KR101125815B1 - River water quality improvement system of advanced oxidation process using micro bubble - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초미세 기포를 이용한 고도산화공정을 통해 하천의 자정능력을 개선 및 향상시킬 수 있는 하천 수질 개선 시스템에 관한 것으로, 1차 처리부의 초미세 오존 기포 및 UV를 이용하여 오염 부하량을 사전에 제거함과 동시에 2차 처리부의 초미세 순산소를 이용하여 원활한 자정작용을 개선 및 향상시킴으로써, 하천의 수질정화 및 생태계의 다양성을 증대시킬 수 있는 초미세 기포를 이용한 고도산화공정을 통해 하천의 자정능력을 개선 및 향상시킬 수 있는 하천 수질 개선 시스템이다.The present invention relates to a river water quality improvement system that can improve and improve the river's self-cleaning ability through an advanced oxidation process using ultra-fine bubbles, and prior to pollutant loading by using ultra-fine ozone bubbles and UV in the primary treatment part. Simultaneously improve and improve the self-cleaning effect by using ultra fine oxygen in the secondary treatment part, and the self-cleaning ability of the river through the advanced oxidation process using ultra fine bubbles that can increase the water quality of the river and the diversity of the ecosystem. It is a river water quality improvement system that can improve and improve.
초미세, 오존, 순산소, 기포, 고도산화공정, 하천, 수질 Ultrafine, Ozone, Oxygen, Bubbles, Advanced Oxidation Process, River, Water Quality
Description
본 발명은 하천 수질 개선 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 초미세 오존 기포 및 초미세 순산소 기포를 이용한 고도산화공정을 통해 하천의 자정능력을 개선 및 향상시킬 수 있는 하천 수질 개선 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a river water quality improvement system, and more particularly, to a river water quality improvement system capable of improving and improving the self-cleaning ability of a river through an advanced oxidation process using ultra-fine ozone bubbles and ultra-fine oxygen bubbles.
1960년대 이후 급속한 산업화와 도시화에 따른 인구증가와 무분별한 개발은 물 사용 급증과 주변 환경 파괴를 야기하였고 이로 인해 수질은 악화되어 왔다. 특히, 하천이나 저수지의 경우에는 식수원으로 이용될 뿐 아니라 주변 생태 환경에 커다란 영향을 끼치므로 이러한 하천 수질의 악화는 결국 인류와 생태계 모두에게 위협적인 요소로 작용한다.Since the 1960s, rapid industrialization and urbanization have led to population growth and reckless development that has led to a surge in water use and environmental degradation, which has led to deterioration of water quality. In particular, rivers and reservoirs are not only used as drinking water sources but also have a great impact on the surrounding ecological environment. Thus, the deterioration of river water quality is a threat to both humans and ecosystems.
수질오염은 지표수, 지하수 및 해수로 오염된 물이 유입됨에 따라 물의 물리화학적 변화가 발행하여 생물에 악영향을 주거나 각종 용수로 사용할 수 없게 되는 것을 뜻한다. 수질오염을 일으키는 오염원으로는 크게 점 오염원(point source pollutants)과 비점 오염원(non-point source pollutants)이 있다.Water pollution means that the physicochemical change of water is issued due to the inflow of water contaminated with surface water, groundwater and seawater, which can adversely affect living organisms or make it impossible to use for various waters. There are two major sources of water pollution: point source pollutants and non-point source pollutants.
점 오염원은 특정한 위치, 즉 공장, 발전소, 폐수처리장 등에서 공급되는 오 염원을 뜻하며, 비점 오염원은 특정 위치가 아니라 넓은 지역에 산재한 오염원, 즉, 경작지나 목장, 공사장 등을 뜻한다.Point pollutants refer to pollution sources supplied from specific locations, such as factories, power plants, and wastewater treatment plants. Nonpoint pollutants refer to pollutants scattered over large areas, rather than to specific locations, such as farmland, ranches, and construction sites.
이러한 점 오염원이나 비점 오염원으로 인해 수질이 쉽게 오염되어 식수원으로 사용할 수 없을 뿐 아니라 농업용수 또는 공업용수로 사용할 수 없게 되며, 주변 생태계에 영향을 미쳐 생태계의 파괴를 부른다. 특히, 비점 오염원의 경우 배출지점이 불특정하고 넓은 지역으로 배출되며 자연적 요인에 따른 변화가 심하여 예측이 곤란한 등의 이유로 오염에 대응하기 위한 대책을 만들기 상황이다.Water pollution is easily contaminated by these point sources or non-point sources, which can not be used as a drinking water source, as well as agricultural or industrial water, affecting the surrounding ecosystem, which causes the destruction of the ecosystem. In particular, in case of non-point pollutant sources, the discharge point is discharged to an unspecified and wide area, and it is a situation to make a countermeasure against pollution because it is difficult to predict due to the severe change due to natural factors.
따라서 하천 및 저수지 등의 수질개선 및 복원을 위한 대안들이 마련되어야 하며 이와 관련하여 단순히 하수처리장에서 물을 정화시키는 것과는 다른, 오염물질이 하천, 호소 등에 유입되어 본래 가지고 있는 자정능력을 초과함으로써 저하된 정화기능을 회복시키기 위한 인위적/자연적 행위인 수질정화공법의 개발이 요구된다.Therefore, alternatives should be prepared for water quality improvement and restoration of rivers and reservoirs.In this regard, pollutants, which are different from simply purifying water at sewage treatment plants, have been reduced by exceeding the self-cleaning capacity inherent in rivers and lakes. There is a need for the development of water purification techniques, which are artificial and natural actions to restore purification.
한편, 하천의 직접정화법이란, 무기물 또는/및 유기물(유해물질 포함)이 유입되어 하천의 자연정화기능(자정기능)이 감소될 경우, 인위적인 방법을 이용하여 자정기능을 회복 또는 증대시키는 방법이다. 일례로, 부레옥잠, 부평초 등의 수생식물을 이용하여 오염부하를 줄이고, 습지에 있는 갈대밭의 정화능력을 활용하는 방법이 직접정화법에 포함된다. 그러나 이러한 직접정화법만으로 저하된 하천의 정화기능을 회복시키기에 턱없이 부족하며, 따라서 하천의 자정능력을 개선 및 향상시킬 수 있는 새로운 수질정화공법이 요구되고 있다.On the other hand, the direct purification method of the river is a method of recovering or increasing the self-cleaning function by using an artificial method when the inorganic or / and organic matter (including harmful substances) is reduced and the natural purification function (the self-cleaning function) of the stream is reduced. For example, a method of reducing pollutant load by using aquatic plants such as water hyacinth, Bupyeongcho, and utilizing the purification ability of reed fields in wetlands is included in the direct purification method. However, such direct purification alone is not enough to restore the deteriorated river purification function, and thus a new water purification method is required to improve and improve the river's self-cleaning ability.
본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기존 처리장치에서의 문제점인 산소의 낮은 수중 용해도, 산소 기포의 빠른 상승으로 인한 접촉시간 단축의 문제, 그리고 이에 따른 낮은 산화력의 문제점을 극복하여 하천 내의 생물학적 또는/및 화학적 작용에 의한 자정 범위를 넘어서는 오염 부하량을 사전에 제거함과 동시에 하천내의 원활한 자정작용을 도모하여 환경조성을 이룰 수 있는 초미세 기포를 이용한 고도산화공정을 통해 하천의 자정능력을 개선 및 향상시킬 수 있는 하천 수질 개선 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, the problem of the existing water treatment device of the low water solubility of oxygen, the problem of shortening the contact time due to the rapid rise of oxygen bubbles, and thus the problem of low oxidizing power stream Improve the river's self-cleaning ability through advanced oxidation process using ultra-bubble bubbles that can form environmental environment by smoothly removing the pollutant load beyond the midnight range by biological and / or chemical action in the river. And to provide a river water quality improvement system that can be improved.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 초미세 기포를 이용한 고도산화공정의 하천 수질 개선 시스템은, 초미세 기포 형태의 오존과 UV를 이용하여 유기물의 산화력 확보를 위한 1차 처리부와, 초미세 기포 형태의 순산소를 이용하여 고농도의 용존산소량 확보를 위한 2차 처리부를 포함한다.In order to achieve the above object, the stream water quality improvement system of the advanced oxidation process using ultra-fine bubbles according to the present invention includes a primary treatment unit for securing oxidizing power of organic matter using ozone and UV in the form of ultra-fine bubbles, and ultra-fine It includes a secondary processing unit for securing a high concentration of dissolved oxygen by using a pure oxygen in the form of bubbles.
상술한 구성요소 중 상기 1차 처리부는, 하천수가 유입되는 1차 처리조와, 상기 1차 처리조에 저장된 하천수를 교반시키는 펌프와, 외부로부터 유입된 공기를 이용하여 오존을 발생하는 오존발생장치와, 상기 오존발생장치에서 생성된 오존을 상기 펌프에서 배출된 하천수에 혼합시키는 기액혼합펌프와, 상기 기액혼합펌프에서 배출된 오존 혼합 하천수를 상기 제1차 처리조로 공급하는 디퓨져와, 상기 1차 처리조 내부에 설치되고, 오존에 UV를 조사하여 OH라디칼을 생성하는 UV조사장치를 포함한다.Among the above-described components, the primary treatment unit may include a primary treatment tank into which river water is introduced, a pump to agitate the river water stored in the primary treatment tank, an ozone generator that generates ozone using air introduced from the outside, A gas-liquid mixing pump for mixing the ozone generated by the ozone generating device with the stream water discharged from the pump, a diffuser for supplying the ozone-mixed river water discharged from the gas-liquid mixing pump to the primary treatment tank, and the primary treatment tank. It is installed inside, and includes a UV irradiation device for generating OH radicals by irradiating UV to ozone.
또한, 상기 2차 처리부는, 상기 1차 처리조에서 배출된 1차 처리수가 유입되는 2차 처리조와, 상기 2차 처리조에 저장된 1차 처리수를 교반시키는 펌프와, 외부로부터 유입된 공기를 이용하여 순산소를 발생하는 순산소발생장치와, 상기 순산소발생장치에서 생성된 순산소를 상기 펌프에서 배출된 1차 처리수에 혼합시키는 기액혼합펌프와, 상기 기액혼합펌프에서 배출된 순산소 혼합 처리수를 상기 2차 처리조로 공급하는 디퓨져를 포함한다.The secondary treatment unit may use a secondary treatment tank into which primary treatment water discharged from the primary treatment tank flows, a pump for stirring the primary treatment water stored in the secondary treatment tank, and air introduced from the outside. A pure oxygen generator for generating pure oxygen, a gas-liquid mixing pump for mixing pure oxygen generated by the pure oxygen generator with the primary treated water discharged from the pump, and a pure oxygen mixture discharged from the gas-liquid mixing pump And a diffuser for supplying treated water to the secondary treatment tank.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 의한 초미세 기포를 이용한 고도산화공정의 하천 수질 개선 시스템은, 1차 처리부의 초미세 오존 기포 및 UV를 이용하여 오염 부하량을 사전에 제거함과 동시에 2차 처리부의 초미세 순산소를 이용하여 원활한 자정작용을 개선 및 향상시킴으로써, 하천의 수질정화 및 생태계의 다양성을 증대시킬 수 있다.The stream quality improvement system of the advanced oxidation process using the ultra-fine bubbles according to the present invention configured as described above, removes the pollutant load in advance by using the ultra-fine ozone bubbles and UV in the primary treatment section, By using fine pure oxygen to improve and improve smooth self-cleaning, it is possible to increase the water quality of the river and the diversity of the ecosystem.
또한, 오존에 UV(촉매)를 조사할 때 발생되는 OH라디칼을 이용하여 유기물과 빠르게 반응시키고, 오존과 순산소를 20㎛ 이하의 초미세 기포 형태로 공급함으로써 오존과 순산소 부상속도를 지연시켜 체류시간을 늘림으로써 유기물 제거효율을 향상시키며, 소규모의 장치로 많은 양의 하천수를 처리 할 수 있다.In addition, OH radicals generated when irradiating UV (catalyst) to ozone rapidly react with organic matter, and supply ozone and oxygen in the form of ultra-fine bubbles of 20 µm or less, which delays the ozone and oxygen concentration. Increasing the residence time improves the removal efficiency of organic matter and can treat a large amount of river water with a small device.
또한, 본 발명의 초미세 기포를 이용한 고도산화공정의 하천 수질 개선 시스템은 단일 유닛 공정으로 산화분해와 소독을 동시에 실시할 수 있으므로 소요부지 면적을 감소시킬 수 있고, 처리효율을 향상시켜 하천 내의 원활한 자정작용을 도모할 수 있다.In addition, the stream water quality improvement system of the advanced oxidation process using the ultra-fine bubbles of the present invention can be carried out at the same time oxidative decomposition and disinfection in a single unit process can reduce the required site area, improve the treatment efficiency to smooth the stream It can promote self-cleaning.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명함에 있어, 그리고 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부가하였다.With reference to the accompanying drawings will be described embodiments of the present invention; In the following description of embodiments according to the present invention, and in adding reference numerals to the components of each drawing, the same reference numerals are added to the same components as much as possible even though they are shown in different drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초미세 기포를 이용한 고도산화공정의 하천 수질 개선 시스템을 도시한 구성도이다.1 is a block diagram showing a stream quality improvement system of the advanced oxidation process using ultra-fine bubbles according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 초미세 기포를 이용한 고도산화공정의 하천 수질 개선 시스템은, 유기물의 산화력 확보를 위한 1차 처리부(10)와, 고농도의 용존산소량 확보를 위한 2차 처리부(20)를 포함하여 구성된다.As shown in Figure 1, the stream quality improvement system of the advanced oxidation process using ultra-fine bubbles according to an embodiment of the present invention, the
우선, 1차 처리부(10)는, 하천수가 유입되는 1차 처리조(11)와, 1차 처리조(11)에 저장된 하천수를 교반시키는 펌프(12)와, 외부로부터 유입된 공기를 이용하여 오존을 발생하는 오존발생장치(13)와, 오존발생장치(13)에서 생성된 오존을 펌프(12)에서 배출된 하천수에 혼합시키는 기액혼합펌프(14)와, 기액혼합펌프(14)에서 배출된 오존 혼합 하천수를 제1차 처리조(11)로 공급하는 디퓨져(15)와, 1차 처리조(11)의 내부에 설치되고 오존 혼합 하천수에 UV를 조사하여 OH라디칼을 생성하는 UV조사장치(16)로 구성된다.First, the
또한, 2차 처리부(20)는, 1차 처리조(11)에서 배출된 1차 처리수가 유입되는 2차 처리조(21)와, 2차 처리조(21)에 저장된 1차 처리수를 교반시키는 펌프(22)와, 외부로부터 유입된 공기를 이용하여 순산소를 발생하는 순산소발생장치(23)와, 순산소발생장치(23)에서 생성된 순산소를 펌프(22)에서 배출된 1차 처리수에 혼합시키는 기액혼합펌프(24)와, 기액혼합펌프(24)에서 배출된 순산소 혼합 처리수를 2차 처리조(21)로 공급하는 디퓨져(25)로 구성된다.In addition, the
이때, 기액혼합펌프(14,24), 즉 하천수에 오존을 혼합하는 1차 처리부(10)의 기액혼합펌프(14)와 1차 처리수에 순산소를 혼합하는 2차 처리부(20)의 기액혼합펌프(24)는 라인 믹서(line mixer) 방식이다. 이 기액혼합펌프(14,24)는 내부에 회전수단(14a,24a)이 구비되어, 이를 이용하여 기체와 액체를 혼합 및 교반함으로써 오존 및 순산소를 하천수 및 1차 처리수에 용해시키는 방식이다. 특히, 본 실시예에 예시된 기액혼합펌프(14,24)는 오존 및 순산소를 20㎛이하의 초미세 기포 형태로 생성하여 하천수 및 1차 처리수에 용해시킨다.At this time, the gas-
본 발명의 일 실시예에 따른 초미세 기포를 이용한 고도산화공정의 하천 수질 개선 시스템은, 상술한 바와 같이 초미세 오존 기포와 초미세 순산소 기포를 이용하여 하천수를 정화한다.The river water quality improvement system of the advanced oxidation process using ultra-fine bubbles according to an embodiment of the present invention, purifies the river water by using ultra-fine ozone bubbles and ultra-fine oxygen bubbles as described above.
오존은 폐수처리시 산소 보다 약 10배 높은 용해도를 가지며, 강력한 산화력(전위차: 2.07V)을 지니고 있어 많은 종류의 유기 및 무기 화합물을 산화시킬 수 있다. 특히, 오존은 유기화합물의 올레핀류 뿐만 아니라 방향족 화합물도 실온에서 분해시키는 능력이 있다.Ozone has about 10 times higher solubility than oxygen in wastewater treatment and has a strong oxidizing power (potential difference: 2.07V), which can oxidize many kinds of organic and inorganic compounds. In particular, ozone is capable of decomposing not only olefins of organic compounds but also aromatic compounds at room temperature.
오존의 특성을 좀 더 상세히 살펴보면, 우선 전력과 공기만 있으면 현장에서 쉽게 필요량을 얻을 수 있고, 전압과 주파수 변화로 필요한 오존을 합성할 수 있으 므로 주입량 제어나 자동화가 용이하다. 또한, 산화환원전위가 불소 다음으로 높아 수중의 처리 대상물 분해 시간이 짧고, 짧은 시간에 산소로 분해되므로 처리 후 pH의 변화가 적다(반감기가 상온, 중성에서 15～30분). 또한, 수중의 유기물질을 저분자화 하므로 후단의 생물학적 처리와의 병용처리가 가능하고, 그 효과도 매우 높으며, 처리 후에도 무기물 농도의 상승, 슬러지 발생, 유기 염소화합물의 생성 같은 2차 오염이 없다.Looking at the characteristics of ozone in more detail, first, power and air can be easily obtained in the field, and the necessary ozone can be synthesized by changing the voltage and frequency, so that the injection volume can be easily controlled or automated. In addition, since the redox potential is higher than fluorine, the decomposition time of an object to be treated in water is short, and since it is decomposed into oxygen in a short time, there is little change in pH after treatment (half life is 15 to 30 minutes at room temperature and neutral). In addition, the low molecular weight of the organic material in the water can be combined with the biological treatment of the latter stage, the effect is also very high, there is no secondary pollution, such as increase in inorganic concentration, sludge generation, organic chlorine compounds after treatment.
이러한 오존은 강한 산화력(전위차: 2.07V)으로 모든 유기물을 CO2와 H2O로 완전 분해한다. 특히, 오존에 UV를 조사할 경우 OH라디칼이 생성되는데, 이 OH라디칼은 오존 자체보다 높은 전위차(2.8V)를 가지며 모든 유기물과 매우 빠른 속도로 반응한다. 따라서 오존에 의한 유기물 제거시 UV를 조사하면, 오존에 반응하지 않는 특정 유기물을 OH라디칼이 분해, 제거한다. 즉, 오존에 의한 유기물 제거과정은 오존 분자에 의한 직접 제거와 OH라디칼에 의한 간접 제거를 통해 제거효율이 매우 우수하다.This ozone has a strong oxidizing power (potential difference of 2.07 V), which completely decomposes all organic matter into CO 2 and H 2 O. In particular, when ozone is irradiated with UV, OH radicals are produced. The OH radicals have a higher potential difference (2.8 V) than ozone itself and react with all organic materials at a very fast rate. Therefore, when UV is removed when removing organic substances by ozone, OH radicals decompose and remove specific organic substances that do not react with ozone. In other words, the removal process of organic matter by ozone is very excellent in removal efficiency through direct removal by ozone molecules and indirect removal by OH radicals.
결국, 본 발명의 일 실시예에 따른 초미세 기포를 이용한 고도산화공정의 하천 수질 개선 시스템은, 오존 및 UV을 통해 유기물을 직접적으로 제거하기도 하고, 그와 동시에 UV 조사시 생성된 OH라디칼을 통해 유기물을 간접적으로 제거하기도 한다. 일례로, 유기물이 UV 에너지에 대한 흡광도와 분해수율이 높다고 하면 이러한 처리방법은 매우 효과적이다. 특히, 유기염소계 화합물을 제거하는데 훌륭한 공정으로 알려져 있다. 이용할 수 있는 UV Lamp의 종류 및 파장은 매우 다양하지만 200 ～ 300 nm의 파장의 빛을 발생시키는 램프를 사용한다.As a result, the stream water quality improvement system of the advanced oxidation process using ultra-fine bubbles according to an embodiment of the present invention, directly remove the organic matter through ozone and UV, and at the same time through the OH radicals generated during UV irradiation It also removes organic matter indirectly. For example, if the organic material has high absorbance and decomposition yield for UV energy, this treatment method is very effective. In particular, it is known as an excellent process for removing organochlorine compounds. There are many types and wavelengths of UV lamps that can be used, but lamps with a wavelength of 200-300 nm are used.
한편, OH라디칼을 생성하기 위해 조사되는 UV는 단 수 초 만에 미생물의 유전자를 변화시켜 비활성화 한다. 또한, 용존 오존이 UV 에너지에 의하여 광분해 되는 반응 초기에는 그 결과물로 과산화수소가 생성된다.On the other hand, UV irradiated to produce OH radicals inactivates by changing the gene of the microorganism in a few seconds. In addition, hydrogen peroxide is produced as a result of the reaction in which dissolved ozone is photolyzed by UV energy.
이렇게 생성된 과산화수소는 무색투명한 액체로 약산성이고, 물과 모든 비율로 잘 혼합되며, 강한 산화제와 약한 환원제의 성질을 함께 갖는다. 따라서 약산성 상태로 공급될 경우 pH 6 이상에서 분해가 잘 일어날 뿐만 아니라 pH가 상승함에 따라 분해속도 또한 급격히 증가한다.The hydrogen peroxide thus produced is a colorless and transparent liquid, weakly acidic, well mixed with water in all ratios, and possessing strong oxidizing agents and weak reducing agents. Therefore, when supplied in a weakly acidic state, not only decomposition occurs well above
이러한 과산화수소는 중성이나 산성에서 낮은 산화 상태의 금속 이온이 존재할 때 자유 라디칼을 생성시키는 특성을 갖는다. 따라서 과산화수소가 활성화되면 오존과 반응하여 OH, HO2라디칼이 생성되고 이들의 산화환원 전위가 매우 높아 난분해성 유기물을 산화시킬 수 있다.These hydrogen peroxides have the property of generating free radicals when metal ions in neutral or acidic low oxidation states are present. Therefore, when hydrogen peroxide is activated, OH and HO 2 radicals are generated by reacting with ozone, and their redox potential is very high to oxidize hardly decomposable organic substances.
한편, 본 실시예에 예시된 기액혼합펌프(14,24)는 오존 및 순산소를 20㎛이하의 초미세 기포 형태로 생성하여 하천수 및 1차 처리수에 용해시킨다. 이와 같이 오존 및 순산소를 20㎛이하의 초미세 기포 형태로 주입할 경우, 오존 기포의 부상속도가 낮아 용해된 오존과 오염물과의 접촉시간을 늘려 오존 사용량을 줄일 수 있고 비표면적을 크게 만들어 기액계면의 흡착조작이나 물질이동조작에 유리하기 때문에 소규모의 장치로도 많은 양의 하천수를 처리할 수 있다.On the other hand, the gas-
이와 같이, 20㎛이하인 초미세 기포 형태의 오존 및 순산소를 이용하면 하천 수의 유기물 등(COD, BOD, 색도)에 대한 산화분해 뿐만 아니라 하천수 중에 잔류하는 미생물(바실러스, 대장균)에 대한 소독능이 뛰어나 용수 재이용시설에 적용될 수 있다.As such, when the ultra-foamed bubble type ozone and pure oxygen of 20 μm or less are used, the disinfecting ability of microorganisms (Bacillus, E. coli) remaining in the river water as well as oxidative degradation of organic matters (COD, BOD, chromaticity) of the river water Excellent for water reuse.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초미세 기포를 이용한 고도산화공정의 하천 수질 개선 시스템을 도시한 구성도이다.Figure 2 is a block diagram showing a stream quality improvement system of the advanced oxidation process using ultra-fine bubbles according to another embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 초미세 기포를 이용한 고도산화공정의 하천 수질 개선 시스템은, 유기물의 산화력 확보를 위한 1차 처리부(도 1의 10)와, 고농도의 용존산소량 확보를 위한 2차 처리부(도 2의 20)와, 1차 및 2차 처리부(10,20)에 의해 유기물 제거효율을 향상시키기 위한 전처리부(30)를 더 포함하여 구성된다.As shown in Figure 2, the stream quality improvement system of the advanced oxidation process using ultra-fine bubbles according to another embodiment of the present invention, the primary processing unit (10 of FIG. 1) for ensuring the oxidation power of organic matter, The secondary processing unit (20 of FIG. 2) for securing the dissolved oxygen amount, and the primary and secondary processing units (10, 20) by the
전처리부(30)는, 응집제와 응집보조제를 이용하여 하천수의 고분자 오염물을 응집시키는 급속응집조(31)와, 급속응집조(31)에 응집제와 응집보조제를 공급하는 약품공급수단(32)과, 완속 교반기를 이용하여 상기 급속응집조에서 배출된 하천수의 고분자 오염물을 응집시키는 완속응집조(33)와, 완속응집조(33)에서 배출된 하천수를 여과하여 1차 처리부(10)로 공급하는 필터(34)로 구성된다.The
이와 같이 구성된 전처리부(30)는, 급속 및 완속반응조(31,33)를 통해 하천수를 응집, 침전하여 SS(Suspended Solid), 인산염 및 질소를 제거하고, 필터(34)를 통해 하천수를 여과하여 처리부(10)로 공급한다. 또한, 전처리 과정을 거친 하천수는 1차 처리부(10)에서 초미세 기포 형태의 오존 및 OH라디칼에 의해 유기물 분해 및 미생물(바실러스, 대장균등)이 제거되고, 2차 처리부(20)에서 순산소에 의 해 유기물이 한 번 더 제거된다.The
상술한 바와 같은 본 발명에 의한 초미세 기포를 이용한 고도산화공정의 하천 수질 개선 시스템은, 1차 처리부(10)의 초미세 오존 기포 및 UV를 이용하여 오염 부하량을 사전에 제거함과 동시에 2차 처리부(20)의 초미세 순산소를 이용하여 원활한 자정작용을 개선 및 향상시킴으로써, 하천의 수질정화 및 생태계의 다양성을 증대시킬 수 있다.The stream quality improvement system of the advanced oxidation process using the ultra-fine bubbles according to the present invention as described above, the secondary processing unit while removing the pollution load in advance by using the ultra-fine ozone bubbles and UV of the
또한, 오존에 UV(촉매)를 조사할 때 발생되는 OH라디칼을 이용하여 유기물과 빠르게 반응시키고, 오존과 순산소를 20㎛ 이하의 초미세 기포 형태로 공급함으로써 오존과 순산소 부상속도를 지연시켜 체류시간을 늘림으로써 유기물 제거효율을 향상시키며, 소규모의 장치로 많은 양의 하천수를 처리 할 수 있다.In addition, OH radicals generated when irradiating UV (catalyst) to ozone rapidly react with organic matter, and supply ozone and oxygen in the form of ultra-fine bubbles of 20 µm or less, which delays the ozone and oxygen concentration. Increasing the residence time improves the removal efficiency of organic matter and can treat a large amount of river water with a small device.
또한, 본 발명의 초미세 기포를 이용한 고도산화공정의 하천 수질 개선 시스템은 단일 유닛 공정으로 산화분해와 소독을 동시에 실시할 수 있으므로 소요부지 면적을 감소시킬 수 있고, 처리효율을 향상시켜 하천 내의 원활한 자정작용을 도모할 수 있다.In addition, the stream water quality improvement system of the advanced oxidation process using the ultra-fine bubbles of the present invention can be carried out at the same time oxidative decomposition and disinfection in a single unit process can reduce the required site area, improve the treatment efficiency to smooth the stream It can promote self-cleaning.
이하, 도 3 내지 도 14를 참조하여 상술한 본 발명의 각 실시예를 이용한 실험예1,2를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through Experimental Examples 1 and 2 using the embodiments of the present invention described above with reference to FIGS. 3 to 14.
실험예1 - 본 발명의 일 실시예에 따른 초미세 기포(오존 및 순산소 기포)를 이용한 고도산화공정의 하천 수질 개선 시스템의 수질개선 성능 평가Experimental Example 1-Water Quality Improvement Performance Evaluation of River Water Quality Improvement System in Advanced Oxidation Process Using Ultra-fine Bubbles (Ozone and Oxygen Bubbles) According to an Example of the Present Invention
평가대상시설은 경기도 용인시 처인구 삼가동 금학천 내에 설치된 처리용량 1,000m3/일의 pilot-plant 규모의 모형실험장치이다. 처리대상수(금학천)에 포함하는 유기물의 최종 산화분해와 이취미 제거를 동시에 수행할 수 있는 고효율 마이크로버블을 이용한 하천수 처리공정으로, 오염 부하량의 사전제거(1차 처리조: 초미세 기포 형태의 오존 및 UV에 의한 유기물 산화력확보)와 원활한 자정작용을 도모할 수 있는 환경조성(2차 처리조: 초미세 기포 형태의 순산소에 의한 고농도의 용존산소량 확보 및 이에 따른 하천 미생물의 활동 증대)을 동시에 확보하여 하천수의 수질정화 및 생태계의 다양성을 증대시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 초미세 기포를 이용한 고도산화공정의 하천 수질 개선 시스템을 설치하였다.The facility to be evaluated is a pilot-plant model test apparatus with a processing capacity of 1,000 m3 / day installed in Geumhakcheon, Samga-dong, Cheoin-gu, Yongin-si, Gyeonggi-do. It is a river water treatment process using high-efficiency microbubbles that can simultaneously perform the final oxidative decomposition of organic matter contained in the water to be treated (Gumhakcheon) and remove odors. To oxidize organic matter by ozone and UV in the environment and environment for smooth self-cleaning (Secondary treatment tank: Securing high concentration of dissolved oxygen by pure oxygen in the form of ultra fine bubbles and increasing activity of river microorganisms) The river water quality improvement system of the advanced oxidation process using ultra-fine bubbles, which can secure water quality at the same time and increase the diversity of the ecosystem, can be secured at the same time.
처리대상수(금학천)의 수질성상 및 하천수량을 측정하였다. 도 3과 도 4는 처리대상수(금학천)에 수질성상 및 하천수량을 그래프로 나타내었다. The water quality and the amount of river water were measured. 3 and 4 are graphs showing the water quality and the amount of river in the number of treatment (Kumhakcheon).
수질 개선장치를 이용한 하천수 유기물 처리 성능을 알아보기 위해 수질 개선 장치를 한 달 동안 HRT(Hydraulic Retention Time; 수리학적 체류시간) 1시간(평균)으로 연속적으로 가동하였다. The water quality improvement system was continuously operated for one month (Hydraulic Retention Time) for 1 month (average) in order to investigate the performance of the stream water organic matter using the water quality improvement apparatus.
도 5과 도 6에서는 시간에 따른 유입수, 1차 처리조, 2차 처리조에서의 BOD5 및 COD 제거량을 나타내었다. 제거효율은 각각 평균 57.1%과 54.2%이고 제거된 대부분의 유기물은 1차 처리조에서 안정적으로 제거되는 것을 알 수 있었다. 5 and 6 show the removal of BOD 5 and COD in the influent, the primary treatment tank and the secondary treatment tank over time. The removal efficiencies were 57.1% and 54.2%, respectively, and most of the organic substances removed were stably removed from the primary treatment tank.
도 7에서는 시간에 따른 유입수, 1차 처리조, 2차 처리조에서의 SS 농도 변화와 제거효율을 나타내었다. SS 농도가 높을수록 즉 수질 개선장치에 유입된 하천 수의 모래나 바닥침전물의 농도가 증가할수록 1차 처리조에서의 유기물처리효율이 감소하는 것을 관찰할 수 있었다. In Figure 7 shows the SS concentration change and removal efficiency in the influent, primary treatment tank, secondary treatment tank over time. As the SS concentration increased, that is, as the concentration of sand or bottom sediment of the stream water introduced into the water quality improving device increased, the treatment efficiency of organic matter in the primary treatment tank decreased.
도 8과 도 9에서는 시간에 따른 유입수, 1차 처리조, 2차 처리조에서의 TP(Total Phosphate)와 TN(Total Nitrogen) 제거량을 나타내었다. 하천수에 포함된 유기물 뿐만 아니라 녹조유발물질인 TP와 TN 또한 오존 및 UV 반응에 의해 산화분해 되는 것을 관찰할 수 있었다. 8 and 9 show the removal amount of TP (Total Phosphate) and TN (Total Nitrogen) in influent, primary treatment tank and secondary treatment tank over time. In addition to the organic matter contained in the river water, TP and TN, green algae-inducing substances, could be observed to be oxidatively decomposed by ozone and UV reaction.
본 발명의 하천 수질 개선 시스템의 구성 및 현장의 실제 플랜트 설치에 의한 운전을 통하여 최적의 설계인자(오존주입량 및 UV 램프 수)를 얻을 수 있었다. The optimum design factor (ozone injection amount and number of UV lamps) was obtained through the construction of the river water quality improvement system of the present invention and operation by actual plant installation on site.
실험예2 - 본 발명의 다른 실시예에 따른 초미세 기포(오존 및 순산소 기포)를 이용한 고도산화공정의 하천 수질 개선 시스템의 수질개선 성능 평가Experimental Example 2-Evaluation of Water Quality Improvement Performance of River Water Quality Improvement System of Advanced Oxidation Process Using Ultra-fine Bubbles (Ozone and Oxygen Bubbles) According to Another Embodiment of the Present Invention
전처리부를 통해 하천수를 처리한 후 1차 및 2차 처리조에 유입하여 회분식으로 운전하였다. 도 10에서는 1차 처리조와 2차 처리조에서의 대장균 수의 변화를 나타내었다. 1차 처리조에서는 운전시간 30분 이전에 모든 대장균이 사멸한 것을 관찰할 수 있다. 2차 처리조에서도 1차 처리조에 반응하고 남은 오존이나 OH라디컬에 의해 반응시간에 따라 대장균수가 급격히 감소하는 것을 관찰할 수 있다.After treating the river water through the pre-treatment unit was introduced into the primary and secondary treatment tank was operated in a batch. 10 shows the change in the number of Escherichia coli in the primary treatment tank and the secondary treatment tank. In the primary treatment tank, all E. coli was killed 30 minutes before the operation time. In the secondary treatment tank, it can be observed that the number of E. coli bacteria rapidly decreases depending on the reaction time due to the remaining ozone or OH radical after reacting with the primary treatment tank.
도 11은 하천수를 여과공정으로 처리한 후 수질 개선장치를 회분식으로 운전하여 하천수에 존재하는 유기물이 완전산화하는데 걸리는 시간과 완전산화 후 메탄올을 주입하여 하천수질 개선장치 운전시간에 따른 COD 농도 변화를 관찰하였다.Figure 11 shows the COD concentration change according to the operation time of the stream water quality improvement device by treating the stream water by the filtration process and then operating the water quality improvement device in a batch type to fully oxidize the organic matter present in the river water and injecting methanol after complete oxidation. Observed.
하천수질 개선장치를 180분간 운전하였을 때 하천수에 존재하던 유기물을 COD 2ppm까지 제거하였으며 메탄올 주입 후 180분간 회분식 운전을 하였을 때 약 52.6%의 COD 제거율을 나타내었다.The organic matter in the river water was removed up to 2 ppm COD when the stream water quality improvement system was operated for 180 minutes, and the COD removal rate was about 52.6% when the batch operation was performed for 180 minutes after the injection of methanol.
도 12과 도 13에서는 여과공정에서 PAC(응집제) 주입 농도에 따른 COD 및 TP의 제거효율을 나타낸 것이다. 도 14에서는 PAC 주입 농도가 증가함에 따라 급속 및 완속응집조에서 SS 응집이 증가하여 여과과정을 통해 SS가 효율적으로 제거됨을 관찰할 수 있었다. 따라서 1차 및 2차 처리조에서 SS에 의한 유기물산화 저해작용이 억제되어 COD 제거효율 또한 증가한 것을 알 수 있다. 도 14와 도 15를 비교하였을 때 PAC 농도가 15ppm 일 때 가장 높은 COD 및 TP 제거효율을 얻을 수 있었다. 12 and 13 show the removal efficiency of COD and TP according to the PAC (coagulant) injection concentration in the filtration process. In FIG. 14, as the PAC concentration was increased, SS aggregation was increased in the rapid and slow flocculation tanks, so that the SS was efficiently removed through the filtration process. Therefore, it can be seen that the COD removal efficiency is also increased by inhibiting the organic matter oxidation inhibition by SS in the primary and secondary treatment tanks. 14 and 15, the highest COD and TP removal efficiencies were obtained when the PAC concentration was 15 ppm.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been described through the preferred embodiments, the above-described embodiments are merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes may be made without departing from the technical idea of the present invention. Those of ordinary skill will understand. Therefore, the protection scope of the present invention should be interpreted not by the specific embodiments, but by the matters described in the claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초미세 기포를 이용한 고도산화공정의 하천 수질 개선 시스템을 도시한 구성도.1 is a block diagram showing a stream quality improvement system of the advanced oxidation process using ultra-fine bubbles according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초미세 기포를 이용한 고도산화공정의 하천 수질 개선 시스템을 도시한 구성도.Figure 2 is a block diagram showing a stream quality improvement system of the advanced oxidation process using ultra-fine bubbles according to another embodiment of the present invention.
도 3과 도 4는 본 발명의 각 실시예를 이용한 실험예1,2에 사용되는 처리대상수의 수질성상과 하천유량을 나타낸 그래프.3 and 4 are graphs showing the water quality and the flow rate of the water to be treated in Experimental Examples 1 and 2 using the Examples of the present invention.
도 5 내지 도 9는 실험예1에서 하천수, 1차 처리조, 2차 처리조의 BOD5 제거량, COD 제거량, SS 제거량, TN 제거량 및 TP 제거량을 각각 나타낸 그래프.5 to 9 are graphs showing BOD 5 removal amount, COD removal amount, SS removal amount, TN removal amount, and TP removal amount of river water, primary treatment tank, and secondary treatment tank in Experimental Example 1, respectively.
도 10은 실험예2에서 1차 처리조 및 2차 처리조의 대장균 수 변화를 나타낸 그래프.10 is a graph showing the change in the number of E. coli in the primary treatment tank and the secondary treatment tank in Experimental Example 2.
도 11은 실험예2에서 유기물의 완전산화에 소요되는 시간 및 메탄올 주입에 따른 COD 농도 변화를 나타낸 그래프.11 is a graph showing the time required for complete oxidation of the organic material in Experimental Example 2 and the COD concentration change according to the methanol injection.
도 12는 실험예2에서 전처리부의 PAC 주입 농도에 따른 COD 제거효율을 나타낸 그래프. 12 is a graph showing the COD removal efficiency according to the PAC injection concentration of the pretreatment unit in Experimental Example 2.
도 13은 실험예2에서 전처리부의 PAC 주입 농도에 따른 TP 제거효율을 나타낸 그래프. 13 is a graph showing the TP removal efficiency according to the PAC injection concentration of the pretreatment unit in Experimental Example 2.
도 14는 실험예2에서 PAC 주입 농도가 증가함에 따라 급속?완속응집조에서 SS 제거효율을 나타낸 그래프.Figure 14 is a graph showing the SS removal efficiency in the rapid? Slow flocculation tank as PAC injection concentration increases in Experimental Example 2.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10: 1차 처리부 11: 1차 처리조10: primary treatment unit 11: primary treatment tank
12: 펌프 13: 오존발생장치12: pump 13: ozone generator
14: 기액혼합펌프 15: 디퓨져14: gas-liquid mixing pump 15: diffuser
16: UV조사장치 20: 2차 처리부16: UV irradiation device 20: secondary treatment unit
21: 2차 처리조 22: 펌프21: secondary treatment tank 22: pump
23: 순산소발생장치 24: 기액혼합펌프23: pure oxygen generator 24: gas-liquid mixing pump
25: 디퓨져 30: 전처리부25: diffuser 30: pretreatment unit
31: 급속응집조 32: 약품공급수단31: Rapid flocculation tank 32: Drug supply means
33: 완속응집조 34: 필터33: slow aggregation tank 34: filter
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