KR101747525B1 - 급속 혼화 응집조 및 이를 포함하는 수처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수처리용 혼화 응집조 및 이를 포함하는 수처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유입수(하천수, 하폐수 처리장의 방류수 등)에 포함된 이물질 및 각 미세 플럭을 급속으로 혼화 및 응집하여 제거할 수 있도록 하는 혼화 응집조와 이를 포함하는 수처리 장치에 관한 것이다.
본 발명에서 제공하는 혼화 응집조는 종래에 혼화조와 응집조에서 분리하여 수행하였던 혼화 및 응집 공정을 하나의 챔버 내에서 수행될 수 있도록 구조가 단순화되어 부지가 협소한 면적에도 설치가 용이하도록 한다. 또한, 본 발명에서 제공하는 혼화 응집조는 급속으로 혼화 및 응집 공정이 이루어져 수처리 시간을 단축시키는 등 수처리 효율을 보다 높일 수 있다.

Description

급속 혼화 응집조 및 이를 포함하는 수처리 장치{Rapid flocculation and coagulation tank and water treatment apparatus comprising the same}
본 발명은 수처리용 혼화 응집조 및 이를 포함하는 수처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유입수(하천수, 하폐수 처리장의 방류수 등)에 포함된 이물질 및 각종 미세 플럭(floc) 등을 급속으로 혼화 및 응집하여 제거할 수 있도록 하는 혼화 응집조와 이를 포함하는 수처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 종래의 수처리 방식은 응집제가 희석분재조를 거쳐 혼화조에서 기계식 교반에 의해 강제교반 되고 응집조를 거쳐 침전조에서 고액 분리시키는 혼화 응집공정(Sweep Coagulation Process)을 채택하는 것이 가장 일반적인 경우이다.
이러한 종래 수처리 장치는 하천수, 하폐수 처리장의 방류수 등이 저장된 상수 원수조(21)로부터 혼화조(22)로 유입수가 유입되면 약품 저장조(28)를 통하여 혼화조(22) 내에 응집제가 투입되고, 교반기(31, 32)를 이용하여 미세 플록이 형성되며, 응집조(23)로 이동하여 교반기(32)에 의해 조대 플록이 형성된다. 이후 측벽의 침전조(34)로 유입되어 침강한 후, 침전 상등액이 생물막 여과조(35)로 유입되고 막여과조(36)와 소독조(37)를 거쳐 최종 처리된다.
한편, 종래의 수처리 장치를 설치하기 위해서는 상당한 면적의 부지가 필요하고, 수처리 시간도 상당히 오래 걸리는 문제점이 있어, 최근에는 장치를 보다 간소화하고, 수처리 효율을 높여 시간을 단축하는 방안에 대한 지속적인 연구가 진행되고 있다.
(특허문헌 1) KR10-0572533 B1
(특허문헌 2) JP2001-038105 A
(특허문헌 3) KR10-0728300 B1
(특허문헌 4) JP2004-181433 A
(특허문헌 5) KR10-0476277 B1
본 발명은 혼화 및 응집을 하나의 챔버 내에서 수행할 수 있도록 구조를 단순화한 혼화 응집조를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 급속으로 혼화 및 응집 공정이 이루어져 수처리 시간을 단축시킬 수 있는 혼화 응집조를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현 예에 따르면, 유입수가 유입되는 챔버;
1개 이상의 교반기; 및
다공판을 포함하는, 급속 혼화 응집조를 제공한다.
상기 교반기는 임펠러(impeller) 타입일 수 있다.
상기 교반기가 복수 개인 경우,
복수 개의 교반기의 날개 직경은 같거나 상이할 수 있다.
날개 직경이 상이한 복수 개의 교반기는 챔버 상부에서 챔버 하부측으로 갈수록 직경이 작아지도록 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 교반기 중 2개의 교반기 사이에 다공판이 배치될 수 있다.
상기 교반기의 회전수(G-value)는 30 ~ 110sec-1일 수 있다.
상기 복수 개의 교반기 중 날개 직경이 가장 큰 교반기의 회전수는 70 ~ 110sec-1일 수 있다.
상기 복수 개의 교반기 중 날개 직경이 가장 작은 교반기의 회전수는 30 ~ 50sec-1일 수 있다.
상기 다공판에 포함된 복수 개의 구멍의 직경은 3 ~ 5cm일 수 있다.
상기 급속 혼화 응집조는 챔버 내에 응집제를 공급하는 응집제 저장조를 추가로 포함할 수 있다.
상기 챔버의 내벽에는 1개 이상의 배플(baffle)이 형성될 수 있다.
상기 챔버는 챔버의 상, 하부 온도를 측정하는 온도 센서 및 플럭수를 산출하는 입자 계수기를 포함하는 제어 수단을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 구현 예에 따르면, 유입수를 공급하는 원수조;
상기 원수조로부터 유입된 유입수 내 포함된 이물질을 플럭으로 응집시키는 본 발명에 따른 급속 혼화 응집조;
상기 급속 혼화 응집조로부터 유입된 유입수 내 포함된 플럭을 침전시키는 침전조; 및
상기 침전조로부터 유입된 유입수 내에 포함된 유기물질 및 이물질을 여과하여 제거하는 여과조를 포함하는, 수처리 장치를 제공한다.
상기 여과조에서 여과된 유입수를 소독하는 소독조를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따르면, 원수를 챔버 내에 공급하는 단계; 상기 챔버 내 원수에 응집제를 공급하는 단계; 응집제를 포함하는 원수를 교반하여 상기 원수 내 포함된 이물질을 플럭으로 형성시키는 단계; 및 상기 플럭을 포함하는 원수를 다공판을 통과시켜 플럭을 성장시키는 단계를 포함하는, 원수의 급속 혼화 응집 방법을 제공한다.
상기 다공판을 통과하여 크기가 성장한 플럭을 포함하는 원수를 교반하여 플럭을 더욱 성장시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 제공하는 혼화 응집조는 종래에 혼화조와 응집조에서 분리하여 수행하였던 혼화 및 응집 공정을 하나의 챔버 내에서 수행될 수 있도록 구조가 단순화되어 부지가 협소한 면적에도 설치가 용이하도록 한다.
또한, 본 발명에서 제공하는 혼화 응집조는 급속으로 혼화 및 응집 공정이 이루어져 수처리 시간을 단축시키는 등 수처리 효율을 보다 높일 수 있다.
도 1은 종래에 일반적으로 사용되는 수처리 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 타입의 교반기의 형상을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 급속 혼화 응집조의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 장치의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명의 일 구현 예에 따르면, 유입수가 유입되는 챔버; 1개 이상의 교반기; 및 다공판을 포함하는, 급속 혼화 응집조를 제공한다.
본 발명의 급속 혼화 응집조는 챔버 내에 응집제를 공급하는 응집제 저장조를 추가로 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 급속 혼화 응집조는 챔버 내로 공급된 유입수와 응집제가 상기 교반기를 통해 혼화되어 미세 플럭(floc)이 형성되고, 미세 플럭이 포함된 유입수가 다공판에 포함된 복수 개의 구멍을 통과하면서 충돌을 통해 조대 플럭이 생성되어 하나의 챔버 내에서 혼화 공정과 응집 공정이 급속하게 수행될 수 있다.
본 발명의 바람직한 한 구현 예에 따르면, 상기 교반기는 날개를 갖는 임펠러(impeller) 타입일 수 있다.
여기서 상기 임펠러 타입의 교반기의 구체적인 형상은 특별히 한정하지는 않으나, 본 발명의 바람직한 한 구현 예에 따르면, 상기 임펠러 타입의 교반기는 외측 날개부는 내측 날개부의 하부 방향을 향하도록 절곡 형성됨으로써 손으로 물을 모아 힘 있게 물을 밀어내듯이 원하는 방향으로 최대한 많은 양의 물을 밀어내어 흐르게 함으로써 교반 효과를 극대화할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 타입의 교반기의 형상을 개략적으로 도시한 것으로, 교반기의 외측 날개부(10b)는 내측 날개부(10a)의 하부 방향을 향하도록 절곡 형성된 것을 볼 수 있다.
본 발명에서 상기 교반기가 복수 개인 경우, 복수 개의 교반기의 날개 직경은 같거나 상이할 수 있으나, 바람직하게는, 날개 직경이 상이한 복수 개의 교반기를 챔버 상부에서 챔버 하부측으로 갈수록 직경이 작아지도록 배치하는 것이 유입수가 챔버의 상부에서 하부로 이동하면서 더욱 빠른 혼화 속도로 인해 플럭 생성 효율을 높일 수 있다.
이때, 상기 교반기 날개의 회전수(G-value)는 특별히 한정하지 않으며, 혼화 및 응집 규모나 챔버의 크기에 따라 적절히 선택할 수 있으나, 바람직하게는 30 ~ 110sec-1일 수 있고, 보다 바람직하게는 복수 개의 교반기 중 날개 직경이 가장 큰 교반기의 회전수는 70 ~ 110sec-1이고, 날개 직경이 가장 작은 교반기의 회전수는 30 ~ 50sec-1일 수 있다.
단, 본 발명에서는 상기 교반기가 회전 구동되도록 상기 교반기에 연결되는 구동 모터를 더 포함할 수 있다. 상기 구동 모터의 회전축은 상기 교반기의 구동축에 연결되어 작동에 따른 상기 회전축의 회전력을 상기 구동축으로 전달할 수 있다. 여기서 상기 구동 모터는 상기 교반기의 회전수를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 한 구현 예에 따르면, 상기 교반기가 1개인 경우, 상기 다공판은 교반기의 하부에 배치될 수 있고, 상기 교반기가 복수 개인 경우, 상기 다공판은 복수 개의 교반기 중 임의의 2개의 교반기 사이에 배치될 수 있다. 보다 바람직하게는 날개 직경이 상이한 복수 개의 교반기가 날개 직경 순서대로 배치되고, 그 중 임의의 2개의 교반기 사이에 다공판이 배치될 수 있다.
본 발명에서 상기 다공판에 포함된 복수 개의 구멍의 직경은 특별히 한정하지 않으며, 혼화 및 응집 규모나 다공판의 크기에 따라 적절히 선택할 수 있으나, 바람직하게는 3 ~ 5cm일 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 한 구현 예에 따르면, 상기 급속 혼화 응집조의 챔버의 내벽에는 판상의 배플(baffle)이 1개 이상 형성되어 유입수 내 미세 플럭이 상기 배플에 충돌하여 플럭의 크기 형성을 촉진할 수 있다.
여기서 상기 배플의 형성 개수는 특별히 한정하지는 않으나, 플럭 조대화 효과를 위해서는 챔버의 일 벽면에 적어도 3개가 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 바람직한 한 구현 예에 따르면, 상기 급속 혼화 응집조의 챔버에는 챔버 내부 온도 및 형성된 플럭수에 따라 교반기의 교반 속도 혹은 구동 모터의 가동 속도를 제어하는 제어수단을 추가로 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제어수단은 챔버의 상, 하부 온도를 측정하는 온도 센서 및 플럭수를 산출하는 입자 계수기를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 급속 혼화 응집조의 단면도를 개략적으로 도시한 것으로, 유입수가 공급되는 챔버(1) 내에는 날개의 직경이 상이한 2개의 임펠러 교반기(10, 11)와 다공판(20)이 배치되고, 상기 2개의 임펠러 교반기(10,11)는 날개 직경이 작아지는 순으로 챔버(1) 내에 배치되며, 다공판(20)은 2개의 임펠러 교반기(10,11) 사이에 배치된다.
본 발명의 다른 구현 예에 따르면, 본 발명에 따르는 상기 급속 혼화 응집조를 사용하여 원수를 급속 혼화 응집하는 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 원수를 챔버 내에 공급하는 단계; 상기 챔버 내 원수에 응집제를 공급하는 단계; 응집제를 포함하는 원수를 교반하여 상기 원수 내 포함된 이물질을 플럭으로 형성시키는 단계; 및 상기 플럭을 포함하는 원수를 다공판을 통과시켜 플럭을 성장시키는 단계를 포함한다.
본 발명에서는 원수를 교반하는 공정을 통해 원수 내 이물질이 미세 플럭으로 형성되고, 미세 플럭을 포함하는 원수를 다공판을 통과시킴으로써 상기 미세 플럭을 조대화시켜 하나의 챔버 내에서 혼화 공정과 응집 공정이 급속하게 수행될 수 있다.
본 발명에서 상기와 같이 교반하는 공정은 바람직하게는 임펠러 타입의 교반기를 30 ~ 110sec-1의 회전수로 교반할 수 있고, 보다 바람직하게는 70 ~ 110sec-1의 회전수로 교반할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 한 구현 예에 따르면, 필요에 따라 다공판을 통과하여 크기가 성장한 플럭을 포함하는 원수를 교반하여 플럭을 더욱 성장시키는 단계를 추가로 수행할 수 있다.
여기서, 상기 교반하는 공정은 바람직하게는 임펠러 타입의 교반기를 30 ~ 110sec-1의 회전수로 교반할 수 있고, 보다 바람직하게는 30 ~ 50sec-1의 회전수로 교반할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 필요에 따라 상기 챔버 내 원수의 온도를 측정하고, 상기 원수에 포함된 플럭수를 산출하여 교반 속도를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 원수의 온도는 챔버의 상, 하부에서 측정할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 응집제에서 원수에 공급되는 응집제로는 그 종류를 특별히 한정하지 않으며, 피처리수 중에 포함되는 현탁물질(탁질), 콜로이드 성분, 용해성 COD(화학적 산소 요구량) 성분 등을 응결이나 응집 등 하여 플록(응집물)을 형성할 수 있으면 되고, 예를 들면, 산화알루미늄, 황산제1철, 황산제2철, 염화제2철, 폴리염화알루미늄(PAC) 등의 알루미늄염이나 철염 등의 무기 응집제, 고분자 응집제, MT 아쿠아 폴리머제 양이온 폴리머겔 인 아코젤 C 등의 수중에서 팽윤하고 실질적으로 물에 용해되지 않는 양이온성 폴리머로 이루어지는 입자 등을 들 수 있고, 이것들을 단독 및 병용하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기한 응집제와 함께 응집 보조제를 추가로 투입할 수 있는데, 여기서 상기 응집 보조제로는 점토, 수산화칼슘, 양이온 응집제, 음이온 응집제 및 비이온 응집제로 이루어진 군에서 선택된 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따르면, 유입수를 공급하는 원수조; 상기 원수조로부터 유입된 유입수 내 포함된 이물질을 플럭으로 응집시키는 본 발명에 따른 급속 혼화 응집조; 상기 급속 혼화 응집조로부터 유입된 유입수 내 포함된 플럭을 침전시키는 침전조; 및 상기 침전조로부터 유입된 유입수 내에 포함된 유기물질 및 이물질을 여과하여 제거하는 여과조를 포함하는, 수처리 장치를 제공한다.
본 발명에서 상기 수처리 장치는 상기 여과조에서 여과된 유입수를 소독하는 소독조를 추가로 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 장치의 단면 구조를 도시한 것으로, 수처리의 대상이 되는 유입수가 원수조(100)에 일시적으로 저장이 되었다가, 급속 혼화 응집조(101)의 하부로 유입시키면, 응집제 저장조(102)로부터 응집제가 상기 급속 혼화 응집조(101)로 함께 투입된다. 상기 급속 혼화 응집조(101)의 상부로 이동한 유입수는 큰 날개 직경을 갖는 임펠러 타입의 교반기(10)에 의해 상기 유입수와 응집제가 혼화되어 미세 플럭이 형성된다. 이후 미세 플럭을 포함하는 유입수는 다공판(20)에 포함된 복수 개의 구멍을 통과하면서 다공판(20)과 충돌하게 되는데, 그 과정에서 미세 플럭의 크기가 성장하게 되고, 이후 날개 직경이 작은 교반기(10)에 의해 다시 혼화되면서 플럭은 조대 플럭으로 성장하게 된다. 조대 플럭을 포함하는 유입수는 상기 급속 혼화 응집조(101)의 하부를 통해 배출되어 침전조(103)로 이동하고, 상기 침전조(103) 내에서 조대 플럭은 침전되어 제거된다. 플럭이 제거된 유입수는 이어서 여과조(104)로 이동하여 여과조 내 생물학적 또는 기계적 여과 장치에 의해 그에 포함된 각종 유기물질과 미세 이물질 등이 여과 및 제거되고, 소독조(105)에서 소독된다.
단, 본 발명에서 수처리의 대상이 되는 유입수의 종류는 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, 하천수, 하수처리장, 축산, 분뇨, 폐수, 생활폐수, 산업공장의 폐수처리장, 침출수 등의 점오염원으로부터 발생한 오염수일 수 있고, 또는 도로, 교량 등의 상부에 쌓인 오염물질, 타이어 등의 미세분진 등의 비점오염원으로부터 발생한 오염수일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예
[실시예 1]
하천수를 하기 도 2에 나타낸 수처리 장치를 이용하여 정수 처리하였다. 구체적으로는 원수조(100)에 저장된 하천수를 급속 혼화 응집조(101)의 하부로 유입시키면서 응집제 저장조(102)에 저장된 FeCl3 응집제도 상기 급속 혼화 응집조(101)로 대략 10ppm의 양으로 투입시켰다. 단, 상기 급속 혼화 응집조(101)의 챔버(1) 내에는 90sec-1의 회전수를 갖는 임펠러 타입의 교반기(10), 구멍의 직경이 5cm인 다공판(20) 및 40sec-1의 회전수를 갖는 임펠러 타입의 교반기(11)가 챔버(1) 내에 수직으로 배열되어 있다. 상기 급속 혼화 응집조(10)에 유입된 유입수와 응집제는 90sec-1의 회전수의 임펠러 교반기(10)에 의해 1차로 혼화되어, 상기 유입수 내에 포함된 이물질들은 미세 플럭으로 형성되고, 이후, 유입수는 다공판(20)의 구멍을 통과하면서 다공판(20)과의 충돌에 의해 미세 플럭의 크기가 성장하였다가, 40sec-1의 회전수의 임펠러 교반기(11)에 의해 빠른 속도로 혼화되면서 조대 플럭으로 형성되었다. 이어서 조대 플럭을 포함하는 유입수를 침전조(103)로 이동시켜 이들을 침전되어 제거하였고, 마지막으로 여과조(104)로 이동시켜 여과조 내에 포함된 생물막 여과재료(제오카본, 생물활성탄공정의 파과된 입상활성탄, 섬유 Ball) 표면에 부착된 미생물의 산화, 분해 및 억류 작용에 의해 탁도 95% 이상, 색도 80% 이상, 암모니아성 질소 90% 이상, DOC 50% 이상, 이·취미 85% 이상, 조류 90% 이상, KMnO4 소비량 50% 이상이 제거된 처리수를 얻었다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
1: 챔버
10, 11: 임펠러 타입의 교반기
20: 다공판
21: 원수조
22: 혼화조
23: 응집조
24: 침전조
25: 생물막 여과조
26: 막여과조
27: 소독조
28: 약품 저장조
31, 32: 교반기
100: 원수조
101: 급속 혼화 응집조
102: 응집제 저장조
103: 침전조
104: 여과조
105: 소독조

Claims (16)

  1. 유입수가 유입되는 챔버;
    2개 이상의 복수 개의 교반기; 및
    상기 복수 개의 교반기 중 2개의 교반기 사이에 배치되는 다공판을 포함하며,
    상기 교반기는 임펠러(impeller) 타입이고,
    복수 개의 교반기는 날개 직경이 상이하여, 상기 챔버의 상부에서 하부측으로 갈수록 직경이 작아지게 배치되며,
    상기 복수 개의 교반기 중 날개 직경이 가장 큰 교반기의 회전수는 70 ~ 110sec-1이고, 날개 직경이 가장 작은 교반기의 회전수는 30 ~ 50sec-1이며,
    상기 다공판에 포함된 복수 개의 구멍의 직경은 3 ~ 5cm이고,
    급속 혼화 응집조는 챔버 내에 응집제를 공급하는 응집제 저장조를 추가로 포함하는, 급속 혼화 응집조.
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  11. 제1항에 있어서,
    상기 챔버의 내벽에는 1개 이상의 배플(baffle)이 형성된, 급속 혼화 응집조.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 챔버는 챔버의 상, 하부 온도를 측정하는 온도 센서 및 플럭수를 산출하는 입자 계수기를 포함하는 제어 수단을 더 포함하는, 급속 혼화 응집조.
  13. 유입수를 공급하는 원수조;
    상기 원수조로부터 유입된 유입수 내 포함된 이물질을 플럭으로 응집시키는 청구항 제1항, 제11항 및 제12항 중 어느 한 항의 급속 혼화 응집조;
    상기 급속 혼화 응집조로부터 유입된 유입수 내 포함된 플럭을 침전시키는 침전조; 및
    상기 침전조로부터 유입된 유입수 내에 포함된 유기물질 및 이물질을 여과하여 제거하는 여과조를 포함하는, 수처리 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 여과조에서 여과된 유입수를 소독하는 소독조를 더 포함하는, 수처리 장치.
  15. 제1항의 급속 혼화 응집조를 사용한 원수의 급속 혼화 응집 방법으로,
    원수를 챔버 내에 공급하는 단계;
    상기 챔버 내 원수에 응집제를 공급하는 단계;
    응집제를 포함하는 원수를 교반하여 상기 원수 내 포함된 이물질을 플럭으로 형성시키는 단계;
    상기 플럭을 포함하는 원수를 다공판을 통과시켜 플럭을 성장시키는 단계; 및
    상기 다공판을 통과하여 크기가 성장한 플럭을 포함하는 원수를 교반하여 플럭을 더욱 성장시키는 단계를 포함하는, 원수의 급속 혼화 응집 방법.
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