KR100991115B1 - 부유법에 의한 수처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 부유법에 의해 물을 처리하기 위한 장치에 관한 것이며, 상기 장치는 가압-감압 시스템(11)에 의해 만들어진 미세 기포들과 혼합되는 응집된 원수(flocculated raw water)가 안내되는 부유 셀(flotation cell)(10)로 구성되는 부유 장비를 포함하며, 상기 셀은 부유 셀의 표면이 처리할 물의 동일하고 균일한 흐름과 교차되는 방식으로 설계되는 천공된 수집 장치(perforated collection device)(13)를 구비한다. 본 발명의 장치는 그 하부 부분이 천공된 수집 장치(13)로부터 소정 거리(h)에 위치되는 방식으로 부유 셀내에 배치되는 포획 모듈들(capture module)(14)을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 거리는 천공된 수집 장치에 의해 형성되는 균일한 분배(distribution)의 어떤 방해도 회피되도록 결정된다.
부유 셀, 가압 해제 시스템, 원수, 양수 장치, 포착 모듈, 전달 모듈

Description

부유법에 의한 수처리 장치{Installation for treating water by flotation}
본 발명은 원수(raw water)가 도입된 부유 셀(flotation cell)을 포함하는 수처리 장치에 관한 것이며, 원수는 먼저 응집되고(flocculated), 그 후에 원수 내에 함유된 현탁 물질(suspended matter)이 압력 해제로 인한 미세 기포들(microbubbles)에 의해 혼입되어(entrained) 셀 내에 함유된 액체의 표면에서 방출되도록 가압되고 압력 해제되는 물과 혼합되며, 처리된 물은 상기 셀의 하부를 통해 배출된다.
상향류(upward current)에서 응집된 원수를 가압 해제 시스템에 의해 전달되는 가압된 물과 혼합하기 위한 응집 존(flocculation zone)과, 상부 부분에서 원수에 함유되고 미세 기포들에 의해 표면으로 보내진 현탁 물질이 방출되고, 하부 부분에서 부유 존의 전체 표면이 정화된 액체에 대해 균일하고 동일한 유동 흐름(flow stream)을 나타내도록 천공된 양수 장치(uptake device)(예를 들면, 밀봉 조립체, 채집기 등을 갖거나 또는 갖지 않는 중간층(intermediate floor))를 구비하는 부유 존(flotation cell)을 포함하는 상술한 형태의 장치는 공지되어 있다(EP-A 0 659 690호).
이러한 종래 기술에서, 양수 장치에 제공된 천공부들(perforations)은 셀의 최초단부(처리되는 원수가 이를 통해 유입되는 단부)에서 보다 셀(10)의 최종단부 (즉, 정화된 액체가 이를 통해 나가는 단부)에서 더 작은 치수를 갖고, 또는 천공부들을 분리하는 갭들(gaps)은 초기 단부로부터 최종 단부를 향해 증가한다. 양수 장치의 레벨에 비대칭(dissymmetry)을 야기하는 이러한 상이한 분포의 천공부들에 의해서, 부유 존의 이러한 양수 장치에 의해 생기는 흐름 저항(folw resistance)은 그 최초 단부에서보다 이러한 존의 최종 단부에서 더 크고, 흐름 저항은 상기 존의 최초 단부를 향해 감소한다. 따라서, 부유 존의 전체 표면은 처리되는 물의 동일하고 균일한 흐름에 의해 교차된다.
이러한 형태의 장치의 일 특징은 두꺼운 미세 기포층(bed of microbubbles)의 형성에 있으며, 미세 기포층 내에서 응집이 두 단계, 즉 먼저 응집 존에서 그 다음에 부유 존에서 발생하기 때문에, 미세 기포들로 인한 상당한 접촉 질량에 의해, 현탁 물질의 부유법에 의한 분리를 또한 제공한다. 따라서, 난류 응집(turbulent flocculation)으로 불릴 수 있는 것이 제공된다: 기포층은 i) 처리 속도를 증가시킬 수 있고, ii) 응집된 미립자들의 응집 및 포착을 개량할 수 있다.
종래 기술에 따른 이러한 장치들에서, 처리 속도가 높거나 또는 처리할 원수가 매우 차가울 때, EP-A-0-659-690호에 따른 부유 셀을 사용하면 처리된 물에서 기포들이 혼입된다. 매우 높은 속도에서, 이러한 기포들의 존재는 부유 셀의 출구에서의 탁도(turbidity)의 증가에 기여한다. 이러한 결점에 부가하여 부유 셀의 출구에 다량의 기포들이 존재함으로 인해, 상기 장치가 식수 제조용일 때에 하류측에 위치된 필터(예로서 모래/무연탄(anthracite) 필터)로부터의 산출량이 감소될 수 있다.
본 발명은 고속 및/또는 매우 낮은 온도에서의 수처리에 관한 문제들을 해결할 목적으로, 상술한 종래 기술에 따른 부유법에 의한 수처리 장치의 개량 자체를 목적으로 한다.
결과적으로, 본 발명의 과제는 가압-감압 시스템에 의해 만들어진 미세 기포들과 혼합되는 응집된 원수가 유입되며, 처리되는 물의 동일하고 균일한 흐름에 의해 부유 셀의 표면이 교차되도록 설계되는 천공된 양수 장치를 구비하는 부유 셀로 구성된 부유 설비를 포함하는 부유법에 의한 수처리 장치이며, 상기 장치는 그 하부 부분이 천공된 양수 장치로부터 거리에 위치되도록 부유 셀에 배치되는 포착 모듈들(평행 또는 교차 유체(hydraulic) 흐름을 갖는 "박판 모듈(lamellar module)" 형태 또는 "전달 모듈(transfer module)" 형태)을 포함하고, 상기 거리는 상기 양수 장치에 의해 형성된 균일한 분포의 어떤 방해도 회피하도록 결정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 포착 모듈들의 하부 부분으로부터 양수 장치의 표면을 분리하는 거리는 특히 부유 장치의 형상(geometry), 통과 유속, 및 처리되는 원수의 온도에 따라 결정된다.
본 발명의 적합한 실시예에 따르면, 이러한 거리는 0.05 내지 1 미터, 적합하게는 0.15 내지 0.60 미터이다.
박판 모듈들을 포함하는 부유 장치들이 공지되어 있다. 따라서, WO 97/20775호는 부유 셀 내에서의 속도를 증가시키기 위해 그 위에 박판 모듈들이 배치된 층(floor)을 포함하는 부유 장치를 설명한다. 이러한 종래 기술에서, 층에 제공된 개구들을 균질하게 분포시키고, 또한 박판 모듈들이 이 층에 부착될 필요가 있다. 또한, WO 00/43320호에서, 고정되거나 회전하는 부유 셀의 층에 박판 모듈들이 부착되는 유사한 장치를 발견할 수 있다. 상술한 바와 같이, EP-A-0 659 690호에는, 부유 셀에서 양수 장치를 사용하며, 그 안에 천공부들이 만들어지고 이 양수 장치의 레벨에 비대칭이 발생하도록 배치되어, 부유 셀의 전체 표면에 걸쳐 처리되는 물의 동일하고 균일한 흐름을 얻을 수 있다. 본 발명의 소유자는 매우 놀랍게도 본 기술 분야에 숙련된 자들에게 포착 모듈들이 천공된 양수 장치로부터 소정의 거리에 위치된다면 부유 셀의 전체 표면에 걸쳐 이러한 동일하고 균일한 흐름이 포착 모듈들의 존재에 의해 방해되지 않는다고 언급했다.
본 발명의 다른 특징 및 장점들은 본질적으로는 어떠한 방식으로도 제한하지 않는 실시예들을 도시한 첨부된 도면들을 참조하여 하기에 주어진 설명으로부터 나타날 것이다.
도 1은 평행류 박판 모듈들(parallel-flow lamella modules)을 구비한, 본 발명의 일 실시예에 따른 부유 설비의 개략적인 수직 종단면도.
도 2는 모듈에 의해 커버된 표면의 반만이 도시된 도 1의 평면도.
도 3은 교차류 전달 모듈들(cross-flow transfer modules)을 사용한 본 발명의 다른 실시예를 도시한 도 1과 유사한 도면.
도 4는 도 3에 도시된 실시예가 사용된 교차류 전달 모듈의 작동 원리를 도 시한 개략적인 도면.
먼저 도 1 및 도 2를 참조하면, EP-A-0 659 690호에 따르며 본 발명에 따라 개선된 부유 셀(flotation cell)이 도시되어 있다.
전체적으로 도면 부호 10으로 표기된 이러한 부유 셀은 개략적으로 도면 부호 11로 표시된 가압 해제 시스템에 의해 전달되는 가압된 물과 혼합된 원수(row water)를 수용한다. 원수내에 함유되고 가압 해제 시스템(11)에 의해 만들어진 미세 기포들에 의해 표면으로 보내지는 현탁 물질(suspended matter)은 슈트(chute)(12)를 통해 셀(10)의 상부 부분에서 방출된다. 그 하부 부분에서, 셀은 천공부들(perforations)을 갖는 양수 장치(13)로 구성된 처리된 물의 양수용 시스템을 포함한다. 상술한 바와 같이, 이 천공부들은 셀의 최초 단부에서보다 셀(10)의 최종 단부에서 더 작은 치수를 갖고, 또는 천공부들을 분리하는 갭들은 초기 단부로부터 최종 단부를 향해 증가한다.셀의 최초 단부에서보다 셀(10)의 최종 단부에서 더 작은 치수를 갖고, 이러한 배치는 부유 셀의 전체 표면에 걸쳐 동일하고 균일한 흐름을 보장하는 양수 장치(13)의 레벨에 비대칭을 만든다.
본 발명에 따르면, 이러한 셀은 천공된 양수 장치(13) 위에 배치된 포착 수단을 구비하고, 그 하부 부분은 이 장치로부터 소정의 거리에 배치되며, 이러한 거리는 천공된 양수 장치에 의해 설정된 처리될 물의 균일한 분포에 대한 어떤 방해도 회피하도록 결정된다.
도 1 및 도 2에 예시된 실시예에서, 이들 포착 수단은 본 기술 분야에 숙련된 자들에게 공지된 평행 박판들 또는 튜브들을 갖는 포착 모듈들(14)의 형태로 제 조된다. 예를 들면, 이들 모듈은 WO 97/20775호에 설명된 형태일 수 있고, 예로서 관형, 6각형 또는 다른 프로파일과 수평면에 대해 60°의 배향을 가질 수 있다. 이들 포착 모듈은 특정 방향으로 처리될 흐름을 배향시킨다.
도 2에, 모듈들(14)에 의해 반만이 커버된 표면이 도시되어 있다.
양수 장치(13)의 표면을 포착 모듈(14)의 하부 부분으로부터 분리하는 거리(h)는 특히 부유 장치의 형상(geometry), 통과 유속, 및 처리되는 물의 온도에 따라 결정된다. 예를 들면, 이러한 거리는 0.05 내지 1 미터, 적합하게는 0.15 내지 0.60 미터로 지시될 수 있다.
모듈들(14)의 높이(또는 두께)(E)는 작동 속도 및 포착 모듈들의 "투영 면적(projected area)"에 대한 함수에 따라 선택된다. 이러한 높이는 0.10 내지 1 미터, 바람직하게는 0.2 내지 0.70 미터로 변할 수 있다. 정확한 차단(cut-off)을 얻기위해, 주어진 적용례들 및 예상된 속도(20 내지 60 m/h 정도)에서, 모듈들의 투영 면적(즉, 포착 존의 유효 면적, 또한 분리/축적 존으로도 불림)은 모듈들을 구비한 부유 장치 표면의 단위 면적 m2당 2 내지 20 m2이다.
도 3 및 도 4에 도시된 실시예에서, 포착 수단은 전달 모듈들(15)의 형태로 제조되고, 또한 그 제품은 도 1 및 도 2에 도시된 것과 동일하다. 그러한 전달 모듈들, 일반적으로 비선형류 전달 모듈들은 도 4에 개략적으로 도시되어 있다. 통상적으로 기체-액체 전달, 오일/물 분리 등을 개량하는데 사용되는, "브렌우드 CF(Brentwood CF)" 또는 "문터즈 FB 10(Munters FB 10)" 모듈들이 특히 사용될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 이들은 처리될 물의 두 순환 방향을 조합할 수 있게 하며, 이는 모듈들내의 난류(turbulence)를 증가시키고 미세 기포들의 합체(coalescence)를 촉진시킨다.
비교 실시예들이 하기에 주어져 있으므로, 종래 기술에 대해 본 발명에 의해 제공되는 장점들 및 기술적 효과들을 나타낼 수 있다.
예 1:
EP-A-0 659 690호에 따라 원수 처리용 장비에 대해 테스트가 실시되었다. 이들 테스트는 매우 고속(40 m3/m2.h)인 냉수에서, 즉 0.1 내지 1.0℃의 온도에서 실시되었다. 이들 테스트 중에, 부유 셀의 양수 장치를 통해 상당한 양의 기포들의 혼입이 관찰되었으며, 이는 물론 바람직하지 않다. 처리된 물에 혼입된 공기의 양은 모래/무연탄 필터에서 이러한 물의 후속 여과와 관련하여 문제가 된다. 여과 사이클의 지속 시간이 다량의 기포들로 인해 매우 짧아져, 여과 매체내에 공기 색전(air embolisms) 현상이 발생하여, 그 결과 필터의 수두 손실(head lose)을 증가시키고 그 성능을 감소시킨다.
또한, 부유 셀에서 매우 고속으로 처리된 물에 기포들이 존재하면, 고체 현탁 물질을 혼입하는 부작용을 가지며, 이는 처리된 물의 탁도(turbidity)를 증가시킨다. 또한, 탁도의 증가가 하류측에 위치된 필터에 여과 사이클의 감소를 일으킬 수 있기 때문에, 상기 장치의 성능 손실은 바람직하지 않다.
이러한 공지된 장치를 사용하여, 하기 표에 요약된 성능 특징들이 얻어졌다:
부유 속도
m3/h/m3 		물 온도
(℃)		 셀 출구 탁도
NTU		 필터 속도
m/h		 여과 지속시간
시간

40
0.2
2.5
10
12
이들 테스트 결과들은 이러한 공지된 장치가 상술한 조건 하에서 물을 처리하는데 적합하지 않음을 확인시켜 준다.
예 2:
평행한 박층들(lamellae)(높이 30cm, 수평면에 대해 60°경사짐)로 구성되고 부유 셀의 양수 장치에 접합된 박판 모듈들(lamellar modules)을 구비한, EP-A 0 659 690호에 따른 동일한 장치로 동일한 특징들을 갖는 물로 다른 테스트가 실시되었다. 이들 테스트는 매우 열악한 결과들을 보여주며, 물의 탁도 및 부유 셀 출구에서의 기포들의 밀도에서 뚜렷한 증가를 나타내었다. 이로부터 비대칭적인 물 출구 홀들의 분포를 갖는 천공된 양수 장치의 존재는 모듈의 하부 표면이 이러한 양수 장치의 표면의 바로 위에 있는 박판 침전(settling) 모듈들을 사용하는 것에 적합하지 않다고 결론지어진다. 이러한 배치는 부유 분리조(flotation tank)의 전체 표면에 걸쳐 동일하고 균일한 흐름을 얻을 수 없게 하며, 이러한 특성은 고속에서 효과적인 부유법을 얻기 위해 중요하다. 이들 테스트는 수질의 뚜렷한 감소를 나타낸다.
하기의 표는 이러한 장치를 사용하여 얻어진 결과들을 요약한 것이다.
부유 속도
m3/h/m3 		물 온도
(℃)		 셀 출구 탁도
NTU		 필터 속도
m/h		 여과 지속시간
시간

40
0.3
4.5
10
6
이 시험 결과들은 이러한 장치 구성이 적합하지 않음을 확인시켜준다.
예 3(본 발명):
동일한 처리 조건 및 동일한 물 특징들 하에서, 예 2에서 설명된 장치를 사용하여 테스트가 다시 실시되었으며, 예 2에서 수정된 한가지는 도 1 및 도 2에 따른 양수 장치로부터 30cm 위에 박판 모듈들의 하부 부분을 배치하는 것으로 구성된 것이다. 이들 테스트는 예상된 것보다 훨씬 뛰어난 결과들을 얻을 수 있었다. 박판 모듈들의 출구에서, 물내에서의 기포들의 농도는 포착 및 박판상의 이들 기포들의 합체로 인해 상당히 감소되었다. 더욱이, 소정 양의 현탁 물질이 박판 및 합체된 기포들에 의해 포착되었다. 따라서, 혼입되는 공기의 양이 감소됨에 따라, 탁도의 감소가 얻어졌다. 이들 테스트에서 얻어진 결과들이 하기의 표에 요약되어 있다:
부유 속도
m3/h/m3 		물 온도
(℃)		 셀 출구 탁도
NTU		 필터 속도
m/h		 여과 지속시간
시간

40
0.2
1.0
10
18
처리된 물의 탁도는 1 NTU임을 알 수 있을 것이며, 이는 예 1 및 예 2에서 얻어지는 2.5 및 4 NTU 값과 비교되어야 한다; 유사하게, 여과 지속시간(하류측 필터가 막히기 전까지)이 예 1 및 예 2에서의 12 및 6시간 대신에 여기서는 18시간이다.
예 4(본 발명):
도 3 및 도 4를 참조하여 상술된 장치, 즉 부유 셀이 천공된 양수 장치의 레벨의 30cm 위에 모듈의 하부 부분이 위치된 전달 모듈들을 구비한 장치를 사용하여 테스트가 실시되었다. 이들 테스트는 우수한 결과들을 보여준다: 처리된 물에 혼입되는 공기의 양의 매우 큰 감소가 관찰되었고, 이는 장치의 성능을 현저하게 개선시킨다. 하기 표는 이들 테스트에서 얻어진 결과들을 요약한다:
부유 속도
m3/h/m3 		물 온도
(℃)		 셀 출구 탁도
NTU		 필터 속도
m/h		 여과 지속시간
시간

40
0.4
0.4
10
32
예 3 및 예 4에 대응하는 표들을 숙독하면, 종래 기술에 따른 장치들(예 1 및 예 2)과 비교해, 본 발명을 사용하여 얻어지는 결과들의 우수성을 확인할 수 있다. 또한, 예 4의 테스트 내용에서, 부유 셀의 출구에서 처리된 물의 탁도의 레벨과 타협하지 않고, 60 m3/h/m2 정도의 처리 속도를 낼 수 있고, 부유 셀의 하류측에 배치된 모래/무연탄 필터의 만족스러운 작동을 보장한다는 것을 언급할 수 있다.
물론, 본 발명은 설명 및/또는 도시한 실시예들에 제한되지 않고, 모든 변형예들을 포괄한다.

Claims (11)

  1. 응집된 원수(flocculated raw water)가 안으로 도입되어 가압 해제 시스템(11)에 의해 생성된 미세 기포들과 혼합되는 부유 셀(10)과, 천공부들이 제공된 양수 장치(perforated uptake device)(13)가 제공된 부유 셀(10)내에 배치되는 포착 모듈들(14,15)로 구성된 부유 장비를 포함하는 부유법에 의한 수처리 장치에 있어서,
    상기 양수 장치(13)내의 천공부들은 셀의 초기 단부에서보다 셀(10)의 최종 단부에서 더 작은 치수를 가지고, 또는 천공부들을 분리하는 갭은 초기 단부로부터 최종 단부를 향해 증가하며, 이러한 배치는 부유 셀의 전체 표면에 걸쳐 동일하고 균일한 흐름을 제공하는 양수 장치(13)에 비대칭을 만드며, 상기 포착 모듈들은 이 포착 모듈들의 하부 부분이 상기 천공된 양수 장치(13)로부터 일정 거리(h)에 위치되도록 배치되고, 상기 일정 거리는 상기 천공된 양수 장치에 의해 형성된 균일한 분포가 어떤 방해도 받지 않도록 결정되는 것을 특징으로 하는 부유법에 의한 수처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 포착 모듈들(14, 15)의 하부 부분으로부터 상기 양수 장치(13)의 표면을 분리하는 상기 거리(h)는 특히 부유 장치의 형상(geometry), 처리할 물의 통과 유속, 및 처리할 물의 온도에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 부유법에 의한 수처리 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 포착 모듈들(14, 15)의 하부 부분으로부터 상기 양수 장치(13)의 표면을 분리하는 상기 거리(h)는 0.05 내지 1 미터인 것을 특징으로 하는 부유법에 의한 수처리 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 포착 모듈들(14, 15)의 높이 또는 두께(E)는 상기 포착 모듈들의 작동 속도 및 투영 면적의 함수에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 부유법에 의한 수처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 높이 또는 두께(E)는 0.10 내지 1 미터인 것을 특징으로 하는 부유법에 의한 수처리 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 포착 모듈들의 상기 투영 면적, 즉 분리/축적 존의 활성 면적은 모듈들을 구비한 부유 장치 표면의 단위 면적 m2 당 2 내지 20 m2인 것을 특징으로 하는 부유법에 의한 수처리 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 포착 모듈들은 박판 형태(lamellar type)인 것을 특징으로 하는 부유법에 의한 수처리 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 포착 모듈들은 처리할 물에 두 개의 순환 방향을 제공하는 비선형류 전달 모듈 형태(15)인 것을 특징으로 하는 부유법에 의한 수처리 장치.
  9. 제 3 항에 있어서, 상기 거리(h)는 0.15 내지 0.60 미터인 것을 특징으로 하는 부유법에 의한 수처리 장치.
  10. 제 5 항에 있어서, 상기 높이 또는 두께(E)는 0.2 내지 0.70 미터인 것을 특징으로 하는 부유법에 의한 수처리 장치.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 포착 모듈들은 평행 박판(14), 관형 또는 6각형 프로파일, 직류 또는 교차류를 갖는 것을 특징으로 하는 부유법에 의한 수처리 장치.
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