KR100984320B1 - 우물 통 포기조를 이용한 강변여과수 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 우물통 포기조를 이용한 강변 여과수 처리장치에 관한 기술이다.

본 발명은 이를 위하여, 강변여과수의 우물통내에 포기장치를 설치하고 외부에서 압축공기를 포기장치에 공급하여, 우물통내의 물을 교반하고 강변여과수중의 용존산소 농도를 높임으로서 수중의 중탄산 제1철을 수산화 제2철로 산화시키고, 취수펌프를 이용하여 강변 여과수를 강변여과수 정수장에 이송하여 여과처리 및 소독 등을 하여 수돗물을 생산하는 우물통 포기조를 이용한 강변여과수 처리장치를 제공한다.

강변 여과수, 우물 통, 포기장치, 포기장치, 중탄산 제1철.

Description

우물 통 포기조를 이용한 강변여과수 처리장치{A bank filtered water treatment apparatus by aeration catchment well}

본 발명은 강변여과수의 처리에 관한 기술로서, 더욱 상세하게는 우물통에 포기설비를 설치하고, 공기나 산소를 공급하여 강변여과수 중에 포함된 중탄산제1철을 수산화 제2철로 산화시킨 다음 이 강변여과수를 정수장으로 이송하여 여과지에서 수산화 제2철 및 망간을 제거하는 강변여과수의 처리장치에 관한 것이다.

본 발명은 강변 여과수 정수장의 정수처리 기술에 관한 것으로 당사의 등록특허 번호10-0361655-0000(2002.11.06) 및 선출원 특허 출원번호10-2007-0063807(2007.06.27)의 개량에 관한 것이다.

상기 특허 및 출원에서는 강변여과수의 집수정 및 취수펌프를 설치하고 정수장에 포기조를 설치하거나 선택적으로 침전지를 설치한 다음 포기조, 생물 여과지, 오존처리 및 활성탄 여과를 하면서 강변여과수를 처리하였다.

강변여과수를 집수하는 집수정은 일반적으로 수직 우물통 방식을 사용하거나 수직 우물통 하부에서 방사상으로 수평 집수관을 여러 개 설치한 형식을 사용하고 있다.

이 집수정(또는 우물통이라 칭함)은 시공비가 비싸며, 특히 수평 집수관을 설치한 형식의 집수정은 집수정의 지름이 6∼7m정도로 크고 지하 수십 미터까지 파고들어 가면서 설치하므로, 집수정내의 우물통 부피가 1,000㎥이상으로 크고, 그 설치비용이 매우 비싸다.

그런데 이렇게 부피가 크고 값이 비싼 집수정의 역할을 보면, 수평 집수관에서 집수된 강변여과수를 정수장으로 이송할 취수펌프(2대정도)를 설치하는데 그치고 있어 공간 이용률이 매우 낮다.

그뿐만이 아니라 집수정의 부피가 매우 크고 강변여과수의 집수정내 수위가 높아서, 집수정내의 물은 정체상태에 있기 때문에 수질이 악화될 우려가 크다.

상기와 같은 이유로 집수정내의 공간을 유효하게 이용하고, 물의 정체를 방지할 필요가 발생하였다.

본 발명은 우물통의 물속에 포기장치를 설치하여 우물통이 포기조의 기능을 가지도록 우물통 포기조를 형성하고, 이 포기장치에 외부에서 공기나 산소를 공급하여 강변여과수중의 중탄산 제1철을 침전이 가능한 불용성의 중탄산 제2철로 산화시킨 다음 취수펌프로 정수장으로 이송하여 생물여과지 등 후속처리시설에서 정수처리하여 수돗물을 생산하게 함으로서, 우물통의 유휴공간을 유용하게 이용하고, 경제적인 우물 통 포기조를 이용한 강변여과수의 처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 이를 위하여,

우물통의 지하 부 우물 속에 취수펌프와 포기장치를 설치하고 포기장치는 공기공급관에 연결하고 공기공급관은 공기공급기에 연결하고, 공기공급기를 가동하여 포기장치에 공기를 공급함으로서, 강변여과수 중에 포함된 중탄산 제1철을 수산화 제2철로 산화시키고, 공기의 부상력으로 물을 교반하여 침전되지 않도록 하고, 취수펌프로 강변여과수를 정수장의 생물여과지로 이송하여 수산화 제2철 및 망간 등을 제거하고, 후속처리시설에서 처리 및 소독을 하여 수돗물을 생산하게 하였다.
본 발명의 일 측면에 따른 우물 통 포기조를 이용한 강변여과수의 처리장치는, 강변여과수를 담는 우물통; 외부로부터 공기나 산소를 상기 우물통내의 상기 강변여과수내로 공급하는 포기장치; 상기 우물통내에 설치되어 상기 우물통내의 상기 강변여과수를 외부로 이송하는 취수펌프; 및 상기 취수펌프에 의해 상기 이송된 강변여과수를 정수처리하되, 여과재의 표면에 부착하여 서식하는 철박테리아를 이용하여 철과 망간을 제거함과 아울러 상기 여과재의 여과 작용으로 고형물을 제거하는 생물여과지를 포함하는 정수처리시설을 포함할 수 있고, 상기 포기장치는 상기 우물통속에 설치된 압력탱크, 상기 압력탱크의 측면에 설치된 압력탱크 수위계, 상기 압력탱크의 상부와 연결 설치된 순환펌프, 상기 압력탱크의 하부에 설치된 공기 유출구, 상기 압력탱크의 상부에 연결 설치된 공기 공급관, 상기 공기 공급관의 중간부에 설치된 전자 밸브와 압력계, 및 상기 압력탱크 수위계의 압력 신호에 따라 상기 전자밸브의 개폐를 제어하는 제어장치를 포함할 수 있다.

본 발명은, 유휴공간인 우물통을 포기조로 이용함으로서 시설의 이용효율을 높이고, 공기의 부상력을 이용하여 우물통내의 물을 교반시킴으로서 물의 정체 및 수질 악화를 방지하고, 정수장내에 별도의 포기조가 불필요함으로 건설비를 대폭 절감하는 경제적인 효과가 있다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

지하에 수직으로 설치된 우물통(100) 또는 우물통 하부에 여러개의 수평 집수관(200)이 설치된 우물통(100)의 내부 물속에, 아래쪽에는 포기장치(300)을 설치하고, 포기장치(300)은 공기 공급관(400)에 연결하고 공기 공급관(400)은 공기 공급기(500)에 연결한다.

공기 공급기(500)을 가동하여 공기를 우물통내의 포기장치(300)에 공급하면 공기가 포기장치(300)을 통하여 우물통내의 강변여과수내로 분출되고, 공기방울이 부력으로 상승하면서 물을 교반시킴과 동시에 공기중의 산소가 강변여과수중에 용 해되어 용존 산소 농도가 높아진다.

상기 공기 공급기(500)은 기포식 산기관 또는 파이프 산기관이 바람직하나 , 필요 공기량이 작아서 공기에 의한 교반력이 부족한 경우는 산기관과 기계식 교반기를 함께 사용하거나 또는 기계식 수중 포기기를 사용할 수도 있다.

포기장치의 또 다른 형식으로는 우물통속에 압력탱크(300-1)을 설치하고 압력탱크의 측면에 압력탱크 수위계(300-2)를 설치하고, 압력탱크 상부와 순환펌프(300-3)를 연결하고, 압력탱크(300-1)의 하부에 유출구를 설치하고 공기 공급관(400)은 압력탱크(300-1)의 상부에 연결하고 공기 공급관(400)의 중간 지상부에는 전자 밸브(300-4)와 압력계(300-5)를 설치하고, 상기 압력탱크 수위계의 신호를 받아서 전자밸브(300-4)의 개폐를 자동제어하는 제어장치(300-6)으로 구성한 압력탱크식 포기장치를 사용할 수 있다.

상기 압력탱크식 포기장치는 공기 또는 산소를 강변여과수에 포화시키는 방법의 포기장치이므로 기포 발생이 없고 따라서 공기나 산소 이용율이 높은 것이 특징이다.

용존 산소 농도가 높아지면 강변여과수중에 포함된 중탄산 제1철이 수산화제2철로 산화되는데 수산화 제2철은 불용성이며 침전성 산화물이다.

중탄산제1철의 산화반응은 [반응식1] 과 같다.

[반응식1]

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

철의 원자량은 55.85이고 산소의 원자량은 16이므로 [반응식1] 에 의하면 철의 산화를 위해서 공급해야할 산소량은 철의 16/111.7 = 14.32％임을 알 수 있다.

강변 여과수는 일반적으로 지하 수십 m 밑에 있으므로 통상적으로 3∼4kg/㎠의 높은 압력을 가지고 있으므로 공기용해농도가 대기압 하에서의 용해농도에 비하여 3∼4배 높게 용해되기 때문에 용존 산소의 농도가 높고, 용해 효율이 높아지므로, 공기를 용해시키는데 필요한 동력은 증가하지 않으며 우물통 포기조에서 공기가 물에 용해되는 과정은 [반응식2] 와 같다.

[반응식2]

Wh = 2 × ( f . P -1)

여기서 Wh : 물속에 용해된 공기 농도 . mg/L

2 : 20℃ 1기압에서의 공기 포화농도. mg/L

f : 압력 P에 있어서의 공기의 포화도. 교반이 있으면 최대 0.8

P : 게이지 운전압력 kg/㎠.G + 1.013

망간은 중성의 물에서는 포기에 의하여 산화되지 않고, 중 탄산철 이외의 다른 형태를 하고 있는 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 여과지(800)의 모래 여과층에서 여과하여 철박테리아와 물을 분리하여 제거한다.

우물통 포기조에서 포기를 하는 이유는 [반응식1] 에서와 같이 산화가 용이한 철을 산화시키고, 생물 여과지(800)에서 철박테리아가 잘 증식하도록, 원수 중 에 충분한 산소를 공급하는 것이다.

중탄산 제1철의 산화는 용존산소 농도가 5.0mg/L에서 통상적으로 20∼30분정도가 걸리는데, 우물통은 안쪽 지름이 7m이고 유효수심이 20∼30m 이상이므로 우물통내 물의 부피는 770∼1,155㎥이다.

집수정 1개의 집수능력은 최대 15,000㎥/일이므로 체류시간은 1.2∼1.8시간으로 30분보다 길기 때문에 중탄산 제1철의 산화는 충분히 이루어진다.

우물통내 물속의 용존산소 농도는 중탄산 제1철의 완전한 산화와 후속 생물여과지(800)에서 철박테리아의 활성을 유지하는데 필요한 산소 공급을 위하여 5.0mg/L이상으로 유지한다.

우물통(100)의 바닥에 설치한 취수 펌프(600)을 가동하여 산화가 종료된 강변 여과수를 강변여과수 정수장의 생물 여과지(800)으로 이송한다.

만약에 강변여과수중에 포함된 중탄산 제1철이나 망간의 농도 또는 기타 고형물의 농도가 높아서, 생물여과지에 과부하가 우려되는 경우에는 선택적으로 미리 침전지(700)을 설치하여 수산화 제2철 및 고형물을 침전시켜서 제거한 다음 생물 여과지(800)으로 이송한다.

생물여과지(800)에서는 철박테리아가 여재에 부착하여 서식하고 있으며, 상기에서 설명한 바와 같이 산화되지 않은 철과 망간, 산화철, 기타 고형물은 철박테리아의 작용과 여과층의 여과작용을 이용하여 제거한다.

강변 여과수 중에 포함된 고형물을 제거하면 잉여 슬러지가 되는데 이 잉여슬러지는 침전조(700)의 슬러지 배출구(750) 또는 여과지(800)의 세척수 배출구 (850)에서 제거한다.

제거된 잉여 슬러지는 별도의 시설에서 농축, 탈수 하여 최종 처분한다.

생물여과지 이후의 처리시설이나 공정에 대한 설명은 상기에서 기술한 선 등록 특허 등에서 상술하였으므로 생략하기로 한다.

도 1은 산기관식 포기장치를 설치한 우물통 포기조와 강변여과수 처리시설의 구성 상태를 나타낸 예시도.

도 2는 기계식 수중포기기를 설치한 포기장치의 예시도.

도 3은 압력탱크식 포기장치를 나타낸 예시도.

Claims (6)

1. 강변여과수를 담는 우물통;

   외부로부터 공기나 산소를 상기 우물통내의 상기 강변여과수내로 공급하는 포기장치;

   상기 우물통내에 설치되어 상기 우물통내의 상기 강변여과수를 외부로 이송하는 취수펌프; 및

   상기 취수펌프에 의해 상기 이송된 강변여과수를 정수처리하되, 여과재의 표면에 부착하여 서식하는 철박테리아를 이용하여 철과 망간을 제거함과 아울러 상기 여과재의 여과 작용으로 고형물을 제거하는 생물여과지를 포함하는 정수처리시설을 포함하며,

   상기 포기장치는 상기 우물통속에 설치된 압력탱크, 상기 압력탱크의 측면에 설치된 압력탱크 수위계, 상기 압력탱크의 상부와 연결 설치된 순환펌프, 상기 압력탱크의 하부에 설치된 공기 유출구, 상기 압력탱크의 상부에 연결 설치된 공기 공급관, 상기 공기 공급관의 중간부에 설치된 전자 밸브와 압력계, 및 상기 압력탱크 수위계의 압력 신호에 따라 상기 전자밸브의 개폐를 제어하는 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 우물 통 포기조를 이용한 강변여과수의 처리장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 생물 여과지의 전단에 침전지를 선택적으로 설치한 것을 특징으로 하는 우물 통 포기조를 이용한 강변여과수의 처리장치.
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