KR101241984B1 - 호소 정화장치 및 이를 이용한 정화방법 - Google Patents

호소 정화장치 및 이를 이용한 정화방법 Download PDF

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Abstract

호소 정화장치 및 이를 이용한 정화방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 호소 정화장치 및 이를 포함하는 정화방법은 호소의 원수를 유입하기 위한 원수펌프와, 유입된 원수에 응집제를 투여하여 침전물을 형성하기 위한 약품 투입장치와, 원수에 포함된 조류(藻類)를 죽이기 위해 라디오파를 출력하는 조류 제거장치와, 원수에 포함된 인을 제거하여 침전물을 형성하기 위한 인 제거장치와, 응집 및 인 침전물과 조류 사체를 여과하기 위한 여과장치와, 여과물을 고액 분리하기 위한 가압부상장치와, 부유물을 탈수하기 위한 탈수장치를 포함하여 호소의 원수에 포함되어 있는 유기물과 무기물은 응집제로 침전시키고, 조류(藻類)는 라디오파를 조사하여 죽이며, 조류의 성장 인자인 인은 돌로마이트로 침전시키고, 죽은 조류와 응집 침전물과 인 침전물은 여과하여 여과물은 가압부상으로 고액 분리하여 부유물은 탈수 처리하고 배수는 여과처리수와 함께 호소로 순환시킨다.

Description

호소 정화장치 및 이를 이용한 정화방법{Lake Furification Apparatus and the Method thereof}
본 발명은 호소 정화장치 및 이를 이용한 정화방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 조류의 제거 및 발생을 억제함으로써 호소를 깨끗하게 유지 관리할 수 있는 호소 정화장치 및 이를 이용한 정화방법에 관한 것이다.
호수, 늪, 소택, 습원, 저수지 등을 포함하는 호소(湖沼)는 유입되는 오폐수, 축산폐수 등에 함유되어 있는 질소, 인 등 다량의 영양염류로 인해 부영양화가 쉽기 때문에 조류의 대량 증식이 용이하다. 호소 표면이 조류로 덮이면 수중으로의 햇빛이 차단됨은 물론 용존산소가 유입되지 못하여 수중 생물이 폐사할 수 있다.
조류를 제거하기 위해 침전법, 여과법, 부상분리법, 전기분해법 등 다양한 방법들이 개발되었다. 침전법은 황토나 화학응집제를 이용하여 조류를 침강시키는 방법으로 처리효과는 신속하지만 투입 물질에 따라 2차 생태계 피해가 발생할 수 있다. 여과법, 부상분리법, 전기분해법 등은 연못과 같이 소량의 물은 처리할 수 있으나 수체가 커지면 처리가 어렵다.
본 발명의 실시 예에 따른 호소 정화장치 및 이를 이용하는 정화방법은 원수에 포함되어 있는 유기물, 무기물, 조류 및 조류의 성장 인자인 인을 제거함으로써 호소를 깨끗하게 유지할 수 있도록 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 호소 정화장치는 호소의 원수를 유입하기 위한 원수펌프와, 유입된 원수에 응집제를 투여하여 침전물을 형성하기 위한 약품 투입장치와, 원수에 포함된 조류(藻類)를 죽이기 위해 라디오파를 출력하는 조류 제거장치와, 원수에 포함된 인을 돌로마이트와 반응시켜 침전물을 형성하기 위한 인 제거장치와, 응집 및 인 침전물과 조류 사체를 여과하기 위한 여과장치와, 여과물을 부유물과 배수로 고액 분리하기 위한 가압부상장치와, 부유물을 탈수하기 위한 탈수장치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 조류 제거장치는 호소 수면에 부양 마련되며 라디오파 발생기를 구비하는 부양체와, 부양체를 이동시키기 위한 구동부와, 구동부를 동작시키기 위한 전원공급부를 포함하며, 상기 부양체는 원수이송관로의 양 측면에 원수이송관로와 나란하게 마련되는 복수의 부양드럼을 포함하며, 상기 구동부는 모터에 의해 동작하는 프로펠러를 포함하고, 상기 전원공급부는 태양에너지를 이용할 수 있다.
또한, 상기 여과장치는 원수가 담기는 처리조와, 상기 처리조 내에 침수상태로 설치되며 상기 원수가 외측에서 내측으로 유입되면서 정화될 수 있도록 양면에 각각 물이 통과하는 여과재를 구비하고 내부에 정화된 물이 흐르는 정화수 유로가 마련된 적어도 하나의 필터부와, 정화된 물의 배출을 위해 상기 정화수 유로와 연통하도록 상기 필터부를 연결하는 배출관과, 상기 필터부의 양면에서 상기 여과재에 부착된 이물질을 흡입하고 외부로 배출시켜 상기 필터부를 세척하는 역세부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 호소의 원수에 포함되어 있는 유기물과 무기물은 응집제로 침전시키고, 조류(藻類)는 라디오파를 조사하여 죽이며, 조류의 성장 인자인 인은 돌로마이트로 침전시키고, 죽은 조류와 응집 침전물과 인 침전물은 여과하여 여과처리수는 호소로 순환시키고, 여과물은 가압부상으로 고액 분리하여 부유물은 탈수 처리하고 배수는 여과처리수와 함께 호소로 순환시키는 호소 정화방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 조류 제거장치는 호소 수면에 원수이송관로의 양 측면에 원수이송관로와 나란하게 마련되며 복수의 부양드럼과 라디오파 발생기를 구비하는 부양체와, 부양체를 이동시키기 위한 구동부와, 구동부를 동작시키기 위한 전원공급부를 포함하여, 구동 시 상기 부양체는 라디오파 출력과 함께 원수이송관로를 따라 이동할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 호소 정화장치 및 이를 이용한 정화방법은 호소의 원수에 포함되어 있는 유기물 및 무기물과, 조류와, 조류를 성장시키는 인 성분을 순차적으로 제거함으로써 호소를 깨끗하게 유지 관리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 호소 정화장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2 및 도 3은 발명의 일 실시 예에 따른 호소 정화장치의 조류 제거장치를 를 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 호소 정화장치의 여과장치를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 호소 정화장치를 이용한 정화 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 호소 정화장치를 도시한 도면이다. 도면을 참조하면, 본 실시 예의 호소 정화장치는 호소(1)로부터 각종 이물질과, 유기물 및 무기물 등의 부양염류와, 조류를 포함하고 있는 원수를 유입하기 위한 원수펌프(10)와, 원수에 투여할 응집제가 마련되어 있는 약품 투입장치(20)와, 원수에 포함되어 있는 조류(藻類)를 제거하기 위한 조류 제거장치(30)와, 인을 제거하기 위한 인 제거장치(40)와, 여과장치(50)와, 가압부상조(60)와, 탈수기(70)를 포함한다.
원수펌프(10)는 요구되는 적정 원수 처리량에 상응하도록 파이프 관로 상에 마련되며, 원수펌프(10)의 전방에는 도면에 도시하지는 않았지만 호소의 각종 이물질을 기본적으로 걸러내기 위한 필터가 마련되어 있음은 물론이다.
약품 투입장치(20)는 원수에 함유되어 있는 각종 유기 물질, 무기 물질, 입자성 물질, 인, 질소 등과 결합하여 침전물(floc)을 형성할 수 있는 응집제가 수용되어 있는 탱크이다. 응집제의 일례로 PAC(Poly Aluminum Chloride)을 원수이송관로 상에 투입할 경우 아래와 같은 다양한 반응을 통해 침전물을 얻을 수 있다.
Al3+ ↔ Al(OH)2xy+ ↔ Al(OH)3 ↔ Al(OH)4- (Hydrolysis)
입자성 물질 + ALx(OH)y(3x-y) -> Precipitation (침전)
PO43- + Al(OH)3 -> AlPO4 -> Precipitation (침전)
PO43- + Alx(OH)y(3x-y) -> AlyPO4 (OH)(3Y-3)
유기 물질 + Alx(OH)y(3x-y) -> Al complexes
Al3+ + (3-x)H2O + xH2PO4 -> Al(OH)3-x(H2PO4)X + (3-x)H+
Al(OH)3 + xH2PO4- -> Al(OH)3-x(H2PO4)X + xOH-
응집제는 원수이송관로 상에 약품 혼합조(미도시)를 마련하고 약품분사노즐(미도시)를 통해 분사 투여할 수 있다.
조류 제거장치(30)는 원수이송관로를 통해 유입되어 응집제가 투여된 원수에 포함되어 있는 조류를 제거하기 위한 것으로 라디오파(radio wave)를 이용한다. 라디오파(radio wave)는 파장 1m, 주파수 300MHz 이상의 장파장을 지칭하는 것으로서, 원수에 조사하면 박테리아 세포막(액포막)이 삼투압에 의해 파괴되면서 유리염소를 방출시켜 조류를 죽일 수 있으며, 부수적으로 패류가 원수이송관로 상에 부착하는 것을 방지하여 관로의 유지 보수를 용이하게 할 수 있다.
라디오파를 출력하기 위해 조류 제거장치(30)는 이송관로 외부에 설치되는 라디오파 발생기(31)를 포함한다. 도 2 및 도 3은 조류 제거장치(30)의 일례로서 부양 이동식 조류 제거장치를 도시한 것이다. 이 조류 제거장치(30)는 호소에 설치된 복수의 원수이송관로를 통과하는 원수에 포함되어 있는 조류를 동시에 제거할 수 있도록 호소 수면에 부양 가능하게 마련되는 부양체(32)와, 부양체(32)를 이동시키기 위한 구동부(33)와, 구동부(33)를 동작시키기 위한 전원공급부(34)를 포함한다. 부양체(32)는 원수이송관로의 양측면에 관로 방향과 나란하게 마련되는 복수의 부양드럼(35)을 포함하며, 구동부(33)는 모터(33a)와 모터에 의해 회전력을 갖는 프로펠러(33b)를 포함한다. 전원공급부(34)는 태양에너지를 사용할 수 있도록 솔라셀을 포함한다. 태양에너지를 이용하면 조류 제거장치(30)의 설치 장소 제한이 사라지기 때문에 원수이송관로를 따라 부양체(32)가 상시 이동할 수 있어 조류 제거와 동시에 원수이송관로에 패류가 부착하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
인 제거장치(40)는 원수이송관로를 통해 유입되는 원수에 포함되어 있는 인을 제거하기 위한 것으로서 고회암, 백운암 등으로 불리는 돌로마이트(dolomit)를 이용한다. 돌로마이트는 CaCO3(탄산칼슘), MgCO3(탄산마그네슘) 등이 주성분으로 아래와 같은 반응을 통해 인과 결합하여 인 침전물(floc)을 형성한다.
10Ca2+ + 6PO43- + 2(OH)- -> Ca10(PO4)6(OH)2 (침전)
Mg2+ + HCO3- + PO43- -> Mg(OH)PO4 (침전) + CO2
본 실시 예에서 원수에 포함되어 있는 인을 우선적으로 제거하는 이유는 "생물의 성장은 가장 결핍되는 성분에 의해 지배된다" 라는 리비히(Leibig)의 최소율 법칙(law of minium)에 따라 N/P 비가 7.2보다 크면 인(P)이 조류의 성장 제한 인자가 되고, 7.2보다 작으면 질소의 농도에 따라 조류의 성장이 제한될 수 있기 때문이다. 한국의 호소는 대부분 N/P 비가 16 이상이므로 사실상 인이 조류의 성장을 억제하는 인자가 된다.
인 제거장치(40)는 잘게 부서진 돌로마이트가 수용되어 있는 수조(42)와, 조류 제거장치(30)를 통과한 원수를 수조(42)의 하부에서 분사하기 위한 복수의 분사관(44)을 포함한다. 돌로마이트는 분사관을 통과한 원수에 함유되어 있는 인과 반응하면서 다량의 침전물을 생성한다.
여과장치(50)는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 본 출원인이 출원하여 등록받은 한국 특허등록 제10-0926078호의 오수정화장치를 이용할 수 있다. 도면을 참조하면, 여과장치(오수정화장치)(50)는 응집 침전물과, 조류 사체와, 인 침전물이 함유된 원수를 수용하기 위한 처리조(52)와, 처리조(52) 내에 침수상태로 설치되며 원수가 외측에서 내측으로 유입되면서 정화될 수 있도록 양면에 각각 물이 통과하는 여과재를 구비하고 내부에 정화된 물이 흐르는 정화수 유로가 마련된 적어도 하나의 필터부(54)와, 필터부(54)에 의해 정화된 물을 배출하기 위해 정화수 유로와 연통하도록 복수의 필터부(54)를 연결하는 배출관(56)과, 필터부(54)의 양면에서 여과재에 부착된 이물질을 흡입하고 외부로 배출시켜 필터부(54)를 세척하는 역세부를 포함한다.
원수 유입관(51)을 통해 처리조(52)로 유입된 응집 침전물과, 조류 시체와, 인 침전물 등의 이물질은 필터부(54)를 외부에서 내부로 통과하면서 걸러지며, 이물질이 필터링된 원수는 호소(1)로 공급된다.
역세부는 역세펌프(55)와, 역세펌프(55)와 연결되며 모터(미도시)에 의해 감속 회전하는 흡입관(57)과, 흡입관(57)에 날개 형태로 설치되어 흡입력에 의해 필터부(54)의 외면에 부착된 이물질을 흡입하기 위한 석션노즐(58)을 포함한다.
석션노즐(58)은 여과장치(50)의 제어수단에 의해 예를 들어 1시간에 1분 정도씩 주기적으로 이물질을 흡입할 수 있다.
필터부(54)와 역세부는 처리조(52)의 중심에 침수 설치되며, 이때 필터부(54)는 교환이 용이하도록 흡입관(57)이 관통하는 중심부로부터 그 테두리까지 절개된 형태의 관진입구(53)를 포함한다.
가압부상장치(60)와 탈수장치(70)는 일반적인 장치를 사용할 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다. 참고로, 가압부상장치(60)는 원수에 함유되어 있는 현탁물질에 기포를 부착시켜 비중을 작게 함으로써 고액 분리할 수 있는 기기로, 고액 분리에 소요되는 체류 시간이 짧고 시설이 간편하기 때문에 정화장치에 많이 사용된다. 본 실시 예에서는 여과장치(50)의 후공정에 가압부상장치(60)를 설치함으로써 각종 이물질을 보다 효과적으로 다량 걸러낼 수 있다.
그러면, 상기와 같이 구성되는 호소 정화장치의 동작을 살펴보기로 한다.
원수펌프(10)를 통해 호소로부터 원수가 유입되면(P1), 먼저 약품 투입장치(20)에 수용되어 있는 응집제를 원수이송관로 상에 투입하여 1차 플럭(응집 침전물)을 형성한다(S2).
1차 플럭을 포함하는 원수는 이송관로 상에 라디오파 발생기(31)가 마련되는 있는 조류 제거장치(30)를 통과한다(S3). 조류 제거장치(30)는 원수에 라디오파를 조사하여 세포막을 파괴함으로써 조류를 죽인다.
1차 플럭 및 죽은 조류가 포함된 원수는 인 제거장치(40)로 유입된다(S4). 원수에 함유되어 있는 인 성분은 인 제거장치(40)의 조(42)에서 돌로마이트와 반응하면서 2차 플럭(인 침전물)을 형성한다.
1,2차 플럭, 죽은 조류, 및 각종 부유 물질 등의 이물질을 포함하는 원수는 여과장치(50)에서 여과된다(S5). 즉, 원수 유입관(51)을 통해 처리조(52)로 유입된 원수는 필터부(54)를 외부에서 내부로 통과하면서 이물질이 걸러지며, 이물질이 필터링된 여과처리수는 호소(1)로 재공급된다. 여과 중 주기적으로 실시되는 역세 과정에서 필터부(54)의 외면에 부착된 여과물은 석션노즐(58) 및 흡입관(57)을 통해 여과장치(50) 외부로 배출된다(S6).
여과장치(50)로부터 배출되는 수분을 포함하고 있는 여과물은 역세펌프(55)에 의해 가압부상조(60)를 통과하면서 재차 고액 분리되어(S7), 분리된 부유물은 탈수장치(70)에서 탈수되어 외부로 배출되며(S8), 배수(排水)는 호소(1)로 재유입된다.
유 입 수 질 처 리 수 질 제 거 효율(%)
T-P(총인) 0.4 mg/L 0.06 mg/L 이하 85%
SS(부유물질) 10.0 mg/L 3.0 mg/L 이하 70%
Chlorophyll-a
(클로로필-a)		 7.0mg/m3 2.0 mg/m3 70%
본 실시예에 따라 호소를 정화 처리한 결과를 표 1에 나타내었다. 여기서, 클로로필-a는 호소의 부영양화 여부를 생물학적으로 알아보기 위해 정화 실험 전후의 원수에 함유되어 있는 클로로필-a의 용적이나 중량을 구한 값이다. 클로로필-a는 광합성 작용을 하는 모든 식물에 들어있지만, -b는 녹조류에, -c 는 규조류와 와편모조류에 포함되어 있으므로 클로로필-a를 대표적으로 측정하였다. 클로로필-a는 아세톤 용액으로 클로로필 색소를 추출한 후 흡광도를 다양하게 세팅하고 측정하여 계산식을 통해 양을 측정할 수 있다.
표 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시 예에 따라 원수를 처리함에 따라 조류가 현저히 격감했음을 알 수 있으며, 그 외 원수에 포함되어 있는 각종 이물질이 현저하게 저감 되었음을 확인할 수 있다.
10..원수펌프 20..약품 투입장치
30..조류 제거장치 40..인 제거장치
50..여과장치 60..가압부상장치
70..탈수장치

Claims (5)

  1. 호소의 원수를 유입하기 위한 원수펌프와, 유입된 원수에 응집제를 투여하여 침전물을 형성하기 위한 약품 투입장치와, 원수에 포함된 조류(藻類)를 죽이기 위해 라디오파를 출력하는 조류 제거장치와, 원수에 포함된 인을 돌로마이트와 반응시켜 침전물을 형성하기 위한 인 제거장치와, 응집 및 인 침전물과 조류 사체를 여과하기 위한 여과장치와, 여과물을 부유물과 배수로 고액 분리하기 위한 가압부상장치와, 부유물을 탈수하기 위한 탈수장치를 포함하되,
    상기 조류 제거장치는 호소 수면에 부양 마련되며 라디오파 발생기를 구비하는 부양체와, 부양체를 이동시키기 위한 구동부와, 구동부를 동작시키기 위한 전원공급부를 포함하며,
    상기 부양체는 원수이송관로의 양 측면에 원수이송관로와 나란하게 마련되는 복수의 부양드럼을 포함하며, 상기 구동부는 모터에 의해 동작하는 프로펠러를 포함하고, 상기 전원공급부는 태양에너지를 이용하는 호소 정화장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 여과장치는 원수가 담기는 처리조와, 상기 처리조 내에 침수상태로 설치되며 상기 원수가 외측에서 내측으로 유입되면서 정화될 수 있도록 양면에 각각 물이 통과하는 여과재를 구비하고 내부에 정화된 물이 흐르는 정화수 유로가 마련된 적어도 하나의 필터부와, 정화된 물의 배출을 위해 상기 정화수 유로와 연통하도록 상기 필터부를 연결하는 배출관과, 상기 필터부의 양면에서 상기 여과재에 부착된 이물질을 흡입하고 외부로 배출시켜 상기 필터부를 세척하는 역세부를 포함하는 호소 정화장치.
  4. 호소의 원수에 포함되어 있는 유기물과 무기물은 응집제로 침전시키고, 조류(藻類)는 라디오파를 조사하여 죽이며, 조류의 성장 인자인 인은 돌로마이트로 침전시키고, 죽은 조류와 응집 침전물과 인 침전물은 여과하여 여과처리수는 호소로 순환시키고, 여과물은 가압부상으로 고액 분리하여 부유물은 탈수 처리하고 배수는 여과처리수와 함께 호소로 순환시키되,
    상기 조류 제거장치는 호소 수면에 원수이송관로의 양 측면에 원수이송관로와 나란하게 마련되며 복수의 부양드럼과 라디오파 발생기를 구비하는 부양체와, 부양체를 이동시키기 위한 구동부와, 구동부를 동작시키기 위한 전원공급부를 포함하여, 구동 시 상기 부양체는 라디오파 출력과 함께 원수이송관로를 따라 이동하는 호소 정화방법.
  5. 삭제
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