KR100827221B1 - 고도정수처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인라인블랜더 혼화장치, 침지식 막여과조, 입상활성탄 여과장치(GAC), 소독조가 순차적으로 배열되는 것을 포함하는 고도정수처리장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 장치를 사용하는 경우 종래의 막여과 장치에 비하여 유기물 제거, DOC제거 및 탁도가 제거되는 효과를 달성할 수 있다.

인라인 블랜더, 침지식 막여과조, 입상활성탄 여과장치(GAC), 소독조

Description

고도정수처리방법{A METHOD FOR ADVANCED DRINKING WATER TREATMENT}

도 1은 본 발명에 따른 고도정수처리 방법을 나타낸 공정도이다.

도 2는 본 발명에 따른 고도정수처리 방법의 또 다른 일예를 나타낸 것이다.

-도면의 주요부분에 대한 설명-

1 : 원수 2 : 착수정

3 : 인라인블랜더 혼화장치 4 : 침지식막여과조

5 : 입상활성탄 여과장치 6 : 소독조

7 : 응집조

본 발명은 고도정수처리방법 및 이에 사용되는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인라인블랜더 혼화장치, 침지식 막여과조, 입상활성탄 여과장치(GAC), 소독조가 순차적으로 배열되는 것을 포함하는 고도정수처리장치에 관한 것이다.

현재 국지적인 물 부족 현상과 더불어 상수원수의 오염, 먹는 물 수질기준의 강화에 따라 양질의 상수원수의 확보 및 고도처리 도입에 대한 필요성이 크게 요구되고 있다.

통상 먹는 수돗물은 응집, 침전, 모래여과, 소독을 거치는 공정으로 처리하여 공급되었으나, 이러한 종래의 정수 방법으로는 맛, 냄새 유발물질, 트리할로메탄 전구물질, 농약 등의 미량 유해 유기 물질이나, 지아디아, 크립토스포리디움과 같은 병원성 미생물을 충분히 정화하기 어렵다.

따라서 종래의 정수처리시설에서는 원수에 포함된 각종 오염원과 맛, 냄새의 문제 해결을 위해 기존 공정에 분말 활성탄을 추가적으로 사용하거나, 기술적으로 진보한 오존 접촉 산화법, 입상활성탄 흡착법, 생물처리 등을 부수적으로 이용하였다.

상기한 공정 중에서 오존, 입상활성탄 프로세스는 오존에 의한 유기물의 산화와 입상활성탄에 의한 유기물의 흡착으로, 그 동안의 국내 고도정수처리 시설 도입에 큰 부분을 차지하였다.

그러나 상기한 고도 정수처리 공법에서는 유해한 2차 생성물이 발생할 수 있는 문제점과 함께, 고도 정수처리시설의 설치, 운영 및 유지 관리가 어렵다는 점이 지적되어 왔다.

따라서 1980년대부터 모래 여과의 수백에서 수천배의 고액분리 기능을 가지고 있고, 시설의 운영 및 유지가 간편한 막여과 공법이 기존 응집ㆍ침전ㆍ모래여과의 정수처리 공정을 대체할 수 있는 차세대 정수기술로 각광을 받아왔다.

막여과 정수처리시설은 막여과 프로세스가 갖는 높은 제탁, 제균 기능을 이용하여 원수 또는 처리수중의 탁질과 병원성 미생물을 기존의 일반 정수처리공정보다 효율적으로 제거할 수 있다.

그러나 정수처리에서 실용적으로 평가되어 온 MF(micro filtration)막 또는 UF(ultra filtration)막은 공칭공경(nominal pore size) 또는 분획분자량(molecular weight cut-off)의 제한 때문에 기본적으로 용존성 물질의 제거에 한계가 있는 문제점이 있었다. 즉, MF막이나 막으로는 원수에 미량으로 포함된 유기물 등의 오염원을 완벽하게 제거하기는 어렵다.

또한, 상기한 막여과 공정에는 막 파울링(membrane fouling) 문제도 있는데, 이는 상수원수 중에 콜로이드상으로 부유하고 있는 무기화합물과 천연유기물(NOM, natural organic matter), 미생물 및 그 대사산물 등의 각종 불순물에 의해 복합적으로 발생하는 현상으로서, 막 파울링이 발생하면 막의 약품 세정 빈도가 많아지고, 막의 교환 주기가 단축되어 막여과 정수처리 프로세스의 유지관리상 중요한 제한 인자가 된다.

특히, 여름철 강우에 따른 고탁도 발생이 문제가 되는 상수원수의 경우 막 파울링을 최소화할 수 있도록 응집, 침전 등 전처리를 두는 경우가 많으며, 고도처리를 위하여 전, 후처리 공정을 다수 추가할 경우 시설비용과 부지소요비용, 유지관리비용 등이 증가하고 유지 관리성이 떨어지는 등의 단점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기한 MF막 또는 UF막을 이용한 정수처리 방법의 문제점을 극복하고, 여과 효율을 향상시키는 기술을 제공하는데 있으며, 침지식 막여과조의 전 단계에 인라인블랜더 혼화장치를 설치하여 응집제의 혼화율을 향상시키고, 소독부산물 전구물질, 색도, 부유물질 등을 고도응집(enhanced coagulation) 처리한 후, 침전지를 거치지 않고 침지식 막여과조에서 응집된 고형물질과 병원성 세균, 바이러스 등을 직접 여과하여 제거한 후, 입상활성탄여과장치에서 맛, 냄새 유발물질과 미량 유기화합물 등을 제거하고, 소독조에서 소독을 거치는 단계를 통한 고도정수처리 방법을 제공하는 것이 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제이다.

이하 본 발명의 기술적 구성을 도면을 참고하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 고도정수처리 방법을 나타낸 공정도이다. 도 1은 본 발명에서 원수는 인라인블랜더 혼화장치(3), 침지식 막여과조(4), 입상활성탄 여과장치(GAC)(5), 소독조(6)를 거쳐 고도정수처리됨을 나타낸다.

상기한 공정에서 인라인블랜더 혼화장치(3), 침지식 막여과조(4), 입상활성탄 여과장치(GAC)(5), 소독조(6)가 본 발명의 주 처리공정이다.

도 2는 본 발명의 또 다른 양태를 나타낸 것으로, 원수는 인라인블랜더 혼화장치(3), 응집조(7), 침지식 막여과조(4), 입상활성탄 여과장치(GAC)(5), 소독조(6)를 거쳐 고도정수처리됨을 나타낸다.

상기한 공정에서 인라인블랜더 혼화장치(3), 응집조(7), 침지식 막여과조(4), 입상활성탄 여과장치(GAC)(5), 소독조(6)가 본 발명의 주 처리공정이다.

상기한 공정에서 원수는 미세스크린을 통과시켜 부유물을 제거한 다음 본 발명의 고도정수처리공정으로 유입되는데 수질 관리상 필요한 경우 통상적인 전염소 처리를 거치는 것도 가능하다.

본 발명은 상기한 공정이 상기한 순서에 의해 순차적으로 연결되는 것을 특징으로 하며, 상기 순서에 의해 순차적으로 처리하는 경우 목적으로 하는 유기물제거, DOC제거 및 탁도 제거를 달성할 수 있다.

특히 본 발명은 종래 침지식 막여과 공정에서 교반기를 이용한 혼화단계를 인라인블랜더로 대체함으로써, 혼화효율을 향상시키고, 설치면적을 감소시킬 수 있으며, 약품사용량 및 전력사용량을 절감할 수 있는 우수한 효과가 있으며, 인라인 혼화 후 응집단계를 필요에 따라 선택함으로써 여과효율을 향상시킬 수 있도록 하였다.

그러나 응집단계 없이도 인라인블랜더의 우수한 혼화율에 의해 여과 효율이 향상되는 효과가 있었다.

상기 침지식 막여과 후 입상활성탄여과장치에서 맛, 냄새 유발물질과 미량 유기화합물 등을 제거하고, 소독조에서 소독을 실시함으로써 음용수로 안전하게 공급할 수 있도록 한다.

본 발명에서 상기 인라인블랜더 혼화장치(3)는 물과 약품이 골고루 혼합되면서 분사되도록 하는 역할을 하는 것으로, 당 업계에서 사용하는 인라인블랜더라면 제한되지 않고 사용할 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 관내에 배플이 설치되어 와류를 유도하는 무동력 분할식 혼화장치 또는 펌프와 충돌판 및 분사노즐을 구비하여 펌프에 의해 분기한 물을 약품과 혼합한 후 분사노즐을 통해 충돌판에 고압으로 분사하여 확산시키는 동력확산식 혼화장치를 사용하거나 또는 상기 무동력 분할 식과 동력확산식 혼화장치를 연결하여 2단으로 설치하여 사용할 수 있다. 인라인 블랜더를 사용하는 경우 응집제의 혼화율이 향상되어 10% 이상의 응집제 사용량을 절감할 수 있는 효과가 있으며, 설치 면적이 감소되는 효과가 있다. 또한 이러한 인라인 블랜더를 거친 후 막여과조를 거치는 경우 유기물의 제거 효율이 향상되는 것을 알 수 있었다.

상기 무동력 분할식 혼화장치는 배플에 의한 분할작용에 의해 액체와 액체가 혼합되는 방식으로서, 펌프확산식에 비하여 막힘 현상이 적고, 장치를 설치하는데 필요한 면적이 적으며, 별도의 동력을 필요로 하지 않으므로 경제적이다. 이러한 무동력 분할식 혼화장치의 예로는 등록특허 10-0309199 등이 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

또한 상기 동력확산식 혼화장치는 관로 내 응집제 주입과 동시에 가압펌프에 의한 보충수를 충돌판에 분사시켜 확산 혼화하는 방식으로서, 관로내 설치가 가능하여 별도 혼화수조가 불필요하며, 보충수는 펌프를 사용하여 고압으로 분사하므로 혼화강도를 조절할 수 있으며, 혼화성이 우수하여 응집제의 사용량 절감 효과가 크다. 이러한 동력확산식 혼화장치의 예로는 등록실용 20-0352785 등이 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에서 상기 침지식 막여과조(4)는 통상의 침지식 막여과조라면 제한 없이 사용이 가능하나, 본 출원인이 출원하여 등록된 특허 제10-0666831호에 개시된 침지형 중공사 막이 설치된 여과조, 막세정을 위한 처리수 저장탱크(Permeate storage tank), 여과펌프(permeate pump), 배수펌프(reject pump), 블로 어(blower), 공압 솔레노이드 자동밸브(pneumatic solenoid valve)로 구성되는 침지식 막여과조를 사용할 수 있다. 이에 대한 자세한 구성은 상기 특허에 개시되어 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.

상기 침지식 막여과조는 막 파울링 방지를 위하여 연속적인 공기세정(air scouring), 여과주기에 따른 역세정(backwashing), 산 또는 알칼리제 약품을 이용한 주기적 유지세정(maintenance cleaning)을 병행하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 입상활성탄(GRANULAR ACTIVATED CARBON : GAC) 여과장치(5)는 상기 침지식 막여과조에서 미처리된 유기물질을 처리하고, 맛, 냄새 유발물질과 미량 유기화합물 등을 제거하는 역할을 한다.

본 발명에서 상기 소독조(6)는 처리수를 안전하게 공급할 수 있도록 소독제를 이용하여 처리하는 것이다.

본 발명에서 상기 응집조(7)는 필요에 따라 설치될 수 있는 것으로, 인라인블랜더 혼화장치와 침지식 막여과조의 사이에 응집조를 설치하는 경우 유기물의 제거율이 보다 향상되는 것을 알 수 있었으며, 바람직하게는 5 ~ 30분 동안 응집조에서 정치시켜 플록을 성장시키는 것이 바람직하였으며, 보다 바람직하게는 5 ~ 15분간 응집조에서 반응시키는 것이 좋다.

상기에서 설명한 본 발명의 고도정수처리 방법은 자동 운전된다.

이하는 본 발명에 따른 장치 및 운전방법을 이용한 고도처리공정의 운전성능을 시험한 일예를 설명한다.

[실시예 1]

구의 정수장에서 모인 상수원수를 대상으로 일일 500톤 처리용량을 이용하여, 막여과 유속을 42 ℓ/㎡ㆍhr로 하여 실험하였다. 3개의 유닛이 직렬로 연결된 배플이 설치된 내경 80 mm, 길이 360 mm의 무동력 분할식 인라인블랜더에서 17% 폴리염화알루미늄을 전체 상수원수 부피에 대하여 4ppm 이내가 되도록 분사하면서 배플에 충돌시켜 응집제가 물과 혼화되도록 하였으며, 응집조를 거치지 않고 곧바로 막여과조(MF막, 평균포어사이즈 0.1㎛)로 투입하였을 경우, 방류수를 분석한 결과 UV₂₅₄제거율이 13.8%, DOC(용존유기물)제거율이 11.4%, 탁도 제거율이 99.6%로 측정되었다.

[실시예 2]

상기 실시예 1에서 인라인블랜더와 막여과기 사이에 응집조를 설치하고, 응집조에서 4분간 체류 후 응집된 혼합액을 막여과기로 투입한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

그 결과 UV₂₅₄제거율이 18.7%, DOC제거율이 12.9%, 탁도 제거율이 99.5%로 측정되었다.

[실시예 3]

상기 실시예 1에서 인라인블랜더와 막여과기 사이에 응집조를 설치하고, 응 집조에서 10분간 체류 후 응집된 혼합액을 막여과기로 투입한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

그 결과 UV₂₅₄제거율이 30.1%, DOC제거율이 18.8%, 탁도 제거율이 99.5%로 측정되었다.

[비교예]

구의 정수장에서 유입된 상수원수를 이용하여 응집제는 상기 실시예 1과 동일하게 사용하고, 일반적인 종래 혼화방식에 의거하여 급속혼화(40rpm, 5min)와 완속혼화(20rpm, 10min) 후, 이어서 막여과조로 투입하여 방류수를 분석한 결과 UV₂₅₄제거율이 12.9%, DOC(용존유기물)제거율이 6.0%, 탁도 제거율이 99.4%로 측정되었다.

상기 실시예 및 비교예에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1과 같이 응집조없이 인라인혼화 공정을 주요 공정으로 거칠 경우, 비교예와 같이 종래의 혼화방법에 의해 응집제를 혼화하는 경우보다 유기물, DOC, 탁도제거 효율이 높음을 알 수 있다. 또한, 실시예 2, 3과 같이 인라인혼화기와 더불어 응집조를 설치할 경우, 유기물, DOC, 탁도제거 효율이 상승됨을 알 수 있다.

본 발명에 따른 인라인블랜더 혼화장치, 침지식막여과조, 입상활성탄여과장치, 소독조를 거치는 정수방법은 종래의 침지식막여과 장치에 비하여 여과 효율이 향상되고, 설치 면적이 축소되며, 응집제의 사용량이 감소하는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 원수를 정화하기 위한 고도정수처리장치에 있어서,

   관내에 배플이 설치되어 와류를 유도하는 무동력 분할식 혼화장치와 펌프와 충돌판 및 분사노즐을 구비하여 펌프에 의해 분기한 물을 약품과 혼합한 후 분사노즐을 통해 충돌판에 고압으로 분사하여 확산시키는 동력확산식 혼화장치를 연결하여 2단으로 설치한 인라인블랜더 혼화장치 또는 펌프와 충돌판 및 분사노즐을 구비하여 펌프에 의해 분기한 물을 약품과 혼합한 후 분사노즐을 통해 충돌판에 고압으로 분사하여 확산시키는 동력확산식 혼화장치로 이루어진 인라인블랜더 혼화장치와 침지식 막여과조, 입상활성탄 여과장치(GAC), 소독조가 순차적으로 배열되는 것을 포함하는 고도정수처리장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 인라인블랜더 혼화장치와 침지식 막여과조의 사이에 응집조가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 고도정수처리장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 원수를 고도정수처리하는 방법에 있어서,

   a) 원수저류조에서 유입되는 원수를 관내에 배플이 설치되어 와류를 유도하는 무동력 분할식 혼화장치와 펌프와 충돌판 및 분사노즐을 구비하여 펌프에 의해 분기한 물을 약품과 혼합한 후 분사노즐을 통해 충돌판에 고압으로 분사하여 확산시키는 동력확산식 혼화장치를 연결하여 2단으로 설치한 인라인블랜더 혼화장치 또는 펌프와 충돌판 및 분사노즐을 구비하여 펌프에 의해 분기한 물을 약품과 혼합한 후 분사노즐을 통해 충돌판에 고압으로 분사하여 확산시키는 동력확산식 혼화장치 로 이루어진 인라인블랜더 혼화장치에서 약품과 혼화시키는 단계;

   b) 상기 a)단계 후 유입되는 원수의 고도 응집 처리된 고형물질과 병원성 세균, 바이러스를 침지식 막여과조에서 여과하는 단계;

   c) 상기 b)단계 후 유입되는 원수의 맛, 냄새 유발물질과 미량의 유기화합물을 입상활성탄 여과장치에서 여과하는 단계;

   d) 상기 c)단계 후 유입되는 원수를 음용수로 안정하게 공급할 수 있도록 소독조에서 소독하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 고도정수처리방법.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 a)단계 후 응집조에서 플록의 입자 크기를 성장시키는 단계를 더 추가하는 것을 특징으로 하는 고도정수처리방법.
7. 삭제

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