KR101483683B1 - 고속 응집침전을 이용한 수처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선별된 슬러지를 활용하여 보다 빠른 응집침전을 통해 수처리 능력을 증대시킬 수 있는 고속 응집침전을 이용한 수처리 장치에 관한 것으로, 기존의 슬러지를 반송하여 처리하는 경우보다 처리효율이 크게 향상되고, 응집제의 사용량을 크게 줄일 수 있을 뿐 아니라, 침전조의 크기를 줄일 수 있어 부지면적이 감소되어 경제적이다.

Description

고속 응집침전을 이용한 수처리 장치{Water treatment system using rapid coagulation and sedimentation}

본 발명은 고속 응집침전을 이용한 수처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선별된 슬러지를 활용하여 보다 빠른 응집침전을 통해 수처리 능력을 증대시킬 수 있는 고속 응집침전을 이용한 수처리 장치 및 방법에 관한 것이다.

수처리 방법중 응집침전기술은 입자상의 다양한 오염원을 처리하는 기술로 오염원의 성상에 따라 화학적 응집제의 종류를 다르게 하여 운영하는 방식이다. 수처리 방법에서 수중에 오염물질중 입자상의 물질을 처리하기 위한 방법으로 기존의 이러한 방법은 약품소비량이 많고, 침전을 위한 넓은 부지가 소요되는 단점이 있으나, 이러한 응집침전법 중 초고속 응집침전방법은 흔히 URC(Ultra Rapid Coagulation)법이라고 하며, 이중 국내외에서 가장 많이 사용하는 방법으로 ACTIFLO법이 있다. ACTIFLO법은 마이크로 샌드(Micro sand, 100~130㎛의 입경)를 침전제로 이용하여 처리효율을 향상시키는 방법이다. 그 외에도 다양한 물질을 침전제로 활용하여 처리효율을 높인다.

이러한 침전제중에 이미 처리된 슬러지를 응집슬러지로 이용하는 기술도 있으며, 이는 1차적으로 응집처리된 슬러지의 일부를 반송시켜(0.1 ~ 4%; 최대 발생 유입수량에 대한 부피비) 약품혼합조로 이동시켜 오염원을 제거하는 방식이다. 이러한 경우, 이미 폴리머 등에 의한 약품처리된 슬러지는 표면에 슬러지 성분을 가지고 있으며, 이를 통해 상대적으로 작은 입자의 오염물질을 제거하는 보다 유리한 형태를 가질수 있다. 또한 마이크로 샌드를 이용하는 기존의 응집보조방식에 비하여 추가적인 시설의 설비가 들어가지 않아 경제적인 것으로 알려져 있다.

그러나, 이러한 침전제로 반송슬러지를 사용하는 방법을 실제 사용하면 슬러지에 의한 응집효과가 크지 않을 뿐더러, 침전제의 사용량이 슬러지의 반송이 없는 방식에 근접하는 문제점이 발생하고 있다.

한국특허 제10-0959583호

상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 선별된 슬러지를 활용하여 보다 빠른 응집침전을 통해 수처리 능력을 증대시킬 수 있는 고속 응집침전을 이용한 수처리 장치를 제공하는 데에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유입되는 오염수를 중화시키는 중화조; 상기 중화조에 연결되어 약품을 공급하는 약품응집조; 상기 약품응집조에서 배출된 오염수를 침전시켜서, 상등수는 방류시키는 침전조; 상기 침전조에서 침전된 슬러지가 유입되는 농축조; 및 상기 농축조의 슬러지를 공급받아 침강시켜서 침강속도가 빠른 구형태의 슬러지입자는 상기 약품응집조로 반송시키고, 잉여의 슬러지는 상기 농축조로 배출하는 선별장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 응집침전을 이용한 수처리 장치이다.

상기 수처리 장치에서 침전조와 약품응집조 사이에 상기 약품처리된 오염수를 안정화시키는 안정화조가 추가로 배치될 수 있다.

상기 선별장치는, 상기 농축조로부터 슬러지유입관에 의해 공급받은 슬러지를 1차로 침강시키고, 월류되는 슬러지는 상기 농축조로 다시 배출하는 1차선별조; 상기 1차선별조보다 하측에 위치하여 상기 1차선별조에서 침강된 슬러지가 유입되는 2차선별조; 상기 2차선별조의 바닥부로 이격되어 일단부가 위치하는 구형슬러지선별관; 상기 구형슬러지선별관에 설치되는 구형슬러지펌프; 및 상기 구형슬러지펌프의 출력측에 배치되는 구형슬러지공급관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 구형슬러지선별관에는 구형태의 슬러지를 선별할 수 있도록 다공판 또는 망체가 설치될 수 있다.

또, 상기 2차선별조의 하부에는 산기관이 배치되는 것을 특징으로 한다.

오염수의 유입유량이 변동폭이 큰 경우에는 상기 중화조의 전단에 처리할 오염수의 유량을 조절하는 유량조정조가 추가로 배치되는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 중화조에는 SS측정기가 설치되어, 오염수의 탁도에 따라 상기 약품량을 조절할 수 있다. 또, 상기 중화조에는 pH센서가 설치되어, 오염수의 pH에 따라 상기 중화제의 양을 조절하는 것도 가능하다.

또 다른 발명은, 중화조에서 유입된 오염수를 중화시키는 단계; 약품응집조조에서 중화된 오염수에 약품을 공급하는 단계; 침전조에서 약품이 공급된 오염수를 침전시키는 단계; 침전된 슬러지를 농축조로 공급하는 단계; 및 농축조의 슬러지 중 침강속도가 빠른 구형태의 슬러지입자를 선별하여 약품응집조로 반송시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 응집침전을 이용한 수처리 방법이다.

상기 약품응집조조에서 중화된 오염수에 약품을 공급하는 단계와, 침전조에서 안정화된 오염수를 침전시키는 단계 사이에, 안정화조에서 약품이 공급된 오염수를 안정화시키는 단계가 추가로 포함될 수 있다.

본 발명을 통하여, 기존의 슬러지를 반송하여 처리하는 경우보다 처리효율이 크게 향상되고, 응집제의 사용량을 크게 줄일 수 있을 뿐 아니라, 침전조의 크기를 줄일 수 있어 부지면적이 감소되는 경제적인 방법이다.

또, pH센서와 SS측정기를 이용하여 자동으로 약품량이 조절되어 약품비가 절감되며, 과다하게 약품이 투입되어 2차적으로 발생할 수 있는 슬러지의 양과 오염물질을 감소시킬 수 있다.

이 결과, 종래기술에 비하여 경제적이고, 안정적으로 처리되며, 슬러지의 양도 과다하게 생산되지 않아서, 현장 적용 범위가 기존의 단일화된 오염원에서 합류식하수관거월류수(CSO)와 같은 복잡한 오염원까지 처리할 수 있다.

본 발명은, 수처리 기술중 물리, 화학적으로 처리하는 기술로 주로 정수장에서 사용할 수 있을 뿐 아니라, 그 외의 다양한 범위는 하수종말처리장, 폐수처리장, CSOs, 호소정화, 부영양화 방지, 공사현장 오탁수 처리시설 등의 다양한 오염원 제거에 사용될 수 있다. 특히 계획이상의 강우나 불규칙적으로 발생하는 오염원에 대한 현장에서 이용될 수 있다.

최근에는 CSOs의 처리에 대한 관심으로 인해 빗물수로에 본 시설을 적용하여 운영하기 위해 다양한 시설들이 나오고 있으며, 짧은 시간에 좁은 부지에서 많은양의 물을 처리해야 하고, 단순 응집 침전으로 처리가 어려운 용존상태의 이온물질을 처리할 수 있는 기술의 필요로 인해 더욱 다양한 현장에서 본 발명이 활용될 것으로 예상된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고속 응집침전을 이용한 수처리 장치의 개략도이다.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명은 다양한 오염원을 제거하는 방법이다. 기존의 CSO(Combined Sewage Overflow)와 SSO(sanitary Sewage overflow)처리에 이용되던 URC방법에서 입자의 크기와 형태에 상관없이 슬러지를 이용하는 방식과 달리, 안정적인 구형태의 슬러지(Ballasted flocculation)를 이용하는 것에 특징이 있다.

도 1에서 도면부호 100은 본 발명의 실시예에 따른 수처리장치를 지시한다. 상기 수처리장치(100)는 유입되는 오염수를 중화시키는 중화조(106)와, 상기 중화조(106)에 연결되어 약품을 공급하는 약품응집조(108)와, 약품이 공급된 오염수를 안정화시키는 안정화조(114)와, 상기 안정화조(114)에서 배출된 오염수를 침전시켜서, 상등수는 방류시키는 침전조(116)와, 상기 침전조(116)에서 침전된 슬러지가 유입되는 농축조(120)와, 상기 농축조(120)의 슬러지를 공급받아 침강시켜서 침강속도가 빠른 구형태의 슬러지입자는 상기 약품응집조(108)로 반송시키고, 잉여의 슬러지는 상기 농축조(120)로 배출하는 선별장치를 포함하여 이루어진다.

유입되는 오염수의 부하변동이 큰 경우에는 상기 중화조(106)의 전단에 유량조정조(101)에 배치될 수 있다. 따라서, 처리되는 오염수의 유량을 상기 유량조정조(101)에 의해 조절이 가능하다. 또, 다양하게 변화하는 유입수에 대응하여 자동으로 중화제 또는 약품의 농도조절이 가능도록 SS(Suspended Solid)측정기(104)와 pH센서(102)를 상기 중화조(106)에 설치할 수 있다. 상기 SS측정기(104)와 상기 pH센서(102)로부터 얻은 오염수의 정보를 이용하여 다양한 오염환경에도 경제적으로 자동운전이 가능하다. 즉, 유입되는 오염수의 SS를 분석하여 측정된 결과에 따라 인버터(inverter)와 약품공급장치(112)에 설치되는 자동밸브(미도시)의 개폐범위에 따라 응집제와 침전제의 양을 조절한다. pH의 경우는, 황산또는 소석회 등의 중화제를 중화제공급장치(138)의 자동밸브의 개방량을 pH센서(102)와 연결되는 인버터에 의해 조절하여 중화제의 투입량을 조절할 수 있다.

상기 중화조(106)에서는 약품반응에 가장 유리한 pH 7.5~8.0의 범위로 조정하며, 이를 실현하기 위해 황산과 소석회의 투입량을 조절한다.

상기 중화조(106)에서 pH조절이 완료된 오염수는 약품응집조(108)로 이동하며, ALUM이나 PAC, Polymer 등의 약품을 약품공급장치(112)를 통해 공급하고, 상기 약품응집조(108)에 설치되는 교반기(110)에 의해 교반된다. 상기 교반기(110)는 공지의 기술로 여기서는 자세한 설명은 생략한다.

상기 안정화조(114)는 처리되는 오염수의 유량이 크거나, 약품응집조에서 공급된 약품과 오염수의 반응시간을 고려하여 배치되며, 생략되는 것도 가능하다.

상기 침전조(116)는 약품의 공급으로 형성되는 슬러지를 침전시키고, 상등되는 상등수를 방류조(118)를 통해 방류시킨다. 슬러지는 상기 침전조(116)의 하부에 쌓이게 되며, 쌓인 슬러지는 농축조(120)로 공급된다. 상기 침전조(116)는 공지의 기술을 이용할 수 있으며, 여기서는 자세한 설명은 생략한다.

상기 농축조(120)의 슬러지 중 일부를 선별장치로 공급한다. 상기 선별장치는 구형슬러지를 선별후에 다시 농축조(120)로 배출하므로, 상기 농축조(120)의 상측에 배치되는 것이 바람직하다. 상기 농축조(120)의 슬러지는 상기 농축조(120)와 상기 선별장치를 연결하는 슬러지유입관(122)과, 상기 슬러지유입관(122)에 설치되는 슬러지유입펌프(124)에 의해 공급된다. 상기 슬러지유입관(122)의 하측 단부는 상기 농축조(120)의 하부에 위치시키되, 바닥으로부터 이격시켜 농축이 완료된 슬러지는 제외하도록 하는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 슬러지유입관(122)의 하측 단부의 바닥으로부터의 높이는 상기 농축조(120)의 전체높이의 10~35%이다.

상기 선별장치는 선별되는 속도를 고려하여 2개 이상의 복수가 배치될 수 있다.

상기 선별장치는, 상기 농축조(120)로부터 슬러지유입관(122)에 의해 공급받은 슬러지를 1차로 침강시키고, 월류되는 슬러지는 상기 농축조(120)로 다시 배출하는 1차선별조(126)와, 상기 1차선별조(126)보다 하측에 위치하여 상기 1차선별조(126)에서 빠르게 침강된 슬러지가 공급되는 2차선별조(127)와, 상기 2차선별조(127)의 바닥부로 이격되어 일단부가 위치하는 구형슬러지선별관(132)과, 상기 구형슬러지선별관(132)에 설치되는 구형슬러지펌프(134)와, 상기 구형슬러지펌프(134)의 출력측에 배치되는 구형슬러지공급관(136)을 포함하여 이루어진다.

상기 1차선별조(126)의 측벽에는 월류되는 슬러지를 상기 농축조(120)로 배출하는 월류배출부(130)가 형성된다. 그리고, 상기 1차선별조(126)의 바닥에는 빠르게 침강된 슬러지를 상기 2차선별조(127)로 공급하는 선별부(128)가 설치된다. 상기 월류배출부(130)와 상기 선별부(128)에는 조절밸브가 각각 설치되어 슬러지의 배출시간 또는 배출량을 조절할 수 있다. 특히, 상기 선별부(128)의 조절밸브는 상기 1차선별조(126) 빠른 침강으로 선별된 구형슬러지가 분리되어 모이면 시간 조정에 의해 상기 조절밸브가 열리며 2차선별조(127)로 구형 슬러지를 차집한다.

그리고, 상기 2차선별조(127)에는, 구형슬러지선별관(132)이 상기 2차선별조(127)의 바닥면으로부터 이격되어 일단부가 위치한다. 이 때, 상기 구형슬러지선별관(132)의 하측 단부의 상기 선별장치(126)의 바닥으로부터의 높이는 상기 선별장치(126)의 전체높이의 10~35%이다. 상기 구형슬러지선별관(132)에 설치되는 구형슬러지펌프(134)와, 상기 구형슬러지펌프(134)의 출력측에 배치되는 구형슬러지공급관(136)으로 이루어질 수 있다. 또, 상기 2차선별조(127)의 바닥에는 반복되는 작업으로 구형슬러지로 선별되지 못하고 침강된 슬러지를 배출하는 2차드레인부(131)가 설치된다.

상기 구형슬러지선별관(132)은 상기 선별장치가 복수인 경우, 동일한 개수를 가진다. 그리고, 상기 구형슬러지선별관(132)에는 구형태의 슬러지를 선별할 수 있도록 다공판 또는 망체가 설치될 수 있다. 따라서, 선별된 슬러지중에서 사용되는 구형슬러지의 크기를 제한할 수 있다.

또, 상기 2차선별조(127)의 하부에는 구형슬러지들이 뭉쳐 버리는 현상을 막기위해 산기관(133)을 설치할 수도 있다. 상기 산기관(133)에는 도시되지 않은 공기공급장치가 연결되어 압축공기를 상기 산기관(133)을 통해 상기 2차선별조(127)의 하부에 공급하는 것에 의해 구형슬러지의 사이로 버블이 침투하여 구형슬러지들의 상호 부착되는 것을 방지할 수 있다.

상기 농축조(120)에서 상기 1차선별조(126)로 이동후 약 15~30초의 시간 경과후 상부의 슬러지는 월류선별부(128)를 통하여 2차선별조(127)로 전달되고, 상기 2차선별조(127)의 하부에 1차적으로 발생한 침전물은 상기 약품조에서 교반시 바로 응집된 구형태의 슬러지(Ballasted flocculation)로써, 상기 구형슬러지선별관(132)을 통하여 상기 약품응집조(110)로 이송된다. 이 때, 반송되는 구형슬러지의 양은 유입되는 오염수의 유량에 따라 반송량을 달리하는 것이 바람직하다.

상기 약품응집조(110) 또는 상기 안정화조(114)로 반송되는 구형슬러지는, 새로 유입되는 오염수에 재투입되는 약품과 함께 교반되며, 기존의 작은 입자도 이 과정을 통하여 쉽게 응집된다. 상기 과정은 단순 슬러지반송을 통하여 실현하는 기술에 비하여 아래 표 1와 같이 높게 발생한다.

항목	처리효율(%)	비고
BOD5	79~91
CODcr	76~92
TP	75~85
SS	92~100
Tu	92~100

또한 침강속도는 유입성상에 따라 31.4cm/min ~ 45.7cm/min의 속도를 보여 보다 처리효율이 향상되는 것을 확인 할 수 있다. 이때 반송되는 구형태의 슬러지(Ballasted flocculation)는 전체 오염수의 0.5~6%의 양을 인발하여 처리한다.

상기 모든 과정은 유입되는 오염수의 성상중 pH센서(102)와 SS측정기(104)를 가동시켜 모든 과정을 자동으로 운영하며, 운영중 발생할 수 있는 약품 과다 사용이나, 처리효율 저하 등의 문제를 해결하여 기존 시설에 비하여 안정적으로 처리효율이 높고, 경제적으로 운영할 수 있는 시설이다. 이러한 자동 운영방식은 도시되지 않은 제어부를 통해 전기적인 신호를 이용하여 제어한다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 수처리장치 101: 유량조정조
102: pH센서 104: SS측정기
106: 중화조 108: 약품응집조
110: 교반기 112: 약품공급장치
114: 안정화조 116: 침전조
118: 방류조 120: 농축조
122: 슬러지유입관 124: 슬러지유입펌프
126: 1차선별조 127: 2차선별조
128: 선별부 130: 월류배출부
131: 드레인부 132: 구형슬러지선별관
133: 산기관 134: 구형슬러지펌프
136: 구형슬러지공급관 138: 중화제공급장치

Claims (9)

1. 유입되는 오염수를 중화시키는 중화조;
   상기 중화조에 연결되어 약품을 공급하는 약품응집조;
   상기 약품응집조에서 배출된 오염수를 침전시켜서, 상등수는 방류시키는 침전조;
   상기 침전조에서 침전된 슬러지가 유입되는 농축조; 및
   상기 농축조의 슬러지를 공급받아 침강시켜서 침강속도가 빠른 구형태의 슬러지입자는 상기 약품응집조로 반송시키고, 잉여의 슬러지는 상기 농축조로 배출하는 선별장치를 포함하고,
   상기 선별장치는,
   상기 농축조로부터 슬러지유입관에 의해 공급받은 슬러지를 1차로 침강시키고, 월류되는 슬러지는 상기 농축조로 다시 배출하는 1차선별조;
   상기 1차선별조보다 하측에 위치하여 상기 1차선별조에서 침강된 슬러지가 유입되는 2차선별조;
   상기 2차선별조의 바닥부로 이격되어 일단부가 위치하는 구형슬러지선별관;
   상기 구형슬러지선별관에 설치되는 구형슬러지펌프; 및
   상기 구형슬러지펌프의 출력측에 배치되는 구형슬러지공급관을 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 응집침전을 이용한 수처리 장치.
   
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4. 제1항에 있어서, 상기 구형슬러지선별관에는 구형태의 슬러지를 선별할 수 있도록 다공판 또는 망체가 설치되는 것을 특징으로 하는 고속 응집침전을 이용한 수처리 장치.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 2차선별조의 하부에는 산기관이 배치되는 것을 특징으로 하는 고속 응집침전을 이용한 수처리 장치.
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