KR100309199B1 - 수처리공정에서의 관내 수처리제 혼합장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정수처리공정에서 응집제 등 각종 수처리제나 염소계와 같은 산화제를 주입하는 수처리공정에서 수처리제 혼합을 위한 수처리제 혼합장치에 관한 것으로, 원수가 흐르는 원수관(10)내부의 중앙에 설치되어 외부로부터 수처리제가 주입되는 수처리제 주입관(20)과, 수처리제 주입관(20)의 출구(22)후방에 설치되어 수처리제 주입관(20)의 출구(22)에 인접하여 흐르는 원수에 와류현상이 발생하도록 하므로써 수처리제의 편혼합을 방지하는 방해판(30)과, 수처리제 주입관(20)의 출구(22)전방에 일정거리 이격설치되어 출구(22)를 통해 흘러나온 수처리제가 원수와 혼합되어 원수관(10)을 흐르면서 재차 확산되어 혼합되도록 하는 오리피스판(40)을 포함하여 이루어진 것으로, 매우 단순한 구조로 이루어져 있어 원수의 유입관 등 관내에 설치하기 용이하고, 관내를 통과하는 원수에 수처리제 등 각종 화학약품을 급속으로 혼합시킬 수 있다.

Description

수처리공정에서의 관내 수처리제 혼합장치 {A Device For Mixing Watertreatment Agent in Water Flowing Conduit }

본 발명은 정수처리공정에서 응집제 등 각종 수처리제나 염소계와 같은 산화제를 주입하는 수처리공정에서 수처리제 혼합을 위한 수처리제 혼합장치에 관한 것으로, 매우 단순한 구조로 이루어져 있어 원수의 유입관 등 관내에 설치하기 용이하고, 관내를 통과하는 원수에 수처리제 등 각종 화학약품을 급속으로 혼합시킬 수 있도록 한 것이다.

본 발명과 관련된 종래기술로는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 교반조(1)내에 교반장치인 임펠러(2)가 설치된 방식을 예로 들 수 있는데, 이는 응집제 등의 수처리제가 원수와 혼합된 후 곧바로 유출되는 것이 아니리 일정시간동안 계속해서 수처리제와 원수가 반복해서 혼합되는 이른바 백 믹스 타입(Back-Mix Type)으로서, 도 1은 방사류 임펠러를 사용한 방식이고, 도 2는 축류 임펠러를 사용한 방식이다.

도 1의 방사류 임펠러를 사용한 교반조는 수처리제의 빠른 확산이 필요한 경우에 사용되고, 도 2의 축류 임펠러를 사용한 교반조는 빠른 확산이 필요치 않고 에너지를 효율적으로 사용할 경우 사용되는 것이다.

한편, 상기한 도 1 및 도 2에 도시한 백 믹스 타입 교반방식은 그 구조의 특성상 수처리제의 충분한 혼합을 위해서는 교반조 내에서의 체류시간이 1분이상 요구되었고, 교반조내에서 일부 수리적인 단회로현상이 발생해도 체류시간이 길기 때문에 수처리제와 원수와의 혼합이 충분하여 비교적 안정적인 수처리 효율이 가능한 반면, 이미 수처리제와 원수가 혼합이 된 후에도 계속 일정시간 교반조에 머무르면서 수처리제와 연속해서 혼합이 이루어지기 때문에 수처리제의 주입량이 증가하고 수처리 효율이 낮은 단점이 있었으며, 쳬류시간이 길고 임펠러 등 교반장치가 필요하므로 이에 따른 건설비, 장치비 및 운영비 등이 과다하게 소요되는 단점이 있었다.

종래의 또다른 혼합방식은 관내 혼합방식을 들 수 있는데, 이는 도 3에 개략적으로 도시한 바와 같은 스태틱 믹서(Static Mixer)인데, 이는 충분한 혼합을 위해서는 최소한 3개의 배플 블록(3)이 필요하며, 3개의 배플 블록(3)을 관(4)내에 삽입할 경우에는 스케일 증가(scale up)에 의해 혼합시간이 크게 증가하여 원하는 효율이 나타나지 않는 경우가 발생하였으며, 또한 그 구조적인 형태에 의해 수두손실(loss of water head)이 커서 사용이 제한될 수 있는 단점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래의 제반 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 종래 수처리공정에서 사용되는 교반조에 의한 혼합방식보다 뛰어난 효율이 나타나며, 선진외국에서 사용되는 관내 혼합방식에 비해 스케일 증가에 따라 나타나는 문제점인 혼합시간 증가와 수두손실 증가에 대한 문제점을 감소시킬 수 있는 관내 혼합장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명은 관내에서 원수와 수처리제의 혼합시 발생할 수 있는 편혼합을 방지함으로서 안정적인 혼합효율을 보장할 수 있고, 원수의 수질변화에도 불구하고 안정적인 수처리효율을 얻을 수 있는 수처리제 혼합장치를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 원수가 흐르는 관 내부의 중앙에 설치되어 외부로부터 수처리제가 주입되는 주입관과, 이 주입관의 출구 후방에 설치되어 주입관의 출구에 인접하여 흐르는 원수에 와류현상이 발생하도록 하는 방해판과, 상기 주입관의 출구 전방에 일정거리 이격되어 설치되어 주입관을 통해 흘러나온 수처리제가 원수와 혼합되어 흐르면서 재차 혼합되도록 하는 오리피스판을 포함하여 이루어지는 관내 수처리제 혼합장치를 제공한다.

도 1은 종래 방사류 임펠러에 의한 수처리제 혼합장치의 개략도,

도 2는 종래 축류 임펠러에 의한 수처리제 혼합장치의 개략도,

도 3은 종래 스태틱 믹서의 개략도,

도 4는 본 발명에 의한 혼합장치의 구성을 도시한 단면도,

도 5는 본 발명에 의한 혼합장치의 구성을 도시한 정면도,

도 6a는 본 발명의 장치에서 방해판이 없는 상태에서의 혼합상태도,

도 6b는 본 발명의 장치에서 방해판이 있는 상태에서의 혼합상태도,

도 7a는 종래 스태틱 믹서의 교반강도 특성표,

도 7b는 본 발명에 의한 혼합장치의 교반강도 특성표이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 원수관 20 : 주입관

22 : 출구 30 : 방해판

40 : 오리피스판 42 : 오리피스

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.

도 4 및 도 5는 본 발명에 의한 관내 수처리제 혼합장치의 바람직한 실시예를 도시한 단면도 및 원수관(10)의 출구측에서 바라본 정면도로, 본 발명은 원수가 흐르는 원수관(10)내부의 중앙에 설치되어 외부로부터 수처리제가 주입되는 수처리제 주입관(20)과, 이 수처리제 주입관(20)의 출구(22)후방에 설치되어 수처리제 주입관(20)의 출구(22)에 인접하여 흐르는 원수에 와류현상이 발생하도록 하는 방해판(30)과, 상기 수처리제 주입관(20)의 출구(22)전방에 일정거리 이격설치되어 출구(22)를 통해 흘러나온 수처리제가 원수와 혼합되어 원수관(10)을 흐르면서 재차 확산되어 혼합되도록 하는 오리피스판(40)을 포함하여 이루어진 특징을 갖는다.

상기 수처리제 주입관(20)선단의 출구(22)는 도 6a 및 도 6b에 도시한 바와 같이 원수관(10)내부의 중앙에 원수관(10)의 출구측을 향하여 개방되어 있으며, 수처리제 주입관(20)의 출구(22)후방 둘레에는 방해판(30)이 설치되어 원수관(10)내부를 흐르는 원수의 중간부에 작은 화살표로 도시한 바와 같이(도 6b참조) 와류현상이 발생하도록 하므로써, 오리피스판(40)의 중앙에 형성된 비교적 큰 직경의 오리피스(42)에서의 혼합을 보조하고, 도 6a에 도시한 바와 같은 편혼합을 방지하기 위한 것으로, 오리피스(42)이전에 수처리제를 어느정도 확산시키기 위하여 설치된다.

상기 방해판(30)과 오리피스판(40)과의 이격거리는 수처리제와 원수와의 혼합시간에서 최대의 효율을 나타낼 수 있는 거리로 설정하여야 하는데, 예를 들면 응집제의 혼합을 위해 사용할 경우 원수와 응집제와의 완전혼합에 소요되는 시간이 1초 이내에서 최대의 효율을 나타내므로 응집제 주입후 1초 이내에 완전혼합이 가능하도록 구성하여야 한다.

오리피스판(40)후방에서의 혼합시간은 실험결과 대략 0.3초 정도 소요되는 것으로 나타났으므로 방해판(30)과 오리피스판(40)과의 이격거리는 오리피스판(40)후방에서의 혼합시간과 어느정도의 안전계수를 감안하여 응집제가 방해판(30)을 통과한 후 오리피스판(40)에 도달하는데 소요되는 시간을 약 0.4~0.6초 정도 소요되도록 이격설치하는 것이 바람직하다.

또, 오리피스판(40)은 수처리제와 원수를 효과적으로 혼합시키기 위하여 설치되는 것으로, 중앙에 형성되는 오리피스(42)의 직경은 원수관(10)의 내경과 바람직하게는 0.3 ~ 0.5 : 1의 비로 하고, 수두손실은 30 ~ 60센티미터가 적당하다.

이와 같이 구성된 본 발명의 혼합장치를 사용하여 수처리제를 원수와 혼합하는 과정 및 그 특성과 효율을 종래 스태틱 믹서와 비교하여 설명하기로 한다.

도 7a는 기존 스태틱 믹서의 교반강도특성을 나타낸 표이고, 도 7b는 본 발명에 의한 혼합장치의 교반강도특성을 비교하여 나타낸 표이다.

상기 도 7a 7b에 도시한 바와 같이, 종래의 스태틱 믹서는 관내를 통과하면서 교반강도가 일정하므로 원수 수질이 바뀌거나 유량이 변하게 되면 혼합효율이 저하될 수도 있으나, 본 발명의 혼합장치는 오리피스(42)통과후의 교반강도분포가 다양하여 교반강도 600sec¹(체류시간 1초기준)이상에서는 특별한 최적교반강도없이 일정한 효율을 보장할 수 있게 된다. 따라서 본 발명의 혼합장치는 교반강도보다는 오리피스(42)통과시의 수두손실 및 원수관(10)내경과 오리피스(42)와의 직경비가 중요한 교반효율을 결정하는 인자가 된다.

아울러, 본 발명의 혼합장치는 도7b에 도시한 바와 같이 오리피스(42)이후의 매우 짧은 구간에서 혼합이 완료되므로 도 7a에서와 같이 일부 단회로가 발생하게 되면 급격히 혼합효율이 저하되는 현상이 나타날 수 있으므로, 도 7b에서와 같이 방해판(30)을 설치하므로써, 주입된 수처리제가 확산된 후 오리피스(42)로 유입되도록 하여 혼합효율을 증대시키게 된다.

본 발명의 혼합장치는 수처리공정에서 주입되는 수처리제가 매우 빠른 반응성으로 인해 유입후 얼마나 빨리 원수에 확산,충돌 및 결합시키는가에 따라 효율이 결정되므로 기존의 어떠한 혼합장치보다도 최적의 효율을 보장하게 되며, 본 발명의 혼합장치는 오리피스판이 원수관의 내경과 동일한 직경이고 전체 길이는 약 1미터 정도이며, 별도의 기계장치가 필요없으므로 반영구적으로 사용가능하고, 기존 정수장을 개선할 경우에는 혼화지 유입관이나 유출관 모두에 플랜지접합으로 쉽게 개선할 수 있다.

또한, 본 발명의 혼합장치는 혼합구간이 매우 짧으므로 스케일 증가시에도 짧은 시간내에 혼합이 가능하여 우수한 수처리효율을 보장할 수 있는 것이며, 오리피스를 통과한 후 교반강도 분포가 다양하여 유량이 변하거나 원수특성이 바뀌어도 안정적인 수처리효율이 보장된다.

실험결과에 의하면, 본 발명의 혼합장치는 응집제 주입량이 30mg/리터인데 반하여, 기존의 교반조에서는 50mg/리터로서, 본 발명을 사용할 경우 응집제 주입량을 약 40%정도 절감할 수 있고, 본 발명의 혼합장치는 수리적인 에너지 즉, 원수의 관내 흐름에 의한 교반이므로 별도의 동력비가 소요되지 않으므로 200,000톤/일 정수장을 기준으로 혼화지 체류시간 1분, 교반강도를 300sec¹정도로 운영한다고 가정하면, 년간 약 4천만원 정도의 혼화지 동력비를 절감할 수 있게 된다.

또, 본 발명은 유입관 또는 유출관의 관내에 설치되는 방식이므로 혼화설비나 구조물이 필요없이 혼화지와 관련된 구조물이나 설비에 대한 비용이 들지 않는장점을 갖게 되는 것이며, 약품주입량 감소에 따른 슬러지 처리비용도 절감할 수 있고, 혼화방식개선에 의한 슬러지 함수율감소로 슬러지 생산량을 감소시킬 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (3)

1. 원수가 흐르는 원수관(10)내부의 중앙에 설치되어 외부로부터 수처리제가 주입되는 수처리제 주입관(20)과,

   상기 수처리제 주입관(20)의 출구(22)후방에 설치되어 수처리제 주입관(20)의 출구(22)에 인접하여 흐르는 원수에 와류현상이 발생하도록 하므로써 수처리제의 편혼합을 방지하는 방해판(30)과,

   상기 수처리제 주입관(20)의 출구(22)전방에 일정거리 이격설치되어 출구 (22)를 통해 흘러나온 수처리제가 원수와 혼합되어 원수관(10)을 흐르면서 재차 확산되어 혼합되도록 하는 오리피스판(40)을 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리공정에서의 관내 수처리제 혼합장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 오리피스판(40)의 중앙에 형성되는 오리피스(42)의 직경은 원수관(10)의 내경과 0.3 ~ 0.5 : 1의 비율로 이루어진 것을 특징으로 하는 수처리공정에서의 관내 수처리제 혼합장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 방해판(30)와 오리피스판(40)과의 이격거리는 원수관(10)내부로 주입된 수처리제가 주입관(20)의 출구(22)로부터 유출되어 원수관(10)을 따라 오리피스판(40)까지 0.4 ~ 0.6초가 소요되는 거리와 일치되도록 한 것을 특징으로 하는 수처리공정에서의 관내 수처리제 혼합장치.