KR101098639B1 - 분산처리식 용수공급시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 항상 충분한 수량과 안전한 수질을 유지할 수 있는 동시에 중간 수송과정에서 생기는 문제점을 해결하여 원수의 수질오염, 2차 수질오염 및 비상시에도 안정적으로 용수를 공급할 수 있는 대심도 관로를 이용한 분산처리식 원수공급시스템을 제공하고자 하는 것으로,

분산형 용수공급시스템은, 상수원에서 취수되는 원수중 부유물질 및 침전성물질을 제거하는 침사지와, 상기 침사지를 통하여 공급되는 원수에 대하여 일차적으로 오염물질을 정화시키는 전처리시설과, 각각의 도시 지하에 설치되고, 상기 전처리시설에서 처리된 용수를 공급 및 저류하는 대심도 관로와, 상기 대심도 관로에 연결되고, 다수의 수요가에 공급하기 위하여 병렬로 구성되는 분산형 정수처리장으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하며,

상기 대심도 관로는 분산형 정수처리시설을 환형(環形)으로 연결하여 상시유동하며 해당지역의 최소 7일 이상의 사용유량이 저장되는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서 상수원수의 취수 및 수송과정에서 전처리 과정을 도입하여 중앙집중식 처리시스템을 탈피하고, 대규모 저류 및 순환형 관로시스템을 통하여 수량의 안정성을 확보하며, 중앙집중식 용수공급시스템이 가지고 있는 원수오염 및 수송과정에서의 수질저하 등에 적절히 대처할 수 있다.

분산형, 타워형, 대심도관로, 전처리, 다중방어 정수시설

Description

분산처리식 용수공급시스템{Development of Integrated Water Supply System Combine with Large scale Loop Pipe and Decentalized Water Treatment Plant}

본 발명은 취수원으로 부터 수요가의 건물이나 주택에 수도물을 공급하기 위한 분산처리식 원수공급시스템에 관한 것이다.

현재 취수원으로부터 수요가에 수도물을 공급시 도 1과 같은 중앙집중식 정수공급시스템을 이용하고 있다.

중앙집중식 정수공급시스템에서 수도물을 공급하는 과정을 살펴보면, 취수원인 상수원(1), 도수관로, 침사지(2), 혼화/응집/침전/여과/소독과정이 포함된 정수처리시설(3)을 거쳐 도시하지 아니한 송수관로, 배수지, 배급수관로 등의 수송과정을 거쳐 수요가(6)인 건물 또는 주택으로 공급되도록 되어 있고, 하수처리는 수요가(6)에서 사용된 물이 하수관거를 통하여 하수처리장(7)까지 이송되고 하수처리과정을 거쳐 강이나 바다로 배출되도록 되어 있다.

이를 보다 상세히 살펴보면, 상수원(1)에서 공급되는 원수는 상수원을 취수 하는 취수구를 통하여 침사지(2)로 유입되면서 원수에 함유된 흙, 모래 및 각종 이물질을 가라앉히고, 부유물을 제거한 후 필요에 따라서 액체 염소 등으로 살균처리를 한다.

다음에 정수처리과정(3)에서 다음과 같은 처리공정을 수행한다.

- 전오존처리(필요에 따라)

물속에 존재하는 유기물질의 산화, 용존성 망간의 산화, 냄새제거, 박테리아, 바이러스 살균처리를 한다.

- 착수지

다음 단계의 혼화지로 용량에 맞게 분배한다.

-혼화/응집지

응집제를 투여하고, 급속 및 완속교반을 병행하여 부유물질을 응집시켜 침전지로 보낸다.

- 침전지

응집과정을 거친 고형물을 중력식 혹은 부유식으로 고액분리한 후 상징수를 여과지로 보낸다.

- 여과지

침전처리된 물을 모래층, 자갈층 혹은 기타 여재로 충진한 여과층 사이로 여과시키면서 미세한 잔류물을 제거한다.

- 후오존처리(필요에 따라)

미생물의 살균 및 냄새제거

- 활성탄 여과지

오존처리된 물이 활성탄 여과층을 통과하면서 물속에 녹아 있는 잔류유기물 및 미생물을 제거한다.

다음에 정수지(4)에 이르기전에 각종 미생물의 소독을 위한 2차 염소를 주입한 후 정수지내에서 충분한 체류시간을 거쳐 목표로 하는 미생물 불활성화율을 달성하게 된다.

상기에서 설명한 바와 같이 지표수(호소,하천)를 원수로 하는 경우 대부분의 정수장이 원수 가까이 건설되기 때문에 처리된 상술한 바와같이 수돗물이 송수관로, 배수지, 배,급수관로를 거치는 긴 수송과정을 통하여 최종 소비자에게 공급된다. 이러한 공급과정에서 체류시간이 길어짐에 따라 소독제 감소 및 소독부산물 생성, 관파손, 노후화 등에 의한 2차적인 오염발생 가능성이 상존하고 있어 정수장의 고품질 수돗물이 소비자의 수도꼭지까지 공급되지 못하는 현실이다. 또한 원수에서 수질사고가 발생하는 경우 취수를 중단할 수 밖에 없기 때문에 수요가의 용수공급에 차질이 발생할 우려를 가지고 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로,

본 발명의 주목적은 비상시에도 안정적인 용수를 공급하는 동시에 사용자의 요구에 만족하는 양호한 수질을 유지할 수 있는 분산처리식 용수공급시스템을 제공 하고자 하는 것이다.

다른 목적은 공급과정에서 생기는 문제점을 최소화하기 위하여 원수 취수지점이나 대구경/대심도 관로시스템에서 전처리하여 공급하고, 대심도관로는 순환형으로 매설되어 개별 정수처리시설 사이를 상시유동하는 구조로 되어 있기 때문에 원수의 수질사고나 인근지역의 용수부족에도 비교적 안정적으로 안전하게 용수를 공급할 수 있고, 수요가의 근접한 곳에서 분산화한 처리시설로 정수하여 수요가에 공급함으로써 용수공급과정에서 발생하는 재오염을 최소화할 수 있는 분산형 용수처리 및 공급시스템을 제공하고자 하는 것이다

또 다른 목적은 수요가 인근에서 최종 정수처리시 공간활용을 높이기 위하여 지상 혹은 지하에 각 처리공정을 수직형으로 배열하고 공정의 구성은 수요가에서 요구하는 수질을 만족할 수 있도록 패키지(package)형으로 건설하는 것이다.

상기한 주목적은 정수장에서 일괄적으로 정수처리하지 아니하고, 전처리시설을 통하여 부분 정수 처리후 대심도 관로내에 필요한 용수가 항상 저류되어 있도록 하고, 수요가에서 필요한 용량만큼, 요구되는 수질수준으로 분산 정수처리시설에서 정수하도록 하여 비상시에도 안정적인 용수공급이 가능하고 정수처리된 물의 공급과정을 최소화함으로써 재오염 문제를 해결할 수가 있다.

상기한 다른 목적은 전처리된 용수가 수요가인 주택 및 건물 인근에 건설된 분산형 정수처리시설에 의하여 수요자의 요구수준에 맞게 정수 처리되게 하여 해결 할 수 있도록 한 것이다.

상기한 또 다른 목적은 도심지에 건설되는 분산형 정수처리시설의 공간 활용을 극대화하기 위하여 고층이나 지하형구조물에 타워식으로 공정을 배열하고 그 내부에 각각의 처리실이 갖추도록 하여 해결하고 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 분산형 원수공급시스템은, 상수원에서 취수한 원수에 존재하는 모래나 기타 무거운 입자를 제거하는 침사지와,

상기 침사지를 통하여 공급되는 원수에 대하여 필요한 경우 부유물질을 응집, 침전시키는 전처리시설과,

각각의 도시 지하에 설치되고, 상기 전처리시설에서 처리된 용수를 공급 및 저류하는 대심도 관로와,

상기 대심도 관로에 연결되고, 다수의 수요가에 공급하기 위하여 병렬로 구성되며 최종수질의 용수를 생산하는 분산형 정수처리시설로 이루어져 있는 것을 특징으로 하며,

상기 대심도 관로는 용수공급의안정성을 확보하기 위하여 대상지역의 원수 오염 및 비상시의 문제가 원칙적으로 해결되는데 소요되는 기간 이상의 사용유량이 저장되는 저류조와 분산형 정수처리시설까지 전처리수준의 원수를 공급하는 기존의 도수관로 기능을 동시에 수행하는 특징이 있다.

또한 본 발명의 각 도시 지하에 설치되는 대심도 관로의 중간에는 필요에 따라 다수개의 다중방어 목적의 부분정수처리시설이 포함될 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하며, 각 도시 지하에 설치되는 대심도와 대심도 사이에는 연결망을 통하 여 서로 연결되고, 내부에 펌프가 설치되어 원수의 유통이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 기존의 수도시설에서 부담하고 있는 비상용수를 대심도관로를 통한 별도의 저류시설과 관로로 기능을 분리함에 따라 배급수용 관로와 저류시설의 규모를 줄일 수 있다.

그리고 상기한 지하 혹은 지상의 수직형 정수처리시설은 기존 정수처리장에서 넓은 공간을 요하는 공정이 전처리시설이나 대심도관로내에 위치함에 따라 컴팩트한 구조로 하단으로부터 상단에 걸쳐 펌프실, 막여과실, 활성탄여과실, 소독실, 저장조 순으로 구성되고 운영관리실을 포함하여 타워형으로 시설되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

기존의 중앙집중식 대규모 정수처리시설에서는 완벽한 수질로 처리가 이루어 지더라고 체류시간이 길어짐에 따라 재오염될 우려가 있고, 수지상의 단일관로 시스템에서는 관로상에 이상이 발생시 이에 대한 대응이 불가능하나, 본 발명의 경우 수요가 인근 정수처리장까지 순환형 대심도 관로가 매설되고, 최종처리공정 또한 수요가가 필요로 하는 양과 수질을 만족시켜 공급할 수 있는 효과가 있다.

또한 원수오염시 대심도관로내 저류유량으로 비상시 공급이 가능하고, 정수시설에 이상이 발생한 경우에도 인근 정수장으로부터 용수공급이 원활하게 이루어질 수 있다.

그리고 소비자에게 공급되기 전단계의 분산형 정수처리장시설은 앞선 전처리 및 부분처리시설을 통하여 침사, 혼화/응집, 침전여과 등의 과정을 거쳐서 공간소요가 적어지므로 지상 혹은 지하의 타워형으로 구성하여 공간활용을 높이는 동시에 원하는 수요가의 수질에 맞도록 공정을 배열할 수 있고 수요가까지의 최종 공급관로가 짧아짐에 따라 잔류소독제의 투여량을 현저히 줄일 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 용수공급과 처리과정을 나타내 시스템의 블럭도이다.

원수가 상수원(1)을 통하여 침사지(2)로 유입되는 과정은 상기에서 설명한 일반적인 정수처리 공정과 동일하다.

본 발명은 상기한 침사지(2)에서 원수가 전처리시설(9)을 통하여 공급 및 저류를 담당하는 대심도관로(12)를 거치게 구성되어 있다.

여기서 전처리시설(9)은 부유물질을 침전시키는 침전지의 역할과 미생물을 제거하는 소독 처리과정을 수행하게 된다.

이때 수질에 따라서 응집이 필요한 경우 응집공정이나 염소처리공정 등이 포함될 수 있다.

그리고 대심도 관로(12)는 직경이 큰 관형태이나 이에 한정되는 것이 아니 고, 방수가 되는 지하터널로 저류 및 공급통로의 기능을 갖추고 있는 것이면 충분하다.

이 대심도 관로(12)는 도시의 지하에 매설되어 있으며, 도시에서 필요로 하는 용수를 최소 7일 이상 비축할 수 있는 크기의 용량이며, 대심도 관로는 경사를 가지고 있어 자연적으로 흐르는 통로가 형성되고, 펌프도 병행하여 사용하여 역경사를 극복할 수 있는 구조를 가지고 있다.

대심도 관로(12)는 각 도시내 지하 40m 이하에 설치되고, 필요에 따라서 다중방어를 목적으로 부분정수시설(11)(또한 “간이정수 시설”이라고 도 칭함)이 포함될 수 있다. 이 부분정수시설(11)은 대심도관로(12)내 용수가 체류되는 시간 및 분산형 정수처리시 부하의 발생 등을 고려하여 가동되도록 한다.

그리고 수요가(6)인 각각의 주택단지나 빌딩 건물 등 물이 필요한 장소와 상기 대심도 관로(12)가 만나는 곳에 타워형 정수처리시설(13)을 설치하여 대심도 관로(12)내 원수를 정수 처리하여 수요가(6)로 유입시키고, 수요가(6)에서 사용된 물은 하수처리장치(7)를 통하여 처리되도록 구성되어 있다(도 4참조).

여기서 정수처리장(13)은 지하 또는 지상에 설치할 수 있으며, 공간활용을 위하여 타워형으로 형성하고 있다.

특히 순환구조를 가지는 대심도 관로(12)의 후단에는 후처리 정수가 분산되도록 각각의 수요가에 (6),(6‘),(6“)에 따라 분산형 정수처리시설(13),(13’),(13‘)이 병렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하고 있으며, 여기서 최종수질의 용수를 생산하게 된다.

미설명 부호 17는 도수관로을 나타낸다.

도 3은 본 발명의 정수처리 시스템의 개요를 나타낸 사시도이다.

여기에서는 상수원(1)으로써 댐에 저류된 원수를 사용하고 있는 예를 나타내고 있으나, 댐에 한정되는 것은 아니며, 호수, 강, 지하수, 해수 등에 사용될 수가 있으며, 이 경우에도 동일한 기술이 적용된다.

댐에 저류된 원수는 침사지(2) 및 전처리시설(9)을 통하여 흐르게 되고, 이 정수시설을 통과한 용수는 대심도 관로(12)내에 유입된다.

따라서 침사지 및 전처리시설을 통과한 용수는 송수관로(17)을 통하여 각각의 도시 지하에 설치된 순환용관로인 대심도 관로(12)에 공급된다.

또한 대심도 관로(12)는 용수공급의 안정성을 확보하기위하여 대상지역의 원수오염 및 비상시의 문제가 원칙적으로 해결되는데 소용되는 기간 이상의 사용유량이 저장되는 저류조와 분산형 정수처리시설까지 전처리수준의 원수를 공급하며, 기존의 도수관로 기능을 동시에 수행할 수 있데 한다.

따라서 최소 7일 이상 도시가 사용할 수 있는 용수를 저장하고 있으나, 대심도 관로의 중간에는 필요에 따라서 부분정수시설(11)이 포함될 수 있다.

도시에서는 상기 대심도 관로(12)에 저류된 용수를 지상 또는 지하에 설치된 타워형 정수처리시설(13)을 통하여 최종지역 수요가에서 원하는 수질의 정수된 수도물을 공급하게 된다.

미설명 부호 16은 해수 담수화시설을 나타내고 있는 것으로 해수를 상수원수로 사용하는 경우를 고려한 경우이다.

도 4는 본 발명의 정수처리 시스템에서 지하를 통과하는 대심도관로를 나타낸 흐름도로서 각각의 도시와 도시가 연결되는 지하에는 상술한 바와 같이 대심도 관로(12)가 매설되어 있고, 구조적으로 순환형 구조를 가지고 있는 대심도 관로(12) 들 사이에는 연결망(21)을 사용하여 서로 연결되어 있다. 이 연결망(21)내에는 펌프가 설치되어 부족분의 용수는 근접된 대심도 관로에서 공급할 수 있도록 구성되어 있다.

그리고, 대심도 관로(12)에는 지상 또는 지하에 설치된 타워형 정수처리시설(13)이 연결되어 수요가에 정수된 수도물을 공급하고, 수요가인 주택 또는 건물에서 사용된 하수는 하수관거(18)을 통하여 하수처리장치(7)로 유입되어 하수처리를 하도록 구성되어 있다.

이와같이 구성된 본 발명은 상수원(1) 및 침사지(2)를 통과한 원수가 전처리시설(8)을 통과하면서 일단 필요한 수준까지 처리하게 된다.

여기에서 전처리시설은 기존의 정수처리 공정을 활용하거나 부유물질을 응집, 침전시키고, 소독 처리하여 대심도 관로(12)로 유입하게 된다.

대심도 관로(12) 내에도 그 크기 및 용량에 따라 상기한 간이정수시설(11)이 설치되어 있어 1차적인 정수처리된 용수가 도시 지하의 대심도 관로(12)내를 흐르게 되고, 1차 정수된 용수가 지상이나 지하의 타워형 정수처리시설(13)을 통하여 필요한 수질까지 처리되어 공급되고, 사용된 물은 하수관거(18)을 통하여 하수처리시설(7)까지 이송하게 된다.

하수처리장치(7)는 일반적으로 하수처리 공정시 사용되는 과정과 동일하여 이에 대 한 상세한 설명은 생략하며, 하수처리시 발생하는 폐열, 메탄 등의 재생가능한 에너지를 활용하는 것이 에너지 절약상 바람직하다.

상술한 바와 같이 본 발명은 기존정수처리공정에서 부지소요가 큰 침사지, 혼화/응집, 침전지 등의 기능을 전처리시설과 대심도관로로 분산시킴으로써 부지면적을 줄이고, 수요가 가까이 타워형 정수처리시설을 설치하여 최종처리수의 관로이송을 최소화할 수가 있으며,

또한 기존의 수도시설에서 감당하던 비상용수를 대심도관로를 이용한 별도의 저류시설과 관로로 분리함에 따라 수도용 배급수관로 및 저류조 규모를 줄이고 관로내 체류시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 5는 본 발명에 사용되는 지하 또는 지상의 타워형 정수시스템의 개략도이다.

공간활용을 극대화 하기 위하여 지하에서 부터 상부로 타워식으로 설치되어 있으며, 펌프실(31), 막여과실(32), 활성탄여과실(33), 소독실(34), 저장조(35), 운영관리실(36)로 구성되어 있고, 필요에 따라 공정의 구성을 변경할 수 있다.

- 펌프실(31)

대심도 관로(12)내의 원수를 정수처리시설의 상부로 올리는 역활을 한다.

- 막여과실(32)

대심도(12)내에서 1차 정수된 원수를 다양한 공극의 막을 통과하게 하여 미세한 잔류물을 제거한다.

- 활성탄 여과실(33)

활성탄 여과층을 통과하면서 물속에 녹아 있는 잔류물 및 미생물을 제거하여 정수 처리된 물을 공급한다.

- 소독실(34)

UV, 오존, 염소 등 다양한 소독공정을 통하여 유기물질의 산화, 냄세제거, 박테리아, 바이러스 살균처리 등을 행한다.

- 저장조(35)

소독능을 확보하고, 사용량에 적합한 양을 저장할 수 있는 용량으로 운영된다.

- 운영관리실(36)

타워형 지하 정수처리장의 모든시설과 기계의 운영을 감시하고 제어하는 기능을 담당한다.

이상에서와 같이 본 발명은 기존의 중앙집중식 처리방식과 수리학적 체류시간이 긴 관로를 통한 공급방식이 가지는 문제점 즉, 원수 수질사고시 처리장에서의 대응부재, 처리수질에 대한 다양한 요구발생, 관로 이송과정에서의 수질악화 등을 개선하기 할 수 있으며, 원수 취수 후 전처리하여 대심도 관로시스템을 따라 수요가 인근의 컴팩트화된 타워형 처리시설까지 이송하고, 분산형 처리시설에서는 다양한 공정 조합을 통하여 수요가가 요구하는 수준의 수질을 확보할 수 있는 특징이 있다.

도 1는 일반적인 정수처리 과정을 나타낸 정수처리 시스템의 블럭도,

도 2는 본 발명의 정수처리 과정을 나타낸 정수처리 시스템의 블럭도,

도 3는 본 발명의 정수처리 시스템의 개요를 나타낸 사시도,

도 4는 본 발명의 정수처리 시스템에서 지하를 통과하는 수송관로를 나타낸 흐름도,

도 5는 본 발명에 사용되는 타워형 정수시스템의 개략도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 상수원 2 : 침사지

9 : 전처리 시설 12 : 대심도 관로

13 : 분산형 정수처리시설 31 : 펌프실

32 : 막여과실 33 : 활성탄 여과실

34 : 소독실 36 : 운영관리실

Claims (6)

1. 상수원(1)에서 취수되는 원수 중 부유물질 및 침전성물질을 제거하는 침사지(2)와 상기 침사지(2)를 통하여 물보다 비중이 무거운 입자성 물질이 제거되며 필요에 따라 별도의 전처리시설을 포함하고,

   각각의 도시 지하에 설치되고, 상기 전처리시설(9)에서 처리된 용수를 공급 및 저류하는 대심도 관로(12)와,

   상기 대심도 관로(12)에 연결되고, 다수의 수요가(6),(6‘)에 공급하기 위하여 병렬로 구성되며, 최종수질의 용수를 생산하는 분산형 정수처리시설 (13),(13’)로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 분산처리식 원수공급시스템
2. 제 1항에 있어서,

   원수는 하나 이상으로부터 용수를 취수하고 대심도관로의 다양한 지점으로 유입될 수 있고, 유입되는 유량은 수원의 조건 또는 수요가의 시간대별 용수사용 경향이 반영된 공급유량변동 등을 고려하여 자동제어 시스템을 통하여 유입유량과 방식이 조절될 수 있는 분산처리식 원수공급시스템
3. 제 1항에 있어서,

   대심도 관로(12)는 용수공급의 안정성을 확보하기 위하여 대상지역의 원수오 염 및 비상시의 문제가 원칙적으로 해결하는데 소용되는 기간 이상의 사용유량이 저장되는 저류조와 분산형 정수처리시설까지 전처리수준의 원수를 공급하는 기존의 도수관로 기능을 동시에 수행하는 분산처리식 원수공급시스템
4. 제 1항에 있어서,

   전처리시설은 취수지점 인근이나 각 도시 지하에 설치되는 대심도(12)관로내에 위치할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 분산처리식 원수공급시스템
5. 제 1항에 있어서,

   각 도시 지하에 설치되는 대심도관로(12)는 순환형으로 구성하고 대심도관로(12) 사이에는 연결관로(21)를 통하여 서로 연결되고, 내부에 펌프가 설치되어 비상시 밸브 및 펌프운영을 통하여 대심도관로 간에 원수의 유통이 이루어지는 것을 특징으로 하는 분산처리식 원수공급시스템
6. 제 1항에 있어서,

   분산형 정수처리시설(13)은 대심도관로로부터 전처리수를 취하고 공정은 수직으로 구성되어 지상 또는 지하에 타워형으로 시설되어 있는 것을 특징으로 하며 각 공정의 처리수준은 수요가의 요구에 맞출 수 있도록 공정구성과 배열의 변경이 가능한 개별 모듈형 공정으로 구성된 분산처리식 원수공급시스템

Images