KR100988474B1 - Flocculation basin for treatment of drinking water and wastewater - Google Patents

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KR100988474B1
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floc forming
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김상진
왕창근
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주식회사두합크린텍
충남대학교산학협력단
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    • C02F2201/002Construction details of the apparatus

Abstract

PURPOSE: A flocculation basin for treatment of drinking water and wastewater is provided to remarkably reduce the size of a structure and a site area by shortening flock forming time. CONSTITUTION: A filter-type flock forming module(2) forms fine particles in flock. When processing target water is collided with a wall firstly in a mixing flock forming module(3), an eddy is formed. The inter-particle collision is induced through a stirring operation in an eddy forming process. In an upflow-type flock forming module(4), rising speed is increased. The rising speed of large flock is reduced. In a mechanical mixing flock forming module(5), the flock is formed through the rotation of the mixing device.

Description

상수 및 하폐수 처리용 플록형성지{Flocculation basin for treatment of drinking water and wastewater}Flocculation basin for treatment of drinking water and wastewater

본 발명은 상수 및 하폐수 처리를 위한 플록형성지(Flocculation basin)에 관한 것으로 처리대상수에 함유된 미세입자를 효과적으로 충돌시켜 침전(Sedimentation)이 용이한 큰 플록(Floc)으로 형성시키고자 한 기술이다.The present invention relates to a floculation basin for treating water and sewage water, and is a technique for forming a large floc that facilitates sedimentation by effectively colliding fine particles contained in treated water. .

일반적으로 각 플록형성 모듈의 특징에 대하여 살펴보면 여과식플록형성모듈에서는 미세입자의 여재에의 부착 및 탈착, 여재공극에서의 억류 및 이탈을 반복하면서 플록화가 이루어지고, 우류교반식플록형성모듈에서는 모듈 내에서 효과적이며 가변적으로 발생하는 유속변화, 와류 및 교반에 의한 입자나 플록의 충돌에 의해 플록이 커지며, 상향층류식플록형성모듈에서는 플록의 크기나 밀도 차이에 따른 플록상승 속도 차이에 의해 플록간 충돌을 일으켜 플록이 커지게 되고, 기계식교반플록형성모듈에서는 모터에 장착된 수평축 또는 수직축 교반기에 의한 난류형성에 의해 플록간 충돌을 유발하는 구조를 갖는다.
In general, the characteristics of each flocculant module is characterized in that the flocculation is carried out by repeatedly attaching and detaching the microparticles to the media, detaining and releasing the medial pores in the filter flocculation module, and in the wet stirring flocculosis module, The floc grows due to the impact of particles and flocs caused by effective and variable flow rate, vortex and agitation. The collision causes a large floc, and the mechanical stirring floc forming module has a structure inducing collision between flocs by turbulence formation by a horizontal or vertical shaft stirrer mounted on a motor.

본 발명은 플록형성지(Flocculation basin)를 형성함에 있어 상기의 여과식플록형성모듈, 우류식교반플록형성모듈, 상향층류식플록형성모듈, 기계식교반플록형성모듈을 선택적으로 조합하여 플록형성시스템을 구성하고, 처리대상수가 플록형성시스템을 통과할 때 각 플록형성모듈의 특징적인 플록형성기작(Flocculation mechanism)에 따라 미세입자가 충돌하여 플록이 형성되도록 함을 특징으로 한다.In the present invention, in forming a floculation basin (Flocculation basin), the flocculation system is formed by selectively combining the above-mentioned filtration floc forming module, storm stirring floc forming module, upward laminar floc forming module, and mechanical stirring floc forming module. And fine particles collide to form flocs according to the characteristic floculation mechanism of each floc forming module when the target object passes through the floc forming system.

일반적으로 상수도 공급을 위한 표준정수공정(Conventional water treatment process)에서는 혼화지(Rapid mixing tank)에서 응집제(Coagulant)를 투여하여 콜로이드성 미세입자, 미생물, 용존성 유기 및 무기물질 등을 미세플록화 한 후, 플록형성지(Flocculation basin)에서 중력에 의한 침전(Sedimentation)이나 용존공기부상(Dissolved air flotation)으로 제거하기 쉽도록 플록(Floc)을 크게 성장시키게 된다.
In the conventional water treatment process for water supply, coagulant is administered in a rapid mixing tank to fine-flocculate colloidal microparticles, microorganisms, dissolved organic and inorganic substances. Afterwards, the floc grows large to facilitate removal by sedimentation or dissolved air flotation in the floculation basin.

하폐수 처리공정에서는 부유입자물질(Suspended Solid, SS)을 일차 침전 제거하여 후속 생물학적 처리를 원활하게 하거나 생물학적 처리 후의 고농도 미생물 플록을 최종적으로 침전제거한다. 하폐수 중의 인(Phosphorus)을 초저농도까지 낮추기 위해서는 표준정수공정에서와 같이 응집제를 투여하여 용존성 인을 침전물로 입자화 한 후 침전(Sedimentation) 제거하거나 여과를 수행한다. 또한, 하폐수 처리수의 재이용(Reuse)을 위한 고도처리공정에서는 생물학적으로 처리된 하폐수 방류수를 추가로 여과하거나 응집제를 투여하고 플록형성, 침전, 여과 과정을 거쳐 처리 목표수질을 달성한다.
In the sewage treatment process, suspended solids (SS) are first precipitated to facilitate subsequent biological treatment or finally to precipitate high concentrations of microbial flocs after biological treatment. In order to lower the phosphorus (Phosphorus) in the sewage water to ultra low concentration, as in the standard water purification process, a coagulant is administered to granulate the dissolved phosphorus into a precipitate and then remove sedimentation or perform filtration. In addition, in the advanced treatment process for reuse of sewage water treatment, biologically treated sewage effluent is additionally filtered or administered with flocculant, flocculation, precipitation, and filtration to achieve treatment target water quality.

따라서, 상수처리나 하폐수 고도처리 공히 침전(Sedimentation) 효율을 극대화하기 위하여 처리대상수에 함유된 미세입자를 큰 플록(Floc)으로 형성시키는 것이 중요하다. 플록형성(Flocculation)은 미세입자간, 미세입자와 기 형성된 플록(Floc), 플록간의 충돌에 의해 이루어진다. 충돌은 미세입자나 플록을 함유하고 있는 물을 교반함으로써 달성되며 교반하는 방법으로는 기계식 교반과 우류식 교반이 있다. 기계식 교반은 회전 속도조절이 가능한 모터, 수평축 또는 수직축, 그리고 패들(Paddle)형, 원추형, 스크류형 등 다양한 형태의 교반 날개로 구성된 교반장치에 의해 이루어진다. 반면에 우류식 교반은 수류 자체의 흐름 만에 의한 교반방식으로 상하우류식, 수평우류식, 양자의 복합식이 있다.
Therefore, in order to maximize sedimentation efficiency in both water treatment and advanced wastewater treatment, it is important to form the fine particles contained in the treated water into large flocs. Flocculation is achieved by collisions between microparticles, microparticles and preformed flocs, and flocs. Impingement is achieved by stirring the water containing fine particles or flocs, and the methods of stirring include mechanical stirring and wet stirring. Mechanical agitation is accomplished by a stirring device consisting of a motor with adjustable speed, a horizontal or vertical axis, and various types of stirring vanes such as paddles, cones and screws. On the other hand, the agitation-type agitation is an agitation method based only on the flow of the water stream itself.

기계식 교반을 채택하는 플록형성지(Flocculation basin)의 주요설계요소로는 교반강도와 플록형성시간이 있다. 플록형성시간은 통상 20~40분간을 표준으로 하며 패들(Paddle) 등 플록큐레이터(Flocculator)의 회전주변속도는 15~80 ㎝/sec, 플록형성지 내의 평균 교반강도(G값)는 10~100 sec-1 범위이며 통상 3~4단으로 나누어 하류로 갈수록 점차 감소시키는 방식으로 설계, 운전된다. 이는 플록형성지의 제 1단 즉 유입부에서는 미세입자의 충돌효율을 높이기 위하여 강한 교반을 하고 3단 또는 4단에서는 기 형성된 플록의 파괴를 막기 위하여 완만한 교반을 하게 되는 것이다. 우류식 교반에서는 평균유속을 15~30 ㎝/sec를 표준으로 한다.
The main design factors for floculation basins that employ mechanical agitation are agitation strength and floc formation time. The floculation time is usually 20 to 40 minutes, and the rotational speed of floculators such as paddles is 15 to 80 cm / sec, and the average stirring strength (G value) in the floc forming paper is 10 to 100. It is a sec -1 range and is usually designed and operated in a manner of dividing into 3-4 stages and gradually decreasing it to the downstream. In the first stage of the floc forming paper, that is, the inlet, strong stirring is performed in order to increase the collision efficiency of the fine particles, and gentle stirring is performed in the third or fourth stage to prevent destruction of the flocs formed. In wet-type agitation, the average flow rate is 15 – 30 cm / sec.

기계식 교반방식이나 우류식 교반방식을 채택하는 기존의 기술에서는 20~40분의 긴 플록형성시간이 필요하고, 기계식 교반방식에서는 플록형성 효율은 우수하나 필요한 교반강도를 얻기 위해 계열당 3~4개의 모터를 연속적으로 구동하므로 많은 에너지를 소모하게 되는 단점이 있다. 또한, 우류식 교반방식에서는 수류의 힘을 이용하므로 모터는 필요 없으나 우류가 일어나는 수로단면적(폭과 수심이 수 m)이 비교적 넓기 때문에 플록형성 효율이 낮은 단점이 있다.
Conventional techniques adopting mechanical or wet agitation require long flocculization times of 20 to 40 minutes, while mechanical agitation is superior in floc formation efficiency but 3-4 per series to achieve the required agitation strength. Since the motor is continuously driven, a lot of energy is consumed. In addition, in the wet-type stirring method, since the power of the water flow is used, the motor is not required, but the floc formation efficiency is low because the cross-sectional area (width and depth of water) of the water is relatively large.

대한민국 공개특허 10-2004-0080378에는 “플록형성장치”가 소개되어 있다. 플록을 신속히 형성시키고 그 성장을 가속시킬 목적으로 세라믹 벌집형의 복수의 관통 구멍을 투설한 통수부재에 처리대상수가 통과함으로써 플록을 형성시키는 구조이다. 통수관통 구멍의 개구 지름은 1.5~8.0 ㎜, 개구율은 35~90 %, 통수관통 길이는 500~2,000㎜ 범위가 적당한 것으로 기술되어 있다.
Republic of Korea Patent Publication No. 10-2004-0080378 introduces a "flock forming apparatus". The floc is formed by passing the water to be treated through a water-permeable member in which a plurality of through holes of a ceramic honeycomb type are provided for the purpose of rapidly forming the floc and accelerating its growth. The opening diameter of the water through hole is in the range of 1.5 to 8.0 mm, the opening ratio is 35 to 90%, and the length of the water through hole is 500 to 2,000 mm.

그러나, 상기 선행기술에서는 처리대상수를 통수부재만을 단순히 통과하면서 플록형성이 일어나므로 입자간의 충돌 효율에 한계가 있으며 침전 효율을 높일 수 있는 큰 플록을 형성하는 데는 크게 미흡하다. 구조적으로 통수관통 구멍 내의 유선(Streamline)은 층류에 가까운 직선형으로서 기존의 기계식 교반이나 우류식 교반과는 기작(Mechanism)이 근본적으로 다르며 충돌효율과 형성되는 플록의 크기가 구조적으로 제한될 수밖에 없는 단점이 있다.
However, in the prior art, since floc formation occurs by simply passing through the water to be treated only through the water passage member, there is a limit in collision efficiency between particles and it is largely insufficient to form a large floc that can increase the precipitation efficiency. Structurally, the streamline in the water through hole is a straight line that is close to laminar flow. Its mechanism is fundamentally different from the existing mechanical agitation or wet agitation, and the collision efficiency and the size of the floc formed must be structurally limited. There is this.

대한민국 공개특허 10-1999-016596에는 “정수시스템용 플록형성장치”에 관한 것으로, 혼화지를 거친 원수가 입자형 매질을 채운 플록형성조로 하향류로 통과하면서 플록을 형성시키고자 한 장치이며 입자형 매질의 직경과 플록형성조의 단면적은 아래로 갈수록 크게 한 특징이 있다.
Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-1999-016596 relates to a "floc forming apparatus for water purification systems", which is intended to form a floc while passing downflow into a floc forming tank filled with a particulate medium and mixing the raw water after mixing paper. The diameter of the floc and the cross-sectional area of the floc forming tank are characterized by increasing downward.

상기 선행기술은 여재를 이용하여 플록을 형성시킨다는 점에서는 진일보하였으나 하향류 흐름 하에서 여재 입경의 차이만으로는 와류형성 및 교반강도의 제한으로 인하여 형성될 수 있는 플록의 크기가 제한될 수밖에 없는 단점이 있다.The prior art is advanced in that the floc is formed using the media, but there is a disadvantage in that the size of the floc that can be formed due to the limitation of the vortex formation and the stirring strength is limited only by the difference in the media particle diameter under the downflow.

기계식 교반방식이나 우류식 교반방식을 채택하는 종래의 기술들에 있어서, 필요한 플록형성시간이 20~40분으로 매우 길므로 플록형성지 면적과 구조물의 크기가 과대할 수밖에 없으며 기계식 교반방식에서는 필요한 교반강도를 얻기 위해 계열당 3~4개의 모터를 상시 가동해야 하므로 에너지 소비가 매우 크며 우류식 교반방식에서는 플록형성을 위한 수로 단면적이 비교적 넓기 때문에 입자간의 충돌 기회가 적어 플록 형성 효율이 낮은 단점이 있다.
In the conventional techniques adopting the mechanical stirring method or the wet stirring method, the required flocculation time is 20 to 40 minutes, so the area of the floc forming area and the structure are inevitably exceeded. Since three to four motors per series must be operated to obtain strength, energy consumption is very high, and in the wet-type stirring method, there is a disadvantage in that the floc formation efficiency is low because the cross-sectional area of the channel for floc formation is relatively large, so there is little chance of collision between particles. .

따라서, 기존 기술에서의 플록형성기작이 최소의 공간을 갖는 플록형성지 내에서 집약(Compact)적이면서 집중(Convergence)적으로 일어나게 할 수 있는 플록형성지가 필요하다.
Therefore, there is a need for a floc forming paper that can cause the floc forming mechanism in the existing technology to occur intensively and convergently in a floc forming paper having a minimum space.

즉, 본원 발명은 여과, 우류식교반, 층류식 플록형성, 기계식 교반을 적절히 조합하여 에너지소비, 소요부지면적과 구조물 크기를 최소화함과 동시에 형성되는 플록의 크기는 극대화할 수 있는 플록형성지를 갖는 것을 목적으로 한다.That is, the present invention minimizes energy consumption, required area and structure size by appropriately combining filtration, well stirring, laminar flow flocculation, and mechanical agitation, and has a floc forming paper which can maximize the size of the flocs formed. For the purpose of

상기와 같은 선행기술의 문제점을 해결하고 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 여과식플록형성모듈, 우류식교반플록형성모듈, 상향층류식플록형성모듈, 기계식교반플록형성모듈을 선택적으로 조합하여 플록형성시스템을 구성하고, 처리대상수가 플록형성시스템을 통과할 때 각 플록형성모듈의 특징적인 플록형성기작(Flocculation mechanism)에 따라 미세입자가 충돌하여 플록이 형성되고 요구되는 플록의 크기를 달성할 수 있도록 하였다.
In order to solve the problems of the prior art as described above and to achieve the above object, in the present invention, by selectively combining a filtration floc forming module, a vortex stirring floc forming module, an upward laminar floc forming module, a mechanical stirring floc forming module The floc forming system is constructed, and when the treated object passes through the floc forming system, fine particles collide according to the characteristic floculation mechanism of each floc forming module to form flocs and achieve the required floe size. To make it possible.

여과식플록형성모듈에서는 미세입자의 여재에의 부착 및 탈착, 여재공극에서의 억류 및 이탈을 반복하면서 플록화가 일어나는 장점이 있다. 그러나 여재 공극이 너무 작으면 생성될 수 있는 플록의 크기가 작아지며 여재 공극이 크면 생성되는 플록의 크기는 약간 커지나 부착 및 탈착기능이 저하되므로 여재의 선택, 여재층의 두께가 중요한 요소이다. 특수한 형태로 고안된 우류식교반플록형성모듈에서는 유속변화, 와류 및 교반강도를 최소의 공간에서 발생시킬 수 있도록 함으로써 입자나 플록간의 충돌 빈도를 획기적으로 증대할 수 있도록 한다. 또한, 상향층류식플록형성모듈에서는 모터에 장착된 수평축 또는 수직축 교반기에 의한 난류 형성에 의해 플록간의 충돌을 유발하도록 한다.In the filter-type floc forming module, flocking has the advantage of repeating attachment and desorption of fine particles to the media, detention and release from the media pores. However, if the medial pore is too small, the size of floc that can be produced is small. If the medial pore is large, the size of the generated floc is slightly larger, but the attachment and desorption function is reduced, so the choice of media and the thickness of the media layer are important factors. In the specially designed flow type stirring floc forming module, it is possible to generate a change in flow velocity, vortex and agitation strength in a minimum space, thereby dramatically increasing the frequency of collision between particles and flocs. In addition, in the upward laminar flow floc forming module, collision between flocs is caused by the formation of turbulence by a horizontal or vertical shaft stirrer mounted on the motor.

종래의 선행기술에서, 플록의 크기를 점점 크게 하기 위하여 교반강도를 후속단으로 갈수록 점차 감소시킬 목적으로 채택하는 3~4단 반응조, 20~40분의 플록형성시간을 본 발명에서는 1~2단 반응조, 5~10분 정도의 플록형성시간으로 집약 및 집중함으로써 종래의 기술에 비하여 부지면적과 구조물의 크기를 현저히 축소시킬 수 있어 경제성이 크게 제고된다.
In the prior art, in the present invention, a 3-4 stage reactor, 20-40 minutes of floculation time, adopted for the purpose of gradually decreasing the agitation strength to the next stage in order to increase the size of the flocs. By concentrating and concentrating with a floc forming time of about 5 to 10 minutes in the reactor, compared to the prior art, the land area and structure size can be significantly reduced, thereby greatly improving economic efficiency.

특히, 종래의 기계식 교반플록형성지에서는 계열당 3~4개 회전모터 및 수평축 또는 수직축 교반기의 구동이 필수적이나 본 발명에서는 형성시키고자 하는 플록의 크기에 따라 기계식 교반플록형성을 생략하거나 1개 정도의 기계식 교반플록형성지를 설치하면 충분하므로 에너지가 크게 절감되는 효과가 있다.
In particular, in the conventional mechanical stirring floc forming paper, the driving of 3 to 4 rotary motors and horizontal or vertical agitator is necessary per series, but according to the size of the floc to be formed, the mechanical stirring floc forming is omitted or about one. It is enough to install a mechanical stirring floc forming paper, the energy is greatly reduced.

또한, 종래의 우류식 교반플록형성지에서는 반응조의 빈공간을 상하 또는 수평 우류로만 통과하면서 교반이 이루어지기 때문에 플록형성 효율이 낮고 전술한 바와 같이 긴 플록형성시간이 필요한 반면, 본 발명에서 고안된 소형, 다수의 단위우류식교반플록형성모듈을 처리대상수가 통과하면서 입자나 플록의 충돌기회가 획기적으로 증가하게 됨으로써 짧은 플록형성시간 내에서도 큰 플록을 형성시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, in the conventional wet type floc forming paper, since the stirring is performed while passing through the empty space of the reaction tank only up and down or horizontally, the floc forming efficiency is low and the long floc forming time is required as described above. In addition, the number of unit-flow stir flocking modules can increase the number of particles or flocs, and the impact chance of particles or flocs can be dramatically increased.

도 1은 본 발명의 여과식플록형성모듈, 우류식교반플록형성모듈, 상향층류식플록형성모듈, 기계교반식 플록형성모듈(수직축, 패들평)을 1개 반응조 내에 상하로 배치한 플록형성지 예시
도 2는 본 발명의 상향류 단위우류식교반플록형성모듈의 구조와 모듈 내에서의 와류 발생 및 교반 형성 설명도(다면체형, 절단파이프형)
도 3은 본 발명의 상향류 우류식교반플록형성모듈 구성 및 단위우류식교반플록형성모듈의 배치도
도 4는 본 발명의 상향층류식플록형성모듈 내에서의 플록형성 과정 설명도
도 5는 본 발명의 플록형성모듈을 상하 및 옆으로 인접하여 2단으로 배치한 플록형성지 예시
도 6은 본 발명의 플록형성모듈을 수평류로 흐르면서 플록이 형성되도록 옆으로 인접하여 배치한 플록형성지 예시
1 is a floc forming paper in which a filtration floc forming module, a stirrer floc forming module, an upward laminar floc forming module, and a mechanical stirring floc forming module (vertical shaft, paddle flat) are arranged up and down in one reactor. example
Figure 2 is an explanatory view of the structure of the upstream unit flow type stirring floc forming module of the present invention and the vortex generation and stirring formation in the module (polyhedron type, cut pipe type)
3 is a layout view of the upstream flow type stirring floculation module configuration and unit flow type stirring floculation module according to the present invention;
Figure 4 is an explanatory view of the floc forming process in the upward laminar flow floc forming module of the present invention
5 is an example of a floc forming paper in which the floc forming module of the present invention is disposed in two stages adjacent to each other up and down and side to side;
Figure 6 is an example of a floc forming paper disposed sideways adjacent to the floc forming the flow of the floc forming module of the present invention in a horizontal flow

본 발명은 상수원수 또는 하폐수 중의 콜로이드성 미세입자물질, 인, 미생물, 용존성 유기 및 무기물질 처리를 목적으로 채택하는 침전이나 여과의 효율을 높이기 위해 필요한 크고 무거운 플록(Floc)을 형성하는데 있어서, 최소한의 구조물 크기, 짧은 플록형성시간, 그리고 에너지 절감을 달성하기 위하여 개발된 상수 및 하폐수 처리용 플록형성지로서, 혼화지(Rapid mixing tank)나 기타 응집제 주입시설을 이용하여 처리대상수에 응집제(Coagulant)를 투여하면서 급속교반(Rapid mixing)한 후 처리대상수는 플록형성을 위한 반응조 즉 플록형성지(Flocculation basin)로 유입된다. 처리대상수의 특성과 처리목표 수질에 따라 응집제를 투여하지 않고 처리대상수를 직접 플록형성지(Flocculation basin)로 유입시킬 수도 있다.
The present invention is to form a large and heavy flocs necessary to increase the efficiency of precipitation or filtration adopted for the treatment of colloidal microparticles, phosphorus, microorganisms, dissolved organic and inorganic substances in drinking water or sewage water, A flocculant for constant and sewage treatment, developed to achieve minimum structure size, short flocculization time, and energy savings, using flocculation agents (Rapid mixing tank or other flocculant injection facility) After rapid mixing while administering coagulant, the water to be treated is introduced into a reactor for floc formation, that is, floculation basin. Depending on the nature of the water to be treated and the target water quality, the water to be treated may be directly introduced into the floculation basin without administering a flocculant.

본 발명의 실시에 대한 구체적인 내용을 도 1 내지 도 6을 참조하며 상세히 설명한다. 도 1에 예시한 바와 같이 본 발명의 전체구조체인 플록형성지(1)는 여과식플록형성모듈(2), 우류식교반플록형성모듈(3), 상향층류식플록형성모듈(4), 기계식교반플록형성모듈(5)을 선택적으로 조합하여 구성된다. 상기 플록형성모듈 내에서 일어나는 플록형성기작(Flocculation mechanism)은 각기 다른 특성을 가지고 있으므로 플록을 점차 크게 만들어야 한다는 원칙에 부합되도록 배치한다.
Details of the implementation of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 6. As illustrated in FIG. 1, the floc forming paper 1, which is the overall structure of the present invention, includes a filtration floc forming module 2, a wet stir floc forming module 3, an upward laminar flow floc forming module 4, and a mechanical type. It is configured by selectively combining the stirring floc forming module (5). The floculation mechanism occurring in the floc forming module has different characteristics and is arranged in accordance with the principle of making the floc gradually larger.

여과식플록형성모듈(2)은 필터스펀지, 스펀지, 모래, 안스라사이트, 입상활성탄, 인공경량사, 폴리에틸렌 펠렛, 에이비에스수지 펠렛, 부직포, 섬유사, 극세사 직물, 폴리에스터솜, 목화솜, 초극세사섬유, 다겹방충망 등 다양한 여재 중 하나 또는 둘 이상을 조합하여 구성한다. 일반적인 수처리용 여과지에서와 같이 미세입자의 여재표면에의 부착 및 탈착, 여재 공극에서의 억류 및 이탈이 반복되면서 점진적 파과(Breakthrough)가 진행된다. 깨끗한 여과수를 얻고자하는 여과지에서는 파과에 따른 수질 저하시 역세척(Backwashing)을 수행하여 여재 내에 억류된 플록(Floc)을 세척하고 다시 여과를 진행하지만, 본 발명의 여과식플록형성모듈(2)에서는 플록의 제거가 목적이 아니라 미세입자를 플록으로 형성시키면서 파과를 유도하는 것이 목적이다. 따라서, 여재의 공극이 너무 작거나 또는 여재의 입경이 너무 작은 경우, 그리고 여재층의 두께가 너무 크면 플록의 파과 이전에 플록에 의한 공극의 막힘현상으로 손실수두가 과대해져 구조물의 높이가 증가하게 되므로 바람직하지 않다.
The filter-type floc forming module (2) includes: filter sponge, sponge, sand, anthracite, granular activated carbon, artificial lightweight yarn, polyethylene pellets, ABS resin pellets, nonwoven fabric, fiber yarn, microfiber fabric, polyester cotton, cotton wool, Composed of one or two or more of a variety of media such as microfiber, multi-layered insect screen. As in the general filter paper for water treatment, gradual breakthrough proceeds as the fine particles are attached and detached to the media surface, the detention and separation from the media pores are repeated. In the filter paper to obtain clean filtered water, backwashing is performed when the water quality decreases due to breakthrough to wash the flocs retained in the filter medium, and then perform filtration again. However, the filtered floc forming module (2) of the present invention. Is not intended to remove flocs, but to induce breakthrough while forming fine particles into flocs. Therefore, if the gap of the media is too small or the particle size of the media is too small, and the thickness of the media is too large, the loss head becomes excessive due to clogging of the void by the floc before the breakage of the floc, resulting in an increase in the height of the structure. This is undesirable.

이러한 문제점을 극복하기 위해 여재층의 두께는 5~20cm 정도면 충분하며 상향류의 경우 여과식플록형성모듈(2)의 아래쪽에는 공극이 작은 여재를 그리고 위쪽에는 공극이 상대적으로 큰 여재를 조합하여 배치함으로써 미세입자의 부착효율을 증대시킴과 동시에 여과식플록형성모듈(2)을 상향으로 통과하는 동안 더 큰 플록(Floc)이 형성될 수 있도록 할 수 있다.
In order to overcome this problem, the thickness of the media layer is sufficient to be about 5 to 20 cm, and in the case of upflow, the media having a small pore at the bottom of the filtration floc forming module 2 is combined with a media having a relatively large pore at the top. The arrangement may increase the adhesion efficiency of the fine particles and at the same time allow a larger floc to be formed while passing upward through the filtered floc forming module 2.

우류식교반플록형성모듈(3)은 하나 또는 둘 이상의 단위우류식교반플록형성모듈(9)로 구성된다. 도 2에 나타낸 바와 같이 단위우류식교반플록형성모듈(9)의 구조는 처리대상수 유입부 쪽은 열려있고 유입부 반대쪽은 벽면형태로 막혀있으며, 옆면(육면체를 사용할 경우 4개면)은 부분적으로 열려있는 다면체형 또는 절단파이프형 등의 구조를 가짐으로써 처리대상수가 다음 단위우류식교반플록형성모듈(9)이나 다음단계의 플록형성모듈(4,5)로 흐르는 통로역할을 하게 된다. 즉, 유입부에서 빠른 유속으로 단위우류식교반플록형성모듈(9) 내로 진입한 처리대상수는 1차적으로 벽면에 부딪히면서 와류(Eddy)가 형성되고 이 과정에서 교반이 일어나 입자간의 충돌을 유발하게 되고 플록이 형성된 후 옆면을 통하여 빠져나가는 구조이다.
The storm stirring floculation module 3 is composed of one or more unit storm stirring floculation modules 9. As shown in FIG. 2, the unit flow type stirring floc forming module 9 has a structure in which the inflow side of the water to be treated is open and the opposite side of the inflow portion is blocked in a wall form, and the side surface (four sides when using a cube) is partially. By having a structure such as an open polyhedron or a cut pipe type, the object to be treated serves as a passage that flows to the next unit flow type stirring floc forming module 9 or the next floc forming module 4 and 5. That is, the treated object water entering the unit flow type stirring floc forming module 9 at a high flow rate at the inlet part first hits the wall and forms eddy currents, and agitation occurs in this process to cause collision between particles. It is a structure that exits through the side after the floc is formed.

도 3에 나타낸 바와 같이 우류식교반플록형성모듈(3)에서 단위우류식교반플록형성모듈(9)을 여러 층으로 구성하면 플록형성이 매우 효과적이다. 처리대상수가 처음 유입되는 층의 단위우류식교반플록형성모듈(9)간의 간격은 좁게 하고 단위우류식교반플록형성모듈(9)의 높이는 작게 하며, 흐름방향의 다음 층으로 갈수록 상기 간격을 넓게 하고 상기 높이를 크게 함으로써 흐름방향의 뒤쪽으로 갈수록 처리대상수의 모듈 내 실제유속, 와류형성정도와 교반강도를 점진적으로 작아지도록 함으로써 흐름이 진행될수록 기 생성된 플록이 깨지지 않도록 한다. 이는 도 6에서와 같은 수평류식플록형성모듈에서도 동일하다.
As shown in FIG. 3, when the unit type stirring floc forming module 9 is composed of multiple layers, the floc forming is very effective. The gap between the unit flow type stirring floc forming module 9 of the layer into which the treated water is first introduced is narrowed and the height of the unit flow type stirring floc forming module 9 is made small, and the gap is widened to the next layer in the flow direction. By increasing the height, the actual flow rate, vortex formation degree, and agitation strength in the module of the water to be treated gradually decrease toward the rear of the flow direction, so that the generated floc is not broken as the flow progresses. The same applies to the horizontal flow floc forming module as shown in FIG. 6.

도 1과 도 5에 나타낸 바와 같이 상향층류식플록형성모듈(4)은 플록형성지 내의 빈공간의 일정거리를 처리대상수가 상향류로 흐르면서 플록의 크기나 밀도의 차이에 따른 상승속도 차이에 의해 충돌을 일으켜 플록이 커지는 원리를 이용한 것이다. 입자나 플록의 침강속도는 질량에 비례하므로 큰 플록일수록 침강속도는 빠르게 된다. 본 발명의 상향층류식플록형성모듈(4)에서는 상향류로 흐르기 때문에 작은 플록의 상승속도는 빠르게 되고 큰 플록의 상승속도는 느리게 되는 특징이 있다. 도 4에는 플록의 상승속도 차이에 따른 충돌과 플록형성과정을 나타내었다.
As shown in FIGS. 1 and 5, the upstream laminar flow floc forming module 4 has a predetermined distance of a vacant space in the floc forming region due to the difference in ascending speed according to the difference in the size or density of the floc as the object flows upward. It is based on the principle that the floc will increase due to the collision. The settling velocity of particles or flocs is proportional to the mass, so the larger the floc, the faster the settling velocity. In the upward laminar flow floc forming module 4 of the present invention, the rising speed of a small floc is increased and the rising speed of a large floc is slow because it flows upward. 4 shows the collision and floc formation process according to the difference in the ascending speed of the floc.

도 1, 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이 기계식교반플록형성모듈(5)은 속도조절이 가능한 모터에 수직축 또는 수평축이 연결되고 패들(Paddle)을 포함한 다양한 형태의 교반기가 수직 또는 수평으로 구성된다. 교반기가 회전하면서 교반강도(G값)를 유발하고 입자간의 충돌이 일어나 플록이 형성된다.
As shown in FIGS. 1, 5 and 6, the mechanical stirring floc forming module 5 has a vertical or horizontal axis connected to a speed adjustable motor, and various types of agitators including paddles are configured vertically or horizontally. . As the stirrer rotates, it induces agitation strength (G value) and collisions between particles form flocs.

다음은 여과식플록형성모듈(2), 우류식교반플록형성모듈(3), 상향층류식플록형성모듈(4), 기계식교반플록형성모듈(5)의 바람직한 조합 및 배치에 대하여 기술한다. 먼저, 여과식플록형성모듈(2)에 대하여 플록형성기작에 기초하여 기술한다. 모든 미세입자는 여재 내의 공극을 반드시 통과해야 하므로 미세입자간의 충돌 효율은 우수한 반면 공극크기 등의 제한으로 인하여 아주 큰 플록을 형성하는 데는 한계가 있다. 따라서, 혼화지로부터 유입되는 맨 첫 단계에 여과식플록형성모듈(2)을 배치하는 것이 바람직하다. 우류식교반플록형성모듈(3)은 단위우류식교반플록형성모듈(9)의 크기, 개수, 층수 그리고 형성시키고자 하는 플록(Floc)의 크기를 자유롭게 조절할 수 있으므로 단독 또는 타 플록형성모듈과 조합(하이브리드)하여 사용할 수 있다.
The following describes the preferred combination and arrangement of the filtration floc forming module 2, the stirrer floc forming module 3, the upflow laminar floc forming module 4, and the mechanical stir floc forming module 5. As shown in FIG. First, the filtration floc forming module 2 will be described based on the floc forming mechanism. Since all the fine particles must pass through the pores in the media, the collision efficiency between the fine particles is excellent, but there is a limit to forming a very large floc due to the limitation of the pore size. Therefore, it is preferable to arrange the filtration floc forming module 2 at the first stage flowing from the mixed paper. The stirrer-type floc forming module 3 can freely adjust the size, number, number of layers and the size of the floc to be formed. (Hybrid) can be used.

상향층류식플록형성모듈(4)은 층류(Laminar flow)라는 흐름 특성상 입자간의 충돌 효율은 상대적으로 낮은 편이므로 플록형성지 내에서 수위유지 등을 위한 빈공간이 있을 경우 적용하면 플록형성에 기여할 수 있다.
Since the collision efficiency between particles is relatively low due to the flow characteristic of laminar flow, the upward laminar flow floc forming module 4 can contribute to floc formation if there is an empty space for maintaining the water level in the floc forming area. have.

기계식교반플록형성모듈(5)은 입자간의 충돌효율은 뛰어나나 에너지가 많이 소모되므로 마지막 단계에서 최소한의 숫자로 배치하는 것이 바람직하다. 침전수질목표와 플록의 침강특성 등을 고려하여 기계식교반플록형성모듈(5)은 생략할 수 있다.
Mechanical stirring floc forming module (5) is excellent in the collision efficiency between particles but consumes a lot of energy, it is preferable to arrange the minimum number in the last step. The mechanical stirring floc forming module 5 may be omitted in consideration of the sediment quality target and the flocculation characteristics.

<실시예 1> &Lt; Example 1 >

가로 48㎝×세로 48㎝×높이 50㎝의 아크릴로 제작한 플록형성지에 폴리우레탄(PU) 재질의 입체그물망 구조를 갖는 필터스펀지(Filter sponge)를 이용하여 여과식플록형성모듈(2)을 구성하였다. 2종류의 필터스펀지 즉 공극 규격 10PPI(두께 3㎝)(Pore per Inch, 1인치당 구멍수)와 25PPI(두께 3㎝)를 복층으로 쌓아 여재층으로 하였다. 또한, 이 필터스펀지 여재층(총 6cm) 위에 가로 12cm×세로 17.5㎝×높이 5.5㎝와 가로 11cm×세로 14.5㎝×높이 5.5㎝ 두 종류의 단위우류식교반플록형성모듈(9)을 다수 배치하고 3단으로 쌓아 우류식교반플록형성모듈(3)을 형성하였다. 여과식플록형성모듈(2)이나 우류식교반플록형성모듈(3) 위로 15cm~33cm의 상향층류식플록형성모듈(4)을 형성시켜 플록형성지를 구성하였다. 처리대상수는 황토를 이용한 인공조제수를 사용하였으며 응집제와 응집보조제(pH 조절제)를 투여하고 혼화(Rapid mixing)한 후 플록형성지(1)로 유입시켰다. 이때 원수공급유량은 64.2L/min이며 플록형성지 상향류 유속은 500m3/m2/day이다. [표 1]에는 혼화지를 거친 처리대상수, 여과식플록형성모듈+상향층류식플록형성모듈, 그리고 여과식플록형성모듈+우류식교반플록형성모듈+상향층류식플록형성모듈을 통과하여 플록이 형성된 물을 각각 샘플링하여 8분간 침전실험한 결과를 나타내었다. 플록형성지를 거치지 않은 혼화지 유출수의 침전제거율은 27.8%에 불과하나 3개의 플록형성모듈을 조합한 플록형성지(하이브리드) 유출수에 대한 침전제거율은 78.1%로 크게 증가함을 보였으며 실험실규모보다 큰 실제 플랜트에서 단위우류식교반플록형성모듈의 층수를 높게 할 경우 침전제거율의 증가는 자명하다. 본 실험에서의 플록형성시간(총 체류시간)은 1.44분에 불과하여 종래 기술에서의 플록형성시간 20~40분에 비하여 획기적으로 감소하였음이 입증되었다. The filter-type floc forming module 2 is constructed by using a filter sponge having a three-dimensional mesh structure made of polyurethane (PU) on a floc forming sheet made of acrylic having a width of 48 cm x 48 cm x 50 cm. It was. Two kinds of filter sponges, namely pore size 10 PPI (3 cm thick) (Pore per Inch, hole per inch) and 25 PPI (3 cm thick) were stacked in multiple layers to form a filter layer. In addition, a plurality of unit flow type stirring floc forming modules 9 are arranged on the filter sponge filter media layer (6 cm in total), 12 cm x 17.5 cm x 5.5 cm and 11 cm x 14.5 cm x 5.5 cm. Stacked in three stages to form a wet stirring floc forming module (3). A floc forming paper was formed by forming an upward laminar flow floc forming module 4 of 15 cm to 33 cm above the filtration floc forming module 2 or the wet stir floc forming module 3. The water to be treated was artificial artificial water using ocher, mixed with a flocculant and a coagulant (pH regulator), and mixed (Rapid mixing), and flowed into floc forming paper (1). At this time, the raw water supply flow is 64.2L / min and the flow rate of upflow of the floc forming land is 500m 3 / m 2 / day. [Table 1] shows the number of floes that have passed through the mixed paper, filtered floc forming module + upflow laminar floc forming module, and filtered floc forming module + upstream stir floc forming module + upflow laminar floc forming module. The water formed was sampled for 8 minutes and the result of precipitation experiment was shown. The sediment removal rate of mixed effluent without floc formation was only 27.8%, but the sediment removal rate of the floc effluent (hybrid) effluent combined with three floc formation modules increased to 78.1% and was larger than the laboratory scale. In practice, increasing the number of layers of unit-flow stirred floc forming modules in the plant is obvious. The flocculation time (total residence time) in this experiment was only 1.44 minutes, which proved to be significantly reduced compared to the floculation time of 20-40 minutes in the prior art.

시간(min)Time (min) 혼화 후After mixing 여과식플록형성모듈+상향층류식플록형성모듈 통과 후After passing the filtered floc forming module + upflow laminar floc forming module 여과식플록형성모듈+우류식교반플록형성모듈+상향층류식플록형성모듈 통과 후After passing through the filtered floc forming module + flow stirring floc forming module + upward laminar flow floc forming module 탁도(NTU)Turbidity (NTU) 탁도(NTU)Turbidity (NTU) 탁도(NTU)Turbidity (NTU) 00 12.512.5 10.610.6 10.310.3 1One 12.512.5 9.179.17 7.587.58 22 12.312.3 7.657.65 7.357.35 33 11.511.5 6.746.74 5.995.99 44 11.411.4 5.605.60 5.305.30 55 11.111.1 5.475.47 4.394.39 66 10.510.5 5.065.06 3.053.05 77 9.069.06 4.924.92 2.972.97 88 9.039.03 4.824.82 2.262.26 8분 침전제거율
(수면하 4cm 지점)
8 minutes precipitation removal rate
(4cm below the surface)
27.8%27.8% 54.5%54.5% 78.1%78.1%

1 : 플록형성지
2 : 여과식플록형성모듈(필터스펀지, 안스라사이트, 극세사 등으로 조합)
3 : 우류식교반플록형성모듈 4 : 상향층류식플록형성모듈
5 : 기계식교반플록형성모듈(수직축, 패들형, 완속교반)
6 : 정류벽 7 : 패들(Paddle)
8 : 여재층 지지구조물 9 : 단위우류식교반플록형성모듈
1: floc forming paper
2: Filtered floc forming module (combined by filter sponge, anthracite, microfiber, etc.)
3: Upstream Stir Flock Forming Module 4: Upflow Laminar Flock Forming Module
5: Mechanical Stir Flocking Module (Vertical Shaft, Paddle Type, Slow Stirring)
6: rectifying wall 7: paddle
8: support layer support structure 9: unit flow type stirring floc forming module

Claims (7)

  1. 플록형성지 내에 여과식플록형성모듈과 우류식교반플록형성모듈 중 하나 또는 둘을 형성함과 동시에 상향층류식플록형성모듈 또는 기계식교반플록형성모듈을 추가적으로 형성하여 플록형성시스템을 구성하고, 상기 플록형성시스템을 처리대상수가 통과함에 따라 처리대상수에 함유된 미세입자의 플록화를 촉진시키면서 플록이 점차 커지도록 하는 플록형성지.A floc forming system is formed by forming one or two of a filtration floc forming module and a stirrer stirring floc forming module in the floc forming paper, and additionally forming an upward laminar floc forming module or a mechanical stirring floc forming module. A floc forming paper which allows the floc to gradually increase as the water passing through the forming system promotes the flocculation of the fine particles contained in the water to be treated.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 여과식플록형성모듈은 필터스펀지, 스펀지, 모래, 안스라사이트, 입상활성탄, 인공경량사, 폴리에틸렌펠렛, 에이비에스수지 펠렛, 부직포, 섬유사, 극세사직물, 폴리에스터솜, 목화솜, 초극세사섬유, 다겹 방충망과 같은 여재 중 하나 또는 둘 이상을 조합하여 구성하며, 처리 대상수가 상기 여과식플록형성모듈을 통과할 때 처리대상수에 함유된 미세입자가 상기 여재 표면에 부착 및 탈착을 반복하고, 여재 공극에서 억류 및 이탈을 반복하면서 플록화가 촉진되고 플록의 크기가 점차 커지도록 하는 것을 특징으로 하는 플록형성지.
    The method of claim 1,
    The filter-type floc forming module is a filter sponge, sponge, sand, anthracite, granular activated carbon, artificial lightweight yarn, polyethylene pellets, ABS resin pellets, nonwoven fabric, fiber yarn, microfiber fabric, polyester cotton, cotton wool, ultra-fine fiber Composed of one or two or more of the media, such as a multi-layer screen, and when the treated water passes through the filter-type floc forming module, the fine particles contained in the water to be treated are repeatedly attached to and detached from the surface of the filter medium, A floc forming paper, characterized in that flocking is promoted and the floc gradually increases in size while repeating detention and escape from the media gap.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 우류식교반플록형성모듈은 하나 또는 둘 이상의 단위우류식교반플록형성모듈로 구성되며, 상기 단위우류식교반플록형성모듈은 처리대상수 유입부 쪽은 열려있고 유입부 반대쪽은 막혀있는 벽면으로 구성되며 옆면은 처리대상수가 다음 단위우류식교반플록형성모듈이나 다음 단계의 플록형성모듈로 흐르는 통로가 되도록 부분열림 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 플록형성지.
    The method of claim 1,
    The wet stir flock forming module is composed of one or more unit wet stir flock forming modules, and the unit flow stir flock forming module is composed of a wall surface in which an inflow side of the water to be treated is opened and the opposite side of the inflow portion is blocked. The side surface is a floc forming paper, characterized in that it has a partially open structure so that the water to be treated flows into the next unit flow type stirring floc forming module or the floc forming module of the next step.
  4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 우류식교반플록형성모듈의 단위우류식교반플록형성모듈에 처리대상수가 유입되면 단위우류식교반플록형성모듈의 유입부 반대쪽 벽면에 부딪히면서 와류가 형성되고 교반이 일어나면서 입자간에 충돌을 유발시켜 플록이 형성된 후 단위우류식교반플록형성모듈의 옆면을 통하여 단위우류식교반플록형성모듈을 빠져나가는 구조적 특징을 갖는 플록형성지.
    The method according to claim 1 or 3,
    When the water to be treated flows into the unit-type stirring floc forming module of the wet-type stirring floc-forming module, it hits the wall opposite to the inlet of the unit-type stirring floc-forming module and forms a vortex and causes stirring to cause collision between particles. A floc forming paper having a structural feature exiting the unitary agitation floc forming module through the side surface of the unitary agitation floc forming module after the formation.
  5. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 우류식교반플록형성모듈의 단위우류식플록형성모듈을 여러층으로 구성함에 있어서, 처리대상수가 처음 유입되는 층의 단위우류식교반플록형성모듈간의 간격은 좁게 하고 단위우류식교반플록형성모듈의 높이는 작게 하며, 흐름방향의 다음 층으로 갈수록 단위우류식교반플록형성모듈간의 간격을 넓게 하고 단위우류식교반플록형성모듈의 높이를 크게 함으로써 흐름 방향의 뒤쪽으로 갈수록 처리대상수의 모듈 내 실제 유속, 와류형성 정도 및 교반 강도가 작아지도록 하는 구조적 특징을 갖는 플록형성지.
    The method according to claim 1 or 3,
    In constructing the unit flow type floc forming module of the flow type stirring floc forming module in multiple layers, the interval between the unit flow type stirring floc forming modules of the layer into which the water to be treated first flows is narrowed and the unit flow type stirring floc forming module is formed. The height is small, and the distance between the unit flow type stirring floc forming modules is increased to the next layer in the flow direction, and the height of the unit flow type stirring floc forming module is increased to increase the height of the unit flow type stirring floc forming module. A floc forming paper having structural features such that the degree of vortex formation and the stirring strength are reduced.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 상향 층류식 플록형성모듈은 플록형성지 내 빈공간의 일정거리를 처리대상수가 상향류로 흐르면서 플록의 크기나 밀도의 차이에 따른 상승속도 차이에 의해 충돌을 일으켜 플록이 커지는 구조적 특징을 갖는 플록형성지.
    The method of claim 1,
    The upflow laminar flow floc forming module has a structural feature in which the floc grows due to a difference in ascending speed according to the difference in size or density of the floc as the object flows upward through a predetermined distance of the empty space in the floc forming region. Formation.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 기계식교반플록형성모듈은 속도조절이 가능한 모터와 수평축 또는 수직축 교반기로 구성됨을 특징으로 하는 플록형성지.
    The method of claim 1,
    The mechanical stirring floc forming module is a floc forming paper, characterized in that consisting of a motor capable of adjusting the speed and the horizontal axis or vertical axis stirrer.
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