KR100853452B1 - 철과 망간을 포함한 강변 여과수의 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강변 여과수 정수장의 정수처리에 관한 기술이다.

본 발명의 목적은 강변 여과수에서 철, 망간 등을 효과적으로 제거하고, 배출수 상등수를 강변에 함양(침투)시켜 물 이용효율을 높인 강변여과수의 처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 강변 여과수의 방사형 집수정에 설치한 취수 펌프에서 압송된 강변 여과수는 포기반응조로 이송하고, 포기반응 조의 위에서 분산 노즐의 분사에 의한 물방울이 낙하하면서 공기접촉 및 포기반응 조의 하부 수중에 충돌하면서, 강변여과수중에 충분한 산소를 공급함과 동시에 철을 산화 시키며, 다음 단계의 생물 여과지에서는 철박테리아의 생물학적 산화 및 흡착작용과 물리적 체 거름 작용으로 산화된 철과 망간을 제거하고, 다음 단계의 오존 반응조에서 강변 여과수중의 이 취미 원인 물질 및 난 분해성 물질을 분해하고, 활성탄 여과지에서 잔존 유기물 등 유해물질을 흡착하여 제거한 다음, 염소 소독을 하여 정수(수돗물)를 생산하고, 생물 여과지와 활성탄 여과지의 역세척수(이하 배출수라 한다)는 배출수 처리조에서 처리하여 슬러지는 탈수하여 처분하고, 상등수는 강변에 인공 함양지를 설치하여 지하로 침투하게 하였다.

본 발명의 강변 여과수의 처리 장치는 정수된 수돗물에 철 망간 등이 제거되고, 생물학적 처리로 유해한 성분을 제거하여 , 위생적으로 매우 안전하고 , 배출수의 상등수는 강변의 지하로 환원하여 재이용함으로 수자원 보전 효과가 있다.

Description

철과 망간을 포함한 강변 여과수의 처리장치{Apparatus for treatment bank filtered water including iron and manganese.}

도 1 은 본 발명의 공정관계를 나타낸 구성도.

도 2 는 수평 방사형 취수정의 단면도.

도 3 은 포기 반응조의 단면도.

도 4 는 생물여과지의 단면도
도 5 는 인공함양지의 단면도

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1. 수평 방사형 취수정 1-1. 수평 집수관 1-2. 밸브

2. 취수펌프

3. 포기 반응조 3-1. 원수 유입관 3-2. 분배관

3-3. 분산노즐 3-4. 배기구 3-5. 환기구

3-6. 원수 유출관

4. 생물 여과지 4-1. 입상 여과재 4-2. 여과 트러프

4-3. 공기-물 역세용 스트레이너

5. 오존 반응조

6. 활성탄 여과지

7. 소독조

10. 정수지

11. 생물 여과지 세척수

12. 활성탄 여과지 세척수

13. 배출수 처리조

14. 인공 함양지 14-1. 모래 자갈층 14-2. 사면부

14-3. 배출수 상등수 유입관

15. 슬러지 저류조

16. 탈수장치

본 발명은 강변 여과수 정수장의 정수처리 기술에 관한 것으로 당사의 선취득 특허 등록 번호 10-0361655(2002.11.06)에 대한 개량 및 실시에 관한 것이다.

종래의 수돗물은 주로 강이나 하천, 호소, 댐 등의 물을 원수로 하여 정수장에서 물리 화학적 처리를 하여 수돗물로 사용하였다.

그러나 환경오염이 진행됨에 따라 원수의 수질도 악화되는 경향에 있어서, 고도처리 등 많은 투자를 하고 있지만 아직도 국민들이 수돗물에 대하여 신뢰가 낮은 것이 작금의 현실이다.

그리고 산업발전과 생활수준의 향상으로 수돗물 소비량이 늘어서, 일부 지방 도시에서는 상수원수의 확보가 용이한 대형 저수지나 하천이 없어서 상수원수를 확 보하기 어려운 곳도 있고, 더 좋은 원수를 사용한 수돗물에 대한 수요도 계속되고 있어 강변 여과수 정수장이 증가하는 추세에 있다.

강변 여과수는 지표수에 비하여 수온이 일정하고, 미생물 작용으로 질산화가 일어나서 암모니아성 질소가 적으며, 수질의 변동이 적으며, 강물 오염시에도 미생물 분해, 흡착등으로 인해 상당량 정화가 이루어져서 원수의 수질이 양호하다.

반면에 원수 중에 일반적으로 철이나 망간이 다량 포함되어 있고, 지역에 따라서는 질산성 질소의 농도도 높은 경우가 있다.

철이나 망간의 제거는 통상적으로 염소에 의한 산화나 이산화망간에 의한 산화가 효과도 좋고 반응속도도 빠르나 염소에 의한 산화는 발암물질인 트리할로메탄이나 그 전구물질을 생성할 가능성이 있고, 이산화망간에 의한 산화는 처리 비용이 상승하고 인공적 화학약품을 사용한다는 점에서 심리적 저항이 있을 수 있다.

강변여과수의 수질 조건에 따라서는 철과 망간제거를 위한 포기 반응과 여과만으로는 수중의 유해물질을 완전히 제거할 수 없는 경우도 있었다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 강변 여과수 취수 효율이 좋고, 포기 효율을 높인 포기 반응조와 생물 여과지로 강변 여과수 중의 철과 망간을 제거하고, 오존과 활성탄 여과지로 잔존 유해물질을 효과적으로 제거하여, 안전하고 깨끗한 수돗물을 생산하고, 배출수를 강변에 함양하여 수자원 보전을 할 수 있는 철과 망간이 포함된 강변 여과수의 처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여,

방사형 취수정(1)의 지하 하부에, 상층에 4∼ 6개, 하층에 4∼6개의 수평 집수관(1-1)을 등각도의 방사형으로 설치하고, 방사형 취수정(1)에 취수 펌프(2)를 설치하여 포기 반응조(3)으로 압송하고;

압송된 원수는 포기 반응조(3)의 하부 수면에서 7∼8m높이까지 연장하여 설치한 원수 유입관(3-1)을 따라 이동하고, 원수 유입관의 끝에 수평으로 방사상 또는 격자형으로 설치한 분배관(3-2)에 하향으로 설치한 분산노즐(3-3)을 통하여 넓게 확산되어 물방울 모양으로 분산되어 낙하하면서, 공기와 접촉하고, 동시에 하부 수면에 충돌하면서 기포를 발생하여 원수 중에 산소가스를 공급함으로써, 철의 산화 반응을 일으키고, 동시에 원수의 용존 산소농도를 5.0mg/L이상으로 높이며, 포기 반응조(5)의 체류시간은 20∼30분으로 하고;

포기 반응조(3)에서 산화 반응 및 포기가 완료된 원수는 여재 입경 1.0∼3.0mm, 여과층 두께 2,000 mm, 여과속도 120∼150m/일, 공기- 물 병용 세척식의 생물 여과지(4)에서 여과 작용 및 철박테리아의 생물학적 산화, 흡착작용으로 철과 망간 및 부유물이 제거되고;

생물 여과지(4)를 통과한 원수는 오존 반응조(5)에서 오존과 접촉하여 각종 난분해성 물질 및 냄새, 맛의 원인 물질이 분해되고;

오존 반응조(5)를 통과한 원수는 활성탄 입경 1.0∼2.0mm에, 여과층 두께2,000 ∼2,500 mm, 여과속도 120∼150m/일, 공기-물 병용 세척식의 활성탄 여과지(6)에서 이물질이 분해, 흡착되어 제거되고;

활성탄 여과지(6)을 통과한 원수는 소독조(7)에서 염소소독을 하고;

생물 여과지(4), 활성탄 여과지(6)에서 발생한 세척수는 배출수 처리조(13)에서 상등수와 슬러지로 분리되어 슬러지는 슬러지 저류조(15)에 일시저장 후 탈수장치(16)에서 탈수 후 반출 처분하고; 및

배출수 상등수는 인공 함양지(14)로 이송되어 강변의 지하로 침투하게 한 것을 특징으로 하는 철과 망간이 포함된 강변 여과수 처리 장치를 제공한다.

본 발명에 대하여 그 구성 및 작용을 [도면] 에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

강변의 지표면에서 통상적으로 30∼50m 깊이까지 굴착하여 원통형의 수직 우물을 설치하고, 우물의 하부에 상, 하 2단으로 각각 4∼6개의 수평 취수관(1-1)을 방사형으로 설치하고 수평 취수관(1-1)의 안쪽 끝에는 밸브(1-2)를 설치하여 방사형 취수정(1)을 형성하고, 방사형 취수정의 중앙 우물에 취수펌프(2)를 설치하였고 수평 취수관(1-1)은 위에서 보았을 때 서로 겹치지 않도록 30°∼45°어긋나게 설치하였다 .

취수 펌프(2)의 토출측은 포기반응조(3)의 원수 유입관(3-1)에 연결하고 원수 유입관의 위쪽 끝에는 방사형 또는 격자형으로 수평으로 설치한 분배관(3-2)를 설치하고, 분배관에 분산노즐(3-3)을 하향으로 설치하였다.

포기 반응조(3)는 13∼15m의 높이를 가진 원통형 또는 4각형의 탑 모양으로 설치하였고, 포기 반응조(3)의 벽에는 환기구(3-5)를 설치하고, 상부에는 배기구(3-4)를 설치하고, 포기 반응조(3)의 하부에는 원수 유출관(3-6)을 설치하였다.

원수 유출관(3-6)은 생물 여과지(4)의 입구에 연결하고, 생물 여과지(4)의 출구는 오존 반응조(5)의 입구에 연결하였고, 오존 반응조(5)의 출구는 활성탄 여과지(6)의 입구에 연결하고, 활성탄 여과지(6)의 출구는 소독조(7)에 연결하고, 소독지(7)의 출구는 정수지(10)에 연결하고 정수지에서 급수하게 하였다.

상기 탈질 여과지 등에서 배수되는 생물 여과지 세척수(11), 활성탄 여과지 세척수(12)는 배출수 처리조(13)으로 유입되게 하였고, 배출수 처리조(13)의 상등수는 인공 함양지(14)로 이송되게 하고, 침전된 슬러지는 슬러지 저류조(15)로 이송한 다음 탈수장치(16)에서 탈수하게 하였다.

본 발명의 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

수평 방사형 취수정(1)은 수직형 취수정에 비하여 수평 방사형 취수관 1개의 취수량이 1.5배 정도 더 많고, 여러 개를 집약하여 한곳에 설치할 수 있으므로 시공이 용이하고 경제적이다.

수평 집수관(1-1)은 상, 하층 2단으로 설치하고 각 층마다 4∼6개의 수평 집수관을 설치하되 상층과 하층은 서로 겹치지 않도록 어긋나게 설치하여 집수면적을 골고루 이용할 수 있게 하였다.

강변 여과수의 원수는 대부분 철과 망간을 포함하고 있고, 경우에 따라서는 질산성 질소를 포함하고 있기도 하며, 상대적으로 BOD나 COD는 낮은 값을 보이고 있으며, 철과 망간이 다량 포함된 경우에는 철의 산화과정에서 원수중의 용존산소(DO)가 소비되어, 원수의 DO는 1.0 mg/L이하의 낮은 값을 보이고 있는 경우가 많아서 철의 산화 및 철박테리아의 증식을 위하여 포기가 필요하다.

원수중의 철은 중 탄산 제1철의 형태와 기타 화합물 형태로 존재하는데 중 탄산 제1철은 포기에 의하여 쉽게 산화되어 불용성의 수산화 제2철로 전환되지만 기타 형태의 철과, 망간은 포기에 의하여 산화되지 않는다.

중 탄산 제1철은 포기에 의하여 불용성의 수산화 제2철로 쉽게 산화되어 침전되며, 그 반응식은 식(1)과 같다.

2 Fe(HCO₃)₂ + H₂O + 1/2 O₂ = 2Fe(OH)₃ + 4CO₂ ‥‥‥‥‥‥ (1)

철의 원자량은 55.85이고 산소의 원자량은 16이므로 식(1)에 의하면 철의 산화를 위해서 공급해야할 산소량은 철의16/111.7 = 14.32％임을 알 수 있다.

망간은 중성수에서는 포기에 의하여 산화되지 않고, 다른 형태를 하고 있는 수중의 용해성 철도, 포기에 의하여 산화되지 않으므로, 이러한 철과 망간은 철박테리아를 이용하여, 철박테리아가 수중의 철과 망간을 산화하여 불용성의 철, 망간 화합물로써 박테리아의 표면 또는 몸속에 침착하게 하여, 생물 여과지의 모래 여과층에서 철박테리아와 물을 분리하여 제거한다.

포기 반응조(3)에서 포기를 하는 이유는 상기 식(1)에서와 같이 산화가 용이한 철을 산화시키고, 생물 여과지(4)에서 철박테리아가 잘 증식하도록, 원수 중에 충분한 산소를 공급하기 위한 것이다.

취수 펌프(2)로 압송된 원수는 포기 반응조(3)으로 유입되어, 포기 반응조(3)의 수면위 7m위에 설치한 분산노즐(3-3)에서 수평방향으로 넓게 분사되면서, 작은 물방울로 분산되어 공기 중을 낙하하면서, 공기 중의 산소를 흡수하여 포기가 된다.

상기 원수는 포기 반응조의 하부의 물 저류부에서 20∼30분간 체류하는데, 이곳의 원수는 용존 산소 농도가 5mg/L이상∼ 포화 농도사이에서 유지되고, 체류시간동안 원수중의 중 탄산철은 산화되어, 식(1)과 같이 불용성의 수산화 제2철이 된다.

상기 포기 반응조에서는 철분의 산화 외에도 유리탄산제거, 휘발성 유기염소화합물, 황화수소 등 불쾌한 냄새물질등도 일부 제거된다.

원수를 분사 노즐에 의하여 상향으로 솟는 분수식으로 분사하는 포기방식은 예로부터 사용되어 왔고, 구조가 간단하고, 유지보수도 용이하나 물방울이 비산하는 결점이 있고, 물을 높이 분무하기 위해서는 압력손실에 의한 동력이 많이 소모되는 결점이 있어서, 본 발명의 포기 방식은 물을 포기반응조의 위로 양수하여서, 하향으로 설치된 분산노즐에서 수평방향으로 나선상으로 분사하여, 넓은 면적으로 분산되는데 필요한 낮은 압력으로 분사하여 압력손실을 최소화 하여 소비 동력을 적게 하였으며, 수직 분사 분수식에 비하여 소비 동력이 적고, 포기 효율이 높다.

본 발명에서는, 포기 반응조를 원통형의 탑 모양으로 하고, 공기 순환을 위하여 원통형 벽면 중간 위치에 4∼6개의 환기구를 설치하고, 상부에는 배기구를 설치하여, 원수에 원활하게 산소를 공급하고, 물방울의 비산 및 외부로 부터의 오염물질 유입을 방지하였다.

상기 포기 반응조(3)에서 철분의 일부가 산화되고 냄새 물질 등이 제거되고 충분한 용존 산소 농도를 가진 원수는 생물 여과지4)로 이송되어 생물여과지의 위 쪽으로부터 아래쪽을 향하여 흐르면서, 입상 여과재(4-1)에 부착, 증식하고 있는 철박테리아의 작용으로 일부 산화되지 않은 원수중의 철분과 망간은 산화되면서, 철박테리아의 생체 내에 흡착되는 작용과 입상 여과재(4-1)의 체 거름 작용으로 포기 반응조에서 산화된 수산화 제2철이 입상 여과재의 여과층에 억제되어 원수로부터 제거된다.

상기 생물 여과지(4)에서는 철분과 망간이 제거됨과 동시에 여과층의 체거름 작용으로 원수 중에 있는 부유물질도 함께 제거된다.

상기 생물 여과지(4)는 시간이 경과함에 따라 입상 여과재(4-1)의 여과층 내에 철박테리아가 계속 증식하여 여과 층을 막히게 하므로 주기적으로 공기-물 병용 세척으로 여과 층에 과잉으로 부착된 철박테리아 및 산화철 입자 와 기타 부유물질을 제거하고, 세척수는 배출수 처리조(13로 이송하여 처리한다.

상기 생물 여과지(4)를 통과한 원수는 오존 반응조(5)로 이송되어 오존에 의하여 난분해성 유기물질들이 분해된 후, 다음의 활성탄 여과지(6)으로 이송되고, 활성탄 여과지(6)에서는 원수중의 제거되지 않은 유해 물질들- 예를 들면 맛. 냄새 원인 물질, 합성세제, 페놀류, 트리 할로 메탄과 그 전구물질, 휘발성 유기화합물, 농약등의 미량 유해물질 등이 활성탄의 흡착작용과 활성탄에 부착하여 증식하는 미생물의 작용으로 제거된다.

오존 반응조(5)는 원수의 수질이 좋은 경우에는 생략할 수 있으며, 오존 반응조를 설치한 경우는 활성탄 여과지는 여재에 부착한 미생물의 분해 작용과 활성탄의 흡착 작용이 병행되는 생물 활성탄 여과지로 작용하며, 오존반응조가 생략되 면 주로 활성탄의 흡착작용을 이용하는 활성탄 흡착 여과지로 작용한다.

상기 활성탄 여과지(6)를 통과한 원수는 소독조(7)에서 염소 소독 후 정수지(10)으로 이송되어 저장되고, 가정으로 급수된다.

상기 활성탄 여과지(6)은 시간이 경과함에 따라 활성탄 입자에 미생물이 계속 증식하여 과잉으로 되어 여과층을 막히게 함으로 주기적으로 공기-물 병용 세척을 행하여 과잉으로 부착된 미생물 및 기타 부유물질을 제거 하고, 세척수는 배출수 처리조(13)으로 이송하여 처리한다.

상기 생물 여과지(4), 활성탄 여과지(6)에서 발생한 세척수는 배출수 처리조(13)에서 중력 침전하여, 슬러지는 슬러지 저류조(15)로 이송하고, 탈수장치(16)에서 탈수하여 처분한다.

배출수 처리조의 상등수는 인공 함양지(14)로 이송하여, 인공 함양지의 바닥에 조성한 모래 자갈층을 통하여 지하로 침투하도록 한다.

본 발명은 도면에 의하여 상세한 설명을 함으로서 특정한 구조의 실시예에 대하여 설명이 치우친 면이 있으며, 당 업자라면 본 발명의 취치를 벗어나지 않고도 무한한 변형이나 변경이 가능할 것이므로 그러한 변형이나 변경 등은 모두 본 발명의 보호 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명은 강변 여과수 취수 효율이 좋고, 원수중의 철, 망간 및 기타 유해물질을 효율적으로 제거함으로써, 안전하고, 깨끗한 수돗물을 경제적으로 생산하고, 배출수를 강변에 함양하여 수자원을 보전하는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 취수정 하부의 상층에 4∼6개, 하층에 4∼6개의 수평 집수관(1-1)을 서로 어긋나게 등각도의 방사형으로 설치한 방사형 취수정(1);

   상기 방사형 취수정 내에 설치한 취수펌프(2);

   상기 취수펌프(2)로부터 압송된 원수가 이송하도록, 하부 수면에서 7m높이까지 연장하여 설치한 원수 유입관(3-1)과 원수 유입관의 끝에 수평으로 방사상 또는 격자형으로 설치한 분배관(3-2)에 하향으로 설치한 분산노즐(3-3)과 배기구(3-4), 환기구(3-5), 원수 유출관(3-6)을 포함하고, 20∼30분의 체류시간을 갖고, 원수의 용존 산소농도를 5.0mg/L이상으로 유지하는 포기 반응조(3);

   여재입경1.0∼3.0mm, 여과층 두께 1,500∼2,000mm의 입상여과재(4-1)로 구성한 여과층, 공기-물 역세용 스트레나(4-3), 여과 트러프(4-2)를 포함하고, 120∼150m/일의 여과속도를 가지고, 박테리아의 생물학적 산화, 흡착 작용으로 철과 망간 및 부유물을 제거하는 생물여과지(4);

   활성탄 입경 1.0∼2.0mm, 여과층 두께 2,000∼2,500mm, 120∼150m/일의 여과속도를 가진 활성탄 여과지(6);

   원수를 소독하는 소독조(7);

   생물 여과지(4), 활성탄 여과지(6)에서 발생한 세척수를 침전 분리하는 배출수 처리조(13); 및

   배출수 상등수를 강변의 지하로 침투하게 하는 인공 함양지(14) 를 포함하여 구성한 철과 망간을 포함한 강변여과수의 처리장치.
2. 청구항1에 있어서, 생물여과지(4)와 활성탄 여과지(6)의 사이에 설치한 오존 반응조(5)를 포함하는 철과 망간을 포함한 강변여과수의 처리장치.

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