KR19980072360A - 수처리를 위한 교반 및 약품주입 방법과 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용수 또는 폐수중의 오염물질을 화학적으로 제거하는 수처리에 관한 것으로, 반응조내에 노즐이 설치되고 이 노즐은 원수유입펌프 또는 순환펌프의 토출구와 연결되어 있으며, 상기한 원수유입펌프 또는 순환펌프들의 토출구에는 이젝터가 설치되어 있고 이젝터에는 약품주입관이 연결되거나 또는 순환펌프의 흡입구에 약품주입관이 연결된 구조로 이루어진 용수 및 폐수처리용 교반 및 약품주입방법과 장치를 이용함으로써, 별도의 교반기와 약품주입펌프를 생략할 수 있게 되어 용수 및 페수처리장의 시설비와 유지관리비를 절감할 수 있게 한 것이다.

Description

수처리를 위한 교반 및 약품주입 방법과 장치
본 발명은 용수 또는 폐수중의 오염물질을 화학적으로 제거하는 수처리에 관한 것으로, 특히 별도의 교반장치 또는 약품주입펌프를 사용하지 않고 원수유입펌프 또는 순환펌프와 이젝터를 이용하여 화학반응을 위한 반응조를 교반시키거나 약품을 주입하는 교반 및 약품주입장치와 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 용수 또는 폐수 등의 원수로부터 오염물질을 제거하는 방법은 크게 물리적·화학적·생물학적 방법으로 분류되며, 오염물질의 성상에 따라서 상기 방법들을 다양하게 조합하여 사용하게 된다. 그중에서 화학적인 처리방법에는 산화, 환원, 중화, 흡착, 응집 등의 단위공정(Unit Process)으로 구성되며 이러한 화학적인 처리방법에는 원수가 유입되는 반응기에 반응에 필요한 약품을 주입하고 소정의 체류시간과 혼합강도를 유지시켜야 한다.
도 4에 표시된 수처리 공정은 상기 물리화학적 방법중에서 용수 및 폐수를 처리하는 흡착 및 응집 반응후에 침전시키는 공정으로 이루어져 있으며 대표적인 종래의 수처리공정의 하나이므로 종래기술의 예로 든 것이다.
즉, 상기와 같이 수처리 공정은 원수 또는 전단계의 반응을 마친 수체에 흡착제, 응집제 및 알카리제, 응집보조제 등을 흡착반응조, 응집반응조 및 플록형성 반응조 등의 반응의 단계에 따라 약품의 종류를 달리하여 주입하기 위한 약품주입펌프(101)를 설치하여야 한다. 또한 각각의 반응조내에는 소정의 혼합강도를 얻기 위하여 프로펠러 또는 페들형의 교반기(102)를 별도로 설치하여야 하므로 시설비와 유지관리비측면에서 불리한 문제점이 있었다. 특히 약품 주입펌프(101)는 고가이며 감속기가 사용되는 교반기(102)도 비교적 고가의 장비이므로 시설비소요가 큰 어려움이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 종래에 사용하여온 교반기와 약품주입펌프를 대체하여 시설비와 유지관리비를 절감할 수 있는 교반 및 약품주입방법과 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 교반 및 약품주입의 목적을 실현하기 위한 본 발명은 반응조내에 노즐이 설치되고 이 노즐은 원수유입펌프 또는 순환펌프의 토출구와 연결되어 있다. 또한 상기한 원수유입펌프 또는 순환펌프들의 토출구에는 이젝터가 설치되어 있고 이젝터에는 약품주입관이 연결되거나 또는 순환펌프의 흡입구에 약품주입관이 연결된 구조로 이루어져 있다.
산화제 및 환원제 또는 산 및 알칼리제 또는 분말활성탄 등을 주입하는 약품주입관에는 자동밸브를 설치한다. 상기 자동밸브는 산화환원전위제어기(ORP Controller) 또는 수소이온농도제어기(pH Controller) 또는 현탁고형물제어기(MLSS Controller)에 연동하여 작동되도록 설치하고 상기 제어기들의 감지부들은 상기 약품들이 주입되는 반응조내에 설치되는 구조이다. 이러한 구조로 된 본 발명의 교반 및 약품주입장치의 작동과정을 살펴보면 다음과 같다.
원수유입펌프 또는 순환펌프가 가동되면 반응조내에 설치된 노즐을 통하여 수류가 반응조내의 수체중으로 분사되면서 분사수류의 에너지에 의하여 상기 반응조내부의 수체가 교반되게 된다. 이때 펌프에 설치된 밸브를 조절하여 노즐의 분사수류량을 조정하므로써 반응조내부의 혼합강도를 정교하게 조절할 수 있게 된다. 또한 상기 펌프들이 가동되면 펌프의 토출관에 설치된 이젝터 내부에 음압이 형성되며 이 음압에 의하여 약품주입관을 통하여 약품이 상기 이젝터로 흡입되어 펌프의 토출구와 혼합되면서 노즐을 통하여 수류와 함께 반응조로 유입되어 혼합 및 교반되게 된다.
응집제와 알카리 또는 산화제와 산과 같이 동일 반응조에 2종류이상의 약품이 사용되는 경우외에는 순환펌프의 흡입구의 약품주입관을 연결하므로써 펌프가 가동될 때의 흡입양정에 의하여 별도의 이젝터가 없이도 약품이 주입되게 된다.
상기한 산화제 및 환원제 또는 산 및 알카리제 또는 분말활성탄 등의 약품주입관에 설치된 설치된 자동밸브는 반응기내에 감지기가 설치된 각종 제어기에 연동하여 개폐작동되므로써 반응에 필요한 약품주입량이 자동으로 조절되게 된다.
상기한 바와 같은 교반 및 약품주입방법과 장치를 사용하므로써 별도의 교반기와 약품주입펌프를 사용하지 않고 원수유입펌프를 이용하거나 반응조에 펌프를 설치하고 노즐과 이젝터를 설치하여 시설비 및 유지관리비 측면에서 유리할 뿐 아니라 펌프에 부착된 밸브를 조절하여 반응조내의 혼합강도를 매우 정교하게 조정할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에서의 교반 및 약품주입 방법과 장치의 실시예의 개략도
도 2는 본 발명에서의 교반 및 약품주입 방법과 장치의 다른 실시예의 개략도
도 3은 본 발명에서의 약품주입관의 개략도
도 4는 종래의 교반 및 약품주입방법과 장치의 흐름도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1 : 1차 반응조2 : 2차 반응조
3 : 3차 반응조3a : 반응조
4 : 침전조8 : 이젝터
9 : 노즐10 : 원수펌프
11 : 순환펌프12 : 약품주입관
13, 13a : 조절밸브14 : 자동밸브
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명한다.
도 1은 용수 또는 폐수처리를 위한 화학적인 수처리 단위공정에서 반응조의 교반장치와 약품주입펌프를 원수유입펌프 또는 순환펌프와 이젝터로 대체시킨 본 발명의 실시예를 나타낸 것이다.
먼저 원수는 집수조에 유입되어 집수되고 원수유입펌프(10)에 의하여 1차반응조(1)에 유입되어 반응이 진행되며 상기 1차반응조(1)에서 반응이 종료되면 2차반응조(2) 또는 3차반응조(3) 또는 침전조(4) 등의 후속공정으로 단계별로 진행되는 구조이다. 여기에서는 1차반응조(1)에서는 분말활성탄 등의 흡착제를 주입하여 흡착반응이 진행되며, 2차반응조(2)에는 응집제 및 알카리제를 주입하여 응집반응을 시키고, 다시 3차반응조(3)에서는 침전지(4)에서 침전이 잘 이루어지도록 응집보조제를 주입하여 응집입자의 크기를 증대시키는 플록형성반응조(3)로 구성된 수처리공정을 실시예로 든 것이다. 그러나 본 발명의 적용범위는 흡착응집반응에 국한되지 않으며 산화, 환원, 중화 또는 이들의 다양한 조합에 의한 화학적인 폐수처리에 광범위하게 적용될 수 있고 본 실시예에서는 편의상 흡착응집공정을 사례로 한 것이다.
집수조에는 원수유입펌프(10)가 설치되는 것은 종래의 시설과 동일하며 본 발명에서는 1차반응조(1)에는 수중에 노즐(9)이 설치되어 원수유입펌프(10)의 토출구와 노즐(9)은 관으로 연결된다. 또한 상기 펌프(10)의 토출구와 상기 노즐(9)사이에는 이젝터(8)가 설치되어 있으며 이젝터(8)에는 약품주입관(12)이 연결된 구조이다. 상기 이젝터(8)의 반대 방향에 위치하는 약품주입관(12)의 선단에는 약품탱크(도면에 미표기)가 위치하며 약품탱크에는 산이나 알카리, 액상으로 현탁된 분말활성탄 등의 흡착제 또는 공정에 따라 필요한 화공약품이 충진되게 된다.
한편 2차반응조(2)에는 2차반응조(2)내의 수체를 양수하여 다시 동일한 2차반응조(2)내부로 유입시키는 순환펌프(11)가 설치되어 있고 반응조(2)내부의 수중에는 노즐(9)이 2계열로 설치되어 있다. 상기 노즐(9)이 설치된 2계열의 관에는 각각 이젝터(8)가 설치되고 상기 이젝터(8)에는 각각 약품주입관(12)이 연결되며 2계열의 노즐(9)과 이젝터(8)는 순환펌프(11)의 토출구와 관으로 연결된 구조이다. 여기서 2차반응조(2)는 응집반응을 예로 들었으므로 각각의 약품주입관(12)은 각각 응집제와 알카리제가 충진된 약품탱크와 연결되게 된다.
3차반응조(3)의 내부에도 노즐(9)이 설치되고 노즐(9)이 설치된 관에는 약품주입관(12)이 연결된 이젝터(8)가 설치되며 다시 순환펌프(11)의 토출구와 연결된 구조이다.
위와 같이 구성된 본 발명의 교반 및 약품주입장치의 작용을 살펴보면 다음과 같다.
먼저 1차반응조(1)의 경우 원수유입펌프(10)가 가동되면 이젝터(8) 내부에는 음압이 형성되고 이 음압에 의한 흡입력이 의하여 약품주입관(12)을 통하여 약품이 이젝터(8)내부로 흡입되어 원수와 함께 혼합되면서 반응조(1)에 설치된 노즐(9)을 통하여 반응조(1) 내부로 분사되게 된다.
이때 반응조(1)내부의 수체는 노즐(9)을 통하여 분사되는 수류의 에너지에 의하여 교반되며 이젝터(8)를 통하여 주입된 약품과 반응하게 되는 것이다. 따라서 별도의 교반기와 약품주입펌프가 없이도 이젝터(8)와 노즐(9)에 의하여 1차반응조(1)에서는 교반 및 약품주입이 효과적으로 이루어질 수 있게 된다.
2차반응조(2)의 경우도 교반과 약품을 주입하는 장치의 작동과정은 1차반응조(1)에서와 동일하다. 그러나 원수유입펌프(10)대신에 반응조(2)내부의 수체를 순환시키는 순환펌프(11)를 사용하는데 이는 2차이후의 반응조에는 1차반응을 거치지 않은 원수를 2차반응조(2)에 직접 유입시킬 수 없기 때문에 원수유입펌프(10)를 사용할 수 없는 문제를 해소하기 위한 것이다. 노즐(9)과 이젝터(8), 약품주입관(12)을 2계열화시키고 약품을 분리하여 주입하는 것은 응집반응을 위한 응집제와 알카리제가 반응조(2)내에서 혼합되지 않고 관로중에서 혼합될 경우 응집효율이 저하되므로 이러한 문제점을 해소하기 위한 것이다. 2차반응조(2)에서와 같이 서로 다른 종류의 약품을 분리하여 주입하는 형태는 응집반응에만 국한되지 않고 산화반응을 위한 산화제와 산의 주입 또는 환원반응을 위한 환원제와 알카리제의 주입 등에도 사용되게 된다.
3차반응조(3)에서는 내부의 수체를 순환시키는 별도의 순환펌프(11)에 의하여 교반 및 약품을 주입하는데 이것은 1차반응조(1)를 거치지 않은 원수 또는 2차반응을 거치지 않은 수체가 3차반응조(3)에 유입하게 되면 처리효율이 저하되는 문제점을 해소하기 위한 것이다. 노즐(9)과 이젝터(8)를 일계열로 한 것은 한 종류의 약품만을 주입하기 때문이며, 작용과정은 전단계의 반응조(1, 2)에서와 동일하다.
이상 제1도의 1차반응조(1)에서는 원수유입펌프(1)의 동력을 이용한 반응조(1)의 교반과 약품주입의 실시예를 나타낸 것이며, 2차반응조(2) 및 3차반응조(3)에서 원수 또는 전단계의 수체가 혼입될 수 없는 조건에서 반응조(2, 3)자체의 수체를 순환시키는 순환펌프(11)의 동력에 의하여 반응조(2, 3)에 약품을 주입하고 교반시키는 실시예를 나타낸 것이다. 또한 2차반응조(2)에서는 2종류이상의 약품을 동일한 반응조에 주입할 경우 본 발명에 의한 실시예를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에서의 약품주입방법과 장치의 다른 실시예이다.
순환펌프(11a)의 토출구에는 이젝터가 없는 구조이며 그 대신에 순환펌프(11a)의 흡입구에 약품주입관(12a)을 직접연결시킨 구조이다.
그 작용을 살펴보면 순환펌프(11a)가 가동되면 상기 순환펌프(11c)의 양수력에 의하여 흡입구에 연결된 약품주입관(12c)을 통하여 약품이 주입되게 되므로 약품주입펌프가 불필요함은 물론 이젝터까지도 생략되는 구조이다. 또한 펌프(11b)의 회전차의 회전력에 의하여 약품이 폐수중에 잘 용해 및 혼합되는 장점이 있다.
도 3은 본 발명에서의 약품주입관의 실시예를 나타낸 것이다.
약품주입관(12)에는 자동밸브(14)를 설치하고 이 자동밸브(14)에는 산화환원전위제어기(ORP Controller) 또는 수소이온농도제어기(pH Controller) 또는 현탁고형물농도제어기(MLSS Controller)에 연동하여 개폐되도록 구성하여, 산화제 또는 환원제, 산 또는 알카리, 분말활성탄 등을 주입할 때에 상기 각각의 제어기로 약품주입량을 자동으로 조절할 수 있게 된다. 그러나 자동밸브(14)의 작동이 비례제어(Proportional Control)가 아니며 개폐동작을 하게 되므로 단 시간에 밸브(14)의 개폐 작동회수가 지나치게 과다하게 되어 제어기 및 자동밸브에 무리가 발생되므로 바이패스(By-pass)관을 두어 각각에 수동의 조절밸브(13, 13a)를 설치하고 이를 조정하므로써 자동밸브(14)가 빈번하게 개폐되지 않도록 작동회수를 줄일 수 있게 되는 것이다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명의 교반 및 약품주입 방법과 장치에 따라 다음과 같은 구체적인 실시예로 하수를 처리해 보았는바, 그 구체적인 실시의 결과는 다음과 같다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것이지 이를 제한하지 않는다.
[실시예]
유량 1000m3/일의 폐수를 체류시간(HRT)이 5분인 1차반응조(1)에서 속도경사(Velocity Gradient : G) 400sec-1으로 급속교반시킬 경우, 반응조(1)내에 설치된 노즐에서의 분사속도와 이때 소요되는 원수유입펌프(10)에서의 소요양정은 다음과 같다.
반응조(1)의 용량(V)은 3.5m3이며 수체의 점성계수(μ)가 1.3×10-3kg·s/m2일 때에 교반에 필요한 동력(P=μVG2)은 728watt가 소요된다. 폐수의 밀도(ρ)를 1000kg/m3으로 가정하면 노즐(9)에서의 소요분사속도(υ=)는 11.2m/sec가 되며 이에 따른 노즐에서 소요양정(H=)은 6.4m이다. 따라서 교반을 위하여 원수유입펌프(10)에 추가되는 양정은 배관 등에서 양정손실 등을 감안한 여유율 20%를 적용하여 7.7m이다. 이때 노즐(9)의 구경을 20mm로 할 때 노즐은 3개가 소요된다.
따라서 원수유입펌프(10)의 시설양정을 7.7m 증대시키고 반응조(1)내에 규경 20mm의 노즐을 3개 설치하므로써 교반기를 설치하지 않고도 경제적으로 반응을 위한 급속교반이 가능하게 된다.
이상과 같은 본 발명의 용수 및 폐수처리용 교반 및 약품주입방법과 장치를 이용함으로써, 별도의 교반기와 약품주입펌프를 생략할 수 있게 되어 용수 및 폐수처리장의 시설비와 유지관리비를 절감할 수 있게 된다.

Claims (11)

  1. 반응조(1)내에 노즐(9)을 설치하고 원수유입펌프(10)의 토출관과 상기 노즐(9)을 연결하여 원수가 노즐을 통하여 반응조(1)내부로 분사유입되도록 한 것을 특징으로 하는 수처리용 교반장치
  2. 반응조(2, 3)내에 노즐(9)을 설치하고 이 반응조(2, 3)내부의 수체를 양수하여 다시 동일 반응조(2, 3)에게로 순환시킬 수 있는 순환펌프(11)를 설치하여 순환펌프(11)의 토출관과 상기 노즐(9)을 연결하여 반응조(2, 3)내의 수체를 노즐(9)을 통하여 다시 반응조(2, 3)내부로 분사순환시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 수처리용 교반장치
  3. 제 1 항 또는 2항에 있어서 상기 원수유입펌프(10) 또는 순환펌프(11)의 토출관에 이젝터(8)를 설치하고 상기 이젝터(8)에 약품주입관(12)을 연결시키는 것을 특징으로 하는 수처리용 교반 및 약품주입장치
  4. 제 2 항에 있어서 상기 순환펌프(11a)의 흡입관에 약품주입관(12a)을 연결시키는 것을 특징으로 하는 수처리용 교반 및 약품주입장치
  5. 제 3 항에 있어서 반응조(2)에 2계열이상의 노즐(9)을 설치하고 노즐(9)에로의 유입관 각각에 이젝터(8)를 분리설치하여 순환펌프(11)에 연결하여 서로 다른 종류의 약품을 분리 주입할 수 있는 것을 특징으로 하는 수처리용 약품주입장치
  6. 제 3 항, 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 약품주입관(12)에는 조정밸브(13)를 설치하고 이 밸브(13)에는 조정밸브(13a)와 자동밸브(14)가 구비된 바이패스관을 설치하는 것을 특징으로 하는 수처리용 교반 및 약품주입장치
  7. 원수유입펌프(10)를 이용하여 원수를 반응조(1)내의 수중에 설치된 노즐(9)을 통하여 분사 유입시켜서 폐수의 분사에너지에 의하여 반응조(1)의 수체를 교반시키는 것을 특징으로 하는 반응조의 교반방법
  8. 반응조(2, 3)내부의 수체를 노즐(9)을 통하여 다시 반응조(2, 3)내부의 수중으로 순환펌프(11)를 이용하여 분사시켜서 수체의 분사에너지에 의하여 반응조(2, 3)내부의 수체를 교반시키는 것을 특징으로 하는 반응조의 교반방법
  9. 원수유입펌프(10) 또는 순환펌프(11)의 토출관에 이젝터(8)를 설치하고 상기 이젝터(8)에는 약품주입관을 연결시켜 상기 펌프(10, 11)의 가동에 의하여 형성되는 이젝터(8)내의 음압에 의하여 약품이 이젝터(8) 및 노즐(9)을 경유하여 반응조(1, 2, 3)에로 주입되도록 하는 것을 특징으로 하는 반응조의 교반 및 약품주입방법.
  10. 순환펌프(11a)의 흡입관에 약품주입관을 연결시켜서 상기 순환펌프(11a)의 가동에 의하여 형성되는 양수력에 의하여 약품이 순환펌프(11a) 및 노즐(9a)을 경유하여 반응조(3a)에로 주입되도록 하는 것을 특징으로 하는 반응조의 교반 및 약품주입방법
  11. 상기 자동밸브(14a)는 반응기내에 감지기가 설치된 pH제어기(pH Controller), 산화환원전위제어기(ORP Controller) 또는 현탁고형물제어기(MLSS Controller)에 연동하여 개폐되도록 작동시키며 조정밸브(13, 13a)를 수동으로 조정하여 상기 자동밸브(14)의 개폐작동의 회수가 최소화되도록 운영하는 것을 특징으로 하는 반응조의 약품주입방법
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