KR200331371Y1 - 간이정수처리장치 - Google Patents

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KR200331371Y1
KR200331371Y1 KR20-2003-0026279U KR20030026279U KR200331371Y1 KR 200331371 Y1 KR200331371 Y1 KR 200331371Y1 KR 20030026279 U KR20030026279 U KR 20030026279U KR 200331371 Y1 KR200331371 Y1 KR 200331371Y1
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김민국
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Abstract

본 고안은 간이정수처리장치에 관한 것으로, 전여과처리수단과 전오존처리수단 및 막분리수단을 통한 간이정수처리 공정을 통해 유입원수를 정수처리함으로써 전체적인 장치의 과부하 운전을 방지하여 저부하 운전이 가능하도록 함은 물론, 안정적인 정수처리가 이루어질 수 있도록 함에 그 목적이 있다. 이를 위해 구성되는 본 고안은 유입되는 원수 중 비교적 크기가 큰 콜로이드 등의 입자성 현탁물질을 여과하는 여과조(110), 여과조(110)를 거친 여과수를 유입시킴으로써 오존(O3)에 의한 살균 소독 및 유·무기성 오염물질을 산화 제거하는 오존접촉조(120), 오존접촉조(120)를 거친 오존수에 포함된 미세세균 및 불순물을 걸러내는 한편 인체에 이로운 미네랄 성분은 통과시키는 막분리수단(130), 막분리수단(130)을 거친 처리수를 저장하는 저장조(140), 유입되는 원수 중에 조류(algae)의 농도가 높은 경우 유입원수를 오존접촉조(120)로 바이패스시키는 바이패스유로관(112), 오존(O3)을 발생시켜 오존접촉조(120) 내부로의 공급을 통해 여과수에 1차 접촉시키는 오존공급장치(122), 오존접촉조(120)에 공급되어 여과수를 살균 소독하고 난 후의 잉여오존(O3)을 일반 공기(O2)로 변환시켜 대기중으로 배출시키는 잉여오존제거장치(124) 및 막분리수단(130)을 통해 정수 처리된 처리수의 일부를 막분리수단(130)으로 유입시켜 막표면에 쌓인 오염물질을 역세정시키기 위한 역세정수단(140)으로 이루어진다.

Description

간이정수처리장치{Simplicity clean water treatment apparatus}
본 고안은 수처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전여과처리수단과 전오존수처리수단 및 막분리수단을 통해 원수 중에 비교적 큰 콜로이드 등의 현탁물질을 제거하여 후속처리공정의 저부하 운전이 가능하도록 하는 한편, 바이러스와 조류 및 유기물과 무기오염물질을 제거하여 안정적인 정수를 얻을 수 있도록 한 간이정수처리장치에 관한 것이다.
일반적으로 급격한 경제발전 과정에서 환경보전에 대한 인식이 부족하였다는 것은 주지의 사실이다. 이처럼 환경보전에 대한 인식의 부족으로 인하여 대기는 물론 수질 또한 그 오염의 정도가 매우 심각한 지경에 이르렀다. 특히, 생활하수, 농·축산폐수 및 산업폐수 등은 호소, 내만 및 내해 등의 공용 수역과 도시 중소 하천 등의 수질을 오염시키는 원인이 되고 있다.
따라서, 수질의 오염으로 인한 호소, 내만 및 내해 등의 총질소(N)와 총인(P)에 관련된 수질환경 기준인 COD(Chemical Oxygen Demand), BOD(Biochemical Oxygen Demand)의 달성률은 매우 낮은 상태이다. 더욱이, 하천, 호소 및 댐은 식수원인 경우가 많기 때문에 곰팡이 냄새, 여과장해 및 유독성 조류의 이상 증식 등은 수자원의 부족은 물론 커다란 환경 문제로 대두되고 있다.
한편, 산업이 고도로 발전하기 이전의 경우 생활하수, 농·축산폐수 및 산업폐수의 오염물질은 주로 일정한 미생물에 의해 분해가 가능한 유기물인 반면에 근래에 들어서 급속한 산업의 발달과 인구증가 및 도시의 인구집중으로 인하여 각종 용수량의 증가와 함께 폐수 중에 무기 및 유기성분이 차지하는 비율이 점차로 증가하고 있는 실정으로 산업 폐수의 경우 COD(Chemical Oxygen Demand, 화학적 산소 요구량), BOD(Biochemical Oxygen Demand, 생물학적 산소 요구량), SS(현탁물질), 질소(窒素), 인(燐) 등 고농도의 유기물을 다량 함유하고 있어 하천, 호소 및 댐 등에 그대로 흘러 들어가면 부영양화 등 수자원의 오염은 물론, 독성으로 인한 생태계의 파괴 등으로 이어져 환경에 악영향을 끼친다. 따라서, 산업 폐수는 일정의 기준을 정해 놓고 일정의 기준치 이하로 정화시켜 방류하도록 되어 있다.
특히, 세계의 여러 나라들은 수돗물의 바이러스 검출과 관련하여 하수처리장의 소독시설 설치방안이 강구되고 있는 실정으로 우리의 경우에도 2003년 1월부터 하수종말처리장의 수질기준에 대장균수가 신설되어 소독시설을 필연적으로 해야하는 시점에 놓이게 되었다.
전술한 하수종말처리장의 수질기준에 따른 대장균수 신설의 주된 골자를 요약하면 상수원의 수질에 영향을 미치는 지역의 하수처리장은 처리수(방류수)의 대장균군수가 1,000 개/ml 이상인 경우에는 소독시설을 의무적으로 해야 한다는 것으로, 수질환경보전법시행규칙 별표 5의 규정에 의한 청정지역, 수도법 제5조의 규정에 의한 상수원보호구역 및 그 경계구역으로부터 상류로 유하거리 10km 이내 지역, 수도법 제3조 제15호의 규정에 의한 취수시설로부터 상류로 유하거리 15km 이내 지역이다. 또한, 상수원의 수질에 미치는 영향이 비교적 적은 기타지역의 하수처리장 역시 대장균군수가 3,000 개/ml 이상인 경우 소독시설을 의무적으로 설치하도록하고 있다. 따라서, 오수, 하수 및 폐수의 처리에 따른 방류수의 미생물 소독시설은 필연적이라 할 수 있다.
한편, 산업체의 경우 공정수를 사용할 때 유입된 공정수는 미생물의 번식으로 인하여 공정제품의 품질을 저하시키는 원인으로 작용한다. 이 때문에 기존에는 공정수를 소독하기 위한 방법으로 염소소독, 자외선소독 등을 통해 병원성 미생물을 제거하는 방법을 이용하고 있다.
전술한 바와 같이 현재 이용하는 소독방법 중 염소소독의 경우 소독부산물인 THM(트리할로메탄)의 위해성, 수생식물에 대한 영향 등으로 소독시설이 중단되는 경향으로 가고 있다. 실제적으로 염소 처리된 하수는 실험결과 수생식물에 대하여 급성 또는 만성의 독성을 나타내고, 물고기의 종류 및 수를 감소시키는 것으로 나타나고 있다. 국내에서는 염소소독 이외의 소독방식에 대한 설치면적 및 운영기술축적 부족 등으로 소독 선정방법에 있어 애로점이 발생되고 있는 실정이며, 염소소독장치는 자외선소독에 비해 초기투자비가 약 2배에 달하는 문제가 있다.
또한, 최근에는 자외선소독장치가 개발되어 각 종 수처리장에 실제로 설치되어 사용되어지고 있다. 염소소독을 하는 경우에 있어 위해성 문제점이 드러남에 따라 선진국에서는 폐쇄성수역이나 수생생물 등 환경생태계 보호가 시급한 지역부터 자외선(UV)소독으로 점차 변경하는 추세에 있다. 그러나, 이러한 자외선소독의 경우 역시 초기투자비가 비싸고 유지관리 측면에서 보면 주기적으로 고가인 자외선램프를 교체해주어야 하는 문제가 있다.
뿐만 아니라, 전술한 바와 같은 자외선소독은 DNA에 대한 광산화 효과로 미생물을 불활성화(inactivation)시키는 것으로 빛을 받으면 광회복 효과(light recovery)에 의하여 손상된 미생물의 DNA가 복구 활성화(activation)되어 자외선소독방법을 꺼리는 경향이 있다. 손상된 DNA는 형광빛 또는 태양빛에 의하여 복구될 수 있다. 또한, 자외선조사량이 초기상태와 동일한 조건으로 유지되어야 하는데 램프의 사용과 함께 성능이 점차적으로 저하되어 소독능력이 시간의 흐름과 함께 감소한다는 단점이 있다. 램프의 초기성능이 저하되면 램프의 254nm 파장방출 기능이 감소되어 소독효과가 격감하는 현상이 나타난다.
한편, 유입원수의 유입성상이 일정하지 못한 상황에서 단일 처리공법을 적용하여 수질규제를 만족시키려면 처리비용이 과다하게 드는 문제가 있어 최근에는 수처리시 단일 처리방법보다는 여러 가지 처리공법이 상호 보완적으로 사용되고 있다. 즉, 최근에 들어와 물리적 방법, 화학적 방법, 생물학적 방법이 상호보완적 방법으로 융합되어 적용되고 있다.
본 고안은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 전여과처리수단과 전오존처리수단 및 막분리수단을 통한 간이정수처리 공정을 통해 유입원수를 정수처리함으로써 전체적인 장치의 과부하 운전을 방지하여 저부하 운전이 가능하도록 함은 물론, 안정적인 정수처리가 이루어질 수 있도록 한 간이정수처리장치를 제공함에 그 목적이 있다. 특히, 본 고안은 전오존과 막분리를 주공정으로 하여 전오존을 통해서는 분리막 만으로는 제거가 불가능한 철, 망간과 같은 색도 유발성 무기이온 및 이취미 유발물질과 대장균, 일반세균 및 바이러스와 같은 병원성 미생물의 대부분을 오존에 의해 제거 및 살균·소독하여 분리막 처리수의 안전성을 높임과 동시에 후속 막분리공정의 저부하운전이 가능하도록 하고, 분리막 공급수 중의 잔류오존에 의해 생물학적 막오염을 방지하여 분리막의 투과성능 및 내구성을 증대시킬 수 있도록 함에 있다.
본 고안의 다른 목적은 전오존처리수단의 구성에서 오존수를 지속적으로 순환시켜 적정 유효 오존농도를 유지할 수 있도록 함으로써 낮은 오존 발생량으로도 오염물질의 제거율을 높여 처리효율을 향상시킬 수 있도록 함에 있다. 더구나, 본 고안은 오존을 통해 염소소독시 발생이 우려되는 발암물질인 THMs 및 HAAs와 같은 소독부산물의 생성을 억제할 수 있도록 함에 있다.
또한, 본 고안은 전술한 목적들 이외에 막분리수단으로써 미세한 필터가 물 속에 남아 있는 각종 세균 및 불순물을 깨끗하게 걸러내고 몸에 좋은 미네랄 성분이 그대로 함유된 깨끗한 물만을 통과시키는 기능을 가진 내압형 한외여과필터(Ultra Filtration Firter)를 통해 안정적인 정수여과가능을 유지할 수 있도록 함에 있다.
나아가, 본 고안은 전오존처리수단과 막분리수단을 통해 처리수에 포함된 각 종 방류수에 일반세균, 대장균, 바이러스 및 기타 병원성 미생물을 사멸 제거할 수 있도록 함으로써 무공해, 무약품 소독법으로 친환경적인 처리효율을 극대화 할 수 있도록 함에 있다.
도 1 은 본 고안에 따른 간이정수처리장치의 공정을 보인 공정도.
도 2 는 본 고안에 따른 간이정수처리장치를 상세하게 보인 구성도.
도 3 은 본 고안에 따른 간이정수처리장치의 구성에서 적용되는 중공사막필터의 원리를 보인 원리도.
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]
100. 간이정수처리장치 110. 여과조
120. 오존접촉조 130. 막분리수단
140. 저장조 150. 역세정수단
전술한 목적을 달성하기 위해 구성되는 오수, 하수, 폐수의 처리에 따른 방류수, 지표수, 지하수, 계곡수 등의 정수처리 과정에서 입자성 물질이나 수중에 포함된 유·무기성 오염물질을 처리하는 수처리장치에 있어서, 내부에 카트리지필터가 구비되어 유입되는 원수 중 크기가 큰 콜로이드 등의 입자성 현탁물질을 카트리지필터를 통해 여과하는 여과조; 여과조를 통해 입자성 현탁물질이 제거된 여과수를 유입 저장한 후 그 내부에 오존(O3)을 주입 접촉시켜 오존(O3)에 의한 살균 소독 및 유·무기성 오염물질을 산화 제거하는 오존접촉조; 오존접촉조를 거쳐 살균 소독된 상태의 오존수에 포함된 미세세균 및 불순물을 걸러내는 한편 인체에 이로운 미네랄 성분은 통과시키는 한외여과필터(Ultra Filtration Firter)를 이용한 막분리수단; 막분리수단을 통해 정수처리된 처리수를 저장하는 저장조; 유입되는 원수 중에 조류(algae)의 농도가 높은 경우 유입원수를 오존접촉조로 바이패스시켜 카트리지필터의 폐색현상을 방지하는 바이패스유로관; 오존접촉조에 공급되는 오존(O3)을 발생시켜 오존접촉조 내부로의 공급을 통해 여과수에 1차 접촉시키는 오존공급장치; 오존접촉조에 공급되어 여과수를 살균 소독하고 난 후의 잉여오존(O3)을 일반 공기(O2)로 변환시켜 대기중으로 배출시키는 잉여오존제거장치; 및 막분리수단을 통해 정수처리된 처리수의 일부를 막분리수단으로 유입시켜 막표면에 쌓인 오염물질을 역세정시키기 위한 역세정수단을 포함하여 이루어진다.
전술한 역세정수단은 막분리수단을 통해 정수처리되어 저장조에 저수된 처리수의 일부를 막분리수단으로 유입시켜 막표면에 쌓인 오염물질을 역세정시키는 역세정유로관; 및 역세정유로관의 일측에 설치되어 저장조 내부의 처리수를 막분리수단으로 강제 이송시키는 역세정펌프로 이루어질 수 있다. 이때, 물리적인 역세정에도 막표면에 쌓인 오염물질이 제거되지 않을 경우 약품세정을 통해 유·무기성 오염물질을 제거할 수 있도록 역세정유로관의 일측에 세정약품(0.1∼1N 용액)을 저장 공급하기 위한 세정약품 저장조가 더 설치될 수 있다.
전술한 구성에서 오존공급장치에는 오존(O3)의 1차 접촉에 의해 생성된 오존수를 오존공급장치를 통해 오존접촉조로 공급하는 오존수공급관과 오존(O3)의 1차 접촉에 의해 생성된 오존수를 강제로 순환공급하기 위한 오존수 공급펌프가 더 구비되어 오존(O3)에 의한 1차 접촉과 오존(O3)에 의한 1차 접촉으로 생성된 오존수의 지속적인 순환에 의해 2차 접촉이 이루어져 질 수 있도록 구성된다.
전술한 막분리수단의 역세정으로 인하여 발생되는 역세폐수를 오존접촉조로 순환시키는 역세폐수순환유로관; 역세폐수순환유로관의 일측에 설치되어 역세폐수를 외부로 배출시키는 역세폐수배출유로관; 및 역세폐수순환유로관과 역세폐수배출유로관 사이에 설치되어 역세폐수의 순환과 외부로의 배출을 제어하는 역세폐수제어밸브가 더 구비될 수 있다.
또한, 전술한 바와 같은 구성에는 오존접촉조의 오존(O3)에 의한 반응과정에서 발생된 농축수를 역세폐수배출유로관을 통해 배출시키는 농축수배출유로관; 및 농축수배출유로관의 일측에 설치되어 농축수의 배출을 제어하는 농축수제어밸브가 더 구비될 수 있다.
한편, 전술한 바와 같은 본 고안에 따른 장치의 운전은 막분리수단을 역세정할 때마다 발생되는 역세폐수를 배출시키면서 주기적으로 농축수의 탁도에 따라 오존접촉조의 농축수를 외부로 배출시키는 제 1 운전모드와 역세폐수를 오존접촉조로 재순환 처리하면서 주기적으로 오존접촉조의 농축수를 외부로 배출시키는 제 2 운전모드로 이루어진다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 고안의 양호한 실시 예에 따른 간이정수처리장치에 대해 상세히 설명한다.
도 1 은 본 고안에 따른 간이정수처리장치의 공정을 보인 공정도, 도 2 는 본 고안에 따른 간이정수처리장치를 상세하게 보인 구성도, 도 3 은 본 고안에 따른 간이정수처리장치의 구성에서 적용되는 중공사막필터의 원리를 보인 원리도이다.
먼저, 본 고안에 따른 간이정수처리장치는 앞서도 설명한 바와 같이 오수, 하수, 폐수의 처리에 따른 방류수, 지표수, 지하수, 계곡수 등의 정수처리 과정에서 입자성 물질이나 수중에 포함된 유·무기성 오염물질을 처리하는 기술에 관한 것으로, 이러한 유·무기성 오염물질을 처리하기 위한 구성은 다음과 같다.
도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이 본 고안에 따른 간이정수처리장치(100)는 유입되는 원수 중 비교적 크기가 큰 콜로이드 등의 입자성 현탁물질을 여과하는 여과조(110), 여과조(110)를 거친 여과수를 유입시켜 오존(O3)을 주입 접촉시킴으로써 유·무기성 오염물질을 제거하는 오존접촉조(120), 오존접촉조(120)를 거친 오존수에 포함된 미세세균 및 불순물을 걸러내는 한편 인체에 이로운 미네랄 성분은 통과시키는 막분리수단(130), 막분리수단(130)을 거친 처리수를 저장하는 저장조(140), 유입되는 원수 중에 조류(algae)의 농도가 높은 경우 유입원수를 오존접촉조(120)로 바이패스시키는 바이패스유로관(112), 오존(O3)을 발생시켜 오존접촉조(120) 내부로의 공급을 통해 여과수에 1차 접촉시키는 오존공급장치(122), 오존접촉조(120)에 공급되어 여과수를 살균 소독하고 난 후의 잉여오존(O3)을 일반 공기(O2)로 변환시켜 대기중으로 배출시키는 잉여오존제거장치(124) 및 막분리수단(130)을 통해 정수처리된 처리수의 일부를 막분리수단(130)으로 유입시켜 막표면에 쌓인 오염물질을 역세정시키기 위한 역세정수단(140)으로 이루어진다.
전술한 바와 같이 구성된 본 고안에 따른 간이정수처리장치(100)는 먼저, 오수, 하수, 폐수의 처리에 따른 방류수, 지표수, 보일러의 냉각수, 공정수 등을 여과조(110)로 유입시켜 유효 공경 5㎛ 규격의 카트리지필터(도시하지 않음)를 통해 원수 중에 포함된 비교적 크기가 큰 콜로이드 등의 입자성 현탁물질을 걸러내어 제거하게 된다.
전술한 바와 같이 여과조(110)를 거치는 과정에서 원수 중에 포함된 비교적 크기가 큰 콜로이드 등의 입자성 현탁물질이 걸러져 제거된 상태의 여과수는 오존접촉조(120)로 유입되어 주입되는 오존(O3)과의 접촉에 의해 살균 소독이 이루어진다. 이때, 오존접촉조(120)의 내부로 주입되는 오존(O3)과의 접촉에 의해 여과수에 포함된 유·무기성 오염물질들이 살균 소독되어 제어된다.
한편, 오존접촉조(120)의 내부로 공급되는 오존(O3)은 오존공급장치(122)에 의해 오존(O3)이 생성되어 오존접촉조(120)의 내부로 공급된다. 이처럼 오존접촉조(120)의 내부로 오존(O3)이 공급되어 여과수와 접촉됨으로써 여과수는 오존수로 변화되어 막분리수단(130)으로 유입된다.
전술한 바와 같이 오존접촉조(120)의 내부로 오존(O3)을 공급하여 살균 소독하는 과정에서 오존접촉조(120)에 잔류되는 잉여오존(O3)은 잉여오존제거장치(124)에 의해 일반 공기(O2)로 변환되어 대기중으로 배출된다.
전술한 바와 같이 오존접촉조(120)를 거쳐 막분리수단(130)으로 유입된 오존수는 미세한 필터가 물 속에 남아 있는 각종 세균 및 불순물을 깨끗하게 걸러내고 몸에 좋은 미네랄 성분이 그대로 함유된 깨끗한 물만을 통과시키는 기능을 가진 필터를 거치면서 정수되어 저장조(140)로 유입 저장된다. 이처럼 저장조(140)에 저장된 처리수는 정수된 물로써 사용목적에 사용할 수 있는 물이다.
전술한 막분리수단(130)에서 오존수에 남아 있는 각종 미세세균 및 불순물을 깨끗하게 걸러내고 몸에 좋은 미네랄 성분이 그대로 함유된 깨끗한 물만을 통과시키는 기능을 가진 필터로는 중공사막필터라고 불리는 한외여과필터(Ultra Filtration Firter)가 사용되어진다.
전술한 막분리수단(130)에 의한 막분리 과정에서 막표면에 오염물질이 쌓이게 되면 막분리수단(130)을 통해 정수처리되어 저장조(140)에 저수된 처리수의 일부가 역세정수단(150)에 의해 막분리수단(130)으로 유입되어 막표면에 쌓인 오염물질을 역세정시키게 된다. 이때, 물리적인 역세정에도 막표면에 쌓인 오염물질이 제거되지 않을 경우 약품세정을 통해 유·무기성 오염물질을 제거하게 된다.
한편, 본 고안에 따른 간이정수처리장치(100)에는 오존(O3)가스의 1차 접촉에 의한 살균 소독하는 구조에 더하여 오존(O3)가스의 1차 접촉에 의해 생성된 오존수를 오존공급장치(122)를 통해 오존접촉조(120)로 공급하는 2차 접촉구조가 더 구성된다.
전술한 바와 같이 유입된 여과수와 오존(O3)을 1차 접촉시켜 생성된 오존수를 다시 오존접촉조(120)의 내부로 유입시켜 유입되는 여과수와 반응시키는 2차 오존 접촉구조로 함으로써 본 고안에 따른 장치(100)의 가동 초기에는 여과수에 포함된 온존 소비물질에 의해 오존수의 오존농도가 낮게 되지만, 도 1 의 공정에서와 같이 오존(O3)가스의 1차 접촉에 의해 생성된 오존수를 지속적으로 순환시킴으로써 일정시간이 지나면 적정 유효 오존농도가 유지되어 낮은 오존 발생량으로도 오염물질의 제거 효율을 향상시킬 수가 있다.
전술한 구성에서 유입된 여과수와 오존(O3)을 1차 접촉시켜 생성된 오존수를 다시 오존접촉조(120)의 내부로 유입시켜 유입되는 여과수와 반응시키는 2차 오존 접촉구조는 오존(O3)의 1차 접촉에 의해 생성된 오존수를 오존공급장치(122)를 통해 오존접촉조로 공급하는 오존수공급관(126)과 오존(O3)의 1차 접촉에 의해 생성된 오존수를 강제로 순환공급하기 위한 오존수 공급펌프(126a)로 이루어진다.
또한, 본 고안에 따른 간이정수처리장치(100)의 구성에는 막분리수단(130)의 역세정으로 인하여 발생되는 역세폐수를 오존접촉조(120)로 순환시키는 구조와 오존접촉조(120)의 오존(O3)에 의한 반응과정에서 발생된 농축수를 배출시키는 구조가 더 구성된다.
한편, 전술한 바와 같이 구성된 본 고안에 따른 간이정수처리장치(100)의 운전방법은 막분리수단(130)을 역세정 할 때마다 발생되는 역세폐수를 배출시키면서 주기적으로 농축수의 탁도에 따라 오존접촉조(120)의 농축수를 외부로 배출시키는 제 1 운전모드와 역세폐수를 오존접촉조(120)로 재순환 처리하면서 주기적으로 오존접촉조(120)의 농축수를 외부로 배출시키는 제 2 운전모드로 이루어진다.
본 고안에 따른 간이정수처리장치(100)를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 먼저, 여과조(110)는 유입되는 원수에 포함된 비교적 큰 입자성 현탁물질을 걸러내기 위한 것으로, 이 여과조(110)는 그 내부에 카트리지필터가 구비되어 유입되는 원수 중 크기가 큰 콜로이드 등의 입자성 현탁물질을 카트리지필터를 통해 여과하게 된다.
전술한 바와 같이 여과조(110)를 통해 유입되는 원수 중 크기가 큰 콜로이드 등의 입자성 현탁물질을 여과함으로써 후속처리공정의 저부하 운전이 가능하도록 한다. 특히, 본 고안의 장치(100)에는 지표수의 경우 원수 중에 조류(algae)의 농도가 높을 때 카트리지필터의 폐색현상이 급속히 이루어짐에 따라 필터의 교체주기가 짧아질 수 있으므로, 이 경우 원수를 오존접촉조(120)로 바이패스(by-pass)시키는 바이패스유로관(112)이 더 구성된다.
오존접촉조(120)는 여과조(110)를 거친 여과수에 오존(O3)을 접촉시키기 위한 것으로, 이 오존접촉조(120)는 여과조(110)를 통해 입자성 현탁물질이 제거된 여과수를 유입 저장한 후 그 내부에 오존(O3)을 주입 접촉시켜 오존(O3)에 의한 살균 소독을 통해 유·무기성 오염물질을 제거하게 된다.
전술한 바와 같은 오존(O3)에 대한 일반적인 배경에 대해 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 오존(O3)이라 함은 순수한 산소의 동체로써 전기적인 무성방전으로 오존을 만들어 물 속에 불어넣거나 공기 중에 사용하면 강력한 살균과 산화력이 강하기 때문에 유해성 중금속 등을 분해하고 전염성 병원균을 수 초 이내에 멸균시키고, 다시 물 속 용존산소로 되돌아가는 기체를 말하는 것이다.
전술한 바와 같은 오존은 불안정한 가스로써 화학적으로 매우 활성이 높아 공기 및 물 속의 박테리아나 바이러스, 곰팡이균, 악취를 내는 각종 유해가스 및 인체에 해로운 유기물질(솔밴트류, 농약, 중금속 성분 등) 등을 공격하여 이들과 화학 반응을 일으켜 산화시킨다. 이러한 성질을 이용하여 공기나 물을 깨끗하고 살균된 상태로 만들게 된다.
한편, 전술한 오존은 무색의 자극성 냄새가 있는 기체로서 강력한 산화력을 가지고 있으며, 산소원자 3개로 결합구성 되어 있다. 이러한 오존은 염소 등과 달리 산화제로 쓰일 때 유해 잔류물을 전혀 남기지 않으며, 살균력이 강하여 박테리아와 바이러스균을 제거하게 된다. 이러한 오존은 악취를 내는 가스, 각종 유해 유기물질 등의 유기물질과 반응하여 무해화하는 탁월한 효능을 가지고 있으며, 오래전서부터 유럽, 미국 등에서 대규모 수도정수장을 필두로 여러 분야에서 안전하게 대량 사용되어 오고 있다.
또한, 오존은 염소보다 수백배나 빠른 살균능력을 가지고 있으며, 수중에서도 종래의 염소계 살균체보다 7배의 살균력을 보유하면서도 잔류성이 없는 무공해 물질이다. 사용되고 남은 오존가스 자체는 서서히 산소로 완전 분해되어 버리므로 해가 없게 된다(오존농도 반감기:공기중에서 10~15시간, 물 속에서 20~30분).
한편, 오존접촉조(120)에 공급되는 오존(O3)을 공급하기 위한 오존공급장치(122)는 본 고안에 따른 장치(100)의 초기 가동시 오존(O3)가스를 발생시켜 오존접촉조(120) 내부로의 공급을 통해 여과수에 오존(O3)을 1차 접촉시키고, 오존(O3)의 1차 접촉에 의해 생성된 오존수를 2차적으로 유입되는 여과수에 접촉시키게 된다.
이때, 오존(O3)의 1차 접촉에 의해 생성된 오존수를 오존공급장치(122)를 통해 오존접촉조(120)로 공급하기 위한 구성으로는 오존(O3)의 1차 접촉에 의해 생성된 오존수를 오존공급장치(122)를 통해 오존접촉조(120)로 공급하는 오존수공급관(126)과 오존(O3)의 1차 접촉에 의해 생성된 오존수를 강제로 순환공급하기 위한 오존수 공급펌프(126a)로 이루어진다.
전술한 바와 같이 오존(O3)의 1차 접촉에 의해 생성된 오존수를 오존공급장치(122)를 통해 오존접촉조(120)로 공급하기 위한 구성은 본 고안에 따른 간이정수처리장치(100)의 가동시 오존공급장치(122)에 발생된 오존(O3)이 오존접촉조(120)로 유입된 여과수와의 접촉이 이루어져 오존수가 생성되면 오존수 공급펌프(126a)의 구동에 의해 오존수가 오존공급장치(122)를 통해 오존접촉조(120)로 공급되어진다.
전술한 바와 같이 본 고안에 따른 간이정수처리장치(100)는 오존(O3)에 의한 1차 접촉과 오존(O3)에 의한 1차 접촉으로 생성된 오존수의 지속적인 순환에 의해 2차 접촉이 이루어져 질 수 있도록 구성된다.
그리고, 잉여오존제거장치(124)는 오존접촉조(120) 내부의 잉여오존(O3)을 제거하기 위한 것으로, 이 잉여오존제거장치(124)는 오존접촉조(120)에 공급되어 여과수를 살균 소독하고 난 후의 잉여오존(O3)을 일반 공기(O2)로 변환시켜 대기중으로 배출시키게 된다.
전술한 잉여오존제거장치(124)는 히터를 이용한 열분해 방식을 이용한 장치로, 오존접촉조(120) 내부의 잉여오존이 배기될 때 열을 가하여 매우 짧은 시간에 분해하여 오존가스를 산소로 환원시키게 된다.
막분리수단(130)은 오존접촉조(120)를 거치면서 생성된 오존수를 막분리하기 위한 것으로, 이 막분리수단(130)은 오존접촉조(120)를 거쳐 살균 소독된 상태의 오존수에 포함된 미세세균 및 불순물을 걸러내는 한편 인체에 이로운 미네랄 성분은 통과시켜 정수처리하게 된다.
전술한 막분리수단(130)으로는 중공사막필터라고 하는 한외여과필터(Ultra Filtration Firter)를 사용한다. 이러한 한외여과필터란 최근 신소재 필터로 가운데가 텅빈 실의 막으로 되어 있고, 사람의 인공신장 투석기에 사용되어 머리카락의 만 분의 일 크기인 0.001 ㎛까지 여과해 주어 혈액을 걸러주는 미세한 기공 필터의 역할을 한다. 이 신소재 필터를 사용하여 만든 정수기는 대장균, 일반세균 및 미립자까지 완벽하게 걸러주지만 우리 몸에 좋고 필요한 미네랄은 통과 시켜주어 살아있는 생생한 물로 정수하여 약 알칼리성(pH7.8)으로 공급하게 된다.
전술한 바와 같은 한외여과필터(Ultra Filtration Firter)의 투과원리는 도 3 에 도시된 바와 같이 한외여과막에 공급된 원액은 중공사막을 빠른 속도로 흘러가면서 고분자량 물질은 막에 의해 배제되어 농축, 순환되며 저분자량 물질과 물은 막을 통해 투과해 나간다. 이러한 한외여과막은 도 3 에서와 같이 흐름방향에 대하여 투과가 수직으로 이루어지는 십자류여과방식(Cross-Flow type)으로 운전되기 때문에 막 표면의 오염이 적게 일어나 투과도가 높고 안정된 Flux를 유지할 수 있다
저장조(140)는 막분리수단(130)을 거치면서 정수처리수 처리수를 저수하는 것으로, 이 저장조(140)에 저수된 처리수는 우리가 최종적으로 사용할 수 있는 물을 의미한다.
역세정수단(150)은 최종 처리수를 막분리수단(130)으로 유입시켜 막표면에 쌓인 오염물질을 제거하기 위한 것으로, 이 역세정수단(150)은 막분리수단(130)을통해 정수처리되어 저장조(140)에 저수된 처리수의 일부를 막분리수단(130)으로 유입시켜 막표면에 쌓인 오염물질을 역세정시키는 역세정유로관(152) 및 역세정유로관(152)의 일측에 설치되어 저장조(140) 내부의 처리수를 막분리수단(130)으로 강제 이송시키는 역세정펌프(154)로 이루어진다.
한편, 전술한 바와 같이 역세정수단(150)에 의한 물리적인 역세정에도 막표면에 쌓인 오염물질이 제거되지 않을 경우 약품세정을 통해 유·무기성 오염물질을 제거할 수 있도록 역세정유로관(152)의 일측에 세정약품(0.1∼1N 용액)을 저장 공급하기 위한 세정약품 저장조(156)가 더 설치된다.
전술한 바와 같이 구성된 본 고안의 간이정수처리장치(100)에는 막분리수단(130)의 역세정으로 인하여 발생되는 역세폐수를 오존접촉조(120)로 순환시키는 역세폐수순환유로관(160), 역세폐수순환유로관(160)의 일측에 설치되어 역세폐수를 외부로 배출시키는 역세폐수배출유로관(162) 및 역세폐수순환유로관(160)과 역세폐수배출유로관(162) 사이에 설치되어 역세폐수의 순환과 외부로의 배출을 제어하는 역세폐수제어밸브(164)가 더 구비된다.
전술한 구성에서 역세폐수순환유로관(160)은 역세정수단(150)에 의해 막표면의 역세정시 발생되는 역세폐수를 오존접촉조(120)로 순환시켜 오존접촉조(120)를 거치는 과정에서 정수가 이루어질 수 있도록 하고, 역세폐수배출유로관(162)은 역세정수단(150)에 의해 막표면의 역세정시 발생되는 역세폐수를 오존접촉조(120)로 순환시키는데 따른 과부하시 그 일부를 외부로 배출시키는 것이며, 역세폐수제어밸브(164)는 그 제어를 통해 역세폐수를 오존접촉조(120)로 순화시키거나 외부로 배출될 수 있도록 한다.
또한, 본 고안의 구성에는 오존접촉조(120)의 오존(O3)에 의한 반응과정에서 발생된 농축수를 역세폐수배출유로관(162)을 통해 배출시키는 농축수배출유로관(170) 및 농축수배출유로관(170)의 일측에 설치되어 농축수의 배출을 제어하는 농축수제어밸브(172)가 더 구비된다.
전술한 바와 같은 구성에서 농축수배출유로관(170)은 오존접촉조(120) 내부의 오존(O3)에 의한 농축수를 외부로 배출시키기 위한 것으로, 이 농축수배출유로관(170)은 역세폐수배출유로관(162)으로 연결된다.
그리고, 농축수제어밸브(172)는 그 제어를 통해 오존접촉조(120) 내부의 농축수를 농축수배출유로관(170)을 통해 외부로 배출하게 된다.
한편, 본 고안에 따른 간이정수처리장치(100)의 운전방법은 막분리수단(130)을 역세정 할 때마다 발생되는 역세폐수를 배출시키면서 주기적으로 농축수의 탁도에 따라 오존접촉조(120)의 농축수를 외부로 배출시키는 제 1 운전모드와 역세폐수를 오존접촉조(120)로 재순환 처리하면서 주기적으로 오존접촉조의 농축수를 외부로 배출시키는 제 2 운전모드로 이루어진다.
본 고안에 따른 장치(100)의 운전방법은 원수의 수질특성에 따라 달라지는데 지표수와 같이 탁도 유발물질이 다량 함유되어 있는 원수의 경우 제 1 운전모드의 방법으로 운전하며, 지하수나 계곡수와 같이 상대적으로 탁도 유발물질의 함량이 낮은 경우 제 2 운전모드의 방법으로 운전하게 된다. 특히, 제 2 운전모드의 경우원수의 특성에 따라 다소 차이가 있기는 하나 회수율을 95% 이상으로 할 수 있다.
이상에서와 같이 본 고안에 따른 간이정수처리장치(100)는 유기물 또는 무기오염물질을 제거하여 안정적인 정수처리가 가능하도록 한다.
본 고안은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 고안의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.
이상에서와 같이 본 고안에 따르면 전여과처리수단과 전오존처리수단 및 막분리수단을 통한 간이정수처리 공정을 통해 유입원수를 정수처리함으로써 전체적인 장치의 과부하 운전을 방지하여 저부하 운전이 가능하도록 함은 물론, 안정적인 정수처리가 이루어질 수 있도록 하는 효과가 있다. 특히, 본 고안은 전오존과 막분리를 주공정으로 하여 전오존을 통해서는 분리막만으로는 제거가 불가능한 철, 망간과 같은 색도 유발성 무기이온 및 이취미 유발물질과 대장균, 일반세균 및 바이러스와 같은 병원성 미생물의 대부분을 오존에 의해 제거 및 살균·소독하여 분리막 처리수의 안전성을 높임과 동시에 후속 막분리공정의 저부하운전이 가능하도록 하고, 분리막 공급수 중의 잔류오존에 의해 생물학적 막오염을 방지하여 분리막의 투과성능 및 내구성을 증대시킬 수 있는 효과가 발현된다.
본 고안의 다른 효과로는 전오존처리수단의 구성에서 오존수를 지속적으로 순환시켜 적정 유효 오존농도를 유지할 수 있도록 함으로써 낮은 오존 발생량으로도 오염물질의 제거율을 높여 처리효율을 향상시킬 수 있다. 더구나, 본 고안은 오존을 통해 염소소독시 발생이 우려되는 발암물질인 THMs 및 HAAs와 같은 소독부산물의 생성을 억제할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 고안은 전술한 효과들 이외에 막분리수단으로써 미세한 필터가 물 속에 남아 있는 각종 세균 및 불순물을 깨끗하게 걸러내고 몸에 좋은 미네랄 성분이 그대로 함유된 깨끗한 물만을 통과시키는 기능을 가진 내압형 한외여과필터(Ultra Filtration Firter)를 통해 안정적인 정수여과가능을 유지할 수 있다.
나아가, 본 고안은 전오존처리수단과 막분리수단을 통해 처리수에 포함된 각 종 방류수에 일반세균, 대장균, 바이러스 및 기타 병원성 미생물을 사멸 제거할 수 있도록 함으로써 무공해, 무약품 소독법으로 친환경적인 처리효율을 극대화시킬 수 있는 효과가 발휘된다.

Claims (7)

  1. 오수, 하수, 폐수의 처리에 따른 방류수, 지표수, 지하수, 계곡수 등의 정수처리 과정에서 입자성 물질이나 수중에 포함된 유·무기성 오염물질을 처리하는 수처리장치에 있어서,
    내부에 카트리지필터가 구비되어 유입되는 원수 중 크기가 큰 콜로이드 등의 입자성 현탁물질을 카트리지필터를 통해 여과하는 여과조;
    상기 여과조를 통해 입자성 현탁물질이 제거된 여과수를 유입 저장한 후 그 내부에 오존(O3)을 주입 접촉시켜 오존(O3)에 의한 살균 소독 및 유·무기성 오염물질을 산화 제거하는 오존접촉조;
    상기 오존접촉조를 거쳐 살균 소독된 상태의 오존수에 포함된 미세세균 및 불순물을 걸러내는 한편 인체에 이로운 미네랄 성분은 통과시키는 한외여과필터(Ultra Filtration Firter)를 이용한 막분리수단;
    상기 막분리수단을 통해 정수처리된 처리수를 저장하는 저장조;
    상기 유입되는 원수 중에 조류(algae)의 농도가 높은 경우 유입원수를 오존접촉조로 바이패스시켜 카트리지필터의 폐색현상을 방지하는 바이패스유로관;
    상기 오존접촉조에 공급되는 오존(O3)을 발생시켜 오존접촉조 내부로의 공급을 통해 여과수에 1차 접촉시키는 오존공급장치;
    상기 오존접촉조에 공급되어 여과수를 살균 소독하고 난 후의 잉여오존(O3)을 일반 공기(O2)로 변환시켜 대기중으로 배출시키는 잉여오존제거장치; 및
    상기 막분리수단을 통해 정수처리된 처리수의 일부를 막분리수단으로 유입시켜 막표면에 쌓인 오염물질을 역세정시키기 위한 역세정수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 간이정수처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 역세정수단은 막분리수단을 통해 정수처리되어 저장조에 저수된 처리수의 일부를 막분리수단으로 유입시켜 막표면에 쌓인 오염물질을 역세정시키는 역세정유로관; 및
    상기 역세정유로관의 일측에 설치되어 저장조 내부의 처리수를 상기 막분리수단으로 강제 이송시키는 역세정펌프로 이루어진 것을 특징으로 하는 간이정수처리장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 물리적인 역세정에도 막표면에 쌓인 오염물질이 제거되지 않을 경우 약품세정을 통해 유·무기성 오염물질을 제거할 수 있도록 상기 역세정유로관의 일측에 세정약품(0.1∼1N 용액)을 저장 공급하는 세정약품 저장조가 더 설치된 것을 특징으로 하는 간이정수처리장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오존공급장치에는 오존(O3)의 1차 접촉에 의해 생성된 오존수를 상기 오존공급장치를 통해 상기 오존접촉조로 공급하는 오존수공급관과 오존(O3)의 1차 접촉에 의해 생성된 오존수를 강제로 순환공급하기 위한 오존수 공급펌프가 더 구비되어 오존(O3)에 의한 1차 접촉과 오존(O3)에 의한 1차 접촉으로 생성된 오존수의 지속적인 순환에 의해 2차 접촉이 이루어져 질 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 간이정수처리장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 막분리수단의 역세정으로 인하여 발생되는 역세폐수를 상기 오존접촉조로 순환시키는 역세폐수순환유로관;
    상기 역세폐수순환유로관의 일측에 설치되어 역세폐수를 외부로 배출시키는 역세폐수배출유로관; 및
    상기 역세폐수순환유로관과 역세폐수배출유로관 사이에 설치되어 역세폐수의 순환과 외부로의 배출을 제어하는 역세폐수제어밸브가 더 구비된 것을 특징으로 하는 간이정수처리장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 오존접촉조의 오존(O3)에 의한 반응과정에서 발생된 농축수를 상기 역세폐수배출유로관을 통해 배출시키는 농축수배출유로관; 및
    상기 농축수배출유로관의 일측에 설치되어 농축수의 배출을 제어하는 농축수제어밸브가 더 구비된 것을 특징으로 하는 간이정수처리장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 장치의 운전은 상기 막분리수단을 역세정 할 때마다 발생되는 역세폐수를 배출시키면서 주기적으로 농축수의 탁도에 따라 오존접촉조의 농축수를 외부로 배출시키는 제 1 운전모드와 상기 역세폐수를 오존접촉조로 재순환 처리하면서 주기적으로 오존접촉조의 농축수를 외부로 배출시키는 제 2 운전모드로 이루어진 것을 특징으로 하는 간이정수처리장치.
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KR101333677B1 (ko) 2013-06-11 2013-12-02 아태수기엔지니어링(주) 실리콘카바이드(SiC) 분리막과 역삼투압 분리막을 이용한 상수, 정수, 해수, 우수, 오수, 지표수, 지하수, 하수, 하수처리수 중 어느 하나 이상의 여과대상용액 여과장치

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