KR100644236B1 - 정수장용 활성 탄소체 컬럼 및 이를 이용한 정수처리방법 - Google Patents

정수장용 활성 탄소체 컬럼 및 이를 이용한 정수처리방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100644236B1
KR100644236B1 KR1020050095752A KR20050095752A KR100644236B1 KR 100644236 B1 KR100644236 B1 KR 100644236B1 KR 1020050095752 A KR1020050095752 A KR 1020050095752A KR 20050095752 A KR20050095752 A KR 20050095752A KR 100644236 B1 KR100644236 B1 KR 100644236B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
activated carbon
water purification
water
casing
hydrophobic
Prior art date
Application number
KR1020050095752A
Other languages
English (en)
Inventor
이종현
곽우신
고광명
나광주
박관수
김인아
Original Assignee
한국수자원공사
(주) 정수엔지니어링
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국수자원공사, (주) 정수엔지니어링 filed Critical 한국수자원공사
Priority to KR1020050095752A priority Critical patent/KR100644236B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100644236B1 publication Critical patent/KR100644236B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/283—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using coal, charred products, or inorganic mixtures containing them
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/002—Construction details of the apparatus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/02—Odour removal or prevention of malodour
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/04—Disinfection
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/14—Maintenance of water treatment installations

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Water Treatment By Sorption (AREA)

Abstract

본 발명은 정수장용 활성 탄소체 컬럼 및 이를 이용한 정수처리방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면 상단부에 유입구가 구비된 상부 케이싱; 하단부에 유출구가 구비되며 상부에 판형태의 씨브가 설치되는 하부 케이싱; 및 상기 상부 케이싱과 하부케이싱 사이에 위치하며 상부에 판형태의 씨브가 구비되고 씨브 하부에 소수성(hydrophobic) 또는 친수성(hydrophilic) 활성 탄소체(activated carbon body), 또는 그 혼합물로 충진된 미들 케이싱으로 이루어지는 정수장용 활성 탄소체 컬럼과, 착수정의 전, 후, 그 양측, 착수정과 약품 혼화지 사이의 수로, 약품 투입 지점의 전후, 침전지 유입구/유출구, 여과지 유입구/유출구, 정수지 유입구/유출구에 이를 설치하여 처리수를 상기 컬럼 내로 가압/상압 통수시키는 정수처리방법이 제공된다.
이에 따라 본 발명은 농약, 냄새유발물질, 소독부산물, 계면활성제 등과 같은 유해물질, 특히 조류에 의한 냄새유발물질 제거에 효과적이면서도 재생 가능하며, 그 제작, 설치 및 유지관리가 간단하고 용이하며, 본 발명에 따른 정수처리방법은 유해물질의 제거에 효과적이면서도 환경 친화적이며, 인체유해 부산물의 생성이 없고, 유지관리가 간단하고 용이하다.
정수, 친수성, 소수성, 탄소체, 컬럼

Description

정수장용 활성 탄소체 컬럼 및 이를 이용한 정수처리방법{ACTIVATED CARBON BODY COLUMN FOR WATER PURIFICATION PLANT AND PURIFYING METHODS USING THE SAME}
도 1은 일반적인 정수 및 배출수 처리 시스템도이다.
도 2는 도 1의 평면도이다.
도 3은 침전지에 대한 사진도이다.
도 4a 내지 도 4e는 각각 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정수장용 활성 탄소체 컬럼의 예시도이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정수장용 활성 탄소체 컬럼에 충진될 수 있는 탄소체의 예시 사진도이다.
도 6은 도 4b의 본 발명에 따른 정수장용 활성 탄소체 컬럼을 여과지 이후에 설치한 경우의 유기물 제거 효율을 나타내는 그래프도이다.
도 7은 본 발명에 따른 정수장용 활성 탄소체 컬럼의 설치 단위 블록 예시도이다.
도 8a 및 도 8b는 각각 하절기 조류에 의한 심각한 진균류(곰팡이) 냄새 유발 물질로 알려진 지오스민(Geosmin)과 2-메틸이소보르네올(2-Methylisoborneol)에 대한 GC/Mass 스펙트럼도 및 구조식이다.
- 도면 중 주요부에 대한 부호의 설명 -
1,1a,1b,1c: 본 발명의 정수장용 활성 탄소체 컬럼
2: 상부 케이싱
2a: 몸체 2b: 쇼올더부
2c: 네크부 2d: 유입구
2e: 재치부(在置部) 2f: 씨브
2g: 플랜지
3: 하부 케이싱
3a: 몸체 3b: 쇼올더부
3c: 네크부 3d: 유출구
3e,3e': 재치부 3f,3f': 씨브
3g: 플랜지
4,4a,4b,4c,4d,4e: 미들 케이싱
4-1,4a-1,4b-1,4c-1,4d-1,4e-1: 플랜지
4-2,4a-2,4b-2,4c-2,4d-2,4e-2: 재치부
4-3,4a-3,4b-3,4c-3,4d-3,4e-3: 씨브
5: 소수성(hydrophobic) 활성 탄소체
6: 친수성(hydrophilic) 활성 탄소체
7: 패킹
10: 정수장
100: 정수 처리 시스템
110: 착수정 120: 혼화지
130: 응집지 140: 침전지
141: 웨어 142: 수면
143: 유출 트라프 144,145: 펌프
150: 여과지 160: 정수지
170: 송수 펌프실
181,182,183,184,185: 솔레노이드 밸브
200: 배출수 처리 시스템
210: 배출수지 220: 집수조
230: 조정조 240: 농축조
250: 슬러지 저류조 260: 탈수시설
본 발명은 정수장용 활성 탄소체 컬럼 및 이를 이용한 정수처리방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 예컨대, 규조류나 남조류 등의 조류 급속 증식에 기인하는 나쁜 냄새와 맛 등을 효과적으로 제거할 수 있으면서도 활성탄 투입에 따른 종래의 정수 처리 과정에 있어서의 제반 문제점이 전혀 없음과 동시에, 친수성 유해 물질, 또는 친수성과 소수성 유해 물질 모두를 효과적으로 제거할 수가 있음과 아울러, 기존의 정수장에 용이하고도 간편하게 적용할 수가 있는 효과적인 정수장용 활성 탄소체 컬럼 및 이를 이용한 정수처리방법에 관한 것이다.
일반적으로 음용수를 얻기 위한 정수처리 방법으로서는, 현탁물(懸濁物)에 대한 응집, 고액분리(固液分離)와, 용존 성분에 대한 응집(凝集), 산화, 생물화학적 변성, 흡착, 이온교환과, 세균이나 바이러스에 대한 응집, 여과, 살균 및, 산이나 알칼리의 중화 등이 있으며, 이러한 방법은 원수의 수질이나, 정수 목적 등과 같은 다양한 요구 조건에 따라 적절히 조합시켜 수 처리를 하게 된다.
정수장에서 수질을 정화하는 정수 처리는 일반적으로, 응집, 침전, 여과, 소독 공정으로 구성된다. 침전 공정은 침전지에 넣어 가라앉혀 처리하는 보통침전과 응집제(예컨대, 황산알루미늄 등)를 투입하는 약품침전으로 구분될 수 있으며, 원수(原水)의 수질에 따라 구분하여 처리하게 된다. 보통침전인 경우에는 완속여과법으로, 약품침전인 경우에는 급속여과법으로 정수하는 것이 일반적이며, 최종적으로는 염소로 소독한 다음, 송, 배수하게 된다.
종래의 일반적인 정수장의 처리 시설 및 정수 과정을 도 1의 종래의 일반적인 정수 및 배출수 처리 시스템도와 도 2의 그 평면도를 참조하여 살펴보기로 한다.
정수장(10)에 있어서의 정수 처리 시스템(100)에 대하여 먼저 언급하면, 하천이나 저수지 등의 취수원으로부터 취수된 음용 불가한 상태의 가압(혹은 자연유하) 송수된 원수는 착수정(110)에 들어온다.
착수정(110)은 가압 송수된 원수를 수용함에 있어 착수시의 수위동요를 안정시키고 원수 수량을 조절함은 물론, 착수정(110)에 후속하는 시설에 원수를 균등 분배하여 원수량을 파악 조절한 후 약품투입, 응집침전 및 여과 등의 정수작업을 정확하고도 용이하게 수행할 수 있게 한다.
혼화지(120)는 착수정(110)으로부터 유입된 원수에 약품을 투입하고 이를 혼화기(미도시)에 의해 급속히 혼화하여 마이크로플록(micro floc)을 생성시키는 시설로서, 일반적으로 유입부에는 유입 웨어가 설치되어 원수를 월류(越流)시키고, 이 지점에서 약품을 투입하거나 인라인(In-line) 주입을 하며, 원수의 수질이 양호할 시는 이 지점의 낙차에 의한 에너지를 이용하여 급속 혼화하거나, 또는 전동혼화기에 의해 기계식으로 강제 혼화시키거나, 또는 이들을 병용한다.
혼화지(120)에 투입되는 약품으로서는, 응집효율성 및 탁질 누출성이 강한 응집제로서의 PAC(폴리염화 알루미늄, Al2O3 10%)와, 응집제 사용으로 저하되는 알칼리도를 조절하고 적정 pH를 유지하여 충분한 응집효과를 발휘시키기 위한 알칼리제로서의 소석회(slaked Lime)와, 원수 중의 조류, 합성세제, 페놀류 등 기타 유기물질의 제거를 위한 활성탄 분말을 들 수 있다.
응집지(플록 형성지)(130)는 혼화지(120)에서 생성된 마이크로플록 입자를 체적과 중량을 증가시켜 응집시킴으로써 침전지(140)에서의 침전효과를 상승시키기 위한 것으로서, 플록 형성을 방해하는 단락류나 정체 부분이 생기지 않도록 격벽이 설치되며, 크고 단단한 플록을 생성시키기 위하여 복수대의 응집기가 설치되고, 응집기마다 속도를 달리하여 감속 응집의 효과를 높여 플록이 파괴되지 않은 상태로 침전지(140)로 이송하게 된다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 침전지(140)는 플록 형성지(130)에서 형성된 플록의 대부분을 침전 분리작용으로 제거하는 시설로서, 그 유입부에는 침전 효과를 높이기 위하여 플록을 함유한 유입 원수가 침전지 전체 수평면에 균등하게 유입되도록 정류벽(미도시)이 설치되며, 침전지 유출부는 수면 하의 침전 지역을 교란하지 않고 가장 양질의 물을 유출시킬 수 있도록 다수의 웨어(도 3a에서의 도면부호 141 참조)가 설치된 침전지 유출 트라프(143)를 설치한다. 침전지(140)의 슬러지 제거는 슬러지 수집기(미도시) 및 인발밸브(미도시)를 통하여 이루어진다. 일반적으로 침전지(140)는 시설이 간단하고 유지관리가 용이하며 수리학적으로 안정된 수평류식이 널리 사용되며, 침전지(140)의 크기는 수면적에 대한 통과 유량의 비율 즉, 표면부하율에 의하여 결정되며, 평균 유속과 체류시간이 중요하다.
도면 중 미설명 부호 142는 침전지(140)의 수면이다.
여과지(150)는 응집, 침전 등의 전처리 과정에서 제거되지 않은 현탁 물질을 물리적, 화학적 작용에 의하여 제거하기 위한 시설이며, 여과 방식으로서는 일반적으로 급속정압여과(감쇄여과) 방식이 널리 사용되고 있고, 여재로서는 여과사(모래 25㎝ 두께) 및/또는 안트라사이트(antracite)(50㎝ 두께)가 주로 사용된다.
정수지(160)는 정수된 상수를 송수하기에 앞서 저장하는 시설로서, 충분한 용량을 확보하여 급수 구역에의 정수 공급에 차질이 없도록 한다.
한편, 정수장(10)으로 유입되는 원수와 정수장(10)에서 유출되는 정수의 소독은 전, 중, 후 염소로 액화염소나 염소를 투입하여 시행된다.
전염소 처리는 정수장(10) 유입부에서의 조류의 성장을 방지할 뿐 아니라 응결과 응집을 저해하는 미세 유기물의 성장을 억제하여 슬라임(slime)이나 진흙이 여재에 부착하는 것을 예방하며 여재 내에서 혐기성 박테리아가 증식하는 것을 방지하기 위하여 사용된다. 반면에 후염소 처리는 전염소 처리과정에서 제거되지 않은 미생물의 살균을 위한 것이다.
전염소 투입은 급속 혼화지(120)의 유입부에서, 염소 처리 효과의 극대화를 위한 중염소 투입은 침전지(140) 유출부에서, 그리고 후염소 투입은 정수지(160)에서 수행됨이 일반적이다.
이어서, 배출수 처리 시스템(200)에 대하여 간략히 언급하면, 배출수지(210)는 급격한 유량 변화를 조절하여 매시간 일정 유량씩 이송하기 위한 시설로서 내부에는 슬러지 침강 방지용 슬러지 혼합 설비(미도시)가 설치되며, 배출수지(210)에 인접하여 설치되는 집수조(220)는 조정조(230)의 상징수를 집수하여 회수, 재이용하기 위한 시설이고, 조정조(230)는 슬러지 유입 농도와 슬러지 함유수 유량의 큰 변동폭을 조절하기 위하여 유량 조절 후 침전 분리하여 고농도로 농축조로 이송하고 상징수는 자연 유하로 집수조(220)에 집수하여 정수 처리 시스템(100)으로 회수하기 위한 시설이며, 슬러지 저류조(250)는 침전지(140)에서의 24시간 평균 배출 슬러지량 이상을 저류하기 위한 시설이며, 탈수시설(260)은 슬러지의 최종처분 및 운반이 용이하도록 슬러지 저류조로부터 이송된 슬러지를 탈수하여 케이크화 함으로써 체적을 감소시켜 운반 및 처분을 용이하게 하기 위한 설비이다.
도면 중 미설명 부호 231과 241은 각각 조정조 분배조 및 농축조 분배조이 며, 180은 약품탱크를, 그리고 190은 염소투입실을 나타낸다.
그런데, 근자에 들어 급속한 산업화 및 강 유역에 대한 인구 집중에 따라 우리나라의 주요 상수원인 한강, 낙동강, 금강 등의 수질이 나빠지면서 강 하류 지역의 수질이 3급수 이하로 되어 일반적인 정수방법으로는 오염물질의 제거가 어렵게 되고, 1989년 이후 중금속, THM, 페놀사건, 벤젠 등 각종 수돗물 유기물질 오염 사고가 빈발하면서, 수원 오염에 수반한 원수 중의 유기물 잔류와 정수 과정에서 사용되는 염소에 의해 생성되는 미량의 유기염소화합물의 존재 등이 심각한 논란을 야기하고 있다.
상기한 바와 같은 종래의 정수처리 시설로서 처리하기 어려운 물질로서는, 농약, 냄새 유발 물질, 소독 부산물, 계면활성제 등을 들 수 있는바, 이에 대해 간략히 살펴보기로 한다.
우리나라는 농약을 다량 사용하는 국가이고 사용되는 농약의 종류도 300여종에 달하여 농약이 검출될 가능성이 매우 높으며, 강 하류 지역에서는 각종 유해화학물질이 미량씩 검출되고 있고 폐수의 방류에 의한 유해물질 유입 가능성도 높다.
또한 최근 하천 및 호소의 부영양화 현상이 심해지는 경향을 나타내면서 조류나 방선균 등으로부터 유래하는 불쾌한 냄새가 문제로 대두되는 경우가 빈발하고 있으며, 이러한 맛이나 냄새 문제의 대부분은 곰팡이 등과 같은 진균류의 증식에 기인한다. 현재, 남조류나 방선균에 의한 마이크로시스틴, 지오스민(geosmin)과 2-메틸이소보르네올(methylisoborneol: 2-MIB)의 물질들이 불쾌한 맛과 냄새의 주요 원인 중 하나인 것으로 확인되었다(도 8a 및 도 8b 참조). 그 밖에도 페놀, 할로초 산, 기름에 기인하는 냄새는 공장 배수 등에 의한 사고의 경우에도 발생하고 있다.
전술한 완속여과법에서는 여과막의 생물화학적 작용에 의한 정수 기능에 따라 냄새의 제거를 어느 정도 기대할 수 있으나, 급속여과법에서는 응집침전에 의한 조류의 제거 및 전염소 처리에 따라 조류 등에 의한 방향취, 조류냄새, 풀냄새, 생선냄새 및 저질에 의한 황화수소냄새, 부패냄새의 제거에는 어느 정도 효과가 있지만, 곰팡이 특유의 고약한 냄새 제거 효과는 기대할 수 없다.
한편, 우리나라의 한강, 낙동강, 영산강, 금강 등 4대 강 하류는 갈수기에 수질이 3급수 이하로 낮아지는 경우가 자주 발생되고 있으며, 따라서 전염소 처리(최고 40~50ppm) 과정 중에 소독 부산물로서 유해한 유기염소화합물이 생성될 가능성이 높다. 최근 수질 오염의 다양화, 수질분석기법의 고도화에 따라 종래 수돗물 중에서 검출된 적이 없던 미량유기화합물질의 존재가 명확해지고, 상수도에 있어 새로운 관점에서의 대응이 요구되고 있다. 특히, 염소 소독 부산물로서 발생하는 트리할로메탄은 자연계에 존재하는 색도 성분인 휴민질을 전구물질로 하여 전염소 처리 또는 소독을 위한 염소 첨가에 따라 발생하며 발암성으로 의심되어 많은 논란을 야기하고 있다.
음이온 계면 활성제는 가정배수, 공장배수의 유입으로 유래되며, 일반적으로 상수원수에서는 주로 발포에 의한 장해를 유발한다. 근래 생물분해성이 열등한 경성세제(ABS)의 사용이 줄고 생물분해성이 상대적으로 양호한 연성세제(LAS)의 사용량 비중이 증가하고 있다. 비록 도시지역에서는 하수도의 정비가 비교적 잘 진행되고는 있지만, 인구 증가와 더불어 합성세제의 사용량도 점증됨에 따라 하천으로의 유입 부하가 높아지게 되면 LAS가 미분해되어 잔류하게 되며, 이러한 문제는 특히 생물분해 속도가 느리고 유량도 적은 겨울철에 고농도화 되기 쉽다.
따라서 최근 들어서는 통상의 정수 방법으로는 제거되지 않는 농약, 유기화학물질, 냄새물질, 트리할로메탄 유발물질, 음이온 계면활성제 등을 제거할 수 있는 고도 정수처리법 및 그 설비 시스템이 주목을 받고 있다.
고도 정수처리법으로서는 오존처리, 활성탄 처리, 고도 산화처리, 막 분리 처리 등이 있으나, 우리나라에서는 근래 낙동강 수계의 일부 정수장에 고도처리 시스템이 구비되었고, 분말 활성탄처리 설비가 도입된 거의 모든 정수장에서는 효율이 극히 낮은 데에도 불구하고 투입하는 실정이고 다른 방법은 현재 적용되지 못하고 있음이 현 실정이다.
오존처리법은 오존의 강력한 산화력을 이용하여 유기물을 분해, 제거하거나, 원수 중에 있는 미량 유기물질의 성상을 변화시킨 후, 활성탄에 흡착시켜 제거하는 방법으로서, 트리할로메탄(THM) 유발물질이나 맛, 냄새 물질의 제거와 살균에 효과적인 장점은 있으나, 오존은 부식토로부터 원수 중에 유입되는 휴민산 및 펄빅산 등과 반응하여 인체에 유해한 부산물을 형성하는 것으로 알려져 있으며, 그 처리를 위한 별도의 설비와 유지비용이 소요된다는 문제점이 있다.
고도 산화처리법은 오존의 산화력 및 반응성이 낮은 단점을 보완하기 위하여 오존과 산화제 등을 동시에 반응시켜 OHㆍ 라디칼 생성을 가속화하여 유기물질들을 처리하는 방법으로서, 오존, H2O2, UV, TiO2, Fe, 전자빔, 금속 산화물, 높은 pH 등의 방법들을 조합하여 적용하게 되나, 전술한 오존처리법과 마찬가지로 인체 유 해 부산물을 생성하며, 고가의 설비와 큰 유지비용을 필요로 한다는 문제점이 있다.
막 분리 처리법은 반투과성 경계막을 이용하여 여과 및 확산에 의하여 오염물질을 제거하는 방법으로서 인체에 유해한 물질을 생성하지 않는다는 장점은 있으나, 역삼투법(Reverse Osmosis: RO)와 나노여과법(Nano-Filtration: NF)의 경우에는 1,000kPa(10기압) 정도의 압력이 필요하고 한외여과법(Ultra-filtration: UF)과 정밀여과법(Micro-filtration: MF)의 경우에도 100kPa(1기압) 정도의 압력이 필요하여 별도의 고가의 펌프 설비가 필요하며, 이러한 막 자체의 가격이 매우 고가인 데다가 막을 정기적으로 재생 사용하여야만 하고 그 유지비용도 고가라는 문제점이 있다.
마지막으로, 활성탄처리법은 코코넛 껍질이나, 석탄, 나무 등을 고온에서 탄화시켜 만든 활성탄 내부의 무수한 세공을 이용하여 유해 유기물질(예컨대, 과망간산칼륨을 소비하는 물질 등의 용해성 유기물질, THM 유발물질, 맛, 냄새물질, 농약성분 등의 미량 유해물질)을 흡착 제거하는 것으로서, 이러한 활성탄의 사용법으로서는 지름이 0.5~2.0mm 정도의 입상 활성탄을 전면에 설치한 모래 여과지와 같은 흡착조에 물을 통수시켜 흡착시키는 방법과, 착수정 등에 분말 활성탄을 투입하고 교반하는 것에 의하여 유해한 용해 유기성분들을 분말 활성탄 입자에 흡착시킨 다음, 분말 활성탄을 제거하는 두 가지 방법이 있다.
그러나, 입상 활성탄처리법은 흡착기능이 저하된 입상 활성탄을 재생하여 재이용 가능하다는 장점은 있으나, 별도의 전용 설비가 필요하고 흡착능이 분말 활성 탄에 비하여 낮으며, 정수장에서의 정수 처리 시 통수 처리에 따른 수리학적 영향을 미치게 된다는 문제점이 있다.
반면에, 분말 활성탄처리법은 단시간에 대량 처리 가능하다는 장점은 있으나 흡착능이 저하된 활성탄을 재생할 수 없으므로 분말 활성탄이 대량으로 소요되고, 활성탄의 비중은 약 0.45g/cm3로서 물 보다는 작으나 수 표면에 작용하지 못하고 투입하자마자 가라앉아 그 효율성을 기대하기 곤란하며, 활성탄 투입 시 사용되는 호퍼가 막히는 장애는 없지만, 활성탄 투입기와 그 주변 기기들의 사용으로 인한 전력 사용량이 크며, 활성탄 투입량에 따른 슬러지 발생량이 증가하므로 그 처리비용도 증가하고, 정수장의 건설 초기부터 활성탄 투입 시설에 대한 건설비 부담과 공사 기간 연장을 초래하게 되며, 활성탄 투입에 따른 인건비 등의 부담을 피할 수 없게 된다는 문제점이 있다.
한편, 근래 우리나라에서는 하천이나 댐의 부영양화로 인하여 4월경에는 규조류의 급속 증식이, 그리고 8월말~10월말 경에는 남조류의 급속 증식 현상이 빈번히 일어나고 있으며, 특히 아나베나(anabena)나 마이크로시스티스(microcistis)는 수원 중에 독성 물질을 방출하고 고약한 특유의 곰팡이 냄새를 풍기게 하므로, 이러한 조류의 급속한 이상 증식에 따른 물꽃 현상(water bloom)이 관찰되면 조류 대량 발생을 알리는 조류 경보제를 발령하고 있으며, 이에 따라 정수장에서는 수원으로부터의 조류 냄새 제거를 위하여 분말 또는 입상 활성탄을 10~20ppm 정도의 농도로 투입하고 있다. 그러나 분말 또는 입상 활성탄은 투입되면 물 속에 침전되는 반면, 냄새 유발 물질들은 주로 표층에 잔류하는 경향이 많으므로 그 제거 처리 효과 는 최소한도에 그치고 있는 실정으로써 조류 경보에 따른 특단의 대책은 없는 실정이며, 전술한 물꽃 현상이 심하면 취수원을 일시적으로 폐쇄하는 일도 발생하게 된다.
전술한 바와 같은 사항으로부터, 종래의 정수 처리 시설로서는 제거하기 곤란하였던 농약, 냄새유발물질, 소독부산물, 계면활성제 등과 같은 유해 물질, 특히 조류에 의한 냄새유발물질 제거에 효과적이면서도 환경 친화적이고 인체유해 부산물의 생성이 없으며, 설치 및 유지관리가 간단하고도 용이한 경제적인 고도 정수처리방법 또는 정수처리 시스템이 당 업계에 요청되어 왔다.
따라서 본 발명의 목적은 농약, 소독부산물, 계면활성제 등과 같은 친수성 유해물질 제거에 효과적이면서도, 재생 가능하며, 그 제작, 설치 및 유지관리가 비교적 간단하고 용이한 정수장용 활성 탄소체 컬럼을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기한 첫 번째 목적에 더하여, 친수성 유해 물질 뿐만 아니라 조류에 의한 냄새유발물질과 같은 다양한 소수성 유해 물질 제거에도 효과적인 정수장용 활성 탄소체 컬럼을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 농약, 냄새유발물질, 소독부산물, 계면활성제 등과 같은 유해물질의 제거에 효과적이면서도 환경친화적이고, 인체유해 부산물의 생성이 없으며, 유지관리가 간단하고 용이한, 상기한 첫 번째 내지 두 번째 목적에 따른 정수장용 활성 탄소체 컬럼을 이용한 정수처리방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명에 따른 정수장용 활성 탄소체 컬럼은 상단부에 유입구가 구비된 상부 케이싱; 하단부에 유출구가 구비되며 상부에 판형태의 씨브(sieve)가 설치되는 하부 케이싱; 및 상기 상부 케이싱과 하부케이싱 사이에 위치하며 상부에 판형태의 씨브가 구비되고 씨브 하부에 소수성(hydrophobic) 또는 친수성(hydrophilic) 활성 탄소체(activated carbon body), 또는 그 혼합물로 활성 탄소체(activated carbon body)로 충진된 미들 케이싱으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 소수성 활성 탄소체는 무첨착형 활성 탄소체(Non-Impregnated Activated Carbon Body)이고, 상기 친수성 활성 탄소체는 첨착형 활성 탄소체(Impregnated Activated Carbon Body)인 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 상기 소수성 또는 친수성 활성 탄소체는 분체상, 조립상, 과립상, 직물 및 부직물에서 선택되는 어느 하나의 형태로 된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 미들케이싱은 케이싱 본체와, 케이싱 본체 상부에 구비되는 씨브와, 씨브 하부에 소수성 및 친수성 활성 탄소체가 각각 충진된 적어도 하나이상의 유니트가 교호적으로 다단 적층된 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 유니트는 상호 분리 가능하게 장착되는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 상기 상부 케이싱 및 하부 케이싱이 상호 분리 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하며, 상기 상부 케이싱의 유입구 직경이 하부 케이싱의 유출구 직경보다 작거나 또는 같은 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 정수처리방법은 정수장에서의 정수처리방법에 있어서, 착수정의 전, 후, 또는 그 양측, 착수정과 약품 혼화지 사이의 수로, 약품 투입 지점의 전 또는 후, 침전지 유입구 또는 유출구, 여과지 유입구 또는 유출구, 정수지 유입구 또는 유출구에 청구항 제1 내지 제5항에서 선택되는 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 정수장용 활성 탄소체 컬럼을 설치하여 처리수를 상기 정수장용 활성 탄소체 컬럼 내로 가압 또는 상압 통수시켜 정수처리하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명은 상기 정수장용 활성 탄소체 컬럼이 적어도 두 개 병렬 또는 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하며, 상기 정수장용 활성 탄소체 컬럼은 소수성 활성 탄소체 컬럼과 친수성 활성 탄소체 컬럼으로 구성되고, 이들이 서로 직렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서 '활성 탄소체(activated carbon body)'라는 용어는 친수성 활성 탄소체(hydrophilic activated carbon body) 및/또는 소수성 활성 탄소체(hydrophobic activated carbon body)를 지칭하며, 그 형태는 직물(fabric) 또는 부직물(non-woven fabric), 분체(粉體), 과립(granule), 조립(pellet) 등과 같은 다양한 형태를 모두 포함한다.
본 발명의 명세서에 있어서 '활성 탄소체 컬럼(carbon body column)'라는 용어는, 상기에서 정의된 바와 같은 '활성 탄소체'가 충진 수용되어 있어 통수 시 유해물을 흡착 제거할 수 있는 여과 기능을 보유하는 다양한 형태의 컬럼을 의미한다.
본 발명의 명세서에 있어서 '소수성 활성 탄소체(hydrophobic activated carbon body)'라는 용어는 PAN계(Polyacrylonitrile based: 폴리아크릴로니트릴계), 레이온계, 피치계, 야자박이나 톱밥 등과 천연소재계 등을 이용한 일반적인 유형의 활성 탄소를 일컬으며, 구체적으로는 PAN계, 레이온계, 피치계의 경우에는 150~200℃에서 2~3시간 동안 산화 처리한 다음 900~1500℃의 질소 분위기에서 2 내지 10분간 탄화시키며, 천연소재계인 경우에는 300~700℃의 온도에서 탄화시킨 후, 다시 상기한 PAN계, 레이온계, 피치계, 천연소재계 탄화물을 700~1300℃의 고온에서 질소 기체를 유입시킨 불활성 분위기 하에 약 30~150분 동안 재탄화시켜 흡착제로서 잘 발달된 20Å 이하의 마이크로포어가 70% 이상인 표면구조를 갖게 한 다음, 활성화 기체인 수증기, O2, 공기, N2 또는 CO2 등의 기체를 유입시키면서 활성화 온도와 시간을 변화시켜 표면성질을 개질한 통상적인 무첨착형 활성 탄소체(Non-Impregnated Activated Carbon Body)를 의미하며, 이러한 소수성 활성 탄소체는 활성화 기체의 종류 및 활성화 정도에 따른 표면 개질 효과에 의해 약간의 친수성을 보유하기는 하나 본질적으로 소수성이므로 정수 과정에서 종종 문제로 대두되는 조류에 의한 악취 성분인 마이크로시스틴, 지오스민(geosmin)과 2-메틸이소보르네올(methylisoborneol: 2-MIB) 등의 흡착에 효과적이며, 이는 상업적으로 입수 가능하다.
본 발명의 명세서에 있어서 '친수성 활성 탄소체(hydrophilic activated carbon body)'라는 용어는 상기한 '소수성 활성 탄소체'에 금속 또는 금속염을 첨착시킴으로써 화학 촉매적 기능을 부가시킨 첨착형 활성 탄소체(Impregnated Activated Carbon Body)를 의미하며, 구체적으로는 상기한 '소수성 활성 탄소체'를 증류수로 세정, 건조시킨 다음, 염화아연, 인산, 황산, 및/또는 고체 가성소다 등과 같은 화학약품을 3~8v/v 또는 w/w의 양으로 희석 또는 용해시킨 용액을 이용하여 3~24시간, 통상적으로는 약 6시간 정도 습윤법(Wetness Method) 또는 분무법(Spray Method)에 의하여 담지(carrying)시킨 후 100~150℃의 온도에서 건조시킨 활성 탄소체이다. '친수성 활성 탄소체'는 원수에 용해되어 있는 특정한 친수성 유해 유기물과 저비점 악취가스인 H2S, CH3SH, HCl, (CH3)3N, NH3, (CH3)2S2 등과 정수 과정에서 문제되는 CHCl3, CH3COOCl을 '소수성 활성 탄소체'에 비하여 유해 유기물의 종류에 따라 선택적으로 약 3~70배 정도 높은 흡착력(량)을 나타내는 것으로 알려져 있으며, 이 또한 상업적으로 입수 가능하다.
또한, 본 발명의 명세서에 있어서 '활성 탄소체(carbon body)'라는 용어는 다양한 형상의 컬럼 내에 수용되는 전술한 친수성 및/또는 소수성의 다양한 형태의 활성 탄소를 지칭하며, 분체(powder), 과립(granule), 조립(pellet), 스트립상 또는 평판상 직물(fabric) 또는 부직물(non-woven fabric)이나 그 괴상체(塊狀體)를 모두 포함하는 의미로 정의된다.
컬럼 내로의 통수 시 분체 유실 문제를 고려할 때, 본 발명에 있어 바람직한 것은 조립(pellet), 스트립상 또는 평판상 직물(fabric) 또는 부직물(non-woven fabric)이나 그 괴상체(塊狀體)이며, 더욱 바람직한 것은 직물(fabric) 또는 부직물(non-woven fabric)이나 그 괴상체(塊狀體)이다.
상기한 '활성 탄소체'가 활성 탄소섬유 직물 또는 부직물인 경우 원통상, 정방형 또는 장방형의 괴상으로 형성된 것이거나, 또는 복수 매의 활성 탄소섬유 직물 또는 부직물이 적층 형성된 것이거나, 또는 활성 탄소섬유와 비활성 탄소섬유가 랜덤하거나 또는 일정한 방향성을 갖고 배열되는 1매 또는 1피스의 직물 또는 부직물로 형성될 수도 있다.
이하, 본 발명을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 4a 내지 도 4e는 각각 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 것으로서 정수장용 탄소섬유 컬럼 구조체(1,1a,1b,1c)를 예시하고 있으며, 이들은 모두 컬럼을 형성하는 상부 케이싱(2) 및 하부 케이싱(3)과 그 내부에 협지 고정되는 활성 탄소체 (소수성 활성 탄소체(5) 및/또는 친수성 활성 탄소체(6))로 구성된다.
여기서, 컬럼(1,1a,1b,1c)을 구성하는 상기한 상부 케이싱(2) 및 하부 케이싱(3)과 씨브(2f,3f)의 재질로서Å는 정수에 지장을 초래하지 않는 소재라면 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 방청성이 우수하여 금속 이온의 용출 염려가 적은 스테인레스스틸이나, 비반응성의 수지 소재, 목재 등이 사용될 수 있으나, 더욱 바람직하게는 스테인레스스틸일 수 있다.
상기한 소수성 또는 친수성 활성 탄소체(5)(6)가 직물 또는 부직물인 경우에는 이를 구성하는 활성탄소섬유가 동일한 탄소 재료로서의 활성탄 보다 매우 높은 흡착 성능을 나타내므로 보다 바람직하며, 이것은 활성탄이 입상 또는 분말 상으로서 그 형태가 제한적이고 표면에 발달된 기공 구조가 불균일한데 반해, 활성탄소섬유는 활성화 공정을 통해 발달하는 기공구조가 거의 균일하고 20Å 이하의 미세기 공을 다수 포함하므로 그 흡착표면적이 활성탄소에 비해 훨씬 크고, 내부기공이 모두 탄소 표면층으로 직접 연결되어 있어 흡착속도가 대단히 빠르며, 특히 친수성 활성 탄소체(6)의 경우에는 기능적 측면에서 그 표면에 특정한 관능기가 많이 생성되어 있어서 친수성 유기물의 제거에 매우 효과적이다.
소수성 또는 친수성 활성 탄소체(5),(6)는 그 형태를 불문하고 사용 환경 조건에 대한 제약이 적으며, 용이하게 재생하여 재사용할 수 있다는 장점이 있다.
소수성 또는 친수성 활성 탄소체(5),(6)가 활성탄소섬유 직물 또는 부직물인 경우 이를 구성하는 단섬유의 직경은 5~20㎛의 범위이고, 부피 밀도는 0.03~0.07g/cm3의 범위이며, 회분 함량은 0.1~0.5% 범위이고, 비표면적은 700~1900m2/g, 바람직하게는 1100~1550m2/g의 범위이며, 세공 용적은 0.3~0.7cm3/g, 벤젠에 대한 흡착율은 22~80%, 요오드 흡수량은 700~1970mg/g, 메틸렌블루 청색 탈색량 100~330mg/g, 평균 세공 직경 23Å~14Å, 흡착속도는 입상 활성탄에 비하여 100 배 이상이며, 흡착열의 발생이 없고, 순도는 거의 100%이다.
소수성 또는 친수성 활성 탄소체(5),(6)가 활성탄소섬유 직물 또는 부직물인 경우, 흡착과 이탈착 속도가 빠르며 표면적이 커서 흡착 용량이 크므로 처리량이 많고, 경량으로서 장소 이동이 편리하고 운반이 간편하며 사용 수명이 길어 설치 및 관리 유지비가 적게 들고 재생이 용이하고 탈취, 탈색, 탈미 성능이 우수한 등의 장점이 있으며, 상업적으로 입수 가능한 것들의 일반적인 물리적 특성은 밀도 100~300mg/cm3, 밀도 0.04~0.1g/cm3의 범위이다.
한편, 소수성 또는 친수성 활성 탄소체(5),(6)가 분체상, 괴상, 조립상인 경우, 충전 밀도는 0.44~0.54g/cm3의 범위이며, 회분 함량은 0.1~0.5% 범위이고, 비표면적은 515~1055m2/g, 세공 용적은 0.3~0.7cm3/g, 벤젠에 대한 흡착율은 22~60%, 요오드 흡수량은 620~1075mg/g, 메틸렌블루 청색 탈색량 60~250mg/g, 평균 세공 직경 50Å~20Å의 범위의 것들이 바람직하게 사용될 수 있다.
도 4a에 도시한 본 발명에 따른 정수장용 활성 탄소체 컬럼(1)은 일단에 유입구(2d)를 갖는 상부 케이싱(2)과, 일단에 유출구(3d)를 가지며 씨브(sieve)(3f)가 설치되는 하부 케이싱(3), 그리고 상기한 하부 케이싱(3)의 씨브(3f) 상에 위치하는 소수성 활성 탄소체(5)로 구성된다.
보다 구체적으로는, 상기한 상부 케이싱(2)은 몸체(2a)와 쇼올더부(2b)와 네크부(2c)로 형성되며 네크부(2c)의 내주연부에는 유입구(2d)가 형성되고, 선택적으로는 상기한 몸체(2a)의 내주연에는 하나 또는 한 조의 재치부(2e)가 형성되어 씨브(2f)가 재치 또는 삽지될 수도 있다.
한편, 상기한 하부 케이싱(3)도 마찬가지로 몸체(3a)와 쇼올더부(3b)와 네크부(3c)로 형성되며 네크부(3c)의 내주연부에는 유출구(3d)가 형성되고, 상기한 몸체(3a)의 내주연에는 마찬가지로 하나 또는 한 조의 재치부(3e)가 형성되어 씨브(3f)가 재치 또는 삽지될 수도 있다.
따라서 소수성 활성 탄소체(5)는 하부 케이싱(3)의 씨브(3f) 상에 재치되며, 선택적으로는 상기한 씨브(3f)와 상부 케이싱(2)의 씨브(2f) 사이에 협지될 수도 있다.
상기한 소수성 활성 탄소체(5)는 주로 소수성 유해 물질을 효과적으로 흡착하는 외에 친수성 유해 물질도 흡착 가능함은 물론이나, 경우에 따라서는 친수성 및 소수성 유해물질 모두에 대한 효과적인 흡착이 가능하도록 소수성 활성 탄소체와 친수성 활성 탄소체를 혼합하여 충진하거나(분체상, 조립상, 과립상인 경우로서, 바람직하게는 조립상 또는 과립상), 또는 이들이 섬유상인 경우 랜덤하게 또는 일정한 방향성을 갖고 직조하거나 또는 부직한 것일 수도 있으며(구체적으로는, 예컨대, 소수성 활성탄소섬유와 친수성 활성탄소섬유를 공지의 멜트 블로우법(melt blown method)이나 니들 펀칭법(needle punching)으로 형성하거나, 또는 랜덤하거나 일정한 방향으로 배열한 소수성 활성탄소섬유에 일정한 크로스 방향 또는 랜덤하게 친수성 활성탄소섬유를 교직 또는 부직한 것일 수 있다), 또는 평판상의 소수성 활성탄소섬유 직물 또는 부직물과 평판상의 친수성 활성탄소섬유 직물 또는 부직물을 다수 매 적층시킨 것일 수도 있다. 또한, 활성 탄소체가 충진된 유니트의 충전밀도, 세공직경 등의 물질적 특성이 유입방향과 유출방향의 위치에 따라 상이하게 구성함으로서 유입방향의 유입방향의 유니트로부터 유출방향의 유니트에 걸리는 흡착 부하 등을 조절할 수 있다.
도시된 예에서 상부 케이싱(2)의 하단 외주연과 하부 케이싱(3)의 상단 외주연에는 각각 플랜지(2g)(3g)가 형성되며 이들은 나사 수단이나 다른 클램핑 수단과 같은 고정수단(미도시)에 의하여 결합되며, 플랜지(2g)와(3g) 사이에는 환형의 패킹(7)이 협지된다.
또한 상부 케이싱(2)의 유입구(2d)와, 하부 케이싱(3)의 유출구(3d)는 한 개로 형성하지 않고 복수개로 형성할 수도 있으며, 이 또한 본 발명의 영역 내이다.
도 4b에 도시한 본 발명에 따른 정수장용 활성 탄소체 컬럼(1a)의 경우도 도 4a의 경우와 마찬가지로 일단에 유입구(2d)를 갖는 상부 케이싱(2)과, 일단에 유출구(3d)를 가지며 씨브(sieve)(3f)가 설치되는 하부 케이싱(3), 그리고 상기한 하부 케이싱(3)의 씨브(3f) 상에 위치하는 친수성 활성 탄소체(6)와 다시 그 위에 위치하는 소수성 활성 탄소체(5)로 구성된다.
상기한 상부 케이싱(2)은 몸체(2a)와 쇼올더부(2b)와 네크부(2c)로 형성되며 네크부(2c)의 내주연부에는 유입구(2d)가 형성되고, 선택적으로는 상기한 몸체(2a)의 내주연에는 하나 또는 한 조의 재치부(2e)가 형성되어 씨브(2f)가 재치 또는 삽지될 수도 있다.
이어서, 상기한 하부 케이싱(3)도 몸체(3a)와 쇼올더부(3b)와 네크부(3c)로 형성되며 네크부(3c)의 내주연부에는 유출구(3d)가 형성되고, 상기한 몸체(3a) 하방의 내주연에는 하나 또는 한 조의 재치부(3e)가 형성되어 씨브(3f)가 재치 또는 삽지되며, 선택적으로는 상기한 몸체(3a) 상방의 내주연에 하나 또는 한 조의 다른 재치부(3e')가 형성되어 또 다른 씨브(3f')가 재치 또는 삽지되도록 할 수 있다.
따라서 소수성 활성 탄소체(5)는 하부 케이싱(3)의 씨브(3f') 상에 위치되고, 친수성 활성 탄소체(6)는 하부 케이싱(3)의 씨브(3f) 상에 위치되도록 할 수 있으나, 그 반대로 위치시킬 수도 있음은 물론이며, 이 또한 본 발명의 영역 내이다.
도시된 예에서는, 소수성 활성 탄소체(5)는 상부 케이싱(2)의 씨브(2f)와 하부 케이싱(3)의 씨브(3f') 상에 협지 또는 충진되고, 친수성 활성 탄소체(6)는 하부 케이싱(3)의 씨브(3f')와 씨브(3f) 상에 협지 또는 충진되어 있으나, 그 역도 가능함은 전술한 바와 같다.
또한 상기한 소수성 활성 탄소체(5)는 분체상, 조립상, 과립상, 섬유제의 괴상 또는 원통상일 수도 있으나 다수 매의 평판상 직물 또는 부직물을 다수 매 적층시킨 것일 수도 있음은 전술한 바와 같다.
부연하면, 도 4b에 나타낸 예는, 소수성 활성 탄소체(5)가 냄새 유발 물질을 포함하는 소수성 유해 물질의 제거에는 매우 효과적이나 친수성 유해 물질의 제거는 충분히 만족스럽지 못하다는 점을 고려한 것으로서, 친수성 활성 탄소체(6)를 조합시켜 함께 사용함으로써 소수성 유해 물질의 효과적인 제거뿐만 아니라 물에 용해되어 있는 친수성 유해 물질의 제거에도 충분히 만족스러운 결과를 나타내도록 한 것이다.
이러한 친수성 활성 탄소체(6)는 소수성 활성 탄소체(5) 보다 흡착성능은 다소 낮은 경우도 있지만 특정한 친수성 유해 물질의 제거에는 매우 효과적일 수 있다.
한편, 플랜지(2g,3g)와 패킹(7)에 대해서는 도 4a에 대한 설명에서 이미 언급한 바 있으므로 이에 대한 부연은 생략하기로 한다.
도 4c 및 도 4d에 도시한 본 발명에 따른 정수장용 활성 탄소체 컬럼(1b)은 일단에 유입구(2d)를 갖는 상부 케이싱(2)과, 일단에 유출구(3d)를 가지며 씨브 (3f)가 설치되는 하부 케이싱(3), 그리고 상기한 상부 케이싱(2)과 하부 케이싱(3) 사이에 위치하는 적어도 하나의 미들 케이싱(4,4a,4b …)과, 상기한 각각의 씨브(4-2,4a-2,4b-2 …) 상에 위치하는 소수성 활성 탄소체(5)와 친수성 활성 탄소체(6)로 구성된다.
이때, 상기 미들 케이싱(4,4a,4b …)은 케이싱 본체(4',4a',4b' …)와, 케이싱 본체(4',4a',4b' …) 상부에 구비되는 각각의 씨브(4-2,4a-2,4b-2 …)와, 씨브(4-2,4a-2,4b-2 …) 하부에 소수성 활성 탄소체(5)와 친수성 활성 탄소체(6)가 각각 충진된 적어도 하나이상의 유니트(8)가 교호적으로 다단 적층되어 있다.
도시된 예에서, 상부 케이싱(2) 및 하부 케이싱(3)의 구조는 전술한 바와 실질적으로 동일하므로 이에 대한 더 이상의 부연은 생략하기로 하며, 미들 케이싱(4,4a,4b,4c,4d,4e)의 상하단부에는 플랜지(4-1,4a-1,4b-1,4c-1,4d-1,4e-1)가 형성되고, 상단 내주연에는 재치부(4-2,4a-2,4b-2,4c-2,4d-2,4e-2)가 형성되어 씨브(4-2,4a-2,4b-2,4c-2,4d-2,4e-2)가 재치된다.
플랜지(4-1,4a-1,4b-1,4c-1,4d-1,4e-1)와 패킹(7)은 전술한 예와 동일하다.
상기 유니트(8)는 플랜지(4-1,4a-1,4b-1,4c-1,4d-1,4e-1)를 맞대어 클램프(9)를 이용하여 상기 유니트(8)를 각각 분리 및 장착되도록 하는 것이 바람직하다. 이에 따라 원수가 상부케이싱(2)으로부터 하부케이싱(3)을 통과하게 되어 상부케이싱(2)과 가까운 쪽의 유니트(8)에 가장 많이 흡착되고 하부케이싱(3)과 가까운 쪽의 유니트(8)에 적게 흡착되게 되므로, 미들케이싱 전체를 교체할 필요없이 수명의 차이에 따른 유니트(8)를 분리하여 교체할 수 있게 되어 비용을 절감 및 유지보수 를 용이하게 할 수 있게 된다.
도 4e에 도시한 본 발명에 따른 정수장용 활성 탄소체 컬럼(1c)은 상부 케이싱(2)과 하부 케이싱(3)의 몸체(2a)(3a)가 각각 하방 및 상방으로 경사져 형성되고 전체적으로 중앙부의 직경이 넓은 상하 원추형으로 형성되어 유입수의 압력을 저감시킬 수 있는 형태로 한 것을 제외하고는 본질적으로 도 4b에 도시한 예와 본질적으로 동일하므로 이에 대한 더 이상의 부연 설명은 생략하기로 한다.
도면 중 미설명 부호 8은 고정수단이다.
전술한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정수장용 활성 탄소체 컬럼(1,1a,1b,1c) 모두는 친수성 활성 탄소체(6), 및/또는 소수성 활성 탄소체(5)의 일광 또는 가열 재생 작업을 용이하게 하기 위하여 이들을 취출(取出)하기 용이한 형태로 되어 있으며, 고정수단을 풀고 상부 케이싱(2)과 하부 케이싱(3), 또는 적어도 하나의 미들 케이싱(4,4a,4b…)을 상호 간에 분리시킨 다음, 씨브(3f,3f',4a-2,4b-2,4c-2,4d-2, 또는 4e-2) 상에 재치되어 있는 친수성 활성 탄소체(6), 및/또는 소수성 활성 탄소체(5)를 꺼내어 일광 하에 건조시키거나 또는 오토클레이브나 건조 오븐을 이용하여 열 건조시키는 것에 의하여 용이하게 재생하여 재사용할 수가 있다.
본 발명에 따른 정수장용 활성 탄소체 컬럼(1,1a,1b,1c)의 유입구(2d)의 직경은 유출구(3d)의 직경과 동일하게 할 수 있으나, 필요에 따라서는 활성 탄소체(5),(6)에 지나치게 강한 압력이 걸리는 것을 피하기 위하여 강제 가압 이송의 경우에는 압력 강하를 도모하기 위하여 유출구(3d)의 직경을 유입구(2d)의 직경 보다 크게할 수도 있다.
본 발명에 따른 정수장용 활성 탄소체 컬럼(1,1a,1b,1c)은 착수정의 전, 후, 또는 그 양쪽, 착수정과 약품 혼화지 사이의 수로, 약품 투입 지점의 전 및/또는 후, 침전지 유입구 및/또는 유출구, 침전지의 전 및/또는 후, 여과지 유입구 및/또는 유출구, 및/또는 정수지 유입구 또는 유출구에 설치하고, 그 내부로 통수시키는 것에 의하여 정수 처리를 수행할 수 있으며, 이 중에서도 바람직한 설치 위치는 혼화지 및/또는 침전지의 전 또는 후, 또는 그 양쪽일 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정수장용 활성 탄소체 컬럼((1,1a,1b,1c)에 충진될 수 있는 탄소체를 구성할 수 있는 활성탄 및 활성 탄소 섬유의 예시 전자 현미경 사진도로서, 활성탄의 경우 보다 활성 탄소 섬유의 경우가 더욱 작고 조밀하며 균일한 마이크로포어 구조를 갖고 있음을 보여주고 있다.
도 7은 본 발명에 따른 정수장용 활성 탄소체 컬럼(1)의 설치 단위 블록 예시도이나, 본 발명에 따른 정수장용 활성 탄소체 컬럼(1a,1b, 또는 1c)을 적용할 수도 있음은 물론이다.
도 7에서는 본 발명에 따른 정수장용 탄소섬유 컬럼 구조체(1)를 침전지(140)와 여과지(150) 사이에 적용한 하나의 적용예를 나타내고 있으나, 이에 한정되는 것이 아님은 물론이다.
도시된 예에서는 침전지(140)를 자연 월류하거나 또는 펌프(104)로 가압 이송된 물이 솔레노이드 밸브(181,182)를 경유하여 본 발명에 따른 정수장용 활성 탄 소체 컬럼(1)을 통과하는 동안 친수성 및 소수성 유기 유해 물질이 효과적으로 흡착된 다음, 솔레노이드 밸브(183,184)을 경유하여 자연 월류하거나 또는 펌프(145)에 의하여 여과지(150)로 이송된다.
여기서, 본 발명에 따른 정수장용 활성 탄소체 컬럼(1)은 단 하나만을 사용할 수도 있으나, 바람직하게는 적어도 2개 이상을 직렬 또는 병렬 연결하여 사용할 수도 있음은 물론이며, 더욱 바람직하게는 다수 개를 병렬로 연결하여 두고 재생이 필요할 경우 해당 개소의 솔레노이드 밸브만을 차단한 다음, 해당 컬럼을 분해하여 활성 탄소체를 재생시키는 것으로서, 이와 같은 배치에 의하면 단속됨이 없이 지속적으로 정수 작업을 수행할 수가 있게 된다.
또한 본 발명에 따른 정수장용 활성 탄소체 컬럼(1)을 두 개로 구성하고 하나는 소수성 활성 탄소체(5)가 충진된 컬럼으로 구성하고 다른 하나는 친수성 활성 탄소체(6) 컬럼으로 구성한 다음, 이들을 직렬로 연결할 수도 있으며, 이 또한 본 발명의 영역 내임은 물론이다.
도 6은 도 4b의 본 발명에 따른 정수장용 활성 탄소체 컬럼(1a)을 침전지의 하류에 사용한 경우의 유기물 제거율을 나타낸 그래프도로서, 그 물에 100mg/L 씩 을 스파이킹 인젝션(spiking injection)하여 불과 수 분 내에 용존 전체 유기 탄소량(TOC)을 거의 완벽하게 제거됨을 나타내고 있다.
또한 본 발명에 따른 정수장용 활성 탄소체 컬럼(1,1a,1b,1c)을 이용한 정수처리방법은 기존의 문제점인 "쟈 테스터(jar tester)"의 활성탄 투입을 지양하고 있을 뿐 만 아니라, 응집 보조제인 소석회를 넣는 경우를 포함해서, 알루미늄 계열의 응집제가 유기물 제거에는 전혀 효과가 없고 콜로이드 성분의 응집 작용을 주 또는 보조해서 침전시키는 형태인바, 이 형태에 커다란 변화를 주지 않으며 현 시스템을 그대로 사용해도 무방하므로 별다른 변형 없이 단지 본 발명에 따른 활성 탄소체 컬럼(1,1a,1b,1c) 내로 통수시키는 것만으로, 용매-용질의 관계에서 가장 중요한 "동종물 친용성(like dissolves like)"의 원리를 그대로 적용하여 소수성 활성 탄소체(5) 및/또는 친수성 활성 탄소체(6)와 최소 20cm 이상의 컬럼 높이로 접촉시키는 것에 의해서 거의 모든 유기물(UV 254nm 흡수 피크 보유 물질 거의 모두와 농약류, 냄새 유발 물질 등)이 효과적으로 흡착되며, 소수성 활성 탄소체(5)와 친수성 활성 탄소체(6)를 이용하는 경우에는 냄새 유발물질이 포함된 소수성 유기물뿐만 아니라 친수성 유기물도 효과적으로 흡착된다.
이러한 흡수 효율(adsorptive efficiency)은 최소한 24600cm3(0.0246m3)의 소수성 활성 탄소체(5), 또는 소수성 활성 탄소체(5)와 친수성 활성 탄소체(6)에 2,315ℓ/초로 약 5일 이상의 효과일의 처리 용량인 정수장의 침전지 10지를 기준하여 산정한 것으로 이 용량을 초과할 경우에는 활성 탄소체 컬럼의 체적을 넓히거나 유속을 적절히 조절하여야 할 필요가 있으나, 이러한 사항은 필요에 따라 당업자가 적절히 선택할 수 있는 임의적 사항에 불과하다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 제한적인 것은 아니나, 착수정과 회수 펌프를 가동하였을 경우의 두 가지를 포함해서 약 100,000m3/일 이상의 정수 처리 용량을 갖는 정수장에 바람직하게 적용될 수 있으나, 상기한 용량 이하의 정수 처리 용량을 갖는 정수장에도 적용할 수 있음은 물론이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 정수장용 활성 탄소체 컬럼 및 이를 이용한 정수처리방법에 의하면, 농약성분이나 계면활성제와 같은 세제류, 또는 소독 부산물 등도 효과적으로 제거할 수가 있으므로, 장기적으로는 상시 설치하여 운영 관리하면, 수돗물의 질적 향상을 가져올 수 있을 것으로 기대되며, 특히 4월(규조류)과 8월말~10말(남조류)에 조류 등의 급속 번식 후유증으로 인한 상수도에서의 조류 냄새 발생 현상을 효과적으로 방지할 수가 있다. 특히 소수성 활성 탄소체와 함께 친수성 활성 탄소체를 함께 이용하는 경우에는 친수성 유기물뿐만 아니라, 표층에 주로 존재하는 소수성 냄새유발물질도 효과적으로 제거하여 냄새를 취기 강도 이하로 효과적으로 저감시킬 수가 있다. 또한 본 발명에 따른 활성 탄소체 컬럼은 손쉽게 재생 가능하며, 그 제작, 설치 및 유지관리가 간단하고 용이하다.
그리고 본 발명에 따른 정수장용 활성 탄소체 컬럼을 이용한 정수처리방법은, 수원 중의 친수성 및/또는 소수성 유해물질을 효과적으로 제거 가능함과 아울러, 환경 친화적이고, 인체유해 부산물의 생성이 없으며, 유지관리가 간단하고 용이하며, 운전 시 활성탄 투입에 기인하는 슬러지 발생이 없으며, 정수장 건설 시 별도의 활성탄 투입 및 운전 설비를 건설할 필요성이 없으므로 초기 투자비가 적게 소요되고, 처리 효율의 극대화로 안정적인 수질의 유지 및 공급이 가능하며, 활성탄 투입 및 교반과 활성탄 슬러지 회수에 따른 전력 소모가 불필요하고, 근무자의 노고가 적게 소요된다는 등의 장점이 있다.
지금까지 본 발명에 대하여 상세히 설명하였으나, 당해 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 있어서는 본 발명의 영역으로부터 일탈하는 일 없이도 본 발명으로부터 다양한 변화 및 수정이 가능할 것이나, 이 또한 본 발명의 영역 내임을 이해하여야만 할 것이다.

Claims (10)

  1. 상단부에 유입구가 구비된 상부 케이싱;
    하단부에 유출구가 구비되며 상부에 판형태의 씨브(sieve)가 설치되는 하부 케이싱; 및
    상기 상부 케이싱과 하부케이싱 사이에 위치하며 상부에 판형태의 씨브가 구비되고 씨브 하부에 소수성(hydrophobic) 또는 친수성(hydrophilic) 활성 탄소체(activated carbon body), 또는 그 혼합물로 충진된 미들 케이싱으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정수장용 활성 탄소체 컬럼.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소수성 활성 탄소체는 무첨착형 활성 탄소체(Non-Impregnated Activated Carbon Body)이고, 상기 친수성 활성 탄소체는 첨착형 활성 탄소체(Impregnated Activated Carbon Body)인 것을 특징으로 하는 정수장용 활성 탄소체 컬럼.
  3. 제1항에 있어서, 상기 소수성 또는 친수성 활성 탄소체는 분체상, 조립상, 과립상, 직물 및 부직물에서 선택되는 어느 하나의 형태로 된 것을 특징으로 하는 정수장용 활성 탄소체 컬럼.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 미들케이싱은 케이싱 본체와, 케이싱 본체 상부에 구비되는 씨브와, 씨브 하부에 소수성 및 친수성 활성 탄소체가 각각 충진된 적어도 하나이상의 유니트가 교호적으로 다단 적층된 것을 특징으로 하는 정수장용 활성 탄소체 컬럼.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 유니트는 상호 분리 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 정수장용 활성 탄소체 컬럼.
  6. 제1항 내지 제3항에서 선택되는 어느 한 항에 있어서, 상기 상부 케이싱 및 하부 케이싱이 상호 분리 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 정수장용 활성 탄소체 컬럼.
  7. 제1항 내지 제3항에서 선택되는 어느 한 항에 있어서, 상기 상부 케이싱의 유입구 직경이 하부 케이싱의 유출구 직경 보다 작거나 또는 같은 것을 특징으로 하는 정수장용 활성 탄소체 컬럼.
  8. 정수장에서의 정수처리방법에 있어서,
    착수정의 전, 후, 또는 그 양측, 착수정과 약품 혼화지 사이의 수로, 약품 투입 지점의 전 또는 후, 침전지 유입구 또는 유출구, 여과지 유입구 또는 유출구, 정수지 유입구 또는 유출구에 청구항 제1 내지 제5항에서 선택되는 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 정수장용 활성 탄소체 컬럼을 설치하여 처리수를 상기 정수장용 활성 탄소체 컬럼 내로 가압 또는 상압 통수시켜 정수처리하는 것을 특징으로 하는 정수처리방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 정수장용 활성 탄소체 컬럼이 적어도 두 개 병렬 또는 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 정수처리방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 정수장용 활성 탄소체 컬럼은 소수성 활성 탄소체 컬럼과 친수성 활성 탄소체 컬럼으로 구성되고, 이들이 서로 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 정수처리방법.
KR1020050095752A 2005-10-11 2005-10-11 정수장용 활성 탄소체 컬럼 및 이를 이용한 정수처리방법 KR100644236B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050095752A KR100644236B1 (ko) 2005-10-11 2005-10-11 정수장용 활성 탄소체 컬럼 및 이를 이용한 정수처리방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050095752A KR100644236B1 (ko) 2005-10-11 2005-10-11 정수장용 활성 탄소체 컬럼 및 이를 이용한 정수처리방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100644236B1 true KR100644236B1 (ko) 2006-11-10

Family

ID=37654175

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050095752A KR100644236B1 (ko) 2005-10-11 2005-10-11 정수장용 활성 탄소체 컬럼 및 이를 이용한 정수처리방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100644236B1 (ko)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101777786B1 (ko) 2016-03-18 2017-09-12 한국과학기술연구원 마이크로시스틴, 2-mib 및 지오스민 제거용 활성탄 및 이를 이용한 제거방법
KR101777788B1 (ko) * 2016-03-18 2017-09-12 한국과학기술연구원 마이크로시스틴, 2-mib 및 지오스민 제거용 활성탄 및 이를 이용한 제거방법
KR20170134105A (ko) * 2016-05-27 2017-12-06 동아대학교 산학협력단 환경위해성 평가가 가능한 3단 분리형 토양 침출수 발생장치
KR101802657B1 (ko) * 2016-06-21 2017-12-28 한국과학기술연구원 마이크로시스틴 및 이취미물질 제거용 활성탄을 이용한 정수처리시스템
CN107522314A (zh) * 2016-06-21 2017-12-29 韩国科学技术研究院 净水处理方法
KR102184716B1 (ko) * 2019-07-03 2020-12-01 주식회사 두합크린텍 고도산화공정에서 활성탄소 촉매를 이용한 수처리 장치

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5171442A (en) 1991-10-18 1992-12-15 Nakshbendi Ghassan F Water purification apparatus
KR970059096A (ko) * 1996-01-06 1997-08-12 박혜수 탈지세정액 세정시스템
KR20020038251A (ko) * 2000-11-17 2002-05-23 조영만 활성탄 고도 오수 처리장치
EP1167306B1 (en) 1999-02-03 2003-09-17 Tecnidex, Técnicas de Desinfeccion, S.A. Equipment for purifying residual waters from horticulture and pomology centers and in situ phytosanitary treatment

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5171442A (en) 1991-10-18 1992-12-15 Nakshbendi Ghassan F Water purification apparatus
KR970059096A (ko) * 1996-01-06 1997-08-12 박혜수 탈지세정액 세정시스템
EP1167306B1 (en) 1999-02-03 2003-09-17 Tecnidex, Técnicas de Desinfeccion, S.A. Equipment for purifying residual waters from horticulture and pomology centers and in situ phytosanitary treatment
KR20020038251A (ko) * 2000-11-17 2002-05-23 조영만 활성탄 고도 오수 처리장치

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101777786B1 (ko) 2016-03-18 2017-09-12 한국과학기술연구원 마이크로시스틴, 2-mib 및 지오스민 제거용 활성탄 및 이를 이용한 제거방법
KR101777788B1 (ko) * 2016-03-18 2017-09-12 한국과학기술연구원 마이크로시스틴, 2-mib 및 지오스민 제거용 활성탄 및 이를 이용한 제거방법
KR20170134105A (ko) * 2016-05-27 2017-12-06 동아대학교 산학협력단 환경위해성 평가가 가능한 3단 분리형 토양 침출수 발생장치
KR101891122B1 (ko) * 2016-05-27 2018-08-23 동아대학교 산학협력단 환경위해성 평가가 가능한 3단 분리형 토양 침출수 발생장치
KR101802657B1 (ko) * 2016-06-21 2017-12-28 한국과학기술연구원 마이크로시스틴 및 이취미물질 제거용 활성탄을 이용한 정수처리시스템
CN107522314A (zh) * 2016-06-21 2017-12-29 韩国科学技术研究院 净水处理方法
KR101803904B1 (ko) * 2016-06-21 2018-01-10 한국과학기술연구원 마이크로시스틴 및 이취미물질 제거용 활성탄을 이용한 정수처리시스템
CN107522314B (zh) * 2016-06-21 2020-09-08 韩国科学技术研究院 净水处理方法
KR102184716B1 (ko) * 2019-07-03 2020-12-01 주식회사 두합크린텍 고도산화공정에서 활성탄소 촉매를 이용한 수처리 장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Karri et al. Critical review of abatement of ammonia from wastewater
Gao et al. The present status of landfill leachate treatment and its development trend from a technological point of view
US8192626B2 (en) Wastewater chemical/biological treatment method for open water discharge
Bhargava Physico-chemical waste water treatment technologies: an overview
KR100477367B1 (ko) 세라믹을 이용한 오수 처리시스템 및 오수 정화방법
KR101110710B1 (ko) 오염수의 수질정화 방법 및 그 장치
KR100644236B1 (ko) 정수장용 활성 탄소체 컬럼 및 이를 이용한 정수처리방법
Mojiri et al. Review on membrane bioreactor, ion exchange and adsorption methods for landfill leachate treatment
Sorber Removal of viruses from wastewater and effluent by treatment processes
KR20050012875A (ko) 용존고형물제거장치가 조합된 중수도시스템
KR100861554B1 (ko) 하수처리장 방류수의 총인을 제거하는 여과ㆍ흡착 다단계 폐수 처리 장치
KR20130032137A (ko) 활성탄 수처리 장치 및 이를 포함한 수처리 시스템 및 수처리 방법
Prabu et al. Wastewater treatment technologies: a review
Yang et al. Domestic sewage and secondary effluent treatment using vertical submerged biological filter
Meier et al. Nanofiltration in landfill leachate treatment
Bodzek et al. Treatment of landfill leachate
WO2006019240A1 (en) Carbon fiber structures for water purification plant and purifying methods using the same
KR101950679B1 (ko) 라디칼 순환제를 활용한 농촌지역 비점 오염원의 자연정화 습지
US20210179467A1 (en) Sustainable processes for treating wastewater
KR101224756B1 (ko) 자연생태형 여과장치
KR100747024B1 (ko) 활성탄소섬유 구조체를 이용한 정수처리방법
KR101124508B1 (ko) 분리막 폐수 처리장치 및 방법
Bai et al. Nitrogen and phosphorus removal from secondary effluent using drinking water treatment residuals fixed-bed column with intermittent operation
KR101054613B1 (ko) 생물처리공정과 막분리공정이 결합된 단일반응조를 이용한 하폐수 재활용수 생산장치
KR100399294B1 (ko) 둔치에 설치되는 하천수 정화장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121102

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131016

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141014

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151102

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181030

Year of fee payment: 13

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191031

Year of fee payment: 14