KR20030009891A - 석회석을 사용한 모래여과방법 및 이를 이용한 모래여과장치 - Google Patents

Abstract

가. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야.

본 발명은 모래 입자를 여재로 사용하는 수 처리방법에 있어서, 석회석을 사용하여 입자성 오염물질 뿐만 아니라 용존성 인(P)을 제거토록 하기 위한 모래여과방법 및 이를 이용한 모래여과장치에 관한 것이다.

나. 발명이 해결하려는 기술적 과제.

종래의 모래여과방법은 모래 입자를 여재로 사용하여 일정 깊이의 모래층을 형성토록 함으로서 물 속에 포함된 각종 오염물을 모래로 여과시켜 제거토록 하는 수처리 방법으로 입자상 오염물질의 제거 수단으로 사용되었을 뿐 호소나 연못 등 부영양화의 원인이 되는 용존성 영양염류의 제거는 불가능하였던 것이다.

다. 발명의 해결방법의 요지.

따라서 본 발명은 외부로부터 유입되었거나 바닥으로부터 용출된 용존성 인(P)은 정인산 (ortho phosphate: PO₄ ^3-, HPO₄ ^2-, H2PO₄ ^-, H₃PO₄) 형태로 존재하고, 이러한 형태의 인(P)은 석회석과 반응하여 불용성 염을 형성함에 착안하여 모래 입자와 석회석 입자를 여재로 사용한 석회석-모래 여과층을 형성토록 함으로서 입자상 물질 뿐 아니라 처리가 불가능하였던 용존성 인(P)까지도 처리가 가능토록 한 것이다.

라. 발명의 중요한 용도.

용존성 인(P)을 제거하기 위한 모래여과방법.

Description

석회석을 사용한 모래여과방법 및 이를 이용한 모래여과장치{A method of a sand filter using a limestore and a device of sand filter there of}

본 발명은 모래 입자를 여재로 사용한 수 처리 방법에 있어서, 특히 석회석을 사용하여 용존성 영양염류인 인(P)을 제거토록 하기 위한 모래여과방법 및 이를 이용한 모래여과장치에 관한 것이다.

일반적으로 모래여과방법에 의한 수처리 방식은 모래 입자를 여재로 사용하여 일정 깊이의 모래층을 형성하고 오염된 물을 중력에 의한 완속여과 및 가압에 의한 급속여과의 방식으로 모래층을 통과토록 하여 원수 속의 각종 부유물질과 입자성 물질을 제거토록 하는 방법으로, 상수도, 공장, 빌딩, 하천, 연못, 호수, 저수지 등에 이용되고 있는 모래를 이용한 여과처리 방법이다.

그러나 이러한 모래여과방법에 의한 수 처리 방식은 단지 모래 입자층에 의한 공극을 형성시켜 부유물질이나 불순물 등을 여재층의 공극에 여과시켜 제거토록 하였던 것으로 입자상 물질의 제거는 가능한 것이나, 부영양화의 원인이 되는 인(P) 등의 용존성 영양염류의 제거가 불가능하였던 것이다.

특히 이러한 영양염류들은 호소나 연못 내에서 미량으로 용출되어도 조류 등이 이상 증식되어 수질을 오염시키게 되는 것으로, 이러한 영양염류가 점점 증가되어 부영양화가 가속됨에 따라 호소나 연못의 수질은 급속히 악화되는 것이다.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 모래입자와 석회석 입자를 여재로 사용하여 석회석이 포함된 모래 여과층을 형성시켜 석회석-모래 여과층을 통과하는 동안 정인산(ortho phosphate, PO₄ ^3-, HPO₄ ^2-, H2PO₄ ^-, H₃PO₄) 형태로 존재하는 인(P)이 석회석과 반응하여 불용성 염의 형태로 제거토록 함으로서 입자상 물질 뿐 아니라 영양염류인 용존성 인(P)도 동시에 제거할 수 있도록 하고자 함이다.

도 1은 본 발명의 일 실시에 따른 모래여과장치의 계략도.

도 2는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 모래여과장치의 개략도.

도 3은 본 발명 모래여과방법의 수 처리 계통도.

도 4는 본 발명 모래여과방법의 또 다른 수 처리 계통도.

본 발명은 석회석을 이용한 모래여과방법은 도 1 과 도 2에 도시된 바와 같이 실시할 수 있는 것으로, 모래 입자(1)와 석회석 입자(2)를 여재로 사용하여 석회석이 포함된 모래여과층(3)을 형성시킴으로서 유입수에 포함된 입자성 오염물질뿐 아니라 용존성 인(P)까지도 제거할 수 있도록 한 것이다.

이때 상기 모래여과층(3)은 모래 입자(1)와 석회석 입자(2)의 크기를 유사하게 하여 모래 입자와 석회석 입자가 혼합된 상태의 단층 구조로 형성시키거나 입자의 크기를 달리하여 복층 구조로 형성시킬 수 있는 것으로, 어느 경우에도 충분한 인(P)의 처리 효과를 얻을 수 있는 것이나 석회석의 입경이 작고 여과층의 두께가 두꺼울수록 더욱 우수한 처리 효과를 얻을 수 있는 것이다.

또한 석회석이 포함된 모래여과층(3)에 석회석 분말을 혼합시키면 석회석의 표면적이 증가하여 화학반응효과가 증가할 뿐 아니라 석회석층의 공극이 매우 작아져 보다 상승된 효과를 얻을 수 있게 되는 것이다.

이때 상기 모래여과층(3)에 의하여 여과되어진 반응 생성물인 불용성 염은 모래여과층(3)의 하부에서 토출되어지는 역세척수에 의한 역세 과정에서 탈리되어 모래여과층(3)에 또 다른 형태로 여과되어진 슬러지와 함께 제거되거나 유입수로 반송 처리토록 되는 것으로, 역세 과정 동안의 여과처리 중단 방지를 위하여 석회석이 포함된 모래여과층을 병렬로 배치시켜 처리할 수 있는 것이다.

따라서 상기와 같이 구성되어진 본 발명의 모래여과방법에 의한 수중의 인(P)처리 원리는 다음과 같이 설명할 수 있다.

먼저 하천, 호소, 저수지 연못 등의 담수에 존재하는 용존성 인(P)은 대체로 정인산 (ortho phosphate, PO₄ ^3-, HPO₄ ^2-, H2PO₄ ^-, H₃PO₄) 형태로 존재하고, 모래여과층을 구성하고 있는 석회석의 주성분인 탄산칼슘(CaCO₃)은 용해도가 작으나 석회석 표면에 미량의 칼슘이온(Ca²⁺)이 생성된다.

따라서 영양염류인 인(P)이 포함된 호소나 연못의 물을 석회석 입자가 포함된 모래여과층을 통과하게 하면, 인(P)의 용존형태인 정인산( ortho phosphate, PO₄ ^3-, HPO₄ ^2-, H2PO₄ ^-, H₃PO₄)과 석회석의 칼슘(Ca²⁺)성분이 반응하여 석회석 표면에서 하이드록시아파타이트((Hydroxy Apatite: Ca₅(OH)(PO₄)₃)와 CaHPO₄, Ca₃(PO₄)₂등 여러 가지 형태의 불용성 인산칼슘을 형성함으로써 호소나 연못의 물 속에 포함된 인(P)이 불용성 입자로 고정되게 되는 것이고, 이때 석회석 표면에 형성된 하이드록시아파타이트나 인산칼슘 등 다양한 불용성 염은 역세 과정에서 탈리되어 슬러지와 함께 제거되는 것이다.

이에 따른 화학 반응은 다음의 침전 반응식으로 나타낼 수 있다.

즉, 인과 칼슘이 반응하여 하이드록시아파타이트(Hydroxy Apatite)가 생성될 경우, 이 염의 농도는 칼슘농도의 5제곱 x 인농도의 3제곱 x 수산농도의 곱으로서 10^-55.9인 매우 작은 농도로 산정됨으로서 물에 녹지 않게 되는 것이고, 인산칼슘의 경우도 마찬가지이다.

이러한 농도치는 석회석의 경우가 [Ca²⁺][CO₃ ^2-] = 10^-8.3으로 하이드록시 아파타이트(Hydroxy Apatite)가 석회석보다 용해도가 더 작음을 알 수 있는 것이다.

또한 본 발명의 모래여과방법은 호소나 연못의 물에 적용한 것으로만 설명되어 있으나 상수도를 비롯하여 공장이나 빌딩 등에서 발생되는 수 처리에도 적용이 가능한 것이다.

따라서 상기와 같이 석회석을 이용한 모래여과방법은 석회석의 칼슘성분이 수중에 정인산 형태로 존재하는 용존성 인(P)과 반응하여 불용성 염을 생성하여 종래의 모래여과방법에 의하여 처리가 불가능하였던 수중의 영양염류인 용종성 인(P)의 처리까지도 가능토록 되는 것이다.

Claims (6)

1. 모래 입자와 석회석 입자를 여재로 사용하여 석회석이 포함된 모래여과층을 형성시킴으로서 용존성 영양염류인 인(P)까지도 제거할 수 있도록 한 석회석을 이용한 모래여과방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 모래여과층은 모래 입자와 석회석 입자에 의한 혼합층 구조로 형성시킴을 특징으로 하는 석회석을 이용한 모래여과방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 모래여과층은 모래 입자와 석회석 입자에 의한 복층구조로 형성시킴을 특징으로 하는 석회석을 이용한 모래여과방법.
4. 제 1항 내지 제 3항의 어느 한 항에 있어서, 상기 모래여과층에 분말상의 석회석을 포함시킨 석회석을 이용한 모래여과방법.
5. 제 1항 내지 제 4항의 어느 한 항에 있어서, 상기 모래여과층을 충진물로 형성시킨 석회석을 이용한 모래여과장치.
6. 제 1항 내지 제 4항의 어느 한 항에 있어서, 상기 모래여과층을 병렬로 배치시켜 처리토록 함을 특징으로 하는 석회석을 이용한 모래여과장치.