KR100639042B1 - 준설퇴적물의 정화시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하천이나 강바닥에 쌓인 퇴적물을 준설하여 오염물을 제거하는 정화시스템에 대한 것으로 보다 상세히는 오염된 퇴적물을 원심분리기를 이용하여 세척 및 선별하는 단계, 원심분리기에서 선별된 낙하 분리물의 세척과 이송 단계 및 원심분리기의 상등액을 약품처리 및 침전과정을 거쳐 고형물을 분리하는 단계를 포함하여 정화효율을 높인 준설퇴적물의 정화시스템에 대한 것이다.

준설, 퇴적물, 정화시스템

Description

준설퇴적물의 정화시스템{A purifying system for dredged sediment}

도 1은 본 발명의 정화시스템의 플로우 차트(flow-chart)이다.

도 2는 본 발명의 준설 및 정화시스템의 처리계통도이다.

도 3은 본 발명의 정화시스템의 설치예이다.

<도면의 부호설명>

100: 준설커터 110, 210, 310, 410: 펌프

200: 원심분리기 300: 세척 및 이송 스크류

320: 분리물 저장 탱크 350: 오버플로우 방지 탱크

400: 침전조 420: 약품 저장탱크

450: 혼합기(in-line mixer) 500: 탈수기

본 발명은 하천이나 강바닥에 쌓인 퇴적물을 준설하여 오염물을 제거하는 정 화시스템에 대한 것으로 보다 상세히는 오염된 퇴적물을 원심분리기를 이용하여 세척 및 선별하는 단계, 원심분리기에서 선별된 낙하 분리물의 세척과 이송 단계 및 원심분리기의 상등액을 약품처리 및 침전과정을 거쳐 고형물을 분리하는 단계를 포함하여 정화효율을 높인 준설퇴적물의 정화시스템에 대한 것이다.

하천 및 강에는 물의 흐름에 의해 침식, 운반된 광물질, 토입자, 동식물, 미생물의 사체, 칼슘, 마그네슘, 철 및 망간 등의 불용성염 등이 자연적으로 퇴적되거나 생활하수, 공장폐수에 포함된 유해 화학물질 및 유기물질 등이 혼합되어 퇴적되어 있으며, 이러한 퇴적층은 수질환경을 보전하는 데 중요한 역할을 한다.

시각적으로 하천수의 색이 어두워 수질이 좋지 않아 보이는 지역의 수질을 조사해 보면 크게 나쁘지 않은 경우가 종종 있다. 이것은 하천 저부의 퇴적물층이 띄고 있는 색상에 기인하는 것이다. 퇴적층은 이러한 시각적인 문제뿐만 아니라, 퇴적물 내에 함유된 유기물질, 질소, 인 또는 중금속류 등의 오염물질들이 산소를 고갈시켜 용존산소량이 낮아지게 되어 오염이 더욱 심화되는 악순환을 유발하기도 한다. 따라서, 하천이나 호수의 수질관리를 위해서는 외부오염원에 대한 관리뿐만 아니라, 내부오염원인 퇴적물층의 관리를 위하여 주기적으로 저부에 쌓인 퇴적물을 준설하여 제거, 분리하여야 한다.

일본에서도 산업활동의 고도화 및 생활양식의 변화에 따라 폐쇄수역의 부영양화가 진행되어 적조 및 남조류의 발생에 의한 수질오염이 심각한 문제가 되었다. 폐쇄수역의 부영양화 현상의 한 가지 큰 요인이 퇴적물층으로부터 영양염류인 질소와 인이 수중으로 용출되어 조류생산의 영양원이 되며 다시 퇴적물로 돌아가는 순 환을 반복한다. 이렇게 부영양화 현상은 하천으로부터 유입되는 영양염류와 퇴적물로부터 용출되는 영양염류가 주원인이 되고 있으며, 특히 하절기에는 퇴적물로부터의 영양염류 용출이 부영양화에 큰 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다. 이러한 부영양화 방지를 목적으로 하는 퇴적층 정화기술은 생활계 폐수에 기인하는 유기성 저니 전부를 대상으로 하고 있기 때문에 전체 퇴적오니의 처리량이 막대하게 되고 처분을 위한 매립지 확보 또한 곤란하게 되면서 경제적 부담도 크기 때문에 준설, 매설 공법에 의한 처리가 극히 어려운 상황이 되었다. 따라서, 준설, 매립처분 이외의 정화기술로서 복사 또는 직접 산화처리 및 호기적 생물분해 등과 같이 오염물질을 제거하지 않고 원래 위치에서 퇴적물층을 개량하는 기술의 연구개발이 활발하게 이루어지고 있다. 이에 병행하여 퇴적물 중 영양염류를 토양개량제로서 이용하는 등 준설토를 이용할 수 있는 방안 등이 추진되고 있다.

종래의 준설방법은 대부분 퇴적오니 및 오염퇴적물 등을 제거하지 않아 하천 오염을 심화시키고 준설된 자갈, 모래 등도 오염물이 그대로 남아 있어 건축용 골재 등으로 사용하기가 어려웠다.

이러한 문제점 등을 해결하기 위한 방법으로 한국공개특허 제2002-48232호는 하천의 바닥퇴적물 제거 시스템에 관하여 기재하고 있다. 상기 발명은 바지선과 처리수조, 퇴적물 흡입장치 및 가압부상설비, 부상슬러지제거기, 배플과 부상오이트랜치와 집적조, 이송 및 재순환펌프와 재순환파이프와, 밸브수당과 발전기와 기름탱크와 예인선 등으로 구성되는 하천정화시스템에 있어서, 원수를 유입시켜 가압부상방법을 통하여 부상되는 슬러지를 제거하는 방법에 대한 것이다. 가압부상법을 이용하는 경우는 에너지 소비비용이 많이 소비되며, 비상되지 않은 퇴적물의 경우는 제거가 어려운 문제점이 있다.

한국특허 제251344호는 오염퇴적물을 채취하여 세척 후 반응조에서 약품처리를 행하고 농축을 통해 슬러지와 상등수로 분리한 후 원심분리기로 탈수하여 슬러지 케이크를 제조하여 처리하는 하천 정화방법 및 정화시스템에 관한 것이다. 상기 발명은 준설된 퇴적물을 선별과정 없이 세척을 행하는 시스템을 채택하고 있으므로 세척에 소요되는 시간과 비용이 많이 드는 단점이 있다.

한국특허 제317538호는 호수 및 하천 등 폐쇄수역의 오염퇴적물처리방법에 대한 것으로, 채집된 오염퇴적물을 사이클론 등을 이용하여 선별하고 오염물이 함유된 상등액을 분리하여 침전시킨 후 침전물과 칼슘화합물을 혼합, 반응시키고 600℃ 전후의 저온에서 산화시켜 이를 다시 준설지에 매립하는 퇴적물처리방법에 대하여 기재하고 있다. 상기 발명은 사이클론을 통과한 자갈 등의 중력이 있는 퇴적물에 대한 오염제거처리가 없으며, 상기 상등액 중 침전물에 관한 처리는 시간과 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 하천이나 호수의 바닥에 쌓여 수질오염을 야기하는 퇴적물 또는 퇴적오니 등을 준설하고 준설된 퇴적물을 효율적이며, 저렴한 비용으로 정화할 수 있는 시스템을 제공하려는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명자는 시스템의 효율성을 꾀하기 위하여 원심분리기를 개방형으로 하여 분리하는 중 쌓이거나 막힘이 발생하지 않는 구조를 갖도록 하고, 세척 및 이송 스크류에서 막힘 현상이 발생하지 않도록 스크류 피치 및 각도를 조절하며, 퇴적물의 성상의 변화에 쉽게 대응할 수 있도록 하는 시스템 구조와 배치로 최적의 조건에서 운전 가능하여 안정적 분리 및 정화가 가능하도록 하였다.

본 발명은 하천 및 호수의 오염퇴적물 준설하고 정화하는 시스템에 있어서,

하천 또는 호수에서 준설된 오염퇴적물을 세척수를 추가하여 세척과 분리가 동시에 수행하도록 하는 원심분리기(200)와;

상기 원심분리기에서 분리된 상등수는 배출하고 혼합기(mixer)(450)에서 약품처리과정을 거친 후 침전조(400)에서 고형물을 침전시킨 후 탈수시키는 탈수기(500)를 포함하는 상등수 처리부와;

상기 원심분리기(200)의 하부로는 중력낙하된 슬러리를 세척수가 채워져 연속적으로 이송과 2차 세척이 이루어지는 스크류와;

상기 스크류(300)에서 이송되는 세척된 슬러리를 저장하는 저장탱크(320); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 준설퇴적물의 정화시스템에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 원심분리기(200)가 세척수를 투입하여 와류 형성에 의하여 퇴적물을 세척하고 동시에 분리시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 스크류(300)가 일정한 위치에서 스크류에 채워지는 세척수의 오버플로우(over-flow)를 방지하고 일정한 수위를 유지하기 위한 오버플로우방지 탱크(350)를 설치하는 것을 특징으로 한다. 오버플로우 방지 탱크(350)는 원하는 높이에 설치할 수 있으며, 상기 탱크(350)가 설치된 스크류는 탱크 위치 이의 높이에는 세척수가 채워져 있어서 이송 중에도 세척이 가능하도록 하여 세척 효율을 증대하였다. 또한, 오버플로우 방지 탱크(350)로 모아진 세척수는 원심분리기(200)로 공급하여 세척수로 재사용할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 상기 고효율 침전조(400)에서 발생하는 상등액을 하천 또는 호수로 반송시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 고효율 침전조(400)로 침전거리를 줄일 수 있는 경사판 원리를 적용하여 고-액분리시키는 CUE-분리기(Corrugated U-element 분리기)를 사용하는 것을 특징으로 한다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 시스템에 대하여 보다 자세히 설명한다.

하천 또는 호수의 오염된 퇴적물을 준설커터(100)로 교란시켜 오염 퇴적물을 준설펌프(110)로 물과 함께 흡입하여 배송관으로 유입하고, 유입된 퇴적물을 세척수와 함께 원심분리기에 투입하여 원심분리기를 작동함에 따라서 와류를 형성시켜 퇴적물의 세척시킴과 동시에 퇴적물을 물과 슬러리로 분리한다.

상기 원심분리기(200)에 의하여 분리된 물(상등수)은 분리수 펌프(310)로 배출하여 일시 저장조에 저장하거나 바로 인라인 혼합기(in-line mixer)(450)로 보내 어 일반적으로 사용되는 유기물처리제, 응집제 또는 중금속처리제 등의 약품을 처리한 후 고형물을 침전을 위한 고효율 침전조(400)에서 침전과정을 거친 후 탈수시켜 침전조의 상등수는 방류하고 탈수된 케이크는 폐기한다.

또한, 상기 원심분리기(200)의 하부로 중력낙하에 의해 배출되는 슬러리는 다시 세척수가 채워진 스크류(300)를 통해 이송과 세척이 동시에 실시하며 세척된 슬러리를 저장탱크(320)로 이송한다.

상기 원심분리기의 제1실인 퇴적물을 분사실에서 상부 배플 플레이트(baffle plate)로 상등수를 분리시키는 1차 분리, 원심분리기 중앙에 위치한 제2실 인버트콘(inverted cone)에서 장류된 고형물을 분리하는 2차 분리 및 잔류오염물을 세척 및 이송 스크류에서 3차 분리하여 모래, 자갈은 배출하고 남은 오니는 원심분리기로 반송한다. 원심분리기에서 분리된 상등수는 약품과 혼합하여 고효율 침전조에서 용존 고형물은 분리하고 상등수만 방류, 분리된 고형물은 탈수조에서 고액분리된다. 이와 같은 분리과정을 거쳐 95% 이상의 분리효율을 기대할 수 있다.

이하, 각 단계에 사용되는 장치에 대하여 도 2, 3을 참조로 하여 자세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 시스템의 사용상태를 모식도로 나타낸 것이며, 도 3은 시스템 중 선별과 세척, 이송부의 일 실시도를 나타낸 것입니다.

준설궤도차량(준설선)은 깊은 호소 및 하천에는 준설궤도차량(준설선) 혹은 바지선 형태의 준설선에 장비를 탑재하고 궤도차량은 호소 및 하천의 수량이 적고 깊이가 낮은 지역에 적용한다.

준설커터(cutter)(100)는 퇴적물의 굴착과 교란을 위한 장비로 연질토 및 경질토에 따라 커터날(cutter teeth)을 부착하여 사용한다. 또한 호소의 깊이 및 넓이에 따라 레더의 선회속도(선회각 70~90°)를 조정하면서 작업을 할 수 있다.

준설펌프(110)는 커터에 의해 교란된 퇴적물을 물과 함께 함니율(오니 함유율) 10~15%로 흡입하여 펌프케이싱 내부의 펌프 임펠라를 통하여 배송관으로 유입되어 원심분리로 보내진다. 펌프의 크기, 구동엔진의 마력수, 토출관의 관경 등에 의하여 펌프의 양정과 배송거리를 정한다. 펌프는 펌프케이싱 안에서 임펠라가 회전함으로써 흡입과 토출을 하는 데 토출거리와 토질조건에 따라 임펠라의 모양과 크기가 다르게 제작된다. 즉, 토출거리가 멀면 임펠라의 지름이 크고 토출거리가 짧으면 임펠라의 지름이 작은 것을 사용한다. 또한, 토질이 연질이면 임펠라의 날개수가 많거나 날개 간격이 좁으며, 경질토나 연질토는 임펠라의 날개 수를 줄이고 간격을 넓힌다.

원심분리기(200)는 준설펌프(110)에서 배송된 퇴적물을 투입되는 세척수를 이용하여 와류형성에 의하여 퇴적물의 세척과 원심력에 의해 물과 슬러지(모래, 자갈, 오니 등)로 분리를 동시에 실시할 수 있도록 한 장비로서 배송된 퇴적물의 압력 및 속도, 토출량에 따라 처리용량이 결정된다. 원심분리기의 내부구조는 퇴적물 또는 퇴적오니 등이 분사되는 제1실과 이들이 분리되어 분리수만 빠져나갈 수 있는 제2실을 가지고 있으며, 제3실은 저니토에서 분리된 무거운 분리물(모래, 자갈, 오니 등)이 침전되어 세척 및 이송 스크류로 중력낙하할 수 있도록 설계 제작되었다.

세척 및 이송스크류(300)는 원심분리기(200)에서 중력낙하된 분리물을 세척과정을 거치면서 오니 등은 세척수와 함께 별도의 저장조로 배출되고 남은 모래, 자갈 등은 스크류(300)로 이송되어 분리물 탱크(320)로 투입된다.

분리물 탱크(320)는 원심분리 과정과 세척과정을 거친 분리물 중 모래, 자갈 등을 저장하는 탱크로서 원심분리기(200) 처리용량에 따라 저장용량이 결정된다

세척수 펌프(210)는 세척 및 이송 스크류(300)에서 세척과정을 거치면서 발생하는 오니, 세척수를 준설 펌프(110)에서 배송되는 배송관으로 반송시키는 장치로서 설계조건에 따라 연속가동 또는 시간에 따라 가동조건을 조절할 수 있다.

분리수 펌프(310)는 원심분리 과정 중 저니토에서 분리된 물을 이송하는 장치로서 분리된 물을 일시 저장소를 거쳐 2차 처리공정으로 보내진다.

약품펌프(410) 및 탱크(420)는 분리된 수체내의 고형물 분리를 위한 약품저장 및 공급장치이다.

혼합기(in-line mixer)(450)는 원심분리기에 의하여 분리된 상등액에 혼합되어 있는 고형물과 약품이 잘 반응할 수 있도록 혼합해 주는 장치로서 분리수 펌프(310)에서 이송되는 상등수의 압력에 의해 혼합된다.

침전조(400)는 육상에 설치된 인라인 혼합기(450)를 거친 상등액과 약품의 혼합물에서 고형물은 침전시켜 고형물만을 수득하는 장치로서 수득된 고형물은 다시 탈수기(500)를 거쳐 폐기된다. 유효침전면적을 늘리고 침전거리는 줄일 수 있도록 하는 경사판 원리를 적용하는 고효율의 고액분리가 가능한 CUE-분리기(Corrugated U-element)를 도입한 고속 침전조를 사용할 수 있다. 침전되고 남은 상등수는 다시 하천 또는 호수로 반송시킨다.

이상과 같이 본 발명의 정화시스템은 오염이 심한 하천 및 호소, 하수, 폐수 처리장의 고액분리, 부유물질이 많은 산업폐수의 고액분리, 항만 인근의 해저 오니 등을 준설 후 효율적으로 분리, 정화할 수 있다.

또한, 본 발명은 준설펌프의 배송압, 속도에 의해 원심분리기 운용시 동력의 소비가 최소화될 수 있으며, 막힘이나 정체구역이 발생하지 않도록 시스템이 배치되어 있으며 개방형 구조로 유지관리가 쉬워 경제적이며, 준설에서 분리방류까지 자동화 운전이 가능하고, 장비 및 배관이 효율적으로 배치되어 공정의 시간을 단축시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 정화시스템을 거친 모래, 자갈 등은 토목부자재로 재환원이 기대되며, 슬러지 발생량을 최소화할 수 있는 시스템 구조를 갖는다.

Claims (5)

1. 하천 및 호수의 오염퇴적물을 준설, 정화하는 시스템에 있어서,

   이송된 오염퇴적물을 세척과 분리가 동시에 수행되도록 하는 원심분리기(200)와;

   상기 원심분리기에서 분리된 상등수는 혼합기(mixer)(450)로 이송되어 유기물처리제, 응집제 및 중금속처리제 중 선택되는 1종 이상의 약품을 상등수에 가하여 혼합시키는 약품처리과정을 거친 후 고형물을 침전시킨 후 탈수하는 공정을 포함하는 상등수 처리부와;

   상기 원심분리기(200)의 하부로는 중력낙하된 슬러리는 세척수가 채워져 연속적으로 이송과 세척이 이루어지며, 일정한 위치에서 세척수의 오버플로우(over-flow)를 방지하고 일정한 수위를 유지하기 위한 오버플로우방지 탱크(350)가 설치된 스크류(300)를 거쳐 저장되는 슬러리 처리부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 준설퇴적물의 정화시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 원심분리기(200)는 세척수를 투입하여 와류 형성에 의하여 퇴적물을 세척하고 동시에 분리시키는 것을 특징으로 하는 준설퇴적물의 정화시스템.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 스크류(300)에 설치된 오버플로우방지 탱크(350)로 모아진 세척수는 원심분리기(200)로 공급되는 것을 특징으로 하는 준설퇴적물의 정화시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 침전조(400)는 침전거리를 줄일 수 있는 경사판 원리를 적용하여 고-액분리시키는 CUE-분리기(Corrugated U-element 분리기)인 것을 특징으로 하는 준설퇴적물의 정화시스템.

Images