KR100367219B1 - 미량유해물질을 제거하기 위한 고도정수처리장치 - Google Patents
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Abstract
1.청구범위에 기재된 발명이 속한 기술 분야
미량유해물질을 제거하기 위한 고도정수처리장치
2.발명이 해결하고자 하는 기술적 요지
본 발명은 오존분해속도(kc) 측정장치를 이용한 오존주입농도 제어장치와, 관로형 전오존접촉시설과, 후AOP접촉시설과, 배출오존의 재이용장치 및 활성탄의 자동역세척장치가 조합된 공정을 이용하여 종래의 고도정수처리기술에 비해 경제적이면서도 오존의 접촉효율을 증대하고, 배출오존처리시설의 부하경감 및 오존 발생비용을 절감할 수 있으며, 미량유해물질의 제거효율을 극대화한 고도정수처리장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
3.발명 해결방법의 요지
본 발명은 침사지로부터 배출되는 유입수에 오존을 접촉시켜 유해물질을 산화하는 전오존접촉수단; 상기 전오존접촉수단을 통과한 처리수를 응집 및 침전시키는 응집 및 침전지; 상기 응집 및 침전지를 통과한 처리수를 여과하도록 그 내부에 소정높이의 모래층이 형성된 모래여과지; 상기 모래여과지에서 여과된 처리수에 함유된 미량유해물질들을 재차 오존과 과산화수소에 의해 산화시키는 후AOP접촉수단; 후AOP접촉지에서 배출되는 배출오존을 재이용하는 수단; 및 상기 후AOP접촉수단으로부터 배출된 처리수와 흡착하도록 그 내부에 활성탄층이 형성되며, 상기 활성탄층을 통과한 처리수의 입자분석을 수행하여 처리수의 병원성 미생물, 미세활성탄등 입자성 물질의 누출상태를 파악하고, 자동으로 역세척을 수행하는 활성탄 자동역세척수단을 포함하는 미량유해물질을 제거하기 위한 고도정수처리장치를 제공한다.
4.발명의 중요한 용도
상수원수의 미량유해물질에 대한 처리효율을 극대화시키면서 경제성을 갖도록 한 것임.
Description
본 발명은 상수원수중의 미량유해물질들을 경제적이고 효과적으로 처리하기 위한 고도정수처리장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 전오존 관로형 접촉시설 및 후AOP접촉시설의 배출오존 재이용시설, 활성탄 자동역세척시설에 의한 역세척공정의 최적화, 오존분해속도 측정장치에 의한 오존주입량 최적제어에 의해, 미량유해물질 등과 같은 고도정수처리 대상물질에 대한 처리효율을 극대화시킴과 동시에 경제성을 갖도록 한 원수의 미량유해물질을 제거하기 위한 고도정수처리장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 상수원수를 먹는물로 처리하기 위한 정수장치로서, 종래에는 탁도와 병원성세균을 효과적으로 처리하기 위한 여러 가지 정수처리장치가 개발되어 있으며, 그 중에서 표준적인 정수공정인 응집/침전 및 모래여과에 의한 정수장치가 대표적으로 사용되어 상수원수의 미량유해물질을 처리하고 있다. 그러나, 도시발달과 산업발전의 가속화에 따라 생활하수 및 공장폐수 등이 수질악화를 심화시키는 원인으로 작용하고 있으며, 이러한 각종 유해물질에 의한 수질오염사고가 빈발하면서 탁도와 병원성세균의 제거를 목적으로 한 표준적인 정수공정은 한계를 드러내고 있기 때문에, 상기한 표준 정수처리장치인 응집/침전 및 모래여과 정수장치만으로는 적정한 상태로 원수를 처리할 수가 없었다. 또한, 수중에 포함된 미량의 유기·무기화학물질들이 인체에 미치는 영향이 심각한 것으로 밝혀지면서 이들의 처리를 용이하게 수행하면서, 상수원수의 수질악화에 대비하여 원하는 수질의 수돗물을 가장 경제적으로 생산할 수 있는 고도정수처리기술의 개발이 진행되어 왔다. 이에 부응하고자 오존과 활성탄 공정을 표준 정수공정에 결합시킨 고도정수처리기법이 도입되어 실행되고 있다.
한편, 1974년 염소소독과정에서 발암물질인 트리할로메탄(THM : Trihalomethane)이 생성된다는 것을 발견한 이래로 대체 살균법에 대한 연구가 이루어졌다. 유럽에서는 입상활성탄 내부에서 흡착과 동시에 미생물의 활동에 의한 유기물질 제거능력이 밝혀지면서 오존시설과 생물학적 활성탄(BAC : Biological Activated Carbon)을 연계시킨 새로운 수처리 기술이 실용화되었다.
최근에는 오존에 의한 산화기능을 극대화시킨 고도산화기술(AOT : Advanced Oxidation Technology)등에 대한 연구가 진행되고 있다. 미국에서도 1980년 초부터생물학적 활성탄(BAC)에 대한 많은 연구가 본격적으로 수행되어 왔으며, 최근에는 트리할로메탄 발생문제를 가진 염소소독 공정의 대체를 위하여 오존의 활용과 산화효율을 증대시키는 방법인 고도산화기술 및 살균부산물질(DBP : Disinfection By-Product) 제어에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
일본에서는 원수의 수질악화가 심화되면서 1970년대에 고도정수처리에 대한 검토가 이루어졌다. 냄새원인물질(2-MIB : 2-methyl isoborneol, Geosmin) 제거와 용존유기탄소(DOC : Dissolved Organic Carbon), 트리할로메탄(THM)의 제거를 위하여 오존과 생물학적 활성탄(BAC)을 혼용한 처리가 입상활성탄(GAC : Granular Activated Carbon)만에 의한 처리보다 운영비가 절감되는 것으로 분석되어 실용화되고 있다.
이와 같이 선진 외국에서는 원수의 수질에 포함된 미량의 유기물질과 소독부산물질의 제어를 위한 연구가 진행되고 있으며, 일부 지역에서는 현장에 적용하고 있다.
국내에서는 1986년에 인천의 부평정수장에 최초로 활성탄 처리시설이 도입되었고, 1988년에 부산의 화명정수장에 오존처리시설이 도입된 이후, 1994년 '4대강 수질관리 개선대책'으로 진행된 과제로서 오존 및 활성탄 처리공정을 중심으로 고도정수처리시설이 16개 정수장에 설치·운영되거나 계획 중에 있으나, 모두 외국기술에 의존하고 있어서 아직까지 고도정수처리에 대한 국내의 기술수준은 미미한 실정이라고 할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 제반문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 오존분해속도(kc) 측정장치를 이용한 오존주입농도 제어장치와, 관로형 전오존접촉시설과, 후AOP접촉시설과, 배출오존의 재이용장치 및 활성탄의 자동역세척장치가 조합된 공정을 이용하여 종래의 고도정수처리기술에 비해 경제적이면서도 오존의 접촉효율을 증대하고, 배출오존처리시설의 부하경감 및 오존 발생비용을 절감할 수 있으며, 미량 유해물질의 제거효율을 극대화한 미량유해물질을 제거하기 위한 고도정수처리장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도1은 본 발명에 의한 미량유해물질을 제거하기 위한 고도정수처리장치의 일실시예를 나타낸 개략적인 공정도.
도2는 본 발명의 요부인 관로형 오존접촉장치의 구성을 나타낸 개략적인 공정도.
도3은 본 발명의 요부인 배출오존 재이용장치의 구성을 나타낸 개략적인 공정도.
도4는 본 발명의 요부인 활성탄 자동역세척장치의 구성을 나타낸 개략적인 공정도.
도5는 본 발명과 기존공정의 단위공정에 대한 탁도 처리효율을 나타낸 그래프도.
도6은 본 발명과 기존공정의 단위공정에 대한 Cl demand 처리효율을 나타낸 그래프도.
도7은 본 발명과 기존공정의 단위공정에 대한 용존유기탄소(DOC) 처리효율을 나타낸 그래프도.
도8은 본 발명과 기존공정의 단위공정에 대한 KMnO4소비물질의 처리효율을 나타낸 그래프도.
도9는 본 발명과 기존공정의 단위공정에 대한 UV254처리효율을 나타낸 그래프도.
도10은 본 발명과 기존공정의 단위공정에 대한 THMFP 처리효율을 나타낸 그래프도.
도11은 본 발명의 단위공정에 대한 TOXFP 처리효율을 나타낸 그래프도.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 침사지에 연결되어 유입수의 이동경로를 제공하고 외부로부터 유입되는 오존을 상기 유입수에 접촉시키기 위한 오존접촉관로를 구비하며, 유입수질의 변동에 따라 자동적으로 오존주입을 행하여 유해물질을 산화시키는 전오존접촉수단; 상기 전오존접촉수단을 통과한 처리수를 응집 및 침전시키는 응집 및 침전지; 상기 응집 및 침전지를 통과한 처리수를 여과하도록 그 내부에 소정높이의 모래층이 형성된 모래여과지; 유입수의 수질을 실시간으로 측정하고 수질특성에 따라 오존 및 과산화수소의 주입을 자동적으로 제어하여 상기 모래여과지에서 여과된 처리수에 함유된 미량의 유해물질들을 재차 산화시키는 후AOP 접촉수단; 및 상기 후AOP접촉수단으로부터 배출된 처리수와 흡착하도록 그 내부에 활성탄층이 형성되며, 상기 활성탄층을 통과한 처리수의 입자분석을 수행하여 처리수의 병원성 미생물, 미세활성탄 등 입자성 물질의 누출상태를 파악하고, 자동으로 역세척을 수행하는 활성탄 자동역세척수단을 포함하는 미량유해물질을 제거하기 위한 고도정수처리장치를 제공한다.
이하, 첨부된 도1 이하의 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 미량유해물질을 제거하기 위한 고도정수처리장치 및 방법은 오존과 과산화수소 및 활성탄을 이용하여 고도정수처리 대상물질에 대한 처리효율을 극대화시키며 경제성을 가지도록 구현한 것으로, 본 발명에서는 도1에 도시한 바와 같이, 원수 내에 포함된 잔모래를 제거하기 위한 침사지(1)로부터 배출되는 유입수에 오존을 접촉시켜 유해물질을 산화하는 관로형 전오존접촉장치(2)가 구비된다.
상기 관로형 전오존접촉장치(2)는 도2에 도시한 바와 같이 침사지(1)의 배출구에 연결되어 유입수의 이동경로를 제공하되 외부로부터 유입되는 오존을 상기 유입수에 접촉시키고 그에 함유된 유기물을 산화시키는 오존접촉관로(102)와, 상기 오존접촉관로(102)를 통과하는 유입수의 오존분해속도를 측정하여 수질변화에 따른 오존요구량을 실시간으로 측정하는 오존분해속도(kc) 측정기(103)와, 상기 오존분해속도 측정기(103)를 통하여 측정된 유입수의 순간오존요구량(I.D : Instantaneous ozone demand)을 이용하여 오존주입농도를 결정함으로써 최적의 전오존 처리효과를 낼 수 있도록 오존주입량을 제어하는 오존자동제어유니트(OCU : Ozone Control Unit)(104)와, 상기 오존자동제어유니트(104)로부터 제어신호를 인가받아 순간오존요구량만큼의 오존을 발생시키는 제1 오존발생기(105)와, 상기 오존접촉관로(102)의 오존접촉효율을 높이기 위하여 그의 입구측에 설치되어 상기 오존접촉관로(2)내의 유속에 의한 압력 차이를 발생시켜 오존이 주입되도록 함으로써 단시간 내에 오존접촉효과를 거둘 수 있도록 한 제1 흡출기(107)로 구성된다.
또한, 상기 오존접촉관로(102)의 배출구측에는 유입수의 산화분해에 사용되고 남은 잔류 오존이 후속공정에 영향을 주지 않도록 처리수와 분리하여 배출하는 기액분리기(108)가 설치되며, 상기 기액분리기(108)에는 그를 통하여 배출되는 오존을 파괴하는 배출오존처리장치(109)가 연결되어 있다.
여기서, 본 실시예에서의 상기 오존접촉관로(102)는 소정간격마다 설치된 직선형의 본관(102a)과 상기 각각의 본관(102a)을 지그재그 형상으로 연결하는 굴곡관(102b)으로 이루어져 있으며, 상기 오존접촉효율을 더욱더 향상시키기 위하여 상기 오존접촉관로(102)의 본관(102a)과 굴곡관(102b)의 연결부위에 설치되어 그의 내부의 유속을 가변시키는 액셀러레이터(110)가 구비되어 있다. 상기 액셀러레이터(110)는 처리수가 유입되는 입구측에 설치된 관축소부재와, 상기 유입수의 출구측에 설치된 관확대부재로 구성되며, 상기 관축소부재는 본관에 30도의 구배를 가지며, 본관의 1/2배의 관경을 갖는 리듀셔(reducer)로 이루어진 구조로 되어 있다.
또한, 상기 오존자동제어유니트(104)는 오존분해속도측정기(103)로부터 측정된 유입수에 대한 순간오존요구량(Instantaneous ozone demand, I.D)을 입력받아 오존분해속도 및 I.D 측정, 오존제어인자 산출 및 오존발생농도를 결정하고 제어된 오존농도값으로 제1 오존발생기(105)에서 발생되는 오존량을 제어하며, 상기 제어된 오존량은 오존 모니터(106)에 디스플레이되도록 하고 있다.
상기 전오존접촉장치(2)에는 그를 통과한 처리수를 응집 및 침전시키는 응집 및 침전지(3)와, 그 내부에 소정높이의 모래층이 형성되어 상기 침전지(3)를 통과한 처리수를 여과하는 모래여과지(4)와, 오존농도를 낮게 유지하면서 산화능력을 극대화시킬 수 있도록 후술할 후고도산화(이하, '후AOP'라 칭함)접촉지에서 배출되는 배출오존을 재주입하며 상기 모래여과지(4)를 통하여 여과된 처리수에 접촉시켜 산화처리를 수행하는 AOP접촉지 유입관(5)과, 오존과 과산화수소(H2O2)를 주입하여 생성된 OH 라디칼을 이용하여 상기 모래여과지(4)에서 여과된 처리수에 함유된 미량의 유해물질들을 재차 산화시키며, 오존을 단독으로 사용할 때보다 처리효과가 우수하면서도 경제적인 후AOP접촉지(AOP : Advanced Oxidation Process)(6)가 순차적으로 연결된다. 여기서, 상기 후AOP접촉지(6)는 소정 간격마다 이격된 위치에 각각 다수의 접촉단(6a)이 직립되게 설치되어 있으며, 본 실시예에서는 3단의 접촉단이 위치된 구조로 되어 있다. 특히, 1단의 접촉단은 상부가 기밀성을 유지하도록 밀폐되어 있으며, 2단과 3단에서 배출되는 배출오존은 상기 AOP접촉지 유입관(5)으로 재이용되며, 1단은 기액분리조의 역할 및 재이용된 배출오존의 반응조의 역할을 수행하고, 필요시에는 오존을 직접 주입할 수 있는 구조로 되어 있다. 또한, 상기 후AOP접촉지(6)의 하단부에는 그의 내부로 오존이 유입되도록 하는 디퓨저(6b)가 구비되어 있다.
상기 후AOP접촉지(6)에는 그로부터 사용되어진 배출오존을 재이용할 수 있도록 AOP 접촉지 유입관(5)을 매개로 배출오존 재이용장치와 연결되어 있다. 상기 배출오존 재이용장치는 도3에 도시한 바와 같이, 상기 후AOP접촉지(6)에 구비된 1단의 접촉단이 기액분리조가 되어 별도의 기액분리기가 필요치 않으며, 상기 AOP접촉지 유입관(5)의 배출라인을 통하여 배출되는 유입수의 수질특성에 따라 오존의 분해속도를 측정하고 상기 측정된 데이터를 오존제어유니트(104)로 송출하는 제2 오존분해속도 측정기(203)와, 상기 오존제어유니트(104)로부터 제어된 요구량만큼 오존을 발생시켜 상기 후AOP접촉지(4)에 제공하기 위한 제2 오존발생기(204)와, 상기 제2 오존발생기(204)에 고순도의 산소를 제공하기 위한 산소 발생기(205)와, 상기 제2 오존발생기(5)의 오존공급라인상에 설치되어 그로부터 배출되는 오존의 유량을 조절하는 오존유량조절계(206)와, 상기 후AOP접촉지(6)에서 배출되는 배출오존을 상기 AOP접촉지 유입관(5)으로 재순환시키기 위한 배출오존 재순환라인(207)과, 상기 배출오존 재순환라인(207)상에 설치되어 처리수의 순간오존요구량(I.D)을 감소시키기 위하여 상기 AOP접촉지 유입관(5)의 자연유속에 의해 압력 차이를 발생시켜 재이용되는 배출오존이 주입되도록 하는 제2 흡출기(208)와, 상기 후AOP접촉지(6)의 1단에서 배출된 배출오존을 압축하여 상기 배출오존처리장치(109)로 배출시키는 압축기(209)로 구성되며, 미설명부호 210은 오존모니터를 나타낸다.
상기와 같이 구성되어 배출오존을 재이용하는 배출오존 재이용장치(7)에서, 순간오존요구량(I.D)이란 오존을 주입하였을 경우, 주입 후 순간적으로 오존과 빠른속도로 반응하는 유기물이나 물속의 용존물질들에 의해 소모되는 오존소비량을 의미하는 것이며, 상기 오존소비량은 유입수의 수질특성에 따라 수시로 변화하므로 오존분해속도 측정기(3)의 측정값을 이용하여 오존주입량을 제어함으로써 최적의 오존농도를 지속적으로 유지할 수 있게 된다. 또한, 상기 후AOP접촉지(6)에서 AOP접촉지 유입관(5)으로 유입되는 배출오존은 상기 AOP접촉지 유입관(5)의 내부에 흐르는 유입수의 순간오존요구량을 감소시킴으로써 상기 배출오존을 재이용할 수 있게 되는 것이다.
또한, 상기 제2 흡출기(208)를 통하여 AOP접촉지 유입관(5)으로 재순환되는 오존은 상기 유입수의 순간오존요구량(I.D)을 감소시킴으로써 재이용되며, 상기 AOP접촉지 유입관(5)의 배출구에는 상기 오존분해속도 측정기(3)를 이용하여 유입수의 오존분해속도(kc)를 측정함으로써 오존제어유니트(104)의 제어신호에 따라 최적의 오존 및 과산화수소의 농도로 제어되어 주입된다.
상기 후AOP접촉지(6)의 배출구에는 그로부터 배출된 처리수에 포함된 오염물질을 흡착하도록 그 내부에 활성탄층이 형성된 활성탄흡착지(8)가 설치된다. 여기서, 상기 활성탄층은 다양한 세공구조를 가진 무정형 탄소로서 물리적, 화학적 공정을 거쳐 제조되며, 주로 입상활성탄(GAC) 혹은 생물활성탄(BAC)을 이용한다. 이는, 상기 활성탄의 내부표면에서 일어나는 흡착에 기인한 흡착능으로 유입수에 포함된 유해 유기물을 제거하기 위함이다.
상기 활성탄흡착지(8)에는 상기 활성탄 처리수의 입자분석을 수행하여 처리수의 병원성 미생물, 미세활성탄 등 입자성 물질의 누출상태를 파악하고, 자동으로 역세척을 수행함으로써 활성탄흡착지의 운전효율을 극대화시킬 수 있도록 한 활성탄 자동역세척장치(8)가 연결되며, 상기 활성탄 자동역세척을 수행한 처리수는 활성탄흡착지(8)에 연결된 정수지(10)에 집수된다.
여기서, 상기 활성탄 자동역세척장치(8)는 도4에 도시한 바와 같이 상기 활성탄흡착지(8)의 입구측에 설치되어 모래여과수 및 오존 처리수에 포함된 오염물질의 입도를 측정하는 제1 입도측정기(302)와, 상기 활성탄흡착지(8)의 출구측에 소정 간격을 두고 설치되어 활성탄에 흡착처리된 후 배출되는 처리수의 탁도를 측정하는 탁도계(304)와, 활성탄 흡착처리된 처리수의 오염물질의 입도를 재차 측정하는 제2 입도측정기(305)와, 상기 제1 및 제2 입도측정기(302, 305)와 탁도계(304)로부터 각각 측정된 입도 및 탁도 데이터를 온라인(On-Line)으로 입력받고 그 결과의 분석을 통하여 역세척 시점을 결정하도록 제어하는 제어유니트(306)와, 상기 활성탄흡착지(8)의 저면에 소정간격을 두고 설치되며 공기 및 정수를 각각 주입하여 역세척 효율을 증가시키기 위한 공기공급라인(307) 및 정수공급라인(308)으로 구성된다.
또한, 상기 활성탄흡착지(8)의 일측 상면에는 후AOP접촉지(6)의 잔류오존이 활성탄흡착지(8)에서 누출되는 경우, 이를 포집하여 배출오존처리장치(109)로 배출시키는 잔류오존 배기라인(309)이 설치되며, 상기 제어유니트(306)내에는 상기 제2 입도측정기(305)로부터 입력된 제어신호를 인가받아 경보음을 발생하거나 점멸하여 작업자에게 인지시키기 위한 경보기(310)가 내장되어 있다.
상기 활성탄흡착지(8)에 물과 공기를 병용시켜 유입하는 활성탄 자동역세척장치는 활성탄 입자간 전단력을 매우 크게 하므로 역세척 효율을 향상시킬 수 있는 것이다. 또한, 활성탄 자동역세척장치에서, 상기 제어유니트(306)에 의한 역세척 시점의 결정은 역세척 직후부터 입상활성탄(GAC : Granular Activated Carbon) 혹은 생물활성탄(BAC : Biological Activated Carbon) 처리수 중에 포함된 오염물질의 입도분석, 탁도, 수두손실, 여과지속시간을 정량화하여 자동으로 결정한다. 이러한 역세척에 의해 생물활성탄(BAC)으로 운전할 경우, 병원성 미생물의 누출이 제어되고, 생물활성탄으로서의 기능을 최적화할 수 있다. 또한, 상기한 기능들은 활성탄 유출 등의 이상운전에 대한 경보시스템으로서 이용될 수 있다.
한편, 상기 제어유니트(5)에 의해 역세척 시기를 결정하는 방법은 입자크기분석, 제거율 등을 입도에 따라 분석하여 결정한다. 또한, 오염물질의 입도 및 탁도를 분석하여 역세척 효율을 평가할 수 있도록 하였다.
또한, 상기 제2 입도측정기(305)로부터 활성탄 유출감지신호가 제어유니트(306)에 전달됨으로써 활성탄의 비정상 유출이 방지되는 것이며, 또 상기 제1 및 제2 입도측정기(302, 305)가 크립토스포리디움(Cryptosporidium) 및 지아르디아(Giardia)와 같은 미생물 입경대 입자의 누출을 측정하여 제어유니트(306)에 전달함으로써 활성탄에서 병원성 미생물 등이 누출되는 것을 사전에 예방할 수 있게 되는 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 관리자에 의한 개략적인 경험이 아니라, 입자의 크기, 탁도, 손실수두, 여과지속시간을 온라인 상태에서 과학적으로 분석하여 역세척 시점을 합리적으로 결정하여 물과 공기의 병용세정에 의해 역세척 효율을 증진시키고 역세척시 활성탄의 누출을 방지하게 되는 것이다.
본 발명의 고도정수처리공정을 수행하기 위한 처리흐름도를 통하여 고도정수처리공정을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 원수에서 침사지 → 관로형 전오존접촉장치(전오존 공정) → 응집/침전공정 → 모래여과공정 → 배출오존 재이용장치 → 후AOP접촉지(후AOP 공정) → 생물활성탄흡착지(생물활성탄공정) → 정수지를 통과하는 일련의 과정을 거친다.
본 발명의 작용상태를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 오존분해속도 측정기(103)를 매개로 침사지(1)로부터 오존접촉관로(102)로 유입되는 유입수에 대한 오존분해속도를 실시간으로 측정하고, 상기 측정값을 입력받은 오존자동제어유니트가 연산을 수행하여 오존분해속도 및 I.D 측정, 오존제어인자 산출 및 오존발생농도를 결정한다. 그리고, 상기 오존자동제어유니트는 오존발생기(105)에 구동제어신호를 인가하여 측정된 I.D값만큼 오존을 발생시킨다. 상기 발생된 오존은 흡출기(107)에 의해 처리수가 유입되는 오존접촉관로(102)로 주입되어 상기 유입수에 함유되어 있는 유해물질을 1차 산화처리한다.
여기서, 상기 오존접촉관로(102)의 본관(102a)에 유입되는 유입수는 상기 본관(2a)의 양측에 설치된 액셀러레이터(accelerator)(8)에 의해 유속이 가변됨으로써 관내의 오존접촉효율을 향상시킬 수 있도록 하고 있다.
상기 오존접촉관로(2)내에서 유입수의 산화처리에 사용된 후 남은 잔류오존은 기액분리부(108)를 통하여 유입수와 분리되어 배출오존처리장치(109)에서 처리된다.
상기 기액분리부(108)를 통과한 처리수는 응집/침전지(3)와 모래여과지(4)를 순차적으로 거치면서 상기 처리수에 포함된 오염물질을 응집/침전, 여과하고, 상기 모래여과지(4)를 통과한 처리수는 AOP접촉지 유입관(5)과 후AOP접촉지(6)를 통과하면서 재차 산화처리된다. 상기 후AOP접촉지(6)는 오존자동제어유니트(104)에 의해 제어구동하는 제2 오존발생기(204)로부터 오존을 공급받는다. 그리고, 상기 후AOP접촉지(6)의 구성인 디퓨저(6b)를 매개로 하여 2,3단 접촉단(6a)으로 오존을 주입함으로써, AOP접촉지 유입관(1)에서 산화처리된 유입수를 재차 산화처리한다.상기 후AOP접촉지(6)의 2,3단 접촉단(6a)의 상단으로부터 배출되는 배출오존은 상기 제2 흡출기(208)를 통하여 AOP접촉지 유입관(5)으로 재순환되어 처리수의 순간오존요구량(I.D)이 줄어들게 된다. 이때, 상기 후AOP접촉지(6)의 오존주입농도는 오존제어유니트(104)의 오존분해속도(kc)를 이용한 최적주입농도로 주입된다. 따라서, 상기 후AOP접촉지(6)의 배출오존은 AOP접촉지 유입관(5)으로 재순환됨으로써 오존의 이용효율이 향상되는 것이다.상기 후AOP접촉지(6)에서 유기물질이 산화처리된 처리수는 다음 공정인 활성탄 흡착공정을 거치게 된다. 즉, 상기 활성탄흡착지(8)로 유입되는 처리수의 오염물질을 상기 제1 입도측정기(302)를 통하여 입도를 측정하고 분석한 후, 상기 제어유니트(306)에 측정된 결과데이터를 입력한다. 상기 활성탄흡착지(8)에 유입되는 상기 오존처리된 처리수를 활성탄층에 흡착되도록 하여 상기 처리수에 포함된 미량 유해물질을 제거한다. 상기 활성탄흡착지(8)를 통과한 활성탄흡착 처리수는 그의 배출구측에 설치된 탁도계(304)와, 제2 입도측정기(305)에 의해 탁도 및 입도가 각각 측정되어 제어유니트(306)에 입력된다. 상기 제어유니트(306)는 상기 제1 및 제2 입도측정기(302, 305)로부터 입력되는 입도데이터와, 상기 탁도계(304)로부터 입력되는 탁도데이터를 분석하고 연산처리하여 역세척시점을 결정하고, 역세척에 필요한 운전요소들을 결정한 후 역세척을 실시한다. 상기 역세척 실시과정에서 물과 공기를 병용하여 활성탄 여과지에 유입시켜 역세척 효율을 향상시킨다.
또한, 상기 역세척과정에서 배출되는 역세척 배수의 입자크기를 검출하되, 상기 14㎛이상의 입자가 소정시간(약 2분)이상 동안 설정값 이상으로 지속적으로 검출되면 경보음을 발생하고, 그렇지 않으면 정상역세척을 실시한다.
활성탄의 역세척공정을 수행함으로서 활성탄의 역세척시 문제점으로 제기되었던 활성탄 누출문제, 병원성 미생물 등의 누출과 같은 처리수의 수질문제, 역세척 효율의 평가문제를 해결할 수 있다.
상기와 같이 구성되어 동작하는 본 발명의 실험적 검증을 위하여 제시한 운전조건으로는 단위공정에서 실험된 결과를 토대로 하여 전오존의 경우, 유입수의 I.D를 측정하여 주입농도를 결정하였으며, 상기 후AOP공정도 모래여과수의 I.D 및 kc를 측정하여 주입농도를 결정하였다. 본 운전에서 측정된 전오존접촉시설 유입수의 I.D는 약 0.3mg/L정도의 값을 나타냈으며, 후AOP접촉지(6)의 경우에는 모래여과공정에서 산출된 I.D와 kc를 기준으로 한 0.14mg/L의 주입농도로 Ct값(잔류오존농도 × 접촉시간)을 제어하여 최적의 오존주입량을 결정하였다. 또한, 오존접촉시간은 관로형 전오존접촉지의 경우 30초, 후AOP접촉시설의 경우 10분으로 운전하였으며 설계기준 및 운영기준은 다음과 같다.
본 발명의 처리효과를 분석하기 위하여 탁도와 미량유해물질의 수질지표로 이용되고 있는 염소요구량(Cl demand), 용존유기탄소(DOC), 과망간산칼륨 소비물질(KMnO4), 난분해성 유기물질의 총지표인 254nm 파장대의 UV 흡광도(UV254), 총트리할로메탄 전구물질(THMFP, Trihalometane Formation Potential) 및 총유기할로겐화합물 전구물질(TOXFP, Total Organic Halide Formation Potential)에 대한 각 단위공정별 처리효과를 비교하였다. 분석된 결과는 도 5∼11에 나타내었다.
그 결과, 상기 입상활성탄(GAC)공정과 전오존 및 GAC 혼합공정에 비하여, 전반적으로 후오존과 생물활성탄(BAC)의 혼합공정 및 전오존, 후오존 및 BAC혼합공정과 본 발명공정이 각각의 처리대상물질에 대하여 우수한 처리효과를 나타내고 있다. 특히, 발명공정의 경우 다른 공정과 비교할 때 다양한 물질에 대하여 매우 우수한 처리효율을 나타내고 있다. 탁도의 경우 모든 공정에서 88%이상의 높은 제거율을 나타냈으며, 발명공정의 경우 전오존공정의 후속공정에서 급속히 제거되어 98% 이상의 높은 제거율을 나타내고 있다. 이러한 현상은 관로형 전오존접촉시설에서 I.D만큼 소량 주입된 오존이 콜로이드성 물질을 미세한 플록으로 형성하여(microflocculation) 후속공정인 응집/침전공정에 순영향을 주는 것으로 판단된다.
살균·소독부산물 생성능의 지표인 염소요구량(Cl demand)의 경우 발명공정이 다른 공정과 비교할 때 월등한 제거효율을 보이고 있다. 또한 DOC, KMnO4소비물질과 같은 다른 수질항목에서도 기타 공정과 대등하거나 뛰어난 제거효율을 나타내고 있다. 이것은 발명공정의 관로형 전오존공정에서는 0.3mg/L로 하고, 후AOP 공정에서는 오존 0.14mg/L하되, 오존 대 과산화수소 주입비율을 1:0.3으로 함으로써 종래의 전오존 및 후오존공정과 비교할 때, 매우 소량의 오존을 주입하고 있음을 알 수 있다. 이러한 사실을 고려하면, 주입된 오존의 이용효율이 극대화되었으며 전체의 시스템이 최적화되어 본 발명공정의 경제성을 증명하고 있음을 알 수 있다.
본 발명공정에서 산화부산물질의 제거효율을 알아보기 위하여 산화부산물질 생성능의 총 지표인 총트리할로메탄 전구물질(THMFP) 및 총유기할로겐화합물 전구물질(TOXFP)에 대한 분석을 실시한 결과, 발명공정이 종래의 공정에 비해 뚜렷하게효율이 높게 나타나고 있는데, 최종처리수에서 THMFP는 73%, TOXFP는 80% 이상의 높은 제거효율을 보였다. 특히, 표준적인 정수공정으로 처리된 수돗물의 TOXFP의 제거율이 40% 정도임과 비교할 때, 월등한 제거효율을 나타내고 있어서 본 발명공정이 산화부산물질의 제어에도 뛰어난 효과가 있는 것으로 판단된다
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환과 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
전술한 본 발명은 기존의 표준적인 정수공정에 kc(오존분해속도)측정장치를 이용한 오존주입농도 제어장치, 관로형 전오존접촉시설, 후AOP접촉시설, 배출오존의 재이용 및 활성탄의 자동역세척장치를 부가시킨 공정으로 기존의 활성탄과 오존을 이용한 처리공정과 비교할 때 다음과 같은 효과를 가지고 있다.
첫째, 후오존공정을 후AOP공정으로 대체하여 오존주입량을 절반 이하로 감소하여 경제성을 높임과 동시에, 후오존공정 이상의 처리효율을 안정적으로 달성하였다.
둘째, 많은 부지면적 및 고가의 복잡한 설비를 필요로 하는 전오존접촉시설을 간단한 관로형 접촉시설로 대체하여 막대한 경비절감이 가능해졌으며, 이 관로형 접촉시설은 기존 정수장의 관로에 최소한의 시공으로 적용할 수 있게 되었다.
셋째, 관로형 접촉시설은 구조 및 제어가 매우 단순하면서도 일반적인 접촉시설 이상의 오존이용효율을 갖는다.
넷째, 후AOP접촉지에서 배출되는 배출오존을 효율적으로 재이용함으로써 오존이용효율을 극대화하여 오존발생량 절감 및 배출오존 처리장치의 부하경감을 실현하였다.
다섯째, 오존분해속도 측정장치(kc 측정장치)를 활용하여 후AOP 공정의 정확한 Ct값제어를 가능하게 하였다.
여섯째, 활성탄공정 처리수의 입자수를 측정하여 최종처리수의 수질을 모니터링하고 역세척시점 및 역세척모드를 결정하여 자동으로 역세척하는 제어시스템을 이루어져 있어 처리수의 안정성을 높이고, 역세척 공정을 최적화하였다.
일곱째, 활성탄공정의 역세척시 역세척 배수의 입자수를 모니터링하여 역세척 효율을 평가하고, 부적절한 역세척에 의해 활성탄이 유실되는 것을 방지하였다.
여덟째, 유입수의 수질 특성을 직접적으로 나타내는 I.D 및 kc를 이용한 제어기법을 개발하여 수질변화에 능동적으로 대처할 수 있고, 처리수의 수질이 안정적이다. 또한, 오존주입방식이 일정량 주입방식이 아니고 유입수의 오존소모량에 맞는 적정량의 오존을 주입하기 때문에 최적의 시스템을 구성할 수 있으며, 오존발생량을 절감할 수 있어서 경제적이다.
아홉째, 오존설비의 설계시 장기간의 pilot plant 운전대신 간단한 오존분해속도 측정장치의 설치, 운전으로 대체할 수 있기 때문에 고도정수처리 도입과정에서 pilot plant 시공, 운전비용 절감 및 설계기간을 대폭 단축할 수 있다.
열째, 오존분해속도 측정장치에 의한 설계 및 운전인자의 도출은 축적된 pilot plant 운전결과의 경험적 분석기법과는 달리 유입수의 오존분해특성을 실측하기 때문에 유입수의 특성을 정확히 분석할 수 있다.
이와 같이 전오존 관로형 접촉시설 및 후AOP접촉시설, 배출오존 재이용시설, 활성탄자동역세척시설에 의한 역세척공정의 최적화, 오존분해속도 측정장치에 의한 오존주입량 최적제어에 의해 미량유해물질 등 고도정수처리 대상물질에 대한 처리효율을 극대화시키면서 동시에 경제성을 갖도록 개발되어 활성탄과 오존산화처리 관련 기술이 향상되는 효과를 기대할 수 있다.
Claims (10)
- 침사지에 연결되어 유입수의 이동경로를 제공하고 외부로부터 유입되는 오존을 상기 유입수에 접촉시키기 위한 오존접촉관로를 구비하며, 유입수질의 변동에 따라 자동적으로 오존주입을 행하여 유해물질을 산화시키는 전오존접촉수단;상기 전오존접촉수단을 통과한 처리수를 응집 및 침전시키는 응집 및 침전지;상기 응집 및 침전지를 통과한 처리수를 여과하도록 그 내부에 소정높이의 모래층이 형성된 모래여과지;유입수의 수질을 실시간으로 측정하고 수질특성에 따라 오존 및 과산화수소의 주입을 자동적으로 제어하여 상기 모래여과지에서 여과된 처리수에 함유된 미량의 유해물질들을 재차 산화시키는 후AOP 접촉수단; 및상기 후AOP접촉수단으로부터 배출된 처리수와 흡착하도록 그 내부에 활성탄층이 형성되며, 상기 활성탄층을 통과한 처리수의 입자분석을 수행하여 처리수의 병원성 미생물, 미세활성탄 등 입자성 물질의 누출상태를 파악하고, 자동으로 역세척을 수행하는 활성탄 자동역세척수단을 포함하는 미량유해물질을 제거하기 위한 고도정수처리장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 전오존접촉수단은상기 오존접촉관로를 통과하는 유입수의 수질변화에 따른 오존요구량을 실시간으로 측정하는 제1 오존분해속도 측정수단;상기 제1 오존분해속도 측정수단을 통하여 측정된 유입수에 대한 순간오존요구량만큼 오존이 주입되도록 제어하는 오존제어수단;상기 오존자동제어수단으로부터 구동제어신호를 인가받아 순간오존요구량만큼의 오존을 발생시키는 제1 오존발생수단;상기 오존접촉수단에서 분기된 라인상에 설치되며, 상기 제1 오존발생수단으로부터 발생된 오존을 상기 오존접촉수단으로 주입하는 흡출수단; 및상기 오존접촉수단의 배출구측에 장착되어 유입수의 산화분해에 사용되고 남은 잔류오존이 후속공정에 영향을 주지 않도록 처리수와 분리하여 배출하는 기액분리수단을 포함하는 미량유해물질을 제거하기 위한 고도정수처리장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 오존접촉관로는 직선형의 본관과 상기 각각의 본관을 지그재그 형상으로 연결하는 굴곡관을 포함하며,상기 오존접촉관로의 본관과 굴곡관의 연결부위에 설치되어 그의 내부에 흐르는 처리수의 유속을 가변시켜 오존접촉효율을 향상시키는 액셀러레이터를 포함하는 미량유해물질을 제거하기 위한 고도정수처리장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 액셀러레이터는유입수가 유입되는 본관의 입구측에 설치된 관축소부재와, 상기 본관의 출구측에 설치된 관확대부재를 포함하되, 상기 관축소부재 및 관확대부재는 소정구배를 갖는 테이퍼관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 미량유해물질을 제거하기 위한 고도정수처리장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 AOP 접촉수단은내부에 소정 간격으로 직립된 다수의 접촉단이 구비되되 상기 접촉단의 제1단은 기액분리조의 기능을 갖도록 후속의 다른 단들과 분리되고 외부와의 기밀을 유지하도록 밀폐되어 있는 후AOP접촉지;상기 모래여과지와 후AOP접촉지 사이에 설치되며, 상기 후AOP접촉지에서 재순환되는 오존을 재이용하여 상기 모래여과지에서 여과된 처리수에 포함되어 있는 미량의 유해물질을 산화시키는 AOP접촉지 유입관; 및상기 후AOP 접촉지의 저면에 설치되어 오존을 유입시키는 디퓨저를 포함하는 미량유해물질을 제거하기 위한 고도정수처리장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 후AOP접촉지의 접촉단중 제1단에서 배출되는 배출오존을 포집하여 배출하는 압축기를 구비하여 배출된 오존을 처리하는 배출오존 처리수단을 더 포함하는 미량유해물질을 제거하기 위한 고도정수처리장치.
- 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,상기 후AOP접촉수단은상기 AOP접촉지 유입관의 배출라인에 연결되어 그를 통하여 배출되는 유입수의 수질특성에 따라 오존의 분해속도를 측정하는 제2 오존분해속도 측정수단;상기 제2 오존분해속도 측정수단을 통하여 측정된 유입수에 대한 순간오존요구량(Instantaneous ozone demand, I.D) 및 오존분해속도(kc)를 입력받아 오존농도를 제어하고 요구량의 오존이 발생되도록 제어하는 오존제어수단;상기 오존제어수단으로부터 제어된 요구량만큼 오존을 발생시키는 오존발생수단;상기 오존발생수단과 후AOP접촉수단을 연결하는 라인상에 설치되어 오존의 주입유량을 제어하는 오존유량조절계; 및상기 후AOP접촉수단에서 오존접촉후 폐기되는 배출오존을 AOP접촉지 유입관으로 재순환시키되, AOP접촉지 유입관내의 유입수에 대한 순간오존요구량을 감소시키기 위한 배출오존 재이용수단을 포함하는 미량유해물질을 제거하기 위한 고도정수처리장치.
- 제 7 항에 있어서,상기 배출오존 재이용수단은상기 후AOP접촉수단과 AOP접촉지 유입관을 연결하는 순환라인과,상기 AOP접촉지 유입관의 순환라인상에 연결되어 AOP접촉지 유입관 내부의 유속에 의해 압력 차이를 발생시켜 오존을 주입하는 흡출기를 포함하는 미량유해물질을 제거하기 위한 고도정수처리장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 활성탄 자동역세척수단은후AOP접촉수단을 거쳐 유입되는 처리수에 포함된 유해물질을 흡착하도록 그 내부에 활성탄층이 형성된 활성탄흡착지;상기 활성탄흡착지의 출구측에 설치되어 그로부터 누출되는 활성탄을 감지하는 활성탄 감지수단;상기 활성탄흡착지의 입구측에 장착되어 모래여과수 및 오존 처리수에 포함된 오염물질의 입도를 측정하는 입도측정수단;상기 활성탄흡착지의 출구측에 장착되어 활성탄에 흡착처리된 후 배출되는 처리수의 입도를 측정하는 입도측정수단;상기 활성탄흡착지의 출구측에 장착되어 활성탄에 흡착처리된 후 배출되는 처리수의 탁도를 측정하는 탁도측정수단; 및상기 입도측정수단 및 탁도측정수단으로부터 각각 측정된 입도 및 탁도 데이터를 입력받아 역세척 시점을 결정하고 제어신호를 출력하는 제어수단을 포함하는 미량유해물질을 제거하기 위한 고도정수처리장치.
- 제 9 항에 있어서,상기 제어수단내에 설치되어 상기 활성탄 누출 감지수단으로부터 입력된 제어신호를 입력받아 경보음을 발생하는 수단을 더 포함하는 미량유해물질을 제거하기 위한 고도정수처리장치.
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