KR20160085108A

KR20160085108A - 해수 기수 종합 처리 시스템

Info

Publication number: KR20160085108A
Application number: KR1020150002065A
Authority: KR
Inventors: 우달식; 이학수; 신성훈
Original assignee: 재단법인 한국계면공학연구소
Priority date: 2015-01-07
Filing date: 2015-01-07
Publication date: 2016-07-15

Abstract

본 발명은 지표수와 지하수, 하수와 우수 뿐만 아니라 해수와 기수를 블랜딩하여 지표수 지하수 하수 우수를 포함하여 종합 처리하는 해수 기수 종합처리방법 및 이를 이용한 처리 시스템에 관한 것이며, 지하수와 지표수가 주입되어 혼합되는 블랜딩조(100), 상기 블랜딩조에서 배출된 처리수에 응집제를 공급하여 혼화하여 오염물질을 응집하는 혼화응집조(110), 혼화응집조에서 배출된 처리수에 포함된 응집된 이물질을 침전시켜 분리하는 침전조(120), 침전조에서 배출되는 처리수에 포함된 오염물질을 제거하는 여과부(130), 여과부로부터 배출된 처리수에 오존을 공급하여 미량의 유해물질을 제거하는 오존처리부(160), 오존처리부에서 배출된 처리수를 활성탄을 이용하여 여과하는 활성탄여과부(170), 활성탄여과부에서 배출된 처리수를 소독하는 소독부(180)를 포함하는 지표수 지하수 블랜딩 수처리 시스템이 구비되고, 하수처리수와 우수가 주입되어 혼합되는 블랜딩조(200), 블랜딩조(200)를 통과한 처리수에 응집제가 투입되고, 동시에 급속하게 교반이 실행되는 급속혼화조(210), 급속혼화조(210)를 통과한 처리수에 응집제를 투여하는 완속혼화조(220), 완속혼화조(220)의 처리수를 여과하는 역삼투막(230), 완속혼화조(220)의 처리수의 일부를 하천유량 유지를 위하여 하천에 보내는 하천유지용수(260) 배출부, 완속혼화조(220)의 처리수의 수질을 측정하여 하는 수질센서(250), 우수를 역삼투막(230)으로 보내는 우수공급라인(270)을 포함하는 하수처리수와 우수의 블랜딩 수처리 시스템이 구비되며, 해수와 우수가 주입되어 혼합되는 블랜딩조(300); 해수와 우수가 혼합된 블랜딩조(300)의 처리수에 응집제가 투여되어 혼화되고, 혼화된 오염물질이 응집되는 혼화응집조(310); 혼화응집조(310)의 해수 우수 처리수에 포함된 현탁물질, 콜로이드 세균 바이러스 조류를 분리막으로 여과하는 한외여과막(320); 한외여과막(320)의 처리수가 투입되어 소금이온을 제거하는 역삼투막(330); 한외여과막(320)의 처리수가 선택적으로 투입되어 불순물을 여과하는 나노여과막(340); 역삼투막(330)의 처리수와 나노여과막(340)의 처리수가 투입되어 소독하는 소독부(350); 농업용수, 공업용수, 음용수가 분리배출되도록 형성되어 수질에 따라 분리배출되는 처리수배출부(360);로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

해수 기수 종합처리방법 및 이를 이용한 처리 시스템 { A comprehensive method and system of treating seawater and river water }

본 발명은 해수 기수 종합처리방법 및 이를 이용한 처리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지표수와 지하수, 하수와 우수 뿐만 아니라 해수와 기수를 블랜딩하여 지표수 지하수 하수 우수를 포함하여 종합 처리하는 해수 기수 종합처리방법 및 이를 이용한 처리 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 우수 및 하수, 오수, 폐수 등의 수체(즉, 물)는 하천 오염 방지 및 상등수 사용 등의 목적을 위해, 여과, 침전 등의 여러 수처리 과정을 거치고 있다. 특히, 산업이 다양화, 고도화됨에 따라 각 분야에서 다양하고 많은 양의 오염물질들이 방출되고 있으며, 인구 밀집도가 높아짐에 따라 생활폐수 역시 지속적으로 증가하고 있다.

그런데 종래에 사용되고 있는 수처리 시설은 처리수의 제거대상 물질별, 처리수의 용도별로 처리 시설을 구축 및 운영하고 있는 실정이다.

오수나 하· 폐수(농축수)의 처리를 위해 현재 많은 처리시스템이 제시되고 있다. 대부분의 처리시스템은 유기물 제거에 주안점을 둔 생물학적 처리방법이 일반적이었는데, 지금은 분리막을 병행한 물리화학적 처리방법이 많이 시도되고 있다.

생물학적 처리는 주로 미생물의 생화학적 대사 작용을 이용하여 하· 폐수(농축수) 중의 유기물이나 부유물질을 처리한다. 예를 들어, 대한민국 공개특허 특2003-84199호에는 슬러지의 혐기성 또는 호기성 소화액으로 배양한 질산화 미생물을 이용한 처리방법이 제시되어 있다.

그러나 위와 같은 생물학적 처리는 부지 면적을 많이 차지하고, 유입수의 수질 및 수량의 부하변동에 취약하기 때문에 유지관리가 까다로우며, 슬러지 처리에 따른 악취 발생 등의 비위생적인 문제가 발생한다.

또한, 물리화학적 처리는 물리적 현상 또는 화학반응을 이용하는 것으로 pH조절, 여과, 산화· 환원, 흡착, 이온교환 등의 방법 등이 있다. 물리화학적 처리는 간헐적인 운전이 가능하므로 유지관리가 용이하다. 그러나 물리화학적 처리방법은 유기물, 세균, 미립자 등의 제거율이 떨어져 주로 보조 처리 수단으로 많이 이용되고 있다.

특히, 산업이 다양화, 고도화됨에 따라 각 분야에서 다양하고 많은 양의 오염물질들이 방출되고 있으며, 인구 밀집도가 높아짐에 따라 생활폐수 역시 지속적으로 증가하고 있다.

즉, 특정 유해물질에 국한된 시설을 건설하기 때문에 상당한 투자를 하면서도 복합적인 효과를 올리지 못한다는 문제점이 있다.

또한, 종래의 수처리 시설은 각 공정에 해당하는 처리수의 요구수량, 요구수질의 충족 여부와 관계없이 모든 공정이 일률적으로 이루어진다. 따라서 수처리의 공정 운영이 효율적이지 못하며, 불필요한 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.

특히, 오염도가 높은 상태의 처리수의 수처리를 위해서는 시간이 오래 걸리는 것은 물론, 구동부하가 증가되어 처리비용이 증가하는 문제점이 있다.

또한, 특정한 장소의 단일 종류의 물을 수처리할 경우에는 오염도에 따라 수처리공정에 따른 비용이 증가하고, 수처리 공정이 오래 걸리고, 최상의 수질을 얻기 어려움은 물론, 수량확보가 어려운 문제점이 있다.

이러한 수처리 시설에서 지표수와 지하수를 처리하여 음용수를 얻는 방법은 대한민국 등록특허 제10-1109762호(강이나 하천수, 지하수를 이용하여 음용이나 공업용수에 적합한 정수를 얻기 위한 수 처리방법 및 이에 이용되는 수 처리장치)에 개시되어 있다.

이를 개선하기 위하여 다중 수원을 혼합하여 오염도를 낮추고 동시에 처리함은 물론, 공정별 실시간 수질측정 및 처리 부하 감소를 통해 이용수의 용도에 따라 회수할 수 있도록 개선된 지표수·지하수 워터블랜딩 수처리시스템 및 방법이 본 출원인에 의해 개발되었다.

하지만 하수처리수와 우수는 통상적으로 발생되는 수원이지만 지표수와 지하수와 같이 처리하는 시스템은 현재 개발되고 있지 않아 별개의 처리장치를 사용하여 불편한 점이 있다.

뿐만 아니라 해수와 기수의 경우 막대한 수자원으로 물이 부족한 국가에서 담수화 처리 등으로 해수를 수자원으로 이용하고 있으며, 기수의 경우 음용수로 사용하는 가장 기본적인 수자원이다.

통상적으로 해수는 독자적으로 담수화를 거쳐 수원으로 이용하나, 다양한 여러 수원을 복합적으로 처리하는 수처리 시스템은 현재 개발된 것이 없었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 해수, 기수를 포함한 다중 수원을 혼합하여 관리할 수 있는 시스템을 제공하고자 하는 목적이 있다.

해수의 염도를 처리하기 위해 사용하는 역삼투여과 과정에서 배출되는 농축수를 처리하는 장치를 부가하여 전체적인 정수 효율을 높이고자 한다.

하수처리수와 우수를 수처리하는 역삼투막에서 발생하는 농축수를 해수와 기수의 혼화응집조의 처리수에 혼합하여 같이 한번에 농축수가 처리되도록 구성하고자 한다.

고농도의 질산성 질소 및 퍼클로레이트를 포함하는 농축수를 처리할 때 사람이 인위적으로 조작하지 않고 중앙제어부를 통해 완전 자동화하여 경제성 및 사용성을 극대화하고자 한다.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여 지하수와 지표수가 주입되어 혼합되는 블랜딩조(100), 상기 블랜딩조에서 배출된 처리수에 응집제를 공급하여 혼화하여 오염물질을 응집하는 혼화응집조(110), 혼화응집조에서 배출된 처리수에 포함된 응집된 이물질을 침전시켜 분리하는 침전조(120), 침전조에서 배출되는 처리수에 포함된 오염물질을 제거하는 여과부(130), 여과부로부터 배출된 처리수에 오존을 공급하여 미량의 유해물질을 제거하는 오존처리부(160), 오존처리부에서 배출된 처리수를 활성탄을 이용하여 여과하는 활성탄여과부(170), 활성탄여과부에서 배출된 처리수를 소독하는 소독부(180)를 포함하는 지표수 지하수 블랜딩 수처리 시스템이 구비되고, 하수처리수와 우수가 주입되어 혼합되는 블랜딩조(200), 블랜딩조(200)를 통과한 처리수에 응집제가 투입되고, 동시에 급속하게 교반이 실행되는 급속혼화조(210), 급속혼화조(210)를 통과한 처리수에 응집제를 투여하는 완속혼화조(220), 완속혼화조(220)의 처리수를 여과하는 역삼투막(230), 완속혼화조(220)의 처리수의 일부를 하천유량 유지를 위하여 하천에 보내는 하천유지용수(260) 배출부, 완속혼화조(220)의 처리수의 수질을 측정하여 하는 수질센서(250), 우수를 역삼투막(230)으로 보내는 우수공급라인(270)을 포함하는 하수처리수와 우수의 블랜딩 수처리 시스템이 구비되며, 해수와 우수가 주입되어 혼합되는 블랜딩조(300);

해수와 우수가 혼합된 블랜딩조(300)의 처리수에 응집제가 투여되어 혼화되고, 혼화된 오염물질이 응집되는 혼화응집조(310); 혼화응집조(310)의 해수 우수 처리수에 포함된 현탁물질, 콜로이드 세균 바이러스 조류를 분리막으로 여과하는 한외여과막(320); 한외여과막(320)의 처리수가 투입되어 소금이온을 제거하는 역삼투막(330); 한외여과막(320)의 처리수가 선택적으로 투입되어 불순물을 여과하는 나노여과막(340); 역삼투막(330)의 처리수와 나노여과막(340)의 처리수가 투입되어 소독하는 소독부(350); 농업용수, 공업용수, 음용수가 분리배출되도록 형성되어 수질에 따라 분리배출되는 처리수배출부(360);로 구성된 것을 특징으로 하며, 역삼투막(230)에서 발생된 농축수가 농축수라인(235)에 의해 해수 기수의 혼화응집조(310) 처리수에 혼합되어 처리되어 염농도가 낮추어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 해수 기수 종합처리 시스템을 제공한다.

그리고, 역삼투막(330)에서 발생하는 농축수는 농축수처리장치(A)에서 처리되고, 농축수처리장치(A)는, 원수유입라인(1)과 연결되고, 질산성 질소의 탈질 반응이 일어나는 제1반응조(10); 제1반응조(10)에서 유출되는 방류수가 최종 배출되는 방류수라인(3); 원수유입라인(1) 일측에 설치되어 질산성 질소농도 변화를 실시간 감지하는 센서(40); 원수유입라인(1)에 연결되고, 방류수라인(3)의 일부가 순환되는 순환라인(2)과 연결되며, 내부에 교반장치가 구비된 혼합탱크(50); 혼합탱크(50)에 연결되어 탄소원이 공급되는 카본공급탱크(60); 센서(40)와 전기적으로 연결되어 센서(40)의 질소 측정값과 설정된 최적 질소중량에 대한 탄소중량 비를 연산하여 카본공급탱크(60)의 탄소원 공급량을 제어하는 중앙제어부(70); 제1반응조(10)에 연결되는 배관에 산소를 공급하도록 연결되는 브로워(90);로 구성된 것을 특징으로 하는 해수 기수 종합처리 시스템을 제공한다.

또한 하수처리수와 우수를 처리하는 방법으로, 하수처리수와 우수의 수질을 측정하는 하수처리수와 우수 수질 측정(S1) 단계; 수질이 측정된 하수처리수가 블랜딩조(200)로 유입되는 하수처리수 블랜딩조 유입(S2) 단계; 측정된 하수처리수의 수질이 기준값보다 나쁘면 하수처리수의 수질이 나쁘면 우수를 블랜딩조(200)로 유입시켜 하수처리수의 수질을 개선한 뒤에 급속혼화조(210)로 보내거나 과산화수소 자외선 역삼투막(230)으로 보내는 것을 판단하는 하수처리수의 수질이 기준값보다 나쁜지 판단(S3) 단계; 응집제를 사용하면서 교반하여 급속하게 혼화시켜 아주 작은 플록을 형성하는 급속혼화(S5) 단계; 급속혼화된 처리수를 완속혼화조(220)로 보내 큰 플록을 침강시켜 제거하는 완속혼화(S6) 단계; 완속 혼화된 처리수의 수질이 설정값 보다 좋은지 판단(S7)하는 단계; 완속 혼화된 처리수의 수질이 설정값 보다 나쁠경우 처리수를 과산화수소 자외선 고도산화처리부(230)로 보내 수처리하는 과산화수소 자외선 고도산화처리(S8) 단계; 과산화수소 자외선 고도산화처리된 처리수가 배출되는 공업용수(S9)로 배출되는 단계를 포함하고, 해수와 기수를 처리하는 방법으로, 해수와 기수를 블랜딩조(300)에 유입하여 혼합하는 해수 기수 블랜딩조 유입(S20) 단계; 블랜딩조(300)의 처리수를 혼화응집조(210)로 보내 응집제를 투여하고 응집하는 혼화응집단계(S21); 혼화응집조(210)에서 플럭이 침강되어 제거된 처리수를 분리막으로 여과하는 한외여과(S22)단계; 한외여과막(320)의 처리수의 염도를 측정하여 설정값 이하 인지의 판단(S23)단계; 한외여과막(320)의 처리수가 유입되어 역삼투막(330)으로 여과하는 역삼투여과(S24)단계; 한외여과막(320)의 처리수가 선택적으로 유입되어 나노여과막(340)으로 여과하는 나노여과(S25)단계; 나노여과(S25)와 역삼투여과(S24)의 처리수를 소독부(360)에서 소독하는 소독(S26) 단계; 소독부(350)처리수를 수질에 따라 음용수, 공업용수, 농업용수로 분리하여 배출하는 처리수배출(S27) 단계; 로 구성된 것을 특징으로 하며, 역삼투여과(S24) 단계에서 발생하는 농축수를 농축수처리장치(A)로 보내 처리하는 농축수처리(S28) 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 기수 종합처리방법을 제공한다.

본 발명의 해수 기수 종합처리방법 및 이를 이용한 처리 시스템을 통하여 지표수 지하수 하수처리수, 우수를 수처리하는 시스템에 복합적으로 연결되므로 한번에 다중의 수원을 처리할 수 있는 효과가 있다.

하수처리수와 우수를 처리하는 과정에서 발생하는 농축수와 해수와 기수를 처리하는 과정에서 발생하는 농축수를 통합하여 처리할 수 있는 효과가 있고, 농축수 처리장치에서 인위적인 조작없이 자동으로 처리가 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 해수 기수 종합처리 시스템의 일부를 도시한 구성도.
도 2는 본 발명의 해수 기수 종합처리 시스템에서 도 1의 A와 B에 연결되는 구성을 도시한 구성도.
도 3은 본 발명의 해수 기수 종합처리방법을 도시한 순서도.
도 4는 본 발명의 농축수처리 장치를 도시한 구성도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석하여서는 되지 않고, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

지표수·지하수 워터블랜딩 수처리시스템은, 블랜딩조(100)와 혼화응집조(110), 침전조(120), 여과부(130), 오존 처리부(160), 활성탄여과부(170), 소독부(180), 공업용수공급부(140), 농업용수공급부(150), 음용수공급부(190)가 구비되고, 블랜딩조(100)는 지표수와 지하수의 공급라인과 연결된다.

블랜딩조(100)는 지표수 유입구와, 지하수 유입구가 일측에 설치되고, 타측에는 블랜딩된 처리수가 배출되는 배출구가 설치된다.

여기서 블랜딩조(100)로 유입되는 지표수의 수질(탁도)를 측정하기 위해서 지표수 수질센서와, 지하수의 수질(질산성질소)을 측정하기 위한 지하수 수질센서가 각각 지표수 및 지하수 유입측에 설치된다. 블랜딩조(100)의 지표수 유입구와 지하수 유입구 각각에는 밸브가 설치되어 지표수와 지하수의 유입여부 및 유입량을 조절한다.

지하수 수질센서는 지하수의 수질 즉, 질산성 질소를 측정하고, 질산성질소의 측정값이 지하수 기준값(10ppm) 미만인 경우, 지하수를 블랜딩조(100)에서 지표수와 혼합하지 않고, 곧바로 음용수로 사용할 수 있도록 지하수 공급부를 통해 활성탄여과부(170)와 소독부(180) 사이의 처리수에 희석되도록 공급한다.

그리고 지표수 수질센서에서의 측정값이 지표수 기준값(탁도 15) 이상이고, 지하수의 질산성질소 측정값이 10ppm 미만이면, 지하수를 여과부(130)에서 처리된 처리수와 희석되도록 공급한다.

지하수의 질산성질소 측정값이 10ppm 이상이면, 블랜딩조(100)로만 공급하여 지표수와 혼합된 상태로 처리되도록 한다.

혼화응집조(110)는 블랜딩조(100)에서 혼화되어 배출되는 처리수에 응집제를 첨가하여 혼화되고, 혼화처리된 처리수에 포함된 오염물질이 응집되도록 구성된다.련된다.

혼화응집조(110)에서 오염물질이 응집된 상태의 오염물질은 침전조(120)로 이동되고, 침전조(120)에서 이물질을 침전시켜 분리한다. 침전조(120)에서 이물질을 침전시켜 분리하여 처리된 처리수는 여과부(130)로 이동되고, 처리수에 남아 있는 오염물질을 여과하여 제거한다. 여과부(130)는 내부에 모래가 충전된 샌드여과기인 것이 바람직하며, 충전된 모래를 교반하기 위한 교반기가 내장된 구성을 가질 수 있다.

여과부(130)를 통과한 처리수는 공업용수(140) 공급라인, 또는 농업용수(140) 공급라인을 통해 배출하여 사용할 수 있다.

오존처리부(160)는 여과부(130에서 배출된 처리수에 오존가스를 주입하여, 오존 마이크로버블을 발생시킴으로써 분해되지 않고 남아있는 고형물질을 분해하여 처리한다.

오존은 강력한 산화제로서, 오존에 의하여 수처리의 녹조, 철, 망간 등 무기물의 산화와 냄새 유발물질 제거 및 유기물의 부분 산화가 이루어지도록 한다. 이와 같이, 오존처리부(160)에서 처리수의 유해물질이 제거된 후에, 활성탄이 채워진 활성탄여과부(170)로 투입될 경우, 활성탄의 처리성능이 향상되는 효과가 있다

활성탄여과부(170)는 오존처리부(160)에서 배출된 처리수를 활성탄을 이용하여 여과하고, 사용된 활성탄은 자동으로 재생하여 사용할 수 있도록 한다.

소독부(180)에서는 활성탄여과부(170)에서 처리되어 배출되는 처리수를 소독하여 유해물질을 제거함으로써, 처리수를 음용수(190)로 사용하게 한다.

하수처리수와 우수는 블랜딩조(200)에 공급되어 처리되어 하수처리수와 우수가 혼합된 처리수는 오염도가 높은 하수처리수보다 오염도가 떨어지게 된다. 블랜딩조(200)를 통과한 처리수는 급속혼화조(210)를 통과하게 되면서 작은 플록이 형성된다.

급속혼화조(210)를 통과한 처리수는 완속혼화조(220)에서 완속혼화되고, 동시에 완속혼화조(220)에 구비된 부상여재를 통해 직접여과된다.

급속혼화조(210)에서 응집제를 투입하면 급속교반에 의해 응집제와 콜로이드성 물질이 응결되어 미세플록이 형성되고, 완속혼화조(220)에서 완속교반에 의해 미세플록을 응집시켜 대형 플록을 형성한다. 따라서 자연침강작용으로 침전을 제거하게 된다.

완속혼화조(220)의 처리수는 역삼투막(230) 여과 과정을 통과하게 된다. 역삼투막(230)은 물속에 녹아 있는 가장 작은 1가 이온인 소금이온(Na+, Cl-)까지 모두 제거하게 되므로 해수의 염분을 제거하게 된다. 이때 역삼투압은 삼투압보다 높은 압력을 가할 때 용액에서 순수한 용매가 반투막을 통해 빠져나가는 현상이고, 역삼투법은 역삼투막을 사이에 두고 농후 용액 측에 삼투압 이상의 압력을 가함으로써 용매만을 희박 용액 측에 이동시켜 용매와 용질을 분리하는 방법이다.

통상적으로 해수 담수를 위한 조작압력은 원액이 가진 삼투압 이상을 필요로 하고, 해수 담수화에서는 5.5 - 7.5 MPa 정도이다.

역삼투막(230)은 역삼투 법에 사용하는 막으로 RO막이라고도 한다. 재질은 유기고분자이며, 셀룰로오스계( cellulose계 )와 합성수지계( polysulfone, polyamide, polyimide, polyacrylonitryl 등)가 있고,

역삼투막(230)여과 과정에서 농축수가 발생하게 된다.

완속혼화조(220)를 통과한 처리수의 수질을 수질센서(250)로 측정하여 설정값 이상이면 전술한 지표수 지하수의 여과부(130)를 통과한 처리수와 혼합하여 처리하거나, 하천유지용수(260)로 사용하게 된다.

따라서 하수처리수와 우수의 처리수도 지표수 지하수 수처리 공정에 따라 음용수(190)로 사용할 수 있게 된다.

수질센서(250)의 측정값이 설정값 미만이면 역삼투막(230)을 거쳐 공업용수(240)로 사용하게 된다.

이때 수질센서(250)는 센서가 설치된 측정용기에 완속혼화조(220)에서 배출되는 배출관과 연결되는 측정수공급관이 구비되고, 측정용기를 순환하는 유로를 형성하도록 양단이 상기 측정용기의 입구와 출구에 각각 연결된 순환관이 형성되며, 순환관의 일측에 순환펌프가 설치되고, 측정용기에 세척수 공급수단이 구비된 것을 사용한다.

수질센서(250)가 측정하는 수질 측정 수단은 종래의 표준화된 기준을 선택하여 이용한다.

우수는 블랜딩조(200)로 보내지거나 역삼투막(230)으로 보내지게 되는데, 하수처리수의 양에 따라 블랜딩조(200)로 보내지는 우수의 양이 결정된다.

하수 우수 종합처리방법은 지표수 지하수의 처리 뿐만 아니라 하수처리수와 우수의 처리를 복합적으로 연결하여 수자원의 확보와 수처리 효율을 높인 것이다.

해수와 기수를 처리하는 시스템은 아래와 같다.

해수와 기수가 유입되어 혼합되는 블랜딩조(300)가 구비되고, 해수와 기수가 블랜딩조(300) 내부로 유입되어 혼합되어 해수의 염도가 떨어진 상태로 다음 단계로 넘어가게 된다. 블랜딩조(300)로 유입되는 관에는 밸브가 구비되어 해수와 기수의 유입여부를 알수 있고 유입략이 조절된다.

블랜딩조(300)에서 혼합되어 배출되는 처리수는 혼화응집조(310)로 유입되도록 구성되고, 혼화응집조(310)에서 응집제가 투입되어 혼화되며, 유입된 처리수에 포함된 오염물질이 응집되고, 오염물질이 응집된 상태에서 아래로 침전되어 분리된다.

혼화응집조(310)의 처리수는 한외여과막(Ultrafiltration membrane, UF)(320)으로 보내져 처리된다. 이때 혼화응집조(310)의 처리수에 전술한 역삼투막(230)에서 발생한 농축수가 농축수라인(235)을 통해 유입되어 다음 단계로 진행된다.

한외여과막은 한외여과법에 사용되는 막으로 UF막이라고 한다. 재질은 유기막에는 셀룰로오스계(초산 cellulose 등) 및 합성수지계(polysulfone, polyethylene, polypropylene, polyacrylonitryl 등), 무기막에는 세라믹계 (초산알루미늄, 초산지르코늄 등)가 있다.

이러한 한외여과막은 분리, 정제, 농축, 회수, 제균 등의 효과가 있고, 막 세공보다 큰 분자는 막을 투과하지 않고 작은 분자만 투과한다고 하는 ‘체걸음’기능을 하게 된다.

분자량 1,000-3,000 정도의 영역을 분리대상으로 하고 분리성능은 분리 분자량으로 나타낸다. 조작압력은 -60 kPa에서 300 kPa 정도이다.

이러한 한외여과막(320)에서 현탁물질, 콜로이드, 세균, 바이러스, 조류 등이 제거된다.

한외여과막(320) 처리수는 역삼투막(330)을 통과하거나 나노여과막(340)을 통과하게 된다. 나노여과막(340)으로 공급되는 라인과 배출되는 라인에 밸브가 형성되어 선택적으로 나노여과막(340)을 통과하게 할 수 있거나, 처리수를 공급할 수 있게 한다.

나노여과막(340) 여과 과정에서 사용하는 나노분리막은 중앙이 비어 있고, 가느다란 튜브 형태의 수많은 나노 크기의 기공이 포함된 고분자 층이 표면을 덮고 있는 것을 사용한다. 이와 같이 미세한 구멍이 뚫린 분리막으로 작은 오염물질은 물론 대장균이나 기생충 같은 병원성 미생물까지 걸러내고, 유해물질을 가두거나 물질의 원자 일부를 포획해 흡착시키므로 더럽고 냄새나는 물이라도 분리막 과정을 거치면 바로 먹을 수 있을 정도로 깨끗한 물이 되므로 처리수배출부(360)에서 음용수를 선택할 경우 역삼투막(33)을 통과하지 않고 바로 나노여과막(340) 과정을 거쳐 소독한 후 음용수로 사용할 수 있다.

나노여과막(340)의 처리수는 역삼투막(330)의 처리수에 혼합되어 소독부(350)로 보내지거나, 역삼투막(330)의 처리수의 배출 밸브를 막고, 단독으로 소독부(350)로 보내 소독처리되어 처리수배출부(360)로 공급된다.

처리수배출부(360)는 처리수의 수질에 따라 농업용수, 공업용수, 음용수로 분리 배출할 수 있다.

나노여과막(340), 역삼투막(330)의 처리수는 연결라인(370)을 통하여지표수 지하수의 활성탄여과부(170) 처리수와 혼합하여 소독부(180)에 보내 처리할 수 있다.

역삼투막(330)에서 배출되는 농축수는 농축수처리장치(A)로 보내 자동으로 처리할 수 있다.

농축수처리장치(A)는 도 4에 도시된 바와 같다.

질산성 질소로 오염된 원수가 유입되는 원수입라인(1)의 일측에 펌프(5)가 설치되어 중앙제어부(70)와 전기적으로 연결되어 구동된다. 그리고 원수유입라인(1)과 제1반응조(10)가 연결되는데, 제1반응조(10)는 질산성 질소의 탈질 반응이 일어나게 된다. 탄소촉매가 원수유입라인의 유입수에 적정량 유입되면 제1반응조(10)인 생물막 반응조에서 고농도의 질산성 질소가 미생물 탈질 기작을 통해 제거가 된다.

제1반응조(10)에서 나오는 방류수는 선택적으로 방류수라인(3)을 통해 배출되거나, 제2반응조(20)와 제3반응조(30)를 통해 방류수라인(3)으로 보내진다.

이러한 방류수라인(3)은 제1반응조(10)에서 유출되는 방류수가 최종 배출되는 곳으로 정수된 물이 방류된다.

원수유입라인(1)으로 적정 탄소원을 공급하기 위해 원수유입라인(1)의 원수에 포함된 질산성 질소의 농도를 실시간으로 감지하도록 센서(40)가 원수유입라인(1) 일측에 설치된다.

센서(40)의 측정값은 센서(40)와 전기적으로 연결된 중앙제어부(70)로 보내지고, 중앙제어부(70)에서 센서(40)의 질소 측정값과 설정된 최적 질소중량에 대한 탄소중량 비를 연산하여 적정 공급 탄소원의 양을 카본공급탱크(60)에서 공급하게 된다. 이와 같이 설정된 최적 C/N비를 기준으로 측정된 질소 밀도와 맞게 탄소원 공급량을 제어하게 되므로 일일이 수작업으로 탄소공급량을 변화시켜 주지 않아도 된다.

C/N비는 처리를 필요로 하는 오수 속에 함유하는 탄소 대 질소의 비율을 말하고, 생물 처리에서 미생물의 분해 활동은 분해 물질의 성분 속에서 특히 C/N 비에 커다란 영향을 받는다. 탄소는 생명 에너지의 공급원으로, 질소는 단백질 형성 요소로서 미생물에게는 중요한 영양소이다.

최적 C/N비는 유입원수량에 따른 질소농도에 따라 달라지므로 센서(40)에 의해 측정된 질소농도를 기준으로 탄소공급량을 결정하게 된다.

혼합탱크(50)는 내부에 교반장치가 구비되고, 원수유입라인(1)에 일측이 연결된다. 그리고 혼합탱크(50)는 방류수라인(3)의 일부가 순환되는 순환라인(2)과도 연결된다. 혼합탱크(50)에 카본공급탱크(60)가 연결되어 카본공급탱크(60)로 부터 탄소원이 공급되어 유입원수와 교반된다.

카본공급탱크(50)는 중앙제어부(70)에서 탄소공급량을 제어가능하도록 중앙제어부와 연결된다.

제1반응조(10)와 제2반응조(20)에 연결되는 배관에 브로워(90)가 연결되어 산소를 공급하게 되고, 제3반응조(30)에는 브로워(90)가 상시 산소를 공급하도록 구성된다.

제1반응조(10)에서 바로 방류수라인(3)과 연결 가능하고, 선택적으로 제1반응조, 제2반응조(20), 제3반응조(30)를 순차적으로 연결하여 방류수라인(3)과 연결할 수 있다.

제1반응조(10)와 연결되도록 제2반응조(20)가 구비되고, 제2반응조(20)는 미생물에 의한 환원을 통해 잔류 퍼클로레이트가 제거된다.

마지막으로 남은 잔류 탄소원은 제3반응조(30)에서 완전 제거된다.

제2반응조(20)에 연결되도록 제3반응조(30)가 구비되고, 제3반응조(30)는 섬유사여과기가 구비되고, 브로워(90)와 연결되어 지속적인 산소공급이 이루어지도록 구성된다.

실질적으로 제1반응조(10), 제2반응조(20), 제3반응조(30)에서 실질적으로 무기성 오염물질인 질산성 질소와 퍼클로레이트의 제거가 이루어지고, 제1반응조(10), 제2반응조(20)에서 질산성질소와 퍼클로레이트가 동시에 제거되도록 할 수 있다.

그리고 원수유입수라인(1)과 제1반응조(10) 사이 일측과 연결되어 원수에서 침전되는 슬러지가 저장되도록 슬러지저장탱크(80)가 구비된다.

잔류탄소를 제거한 제3반응조(30)가 방류수라인(3)과 연결되는데, 방류수라인(3)의 일측에서 펌프(4)를 개재한 순환라인(2)이 분기되어 혼합탱크(50)와 연결되어 방류수의 일부가 내부 순환되므로 필요한 용수 공급을 자체적으로 해결할 수 있게 구성된다.

이하에서 해수 기수 종합처리방법을 자세히 설명하면 아래와 같다.

하수처리수와 우수를 처리하는 과정과, 해수 기수를 처리하는 과정이 동시에 진행된다.

하수처리수와 우수를 처리하는 단계는 도 1에 도시된 바와 같이 아래의 단계를 거친다.

하수처리수와 우수가 유입되면, 하수처리수와 우수 수질 측정(S1) 단계를 거치게 되는데 이 단계에서 하수처리수의 수질을 측정하여 우수를 블랜딩조(200)로 어느정도의 양을 보낼지 과산화수소 자외선 고도산화처리부(230)로 보낼지 결정하게 된다.

이와 같이 하수처리수의 수질이 기준값보다 나쁜지 판단(S3) 하는 단계에서 하수처리수의 수질이 나쁘면 우수 블랜딩조(200)로 유입시켜 수질을 개선한 뒤에 급속혼화조(210)로 보내 급속혼화(S5) 단계를 거치게 된다. 이때 하수처리수의 수질이 기준값보다 좋으면 바로 급속혼화(S5) 단계로 보내 응집제를 사용하면서 교반하여 급속하게 혼화시켜 아주 작은 플록을 형성하게 된다.

그 다음에 완속혼화조(220)로 보내 큰 플록을 침강시키고 난 처리수를 과산화수소 자외선 고도산화처리부(230)로 보내 수처리하는 과산화수소 자외선 고도산화처리(S8) 단계를 거친다.

과산화수소 자외선 고도산화처리(S8) 단계를 거친 처리수는 공업용수(S9)로 배출하는 단계를 거친다.

그리고 처리수 수질이 설정값보다 좋으면 하천유지 용수로 배출(S10)하거나, 지표수 지하수의 여과부(130)의 처리수와 혼하(S11) 하는 단계를 거쳐 공업용수(140)로 배출하거나, 농업용수(150)로 배출할 수 있고, 오존처리부(160)로 보내 다음 단계의 정수 처리를 할 수 있다.

해수와 기수를 처리하는 과정은 아래와 같다.

해수와 기수를 블랜딩조(300)에 유입하여 혼합하는 해수 기수 블랜딩조 유입(S20) 단계를 거쳐 해수의 염도를 기수로 낮추어 준다.

그리고 블랜딩조(300)의 처리수를 혼화응집조(210)로 보내 응집제를 투여하고 응집하는 혼화응집단계(S21)를 거친다.

혼화응집조(210)에서 플럭이 침강되어 제거된 처리수는 한외여과(S22)단계에서 한외여과법에 의하여 분리막에 의한 현탁물질, 세균, 바이러스, 조류 들을 제거하게 된다.

한외여과막(320)의 처리수의 염도를 측정하여 설정값 이하 인지의 판단(S23) 단계를 거쳐 역삼투여과(S24)와 나노여과(S25) 단계로 분리 처리한다. 이와 같은 과정은 염도가 상대적으로 높으면 해수 담수화에 뛰어난 역삼투막(330)을 통과시켜 처리하고자 하는 목적에 의해 분리된다.

역삼투여과(S24)의 농축수는 농축수처리(S28) 단계를 거쳐 자동으로 농축수가 처리된다. 농축수처리 단계는 농축수처리장치에서 처리하게 된다.

나노여과(S25)와 역삼투여과(S24)의 처리수는 소독(S26) 단계를 거쳐 처리수배출(S27) 단계로 배출된다.

처리수배출(S27) 단계에서 처리수는 수질에 따라 음용수, 공업용수, 농업용수로 분리하여 배출할 수 있다.

100, 200, 300 : 블랜딩조 110 : 혼화 응집조
120 : 침전조 130 : 여과부
140 : 공업용수 150 : 농업용수
160 : 오존처리부 170 : 활성탄여과부
180 : 소독부 190 : 음용수
210 : 급속혼화조 220 : 완속혼화조
230 : 과산화수소 자외선 고도산화처리부 240 : 공업용수
250 : 수실센서 260 : 하천유지용수
270 : 우수공급라인 310 : 혼화응집조
320 : 한외여과막 330 : 역삼투막
340 : 나노여과막 350 : 소독부
360 : 처리수배출부 370 : 연결라인
235 : 농축수라인
S1 : 하수처리수 우수 수질 측정
S2 : 하수처리수 블랜딩조 유입
S3 : 하수처리수의 수질이 기준값보다 나쁜지 판단
S4 : 우수를 블랜딩조에 유입
S5 : 급속혼화 S6 : 완속혼화
S7 : 완속혼화를 거친 처리수의 수질이 설정값보다 좋은지 판단
S8 : 과산화수소 자외선 고도산화 처리
S9 : 공업용수로 배출
S10 : 하천유지 용수로 배출
S11 : 지표수 지하수의 여과부 처리수와 혼합
S20 : 해수 기수 블랜딩조 유입 S21 : 혼화응집단계
S22 : 한외여과
S23 : 처리수의 염도를 측정하여 설정값 이하 인지의 판단(S23)
S24 : 역삼투여과 S25 : 나노여과
S26 : 소독 S27 : 처리수 배출
S28 : 농축수처리

Claims

지하수와 지표수가 주입되어 혼합되는 블랜딩조(100), 상기 블랜딩조에서 배출된 처리수에 응집제를 공급하여 혼화하여 오염물질을 응집하는 혼화응집조(110), 혼화응집조에서 배출된 처리수에 포함된 응집된 이물질을 침전시켜 분리하는 침전조(120), 침전조에서 배출되는 처리수에 포함된 오염물질을 제거하는 여과부(130), 여과부로부터 배출된 처리수에 오존을 공급하여 미량의 유해물질을 제거하는 오존처리부(160), 오존처리부에서 배출된 처리수를 활성탄을 이용하여 여과하는 활성탄여과부(170), 활성탄여과부에서 배출된 처리수를 소독하는 소독부(180)를 포함하는 지표수 지하수 블랜딩 수처리 시스템이 구비되고,
하수처리수와 우수가 주입되어 혼합되는 블랜딩조(200), 블랜딩조(200)를 통과한 처리수에 응집제가 투입되고, 동시에 급속하게 교반이 실행되는 급속혼화조(210), 급속혼화조(210)를 통과한 처리수에 응집제를 투여하는 완속혼화조(220), 완속혼화조(220)의 처리수를 여과하는 역삼투막(230), 완속혼화조(220)의 처리수의 일부를 하천유량 유지를 위하여 하천에 보내는 하천유지용수(260) 배출부, 완속혼화조(220)의 처리수의 수질을 측정하여 하는 수질센서(250), 우수를 역삼투막(230)으로 보내는 우수공급라인(270)을 포함하는 하수처리수와 우수의 블랜딩 수처리 시스템이 구비되며,
해수와 우수가 주입되어 혼합되는 블랜딩조(300);
해수와 우수가 혼합된 블랜딩조(300)의 처리수에 응집제가 투여되어 혼화되고, 혼화된 오염물질이 응집되는 혼화응집조(310);
혼화응집조(310)의 해수 우수 처리수에 포함된 현탁물질, 콜로이드 세균 바이러스 조류를 분리막으로 여과하는 한외여과막(320);
한외여과막(320)의 처리수가 투입되어 소금이온을 제거하는 역삼투막(330);
한외여과막(320)의 처리수가 선택적으로 투입되어 불순물을 여과하는 나노여과막(340);
역삼투막(330)의 처리수와 나노여과막(340)의 처리수가 투입되어 소독하는 소독부(350);
농업용수, 공업용수, 음용수가 분리배출되도록 형성되어 수질에 따라 분리배출되는 처리수배출부(360);로 구성된 것을 특징으로 하는 해수 기수 종합처리 시스템.
제 1 항에 있어서,
역삼투막(230)에서 발생된 농축수가 농축수라인(235)에 의해 해수 기수의 혼화응집조(310) 처리수에 혼합되어 처리되어 염농도가 낮추어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 해수 기수 종합처리 시스템.
제 1 항에 있어서,
역삼투막(330)에서 발생하는 농축수는 농축수처리장치(A)에서 처리되고,
농축수처리장치(A)는,
원수유입라인(1)과 연결되고, 질산성 질소의 탈질 반응이 일어나는 제1반응조(10); 제1반응조(10)에서 유출되는 방류수가 최종 배출되는 방류수라인(3); 원수유입라인(1) 일측에 설치되어 질산성 질소농도 변화를 실시간 감지하는 센서(40); 원수유입라인(1)에 연결되고, 방류수라인(3)의 일부가 순환되는 순환라인(2)과 연결되며, 내부에 교반장치가 구비된 혼합탱크(50); 혼합탱크(50)에 연결되어 탄소원이 공급되는 카본공급탱크(60); 센서(40)와 전기적으로 연결되어 센서(40)의 질소 측정값과 설정된 최적 질소중량에 대한 탄소중량 비를 연산하여 카본공급탱크(60)의 탄소원 공급량을 제어하는 중앙제어부(70); 제1반응조(10)에 연결되는 배관에 산소를 공급하도록 연결되는 브로워(90);로 구성된 것을 특징으로 하는 해수 기수 종합처리 시스템.
하수처리수와 우수를 처리하는 방법으로,
하수처리수와 우수의 수질을 측정하는 하수처리수와 우수 수질 측정(S1) 단계;
수질이 측정된 하수처리수가 블랜딩조(200)로 유입되는 하수처리수 블랜딩조 유입(S2) 단계;
측정된 하수처리수의 수질이 기준값보다 나쁘면 하수처리수의 수질이 나쁘면 우수를 블랜딩조(200)로 유입시켜 하수처리수의 수질을 개선한 뒤에 급속혼화조(210)로 보내거나 과산화수소 자외선 역삼투막(230)으로 보내는 것을 판단하는 하수처리수의 수질이 기준값보다 나쁜지 판단(S3) 단계;
응집제를 사용하면서 교반하여 급속하게 혼화시켜 아주 작은 플록을 형성하는 급속혼화(S5) 단계;
급속혼화된 처리수를 완속혼화조(220)로 보내 큰 플록을 침강시켜 제거하는 완속혼화(S6) 단계;
완속 혼화된 처리수의 수질이 설정값 보다 좋은지 판단(S7)하는 단계;
완속 혼화된 처리수의 수질이 설정값 보다 나쁠경우 처리수를 과산화수소 자외선 고도산화처리부(230)로 보내 수처리하는 과산화수소 자외선 고도산화처리(S8) 단계;
과산화수소 자외선 고도산화처리된 처리수가 배출되는 공업용수(S9)로 배출되는 단계를 포함하고,
해수와 기수를 처리하는 방법으로,
해수와 기수를 블랜딩조(300)에 유입하여 혼합하는 해수 기수 블랜딩조 유입(S20) 단계;
블랜딩조(300)의 처리수를 혼화응집조(210)로 보내 응집제를 투여하고 응집하는 혼화응집단계(S21);
혼화응집조(210)에서 플럭이 침강되어 제거된 처리수를 분리막으로 여과하는 한외여과(S22)단계;
한외여과막(320)의 처리수의 염도를 측정하여 설정값 이하 인지의 판단(S23)단계;
한외여과막(320)의 처리수가 유입되어 역삼투막(330)으로 여과하는 역삼투여과(S24)단계;
한외여과막(320)의 처리수가 선택적으로 유입되어 나노여과막(340)으로 여과하는 나노여과(S25)단계;
나노여과(S25)와 역삼투여과(S24)의 처리수를 소독부(360)에서 소독하는 소독(S26) 단계;
소독부(350)처리수를 수질에 따라 음용수, 공업용수, 농업용수로 분리하여 배출하는 처리수배출(S27) 단계; 로 구성된 것을 특징으로 하는 해수 기수 종합처리방법.
제 4 항에 있어서,
역삼투여과(S24) 단계에서 발생하는 농축수를 농축수처리장치(A)로 보내 처리하는 농축수처리(S28) 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 기수 종합처리방법.