KR102414932B1 - 고도산화 수처리 시스템 및 이를 이용한 고도산화 수처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고도산화 수처리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 처리수의 수질을 측정하는 제1 측정 유닛, 상기 처리수가 공급되는 배관, 과산화수소를 상기 배관으로 공급하는 제1 펌프, 공급된 상기 과산화수소가 상기 배관 내에서 상기 처리수와 연속적으로 혼합되게 하는 혼합기, 상기 과산화수소가 혼합된 상기 처리수에 자외선을 조사하는 자외선 반응기, 상기 자외선 반응기는 관로형 자외선 램프를 포함하고, 상기 혼합기와 상기 자외선 반응기 사이에 배치되어 유량을 조절하는 유량 조절 밸브, 상기 혼합기와 상기 자외선 반응기 사이에 배치되어, 상기 처리수 내의 과산화수소의 농도 및 유량을 측정하는 제2 측정 유닛 및 상기 제1 측정 유닛, 상기 제2 측정 유닛, 상기 제1 펌프, 상기 유량 조절 밸브 및 상기 자외선 반응기에 연결되는 공정 제어 유닛을 포함하되, 상기 공정 제어 유닛은 상기 제1 및 제2 측정 유닛들로부터 측정 정보를 받고, 상기 측정 정보를 바탕으로 상기 제1 펌프, 상기 유량 조절 밸브, 및 상기 자외선 반응기를 제어할 수 있다.
Description
본 발명은 고도산화 수처리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연속적으로 혼합시키는 혼합기를 포함하는 고도산화 수처리 시스템 및 이를 이용한 고도산화 수처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 상수원지 내 녹조 등의 조류 발생시 불쾌한 냄새를 유발하는 이취미 유발물질들이 발생하고, 이러한 이취미 유발물질들을 제거하기 위한 산화 공정이 필요하다. 다만, 이취미 유발물질을 포함하는 원수의 수질은 매우 불규칙하여 획일화된 산화 공정으로는 이취미 유발물질을 효율적으로 제거하기 어렵다.
이취미 유발물질의 제거를 위한 공정으로 오존(O3)을 이용한 고도산화처리(Advanced Oxidation Process, AOP) 공정이 현재 가장 많이 사용되고 있으나, 오존(O3) 주입 농도 조절이 어려우며, 인체에 유해한 오존(O3)의 특성에 따른 작업자의 안전 문제, 공정 후단에 잔류된 오존(O3)을 제거하기 위한 추가 공정이 필요하다는 문제가 있다.
이에, 자외선과 과산화수소(H2O2)를 이용한 고도산화처리(AOP) 공정이 오존(O3)을 이용한 고도산화처리(Advanced Oxidation Process, AOP) 공정의 문제점을 해결하기 위한 공정으로 개발되고 있다. 다만, 자외선과 과산화수소(H2O2)를 이용한 고도산화처리(AOP) 공정은 국내 수질에 맞는 운영 방법이 적립되지 않아, 이취미 유발물질들을 제거하기 위해 과량의 과산화수소(H2O2)를 주입할 가능성이 높아. 이 경우에, 잔류하는 과산화수소(H2O2)를 제거하기 위한 별도의 공정이 필요하게 되어 공정 운영시 비용이 증가하는 문제가 발생한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 처리수 내의 이취미 유발물질을 제거함과 동시에 잔류 과산화수소(H2O2)의 농도를 감소시킬 수 있는 고도산화 수처리 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 처리수 내의 이취미 유발물질을 제거함과 동시에 잔류 과산화수소(H2O2)의 농도를 감소시킬 수 있는 고도산화 수처리 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 개념에 따른, 고도산화 수처리 시스템은, 처리수의 수질을 측정하는 제1 측정 유닛, 상기 처리수가 공급되는 배관, 과산화수소를 상기 배관으로 공급하는 제1 펌프, 공급된 상기 과산화수소가 상기 배관 내에서 상기 처리수와 연속적으로 혼합되게 하는 혼합기, 상기 과산화수소가 혼합된 상기 처리수에 자외선을 조사하는 자외선 반응기, 상기 자외선 반응기는 관로형 자외선 램프를 포함하고, 상기 혼합기와 상기 자외선 반응기 사이에 배치되어 유량을 조절하는 유량 조절 밸브, 상기 혼합기와 상기 자외선 반응기 사이에 배치되어, 상기 처리수 내의 과산화수소의 농도 및 유량을 측정하는 제2 측정 유닛 및 상기 제1 측정 유닛, 상기 제2 측정 유닛, 상기 제1 펌프, 상기 유량 조절 밸브 및 상기 자외선 반응기에 연결되는 공정 제어 유닛을 포함하되, 상기 공정 제어 유닛은 상기 제1 및 제2 측정 유닛들로부터 측정 정보를 받고, 상기 측정 정보를 바탕으로 상기 제1 펌프, 상기 유량 조절 밸브, 및 상기 자외선 반응기를 제어할 수 있다.
본 발명에 실시예들에 따른 고도산화 수처리 시스템은, 연속적으로 혼합시키는 혼합기를 이용하여 처리수 내의 오염물질들을 목표 농도 이하로 제거할 수 있으며, 동시에 공정 제어 유닛을 이용하여 별도의 추가 처리 장치 없이 처리수 내의 과산화수소(H2O2)의 잔류 농도를 최소화할 수 있다. 이에 따라, 처리수의 이취미 유발물질을 목표 농도 이하로 제거하기 위해 필요한 과산화수소(H2O2)만을 주입할 수 있어, 효율적이고 경제적인 고도산화 수처리 시스템을 제공할 수 있다. 결과적으로, 처리수 내의 이취미 유발물질 및 잔류 과산화수소(H2O2)를 제거하여 안전한 용수를 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 고도산화 수처리 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 고도산화 수처리 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 혼합기를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 혼합기를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 혼합기를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 고도산화 수처리 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 혼합기를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 혼합기를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 혼합기를 설명하기 위한 단면도이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 고도산화 수처리 시스템을 설명하기 위한 개략도이다. 도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 혼합기를 설명하기 위한 단면도이다. 도 4는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 혼합기를 설명하기 위한 단면도이다. 도 5는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 혼합기를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1, 도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 고도산화 수처리 시스템은 제1 펌프(100), 과산화수소 저장 탱크(150), , 혼합기(200), 유량 조절 밸브(250), 배관(210), 자외선 반응기(300), 제1 측정 유닛(400), 제2 측정 유닛(410), 공정 제어 유닛(500)을 포함할 수 있다.
처리수는 배관(210)으로 공급될 수 있다. 상기 배관은 자연 유하가 가능한 수리학적 구배가 있는 배관일 수 있다. 상기 처리수는 원수 내의 입자물질의 일부가 제거된 것일 수 있다. 상기 입자물질은 일 예로, 탁도 유발물질, 중금속을 포함할 수 있다. 본 명세서에서, 원수는 오염물질을 포함하는 음용수, 생활 하수 또는 공업 폐수를 의미할 수 있다. 상기 원수는 처리부로 주입되어 응집 침전 공정 또는 여과 공정에 의해 탁도 유발물질이 제거될 수 있다. 상기 여과 공정은 일 예로, 막(membrane separation) 분리 또는 모래 여과(sand filtration)일 수 있다. 상기 처리수의 용존 유기 탄소(Dissolved Organic Carbon, DOC)는 5 mg/L 이하일 수 있고, 상기 처리수의 용존 무기 탄소(Dissolved Inorganic Carbon, DIC)는 15 mg/L 이하일 수 있으며, 상기 처리수의 중금속 함량은 1 mg/L 이하일 수 있다.
제1 측정 유닛(400)은 상기 처리수의 수질을 측정할 수 있다. 상기 처리수의 수질 측정은 상기 처리수 내의 용존 유기 탄소(DOC), 용존 무기 탄소(DIC), 이취미 유발 물질을 포함한 오염물질의 농도, 처리수의 pH 또는 처리수의 온도를 측정하는 것을 포함할 수 있다. 제1 측정 유닛(400)은 일 예로, 가스 크로마토그래피-질량 분석법(Gas chromatography-mass spectrometry, GC-MS)를 이용하여 상기 처리수의 이취미 유발 오염 물질을 측정할 수 있다.
제1 펌프(100)는 과산화수소 저장 탱크(150)로부터 과산화수소(H2O2)를 상기 배관(210)으로 공급할 수 있다. 상기 제1 펌프(100)를 통해 유입되는 과산화수소(H2O2)의 농도는 5 %(w/w) 내지 35 %(w/w)일 수 있다. 상기 제1 펌프(100)는 후술할 공정 제어 유닛(500)에 의해 제어되어, 상기 배관(210)으로 공급하는 과산화수소(H2O2)의 양이 조절될 수 있다, 예를 들어, 상기 제1 펌프(100)는 자동 주입 펌프일 수 있다.
혼합기(200)는 상기 배관(210) 내로 공급된 처리수와 과산화수소(H2O2)를 연속적으로 혼합되게 할 수 있다. 상기 처리수와 과산화수소(H2O2)의 혼합 농도는 0.5 mg/L 내지 10 mg/L일 수 있다. 상기 혼합기(200)는 인라인 타입 혼합기(in-line type mixer), 노즐 타입 혼합기(nozzle type mixer) 및 스태틱 혼합기(static mixer) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 3은 인라인 타입 혼합기(in-line type mixer)를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 상기 인라인 타입 혼합기(in-line type mixer)는 과산화수소(H2O2) 주입 장치(220) 및 교반기(agitator)(230)를 포함할 수 있다. 상기 교반기(230)은 교반기 또는 교반을 위한 구조물일 수 있다. 상기 주입 장치(220)을 통해 상기 배관(210)으로 유입된 과산화수소(H2O2)와 상기 배관(210)으로 유입된 처리수는 교반기(230)에 의해 혼합될 수 있다. 상기 처리수와 상기 과산화수소(H2O2)가 연속적으로 유입됨에 따라 연속적으로 혼합될 수 있다. 즉, 상기 인라인 타입 혼합기(in-line type mixer)는 연속식 혼합기일 수 있다.
도 4는 노즐 타입 혼합기(nozzle type mixer)를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 상기 노즐 타입 혼합기(nozzle type mixer)는 노즐(240)을 포함할 수 있다. 상기 노즐(240)은 상기 처리수가 상기 배관(210)으로 유입되는 방향에 반평행한 방향으로 과산화수소(H2O2)를 분사시킬 수 있고, 이에 따라 와류가 발생하여 처리수와 과산화수소(H2O2)는 효율적으로 혼합될 수 있다. 상기 처리수와 상기 과산화수소(H2O2)가 연속적으로 유입됨에 따라 연속적으로 혼합될 수 있다. 즉, 상기 노즐 타입 혼합기(nozzle type mixer)는 연속식 혼합기일 수 있다.
도 5는 스태틱 혼합기(static mixer)을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 상기 스태틱 혼합기(static mixer)는 복수의 혼합 유닛들(235)을 포함할 수 있다. 상기 혼합 유닛(235)은 반원판 형태일 수 있다. 상기 혼합 유닛들(235)은 서로 교차할 수 있다. 상기 혼합 유닛들(235)의 외측면은 상기 배관(210)의 내측면과 맞닿도록 배치될 수 있다. 상기 혼합 유닛들(235)은 그 내부에 복수의 홀들을 포함할 수 있다. 상기 홀들은 원형, 타원형 및/또는 다각형의 형태일 수 있다. 다만, 도시된 것과는 다르게, 혼합 유닛들(235)은 그 내부에 복수의 홀들을 포함하지 않을 수 있다. 상기 혼합 유닛들(235)에 의해, 처리수와 과산화수소(H2O2)는 효율적으로 혼합될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 혼합기(200)는 상기 배관(210) 내에 설치되어 연속적으로 과산화수소(H2O2)를 처리수 내에 혼합시키는 연속식 혼합기일 수 있다. 본 발명의 연속식 혼합기는, 과산화수소(H2O2)가 처리수 내에 연속적으로 균일하게 혼합되게 할 수 있다. 본 발명의 연속식 혼합기를 통해 과산화수소(H2O2)가 처리수 내에 균일하게 혼합되므로, 후술할 제2 측정 유닛(410)을 통해 처리수 내에 혼합된 과산화수소(H2O2)의 농도를 정확히 측정 및 모니터링할 수 있다. 이로써, 공정 제어 유닛(500)은 자외선 반응기(300)에서 필요로 하는 과산화수소(H2O2)의 목표 농도의 달성 여부를 정확히 판단할 수 있다. 처리수 내의 과산화수소(H2O2)의 농도가 과산화수소(H2O2)의 목표 농도에서 벗어날 경우, 공정 제어 유닛(500)은 제1 펌프(100)의 제어를 통하여 즉각적인 피드백을 할 수 있다. 제2 측정 유닛(410)이 상기 유량 조절 밸브(250)와 후술할 자외선 반응기(300) 사이에 배치될 수 있다. 제2 측정 유닛(410)은, 상기 혼합기(200)에 의해 상기 처리수 내에 혼합된 과산화수소(H2O2)의 농도를 측정할 수 있다. 상기 제2 측정 유닛(410)은 상기 처리수 내에 혼합된 과산화수소(H2O2)의 농도를 연속적 및 실시간으로 측정할 수 있다.
상기 제2 측정 유닛(410)은, 상기 처리수 내의 과산화수소(H2O2)의 농도가 목표 농도 범위 내에 속하는지를 확인할 수 있다. 과산화수소(H2O2)의 목표 농도 범위란, 후단의 자외선 반응기(300)에서 필요로 하는 과산화수소(H2O2)의 농도 범위일 수 있다. 과산화수소(H2O2)의 목표 농도 범위란, 후단의 자외선 반응기(300)를 통해 처리수 내의 오염물질이 목표하는 농도 수준으로 제거될 수 있도록 함과 동시에 처리수 내에 잔류하는 과산화수소(H2O2) 역시 목표하는 농도 수준 이하로 감소될 수 있도록 하는 과산화수소(H2O2)의 적절한 농도 범위일 수 있다. 과산화수소(H2O2)의 목표 농도 범위는, 처리수의 유량, 오염물질의 농도, 오염물질의 종류, 및/또는 자외선 조사량에 따라 달라질 수 있으나, 예를 들어, 1 mg/L 내지 10 mg/L일 수 있다.
상기 제2 측정 유닛(410)은, 상기 혼합기(200)에 의해 과산화수소(H2O2)가 혼합된 상기 처리수의 유량을 측정할 수 있다. 상기 제2 측정 유닛(410)은 상기 처리수의 유량을 연속적 및 실시간으로 측정할 수 있다.
상기 제2 측정 유닛(410)은, 상기 처리수의 유량을 측정하여 후술할 공정 제어 유닛(500) 및 유량 조절 밸브(250)가 후술할 자외선 반응기(300) 내 유체가 머무는 체류시간을 조절할 수 있도록 정보를 제공할 수 있다.
유량 조절 밸브(250)는 상기 혼합기(200)와 상기 제2 측정 유닛(410) 사이에 배치될 수 있다. 상기 유량 조절 밸브(250)은 상기 자외선 반응기(300)로 공급되는 유량을 조절하는 밸브일 수 있다. 상기 유량 조절 밸브(250)는 전체 공정의 유량을 제어할 수 있고, 과산화수소(H2O2)가 혼합된 처리수의 유량이 목표 유량 범위 내에 도달하도록 처리수의 목표 유량을 조절할 수 있다. 과산화수소(H2O2)가 혼합된 처리수의 목표 유량 범위는 상기 자외선 반응기(300)에서 필요로 하는 처리수의 유량 범위일 수 있다. 즉, 과산화수소(H2O2)가 혼합된 처리수의 목표 유량 범위은 상기 자외선 반응기(300)를 통해 처리수 내의 오염물질이 목표 농도 이하로 제거될 수 있도록 함과 동시에, 처리수 내에 잔류하는 과산화수소(H2O2)의 농도가 목표 농도 이하로 감소될 수 있도록 하는 상기 자외선반응기(300) 내 유량 범위일 수 있다.자외선 반응기(300)는 자외선(UV) 반응기일 수 있다. 상기 자외선 반응기(300)는 상기 혼합기(200)를 통해 과산화수소(H2O2)가 혼합된 상기 처리수에 자외선을 조사할 수 있다. 상기 자외선 반응기(300)는 관로형 자외선 램프를 포함할 수 있다. 관로형 자외선 램프는 저압 자외선 램프일 수 있다. 상기 관로형 자외선 램프는 복수 개로 제공될 수 있다. 상기 과산화수소(H2O2)가 혼합된 처리수에 조사되는 자외선의 강도는 1.5 W/M2 내지 5.0 W/M2 일 수 있다. 상기 과산화수소(H2O2)가 혼합된 처리수가 상기 자외선 반응기(300) 내에 체류하는 시간은 60초 이상일 수 있다.
상기 과산화수소(H2O2)가 혼합된 처리수에 자외선을 조사함에 따라, OH 라디칼이 생성될 수 있다. 이에 따라, 자외선과 OH 라디칼의 산화능을 이용하여 처리수 내의 오염물질을 제거할 수 있다. 상기 오염물질은 이취미 유발물질, 조류 독성물질, 또는 의약물질을 포함할 수 있다. 본 명세서에서, 이취미 유발물질은 맛냄새를 유발하는 물질을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 이취미 유발물질은 2-MIB(2-Methylisoborneol) 또는 지오스민(Geosmin)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 조류 독성물질은 마이크시스틴-LR(Microcystin-LR), 마이크시스틴-RR(Microcystin-RR), 마이크시스틴-YR(Microcystin-YR), 아나톡신-a(Anatoxin-a), 삭시톡신(Saxitoxin), 실린드로스퍼몹신(Cylindrospermopsin), 및 노둘라린(Nodularin) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 의약물질은 카바마제핀, 이오프로마이드(Iopromide), 카페인(Caffeine) 및 이부프로펜(Ibuprofen) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
자외선 반응기(300)에서 자외선 처리된 처리수에 있어서, 잔류하는 과산화수소(H2O2)의 농도는 1 mg/L 이하일 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 혼합기(200)를 통해 처리수 내에 과산화수소(H2O2)가 균일하게 혼합되고, 제2 측정 유닛(410)을 통해 과산화수소(H2O2)의 농도가 정확히 측정되며, 자외선 반응기(300)에 투입되기 이전에 처리수의 과산화수소(H2O2)의 농도가 목표 농도 범위에 도달할 수 있다. 따라서, 최종적으로 자외선 처리된 처리수는 오염물질이 기준치 이하임과 동시에 잔류하는 과산화수소(H2O2)의 농도 역시 기준치 이하(1 mg/L이하)일 수 있다.
공정 제어 유닛(500)은 상기 제1 측정 유닛(400), 상기 제2 측정 유닛(410), 상기 제1 펌프(100), 상기 유량 조절 밸브(250) 및 상기 자외선 반응기(300)에 연결되도록 배치될 수 있다. 상기 공정 제어 유닛(500)은 상기 제1 측정 유닛(400) 및 제2 측정 유닛(410)으로부터 측정된 정보들을 받고, 상기 수집된 측정 정보를 바탕으로 상기 제1 펌프(100), 상기 유량 조절 밸브(250) 및 상기 자외선 반응기(300)를 제어할 수 있다.
상기 공정 제어 유닛(500)은 다른 구성 요소들의 작동에 필요한 시간 또는 다른 구성 요소들로부터 측정된 정보들의 로직을 저장하고 있는 메모리부를 포함할 수 있다. 상기 공정 제어 유닛(500)의 메모리부에 의해 본 발명에 따른 고도산화 수처리 시스템의 전반적인 작동을 제어할 수 있다.
상기 공정 제어 유닛(500)은 상기 제1 측정 유닛(400)으로부터 측정된 처리수의 수질을 분석하여 상기 유량 조절 밸브(250)를 통해 상기 자외선 반응기(300)로 유입되는 처리수의 유량, 상기 제1 펌프(100)로 주입되는 과산화수소(H2O2)의 주입량, 및 상기 자외선 반응기(300) 내의 자외선 조사량을 제어할 수 있다. 상세하게는, 상기 제1 측정 유닛(400)으로부터 측정된 처리수의 수질을 분석하여, 상기 처리수 내의 오염물질의 목표 농도, 용존 유기 탄소(DOC)의 목표 농도, 및 용존 무기 탄소(DIC)의 목표 농도에 도달하기 위해 필요한 처리수의 유량, 과산화수소(H2O2)의 주입량, 자외선 조사량, 및 오염물질을 제거하기 위해 필요한 OH 라디칼의 양, 및 상기 자외선 반응기(300) 내의 유체의 체류시간을 산출할 수 있다. 상기 공정 제어 유닛(500)은 처리수의 유량, 과산화수소(H2O2)의 주입량 및 자외선 조사량의 산출된 값들의 각각에 따라 상기 제1 펌프(100), 상기 유량 조절 밸브(250) 및 상기 자외선 반응기(300)로 신호를 인가하여 제어할 수 있다.
상기 공정 제어 유닛(500)은 상기 제2 측정 유닛(410)으로부터 측정된 과산화수소(H2O2)의 농도가 목표 농도에 도달하도록, 상기 제1 펌프(100)로 주입되는 과산화수소(H2O2)의 주입량, 및 상기 자외선 반응기(300) 내의 자외선 조사량을 제어할 수 있다. 상세하게는, 상기 제2 측정 유닛(410)으로부터 측정된 과산화수소(H2O2)의 농도를 분석하여, 오염물질의 목표 농도, 과산화수소(H2O2)의 목표 농도에 도달하기 위해 필요한 처리수의 유량, 과산화수소(H2O2)의 주입량, 자외선 조사량, 및 오염물질을 제거하기 위해 필요한 OH 라디칼의 양, 및 상기 자외선 반응기(300) 내의 유체의 체류시간을 산출할 수 있다. 상기 공정 제어 유닛(500)은 처리수의 유량, 과산화수소(H2O2)의 주입량 및 자외선 조사량의 산출된 값들의 각각에 따라 상기 제1 펌프(100), 상기 유량 조절 밸브(250) 및 상기 자외선 반응기(300)로 신호를 인가하여 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 고도산화 수처리 시스템은 상기 자외선 반응기(300)에 연결되도록 배치되는 제4 측정 유닛(도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다. 상기 제4 측정 유닛은 상기 자외선 반응기(300)와 상기 처리수를 외부로 배출시키는 배출부 사이에 배치될 수 있다. 상기 제4 측정 유닛은 상기 공정 제어 유닛(500)에 연결될 수 있다. 상기 제4 측정 유닛은 상기 자외선 반응기(300) 내에서 자외선이 조사된 후 배출되는 처리수 내의 오염물질의 농도를 측정할 수 있다. 상기 공정 제어 유닛(500)은 상기 제4 측정 유닛으로부터 측정된 오염물질의 농도가 목표 농도에 도달하도록, 처리수의 유량, 상기 제1 펌프(100)로 주입되는 과산화수소의 주입량, 및 상기 자외선 반응기(300) 내의 자외선의 조사량을 제어할 수 있다. 또한, 상기 공정 제어 유닛(500)은 상기 제4 측정 유닛으로부터 측정된 오염물질의 농도가 목표 농도에 도달하였는지 여부를 측정한 후, 처리수의 외부로의 배출 여부를 결정할 수 있다. 상세하게는, 상기 공정 제어 유닛(500)은 상기 제4 측정 유닛으로부터 측정된 상기 처리수 내의 오염물질의 농도, 용존 유기 탄소(DOC)의 농도가 각각의 목표 농도에 도달한 경우, 처리수를 외부로 배출시킬 수 있다.
상기 오염물질 중 이취미 유발물질의 목표 농도는 10 ng/L 이하이고, 과산화수소(H2O2)의 목표 잔류 농도는 1 mg/L인 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 공정 제어 유닛(500)은 상기 처리수 내의 과산화수소(H2O2)의 잔류 농도, 오염물질의 농도, 용존 유기 탄소(DOC)의 농도를 실시간으로 측정할 수 있고, 측정된 정보들을 신호로 변환하여 다른 구성 요소들에 인가함으로써 고도산화 수처리 시스템을 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 고도산화 수처리 시스템은 음용수, 생활 하수, 공업 폐수 등 내의 오염물질을 제거하기 위한 수처리 공정에 적용될 수 있다.
본 발명에 실시예들에 따른 고도산화 수처리 시스템은, 연속적으로 혼합시키는 혼합기(200)를 이용하여 처리수 내의 오염물질들을 목표 농도 이하로 제거할 수 있으며, 동시에 공정 제어 유닛(500)을 이용하여 별도의 추가 처리 장치 없이 처리수 내의 과산화수소(H2O2)의 잔류 농도를 최소화할 수 있다. 이에 따라, 처리수의 이취미 유발물질을 목표 농도 이하로 제거하기 위해 필요한 과산화수소(H2O2)만을 주입할 수 있어, 효율적이고 경제적인 고도산화 수처리 시스템을 제공할 수 있다. 결과적으로, 처리수 내의 이취미 유발물질 및 잔류 과산화수소(H2O2)를 제거하여 안전한 용수를 공급할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 고도산화 수처리 시스템을 설명하기 위한 개략도이다. 이하, 앞서 설명한 바와 중복되는 내용은 생략한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예들에 따른 고도산화 수처리 시스템은 제1 펌프(100), 과산화수소 저장 탱크(150), 혼합기(200), 유량 조절 밸브(250), 배관(210), 자외선 반응기(300), 제1 측정 유닛(400), 제2 측정 유닛(410), 공정 제어 유닛(500)에 더하여, 제3 측정 유닛(420)을 더 포함할 수 있다. 상기 제3 측정 유닛(420)은 상기 자외선 반응기(300)와 상기 처리수를 외부로 배출시키는 배출부 사이에 배치될 수 있다. 상기 제3 측정 유닛(420)은 상기 자외선 반응기(300) 및 상기 공정 제어 유닛(500)에 연결되도록 배치될 수 있다. 상기 제3 측정 유닛(420)은 자외선을 조사한 이후의 처리수 내의 과산화수소(H2O2)의 잔류 농도를 연속적 및 실시간으로 측정할 수 있다.
상기 제3 측정 유닛(420)은, 자외선을 조사한 이후의 처리수 내의 과산화수소(H2O2)의 잔류 농도가 목표 잔류 농도 범위 내에 속하는지를 확인할 수 있다. 과산화수소(H2O2)의 목표 잔류 농도 범위는, 처리수의 유량, 오염물질의 농도, 오염물질의 종류, 및/또는 자외선 조사량에 따라 달라질 수 있으나, 예를 들어, 1 mg/L 이하일 수 있다.
상기 공정 제어 유닛(500)은 상기 제3 측정 유닛(420)으로부터 측정된 자외선을 조사한 이후의 처리수 내의 과산화수소(H2O2)의 농도가 목표 농도에 도달하도록, 상기 제1 펌프(100)로 주입되는 과산화수소(H2O2)의 주입량, 및 상기 자외선 반응기(300) 내의 자외선 조사량을 제어할 수 있다. 상세하게는, 상기 제3 측정 유닛(420)으로부터 측정된 과산화수소(H2O2)의 농도를 분석하여, 오염물질의 목표 농도, 과산화수소(H2O2)의 목표 농도에 도달하기 위해 필요한 처리수의 유량, 과산화수소(H2O2)의 주입량, 자외선 조사량, 오염물질을 제거하기 위해 필요한 OH 라디칼의 양 및 상기 자외선 반응기(300) 내의 유체의 체류시간을 산출할 수 있다. 상기 공정 제어 유닛(500)은 처리수의 유량, 과산화수소(H2O2)의 주입량 및 자외선 조사량의 산출된 값들의 각각에 따라 상기 제1 펌프(100), 상기 유량 조절 밸브(250) 및 상기 자외선 반응기(300)로 신호를 인가하여 제어할 수 있다.
이로써, 상기 제3 측정 유닛(420)은 처리수 내의 과산화수소(H2O2)의 잔류 농도의 달성 여부를 정확히 판단할 수 있다. 처리수 내의 과산화수소(H2O2)의 잔류 농도가 목표 농도에서 벗어날 경우, 공정 제어 유닛(500)은 제1 펌프(100)의 제어를 통하여 즉각적인 피드백을 할 수 있다.
제1 펌프(100), 과산화수소 저장 탱크(150), 유량 조절 밸브(250), 혼합기(200), 배관(210), 자외선 반응기(300), 제1 측정 유닛(400), 제2 측정 유닛(410) 및 공정 제어 유닛(500)에 대한 설명은 앞서 도 1, 및 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한 내용과 실질적으로 동일할 수 있다.
실시예 1
도 1을 참조하여 설명한 본 발명의 일실시예들에 따른 고도산화 수처리 시스템을 이용하여 원수의 수처리 공정을 수행하였다. 더욱 상세하게는, 원수를 1차 처리하여 처리수를 수득하였다. 처리수에 과산화수소(H2O2)를 주입하고 자외선을 조사하여 수처리 공정을 수행하였다. 고도산화 수처리 시스템 공정 운전조건에 따라 고도산화 수처리 시스템에 주입되는 원수의 이취미 유발물질들의 농도, 고도산화 수처리 시스템으로부터 배출되는 처리수의 이취미 유발물질들의 농도 및 과산화수소(H2O2)의 잔류 농도를 측정한 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다. 이 때, 처리수의 용존 유기 탄소(Dissolved Organic Carbon, DOC)는 3 mg/L, 용존 무기 탄소(Dissolved Inorganic Carbon, DIC)는 10 mg/L로 측정되었다. 자외선 반응기 내의 체류시간이 60초가 되도록 처리수의 유량을 조절하였다.
| 고도산화 수처리 시스템 공정 운전조건 | 유입되는 원수의 수질 | 배출되는 처리수의 수질 | ||||
| UV 강도 (W/M2) |
H2O2 주입농도 (mg/L) |
2MIB 유입농도 (ng/L) |
Geosmin 유입농도 (ng/L) |
2MIB 잔류농도 (ng/L) |
Geosmin 잔류농도 (ng/L) |
H2O2 잔류농도 (mg/L) |
| 2.66 | 1.71 | 50 | 0 | 9.95 | 0 | 0.90 |
| 1.66 | 1.23 | 0 | 50 | 0 | 9.92 | 0.84 |
| 2.69 | 1.71 | 50 | 50 | 9.89 | 0 | 0.89 |
| 2.75 | 1.92 | 100 | 0 | 9.80 | 0 | 1.00 |
| 1.69 | 1.40 | 0 | 100 | 0 | 9.92 | 0.96 |
| 2.81 | 1.96 | 100 | 100 | 8.15 | 0 | 1.00 |
| 2.84 | 2.0 | 200 | 0 | 9.69 | 0 | 1.00 |
| 1.72 | 1.5 | 0 | 200 | 0 | 9.60 | 1.00 |
| 2.95 | 2.0 | 200 | 200 | 9.63 | 0 | 1.00 |
| 1.50 | 1.39 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1.00 |
상기 [표 1]을 참조하면, 고도산화 수처리 시스템으로부터 배출되는 처리수 내의 이취미 유발물질의 농도는 목표 농도에 해당하는 10 ng/L 이하로 측정되었다. 또한, 고도산화 수처리 시스템으로부터 배출되는 처리수 내의 과산화수소(H2O2)의 잔류 농도는 목표 잔류 농도인 1 mg/L 이하로 측정되었다. 즉, 별도의 추가 처리장치 없이도 처리수 내의 이취미 유발물질을 제거할 수 있음과 동시에 처리수 내의 과산화수소(H2O2)의 잔류 농도를 최소화시킬 수 있음을 확인하였다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (15)
- 처리수의 수질을 측정하는 제1 측정 유닛;
상기 처리수가 공급되는 배관;
과산화수소를 상기 배관으로 공급하는 제1 펌프;
공급된 상기 과산화수소가 상기 배관 내에서 상기 처리수와 연속적으로 혼합되게 하는 혼합기;
상기 과산화수소가 혼합된 상기 처리수에 자외선을 조사하는 자외선 반응기, 상기 자외선 반응기는 관로형 자외선 램프를 포함하고;
상기 혼합기와 상기 자외선 반응기 사이에 배치되어 유량을 조절하는 유량 조절 밸브;
상기 혼합기와 상기 자외선 반응기 사이에 배치되어, 상기 처리수 내의 과산화수소의 농도 및 유량을 측정하는 제2 측정 유닛; 및
상기 제1 측정 유닛, 상기 제2 측정 유닛, 상기 제1 펌프, 상기 유량 조절 밸브 및 상기 자외선 반응기에 연결되는 공정 제어 유닛을 포함하되,
상기 공정 제어 유닛은 상기 제1 측정 유닛으로부터 측정된 처리수의 수질을 분석하여 상기 유량 조절 밸브를 통해 상기 자외선 반응기로 유입되는 처리수의 유량, 상기 제1 펌프로 주입되는 과산화수소의 주입량 및 상기 자외선 반응기 내의 자외선 조사량을 제어하고,
상기 공정 제어 유닛은 상기 제2 측정 유닛으로부터 측정된 과산화수소의 농도 및 유량의 각각이 목표 농도 및 목표 유량에 도달하도록, 상기 유량 조절 밸브를 통해 상기 자외선 반응기로 유입되는 처리수의 유량, 및 상기 제1 펌프로 주입되는 과산화수소의 주입량을 제어하며,
상기 목표 농도는 1mg/L 내지 10mg/L인 고도산화 수처리 시스템.
- 제1 항에 있어서,
응집 침전 공정 또는 여과 공정을 처리하는 처리부를 더 포함하되,
상기 처리수는 상기 처리부에 주입된 원수에 응집 침전 공정 또는 여과 공정을 처리한 것인 고도산화 수처리 시스템.
- 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 자외선 반응기에 연결되어, 상기 처리수 내의 과산화수소의 농도를 측정하는 제3 측정 유닛을 더 포함하는 고도산화 수처리 시스템.
- 제4 항에 있어서,
상기 공정 제어 유닛은 상기 제3 측정 유닛으로부터 측정된 과산화수소의 농도 및 유량의 각각이 목표 농도 및 목표 유량에 도달하도록, 상기 유량 조절 밸브로 유입되는 처리수의 주입량, 상기 제1 펌프로 주입되는 과산화수소의 주입량, 및 상기 자외선 반응기 내의 자외선 조사량을 제어하는 고도산화 수처리 시스템.
- 제1 항에 있어서,
상기 자외선 반응기 및 상기 공정 제어 유닛과 연결되고, 상기 자외선 반응기 내에서 자외선이 조사된 후 배출되는 처리수 내의 오염물질의 농도를 측정하는 제4 측정 유닛을 더 포함하는 고도산화 수처리 시스템.
- 제6 항에 있어서,
상기 오염물질은 이취미 유발물질을 포함하는 고도산화 수처리 시스템.
- 제7 항에 있어서,
상기 이취미 유발물질은 2-MIB(2-Methylisoborneol) 또는 지오스민(Geosmin)을 포함하는 고도산화 수처리 시스템.
- 제1 항에 있어서,
상기 혼합기는 인라인 타입 혼합기(in-line type mixer) 또는 노즐 타입 혼합기(nozzle type mixer)를 포함하는 고도산화 수처리 시스템.
- 제9 항에 있어서,
상기 인라인 타입 혼합기(in-line type mixer)는 교반기를 더 포함하는 고도산화 수처리 시스템.
- 제9 항에 있어서,
상기 노즐 타입 혼합기(nozzle type mixer)는 상기 처리수가 유입되는 방향에 마주보는 방향으로 과산화수소를 분사시키는 고도산화 수처리 시스템.
- 처리수를 배관으로 공급하는 단계;
제1 측정 유닛을 통해 상기 처리수의 수질을 측정하는 단계;
제1 펌프를 통해 과산화수소를 상기 배관으로 공급하는 단계;
혼합기를 통해 상기 배관 내에 공급된 상기 과산화수소와 상기 처리수를 연속적으로 혼합시키는 단계;
제2 측정 유닛을 통해 상기 과산화수소가 혼합된 상기 처리수의 과산화수소의 농도 및 유량을 측정하는 단계;
유량 조절 밸브를 통해 자외선 반응기로 유입되는 상기 과산화수소가 혼합된 상기 처리수의 과산화수소의 유량을 조절하는 단계;
상기 자외선 반응기를 통해 상기 과산화수소가 혼합된 상기 처리수에 자외선을 조사하는 단계; 및
공정 제어 유닛을 통해, 상기 제1 및 제2 측정 유닛들로부터 측정 정보를 받고, 상기 측정 정보를 바탕으로 상기 제1 펌프, 상기 유량 조절 밸브, 및 상기 자외선 반응기를 제어하는 단계를 포함하되,
상기 공정 제어 유닛은 상기 제1 측정 유닛으로부터 측정된 처리수의 수질을 분석하여 상기 유량 조절 밸브를 통해 상기 자외선 반응기로 유입되는 처리수의 유량, 상기 제1 펌프로 주입되는 과산화수소의 주입량 및 상기 자외선 반응기 내의 자외선 조사량을 제어하고,
상기 공정 제어 유닛은 상기 제2 측정 유닛으로부터 측정된 과산화수소의 농도 및 유량의 각각이 목표 농도 및 목표 유량에 도달하도록, 상기 유량 조절 밸브를 통해 상기 자외선 반응기로 유입되는 처리수의 유량, 및 상기 제1 펌프로 주입되는 과산화수소의 주입량을 제어하며,
상기 목표 농도는 1mg/L 내지 10mg/L인 고도산화 수처리 방법.
- 제12 항에 있어서,
상기 처리수의 수질을 측정하는 단계는, 상기 처리수 내의 용존 유기 탄소(DOC), 용존 무기 탄소(DIC), 오염물질의 농도, pH 또는 온도를 측정하는 단계를 포함하는 고도산화 수처리 방법.
- 제12 항에 있어서,
상기 자외선 반응기 내에서 상기 처리수에 조사되는 자외선의 강도는 1.5 W/m2 내지 5.0 W/m2 인 고도산화 수처리 방법.
- 제12 항에 있어서,
제4 측정 유닛을 통해 자외선이 조사된 상기 처리수 내의 오염물질의 농도를 측정하는 단계를 더 포함하는 고도산화 수처리 방법.
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