KR100939442B1 - 이산화염소를 이용한 조류 제거방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 저수지, 호수, 하천 등의 자연수계와 골프장 저수조 등의 인공수계에 번성하여 적조 및 녹조현상을 일으키는 조류의 제거방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자연수계 및 인공수계의 물을 펌핑하여 원수에 포함된 조류를 1차로 고액분리하고, 1차 고액분리한 처리수를 여과장치로 공급하여 처리수에 잔류하는 조류를 2차로 고액분리하되, 상기 여과장치로 유입되는 처리수에 이산화염소를 1차 투입하여 여과장치에서의 생물막 형성을 억제 및 제거하여 여과효율을 향상시키고, 상기 여과장치에서 배출되는 처리수에 이산화염소를 2차 투입하여 인공수계로 방류되는 처리수에 잔류하는 조류를 제거하고 용존산소 농도를 높이는 것을 특징으로 하는 이산화염소를 이용한 조류 제거방법 및 장치에 관한 것이다.
조류, 녹조, 이산화염소, 여과
Description
본 발명은 저수지, 호수, 하천 등의 자연수계와 골프장 저수조 등의 인공수계에 번성하여 적조 및 녹조현상을 일으키는 조류의 제거방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자연수계 및 인공수계의 물을 펌핑하여 원수에 포함된 조류를 1차로 고액분리하고, 1차 고액분리한 처리수를 여과장치로 공급하여 처리수에 잔류하는 조류를 2차로 고액분리하되, 상기 여과장치로 유입되는 처리수에 이산화염소를 1차 투입하여 여과장치에서의 생물막 형성을 억제 및 제거하여 여과효율을 향상시키고, 상기 여과장치에서 배출되는 처리수에 이산화염소를 2차 투입하여 인공수계로 방류되는 처리수에 잔류하는 조류를 제거하고 용존산소 농도를 높이는 것을 특징으로 하는 이산화염소를 이용한 조류 제거방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 저수지, 호수, 하천 등의 자연수계 및 골프장 저수조 등의 인공수계에 유기물질, 질소, 인 등의 영양염류가 과잉으로 공급되어 부영양화가 발생하면 이를 영양물질을 섭취하는 식물성 플랑크톤이나 조류가 일시에 대량으로 번식되어 수계 전체를 적색 또는 황록색으로 변하게 하는 적조 또는 녹조현상을 일으키게 된다.
이러한 부영양화는 질소(N), 인(P)과 같은 조류의 번식에 영양분이 되는 물질이 호소(호수, 저수지)에 축적될 때 일어난다. 즉, 영양염류가 적당히 존재하면 희석, 침전, 생물분해에 의하여 자연 정화되지만 이러한 영양염류가 한꺼번에 과잉으로 공급되어 호소가 자정능력을 상실하게 되면 각종 조류가 번식하게 되고 이들 조류의 분해물은 다시 다른 조류의 영양물이 되는 악순환을 거듭하게 된다.
부영양화 된 호소에서 나타나는 적조 또는 녹조현상은 수계의 색깔변화와 더불어 투명도가 현저하게 저하되어 주변 경관을 해치게 될 뿐 아니라 수계 내부의 산소를 고갈시켜 수중 생물이 죽게 되고, 번식된 조류의 사멸에 의한 잔해물이 수계의 하부에 침적되어 부패하기 때문에 독성물질 및 악취의 발생으로 수질이 악화하게 되는 것이다. 특히 상수원에 녹조현상이 나타날 경우 상수처리가 어려워지고 수돗물에서 냄새가 나게 된다.
이러한 적조 및 녹조현상을 제거하기 위한 방안으로는, 수중에 황토를 살포하여 황토의 흡착 및 응집력을 이용하여 수중의 영양염류 및 증식된 조류를 흡착시켜 응집처리토록 하는 황토 살포법, 수중에 응집제를 투입시켜 영양염류 및 증식된 조류를 응집시켜 처리토록 하는 응집제 투입법, 수생식물을 식재하여 수생식물의 뿌리를 통해 영양염류를 흡수시켜 제거토록 하는 수생식물 이용법, 물속에 공기를 가압으로 주입시켜 물속에 용존된 공기가 부상하면서 영양염류 및 조류를 부상시켜 제거토록 하는 용존공기부상법, 오존을 이용하여 미생물을 살균하는 방법, 전기분해 시 발생하는 기포를 이용하여 분리하는 부상분리법, 해수를 전기분해하여 발생 하는 염소를 투입하여 제거하는 방법 등이 있다.
그러나 황토 살포법은 단시간 내에 신속히 처리할 수 있는 긴급조치일 뿐 기간이 지남에 따라 부유물질 및 탁도가 점차 증가하여 수질을 점차로 악화시키게 되는 문제점이 있고, 응집제 투입법은 응집제 구입을 위한 고가의 약품비용이 소요될 뿐만 아니라 수중의 오염물질이 응집제와 반응하여 2차 오염물질을 발생시킬 가능성이 크고, 수생식물을 이용할 경우는 처리비용이 저렴하지만 수생식물이 계절 및 외부 온도 조건에 민감하여 적용에 제한이 있을 뿐만 아니라 수생식물의 죽은 잔재 자체도 유기물이 되어 수질오염원이 되고, 또한 용존공기부상법은 용존된 공기 입자만으로 이미 수중에 번식된 조류의 부상이 용이치 않아 제거 효율을 크게 기대할 수 없을 뿐 아니라 수계 외부에서 고압의 공기를 주입시켜야 하기 때문에 이에 따른 고가의 장비비용 및 이에 따른 유지관리비용이 소요되고, 현장에서의 부유물 노출로 작업 중 주변 경관을 심하게 손상시키게 되는 문제점이 있고, 오존 처리방법은 오존 발생기를 통하여 수중에 오존을 투입하여 살균하고자 하는 방법으로 사용되나 발생기 자체가 고가이고, 위험성 및 오존 특유의 악취발생을 유발하는 문제점이 있고, 전기분해를 이용한 부상분리법은 전기분해과정에서 발생하는 미세기포를 이용하여 수표면으로 부상되는 조류를 걷어내는 것이나 대규모의 전기분해장치는 에너지 소비량이 많고 위험성이 상존하는 문제점이 있고, 해수를 전기분해하여 발생하는 염소를 투입하는 방법은 바다에서만 사용이 가능하고 전기분해에 의해 생성되는 염소를 바닷물에 직접 투입하는 것이므로 경제성이 떨어지는 문제가 있었다.
상기와 같이, 현재까지 제안된 조류제거 방법 및 장치는 각각 장점과 함께 단점이 있어 어느 하나의 방법만을 적용하기 어려운 실정이다. 예를 들어, 황토, 응집제 또는 소독제 등을 호소에 직접 투입하여 조류와 영양염류를 제거하는 방법은 효과가 빠르다는 장점이 있으나 효과가 일시적이고 사멸된 조류가 바닥에 침강 되고, 바닥에 침전된 조류가 분해되어 대량의 유기물이 발생하여 적조나 녹조가 심해지는 악순환이 발생한다.
반면에 호소의 물을 펌핑하여 별도의 처리장치에서 조류와 영양염류를 제거한 후 그 처리수를 다시 호소로 배출하는 방법은 원심분리, 부상분리, 마이크로스트레이닝(microstraining) 등의 고액분리방법을 이용하여 조류를 제거하기 때문에 수계로부터 조류를 완전히 분리시킬 수 있으나 고가의 장치가 필요할 뿐만 아니라 에너지와 여러 가지 소모품을 많이 사용하는 단점이 있다.
한편, 자외선이나 오존, 염소 등을 이용한 조류를 사멸시키는 방법은, 적조 및 녹조를 신속히 제거할 수 있으나 과다한 소독이나 소독제의 독성은 다른 수생 식물에 악영향을 끼치는 문제가 있다. 반면에 미생물이나 수생식물을 이용하여 호수의 수질을 정화하는 방법은 적조와 녹조의 원인물질인 영양염류를 제거하는 장점은 있으나 광범위한 수계 내에서 인위적인 조건을 맞출 수 없어 효과가 미미하고 제거속도가 매우 느리므로 보조 기술로 사용되는 한계가 있다.
이에 따라 최근에는 화학 및 물리적인 고액분리방법과 자외선, 오존 또는 염소 등을 이용한 살균방법을 함께 실시하는 기술들이 개발되고 있다. 예를 들어, 응집-부상의 고액분리방법을 이용하여 조류를 제거한 후 그 처리수에 염소를 투입하는 방법이 제시되었다. 그러나 염소는 수계의 유기물과 반응하여 암 유발물질을 생 성하는 문제가 있다. 반면에 자외선이나 오존은 암 유발물질의 생성은 다소 적은 편이나 처리수의 소독력이 잔류하지 않는 단점이 있다. 따라서 자외선이나 오존과의 접촉시간이 충분하지 못할 경우 처리수에 포함되어 있던 조류나 포자가 다시 번성 되는 문제가 있다.
한편, 호수와 늪의 물에서 조류를 고액분리하기 위한 방법의 하나로서 응집-여과 방법이 제시되고 있다. 이러한 여과공정은 여재의 공극에 따라 미세 플록까지 제거할 수 있기 때문에 매우 유용한 방법으로 보이나 실제로는 조류가 포함된 원수를 처리할 경우 여과효율이 매우 나빠지는 문제가 있었다.
즉, 도 4는 종래 기술에 따른 응집 여과를 이용한 조류 제거 장치를 보여주는 것으로서, 도시된 바와 같이, 종래의 조류 제거 장치는, 부력제공장치의 하단에 설치하여 물 위에 떠있는 상태를 유지하도록 제작된 인공부도(150)와, 상기 인공부도 상단에 설치되며 오염물질을 응집하는 응집제를 내장한 응집제 저장탱크(121)와, 상기 응집제 저장탱크로부터 응집제를 이송하는 응집제 이송펌프(122)와, 상기 인공부도를 관통하여 파이프로 연결되며 원수를 유입하는 원수 유입펌프(110)와, 상기 원수 유입펌프의 출력 라인과 응집제 이송펌프의 출력라인이 접속된 부분에 설치하여 공통출력도록 제거하여 원수의 오염물질을 침전시켜 출력하는 3웨이 밸브(160)와, 3웨이 밸브를 통과한 침전전 오염물질을 여과시켜 배출하는 여과기(130)를 포함하여 구성된다.
그런데 이와 같이 종래의 응집 여과를 이용한 조류 제거장치는, 여과공정을 일정 시간 동안 수행하면, 여과기(130)에 생물막(biofilm)이 형성된다. 여과기(130)에 이러한 생물막이 형성되면, 여과기의 공극이 폐색되어 여과기능이 크게 떨어지게 된다. 따라서 종래에는 여과기(130) 상부에는 압력계(131)를 설치하고 여과 기준치를 초과하게 되면, 중간에서 바이패스토록 하여 여과기를 통과하는 원수가 일정해지도록 조절하였다. 따라서 바이패스 되는 오염물 응집제는 여과과정을 거치지 않고 그대로 수계로 배출되게 되므로 조류 제거효율이 떨어진다. 반면에 조류의 제거효율을 높이려면 일정 시간마다 작업자가 여과기를 교환해 주어야 한다. 이와 같이, 생물막은 여과기의 수명을 단축하고, 여과기의 잦은 교체에 따라서 비용을 상승시키기 때문에 이제까지 응집 여과를 이용한 조류 제거장치는 실용화가 어려웠다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 여과장치로 유입되는 처리수에 이산화염소를 투입하여 조류를 사멸시킴으로써 여과장치에 생물막이 형성되는 것을 방지하여 여과기의 수명을 연장하고 비용 상승을 방지하며, 여과장치에서 배출되는 처리수에 이산화염소를 투입하여 처리수를 살균하여 미처리된 조류가 다시 수계로 유입되는 것을 방지하여 조류의 제거효율을 향상시킨 이산화염소를 이용한 조류 제거방법 및 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 여과장치로 유입되는 원수에 응집제를 투입하고 분상분리조를 이용하여 부상분리조의 수표면으로 부상하는 부상물을 걷어내어 외부로 배출시켜 제거하고, 상기 부상분리조에서 배출되는 처리수를 여과장치로 공급함으로써 여과장치의 부하를 줄여서 수명을 연장할 뿐만 아니라 이산화염소의 사용량을 절감할 수 있는 이산화염소를 이용한 조류 제거방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 이산화염소를 이용한 조류 제거방법은, 수계로부터 조류가 포함된 원수를 흡입하는 원수흡입단계와; 흡입된 원수에 포함된 조류를 고액분리하여 제거하는 제1 고액분리단계와; 상기 제1 고액분리단계에서 배출되는 처리수에 이산화염소를 투입하는 제1 이산화염소 투입단계와; 상기 제1 이산화염소 투입단계에서 이산화염소가 투입된 처리수를 여과하여 고액분리하는 여과단계와; 상기 여과단계에서 배출되는 처리수 에 이산화염소를 투입하는 제2 이산화염소 투입단계와; 상기 제2 이산화염소 투입단계에서 이산화염소가 투입된 처리수를 수계로 방류하는 처리수방류단계로 이루어진다.
상기 제1 고액분리단계는, 유입된 원수에 응집제를 투입하여 조류가 포함된 플록을 형성하는 응집단계와, 상기 응집단계에서 형성된 플록은 부상하는 공기방울을 이용하여 수표면으로 부상시켜 분리하는 부상분리단계를 포함하여 구성된다.
상기 제1 고액분리단계와 여과단계에서 분리된 슬러지는, 슬러지를 농축시키는 슬러지농축단계와, 농축된 슬러지를 압착하여 슬러지케익을 만드는 탈수단계를 거쳐 처리한다.
상기 슬러지농축단계와 탈수단계에서 배출되는 처리수는 상기 제1 고액분리단계로 순환되어 다시 처리된다.
상기 제1 및 제2 이산화염소 투입단계에서 사용되는 이산화염소는 현장에 설치된 이산화염소 발생장치에서 공급된다.
그리고 본 발명에 따른 이산화염소를 이용한 조류 제거장치는, 수계로부터 조류가 포함된 원수를 흡입하는 원수흡입수단과; 흡입된 원수에 포함된 조류를 고액분리하여 제거하는 제1 고액분리수단과; 상기 제1 고액분리수단에서 배출되는 처리수에 이산화염소를 투입하는 제1 이산화염소 투입수단과; 상기 제1 이산화염소 투입수단을 통해 이산화염소가 투입된 처리수를 여과하여 고액분리하는 여과수단과; 상기 여과수단에서 배출되는 처리수에 이산화염소를 투입하는 제2 이산화염소 투입수단과; 상기 제2 이산화염소 투입수단을 통해 이산화염소가 투입된 처리수를 수계로 방류하는 처리수방류수단을 포함하여 이루어진다.
상기 제1 고액분리수단은, 유입된 원수에 응집제를 투입하여 조류가 포함된 플록을 형성하는 응집장치와, 상기 응집장치에서 형성된 플록은 부상하는 공기방울을 이용하여 수표면으로 부상시켜 분리하는 부상분리장치를 포함하여 구성된다.
상기 부상분리장치와 여과수단에서 배출되는 슬러지는, 슬러지를 농축시키는 슬러지농축장치와 농축된 슬러지를 압착하여 슬러지케익을 만드는 탈수장치를 통해서 처리된다.
상기 제1 및 제2 이산화염소 투입수단에 이산화염소를 공급하는 이산화염소 발생수단을 더 포함하여 구성된다.
본 발명에 따르면, 여과장치의 전단에 이산화염소를 투입하여 생물막이 형성되는 것을 방지함으로써 여과효율을 향상시키고 여과기의 수명을 연장하며, 또 여과장치에서 배출되는 처리수에 이산화염소를 투입함으로써 처리수를 살균 소독하여 미처리된 조류가 다시 수계로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 여과장치로 유입되는 원수에 응집제를 투입하고 분상분리조를 이용하여 부상분리조의 수표면으로 부상되는 부상물을 걷어내어 외부로 배출시켜 제거함으로써 원수에 포함된 조류와 영양염류를 제거할 뿐만 아니라 여과장치로 유입되는 부하를 줄여서 여과기의 수명을 연장하고 살균 소독에 소요되는 이산화염소의 사용량을 절감할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 여과장치의 전단에 이산화염소를 투입하여 생물막이 형성 되는 것을 방지함으로써 여과효율을 향상시키고 여과기의 수명을 연장하며, 또 여과장치에서 배출되는 처리수에 이산화염소를 투입함으로써 처리수를 살균 소독하여 미처리된 조류가 다시 수계로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 여과장치로 유입되는 원수에 응집제를 투입하고 분상분리조를 이용하여 부상분리조의 수표면으로 부상되어지는 부상물을 걷어내어 외부로 배출시켜 제거함으로써 원수에 포함된 조류와 영양염류를 제거할 뿐만 아니라 여과장치로 유입되는 부하를 줄여서 여과기의 수명을 연장하고 살균 소독에 소요되는 이산화염소의 사용량을 절감할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 이산화염소를 이용한 조류제거 방법 및 장치의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
먼저, 도 1은 본 발명에 따른 이산화염소를 이용한 조류 제거 방법 및 장치를 보여주는 개념도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명은 수계의 물을 끌어올려 본 발명에 따른 조류제거장치에서 조류와 영양염류를 제거한 다음 그 처리수를 다시 수계로 방류하는 '수계 외 처리방법'으로서, 특히 여과장치로 유입되는 원수에 이산화염소를 투입하여 원수에 포함된 조류를 사멸시키고 생물막의 형성을 억제 및 제거하여 여과효율을 높이고, 여과장치에서 배출되는 처리수에 이산화염소를 투입하여 잔류하는 조류를 제거하여 다시 번성하는 것을 방고 용존산소 농도를 높이는 것을 특징으로 한다.
즉, 저수지, 호수, 하천 등의 자연수계 및 골프장 저수조 등의 인공수계의 호소수는 흡입펌프(10)를 통해 조류제거장치(20)로 흡입되고, 상기 조류제거장치(20)에서는 응집, 부상 등의 처리방법을 통해 조류와 처리수를 고액 분리하며, 상기 조류제거장치(20)에서 배출되는 처리수는 다시 수계로 방류된다. 그리고 상기 조류제거장치(20)에서 분리된 슬러지는 별도의 슬리지처리장치를 통해 처리된다.
이때 상기 조류제거장치(20)의 여과공정의 전단에 상기 이산화염소발생수단(30)에서 만들어진 이산화염소를 투입하여 원수에 포함된 조류를 사멸시키고, 여과공정에서 생물막이 형성되는 것을 억제 및 제거한다. 또한, 상기 수계로 방류되는 처리수에도 이산화염소발생수단(30)에서 생성된 이산화염소를 투입하여 처리수에 잔류하는 조류를 제거한다. 따라서 본 발명에 따른 이산화염소를 이용한 조류 제거방법 및 장치는 종래 기술에 비해서 조류제거 효율이 향상되고 유지관리 비용이 적게 소요될 뿐만 아니라 수생환경에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 조류제거방법은, 호소수의 일부를 끌어올려 조류를 제거한 후 조류가 제거된 처리수에 이산화염소를 투입하여 호소로 방류하는 점에서 수계에 이산화염소를 직접 투입하는 '수계 내 처리방법'과는 구별되는 것이다. 즉, 종래의 '수계 내 이산화염소 처리방법'은 호소 내의 조류를 제거하기 위해서 많은 양의 이산화염소를 호소수에 직접 투입하는 것이다. 그러나 수계 내 이산화염소 처리방법은 이산화염소의 농도를 적정하게 유지하기 어렵기 때문에 조류제거 효율이 떨어지고 부분적으로 이산화염소의 농도가 너무 높을 경우에는 악취가 발생하거나 수생생물에 악영향을 미칠 수 있다. 또한, 사멸한 조류가 호소의 바닥에 침전될 수밖에 없으므로 적조 또는 녹조의 원인이 되는 영양염류를 제거할 수 없다는 한계가 있었다.
반면에 본 발명에 따른 '수계 외 이산화염소 처리방법'은 수계의 물을 펌핑하여 본 발명의 조류제거장치로 유입시킨 후, 원수에 포함된 조류와 영양염류를 응집, 부상 또는 여과 등의 고액분리방법을 통해서 제거하고, 그 처리수에 이산화염소를 투입하여 고액분리방법으로 제거되지 않는 조류나 포자를 사멸시킴으로써 적조 및 녹조제거효율을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 고액분리한 처리수에 잔류하는 조류를 제거하는 것이므로 종래에 비해 이산화염소의 양을 크게 줄일 수 있고, 적정한 이산화염소 농도를 유지할 수 있어 악취 발생이나 수생환경에 영향을 주지 않으며, 고액분리를 통해 분리된 조류는 농축 및 탈수공정을 통해 케익으로 만들어 처리할 수 있으므로 오염물질을 수계로부터 완전히 제거할 수 있는 특징이 있다.
도 2는 본 발명에 따른 이산화염소를 이용한 조류제거 방법의 일 예를 보여주는 흐름도이다. 본 발명은 수계로부터 조류가 포함된 원수를 흡입하는 원수흡입단계(S100)와; 흡입된 원수에 응집제를 투입하여 조류가 포함된 플록을 형성하는 응집단계(S200)와, 상기 응집단계에서 형성된 플록은 부상하는 공기방울을 이용하여 수표면으로 부상시켜 분리하는 부상분리단계(S300)와, 상기 부상분리단계에서 배출되는 처리수에 이산화염소를 투입하는 제1 이산화염소 투입단계(S400)와; 상기 제1 이산화염소 투입단계에서 이산화염소가 투입된 처리수를 여과하여 고액분리하는 여과단계(S500)와; 상기 여과단계에서 배출되는 처리수에 이산화염소를 투입하는 제2 이산화염소 투입단계(S600)와; 상기 제2 이산화염소 투입단계에서 이산화염 소가 투입된 처리수를 수계로 방류하는 처리수방류단계(S700)와; 상기 부상분리단계 및 여과단계에서 배출되는 슬러지를 농축시키는 슬러지농축단계(S800)와; 농축된 슬러지를 압착하여 슬러지케익을 만드는 탈수단계(S900)와; 상기 슬러지농축단계와 탈수단계에서 배출되는 배출수를 상기 응집단계로 반송하는 배출수반송단계(S1000)를 포함하여 이루어진다. 또한, 본 발명은 상기 제1 및 제2 이산화염소 투입단계에서 필요한 이산화염소를 현장에서 제조하여 공급하는 이산화염소공급단계(S1100)를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 상기 원수흡입단계(S100)는 저수지, 호수, 하천 등의 자연수계 및 골프장 저수조 등의 인공수계의 물을 펌핑하여 조류가 포함된 원수를 본 발명의 조류제거장치로 유입시키는 단계이다. 이때, 본 발명의 조류제거장치는 호수나 저수지의 근처에 설치되거나 호수나 저수지의 수면에 띄워지게 된다. 그리고 원수는 호스를 통해서 조류제거장치로 유입된다.
상기 응집단계(S200)는 조류가 포함된 원수에 응집제를 투여하여 조류 입자의 표면 전하를 중화시키거나 콜로이드 표면에서 흡착과 가교 작용에 의한 응집 메커니즘과 미세입자가 모여 크게 되는 응집과정을 통해 조류가 포함된 플록을 형성하는 공정이다. 상기 응집단계에서 사용되는 약품은 수처리에 사용되는 철염이나 알루미늄염을 적용할 수 있다.
상기 부상분리단계(S300)는 플럭이 형성된 원수를 부상분리조로 공급하고, 부상분리조의 하부에 에어레이터에서 발생하는 미세 기포를 공급하여 응집된 플럭과 미세기포가 충돌 및 부착되어 플럭-기포 결합체를 생성하여 수면으로 부상시키 는 공정이다. 그리고 부상분리조의 수표면으로 상승한 부상물은 부상물제거장치로 걷어내어 외부로 배출시키고 처리수는 처리수관을 통해 배출시킨다. 또한, 가압수관에 의해 분사되는 가압수에서 발생하는 미세 기포를 이용하는 것도 가능하다.
상기 여과단계(S500)는 상기 부상분리단계(S300)에서 배출된 처리수에 포함되어 있는 미세 플록을 여과조에 충진된 여재층나 마이크로스트레이너 또는 필터 등의 여재(또는 여과기)를 통해 재차 제거하는 공정이다. 그리고 상기 여재를 통과한 처리수는 처리관을 통해 배출된다. 이와 같이 여과단계는 미세한 관통 구멍이 형성된 여재를 이용하여 고액분리하는 것이므로, 시간의 경과에 따라 여재의 관통 구멍이 막히게 되고, 그때마다 여재를 교체하거나 세척하여야 하므로 여과 효율이 떨어지게 된다. 따라서 여과효율은 높이기 위해서는 여재가 막히지 않도록 하여야 한다.
그런데 부상분리단계(S300)에서 배출된 처리수에는 제거되지 않은 조류가 많이 포함되어 있기 때문에 여재에 생물막(biofilm)이 형성되기 쉽다. 생물막은 미세미생물 군락의 성장에 의해 여재의 표면에 형성되는 3차원적 구조물로서, 미생물과 이들이 분비한 EPM(extracellular polymeric matrix)으로 이루어진 비교적 견고한 구조물이다. 이러한 생물막는 미생물의 종류에 따라 최대 100 μm 두께를 갖고 물리적 요인에 의해 쉽게 해체 또는 분리되지 않는다. 따라서 여재의 표면에 생물막이 형성되게 되면 플록의 이동이 방해되어 여과효율이 떨어지게 된다. 따라서 생물막은 여재의 수명을 단축하고, 여재의 잦은 교체는 비용을 상승시키므로 종래의 조류제거방법 및 장치에서 여과공정을 적용하기 어려웠던 주요 원인이다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 본 발명에 따른 조류제거방법은, 여과단계로 들어가는 처리수에 이산화염소를 투입함으로써 여재에 생물막이 형성되는 것을 억제하거나 생물막을 제거한다.
이산화염소(Chlorine dioxide)는 어는점이 -59℃이고 끓는점이 11℃인 상온에서 녹황색을 띄는 기체이다. 약간 염소냄새가 나며 물과 에테르 등에 잘 녹는다. 강력한 산화력으로 살균효과를 가진다. 이산화염소는 박테리아, 바이러스를 무기력화 하는데 염소보다도 더 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 이산화염소는 펩톤(단백질의 일종)에 의해 흡수되고 바이러스가 단백질 막에 보호되고 있으므로 이 막에 이산화염소가 흡수되면 바이러스가 무기력해 진다는 것이다. 특히, 이산화염소는 산소계 살균, 소독제로서 종래의 염소계보다 산화력이 약 2.5배 강하다. 바이러스 및 녹조류, 포자류제거에 가장 효과적인 살균, 소독제로서 넓은 pH영역(2~10)에서 살균력을 발휘한다. 이산화염소는 17ppm이하의 농도에서는 약품의 냄새가 없으며 낮은 농도(1ppm)에서 충분한 효과가 있다. 예를 들어, 농도 0.25ppm의 이산화염소가 대장균 99% 이상을 살균하는데 소요되는 시간은 41초 이내이다.
따라서 상기 제1 이산화염소 투입단계(S400)는, 상기 부상분리단계에서 배출되는 처리수에 이산화염소를 투입하여 처리수내의 이산화염소의 농도가 0.1 내지 1ppm을 유지하도록 하여, 여과단계의 여재의 표면에 생물막이 형성되는 것을 억제하거나 생물막을 제거함으로써 여과효율을 향상시키는 것이다.
이어서, 상기 제2 이산화염소 투입단계(S600)는, 상기 여과단계에서 배출되어 수계로 방류되는 처리수에 이산화염소를 투입하여 처리수의 이산화염소 농도가 0.1 내지 1ppm을 유지하도록 하여, 처리수에 잔류하는 조류와 포자를 사멸시키고 이산화염소의 분해시 발생하는 산소에 의해서 처리수의 용존산소 농도를 높이는 것이다.
즉, 이산화염소는 산소계 살균, 소독제로서 발암성 물질을 생성하지 않고 빛에 의해 빠르게 무독성 물질로 분해되므로 환경피해가 거의 없다. 또한, 이산화염소는 산소계 산화제이므로 분해 시 산소를 발생시키므로 용존산소(DO)를 증가시켜 수질을 좋게 한다. 이산화염소의 사용으로 발생하는 클로라이트(Chlorite)와 클로레이트(Chlorate)는 수중에 존재하는 많은 무기물과 생물학적인 물질들과 반응하여 생기는 최종생성물로서 세균의 재번식을 막아준다. 살균제로 이산화염소를 사용시에 환경에 미치는 영향에 대해서는 아직 잘 알려져 있지 않지만 그 영향은 염소에 의한 영향보다는 덜 나쁘다고 알려져 있고, 미국의 경우 이산화염소와 클로라이트의 최대 오염 농도가 각각 0.8ppm과 1.0ppm으로 정해져 있다.
따라서 상기 제2 이산화염소 투입단계(S600)는, 상기 여과단계에서 배출되는 처리수에 이산화염소를 투입하여 수계로 방류되거나 순환조에 저류하는 처리수가 살균력을 유지하도록 함으로써 조류와 포자를 사멸시켜 다시 번성하는 것을 방지하고 산소농도를 높여서 수질을 좋게 하는 것이다.
한편, 이산화염소는 휘발성이 있는 매우 활동적인 분자상의 자유라디칼 형태의 화합물로서, 고농도의 이산화염소 가스는 거의 사용되지 않고 주로 수용액 상으로 생산된다. 이산화염소 가스는 상온에서 용액에 압축될 수 있으나, 압축된 순수한 이산화염소 용액은 매우 불안정하여 폭발의 위험이 있고 보관 및 운반이 어렵기 때문에 현장에서 제조하여야 한다. 제조방법으로는 통상 세 가지 방법이 있으나 소듐 클로라이트(NaClO2)를 염소와 반응시켜 가스 상태의 이산화염소를 발생시키는 방법이 수율이 높고 부산물이 거의 생성되지 않는 장점이 있다. 그 반응식은 다음과 같다.
2NaClO2+ Cl2 → 2ClO2 + 2NaCl
위 식에 의하면 1.34mg의 소듐 클로라이트가 0.5mg의 염소와 반응하여 1.0mg의 이산화염소를 발생시킨다. 그러나 실제 소듐 클로라이트의 순도는 80% 정도이므로 1.0mg의 이산화염소를 발생시키기 위해 필요한 보통의 소듐 클로라이트는 1.68mg이 된다.
즉, 이산화염소공급단계(S1100)는 상기한 제1 및 제2 이산화염소 투입단계(S400)(S600)에서 필요한 이산화염소를 현장에서 제조하여 공급하는 공정이다. 바람직하게 상기 이산화염소공급단계(S1100)는 원료물질인 아염소산나트륨 수용액을 전기분해하여 이산화염소 수용액을 만들고, 이 이산화염소 수용액을 제1 및 제2 이산화염소 투입단계(S400)(S600)로 공급한다.
이어서, 슬러지농축단계(S800)는 상기 부상분리단계(S300)와 여과단계(S500)에서 발생하는 슬러지를 침전시켜 농축하는 공정이고, 상기 탈수단계(S900)은 농축된 슬러지를 가압하여 탈수하고 슬러지케익을 만드는 공정이다. 그리고 상기 처리수방류단계(S700)는 상기 제2 이산화염소 투입단계에서 이산화염소가 투입된 처리수를 수계로 다시 방류하는 것이고, 상기 배출수반송단계(S1000)는 상기 슬러지농 축단계와 탈수단계에서 배출되는 배출수를 상기 응집단계로 반송하여 재처리될 수 있도록 하는 것이다.
이와 같이 본 발명에 따른 이산화염소를 이용한 조류제거방법은, 자연수계 및 인공수계의 물을 펌핑하고, 수계의 물에 포함된 조류를 공지된 고액분리방법에 따라 1차로 고액분리하여 원수의 조류 농도를 낮춘 다음, 여과공정을 이용하여 2차로 고액분리하되, 종래 여과단계에서 문제되었던 생물막 형성을 억제 및 제거하기 위해서 여과단계로 유입되는 처리수에 이산화염소를 투입하여 여과효율을 높이고, 상기 여과단계에서 배출되는 처리수에 이산화염소를 투입하여 인공수계로 방류되는 처리수를 살균하여 조류가 다시 번성하는 것을 방지하고 용존산소 농도를 높여서 수질을 좋게 하는 것이다. 또한, 이산화염소가 포함된 처리수를 수계에 투입함으로써 수계에서의 적조 및 녹조현상을 제거하는 효과도 있다.
이어서 도 3은 본 발명에 따른 이산화염소를 이용한 조류제거장치의 일 예를 보여주는 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이산화염소를 이용한 조류제거장치(20)는, 크게 수계로부터 조류가 포함된 원수를 흡입하는 원수흡입수단(21)과, 흡입된 원수에 포함된 조류를 고액분리하여 제거하는 제1 고액분리수단(22)과, 상기 제1 고액분리수단(22)에서 배출되는 처리수에 이산화염소를 투입하는 제1 이산화염소 투입수단(23)과, 상기 제1 이산화염소 투입수단을 통해 이산화염소가 투입된 처리수를 여과하여 고액분리하는 여과수단(24)과, 상기 여과장치에서 배출되는 처리수에 이산화염소를 투입하는 제2 이산화염소 투입수단(25)과, 상기 제2 이산화염소 투입수단을 통해 이산화염소가 투입된 처리수를 수계로 방류하는 처리수방류수단을 포함하여 이루어진다.
상기 원수흡입수단(21)은, 수계에 연결되는 파이프와 이 파이프에 설치된 흡입펌프(10) 그리고 흡입된 원수를 일시 저장하는 집수조(212)로 구성된다.
상기 제1 고액분리수단(22)은 상기 집수조(212)에서 펌핑되는 원수가 유입되며 응집제탱크(224)에서 공급되는 응집제가 모터에 의해 회전하는 교반기(225)의 도움으로 미세 플록을 형성하는 응집조(221)와, 상기 응집조(221)에서 미세 플록이 형성된 원수가 공급되어 큰 플록을 형성하고, 하부에 설치된 에어레이터(226)에서 발생하는 미세 기포와 결합하여 상부로 상승하고, 상부에 설치된 부상물제거장치(227)에 의해 외부로 제거되고, 부상물이 제거된 처리수를 배출하는 부상분리조(222)와, 상기 부상분리조(222))에서 배출된 처리수를 일시 저장하는 처리수조(223)로 구성된다.
상기 여과수단(24)은 상기 처리수조(223)에서 압송되는 처리수를 수용하는 소정 크기의 여과조(241)와 상기 여과조(241) 내부에 설치된 여재(242)를 포함하여 구성된다. 따라서 상기 여재(242)를 통과한 여과수는 순환조(26)로 배출되고 상기 여재(242)를 통과하지 못한 슬러지는 별도의 슬러지배출수단을 통해 외부로 배출된다.
이어서, 상기 제1 이산화염소 투입수단(23) 및 제2 이산화염소 투입수단(25)은, 상기 여과조(241)에 연결된 처리수 유입관(244) 및 처리수 유출관(245) 상에 설치된다. 바람직하게 상기 제1 및 제2 이산화염소 투입수단(23)(25)은 상기 처리 수 유입관(244)과 처리수 유출관(245)에 설치된 인젝터이다. 상기 인젝터는 압송펌프에 의해 이송되는 처리수나 상기 여과조(241)에서 배출되는 처리수에 이산화염소수용액이나 이산화염소 가스를 투입한다.
상기 순환조(26)에는 수계와 연결되는 파이프와 제어밸브가 구비되어 이산화염소가 투입 처리된 처리수를 수계로 방류한다.
한편, 상기 부상분리조(222)와 여과조(241)에서 배출도는 슬러지는, 슬러지를 농축시키는 슬러지저류조(27)로 공급된다. 그리고 슬러지저류조(27)의 슬러지는 슬러지농축장치(28)에서 농축되고, 농축된 슬러지를 탈수장치(29)에서 압착하여 슬러지케익을 만들어 배출한다. 그리고 상기 슬러지농축장치(28)와 탈수장치(29)에서 배출되는 배출수는 반송관(291)을 통해 다시 집수조(212)로 반송하여 재처리할 수 있도록 한다.
그리고 상기 제1 및 제2 이산화염소 투입수단(23)(25)에 이산화염소를 공급하는 이산화염소 발생수단(30)는, 전기분해를 통해 이산화염소 수용액을 발생시키는 이산화염소발생장치(31)와, 발생된 이산화염소를 저장하는 저장탱크(32)를 포함하여 구성된다. 그리고 상기 이산화염소 저장탱크(32)의 이산화염소는 공급관(33)을 통해서 상기 제1 및 제2 이산화염소 투입수단(23)(25)으로 공급된다. 바람직하게 상기 공급관(33)에는 이산화염소의 흐름을 단속하는 제어밸브가 설치된다.
따라서 수계의 호소수는 흡입펌프(10)를 통해 집수조(212)로 공급된다. 그리고 상기 집수조(212)에서 공급되는 원수는 응집조(221)에서 응집제와 혼합되어 조류와 영양염류입자를 포함하는 미세 플록을 형성한다. 또한, 상기 응집조(221)에서 공급되는 미세 플록들은 에어레이터(226)에 의해서 발생되는 미세 기포와 결합하여 분상분리조(222)의 수표면으로 부상하고, 부상물제거장치(227)의 작용으로 조류를 포함하는 부상물은 외부로 제거된다. 그리고 조류가 제거된 처리수는 처리수조(223)를 거쳐 여과조(241)로 공급되는데, 이때 처리수가 이송되는 유입관(244)에 설치된 이젝터를 통해서 처리수에 이산화염소가 1차로 투입된다. 그리고 이산화염소가 투입된 처리수는 여과조(241)의 여재(242)를 통해 고액분리된다. 여재(242)를 통과하지 못한 조류는 여과조(241)의 외부로 배출되고, 여재(242)를 통과한 처리수는 순환조(26)로 배출된다. 이때 처리수가 배출되는 유출관(245)에 설치된 이젝터를 통해서 처리수에 이산화염소가 2차로 투입된다. 따라서 처리수에 포함된 조류나 포자를 사멸시키고 분해과정에서 나오는 산소가 처리수의 용존산소 농도를 높인다.
한편, 상기 순환조(26)의 처리수는 수계로 방류되고, 상기 부상분리조(222)에서 분리된 조류와 상기 여과조(241)에서 분리된 조류는 슬러지저류조(27)로 공급되어 일시 저장된 후, 슬러지농축조(28)와 탈수장치(29)를 거처 케익형태로 배출되고, 농축 및 탈수과정에서 배출되는 배출수는 재처리를 위해 상기 집수조(212)로 반송된다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 여과수단(24)의 전단과 후단에 각각 이산화염소를 투입함으로써 여과효율을 향상시키고, 처리수를 살균하여 조류가 다시 번성하는 것을 방지한다. 이때, 상기 여과수단(24)의 전단이나 후단에는 이산화염소를 투입하여 처리수의 이산화염소농도가 0.1 내지 1ppm을 유지하도록 한다. 상기 범위보다 낮은 농도에서는 우수한 조류제거 효과를 기대하기 힘들고, 상기 범위보다 높은 농도라 해서 효과가 좋은 것은 아니다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명은 호소수를 펌핑하여 별도의 조류제거장치에서 조류를 분리함으로써 수계로부터 조류를 완전히 제거하되, 응집-부상을 통해 원수에 포함된 조류를 1차 분리한 후, 이산화염소를 이용하여 응집-부상공정에서 분리하지 못한 조류를 사멸시키고, 사멸된 조류를 여과공정을 통해서 다시 분리하는 것을 특징으로 한다. 또한, 여과장치의 전단으로 투입되는 이산화염소는 상기 여과장치의 공극을 폐색하는 생물막의 생성을 억제 및 제거하여 여과효율을 향상시키고 여과기의 수명을 연장시킨다.
아울러 본 발명은 여과장치에서 배출되는 처리수에 이산화염소를 2차로 주입함으로써 처리수내의 조류 및 포자의 살균하고 처리수내의 용존산소량을 높여준다. 또한, 수계로 방류되는 처리수가 일정 기간 소독력을 유지하도록 하여 수계의 적조와 녹조를 완화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이산화염소를 이용한 조류 제거 방법 및 장치를 설명하는 개념도,
도 2는 본 발명에 따른 이산화염소를 이용한 조류 제거방법의 흐름도,
도 3은 본 발명에 따른 이산화염소를 이용한 조류 제거장치를 보여주는 구성도,
도 4는 종래 기술에 따른 응집 여과를 이용한 조류 제거장치를 보여주는 구성도이다.
****도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*****
10: 흡입펌프 20: 조류제거장치
21: 원수흡입수단 22: 제1 고액분리수단
23: 제1 이산화염소 투입수단 24: 여과수단
25: 제2 이산화염소 투입수단 27: 슬러지저류조
28: 농축장치 29: 탈수장치
30: 이산화염소 발생수단 31: 이산화염소발생장치
32: 저장탱크 33: 공급관
212: 집수조 221: 응집조
222: 부상분리조 223: 처리수조
223: 응집제탱크 225: 교반기
226: 에어레이터 227: 부상물제거장치
241: 여과조 242: 여재
244: 유입관 245: 유출관
291: 반송관
Claims (9)
- 수계로부터 조류가 포함된 원수(호소수)를 흡입하는 원수흡입단계와;상기 원수흡입단계에서 유입된 원수에 응집제를 투입하여 조류가 포함된 플록을 형성하는 응집단계와;상기 응집단계에서 형성된 플록을 공기방울을 이용하여 수표면으로 부상시켜서 분리하는 부상분리단계와;상기 부상분리단계에서 배출되는 처리수에 이산화염소를 투입하는 제1 이산화염소 투입단계와;상기 제1 이산화염소 투입단계에서 이산화염소가 투입된 처리수를 여과하여 고액분리하는 여과단계와;상기 여과단계에서 배출되는 처리수에 이산화염소를 투입하는 제2 이산화염소 투입단계와;상기 제2 이산화염소 투입단계에서 이산화염소가 투입된 처리수를 수계로 방류하는 처리수방류단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 이산화염소를 이용한 조류 제거방법.
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- 제 1항에 있어서,상기 부상분리단계와 여과단계에서 분리된 슬러지는, 슬러지를 농축시키는 슬러지농축단계와, 농축된 슬러지를 압착하여 케익으로 만드는 탈수단계를 거쳐 처리하는 것을 특징으로 하는 이산화염소를 이용한 조류 제거방법.
- 수계로부터 조류가 포함된 원수를 흡입하는 원수흡입수단과;상기 원수흡입수단을 통해 유입된 원수에 응집제를 투입하여 조류가 포함된 플록을 형성하는 응집장치와;상기 응집장치에서 형성된 플록을 부상하는 공기방울을 이용하여 수표면으로 부상시켜서 분리하는 부상분리장치와;상기 부상분리장치에서 배출되는 처리수에 이산화염소를 투입하는 제1 이산화염소 투입수단과;상기 제1 이산화염소 투입수단을 통해 이산화염소가 투입된 처리수를 여과하여 고액분리하는 여과수단과;상기 여과수단에서 배출되는 처리수를 이산화염소를 투입하는 제2 이산화염소 투입수단과;상기 제2 이산화염소수단을 통해서 이산화염소가 투입된 처리수를 수계로 방류하는 처리수방류수단과;상기 제1 및 제2 이산화염소 투입수단에 이산화염소를 공급하는 이산화염소공급수단과;상기 부상분리장치와 여과장치에서 배출되는 슬러지를 농축시키는 슬러지농축장치와;상기 농축된 슬러지를 압착하여 슬러지케익을 만드는 탈수장치;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 이산화염소를 이용한 조류 제거장치.
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