KR100330360B1 - 수처리를 위한 관로형 오존접촉장치 - Google Patents

Abstract

1.청구범위에 기재된 발명이 속한 기술 분야

수처리를 위한 관로형 오존접촉장치

2.발명이 해결하고자 하는 기술적 요지

본 발명은 종래의 오존접촉지를 관로형으로 형성하되, 오존주입량을 적절하게 제어하여 오존접촉효율을 증가시키고, 경제적인 고도정수처리 효과를 얻을 수 있는 수처리를 위한 관로형 오존접촉장치를 제공함에 그 목적이 있다.

3.발명 해결방법의 요지

본 발명은 침사지에 연결되어 원수의 이동경로를 제공하며, 외부로부터 유입되는 오존을 상기 원수에 접촉시켜 그에 함유된 유기물을 산화시키는 오존접촉수단; 상기 오존접촉수단을 통과하는 유입수의 수질변화에 따른 오존요구량을 실시간으로 측정하는 오존분해속도(kc) 측정수단; 상기 오존분해속도 측정수단을 통하여 측정된 원수에 대한 순간오존요구량(Instantaneous ozone demand, I.D)으로 오존이 주입되도록 제어하는 오존제어수단(OCU : Ozone Control Unit); 상기 오존자동제어수단으로부터 제어신호를 인가받아 순간오존요구량만큼의 오존을 발생시키는 수단; 및 상기 오존접촉수단의 소정 위치에서 분기되며, 상기 오존발생수단으로부터의 발생된 오존을 상기 오존접촉수단으로 주입하는 오존주입수단을 포함하는 수처리를 위한 관로형 오존접촉장치를 제공한다.

4.발명의 중요한 용도

상수원수에 대한 오존의 접촉효율이 우수하고 경제적인 오존산화 효과를 얻을 수 있도록 한 것임.

Description

수처리를 위한 관로형 오존접촉장치{AN APPARATUS AND METHOD OF LINE MIXING OZONE CONTACTOR}

본 발명은 상수원수 중의 미량유해물질들을 경제적이고 효과적으로 처리하기위한 고도정수처리장치에서, 원수에 오존을 접촉시켜 정수시키기 위한 오존접촉장치에 관한 것으로, 특히 종래의 장방형접촉지 방식을 관로형상으로 변경하여 접촉효율이 우수하고 경제적인 고도정수처리 효과를 얻을 수 있는 수처리를 위한 관로형 오존접촉장치에 관한 것이다.

일반적으로, 오존처리공정은 맛·냄새의 제거, 색도의 제거, 응집·침전효과 증대, 유기염소화합물의 생성억제, 철·망간의 제거 등의 목적으로 사용되고 있다. 특히, 전오존공정은 응집 및 침전효율을 증대시킬 뿐만 아니라, 철·망간을 제거하며, 맛·냄새 유발물질을 제어하는 등 여러가지 효과를 얻을 수 있는 것으로 알려져 있다.

수처리공정에 있어 오존처리를 적용하면, 다음과 같은 이점이 있다.

첫째, 공기(또는 산소)와 전력만 있으면 필요량의 오존을 쉽게 만들 수 있으며, 오존발생기의 전압을 조절하여 발생량 제어, 자동화 및 에너지 절약이 용이하다.

둘째, 수중에서 오존의 산화전위가 높아 단시간에 다른 산화제가 처리할 수 없는 물질들까지 분해할 수 있다.

셋째, 오존은 짧은 시간에 산소로 분해되므로 수중 용존산소를 증가시키고처리 후 pH에 영향이 없다.

넷째, 오존처리 후에 고분자 유기물이 저분자 유기물로 전환되어 후속 활성탄 흡착, 생물처리 등이 용이해져 조합된 처리공정의 제거효과를 상승시킬 수 있다.

다섯째, 응집·침전 및 활성탄 흡착의 전처리에 오존을 사용하면 응집제 절감, 침전효율 증대 및 활성탄의 파과를 지연시킬 수 있다.

상기한 오존의 장점들을 활용하는 고도정수처리공정에 있어서, 오존의 이용효율을 높이는 것은 건설비, 운영(O&M : Operation & Maintenance)비용의 절감을 가능케 한다. 하지만, 종래의 접촉방식에서 오존의 접촉효율은 유입원수의 수질변화에 따라 접촉방식 및 운전조건에 따라 크게 차이가 있다. 따라서, 종래의 접촉방식에 비해 보다 효율적이고 경제적이면서 유입원수의 수질변화에 적절하게 대응할 수 있는 오존접촉장치의 개발이 필요하다.

한편, 정수처리를 위한 오존접촉방식으로서 기계적 혼합방식과, 인젝터방식, 디퓨저(diffuser)를 이용한 접촉방식 등이 널리 사용되고 있으며, 이중에서 디퓨저를 이용한 방식이 일반화되어 있다. 일반적인 디퓨저를 이용한 접촉방식에 오존을 접촉시킬 경우, 5∼10분 이상의 접촉시간으로 설계, 운영되고 있으며, 오존주입농도를 결정함에 있어서는 장기간에 걸쳐 원수분석 및 운전테스트(pilot test)에 의해 주입오존농도를 결정하거나, 운전 중 배오존이나 잔류오존농도에 의하여 오존주입농도를 재조절하는 피드백(feedback) 시스템으로 이루어져 있다.

이러한 오존접촉 시스템은 원수의 수질변화에 따른 주입오존농도의 대응이부적절하거나 변화가 느리며, 과도한 오존접촉 등으로 인하여 운영상 비경제적인 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 제반문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 종래의 오존접촉지를 관로형으로 형성하되, 오존주입량을 적절하게 제어하여 오존접촉효율을 증가시키고, 경제적인 고도정수처리 효과를 얻을 수 있는 수처리를 위한 관로형 오존접촉장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 본 발명에 의한 수처리를 위한 관로형 오존접촉장치의 일실시예를 나타낸 개략적인 공정도.

도2는 본 발명의 관로형 오존접촉장치와 종래의 장방형접촉지 방식의 오존접촉장치에 대한 오존이용효율 비교를 나타낸 그래프도.

도3은 본 발명의 관로형 오존접촉장치에 대한 오존접촉 및 응집·침전후의 처리효율 비교를 나타낸 그래프도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 침사지 2: 오존접촉관로

3: 오존분해속도 측정기 4 : 오존자동제어유니트

5: 오존발생기 6: 오존모니터

7: 흡출기 8: 액셀러레이터

9: 기액분리기 10: 배출오존 처리장치

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 침사지에 연결되어 원수의 이동경로를 제공하며, 외부로부터 유입되는 오존을 상기 원수에 접촉시켜 그에 함유된 유기물을 산화시키는 오존접촉수단; 상기 오존접촉수단을 통과하는 유입수의 수질변화에 따른 오존요구량을 실시간으로 측정하는 오존분해속도(kc) 측정수단; 상기 오존분해속도 측정수단을 통하여 측정된 원수에 대한 순간오존요구량(Instantaneous ozone demand, I.D)으로 오존이 주입되도록 제어하는 오존제어수단(OCU : Ozone Control Unit); 상기 오존자동제어수단으로부터 제어신호를 인가받아 순간오존요구량만큼의 오존을 발생시키는 수단; 및 상기 오존접촉수단의 소정 위치에서 분기되며, 상기 오존발생수단으로부터의 발생된 오존을 상기 오존접촉수단으로 주입하는 오존주입수단을 포함하는 수처리를 위한 관로형 오존접촉장치를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 수처리를 위한 오존접촉장치는 원수에 오존의 접촉효율을 제고시키면서 경제적으로 정수처리를 수행할 수 있도록 구현한 것으로, 본 발명에서는 도1에 도시한 바와 같이 침사지(1)의 배출구(1a)에 연결되어 원수의 이동경로를 제공하되, 외부로부터 유입되는 오존을 상기 원수에 접촉시키고, 그에 함유된 유기물을 산화시키는 오존접촉관로(2)가 구비된다.

본 실시예에서의 상기 오존접촉관로(2)는 소정간격마다 설치된 직선형의 본관(2a)과, 상기 각각의 본관(2a)을 지그재그 형상으로 연결하는 굴곡관(2b)으로 이루어진 구조로 되어 있다.

그리고, 상기 오존접촉관로(2)에는 그를 통과하는 유입수의 수질변화에 따른 오존요구량을 실시간으로 측정하는 오존분해속도(kc) 측정기(11)와, 상기 오존분해속도 측정기(3)를 통하여 측정된 원수에 대한 순간오존요구량(Instantaneous ozone demand, I.D)으로 오존이 주입되도록 제어하는 오존자동제어유니트(OCU : Ozone Control Unit)(4)와, 상기 오존자동제어유니트(4)로부터 제어신호를 인가받아 순간오존요구량만큼의 오존을 발생시키는 오존발생기(14)가 설치된다.

여기서, 상기 오존자동제어유니트(4)는 오존분해속도 및 ID 측정, 오존제어인자 산출 및 오존발생농도를 결정하여 오존발생기(14)에서 발생되는 오존량을 제어하며, 상기 제어된 오존량은 오존 모니터(6)에 디스플레이된다.

한편, 상기 오존접촉관로(2)의 본관(2a) 입구측에는 상기 오존접촉관로(2)내의 자연유속에 의한 압력 차이를 발생시켜 오존이 주입되도록 하는 흡출기(7)가 설치된다.

또한, 오존접촉효율을 더욱 향상시키기 위하여 상기 오존접촉관로(2)의 본관(2a)과 굴곡관(2b)의 연결부위에 설치되어 그의 내부의 유속 및 흐름을 가변시켜서 오존화공기와 처리수의 접촉을 극대화시키는 액셀러레이터(8)가 설치된다.

상기 액셀러레이터(8)는 원수가 유입되는 입구측에 설치된 관축소부재와, 상기 원수의 출구측에 설치된 관확대부재로 구성되며, 상기 관축소부재와 관확대부재는 1/2구배를 가지는 리듀셔(reducer)로 이루어진 구조로 되어 있다.

상기 오존접촉관로(2)의 배출구측에는 원수의 산화분해에 사용되고 남은 잔류오존이 후속공정에 영향을 주지 않도록 처리수와 분리하여 배출하는 기액분리기(9)가 설치되며, 상기 기액분리기(9)에는 그를 통하여 배출되는 배출오존을 파괴하는 배출오존처리장치(10)가 설치된다.

상기와 같이 구성된 관로형 오존접촉장치의 작용상태를 설명하면 다음과 같다.

본 시스템에서의 오존 주입량은 순간오존요구량(I.D)에 의해 결정되며, 상기 I.D값은 오존분해속도 측정장치(3)에 의하여 실시간으로 측정된다. 여기서, 대상 원수에 오존을 주입하게 되면 초기잔류오존농도가 주입농도보다 낮게 나타나는데, 그 차이는 원수의 오염도에 따라 다르고, 차이가 클수록 오염정도가 높다. 예를 들어 원수에 2.5mg/L의 오존을 주입시 초기잔류오존농도가 1.5mg/L라면 차이인 1mg/L는 오존과 즉각적으로 반응하는 물질들에 의해 소모되는 오존량으로 I.D를 나타낸다. 그리고, 전오존공정으로 운전시, 오존주입은 이 I.D값만큼 주입하게 된다.

이렇게 산정된 오존주입량을 적정하게 유지하기 위하여 오존제어 유니트(4)를 이용하여 제어할 수 있도록 한다. 상기 오존제어 유니트(4)는 오존분해속도장치(3)와 연결되어 오존분해속도 및 I.D 측정, 오존제어인자 산출 및 오존발생농도를 결정하여 오존발생기(5)를 제어한다.

본 관로형 오존접촉시설은, 상기 오존 발생기(5)에서 발생된 오존을 본관(2a)에서 별도로 분기된 흡출기(7)에 주입하고, 다시 이것을 본관(2a)에 주입하는 사이드 스트림(side stream) 주입방식으로서, 상기 본관(2a)에 직접 주입하는 방식보다 효율이 높은 것으로 나타났다. 오존접촉시설의 관내유속은 일반적으로 상수도 시설에 적용되고 있는 관로내 유속인 1m/sec를 적용하였다. 원수가 관로에 유입되면 본관(2a)과 그로부터 분기된 라인상에 설치된 흡출기(aspirator)(7)간의 관내 자연유속에 의한 압력차이에 의해 오존이 주입된다.

상기 침사지(1)의 배출구(1a)을 통하여 오존접촉관로(2)의 본관(2a)에 유입되는 원수는 상기 본관(2a)에 설치된 액셀러레이터(accelerator)(8)에 의해 유속이 가변됨으로써 관내의 난류형성으로 인한 오존접촉효율이 향상된다. 즉, 상기 액셀러레이터(8)는 본관(2a) 직경에서 본관직경의 1/2로 줄어드는 관축소부재와 다시 본관직경으로 늘어나는 관확대부재로 구성되어 있어 관내의 유속 및 흐름을 가변시켜서 난류를 형성시키는 것이며, 이때의 상기 관축소부재의 길이는 축소부 직경의 10배 이상, 본관에서 축소부 또는 축소부에서 본관으로의 굴곡은 30。로 설계된 구조로 되어 있어 상기 관내에서의 오존접촉효율이 크게 향상되는 것이다.

한편, 상기 오존접촉관로(2)내로 유입된 오존이 그의 후단에 설치된 기액분리부(15)를 통하여 잔류오존이 배출되고, 배출오존은 배출오존처리장치를 거쳐 제거됨으로써 상기 오존접촉관로(2)에서 후속공정으로 배출되는 것을 방지한다.

본 발명에서는 장방형 오존접촉지, 원통형 오존접촉지 및 관로형 오존접촉장치에 대하여 오존이용효율의 실험결과를 첨부된 도2에 그래프로서 나타내었다. 도2의 도면에 도시한 바와 같이, 접촉지의 경우 장방형(53∼57%)보다 원통형(62∼67%)이 다소 효율이 높은 것으로 나타났으며, 접촉지 형식보다 관로형의 경우(75∼83%)가 이용효율이 더 높은 것을 보여주고 있다. 또 오존이용효율뿐만 아니라 오존전달효율에서도 관로형은 100%로 접촉지 형식이 55∼70%인 것에 비해 훨씬 우수한 것으로 나타나고 있다. 또한, 본 실험에서 오존접촉시간은 장방형 및 원통형접촉지는 5분, 관로형은 30초로 하여 실험하였다. 기존의 접촉지 형식의 전오존접촉의 경우 5분내외의 접촉시간을 갖는 것이 일반적이나, 본 발명의 관로형 오존접촉장치는 약 30초의 접촉시간으로 충분한 접촉효율을 얻을 수 있는 것으로 나타났으며, 이에 따라 부지사용, 건설비용 및 운영비용 등에서 훨씬 경제적인 것으로 기대된다.

도3은 관로형 전오존접촉이 응집·침전에 미치는 영향을 확인한 실험결과로 전오존 접촉이 없는 경우와 관로형 전오존접촉의 경우를 비교하여 도시하였다. 관로형 전오존을 적용하였을 경우 응집·침전 후 처리효율이 모든 항목에서 95% 이상으로 나타나고 있어 처리효율이 향상되는 것을 볼 수 있다. 망간의 경우 전오존 접촉을 하지 않아도 높은 처리효율을 보여주고 있어 전오존 접촉에 의한 효율향상을 찾아보기 힘들지만 철과 오염물질의 입자수는 58%에서 96% 이상으로 처리효율이 크게 향상되는 것을 볼 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 오존처리공정에서 I.D값 개념을 도입함에 따라 항상 적정한 오존주입량을 유지할 수 있으며, 오존접촉장치를 일반적인 장방형접촉지 형식이 아닌 관로형태로 구성하여 접촉효율을 증가시키고 접촉시간을 단축시킴으로서 보다 안정적이고 경제적인 고도정수처리를 수행할 수 있는 효과를 가진다.

Claims (9)

1. 침사지에 연결되어 원수의 이동경로를 제공하며, 외부로부터 유입되는 오존을 상기 원수에 접촉시켜 그에 함유된 유기물을 산화시키는 오존접촉수단;

   상기 오존접촉수단을 통과하는 유입수의 수질변화에 따른 오존요구량을 실시간으로 측정하는 오존분해속도(kc) 측정수단;

   상기 오존분해속도 측정수단을 통하여 측정된 원수에 대한 순간오존요구량(Instantaneous ozone demand, I.D)으로 오존이 주입되도록 제어하는 오존제어수단(OCU : Ozone Control Unit);

   상기 오존자동제어수단으로부터 제어신호를 인가받아 순간오존요구량만큼의 오존을 발생시키는 수단; 및

   상기 오존접촉수단의 소정 위치에서 분기되며, 상기 오존발생수단으로부터의 발생된 오존을 상기 오존접촉수단으로 주입하는 오존주입수단

   을 포함하는 수처리를 위한 관로형 오존접촉장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 오존접촉수단의 배출구측에 장착되어 원수의 산화분해에 사용되고 남은 잔류 오존이 후속공정에 영향을 주지 않도록 처리수와 분리하여 배출하는 기액분리수단을 더 포함하는 수처리를 위한 관로형 오존접촉장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 오존접촉수단은 관로형상으로 형성된 수처리를 위한 관로형 오존접촉장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 관로의 일부가 지그재그 형상의 굴곡관으로 이루어진 수처리를 위한 관로형 오존접촉장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 오존 주입수단은 그와 상기 오존접촉수단내의 자연유속에 의한 압력 차이를 발생시켜 오존이 주입되도록 하는 흡출기인 것을 특징으로 하는 수처리를 위한 관로형 오존접촉장치.
6. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 오존접촉수단의 소정위치마다 설치되어 그의 내부의 오존접촉효율을 향상시키기 위하여 유속을 가변시키는 수단을 더 포함하는 수처리를 위한 관로형 오존접촉장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 유속가변수단은

   원수가 유입되는 입구측에 설치된 관축소부재와, 상기 원수의 출구측에 설치된 관확대부재를 포함하는 수처리를 위한 오존접촉장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 관축소부재와 관확대부재는 1/2구배를 가지는 테이퍼관으로 이루어진 수처리를 위한 오존접촉장치.
9. 제 2 항에 있어서,

   상기 기액분리수단에 연결되어 그를 통하여 배출되는 배출오존을 파괴하는 배출오존처리장치를 더 포함하는 수처리를 위한 오존접촉장치.