KR20170141411A - 섬유볼을 내장한 용존 공기 부상형 전처리 장치 및 이를 이용한 용존 공기 부상형 수처리 방법 - Google Patents

섬유볼을 내장한 용존 공기 부상형 전처리 장치 및 이를 이용한 용존 공기 부상형 수처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 해수, 하수, 또는 폐수 등 수처리하고자 하는 원수에 포함된 부유물질, 탁질, 조류(alga) 등의 이물질을 이중으로 부상시켜 제거함으로써 수처리 효율이 우수한 섬유볼을 내장한 용존 공기 부상형 전처리 장치 및 이를 이용한 용존 공기 부상형 수처리 방법에 관한 것으로서, 원수가 유입되는 공간 내 혼화유도체를 충진시켜, 원수의 흐름에 난류 및/또는 와류를 발생시켜 혼화시킴으로써, 복수 개의 혼화조 및 응집조를 하나의 수조로 병합설치하여 전체적인 설비를 소형화시켜 CAPEX를 저감시킬 수 있다. 또한, 부상조를 통과하여 플럭이 제거된 처리수 내 잔존하는 이물질을 제거하기 위한 여과조의 상류측에 재차 미세 기포를 주입함으로써 여과조 내 충진된 여과재의 부하를 저감시킴으로써, 세척주기를 늘리고 여과재의 사용연한을 증가시켜 수처리 효율 및 OPEX(Operating Expenditures)가 감소하여 우수한 경제적인 효과를 얻을 수 있다.

Description

섬유볼을 내장한 용존 공기 부상형 전처리 장치 및 이를 이용한 용존 공기 부상형 수처리 방법{dissolved air flotation type pretreatment device built-in fiber ball and water treatment methods using the same}
본 발명은, 해수, 하수, 또는 폐수 등 수처리 하고자 하는 원수에 포함된 부유물질, 탁질, 조류(alga) 등의 이물질을 이중으로 부상시켜 제거함으로써 수처리 효율이 우수한 섬유볼을 내장한 용존 공기 부상형 전처리 장치 및 이를 이용한 용존 공기 부상형 수처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 수처리 공정이나 해수 담수화 공정에서 원수에 포함된 부유물질들은 용수 및 음용수 기준에 적합하도록 제거해야 한다. 이를 위하여 부유성 입자 물질을 제거하기 위해 혼화조(mixing basin), 응집조(coagulation basin) 및 부상제거조(flotation basin)로 구성된 수처리 공정이 이용되고 있다.
혼화조에서는 약품과 원수를 급속 혼합하여 미세 부유물질을 1차적으로 응집시켜 응집조로 배출하며, 응집조에서는 혼화조에 의해 1차적으로 응집된 부유물질을 부상제거조에서의 부상분리가 가능한 크기로 성장시켜 후단에 배치된 부상제거조로 배출하는데, 이를 위해 종래의 혼화조와 응집조에서는 투입된 응집제 혹은 보조 응집제와 부유 물질 간의 접촉을 통한 응집 유도와 응집체의 성장을 위한 순환 수류를 형성시키기 위해 내부에 별도로 기계식 교반기(agitator)가 설치되었다.
부상제거조에서는 입자들이 표면에 떠오르면 스키밍 작용에 의해 모아서 제거할 수 있다. 즉, 물리적인 작용에 의한 분산매(disperision medium) 중에 포함된 부유상(suspended phase)에 미세한 기포(bubble)를 부착시켜 분산매와 공기가 접하고 있는 한계 면까지 부상시켜 고액분리를 유도한다.
이러한 부상분리조의 형태는 미세기포를 발생시키는 방식에 따라 용존공기부상법(Dissolved Air Flotation, DAF), 분산공기부상법(Dispersed Air or Cavitational Air Flotation, DaF), 유도공기부상법(Induced Air Flotation, IAF), 진공부상법(Vacuum Flotation), 전해부상법(Electro Flotation), 미생물학적 부상법(Microbiological Auto Flotation) 등이 있으며, 특히 용존공기부상법(DAF)이란 높은 압력으로 물에 공기를 충분히 용해시켜 이를 처리하고자 하는 원수에 주입시키면, 수중에서 다시 감압된 물은 과포화된 만큼의 공기가 미세한 기포로 형성되어 처리 원수 중의 플럭과 결합하게 되고, 기포-플럭 결합체는 빠르게 수중에서 수 표면으로 상승하여 고액분리가 달성되는 수처리 방법이다.
따라서, 상기 용존공기부상법을 사용하여 수처리 공정이나 해수 담수화 공정시 부유성 입자 물질을 제거하기 위해 약품의 주입은 필수적으로 상기 약품이 원수에 투입되었을 때 즉시(1초 이내) 플럭이 형성되면서 응집기능을 수행하므로 응집제 투입 후 가급적 빠른 시간 내에 원수와 혼화 시킬 수 있도록 하는 것이 매우 중요하다. 이는 응집제 투입 즉시 급속혼화, 즉 원수 전체에 골고루 분포되지 않을 경우 응집효율이 저하되기 때문이다. 따라서, 응집제 주입시 주입지점 및 방법, 원수의 흐름형태 그리고 혼화조의 구조가 설계의 핵심요소이다.
혼화 방식에는 기계식, 수류식, 펌프확산에 의한 방법 등이 있다. 기계식 혼화(Mechanical mixing)는 수처리 과정에서 가장 많이 사용되고 있는 혼화 방식으로 탱크 또는 수로에 1대 또는 여러 대의 기계식 혼화 장치를 설치한다. 일반적인 설계기준은 교반강도 300 sec-1(G값), 혼화시간은 10 ~ 30 초, 소요 동력은 10,000 m3/d 당 2.23 ~ 2.62 hp 이다. 기계식 급속혼화는 순간혼화가 어렵고 단락류(short circuit)가 많이 발생하며 금속염 응집제에 대해서는 혼화시간이 너무 길며 에너지가 많이 소요됨은 물론, 회전축과 기어드라이브에 고장이 종종 발생한다.
또한, 상기 혼화조를 통해 응집된 플럭을 부상제거조를 통해 부상시켜 제거하는데, 종래의 부상제거조의 경우 처리용량이 특정범위의 처리용량, 즉 10~25m3/hr의 범위 내로 제한되었기 때문에, 대용량의 수처리 공정에서는 보다 많은 개수의 부상제거조를 필요로 하며, 일반적인 조류 등의 부유물질을 제거하는데 효과적인 것으로 알려져 있으나, 부유성 고형물질(suspension solid)을 제거하는데는 그리 효과적이지 못하여 단독으로 사용되지 못하여 생산된 처리수에 포함된 부유성 고형물질을 제거할 수 있도록 별도의 침전 또는 분리 공정으로 자갈, 모래, 안쓰라사이트(anthracite) 등 입자성 여과재료를 사용하여 중력방식 또는 압력방식인 여과조를 추가로 구비하여 전체적으로 2 단 이상의 복수 개의 처리공정을 통해 해수, 하수, 또는 폐수 등의 원수에 포함된 부유물질, 탁질, 조류 등의 이물질을 제거하였으나, 이는 부상공정과는 별도로 침전공정을 수행하기 위한 침전설비의 부지면적을 필요로 하고, 결과적으로 건설비 및 운영관리비용이 증가되는 문제점이 있었다.
등록특허 제1156125호(2012.06.07 등록)에서는 해수, 하수, 또는 폐수 등의 원수에 포함된 부유물질, 탁질, 조류(alga) 등의 이물질을 부상시켜 제거하는 용존공기 부상장치 내 포함된 부상제거조의 하부에 여과구획부를 설치함으로써, 상기 용존 공기 부상장치의 설치공간을 작게 차지하게 하고, 유지관리를 편리하게 수행할 수 있는 용존공기 부상형 수처리 장치가 제시되어 있다.
그러나, 상기 용존공기 부상형 장치를 사용하여 원수에 포함된 이물질을 제거하기 위해서는 약품을 투입하여 플럭을 형성시키는 혼화조 및 응집조가 복수 개 이상 필요로 하여 설치 공간이 클 뿐만 아니라 상기 혼화조 및 응집조에 임펠러 형태의 기계식 교반기가 설치됨에 따라 하수처리를 위해서는 지속적으로 기계식 교반기를 구동시켜야 하며, 부상제거조 내에서 부상하지 못하고 남아있는 잔여 플럭이 여과구획부 내 충진된 여과재에 침강됨으로 인해 주기적으로 세척이 필요로 하기 때문에 설비설치 비용 및 상기 기계식 교반기를 가동하기 위한 전기료 등의 유지관리 비용이 증대되는 문제점이 있었다.
등록특허 제1156125호(2012.06.07 등록)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 용존 공기 부상형 수처리 장치 내 원수가 유입되는 공간에 혼화유도체를 충진시켜 복수 개의 혼화조 및 응집조를 하나의 수조로 병합설치하여 전체적인 설비를 컴팩트하게 하고, 부상조를 통과하여 플럭이 제거된 처리수 내 잔존하는 이물질을 제거하기 위한 여과조의 상류측에 재차 미세 기포를 주입함으로써 여과조 내 충진된 여과재의 부하를 저감시켜 유지관리비가 저감될 뿐만 아니라 수처리 효율이 우수한 섬유볼을 내장한 용존 공기 부상형 전처리 장치 및 이를 이용한 용존 공기 부상형 수처리 방법을 제공하고자 한다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 형태는, 원수에 투입된 응집제와 원수 내 미립자를 응집시켜 플록(floc)을 형성 및 성장시키기 위한 혼화응집조(100); 미세기포를 주입하여 상기 혼화응집조를 통과한 처리수에 포함된 플록을 부상 및 제거시키는 부상제거조(300);를 포함하고, 상기 부상제거조(300)는, 상기 혼화응집조를 통과한 처리수 내 포함된 플록을 부상시키기 위한 제1 공기주입부(351); 상기 제1 공기주입부를 통해 부상된 플록을 제거하는 제거부; 상기 부상제거조 하부 영역에 구비되며, 상기 제거부를 통해 플록이 제거된 처리수 내 잔류하는 이물질을 여과시킬 수 있도록 섬유볼 형태의 여과재가 충진된 여과부(330); 및 상기 제거부와 여과부 사이에 구비되어, 일차적으로 플록이 제거된 처리수 내 잔류하는 플록을 재차 부상시키기 위한 제2 공기주입부(352);를 포함하는 섬유볼을 내장한 용존 공기 부상형 수처리장치이다.
상기 여과부 내 충진된 여과재의 유실을 방지하고, 처리수가 통과할 수 있도록 일측면과 타측면이 각각 부분적으로 개방된 여과 구획부;를 더 포함할 수 있으며, 상기 제2 공기주입부(352) 저면에 구비되어, 이차적으로 플럭이 제거된 처리수를 수집하는 집수관(370);을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 플럭 및 이물질을 부상시키기 위하여 제1 공기주입부(351) 및 제2 공기주입부(352)에 미세 기포를 공급하는 포화기탱크(350);를 더 포함할 수 있다.
상기 여과부에 충진된 섬유볼은, 스폰지재 또는 섬유사를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 혼화응집조는, 원수가 유입되는 공간 내 혼화유도체(150)가 충진될 수 있다.
상기 혼화유도체(150)는, 여러 겹 적층된 메쉬(Mesh) 타입의 재료인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 실시 형태는, 이물질이 포함된 원수와 응집제를 혼화하여 상기 오염물질과 응집제가 결합된 플럭(flock)을 형성하는 혼화응집단계; 상기 플럭(flock)을 과포화된 용존 공기가 포함된 미세 기포를 주입하여 부상시키는 제1 부상단계; 상기 제1 부상단계를 거친 처리수에 잔존하는 플럭 및/또는 이물질을 과포화된 용존 공기가 포함된 미세 기포를 재차 주입하여 부상시키는 제2 부상단계; 및 상기 제2 부상단계를 통과한 처리수를 여과재를 통과시켜 여과하는 여과단계;를 포함하는 용존 공기 부상형 수처리방법이다.
상기 혼화응집단계는, 이물질이 포함된 원수와 응집제가 동시에 유입되면서 혼화유도체를 통과하여 혼화되어 플럭을 형성할 수 있으며, 상기 혼화응집단계는, 메쉬(Mesh) 타입의 재료가 여러 겹 적층되어 있는 혼화유도체를 통과시켜 원수의 흐름에 저항을 줌으로써 와류 및/또는 난류가 발생되어 상기 원수와 응집제가 서로 접촉하여 플럭을 형성할 수 있다.
상기 여과단계는, 제2 부상단계를 통과한 처리수가 하류 측 영역에서 중력에 의해 여과재를 통과하면서 잔류하는 플럭 및/또는 이물질이 제거되는 것이 바람직하다.
본 발명은 원수가 유입되는 공간 내 혼화유도체를 충진시켜, 원수의 흐름에 난류 및/또는 와류를 발생시켜 혼화시킴으로써, 복수 개의 혼화조 및 응집조를 하나의 수조로 병합설치하여 전체적인 설비를 소형화시켜 CAPEX를 저감시킬 수 있다.
또한, 부상조를 통과하여 플럭이 제거된 처리수 내 잔존하는 이물질을 제거하기 위한 여과조의 상류측에 재차 미세 기포를 주입함으로써 여과조 내 충진된 여과재의 부하를 저감시킴으로써, 세척주기를 늘리고 여과재의 사용연한을 증가시켜 수처리 효율 및 OPEX(Operating Expenditures)가 감소하여 우수한 경제적인 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 용존 공기 부상형 수처리 장치를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 용존 공기 부상형 장치를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 용존 공기 부상형 장치 내 집수관을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 용존 공기 부상형 수처리시 수류를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
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.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, '원수'는 각종 오염물질이 포함된 폐수 및 해수를 포함하는 것으로 수처리가 필요한 대상을 의미한다. 따라서, 이하에서 언급되는 원수에 포함된 '미립자' 또는 '이물질'은 조류, 고농도 유기물을 포함하는 다양한 오염물질 등의 각종 협잡물을 의미한다.
또한, '원수'는 각 단이나 단계를 통과하기 전의 수처리가 필요로 하는 물을 의미하며, '처리수'는 각 단이나 단계를 통과한 원수를 의미하며, 상기 '원수' 및 '처리수'는 각 단이나 단계의 통과 유무에 따라 구분된다. 이를테면 본 명세서 내에서 혼화응집조를 통과한 '처리수'는 후단의 부상제거조를 통과하기 전의 '원수'일 수도 있다.
또한, '응집(Coagulation)'은 원수에 포함된 미립자가 응집제와 상호 간의 접촉에 의해 엉키어 큰 덩어리를 이루는 현상을 의미하는 것으로서, 이하에서는 일반적으로 보다 큰 덩어리로 응집되는 현상을 나타내는 '응결(Flocculation)'의 의미와 구분하지 않고 이를 포함하는 넓은 의미로 이해하여야한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 용존 공기 부상형 수처리장치 및 이를 사용한 용존 공기 부상형 수처리방법에 관하여 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 부상조(3) 하부에 여과재가 구비된 종래의 용존 공기 부상장치를 개략적으로 나타낸 모식도로서, 부상조(3) 전측에 각각 혼화조(1)와 응집조(2)가 형성되어 있고, 상기 부상조(3)의 하부측에는 여과부가 구비되어 있다. 혼화조(1)와 응집조(2)는 격벽을 매개로 하여 서로 구획되고, 상기 격벽의 상부와 하부를 통해 각각 연통되어 있고, 상부에는 교반기를 구비한다. 혼화조(1)의 전측벽에는 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 영역에서 원수 내 포함된 플럭을 부상시키기 위하여 미세한 기포를 발생시키도록 공기주입부가 구비되며, 응집조(2)로부터 유입되는 원수 중의 플럭에 상기 공기주입부로부터 제공되는 미세한 기포들이 달라붙어 상기 부상조(3)의 상부로 플럭이 부유하게 된다. 이 때, 부상조 상부에 부유하는 플럭을 걷어내는 스키머가 설치된다. 설치된 스키머로 원수의 플럭을 걷어내어 제거된 정수처리된 원수를 처리수라 하고, 상기 처리수는 부상조(3) 하부 형성된 여과재를 통과한 후 외부로 배출되게 된다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 용존 공기 부상형 수처리 장치를 도시한 모식도로서, 좀 더 상세하게는, 원수에 투입된 응집제와 원수 내 미립자를 응집시켜 플록(floc)을 형성 및 성장시키기 위한 혼화응집조(100); 미세기포를 주입하여 상기 혼화응집조를 통과한 처리수에 포함된 플록을 부상 및 제거시키는 부상제거조(300);를 포함하고, 상기 부상제거조는, 상기 혼화응집조(100)를 통과한 처리수 내 포함된 플록을 부상시키기 위한 제1 공기주입부(351); 상기 제1 공기주입부를 통해 부상된 플록을 제거하는 제거부; 상기 부상제거조 하부 영역에 구비되며, 상기 제거부를 통해 부유물질이 제거된 처리수 내 잔류하는 이물질을 여과시키는 여과부(330); 및 상기 제거부와 여과부 사이에 구비되어, 일차적으로 부유물질이 제거된 처리수 내 잔류하는 플록을 재차 부상시키기 위한 제2 공기주입부(352);이 포함된 용존 공기 부상형 수처리 장치가 도시되어 있다.
상기 혼화응집조(100)와 부상제거조(300)는 격벽을 매개로 하여 서로 구획되어 있고, 상기 격벽의 상부 및/또는 하부를 통해 각각 연통되어 있으며, 이러한 격벽을 따라 원수가 이동하면서 상기 원수 내 포함된 이물질이 제거될 수 있다.
상기 혼화응집조(100)는 종래의 기계식 혼화조(1)의 기능을 대신하도록 원수가 유입되는 공간에 혼화유도체를 충진시켜 상기 공간을 통과하는 원수의 흐름에 저항을 줌으로써, 충돌과 와류, 난류를 발생시켜 상기 원수의 흐름 궤적의 잦은 변화를 부여하여 별도의 교반 동력 없이 무동력으로 원수에 포함된 미립자를 난류에 의해 투입된 응집제와 서로 접촉하여 일정 크기로 응집시켜 플럭을 형성시키고, 형성된 플럭을 교반기를 통해 성장시킬 수 있다.
상세하게는 수처리 하고자 하는 원수가 혼화유도체(150)를 통과하여 발생된 와류 또는 난류에 의해 상기 원수에 포함된 미립자가 순환되면서 투입된 응집제와 상기 미립자가 서로 접촉하면서 플럭(floc)을 형성된다.
상기 혼화유도체(150)는 메쉬(Mesh)타입의 재료 또는 복수 개의 섬유다발이 충진된 형태로서, 바람직하게는 메쉬(Mesh)타입의 재료가 여러 겹 적층된 형태이거나, 복수 개의 섬유다발이 서로 얽혀 있는 형태일 수 있다.
더욱 바람직하게는 상기 홀이 형성된 메쉬 타입의 재료와 인접한 메쉬 타입의 재료 간에 홀이 수직 방향으로 일치되지 않도록 비대칭으로 적층될 수 있으며, 상기 메쉬 타입의 재료 간의 홀이 수직방향으로 비대칭으로 적층되어 있으므로 중력에 의해 원수가 메쉬 타입의 재료를 통과하면서 와류 및/또는 난류를 발생시킬 수 있으며, 원수와 투입되는 응집제 간의 접촉면적 및 시간이 증가됨에 따라 생성되는 플럭의 양을 증가시켜 후단의 부상제거조(300)에서 상기 플럭을 부상시킴으로써 상기 원수 내 포함되는 이물질의 제거 효율을 현저히 높일 수 있다.
또한, 상기 충진되는 메쉬 홀의 크기에 따라 발생되는 난류 및/또는 와류의 강도를 제어함으로써, 본 발명의 용존 공기 부상형 수처리 장치에 유입되는 원수의 상태에 따라서 바람직한 유속을 적절히 조절할 수 있다. 예를 들어, 원수 내 이물질의 함량이 낮을 경우 상기 메쉬 홀의 크기를 증가시키고 적층되는 메쉬 재료의 개수를 줄임으로써 응집제와 원수 간의 접촉면적 및 시간을 저감시키고, 원수 내 이물질의 함량이 높을 경우 상기와 반대로 응집제와 원수 간의 접촉면적 및 시간을 증가시킴으로써 생성되는 플럭의 양 및 크기를 적절하게 조절할 수 있다.
상기 혼화유도체(150)를 통과하여 발생된 난류 및/또는 와류로 인해 플럭이 형성된 원수는 기계식 혼화장치인 교반기를 통해 형성된 플럭을 성장시킬 수 있다.
따라서, 종래의 용존 공기 부상장치는 부상조(3) 전단에 복수 개의 혼화조(1) 및 응집조(2)가 구비되어 있는 반면에 본 발명의 용존 공기 부상형 수처리 장치는 상기 혼화조 및 응집조를 일체형으로 구비하여 하나의 수조만 필요로 할 뿐만 아니라 기계식 교반기의 개수 또한 줄임으로써, 설비설치 공간을 줄일 뿐만 아니라 설치비용 및 유지관리비용을 저감시켜 경제적으로 우수하다.
상기 혼화응집조(100)를 통과한 처리수 내 포함된 플럭을 제거하기 위하여 미세 기포를 주입함으로써, 상기 플럭을 부상시켜 제거하는 부상제거조(300)는, 상기 혼화응집조(100)를 통과한 처리수 내 포함된 플록을 부상시키기 위한 제1 공기주입부(351), 상기 제1 공기주입부(351)를 통해 부상된 플록을 제거하는 제거부, 상기 부상제거조 하부 영역에 구비되며, 상기 제거부를 통해 플록이 제거된 처리수 내 잔류하는 이물질을 여과시키는 여과부(330) 및 상기 제거부와 여과부 사이에 구비되어, 일차적으로 플록이 제거된 처리수 내 잔류하는 플록을 재차 부상시키기 위한 제2 공기주입부(351)를 포함할 수 있으며, 상기 여과부 내 충진된 여과재를 유실을 방지하고, 처리수가 통과할 수 있도록 일측면과 타측면이 각각 부분적으로 개방된 여과 구획부(332, 333)를 더 포함할 수 있다.
좀 더 상세하게는 상기 제거부 전단의 격실에 해당하는 영역에서 상기 혼화응집조(100)를 통해 형성된 플럭을 부상시키기 위한 제1 공기주입부(351)로부터 제공되는 미세 기포들이 상기 플록에 달라붙어 제거부 상부로 부상시키고, 상기 제거부에서 스키머를 통해 부상된 플록을 제거하여 외부로 배출시킬 수 있다.
일 예로 도 2에 도시된 것과 같이 부상제거조(300)의 일측벽과 제거부 및 여과부(330)의 대응측벽 간의 격실에 해당하는 영역에 상류측 방향으로 유입된 원수에 미세 기포를 발생시키도록 하단부가 상기 부상제거조(300)의 일측벽과 부상부 및 여과부(330)의 대응측벽 간의 격실에 해당하는 영역의 저부에 침수되는 제1 공기주입부(351)을 갖는 포화기탱크(350)가 구비되고, 상기 포화기탱크의 일측부는 압축공기를 공급받을 수 있도록 공기압축기와 연결되고 타측부는 본 발명의 용존 공기 부상형 수처리장치를 통해 정수된 처리수 중의 일부를 순환펌프를 통해 파이프를 매개로 하여 상기 포화기탱크(350)로 공급할 수 있도록 연통될 수 있다.
상기 부상제거조(300) 하부 영역에 구비되는 여과부(330)를 통해 제거부에서 미처 제거되지 않고 잔류하는 플록 및 이물질을 여과시킴으로써 수처리 효율을 향상시킬 수 있는데, 이 때, 여과부 내에 복수 개의 여과재가 가두어진 형태로 충진된 것으로서, 상기 여과재는 섬유볼 형태인 것이 바람직하다.
상기 여과부(330) 내 충진된 여과재는 섬유사 또는 스폰지재 등 일반적으로 유체와 유체 내 포함된 이물질을 분리시키는 재료이면 특별히 한정되지 않고 사용가능하며, 또한, 상기 여과재는 섬유볼 형태로서, 바람직하게는 알루미늄 합금으로 이루어져 외면이 플라스틱재질로 코팅된 코어 부재와 상기 코어 부재의 외부에 묶이거나 부착 또는 감겨 고정되는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리플루오린화비닐리덴(PVDF) 등의 재질로 이루어진 섬유사가 포함된 섬유볼 형태의 여과재를 사용할 수 있다.
상기 제거부와 여과부 사이에 구비되어, 일차적으로 플록이 제거된 처리수 내 잔류하는 플록을 재차 부상시키기 위한 제2 공기주입부(352)는 여과부 내 충진된 여과재의 부하를 저감시킬 뿐만 아니라 수처리 효율을 더욱 향상시키기 위한 것으로서, 상기 제거부에서 일차적으로 플럭이 제거된 처리수를 제2 공기주입부(352)를 통해 배출된 미세 기포를 사용하여 미처 제거되지 못한 플럭 및 이물질을 재차 부상시킴으로써 상기 여과부 내 충진된 여과재인 섬유볼의 상부에 침강하는 플럭 및 이물질의 양을 저감시킬 수 있다.
바람직하게는 상기 제2 공기 주입부(352)는 여과재 상부에 침강하는 플럭 및 이물질의 양을 저감시키기 위한 것으로써 상기 여과부(330)로 유입되는 원수의 상류측에 구비될 수 있으며, 상기 제2 공기주입부(352)는 여과재의 부하를 저감시킬 뿐만 아니라 세척주기를 늘리고 섬유볼의 사용연한을 증가시켜 본 발명의 용존 공기 부상형 수처리 장치의 수처리 효율 및 OPEX(Operating Expenditures)를 저감시킬 수 있다.
또한, 상기 제2 공기주입부(352)는 상기 제1 공기주입부(351)와 동일한 포화기탱크(350)에서 압축된 공기를 공급받을 수 있으며, 원수의 상태에 따라서 재차 플럭 및 이물질을 부상시킬 필요가 없는 경우에는 밸브를 통하여 제2 공기주입부(352)를 제어할 수 있다.
상기 여과부의 상부 및 하부에 상기 여과구획부(332,333)가 더 구비될 수 있는데, 상기 여과구획부(332,333)는 처리수가 통과될 수 있도록 일측면과 타측면이 부분적으로 개방될 수 있으며 바람직하게는 다수 개의 통공 및 스트레이너(strainer)를 가질 수 있다. 또한, 상기 여과부 내 충진된 여과재인 섬유볼이 상기 여과부의 외부로 이탈하는 것을 방지하고 상기 복수의 여과재를 지지할 수 있게 한다.
더욱 바람직하게는 상기 여과구획부(332, 333)는 상기 섬유볼의 크기보다 작은 형태의 복수의 통공을 갖는 다공성 막이거나 홀이 상기 섬유볼의 크기보다 작은 복수의 스트레이너를 가질 수 있다.
또한, 도 3와 같이 본 발명의 용존 공기 부상형 수처리 장치 내 처리 효율 및 운영비 절감을 위하여 정수하고자 하는 원수의 상태에 따라 추가적인 여과공정이 필요로 하지 않으면 제2 공기주입부 저면에 구비된 집수관(370)을 따라 제2 공기주입부(352)를 통해 재차 플럭 및 이물질이 제거된 처리수가 수집되고, 상기 집수관을 통해 수집된 처리수는 집수관 밸브(371)의 제어를 통해 외부로 배출될 수 있다.
따라서, 수처리시 일시적인 문제나 상황 또는 원수의 상태에 따라서 제2 공기주입부를 통과한 처리수를 집수관을 통해 외부로 배출시키거나 여과부를 통과한 뒤 외부로 배출시키는 물의 흐름을 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시형태는 상기 언급된 용존 공기 부상형 수처리 장치를 이용한 수처리 시스템으로서, 이물질이 포함된 원수와 응집제를 혼화하여 상기 오염물질과 응집제가 결합된 플럭(flock)을 형성하는 혼화응집단계, 상기 플럭(flock)을 과포화된 용존 공기가 포함된 미세 기포를 주입하여 부상시키는 제1 부상단계, 상기 제1 부상단계를 거친 처리수에 잔존하는 플럭 및/또는 이물질을 과포화된 용존 공기가 포함된 미세 기포를 재차 주입하여 부상시키는 제2 부상단계 및 상기 제2 부상단계를 통과한 처리수를 여과재를 통과시켜 여과하는 여과단계를 포함할 수 있으며, 이때 여과재는 섬유볼을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 섬유볼에 대한 상세한 설명은 상기에 언급하였으로, 여기서는 생략하기로 한다.
상기 혼화응집단계는, 이물질이 포함된 원수와 응집제가 동시에 유입되면서 혼화유도체를 통과하여 혼화되어 플럭을 형성하고, 기계적 혼합장치를 통해 상기 원수에 포함된 이물질과 응집제 간의 응집작용에 의해 플럭(flock)이 응집될 수 있다.
상세하게는, 수처리 하고자 하는 이물질이 포함된 원수가 내부로 유입되는 공간에 충진되어 있는 메쉬(Mesh) 타입의 재료가 여러 겹 적층되어 있는 혼화유도체(150)를 통과시켜 원수의 흐름에 저항을 줌으로써 와류 및/또는 난류가 발생되어 상기 원수와 응집제가 서로 접촉하여 플럭을 형성하고, 이를 기계적 혼합장치인 교반기를 통해 형성된 플럭을 응집시켜 크기를 성장시킬 수 있다.
상기 혼화응집단계에서 형성된 플럭이 포함된 처리수는 격벽을 따라 인접한 부상제거조(300)로 이송되어지고, 이송된 처리수가 내 미세 기포를 주입시킴으로써 상기 미세 기포가 플럭에 달라붙어 제1 부상단계를 거치게 되고 상기 플럭들은 제거부 상부에 구비된 스키머에 의해 걷어져 외부로 배출될 수 있다.
상기 제1 부상단계를 통해 일차적으로 정수처리된 처리수는 하류 측 영역으로 중력에 의해 여과부(330)를 통과하게 되는데, 상기 여과부(330)를 통과하기 전 일차적으로 플럭이 제거된 처리수 내 재차 미세 기포를 주입하여 이차적으로 플럭을 부상시키는 제2 부상단계를 거칠 수 있다. 이는 후단의 여과단계에서 여과재의 부하를 저감시켜 수처리 효율을 증가시킬 뿐만 아니라 주기적인 세척주기를 증가시킴으로써 운영비를 저감시킬 수 있다.
상기 제2 부상단계를 통과한 처리수는 하류 측 영역에서 중력에 의해 여과재를 통과하면서 잔류하는 플럭 및/또는 이물질이 제거된 후, 외부로 배출되게 된다.
본 발명의 용존 공기 부상형 수처리방법은 도 4와 같이 제1 부상단계를 거쳐 여과단계를 거치거나, 제1 부상단계를 거쳐 제2 부상단계를 거쳐 외부로 배출되거나, 제1 부상단계, 제2 부상단계 및 여과단계를 거쳐 외부로 배출될 수 있게 복수 개의 밸브를 통해 제어 가능하며, 이는 수처리하고자 하는 원수의 상태에 따라서 바람직한 방법으로 적절히 조절하여 수처리될 수 있다.
1 : 혼화조 2 : 응집조
3 : 부상조 100 : 응집혼화조
150 : 혼화유도체 300 : 부상제거조
330 : 여과부 332, 333 : 여과구획부
350 : 포화기탱크 351 : 제1 공기주입부
352 : 제2 공기주입부 370 : 집수관
371 : 집수관 밸브

Claims (11)

  1. 원수에 투입된 응집제와 원수 내 미립자를 응집시켜 플록(floc)을 형성 및 성장시키기 위한 혼화응집조(100);
    미세기포를 주입하여 상기 혼화응집조를 통과한 처리수에 포함된 플록을 부상 및 제거시키는 부상제거조(300);를 포함하고,
    상기 부상제거조(300)는,
    상기 혼화응집조를 통과한 처리수 내 포함된 플록을 부상시키기 위한 제1 공기주입부(351);
    상기 제1 공기주입부를 통해 부상된 플록을 제거하는 제거부;
    상기 부상제거조 하부 영역에 구비되며, 상기 제거부를 통해 플록이 제거된 처리수 내 잔류하는 이물질을 여과시킬 수 있도록 섬유볼 형태의 여과재가 충진된 여과부(330); 및
    상기 제거부와 여과부 사이에 구비되어, 일차적으로 플록이 제거된 처리수 내 잔류하는 플록을 재차 부상시키기 위한 제2 공기주입부(352);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 섬유볼을 내장한 용존 공기 부상형 전처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 여과부 내 충진된 여과재의 유실을 방지하고, 처리수가 통과할 수 있도록 일측면과 타측면이 각각 부분적으로 개방된 여과 구획부;를 더 포함하는, 섬유볼을 내장한 용존 공기 부상형 전처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 공기주입부(352) 저면에 구비되어, 이차적으로 플럭이 제거된 처리수를 수집하는 집수관(370);을 더 포함하는, 섬유볼을 내장한 용존 공기 부상형 전처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 플럭 및 이물질을 부상시키기 위하여 제1 공기주입부(351) 및 제2 공기주입부(352)에 미세 기포를 공급하는 포화기탱크(350);를 더 포함하는, 섬유볼을 내장한 용존 공기 부상형 전처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 여과부에 충진된 섬유볼은, 스폰지재 또는 섬유사를 포함하는 것을 특징으로 하는, 섬유볼을 내장한 용존 공기 부상형 전처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 혼화응집조는, 원수가 유입되는 공간 내 혼화유도체(150)가 충진된 것을 특징으로 하는, 섬유볼을 내장한 용존 공기 부상형 전처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 혼화유도체(150)는, 여러 겹 적층된 메쉬(Mesh) 타입의 재료인 것을 특징으로 하는, 섬유볼을 내장한 용존 공기 부상형 전처리 장치.
  8. 이물질이 포함된 원수와 응집제를 혼화하여 상기 오염물질과 응집제가 결합된 플럭(flock)을 형성하는 혼화응집단계;
    상기 플럭(flock)을 과포화된 용존 공기가 포함된 미세 기포를 주입하여 부상시키는 제1 부상단계;
    상기 제1 부상단계를 거친 처리수에 잔존하는 플럭 및/또는 이물질을 과포화된 용존 공기가 포함된 미세 기포를 재차 주입하여 부상시키는 제2 부상단계; 및
    상기 제2 부상단계를 통과한 처리수를 여과재를 통과시켜 여과하는 여과단계;를 포함하는, 용존 공기 부상형 수처리방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 혼화응집단계는, 이물질이 포함된 원수와 응집제가 동시에 유입되면서 혼화유도체를 통과하여 혼화되어 플럭을 형성하는 것을 특징으로 하는, 용존 공기 부상형 수처리방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 혼화응집단계는, 메쉬(Mesh) 타입의 재료가 여러 겹 적층되어 있는 혼화유도체를 통과시켜 원수의 흐름에 저항을 줌으로써 와류 및/또는 난류가 발생되어 상기 원수와 응집제가 서로 접촉하여 플럭을 형성하는 것을 특징으로 하는, 용존 공기 부상형 수처리방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 여과단계는, 제2 부상단계를 통과한 처리수가 하류 측 영역에서 중력에 의해 여과재를 통과하면서 잔류하는 플럭 및/또는 이물질이 제거되는 것을 특징으로 하는, 용존 공기 부상형 수처리방법.
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