KR20040095236A - 오존을 이용한 부착조류여과를 위한 전후처리 장치 및 방법 - Google Patents
오존을 이용한 부착조류여과를 위한 전후처리 장치 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
물을 부착조류 또는 다른 수생식물에 의한 자연여과에 노출시킨 전후에 오존을 사용하여 영양소 및 오염의 축적을 제거하여 물을 처리하는 방법. 장치의 구성은 깊은 물탱크, 탱크의 바닥에서 오존수를 주입하여 물을 오존처리하는 수단으로 되어있다. 처리된 물은 상부로 배출되어 수생식물장치로 흘러가서 원하지 않는 물질을 제거한다. 이 과정은 원하면 반복 가능하다.
Description
조류는 18,000종이 넘는 수생식물의 한 집단이고 바닥에 뿌리를 두거나 다른 식물에 부착하고 부유하는 이 보다 많은 수의 수생식물이 있다. 육상식물에서의 주영양소로서 탄소, 질소, 인 및 미량영양소가 필요하다. 조류는 여러 가지 복잡하고 독특한 생물학적 경로를 통하여 영양소의 공급이 매우 적은 경우에도 생존할 수 있다.
탄소, 질소, 인, 미량영양소의 제거가 오염된 수질을 개선하고 생태균형을 회복하는 열쇠이다. 많은 수생식물이 직접적인 필요량 이상의 금속성분을 흡수한다는 것은 널리 알려져 있다. 조류 및 다른 수생식물은 과도한 양의 탄소, 질소, 인 ,칼륨, 철, 알루미늄, 칼슘 및 다른 주영양소 및 미량영양소를 흡수하여 생태계를 개선한다. 본 실시예에서는 부착조류에 관한 것이지만, 영양소를 흡수한다면 다른수생식물도 이용할 수 있다.
물이 부착조류위로 흐르면 수질이 개선된다. 부착조류는 육상식물보다 생산성이 높다. 기체의 분압법칙의 모델에 따르면 많은 양의 이산화탄소를 필요로 한다. 적어도 조류는 동일면적에 대해 숙성한 숲의 20배가 넘는 양의 CO2(중탄산염의 형태로)를 흡수한다. 부착조류의 매우 높은 세포 생산성은 단위 면적 당 몇 배나 높은 양의 산소의 생산에 영향을 미친다.
부착조류를 길러서 수질정화를 할 때, 단위 면적에 대해 습지대보다 50 내지 1000배나 생산성이 높다. 물이 고정된 조류 위를 지나가면 주영양소(탄소, 질소, 인) 및 미세영양소를 흡수하고, 산소를 3배의 농도로 배출한다. 이 높은 산소환경은 일년에 0.25미터의 유기침전물을 감소시킨다. 장기적으로 부착조류는 pH를 11까지 상승시킨다. 여러 가지 수단으로 여과작용이 발생한다.
이런 과정을 "부착조류여과"라 하고, 부착조류는 청수, 반염수, 염수에서 사는 종류이다. 부유하는 플랑크톤, 부착조류는 다양한 표면에서 착생한다. 흐르는 물에서 부착조류는 영양소 및 다른 성분을 제거하고, 이산화탄소를 흡수하고, 호흡 및 광합성작용으로 산소를 배출한다. 조류군이 형성되면 뿌리 또는 흡착기관이 표면을 덮는다. 여과효과를 지속하기 위해서 영양소가 흡수된 식물은 물에서 제거된다.
양호하게 성장한 조류는 물고기 또는 동물에게 먹여서 영양소가 먹이사슬로 되돌아가게 할 수 있다.
부착조류여과(PF)는 다양하게 응용할 수 있다. 예로서, Adey가 개발하여Stork에서 개척한대로 수족관의 생물학적 또는 박테리아 여과작용이 대체될 수 있다. 부착조류는 오염된 물에서 영양소를 제거할 뿐만 아니라, 조류자원을 재배하여, 에탄올, 메탄, 비료, 사람 또는 동물의 식량, 화장품, 의약품에 사용될 수 있다.
조류의 섬유형태의 높은 생산성은 종이산업에서 이용될 수 있고, 조류는 나무섬유 보다 질기고 처리하기 쉽다. 종이생산 라인의 제한요소는 습강도(wet strength)이다. 조류섬유는 높은 습강도를 갖는다. 그 결과 종이의 생산성이 강화된다. 종이공장에서는 높은 영양소가 포함된 용수를 배출한다. 이는 부착조류를 재배하는데 이용할 수 있고 배출수를 정화하고 조류는 종이의 생산성을 높이는데 이용될 수 있다. 이는 경제적, 사회적, 환경적으로 지속적인 결과를 제공할 수 있다.
오존은 광폭풍 또는 태양의 자외선에 의한 코로나 방전력으로 생성된다. 오존은 대기 상층부에 있고 지구 온도균형에 중요한 영향을 미친다.
대기 하층에서의 오존은 공해로 보지만, 인공오존은 상하수 처리 및 공기여과에 널리 이용된다.
오존은 산소보다 1.5배 무겁고 12.5배 물에 잘 녹고, 산소 이외의 부생성물을 남기지 않는다. 오존은 건조공기 또는 산소를 전극 사이에 코로나가 생성될 수 있을 정도의 높은 전기장를 통과하여 만들 수 있다. 이 코로나 방전은 자동차의 스파크 플러그의 에너지보다 낮은 수준이다. 자외선 또는 단파장의 방사선 또한 산소를 오존으로 변화시키고, 이는 산업폐수에 사용된다(Belew, 1969). 오존은 치아염소산 보다 10 내지 100배 살균력이 높고, 염소보다 3125배 빠르게 소독한다(Nobel,1980).
오존은 매우 불안정하여 사용장소에서 생산해야 한다. 산화제의 산화력은 산화도로 나타낸다(전기에너지의 볼트로 측정). 오존의 산화도는 (-2.07V)로서 치아염소산(-1.49V) 또는 염소(-1.36V) 보다 높다.
오존이 대상을 산화시키려면 용존시간이 있어야 한다. 이는 큰 혼합실 및 혼합펌프로 행한다. 부착조류여과는 처리할 물과 떨어져 있다. 공급펌프의 하류에서 여러 개의 고정 믹서로 혼합하고, 파이프 내의 용존시간을 만든다.
밀폐된 우물에 물을 공급하고 압력이 높은 바닥에서 오존을 분산하여 주입한다. 오존이 우물 위로 올라오는 과정에서 오존과 입자 사이의 접촉시간을 제공한다.
오존 및 부착조류 여과법의 조합은 많은 장점이 있다. 오존은 결합된 영양소를 분리시켜서 부착조류에 빨리 흡수된다. 이에 관한 연구는 플로리다의 Apopka 호수에서 수행되었다. Apopka 호수의 물은 2 PPB SRP 및 352 PPB TP 및 1mg/1dose 및 SRP에 1분 접하여 147 PPB 상승한다. 이 상승은 플랑크톤 세포벽이 산화되어 PPB를 포함하는 세포질이 물로 흘러들어간데 원인이 있다.
유독성 시아노박테리아는 조류세포 내외에 독소가 있어서 여과에 나쁜 영향을 준다. 오존이 상기 독소물질을 해독시키는데 이용된다. 미국특허 제 5,527,456; 5,573,669 및 5,591,341호에서, 물이 부착조류를 통과하면 pH가 증가하여 다량의 탄소가 제거된다. 약산인 탄소가 제거되면 수산화기(OH+)를 증가시켜서 pH를 상승시킨다. 이런 환경은 시아노박테리아가 배출하는 조류독소에 위협적이다. 따라서전후처리에서의 오존의 시너지 조합으로, 독소를 파괴하고 영양소를 부착조류에 연결시켜서 수산화기의 생성, 해독 및 영양소를 제거하여 친환경을 만든다.
재순환 루프는 물의 pH를 높여서 수질을 높인다. 활성화된 탄소는 독소 및 다른 물질을 붙잡는다. 자외선이 폐수의 오존을 감소시켜서 수생식물의 산화를 막는데 이용될 수 있다. 물이 오존 및 부착조류 여과를 거치면, 활성탄이 사용된다.
부착조류 및 다른 수생식물 여과의 전후에 사용되는 오존은 다음과 같은 시너지 효과가 있다.
1. 오존은 호수의 플랑크톤 조류를 파괴하여 영양소가 부착조류의 생장에 사용되게 하여 물에서 영양소를 제거한다.
2. 영양소가 부착조류에 의하여 제거되면 물은 유독성 조류가 다시 자라지 못하는 상태가 되어 정화효과를 강화시킨다.
3. 오존은 시아노박테리아(청록조류)에서 발견되는 특정 형태의 독소를 파괴한다. 이 독소는 사람과 동물에게 유해하다. 이런 유독성 물질은 비유독성 물질과 함께 여과조류의 성장에 이용되어 종이생산에 사용된다.
4. 오존은 부착조류에 기생하여 여과효과를 떨어뜨리는 미세 무척추동물 및 알을 파괴한다.
5. Westfall 및 KOMAX사에서 사용하는 혁신적인 혼합기술을 사용할 수 있다.
6. 오존 접촉 시간을 늘리기 위해 유개연못 및 파이프가 이용된다.
7. 우물의 바닥에 오존주입을 하여 높은 압력으로 오존의 효과를 강화한다.
8. 부착조류여과 및 오존을 순서대로 또는 순환하여 pH/오존처리 효과를 강화한다.
9. 오존 부착조류여과 후 활성탄으로 후처리한다.
여기서 설명한 처리단계는 대수층 충진 및 저장 전에 이용될 수 있다.
조류밭 및 부착조류여과의 연구로서 알려진 것은 Adey의 미국특허 제 4,333,263호 및 본 발명자의 미국특허 제 5,131,820, 5,573,669, 5,846,423, 5,985,147호에 설명된다. 그러나 본 발명의 장치 및 방법은 상기 문헌들에 공개되지 않는다.
본 발명은 수질을 개선하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 구체적으로, 부착조류군 또는 다른 수생식물로서 물을 생물학적으로 개선하고, 독성물질, 미세조직 및 조류 또는 수생식물로 인한 오염을 오존(O3)를 이용하여 처리하는 것이다.
도 1은 큰 유량을 처리하기 위한 오존접촉실을 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 오존 및 부착조류여과가 결합된 처리순서를 도시한 개략적인 도표.
*부호설명*
9.....깊이 18....출구노즐
10....토양 19....침전물
11....처리탱크 20....물
12....침전배관 21....오존처리장치
13....측류관 22....부착조류필터
14....주류관 23....제 2오존처리장치
15....탱크바닥 24....제 2부착조류필터
16....측류관 배출구
17....수면
본 발명의 주목적은 부착조류 재배면을 이용하여 물을 전후처리하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 생물 또는 화학 또는 두 가지 조합으로 부착된 영양소를 자유롭게 하여 부착조류 또는 다른 수생식물에 재부착 되게 하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 생물 또는 화학 또는 두 가지 조합으로 부착된 영양소를 자유롭게 하여 석회석 같은 자연의 또는 인공의 기질에 재부착 되게 하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 부착여과에 바람직하지 않은 미생물의 성장을 억제하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 물에서 독소를 감소시키고 제거하고 해독하고 조류의 독소량을 낮추는 것이다.
이들 목적은 본 발명의 장치 및 방법으로 얻는다. 장치는 유입 및 유출수를 강하게 산화시키는 수단으로 구성된다. 특정 실시예는 오존수로 구성된다.
수처리 방법의 단계는 물을 충분한 양의 오존으로 처리하여 부착조류를 덮는 미세조직 및 바람직하지 않은 물질을 감소시키다.
본 발명의 보다 자세한 내용은 첨부도면 및 아래의 설명으로 보다 잘 이해할 수 있다. 도면은 도시 및 설명의 목적이고 본 발명을 제한하지 않는다.
도 1을 참고할 때, 대규모시설에 적합하며 경제적이고 효과적인 오존접촉실이 도시된다. 깊이(9)의 높은 원뿔형 처리탱크(11)가 토양(10)을 굴착하여 세워진다. 이 방법은 Florida Power사의 대규모 콘크리트 지주의 설치에 이용되는 방법이다. 주류관(14)을 통하여 처리수가 용기 바닥(15)에 공급된다. 오존수가 측류관(13)을 통하여 배출구(16)로 이동하여 주류와 혼합된다. 물은 천천히 표면(17)으로 상승하여 오존의 산화에 필요한 충분한 접촉시간을 제공하고 노즐(18)로 배출된다. 탱크(11)의 바닥에 떨어진 침전물은 침전배관(12)으로 제거된다.
도 2는 본 발명의 방법을 도시한다. 호수 또는 다른 수원(20)에서 물을 끌어들여 도 1과 같은 오존처리장치(21)에 공급한다. 화학침전 또는 자외선처리장치(25)가 물의 전처리에 사용되어 오존처리된다. 오존처리된 물은 부착조류필터(22)에 공급된다. 필요하면, 호수 또는 수원(20)으로 회수되기 전에 이 과정은 제 2오존장치(23) 및 제 2부착조류필터(24)에서 반복 처리할 수 있다.
여기서는 단지 본 발명의 몇 가지 실시예만이 상세히 설명되었지만, 청구항의 범위 내에 있는 모든 본 발명의 개선 및 변형예는 본 발명의 일부분에 포함된다.
Claims (13)
- 수생식물을 이용하여 영양소 및 오염을 제거하는 수질처리장치에 있어서,물을 충분한 양의 오존에 노출시켜서 상기 물내부의 영양소 및 오염의 축적을 감소시키는 수단; 및상기 물에서 불필요한 물질을 제거하기 위한 수생식물장치를 포함한 것을 특징으로 하는 수질처리장치.
- 제 1항에 있어서, 물을 오존에 노출시키는 수단이 물이 들어가는 깊은 탱크, 상기 탱크의 바닥에 오존수을 주입하는 측류를 갖고, 고압에서 물과 섞여서 충분한 접촉시간을 제공하고 물을 제거할 수 있는 탱크의 수면으로 상승하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 1항에 있어서, 수생식물장치가 부착조류여과기인 것을 특징으로 하는 장치.
- 물을 처리하는 방법에 있어서,(a) 물은 충분한 오존에 노출시켜서 상기 물의 영양소 및 오염을 제거하고; 및(b) 물을 수생식물장치에 흐르게 하여 원하지 않는 물질을 제거하는 단계로구성된 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 4항에 있어서, 단계 (a) 및 (b)가 반복되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 4항에 있어서, 수생식물장치가 부착조류여과기인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 4항에 있어서, 단계(a) 이전에, 물이 화학침전 되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 4항에 있어서, 단계(a) 이전에, 물이 자외선처리 되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 물 내의 영양소 및 오염의 축적을 감소시키기 위하여 상기 물을 충분한 양의 오존에 노출시키는 수단을 갖는 장치가 사용하는 수처리법에 있어서,깊은 탱크에 물을 담고 탱크바닥에 오존수를 주입하는 측류를 갖고, 이곳의 높은 압력에서 오존수가 물과 섞여서 물이 탱크표면으로 상승하여 제거될 수 있어서 물을 처리하는 충분한 시간을 제공하고(a) 물을 충분한 오존에 노출시켜서 물 내의 영양 및 오염의 축적을 감소시키고; 및(b) 물을 수생식물장치에 통과시켜서 원하지 않는 물질을 제거하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 9항에 있어서, 단계 (a) 및 (b)가 반복되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 9항에 있어서, 수생식물장치가 부착조류여과기인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 9항에 있어서, 단계(a)의 이전에, 물이 화학침전처리 되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 9항에 있어서, 단계(a)의 이전에 물이 자외선처리 되는 것을 특징으로 하는 방법.
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