KR101035021B1

KR101035021B1 - 원수에서 유해물질을 제거하는 방법

Info

Publication number: KR101035021B1
Application number: KR20110002975A
Authority: KR
Inventors: 김덕신
Original assignee: 주식회사 디알티; 김덕신; 주식회사 국제기산
Priority date: 2011-01-12
Filing date: 2011-01-12
Publication date: 2011-05-19

Abstract

본 발명은 강이나 하천의 원수를 정화시켜 식수로 변화시키기 위해서 사용되는 원수에서 유해물질을 제거하는 방법에 관한 것이다. 특히 기존에 오존을 이용한 원수의 정화방법에 과산화수소(H₂O₂)를 투입하여 OH 라디컬을 생성하므로 유해물질의 제거효율을 대폭 상승시켰으며, 그 과산화수소(H₂O₂)의 투입을 위한 투입시설은, 정량적으로 원수의 량에 비례하여 동일한 량의 과산화수소(H₂O₂)를 공급시킬 수 있는 분배기를 형성하여 정수의 적정 정화와 그 효율을 향상시킨 원수에서 유해물질을 제거하는 방법에 관한 것이다.

Description

원수에서 유해물질을 제거하는 방법{the method to clear polluted water}

가정에서 사용하던 식수, 공장의 폐수 및 육상에서 사용하던 물은 강으로 흘러가서 바다로 이동한다. 우리나라의 경우 4대 강이 이러한 식수의 자원으로 사용되는데, 요즘 4대강의 오염이 심하여 정수시스템에 새로운 도약이 진행중이다.

종래에 사용되던 정수의 방법은 간략하게 다음과 같다. 강 수계의 원수를 받아 삼투압을 이용하여 불순물을 걸러주고, 오존을 통해서 살균시키는 방법이다. 오존이란 강력한 산화제로서 각종 세균·바이러스의 제거, 공기의 정화, 상수도의 살균, 폐수처리에 사용되는 외에 향료의 합성, 탈취 등에 쓰인다. 자외선이 풍부한 고산·해안·삼림 등의 공기 중에 있으며 상쾌한 느낌을 준다. 또한 성층권에는 지표의 250배나 되는 오존을 함유한 오존층이 있는데, 이 오존층은 인간과 생물에 해로운 강력한 태양자외선을 흡수하는 역할을 한다.

이러한 오존의 성능을 활용하여 원수를 정화시키고, 이를 식수로 전환시키는 것이다.

간단하게 설명하였지만, 대다수의 모든 정수장의 경우 이러한 원칙을 지키고 있고, 크던 작던 이러한 단계를 재차 반복하는 간단한 활용으로 식수를 공급하고 있었던 것이다. 또한 활성탄을 이용하여 유해물질을 흡착시켜 정화시키는 단계도 추가될 수 있다.

그런데 이러한 종래의 식수 공급의 방법은 다음과 같은 문제점이 발생된다.

요즘의 경우 하천이나 강의 오염도가 갈수록 심화되고 있다. 각각의 공장에서 어느 정도 정수의 과정을 거쳐 하천으로 방류시키는 것을 법으로 규정하고 관리하고는 있지만 완벽하게 정수시키기 어려운 실정이다. 또한 종래의 오존과 활성탄만을 이용한 정수처리의 방법에는 유해물질을 완벽하게 제거하기에는 문제가 많았다.

본 발명은 강이나 하천의 원수를 정화시켜 식수로 변화시키기 위해서 사용되는 원수에서 유해물질을 제거하는 방법이다.

특히 본 발명은 기존에 오존을 이용한 원수의 정화방법에 과산화수소(H₂O₂)를 투입하여 OH 라디컬을 생성하므로 유해물질의 제거효율을 대폭 상승시켰으며, 그 과산화수소(H₂O₂)의 투입을 위한 투입시설은, 정량적으로 원수의 량에 비례하여 동일한 량의 과산화수소(H₂O₂)를 공급시킬 수 있는 분배기를 형성하여 정수의 적정 정화와 그 효율을 향상시킨 원수에서 유해물질을 제거하는 방법이다.

본 발명에 따른 원수에서 유해물질을 제거하는 방법은, 원수(10)를 정화시켜 정화수(100)로 제조하는 공정으로, 오존투입단계(20), 응집과 침전의 단계(30), 모래를 통한 여과의 단계(40), 2차 오존투입의 단계(50) 및 활성탄을 통한 정수단계(60)로 이루어진 수질 산화법에서, 상기 2차 오존투입단계(50) 전에 과산화수소(H₂O₂)를 투입하여, 혼화시 OH 라디컬을 생성함으로 유해물질의 제거효율을 월등히 향상시킨다.

또한 본 발명 원수에서 유해물질을 제거하는 방법에 따른, 상기 투입되는 원수(10)와 과산화수소(H₂O₂)의 중량비는 1000 : 1 이고 : 과산화수소(H₂O₂)의 투입을 위해서는, 투입설비(70)를 비치하고, 유입되는 원수의 량에 따라 분배기(80)를 통해 과산화수소(H₂O₂)를 동일한 량으로 혼화장치(71)에 공급하여 원수와 혼합시키며 : 투입설비(70)는, 과산화수소(H₂O₂)를 저장하고 수위계가 비치된 저장탱크(72)와; 상기 저장탱크(72)와 유동관(73)을 통해서 연통되어, 정확한 량만큼 과산화수소(H₂O₂)를 펌핑하는 정량펌프(74); 펌핑된 과산화수소(H₂O₂)를 각각의 혼화장치(71)에 고른 량으로 투입하기 위한 분배기(80);로 이루어져 자연유화 혼화장치(71)를 통해 2차 오존이 투입되는 오존접촉조(79)에서 원수(10)와 오존 및 과산화수소(H₂O₂)가 고루 혼화된다.

또한 본 발명 원수에서 유해물질을 제거하는 방법에 따른, 분배기(80)는, 원통형의 저장탱크관(81)과; 상기 원통형의 저장탱크관(81)의 일측면에 연통된 유입관(82)과; 상기 원통형의 저장탱크관(81)의 유입관(82) 타측으로 연통되는 다수의 분배관(83);이 결합하되, 상기 유입관(82)과 분배관(83)의 연통위치는 원통형의 저장탱크관(81)의 중심수준으로 연통되어 저장탱크관(81)에 저장되어 분배관(83) 수준 이상으로 넘치는 과산화수소(H₂O₂)만 분배관(83)을 통해서 배출되고 : 정량펌프(74)와 분배기(80) 사이에는, 사판의 각도를 통해서 유입되는 과산화수소(H₂O₂)의 량을 제어하는 압력댐퍼(76); 유입된 과산화수소(H₂O₂)의 량을 정량적으로 측정하는 전자유량계(77);를 더 추가할 수 있도록 하며 : 정량펌프(74), 전자유량계(77) 및 저장탱크(72)의 제어는 중앙관제실(91)에서 분산제어시스템(92)을 통해서 제어한다.

본 발명에 따라 하천과 강에서 유입시킨 원수를 원활하게 정화시켜 보다 깨끗하고 정화된 식수를 공급할 수 있다는 장점이 있다.

또한 본 발명에 따라 종래의 정수장에 본 발명의 투입설비를 설치하는 방법으로 활용이 가능하기에 활용가능성이 크다는 장점이 있다.

또한 본 발명에 따라 원수를 정화함에 있어서, 과산화수소를 이용하여 OH 라디컬을 생성하고 이를 통해서 유해물질을 제거하기에 식수로 사용하기 용이하다는 장점이 있다.

도 1은 종래 본 발명의 출원인이 특허 출원한 혼화장치를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 정화방법을 시스템화하여 도시한 블럭도,
도 3은 본 발명의 투입설비를 블럭도로 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 투입설비를 도시한 전체도면,
도 5는 본 발명의 분배기를 도시한 측면도,
도 3은 본 발명의 분배기를 다른 각도로 도시한 도면이다.

본 발명은 원수에서 유해물질을 제거하는 방법에 관한 것이다.

따라서 본 발명의 구성과 그 작용을 도시된 도 1 내지 6을 통해서 상세히 설명한다.

도시된 것처럼, 원수(10)를 정화시켜 정화수(100)로 제조하는 공정으로, 오존투입단계(20), 응집과 침전의 단계(30), 모래를 통한 여과의 단계(40), 2차 오존투입의 단계(50) 및 활성탄을 통한 정수단계(60)로 이루어진 수질 산화법에서, 상기 2차 오존투입단계(50) 전에 과산화수소(H₂O₂)를 투입하여, 혼화시 OH 라디컬을 생성함으로 유해물질의 제거효율을 월등히 향상시킨다.

즉, 본 발명은 종래의 원수 정화방법과 같이 오존을 투입하는 단계(20), 응집과 침전의 단계(30), 모래를 통한 여과의 단계(40), 및 활성탄을 통한 정수의 단계(50)를 포함하고 있다. 이 순서의 경우 경우에 따라서 다소 변경이 가능하다.

오존투입의 단계(60)는, 자외선을 조사시키는 방법과 화학적으로 첨가하는 방법이 사용될 수 있는데, 원수(10)에 오존을 투입함으로 원수(10)에 내재되어 있던 오염물질, 유해물질, 유해한 미생물과 조류들이 살균되게 된다. 이 단계 후에는 응집과 침전의 단계(30)를 거치게 되는데, 일정한 공간에 원수(10)를 받아 일정한 시간 동안 유지시키는 것이다. 중력을 통해서 침전을 시켜 아래로 가라앉은 유해물질을 걸러주게 된다. 이때 원수(10)의 상부로 떠오르는 부유물도 걸러줄 수 있으며, 각각의 단계에서도 모두 부유물을 걸러줄 수도 있다.

다음으로 모래를 통한 여과의 단계(40)를 거치게 되는데, 보다 정확하게는 먼저 자갈을 거치고 잔 골재나 작은 자갈을 거치고 나서 모래를 거치는 방법으로 작은 먼지류도 걸러주는 것이다.

다음으로 오존의 투입과정을 통해서 2차적인 살균의 단계를 거치게 된다. 1차 오존 살균의 과정과 별반 차이가 없으며, 그 원리 역시 동일하다. 다음으로 활성탄을 통한 살균과 흡착의 단계를 거친다. 수분에 포함된 유해물질과 잔 먼지 및 기타 불필요한 요소들을 흡착시킴과 아울러 살균을 하게 된다. 이러한 과정은 종래의 정수과정에서 약간의 순서변동과 공정의 추가 등으로 거의 대동소이하게 진행되어 오고 있었다. 본 발명에서 특징적인 부분은 상기 2차 오존살균의 과정 전에 과산화수소의 투입공정이 추가된다는 것이다. 즉, 여과의 공정을 끝내고 이동하는 원수에 과산화수소를 투입하게 된다.

과산화수소(H₂O₂)를 투입하게 되는 주요한 요인은 과산화수소를 투입하게 되면, OH 라디컬이 생성되고, 이 OH 라디컬은 정화효능이 뛰어나기 때문이다. 일반적으로 OH 라디컬은 전기분해를 통해서 생성될 수 있지만 본 발명에서는 이에 한정되지 않고 과산화수소(H₂O₂)를 첨가하여 화학적으로 생성시키고 있다. 종래에도 이러한 OH 라디컬을 통해서 정화를 하던 방식이 있는데, 이는 목욕탕, 샤워실, 수영장에 적용하여 정화하고 있다. 바로 본 발명은 이러한 정화효율 특히 유해물질을 제거하는데 특별한 효능을 가진 OH 라디컬을 통해 원수를 정화시키는 것이다.

이때 중요한 사항이 있는데 상기 투입되는 원수(10)와 과산화수소(H₂O₂)의 중량비는 1000 : 1인 것이 바람직하다. 이는 너무 많은 OH 라디컬이 생성되어도 유해물질의 제거효율이 떨어지며, 너무 적은 량의 OH 라디컬이 생성되어도 유해물질의 제거효율이 떨어진다. 따라서 이 량을 적당히 조절하는 것이 가장 합당하다. 본 발명의 출원인은 이러한 지식을 많은 실험을 통해서 경험으로 취득하였다.

그럼 이러한 본 발명의 보다 상세한 구성을 도시된 도면과 함께 상세히 설명한다. 상기 과산화수소(H₂O₂)의 투입을 위해서는, 투입설비(70)를 비치하고, 유입되는 원수의 량에 따라 분배기(80)를 통해 과산화수소(H₂O₂)를 동일한 량으로 혼화장치(71)에 공급하여 원수와 혼합시키는 것이 바람직하다.

과산화수소만을 일정하게 혼화장치(71)의 내측으로 투입하여 원수와 혼합시키는 시설이 투입시설(70)이다. 후술하겠지만 상기 혼화장치(71)는 원수(10)와 과산화수소를 혼합시키기 위한 장치로서 종래 본 발명의 출원인도 다양하게 특허 출원한 바 있다. 그 중 실례를 들어 설명하자면, 도시된 도 1에서와 같은 "정화 처리용 약품 자유 혼화장치"를 들 수 있다. 이 장치는 정화약품과 오염수(1)가 혼화되는 혼화기(10)의 내측에 체결되어 정화약품(2)과 오염수(1)가 고루 혼합될 수 있도록 유로를 변환시키는 격판(20)이 있고, 상기 혼화기(10)의 전방에서 오염수(1)와 함께 정화약품(2)을 분사시키는 노즐(30)로 구성되어 상기 노즐(30)을 통해서 공급되는 정화약품(2)과 오염수(1)가 혼화기(10)의 내측에서 격판(20)을 통해서 자유롭게 변류하고 화합되며 오염수를 정화시킨다. 주의할 점은 도 1의 도면은 본 발명의 출원인이 이미 선출원한 최초명세서에서 추출된 도면이기에 본 발명의 설명과 부호상 겹치는 부분이 있을지 모른다.

본 발명에서 설명하고 있는 혼화장치(71)는 정화약품과 오염수가 섞일 수 있는 공간이 되는 종래 도1의 혼화기(10)인 것이다. 물론 본 발명에서는 과산화수소(H₂O₂)를 투입하기 위한 별도의 투입시설(70)이 있지만, 종래 이러한 혼화기의 내측으로 과산화수소(H₂O₂)를 공급하고 원수와 혼화시킬 수 있겠다. 또한 다른 형태의 종래 혼화기를 사용하여도 무방하다.

그런데 본 발명에서는 이러한 혼화장치(71)에 과산화수소(H₂O₂)를 공급할 때, 분배기(80)를 통해서 공급한다. 이 분배기(80)는 공급되는 원수(10)의 양에 따라서 질량을 기준으로 원수(10) 1,000 일 때, 과산화수소(H₂O₂) 1을 분배하여 공급할 수 있도록 한다. 중요한 사항은 혼화장치(71)나 혼화조 및 혼화기는 다수일 수 있기에 이 혼화장치(71)에 공급되는 과산화수소(H₂O₂)의 량을 정확하게 분배하여 공급해야 한다는 것이다.

바로 본 발명에서는 이러한 분배기(80)를 투입설비(70)에 장착하여 과산화수소(H₂O₂)를 공급하고, 정화작업을 수행한다.

그럼 도시된 도면과 함께 투입설비(70)를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 투입설비(70)는, 도시된 도 3과 4에서처럼, 과산화수소(H₂O₂)를 저장하고 수위계(P)가 비치된 저장탱크(72)가 있고, 상기 저장탱크(72)와 유동관(73)을 통해서 연통되어, 정확한 량만큼 과산화수소(H₂O₂)를 펌핑하는 정량펌프(74)가 있으며, 펌핑된 과산화수소(H₂O₂)를 각각의 혼화장치(71)에 고른 량으로 투입하기 위한 분배기(80)가 있다. 따라서 이들이 결합하여 자연유화 혼화장치(71)를 통해 2차 오존이 투입되는 오존접촉조(79)에서 원수(10)와 오존 및 과산화수소(H₂O₂)가 고루 혼화되는 것이다.

즉, 도시된 것처럼, 본 발명의 투입설비(70)는 액상의 과산화수소(H₂O₂)를 저장탱크(72)에 비치하고, 이를 적당량 공급하는 시스템이다. 이 저장탱크(72)는 별도의 수위계(P)가 부탁되어 있기에 저장탱크(72) 내의 과산화수소(H₂O₂)의 량은 물론 사용된 과산화수소(H₂O₂)의 량도 측정이 가능하다. 이 저장탱크(72)의 내측에 있던 과산화수소(H₂O₂)는 유동관(73)을 통해서 정량펌프(74)로 펌핑되어 공급된다. 즉 정량펌프(74)를 통해서 저장탱크(72) 내측의 과산화수소(H₂O₂)를 펌핑하여 유동관(73)을 통해서 분배기(80)로 공급하는 것이다. 이 분배기(80)는 전술된 것처럼, 공급받은 과산화수소(H₂O₂)를 혼화장치(71)의 내측으로 공급하여 원수(10)와 고루 혼화시키고, 이를 오존접촉조(79)로 공급하게 된다.

그럼 이러한 본 발명의 분배기(80)의 보다 상세한 구성을 살펴본다.

본 발명의 분배기(80)는, 도시된 도 5와 6에서처럼, 원통형의 저장탱크관(81)이 있고, 상기 원통형의 저장탱크관(81)의 일측면에 연통된 유입관(82)이 있으며, 상기 원통형의 저장탱크관(81)의 유입관(82) 타측으로 연통되는 다수의 분배관(83)이 있다. 따라서 이들이 결합하여, 상기 유입관(82)과 분배관(83)의 연통위치는 원통형의 저장탱크관(81)의 중심수준으로 연통되어 저장탱크관(81)에 저장되어 분배관(83) 수준 이상으로 넘치는 과산화수소(H₂O₂)만 분배관(83)을 통해서 배출시킨다. 유입관은 전술된 정량펌프(74)를 통해서 공급받는 과산화수소(H₂O₂)를 유입시켜 원통형의 저장탱크관(81)의 내측에 과산화수소(H₂O₂)를 공급하되, 저장탱크관(81)의 유입관(82) 타측은 분배관(83)이 다수 개 형성되어 있기에 이 저장탱크관(81)의 과산화수소(H₂O₂)는 분배관(83)의 위치까지 수위가 올라오게 되면, 흘러서 넘치게 되는 것이다.

물리적으로 정량적인 과산화수소(H₂O₂)의 분류와 공급을 유도하는 것인데, 이 분배관(83)은 도시된 도 6의 실시예에서처럼, 저장탱크관(81)의 유입관(82) 타측에 연결관(84)을 연결하고, 그 연결관(84)의 끝단에 분배관(83)을 연결하여 사용하여도 무방하다. 어차피 유입관(82)을 통해서 저장탱크관(81)에 과산화수소(H₂O₂)가 쌓이게 되면, 그 쌓인 수위에 따라 과산화수소(H₂O₂)는 흘러 넘칠 것이고, 이 과산화수소(H₂O₂)의 량은 다시 연결관(84)을 통해서 분배관(83)으로 전달되어 정확하게 동일한 량으로 분배되어 혼화장치(71)로 공급될 것이다.

또한 본 발명은 도시된 도 3과 4에서처럼, 정량펌프(74)와 분배기(80) 사이에는, 사판의 각도를 통해서 유입되는 과산화수소(H₂O₂)의 량을 제어하는 압력댐퍼(76)와 유입된 과산화수소(H₂O₂)의 량을 정량적으로 측정하는 전자유량계(77)를 더 추가할 수 있도록 한다. 분배기(80)로 과산화수소(H₂O₂)가 투입되기 전에도 그 량적인 제어를 하는 것이다. 사판의 각도를 조절하여 일정시점에서는 많은 량의 과산화수소(H₂O₂)를 공급하고 일정시점에서는 적은 량의 과산화수소(H₂O₂)를 공급하는 것이다. 또한 전자유량계(77)는 지금 관의 내부로 흐르는 과산화수소(H₂O₂)의 량을 측정하여 보다 세밀한 제어를 할 수 있도록 하는 것이다.

또한 본 발명은 보다 원활한 투입설비(70)를 제어하기 위해서 다음과 같은 시스템을 따른다. 즉, 정량펌프(74), 전자유량계(77) 및 저장탱크(72)의 제어는 중앙관제실(91)에서 분산제어시스템(92)을 통해서 제어하는 것이다.

저장탱크(72)에 비치된 수위계(P)를 통해서 공급되는 과산화수소(H₂O₂)의 량을 검측하고, 정량펌프(74)를 제어하여 공급의 량을 1차적으로 제어하는 것이다. 다음으로 유동관을 거쳐 분배관으로 향하는 관에서 전자유량계를 통해서 과산화수소(H₂O₂)의 량을 측정하고 분배관(83)의 내측으로 흘러가는 과산화수소(H₂O₂)의 량을 제어할 수 있도록 하는 것이다. 결국 이러한 모든 제어는 본 발명의 중앙관제실(91)의 분산제어시스템(92)을 통해서 달성하게 된다.

10; 원수 20; 오존투입단계
30; 응집과 침전의 단계 40; 여과의 단계
50; 2차 오존투입의 단계 60; 정수단계
70; 투입설비 71; 혼화장치
72; 저장탱크 73; 유동관
74; 정량펌프 79; 오존접촉조
81; 저장탱크관 82; 유입관
83; 분배관 91; 중안관제실
92; 분산제어시스템

Claims

원수(10)를 정화시켜 정화수(100)로 제조하는 공정으로, 오존투입단계(20), 응집과 침전의 단계(30), 모래를 통한 여과의 단계(40), 2차 오존투입의 단계(50) 및 활성탄을 통한 정수단계(60)로 이루어진 수질 산화법에서, 상기 2차 오존투입단계(50) 전에 과산화수소(H₂O₂)를 투입하고, 상기 과산화수소(H₂O₂)의 투입을 위해서는, 투입설비(70)를 비치하고, 유입되는 원수의 량에 따라 분배기(80)를 통해 과산화수소(H₂O₂)를 동일한 량으로 혼화장치(71)에 공급하여 원수와 혼합시키는 원수에서 유해물질을 제거하는 방법에 있어서,
상기 투입설비(70)는,
과산화수소(H₂O₂)를 저장하고 수위계가 비치된 저장탱크(72)와;
상기 저장탱크(72)와 유동관(73)을 통해서 연통되어, 정확한 량만큼 과산화수소(H₂O₂)를 펌핑하는 정량펌프(74);
펌핑된 과산화수소(H₂O₂)를 각각의 혼화장치(71)에 고른 량으로 투입하기 위한 분배기(80);로 이루어져 자연유화 혼화장치(71)를 통해 2차 오존이 투입되는 오존접촉조(79)에서 원수(10)와 오존 및 과산화수소(H₂O₂)가 고루 혼화되는 것을 특징으로 하는 원수에서 유해물질을 제거하는 방법.
제1항에 있어서,
분배기(80)는,
원통형의 저장탱크관(81)과;
상기 원통형의 저장탱크관(81)의 일측면에 연통된 유입관(82)과;
상기 원통형의 저장탱크관(81)의 유입관(82) 타측으로 연통되는 다수의 분배관(83);이 결합하되, 상기 유입관(82)과 분배관(83)의 연통위치는 원통형의 저장탱크관(81)의 중심수준으로 연통되어 저장탱크관(81)에 저장되어 분배관(83) 수준 이상으로 넘치는 과산화수소(H₂O₂)만 분배관(83)을 통해서 배출되는 것을 특징으로 하는 원수에서 유해물질을 제거하는 방법.
제1항에 있어서,
정량펌프(74)와 분배기(80) 사이에는,
사판의 각도를 통해서 유입되는 과산화수소(H₂O₂)의 량을 제어하는 압력댐퍼(76);
유입된 과산화수소(H₂O₂)의 량을 정량적으로 측정하는 전자유량계(77);를 더 추가할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 원수에서 유해물질을 제거하는 방법.
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