KR101795002B1 - 유수분리 정화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유수분리 정화장치에 관한 것으로, 유류오염수에 공기를 혼합하여 공급하는 유류오염수 공기혼합 공급수단과 미세오일입자에 기포를 부착하여 오일입자의 부상성을 증가시키는 1차 유수분리수단과 기포부착 오일입자와 물의 비중 차이에 의한 부상과 와류(후류와)의 회전력과 상승류를 이용 미세 오일입자의 부상속도를 향상시켜 유수분리하는 2차 유수분리수단 및 스컴(skim) 상태로 부상된 유류오염물질을 비중 및 이동경로 차이를 이용하여 챔버에 농집시켜 유류오염물질의 최종수거를 용이하게 하는 3차 유수분리수단을 구비함으로써 다양한 형태의 오염지하수 추출공법에 적용하여 유수분리에 의해 유류오염 지하수를 정화할 수 있도록 한 유수분리 정화장치이다.

Description

유수분리 정화장치{Oil-water separating and remediating apparatus}

본 발명은 유수분리 정화장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 다양한 형태의 공법에도 적용할 수 있으며, 지하로부터 추출된 유류오염지하수를 포함하는 유류오염수로부터 물과 오일성분을 효과적으로 분리하여 정화할 수 있도록 하는 유수분리 정화장치에 관한 것이다.

국제인구행동연구소(PAI : Population Action International)는 강우유출량을 인구수로 나누어 1인당 물 사용가능량이 1000㎥ 미만은 물기근국가, 1000㎥ 이상 1700㎥ 미만은 물부족국가, 1700㎥ 이상은 물풍요국가로 분류하고 있다.

우리나라는 1993년 1인당 물 사용가능량이 1470㎥로 물부족국가에 해당되었고, 2000년 1인당 물 사용가능량도 1488㎥으로 물부족국에 해당되었으며, 2025년에는 많게는 1327㎥, 적게는 1199㎥가 될 것으로 분석되는 등 갈수록 물 사정이 어려워질 것으로 전망하고 있다.

특히 우리나라는 연간 강수량이 세계평균인 973mm보다 많은 1283mm이지만, 국토의 70% 정도가 급경사의 산지로 이루어져 있고, 강수량의 대부분이 여름철에 집중되어 있어 많은 양이 바다로 흘러가는 한편, 높은 인구밀도로 인해 1인당 강수량이 세계평균의 12%에 지나지 않는 것으로 나타났다.

오랫동안 우리나라는 부족한 물 자원을 효율적으로 보존 및 활용하기 위하여 하천에 댐을 건설하여 지표수를 가두는 지표수 자원개발에 치중하여 왔으나, 지표수의 개발은 수몰지역이 발생하여 실향민을 발생시키는 등 사회적 문제를 유발하는 문제점이 있었으며, 국토의 넓은 면적을 수몰시키기 때문에 여러 가지 제약이 뒤따르는 문제가 있다.

최근 우리나라는 부족한 물 자원을 효율적으로 활용하기 위하여 지하수의 개발에 눈을 돌려 다양한 기술을 개발해 왔다.

그러나 산업이 발전하고 유류의 사용량이 증가하면서 토양은 물론 지하수까지 유류로 오염되어 지하수의 활용에도 문제가 발생하고 있다.

따라서 유류로 오염된 지하수를 정화하여 다시 지하에 저장함으로써 지하수를 안전하고 효율적으로 활용할 수 있도록 하는 기술이 개발되고 있다.

유류로 오염된 지하에는 지하수와 그 상층에 부유하는 경소수성 액체(輕疏水性 液體, LNAPL; Light Non-Aqueous Phase Liquid)층과 그 상층에 부유하는 휘발성 유기화합물(VOCs; Volatile Organic Compounds)이 혼재하게 된다.

종래의 오염지하수를 정화하는 공법은 지하수와 경소수성 액체 및 휘발성 유기화합물을 지상으로 끌어올린 후 정화처리하는 지상처리(Ex-situ)공법과, 오염된 지하수를 끌어올리지 않고 지중에서 처리하는 지중처리(In-situ)공법으로 구분되며, 지상으로 추출하여 물리적으로 처리 후 지중에 재주입하는 지상처리(Ex-situ)공법이 많이 사용된다.

지상처리공법으로는 지하수면에 떠있는 유동성 오염물질을 진공추출하여 처리하는 BS(Bio-Slurping)공법과, DPR(Dual Pump Recovery)공법이 있다.

상기 지상처리 공법 중 BS 공법을 예로 들면, BS공법은 지중에 천공된 관정과, 관정 내에 삽입되며 하단이 지하수면보다 낮은 위치에 이르는 흡입관(Slurp Tube)와, 지상에 설치되며 흡입단이 슬러프 튜브에 연결되는 진공펌프와, 진공펌프의 토출단에 연결된 유수분리기를 포함하는 구조로서, 진공펌프가 가동되면 지하수의 상층에 부유하고 있는 경소수성 액체(LNAPL)와 그 상층에 있는 휘발성 유기화합물이 공기와 함께 흡입되고, 공기는 진공펌프의 배기단으로 배출되고, 지하수와 경소수성 액체는 진공펌프의 토출단으로 토출된다.

이때, 공기 중에는 휘발성 유기화합물(VOCs : Volatile Organic Compounds)가 혼재하고 있는바, 배기단으로 배출되는 공기는 별도의 휘발성 유기화합물 처리장치(미도시)에 의하여 처리된다.

한편, 진공펌프의 토출단으로 토출된 지하수와 경소수성 액체가 유수분리기에 의하여 분리되며, 분리된 경소수성 액체는 별도의 처리장치에 의하여 처리되고, 정화된 지하수는 방류하거나 다시 지하로 투입된다.

정화된 지하수를 방류하거나 다시 지하로 투입하기 위해서는 하수방류 수질기준, 지하수 정화 수질기준(생활용수 수질기준) 등의 수질 규제 기준을 충족하여야 한다. 그러므로 정화된 지하수 내에는 잔류오염 물질이 상기 환경기준 이내 이어야 하며, 유류로 오염된 지하수를 지상처리하기 위해서 잔류 유류 농도가 환경규제 기준을 충족하도록 정화처리할 수 있는 우수한 유수분리 정화장치가 필요하다. 따라서 유류오염지하수를 포함하는 유류오염수로부터 물과 오일성분을 효과적으로 분리하여 유류오염수를 정화할 수 있도록 하는 기술의 개발이 요구되고 있다.

일본공개특허 특개2000-210656호 (2000.08.02. 공개) "지하수 정화장치 및 방법"

따라서 본 발명의 목적은 다양한 형태의 경소수성 액체로 오염된 지하수 추출공법에도 적용할 수 있으며, 지하로부터 추출된 유류오염지하수를 포함하는 유류오염수로부터 물과 오일성분을 효과적으로 분리하여 정화할 수 있도록 하는 유수분리 정화장치를 제공하려는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은 정화하고자 하는 유류오염수에 공기를 혼합하여 공급하는 유류오염수 공기혼합 공급수단과; 상기 유류오염수 공기혼합 공급수단에서 공급되는 공기혼합 유류오염수를 1차로 유수분리하는 1차 유수분리수단과; 상기 1차 유수분리수단에서 1차 유수분리 처리된 유류오염수를 2차로 유수분리하는 2차 유수분리수단; 을 포함하여 구성되며, 상기 유류오염수 공기혼합 공급수단은 유류오염수가 유입되는 유입관부와, 상기 유입관부의 하류측 단부에 형성되는 노즐부와, 상기 노즐부의 하류측 단부에 대향하는 상류측 단부에서 하류측 단부로 가면서 점차 내경이 커지는 테이퍼형 확장관과, 상기 유입관부의 하류측 단부와 테이퍼형 확장관의 상류측 단부 사이에 형성되는 흡기챔버와, 상기 흡기챔버에 연결되는 흡기관과, 상기 유입관부에서 유입되어 노즐부에서의 분사압력을 증강시키기 위한 가압펌프를 포함하여 구성되고, 상기 1차 유수분리수단은 1차 유수분리조와, 상기 1차 유수분리조 내부의 상류측 하단부에 유류오염수를 유입시키는 1차 유수분리조 유입관과, 상기 1차 유수분리조 유입관의 하단에 연결되는 유입헤더와, 상기 유입헤더의 상반부에 연결되어 수평으로 연장되는 기포생성관과, 상기 1차 유수분리조의 상단에 형성되는 기상배출관과, 상기 1차 유수분리조의 하류벽과의 사이에 월류유로를 형성하는 월류벽과, 상기 월류유로의 하단부에 연결되는 1차 유수분리조 배출통로를 포함하여 구성되며, 상기 유입헤더는 상단이 상기 1차 유수분리조 유입관의 하단에 직결되고, 하단에 투수공이 형성되며, 내부공간을 상반부와 하반부로 구획하는 다공판체를 포함하여 구성되고, 상기 2차 유수분리수단은 상기 1차 유수분리조의 하류측에 배치되며 상류측 하단부가 상기 1차 유수분리수단의 1차 유수분리조 배출통로에 연결되는 2차 유수분리조와, 상기 2차 유수분리조의 상류벽에서 하류측으로 이격되며 하단이 상기 2차 유수분리조의 바닥에 고정되며 복수개의 정류공이 형성되는 상류측 배플과, 상기 상류측 배플의 하류측에 하단이 상기 2차 유수분리조의 바닥에 고정되며 하류를 향하여 상향 경사지게 설치되며 상류측 곡면부와, 하류측 개방부 및 상단측 개방부 및 상승유로를 가지는 복수개의 하프파이프와, 상기 2차 유수분리조의 하류벽과 상기 하프파이프의 사이에서 하단이 2차 유수분리조의 바닥에 고정되며 상단이 상기 하프파이프의 상단보다 낮으며 복수개의 정류공이 형성된 하류측 배플과, 상기 하류측 배플의 하류측에서 상단이 상기 2차 유수분리조의 상면에 고정되고 하단이 바닥에서 이격되어 상승유로를 형성하는 격벽과, 상기 격벽의 하류측에서 상단이 상기 2차 유수분리조의 바닥에 고정되고 상단이 상기 하프파이프의 상단보다 낮고 상기 하류측 배플의 상단보다 높게 설치되어 2차 유수분리조의 하류벽과의 사이에 월류유로를 형성하는 월류벽과, 상기 2차 유수분리조의 하류벽과 월류벽 사이의 월류유로의 하단에 연결되는 2차 유수분리조 배출관과, 상기 월류벽의 상단 높이에서 상기 2차 유수분리조의 측벽에 형성된 상등수배출관과, 상기 2차 유수분리조 내의 유류오염수를 상기 공기혼합 유류오염수 공급수단에 반송하는 보충용 반송관을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 유수분리 정화장치를 제공한다.

또한 상기 2차 유수분리수단에서 2차 유수분리 처리된 유류오염수를 3차로 유수분리하는 3차 유수분리수단을 더 포함하며, 상기 3차 유수분리수단은 상기 2차 유수분리조의 하류측에 배치되는 3차 유수분리조와, 상기 3차 유수분리조를 제1 챔버와 제2 챔버로 구획함과 아울러 하류측 단부에 월류노치가 형성된 구획벽과, 상기 제1 챔버의 상류측 설치되어 상류벽과의 사이에 상승유입유로를 형성하는 유입월류벽과, 상기 상승유입유로에 연결되는 3차 유수분리조 유입관과, 상기 제1 챔버의 하류측과 제2 챔버의 하류측에 걸쳐서 설치되어 상기 3차 유수분리조의 하류벽과의 사이에 하강배출유로를 형성하는 배출월류벽과, 상기 하강배출유로와 상기 가압펌프의 흡입단 사이에 연결되는 재처리용 반송관과, 상기 제1 챔버의 내부에 설치되며 상기 유입월류벽의 상단에서 상기 배출월류벽의 중단부를 향하여 하향경사지게 설치되는 경사판과, 상기 배출월류벽에서 상류측으로 이격됨과 아울러 하단이 상기 경사판의 하류측 단부의 상면에서 상방으로 이격된 상태로 상기 제1 챔버와 제2 챔버에 걸쳐서 설치되어 배출월류벽과의 사이에 제1 챔버측 상승배출유로와 제2 챔버측 상승배출유로를 형성하는 상승유로형성판과, 상기 제2 챔버의 일측에 연결되는 드레인관을 포함하여 구성된다.

본 발명의 유수분리 정화장치에 의하면 유류오염수에 공기를 혼합하여 공급하는 유류오염수 공기혼합 공급수단과 기포에 의하여 유수분리하는 1차 유수분리수단과 비중의 차이와 접촉식으로 유수분리하는 2차 유수분리수단 및 비중의 차이에 의하여 유수분리하는 3차 유수분리수단을 구비하여 유류오염수로부터 물과 오일성분을 분리하여 정화함으로써 다양한 형태의 경소수성 유류오염 지하수 추출공법에 적용하여 유수분리에 의한 유류오염수의 정화를 할 수 있게 된다.

도 1 내지 도 12는 본 발명에 의한 유수분리 정화장치의 바람직한 실시예를 보인 것으로,
도 1은 본 실시예에 따른 유수분리 정화장치의 전체 계통도,
도 2는 유류오염수 공기혼합 공급수단의 확대 단면도,
도 3은 1차 유수분리수단의 확대단면도,
도 4는 2차 유수분리수단의 확대단면도,
도 5는 하프파이프의 사시도,
도 6 내지 도 8은 오일회수관의 사시도, 분해 사시도 및 확대 단면도,
도 9는 3차 유수분리수단의 평면도,
도 10은 도 9의 A-A선 단면도,
도 11은 도 9의 B-B선 단면도,
도 12는 3차 유수분리수단의 분해 사시도이다.

이하, 본 발명에 의한 유수분리 정화장치를 첨부도면에 예시한 바람직한 실시예에 따라서 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 12는 본 발명에 의한 유수분리 정화장치의 바람직한 실시예를 보인 것이다.

본 실시예에 따른 유수분리 정화장치는 도 1 내지 도 12에 도시한 바와 같이, 정화하고자 하는 유류오염수에 공기를 혼합하여 공급하는 유류오염수 공기혼합 공급수단(100)과; 상기 유류오염수 공기혼합 공급수단(100)에서 공급되는 공기혼합 유류오염수를 1차로 유수분리하는 1차 유수분리수단(200)과; 상기 1차 유수분리수단(200)에서 1차 유수분리 처리된 유류오염수를 2차로 유수분리하는 2차 유수분리수단(300)과; 상기 2차 유수분리수단(300)에서 2차 유수분리 처리된 유류오염수를 3차로 유수분리하는 3차 유수분리수단(400)을 포함하여 구성된다.

상기 유류오염수 공기혼합 공급수단(100)은 유류오염수가 유입되는 유입관부(110)와, 상기 유입관부(110)의 하류측 단부에 형성되는 노즐부(120)와, 상기 노즐부(120)의 하류측 단부에 대향하는 상류측 단부에서 하류측 단부로 가면서 점차 내경이 커지는 테이퍼형 확장관(130)과, 상기 유입관부(110)의 하류측 단부와 테이퍼형 확장관(130)의 상류측 단부 사이에 형성되는 흡기챔버(140)와, 상기 흡기챔버(140)에 연결되는 흡기관(150)을 포함하여 구성된다(도 2 참조).

상기 유입관부(110)와 노즐부(120)는 일체로 형성될 수 있으며, 상기 테이퍼형 확장관(130)과 흡기챔버(140)는 일체로 형성될 수 있다.

상기 흡기챔버(140)는 상기 노즐부(120)를 완전히 수용할 수 있도록 형성된다.

상기 테이퍼형 확장관(130)의 상류측 단부 내경은 상기 노즐부(120)의 내경과 동일하거나 크게 형성할 수 있다.

상기 흡기관(150)에는 공기가 흡기챔버(140) 내로 유입될 수는 있으나 흡기챔버(140) 내의 공기 또는 유체가 외부로 배출되지 않도록 하는 체크밸브(160)를 더 설치할 수 있다.

상기 체크밸브(160)는 도시예와 같이 흡기관(150)의 내주면에 일체로 형성되어 밸브공을 가지는 밸브시트와, 밸브시트의 하부에 위치하여 밸브공을 개폐하는 밸브콘과, 밸브콘의 상면에 형성되어 밸브공을 통해 상부로 연장되는 탄성각과, 탄성각의 상단에 형성되어 밸브시트의 상면에 걸리는 걸림돌기를 포함하는 체크밸브를 사용할 수 있으나, 기존의 체크밸브 중에서 선택하여 사용할 수 있다.

여기서 상기 유류오염수 공기혼합 공급수단(100)은 유입관부(110)에서 유입되어 노즐부(120)에서 분사되는 유류오염수의 분사수량과 압력에 의하여 외부의 공기가 흡입되어야 하는데 분사수량과 압력에 의하여 외부 공기의 흡입이 원활하지 않을 경우 분사압력을 증강시키기 위하여 가압펌프(170)를 더 포함할 수 있다.

또한 유류오염수 공기혼합 공급수단(100)에 공급되는 유류오염수의 유량을 일정하게 유지하기 위하여 유량조정조(180)를 더 포함한다.

상기 유량조정조(180)는 본 실시예에 따른 유수분리 정화장치를 유류오염지하수의 유수분리 정화용으로 적용하는 경우 관정의 제트펌프에 연결할 수 있다.

상기 1차 유수분리수단(200)은 1차 유수분리조(210)와, 상기 1차 유수분리조(210) 내부의 상류측 하단부에 유류오염수를 유입시키는 1차 유수분리조 유입관(220)과, 상기 1차 유수분리조 유입관(220)의 하단에 연결되는 유입헤더(230)와, 상기 유입헤더(230)의 상반부에 연결되어 수평으로 연장되는 기포생성관(240)과, 상기 1차 유수분리조(210)의 상단에 형성되는 기상배출관(250)과, 상기 1차 유수분리조(210)의 하류벽과의 사이에 월류유로(P1)를 형성하는 월류벽(260)과, 상기 월류유로(P1)의 하단부에 연결되는 1차 유수분리조 배출통로(270)을 포함하여 구성된다.

상기 1차 유수분리조(210)는 상단이 개방된 1차 유수분리조본체(211)와, 상기 1차 유수분리조본체(211)의 상단 개방부를 복개하는 1차 유수분리조덮개(212)와 안개제거기(demister, 미도시)를 포함하여 구성된다.

상기 1차 유수분리조 유입관(220)은 상단이 1차 유수분리조(210)의 상류측 상단부에 연결되고, 하단부는 1차 유수분리조(210)의 상류측 하단부로 연장되는 배관으로 구성된다.

상기 유입헤더(230)는 상단이 상기 1차 유수분리조 유입관(220)의 하단에 직결되고, 하단에 투수공(231)이 형성되며, 내부공간을 상반부와 하반부로 구획하는 다공판체(232)를 포함하여 구성된다.

상기 다공판체(232)는 그물망 또는 복수개의 통공이 천공된 타공판을 사용할 수 있다.

상기 기포생성관(240)은 상류단이 상기 유입헤더(230)의 하류단에 연결되고, 하류단이 폐쇄된 관체(241)와, 상기 관체(241)의 상면에 형성된 복수개의 통공(242)을 포함하여 구성된다.

상기 기포생성관(240)은 하나만 설치할 수도 있으나 기포생성효율을 높이기 위하여 복수개 설치할 수도 있다.

상기 기상배출관(250)은 유수분리조(210) 내에서 발생한 기상을 배출하기 위한 것으로, 상기 1차 유수분리조덮개(212)에 설치될 수 있다.

상기 월류벽(260)은 하단이 상기 1차 유수분리조본체(211)의 바닥에 결합되고, 상기 1차 유수분리조 유입관(220)의 상단보다 낮은 높이를 가지도록 설치된다.

상기 월류벽(260)의 상단에는 월류하는 유류오염수를 월류유로(P1)로 안내하기 위한 월류안내편(261)이 구비된다.

상기 월류안내편(261)은 하류측을 향하여 하향경사지게 형성하는 것이 바람직하다.

상기 1차 유수분리조의 배출통로(270)는 기포가 부착된 미세오일입자가 다량 함유된 유류오염수를 2차 유수분리수단(300)으로 이송하기 위한 것이다.

상기 1차 유수분리조 배출통로(270)는 유수분리조본체(211)의 하단에 설치하여 기상배출관(250)으로 배출되어야 하는 기상(Vapor)이 2차 유수분리수단(300)으로 누출되지 않도록 배치하는 것이 바람직하다.

상기 2차 유수분리수단(300)은 상기 1차 유수분리조(210)의 하류측에 배치되며 상류측 하단부가 상기 1차 유수분리수단(200)의 1차 유수분리조 배출통로(270)에 연결되는 2차 유수분리조(310)와, 상기 2차 유수분리조(310)의 상류벽에서 하류측으로 이격되며 하단이 상기 2차 유수분리조(310)의 바닥에 고정되며 복수개의 정류공(321)이 형성되는 상류측 배플(320)과, 상기 상류측 배플(320)의 하류측에 하단이 상기 2차 유수분리조(310)의 바닥에 고정되며 하류를 향하여 상향 경사지게 설치되는 복수개의 하프파이프(330)와, 상기 2차 유수분리조(310)의 하류벽과 상기 하프파이프(330)의 사이에서 하단이 2차 유수분리조(310)의 바닥에 고정되며 상단이 상기 하프파이프(330)의 상단보다 낮으며 복수개의 정류공(341)이 형성된 하류측 배플(340)과, 상기 하류측 배플(340)의 하류측에서 상단이 상기 2차 유수분리조(310)의 상면에 고정되고 하단이 바닥에서 이격되어 상승유로(P2)를 형성하는 격벽(350)과, 상기 격벽(350)의 하류측에서 상단이 상기 2차 유수분리조(310)의 바닥에 고정되고 상단이 상기 하프파이프(330)의 상단보다 낮고 상기 하류측 배플(340)의 상단보다 높게 설치되어 2차 유수분리조(310)의 하류벽과의 사이에 월류유로(P3)를 형성하는 월류벽(360)과, 상기 2차 유수분리조(310)의 하류벽과 월류벽(360) 사이의 월류유로(P3)의 하단에 연결되는 2차 유수분리조 배출관(370)과, 상기 월류벽(360)의 상단 높이에서 상기 2차 유수분리조(310)의 측벽에 형성된 상등수배출관(380)과, 상기 2차 유수분리조(310) 내의 유류오염수를 상기 공기혼합 유류오염수 공급수단(100)에 반송하는 보충용 반송관(390)을 포함하여 구성된다.

상기 2차 유수분리조(310)는 상단이 개방된 2차 유수분리조본체(311)와, 상기 2차 유수분리조본체(311)의 상단 개방부를 복개하는 2차 유수분리조덮개(312)를 포함하여 구성된다.

상기 상류측 배플(320)은 복수개의 정류공(321)이 형성된 타공판으로 구성될 수 있다.

상기 하프파이프(330)는 상류측 곡면부(331)와, 하류측 개방부(332) 및 상단측 개방부(333) 및 상승유로(334)를 가지는 형태로 형성된다.

상기 하류측 배플(340)은 복수개의 정류공(341)이 형성된 타공판으로 구성될 수 있다.

상기 격벽(350)은 유류오염수가 상류측에서 하류측으로 흐르는 동안 기포가 부착된 오일입자가 하프파이프(330)의 배면을 통해 부상하고 오일성분이 제거된 처리수는 침강하여 격벽(350)의 하부 개구부를 경유 상승유로(P2)를 통해 다시 한 번 상승하도록 하고, 상기 월류벽(360)은 상승유로(P2)를 통해 상승한 처리수 수위가 일정 높이에 이르면 월류하여 월류유로(P3)로 월류하도록 구성된다.

상기 2차 유수분리조 배출관(370)는 상기 2차 유수분리수단(300)에서 유수분리 처리된 처리수를 배출한다.

상기 2차 유수분리조(310) 내에서 유수분리되어 비중의 차이에 의하여 상층으로 부상한 유류 등 스컴(skim)은 상기 상등수배출관(380)을 통해 배출되어 상기 3차 유수분리수단(400)으로 이송된다.

상기 상등수배출관(380)은 주벽 일측에 슬릿(382)이 형성되며 상기 2차 유수분리조(310)의 전방단부와 후방단부가 전면벽과 후면벽을 향하는 회동원통체(381)와, 상기 회동원통체(381)의 전방단부와 후방단부를 폐쇄하는 전, 후방마감판(383a, 383b)과, 상기 후방마감판(383b)에 연결되어 2차 유수분리조(310)의 후면벽을 관통하여 후방으로 돌출되는 상등수회수관(384)과, 상기 전방마감판(383a)에 결합된 핸들(385)과, 상기 2차 유수분리조(310)에 전면벽과 후면벽 후방단부 형성되어 상기 회동원통체(381)의 일단을 회동 가능하게 지지하는 원통부(387)와 상기 원통부(387)에 일체로 형성되는 반원통부(388)를 가지는 회동지지관체(386)와, 상기 원통부(387)와 반원통부(388)에 결합되어 상기 회동원통체(381)의 전방단부와 후방단부를 회동 가능하게 지지하는 지지캡(389a, 389b)을 포함하여 구성된다.

상기 상등수배출관(380)은 핸들(385)을 이용하여 회동원통체(381)을 회동시키는 것에 의하여 슬릿(382)이 2차 유수분리조(310)의 유류오염수의 수면에 위치하도록 조절할 수 있다(도 8 참조).

상기 보충용 반송관(390)은 상기 가압펌프(170)의 흡입단에 연결되어 상기 유류오염수 공기혼합 공급수단(100)에 공급되는 유류오염수의 유량이 충분하지 않을 경우 2차 유수분리조(310) 내의 유류오염수를 반송하여 보충할 수 있도록 구성된다.

상기 3차 유수분리수단(400)은 상기 2차 유수분리조(310)의 하류측에 배치되는 3차 유수분리조(410)와, 상기 3차 유수분리조(410)를 제1 챔버(C1)와 제2 챔버(C2)로 구획함과 아울러 하류측 단부에 월류노치(421)가 형성된 구획벽(420)과, 상기 제1 챔버(C1)의 상류측 설치되어 상류벽과의 사이에 상승유입유로(P4)를 형성하는 유입월류벽(430)과, 상기 상승유입유로(P4)에 연결되는 3차 유수분리조 유입관(440)과, 상기 제1 챔버(C1)의 하류측과 제2 챔버(C2)의 하류측에 걸쳐서 설치되어 상기 3차 유수분리조(410)의 하류벽과의 사이에 하강배출유로(P5)를 형성하는 배출월류벽(450)과, 상기 하강배출유로(P5)와 상기 가압펌프(170)의 흡입단 사이에 연결되는 재처리용 반송관(460)과, 상기 제1 챔버(C1)의 내부에 설치되며 상기 유입월류벽(430)의 상단에서 상기 배출월류벽(450)의 중단부를 향하여 하향경사지게 설치되는 경사판(470)과, 상기 배출월류벽(450)에서 상류측으로 이격됨과 아울러 하단이 상기 경사판(470)의 하류측 단부의 상면에서 상방으로 이격된 상태로 상기 제1 챔버(C1)과 제2 챔버(C2)에 걸쳐서 설치되어 배출월류벽(440)과의 사이에 제1 챔버측 상승배출유로(P6)와 제2 챔버측 상승배출유로(P7)를 형성하는 상승유로형성판(480)과, 상기 제2 챔버(C2)의 일측에 연결되는 드레인관(490)을 포함하여 구성된다.

상기 제1 챔버(C1)는 상기 구획벽(420)의 후방측과 경사판(470)의 상방측으로 한정되며, 상기 제2 챔버(C2)는 상기 구획벽(420)의 전방측과 경사판의 하방측으로 한정된다.

상기 드레인관(490)에는 드레인밸브(미도시)를 설치하여 유수분리가 이루어지는 동안은 폐쇄하고, 제2 챔버(C2)의 청소가 필요한 경우 개방할 수 있다.

이하, 본 실시예에 따른 유류오염수 유수분리 정화장치의 작용에 대하여 설명한다.

유류오염수 공급원(미도시)에서 공급되는 유류오염수는 가압펌프(170)에 의하여 가압되어 유류오염수 공기혼합 공급수단(100)을 구성하는 유입관부(110)으로 유입된다.

이때, 유류오염수 공기혼합 공급수단(100)에 공급되는 유류오염수는 유량조정조(180)에 공급되어 유류오염수 공기혼합 공급수단(100)에 대한 유류오염수의 공급유량을 일정하게 조정함으로써 유류오염수의 유수분리 정화 작용이 원활하게 이루어질 수 있도록 할 수 있다.

유입관부(110)로 유입된 유류오염수는 노즐부(120)에서 고속으로 분사되고, 이 과정에서 흡기챔버(140)에 연결되어 있는 흡기관(150)을 통하여 외부의 공기가 흡입되며, 흡입된 공기와 유류오염수가 테이퍼형 확장관(130)에서 혼합된다.

테이퍼형 확장관(130)에 분사된 공기혼합 유류오염수는 확장관(130)의 내부 단면적이 확대됨에 따라 압력이 상승하게 되고, 이에 따라 흡입된 공기의 일부가 유류오염수에 용존 된다.

공기가 용존된 유류오염수는 1차 유수분리수단(200)의 1차 유수분리조 유입관(220)의 유입헤더(230)로 유입된다.

유입헤더(230)로 유입된 공기혼합 유류오염수에 함유되어 있는 기상은 다공판체(232)의 상부로 부상하고, 액상(지하수 및 오일입자)은 다공판체(232)와 투수공(231)을 통하여 1차 유수분리조(210)의 하부로 배출되어 월류벽(260)의 월류안내편(261)을 월류하기 까지 이동과정 중 오염지하수 내의 미세 오일입자에 공기방울 부착이 이루어져 부상성이 증가된다.

유입헤더(230)에 공급된 공기 중 용존되지 않은 잔여 공기는 기포생성관(240)으로 유입되고, 통공(242)을 통해 1차 유수분리조(210)로 분사된다.

기포생성관(240)에서는 용존되지 않은 잔여 공기가 분출되며, 이 과정에서 공기는 1차 유수분리조(210) 내의 공기혼합 유류오염수 중에 기포를 형성하게 되고, 상층으로 올라가면서 기포의 크기는 점차 커지게 되며, 오일성분에 추가로 기포가 부착되어 용존 오일입자의 부상력이 증가되며, 휘발성 유기화합물 성분의 탈기도 이루어진다.

이러한 공기와 오일입자의 부착으로 1차 유수분리조(210) 내에서의 용존 오일입자는 부상력과 부상성이 증가된다.

한편, 1차 유수분리조(210) 내에서의 유수분리 과정에서 오일성분이 증발하면서 베이퍼(vapor)가 발생하게 되는데 이 베이퍼는 공기와 함께 1차 유수분리조(210)의 상단에 구비된 기상배출관(250)을 통해 배출된다.

기상배출관(250)을 통해 배출된 기상은 오염물질이 함유되어 있으므로 이를 처리하기 위한 처리시설로 이송되어 처리된다. 본 실시예는 유류오염수의 유수분리 정화장치에 관한 것이므로 기상의 처리시설에 대해서는 구체적인 도시 및 설명을 생략한다.

1차 유수분리조(210) 내의 유류오염수의 수위가 상승하여 월류벽(260)의 상단 높이에 이르게 되면, 월류벽(260)을 월류하여 월류유로(P1)을 통해 하강하게 된다. 이때 유류오염수는 월류벽(260)의 상단에 구비된 월류안내편(261)에 의하여 안내된다.

월류유로(P1)으로 월류하여 하강하는 유류오염수는 오일성분이 증발하여 생성된 베이퍼(Vapor)를 함유한 공기가 2차 유수분리수단(300)으로 유입됨을 방지하고 기상배출관(250)으로 원활히 배출될 수 있도록 하는 마개(plug) 역할을 한다.

월류유로(P1)로 월류한 유류오염수는 1차 유수분리조 배출통로(270)을 통하여 배출되어 2차 유수분리수단(300)의 2차 유수분리조(310)의 상류측 하단부로 유입된다.

이때, 2차 유수분리조(310)의 상류측 하단부로 유입되는 유류오염수는 배플(320)의 정류공(321)을 통과하면서 2차 유수분리조(310)에 채워지게 되므로 난류(turbulent flow)가 발생하지 않고 안정적인 층류(naminar flow) 상태로 유입되어 물의 수평방향 흐름 속도를 일정하게 하여 공기부착 미세 오일입자의 부상시간을 확보하며, 부상 중의 오일입자가 와류에 의해 다시 강하되지 않아 분리된 기름과 물의 재 혼합을 최소화한다.

2차 유수분리조(310) 내로 유입된 유류오염수는 하류측으로 유동하게 되는데 이 과정에서 유류오염수는 복수개의 하프파이프(330)의 곡면부(331)와 접하면서 유동하게 되고, 하프파이프(330)의 하류측 개방부(332)에서 이르러서 와류(후류와)가 형성되며, 후류와에 의한 회전력과 상승류는 유류오염수 중의 공기부착 오일입자가 물과의 비중차에 의하여 후류와의 중앙에 모여 상승유로(334)를 통해 2차 유수분리조(310) 내의 수면 상으로 부상하게 되어 2차 유수분리가 이루어지게 된다.

한편, 상등수배출관(380)은 슬릿(382)이 2차 유수분리조(310) 내의 유류오염수의 수면에 위치하도록 조절된 상태(도 8 참조)이므로 2차 유수분리조(310) 내의 유류오염수 중 상층으로 부상한 오일성분은 상등수배출관(380)의 회동원통체(381)에 형성된 슬릿(382)을 통해 회동원통체(381)의 내부로 유입되고, 회동원통체(381)의 후방단부에 연결된 상등수회수관(384)을 통해 이송된다.

상등수회수관(384)에서 이송된 상등수는 3차 유수분리수단(400)으로 이송되어 3차 유수분리가 이루어진다.

한편, 2차 유수분리조(310) 내에서 하류측으로 유동하는 유수분리처리수는 하류측 배플(340)의 정류공(341)을 통과하게 되어 난류가 발생하는 일이 없이 층류 상태로 하류측으로 유동하여 물과 오일성분이 재혼합되는 것을 최소화하게 된다.

배플(340)을 통과한 유수분리처리수는 격벽(350)에 의하여 형성되는 상승유로(P2)를 통해 상승함과 아울러 월류벽(360)의 상단에서 월류하여 월류유로(P3)로 월류하게 된다.

월류유로(P3)로 월류한 유수분리처리수는 2차 유수분리조 배출관(370)을 통하여 배출된다.

한편, 상기 유류오염수 공기혼합 공급수단(100)에서 유류오염수와 공기를 효과적으로 혼합시키기 위해서는 유류오염수의 공급유량이 충분하여야 한다.

유류오염수 공기혼합 공급수단(100)에 공급되는 유류오염수의 공급유량이 충분하지 못할 경우, 2차 유수분리조(310) 내의 유류오염수가 보충용 반송관(390)을 통해 유류오염수 공기혼합 공급수단(100)을 구성하는 가압펌프(170)에 반송되어 부족한 유량을 보충하고, 미처 부상되지 않은 용존 오일 입자를 포함한 오염지하수는 재처리된다.

또한 2차 유수분리조(310) 내의 유류오염수를 배출시키는 경우 2차 유수분리조(310) 내의 유류오염수가 빠져나가면서 부압이 발생할 수 있으며, 이 경우 2차 유수분리조(310) 내의 수위가 월류벽(360) 보다 낮아질 수 있어 2차 유수분리조(310)에서의 유류오염수의 수평흐름 속도가 증가되어 공기부착 오일입자가 부상하는데 필요한 부상시간이 확보될 수 없는바, 이를 방지하기 위하여 상기 월류유로(P3)의 상단부에는 통기공(314)이 형성된 통기형 덮개(313)가 구비된다.

따라서 2차 유수분리조(310) 내의 유류오염수가 2차 유수분리조 배출관(370)을 통해 배출되는 과정에서 외부의 공기가 통기형 덮개(313)의 통기공(314)을 통해 공급되어 2차 유수분리조(310) 내의 대기압 강하를 방지하므로 2차 유수분리조(310) 내에 부압이 발생하지 않게 된다. 또한 2차 유수분리조(310) 내의 유류오염수 보충용 반송관(390)을 통해 반송되는 과정에서 반송되는 유류오염수의 수량은 공급되는 유류오염수의 수량보다 작거나 같으므로 2차 유수분리조(310) 내의 수위는 일정하게 유지된다.

상등수배출관(380)에서 배출된 상등수는 3차 유수분리수단(400)으로 이송되어 스컴(skim)을 챔버에 농집시켜 최종 유류오염물질을 수거할 수 있게 되는 3차 유수분리 단계가 된다.

즉, 상등수배출관(380)에서 배출되는 상등수는 유류 성분이 농집된 스컴(skim)과 처리된 지하수가 혼합된 상태로서 상등수배출관(380)에서 배출된 상등수는 3차 유수분리조 유입관(440)을 통해 3차 유수분리조(410)의 상승유입유로(P4)로 유입되고, 상승유입유로(P4) 내의 수위가 상승하면 유입월류벽(430)을 월류하여 제1 챔버(C1)로 유입된다.

제1 챔버(C1)에 유입된 상등수는 경사판(470)을 따라 흘러내리면서 제1 챔버(C1)에 채워지게 된다.

제1 챔버(C1)에 채워지는 상등수의 수위가 상승하여 월류노치(421)의 높이에 이르면, 물과 스컴(skim)은 비중차이에 의해 이동경로를 달리하여 스컴(skim)은 월류노치(421)를 월류하여 제2 챔버(C2)로 농집되게 되고, 제2 챔버(C2)에서 최종적으로 유류오염물질을 스컴(skim)상태로 수거된다.

제1 챔버(C1) 내의 상등수는 상승유로형성판(480)의 하단과 경사판(470)의 상면 사이를 통해 상승유로(P6)를 따라 상승하게 되며, 이때 상등수는 스컴(skim)dl 저거된 처리수만 상승하게 되고, 그 수위가 배출월류벽(450)의 상단높이에 이르게 되면, 하강배출유로(P5)로 월류하게 된다.

제2 챔버(C2) 내에는 스컴(skim)이 더욱 농집되고 스컴(skim)과 함께 유입된 처리수는 상승유로형성판(480)의 하단을 통해 상승유로(P7)를 따라 상승하게 되고, 그 수위가 배출월류벽(450)의 상단높이에 이르게 되면, 하강배출유로(P5)로 월류하여 반송된다.

여기서 배출월류벽(450)의 상단높이는 제2 챔버(C2)측 높이가 제1 챔버(C1)측 높이보다 낮게 형성함으로써 제1 챔버(C1)측 상등수가 하강배출유로(P5)로 월류하기 전에 제2 챔버(C2)측 상등수가 하강배출유로(P5)로 월류하도록 하는 것이 바람직하다. 이에 따라 배출월류벽(450)의 높이와 구획벽(420) 내의 월류노치(421)의 높이를 같게 하여 부상된 스컴(skim) 위주로 제2 챔버(C2)로 배출되게 하며, 제2 챔버(C2) 내의 처리수가 쉽게 배출되도록 배출월류벽(450)의 높이를 제1 챔버(C1)측보다 제2 챔버(C2)측을 낮게 설계하여 처리수가 월류되도록 함이 바람직하다.

결과적으로는 제1 챔버(C1)측 상등수와 제2 챔버(C2)측 상등수는 하강배출유로(P5)에서 합류된다.

하강배출유로(P5)의 상등수는 재처리용 반송관(460)을 통하여 유류오염수 공기혼합 공급수단(100)을 구성하는 가압펌프(170)에 반송되고, 다시 1차 유수분리수단(200)으로 공급되어 상술한 1차 유수분리와 2차 유수분리 및 3차 유수분리 과정을 거치게 된다.

제2 챔버(C2) 내의 상등수는 제2 챔버(C2)의 청소가 필요한 경우 드레인관(490)에 설치된 드레인밸브(미도시)를 개방하는 것에 의하여 배출할 수 있다.

2차 유수분리수단(300)의 월류유로(P3) 또는 2차 유수분리조 배출관(370)과 연계한 유량조정조(미도시)에는 수위조절센서(미도시)를 설치하여 처리수 배출을 자동제어 함으로써 연속적인 유수분리가 이루어질 수 있도록 구상할 수도 있다.

한편, 본 실시예에 따른 유수분리 정화장치는 유류오염지하수를 정화하는 데에 적용할 수 있다.

이 경우 관정케이싱에서 제트펌프 등에 의하여 추출한 오염지하수, 즉 지하수와 경소수성 액체 및 기상 휘발성 유기화합물이 혼합된 오염지하수를 상기 유류오염수 공기혼합 공급수단(100)에 공급하여 상술한 1차 유수분리, 2차 유수분리 및 3차 유수분리를 거치도록 함으로써 오염지하수를 정화하는 데에 적용할 수 있다.

이상에서 설명한 실시예들은 그 일 예로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 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.

100 : 유류오염수 공기혼합 공급수단
110 : 유입관부 120 : 노즐부
130 : 테이퍼형 확장관 140 : 흡기챔버
150 : 흡기관 160 : 체크밸브
200 : 1차 유수분리수단 210 : 1차 유수분리조
220 : 1차 유수분리조 유입관 230 : 유입헤더
240 : 기포생성관 250 : 기상배출관
260 : 월류벽 270 : 1차 유수분리조 배출관
300 : 2차 유수분리수단 310 : 2차 유수분리조
320 : 상류측 배플 330 : 하프파이프
340 : 하류측 배플 350 : 격벽
360 : 월류벽 370 : 2차 유수분리조 배출관
380 : 상등수배출관 390 : 보충용 반송관
400 : 3차 유수분리수단 410 : 3차 유수분리조
420 : 구획벽 430 : 유입월류벽
440 : 3차 유수분리조 유입관 450 : 배출월류벽
460 : 재처리용 반송관 470 : 경사판
480 : 상승유로형성판 490 : 드레인관

Claims (2)

1. 정화하고자 하는 유류오염수에 공기를 혼합하여 공급하는 유류오염수 공기혼합 공급수단(100)과; 상기 유류오염수 공기혼합 공급수단(100)에서 공급되는 공기혼합 유류오염수를 1차로 유수분리하는 1차 유수분리수단(200)과; 상기 1차 유수분리수단(200)에서 1차 유수분리 처리된 유류오염수를 2차로 유수분리하는 2차 유수분리수단(300);을 포함하여 구성되며,
   상기 유류오염수 공기혼합 공급수단(100)은 유류오염수가 유입되는 유입관부(110)와, 상기 유입관부(110)의 하류측 단부에 형성되는 노즐부(120)와, 상기 노즐부(120)의 하류측 단부에 대향하는 상류측 단부에서 하류측 단부로 가면서 점차 내경이 커지는 테이퍼형 확장관(130)과, 상기 유입관부(110)의 하류측 단부와 테이퍼형 확장관(130)의 상류측 단부 사이에 형성되는 흡기챔버(140)와, 상기 흡기챔버(140)에 연결되는 흡기관(150)과, 상기 유입관부(110)에서 유입되어 노즐부(120)에서의 분사압력을 증강시키기 위한 가압펌프(170)를 포함하여 구성되고,
   상기 1차 유수분리수단(200)은 1차 유수분리조(210)와, 상기 1차 유수분리조(210) 내부의 상류측 하단부에 유류오염수를 유입시키는 1차 유수분리조 유입관(220)과, 상기 1차 유수분리조 유입관(220)의 하단에 연결되는 유입헤더(230)와, 상기 유입헤더(230)의 상반부에 연결되어 수평으로 연장되는 기포생성관(240)과, 상기 1차 유수분리조(210)의 상단에 형성되는 기상배출관(250)과, 상기 1차 유수분리조(210)의 하류벽과의 사이에 월류유로(P1)를 형성하는 월류벽(260)과, 상기 월류유로(P1)의 하단부에 연결되는 1차 유수분리조 배출통로(270)을 포함하여 구성되며,
   상기 유입헤더(230)는 상단이 상기 1차 유수분리조 유입관(220)의 하단에 직결되고, 하단에 투수공(231)이 형성되며, 내부공간을 상반부와 하반부로 구획하는 다공판체(232)를 포함하여 구성되고,
   상기 2차 유수분리수단(300)은 상기 1차 유수분리조(210)의 하류측에 배치되며 상류측 하단부가 상기 1차 유수분리수단(200)의 1차 유수분리조 배출통로(270)에 연결되는 2차 유수분리조(310)와, 상기 2차 유수분리조(310)의 상류벽에서 하류측으로 이격되며 하단이 상기 2차 유수분리조(310)의 바닥에 고정되며 복수개의 정류공(321)이 형성되는 상류측 배플(320)과, 상기 상류측 배플(320)의 하류측에 하단이 상기 2차 유수분리조(310)의 바닥에 고정되며 하류를 향하여 상향 경사지게 설치되며 상류측 곡면부(331)와, 하류측 개방부(332) 및 상단측 개방부(333) 및 상승유로(334)를 가지는 복수개의 하프파이프(330)와, 상기 2차 유수분리조(310)의 하류벽과 상기 하프파이프(330)의 사이에서 하단이 2차 유수분리조(310)의 바닥에 고정되며 상단이 상기 하프파이프(330)의 상단보다 낮으며 복수개의 정류공(341)이 형성된 하류측 배플(340)과, 상기 하류측 배플(340)의 하류측에서 상단이 상기 2차 유수분리조(310)의 상면에 고정되고 하단이 바닥에서 이격되어 상승유로(P2)를 형성하는 격벽(350)과, 상기 격벽(350)의 하류측에서 상단이 상기 2차 유수분리조(310)의 바닥에 고정되고 상단이 상기 하프파이프(330)의 상단보다 낮고 상기 하류측 배플(340)의 상단보다 높게 설치되어 2차 유수분리조(310)의 하류벽과의 사이에 월류유로(P3)를 형성하는 월류벽(360)과, 상기 2차 유수분리조(310)의 하류벽과 월류벽(360) 사이의 월류유로(P3)의 하단에 연결되는 2차 유수분리조 배출관(370)과, 상기 월류벽(360)의 상단 높이에서 상기 2차 유수분리조(310)의 측벽에 형성된 상등수배출관(380)과, 상기 2차 유수분리조(310) 내의 유류오염수를 상기 유류오염수 공기혼합 공급수단(100)에 반송하는 보충용 반송관(390)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 유수분리 정화장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 2차 유수분리수단(300)에서 2차 유수분리 처리된 유류오염수를 3차로 유수분리하는 3차 유수분리수단(400)을 더 포함하며,
   상기 3차 유수분리수단(400)은 상기 2차 유수분리조(310)의 하류측에 배치되는 3차 유수분리조(410)와, 상기 3차 유수분리조(410)를 제1 챔버(C1)와 제2 챔버(C2)로 구획함과 아울러 하류측 단부에 월류노치(421)가 형성된 구획벽(420)과, 상기 제1 챔버(C1)의 상류측 설치되어 상류벽과의 사이에 상승유입유로(P4)를 형성하는 유입월류벽(430)과, 상기 상승유입유로(P4)에 연결되는 3차 유수분리조 유입관(440)과, 상기 제1 챔버(C1)의 하류측과 제2 챔버(C2)의 하류측에 걸쳐서 설치되어 상기 3차 유수분리조(410)의 하류벽과의 사이에 하강배출유로(P5)를 형성하는 배출월류벽(450)과, 상기 하강배출유로(P5)와 상기 가압펌프(170)의 흡입단 사이에 연결되는 재처리용 반송관(460)과, 상기 제1 챔버(C1)의 내부에 설치되며 상기 유입월류벽(430)의 상단에서 상기 배출월류벽(450)의 중단부를 향하여 하향경사지게 설치되는 경사판(470)과, 상기 배출월류벽(450)에서 상류측으로 이격됨과 아울러 하단이 상기 경사판(470)의 하류측 단부의 상면에서 상방으로 이격된 상태로 상기 제1 챔버(C1)과 제2 챔버(C2)에 걸쳐서 설치되어 배출월류벽(440)과의 사이에 제1 챔버측 상승배출유로(P6)와 제2 챔버측 상승배출유로(P7)를 형성하는 상승유로형성판(480)과, 상기 제2 챔버(C2)의 일측에 연결되는 드레인관(490)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 유수분리 정화장치.

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