KR20160053542A - 조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 용존공기부상장치 및 이를 이용한 정수방법 - Google Patents

조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 용존공기부상장치 및 이를 이용한 정수방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 용존공기부상장치 및 이를 이용한 정수방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원수에 포함된 부유물질, 탁질, 조류 등의 이물질을 미세기포를 이용하여 부상시켜 제거하고, 탄소나노튜브를 이용하여 이취미물질을 제거하는 용존공기부상장치 및 이를 이용한 정수방법에 관한 것으로, 부상조 하류측에 탄소나노튜브가 구비된 흡착여과조를 일체로 병합설치 한 용존공기부상장치를 제시함으로써, 전체 설비가 소형화되어 CAPEX를 최대 1/5 수준으로 줄일 수 있는 장치를 제공하여 부상조 상류 측에서는 미세기포를 이용하여 조류를 부상시켜 제거하고, 부상조 하류 측에서는 (ⅰ)부상조 하부에 복수의 홀이 비대칭으로 형성된 판재 타입의 CNT 패널을 여러 겹으로 적층시킨 하향식 흡착여과조를 구성하거나 (ⅱ)부상조의 처리수가 통과하는 측 방향 상향류 영역에 여과재 타입의 CNT 블럭를 복수 개 충진시킨 상향식 흡착여과조를 구성하여 원수의 이취미물질을 제거한다.
이로써, 조류, 입자상물질, 이취미물질, 농약, 제초제 및 미량유기물질 등을 효과적으로 동시 제거 가능하여 수처리장치를 컴팩트하게 설치할 수 있어 경제적으로 우수한 효과가 있다.

Description

조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 용존공기부상장치 및 이를 이용한 정수방법{DISSOLVED AIR FLOTATION DEVICE FOR REMOVING ALGAE AND TASTE AND ODOR COMPOUNDS AT TNE SAME TIME, AND WATER-PURIFICATION METHOD USING THE SAME}
본 발명은 조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 용존공기부상장치 및 이를 이용한 정수방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원수에 포함된 부유물질, 탁질 및 조류 등의 이물질을 미세기포를 이용하여 부상시킨 뒤 제거하고, 이물질이 제거된 원수를 탄소나노튜브를 이용하여 이취미물질을 제거하는 용존공기부상장치 및 이를 이용한 정수방법에 관한 것이다.
일반적으로, 용존공기부상(Dissolved air flotation, DAF) 장치는 해수, 하수 또는 폐수 등의 원수에 포함된 부유물질, 탁질 및 조류 등의 이물질을 제거하기 위해 응집-침전-여과의 과정을 거치거나, 응집-부상-여과 등의 과정을 거치는 수처리 방법에 사용되어 왔다.
도 1은 종래의 용존공기부상장치로, 혼화조(1), 응집조(2), 부상조(3), 정수조(4), 포화기탱크 및 공기압축기 등으로 구성되어있다. 여기서, 상기 혼화조(1)와 응집조(2)에서는 원수에 포함된 이물질과 원수에 투입된 응집제를 혼합시켜 플럭(flock)을 형성할 수 있도록 각각 교반기가 설치되어 있다.
용존공기부상장치를 이용한 일반적인 정수처리방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 혼화조(1) 및 응집조(2)를 거친 원수가 부상조(3) 하부로 유입되고, 통상 포화기탱크에서 용존공기가 포화된 물이 방출되면서 압력이 감소되어 미세기포를 형성하게되고, 이 미세기포와 유입된 원수가 혼합되어 원수 중의 응집이물질이 부상하게 된다. 부상된 응집이물질은 스키머를 통하여 제거되게 된다.
한국의 상수수원은 대부분 오염원에 노출된 지표수에 의존하고 있고 오염원의 증가에 민감할 수밖에 없다. 일반적으로 자연수에는 아주 다양한 유기물(NOM : Natural Organic Matter)과 무기물이 포함되어 있으며 이 성분들은 용존성 형태와 부유물질의 형태로 존재하고 있다. 물은 순환체계를 가지고 있어 상류의 오염원만 차단한다고 해서 깨끗한 원수를 기대하기는 어렵다. 한국의 수돗물공급은 양적인 성장에 비해 질적인 면에서는 큰 변화가 없었다. 인구가 증가되고 산업이 발전되면서 원수의 수질이 악화되고 또한 오염물질도 다양해졌다. 또한 4대강 정비사업 이후 보 주변 및 상류지역의 조류 발생으로 인한 수질악화 문제가 심각하게 대두되고 있다.
일반적으로 하천에서 영양염류의 유입으로 인한 조류의 번성은 직접적으로는 큰 문제가 되지 않고 용존산소량의 결핍이 문제되었지만, 4대강 정비사업 후 수체의 정체로 인한 보 주변 및 상류지역의 조류의 과잉 번성되어 부영양화로 인한 수질악화 문제가 심각해지고 있다. 부영양화는 탄소, 질소, 인과 같이 조류의 번식에 영양분이 될 물질들이 수체에 축적될 때 일어나는 현상이다. 이러한 영양염류는 삼림 삼림지대에 있는 부식물, 농경지에 사용되는 비료, 축산물의 분료, 합성세제 뿐만 아니라 가정하수와 공장폐수에 포함되어 있다. 이와 같이 유역 내의 인간활동이 활발한 하천은 비점오염원의 지속적인 유입으로 자연 상태보다 빠른 속도로 부영양화된다. 다양한 형태로 영양염류가 계속 하천으로 유입되어 하천의 자정능력을 넘게되면 수질오염 현상이 일어나며, 이 과정은 보 주변 및 상류지역 하천수체의 정체로 인하여 더욱 촉진된다. 유기오염물질은 분해 제거된다 하더라도 수중 미생물의 번식에 영양소가 될 무기물은 축적될 수 있기 때문이다.
이와 같이 조류의 발생은 조류가 발생하는 조건 즉, 주요 영양염류인 질소, 인과 온도조건 등 알맞은 환경조건이 될 때 일시에 많은 양이 번식되어 수중에 용존산소를 고갈시켜 수생태를 교란하게 되는 악영향이 발생된다.
또한 하천 및 호소에서 부영양화 현상이 심해지면서 조류 및 방선균이 급증하는 문제점으로 체외 효소분비로 인한 맛과 냄새를 발생시키는 점이 있다. 맛과 냄새 문제의 대부분이 곰팡이 냄새이고, 현재의 경우 남조류, 방선균에 의한 지오스민(geosmin), 2-MIB(2-Methylisoborneol)의 두 물질이 확인되었다. 그 밖에 페놀, 디클로헥산아민, 기름에 기인하는 냄새는 공장배수 등에 의한 사고의 경우에 발생한다.
일반적으로 이취미물질은 폭기, 산화 또는 흡착의 방식을 이용하여 제거하는데 폭기방식은 황화수소(H2S)와 같은 휘발성 화합물에 의해 발생되는 이취미 물질의 제거에 용이하나 조류 등의 부산물에 발생하는 지오스민(geosmin), 2-MIB(2-Methylisoborneol)의 제거 효율은 떨어지는 문제점이 있고, 산화방식은 산화제로 과망간산칼륨, 이산화염소 및 오존 등을 사용하는 방식으로서 이취미물질을 제어하는데 효과적인 장점이 있으나, 이들 물질은 수중의 유기물과 반응하여 소독부산물(DBPs)을 생성시켜 위험성이 있다.
한편, 흡착방식은 이취미물질을 제거하는데 보편적이면서도 효과가 뛰어난 방법으로서, 사용되는 재료로는 분말활성탄(Powderde Activated Carbon, PAC)과 입상활성탄(Granular Activated Carbon, GAC)이 있으며, 분말활성탄은 간헐적으로 생기는 이취미물질을 제거하는 효과가 뛰어나고 만성적인 이취미물질을 제거하는데는 입상활성탄이 효과적이다. 그러나 분말활성탄은 흡착 후 분말활성탄 입자를 제거할 수 있는 침전공정이 필요하여 부상공정에는 상대적으로 적용이 어렵고, 입상활성탄은 별도의 여과조가 필요하여 경제성이 떨어진다.
등록특허공보 제0307253호(2001.09.24 공고)에서는 용존공기부상법을 이용한 정수장의 조류제거방법에 관한 것으로, 침전지 후단에 용존공기부상법을 적용한 부상조가 구비되어 침전효율이 떨어질 경우에 선택적으로 적용할 수 있는 수처리장치를 제시하고 있다.
등록특허공보 제0606555호(2006.08.01 공고)에서는 용존공기부상법에 사용되는 공기를 오존으로 대치하고 부상조 하부에 활성탄 여과지를 적용하여 오존에 의한 산화 및 소독과 활성탄 여과지를 이용한 여과 및 흡착을 동시에 이루는 수처리장치를 제시하고 있다.
등록특허공보 제1426704호(2014.08.07 공고)에서는 수처리 공정에서 이용되는 활성탄 수처리장치 및 이를 이용한 수처리시스템 및 수처리 방법을 제시하고 있다.
상술한 종래기술은 조류제거 및 이취미물질을 각각 다른 별도의 수처리장치를 이용하여 제거하기 때문에 과잉 설비가 초래되고 전체 설비의 대형화로 인해 CAPEX 및 OPEX가 증가하여 비경제적인 문제점이 있다.
등록특허공보 제0307253호(2001.09.24 공고) 등록특허공보 제0606555호(2006.08.01 공고) 등록특허공보 제1426704호(2014.08.07 공고)
본 발명은 용존공기부상장치의 부상조 하류 측에 탄소나노튜브가 구비된 흡착여과조를 병합 설치하여 전체 설비를 컴팩트하게 설치함으로써, CAPEX를 줄일 수 있고 설치 및 유지관리가 비교적 간단하고 용이하면서도, 조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 용존공기부상장치 및 이를 이용한 정수방법을 제시한다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시형태는, 원수에 포함된 부유물질, 탁질 또는 조류(alga)의 이물질이 미세기포에 의하여 부상되는 부상조(3)에 있어서, 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT)가 구비된 흡착여과조(10)가 상기 부상조(3)를 통과하는 처리수가 경유하는 하류 측 영역에 일체로 구비된 조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 부상조이다.
상기 처리수가 중력에 의해 상기 탄소나노튜브를 통과하면서 이취미물질이 제거되도록, 상기 흡착여과조(10)는 상기 부상조 하부 영역(3a)에 일체로 구비되는 하향식 흡착여과조(11)로, 상기 하향식 흡착여과조(11)는, 판재 타입의 CNT 패널(11a)이 여러 겹 적층된 형태이다. 상기 CNT 패널(11a)은, 복수 개의 홀(hole)(11b)이 형성된 다공성 CNT 패널이고, 상기 홀(11b)은, 인접한 다공성 CNT 패널(11a) 간에 상기 홀(11b)이 수직 방향으로 일치되지 않도록 비대칭으로 형성된다. 상기 하향식 흡착여과조(11)는, 여과재(Media) 타입의 CNT 블럭이 복수 개 충진된 형태이다.
상기 처리수가 상기 부상조(3) 후단으로 이송되는 과정에서 상기 탄소나노튜브를 통과하면서 이취미물질이 제거되도록, 상기 흡착여과조(10)는 상기 부상조(3) 후단의 상향류 영역(3b)에 일체로 구비되는 상향식 흡착여과조(12)로, 상기 상향식 흡착여과조(12)는, 여과재(Media) 타입의 CNT 블럭(12a)이 복수 개 충진된 형태이다. 공기(Air) 또는 물을 분사하여 정방향 세정을 수행하기 위해, 상기 상향식 흡착여과조(12) 하부에 역세척 노즐(12c)이 구비된다.
본 발명의 다른 실시 형태로는, 원수와 응집제를 혼합하는 혼화조(1), 상기 혼화조(1)를 통과한 원수의 이물질과 응집제가 응집하여 플럭(flock)을 형성하는 응집조(2), 상기 응집조(2)를 통과한 원수에 과포화된 용존공기가 포함된 가압수가 주입되면서 발생하는 미세기포에 의하여 이물질이 부상되는 부상조(3) 및 상기 부상조(3)를 통과한 처리수가 후단공정으로 이송되기 이전에 체류하는 정수조(4)를 포함하는 용존공기부상(Dissolved Air Flotation, DAF)장치에 있어서, 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT)가 구비된 흡착여과조(10)가 상기 부상조(3)를 통과하는 처리수가 경유하는 하류 측 영역에 일체로 구비된 조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 용존공기부상장치이다.
상기 처리수가 중력에 의해 상기 탄소나노튜브를 통과하면서 이취미물질이 제거되도록, 상기 흡착여과조(10)는 상기 부상조 하부 영역(3a)에 일체로 구비되는 하향식 흡착여과조(11)로, 상기 하향식 흡착여과조(11)는, 판재 타입의 CNT 패널(11a)이 여러 겹 적층된 형태이다. 상기 CNT 패널(11a)은, 복수 개의 홀(hole)(11b)이 형성된 다공성 CNT 패널이고, 상기 홀(11b)은, 인접한 다공성 CNT 패널(11a) 간에 상기 홀(11b)이 수직 방향으로 일치되지 않도록 비대칭으로 형성된다. 상기 하향식 흡착여과조(11)는, 여과재(Media) 타입의 CNT 블럭이 복수 개 충진된 형태이다.
상기 처리수가 상기 부상조(3) 후단으로 이송되는 과정에서 상기 탄소나노튜브를 통과하면서 이취미물질이 제거되도록, 상기 흡착여과조(10)는 상기 부상조(3) 후단의 상향류 영역(3b)에 일체로 구비되는 상향식 흡착여과조(12)로, 상기 상향식 흡착여과조(12)는, 여과재(Media) 타입의 CNT 블럭(12a)이 복수 개 충진되고, 공기(Air) 또는 물을 분사하여 정방향 세정을 수행하기 위해, 상기 상향식 흡착여과조(12) 하부에 역세척 노즐(12c)이 구비된다.
상기 흡착여과조(10)는, 상기 처리수가 중력에 의해 상기 탄소나노튜브를 통과하면서 이취미물질이 제거되도록, 상기 부상조 하부 영역(3a)에 일체로 구비되는 하향식 흡착여과조(11) 및 상기 처리수가 상기 부상조(3) 후단으로 이송되는 과정에서 상기 탄소나노튜브를 통과하면서 이취미물질이 제거되도록, 상기 부상조(3) 후단의 상향류 영역(3b)에 구비되는 상향식 흡착여과조(12)이다.
상기 하향식 흡착여과조(11) 하류 측에 구비되어, 상기 하향식 흡착여과조(11)를 통과한 처리수를 상기 정수조(4)로 이송시키기 위한 제1이송배관(22)과, 상기 제1이송배관(22) 내 처리수의 흐름을 단속하는 제1밸브(22), 상기 하향식 흡착여과조(11) 상부 상기 부상조(3) 저면에 구비되어, 부상조(3)를 통과한 처리수를 수집하는 집수관(21) 및 상기 집수관(21)과 연통되어 상기 부상조(3)를 통과한 처리수를 상기 상향식 흡착여과조(12)가 구비된 상향류 영역(3b) 또는 상기 정수조(4)로 이송시키기 위한 제2이송배관(23)과, 상기 제2이송배관(23) 내 처리수의 흐름을 단속하는 제2밸브(23a)를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시형태는, 오염물질이 포함된 원수와 응집제를 혼합하여 상기 오염물질과 응집제가 결합된 플럭(flock)을 형성하는 전처리단계(S10), 부상조(3)로 유입되는 플럭이 형성된 원수에 과포화된 용존공기가 포함된 가압수를 주입하여 상기 플럭을 부상시키는 부상단계(S20) 및 상기 부상단계(S20)를 거친 처리수를 상기 부상조(3)의 하류 측 영역에 일체로 형성되며 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT)가 구비된 흡착여과조(10)를 통과시켜 이취미물질을 제거하는 흡착여과단계(S30)를 포함하는 조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 정수방법이다.
상기 처리수가 중력에 의해 상기 부상조(3) 하부 영역(3a)에 일체로 구비되는 하향식 흡착여과조(11)를 통과하면서 이취미물질이 제거되는 하향흡착여과단계(S31)로, 상기 하향식 흡착여과조(11)는 복수 개의 홀(11b)이 형성된 판재 타입의 다공성 CNT 패널(11a)이 여러 겹 적층된 형태로서, 인접한 다공성 CNT 패널(11a) 간에 상기 홀(11b)이 수직 방향으로 일치되지 않도록 비대칭으로 형성되어 있거나, 상기 하향식 흡착여과조(11)는 여과재(Media) 타입의 CNT 블럭이 복수 개 충진된 형태이다.
상기 흡착여과단계(S30)는, 상기 처리수가 후단으로 이송되는 과정에서 상기 부상조(3) 후단의 상향류 영역(3b)에 일체로 구비되며 여과재(Media) 타입의 CNT 블럭(12a)이 복수 개 충진된 상향식 흡착여과조(12)를 통과하면서 이취미물질이 제거되는 상향흡착여과단계(S32)이다.
상기 흡착여과단계(S30)은, 상기 처리수가 상기 부상단계(S30) 후단에서 상기 하향흡착여과단계(S31)를 거친 뒤 상향방향전환되어 상기 상향흡착여과단계(S32)를 통과함으로써 이취미물질이 제거된다.
본 발명의 부상조 하류측에 탄소나노튜브가 구비된 흡착여과조를 병합설치 한 용존공기부상장치를 제시함으로써, 전체 설비가 소형화되어 CAPEX를 최대 1/5 수준으로 줄일 수 있는 장치를 제공한다.
구체적으로는 부상조 상류 측에서는 미세기포를 이용하여 조류를 부상시켜 제거하고, 부상조 하류 측에서는 (ⅰ)부상조 하부에 복수의 홀이 비대칭으로 형성된 판재 타입의 CNT 패널을 여러 겹으로 적층시킨 하향식 흡착여과조를 구성하거나 (ⅱ)부상조의 처리수가 통과하는 측 방향 상향류 영역에 여과재 타입의 CNT 블럭를 복수 개 충진시킨 상향식 흡착여과조를 구성하여 원수의 이취미물질을 제거한다. 따라서, 조류, 입자상물질, 이취미물질, 농약, 제초제 및 미량유기물질 등을 효과적으로 동시 제거 가능하고, 부상조 저면에 집수관을 구비하여 일시적인 문제가 발생하였을 때에만 흡착여과조를 적용하여 이취미물질을 제거할 수 있도록 함으로써 운영비절감을 할 수 있고, 부상조에 흡착여과조를 구성함으로써 수처리장치를 컴팩트하게 설치할 수 있어 경제적으로 우수한 효과가 있다.
도 1은 종래의 용존공기부상장치를 개략적으로 그린 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하향식 흡착여과조를 구비한 혼화조를 개략적으로 그린 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 상향식 흡착여과조를 구비한 혼화조를 개략적으로 그린 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 용존공기부상장치를 개략적으로 그린 모식도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 정수방법에 관한 흐름도이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
도 1은 종래의 용존공기부상장치를 개략적으로 나타낸 모식도로서, 부상조(3) 상류 측에 각각 혼화조(1)와 응집조(2)를 구비하고, 상기 부상조(3)의 하류 측에는 정수조(4)를 구비한다. 혼화조(1)와 응집조(2)는 격벽을 매개로 하여 서로 구획되고, 상기 격벽의 상부와 하부를 통해 각각 연통되어 있고, 교반기를 구비된다. 혼화조(1)의 상류 측 격벽에는 외부로부터 원수를 공급받을 수 있도록 수문이 구비된다. 혼화조(1)와 응집조(2)의 각 교반기는 원수에 포함된 이물질과 원수에 투입된 응집제를 혼합시켜 플럭(flock)을 형성할 수 있게 한다.
상기 부상조(3) 전단의 격실에 해당하는 영역(접촉조(Contact basin)이라 함)에서 원수에 미세한 기포를 발생시키도록 하단부가 상기 부상조(3) 전단의 격실에 침수되는 노즐을 갖는 포화기탱크가 설치된다. 이때 포화기탱쿠 없이 접촉조 하부에 노즐을 설치하고 노즐을 통해 미세 기포를 주입하는 방식을 채택하기도 한다. 포화기탱크의 일측부는 압축공기를 공급받을 수 있도록 공기압축기와 연결된다.
응집조(2)로부터 유입되는 원수 중의 플럭에 상기 포화기탱크의 노즐로부터 제공되는 미세 기포들이 달라붙어 상기 부상조(3)의 상부로 부유하게 되는 플럭을 외부로 배출시킬 수 있도록 부상조(3) 상부에 플럭을 걷어내는 스키머(skimmer)가 설치된다. 설치된 스키머로 부상된 플럭을 걷어내어 정수처리된 원수를 처리수라 하고, 상기 처리수는 부상조(3) 하부의 스트레이너부를 통과한 후 정수조(4)를 통하여 외부로 배출되게 된다.
도 2와 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 원수에 포함된 부유물질, 탁질 또는 조류(alga)의 이물질을 미세 기포에 의하여 부상되는 부상조(3)에 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT)가 구비된 흡착여과조(10)가 상기 부상조(3)를 통과하는 처리수가 경유하는 하류 측 영역에 일체로 구비된 것을 개략적으로 나타낸 모식도이다. 탄소나노튜브(Carbon Nanotube, CNT)는 탄소가 6개로 이루어진 육각형들이 SP2 결합으로 서로 연결되어 긴 대롱 모양을 이루는 직경이 수 ㎚ 나노크기의 미세한 분자로서 흡착효율이 높은 장점이 있다.
도 2는 상기 처리수가 중력에 의해 상기 탄소나노튜브를 통과하면서 이취미물질이 제거되도록 부상조 하부 영역(3a)에 일체로 구비되는 하향식 흡착여과조(11)를 구비한 부상조(3)를 나타낸다.
참고로, 본 명세서에서 용존공기부상장치 내에서 부상조(3)의 영역을 강학상 정의한다. 구체적으로, 도 2 및 3을 참조할 때 미세 기포가 주입되는 접촉조 영역에서 부터 플럭이 부상되어 제거되는 분리조(Separation basin) 영역을 포함하여, 분리조 하부 영역(3a)과 이를 통과하여 정수조(4) 이전에 처리수가 상향류로 흐르는 영역(3b)에 이르기 까지의 전체 영역을 부상조(3) 영역으로 정의하여 기술한다.
하향식 흡착여과조(11)는 판재 타입의 CNT 패널(11a)이 여러 겹 적층된 형태로 바람직하게는 복수 개의 홀(hole)(11b)이 형성된 다공성 CNT 패널(11a)과 인접한 다공성 CNT 패널(11a) 간에 홀(11b)이 수직 방향으로 일치되지 않도록 비대칭으로 적층된 형태이다.
상기 하향식 흡착여과조(11)의 CNT 패널은 과도한 여과저항이 발생되는 것을 억제하기 위하여 패널에 복수 개의 홀(11b)이 형성된 다공성 CNT 패널인 것이 바람직하되, 적층되는 인접한 CNT 패널(11a)에 형성된 각각의 홀(11b)이 수직 방향으로 일치되는 경우에는 처리수가 흡착여과되지 못한 상태에서 빠른 속도로 후단으로 통과되는 문제가 발생할 수 있기 때문에 인접하는 다공성 CNT 패널의 홀(11b)이 수직 방향으로 비대칭으로 배치되도록 CNT 패널(11a)이 적층되는 것이 바람직하다. 이로써, 적절한 여과저항과 흡착효율을 얻을 수 있다.
이로써, CNT 패널(11a)이 적층된 형태의 흡착여과조는 부상조(3)의 하부에 구비되도록 하더라도 적층된 영역의 깊이를 많이 확보하지 않아도 충분한 흡착여과 효율을 얻을 수 있어 전체 부상조(3)의 깊이 증가에 따른 CAPEX 증가의 문제가 발생되지 않도록 할 수 있다.
또한, 하향식 흡착여과조(11)는 CNT 패널 타입이 아닌 여과재(Media) 타입의 CNT 블럭이 복수 개 충진된 형태로 구비될 수도 있는데 이때는 0.5 내지 2 m의 높이로 구비되는 것이 바람직하다. 여과재 타입의 CNT 블럭의 형태는 이하 상향식 흡착여과조(12)에서 보다 상세히 설명한다.
하향식 흡착여과조(11)는 중력에 의해 처리수가 탄소나노튜브를 통과하면서 이취미물질이 제거되는 장치로서, 작동 방식이나 처리효율은 안정적이나 하향식 흡착여과조(11)의 세정을 위해서는 용존공기부상장치의 전체공정을 멈춘 다음 역세척을 해야하는 문제가 있을 수 있어 필요에 따라 다른 방식의 흡착여과조 도입이 가능한데, 이하 이에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 상기 처리수가 부상조(3) 후단으로 이송되는 과정에서 탄소나노튜브를 통과하면서 이취미물질이 제거되도록, 상기 흡착여과조(10)는 상기 부상조(3) 후단의 상향류 영역(3b)에 일체로 구비되는 상향식 흡착여과조(12)를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
상향식 흡착여과조(12)는 이탈방지막(12c)의 내부에 여과재(Media) 타입의 CNT 블럭(12a)이 복수 개 충진된 형태로, CNT는 높은 흡착능을 가져 수중에 존재하는 유해 중금속물질, 천연유기물질, 농약 등의 독성물질, 환경호르몬, 소독부산물 등을 제거하며, 병원성 미생물을 사멸하는 효과도 가지고 있어 CNT 블럭(12a)로 제조시 기존보다 3배 높은 효율로 흡착이 가능하다.
상향식 흡착여과조(12)는 하향식 흡착여과조(11) 보다는 중력에 의한 작동 방식보다 다소 자연스럽지 못하고 처리효율은 떨어지지만 하부에 역세척노즐(12c)를 이용하여 용존공기부상장치의 전체공정을 멈추지 않고 세정할 수 있는 이점이 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 부상조(3)에 하향식 흡착여과조(11)와 상향식 흡착여과조(12)가 모두 구비된 용존공기부상장치를 개략적으로 그린 모식도로, 원수의 상태에 따라 부상조(3)만 거쳐 정수조(4)로 향하는 제1흐름과 부상조(3)에서 하향식 흡착여과조(11)를 거쳐 정수조(4)로 향하는 제2흐름과 부상조(3)에서 상향식 흡착여과조(12)를 거쳐 정수조(4)로 향하는 제3흐름과 부상조(3)에서 하향식 흡착여과조(11)와 상향식 흡착여과조(12)를 거쳐 정수조(4)로 향하는 제4흐름을 선택하여 제어할 수 있다.
원수의 상태에 따라 이취미물질 제거가 필요하지 않으면 부상조(3) 저면에 구비된 집수관(21)을 따라 처리수가 수집되고, 제2이송관을 지나 정수조(4)를 통하여 외부로 배출되게 된다. 하향식 흡착여과조(11)만 거쳐 정수조(4)로 향하는 제2흐름은 제1이송관을 통하여 정수조(4)로 향하고, 상향식 흡착여과조(12)만 거쳐 정수조(4)로 향하는 제3흐름은 상기 집수관(21)을 통해 수집된 처리수가 연통된 제2이송관에서 제2밸브의 제어를 통하여 상향식 흡착여과조(12)로 공급된다.
따라서 일시적인 문제나 상황에 따라서 처리수의 흐름을 제1흐름 내지 제4흐름으로 제어할 수 있어 운전 최적화에 따라 운용비를 절감시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로서, 오염물질이 포함된 원수와 응집제를 혼합하여 상기 오염물질과 응집제가 결합된 플럭(flock)을 형성하는 전처리단계(S10), 상기 플럭(flock)을 과포화된 용존공기가 포함된 가압수 주입을 통해 부상시키는 부상단계(S20) 및 상기 부상단계(S20)를 거친 처리수를 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT)가 부상조(3)에 일체로 구비된 흡착여과조(10)를 통과시켜 이취미물질을 제거하는 흡착여과단계(S30)를 포함한 조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 정수방법이다.
전처리 단계(S10)는, 응집제가 투입된 원수가 혼화조(1)의 수문을 통해 상기 혼화조(1) 내로 유입되거나, 또는 원수가 상기 혼화조(1) 내로 유입됨과 동시에 상기 혼화조(1) 내에 응집제가 투입되면, 상기 원수에 포함된 이물질과 상기 응집제가 혼합되도록 상기 혼화조(1)의 상부에 설치된 교반기가 작동할 수 있게 된다.
이어서, 상기 혼화조(1)의 상부 및/또는 하부를 통해 상기 혼화조(1)와 인접해 있는 응집조(2)로 원수가 유입되면, 상기 응집조(2)의 상부에 설치된 교반기가 작동하여 상기 원수에 포함된 이물질과 응집제 간의 응집작용에 의해 플럭(flock)이 형성된다.
응집조(2)의 하부를 통해 상기 응집조(2)와 인접해있는 부상조(3)로 원수와 전처리 단계(S10)에서 형성된 플럭이 유입되면, 상기 부상조(3) 상부에 설치된 포화기 탱크로부터 고압(약 3 내지 7 bar)의 용존된 공기가 포함된 물이 노즐을 통해 공급된다. 노즐을 통해 용존된 공기가 포함된 물이 분사되는 순간 미세한 기포를 발생시키고, 미세한 기포들이 상기 부상조(3) 내로 공급되어 상기 플럭들에 달라붙게 된다. 그러면, 상기 플럭들이 상기 부상조(3) 상부로 부유되는 부상단계(S20)를거치게 되고, 상기 플럭들은 상기 부상조(3)의 상부에 설치된 스키머에 의해 걷어져 외부로 배출될 수 있게 된다.
부상단계(S20)를 거쳐 일차적으로 정수처리된 처리수는 하류 측 영역에서 중력에 의해 상기 탄소나노튜브를 통과하면서 이취물질이 제거되는 하향흡착여과단계(S31)와 후단으로 이송되는 과정에서 상향류 방향으로 여과재(Media) 타입의 CNT 블럭(12a)를 통과하면서 이취미물질이 제거되는 상향흡착여과단계(S32)거쳐 정수조(4)로 유입되는 흡착여과단계(S30)을 거치게 된다.
본 발명의 정수방법은 원수의 상태에 따라 흡착여과단계(S30)을 거치지 않거나, 하향흡착여과단계(S31)만 거치거나, 상향흡착여과단계(S32)만 거치거나 아니면 하향흡착여과단계(S31) 및 상향흡착여과단계(S32) 차례대로 거쳐 정수처리를 할 수 있게 제어 가능하다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.
1 : 응집조 2 : 혼화조
3 : 부상조 3a : 하부 영역
3b : 상향류 영역 4 : 정수조
10 : 흡착여과조 11 : 하향식 흡착여과조
11a : CNT 패널 11b : 홀
12 : 상향식 흡착여과조 12a : CNT 블럭
12b : 이탈방지막 12c : 역세척 노즐
21 : 집수관 22 : 제1이송배관
22a : 제1밸브 23 : 제2이송배관
23a : 제2밸브

Claims (25)

  1. 원수에 포함된 부유물질, 탁질 또는 조류(alga)의 이물질이 미세기포에 의하여 부상되는 부상조(3)에 있어서,
    탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT)가 구비된 흡착여과조(10)가 상기 부상조(3)를 통과하는 처리수가 경유하는 하류 측 영역에 일체로 구비되는 것을 특징으로 하는 조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 부상조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리수가 중력에 의해 상기 탄소나노튜브를 통과하면서 이취미물질이 제거되도록, 상기 흡착여과조(10)는 상기 부상조 하부 영역(3a)에 일체로 구비되는 하향식 흡착여과조(11)인 것을 특징으로 하는 조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 부상조.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하향식 흡착여과조(11)는, 판재 타입의 CNT 패널(11a)이 여러 겹 적층된 형태인 것을 특징으로 하는 조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 부상조.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 CNT 패널(11a)은, 복수 개의 홀(hole)(11b)이 형성된 다공성 CNT 패널인 것을 특징으로 하는 조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 부상조.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 홀(11b)은, 인접한 다공성 CNT 패널(11a) 간에 상기 홀(11b)이 수직 방향으로 일치되지 않도록 비대칭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 부상조.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 하향식 흡착여과조(11)는, 여과재(Media) 타입의 CNT 블럭이 복수 개 충진된 형태인 것을 특징으로 하는 조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 부상조.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 처리수가 상기 부상조(3) 후단으로 이송되는 과정에서 상기 탄소나노튜브를 통과하면서 이취미물질이 제거되도록, 상기 흡착여과조(10)는 상기 부상조(3) 후단의 상향류 영역(3b)에 일체로 구비되는 상향식 흡착여과조(12)인 것을 특징으로 하는 조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 부상조.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 상향식 흡착여과조(12)는, 여과재(Media) 타입의 CNT 블럭(12a)이 복수 개 충진된 것을 특징으로 하는 조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 부상조.
  9. 제8항에 있어서,
    공기(Air) 또는 물을 분사하여 정방향 세정을 수행하기 위해, 상기 상향식 흡착여과조(12) 하부에 역세척 노즐(12c)이 구비되는 것을 특징으로 하는 조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 부상조.
  10. 원수와 응집제를 혼합하는 혼화조(1), 상기 혼화조(1)를 통과한 원수의 이물질과 응집제가 응집하여 플럭(flock)을 형성하는 응집조(2), 상기 응집조(2)를 통과한 원수에 과포화된 용존공기가 포함된 가압수가 주입되면서 발생하는 미세기포에 의하여 이물질이 부상되는 부상조(3) 및 상기 부상조(3)를 통과한 처리수가 후단공정으로 이송되기 이전에 체류하는 정수조(4)를 포함하는 용존공기부상(Dissolved Air Flotation, DAF)장치에 있어서,
    탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT)가 구비된 흡착여과조(10)가 상기 부상조(3)를 통과하는 처리수가 경유하는 하류 측 영역에 일체로 구비되는 것을 특징으로 하는 조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 용존공기부상장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 처리수가 중력에 의해 상기 탄소나노튜브를 통과하면서 이취미물질이 제거되도록, 상기 흡착여과조(10)는 상기 부상조 하부 영역(3a)에 일체로 구비되는 하향식 흡착여과조(11)인 것을 특징으로 하는 조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 용존공기부상장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 하향식 흡착여과조(11)는, 판재 타입의 CNT 패널(11a)이 여러 겹 적층된 형태인 것을 특징으로 하는 조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 용존공기부상장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 CNT 패널(11a)은, 복수 개의 홀(hole)(11b)이 형성된 다공성 CNT 패널인 것을 특징으로 하는 조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 용존공기부상장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 홀(11b)은, 인접한 다공성 CNT 패널(11a) 간에 상기 홀(11b)이 수직 방향으로 일치되지 않도록 비대칭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 용존공기부상장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 하향식 흡착여과조(11)는, 여과재(Media) 타입의 CNT 블럭이 복수 개 충진된 형태인 것을 특징으로 하는 조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 용존공기부상장치.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 처리수가 상기 부상조(3) 후단으로 이송되는 과정에서 상기 탄소나노튜브를 통과하면서 이취미물질이 제거되도록, 상기 흡착여과조(10)는 상기 부상조(3) 후단의 상향류 영역(3b)에 일체로 구비되는 상향식 흡착여과조(12)인 것을 특징으로 하는 조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 용존공기부상장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 상향식 흡착여과조(12)는, 여과재(Media) 타입의 CNT 블럭(12a)이 복수 개 충진된 것을 특징으로 하는 조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 용존공기부상장치.
  18. 제16항에 있어서,
    공기(Air) 또는 물을 분사하여 정방향 세정을 수행하기 위해, 상기 상향식 흡착여과조(12) 하부에 역세척 노즐(12c)이 구비되는 것을 특징으로 하는 조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 용존공기부상장치.
  19. 제10항에 있어서,
    상기 흡착여과조(10)는,
    상기 처리수가 중력에 의해 상기 탄소나노튜브를 통과하면서 이취미물질이 제거되도록, 상기 부상조 하부 영역(3a)에 구비되는 하향식 흡착여과조(11); 및
    상기 처리수가 상기 부상조(3) 후단으로 이송되는 과정에서 상기 탄소나노튜브를 통과하면서 이취미물질이 제거되도록, 상기 부상조(3) 후단의 상향류 영역(3b)에 구비되는 상향식 흡착여과조(12);
    인 것을 특징으로 하는 조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 용존공기부상장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 하향식 흡착여과조(11) 하류 측에 구비되어, 상기 하향식 흡착여과조(11)를 통과한 처리수를 상기 정수조(4)로 이송시키기 위한 제1이송배관(22)과, 상기 제1이송배관(22) 내 처리수의 흐름을 단속하는 제1밸브(22);
    상기 하향식 흡착여과조(11) 상부 상기 부상조(3) 저면에 구비되어, 부상조(3)를 통과한 처리수를 수집하는 집수관(21); 및
    상기 집수관(21)과 연통되어 상기 부상조(3)를 통과한 처리수를 상기 상향식 흡착여과조(12)가 구비된 상향류 영역(3b) 또는 상기 정수조(4)로 이송시키기 위한 제2이송배관(23)과, 상기 제2이송배관(23) 내 처리수의 흐름을 단속하는 제2밸브(23a);
    를 더 포함하는 조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 용존공기부상장치.
  21. 오염물질이 포함된 원수와 응집제를 혼합하여 상기 오염물질과 응집제가 결합된 플럭(flock)을 형성하는 전처리단계(S10);
    부상조(3)로 유입되는 플럭이 형성된 원수에 과포화된 용존공기가 포함된 가압수를 주입하여 상기 플럭을 부상시키는 부상단계(S20); 및
    상기 부상단계(S20)를 거친 처리수를 상기 부상조(3)의 하류 측 영역에 일체로 형성되며 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT)가 구비된 흡착여과조(10)를 통과시켜 이취미물질을 제거하는 흡착여과단계(S30);
    를 포함하는 조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 정수방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 흡착여과단계(S30)는,
    상기 처리수가 중력에 의해 상기 부상조(3) 하부 영역(3a)에 일체로 구비되는 하향식 흡착여과조(11)를 통과하면서 이취미물질이 제거되는 하향흡착여과단계(S31)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 정수방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 하향식 흡착여과조(11)는 복수 개의 홀(11b)이 형성된 판재 타입의 다공성 CNT 패널(11a)이 여러 겹 적층된 형태로서, 인접한 다공성 CNT 패널(11a) 간에 상기 홀(11b)이 수직 방향으로 일치되지 않도록 비대칭으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 정수방법.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 하향식 흡착여과조(11)는 여과재(Media) 타입의 CNT 블럭이 복수 개 충진된 형태인 것을 특징으로 하는 조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 정수방법.
  25. 제21항에 있어서,
    상기 흡착여과단계(S30)는,
    상기 처리수가 후단으로 이송되는 과정에서 상기 부상조(3) 후단의 상향류 영역(3b)에 일체로 구비되며 여과재(Media) 타입의 CNT 블럭(12a)이 복수 개 충진된 상향식 흡착여과조(12)를 통과하면서 이취미물질이 제거되는 상향흡착여과단계(S32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조류 및 이취미물질을 동시에 제거하는 정수방법.
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