KR20140115604A - 입자표면적에 의한 응집제 주입 제어장치 및 응집제 주입 제어방법, 그리고 이를 구비한 수처리 설비와 방법 - Google Patents

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KR20140115604A
KR20140115604A KR1020130030348A KR20130030348A KR20140115604A KR 20140115604 A KR20140115604 A KR 20140115604A KR 1020130030348 A KR1020130030348 A KR 1020130030348A KR 20130030348 A KR20130030348 A KR 20130030348A KR 20140115604 A KR20140115604 A KR 20140115604A
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박재로
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한국건설기술연구원
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Abstract

본 발명은 오염된 용수원을 대상으로 응집공정을 포함하는 수처리를 실시하는 데 있어서 현장에서 간편하고 신속하게 응집제의 적정한 주입농도와 주입률을 결정하고, 미처리수의 유입수질의 변동에 실시간으로 대응하여 자동제어할 수 있는 수처리에 있어 입자표면적에 의한 응집제 주입 제어장치 및 응집제 주입 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 미처리수에 포함되는 콜로이드성 또는 입자성 부유물질을 응집처리하는 수처리에서의 응집제 주입 제어장치로서, 유입되는 미처리수에 대하여 응집제 주입을 위한 영향인자를 측정하는 영향인자 측정장치; 상기 영향인자 측정장치에서 측정된 영향인자에 근거하여 응집제 주입농도 또는 주입률 중 적어도 하나를 결정하는 응집제 계산제어장치; 상기 응집제 계산제어장치에 의해 결정된 응집제 주입농도 또는 주입률 중 적어도 하나에 따라 응집제를 주입하는 응집제 주입수단; 및 상기 응집제 주입수단에 응집제를 공급하는 응집제 저장조를 포함하는 수처리에서의 응집제 주입 제어장치를 제공한다.

Description

입자표면적에 의한 응집제 주입 제어장치 및 응집제 주입 제어방법, 그리고 이를 구비한 수처리 설비와 방법{APPARATUS AND METHOD TO CONTROL THE COAGULANT CONCENTRATION BY USING THE SURFACE AREA OF PARTICLES, AND WATER-TREATMENT EQUIPMENT AND METHOD HAVING THE SAME}
본 발명은 수처리에서의 응집제 주입 제어장치 및 응집제 주입 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오염된 용수원을 대상으로 응집공정을 포함하는 수처리를 실시하는 데 있어서 현장에서 간편하고 신속하게 응집제의 적정한 주입농도와 주입률을 결정하고, 미처리수의 유입수질 변동에 실시간으로 대응하여 자동제어할 수 있는 수처리에 있어 입자표면적에 의한 응집제 주입 제어장치 및 응집제 주입 제어방법, 그리고 이를 구비한 수처리 설비와 방법에 관한 것이다.
수처리 과정에서 오탁(汚濁) 물질을 고효율로 용이하게 침전 또는 부상시켜 제거하기 위해서는 전처리로서 응집공정이 필수적이다. 미처리수 중에 부유하는 미세입자는 그대로 쉽게 침전 또는 부상되지 않기 때문에 적정한 수준의 수처리 효율을 기대할 수 없게 된다.
통상적으로 응집제는 미처리수 중의 부유물질을 플록(flock) 형태로 응집시켜 쉽게 침전 또는 부상되도록 하고, 여과 등의 후속공정에서 포착되기 쉽게 하기 위하여 사용한다.
응집제의 주입농도는 번거로운 자-테스트(jar-test)로 결정하는 방식이 일반적이다. 자-테스트를 자동화한 방식, 미처리수의 탁도와 알칼리도 등을 수질 계측기로 연속 측정하고, 그 측정결과에 따라 약품주입농도를 자동으로 산출하는 방식 또는 응집제 주입 후 응집공정의 진행상태를 감시하면서 감시 결과에 따라 응집제 주입량을 피드-백 기법으로 제어하는 방식 등도 개발되어 있다.
그러나 이와 같은 피드-백 기법으로 제어하는 방식 등은 비용이 고가이고, 유지관리가 어려우며, 유입수질의 변동을 실시간으로 적절히 반영하지 못하고 있어서 광범위하게 활용하는 데 한계가 많은 실정이다.
수처리에 이용되는 응집제로서는, 황산알루미늄(alum), 폴리염화알루미늄(poly aluminum chloride, PAC) 등의 알루미늄염이 광범위하게 사용된다. 그 밖에 황산제1철, 황산제2철, 염화제2철 등의 철염도 사용된다.
알루미늄염의 응집작용에 대하여 설명한다. 알루미늄염을 물에 넣으면 쉽게 가수분해되어 양(+)전하로 하전된 알루미늄 수산기중합체가 된다. 수중에 부유하고 있는 탁질 콜로이드, 조류 등의 부유성 입자들은 그 표면이 음(-)전하로 하전되어 있어서 입자들끼리 상호 반발하기 때문에 응집성장이 곤란하여 잘 침전 또는 부상되지 않으나, 수산화알루미늄의 양(+)전하로 인해 하전이 중화되면(하전중화) 부유성 입자들이 상호 집합하여 커지면서 물속에 있는 유기물, 세균, 무기물 및 미소 생물 등까지 끌어들여 플록으로 성장한다.
한편, 부유성 입자들의 하전을 중화시키는 데 필요한 적정한 주입농도 이상으로 응집제가 주입되면 오히려 응집되었던 플록들이 다시 분산되어 응집 효율이 저하되기 때문에 경제적이면서 처리효율이 높은 적정한 주입농도의 결정이 매우 중요하다. 철염을 응집제로 사용하는 경우에도 응집작용의 기작은 위에서 설명한 내용과 유사하다.
처리대상 용수원에 따라서 미처리수의 수질은 하루 중에도 큰 폭으로 변화하는 경우가 많으므로 응집제의 주입농도(주입률)는 수질이 변함에 따라 적시에 적절하게 조절할 수 있도록 대비하는 것이 바람직하다.
수처리에 응집제를 사용할 때에는 콜로이드성 또는 입자성 부유물질을 침전성 또는 부상성이 양호한 플록으로 만들기 위하여 적정한 주입농도를 결정하는 문제가 중요하지만 수질변동에 신속하게 대응하여 최적의 응집제 주입농도를 결정하는 데에는 어려움이 많다. 응집제의 적정 주입농도를 결정하는 방법으로 여러 가지가 연구개발되어 있는데 결정방법별로 분류하면, 크게 가장 간단하고 널리 이용되고 있는 자-테스트 이용방법, 통계적인 자료를 기초로 한 수학적인 모델을 이용하는 방법, 및 응집현상에 대한 이론적인 접근과 하전된 계면의 성질에 기초를 둔 방법 등이 있으며, 여기에는 제타(zeta) 전위에 의한 방법, SCD(stream current detector)에 의한 방법, 그리고 플록의 형성속도 등 성상의 관측에 의한 방법 등이 포함된다.
이 중에서 자-테스트 이용방법 및 제타(zeta) 전위에 의한 방법 등이 비교적 잘 검토되어 온 방법이다. 현재 수처리시설에서 가장 널리 사용되고 있는 자-테스트는 실제의 응집공정을 직접 사전에 모의하는 실험으로서 응집제 주입농도의 결정에는 가장 확실시되어 널리 사용되고 있다.
그러나 실험 과정이 번거롭고, 시간이 소요되기 때문에 수질의 급격한 변동에 대응할 수 없다는 곤란한 점이 있으며, 제타(zeta) 전위는 그 이론 및 수많은 실험결과에 의해 우수한 지표라는 것이 알려져 있으나, 고가의 측정장비가 소요되고 측정에 기술과 시간을 요하므로 현재까지 일반적으로 사용되지는 않고 있다. 이러한 이유로 인해 수질관리 중에서 큰 비중을 차지하는 응집제 주입제어는 타분야에 비하여 상당히 자동화가 지연되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 오염된 용수원을 대상으로 응집공정을 포함하는 수처리를 실시하는 데 있어서 미처리수 중에 부유하고 있는 입자들의 단위용적당 표면적을 계산하고, 이 표면적에 대응하도록 사전에 설정되어 있는 응집제 주입농도 산출식에 의해 응집제의 주입농도를 간편하고 신속하게 결정함으로써, 현장에서 간편하고 신속하게 응집제의 적정한 주입농도(주입률)를 결정하고 제어할 수 있는 수처리에 있어 입자표면적에 의한 응집제 주입 제어장치 및 응집제 주입 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 결정된 응집제 주입농도와 주입률에 따라 미처리수의 유입수질의 변동에 실시간으로 대응하여 응집제의 주입농도를 자동제어할 수 있는 수처리에 있어 입자표면적에 의한 응집제 주입 제어장치 및 응집제 주입 제어방법을 제공하는 데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상기한 응집제 주입 제어장치를 구비한 수처리 설비와 응집제 주입 제어방법을 포함하는 수처리 방법을 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따르면, 미처리수에 포함되는 콜로이드성 또는 입자성 부유물질을 응집처리하는 수처리에서의 응집제 주입 제어장치로서, 유입되는 미처리수에 대하여 응집제 주입을 위한 영향인자를 측정하는 영향인자 측정장치; 상기 영향인자 측정장치에서 측정된 영향인자에 근거하여 응집제 주입농도 또는 주입률 중 적어도 하나를 결정하는 응집제 계산제어장치; 상기 응집제 계산제어장치에 의해 결정된 응집제 주입농도 또는 주입률 중 적어도 하나에 따라 응집제를 주입하는 응집제 주입수단; 및 상기 응집제 주입수단에 응집제를 공급하는 응집제 저장조를 포함하는 수처리에서의 응집제 주입 제어장치를 제공한다.
본 발명의 제1 관점에 있어서, 상기 영향인자 측정장치는 미처리수에 포함되어 있는 콜로이드성 또는 입자성 부유물질의 단위용적당 입자표면적을 산출하는 입자계수기 또는 입도분석기를 포함할 수 있다.
본 발명의 제1 관점에 있어서, 상기 입자계수기 또는 입도분석기는 단위용적당 입자의 표면적을 계측 산출하고, 상기 응집제 계산제어장치는 산출된 단위용적당 입자표면적에 대응하는 응집제 주입농도를 결정하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 제1 관점에 있어서, 상기 응집제 주입농도는 아래의 식에 의해 결정될 수 있다.
C = a + bAc
(여기에서, C: 응집제 주입농도(mg-Al/L), a: 상수(mg-Al/L), b: 계수, A: 단위용적당 입자의 표면적(㎛2 또는 mm2) 또는 그로부터 재계산된 연산값, c: 계수로서, 상수 a와 계수 b 및 계수 c의 값은 다수 회 이상의 입자의 표면적과 응집제 주입농도를 동시에 측정한 실험 결과로부터 실험적으로 산출되는 것으로, 상수 a는 수질이 양호한 상황에서도 주입해야만 하는 최소한의 응집제 주입농도에 대응하는 상수이고, 계수 b는 비례상수의 기능을 하는 계수이며, 계수 c는 입자의 표면적 값을 응집제 주입농도의 단위와 유사하도록 조정하는 기능을 하는 계수임).
본 발명의 제1 관점에 있어서, 상기 영향인자 측정장치는 유입되는 미처리수의 유입유량을 측정하는 유량계를 더 포함하고, 상기 응집제 계산제어장치는 결정된 응집제 주입농도와 상기 유량계의 계측값에 근거하여 아래의 수학식을 이용하여 응집제 주입률을 결정하도록 구성될 수 있다.
y = k×C×Q
여기에서, y: 응집제 주입률(g/hr), k: 응집제의 종류에 따른 환산과 단위변환을 위한 계수, C: 응집제 주입농도(mg-Al/L), Q: 유입유량 (m3/hr).
본 발명의 제1 관점에 있어서, 상기 영향인자 측정장치에서 측정하는 영향인자는 탁도, 알칼리도, pH, 수온, 용존유기물질농도(DOC), 입자수, 제타포텐셜(zeta potential), 유동흐름(stream current), 응집공정의 진행상태 중 적어도 하나 이상을 포함하는 영향인자에 근거하여 주입농도를 결정하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 제2 관점에 따르면, 미처리수에 포함되는 콜로이드성 또는 입자성 부유물질을 응집처리하는 수처리에서의 응집제 주입 제어방법으로서, 유입되는 미처리수에 대하여 응집제 주입을 위한 영향인자를 측정하고; 상기 영향인자 측정에서 측정된 영향인자에 근거하여 응집제 주입농도 및 주입률 중 적어도 하나를 결정하며; 상기 결정되는 응집제 주입농도 및 주입률 중 적어도 하나에 따라 응집제를 주입하는 것을 포함하는 수처리에서의 응집제 주입 제어방법을 제공한다.
본 발명의 제2 관점에서, 상기 영향인자를 측정하는 단계는 미처리수에 포함되어 있는 콜로이드성 또는 입자성 부유물질의 단위용적당 입자표면적을 산출하는 것을 포함할 수 있으며, 입자표면적을 산출하는 것은 사전에 결정된 입경대에 대하여 각 입경대별 입자수를 계측하고; 각 입경대별 입자의 표면적을 산출하며; 각 입경대별 입자의 표면적을 합산하여 단위용적당 입자들의 전체표면적을 산출하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 관점에 있어서, 상기 주입농도 및 주입률 중 적어도 하나를 결정하는 단계는 산출된 입자들의 전체 표면적에 근거하여 입자의 표면적에 대응하는 응집제의 주입농도를 아래의 식을 이용하여 결정할 수 있다.
C = a + bAc
(여기에서, C: 응집제 주입농도(mg-Al/L), a: 상수(mg-Al/L), b: 계수, A: 단위용적당 입자의 표면적(㎛2 또는 mm2) 또는 그로부터 재계산된 연산값, c: 계수로서, 상수 a와 계수 b 및 계수 c의 값은 다수 회 이상의 입자의 표면적과 응집제 주입농도를 동시에 측정한 실험 결과로부터 실험적으로 산출되는 것으로, 상수 a는 수질이 양호한 상황에서도 주입해야만 하는 최소한의 응집제 주입농도에 대응하는 상수이고, 계수 b는 비례상수의 기능을 하는 계수이며, 계수 c는 입자의 표면적 값을 응집제 주입농도의 단위와 유사하도록 조정하는 기능을 하는 계수임).
본 발명의 제2 관점에서, 상기 영향인자를 측정하는 단계는 유입되는 미처리수의 유입유량을 산출하는 것을 더 포함하고; 상기 주입농도 및 주입률 중 적어도 하나를 결정하는 단계는 산출된 미처리수의 유입유량과 결정된 응집제의 주입농도에 근거하여 응집제의 주입률을 결정할 수 있다.
본 발명의 제2 관점에서, 상기 응집제의 주입률의 결정은 산출된 유입유량과 결정된 응집제의 주입농도를 곱하여 응집제의 주입률을 결정할 수 있다.
본 발명의 제3 관점에 따르면, 상기한 관점들 중 어느 하나에 따른 응집제 주입 제어장치; 주입되는 응집제가 미처리수와 혼화되는 하나 이상의 혼화 수단, 즉 혼화조 또는 이를 대체하는 장치; 콜로이드성 또는 입자성 부유물질이 응집되는 하나 이상의 응집 수단, 즉 응집조 또는 이를 대체하는 장치; 응집된 플록을 침전시키거나 부상시키거나 여과시키는 수단, 예를 들면 침전조 또는 부상조 또는 여과조; 및 처리된 처리수가 배출되는 처리수 유출라인을 포함하는 응집제 주입 제어장치를 포함하는 수처리 설비를 제공한다.
본 발명의 제4 관점에 따르면, 미처리수에 포함되는 콜로이드성 또는 입자성 부유물질을 처리하는 수처리 방법에 있어서, 콜로이드성 또는 입자성 부유물질을 포함하는 미처리수를 유입시키고; 상기 유입되는 미처리수에 포함되어 있는 콜로이드성 또는 입자성 부유물질의 단위용적당 입자표면적을 산출하고; 산출된 입자표면적에 근거하여 응집제의 주입농도를 결정하고; 유입되는 미처리수의 유입유량을 산출하고; 산출된 미처리수의 유입유량과 상기 결정된 응집제의 주입농도에 근거하여 응집제의 주입률을 결정하고; 상기 결정되는 응집제 주입농도 및 주입률에 따라 미처리수에 응집제를 주입하여 응집제와 미처리수를 혼화시킨 다음 응집시키고; 응집된 플록을 침전시키거나 부상시키거나 여과시켜 제거하며; 처리된 처리수를 배출하는 것을 포함하는 수처리 방법을 제공한다.
본 발명의 제4 관점에서, 상기 입자표면적의 산출은 사전에 결정된 입경대에 대하여 단위용적당 입경대별 입자수를 계측하고; 입경대별 입자의 표면적을 산출하며; 각 입경대별 입자의 표면적을 합산하여 단위용적당 입자들의 전체표면적을 산출할 수 있다.
본 발명의 제4 관점에서, 상기 입자표면적의 산출은 아래의 수학식 1을 이용하여 산출하고,
Figure pat00001
...수학식 1
(여기에서, D i 는 입경대별 대표 입경이고, n i 는 단위용적당 그 입경대에 해당하는 입자들의 수)
상기 응집제의 주입농도는 아래의 수학식 2에 의해 결정되며,
C = a + bAc ...수학식 2
(여기에서, C: 응집제 주입농도(mg-Al/L), a: 상수(mg-Al/L), b: 계수, A: 단위용적당 입자의 표면적(㎛2 또는 mm2) 또는 그로부터 재계산된 연산값, c: 계수로서, 상수 a와 계수 b 및 계수 c의 값은 다수 회 이상의 입자의 표면적과 응집제 주입농도를 동시에 측정한 실험 결과로부터 실험적으로 산출되는 것으로, 상수 a는 수질이 양호한 상황에서도 주입해야만 하는 최소한의 응집제 주입농도에 대응하는 상수이고, 계수 b는 비례상수의 기능을 하는 계수이며, 계수 c는 입자의 표면적 값을 응집제 주입농도의 단위와 유사하도록 조정하는 기능을 하는 계수임).
상기 응집제의 주입률은 아래의 수학식 3에 의해 결정될 수 있다.
y = k×C×Q ...수학식 3
(여기에서, y: 응집제 주입률(g/hr), k: 응집제의 종류에 따른 환산과 단위변환을 위한 계수, C: 응집제 주입농도(mg-Al/L), Q: 유입유량 (m3/hr))
본 발명에 의한 수처리에 있어 입자표면적에 의한 응집제 주입 제어장치 및 응집제 주입 제어방법 그리고 이에 따른 수처리 설비와 수처리 방법에 따르면 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 본 발명은 온라인 또는 오프라인 계측기로서 저렴한 비용에 구축이 가능하고, 유지관리가 간편하며, 실시간 감시가 가능한 입자계수기 또는 입도분석기를 이용하여 입자들의 단위용적당 표면적을 계산하고, 계산된 표면적에 대응하여 응집제의 주입농도를 산출하고 유량에 따른 주입률을 제어하기 때문에, 현장에서 간편하고 신속하게 응집제의 적정한 주입을 결정할 수 있고, 용이하게 자동제어로 연계할 수 있다.
둘째, 본 발명은 기존의 자-테스트에 의한 응집제 주입농도 결정방법이 갖고 있는 실험에 시간이 소요되기 때문에 실시간 대응이 곤란한 점이나, 제타(zeta) 전위를 이용하는 방법 등이 안고 있는 고가의 장비와 고도의 기술이 필요하고 유지관리가 어려우며 자동화가 곤란한 점 등을 해결할 수 있다.
셋째, 본 발명은 응집제를 주입한 후 후속의 응집공정의 진행상태를 감시하면서 응집제 주입량을 피드-백 제어하는 방식과 달리 제어가 간단하고 미처리수의 유입수질의 변동에 실시간 대응이 가능하다.
넷째, 본 발명은 특히, pH, 알칼리도, 수온 등의 일반 수질조건의 변화폭이 크지 않고 콜로이드성 또는 입자성 부유물질들의 구성과 입자수의 변동이 응집제 주입농도의 주요한 결정인자가 되는 미처리수의 경우에 미처리수에 포함되어 있는 입자들을 계수하여 입자들의 단위용적당 표면적을 계산함으로써, 더욱 간단하고 신속하게 응집제의 적정한 주입농도를 결정하고, 주입률을 제어할 수 있다.
다섯째, 본 발명은 용존공기부상법(DAF; Dissolved Air Floatation)을 이용하여 조류 및 총인(T-P) 등의 오염물질을 제거하기 위한 수처리 공정을 운전하는 경우와 같이, 여타 수질인자의 변화는 크지 않고 조류의 개체수의 변동이 큰 경우 등에도 간편하고 신속하게 응집제의 주입농도를 결정하는 데에 활용할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
도 1은 콜로이드성 또는 입자성 부유물질들이 수중에서 어떻게 안정적인 분산 상태를 유지할 수 있는지를 나타내는 모식도이다.
도 2는 오염이 심한 미처리수 내 부유성 입자의 분포의 예를 보여주기 위해 전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 3은 한강 원수의 단위용적당 입경대(입자크기)별 입자수를 측정한 실측 결과의 예를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 수처리에 있어 입자표면적에 의한 응집제 주입 제어장치의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 수처리에 있어 입자표면적에 의한 응집제 주입 제어방법을 나타내는 플로차트이다.
도 6은 본 발명에 따른 입자표면적을 이용한 응집제 주입 제어장치를 포함하는 수처리 설비의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 수처리에 있어 입자표면적에 의한 응집제 주입 제어장치를 설명하기에 앞서, 본 발명에 대한 충분한 이해를 돕기 위해 부유물질들이 수중에서 어떻게 안정적인 분산 상태를 유지할 수 있는지에 대하여 설명한다.
수중의 콜로이드성 또는 입자성 부유물질들은 중성의 pH에서 음(-)전하를 띠고 있는 것이 많은데, 알루미늄염 등의 응집제에 의하여 음(-)전하의 콜로이드성 또는 입자성 부유물질들의 전하가 중화되어 응집될 수 있도록 처리된다.
도 1은 콜로이드성 또는 입자성 부유물질들이 수중에서 어떻게 안정적인 분산 상태를 유지할 수 있는지를 나타내는 모식도이다. 도 2는 오염이 심한 미처리수 내 부유성 입자의 분포의 예를 보여주기 위해 전자현미경으로 촬영한 사진으로서, 도 2에 도시한 바와 같이 오염된 미처리수 내에는 다양한 형태를 갖고 있을 뿐만 아니라, 콜로이드 상태에서부터, 다수의 수 ㎛ 크기의 미소입자들과 소수의 수백 ㎛에 해당하는 거대입자에 이르기까지 다양한 크기의 입자들이 무수하게 존재한다. 도 3은 한강 원수의 단위용적당 입경대(입자크기)별 입자수를 측정한 실측 결과의 예를 도시한 그래프로서, 1mL의 미처리수 내에 5 미만의 입자는 12,000개 이상 존재하고, 입경대가 커짐에 따라 입자수가 줄어들어 5~10의 범위에는 약 2,100개, 10~50의 입경대에서는 약 1,100개가 존재하고 있음을 나타내고 있다.
미처리수 내의 개개의 입자들이 어느 정도의 음(-)전하를 띠고 있는지 여부는 전기영동법 등의 정전기적 측정법을 이용하여 측정할 수도 있으나, 일반적으로 입자들의 표면적에 비례하는 것으로 보고되고 있다.
따라서, 개별 입자의 표면적은 작지만 무수히 많은 입자가 존재하거나, 상대적으로 표면적이 큰 입자들이 다수 존재하는 등 미처리수에 포함되어 있는 입자들의 전체 표면적이 클수록 하전중화를 위해 필요한 응집제의 양이 증가하게 된다. 응집제의 역할은 각 입자들이 갖고 있는 음(-)전하를 전기적으로 중화시키는 것이기 때문에, 적정한 응집제의 주입농도(주입률)는 입자들의 음(-)전하를 중화시키는 데 소요되는 응집제의 양으로 나타낼 수 있다.
본 발명에서의 응집제 주입 제어장치 및 제어방법은 간편하고 신속하게 응집제의 적정한 주입농도를 결정하기 위해서, 미처리수에 포함되어 있는 콜로이드성 또는 부유성 입자들의 단위용적당 표면적을 산출하고, 사전에 입력되어 있는 입자들의 표면적에 대응하는 응집제의 주입농도를 산출하는 수학식을 이용하여 응집제의 주입농도를 결정하고, 이에 더하여 응집제 주입률을 제어하는 장치와 방법 그리고 이를 포함하는 수처리 설비와 수처리 방법을 제공한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 수처리에 있어 입자표면적에 의한 응집제 주입 제어장치를 설명한다. 도 4는 본 발명에 따른 수처리에 있어 입자표면적에 의한 응집제 주입 제어장치의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 수처리에 있어 입자표면적에 의한 응집제 주입 제어장치는, 미처리수에 포함되는 콜로이드성 또는 입자성 부유물질을 응집처리하는 수처리에서의 응집제 주입 제어장치로서, 콜로이드성 또는 입자성 부유물질을 포함하는 미처리수가 유입되는 유입 라인(100); 상기 유입 라인(100)으로 유입되는 미처리수에 대하여 응집제 주입을 위한 영향인자를 측정하는 영향인자 측정장치(200); 상기 영향인자 측정장치(200)에서 측정된 영향인자에 근거하여 응집제 주입농도 또는 주입률 중 적어도 하나를 결정하는 응집제 계산제어장치(300); 상기 응집제 계산제어장치(300)에 의해 결정된 응집제 주입농도 또는 주입률 중 적어도 하나에 따라 응집제를 주입하는 응집제 주입수단(400); 및 상기 응집제 주입수단(400)에 응집제를 공급하는 응집제 저장조(500)를 포함한다.
상기 응집제 주입을 위한 영향인자를 측정하는 영향인자 측정장치(200)는, 미처리수에 포함되어 있는 콜로이드성 또는 입자성 부유물질의 단위용적당 입자표면적을 산출할 수 있는 입자계수기 또는 입도분석기(210)를 포함한다.
상기 입자계수기 또는 입도분석기(210)는 단위용적당 입자의 표면적을 계측 산출하고, 이에 따라 상기 응집제 계산제어장치(300)는 그 산출된 단위용적당 입자표면적에 대응하는 응집제 주입농도를 결정하게 된다. 단위용적당 입자의 표면적을 산출하는 연산은 상기 응집제 계산제어장치(300)에서 수행될 수도 있다.
또한, 상기 영향인자 측정장치(200)는 유입되는 미처리수의 유입유량을 측정하는 유량계(220)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이에 따라 상기 응집제 계산제어장치(300)는 상기 결정된 응집제 주입농도와 상기 유량계(220)의 계측값에 근거하여 응집제 주입률을 결정하게 된다.
다시 말해서, 상기 응집제 계산제어장치(300)는 입자계수기 또는 입도분석기(210)에서 산출된 단위용적당 입자표면적에 근거하여 응집제 주입농도를 결정하고, 바람직하게는 이에 더하여 결정된 응집제 주입농도와 유량계(220)에서 계측된 유입유량에 근거하여 응집제 주입률을 결정한다. 이에 따라, 주입 펌프와 같은 응집제 주입수단(400)은 결정된 응집제 주입농도와 이에 부가되는 응집제 주입률에 따라 응집제를 주입하게 된다.
여기에서, 상기 응집제 계산제어장치(300)는 주입농도를 결정하는 데 단위용적당 입자의 표면적을 주요 영향인자로 하고, 추가로 탁도, 알칼리도, pH, 수온, 용존유기물질농도(DOC), 입자수, 제타포텐셜(zeta potential), 유동흐름(stream current), 응집공정의 진행상태 등 다른 영향인자들의 일부 또는 전부를 고려하여 응집제의 주입농도를 더욱 적정하게 결정할 수 있다.
상기 입자계수기 또는 입도분석기(210)에서 단위용적당 입자표면적은 다음과 같은 수학식 1에 의해 산출될 수 있다.
Figure pat00002
...수학식 1
여기에서, D i 는 입경대별 대표 입경이고, n i 는 단위용적당 그 입경대에 해당하는 입자들의 수이다. 즉, 예를 들어, 미처리수에 포함되어 있는 입자들이 모두 구형이라고 가정하고, 각 입경대별로 해당되는 입자들의 표면적은 대표 입경을 가정한 입자의 표면적에 단위용적당 그 입경대에 해당하는 입자들의 수를 곱하여 산출하고, 전체표면적은 각 입경대별 입자들의 표면적을 합산함으로써 산출할 수 있다.
여기에서, 처리대상 물질의 입경 분포 및 대표적인 입경대가 사전에 결정되어 있다면, 계산되어야 하는 입경대의 범위가 축소되거나 상기의 수학식 1은 보다 단순화될 수 있다.
일례로, 대표적인 입경대로서 2㎛ 이하, 2~3㎛, 3~5㎛, 5~7㎛, 7~10㎛, 10~15㎛, 15~20㎛, 20~30㎛, 30~50㎛, 50~100㎛, 100㎛ 이상 등의 입경대의 전부 또는 그 중 일부의 입경대로 구성될 수 있다.
또한, 조류가 제거대상물질이며, 조류의 우점종이 결정되어 있고, 해당 조류의 개체당 대표적인 표면적이 기지의 사실인 경우, 상기의 수학식 1은 조류의 종류별 대표 표면적과 해당 조류의 단위용적당 개체수의 승산의 형태로 변형될 수도 있다. 또한, 입자들이 구형이 아닌 경우에도 적절한 형상계수를 고려하여 입자들의 표면적을 산출할 수 있다.
또한, 응집제 계산제어장치(300)에서 응집제의 주입농도는 다음의 수학식 2에 의해서 결정이 가능하다. 즉, 알루미늄염으로 대표되는 응집제의 주입농도는 단위용적당 입자의 표면적과 지수함수의 관계식에 의해서 결정된다.
C = a + bAc ...수학식 2
여기에서, C: 응집제 주입농도(mg-Al/L), a: 상수(mg-Al/L), b: 계수, A: 단위용적당 입자의 표면적(㎛2 또는 mm2) 또는 그로부터 재계산된 연산값, c: 계수.
수학식 2에 있어서, 예를 들어 응집제로서 PAC(폴리염화알루미늄)를 사용할 경우, 실험적으로 결정된 상수 a의 값이 0.5, 계수 b와 c의 값이 각각 2.0, 0.1이고, 도 3의 결과로부터 산출된 값으로서 1mL의 미처리수 중에 포함되어 있는 입자들의 표면적이 2,051,443㎛2일 때, 응집제의 주입농도는 9.06mg-Al/L(= 0.5+2.0×(2,051,443)0.1)로 결정될 수 있다.
참고로, 수학식 2에서 상수 a와 계수 b 및 계수 c의 값은 다수 회(예를 들면, 5회) 이상의 입자의 표면적과 응집제 주입농도를 동시에 측정한 실험 결과로부터 실험적으로 산출되는 것이 바람직하다. 상수 a는 수질이 양호한 상황에서도 주입해야만 하는 최소한의 응집제 주입농도에 대응하는 상수이고, 계수 b는 비례상수의 기능을 하는 계수이며, 계수 c는 입자의 표면적 값을 응집제 주입농도의 단위와 유사하도록 조정하는 기능을 하는 계수이다.
이 식의 각 상수와 계수는 응집제의 종류에 따라서 바뀔 수 있으며, 실험적으로 결정된다. 따라서, 본 발명에서는 일반적인 형태로서 일 예로서 제시하고 있지만, 수학식의 변형된 형태는 물론이고, 선형식, 지수함수식 및 로그함수식 등을 포함한 다른 형태의 수학식도 얼마든지 적용이 가능하다.
여기에서, 산출된 입자들의 단위용적당 표면적에 따라 응집제의 주입농도를 결정하는 데 있어서, 입자들의 표면적에 대응하는 응집제 주입농도의 산출식(수학식 2)은 콜로이드성 입자, 무기성 현탁입자, 유기성 현탁입자 및 조류 등 입자들의 구성성분에 따라 달라질 수 있는, 즉 콜로이드성 입자, 무기성 현탁입자, 유기성 현탁입자 및 조류를 포함하는 입자들의 구성성분에 근거할 수 있다.
다음으로, 응집제 계산제어장치(300)에서 응집제 주입률은 다음과 같은 수학식 3에 의해서 결정이 가능하다.
y = k×C×Q ...수학식 3
여기에서, y: 응집제 주입률(g/hr), k: 응집제의 종류에 따른 환산과 단위변환을 위한 계수, C: 응집제 주입농도(mg-Al/L), Q: 유입유량 (m3/hr).
다음으로, 본 발명에 따른 수처리에 있어 입자표면적에 의한 응집제 주입 제어방법에 대하여 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 본 발명에 따른 수처리에 있어 입자표면적에 의한 응집제 주입 제어방법을 나타내는 플로차트이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 응집제 주입 제어방법은, 미처리수에 포함되는 콜로이드성 또는 입자성 부유물질을 응집처리하는 수처리에서의 응집제 주입 제어방법으로서, 콜로이드성 또는 입자성 부유물질을 포함하는 미처리수를 유입시키고(S100); 상기 유입되는 미처리수에 대하여 응집제 주입을 위한 영향인자를 측정하고(S200); 상기 영향인자 측정에서 측정된 영향인자에 근거하여 응집제 주입농도 및 주입률 중 적어도 하나를 결정하며(S300); 상기 결정되는 응집제 주입농도 및 주입률 중 적어도 하나에 따라 응집제를 주입하는(S400) 것을 포함한다.
상기 영향인자를 측정하는 단계(S200)는 미처리수에 포함되어 있는 콜로이드성 또는 입자성 부유물질의 단위용적당 입자표면적을 산출하는 것(S210)을 포함한다.
상기 단위용적당 입자표면적을 산출하는 것(S210)은 미처리수의 일부를 채수하거나 온라인 또는 오프라인으로 설치된 입자계수기 및 입도분석기를 이용하여 사전에 결정된 입경대에 대하여 단위용적당 입경대별 입자수를 계측하고(S211), 이후 설정되어 있는 입자표면적 산출식(전술한 수학식 1)을 이용하여 입경대별 단위용적당 입자의 표면적을 산출하며(S212); 각 입경대별 입자의 표면적을 합산하여 단위용적당 입자들의 전체표면적을 산출한다(S213).
여기에서, 온라인이라 함은 수처리 계통에 입자계수기 및 입도분석기가 그 일부로서 직접 설치되어 있는 경우를 의미하고, 오프라인이라 함은 입자계수기 및 입도분석기를 수처리 계통에 직접 설치되어 있지 않고 자동 또는 수동으로 수처리 계통에서 일부의 시료를 채수하여 상기의 입자계수기 및 입도분석기를 활용하여 분석한 다음 분석된 결과를 활용하여 후속 공정을 운용하는 경우를 의미한다.
이에 따라, 상기 주입농도 및 주입률 중 적어도 하나를 결정하는 단계(S300)에서는 산출된 입자들의 전체 표면적에 근거하여 입자의 표면적에 대응하는 응집제의 적정한 주입농도 산출식(전술한 수학식 2)을 이용하여 응집제의 주입농도를 결정한다.
또한, 상기 영향인자를 측정하는 단계(S200)는 유입되는 미처리수의 유입유량을 산출하는 것(S220)을 더 포함하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 상기 주입농도 및 주입률 중 적어도 하나를 결정하는 단계(S300)는 산출된 미처리수의 유입유량과 결정된 응집제의 주입농도에 근거하여 주입률 산출식(전술한 수학식 3)을 이용하여 응집제의 주입률을 결정하고, 즉 산출된 유입유량과 결정된 응집제의 주입농도를 곱하여 응집제의 주입률을 결정하고, 그 결정된 주입농도 및/또는 주입률에 근거하여 응집제를 주입(S400)하게 된다.
여기에서, 상기 주입농도 및 주입률 중 적어도 하나를 결정하는 단계(S300)에서 주입농도를 결정하는 데 단위용적당 입자표면적을 주요 영향인자로 하고, 추가로 탁도, 알칼리도, pH, 수온, 용존유기물질농도(DOC), 입자수, 제타포텐셜(zeta potential), 유동흐름(stream current), 응집공정의 진행상태 등 다른 영향인자들의 일부나 전부 또는 적어도 하나 이상의 영향인자를 고려하여 응집제의 주입농도를 더욱 적정하게 결정할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 입자표면적을 이용한 응집제 주입 제어장치를 포함하는 수처리 설비의 구성을 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6은 본 발명에 따른 입자표면적을 이용한 응집제 주입 제어장치를 포함하는 수처리 설비의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.
앞서 설명한 응집제 주입 제어장치에서의 구성요소와 동일한 구성요소에 대해서는 동일 부호를 부여하며, 그에 대한 설명은 생략하거나 간략히 한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 응집제 주입 제어장치를 포함하는 수처리 설비는, 콜로이드성 또는 입자성 부유물질을 포함하는 미처리수가 유입되는 유입 라인(100); 상기 유입 라인(100)으로 유입되는 미처리수에 대하여 응집제 주입을 위한 영향인자를 측정하는 영향인자 측정장치(200); 상기 영향인자 측정장치(200)에서 측정된 영향인자에 근거하여 응집제 주입농도 또는 주입률 중 적어도 하나를 결정하는 응집제 계산제어장치(300); 상기 응집제 계산제어장치(300)에 의해 결정된 응집제 주입농도 또는 주입률 중 적어도 하나에 따라 응집제를 주입하는 응집제 주입수단(400); 상기 응집제 주입수단(400)에 응집제를 공급하는 응집제 저장조(500); 주입되는 응집제가 미처리수와 혼화되는 수단, 예를 들면 하나 이상의 혼화조(600) 또는 이를 대체하는 장치; 콜로이드성 또는 입자성 부유물질들이 응집되는 수단, 예를 들면 하나 이상의 응집조(700) 또는 이를 대체하는 장치; 응집된 플록이 침전되거나 부상되거나 여과되는 침전조 또는 부상조 또는 여과조(800); 및 처리된 처리수가 배출되는 처리수 유출라인(900)을 포함한다.
여기에서, 상기 혼화조(600) 또는 이를 대체하는 장치, 응집조(700) 또는 이를 대체하는 장치 그리고 침전조 또는 부상조 또는 여과조(800) 또는 이를 대체하는 장치 등의 구성은 수처리 공정에 따라 생략 또는 변경될 수 있으며, 이외 여과 유닛이나 탈취 유닛 등 다른 구성이 부가될 수도 있다.
상기 응집제 주입을 위한 영향인자를 측정하는 영향인자 측정장치(200)는, 미처리수에 포함되어 있는 콜로이드성 또는 입자성 부유물질의 단위용적당 입자표면적을 산출할 수 있는 입자계수기 또는 입도분석기(210)를 포함한다.
상기 입자계수기 또는 입도분석기(210)는 단위용적당 입자의 표면적을 계측 산출하고, 이에 따라 상기 응집제 계산제어장치(300)는 그 산출된 단위용적당 입자표면적에 대응하는 응집제 주입농도를 결정하게 된다.
또한, 상기 영향인자 측정장치(200)는 유입되는 미처리수의 유입유량을 측정하는 유량계(220)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이에 따라 상기 응집제 계산제어장치(300)는 상기 결정된 응집제 주입농도와 상기 유량계(220)의 계측값에 근거하여 응집제 주입률을 결정하게 된다.
다시 말해서, 상기 응집제 계산제어장치(300)는 입자계수기 또는 입도분석기(210)에서 산출된 단위용적당 입자표면적에 근거하여 응집제 주입농도를 결정하고, 바람직하게는 이에 더하여 결정된 응집제 주입농도와 유량계(220)에서 계측된 유입유량에 근거하여 응집제 주입률을 결정한다. 이에 따라, 주입 펌프와 같은 응집제 주입수단(400)은 결정된 응집제 주입농도와 이에 부가되는 응집제 주입률로 응집제를 주입하게 된다.
이와 같은 본 발명의 입자표면적을 이용한 응집제 주입 제어장치를 포함하는 수처리 설비의 처리 과정을 간략히 설명한다.
미처리수에 포함되는 콜로이드성 또는 입자성 부유물질을 처리하는 수처리 방법에 있어서, 콜로이드성 또는 입자성 부유물질을 포함하는 미처리수를 유입시키고; 상기 유입되는 미처리수에 포함되어 있는 콜로이드성 또는 입자성 부유물질의 단위용적당 입자표면적을 산출하고; 산출된 입자표면적에 근거하여 입자의 표면적에 대응하는 응집제의 적정한 주입농도 산출식(전술한 수학식 2)을 이용하여 응집제의 주입농도를 결정하고; 유입되는 미처리수의 유입유량을 산출하고; 산출된 미처리수의 유입유량과 상기 결정된 응집제의 주입농도에 근거하여 주입률 산출식(전술한 수학식 3)을 이용하여 응집제의 주입률을 결정하고; 상기 결정되는 응집제 주입농도 및 주입률에 따라 미처리수에 응집제를 주입하여 응집제와 미처리수를 혼화시킨 후 응집시키며; 응집된 플록을 침전시키거나 부상시키거나 여과시켜 제거하며; 처리된 처리수를 배출하는 것을 포함한다.
상기 단위용적당 입자표면적을 산출하는 것은 미처리수의 일부를 채수하거나 온라인 또는 오프라인으로 설치된 입자계수기 및 입도분석기를 이용하여 사전에 결정된 입경대에 대하여 단위용적당 입경대별 입자수를 계측하고, 이후 설정되어 있는 입자표면적 산출식(전술한 수학식 1)을 이용하여 입경대별 단위용적당 입자의 표면적을 산출하며, 각 입경대별 입자의 표면적을 합산하여 단위용적당 입자들의 전체표면적을 산출하는 것을 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 응집제 주입 제어장치와 방법 그리고 이를 포함하는 수처리 설비와 수처리 방법에 따르면, 온라인 또는 오프라인 계측기로서 저렴한 비용에 구축이 가능하고, 유지관리가 간편하며, 실시간 감시가 가능한 입자계수기 또는 입도분석기를 이용하여 입자들의 단위용적당 표면적을 계산하고, 계산된 표면적에 대응하여 응집제의 주입농도를 산출하고 유량에 따른 주입률을 제어하기 때문에, 현장에서 간편하고 신속하게 응집제의 적정한 주입을 결정할 수 있고, 용이하게 자동제어로 연계할 수 있다.
또한, 본 발명은 기존의 자-테스트에 의한 응집제 주입농도 결정방법이 갖고 있는 실험에 시간이 소요되기 때문에 실시간 대응이 곤란한 점이나, 제타(zeta) 전위를 이용하는 방법 등이 안고 있는 고가의 장비와 고도의 기술이 필요하고 유지관리가 어려우며 자동화가 곤란한 점 등을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명은 응집제를 주입한 후 후속의 응집공정의 진행상태를 감시하면서 응집제 주입량을 피드-백 제어하는 방식과 달리 제어가 간단하고 미처리수의 유입수질의 변동에 실시간 대응할 수 있다.
또한, 본 발명은 pH, 알칼리도, 수온 등의 일반 수질조건의 변화폭이 크지 않고 콜로이드성 또는 입자성 부유물질들의 구성과 입자수의 변동이 응집제 주입농도의 주요한 결정인자가 되는 미처리수의 경우에 미처리수에 포함되어 있는 입자들을 계수하여 입자들의 단위용적당 표면적을 계산함으로써, 더욱 간단하고 신속하게 응집제의 적정한 주입농도를 결정하고, 주입률을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 용존공기부상법(DAF; Dissolved Air Floatation)을 이용하여 조류 및 총인(T-P) 등의 오염물질을 제거하기 위한 수처리공정을 운전하는 경우와 같이, 여타 수질인자의 변화는 크지 않고 조류의 개체수의 변동이 큰 경우 등에도 간편하고 신속하게 응집제의 주입농도를 결정하는 데에 활용할 수 있다.
이상의 설명에서 콜로이드성 또는 부유성 입자들은 무기성 현탁물질이거나, 조류 등의 유기물질이거나 또는 무기물질과 유기물질의 혼합물질인 경우 등을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 유입 라인
200: 영향인자 측정장치
210: 입자계수기 또는 입도분석기
220: 유량계
300: 응집제 계산제어장치
400: 응집제 주입수단
500: 응집제 저장조
600: 혼화조 또는 이를 대체하는 장치
700: 응집조 또는 이를 대체하는 장치
800: 침전조 또는 부상조 또는 여과조
900: 유출 라인
S100: 미처리수 유입 단계
S200: 영향인자 측정 단계
S210: 입자표면적 산출
S211: 입경대별 입자수 계측
S212: 입경대별 표면적 산출
S213: 단위용적당 전체표면적 산출
S220: 유입유량 산출
S300: 주입농도/주입률 결정 단계
S400: 응집제 주입 단계

Claims (16)

  1. 미처리수에 포함되는 콜로이드성 또는 입자성 부유물질을 응집처리하는 수처리에서의 응집제 주입 제어장치로서,
    유입되는 미처리수에 대하여 응집제 주입을 위한 영향인자를 측정하는 영향인자 측정장치;
    상기 영향인자 측정장치에서 측정된 영향인자에 근거하여 응집제 주입농도 또는 주입률 중 적어도 하나를 결정하는 응집제 계산제어장치;
    상기 응집제 계산제어장치에 의해 결정된 응집제 주입농도 또는 주입률 중 적어도 하나에 따라 응집제를 주입하는 응집제 주입수단; 및
    상기 응집제 주입수단에 응집제를 공급하는 응집제 저장조
    를 포함하는 수처리에서의 응집제 주입 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 영향인자 측정장치는
    미처리수에 포함되어 있는 콜로이드성 또는 입자성 부유물질의 단위용적당 입자표면적을 산출하는 입자계수기 또는 입도분석기를 포함하는
    수처리에서의 응집제 주입 제어장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 입자계수기 또는 입도분석기는 단위용적당 입자의 표면적을 계측 산출하고,
    상기 응집제 계산제어장치는 산출된 단위용적당 입자표면적에 대응하는 응집제 주입농도를 결정하도록 구성되는
    수처리에서의 응집제 주입 제어장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 응집제 주입농도는 아래의 식에 의해 결정되는
    C = a + bAc
    (여기에서, C: 응집제 주입농도(mg-Al/L), a: 상수(mg-Al/L), b: 계수, A: 단위용적당 입자의 표면적(㎛2 또는 mm2) 또는 그로부터 재계산된 연산값, c: 계수로서, 상수 a와 계수 b 및 계수 c의 값은 다수 회 이상의 입자의 표면적과 응집제 주입농도를 동시에 측정한 실험 결과로부터 실험적으로 산출되는 것으로, 상수 a는 수질이 양호한 상황에서도 주입해야만 하는 최소한의 응집제 주입농도에 대응하는 상수이고, 계수 b는 비례상수의 기능을 하는 계수이며, 계수 c는 입자의 표면적 값을 응집제 주입농도의 단위와 유사하도록 조정하는 기능을 하는 계수임)
    수처리에서의 응집제 주입 제어장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 영향인자 측정장치는 유입되는 미처리수의 유입유량을 측정하는 유량계를 더 포함하고,
    상기 응집제 계산제어장치는 결정된 응집제 주입농도와 상기 유량계의 계측값에 근거하여 아래의 수학식을 이용하여 응집제 주입률을 결정하도록 구성되는
    y = k×C×Q
    (여기에서, y: 응집제 주입률(g/hr), k: 응집제의 종류에 따른 환산과 단위변환을 위한 계수, C: 응집제 주입농도(mg-Al/L), Q: 유입유량 (m3/hr))
    수처리에서의 응집제 주입 제어장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 영향인자 측정장치에서 측정하는 영향인자는
    탁도, 알칼리도, pH, 수온, 용존유기물질농도(DOC), 입자수, 제타포텐셜(zeta potential), 유동흐름(stream current), 응집공정의 진행상태 중 적어도 하나 이상을 포함하는 영향인자에 근거하여 주입농도를 결정하도록 구성되는
    수처리에서의 응집제 주입 제어장치.
  7. 미처리수에 포함되는 콜로이드성 또는 입자성 부유물질을 응집처리하는 수처리에서의 응집제 주입 제어방법으로서,
    유입되는 미처리수에 대하여 응집제 주입을 위한 영향인자를 측정하고;
    상기 영향인자 측정에서 측정된 영향인자에 근거하여 응집제 주입농도 및 주입률 중 적어도 하나를 결정하며;
    상기 결정되는 응집제 주입농도 및 주입률 중 적어도 하나에 따라 응집제를 주입하는 것을 포함하는
    수처리에서의 응집제 주입 제어방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 영향인자를 측정하는 단계는
    미처리수에 포함되어 있는 콜로이드성 또는 입자성 부유물질의 단위용적당 입자표면적을 산출하는 것을 포함하는
    수처리에서의 응집제 주입 제어방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 입자표면적을 산출하는 것은
    사전에 결정된 입경대에 대하여 입경대별 입자수를 계측하고;
    입경대별 입자의 표면적을 산출하며;
    각 입경대별 입자의 표면적을 합산하여 단위용적당 입자들의 전체표면적을 산출하는
    수처리에서의 응집제 주입 제어방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 주입농도 및 주입률 중 적어도 하나를 결정하는 단계는
    산출된 입자들의 전체 표면적에 근거하여 입자의 표면적에 대응하는 응집제의 주입농도를 아래의 식을 이용하여 결정하는
    C = a + bAc
    (여기에서, C: 응집제 주입농도(mg-Al/L), a: 상수(mg-Al/L), b: 계수, A: 단위용적당 입자의 표면적(㎛2 또는 mm2) 또는 그로부터 재계산된 연산값, c: 계수로서, 상수 a와 계수 b 및 계수 c의 값은 다수 회 이상의 입자의 표면적과 응집제 주입농도를 동시에 측정한 실험 결과로부터 실험적으로 산출되는 것으로, 상수 a는 수질이 양호한 상황에서도 주입해야만 하는 최소한의 응집제 주입농도에 대응하는 상수이고, 계수 b는 비례상수의 기능을 하는 계수이며, 계수 c는 입자의 표면적 값을 응집제 주입농도의 단위와 유사하도록 조정하는 기능을 하는 계수임)
    수처리에서의 응집제 주입 제어방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 영향인자를 측정하는 단계는 유입되는 미처리수의 유입유량을 산출하는 것을 더 포함하고;
    상기 주입농도 및 주입률 중 적어도 하나를 결정하는 단계는 산출된 미처리수의 유입유량과 결정된 응집제의 주입농도에 근거하여 응집제의 주입률을 결정하는
    수처리에서의 응집제 주입 제어방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 응집제의 주입률의 결정은
    산출된 유입유량과 결정된 응집제의 주입농도를 곱하여 응집제의 주입률을 결정하는
    수처리에서의 응집제 주입 제어방법.
  13. 청구항 1 내지 6중 어느 한 항에 따른 응집제 주입 제어장치;
    주입되는 응집제를 미처리수와 혼화시키는 수단;
    콜로이드성 또는 입자성 부유물질을 응집시키는 수단;
    응집된 플록을 침전시키거나 부상시키거나 여과시키는 수단; 및
    처리된 처리수가 배출되는 처리수 유출라인을 포함하는
    응집제 주입 제어장치를 포함하는 수처리 설비.
  14. 미처리수에 포함되는 콜로이드성 또는 입자성 부유물질을 처리하는 수처리 방법에 있어서,
    콜로이드성 또는 입자성 부유물질을 포함하는 미처리수를 유입시키고;
    상기 유입되는 미처리수에 포함되어 있는 콜로이드성 또는 입자성 부유물질의 단위용적당 입자표면적을 산출하고;
    산출된 입자표면적에 근거하여 응집제의 주입농도를 결정하고;
    유입되는 미처리수의 유입유량을 산출하고;
    산출된 미처리수의 유입유량과 상기 결정된 응집제의 주입농도에 근거하여 응집제의 주입률을 결정하고;
    상기 결정되는 응집제 주입농도 및 주입률에 따라 미처리수에 응집제를 주입하여 응집제와 미처리수를 혼화시키고 응집시키며;
    응집된 플록을 침전시키거나 부상시키거나 여과시켜 제거하며;
    처리된 처리수를 배출하는 것을 포함하는
    수처리 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 입자표면적의 산출은
    사전에 결정된 입경대에 대하여 입경대별 입자수를 계측하고;
    입경대별 입자의 표면적을 산출하며;
    각 입경대별 입자의 표면적을 합산하여 단위용적당 입자들의 전체 표면적을 산출하는
    수처리 방법.
  16. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 입자표면적의 산출은 아래의 수학식 1을 이용하여 산출하고,
    Figure pat00003
    ...수학식 1
    (여기에서, D i 는 입경대별 대표입경이고, n i 는 단위용적당 그 입경대에 해당하는 입자들의 수)
    상기 응집제의 주입농도는 아래의 수학식 2에 의해 결정되며,
    C = a + bAc ...수학식 2
    (여기에서, C: 응집제 주입농도(mg-Al/L), a: 상수(mg-Al/L), b: 계수, A: 단위용적당 입자의 표면적(㎛2 또는 mm2) 또는 그로부터 재계산된 연산값, c: 계수로서, 상수 a와 계수 b 및 계수 c의 값은 다수 회 이상의 입자의 표면적과 응집제 주입농도를 동시에 측정한 실험 결과로부터 실험적으로 산출되는 것으로, 상수 a는 수질이 양호한 상황에서도 주입해야만 하는 최소한의 응집제 주입농도에 대응하는 상수이고, 계수 b는 비례상수의 기능을 하는 계수이며, 계수 c는 입자의 표면적 값을 응집제 주입농도의 단위와 유사하도록 조정하는 기능을 하는 계수임)
    상기 응집제의 주입률은 아래의 수학식 3에 의해 결정되는
    y = k×C×Q ...수학식 3
    (여기에서, y: 응집제 주입률(g/hr), k: 응집제의 종류에 따른 환산과 단위변환을 위한 계수, C: 응집제 주입농도(mg-Al/L), Q: 유입유량 (m3/hr))
    수처리 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180131385A (ko) * 2017-05-31 2018-12-10 한국건설기술연구원 침전과 부상분리공정 일체형 고효율 침전부상 시스템 및 그의 구동 방법
KR20180132273A (ko) * 2017-06-02 2018-12-12 주식회사 아쿠아테크 응집제 자동 조절 시스템
KR102165858B1 (ko) * 2020-06-29 2020-10-14 이노블루산업 주식회사 콘크리트 폐수의 중화처리 장치

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