KR20010056230A - 일체식 타워형 수처리 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 응집과 응결, 가압 부상법, 여과 및 오존처리가 단일 반응기에서 이루어지는 완전 일체식 수처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수처리를 위해 응집 약품 투입 후 급속 교반 시설, 플럭을 형성시키기 위한 완속 교반 시설, 오존 투입시설, 가압 부상장치, 안트라사이트, 모래여과지 및 역세척 장치가 일체형으로 구성된 수처리 장치에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 유입구로 유입되는 원수에 응집제와 오존발생기에 의해 발생한 오존이 미 용해된 배오존(오존 + 공기)과 배오존 유출구에서 배출되는 배오존을 혼화하는 오존을 응집제-배오존 교반용 static mixer로 혼화하는 단계, 혼화된 물을 급속교반용 프로펠러로 물을 급속교반시키고, 급속교반된 물을 완속교반용 paddle로 완속교반시키는 단계, 완속교반되어 플록이 형성된 물이 파이프를 타고 올라와 가압펌프에 의해 3 ∼ 5기압으로 가압된 공기에 의해 플록이 부상하는 단계, 플록이 제거된 물이 안트라사이트와 모래에 의해 여과되어 최종 처리되는 단계, 모래여과지가 막힐 경우 역세척 노즐을 토하여 역세척수를 공급하여 역세척하는 단계로 이루어진 것에 특징이 있다.

Description

일체식 타워형 수처리 장치 및 방법{Unified Tower-typed Water Treatment Plant}

본 발명은 일체식 타워형 수처리 장치 내에서 기존 정수처리공정과 고도 정수처리공정 등 모든 정수처리 공정이 이루어지도록 하여 장치의 콤팩트 화에 의한 경비절감과 수처리 효율 향상을 위한 처리방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적인 정수처리 공정은 약품침전과 급속 모래여과 및 염소소독 등을 위주로 구성되어 있다. 이러한 처리법은 과거 양호한 원수를 처리할 경우에 적합하나 근래 수질오염 문제가 대두된 이래로 종래의 처리법을 개선하거나 새로운 고도정수처리법이 많이 연구되고 있다. 특히, 우리나라의 수원은 대부분이 지표수에 의존하고 있어 계절변동에 따른 수량 및 수질변화가 심하며, 오염물질 유입에 그대로 노출되는 경우가 허다하다.

최근 상수원에 발생하는 조류는 기존의 정수처리 공정에서 제거가 힘들어 침전지의 표면에 부유하거나 모래여과지의 폐색을 초래하여 정수장 운영자들에게 많은 부담을 가하고 있고, 염소소독에 의하여 발생되는 소독부산물의 인체유해성이 논란이 되고 있다. 또한, 수인성이나 장내 바이러스가 상수원에 존재한다는 논쟁으로 수돗물에 대한 불신의 깊이는 더욱 깊어질 수 있다.

기존의 공정은 이러한 문제들을 신축성 있게 대응할 수 있는 방법들이 다양하지 못한데 즉, 문제 해결을 위해서는 초기 투자비에 대응하는 고도 정수처리 공정과 같은 새로운 시설 투자가 이루어져야한다.

고도 정수처리 공정에서 부상법은 순환수 가압 시설로 처리된 물의 일부를 압축 순환하는 시설로 구성되어 있다. 부상법은 밀도가 작은 조류의 처리에는 가장 적합한 방법이며, 수중의 미세한 기포는 오존과 공기가 혼합된 기체이므로 오존의 의한 살균 및 유기물 분해, 산소에 의한 다소의 air-stripping 효과에 의하여 휘발성 미량 유해 오염물질 제거가 탁월하다. 더구나 부상법은 오일과 그리스, 철 및 마그네슘 제거가 뛰어나며 색도 성분, 맛, 냄새성분 제거도 가능하다. 또한 오존은 강산화제이므로 수중의 바이러스, 난 분해성 물질, 색도 성분 등도 상당 수준까지 처리할 수 있다. 특히, 기존의 공정에서 염소 사용에 의하여 발생되는 각종 소독 부산물의 발생을 현저히 줄일 수 있는 획기적인 장치이다. 그러나 일반적으로 오존은 수중에 용해도가 낮아 발생된 오존의 10% 미만만 정수처리 과정에서 사용되며 나머지는 배 가스로 배출된다. 즉, 일반적으로 고도정수처리 공정에서 오존시설에 투입되는 경비에 비하여 실제로 오존 이용률은 낮아 많은 경비가 소모된다.

기존 정수처리 공정의 문제점을 해결하기 위하여 고도 정수처리공정을 연결하는 공정으로 처리하는 경우 배관이 복잡해지고 설비비가 많이 소요되고, 부지가 많이 필요한 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 일반적인 정수처리 공정과고도 정수처리 공정을 한 공정으로 묶어 일체형 반응조로 제작하여 정수처리 단위공정 사이의 배관을 줄이고 공간을 최대한 활용하고 여러 공정을 하나의 공정단위로 만들기 때문에 동력비를 줄이고 각 공정의 효율을 높혀 장치비의 감소와 운전비 절감으로 경제적으로 정수처리 하는 방법을 제공하는데 본 발명의 목적이 있는 것이다.

이를 위하여 본 발명은 유입구로 유입되는 원수에 응집제와 오존발생기에 의해 발생한 오존이 미 용해된 배오존(오존 + 공기)과 배오존유출구에서 배출되는 배오존을 혼화하는 오존을 응집제-배오존 교반용 static mixer로 혼화하는 단계, 혼화된 물을 급속교반용 프로펠러로 물을 급속교반시키고, 급속교반된 물을 완속교반용 paddle로 완속교반시키는 단계, 완속교반되어 플록이 형성된 물이 파이프를 타고 올라와 가압펌프에 의해 3 ∼ 5기압으로 가압된 공기에 의해 플록이 부상하는 단계, 플록이 제거된 물이 안트라사이트와 모래에 의해 여과되어 최종 처리되는 단계, 모래여과지가 막힐 경우 역세척 노즐을 토하여 역세척수를 공급하여 역세척하는 단계로 이루어진 것에 특징이 있다.

도 1은 본 발명에 사용되는 일체식 타워형 수처리 장치의 구조도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1. 원수 유입구 2. 응집제 주입구

3. 응집제-배오존 교반용 static mixer 4. 유입수 밸브

5. 급.완속용 교반 모터 6. 급속교반용 프로펠러

7. 가압펌프 8. hydro injector

9. 오존발생기 10. 가스-액체 분리기

11. 배가스 유입구 12. 가압공기 분사노즐

13. 처리수 14. 역세척수 유입구

15. 역세척 노즐 16. 역세척수 배출구

17. 거품 흡입기 18. 활성탄 배오존 처리기

19. 공기유출구 20. 안트라사이트 여과조

21. 모래 여과조 22. 완속교반용 paddle

23. 급.완속 교반조 24. 배오존 유출구

25. 부상조 26. 오존-공기 포화조

27. 처리수 순환펌프

28. 오존-가압공기 교반용 static mixer 29. 역세척 펌프

30. 여과조 지지체

이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 제1도에 도시된 바와 같이 응집제 배오존의 교반용 static mixer(3), 급속교반용 프로펠러(6), 완속 교반용 paddle (22)가 설치되어 있는 급.완속교반조(23), 부상조(25), 오존발생기(9), 오존-공기 포화조(26), 배오존 처리기(18), 안트라사이트(20) 및 모래 여과조(21), 역세척수 배출구(16) 등으로 구성되어 있다.

일체식 타워형 수처리 방법 및 장치에 의해 물이 처리되는 과정을 살펴보면 다음과 같다.

원수 유입구(1)를 통해 타워의 하단으로 유입되는 원수에 배오존 유출구(24)에서 유출되는 배오존이 hydro injector(8)를 통해 오존-공기 포화조(26)에서 가압펌프(7)에서 발생한 미세기포와 접촉하게 되며, 미세기포와 접촉한 배오존과 오존발생기(9)를 거쳐 2.5 - 3.5 ㎏/㎠의 압력으로 운전되는 가스-액체 분리기(10)에서 분리된 배오존이 배가스 주입구(11)로 주입되고 응집제 주입구(2)를 통하여 응집제와 응집제-배오존 교반용 static mixer(3)로 유입된다. 응집제-배오존 교반용 static mixer(3)에서 수중의 약품과 오존, 원수가 완전히 혼화된다. 이 상태에서 급.완속 교반조 하부(23)에 1단의 급속교반용 프로펠러(6)를 거쳐 급속교반된 물은 플럭이 형성되며, 오존에 의해 산화작용이 일어난다. 플럭이 형성된 물은 2단으로 이루어진 완속교반용 paddle(22)을 거치면서 플럭이 성장한다. 급.완속용 교반 모터(5)는 1개이며 급속교반용 프로펠러와 완속 교반용 paddle과 동일 축으로 연결되어 있다. Conical 형으로 된 각 단에서 조의 면적이 달라지기 때문에 최 하단에서의 혼합강도가 가장 크며, 상부로 올라갈수록 체류시간도 길어지며 혼합강도는 자연히 감소된다. 플럭이 성장된 원수는 부상조(25)로 유입되면서 오존발생기(9)에서 발생한 오존 및 가압펌프(7)에서 생긴 미세기포가 hydro injector(8)에서 혼합되고 가스-액체 분리기(10)를 통해 가압공기 분사노즐(12)로 분사된 오존, 미세기포가 포함된 물과 접촉한다. 이때 부상조 중심부에서 압력감소에 의하여 가압수에서 미세 기포가 형성되면서 플럭은 기포와 충돌하여 기포에 부착하고 기포와 플럭이 합체된 입자는 부상하게 된다. 기포의 상승작용에 의하여 입자는 수 표면으로 떠오르게 된다. 기포 부상시 수중에 용해된 오존이 오존산화 작용이 발생되어 처리되며, 처리된 원수는 안트라사이트 여과조(20)와 모래 여과조(21)를 거치면서 정화되고 처리수 배출구(13)을 통해 최종 배출된다. 수 표면에 부상된 슬러지는 거품 흡입기(17)을 통해 처리된다.

처리수의 일부는 순환펌프(27)에 순환되면서 가압펌프(7)에 의한 공기 포화수와 오존발생기(9)에 오존 함유수를 제조하는데 이용된다.

공기포화수와 오존함유수 제조법과 부상조에 유입되는 과정을 상세하게 명하면,

처리수중 일부는 순환펌프(27)에 의해 처리수량의 10 ∼ 15 %가 되도록 유량을 조절하여 가압펌프(7)로 이송한다. 가압펌프(7)로 이송된 순환수는 hydro-injector(8)를 지나면서 단면 축소.확대에 의한 유속변화로 압력변화가 유발되면서 무성 방전식 오존발생기(9)에서 오존화된 공기가 흡입된다.

도한 배오존 유출구(24)를 통해 배출되는 배오존이 hydro injector(8)를 통해 오존-공기 포화조(6)로 유입되고 오존발생기(9)에서 발생된 오존, 배오존 및 가압수가 오존-가압공기 교반용 static mixer(28)에서 혼합되고 가스-액체 분리기(10)로 유입된다. 가스-액체 분리기(10)의 유입구는 미세기공을 가지는 다공성 판이 부착되어 분리기 내의 물과 오존화 공기 혼합유체의 접촉기회를 증대시켜 용해율을 더욱 증강시킨다. 가스-액체 분리기(10)내에서 미 용해된 기체는 상부로빠져나가 배가스 유입구(11)로 유입된다. 오존 및 공기 포화수는 하단으로 배출되어 배출되어 가압공기 분사노즐(12)을 통해 부상조(25)로 유입된다.

배오존 처리에 대해서 상세하게 설명하면,

부상조 상부는 밀폐되어 있으므로 미 용해된 오존 및 공기 일부는 배오존 유출구(24)를 통해 배출되어 hydro injector(8)을 통해 오존-공기 포화조(26)으로 유입되고 다시 오존-가압공기 교반용 static mixer(28)과 가스-액체 분리기(10)을 통해 원수에 유입된다. 배오존 유출구(24)로 유출되지 않은 배오존은 활성탄 배오존 처리기(18)로 오존을 처리한다.

여과조에 대해서 상세하게 설명하면,

여과조는 안트라사이트(20)와 모래(21)의 이중여재로 구성된다. 안트라사이트 층은 20 ∼ 30 cm로 하며 모래는 30 ∼ 40 cm로 구성한다. 안트라사이트는 비중이 모래보다 작으므로 여과지 하부구조를 블록 등으로 구성할 필요는 없으며 모래가 유실되지 않을 정도의 망과 여과조 지지체(30)로 구성하면 충분하다. 여과조 지지체(30)는 관으로 구성하며 상부에 노즐을 부착시켜 역세척시 공기와 물의 분사가 적절히 일어나도록 한다.

역세척에 대해서 상세하게 설명하면,

역세척은 손실수두가 발생할 때 원수의 유입을 멈추고 역세척수 배출구(16)보다 수위가 하강할 때 역세척 펌프(29)를 통해 역세척 노즐(15)로 공기를 10 ∼ 20 초간 투입한 후 곧바로 역세척수 유입구(14)를 통해 세척수를 넣는다. 오염물질들은 팽창하여(팽창비 : 30 ∼ 40 %)하여 역세척수 배출구(16)으로 유출시킨다.

본 발명은 모든 수 처리 시설이 완전 일체형 단일 타워로 구성되기 때문에 기존의 시설보다 소요부지를 획기적으로 절감시키며, 응집, 오존처리, 부상처리 및 여과처리가 동시에 이루어진다. 이는 기존 정수장의 확장, 신설, 고도정수처리가 필요한 곳에 적용시킬 수 있으며, 중. 소규모 정수처리, 하. 폐수고도처리, 중수도 시설에도 적용할 수 있다. 부지절감에 따른 경비절감, 오존 기포의 미세화에 의한 오존 이용률의 극대화에 따른 운영경비 절감, 부상 처리에 의한 고-액 분리 효율의 증대, 침전공정 보다 처리시간의 단축, 조류 처리의 용이성, 부상과 여과가 동시에 이루어지는 연속성 등이 중요한 점들이다. 또한, 처리 공법이 기계적이기 때문에 자동화가 쉬우며, 용량에 맞는 모델설계가 가능하므로 하나의 플랜트 산업화를 구축할 수 있다.

본 발명은 일반적인 정수처리 공정의 단점을 보완하고 고도정수처리 공정을 첨가시 장치를 콤팩트화하여 일반적인 정수공정과 고도정수공정이 일체형 장치에서 이루어지도록 고안되었으며 다음과 같은 몇 가지의 특징을 가진다.

첫째, 시설 면에서 기존 공정보다 소요부지를 10 ∼ 20 배 이상 절감한다. 본 공정은 약품 투입 후 플럭을 형성시키기 위한 완속 교반 시설, 오존 투입시설, 부상장치, 안트라사이트 및 모래여과지가 완전 일체형으로 구성되어 있다. 대규모화가 요구될 때는 동일한 타워를 여러 개 배치하여 대응하게 끔 한다.

둘째, 조류제거, 휘발성 유기오염물 제거가 용이하다. 제안된 부상법은 순환수 가압 시설로 처리된 물의 일부를 압축 순환하는 시설로 구성되어 있다. 부상법은 형성된 플럭을 기포에 부착시켜 수 표면으로 부상시켜 처리하기 때문에 밀도가 작은 조류의 처리에는 가장 적합한 방법이다. 또한, 수중의 미세한 기포는 오존과 공기가 혼합된 기체이므로 오존의 의한 살균 및 유기물 분해, 산소에 의한 다소의 air-stripping 효과에 의하여 휘발성 미량 유해 오염물질 제거가 탁월하다. 더구나 부상법은 오일과 그리스, 철 및 마그네슘 제거가 뛰어나며 색도 성분, 맛, 냄새성분 제거도 가능하다. 또한 오존은 강산화제이므로 수중의 바이러스, 난 분해성 물질, 색도성분, 등도 상당 수준까지 처리할 수 있다.

셋째, 오존 사용을 극대화시켰다. 현재 사용되고 있는 오존 투입시설에 비하여 본 발명에서는 발생된 오존을 2차, 3차 사용 가능하게 설계되어 발생된 오존 이용률을 최대한 높일 수 있다. 통상 이와 같은 방법으로 오존의 용해율을 기존의 산기식 오존 용해기보다 3 ∼ 5 배의 효율을 얻을 수 있다.0

넷째, 처리시간을 최대한 단축시켰다. 단일조 내에서 응집과 응결, 오존처리, 부상 분리, 안트라사이트 및 모래여과가 동시에 일어나기 때문에 기존의 침전-여과-오존처리 등에서 소요되는 5 ∼ 7 시간을 30 ∼ 40 분 대로 감소시켜 같은 규모의 시설로 비교하였을 때 나타나는 효과는 매우 크다.

다섯째, 전체 공정을 완전 자동화 또는 반자동화를 쉽게 달성할 수 있어 운영 및 관리가 용이하다.

Claims (2)

1. 일체식 타워형 수처리 장치 및 방법

   응집, 오존처리, 부상처리 및 여과조가 단일 장치 내에서 동시에 구성된 일체식 타워형 수처리 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   오존발생기에서 발생하는 오존을 이용할 뿐 아니라 배출 처리되는 배오존을 가압수에 혼합하여 배출되는 폐오존을 재이용하며, 가스-액체 분리기에서 미포화된 오존을 분리하여 원수유입구에 혼합하여 오존이용율을 높인 수처리 방법.