KR100912596B1 - 터널 오탁수 처리장치 및 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터널 오탁수 처리장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터널 오탁수를 무기응집제의 응집과정에 의해 플럭을 형성하고, 형성된 플럭을 침전시켜 상등수와 슬러지로 분리처리하는 응집수처리조와, 상기 무기응집제 등의 수처리 화학약품을 제공하는 케미컬탱크와, 상기 응집수처리조의 슬러지를 농축하는 슬러지농축조와, 상기 응집수처리조의 상등수에 포함되어 있는 스컴을 제거하여 최종 처리된 물을 외부로 배출시키는 부상조로 구성되어 있는 터널 오탁수 처리장치와, 상기 터널 오탁수 처리장치를 이용하여 수처리하는 과정으로서, 터널 오탁수에 케미컬탱크로 부터 제공되는 무기응집제를 투입하여 응집처리과정을 거쳐 터널 오탁수를 슬러지와 상등수로 분리하는 단계와, 상기 응집처리과정을 거쳐 분리된 슬러지는 슬러지농축조로 배출하고, 상기 분리된 상등수는 부상조로 이송하는 이송단계와, 상기 부상조로 이송된 상등수에 포함되어 있는 스컴을 스키머를 이용하여 제거한 후 최종 처리된 물을 외부로 배출하는 단계로 이루어지는 터널 오탁수 처리방법에 관한 것이다.

터널, 오탁수, 부상조, 슬러지, 오폐수, 침전조

Description

터널 오탁수 처리장치 및 처리방법{DS-WT SYSTEM}

본 발명은 터널 공사과정에서 발생하거나, 또는 각종 장비에서 유출되는 오염물질에 의해 오염된 오염수를 효율적으로 처리하기 위한 터널 오탁수 처리장치 및 이를 이용한 터널 오탁수 처리방법에 관한 것이다.

터널공사 중에는 터널 주변 암석을 따라 흐르는 지하수, 굴착시 발생하는 암석가루, 각종 장비에서 나오는 오염물이 갱내로 유출되어 혼합되어 터널폐수를 형성하게 된다. 이와 같이 형성된 터널폐수에는 고농도의 부유물질, 강알칼리 성분을 함유하고 있는 경우가 많기 때문에 그대로 방류하게 될 경우에는 주변 환경의 오염이 심각하게 될 수 있으므로 터널폐수를 방류하기 전에 일련의 처리과정을 거치는 것이 바람직하다.

상기 터널공사에서 발생하는 터널폐수(이하, '오탁수'라 한다.) 중 부유물, pH, 유분이 환경상 많은 문제를 야기하게 되는 것으로, 상기 부유물은 콜로이드상 의 미세한 토립자로서 물에 대한 불용성이며 그 농도는 일반적으로 10,000 ~ 20,000ppm이다.

상기 pH가 강산성 강 알칼리성을 나타낼 때에는 이를 중화시켜 배출하여야 하며, 하천이나 호수로의 배출을 위해서는 pH가 6.5 ~ 8.0, 농업용수로서 배출하기 위해서는 pH 6.0 ~ 7.5의 범위를 유지하여야 한다.

그리고 상기 유분의 경우에는 터널 공사 등에 사용되는 기계류에서 발생하는 것이 대부분이다.

터널공사에서 발생하는 지하수 및 공정 작업수와 함께 배출되는 분진 및 토사를 비롯한 SS 성분과 작업장비에서 발생되는 유분 및 세척수, 그리고 콘크리트의 타설 및 약액 주입과정에서 발생하는 폐수로서 일반적으로 부유물의 유출농도는 200 ~ 10,000mg/ℓ이며, 수소이온농도(pH)가 9 ~ 12.5 범위로서 강알카리성을 띠고 있다.

오탁수의 처리과정에 있어서, 콜로이드상 고형물 또는 침전속도가 느린 부유고형물의 경우에는 응집제를 이용하여 플록을 형성하도록 함으로써 침전이 원활히 이루어질 수 있도록 한다. 이는 오탁수에 포함된 입자 중 콜로이드상 고형물과 극 미세의 입자, 비중이 매우 작은 유기질의 미립자의 경우에는 침전에 있어서 상당한 시간이 소요되어 일반적인 체류시간으로는 침전되지 않기 때문이다.

종래의 오탁수 처리의 경우 대부분 응집침전에 의해 이루어지고 있으나, 적합한 응집제의 선택 또는 혼합공정이 적절하지 못하여 효율적인 터널 오탁수의 처리가 이루어지지 못한 것이 사실이다.

그리고, 교반에 따른 형태, 속도, 시간과 적정 pH를 산정하지 못함으로써 대두분 설비가 거대하고 과다한 약품의 소모를 야기함으로써 슬러지의 발생량이 너무 많아 처리비용이 과다하게 소요되는 문제가 있었다.

상기 문제를 해결하고자, 본 발명은 터널 오탁수를 효율적으로 처리할 수 있는 처리장치와 이와 같은 처리장치를 이용하여 적합한 교반조건, pH조건, 응집제의 선택에 의한 처리방법을 제공함으로써 설비의 규모를 축소시키고 슬러지의 발생량을 감소시켜 수처리 효율을 높일 수 있는 터널 오탁수 처리장치 및 처리방법을 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 터널 오탁수를 교반기의 교반을 이용하여 무기응집제의 응집과정에 의해 플럭을 형성하고, 형성된 플럭을 침전시켜 상등수와 슬러지로 분리처리하는 응집수처리조와,

상기 무기응집제 등의 수처리 화학약품을 제공하는 케미컬탱크와,

상기 응집수처리조의 슬러지를 농축하는 슬러지농축조와,

상기 응집수처리조의 상등수에 포함되어 있는 스컴을 제거하여 최종 처리된 물을 외부로 배출시키는 부상조로 구성된 것으로,

상기 교반기는 임펠러형으로서 피치각을 90°로 하여 응집수처리조(10)의 중간에 위치하도록 설치하여 회전수를 400 ~ 500rpm을 유지하는 터널 오탁수 처리장치와,

상기 터널 오탁수 처리장치를 이용하여 수처리하는 과정으로서,

응집수처리조의 터널 오탁수에 케미컬탱크로 부터 제공되는 응집제를 투입하여 교반에 의한 응집처리과정을 거쳐 터널 오탁수를 슬러지와 상등수로 분리하는 단계와,

상기 응집처리과정을 거쳐 분리된 슬러지는 슬러지농축조로 배출하고, 상기 분리된 상등수는 부상조로 이송하는 이송단계와,

상기 부상조로 이송된 상등수에 포함되어 있는 스컴을 스컴 제거장치인 스키머를 이용하여 제거한 후 최종 처리된 물을 외부로 배출하는 단계로 이루어진 것으로,

상기 교반은 터널 오탁수의 pH를 7.0 ~ 9.0로 조절한 후, 응집제를 오탁수 1L당 19 ~ 23mg로 투입하여 17 ~ 19/sec의 교반강도로 25 ~ 35분 동안 교반하는 터널 오탁수 처리방법을 주요 기술적 구성으로 한다.

그리고, 상기 응집제의 투입은 응집제의 혼화율을 높여 응집처리효율을 높일 수 있도록 다중관로분사에 의해 교반기의 하부로 3 ~ 5개의 지점에 투입하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 터널 오탁수 처리장치 및 처리방법은 터널 오탁수 처리에 적정한 교반조건, pH조건, 응집제를 적용하여 수처리를 함으로써, 터널 오탁수로부터 발생하는 슬러지의 배출량 최소화하여 수처리 효율을 증가시킬 수 있고, 장비를 최소화함으로써 수처리에 따른 운영비를 절감할 수 있다는 효과를 갖는다.

그리고, 터널 오탁수는 시멘트성분으로 인해 강알카리성과 높은 SS 농도를 보이는 경우가 대부분이며, 본 발명에 따라 처리된 터널오탁수는 터널 폐수의 배출기준인 pH:5.8 ~ 8.6, BOD:40mg/ℓ이하, COD:50mg/ℓ이하, 및 SS:40mg/ℓ이하를 충족한다.

이하, 상기의 기술적 구성에 대해 도면에 도시된 내용과 함께 구체적으로 살펴보고자 한다.

터널공사 현장에서 발생하는 오탁수는 토사, 암석굴착으로 발생하는 미세립분에 의한 오탁수, 토사, 압석의 운반과정에서 누출되는 미세립분에 의한 오탁수, 터널공사중 발생하는 지하용출수, 기계굴착의 경우 커터(cutter)의 냉각수, 석회석, 철광석 등 암석의 화학적 물질의 용출에 의한 탁수에 의한 것으로,

터널공사에서 발생하는 부유물질(SS)의 농도는 일반적으로 200 ~ 10,000ppm 의 범위에 있고, 평균 500 ~ 1,000pm 농도를 가지는 것으로 보고되고 있다. 그리고 터널 폐수의 pH는 일반적으로 6.5 ~ 7.5정도로서 중화처리를 필요로 하지 않으나, 콘크리트 타설 등을 시행할 경우에는 pH가 10 ~ 13까지 상승하는 경우가 있어 중화처리과정이 요구된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 터널 오탁수 처리장치는 터널 오탁수를 교반기(11)의 교반을 이용하여 무기응집제의 응집과정에 의해 플럭을 형성하고, 형성된 플럭을 침전시켜 상등수와 슬러지로 분리처리하는 응집수처리조(10)와,

상기 무기응집제 등의 수처리 화학약품을 제공하는 케미컬탱크(20)와,

상기 응집수처리조(10)의 슬러지를 농축하는 슬러지농축조(30)와,

상기 응집수처리조(10)의 상등수에 포함되어 있는 스컴을 제거하여 최종 처리된 물을 외부로 배출시키는 부상조(40)로 구성된 것으로,

상기 교반기(11)는 임펠러형으로서 피치각을 90°로 하여 응집수처리조(10)의 중간에 위치하도록 설치하여 회전수를 400 ~ 500rpm을 유지한다.

상기 응집수처리조(10)는 그 내부에 교반기(11)를 두어 케미컬탱크(20)에서 상기 응집수처리조(10)로 유입된 터널 오탁수를 응집제와 함께 교반하게 된다.

상기 케미컬탱크(20)는 응집 및 침전 처리에 필요한 수처리 약품을 저장하는 곳으로 수처리에 필요한 약품에 따라 케미컬탱크를 부가적으로 더 설치할 수 있다.

그리고, 상기 케미컬탱크(20)에는 교반기가 설치되어 있어 약품 용액이 항상 균일한 상태를 유지할 수 있고, 레벨게이지가 설치되어 있어 약품의 잔여량을 쉽게 확인할 수 있다. 또한, 케미컬탱크(20)에서 보관하는 수처리용 약품은 액체나 용해된 상태로써, 이를 이송하기 위해서 내부식성에 강한 재질로 제조된 펌프를 이용한다.

콜로이드 입자가 응집수처리조(10)의 저부로 침강하기 위해서는 부유하는 입자간의 응집반응에 의해 입자의 크기가 커져 플럭을 형성하여야 한다. 그러나 콜로이드 입자의 경우 표면의 전하로 인하여 두 대전체 사이의 반발하는 힘인 쿨롱(Coulomb)력에 의한 반발로 인해 플럭 형성을 방해하여 두 입자 사이의 반데르발스(Van der Waals)힘에 의한 인력은 응집을 일으키는 불안정요소로 작용하게 된다.

이와 같은 콜로이드 입자들의 안정적인 상태를 파괴하기 위해서는 충분한 운동에너지를 가하거나, 입자표면에 반대전하를 가진 응집제를 투입함으로써 표면전하를 중화시키면 된다.

콜로이드 입자의 표면전하를 저하시켜 입자간의 결합이 이루어질 수 있도록 하는 작용을 응결(Coagulation)이라고 하며, 이와 같은 응결은 앞서 언급한 바와 같이 응집제에 의한 콜로이드 입자의 표면전하를 중화시킴으로서 일어나게 된다.

상기 응집제로는 Alum(Al₂(SO₄)₃), PAC(polyaluminum chloride), PACS(polyaluminum chloride silicate), PAS(polyaluminun sulfatc), PASS(polyaluminum sulfate silicate) 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 혼합인 것으로서, 바람직하게는 Alum(Al₂(SO₄)₃) 20 ~ 40wt%, PAC(polyaluminum chloride) 15 ~ 30wt%, PACS(polyaluminum chloride silicate) 15 ~ 30wt%, PAS(polyaluminun sulfatc) 15 ~ 30wt%, PASS(polyaluminum sulfate silicate) 15 ~ 30wt%의 혼합으로 조성된 복합 무기응집제를 사용한다.

더욱 구체적으로는 Alum(Al₂(SO₄)₃) 35wt%, PAC(polyaluminum chloride) 15wt%, PACS(polyaluminum chloride silicate) 15wt%, PAS(polyaluminun sulfatc) 15wt%, PASS(polyaluminum sulfate silicate) 20wt%의 혼합으로 조성된 복합 무기응집제를 사용한다. 상기 복합 무기응집제는 단독으로 사용하는 경우 20 ~ 30%에 에 머무는 탁도제거율을 60% 이상으로 높일 수 있어 우수한 응집효과를 가질 수 있다.

또한, 상기 복합 무기응집제는 응집성능을 향상시키면서 응집제의 사용량을 줄이기 위해 응집보조제를 사용할 수 있으며, 상기 응집보조제로는 소석회(Ca(OH)₂), 탄산나트륨(Na₂CO₃), 수산화나트륨(NaOH), 벤토나이트, 활성규산, 비산재 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용한다.

상기 응집제를 이용한 최적의 응집효과를 갖기 위해서는 적절한 pH조건에서의 적합한 응집제의 사용이 중요하며, 본 발명에서는 터널 오탁수를 처리하기 위해 먼저 pH를 측정한 후에 pH가 7.0 ~ 9.0의 범위를 벗어나게 되는 경우에는 가성소 다(NaOH)를 이용하여 pH를 상기 범위로 조절하여 준 후에, 상기 복합 무기응집제를 오탁수 1L당 19 ~ 23mg을 투입한다.

상기 복합 무기응집제의 투입량이 19 ~ 23mg/L 범위를 벗어나게 되는 경우에는 응집효과가 떨어져 오탁수의 탁도가 떨어지므로, 상기 터널 오탁수의 응집처리를 위한 최적조건으로는 pH 7.0 ~ 9.0의 터널 오탁수에 복합 무기응집제를 19 ~ 23mg/L로 투입하는 것이 바람직하다.

상기 pH의 조건 및 응집제의 투입량 외에 교반강도는 주입된 응집제의 기능을 더욱 향상시키도록 작용하게 된다.

효율적인 응집을 위해서는 콜로이드의 Brown운동만으로는 부족하기 때문에 난류를 형성하여 주어 입자가 플럭(floc)상의 응집이 일어날 수 있도록 하여야 한다. 이는 교반에 의해 해결될 수 있다. 그러나 교반이 과도하게 이루어지는 경우에는 유체의 흐름에 대한 속도경사의 증가에 따라 전단력이 증가되어 응집된 플럭(floc)이 붕괴되어 오히려 응집효과가 떨어질 수 있기 때문에 적절한 교반강도를 유지하는 것이 중요하다.

상기 교반강도는 pH 7.0 ~ 9.0의 조건에서 17 ~ 19/sec으로서, 상기 범위를 벗어날 경우에는 침전효과가 떨어지기 때문에 상기 교반강도의 범위를 유지하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 교반시간은 25 ~ 35분을 유지하는 것으로, 상기 범위를 벗어날 경우에는 침전효과가 떨어져 폐수의 탁도 제거율이 떨어지게 되므로, 상기 교반시간 범위내에서 교반이 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 응집수처리조(10)를 거쳐 처리된 터널 오탁수는 상등수와 슬러지로 분리되고, 상기 슬러지는 상기 응집수처리조(10)의 하부에 포집된다.

상기 응집수처리조(10)는 슬러지의 포집이 용이하도록 하부로 갈수록 끝이 좁아져 흡사, 속이 빈 원뿔을 거꾸로 세운 형상을 갖으며, 이와 같은 응집수처리조(1)의 하부의 구조는 분리된 슬러지의 농축율을 높여주어 슬러지 처리효율을 높여준다.

이와 같이 농축된 슬러지는 상기 응집수처리조(10)의 하부의 일측과 연통되는 개폐식의 슬러지 배출관로를 통해 슬러지농축조(30)로 이송된다.

그리고 상기 상등수는 상기 응집수처리조(10)의 상부 일측벽과 연통되어 있는 상등수 위어(weir)를 통해 외부로 배출되고, 그 배출된 상등수는 펌프의 작용에 의해 후단에 설치되어 있는 부상조(40)로 이송된다.

상기 부상조(40)로 이송된 상등수에는 스컴 등의 이물질이 다수 포함되어 있는 상태이므로 그대로 방류하기에는 부적절하며, 이와 같은 문제를 해결하기 위해 상기 부상조(40)에 장착되어 있는 스키머(41)를 이용하여 상기 상등수에 포함되어 있는 스컴을 지속적으로 걷어내고, 상기 걷어낸 스컴은 상기 슬러지농축조(30)로 이송되어 슬러지와 함께 처리되며, 상기 스컴이 제거된 상부의 정화된 처리수는 최종적으로 외부로 배출된다.

상기 터널오탁수 처리과정에서 발생한 슬러지는 낮은 함수율을 가지며, 유해성분이 포함되어 있지 않아 매립처리보다는 시멘트의 원료 또는 토지개량제로 활용 이 가능하다.

제 1도는 본 발명에 따른 터널 오탁수 처리장치를 도시한 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

10: 응집수처리조

20: 케미컬탱크

30: 슬러지농축조

40: 부상조

41: 스키머

Claims (3)

1. 삭제
2. 응집수처리조(10)의 터널 오탁수에 케미컬탱크(20)로 부터 제공되는 응집제를 투입하여 교반에 의한 응집처리과정을 거쳐 터널 오탁수를 슬러지와 상등수로 분리하는 단계와,

   상기 응집처리과정을 거쳐 분리된 슬러지는 슬러지농축조(30)로 배출하고, 상기 분리된 상등수는 부상조(40)로 이송하는 이송단계와,

   상기 부상조(40)로 이송된 상등수에 포함되어 있는 스컴을 스키머(41)를 이용하여 제거한 후 최종 처리된 물을 외부로 배출하는 단계로 이루어진 것에 있어서,

   상기 응집처리과정은 pH를 7.0 ~ 9.0으로 조절한 터널 오탁수에 Alum(Al₂(SO₄)₃) 20 ~ 40wt%, PAC(polyaluminum chloride) 15 ~ 30wt%, PACS(polyaluminum chloride silicate) 15 ~ 30wt%, PAS(polyaluminun sulfatc) 15 ~ 30wt%, PASS(polyaluminum sulfate silicate) 15 ~ 30wt%의 혼합으로 조성된 복합 무기응집제를 터널 오탁수 1L당 19 ~ 23mg로 투입하여 17 ~ 19/sec의 교반강도로 25 ~ 35분 동안 교반하는 것임을 특징으로 하는 터널 오탁수 처리방법.
3. 삭제

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