KR101671756B1 - 지중 오염지하수의 양수, 펜톤산화 및 역삼투막 정화시스템 - Google Patents
지중 오염지하수의 양수, 펜톤산화 및 역삼투막 정화시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 지중 오염지하수의 양수, 펜톤산화 및 역삼투막 정화시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 포화대 (Saturated Zone)의 자유면 대수층에 용존된 TPH, 페놀 등 오염원 (Dissolved Plume)이 존재하는 경우 지하수를 지상으로 끌어 올린 다음 1차 응집, 1차 가압부상처리하고, 이를 pH조절용 황산, 산화제인 H2O2, 촉매제인 철염을 투입하여 OH라디칼을 발생시켜 오염물질을 제거하는 펜톤산화처리를 거친 후, 펜톤산화과정에서 발생된 슬러지를 여과하여 정화함과 동시에 역삼투막 정화과정을 거쳐 다시 대수층으로 주입시키기 위한 지중 오염지하수의 양수, 펜톤산화 및 역삼투막 정화시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 지중 오염지하수의 양수, 펜톤산화 및 역삼투막 정화시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 포화대 (Saturated Zone)의 자유면 대수층에 용존된 오염원 (Dissolved Plume)이 존재하는 경우 지하수를 지상으로 끌어 올린 다음 1차 응집, 1차 가압부상처리하고, 이를 pH조절용 황산, 산화제인 H2O2, 촉매제인 철염을 투입하여 OH라디칼을 발생시켜 오염물질을 제거하는 펜톤산화처리를 거친 후, 펜톤산화과정에서 발생된 슬러지를 여과하여 정화함과 동시에 역삼투막 정화과정을 거쳐 다시 대수층으로 주입시키기 위한 지중 오염지하수의 양수, 펜톤산화 및 역삼투막 정화시스템에 관한 것이다.
최근, 토양 및 지하수 오염은 유류저장기지, 정유공장 등의 원유저장시설과 유류수송시설, 산업공단, 화학공단, 군부대에 의해 누출되는 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluene), 에틸벤젠(Ethylbenzene), 크실렌(Xylene) 등의 유류오염물질인 TPHs(Total Petroleum Hydrocarbons; 석유계 총탄화수소)와 페놀류(Phenols) 및 테트라클로에틸렌(Tetrachloroethene), 트리클로로에틸렌(Trichloroethene), 사염화탄소(Carbon tetrachloride), 클로로포름(Chloroform) 등의 염소계 유기화학물질을 포함하는 DNAPL에 의해 주로 발생하고 있다.
특히, 상기 BTEX, TPHs와 페놀류 등은 독성이 크며 상대적으로 용해도가 높아서 지하수의 주요 오염원이 되고 있으므로 이를 정화시키는 것이 무엇보다도 중요하다.
현재, 사용되고 있는 오염 토양 및 지하수 정화방법은 생물학적 처리방법, 물리·화학적 처리방법과 열처리방법 등으로 나눠지며 처리 위치에 따라서는 원위치 처리기술(in-situ)과 굴착이나 추출후 처리기술(ex-situ)로 구분되어 진다. 이러한 처리 방법들은 각각 다른 장단점을 가지고 있다.
여기서, 원위치 처리기술(in-situ)은 오염지역이 외부와 격리된 상태가 아닐 뿐 아니라 지속적인 이송 및 확산이 이루어지기 때문에 균일한 정화처리가 근본적으로 불가능하여 오염지역 전체에 대한 균일한 정화가 어려운 문제가 있으므로 최근에는 오염지하수 추출관정을 통하여 오염지하수를 추출하여 정화처리하는 기술이 많이 개발되고 있다.
상기와 같은 종래 추출관정을 통하여 오염된 지하수를 양수처리한 후 지상에서 정화처리하는 기술로는, 한국공개특허 10-2008-0012093에 공기주입장치, 산소주입장치, 수처리재주입장치, 살균장치, 폭기장치, 굴착피트, 주입정, 추출정, 반응파일, 반응벽, 양수펌프, 유입유량계, 침전조, 폭기조, 식생조, 정화조, 침사지, 저류조, 슬러지집수장치, 슬러지탈수건조장치, 슬러지고화장치, 어류조, 방류장치, 유출유량계가 일부 또는 전부 조합되어 구성된 에코지하수처리시스템 및 이를 이용하여 비위생매립지, 불법매립지, 오염지역의 지중내 오염지하수 및 침출수를 지중원위치에서 정화처리하거나 지상추출하여 지상현지에서 정화처리하는 방법이 공지되어 있으나, 상기 기술은 공기주입장치, 살균장치 및 식생조 등 복잡한 장치를 설치해야 하는 문제점이 있었다.
또한, 한국등록특허 10-1307927에 지하수를 양수하는 양수부; 상기 양수부에서 양수된 지하수를 중력에 의해 자연 침강시켜 부유물질을 제거하고, 탈침전된 지하수는 열교환예열부로 배출하는 침전부; 가압탈기부로부터 공급되는 2차 탈기 지하수를 이용하여 상기 침전부를 통과한 탈침전 지하수를 예열시키는 열교환 예열부; 히팅부로부터 공급되는 순환수를 이용하여 상기 열교환 예열부를 통과한 예열된 지하수를 가열하면서 휘발성 오염물질을 1차로 탈기시켜 가스처리부로 배출하고, 순환수는 히팅부로 배출하며, 1차 탈기된 지하수는 가압탈기부로 공급하는 열교환 기체분리부; 상기 열교환 기체분리부를 순환하는 순환수를 가열하여 상기 열교환 기체분리부로 공급하는 히팅부; 상기 열교환 기체분리부로부터 공급되는 1차 탈기 지하수를 가압하여 휘발성 오염물질을 2차로 탈기시켜 가스처리부로 배출하고, 2차 탈기된 지하수는 상기 열교환 예열부로 공급하는 가압탈기부; 상기 가압탈기부로 고압공기를 공급하는 공기주입부; 상기 열교환 기체분리부와 가압탈기부에서 배출되는 기체를 처리하는 가스처리부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기물질로 오염된 지하수 처리의 최적화 시스템이 개발되어 있으나, 상기 기술은 양수된 지하수를 별도로 예열하고 탈기시켜야 하는 문제점이 있었다.
또한, 한국등록특허 10-1202676에는 내부 공간의 일정영역에 산기관을 포함하는 처리조; 상기 산기관에 에어를 공급하기 위한 에어 블로어; 및 상기 처리조에 지하수를 유입하기 위한 양수펌프를 포함하고, 상기 산기관은 다수개의 미세 공극을 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 처리조는 제 1차 처리조 및 제 2차 처리조를 포함하며, 상기 제 1차 처리조는 제 1지하수 배출구 및 제 2지하수 배출구를 포함하고, 상기 제 2차 처리조는 제 3지하수 배출구 및 제 4지하수 배출구를 포함하며, 상기 제 1차 처리조는 상기 제 1지하수 배출구 또는 상기 제 2지하수 배출구 중 어느 하나를 지하수 배출구로 사용하고, 상기 제 2차 처리조는 상기 제2차 처리조의 제 3지하수 배출구 또는 제 4지하수 배출구 중 어느 하나를 상기 제1차 처리조의 지하수 배출구와 연결하여 지하수 유입구로 사용하고, 상기 제 2차 처리조는 상기 2차 처리조의 제 1지하수 배출구 또는 제 2지하수 배출구 중 다른 하나를 2차 처리조의 지하수 배출구로 사용하는 오염 지하수 정화장치가 공지되어 있다.
그러나, 상기 기술은 오염된 지하수를 양수와 동시에 정화 처리한 후 정화된 배출수를 다시 지하로 유입시키고 있으나, 지하수 오염원을 산기관을 통한 부상분리에 의한 물리적인 방법으로만 정화하고 있어 유류 등의 오염물질의 실질적인 정화는 불가능한 문제점이 있었다.
또한, 한국등록특허 10-0990737에는 굴착배수 또는 심정배수를 펌핑하여 유입된 지하수를 일정수위로 유지관리하면서 일시적으로 저장하는 집수단계와; 상기 집수단계에서 유입되는 지하수에 저압 미세기포발생장치에 의해 발생된 미세기포를 주입, 부상분리탈기조의 부상분리부로 확산하여 경유, 등유, 석유계 탄화수소(TPH, Total Petroleum Hydrocarbon)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 유분, BTEX(벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 크실렌의 총칭), 페놀(Phenol), 트리클로로에틸렌(TCE), 퍼클로로에틸렌(PCE)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 휘발성유기화합물질(VOCs), 미세하게 잔존하는 현탁물질(SS) 또는 노르말헥산(n-Hexane) 추출물질을 부상분리하고, 폴리프로필렌 패킹(Packing)이 충진된 횡형스트리퍼 및 디미스터(Demister)를 포함하여 구성된 탈기부에 의해 VOCs 물질을 탈기한 후, 활성탄탑에서 활성탄으로 VOCs 물질을 흡착 처리하는 부상분리탈기단계와; 상기 부상분리탈기단계에서 유입되는 지하수중에 포함된 미세부유물질을 제거하는 여과단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지하수정화처리방법이 개발된 바 있으나, 이 역시 부상분리에 의한 미세부유물질 제거 및 부상분리탈기에 의한 탈기 등 물리적적인 방법으로만 정화하고 있어 유류 등의 오염물질의 실질적인 정화를 위하여는 후속적인 정화처리장치가 필요하였다.
한편, TPH와 페놀류같은 오염물질은 분자량이 크고 용해도가 낮으며, 강한 흡착력 때문에 정화처리가 쉽지 않은 문제가 있다.
따라서, 최근에는 이러한 오염물질처리를 위하여 고도산화 정화처리방법으로서 펜톤 산화 반응을 이용한 정화처리기술이 널리 사용되고 있다.
상기 펜톤 산화 반응을 이용한 오염물의 정화 처리는 과산화수소(H2O2)와 황산철(FeSO4)과 같은 철염을 이용하여 수산화 라디칼(OH-: hydroxyl radical)을 발생시킴으로써 유기 화합물 등의 오염물을 분해하는 것을 말한다.
이러한 펜톤 산화 반응을 이용한 처리는 하, 폐수 처리, 토양 오염 처리 및 지하수 오염 처리에 적용될 수 있으며, 통상 하, 폐수 처리와 같은 수처리의 경우 수조에 저류된 원수에 펜톤 산화 반응에 필요한 처리제를 투입하는 등의 방식으로 진행되는 반면, 토양 오염 처리 및 지하수 오염 처리에 있어서는 수처리와 달리 처리 대상물을 격리할 수 없으므로 오염 추정지역에 처리제를 투입하는 방식으로 진행된다.
또한, 하, 폐수 처리에 있어서는 반응의 핵심 요소인 과산화수소와 철염을 모두 투입하는 반면, 토양 및 지하수의 경우 대상 지역에 자연적 또는 인위적으로 존재하는 철염을 고려하여 철염의 투입량을 조정하거나 과산화수소의 단독 투입을 실시하기도 한다.
현재까지 개발된 펜톤 산화 반응을 이용한 정화처리에 관한 종래기술을 살펴 보면, 한국등록특허 10-1066336에 펜톤(Fenton) 산화를 이용한 오염 지하수 처리 장치에 있어서, 펜톤 산화반응이 이루어지는 반응조(60)의 전단에, 유류에 흡착된 미세 콜로이드 입자에 대하여는 전기 분해하여 부상시키고, 밀도가 1을 초과하는 입자물질에 대하여는 자연 침강시키는 전처리조를 구비하는 오염 지하수처리 장치가 공지되어 있는데, 상기 장치는 오염지하수를 추출하여 펜톤 산화 반응을 이용한 정화처리기술이기는 하지만, 펜톤 산화공정에 의해 발생된 슬러지를 제거하지 못하는 문제점이 있었다.
또한, 한국공개특허 10-2010-0069729에는 유기 오염물이 존재하는 토양 및 지하수 중 적어도 어느 한 곳에 과산화수소를 포함하는 처리제와 함께 아세테이트를 투입하는 단계; 상기 처리제 또는 상기 토양이나 지하수 중의 금속염과 상기 과산화수소의 반응으로 수산화 라디칼과 금속산화물이 생성되어, 상기 수산화 라디칼이 상기 유기 오염물을 분해하고 상기 금속산화물은 상기 아세테이트와 착화합물을 형성하는 단계; 및 상기 착화합물에 의해 상기 과산화수소와 상기 금속염의 반응 속도가 지연되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오염 처리방법이 공지되어 있으나, 상기 방법은 원위치 처리기술(in-situ) 기술로서 앞서 언급한 바와 같이, 오염지역이 외부와 격리되지 않아 오염지역 전체에 대한 균일한 정화가 어려운 문제가 있을 뿐만 아니라 상기 착화합물이 과산화수소와 금속염의 반응 속도를 지연시키므로써 과산화수소의 분해 속도를 지연시키는 안정제 역할을 하여 과산화수소 소가 급격하게 소모되는 것이 방지되기는 하나, 그 만큼 정화속도가 느리다는 문제점이 있었다.
또한, 한국공개특허 10-2009-0021749에는 유기 오염물이 존재하는 토양 및 지하수 중 적어도 어느 한 곳에 과산화수소를 포함하는 처리제와 함께 음이온계면활성제를 투입하는 단계; 상기 처리제 또는 상기 토양이나 지하수 중의 금속염과 상기 과산화수소의 반응으로 수산화 라디칼과 금속산화물이 생성되어, 상기 수산화 라디칼이 상기 유기 오염물을 분해하고 상기 금속산화물은 상기 음이온 계면활성제와 착물을 형성하는 단계; 및 상기 착물에 의해 상기 과산화수소와 상기 금속염의 반응 속도가 지연되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오염 처리방법이 공지되어 있으나, 이러한 기술 역시 앞서 언급한 바와 같이, 원위치 처리기술(in-situ) 기술로서 오염지역이 외부와 격리되지 않아 오염지역 전체에 대한 균일한 정화가 어려운 문제가 있을 뿐만 아니라 상기 착화합물이 과산화수소와 금속염의 반응 속도를 지연시키므로써 과산화수소의 분해 속도를 지연시키는 안정제 역할을 하여 과산화수소 소가 급격하게 소모되는 것이 방지되기는 하나, 그 만큼 정화속도가 느리다는 문제점이 있었다.
또한, 한국등록특허 10-0856676에는 방향족 카르복실산 함유 폐수가 유입되고 오존주입구 및 배오존장치와 연결된 오존 배기구를 구비하며 폐수 저장 및 오존에 의한 산화처리가 이루어지는 오존 반응조; 상기 오존 반응조에서 처리된 처리수를 공급하는 공급 펌프, 상기 공급펌프를 통해 유입된 처리수의 일부가 순환펌프에 의해 순환되는 순환라인, 오존발생기와 연결된 오존주입부 및 과산화수소 주입부를 상기 순환라인 상에 구비하고 오존 및 과산화수소에 의한 산화처리가 이루어지는 오존 및 과산화수소 반응조; 상기 오존 및 과산화수소 반응조에서 처리된 처리수를 공급하는 공급펌프, 상기 공급펌프를 통해 처리수가 유입되는 유입부, 및 상기 유입부 상에 철촉매 주입부 및 과산화수소 주입부가 구비되며, 상기 유입부를 통해 유입되고 철촉매 및 과산화수소가 주입된 처리수를 광펜톤산화처리하는 UV관형반응기; 및 상기 UV관형반응기에서 처리된 처리수가 유입되고 저장되는 집수조;를 포함하는 방향족 카르복실산 함유 폐수 처리 장치가 공지되어 있으나, 상기 기술은 과산화수소 및 철염 외에도 오존 및 UV를 추가로 사용해야 하고, 방향족 카르복실산을 함유하는 오염수 처리에만 효과가 있는 문제점이 있었다.
따라서, 오염지역이 외부와 격리되지 않아 오염지역 전체에 대한 균일한 정화가 어려운 원위치 처리기술(in-situ)의 문제점을 극복하면서 분자량이 크고 용해도가 낮으며, 강한 흡착력 때문에 정화처리가 쉽지 않은 TPH와 페놀류같은 오염물질을 물리적 및 화학적으로 정화처리하기 위하여 오염된 지하수 및 토양을 추출관정을 통하여 양수처리한 후 지상에서 응집 등에 의한 물리적 정화처리 후, 펜톤산화 정화처리하여 다시 대수층으로 주입시키거나 후속 여과 및 슬러지 처리하여 정화할 수 있는 지중 오염지하수의 양수, 펜톤산화 및 역삼투막 정화시스템 개발이 필요하였다.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 오염된 지하수를 지상으로 끌어 올린 다음 응집, 가압부상, 스컴 및 슬러지처리하여 정화한 후, pH조절용 황산, 산화제인 H2O2, 촉매제인 철염을 투입하여 OH라디칼을 발생시켜 오염물질을 제거하는 펜톤산화처리를 거친 후, 펜톤산화과정에서 발생된 슬러지를 여과하여 정화시키고, 다시 대수층으로 주입시키거나 후속 여과 및 슬러지 처리하여 정화할 수 있는 지중 오염지하수의 양수, 펜톤산화 및 역삼투막 정화시스템을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 오염지하수를 추출하기 위한 복수의 오염지하수 추출관정으로부터 추출되어 유입되는 유입수의 입자상 물질을 제거하기 위한 침사기와, 상기 침사기로부터 유입되는 유입수에 함유된 부유성 기름성분을 제거하기 위한 유수분리조와, 상기 유수분리조로부터 유입되는 유입수의 불규칙한 유입농도 균질화를 위해 일정시간 체류, 혼합하여 일정농도를 유지하기 위한 유입수조와, 상기 유입수조로부터 유입되는 유입수의 부유성 오염물질 응집을 위한 최적 pH조건조성을 위해 NaOH와 Alum이 주입되어 pH를 조정하는 1차 pH조정조와, 상기 1차 pH조정조로부터 유입되는 유입수의 부유성 오염물질이 응집되어 Floc을 형성하고 부상을 쉽게 하도록 하기 위해 응집제(폴리머)가 투입되어 응집반응시키는 1차 응집조와, 상기 1차 응집조로부터 유입되는 유입수 중의 응집된 거대오염물질(Floc)을 우유빛을 띤 미세기포를 이용하여 Floc과 충돌 및 부착되어 미세기포의 부상력으로 Floc을 수면위로 부상시키는 1차 가압부상조와, 상기 1차 가압부상조에 부상된 Floc을 스컴수집장치에 의하여 수집한 후 저장하기 위한 1차 스컴저장조와, 상기 1차 가압부상조에서 처리되어 유입된 유입수를 황산, 과산화수소 및 황산철염을 이용하여 강력한 산화력으로 오염물질을 산화분해시키기 위한 펜톤산화조와, 상기 펜톤산화조에서 산화처리된 산성 유입수에 소석회를 투입하여 중화시키기 위한 중화조와, 상기 중화조에서 중화된 유입수의 부유성 오염물질이 응집되어 Floc을 형성하고 부상을 쉽게 하도록 하기 위해 응집제(폴리머)가 투입되어 응집반응시키는 2차 응집조와, 상기 2차 응집조로부터 유입되는 유입수 중의 응집된 거대오염물질(Floc)을 우유빛을 띤 미세기포를 이용하여 Floc과 충돌 및 부착되어 미세기포의 부상력으로 Floc을 수면위로 부상시키는 2차 가압부상조 또는 거대오염물질(Floc)을 침전, 제거시키기 위한 침전조와, 상기 2차 가압부상조 또는 침전조에서 발생된 Floc을 수집한 후 저장하기 위한 2차 스컴저장조와, 상기 2차 가압부상조 또는 침전조에서 Floc이 제거되어 유입된 처리수를 중성의 pH로 조정하기 위한 2차 pH조정조와, 상기 2차 pH조정조에서 유입되는 유입수를 저장 후, 다층여과필터(MMF)로 이송하기 위한 중계조와, 상기 중계조로부터 유입되는 유입수의 미세 잔류물질을 여러 입경의 여과재를 층별로 쌓은 필터를 통과시켜 제거하기 위한 다층여과필터(MMF)와, 상기 다층여과필터(MMF)를 통과한 유입수를 재차 여과하기 위한 백필터(Bag Filter)와, 상기 백필터(Bag Filter)를 통과한 처리수를 역삼투막여과시스템(RO System)으로 이송하기 위하여 저장하기 위한 펜톤처리수조와, 상기 펜톤처리수조로부터 유입되는 펜톤처리수를 고압펌프로 삼투압 이상의 압력을 가해 저농도 처리수와 고농도 농축수로 분리하는 역삼투막여과시스템(RO System)과, 상기 역삼투막여과시스템(RO System)에서 배출되는 저농도 처리수를 다시 대수층으로 주입하기 위해 저장하는 공정수조를 포함하여 구성되는 지중 오염지하수의 양수, 펜톤산화 및 역삼투막 정화시스템을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 역삼투막여과시스템(RO System)은 펜톤처리수조로부터 유입되는 펜톤처리수를 Brackish Water Reverse Osmosis(BWRO) 카트리지 필터를 통해 BWRO 고압펌프로 삼투압 이상의 압력을 가해 저농도 처리수와 고농도 농축수로 분리하는 BWRO Unit과 상기 BWRO Unit으로부터 유입되는 고농도 농축수를 Sea Water Reverse Osmosis(SWRO) 카트리지 필터를 통해 SWRO 고압펌프로 삼투압 이상의 압력을 가해 저농도 처리수와 고농도 농축수로 분리하는 SWRO Unit으로 구성되는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 BWRO Unit과 SWRO Unit으로부터 배출되는 저농도 처리수는 상기 공정수조를 거쳐 다시 대수층으로 주입하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 SWRO Unit으로부터 배출되는 고농도 농축수는 자기증기 재압축방식(MVR ; Mechanical vapor re-compression)의 열원을 이용하여 기화된 응축수와 잔류된 고농도 농축액으로 분리하는 MVR증발농축시스템으로 이송되어 응축수와 잔류된 고농도 농축액으로 분리되고, 응축수는 상기 유입수조로 재순환되고, 잔류된 고농도 농축액은 위탁처리하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 1차 스컴저장조 및 상기 2차 스컴저장조로부터 이송되어 스컴에 포함된 슬러지를 농축하기 위한 농축조와, 상기 농축조로부터 배출되는 농축슬러지를 여과막이 설치된 여러 장의 여과판 사이에 주입하여 압축 탈수하기 위한 필터프레스를 포함하여 구성되는 지중 오염지하수의 양수, 펜톤산화 및 역삼투막 정화시스템을 과제의 해결수단으로 한다.
본 발명에 따른 지중 오염지하수의 양수, 펜톤산화 및 역삼투막 정화시스템은 TPHs 또는 페놀류같은 오염물질로 오염된 지하수를 지상으로 끌어 올린 다음 응집, 가압부상, 스컴 및 슬러지처리하여 정화한 후, pH조절용 황산, 산화제인 H2O2, 촉매제인 철염을 투입하여 OH라디칼을 발생시켜 오염물질을 제거하는 펜톤산화처리를 거친 후, 펜톤산화과정에서 발생된 슬러지를 여과하여 정화시키고, 다시 대수층으로 주입시키거나 후속 여과 및 슬러지 처리하여 정화할 수 있고, 원위치 처리기술(in-situ)의 문제점을 극복하면서 분자량이 크고 용해도가 낮으며, 강한 흡착력 때문에 정화처리가 쉽지 않은 TPH와 페놀류같은 오염물질을 물리, 화학적으로 정화처리할 수 있는 효과가 있으며, 지하수 정화처리장치의 간편화 및 소형화를 통하여 경제적 및 효율적으로 정화처리할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 전체 공정의 흐름도
도 2는 본 발명의 침사기 및 유수분리조 공정구성도
도 3은 본 발명의 유입수조 공정구성도
도 4는 본 발명의 1차 pH조정조 및 1차 응집조 공정구성도
도 5는 본 발명의 1차 가압부상조 공정구성도
도 6은 본 발명의 펜톤산화조 공정구성도
도 7은 본 발명의 중화조 및 2차 응집조 공정구성도
도 8은 본 발명의 2차 가압부상조(침전조) 공정구성도
도 9는 본 발명의 2차 pH조정조 및 중계조 공정구성도
도 10은 본 발명의 다층여과필터(MMF) 및 백필터(Bag Filter) 공정구성도
도 11은 본 발명의 BWRO Unit과 SWRO Unit 공정구성도
도 12는 본 발명의 MVR증발농축시스템 공정구성도
도 13은 본 발명의 1, 2차 스컴저장조 공정구성도
도 14는 본 발명의 농축조 및 필터프레스 공정구성도
도 15는 본 발명의 필터프레스 구성도
도 2는 본 발명의 침사기 및 유수분리조 공정구성도
도 3은 본 발명의 유입수조 공정구성도
도 4는 본 발명의 1차 pH조정조 및 1차 응집조 공정구성도
도 5는 본 발명의 1차 가압부상조 공정구성도
도 6은 본 발명의 펜톤산화조 공정구성도
도 7은 본 발명의 중화조 및 2차 응집조 공정구성도
도 8은 본 발명의 2차 가압부상조(침전조) 공정구성도
도 9는 본 발명의 2차 pH조정조 및 중계조 공정구성도
도 10은 본 발명의 다층여과필터(MMF) 및 백필터(Bag Filter) 공정구성도
도 11은 본 발명의 BWRO Unit과 SWRO Unit 공정구성도
도 12는 본 발명의 MVR증발농축시스템 공정구성도
도 13은 본 발명의 1, 2차 스컴저장조 공정구성도
도 14는 본 발명의 농축조 및 필터프레스 공정구성도
도 15는 본 발명의 필터프레스 구성도
본 발명은 오염지하수를 추출하기 위한 복수의 오염지하수 추출관정으로부터 추출되어 유입되는 유입수의 입자상 물질을 제거하기 위한 침사기와, 상기 침사기로부터 유입되는 유입수에 함유된 부유성 기름성분을 제거하기 위한 유수분리조와, 상기 유수분리조로부터 유입되는 유입수의 불규칙한 유입농도 균질화를 위해 일정시간 체류, 혼합하여 일정농도를 유지하기 위한 유입수조와, 상기 유입수조로부터 유입되는 유입수의 부유성 오염물질 응집을 위한 최적 pH조건조성을 위해 NaOH와 Alum이 주입되어 pH를 조정하는 1차 pH조정조와, 상기 1차 pH조정조로부터 유입되는 유입수의 부유성 오염물질이 응집되어 Floc을 형성하고 부상을 쉽게 하도록 하기 위해 응집제(폴리머)가 투입되어 응집반응시키는 1차 응집조와, 상기 1차 응집조로부터 유입되는 유입수 중의 응집된 거대오염물질(Floc)을 우유빛을 띤 미세기포를 이용하여 Floc과 충돌 및 부착되어 미세기포의 부상력으로 Floc을 수면위로 부상시키는 1차 가압부상조와, 상기 1차 가압부상조에 부상된 Floc을 스컴수집장치에 의하여 수집한 후 저장하기 위한 1차 스컴저장조와, 상기 1차 가압부상조에서 처리되어 유입된 유입수를 황산, 과산화수소 및 황산철염을 이용하여 강력한 산화력으로 오염물질을 산화분해시키기 위한 펜톤산화조와, 상기 펜톤산화조에서 산화처리된 산성 유입수에 소석회를 투입하여 중화시키기 위한 중화조와, 상기 중화조에서 중화된 유입수의 부유성 오염물질이 응집되어 Floc을 형성하고 부상을 쉽게 하도록 하기 위해 응집제(폴리머)가 투입되어 응집반응시키는 2차 응집조와, 상기 2차 응집조로부터 유입되는 유입수 중의 응집된 거대오염물질(Floc)을 우유빛을 띤 미세기포를 이용하여 Floc과 충돌 및 부착되어 미세기포의 부상력으로 Floc을 수면위로 부상시키는 2차 가압부상조 또는 거대오염물질(Floc)을 침전, 제거시키기 위한 침전조와, 상기 2차 가압부상조 또는 침전조에서 발생된 Floc을 수집한 후 저장하기 위한 2차 스컴저장조와, 상기 2차 가압부상조 또는 침전조에서 Floc이 제거되어 유입된 처리수를 중성의 pH로 조정하기 위한 2차 pH조정조와, 상기 2차 pH조정조에서 유입되는 유입수를 저장 후, 다층여과필터(MMF)로 이송하기 위한 중계조와, 상기 중계조로부터 유입되는 유입수의 미세 잔류물질을 여러 입경의 여과재를 층별로 쌓은 필터를 통과시켜 제거하기 위한 다층여과필터(MMF)와, 상기 다층여과필터(MMF)를 통과한 유입수를 재차 여과하기 위한 백필터(Bag Filter)와, 상기 백필터(Bag Filter)를 통과한 처리수를 역삼투막여과시스템(RO System)으로 이송하기 위하여 저장하기 위한 펜톤처리수조와, 상기 펜톤처리수조로부터 유입되는 펜톤처리수를 고압펌프로 삼투압 이상의 압력을 가해 저농도 처리수와 고농도 농축수로 분리하는 역삼투막여과시스템(RO System)과, 상기 역삼투막여과시스템(RO System)에서 배출되는 저농도 처리수를 다시 대수층으로 주입하기 위해 저장하는 공정수조를 포함하여 구성되는 지중 오염지하수의 양수, 펜톤산화 및 역삼투막 정화시스템을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 역삼투막여과시스템(RO System)은 펜톤처리수조로부터 유입되는 펜톤처리수를 Brackish Water Reverse Osmosis(BWRO) 카트리지 필터를 통해 BWRO 고압펌프로 삼투압 이상의 압력을 가해 저농도 처리수와 고농도 농축수로 분리하는 BWRO Unit과 상기 BWRO Unit으로부터 유입되는 고농도 농축수를 Sea Water Reverse Osmosis(SWRO) 카트리지 필터를 통해 SWRO 고압펌프로 삼투압 이상의 압력을 가해 저농도 처리수와 고농도 농축수로 분리하는 SWRO Unit으로 구성되는 것을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 BWRO Unit과 SWRO Unit으로부터 배출되는 저농도 처리수는 상기 공정수조를 거쳐 다시 대수층으로 주입하는 것을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 SWRO Unit으로부터 배출되는 고농도 농축수는 자기증기 재압축방식(MVR ; Mechanical vapor re-compression)의 열원을 이용하여 기화된 응축수와 잔류된 고농도 농축액으로 분리하는 MVR증발농축시스템으로 이송되어 응축수와 잔류된 고농도 농축액으로 분리되고, 응축수는 상기 유입수조로 재순환되고, 잔류된 고농도 농축액은 위탁처리하는 것을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 1차 스컴저장조 및 상기 2차 스컴저장조로부터 이송되어 스컴에 포함된 슬러지를 농축하기 위한 농축조와, 상기 농축조로부터 배출되는 농축슬러지를 여과막이 설치된 여러 장의 여과판 사이에 주입하여 압축 탈수하기 위한 필터프레스를 포함하여 구성되는 지중 오염지하수의 양수, 펜톤산화 및 역삼투막 정화시스템을 기술구성의 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 도면을 통하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 도면에 한정되지 않는다.
우선 [도 1]을 참조하여 설명하면, 본 발명의 지중 오염지하수의 양수, 펜톤산화 및 역삼투막 정화시스템은 침사기와, 유수분리조와, 유입수조와, 1차 pH조정조와, 1차 응집조와, 1차 가압부상조와, 1차 스컴저장조와, 펜톤산화조와, 중화조와, 2차 응집조와, 2차 가압부상조 또는 침전조와, 2차 스컴저장조와, 2차 pH조정조와, 중계조와, 다층여과필터(MMF)와, 백필터(Bag Filter)와, 펜톤처리수조와, 역삼투막여과시스템(RO System)과, 공정수조를 포함하여 구성된다.
먼저, 본 발명의 지중 오염지하수의 양수, 펜톤산화 및 역삼투막 정화시스템은 오염지하수를 추출하기 위한 복수의 오염지하수 추출관정으로부터 추출되어 유입되는 유입수의 입자성 물질을 제거하기 위하여 침사기 및 유수분리조를 구비한다.
상기 침사기는 [도 2]를 참조하면, 오염지하수를 추출하기 위한 복수의 오염지하수 추출관정으로부터 추출되어 유입되는 유입수의 입자성 물질을 제거하고 후단공정 동력장치 및 배관의 마모 및 막힘을 방지하기 위한 것이며, 상기 침사기는 하부면이 경사진 형태의 호퍼형 탱크로 형성되어 유입수의 모래 및 점토질 등과 같은 고형물은 하부에 침전된 후, 스크류 컨베이어를 통해 외부로 배출되고, 유입수만이 침사기로부터 이송 라인을 통해 유수분리조로 이송된다.
다음, 상기 유수분리조는 상기 침사기로부터 유입되는 유입수에 함유된 부유성 기름성분을 제거하기 위한 것으로 [도 2]에 도시한 바와 같이, 하부는 연통되고 상부는 차단되는 격벽으로 구획되고, 격벽으로 구획된 일측으로 유입수가 유입되면, 상기 유수분리조 상부에 구비된 벨트 타입의 오일스키머에 의해 유분이 제거된 후, 격벽으로 구획된 타측에는 유분이 제거된 유입수만 남아 유입수조로 이송된다.
상기 유입수조는 상기 유수분리조로부터 유입되는 유입수의 불규칙한 유입농도 균질화를 위해 일정시간 체류, 혼합하여 일정농도를 유지하기 위한 것으로, [도 3]에 도시한 바와 같이, 상기 유입수조는 수중교반기가 구비되어 교반 및 혼합하여 수리학적 부하를 균등하게 하는 역할을 수행한다. 이때, 상기 유입수조에는 농축조 또는 필터프레스에서 배출되는 유입수가 재순환 유입되어 처리된다.
또한, 상기 1차 pH조정조와 응집조를 [도 4]를 참조하여 설명하면, 상기 1차 pH조정조는 상기 유입수조로부터 유입되는 유입수의 부유성 오염물질 응집을 위한 최적 pH조건조성을 위해 NaOH 및 Alum 주입장치와 배관연결되어 NaOH 및 Alum이 주입되어 pH를 조정하게 된다. 이때 적정 pH는 6.5~7.0의 범위로 유지하는 것이 바람직하며, 상기 1차 pH조정조에는 상부에 pH조정조 교반기가 구비되어 균일한 pH로 혼합되도록 혼합 교반하게 된다.
즉, 상기 1차 pH조정조는 NaOH 및 Alum 주입장치와 연동하여 상기 유입수조에서 유입된 유입수의 pH를 6.5~7.0로 조정하도록 NaOH 및 Alum이 주입된다.
또한, 상기 1차 응집조는 상기 1차 pH조정조로부터 유입되는 유입수의 부유성 오염물질이 응집되어 Floc을 형성하고 부상을 쉽게 하도록 하기 위해 응집제(폴리머) 투입장치와 연결되어 응집제(폴리머)가 투입되어 응집반응시킨다. 이때, 상기 1차 응집조에도 상부에 응집조 교반기가 구비되어 응집반응이 균일하게 일어 나도록 혼합 교반하게 된다.
즉, 상기 1차 응집조는 응집제(폴리머) 주입장치와 연동하여 상기 pH조정조 유입수의 부유성 오염물질이 응집반응하도록 응집제(폴리머)가 주입된다.
한편, 상기 1차 응집조로부터 유입되는 유입수 중의 응집된 거대오염물질(Floc)을 우유빛을 띤 미세기포를 이용하여 Floc과 충돌 및 부착되어 미세기포의 부상력으로 Floc을 수면위로 부상시키는 1차 가압부상조가 구비된다.
상기 1차 가압부상조는 [도 5]에 도시된 바와 같이, 가압탱크, 이젝터, 교반기 및 가압순환펌프를 포함하여 구성된다. 상기 가압탱크 및 이젝터는 우유빛을 띤 미세기포가 용존된 가압수를 생성시키고, 가압수를 가압부상조에 공급하면, 용존 공기가 아주 미세한 기포로 방출되는데 이때 슬러지는 미세한 기포가 부착되어 위로 부상하게 되므로, 이를 수집 및 제거하여 처리하는 것이다.
상기 가압순환펌프는 상기 가압부상조에 유입되는 압력을 균일하게 조정하는 역할을 하게 된다.
아울러, 상기 1차 가압부상조 상부에는 스컴수집장치가 구비되어 상기 1차 가압부상조에 부상된 Floc을 수집하여 1차 스컴저장조로 이송하게 되고, 상기 1차 스컴저장조에 저장된 스컴은 농축조로 이송하게 된다. 또한, 상기 1차 가압부상조에는 유입수와 미세기포의 균일한 혼합을 위하여 교반기가 구비된다.
다음으로, 상기 1차 가압부상조에서 처리되어 유입된 유입수를 황산, 과산화수소 및 황산철염을 이용하여 강력한 산화력으로 오염물질을 산화분해시키기 위한 펜톤산화조를 구비한다.
상기 펜톤산화조는 [도 6]을 참조하면, 상기 1차 가압부상조에서 처리되어 유입되는 유입수를 황산, 과산화수소 및 황산철염을 이용하여 강력한 산화력으로 오염물질을 산화분해시키기 위한 것이며, 유입수의 pH를 3.5 ~ 4.5로 조정하도록 pH센서에 의하여 황산, 과산화수소 및 황산철염 주입장치와 연동하여 자동 운전되도록 한다. 상기 펜톤산화조에는 산화반응이 원활하고 균일하게 일어나도록 유입수 및 황산, 과산화수소 및 황산철염을 균일하게 혼합 교반하는 복수의 교반기가 설치되며, 유입수중으로 공기를 불어 넣도록 링브로워가 구비된다.
또한, 상기 황산철염은 과산화수소의 산화반응을 촉진하는 촉매로서 FeSO4를 사용하는 것이 바람직하다.
여기서, 황산, 과산화수소 및 황산철염에 의한 펜톤산화반응 메커니즘을 설명하면 다음과 같다.
펜톤산화반응은 2가 철염의 펜톤시약과 과산화수소(H2O2)혼합용액을 사용하여 반응중 생성되는 OH radical(-OH)의 산화력으로 오염물질을 산화처리하는 방법이다.
과산화수소(H2O2)는 취급하기가 용이하고 현장에서 저장이 가능하고 다양한 오염물질과의 반응성이 높으며 독성물질이나 색도물질을 유발하지 않는 비교적 경제성이 있는 산화제이다.
H2O2와 Fe2+를 이용하여 OH Radical을 간편하게 실험실에서 만들 수 있는 방법으로 H2O2-FeSO4 촉매 System을 선택할 수 있으며 H2O2와 FeSO4는 따로 떨어져서는 오염물질을 효과적으로 산화시킬 수 없으나, 혼합되었을 때에는 H2O2가 FeSO4와 반응하여 OH Radical을 생성시키기 때문에 오염물질을 효과적으로 분해제거할 수 있다.
펜톤산화반응으로 알려진 H2O2와 Fe2+ 의 반응은 매우 빨리 진행이 되며, 이 반응의 과정중에 오염물질을 공격할 수 있는 OH Radical 중간체가 형성된다.
상기 OH Radical이 오염물질과 산화반응에 관여하는 반응 메커니즘은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
RH + OH· → H2O + R·(연쇄 전파 반응)
R· + H2O2 → ROH + OH·
R· + O2 → ROO·
상기 펜톤산화 반응에 의해 오염물질이 산화 분해될 때 철 이온은 Fe2+와 Fe3+ 사이를 순환한다. 촉매 기능을 가진 Fe2+는 과산화수소에 의해 Fe3+로 산화되면서 OH radical을 생성시키고 이렇게 생성된 OH radical은 오염물질에 전파되어 오염물질 radical(R·)을 만들며 이 radical은 Fe3+을 다시 Fe2+로 환원시키면서 자신은 결국 산화 분해된다.
그러나, radical에 의해 Fe3+이 Fe2+로 환원되지 않는다면 Fe3+의 농도가 높아져 Fe2+를 추가적으로 공급하지 않을 경우 산화 반응이 중단된다. 이에따라 펜톤산화는 다음 주요 설계인자를 고려해야 한다.
(1) 반응 pH
펜톤시약을 이용한 산화는 수용액 중의 pH 변화에 따라 지배적인 이온종이 바뀌고 OH radical이 생성되는 산화 환원 반응의 전위가 바뀌기 때문에 펜톤산화반응에서 가장 큰 영향을 미치는 인자 중의 하나가 반응 pH이다. pH가 적정 범위를 벗어나면 주입된 철 이온은 Fe(OH)3(s)로 침전되어 제거되거나 Fe(Ⅲ) 착물이 형성되므로 순환되는 철 이온의 양이 감소하게 되고, 따라서 펜톤산화 반응의 효율은 급격히 떨어지게 된다. 이 경우 철 이온은 촉매로서의 기능이 떨어지고 촉매의 자산화 반응이 일어나 과산화수소 및 촉매의 손실을 야기시킨다.
(2) 과산화수소 및 Fe2+의 주입량
과산화수소는 촉매가 존재하면 O-O 결합이 파괴되어 radical이 생성되고 활성화되어 여러 가지 물질을 산화 분해시키는데, 이러한 OH radical을 발생시키는 방법으로 산화 상태의 2가 금속으로서 철 촉매를 이용하는 것이 펜톤산화법이다. 펜톤산화의 반응 메카니즘에 의하면 펜톤산화 반응에서 Fe2+은 촉매로 작용하며 적정량 이상에서는 오히려 OH radical을 소모하게 되므로 Fe2+ 가 효과적으로 작용하기 위해서는 철과 불포화탄화수소(Fe2+/RH)의 비가 중요하다. 이 값이 클 때 OH radical은 Fe2+의 산화에 많이 소모되고 반대로 이 값이 작을 때 OH radical은 RH의 산화 분해에 많이 이용되기 때문이다. 또한, 과산화수소의 주입량이 철염에 비해 상대적으로 많을 경우 과산화수소의 분해속도가 늦어져 반응시간이 길어지게 되며 철염제거 공정에서 반응하지 못하고 잔류해 있는 과산화수소가 분해되어 기포상태의 산소를 방출하면서 슬러지가 부상하여 침전에 방해를 주는 인자로 작용할 수있다. 반대로 철염의 주입량이 과산화수소에 비해 상대적으로 많을 경우 반응에 역효과를 미치며 펜톤산화의 단점이라고 할 수 있는 슬러지 발생이 증가하여 처리에 장애를 주게 된다. 결과적으로 과산화수소의 주입량과 Fe2+의 주입량을 증가시키면 어느 한계까지 처리효율은 상승하지만, 과산화수소의 주입량이 많을 경우 약품 비용이 제한 요소가 될 수 있으며, Fe2+의 주입량이 많을 경우 철염에 의해 생성되는 슬러지의 처리비용이 높아지므로 반응시간, 반응속도, 과산화수소의 잔류량, 총 처리비용 등을 고려하여 과산화수소와 Fe2+의 주입량을 결정하여야 한다.
(3)반응시간
펜톤산화의 적정 반응시간을 결정할 경우 유기물의 제거효율뿐만 아니라 과산화수소의 잔류량도 고려되어야 한다. 이는 반응 후 잔류하는 과산화수소가 펜톤산화 공정 중의 철염제거 과정에서 슬러지의 부상을 초래할 수 있기 때문이다.
(4) 중화 및 철염제거 공정
산화 반응 후 촉매로 이용된 철염을 제거하기 위한 공정으로 중화 단계에서는 일반적으로 NaOH를 이용하여 Fe3+의 용해도가 낮은 pH 범위인 7.5?∼8로 조정하고 응집 침전을 통하여 처리수와 슬러지를 고액 분리하여야 한다.
한편, [도 7]을 참조하면, 상기 중화조는 상기 펜톤산화조에서 산화처리된 산성 유입수에 소석회를 투입하여 중화시키기 위한 것으로, 소석회주입장치와 연동하여 상기 펜톤산화조에서 산화처리된 산성 유입수의 pH를 8.0~9.0으로 조정하도록 소석회가 주입되며, 균일하게 혼합 중화되도록 중화교반기가 구비된다.
또한, [도 7]을 참조하면, 상기 2차 응집조는 상기 중화조에서 중화된 유입수의 부유성 오염물질이 응집되어 Floc을 형성하고 부상을 쉽게 하도록 하기 위해 응집제(폴리머)가 투입되어 응집반응시키키 위한 것으로, 응집제(폴리머) 주입장치와 연동하여 상기 중화조에서 중화된 유입수의 부유성 오염물질이 응집반응하도록 응집제(폴리머)가 주입되며, 균일하게 혼합 응집되도록 응집교반기가 구비된다.
다음으로, 상기 2차 응집조로부터 유입되는 유입수 중의 응집된 거대오염물질(Floc)을 우유빛을 띤 미세기포를 이용하여 Floc과 충돌 및 부착되어 미세기포의 부상력으로 Floc을 수면위로 부상시키는 2차 가압부상조 또는 거대오염물질(Floc)을 침전, 제거시키기 위한 침전조가 구비된다.
상기 2차 가압부상조는 [도 8]에 도시된 바와 같이, 가압탱크, 이젝터, 교반기 및 가압순환펌프를 포함하여 구성된다. 상기 가압탱크 및 이젝터는 우유빛을 띤 미세기포가 용존된 가압수를 생성시키고, 가압수를 가압부상조에 공급하면, 용존 공기가 아주 미세한 기포로 방출되는데 이때 슬러지는 미세한 기포가 부착되어 위로 부상하게 되므로, 이를 수집 및 제거하여 처리하는 것이다. 상기 가압순환펌프는 상기 가압부상조에 유입되는 압력을 균일하게 조정하는 역할을 하게 된다.
아울러, 상기 2차 가압부상조 상부에는 스컴수집장치가 구비되어 상기 2차 가압부상조에 부상된 Floc을 수집하여 2차 스컴저장조로 이송하게 되고, 상기 2차 스컴저장조에 저장된 스컴은 농축조로 이송하게 된다. 또한, 상기 2차 가압부상조에는 유입수와 미세기포의 균일한 혼합을 위하여 교반기가 구비된다.
상기 침전조는 [도 8]에 도시한 바와 같이, 상기 2차 가압부상조의 변형된 형태로 거대오염물질(Floc)을 침전, 제거시키기 위한 것으로, 상기 2차 가압부상조의 가압탱크, 이젝터 및 가압순환펌프는 사용하지 않게 된다.
[도 9]를 참조하면, 상기 2차 pH조정조는 2차 가압부상조 또는 침전조에서 Floc이 제거되어 유입된 처리수를 중성의 pH로 조정하기 위한 것이고, 상기 중계조는 상기 2차 pH조정조에서 유입되는 유입수를 저장 후, 다층여과필터(MMF)로 이송하기 위한 중간저장소이다.
상기 2차 pH조정조는 황산주입장치와 연동하여 상기 2차 가압부상조 또는 침전조에서 유입된 처리수의 pH를 7.5~8.5로 조정하도록 황산이 주입되며, 균일한 pH로 혼합 교반하기 위하여 교반기가 구비된다.
상기 다층여과필터(MMF)는 [도 10]을 참조하면, 상기 중계조로부터 유입되는 유입수의 미세 잔류물질을 여러 입경의 여과재를 층별로 쌓은 필터를 통과시켜 제거하기 위한 것으로 역세척펌프가 구비되어 필터를 역체척하도록 구성되고, 탁질누출현상, 여재누출여부, 여재교란여부를 점검하여야 한다.
또한, 상기 백필터(Bag Filter)는 다층여과필터(MMF)을 통과한 유입수를 재차 여과하기 위한 것으로 포대형 필터로서 다층여과필터(MMF) 직후 공정에 구비되며, 탁질누출현상, Bag 파손상태를 확인하여야 한다.
상기 펜톤처리수조는 상기 백필터(Bag Filter)를 통과한 처리수를 후속적으로 역삼투막여과시스템(RO System)으로 이송하기 위하여 저장하기 위한 것이다.
상기 역삼투막여과시스템(RO System)은 상기 펜톤처리수조로부터 유입되는 펜톤처리수를 고압펌프로 삼투압 이상의 압력을 가해 저농도 처리수와 고농도 농축수로 분리하는 것으로, [도 11]을 참조하면, 상기 펜톤처리수조로부터 유입되는 펜톤처리수를 Brackish Water Reverse Osmosis(BWRO) 카트리지 필터를 통해 BWRO 고압펌프로 삼투압 이상의 압력을 가해 저농도 처리수와 고농도 농축수로 분리하는 BWRO Unit과 상기 BWRO Unit으로부터 유입되는 고농도 농축수를 Sea Water Reverse Osmosis(SWRO) 카트리지 필터를 통해 SWRO 고압펌프로 삼투압 이상의 압력을 가해 저농도 처리수와 고농도 농축수로 분리하는 SWRO Unit으로 구성된다.
이때, 상기 BWRO Unit과 SWRO Unit으로부터 배출되는 저농도 처리수는 상기 공정수조를 거쳐 다시 대수층으로 주입된다.
아울러, 상기 SWRO Unit으로부터 배출되는 고농도 농축수는 [도 12]에 도시한 바와 같이, 자기증기 재압축방식(MVR ; Mechanical vapor re-compression)의 열원을 이용하여 기화된 응축수와 잔류된 고농도 농축액으로 분리하는 MVR증발농축시스템으로 이송되어 응축수와 잔류된 고농도 농축액으로 분리되고, 응축수는 상기 유입수조로 재순환되고, 잔류된 고농도 농축액은 위탁처리된다.
한편, 상기 1차 및 2차 스컴저장조는 [도 13]을 참조하면, 상기 1차 및 2차 가압부상조에 부상된 Floc을 수집하여 저장하고 스컴이송펌프를 통해 스컴을 농축조로 이송하며, 상기 농축조는 [도 14]을 참조하면, 상기 1차 및 2차 스컴저장조로부터 이송된 스컴에 포함된 슬러지를 농축하기 위한 것으로 함수율 99%를 95%로 농축하고 농축된 슬러지는 필터프레스로 이송되어 탈수시킨다. 상기 농축조에는 균일한 농축을 위하여 농축조 교반기가 구비된다.
상기 필터프레스는 [도 14] 및 [도 15]를 참조하면, 상기 농축조로부터 배출되는 농축슬러지를 여과막이 설치된 여러 장의 여과판 사이에 주입하여 압축 탈수하기 위한 것으로 슬러지의 함수율이 약 75%되도록 탈수하며, 탈수슬러지 성상에 따라 탈수압력을 조절하게 된다. 이때, 탈수여액의 혼탁도가 증대될 경우에는 여과막의 파손을 확인하고 교체해야 하며, 탈수종료 후 탈수슬러지를 깨끗이 배출하고 여과막 표면에 탈수슬러지가 잔류하지 않도록 하여야 한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (5)
- 오염지하수를 추출하기 위한 복수의 오염지하수 추출관정으로부터 추출되어 유입되는 유입수의 입자상 물질을 제거하기 위한 침사기와, 상기 침사기로부터 유입되는 유입수에 함유된 부유성 기름성분을 제거하기 위한 유수분리조와, 상기 유수분리조로부터 유입되는 유입수의 불규칙한 유입농도 균질화를 위해 일정시간 체류, 혼합하여 일정농도를 유지하기 위한 유입수조와, 상기 유입수조로부터 유입되는 유입수의 부유성 오염물질 응집을 위한 최적 pH조건조성을 위해 NaOH와 Alum이 주입되어 pH를 조정하는 1차 pH조정조와, 상기 1차 pH조정조로부터 유입되는 유입수의 부유성 오염물질이 응집되어 Floc을 형성하고 부상을 쉽게 하도록 하기 위해 응집제가 투입되어 응집반응시키는 1차 응집조와, 상기 1차 응집조로부터 유입되는 유입수 중의 응집된 거대오염물질(Floc)을 우유빛을 띤 미세기포를 이용하여 Floc과 충돌 및 부착되어 미세기포의 부상력으로 Floc을 수면위로 부상시키는 1차 가압부상조와, 상기 1차 가압부상조에 부상된 Floc을 스컴수집장치에 의하여 수집한 후 저장하기 위한 1차 스컴저장조와, 상기 1차 가압부상조에서 처리되어 유입된 유입수를 황산, 과산화수소 및 황산철염을 이용하여 강력한 산화력으로 오염물질을 산화분해시키기 위한 펜톤산화조와, 상기 펜톤산화조에서 산화처리된 산성 유입수에 소석회를 투입하여 중화시키기 위한 중화조와, 상기 중화조에서 중화된 유입수의 부유성 오염물질이 응집되어 Floc을 형성하고 부상을 쉽게 하도록 하기 위해 응집제가 투입되어 응집반응시키는 2차 응집조와, 상기 2차 응집조로부터 유입되는 유입수 중의 응집된 거대오염물질(Floc)을 우유빛을 띤 미세기포를 이용하여 Floc과 충돌 및 부착되어 미세기포의 부상력으로 Floc을 수면위로 부상시키는 2차 가압부상조 또는 거대오염물질(Floc)을 침전, 제거시키기 위한 침전조와, 상기 2차 가압부상조 또는 침전조에서 발생된 Floc을 수집한 후 저장하기 위한 2차 스컴저장조와, 상기 2차 가압부상조 또는 침전조에서 Floc이 제거되어 유입된 처리수를 중성의 pH로 조정하기 위한 2차 pH조정조와, 상기 2차 pH조정조에서 유입되는 유입수를 저장 후, 다층여과필터(MMF)로 이송하기 위한 중계조와, 상기 중계조로부터 유입되는 유입수의 미세 잔류물질을 여러 입경의 여과재를 층별로 쌓은 필터를 통과시켜 제거하기 위한 다층여과필터(MMF)와, 상기 다층여과필터(MMF)를 통과한 유입수를 재차 여과하기 위한 백필터(Bag Filter)와, 상기 백필터(Bag Filter)를 통과한 처리수를 역삼투막여과시스템(RO System)으로 이송하기 위하여 저장하기 위한 펜톤처리수조와, 상기 펜톤처리수조로부터 유입되는 펜톤처리수를 고압펌프로 삼투압 이상의 압력을 가해 저농도 처리수와 고농도 농축수로 분리하는 역삼투막여과시스템(RO System)과, 상기 역삼투막여과시스템(RO System)에서 배출되는 저농도 처리수를 다시 대수층으로 주입하기 위해 저장하는 공정수조를 포함하여 구성되는 지중 오염지하수의 양수, 펜톤산화 및 역삼투막 정화시스템으로서,
상기 역삼투막여과시스템(RO System)은 펜톤처리수조로부터 유입되는 펜톤처리수를 Brackish Water Reverse Osmosis(BWRO) 카트리지 필터를 통해 BWRO 고압펌프로 삼투압 이상의 압력을 가해 저농도 처리수와 고농도 농축수로 분리하는 BWRO Unit과 상기 BWRO Unit으로부터 유입되는 고농도 농축수를 Sea Water Reverse Osmosis(SWRO) 카트리지 필터를 통해 SWRO 고압펌프로 삼투압 이상의 압력을 가해 저농도 처리수와 고농도 농축수로 분리하는 SWRO Unit으로 구성되고,
상기 BWRO Unit과 SWRO Unit으로부터 배출되는 저농도 처리수는 상기 공정수조를 거쳐 다시 대수층으로 주입되며,
상기 SWRO Unit으로부터 배출되는 고농도 농축수는 자기증기 재압축방식(MVR ; Mechanical vapor re-compression)의 열원을 이용하여 기화된 응축수와 잔류된 고농도 농축액으로 분리하는 MVR증발농축시스템으로 이송되어 응축수와 잔류된 고농도 농축액으로 분리되고, 응축수는 상기 유입수조로 재순환되며, 잔류된 고농도 농축액은 위탁처리하고,
상기 1차 스컴저장조 및 상기 2차 스컴저장조로부터 이송되어 스컴에 포함된 슬러지를 농축하기 위한 농축조와, 상기 농축조로부터 배출되는 농축슬러지를 여과막이 설치된 여러 장의 여과판 사이에 주입하여 압축 탈수하기 위한 필터프레스를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지중 오염지하수의 양수, 펜톤산화 및 역삼투막 정화시스템 - 삭제
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