KR100569820B1 - 호소수 정화 및 조류 제거 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오존발생장치; 호소수유입펌프; 상기 오존발생장치에 의해 발생된 오존이 유입되는 오존유입라인, 상기 호소수유입펌프를 통하여 호소수가 유입되는 호소수유입라인, 상기 오존유입라인와 호소수유입라인과 연결되어 호소수와 오존이 혼합되는 모터와 임펠러를 갖춘 오존용해장치, 상기 오존용해장치에서 발생되는 미세 기포에 의해 부상하는 부유물이 통과하는 스컴배출구, 상기 스컴배출구의 하단에 설치되는 호소수유출구로 이루어진 부상분리조; 및 상기 호소수유출구에 의해 유출되는 호소수가 유입되어 살조제와 접촉할 수 있도록 살조제가 충진되어 있으며 처리완료된 호소수가 배출되는 호소수배출구를 구비하며 상기 부상분리조의 일측에 부착되어 있는 살조제 접촉조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 호소수 정화 및 조류 제거 시스템을 제공한다. 이와 같은 본 발명에 따른 시스템은 오존과 촉매를 동시에 이용하고 부유공정을 포함함으로써 간단한 설비로서 조류제거가 가능한 경제적으로 건천화 시기 및 수질악화 시기에 적절히 대처할 수 있는 오존의 산화력과 부상분리, 살조제(OH라디칼 발생)를 통한 호소수 정화 및 조류 제거 시스템으로서 부상분리공정을 통하여 유기물 분해가스의 상승력과 미세기포의 부상력을 통한 부상분리 공정에서 발생된 스컴을 제거해줌으로써 부유물질 및 COD 제거가 가능하며 오존 소모량을 줄일 수 있다. 오존산화 공정을 통하여 호소수에 오존 접촉을 통하여 직접적인 조류파괴가 가능하며 COD, 색도, 악취가 제거되고 수중 용존산소를 증가시킬 수 있으며, 살조제 특히 과산화칼슘, 과산화마그네슘 등과 같은 금속과산화 물을 통한 촉매 반응으로 오존보다 수십배 산화력이 강한 OH라디칼을 생성시켜 조류의 세포벽을 파괴시켜 직접적인 조류 사멸효과를 얻을 수 있으며 오존소모량을 줄일 수 있는 장점을 가지고 있다.

또한, 본 발명에 따른 시스템을 적용할 경우 각종 유기물 및 부유물질들을 효과적으로 제거함으로써 조류의 생장을 억제할 수 있으며 오존의 분해로 인해 약 10ppm이상의 높은 DO를 얻을 수 있어 호소수 정화능력을 촉진시키고, 생태 교란 등 수생 생태계가 저해를 일으키는 DO 고갈 현상을 예방할 수 있으며, 조류제거, 소독 및 살균뿐만 아니라 인근 주거지역의 민원대상이 되는 악취문제를 해결할 수 있으며 색도를 현저히 줄여 심미적인 불쾌감을 감소시키고 처리수 중 난분해성 유기물질의 분율을 낮추고 상대적으로 이분해성인 유기물질 분율을 증가시켜 방류수계의 자정능을 향상시킬 수 있다.

오존, 부상분리, OH라디칼

Description

호소수 정화 및 조류 제거 시스템{System for purifing lake water and removing algae}

도 1은 본 발명에 따른 호소수 정화 및 조류 제거 시스템의 일실시예를 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 호소수 정화 및 조류 제거 시스템에 있어서 오존용해장치의 예를 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 호소수 정화 및 조류 제거 시스템의 다른 실시예를 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 호소수 정화 및 조류 제거 시스템의 다른 실시예를 도시한 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 호소수 정화 및 조류 제거 시스템의 다른 실시예를 도시한 도면이다.

본 발명은 호소수 정화 및 조류 제거 시스템에 관한 것이다.

녹조현상이란 부영양화된 호수나 유속이 느린 하천에서 부유성의 조류(식물 플랑크톤)가 대량 증식하여 수면에 집적함으로써 물색을 현저하게 녹색으로 변화시키는 것을 뜻한다. 녹조현상의 원인이 되는 남조류 중 약 25종의 남조류가 독소를 가지고 있고 대표적으로 독소를 가지는 종은 마이크로시스티스(Microcystis)로 대부분 부영양화 호수에서 우점종으로 녹조현상의 90%가 이 균주에 의하여 일어나고 있으며 국내외에서 이로 인한 피해가 속출하고 있는 실정이다.

지금까지 화학약품을 사용하여 호소수를 정화하는 방법은 환경적으로 많은 문제점을 내포하고 있으며, 지속적으로 투입되면 자연 생태계가 파괴될 수 있는 위험성이 있다.

또한 생물학적 처리공정으로 황토를 이용한 처리방법, 오폐수 처리공정, 수생식물을 이용한 방법이 시도되어 있으나 수생식물을 이용하여 질소와 인을 단순 흡수하는 방법은 그 처리 효율이 낮고, 동절기에 수생식물이 얼어죽거나 성장이 멈추면 이와 같은 처리 효과를 기대할 수 없는 문제점이 있으며, 종래의 오폐수 처리시설에서 사용되는 방법으로 1차 생물학적 처리 후 모래여과나 활성탄 여과 등으로 고도처리를 하는 방법은 처리효율이 높지 않고, 건설비와 운영 유지비가 비교적 높은 문제점이 있는 실정이다.

이와 같은 연유로 호소수 내의 녹조현상을 경제적이며 환경친화적으로 제거할 수 있는 시스템 개발의 필요성이 대두되었다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 바와 같은 필요성을 해결할 수 있는 호소수 내의 녹조현상을 경제적이며 환경친화적으로 제거할 수 있 는 시스템을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은

오존발생장치;

호소수유입펌프;

상기 오존발생장치에 의해 발생된 오존이 유입되는 오존유입라인, 상기 호소수유입펌프를 통하여 호소수가 유입되는 호소수유입라인, 상기 오존유입라인와 호소수유입라인과 연결되어 호소수와 오존이 혼합되는 모터와 임펠러를 갖춘 오존용해장치, 상기 오존용해장치에서 발생되는 미세기포에 의해 부상하는 부유물이 통과하는 스컴배출구, 상기 스컴배출구의 하단에 설치되는 호소수유출구로 이루어진 부상분리조; 및

상기 호소수유출구에 의해 유출되는 호소수가 유입되어 살조제와 접촉할 수 있도록 살조제가 충진되어 있으며 처리완료된 호소수가 배출되는 호소수배출구를 구비하며 상기 부상분리조의 일측에 부착되어 있는 살조제 접촉조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 호소수 정화 및 조류 제거 시스템을 제공한다.

본 발명에 따른 호소수 정화 및 조류 제거 시스템에 있어서, 상기 부상분리조는 상기 호소수유출구의 하부에서 시작되어 스컴배출구의 하부까지 형성되는 격벽(baffle)을 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 호소수 정화 및 조류 제거 시스템에 있어서, 상기 부상분리조는 소정의 높이에 경사지게 설치되며 경사 상부에 기포에 의해 부상하는 부유물 이 통과할 수 있는 개구부를 가지고 경사 하부가 스컴배출구와 연통되는 스컴유도판을 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 호소수 정화 및 조류 제거 시스템는 상기 부상분리조의 상부로 배출되는 오존이 재활용될 수 있는 상기 오존유입라인과 연결되는 오존 재활용 라인 및/또는 상기 살조제 접촉조로 배출 오존을 공급하는 배오존 살조제 접촉조공급라인을 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 호소수 정화 및 조류 제거 시스템에 있어서, 상기 살조제는 금속과산화물, 특히 과산화칼슘, 과산화마그네슘 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하다.

이어서 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명에 따른 시스템의 원리에 대하여 살펴보기로 한다.

오존을 이용한 기존 수질정화 시스템에서는 오존의 산화력을 탈색이나 탈취에 이용하는 경우가 많고 3차 처리로서 이용이 주였다. 한편 오존이 유기물의 응집에 효과가 있는 것은 일부로 알려져 있지만 1차 처리, 2차 처리에 오존을 이용하면 오존량의 소비량이 많아져서 비경제적인 인식에서 그다지 이용되지 않는다. 또한 호소수정화의 분야에서는 산기관 등으로 오존을 직접 호소수 중에 불어넣는 시스템과 오존수를 호소수에 흘리는 시스템, 자외선램프로 미량의 오존을 발생시켜 물로 용해시키는 시스템 등이 있지만, 어떤 경우도 수화(water bloom)가 이상 발생한 시기에 효과적인 시스템은 보고되지 않았다.

상술한 바와 같은 한계를 극복하여 본 발명은 수화(water bloom)가 이상 발 생한 시기에서 효과적으로 처리할 수 있는 시스템으로서 유럽에서 양식장 등의 수중의 용존산소량을 증가시키는 시스템으로서 널리 이용되고 있는 포말을 이용한 부상분리 시스템과 오존을 합하는 것으로 적은 오존량으로 오염을 응집하여 거품으로 비교적 입자가 큰 부유물질 및 조류를 손쉽게 제거하여 부하를 줄인 상태에서 2차적으로 조류를 사멸시키는 살조제, 특히 오존과 촉매반응을 일으키는 살조제를 이용하여 잔여 조류를 사멸시키는 시스템이다.

즉 이러한 본 발명의 시스템의 경우 비교적 많은 양의 호소수를 적은 양의 지류(side stream)로 순환시켜 발생된 미세기포와 오존의 순간 산화에 의한 발생기체(CO2, CH4등)에 의한 부상 분리를 통하여 1차로 제거되어지며 후단의 살조제가 촉매반응을 일으켜 배기 오존가스와 촉매의 반응을 이용하여 촉매의 활성도를 더욱 촉진시켜 오존과 OH라디칼을 이용하여 미처 제거하지 못한 조류를 직접 사멸시킨다.

또한 이러한 본 발명의 시스템은 1차와 2차로 분리되는 것이 아니라 동시에 이루어짐으로써 간단한 시설만으로 조류제거 및 호소수 정화가 가능하며 오존과 촉매를 동시에 사용함으로써 오존양을 최소화시키고 배오존 가스는 다시 촉매와 접촉시키는 등의 오존의 활용도를 높일 수 있으므로 제거 효율에 비해 경제적인 시스템 구축이 가능하다.

그리고 처리수의 용존산소농도를 최소 10PPM이상 유지가 가능해지고 악취 및 색도가 제거되는 부대효과를 얻을 수 있으므로 호소수의 자연 정화력을 향상시킬 수 있는 장점을 가지고 있다.

이어서 첨부한 도면을 통하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명에 따른 호소수 정화 및 조류 제거 시스템의 일실시예를 도시한 도면인 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 시스템은 크게 오존발생장치(100), 호소수유입펌프(200), 부상분리조(300) 및 살조제 접촉조(400)로 구성되어 있다.

상기 오존발생장치(200)는 수질 정화 시스템 등에서 오존발생장치로 사용될 수 있는 것으로 일반적으로 알려져 있는 것이라면 특별한 제안없이 사용가능하며, 상기 호소수유입펌프(300)는 호소수와 같은 호소수를 유입하여 공급할 수 있는 펌프라면 특별한 제한 없이 사용가능하며, 특히 호소수 상부층 약 50cm 부근에 수화된 조류가 집중되어 부유되고 있기 때문에 조류제거를 위해서는 이를 선택으로 흡입하여 조류 제거 시스템으로 유입되는 것이 바람직하므로 본 발명에서는 이에 적합한 스컴 펌프를 호소수 상층부에 부유시켜 조류와 미세 부유물질이 흡입되도록 설계하여 사용할 수 있다.

상기 부상분리조(300)는 상기 오존발생장치(100)에 의해 발생된 오존이 유입되는 오존유입라인(310), 상기 호소수유입펌프(200)를 통하여 호소수가 유입되는 호소수유입라인(320), 상기 오존유입라인와 호소수유입라인과 연결되어 호소수와 오존이 혼합되어 미세기포를 발생시키는 오존용해장치(330), 상기 오존용해장치(330)에서 발생되는 미세기포에 의해 부상하는 부유물이 통과하는 스컴배출구(340), 상기 스컴배출구(340)의 하단에 설치되는 호소수유출구(350)으로 이루져있으며, 상기 살조제 접촉조(400)은 상기 호소수유출구(350)에 의해 유출되는 호소수가 유입되어 살조제(410)와 접촉할 수 있도록 살조제(410)가 충진되어 있 으며 처리완료된 호소수가 배출되는 호소수배출구(420)를 구비한다.

상기 부상분리조(300)와 살조제 접촉조(400)는 별도로 분리되어 있는 것이 아니라 부상분리조(300)에 살조제 접촉조(400)가 부착되어 형태, 예를 들어 부상분리조(300)가 원통 형상인 경우에 살조제 접촉조(400)는 도너츠 형상으로 하여 원통형의 부상분리조의 외부에 부착되어 있는 형태로 되어 있다.

또한, 도 2를 참조하면, 상기 오존용해장치(330)는 오존과 호소수가 유입되는 유입부(331)와, 유입된 오존과 호소수를 고압으로 교반시켜는 임펠러(332)와 상기 임펠러(332)를 구동시키는 구동부(333)과 오존이 용해된 호소수가 투출되는 투출부(334)로 이루어져 있으며, 이 오존용해장치(330)의 역할은 내부 임펠러가 3000RPM으로 회전하면서 오존가스와 내부 유입수를 혼합시키며 2-3 kg/cm2의 압력으로 가압 용해되며 부상분리조 하부를 통과하면서 순간 압력이 크게 떨어지고 용해된 오존화 가스가 미세기포를 발생시키며 유입수 중에 포함된 조류등의 부유물질을 스컴으로 부상시킨다. 이때 내부에서 유입수의 유기물을 순간 분해시키면서 발생된 분해가스(CO2, CH4)를 생성시켜 미세기포들과 함께 부상력을 증가시키는 역할을 한다. 상기 오존용해장치의 내부 구조는 오존에 강한 SUS 316으로 제작하는 것이 바람직하다.

상기 살조제 접촉조(400)에 충진되는 살조제는 부상분리조(300)에서 처리된 호소수가 접촉될 수 있도록 망사와 같은 주머니에 담겨져 있는 형태로 충진되어 있으며, 조류를 사멸시키는 것으로 알려져 있는 화학물질이라면 무엇이든지 사용가능하다.

특히 본 발명에서는 살조제로 과산화칼슘, 과산화마그네슘 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나와 같은 금속과산화물을 사용하는 것이 바람직한데, 이 금속과산화물에 대해서는 본 명세서의 일부로 포함되는 특허공개번호 제10-2002-30983호의 공개 공보에 상세하게 기재되어 있다.

본 발명에서 살조제로 사용하는 금속과산화물에 대하여 설명하면 다음과 같다,

상기 금속과산물은 하천, 호수, 연못, 양어장, 낚시터 등 호소수에 발생하는 녹조현상을 제거 및 예방할 수 있는 것으로서 수중에서 용해 및 분해되면서 (i) P 침전제거, (ii) 산소발생 및 DO 증진, (iii) OH radical 발생에 의한 조류 사멸, (iv) 응집효과 등의 기작이 동시에 이루어질 수 있는 다기능성 제재이면서도 경제적인 물질이다.

즉, 조류생물의 필수 영양분을 제거하여 조류생물의 성장을 저해, 사멸시키고, 이 과정에서 산소가 발생되어 호소수 내의 용존산소량을 증가시킴으로써 토착 호기성 미생물의 성장을 촉진시키게 된다. 한편, 이렇게 성장이 촉진된 토착 호기성 미생물은 호소수 내 포함된 질소, 인 등의 부영양물질을 흡수하여 호소수를 정화시키게 된다.

상기 금속과산화물은 물에 용해되면 다음과 같이 몇가지 화학작용이 발생한다. 우선, 호소수 내의 ppb level의 저농도 무기인산이온과 반응하여 인을 석출시키고 산소를 발생시킨다.

A MxOy + B PO43- + C H2O → D Ma(PO4)b(OH)↓ + E O2

이때, 인산의 제거속도는 1ppm/hr 이며, 이론적으로는 인산염 1ppm을 제거하는데 1ppm의 금속과산화물이 요구되나, 실제 최적의 제거속도인 1ppm/hr을 위해서는 약 500-1,500ppm이 요구된다.

한편, 위와 같은 현상에 의해 조류생물의 필수 영양분이자 녹조현상 blooming의 제1 제한 인자인 무기인 성분은 금속염으로 석출되어 조류생물이 이용할 수 없게 되어 성장이 저해되며 이미 성장한 조류생물도 사멸될 수 있다. 여기서 생성되는 인의 석출물의 용해도는 Ksp가 10-20 이하의 난용성 염으로 장기적으로도 재 용출되어 다시 조류생물이 활용할 가능성이 적으며, 그 용해속도가 매우 느림으로 인하여 자연적인 대류에 의하여 더 낮은 농도로 희석될 것이다. 부수적으로 발생하는 산소는 호소수 내의 용존산소량을 증가시킴으로써 토착 호기성 미생물의 성장을 촉진시키게 된다. 상기 토착 호기성 미생물은 우점종으로 자리잡게 되면서 호소수 내 포함된 질소, 인 등의 부영양물질을 흡수하여 호소수를 정화시키게 된다. 한편 물과 반응하면서

A MxOy + B H2O → M + H2O2 → M + 2OH- + 2HO·와 같이 수산라디칼을 생성할 수 있으며 이 라디칼은 산화제 또는 살균제로써 작용하여 조류생물을 제거하는 역할 수행한다.

또한 일부 해리 금속이온 M은 수중 알칼리도와 반응하여 다음과 같이 수산화물 침전 콜로이드를 형성하게 된다.

M + OH- → Mx(OH)y↓

이 물질은 응집효과를 나타낼 수 있으며, 상수 정수장 정제용, 하수 및 공장 폐수 등에서 응집효과에 따른 물의 정화작용 및 오니의 안정화 등으로 작용할 수 있다.

이어서, 본 발명에 따른 호소수 정화 및 조류 제거 시스템의 다른 실시예를 도시한 도면인 도 3을 보면, 도3에 따른 시스템은 도 1의 시스템에 격벽(baffle)과 스컴유도판을 더 포함시킨 것이다.

상기 격벽(360)은 부상분리조(300)의 호소수유출구(350)의 하부에서 시작되어 횡으로 돌출된 후에 다시 종으로 뻗어 스컴배출구(340)의 하부까지 형성되어 있는 것으로서, 오존용해장치(330)을 통해 배출되는 스컴과 호소수가 함께 배출되는 것을 막기 위하여 것이며, 상기 스컴유도판(370)은 부상분리조(300)의 소정 높이에 경사지게 설치되며 경사 상부에 기포에 의해 부상하는 부유물이 통과할 수 있는 개구부(371)를 가지고 경사 하부가 스컴배출구(340)와 연통되도록 형성되어 스컴을 원할하게 배출하기 위한 것이다.

또한, 본 발명에 따른 호소수 정화 및 조류 제거 시스템의 다른 실시예를 도시한 도 4와 도 5는 도 1의 시스템에서 부상분리조(300)의 상부에 모이게 되는 배오존을 재활용하기 위한 것으로서, 도 4의 시스템은 상기 부상분리조(300)의 상부로 모이는 오존이 재활용될 수 있는 상기 오존유입라인(310)과 연결되는 오존 재활용 라인(380)을 더 포함하며, 도 5의 시스템은 상기 살조제 접촉조(400)로 배출 오존을 공급하는 배오존 살조제 접촉조 공급라인(390)을 더 포함하며, 이들 오존 재활용 라인(380)과 살조제 접촉조 공급라인(390)은 동시에 함께 구비될 수도 있다. 이들의 설치로 인하여 오존의 사용량을 감축시킬 수 있는 효과가 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.

본 실시예에서 사용한 오존발생장치(100)는 약 6 - 8%의 오존농도로 발생되는 평판형 오존발생장치를 이용하였으며 원료가스로는 산소발생기를 이용하여 만들어진 산소를 직접 오존발생기에 공급해주었다.

또한 부상분리조(300)는 직접 호수 속에서 부유할 수 있는 구조로 설계되었으며 재질은 비중이 물보다 가벼운 0.92 정도의 P.E.로 선정하였다. 구조는 상부와 하부로 나뉘어져 있으며 폴리비닐 계열의 차단막으로 상부와 하부를 연결하여 호수외부와 반응조 내부를 차단시켰다.

상부의 크기는 지름 1500 의 원통형 구조를 가지며 하단부에 물에서 부유될수 있는 밀폐공간을 가지고 있다. 유출구는 사방 8개로 설치되어 처리된 호소수가 일정한 속도로 천천히 빠져나갈 수 있도록 제작되었다. 유출구가 설치된 부분은 처리수가 약 2 -3분정도 체류할 수 있는 공간이 확보된 살조제 접촉조가 위치하고 있어 이곳에서 촉매작용과 인제거가 이루어진 후 다시 외부 호수로 다시 순환되어 진다

하부 반응조는 지름 1500의 원통형 구조를 가지며 이곳에 오존용해장치(330)가 설치되어 오존가스와 유입 호소수를 혼합, 분사하여 미세기포를 형성시키고 오존반응이 활발하게 이루어 질수 있도록 설계 되어있다. 또한 분사된 포말을 체류시간을 늘리고 와류를 형성시켜 오존 용해율을 높이기 위해 나선형 홈을 따라서 상부로 상승되어지는 구조를 가지고 있다. 상부는 투명 아크릴이 설치되어 있어 외부에서 내부 스컴이 발생되고 제거되는 모습을 들여다 볼수 있도록 설계되어 있다. 상 부조는 3개의 고정끈을 이용하여 수중에서 균형을 잡고 정치할 수 있게 외어 있으며 상단부분에는 오존가스가 주입될 수 있는 주입구가 설치되어 있다.

살조제 접촉조(400)은 유출구 덮개판 형태로 부상분리조(300)의 상단부에 설치하였으며 내부 유출구에서 나온 유출수는 이곳에서 잠시 머무르며 살조제와의 반응이 일어나게 되며 외부 덮개의 유출공을 통해 다시 호수로 순환되어지도록 하였다.

부상분리조(200)의 하부조 내에 고정되어 있는 오존용해장치(330)는 내부 임펠러가 3000RPM으로 회전하면서 오존가스와 내부 유입수를 혼합시키며 2-3 kg/cm2의 압력으로 가압 용해되며 부상분리조 하부를 통과하면서 순간 압력이 크게 떨어지고 용해된 오존화 가스가 미세 기포를 발생시키며 유입수중에 포함된 조류등의 부유물질을 스컴으로 부상시키도록 구성하였다. 이때 내부에서 유입수의 유기물을 순간 분해시키면서 발생된 분해가스(CO2, CH4)를 생성시켜 미세기포들과 함께 부상력을 증가시키는 역할을 한다. 내부 구조는 오존에 강한 SUS 316으로 제작되었다.

부상분리조(200)에서 발생된 미세포말에 포함되어 있는 스컴은 상부 경사판을 타고 흘러내려 외부 스컴 수거통의 상부에 연결된 배출구를 통해 흘러나오게 되며 처리된 호소수는 살조제 접촉조로 주입되고 용해되어 있던 오존은 촉매반응으로 조류제거를 촉진시키는 역할을 한다. 또한 미처 처리 안된 미량 배오존 가스의 경우에는 포집되어 다시 살조제 접촉조로 주입되도록 설계하였다.

살조제 접촉조(400)는 부상분리조(300) 상부에 설치되어 있으며 부유물질이 제거된 유출수가 접촉조에 2 - 3분 동안 접촉되면서 촉매반응과 인제거 반응을 수 행할 수 있도록 하였다. 충진된 살조제의 주성분은 CaO2와 MgO2로서 금속과산화물의 OH 라디칼 생성을 반응을 이용하여 수중에 주입될 경우 H2O와 반응하여 H2O2를 생성하고 이는 다시 수중 금속이온의 촉매작용으로 OH 라디칼을 생성한다.

MO2 + 2H2O M2++ 2H2O2 M2++ 2OH-+ 2OH·

이 라디칼은 산화제 또는 살균제로써 작용하여 조류생물을 제거하는 역할을 수행하는 핵심성분이다. 또한 아래 반응식과 같이 생성된 OH-로 인해 pH가 증가하게 되며 응집능력이 있는 반응물을 생성하여 조류의 응집효과를 증가시킬 것으로 보고되었다.

M2+ + 2OH- M(OH)2

생성된 Ca(OH)2는 콜로이드나 부유물질 제거를 위해 도시폐수에 대해 응집제로도 사용되는데 인의 제거효율이 우수하다. Ca(OH)2가 인과 반응하여 생성된 Ca5(OH)(PO4)3와 같은 형성된 침전물의 용해도는 pH가 증가함에 따라 감소하며, pH가 9.0 이상일 때 가장 높은 제거효율을 갖는다. 따라서 본 살조제 주입으로 인해 증가된 pH가 인성분 제거 및 조류응집제거 능력향상에 부가적인 도움을 줄 수 있다.

그리고, 호소수 부유물질 수집 운반은, 호소수 상부층 약 50cm 부근에 수화된 조류가 집중되어 부유되고 있어 조류제거를 위해서는 이를 선택으로 흡입하여 조류제거 시스템으로 공급하는 것이 바람직하여, 호소수의 상층부에 스컴 펌프를 부유시켜 조류와 미세 부유물질이 흡입되도록 설계하였다. 수면부근의 조류를 흡입하며 낙엽등, 큰 부유물질이 흡입 안되도록 3mm 철망을 씌워 일정 크기의 부유물질 만 흡입될 수 있도록 설치하였다.

상술한 바와 같은 조류 제거 시스템을 대상 저수지에 수화현상(water blooming)이 발생하는 9월 경에 설치한 후 실험하였다.

본 조류 제거 시스템의 가동전의 호소수의 성상은 하기 표 1과 같았다.

	농도
Chlorophyll a	37 - 58 mg/m3
SS	45 - 77 mg/L
CODmin	27 - 35 mg/L
BOD	25 - 43 mg/L
TP	12.2 - 4.6 mg/L

상기 표 1의 호소수의 수질 분석 결과를 보면, 수화현상이 뚜렷하고 유기물및 영양염류 농도가 높은 전형적인 부영양화 상태가 나타나는 것을 알 수 있었다. BOD가 최대 43mg/L 정도로 상당히 높은 수치를 나타내고 있으며 조류의 농도도 최대 58mg/m3으로 본격적인 수화현상이 발생되기 전임에도 불구하고 농도가 높은 것을 알 수 있었다. 특히 호소수의 출입이 막혀진 상태이므로 부유물질농도가 77mg/L로 높아 조류와 엉켜진 상태로 호수 수면을 채우고 있는 것을 볼 수 있었다.

실험은 설치가 완료된 9월 초부터 시작하여 1개월 동안 진행되었으며 일주일에 2 - 3번씩 sampling을 하여 실험을 진행시켰다.

실험 결과를 살펴보면 실험 기간 중 강우량 80mm이상의 강우가 3차례 발생하였으므로 실험 초기보다 유량이 10 - 20%정도 늘어났으며 최초 호소수의 유기물농도가 다량 희석된 것을 알 수 있었다. 또한 흐린 날씨가 많아 수화현상도 실험 초기보다 오히려 줄어들어었다. 본 실험의 결과 대략 실험을 시작하고 약 10일 이후 부터 본격적인 유기물질의 변화를 알 수 있었다. SS 농도는 초기 약 43mg/L 정도에서 실험진행후 최소 14mg/L 로 떨어졌으며 엽록소 역시 초기 약 40mg/m3 정도에서 실험이 진행된 후 약 20일 후에는 절반정도는 약 20mg/m3 정도로 줄어드는 것을 알 수 있었다. 또한 수중에서 부영양화의 제한 인자인 인 농도의 경우 초기 13mg/L에서 약 10mg/L 정도로 줄어드는 것을 알 수 있었다. 전체적으로 1달여간의 실험동안 약 30 - 40% 정도의 제거되는 것을 알 수 있었다. 그러나 실험조건상 잦은 강우와 흐린 날씨로 9월초 수화현상이 극심했던 호소수가 빗물에 의한 희석과 조류의 광합성 부족으로 자연 감한 한다면 처리효율은 그 절반정도인 20%정도인 것으로 판단된다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명에 따른 시스템은 오존과 촉매를 동시에 이용하고 부유공정을 포함함으로써 간단한 설비로서 조류제거가 가능한 경제적으로 건천화 시기 및 수질악화 시기에 적절히 대처할 수 있는 오존의 산화력과 부상분리, 살조제(OH라디칼 발생)를 통한 호소수 정화 및 조류 제거 시스템으로서 부상분리공정을 통하여 유기물 분해가스의 상승력과 미세기포의 부상력을 통한 부상분리 공정에서 발생된 스컴을 제거해줌으로써 부유물질 및 COD 제거가 가능하며 오존 소모량을 줄일 수 있다. 오존산화 공정을 통하여 호소수에 오존 접촉을 통하여 직접적인 조류파괴가 가능하며 COD, 색도, 악취가 제거되고 수중 용존 산소를 증가시킬 수 있으며, 살조제 특히 과산화칼슘, 과산화마그네슘 등과 같은 금속과산화물을 통한 촉매 반응으로 오존보다 수십배 산화력이 강한 OH라디칼을 생성시켜 조류의 세 포벽을 파괴시켜 직접적인 조류 사멸효과를 얻을 수 있으며 오존소모량을 줄일 수 있는 장점을 가지고 있다.

또한, 본 발명에 따른 시스템을 적용할 경우 각종 유기물 및 부유물질들을 효과적으로 제거함으로써 조류의 생장을 억제할 수 있으며 오존의 분해로 인해 약 10ppm이상의 높은 DO를 얻을 수 있어 호소수 정화능력을 촉진시키고, 생태 교란 등 수생 생태계가 저해를 일으키는 DO 고갈 현상을 예방할 수 있으며, 조류제거, 소독 및 살균뿐만 아니라 인근 주거지역의 민원대상이 되는 악취문제를 해결할 수 있으며 색도를 현저히 줄여 심미적인 불쾌감을 감소시키고 처리수 중 난분해성 유기물질의 분율을 낮추고 상대적으로 이분해성인 유기물질 분율을 증가시켜 방류수계의 자정능을 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

1. 오존발생장치;

   호소수유입펌프;

   상기 오존발생장치에 의해 발생된 오존이 유입되는 오존유입라인, 상기 호소수유입펌프를 통하여 호소수가 유입되는 호소수유입라인, 상기 오존유입라인와 호소수유입라인과 연결되어 호소수와 오존이 혼합되는 모터와 임펠러를 갖춘 오존용해장치, 상기 오존용해장치에서 발생되는 미세기포에 의해 부상하는 부유물이 통과하는 스컴배출구, 상기 스컴배출구의 하단에 설치되는 호소수유출구, 상기 호소수유출구의 하부에서 시작되어 스컴배출구의 하부까지 형성되는 격벽(baffle), 소정의 높이에 경사지게 설치되며 경사 상부에 기포에 의해 부상하는 부유물이 통과할 수 있는 개구부를 가지고 경사 하부가 상기 스컴배출구와 연통되는 스컴유도판으로 이루어진 부상분리조; 및

   상기 호소수유출구에 의해 유출되는 호소수가 유입되어 살조제와 접촉할 수 있도록 살조제가 충진되어 있으며 처리완료된 호소수가 배출되는 호소수배출구를 구비하며 상기 부상분리조의 일측에 부착되어 있는 살조제 접촉조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 호소수 정화 및 조류 제거 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,

   상기 부상분리조의 상부로 배출되는 오존이 재활용될 수 있는 상기 오존유입라인과 연결되는 오존 재활용 라인 및/또는 상기 살조제 접촉조로 배출 오존을 공급하는 배오존 살조제 접촉조 공급라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 호소수 정화 및 조류 제거 시스템.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 살조제가 금속과산화물인 것을 특징으로 하는 호소수 정화 및 조류 제거 시스템.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 금속과산화물이 과산화칼슘, 과산화마그네슘 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 호소수 정화 및 조류 제거 시스템.

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