KR101019590B1 - 철과 망간을 제거하는 정수 장치 및 정수 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 철과 망간을 제거하는 정수 장치 및 정수 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수 장치는 원수를 폭기하는 폭기조와; 상기 폭기조의 후단에 구비되어 원수 내에 포함된 이물질을 반응시켜 플록을 형성하는 원수 반응지와; 생물학적 작용이 부여되어 상기 원수 내의 철과 망간을 제거하고, 상기 원수 반응지에서 형성된 플록을 여과하는 생물 여과지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 정수하려는 원수의 수질과, 주변 환경에 따라 원수 내로 포함되는 철과 망간 및 이외의 기타 이물질을 효율적으로 제거하여 수돗물의 신뢰도를 높이고, 정수장의 처리 시설을 간략화 할 수 있는 효과가 있는 것이다.
특히 본 발명은 강변 여과수를 최적 처리하여 수돗물을 공급하도록 하여 상수원이 부족한 지방에서 수돗물의 부족 현상을 해결하고 안전하고, 깨끗한 수돗물을 공급하여 국민 보건 위생 환경을 향상시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.
Description
본 발명은 철과 망간을 제거하는 정수 장치 및 정수 방법에 관한 것으로 더 상세하게는 철과 망간 이외의 유해 물질을 철, 망간과 함께 제거하여 정수할 수 있는 철과 망간을 제거하는 정수 장치 및 정수 방법에 관한 것이다.
일반적으로 수돗물은 주로 강이나 하천, 호수, 댐 등의 물을 원수로 하여 정수장에서 물리 화학적 처리를 하여 공급되었다. 정수장은 통상 상수원의 물을 취수하는 취수장과 취수원수가 도착하는 착수정과, 황산알루미늄, PAC 등의 약품이 투입되어 물속의 불순물을 혼합 및 응집하는 혼화 응집지와, 혼화 응집지를 거쳐 응집된 불순물을 침전시켜 제거하는 침전조, 침전조로부터 유입된 물을 여과하는 여과지, 여과지를 통해 여과된 물에 염소나 기타 약품을 첨가하여 소독하는 소독조를 포함한다.
소독조에서 정수가 완료된 물은 저장조에 저장된 후 상수도를 통해 각 사용처로 공급되는 것이다.
상기한 정수장은 환경오염의 가속화에 따라 원수 즉, 상수원의 물이 점차 오 염도가 높아지는 현 상황에서 물의 정수 처리 효율을 높이기 위해 고도 정수 처리 등 많은 투자를 하고 있지만, 수돗물에 대한 신뢰도를 높이기에는 충분하지 않았다.
또한, 산업발전과 생활수준의 향상으로 수돗물 소비량은 점차적으로 늘고 있는데, 일부 지방 도시에서는 상수원으로 이용 가능한 저수지나 하천이 없어서 상수원수를 확보하기 매우 어려우며, 보다 양질의 원수를 사용한 수돗물의 공급에 대한 소비자의 요구도 계속되고 있어, 강변 여과수를 여과하여 수돗물로 사용하는 강변 여과수 정수장이 증가되는 추세이다.
강변 여과수는 하천 옆의 모래층을 통과하여 자연 여과된 물로서, 지표수에 비하여 수온 및 수질 변동이 적으며, 대수층에 서식하는 미생물의 작용으로 강물 오염 시에도 미생물 분해, 흡착 등으로 인해 상당량의 정화가 이루어져서 원수의 수질이 양호하다.
반면에 강변 여과수는 원수 중에 일반적으로 철이나 망간이 다량 포함되어 있고, 지역에 따라서는 질산성 질소의 농도도 높은 경우가 있다.
강변 여과수 뿐만 아니라 정수장의 원수에서 철이나 망간의 제거는 통상적으로 염소에 의한 산화나 이산화망간, 또는 오존에 의한 산화방식을 사용하고 있으나, 염소에 의한 산화는 발암물질인 트리할로메탄이나 그 전구물질을 생성할 가능성이 있고, 망간에 대하여는 산화효과가 매우 낮고, 이산화망간에 의한 산화 처리는 비용이 상승하고, 약품중에 극소량이긴 하지만 불순물을 포함하고 있어 인공적 화학약품을 사용한다는 점에서 심리적 저항이 있고, 오존으로 망간을 산화시 켜서 모래 여과지에서 제거하는 방법은 망간의 제거율이 낮고(최대 60%) 오존 발생장치의 가격이 고가이고 유지관리가 어렵고 비용이 많이 드는 문제점이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 출원인은 미생물 특히 철과 망간을 제거하는 철박테리아를 이용하여 철과 망간을 효과적으로 제거하도록 국내특허등록 제0361655호(2002.11.06)(발명의 명칭 : '상수원으로부터 생물학적으로 철과 망간을 제거하는 장치 및 방법')을 제안한 바 있다.
그러나 상기 국내특허등록 제0361655호 '상수원으로부터 생물학적으로 철과 망간을 제거하는 장치 및 방법'은 도 1에서 도시한 바와 같이 폭기조(100), 생물학적 작용이 부여되고 모래로 충전된 제 1 여과조(310) 및 생물학적 작용이 부여되고 활성탄으로 충전된 제 2 여과조(320) 및 선택적으로 반응 및 침전조(200)를 포함하고, 또한 상수원에서 철과 망간을 제거하는 장치를 사용하여, 철과 망간이 함유된 상수원수에 폭기시키는 단계, 선택적으로 상수원수의 철농도가 높거나 폭기단계의 체류시간이 짧은 경우 폭기처리수의 산화물을 숙성 반응시키고 생성된 침전물을 침강시키는 단계, 상기 단계의 상등수를 생물학적 작용이 부여되고 모래로 충전된 제1 여과조에서 여과하는 단계, 상기 사여과단계에서 배출된 여과수를 생물학적 작용이 부여되고 활성탄으로 충전된 제2 여과조에서 여과하는 단계를 포함하여, 철과 망간을 제거하는 데 있어서 매우 유용하나, 정수하려는 원수의 다양한 수질과 주면 여건에 대응하는 방법의 제시에는 부족하다.
또한 우리나라의 수돗물의 철과 망간 농도의 허용치는 각각 0.3mg/L, 0.3mg/L로 비교적 높게 정해져 있으나 이웃 일본이나 선진국에서는 심미적 기준으 로 0.05mg/L, 위생적 기준으로 0.01mg/L의 매우 낮은 값으로 규제하고 있어 앞으로 철과 망간의 제거율은 매우 높아져야 할 것이며 당사의 선 등록 특허는 그 제거율이 매우 높아 이런 기준을 지킬 수 있는 매우 유용한 제거 방법이라 할 수 있으나, 특히, 강변 여과수의 경우에는 원수인 하천에서 자연 여과된 물로써 상당량의 정화가 이루어져 있지만, 하천 주변의 환경에 의해 다양한 수질 즉, 기타 유기물질 및 질산성 질소를 다량 포함하는 경우가 많으므로 철과 망간만을 제거하는 것으로는 충분한 정수가 이루어지지 않는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 정수하려는 원수의 철과 망간뿐만 아니라 기타 이물질을 효과적으로 제거하여 정수할 수 있는 철과 망간을 제거하는 정수 장치 및 정수 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수 장치는 원수를 폭기하는 폭기조와; 상기 폭기조의 후단에 구비되어 원수 내에 포함된 이물질을 반응시켜 플록( floc)을 형성하는 원수 반응지와; 생물학적 작용이 부여되어 상기 원수 내의 철과 망간을 제거하고, 상기 원수 반응지에서 형성된 플록을 여과하는 생물 여과지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수 장치에 있어서, 상기 폭기조의 후단에는 폭기조에서 산화된 폭기 산화수의 산화물을 숙성 반응시키고, 생성된 침전물을 침강시키는 반응 침전조가 더욱 구비된다.
또한 본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수 장치에 있어서, 상기 폭기조는 미세기포 산기관, 수중폭기기, 복수로 연속되게 단차진 계단부(cascade), 물분사 노즐, 하향물분사 노즐, 기계식 표면 폭기기, 폭기접촉재에 의해 구성되는 폭기기 중에서 선택되는 어느 하나의 폭기기를 포함한다.
또한 본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수 장치에 있어서, 상기 생물 여과지는 여과조 내부에 모래, 안스라사이트, 세라믹 여재, 합성수지 여재 중 적어도 어느 하나로 충전된 여재층을 구비하거나 모래, 안스라사이트, 세라믹 여재, 합성수지 여재 중 적어도 2개 이상의 것으로 충전된 복층 여재를 구비한 하향류식 여과지인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수 장치에 있어서, 상기 생물 여과지는 여과조 내부에 모래, 안스라사이트, 세라믹 여재, 합성수지 여재 중 적어도 어느 하나로 충전된 여재층을 구비하거나 모래, 안스라사이트, 세라믹 여재, 합성수지 여재 중 적어도 2개 이상의 것으로 충전된 복층 여재를 구비한 상향류식 여과지인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수 장치에 있어서, 상기 원수 반응지는 폭기조의 후단에 구비되는 약품 혼화지 또는 약품 혼화응집지를 포함한다.
또한 본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수 장치에 있어서, 상기 생물 여과지의 후단에는 생물 여과지를 통과한 여과수 중의 미량 잔류 유기물질과 부유물을 흡착하여 제거하는 활성탄 여과지를 더욱 설치한다.
또한 본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수 장치에 있어서, 상기 원수 반응지는 생물 여과지의 선단에 구비되어 원수 내로 과망간산칼륨을 유입시키는 과망간산칼륨 산화지를 포함한다.
또한 본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수 장치에 있어서, 상기 원수 반응지는 폭기조와 과망간산칼륨 산화지 사이에 구비되는 약품 혼화지를 더욱 포함 한다.
또한 본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수 장치에 있어서, 상기 원수 반응지는 폭기조의 후단에 구비되며 원수 내로 오존을 주입하는 제 1 오존 반응지를 포함한다.
또한 본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수 장치에 있어서, 상기 생물 여과지의 후단에는 여과수 내로 오존을 주입하는 제 2 오존 반응지와, 여과수 중의 미량 잔류 유기물질과 부유물을 흡착하여 제거하는 활성탄 여과지를 설치한다.
또한 본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수 장치에 있어서, 상기 생물 여과지의 후단에는 자외선 소독지(UV 소독지)를 설치한다.
또한 본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수 장치에 있어서, 상기 폭기조는 수조 내부에서 폭기시키는 폭기기를 구비하고, 용존 산소(DO) 농도계와, 산화 환원 전위(ORP) 측정기 중 적어도 어느 하나를 구비하며 상기 용존 산소 농도계 또는 산화 환원 전위 측정기에 연계되어 폭기기의 작동을 제어하는 제어부를 구비한다.
본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수 방법은 철과 망간이 함유된 원수를 폭기조에서 폭기시키는 폭기단계와; 상기 폭기 단계에서 폭기된 원수 내의 이물질을 반응시켜 플록로 형성하는 원수 반응 단계와; 상기 원수 반응 단계를 거친 원수를 생물학적 작용이 부여된 생물 여과지를 통과시켜 여과하는 생물학적 여과단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수방법에 있어서, 상기 폭기 단계를 거쳐 산화된 폭기 산화수를 반응 침전조를 통과시켜 산화물을 숙성 반응시키고, 생성된 침전물을 침강시키는 반응 침전 단계를 더욱 포함한다.
또한 본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수방법에 있어서, 상기 생물학적 여과 단계는 여과조 내부에 모래, 안스라사이트, 세라믹 여재, 합성수지 여재 중 적어도 어느 하나로 충전된 여재층을 구비하거나, 모래, 안스라사이트, 세라믹 여재, 합성수지 여재 중 적어도 2개 이상의 것으로 충전된 복층 여재를 구비한 여과지를 거치는 단계인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수방법에 있어서, 상기 원수 반응 단계는 약품 혼화지 내의 원수에 약품을 투입하여 플록과 부유물을 형성한다.
또한 본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수방법에 있어서, 상기 생물학적 여과단계 후에는 활성탄 여과지를 통해 여과수 중의 미량 잔류 유기물질과 부유물을 흡착하여 제거하는 잔류 이물질 제거 단계를 더욱 포함한다.
또한 본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수방법에 있어서, 상기 원수 반응 단계는 과망간산칼륨 산화지에 유입된 원수 내부로 과망간산칼륨을 주입시켜 원수 내의 망간을 산화시키는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수방법에 있어서, 상기 원수 반응 단계는 약품 혼화지 내의 원수에 약품을 투입하여 플록과 부유물을 형성한 후 과망간산칼륨 산화지에 유입된 원수 내부로 과망간산칼륨을 주입시켜 원수 내의 망간을 산화시킨다.
또한 본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수방법에 있어서, 상기 원수 반응 단계는 제 1 오존 반응지의 원수 내로 오존을 주입하여 오존 반응으로 인한 유기물을 분해한다.
또한 본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수방법에 있어서, 상기 생물학적 여과단계 후에는 제 2 오존 반응지 또는 활성탄 여과지를 통해 여과수 중의 잔류된 이물질을 제거하는 잔류 이물질 제거 단계를 더욱 포함한다.
또한 본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수방법에 있어서, 상기 여과단계 후에는 자외선 소독지에서 자외선 살균단계가 행해지는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수 장치는 강변 여과수를 폭기하여 기존 정수장의 급속 여과지로 공급하는 폭기조와;
기존 정수장에서 사용되는 표류수와 상기 폭기조에서 폭기된 강변 여과수에 포함된 철과 망간을 제거하도록 기존 정수장의 급속 여과지에 생물학적 작용을 부여하여 형성되는 생물 여과지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수 장치에 있어서, 상기 폭기조의 후단에는 약품 혼화지를 설치하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수 장치에 있어서, 상기 폭기조의 후단에는 약품 혼화지와 과망간산칼륨을 주입시키는 과망간산칼륨 산화지를 설치한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수방법은 정수장의 급속 여과지에 철과 망간을 제거하는 생물학적 작용을 부여하는 생물 여과지화 단계와;
강변 여과수를 폭기조에서 폭기하는 폭기 단계와, 폭기 단계에서 폭기된 강 변 여과수를 생물 여과지를 통과시켜 기존 정수장에 사용되는 표류수와 함께 여과시키는 여과 단계와;
여과 단계를 거친 표류수와 강변 여과수를 기존 정수장의 소독지에서 살균 소독하는 소독 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수방법에 있어서, 상기 폭기 단계의 후단에는 약품 혼화지 내의 원수에 약품을 투입하여 플록과 부유물을 형성하는 것을 특징으로 하는 원수 반응 단계를 거치는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수방법에 있어서, 상기 폭기 단계의 후단에는 약품 혼화지 내의 원수에 약품을 투입하여 플록과 부유물을 형성한 후 과망간산칼륨 산화지에 유입된 원수 내부로 과망간산칼륨을 주입시켜 원수 내의 망간을 산화시키는 원수 반응 단계를 거치는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 구성의 본 발명에 따르면, 정수하려는 원수의 수질과, 주변 환경에 따라 원수 내로 포함되는 철과 망간, 그리고 이외의 기타 이물질을 효율적으로 제거하여 수돗물의 신뢰도를 높이고, 정수장의 처리 시설을 간략화 할 수 있는 효과가 있다.
특히 본 발명은 강변 여과수를 최적 처리하여 수돗물을 공급하도록 하여 상수원이 부족한 지방에서 수돗물의 부족 현상을 해결하고, 안전하고, 깨끗한 수돗물을 공급하여 국민 보건 위생 환경을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수 장치 및 정수 방법의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 다양한 실시 예를 도시한 블록도로서, 각각 다른 원수 반응지의 예를 나타내고 있다.
도 6 내지 도 13은 본 발명의 폭기조에 대한 실시 예를 도시한 개략도로서, 각각 다른 폭기조의 구성에 대한 예를 나타내고 있다.
도 14 내지 도 15는 본 발명의 생물 여과지에 대한 실시 예를 도시한 개략도로서, 도 14는 하향류식 2층 여과지를 나타낸 것이고, 도 15는 상향류식 2층 여과지를 나타낸 것이다.
도 17 내지 도 22는 기존의 정수장을 사용하여 표류수와 강변 여과수를 처리하는 실시예를 도시한 블록도로서, 기존의 정수장에서 급속 여과지를 철과 망간을 제거하는 생물학적 효과를 부여한 생물 여과지로 형성한 다양한 실시 예를 나타내고 있다.
본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수 장치는, 도 2 내지 도 5에서 도시한 바와 같이 폭기조(100)와, 원수 반응지(400)와, 생물 여과지(300)를 포함하여, 정수하려는 원수 내의 철, 망간 및 다른 이물질을 제거하여 정화하는 장치이다.
본 발명의 폭기조(100)는 생물학적 작용이 부여되는 생물 여과지(300)에서의 미생물처리의 최적 조건을 유지하기 위하여 상기 생물 여과지(300)에 용존산소(DO)를 공급하는 장치이다.
또한 부가적으로 수중의 철을 산화시키고, 휘발성물질(VOCs) 및 황화수소(H2 S) 등의 취기성분을 제거한다.
상기 폭기조(100)의 일실시예는 도 6에 도시된 바와 같이 수조 내부에서 원수를 폭기시키는 폭기기(110)를 구비하고, 용존 산소(DO) 농도계(120)와, 산화 환원 전위(ORP) 측정기(130) 중 적어도 어느 하나를 구비하며 상기 용존 산소 농도계(120) 또는 산화 환원 전위 측정기(130)에 연계되어 폭기기(110)의 작동을 제어하는 제어부(140)를 구비한다.
상기 용존 산소 농도계(120)와 산화 환원 전위 측정기(130)는 둘 중 하나만 구비될 수도 있으나, 정확한 폭기 제어를 위해 둘 다 폭기조(100)에 구비되는 것이 바람직하다.
생물 여과지(300)에서의 철과 망간의 철저한 제거를 위해서는 5.0㎎/ℓ 이상의 용존산소, 300 ∼450㎷ 이상의 산화 환원 전위가 유지되는 것이 바람직하므로 이를 위하여, 제어부(140)에서 폭기기(110)의 작동을 제어하여, 폭기시켜서 폭기조(100) 내의 용존 산소의 농도를 5.0㎎/ℓ 이상으로 유지하거나, 산화 환원 전위의 값을 최소 300 ~ 450㎷ 이상으로 유지시킨다.
상기 폭기기(110)는 도 6에서 도시된 바와 같이 폭기조(100)의 바닥에 이격되게 복수로 설치되는 미세기포 산기관(111)과, 각각의 미세기포 산기관(111)을 연결하여 미세기포 산기관(111) 내로 각각 공기를 공급하는 공기 공급관(111a)과, 상기 공기 공급관(111a)에 연결되며 제어부(140)에 의해 작동이 제어되는 송풍기(111b)를 포함한다.
송풍기(111b)는 폭기조(100) 내에 설치된 용존 산소 농도계(120) 또는 산화 환원 전위 측정기(130)에 연동되도록 제어부(140)로 제어되어 운전되면서 자동적으로 폭기조(100)의 용존 산소의 농도를 5.0㎎/ℓ 이상으로 유지하거나, 산화 환원 전위의 값을 최소 300 ~ 450㎷ 이상으로 유지한다.
한편 폭기기(110)의 다른 실시예는 도 7에서 도시한 바와 같이 제어부(140)에 의해 운전되는 송풍기(111b)로부터 압축공기를 전달받아 폭기조(100) 내로 공기를 공급하며, 폭기조(100)의 바닥에 설치되는 수중 폭기기(112)를 포함한다.
수중 폭기기(112)는 용존 산소 농도계(120) 또는 산화 환원 전위 측정기(130)에 연동되도록 제어부(140)에 연계된 송풍기(111b)의 운전으로 폭기조(100)의 용존 산소의 농도를 5.0㎎/ℓ 이상으로 유지하거나, 산화 환원 전위의 값을 최소 300 ~ 450㎷ 이상으로 유지한다.
또한 폭기기(110)의 다른 실시예는 도 8에서 도시한 바와 같이 폭기조(100)의 일 측에 복수로 연속되게 단차 진 계단부(113)와, 계단부(113)의 상부에서 원수를 유입시키는 원수 유입관(113a)을 포함한다.
상기 계단부(113)는 원수 유입관(113a)으로 유입된 원수를 다단의 계단을 통해 떨어뜨리면서 자연 낙하를 통해 폭기시키는 것으로 원수 유입관(113a)을 통해 계단부(113)로 유입되는 원수의 유속을 용존 산소 농도계(120) 또는 산화 환원 전위 측정기(130)에 연동되도록 하여 폭기조(100)의 용존 산소의 농도를 5.0㎎/ℓ 이상으로 유지하거나, 산화 환원 전위의 값을 최소 300 ~ 450㎷ 이상으로 유지한다.
또한 폭기기(110)의 다른 실시예는 도 9에서 도시한 바와 같이 밀폐된 폭기 조(100)의 내부 하부에서 이격되게 복수로 구비되며, 폭기조(100)의 상부로 물을 분사하는 상향 물분사 노즐(114)과; 각 상향 물분사 노즐(114)을 연결하는 급수관(114c)으로 원수를 공급하며, 제어부(140)에 의해 운전되는 원수 공급 펌프(114b)를 포함한다.
본 실시예의 폭기기(110)는 원수 공급 펌프(114b)로 상향 물분사 노즐(114)로 물을 공급하여 폭기조(100)의 상부로 물을 분사시키는 상향 분수식 폭기기로, 이 때 폭기조(100)는 측면 상부에 커버부로 밀폐된 실내를 환기시키는 환기구(100a)를 구비하는 것이 바람직하며, 하부 일측에 유입된 폭기된 원수를 유출시키는 원수 유출관(100b)을 구비한다.
상기 원수 공급 펌프(114b)는 제어부(140)에 의해 운전되어 상향 물분사 노즐(114)로 원수를 분사시켜 원수의 용존 산소의 농도를 5.0㎎/ℓ 이상으로 유지하거나, 산화 환원 전위의 값을 최소 300 ~ 450㎷ 이상으로 유지한다.
또한 폭기기(110)의 다른 실시예는 도 10에서 도시한 바와 같이 밀폐된 폭기조(100)의 상부에서 이격되게 복수로 구비되며, 폭기조(100)의 하부로 물을 분사하는 하향 물분사 노즐(114a)과; 각 하향 물분사 노즐(114a)을 연결하는 급수관(114c)으로 원수를 공급하며, 제어부(140)에 의해 운전되는 원수 공급 펌프(114b)를 포함한다.
상기 폭기기(110)는 원수 공급 펌프(114b)에 의해 하향 물분사 노즐(114a)로 물을 공급하여 물을 분사시키는 하향 분수식 폭기기로, 폭기조(100)는 측면 상부에 커버부로 밀폐된 실내를 환기시키는 환기구(100a)를 구비하는 것이 바람직하며, 하 부 일측에 유입된 폭기된 원수를 유출시키는 원수 유출관(100b)을 구비한다.
상기 원수 공급 펌프(114b)는 제어부(140)에 의해 운전되어 하향 물분사 노즐(114a)로 원수를 분사시켜 원수의 용존 산소의 농도를 5.0㎎/ℓ 이상으로 유지하거나, 산화 환원 전위의 값을 최소 300 ~ 450㎷ 이상으로 유지한다.
또한 상기 폭기기(110)의 다른 실시예는 도 11에서 도시한 바와 같이 폭기조(100) 내의 원수의 수면에 부유되며, 제어부(140)에 의해 운전되는 기계식 표면 폭기기(115)를 포함한다.
상기 표면 폭기기(115)는 용존 산소 농도계(120) 또는 산화 환원 전위 측정기(130)에 연동되도록 제어부(140)에 연계되어 운전되면서, 폭기조(100)의 용존 산소의 농도를 5.0㎎/ℓ 이상으로 유지하거나, 산화 환원 전위의 값을 최소 300 ~ 450㎷ 이상으로 유지한다.
또한 폭기기(110)의 다른 실시예는 도 12에서 도시한 바와 같이 밀폐된 폭기조(100)의 내부 상부에서 원수를 하향 분사하는 원수 분사노즐(116)과; 상기 원수 분사노즐(116)로 원수를 공급하는 원수 공급 펌프(114b)와; 폭기조(100)의 내부에서 원수 분사노즐(116)의 하부에 위치하게 구비되어 원수 분사노즐(116)로부터 분사된 원수를 통과시켜 폭기시키는 폭기 접촉재(116a)를 포함한다.
상기 폭기 접촉재(116a)는 코크스나 합성수지 볼을 충전한 것으로 원수 분사노즐(116)로 분사된 원수를 통과시켜 폭기조(100)의 용존 산소의 농도를 5.0㎎/ℓ 이상으로 유지하거나, 산화 환원 전위의 값을 최소 300 ~ 450㎷ 이상으로 유지한다.
본 실시예의 폭기조(100)는 하부 일측에 폭기 접촉재(116a)를 통과하여 폭기되어 집수된 원수를 외부로 유출하는 원수 유출관(100b)을 구비한다.
본 실시예의 폭기조(100)에는 상부와 하부에 공기가 통과할 수 있는 환기공(100a)을 형성하는 것이 바람직하다.
또한 폭기기(110)의 다른 실시예는 도 13에서 도시한 바와 같이 밀폐된 폭기조(100)의 내부 상부에서 원수를 하향 분사하는 원수 분사노즐(116)과; 상기 원수 분사노즐(116)로 원수를 공급하는 원수 공급 펌프(114b)와; 밀폐된 폭기조(100)의 내부로 압축공기를 공기관(111c)을 통해 공급하는 송풍기(111b)와; 밀폐된 폭기조(100)의 하부 일측에 구비되는 원수 유출관(100b)에 설치되어 폭기조(100) 내의 압력을 조절하는 압력 조절 밸브(117)를 포함한다.
상기 폭기기(110)는 폭기조(100)의 내 원수를 폭기조(100) 내에서 순환시키는 순환 펌프(118)를 포함할 수도 있으며, 폭기조(100) 내의 수위를 측정하는 수위계(119)를 포함한다.
상기 폭기기(110)는 압력 용해식 폭기장치로서, 폭기조(100)의 용존 산소의 농도를 5.0㎎/ℓ 이상으로 유지하거나, 산화 환원 전위의 값을 최소 300 ~ 450㎷ 이상으로 유지한다.
한편, 이상과 같은 다양한 구성의 실시예에서 선택되는 폭기조(100)의 후단에는 도 2에 도시된 바와 같이 폭기조(100)에서 산화된 폭기 산화수의 산화물을 숙성 반응시키고, 생성된 침전물을 침전시켜 반응 침전 단계를 행하는 반응 침전조(200)가 구비되는 것이 바람직하다.
상기 반응 침전조(200)는 원수의 철농도가 높거나 폭기조(100)에서의 체류시간이 짧은 경우에 선택적으로 사용되는 것으로 원수 내에 포함된 철과 망간이 수중의 산소와 충분히 반응하여 일부 산화된 침전물을 침강할 수 있게 하며, 이를 위해 15분 내지 60분 정도의 반응시간을 가지게 한다.
상기 반응 침전조(200)는 선택적으로 사용되는 것으로 폭기 처리 방법 중 일정 체류시간을 가지는 폭기기(110)를 사용하는 경우 또는 원수 내에 포함된 철의 농도가 낮을 경우, 폭기된 원수를 반응 침전 단계를 거치지 않고 바로 생물 여과지(300)를 통과시켜 여과단계를 행할 수도 있다.
생물 여과지(300)는 폭기단계를 거친 원수 또는 폭기된 후 반응 침전 단계를 거친 원수에 포함된 철과, 망간을 미생물로 제거하는 여과 단계를 행하는 것이다.
상기 생물 여과지(300)는 여과조 내부에 모래, 안스라사이트, 세라믹 여재, 합성수지 여재 중 적어도 어느 하나로 충전된 여재층을 구비하거나 모래, 안스라사이트, 세라믹 여재, 합성수지 여재 중 적어도 2개 이상의 것으로 충전된 복층 여재를 구비한 것을 사용하는 것이다.
상기 세라믹 여재는 세라믹 입자로 구성한 것이고, 합성수지 여재는 합성수지 볼로 구성한 것이다.
상기 생물 여과지(300)는 1.0mm 이상의 규격을 가지는 모래 또는 안스라사이트(anthracite), 또는 세라믹 여재, 또는 합성수지 여재로 이루어지고, 공기-물 세척을 병용하는 하향류식 여과지를 주로 사용하나, 안스라사이트와 여과사로 구성한 하향류식 2층 여과지 또는 상향류식 2층 여과지를 사용할 수도 있으며, 지름 0.6mm 이상, 균등계수 1.7 이하의 여과사로 구성하고 여과층 두께 0.6~1.5 m의 하향류식 또는 상향류식 여과지를 사용할 수도 있다.
상기 생물 여과지(300)는 구조물의 배치나 주변 여건에 따라서는 상기에서 설명한 하향류식 또는 상향류식의 압력식 여과기를 사용할 수도 있는 바, 이하 그 실시예를 상세히 설명한다.
상기 생물 여과지(300)의 일실시예는 도 14에 도시된 바와 같이 상부에 원수가 유입되는 원수 공급관(331a)이 구비되고, 하부에 여과수를 유출하는 여과수 유출관(331b)이 구비된 여과조(331)와, 상기 여과조(331)의 상부에 구비되는 여과 트러프(332)와, 상기 여과 트러프(332)의 하부에 구비되며 안스라사이트로 충전된 제 1 여재층(333)과, 상기 제 1 여재층(333) 하부에 구비되며 모래로 충전된 제 2 여재층(334)과, 제 2 여재층(334)의 하부에 구비되고 여과조(331)의 바닥에서 이격되게 구비되는 물-공기 역세용 스트레이너를 가진 다공 집수부(335)와, 상기 다공 집수부(335)의 하부로 세척수를 공급하는 세척수 유입관(336)과, 여과조(331)의 상부에 구비되어 세척수를 배출하는 세척수 배출관(337)을 포함한 하향류식 2층 여과지(330)를 사용할 수도 있다.
또한 상기 생물 여과지(300)의 다른 실시예는 도 15에 도시된 바와 같이 하부에 원수가 유입되는 원수 공급관(331a)이 구비되고, 상부에 여과수를 유출하는 여과수 유출관(331b)이 구비된 여과조(331)와, 상기 여과조(331)의 상부에 구비되는 여과 트러프(332)와, 상기 여과 트러프(332)의 하부에 구비되며 안스라사이트로 충전된 제 1 여재층(333)과, 상기 제 1 여재층(333) 하부에 구비되며 모래로 충전 된 제 2 여재층(334)과, 제 2 여재층(334)의 하부에 구비되는데, 여과조(331)의 바닥에서 이격되게 구비되는 다공 집수부(335)와, 상기 다공 집수부(335)의 하부로 세척수를 공급하는 세척수 유입관(336)과, 여과조(331)의 상부에 구비되어 세척수를 배출하는 세척수 배출관(337)을 포함한 상향류식 2층 여과지(340)를 사용할 수도 있는 것이다.
본 실시예의 세척수 유입관(336)에는 공기를 선택적으로 세척수와 함께 유입시켜 세척 효과를 증대시키는 것이 바람직하다.
상기 하향류식 2층 여과지(330)와 상향류식 2층 여과지(340)는 여과 작용을 반복함에 따라 제 1, 2 여재층(333, 334)의 모래와 안스라사이트에 탁질이 부착되어 여재층의 여과력이 저하되면 세척수 유입관을 통해 공기와 세척수를 공급하여 제 1, 2 여재층(333, 334)의 이물질을 상부로 상승되는 기포와 세척수에 의해 역세척키시며, 역세척된 세척수는 상기 여과 트러프(332)에 집수되어 배출, 처리된다.
한편, 상기 폭기조(100)의 후단 즉, 폭기조(100)와 생물 여과지(300) 사이에는 도 2에 도시된 바와 같이 원수 내에 포함된 이물질을 여과지로 통과시켜 여과시킬 수 있는 원수 반응지(400)가 구비되어, 상기 원수 반응지(400)에서 반응 단계가 행해진다.
상기 원수 반응지(400)의 일실시예로서는 폭기조(100)의 후단에 구비되는 약품 혼화지(410)를 사용하여, 반응 단계를 통해 플록과 부유물을 형성한다.
원수 특히, 강변 여과수 중에 철과 망간의 농도가 수돗물 허용기준인 0.3mg/L 을 약간 초과하는 정도로 상대적으로 낮은 경우에는 생물 여과지(300)에서 철 박테리아의 서식 농도가 낮게 되고, 이로 인하여 철박테이라의 흡착능력이 부족하여, 급속여과 방식으로 운전하는 생물 여과지(300)에서, 미세한 부유물 등의 탁질 제거효율이 낮고 부유 물질이 생물 여과지(300)의 여재층 심부까지 침투하여 장기간 사용 시 여재층을 폐색시킬 우려가 있다.
이런 경우에는 상기 폭기조(100)의 후단에 약품 혼화지(410)를 설치하여, 약품 혼화지(410) 내부로 응집제로서 황산반토(alum)나 PAC등의 응집제를 5~20mg/L정도 주입하여 강변 여과수와 혼합하여, 약 1~5초간 급속교반하면 강변 여과수 중의 부유물질과 약품이 반응하여 플록(floc)이 형성되는데, 이 플록은 생물 여과지(300)에서 크게 성장하면서 여과지의 여과 작용으로 제거되고, 생물 여과지(300)에서 서식하고 있는 철박테리아의 작용으로 강변 여과수 중의 철과 망간을 제거한다.
또한 본 실시예에서 상기 생물 여과지(300)의 후단에 수질상황에 따라 활성탄 여과지(500)를 선택적으로 설치하여 생물 여과지(300)를 통과한 여과수 중의 미량 잔류 유기물질과 부유물을 흡착하여 제거하는 잔류 이물질 제거 단계를 거치는 것이 바람직하다.
한편, 상기 원수 반응지(400)의 다른 실시예로서는 도 3에서 도시한 바와 같이 생물 여과지(300)의 선단에 구비되어 원수 내부로 과망간산칼륨을 주입시키는 과망간산칼륨 산화지(420)를 포함하여 원수 내의 망간을 산화시키는 반응단계를 행할 수도 있다.
표류수를 원수로 사용하는 기존의 정수장에서 강변 여과수를 함께 처리하는 경우에 있어서, 강변 여과수의 수질이 철과 망간을 포함하고, 양이 비교적 많은 경우에 생물 여과지(300) 내로 망간을 제거하는 미생물을 증식시키는데 최소한 3개월이 필요하는데, 이렇게 망간 제거 미생물의 증식을 기다릴 수 없는 경우 생물 여과지(300)의 선단에 과망간산칼륨 산화지(420)를 구비하여 강변 여과수에 과망간산칼륨(KMnO4)를 주입하되 주입량은 망간1mg/L에 대하여 1.92mg/L의 과망간산칼륨을 혼합하면 망간은 5~10분 이내에 급속히 산화되어 망간을 제거하는 생물학적 작용이 부여되지 않은 여과지를 통과하더라도 제거된다.
상기 과망간산칼륨 산화지(420)는 특히, 기존의 정수장에 구비된 급속 여과지를 생물 여과지(300)로 변경하여 표류수와, 강변 여과수를 함께 처리하는데 있어서 기존 급속 여과지에 생물학적 작용 즉, 망간을 제거하는 미생물을 증식시키는데 소요되는 시간적 여유가 없는 경우 철박테리아의 증식기간을 기다리지 않고 바로 수돗물 생산이 가능하도록 한 것이다.
이런 상태로 약 3개월간 운전하면 그 동안 철박테리아가 증식하여 정수장의 기존 급속 여과지는 생물 여과지(300)로 변화되고, 그때부터는 과망간산칼륨의 주입이 없어도 철박테리아의 작용으로 철과 망간 및 부유물 등이 제거된다.
과망간산칼륨 산화지(420)는 원수의 체류시간이 5~10분 정도로 짧고, 한시적 시설이므로 별도의 임시 구조물이나 저장탱크로 사용할 수 있다.
또한 상기 원수 반응지(400)는 과망간산칼륨 산화지(420)의 선단, 즉, 폭기조(100)의 후단에 구비되는 약품 혼화지(410)를 포함하여 약품 혼화지(410)와, 과망간산 칼륨산화지를 사용하여 원수 내에 포함된 철과 망간 이외의 기타 유기물 및 부유물을 플록으로 형성하여 함께 제거하는 것이 바람직하다.
또, 생물 여과지(300)의 후단에는 활성탄 여과지(500)를 설치하여 여과되는 생물 여과지(300)를 통과한 여과수 중의 미량 잔류 유기물질과 부유물을 흡착하여 제거하는 잔류 이물질 제거 단계를 거치는 것이 바람직하다.
한편, 상기 원수 반응지(400)의 다른 실시예로서는 도 4에서 도시한 바와 같이 폭기조(100)의 후단에 구비되며 원수 내로 오존을 주입하는 제 1 오존 반응지(430)를 포함하여 오존 반응으로 인한 유기물을 분해하는 원수 반응 단계를 행할 수 있다. 본 실시예는 강변 여과수 중에 유해 유기 화합물, 이취미 물질, 세균 등이 포함된 경우에 채택된다.
상기 제 1 오존 반응지(430)는 10분 정도의 접촉시간과 20분 정도의 반응시간을 가지고, 수질에 따라 1~2mg/L의 오존을 주입하여 유해 유기물질을 분해하는 것으로, 분해된 유해 유기물질과 원수 내에 포함된 철과 망간은 생물 여과지(300)를 통과하면서 제거된다.
또한 상기 생물 여과지(300)의 후단에는 수질 상황에 따라 여과수 내로 오존을 주입하는 제 2 오존 반응지(600)와, 여과수 중의 미량 잔류 유기물질과 부유물을 흡착하여 제거하는 활성탄 여과지(500)를 설치하는 것이 바람직하다.
상기 제 2 오존 반응지(600)는 제 1 오존 반응지(430)와 동일한 조건으로 운전하여 세균류의 살균, 잔류 미량 유기물질, 이취미 물질 등을 분해함과 동시에 충분한 용존산소를 활성탄 여과지(500)에 공급하여, 활성탄 여과지(500)를 생물활성탄 여과지(500)로 운전하여, 활성탄의 파괴기간을 연장할 수 있도록 한다.
또한 강변 여과수 중에 유해 유기화합물, 이취미 물질, 세균이 포함된 경우 도 5에서 도시한 바와 같이 상기 생물 여과지(300)의 후단에는 수질 상황에 따라 선택적으로 자외선 소독지(UV 소독지)(700)와, 여과수 중의 미량 잔류 유기물질과 부유물을 흡착하여 제거하는 활성탄 여과지(500)를 설치하는 것이 바람직하다.
자외선 소독지(700)에서는 세균류의 완전사멸과 부활을 방지 및 미량 유기물질의 분해를 하기 위하여, 방사광의 파장범위가 248.3~579nm의 다색방사를 하는 중압수은램프를 사용하여 자외선 살균 단계를 행한다.
중압 수은램프를 물속에 잠기기 설치하여 물이 이 중압수은 램프를 5초정도 접촉하여 통과하게 하고, 유기물 분해목적시에는 10분 이상 접촉하게 한다.
즉, 상기 자외선 소독지(700)에서 세균류의 살균, 잔류 미량 유기물, 이취미 물질 등을 분해하고, 활성탄 여과지(500)에서 미량의 잔류 부유물, 미량 유기물질, 이취미물질 등을 흡착, 제거하는 것이다.
한편, 강변 여과수의 경우에는 상기한 실시예를 통해 물을 정화한 후 소독지(800)로 이송하여 소독지(800)에서 살균 소독함으로써 바로 수돗물로 사용이 가능하게 되는 것이다.
본 발명은 상기한 바와 같이 표류수, 강변 여과수와 같은 원수 이외에도 강변 여과수와 표류수를 혼합한 원수에 포함된 이물질을 여과지의 필터링과, 생물학적 작용에 대한 반응을 통해 효율적으로 제거하여 정화시키는 것으로, 상기한 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지에 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며 이는 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.
특히, 본 발명은 기존의 정수장에 연계하여 기존 급속 여과지를 생물 여과지(300)로 변환시켜 강변 여과수를 효율적으로 처리할 수 있다.
다음으로 본 발명의 철과 망간을 제거하는 정수 방법에 대하여 설명한다.
도 16은 본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수 방법의 바람직한 실시예를 도시한 순서도로서 도시된 바와 같이 본 발명의 철과 망간을 제거하는 정수방법은, 폭기단계, 반응침전단계, 원수 반응단계, 생물학적 여과단계, 잔류이물질 제거 단계를 포함하여 구성되는바 이하 상세히 설명한다.
본 실시예의 폭기단계(910)는 생물학적 작용이 부여되는 생물 여과지에서의 미생물처리의 최적 조건을 유지하기 위하여 생물 여과지에 용존산소(DO)를 공급하는 단계로서, 부가적으로 수중의 철을 산화시키고, 휘발성물질(VOCs) 및 황화수소(H2 S) 등의 취기성분을 제거한다.
생물 여과 단계에서의 철과 망간의 철저한 제거를 위해서는 5.0㎎/ℓ 이상의 용존산소, 300 ~ 450㎷ 이상의 산화 환원 전위가 유지되는 것이 바람직하므로 이를 위하여, 자연유량 5㎥/일 경우 5-10ℓ/분 이상의 폭기량으로 폭기시켜 폭기조 내의 용존 산소의 농도를 5.0㎎/ℓ 이상으로 유지하거나, 산화 환원 전위의 값을 최소 300 ~ 450㎷ 이상으로 유지시킨다.
폭기단계(910)는 상술한 바와 같은 다양한 폭기장치에 의해 폭기되는 바 구체적인 공정에 대한 설명은 중복되므로 생략한다.
이어서 폭기 단계에서 산화된 폭기 산화수의 산화물을 숙성 반응시키고, 생성된 침전물을 침전시켜 반응 침전 단계(920)를 행한다.
상기 반응 침전 단계(920)는 원수의 철농도가 높거나 폭기조에서의 체류시간이 짧은 경우에 선택적으로 사용되는 것으로 원수 내에 포함된 철과 망간이 수중의 산소와 충분히 반응하여 일부 산화된 침전물을 침강할 수 있게 하며, 이를 위해 15분 내지 60분 정도의 반응시간을 가지게 한다.
상기 반응 침전 단계(920)는 선택적으로 사용되는 것으로 폭기 처리 단계 중 일정 체류시간을 가지는 폭기기를 사용하는 경우 또는 원수 내에 포함된 철의 농도가 낮을 경우, 폭기된 원수를 반응 침전 단계를 거치지 않을 수 있다.
생물학적 여과단계(940)는 폭기단계를 거친 원수 또는 폭기된 후 반응 침전 단계를 거친 원수에 포함된 철과, 망간을 미생물로 제거하는 여과 단계를 행하는 것이다.
생물학적 여과단계(940)는 1.0mm 이상의 규격을 가지는 모래 또는 안스라사이트(anthracite), 또는 세라믹 여재, 또는 합성수지 여재로 이루어지고, 공기-물 세척을 병용하는 하향류식 여과지를 주로 사용하나, 안스라사이트와 여과사, 또는 세락믹 여재 또는 합성수지여재로 구성한 하향류식 2층 여과지 또는 상향류식 2층 여과지와 지름 0.6mm 이상, 균등계수 1.7 이하의 여과사로 구성하고 여과층 두께 0.6~1.5 m의 하향류식 또는 상향류식 여과지를 사용할 수도 있다.
상기한 폭기 단계(910)을 거친 원수는 원수반응지에서 다양한 처리단계에 의한 원수 반응단계(930)가 행해진다.
상기 원수 반응단계(930)의 일실시예로서는 약품을 사용하여, 반응 단계를 통해 플록을 형성하는 단계이다.
원수 특히, 강변 여과수 중에 철과 망간의 농도가 수돗물 허용기준인 0.3mg/L 을 약간 초과하는 정도로, 상대적으로 낮은 경우에는 상기 폭기조의 후단에 약품 혼화지를 설치하여, 약품 혼화지 내부로 응집제로서 황산반토(alum)나 PAC의 응집제를 5~20mg/L정도 주입하여 강변 여과수와 혼합하여, 약 1~5초간 급속교반하면 강변 여과수 중의 부유물질과 약품이 반응하여 플록(floc)이 형성되는데, 이 플록은 생물 여과지에서 크게 성장하면서 여과지의 여과 작용으로 제거되고, 생물 여과지에서 서식하고 있는 철박테리아의 작용으로 강변 여과수 중의 철과 망간을 제거한다.
또한 본 실시예에서 상기 생물학적 여과단계(940)에 이어서 수질상황에 따라 활성탄 여과지를 선택적으로 설치하여 생물 여과지를 통과한 여과수 중의 미량 잔류 유기물질과 부유물을 흡착하여 제거하는 잔류 이물질 제거 단계(950)를 거치는 것이 바람직하다.
한편, 상기 원수 반응 단계(930)의 다른 실시예로서는 원수 내부로 과망간산칼륨을 주입시켜 원수 내의 망간을 산화시키는 반응단계를 행할 수도 있다.
표류수를 원수로 사용하는 기존의 정수장에서 강변 여과수를 함께 처리하는 경우에 있어서, 강변 여과수의 수질이 철과 망간을 포함하고, 양이 비교적 많은 경우 강변 여과수에 과망간산칼륨(KMnO4)를 주입하되 주입량은 망간1mg/L에 대하여 1.92mg/L의 과망간산칼륨을 혼합하면 망간은 5~10분 이내에 급속히 산화되어 망간을 제거하는 생물학적 작용이 부여되지 않은 여과지를 통과하더라도 제거된다.
한편, 상기 원수 반응 단계(930)의 다른 실시예로서는 폭기단계(910)을 거친 원수 내로 오존을 주입하여 오존 반응으로 인한 유기물을 분해하는 원수 반응 단계를 행할 수 있다. 본 실시예는 강변 여과수 중에 유해 유기 화합물, 이취미 물질, 세균 등이 포함된 경우에 채택된다.
제 1 오존 반응 단계는 10분 정도의 접촉시간과 20분 정도의 반응시간을 가지고, 수질에 따라 1~2mg/L의 오존을 주입하여 유해 유기물질을 분해하는 것으로, 분해된 유해 유기물질과 원수 내에 포함된 철과 망간은 생물학적 여과 단계(940)을 통과하면서 제거된다.
또한 상기 생물학적 여과단계(940)에 이어서 수질 상황에 따라 여과수 내로 오존을 주입하는 제 2 오존 반응단계와, 여과수 중의 미량 잔류 유기물질과 부유물을 흡착하여 제거하는 잔류이물질 제거단계(950)를 거치는 것이 바람직하다.
또한 강변 여과수 중에 유해 유기화합물, 이취미 물질, 세균이 포함된 경우 생물학적 여과단계(940)에 이어서 수질 상황에 따라 선택적으로 자외선 소독 단계와, 활성탄에 의해 여과수 중의 미량 잔류 유기물질과 부유물을 흡착하여 제거하는 잔류이물질 제거단계를 거치는 것이 바람직하다.
자외선 소독 단계에서는 세균류의 완전사멸과 부활을 방지 및 미량 유기물질의 분해를 하기 위하여, 방사광의 파장범위가 248.3~579nm의 다색방사를 하는 중압수은램프를 사용하여 자외선 살균 단계를 행한다.
중압 수은램프를 물속에 잠기게 설치하여 물이 이 중압수은 램프를 5초정도 접촉하여 통과하게 하고, 유기물 분해목적시에는 10분 이상 접촉하게 한다.
즉, 상기 자외선 소독 단계에서 세균류의 살균, 잔류 미량 유기물, 이취미 물질 등을 분해하고, 활성탄에 의해 미량의 잔류 부유물, 미량 유기물질, 이취미물질 등을 흡착, 제거하는 것이다.
한편, 본 발명은 표류수(11)를 원수로 사용하는 정수장의 시설을 사용하여 강변 여과수(12)를 함께 처리할 경우 사용하면 매우 유용하며, 그 실시 예는 하기와 같다.
도 17에서 도시한 바와 같이 표류수(11)를 원수(10)로 사용하는 기존의 정수장에서 강변 여과수(12)를 함께 처리하여야 할 경우에 있어서, 강변 여과수(12)의 수질이 양호하고, 철과 망간을 포함하고 있지 않거나, 아주 낮은 기준치 이내의 농도를 포함하고 있는 경우 또는 강변 여과수(12)의 양이 매우 적은 경우에는 기존 정수장의 착수정(20)에 강변 여과수(12)를 공급하여 혼화 응집지(30), 약품 침전지(40)을 거쳐 전 처리한 다음 기존 정수장의 급속 여과지(50)에서 부유물 등을 제거한 다음, 처리수질에 따라 선택적으로 고도정수시설(60)에서 처리한 다음 소독지(800)에서 살균 소독을 한다.
고도정수시설은 오존 반응지, 활성탄 여과지, 과산화수소 반응지, 활성탄 여과지, 막여과장치 중 적어도 어느 하나를 사용하며, 수질에 따라 선택적으로 사용이 가능한 것이다.
표류수(11)를 원수(10)로 사용하는 기존의 정수장에서 강변 여과수(12)를 함께 처리하여야 할 경우에 있어서, 도 18에서 도시한 바와 같이 강변 여과수(12)의 수질이 철과 망간을 다량 포함하고 있고 양이 비교적 많은 경우에는, 강변 여과수를 폭기하여 기존 정수장의 급속 여과지(50)로 공급하는 폭기조(100)와;
기존 정수장에서 사용되는 표류수(11)와 상기 폭기조(100)에서 폭기된 강변 여과수(12)에 포함된 철과 망간을 제거하도록 기존 정수장의 급속 여과지(50)에 생물학적 작용을 부여하여 형성되는 생물 여과지(300)를 포함한 철과 망간을 제거하는 정수 장치를 사용한다.
상기 철과 망간을 제거하는 정수 장치는 상기 강변 여과수(12)를 폭기조(100)에서 폭기한 다음 기존 처리장의 급속 여과지(50)에서 철박테리아를 증식시켜서 철과 망간 및 부유물 등을 제거한 다음, 처리수질에 따라 선택적으로 고도정수시설(600)에서 처리한 다음 소독지(800)에서 살균 소독을 하는 것이다.
즉, 기존 정수장의 급속 여과지(50)는 철박테리아를 증식시켜 상기 원수(10) 내의 철과 망간을 제거하는 생물학적 작용이 부여되어 생물 여과지(300)로 형성되는 것이다.
상기 생물 여과지(300)는 기존 정수장의 시설을 이용한 것으로 설비 비용을 절감함은 물론 표류수(11)와 강변 여과수(12)를 효율적으로 정수할 수 있게 되는 것이다.
이에 본 발명은 정수장의 급속 여과지(50)에 철과 망간을 제거하는 생물학적 작용을 부여하는 생물 여과지화 단계와, 강변 여과수(12)를 폭기조(100)에서 폭기하는 폭기 단계와, 폭기 단계에서 폭기된 강변 여과수(12)를 생물 여과지를 통과시켜 기존 정수장에 사용되는 표류수(11)와 함께 여과시키는 여과 단계와; 여과 단계를 거친 표류수(11)와 강변 여과수(12)를 기존 정수장의 소독지(800)에서 살균 소독하는 소독 단계를 포함하는 것이다.
상기 생물 여과지화 단계는 철과 망간이 포함된 물을 계속 공급하면서, 여과속도를 120～150m/일로 운전하여 철과, 망간을 제거하는 박테리아를 증식시키는 것이다.
기존 정수장의 급속 여과지(50)는 원수(10)인 표류수(11)의 용존 산소 농도가 거의 포화수준이기 때문에, 철과 망간이 포함된 물을 계속 공급하면서, 여과속도를 120~150m/일로 운전하면 철박테리아가 완전히 증식하는 3개월 후에는 철과 망간도 제거할 수 있는 생물 여과지(300)가 되는 것이다.
기존 정수장의 급속 여과지(50)의 여과층 두께는 0.6~1.2m이고, 여과사 규격은 0.6～1.0mm의 것이 대부분이고 생물 여과지(300)의 최소 두께가 0.6m이므로, 철박테리아를 증식시키면, 생물 여과지(300)로 사용하는데 문제가 없다.
기존 급속 여과지(50)의 처리용량이 여유가 없거나 보다 나은 처리효과가 필요할 경우는 기존 여과지의 여과사 규격과 여과층 두께를 조정하거나 새로운 시설을 더 설치할 수 있다.
그리고 여과 단계와 소독 단계 사이에는 오존 반응지, 활성탄 여과지, 과산화수소 반응지, 활성탄 여과지, 막여과장치 중 적어도 어느 하나를 사용하여 정수하는 고도 정수 단계를 거칠 수도 있는 것이다.
또한, 표류수(11)를 원수(10)로 사용하는 기존의 정수장에서 강변 여과수(12)를 함께 처리하여야 할 경우에 있어서, 강변 여과수(12)의 수질이 철과 망간을 비교적 낮은 농도로 포함하고 있고, 양이 비교적 많은 경우에는, 도 19에서 도시한 바와 같이 상기 폭기조(100)의 후단에 약품 혼화지(410)를 설치하여 강변 여과수(12)를 폭기한 다음 약품 혼화지(250)에서 강변 여과수(12)와 황산반토(alum)나 PAC 등의 응집제를 혼합하여 미세 플록(flog)을 형성한 후에, 기존 정수장의 급속 여과지(50)에 생물학적 작용을 부여한 생물 여과지(300)에서 철박테리아의 작용으로 철과 망간 및 부유물 등을 제거한 다음, 처리수질에 따라 선택적으로 고도정수시설(60)에서 처리한 후에 소독지(800)에서 살균 소독을 한다.
즉, 상기 폭기 단계의 후단에는 약품 혼화지(410) 내의 원수(10)에 약품을 투입하여 플록과 부유물을 형성하는 것을 특징으로 하는 원수 반응 단계를 거치는 것이다.
표류수(11)를 원수(10)로 사용하는 기존의 정수장에서 강변 여과수(12)를 함께 처리하여야 할 경우에 있어서, 강변 여과수(12)의 수질이 철과 망간을 포함하고 있고, 양이 비교적 많은 경우에 기존의 급속 여과지(50)에서 생물 여과지(300)로 전환되는데 최소한 3개월이 필요하기 때문에 그 안에 빨리 수돗물을 생산할 필요가 있는 경우에는, 도 20에서 도시한 바와 같이 상기 약품 혼화지(410)의 후단에 원수(10) 내부로 과망간산칼륨을 주입시키는 과망간산칼륨 산화지(420)를 설치한다.
즉, 상기 폭기 단계의 후단에는 약품 혼화지(410) 내의 원수(10)에 약품을 투입하여 플록과 부유물을 형성한 후 과망간산칼륨 산화지(420)에 유입된 원수(10) 내부로 과망간산칼륨을 주입시켜 원수(10) 내의 망간을 산화시키는 원수 반응 단계를 거치는 것이 바람직한 것이다.
상기 원수 반응 단계는 폭기조(100)에서 강변 여과수(12)를 폭기하여 철을 산화시킨 폭기 단계를 거친 원수(10)의 수질에 따라 선택적으로 약품 혼화지(410)에서 황산반토(alum)나 PAC 등의 응집제를 혼합하여 1~5초간 급속교반하면서, 플록(flog)을 형성한 후에, 한시적으로 과망간산칼륨 산화지(420)에서 강변 여과수(12)에 과망간산칼륨(KMnO4)를 주입하되 주입량은 망간1mg/L에 대하여 1.92mg/L의 과망간산칼륨을 혼합하는 것이다.
상기 원수 반응 단계에서 망간은 5~10분 이내에 급속히 산화되어, 기존 처리장의 급속 여과지(50)에서 여과작용으로 철과 망간 및 부유물등이 제거되고, 급속 여과지(50)의 모래는 망간사로 변하여 망간제거율이 높아지므로, 철박테리아의 증식기간을 기다리지 않고 바로 수돗물 생산이 가능하다.
표류수(11)를 원수(10)로 사용하는 기존의 정수장에서 강변 여과수(12)를 함께 처리하여야 할 경우에 있어서, 강변 여과수(12)의 수질이 철과 망간을 포함하고 있고 양이 많더라도 기존 정수장에서 고도처리를 위하여 폭기, 전 오존 주입, 후오존 주입등을 하는 경우에는, 도 21에서 도시한 바와 같이 기존 정수 처리장의 착수정(20)에 강변 여과수(12)를 공급하여 기존 처리장의 전오존 반응지(25), 혼화 응집지(30), 약품 침전지(40), 급속 여과지(50)를 거쳐 처리되는데, 이 때 급속 여과지(50)는 철과 망간을 증식시킨 생물 여과지(300)로 형성하여 운전되어야 한다.
망간은 오존처리 등으로 산화가 되더라도 급속 여과지(50)에서 제거율이 60%이하로 낮기 때문에 망간의 효과적인 제거를 위해서는 반드시 급속 여과지(50)를 철과 망간을 증식시킨 생물 여과지(300)로 형성해야 하는 것이다.
표류수(11)를 원수(10)로 사용하던 기존의 정수장에서, 표류수(11)의 수질악 화로 표류수(11) 사용을 중단하고, 강변 여과수(12)를 원수(10)로 사용할 경우에 있어서, 강변 여과수(12)의 수질이 철과 망간을 포함하고 있고 있는 경우, 도 22에서 도시한 바와 같이 기존 정수장에서 응집지(통상 체류시간이 20~30분이 많다)를 폭기조(100)으로 개조하여, 20분 이상 폭기하여 용존 산소 농도를 5.0mg/L이상으로 높인 다음, 급속 여과지(50)를 생물 여과지(300)로 변경하여, 공급함으로써, 철박테리아의 작용과 여과작용으로 철, 망간, 부유물 등을 제거하여 정수처리 할 수 있다.
수질에 따라서는 선택적으로 약품 침전지(40)를 거쳐서 생물 여과지(300)에 공급할 수도 있는 것이다.
도 1은 종래의 상수원으로부터 철과 망간을 제거하는 장치의 블록도
도 2 내지 도 5는 본 발명의 다양한 실시예를 도시한 블록도
도 6 내지 도 13은 본 발명의 폭기조에 대한 다양한 실시예를 도시한 개략도
도 14 내지 도 15는 본 발명의 생물 여과지에 대한 실시 예를 도시한 개략도
도 16은 본 발명에 따른 철과 망간을 제거하는 정수방법의 순서도.
도 17 내지 도 22는 기존의 정수장을 사용하여 표류수와 강변 여과수를 처리하는 실시예를 도시한 블록도.
*도면 중 주요 부호에 대한 설명*
100 : 폭기조 200 : 반응 침전조
300 : 생물 여과지 400 : 원수 반응지
410 : 약품 혼화지 420 : 과망간산칼륨 산화지
430 : 제 1 오존 반응지 500 : 활성탄 여과지
600 : 제 2 오존 반응기 700 : 자외선 소독지
Claims (31)
- 원수를 폭기하는 폭기조와;상기 폭기조의 후단에 구비되어 원수 내에 포함된 이물질을 반응시켜 플록을 형성하는 원수 반응지와;생물학적 작용이 부여되어 상기 원수 내의 철과 망간을 제거하고, 상기 원수 반응지에서 형성된 플록을 여과하는 생물 여과지를 포함하고,상기 원수 반응지는 폭기조의 후단에 구비되며 원수 내로 오존을 주입하는 제 1 오존 반응지를 포함하는 것을 특징으로 하는 철과 망간을 제거하는 정수장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 폭기조의 후단에는 폭기조에서 산화된 폭기 산화수의 산화물을 숙성 반응시키고, 생성된 침전물을 침강시키는 반응 침전조가 더욱 구비되는 것을 특징으로 하는 철과 망간을 제거하는 정수장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 폭기조는 미세기포 산기관(111), 수중폭기기(112), 복수로 연속되게 단차진 계단부(113), 상향물분사 노즐(114), 하향물분사 노즐(114a),기계식 표면 폭기기(115), 폭기접촉재(116a)에 의해 구성되는 폭기기 중에서 선택되는 어느 하나의 폭기기를 포함하는 것을 특징으로 하는 철과 망간을 제거하는 정수장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 생물 여과지는 여과조 내부에 모래, 안스라사이트, 세라믹 여재, 합성수지 여재 중 적어도 어느 하나로 충전된 여재층을 구비하거나 모래, 안스라사이트, 세라믹 여재, 합성수지 여재 중 적어도 2개 이상의 것으로 충전된 복층 여재를 구비한 하향류식 여과지인 것을 특징으로 하는 철과 망간을 제거하는 정수장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 생물 여과지는 여과조 내부에 모래, 안스라사이트, 세라믹 여재, 합성수지 여재 중 적어도 어느 하나로 충전된 여재층을 구비하거나 모래, 안스라사이트, 세라믹 여재, 합성수지 여재 중 적어도 2개 이상의 것으로 충전된 복층 여재를 구비한 상향류식 여과지인 것을 특징으로 하는 철과 망간을 제거하는 정수장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 원수 반응지는 폭기조의 후단에 구비되는 약품 혼화지를 포함하는 것을 특징으로 하는 철과 망간을 제거하는 정수장치.
- 청구항 6에 있어서,상기 생물 여과지의 후단에는 생물 여과지를 통과한 여과수 중의 미량 잔류 유기물질과 부유물을 흡착하여 제거하는 활성탄 여과지를 더욱 설치하는 것을 특징으로 하는 철과 망간을 제거하는 정수장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 원수 반응지는 생물 여과지의 선단에 구비되어 원수 내로 과망간산칼륨을 유입시키는 과망간산칼륨 산화지를 포함하는 것을 특징으로 하는 철과 망간을 제거하는 정수장치.
- 청구항 8에 있어서,상기 원수 반응지는 폭기조와 과망간산칼륨 산화지 사이에 구비되는 약품 혼화지를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 철과 망간을 제거하는 정수장치.
- 청구항 8에 있어서,상기 생물 여과지의 후단에는 생물 여과지를 통과한 여과수 중의 미량 잔류 유기물질과 부유물을 흡착하여 제거하는 활성탄 여과지를 설치하는 것을 특징으로 하는 철과 망간을 제거하는 정수장치.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,상기 생물 여과지의 후단에는 여과수 내로 오존을 주입하는 제 2 오존 반응지와, 여과수 중의 미량 잔류 유기물질과 부유물을 흡착하여 제거하는 활성탄 여과지를 설치하는 것을 특징으로 하는 철과 망간을 제거하는 정수장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 생물 여과지의 후단에는 자외선 소독지(UV 소독지)를 설치하는 것을 특징으로 하는 철과 망간을 제거하는 정수장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 폭기조는 수조 내부에서 폭기시키는 폭기기를 구비하고, 용존 산소(DO) 농도계와, 산화 환원 전위(ORP) 측정기 중 적어도 어느 하나를 구비하며 상기 용존 산소 농도계 또는 산화 환원 전위 측정기에 연계되어 폭기기의 작동을 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 철과 망간을 제거하는 정수장치.
- 철과 망간이 함유된 원수를 폭기조에서 폭기시키는 폭기단계와;상기 폭기 단계에서 폭기된 원수 내의 이물질을 반응시켜 플록로 형성하는 원수 반응 단계와;상기 원수 반응 단계를 거친 원수를 생물학적 작용이 부여된 생물 여과지를 통과시켜 여과하는 생물학적 여과단계를 포함하고,상기 원수 반응 단계는 제 1 오존 반응지의 원수 내로 오존을 주입하여 오존 반응으로 인한 유기물을 분해하는 것을 특징으로 하는 철과 망간을 제거하는 정수 방법.
- 청구항 15에 있어서상기 폭기단계를 거쳐 산화된 폭기 산화수를 반응 침전조를 통과시켜 산화물을 숙성 반응시키고, 생성된 침전물을 침강시키는 반응 침전 단계를 더욱 포함하는것을 특징으로 하는 철과 망간을 제거하는 정수 방법.
- 청구항 15에 있어서,상기 생물학적 여과 단계는 여과조 내부에 모래, 안스라사이트, 세라믹 여재, 합성수지 여재 중 적어도 어느 하나로 충전된 여재층을 구비하거나 모래, 안스라사이트, 세라믹 여재, 합성수지 여재 중 적어도 2개 이상의 것으로 충전된 복층 여재를 구비한 여과지를 거치는 단계인 것을 특징으로 하는 철과 망간을 제거하는 정수 방법.
- 청구항 15에 있어서,상기 원수 반응 단계는 약품 혼화지 내의 원수에 약품을 투입하여 플록과 부유물을 형성하는 것을 특징으로 하는 철과 망간을 제거하는 정수 방법.
- 청구항 18에 있어서,상기 생물학적 여과단계 후에는 활성탄 여과지를 통해 여과수 중의 미량 잔 류 유기물질과 부유물을 흡착하여 제거하는 잔류 이물질 제거 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 철과 망간을 제거하는 정수 방법.
- 청구항 15에 있어서,상기 원수 반응 단계는 과망간산칼륨 산화지에 유입된 원수 내부로 과망간산칼륨을 주입시켜 원수 내의 망간을 산화시키는 것을 특징으로 하는 철과 망간을 제거하는 정수 방법.
- 청구항 15에 있어서,상기 원수 반응 단계는 약품 혼화지 내의 원수에 약품을 투입하여 플록과 부유물을 형성한 후 과망간산칼륨 산화지에 유입된 원수 내부로 과망간산칼륨을 주입시켜 원수 내의 망간을 산화시키는 것을 특징으로 하는 철과 망간을 제거하는 정수 방법.
- 청구항 20 또는 청구항 21에 있어서,상기 생물학적 여과단계 후에는 활성탄 여과지를 통해 여과수 중의 미량 잔류 유기물질과 부유물을 흡착하여 제거하는 잔류 이물질 제거 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 철과 망간을 제거하는 정수 방법.
- 삭제
- 청구항 15에 있어서,상기 생물학적 여과단계 후에는 제 2 오존 반응지 또는 활성탄 여과지를 통해 여과수 중의 잔류된 이물질을 제거하는 잔류 이물질 제거 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 철과 망간을 제거하는 정수 방법.
- 청구항 15에 있어서,상기 여과단계 후에는 자외선 소독지에서 자외선 살균단계가 행해지는 것을 특징으로 하는 철과 망간을 제거하는 정수 방법.
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