KR100292427B1 - 조류 및 부유물질 제거 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대규모 저수지, 댐 및 바다에서 발생되는 녹조, 적조와 같은 조류, 부유물질과 질소, 인 등의 영양물질, 오염물질을 제거하는 장치에 관한 것으로써 본 발명의 장치는 응집제를 이용하여 오염물질을 응집하고, 가압수를 이용하여 플록을 부상시키는 장치에 있어서, 선박 또는 선박군을 이용하여 약품분사장치, 교반장치 또는 고압수 분사장치, 가압수 분사장치를 수계 내에 설치하고, 플로트, 플록수거장치, 탈수장치로 구성되어 있다.

Description

조류 및 부유물질 제거 장치{A System For Removing Algae and Suspended Solid}

본 발명은 대규모 저수지, 댐, 하천 및 바다에서 발생되는 조류 및 부유물질을 제거하는 장치에 관한 것으로써 좀더 자세히는 현장(in site)에서 응집약품(본 명세서에서 '응집제'라는 용어와 혼용함)제를 투여하고 용존공기부상법(Dissolved Air Floatation:DAF)을 이용하여 조류 및 오염물질을 제거할 수 있는 장치에 관한 것이다.

비료, 축산폐수, 생활하수 및 공장폐수 등에 포함된 질소, 인 등의 영양염류에 의한 수질악화로 인하여 강이나 호수에서는 녹조가, 해양에서는 적조가 발생하여 생태계를 파괴하고 있다. 오폐수에 포함된 영양물질에 의하여 부영양화된 물은 조류의 번성을 야기시킨다. 조류가 수계 표면에 번성하면 광선의 투과를 막아 수중생물의 원활한 광합성을 막고, 수중의 산소용존률을 낮추어 수계의 자정능력을 상실하게 한다.

부영양화에 의해서 발생하는 녹조 및 적조는 수중에 산소공급을 차단하여 수중에 서식하는 어폐류를 폐사시킬 수 있다. 또한, 상수원지에 적조 현상이 발생했을 경우에는 조류에 의한 이취미 문제가 발생하여 고도정수처리를 해야 하며, 과다한 염소 소독으로 맹독성 물질인 트리할로메탄(THM)이 형성될 수 있다. 우리나라의 경우 해마다 봄과 가을 연례행사인 녹조 및 적조 발생에 의하여 매년 수백억원의 피해가 발생되고 있어 획기적인 조류의 처리방법이 요구되고 있는 실정이다.

호수, 댐, 강 및 바다에 발생하는 녹조 및 적조 등의 조류를 제거하는 종래의 방법은 조류를 함유하는 물을 흡입하여 탈수에 의해 조류를 제거하거나 황토흙을 뿌려 침전시키는 방법(특허출원 제1998-13742호 참조)이 이용되었다. 그러나 이들 방법은 대규모 면적에서 발생하는 녹조 및 적조를 일시적으로 처리하기는 하나 응집된 플록이 저면에 침강되어 하상이나 해저 생태계에 2차 오염을 유발하는 등의 문제를 안고 있다.

실용신안등록 제123407호는 조류제거선의 조류제거장치에 있어서 조류가 함유된 물을 흡입하여 선박으로 끌어올리면서 콘베이어 벨트에 의하여 조류는 이송시키고, 물은 콘베이어 벨트의 하부로 빠지도록 하여 조류를 제거하는 장치에 관한 것이다. 그러나, 상기 조류제거장치는 수면 위로 떠오른 조류의 제거에만 유용할 뿐 일반적으로 수중 1∼3m 사이에 대량 발생하는 조류를 제거하기에는 부적합하다. 또한, 상기 장치는 콘베이어 벨트라는 기계적 장치를 이용함으로써 미세한 조류 및 질소, 인과 같은 영양물질을 완전히 제거하는 것은 어렵다.

특허출원 제1998-35437호는 적조를 함유하는 해수를 끌어올려 전기분해조에 위치시키고, 전기분해조의 양측에 양극과 음극을 형성하게 하여 전기분해반응을 일으킴으로써 해수 중의 오염물을 제거하는 방식에 관한 것이다. 그러나, 상기 전기분해 방식은 피처리수의 양이 늘어남에 따라 효율이 현저히 저하되어 해양이나 대규모 호수에 대량발생하는 조류를 제거하기에는 적합하지 않다.

특허출원 제1998-40615호는 해상 양식어장 주변의 적조농도를 감지하여 적조가 발생되면 저층수를 이용하여 표층의 적조농도를 희석시키고, 어장의 빛을 차단하여 적조피해를 줄이는 시스템에 관한 것이다. 그러나, 상기 시스템은 적조농도의 희석 및 적조의 확산을 막기 위한 것으로서 근본적으로 적조를 제거시키는 방법은 되지 못한다.

특허 제174365호는 부영양화된 호소수를 유입시키고, 응집약품조에서 응집제 주입과 급속교반을 시킨 후, 응결조로 이동하여 플록을 조대화하며, 부상조에서 가압수로 플록을 부상시키며, 이는 슬러지 저장조에서 가압수를 이용한 농축장치로 농축되고 탈수되어 처리되는 방법 및 장치에 관한 것이다. 그러나, 상기 장치는 응집약품조, 응결조 및 부상조를 큰 함체에 형성하고, 이 함체를 부표를 이용하여 수계에 띄우는 것으로서 기동성이 부족하여 500m 이상의 폭과 3∼5km 이상의 길이를 가지는 광범위한 해양 적조의 처리에는 적합하지 않다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 호수, 하천 및 해양에서 발생하는 조류 및 오염물질 등을 별도의 처리조가 필요없이 현위치에서(in site) 효과적으로 제거하는 장치 및 방법을 제공하려는 것이다.

또한, 본 발명은 시간이 많이 소요되는 침전이나 미생물을 이용한 조류의 처리방법에 비하여 신속하게 조류 및 부유물질을 제거하는 장치 및 방법을 제공하려는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 조류 및 부유물질 제거장치의 개략도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 조류 및 부유물질 제거장치의 단면도.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 조류 및 부유물질 제거장치의 개략도.

* 도면부호의 간단한 설명

10: 주선박 11, 12: 보조선박

13: 플로트 20: 약품탱크

21: 약품펌프 22:약품분사장치

23: 고압수 분사장치 30: 가압펌프

31: 컴프레서 32: 가압탱크

33: 가압수 분사장치 40: 플록수거장치

41: 탈수장치 50: 전원

51: 구동모터 52: 교반장치

60: 안내판 70: 동력부재

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 응집제를 이용하여 오염물질을 응집하고, 가압수를 이용하여 플록을 부상시키는 장치에 있어서, 선박 또는 선박군을 이용하여 약품분사장치, 교반장치 또는 고압수 분사장치, 가압수 분사장치를 수계 내에 설치하고, 플로트, 플록수거장치, 탈수장치로 구성되어 있다. 좀더 자세히는 주선박 및 보조 선박으로 구성된 선박군을 형성하고, 주선박 및 측단의 보조선박 사이에 수면으로부터 1∼5m정도 아래쪽에 위치하도록 부유형 수중 구조물을 설치하되 선박의 진행방향에 맞추어 구조물의 앞쪽에는 응집약품을 분사시키는 약품분사장치와, 응집약품과 피처리수를 교반시키는 교반장치 또는 고압수 분사장치를 설치하고, 뒷쪽으로는 용존공기를 함유하는 가압수 분사장치를 설치한다. 또한, 주선박과 측단 보조선박 및 후단 보조선박을 플로트로 연결하여 원수유입관 및 수처리조를 따로 설치하지 않고 피처리 수계 내에서 조류 및 오염물질을 포함하는 플록을 부상시키고, 상기 플로트는 플록의 확산을 방지하며, 후단 보조선박에서 플록을 흡입하거나 끌어들여 탈수장치로 탈수시킨 후 처리수를 환원시킴으로써 조류를 제거하는 장치 및 방법을 제공한다.

이 방법에는 다음의 구성요소를 갖춘 장치가 필요하다. 즉, 응집약품을 저장하는 약품탱크(20), 상기 약품탱크에 저장된 응집약품을 약품분사장치로 공급하는 약품펌프(21), 피처리수 또는 처리수를 가압탱크로 공급하는 가압펌프(30), 가압탱크에 압축된 공기를 공급하는 컴프레서(31), 상기 가압펌프에 의하여 공급된 물과 상기 컴프레서에 의해 압축된 공기를 혼합, 용해시키고 용존공기를 함유하는 가압수를 저장하는 가압탱크(32)를 주선박, 보조선박 또는 선박간 구조물에 위치시키고, 상기 주선박과 보조선박 사이에 조류 등의 부유물질을 함유하는 피처리수에 상기 약품펌프를 통하여 피처리('처리대상'과 동일한 의미임) 수계 내로 응집제를 분사하는 약품분사장치(22), 상기 약품분사장치에 의하여 분사된 응집제와 부유물질을 혼합시켜주기 위한 교반장치 또는 고압수 분사장치(23), 상기 가압탱크로부터 공기가 용존된 가압수를 토출시키는 가압수 분사장치(33)를 설치하며, 상기 주선박과 측단 및 후단 보조선박을 잇는 수면에 플록의 확산을 방지하는 플로트(13)를 설치하며, 플록을 흡입하는 플록흡입장치 또는 스크레이퍼 등의 플록수거장치(40), 물을 함유하는 플록을 탈수시키고 부유물질이 제거된 처리수를 저수지 또는 바다 등의 피처리부로 환원시키는 탈수장치(41)를 후단 보조선박에 설치하여 구성된다.

본 발명의 또다른 구성은 응집약품을 저장하는 약품탱크(20), 상기 약품탱크에 저장된 응집약품을 약품분사장치로 공급하는 약품펌프(21), 피처리수 또는 처리수를 가압탱크로 공급하는 가압펌프(30), 가압탱크에 압축된 공기를 공급하는 컴프레서(31), 상기 가압펌프에 의하여 공급된 물과 상기 컴프레서에 의해 압축된 공기를 혼합, 용해시키고 용존공기를 함유하는 가압수를 저장하는 가압탱크(32) 및 플록수거장치, 탈수장치를 선박에 위치시키고, 상기 선박의 진행방향 앞쪽으로 좌우측 안내판을 설치하되, 안내판 사이에는 조류 등의 부유물질을 함유하는 피처리수에 상기 약품펌프를 통하여 피처리 수계 내로 응집제를 분사하는 약품분사장치(22), 상기 약품분사장치에 의하여 분사된 응집제와 부유물질을 혼합시켜주기 위한 교반장치 또는 고압수 분사장치(23), 상기 가압탱크로부터 공기가 용존된 가압수를 토출시키는 가압수 분사장치(33)를 설치하여 구성된다.본 발명의 조류제거장치의 구성과 작용을 도면을 참조하여 좀더 자세히 설명하면 다음과 같다.

조류 제거용 선박군(10, 11, 12)을 도1과 같이 조류가 주로 서식하는 수계에 띄운다. 전원 및 약품탱크, 약품펌프, 가압탱크, 가압펌프, 컴프레서를 주선박(10)에 위치시키고, 주선박과 측단의 보조선박(11) 사이에 해수의 흐름에 견딜 수 있는 수중 구조물, 바람직하게는 철재 파이프로 된 구조물을 설치한다. 구조물에는 약품분사장치, 고압수 분사장치 또는 교반장치, 가압수 분사장치를 설치한다. 수중 구조물을 따로 설치하는 대신 약품분사장치, 가압수 분사장치 등을 노즐이 형성된 관으로 형성하여 주선박과 측단 보조선박 사이에 위치시킬 수도 있다. 구조물의 전진방향과 반대쪽으로 후단 보조선박(12)과 플로트를 설치하며, 후단 보조선박에는 플록수거장치 및 탈수장치가 설치된다. 플로트는 주선박과 측단, 후단의 보조선박을 잇는 형태로 즉, 선박의 진행방향 뒷쪽으로 U자 또는 V자 형이 되도록 설치한다. 보조선박은 필요에 따라 선박이 아닌 부표와 같은 부유부재로 대체될 수 있다.

조류 및 수중 부유물질은 응집제 분사장치에 의하여 공급되는 응집제와 반응하여 플록을 형성한다. 응집제의 주입은 약품탱크(20)로부터 약품펌프(21)를 이용하여 약품 분사장치(22)에서 응집제를 공급한다. 응집제 분사에 의하여 형성된 플록은 용존공기의 미세기포에 의하여 부착되어 수계의 표면으로 떠오르게 된다. 즉, 가압탱크(32)에 피처리수 또는 처리수의 일부를 가압펌프(30)를 통해 주입한 후 컴프레서(31)를 이용하여 물을 3기압 이상의 압력, 바람직하게는 4∼7기압으로 가압하여 수중에 용존공기를 충분히 포화시킨다. 그 후 가압수 분사장치(33)를 통하여 상기 용존공기가 포화된 가압수를 공급함으로써 미세공기방울을 발생시킨다. 가압수에 용존되어 있던 공기는 대기압 하로 급격히 방출됨으로써 미세한 공기방울을 형성하여 수중의 플록, 부유물질, 조류 등(이하 본 명세서에서 '플록'이라 함은 부상된 조류, 부유물질, 오염물질 등을 통칭하는 의미로 사용됨)을 부착하고 수면 위로 떠오르게 된다. 수면으로 부상된 플록은 플록수거장치(40)에 의해서 수집되어 탈수장치(41)에 의해서 탈수된 후 처리된다.

고압수 분사장치(23)는 피처리수 내의 부유물질 또는 조류가 응집제와 원활히 혼화되도록 하는 역할을 한다. 고압수 분사장치는 노즐 등의 구조를 가질 수 있다. 고압수 분사장치 대신 교반장치를 이용할 수도 있으며, 또는 약품분사장치에서 응집제와 고압수를 동시에 분사시킬 수도 있다. 고압수 분사장치는 가압탱크로부터 공급된 공기가 용존되어 있는 가압수를 분사시키거나 또는 별도의 수중펌프에 의하여 피처리수를 고압으로 분사시킨다.

이와 같이, 고압수의 압력 또는 교반장치에 의하여 응집제와 급속혼화된 피처리수는 선박군이 서서히 전방으로 전진함에 따라 자연적으로 완속교반되어 플록을 성장시키게 된다.

응집제에 의하여 형성된 플록은 가압수 분사장치(33)에서 분사되는 가압수에 의하여 생성되는 10∼100㎛ 가량의 미세 공기방울에 의하여 수면 위로 부상하게 된다. 가압수 분사장치는 노즐 등의 구조를 가질 수 있다. 가압수 분사장치는 구조물의 후단 뿐만 아니라 중앙부분 또는 전단에 위치할 수도 있고, 한 개 이상 다수개의 분사장치를 설치할 수도 있으며, 해수나 하천의 유속 및 선박군의 이동속도에 맞추어 앞뒤로 이동시킬 수도 있다. 또, 처리해야 할 부유물질 또는 조류의 양이 많은 경우에는 다수개의 가압수 분사장치를 작동시킴으로써 처리효율을 높일 수 있다.

피처리수의 수면으로 부상한 플록은 선박의 전진에 따라 도 1과 같이 선박군을 잇는 플로트에 의해 모아지고 후단 보조선박에 장착된 플록수거장치에 의해 수거되어 탈수장치에 의해서 고액분리된 후 처리된다. 처리수는 다시 피처리부로 환원 배출된다.

응집, 가압부상의 효과를 좀더 높이기 위하여는 선박군과 플로트로부터 수중으로 연장되는 펜스를 설치함으로써 피처리부를 수계로부터 분리시킬 수 있다. 선박군의 이동방향 전방으로는 펜스를 설치하지 않고 양측면과 후방을 잇는 펜스를 설치하여 현위치 수처리의 효율을 제고시킬 수 있는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 실시예는 주선박 및 보조선박으로 구성된 선박군 대신 1개의 선박에 응집약품탱크, 약품펌프, 가압펌프, 컴프레서 및 가압탱크로 구성된 가압장치, 탈수장치를 장착한다. 선박의 진행방향 앞쪽에 좌우측으로 안내판(guide plate)을 설치한다. 바람직하게는 안내판의 양측 말단에 부표와 같은 부유부재를 설치하여 안내판 및 수중 구조물을 지지할 수 있도록 한다. 안내판으로 지지되는 수중 구조물에는 약품분사장치, 교반장치 또는 고압수 분사장치, 가압수 분사장치를 설치하며, 수중 구조물을 따로 설치하는 대신 약품분사장치, 가압수 분사장치 등을 노즐이 형성된 관으로 구성하여 좌우 안내판 사이에 위치시킬 수도 있다. 좌우 안내판이 모아지는 선박의 선단에는 피처리수 흡입장치 또는 플록 수거장치를 장착한다.

도 3을 참조하여 본 발명의 다른 실시예를 좀더 자세히 설명한다.

선박의 진행방향 선단으로 바람직하게는 부채꼴 형상이 되도록 좌우측 안내판을 설치한다. 안내판 사이에는 도 1의 실시예에서와 같은 구조의 약품 분사장치, 고압수 분사장치 또는 교반장치 및 가압수 분사장치가 설치된 수중 구조물이 장착된다. 수중 구조물을 따로 설치하는 대신 약품분사장치, 가압수 분사장치 등을 노즐이 형성된 관으로 구성하여 좌우 안내판 사이에 위치시킬 수도 있다.

선박에는 응집약품탱크 및 펌프, 가압장치, 전원, 구동장치 등이 위치하고, 이것들은 수중 구조물의 분사장치 및 교반장치와 연결되어 있다.

선박이 조류 대량발생지역 또는 수질 정화를 필요로 하는 피처리수계 내에서 띄워져 전진함에 따라 응집약품 분사장치로부터 수계 내로 응집제가 분사된다. 피처리수와 응집제는 고압수의 압력이나 교반장치에 의하여 혼화되며, 선박의 진행에 따른 물의 흐름에 의하여 완속교반이 일어나 플록이 성장하게 된다. 성장된 플록은 가압수 분사장치로부터 분사되는 미세기포의 표면에 결합하여 수면으로 부상하게 된다. 부상된 플록은 안내판과 선박의 진행에 따라 자연스러운 흐름에 의하여 선박 선단부의 플록 수거장치 또는 피처리수 흡입장치로 흡입된다. 좀더 바람직하게는 선박에 터빈과 같은 동력을 이용하여 동력의 작동에 따라 피처리수가 원활히 흡입되도록 한다. 흡입된 플록 또는 피처리수는 탈수과정을 거쳐 플록은 수집되고 처리수는 수계로 방출된다.

본 발명의 또다른 실시예는 혼화응집 및 가압부상을 선박 내에서 수행할 수 있는 장치에 관한 것이다.

즉, 좌우 안내판이 설치된 선박에서 동력을 이용하여 피처리수를 유입관으로 끌어들인 후, 혼화조에서 응집약품을 피처리수와 혼화한다. 또는 유입관에 직접 응집약품을 주입한다. 혼화된 물은 응결조에서 완속교반장치에 의하여 또는 다수의 배플을 통과하면서 플록을 성장시키게 되며, 다음 단계로 가압부상조에서 가압수의 미세기포에 의하여 플록을 부상시킨다. 부상된 플록은 플록 수거장치에 의해 수거되고, 탈수과정을 거친 후 플록은 수집되고 처리수는 배출된다.

본 발명의 장치에는 탁도, pH, 알칼리도, 수온 등의 수질을 센서로 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 플로트 또는 안내판으로부터 수중으로 연장되는 펜스를 설치하여 응집제와 플록의 확산을 막고 플록을 효과적으로 처리할 수 있다. 펜스는 비닐시트, 플라스틱 클로스, 직물제 등을 이용할 수 있다. 펜스 하단에는 물보다 비중이 큰 물질을 장착한다.

본 발명의 장치 및 방법은 소규모 호소 뿐만 아니라 댐에 의하여 생성된 대규모 호수 및 연안 바다에도 적용할 수 있다.

상기와 같이, 본 발명은 현재까지 해결하지 못하고 있는 호수, 댐, 하천 및 바다에 대규모 면적으로 발생하는 조류 및 부유물질, 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있다.

또한, 본 발명은 원수를 유입시켜 별도의 처리조에서 처리하지 않고도 피처리수계 내에서 조류 및 부유물질을 처리할 수 있다.

또한, 본 발명은 상수원의 원수수질을 정화함으로써 고도정수처리를 하지 않고도 양질의 음용수를 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. 응집약품을 저장하는 약품탱크, 상기 약품탱크에 저장된 응집약품을 약품분사장치로 공급하는 약품펌프, 피처리수 또는 처리수를 가압탱크로 공급하는 가압펌프, 가압탱크에 압축된 공기를 공급하는 컴프레서, 상기 가압펌프에 의하여 공급된 물과 컴프레서에 의해 압축된 공기를 혼합, 용해시킨 가압수를 저장하는 가압탱크, 약품분사장치, 혼화장치, 가압수 분사장치로 구성되어 응집약품을 이용하여 오염물질을 응집하고, 가압수를 이용하여 플록을 부상시키는 수처리 장치에 있어서,

   주선박과 보조선박 사이 수중에 상기 약품펌프를 통하여 공급되는 응집약품을 조류 등의 부유물질을 함유하는 피처리수에 분사하는 약품분사장치, 상기 약품분사장치에 의하여 분사된 응집약품과 부유물질을 혼합시켜주기 위한 교반장치 또는 고압수 분사장치, 상기 가압탱크로부터 공기가 용존된 가압수를 토출시키는 가압수 분사장치를 설치하며,

   상기 주선박과 측단 및 후단 보조선박을 잇는 수면에 플록의 확산을 방지하는 플로트를 설치하며,

   상기 플록을 수거하는 플록수거장치, 상기 플록수거장치에 의해 수거된 플록을 탈수시키고 부유물질이 제거된 처리수를 수계로 환원시키는 탈수장치를 후단 보조선박에 설치하여 구성되는 것을 특징으로 하는 조류 및 부유물질 제거장치.
2. 응집약품을 이용하여 오염물질을 응집하고, 가압수를 이용하여 플록을 부상시키는 수처리 장치에 있어서,

   응집약품을 저장하는 약품탱크, 상기 응집약품을 약품분사장치로 공급하는 약품펌프, 피처리수 또는 처리수를 가압탱크로 공급하는 가압펌프, 가압탱크에 압축된 공기를 공급하는 컴프레서, 상기 가압펌프에 의하여 공급된 물과 상기 컴프레서에 의해 압축된 공기를 혼합, 용해시킨 가압수를 저장하는 가압탱크 및 플록수거장치, 탈수장치를 선박에 위치시키고,

   상기 선박의 진행방향 앞쪽으로 선박과 연결되는 좌우측 안내판을 설치하되, 상기 좌우측 안내판 사이에는 조류 및 부유물질을 함유하는 피처리수에 상기 약품펌프로부터 공급된 응집약품을 분사하는 약품 분사장치, 상기 약품분사장치로부터 분사된 응집약품과 부유물질을 혼합시켜주기 위한 교반장치 또는 고압수 분사장치, 상기 가압탱크로부터 가압수를 수계로 토출시켜 플록을 부상시키는 가압수 분사장치를 설치하여 구성되는 것을 특징으로 하는 조류 및 부유물질 제거장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 플로트 또는 안내판으로부터 수중으로 연장되는 펜스가 설치된 것을 특징으로 하는 조류 및 부유물질 제거장치.