KR100292426B1 - 이동식 수질 정화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수질정화장치에 관한 것으로써 좀더 자세히는 수계 내에 존재하는 부유물질과 저층에 쌓여있는 저니를 동시에 제거함으로써 수질을 정화할 수 있는 이동식 수질정화장치에 관한 것이다.

상기 장치는 수중에서 이동이 가능하며 이동장치에 부착된 회전수단 또는 가압수 분사장치에 의하여 수계 저면에 퇴적된 저니를 부상시키고 부상된 저니와 수계 내에 존재하는 부유물질을 응집제와 반응시켜 플록을 형성시킨 후 미세공기를 이용하여 플록을 수면까지 부상시킨 후 흡입장치를 이용하여 부유물질을 제거함으로써 수질을 정화시킬 수 있다.

Description

이동식 수질 정화장치{A Mobile Water Purifying System}

본 발명은 수질 정화장치에 관한 것으로서 좀더 자세히는 수계 내에 존재하는 부유물질과 수계의 바닥에 쌓여 있는 저니를 동시에 제거함으로써 수질을 정화할 수 있는 이동식 수질정화장치에 관한 것이다.본 발명에서 수계라 함은 중소규모의 연못, 호수, 대규모 담수호, 하천, 해양 등을 포함한다.

기존의 수계 수질을 개선하기 위한 기술은 수중포기에 의한 산소 공급, 주기적인 물 교환, 황토흙 살포 또는 수계의 물을 외부에서 처리한 후 처리수를 다시 수계 내로 주입하는 등의 방법을 사용하였다. 이러한 방법은 일시적인 수질개선 효과를 나타내거나 혹은 수질의 오염을 지연시키는 소극적인 수질관리 방법이다.

최근에는 상기 기존 수처리 방법의 단점을 해결하기 위하여 용존공기부상법 (Dissolved Air Floatation:DAF)에 의해서 호소 내의 부유물질을 제거하는 장치 및 방법이 고안되었다. 이 용존공기부상법은 먼저 폐수 또는 피처리수의 일부에 응집제를 주입하여 혼합한 후 이 액을 가압수로 이용하여 여기에 공기를 혼합하고 가압하여 공기를 용해시킨 후 공기가 용해된 가압수를 응집제로 처리한 폐수와 혼합한다. 이 때 압력이 급격히 낮아지는 과정에서 기포가 발생하여 이 기포가 상승하면서 폐수 또는 피처리수 내의 플록이나 유분 등 오염물질을 부착하고, 이것이 수면 위로 부상하게 되는데, 이와 같이 떠오른 스컴(scum)을 회수하여 수내의 오염물질을 제거하는 방법이다. 그러나, 종래의 용존공기부상장치 또는 방법은 수계 내에 존재하는 부유물질만을 제거하는 방법에 지나지 않는다.

우리나라와 같이 계절 변화에 의한 호소수의 수온변화가 심한 지역에서는 수계 내에서 온도차에 의한 대류가 발생되어 퇴적되어 있던 저니(sediment)가 대류에 의해 상층으로 뜨게 되어 수질이 악화되는 경우가 많다. 그러므로 수계 내의 상층 부유물질을 정화하였다 하더라도 수온의 변화에 따라 저니에 의한 수질 악화가 발생할 수 있다. 또한, 유기물 함량이 높은 호소 저니는 혐기성 상태이기 때문에 암모니아, 황화수소 및 지오스민과 같은 악취 및 이취미물질이 발생하여 호소수와 같은 수자원을 음용수로 이용할 경우에는 고도정수처리를 해야만 하는 문제점이 있다. 따라서, 수질의 근본적인 개선은 호소수 내에 부유하는 입자성 부유물질과 영양물질을 제거해야 함은 물론 바닥에 퇴적되어 있는 저니까지 정화해야만 완전한 수질개선 효과를 얻을 수 있는 것이다.

뿐만 아니라 종래의 용존공기부상법 또는 그 장치는 비교적 작은 규모의 호소에 적용할 수 있는 것으로서 대규모로 조성된 인공호수나 댐의 호수와 같이 넓은 면적의 수계에는 적용이 어려웠다.

용존공기부상법에 관련된 특허로서 특허 제155482호가 있다. 상기 특허는 넓은 면적의 호소를 정화함에 있어서 호소수 내에 가압수 토출장치를 위치시키고 피처리부를 펜스로 분리시킴으로써 스컴의 처리를 효율적으로 하며, 한 번 설치하여 지속적으로 정화작업을 수행하게 한다는 것이다. 그러나, 상기 장치는 호소 저면의 저니를 처리할 수 없을 뿐 아니라, 대규모의 호소에서는 한 군데에서의 작업이 완료되면 호소 내의 다른 곳으로 가압수 토출장치를 수동으로 이동시켜야만 하는 불편함이 있었다.또한, 특허출원 제98-33471호는 수원지로 이용되는 취수댐의 오염퇴적물을 제거하기 위하여 수문을 개방하여 호수 내의 물을 모두 방류한 다음 상류의 다른 댐의 수문을 개방하여 인공홍수를 유발하는 방법에 대한 것이다. 그러나, 이 방법은 급격한 수위조절에 따른 위험성이 존재하고, 비용이 지나치게 많이 소요된다. 뿐만 아니라, 이 방법은 두 댐 사이에 위치하는 호수 외에는 적용할 수 없다.또한, 특허출원 제98-57951호는 바지선을 이용하여 호소 내의 퇴적물에 분리조를 고정시키고, 퇴적물을 흡입하여 이를 자연건조하고, 부유물은 가압부상법으로 정화시키는 준설 및 수질정화시스템에 관한 것이다. 그러나 이 시스템은 대규모 수계에서의 저니처리에는 적합하지 않으며, 일정 면적을 처리한 후에는 고정시킨 분리조를 끌어올려 다시 이동시키고, 호소 내의 다른 부분에 분리조를 고정시켜야 하는 불편함이 있다. 또한, 퇴적물 처리에 있어서는 단순한 흡입장치를 이용함으로써 저층의 저니를 흡입시키는데 전력이 많이 소요될 뿐 아니라 완벽한 저니의 처리가 어렵다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다시 말하여 호소 내의 부유물질과 영양물질 뿐만 아니라 저니까지도 제거할 수 있는 장치를 제공하려는 것이다.

또한, 본 발명은 넓은 면적의 수계에서도 적용할 수 있는 이동식 수질정화장치를 제공하려는 것이다.또한, 본 발명은 수계 저면이 평탄하지 않은 곳에서도 적용 가능한 이동식 수질정화장치를 제공하려는 것이다.

도 1은 본 발명 장치의 개념도.

도 2는 본 발명 장치의 일 실시예에 의한 이동식 용존공기 부상장치(Ⅰ).

도 3은 본 발명 장치의 다른 실시예(Ⅱ).

* 도면 부호의 간단한 설명

10: 가압 펌프 11: 컴프레서

12: 가압탱크 20: 구동모터30: 승강수단 40: 부상수단

50, 50': 이동식 용존공기부상장치

51: 이동수단 52: 고압수 분사장치

53: 약품 분사장치 54: 가압수 분사장치

60: 높이조절 제어장치 61: 센서70: 전원 80: 응집제 탱크 81: 응집제 펌프 90: 스컴처리장치91: 펜스

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 수계 저면에서 이동이 가능하고 저니를 부상시킬 수 있는 이동식 수질정화장치를 제공한다.본 발명의 구성은물을 가압탱크로 공급하는 가압펌프(10)와, 상기 가압탱크의 물에 압축된 공기를 공급하는 컴프레서(11)와, 상기 가압탱크로 공급된 물과 상기 컴프레서에 의해 압축된 공기를 혼합, 용해시키고 가압수를 저장하는 가압탱크(12)와, 응집제 탱크(80)와, 상기 응집제를 수계로 공급하는 응집제 펌프(81)와, 상기 응집제 펌프에 의하여 공급된 응집제를 수계로 분사시키는 약품분사장치(53) 및 상기 응집제에 의하여 형성된 플록을 수면으로 부상시키는 가압수 분사장치(54), 스컴처리장치(90)로 구성되는 용존공기부상장치에 있어서,수계 저면에서 이동 가능한 바퀴 및 몸체로 구성되는 이동식 용존공기부상장치(50)에 수계 저면에 침전된 저니를 부상시키는 회전수단 또는 고압수 분사장치(52), 수계내 부유물질과 부상된 저니의 플록 형성을 촉진시키는 응집제를 분사하기 위한 약품분사장치(53) 및 상기 플록을 수면으로 부상시키는 가압수 분사장치(54)를 장착하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이동식 수질정화장치(Ⅰ)와 같다.본 발명의 또다른 구성은 물을 가압탱크로 공급하는 가압펌프(10)와, 상기 가압탱크의 물에 압축된 공기를 공급하는 컴프레서(11)와, 상기 가압탱크로 공급된 물과 상기 컴프레서에 의해 압축된 공기를 혼합, 용해시키고 가압수를 저장하는 가압탱크(12)와, 응집제 탱크(80)와, 상기 응집제를 수계로 공급하는 응집제 펌프(81)와, 상기 응집제 펌프에 의하여 공급된 응집제를 수계로 분사시키는 약품분사장치(53) 및 상기 응집제에 의하여 형성된 플록을 수면으로 부상시키는 가압수 분사장치(54), 스컴처리장치(90)로 구성되는 용존공기부상장치에 있어서,수계 상면에 부상된 부상수단(40)과, 수계 저면에 침전된 저니를 부상시키는 고압수 분사장치(52), 수계내 부유물질과 부상된 저니의 플록 형성을 촉진시키는 응집제를 분사하기 위한 약품분사장치(53) 및 상기 플록을 수면으로 부상시키는 가압수 분사장치(54)가 장착된 이동식 용존공기부상장치 및 상기 이동식 용존공기 부상장치가 수계 저면과 일정 거리를 유지하도록 높이조절 제어장치(60)에 의해 제어되는 승강수단(30)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 이동식 수질정화장치(Ⅱ)와 같다.좀더 자세히 설명하면, 본 발명의 이동식 수질정화장치(Ⅰ)은 바퀴 등의 이동수단이 장착된 이동식 용존공기부상장치(Ⅰ)의 전단에 장착된 임펠러와 같은 회전수단이나 가압수 분사장치 등을 이용하여 저니를 수중으로 부상시킨다. 그 후 부상된 저니와 수중 부유물질을 응집제와 반응하도록 하여 저니 및 수중부유물질을 플록(floc)화한 후 가압수에 의해서 생성된 미세기포에 의해서 플록을 수면으로 부상시키고, 부상된 플록을 표면흡입장치 또는 스크레이퍼 등의 처리장치를 이용하여 제거함으로써 수계 내에 존재하는 부유물질과 저니를 동시에 제거하여 수질을 개선하는 것이다.또한, 본 발명의 이동식 수질정화장치(Ⅱ)는 저면이 평탄하지 않은 자연호수등의 수계에 적용하기 위하여 선박등의 부상수단과 이동식 용존공기 부상장치(Ⅱ)가 승강수단에 의해 연결되고, 수계저면과 이동식 용존공기 부상장치(Ⅱ)의 거리를 측정하여 일정 거리를 유지시키도록, 승강수단을 제어하는 높이조절제어장치가 부가된다. 이 장치는 이동식 용존공기 부상장치(Ⅱ)의 저면에서 가압수 또는 고압수 분사장치로부터 고압의 물이 수계저면으로 분사되어 저니를 부상시키고, 부상된 저니는 응집 약품에 의하여 플록을 형성하며, 형성된 플록은 가압수에 의해서 생성된 미세기포에 의하여 수면으로 떠올라 스컴처리장치에 의해 제거된다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 원수의 일부 또는 처리수의 일부를 가압탱크로 공급하는 가압펌프(10)와, 상기 가압탱크의 물에 압축된 공기를 공급하는 컴프레서(11)와, 상기 가압탱크로 공급된 물과 압축된 공기를 혼합, 용해시키고 가압수를 저장하는 가압탱크(12)와, 응집제 탱크(80)와, 응집제 펌프(81)와, 이동 가능하고 저니를 플록화하여 부상시키는 이동식 용존공기부상장치(50)와, 스컴처리장치(90)로 구성되어 있다.

또한, 상기 이동식 용존공기부상장치(50)는 수계 저면에서 이동을 가능케 하는 바퀴 등의 이동수단(51), 수계 저면에 침전된 저니를 부상시키는 회전수단 또는 고압수 분사장치(52), 수계내 부유물질과 부상된 저니의 플록 형성을 촉진시키는 응집제를 분사하기 위한 약품분사장치(53) 및 플록을 수면으로 부상시키는 가압수 분사장치(54)로 구성되어 있다.또한, 이동식 수질정화장치의 다른 예로서 선박 등의 부상수단(40)과 이동식 용존공기부상장치가 승강수단(30)에 의해 연결되고, 이 장치를 구성하는 이동식 용존공기 부상장치에는 바퀴 등의 이동수단 대신 수계 저면과 이동식 용존공기부상장치의 거리를 측정하여 일정거리를 유지시키도록 승강수단을 제어하는 높이조절 제어장치(60)가 부가된다.

상기 구성을 가진 본 발명의 이동식 수질정화장치(Ⅰ)의 실시예를 도면을 참조하여 자세히 설명한다. 먼저 도 2의 이동식 용존공기부상장치(Ⅰ)는 바퀴 또는 무한궤도 등의 이동수단에 의하여 수계 저면에서 전진하면서 회전 수단 즉, 임펠러를 포함하는 회전수단에 의하여 저면에 침전되어 있는 저니를 수중으로 부상시킨다. 회전수단 외에 가압탱크로부터 공급되는 공기가 용존된 가압수에 의하여 저니를 부상시킬 수도 있으며 또는 용존공기를 함유하는 가압수와는 별개의 고압수를 토출시키는 장치, 예컨대 수중펌프에 의해서 피처리수를 고압수로 배출시켜 저니를 부상시킬 수도 있다. 가압수 또는 고압수의 분사압을 이용하여 저니를 부상시키는 방법은 회전수단을 이용하는 것에 비해 수계 저면이 평탄하지 않고 울퉁불퉁한 경우에도 적용할 수 있어 좀더 바람직하다.이와 같이 부상된 저니와 수중 부유물질은 응집제와 반응하여 플록을 형성한다. 응집제의 주입은 응집제 탱크(80)로부터 응집제 펌프(81)를 이용하여 수계 저면에 설치된 이동식 용존공기부상장치(50)의 약품 분사장치(53)에서 응집제를 공급한다. 응집제 분사에 의하여 형성된 플록은 용존공기의 미세기포에 의하여 부착되어 호소의 표면으로 떠오르게 된다. 즉, 가압탱크(12)에 피처리수 또는 처리수의 일부를 주입한 후 컴프레서(11)를 이용하여 물을 3기압 이상의 압력, 바람직하게는 4∼7기압으로 가압하여 수중에 용존공기를 충분히 포화시킨다. 그 후 고압호스를 통하여 수계 저면의 이동식 용존공기부상장치로 상기 용존공기가 포화된 가압수를 공급함으로써 가압수 분사장치(54)를 통하여 미세공기방울을 발생시킨다. 가압수에 용존되어 있던 공기는 대기압 하로 급격히 방출됨으로써 미세한 공기방울을 형성하여 수중의 플록, 부유물질 등을 부착하고 수면 위로 떠오르게 된다. 수면으로 부상된 플록은 스컴처리장치에 의해서 흡입되어 탈수장치에 의해서 탈수된 후 처리된다.

도 2 에 도시된 바와 같이 고압수 분사장치(52)는 이동식 용존공기부상장치의 전단에 위치시켜 이동수단(51)이 앞으로 전진하면서 고압수를 수계 저면에 분출시킴으로써 퇴적된 저니를 부상시킨다. 고압수 분사장치(52)는 가압탱크로부터 공급된 공기가 용존되어 있는 가압수를 분사시키거나 또는 별도의 수중펌프에 의하여 피처리수를 고압으로 분사시킨다. 또는 고압수 분사장치 대신 임펠러 등의 회전수단을 이용하여 저니를 부상시키는 것도 가능하다. 부상된 저니는 약품분사장치(53)에서 분사되는 응집제에 의하여 플록을 형성하게 되는 것이다. 약품분사장치는 별개로 형성되거나 고압수 분사장치(52) 및/또는 가압수 분사장치(54)를 통해서 고압수, 가압수와 함께 분사될 수 있다. 또한, 응집제에 의하여 형성된 플록은 후단의 가압수 분사장치(54)에서 분사되는 가압수에 의하여 생성되는 미세 공기방울에 의하여 수면 위로 부상하게 된다. 가압수 분사장치는 후단 뿐만 아니라 중앙부분 또는 전단에 위치할 수도 있고, 한개 이상 다수개의 분사장치를 설치할 수도 있다. 바퀴를 이동시키면서 작업하는 경우뿐만 아니라 저면에 퇴적된 저니가 많은 경우에는 멈추어 서서 작업을 하게 되는데, 이 때는 전단측에 위치한 가압수 분사장치를 작동시킴으로써 응집제에 의하여 형성된 플록을 수면 위로 효과적으로 부상시킬 수 있다. 또, 저니의 양이 많고 부상되는 플록이 다량인 경우에는 다수개의 가압수 분사장치를 작동시킴으로써 처리효율을 높일 수 있다.

본 발명의 이동식 용존공기부상장치(Ⅰ)는 처리 대상 수계의 수심과 면적에 따라 원격 조정으로 장치의 이동을 조정할 수도 있고, 간단히 끈을 달아 이동시킬 수도 있다. 또한, 수심이 깊은 곳이나 해저, 저면의 지형이 고르지 않은 곳에서는 이동 장치에 카메라를 부착하여 모니터링하면서 작업을 진행시킬 수 있다.

본 발명의 다른 예로서 도 3은 수계 저면이 평탄하지 않은 자연호수 등에 적용할 수 있는 이동식 수질정화장치(Ⅱ)를 나타낸다.좀더 자세히 설명하면 도 3에 도시된 이동식 수질정화장치(Ⅱ)는 선박, 바지선, 부구 등의 부상수단에 가압펌프, 가압탱크, 컴프레서, 응집제 탱크, 응집제 펌프를 장착하고, 이동식 용존공기 부상장치(Ⅱ)(50')를 승강수단(30)에 의해 부상수단(40)에 연결한다.본 이동식 수질정화장치(Ⅱ)에는 센서에 의하여 수계 저면과 이동식 용존공기부상장치의 거리를 측정하여 일정 거리를 유지시키도록 승강수단을 제어하는 높이조절제어장치(60)를 부가한다. 즉, 수계 저면에 돌출물이 있는 경우 센서(61)가 이를 감지하면 높이조절 제어장치에 의하여 승강수단(30)이 구동되어 이동식 용존공기부상장치가 상승하게 되고, 수계 저면이 깊은 곳에서는 센서가 깊이를 감지하여 이동식 용존공기부상장치를 하강시키게 되는 것이다. 이 이동식 수질정화장치(Ⅱ)에서는 이동식 용존공기부상장치(Ⅱ) 저면의 가압수 또는 고압수 분사장치로부터 고압의 물이 수계 저면으로 분사되어 저니를 부상시키고, 부상된 저니는 약품분사장치에서 또는 고압수 분사장치로부터 분사되는 응집약품에 의하여 플록을 형성하며, 형성된 플록은 가압수가 분사되어 생성된 미세기포에 의해서 수면으로 떠올라 스컴처리장치에 의해서 제거된다.본 발명의 장치에는 탁도, pH, 알칼리도, 수온 등의 수질을 측정하여 필요한 응집제의 양을 조절할 수 있는 응집제 주입 제어장치를 부가할 수 있다.

나아가, 본 발명의 장치에는 가압수 분사 제어장치를 부가하여 탁도, pH 등의 수질을 측정하여 투입되는 응집제의 양이 다량이고 생성되는 플록이 많은 경우에는 다수의 가압수 분사장치를 작동시켜 처리효율을 높이고, 응집제의 양과 플록의 양이 작은 경우에는 작동되는 가압수 분사장치의 수를 줄일 수 있다.

본 발명의 장치에는 또한 이동식 용존공기부상장치(Ⅰ)(Ⅱ)의 측면과 배면으로부터 상단 또는 하단으로 수면에서 저면 근처까지 연장되는 펜스를 부가 설치하여 부상된 저니의 확산 및수면 위로 떠오르는 스컴의 확산을 막고 스컴을 효과적으로 처리할 수도 있다.

본 발명의 이동식 수질정화장치는 소규모 호소 뿐만 아니라 댐에 의하여 생성된 대규모 호소 및 연안 바다에도 적용할 수 있다.

본 발명의 이동식 수질정화장치는 수계 내에 존재하는 부유물질과 영양물질 뿐만 아니라 저면에 퇴적된 저니까지 동시에 제거함으로써 수온 변화에 따른 대류현상으로 인한 호소수질의 오염을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 이동식 수질정화장치는 저니로부터 발생되는 이취미물질까지 제거할 수 있으므로 상수원으로 이용되는 호소의 경우 고도정수처리에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.

또한, 본 발명의 이동식 수질정화장치는 현위치(In Site) 처리가 가능함으로써 경제적이고, 짧은 시간 내에 처리가 가능한 장점이 있다.또한, 본 발명의 이동식 수질정화장치는 정수장의 퇴적물 부상처리에도 유용하다.

Claims (3)

1. 물을 가압탱크로 공급하는 가압펌프(10)와, 상기 가압탱크의 물에 압축된 공기를 공급하는 컴프레서(11)와, 상기 가압탱크로 공급된 물과 상기 컴프레서에 의해 압축된 공기를 혼합, 용해시키고 가압수를 저장하는 가압탱크(12)와, 응집제 탱크(80)와, 상기 응집제를 수계로 공급하는 응집제 펌프(81)와, 상기 응집제 펌프에 의하여 공급된 응집제를 수계로 분사시키는 약품분사장치(53) 및 상기 응집제에 의하여 형성된 플록을 수면으로 부상시키는 가압수 분사장치(54), 스컴처리장치(90)로 구성되는 용존공기부상장치에 있어서,

   수계 저면에서 이동 가능한 바퀴 및 몸체로 구성되는 이동식 용존공기부상장치(50)에 수계 저면에 침전된 저니를 부상시키는 회전수단 또는 고압수 분사장치(52), 수계내 부유물질과 부상된 저니의 플록 형성을 촉진시키는 응집제를 분사하기 위한 약품분사장치(53) 및 상기 플록을 수면으로 부상시키는 가압수 분사장치(54)를 장착하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이동식 수질정화장치(Ⅰ).
2. 물을 가압탱크로 공급하는 가압펌프(10)와, 상기 가압탱크의 물에 압축된 공기를 공급하는 컴프레서(11)와, 상기 가압탱크로 공급된 물과 상기 컴프레서에 의해 압축된 공기를 혼합, 용해시키고 가압수를 저장하는 가압탱크(12)와, 응집제 탱크(80)와, 상기 응집제를 수계로 공급하는 응집제 펌프(81)와, 상기 응집제 펌프에 의하여 공급된 응집제를 수계로 분사시키는 약품분사장치(53) 및 상기 응집제에 의하여 형성된 플록을 수면으로 부상시키는 가압수 분사장치(54), 스컴처리장치(90)로 구성되는 용존공기부상장치에 있어서,

   수계 상면에 부상된 부상수단(40)과,

   수계 저면에 침전된 저니를 부상시키는 고압수 분사장치(52), 수계내 부유물질과 부상된 저니의 플록 형성을 촉진시키는 응집제를 분사하기 위한 약품분사장치(53) 및 상기 플록을 수면으로 부상시키는 가압수 분사장치(54)가 장착된 이동식 용존공기부상장치 및

   상기 이동식 용존공기 부상장치가 수계 저면과 일정 거리를 유지하도록 높이조절 제어장치(60)에 의해 제어되는 승강수단(30)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 이동식 수질정화장치(Ⅱ).
3. 제2항 또는 제3항에 있어서, 응집약품은 별개의 약품분사장치 없이 고압수 분사장치 또는 가압수 분사장치를 통해 분사되는 것을 특징으로 하는 이동식 수질정화장치.