KR100427256B1

KR100427256B1 - 조류 제거용 스크린 장치 및 그를 포함하는 침전지

Info

Publication number: KR100427256B1
Application number: KR10-2002-0009069A
Authority: KR
Inventors: 신재기; 조경제; 황순진; 백흥기
Original assignee: 학교법인 인제학원
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2004-04-14
Also published as: KR20020031116A

Abstract

본 발명은 조류 제거용 스크린 장치 및 그를 포함하는 침전지에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 스크린 장치는, 침전지 및 여과지를 포함하는 정수장에 사용하는 장치로서, 침전지수가 월류하는 과정에서 조류를 포함한 입자를 스크리닝 하는 메쉬, 상기 메쉬를 지지하는 메쉬 프레임 및 상기 메쉬 프레임을 양 말단에서 지지하는 지지판을 포함하는 것을 특징으로 하고, 본 발명에 의한 침전지는 상기 조류 제거용 스크린 장치를 포함하는 침전지로서, 상기 스크린 장치는 침전지의 월류부에 설치되되, 상기 메쉬 프레임이 월류부로부터 25°내지 35°기울어지도록 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 스크린 장치 및 그를 포함한 침전지를 이용하면, 침전지로부터 여과지로 흐르는 과정 중 침전지 월류부를 통해 침전지수가 월류하는 단계에서 스컴에 의한 부착조류를 포함한 대부분의 조류와 응집체(플록)를 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 비생물적 입자까지도 제거할 수 있다. 따라서, 침전지로부터 흘러오는 입자들이 여과지의 폐색을 유발하는 것을 예방함으로써 여과지의 역세척 비용을 현저히 절감할 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 스크린 장치 및 그를 포함한 침전지는 기존 시설의 변형 없이도 용이하게 적용할 수 있다는 장점이 있다.

Description

조류 제거용 스크린 장치 및 그를 포함하는 침전지{Apparatus for Screening of Algae and Settling Pond Comprising the Apparatus}

본 발명은 침전지로부터 조류를 제거함으로써 여과지 유입수의 수질을 향상시키는 스크린 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 침전지 상부의 월류부(weir)에 설치되어 침전지로부터 여과지로 유입되는 월류수에 존재하는 조류와 플록입자를 걸러내어 여과지 유입수의 수질을 향상시키는 스크린 장치에 관한 것이다.

현재 경제성장과 빠른 도시화에 따른 생활수준의 향상으로 인해 물 사용량이 급증하고 있다. 반면에, 도시화에 따른 생활하수, 산업폐수 및 축산폐수를 포함한 각종 오수의 배출량이 날로 증가하고 있는 실정이다. 이러한 이유로 우리나라를 비롯한 대부분의 중·선진국에서는 물 부족 문제가 심각한 사회문제로 대두되고 있다. 따라서, 각국에서는 자연생태계로서의 가치뿐만 아니라 국민생활의 건강성과 직결된 상수원인 호수와 하천에 있어서, 부영양화, 식물플랑크톤 대발생 및 이취미 등을 해결하기 위해 국가차원에서 정책수립 및 대책마련에 많은 노력을 기울이고 있다.

수돗물을 생산하는 과정에 대해 살펴보면, 먼저 상수원에서 취수장으로부터 물을 퍼올린 후 착수정에서 모래를 가라앉힌다. 그 후 약품투입실에서 각종 정수용 약품을 투입한 후 혼화지에서 물과 약품을 잘 혼화시킨다. 그 후 응집지에서 약품에 부유물 및 찌꺼기 등이 엉키게 한 다음, 침전지에서 엉킨 찌꺼기를 침전시킨다. 그 다음에 여과지에서 더 깨끗이 걸러낸 후 염소투입실에서 염소를 투입하여 잔존한 세균을 사멸시킨다. 그 후 완전 처리된 물을 저장한 후 각 가정으로 물을 공급한다. 상기 과정 중 침전지에서 침전되지 않고 여과지로 그대로 흘러들어가는 조류 등의 입자 때문에 여과지가 폐색되어 버리는 문제점이 있었다. 폐색된 여과지는 주기적으로 세척해 주어야 하므로, 그 비용이 큰 부담이 되는 문제점이 있었다.

수질오염에 따른 질소(N), 인(P) 영양염의 증가로 인해서 식물성 플랑크톤 생물량이 증가하고, 이로 인해 투명도 감소, 수처리 효율 저하를 야기할 뿐만 아니라, 상기와 같은 여과지 폐색 등의 문제를 초래하게 된다. 이러한 여과지 폐색 현상은, 특히, 동계에서 춘계에 이르는 기간과 추계에 집중되어 있고, 그 대부분은 규조류에 의한 것이다. 동계에서 춘계에 이르는 기간에는 스테파노디스쿠스(Stephanodiscus) 계열의 조류와 시네드라(Synedra)계열의 조류가 주요한 여과지 폐색의 원인 조류이고, 추계에는 아우라코세이라(Aulacoseira) 계열과 시네드라(Synedra) 계열의 조류가 여과지 폐색의 원인 조류이다. 이러한 조류가 제대로 처리되지 않고 여과지에까지 가서 여과지 폐색을 일으키는 주요 원인으로 작용하였다. 여과지의 정상적인 기능을 위해서는 이렇게 폐색된 여과지를 정기적으로 세척해 주어야 하는데, 이러한 역세척에는 비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 본 발명의 목적은, 여과지의 폐색을 예방하여 여과지의 역세척 비용을 현저히 절감할 수 있도록 하는 스크린 장치 및 그를 포함한 침전지를 제공하는 것이다. 또한 기존 시설의 변형 없이도 용이하게 적용할 수 있는 스크린 장치 및 그를 포함한 침전지를 제공하는 것이다.

도1은 본 발명에 따른 조류 제거용 스크린 장치를 나타내는 사시도이다.

도2는 본 발명에 따른 조류 제거용 스크린 장치가 설치된 침전지를 나타내는 사시도이다.

도3은 침전지로부터 침전지수가 월류되어 여과지로 이동되는 흐름을 나타내는 평면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 설명*

1 : 스크린 장치 2 : 지지판

3 : 메쉬 프레임 4 : 메쉬

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 조류 제거용 스크린 장치는, 침전지 및 여과지를 포함하는 정수장에 사용하는 장치로서, 침전지수가 여과지로 월류하는 과정에서 조류를 포함한 입자를 스크리닝 하는 메쉬, 상기 메쉬를 지지하는 메쉬 프레임 및 상기 메쉬 프레임을 양 말단에서 지지하는 지지판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 조류 제거용 스크린 장치에 있어서, 상기 메쉬는, 구멍의 크기가 100㎛보다 크고 200㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.

상기한 조류 제거용 스크린 장치에 있어서, 상기 메쉬 구멍의 크기는, 100㎛보다 크고 150㎛보다 작은 것을 특징으로 한다.

상기한 조류 제거용 스크린 장치에 있어서, 상기 메쉬가 부착된 메쉬 프레임은 바닥으로부터 55° 내지 65°의 각도로 기울어져서 상기 지지판에 부착된 것을 특징으로 한다. 특히, 50°인 것이 바람직하다.

상기 스크린 장치는 브러쉬를 더 구비하여 스크리닝 과정에서 상기 메쉬에 부착되는 플록을 계속적으로 제거하여 폐색을 방지하는 것을 특징으로 한다.

상기 스크린 장치는 물 공급 수단을 더 구비하여 스크리닝 과정에서 상기 메쉬에 부착되는 플록을 계속적으로 제거하여 폐색을 방지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 침전지는, 상기 조류 제거용 스크린 장치를 포함하는 침전지로서, 상기 스크린 장치는 침전지의 월류부에 설치되되, 상기 메쉬 프레임이 월류부로부터 25°내지 35°기울어지도록 설치된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 스크린 장치 및 그를 포함한 침전지를 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 처리수가 침전지로부터 여과지로 흐르는 과정중 침전지가 월류하는 단계에서 여과지 폐색을 유발하는 조류 등의 입자 조류의 세포 크기 등을 고려하여 물은 자유롭게 통과시키고 조체는 걸러지도록 하는 것이다. 그 조체는 수처리공정의 전단계인 착수정-응집공정에서 염소처리, 응집 화학제 접촉 등의 영향으로 생물 활성이 거의 쇠퇴한 상태이므로 본 발명에 의한 스크리닝에 의한 여과법을 용이하게 적용할 수 있다. 도3은 침전지로부터 침전지수가 월류되어 여과지로 이동되는 흐름을 나타내는 평면도이다. 침전지에서 응집물이 침전되고 맑은 물이 떠오르면 그 물이 월류부에서 월류되어 여과지 쪽으로 흐르게 된다. 그런데 조류를 포함하는 입자는 침전되지 않고 그대로 월류부를 넘어서 여과지 쪽으로 흐르는 문제점을 해결하기 위해서, 도2에 도시된 바와 같이 도1의 스크린 장치(1)를 양쪽 월류부에 설치하는 것이 본 발명의 요지이다. 스크린 장치(1)는 월류부로부터 30°의 각도로 비스듬히 설치되는 것이 가장 바람직하다. 즉, 침전지의 최종 월류부(weir)에 스크린 장치를 경사지게 고정시키면, 부착되는 입자는 유출되는 통수 유속과 부착 입자의 축적되는 무게가 복합적으로 작용하여 이에 의해 부착 입자는 하부로 미끄러져 내리게 되고, 최종적으로 침전지 하부로 자연 침강하는 원리를 적용한 것이다. 도1은 본 발명에 의한 스크린 장치(1)의 사시도이다. 그 스크린 장치(1)는 조체를 걸러내기 위한 메쉬(4), 상기 메쉬(4)를 지지하는 메쉬 프레임(3), 상기 메쉬 프레임(3)을 양 측면에서 지지하는 지지판(2)을 포함하고 있다.

이하, 본 발명에 의한 스크린 장치의 일 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하나, 이는 본 발명을 예시하기 위한 목적일 뿐 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예

<비교예>

본 발명자들은 본 발명에 의한 스크린 장치 및 그를 포함하는 침전지의 효과와 대비할 목적으로, 먼저 종래 일반적인 정수장의 실태를 파악하는데 필요한 자료를 다음과 같이 조사 및 분석하였다.

1. 전국 정수장에 존재하는 조류의 분포 조사

본 발명자들은 실제로 정수장의 원수와 침전지 월류수에 존재하는 조류의 종류와 분포를 알아보기 위하여, 2001년 11월에 대한민국 내의 29개 주요 정수장에서 원수와 침전수 월류수에 포함된 조류를 분석하였다. 그 결과, 담수조류가 총 48속 88종이 관찰되었다. 그 중, 규조류가 16속 27종(30.7%), 남조류가 7속 13종(14.8%), 녹조류가 17속 39종(44.3%), 와편모조류가 2속 2종(2.3%), 황색편모조류가 1속 1종(1.1%), 유글레나조류가 2속 3종(3.4%) 및 은편모조류가 3속 3종(3.4%)으로써 규조류, 남조류 및 녹조류가 약 90%를 차지하였다. 즉, 정수장의 원수와 침전지 월류수에 존재하는 조류의 분포는 녹조류>규조류>남조류>유글레나조류/은편모조류>와편모조류>황색편모조류의 순으로 많았다.

정수장에서 관찰된 분류군별 주요 조성을 보면, 규조류는 아크난테스(Achnanthes) 1종, 아스테리오넬라(Asterionella) 1종, 아우라코세이라(Aulacoseira) 7종, 싸이클로텔라(Cyclotella) 4종, 싸임벨라(Cymbella) 1종, 디아토마(Diatoma) 1종, 프라질라리아(Fragilaria) 1종, 곰포네마(Gomphonema) 1종, 가이로시그마(Gyrosigma) 1종, 멜로시라(Melosira) 1종, 나비큘라(Navicula) 2종, 니쯔키라(Nitzschia) 1종, 피눌라리아(Pinnularia) 1종, 스테파노디스커스(Stephanodiscus) 1종, 시네드라(Synedra) 2종 및타벨라리아(Tabellaria) 1종, 남조류는 아나배나(Anabaena) 3종, 아파니조메논(Aphanizomenon) 2종, 보트리오코쿠스(Botryococcus) 1종, 메리스모페디움(Merismopedium) 1종, 마이크로싸이스티스(Microcystis) 2종, 오실레이토리아(Oscillatoria) 3종 및 포르미디움(Phormidium) 1종, 녹조류는 악티나스트룸(Actinastrum) 1종, 안키스트로데스무스(Ankistrodesmus) 3종, 클라마이도모나스(Chlamydomonas) 1종, 클로스테리움(Closterium) 2종, 코엘라스트룸(Coelastrum) 2종, 코스마이룸(Cosmarium) 2종, 크루시제니아(Crucigenia) 1종, 딕티오페리움(Dictyosphaerium) 1종, 골렌키니아(Golenkinia) 1종, 고니움(Gonium) 1종, 콜리엘라(Koliella) 2종, 미크랄티니움(Micractinium) 1종, 페디아스트룸(Pediastrum) 5종, 쎄네데스무스(Scenedesmus) 13종, 셀레나스트룸(Selenastrum) 1종, 스타우라스트룸(Staurastrum) 1종 및 웨스텔라(Westella) 1종, 와편모조류는 쎄라티움(Ceratium) 1종, 페리디니움(Peridinium) 1종, 황색편모조류는 디노브룐(Dinobryon) 1종, 유글레나조류는 유글레나(Euglena) 2종, 트라켈로모나스(Trachelomonas) 1종, 은편모조류는 크로오모나스(Chroomonas), 로도모나스(Rhodomonas) 및 크립토모나스(Cryptomonas)가 각각 1종씩 포함되었다.

또한, 침전지의 스컴과 콘크리트 벽면 기질에서 채집된 부착조류는 규조류와 남조류가 주종을 이루는 것으로 나타났다. 정수장의 부착조류는 특히 사상체 남조류의 밀도가 높았고, 규조류는 시기에 따라 차이가 있었으나, 전형적인 부유성과 부착성이 혼재하고 있어, 화학제에 의한 응집과 자생 영향의 두가지 성격을 고려할수 있다.

부착조류는 규조류가 13속 25종, 남조류가 4속 5종으로써 총 17속 30종으로 집계되었다. 분류군은 규조류가 아크난테스(Achnanthes) 2종, 아스테리오넬라(Asterionella) 1종, 아우라코세이라(Aulacoseira) 5종, 싸이클로텔라(Cyclotella) 5종, 싸임벨라(Cymbella) 1종, 디아토마(Diatoma) 1종, 디플로네이스(Diploneis) 1종, 프라질라리아(Fragilaria) 1종, 가이로시그마(Gyrosigma) 1종, 나비큘라(Navicula) 1종, 니쯔키아(Nitzschia) (3종), 시네드라(Synedra) 2종, 타벨라리아(Tabellaria) 1종이었고, 남조류가 라잉비아(Lyngbya) 1종, 노스톡(Nostoc) 1종, 오실레이토리아(Oscillatoria) 2종, 포르미디움(Phormidium) 1종이 해당하였다. 정수장 침전지에서 스컴 내·외부 또는 벽면 기질에 짙은 청록색의 사상체 남조류가 과다하게 밀생하는 것은 원수에서 관찰되지 않은 종이 대부분이었고, 정수장에서 자생하는 분류군으로 볼 수 있어 이들 대형 조류 군체가 침전지를 월류하게 되면 부유조류와 함께 여과지 폐색에 지대한 기여를 할 것으로 판단되며, 이에 대한 대책도 강구되어야 할 것으로 판단되었다.

2. 정수장의 수처리 단계별 수질 조사

수지 정수장과 청주 정수장의 수질을 수처리 단계별로 pH, 전기전도도, 탁도, TDS, 형광측정, 엽록소 a 농도, 수중 무기영양염을 중심으로 분석 조사하였다. 즉, 원수, 혼화지수, 응집지수, 침전지수, 여과수 및 정수수의 각 수질에 대해 조사하였다. 그 결과는, 수지 정수장에 대한 수질은 하기 표1에 나타내었고, 청주 정수장에 대한 수질은 하기 표2에 나타내었다.

상기 표들에 나타난 바와 같이, 원수로부터 침전지에 이르는 구간에서 탁도는 수지 정수장에서 79.4%가 감소되었고, 청주 정수장에서는 86.3%가 감소되었다. 한편, 형광값은 수지 정수장에서 70.9%, 청주 정수장에서 81.7% 감소하였다. 그런데, 수지 정수장의 경우 원수가 염소 접촉 직후에 탁도가 일시적으로 증가(2.57→4.31)하는 경향을 보였는데, 이것은 조류의 농축과 염소 접촉 후 조체가 파괴하는 현상에 의한 것으로 추정된다. 또한 침전지수의 탁도가 여과수에서는 상당량 감소된 것을 알 수 있다. 즉, 침전지수에 존재하던 부유물들이 여과지를 통해 상당량 걸러진다는 것을 나타내는 것이다. 따라서, 그 여과지는 상기 부유물들의 부착에 의해 폐색이 일어날 것이라는 것을 추측할 수 있다.

3. 정수장의 수처리 단계별 조류의 세포수 측정

(1) 시료의 준비

본 발명자들은 정수장의 수처리 단계에 따른 조류 분포(세포수)의 변화를 측정하기 위하여, 수지 정수장과 청주 정수장에서 6월과 11월에 착수정, 혼화지, 응집지, 침전지, 여과지, 정수지로부터 시료들을 얻었다. 담수조류 관찰용 시료는 정량분석을 중심으로, 그리고 부착조류는 정성분석을 중심으로 실험하였다. 정량분석을 위한 시료는 정수장의 각 공정별 조사 정점에서 채수한 즉시 루골(Lugol) 용액으로 고정하였고, 아이스박스에 담아 실험실로 운반하였다. 부착조류는 침전지를 대상으로 조사하였고, 주로 부유 스컴과 침전지 수심 1m 이내의 벽면 기질에 부착된 시료를 채집하였다. 특히, 남조류와 부착조류는 비고정 시료로 우선 관찰하였고, 고정 시료는 실험실에서 1주일이상 충분히 침강시킨 후 상등액을 제거하고 10배 내지 20배로 농축시켜 1%의 포르말린으로 재고정하였다. 이 때 시료의 광산화를 방지하기 위하여 알루미늄 호일로 싸서 보관하였다.

(2) 조류의 세포수 측정

규조류의 동정을 위하여 농축한 시료의 10ml에 동량(1:1)의 질산(HNO₃)을 혼합한 후 끓이고, 여기에 소량의 중크롬산 칼륨(K₂Cr₂O₇)을 첨가하는 방법으로 산처리 하였다. 산처리한 후 원심분리기를 이용하여 수회에 걸쳐 증류수로 처리시약을 씻어낸 다음 플레우락스(Pleurax) 봉입제로 영구표본을 만들고, 이를 광학현미경하에서 검경하여 동정하였다. 종의 동정을 위해서는 ×400배 또는 ×1000배의 고배율로 관찰 하여 동정하였다. 농축시료의 일부를 1ml 용량의 세드윅-라프터 챔버(Sedgwick-Rafter chamber)에 골고루 분산시킨 후 광학 현미경(×200배) 하에서 검경하면서 종별 세포수를 계수하였다. 그 결과는 아래 표에 나타나 있다. 하기 표3은 수지 정수장에 대한 데이타이고, 하기 표4는 청주 정수장에 대한 데이타이다.

분류군＼샘플 스테이션	R1	R2	M	C	S	F	T
바실라리오피케아에( *Bacillariophyceae* )
아스테리오넬라 포르모사(Asterionella formosa)아우라코세이라 암비구아(Aulacoseira ambigua)아우라코세이라 암비구아(Aulacoseira ambigua) f. spiral아우라코세이라 그래뉼레이트(Aulacoseira granulata)아우라코세이라 그래뉼레이트(Aulacoseira granulata) var. angustissima아우라코세이라 서바르티카(Aulacoseira subartica)싸이클로텔라 아토무스(Cyclotella atomus)싸이클로텔라 메네기니아나(Cyclotella meneghiniana)싸이클로텔라 스텔리게라(Cyclotella stelligera)프라질라리아 크로토넨시스(Fragilaria crotonensis)가이로시그마 스펜세리(Gyrosigma spencerii)멜로시라 베리언즈(Melosira varians)스테파노디스커스 한쯔치(Stephanodiscus hantzschii) f. tenuis시네드라 아쿠스(Synedra acus)	232·3·22222·rr	24··3r22r·2·r2	r2·33·32r·r·rr	22233·32r·r2r2	·2······r···2·	··············	··············
시아노피케아에( *Cyanophyceae* )
플로에테쎄(Gloeothece sp.)오실레이토리아(Oscillatoria sp.)	··	·3	·2	2r	·2	··	··
클로로피케아에( *Chlorophyceae* )
코엘라스트룸 레티큘레툼(Coelastrum reticulatum)코엘라스트룸 스페리큠(Coelastrum sphaericum)페디아스트룸 보라이아눔(Pediastrum boryanum)페디아스트룸 듀플렉스(Pediastrum duplex) var. gracillimum쎄네데스무스 비카우다투스(Scenedesmus bicaudatus)쎄네데스무스 롱기스피나(Scenedesmus longispina)쎄네데스무스 콰드리카우다(Scenedesmus quadricauda) var. parvus	·······	·3···2r	·3·322·	322··2·	·······	·······	·······

(R1: 착수정, R2: 염소처리 직후 원수, M: 혼화지, C: 응집지, S: 침전지, F: 여과지, T: 정수지, r: rare, 1: 〈10, 2: 〈100, 3: 〈1,000, 4: 〈10,000, 5: 〉10,000 cells/ml)

분류군＼샘플링 스테이션	R	M	C	S	F	T
바실라리오 피케아에 ( *Bacillariophyceae* )
아스테리오넬라 포르모사(Asterionella formosa)아우라코세이라 암비구아(Aulacoseira ambigua)아우라코세이라 암비구아(Aulacoseira ambigua) f. spiral아우라코세이라 그래뉼레이타(Aulacoseira granulata)아우라코세이라 글래뉼레이타(Aulacoseira granulata) var. angustissima아우라코세이라 이탤리카(Aulacoseira italica)싸이클로텔라 메네기니아나(Cyclotella meneghiniana)프라질레리아 크로토넨시스(Fragilaria crotonensis)가이로시그마 스펜쎄리(Gyrosigma spencerii)시네드라 아쿠스(Synedra acus)	1323332rr1	13r3432rr2	2323432222	···22·2··1	··········	··········
싸이노피케아에(Cyanophyceae)
글로에오테쎄(Gloeothece) sp.오실레이토리아 프로테우스(Oscillatoria proteus)오실레이토리아(Oscillatoria sp.)	2r·	··r	···	···	···	···
클로로피케아에( *Chlorophyceae* )
쎄네데스무스 엘립소이데우스(Scenedesmus ellipsoideus)	·	r	·	·	·	·

(R1: 착수정, M: 혼화지, C: 응집지, S: 침전지, F: 여과지, T: 정수지, r: rare, 1: 〈10, 2: 〈100, 3: 〈1,000, 4: 〈10,000, 5: 〉10,000 cells/ml).

상기 표에 나타난 바와 같이, 침전지수(S)에는 상당량의 조류가 존재하는 반면에 여과지수(F)에는 조류가 전혀 존재하지 않는 것을 알 수 있었다. 따라서 여과지를 통과하면서 조류가 걸리진 것이고, 걸러진 그 조류가 여과지에 잔존하여 결국 여과지의 폐색을 초래하게 될 것이라는 것을 쉽게 알 수 있었다.

상기 수지 정수장은 규조류인 아우라코세이라(Aulacoseira)와 남조류인 오실레이토리아(Oscillatoria)가 우점인 것으로 나타났다. 수지 정수장의 각 단계별 조류 세포수를 정량한 결과, 염소 접촉 전 원수는 560세포/ml, 염소 접촉 후 원수는 2,618세포/ml, 혼화지수는 1,369세포/ml, 응집지수는 779세포/ml, 침전지수는 101세포/ml이었다. 이 데이타로부터 염소 접촉 전 원수에 대한 침전지수의 조류 함유율은 18.0%에 해당하였고, 그 수처리효율은 82.0%이었다. 한편, 청주 정수장의 경우 규조류인 아우라코세이라(Aulacoseira)가 우점인 것으로 나타났다. 청주 정수장 원수의 조류 세포수는 1,855세포/ml, 혼화지수는 2,570세포/ml, 응집지수는 2,787세포/ml, 침전지수는 115세포/ml로써, 원수에 대한 침전지수는 6.2%에 해당하였고, 따라서 수처리 효율은 93.8%이었다. 결과적으로 여과지에 미치는 조류의 영향은 6.2 내지 18.0%의 범위로 볼 수 있다. 따라서, 이러한 조류 제거율(82.0%, 93.8%)은 상기 탁도 감소율(70.9%, 81.7%)과 비례하는 것을 알 수 있다. 즉, 탁도는 조류에 의한 영향과 상호 관련성이 있음을 반영하는 것이다.

실시예

<실시예1 내지 실시예5: 본 발명에 따른 스크린 장치의 탁도 및 조류 제거 효율 평가>

침전지의 월류부에 본 발명에 의한 지지판(2), 메쉬 프레임(3) 및 메쉬(4)를 구비하는 스크린 장치(1)를 장착한 후 상기 비교예와 같이 2001년 6월과 11월 2회에 걸쳐 수지 청수장 및 청주 정수장을 대상으로 침전지 월류 조류의 제거효율을 평가하였다. 상기 살펴본 바와 같이 탁도와 조류는 상호 관련성이 있으므로, 우선 침전지 월류수의 스크린 장치 통과 전과 통과 후의 탁도를 측정하여 비교하였다. 또한, 침전지 월류수가 스크린 장치를 통과하기 전의 조류 세포수와 통과한 후의 조류 세포수를 측정함으로써, 스크린 장치에 의해 조류가 제거되는 효율을 계산하였다. 메쉬(4)의 재질은 플랑크톤 네트 제작에 널리 활용되는 실크(silk,Switzerland)로 하였다. 스크린 장치(1)의 크기는 100cm×18cm이었고, 메쉬 구멍의 크기가 각각 80㎛(실시예1), 100㎛(실시예2), 125㎛(실시예3), 150㎛(실시예4) 및 200㎛(실시예5)인 5개 종류의 메쉬들을 사용하였다. 도1에 도시한 바와 같이, 상기 각 메쉬가 덮여진 각 스크린 장치(1)는 메쉬 프레임(3)이 지지판(2)에 의해 양 말단이 바닥으로부터 60°의 각도로 비스듬이 고정된 것을 사용하였다. 이러한 스크린 장치(1)를 그대로 침전지 월류부에 설치하였다. 즉, 월류부에 설치된 스크린 장치(1)의 메쉬 프레임(3)은 수면으로부터는 60°의 각도이고, 침전지 월류부로부터는 30°의 각도로 설치되는 것이다. 이와 같이 설치한 후 20 내지 30분 동안 관찰한 후 탁도와 조류 세포수를 측정하였다. 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 메쉬 프레임(3)이 수면으로부터 55 내지 65°이어야 한다. 그 이유는 메쉬 프레임(3)이 수면과 이루는 각도가 65°보다 크면 입자의 부착속도가 침강속도보다 증가하기 때문에 메쉬의 조기폐색이 발생하기 때문이다. 또한, 메쉬 프레임(3)이 수면과 이루는 각도가 55°보다 더 작으면 본 발명에 의한 스크린 장치가 수중 아래로 완전히 침수되기 시작하여 스크린 장치의 상부로 물이 월류(over-flow)하기 때문이다. 그 후 스크린 장치(1)에 부착된 입자성 물질은 부드러운 브러쉬(brush)로 긁어 채집하고 이를 각종 분석에 이용하였다.

(1) 탁도 제거 효율

수지 정수장의 탁도 제거 효율은 하기 표5에 나타내었고, 청주 정수장의 탁도 제거 효율은 하기 표6에 나타내었다.

스크린 장치의 메쉬 구멍의 크기(㎛)	탁도(NTU)
스크린 장치의 메쉬 구멍의 크기(㎛)	메쉬 통과 전	메쉬 통과 후	탁도 제거율(%)
80	0.44	0.34	22.0
	0.34	0.33
	0.46	0.29
100	0.35	0.30	37.0
	0.40	0.28
	0.63	0.28
125	0.32	0.28	76.6
	0.58	0.30
	2.81	0.28
150	0.70	0.30	40.4
	0.40	0.25
	0.32	0.30
200	0.55	0.27	37.2
	0.35	0.27
	0.40	0.27

스크린 장치의 메쉬 구멍의 크기(㎛)	탁도(NTU)
스크린 장치의 메쉬 구멍의 크기(㎛)	메쉬 통과 전	메쉬 통과 후	탁도 제거율(%)
80	1.41	0.57	44.0
	0.85	0.55
	0.75	0.56
100	0.88	0.56	49.6
	0.76	0.57
	1.82	0.62
125	1.33	0.61	45.9
	0.82	0.58
	1.19	0.61
150	2.13	0.65	65.2
	0.95	0.58
	2.35	0.65
200	0.92	0.63	70.2
	4.30	0.64
	1.31	0.67

상기 표에 나타난 바와 같이, 스크린 장치(1)의 메쉬(4) 구멍의 크기에 따라 탁도의 경향은 불규칙적이었으나, 탁도 제거 효과는 수지 정수장의 경우 22.0 내지 76.6%이었고, 청주 정수장의 경우 44.0 내지 70.2%이었다.

(2) 조류 제거 효율

수지 정수장의 경우 하기 표7에 나타내었고, 청주 정수장의 경우 하기 표8에 나타내었다.

분류군＼샘플링 스테이션	80	100	125	150	200
분류군＼샘플링 스테이션	B	A	B	A	B	A	B	A	B	A
바실라리오피케아에( *Bacillariophyceae* )
아스테리오넬라 리네리스(Asterionella linearis)아스테리오넬라 포르모사(Asterionella formosa)아우라코세이라 그래뉼레이타(Aulacoseira granulata) var. angustissima싸이클로텔라 메네기니아나(Cyclotella meneghiniana)나비큘라(Navicula) sp.나비큘라(Navicula) sp.스테파노디스쿠스 한쯔치(Stephanodiscus hantzschii) f. tenuis	··3····	·······	··2····	·······	·2·2···	·······	2······	······1	····2··	·····1·
싸이노피케아에( *Cyanophyceae* )
크로오코쿠스 미누투스(Chroococcus mimutus)마이크로싸이스티스(Microcystis aeruginosa)오실레이토리아(Oscillatoria) sp.	···	···	·2·	···	··2	···	···	···	2r·	112
클로로피케아에( *Chlorophyceae* )
코엘라스트룸 레티큘레이툼(Coelastrum reticulatum)쎄네데스무스 아큐투스(Scenedesmus acutus) var. acutus쎄네데스무스 롱기스피나(Scenedesmus longispina)쎄네데스무스 콰드리카우다(Scenedesmus quadricauda) var. parvus	·2··	····	····	····	··22	····	2···	····	····	····

(80㎛, 100㎛, 125㎛, 150㎛, 및 200㎛ 스크린 적용, B: 스크린 통과 전, A: 스크린 통과 후, r: rare, 1: 〈10, 2: 〈100, 3: 〈1,000, 4: 〈10,000, 5: 〉10,000 cells/ml)

분류군＼샘플링 스테이션	80	100	125	150	200
분류군＼샘플링 스테이션	B	A	B	A	B	A	B	A	B	A
바실라리오피케아에( *Bacillariophyceae* )
아스테리오넬라 암비구스(Asterionella ambigus)아스테리오넬라 그래뉼레이타(Asterionella granulata)아우라코세이라 글래뉼레이타(Aulacoseira granulata) var. angustissima아우라코세이라 이탤리카(Aulacoseira italica)싸이클로텔라 메네기니아나(Cyclotella meneghiniana)프레질레리아 크로토네시스(Fragilaria crotonensis)가이로시그마 스펜세리(Gyrosigma spencerii)나비큘라(Navicula) sp.시네드라 아큐스(Synedra acus)	332··3·2·	·········	·3321···1	·········	2r3·1····	····r····	r332····1	·········	333···2·2	11·······
시아노피케아에( *Cyanophyceae* )
오실레이토리아(Oscillatoria) sp.	·	·	·	·	·	·	3	·	·	·

상기 표에 나타난 바와 같이, 조류의 제거 효율은 72.4 내지 100%이었다. 그 중 실시예1(80㎛) 및 실시예2(100㎛)의 경우에는 조류의 제거 효과가 탁월하나 시간이 지날수록 스크린 장치(1)를 관통하는 통수력이 감소하는 경향이 관찰되었다. 또한, 실시예4(150㎛) 및 실시예5(200㎛)는 전술한 단점은 해결될 수 있으나, 조류 제거 효율이 72.4 내지 98.6%로 다소 떨어졌다. 실시예3(125㎛)의 경우에는 조류 제거 효율이 높으면서도 스크린 장치(1)를 관통하는 통수력의 감소 경향 또한 보이지 아니하였다. 따라서 메쉬 구멍의 크기가 125㎛(실시예3)인 것이 가장 조류 제거 효율이 높은 것을 알 수 있다. 이 크기는 규조류인 시네드라(Synedra)를 제거하는 데 효과적이다. 종합해 보면, 스크린 장치를 관통하는 통수력의 감소를 막기 위해서는 메쉬 구멍의 크기가 최소한 100㎛ 보다 커야 하고, 조류 제거 효율을 높게 유지하기 위해서는 150㎛미만이어야 한다.

<실시예6 및 실시예7: 풀-스케일(full-scale) 적용 시험>

풀-스케일 시험(2차 현장 시험)에서는 스크린 장치(1)의 크기가 250cm×18cm×2이고 메쉬(4) 구멍의 크기가 각각 125㎛(실시예6), 200㎛(실시예7)인 스크린 장치(1)를 사용하였다. 풀-스케일 시험(2차 현장 시험)은 상기 1차 시험을 보완함으로써 적용 스크린 장치의 폐색으로 인한 침전지 월류부의 전단에서 발생할 수 있는 수두손실을 해결하는 데에 중점을 두었고, 그 대안을 제시하고자 하였다. 그 결과, 탁도는 실시예6(125㎛)의 경우 96.9%, 실시예7(200㎛)의 경우 94.9%로서, 실시예6(125㎛)의 경우가 조금 더 효과적이었으나 큰 차이는 아니었다. 조류의 제거에 대한 결과는 하기 표에 나타내었다.

분류군＼샘플링 스테이션	S	125	200
바실라리오피케아에( *Bacillariophyceae* )
아스테리오넬라 암비구아(Asterionella ambigua)아스테리오넬라 암비구아(Asterionella ambigua) morphotyp. spiralis아우아코세이라 그래뉼레이타(Aulacoseira granulata)아우라코세이라 글래뉼레이타(Aulacoseira granulata) var. angustissima아우라코세이라 그래뉼레이타(Aulacoseira granulata) var. angustissima morphotyp. curvata아스테리오넬라 이탤리카(Asterionella italica)아스테리오넬라 서바르티카(Asterionella subartica)싸이클로텔라 메네기니아나(Cyclotella meneghiniana)싸이클로텔라 수도텔리게라(Cyclotella pseudostelligera)싸이클로텔라 스텔리게라(Cyclotella stelligera)싸임벨라(Cymbella) sp.가이로시그마 스펜쎄리(Gyrosigma spencerii)멜로시라 베리언즈(Melosira varians)나비큘라(Navicula) sp.피뉼라리아(Pinnularia) sp.시네드라 아큐스(Synedra acus)	3233222213··r·11	······1·1r······	·········1······
시아노피케아에( *Cyanophyceae* )
아나베나 어피니스(Anabaena affinis)마이크로싸이스티스 에루기노사(Microcystis aeruginosa)마이크로사이스티스 이츠타이오블라베(Microcystis ichthyoblabe)포르미디움(Phormidium) sp.	43·5	22··	23··
클로로피케아에( *Chlorophyceae* )
클로스테리움(Closterium) sp.스타우라스트룸(Staurastrum) sp.	·1	··	··
유글레노피케아에( *Euglenophyceae* )
유글레나(Euglena) sp.	·	·	·
크립토피케아에( *Cryptophyceae* )
크로오모나스(Chroomonas) sp.크립토모나스(Cryptomonas) sp.	··	··	··

(S: 스크린 통과전 침전지 최종 월류수, 125: 125㎛, 스크린 적용, 200: 200㎛ 스크린 적용, r: rare, 1: 〈10, 2: 〈100, 3: 〈1,000, 4: 〈10,000, 5: 〉10,000 cells/ml)

상기 표에 나타난 바와 같이, 실시예6(125㎛)의 조류 제거율은 99.6%이었고, 실시예7(200㎛)의 조류 제거율은 99.1%이었다. 따라서, 상기 실시예1 내지 실시예5에 대한 실험과 함께 종합해 보면, 본 발명에 의한 스크린 장치에서 바람직한 메쉬(4) 구멍의 크기는 100㎛ 내지 200㎛인 것으로 판단할 수 있다. 본 발명에 따른 스크린 장치(1)를 통해 걸러지는 조류는 원래 목적이었던 규조류인 시네드라 아쿠스(Synedra acus) 이외의 다른 조류들, 예컨대 스컴에 의한 부착조류와 응집체(플록)까지도 걸러지는 것을 확인하였고, 또한 조류뿐만 아니라 비생물적 입자까지도 제거할 수 있다는 것을 확인하였다. 스크린 장치(1)에 걸러지지 않고 그대로 통과하는 조체는 크기가 극히 미세한 종이었고, 규조류인 아우라코세이라 서바르티카(Aulacoseira subartica), 싸이클로텔라 수도스텔리제라(Cyclotella pseudostelligera), 싸이클로텔라 스텔리제라(Cyclotella stelligera), 남조류인 아나배나 어피니스(Anabaena affinis), 마이크로사이스티스 에어루지노사(Microcystis aeruginosa)가 주종을 이루었다. 그러나, 본 발명에 의한 스크린 장치를 적용하지 않고 침전지 월류부에서 월류되어 여과지로 유입되는 초기 양에 비교하면 2% 이내에 불과하므로, 스크린 장치를 통과하는 그 조류의 양에 의한 여과지 폐색의 영향은 매우 적을 것으로 판단된다.

그런데, 본 발명자들은 스크린 장치(1)에 조류 등의 입자가 부착되어 스크린의 폐색이 일어나 침전지의 월류부의 전단에서 발생될 수 있는 수두 손실을 막는다면, 본 발명의 효과를 더욱 향상시킬 수 있다는 것을 발견하였다. 이에 대해서 하기 실시예8 내지 실시예9에서 기술하였다.

<실시예8>

스크린 장치(1)에 브러쉬(brush)을 더 구비한 것을 제외하고 상기 실시예6 및 실시예7과 같이 실시하였다. 침전지수가 월류부를 통해 월류하는 동안 플록의 점착성으로 인해 스크린 장치(1)의 메쉬가 폐색되어 침전지의 수두 손실이 발생하는 문제가 발생할 수도 있다. 이를 막기 위해, 상기 브러쉬(brush)는 침전지로부터 침전지수가 월류하는 동안 메쉬(4)에 부착되는 입자를 긁어내리는 역할을 한다. 따라서 메쉬의 폐색을 방지하여 본 발명의 효과를 더 향상시킬 수 있었다.

<실시예9>

스크린 장치(1)의 후단에서 물을 분사시키는 수단을 더 구비한 것을 제외하고는, 상기 실시예6 및 실시예7과 같이 실시하였다. 스크린 장치(1) 후단에서 물을 분사시켜 메쉬(4)에 입자가 부착하는 것을 방지하므로 메쉬의 폐색의 문제가 해결될 수 있다. 따라서 본 발명의 효과를 더 향상시킬 수 있었다.

본 발명에 의한 스크린 장치 및 그를 포함한 침전지를 이용하면, 침전지로부터 여과지로 흐르는 과정 중 침전지 월류부를 통해 침전지수가 월류하는 단계에서 스컴에 의한 부착조류를 포함한 대부분의 조류와 응집체(플록)를 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 비생물적 입자까지도 제거할 수 있다. 따라서, 침전지로부터 흘러오는 입자들이 여과지의 폐색을 유발하는 것을 예방함으로써 여과지의 역세척 비용을 현저히 절감할 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 스크린 장치는 기존 시설의 변형 없이도 용이하게 적용할 수 있다는 장점이 있다.

Claims

침전지 및 여과지를 포함하는 정수장에 사용하는 장치로서,

침전지수가 여과지로 월류하는 과정에서 조류를 포함한 입자를 스크리닝 하는 메쉬, 상기 메쉬를 지지하는 메쉬 프레임 및 상기 메쉬 프레임을 양 말단에서 지지하는 지지판을 포함하는 것을 특징으로 하는 정수장의 조류 제거용 스크린 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 메쉬는, 구멍의 크기가 100㎛보다 크고 200㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 정수장의 조류 제거용 스크린 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 메쉬 구멍의 크기는, 100㎛보다 크고 150㎛보다 작은 것을 특징으로 하는 정수장의 조류 제거용 스크린 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 메쉬가 부착된 메쉬 프레임은 바닥으로부터 55° 내지 65°의 각도로 기울어져서 상기 지지판에 부착된 것을 특징으로 하는 정수장의 조류 제거용 스크린 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 스크린 장치는 브러쉬를 더 구비하여 스크리닝 과정에서 상기 메쉬에 부착되는 플록을 계속적으로 제거하여 폐색을 방지하는 것을 특징으로 하는 조류 제거용 스크린 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 스크린 장치는 물 공급 수단을 더 구비하여 스크리닝 과정에서 상기 메쉬에 부착되는 플록을 계속적으로 제거하여 폐색을 방지하는 것을 특징으로 하는 조류 제거용 스크린 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 조류 제거용 스크린 장치를 포함하는 침전지로서, 상기 스크린 장치는 침전지의 월류부에 설치되되, 상기 메쉬 프레임이 월류부로부터 25°내지 35°기울어지도록 설치된 것을 특징으로 하는 침전지.