KR20110000956A - 물 부족 사태에 대비한 종합 수 처리방법 및 그 장치 - Google Patents

물 부족 사태에 대비한 종합 수 처리방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본원은 강이나 하천수, 지하수, 오폐수처리장에서 처리된 방류수 중에서 선택되는 처리대상수를 대상으로 음용수나 공업용수에 적합한 정수(淨水)를 얻기 위한 수 처리방법에 관한 것이다.
본원은 최근 기후환경변화 현상 및 금후의 물부족 사태에 대비하여 상대적으로 오염도가 심하지 않은 저급수의 물 중에 약간의 암모니아성 질소나 질산성 질소, 페놀, 농약성분 등을 함유하여 식수용이나 공업용으로 부적합한 정도의 강이나 하천이나 지하수나 오,폐수 등의 물을 본원에서 제공되는 황산화탈질반응조나 초음파전해반응조에서 전처리를 실시한 후 오존함유수를 만들어 막분리 여과층을 포함하는 고도정밀여과조에 공급하여 생물막 여재층을 거치면서 잔류하는 오염원을 제거한 후 최종적으로 막분리 여과층을 거쳐 방류시킴으로 음용이나 공업용수로 적합한 정수(淨水)로 공급하는 수 처리방법 및 그 수처리 시스템에 관한 것이다.
Figure P1020090058309
황산화탈질반응조, 초음파전해반응조, 오존함유수, 막분리 여과층, 고도정밀여과조

Description

물 부족 사태에 대비한 종합 수 처리방법 및 그 장치{complexed water treatment method and the apparatus preparing for water-lack situation}
본원은 음용이나 공업용수에 적합한 정제수를 얻기 위한 수 처리방법, 더욱 구체적으로는 암모니아성 질소나 질산성 질소나 중금속이나 색소원을 제거하기 위한 수처리 방법 및 이에 이용되는 수처리 장치에 관한 것이다.
최근 지구상에는 기후변화 등으로 물 부족 현상이 가속화되고 있고, 국내에서도 가뭄현상이 지속됨에 따라 강원, 전라, 충청지역에서 제한급수를 받고 있으며, 소방차나 급수선을 이용해 식수를 공급받는 등 식수난을 겪고 있고 가뭄 장기화에 대비하여 물 절약 10대 실천과제 등을 제안하고 있는 실정이다.
우리나라의 1인당 강수량은 세계평균의 11분의 1에 지나지 않는 '국제기구가 인정하는' 물부족 국가이다. 그럼에도 불구하고 우리의 경제성장과 생활수준 향상으로 물 수요는 계속 늘어만 가고 있으며, 지난 30년간 정부에서 꾸준히 수자원공급시설을 늘려 왔음에도 불구하고 금년에 주민들이 제한급수를 받고 있는데, 이와 같은 물부족 현상은 앞으로 더욱 심화될 가능성이 높아 지하수 개발을 시도하고 있으나, 지하수도 오염이 되어 질산성 질소가 기준치 이상으로 검출되고 있고, 탄광지역은 계곡, 갱도, 지하수가 중금속으로 오염되어 있다는 환경영향평가보고서 등 은 우리에게 시급한 대책을 요구하고 있다.
본원은 오존공급수단을 포함하여 고도정밀여과조를 이용하는 수 처리방법을 기본시스템으로 적용하면서, 상대적으로 암모니아성 질소나 질산성 질소를 함유하는 물을 이용하여 음용이나 공업용수에 적합한 멸균 정제수를 얻기 위한 수단으로는 유황담체를 내장한 탈질.탈인반응조를 거친 후 본원의 기본시스템에 보내지거나 상대적으로 중금속 오염도가 높은 처리대상수는 초음파 전해침전조를 이용하여 전처리 공정을 수행하여 중금속 및 각종 유해균을 제거한 후 본원의 기본시스템으로 보내주는 수처리방법을 통하여 식수원 용수나 공업용수로 사용할 수 있도록 제공하고자 하는 기술사상을 갖는 발명이다.
우리나라는 대부분 상수원을 하천, 호수 등의 지표수를 의존하고 있어 상수원수에 대한 수질오염이 심각한 국가적 문제로 대두되고 있는바, 최근에 기후이상과 가뭄사태에 이르러 상수원수 수질이 원수등급 4~5급수로 악화되어 상수원수로 사용할 수 없는 상태에까지 이르고 있다.
이러한 상수원수를 개선하기 위해서 현재 전 염소(Pre-Chlorination)처리 또는 전오존(Pre-Ozonation)처리 등을 수행하고 있으나 전자의 경우는 발암물질인 THMs발생, 후자의 경우는 암모니아성 질소(NH4 -N)가 제거되지 않는 등 근본적인 대책이 되지 못하고 있는 상황이다.
종래까지 제공되어온 상수 처리시스템은 응집, 침전, 모래여과, 소독 등과 같은 물리화학적 공정이 주로 이용되지만 화학약품 사용에 따른 환경학적 문제점이 있어왔고 응집 공정에 사용되는 화학약품은 침전 및 여과 공정에서 충분히 제거되지 않으며 배관의 스케일링을 증가시키고 수질 저하를 유발하는 문제점이 도출되고 소독 공정에 사용되는 염소는 물 속 유기물과 결합해 발암성 물질을 생성할 수 있다는 우려가 제기도면서 최근에는 수처리를 위한 기술에서 막분리 공정이 많이 이용되고 있다.
막분리 공정은 특정 크기의 물질을 분리할 수 있는 미세공을 가진 분리막을 이용해 오염물질을 제거하는 기술로 분리막은 미세공의 크기에 따라 정밀여과(MF)막, 한외여과(UF)막, 나노여과(NF)막, 역삼투(RO)막 등으로 구분되어 사용되고 있으며, 막분리 공정은 처리수질이 안정적이고, 자동화가 가능해 유지관리가 용이하다는 장점이 있으나, 대규모 수 처리시스템에서는 그 비용이 너무 막대하여 현재로서는 대부분 가정의 소규모 정수기에 주로 막분라 필터로 사용되고 있는 실정이다.
우리나라도 소규모 시설에 막분리 공정을 부분적으로 적용하기를 시도하고 있고, 2009년 7월부터 하루 처리용량 5000톤 이상의 대용량 시설에도 막분리공정을 적용을 준비하고 있으며, 2010년을 목표로 하루 처리용량 2만5000톤 규모의 막분리 고도상수처리 시범사업을 계획하고 있으나, 막분리 공정까지 보내지는 수질이 얼마나 좋은 것을 보낼 수 있을 것인가가 관건이다.
일반 수처리 과정에서 발생하는 부유물질과 분해성 유기물 등을 제거하는 공정으로 보통 물리화학적 공정과 생물학적 공정을 조합해 처리하게 되는바, 고도처리는 난분해성 유기물, 영양성분(질소, 인), 중금속 등을 제거하는 공정으로 생물 학적처리법이 사용되고 있는바, 생물학적 처리방법과 막분리 방식을 결합한 생물학적 막분리법이 바람직한 대안으로 제시될 수 있다.
또한 현재까지는 상수원을 얻기 위해 상류의 정수장이나 저수지에서 2급수 이상의 물을 끌어다 정화해서 부유물질을 제거한 다음 응집제를 투여해서 물 속의 이물질 입자들이 응집제와 만나서 침전물(floc)을 형성하면 이 침전물을 침전시킨 다음 필터를 거쳐서 불소와 염소 등을 이용해서 살균을 한 뒤 각 가정으로 보내게 되는 시스템이었으나, 더욱 물 부족 상태가 심각해지면 3급수 4급수의 물도 정수해서 음용해야할 상황이 올 수 있으며, 심지어 산업용 공업용수를 정수하여 식수원으로 사용해야할 최악의 상황도 대비해야할 시대적 상황을 맡고 있다.
최근 단위 마을 상수도의 사용실태를 살펴보면, 대개가 질산성 질소의 초과현상이 많아서 식수원으로 사용하고 있지 못한 곳이 많은바, 이는 축산농가에서 나오는 오폐수에 따른 영향이란 분석이고, 또한 산간 탄광지역에서는 상대적으로 중금속 오염도가 높고, 또한 일반 들녘 농가에는 농약사용으로 인해 불소 또는 농약농도의 오염이 높은 것으로 조사되고 있는바, 본원은 각 지역의 특성에 따른 대응구조의 수처리시스템을 제공해야할 필요성을 인식하여 시작된 발명이다.
대부분의 단위 마을 상수도에서 겪고 있는 음용수질 기준보다 질산성 질소에서 약간 초과현상을 나타내는 수질은 본원의 오존공급수단을 포함하여 고도정밀여과조를 이용하는 수 처리방법의 기본시스템만으로도 충분히 음용가능하게 되며, 상대적으로 축산농가가 인근지역에 있어서 암모니아성 질소나 질산성 질소 함량이 높게 측정되는 지역에서는 유황담체를 내장한 탈질.탈인반응조를 거친 후 본원의 기 본시스템에 보내주는 방법으로 적용할 수 있을 것이며, 또한 광산, 채광지역 등 상대적으로 중금속 오염도가 높은 처리대상수는 초음파 전해침전조를 이용하여 전처리 공정을 수행하여 중금속 및 각종 유해균을 제거한 후 본원의 기본시스템으로 보내주는 수처리방법을 통하여 식수원 용수나 공업용수로 사용할 수 있게 될 것이다.
본원은 대부분의 단위마을 상수도 설치시설에서 겪는 문제점인 질산성 질소의 초과현상을 해소하는 기본수단으로 오존함유수를 고도정밀여과조에 공급하여 생물막분리조의 여재층을 거치면서 잔류하는 암모니아성 질소나 질산성 질소를 제거한 후 막분리 여과층을 거쳐 음용이나 공업용수로 공급하는 기술사상을 기본구성으로 갖고, 상대적으로 질산성 질소 함량이 높은 지역의 경우에는 황산화 탈질반응조를 추가하여 전처리 공정을 수행한 후 본원의 기본구성으로 보내주도록 하거나, 또는 상대적으로 중금속이나 농약성분의 제거가 필요한 지역에서는 초음파 전해침전조를 추가하여 전처리 공정을 수행한 후 본원의 기본구성으로 보내주거나, 또는 황산화 탈질반응조 및 초음파 전해침전조의 전처리단계를 거친 후 본원의 기본구성으로 보내주는 정수(淨水) 처리방법이나 그 수처리 시스템 및 그 장치를 제공하고자 하는 목적을 갖는다.
본원은 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 강이나 하천수, 지하수, 오폐수처리장에서 처리된 방류수 중에서 선택되는 처리대상수를 대상으로 음용수나 공업용수에 적합한 정수(淨水)를 얻기 위한 수 처리방법으로, 처리대상수를 황산화탈질반응조나 초음파전해반응조에서 전처리를 실시한 후 오존함유수를 만들어 고도정밀여과조에 공급하여 생물막분리조의 여재층을 거치면서 잔류하는 오염원을 제거한 후 막분리 여과층을 거쳐 음용이나 공업용수로 공급되는 수 처리방법이 적용되는바, 상기 황산화탈질반응조는 황담체를 사용되고, 상기 고도정밀여과조는 그 중심부로 내관과 외관 이중관 구조를 갖고 공급라인을 통하여 유입되는 처리대상수가 생물막 여과층을 거쳐 상향류로 여과 시스템을 이루다가 여과층의 여재에 오염물이 많아져서 여과기능을 상실하게 되는 경우에는 처리대상수 공급펌프가 스톱되고 유입수밸브가 차단된 후 배출밸브를 오픈시켜 고도정밀여과조 내의 수위레벨을 내관의 상단부 이하로 맞춘 후 컴프레서를 작동시켜 고압의 공기를 내관 중심부에 마련된 에어분사관을 통하여 압송시키면 내관 중심부에 있던 물이 상부로 밀려 올라가면서 하부에 있는 여과층의 여재를 끌어올려 내관의 상단부로 분출시켜 경사각을 갖는 여재분사판에 걸려 분산되면서 하부로 낙하하는 역세시스템을 갖고, 고도정밀여과조의 상부에는 TUBE형 필터, BAG 필터, 정밀여과(MF)막, 한외여과(UF)막, 나노여과(NF)막, 역삼투(RO)막, 중공사막 중에서 선택되는 막분리 여과시스템을 갖도록 제공된다.
따라서 본원은 강이나 하천수, 지하수, 오폐수처리장에서 처리된 방류수 중에서 선택되는 처리대상수를 대상으로 음용수나 공업용수에 적합한 정수(淨水)를 얻기 위한 수 처리 시스템으로 처리대상수를 황산화탈질반응조나 초음파전해반응조에서 전처리를 실시한 후 오존함유수를 만들어 고도정밀여과조에 공급하여 생물막 여재층을 거치면서 잔류하는 오염원을 제거한 후 막분리 여과층을 거쳐 음용이나 공업용수로 공급되도록 하는 수 처리시스템을 통하여 상기 목적을 달성할 수 있다.
본원에서는 처리대상수의 탈질효율을 높이기 위해 황산화 탈질반응조를 출원인 회사의 이름을 따서 YP SOD시스템으로 명명하여 사용하고자 하는바, YP SOD는 Yurim perfect sulher oxidation denitriflcation의 약자로서 YP SOD시스템을 이용한 탈질공정은 화학반응과 생물학적 반응이 함께 진행되는 것으로, 유황담체는 황,석회석,지오라이트,마그네슘, 활성탄 등이 일정비율로 혼합시켜 소결시킨 담체를 이용하며 폭기를 수행하는 호기 조건과 또는 무산조 조건에서 적용시킬 수 있는바, 처리대상수 중에 암모니아성 질소가 많을 경우나 또는 처리대상수에 탈색이 필요할 경우 등 상황에 따라 변형적용할 수 있는바, 호기조건에서는 폭기를 실시하며 암모니아성 질소를 질산성질소 및 아질산성 질소로 전환시키면서 황산화 반응에 의한 탈색공정을 수행하고, 질산성질소 또는 아질산성 질소가 많을 경우에는 무산소 조건에서 폭기를 하지 않고 무산소 조건을 유지하며 황산화반응에 의해 질산성질소 또는 아질산성 질소를 질소가스로 탈질을 수행하며 질소성분 및 색도를 제거하는 공정으로 처리대상수를 정화시키게 된다.
또한, 본원에서는 상대적으로 중금속이나 인 함량이 높은 처리대상수는 상기의 기본구성에 초음파전해장치를 추가하여 전처리 공정을 수행하여 중금속이나 다른 유해균을 사전 제거한 후 본원의 고도정밀여과조에 보내주는 경우 공업용수로 사용할 수 있는 정도의 정수를 공급할 수 있음을 확인하여 완성된 발명이다.
상기의 본원 기술사상이 구체적으로 적용되는 세부적인 적용예 등은 아래의' 발명의 실시를 위한 구체적인 내용'란 기재에서 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
본원은 현재 전국적으로 물 부족 사태에 대비하여 상대적으로 오염도가 심하지 않은 저급수의 물 중에 약간의 암모니아성 질소나 질산성 질소, 페놀, 농약성분 등을 함유하여 식수용이나 공업용으로 부적합한 정도의 강이나 하천이나 지하수나 오,폐수처리장의 방류수 물을 본원에서 제공되는 오존공급장치 및 전해장치, 막분리 여과층을 포함하는 고도정밀여과조가 포함하는 구성의 수처리시스템으로 처리하여 저렴한 비용으로 식수원 용수나 공업용수로 사용할 수 있는 정도의 정제수를 제공할 수 있는 효과를 갖는다.
이하 본원의 기술사상을 구현하기 위한 발명의 구현 실시 양태를 첨부된 도면을 참조하여 설명하고자 하는바, 본 출원의 명세서나 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 될 것이며, 본원의 보호범위는 발명의 기술사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 할 것이며, 본 명세서에 기재된 예시는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본원의 기술사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 할 것이다.
도 1은 본원의 기술사상이 적용되는 정수(淨水) 처리방법의 일 실시적용예를 제시한 것으로, 유량조정조(10)와 황산화탈질반응조(20)와 오존반응조(30)와 고도정밀여과조(50)를 주요구성으로 포함하여 제공되는 정수 처리방법의 일 실시양태를 나타낸 것이다.
유량조정조(10)는 일정한 수량을 황산화탈질반응조(20)로 보내서 효과적으로 탈질,탈인효과를 얻도록 기능하는 것으로, 유량조정조(10)에는 강이나 하천이나 지하수나 오,폐수처리장의 방류수 중에서 선택되는 처리대상수를 급송펌프1(11)를 통하여 일정한 수량을 황산화탈질반응조(20)로 보내주고, 황산화탈질반응조(20)는 저부 유입구(25)로 처리대상수를 유입받아 상부 배출구1(26)을 통하여 다음단계로 배출시키는 상향류시스템으로 운전되는바, 황산화탈질반응조(20)의 저부에 로스톨이나 STS망을 깔고 50~150 ㎜ 정도크기의 자갈(21)이나 또는 세라믹체를 20~100 ㎜ 두께로 깔고 그 상부에 황담체(22)를 충진하는 구성으로 적용될 수 있고, 황담체는 황과 지오라이트, 소석회(Ca(OH)2) 활성탄이 6±2 : 2±1 : 1±0.5 : 1±0.5 의 비율로 배합되고 150~300℃ 범위로 소결된 황담체를 사용할 수 있으며, 황산화탈질반응조(20)의 저부에는 에어공급라인과 연결되는 폭기산기관(23)을 갖고 상부에는 에어공급라인과 연결되는 에어분사관(24)을 갖고 필요에 따라 에어를 공급하여 주며 탈질,탈인효과를 도모하게 된다.
황산화탈질반응조(20)에서 처리된 방류수는 오존반응조(30)로 보내져서 오존을 함유시켜 고도정밀여과조(50)로 보내주는 기능을 하는바, 오존반응조(30)에는 오존공급장치로부터 오존을 공급받게 되는바, 오존공급장치(31)는 산소발생 기(31a), 오존발생기(31b), 오존용해기(31c)로 구분되어 제공될 수 있고, 오존용해기(31c)와 연결되는 오존주입배관(33)은 오존주입밸브(32)를 갖고 오존주입배관(33)이 오존반응조(30)의 하부까지 연결되고 오존주입배관(33)의 단부는 오존분사관(sub aerator: 34)을 통하여 수중에 오존을 분사시키는 구성을 갖고 유입된 처리대상수가 10~50 ppm 범위의 오존농도를 갖도록 오존공급량이 조절되며, 오존반응조(30)는 중앙부에 격벽(35)을 갖고 격벽 전 단계에서 오존농도 측정센서가 오존주입 밸브(32)와 연결되어 유입된 처리대상수가 일정범위 농도, 예를들어 처리대상수가 10~50 ppm 범위의 오존농도를 갖도록 오존공급량이 조절되도록 하고, 오존농도가 조절된 처리대상수는 격벽(35) 상부의 배출구2(36)를 통하여 펌프실로 넘어가는바, 펌프실에는 2대의 급송펌프2(37)가 마련되어 일정량의 처리대상수를 고도정밀여과조(50)로 보내지게 되며, 과잉량을 순환시키기 위한 순환라인 및 공급라인을 갖는 구성으로 제공될 수 있음을 나타내고 있다.
본원의 고도정밀여과조(50)는 그 중심부로 내관(51)과 외관(52) 이중관 구조가 생물막여재층을 중심부에 두고 종으로 설치되어 마련되고, 오존반응조(30)로부터 유입된 처리대상수가 외관(52)을 거쳐 하부의 유출부(53)을 통하여 여재층(54)을 거쳐 상부로 부상한 후 막여과층(55)을 거쳐 월류벽2(56)를 거쳐 유출구(59)로 배출되는 시스템을 갖는바, 외관(52)의 내측으로는 나선형타입이나 스크류형 블레이드(52a)를 갖고 처리대상수를 하부의 유출부(53)로 안내하여 여재층(54)으로 흐르게 하며, 여재층(54)에는 활성탄이나 모래나 지오라이트, 안스라사이트, 세라믹, 이온교환수지 중에서 선택되는 여재가 내장되어 사용될 수 있으며, 처리대상수(1) 중의 오염물을 여과하여 주는 기능 뿐 아니라, 처리대상수 중에 주입된 오존이 생물막 여재층(54)에서 산소와 발생기산소[O3 -> O2 + O­]로 분리되면서 산소 및 발생기 산소가 활성탄이나 안트라싸이트나 지오라이트 등의 여재층에 산소를 공급하여 생물여재층을 형성하면서 처리대상수에 잔류하는 암모니아성 질소나 질산성 질소가 제거된 후 막여과층(55)을 거쳐 월류벽2(56)를 통과하여 유출구(59)로 배출되는 시스템으로 적용될 수 있다.
본원의 고도정밀여과조(50)의 여재층(54)에는 활성탄이나 안트라싸이트나 지오라이트 등으로 제공되고 이들 여재층을 감싸주는 스텐레스재질로 제공되는 스크린망(54a)을 갖고, 여과나 역세과정 중에 여재에 붙어있던 슬러지가 분리되고 이 슬러지물은 여과장치 최하부의 슬러지저류조(57)로 모이도록 분리되고 이 슬러지물은 슬러지물 인출배관 및 인출펌프를 통해 별도의 처리장소로 보내지거나 또는 별도의 미생물이 필요한 곳으로 보내지게 된다.
또한, 오존반응조(30)로부터 유입된 처리대상수 중에서 여재층(54)을 통과하지 못하고 잔류물 상태로 약간의 슬러지 및 스컴층을 포함한 상태의 잔류수가 발생하게 되는바, 유출부(53)와 슬러지저류조(57) 사이에 잔류물저류조(58)가 마련되고 잔류물저류조(58)에 모인 잔류물은 인출밸브(58a) 및 순환펌프(58b)를 통하여 다시 유량조정조(10)로 순환시켜 다시 황산화탈질반응조(20)를 거쳐 맑은 물을 만들어 순환시키는 구성으로 적용될 수 있음을 나타내고 있다.
도 2는 본원의 기술사상이 적용되는 정수(淨水) 처리방법의 또 다른 실시 적 용예를 제시한 것으로, 유량조정조(10)와 초음파전해조(40)와 오존반응조(30)와 고도정밀여과조(50)를 주요구성으로 포함하여 제공되는 정수 처리방법의 일 실시양태를 나타낸 것이다.
유량조정조(10)나 오존반응조(30) 및 고도정밀여과조(50)는 도 1의 설명내용이 동일하게 적용될 수 있는 것으므로 이에 대한 설명은 생략하고, 초음파전해조(40) 에 대하여 설명하여 보면, 본원의 초음파전해조(40)는 예를들어 하부로는 경사면을 이루는 침전조 형태로 오목침전부(41)구조로 제공되고, 수중에 침적되는 상태로 내장되는 전해장치(42) 및 초음파발생장치(43)가 120°간격으로 3개로 구분되는 구성으로 설치될 수 있다.
본원의 초음파전해조(40)의 전해장치(42)는 티타늄판에다 백금족 이리듐을 코팅 또는 도금한 것을 사용하여 적어도 수명이 약 50,000시간을 사용할 수 있는 것으로 제공되기 위해 알루미늄전극판과 혼합사용하든가 아니면 Al(알루미늄)전해전극을 별도로 사용할 수도 있도록 제공되는 것이 바람직하고, 초음파전해조(40)에 처리대상수의 유입이 시작되면 전해장치(42)가 작동되고 반응이 일어나는데 이때 미세기포와 스컴이 발생하여 부상하고 침전물이 발생하여 침강하는등 여러 가지 반응 현상들이 발생되면서 소독살균반응과 동시 인 분리현상도 동시에 일어나고 이때 중금속 성분도 분리되어 침전되는 현상을 나타낸다.
상기 분리과정 중 발생하는 스컴층은 전해장치 하부에 마련되는 초음파발생기(43)가 약 10분에 1분 정도씩 순간 작동되면서 부착된 스컴층이 반응조 시설의 기기나 반응조의 벽면에 부착되지 않도록 작동하는 것이 중요한바, 상기 반응조나 전해장치나 초음파발생장치도 부유물이나 스컴층이 부착되지 않도록 수중에 미세산기관(44)을 추가로 전해장치(42)와 초음파발생장치(43) 사이에 120°간격으로 3개 정도로 설치하여 에어를 분사하여 줄 수 있으며, 미세산기관은 부로어나 컴푸레샤에 의해 에어를 분사시켜 줌으로 전해장치(42)나 초음파발생장치(43)나 침해조의 벽면 기타 기기에 스컴층이 부착되는 것을 방지하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 공정 중 발생하는 상부 스컴층은 감속모터(M)에 의해 서서히 회전하는스컴제거용스크래퍼(45)에 의해 외부로 배출되고, 전해처리면서 탈인, 탈질 처리된 처리대상수는 월류벽(46)을 거쳐 다음단계 공정인 오존반응조(30)로 유입되게 되며, 초음파전해조(40)의 전해과정에서 하부로 침강하여 오목침전부(41)에 모인 오니층 및 중금속물은 침강오니인출펌프(45)에 의해 오니저류조(60)로 보내져서 별도로 처리됨은 이미 공지의 기술이므로 더 이상의 설명은 필요없으리란 의견이다.
이후 오존반응조(30)에서 처리대상수가 10~50 ppm 범위의 오존농도를 갖도록 하여 고도정밀여과조(50)로 유입되고 고도정밀여과조(50)의 생물막여재층(54)에서 산소와 발생기산소[O3 -> O2 + O­]로 분리되면서 산소 및 발생기 산소가 활성탄이나 안트라싸이트나 지오라이트 등의 여재층에 산소를 공급하여 생물여재층을 형성하면서 처리대상수에 잔류하는 암모니아성 질소나 질산성 질소가 제거된 후 고도정밀여과조(50)의 상부에 마련되는 막분리 여과층(55)을 거친 후 배출되는바, 막 분리 여재층(55)은 TUBE형 필터나 BAG 필터나 평막형, 여과막 필터나 그 외에 공지의 정밀여과(MF)막, 한외여과(UF)막, 나노여과(NF)막, 역삼투(RO)막 중에서 선택되는 막 분리 여과층이 사용되는 양태로 제공될 수 있음을 나타내고 있다.
도 3은 본원의 기술사상이 적용되는 정수(淨水) 처리방법의 또 다른 실시 적용예를 제시한 것으로, 도 1 및 도 2의 실시양태로 모두 적용되어 유량조정조(10)와 황산화탈질반응조(20)와 초음파전해조(40)와 오존반응조(30)와 고도정밀여과조(50)를 모두 포함하는 구성의 정수 처리방법의 일 실시양태를 나타낸 것이다.
즉, 유량조정조(10)에서 일정량으로 황산화탈질반응조(20)로 보내지는 처리대상수는 황과 지오라이트, 소석회(Ca(OH)2) 활성탄이 적정비율로 배합되어 제공되는 황담체(22)층을 거치면서 탈질,탈인효과를 얻도록 기능하고, 황산화탈질반응조(20)에서 처리된 처리대상수가 초음파전해조(40)로 보내져서 전해장치(42)가 작동되어 소독살균반응과 동시 인 분리현상도 동시에 일어나고 이때 중금속 성분도 분리시킨 후 방류수가 오존반응조(30)로 보내지고 오존을 함유시켜 고도정밀여과조(50)로 보내주는 시스템을 이루게 된다.
실시 적용예 1.
본원에서 탈질효율을 높이기 위해 수행하는 황산화 탈질반응조 YP SOD시스템은 최하부에 로스톨이나 STS망을 깔고 50~150 ㎜ 정도크기의 자갈이나 또는 세라믹체를 20~100 ㎜ 두께로 깔고 그 상부에 황담체를 충진하는 구성으로 제공되는 YP SOD시스템을 이루기 위해 황담체 제조공정으로 황(S) : 지오라이트(MgO) : 소석회(Ca(OH)2) : 활성탄 = 6 : 2 : 1 : 1 의 비율로 배합하여 250℃ 로 가열하여 소결시켜 사용하였다.
상기의 담체구성에서 소석회(Ca(OH)2)의 배합은 황산화물의 용융으로 물이 산성화되는 것을 방지하고 중성화시키는 기능을 하고 황이온은 수중의 중금속과 반응하여 수 불용성의 염을 생성하여 침전시키는 것으로 판단되며, Mg+2은 NH4-1이온과 반응하여 질산성 질소외에 아래 반응식과 같이 침전물을 만드는 것으로 Mg+2 + NH4-1 + PO4 -3= MgNH4PO4 로 되어 침전물을 형성하는 것으로 추측된다.
상기 조성으로 제공되는 황담체를 이용하여 HRT(수리학적 체류시간)를 6시간 정도를 적용하는 경우 T-N제거율이나 질산성 질소 제거효율이 높음을 아래의 표 1 결과를 확인할 수 있었다.
[표 1]
항목 유입수 ㎎/ℓ 처리수 ㎎/ℓ
PH 7.3 7.2
T-N 17.0 0.5
NO3-N 16.5 검출 무
T-P 3.4 1.15
실시 적용예 2.
상기 조성으로 제공되는 황담체를 이용하여 마을 하수에 적용하는 경우
[표 2]
항목 유입수 ㎎/ℓ 처리수 ㎎/ℓ
PH 7.4 7.1
T-N 11.29 4.5
NO3-N 9.5 검출 무
T-P 2.1 0.85
상기 실시 적용예 1, 2를 통하여 확인할 수 있는바와 같이 본원의 황산화 탈 질반응조(YP SOD시스템)를 적용하는 경우 질소와 인이 동시에 제거됨을 확인할 수 있다.
실시 적용예 3.
출원인 회사의 수 처리 시설 위치인 경기도 양평군 강하면 운심2리 198번지 소재의 강하 하수종말처리장의 최종 침전처리수를 본원의 도 1 수처리시스템을 적용하여 황산화 탈질반응조 YP SOD시스템을 직경(Ø) 2,000㎜, 높이(H) 3,000㎜ 크기로 마련하고 실시 적용예 1로 얻은 황담체를 사용하고, 직경(Ø) 3,000㎜, 높이(H) 4,000㎜ 크기로 제공되는 고도정밀여과조(50)에는 활성탄 2 : 지오라이트 1 : 안트라싸이트 1의 비율로 생물막 여재층 두께를 1,000㎜로 형성하고, 상부의 막분리 여과층에는 통과입경은 5~20㎛ 범위의 Tube Filter 여재를 100㎜ 두께로, 처리대상수가 10~50 ppm 범위의 오존농도를 갖도록 통과속도는 0.5~1.5㎤/㎠ 범위로 생물막여재층에 보내서 여과공정을 수행하였으며, 처리수를 본원의 생물막여과조를 거치기 전, 후의 방류수를 분석하여 음용수 처리기준과 비교하여 아래 표 3결과를 얻었다.
[표 3]
검사항목 처리 전 처리 후 수질기준
총대장균 불검출 불검출 불검출/100㎎
암모니아성 질소 불검출 불검출 0.5㎎/ℓ 이하
질산성 질소 5.5 1.4 10.0㎎/ℓ 이하
냄새 없음 없음 없음
맛 무취, 무미 무취, 무미 무취, 무미
탁도 0.8 0.5 1 이하
실시 적용예 4.
또 다른 방법으로 경기도 양평군 지평면 송현리에 소재한 유림엔마텍 관리하 에 있는 지하수(음용수)를 본원의 수처리 방법으로 도 2의 수처리시스템을 적용하기 위해 직경(Ø) 2,000㎜, 높이(H) 3,000㎜ 크기의 초음파전해조를 마련하여 사용하고 다른 조건은 실시 적용예 3과 같은 방법으로 적용하여 오염수의 처리 전, 후의 방류수를 분석하여 아래의 표 4의 결과를 얻었다.
[표 4]
검사항목 처리 전 처리 후 수질기준
총대장균 불검출 불검출 불검출/100㎎
암모니아성 질소 0.4 불검출 0.5㎎/ℓ 이하
질산성 질소 6 불검출 10.0㎎/ℓ 이하
냄새 없음 없음 없음
맛 없음 없음 없음
탁도 0.5 0.35 1 이하
도 1 : 본원의 기술사상이 적용되는 제 1 정수처리시스템 예시도.
도 2 : 본원의 기술사상이 적용되는 제 2 정수처리시스템 예시도.
도 3 : 본원의 기술사상이 적용되는 제 3 정수처리시스템 예시도.
**도면의 주요부호에 대한 설명**
10 : 유량조정조 11 : 급송펌프1
20 : 황산화탈질반응조 21 : 자갈(세라믹체)
22 : 황담체 23 : 폭기산기관
24 : 에어분사관 25 : 유입구
26 : 배출구1 30 : 오존반응조
31 : 오존공급장치 32 : 오존주입밸브
33 : 오존주입배관 34 : 오존분사관
35 : 격벽 36 : 배출구2
37 : 금송펌프2 40 : 초음파전해조
41 : 오목침전부 42 : 전해장치
43 : 초음파발생장치 44 : 미세산기관
45 : 스컴제거용스크래퍼 46 : 월류벽1
47 : 침강오니인출펌프 50 : 고도정밀여과조
51 : 내관 52 : 외관
53 : 유출부 54 : 여재층
55 : 막여과층 56 : 월류벽2
57 : 슬러지저류조 58 : 잔류물저류조
59 : 유출구 60 : 오니저류조

Claims (5)

  1. 강이나 하천수, 지하수, 오폐수처리장에서 처리된 방류수 중에서 선택되는 처리대상수를 대상으로 음용수나 공업용수에 적합한 정수(淨水)를 얻기 위한 수 처리방법에 있어서,
    처리대상수를 황산화탈질반응조나 초음파전해반응조에서 전처리를 실시한 후 오존함유수를 만들어 고도정밀여과조에 공급하여 생물막분리조의 여재층을 거치면서 잔류하는 오염원을 제거한 후 막분리 여과층을 거쳐 음용이나 공업용수로 공급되도록 제공되는 것을 특징으로 하는 수 처리방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 황산화탈질반응조는 황담체를 사용하되, 황담체는 황과 지오라이트, 소석회(Ca(OH)2) 활성탄이 6±2 : 2±1 : 1±0.5 : 1±0.5 의 비율로 배합되고 150~300℃ 범위로 가열. 소결된 후 황담체로 사용되는 것을 특징으로 하는 수 처리방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고도정밀여과조는 그 중심부로 내관(30)과 외관(40) 이중관 구조를 갖고 공급라인(16)을 통하여 유입되는 처리대상수(1)가 생물막분리조(100) 하부의 유출구를 통하여 나와서 여과층(50)을 거쳐 상향류로 여과 시스템을 이루다가 여과층(50)의 여재(51)에 오염물이 많아져서 여과기능을 상실하게 되는 경우 처리대상수(1) 공급펌프(14)가 스톱되고 유입수밸브(16)가 차단된 후 배출밸브(62)을 오픈시켜 생물막분리조(100) 내의 수위레벨을 내관(30)의 상단부(31) 이하로 맞춘 후 컴프레서를 작동시켜 고압의 공기를 내관(30) 중심부에 마련된 에어분사관(32)을 통하여 압송시키면 내관(30) 중심부에 있던 물이 상부로 밀려 올라가면서 하부에 있는 여과층(50)의 여재(51)를 끌어올려 내관(30)의 상단부(31)로 분출시켜 경사각을 갖는 여재분사판(33)에 걸려 분산되면서 하부로 낙하하는 역세시스템을 갖고, 생물막분리조의 상부에는 TUBE형 필터, BAG 필터, 정밀여과(MF)막, 한외여과(UF)막, 나노여과(NF)막, 역삼투(RO)막, 중공사막 중에서 선택되는 막분리 여과시스템을 갖도록 제공되는 것을 특징으로 하는 수 처리 방법.
  4. 강이나 하천수, 지하수, 오폐수처리장에서 처리된 방류수 중에서 선택되는 처리대상수를 대상으로 음용수나 공업용수에 적합한 정수(淨水)를 얻기 위한 수 처리 시스템에 있어서,
    처리대상수를 황산화탈질반응조나 초음파전해반응조에서 전처리를 실시한 후 오존함유수를 만들어 고도정밀여과조에 공급하여 생물막분리조의 여재층을 거치면 서 잔류하는 오염원을 제거한 후 막분리 여과층을 거쳐 음용이나 공업용수로 공급되도록 제공되는 것을 특징으로 하는 수 처리시스템.
  5. 강이나 하천수, 지하수, 오폐수처리장에서 처리된 방류수 중에서 선택되는 처리대상수를 대상으로 음용수나 공업용수에 적합한 정수(淨水)를 얻기 위한 수 처리 장치에 있어서,
    황산화 탈질반응조는 저부에 로스톨이나 STS망을 깔고 50~150 ㎜ 정도크기의 자갈이나 또는 세라믹체를 20~100 ㎜ 두께로 깔고 그 상부에 황담체를 충진하는 구성을 이루되 황담체는 황과 지오라이트, 소석회(Ca(OH)2) 활성탄이 6±2 : 2±1 : 1±0.5 : 1±0.5 의 비율로 배합되고 150~300℃ 범위로 소결된 황담체로 제공되는 것을 특징으로 하는 수 처리장치.
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