WO2020071657A1 - 가중응집적 고속회수량 멀티스테이지 하이드로 사이클론 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상수처리 또는 하폐수 처리에 있어 원수에 함유된 슬러지를 배출 처리하는 하이드로 사이클론에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가중응집제가 침투된 슬러지가 함유된 원수를 다수개의 보조 사이클론을 통해 가중응집제와 슬러지 및 물을 하부측과 상부측으로 각각 분리하되, 다수의 보조 사이클론의 하부측을 통해 분리된 가중응집제 및 상부측으로 이동하지 못한 물과 슬러지를 다시 메인 사이클론으로 각각 재유입시켜 슬러지와 물은 메인 사이클의 상부측을 통해 배출처리하고, 가중응집제는 메인 사이클의 하부측을 통해 배출 저장하도록 하여 슬러지 및 물과 가중응집제를 신속하면서도 효율적으로 분리 배출하여 가중응집제의 분리 및 재활용율을 높여 슬러지 처리비용을 획기적으로 절감하는 가중응집적 고속회수량 멀티스테이지 하이드로 사이클론에 관한 것이다.

Description

가중응집적 고속회수량 멀티스테이지 하이드로 사이클론

본 발명은 상수처리 또는 하폐수 처리에 있어 원수에 함유된 슬러지를 배출 처리하는 하이드로 사이클론에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가중응집제가 침투된 슬러지가 함유된 원수를 다수개의 보조 사이클론을 통해 가중응집제와 슬러지 및 물을 하부측과 상부측으로 각각 분리하되, 다수의 보조 사이클론을 통해 분리된 가중응집제 및 상부측으로 이동하지 못한 물과 슬러지를 다시 메인 사이클론으로 각각 재유입시켜 슬러지와 물은 메인 사이클의 상부측을 통해 배출처리하고, 가중응집제는 메인 사이클의 하부측을 통해 배출 저장하도록 하여 슬러지 및 물과 가중응집제를 신속하면서도 효율적으로 분리 배출하고 가중응집제의 분리 및 재활용율을 높여 슬러지 처리비용을 획기적으로 절감하는 가중응집적 고속회수량 멀티스테이지 하이드로 사이클론에 관한 것이다.

일반적으로 플록(Floc)이란 물에 응집제를 혼합시켰을 때 형성되는 응집물로, 액체 중에 고체 입자가 분산되고 있는 상태를 현탁액 또는 서스펜셜이라고 하는데, 이 상태의 고체 입자가 응집제에 의하여 모여, 접착(응집)되어 육안으로 볼 수 있는 보다 큰 고형물을 이루게 되는 것을 플록이라 한다.

따라서 상수도 공급을 위한 표준정수공정(Conventional water treatment process)에서는 혼화지(Rapidmixing tank)에서 응집제(Coagulant)를 투여하여 콜로이드성 미세입자, 미생물, 용존성 유기 및 무기물질 등을 미세 플록화 한 후, 플록형성지(Flocculation basin)에서 중력에 의한 침전(Sedimentation)이나 용존공기부상(Dissolved air flotation)으로 제거하기 쉽도록 플록(Floc)을 크게 성장시키게 된다.

또한 하폐수 처리공정에서는 부유입자물질(Suspended Solid, SS)을 일차 침전 제거하여 후속 생물학적 처리를 원활하게 하거나 생물학적 처리 후의 고농도 미생물 플록을 최종적으로 침전 제거한다. 하폐수 중의 인(Phosphorus)을 초저농도까지 낮추기 위해서는 표준정수공정에서와 같이 응집제를 투여하여 용존성 인을 침전물로 입자화 한 후 침전(Sedimentation) 제거하거나 여과를 수행한다. 또한, 하폐수 처리수의 재이용(Reuse)을 위한 고도처리공정에서는 생물학적으로 처리된 하폐수 방류수를 추가로 여과하거나 응집제를 투여하고 플록형성, 침전, 여과 과정을 거쳐 처리 목표수질을 달성한다.

이와 같이 상수처리나 하폐수 고도처리는 침전(Sedimentation) 효율을 극대화하기 위하여 처리대상수에 함유된 미세입자에 가중응집제를 통해 큰 플록(Floc)으로 형성시키는 것이 중요하다.

종래에 시행되고 있는 상수처리나 하폐수처리를 위한 기술을 개략적으로 분석해 보면 다음과 같다.

Veolia사의 기술은 마이크로샌드를 가중응집제로 이용하고 원통형 응집조를 설치하여 플럭의 형성속도를 향상하였으나, 마이크로샌드의 재이용률이 저하되고 마이크로샌드에 의한 펌프 및 배관이 마모된다는 문제가 있다.

Degremont사의 기술은 침전조의 반송슬러지를 가중응집제로 이용하여 슬러지 재활용으로 운영비를 절감할 수 있으나, 응집보조제 및 주입량 최적화에 있어 어려움이 있다.

Westech사의 기술은 마이크로샌드를 가중응집제로 이용하며 운전 준비시간이 짧고 2개의 응집조를 이용하나, 마이크로샌드에 의한 펌프 및 배관이 마모된다는 문제가 있다.

Evoqua사의 기술은 마그네타이트(Magnetite)를 가중응집제로 이용하며 자성을 이용하여 가중응집제 재이용 효율이 향상되나, 믹서에 의한 혼합으로 사용가능한 가중응집제 입자의 크기가 제한된다는 문제가 있다.

이와 같이 종래에는 여러가지 기술을 적용하는 장치가 공지되어 있으나, 이들은 원수에 함유되어 있는 슬러지를 배출하기 위한 각종 반응조 침전조 등과 같은 설치를 구비하여야 하므로 넓은 설치공간이 요구됨은 물론 설비 자체가 대형화로 설치비용이나 운용비용이 과다하게 소요되는 문제가 있다.

또한 각 장치마다 전용의 가중 응집제를 사용해야 하기 때문에 응집제의 선택 폭이 상당히 제한되는 문제도 있다.

또한 종래의 장치에서는 가중응집제를 슬러지에서 분리하여 재사용하는 효율이 떨어져 가중응집제 소요 비용이 많이 드는 문제가 있다.

[선행기술문헌]

[특허문헌]

(특허문헌 1) KR 10-1773470 (등록번호) 2017.08.31.

(특허문헌 2) KR 10-1032318 (등록번호) 2011.04.25.

(특허문헌 3) KR 10-1353751 (등록번호) 2014.01.14.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로,

가중응집제가 침투된 슬러지가 함유된 원수를 다수개의 보조 사이클론을 통해 가중응집제와 슬러지 및 물을 하부측과 상부측으로 각각 분리하도록 구성하되, 다수의 보조 사이클론을 통해 분리된 가중응집제 및 상부측으로 이동하지 못한 물과 슬러지를 다시 메인 사이클론으로 각각 재유입시켜 슬러지와 물은 메인 사이클의 상부측을 통해 배출 처리하고, 가중응집제는 메인 사이클의 하부측을 통해 배출 저장하도록 하여 슬러지와 물 및 가중응집제를 신속하면서도 효율적으로 분리 배출하여 가중응집제의 분리 및 재활용율을 획기적으로 향상시키는 가중응집적 고속회수량 멀티스테이지 하이드로 사이클론을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 슬러지에 침투된 가중응집제를 다단(멀티스테이지)의 보조 사이클론과 메인 사이클론을 통해 신속하고 빠르게 분리하도록 하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 다단(멀티스테이지)의 보조 사이클론을 통해 분리된 가중응집제를 메인 사이클론으로 다시 제공하여 이에 함유된 슬러지와 물을 분리하도록 함으로써 가중응집제의 선별 회수 효율을 더욱 획기적으로 향상시키는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 가중응집제의 특성이나 종류에 무관하게 적용이 가능하도록 하여 모든 가중응집제가 범용적으로 활용될 수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 보조 사이클론과 메인 사이클론에 구비되는 천공스크린부에 고정되는(막히는) 가중응집제를 초음파를 이용하여 분리시킬 수 있도록 함으로써 세정효율을 높이는 동시에 천공의 막힘을 방지하여 내구성을 좋게 하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 다단(멀티스테이지)의 보조 사이클론과 메인 사이클론을 구비하되, 회전 속도가 빠르고 물과 슬러지가 많은 보조 사이클론과 회전 속도가 느리고 물과 슬러지가 적은 메인 사이클론에서의 가중응집제를 분리하는 천공스크린의 형상을 다르게 하여 가중응집제와 슬러지를 빠르게 분리 처리할 수 있도록 하면서 고장에 강하고 수리가 용이하도록 장치의 단순화를 꾀하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 가중응집제에 의해 응집되는 슬러지와 원수가 혼합된 유입수가 내부로 유입되면서 가중응집제와 슬러지 및 물을 천공스크린부(123)로 분리하되, 물과 슬러지는 상부측으로, 가중응집제는 하부측으로 각각 분리 토출되는 복수개의 보조 사이클론(100); 상기 보조 사이클론(100)의 하단부로부터 토출되는 가중응집제 및 보조 사이클론(100)의 상부측으로 올라가지 못한 물과 슬러지가 내부로 유입되도록 연결 설치되고, 가중응집제에 함유된 슬러지와 물을 메인천공스크린부(221)로 분리되어 상부측으로 토출되며, 가중응집제는 하부측으로 토출되는 메인 사이클론(200);을 포함하되, 상기 보조 사이클론(100)으로 주입된 유입수의 회전 속도가 상기 메인 사이클론(200)으로 주입된 유입수의 회전 속도보다 빠르며, 상기 보조 사이클론(100)과 메인 사이클론(200)에서 물과 슬러지를 통과시키는 천공스크린부(123) 및 메인천공스크린부(221)의 형상이 서로 상이한 구성을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 상기 보조 사이클론(100)의 물과 슬러지를 통과시키는 천공스크린부(123)는 하부면이 뾰족한 첨두부로 형성되면서 패쇄된 콘 형상이며, 상기 메인 사이클론(200)의 물과 슬러지를 통과시키는 메인천공스크린부(221)는 상기 천공스크린부(123)보다 넓고 라운드된 형상이다.

또한 본 발명의 상기 보조 사이클론(100)은, 가중응집제에 의해 응집되는 슬러지와 원수가 혼합된 유입수가 원수공급통로부(101)로 유입되는 중공의 외측경통부(111)의 내벽면 및 상기 외측경통부(111)와 대향되어 그 내부에 설치되는 중공의 내측경통부(121)의 외벽면에서는 다수의 돌기가 형성되며, 상기 메인 사이클론(200)은, 상기 보조 사이클론(100)에서 유입된 가중응집제, 물 및 슬러지가 유입되는 메인외통부(210)의 내벽면 및 상기 메인외통부(210)에 대응되는 메인내통부(220)의 외벽면은 돌기가 형성되지 않는다.

또한 본 발명의 상기 보조 사이클론(100)에서 유입수가 회전하는 방향으로 유체통공(123h)의 전단에는 경사지게 배치된 편향돌기(124)가 구비된다.

또한 본 발명의 보조 사이클론(100)의 천공스크린부(123)의 직경은 메인 사이클론(200)의 메인천공스크린부(221)의 직경보다 작다.

또한 본 발명의 상기 보조 사이클론(100)은 상기 메인 사이클론(200)의 외주연에 일정 간격을 두고 복수 개 연결 설치되는 멀티스테이지로 구성된다.

본 발명에 따른 가중응집적 고속회수량 멀티스테이지 하이드로 사이클론은 다수의 보조 사이클론의 하부측을 통해 분리된 가중응집제를 다시 메인 사이클론으로 각각 재유입시켜 슬러지(미생물)와 물은 메인 사이클의 천공스크린부를 통해 배출처리하고, 가중응집제는 메인 사이클의 하부측을 통해 배출 저장하도록 하여 슬러지와 물 및 가중응집제를 신속하면서도 효율적으로 분리 배출하여 가중응집제의 분리 및 재활용율을 획기적으로 향상시키는 장점이 있다.

또한 본 발명은 슬러지에 침투된 가중응집제를 다단(멀티스테이지)의 보조 사이클론과 메인 사이클론을 통해 신속하고 빠르게 분리할 수 있다.

또한 본 발명은 다단(멀티스테이지)의 보조 사이클론을 통해 분리된 가중응집제를 메인 사이클론으로 다시 제공하여 분리하도록 함으로써 가중응집제의 선별 회수 효율을 획기적으로 향상시킨다.

또한 본 발명은 가중응집제의 특성이나 종류에 무관하게 적용이 가능하도록 하여 모든 가중응집제에 범용적으로 활용할 수 있는 특징이 있다.

또한 본 발명은 보조 사이클론과 메인 사이클론에 구비되는 천공스크린부에 고정된 가중응집제를 초음파를 이용하여 분리시킬 수 있도록 함으로써 세정효율을 높이는 동시에 천공의 막힘을 방지하여 내구성을 좋게 한다.

또한 본 발명은 다단(멀티스테이지)의 보조 사이클론과 메인 사이클론을 구비하되, 회전 속도가 빠르고 물과 슬러지가 많은 보조 사이클론과 회전 속도가 느리고 물과 슬러지가 적은 메인 사이클론에서의 가중응집제를 분리하는 천공스크린의 형상을 다르게 하여 가중응집제와 슬러지를 빠르게 분리 처리할 수 있도록 하면서 고장에 강하고 수리가 용이하도록 장치의 단순화를 꾀할 수 있는 장점도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가중응집적 고속회수량 멀티스테이지 하이드로 사이클론에 대한 개략적인 상태도이고,

도 2는 본 발명에 따른 가중응집적 고속회수량 멀티스테이지 하이드로 사이클론에 대한 평면상태도이고,

도 3은 본 발명에 따른 가중응집적 고속회수량 멀티스테이지 하이드로 사이클론에 구비되는 보조 사이클론에 대한 사시상태도이고,

도 4는 본 발명에 따른 가중응집적 고속회수량 멀티스테이지 하이드로 사이클론에 구비되는 보조 사이클론에 대한 내부 상태도이고,

도 5는 본 발명에 따른 가중응집적 고속회수량 멀티스테이지 하이드로 사이클론의 요부의 단면상태도이고,

도 6은 본 발명에 따른 가중응집적 고속회수량 멀티스테이지 하이드로 사이클론에 구비된 보조 사이클론의 천공스크린부에 대한 상세도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다.

본 발명에 따른 가중응집적 고속회수량 멀티스테이지 하이드로 사이클론(300)는 도 1 내지 6에 도시되어 있는 바와 같이,

가중응집제에 의해 응집되는 슬러지와 원수가 혼합된 유입수가 원주방향을 따라 내부로 유입되면서 가중응집제와 슬러지 및 물을 분리하되, 물과 슬러지는 상부측으로, 가중응집제는 하부측으로 각각 분리 토출되는 보조 사이클론(100);

상기 보조 사이클론(100)의 하단부로부터 토출되는 가중응집제 및 보조 사이클론(100)의 상부측으로 올라가지 못한 물과 슬러지를 내부로 유입되도록 연결 설치하고, 가중응집제에 함유된 슬러지와 물은 분리되어 상부측으로 토출되며, 가중응집제는 하부측으로 토출 저장되는 메인 사이클론(200);을 포함하되,

상기 보조 사이클론(100)은,

가중응집제에 의해 응집되는 슬러지(미생물)와 원수가 혼합된 유입수가 원수공급통로부(101)로 유입되는 중공의 외측경통부(111)와, 상기 외측경통부(111)의 하단부에 연통 설치되며 상부측에서 하부측으로 갈수록 직경이 작아지는 중공의 외측콘형상부(112), 및 상기 외측콘형상부(112)의 하단부에 연통 설치되어 가중응집제가 배출되는 하부토출관(113)으로 구성되는 외통부(110);

상기 외측경통부(111)와 대향되어 그 내부에 설치되는 중공의 내측경통부(121)와, 상기 내측경통부(121)의 상부면에 연통 설치되어 물이나 슬러지(미생물)가 배출되는 상부토출관(122), 및 상기 내측경통부(121)의 하단부에 연통되어 설치되고 상부측에서 하부측으로 갈수록 직경이 작아지면서 콘형상의 중공으로 되며 슬러지와 원수가 유입되는 다수의 유체통공(123h)이 형성되는 천공스크린부(123)로 구성되는 내통부(120);를 포함하며,

상기 메인 사이클론(200)은,

상기 외통부(110)의 상기 하부토출관(113)이 연통 설치되는 메인외측경통부(211), 상기 메인외측경통부(211)의 하단부에 연통되어 설치되며 상부측에서 하부측으로 갈수록 직경이 작아지는 중공의 메인외측콘형상부(212), 및 상기 메인외측콘형상부(212)의 하단부에 연통 설치되어 가중응집제가 배출되는 메인하부토출관(213)으로 구성되는 메인외통부(210);

상기 메인외측경통부(211)와 대향되어 그 내부에 설치되되 슬러지와 원수가 유입되는 메인내측경통부(225)와, 상기 메인내측경통부(225)의 하부에 연결 형성되며 다수의 메인통공(221h)이 형성되는 중공의 메인천공스크린부(221)와, 상기 메인내측경통부(225)의 상부면에 연통 설치되어 물이나 슬러지가 배출되는 메인상부토출관(222)으로 구성되는 메인내통부(220);를 포함한다.

또한 상기 천공스크린부(123)는 그 상부면이 상기 내측경통부(121)과 연통되어 결합되고 하단면은 폐쇄부를 이루도록 뾰족한 첨두부로 형성되고, 상기 메인천공스크린부(221)는 그 측면으로 다수의 상기 메인통공(221h)이 구비되고 하부면은 넓은 라운드 면을 이루면서 패쇄부로 형성된다.

즉, 상부에 위치하는 보조 사이클론(100)에서 물 및 슬러지와 가중응집제를 분리(필터링)하는 천공스크린부(123)와 하부에 위치하는 메일 사이클론(200)에서 물 및 슬러지와 가중응집제를 분리하는 메인천공스크린부(221)의 형상이 상이하다. 이러한 차이로 인해 본 발명은 유입되는 유입수의 속도, 유입수 속의 상이한 물과 슬러지의 비율에 따라 최적의 분리스크린을 제공할 수 있다.

또한, 후술하듯이 보조 사이클론(100)의 외측경통부(111)와 메인외측경통부(211)의 내측면의 형상과, 보조 사이클론(100)의 내측경통부(121) 및 메인 사이클론(200)의 메인내측경통부(225)의 형상(돌기의 유무)이 서로 상이하다. 이는 보조 사이클론(100)으로 유입되는 유입수에는 가중응집제와 슬러지가 강하게 결합되어 있어 이를 파괴하고 분리하여야 하는 보조 사이클론의 내외측 경통부와, 이미 가중응집제와 슬러지가 분리되어 유입된 메인 사이클론의 내외측 경통부의 기능이 상이하기 때문이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은, 상기 보조 사이클론(100)을 통해 가중응집제가 침투된 슬러지에서 가중응집제를 분리하고, 상기 보조 사이클론(100)을 통해 분리된 가중응집제와 보조 사이클론(100)에서 상부토출관(122)으로 미처 빠져나가지 못한 물과 슬러지를 다시 상기 메인 사이클론(200)으로 유입시켜 가중응집제와 혼합된 물과 슬러지를 분리 토출시키는 동시에 가중응집제를 다시 한번 분리함으로써 분리 효율을 극대화하는 것이다.

즉, 상기 보조 사이클론(100)에서 가중응집제에 의해 응집되는 슬러지(미생물)와 원수는 혼화된 상태로 상기 원수공급통로부(101)를 통해 상기 외측경통부(111)의 원주방향을 따라 내부로 유입된 다음 상기 외측경통부(111)의 내부를 회전하면서 하강하며, 비중이 작은 물이나 슬러지(미생물)는 상기 유체통공(123h)을 통해 상기 천공스크린부(123)의 내부를 거쳐 올라가 상기 상부토출관(122)을 통해 배출 처리된다. 동시에 상기 외측경통부(111)의 내부로 유입된 가중응집제는 큰 비중으로 상기 외측경통부(111) 및 상기 외측콘형상부(112)의 내부면을 따라 회전하면서 하강한 후 상기 하부토출관(113)을 따라 토출한다.

이 경우, 슬러지는 상기 원수공급통로부(101)의 내부를 통과 하면서 잘게 파쇄되고, 상기 외측경통부(111)의 내부를 따라 하강 회전하면서 가중응집제가 슬러지에서 분리되며, 분리된 가중응집제 및 아직 천공스크린부(123)를 통하여 상부토출관(122)으로 올라가지 못한 물과 슬러지는 상기 하부토출관(113)을 따라 하부측으로 토출된다.

일반적으로 상수 또는 하폐수는 활성탄, 마이크로샌드, 마그네타이트 등 다양한 가중응집제를 첨가하여 응집시켜 슬러지를 침강시킨다. 따라서 침강된 슬러지에는 가중응집제가 단단하게 결합되어 있으며, 일반적인 사이클론을 통과하더라도 슬러지와 가중응집제가 분리되지 않아, 사이클론을 통과시켜 물을 제거한 후에도 슬러지에 가중응집제가 대부분 남아있다. 따라서 이러한 슬러지를 그대로 폐기 처리하게 되면 새로운 가중응집제를 계속해서 투입하게 되므로 운용 비용이 많이 소요된다.

본 발명은 다단의 멀티스테이지로 된 상부에 위치하는 보조 사이클론과 이에 연결되며 하부에 위치하는 메인 사이클론을 통해 원수와 같이 유입된 슬러지에서 가중응집제를 강제로 분리시킬 수 있도록 하되, 슬러지에 견고하게 결합된 가중응집제를 신속하고 빠르게 분리하도록 구성함으로써 가중응집제의 재활용성을 획기적으로 상승시켰다.

본 발명의 상기 외측경통부(111)의 내벽면에는 도 4와 같이, 랜덤하게 다수개의 내측돌기(111a)가 형성되어 있고, 상기 내측경통부(121)의 외벽면에도 랜덤하게 다수개의 외측돌기(121a)가 형성되어 있다. 상기 내외측 돌기는 경통부에서 원통형, 다각형 등에 관계없이 매끄럽지 않으면 충분하다.

따라서 가중응집제에 의해 응집되는 슬러지(미생물)와 원수가 혼화(유입수)되어 상기 원수공급통로부(101)를 통해 빠르게 유입되면, 유입수는 상기 외측경통부(111)와 상기 내측경통부(121)의 사이로 회전하면서 상기 내측돌기(111a)와 상기 외측돌기(121a)를 강하게 충돌한다. 이때 유입수에 함유된 슬러지가 상기 내측돌기(111a)와 상기 외측돌기(121a)를 무작위로 충돌하면서 그 충격력에 의하여 가중응집제와 슬러지가 분리된다.

이와 같이 슬러지는 상기 외측경통부(111)와 상기 내측경통부(121)의 사이를 빠르게 회전하면서 상기 내측돌기(111a)와 상기 외측돌기(121a)에 충돌하여 가중응집제를 분리시킨 다음 이들은 계속해서 상기 외측콘형상부(112)와 상기 천공스크린부(123)를 따라 하강하게 된다. 이어 비중이 작은 물과 슬러지(미생물)는 상기 천공스크린부(123) 주변을 회전하면서 천공스크린부에 형성된 상기 유체통공(123h)를 통해 유입 상승하여 상기 내측경통부(121)를 지나 상기 상부토출관(122)를 거쳐 배출 처리되고 슬러지에서 분리된 가중응집제는 계속 하강하면서 상기 하부토출관(113)을 따라 토출하게 된다. 이는 유체를 회전하도록 몸체 내부로 유입시키고 몸체는 콘형상으로 구성하는 사이클론의 원리에 의해 이루어진다.

이러한 과정에서 상기 외측경통부(111)와 상기 내측경통부(121)의 사이에서 분리된 가중응집제의 입자가 상기 천공스크린부(123)에 형성된 상기 유체통공(123h)를 막아 슬러지와 물의 유입을 억제할 수 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 유체통공(123h)의 막힘 현상을 막아줄 수 있도록 구성하였다. 즉, 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 천공스크린부(123)의 몸체부(123a)에는 상기 유체통공(123h)이 유입수(원수)에 직접 노출되지 않도록 원수의 흐름방향을 따라 시계방향으로 경사지게 돌출되는 편향돌기(124)가 형성 구비된다.

상기 편향돌기(124)는 상기 천공스크린부(123)의 몸체부(123a)에서 끝단부로 갈수록 상기 몸체부(123a)와의 이격 거리(d)가 점점 멀어지도록 형성되고, 상기 유체통공(123h)은 흐르는 원수에 직접 노출되지 않고, 가중응집제가 이동되는 방향에 따라 회전하면서 상기 편향돌기(124)를 통과한 후, 반대방향으로 변경되어야 유체통공으로 유입될 수 있다. 이와 같이 편향돌기(124)는 천공스크린부(123)에서 단순히 돌출되는 것이 아니라, 상부가 시계방향으로 편향되어 돌출되고, 원수가 유입되는 유체통공(123h)이 편향돌기의 후단에 위치하므로 가중응집제가 유체통공(123h)으로 들어가 물과 같이 상부토출관(122)으로 이동하기 위해서는 이동하는 방향에 따라 편향돌기(124)를 지나친 후 갑자기 이동 방향이 변경되어야만 한다. 원수공급통로부(101)로 유입된 원수는 그 이동속도가 매우 빠르기 때문에 편향돌기(124)를 통과한 후 갑작스럽게 방향이 변경될 가능성이 낮다.

따라서, 회전되는 가중응집제는 편향돌기(124)를 지난 후 방향을 변경하여 유체통공으로 들어갈 가능성이 적으므로 상부토출관(122)으로는 크기가 매우 작은 물과 슬러지(미생물)만 유입된다.

이와 같은 구성을 통해 상기 천공스크린부(123)의 상기 몸체부(123a)를 따라 빠르게 회전되는 물과 슬러지는 상기 유체통공(123h)을 통해 그 내부로 유입된 후 상승되나, 슬러지로부터 분리된 가중응집제는 유체통공으로 유입되지 못하고 계속 회전하면서 하부로 내려가 메인 사이클론(200)으로 유입된다.

또한, 본 발명은 유체통공(123h) 간격(a)이 가중응집제의 입자(P)의 직경(b)보다 작게 형성 구비된다. 따라서 슬러지에서 분리되어 나온 가중응집제의 입자가 편향돌기와 편향돌기 사이로 들어가 상기 유체통공(123h)를 막는 것을 방지할 수 있다. 가중응집제의 입자가 상기 편향돌기의 단부와 연속된 다른 편향돌기의 중간에 걸리게 되어 고정되더라도 연이어 뒤에서 유입하는 후발 가중응집제의 입자가 충돌하면서 고정된 가중응집제 입자를 제거하게 된다.

이로 인해 가중응집제의 입자에 의해 상기 천공스크린부(123)에 형성된 유체통공(123h)이 막히는 것을 방지할 수 있고 물과 미생물만을 분리시킬 수 있어, 가중응집제가 상부토출관(122)으로 배출되는 확률이 매우 적게 된다. 가중응집제는 종류에 따라 입자의 직경이 다르기 때문에 편향돌기 사이의 간격은 사용되는 가중응집제의 종류에 따라 결정된다.

또한 상기 편향돌기(124)의 외형은 도6과 같이 원수와 가중응집제와 충돌하는 외측 끝단이 라운드되게 하여 유체의 흐름이 용이하도록 형성한다.

다음으로, 천공스크린부(123)는 가중응집제와 물 및 슬러지의 분리를 보다 완벽하게 하기 위하여 뾰족한 첨두부를 형성하여 폐쇄시켰다. 기존의 모든 사이클론은 이용한 유입성분의 분리시에 하단부가 개방되어 비중이 작은 성분의 이동 통로가 된다. 이러한 개방된 하단부는 혼합된 상태에서 완벽한 분리가 되지 않고 비중이 큰 성분이 같이 빠져나갈 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 분리된 물이 유입되는 천공스크린부(123)의 하단부를 뾰족한 첨두부로 하고 또한 첨두부를 개방시키지 않고 폐쇄시켰다.

본 발명은 회전에 의하여 비중이 작은 물과 슬러지가 상승될 때에 가중응집제가 같이 이동되지 못하도록 천공스크린부(123)의 끝단을 뾰족하게 하였으며, 그 마지막 첨단부를 막아 가중응집제 등 비중이 큰 물질이 유입될 유입로를 원천적으로 차단하게 된다.

본 발명은 오로지 천공스크린부(123)의 시계방향으로 경사진 편향통공의 후면에 위치한 유체통공(123h)를 통해서만 상부토출관(122)으로 배출된다.

본 발명에 따르면 상기와 같은 구성으로 상기 보조 사이클론(100)에서는 90% 이상의 가중응집제 회수 효율을 나타내었으며 상기 메인 사이클론(200)을 다시 통과하면서 98% 이상의 가중응집제 회수 효율을 나타내었다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 편향 천공스크린이 결합된 고액분리장치(100)는 상기 내측돌기(111a)가 형성되는 상기 외측경통부(111)와 상기 외측돌기(121a)가 형성되는 상기 내측경통부(121)가 구비되어 유입되는 원수가 상기 내측돌기(111a)와 상기 외측돌기(121a)에 강하게 충돌하면서 슬러지가 부서지는 영역(이를 '브레이크구간A'이라 함)과, 상기 외측콘형상부(112)와 상기 천공스크린부(123)가 구비되어 상기 브레이크구간을 통해 슬러지와 가중응집제가 분리되어 물과 슬러지는 중심부로 가중응집제는 측면부로 나누어지는 영역(이를 '분리구간B'이라 함), 및 상기 하부토출관(113)으로 구비되어 분리구간에서 분리된 가중응집제 및 상부로 올라가지 못한 물과 슬러지를 메인 사이클론으로 전달하는 영역(이를 '전달구간C'이라 함)으로 나뉘어 구분된다.

따라서 가중응집제가 침투된 슬러지가 함유된 원수가 상기 원수공급통로부(101)로 공급되면 원수에 함유된 슬러지는 상기 브레이크구간에서 파쇄되고 이어 상기 분리구간에서 분리되면서 물과 미생물은 상기 천공스크린부(123)의 유체통공(123h)을 통해 내측으로 유입하여 상기 상부토출관(122)을 통해 배출 처리되고 가중응집제는 상기 외측콘형상부(112)의 내벽면을 따라 하강하여 상기 콜렉터구간의 상기 하부토출관(113)을 통해 토출된다. 이때 상부토출관(122)으로 올라가지 못한 일부 슬러지와 물이 상기 하부토출관(113)을 통해 전송된다.

상술한 바와 같이 본 발명은 상기 보조 사이클론(100)을 통해 분리된 가중응집제 및 이에 함유된 일부의 슬러지와 물도 함께 상기 외통부(110)의 상기 하부토출관(113)을 통해 하부에 위치한 메인 사이클론(200)의 상기 메인외측경통부(211)로 유입된다.

상기 하부토출관(113)은 중간에서 90도 절곡되어 메인외통부(210)와 연결되고, 도1과 같이 메인외통부(210)의 상부측과 결합된다. 보조 사이클론(100)은 하부토출관(113)으로 토출되는 가중응집제, 물 및 슬러지의 양과 메인하부토출관(213)으로 빠져나가는 가중응집제의 중단없는 진행을 위해 그 개수 2~4개 정도가 적당하다.

또한, 보조 사이클론(100)의 하부토출관(113)은 메인 사이클론(200)과 연결되어 하부토출관(113)의 상부로 유입된 가중응집제, 물 및 슬러지가 메인 사이클론(200)으로 계속하여 유출되므로 하부토출관(113)에서 병목현상이 발생되지 않아, 보조 사이클론(100)이 중단없이 계속 운용될 수 있다.

메인 사이클론(200)으로 유입된 가중응집제, 일부의 물과 슬러지(이하 '2차 유입수'라 한다)는 상부의 원통형상과 하부의 콘 형상으로 이루어지고, 상부의 원통 형상부분으로 상기 2차 유입수가 유입되며, 유입된 힘에 의하여 메인외통부(210)와 메인내통부(220) 사이에서 회전하며 하강하여 가중응집제에 함유된 일부의 물과 슬러지가 재차 분리되면서 비중이 작은 물과 슬러지는 재차 상기 메인천공스크린부(221)에 형성된 상기 메인천공(221h)을 통해 내부로 들어가 상승한 후 상기 메인상부토출관(222)을 통해 배출되고, 비중이 큰 가중응집제는 상기 메인외측경통부(211)의 내부면을 따라 하부측으로 하강하여 상기 메인외측경통부(211)의 하부측에 구비되는 상기 메인하부토출관(213)으로 배출된다.

본 발명의 상기 메인하부토출관(213)의 단부에는 상기 메인하부토출관(213)으로 배출된 가중응집제를 저장하는 저장탱크(230)가 구비되어 있다.

상기 메인내통부(220)는 천공 스크린이 없는 상부의 메인내측경통부(225)과, 천공스크린이 구비된 하부의 메인천공스크린부(221)로 구분되며, 하부토출관(113)은 상기 메인내측경통부(225)와 연결된다. 하부토출관(113)으로 유입된 2차 유입수는 천공이 없는 메인내측경통부(225)와 접촉하며 회전하면서 하부로 내려가고, 이후 하부로 둥글게 볼록한(라운드) 형상의 메인천공스크린부(221)와 접촉하면서 물과 슬러지는 천공 내부로 들어가고, 가중응집제는 회전하다가 메인하부토출관(213)으로 내려간다. 메인 천공스크린부(221)의 메인통공(221h)의 직경은 가중응집제의 직경보다 작게 형성된다. 또한, 메인 천공 스크린부(221)의 메인 통공(221h)에는 회전방향에서 메인 통공의 전단을 가리는 편향돌기가 없다.

이때, 메인천공스크린부(221)는 상기 보조 사이클론의 천공스크린부(123)과 큰 차이가 있다. 천공스크린부(123)는 하부가 뾰족한 콘 형상이며, 메인천공스크린부(221)는 둥글게 돌출된 라운드형상이다. 하단부가 막힌 폐쇄형으로 천공된 부분으로만 물과 슬러지가 통과하는 것은 양자가 동일하다. 이와 같이 차이가 발생되는 것은 보조 사이클론(100)과 메인 사이클론(200)으로 유입되는 유입수의 회전 속도, 성분이 다르기 때문이다. 보조 사이클론으로 유입되는 유입수는 유입속도가 매우 빠른 반면, 메인 사이클론에 유입되는 2차 유입수는 유입속도가 늦다. 유입속도가 매우 빠른 보조 사이클론 내에서의 천공스크린부는 가중응집제가 스크린의 천공에 고정되어 천공을 막을 가능성이 있으므로 이를 방지할 수 있는 구성이 필요하고, 유입 속도가 늦은 메인 사이클론 내에서의 천공스크린은 가중응집제가 천공에 고착될 가능성이 매우 낮으므로 물과 슬러지가 많이 분리될 수 있는 구성이 필요하다.

또한, 보조사이클론(100)에는 빠른 속도로 회전되며 가중응집제의 비율이 적으므로 가중응집제가 외측콘형상부의 내부 가장자리에서 주로 회전되며 천공스크린부(123) 주변에 있을 확률이 낮다. 아울러 가중응집제는, 보조사이클론의 상부에서는 대부분 가장자리에서 회전하고 하부로 내려올수록 중앙쪽까지 움직임의 영역이 넓어진다.

이에 비하여 메인 사이클론(200)에는 회전 속도가 낮고 스크린을 통과하는 물과 슬러지의 비율이 매우 낮아 보다 넓은 면적에서 물과 슬러지와 접촉될 수 있어야 한다. 따라서, 가중응집제와 접촉이 적도록 하기 위한 보조 사이클론의 천공스크린부(123)는 점차 작아지는 콘 형상이며, 메인 사이클론의 메인천공스크린부(221)는 둥글게 볼록한 라운드 형상이다.

이런 이유로, 보조 사이클론(100)의 천공스크린부(123)의 직경은 메인 사이클론(200)의 메인천공스크린부(221)의 직경보다 작다.

또한, 보조 사이클론(100)의 외측경통부(111)와 내측경통부(121)에는 내측돌기와 외측돌기가 구비되어 있다. 이에 비하여 메인 사이클론(200)의 메인외측경통부(211)와 메인내통부(220) 사이에는 돌기가 구비되어 있지 않다. 이는 보조 사이클론(100)에서 가중응집제와 슬러지가 분리되었기 때문에 메인 사이클론에서는 부드럽게 천천히 회전하면서 메인천공스크린부(221)와 보다 천천히 넓게 만나면서 보조 사이클론에서 빠져 나가지 못한 물과 슬러지가 빠져나가 메인상부토출관(222)으로 이송시킬 수 있도록 한다.

상기 메인외측경통부(211)의 하부측으로 하강하는 가중응집제는 상기 메인하부토출관(213)으로 배출되어 상기 저장탱크(230)에 저장된다.

상기와 같은 절차를 거쳐 상기 저장탱크(230)에 수집 저장된 가중응집제는 별도의 처리장치(미도시)에 의해 다시 원수로 재공급하여 활용된다.

따라서 본 발명은 원수의 슬러지에 침투되어 있는 가중응집제를 신속하고 빠르게 분리한 다음 이를 다시 재활용할 수 있도록 하여 가중응집제의 구입 비용을 획기적으로 절감할 수 있다.

본 발명의 상기 보조 사이클론(100)은 상기 메인 사이클론(200)의 외주연에 일정 간격을 두고 복수 개 연결 설치되는 멀티스테이지로 구성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 본 발명은 다수개의 보조 사이클론(100)으로 구성되는 멀티스테이지와 메인 사이클론(200)을 통해 가중응집제와 슬러지 및 물을 더욱 빠르고 신속하게 분리 처리할 수 있다.

한편, 본 발명의 상기 보조 사이클론(100)의 상기 내통부(120) 하단부에 구비되는 상기 천공스크린부(123)와 상기 메인 사이클론(200)의 상기 메인천공스트린부(221)에는 상기 유체통공(123h)과 메인통공(221h)이 막히는 것을 방지하는 초음파장치(240)가 각각 연결 설치되어 있다.

본 발명은 유체통공(123h)과 메인통공(221h)의 간격이 가중응집제의 입자 직경보다 작기 때문에 유체통공(123h)과 메인통공(221h)이 막힐 가능성이 거의 없으나, 각각의 통공에 가중응집제가 끼여 고정될 수 있다. 이러한 경우에 후속으로 유입되는 가중응집제에 의하여도 고정된 가중응집제가 분리되지 않는 경우가 있을 수 있으며, 이러한 경우에는 초음파장치(240)를 통한 진동을 제공하여 가중응집제가 분리되도록 한다.

따라서 상기 천공스크린부(123)와 상기 메인천공스트린부(221)에 초음파를 가해 유체통공(123h)과 메인통공(221h)이 막히는 것을 막아 분리 효율을 더욱 향상시킬 수 있도록 한다.

그리고 본 발명에 사용되는 가중응집제는 브레이크 구간과 분리구간을 통과하면서 슬러지와 분리되므로 활성탄이나 마그네타이트 또는 마이크로 샌드 등 그 종류에 상관없이 모두 사용할 수 있다. 이 경우 각각의 가중응집제에 대응되는 천공스크린부를 설치하여 사용하면 된다. 즉, 가중응집제의 입자크기에 따라 상기 천공스크린부에 형성되는 유체통공의 크기가 다르다.

이와 같이 본 발명은 슬러지에서 가중응집제를 신속하고도 효율적으로 분리하여 재사용할 수 있고 그 재사용률도 매우 높아 운용 비용이 획기적으로 절감될 수 있다.

미설명 부호 250은 상기 보조 사이클론을 상기 메인사이클론에 연결하여 견고하게 지지하는 지지구이다.

이상과 같이 본 발명에 따른 가중응집적 고속회수량 멀티스테이지 하이드로 사이클론은

가중응집제가 침투된 슬러지가 함유된 원수를 다수개의 보조 사이클론을 통해 가중응집제와 슬러지 및 물을 하부측과 상부측으로 각각 분리하되, 다수의 보조 사이클론의 하부측을 통해 분리된 가중응집제를 다시 메인 사이클론으로 각각 재유입시켜 슬러지와 물은 메인 사이클의 상부측을 통해 배출처리하고, 가중응집제가 메인 사이클의 하부측을 통해 배출 저장하도록 하여 슬러지 및 물과 가중응집제를 신속하면서도 효율적으로 분리 배출하여 가중응집제의 분리 및 재활용율을 높여 슬러지 처리비용을 획기적으로 절감할 수 있다.

[부호의 설명]

300:가중응집적 고속회수량 멀티스테이지 하이드로 사이클론

100:보조 사이클론

101:원수공급통로부

110:외통부

111:외측경통부 111a:내측돌기 112:외측콘형상부 113:하부토출관

120:내통부

121:내측경통부 121a:외측돌기 122:상부토출관 123:천공스크린부

123a:몸체부 123h:유체통공 124:편향돌기

200:메인 사이클론

210:메인외통부

211:메인외측경통부 212:메인외측콘형상부 213:메인하부토출관

220:메인내통부

221:메인천공스크린부 221h:메인통공 222:메인상부토출관

225:메인내측경통부

230:저장탱크

240:초음파장치

250:지지구

a:유체통공 크기 b:가중응집제 입자크기 d:이격거리

Claims (5)

1. 가중응집제에 의해 응집되는 슬러지와 원수가 혼합된 유입수가 내부로 유입되면서 가중응집제와 슬러지 및 물을 천공스크린부(123)로 분리하되, 물과 슬러지는 상부측으로, 가중응집제는 하부측으로 각각 분리 토출되는 복수개의 보조 사이클론(100);

   상기 보조 사이클론(100)의 하단부로부터 토출되는 가중응집제 및 보조 사이클론(100)의 상부측으로 올라가지 못한 물과 슬러지가 내부로 유입되도록 연결 설치되고, 가중응집제에 함유된 슬러지와 물을 메인천공스크린부(221)로 분리되어 상부측으로 토출되며, 가중응집제는 하부측으로 토출되는 메인 사이클론(200);을 포함하되,

   상기 보조 사이클론(100)으로 주입된 유입수의 회전 속도가 상기 메인 사이클론(200)으로 주입된 유입수의 회전 속도보다 빠르며,

   상기 보조 사이클론(100)과 메인 사이클론(200)에서 물과 슬러지를 통과시키는 천공스크린부(123) 및 메인천공스크린부(221)의 형상이 서로 상이하고,

   상기 보조 사이클론(100)은, 가중응집제에 의해 응집되는 슬러지와 원수가 혼합된 유입수가 원수공급통로부(101)로 유입되는 중공의 외측경통부(111)의 내벽면 및 상기 외측경통부(111)와 대향되어 그 내부에 설치되는 중공의 내측경통부(121)의 외벽면에서는 다수의 돌기가 형성되며,

   상기 메인 사이클론(200)은, 상기 보조 사이클론(100)에서 유입된 가중응집제, 물 및 슬러지가 유입되는 메인외통부(210)의 내벽면 및 상기 메인외통부(210)에 대응되는 메인내통부(220)의 외벽면은 돌기가 형성되지 않는 가중응집적 고속회수량 멀티스테이지 하이드로 사이클론.
2. 제1항에 있어서,

   상기 보조 사이클론(100)의 물과 슬러지를 통과시키는 천공스크린부(123)는 하부면이 뾰족한 첨두부로 형성되면서 패쇄된 콘 형상이며,

   상기 메인 사이클론(200)의 물과 슬러지를 통과시키는 메인천공스크린부(221)는 상기 천공스크린부(123)보다 넓고 라운드된 형상인 가중응집적 고속회수량 멀티스테이지 하이드로 사이클론.
3. 제2항에 있어서,

   상기 보조 사이클론(100)에서 유입수가 회전하는 방향으로 유체통공(123h)의 전단에는 경사지게 배치된 편향돌기(124)가 구비된 가중응집적 고속회수량 멀티스테이지 하이드로 사이클론.
4. 제2항에 있어서,

   보조 사이클론(100)의 천공스크린부(123)의 직경은 메인 사이클론(200)의 메인천공스크린부(221)의 직경보다 작은 가중응집적 고속회수량 멀티스테이지 하이드로 사이클론.
5. 제2항에 있어서,

   상기 보조 사이클론(100)은 상기 메인 사이클론(200)의 외주연에 일정 간격을 두고 복수 개 연결 설치되는 멀티스테이지로 구성되는 가중응집적 고속회수량 멀티스테이지 하이드로 사이클론.

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