KR20020059767A

KR20020059767A - 물정화장치 및 물정화방법

Info

Publication number: KR20020059767A
Application number: KR1020027006492A
Authority: KR
Inventors: 요시유키 사와다
Original assignee: 요시유키 사와다
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2002-07-13
Also published as: CN1392865A; US20020162801A1; AU2001288109A1; CA2389846A1; EP1361197A1; JPWO2002026639A1; US6878268B2; EP1361197A4; WO2002026639A1

Abstract

본 발명은 소량의 응집제로써 효율적으로 오탁수중의 불순물을 제거할 수 있는 물정화 장치 및 물정화 방법이다. 오염수의 도입측으로부터 순차적으로 오탁수를 전기분해하는 전기분해조(1), 전기분해된 오탁수에 탄산가스를 혼합하는 가스혼합조(2), 오탁수에 응집제조장치(7)로부터 공급된 Fe3+를 혼합하여 오탁수중의 불순물을 응집시키는 응집조(3) 및 응집한 불순물을 부상분리시키는 부상분리조(4)로 구성되고, 전기분해조(1)에 의해 오탁수를 전기분해함으로써 오탁수중의 콜로이드입자의 제타전위를 낮추고, 그 후 응집조(3)에 의해 Fe3+과 혼합함으로써 콜로이드 입자를 중화하기 위해 첨가하는 플러스 대전의 Fe3+의 양을 적게 할 수 있다.

Description

물정화장치 및 물정화방법{ METHOD AND APPARATUS FOR CLARIFICATION OF WATER}

하천이나 호수, 연못 등의 오탁수의 불순물을 제거하는 방법의 하나로서 오탁수에 응집제로서 약품을 첨가하고 오탁수중에 포함된 불순물을 쌍이온효과에 의해 응집 침전시키는 화학적 방법이 알려져 있다. 오탁수에 현탁하고 있는 10-9∼10-6 m 범위 크기의 입자는 콜로이드라고 불리며 자연침강이나 여과등으로 간단히 분리할 수 없기 때문에 상기 화학적 방법은 이러한 미립자를 응집시켜 어느 정도의 크기로 분리하는 것이다,

콜로이드 입자는 하전되어 있고 마이너스로 하전되어 있는 입자의 표면에는 양이온이 특이흡착되고 그 외측에 이온의 확산층이 형성되어 입자의 이동에 의해 이 확산층과의 미끄럼면에 -20∼-30mV 의 제타 전위를 생성하고 있다. 이 제타전위가 입자간 반발에너지의 대부분을 생성시켜 에너지 장벽을 만들기 때문에 응집제에 의해 이 제타 전위를 중화시켜 장벽 포텐셜을 작게하여 입자끼리 흡착시킨다.

응집제는 대별하면 무기염류, 유기고분자 화합물, 응집조제로 분류할 수 있다.

자주 이용되는 무기염류 중 대표적인 것은 황산알루미늄, 염기성 염화알루미늄, 황산제이철 과 염산제이철이다. 무기염류 응집제를 오탁수중에 첨가하여 교반하면 응집제중의 플러스로 대전된 금속이온이 오탁수중의 콜로이드입자의 마이너스의 제타 전위를 중화하여 흡착한다.

이렇게 콜로이드 입자의 제타 전위의 중화를 위해 응집제를 혼합할 경우, 그 마이너스 제타전위에 대응하는 양의 플러스 대전의 금속이온이 필요하다.

따라서 오탁수의 마이너스의 제타 전위가 크면, 이에 대응하여 반응시키려고 하는 금속이온이 대량으로 필요로 하기 때문에 오탁수중의 불순물을 제거하기 위해 대량의 응집제를 첨가하는 것이 필요하다. 응집을 위하여 다량의 응집제를 첨가하면 이 응집제를 첨가한 분량 만큼 응집 침전물의 양도 늘어나 응집 침전물의 회수 작업의 수고도 증가하게 된다. 또한 응집제의 종류에 따라서는 자연계에 영향을 미치는 것도 있게 때문에 그 사용량은 가능한 한 소량으로 하는 것이 바람직하다.

이에 본 발명은 소량의 응집제를 가지고 효율적으로 오탁수중의 불순물을 제거할 수 있는 물정화 장치 및 물정화 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

본 발명은 예를 들면 하천과 호수, 연못 등의 물을 도입하여 수중의 불순물을 제거하는 물정화 장치 및 물정화 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 대한 물정화 장치의 구성을 나타낸 블럭도이다.

도 2는 도 1에 나타난 응집제 제조장치의 개략적인 구성도이다.

도 3은 도 2의 철이온 반응조의 구조를 나타내는 것으로서, (a)는 내부평면도, (b)는 내부측면도이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 대한 물정화장치의 구성을 나타낸 블럭도이다.

본 발명의 물정화 장치는 응집제의 쌍이온 효과에 의해 오탁수중의 불순물의 응집분리를 행하는 것으로 오탁수와 응집제를 접촉시키는 응집조의 전단 또는 후단에오탁수를 전기분해하는 전기분해조를 구비한 것이다. 또한 본 발명의 물정화 방법은 응집제의 쌍이온 효과에 의해 오탁수중의 불순물을 응집분리하는 물정화 방법에 있어서, 오탁수를 전기분해한 후, 응집제를 첨가하던지 또는 오탁수에 응집제를 첨가한 후, 오탁수를 전기분해 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 오탁수중의 콜로이드 입자의 제타 전위가 전기분해에 의해 제로에 가까워지기 때문에 콜로이드 입자의 제타전위를 낮출 수 있다. 따라서 제타전위가 낮아진 콜로이드 입자를 중화하기 위해 첨가하는 플러스대전의 응집제의 양을 적게 할 수 있고, 효율적으로 오탁수중의 불순물을 응집할 수 있게 된다.

오탁수를 전기분해하는 전기분해조는 오탁수의 수질 즉, 오탁수중의 불순물의 종류에 따라 응집조의 전단 또는 후단의 어느쪽인가에 배치하는 것이 좋다. 전기분해조를 응집조의 전단에 배치하고 오탁수를 전기분해한 후에 응집제를 첨가하여 응집시키는 것이 기본이지만, 전기분해조를 응집조의 후단에 배치하고 오탁수에 응집제를 첨가한 후에 전기분해 해도 상기와 같이 오탁수중의 콜로이드입자의 제타전위를 낮추어 소량의 응집제에 의해 효율적으로 오탁수중의 불순물을 응집하는 것이 가능하다.

여기서 응집제는 철, 알루미늄, 동과 아연 등의 금속판을 전기분해에 의해 용해시킨 금속이온으로 오탁수에 용존하는 불순물의 성분에 따라 적당한 것을 이용할 수 있지만, 특히 제이철이온(Fe3+) 을 이용하는 것이 바람직하다.

Fe3+ 은 Fe2+ 에 비하여 안정되어 있고, 산화하여 적차색의 FeO가 되기 쉬운 Fe2+과 같이 피처리수를 착색하는 것이 적다. 또한 철은 인체에의 악영향도 없기 때문에 Fe3+ 은 응집에 이용되지 않고 배출되어도 무해하다. 또한, 본 발명의 물정화 장치는 오탁수에 탄산가스를 혼합하는 가스 혼합조를 구비한 것으로 하는 것이 바람직하다. 오탁수에 대한 탄산가스를 혼합하여 오탁수의 수소이온 농도지수를 가장 응집하기 쉬운 수치로 조정하는 것에 의해 보다 효율적으로 오탁수중의 콜로이드 입자를 응집하여 제거하는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 물정화 장치는 응집조의 상류에 수소이온 농도 지수를 검출하는 수단을 구비하고 상기 수단에 의해 검출한 수소이온 농도 지수에 근거하여 가스 혼합조으로의 탄산가스 공급량을 조절하는 수단을 구비한 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해 오탁수에 혼합하는 탄산가스의 공급량을 자동 조절하여 수소이온 농도 지수를 일정하게 유지하고 보다 효율적이고 안정되게 오탁수중의 콜로이드 입자를 제거하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 물정화 장치의 구성을 나타낸 블럭도이다.

도에 있어서, 본 실시예에 따른 정화장치는 주로 오탁수의 도입측에서 순차적으로 오탁수를 전기분해 하는 전기분해조(1), 전기분해된 오탁수에 탄산가스를 혼합하는 가스 혼합조(2), 오탁수에 응집제를 혼합하여 오탁수중의 불순물을 응집시키는 응집조(3) 및 응집된 불순물을 부상분리시키는 부상 분리조(4)로 구성된다.

전기분해조(1)은 스테인레스강, 백금과 탄소 등에 의해 형성된 전극을 구비하고 이 전극에 전기량을 제어하는 컨트롤러(미도시)를 개재하여 직류전류를 통전하는 것이다. 단. 마이너스 전극에 대해서는 통전에 의해 용출되지 않도록 그 표면을 티타늄, 이리듐, 파라듐, 백금, 하프늄등의 코트제에 의해 코팅해 둔다. 이러한 전기분해조(1)에 도입된 오탁수는 전기분해에 의해 오탁수중에 포함된 콜로이드 입자의 제타전위가 제로에 가까워 진다. 이때 컨트롤러에 의해 전극으로 통전하는 전기량을 제어해 제타전위가 약한 마이너스값이 되게 한다.

가스 혼합조(2)에는 탄산가스(CO2)의 공급량이 조절가능한 탄산가스 공급장치(5)가 접속되어 전기분해조(1)에 의해 전기분해된 오탁수의 pH가 높은 경우에, 이 탄산가스 공급장치(5)에 의해 공급된 탄산가스를 혼합한다. 또한 가스 혼합조(2)의 하류에 있으면서 응집조(3)의 상류에는 수소이온의 농도지수(pH)를 검출하는 pH센서(6)이 설치되어 있고 이 pH센서(6)의 출력은 탄산가스 공급장치(5)로 입력되게 되어 있다. 탄산가스 공급장치(5)는 pH센서(6)의 입력치(pH)에 기초하여 가스혼합조(2)에의 탄산가스 공급량을 자동조절하는 것에 의해 pH센서(6)에서 검출하는 오탁수의 pH를 5.3∼8로 조절한다.

응집조(3)에는 철(Fe)전극을 전해하여 고속 산화시키는 것에 의해 응집제인 제2철이온(Fe3+)을 얻는 응집제 제조장치(7)가 접속된다. 여기서 도 2 및 도 3을 참조하면서 응집제조장치(7)에 대해 상세하게 설명한다. 도 2는 도 1에 나타난 응집제 제조장치(7)의 개략구성도, 도 3은 도 2의 철이온 반응조(13)의 구조를 나타내는 것으로서, (a)는 내부평면도, (b)는 내부측면도 이다.

응집제 제조장치(7)는 물에 산소를 고농도로 용해시킨 산소용해수를 제조하는 고농도 산소수제조장치(11), 제조한 산소용해수를 피처리수인 원수와 혼합하여 산소농도를 조정하는 산소수조정조(12), 전해에 의해 철전극에서 철이온을 용출시키고 산소용해수중의 산소와 접촉시켜 응집제를 얻는 철이온반응조(13) 및 고농도 산소수 제조장치(11)와 철전극으로의 통전량을 제어하는 제어수단으로서의 컨트롤판넬(14)로 구성된다.

고농도 산소수 제조장치(11)은 산소봄베(미도시)로부터 공급된 산소를 직경0.01∼0.05mm의 작은 기포로 원수로부터 얻은 수중에 용존시켜 산소용해수로 만드는 장치이다. 산소를 미세화기포로함으로써 수중 산소의 용해효율이 좋게 되어 산소 농도는 일반수중 산소 용해량 10∼15 ppm 보다도 상당히 높은 수치를 나타내며 이 고농도 산소수 제조장치(11)에 의해 산소농도 20∼50 ppm 의 산소용해수를 얻을 수 있다.

산소수조정조(12)는 고농도 산소수 제조장치(11)에 의해 얻어진 산소용해수를 원수와 혼합하여 산소농도를 조정하기 위한 조이다. 이 산소수 조정조(12)에 의해 산소농도를 조정한 산소용해수는 다음단의 철이온반응조(13)으로 공급된다.

철이온반응조(13)에는 도 3에 나타나있듯이 철(Fe)제 판상의 전극으로서 복수장의전극판(16)을 산소용해수의 흐름방향에 대해 수직방향으로 병설하였고, 각각의 전극판(16)의 표면은 산소용해수의 흐름방향에 대해 평행으로 되어 있다. 전극판(16)의 간격은 약 10mm이고 각각의 전극판(16)에는 한 장 마다 교대로 플러스 마이너스의 다른 극성이 되도록 전압을 가한다.

전극판(16)의 산소용해수의 흐름방향의 전면에는 산소수 조정조(12)에서 유입되는 산소용해수를 각각의 전극판(16)사이에 평균적으로 유입시키기 위한 조정판(17)을 구비한다. 또 전극판(16)의 산소용해수의 흐름방향의 후면에는 전체면에 균일하게 구멍이 형성된 펀칭판18이 설치되고, 또한 전극판(16)의 하류측에는, 수중의 Fe3+ 의 농도를 검출하는 철이온 농도센서(19a), 수중의 산소농도를 검출하는 산소 농도센서(19b)를 설치하고 있다.

컨트롤판넬(14)는 철이온 농도센서(19a)에 의해 검출한 Fe3+의 농도에 기초하여 고농도 산소수 제조장치(11)에서 산소수조정조(12)로 공급되는 산소용해수의 공급량, 고농도 산소수 제조장치(11)에 의해 제조되는 산소용해수의 산소농도, 전극판(16) 사이의 직류전압(DCV)의 통전량 및 전극판(16) 사이로 공급되는 산소용해수의 통수량을 제어하는 것이다.

고농도 산소수 제조장치(11)로부터 산소수조정조(12)으로 공급되는 산소용해수 공급량의 조정은 고농도 산소수제조장치(11)과 산소수조정조(12)와의 사이에 설치된 전자밸브(20a)의 개도를 제어하는 것에 의해 행해진다. 고농도 산소수 제조장치(11)에 의해 제조되는 산소용해수의 산소농도 조정은 산소농도센서(19b)에 의해 검출된 산소농도에 기초하여 고농도 산소수 제조장치(11)로의 산소의 공급량과 원수의 함량을 제어하는 것에 의해 행한다. 전극판(16) 사이의 산소용해수 통수량의 조정은 산소수조정조(12)와 철이온반응조(13) 사이에 설치한 전자밸브(20b)의 개도를 제어하는 것에 의해 이루어진다.

상기 구성의 응집제제조장치(7)에 의하면, 고농도 산소수 제조장치(11)에 의해 얻어진 산소농도 20∼50ppm의 산소용해수와 원수는 산소수조정조(12)에 의해 혼합되어 산소농도가 조정된 후의 산소용해수는 철이온 반응조(13)으로 유입된다. 철이온 반응조(13)으로 유입된 산소용해수는 조정판(17)에 의해 각각의 전극판(16)사이에 균일하게 유입된다.

한편, 철이온반응조(13)에서는 전극판(16)에 가해진 전압에 의해 전극판(16)에서 Fe가 용출되고 Fe2+와 Fe3+이 발생한다. 여기서 20∼50ppm의 고농도 산소가 용존된 산소용해수가 산소수조정조(12)로 공급됨으로써 Fe2+는 고속산화되어 보다 안정적인 Fe3+ 산소상태로 완전히 산화된다.

또한 이 응집제 제조장치(7)에서는 전극판(16) 하류의 Fe3+ 의 농도에 기초하여, 컨트롤판넬(14)에 의해 이 Fe3+의 농도가 최대로 되도록 산소용해수의 공급량, 산소용해수의 산소농도, 전극간의 통전량 또는 전극간의 통수량을 제어하고 그외에 이 Fe3+ 의 농도가 최대의 상태를 유지하도록 제어하여 효율적으로 Fe3+을 얻는 것이 가능하다.

뿐만아니라, 전극을 자연계에 대량으로 있어 저렴한 Fe를 이용함으로써 장치의 제조비용 및 운전비용을 줄이는 것이 가능하고 또한, 산소를 물에 용해시키는 것에의해 물의 전기 전도율이 올라가기 때문에 전극판(16)의 전해에 필요한 전압량을 줄이는 것이 가능하다. 따라서 전원으로서 태양전지의 사용이 가능하고 산소용해수를 이용한 응집제 제조장치(7)은 에너지절감장치이다.

도 1로 돌아가 응집조(3)에서는 가스혼합조(2)로부터 도입된 오탁수에 응집제 제조장치(7)에서 공급된 Fe3+이 혼합되는 것에 의해 오탁수중의 콜로이드 입자는 응집되어 플록(flock)이 형성된다. 가스혼합조(2)로부터 도입된 오탁수는 Fe3+에 의해 가장 효율적으로 응집이 행해지는 pH(5.3 ∼6.5)로 조절되어 있고 또한 제타전위가 낮기 때문에 이것을 중화하는 것이 필요한 Fe3+의 양은 적게들며 가장 효율적으로 응집이 가능하다. 부상분리조(4)에서는 응집조(3)에 의해 형성된 플록을 가압부상 등의 방법에 의해 부상 분리시키는 것에 의해 불순물을 제거한 정화수를 얻는다.

상기 구성의 물정화 장치에서 전기 분해조(1)에 도입된 오탁수는 전기분해에 의해 그 오탁수중에 포함된 콜로이드 입자의 제타전위가 플러스마이너스 제로에 가까워져 약한 마이너스치가 된다. 이 낮은 제타 전위의 콜로이드 입자를 포함하는 오탁수는 가스혼합조(2)에 도입되어 탄산가스 공급장치(5)에 의해 탄산가스가 혼합되어 pH5.3∼8로 조절된다.

다음의 응집조(3)에서는 응집제 제조장치(7)에서 공급된 Fe3+을 혼합함으로써 응집을 행하는 데, 가스혼합조(2)에서 도입된 오탁수중의 콜로이드입자의 제타전위가 낮을 뿐아니라 오탁수가 Fe3+에 의해 가장 응집효율이 좋은 pH5.3∼8로 유지되기 때문에 응집제 제조장치(7)에 의해 공급되는 Fe3+이 소량이어도 충분히 응집한다.이 응집에 따라 형성된 플록은 부상분리조(4)에 의해 제거되고 정화수가 배출된다.

이렇게 얻어진 정화수는 응집제로서 Fe3+을 사용한 것이기 때문에 착색되어 있지 않고 또한 Fe3+이 응집에 이용되지 않고 배출되어도 인체에의 악영향이 없다. 또한 본 발명에 의하면 정화에 필요한 Fe3+의 필요량이 적기때문에 가해지는 응집제(Fe3+)의 양을 적게한 운전비용이 매우 적은 물정화 장치가 얻어진다.

또한, 본 실시예에 있어서 도 1에 도시된바와 같이, 전기분해조(1)은 응집조(3)의 전단에 배치된 예에 따라 설명했지만, 도 4에 나타난 것처럼 응집조(3)의 후단에 배치하는 것도 가능하다.

이 경우, 응집조(3)에서 응집제(Fe3+) 가 첨가되어 전기분해조(1)에서 전기분해된 오탁수는 응집조(3)에서 시작된 응집작용이 부상분리조(4)에서도 계속된다. 부상분리조(4)에서는 응집에 의해 형성된 플록이 부상중에 더욱 크게 성장한다. 따라서 전기분해조(1)을 응집조(3)의 후단에 배치해 오탁수에 응집제 (Fe3+)을 첨가한 후에 전기분해 해도 전술한 바와 같이 오탁수중의 콜로이드 입자의 제타전위를 낮게 하여 적은 응집제에 의해 효율적으로 오탁수중의 불순물을 응집할 수 있게 된다.

또한, 본 실시예에 있어서는 응집제로서 응집제 제조장치(7)에 의해 제조된 Fe3+을 사용하고 있지만, 오탁수에 용존하는 불순물의 성분에 따라 알루미늄, 동과 아연 등의 금속판을 전기분해에 의해 용해시킨 금속이온을 사용하는 것이 가능하고 이 경우에 있어서도 전기분해조(1)에 의해 오탁수중에 포함된 콜로이드 입자의 제타전위가 낮게 되어 플러스마이너스제로에 가깝게 되기 때문에 이것에 공급된 이들의 금속이온이 소량으로도 오탁수중의 불순물을 효율적으로 응집할 수 있다.

본 발명에 관한 물정화 장치 및 물정화 방법은 하천과 호수, 연못 등의 오탁수에 응집제를 첨가하여 불순물을 응집 제거하는 물정화 장치 및 물정화 방법으로서 이용할 수 있다.

Claims

응집제의 쌍이온효과에 의해 오탁수중의 불순물의 응집분리를 행하는 물정화장치에 있어서, 상기 오탁수와 응집제를 접촉시키는 응집조의 전단 또는 후단에 상기 오탁수를 전기 분해하는 전기 분해조와 상기 오탁수에 탄산가스를 혼합하는 가스혼합조를 구비한 물정화 장치.
응집제의 쌍이온효과에 의해 오탁수중의 불순물의 응집분리를 행하는 물정화장치에 있어서, 상기 오탁수와 응집제를 접촉시키는 응집조의 전단 또는 후단에 상기 오탁수를 전기분해하는 전기분해조를 구비하고, 상기 응집제로서 제2철이온을 이용한 것을 특징으로 하는 물정화 장치.
제2항에 있어서, 상기 오탁수에 탄산가스를 혼합하는 가스혼합조를 구비한 것을 특징으로 하는 물정화장치.
제1항에 있어서, 상기 응집조의 상류에 수소이온 농도지수를 검출하는 수단을 구비하고, 상기 검출수단에 의해 검출한 수소이온 농도지수에 기초하여 전기가스 혼합조에 탄산가스의 공급량을 조절하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 물정화 장치.
제4항에 있어서, 상기응집조의 상류에 수소이온 농도지수를 검출하는 수단을 구비하고, 상기 검출수단에 의해 검출한 수소이온 농도지수에 기초하여 상기 가스혼합조에의 탄산가스의 공급량을 조절하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 물정화 장치.
응집제의 쌍이온효과에 의해 오탁수중의 불순물을 응집분리하는 물정화 방법에 있어서, 상기 오탁수를 전기분해한 후 탄산가스를 혼합하고, 상기 응집제를 첨가하는 것을 특징으로 하는 물정화 방법.
응집제의 쌍이온효과에 의해 오탁수중의 불순물을 응집분리하는 물정화 방법에 있어서, 상기 오탁수에 탄산가스를 혼합하고, 상기 응집제를 첨가한 후 상기 오탁수를 전기 분해하는 것을 특징으로 하는 물정화 장치.
응집제의 쌍이온효과에 의해 오탁수중의 불순물을 응집분리하는 물정화 방법에 있어서, 상기 오탁수를 전기분해한 후 상기 응집제로서 제2철이온을 첨가하는 것을 특징으로 하는 물정화 방법.
응집제의 쌍이온효과에 의해 오탁수중의 불순물을 응집분리하는 물정화 방법에 있어서, 상기 오탁수에 상기 응집제로서 제2철이온을 첨가한 후 상기 오탁수를 전기분해하는 것을 특징으로 하는 물정화 방법.