KR20160071125A - 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템 - Google Patents
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Abstract
용존산소 생성장치를 이용하여 용존산소를 하천 또는 호소 등의 저층부(수체)에서 녹조가 발생되는 환경이 형성되지 않도록 용존산소를 미리 공급할 수 있고, 또한, 용존산소 생성장치를 이용하여 하여 용존산소 포화수를 생성하고, 하천 저층부로 용존산소 포화수를 직접 공급함으로써 하천 저층부 빈산소화로 인한 영양염류 및 중금속 용출을 억제하여 녹조발생을 사전에 예방할 수 있으며, 또한, 하천 및 호소 등의 저층부에 용존산소를 공급함에 있어서 온도성층을 파괴하지 않으면서 수체내로 용존산소가 확산되도록 함으로써 저층부의 영양염류 또는 퇴적토 등이 수체 전체로 확산되는 것을 방지할 수 있는, 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템이 제공된다.
Description
본 발명은 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 하천 또는 호소 등의 저층부(수체)에서 녹조가 발생되는 환경이 형성되지 않도록 용존산소 생성장치를 이용하여 용존산소를 미리 공급하는 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 오염된 호소의 수질은유기 미생물 등에 의해 정화되어 왔지만 최근에는 호소로 유입되는 악성 유기 오염물질들이 증가하여 부영양화가 심화되고, 미생물에만 의존하여 자연적으로 정화되었던 자정능력이 한계점에 이르게 되었다.
이러한 원인은 인간들이 호소 주변의 자연 환경을 무분별하게 파괴하고, 개발과 호소 주변의 주택가에서 흘러나오는 생활 오폐수 또는 행락객들의 음식물, 축산 농가에서 유입되는 분뇨, 그리고 공장 폐수가 정화되지 않은 상태로 유입되기 때문이며, 누적되는 오염물질로 인하여 그 오염도는 점점 증가하고 있다.
이러한 영향으로 모든 호소가 유지하고 있어야 할 용존 산소가 현저하게 결핍되고, 호소 내에 녹조가 발생하여 이들에 의한 메탄유화수소가 급격하게 화학반응을 일으키면서 악취를 동반한 열악한 수질 상태가 되어 호소가 황폐화되고 있다.
또한, 호소를 오염시키는 유기 오염물들은 질소(N), 인(P),등과 같은 영양 염류의 과잉 유입에 의한 것이기 때문에 수질은 점점 악화되고, 특히 하절기에 수온이 상승하면 이상적인 플랑크톤 번식으로 용존산소(D/O)가 크게 감소하여 심층부 밑바닥에는 용존산소(D/O)가 전혀 없는 상태로 변질되고 있다.
이러한 이유로 호소 내에 생존해 있는 미생물이 호소 내로 유입되는 각종 오폐수 악성 유기 오염물들을 상대적으로 해결할 수 있는 숫자가 극히 부족할 뿐만 아니라, 악성 유기 오염물질 때문에 연속적으로 배양 및 숙성 과정을 속히 진행할 수 없게 되었다.
이로 인하여 상대적으로 미생물의 번식이 감퇴되고, 호소 내의 수질은 자정 정화작용을 전혀 할 수 없어서 호소 내의 수질은 시간이 점점 흘러 갈수록 악화되고 있는 것이 최근의 현실이다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 호소 주변에 오폐수를 정화할 수 있도록 화학적 정화 방법과 물리적 정화 방법 및 생물학적 정화 방법을 시도하였지만 효과를 얻지 못하고 있는 실정에 있다.
구체적으로, 화학적 정화 방법은, 화학적 응집제 및 살조제 등을 호소 전면에 살포하여 부유물을 침전시키는 방법과, 화학응집제로 처리된 상등수를 호소에 보충하는 방법, 그리고 호소의 물을 취수하여 화학응집제로 처리한 다음 호소로 재투입하는 방법인데, 호소 바닥에 침전된 오염 물질에 의한 폐수화 현상을 근본적으로 방지할 수 없어서 녹조현상을 방지하기에 충분하지 못한 문제점이 있다.
또한, 물리적 정화 방법은, 산소를 호소에 폭기하여 용존 산소가 정화 능력을 갖게 하는 방법, 영양염류 순환에 도움을 주는 퇴적물을 폭기시켜서 호기성 상태로 유지하는 방법, 수류 발생기로 호소의 물을 강제 순환시켜서 정체성을 해소하는 방법, 준설선을 이용하여 퇴적물을 제거하는 방법, 기타 여과 장치를 이용하는 방법이다.
한편, 도 1은 일반적인 저수지 저부 및 호안에서의 수질오염 메커니즘을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 저수지에 호소, 하천, 저수지, 습지 및 저류시설 등에 유입되어 축적된 오염물질은 미생물에 의해 분해되는데, 미생물에 의한 유기물 섭식은 호흡작용을 동반하며, 수중 용존산소(Dissolved Oxygen: DO)의 소모를 동반한다. 이때, 용존산소 소모에 비해 대기중 산소(O2)가 수온상승, 조류 발생 등에 의해 수중에 잘 용해되지 못하면, 수중에서는 CH4, NH4, H2S 등의 혐기성 가스의 혐기성 분해의 진행 및 악취가 발생하게 되고, 또한 혐기성 조건에서 수중에 용출되는 영양염류(N, P)를 이용한 식물성 플랑크톤의 증식으로 조류(Glgae)가 급증하게 되어 녹조 현상 등의 다양한 환경적 문제를 야기한다.
또한, 호소, 하천, 저수지, 습지 및 저류시설 등의 정체수역에서 영양물질의 축적에 기인하는 조류 발생에 의한 유광층 감소 시, 수중 혐기화에 따른 다양한 문제가 예상되며, 수중 생태계의 건강성 저하와 더불어 수질오염이 가속화되어, 상기한 하천 등의 수변구역에 주민 등을 위한 친수 환경을 조성하고자 할 때에도 다양한 환경적 문제가 야기될 수 있다.
한편, 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1279137호에는 "소규모 수역의 수질정화 시스템"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 종래의 기술에 따른 소규모 수역의 수질정화 시스템을 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 2를 참조하면, 종래의 기술에 따른 소규모 수역의 수질정화 시스템은, 소규모 수역의 강변 근방에 배설되어 있고, 처리구획 배설구조체(11), 가압 오존처리장치(12), 감압챔버(13), 탈오존처리수 공급장치(14), 산소 폭기 용해장치(15) 및 산소용존수 공급장치(16)를 포함한다. 여기서, 소규모 수역의 수질정화 시스템의 대상이 되는 소규모 수역으로서는, 예를 들면, 소형의 연못, 소, 호수, 강폭이 좁고 완만하게 흐르는 하천(비교적 대규모 호수로의 물 공급원이 되는 소형의 하천을 포함) 등을 들 수 있다.
처리구획 배설구조체(11)는 소규모 수역의 일부를 격리한 처리구획을 배설하기 위한 부재로서, 구체적으로, 소규모 수역의 강변에서 떨어진 얕은 곳의 바닥에 대략 수직으로 배설되는 하나 또는 복수의 판 형상의 부재이며, 만곡한 강변의 강벽 지형과 처리구획 배설구조체(11)가 연계하는 것에 의해, 소규모 수역 내의 일부를 격리해서 안으로 몰아들이게 되고, 소규모 수역의 일부에 외부와는 격리된 구획을 배설할 수 있다.
가압 오존처리장치(12)는 상기 소규모 수역의 오탁수(P)를 가압 오존처리하여 오존처리수(Q)를 얻기 위한 장치로서, 구체적으로, 소규모 수역계 밖의 강변의 강벽 상에 배설되어, 소규모 수역의 오염구역에서 공급되는 오탁수(P)를 가압한 상태에서 오존과 접촉시키고, 오존을 용해시켜서 처리할 수 있다.
감압챔버(13)는 상기 오존처리수(Q)를 감압하여 탈오존처리수(R)를 얻기 위한 장치로서, 구체적으로, 소규모 수역계 밖의 강변의 강벽 상에 가압 오존처리장치(12)와 함께 배설되고, 가압 오존처리장치(12)에 의해 얻어지는 가압상태의 오존처리수(Q)를 감압상태로 해방하여 오존처리수(Q)에 포함되는 미반응의 오존을 제거할 수 있고, 그 결과, 미반응 오존이 제거된 탈오존처리수(R)를 얻을 수 있다.
탈오존처리수 공급장치(14)는 상기 탈오존처리수(R)를 상기 처리구획 내로 공급하기 위한 장치로서, 상기 감압 챔버(13)와 함께 소규모 수역계 밖의 강변의 강벽 상에 설치된다.
산소 폭기 용해장치(15)는, 상기 처리구획 내의 저층수(S)를 대기(T)로 폭기시켜 산소용존수(U)를 얻기 위한 장치로서, 구체적으로, 상기 처리구획 내에 대략 수직형상으로 배설되고, 하단은 소규모 수역의 처리구획 내의 저층에 위치하고, 상단은 소규모 수역의 수면보다 위에 위치하고 있다. 이에 따라 상기 산소 폭기 용해장치(15)의 하단으로부터 소규모 수역의 처리구획 내의 저층수(S)를 거둬들이고, 상단으로 부터 산소를 포함한 대기(T)를 거둬들인 저층수(S)를 대기(T)로 폭기시키는 것으로 산소용존수(U)를 얻을 수 있다.
산소용존수 공급장치(16)는 상기 산소용존수(U)를 상기 처리구획 내의 저층으로 공급하기 위한 장치로서, 구체적으로, 상기 산소 폭기 용해장치(15)로부터 얻어지는 산소용존수(U)를 처리구획 내의 저층으로 공급한다.
종래의 기술에 따른 소규모 수역의 수질정화 시스템은, 간단한 구성, 저비용 및 조작 유지관리의 용이성을 실현하면서, 소규모 수역의 수질을 용이하게 개선할 수 있다.
전술한 바와 같이, 최근 여름철에 대하천을 중심으로 특히 정체 수역에서 녹조 현상이 발생하고 있고, 이로 인한 악취 등의 피해가 발생하고 있으며, 이를 방제하기 위한 기술로서 다양한 기술들이 개발되어 왔다. 종래의 기술로는, 녹조발생 시에 직접 대응을 위한 직접제거 기술 및 녹조 발생의 사전예방 차원에서 이루어지는 인위적 물순환 기술 등이 있다.
하지만 이러한 직접제거 기술의 경우, 발생된 녹조의 제거에만 치중하고 있으며, 또한, 사전예방 기술의 경우, 원인물질을 단순히 희석하는 것에 지나지 않는다는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 용존산소 생성장치를 이용하여 용존산소를 하천 또는 호소 등의 저층부(수체)에서 녹조가 발생되는 환경이 형성되지 않도록 용존산소를 미리 공급할 수 있는, 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 용존산소 생성장치를 이용하여 하여 용존산소 포화수를 생성하고, 하천 저층부로 용존산소 포화수를 직접 공급함으로써 하천 저층부 빈산소화로 인한 영양염류 및 중금속 용출을 억제하여 녹조발생을 사전에 예방할 수 있는, 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템은, 하천의 저층부로부터 저층수를 유입하는 저층수 유입부; 상기 저층수를 처리수로 공급하는 처리수 공급부; 상기 처리수 공급부로부터 공급되는 처리수에 대해 미세 기포수를 반복 생성하여 용존산소 포화수를 생성하는 용존산소 생성장치; 상기 용존산소 생성장치로부터 생성된 용존산소 포화수를 상기 저층부에 공급하는 용존산소 포화수 공급부; 수체의 저층부에 설치되어 용존산소 농도를 측정하는 용존산소 농도센서; 및 상기 용존산소 농도센서에서 측정된 용존산소 농도에 따라 상기 용존산소 생성장치의 운전을 제어하는 운전 제어부를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 운전 제어부는 하천 저층부의 용존산소 농도에 대응하여 상기 용존산소 생성장치의 연속식 운전 또는 간헐식 운전을 선택할 수 있다.
여기서, 상기 용존산소 생성장치는, 상기 용존산소 포화수의 생성 및 배출 이후, 상기 수체 저층부 환경을 장기적으로 개선하도록 일정 시간동안 연속식으로 상기 1차 처리수에 마이크로 미세기포를 주입하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 용존산소 생성장치는, 1차 처리수가 유입되어, 미세기포를 반복하여 생성되도록 하는 저장조 역할을 하는 회분식 반응조; 상기 회분식 반응조로부터 배출된 1차 처리수에 산소를 공급하는 산소 공급기; 및 상기 산소가 공급된 배출된 1차 처리수에 미세기포를 생성시켜 용존산소 포화수를 생성하는 포화수 생성기를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 용존산소 포화수는 하천 저층부로 직접 배출되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 회분식 반응조는 선회류에 의하여 1차 처리수가 상승되도록 하여 유기물이 제거되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 용존산소 생성장치는, 상기 회분식 반응조의 상부에 연결된 제1 밸브; 상기 제1 밸브와 연결된 펌프; 및 상기 포화수 생성기에 연결된 제2 밸브를 추가로 포함하며, 상기 펌프와 포화수 생성기 사이에 산소 공급기가 설치되며, 상기 제2 밸브를 통해 용존산소 포화수가 하천 저층부에 용존산소 포화수 공급부에 의하여 직접 공급되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 용존산소 생성장치를 이용하여 용존산소를 하천 또는 호소 등의 저층부(수체)에서 녹조가 발생되는 환경이 형성되지 않도록 용존산소를 미리 공급할 수 있다.
본 발명에 따르면, 용존산소 생성장치를 이용하여 하여 용존산소 포화수를 생성하고, 하천 저층부로 용존산소 포화수를 직접 공급함으로써 하천 저층부 빈산소화로 인한 영양염류 및 중금속 용출을 억제하여 녹조발생을 사전에 예방할 수 있다.
본 발명에 따르면, 하천 및 호소 등의 저층부에 용존산소를 공급함에 있어서 온도성층을 파괴하지 않으면서 수체내로 용존산소가 확산되도록 함으로써 저층부의 영양염류 또는 퇴적토 등이 수체 전체로 확산되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 일반적인 저수지 저부 및 호안에서의 수질오염 메커니즘을 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 소규모 수역의 수질정화 시스템을 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템에서 용존산소 생성장치를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 용존산소 생성장치를 이용하여 펌프압력, 유입기체 종류, 유입기체 유량에 따른 용존산소 생성효율에 대한 평가실험 조건을 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 각각 본 발명의 실시예에 따른 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템에서 동작시간에 따른 용존산소 농도를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템에서 포화수 생성기의 작동을 멈춘 후, 회분식 반응조 중간 및 하부의 용존산소 농도를 측정한 테이블이다
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템에서 유입 및 유출수 유량에 따른 용존산소 변화량을 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 소규모 수역의 수질정화 시스템을 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템에서 용존산소 생성장치를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 용존산소 생성장치를 이용하여 펌프압력, 유입기체 종류, 유입기체 유량에 따른 용존산소 생성효율에 대한 평가실험 조건을 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 각각 본 발명의 실시예에 따른 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템에서 동작시간에 따른 용존산소 농도를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템에서 포화수 생성기의 작동을 멈춘 후, 회분식 반응조 중간 및 하부의 용존산소 농도를 측정한 테이블이다
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템에서 유입 및 유출수 유량에 따른 용존산소 변화량을 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
[고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템(100)]
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템(100)의 구성도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템(100)에서 용존산소 생성장치(140)를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 용존산소 생성장치를 이용한 녹조제어 시스템(100)은, 저층수 유입부(110), 처리수 공급부(130), 용존산소 생성장치(140), 용존산소 포화수 공급부(150), 운전 제어부(160) 및 용존산소 농도센서(170)를 포함한다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 용존산소 생성장치(140)는, 회분식 반응조(141), 제1 밸브(142), 펌프(143), 산소 공급기(144), 포화수 생성기(Saturator: 145) 및 제2 밸브(146)를 포함한다.
먼저, 상기 저층수 유입부(110)는 하천 저층부 원수인 저층수를 유입하고, 상기 처리수 공급부(130)는 상기 저층수를 처리수로 공급한다.
상기 용존산소 생성장치(140)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 회분식 반응조(141), 제1 밸브(142), 펌프(143), 산소 공급기(144), 포화수 생성기(145) 및 제2 밸브(146)를 포함하며, 상기 처리수 공급부(130)로부터 공급되는 처리수에 대해 미세 기포수를 반복 생성하여 용존산소 포화수를 생성하는 역할을 하게 된다.
이러한 용존산소 포화수는 제2 밸브(146)를 통해 용존산소 포화수 공급부(150)로 공급된다. 즉, 상기 용존산소 포화수 공급부(150)가 용존산소 포화수를 상기 하천의 저층부로 배출하게 된다.
이에 따라 상기 용존산소 생성장치(140)는, 용존산소 포화수의 생성 및 배출 이후, 상기 수체 저층부 환경을 장기적으로 개선하도록 일정 시간동안 연속식으로 상기 배출된 처리수에 미세 기포수를 주입할 수 있다.
이때, 상기 용존산소 농도센서(170)는 상기 수체의 저층부에 적어도 하나 이상 설치되어 용존산소 농도를 측정한다.
상기 운전 제어부(160)는 상기 용존산소 농도센서(170)에서 측정된 용존산소 농도에 따라 상기 용존산소 생성장치(140)의 운전을 제어한다.
여기서, 상기 운전 제어부(160)는 하천의 수체 저층부의 용존산소 농도에 대응하여 상기 용존산소 생성장치(140)의 연속식 운전 또는 간헐식 운전을 선택할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템(100)은, 하천 저층부의 빈산소화를 방지하기 위해서 하천 저층부의 수체로부터 원수(저층수)를 유입하여, 이후, 용존산소 생성장치(140)를 이용하여 용존산소 포화수를 생성시킨 후, 가압을 통해 하천 저층부로 상기 용존산소 포화수를 공급한다. 이때, 하천 저층부 수체의 용존산소(DO) 농도에 따라 연속식 운전 또는 간헐식 제어가 가능하다.
또한, 용존산소 생성장치(140)는 유입된 처리수를 회분식 반응조와 산소포화장치에 의하여 미세 기포수를 반복 생성하여 용존산소 포화수를 생성한다.
즉, 용존산소 생성장치(140)는 처리수에 산소(또는 공기)를 포화시키기 위하여 마이크로 단위의 미세 기포를 생성시켜 처리수와 산소의 접촉효율을 증대시켜 처리수의 용존산소(DO) 농도를 증가시키고, 회분식 반응조를 이용하여 용존산소(DO) 농도를 반복적으로 증가시킨 용존산소 포화수를 생성시키는 중요한 역할을 하게 된다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템(100)은, 상대적으로 용존산소가 낮은 하천 저층부로의 용존산소 공급이 가능하기 때문에 하천 저층부의 영양염류 용출을 예방할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템(100)은, 용존산소 공급 방식에 있어서, 회분식 반응조를 이용하여 미세기포수를 반복 생성하게 되고, 이때, 종래의 기술에 따른 연속적인 폭기 방식과 비교하면, 본 발명의 실시예에 따라 생성된 용존산소 포화수의 일시적인 저층부 공급은 순간적으로 높은 산소전달 효율을 나타낸다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템(100)은, 일시적인 용존산소 포화수 공급 이후에, 연속적인 미세 기포수 주입을 통해서 저층부 환경을 장기적으로 개선 및 유지할 수 있다.
[용존산소 생성장치(140)]
본 발명의 실시예에 따른 용존산소 생성장치(140)는 처리수에 대해 용존산소 농도를 증가시키고 가압을 통해 하천의 저층부로 용존산소 포화수를 직접 공급하여 결국 하천 저층부에 용존산소(DO)를 공급한다.
구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 용존산소 생성장치(140)가 처리수를 회분식 반응조(141) 내로 유입한 후에 반복적인 미세기포수 생성을 통해 용존산소 포화수를 생성하게 된다.
상기 처리수는 회분식 반응조(141) 내부로 유입되며, 교반기 이용하여 추가적인 탈질화 반응에 의하여 유기물을 제거하고, 특히, 마이크로 단위의 미세 기포를 반복하여 생성되도록 하는 일종의 저장조 역할을 한다. 즉, 처리수는 회분식 반응조(141) 하부에 유입되어 선회류에 의하여 상승되도록 함에 따라 유기물이 추가로 제거될 수 있다.
이에 회분식 반응조(141) 상부에 형성된 제1 밸브(142)에 의하여 유기물일 추가 제거된 1차 처리수가 배출되도록 하고, 배출된 1차 처리수는 펌프(143)를 이용하여 포화수 생성기(145, Saturator)로 가압되어 유입된다.
이때, 상기 펌프(143)와 포화수 생성기(145) 사이에는 산소를 공급하는 산소공급기(144)가 설치된다. 즉, 산소공급기(144)를 이용하여 배출된 1차 처리수의 용존산소 농도를 증가시키기 위해서 배출된 1차 처리수에 산소를 직접 공급한다.
이후, 산소가 공급된 배출된 1차 처리수는 포화수 생성기(145)에 유입되어 미세기포가 생성(미도시된 분사노즐을 포함하는 기포생성기 이용)되도록 하여 산소와 배출된 1차 처리수의 접촉 효율을 높여 배출된 1차 처리수에 산소를 포화(용존산소(DO) 생성)시키는 것이다.
따라서 상기 배출된 1차 처리수는 마이크로 단위의 미세기포(예컨대 40~80㎛ 범위)가 많이 생성되어 용존산소(DO) 농도를 증가된 상태로 제2 밸브(146)를 통해 하천 저층부로 가압 배출되도록 할 수 있다.
하지만 용존산소(DO) 농도를 효율적으로 증가시키기 위해 제2 밸브(146) 이전에 용존산소(DO) 농도가 증가된 배출된 1차 처리수를 다시 회분식 반응조(141) 하부로 다시 유입시키고, 유기물 추가 제거 및 제1 밸브(142)를 통해 배출하고, 다시 산소 공급기(144)를 통해 산소를 다시 공급하고, 포화수 생성기(145)에 의하여 용존산소(DO)의 농도를 다시 증가시키게 된다. 본 발명의 실시예에서, 이러한 과정을 특히 "미세 기포수를 반복 생성"이라고 지칭한다.
이에 따라 최종 용존산소(DO)의 농도를 효율적으로 제어할 수 있고, 최종적으로 원하는 농도로 제어된 1차 처리수를 "용존산소 포화수"라 지칭한다.
한편, 도 5는 상기 용존산소 생성장치(140)를 이용하여 펌프압력, 유입기체 종류(공기, 산소), 유입기체 유량에 따른 용존산소(DO) 생성효율 평가실험 조건을 제시한 것이다.
즉, 공기(Air)의 압력, 산소(Oxygen)의 유량에 따라 용존산소 생성장치(140)의 회분식 반응조(141)의 용존산소(DO)가 펌프 작동 시간(분)에 따라 어떻게 변하는지를 실험한 것이다.
한편, 도 6a 내지 도 6c는 각각 본 발명의 실시예에 따른 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템에서 동작시간에 따른 용존산소 농도를 나타내는 도면이다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 1.5 L/min(산소 공급기를 통해 공급)을 기준으로 하면, 공기의 압력은 용존산소 증가율에 큰 변화가 없고, 공급되는 산소압이 커질수록 공급할 수 있는 용존산소의 농도를 극대화시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 3.0 L/min(산소 공급기를 통해 공급)을 기준으로 하면, 역시 공기의 압력은 용존산소 증가율에 큰 변화가 없고, 공급되는 산소압이 커질수록 공급할 수 있는 용존산소의 농도를 극대화시킬 수 있다는 것을 알 수 있으며, 전술한 1.5 L/min(산소 공급기를 통해 공급)의 경우와 대비하여 용존산소의 농도가 증가하는 것을 알 수 있다.
또한, 도 6c에 도시된 바와 같이, 4.5 L/min(산소 공급기를 통해 공급)을 기준으로 하면, 역시 공기의 압력은 용존산소 증가율에 큰 변화가 없고, 공급되는 산소압이 커질수록 공급할 수 있는 용존산소의 농도를 더 극대화시킬 수 있다는 것을 알 수 있으며, 전술한 1.5 L/min, 3.0 L/min(산소 공급기를 통해 공급)의 경우와 대비하여 용존산소의 농도가 증가하는 것을 알 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템에서 포화수 생성기(145)의 작동을 멈춘 후, 회분식 반응조(141) 중간 및 하부의 용존산소 농도를 측정한 테이블이다. 즉, 작동을 멈춘 후에, 용존산소의 농도는 산소 1.5 L/min(산소 공급기를 통해 공급) 및 4.5atm 압력의 경우가 가장 효율적이라는 것을 알 수 있다.
한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템에서 유입 및 유출수 유량에 따른 용존산소 변화량을 나타내는 도면으로서, 유입 및 유출수 유량에 따른 용존산소 변화, 즉, 최적조건 O2, 1.5 L/min, 4.5 atm를 기준으로 회분식 반응조(141)의 유입 및 유출수 유량 33, 20, 10 L/min에 따른 용존산소(DO) 변화량을 보인 것이다.
이에 따라 유량은 최대로 가동하고, 펌프압력과 산소 공급기를 조정하여 원하는 용존산소(DO)의 농도를 본 발명의 실시예에 따른 용존산소 생성장치(140)를 이용하여 미세 기포를 반복하여 생성하여 조정할 수 있다는 것을 알 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템
110: 저층수 유입부
130: 처리수 공급부
140: 용존산소 생성장치
141: 회분식 반응조
142: 제1 밸브
143: 펌프
144: 산소 공급기
145: 포화수 생성기(Saturator)
146: 제2 밸브
150: 용존산소 포화수 공급부
160: 운전 제어부
170: 용존산소 농도센서
110: 저층수 유입부
130: 처리수 공급부
140: 용존산소 생성장치
141: 회분식 반응조
142: 제1 밸브
143: 펌프
144: 산소 공급기
145: 포화수 생성기(Saturator)
146: 제2 밸브
150: 용존산소 포화수 공급부
160: 운전 제어부
170: 용존산소 농도센서
Claims (7)
- 하천의 저층부로부터 저층수를 유입하는 저층수 유입부(110);
상기 저층수를 처리수로 공급하는 처리수 공급부(130);
상기 처리수 공급부(130)로부터 공급되는 처리수에 대해 미세 기포수를 반복 생성하여 용존산소 포화수를 생성하는 용존산소 생성장치(140);
상기 용존산소 생성장치(140)로부터 생성된 용존산소 포화수를 상기 저층부에 공급하는 용존산소 포화수 공급부(150);
수체의 저층부에 설치되어 용존산소 농도를 측정하는 용존산소 농도센서(170); 및
상기 용존산소 농도센서(170)에서 측정된 용존산소 농도에 따라 상기 용존산소 생성장치(140)의 운전을 제어하는 운전 제어부(160)
를 포함하는 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 운전 제어부(160)는 하천 저층부의 용존산소 농도에 대응하여 상기 용존산소 생성장치(140)의 연속식 운전 또는 간헐식 운전을 선택하는 것을 특징으로 하는 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 용존산소 생성장치(140)는, 상기 용존산소 포화수의 생성 및 배출 이후, 상기 수체 저층부 환경을 장기적으로 개선하도록 일정 시간동안 연속식으로 상기 1차 처리수에 마이크로 미세기포를 주입하는 것을 특징으로 하는 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템. - 제3항에 있어서, 상기 용존산소 생성장치(140)는,
1차 처리수가 유입되어, 미세기포를 반복하여 생성되도록 하는 저장조 역할을 하는 회분식 반응조(141);
상기 회분식 반응조(141)로부터 배출된 1차 처리수에 산소를 공급하는 산소 공급기(144); 및
상기 산소가 공급된 배출된 1차 처리수에 미세기포를 생성시켜 용존산소 포화수를 생성하는 포화수 생성기(Saturator: 145)
를 포함하는 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템. - 제4항에 있어서,
상기 용존산소 포화수는 하천 저층부로 직접 배출되는 것을 특징으로 하는 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템. - 제4항에 있어서,
상기 회분식 반응조(141)는 선회류에 의하여 1차 처리수가 상승되도록 하여 유기물이 제거되는 것을 특징으로 하는 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템. - 제4항에 있어서, 상기 용존산소 생성장치(140)는,
상기 회분식 반응조(141)의 상부에 연결된 제1 밸브(142);
상기 제1 밸브(142)와 연결된 펌프(143); 및
상기 포화수 생성기(145)에 연결된 제2 밸브(146)
를 추가로 포함하며,
상기 펌프(143)와 포화수 생성기(145) 사이에 산소 공급기(144)가 설치되며, 상기 제2 밸브를 통해 용존산소 포화수가 하천 저층부에 용존산소 포화수 공급부(150)에 의하여 직접 공급되는 것을 특징으로 하는 고농도 용존산소 생성 및 공급 시스템.
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Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20160520 Patent event code: PE09021S01D |
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Patent event date: 20161118 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20160520 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |