한 단면도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 이하에서 사용될 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

또한, 어떤 구성요소가 "다른 구성요소 상에", " 다른 구성요소 상에 형성되어" 또는 " 다른 구성요소 상에 적층되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 표면 상의 전면 또는 일면에 직접 부착되어 형성되어 있거나 적층되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 더 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명의 폐수 처리용 산소 용해기에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 산소 용해기의 유체 흐름을 도시한 플로우 차트이고, 도 3은 상기 산소 용해기의 투과 사시도이며, 도 4는 산소 용해기의 단면도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 산소 용해기(20)는 크게 용해기 케이스(21)와 그 내부에 배치되는 산소 용해용 배관(90)을 포함하여 이루어진다. 상기 용해기 케이스(21)의 일측에는 폐수 유입구(22)가 형성되고 타측에는 폐수 배출구(23)가 형성된다.

상기 산소 용해용 배관(90)은 상기 폐수 유입구(22)를 통하여 용해기 케이스(21) 내부로 유입되며, 상기 폐수 유출구(23)를 통하여 용해기 케이스(21) 외부로 배출된다. 상기 산소 용해용 배관(90)의 입구 측에는 공기 주입 배관(80)이 설치된다. 상기 산소 용해용 배관(90)은 상기 용해기 케이스(21) 내에서 다수 회 절곡되어 형성된다. 이에 의하여 폐수와 공기의 접촉 시간을 늘림으로써 폐수 내 산소 용해도를 높일 수 있게 된다.

특히 본 발명에 따른 산소 용해기(20)에 있어서, 산소 용해용 배관(90)은 외측으로 형성된 요철 형상의 다수의 돌출부(91)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때 상기 돌출부(91)의 요철 형상은

, ∨ 및 중 선택된 1종 이상의 형상으로 이루어질 수 있다. 이에 의하여 본 발명에 따른 산소 용해기(20)는 폐수가 산소 용해용 배관(90)을 흐를 때 와류를 형성하여 효과적으로 공기와 접촉함으로써 폐수 내 산소의 용해도를 획기적으로 높일 수 있게 된다.

상기 돌출부(91)의 높이, 즉 산소 용해용 배관(90)의 외주면에서 외부로 돌출된 높이는 상기 산소 용해용 배관(90) 지름의 10~20%인 것이 바람직하다. 확장부(91)의 높이가 산소 용해용 배관(90) 지름의 10% 미만이면 와류 형성 효과가 미미하며, 20%를 초과하면 압력 손실이 커져 바람직하지 않다.

본 발명에 따르면, 공기 주입 배관(80)으로 공급되는 공기는 먼저 송풍기(30)를 통하여 아크 방전기(40)로 공급된 공기가 고압으로 아크 방전되어 공급된다. 이에 의하여 공기 중의 산소가 이온화됨으로써 폐수 내에서 용이하게 용해될 수 있게 된다. 또는 송풍기(30)로부터 아크 방전기(40)를 거치지 않고 직접 공기 주입 배관(80)으로 공기가 주입될 수도 있다.

본 발명에 따르면, 산소 용해기(20)로 공급되는 폐수는 수중 펌프(50)에 의해 폐수 저장조로부터 폐수 공급용 배관(60)을 통하여 산소 용해용 배관(90)으로 유입된다. 이어서 산소 용해용 배관(90)에서 산소가 용해된 폐수는 폐수 배출용 배관(70)을 통하여 다시 폐수 저장조로 배출된다. 이에 의하여 본 발명에 따른 산소 용해기(20)는 폐수 저장조와 함께 종래 폐수처리 시스템의 폭기조 기능을 담당하게 된다.

상기 폐수 저장조로 유입되는 폐수는 예를 들어 먼저 폐수를 1차적으로 유입하여 저장하는 집수조에 저장된 후, 상기 집수조로부터 교반탱크로 이송되어 응집제와 교반된 후, 상기 교반탱크로부터 침전조로 이송되어 침전 처리된 후 폐수 저장조로 유입될 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명에 따른 산소 용해기(20)는 폐수처리 시스템 내에서 산소에 의한 처리가 필요한 어떠한 처리 유닛(unit)에도 설치되어 이용될 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 산소 용해기(20)에 있어서, 상기 용해기 케이스(21)는 육면체 형상으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 산소 용해용 배관(91)이 수용될 수 있는 다른 형상으로 이루어질 수도 있다. 이때 상기 용해기 케이스는 금속 재질로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 산소 용해기(20)에 있어서, 상기 산소 용해용 배관(91)은 화학적 부식에 강한 스테인레스 스틸로 이루어지는 것이 바람직하나, 이에 상응하는 다른 재질로 이루어질 수도 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 다른 산소 용해기(20)는 구조가 간단하면서도 산소 용해 효율이 우수한 장점이 있다. 또한 소비 전력이 적게 들어 유지 관리비가 저렴하며, 협소한 장소에도 설치가 용이한 효과가 있다.

본 발명의 또 하나의 양상은, 폐수를 유입시켜 저장하는 집수조와, 상기 집수조로부터 이송되는 폐수와 응집제를 교반시키는 교반탱크와, 상기 교반탱크로부터 이송되는 폐수를 1차 침전처리하는 1차 침전조와, 상기 침전조에서 배출되는 처리수를 저장하는 1차 처리수조와, 상기 1차 처리수조로부터 이송되는 1차 처리수에 공기를 공급하여 정화시키는 반응조와, 상기 반응조로부터 이송되는 정화수를 침전처리함으로써 2차 처리를 한 후 2차 처리수를 배출하는 2차 침전조와, 상기 2차 침전조에서 배출되는 2차 처리수를 저장하는 2차 처리수조와, 상기 2차 처리수조로부터 이송되는 2차 처리수를 여과시키는 여과기 및 상기 여과기를 통과하며 여과된 여과수를 저장한 후 방류시키는 방류조를 포함하는 폐수처리 시스템으로서, 상기 반응조 후단에는 본 발명에 따른 산소 용해기가 설치되는 폐수처리 시스템에 관한 것이다.

이를 보다 상세하게 설명하면, 상기 집수조는 폐수를 유입시켜 저장하는 역할을 하는 것으로, 집수조에 저장된 폐수는 피드펌프(feed pump)에 의해 교반탱크로 이송된다. 본 발명에 따른 폐수처리 시스템은 약품저장조를 포함할 수 있다. 상기 약품저장조는 응집제를 저장하여 교반하는 것으로서, 수산화나트륨(NaOH)이 저장된 제1약품저장조와, 황산알루미늄(Al₂(SO₄)₃)이 저장된 제2약품저장조와, 폴리머(Polymer)가 저장된 제3약품저장조를 포함한다. 약품저장조에 저장된 응집제를 교반탱크에 공급하기 위해 약품주입펌프가 마련된다.

교반탱크는 집수조로부터 피드펌프에 의해 이송되는 폐수를 저장하고 약품저장조로부터 약품주입펌프에 의해 공급되는 응집제를 교반시키는 역할을 하는 것이다. 교반탱크는 pH 조정조, 반응조 및 응집조를 포함할 수 있으며, pH 조정조는 제1약품저장조에서 공급되는 수산화나트륨(NaOH)을 폐수와 교반시키고, 반응조는 제2약품저장조에서 공급되는 황산알루미늄(Al₂(SO₄)₃)을 폐수와 교반시키며, 응집조는 제3약품저장조(230)에서 공급되는 폴리머를 폐수와 교반시킨다.

상기 1차 침전조는 교반탱크의 응집조로부터 이송되는 폐수에서 오염물질을 제거하는 역할을 하는 것으로서, 침전조 내에서 침전처리와 부상처리를 연이어 처리한 후 처리수와 슬러지를 각각 배출한다. 이러한 침전조는, 침전탱크, 중앙관, 부상탱크, 스크레이퍼, 샤프트, 구동모터, 폐수유입관, 침전처리수 이송관, 공기주입관, 부상처리수 배출관을 포함할 수 있다.

상기 1차 처리수조는 상기 1차 침전조에서 침전처리 및 부상 처리된 1차 처리수가 이송되어 저장되는 수조이다. 1차 처리수조에 저장된 1차 처리수는 피드펌프에 의해 반응조로 이송된다.

상기 반응조는 1차 처리수조에서 피드펌프에 의해 이송되는 1차 처리수를 저장하고 공기를 공급하여 정화시키는 역할을 하는 것이다. 이때 상기 반응조의 후단에는 본 발명에 따른 산소 용해기(20)가 설치된다. 이에 의하여 반응기의 폐수가 수중 펌프에 의해 산소 용해기(20)로 공급되며 산소 용해기(20)에서 산소가 용해된 폐수는 다시 반응조로 돌아오게 된다.

상기 2차 침전조는 폐수를 2차 처리하는 곳으로서,반응조에서 정화된 후 이송되는 정화수를 다시 한 번 침전 처리를 한다. 이 경우, 2차 침전조의 하단에 연결되는 침전슬러지 배출관과 연결되어 슬러지를 배출하기 위한 제2 슬러지 펌프가 마련된다.

상기 2차 처리수조는 2차 침전조에서 침전 처리된 후 이송되는 2차 처리수를 저장하며, 2차 처리수조에는 송풍기에 의해 공기가 공급된다. 2차 처리수조에 저장된 2차 처리수는 피드펌프에 의해 여과기로 이송된다.

상기 여과기는 2차 처리수조에서 피드펌프에 의해 이송되는 2차 처리수를 여과시키는 역할을 하는 것으로서, 모래여과기와 활성탄여과기를 포함할 수 있다.

상기 여과기를 통과한 여과수는 방류조에 저장되었다가 최종적으로 외부로 방류된다.

본 발명의 일 구현예에 따른 폐수처리 시스템에 있어서, 산소 용해기는 반응조 후단에 설치되는 것에 추가하여 2차 침전조 후단에도 설치될 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 구현예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 폐수 저장조
20 : 산소 용해기
30 : 송풍기
40 : 아크 방전기
50 : 수중 펌프
60 : 폐수 공급용 배관
70 : 폐수 배출용 배관
80 : 공기 주입 배관
90 : 산소 용해용 배관
91 : 돌출부

Claims (10)

1. 일측에 폐수 유입구가 형성되고 타측에 폐수 배출구가 형성되며 내부에 산소 용해용 배관이 수용되는 용해기 케이스;
   상기 용해기 케이스 내부에 배치되고, 내부로 폐수가 흐르고, 산소가 상기 폐수에 용해되는 산소 용해용 배관; 및
   상기 산소 용해용 배관의 입구측에 구비되는 공기 주입 배관;을
   포함하는 산소 용해기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 산소 용해용 배관이 상기 용해기 케이스 내에서 다수 회 절곡되어 형성되는 것을 특징으로 하는 산소 용해기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 산소 용해용 배관은 외측으로 형성된 요철 형상의 다수의 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 용해기.
4. 제3항에 있어서,
   상기 요철 형상은

   

   , ∨ 및 ∪ 중 선택된 1종 이상의 형상인 것을 특징으로 하는 산소 용해기.
5. 제3항에 있어서,
   상기 돌출부는 높이가 산소 용해용 배관 지름의 10~20%인 것을 특징으로 하는 산소 용해기.
6. 제1항에 있어서,
   상기 폐수가 상기 산소 용해용 배관의 내부에서 와류를 형성함으로써 산소의 용해가 촉진되는 것을 특징으로 하는 산소 용해기.
7. 제1항에 있어서,
   공기 또는 아크 방전된 공기가 상기 공기 주입 배관에 주입되는 것을 특징으로 하는 산소 용해기.
8. 제1항에 있어서,
   상기 산소 용해용 배관은 폐수 공급용 배관에 의해 폐수 저장조로부터 폐수가공급되며, 산소가 용해된 폐수가 상기 폐수 배출용 배관에 의해 다시 상기 폐수 저장조로 배출되는 것을 특징으로 하는 산소 용해기.
9. 폐수를 유입시켜 저장하는 집수조;
   상기 집수조로부터 이송되는 폐수와 응집제를 교반시키는 교반탱크;
   상기 교반탱크로부터 이송되는 폐수를 1차 침전처리하는 1차 침전조;
   상기 침전조에서 배출되는 처리수를 저장하는 1차 처리수조;
   상기 1차 처리수조로부터 이송되는 1차 처리수에 공기를 공급하여 정화시키는 반응조;
   상기 반응조로부터 이송되는 정화수를 침전처리함으로써 2차 처리를 한 후 2차 처리수를 배출하는 2차 침전조;
   상기 침전조에서 배출되는 2차 처리수를 저장하는 2차 처리수조;
   상기 2차 처리수조로부터 이송되는 2차 처리수를 여과시키는 여과기; 및
   상기 여과기를 통과하며 여과된 여과수를 저장한 후 방류시키는 방류조를 포함하며,
   상기 반응조 후단에는 청구항 제1항에 따른 산소 용해기가 설치되는 폐수처리 시스템.
10. 제9항에 있어서,
    상기 2차 침전조 후단에는 청구항 제1항에 따른 산소 용해기가 추가로 설치되는 폐수처리 시스템.
    

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