KR100773103B1 - 수처리용 이산화탄소 용해장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물을 정화하는 수처리(水處理) 시스템에 관한 것으로, 액체상태의 이산화탄소를 저장 공급하는 이산화탄소탱크와, 이산화탄소를 기화하는 기화기와, 압력조절밸브, 유량계로 이루어진 이산화탄소공급관로와; 용해수펌프에 의해 용해수를 공급하는 용해수공급관로와; 이산화탄소와 용해수가 서로 합쳐지도록 하는 미세노즐 또는 이덕터로 구성된 주입부재와; 상기 주입부재에 의해 합쳐진 용해수와 이산화탄소가 다단계로 혼화되도록 용해수와 이산화탄소가 상호 합쳐지도록 다공판 또는 다공가변형오리피스밸브를 통과하는 1차 혼화부와; 상기 1차 혼화부를 통하여 혼화된 용해수와 이산화탄소가 나선형 회전부를 구비한 인라인믹서를 통과하면서 2차적으로 혼화시키는 2차 혼화부와; 상기 2차 혼화부를 통하여 혼화된 탄산수(용해수와 이산화탄소)가 비교적 장시간 체류하면서 서로 혼화되도록 "ㄹ"자 배관을 통과시키는 3차 혼화부로 이루어진 용해장치부재와 혼화된 탄산수를 물속에 주입하는 주입장치로 구성된 것으로 상/하수도시설의 정수장 또는 하/폐수처리장에 유입되는 수중에 이산화탄소를 주입하여 수중 pH 수치를 낮추어 정수처리하도록 하는 수처리용 이산화탄소 용해장치에 관한 것이다.

수처리, 이산화탄소, PH조절, 용해수공급관로, 혼화부

Description

수처리용 이산화탄소 용해장치{Apparatus for Dissolution of Carbon Dioxide for Water Treatment}

도 1은 본 발명 실시예가 적용된 수처리용 이산화탄소 용해장치의 구성도.

도 2는 본 발명 실시예의 이산화탄소공급관로와 용해수공급관로의 배관도.

도 3은 본 발명 실시예의 요부인 주입부재 이덕터의 절개사시도.

도 4는 본 발명 실시예의 용해장치부재의 다공가변형오리피스밸브 구성 및 작동상태도로서,

a)는 밸브가 완전히 열린 상태이고,

b)는 밸브가 중간정도 열린 상태이며,

c)는 밸브가 완전히 막힌 상태를 도시한 것임.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100: 이산화탄소공급관로 110: 이산화탄소탱크

120: 기화기 130: 압력조절밸브

140: 유량계

200: 용해수공급관로 210: 용해수펌프

300: 주입부재 310: 미세노즐

320: 이덕터 321: 이산화탄소유입부

322: 용해수유입부 323: 혼합부

400: 용해장치부재 410: 다공가변형오리피스밸브

411,412: 원판 415,416: 구멍

413: 밸브스템 414: 밸브몸체

420: 인라인믹스 430: "ㄹ"자 배관

본 발명은 물을 정화하는 수처리(水處理) 시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 상/하수도시설의 정수장 또는 하/폐수처리장에 유입되는 수중에 이산화탄소를 주입하여 수중 pH 수치를 낮추어 정수처리하도록 하는 수처리용 이산화탄소 용해장치에 관한 것이다.

기존의 국내 정수처리 공정은 주로 탁도 저감을 주요 목적으로 하여 운영되고 있으나 상수원의 수질 악화로 인해 이취미 원인물질과 소독부산물의 발생이 증가되었고, 이의 제거가 정수처리의 또 다른 주요 목적으로 부각되면서 효율적인 유기물 제거를 위한 다각적인 연구가 진행되고 있다.

정수장 등에서 봄, 가을 조류번성으로 pH가 상승하는 경우 정수처리공정에서의 응집효율이 저하되면서 여러가지 문제점이 발생되고 있다.

첫째; 응집제의 적정 응집범위를 벗어나면서 PAC 등 응집제 요구량이 증가되 고 있으며, 침전수 탁도가 증가되고, 여과수에 파티클이 누출되고 있다.

둘째; 유입원수와 응집제에는 알루미늄이 함유되어 있어 알루미늄의 관리가 요구되며, pH에 따라 알루미늄의 주요형태가 바뀌는데 높은 pH에서는 용해성 알루미늄이 주성분을 이루어 여과지에서 제거되지 않고 수돗물에 누출될 우려가 많다.

셋째; 갈수기, 조류발생기의 높은 pH 원수는 소독부산물이 높게 나타나는 시기이므로 소독부산물을 줄이기 위한 별도의 조치가 필요하다.

pH 조정제로서는 황산(H₂SO₄) 과 이산화탄소(CO₂) 두가지 종류가 있는데 각각의 pH 저감추이, pH 조정에 따른 자연유기물질(NOM) 및 소독부산물(DBPs)과 같은 유기물의 저감효과및 응집효율 평가결과 이산화탄소는 원수 pH가 높은 조건에서(pH 8.0이상) pH를 7.5로 조정한 경우 pH를 조정하지 않을 때보다 TOC 제거율, 소독부산물인 THMFP 제거율 및 탁도 제거효율이 높다.

소석회 투입을 통해 pH 복원실험을 실시한 결과에서도 이산화탄소의 경우 소석회의 용해율을 증가시켜 탁도를 개선하였지만 황산은 백탁현상을 가중시켜(CaSO₄ 생성) 탁도를 증가시키는 것으로 보고되었다.

이상의 결과뿐 아니라 수처리의 안전성, 취급의 용이성, 수돗물생산과정의 환경평가 등을 종합해 볼 때 기존 정수처리공정의 전단계로 pH 조정과정을 거칠 경우 이후 응집공정에서의 유기물 제거율이 증대될 것으로 기대되며, pH 조정제로써 이산화탄소와 황산을 비교한 결과, 유기물 제거와 pH 복원 측면 등에서 이산화탄소가 황산 보다 바람직한 것으로 평가되고 있다.

이에 따라 본 출원인은 특허등록 제10-0573223호(발명의 명칭: 정수장용 수질 안정화 시스템 및 이를 이용한 정수방법)를 통하여 이산화탄소와 소석회 등을 투입하여 정수장의 수질을 정화하고 pH를 조절하도록 하는 기술에 관하여 개시한 바 있다.

그런데 이러한 수질안정화 시스템을 원활히 가동하기 위해서는 물 속에 용이하게 이산화탄소가 함유되도록 하는 것이 매우 중요하다.

이와 같이 pH를 조절하기 위해 물 속에 이산화탄소를 주입하기 위해 사용하는 방법은 가스직접주입방식과 용해방식이 있는데 가스직접주입방식은 물 속에 디퓨저를 설치하고 이산화탄소를 가스상태로 직접 주입하는 방식으로서 시설이 간단하여 설치가 용이하고 공사비가 적게 드는 장점이 있으나 반면 용해효율이 낮고 세밀한 pH조정이 어렵다는 단점이 있다.

또한, 용해방식은 이산화탄소를 물에 용해시켜 탄산수를 만든 상태에서 원수와 희석하는 방식으로 가스상태의 이산화탄소를 벤츄리관을 이용하여 물과 혼합시키는 방법과 인라인 믹서에 의해 용해시키는 방법이 있는데 상기 벤츄리관을 이용한 용해방법은 염소 등과 같이 물에 잘 녹는 가스의 주입을 위해서는 알맞은 방법이지만 이산화탄소와 같이 물에 잘 녹지 않는 성분의 물질을 용해시키기에는 적합하지 않아 효율성이 저하되는 문제점이 있으며, 인라인 믹서에 의한 용해방법은 거대한 반응조가 불필요하고 배관내 체류시간을 짧게 하는 장점이 있다.

이러한 이유로 근래 인라인믹서에 의한 방법이 일부에서 적용되고 있으나 이 방식은 인랑니믹서에 유입되는 용해수와 기화기로 부터 공급되는 이산화탄소 가스 가 단순히 합쳐지는 형식으로 되어 있어 수온 및 수질에 따라 용해효율이 일정하게 유지되지 못하는 문제가 있었다.

기존의 방식은 이산화탄소와 물과의 용해방법이 인라인 믹서 형상에 전적으로 의존하기 때문에 이산화탄소 주입률이 작거나 수질이 변화할 때는 용해효율이 낮을 뿐 아니라 주입기로부터 분사되는 탄산수의 유량조절이 곤란하여 배관계의 압력유지 조절이 어렵다는 문제점이 있었다.

삭제

상기의 문제점을 개선하기 위하여 본 발명에서는 인라인믹서 배관계의 압력유지 조절이 용이하면서도, 이산화탄소의 주입율에 무관하게 이산화탄소의 용해효율을 높이도록 한 수처리용 이산화탄소 용해장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 이산화탄소 용해방법은 이산화탄소탱크에 저장되어 공급되는 액체상태의 이산화탄소를 기화기를 통과시켜 기체상태로 변환시키는 기화단계와; 상기 기화기에 의해 기화된 이산화탄소의 압력을 압력조절밸브에 의해 조절하고, 유량계에 의해 적정량의 유량이 공급되도록 하는 유량조절단계와; 별도의 용해수펌프에 의해 공급되는 용해수공급관로와 상기 유량조절되어 공급되는 이산화탄소공급관로를 주입부재를 통하여 하나의 관로상에 주입하는 주입단계와; 상기 주입단계에 의해 합쳐진 용해수와 이산화탄소가 상호 합쳐지도록 다수의 구멍이 천공된 다공판 또는 다공가변형오리피스밸브를 통과하는 1차 혼화단계와; 상기 1차 혼화단계를 통하여 혼화된 용해수와 이산화탄소가 나선형 회전부를 구비한 인라인믹서를 통과하면서 2차적으로 혼화시키는 2차 혼화단계와; 상기 2차 혼화단계를 통하여 혼화된 탄산수(용해수와 이산화탄소)가 비교적 장시간 체류하면서 서로 혼화되도록 "ㄹ"자 배관을 통과시키는 3차 혼화단계를 포함한다.

본 발명 이산화탄소 용해장치는 액체상태의 이산화탄소를 저장 공급하는 이산화탄소탱크와, 액체상태의 이산화탄소를 기체상태로 변환하는 기화기와, 일정하게 설정된 량으로 이산화탄소를 공급하도록 유량계로 이루어져 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소공급관로와; 용해수펌프에 의해 용해수를 공급하는 용해수공급관로와; 상기 이산화탄소공급관로와 용해수공급관로가 상호 결합되어 이산화탄소와 물이 서로 합쳐지도록 하는 주입부재와; 상기 주입부재에 의해 합쳐진 물과 이산화탄소가 서로 합쳐져 다단계로 혼화되도록 하는 용해장치부재와 유량조절이 가능한 주입기를 포함한다.

본 발명에 있어서 상기 이산화탄소공급관로에 설치된 유량계는 이산화탄소의 유량을 정밀하게 측정하도록 하는 코리올리우스유량계임을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서 상기 주입부재는 가스상태의 이산화탄소를 고압의 압력으 로 용해수에 분사시켜 이산화탄소와 물이 서로 합쳐지도록 하는 미세노즐임을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서 상기 주입부재는 가스상태의 이산화탄소가 중앙부로 유입되도록 하는 이산화탄소유입부와 상기 이산화탄소유입부의 주위에 형성되어 용해수가 유입되도록 하는 용해수유입부 및 유입된 이산화탄소와 용해수가 서로 혼합되도록 하는 혼합부를 구비한 이덕터임을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서 상기 용해장치부재는 상기 주입부재에 의해 합쳐진 용해수와 이산화탄소가 상호 합쳐지도록 다공가변형오리피스밸브를 통과하는 1차 혼화부와; 상기 1차 혼화부를 통하여 혼화된 용해수와 이산화탄소가 나선형 회전부를 구비한 인라인믹서를 통과하면서 2차적으로 혼화시키는 2차 혼화부와; 상기 2차 혼화부를 통하여 혼화된 탄산수(용해수와 이산화탄소)가 비교적 장시간 체류하면서 서로 혼화되도록 "ㄹ"자 배관을 통과시키는 3차 혼화부로 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서 상기 다공가변형오리피스밸브는 다수의 구멍이 천공된 2장의 원판이 상호 작동되면서 구멍의 일치 정도에 따라 물의 통과량이 조절되도록 함을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서 상기 용해장치부재는 상기 주입부재에 의해 합쳐진 용해수와 이산화탄소가 다수의 구멍이 천공된 다공판이 일정간격으로 다단계 설치되어 상기 구멍을 통과하면서 서로 합쳐지도록 하는 1차 혼화부와; 상기 1차 혼화부를 통하여 혼화된 용해수와 이산화탄소가 나선형 회전부를 구비한 인라인믹서를 통과하면서 2차적으로 혼화시키는 2차 혼화부와; 상기 2차 혼화부를 통하여 혼화된 탄산 수(용해수와 이산화탄소)가 비교적 장시간 체류하면서 서로 혼화되도록 "ㄹ"자 배관을 통과시키는 3차 혼화부로 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서 상기 이산화탄소공급관로는 기화된 이산화탄소를 적정의 압력으로 적정량식 공급되도록 하는 압력조절밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명 실시예가 적용된 수처리용 이산화탄소 용해장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명 실시예의 이산화탄소공급관로와 용해수공급관로의 배관도이며, 도 3은 본 발명 실시예의 요부 주입부재 이덕터의 절개사시도이다.

본 발명은 기체인 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소공급관로(100)와 상기 이산화탄소가 용해되어 혼화되도록 하는 용해수를 공급하는 용해수공급관로(200)가 주입부재(300)에 의해 합쳐지며, 용해장치부재(400)에 의하여 완전하게 용해수와 이산화탄소가 혼화될 수 있도록 구성된 것이다.

즉, 액체상태의 이산화탄소를 저장 공급하는 이산화탄소탱크(110)와, 액체상태의 이산화탄소를 기체상태로 변환하는 기화기(120)와, 일정하게 설정된 량으로 이산화탄소를 공급하도록 유량계(140)를 구비한 이산화탄소공급관로(100)와; 용해수펌프(210)에 의해 용해수를 공급하는 용해수공급관로(200)와; 상기 이산화탄소공급관로(100)와 용해수공급관로(200)가 상호 결합되어 이산화탄소와 물이 서로 합쳐지도록 하는 주입부재(300)와; 상기 주입부재(300)에 의해 합쳐진 물과 이산화탄소가 서로 합쳐져 다단계로 혼화되도록 하는 용해장치부재(400)를 포함하여 구성된 다.

또한, 상기 이산화탄소공급관로(100)는 기화된 이산화탄소를 적정의 압력으로 적정량식 공급되도록 하는 압력조절밸브(130)를 설치한다.

상기 이산화탄소공급관로(100)에 설치된 유량계(140)는 이산화탄소의 유량을 정밀하게 측정하도록 하는 코리올리스 유량계를 설치하였다.

상기 주입부재(300)는 미세노즐(310)이나 이덕터(320)을 설치하여 가스상태의 이산화탄소를 용해수에 주입시켜 서로 섞이도록 하는 것이다.

도 3은 본 발명의 실시예로서 설치되는 이덕터(320)의 구조를 알 수 있도록 부분 절개 사시도로서 가스상태의 이산화탄소가 중앙부로 유입되도록 하는 이산화탄소유입부(321)와 상기 이산화탄소유입부(321)의 주위에 형성되어 용해수가 유입되도록 하는 용해수유입부(322) 및 유입된 이산화탄소와 용해수가 서로 혼합되도록 하는 혼합부(323)를 구비한 것이다.

따라서 이산화탄소가 중앙부로 유입되고 주위로 용해수가 유입되어 서로 섞이게 되므로 이덕터(320)를 통과하면서 용해작용이 이루어지게 되는 것이다.

본 발명의 다른 실시예로서 상기 주입부재(300)에 가스상태의 이산화탄소를 고압의 압력으로 용해수에 분사시켜 이산화탄소와 물이 서로 합쳐지도록 하는 미세노즐(310)을 사용하여도 무방하다.

상기 주입부재(300)에 의하여 합쳐진 이산화탄소와 용해수는 다단계(1차, 2차,3차)의 혼화부로 구성된 용해장치부재(400)로 유입된다.

상기 용해장치부재(400)는 상기 주입부재(300)에 의해 합쳐진 용해수와 이산화탄소가 상호 합쳐지도록 다공가변형오리피스밸브(410)를 통과하는 1차 혼화부와; 상기 1차 혼화부를 통하여 혼화된 용해수와 이산화탄소가 나선형 회전부를 구비한 인라인믹서(420)를 통과하면서 2차적으로 혼화시키는 2차 혼화부와; 상기 2차 혼화부를 통하여 혼화된 탄산수(용해수와 이산화탄소)가 비교적 장시간 체류하면서 서로 혼화되도록 "ㄹ"자 배관(430)을 통과시키는 3차 혼화부로 이루어져 있다.

도 4는 본 발명 실시예로서 용해장치부재(400)의 다공가변형오리피스밸브(410)의 구성 및 작동상태를 도시한 것으로서, a)는 밸브가 완전히 열린 상태이고, b)는 밸브가 중간정도 열린 상태이며, c)는 밸브가 완전히 막힌 상태를 도시한 것이다.

상기 다공가변형오리피스밸브(410)는 밸브몸체(414)에 설치되며, 다수의 구멍(415)(416)이 천공된 2장의 원판(411)(412)이 상호 회전작동되면서 구멍(415)(416))의 서로간 일치되는 정도에 따라서 물의 통과량이 조절되도록 한 것이다.

미설명 부호 413은 밸브몸체(414)에 설치된 2개의 원판(411)(412)중 어느 하나를 상대적으로 회전시켜줌으로서 물의 통과량을 조절되도록 하는 밸브스템이다.

따라서 본 발명은 상기 다공가변형오리피스밸브(411)를 전동 제어되도록 설치하고 전체시스템의 제어부에 의해 제어 작동되도록 설치함으로써 이산화탄소의 주입량에 비례하는 개도조절이 가능하게 되므로 이산화탄소의 주입량에 관계없이 항상 높은 혼화효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 다른 실시예로서, 상기 용해장치부재(400)의 1차 혼화부는 다공가변형오리피스밸브(410) 대신에 다수의 구멍이 천공된 다공판을 관로 내부에 일정간격으로 다단계설치함으로써 용해수와 이산화탄소가 상기 다공판의 구멍을 통과하면서 서로 섞여 1차 혼화작용이 이루어지도록 하여도 무방하다.

즉, 상기 주입부재(300)에 의해 합쳐진 용해수와 이산화탄소가 관로상에 일정간격으로 다단계(2 내지 3개) 설치된 다공판의 구멍을 통과하면서 서로 합쳐져 혼화작용이 이루어지게 되는 것이다.

이상과 같이 구성된 본 발명은 이산화탄소탱크(110)에 저장되어 공급되는 액체상태의 이산화탄소를 기화기(120)를 통과시켜 기체상태로 변환시키는 기화단계와; 상기 기화기(120)에 의해 기화된 이산화탄소의 압력을 압력조절밸브(130)에 의해 조절하고, 유량계(140)에 의해 적정량의 유량이 공급되도록 하는 유량조절단계와; 별도의 용해수펌프(210)에 의해 공급되는 용해수공급관로(200)와 상기 유량조절되어 공급되는 이산화탄소공급관로(100)를 주입부재(300)를 통하여 하나의 관로상에 주입하는 주입단계와; 상기 주입단계에 의해 합쳐진 용해수와 이산화탄소가 상호 합쳐지도록 다수의 구멍이 천공된 다공판 또는 다공가변형오리피스밸브를 통과하는 1차 혼화단계와; 상기 1차 혼화단계를 통하여 혼화된 용해수와 이산화탄소가 나선형 회전부를 구비한 인라인믹서(421)를 통과하면서 2차적으로 혼화시키는 2차 혼화단계와; 상기 2차 혼화단계를 통하여 혼화된 탄산수(용해수와 이산화탄소)가 비교적 장시간 체류하면서 서로 혼화되도록 "ㄹ"자 배관을 통과시키는 3차 혼화단계를 통하여 매우 효율적으로 수처리용 이산화탄소를 용해수에 용해하도록 하는 것이다.

이와 같은 본 발명에 의해 생성된 탄산수는 다음 수처리 공정으로서 주입기를 통하여 원수 중에 주입시킴으로써 수처리 작업이 이루어지도록 하는 것으로 상기 주입기는 외통과 내통으로 구성되어 있으며, 외통에는 오리피스 구멍이 가공되 어 외통의 한쪽에는 플랜지로 폐쇄되고 다른 한쪽은 외통 내부에 삽입되는 내통을 가진 플랜지로 폐쇄되어 탄산수가 분사되는 각도를 용이하게 조절하도록 한 것이다.

이상 살펴본 바와 같이 본 발명은 수처리용 이산화탄소 용해장치로서 용해수와 이산화탄소가 보다 효율적으로 혼화되어 탄산수를 생성하도록 하며, 또한 인라인믹서 배관계의 압력유지 조절이 용이하면서도, 이산화탄소의 주입율에 무관하게 이산화탄소의 용해효율을 높이도록 한 것으로 상/하수도 시설의 정수장 또는 하/폐수처리장에 유입되는 수중의 pH 수치를 낮추기 위해 투입되는 이산화탄소를 본 발명에 의해 생성되는 탄산수를 주입함으로써 보다 효율적으로 수처리작업이 가능하도록 하는 매우 유용한 기술이다.

Claims (9)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 액체상태의 이산화탄소를 저장 공급하는 이산화탄소탱크(110)와, 액체상태의 이산화탄소를 기체상태로 변환하는 기화기(120)와, 일정하게 설정된 량으로 이산화탄소를 공급하도록 유량계(140)로 이루어져 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소공급관로(100)와;

   용해수펌프(210)에 의해 용해수를 공급하는 용해수공급관로(200)와;

   상기 이산화탄소공급관로(100)와 용해수공급관로(200)가 상호 결합되어 이산화탄소와 물이 서로 합쳐지도록 하는 주입부재(300)와;

   상기 주입부재(300)에 의해 합쳐진 물과 이산화탄소가 서로 합쳐져 다단계로 혼화되도록 하는 용해장치부재(400)를 포함하는 수처리용 이산화탄소 용해장치에 있어서,

   상기 용해장치부재(400)는

   상기 주입부재(300)에 의해 합쳐진 용해수와 이산화탄소가 상호 합쳐지도록 다공가변형오리피스밸브(410)를 통과하는 1차 혼화부와;

   상기 1차 혼화부를 통하여 혼화된 용해수와 이산화탄소가 나선형 회전부를 구비한 인라인믹서(420)를 통과하면서 2차적으로 혼화시키는 2차 혼화부와;

   상기 2차 혼화부를 통하여 혼화된 탄산수(용해수와 이산화탄소)가 비교적 장시간 체류하면서 서로 혼화되도록 "ㄹ"자 배관(430)을 통과시키는 3차 혼화부로 이루어짐을 특징으로 하는 수처리용 이산화탄소 용해장치.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 다공가변형오리피스밸브(410)는

   다수의 구멍(412)이 천공된 2장의 원판(411)이 상호 작동되면서 구멍(412)의 일치정도에 따라 물의 통과량이 조절되도록 함을 특징으로 하는 수처리용 이산화탄소 용해장치.
8. 삭제
9. 삭제

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