KR101185223B1 - 순환유로를 구비한 수처리장치 및 그를 이용한 수처리방법 - Google Patents

순환유로를 구비한 수처리장치 및 그를 이용한 수처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 순환유로를 구비한 수처리장치 및 그를 이용한 수처리방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일측면에 의하면, 원수에 응집제를 투입하기 위한 응집제 투입장치; 응집제가 투입된 원수가 유입되는 유입구, 처리수를 토출하기 위한 처리수 토출구 및 미여과된 원수의 일부가 토출되는 원수 토출구를 포함하는 막여과장치; 응집제가 투입된 원수를 상기 막여과장치로 이송시키는 원수 펌프; 상기 원수 펌프의 토출측과 상기 막여과장치의 유입구를 연결하는 급수유로; 상기 막여과장치의 원수 토출구와 상기 급수유로를 연결하는 순환유로; 및 상기 순환유로에 구비되어 토출된 원수를 상기 유입구로 이송시키는 순환 펌프;를 포함하는 수처리장치가 제공된다.

Description

순환유로를 구비한 수처리장치 및 그를 이용한 수처리방법{WATER TREATMENT APPARATUS WITH CIRCULATING FLOW PATH AND WATER TREATING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 순환유로를 구비한 수처리장치 및 그를 이용한 수처리방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 원수에 포함된 이물질들을 응집시키기 위한 수단 및 방법을 포함하는 수처리장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적인 물리, 화학적 수처리방법은 응집-침전-여과 또는 응집-부상-여과 등의 공정을 포함하게 되며, 이중 응집 공정은 원수에 부유하고 있는 미세한 크기의 콜로이드 입자를 침전 및 여과가 가능한 크기의 입자인 플록(floc)으로 성장시키는 공정이다. 이러한 응집 공정은 콜로이드 입자가 서로 응집하여 플록이 되도록 촉진시키는 응집제를 원수에 투입한 후, 상기 응집제가 원수 내에 고르게 섞이도록 하는 혼화 공정을 포함하게 되고, 상기 혼화 공정은 내부에 임펠러가 구비된 응집조를 필요로 하게 된다. 아울러, 응집조 내에서 플록화된 이물질이 포함된 원수는 펌프에 의해서 막여과장치로 이송된다.
상술한 바와 같은 수처리방법에 있어서, 원수 내의 이물질의 응집정도는 막여과장치에서의 여과효율에 큰 영향을 미치게 된다. 즉, 높은 응집도를 얻을수록 응집제의 사용량 및 막여과장치에서의 원수의 회수율도 높일 수 있게 되는 것이다. 그러나, 응집조 및 침전조에서 충분한 정도로 플록이 성장하더라도, 막여과장치에서의 회수율이 충분치 못한 경우가 있어 문제가 된다. 이를 해결하기 위해, 응집제의 사용량을 늘리는 방법을 고려할 수 있지만, 이는 비용의 증가로 이어지게 된다.
이외에도, 별도의 혼화조, 응집조 또는 침전조와 같은 추가적인 토목 구조물을 필요로 하기 때문에 설치 장소의 제약을 받을 뿐만 아니라, 시공비가 상승되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 응집제의 사용량을 늘리지 않고서도 막여과장치의 여과효율을 향상시킬 수 있는 수처리장치 및 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.
또한, 본 발명은 혼화조, 응집조 또는 침전조와 같은 토목 구조물이 없더라도 의도한 입경을 갖는 플록을 생성시킬 수 있는 수처리장치 및 방법을 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 삼고 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 원수에 응집제를 투입하기 위한 응집제 투입장치; 응집제가 투입된 원수가 유입되는 유입구, 처리수를 토출하기 위한 처리수 토출구 및 미여과된 원수의 일부가 토출되는 원수 토출구를 포함하는 막여과장치; 응집제가 투입된 원수를 상기 막여과장치로 이송시키는 원수 펌프; 상기 원수 펌프의 토출측과 상기 막여과장치의 유입구를 연결하는 급수유로; 상기 막여과장치의 원수 토출구와 상기 급수유로를 연결하는 순환유로; 및 상기 순환유로에 구비되어 토출된 원수를 상기 유입구로 이송시키는 순환 펌프;를 포함하는 수처리장치가 제공된다.
본 발명의 상기 측면에서는 기존의 수처리장치에서 사용되던 응집조 및 침전조를 생략하고 막여과장치로부터 일부의 원수를 회수하여 이를 막여과장치로 재공급하는 순환유로를 구비하여, 상기 순환유로를 따라 원수가 흐르는 과정에서 응집이 일어날 수 있도록 하고 있다.
본 발명자들은 응집제를 투여하여 충분한 크기의 플록을 형성하더라도, 펌프에 의해 이송되는 과정에서 펌프 내에서의 기계적 충돌로 인해 플록이 깨지고, 이로 인해서 여과효율이 저하될 수 있다는 사실에 착안하여, 플록의 성장이 응집조 또는 침전조가 아니라 펌프의 하류측에서 이루어질 수 있도록 하였다. 즉, 펌프 내에서 고속으로 회전하는 임펠러나 블레이드와 생성된 플록이 충돌하면서 플록이 잘게 쪼개지게 되고, 이렇게 쪼개진 플록들이 막여과장치를 통해 걸러지지 않고 외부로 배출되어 여과효율이 저하되고 처리수의 오염도가 저하될 수 있지만, 펌프의 하류측에서 원수를 순환시키면서 응집이 일어나도록 함으로써, 막여과장치의 효율저하를 막을 수 있게 된다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 원수에 응집제를 투여하는 단계; 응집제가 투여된 원수를 펌프로 공급하는 단계; 펌프로부터 토출된 원수를 막여과장치로 공급하는 단계; 막여과장치에서 여과되지 않은 원수의 일부를 추출하는 단계; 및 추출된 원수를 상기 펌프의 토출측 유로로 재공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리방법이 제공된다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 측면들에 의하면, 펌프의 하류측에서 응집이 이루어지므로 생성된 플록이 깨어지지 않고 처음의 크기를 유지하므로 응집제 사용량을 늘리지 않고서도 막여과장치에서의 여과효율을 높일 수 있게 된다.
아울러, 별도의 응집조 및 침전조를 생략하거나 그 크기를 동일한 처리용량을 갖는 기존의 수처리장치에 비해서 축소시킬 수 있게 되므로, 설치장소에 따른 제약을 경감할 수 있고 시공에 소요되는 비용도 절감할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 수처리장치의 제1 실시예를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 실시예 중 급수유로의 내부를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 제1 실시예 중 급수유로의 변형예의 내부를 도시한 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 제1 실시예에서 원수가 처리되는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따른 수처리장치의 제2 실시예를 개략적으로 도시한 구성도이다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 수처리장치의 실시예에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 수처리장치의 제1 실시예의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다. 도 1을 참조하면, 상기 제1 실시예(100)는 처리 대상인 원수를 일시적으로 저장하는 원수탱크(110)를 포함하며, 상기 원수탱크(110)에 저장된 원수는 원수 펌프(120)로 유입된다.
한편, 상기 원수 펌프(120)의 상류측에는 응집제 투입장치(130)가 위치한다. 이로 인해서, 상기 원수는 응집제가 투입된 상태에서 상기 원수 펌프(120)로 유입된다. 이렇게 원수에 투입된 응집제는 상기 원수 펌프(120)의 내부에서 가압되어 외부로 토출되는 과정에서 상기 원수의 내부에 고르게 혼합되게 된다. 이러한 과정은 종래의 급속혼화 공정을 대체할 수 있으며, 별도의 혼화조를 설치하지 않고 원수 펌프로 유입하는 것만으로도 혼화를 수행할 수 있게 된다.
그리고, 상기 원수 펌프(120) 내에서 혼화가 이루어지면 원수 내에 포함된 콜로이드 입자들이 응집반응을 일으켜 플록을 형성하게 된다. 이렇게 플록이 형성된 원수는 상기 원수 펌프(120)의 토출측과 후술할 막여과장치(150)의 유입구(152) 사이를 연결하는 급수유로(122)로 토출된다.
상기 급수유로(122)의 내부에는 도 2에 도시된 바와 같이, 복수 개의 배플(142)이 설치되어 있다. 상기 배플(142)은 급수유로(122) 내부의 흐름저항을 증가시켜서 원수의 유속을 저하시키게 되고, 이로 인해 원수가 상기 급수유로(122)를 통과하면서 플록이 성장할 수 있는 시간을 증가시킬 수 있게 된다. 구체적으로, 상기 도 2에 도시된 배플(142)은 상기 급수유로(122)의 내벽면에 대해서 수직하게 연장되도록 형성되어 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 도 3에 도시된 배플(142')과 같이 원수의 흐름방향에 따라서 경사지게 연장되는 예도 고려할 수 있다.
또한, 상기 배플(142)은 반드시 급수유로에만 존재하는 것은 아니며, 필요에 따라서는 후술할 순환유로(124) 상에 구비될 수도 있다. 아울러, 배플의 갯수도 도시된 바와 같이 4개로 한정되는 것은 아니며, 임의의 갯수로 형성시킬 수 있다.
아울러, 상기 급수유로(122)에는 개도를 조절할 수 있는 제1 밸브(140)가 추가적으로 설치되어 상기 배플과 함께 원수의 유속을 임의로 조절할 수 있도록 한다. 즉, 급수유로를 통과하더라도 플록의 크기가 원하는 정도에 미치지 못하는 경우에는 상기 제1 밸브(140)를 이용하여 원수의 유속을 조절하여 플록의 크기를 조절할 수 있게 된다. 여기서, 상기 급수유로(122)에 제1 압력감지수단(126)을 설치하고, 그로부터 급수유로(122) 내부의 유속을 측정할 수 있다. 이렇게 측정된 유속은 상술한 바와 같은 상기 제1 밸브(140)의 개도 조절에 이용된다.
플록이 성장한 원수는 상기 원수펌프(120)의 압력으로 인해서 막여과장치(150)로 유입된다. 상기 막여과장치는 한외여과막(UF) 또는 정밀여과막(MF) 등의 막을 이용하여 원수에 혼입된 플록을 걸러내는 역할을 하며, 플록이 걸러진 처리수는 처리수 토출구(156)를 통해 외부로 토출되고, 막에 잔류하는 플록들은 역세 과정을 거쳐서 상기 막여과장치로부터 제거된다.
한편, 상기 막여과장치(150)에는 막을 통과하지 않은 원수의 일부를 외부로 토출하는 원수 토출구(154)가 추가적으로 형성되어 있다. 상기 원수 토출구(154)로부터 토출되는 원수는 막에 의한 여과과정을 거치지 않았기 때문에 플록들이 함께 혼입된 상태에 있게 된다. 이렇게 토출된 원수는 순환유로(124)로 유입된다.
상기 순환유로(124)는 막여과장치로부터 토출된 원수를 상기 원수 펌프(120)의 하류측으로 재공급할 수 있도록 형성되어 있고, 도중에 토출된 원수를 이송시키기 위한 순환 펌프(160)를 구비하고 있다. 상기 순환펌프(160)는 임펠러나 베인이 회전하는 형태의 원심 펌프가 아닌 용적식 펌프가 채용된다. 이를 통해서, 원수에 혼입되어 있는 플록이 펌프를 거치면서 잘게 부숴지는 것을 최소화할 수 있게 된다. 그리고, 상기 순환유로(124)에는 순환유로 내의 유속을 측정하기 위한 제2 압력감지수단(127)이 구비되어 있고, 상기 제2 압력감지수단(127)에 의해 측정된 유속에 따라서 순환유로 내의 유속을 제어하기 위하나 제2 밸브(170)도 추가적으로 설치된다.
한편, 도시되지는 않았지만 상기 응집제 투입장치(130)의 상류측에는 상기 원수탱크(110)로부터 유입되는 원수의 오염도, 구체적으로는 탁도를 측정하기 위한 탁도 측정수단이 구비된다. 이를 통해서, 처리되어야 할 원수의 오염정도를 사전에 확인하고, 그에 따라 투입될 응집제의 양을 조절하게 된다.
이제, 도 4를 참조하여, 상기 제1 실시예에서 원수가 처리되는 과정에 대해서 설명하도록 한다.
우선, 상기 원수 펌프(120)를 작동시켜서 원수탱크(110) 내의 원수가 원수 펌프(120)의 내부로 유입되도록 한다(S01 단계). 이 과정에서, 상술한 탁도 측정수단을 이용하여 유입되는 원수의 탁도를 측정하고(S02 단계), 측정된 탁도에 따라서 투입되는 응집제의 양을 조절한다(S03 단계). 여기서, 응집제의 양은 원수의 탁도에 비례하도록 조절될 수도 있고, 원수의 탁도 구간을 소정의 구간, 예를 들어 저탁도, 중탁도 및 고탁도 구간으로 나누고 해당 구간에 대응되는 응집제의 투입량을 사전에 결정하여 투입하도록 할 수도 있다.
또한, 원수의 탁도에 따라서, 상술한 순환유로를 통한 원수의 순환율도 결정된다. 즉, 오염 정도가 높을수록 투입된 응집제의 양이 증가하고 그에 따라 원수에 포함된 오염물질이 플록화하는데 필요한 시간도 증가하게 되므로, 오염도에 따라서 순환율을 달리 결정하게 된다.
여기서, 상기 순환율을 여러가지의 방법으로 조절될 수 있다. 일 예로, 상기 제2 제어밸브의 개도를 조절하는 방법을 고려할 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 제어밸브의 개도에 따라서 흐름 저항이 달라지므로 그에 따라 순환유로 내의 유속도 달라지게 된다. 따라서, 탁도가 높은 경우에는 제2 제어밸브의 개도를 크게 하여 순환율을 높이고, 탁도가 낮은 경우에는 제2 제어밸브의 개도를 작게 하여 순환율을 낮추게 된다. 아울러, 상기 제2 제어밸브의 개도에 따라서, 상기 원수가 상기 순환유로 상에서 머무는 시간이 늘어나게 되므로, 그에 따라 플록이 성장할 수 있는 시간을 증가시킬 수 있게 된다. 이러한 제2 제어밸브의 제어방법은 상기 제1 제어밸브에도 적용될 수 있다. 즉, 상기 제1 및 제2 제어밸브를 함께 제어하여 순환율을 더욱 큰 범위로 조절할 수 있게 된다. 경우에 따라서는, 상기 제1 제어밸브만을 제어할 수도 있다.
이외에도, 상기 순환펌프의 작동속도를 변경하는 방법도 고려될 수 있다. 측정된 탁도에 따라서, 예를 들어 탁도가 높은 경우에는 상기 순환펌프의 작동속도를 증가시켜서 상기 막여과장치로부터 추출되는 원수의 양이 증가되도록, 즉 순환율을 높이도록 제어할 수 있고, 반대로 탁도가 낮은 경우에는 순환펌프의 작동속도를 낮춰서 추출되는 원수의 양이 감소하도록 할 수 있다.
경우에 따라서는, 상기 막여과장치로부터 토출되는 처리수의 양을 소정 범위 이상으로 유지시켜야 할 수도 있다. 즉, 상기 제1 실시예로부터 추출되는 처리수를 안정적으로 이용하기 위해서는 소정 이상의 양이 지속적으로 공급되어야 할 필요가 있다. 원수의 공급량 대비 추출되는 처리수의 양을 회수율로 정의할 수 있는데, 이러한 회수율은 상기 순환율과 함께 제어될 필요가 있다.
상기 회수율도 상기 제1 및 제2 제어밸브와 상기 원수펌프 및 순환펌프를 제어하는 것으로 원하는 수준으로의 조절이 가능하다. 즉, 순환율이 정해진 상태에서 회수율을 측정하고(S04 단계), 측정된 회수율이 설정 정도보다 낮은 경우 상기 순환펌프의 작동속도를 변경하여 원수의 공급량을 늘리면 회수율을 높일 수 있게 된다. 이 경우, 막여과장치에서의 여과효율을 높이기 위해서 일시적으로 응집제의 투입량을 증가하게 된다(S05 단계).
상기 실시예에서는 원수탱크로부터 배출된 원수가 직접 원수펌프로 유입되고, 별도의 응집조 및 침전조를 필요로 하지 않으므로 시설공간을 크게 차지하지 않는 장점을 갖는다. 다만, 요구되는 처리용량이 대용량인 경우, 혼화조 및 응집조 침전조를 구비하는 예도 고려할 수 있다. 도 5는 이렇게 혼화조 및 응집조를 추가적으로 포함하는 본 발명의 제2 실시예를 도시한 구성도이다.
도 5에 도시된 제2 실시예에 있어서, 상기 제1 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 부여하고 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 도 5를 참조하면, 상기 원수탱크(110)로부터 배출된 원수는 응집제 투입장치(130)에 의해 응집제가 투입된 상태에서 혼화조(112)로 유입되어 응집제가 원수 내에 고르게 혼화되도록 한 후, 응집조(114)로 유입되어 플록이 성장되도록 한다. 그 후, 상기 원수는 원수펌프(120)로 유입되어 상기 제1 실시예에서와 동일한 과정을 거쳐서 처리수로서 배출되게 된다.
상기 제2 실시예는 혼화조 및 응집조를 포함하기는 하지만, 상기 순환유로(124) 상에서 일부의 콜로이드 입자 또는 미성장된 플록이 의도한 크기를 갖는 플록을 갖도록 성장하게 되므로, 순환유로가 없는 경우에 비해서 그 부피를 축소시킬 수 있게 된다.
110 : 원수탱크, 120 : 원수펌프,
130 : 응집제 투여장치, 140 : 제1 제어밸브,
150 : 막여과장치, 160 : 순환펌프,
170 : 제2 제어밸브.

Claims (19)

  1. 원수에 응집제를 투입하기 위한 응집제 투입장치;
    응집제가 투입된 원수가 유입되는 유입구, 처리수를 토출하기 위한 처리수 토출구 및 미여과된 원수의 일부가 토출되는 원수 토출구를 포함하는 막여과장치;
    응집제가 투입된 원수를 상기 막여과장치로 이송시키는 원수 펌프;
    상기 원수 펌프의 토출측과 상기 막여과장치의 유입구를 연결하는 급수유로;
    상기 막여과장치의 원수 토출구와 상기 급수유로를 연결하는 순환유로; 및
    상기 순환유로에 구비되어 토출된 원수를 상기 유입구로 이송시키는 순환 펌프;를 포함하는 수처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 급수유로 또는 순환유로에는 유속을 감소시키는 흐름 저해수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 수처리장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 흐름 저해수단은 흐름 방향에 대해서 직각으로 또는 경사지게 배치되는 하나 이상의 배플을 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 순환 펌프는 용적식 펌프인 것을 특징으로 하는 수처리장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 원수의 오염도를 감지하기 위한 오염도 감지수단; 및
    상기 순환유로를 개폐하는 제어밸브;를 추가적으로 포함하고,
    상기 제어밸브는 감지된 오염도가 높을수록 상기 순환유로 상에 원수가 체류하는 시간이 증가하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 수처리장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어밸브는 상기 순환펌프의 하류측에 배치되는 것을 특징으로 하는 수처리장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 원수의 오염도를 감지하기 위한 오염도 감지수단; 및
    감지된 오염도에 따라서, 상기 순환펌프의 동작을 제어하는 제어부;를 추가적으로 포함하고,
    상기 제어부는 감지된 오염도가 높을수록 상기 순환유로로의 유량이 증가되도록 조절하는 것을 특징으로 하는 수처리장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 응집제 투입장치는 상기 원수 펌프의 상류측에 배치되는 것을 특징으로 하는 수처리장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 원수의 오염도를 감지하기 위한 오염도 감지수단을 추가적으로 포함하고, 감지된 오염도에 따라서 상기 응집제 투입장치에 의해 투입되는 응집제의 양이 증가되는 것을 특징으로 하는 수처리장치.
  10. 제5항, 제7항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    원수가 저장되는 원수탱크; 및
    상기 원수탱크와 상기 원수 펌프를 연결하는 원수공급유로;를 추가적으로 포함하여 원수가 원수탱크로부터 상기 원수펌프로 직접 유입되도록 한 것을 특징으로 하는 수처리장치.
  11. 제10항에 있어서,
    오염도 감지수단은 상기 원수공급유로 및 급수유로 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두에 구비되는 것을 특징으로 하는 수처리장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 막여과장치는 정밀여과막(MF)을 이용한 것임을 특징으로 하는 수처리장치.
  13. 원수에 응집제를 투여하는 단계;
    응집제가 투여된 원수를 펌프로 공급하는 단계;
    펌프로부터 토출된 원수를 막여과장치로 공급하는 단계;
    막여과장치에서 여과되지 않은 원수의 일부를 추출하는 단계; 및
    추출된 원수를 상기 펌프의 토출측 유로로 재공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리방법.
  14. 제13항에 있어서,
    펌프로 공급되는 원수의 오염도를 감지하는 단계를 추가적으로 포함하고, 감지된 오염도에 따라서 막여과장치로부터 추출된 원수가 상기 토출측 유로로 재공급될 때까지 소요되는 시간이 결정되는 것을 특징으로 하는 수처리방법.
  15. 제13항에 있어서,
    펌프로 공급되는 원수의 오염도를 감지하는 단계를 추가적으로 포함하고, 감지된 오염도에 따라서 막여과장치로부터 추출된 원수의 양이 결정되는 것을 특징으로 하는 수처리방법.
  16. 제13항에 있어서,
    펌프로 공급되는 원수의 오염도를 감지하는 단계를 추가적으로 포함하고, 감지된 오염도에 따라서 투입되는 응집제의 양 및 상기 원수의 추출량이 결정되는 것을 특징으로 하는 수처리방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 막여과장치로부터의 회수율을 측정하는 단계; 및
    측정된 회수율에 따라서 결정된 응집제의 양 및 원수의 추출량을 변경하는 단계;를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리방법.
  18. 제17항에 있어서,
    측정된 회수율이 사전에 결정된 값을 초과하면 응집제의 양 및 원수의 추출량을 정상 범위로 복귀시키고, 사전에 결정된 이하인 경우에는 응집제의 양 및 원수의 추출량을 재차 변경하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리방법.
  19. 제16항에 있어서,
    감지된 오염도에 따라서 막여과장치로 공급되는 유량이 결정되는 것을 특징으로 하는 수처리방법.
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