KR960001399B1 - 수처리 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

수처리 장치

제1도는 본발명의 개략도.

제2도는 본발명에 있어 압축공기를 이용한 슬러지의 농축 및 압축수단의 개략도.

제3도는 제1도의 A부분 확대 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 집수조 2 : 약품투여구

3 : PH미터기 4 : 초음파발생기

5 : 격벽(앵커) 6 : 중화제투입구

7 : 유속감지센서 8 : 혼합파이프

9 : 펌프 10 : 응집파이프

11, 12 : 여과탱크 13, 14 : 필터

16 : 이송파이프 17 : 산성중화용액탱크

18 : 알칼리성중화용액탱크 19 : 약품탱크

21 : 여과탱크 22 : 공기압축기

23 : 슬러지 배출구 24 : 배수구

25 : 필터 10 : 격벽(앵커)

2', 16', 23' 24' : 밸브

본 발명은 각종 용수 및 오수, 폐수를 정수 또는 정화하는 수처리 방법에 관한 것이다.

종래 용수를 정수하거나 오수, 폐수를 정화하는 방법으로는 물과 함께 유입되는 고형 부유물을 제거한 후 이를 침전, 여과, 접촉, 반응, 폭기등의 각종 처리조를 거치는 동안 여러 약품을 투여하여 대상 유체를 중화, 응집등을 시킨 후 이를 다시 침전 및 여과 탈수시키는 물리-화학적 처리방법에 의해서 수처리 하거나 고도처리의 일환으로 미생물에 의한 생물반응을 이용하여 유기물 또는 유체 중금속을 분해하거나 제거하는 생물학적에 의한 수처리를 하고 있다.

본발명은 후술하는 바와 같이 집수된 대상유체를 파이프 라인상이 이송과정에서 이송되는 유체중에 약품(중화제, 응집제)를 투여하고 이를 초음파와 앵커로 균질 혼합하고 이후 응집교반은 이송용 펌프의 회전력을 이용토록 하여 투여 약품의 혼합교반과 응집기를 위한 교반을 분리하여 고속 응집 과정을 거쳐 응집슬러지를 여과하고 여과된 슬러지는 공기압을 이용하여 탈수, 건조하는 과정을 통하여 정수와 슬러지를 고액 분리하는 과정을 가지므로 본발명은 물리-화학적 수처리 방법에 속한다고 말할 수 있다. 물리-화학적 수처리 방법에 있어 대상유체(용수, 폐수, 오수등)에 포함된 부유 고형물 또는 클로이드 상의 용존 고형물을 제거하는 수단으로 응집제를 투여하게 되는데 이는 현탁 고형물 및 용존물을 고형의 물리적 상태로 응결시켜 침강 및 응집을 용이하게 하여 수처리 과정 중 제거하기 쉬운 상태로 만드는 조작으로 이를 화학적 단위 공정이라 칭하고 있다.

대사 유체에 투여되는 응집제는 안정 상태의 콜로이드 상을 불안정하게 하며 입자 상호간에 반발력 및 인력을 작용시켜 서로 뭉치게 한다. 이때 교반을 가하게 되면 입자 운동이 활발하게 되어 불안정한 입자가 서로 충돌 및 반응하여 뭉쳐짐과 동시에 물로부터 분리되어 응집된다. 이와 같은 응집 원리에 의해 기존 화학적 처리 공정은 교반조에 유입된 대상유체에 응집제를 투여하고 이를 임펠러에 의해 1차 고속 교반, 혼합하여 콜로이드 상이 미립자를 플럭으로 형성하고 이를 침강조에서 2차 완속 교반하여 침강이 용이할 정도로 플럭을 조대화시켜 중력 침강 시킴과 동시에 상등수는 방류하거나 여과상을 통해 여과하는 과정을 거친다. 이와 같은 화학적 처리 공정은 아주 기본적인 과정이지만 응집제(약품)을 투여하여 현탁 및 용존 잔해 고형물을 응집시켜 침강 여과하나는 방법 및 장치를 갖는 선행 기술을 특허 문헌을 통해 살펴보면 다음과 같다.

즉, 특허공고 제91-3003호 "폐수처리 방법"에 있어서는 폐수를 저류조에서 PH7-8로 조정한 수 이를 폭기조로 이송한 다음 폭기조에서 응집제를 투입하는 것을 주제로 하고 있으며, 특허공고 제 91-3005호 "산업폐수처리방법 및 그 장치"에 있어서는 폐수를 집수하여 침전 처리하는 저류 공정을 가지며 저류조에서 산화제를 투여하고 이를 진공반응 탱크에서 교반 반응하는 진공반응 공정을 거친 후 응집조에서 응집제를 투여한 다음 부상조에 슬러지와 처리수를 분리하는 여과 공정을 거치는 것을 주제로 하고 있으며, 특허공고 제 91-4127호 "고농도 유기폐수의 처리방법"은 고농도 질소분 및 BOD원을 함유하는 유기폐수를 처리함에 있어 저류조, 응집혼합조, 소독조, 분리조, 폭기조, 침전조를 거쳐 수처리 하는 것을 알 수 있다.

상기에서 언급한 종래 화학적 처리 공정과 상기 선행 특허의 일반 기술적인 문제점은 다음과 같이 말할 수 있다.

1) 교반강도의 문제점

교반강도와 응집효율 및 속도의 관계는 G=(P/uV)^1/2의 식(G : 교반강도, P : 파워, u : 점성계수, V : 부피)과 같은 관계를 갖는 것으로 알려져 있다. 따라서, 교반강도를 높이는 것은 응집효율이나 응집속도를 좋게 한다. 그러나, 기존 방법은, 약품의 혼합을 위한 교반과 플럭형성을 위한 응집교반을 동시에 행하므로 기 형성된 플럭의 파괴점 이상으로 교반강도를 높일 수 없고 결과로 약품의 완전 혼합이 어렵고 응집효율과 속도가 떨어진다.

2) 플럭 형성후 이송의 문제점

플럭 형성(응집)후 이를 조대화시켜 침점 또는 여과조로 이송시키기 위하여 펌프에 의한 펌핑을 하게 되므로 플럭이 파괴되어 미세화 되므로 침전조의 침강 지연과 여과의 경우 여과효율을 떨어 뜨린다.

3) 침전의 문제

중력 침전으로 고액을 분리하는 경우에 소요기간이 길어 넓은 면적과 시설이 필요하나 현실적으로 시설 한계로 중력 침전의 한계인 1미크론 단위의 입자까지 침전이 어렵다.

4) 여과의 문제

기존의 중력식 여과상은 고액 분리시 여과상과 분리대상 고체가 여과 매체에 수직 방향으로 작용하므로 필터 또는 여과 수단의 여과 공극을 막게 되어 억세척이 필요하고 여과효율을 저하시킨다.

5) 시설의 거대화

각종 대형조의 설치를 요하게 되어 시설의 거대화로 설치 면적 확보의 곤란과 시설비가 많이 소요된다.

이와 같은 종래 수처리의 문제점을 감안하여 안출된 본발명은 다음과 같은 명제아래 개발되었다.

1) 응집효율을 위하여 교반강도를 높인다.

2) 응집된 플럭의 파괴를 극소화 한다.

3) 분리된 슬러지를 경제적으로 처리한다.

4) 건물과 같이 다층으로 시설할 수 있어 대용량의 처리도 적은 면적에 시설할 수 있게 한다.

5) 본발명만으로 일정한 목료의 수처리를 할 수 있도록 한다.

따라서 본발명만이 갖는 수처리 방법상의 특징으로는

1) 교반강도를 높이기 위하여 투여 약품의 혼합 후 응집교반을 행하도록 혼합교반과 응집교반을 분리한다.

2) 수처리 대상유체의 이송용 펌프를 응집 교반기로 이용하므로서 고속교반을 하고 플럭 형성 후 파괴를 최소화 한다.

3) 여과시 분리대상 유체와 여과 매체가 수평 방향으로 설치하게 되는 분리 대상의 유체중 슬러지에 의한 필터의 막힘을 최소로한다.

4) 분리된 슬러지의 탈수를 위하여 공기압을 이용한다.

이와 같은 조건들을 만족하기 위한 수단으로 본발명은 집수조에 수집된 대상유체를 파이프로 이송하는 과정중에 약품투여, 반응, 교반등의 혼합 공정과 응집 공정을 행하도록 하여 설비가 차지하는 공간이 종래와 같이 넓은 면적의 땅을 필요로 하지 않게 하였으며 파이프내 유속을 측정하는 센서와 산도를 측정하는 PH미터기등을 설치하여 정확한 유속(유량) 및 정확한 PH지수를 측정하고 이를 근거로 적정량의 약품(중화제, 응집제)이 투여되게 하는 동시에 파이프 내에 격벽(앵커) 및 초음파 발생기를 설치하여 대상유체에 진동을 가하여 혼합되게 하여 균일한 밀도 및 농도를 유지하게 하여 정확한 PH지수를 측정하게 함과 동시에 혼합된 유체를 펌프의 임펠러에 의해 이송될 때 대상유체는 응집교반 하도록 되어 단시간에 대상유체가 포함하는 각종 불순물이 응집되게 한 것으로 이를 첨부한 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

물을 정수 또는 정화하는 수처리 방법에 있어서, 집수조(1)에 수집한 대상유체를 약품투여구(2), PH미터기(3), 초음파발생기(4), 격벽(앵커)(5), 중화제투입구(6) 및 유속감지센서(7)를 구비한 혼합 파이프(8)로 유입 교반 혼합한 후 이를 이송하는 펌프(9)의 임펠러에 의해 고속 응집 교반한 후 응집파이프(10) 라인으로 압출한 후 필터(13), (14)가 내장된 여과 탱크(11), (12)에서 정수와 슬러지를 분리하고 상기 슬러지는 탈수 및 농축수단을 거쳐 배출되도록 하는 것이다.

이와 같은 본발명을 보다 상세히 설명함과 동시에 그 작용 및 효과를 살펴보면 다음과 같다.

집수조(1)에 수집되는 대상유체는 비교적 그 입자가 큰 고형 잔해물(모래, 나무토막, 폐비닐, 폐플라스틱, 종이류등)을 집수조(1)에 수집하기 전에 제거한다. 따라서 집수조(1)에 수집되는 대상유체는 입자가 극히 미세한 고형 잔해물이나 물속에 용해된 콜로이드 또는 이온 상태의 용해물만을 포함한다. 집수조(1)의 대상유체를 혼합 파이프(8)로 끌어올리는 수단은 혼합 파이프(8) 후단에 설치되는 펌프(9)에 의해서 대상유체는 집수조(1)로부터 혼합 파이프(8)에 유입된다. 즉, 혼합 파이프(8)로 유입된 대상유체는 펌프(9)를 지나기 전까지는 그 유동상태가 난류이지만 급격한 유동상태를 갖지 않는 난류상태를 유지한다. 그러나 펌프(9)를 지나면서 펌프(9)의 임펠러에 의해 급격한 응집교반이 이루어지게 된다.

혼합 파이프(8)내로 유입된 대상유체를 유속센서(7)에 의해 정확한 유속(유량)이 측정되며 PH미터기(3)에 의해 정확한 산도가 측정된다. 또한 혼합 파이프(8)내에 장착된 초음파발생기(4) 및 격벽(앵커)(5)는 대상유체에 진동(초음파)을 가해대상 유체의 입자를 세절함과 동시에 혼합하여 혼합 파이프내로 유입된 대상유체에 일정한 농도와 균일한 밀도를 유지하게 하여 정확한 PH를 측정할 수 있게 함과 동시에 대상유체의 분자구조를 불안하게 하여 후술하는 바와 같이 약품(응집제, 살균제)투여구(2) 및 중화제투여구(6)로 부터 유입되는 약품과 중화제와 충분한 결합을 유도시킨다.

혼합 파이프(8) 내에도 유체의 유속을 안정시키며 초음파발생기(4)로 부터 발생되는 진동(초음파) 효율을 높이기 위하여 초음파발생기(4)의 전후로 격벽(앵커)(5)을 설치할 수 있다. 혼합 파이프(8)내에 의해 측정되는 유속(유량)지수와 함께 산성중화용액 탱크(17)와 알칼리중화용액 탱크(18)로 구성된 중화제 탱크의 각각의 밸브의 개폐량을 조절하여 적정량의 중화제가 투여되게 한다. 혼합 파이프(8)내에 구비되는 약품투여구(2)는 밸브(2')를 갖는 약품 탱크(19)와 연결되며 약품탱크(19)에 장입되는 약품의 소독을 위할 때는 염소와 같은 소독약품이 장입되며 응집반응을 요구할때는 응집제가 장입된다. 약품투여구(2)에 설치된 밸브(2')의 개폐량은 유속센서(7)에 의해 개폐량이 조절되어 적정량의 약품이 투입되게 된다. 혼합 파이프(8)을 통과하는 대상유체의 유속운 펌프(9)의 회전수에 의해 측정할 수 있다. 그러나 양정의 변화와 전압의 변화에 따라 펌프의 회전수가 변하게 되므로 변화하는 유속을 정확히 측정하기 곤란하게 된다. 따라서 혼합 파이프(8) 내의 유속센서(7)를 장착하여 정확한 유속(유량)이 측정되게 하였다.

이와 같이 정확히 측정된 유속과 정확한 PH측정은 적정량의 약품투여에 기여하여 약품(중화제, 살균제, 응집제등)의 과투여로 인한 낭비와 또다른 공해 발생소지를 제거하며 약품 과투여로 인한 BOD 및 COD의 상승요인을 미연에 방지하게 된다. 또한 약품의 부족투여로 인해 발생되는 미완성 수처리의 문제를 해결할 수 있게 된다. 이와 같이 혼합 파이프(8)로 유입된 대상유체는 초음파에 의해 세절되며 투입된 약제에 의해 콜로이드나 이온상태로 결합이 용이한 분자구조를 갖게 된 혼합유체는 혼합파이프(8) 후단부에 설치된 펌프의 임펠러에 의해 급격히 회전교반, 혼합된다. 이와 같이 펌프(9)의 임펠러에 의해 교반, 혼합된 혼합유체를 일정길이를 갖는 파이프라아니(10) 즉, 응집라인을 통과하게 되는데 이는 혼합유체에 형성된 플럭이 서로 응결되어 조대화하는 시간을 부여하기 위함이다. 응집파이프라인(10)을 통과하는 혼합유체는 혼합파이프(8) 내에서 투여된 응집제에 의해 대상유체가 포함한 용존물이나 부유물이 서로 응집시켜 겔 상의 덩어리로 뭉쳐지며 물과 분리된다. 또한 대상유체가 산성폐수 일 경우 투여되는 알칼리성 중화제에 의해 중성으로 중화되며 대상유체가 알칼리성폐수일 경우 투여되는 산성 중화제에 의해 혼합 유체는 중성으로 중화된다. 이와 같이 혼합 유체를 중화시키며 물과 응집물을 서로 분리시키는 응집파이프라인은 반응을 촉진 시키기 위하여 응집파이프 내벽에 격벽(10')을 설치할 수 있다. 이와 같은 응집파이프(10)를 통과한 유체는 대상유체 속에 포함된 용존물이 응집제에 의해 겔과 같은 형상으로 응집되어 물과 분리되어 진다.

이를 함께 필터(13)가 내장된 제1여과 탱크(11)로 유입시키게 되면 물은 필터(13)를 통해 정수되며 응집물(슬러지)는 중력 침강하여 필터 하방으로 모이게 되며 필터 하방의 슬러지파이프 라인(16)을 통해 탈수 및 응축수단을 거쳐 탈수농축 되도록 하는 것으로 상기 제1여과 탱크(11) 후방에 제2여과 탱크(12)를 설치할 수 있다. 이와 같은 제1여과 탱크(11) 및 제2여과 탱크(12)에 장입되는 필터(13), (14)는 수직으로 입설하여 분리 대상물질(응집물+물)의 진행방향과 수평으로 되게 설치할 때 중력 낙하하는 응집물(슬러지)에 의한 필터(13), (14)의 눈막힘 현상을 최소한으로 할 수 있다. 즉 슬러지 여과를 위한 1차여과 탱크(11)는 내부가 복수개의 원통형 필터(13)가 수직으로 입설되며 필터(13)의 지지 위해 필터(13) 내외측에 스텐통 등의 보강수단을 구비할 수 있다. 이와 같은 제1여과 탱크(13)에 의해 여과된 정수는 필요에 따라 제2여과 탱크(14)를 거쳐 재차 정수될 수 있다.

제1여과 탱크(11)의 하방에는 정수된 물의 이송통로(15)이외의 슬러지 이송파이프(16)를 설치하여 압축공기를 이용한 탈수 및 농축수단으로 슬러지를 이송하게 된다. 상기 압축공기를 이용한 탈수 및 농축수단의 구조 및 작동방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1여과 탱크(11)로 부터 연결된 슬러지 이송파이프(16)를 통해 수분을 포함한 슬러지가 여과 탱크(21)로 유입되어 여과 탱크(21)가 가득차게 되면 슬러지 이송파이프(16)의 밸브(16')가 폐쇠됨과 동시에 공기압축기(22)의 밸브(22')가 개방되어 압축공기가 여과 탱크(21)로 유입된다. 이 때 슬러지 배출구(23)의 밸브(23')는 폐쇄 상태이고 배수구(24)의 밸브(24')는 개방상태이다. 압축탱크(21)로 유입된 압축공기는 슬러지를 압축하여 슬러지가 함유한 수분을 필터(25)를 통해 배수구(24)로 방류하고, 배수가 완료된 후에는 배수구(24)의 밸브(24)를 닫고 슬러지 배출구(23)의 밸브(23')를 개방하게 되면 여과 탱크(21)내의 탈수된 슬러지가 슬러지 배출구(23)를 통해 방출된다. 그 후 슬러지 배출구(23)의 밸브(23') 및 공기압축기(22)의 밸브(22')가 폐쇄됨과 동시 슬러지 이송파이프(16)상의 밸브(16')가 개방되어 여과 탱크(21)로 슬러지를 재차 유입시키게 된다. 이와 같은 동작을 자동으로 반복하여 제1여과 탱크(11)에서 여과된 슬러지와 수분을 분리하게 된다.

이와 같은 과정을 통해 수처리 하는 방법은 초음파에 의해 대상유체를 미세, 균질화 시키면서 약품을 투여하기 때문에 단시간에 약품의 반응(응집, 중화, 살균)효과를 얻을 수 있다. 또한 혼합을 위한 장치로 별도의 수단이 강구되는 것이 아니라 유체를 이송시키는 펌프에 의해 응집교반이 되게 하여 교반강도가 무척 빠르게 되며 강한 교반강도는 단시간에 플럭을 갖게 한다. 즉, 혼합파이프 내에서 먼저 초음파에 의해 충분한 혼합을 거친 후 펌프의 임펠러에 의해 교반하게 되며 고속교반이라도 플럭의 깨짐이 발생하지 않게 된다. 본발명은 집수후 부터 여과 탱크로 유입되기 전까지 하나의 파이프 라인상에서 수행 되어지지만 각각의 처리공정이 분명하며 또한 전체적이고 연속적이고 고속적으로 수처리를 행할 수 있게 된다. 또한 파이프 라인상에서 혼합응집, 침강되도록 하여 넓은 면적의 침전조, 반응조, 여과조와 같은 시설물을 필요로 하지 않아 좁은 면적에 용이하게 시설할 수 있으며 건물과 같이 다층으로 설치할때 대용량의 수처리가 가능하게 된다. 또한 발명은 차량에 탑제할 수 있을 정도로 작게 제작이 가능하므로 이동이 용이한 수처리 장치를 제공하게 된다.

Claims (6)

1. 물을 정수 또는 정화하는 수처리 방법에 있어 집수조(1)에 수집한 대상유체를 약품투여구(2), PH미터기(3), 초음파발생기(4), 중화제투입구(6), 격벽(앵커)(5) 및 유속감지센서(7)를 갖는 혼합파이프(8)로 유입 혼합한 후 펌프(9)에 의해 일정길이를 갖는 응집파이프(10)로 이동시킨 다음 필터(13), (14)가 설치된 제1 및 제2여과 탱크(11), (12)에서 응집물(슬러지)와 정수가 여과 분리되며 응집물은 탈수 및 농축수단을 거쳐 배출되도록 한 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
2. 제1항에 있어서, 혼합파이프(8)와 응집파이프(10) 내에는 각각 수개의 격벽(앵커)(5)을 갖는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
3. 제1항에 있어서, 필터(13), (14)는 원통형이며 수직으로 입설하여, 중력 낙하 침전물에 대하여 수평으로 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
4. 제1항에 있어서, 이송용 펌프(9)를 교반기로 사용하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
5. 제1항에 있어서, 분리된 슬러지의 탈수 및 농축수단으로 공기압을 이용하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
6. 제1항에 있어서, 여과는 응집 동시에 수행되며, 침전과 같은 보조 수단을 필요로 하지 않는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.