KR20120041818A

KR20120041818A - 고효율 오존 반응지 및 오존 냄새 없는 생물활성탄 여과지를 포함한 고도정수 처리 시스템

Info

Publication number: KR20120041818A
Application number: KR1020100083283A
Authority: KR
Inventors: 엄태경; 오시현; 김정화
Original assignee: (주)범한엔지니어링 종합건축사 사무소; (주)태화종합기술공사
Priority date: 2010-08-27
Filing date: 2010-08-27
Publication date: 2012-05-03
Also published as: KR101207016B1

Abstract

본 발명은 상수도 정수장 또는 하수의 3차 처리 공정에서 사용하는 고도처리 시스템에 관한 기술이다.
본 발명은 오존과 활성탄을 이용한 고도처리 시스템에 있어서, 오존 용해율의 증가, 배 오존의 안정적 처리, 잔류 오존 냄새가 없는 활성탄 여과지를 제공함을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여,
오존을 1차 용해한 후 저농도 오존화 가스를 오존 반응지의 중간 및 후단부에 설치한 미세산기관에 공급하여 2차로 오존을 용해하고, 오존 반응조의 수위를 일정하게 제어하여 배 오존량의 급격한 증가를 방지하고, 잔류 오존 제거단계와 미세입자 제거단계를 설치하여 흡착여과 단계의 막힘과 오존 냄새를 방지하였다.
본 발명은 오존 용해율의 증가, 배오존의 안정적 처리, 오존반응효과 증대, 흡착여과단계의 막힘과 오존 냄새를 방지하여 경제적이고 친환경적이며, 수질을 향상하는 효과가 있다.

Description

고효율 오존 반응지 및 오존 냄새 없는 생물활성탄 여과지를 포함한 고도정수 처리 시스템{Advanced water treatment system include high efficiency ozone reactor and bio-activated carbon filter without waste ozone gas odor}

본 발명은 상수도 정수장 또는 하수처리장에서 오존과 활성탄등을 이용한 고도정수처리공정에 관한 기술이다.

상수도 원수 수질의 악화, 더 좋은 수돗물에 대한 사회적 기대 수요증가, 방류수질의 엄격한 규제, 수질 환경보전에 대한 필요성의 증가 등으로 인하여 난분해성 물질, 맛 냄새 원인물질 등을 효과적으로 분해하는 오존 반응지와 상기 물질들을 흡착 여과하여 제거하는 활성탄 여과지 또는 생물활성탄 여과지의 사용은 계속 증가하고 있다.

오존은 강력한 산화제이면서 동시에 강력한 살균제로서 난분해성 물질 및 맛, 냄새원인물질의 분해, 세균과 바이러스의 살균 등에 이용가치가 높지만 반면에 대기중으로 휘발하기 쉽고, 대기중에 존재하는 낮은 농도의 오존이라도, 자극적이고 인간의 건강에 손상을 줄 수 있는 독성물질이며, 생산에 고가의 장비와 다량의 전기를 필요로 하는 고가의 물질이기도 하다.

이러한 오존의 특성 때문에, 오존 반응지에서 오존 용해율의 고 효율화, 오존 반응지에서 유입수의 유량이 변동할 때 발생하는 배 오존 가스의 부하변동, 생물 활성탄 여과지에서의 배 오존 가스에 의한 악취는 오존을 이용하는 정수처리 시스템이 가지고 있는 공통적인 문제점이기도 하다.

종래 배 오존 가스에 의한 악취를 제거하기 위하여 안쓰라 사이트를 이용한 잔류 오존 제거지가 제안되었으나 잔류 오존 제거지에서 발생한 다량의 미세입자(미세 안쓰라 사이트 입자)가 후단의 활성탄 여과지의 여과재료 사이의 공극을 막아서 여과지속시간이 현저히 단축되고 여과 수질도 악화 되는 문제가 있었다.

현재 널리 이용하고 있는 이젝터를 사용하는 사이드 스트림 방식의 오존 용해방식이 비록 효율이 높기는 하지만 오존의 용해특성 때문에, 용해효율에 한계가 있었다.

원수 펌프의 운전대수를 늘이는 경우와 같이 오존 반응지에 유입하는 원수의 수량이 급증할 때 오존 반응지 내의 수면이 급상승하면서 오존 반응지 내의 공간에 충만한 오존화 가스가 일시에 대량으로 배출되어서, 배 오존 파괴기에서 일부가 미처리된 상태로 대기중으로 방출하는 문제점도 있었다.

본 발명이 해결하려는 과제는 오존 용해율이 높고, 유입수량의 급증시에도 배 오존가스량이 급변하지 않는 오존 반응지와 냄새가 없고 미세입자의 장애가 없어 장시간 연속운전이 가능한 생물활성탄 여과지를 포함하는 고도정수처리 시스템을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여,

오존화 가스를 오존용해장치에서 원수와 급속히 혼합하여 오존을 원수에 용해하는 1차 오존 용해단계;

원수 중의 저농도 오존화 가스를 분리하는 저농도 오존화 가스 분리단계;

상기에서 분리한 저농도 오존화 가스를 오존 반응지의 중앙부와 출구부에 걸쳐서 바닥에 설치한 미세기포 산기관을 통하여 오존 반응지 내에 공급하여 오존화 가스를 용해하고, 가스의 부상력을 이용하여 오존 반응지를 교반하는 2차 오존 용해단계;

원수와 오존이 접촉, 반응하면서 맛.냄새 원인 물질 및 유기물, 기타 물질을 산화, 분해하는 오존 반응단계;

오존 반응지의 배 오존 가스를 오존파괴기에서 분해처리하는 배 오존처리단계;

오존 반응조의 수위를 자동으로 조절하여 일정하게 유지하는 수위제어단계;

오존 반응지를 통과한 원수 중의 잔류 오존을 잔류 오존 제거지에서 분해, 제거하는 잔류 오존제거단계;

잔류 오존 제거지를 통과한 원수 중에 포함된 미세입자를 제거하는 미세입자제거 단계;

미세입자가 제거된 원수 중의 맛 냄새원인 물질 및 유기물을 흡착,여과하는 흡착 여과 단계;

선택적으로 설치하여 상기 흡착여과 단계를 통과한 원수 중의 세균, 바이러스, 미세입자를 여과하는 막 여과단계: 및

상기 제거한 미세입자를 잔류 오존 제거지로 반송하는 미세입자 반송단계로 구성한 것을 특징으로 하는 고효율 오존 반응지 및 오존 냄새 없는 생물활성탄 여과지를 포함하는 고도정수처리 시스템을 제공한다.

본 발명은 오존 반응지에서 값이 비싼 오존화 가스의 용해효율을 높여서, 오존화가스의 필요량을 줄임으로써 경제성을 높이고, 오존 반응지의 수위를 일정하게유지하여 원수유량 변동시에도 배 오존가스량이 급변하는 것을 방지하여, 오존 파괴기의 안정성을 높여서, 대기중으로 오존화 가스가 배출되는 것을 방지하고, 잔류 오존이 활성탄 여과지에서 대기중으로 증발하는 것을 방지함으로써, 대기 환경과 근무자의 건강을 보호하고, 원수 중의 미세 입자를 제거하여 오존 흡착조로 반송함으로써 잔류 오존 흡착제의 이용률을 높이고, 활성탄 여과지의 여과 지속시간을 연장하고 수질을 향상하는 효과가 있다.

제1도는 본 발명의 처리단계의 구성을 나타낸 예시도.
제2도는 본 발명의 저농도 오존화 가스 분리단계의 예시도.
제3도는 본 발명의 오존 반응지 수위제어 단계의 예시도.
제4도는 본 발명의 가압부상분리장치를 이용한 미세입자 분리단계의 예시도.
제5도는 본 발명의 분말활성탄 주입기와 교반기를 이용한 잔류 오존 제거단계의 예시도.

오존화 가스는 오존 발생기에서 발생한 가스로서, 오존 원료공급방식에 따라 순산소식에서는 오존가스와 산소가스의 혼합가스이고 공기식에서는 오존가스와 공기의 혼합가스를 말한다.

상기 오존화 가스를 물에 용해시키는 방법에는, 원수 중의 일부를 펌프로 가압하여 인젝터로 공급하고, 인젝터에서 오존화 가스를 흡입하여 압력 관로 내에서 오존화 가스와 물을 혼합한 다음 오존 용해관에서 최종적으로 용해하는 사이드 스트림 방식과 오존화 가스를 오존 반응지의 저면에 설치한 미세기포 산기관을 통과시켜서 용해하는 산기방식이 있다.

사이드 스트림 방식의 경우 오존화 가스는 오존 용해관에서 물에 용해될 때 수학식 1에 따라 수온과 압력, 그리고 목표로 하는 오존 용해농도에 따라 목표 오존 용해 농도를 용해시킬 수 있는 오존화 가스 중의 오존가스의 최저 농도가 정해지며, 오존의 물에 대한 용해 특성은 다음의 [수학식 1]과 같다.

수학식 1

여기서, C : 물속의 오존 농도(mg/L)

t : 물의 온도 (℃)

Y : 오존화 가스(기체) 중의 오존농도(mg/L)

P₁: 오존 용해관 내의 절대압력 kg /㎠

P₀: 대기의 절대압력 kg /㎠

하나의 실시예로서, 수학식 1에 수온 30℃, 오존 농도 11.5％(165mg/L)의 오존화 가스를 물에 용해시키는 경우, 오존 용해관의 중심 수심이 5m인 경우를 예시하면 오존화 가스의 농도와 오존 용해관 내의 물속의 오존 농도의 관계는 다음의 [표1]과 같다.

[표1]에서 보이는 것처럼, 오존 반응지 내에서도 같은 오존 농도를 가진 오존화 가스에 대하여 물속에 용해되는 오존 농도가 다른 것을 알 수 있다.

예를 들어 2mg/L의 오존 용해 농도를 목표로 할 경우, 일반적으로 오존 용해율은 저부와 수면부의 평균 오존 농도가 2.0mg/L이 되는 오존화 가스의 오존 농도는 [표1]에서 7.0mg/L 이고, 이 오존화 가스는 배 오존이 되어 버려지며 배오존 파괴기에서 분해, 제거해야 하는 것이다.

오존 용해율은 물에 용해된 오존농도와 최초 공급한 오존화 가스 중의 오존 농도(165mg/L)를 기준으로 산정한다.

상기 예의 경우 오존 용해율은 (165-7.0)/165×100=95.7％가 되고, 이것이 수심 5m, 30℃의 물에 대한 오존의 이론적 최대 용해율이다.

오존 반응지에서 오존의 농도는 철, 망간 등 급속 산화물이 없는 표류수의 경우 입구 부로부터 출구 부로 향할수록 거의 선형적으로 낮아지므로, 입구에서 오존 용해 농도가 2.0mg/L이면, 중앙부는 1.0, 출구 부는 0.05?0.1mg/L의 농도가 된다.

따라서 상기 사이드 스트림 장치에서 오존이 용해되어 저농도가 된 오존화 가스를 오존 반응지의 중앙부와 출구부 쪽 저면에 설치한 미세기포 산기관을 통하여 공급하면, 오존화 가스 중의 잔류 오존 일부가 오존 반응지에 용해될 수 있고, 오존 반응지에서의 전체적인 오존 용해율을 높일 수 있다.

[표1]에서 오존 농도가 1.0mg/L인 중앙부와 0.4mg/L인 출구부의 오존 용해농도에 해당하는 오존화 가스의 오존농도는 3.5mg/L과 1.5mg/L로서, 중앙부와 출구부에 같은 양의 저 농도 오존화 가스를 공급한다면, 두 값을 평균한 2.5mg/L이 오존화 가스의 평균 농도가 되어, 오존화 가스 중의 오존 이용율이 높아지고, 따라서 오존 용해율이 높아지는 것이다.

미세 산기관에서의 2차 오존 용해율= (7-2.5)/165×100=2.75％

전체 오존 용해율= 사이드 스트림의 1차 오존 용해율 + 미세기포 산기관의 2차오존 용해율= 95.7 + 2.75=98.45％가 되어, 1차 오존용해시보다 오존 용해율이 높아짐을 알 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 원리에 의거하여, 이젝터와 가압펌프, 오존 용해관을 조합하여, 오존화 가스를 오존용해장치에서 원수와 급속히 혼합하여 오존을 원수에 용해하는 1차 오존용해 단계(100)를 구성하였다.

또한 물과 오존화 가스를 분리하는 오존화 가스 분리기를 이용하여, 1차 오존 용해 후의 저농도 오존화 가스를 분리하는 저농도 오존화 가스 분리단계(200)를 구성하였으며 제2도는 온존화 가스 분리기의 한가지 실시 예를 나태 낸 것이다.

저농도 오존화 가스 분리관(210)을 통과하는 원수에는 저농도 오존화 가스가 기체 상태로 포함되어 흐르며, 수직으로 수면높이로 설치한 저류판(220)에 충돌하면서 비중이 가벼운 저농도 오존화 가스는 원수에서 분리되어 저농도 오존화 가스 저장실(230)에 저장되고 저농도 오존화 가스가 제거된 원수는 다음 단계로 이송된다.

상기 저농도 오존화 가스 분리단계에서 분리한 저농도 오존화 가스를 오존 반응지의 중앙부와 출구부에 걸쳐서 바닥에 설치한 미세기포 산기관(350)을 통하여 오존 반응지 내에 공급하여 오존화 가스를 2차로 용해하고, 가스의 부상력을 이용하여 오존 반응지의 원수를 교반하는 2차 오존용해 단계(300)에서는 가스 송풍기(310)로 상기 분리한 저농도 오존화 가스를 오존 반응조의 바닥에 설치한 미세기포 산기관에 공급하여 오존 반응지의 물속을 통과하게 함으로써, 저 농도 오존화 가스 중의 오존을 추가로 용해시키고, 저농도 오존화 가스가 수중에서 부상할 때 발생하는 난류를 이용하여 오존 반응지 내의 원수를 교반 하여서, 오존과 피 산화물의 접촉을 활발하게 하여 오존 반응을 촉진하게 하였다.

오존 반응지의 배 오존 가스를 오존파괴기에서 분해,제거하는 배 오존 처리단계(410)에서는 오존 반응지를 통과한 저농도 오존화 가스를 배 오존 파괴기로 이송하고, 배 오존 파괴기에서 저농도 오존화 가스 중의 오존 가스를, 활성탄이나 촉매를 이용하여 산소 또는 탄산가스로 전환하여 무해한 가스로 처리하여 대기중으로 방출한다.

정수장에서는 취수 펌프의 가동하는 숫자를 제어하여 (대수제어운전이라 함) 원수의 취수량을 조정하는데, 대개는 펌프 한대의 용량이 크고 대수가 적기 때문에, 펌프의 운전대수를 증가하면 원수량이 순간적으로 급격히 증가하고, 오존 반응지(420)으로 유입하는 원수량도 급격히 증가하기 때문에, 특별한 대응설비가 없는 오존 반응지의 경우에는 오존 반응지 내의 수위가 급격히 증가하게 되고, 이로 인하여 밀폐구조로 되어 있는 오존 반응지의 상부 공간에 있던 오존화 가스가 압축되어서, 배 오존 파괴기로 순간적으로 배출되므로, 배 오존 파괴기에는 순간적인 과부하가 발생하여, 미처리된 오존화 가스가 대기중으로 방출하게 되어 대기환경을 오염시키고 위생상 문제를 야기한다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 오존 반응조(420)의 수위를 자동으로 조절하여 일정하게 유지하는 수위 제어단계(500)를 구성하였으며, 수위 제어단계는오존 반응지의 수위를 측정하는 수위계(520)와 월류 위어(550), 개폐수문(540), 전동 수문 구동기(530) 및 수위 자동제어기(510)로 구성하여, 원수유입량에 대하여 설정한 최저유량일 때의 수위를 기준수위로 하고, 이것보다 많은 유입량이 들어올 때는 수위계에서 전송된 신호를 받은 수위 제어기가 개폐수문의 개도를 더 열도록 전동 수문구동기를 제어하여 오존 반응지의 수위가 일정하게 유지되도록 한다.

월류 위어를 사용하는 이유는 미량이지만 오존 반응조의 수면에 발생할 수 있는 스컴이 오존 반응조에 정체되지 않고 다음 처리공정으로 이송되게 하기 위한 것이다.

따라서 수질에 따라서는 수위계와 수위 제어기, 전동수문으로만 오존 반응조의 수위를 자동으로 조절하여 일정하게 유지하는 수위 제어단계를 구성할 수도 있다.

상기와 같이 오존 반응조의 수위를 일정하게 유지하면, 배 오존 파괴기에는 원수유량과 수질에 의하여 제어되고 공급되는 설계용량 이내의 오존화 가스량만이 일정하게 공급되고, 배 오존 파괴기에 순간적인 과부하가 발생하지 않기 때문에 배 오존가스는 완전히 무해하게 처리되어 대기중으로 방출된다.

오존 반응조를 통과한 원수는 상향류식 잔류 오존 제거지의 하부로부터 공급하여 상부로 흐르게 하고, 탄소 성분이 80％이상인 입상 안쓰라 사이트 또는 활성탄을 충전한 흡착층으로 통과하면서 원수 중의 잔류 오존은 탄소와 반응하여 탄산가스로 전환되어 대기중으로 방출되도록, 오존 반응지를 통과한 원수 중의 잔류 오존을 잔류 오존 제거지에서 제거하는 잔류 오존 제거단계(600)를 구성하였다.

상기 잔류 오존 제거지에서는 원수 중의 잔류오존이 잔류오존 제거기의 안쓰라 사이트 충전층 또는 활성탄 충전층을 통과하면서 탄산가스와 물로 분해되어 제거되기 때문에 잔류 오존 제거지를 통과한 원수에는 오존이 제거되어 냄새가 나지 않는다.

오존 반응조에서 배 오존 파괴기로 배출되는 저농도 오존화 가스를 잔류 오존 제거지에 이송하여 저농도 오존화 가스 중의 잔류 오존을 제거하여, 배 오존 파괴기를 생략할 수도 있다.

물속에서 0.1mg/L의 오존농도는, 대기중 농도로 환산하면 물과 공기의 비중비율인 769배의 농도가 되어서 76.9mg/L의 농도가 되는데, 오존은 인체에 매우 위험하고 자극성이 있기 때문에 대기중에 0.1mg/L의 낮은 농도만 있어도 냄새와 코와 목에 자극을 느끼며, 50mg/L(ppm)에서 1시간 이상 노출시 인간의 생명이 위태로울 수 있는 위험 물질이기 때문에,오존 반응조를 통과한 원수 중의 잔류 오존은 완전히 제거되어야 하고, 법정 권장 값인 0.1mg/L이하가 되게 처리하여야 한다.

대기중의 오존 농도 0.1mg/L에 해당하는 원수 중의 평형 용존 오존농도는, 수학식 1에 Y=0.1을 대입하여 계산하면, 0.02(수면부)?0.03(수심 5m)mg/L이다.

따라서 원수 중의 잔류 오존을 상기 값 이하가 되도록 제거하여야 한다.

안쓰라 사이트나 활성탄과 같은 탄소재료를 이용하여 잔류 오존을 분해하는 과정의 반응은 화학식 1과 같다.

화학식 1

여기서, C : 탄소

O₃: 오존

O₂: 산소

화학식 1에 의하여 알 수 있는 것은 오존 2 분자가 탄소 2 분자와 결합하여 탄산가스 2 분자와 산소 1 분자로 전환되는 것이며, 반응이 진행될수록 안쓰라 사이트나 활성탄에서 탄소분자가 빠져나감을 알 수 있고, 오존과 반응한 탄소는 기체화되기 때문에 탄소의 잔류물은 남지 않는다.

안쓰라 사이트나 활성탄에서 탄소분자가 빠져나가면 안쓰라 사이트나 활성탄의 조직에 공극이 증가하면서 강도가 낮아져서, 잔류 오존 제거지에서 상향으로 흐르는 물의 교반 작용에 의하여, 입자가 서로 충돌하면서 마모, 마멸, 파쇄가 진행되어 미세한 안쓰라 사이트나 활성탄의 입자가 발생하며, 안쓰라 사이트나 활성탄 여과재에 포함되어 있던 미세입자도 함께 유출되어 미세입자가 발생한다.

미세한 안쓰라 사이트나 활성탄의 입자는 침강 속도가 느리기 때문에, 침전되지 못하고 잔류 오존 제거지의 상향류 흐름 속에 혼합된 상태로, 다음 공정으로 이송된다.

상기 미세한 안쓰라 사이트나 활성탄의 입자가 활성탄 여과지에 유입되는 경우, 활성탄 여과지의 여과층의 공극을 폐쇄시켜서 여과시간을 단축하는 문제가 발생한다.

원수가 잔류 오존 제거지의 하부에서 유입되어 상부로 흐르면서, 2?3m두께로 형성한 안쓰라 사이트 또는 활성탄의 입자로 충전한 흡착층을 통과하면서, 원수 중의 잔류 오존이 흡착층에서 탄소와 반응하여 화학식 1과 같이 탄산가스와 산소로 전환되어서 일부는 대기중으로 방출되고 일부는 원수 중에 용해되어서 잔류 오존이 완전히 제거되고 오존 냄새도 나지 않게 된다.

잔류 오존 제거지의 상향류 속도는, 시설의 면적을 줄이고 막힘을 방지하기 위하여 물 역세척의 속도범위인 0.4?0.6m/분으로 하는 것이 바람직하나 안쓰라 사이트나 활성탄의 입자크기에 따라서 변경할 수 있다.

안쓰라 사이트나 활성탄의 입자 크기는 유효경 1.0?1.5mm의 것이 보통 사용될 수 있지만, 상향류 통과 유속을 증대할 필요가 있을 경우는 (면적을 작게 할 경우) 입자 크기를 더 크게 할 수 있다.

잔류 오존 제거지를 통과한 원수에는 상기에서 설명한 것과 같이 다량의 미세한 입자가 포함되어 있기 때문에, 이러한 미세한 입자를 제거하기 위하여 본 발명은 잔류 오존 제거지를 통과한 원수 중에 포함된 미세입자를 제거하는 미세입자 제거단계(700)를 구성하였고, 이를 달성하기 위한 수단으로서, 고속 가압부상분리장치 또는 기계식 미세 스크린 디스크 여과기 또는 기계식 섬유여과기를 사용하였다.

고속 가압부상분리장치는 수리학적 체류시간을 확보하기 위한 가압 부상분리 조(710), 수면에 부상한 미세입자의 스컴을 제거하기 위한 스컴 제거기(720), 스컴 배출을 위한 스컴배출구(730), 처리수의 일부를 반송하기 위한 반송배관(790), 반송 수를 가압하여 공기 용해탱크(760)로 이송하기 위한 가압 펌프(780), 공기 용해탱크로 공기를 압축하여 공급하기 위한 공기 압축기(770)과 반송수와 공기를 포화상태로 용해시키기 위한 공기용해탱크(760), 원수와 공기 용해탱크를 통과한 반송수를 혼합하는 혼합기(75) 및 유입원수의 방향을 조정하는 안내판(740)으로 구성하고, 수면적 부하 400?800㎥/㎡.일, 수리학적 체류시간 10?15분, 가스용해탱크 압력 3?7kg/㎠의 부분 가압식이 바람직하다.

상기 고속 가압 부상분리장치에는 필요 시 응집제를 보조적으로 사용할 수 있고 응집제로는 양 이온성 폴리머의 사용이 바람직하며, 주입률은 0.05?0.2mg/L이 바람직하다.

상기 고속 가압부상분리장치를 통과한 원수 중의 탁도는 1 NTU이하로 처리된다.

고속 가압부상장치의 수면에 부상되어 농축된 입자는 스컴 수집기에 의하여 슬러지 배출구로 이송되고 배출된 입자는 배출수 처리 시스템으로 이송하여 처리하거나 잔류 오존 제거지의 입구로 반송하여 재이용할 수 있다.

기계식 미세 스크린 디스크 여과기는 10?20㎛정도의 눈 크기를 가진 미세한 스크린(망)을 여러 개의 원형판으로 중첩하여 설치한 것으로서, 스크린에서 미세 입자를 포착하여 제거하는 것이며, 스크린은 연속적으로 세척을 하여 막힘을 방지한다.

기계식 미세 스크린 여과기에도 유입되는 원수 중의 입자크기와 분포에 따라 역시 상기와 같이 보조적으로 응집제를 사용할 수 있다.

기계식 섬유 여과기는 장 섬유로 구성한 여과 막을 가진 여과장치로서 여과시에는 섬유를 긴장시켜서 여과층을 형성하고, 세척시에는 섬유를 이완시키고 세척수를 분사하여 여과층을 세척하는 것이다.

상기 고속 가압부상분리장치 및 기계식 디스크 여과기 또는 섬유 여과기는 잔류 오존 제거지의 상향류의 유속과 같은 속도로 처리가 가능하고 크기가 콤팩트하기 때문에, 별도의 설치 부지가 없는 경우에는 잔류 오존 제거지의 구조물 상부에 설치할 수 있는 장점이 있다.

상기 미세입자 제거단계에서 제거된 입자는 잔류 오존을 제거할 수 있는 탄소성분이기 때문에 잔류 오존 제거지로 반송하여 재사용할 수 있다.

상기 잔류 오존 제거지를 통과한 원수 중에 포함된 미세입자를 제거하는 미세입자 제거단계를 통과한 원수는, 미세입자가 제거된 원수 중의 맛 냄새원인 물질 및 유기물을 흡착,여과하는 흡착 여과 단계(800)로 이송하여 처리한다.

미세입자가 제거된 원수 중의 맛 냄새원인 물질 및 유기물을 흡착,여과하는 흡착 여과 단계를 달성하기 위한 수단으로서, 원수의 흐름은 상향류 또는 하향류 형식으로 하고, 흡착 여과층은 유효경 0.9?3.0mmml 입상 활성탄을 2?5m깊이로 충전하고, 물 공기 병용 세척 시스템을 가진 활성탄 흡착 여과지를 구성하였다.

활성탄 흡착 여과지에서는 활성탄의 흡착 작용을 이용하여 원수 중의 맛 냄새 원인 물질 및 유기물을 흡착하여 제거하고,충전된 여과층에서 물리적 체 거름 작용으로 미세 입자를 제거한다.

오존 처리한 원수 중에는 산소가 풍부하게 용해되어 있어서, 충전한 활성탄 여과층에는 시간이 경과 하면서 호기성 미생물이 부착 서식하고, 이 미생물이 활성탄 표면 및 공극에 흡착된 유기물을 분해함으로써, 공극의 막힘을 방지하는 구실을 하여, 활성탄의 활성을 장시간 유지하는 생물 활성탄 흡착 여과지를 형성한다.

상기 단계를 통과한 원수는 선택적으로 설치한 막 여과기에서 원수 중의 세균, 바이러스, 미세입자를 여과하는 막 여과단계(900)로 이송된다.

막 여과단계는 정밀여과(microfilteration) 또는 한외여과 (ultrafilteration) 막(membrain)으로 구성한다.

상기 활성탄 흡착 여과단계에서 처리한 원수 중에는 미세한 극미량의 입자와 세균, 바이러스, 지아디아(giadia lamblia) 크립토스포리디움( cryptosporidium ) 같은 인체의 건강에 해로운 원생동물이 일부 잔류하고 있다.

지아디아 또는 크립토스포리디움은 원생동물로서, 크기는 7?10㎛정도이고, 인체의 장기에 장애를 초래하는 해로운 미생물로서, 염소나 오존 소독에서도 잘 사멸되지 않는 미생물이기 때문에 상기 미생물보다 눈의 크기가 훨씬 작은 여과 막을 사용하여 물리적으로 제거하는 것이 효과적이며, 눈 크기 0.1?0.4㎛인 정밀여과 막 또는 눈 크기 0.001?0.05㎛인 한외 여과 막은 이러한 목적에 적합한 것이다.

또한 정밀여과는 일부 세균의 제거가 가능하고 한외 여과 막은 바이러스의 제거가 가능하다.

정밀 여과막 또는 한외 여과막을 사용하면, 높은 염소 농도와 긴 접촉시간을 필요로하는 지아디아, 크립토스 포리디움이 완전히 제거되므로, 수돗물 소독을 위한 염소주입농도가 낮아지기 때문에 염소 요구량이 줄어 경제적이고 수돗물에서 염소의 냄새도 줄어들게 된다.

오존 반응지를 통과한 원수 중의 잔류 오존을 제거하는 다른 방법은 원수 중에 미세한 분말 활성탄을 주입하고, 기계적으로 교반하여, 잔류 오존과 활성탄의 미세분말이 화학적 반응을 하여 탄산가스와 산소로 분해하여 제거하는 것이다.

상기 화학식 1과 같이 탄소 1분자와 오존 1분자가 화학적으로 반응하는 것이고 탄소 1분자의 분자량은 12, 오존 1분자의 분자량은 48이므로 오존 1kg을 제거하는데 필요한 탄소의 양은 12/48=0.25kg이 필요하다.

오존과 탄소는 다른 경로로도 반응하는데 그 과정은 화학식 2와 같다.

화학식 2

상기 화학식 2에 의한 오존 1kg당 필요한 탄소량은 12/96=0.125kg이다.

상기 화학식 1과 화학식 2의 반응이 같은 비율로 일어난다면, 오존 1kg당 반응에 필요한 활성탄의 필요량은 0.19 kg으로서 약 0.2kg으로 보면, 이값은 오존 제거량의 약 1/5이다.

오존 반응지 후단에서의 잔류 오존 농도는 0.1mg/L이하로 계획, 설계하는 것이 일반적이므로, 잔류 오존을 제거하는데 필요한 활성탄의 필요농도는 0.02mg/L이하가 된다.

제5도는 분말 활성탄을 이용한 잔류 오존 제거지의 예시 도이다.

분말 활성탄 주입기(630)에서 잔류 오존 제거지(610)에 분말 활성탄을 필요한 양을 투입하고, 급속 교반기(620)로 급속히 교반하여 원수 중의 잔류 오존과 분말 활성탄의 접촉을 증가시켜서 화학반응을 촉진한다.

상기 분말 활성탄과 원수 중의 잔류 오존을 반응시키기 위한 교반 방법의 다른 실시 예는 관로 내부에 스타틱 믹서를 설치하고, 관로 입구에서 원수와 분말 활성탄을 공급하면, 원수와 분말 활성탄은 관로 내부를 흐르면서 스타틱 믹서의 교반작용으로 접촉이 활발하게 일어나면서, 잔류 오존과 분말 활성탄이 반응하여 잔류 오존을 제거하는 것이다.

상기 분말 활성탄과 원수 중의 잔류 오존을 반응시키기 위한 교반 방법의 또 다른 실시 예는 원수 이송 수로 또는 반응조에 상하 우류식 또는 수평 우류식 저류판을 설치하여, 원수 이송수로 또는 반응조의 입구에서 원수와 분말활성탄을 공급하면, 원수와 분말 활성탄은 원수 이송 수로 또는 반응조 내부를 흐르면서 저류판에 의한 교반작용으로 접촉이 활발하게 일어나면서, 잔류 오존과 분말 활성탄이 반응하여 잔류 오존을 제거하는 것이다.

상기 분말 활성탄과 원수 중의 잔류 오존을 반응시키기 위한 교반 방법의 또 다른 실시 예는 원수 이송 관로 또는 수로에 여러 개의 분사노즐을 이용하여 분말활성탄 용액을 빠른 속도로 원수이송관로 또는 수로 중에 분사하여, 원수 이송관로 또는 수로의 입구에서 원수와 분말활성탄(용액)을 공급하면, 원수와 분말 활성탄은 원수 이송 관로 또는 수로 내에서 원수와 균등하게 혼합되고, 분말활성탄과 잔류오존의 접촉이 활발하게 일어나면서, 잔류 오존과 분말 활성탄이 반응하여 잔류 오존을 제거하는 것이다.

잔류 오존과 화학반응이 끝난 활성탄은 탄산가스로 전환되어 대기중으로 방출되므로 잔류 오존 제거지를 통과한 원수 중에는 이론적으로는 활성탄 분말이 남이 있지 않은 깨끗한 상태이기 때문에 별도의 미세입자 제거단계는 필요가 없게 된다.

또한 투입한 활성탄 분말이 100％ 반응하지 않고 일부 잔류하더라도 그 농도는 소수점 이하 두 자리 수준으로 낮기 때문에, 흡착 여과 공정의 유입 원수의 탁도가 소수점 이하 1자리 수준에서 1도 정도인 것을 고려한다면, 다음 공정인 흡착여과단계에 미치는 영향은 무시할 정도이다.

상기 화학식 1과 화학식 2에서 알 수 있는 바와 같이, 잔류 오존의 농도가 낮을 때는 필요한 탄소량도 매우 작기 때문에, 활성탄이나 안쓰라 사이트의 화학적 소모에 따른 탄소 소모는 미미하므로, 이로 인한 원수 중의 미세입자 농도도 작으므로, 잔류 오존 제거지에서 상향류 유속을 작게 하여 충전한 안쓰라 사이트나 입싱 활성탄의 기계적 마모를 방지하고, 충전재료에 포함되어 있는 미세 입자를 전부 제거하면, 잔류 오존 제거지를 통과한 원수의 미세입자 농도를 매우 낮게 유지할 수 있다.

따라서 본 발명의 다른 실시 예에서는, 잔류 오존 반응지에 안쓰라 사이트나 입상활성탄을 충전한 후, 충전 층에 포함된 미세 입자를 여러 번 역 세척하여 완전히 제거하는 세척 단계 또는 외부시설에서 미세입자를 세척하여 완전히 제거하는 세척단계를 추가하였고, 세척단계를 거치면, 입상 활성탄이나 안쓰라 사이트에 포함되어 있던 미세입자가 완전히 제거되므로, 원수 중에 미세입자가 유출되지 않으므로 미세입자 제거단계는 필요가 없다.

세척단계의 실시 예를 예시하면, 4각용기모양의 구조물의 하부에 균등한 분배를 위한 블럭이나 스트레이너를 설치하여 원수를 균등하게 공급하고, 그 상부에 입상 활성탄이나 안쓰라 사이트의 충전 층을 형성하고, 층전 층의 상부에 집수용 트러프를 설치하고, 집수용 트러프를 통과한 원수는 배수관을 통하여 배출수 처리시설로 이송하게 한다.

구조물의 하부에서 원수를 균등하고 빠른 속도(예를 들면 0.4?1.0m/분)로 세척수를 공급하면, 세척수가 상기 안쓰라 사이트나 입상 활성탄의 충전 층을 상향으로 통과하고, 이때 세척수의 유속으로 인하여 입자가 떠오르므로 충전 층의 높이는 약 40?60％정도 팽창하게 되고, 어느 위치에서 평형이 되어 부유 상태로 유지되지만, 규격보다 작은 지름을 가진 입자는 계속 떠올라서 세척수와 함께 상부의 집수 트러프에서 집수 된 후 배수관을 통하여 배출수 처리시설로 이송되어 제거된다.

상기와 같이 세척을 여러 번 시행하면, 안쓰라 사이트나 입상 활성탄 내에 포함되거나 부착되어 있던 미세 입자가 완전히 제거된다.

안쓰라 사이트나 입상 활성탄 충전 층에서 미세 입자를 완전히 제거하는 세척단계가 끝나면, 배수관을 폐쇄하고, 구조물의 하부에서 원수를 공급하여, 원수가 안쓰라 사이트나 입상 활성탄의 충전 층을 통과하면서, 원수 중의 잔류 오존이 충전 층의 탄소와 반응하여 제거되고(잔류 오존 제거단계) 잔류 오존이 제거된 원수는 상부의 집수용 트러프에서 집수 되어 다음 단계인 흡착 여과 단계로 이송한다.

100 1차 오존 용해단계
200 저농도 오존화 가스 분리단계
210 저농도 오존화 가스 분리관
220 저류 판
230 저농도 오존화 가스 저장실
300 2차 오존 용해단계
400 오존 반응 단계
500 수위제어단계
510 수위 자동 제어기
520 수위측정 센서
530 전동 수문 구동기
540 개폐 수문
550 월류위어
600 잔류 오존 제거단계
610 잔류 오존 제거지
620 교반기
630 분말 활성탄 주입기
700 미세입자 제거단계
710 가압 부상분리 조
720 스컴 제거기
730 스컴 배출구
740 안내판
750 혼합기
760 공기용해탱크
770 공기 압축기
780 가압펌프
790 반송배관
795 미세입자 반송
800 흡착 여과단계
900 막 여과단계

Claims

오존화 가스를 오존용해장치에서 원수와 급속히 혼합하여 오존을 원수에 용해하는 1차 오존 용해단계;
원수 중의 저농도 오존화 가스를 분리하는 저농도 오존화 가스 분리단계;
상기에서 분리한 저농도 오존화 가스를 오존 반응지의 중앙부와 출구부에 걸쳐서 바닥에 설치한 미세기포 산기관을 통하여 오존 반응지 내에 공급하여 오존화 가스를 용해하고, 가스의 부상력을 이용하여 오존 반응지를 교반하는 2차 오존 용해단계;
원수와 오존이 오존 반응지 내에서 접촉, 반응하면서 맛.냄새 원인 물질 및 유기물, 기타 물질을 산화, 분해하는 오존 반응단계;
오존 반응지의 배 오존 가스를 오존파괴기에서 분해처리하는 배 오존처리단계;
오존 반응조의 수위를 자동으로 조절하여 일정하게 유지하는 수위제어단계;
오존 반응지를 통과한 원수 중의 잔류 오존을 잔류 오존 제거지에서 분해, 제거하는 잔류 오존제거단계;
잔류 오존 제거지를 통과한 원수 중에 포함된 미세입자를 제거하는 미세입자제거 단계;
미세입자가 제거된 원수 중의 맛 냄새원인 물질 및 유기물을 흡착,여과하는 흡착 여과 단계;
선택적으로 설치하여 상기 흡착여과 단계를 통과한 원수 중의 세균, 바이러스, 미세입자를 여과하는 막 여과단계: 및
상기 제거한 미세입자를 잔류 오존 제거지로 반송하여 재이용하는 미세입자 반송단계로 구성한 것을 특징으로 하는 고효율 오존 반응지 및 오존 냄새 없는 생물활성탄 여과지를 포함하는 고도정수처리 시스템.
오존화 가스를 오존용해장치에서 원수와 급속히 혼합하여 오존을 원수에 용해하는 1차 오존 용해단계;
원수 중의 저농도 오존화 가스를 분리하는 저농도 오존화 가스 분리단계;
상기에서 분리한 저농도 오존화 가스를 오존 반응지의 중앙부와 출구부에 걸쳐서 바닥에 설치한 미세기포 산기관을 통하여 오존 반응지 내에 공급하여 오존화 가스를 용해하고, 가스의 부상력을 이용하여 오존 반응지를 교반하는 2차 오존 용해단계;
원수와 오존이 오전 반응지에서 접촉, 반응하면서 맛.냄새 원인 물질 및 유기물, 기타 물질을 산화, 분해하는 오존 반응단계;
오존 반응지의 배 오존 가스를 오존파괴기에서 분해처리하는 배 오존처리단계;
오존 반응조의 수위를 자동으로 조절하여 일정하게 유지하는 수위제어단계;
잔류 오존 제거지에 안쓰라 사이트 또는 입상 활성탄을 충전하고, 미세 입자가 완전히 제거될 때까지 세척하는 세척단계;
오존 반응지를 통과한 원수 중의 잔류 오존을 잔류 오존 제거지에서 분해, 제거하는 잔류 오존제거단계;
잔류오존 제거단계를 통과한 원수 중의 맛 냄새원인 물질 및 유기물을 흡착,여과하는 흡착 여과 단계; 및
선택적으로 설치하여 상기 흡착여과 단계를 통과한 원수 중의 세균, 바이러스, 미세입자를 여과하는 막 여과단계로 구성한 것을 특징으로 하는 고효율 오존 반응지 및 오존 냄새 없는 생물활성탄 여과지를 포함하는 고도정수처리 시스템.
오존화 가스를 오존용해장치에서 원수와 급속히 혼합하여 오존을 원수에 용해하는 1차 오존 용해단계;
원수 중의 저농도 오존화 가스를 분리하는 저농도 오존화 가스 분리단계;
상기에서 분리한 저농도 오존화 가스를 오존 반응지의 중앙부와 출구부에 걸쳐서 바닥에 설치한 미세기포 산기관을 통하여 오존 반응지 내에 공급하여 오존화 가스를 용해하고, 가스의 부상력을 이용하여 오존 반응지를 교반하는 2차 오존 용해단계;
원수와 오존이 오존 반응지에서 접촉, 반응하면서 맛.냄새 원인 물질 및 유기물, 기타 물질을 산화, 분해하는 오존 반응단계;
오존 반응지의 배 오존 가스를 오존파괴기에서 분해처리하는 배 오존처리단계;
오존 반응조의 수위를 자동으로 조절하여 일정하게 유지하는 수위제어단계;
오존 반응지를 통과한 원수 중의 잔류 오존을 분말 활성탄을 이용하여 분해,제거하는 잔류 오존제거단계;
잔류 오존 제거단계를 통과한 원수 중의 맛 냄새원인 물질 및 유기물을 흡착,여과하는 흡착 여과 단계; 및
선택적으로 설치하여 상기 흡착여과 단계를 통과한 원수 중의 세균, 바이러스, 미세입자를 여과하는 막 여과단계로 구성한 것을 특징으로 하는 고효율 오존 반응지 및 오존 냄새 없는 생물활성탄 여과지를 포함하는 고도정수처리 시스템.
청구항 1 또는 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서 오존 반응지에서 배출하는 저농도 오존화 가스를 잔류 오존 제거단계로 이송하여 분해 제거하는 것을 특징으로 하는 고효율 오존 반응지 및 오존 냄새 없는 생물활성탄 여과지를 포함하는 고도정수처리 시스템.
청구항 1 있어서, 미세입자 제거단계에 고속 가압부상분리장치 또는 기계식 미세 스크린 여과기 또는 기계식 섬유여과기 중의 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 고효율 오존 반응지 및 오존 냄새 없는 생물활성탄 여과지를 포함하는 고도정수처리 시스템.
청구항 3에 있어서 분말 활성탄을 이용하여 잔류 오존을 분해,제거하는 잔류 오존제거단계는 잔류 오존 제거지, 급속 교반기, 분말 활성탄 주입기로 구성한 것을 특징으로 하는 고효율 오존 반응지 및 오존 냄새 없는 생물활성탄 여과지를 포함하는 고도정수처리 시스템.
청구항 3에 있어서 분말 활성탄을 이용하여 잔류 오존을 분해,제거하는 잔류 오존제거단계는 분말 활성탄 주입기, 스타틱 믹서가 내부에 설치된 원수 이송관로로 구성한 것을 특징으로 하는 고효율 오존 반응지 및 오존 냄새 없는 생물활성탄 여과지를 포함하는 고도정수처리 시스템.
청구항 3에 있어서 분말 활성탄을 이용하여 잔류 오존을 분해,제거하는 잔류 오존제거단계는 분말 활성탄 주입기, 상하 우류식 또는 수평 우류식 저류판이 내부에 설치된 원수이송 수로 또는 반응조로 구성한 것을 특징으로 하는 고효율 오존 반응지 및 오존 냄새 없는 생물활성탄 여과지를 포함하는 고도정수처리 시스템.
청구항 3에 있어서 분말 활성탄을 이용하여 잔류 오존을 분해,제거하는 잔류 오존제거단계는 분말 활성탄 주입기, 다수의 분사노즐이 설치된 원수 이송관로 또는 수로로 구성한 것을 특징으로 하는 고효율 오존 반응지 및 오존 냄새 없는 생물활성탄 여과지를 포함하는 고도정수처리 시스템.