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KR20160000907A - 이중 공기관을 구비한 마이크로 버블 디퓨져 및 폐수처리 시스템 - Google Patents

이중 공기관을 구비한 마이크로 버블 디퓨져 및 폐수처리 시스템 Download PDF

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KR20160000907A
KR20160000907A KR1020140077908A KR20140077908A KR20160000907A KR 20160000907 A KR20160000907 A KR 20160000907A KR 1020140077908 A KR1020140077908 A KR 1020140077908A KR 20140077908 A KR20140077908 A KR 20140077908A KR 20160000907 A KR20160000907 A KR 20160000907A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wastewater
chamber
air
circulation pump
tank
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1020140077908A
Other languages
English (en)
Inventor
김기준
이경우
성완모
Original Assignee
이앤티코리아 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이앤티코리아 주식회사 filed Critical 이앤티코리아 주식회사
Priority to KR1020140077908A priority Critical patent/KR20160000907A/ko
Priority to CN201410384597.4A priority patent/CN105236554A/zh
Publication of KR20160000907A publication Critical patent/KR20160000907A/ko
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/231—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids by bubbling
    • B01F23/23105—Arrangement or manipulation of the gas bubbling devices
    • B01F23/2312—Diffusers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/12—Activated sludge processes
    • C02F3/20—Activated sludge processes using diffusers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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Abstract

본 발명은 마이크로 버블 디퓨져의 분사 구조를 개선하여 폐수의 생물학적 처리에 적합하게 용존산소량을 높이고 폐수 처리효율을 향상하는 마이크로 버블 디퓨져와 이를 이용한 폐수처리 시스템을 제공한다. 본 발명의 마이크로 버블 디퓨져는 분사노즐 내부에 공기의 유입 통로를 이중으로 형성하여 다량의 마이크로 버블을 효율적으로 생성할 수 있고, 폐수가 흐르는 경로를 변경하여 마이크로 버블 디퓨져에 축적된 이물질을 효율적으로 청소하므로 오염물질로 인한 유로 막힘을 방지할 수 있다.

Description

이중 공기관을 구비한 마이크로 버블 디퓨져 및 폐수처리 시스템{Micro Bubble Diffuser With Dual Air Inlet Line And Wastewater Treatment System}
본 발명은 이중 공기관을 구비한 마이크로 버블 디퓨져 및 폐수처리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐수를 생물학적으로 처리하는 경우 폐수를 가속 회전시켜 공기와 교반, 충돌하면서 마이크로 버블을 생성하여 폐수에 용존산소를 효과적으로 공급함으로써 폐수 처리효율을 향상시킬 수 있고, 청소 모드에서 마이크로 버블 디퓨져에 고착된 이물질을 간편하게 청소할 수 있는 이중 공기관을 구비한 마이크로 버블 디퓨져 및 폐수처리 시스템에 관한 것이다.
현재 환경관련기준의 점진적 강화에도 불구하고 전국적으로 축산폐수, 생활오수, 산업폐수, 쓰레기 침출수 등과 같은 오,폐수가 점차 늘어가고 있는 상황이다. 예로서, 한국의 연간 쓰레기 발생량은 약 2천만 톤에 달하는 것으로 알려져 있으며, 이로부터 발생하는 오,폐수도 상당하여 김포매립지에서만 하루 3000톤의 침출수가 쏟아져 나오는 것으로 알려져 있다.
이처럼 매일 같이 대량으로 쏟아져 나오는 산업폐기물, 음식물 쓰레기와 농축수산 폐기물은 오,폐수로 인한 2차 환경오염, 즉 토양의 산성화(과농도의 염분으로 인한 토양의 황폐화)와 악취 등을 유발하므로 그 처리는 환경적으로도 중대한 문제로 대두되고 있다.
이들 오,폐수를 정화하지 아니하고 그대로 방출하면, 각종 유기물, 미생물, 유독성 화합물 등으로 인해 부영양화 등이 발생하여 수생 생태계가 파괴될 뿐만 아니라 직간접적으로 인간에게도 심각한 피해를 주고 있다. 따라서 이로 인한 집단 민원이 끊임없이 제기되어 사회 문제화되고 있다.
이에 따라 오,폐수 등 오수를 처리하는 방법에 관한 연구 개발이 끊임없이 이루어지고 있는 실정이다.
다양한 폐수처리방법이 출현함에도 불구하고, 전형적인 폐수처리 방법은 일련의 물리적 처리와 화학, 생물학적 처리를 조합하여 폐수로부터 오염물질을 처리하도록 되어 있으며, 통상 다음의 2단계 처리공정을 포함하고 있다.
제1단계 처리는 통상 전처리라고도 불리는 것으로서, 폐수 중에 포함된 상대적으로 큰 오염물을 균일한 크기의 구멍이 형성된 스크린으로 걸러내는 분리(screening)와, 물보다 무거운 오염물을 중력에 의해 분리하는 침강분리(sedimentation) 등의 처리를 적용하여 폐수 중에 포함된 침강성 오염물을 일차적으로 제거하는 것이다.
제2단계 처리에서는 응집제를 사용하여 현탁 부유물을 응집시킨 후 침강 또는 부상시키거나, 활성탄 등의 흡착제를 사용하여 흡착시키고, 살균제를 사용하여 병원균을 사멸시키는 등의 물리 화학적 단위 공정과, 유기물을 생물학적 처리법으로 제거하는데 그 메카니즘은 수착(sorption), 스트리핑, 생분해 등이며 유기질을 각종 미생물에 의해 분해될 때 이의 조작 조건으로 산소의 공급이 필수적이며 처리 효율은 산소의 전달효율과 직접 관련되어 그 전달효율아 높을수록 처리효율이 증가한다.
종래의 기술에 대하여 간단하게 요약하면, 활성 슬러지법에서 일반적으로 사용되는 포기장치(曝氣裝置)는 확산포기장치이며 이는 다공질 매체(porous media)로부터 작은 기포를 생성하는 장치와 큰 기포를 발생하는 큰 오리피스나 수력전단기구이다. 큰 기포확산장치에서는 작은 기포 확산장치에 비하여 전달계면적이 상당히 적기 때문에 산소전달효율이 좋지 않으며 특히 작은 기포 확산장치의 경우 기공의 막힘현상으로 주기적인 교체로 인한 비용이 과다하게 소요된다. 또한 터빈 포기장치, 표면포기장치, 순 산소공급 방식 등이 있으나 설치비, 관리비, 동력비 등의 고비용과 저효율로 인해 일반적인 폐수처리에서는 적용이 어렵다.
이러한 배경하에서 본 출원인에 의해 선출원되어 등록받은 바 있는 대한민국 등록특허 제10-1108279호에 따른 마이크로 버블 디퓨져의 분사 구조를 개량하여 폐수의 순환수량에 대한 공기흡입률을 높여서 순환펌프의 동력과 마이크로 버블 디퓨져의 설치수량을 감소하고 일정한 크기의 미세기포를 발생시켜 폐수에 용존산소를 효과적으로 공급함으로써 폐수 처리효율을 향상시킬 수 있고, 폐수의 찌꺼기에 의해 막히는 현상을 방지하도록 마이크로 버블 디퓨져에 고착되는 이물질을 간편하게 제거할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
[문헌 1] 한국등록특허 제10-1108279호
없음
본 발명의 일 측면은 폐수에 다량의 마이크로 버블을 공급하는 마이크로 버블 디퓨져의 분사 구조를 개선하여 폐수의 생물학적 처리에 적합하게 용존산소량을 높이고 폐수 처리효율을 향상시키며 간단한 구성으로 구현할 수 있는 이중 공기관을 구비한 마이크로 버블 디퓨져와 폐수처리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 측면은 폐수가 흐르는 경로를 변경하는 유로전환부를 이용하여 마이크로 버블 디퓨져를 포함한 폐수처리 시스템에 고착된 이물질을 효율적으로 청소하는 것이다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 이중 공기관을 구비한 마이크로 버블 디퓨져는, 폐수를 수용하는 폐수실; 상기 폐수실과 분리된 공기폐수 혼합실; 상기 폐수실과 상기 공기폐수 혼합실의 경계에 설치되어 폐수를 상기 공기폐수 혼합실에 분출시키고, 분출되는 폐수에 의해 공기를 흡입하는 분사노즐;을 포함하되, 상기 분사노즐은 상기 폐수실과 상기 공기폐수 혼합실 사이를 연결하는 폐수 통로와, 상기 폐수 통로와 격리되고 상기 폐수 통로 내부에 형성된 제1 공기 통로와, 상기 폐수 통로와 격리되고 상기 폐수 통로 외부에 형성된 제2 공기 통로를 구비하며, 상기 폐수실에 유입된 폐수가 상기 폐수 통로를 거쳐 상기 공기폐수 혼합실로 분출하는 과정에서 상기 제1 및 제2 공기 통로를 통하여 흡입된 공기가 상기 공기폐수 혼합실에서 상기 폐수와 교반 충돌하여 마이크로 버블을 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분사노즐은 덮개와, 상기 덮개의 개구부에서 상기 공기폐수 혼합실을 향하여 돌출 형성된 덮개 꼭지와, 상기 개구부를 칸칸이 구분하여 상기 폐수 통로를 제공하는 복수 개의 격벽을 포함하고, 상기 제1 공기 통로를 제공하는 공기공급관 외측에 상기 복수 개의 격벽을 일체로 형성한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수 개의 격벽은 상기 폐수가 일정 방향으로 회전하면서 아래쪽에 모여지도록 일정 각도 기울어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공기폐수 혼합실 상부에 위치한 상기 덮개 꼭지 주위를 둘러싸는 노즐커버를 더 포함하고, 상기 노즐커버 일측에 상기 제2 공기 통로와 연통하는 공기유입구를 형성한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 폐수실을 구비한 하우징 일측에 제1 챔버를 설치하고, 상기 공기공급관 상단은 상기 제1 챔버를 관통하여 외부로 노출되고, 상기 공기공급관 하단은 상기 폐수실을 경유하여 상기 공기폐수 혼합실에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 챔버는, 내부 공간을 구획하고 상기 공기공급관 외측에 고정된 제1 챔버다이어프램과, 상기 제1 챔버다이어프램에 고정된 탄성부재를 포함하고, 상기 제1 챔버다이어프램에 의해 구획된 제1 챔버 하부실에 연통하는 제1 챔버공급관과, 상기 제1 챔버공급관의 중도에 설치된 제1 밸브를 이용하여 상기 공기공급관을 이동시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 챔버 하부실에 일정 압력을 갖는 유체가 채워지면 상기 제1 챔버 다이어프램이 휘어져 상기 공기공급관을 이동시킴으로써 상기 분사노즐에 의해 축적된 이물질을 청소할 수 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 폐수처리 시스템은, 폐수를 저장하는 폐수 탱크; 상기 폐수 탱크의 폐수를 순환시키는 폐수순환 펌프; 상기 폐수순환 펌프에 의해 순환하는 폐수와 공기를 혼합하여 마이크로 버블을 생성하는 마이크로 버블 디퓨져; 상기 폐수 탱크와 상기 폐수순환 펌프 사이에 연결되어 유체 흐름을 조절하는 유로전환부;를 포함하고, 상기 유로전환부는, 내부에 유로를 형성한 몸체에 상기 폐수순환 펌프의 흡입측과 출구측을 각각 연결하고, 상기 폐수 탱크와 상기 마이크로 버블 디퓨져의 폐수 유입구를 각각 연결하여 내부 유로와 연통시키며, 상기 유로전환부는 폐수 처리하는 정상 모드와 이물질을 청소하는 청소 모드에 따라 몸체 내부의 유로를 변경하되, 상기 청소 모드의 폐수 흐름은 상기 정상 모드의 폐수 흐름과 역방향으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유로전환부는 상기 몸체 일측과 타측에 유체 출입을 위하여 형성한 제1 내지 제4 접속구와, 상기 몸체 내부에 설치한 제1 및 제2 구동부와, 상기 몸체 내부와 격리되고 상기 제1 및 제2 구동부를 각각 구동시키기 위하여 상기 몸체 외측에 결합된 제2 및 제3 챔버와, 상기 제2 및 제3 챔버에 각각 연결되어 상기 제1 및 제2구동부를 개별적으로 구동시키기 위한 동력원으로서 유체를 공급하는 제2 및 제3 챔버공급관, 상기 제2 및 제3 챔버공급관의 중도에 설치되어 개폐 동작하는 제2 및 제3 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 폐수순환 펌프와, 상기 제2 및 제3 챔버공급관으로 폐수 공급을 제어하는 상기 제2 및 제3 밸브를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 입력부를 통하여 입력되는 사용자 명령에 따라 설정되는 정상 모드 또는 청소 모드에 따라 폐수의 흐름을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 정상 모드에서 상기 제1 구동부가 상향 이동하고 상기 제2 구동부가 하향 이동하여 상기 폐수순환 펌프의 흡입측으로 흡입된 폐수가 상기 폐수순환 펌프의 출구측에 연통하는 상기 유로전환부의 유로를 거쳐 상기 마이크로 버블 디퓨져의 분사노즐로 유동하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 청소 모드에서 상기 제1 구동부가 하향 이동하고 상기 제2 구동부가 상향 이동하여 상기 마이크로 버블 디퓨져 내부로부터 유출되는 폐수가 상기 폐수순환 펌프의 흡입측으로 흡입된 후 상기 폐수순환 펌프의 출구측에 연통하는 상기 유로전환부의 유로를 거쳐 상기 폐수 탱크로 유동하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 폐수순환 펌프와 상기 유로전환부 및 상기 마이크로 버블 디퓨저가 상기 폐수 탱크 내부에 설치되고 배관을 이용하여 연결한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 폐수 탱크와 상기 폐수순환 펌프와 상기 유로전환부와 상기 마이크로버블 디퓨져를 포함하는 폐수처리 시스템이 복수 개인 경우, 챔버구동 폐수공급관을 이용하여 제1 폐수처리 시스템의 폐수순환 펌프에서 공급하는 폐수를 제2 폐수처리 시스템의 제1 및 제2 챔버공급관에 공급하며, 상기 제1 폐수처리 시스템은 청소 모드로 작동하고 상기 제2 폐수처리 시스템은 정상 모드로 작동하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 폐수처리 시스템은, 폐수를 저장하는 폐수 탱크 내부에 폐수순환 펌프와, 폐수에 섞인 이물질을 여과하는 여과기와, 마이크로 버블을 생성하는 마이크로 버블 디퓨져를 내부에 설치하여 폐수를 처리하는 폐수처리 시스템으로서, 상기 폐수탱크 외부에서 압축공기를 공급하는 압축탱크 공기압축기와, 상기 압축탱크 공기압축기로부터 공급되는 압축공기를 저장하는 압축공기 저장탱크와, 상기 압축공기 저장탱크에 연결된 공통 배관에 연결된 제1 챔버 공급관을 통하여 상기 마이크로 버블 디퓨져에 공급되는 압축공기를 제어하는 제1밸브와, 상기 제1 챔버공급관과 상기 마이크로 버블 디퓨져 사이에 설치되어 압축공기를 외부로 배출하기 위한 제1 방출밸브와, 상기 압축공기 저장탱크에 연결된 공통 배관에서 분기된 분기 배관을 통하여 상기 여과기에 공급되는 압축공기를 제어하는 제4밸브와, 상기 분기 배관과 상기 여과기 사이에 설치되어 압축공기를 외부로 배출하기 위한 제2 방출밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 압축공기 저장탱크 압력은 상기 여과기에 가해지는 수두압의 3배 이상으로 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 폐수와 공기의 교반 및 충돌을 가속화시켜 다량의 마이크로 버블을 생성하도록 분사노즐 내부에 일정방향으로 고속 회전하는 폐수와 혼합되는 공기의 유입 통로를 이중으로 형성하는 간단한 구성으로 마이크로 버블 디퓨져를 구현함으로써 비용 부담을 줄일 수 있다.
또한 본 발명은 폐수 탱크에서 마이크로 버블 디퓨져 사이를 연결하는 유로전환부의 유체 흐름 방향을 바꾸어 청소 기능을 수행함으로써 노즐은 물론 폐수가 흐르는 전체 경로상에 이물질이 축적되거나 막히는 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이중 공기관을 구비한 마이크로 버블 디퓨져의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 공기공급관이 상향 이동한 상태를 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 1의 분사노즐에 의해 생성된 마이크로 버블이 공기폐수 혼합실에 분사되는 동작을 설명하는 도면이다.
도 4는 도 1의 분사노즐의 사시도이다.
도 5는 도 1의 분사노즐의 배면도이다.
도 6a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이중 공기관을 구비한 마이크로 버블 디퓨져를 적용한 폐수처리 시스템의 구성도이다.
도 6b는 도 6a의 폐수처리 시스템에 대한 제어 블록도이다.
도 7은 도 6a의 폐수처리 시스템이 정상 모드로 동작하는 경우 폐수 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 6a의 폐수처리 시스템이 청소 모드로 동작하는 경우 폐수 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 폐수처리 시스템의 구성도이다.
도 9b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 폐수처리 시스템의 제어 블록도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 폐수처리 시스템에서 주요 구성부의 동작 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 폐수처리 시스템에서 폐수 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 폐수처리 시스템의 구성도이다.
도 13은 본 발명의 제5 실시예에 따른 폐수처리 시스템의 제어 블록도이다.
도 14a는 본 발명의 제5 실시예에 따른 폐수처리 시스템의 마이크로 버블 디퓨져를 청소하는 경우 주요 구성부의 동작 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 14b는 본 발명의 제5 실시예에 따른 폐수처리 시스템의 여과기를 청소하는 경우 주요 구성부의 동작 상태를 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 분사노즐 내부에 공기의 유입 통로를 이중으로 형성하는 간단한 구성으로 마이크로 버블 디퓨져를 구현함으로써 일정방향으로 고속 회전하는 폐수와 유입된 공기의 교반 및 충돌을 가속화시켜 다량의 마이크로 버블을 생성한다.
또한 본 발명은 유로전환부를 구비하여 유체 흐름 방향을 선택적으로 제어하여 청소 기능을 수행한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 이중 공기관을 구비한 마이크로 버블 디퓨져(1)는 폐수가 유입되는 폐수유입구(11)가 형성된 하우징(10), 하우징(10) 내부에 일부가 삽입되어 수용되는 공기공급관(50), 폐수와 공기를 교반 및 충돌시켜 마이크로 버블을 생성하여 공기폐수 혼합실(22)로 분사하는 분사노즐(30)을 포함한다.
분사노즐(30)은 공기폐수 혼합실(22) 상부를 부분적으로 덮어씌우고 중앙부가 상하 방향으로 뚫려 있는 덮개(40)와, 덮개(40) 중앙부에 위치한 공기공급관(50) 하단 외측에 일체로 고정설치되어 폐수 통로를 제공하는 격벽(45)을 포함한다. 분사노즐(30)의 상세한 구조는 후술하기로 한다.
분사노즐(30) 선두는 공기폐수 혼합실(22) 상부를 향하여 하향 돌출되고, 그 공기폐수 혼합실(22) 주위는 노즐커버(20)에 의해 둘러싸여 있다.
덮개(40)와 노즐커버(20)는 하우징(10) 하단부에 체결부재(15)에 의해 고정 된다. 실시예에서는 나합 구조를 적용하여 결합하였으나, 이에 한정하는 것은 아니고 덮개(40)와 노즐커버(20) 및 하우징(10)을 일체화하는 용접 결합 등 다양한 체결 구조를 적용할 수 있다.
노즐커버(20) 일측에 공기를 유입하는 공기유입구(21)가 형성된다. 이 공기유입구(21)에 도시하지 않은 공기공급관이 연결되고, 공기공급관 일측은 외부로 노출되어 외부 공기를 마이크로 버블 디퓨져(1) 내부에 유입할 수 있다.
덮개 꼭지(41)는 덮개(40) 중앙부에서 일정 각도 하향 절곡되어 연장 형성된다. 공기유입구(21)가 덮개 꼭지(41)에 대향하여 위치함에 따라 공기유입구(21)로부터 유입된 공기가 덮개 꼭지(41)를 향하여 강하게 흡입되고 이 흡입 공기는 덮개 꼭지(41)를 감싸면서 공기폐수 혼합실(22)로 유동하게 된다.
공기공급관(50)은 중공의 제1 공기 통로(53)를 구비한 원통 형상의 파이프로 구현한다.
하우징(10) 상부에 제1 챔버(60)가 체결부재(15)에 의해 고정된다. 공기공급관(50) 상단 입구(51)는 제1 챔버(60)를 관통하여 외부로 노출되고, 하단 출구(52)는 폐수실(12)을 경유하여 덮개(40) 중앙부에 위치하므로 외부 공기를 마이크로 버블 디퓨져(1) 내부에 유입할 수 있다.
제1 챔버다이어프램(63)은 제1 챔버(60) 내부 공간을 구획하여 제1 챔버 하부실(62)을 밀폐한다. 제1 챔버다이어프램(63) 양측단은 체결부재(15)에 의해 고정되고 중앙부분은 공기공급관(50) 외주연에 고정된다. 제1 챔버다이어프램(63)을 본래 위치로 복귀시키기 위하여 제1 챔버다이어프램(63) 상부에 탄성부재(64)를 설치한다.
제1 챔버 하부실(62) 일측에 제1 챔버공급관(61)이 연결되고, 제1 챔버공급관(61)의 중도에는 후술하는 제어부에 의해 개폐 동작하는 제1 밸브(66)가 설치된다. 제1 밸브(61)를 개방시 폐수가 제1 챔버 하부실(62)에 채워진다.
도 2에 도시한 바와 같이, 제1 챔버 하부실(62) 내부에 일정 압력을 가지는 유체가 유입되어 챔버 압력이 상승함에 따라 제1 챔버다이어프램(63)이 위로 볼록하게 휘어진다. 이때 탄성부재(64)가 압축됨에 따라 공기공급관(50)을 상향 이동시키고, 폐수실(12) 하부에 위치한 분사실(13)에 위치하고 있던 공기공급관(50) 하단 출구(52)와 공기공급관(50) 하단에 고정된 격벽(45)이 일정 높이 위로 올라간다. 이에 따라 분사실(13)의 폐수 통로가 넓어지게 되어 격벽(45)과 덮개꼭지(41) 사이에 형성된 분사실(13)에 끼어있던 이물질이 제거될 수 있다.
제1 챔버공급관(61)을 통한 폐수 공급이 중단된 상태에서 제1 밸브(66)를 개방하면 제1 챔버 하부실(62)에 채워진 폐수가 제1 챔버공급관(61)을 통해 유출됨에 따라 챔버 압력이 떨어지고 탄성부재(64)의 탄성력에 의해 제1 다이어프램(63)이 본래 위치로 복원됨에 따라 공기공급관(50)은 하향 이동한다. 이후 정상 모드에서 제1 밸브(66)가 폐쇄되어 공기공급관(50)이 하향 이동된 상태를 유지할 수 있다.
청소 모드에서 제1 밸브(66)가 개방되어 제1 챔버공급관(61)으로 일정 압력을 갖는 유체를 공급하면 제1 챔버다이어프램(63)에 의해 공기공급관(50)이 상향 이동됨에 따라 분사실(13) 공간이 확장되기 때문에 공기공급관(50) 하단 외측과 격벽(45) 그리고 덮개꼭지(41) 사이에 끼어있던 이물질이 제거될 수 있다.
도 3은 도 1의 분사노즐에서 생성된 마이크로 버블이 공기폐수 혼합실에 분사되는 동작을 설명하는 도면이고, 도 4는 도 1의 분사노즐에 대한 사시도이며, 도 5는 도 1의 분사노즐에 대한 배면도이다.
공기공급관(50) 하단 출구(52)에 일체로 형성된 격벽(45)이 분사실(13)에 위치된다. 격벽(45)은 분사실(13) 공간을 방사상으로 구획하는 칸막이의 역할을 한다. 격벽 상단(45a)이 하향 경사면으로 형성되고, 공기공급관(50) 외측에 접합되는 격벽 접합면의 길이는 덮개꼭지(41) 일측에 접합되는 격벽 접합면의 길이 보다 길게 형성된다. 이와 같이 격벽 상단(45a)이 경사짐으로써 동물의 털과 같은 이물질이 걸리지 않도록 한다.
격벽(45) 하부 말단이 원뿔 형상으로 복수 개가 설치되는데, 길이 방향으로 일정 각도 비스듬히 기울어져 있다. 이러한 격벽(45)의 형상은 실시예와 다르게 꼭지점을 향해 직선으로 뻗어나가거나 나선 방향으로 휘어진 형태를 적용할 수도 있다.
공기공급관(50)이 아래쪽에 위치하여 격벽(45) 외측이 덮개 꼭지(41) 일측에 밀착되는 경우, 복수 개의 격벽(45) 사이에 복수 개의 폐수 통로(47)가 형성된다. 폐수실(12)로 유입된 폐수가 복수 개의 폐수 통로(47) 안으로 진입하여 직진 방향 또는 일정 각도 기울어진 방향으로 통과하면서 가속력이 가해진다. 폐수 통로(47)를 통하여 폐수가 분출되면서 분사실(13)과 공기폐수 혼합실(22)의 경계에서 강한 흡입력을 발생시키고, 이 흡입력에 의해 공기공급관 하단(52)의 제1 공기통로(53)와 공기유입구(21)에 인접한 제2 공기통로(23)를 통하여 외부 공기가 유입된다.
격벽(45)의 첨두부(46)는 공기공급관(50) 하단 출구(52)보다 낮은 위치까지 예리하게 연장 형성되기 때문에 폐수 통로(47)를 통과하는 폐수의 직진성과 가속력을 증폭시킴으로써 더욱 많은 공기를 흡입시킬 수 있다. 폐수 통로(47)를 통해 유입된 폐수는 강하게 분출되면서 발생되는 사이폰 현상에 의해 제1 공기통로(53)와 제2 공기통로(23)로부터 다량의 공기가 유입되게 되고, 첨두부(46) 주변에서 유입된 공기와 각각 교반 및 충돌하면서 혼합된다. 이 혼합 과정에서 마이크로 버블이 만들어진다.
도 3을 참조하여, 폐수실(12) 내부에 가압되어 유입된 폐수는 분사노즐(30)의 폐수 통로(47)를 통과하면서 일정 방향으로 회전하고, 서로 다른 폐수 통로(47)를 통과하면서 강하게 분출되는 여러 갈래의 물줄기는 중심부의 첨두부(46) 쪽으로 집중된다. 이와 함께 공기공급관(50)의 제1 공기 통로(53)를 통해 유입되는 공기는 하단 출구(52)를 빠져나가면서 첨두부(46)에서 분출하는 폐수와 마주치고, 또한 제2 공기 통로(23)를 거쳐 첨두부(46) 쪽으로 유입되는 공기가 분출하는 폐수와 마주치게 된다. 이렇게 공기폐수 혼합실(22) 상부에 위치한 첨두부(46)에 의해서 직진성과 가속력이 증폭되어 분출하는 폐수의 내측과 외측에서 서로 다른 경로를 통해 강한 흡입력으로 유입되는 공기와 마주치면서 난류를 형성하고, 공기폐수 혼합실(22)에서 다량의 마이크로 버블이 생성된다.
이와 같이 분사노즐(30)은 분사노즐(30) 내부에서 직진하거나 일정 방향으로 고속 회전하는 폐수와 혼합되는 공기의 유입 통로를 이중으로 형성하여 다량의 마이크로 버블을 효율적이고 간단한 구성으로 생성할 수 있다.
도 6a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이중 공기관을 구비한 마이크로 버블 디퓨져를 적용한 폐수처리 시스템의 구성도이고, 도 6b는 도 6a의 폐수처리 시스템에 대한 제어 블록도이다.
본 발명에 따른 폐수처리 시스템은 축산폐수, 생활오수, 산업폐수, 쓰레기 침출수 등과 같은 폐수를 저장하는 폐수 탱크(70)와, 폐수를 순환시키기 위한 폐수순환 펌프(90)와, 폐수순환 펌프(90)에 의해 순환되는 폐수의 흐름 방향을 조절하기 위하여 유로를 전환하는 유로전환부(100), 그리고 폐수 처리에 적용하기 위하여 유입 폐수에 의해 다량의 마이크로 버블을 생성하는 마이크로 버블 디퓨져(1)을 포함한다.
도 6a에 예시한 바와 같이, 마이크로 버블 디퓨져(1)는 폐수 탱크(70) 내부에 마련되고 제1 챔버공급관(61)과 연결관(67)을 매개로 폐수순환 펌프(90) 및 유로전환부(100)에 각각 연결된다. 실시예에서는 폐수를 저장하는 폐수 탱크(70) 내부에 마이크로 버블 디퓨져(1)를 설치한 구성을 나타내고 있다. 그러나 마이크로 버블 디퓨져(1)의 설치 위치가 폐수 탱크 내부에 한정될 필요는 없으며, 폐수 탱크 밖에 마이크로 버블 디퓨져(1)를 설치하고, 배관을 이용하여 폐수 탱크와 연결하여 폐수 처리하는 구성을 적용할 수도 있다. 또한 폐수 탱크 내부에 폐수순환 펌프와 마이크로 버블 디퓨져와 유로전환부 등 폐수 처리 장치들을 내장하여 설치한 다른 실시예의 구성은 도 9a에 따라 설명한다.
제1 실시예에서는 폐수 탱크(70)와 유로전환부(100) 사이에 여과기(80)를 마련하여 폐수에 섞여진 오염물질 예를 들어 축산폐수의 경우 동물의 털을 여과하는 기능을 부가할 수 있다. 여과기(80) 일측은 연결관(71)에 의해 폐수 탱크(70)에 연결되고 타측은 연결관(81)에 의해 유로전환부(100)에 연결된다.
유로전환부(100)는 내부에 유로를 형성한 몸체(101)와, 몸체(101) 일측과 타측에 유체 출입을 위하여 형성한 제1 내지 제4 접속구(102)(104)(106)(108)와, 몸체(101) 내부에 설치한 제1 및 제2 구동부(110)(120)와, 몸체(101) 내부와 격리되고 제1 및 제2 구동부(110)(120)를 각각 구동시키기 위하여 몸체(101) 외측에 결합된 제2 및 제3 챔버(130)(140)와, 제2 및 제3 챔버(130)(140)에 각각 연결되어 제1 및 제2구동부(110)(120)를 개별적으로 구동시키기 위한 동력원으로서 압축 공기를 공급하는 제2 및 제3 챔버공급관(150)(160), 제2 및 제3 챔버공급관(150)(160)의 중도에 설치되어 후술하는 제어부에 의해 개폐 동작하는 제2 및 제3 밸브(151)(161)를 포함한다.
제1 접속구(102) 일측에 연결관(81)을 접속하고, 제2 접속구(104) 일측에 펌프 입구관(92)을 접속한다. 제1 접속구(102) 타측은 몸체(101) 내부의 제1 상부실(103)과 연통 가능하고, 제2 접속구(104) 타측은 제1 상부실(103) 또는 제1 하부실(105)에 선택적으로 연통 가능하다.
제2 구동부(120)에 일체 결합된 밸브 플레이트(121)는 제2 구동부(120)의 움직임에 따라 상부 밸브시트(122) 또는 하부 밸브시트(123)에 밀착되고, 밸브 플레이트(121)는 제1 상부실(103)과 제1 하부실(105) 사이를 가로질러 위치한다. 밸브 플레이트(121)의 동작에 따라 제2 접속구(104)가 제1 상부실(103) 또는 제1 하부실(105)에 연통하게 된다.
제3 접속구(106) 일측에 펌프 출구관(91)을 접속하고, 제4 접속구(108) 일측에 연결관(67)을 접속하며, 이 연결관(67)은 폐수 탱크(70)에 설치한 마이크로 버블 디퓨져(1)의 폐수 유입구(11)에 연결한다. 제3 접속구(106) 타측은 몸체(101) 내부의 제2 상부실(107) 또는 제2 하부실(108)에 선택적으로 연통 가능하고, 제4 접속구(108) 타측은 제2 하부실(109)과 연통 가능하다.
제1 구동부(110)에 밸브 플레이트(111)가 일체 결합된다. 제1 구동부(110)의 움직임에 따라 밸브 플레이트(111)가 상부 밸브시트(112) 또는 하부 밸브시트(113)에 밀착되고, 밸브 플레이트(111)는 제2 상부실(107)과 제2 하부실(108) 사이를 가로질러 위치한다. 밸브 플레이트(111)의 동작에 따라 제3 접속구(106)가 제2 상부실(107) 또는 제2 하부실(109)에 연통하게 된다.
제2 챔버(130)는 제1 구동부(110) 일부를 수용하고, 제1 구동부(110)를 이동시키기 위한 제2 챔버 다이어프램(133)을 포함한다. 제2 챔버 다이어프램(133)은 챔버 내부를 제2 챔버 하부실(131)과 제2 챔버 상부실(132)로 구획하며 제1 구동부(110) 일단 외측에 고정된다.
제3 챔버(140)는 제2 구동부(120) 일부를 수용하고, 제2 구동부(120)를 이동시키기 위한 제3 챔버 다이어프램(143)을 포함한다. 제3 챔버 다이어프램(143)은 챔버 내부를 제3 챔버 하부실(141)과 제3 챔버 상부실(142)로 구획하며 제2 구동부(120) 일단 외측에 고정된다.
제어부(180)의 제어신호에 따라 밸브 구동부(190)에 의해 개폐 동작하는 제2 밸브(151)를 제2 챔버공급관(150)의 중도에 설치한다. 제2 밸브(151)를 개방시 챔버구동 공기압축기(220)에 연결된 제2 챔버공급관(150)은 압축 공기를 제2 챔버 상부실(132)과 제3 챔버 하부실(141)에 동시에 공급한다.
제어부(180)의 제어신호에 따라 밸브 구동부(190)에 의해 개폐 동작하는 제3 밸브(161)를 제3 폐수공급관(160)의 중도에 설치한다. 제3 밸브(161)를 개방시 챔버구동 공기압축기(220)에 연결된 제3 챔버공급관(160)은 압축 공기를 제3 챔버 상부실(142)과 제2 챔버 하부실(131)에 동시에 공급한다.
제2 챔버공급관(150)에서 압축 공기의 공급을 중단하고 제2 밸브(151)를 개방함에 따라 제2 챔버 상부실(132)의 공기는 유출되어 빠져나가며, 이후 제2 밸브(151)를 닫고 제3 밸브(161)를 개방하는 경우 제3 챔버공급관(160)을 통하여 유입되는 압축 공기는 제3 챔버 상부실(142)과 제2 챔버 하부실(131)에 동시에 공급됨에 따라 제2 챔버 다이어프램(133)이 위를 향해 볼록하게 휘어져 제1 구동부(110)를 상향 이동시키고, 제3 챔버 다이어프램(143)은 아래를 향해 오목하게 휘어져 제2 구동부(120)를 하향 이동시킨다. 도 7에 도시한 바와 같이 제1 구동부(110)가 위로 올라가서 밸브 시트(112)에 밸브 플레이트(111)를 밀착시키면 펌프 출구관(91)이 제2 하부실(109)에 연통 가능하게 된다. 또한 제2 구동부(120)가 아래로 내려가서 밸브 플레이트(121)가 밸브 시트(123)에 밀착되면 연결관(81)과 펌프 입구관(92)이 제1 상부실(103)에 연통 가능하게 되고, 여과기(80)를 거쳐 유입된 폐수가 펌프 입구관(92)을 통해 폐수순환 펌프(90)에 흡입된다. 이때 폐수순환 펌프(90)에서 유출되는 폐수는 펌프 출구관(91)을 통해 제2 하부실(109)로 유입된 후 연결관(67)에 연결된 마이크로 버블 디퓨져(1)의 폐수 유입구(11)를 통하여 폐수실(12)에 공급된다. 이후 마이크로 버블 디퓨져(1)는 앞서 설명한 바와 같이 분사노즐(30)에 의해 공기폐수 혼합실(22)에서 다량의 마이크로 버블을 생성하여 폐수 처리에 적용할 수 있다.
폐수 처리 동작을 일정 시간 동안 수행하는 경우 폐수가 흐르는 경로 특히 마이크로 버블 디퓨져(1)와 여과기(80)에 오염물질이 축적되어 유로의 막힘을 유발할 수 있기 때문에, 정상 모드에서 청소 모드로 동작 모드를 전환시킨다. 이러한 동작 모드의 전환은 입력부(170)를 통한 사용자 명령에 의해 제어부(180)가 밸브 구동부(190)와 압축기 구동부(200) 및 펌프 구동부(230)에 제어신호를 인가하여 제1 내지 제3 밸브(66)(151)(161)와, 폐수순환 펌프(90)와, 챔버구동 공기압축기(220)를 구동시킴으로써 이루어진다.
도 8은 도 6a의 폐수처리 시스템이 청소 모드로 동작하는 경우 폐수의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
제3 챔버공급관(160)을 통한 압축 공기의 공급을 중단하고 제3 밸브(161)를 개방함에 따라 제3 챔버 상부실(142)의 압축 공기가 유출되어 빠져나가며, 이후 제3 밸브(161)를 닫고 제2 밸브(151)를 개방하는 경우 제2 챔버공급관(150)을 통하여 유입되는 압축 공기는 제2 챔버 상부실(132)과 제3 챔버 하부실(141)에 동시에 공급됨에 따라 제3 챔버 다이어프램(143)이 위를 향해 볼록하게 휘어져 제2 구동부(120)를 상향 이동시키고, 제2 챔버 다이어프램(133)이 아래를 향해 오목하게 휘어져 제1 구동부(110)를 하향 이동시킨다. 이처럼 제2 구동부(120)가 위로 올라가서 밸브 플레이트(121)를 밸브 시트(122)에 밀착시키면 제1 상부실(103)과 제1 하부실(105)은 밸브 플레이트(121)에 의해 차단된다. 이에 따라 제1 하부실(105)과 제2 하부실(109)이 연통 가능하게 되고, 제2 하부실(109)은 펌프 입구관(92)을 매개로 폐수순환 펌프(90)의 흡입측에 연결된다. 이때 폐수순환 펌프(90)를 가동하면 도 2에서와 같이, 제1 챔버공급관(61)을 통해 공급된 폐수가 마이크로 버블 디퓨져(1)의 제1 챔버 하부실(62)에 유입됨에 따라 제1 챔버다이어프램(63)이 위를 향해 볼록하게 휘어져 공기공급관(50)과 격벽(45)을 상향 이동시킴에 따라 분사실(13) 공간을 확장할 수 있다. 폐수 탱크(70)의 폐수는 공기폐수 혼합실(22)에 연통하며 공간이 넓혀진 분사실(13)과 폐수실(12)을 거쳐 연결관(67)을 경유하여 제2 하부실(109)로 유입되고, 이후 제1 하부실(105)과 펌프 입구관(92)를 차례로 거쳐 폐수순환 펌프(90) 흡입측으로 유동한다. 이 폐수순환 펌프(90)에서 유출되는 폐수는 펌프 출구관(91)을 통해 제2 상부실(107)로 유입된 후 제1 상부실(103)과 연결관(81)에 연결된 여과기(80)를 차례로 거친 후 폐수 탱크(70)에 유입된다.
청소 모드에서의 폐수 흐름은 정상 모드에 대비하여 역방향으로 이루어지기 때문에 폐수가 흐르는 경로상에 축적된 오염물질을 제거하여 유로 막힘을 방지할 수 있다. 폐수순환 펌프의 가동 시간이 설정 시간에 도달할 때마다 주기적으로 청소 모드를 실시하는 것이 바람직하다.
<시험예 1>
본 발명의 제1 실시예에 따른 이중 공기관을 구비한 마이크로 버블 디퓨져를 사용한 방식과 종래기술에 따른 단일 공기관을 구비한 마이크로 버블 디퓨져를 사용한 방식에 대해 폐수 순환량과 공기 흡입량의 비율을 시험한 결과는 다음의 [표1]과 같다.
① 폐수 종류 : 지하수
② 폐수 온도 : 21℃
③ 폐수처리 장치의 사양
- 폐수 탱크 용량 : 1톤
- 폐수 탱크 높이 : 5.5m
- 마이크로 버블 디퓨져의 분사노즐 높이 : 폐수 탱크 바닥에서 0.3m
- 폐수순환 펌프 종류 : 2.2kW/h 원심 펌프
수두압(m) 수압(kg/㎠) 본 발명(이중 공기관) 종래기술(단일 공기관)
폐수순환량(L) 공기흡입량(L) (폐수순환/공기흡입) 비율 폐수순환량(L) 공기흡입량(L) (폐수순환/공기흡입) 비율
5 1.5 136 68 50 159 40 25
1.8 146 121 83 179 66 37
2.0 156 158 101 182 80 44
2.2 164 184 112 203 95 47
2.4 173 209 121 205 110 54
4 1.5 139 128 92 165 71 43
1.8 156 176 113 185 96 52
2.0 168 202 120 197 115 58
2.2 178 225 126 205 130 63
2.4 185 243 131 208 160 77
3 1.5 147 164 116 171 110 64
1.8 165 205 124 190 140 74
2.0 173 225 130 205 165 80
2.2 182 250 137 207 191 92
2.4 189 265 140 213 215 101
<시험예 2>
본 발명의 제1 실시예에 따른 이중 공기관을 구비한 마이크로 버블 디퓨져를 호기성생물학적 반응기에 사용한 경우와 종래기술의 단일 공기관을 구비한 마이크로 버블 디퓨져를 호기성생물학적 반응기에 사용한 경우에 대해 여러 설계인자를 시험한 결과는 다음의 [표2]와 같다.
① 폐수 종류 : 양돈축산
② 처리 수량 : 30 톤/일
③ 원폐수 농도
- ph 8.9
- BOD 7,000mg/L
- T/N 4,000mg/L
설계인자 본 발명(이중 공기관) 종래기술(단일 공기관)
산소전달효율 35 ~ 50 % 30 ~ 40 %
BOD용적부하 25 ~ 40 kg/BOD/㎥,d 20 ~ 30 kg/BOD/㎥,d
MLSS농도 7,000 ~ 13,000 mg/l 5,000 ~ 8,000 mg/l
TKN용적부하 1.2 ~ 1.8 mg/㎥,d 0.8 ~ 1.6 mg/㎥,d
공기 공급방식 자연 공기흡입방식 공기압축기 주입방식
처리효율 BOD : 98 % 이상
질산화 : 98 % 이상		 BOD : 95 % 이상
질산화 : 98 % 이상
도 6a에 따른 제1 실시예에서는 제2 및 제3 챔버(130)(140)의 제1 및 제2구동부(110(120)를 구동하기 위한 동력원으로서 압축 공기를 이용하는 방식을 적용하였으나, 제2 및 제3 챔버공급관(150(160)을 통하여 폐수를 가압하여 공급하는 방식을 적용할 수도 있다.
일반적으로 대규모 폐수 처리 시스템은 매우 큰 저장 능력을 가진 폐수 탱크의 폐수를 처리하기 위하여 복수 개의 폐수순환 펌프를 사용하고 있다. 그렇지만, 상대적으로 소규모 폐수처리 시스템에서와 같이 저장 능력의 작은 폐수 탱크를 사용하는 설치 환경에서는 폐수처리 장치들을 간소하게 구성하여 폐수 탱크의 내부에 설치할 수 있다. 그러한 전형적인 구성이 도 9a에 나타나 있다.
[제2 실시예]
도 9a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 폐수처리 시스템의 개략적인 구성도로서, 제1 실시예의 구성과 기능적으로 동일한 구성요소에 대해 동일 부호를 인용하여 설명한다.
제2 실시예에 따른 폐수처리 시스템은 앞서 설명한 도 6a의 폐수처리 시스템의 폐순순환 펌프(90)와 유로전환부(100)와 여과기(80)에 대한 설치 위치를 폐수 탱크(70) 내부로 변경한 차이를 제외하면 동일한 기능을 수행한다. 보다 구체적으로 설명하면, 제2 실시예에 따른 폐수처리 시스템은 폐수 탱크(70) 내부에 폐수순환 펌프(90)와, 유로전환부(100)와, 여과기(80), 및 마이크로 버블 디퓨져(1)를 설치하고, 이들 사이에 펌프 출구관(91), 펌프 입구관(92), 제1 챔버공급관(61), 연결관(67)(81)으로 연결하여 폐수 흐름을 형성하고 있다. 이때 마이크로 버블 디퓨져(1)는 폐수 탱크(70) 바닥으로부터 일정 높이에 설치한다.
앞서 설명한 제1 실시예에 따른 폐수 처리 시스템에 적용한 마이크로 버블 디퓨져(1)는 공기공급관(50)의 일측과 공기유입구(21)에 연결된 공기공급관이 각각 외부로 노출되어 외부 공기를 흡입하는 자연 공기흡입 방식을 적용한다.
이처럼 자연 공기흡입 방식으로 마이크로 버블 디퓨져(1)에서 공기를 흡입하지 않고, 공기압축기를 이용하여 마이크로 버블 디퓨져(1)에 공기를 주입하는 방식을 적용할 수도 있다. 공기압축기를 이용하는 경우 압축 공기의 온도에 따라 폐수 탱크의 폐수 온도가 상승하고, 폐수 온도의 상승으로 미생물 번식이 활성화될 수 있는 단점이 있다. 그렇지만, 겨울철에는 공기압축기를 사용하여도 폐수 온도의 상승이 크기 않기 때문에 제한적으로 사용할 수 있다. 이와 같이 공기압축기를 이용하여 마이크로 버블 디퓨져에 공기를 주입하는 다른 실시예의 구성을 도 9b와 도 10에 따라 설명한다.
[제3 실시예]
도 9b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 폐수처리 시스템의 제어 블록도이고, 도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 폐수처리 시스템에서 주요 구성부의 동작 상태를 설명하기 위한 도면이다.
제3 실시예에 따른 폐수처리 시스템은 마이크로 버블 디퓨져(1)를 적용한 도 6a의 폐수처리 시스템과 유사한 구성을 가진다. 특징적으로 압축 공기를 공급하는 노즐분사 공기압축기(210)를 추가로 구비하며, 노즐분사 공기압축기(210) 출구에 마이크로 버블 디퓨저(1)의 공기공급관(50)과 공기유입구(21)에 연결된 공기공급관을 각각 연결한 구성에서 차이가 있다.
도 10에 도시한 바와 같이, 제어부(180)는 정상 모드에서 노즐분사 공기압축기(210)를 온(on) 시켜 마이크로버블 디퓨져(1)에 압축 공기를 공급하도록 하여 폐수 처리에 사용할 수 있고, 청소 모드에서는 노즐분사 공기압축기(210)를 오프(off) 시킨다.
정상 모드에서 폐수순환 펌프(90)를 구동하고 이와 병행하여 제어부(180)의 제어에 의해 노즐분사 공기압축기(210)와 챔버구동 공기압축기(220)를 구동시킨다. 챔버구동 공기압축기(220)의 압축 공기는 개방된 제3 밸브(161)를 통해 제3 챔버 상부실(142)과 제2 챔버 하부실(131)에 각각 공급된다. 이때 제1 밸브(66)와 제2 밸브(151)는 닫히고(off), 제1 챔버공급관(61)과 제2 챔버공급관(150)으로의 폐수 공급은 중단된다. 또한 노즐분사 공기압축기(210)의 가동에 따라 마이크로 버블 디퓨져(1)의 공기공급관(50) 및 공기유입구(21)에 공기를 공급한다. 제1 공기통로(53)와 제2 공기통로(23)에 흡입된 압축 공기는 분사노즐(30)에 형성된 폐수 통로(47)를 경유하면서 가속 회전하는 폐수와 혼합되고, 이 혼합 과정에서 폐수와 압축 공기가 교반 및 충돌하면서 미세한 마이크로 버블이 만들어진다.
청소 모드에서 제어부(180)의 제어에 따라 폐수순환 펌프(90)와 챔버구동 공기압축기(220)를 구동시켜 제1 폐수 공급관(61)과 제2 폐수공급관(150)에 폐수를 공급한다. 이때 제1 밸브(66)와 제2 밸브(151)를 개방하고(open), 제3 밸브(161)를 폐쇄한다(close). 또한 제어부(180)의 제어에 의해 노즐분사 공기압축기(210)를 정지시키며(off), 이에 따라 도 8과 같이 폐수 흐름이 역방향으로 이루어짐에 따라 폐수가 흐르는 경로상에 축적된 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있다.
한편, 대규모 설비로 구축되는 폐수 처리 시스템은 폐수 탱크의 저장 폐수를 처리하기 위하여 복수 개의 폐수순환 폄프를 병렬로 구성할 수 있다. 이러한 대규모 폐수처리 시스템에서는 유로전환부의 작동원으로서 폐수순환 펌프에서 공급하는 폐수를 이용할 수 있다.
[제4 실시예]
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 폐수처리 시스템에서 폐수의 흐름을 설명하기 위한 도면으로, 상단 폐수처리 시스템이 청소 모드로 작동하고 하단 폐수처리 시스템은 정상 모드로 작동하는 경우이다.
도 11을 참고하여, 상단 폐수처리 시스템과 하단 폐수처리 시스템은 챔버구동 폐수공급관(93)에 의해 각각 연결된다. 즉 하나의 챔버구동 폐수공급관(93) 일측이 상단 폐수처리 시스템의 폐수순환 펌프(90)에 연결되고 타측은 하단 폐수처리 시스템의 제2 및 제3 챔버공급관(150)(160)에 공통 연결된다. 또한 다른 챔버구동 폐수공급관(93) 일측이 하단 폐수처리 시스템의 폐수순환 펌프(90)에 연결되고 타측은 상단 폐수처리 시스템의 제2 및 제3 챔버공급관(150)(160)에 공통 연결된다.
상단 폐수처리 시스템이 청소 모드로 작동하는 경우, 상단 폐수처리 시스템의 제2 밸브(151)가 개방(open) 되고 제3 밸브(161)가 폐쇄(close) 되어 하단 폐수처리 시스템의 폐수순환 펌프(90)로부터의 폐수 공급이 이루어져 상단 폐수처리 시스템의 제2 챔버(130)의 제1 구동부(110)는 아래쪽으로 위치 이동하고 제3 챔버(140)의 제2 구동부(120)는 위쪽으로 위치 이동하게 된다.
하단 폐수처리 시스템은 정상 모드로 작동하는 경우, 하단 폐수처리 시스템의 제2 밸브(151)가 폐쇄(close) 되고 제3 밸브(161)가 개방(open) 되어 상단 폐수처리 시스템의 폐수순환 펌프(90)로부터의 폐수 공급이 이루어져 하단 폐수처리 시스템의 제2 챔버(130)의 제1 구동부(110)는 위쪽으로 위치 이동하고 제3 챔버(140)의 제2 구동부(120)는 아래쪽으로 위치 이동하게 된다.
이와 같이 하단 폐수처리 시스템은 마이크로 버블 디퓨져(1)를 이용하여 폐수 처리를 하는 정상 모드를 수행하면서 이와 연동하여 상단 폐수처리 시스템에 대해서 청소 모드를 수행할 수 있다.
[제5 실시예]
제5 실시예는 앞서 설명한 실시예에 적용한 유로전환부를 대체하여 배관과 밸브를 이용하여 구현하며, 이러한 구성은 소규모 폐수탱크에 적용시 비용 부담을 줄이고, 유지 및 보수 작업의 편리성을 높일 수 있다.
도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 폐수처리 시스템의 구성도이고, 도 13은 본 발명의 제5 실시예에 따른 폐수처리 시스템의 제어 블록도이고, 도 14a는 본 발명의 제5 실시예에 따른 폐수처리 시스템의 마이크로 버블 디퓨져를 청소하는 경우 주요 구성부의 동작 상태를 설명하기 위한 도면이며, 도 14b는 본 발명의 제5 실시예에 따른 폐수처리 시스템의 여과기를 청소하는 경우 주요 구성부의 동작 상태를 설명하기 위한 도면이다.
제5 실시예에 따른 폐수처리 시스템은 폐수탱크(70) 안에 여과기(80)와 폐수순환펌프(90)와 마이크로 버블 디퓨져(1)를 내장하고, 여과기(80)와 폐수순환펌프(90)의 흡입측 사이에 연결관(82)을 연결하고, 폐수순환펌프(90) 출구측과 마이크로 버블 디퓨져(1) 사이에 펌프 출구관(91)을 연결한다.
폐수순환펌프(90)는 여과기(80)에서 여과된 폐수를 흡입하여 펌프 출구관(91)을 통하여 마이크로 버블 디퓨져(1)의 공기폐수 혼합실(22)에 공급한다.
노즐분사 공기압축기(210)에는 마이크로 버블 디퓨져(1)의 제1 챔버(60)를 관통하는 공기공급관(50)과 공기유입구(21)에 연결된 공기공급관(24)이 각각 연결되고, 폐수 처리 시 복수 개의 공기공급관(50)(24)을 통해 공급되는 압축 공기는 마이크로 버블 디퓨져(1)의 분사 노즐(30)에 형성된 제1 공기통로(53)와 제2 공기통로(23)을 통해 유입된다. 이 유입 공기는 폐수 통로(43)를 빠져나온 폐수의 내측과 외측에서 혼합되면서 마이크로 버블을 형성한다.
여기서 실시예에서는 노즐분사 공기압축기(210)로부터 압축공기를 공급하기 위해 복수 개의 공기공급관(50)(24)을 연결하였으나, 노즐분사 공기압축기(210)에 하나의 공기공급관(50)을 직접 연결하고 다른 하나의 공기공급관(24)이 공기공급관(50)에서 분기하여 공기유입구(21)에 연결하도록 구성하여 압축공기 일부는 공기공급관(50)의 제1 공기통로(53)를 통해 공급되고 나머지 압축공기가 분기된 공기공급관(24)을 통하여 제2 공기통로(23)에 공급하도록 구성할 수도 있다. 또한 노즐분사 공기압축기(210)를 제외시켜 공기공급관(50)(24)을 통하여 외부의 공기를 흡입하는 구성을 적용할 수도 있다.
폐수탱크(70) 외부에 압축탱크 공기압축기(240)와 압축공기 저장탱크(250)를 설치한다. 압축공기 저장탱크(250)는 압축탱크 공기압축기(240)로부터 공급된 압축공기를 저장한다. 이때 압축탱크 공기압축기(240)는 도시하지 않은 압력계를 통해 측정한 압축공기 저장탱크(25)에 저장된 압축공기의 측정 압력에 따라 온(on) 또는 오프(off)를 자동적으로 수행하는 오토 기능(auto)을 구비한다.
압축공기 저장탱크(250)의 출구에 공통배관(93)을 연결하고, 공통배관(93)에 분기 배관(94)과 제1 챔버공급관(61)이 각각 연결된다.
도 14a를 참고하여, 제1 챔버공급관(61)의 중도에는 개폐동작할 수 있는 제1밸브(66)를 설치한다. 마이크로 버블 디퓨져(1)에 대한 청소 동작을 수행시 제1밸브(66)를 개방하고, 이에 따라 압축공기 저장탱크(250)에 저장된 압축공기가 마이크로 버블 디퓨저(1)의 제1 챔버하부실(62)에 공급되고, 제1 챔버 다이어프램(63)이 위를 향하여 볼록하게 휘어져 공기공급관(50)과 격벽(45)을 상향 이동시켜 분사실(13) 공간이 확장되면 폐수 흐름에 의해 축적된 이물질이 제거될 수 있다.
제1 챔버공급관(61)과 마이크로 버블 디퓨져(1) 사이에 압축공기를 외부로 배출하기 위한 제1 방출밸브(97)가 설치된다. 마이크로 버블 디퓨져(1)에 대한 청소 동작을 마쳤을 때 폐쇄된 제1밸브(66)와 제1 챔버 하부실(62) 사이에 채워진 압축 공기를 외부로 방출하기 위하여 제1 방출밸브(97)가 개방될 수 있다. 이는 제1 챔버다이어프램(63)이 탄성부재(64)의 탄성력에 의해 원래 위치로 복귀할 수 있도록 하기 위함이다.
도 14b를 참고하여, 분기 배관(94)은 공통배관(93)을 통하여 공급되는 압축공기를 여과기(80)에 주입하며, 분기 배관(94)의 중도에는 개폐동작할 수 있는 제4 밸브(95)를 설치한다. 제4 밸브(95)를 개방시 압축공기 저장탱크(250)의 압축공기가 여과기(80)에 공급되고 제4 밸브(95)가 폐쇄되면 압축공기는 차단된다.
폐수순환펌프(90)의 가동을 정지(off)시킨 후 제4 밸브(95)를 개방하면 압축공기 저장탱크(250)에 저장된 압축공기의 압력에 의해 분기관(94) 내부에 수용되어 있던 폐수가 여과기(80)에 급속히 유입되고 뒤이어 높은 압력의 공기가 유입되어 여과기(80) 내부에 축적된 이물질을 제거할 수 있다. 이때 압축공기 저장탱크(250)의 압력은 여과기(80)에 가해지는 수두압의 3배 이상으로 설정하는 것이 바람직하다.
제4 밸브(95)와 여과기(80) 사이에 압축공기를 외부로 배출하기 위한 제2 방출밸브(96)가 설치된다.
여과기(80)에 대한 청소 동작을 마쳤을 때 폐쇄된 제4밸브(95)와 여과기(80)를 연결하는 분기 배관(94)에 채워진 압축 공기를 외부로 방출하기 위하여 제2 방출밸브(96)가 개방될 수 있다. 이는 압축공기가 여과기(80)를 통하여 폐수순환펌프(90)에 유입되어 오동작을 일으키게 되는 요인을 사전에 방지하고, 또한 공기보다 높은 중력가속도를 가지고 분기 배관(94) 내부에 채워진 폐수가 여과기(80) 외측에 고착된 이물질을 용이하게 제거하기 위함이다.
1 : 마이크로 버블 디퓨져
10 : 하우징
30 : 분사노즐
45 : 격벽
100 : 유로전환부

Claims (16)

  1. 폐수를 수용하는 폐수실;
    상기 폐수실과 분리된 공기폐수 혼합실;
    상기 폐수실과 상기 공기폐수 혼합실의 경계에 설치되어 폐수를 상기 공기폐수 혼합실에 분출시키고, 분출되는 폐수에 의해 공기를 흡입하는 분사노즐;을 포함하되,
    상기 분사노즐은 상기 폐수실과 상기 공기폐수 혼합실 사이를 연결하는 폐수 통로와, 상기 폐수 통로와 격리되고 상기 폐수 통로 내부에 형성된 제1 공기 통로와, 상기 폐수 통로와 격리되고 상기 폐수 통로 외부에 형성된 제2 공기 통로를 구비하며,
    상기 폐수실에 유입된 폐수가 상기 폐수 통로를 거쳐 상기 공기폐수 혼합실로 분출하는 과정에서 상기 제1 및 제2 공기 통로를 통하여 흡입된 공기가 상기 공기폐수 혼합실에서 상기 폐수와 교반 충돌하여 마이크로 버블을 생성하는 것을 특징으로 하는 이중 공기관을 구비한 마이크로 버블 디퓨져.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분사노즐은 덮개와, 상기 덮개의 개구부에서 상기 공기폐수 혼합실을 향하여 돌출 형성된 덮개 꼭지와, 상기 개구부를 칸칸이 구분하여 상기 폐수 통로를 제공하는 복수 개의 격벽을 포함하고,
    상기 제1 공기 통로를 제공하는 공기공급관 외측에 상기 복수 개의 격벽을 일체로 형성한 것을 특징으로 하는 이중 공기관을 구비한 마이크로 버블 디퓨져.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수 개의 격벽은 상기 폐수가 일정 방향으로 회전하면서 아래쪽에 모여지도록 일정 각도 기울어진 것을 특징으로 하는 이중 공기관을 구비한 마이크로 버블 디퓨져.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 공기폐수 혼합실 상부에 위치한 상기 덮개 꼭지 주위를 둘러싸는 노즐커버를 더 포함하고,
    상기 노즐커버 일측에 상기 제2 공기 통로와 연통하는 공기유입구를 형성한 것을 특징으로 하는 이중 공기관을 구비한 마이크로 버블 디퓨져.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 폐수실을 구비한 하우징 일측에 제1 챔버를 설치하고,
    상기 공기공급관 상단은 상기 제1 챔버를 관통하여 외부로 노출되고, 상기 공기공급관 하단은 상기 폐수실을 경유하여 상기 공기폐수 혼합실에 위치하는 것을 특징으로 하는 이중 공기관을 구비한 마이크로 버블 디퓨져.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 챔버는, 내부 공간을 구획하고 상기 공기공급관 외측에 고정된 제1 챔버다이어프램과, 상기 제1 챔버다이어프램에 고정된 탄성부재를 포함하고,
    상기 제1 챔버다이어프램에 의해 구획된 제1 챔버 하부실에 연통하는 제1 챔버공급관과, 상기 제1 챔버공급관의 중도에 설치된 제1 밸브를 이용하여 상기 공기공급관을 이동시키는 것을 특징으로 하는 이중 공기관을 구비한 마이크로 버블 디퓨져.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 챔버 하부실에 일정 압력을 갖는 유체가 채워지면 상기 제1 챔버 다이어프램이 휘어져 상기 공기공급관을 이동시킴으로써 상기 분사노즐에 의해 축적된 이물질을 청소할 수 있는 것을 특징으로 하는 이중 공기관을 구비한 마이크로 버블 디퓨져.
  8. 폐수를 저장하는 폐수 탱크; 상기 폐수 탱크의 폐수를 순환시키는 폐수순환 펌프; 상기 폐수순환 펌프에 의해 순환하는 폐수와 공기를 혼합하여 마이크로 버블을 생성하는 마이크로 버블 디퓨져; 상기 폐수 탱크와 상기 폐수순환 펌프 사이에 연결되어 유체 흐름을 조절하는 유로전환부;를 포함하고,
    상기 유로전환부는, 내부에 유로를 형성한 몸체에 상기 폐수순환 펌프의 흡입측과 출구측을 각각 연결하고, 상기 폐수 탱크와 상기 마이크로 버블 디퓨져의 폐수 유입구를 각각 연결하여 내부 유로와 연통시키며,
    상기 유로전환부는 폐수 처리하는 정상 모드와 이물질을 청소하는 청소 모드에 따라 몸체 내부의 유로를 변경하되, 상기 청소 모드의 폐수 흐름은 상기 정상 모드의 폐수 흐름과 역방향으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐수처리 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유로전환부는 상기 몸체 일측과 타측에 유체 출입을 위하여 형성한 제1 내지 제4 접속구와, 상기 몸체 내부에 설치한 제1 및 제2 구동부와, 상기 몸체 내부와 격리되고 상기 제1 및 제2 구동부를 각각 구동시키기 위하여 상기 몸체 외측에 결합된 제2 및 제3 챔버와, 상기 제2 및 제3 챔버에 각각 연결되어 상기 제1 및 제2구동부를 개별적으로 구동시키기 위한 동력원으로서 유체를 공급하는 제2 및 제3 챔버공급관, 상기 제2 및 제3 챔버공급관의 중도에 설치되어 개폐 동작하는 제2 및 제3 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 폐수순환 펌프와, 상기 제2 및 제3 챔버공급관으로 폐수 공급을 제어하는 상기 제2 및 제3 밸브를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 입력부를 통하여 입력되는 사용자 명령에 따라 설정되는 정상 모드 또는 청소 모드에 따라 폐수의 흐름을 제어하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 시스템,
  11. 제10항에 있어서,
    상기 정상 모드에서 상기 제1 구동부가 상향 이동하고 상기 제2 구동부가 하향 이동하여 상기 폐수순환 펌프의 흡입측으로 흡입된 폐수가 상기 폐수순환 펌프의 출구측에 연통하는 상기 유로전환부의 유로를 거쳐 상기 마이크로 버블 디퓨져의 분사노즐로 유동하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 청소 모드에서 상기 제1 구동부가 하향 이동하고 상기 제2 구동부가 상향 이동하여 상기 마이크로 버블 디퓨져 내부로부터 유출되는 폐수가 상기 폐수순환 펌프의 흡입측으로 흡입된 후 상기 폐수순환 펌프의 출구측에 연통하는 상기 유로전환부의 유로를 거쳐 상기 폐수 탱크로 유동하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 시스템.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 폐수순환 펌프와 상기 유로전환부 및 상기 마이크로 버블 디퓨저가 상기 폐수 탱크 내부에 설치되고 배관을 이용하여 연결한 것을 특징으로 하는 폐수처리 시스템.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 폐수 탱크와 상기 폐수순환 펌프와 상기 유로전환부와 상기 마이크로버블 디퓨져를 포함하는 폐수처리 시스템이 복수 개인 경우, 챔버구동 폐수공급관을 이용하여 제1 폐수처리 시스템의 폐수순환 펌프에서 공급하는 폐수를 제2 폐수처리 시스템의 제1 및 제2 챔버공급관에 공급하며,
    상기 제1 폐수처리 시스템은 청소 모드로 작동하고 상기 제2 폐수처리 시스템은 정상 모드로 작동하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 시스템.
  15. 폐수를 저장하는 폐수 탱크 내부에 폐수순환 펌프와, 폐수에 섞인 이물질을 여과하는 여과기와, 마이크로 버블을 생성하는 마이크로 버블 디퓨져를 내부에 설치하여 폐수를 처리하는 폐수처리 시스템으로서,
    상기 폐수탱크 외부에서 압축공기를 공급하는 압축탱크 공기압축기와,
    상기 압축탱크 공기압축기로부터 공급되는 압축공기를 저장하는 압축공기 저장탱크와,
    상기 압축공기 저장탱크에 연결된 공통 배관에 연결된 제1 챔버 공급관을 통하여 상기 마이크로 버블 디퓨져에 공급되는 압축공기를 제어하는 제1밸브와,
    상기 제1 챔버공급관과 상기 마이크로 버블 디퓨져 사이에 설치되어 압축공기를 외부로 배출하기 위한 제1 방출밸브와,
    상기 압축공기 저장탱크에 연결된 공통 배관에서 분기된 분기 배관을 통하여 상기 여과기에 공급되는 압축공기를 제어하는 제4밸브와,
    상기 분기 배관과 상기 여과기 사이에 설치되어 압축공기를 외부로 배출하기 위한 제2 방출밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 압축공기 저장탱크 압력은 상기 여과기에 가해지는 수두압의 3배 이상으로 설정하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 시스템.
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