KR20170071102A - 수질오염 방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하천, 호소 등으로부터 취수한 물을 음용, 공업용이나 농업용, 환경개선용 등으로 사용하기 위하여 다른 장소로 이송하는 관로에 공기 또는 공기가 용해된 물을 주입하는 수단, 부상분리법으로 조류 등 현탁물질을 물과 분리하는 수단, 부상된 현탁물질을 제거하는 수단 등이 설치되어 취수한 물을 이송하는 과정 중 물에 포함된 조류 등 현탁물질을 제거할 수 있고, 비교적 낮은 비용으로 수질환경을 개선할 수 있음은 물론이거니와 용수의 정화처리 효율을 향상시킬 수 있는 수질오염 방지장치에 관한 것이다.

Description

수질오염 방지장치{Water Pollution Prevention Apparatus}

본 발명은 하천이나 호소, 인공수조 등의 수질환경을 보존할 수 있고 용수의 처리 여건을 보다 호전시킬 수 있는 수질오염 방지장치에 관한 것이다.

생활수준의 향상과 함께 버려지는 폐기물의 양은 늘어만 가고 있고, 이에 따라 용수 취수원의 수질오염 정도는자정능력의 한계를 넘어 점점 높아져 가는 곳이 많아지고 있다. 근래, 하천이나 호소 등의 수질오염은 인(P)이나 질소(N)와 같은 부영양물질의 증가가 가장 큰 원인 중 하나로 지목되고 있는 바, 특히나 인의 증가가 더 문제시되고 있다.

인은 생명체 세포의 매우 중요한 구성성분으로서 에너지 대사에 관계되는 필수성분인데, 수중에서의 이와 같은 인의 농도 상승은 조류(algae)를 포함하는 플랑크톤의 폭발적인 증가를 불러와 수계 저층의 광선 차단 및 산소농도 저하를 가져옴으로써 생태계를 파괴한다.

조류는 클로로필(chlorophyll)을 가지고 있는 미생물 종을 총칭하며, 이것에 의하여 광합성능력을 가진다. 조류는 광합성 과정에서 유기물을 생산하고 산소를 발생시키므로 수중의 용존산소 농도를 높이기도 하나, 야간에는 산소호흡을 하기 때문에 수중의 산소를 고갈시켜 주야간의 극심한 산소농도 편차를 유발, 수중 생태계의 다양성을 해친다는 문제도 가지고 있다. 또, 조류의 번성은 종류에 따라 독특한 냄새와 맛을 유발하여 수변환경을 쾌적하지 못하게 하고, 정수처리 시 처리비용 증가와 처리수질의 저하를 가져오게 하는 문제도 있다.

일반적으로, 정수처리는 <1>혼화(물과 응집제를 섞는 과정) → <2>응집(물속의 부유물과 응집제를 섞어 플록을형성하는 과정) → <3>침전(형성된 플록을 침강시키는 과정) → <4>여과(여재를 사용하여 침강되지 않은 부유물을 걸러내는 과정) → <5>소독(염소 등을 이용하여 살균하는 과정)의 순으로 진행되는데, 물에 포함된 진흙과 같은 무기성 현탁물질은 처리공정 중 비교적 쉽게 침강되고 제거가 되는 것에 반하여, 조류는 친수성이 강하고 자체적으로 부상하는 성질이 있어 쉽게 침강되지 않아 이 이후의 여과공정에서 여재를 쉽사리 막히게 하여 정수처리 효율을 떨어뜨리게 된다. 뿐만이 아니라, 여재에 걸러진 조류는 분해되어 나쁜 냄새와 맛을내고, 인체에 유해한 아질산염(nitrite)을 생성하기도 하기 때문에, 수중에서 조류가 발생되는 것을 억제하거나 제거하는 것은 매우 중요하다.

조류는 그 자체가 BOD(biochemical oxygen demand) 및 COD(chemical oxygen demand) 물질이고 인과 질소, 칼륨(K), 마그네슘(Mg) 등 각종 영양물질을 함유하는 오염물질로, 건조시킨 조류 생체 중 인의 비율은 약 0.87%, 질소의 비율은 약 6.3% 존재한다.

수중의 조류를 제거하는 손쉬운 방법으로는 염소나 제초제와 같이 조류를 사멸시키는 약품을 투입하거나 금망이나 여과포 등을 사용하여 개체를 걸러내는 방법 등이 있는데, 전자는 약품 자체가 가지는 독성 문제와 조류의 사체에 의한 2차오염의 문제가 발생될 수 있고, 후자인 여재를 이용하는 제거방식은 처리속도가 느리고 많은 비용이 소요되므로 적용에 어려움이 있다.

조류의 농도가 증가함에 따라 발생되는 냄새와 맛의 제거를 위해서는 유기물 흡착 제거장치인 입상활성여과시설이 추가되어야 하며, 더욱 높은 농도에서는 비교적 비용이 많이 드는 오존처리시설의 추가가 필요한 문제도 있다.

대량의 수중에서 조류를 제거하는 방법은 가압부상법 또는 부상분리법이라고 불리는 미세공기방울에 조류가 부착되어 떠오르도록 한 이후 제거하는 방법이 거의 유일하게 추천되고 있으나, 추가적으로 설치하여야 하는 장치이므로 설비비와 대량의 물 펌핑에 소요되는 운전비용의 증가 문제로 쉽사리 채택되지 못하고 있다.

한편, 물의 이용과정을 보면, 물은 비교적 수자원이 풍부한 지역의 수원으로부터 취수되고, 이후 관로를 통하여 사용처로 보내져서 관상 또는 환경용수 등으로 그대로 사용되거나 저류지에 일시 저장한 후 필요에 따라 앞서 설명한 정수처리 과정을 거치고서 이용되는 것이 보통인데, 이때의 취수펌프나 수송펌프, 그리고 관로는 단지 물을 다른 장소로 수송하는 역할에 그치고 있는 실정이다.

본 발명은 취수한 물에 조류 등의 현탁물질이 다량 포함되어 있을 시 이 물이 보내지는 곳에서 야기되는 생태계 파괴와 경관 악화 등의 문제, 그리고 정수처리 과정의 효율 감소와 비용 증대, 정제수질 저하 등의 문제점을 해결할 수 있는 경제적인 수질오염 방지장치를 제공한다.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 취수원으로부터 물을 퍼내어 다른 장소로 이송시키는 펌프, 상기 펌프가 퍼내는 물을 수용하여 이송하는 관로, 상기 관로 도중에 장착되어 이 관로를 따라 흐르는 물에 물의 처리를 위한 약품을 주입하는 약품주입수단, 물이 상기 관로를 흐르는 방향을 따라 상기 약품주입수단을 지나서 위치하도록 상기 관로 또는 그 연장 부위에 장착되어 약품이 주입된 물속의 현탁물질을 물과 분리하는 고액분리수단을 포함하는 수질오염 방지장치가 제공된다.

또한, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 수질오염 방지장치는 물이 상기 관로를 흐르는 방향을 따라 상기 고액분리수단을 경유하기 이전에 위치하도록 상기 관로 도중에 장착되어 이 관로를 따라 상기 고액분리수단으로 흐르는 물에 공기를 기체나 가압수의 상태로 주입하는 공기주입수단을 추가로 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 공기주입수단은 압축공기를 주입하고 주입되는 압력과 양의 조절이 가능하도록 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 수질오염 방지장치는 상기 약품주입수단과 고액분리수단의 사이에 위치하도록 상기 관로에 장착되어 이 관로를 따라 흐르는 물과 주입된 약품을 섞는 적어도 하나의 교반기를 더 포함할수 있다.

상기 관로는 내부에서 약품이 주입된 물의 난류가 발생되도록 적어도 일부가 일정한 패턴으로 구부러질 수있다.

상기 약품주입수단은 액상의 약품을 주입하고 주입되는 약품의 양을 특정 짓는 것이 가능하도록 구성될 수 있다.

상기 고액분리수단은 부상되는 현탁물질을 제거하는 수단과 침강되는 현탁물질을 제거하는 수단 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 취수원으로부터 물을 퍼내어 다른 장소로 이송시키는 펌프, 상기 펌프가 퍼내는 물을 수용하여 이송하는 관로, 상기 관로 도중에 장착되어 이 관로를 따라 흐르는 물에 공기를 기체나 가압수의 상태로 주입하는 공기주입수단, 물이 상기 관로를 흐르는 방향을 따라 상기 공기주입수단을 지나서 위치하도록 상기 관로 또는 그 연장 부위에 장착되어 공기가 주입된 물속의 현탁물질을 물과 분리하는 고액분리수단을 포함하는 수질오염 방지장치가 제공된다.

본 발명의 실시예에 따른 수질오염 방지장치는 물을 취수하여 이송하는 과정 중 이 물에 포함된 조류 등 현탁물질을 제거할 수 있도록 관로 또는 그 연결 부위에 해당 설비가 설치되는 바, 수질오염의 방지를 위한 시설을 설치 시 시설비와 그 운전에 소요되는 에너지를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 부지 면적도 줄일 수 있어 경제적 측면에서 매우 유리하다는 이점이 있다. 특히나, 취수 또는 송수설비가 이미 마련되어 가동 중에 있는 경우에는 관로의 말단에 최소한의 설비만을 추가하는 것으로도 현탁물질의 제거효과를 충분히 볼 수 있다.

본 발명의 제1실시예에 따른 수질오염 방지장치(이하, '제1실시예'라 한다)취수원에 이 취수원의 물(이하, '원수'라 한다)을 퍼낼 수 있게 설치된 취수펌프, 이 취수펌프가 퍼내는 원수를 이 원수가 수용될 담수처로 이송하는 송수관을 포함한다.

또한, 제1실시예는 송수관을 따라 담수처로 흘러가는 원수에 공기와 처리를 위하여 요구되는 약품을 각각 주입하는 적어도 하나의 공기주입수단과 약품주입수단, 원수와 이 원수에 주입된 약품을 섞는 적어도 하나의 교반기, 이 교반기에 의하여 섞인 원수 속의 조류 등 각종의 현탁물질을 원수와 분리하는 고액분리수단을 포함한다.

여기에서, 취수원으로는 대체로 수량이 풍부한 하천이나 호소인 것이 바람직하다. 그리고 담수처는 하천이나 호소, 인공저수조일 수 있다.

취수펌프는 취수원으로부터 원수를 퍼내고 이 퍼내는 원수를 담수처로 이송하는 데 필요한 압력을 제공하는데, 담수처의 위치가 먼 곳에 있거나 상대적으로 높은 데 있을 때, 또는 많은 양의 물을 보내야 할 필요가 있을 때는 보조펌프를 하나나 둘 이상 구비하여 송수관에 추가적으로 설치할 수도 있다.

송수관은 원수가 흐르는 관로를 구성한다. 이 송수관으로는 예를 들어 강철제의 내압관이 적용될 수 있다.

참고로, 송수관에는 공기주입수단, 약품주입수단, 교반기 및 고액분리수단이 장착되는 바, 송수관이나 그 연장 부위에 직접 장착될 수도 있고, 다른 관을 매개로 하여 연결된 형태로 장착될 수도 있다.

공기주입수단은 공기압축기, 압축공기저장탱크, 주입압력조절기, 유량조절기 등으로 이루어진 공기주입설비로서 압축공기를 제공할 수 있고, 주입되는 압축공기의 압력과 양을 용이하게 조절할 수 있다.

또는, 공기주입수단은 이와 달리, 압축공기를 미리 용해시켜 놓은 물, 즉 가압수를 주입하도록 구성된 타입일 수 있다.

약품주입수단은 처리약품으로서 응집제(flocculant)를 공급하는

응집제주입설비, 산(acid)과 염기로 구분된 pH약품을 공급하는 pH약품주입설비로 구성된다. 물론, 이 이외에 원수의 처리에 필요하다면 다른 어떠한 약품주입설비라도 추가될 수 있다. 응집제주입설비는 응집제용해조, 응집제용액저장조, 주입펌프 등으로 이루어질 수 있다. 주입펌프는, 바람직하게는 정량펌프이다. 이에 따르면, 액상의 응집제를 제공할 수 있고, 주입되는 응집제의 양을 자유롭게 특정지을 수 있다.

응집제는 무기응집제와 유기응집제 중 어느 한 타입이 단독으로 사용될 수도 있고, 이 둘을 조합한 타입이 사용될 수도 있다. 또, pH약품주입설비를 별도로 구비하지 않고 응집제주입설비가 응집제와 함께 pH약품을 주입하게 할 수도 있다.

교반기는 임펠러(impeller) 및 그 회전수단을 포함하고, 임펠러회전수단은 모터를 포함한다. 교반기는 원수가 송수관을 흐르는 방향을 따라 약품주입수단을 지나서 있도록 배치된다.

참고로, 송수관은 그 안에서 원수의 난류가 발생되는 바, 인위적으로 일부분을 일례로 지그재그로 구부려서 난류의 발생을 도울 수도 있으며, 난류가 충분히 발생하는 경우에 교반기는 생략될 수도 있다.

고액분리수단은 원수가 송수관을 흐르는 방향을 따라 교반기를 지나서 있도록 배치되는 바, 부상분리시설을 적용하였다.

부상분리시설은 공기가 과포화 용해된 원수의 압력을 낮춤과 동시에 원수의 유속을 느리게 유지하여 미세기포가 형성되게 하고, 이 기포에 원수의 현탁물질이 부착되어 수면으로 부상하게 함으로써 현탁물질을 제거할 수있게 한다.

이와 같은 부상분리시설은 부상되는 현탁물질을 제거하는 수단으로서 스컴(scum)회수장치와 스컴저장조를 포함한다. 스컴회수장치는 채널형의 구조를 가지도록 구성될 수 있고, 스컴저장조까지 연결된다. 스컴저장조는 지하에 피트(pit)형으로 만들거나 지상에 탱크 타입으로 만들 수 있다.

살펴본 바와 같은 제1실시예는 다음과 같이 작동될 수 있다.취수펌프가 퍼내는 취수원의 원수는 송수관을 따라 담수처로 흘러간다.

위의 과정에서, 공기주입설비는 공기를 주입하는 바, 송수관을 따라 흐르는 원수 속에는 상압에서 과포화 수준의 공기가 용해되고, 일부 공기는 난류에 의하여 미세한 크기의 입자로 분산되기도 한다. 그리고 응집제주입설비는 응집제를 주입하고, pH약품주입설비는 pH약품을 주입하는데, 응집제는 원수에 포함된 현탁 물질과 응결, 플록을 만들어 쉽게 부상될 수 있도록 하고, pH약품은 플록의 생성을 돕는다.

이후, 이렇게 공기, 응집제, pH약품이 섞인 원수는 담수처로 이송 중 송수관내에서 생성되는 난류에 의하여 강제 혼합되고, 아울러 필요에 따라서는 교반기에 의하여 강제로 혼합된 뒤 부상분리시설로 향하게 된다.

부상분리시설에 도달한 공기, 응집제, pH약품이 혼합된 혼합액은 부상분리시설에서 낮은 압력과 느린유속으로 생성된 기포를 포함하게 되고, 이에 따라 현탁물질은 수면으로 부상되어 스컴을 형성한다. 이때, 부상된 스컴은 회수되어 폐기되거나 비료 등으로 재활용되고, 현탁물질이 분리된 아래쪽의 정제된 처리수는 담수처로 이송되어 활용된다.

이상의 설명에서, 원수 중 현탁물질에 대한 공기요구량비는 0.1~0.5 정도가 적절하고, 부상분리시설의 부상조 크기는 혼합수가 20~50분 정도 체류할 수 있으면 충분하며, 통상적인 기포의 상승속도는 25~125mm/min 정도로 나타난다.

한편, 조류의 함량이 높은 원수는 고액분리 효과를 높일 수 있도록 응집제로서 폴리염화알루미늄(poly aluminumchloride, PAC)을 17% 용액 기준 10~50ppm 정도로 사용하는 것이 바람직한데, 효율 향상을 위하여 수처리 고분자응집제 등을 0.2~1.0ppm 정도 추가할 수도 있다. 그리고 폴리염화알루미늄 대신 성능은 다소 떨어지나 가격이 싼 황산알루미늄이나 염화제이철과 같은 약품을 가성소다와 같은 알칼리 용액과 함께 투입하여 원하는 효과를 얻을 수 있는 등 다양한 다른 방법이 적용될 수도 있다.

이상의 설명과 같은 제1실시예는 취수원의 원수에 포함된 조류 등 현탁물질을 제거, 담수처의 수질환경을 보전하고 용수처리 여건을 보다 호전시킴에 있어서, 취수된 원수를 수송하는 과정에서 취수설비와 수송력을 이용하여 현탁물질 제거설비를 가동시키므로 비교적 낮은 설비비와 운전비용으로 원수를 처리할 수 있다.

본 발명의 제2실시예에 따른 수질오염 방지장치(이하, '제2실시예'라 한다)가 제1실시예와 비교하여 볼 때 기타 구성 및 그 작용은 동일한 것에 대하여,부상분리시설 대신에 현탁물질을 침강시키는 침전시설이, 스컴회수장치 대신에 슬러지배출관이, 스컴저장조 대신에 슬러지저장조가 각각 적용되고, 이와 같이 부상방식이 아닌 침전방식을 이용하는 것이므로 공기주입설비가 불필요하여 생략된 점만이 상이하다. 제2실시예는 현탁물질을 물 아래쪽으로 가라앉혀 제거하는 바, 이 점을 제외하고는 제1실시예와 작동과정이 거의 비슷하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이와 같은 제2실시예는 원수에 포함된 현탁물질이 조류보다는 흙탕물과 같은 무기성 입자가 주를 이루고 있을 때 적용하면 유리하다.

이상, 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 도면에 의하여 한정되지 않는다. 따라서 본 발명은 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.

예를 들어, 위에서는 고액분리수단으로서 부상분리법을 이용하는 부상분리시설과 침전법을 이용하는 침전시설을 적용하는 것으로 설명하였으나, 이 대신에 원심분리법이나 여과분리법을 이용하도록 구성할 수도 있고, 아니면 부상분리법, 침전법, 원심분리법, 여과분리법 중 적어도 둘 이상을 조합한 방식을 이용하도록 구성할 수도 있겠다.

Claims (7)

1. 취수원으로부터 물을 퍼내어 다른 장소로 이송시키는 펌프와;상기 펌프가 퍼내는 물을 수용하여 이송하는 관로와;상기 관로 도중에 장착되어 이 관로를 따라 흐르는 물에 물의 처리를 위한 약품을 주입하는 약품주입수단과;상기 관로 또는 그 연장 부위에 장착되어 약품이 주입된 물속의 현탁물질을 물과 분리하는 고액분리수단을 포함하는 수질오염 방지장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 관로 도중에 장착되어 이 관로를 따라 상기 고액분리수단으로 흐르는 물에 공기를 기체 또는 가압수의 상태로 주입하는 공기주입수단을 더 포함하는 수질오염 방지장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 공기주입수단은 압축공기를 주입하고 주입되는 압력과 유량의 조절이 가능하도록 구성된 수질오염 방지장치.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 약품주입수단과 고액분리수단의 사이에 위치하도록 상기 관로에 장착되어 이 관로를 따라 흐르는 물과 주입된 약품을 섞는 적어도 하나의 교반기를 더 포함하는 수질오염 방지장치.
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 약품주입수단은 액상의 약품을 주입하고 주입되는 약품의 양을 특정 짓는 것이 가능하도록 구성된 수질오염 방지장치.
6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 고액분리수단은 부상되는 현탁물질을 제거하는 수단과 침강되는 현탁물질을 제거하는 수단 중 적어도 어느 하나를 포함하는 수질오염 방지장치.
7. 취수원으로부터 물을 퍼내어 다른 장소로 이송시키는 펌프와;상기 펌프가 퍼내는 물을 수용하여 이송하는 관로와;상기 관로 도중에 장착되어 이 관로를 따라 흐르는 물에 공기를 기체 또는 가압수의 상태로 주입하는 공기주입수단과;상기 관로 또는 그 연장 부위에 장착되어 공기가 주입된 물속의 현탁물질을 물과 분리하는 고액분리수단을 포함하는 수질오염 방지장치