KR101943451B1 - 터널폐수 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 터널폐수 처리장치는, 터널폐수가 유입되는 침사 및 유량조정조, 상기 침사 및 유량조정조에 저장된 터널폐수를 전달받는 중화조, 상기 중화조로 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소탱크, 상기 중화조에서 중화된 터널폐수를 전달받아 응집제를 혼합시키는 응집조, 상기 응집조의 터널폐수를 전달받아 이물질을 침전시키는 침전조, 상기 침전조의 터널폐수를 전달받아 방류시키는 방류조를 포함하여 구성된다. 본 발명에 의한 터널폐수 처리장치는, 황산이나 염화제일철 등과 같은 위험물질 대신 이산화탄소를 이용하여 터널폐수를 중화시키므로 환경오염을 유발하지 아니하고, 이산화탄소와 터널폐수의 반응시간을 증대시킴으로써 터널폐수를 보다 효과적으로 중화시킬 수 있다는 장점이 있다.

Description

터널폐수 처리장치 {APPARATUS FOR TREATING TUNNELING WASTEWATER}

본 발명은 터널공사 과정에서 발생하는 터널폐수를 처리하기 위한 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 알칼리성의 터널폐수에 이산화탄소를 공급하여 터널폐수를 중화시키도록 구성되는 터널폐수 처리장치에 관한 것이다.

최근 도로 및 철도건설사업은 물동량 수송시간의 단축 및 운행 속도 증가를 목적으로 노선자체를 가급적 직선화하는 방향으로 이루어지고 있으며, 이로 인해 절토 등으로 인한 자연환경의 파괴를 최소화할 수 있는 터널 또는 교량 등의 구조물을 건설하는 시도가 증가하고 있다.

한편, 국내 토목 건설현장에서 터널 공사 중에 발생하는 터널폐수는 주성분이 토양의 굴착공사에서 발생되는 토사인 관계로 그 오염성이 크게 중요시되지 않았다. 그러나 유입 토사가 지표수로 유입될 경우 수서 생물의 생태계에 악영향을 미칠 수 있는데, 그 이유는 하천 바닥에 누적된 토사는 수로 변화를 일으키거나 차단하는 경우가 발생하여 우수 시 심각한 재해를 유발할 수 있기 때문이다.

또한 터널공사현장에서 발생하는 폐수는 시멘트 성분이 함유되었고 시멘트의 주성분은 석회(lime), 실리카(silica), 알루미나(alumina), 산화철(iron oxide) 등이며, 터널공사시 발생되는 폐수의 주 원인물질은 미세입자형태의 다량의 석회성분이라고 할 수 있다. 이로 인하여 터널폐수는 pH가 11 이상인 강알칼리성이 되며 부유물질 농도 또한 대단히 높아 적절한 처리가 반드시 요구된다.

상기와 같은 강알칼리성 터널폐수를 중화시키기 위하여 황산이나 염화제일철을 이용하는 방법이 사용된바 있는데, 황산이나 염화제일철을 이용하여 터널폐수를 중화시키는 방법은 위험성이 높아 사용이 제한적이고, 안전평가에 많은 비용이 소요된다는 단점이 있다.

KR 10-2014-0099060 A

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 황산이나 염화제일철 등과 같은 위험물질 대신 이산화탄소를 이용하여 터널폐수를 중화시킬 수 있고, 이산화탄소와 터널폐수의 반응시간을 증대시켜 터널폐수의 중화효과를 높일 수 있는 터널폐수 처리장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 터널폐수 처리장치는,

터널폐수가 유입되는 침사 및 유량조정조;

상기 침사 및 유량조정조에 저장된 터널폐수를 전달받는 중화조;

상기 중화조로 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소탱크;

상기 중화조에서 중화된 터널폐수를 전달받아 응집제를 혼합시키는 응집조;

상기 응집조의 터널폐수를 전달받아 이물질을 침전시키는 침전조;

상기 침전조의 터널폐수를 전달받아 방류시키는 방류조;

를 포함하여 구성된다.

상기 침사 및 유량조정조와 상기 중화조를 연결하는 원수공급관과, 상기 침사 및 유량조정조에 저장된 터널폐수를 상기 원수공급관을 통해 상기 중화조로 이송시키는 원수펌프와, 상기 이산화탄소탱크 내에 저장된 이산화탄소를 상기 중화조로 전달하는 이산화탄소공급관과, 상기 이산화탄소공급관의 중단에 설치되는 기화기를 더 포함한다.

상기 이산화탄소공급관은, 상기 기화기를 지난 이산화탄소를 상기 원수공급관으로 전달하는 제1 분기관과, 상기 기화기를 지난 이산화탄소를 상기 중화조의 내부공간 중 하측으로 전달하는 제2 분기관을 구비한다.

상기 이산화탄소공급관 중 상기 이산화탄소탱크와 상기 기화기 사이의 내부유로를 개폐시키는 제1 자동밸브와, 상기 제2 분기관의 내부유로를 개폐시키는 제2 자동밸브를 더 포함하고,

상기 제1 자동밸브와 제2 자동밸브는, 상기 원수펌프 구동 시 유로를 개방시키도록 작동된다.

상기 원수공급관은, 중단 일부가 지그재그 패턴으로 배열된다.

상기 원수공급관은, 내부유로를 지나는 유체를 믹싱하는 라인믹서를 구비한다.

상기 중화조의 내부공간 바닥면에 설치되되, 상기 제2 분기관을 통해 전달받은 이산화탄소를 다수 개의 확산노즐을 통해 상기 중화조로 확산시키는 확산관을 더 포함한다.

본 발명에 의한 터널폐수 처리장치는, 황산이나 염화제일철 등과 같은 위험물질 대신 이산화탄소를 이용하여 터널폐수를 중화시키므로 환경오염을 유발하지 아니하고, 이산화탄소와 터널폐수의 반응시간을 증대시킴으로써 터널폐수를 보다 효과적으로 중화시킬 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 터널폐수 처리장치의 개략도이다.
도 2는 이산화탄소탱크에 이산화탄소공급관이 연결되는 구조를 도시한다.
도 3은 원수공급관 및 중화조에 이산화탄소가 공급되는 경로를 도시한다.
도 4는 제2 분기관에 확산관이 추가로 구비된 형상을 도시한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 터널폐수 처리장치의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 터널폐수 처리장치의 개략도이다.

본 발명에 의한 터널폐수 처리장치는 황산이나 염화제일철 등과 같은 위험물질을 이용하여 터널폐수를 중화시키는 것이 아니라, 이산화탄소를 이용하여 터널폐수를 중화시킬 수 있도록 구성된다는 점에 가장 큰 특징이 있다.

즉, 본 발명에 의한 터널폐수 처리장치는, 터널폐수가 유입되는 침사 및 유량조정조(100)와, 상기 침사 및 유량조정조(100)에 저장된 터널폐수를 전달받는 중화조(310)와, 상기 중화조(310)로 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소탱크(200)와, 상기 중화조(310)에서 중화된 터널폐수를 전달받아 응집제를 혼합시키는 응집조(320)와, 상기 응집조(320)의 터널폐수를 전달받아 이물질을 침전시키는 침전조(500)와, 상기 침전조(500)의 터널폐수를 전달받아 방류시키는 방류조(800)를 기본 구성요소로 구비한다.

외부로부터 공급된 터널폐수는 침사 및 유량조정조(100)를 통해 중화조(310)로 전달된 후 이산화탄소탱크(200)로부터 제공된 이산화탄소와 혼합되는데, 이와 같이 터널폐수와 이산화탄소가 혼합되는 과정에서 OH^-(수산기)가 발생되는바, 알칼리성의 터널폐수가 중화되는 결과를 얻을 수 있게 된다.

이때, 황산이나 염화제일철은 대기중이나 하천으로 방출되었을 때 환경오염을 유발하지만, 이산화탄소는 대기중이나 하천으로 방출되더라도 환경오염을 유발하지 아니하는바, 본 발명에 의한 터널폐수 처리장치는 친환경적으로 터널폐수를 처리할 수 있다는 점에 가장 큰 특징이 있다.

한편, 침사 및 유량조정조(100)에 저장되어 있던 터널폐수를 중화조(310)로 자동 공급할 수 있도록, 상기 침사 및 유량조정조(100)와 상기 중화조(310)를 연결하는 원수공급관(110)과, 상기 침사 및 유량조정조(100)에 저장된 터널폐수를 상기 원수공급관(110)을 통해 상기 중화조(310)로 이송시키는 원수펌프(120)가 구비되는데, 이와 같은 원수공급관(110)과 원수펌프(120)는 종래의 수처리장치에도 실질적으로 동일하게 적용되어 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

한편, 상기 이산화탄소탱크(200) 내에 저장된 이산화탄소를 상기 중화조(310)로 전달할 수 있도록 상기 이산화탄소탱크(200)와 중화조(310)를 연결하는 이산화탄소공급관(210)이 구비된다. 이때, 상기 이산화탄소탱크(200)는 보다 많은 양의 이산화탄소를 공급할 수 있도록 이산화탄소를 액상으로 저장하는바, 상기 이산화탄소공급관(210)이 단순한 파이프 구조로 이루어지는 경우 액상의 이산화탄소가 중화조(310)로 공급될 우려가 있다. 따라서 상기 이산화탄소공급관(210)의 중단에는 액상의 이산화탄소를 기화시키는 기화기(230)가 구비됨이 바람직하다.

또한, 본 발명에 의한 터널폐수 처리장치는, 중화조(310)에 황산반토 및 폴리머를 공급하는 황산반토탱크(410) 및 폴리머탱크(420)나, 침전조(500)에서 침전된 슬러지를 탈수하기 위한 탈수기(600)나, 상기 침전조(500)에서 방류조(800)로 전달되는 터널폐수를 한 번 더 여과시키기 위한 고속여과처리장치(700)나, 방류조(800)의 방류량과 pH, SS 등을 기록하기 위한 방류제어장치(810)를 구비할 수 있다. 이때 상기 언급한 각 구성요소들은 본원발명이 해당하는 기술분야에서 널리 상용화된 장치들이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 이산화탄소탱크(200)에 이산화탄소공급관(210)이 연결되는 구조를 도시하고, 도 3은 원수공급관(110) 및 중화조(310)에 이산화탄소가 공급되는 경로를 도시한다.

본 발명에 의한 터널폐수 처리장치는 이산화탄소와 터널폐수의 반응효율을 높일 수 있도록, 상기 이산화탄소탱크(200)에서 인출된 이산화탄소가 원수공급관(110)에서 터널폐수와 1차적으로 혼합되고 중화조(310)에서 2차적으로 혼합되도록 구성된다는 점에 또 다른 특징이 있다. 즉, 상기 이산화탄소공급관(210)은, 상기 기화기(230)를 지난 이산화탄소를 상기 원수공급관(110)으로 전달하는 제1 분기관(212)과, 상기 기화기(230)를 지난 이산화탄소를 상기 중화조(310)의 내부공간 중 하측으로 전달하는 제2 분기관(214)을 구비하도록 구성될 수 있다.

일반적으로 한 번에 많은 양의 이산화탄소를 터널폐수와 혼합시키는 경우에 비해, 공급된 이산화탄소를 절반으로 나눈 후 두 번에 걸쳐 터널폐수와 혼합시킬 때 중화효과가 높아진다. 따라서 상기와 같이 이산화탄소공급관(210)이 제1 분기관(212)과 제2 분기관(214)을 구비하도록 구성되면, 원수공급관(110) 내부를 흐르던 터널폐수가 상기 제1 분기관(212)을 통해 제공된 이산화탄소와 1차적으로 혼합되어 일정 수준 중화된 후, 중화조(310)로 전달된 후 상기 제2 분기관(214)을 통해 제공된 이산화탄소와 2차적으로 혼합되는바, 상기 터널폐수의 중화율을 높일 수 있다는 장점이 있다.

한편, 상기 중화조(310)와 응집조(320)는 내부의 유체를 교반시키는 중화교반기(312)와 응집교반기(322)가 각각 구비될 수 있다.

상기 이산화탄소탱크(200) 내에 저장된 이산화탄소는, 침사 및 유량조정조(100) 내의 터널폐수가 중화조(310)로 공급될 때에만 공급되도록 구성됨이 바람직하다. 즉, 상기 이산화탄소공급관(210) 중 상기 이산화탄소탱크(200)와 상기 기화기(230) 사이의 내부유로를 개폐시키는 제1 자동밸브(220)와, 상기 제2 분기관(214)의 내부유로를 개폐시키는 제2 자동밸브(240)가 추가로 구비하되, 상기 제1 자동밸브(220)와 제2 자동밸브(240)는 상기 원수펌프(120) 구동 시 유로를 개방시키도록 작동됨이 바람직하다.

이와 같이 원수펌프(120)가 터널폐수를 공급할 때에만 이산화탄소가 공급되도록 구성되면, 불필요한 이산화탄소의 공급을 방지할 수 있고, 이산화탄소 공급이 자동으로 이루어질 수 있으므로 운전이 용이해진다는 장점이 있다.

또한, 제1 자동밸브(220)는 개방시키고 제2 자동밸브(240)를 폐쇄시킴으로써, 이산화탄소탱크(200)로부터 공급된 이산화탄소가 원수공급관(110)으로만 공급되도록 조절할 수도 있다는 장점 즉, 이산화탄소 공급을 자유롭게 제어할 수 있다는 장점도 있다.

한편, 원수공급관(110)으로 이산화탄소가 공급되었을 때 상기 원수공급관(110) 내에서는 터널폐수와 이산화탄소가 혼합되는데, 원수공급관(110) 내부를 흐르는 터널폐수가 정상상태(steady state)를 유지하는 경우 이산화탄소와 터널폐수 간의 혼합효율이 떨어지는 문제가 발생될 수 있다.

따라서 본 발명에 의한 터널폐수 처리장치는 원수공급관(110) 내부에서 터널폐수와 이산화탄소가 보다 효과적으로 혼합될 수 있도록 즉, 이산화탄소와 폐수 간의 반응률을 높일 수 있도록, 상기 원수공급관(110)은 도 3에 도시된 바와 같이 중단 일부가 지그재그 패턴으로 배열될 수 있다.

이와 같이 원수공급관(110)이 지그재그 패턴으로 배열되면, 원수공급관(110) 내부를 흐르던 터널폐수는 지그재그로 배열된 부분을 지나면서 와류를 발생시키므로, 터널폐수와 이산화탄소가 보다 효과적으로 혼합된다는 장점 즉, OH^-(수산기) 발생량이 증가되어 터널폐수의 중화효과가 높아진다는 장점을 얻을 수 있다.

물론, 상기 원수공급관(110)을 지그재그 패턴으로 배열하지 아니하더라도 터널폐수와 이산화탄소를 확실하게 혼합시킬 수 있도록, 원수공급관(110) 내부유로를 지나는 유체를 믹싱하는 라인믹서를 별도로 구비할 수도 있다. 이때 상기 라인믹서는 하나의 유로를 따라 흐르는 두 가지 유체를 혼합시키기 위한 장치로서, 여러 분야에 걸쳐 다양하게 상용화되어 있는바, 상기 라인믹서의 내부구조 및 작동원리에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 4는 제2 분기관(214)에 확산관(216)이 추가로 구비된 형상을 도시한다.

중화조(310) 내부로 이산화탄소를 공급하기 위한 제2 분기관(214)의 배출단이 단순한 파이프 형상으로 형성되면, 중화조(310) 내부로 유입되는 이산화탄소의 기포 크기가 커지게 되고, 이에 따라 터널폐수와 이산화탄소 간의 반응률이 떨어지는 문제가 발생될 수 있다.

따라서 본 발명에 의한 터널폐수 처리장치는 제2 분기관(214)을 통해 제공된 이산화탄소가 미세한 기포로 확산될 수 있도록, 별도의 확산관(216)을 추가로 구비할 수 있다. 상기 확산관(216)은 상기 중화조(310)의 내부공간 바닥면에 설치하고 다수 개의 확산노즐(218)을 구비하는바, 상기 제2 분기관(214)을 통해 전달받은 이산화탄소는 상기 확산노즐(218)을 지나면서 미세기포로 확산되어 터널폐수와 혼합된다.

이와 같이 제2 분기관(214)의 끝단에 확산관(216)이 추가로 구비되면, 중화조(310) 내부에서의 터널폐수와 이산화탄소 간의 반응효율을 극대화시킬 수 있다는 장점이 있다.

이때, 본 실시예에서는 상기 확산관(216)이 직선파이프 형상으로 형성되고, 상기 확산노즐(218)이 6개 구비되는 경우만들 도시하고 있으나, 상기 확산관(216)의 형상 및 확산노즐(218)의 개수는 설계자의 선택에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

100 : 침사 및 유량조정조 110 : 원수공급관
120 : 원수펌프 200 : 이산화탄소탱크
210 : 이산화탄소공급관 212 : 제1 분기관
214 : 제2 분기관 216 : 확산관
218 : 확산노즐 220 : 제1 자동밸브
230 : 기화기 240 : 제2 자동밸브
310 : 중화조 312 : 중화교반기
320 : 응집조 322 : 응집교반기
410 : 황산반토탱크 420 : 폴리머탱크
500 : 침전조 600 : 탈수기
700 : 고속여과처리장치 800 : 방류조
810 : 방류제어장치

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 터널폐수가 유입되는 침사 및 유량조정조(100);
   상기 침사 및 유량조정조(100)에 저장된 터널폐수를 전달받는 중화조(310);
   상기 중화조(310)로 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소탱크(200);
   상기 중화조(310)에서 중화된 터널폐수를 전달받아 응집제를 혼합시키는 응집조(320);
   상기 응집조(320)의 터널폐수를 전달받아 이물질을 침전시키는 침전조(500);
   상기 침전조(500)의 터널폐수를 전달받아 방류시키는 방류조(800);
   를 포함하되,
   상기 침사 및 유량조정조(100)와 상기 중화조(310)를 연결하는 원수공급관(110)과, 상기 침사 및 유량조정조(100)에 저장된 터널폐수를 상기 원수공급관(110)을 통해 상기 중화조(310)로 이송시키는 원수펌프(120)와, 상기 이산화탄소탱크(200) 내에 저장된 이산화탄소를 상기 중화조(310)로 전달하는 이산화탄소공급관(210)과, 상기 이산화탄소공급관(210)의 중단에 설치되는 기화기(230)를 더 포함하며,
   상기 이산화탄소공급관(210)은, 상기 기화기(230)를 지난 이산화탄소를 상기 원수공급관(110)으로 전달하는 제1 분기관(212)과, 상기 기화기(230)를 지난 이산화탄소를 상기 중화조(310)의 내부공간 중 하측으로 전달하는 제2 분기관(214)을 구비하는 것을 특징으로 하는 터널폐수 처리장치.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 이산화탄소공급관(210)은 상기 이산화탄소탱크(200)와 상기 기화기(230) 사이의 내부유로를 개폐시키는 제1 자동밸브(220)와, 상기 제2 분기관(214)의 내부유로를 개폐시키는 제2 자동밸브(240)를 더 포함하고,
   상기 제1 자동밸브(220)와 제2 자동밸브(240)는, 상기 원수펌프(120) 구동 시 유로를 개방시키도록 작동되는 것을 특징으로 하는 터널폐수 처리장치.
   
5. 삭제
6. 청구항 3에 있어서,
   상기 원수공급관(110)은,
   중단 일부가 지그재그 패턴으로 배열되며, 내부유로를 지나는 유체를 믹싱하는 라인믹서를 구비하는 것을 특징으로 하는 터널폐수 처리장치.
   
7. 청구항 3에 있어서,
   상기 중화조(310)의 내부공간 바닥면에 설치되되, 상기 제2 분기관(214)을 통해 전달받은 이산화탄소를 다수 개의 확산노즐(218)을 통해 상기 중화조(310)로 확산시키는 확산관(216)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터널폐수 처리장치.

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