KR20070000381A - 수질정화 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오염된 해양과 호소와 하천 등 오염수계를 정화할 수 있는 수질정화 방법과 장치에 관한 것으로, 부영양화의 원인물질인 용존성의 질소와 인을 광합성작용 및 동화작용에 의하여 수생생물의 생체합성에 이용되도록 하여 고형물로 전환되도록 하고, 하이드롤릭 사이크론, 여과기, 침전지, 가압부상장치, 여과상 등과 같은 고액분리 장치 및 이들의 조합장치를 이용하여 수생생물을 분리제거하여 부영양화 원인물질을 제거하는 수질정화 방법을 제공하는 한편, 원통형의 선회류형성부가 구비된 하이드롤릭 사이크론과 여과수단이 구비된 여과기 중에서 적어도 어느 하나 이상으로 구성된 고액분리장치, 상기 고액분리장치의 처리수유출구에는 유체흡입관을 통하여 수류와 공기를 흡입하여 수중에 분출할 수 있는 이젝터, 대기에 물을 분출시킬 수 있는 노즐 중에서 적어도 어느 하나 이상으로 구성된 포기교반수단이 설치된 간편하고 경제적인 수질정화 장치에 관한 것이다.

Description

수질정화 방법 및 장치{The Lake or Stream Water Quality Control Methods and Equipments}

본 발명은 해양, 호소와 하천 등 오염수계를 정화할 수 있는 수질정화 방법과 장치에 관한 것이다.

생활계 하수, 산업폐수, 차집관로의 누수 및 비점오염원에서의 오염물질 유입으로 인하여 대부분의 하천 및 호소의 수질은 오염된 상태이다.

종래에는 하천과 호소의 수질을 개선하기 위하여 단순히 포기장치를 설치하거나 하천에 낙차를 발생시켜서 용존산소 농도를 높이고 자정능력을 증대시켰다. 그러나 포기장치에 의한 산소공급은 용존산소를 공급하여 자정능력을 증대시키는데 국한되며, 호소 등에 유입된 부영양화 원인물질은 영양염류를 제거할 수 없으므로 근본적인 수질 개선효과를 기대하기 어렵다.

또한 하천의 측면 또는 바닥에 일정한 저류공간을 구획하고 이 공간에 쇄석을 충전하여 쇄석에 부착증식되는 생물막의 분해능력을 이용하여 유기성오염물질을 제거하였다. 그러나 종래의 쇄석을 적층하는 침적형 생물막증식방법은 유기물농도가 낮은 하천 및 호소에서는 생물막의 유지가 어렵고, 쇄석에 의하여 반응조 용량이 잠식되므로 실제 반응시간은 구조물의 용량에 비교하여 짧고 비효율적이며 주로 유기성 오염물질의 생물학적 분해에 국한되므로 질소, 인을 제거할 수 없었다.

이에 본 발명은 종래의 하천 또는 호소의 수질개선 방법 또는 장치들이 가진 문제점을 해소하기 위하여 고안된 것으로, 특히 하천, 호소 등 오염된 수계의 수질을 정화하기 위하여 부영양화 원인물질인 용존성 질소와 인을 광합성작용 및 동화작용에 의하여 식물성 플랑크톤 등과 같은 수생생물의 생체합성에 이용되도록 하여 쉽게 제거할 수 있는 고형물로 전환시키고, 고액분리수단에 의해 수생생물을 제거하여 영양염류를 제거할 수 있는 수질정화 방법과 장치를 제공하고자 한다.

먼저, 오염수계의 정화방법에 관한 것으로, 부영양화의 원인물질인 질소와 인을 광합성작용 및 동화작용에 의하여 조류 등과 같은 식물성 플랑크톤의 생체합성에 이용되도록 하고, 이러한 수생식물과 먹이사슬을 통하여 증식된 미소 동물 등의 고형물을 하이드롤릭 사이크론, 여과기, 침전지, 가압부상장치, 여과상(Sand Bed)등과 같은 고액분리 장치 또는 이들이 조합된 장치를 이용하여 오염수계의 수질을 정화할 수 있는 방법을 제공하였다.

하천, 해양, 호소 등에서 증식하는 수생생물은 서식형태에 따라 부유성(Plankton), 유영성(Nekton), 저서성(Benthos)으로 분류되고 플랑크톤은 동물성 플랑크톤(Zoo-plankton)과 식물성 플랑크톤(Phyto -plankton)으로 분류된다. 하천과 호소에서 식물성 플랑크톤인 조류의 우점종은 녹조류 Pediastrum duplex, Scenedesmus quadricauda, 남조류 Osillatoria limosa, Microcystis aeruginosa, Merisomorpedia sp., Phormidium sp., 규조류 Asterionella gracillima, Aulacoseira granulata, Fragilaria crotonensis, Stephanodiscus hantzschii f. tenuis, Synedra acus 등이며 계절별로 우점종이 변화한다. 또한 식물성 플랑크톤의 포식자인 동물성 플랑크톤으로는 섬모충류 Strombilidium sp., 윤충류 Polyarthra sp., Brachionus sp., Keratella sp., 요각류 Nauplius, 지각류 Bosmina sp. 등이 증식하며, 식물성 플랑크톤에 비하여 Biomass 총량이 적은 것이 일반적이다. 본 발명에서는 오염수계에서 이와 같은 플랑크톤을 증식 및 제거하는 방법을 통하여 질소와 인을 제거하고자 한다.

조류의 대표적인 화학시성식은 C₁₀₆H₂₆₃O₁₁₀N₁₆P이며, 조류의 생체를 구성하는 질소와 인의 함유율은 각 6.3%, 0.87%이다. 따라서 건조중량기준 1g의 조류를 제거하면 T-N 6.3mg, T-P 0.87mg을 제거할 수 있다.

우리나라의 호소수질환경기준을 예를 들어 설명하면 T-N 0.63mg/L, T-P 0.065mg/L인 상수원 3급수에 해당되는 호소에서 건조중량기준으로 조류 7.0mg/L를 증식시키고 증식된 조류를 고액분리하여 제거하게 되면 T-N 0.441mg/L, T-P 0.061mg/L가 제거될 수 있으므로 호소의 잔류 T-N, T-P 농도는 각각 0.189 mg/L, 0.004mg/L로 감소되고 상수원수 1급수로 수질을 개선할 수 있다.

또한 본 발명에서는 고액분리기능에 추가하여 수계에 용존산소농도를 증대시키고 성층을 파괴할 수 있도록 하는 포기 및 교반수단이 구비된 수질정화 장치효과를 실현하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수질정화 장치는 원통형의 선회류형성부가 구비된 하이드롤릭 사이크론(Hydraulic cyclone)과 여과기 중에서 적어도 어느 하나 이상으로 구성하고, 상기 고액분리장치의 처리수유출구에는 유체흡입관을 통하여 수류와 공기를 흡입하여 수중에 분출할 수 있는 이젝터와 대기 또는 수중에 물을 분출시킬 수 있는 노즐 중에서 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 포기교반수단을 추가 구비하였다.

또한 상기 선회류형성부의 중앙에는 여과모듈 또는 Strainer 등의 체거름수단을 설치하여 원심력에 의하여 수체로부터 쉽게 분리될 수 없는 비중이 작은 입자를 제거할 수 있도록 하였다.

상기 오염수계에는 수생식물의 광합성량이 증대되고 영양염류의 동화량이 증대될 수 있도록 주간에는 햇빛을 수면으로 유도할 수 있는 반사경, 렌즈, 광섬유 등과 같은 채광시설을 설치하여 이용할 수 있다.

또한 야간에는 인공적으로 빛을 발할 수 있는 조명시설을 설치할 수 있으며 이와 같은 조명시설은 산업시설에서 전력소요가 적은 야간에 심야전력을 이용하면 보다 경제적이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 수질정화 방법의 개념도이다.

하천, 호소 등 오염된 수계의 수질을 정화하기 위하여 부영양화의 원인물질인 질소와 인을 광합성작용 및 동화작용에 의하여 플랑크톤 등과 같은 수생생물의 생체합성에 이용되도록 하여 쉽게 제거할 수 있는 고형물로 전환시키고, 다양한 형태의 고액분리수단을 이용하여 수생생물을 제거함으로써 오염수계로부터 용존성의 영양염류를 제거할 수 있는 방법에 관한 것이다.

이 실시예에서의 고액분리수단은 원통형의 선회류형성부(3), 상기 선회류형성부의 상부측에 원주와 접선방향으로 유입되도록 설치된 원수유입구(12), 상기 선회류형성부의 상부측 중앙에 설치된 처리수유출구(13) 및 상기 선회류형성부의 하부측 중앙에 설치된 고형물유출구(14)로 구성된 하이드롤릭 사이크론(1)으로 구성하고, 상기 하이드롤릭 사이크론의 원수유입구(12)에는 펌프 등 유체공급수단(10)의 토출구(11)가 연통되도록 연결시켜서 고형물과 수생생물이 함유된 오염수를 상기 유체공급수단(10)을 이용하여 상기 하이드롤릭 사이크론으로 공급하면 오염수계의 수체가 상기 원수유입구(12), 선회류형성부(3)를 순차적으로 거치고 처리수유출구(13)를 통하여 외부로 유출되면서 상기 선회류형성부(3)의 내측에 회전수류가 형성되어 생성되는 원심력에 의하여 물보다 비중이 큰 고형물과 조류 및 미소 동물 등의 수생생물이 상기 고형물유출구(14)측으로 분리제거 될 수 있으며, 분리제거된 고형물은 외부로 인출하거나 고형물저류부(9)에 일시 저류할 수 있다.

이와 같이 수생생물의 증식을 통하여 용존성의 영양염류를 고형물로 전환시키고 선회류에 의한 원심력을 이용하여 수생생물을 분리시켜서 부영양화 원인물질을 제거할 수 있게 된다.

또한, 상기 선회류형성부(3)의 중앙에는 여과모듈 또는 Strainer 와 같은 체거름수단(8)을 설치함으로써 선회류에 의한 원심력으로는 제거하기 어려운 비중이 작은 고형물도 체거름에 의하여 제거할 수 있게 된다.

이 실시예의 상기 도1에서는 고액분리수단으로 하이드롤릭 사이크론을 예시하였으나, 여과기, 침전지, 가압부상장치[도면생략] 등과 같은 이미 공지된 형태의 다양한 고액분리 장치 중에서 적어도 어느 하나 이상을 선택하여 조합한 장치를 제한 없이 이용할 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 포함된다.

도2는 본 발명에 따른 수질정화 장치 제1실시예의 개념도이다.

이 실시예에서는 앞에서 예시한 하이드롤릭 사이크론의 처리수유출구(13)에 유체펌프의 일종인 이젝터(6,6a)를 하나 이상 설치한 구성이다.

유체흡입관(7)이 대기와 연통된 구조의 이젝터(6)에서는 처리수가 이젝터의 노즐에서 분출되면 유체흡입관(7)을 통하여 대기 중의 공기가 흡입되고 처리수와 함께 수중에 혼합 분출되어 오염수계를 포기 및 교반할 수 있게 된다.

또한 유체흡입관(7a)이 수중에 연통된 구조의 이젝터(6a)에서는 처리수가 이젝터의 노즐에서 분출되면 유체흡입관(7a)을 통하여 오염수계 내의 물이 흡입되고 처리수와 혼합되고 오염수계 중으로 분출되어 오염수계를 교반할 수 있다. 상기 유체흡입관(7a)을 수심이 깊은 하부에 설치하면 하부층의 물을 상부로 순환시킬 수 있으므로 온도와 밀도차이로 인해 형성된 성층을 파괴할 수 있게 된다.

이와 같이 이젝터에 의하여 오염수계의 용존산소 농도를 증대시키거나 교반과 성층파괴를 위한 순환에 이용하는 것은 별도의 에너지가 소요되지 않고 고액분리에 이용되고 남은 잉여 유체에너지를 활용하여 수질정화에 기여할 수 있다.

도3은 본 발명에 따른 수질정화 장치 제2실시예의 개념도이다.

이 실예에서는 전술한 제1실시예의 상기 하이드롤릭 사이크론의 처리수유출구(13)에는 대기 중으로 물을 분출시키는 분수용 노즐(5)을 설치함으로써 수계의 경관을 개선하는 조형물을 제공하는 한편, 상기 하이드롤릭 사이크론에서 유출되는 처리수가 대기와 접촉하게 되면 용존산소 농도가 증가된 처리수가 오염수계로 순환되고, 분수가 낙하 시에는 오염수계의 수면이 교란되므로 수면의 계면이 증대되어 산소용존율이 더욱 증대될 수 있다.

또한, 처리수유출구에는 분출구가 수중으로 향하도록 하는 분사노즐(5a)을 설치하여 오염수계 내에 처리수를 분출하게 되면 오염수계가 교반되고 성층을 파괴할 수 있게 되어 수질정화에 기여할 수 있게 된다.

이 실시예에서도 별도의 에너지를 공급하지 않고 처리수에 잔존하는 유체에너지를 오염수계의 수질정화에 활용하므로 경제적이다.

도4는 본 발명에 따른 수질정화 장치 제3실시예의 개념도이다.

이 실예에서의 고액분리장치는 역세척수단이 구비되고 모래, 입상활성탄, 여과모듈, 멤브레인 등과 같은 공지된 형태의 여과수단(4)이 구비된 여과기(2)로 구성한 것이다.

상기 여과기의 원수유입구(12a)에는 펌프 등의 유체공급수단(10)을 설치하되, 그 토출구(11)가 연통되도록 연결시키고 고형물이 함유된 오염수를 유체공급수단(10)을 이용하여 여과기로 공급하면 원수유입구(12a), 여과수단(4)을 순차적으로 거치고 처리수유출구(13a)를 통하여 외부로 유출되면서 고형물과 수생생물이 여과수단에서 분리제거 될 수 있다.

이 실시예의 상기 여과기 전단계 또는 후단계에는 앞에서 예시한 하이드롤릭 사이크론을 직렬로 추가 설치하여 처리효율을 증대시킬 수 있다.

이 실시예에서도 전술한 제1내지 제2실시예의 장치에서와 같이 처리수유출구(13)에는 유체펌프의 일종인 이젝터(6,6a)를 설치하거나, 대기 또는 수중으로 물을 분출시키는 노즐(5,5a)을 설치할 수 있다.

지금까지 설명한 상기 각 실시예에서 오염수계의 수면 또는 수중에 램프 등과 같은 인공조명시설(15)을 설치하거나, 또는 거울 등과 같은 반사경, 렌즈, 광섬유 등을 이용하여 지면에 조사되는 태양광을 오염수계의 수면으로 유도하는 채광시설[도면 미표기]을 설치함으로써 수생식물의 증식량 즉, 질소 및 인의 동화량을 증대시켜서 부영양화 원인물질을 쉽게 제거할 수 있는 고형물량을 증대시킬 수 있다.

또한 상기 수질정화 방법과 장치의 각 실시예에서 고액분리장치의 전단계(또는 원수유입구측)에는 약품주입구(16)를 설치하고 약품주입장치(17)에 의하여 응집제 또는 흡착제와 같은 수처리용 약품을 주입함으로써 용존성 물질이 고형성 흡착제에 흡착되거나 인과 콜로이드성 물질이 입경과 비중이 큰 고형물로 응결되어 쉽게 분리제거 될 수 있도록 하였다.

본 발명에 의하면, 용존성의 질소와 인을 수생생물의 광합성작용 및 동화작용에 의하여 조류, 플랑크톤 등과 같은 부유성 수생생물에 합성되도록 하여 고형물로 전환하여 고액분리수단을 이용하여 제거하고, 오염된 수계를 포기 교반함으로써 단순하고 경제적으로 오염수계를 정화할 수 있으며, 분수에 의한 경관을 제공할 수 있고 분리된 수생생물은 사료, 비료, 건강보조식품, 약용 등으로 활용될 수 있다.

도1은 본 발명에 따른 수질정화 방법의 개념도,

도2는 본 발명에 따른 수질정화 장치 제1실시예의 개념도,

도3은 본 발명에 따른 수질정화 장치 제2실시예의 개념도,

도4는 본 발명에 따른 수질정화 장치 제3실시예의 개념도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

1: 하이드롤릭 사이크론 2: 여과기

3: 선회류형성부 4: 여과수단

5,5a: 노즐 6,6a: 이젝터

7,7a: 유체흡입관 8: 체거름수단

9: 고형물저류부 10: 유체공급수단

11: 토출구 12,12a: 원수유입구

13,13a: 처리수유출구 14: 고형물유출구

15: 조명수단 16: 약품주입구

17: 약품주입장치

Claims (6)

1. 하천, 호소 등 오염수계의 수질을 정화하는 수질정화 장치에 있어서,

   선회류형성부(3)가 구비된 하이드롤릭 사이크론(1)과 여과수단(4)이 구비된 여과기(2)중에서 적어도 어느 하나 이상으로 구성된 고액분리장치,

   상기 고액분리장치의 처리수유출구(13)에는 유체흡입관(7,7a)을 통하여 수류와 공기를 흡입하여 수중에 분출할 수 있는 이젝터(6,6a)와 대기 또는 수중에 물을 분출시킬 수 있는 노즐(5,5a) 중에서 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 포기교반수단이 설치된 것을 특징으로 하는 수질정화 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 선회류형성부(3)의 중앙에는 여과모듈 또는 Strainer 와 같은 체거름수단(8)이 설치되는 것을 특징으로 하는 수질정화 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 고액분리장치의 전단계에는 약품주입구(16)가 설치되고, 상기 약품주입구를 통하여 응집제, 흡착제 등 수처리용 약품이 주입될 수 있는 약품주입장치(17)가 설치되는 것을 특징으로 하는 수질정화 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 오염수계의 수면 또는 수중에는 수생생물의 증식량이 증대되도록 하는 인공 조명수단(15) 또는 채광시설이 설치된 것을 특징으로 하는 수질정화 장치.
5. 하천, 호소 등 오염수계의 수질을 정화하는 수질정화 방법에 있어서,

   부영양화의 원인물질인 용존성의 질소와 인을 광합성작용 및 동화작용에 의하여 수생생물의 생체합성에 이용되도록 하여 고형물로 전환되도록 하고,

   하이드롤릭 사이크론, 여과기, 침전지, 가압부상장치, 여과상 등과 같은 고액분리 장치 또는 이들의 조합장치를 이용하여 수생생물을 분리제거하여 용존성의 질소와 인 등과 같은 부영양화 원인물질을 제거하는 것을 특징으로 하는 수질정화 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 오염수계의 수면 또는 수중에 인공 조명수단(15) 또는 채광시설을 설치하여 수생생물의 증식량을 증대시키는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수질정화 방법.