KR101268967B1 - 생물 활성탄과 입상 활성탄을 이용한 정수 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인체에 유익한 미네랄 성분을 제거하지 않고 인체에 유해한 수중 용존 유기물 및 미생물을 제거할 수 있는 정수 시스템을 제공한다. 본 발명의 정수 시스템은, 생물 활성탄 처리부를 포함하고, 생물 활성탄 처리부에 포함된 미생물을 이용하여 수중 용존된 유기물을 섭취 분해하여 제거함으로써, 물을 1차 정수 처리하는 생물학적 정수 처리부; 및 입상 활성탄 처리부를 포함하고, 입상 활성탄 처리부에 포함되고 다공성의 기공들을 포함하는 입상 활성탄을 이용하여 수중 용존된 유기물을 흡착하여 제거함으로써, 생물학적 정수 처리부에 의하여 1차 정수 처리된 상기 물을 2차 정수 처리하는 물리적 화학적 흡착 정수 처리부;를 포함한다.

정수, 수중 용존 유기오염물, 생물 활성탄, 입상 활성탄, 분해, 흡착

Description

생물 활성탄과 입상 활성탄을 이용한 정수 시스템{System purifying water using biological activated carbon and granular activated carbon}

본 발명은 정수 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 오존주입부및 유입 된을 교반하는 교반장치와 일정온도를 유지하기 위한 가온장치를 갖춘 오존저류부를 포함하고, 생물 활성탄과 입상 활성탄을 연결 이용한 정수 시스템에 관한 것이다.

정수 처리장에서 음용 가능한 수준으로 물을 정수하여 공급하여도, 원수의 오염 농도, 원수의 오염농도 특히 유기물 오염 농도의 증가로 상수도 오염의 안전성에 대한 사람들의 많은 불신이 크게 증가하고 있다. 최근에는 깨끗한 음용수에 대한 관심과 함께 수도물에 대한 불신이 증대되면서, 수도물을 직접 음용하는 대신에 정수기를 사용하여 정수된 물을 음용하는 경향이 증가되고 있다. 정수기는 여러 종류가 있으나, 정수 방법에 따라 크게 입상활성탄 층과 함께 조립된 중공사막 방식과 역삼투압 방식으로 구분될 수 있다. 역삼투압 방식의 정수기는 수중 용존 유기 오염물과 같은 오염물들의 제거는 우수하지만, 정수가 거의 증류수의 수준으로 이루어져 인체에 유익한 미네랄 성분도 제거되는 한계가 있다. 중공사막 방식의 정수기는 일반적으로 입상활성탄층과 함께 조립되어 있으며, 이 방식은 수중 용 존 유기 오염물의 제거에 미흡할 수 있고, 필터 관리가 부실한 경우에는 오염된 필터에 미생물이 번식되는 정수기로서의 기능을 상실할 우려가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 인체에 유익한 미네랄 성분을 제거하지 않고 인체에 유해한 수중 용존 유기물 및 미생물을 제거할 수 있는 정수 시스템을 제공하는 것이다.

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상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 정수 시스템은, 생물 활성탄 처리부를 포함하고, 상기 생물 활성탄 처리부에 포함된 미생물을 이용하여 수중 용존된 유기물을 섭취 분해하여 제거함으로써, 물을 1차 정수 처리하는 생물학적 정수 처리부; 및 입상 활성탄 처리부를 포함하고, 상기 입상 활성탄 처리부에 포함되고 다공성의 기공들을 포함하는 입상 활성탄을 이용하여 수중 용존된 유기물을 흡착하여 제거함으로써, 상기 생물학적 정수 처리부에 의하여 1차 정수 처리된 상기 물을 2차 정수 처리하는 물리적 화학적 흡착 정수 처리부;를 포함한다.

본 발명의 정수 시스템은, 인체에 유익한 미네랄 성분을 제거하지 않고 인체에 유해한 수중 용존 유기물 및 미생물을 제거할 수 있다. 또한, 수중용존 유기물중 미생물의 먹이로 용이한 유기물들을 섭취 분해시키는 생물 활성탄을 이용한 1차 정수와 미생물들에 의한 난분해성 유기물들과 분해성 유기물중 흡착이 잘되는 분해성 유기물들을 입상 활성탄의 물리적 화학적 흡착성을 이용한 2차 정수를 순차적으로 수행하여 물을 정수하므로, 가정 등에서 통상적으로 사용되는 입상 활성탄만을 사용하여 제거가 어려운 다양한 종류의 유기물을 용이하게 제거할 수 있고, 이에 따라 물의 수질을 개선할 뿐만 아니라 입상 활성탄의 수명을 연장시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것 은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 정수 시스템(1)을 도시하는 개략도이다. 도 1을 참조하면, 정수 시스템(1)은 선처리부(10), 생물학적 정수 처리부(20), 물리적 화학적 흡착 정수 처리부(30), 및 후처리부(40)를 포함한다. 상기 정수 시스템(1)에 유입된 물은 선처리부(10) 그리고 생물학적 정수 처리부(20)와 물리적 화학적 흡착 정수 처리부(30)를 순차적으로 거치면서 정수 처리된다. 또한, 상기 물은 물리적 화학적 흡착 정수 처리부(30)에서 정수 처리된 후에 후처리부(40)에서 소독 처리될 수 있다.

선처리부(10)는 오존 주입부(100) 및 오존 저류부(110)를 포함한다. 오존 주입부(100)는 오존을 발생하는 오존 발생기(미도시)를 더 포함할 수 있고, 유입된 상기 물에 상기 오존을 주입하여 용존된 유기물 중 난분해성 유기물을 상기 미생물에 의하여 분해가 가능하도록 분해성 유기물 변화시킬 수 있다. 오존 저류부(110)는 가온 장치와 교반 장치를 포함할 수 있다. 오존 저류부(110)는 상기 물에 주입되어 용존된 상기 오존과 상기 용존된 유기물 중에서 휘발성 유기물(volatile organic carbon, VOC), 예를 들어 상수도 소독 부산물인 THM(트리할로메탄, trihalomethane)을 제거하고, 상기 물을 적절하게 가온된 온도로 유지하여 후속 공정인 생물학적 정수 처리부(20)에서 미생물의 활동도를 증가시킨다.

생물학적 정수 처리부(20)는 유입된 물을 생물학적 정수 처리에 의하여 1차 정수 처리한다. 생물학적 정수 처리부(20)는 생물 활성탄 처리부(200)를 포함한 다. 여기에서, 상기 생물학적 정수 처리는 생물 활성탄 처리부(200)에 포함된 생물 활성탄의 표면에서 성장 및 서식하는 미생물을 이용하여 수중 용존된 유기물들을 섭취 분해함으로써 유입된 상기 물을 정수 처리하는 것을 의미한다. 생물 활성탄 처리부(200)는 상기 수중 용존된 유기물을 분해할 수 있는 박테리아와 같은 미생물을 포함하는 생물 활성탄(biological activated carbon, BAC)을 포함할 수 있다. 상기 생물 활성탄은 탄소를 포함하고 다양한 크기의 다공성 기공들을 가지는 입상 활성탄으로 충진된 구조를 가질 수 있다. 상기 입상 활성탄에 포함된 다공성 기공들은 그 면적이 1g 당 약 1000 m²의 정도로서 수 많은 기공들로 구성된다. 상기 다공성 기공들을 가지는 활성탄 표면에 상기 미생물이 서식할 수 있다. 상기 미생물들은 다공성 기공 내에 먼저 흡착된 분해성 유기물들을 기공 내 농도 구배에 의한 농도 확산의 원리로 취득하여 섭취 분해한다. 이어서, 비어있는 기공 내에 유기물들이 다시 흡착되면, 상기 미생물들은 상술한 바와 같은 농도 확산의 원리로 상기 흡착된 유기물을 다시 취득하여 섭취 분해한다. 이러한 과정을 반복하여 생물 활성탄 처리부(200)에서 분해성 유기물이 제거된다. 상기 미생물은 세균류, 진균류, 원생동물 및 후생동물 등을 포함할 수 있으며, 수중 용존된 유기물을 분해할 수 있는 모든 미생물을 포함할 수 있다.

물리적 화학적 흡착 정수 처리부(30)는 생물학적 정수 처리부(20)에 의하여 1차 정수 처리된 상기 물을 물리적 화학적 흡착 정수 처리에 의하여 2차 정수 처리한다. 여기에서, 상기 물리적 화학적 흡착 정수 처리는 다공성 활성탄의 기공 내 에 수중 용존된 유기물들이 생물학적이 아닌 물리적 흡착 및 화학적 흡착 방식에 의하여 흡착됨으로써 상기 물을 정수 처리하는 것을 의미한다. 물리적 흡착은 상기 유기물의 물질 변화가 없이 흡착되는 것을 의미하고, 화학적 흡착은 유기물과 기공 내 활성탄 표면의 각종 기능기들과의 반응에 의한 화학적 변화에 기인한 물질 변화가 수반되어 흡착하는 것을 의미한다. 상기 유기물의 물리적 흡착과 화학적 흡착은 별개로 발생하거나 또는 함께 발생할 수 있다.

물리적 화학적 흡착 정수 처리부(30)는 입상 활성탄 처리부(300)를 포함한다. 입상 활성탄 처리부(300)는 탄소를 포함하고 다양한 크기의 다공성의 기공들을 가지는 입상 활성탄(granular activated carbon, GAC)으로 충진된 구조를 가질 수 있다. 상기 입상 활성탄은 상기 생물 활성탄 처리부(200)에서 분해되지 않고 상기 물에 잔존하는 수중 용존된 유기물을 더 제거할 수 있다. 예를 들어, 상기 유기물은 상기 입상 활성탄에 포함된 기공에 흡착되어 제거될 수 있다. 입상 활성탄 처리부(300)에 포함된 상기 입상 활성탄은 생물 활성탄 처리부(200)에 포함된 입상 활성탄과 동일한 물질이거나 또는 다른 물질일 수 있으며, 또한 기공의 크기, 분포, 배열 등의 내주 구조가 동일하거나 또는 서로 다를 수 있다.

후처리부(40)는 생물학적 정수 처리부(20) 및 물리적 화학적 흡착 정수 처리부(30)에 의하여 정수 처리된 상기 물을 소독 처리한다. 후처리부(40)는 소독부(400)를 포함할 수 있고, 소독부(400)는 오존 발생기(미도시) 또는 자외선 발생기(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 오존 발생기에 의하여 발생된 오존 또는 상기 자외선 발생기에 의하여 발생된 자외선에 의하여 상기 물은 소독 처리되고, 특히 생물학적 정수 처리부(20)로부터 이동된 미생물들을 사멸시킬 수 있다.

도 2는 도 1의 정수 시스템(1)을 이용한 정수 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 2를 참조하면, 도 1의 정수 시스템(1)에 유입된 물은 이하의 단계들을 거치면서 정수 처리될 수 있다.

일반적으로 물은 천연 유기물질(Natural Organic Matter), 지오스민(Geosmin) 또는 2-메틸 이소보르네올(2-Methyl isoborneol, 2-MIB)과 같은 이취 물질, 또는 세제, 페놀, 농약, 또는 소독 부산물 등과 같은 다양한 인공 유기물질 등과 같은 유기물들을 포함할 수 있다. 이러한 유기물들은 수중 용존된 유기물(Dissolved Organic Carbon, 이하에서는 DOC라 한다)로서 존재할 수 있다. 또한, 상기 DOC는 미생물에 의하여 분해 가능한 유기물(Biodegradable Dissolved Organic Carbon, 이하에서는 BDOC라 한다)과 미생물에 의하여 분해 불가능한 유기물(Non-Biodegradable Dissolved Organic Carbon, 이하에서는 NBDOC라 한다)으로 구분할 수 있다.

먼저, 물은 외부로부터 정수 시스템(1)의 선처리부(10)에 유입된다. 여기에서 상기 물은 상수원으로부터 공급되는 상수도 원수일 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 선택적으로 선처리부(10) 물이 유입되기 전에, 통상적인 응집 및 침전 과정을 수행함으로써 상기 물에 포함된 불순물들을 응집 및 침전하여 상기 물로부터 먼저 제거할 수 있다. 선처리부(10)에 유입된 상기 물은 오존 주입부(100), 및 오존 저류부(110)를 순차적으로 거친다.

오존 주입부(100)에서는, 유입된 상기 물에 오존(O₃)을 주입한다(S10). 상기 오존은 통상적인 오존 발생기(미도시)로부터 발생될 수 있으며, 이러한 오존 발생기는 그 내에 공기 또는 산소 가스를 흡입하여 전기 방전을 통하여 오존을 발생시킬 수 있다. 상기 오존은 강한 산화제이므로, 물속에 용존된 유기물을 산화시켜 후속의 생물 활성탄 처리부(200)에 포함된 미생물에 의한 상기 유기물의 분해가 용이하게 할 수 있으며, 특히, 상기 미생물에 의하여 분해되지 않는 NBDOC를 미생물에 의하여 분해가 가능한 BDOC로 변화시킬 수 있다. 또한, 오존은 미생물의 유기물질 대사에 필요한 산소를 공급할 수 있으므로, 상기 미생물의 활동도를 증가시킬 수 있다. 이어서, 오존 주입부(100)에서 상기 오존이 주입된 상기 물은 오존 저류부(110)로 유입된다.

이어서, 오존 저류부(110)에 유입된 상기 물에 주입되어 용존된 상기 오존 및 상기 물에 용존된 휘발성 유기물을 제거한다(S20). 또한, 오존 저류부(110)는 상기 물을 적절한 온도로, 약 20℃ 내지 약 40℃의 범위의 온도, 바람직하게는 약 25℃ 내지 약 35℃의 범위의 온도로 유지하는 가온 장치(미도시)와 상기 물을 교반하는 교반 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 오존은 강한 산화제이므로 물에 잔존하는 농도가 너무 높은 경우에는 후속의 생물 활성탄 처리 공정에서 생물 활성탄 내에 서식하는 미생물을 사멸시키거나 활동도를 저하시킬 수 있다. 따라서, 상기 물에 잔존하는 상기 오존 및 휘발성 유기물이 제거되거나 또는 적절한 농도와 온도로서 조절될 필요가 있다. 따라서, 오존 저류부(110)에 의 하여 상기 물을 처리하는 경우에는, 후속의 생물 활성탄 처리 공정에서 미생물의 활동도를 증가시킬 수 있다. 오존 저류부(110)에서는 상기 물을 유동없이 저류(貯留)시키거나, 스크류와 같은 회전 부재를 포함하는 교반 장치를 이용하여 상기 물에 유동을 발생시킴으로써, 상기 물로부터 상기 오존 및 상기 휘발성 유기물이 제거되거나 또는 원하는 농도와 온도가 유지되도록 할 수 있다. 상기 물이 오존 저류부(110)에서 처리되는 시간은, 예를 들어 약 30분 내지 약 60분 범위일 수 있다. 제거되는 상기 오존의 일부는 산소로 변환되어 상기 물 속에 용존 산소양을 증가시킬 수 있으며, 이러한 경우에는 상기 미생물의 활동도를 오히려 증가시킬 수 있다. 이어서, 오존 저류부(110)에서 상기 오존이 제거된 상기 물은 생물 활성탄 처리부(200)로 유입된다.

이어서, 생물 활성탄 처리부(200)로 유입된 상기 물을 생물 활성탄 처리부(200)에 포함된 상술한 미생물을 이용하여, 1차 정수 처리한다(S30). 상기 수중 용존된 유기물, 예를 들어 상기 BDOC 중 상기 미생물에 의하여 섭취 분해하기 용이한 BDOC는 상기 미생물에 의하여 섭취 분해되어 제거될 수 있다. 상기 물이 생물 활성탄 처리부(200)에서 처리되는 공탑체류시간(Empty bed contact time, EBCT)은 예를 들어 약 10분 내지 약 20분일 수 있고, 예를 들어 약 15분 (± 2분)일 수 있다. 상기 미생물에 의하여 상기 BDOC의 전체 양이 분해되는 것이 바람직하지만, 일부의 BDOC는 분해되지 않을 수 있다. 또한, 상기 미생물이 수명을 다하는 경우에는, 생물 활성탄 처리부(200)에 포함된 상기 입상 활성탄에 축적될 수 있고, 이에 따라 상기 입상 활성탄의 기공율이 감소되어 상기 물의 정수 처리 효율이 감소 될 우려가 있다. 이를 방지하기 위하여, 생물 활성탄 처리부(200)는 역세정 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 역세정 장치는 물의 흐름을 상술한 정수 처리 방향에 대하여 역방향으로 강제적으로 흐르도록 함으로써, 수명을 다하여 상기 입상 활성탄에 축적된 미생물을 제거할 수 있다. 이에 따라, 활성도가 양호한 젊은 미생물이 상기 입상 활성탄에 포함되도록 하여, 정수 처리 효율을 유지 또는 증가시킬 수 있다. 이어서, 생물 활성탄 처리부(200)에서 1차 정수 처리된 상기 물은 물리적 화학적 흡착 정수 처리부(30)로 유입된다.

이어서, 물리적 화학적 흡착 정수 처리부(30), 예를 들어 입상 활성탄 처리부(300)로 유입된 상기 물을 입상 활성탄 처리부(300)에 포함된 입상 활성탄을 이용하여 2차 정수 처리한다(S40). 상기 입상 활성탄은 그 내부에 포함된 기공에 상기 수중 용존된 유기물을 흡착하여 더 제거할 수 있고, 상기 수중 용존된 유기물은 상기 미생물에 의하여 분해되지 않고 잔존하는 BDOC 또는 NBDOC일 수 있다. 상기 물이 입상 활성탄 처리부(300)에서 처리되는 공탑체류시간(EBCT)은 예를 들어 약 5분 내지 약 15분일 수 있고, 예를 들어 약 10분 (± 2분)일 수 있다. 또한, 상기 물의 정수 처리를 수행함에 따라, 입상 활성탄 처리부(300)에 포함된 입상 활성탄에 입자성 물질 또는 생물 활성탄 처리부(200)로부터 미생물이 유입됨에 따라 고상 입자들이 축적될 수 있고, 이에 따라 상기 입상 활성탄의 기공율이 감소되어 상기 물의 정수 처리 효율이 감소될 우려가 있다. 이를 방지하기 위하여, 입상 활성탄 처리부(300)는 역세정 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 역세정 장치는 물의 흐름을 상술한 정수 처리 방향에 대하여 역방향으로 강제적으로 흐르도록 함으 로써, 상기 입상 활성탄에 축적된 불순물을 제거할 수 있다. 이에 따라, 상기 입상 활성탄의 흡착이 가능한 기공의 수를 증가시킴으로써, 정수 처리 효율을 유지 또는 증가시킬 수 있다. 이어서, 입상 활성탄 처리부(300)에서 2차 정수 처리된 상기 물은 외부로 유출될 수 있다. 물리적 화학적 흡착 정수 처리부(30)로부터 유출된 물은 DOC의 농도가 0.2 ppm 이하인 것이 바람직하다. 그러나, 상기 물의 농도가 0.2 ppm 이상인 경우 또는 상기 물 내에 상기 미생물의 잔존될 우려가 있는 경우에는, 상기 물은 후처리부(40)로 유입될 수 있다.

후처리부(40), 예를 들어 소독부(400)로 유입된 상기 물을 소독 처리한다(S50). 본 단계는 생략될 수 있다. 소독부(400)는 오존 또는 자외선 등에 의하여 상기 물에 잔존하는 미생물을 사멸시키는 등의 소독 처리를 수행한다. 이어서, 후처리부(40)에서 소독 처리된 물은 외부로 유출된다. 후처리부(40)로부터 유출된 물은 DOC의 농도가 0.2 ppm 이하인 것이 바람직하다.

도 3은 도 1의 정수 시스템(1)을 구현한 정수 장치(1a)를 도시하는 개략도이다. 도 3을 참조하면, 정수 장치(1a)는 급수 배관(120a)에 의하여 순차적으로 연결된 오존 주입탑(100a), 오존 저류탑(110a), 생물 활성탄 처리탑(200a), 입상 활성탄 처리탑(300a), 및 소독탑(400a)을 포함한다. 오존 주입탑(100a), 오존 저류탑(110a), 생물 활성탄 처리탑(200a), 입상 활성탄 처리탑(300a), 및 소독탑(400a)은 각각 도 2의 오존 주입부(100), 오존 저류부(110), 생물 활성탄 처리부(200), 입상 활성탄 처리부(300), 및 소독부(400)의 기능을 각각 수행할 수 있다.

정수될 물은 먼저 오존 주입탑(100a)에 유입된다. 오존 주입탑(100a)에서 는, 유입된 상기 물에 오존 발생기(102a)에 의하여 발생한 오존이 주입된다. 상기 오존은 상기 물에 용존된 유기물과 반응할 수 있고, 예를 들어 상기 물에 용존된 NBDOC를 BDOC로 변환시킬 수 있다. 또한, 상기 오존은 상기 물에 용존될 수 있다. 상기 물에 용존되지 않은 오존 또는 상기 유기물과의 반응에 의하여 생성된 폐기 가스는 오존 주입탑(100a)에 설치된 제1 배기부(104a)를 통하여 점선 화살표로 표시된 바와 같이 외부로 방출될 수 있다.

이어서, 상기 물은 급수 배관(120a)을 통하여 오존 저류탑(110a)에 유입되고, 상기 물에 용존된 상기 오존 및 휘발성 유기물을 제거한다. 오존 저류탑(110a)은 상기 물을 적절한 온도로 유지하는 가온 장치(114a)와 상기 물을 교반하는 교반 장치(116a)를 더 포함할 수 있다. 도시된 교반 장치(116a)에서 스크류 형상의 교반부는 예시적이며, 본 발명은 이에 한정되지는 않고, 상기 물을 교반할 수 있는 모든 장치들이 가능함을 이해하여야 한다. 이에 따라, 상기 물이 후속의 생물 활성탄 처리 공정에서 미생물의 활동도를 증가시킬 수 있도록 적절한 온도를 유지할 수 있다. 가온 장치(114a)를 이용하여 오존 저류탑(110a)에서 유지되는 상기 물의 온도는 예를 들어 약 20℃ 내지 약 40℃의 범위이거나, 또는 예를 들어 약 25℃ 내지 약 35℃의 범위일 수 있다. 상기 물이 오존 저류탑(110a)에서 처리되는 시간은, 예를 들어 약 30분 내지 약 60분 범위일 수 있다. 상기 물에 용존된 상기 오존은 산소로 변환되거나 또는 폐기 가스로서 외부로 방출될 수 있으며, 상기 폐기 가스는 오존 저류탑(110a)에 설치된 제2 배기부(112a)를 통하여 점선 화살표로 표시된 바와 같이 외부로 방출될 수 있다.

이어서, 오존 저류탑(110a)로 예를 들어 약 20℃ 내지 약 40℃의 범위로 유지되거나, 또는 예를 들어 약 25℃ 내지 약 35℃의 범위로 유지된 상기 물은 급수 배관(120a)을 통하여 생물 활성탄 처리탑(200a)에 유입된다. 생물 활성탄 처리탑(200a)은 생물 활성탄(210a)으로 충진되어 있다. 생물 활성탄(210a)은, 예를 들어 입상 활성탄 및 미생물을 포함할 수 있다. 상기 물은 생물 처리탑(200a)의 상부에서 하부 방향으로 정수 진행 방향을 따라서 통과하고, 이에 따라 상기 물에 용존된 상기 BDOC를 상기 미생물이 분해함으로써 제거시킬 수 있다. 또한, 상기 물은 펌프(미도시) 등에 의하여 가압됨으로써 상기 정수 진행 방향이 변화할 수 있고, 예를 들어 상측 방향이 정수 진행 방향이 될 수 있다. 상기 물이 생물 활성탄 처리탑(200a)에서 처리되는 공탑체류시간(EBCT)은 예를 들어 약 10분 내지 약 20분일 수 있고, 예를 들어 약 15분 (± 2분)일 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 생물 활성탄 처리탑(200a)은 역세정을 수행하는 제1 역세정 장치(220a)를 포함할 수 있다. 제1 역세정 장치(220a)는 생물 활성탄(210a)에 추가적인 물을 급수하거나 또는 가압하여 상기 정수 처리 방향에 대하여 역방향으로 생물 활성탄(210a)에 물을 진행하도록 하여, 생물 활성탄(210a)을 세정하는 역세정을 수행할 수 있다. 이와 같은 역세정에 의하여 발생한 폐수는 제1 폐수 배관(230a)을 통하여 외부로 배출된다.

이어서, 상기 물은 급수 배관(120a)을 통하여 입상 활성탄 처리탑(300a)에 유입된다. 입상 활성탄 처리탑(300a)은 입상 활성탄(310a)으로 충진되어 있다. 상기 물은 입상 활성탄 처리탑(300a)의 상부에서 하부 방향으로 정수 진행 방향을 따라서 통과하고, 이에 따라 상기 물에 용존된 유기물, 예를 들어 BDOC 및 NBDOC를 입상 활성탄(310a)이 흡착함으로써 제거시킬 수 있다. 또한, 상기 물은 펌프(미도시) 등에 의하여 가압됨으로써 상기 정수 진행 방향이 변화할 수 있고, 예를 들어 상측 방향이 정수 진행 방향이 될 수 있다. 상기 물이 입상 활성탄 처리탑(300a)에서 처리되는 공탑체류시간(EBCT)은 예를 들어 약 5분 내지 약 15분일 수 있고, 예를 들어 약 10분 (± 2분)일 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 입상 활성탄 처리탑(300a)은 역세정을 수행하는 제2 역세정 장치(320a)를 포함할 수 있다. 제2 역세정 장치(320a)는 입상 활성탄(310a)에 추가적인 물을 급수하거나 또는 가압하여 상기 정수 처리 방향에 대하여 역방향으로 입상 활성탄(310a)에 물을 진행하도록 하여, 입상 활성탄(310a)을 세정하는 역세정을 수행할 수 있다. 이와 같은 역세정에 의하여 발생한 폐수는 제2 폐수 배관(330a)을 통하여 외부로 배출된다.

이어서, 상기 물은 급수 배관(120a)을 통하여 소독탑(400a)에 유입된다. 소독탑(400a)에서는, 유입된 상기 물에 오존 발생기(410a)에 의하여 발생한 오존이 주입된다. 오존 발생기(410a)는 오존을 발생하여 상기 물에 잔존하는 미생물을 사멸시키는 등의 소독 처리를 수행한다. 상기 오존으로부터 발생한 폐기 가스는 소독탑(400a)에 설치된 제2 배기부(420a)를 통하여 점선 화살표로 표시된 바와 같이 외부로 방출될 수 있다. 또는, 소독탑(400a)는 도시된 오존 발생기(410a)를 대신하여 자외선 발생기를 포함할 수 있다. 이러한 경우에는, 상기 자외선 발생기는 자외선을 발생하여 상기 물을 소독할 수 있다. 소독탑(400a)에 의한 상기 물의 소독 처리는 선택적이다. 이어서, 상기 정수 처리된 물을 급수 배관(120a)을 이용하 여 외부로 배출한다.

표 1은 본 발명에 따른 정수 장치(1a)의 정수 효능을 나타내는 실험 결과이다. 표 1에는 본 발명에 따른 정수 장치(1a)을 이용하여 생물 활성탄을 이용한 1차 정수 처리를 수행한 직후에 취득한 물의 DOC 농도 및 생물 활성탄을 이용한 1차 정수 처리와 입상 활성탄을 이용한 2차 정수 처리를 모두 수행한 직후의 물의 DOC 농도를 구분하여 나타내었다. 또한, 비교예로서 입상 활성탄만을 이용한 정수 처리를 수행한 직후의 물의 DOC 농도를 나타내었다. 표 1의 데이터들은 각각의 경우에 대하여 물 샘플을 5개 이상 개별적으로 취득하였고, 각 샘플 당 10회의 농도 분석을 하여 얻은 데이터들을 평균 및 표준 편차를 고려하여 나타낸 것이다.

상수도 원수의 초기 DOC 농도(ppm)	본 발명에 따라, 생물 활성탄 처리를 수행한 후의 물의 DOC 농도 (ppm)	본 발명에 따라, 생물 활성탄 처리 및 입상 활성탄 처리를 수행한 후의 물의 DOC 농도 (ppm)	비교예로서, 입상활성탄 처리만 수행한 후의 물의 DOC 농도 (ppm)
1.3 내지 1.4	0.7 내지 0.9	0.15 내지 0.22	0.28 내지 0.35
1.7 내지 1.8	1.0 내지 1.2	0.2 내지 0.35	0.4 내지 0.5

표 1을 참조하면, 상수도 원수의 DOC농도가 1.3 ppm 내지 1.4 ppm 인 경우에는, 생물 활성탄 처리를 수행한 후의 DOC 농도는 0.7 ppm 내지 0.9 ppm이고, 이어서 입상 활성탄 처리를 수행한 후의 DOC 농도는 0.15 ppm 내지 0.22를 나타내었다. 반면, 비교예로서 입상 활성탄 처리만을 수행한 후의 DOC 농도는 0.28 ppm 내지 0.35 ppm을 나타내었다. 또한, 상수도 원수의 DOC농도가 1.7 ppm 내지 1.8 ppm 인 경우에는, 생물 활성탄 처리를 수행한 후의 DOC 농도는 1.0 ppm 내지 1.2 ppm이고, 이어서 입상 활성탄 처리를 수행한 후의 DOC 농도는 0.2 ppm 내지 0.35를 나타내었다. 반면, 비교예로서 입상 활성탄 처리만을 수행한 후의 DOC 농도는 0.4 ppm 내지 0.5 ppm을 나타내었다.

표 1에 따르면, 본 발명에 따른 정수 장치(1a)를 이용하여 물을 정수한 경우에는 식수로서 적합한 0.2 ppm의 DOC 농도를 달성할 수 있었다. 또한, 상수도 원수의 DOC 농도가 높을수록 정수 처리된 물의 DOC 농도 또한 증가되었다. 또한, 입상 활성탄 처리만을 수행한 경우에 비하여, 생물 활성탄 처리와 입상 활성탄 처리를 함께 수행한 경우가 DOC 농도가 낮게 나타났으며, 다른 상수도 원수의 DOC 농도에 대하여 동일한 결과를 보였다. 또한, 상술한 바와 같이, 오존 저류탑(110a)에서 상기 물을 적절한 온도로 유지하고 교반 처리하는 것이 낮은 DOC 농도를 구현하기에 용이하게 함을 알 수 있었다. 또한, 생물 활성탄 처리를 먼저 수행한 경우, 원수의 DOC 농도를 30 내지 50% 감소시킬 수 있었고, 이는 입상 활성탄에 의하여 제거되어야 하는 DOC 농도 부하가 감소된다.

입상 활성탄은 기공에 유기물이 흡착되므로 3개월 내지 6개월 정도의 수명을 가질 수 있으며, DOC 농도가 증가함에 따라 수명이 단축된다. 그러나, 생물 활성탄은 미생물을 적절하게 제어하는 경우에는 10년 이상의 장기적인 수명을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 정수 시스템은 생물 활성탄 처리부에서 생물 활성탄을 이용하여 물을 먼저 정수 처리하여 DOC 농도를 감소시킨 후, 입상 활성탄 처리부에서 입상 활성탄을 이용하여 상기 물을 정수 처리하므로, 입상 활성탄의 수명을 증가시킬 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 정수 시스템은, 일정 기간 당 요구되는 입상 활성탄의 비용을 매우 효과적으로 감소시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 정수 시스템은 종래의 역삼투압 방식과는 달리 물속에 용존된 미네랄 성분을 제거하지 않으므로, 인체에 유익한 미네랄을 포함하는 물을 제공할 수 있다.

표 2는 오존 저류탑(110a)에서 물을 교반 상태로 유지하여, 서로 다른 온도들에서 오존 저류탑(110a)에서의 유출수의 DOC 농도와 DOC 제거율 및 생물 활성탄 처리탑(200a)에서의 유출수의 DOC 농도와 DOC 제거율을 비교한 표이다. 이 경우에, 공급된 원수의 DOC농도는 1.72ppm이었다.

온도	15℃	30℃
오존 저류탑 유출수의 DOC농도	1.62 ppm	1.36 ppm
오존 저류탑의 DOC 제거율	5.8 %	21 %
생물 활성탄 처리탑 유출수의 DOC농도	1.38ppm	1.05 ppm
생물 활성탄 처리탑의 DOC 제거율	14.8 %	22.8 %
원수 기준 생물 활성탄 처리탑의 DOC 제거율	20 %	39 %

표 2를 참조하면, 오존 저류탑(110a)의 온도를 30℃로 유지하는 경우는, 15℃로 유지하는 경우에 비하여 원수 기준 생물 활성탄 처리탑(200a)의 DOC 제거율이 약 2배 정도 높았다. 또한, 오존 저류탑(110a)의 온도를 25℃ 내지 35℃로 유지하는 경우에는, 원수 기준 생물 활성탄 처리탑(200a)의 DOC 제거율이 21% 내지 39% 이었고, 오존 저류탑(110a)의 온도를 12℃ 내지 18℃로 유지하는 경우에는, 원수 기준 생물 활성탄 처리탑(200a)의 DOC 제거율이 6% 내지 20% 이었다. 따라서, 오존 저류탑(110a)의 온도를 25℃ 내지 35℃로 유지하는 것이 DOC 제거에 더 효율적임을 알 수 있었다. 상기 결과를 고려할 때, 오존 저류탑(110a)의 온도를 25℃ 내지 35℃의 범위로 유지하는 것이 바람직하며, 특히 겨울철과 같이 물의 온도가 낮아지는 계절에는 특히 물의 온도 유지에 대하여 유의하여야 한다. 반면, 물의 온도가 40℃ 보다 높으면, 미생물들의 활동도가 억제되거나 또는 사멸할 우려가 있다.

또한, 오존 저류탑(110a)은 물의 수온을 균일하게 분포시키기 위하여 교반 장치(116a)를 이용하여 상기 물을 교반시킬 수 있다. 이러한 물의 교반은 물에 용존하는 휘발성 유기물, 예를 들어 상수도의 소독 부산물인 THM과 같은 인체에 유해한 유기물과 잔존 오존을 용이하게 제거시킬 수 있다. 또한, 이러한 물의 교반에 의한 균일한 수온은 생물 활성탄 처리탑(200a)에서 미생물들이 효과적으로 활동하도록 하여, 결과적으로 DOC의 제거 효율을 증대시킨다.
본 발명은 정수 시스템에 있어서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제로서 인체에 유익한 미네랄 성분을 제거하지 않고 인체에 유해한 수중 용존 유기물 및 미생물을 제거할 수 있는 목적을 달성하기 위해서는 본 발명에서와 같이 선처리부로서 오존 주입부및 유입된 물을 교반하는 교반장치와 물의 온도를 22℃ 내지 40℃ 유지하기위한 위한 가온장치를 구비하는 오존저류부를 거치게 하고, 그 후 유입된 물을 생물 활성탄과 입상활성탄을 직접 연결하고, 생물활성탄처리와 입상활성탄처리를수행한 후의 물의 실험결과치에서 알수 있듯이 이들 기술구성의 결합을 통하여 예측하지 못한 현저한 특별한 효과가 나타남을 알 수 있다.
더욱 상세하게는,

이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 정수 시스템을 도시하는 개략도이다.

도 2는 도 1의 정수 시스템을 이용한 정수 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 3은 도 1의 정수 시스템을 구현한 정수 장치를 도시하는 개략도이다.

Claims (7)

1. 선 처리부;와

   다공성의 입상 활성탄의 표면에 서식하는 미생물을 이용하여 수중 용존된 유기물을 섭취 분해하여 제거하는 생물 활성탄 처리부를 포함하여 선처리부에서 유입된 물을 1차 정수처리하는 생물학적 정수 처리부;와

   다공성의 입상 활성탄을 이용하여 수중 용존된 유기물을 흡착하여 제거하는 입상 활성탄 처리부를 포함하여 상기 생물학적 정수 처리부에 의하여 1차 정수 처리되어 유입된 상기 물을 2차 정수 처리하는 물리적 화학적 흡착 정수 처리부;와

   상기 물리적 화학적 흡착 정수 처리부에 의하여 2차 정수 처리된 상기 물을 오존 또는 자외선을 이용하여 소독 처리하는 후 처리부;를 포함하는 것으로 구성되고,

   상기 선 처리부는

   상기 수중 용존된 유기물을 상기 미생물에 의하여 분해가능하도록 변화시키기 위하여 상기 물에 오존을 주입하는 오존 주입부; 및

   상기 물에 주입되어 용존되어 잔존하는 상기 오존, 휘발성 유기물(volatile organic carbon, VOC), 및 이들 모두를 제거하는 오존 저류부;를 포함하는 것으로 구성되고,

   상기 오존 저류부는

   상기 물을 교반하는 교반 장치;와

   상기 물의 온도를 23℃ 내지 38℃의 범위로 유지하는 가온장치;를

   포함하며,

   상기 물이 오존 저류부(110)에서 처리되는 시간은 30분 내지 60분이고,

   상기 물이 생물 활성탄 처리부(200)에서 처리되는 공탑체류시간(Empty bed contact time, EBCT)은 10분 내지 20분이며,

   상기 물이 입상 활성탄 처리부(300)에서 처리되는 공탑체류시간(EBCT)은 7분 내지 15분인 것을 특징으로 하는 정수 시스템.
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