KR20200054473A

KR20200054473A - 미세기포 기반의 응집부상분리 폐수처리시스템

Info

Publication number: KR20200054473A
Application number: KR1020180137768A
Authority: KR
Inventors: 박찬규; 여인설
Original assignee: 한국산업기술시험원
Priority date: 2018-11-11
Filing date: 2018-11-11
Publication date: 2020-05-20
Also published as: KR102177110B1

Abstract

본 발명은 미세기포와 조대기포를 이용하여 제거하고자 하는 응집플록을 용이하게 제거할 수 있는 설치공간이 최소화된 폐수처리시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외부에서 유입되는 유입수와 기체를 혼합한 용해수를 이용하여 기포를 생성하는 기포발생부와, 상기 기포발생부와 연결되되 외부에서 유입되는 폐수와 생성된 버블수를 적어도 하나 이상의 부상보조제에 혼합시켜 응집플록을 생성하는 응집플록 반응부 및 상기 기포발생부와 연결되되 수면상에서 이동하는 상기 응집플록을 제거하여 정화된 처리수를 획득하는 부상분리 반응부를 포함하되, 상기 기포발생부를 통해 생성되는 기포는 입자크기가 20㎛ 이하인 미세기포와 입자크기가 20㎛ 이상인 조대기포를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

미세기포 기반의 응집부상분리 폐수처리시스템{FLOTAION TYPE TREATMENT APPARATUS FOR WASTE WATER}

본 발명은 미세기포와 조대기포를 이용하여 제거하고자 하는 응집플록을 용이하게 제거할 수 있는 설치공간이 최소화된 폐수처리시스템에 관한 것이다.

일반적으로 오폐수 처리 시스템은 축산폐수, 가정하수, 공장폐수, 양식(어)장 폐수, 매립지 침출수 등을 정수하기 위해 일련의 물리적 처리(단위조작 : unit operation)와 화학 또는 생물학적 처리(단위공정 : unitprocess)를 조합하여 폐수로부터 오염물질을 3단계 처리로 제거한다.

1차 처리(primary treatment)에서는 폐수중에 포함된 상대적으로 큰 오염물을 균일한 크기의 구멍이 형성된 스크린으로 걸러내는 스크린분리(screening), 물보다 무거운 오염물을 중력에 의해 분리하는 침강분리(sedimentation)등의 단위조작을 적용하여, 폐수 중에 포함된 부상성 오염물과 침강성 오염물을 일차적으로 제거한다.

2차 처리에서는 응집제, 흡착제 및 살균제등의 각종 약품을 사용하여 현탁부유물을 응집 및 침강시키거나 흡착시키고 병원균을 사멸시키는 등의 화학적 단위 공정과, 미생물의 작용에 의해 비침강성 생분해 유기물을 분해하여 기체로 전환시키거나 부유물로 응집시켜 침강제거하는 등의 생물학적 단위공정을 사용하며, 폐수 중에 포함된 유기물을 주로 제거한다.

3차 처리(또는 고도 처리라고 함)에는 앞서 1차 및 2차 처리에 언급된 여러 가지 단위조작과 단위공정이 복합적으로 적용되며, 1차 및 2차 처리에서 쉽게 제거되지 않는 암모니아, 질소, 인 등을 비롯한 각종 무기물과 중금속 및 합성유기물 등을 제거한다.

상기와 같은 일반적인 폐수처리 방법은 유기물과 같은 각종 부유물을 제거하는 공정이 있으며, 이들 부유물의 분리 및 제거는 부유물의 물리화학적 특성(예, 크기, 밀도, 표면 전하등)에 따라 침강분리, 부상분리 등을 선택적으로 사용한다.

상기 침강분리는 수중에 응집제를 투입하여 혼합, 교반시켜 응괴를 형성하고, 여기에 불순물을 흡착시켜 침전시키는 것으로, 물보다도 무거운 입자는 정체된 물 또는 극히 흐름이 느린 물에서 침강하여 물과 분리하는 방식이다.

상기 부상분리는 분산매에 분산된 부유상에 공기를 부착시켜 분산매와 공기가 접하고 있는 한계면까지 부상시키는 현상을 말하며, 현탁물의 비중이 물보다 작거나 또는 현탁물에 작은 기포를 부착시켜서 비중을 작게하여 물의 표면에 정지시켜 물로부터 분리하는 방식이다.

그러나, 상기와 같은 부상분리는 부유물(응집플록)이 정체된 물 또는 극히 흐름이 느린 물에서 침강하여 물과 분리되므로 폐수처리시간이 장시간 소요되며, 물이 천천히 흐르도록 넓은조에 유입시켜 입자를 분리하는 침전지를 설치해야 하므로 처리장의 설치면적과 설치비용이 상승한다는 문제점이 있다.

국내등록특허 제10-0446141호(공고일: 2004.08.25.) 국내등록특허 제10-1718828호(공고일: 2017.03.23.)

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 처리장의 설치면적을 최소화 하면서도 폐수처리에 의한 시간적인 이득을 취할 수 있는 폐수처리시스템을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상술한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 미세기포 기반의 응집부상분리 폐수처리시스템은 외부에서 유입되는 유입수와 기체를 혼합한 용해수를 이용하여 기포를 생성하는 기포발생부와, 상기 기포발생부와 연결되되 외부에서 유입되는 폐수와 생성된 버블수를 적어도 하나 이상의 부상보조제에 혼합시켜 응집플록을 생성하는 응집플록 반응부 및 상기 기포발생부와 연결되되 수면상에서 이동하는 상기 응집플록을 제거하여 정화된 처리수를 획득하는 부상분리 반응부를 포함하되, 상기 기포발생부를 통해 생성되는 기포는 입자크기가 20㎛ 이하인 미세기포와 입자크기가 20㎛ 이상인 조대기포를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 기포발생부는 응집플록 반응부와 부상분리 반응부에 공급하고자 하는 버블수를 생성하기 위한 유입수와 기체를 용해되는 믹서펌프와, 폐수와 상기 부상보조제가 함께 상기 응집플록 반응부에서 혼합되기 위한 버블수인 미세기포을 공급하는 미세기포공급부재 및 상기 부상분리 반응부에 유입된 상기 응집플록이 침전되지 않게 수면상으로 부상시키되 상기 응집플록을 일 방향으로 이동시키기 위한 조대기포를 생성하는 조대기포공급부재를 포함하고, 상기 믹서펌프에 유입되는 유입수는 상기 부상분리 반응부를 통해 정화된 처리수를 사용하는 것이 바람직하다.

또한 상기 기포발생부는 유입수와 기체가 서로 용해되기 위한 혼합챔버부재를 포함하되, 상기 혼합챔버부재는 일단이 상기 믹서펌프와 관 연결되되 타단은 상기 미세기포공급부재와 관 연결되는 속이 빈 함체 형상의 챔버, 상기 챔버 내부에 길이방향으로 서로 이웃하게 다수 구비되되 상기 챔버 내의 일단에서 타단 방향으로 상기 믹서펌프의 배출압력에 의해 이동되는 유입수와 기체가 서로 충돌 및 혼합할 수 있도록 구비되는 혼합판을 포함하며, 상기 혼합판은 서로 다른 지름을 갖는 동심원을 이루게 서로 이웃하도록 배치되는 복수의 링플레이트, 적어도 둘 이상의 상기 링플레이트가 서로 연결될 수 있도록 형성하여 각각의 상기 링플레이트에 복수의 유입공이 형성될 수 있도록 구비되는 리브를 포함하는 것이 바람직하다.

또한 상기 응집플록 반응부는 배관에 의해 서로 연결된 다수의 혼합탱크 및 상기 혼합탱크 외부에 구비되되 상기 혼합탱크 내부에 수용되는 혼합물을 와류 현상에 의해 혼합시키는 혼합수단을 포함하며, 상기 혼합탱크는 폐수와 미세기포가 혼합된 제1혼합물이 수용되는 제1탱크, 상기 제1탱크와 관 연결되되 상기 제1혼합물과 상기 부상보조제 중 하나인 응집제가 혼합된 제2혼합물이 수용되는 제2탱크, 상기 제2탱크와 관 연결되되 상기 제2혼합물과 상기 부상보저제 중 하나인 폴리머를 혼합한 상기 응집플록이 수용되는 제3탱크를 포함하며, 상기 혼합수단은 소정 지름을 갖되 상기 배관 내부에 길이방향으로 서로 이웃하게 다수 구비되는 원판 형상의 와류판, 상기 와류판에 적어도 하나 이상 천공형성되되 상기 혼합탱크에 수용되는 혼합물이 상기 배관 내에서 와류할 수 있도록 형성된 와류형성공을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 종래와는 차별적으로 응집플록에 미세기포가 붙을 수 있도록 해당 미세기포를 기포발생부를 통해 제공하되 부상반응조 내에서 상기 기포발생부에서 공급되는 또 다른 기포인 조대기포를 이용하여 상기 응집플록이 상기 부상반응조 내에서 침전되는 것을 방지하여 수면 위로 부상시킴으로써, 상기 응집플록의 제거가 용이하도록 한다.

또한 종래와는 차별적으로 설치면적이 최소화되어 설치장소의 제약이 불필요한 효과를 갖는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 미세기포 기반의 응집부상분리 폐수처리시스템(이하, 간략하게 '폐수처리시스템'이라 한다)에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 폐수처리시스템(1)은 크게 기포발생부(100), 응집플록 반응부(200) 및 부상분리 방응부(300)를 포함한다.

더욱 상세하게 설명하면, 상기 기포발생부(100)는 도 2 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 외부에서 유입되는 유입수와 기체(예를 들어, 산소 또는 오존)를 혼합한 용해수를 이용하여 버블을 생성할 수 있는 버블수를 생성하는 구성으로 예컨대 믹서펌프(110), 미세기포 공급부재(120) 및 조대기포 공급부재(130)를 포함한다.

도 2를 참조하면, 믹서펌프(110)는 일단이 후술하는 부상분리 반응부(300)의 처리수가 공급될 수 있게 관 연결되며, 타단은 미세기포 공급부재(120)와 조대기포 공급부재(130)에 공동으로 버블수를 공급할 수 있도록 관 연결된 구조로 설치된다.

이때, 믹서펌프(110)에 공급되는 유입수는 부상분리 반응부(300)에서 정화처리된 처리수의 일부가 유입될 수 있는 구조로 설치되며, 상기 믹서펌프(110) 외부에는 유입된 처리수와 용해되기 위한 기체가 유입되는 기체유입관이 더 설치되는 것이 바람직하다(도 10 참조).

믹서펌프(110)에 의해 생성되는 용해수는 공급되는 기체를 급속으로 전단하여 처리수와 함께 용해될 수 있도록 형성하며, 상기 믹서펌프(110)를 통해 미세기포 공급부재(120)와 조대기포 공급부재(130)에 공동으로 공급되는 용해수의 비율은 미세기포 공급부재(120)에는 50~70%, 조대기포 공급부재(130)에는 30~50%의 비율을 갖도록 공급된다.

여기서, 조대기포 공급부재(130)에 비교적 적은 비율의 용해수가 공급되는 이유는 상기 조대기포 공급부재(130)를 통해 생성된 조대기포는 부상분리 반응부(300) 내에서 응집플록(F)의 침전을 방지하되, 해당 조대기포를 배출시에 발생하는 배출압력에 의해 응집플록(F)이 일 방향으로 이동하기 용도의 것이므로, 미세기포 공급부재(120)에 공급되는 용해수보다 적은 비율로도 상술한 효과를 만족할 수 있기 때문이다(도 10 참조).

아울러 믹서펌프(110)와 관 연결되는 미세기포 공급부재(120)와 조대기포 공급부재(130)에는 제어신호에 개폐제어가 가능한 체크밸브(미도시)가 각각 설치되어 작업자의 선택에 따라 선택적으로 사용할 수 있도록 할 수 있다.

미세기포 공급부재(120)는 도 3에 도시한 바와 같이, 믹서펌프(110)를 통해 공급된 용해수를 미세기포로 생성하기 위한 구성으로 노즐체(121), 커버체(124) 및 충돌관(125)을 포함한다.

노즐체(121)는 일단이 믹서펌프(110) 또는 혼합챔버부재(140)와 관 연결되어 용해수가 상기 노즐체(121) 내부로 유입될 수 있도록 하며, 타단은 응집플록 반응부(200)와 관 연결되어 미세기포 공급부재(120)를 통해 생성된 미세기포가 공급될 수 있도록 한다.

노즐체(121) 타단은 그 외면에 방사상으로 다수의 분배공(122)이 형성될 수 있으며, 응집플록 반응부(200)에 유입되고자 하는 미세기포의 용량에 따라 상기 노즐체(121)의 길이방향으로 서로 이웃하게 다수 형성되어 해당 미세기포의 용량이 증가될 수 있는 구조를 갖는다.

이때, 다수의 분배공(122)은 일 방향으로 경사각을 갖도록 노즐체(121)에 천공형성되어 상기 분배공(122)을 통해 배출되는 용해수에 와류 현상이 발생하여 배출될 수 있는 구조를 갖도록 하는 것이 바람직하다.

하여, 믹서펌프(110)의 배출압력에 의해 노즐체(121) 내부로 유입된 용해수는 다수의 분배공(122)을 통해 와류 현상을 갖도록 배출되며, 후술하는 충돌관(125)과 충돌시에 그 충격을 증가시켜 미세기포의 생성률을 극대화할 수 있게 된다.

커버체(124)는 속이 빈 관 형상으로 이루어져 있으며, 도시한 바와 같이, 그 하부는 노즐체(121) 타단과 기밀이 유지될 수 있도록 결합하고, 상부는 외면에는 응집플록 반응부(200)에서 연장된 연결관 내측으로 삽입될 수 있는 구조를 갖도록 형성되어 생성된 미세기포의 이탈 없이 상기 연결관을 통해 상기 응집플록 반응부(200) 내부로 용이하게 공급될 수 있도록 한다,

이때, 커버체(124) 하부는 노즐체(121) 외경보다 더 큰 내경을 갖는 관 형상으로 이루어져 분배공(122)을 통해 배출된 용해수가 와류되기 위한 공간이 확보될 수 있도록 하며, 상기 분배공(122) 전체가 감싸지게 노즐체(121) 타단에 결합하는 것이 바람직하다.

커버체(124) 상면에는 서로 대칭되게 다수의 오피리스(123)가 천공형성되어 충돌관(125)에 의해 생성된 미세기포가 용이하게 연결관으로 유입될 수 있는 구조를 갖는다.

이때, 오피리스(123) 내벽은 벤츄리 효과(Venturi effect)를 일으키기 용이하게 길이방향으로 그 중앙부가 오목한 벤츄리관(venturi pipe)의 형상을 갖도록 하여 연결관으로 유입되기 이전의 미세기포가 서로 충돌하여 원하는 입자크기의 기포를 생성할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

아울러 오피리스(123)가 형성된 커버체(124) 상면은 그 두께(T)를 필요에 따라 두껍게 형성하여 미세기포의 생성 효과를 더욱 극대화할 수 있다(도 3 및 도 5 참조).

도 4를 참조하면, 관체(126)는 전체적으로 기둥형상으로 이루어지되 상면에서 하면까지 천공형성되어 용해수가 관통하는 중공부(127)가 상기 관체(126)의 임의의 중심점(P)을 기준으로 다수 방사상으로 천공형성된 형상을 갖는다.

이때, 각각의 중공부(127) 내벽에는 상기 중공부(127)에 임의의 중심점(P') 방향으로 다수의 충돌벽(128)이 돌출형성되어 상기 중공부(127) 내부로 유입되는 용해수가 충돌하여 미세기포가 생성될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

아울러 충돌벽(128)의 돌출길이는 서로 달리하도록 함으로써, 용해수의 충돌회수 등이 더욱 용이하게 이루어지도록 할 수 있으며, 도시한 바와 같이, 충돌구역(Z)을 확대할 수 있게 커버체(124) 내부에 다수의 충돌관(125)을 길이방향으로 설치하여 미세기포의 입자크기 등을 조절할 수 있도록 한다(도 5 참조).

한편, 본 발명에서의 기포발생부(100)는 도 6을 참조하면, 상술한 믹서펌프(110)와 미세기포 공급부재(120) 사이에 관 연결되어 상기 믹서펌프(110)에서 용해된 용해수의 용해정도를 극대화할 수 있는 혼합챔버부재(140)를 더 포함하며, 예컨대 상기 혼합챔버부재(140)는 챔버(141) 및 혼합판(145)을 포함한다.

챔버(141)는 속이 빈 함체 형상으로 이루어지되 일단이 믹서펌프(110)와 관 연결되어 용해수가 그 내부로 유입될 수 있도록 하며, 타단은 노즐체(121)와 관 연결되어 혼합판(145)에 의해 용해가 이루어진 용해수가 공급될 수 있는 구조를 갖는다.

챔버(141) 내벽에는 다수의 혼합판(145)이 서로 동일한 간격을 갖되 용해수가 유입되는 압력에 의해 상기 혼합판(145)의 유동을 방지할 수 있도록 서로 이웃하는 결합홈(미도시)이 더 형성되어 상기 혼합판(145) 외면과 형상맞춤으로 끼움 결합할 수 있도록 한다.

혼합판(145)은 챔버(141) 내부에 길이방향으로 다수 형성되되 상기 챔버(141) 일단에서 타단 방향으로 진행되는 용해수가 관통하면서 혼합이 이루어질 수 있도록 하기 위한 구성으로 링 플레이트(142) 및 리브(144)를 포함한다.

링 플레이트(142)는 도시한 바와 같이, 서로 다른 지름을 갖는 링 형상의 복수의 몸체가 동심원을 이루도록 모듈로 형성되며, 적어도 둘 이상의 상기 링 플레이트(142)는 방사상으로 형성된 다수의 리브(144)에 의해 서로 연결되는 구조를 갖는다.

이때, 다수의 리브(144)에 의해 연결된 복수의 링 플레이트(142)는 상기 리브(144) 사이에 유입공(143)을 형성하여 상기 유입공(143)을 통해 용해수가 관통할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

아울러 각각의 모듈로 구비되는 링 플레이트(142)에 구비된 리브(144)는 서로 동일 형상을 갖지 않도록 마주보게 형성되어 용해수의 용해율이 극대화될 수 있도록 한다.

즉, 챔버(141) 내부에 길이방향으로 다수 구비되는 링 플레이트(142)에 형성된 유입공(143)을 순차적으로 용해수가 관통시에 해당 용해수가 서로 다른 위치에 배치되는 리브(144)의 간섭에 의해 교반되어 기체와 유입수로 이루어진 용해수의 용해율을 극대화할 수 있는 것이다.

이를 위해, 리브(144)는 직선, 곡선 등의 다양한 형상을 갖도록 형성될 수 있다.

조대기포 공급부재(130)는 도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 용해수를 공급받아 조대기포를 생성하되 상기 조대기포를 부상분리 반응부(300)에 공급하여 응집플록(F)의 침전방지 및 상기 응집플록(F)이 일 방향으로 이동할 수 있도록 하기 위한 구성으로 상술한 미세기포 공급부재(120)와 동이한 구조를 갖으며, 본 발명의 요지를 흐리지 않도록 상술한 상기 미세기포 공급부재(120)의 설명으로 대신한다.

다만, 본 발명에서의 조대기포 공급부재(130)는 상술한 미세기포 공급부재(120)와는 달리, 일단에 관 연결된 믹서펌프(110)에서 유입되는 용해수를 통해 조대기포를 생성하되 그 타단은 후술하는 부상분리 반응부(300)의 부상반응조(310)와 관 연결되어 상기 조대기포가 상기 부상반응조(310) 내부에 배출될 수 있는 구조를 갖는다.

이때, 조대기포 공급부재(130)는 부상반응조(310) 일측(바람직하게는 처리수 수용부와 대칭되는 위치) 하부에 연결되어 상기 부상반응조(310) 내부로 배출되는 조대기포 및 상기 조대기포에 의해 침전되는 응집플록(F)과 접촉(조대기포 배출압력 포함)하여 수면으로 부상시키며, 나아가서는 상기 응집플록(F)이 처리수 수용조(312) 방향으로 이동할 수 있도록 하는 것이 바람직하다(도 10 참조).

아울러 조대기포 공급부재(130)를 통해 생성되는 조대기포는 미세기포의 적정크기인 20㎛보다 더 크게 형성하여 응집플록(F)과의 접촉에 의해 상기 응집플록(F)을 충분히 수면으로 부상시킬 수 있도록 한다.

그리고, 상기 응집플록 반응부(200)는 도 7 내지 도 9에 도시한 바와 같이, 상술한 미세기포와 적어도 하나 이상의 부상보조제(215)를 혼합하여 응집플록(F)을 생성하기 위한 구성으로 예컨대 다수의 혼합탱크(210) 및 혼합수단(220)을 포함한다.

혼합탱크(210)는 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 서로 이웃하게 관 연결된 형태를 갖도록 설치되되 미세기포 공급부재(120)에서 부상반응조(310) 방향으로 각각의 상기 혼합탱크(210)에 순차적으로 이동할 수 있는 구조를 갖도록 한다.

예컨대 본 발명에서의 혼합탱크(210)는 폐수와 미세버블의 접촉이 이루어지는 제1혼합물이 생성되는 제1탱크(211), 상기 제1탱크(211)와 관 연결되되 부상보조제(215) 중 하나인 응집제와 상기 제1혼합물이 서로 혼합되어 제2혼합물을 형성하는 제2탱크(212) 및 상기 제2탱크(212)와 관 연결되되 상기 부상보조제(215) 중 하나인 폴리머와 상기 제2혼합물이 혼합되게 복수의 혼합단계를 순차적으로 거쳐 최종적으로 응집플록(F)을 생성하는 제3탱크(213)를 포함할 수 있다.

한편, 각각의 제1 내지 제3탱크(211,212,213) 상부에는 제1혼합물, 제2혼합물 및 응집플록(F)을 혼합하여 생성하기 위한 혼합수단(220)이 구비될 수 있으며, 상기 혼합수단(220)은 판 형상으로 이루어지되 도시한 바와 같이, 제1 내지 제3탱크(213) 상부에 구비된 배관(214) 내부에 각각 설치되어 둘 이상의 물질이 와류 현상에 의해 혼합될 수 있도록 한다.

예컨대 혼합수단(220)은 제1실시예로 전체적으로 소정 지름을 갖는 원형의 판 형상으로 이루어지되 방사상으로 다수의 와류형성공(222)이 천공형성된 와류판(221)으로 구성된다(도 9의 (a)(b) 참조).

와류판(221)은 폐수와 미세기포가 함께 유입되는 배관(214) 내부에 길이방향으로 서로 이웃하게 다수 구비되되 각각의 상기 와류판(221)에 형성된 와류형성공(222)이 서로 대향되지 않게 와류 현상이 일어날 수 있는 구조로 설치되어 폐수와 미세기포가 서로 혼합될 수 있도록 한다.

이때, 방사상으로 천공형성된 다수의 와류형성공(222)은 도시한 바와 같이, 와류판(221) 중심부에서 서로 이어진 연결공(223)이 형성될 수 있도록 할 수 있으며, 상기 연결공(223)이 형성된 와류판(221)은 상기 연결공(223)이 형성되지 않은 한 쌍의 와류판(221) 사이에 배치될 수 있도록 구조를 갖도록 하는 것이 바람직하다.

이를 통해, 제1혼합물을 이루어지고자 하는 폐수와 미세기포가 다수의 와류판(221)을 관통하여 제1탱크(211) 내부로 유입시에 연결공(223)이 형성되지 않은 와류판(221) 부분에서는 잠시동안 폐수와 미세기포가 체류하여 혼합되되 상기 연결공(223)이 형성된 와류판(221)에서는 급속하게 진행되면서 와류 현상을 용이하게 일어키는 반복적인 동작을 실행하여 혼합률을 극대화하게 되는 것이다.

또한 혼합수단(220)은 상술한 제1실시예와는 달리, 제2실시예로 도시한 바와 같이, 와류판(221)에 하나의 와류형성공(222)을 형성할 수 있다(도 9의 (c)(d) 참조).

이때, 제2실시예에 따른 배관(214) 내부에 서로 이웃하게 다수 구비된 와류판(221) 각각에 천공형성된 와류형성공(222)은 서로 대향되지 않게 배치되어 폐수와 미세기포가 상기 배관(214)을 관통시에 와류 현상이 일어날 수 있게 배치되는 것이 바람직하다.

제2실시예에 따른 혼합수단(220)은 제1실시예와 다르게 혼합하고자 하는 폐수와 미세기포가 각각의 와류판(221)에서 체류할 수 있는 시간을 늘려 해당 미세기포가 폐수에 붙을 수 있는 시간을 확보할 수 있는 장점을 갖게 된다.

또한 혼합수단(220)은 도시한 바와 같이, 제3실시예로 배관(214)의 길이방향을 따라 서로 이웃하게 다수 구비된 각각의 와류판(221)에 수직 또는 수평방향으로 한 쌍의 와류형성공(222)이 천공형성되어 상기 배관(214) 내부를 관통하는 폐수와 미세기포가 와류 현상에 의해 서로 혼합될 수 있는 구조를 갖게 할 수 있다(도 9의 (e)(f) 참조).

이때, 와류형성공(222)은 서로 마주보게 배관(214) 내부에 배치되는 한 쌍의 상기 와류판(221)에 서로 대향되지 않게 배치되며, 상기 와류형성공(222)은 전체적으로 머리형성공(222a)과 이음공(222b)으로 이루어진 'T'자 형상으로 천공형성되며, 상기 머리형성공(222a)은 반원의 형상을 갖도록 천공형성되는 것이 바람직하다.

제3실시예는 상술한 제1 및 제2실시예의 효과를 모두 만족하기 위해 형성된 것으로, 배관(214) 내부를 관통하는 폐수와 미세기포가 상기 배관(214)을 통과시에 서로 대향되지 않게 배치되는 머리형성공(222a)을 통해 와류 현상이 용이하게 발생할 수 있으며, 이음공(222b)을 통해 해당 폐수와 미세기포가 각각의 와류판(221)에서 잠시 체류하여 해당 미세기포가 폐수에 붙을 수 있는 시간을 확보할 수 있는 장점을 갖게 된다.

아울러 본 발명에서의 혼합수단(220)은 제1 내지 제3실시예 중 어느 하나를 선택하여 제1 내지 제3혼합물을 생성하기 위한 혼합수단(220)으로 사용할 수 있으며, 필요에 따라서는 제1 내지 제3실시예에 따른 상기 혼합수단(220)을 제1 내지 제3탱크(213) 상부에 적어도 하나 이상 동종 또는 이동의 실시예로 설치하여 혼합물을 형성할 수 있다.

그리고, 상기 부상분리 반응부(300)는 도 10에 도시한 바와 같이, 상술한 응집플록 반응부(200)를 통해 생성된 응집플록(F)을 제거하여 정화된 처리수를 획득하기 위한 구성으로 부상반응조(310) 및 스키머(320)를 포함한다.

예컨대 부상반응조(310)는 전체적으로 속이 빈 함체 형상을 갖되 생성된 응집플록(F)에 수용되어 수면 상에 상기 응집플록(F)이 떠오르도록 하여 후술하는 스키머(320)를 통해 제거될 수 있는 구조를 갖는다.

부상반응조(310) 내부는 다수의 격벽(314)에 의해 서로 분할된 공간을 가질 수 있도록 하며, 그 분할된 공간이란 도시한 바와 같이, 응집플록(F)을 제거하기 위한 정화처리조(311), 정화가 이루어진 처리수가 수용되는 처리수 수용조(312) 및 제거된 응집플록(F)이 수용되어 외부로 배출될 수 있는 슬러지 수용조(313)를 포함한다.

이때, 정화처리조(311) 내부에는 상기 정화처리조(311) 바닥면으로 침전하는 응집플록(F)을 수면 상으로 부상시키기 위한 조대기포가 배출시에 상기 조대기포가 안내되어 배출될 수 있게 하는 안내판(315)이 수직방향으로 길이를 갖도록 설치되며, 상기 안내판(315)은 소정각도로 경사를 갖도록 형성됨과 동시에 그 상부가 절곡 형성되어 조대기포에 의해 안정적으로 침전되는 응집플록(F)이 부상할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

정화처리조(311)는 처리수 수용조(312)와 그 내부가 서로 연통될 수 있도록 형성되되 바람직하게는 수면상으로 응집플록(F)이 상기 처리수 수용조(312)로 유입되는 것을 방지할 수 있게 상기 정화처리조(311) 하부에서 서로 이어지도록 형성되며, 그 이음부에 별도의 필터(미도시)이 구비되어 제거되지 못한 이물질 등이 상기 처리수 수용조(312) 내부로 유입되는 것을 방지한다.

정화처리조(311)는 응집플록 반응부(200)와 관 연결되어 응집플록(F)이 정화처리조(311) 내부로 유입될 수 있는 구조를 가지며, 그 하부는 조대기포 공급부재(130)와 관 연결되어 조대기포가 상기 정화처리조(311) 내부에서 배출될 수 있는 구조를 갖는다.

아울러 정화처리조(311) 상부에는 스키머(320)가 설치되어 상기 정화처리조(311) 내부에서 수면상으로 부상된 응집플록(F)을 상기 스키머(320)가 제거할 수 있도록 한다.

처리수 수용조(312)는 정화처리조(311) 일측에 격벽(314)을 통해 분할 형성되되 그 하부는 상기 정화처리조(311)와 연통되게 형성되어 응집플록(F)이 제거된 처리수가 수용될 수 있도록 한다.

처리수 수용조(312) 하부는 상술한 믹서펌프(110)와 관 연결되어 처리수 일부(약 20~40%)가 상기 믹서펌프(110)에 유입되어 미세기포나 조대기포를 생성하기 위한 버블수로 사용되며, 그 나머지 처리수(약 60~80%)는 외부로 배출되는 구조를 갖는다.

슬러지 수용조(313)는 정화처리조(311)와 처리수 수용조(312) 사이에 격벽(314)에 의해 분할된 공간을 형성하며, 후술하는 스키머(320)를 통해 획득한 제거하고자 하는 응집플록(F)이 수용되어 상기 슬러지 수용조(313) 외부로 배출될 수 있는 구조를 갖는다.

슬러지 수용조(313) 상부는 스키머(320)에서 지속적으로 걷어진 응집플록(F)이 신속하게 수용될 수 있도록 개방된 형상을 가지며, 그 하부에는 정화처리조(311) 방향으로 소정각도를 갖는 유입방지판(316)이 적어도 하나 이상 설치되어 상기 정화처리조(311)에서 처리수 수용조(312)으로 유입되는 처리수의 이물질이나 응집플록 등이 유입되는 것을 차단하기 위한 효과를 높일 수 있도록 한다.

스키머(320)는 정화처리조(311)의 수면상에 부상된 응집플록(F)을 회전에 의해 걷어 올려 상술한 슬러지 수용조(313)에 수용될 수 있게 제공하기 위한 구성으로 띠 형상의 벨트(321)와 상기 벨트(321) 내부에 회전가능하게 구동모터(미도시)에 의해 회전가능하게 설치되는 다수의 롤러(322)로 이루어진 통상의 컨베이어 방식으로 이루어진다.

스키머(320)는 정화처리조(311) 상부에 위치하되 그 하부는 수면과 근접할 수 있도록 설치되어 회전에 의해 수면상에 부상된 응집플록(F)을 걷어낼 수 있도록 한다.

이때, 스키머(320)를 이루는 벨트(321) 외면에는 직선이나 곡선 형상을 갖는 후크(324)가 형성되어 응집플록(F)을 걷어내기 용이한 구조를 가지며, 상기 벨트(321)에는 걷어 올려진 응집플록(F)에서 발생한 수분이 상기 벨트(321)를 관통하여 정화처리조(311)에 다시 수용될 수 있도록 통공(323)이 다수 천공형성되는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 폐수처리시스템(1)은 종래와는 차별적으로 응집플록(F)에 미세기포가 붙을 수 있도록 해당 미세기포를 기포발생부(100)를 통해 제공하되 부상반응조(310) 내에서 상기 기포발생부(100)에서 공급되는 또 다른 기포인 조대기포를 이용하여 상기 응집플록(F)이 상기 부상반응조(310) 내에서 침전되는 것을 방지하여 수면 위로 부상시킴으로써, 상기 응집플록(F)의 제거가 용이하도록 한다.

1: 본 발명에 따른 미세기포 기반의 응집부상분리 폐수처리시스템
100: 기포생성부 110: 믹서펌프
120: 미세기포공급부재 130: 조대기포공급부재
140: 혼합챔버부재 200: 응집플록 반응부
210: 혼합탱크 220: 혼합수단
300: 부상분리 반응부 310: 부상반응조
320: 스키머 F: 응집플록

Claims

외부에서 유입되는 유입수와 기체를 혼합한 용해수를 이용하여 기포를 생성하는 기포발생부(100);
상기 기포발생부(100)와 연결되되 외부에서 유입되는 폐수와 생성된 버블수를 적어도 하나 이상의 부상보조제(215)에 혼합시켜 응집플록(F)을 생성하는 응집플록 반응부(200); 및
상기 기포발생부(100)와 연결되되 수면상에서 이동하는 상기 응집플록(F)을 제거하여 정화된 처리수를 획득하는 부상분리 반응부(300);를 포함하되,
상기 기포발생부(100)를 통해 생성되는 기포는 입자크기가 20㎛ 이하인 미세기포와 입자크기가 20㎛ 이상인 조대기포를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세기포 기반의 응집부상분리 폐수처리시스템.
제1항에 있어서,
상기 기포발생부(100)는
상기 응집플록 반응부(200)와 상기 부상분리 반응부(300)에 공급하고자 하는 버블수를 생성하기 위한 유입수와 기체를 용해되는 믹서펌프(110);
폐수와 상기 부상보조제(215)가 함께 상기 응집플록 반응부(200)에서 혼합되기 위한 버블수인 미세기포을 공급하는 미세기포 공급부재(120); 및
상기 부상분리 반응부(300)에 유입된 상기 응집플록(F)이 침전되지 않게 수면상으로 부상시키되 상기 응집플록(F)을 일 방향으로 이동시키기 위한 조대기포를 생성하는 조대기포 공급부재(130);를 포함하고,
상기 믹서펌프(110)에 유입되는 유입수는 상기 부상분리 반응부(300)를 통해 정화된 처리수를 사용하는 것을 특징으로 하는 미세기포 기반의 응집부상분리 폐수처리시스템.
제1항에 있어서,
상기 기포발생부(100)는 유입수와 기체가 서로 용해되기 위한 혼합챔버부재(140);를 포함하되, 상기 혼합챔버부재(140)는
일단이 상기 믹서펌프(110)와 관 연결되되 타단은 상기 미세기포 공급부재(120)와 관 연결되는 속이 빈 함체 형상의 챔버(141), 상기 챔버(141) 내부에 길이방향으로 서로 이웃하게 다수 구비되되 상기 챔버(141) 내의 일단에서 타단 방향으로 상기 믹서펌프(110)의 배출압력에 의해 이동되는 유입수와 기체가 서로 충돌 및 혼합할 수 있도록 구비되는 혼합판(145)을 포함하며,
상기 혼합판(145)은 서로 다른 지름을 갖는 동심원을 이루게 서로 이웃하도록 배치되는 복수의 링 플레이트(142), 적어도 둘 이상의 상기 링 플레이트(142)가 서로 연결될 수 있도록 형성하여 각각의 상기 링 플레이트(142)에 복수의 유입공(143)이 형성될 수 있도록 구비되는 리브(144)를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세기포 기반의 응집부상분리 폐수처리시스템.
제1항에 있어서,
상기 응집플록 반응부(200)는
배관(214)에 의해 서로 연결된 다수의 혼합탱크(210); 및
상기 혼합탱크(210) 외부에 구비되되 상기 혼합탱크(210) 내부에 수용되는 혼합물을 와류 현상에 의해 혼합시키는 혼합수단(220);을 포함하며,
상기 혼합탱크(210)는 폐수와 미세기포가 혼합된 제1혼합물이 수용되는 제1탱크(211), 상기 제1탱크(211)와 관 연결되되 상기 제1혼합물과 상기 부상보조제(215) 중 하나인 응집제가 혼합된 제2혼합물이 수용되는 제2탱크(212), 상기 제2탱크(212)와 관 연결되되 상기 제2혼합물과 상기 부상보조제(215) 중 하나인 폴리머를 혼합한 상기 응집플록(F)이 수용되는 제3탱크(213)를 포함하며,
상기 혼합수단(220)은 소정 지름을 갖되 상기 배관(214) 내부에 길이방향으로 서로 이웃하게 다수 구비되는 원판 형상의 와류판(221), 상기 와류판(221)에 적어도 하나 이상 천공형성되되 상기 혼합탱크(210)에 수용되는 혼합물이 상기 배관(214) 내에서 와류할 수 있도록 형성된 와류형성공(222)을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세기포 기반의 응집부상분리 폐수처리시스템.