KR20180049975A - 혼합광물을 가중응집제로 이용한 고속 수처리 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가중응집 수처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 고속의 응집 및 침전을 유도하도록 하여, 수처리시설의 크기를 줄일 수 있음은 물론, 가중응집제의 손실을 최소화하여 수처리효율을 증대시킬 뿐만 아니라, 경제성이 우수하도록 된 혼합광물을 가중응집제로 이용한 고속 수처리 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 혼합광물이 순환되는 가중응집 수처리 방법은, 유입되는 원수의 수위를 안정화시키는 유량 및 pH 조정단계와, 응집제와 고분자응집제 및 혼합광물을 투입하여 처리하는 약품처리단계와, 플록을 침전시켜 분리하는 침전처리단계와, 슬러지 침전물중에서 가중응집제를 연속적으로 재사용 가능하게 혼합광물 가중응집제 회수순환장치를 이용하여 가중응집제의 분리, 회수 및 순환 단계와, 상기 약품처리 또는 침전 처리된 상징수를 걸러주는 여과처리단계와, 여과수를 방류시키는 방류처리단계를 포함하되, 상기 혼합광물의 총중량을 100중량%로 했을때, 물과의 반응성이 없는 광물이, 비중이 2.5 ~ 5.0 범위에 있으며, 크기가 40 ~ 120 ㎛인 금강석이나, 석류석 또는 알루미늄옥사이드(Al2O3) 중의 적어도 어느 하나가 50 ~ 95중량%이고, 물과의 반응성이 있는 광물이, 비중이 비중이 1.3 ~ 2.5 범위에 있으며, 크기가 10 ~ 40 ㎛로 오염물질의 응집, 흡착, 이온교환 제거가 가능한 정수장 건조 슬러지이거나, 조개 패각 분말 또는, 콜로이드의 응집특성이 있는 콜로이드응집광물중의 적어도 어느 하나가 5 ~ 50중량% 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 혼합광물이 순환되는 가중응집 수처리 방법은, 유입되는 원수의 수위를 안정화시키는 유량 및 pH 조정단계와, 응집제와 고분자응집제 및 혼합광물을 투입하여 처리하는 약품처리단계와, 플록을 침전시켜 분리하는 침전처리단계와, 슬러지 침전물중에서 가중응집제를 연속적으로 재사용 가능하게 혼합광물 가중응집제 회수순환장치를 이용하여 가중응집제의 분리, 회수 및 순환 단계와, 상기 약품처리 또는 침전 처리된 상징수를 걸러주는 여과처리단계와, 여과수를 방류시키는 방류처리단계를 포함하되, 상기 혼합광물의 총중량을 100중량%로 했을때, 물과의 반응성이 없는 광물이, 비중이 2.5 ~ 5.0 범위에 있으며, 크기가 40 ~ 120 ㎛인 금강석이나, 석류석 또는 알루미늄옥사이드(Al2O3) 중의 적어도 어느 하나가 50 ~ 95중량%이고, 물과의 반응성이 있는 광물이, 비중이 비중이 1.3 ~ 2.5 범위에 있으며, 크기가 10 ~ 40 ㎛로 오염물질의 응집, 흡착, 이온교환 제거가 가능한 정수장 건조 슬러지이거나, 조개 패각 분말 또는, 콜로이드의 응집특성이 있는 콜로이드응집광물중의 적어도 어느 하나가 5 ~ 50중량% 인 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 가중응집제를 이용한 수처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 처리 유입수의 수질과 목표하는 처리수의 수질에 따라 기존 알루미늄염 또는 철염과 고분자응집제 및 하나의 주 광물과 응집, 이온교환, 흡착특성을 갖는 조합된 광물을 투입할 뿐만 아니라, 투입시설 및 회수시설에 의해 연속 순환시킴으로써 가중응집을 도모하여 초고속의 응집 및 침전을 유도함은 물론, 수처리 효율을 높일 수 있도록 된 혼합광물을 가중응집제로 이용한 고속 수처리 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 수중에 콜로이드 상태로 존재하는 오염물질을 알루미늄염이나 철염과 같은 응집제인 응집약품을 투입하여 전기적으로 중화시켜 침전시킴으로써 정화하는 방법은 물리화학적 처리공정으로 알려져 있으며, 100년 이상 오랜 동안 먹는 물의 생산 등 다양한 수처리 분야에 일반적인 기술로 이용되어 왔다.
또한 물리화학적 처리공정은 폐수처리 및 하수에서 인(Phosphorus) 제거 등 수처리에 있어서도 생물학적인 하·폐수 처리와 더불어 주요한 수처리 공정으로 자리 메김하고 있다.
그러나 응집 및 침전에 장시간이 소요되어 수처리 설비의 크기가 커짐에 따라 경제성이 현저히 저하되는 단점이 있다.
이와 같은 단점을 보완하여 수처리에 소요되는 처리시간을 단축시키면서 수처리 효율을 증대시키기 위해 여러 가지 기술개발 노력이 있었으며, 슬러지블랭키트형 침전지, 슬러지순환형 침전설비 등이 그 예라 할 수 있으나 응집·침전시간을 20분에서 1시간 정도까지 줄이는데 그쳤다.
또 가중응집제를 사용하여 응집약품 투입에 의해 생성된 플록에 무게를 더하여 침강속도를 높여 수처리에 소요되는 시간을 단축하면서 수질항목별 처리효율을 높일 수 있는 콤팩트화와 모바일화가 가능한 수처리 시스템을 개발하기 위한 노력이 1990년대 중반부터 시도되어왔다. 그 중의 대표적인 예가 가중응집제로 미세모래(Microsand)를 이용하는 베올리아(Veolia)사의 액티플로(Actiflo) 공법으로 응집 및 침전에 소요되는 시간을 12 ~ 20 분으로 단축시키는데 성공하여 패키지 설비를 이용, 전 세계시장에 활발히 진출하고 있다.
그럼에도 불구하고 응집약품 투입에 의해 생성된 플록의 침강속도와 수질항목별 처리효율을 높여 좀 더 처리시간이 짧아 콤팩트화와 모바일화가 가능한 수처리 시스템을 개발하려는 노력은 지속되고 있고, 화학적산소요구량(COD), 색도, 질소, 맛, 냄새, 미량유기물 등 기존의 물리화학적 수처리 시스템으로는 제거에 한계가 있는 항목에 대해 새로운 기술을 접목하여 수처리 항목별 처리효율을 증대시키기 위한 노력은 계속되고 있다.
참조문헌: 대한민국 등록특허 제10-1635527호 발명의 명칭 "가중예재 회수식 수처리장치", 대한민국 등록특허 제10-1398996호 발명의 명칭 "고속응집침전과 활성탄을 이용한 수처리 방법 및 장치", 대한민국 등록특허 제10-1563561호 발명의 명칭 "밸러스트 처리된 응집 및 침전에 의한 수처리 방법 및 장치", 대한민국 공개특허 제2002-0075479호 발명의 명칭 "수처리용 반응응집급속침정장치 및 그 방법".
본 발명은 상기와 같은 제반 요구사항들을 해소하기 위해 안출된 것으로, 혼합광물 가중응집제를 사용하여 기존 물리화학적 처리방법의 응집 및 침전에 필요한 수리학적 체류시간을 대폭 단축시켜 수처리시설을 소형화함으로써 경제성을 도모하도록 된 혼합광물을 가중응집제로 이용한 고속 수처리 방법 및 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은, 수리학적 체류시간의 단축으로 인해 야기될 수 있는 수처리 및 처리수 수질의 안정성 저하를 해결하는 수단으로 물과의 반응성이 없거나 혹은 수중의 오염물질을 응집, 이온교환, 흡착하여 제거가 가능한 혼합광물을 가중응집제로 사용하고 투입된 가중응집제를 회수, 재사용하여 처리효율 및 운영관리 비용을 줄여서 경제성을 높이도록 된 혼합광물을 가중응집제로 이용한 고속 수처리 방법 및 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은, 물리화학적 처리공정으로 처리하는데 어려움이 있는 COD, 미량 유기물, 색도, 맛, 냄새 등 항목에 대해 혼합광물이 갖는 응집, 이온교환, 흡착기작으로 그 제거효율을 높이도록 된 혼합광물을 가중응집제로 이용한 고속 수처리 방법 및 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 혼합광물을 가중응집제로 이용한 고속 수처리 방법은, 유입되는 원수의 수위를 안정화시키고 pH를 약품투입의 최적조건을 위해 5.0~7.0으로 조절하는 유량 및 pH 조정단계와, 상기 유량 및 pH 조정단계를 거쳐 수위가 안정화되고 pH가 조정된 유입 오염수의 성상에 따라 응집제, 고분자응집제 및/또는 가중응집제로 혼합광물을 투입하여 처리하는 약품처리단계와, 상기 약품처리단계를 거친 오염수중에 응집된 플록을 침전시켜 분리하는 침전처리단계와, 상기 침전처리단계에서 분리된 슬러지 침전물중에서 가중응집제를 연속적으로 재사용 가능하게 혼합광물 가중응집제 회수순환장치를 이용하여 가중응집제의 분리, 회수 및 순환 단계와, 상기 약품처리 또는 상기 침전 처리된 상징수를 걸러주는 여과처리단계와, 상기 여과처리된 여과수를 방류시키는 방류처리단계를 포함하되, 상기 혼합광물의 총중량을 100중량%로 했을때, 물과의 반응성이 없는 광물이, 비중이 2.5 ~ 5.0 범위에 있으며, 크기가 40 ~ 120 ㎛인 금강석이나, 석류석 또는 알루미늄옥사이드(Al2O3) 중의 적어도 어느 하나가 50 ~ 95중량%이고, 물과의 반응성이 있는 광물이, 비중이 비중이 1.3 ~ 2.5 범위에 있으며, 크기가 10 ~ 40 ㎛로 오염물질의 응집, 흡착, 이온교환 제거가 가능하도록 정수장 건조 슬러지이거나, 조개 패각 분말 또는, 천연광물을 소성 가공하여 콜로이드의 응집특성이 있는 콜로이드응집광물중의 적어도 어느 하나가 5 ~ 50중량% 인 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 분리, 회수 및 순환 단계에서, 상기 혼합광물 가중응집제 회수장치는, 고압펌프로 공급된 슬러지로 부터 가중응집제를 원심탈리기를 이용하여 비중차이에 따라 오염물질과 선별하는 원심분리형 하이드로싸이클론(Hydrocyclone) 분리단계와, 상기 원심분리형 하이드로싸이클론 분리단계를 거친 후 직렬로 교반탈리기를 구성한 교반형 분리단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 원심분리형 하이드로싸이클론 분리단계에서 원심탈리기는, 호퍼의 외경이 2단 또는 3단으로 구성되어, 오염물질과 혼합광물을 비중별로 선별 분리하도록 된 것을 특징으로 한다.
또한 상기 교반형 분리단계에서 교반탈리기는, 상기 원심탈리기에서 분리되지 않은 일부 혼합광물 및 슬러지가 유입관을 통해 타공된 내부유공관으로 유입되면, 이 내부 유공블럭의 중심에 회전가능하게 설치된 교반기가 작동하면서 상기 내부유공블럭의 외주면으로 슬러지를 배출하게 되고, 상기 내부유공블럭의 하부로는 혼합광물이 침전되면서 상기 내부유공블럭을 감싸면서 정방형으로 이루어진 외부호퍼의 외측면으로 연통하도록 설치된 슬러지배출관으로 슬러지를 배출함과 동시에, 상기 외부호퍼의 하부에 설치된 혼합광물유출관으로 혼합광물을 2차 선별 분리하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 혼합광물을 가중응집제로 이용한 고속 수처리 장치는, 유입되는 원수의 수위를 안정화시키고 pH를 약품투입의 최적조건을 위해 5.0~7.0으로 조절하는 유량 및 pH 조절조, 상기 유량 및 pH 조절조에서 수위가 안정화되고 pH가 조정된 유입 오염수의 성상에 따라 응집제, 고분자응집제 및/또는 가중응집제로 혼합광물을 투입하여 혼합하면서 약품처리하는 급속교반조와, 상기 급속교반조에서 생성된 플록을 침강성이 더 커지도록 크기를 키우는 응집조와, 상기 응집조에서 성장된 플록을 침전시켜 분리하는 침전조와, 상기 침전조에서 분리된 슬러지 침전물중에서 가중응집제를 연속적으로 재사용 가능하게 분리, 회수 및 순환시키는 혼합광물 가중응집제 회수순환장치와, 상기 침전조에서 약품처리 또는 침전 처리된 상징수를 여과하여 침전조에서 미쳐 제거하지 못한 플록을 최종 제거하는 여과조와, 상기 여과조에서 처리된 여과수를 방류시키는 처리수조를 포함하되, 상기 혼합광물 가중응집제 회수순환장치는, 상기 침전조의 하부에 침전된 슬러지를 고압펌프로 공급받아 슬러지로부터 가중응집제의 비중차이에 따라 오염물질과 선별하는 원심분리형 하이드로싸이클론을 이용한 원심탈리기와, 상기 원심탈리기를 거친 후 직렬로 교반형 회수조를 구성한 교반탈리기로 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 원심탈리기는, 상기 침전조로부터 슬러지가 공급되는 호퍼의 외경이 2단 또는 3단으로 구성된 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 교반탈리기는, 상기 원심탈리기에서 분리되지 않은 일부 혼합광물 및 슬러지가 유입되는 유입관과, 상기 유입관을 내부에 수용하도록 형성됨과 더불어 원통에 타공된 내부유공관과, 이 내부 유공블럭의 중심에 회전가능하게 설치된 교반기와, 상기 내부유공블럭을 감싸면서 정방형으로 이루어진 외부호퍼와, 이 외부호퍼의 외측면으로 연통하도록 설치되어 슬러지를 배출하도록 된 슬러지배출관과, 상기 외부호퍼의 하부에 연통되도록 설치되어 혼합광물을 배출하도록 된 혼합광물유출관으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 혼합광물을 가중응집제로 이용한 고속 수처리 방법 및 장치에 의하면, 유입되는 오염수의 종류에 따라 제거대상물질의 제거효율을 극대화하기 위하여 하나 또는 유입 오염수의 특성에 따라 최대의 제거효과를 갖도록 조합·제조된 가중응집제를 투입하고 순환시킴으로써 대상 수처리 오염물질의 제거효율이 증대되는 효과가 있다.
본 발명에 따른 혼합광물을 가중응집제로 이용한 고속 수처리 방법 및 장치에 의하면, 비중이 1.3 이상의 혼합광물 가중응집제를 사용하여 플록의 침전속도가 크게 증가함에 따라 기존 응집 및 침전공정에 필요한 체류시간을 현저히 줄여 수처리 시설의 크기를 크게 줄일 수 있으며, 이에 따라 자동화를 쉽게 실현할 수 있을 뿐만 아니라, 가중웅집제를 연속 순환시킴으로써 가중응집제의 손실을 최소화하여 수처리 효율을 증대시키면서 경제성 확보가 가능하게 되는 효과가 있다.
본 발명에 따른 혼합광물을 가중응집제로 이용한 고속 수처리 방법 및 장치에 의하면, 고압펌프로 공급된 슬러지로 부터 가중응집제를 비중차이에 따라 오염물질과 선별하는 1단계 원심분리형 하이드로싸이클론(Hydrocyclone)인 원심탈리기와, 2단계 기계식 교반형 회수조인 교반탈리기를 구성한 혼합광물 가중응집제 회수순환장치에 의해 혼합광물의 회수율을 높여 혼합광물의 추가 투입량을 줄여 경제성을 확보하게 되는 효과가 있다.
본 발명에 따른 혼합광물을 가중응집제로 이용한 고속 수처리 방법 및 장치에 의하면, 유입원수의 종류, 성상 및 처리수의 용도에 따라 혼합광물의 배합을 달리한 가중응집제를 선택, 주입하여 수처리 효율을 극대화함으로써 이 공법은 정수를 생산하는 정수장, 하수처리, 하수 인제거, 공업 폐수처리 및 합류식 하수 초기강우처리(Combined Sewer Overflow, CSO)처리 등 광범위하게 적용이 가능한 경제적인 효과가 있다.
도 1은 혼합광물 순환 가중응집 수처리 장치를 도시한 개략도이고,
도 2는 도 1에서 혼합광물을 탈리, 회수하는 교반탈리기의 상세도이다.
도 2는 도 1에서 혼합광물을 탈리, 회수하는 교반탈리기의 상세도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 혼합광물을 가중응집제로 이용한 고속 수처리 방법 및 장치를 상세히 설명한다.
상기 도면의 구성 요소들에 인용부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있으며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, '상부', '하부', '앞', '뒤', '선단', '전방', '후단' 등과 같은 방향성 용어는 개시된 도면(들)의 배향과 관련하여 사용된다. 본 발명의 실시예의 구성요소는 다양한 배향으로 위치 설정될 수 있기 때문에 방향성 용어는 예시를 목적으로 사용되는 것이지 이를 제한하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 혼합광물을 가중응집제로 사용하는 수처리 방법은, 유량 및 pH 조절조(1100)로 유입되는 원수의 수위를 안정화시키고 pH를 약품투입의 최적조건을 위해 5.0~7.0으로 조절하는 유량 및 pH 조정단계(S11)와, 상기 유량 및 pH 조정단계를 거쳐 수위가 안정화되고 pH가 조정된 유입 오염수의 성상에 따라 급속교반조(1200)에서 응집제, 고분자응집제 및/또는 가중응집제로 혼합광물을 투입하여 처리하는 약품처리단계(S12)와, 상기 약품처리단계를 거친 오염수중에 응집조(1300)와 침전조(1400)에서 응집된 플록을 침전시켜 분리하는 침전처리단계(S13)와, 상기 침전처리단계에서 분리된 슬러지 침전물중에서 가중응집제를 연속적으로 재사용 가능하게 원심탈리기(1500)와 교반탈리기(1600)를 직렬로 연결한 혼합광물 가중응집제 회수순환장치를 이용하여 가중응집제를 분리하고 회수하여 순환시키는 가중응집제의 분리, 회수 및 순환 단계(S14)와, 상기 약품처리 또는 상기 침전 처리된 상징수를 여과조(1700)에서 걸러주는 여과처리단계(S15)와, 상기 여과처리된 여과수를 처리수조(1800)로 방류시키는 방류처리단계(S16)를 포함한다.
따라서 상기 유량 및 pH 조절조(1100)로 유입되는 오염수의 종류에 따라 제거대상물질의 제거효율을 극대화하기 위하여 하나 또는 유입 오염수의 특성에 따라 최대의 제거효과를 갖도록 조합·제조된 혼합광물인 가중응집제를 투입하고 순환시킴으로써 대상 수처리 오염물질의 제거효율이 증대되게 된다.
본 발명의 요지에 해당하는 수처리 방법은, 상기 약품처리단계(S12)에서 혼합광물의 총중량을 100중량%로 했을때, 물과의 반응성이 없는 광물이, 비중이 2.5 ~ 5.0 범위에 있으며, 크기가 40 ~ 120 ㎛인 금강석이나, 석류석 또는 알루미늄옥사이드(Al2O3) 중의 적어도 어느 하나가 50 ~ 95중량%이고, 물과의 반응성이 있는 광물이, 비중이 비중이 1.3 ~ 2.5 범위에 있으며, 크기가 10 ~ 40 ㎛로 오염물질의 응집, 흡착, 이온교환 제거가 가능하도록 정수장 건조 슬러지이거나, 조개 패각 분말 또는, 천연광물을 소성 가공하여 콜로이드의 응집특성이 있는 콜로이드응집광물중의 적어도 어느 하나가 5 ~ 50중량% 이다.
따라서 상기 가중응집제로 사용하는 광물의 크기가 작고 비중이 크면 동일 투입량일 경우 혼합광물 입자의 수를 늘려 수중의 콜로이드와의 반응이 많아져 수처리 효율을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라, 반면 비중이 작으면 상대적으로 입경이 큰 입자를 가중응집제로 사용하여야 플록의 무게를 높일 수 있다.
이러한 점을 고려할 때 단일 광물을 가중응집제로 사용하는 방법보다는 혼합광물을 사용하는 방법은 비중 및 크기가 다양한 광물을 혼합, 사용함으로써 수처리의 효율을 높일 수 있는 한편, 가중응집을 위해 투입하는 혼합광물은 처리코자 하는 수중의 오염물질 종류에 따라 오염물질의 제거효율을 극대화하도록 중량비로 혼합, 제조하여 사용하며, 본원 발명의 실시예에서 혼합광물의 투입율은 수질개선 효율과 경제성을 고려하여 2 ~ 6 g/L 범위로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 혼합광물을 가중응집제로 사용하는 수처리 장치(1000)는 도 1에 도시된 것과 같이, 유량 및 pH 조절조(1100)와, 급속교반조(1200), 응집조(1300), 침전조(1400), 원심탈리기(1500), 교반탈리기(1600), 여과조(1700), 처리수조(1800) 및 슬러지탱크(1900)를 포함한다.
여기서 상기 유량 및 pH 조절조(1100)는, 펌프(1)로 유입되는 오수의 유량을 안정화하고 후속공정에서 투입되는 응집약품, 폴리머, 천연광물이 처리대상 오염물질을 효율적으로 제거하도록 적정 범위의 pH를 유지시키는 역할을 하며, 산 또는 알카리 투입설비(1110)와 교반기(1120)가 더 설치될 수 있음은 물론, 유입원수의 수질성상을 파악하기 위해 도시되지 않은 연속측정식 pH메타, 탁도계(NTU) 또는 원수 성상에 따라 전기전도도, 총용존고형물(TDS), 색도계 등을 설치할 수 있다.
또 상기 유량 및 pH 조절조(1100)에는, 물리화학적 처리에 있어 주 제거 대상 물질인 탁도(NTU)와 유입수의 특성 및 성상에 따른 기타 공정관리에 필요한 화학적산소요구량(COD), 총인, 총질소, 암모니아성질소 등의 연속식 수질측정장치를 설치할 수 있다.
따라서 상기 유량 및 pH 조절조(1100)에서는, 제거대상 물질의 종류에 따라 제거효율을 높이는 방향으로 산 또는 알카리 투입설비(1110)에서 산 또는 알칼리제를 투입하여 pH 조정이 이루어지며, 온라인(On-line) pH 메타로 측정된 리얼타임(Real TIme) 자료에 의해 산 또는 알칼리제 투입이 자동 운전된다.
그리고 상기 급속교반조(1200)는, 상기 유량 및 pH 조절조(1100)에서 유입된 유체에 응집약품, 폴리머, 혼합광물을 투입하고 교반기(1210)를 작동하여 물속의 오염물질과 급속히 반응결합시켜 플럭을 형성키기 위하여 설치하며, 수리학적 체류시간은 1분 내외로 설계된다. 이때 급속교반속도는 180 ~ 240 rpm 범위의 고속을 유지한다. 180 rpm 이하인 경우 교반강도의 부족으로 오염물질과 투입약품과의 반응이 불충분하여 수처리 효율 저하가 초래되며, 240 rpm 보다 큰 경우 전력료의 낭비를 가져올 수 있다.
즉, 상기 급속교반조(1200)는, 수중의 오염물질과 응집제탱크(1220)에서 공급되는 응집약품, 폴리머탱크(1230)에서 공급되는 고분자응집제(polymer) 및 혼합광물 가중응집제와 같은 응집물질이 교반기(1210)로 잘 섞여 빠른 시간 내에 응집반응이 일어나도록 혼합하게 된다.
여기서 상기 급속교반조(1200)에 투입되는 혼합광물은, 플록의 무게를 무겁게 하여 고속 침강시키는 가중응집제의 역할을 하며, 크기가 10 ㎛ ~ 120 ㎛, 비중은 1.3 ~ 5.0의 하나 또는 여러 가지 광물의 조합을 이용하게 된다.
상술한 바와 같이 상기 혼합광물의 총중량을 100중량%로 했을때, 첫째, 물과의 반응성이 없는 광물은, 비중이 2.5 ~ 5.0 범위이고, 크기가 40 ~ 120 ㎛에 달하는 금강석, 석류석, 알루미늄옥사이드(Al2O3) 중의 적어도 어느 하나가 50~95 중량%이고, 둘째, 오염물질의 응집, 흡착, 이온교환 제거가 가능한 물과의 반응성이 있는 광물은, 비중이 1.3 ~ 2.5범위이고, 크기가 10 ~ 40 ㎛로 제조한 정수장 건조 슬러지이거나, 조개 패각 분말 또는 콜로이드의 응집특성을 갖도록 소성 가공한 규소, 칼륨, 알루미늄, 마그네슘, 칼슘, 철 성분이 포함된 콜로이드응집광물 중의 적어도 어느하나로 이루어진 것을 5 ~ 50중량% 로 되어 있다.
따라서 상기 가중응집제로 사용하는 광물의 크기가 작고 비중이 크면 동일 투입량일 경우 혼합광물 입자의 수를 늘려 수중의 콜로이드와의 반응이 많아져 수처리 효율을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라, 반면 비중이 작으면 상대적으로 입경이 큰 입자를 가중응집제로 사용하여야 플록의 무게를 높일 수 있다.
이러한 점을 고려할 때 단일 광물을 가중응집제로 사용하는 방법보다는 혼합광물을 사용하는 방법은 비중 및 크기가 다양한 광물을 혼합, 사용함으로써 수처리의 효율을 높일 수 있는 한편, 가중응집을 위해 투입하는 혼합광물은 처리코자 하는 수중의 오염물질 종류에 따라 오염물질의 제거효율을 극대화하도록 중량비로 혼합, 제조하여 사용한다.
또, 상기 유량 및 pH 조절조(1100)에서 유입된 유입수의 성상에 따라 맛, 냄새, 색도, COD, 인 등 처리목적에 따라 응집, 흡착, 이온교환 특성을 갖도록 1,500~1,700 ℃에서 소성 처리한 가공 광물, 정수장 건조슬러지 분말, 조개패각 분말을 추가 혼합하여 투입함으로써 효율적이고 경제성 있는 수처리를 가능토록 한다. 일례로 냄새, 색도, COD 등 용존성 유기물 등의 처리효율을 높여야 할 때는 이러한 오염물질을 응집, 이온교환, 흡착하여 제거하는데 초점을 맞추어 광물울 혼합·제조하여 그 처리효율을 높인다. 또 하나의 예로 하수중의 인 제거를 위해서는 인의 흡착에 효율적인 건조한 정수장 슬러지 및/또는 굴 패각과 같은 조개패각을 분말로 제조하여 광물과 혼합하여 가중응집제로 사용함으로써 인 제거효율을 높인다.
여기서 혼합물질로 쓰이는 건조·분쇄한 정수장슬러지는 정수장에서 응집제로 황산알루미늄이나 폴리염화알루미늄을 사용할 때 20% 내외의 알루미늄 성분이 남아있어 재활용이 가능한 유용한 자원으로 부영양화의 주 원인물질인 인(Phosphorus)과의 반응속도가 빠르고, 인의 제거량도 12g(P)/kg(건조 슬러지)에 달한다.
그리고 굴패각은 탄산칼슘(CaCO3)를 99% 이상 함유하여 인의 흡착제거를 위해 유용한 재활용자원으로 정수장 알루미늄(Alum) 슬러지보다 인과의 반응속도는 느리지만 인의 흡착제거량은 24g(P)/kg(패각 분말)에 달하게 되므로, 건조 정수장 슬러지에 비해 2배 이상의 인 흡착량을 갖는다. 정수장 건조슬러지 분말과 조개패각 분말을 혼합하여 두 매질의 인 제거 특성이 다른 특성을 활용한다.
이와 같이 혼합광물은 맛, 냄새, 색도, 화학적산소요구량(COD), 인 등 제거하고자 하는 개별 항목에 따라 응집, 흡착, 이온교환 특성을 갖도록 소성 처리한 가공 광물, 정수장 건조슬러지 분말, 조개패각 분말을 혼합, 구성하여 효율적이고 경제성 있는 수처리를 가능토록 한다.
또한 상기 응집조(1300)는, 상기 급속교반조(1200)에서 생성된 플록을 교반기(1310)로 성장시켜 침전조(1400)에서 빠른 속도로 침강이 이루어지도록 하는 역할을 한다. 상기 교반기(1310)의 교반속도는 가중응집된 플록이 침강하지 않으면서 플록의 크기를 최대한 성장시킬 수 있도록 적정한 100 ~ 240rpm을 유지시킨다.
여기서 상기 응집조(1300)로부터 유입되는 유입수는 침전조(1400)의 하부로 유입되고 상향류식으로 경사판을 통과하면서 플록과 상징수(상등수)의 고체 액체 분리가 일어나게 되고, 이렇게 침전된 슬러지는 펌프(1410)로 배출된다.
한편, 상기 침전조(1400)는, 가중응집제 및 슬러지가 침전되어 도시되지 않은 기계식 스크레이퍼 또는 60도 이상의 경사각을 갖는 침전지 호퍼에 의해 수집됨과 더불어 원심탈리기(1500)와 교반탈리기(1600)로 이루어진 가중응집제 회수순환장치에서 혼합광물(가중응집제)과 오염물질을 탈리하여 혼합광물은 수처리장치로 재순환시키고, 오염된 물질은 상기 슬러지탱크(1900)를 통해 도시되지 않은 공지의 농축조 및 탈수시설로 배출된다.
즉, 상기 침전조(1400)에서 침전된 슬러지는 하이드로싸이클론 원심탈리기(1500)과 기계교반식 교반탈리기(1600)가 직렬로 이루어진 가중응집제 회수시설에서 혼합광물(가중응집제)과 오염물질을 탈리하여 가중응집제인 천연광물은 급속교반조(1200)로 재순환시키고 오염물질인 슬러지는 도시되지 않은 농축조 및 탈수시설로 배출함으로서 가중응집제의 투입량을 절감하여 경제성을 높이고 수처리 효율을 증대하게 된다.
이때 상기 원심탈리기(1500)에서 1차 분리된 혼합광물은 급속교반조(1200)로 재순환되고, 분리되지 않은 일부 혼합광물 및 슬러지는 정방형 유공블록을 설치한 교반탈리기(1600)에서 탈리된다.
여기서 상기 원심탈리기(1500), 상기 침전조(1400)로부터 슬러지가 공급되는 호퍼(1510)의 외경이 2단 또는 3단으로 계단지게 구성되어, 오염물질과 혼합광물을 비중별로 선별 분리하게 된다. 이때 오염물질은 도 1에서와 같이 슬러지탱크(1900)로 보내지게 된다.
그리고 상기 교반탈리기(1600)는 도 2에 도시된 것과 같이, 상기 원심탈리기(1500)에서 분리되지 않은 일부 혼합광물 및 슬러지가 유입되는 유입관(1610)과, 상기 유입관을 내부에 수용하도록 형성됨과 더불어 원통에 타공된 내부유공관(1620)과, 이 내부 유공블럭의 중심에 회전가능하게 설치된 교반기(1630)와, 상기 내부유공블럭을 감싸면서 정방형으로 이루어진 외부호퍼(1640)와, 이 외부호퍼의 외측면으로 연통하도록 설치되어 슬러지를 도 1에서와 같이 슬러지탱크(1900)로 배출하도록 된 슬러지배출관(1650)과, 상기 외부호퍼의 하부에 연통되도록 설치되어 혼합광물을 배출하도록 된 혼합광물유출관(1660)으로 이루어져 있다.
따라서 상기 원심탈리기(1500)에서 분리되지 않은 일부 혼합광물 및 슬러지가 내부유공관(1620)으로 유입관(1610)을 통해 유입될 때, 상기 내부유공관(1620)의 중심에 설치된 교반기(1630)가 회전하면서 내부유공관의 구멍을 통해 슬러지가 원주방향으로 배출되면서 정방형으로 이루어진 외부호퍼(1640)의 슬러지배출관(1650)으로 배출되면서 혼합광물과 탈리되고, 상기 교반기(1630)가 회전할 때 혼합광물은 내부유공관(1620)의 하부로 침전되어 외부호퍼의 하부에 연통되도록 설치된 혼합광물유출관(1660)으로 배출하면서 혼합광물을 상기 급속교반조(1200)로 펌프(1670)에 의해 공급하도록 되어 있다.
한편, 상기 여과조(1700)는, 상기 침전조(1400)의 상부로부터 유입된 처리수의 오염물질을 최종적으로 걸러주는 처리시설로 침전조에서 미처 제거되지 않은 미세플록을 제거하여 맑은 물을 생산하게 되고, 예비를 포함한 2조 이상으로 하고 처리수의 수질 및 처리목적에 따라 설치 유무를 결정할 수 있으며, 상기 여과조(1700)를 통과한 최종 처리수는 처리수조(1800)에 저류된다.
또 처리수의 수질이 목표수질과 부합하는가를 판단하기 위해 유량조정조에 설치된 pH, 탁도, 전기전도도, 총유기탄소(TOC), 화학적산소요구량(COD), 총질소, 총인 및 색도계와 같은 수질항목에 대한 연속식 수질측정장치를 침전조 혹은 여과조 후단에 설치한다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에 의해 자명한 것인 경우에는 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
1000 : 혼합광물을 가중응집제로 사용하는 수처리 장치
1100 : 유량 및 pH 조절조 1110 : 산 또는 알칼리 탱크
1120 : 교반기 1200 : 급속교반조
1210: 교반기 1220: 응집제탱크
1230: 폴리머탱크 1300 : 응집조
1400 : 침전조 1410 : 펌프
1500 : 원심탈리기 1510: 호퍼
1600 : 교반탈리기 1610 : 유입관
1620 : 내부유공관 1630 : 교반기
1640 : 외부호퍼 1650 : 슬러지배출관
1660 : 혼합광물유출관 1700 : 여과조
1800 : 처리수조 1900 : 슬러지탱크
1100 : 유량 및 pH 조절조 1110 : 산 또는 알칼리 탱크
1120 : 교반기 1200 : 급속교반조
1210: 교반기 1220: 응집제탱크
1230: 폴리머탱크 1300 : 응집조
1400 : 침전조 1410 : 펌프
1500 : 원심탈리기 1510: 호퍼
1600 : 교반탈리기 1610 : 유입관
1620 : 내부유공관 1630 : 교반기
1640 : 외부호퍼 1650 : 슬러지배출관
1660 : 혼합광물유출관 1700 : 여과조
1800 : 처리수조 1900 : 슬러지탱크
Claims (7)
- 유입되는 원수의 수위를 안정화시키고 pH를 약품투입의 최적조건을 위해 5.0~7.0으로 조절하는 유량 및 pH 조정단계와, 상기 유량 및 pH 조정단계를 거쳐 수위가 안정화되고 pH가 조정된 유입 오염수의 성상에 따라 응집제, 고분자응집제 및/또는 가중응집제로 혼합광물을 투입하여 처리하는 약품처리단계와, 상기 약품처리단계를 거친 오염수중에 응집된 플록을 침전시켜 분리하는 침전처리단계와, 상기 침전처리단계에서 분리된 슬러지 침전물중에서 가중응집제를 연속적으로 재사용 가능하게 혼합광물 가중응집제 회수순환장치를 이용하여 가중응집제의 분리, 회수 및 순환 단계와, 상기 약품처리 또는 상기 침전 처리된 상징수를 걸러주는 여과처리단계와, 상기 여과처리된 여과수를 방류시키는 방류처리단계를 포함하는 혼합광물을 가중응집제로 이용한 고속 수처리 방법에 있어서,
상기 약품처리단계에서 혼합광물의 총중량을 100중량%로 했을때,
물과의 반응성이 없는 광물이,
비중이 2.5 ~ 5.0 범위에 있으며, 크기가 40 ~ 120 ㎛인 금강석이나, 석류석 또는 알루미늄옥사이드(Al2O3) 중의 적어도 어느 하나가 50 ~ 95중량%이고,
물과의 반응성이 있는 광물이,
비중이 비중이 1.3 ~ 2.5 범위에 있으며, 크기가 10 ~ 40 ㎛로 오염물질의 응집, 흡착, 이온교환 제거가 가능하도록 정수장 건조 슬러지이거나, 조개 패각 분말 또는, 천연광물을 소성 가공하여 콜로이드의 응집특성이 있는 콜로이드응집광물중의 적어도 어느 하나가 5 ~ 50중량% 인 것을 특징으로 하는 혼합광물을 가중응집제로 이용한 고속 수처리 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 분리, 회수 및 순환 단계에서,
상기 혼합광물 가중응집제 회수장치는, 고압펌프로 공급된 슬러지로 부터 가중응집제를 원심탈리기(1500)를 이용하여 비중차이에 따라 오염물질과 선별하는 원심분리형 하이드로싸이클론(Hydrocyclone) 분리단계와,
상기 원심분리형 하이드로싸이클론 분리단계를 거친 후 직렬로 교반탈리기(1600)를 구성한 교반형 분리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합광물을 가중응집제로 이용한 고속 수처리 방법. - 제 2항에 있어서,
상기 원심분리형 하이드로싸이클론 분리단계에서 원심탈리기(1500)는, 호퍼(1510)의 외경이 2단 또는 3단으로 구성되어, 오염물질과 혼합광물을 비중별로 선별 분리하도록 된 것을 특징으로 하는 혼합광물을 가중응집제로 이용한 고속 수처리 방법. - 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
상기 교반형 분리단계에서 교반탈리기(1600)는,
상기 원심탈리기(1500)에서 분리되지 않은 일부 혼합광물 및 슬러지가 유입관(1610)을 통해 타공된 내부유공관(1620)으로 유입되면, 이 내부 유공블럭의 중심에 회전가능하게 설치된 교반기(1630)가 작동하면서 상기 내부유공블럭의 외주면으로 슬러지를 배출하게 되고, 상기 내부유공블럭의 하부로는 혼합광물이 침전되면서 상기 내부유공블럭을 감싸면서 정방형으로 이루어진 외부호퍼(1640)의 외측면으로 연통하도록 설치된 슬러지배출관(1650)으로 슬러지를 배출함과 동시에, 상기 외부호퍼의 하부에 설치된 혼합광물유출관(1660)으로 혼합광물을 2차 선별 분리하는 것을 특징으로 하는 혼합광물을 가중응집제로 이용한 고속 수처리 방법. - 유입되는 원수의 수위를 안정화시키고 pH를 약품투입의 최적조건을 위해 5.0~7.0으로 조절하는 유량 및 pH 조절조, 상기 유량 및 pH 조절조에서 수위가 안정화되고 pH가 조정된 유입 오염수의 성상에 따라 응집제, 고분자응집제 및/또는 가중응집제로 혼합광물을 투입하여 혼합하면서 약품처리하는 급속교반조와, 상기 급속교반조에서 생성된 플록을 침강성이 더 커지도록 크기를 키우는 응집조와, 상기 응집조에서 성장된 플록을 침전시켜 분리하는 침전조와, 상기 침전조에서 분리된 슬러지 침전물중에서 가중응집제를 연속적으로 재사용 가능하게 분리, 회수 및 순환시키는 혼합광물 가중응집제 회수순환장치와, 상기 침전조에서 약품처리 또는 침전 처리된 상징수를 여과하여 침전조에서 미쳐 제거하지 못한 플록을 최종 제거하는 여과조와, 상기 여과조에서 처리된 여과수를 방류시키는 처리수조를 포함하는 혼합광물을 가중응집제로 이용한 고속 수처리 장치에 있어서,
상기 혼합광물 가중응집제 회수순환장치는,
상기 침전조(1400)의 하부에 침전된 슬러지를 고압펌프(1410)로 공급받아 슬러지로부터 가중응집제의 비중차이에 따라 오염물질과 선별하는 원심분리형 하이드로싸이클론(Hydrocyclone)을 이용한 원심탈리기(1500)와,
상기 원심탈리기를 거친 후 직렬로 교반형 회수조를 구성한 교반탈리기(1600)로 이루어진 것을 특징으로 하는 혼합광물을 가중응집제로 이용한 고속 수처리 장치. - 제 5항에 있어서,
상기 원심탈리기(1500)는,
상기 침전조(1400)로부터 슬러지가 공급되는 호퍼(1510)의 외경이 2단 또는 3단으로 구성된 것을 특징으로 하는 혼합광물을 가중응집제로 이용한 고속 수처리 장치. - 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
상기 교반탈리기(1600)는,
상기 원심탈리기(1500)에서 분리되지 않은 일부 혼합광물 및 슬러지가 유입되는 유입관(1610)과, 상기 유입관을 내부에 수용하도록 형성됨과 더불어 원통에 타공된 내부유공관(1620)과, 이 내부 유공블럭의 중심에 회전가능하게 설치된 교반기(1630)와, 상기 내부유공블럭을 감싸면서 정방형으로 이루어진 외부호퍼(1640)와, 이 외부호퍼의 외측면으로 연통하도록 설치되어 슬러지를 배출하도록 된 슬러지배출관(1650)과, 상기 외부호퍼의 하부에 연통되도록 설치되어 혼합광물을 배출하도록 된 혼합광물유출관(1660)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 혼합광물을 가중응집제로 이용한 고속 수처리 장치.
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| KR1020160146548A KR101879208B1 (ko) | 2016-11-04 | 2016-11-04 | 혼합광물을 가중응집제로 이용한 고속 수처리 방법 및 장치 |
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| KR1020180015386A Division KR20180050254A (ko) | 2018-02-08 | 2018-02-08 | 혼합광물을 가중응집제로 이용한 고속 수처리 방법 및 장치 |
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|---|---|---|---|---|
| KR101991867B1 (ko) * | 2018-10-31 | 2019-06-24 | 아시아환경 주식회사 | 미생물 및 자성체를 이용한 하수처리장치 및 처리방법 |
| CN110759531A (zh) * | 2019-11-07 | 2020-02-07 | 南昌航空大学 | 一种钨锌多金属矿选矿废水分质处理-分级回用方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100984065B1 (ko) * | 2010-02-01 | 2010-09-28 | 주식회사 천년산업 | 천연복합재료를 이용한 수질 개선제의 제조방법 및 제조장치 |
| JP2012024737A (ja) * | 2010-07-27 | 2012-02-09 | Uchida Mizushori Ei:Kk | 汚水の処理方法及びその設備 |
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