KR20140064241A - 제어시스템을 갖춘 고도산화 수처리 장치 및 이를 이용한 수처리 공정 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제어시스템을 갖춘 고도산화 수처리 장치 및 이를 이용한 수처리 공정에 관한 것으로, 보다 상세하게는 과산화수소와 자외선이 반응하여 생성된 OH라디칼에 의해 유입수에 존재하는 오염물질을 분해하는 제어시스템을 갖춘 고도산화 수처리 장치 및 이를 이용한 수처리 공정에 관한 것으로, 투입되는 유량의 변화에 따라 UV램프의 조사량과 과산화수소의 투입량을 제어할 수 있으며, 고도산화반응 후에 잔류하는 과량의 과산화수소를 염소를 이용하여 효율적으로 제거할 수 있는 제어시스템을 갖춘 고도산화 수처리 장치 및 이를 이용한 수처리 공정에 관한 것이다.
Description
본 발명은 제어시스템을 갖춘 고도산화 수처리 장치 및 이를 이용한 수처리 공정에 관한 것으로, 보다 상세하게는 과산화수소와 자외선이 반응하여 생성된 OH라디칼에 의해 유입수에 존재하는 오염물질을 분해하는 제어시스템을 갖춘 고도산화 수처리 장치 및 이를 이용한 수처리 공정에 관한 것으로, 투입되는 유량의 변화에 따라 UV램프의 조사량과 과산화수소의 투입량을 제어할 수 있으며, 고도산화반응 후에 잔류하는 과량의 과산화수소를 염소를 이용하여 효율적으로 제거할 수 있는 제어시스템을 갖춘 고도산화 수처리 장치 및 이를 이용한 수처리 공정에 관한 것이다.
일반적으로 알려져 있는 유기물이 포함된 폐수 또는 오수의 유기물 처리 방법에는 여러 가지가 제안된 바 있다.
먼저, 오존, 염소가스, 이산화염소, 치아염소산 소다 등 염소계 화합물과 과산화수소, 과망간산칼륨, 중크롬산칼륨을 산화제로 이용하는 방법은 각종 수처리 현장의 살균, 탈색, 탈취, BOD(Biochemical Oxygen Demand), COD(Chemical Oxygen Demand), 각종 유기물 분해, 제거 등의 용도로 사용되고 있다.
오존 또는 과산화수소와 같은 산화제에 자외선을 조사시키면 산화력이 강력한 OH 라디칼이 생성된다. 이 OH 라디칼을 이용하여 오염물질을 산화 분해하는 반응을 고도산화반응이라 하고, 이를 이용한 수처리 방법을 고도산화공정(Advanced Oxidation Process, AOP)라 한다. 이러한 고도산화공정으로는 오존+과산화수소, 오존+자외선, 오존+광촉매+자외선, 과산화수소+자외선, 오존+초음파 등의 방법이 알려져 있다.
상기의 고도산화공정 수처리 장치는 강력한 산화력을 가지는 OH라디칼을 중간 생성물질로 생성하여 오염수 중의 유기오염물질을 산화시켜 분해하는 기술로서 일반적인 처리방법에 의해 잘 분해가 되지 않는 합성세제, 농약 등의 난분해성 물질을 분해하거나, 고농도의 오염물질을 단시간에 처리하기 위해 개발된 보다 진보된 수처리 기술을 말하며, 최근 환경오염과 기존의 처리방법으로 처리할 수 없는 난분해성 물질의 증가로 인해 처리효율이 우수하고, 증가되는 오염수를 효과적으로 처리할 수 있는 대용량 고도산화공정 수처리 장치에 대한 수요가 증가되고 있다.
이에, 대한민국 공개특허 제10-2011-0109416호(특허문헌 1)는 자외선을 고출력의 펄스형태로 구동시키고, 광촉매를 사용함으로써 OH라디칼을 생성하는 반응을 증가시켜 처리효율을 증가시킬 수 있는 고도산화공정 수처리 장치에 대해 개시하고 있다.
그러나, 이때 자외선 반응기로 투입되는 과산화수소는 투입량의 전량이 자외선과 반응하는 것이 아니고 투입량의 60% 이상이 미반응 상태로 처리수 중에 잔류하게 된다. 이러한 미반응된 과산화수소가 처리수 내에 남아있을 경우 높은 산화력으로 인해 상수 공급시 배관의 부식을 야기할 수 있으며, 체내로 흡수될 경우 활성산소의 농도가 증가하여 세포의 노화 및 손상을 촉진하는 문제가 발생할 수 있다.
이에 따라, 잔류하는 과산화수소를 제거하기 위하여 활성탄 또는 모래 등을 사용하여 여과하는 방법이 제안되고 있으나, 이를 위해 별도의 처리시설이 요구되고, 처리시간이 오래 소요되는 한계를 가지고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 유입수의 유량변화에 따라 과산화수소의 투입량 및 UV 램프의 동작을 독립적으로 제어하여 불필요한 전력 및 에너지 소비를 억제함으로써, 최적화된 과산화수소와 자외선의 고도산화반응을 이용하여 효과적으로 맛냄새나 다이옥산 등의 오염물질을 제거하기 위한 제어시스템을 갖춘 고도산화 수처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 고도산화반응 이전에 인라인 믹서를 장착함으로써 유입수와 과산화수소의 혼합시 접촉면적을 증가시켜 효율적으로 혼합할 수 있으며, 이어지는 고도산화 반응시 OH 라디칼 생성을 촉진시키는 역할을 함으로써, 효율적으로 오염물질을 분해 및 제거할 수 있는 제어시스템을 갖춘 고도산화 수처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 과산화수소의 투입량, UV 램프의 동작, 염소의 투입량 등을 독립적으로 제어할 수 있는 제어장치 및 컨트롤러를 구비함으로써 간편하고 효율적으로 제어할 수 있는 제어시스템을 갖춘 고도산화 수처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상술한 제어시스템을 갖춘 고도산화 수처리 장치를 이용한 고도산화 수처리 공정을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 유입수 이송라인(100), 상기 유입수 이송라인(100)에 연결되어 과산화수소를 공급하는 과산화수소 저장조(20), 상기 유입수 이송라인(100)에 구비되며, 과산화수소 저장조(20)로부터 투입된 과산화수소와 유입수를 혼합하는 제1인라인 믹서(200), 상기 유입수 이송라인(100)에 구비되며, 다수개의 UV램프를 통해 자외선을 조사함으로써, 자외선과 과산화수소와의 반응으로 생성되는 OH라디칼에 의해 유입수를 고도산화되도록 하는 UV 반응기(300), 상기 유입수 이송라인(100)에 연결되어 염소를 공급하는 염소 저장조(40), 상기 유입수 이송라인(100)에 연결되어, 과산화수소와 염소의 반응 후 처리수의 과산화수소 및 염소의 함량을 측정하는 과산화수소/염소 측정부(50), 상기 과산화수소 저장조(20), 인라인믹서(200), UV 반응기(300), 염소 저장조(40) 및 과산화수소/염소 측정부(50)에 연결되어 각각 독립적으로 제어하는 제어장치(400) 및 상기 제어장치(400)로부터 전송받은 정보를 표시하거나, 각각의 구성요소의 동작을 제어하도록 명령을 인가할 수 있는 컨트롤러(500)을 포함하는 제어시스템을 갖춘 고도산화 수처리 장치에 관한 것이다.
상기 유입수 이송라인(100)에 구비되며, 잔류하는 과산화수소와 염소를 혼합함으로써, 과산화수소와 염소의 반응으로 잔류하는 과산화수소를 제거하는 제2인라인믹서(210)를 추가로 더 포함할 수 있다.
상기 UV 반응기(300) 상단에 유입수의 유량을 측정하는 유량 측정부(10) 및 상기 UV 반응기(300) 하단에 잔류하는 과산화수소의 함량을 측정하는 과산화수소 측정부(30)을 추가로 더 포함할 수 있다.
상기 제어장치(400)는 상기 유량 측정부(10)에서 측정되는 정보를 전송받아 과산화수소의 투입량 및 UV 반응기(300) UV램프의 동작을 제어하고, 상기 과산화수소 측정부(30) 또는 과산화수소/염소측정부(50)에서 측정되는 정보를 전송받아 제2인라인믹서(210)의 염소 투입량을 제어할 수 있다.
상기 과산화수소 측정부(30)에서 측정된 과산화수소에 대하여 상기 염소 저장조(40)에서 투입되는 염소의 비율이 1.1 내지 3배일 수 있다.
상기 컨트롤러(500)은 디스플레이부 및 제어조작부를 포함하고, 상기 디스플레이부는 상기 유량 측정부(10)에서 측정되는 유입수량표시부, UV 반응기(300)로 투입되는 과산화수소 투입량 표시부, 투입하고자 하는 과산화수소의 목표량을 나타내는 과산화수소 목표량 표시부 및 UV 반응기(300)의 UV 램프의 시간당 전력사용량을 나타내는 전력사용량 표시부를 포함하며, 상기 제어조작부는 제어장치를 통해 전송받은 정보를 바탕으로 UV램프의 동작을 제어하는 UV 램프 동작모듈, 과산화수소의 투입량을 제어하는 과산화수소 투입량 제어모듈, 염소의 투입량을 제어하는 염소 투입량 제어모듈 및 인라인 믹서의 속도 및 체류시간을 제어하는 인라인믹서 제어모듈을 포함할 수 있다.
상기 컨트롤러(500)는 상기 제어조작부에서 생성되거나, 입력장치를 통해 입력된 명령을 원거리에 위치한 제어장치에 인가하여 동작하도록 할 수 있다.
상기 제1인라인 믹서(200) 및 제2인라인 믹서(210)는 하기 식 1 및 식 2를 만족하는 것이 바람직하다.
7 ≤ S ≤ 70 [식 1]
4 ≤ E ≤ 6 [식 2]
(상기 식 1에서 S는 인라인믹서의 관경에 따른 단면적(㎡)이며, 식 2에서 E는 인라인믹서의 관내 엘리먼트수(개)이다.)
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 유입수에 과산화수소를 공급하는 과산화수소 공급단계(S10), 상기 과산화수소 공급단계 이후에 다수개의 UV 램프를 통해 자외선을 조사함으로써, 자외선과 과산화수소와의 반응으로 생성되는 OH라디칼에 의해 유입수가 고도산화되도록 하는 고도산화단계(S20), 상기 고도산화단계(S20) 이후에 측정된 과산화수소의 소정의 비율로 염소를 투입하는 염소투입단계(S30), 상기 염소투입단계(S30) 이후에 유입수, 과산화수소 및 염소가 유동되며 과산화수소와 염소의 반응으로 잔류하는 과산화수소를 제거하는 과산화수소 제거단계(S40), 상기 과산화수소 제거단계(S40) 이후에 처리수의 잔류하는 과산화수소 및 염소를 측정하는 과산화수소/염소 측정단계(S50) 및 상기 과산화수소/염소 측정단계(S50)에서 측정된 수치범위가 설정값에 부합할 경우에는 상기 처리수를 유출시키는 처리수 유출단계(S60);를 포함하며, 상기 과산화수소/염소 측정단계(S50)에서 측정된 수치범위가 설정값에 부합하지 않을 경우에는 상기 염소투입단계(S30)로 이동하는 제어시스템을 갖춘 고도산화 수처리 공정에 관한 것이다.
상기 고도산화단계(S20) 이후에 잔류하는 과산화수소를 측정하는 과산화수소 측정단계(S21)를 포함할 수 있다.
상기 염소투입단계(S30)에서 과산화수소에 대하여 투입되는 염소의 비율이 1.1 내지 3배일 수 있으며, 상기 UV 램프 조절, 과산화수소 측정 및 투입량 조절, 염소 측정 및 투입량 조절 및 인라인 믹서 내 속도 및 체류시간 조절은 제어장치를 통해 제어될 수 있다.
또한, 상기 제어장치는 원거리에 위치한 컨트롤러를 통해 명령을 입력받고, 정보를 출력할 수 있다.
본 발명의 제어시스템을 갖춘 고도산화 수처리 장치 및 이를 이용한 수처리 공정은 유입수의 유량변화에 따라 과산화수소의 투입량 및 UV 램프의 동작을 독립적으로 제어하여 불필요한 전력 및 에너지 소비를 억제함으로써, 최적화된 과산화수소와 자외선의 고도산화반응을 이용하여 유입수에 포함된 맛냄새나 다이옥산 등의 각종 오염물질을 효과적으로 분해 및 제거가 가능한 장점이 있다.
또한, 고도산화반응 이전에 인라인 믹서를 장착함으로써 유입수와 과산화수소의 혼합시 접촉면적을 증가시켜 효율적으로 혼합할 수 있으며, 이어지는 고도산화 반응시 OH 라디칼 생성을 촉진시키는 역할을 함으로써, 효율적으로 오염물질을 분해 및 제거할 수 있는 장점이 있다.
또한, 고도산화반응 후에 염소를 투입하고 제2인라인믹서 내부에서 반응시킴으로써 잔류하는 과산화수소를 신속 간단하고 경제적으로 제거할 수 있는 장점이 있다.
또한, 고도산화 수처리 장치 내에 과산화수소의 투입량, UV 램프의 동작, 염소의 투입량 등을 독립적으로 제어할 수 있는 제어장치 및 컨트롤러를 구비함으로써 간편하고 효율적으로 고도산화 수처리 공정을 제어할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 제어시스템을 갖춘 고도산화 수처리 장치 의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 제어시스템을 갖춘 고도산화 수처리 공정의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 제어시스템을 갖춘 고도산화 수처리 공정의 순서도이다.
이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 제어시스템을 갖춘 고도산화 수처리 장치 및 이를 이용한 수처리 공정에 관하여 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 제어시스템을 갖춘 고도산화 수처리 장치는 유입수 이송라인(100), 유량측정부(10), 과산화수소 저장조(20), 제1인라인 믹서(200), UV 반응기(300), 과산화수소 측정부(30), 염소저장조(40), 제2인라인 믹서(210), 과산화수소/염소 측정부(50), 유입수 회송라인(110), 제어장치(400), 전원(410) 및 컨트롤러(500)을 포함하여 형성된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 제어시스템을 갖춘 고도산화 수처리 장치 의 개략도를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 유량측정부(10), 과산화수소 저장조(20), 제1인라인 믹서(200), UV 반응기(300), 과산화수소 측정부(30), 염소저장조(40), 제2인라인 믹서(210), 과산화수소/염소 측정부(50)가 순차적으로 설치되고, 이를 제어하기 위한 제어장치(400)가 전원(410)과 함께 주변에 설치된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 제어시스템을 갖춘 고도산화 수처리 장치는 제어장치(400)와 유선 또는 무선으로 연결되어 제어장치(400)가 취득한 정보를 전송받거나, 전송받은 정보를 바탕으로 설정된 명령을 입력하는 컨트롤러(500)를 포함하여 형성된다.
상기 유입수 이송라인(100)은 각종 오염물질을 포함하고 있는 유입수가 흐르는 배관으로, 유입된 수량을 측정할 수 있는 유량측정부(10)가 설치될 수 있으며, 유입수 이송라인(100)을 통해 UV 반응기(300)로 흐르는 유량을 조절하기 위한 유량밸브가 추가로 더 설치될 수 있다.
유입수 이송라인(100)을 흐르는 유입수는 빗물을 포함하여 식수로 이용되는 물, 수영장 등에 이용되는 물 및 오폐수가 될 수 있으며, 수중에 유기물의 정화가 필요한 대상이라면 제한되지 않고 적용 가능하다.
과산화수소 저장조(20)는 유입수 이송라인(100)에 연결되어 고도산화 반응의 산화제 역할을 하는 과산화수소를 공급하는 역할을 하며, 과산화수소의 투입량을 조절하기 위한 밸브 또는 펌프가 추가로 더 설치될 수 있다.
제1인라인 믹서(200)는 유입수 이송라인(100)에 구비되어, 과산화수소 저장조(20)에서 투입되는 과산화수소와 유입수를 균일하게 혼합하는 역할을 하며, 제1인라인 믹서(200)의 속도 및 체류시간은 제어장치(400)에 의해 개별적으로 제어될 수 있으며 컨트롤러(500)를 이용하여 원격지에서도 손쉽게 확인 및 설정이 가능하다.
제1인라인 믹서(200)에서 유입수와 과산화수소의 혼합시 접촉면적을 증가시켜 효율적으로 혼합할 수 있으며, 이어지는 고도산화 반응시 OH 라디칼 생성을 촉진시키는 역할을 함으로써, 효율적으로 오염물질을 분해 및 제거할 수 있으며, 전반적인 수처리 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
UV 반응기(300)는 유입수 이송라인(100)에 구비되며, 다수개의 UV 램프를 통해 자외선을 조사함으로써, 자외선과 과산화수소의 반응으로 생성되는 OH 라디칼에 의해 오염물질을 분해 및 제거할 수 있다. UV 반응기에 구비되는 다수개의 UV램프는 제어장치(400)에 의해 개별적으로 제어될 수 있으며, 컨트롤러(500)를 이용하여 원격지에서도 손쉽게 확인 및 설정이 가능하다.
과산화수소 측정부(30)는 유입수 이송라인(100)에 연결되어, UV 반응기(300)에서 반응하고 남아 배출되는 과산화수소의 양을 측정하며, 측정된 정보는 제어장치(400)를 통해 컨트롤러(500)로 전송된다.
염소 저장조(40)는 상기 유입수 이송라인(100)에 연결되어 고도산화 반응 후에 잔류하는 과산화수소를 제거하기 위한 염소를 공급하는 역할을 하며, 염소의 투입량을 조절하기 위한 밸브 또는 펌프가 추가로 더 설치될 수 있다.
상기 염소 저장조(40)는 상기 과산화수소 측정부(30)에서 측정된 정보를 바탕으로 제어장치(400)를 통해 컨트롤러(500)에서 입력받은 양의 염소를 투입하게 되는데, 투입되는 염소의 비율이 잔류하는 과산화수소의 1.1 내지 3배인 것이 바람직하다.
투입되는 염소의 비율이 1.1배 미만일 경우에는 잔류하는 과산화수소를 충분히 제거하지 못하는 문제가 발생할 수 있으며, 3배 초과일 경우에는 처리수에 과량의 염소가 존재함으로써, 처리수가 하천으로 흘러들어 갔을 때, 수중의 유기물과 반응하여 발암물질인 크로라민을 형성하는 등의 2차 오염을 유발하는 문제가 발생할 수 있다.
제2인라인 믹서(210)은 상기 유입수 이송라인(100)에 구비되며, 잔류하는 과산화수소와 염소를 혼합함으로써, 과산화수소와 염소의 반응으로 잔류하는 과산화수소를 제거할 수 있다. 제2인라인 믹서(210)의 속도 및 체류시간은 제어장치(400)에 의해 개별적으로 제어될 수 있으며 컨트롤러(500)를 이용하여 원격지에서도 손쉽게 확인 및 설정이 가능하다.
상기 제1인라인 믹서(200) 및 제2인라인 믹서(210)는 하기 식 1 및 2를 만족하는 것이 바람직하다.
7 ≤ S ≤ 70 [식 1]
4 ≤ E ≤ 6 [식 2]
(상기 식 1에서 S는 인라인믹서의 관경에 따른 단면적(㎡)이며, 식 2에서 E는 인라인믹서의 관내 엘리먼트수(개)이다.)
제1인라인 믹서(200)가 상기 조건을 만족할 때, 유입수와 과산화수소를 불필요한 에너지의 낭비없이 최적의 효율로 혼합할 수 있으며, 제2인라인 믹서(210)가 상기 조건을 만족할 때, 과산화수소가 잔류하는 유입수와 투입되는 염소를 효과적으로 혼합함으로써, 최소의 반응공간 및 최소의 염소량으로 최적의 효율을 낼 수 있어 경제성을 향상시킬 수 있으므로 효과적이다.
과산화수소/염소 측정부(50)는 상기 유입수 이송라인(100)에 연결되며, 인라인 믹서(300) 내에서 과산화수소가 제거된 처리수의 과산화수소 및 염소의 농도를 측정할 수 있으며, 측정된 정보는 제어장치(400)를 통해 컨트롤러(500)로 전송된다.
과산화수소/염소 측정부(50)에서 측정된 염소의 농도가 설정치 이하이고, 과산화수소가 검출될 경우, 염소의 농도가 설정치에 근접하고, 과산화수소가 검출되지 않을 때까지 염소의 자동 투입이 이루어지도록 제어장치(400) 및 컨트롤러(500)를 이용해 제어할 수 있다.
인라인 믹서(300) 내의 반응식은 다음과 같다.
[반응식]
Cl2 + H2O → HOCl + HCl (pH 3~7) → OCl- +H2O (pH 7)
OCl- + H2O2 → H2O + O2 + Cl-
투입된 염소와 물이 반응하면 pH가 3~7일 경우에는 치아염소산과 염산이 생성되며, pH가 7 일 경우에는 치아염소산과 물이 생성된다. 이러한 치아염소산과 과산화수소가 반응하여 생성되는 염소이온을 과산화수소/염소 측정부(50)에서 측정하게 되는 것이다.
이처럼 과산화수소/염소 측정부(50)에서 잔류하는 과산화수소 및 염소를 측정하여 추가적인 염소를 자동으로 투입함으로써, 염소의 투입량과 투입시점을 보다 정확하게 할 수 있으므로, 보다 효과적이며 경제적으로 고도산화 수처리를 할 수 있는 장점이 있다.
상기 제어장치(400)는 과산화수소 저장조(20), 제1인라인 믹서(200), UV 반응기(300), 염소 저장조(40), 제2인라인 믹서(210) 및 과산화수소/염소 측정부(50)와 연결되어 있으며, 각각의 구성요소들을 독립적으로 제어할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 제어장치(400)는 유량측정부(10)에서 측정되는 정보를 입력받아 과산화수소 저장조(10)에서 UV 반응기(300)로 투입되는 과산화수소의 투입량을 조절하거나, UV 반응기(300) 내부의 UV 램프의 동작을 제어할 수 있으며, 동시에 제어하거나, 각각 따로 제어할 수 있다.
뿐만 아니라, 제어장치(400)는 과산화수소 측정부(30) 또는 과산화수소/염소 측정부(50)에서 측정되는 정보를 입력받아 염소 저장조(40)에서 제2인라인믹서(210)로 투입되는 염소의 투입량을 제어할 수 있다.
제어시스템을 갖춘 고도산화 수처리 장치의 구동을 위하여 전력을 공급하는 전원(410)이 추가로 더 형성될 수 있으며, 이때 제어장치(400) 및 전원(410)은 과산화수소 저장조(20) 또는 UV 반응기(300)과 일체형으로 형성될 수 있다.
또한, 제어장치(400)는 유량측정부(10), 과산화수소 측정부(30) 및 과산화수소/염소 측정부(50)에서 측정된 정보와 과산화수소 저장조(20), 염소 저장조(40), UV 반응기(300), 제1인라인 믹서(200) 및 제2인라인 믹서(210)의 구동상태를 컨트롤러(500)로 전송하는 전송부를 더 포함할 수 있다.
컨트롤러(500)는 디스플레이부는 제어장치(400)로부터 전송받은 정보를 표시하는 디스플레이부 및 각각의 과산화수소 저장조(20), 염소 저장조(40), UV 반응기(300), 제1인라인 믹서(200) 및 제2인라인 믹서(210)의 구동상태를 제어하도록 명령을 인가하는 제어조작부로 형성된다.
컨트롤러(500)의 디스플레이부는 제어장치로부터 전송된 정보를 디스플레이하며, 상기 디스플레이부는 유량 측정부(10)에서 측정되는 유입수량표시부, UV 반응기(300)로 투입되는 과산화수소 투입량 표시부, 투입하고자 하는 과산화수소의 목표량을 나타내는 과산화수소 목표량 표시부 및 UV 반응기(300)의 UV 램프의 시간당 전력사용량을 나타내는 전력사용량 표시부를 포함할 수 있다.
컨트롤러(500)의 제어조작부는 고도산화 수처리 장치의 각각의 구성요소의 구동상태를 제어하도록 명령을 인가하는 것으로, 제어장치(400)를 통해 전송받은 정보를 바탕으로 UV램프의 동작을 제어하는 UV 램프 동작모듈, 과산화수소의 투입량을 제어하는 과산화수소 투입량 제어모듈, 염소의 투입량을 제어하는 염소 투입량 제어모듈 및 제1인라인 믹서와 제2인라인 믹서의 속도 및 체류시간을 제어하는 인라인믹서 제어모듈을 포함할 수 있다.
상기 UV 램프 동작모듈은 투입되는 유입수의 유량에 따라 UV램프의 동작을 해지하거나 정지중인 UV램프를 구동시키는 역할을 하는 것으로, 간단히 동작버튼을 이용하여 손쉽게 제어할 수 있다.
또한, 상기 과산화수소 투입량 제어모듈은 투입되는 유입수의 유량에 따라 적절한 과산화수소의 투입량을 변화시켜주는 역할을 하는 것으로, 간단히 동작버튼을 이용하여 손쉽게 제어할 수 있다.
이는 고도산화 수처리장치로 투입되는 유량이 계절에 따라 유동적이기 때문에, 투입되는 유량에 적절한 양의 자외선을 조사하거나, 적절한 양의 과산화수소를 투입함으로써 불필요한 에너지 낭비를 방지할 수 있어 경제적이다.
상기 염소 투입량 제어모듈은 과산화수소/염소 측정부(40)에서 측정된 정보에 따라 과산화수소를 효과적으로 제거할 수 있도록 염소의 투입량을 변화시켜주는 역할을 하는 것으로 간단한 입력장치 또는 동작버튼 등을 이용하여 손쉽게 제어할 수 있다. 제2인라인 믹서(210)를 통과한 처리수에서 과산화수소가 검출될 경우 또는 기준치 이하의 염소량이 측정될 경우, 잔류하는 과산화수소를 완전히 제거할 수 있도록 염소의 투입량을 조절하는 것이다.
상기 인라인믹서 제어모듈은 제1인라인 믹서(200) 또는 제2인라인 믹서(210) 내부로 유입되는 유량과 과산화수소 또는 염소의 투입량에 따라 혼합 속도 및 체류시간을 제어하는 역할을 하는 것으로, 간단한 입력장치 또는 동작버튼 등을 이용하여 손쉽게 제어할 수 있다. 신속하고 균일하게 반응을 유도함으로써, 처리수 중에 남아있는 과산화수소를 빠르고 간단하게 제거할 수 있다.
또한, 컨트롤러(500)의 제어조작부에는 과산화수소 저장조(20), 염소저장조(40), 유입수 이송라인(100) 및 유입수 회송라인(110)에 형성된 유량밸브를 제어할 수 있는 밸브제어모듈을 추가로 더 포함하며, 밸브제어모듈 또한 단한 입력장치 또는 동작버튼 등을 이용하여 손쉽게 제어할 수 있다.
또한, 컨트롤러(500)의 제어조작부에는 각각의 제어모듈을 통해 생성된 제어명령을 원거리에 위치한 제어장치(400)에 전송하여 해당 장치들을 동작시킬 수 있는 전송모듈을 포함한다.
따라서, 본 발명의 컨트롤러(500)는 상기 제어조작부에서 생성되거나, 입력장치를 통해 입력된 명령을 원거리에 위치한 제어장치에 인가하여 동작하도록 하는 것을 특징으로 한다. 이는 원격지에서도 제어시스템을 갖춘 고도산화 수처리 장치의 동작 및 상태를 한눈에 파악할 수 있으며, 수처리에 소요되는 에너지, 시간 및 비용을 현저히 절감할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는 본 발명의 고도산화 수처리 공정에 관하여 상세히 설명한다.
고도산화 수처리 공정은 상술한 바와 같은 제어시스템을 갖춘 고도산화 수처리 장치를 이용하여 수행되며, 과산화수소 공급단계(S10),고도산화단계(S20), 염소투입단계(S30), 과산화수소 제거단계(S40), 과산화수소/염소 측정단계(S50) 및 처리수 유출단계(S60)를 포함하여 이루어진다.
상기 과산화수소 공급단계(S10)는 유입되는 유입수의 유량을 수처리 장치의 유량 측정부에서 측정한 정보에 따라 적절한 양의 과산화수소를 투입하는 단계이다.
상기 고도산화단계(S20)는 과산화수소가 함유된 유입수를 다수개의 UV램프를 통해 자외선을 조사함으로써, 자외선과 과산화수소의 반응으로 생성되는 OH라디칼에 의해 유입수에 존재하는 오염물질을 분해하는 단계이다.
상기 고도산화단계(S20) 이후에 잔류하는 과산화수소를 측정하는 과산화수소 측정단계(S21)를 추가로 더 포함할 수 있다.
상기 염소투입단계(S30)는 과산화수소 측정단계(S21)에서 측정된 정보에 따라 잔류하는 과산화수소에 대하여 소정의 비율로 염소를 투입하는 단계이다. 이때 투입되는 염소의 양은 과산화수소에 대하여 1.1 내지 3배인 것이 바람직하다.
투입되는 염소의 비율이 1.1배 미만일 경우에는 잔류하는 과산화수소를 충분히 제거하지 못하는 문제가 발생할 수 있으며, 3배 초과일 경우에는 처리수에 과량의 염소가 존재함으로써, 처리수가 하천으로 흘러들어 갔을 때, 수중의 유기물과 반응하여 발암물질인 크로라민을 형성하는 등의 2차 오염을 유발하는 문제가 발생할 수 있다.
과산화수소 제거단계(S40)는 염소투입단계(S30) 이후에 인라인 믹서 내부에서 유입수, 과산화수소 및 염소가 유동되며, 과산화수소와 염소의 반응으로 잔류하는 과산화수소를 제거하는 단계이다. 이때 제2인라인 믹서(210)는 하기 식 1 및 식 2를 만족하는 것이 과산화수소가 잔류하는 유입수와 투입되는 염소를 효과적으로 혼합함으로써, 최소의 반응공간 및 최소의 염소량으로 최적의 효율을 낼 수 있어 경제성을 향상시킬 수 있으므로 효과적이다.
7 ≤ S ≤ 70 [식 1]
4 ≤ E ≤ 6 [식 2]
(상기 식 1에서 S는 인라인믹서의 관경에 따른 단면적(㎡)이며, 식 2에서 E는 인라인믹서의 관내 엘리먼트수(개)이다.)
과산화수소/염소 측정단계(S50)는 과산화수소 제거단계(S40) 이후에 처리수에 잔류하는 과산화수소 및 염소를 측정하는 단계이다.
상기 처리수 유출단계(S60)는 과산화수소/염소 측정단계(S50)에서 측정된 수치범위가 설정값에 부합할 경우에는 상기 처리수를 유출시키는 단계이다.
과산화수소/염소 측정단계(S50)에서 측정된 수치범위가 설정값에 부합하지 않을 경우에는 유입수 회송라인(110)을 통해 상기 염소투입단계(S30)로 이동시켜 잔류하는 과산화수소를 제거하는 것이 바람직하다.
상기 수처리 공정에서 UV 램프 조절, 과산화수소 측정 및 투입량 조절, 염소 측정 및 투입량 조절 및 제1인라인 믹서와 제2인라인 믹서 내 속도 및 체류시간 조절은 제어장치를 통해 제어될 수 있으며, 상기 제어장치는 원거리에 위치한 컨트롤러를 통해 명령을 입력받고, 정보를 출력할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 제어장치 및 컨트롤러를 사용함으로써 원거리에서도 수처리 공정을 한눈에 파악하고, 각각의 장치들을 독립적으로 제어함으로써, 수처리 공정에 소요되는 비용 및 시간을 현저히 절감할 수 있게 되었다.
또한, 투입되는 유입수의 유량에 따라 과산화수소의 투입량 및 UV 반응기의 UV 램프의 동작을 제어함으로써, 불필요한 자원의 낭비를 방지하고, UV 램프의 수명을 연장시킬 수 있게 되었으며, 고도산화 반응이 끝나고 배출되는 처리수의 과산화수소를 염소의 투입으로 효과적으로 제거함으로써, 높은 산화력을 가진 과산화수소로 인한 부식 등을 방지할 수 있다. 또한, 활성탄 여과법이나 모래여과법과 같은 경우에는 별도의 처리시설이 요구되며, 공정시간도 길게 소요되나 본 발명은 인라인 믹서를 도입함으로써, 별도의 처리시설이 필요 없이 공정시간을 현저히 감소시킬 수 있으며, 수처리 효율도 향상시킬 수 있음을 알게 되었다.
이하, 본 발명의 제어시스템을 갖춘 고도산화 수처리 장치 및 이를 이용한 수처리 공정에 대하여 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
1. NDMA(N-Nitrosodimethylamine) 측정
유입수와 처리수의 NDMA(N-Nitrosodimethylamine) 측정은 GC/MS(shimadzu, Japan)으로 실시하였으며, 컬럼은 Restek Rtx-Vrx 컬럼(60m, 032mm ID, USA)를 사용하였다. 자동시료기에 의해 4㎕ 시료를 채취하여 자동 주입하는데, 분석 조건은 주입온도가 35℃이고, 검출온도가 200℃로 설정하였으며, 10℃/min의 속도로 승온하였다. 운반기체는 헬륨이며, 유량은 30.4ml/min이고 분리없이 분석하였다. 하기 식 1에 따라 수처리 효율을 계산하였다.
[식 1]
(상기 식 1에서, NDMAIN은 유입수에서 측정된 NDMA의 함량이며, NDMAout은 처리수에서 측정된 NDMA의 함량이다.)
[실시예 1]
본 발명의 도 1에 도시된 장치를 적용하여 수처리 했을 때 유입수에서 측정된 NDMA의 함량이 150ng/L였으며, 처리수에서의 NDMA의 함량은 3ng/L로 수처리 효율이 98%임을 확인하였다.
[비교예 1]
제1인라인믹서(200)을 사용하지 않은 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 장치 및 공정으로 수처리 했을 때, 유입수에서 측정된 NDMA의 함량이 150ng/L였으며, 처리수에서의 NDMA의 함량은 88ng/L로 수처리 효율이 41.3%임로 감소되는 것을 알 수 있었다.
[비교예 2]
잔류하는 과산화수소를 제거하기 위한 염소투입단계를 생략하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 장치와 공정으로 수처리 했을 때, 유입수에서 측정된 NDMA의 함량이 150ng/L였으며, 처리수에서의 NDMA의 함량은 62ng/L로 수처리 효율이 58.6%임로 감소되는 것을 알 수 있었다.
[비교예 3]
염소 투입 후 제2인라인믹서(210)을 사용하지 않은 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 장치와 공정으로 수처리 했을 때, 유입수에서 측정된 NDMA의 함량이 150ng/L였으며, 처리수에서의 NDMA의 함량은 44ng/L로 수처리 효율이 70.6%임로 감소되는 것을 알 수 있었다.
상술한 바와 같이, 제1인라인 믹서 또는 제2인라인 믹서를 사용하지 않거나, 염소 투입 단계를 거치지 않을 경우, 수처리 효율이 현저히 감소됨을 알 수 있었다. NDMA 이외 에도, 총인, 총질소 및 부유물질을 측정하였으며, 이들도 NDMA 측정결과와 유사한 수처리 효율을 나타내었다.
따라서, 본 발명의 제어시스템을 갖춘 고도산화 수처리 장치 및 이를 이용한 수처리 공정을 활용하여 수처리 하는 것이 가장 효과적으로 수처리 할 수 있음을 알 수 있었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 균등물을 사용할 수 있으며, 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서, 상기 기재 내용은 하기의 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
10 : 유량측정부
20 : 과산화수소 저장조
30 : 과산화수소 측정부
40 : 염소 저장조
50 : 과산화수소/염소 측정부
100 : 유입수 이송라인
110 : 유입수 회송라인
200 : 제1인라인 믹서
210 : 제2인라인 믹서
300 : UV 반응기
400 : 제어장치
410 : 전원
500 : 컨트롤러
20 : 과산화수소 저장조
30 : 과산화수소 측정부
40 : 염소 저장조
50 : 과산화수소/염소 측정부
100 : 유입수 이송라인
110 : 유입수 회송라인
200 : 제1인라인 믹서
210 : 제2인라인 믹서
300 : UV 반응기
400 : 제어장치
410 : 전원
500 : 컨트롤러
Claims (14)
- 유입수 이송라인(100);
상기 유입수 이송라인(100)에 연결되어 과산화수소를 공급하는 과산화수소 저장조(20);
상기 유입수 이송라인(100)에 구비되며, 과산화수소 저장조(20)로부터 투입된 과산화수소와 유입수를 혼합하는 제1인라인 믹서(200);
상기 유입수 이송라인(100)에 구비되며, 다수개의 UV램프를 통해 자외선을 조사함으로써, 자외선과 과산화수소와의 반응으로 생성되는 OH라디칼에 의해 유입수를 고도산화되도록 하는 UV 반응기(300);
상기 유입수 이송라인(100)에 연결되어 염소를 공급하는 염소 저장조(40);
상기 유입수 이송라인(100)에 연결되어, 과산화수소와 염소의 반응 후 처리수의 과산화수소 및 염소의 함량을 측정하는 과산화수소/염소 측정부(50);
상기 과산화수소 저장조(20), 인라인믹서(200), UV 반응기(300), 염소 저장조(40) 및 과산화수소/염소 측정부(50)에 연결되어 각각 독립적으로 제어하는 제어장치(400); 및
상기 제어장치(400)로부터 전송받은 정보를 표시하거나, 각각의 구성요소의 동작을 제어하도록 명령을 인가할 수 있는 컨트롤러(500)을 포함하는 고도산화 수처리 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 유입수 이송라인(100)에 구비되며, 잔류하는 과산화수소와 염소를 혼합함으로써, 과산화수소와 염소의 반응으로 잔류하는 과산화수소를 제거하는 제2인라인믹서(210)를 추가로 더 포함하는 고도산화 수처리 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 UV 반응기(300) 상단에 유입수의 유량을 측정하는 유량 측정부(10) 및 상기 UV 반응기(300) 하단에 잔류하는 과산화수소의 함량을 측정하는 과산화수소 측정부(30)을 추가로 더 포함하는 고도산화 수처리 장치. - 제 2항에 있어서,
상기 제어장치(400)는 상기 유량 측정부(10)에서 측정되는 정보를 전송받아 과산화수소의 투입량 및 UV 반응기(300) UV램프의 동작을 제어하고,
상기 과산화수소 측정부(30) 또는 과산화수소/염소측정부(50)에서 측정되는 정보를 전송받아 제2인라인믹서(210)의 염소 투입량을 제어하는 고도산화 수처리 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 과산화수소 측정부(30)에서 측정된 과산화수소에 대하여 상기 염소 저장조(40)에서 투입되는 염소의 비율이 1.1 내지 3배인 고도산화 수처리 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 컨트롤러(500)은 디스플레이부 및 제어조작부를 포함하고,
상기 디스플레이부는 상기 유량 측정부(10)에서 측정되는 유입수량표시부, UV 반응기(300)로 투입되는 과산화수소 투입량 표시부, 투입하고자 하는 과산화수소의 목표량을 나타내는 과산화수소 목표량 표시부 및 UV 반응기(300)의 UV 램프의 시간당 전력사용량을 나타내는 전력사용량 표시부를 포함하며,
상기 제어조작부는 제어장치를 통해 전송받은 정보를 바탕으로 UV램프의 동작을 제어하는 UV 램프 동작모듈, 과산화수소의 투입량을 제어하는 과산화수소 투입량 제어모듈, 염소의 투입량을 제어하는 염소 투입량 제어모듈 및 인라인 믹서의 속도 및 체류시간을 제어하는 인라인믹서 제어모듈을 포함하는 고도산화 수처리 장치. - 제 6항에 있어서,
상기 컨트롤러(500)는 상기 제어조작부에서 생성되거나, 입력장치를 통해 입력된 명령을 원거리에 위치한 제어장치에 인가하여 동작하도록 하는 고도산화 수처리 장치. - 제 2항에 있어서,
상기 제1인라인 믹서(200) 및 제2인라인 믹서(210)는 하기 식 1 및 식 2를 만족하는 고도산화 수처리 장치.
7 ≤ S ≤ 70 [식 1]
4 ≤ E ≤ 6 [식 2]
(상기 식 1에서 S는 인라인믹서의 관경에 따른 단면적(㎡)이며, 식 2에서 E는 인라인믹서의 관내 엘리먼트수(개)이다.) - 유입수에 과산화수소를 공급하는 과산화수소 공급단계(S10);
상기 과산화수소 공급단계 이후에 다수개의 UV램프를 통해 자외선을 조사함으로써, 자외선과 과산화수소와의 반응으로 생성되는 OH라디칼에 의해 유입수가 고도산화되도록 하는 고도산화단계(S20);
상기 고도산화단계(S20) 이후에 측정된 과산화수소의 소정의 비율로 염소를 투입하는 염소투입단계(S30);
상기 염소투입단계(S30) 이후에 유입수, 과산화수소 및 염소가 유동되며 과산화수소와 염소의 반응으로 잔류하는 과산화수소를 제거하는 과산화수소 제거단계(S40);
상기 과산화수소 제거단계(S40) 이후에 처리수의 잔류하는 과산화수소 및 염소를 측정하는 과산화수소/염소 측정단계(S50); 및
상기 과산화수소/염소 측정단계(S50)에서 측정된 수치범위가 설정값에 부합할 경우에는 상기 처리수를 유출시키는 처리수 유출단계(S60);를 포함하며,
상기 과산화수소/염소 측정단계(S50)에서 측정된 수치범위가 설정값에 부합하지 않을 경우에는 상기 염소투입단계(S30)로 이동하는 고도산화 수처리 공정. - 제 9항에 있어서,
상기 고도산화단계(S20) 이후에 잔류하는 과산화수소를 측정하는 과산화수소 측정단계(S21)를 더 포함하는 고도산화 수처리 공정. - 제 9항에 있어서,
상기 염소투입단계(S30)에서 과산화수소에 대하여 투입되는 염소의 비율이 1.1 내지 3배인 고도산화 수처리 공정. - 제 9항에 있어서,
상기 UV 램프 조절, 과산화수소 측정 및 투입량 조절, 염소 측정 및 투입량 조절 및 인라인 믹서 내 속도 및 체류시간 조절은 제어장치를 통해 제어되는 고도산화 수처리 공정. - 제 12항에 있어서,
상기 제어장치는 원거리에 위치한 컨트롤러를 통해 명령을 입력받고, 정보를 출력하는 고도산화 수처리 공정. - 제 9항에 있어서,
상기 과산화수소 공급단계(S10)는 제1인라인 믹서(200)에서 과산화수소와 유입수를 혼합하며,
상기 제1인라인 믹서(200) 및 제2인라인 믹서(210)는 하기 식 1 및 식 2를 만족하는 고도산화 수처리 공정.
7 ≤ S ≤ 70 [식 1]
4 ≤ E ≤ 6 [식 2]
(상기 식 1에서 S는 인라인믹서의 관경에 따른 단면적(㎡)이며, 식 2에서 E는 인라인믹서의 관내 엘리먼트수(개)이다.)
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