KR20200099914A

KR20200099914A - 천연 응결·응집제와 선회류 원심유체흐름을 이용한 연속식 지하수 응집처리 장치 및 정화방법

Info

Publication number: KR20200099914A
Application number: KR1020190018158A
Authority: KR
Inventors: 이요셉
Original assignee: 이요셉
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2019-02-15
Publication date: 2020-08-25

Abstract

천연응결제 및 천연응집제를 지하수에 단계적으로 처리하고, 선회류 원심유체흐름을 이용해 연속적으로 지하수 응집처리를 함으로써, 종래 수처리 공정의 개별 단일 단위공정인 침전, 부상 및 탈수공정, 고액분리 공정 등을 요구치 않아 전단위 공정의 간소화를 이룰 수 있으며, 종래의 아크릴아마이드계의 단량체를 이용한 유기합성 고분자 응집제를 사용하지 않아 환경독성을 유발할 수 있는 독성물질의 잔류 위험이 없어 농업용 전처리 지하수로서의 사용이 가능하다.

Description

천연 응결·응집제와 선회류 원심유체흐름을 이용한 연속식 지하수 응집처리 장치 및 정화방법{Continuous Ground water Flocculation Treatment Device and Purification Method by-using Natural Coagulation, Coagulant and Swirl Flow Centrifugal Fluid Flow}

본 발명은 천연 응결제 및 천연 응집제를 선회류 원심유체흐름을 이용한 연속식 지하수 응집처리 장치 및 이를 이용한 정화방법에 관한 것으로서, 식물 유래 아미노산류를 천연응결제로 사용하여 지하수에 포함된 다양한 조성의 미네랄 이온을 흡착하여 미세한 플럭을 형성하고, 여기에 키토산, 구아검, 알긴산 등의 천연 응집제를 투입하여 생성된 조대화 플럭을 선회류 원심유체흐름을 이용하여 처리하는 것을 특징으로 하는 연속식 지하수 응집처리 장치 및 정화방법에 관한 것이다.

수처리 약품이란 수처리 공정에 사용되는 천연 및 화학물질의 반응에 의해 제조된 모든 약품을 통칭하는 것으로서, 좁은 의미로는 정수처리 공정에 적용되는 약품만을 환경부 고시에 의해 수처리제로 등록되어 있으며, 넓은 의미로는 하, 폐수처리 및 용수, 냉각수 등 전체 공정에서 적용되는 약품을 의미한다.

국내에서는 응결제(Coagulant)와 응집제(Flocculant)의 구분이 없이 응집제로 함께 적용이 되나, 외국의 경우, 응집제는 금속이온을 기초로 하여 반응하는 무기계 응결제(Inorganic coagulant), 석유화학 계열의 단량체(Monomer)를 중합하여 중합체 중하전을 통한 기작을 이용하는 유기계응결제(Oraganic coagulant) 및 고분자응집제(Polymeric flocculant)로 구분되어 진다.

물 또는 폐수 등에 존재하는 물질은 다양한 조성 및 형태로 존재하기 때문에, 이러한 조성 중 용존성 물질 및 현탁성 물질과 반대 하전간의 결합을 통한 전기이중층의 반발을 최소화하여 침전 또는 미세한 플럭(floc)을 형성하는 응결제와 상기에서 생성된 미세 플럭을 조대화(Bridge)하기 위해 고분자물질로 구성된 응집제가 사용될 수 있으며, 일반적인 개념에서는 용존성 물질을 처리하기 위한 1차 화학처리에 응결제가 적용되고, 침전, 부상 및 탈수공정 등 고액분리 공정의 감량화에 응집제가 적용된다.

현재 산업전반에 널리 사용되어지고 있는 고분자 응집제는 대부분 폴리아크릴아마이드(Polyacrylamide) 계열이 대부분이며, 하전적 특성에 따라 양이온성(Cationic), 음이온성(Anionic), 비이온성(nonionic), 양쪽성(Amphoteric)으로 구분이 되며, 분자량에 따라 저분자량, 중분자량 및 고분자량이 있으며, 구조의 형태에 따라 선형(Linear), 가교형(Branch) 및 망상형(Cross-linked)이 있으며, 성상에 따라 분말(Powder), 에멀젼(Emulsion), 액체(Liquid), 비드(Bead), 수분산형(W/W dispersant) 등으로 분류된다.

예를 들어, 대한민국 등록특허 제10-0782710호와 같이 아크릴아마이드를 단량체로 이용하는 폴리아크릴아마이드 계열의 유기합성 고분자 응집제가 대부분이었으나, 상기 유기합성 고분자 응집제는 응집효과가 콜로이드 형태에 의존적이며, 상징액의 투명도가 낮고, 비교적 고가였다.

또한, 자연계에서 분해가 잘 되지 않아 2차 환경오염의 원인이 될 뿐만 아니라, 분해 과정중에 발생되는 아크릴아마이드(acrylamide) 등의 단량체는 신경독 및 강한 발암성 물질로 보고 되어 있어 점차 사용에 대한 규제가 강화되고 있는 실정이다.

현재, 이와 같은 환경독성을 보완하기 위해 키토산, 구아검, 소듐 알지네이트, 젤라틴 등과 같은 천연응집제와 미생물 유래의 응집제에 대한 관심이 증가되어 많은 연구가 수행되고 있다.

또한, 지하수는 지표수에 비해 수질이 양호하며, 단기간의 시설공사로 안정된 수량을 확보할 수 있어, 지하수를 이용한 농업용수로의 사용이 활발한 실정이다. 하지만 양수펌프를 가동하여 지하수를 퍼 올리게 되면 특히 양수펌프 가동 초기에는 지하수에 흙, 질산성질소, 중탄산염, 염분 등 부유물질 및 미네랄이 다량 함유되어 탁도가 기준치를 초과하며 이러한 지하수를 농업용수로 사용하기엔 부적합하여 현재는 대다수의 농가에서 막분리를 이용한 지하수의 여과단계를 거쳐 사용하고 있으나 초기원수의 오염도가 높아 막분리의 효율성이 저해되거나 사용시간이 저감되는 문제점을 안고 있어 전처리 장치의 설치가 요구되고 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0782710호(2007.11.29.) 대한민국 등록특허공보 제10-1915035호(2018.11.06.)

본 발명은 지하수를 이용한 농업용수로의 여과처리의 효율성 향상과 여과처리장치의 수명 연장을 위한 지하수 전처리 장치를 고안하였으며, 본 발명에 따른 연속식 지하수 응집처리 장치 및 정화방법은 상기 문제점을 해결하기 위한 방안으로서, 천연응결제 및 천연응집제를 지하수에 단계적으로 처리하고, 선회류 원심유체흐름을 이용해 연속적으로 지하수 응집처리를 함으로써, 종래 수처리 공정의 개별 단일 단위공정인 침전, 부상 및 탈수공정, 고액분리 공정 등을 요구치 않아 전단위 공정의 간소화를 이룰 수 있으며, 종래의 아크릴아마이드계의 단량체를 이용한 유기합성 고분자 응집제를 사용하지 않아 환경독성을 유발할 수 있는 독성물질의 잔류 위험이 없어 농업용 전처리 지하수로서의 사용이 적합한 것을 특징으로 하는 연속식 지하수 응집처리 장치 및 정화방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 지하수를 원수(101)로 이용하는 연속식 지하수 응집처리 장치에 관한 것으로서, 상기 원수(101)를 공급하는 원수공급펌프(112) 및 천연응결제(102)를 천연응결제 유입배관(115)을 통해 공급하는 천연응결제 공급펌프(114)를 고각원심나선(116)을 포함하는 응결 반응부(110)의 하부에 연결하고, 천연응집제(103)를 공급하는 천연응집제 공급펌프(121) 및 저각원심나선(124)을 포함하는 응집 반응부(120)의 상부에 상기 응결 반응부(110)의 하부를 응집 반응부 유입배관(123)으로 연결하고, 상기 응집 반응부(120)의 하부를 싸이클론 분리조(135), 응집물 저장조(137), 고압순환펌프(132) 및 원심해제배관(138)을 포함하는 응집물 원심분리부(130)의 상부에 응집물 원심분리부 유입배관(134)으로 연결하는 것을 포함하는 연속식 지하수 응집처리 장치인 것을 특징으로 한다.

상기 응결 반응부(110)는 상기 원수공급펌프(112) 및 천연응결제 공급펌프(114)와 하부에서 연결하는 1개의 원통형 실린더 및 상기 원통형 실린더와 상부에서 연결되어 상기 원수(101) 및 천연응결제(102)를 포함하는 지하수를 하부로 배출하는 또 다른 1개의 원통형 실린더를 포함하는 것으로서, 고속 응결 반응부 내부는 원통형 실린더 2개를 연결하여 유체내에서 미세플럭 생성에 필요한 유체 흐름 거리를 확보한다.

상기 고각원심나선(116)은 상기 응결 반응부(110)의 벽면에 상기 벽면의 수직을 기준점으로 하여 각도를 45°내지 60°이내로 부착시켜 유입되는 유체의 흐름을 강제로 선회류 시켜 고속원심 유체 흐름을 생성 시키기 위함이며, 별도의 교반장치의 도움 없이 천연 응결제가 유체내에서 자율 분산되게 하여 지하수 내 함유된 무기이온류를 천연 응결제와의 이온결합으로 미세한 플럭 결정(105)을 형성하게끔 대류 접촉에 의한 반응을 개시한다.

상기 고각원심나선(116)의 각도는 45°내지 60°범위 내의 것으로 하며, 45°미만일 경우, 원심흐름에 따른 유체 흐름이 레이놀즈 수 2100미만이 되어 난류 발생이 어려워지면서 천연 응결제의 분산이 용이하지 않게 되며, 60°초과일 경우, 난류 속도가 유체의 유속보다 높아져 선회류 흐름을 방해하게 된다.

고각의 기준 도면상 표기된 원통내부의 나선 시작점을 기준으로 상기 원통 바닥면에 수평으로 획을 긋고, 상기 수평기준으로 발생한 각도를 의미하며, 본 발명에서는 45°이상을 고각으로 명명하며, 15°이하를 저각으로 명명한다.

유동이 층류에서 난류로 전이(transition)되는 지점에서의 레이놀즈 수를 임계 레이놀즈 수(critical Reynolds number)라고 한다. 실제로 이러한 전이는 점차적으로 진행이 되기 때문에 임계 레이놀즈 수의 값은 대략적인 값으로 보아야 한다. 원형 파이프 내의 유동과 같은 관수로, 흐름의 경우, 임계 레이놀즈 수는 약 2,100 정도이나, 레이놀즈 수 약 2,900 ~ 4,000 사이에서의 천이 영역은 유동의 성질을 정확하게 말할 수 없다고 보아야 한다.

원형 관의 경우 레이놀즈 수가 2100 미만이면 층류, 2900에서 4000 사이이면 천이 영역, 4000 초과이면 난류라고 한다. 명확한 구분은 없어서 어떤 경우는 2000에서 4000 사이를 천이 영역으로 보기도 한다.

상기 응집 반응부(120)는 1개의 원통형 실린더로 이루어지며, 그 내부에 상기 응집 반응부(120)의 내부 벽면에 상기 벽면의 수직을 기준점으로 하여 각도가 10°내지 15°이내인 저각원심나선(124)을 부착시켜, 유입되는 유체의 흐름 속도를 저감 시키고, 저속의 강제 선회류를 유지하며, 전단의 응결 반응부(110)에서 생성되어 유입된 미세 플럭 결정(105)의 조대화에 의한 응집물인 조대화 플럭(106)을 형성시켜, 이를 침강시킨다.

상기 저각원심나선(124)의 각도는 10°내지 15°범위 내의 것으로 하며, 10°미만일 경우, 미세 플럭 결정(105)의 조대화에 의해 생성된 응집물이 상기 나선에 쌓여 원심흐름을 방해하게 되어, 국부적 플러깅현상을 유발할 수 있으며, 15°초과일 경우, 유체의 원심흐름 속도가 빨라져 미세 플럭의 조대화에 필요한 충분한 반응거리를 확보하기 어렵다.

상기 응집물 원심분리부(130)의 싸이클론 분리조(130)는 선회류에 의한 원심 침강을 이용해 응집물과 처리수를 분리하여 각각 응집물 저장조와 응집물 처리수 저장조로 분리 이송한다.

상기 응집물 저장조(137)는 내부에 격벽(139)을 포함하고, 상기 응집물 원심분리부(130)로부터 상기 응집물 저장조(137)로 유입되어 격벽(139) 위로 넘어가는 지하수를 상기 응집 반응부(120)의 하부로 공급하는 고압순환펌프(132)를 포함하는 것으로서, 상기 고압순환펌프(132)로 응집물 저장조(137)내 설치된 격벽 수위를 넘어온 지하수를 유량 5L/min 및 토출압력 3kg/cm²으로 응집 반응부(120) 하단부로 재순환 시키며 응집물 원심분리부(130)로 이송되는 지하수의 유체속도를 강력하게 높여 싸이클론 분리조에서의 선회류에 의한 응집물의 원심 침강을 효율을 극대화 시킨다.

원심해제배관(138)은 싸이클론 분리조 상부의 지하수를 통과시키면서 유체의 선회류를 억제하여 유속이 저감된 상태로 응집물 처리수 저장조(140)로 이송시키며, 상기 원심해제배관(138) 상층부에 내장 설치된 투과압력 3kg/cm²인 삼투압 필터를 통해 응집물의 유입을 저해한다.

상기 응집 원심분리부(130) 내부는 1개의 도원추형 싸이클론 분리조(135)와 싸이클론 분리조 상부에 연결된 삼투압 필터를 포함하는 원심해제배관(138)이 구비되고, 상기 싸이클론 분리조(135)의 꼭지점이 상기 응집물 저장조(137)와 연결되어 이루어진다.

상기 고압순환펌프(132)의 토출압력은 3kg/cm² 으로 고정이며, 토출압력이 3kg/cm² 미만일 경우, 시스템내 순환 압력보다 낮아 순환펌프에 의한 유체 순환이 이루어지지 아니하며, 토출압력이 3kg/cm² 초과일 경우, 원수 공급 펌프의 공급압력보다 높아 시스템내부로 원수 유입이 원활하지 못하게 된다.

상기 싸이클론 분리조(135)는 경사각이 상기 응집물 원심분리부(130) 벽면의 수직을 기준점으로 하여 45°내지 85°이내인 도원추형으로 상기 응집물 원심분리부(130)의 내부에 설치하고, 45°미만일 경우, 유체내 입자들의 원심력이 강해져 유체의 선회류를 벗어나 싸이클론 상부부터 싸이클론 외벽 충돌에 의한 구심력을 나타내어 유입되는 유체와의 충돌로 비산하게 되며, 85°초과일 경우, 유체내 입자들의 원심력보다 구심력의 작용이 약해져 입자들의 침강이 저감되어 충분한 분리 효율을 나타내지 못한다.

상기 싸이클론 분리조(135)는 유체를 사이클론의 상단부 입구에서 접선으로 유입시켜 선회류(vortex)를 형성시키면 유체 내 입자의 가속도가 증가하게 되며, 이에 따라 입자는 관성력이 커져 회전방향보다는 유선의 법선 방향으로 움직이려는 경향이 강해지는 원심력이 발생하게 된다. 한편,“원심력”을 얻은 유체 내 입자들은 유체의 선회류를 벗어나게 되고 싸이클론 경사각에 따라 좁아지는 내벽에 충돌하여 원심력을 상실하며 “구심력”을 얻어 중앙으로 모이게 되며 침강하게 된다.

상기 연속식 지하수 응집처리 장치를 이용하여, 응결 반응부(110)에 원수공급펌프(112)를 통해 원수(101)를, 천연응결제 공급펌프(114)로 공급되는 천연응결제(102)와 함께 상기 응결 반응부(110)의 하부에 공급하는 단계,

상기 유입되는 유체를 상기 응결 반응부(110) 벽면에 부착된 고각원심나선(116)으로 선회류시켜 형성된 고속원심 유체흐름에 의한 미세플럭 결정(105)을 형성하는 단계,

상기 미세플럭 결정(105)을 포함하는 지하수를, 천연응집제 공급펌프(121)로 공급되는 천연응집제(103)와 함께, 상기 응결 반응부(110) 하부에서 응집 반응부(120) 상부로 공급하는 단계,

상기 단계로부터 공급되는 지하수를 상기 응집 반응부(120) 벽면에 부착된 저각원심나선(124)으로 속도를 저감시켜 상기 미세플럭의 조대화에 의한 조대화 플럭(106)을 형성하는 단계,

상기 조대화 플럭(106)을 포함하는 지하수를 상기 응집 반응부(120) 하부에서 응집물 원심분리부(130) 상부로 공급하는 단계, 및

상기 공급된 지하수는 싸이클론 분리조(135)의 원심침강으로 조대화 플럭(106)을 포함하는 응집물과 상기 응집물이 제거된 처리수로 분리하는 단계로 원수(101)로서, 지하수를 정화하는 방법을 이용하게 된다.

상기 싸이클론 분리조(135)에 의해 분리된 상기 응집물을 포함하는 지하수는 응집물 배출구(136)를 통해 응집물 저장조(137)로 배출되고, 상기 응집물 저장조(137) 내부에 설치된 격벽(139) 위로 넘어간 지하수를 고압순환펌프(132)로 상기 응집 반응부(120)의 하부로 재순환시키게 된다.

또한, 상기 싸이클론 분리조(135)에 의해 분리된 상기 응집물이 제거된 처리수는 삼투압 필터가 설치된 원심해제배관(138)을 통과하여 응집물 처리수 저장조(140)로 배출된다.

이때, 상기 천연응결제(102)에는 식물 유래 종자 및 콩류로부터 비롯한 수용성 단백질 가수분해물과 이에 함유되는 펩티드, 아미노산류를 쓰는 것으로서, 천연 응결제에 해당하는 유기계 응결제로는 주로 폴리아민(Polyamine)류 또는 단일 아민류가 적용이 되며 천연물에서는 아민류를 포함하는 최소 구성단위인 아미노산부터 상위 구성단위인 펩티드 및 단백질류 까지 사용이 가능하다.

그리고 단백질류는 불용성, 염용성, 수용성 등으로 분류가 가능하며 산업적인 이용에서 수용성 단백질을 추출 또는 가수분해하여 사용하는 것이 용이하다.

또한, 식물성 단백질 근원원료로는 종자 및 콩류에 단백질 함량이 매우 높은 편이며 원료 수급 또한 용이하여 산업적 이용에 있어 접근이 용이하다.

산업적 원료로는 착유 부산물인 대두박, 유채 종자박, 참깨박, 들깨박 등의 콩류 또는 종실 착유 부산물을 사용할 수 있다.

폴리아민류 또는 단일 아민류를 포함하는 유기계 응결제 또는 펩티드 또는 단백질류를 포함하는 천연물 중에서 한 가지 이상을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 천연응집제(103)로는 식물류, 동물류, 해조류로부터 비롯한 수용성 검류 및 키토산 수용성 당화물로서, 일반적으로 큰 분자량으로 특정 관능기를 함께 가지고 있는 화합물 중 응집특성을 가진 것을 유기성 고분자 응집제(Polymeric flocculant)인 키토산 수용액, 알긴산 수용액, 아라비아검, 구아검, 로거스트콩검 등의 유기산에스테르 결합물 및 검류를 이용가능하다.

상기 원수공급펌프(112)는 상기 원수(101)를 유량 50L/min 및 토출압력 3kg/cm²으로 공급하며, 상기 천연응결제 공급펌프(114)는 상기 천연응결제(102)를 유량 0.5L/min 및 토출압력 5kg/cm²으로 공급하며, 상기 천연응집제 공급펌프(121)는 상기 천연응집제(103)를 유량 0.5L/min 및 토출압력 5kg/cm²로 공급하는 것을 특징으로 한다.

따라서 상기 과제 해결 수단에 따른 본 발명의 연속식 지하수 응집처리 장치 및 정화방법은 종래 수처리공정의 개별 단일 단위공정인 침전, 부상 및 탈수공정, 고액분리 공정 등을 요구치 않아 전단위 공정의 간소화를 이룰 수 있으며, 처리속도가 빨라 기계장치의 소형화가 가능하다.

또한, 종래의 아크릴아마이드계의 단량체를 이용한 유기합성 고분자 응집제를 사용하지 않아 공정 처리 수 내에 환경독성을 유발할 수 있는 독성물질의 잔류 위험을 낮출수 있으며, 유기 천연 응결제 및 응집제를 이용하여 미세 부유물을 결정화 및 조대화 시킴으로써, 지하수내 함유된 농작물 생장을 저해할 수 있는 중탄산염류 및 염분류의 흡착 제거를 수행할 수 있어 농가용 농업용수로의 사용이 적합하다.

또한, 본 공정 이후 단계인 막 분리단계의 분리막의 수명 연장에 효과적이다.

도 1은 본 발명의 장치에 대한 바람직한 실시양태로서의 개략도.

이하, 본 발명에 따른 연속식 지하수 응집처리 장치 및 정화방법은 상술한 본 발명의 기재에 따라 실시하며, 보다 구체적으로는 하기와 같다.

본 발명의 장치에서 펌프류, 필터류를 제외한 모든 구조물 또는 구성품은 SUS-304재질을 사용한다.

시스템 내부로 원수(101)를 유량 50L/min, 토출압력 3kg/cm²로 공급함과 동시에 천연응결제(102)를 유량 0.5L/min, 토출압력 5kg/cm²로 공급하여 응결 반응부(110) 내 2개의 실린더를 모두 채울 때 까지 8분간 운전을 수행하고, 원수(101) 내 함유된 불순물 및 무기염류등을 미세 플럭화 시켰다.

이때, 상기 원수(101)를 이송시키는 원수유입배관(111)은 ID 50mm, SUS-304를 이용한다.

이어서, 운전을 계속하여 시스템 내 유체를 응집 반응부(120)로 도입 시켰다.

이어서, 상기 응집 반응부(120) 내의 실린더가 모두 채워진 후, 천연응집제(103)를 유량 0.5L/min, 토출압력 5kg/cm2로 추가로 공급을 시작하여 유체내 생성된 미세플럭들을 조대화 시켰다.

이어서, 운전을 계속하여 시스템 내 유체 및 조대화 플럭들을 응집물 원심분리부(130)로 이송 시켰다.

이때, 상기 천연 응결제 및 천연 응집제 첨가 함량은 천연 응결제 공급펌프(114)및 천연 응집제 공급펌프(121) 유량에 의존하며, 원수(101)로서의 지하수 유입 유량은 원수공급펌프(112) 유량에 의존한다.

상기 지하수 유입 온도로는 본 발명 시스템에는 별도의 가열 시스템이 존재하지 아니하며, 응결제 및 응집제의 반응효율성이 상온 범위의 온도 범위에서는 큰 유의적 차이를 나타내지 하므로, 특별하게 한정하진 않는다.

상기 응집물 원심분리부(130) 도입부의 싸이클론 분리조(135)에서 분리된 응집물들은 원수(101)와 함께 하부의 응집물 저장조(137)로 이송되었으며, 이후 응집물 저장조내 격벽(139)을 넘어온 원수(101)는 고압순환펌프(132)를 작동시켜 유량 0.5L/min, 토출압력 3kg/cm²로 응집 반응부(120)로 재순환 시켰다.

이때, 고압 펌프를 사용하여 일정 유량 및 유속을 유지하는 시스템내에서 고각 또는 저각 나선은 유체 흐름의 저항성을 부여하여 유체 내 난류 및 선회류를 발생시키는 요인이 되며, 유체 유량 및 유속에는 영향을 미치지 않게 된다.

이어서, 시스템 내 압력이 3kg/cm²까지 상승하면 원심해제배관(138)내의 삼투압 필터를 통해 응집물이 걸러진 유체를 응집물 처리수 저장조로 이송시킨다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되진 않는다.

101:원수
102: 천연응결제
103: 천연응집제
104: 응집물 처리수
105: 미세 플럭결정
106: 조대화 플럭
110: 응결 반응부
111: 원수 유입배관
112: 원수공급펌프
113: 천연응결제 주입구
114: 천연응결제 공급펌프
115: 천연응결제 유입배관
116: 고각원심나선
120: 응집 반응부
121: 천연응집제 공급펌프
122: 천연응집제 주입구
123: 응집반응부 유입배관
124: 저각원심나선
130: 응집물 원심분리부
131: 저장조 유체 배출구
132: 고압순환펌프
133: 저장조 유체 재주입구
134: 응집물 원심분리부 유입배관
135: 싸이클론 분리조
136: 응집물 배출구
138: 원심해제배관
139: 격벽
140: 응집물 처리수 저장조
141: 응집물 처리수 배출구

Claims

지하수를 원수(101)로 이용하는 연속식 지하수 응집처리 장치에 관한 것으로서, 상기 원수(101)를 공급하는 원수공급펌프(112) 및 천연응결제(102)를 천연응결제 유입배관(115)을 통해 공급하는 천연응결제 공급펌프(114)를 고각원심나선(116)을 포함하는 응결 반응부(110)의 하부에 연결하고, 천연응집제(103)를 공급하는 천연응집제 공급펌프(121) 및 저각원심나선(124)을 포함하는 응집 반응부(120)의 상부에 상기 응결 반응부(110)의 하부를 응집 반응부 유입배관(123)으로 연결하고, 상기 응집 반응부(120)의 하부를 싸이클론 분리조(135), 응집물 저장조(137), 고압순환펌프(132) 및 원심해제배관(138)을 포함하는 응집물 원심분리부(130)의 상부에 응집물 원심분리부 유입배관(134)으로 연결하는 것을 포함하는 연속식 지하수 응집처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 응결 반응부(110)는 상기 원수공급펌프(112) 및 천연응결제 공급펌프(114)와 하부에서 연결하는 1개의 원통형 실린더 및 상기 원통형 실린더와 상부에서 연결되어 상기 원수(101) 및 천연응결제(102)를 포함하는 지하수를 하부로 배출하는 또 다른 1개의 원통형 실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속식 지하수 응집처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 고각원심나선(116)은 상기 응결 반응부(110)의 벽면에 상기 벽면의 수직을 기준점으로 하여 각도를 45°내지 60°이내로 부착하는 것을 특징으로 하는 연속식 지하수 응집처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 저각원심나선(124)은 상기 응집 반응부(120)의 벽면에 상기 벽면의 수직을 기준점으로 하여 각도를 10°내지 15°이내로 부착하는 것을 특징으로 하는 연속식 지하수 응집처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 응집물 저장조(137)는 내부에 격벽(139)을 포함하고, 상기 응집물 원심분리부(130)로부터 상기 응집물 저장조(137)로 유입되어 격벽(139) 위로 넘어가는 지하수를 상기 응집 반응부(120)의 하부로 공급하는 고압순환펌프(132)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속식 지하수 응집처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 싸이클론 분리조(135)는 경사각이 상기 응집물 원심분리부(130) 벽면의 수직을 기준점으로 하여 45°내지 85°이내인 도원추형으로 상기 응집물 원심분리부(130)의 내부에 설치하고, 상기 싸이클론 분리조(135)의 꼭지점이 상기 응집물 저장조(137)와 연결되는 것을 특징으로 하는 연속식 지하수 응집처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 원심해제배관(138)의 상부에는 상기 싸이클론 분리조(135) 상부의 지하수에 포함되어 있는 응집물을 여과하는 투과압력이 3kg/cm²의 삼투압 필터가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 연속식 지하수 응집처리 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 연속식 지하수 응집처리 장치를 이용하여,
응결 반응부(110)에 원수공급펌프(112)를 통해 원수(101)를, 천연응결제 공급펌프(114)로 공급되는 천연응결제(102)와 함께 상기 응결 반응부(110)의 하부에 공급하는 단계,
상기 유입되는 유체를 상기 응결 반응부(110) 벽면에 부착된 고각원심나선(116)으로 선회류시켜 형성된 고속원심 유체흐름에 의한 미세플럭 결정(105)을 형성하는 단계,
상기 미세플럭 결정(105)을 포함하는 지하수를, 천연응집제 공급펌프(121)로 공급되는 천연응집제(103)와 함께, 상기 응결 반응부(110) 하부에서 응집 반응부(120) 상부로 공급하는 단계,
상기 단계로부터 공급되는 지하수를 상기 응집 반응부(120) 벽면에 부착된 저각원심나선(124)으로 속도를 저감시켜 상기 미세플럭의 조대화에 의한 조대화 플럭(106)을 형성하는 단계,
상기 조대화 플럭(106)을 포함하는 지하수를 상기 응집 반응부(120) 하부에서 응집물 원심분리부(130) 상부로 공급하는 단계, 및
상기 공급된 지하수는 싸이클론 분리조(135)의 원심침강으로 조대화 플럭(106)을 포함하는 응집물과 상기 응집물이 제거된 처리수로 분리하는 단계를 포함하는 정화방법.
제8항에 있어서, 상기 천연응결제(102)에는 폴리아민류 또는 단일 아민류를 포함하는 유기계 응결제 또는 펩티드 또는 단백질류를 포함하는 천연물 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 정화방법.
제8항에 있어서, 상기 천연응집제(103)에는 키토산 수용액, 알긴산 수용액, 아라비아검, 구아검, 로거스트콩검 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 유기산에스테르 결합물 또는 검류 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 유기성 고분자 응집제를 포함하는 것을 특징으로 하는 정화방법.
제8항에 있어서, 상기 원수공급펌프(112)는 상기 원수(101)를 유량 50L/min 및 토출압력 3kg/cm²으로 공급하는 것을 특징으로 하는 정화방법.
제8항에 있어서, 상기 천연응결제 공급펌프(114)는 상기 천연응결제(102)를 유량 0.5L/min 및 토출압력 5kg/cm²으로 공급하는 것을 특징으로 하는 정화방법.
제8항에 있어서, 상기 천연응집제 공급펌프(121)는 상기 천연응집제(103)를 유량 0.5L/min 및 토출압력 5kg/cm²로 공급하는 것을 특징으로 하는 정화방법.
제8항에 있어서, 상기 싸이클론 분리조(135)에 의해 분리된 상기 응집물을 포함하는 지하수는 응집물 배출구(136)를 통해 응집물 저장조(137)로 배출되고, 상기 응집물 저장조(137) 내부에 설치된 격벽(139) 위로 넘어간 지하수를 고압순환펌프(132)로 상기 응집 반응부(120)의 하부로 재순환되는 것을 특징으로 하는 정화방법.
제8항에 있어서, 상기 싸이클론 분리조(135)에 의해 분리된 상기 응집물이 제거된 처리수는 삼투압 필터가 설치된 원심해제배관(138)을 통과하여 응집물 처리수 저장조(140)로 배출되는 것을 특징으로 하는 정화방법.