KR20200125179A - 흡착제가 구비된 배관을 포함하는 지하대수층 함양장치 - Google Patents

흡착제가 구비된 배관을 포함하는 지하대수층 함양장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지하대수층에 원수를 공급하는 주입배관 또는 지하대수층의 처리수를 회수하는 회수배관 내에 동화유기탄소(AOC, assimilable organic carbon)를 흡착하는 흡착제를 구비시키고, 주입배관 또는 회수배관 내의 흡착제를 통해 원수의 동화유기탄소(AOC)를 일정 부분 제거함으로써 지하대수층 함양과정에 의한 원수 정화시간을 단축시킬 수 있는 흡착제가 구비된 배관을 포함하는 지하대수층 함양장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 흡착제가 구비된 배관을 포함하는 지하대수층 함양장치는 원수를 저장하는 원수조; 원수조로부터 원수를 공급받아 저장하며, 지중반응을 통해 수중의 동화유기탄소(AOC)를 분해하는 지하대수층; 지하대수층에 의해 생산된 처리수를 저장하는 생산수조; 원수조와 지하대수층 사이에 구비되어 원수조의 원수를 지하대수층에 공급하는 주입배관; 지하대수층과 생산수조 사이에 구비되어 지하대수층의 처리수를 생산수조로 공급하는 회수배관; 및 상기 주입배관과 회수배관 중 어느 하나 또는 이들 모두의 내부에 구비되어 원수 또는 처리수에 포함되어 있는 동화유기탄소(AOC)를 제거하는 흡착제;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

흡착제가 구비된 배관을 포함하는 지하대수층 함양장치{Aquifer storage and recovery system including absorbent in injection or recovery pipe}
본 발명은 흡착제가 구비된 배관을 포함하는 지하대수층 함양장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지하대수층에 원수를 공급하는 주입배관 또는 지하대수층의 처리수를 회수하는 회수배관 내에 동화유기탄소(AOC, assimilable organic carbon)를 흡착하는 흡착제를 구비시키고, 주입배관 또는 회수배관 내의 흡착제를 통해 원수의 동화유기탄소(AOC)를 일정 부분 제거함으로써 지하대수층 함양과정에 의한 원수 정화시간을 단축시킬 수 있는 흡착제가 구비된 배관을 포함하는 지하대수층 함양장치에 관한 것이다.
지하대수층 함양기술(Aquifer storage and recovery)은 우수, 지표수 또는 하수처리수 등을 지중 대수층에 주입하고, 필요시 회수하여 사용하는 기술로서, 갈수기를 대비한 수량 확보 기술로 활용될 수 있으며, 긴 저장 기간 동안 오염물질이 제거되는 수질 확보 기술로서 활용될 수 있다.
지하대수층 함양기술은 유럽과 미국, 싱가포르 등에서 활용되어 왔으며, 그 목적에 따라 크게 두 가지 적용처로 구분될 수 있다. 우선 유럽 지역의 경우, 정수처리 공정의 전처리 공정으로서 활용된다. 특히, 네덜란드에서는 지하대수층에서 주입된 원수가 오랜 시간 보관되면서 미생물이 쉽게 활용할 수 있는 동화유기탄소 (Assimilable organic carbon, AOC)가 저감된다고 알려져 있다. 그럴 경우, 일반적으로 소독 공정을 포함하는 정수처리 공정 이후에 각 공급처로 옮겨가는 과정에서 배관에서 미생물이 다시 성장하는 현상이 발생하지 않게 되어, 염소와 같은 화학적 소독이 불필요한 것으로 알려져 있다. 정수처리 과정에서 소독 공정을 배제할 수 있으면, 많은 비용 절감이 가능할 뿐만 아니라 소독 과정에서 발생하는 소독부산물(Disinfection by-products, DBPs)의 발생을 사전에 차단하여 안전한 수돗물을 공급할 수 있다는 장점이 있다. 미국이나 싱가포르의 경우, 하수재이용의 목적으로 고도처리한 하수 재이용수를 지하 대수층에 일정 기간 보관하여 폴리싱(polishing) 과정을 거쳐 용수로서 각 수요처에 공급한다.
이와 같이, 지하대수층 함양기술은 각종 주입 원수를 지하 대수층에 보관함으로써, 지상 공간의 활용도를 높일 수 있고, 증발에 의한 수자원의 손실을 줄일 수 있는 장점이 있다. 또한, 최근 장기적으로 보관되는 경우, 미량오염물질의 제거도 가능한 것으로 알려졌다. 하지만, 용수 주입 전에 고비용인 전처리 공정을 거쳐 동화유기탄소를 적정 수준으로 유지하는 기술이 적용되고 있다. 이와 함께, 지하대수층 함양기술은 동화유기탄소 제거에 효과적이나 수개월 이상 장기간 보관이 요구된다는 점을 고려해야 한다.
한국등록특허공보 제1334266호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 지하대수층에 원수를 공급하는 주입배관 또는 지하대수층의 처리수를 회수하는 회수배관 내에 동화유기탄소(AOC, assimilable organic carbon)를 흡착하는 흡착제를 구비시키고, 주입배관 또는 회수배관 내의 흡착제를 통해 원수의 동화유기탄소(AOC)를 일정 부분 제거함으로써 지하대수층 함양과정에 의한 원수 정화시간을 단축시킬 수 있는 흡착제가 구비된 배관을 포함하는 지하대수층 함양장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 배관 내의 산소조건에 따라 흡착제만을 적용하거나 흡착제와 동화유기탄소 분해미생물의 혼합물을 적용함으로써 동화유기탄소(AOC) 저감 기작을 최적화할 수 있는 흡착제가 구비된 배관을 포함하는 지하대수층 함양장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 흡착제가 구비된 배관을 포함하는 지하대수층 함양장치는 원수를 저장하는 원수조; 원수조로부터 원수를 공급받아 저장하며, 지중반응을 통해 수중의 동화유기탄소(AOC)를 분해하는 지하대수층; 지하대수층에 의해 생산된 처리수를 저장하는 생산수조; 원수조와 지하대수층 사이에 구비되어 원수조의 원수를 지하대수층에 공급하는 주입배관; 지하대수층과 생산수조 사이에 구비되어 지하대수층의 처리수를 생산수조로 공급하는 회수배관; 및 상기 주입배관과 회수배관 중 어느 하나 또는 이들 모두의 내부에 구비되어 원수 또는 처리수에 포함되어 있는 동화유기탄소(AOC)를 제거하는 흡착제;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
배관은 상기 주입배관과 회수배관 중 어느 하나 또는 이들 모두이며, 상기 배관의 상부와 하부에 있어서, 배관 상부는 상대적으로 고온임과 함께 호기조건이고, 배관 하부는 상대적으로 저온임과 함께 무산소 또는 혐기조건이며, 상기 배관 상부와 배관 하부 중 어느 한 곳 또는 두 곳 모두에 흡착제가 구비될 수 있다.
상기 배관 상부에는 흡착제와 동화유기탄소(AOC) 분해능이 있는 동화유기탄소 분해미생물이 혼합되어 구비되고, 상기 배관 하부에는 흡착제만이 구비될 수 있다.
상기 배관 상부의 흡착제는 동화유기탄소(AOC)를 흡착하고, 상기 배관 상부의 동화유기탄소 분해미생물은 동화유기탄소(AOC)를 분해하며, 상기 배관 하부의 흡착제는 동화유기탄소(AOC)를 흡착한다.
상기 흡착제는 담지체 내에 담지되며, 상기 담지체는 유연한 재질의 원통 형상으로 이루어져 배관 내벽에 선택적으로 착탈 가능하다. 또한, 상기 담지체는 배관 내에 복수개 배치될 수 있으며, 각각의 담지체는 서로 연결될 수 있다.
상기 동화유기탄소(AOC)를 제거하는 흡착제는 입상활성탄, 분말활성탄, 제올라이트, 안트라사이트(anthracite) 중 어느 하나 또는 이들의 조합이다.
상기 동화유기탄소 분해미생물은 수중의 동화유기탄소(AOC)를 분해하는 미생물이며, 상기 동화유기탄소 분해미생물은 Pseudomonas jinjuensis일 수 있다.
원수의 주입 및 생산수의 회수가 모두 진행되는 메인배관;을 더 포함하여 이루어지며, 메인배관의 일 지점에서 주입배관과 회수배관이 분기되며, 주입배관을 통해 원수가 메인배관에 주입되며, 생산수는 메인배관으로부터 회수배관으로 이동되며, 상기 주입배관, 회수배관 및 메인배관 중 어느 하나 또는 이들 모두의 내부에 구비되어 원수 또는 처리수에 포함되어 있는 동화유기탄소(AOC)를 제거하는 흡착제가 구비된다.
메인배관의 하부에 흡착제가 담지된 담지체가 구비되고, 주입배관과 회수배관 중 어느 하나 또는 이들의 모두에 흡착제가 담지된 담지체 또는 흡착제와 동화유기탄소 분해미생물이 담지된 담지체가 장착될 수 있다.
본 발명에 따른 흡착제가 구비된 배관을 포함하는 지하대수층 함양장치는 다음과 같은 효과가 있다.
원수 또는 처리수가 이동되는 배관 내에 흡착제 또는 흡착제와 동화유기탄소 분해미생물의 혼합물을 구비시킴으로써 동화유기탄소(AOC)를 추가적으로 저감시킬 수 있다. 이에 따라, 동화유기탄소(AOC) 제거를 위한 지하대수층 함양과정에 소요되는 기간을 단축시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡착제가 구비된 배관을 포함하는 지하대수층 함양장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 흡착제가 구비된 배관을 포함하는 지하대수층 함양장치의 구성도이다.
도 3은 배관 내에 장착된 담지체의 다양한 실시예를 나타낸 참고도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 담지체의 사시도이다.
도 5는 카트리지 형태로 연결된 복수개의 담지체를 나타낸 참고도이다.
앞서, '발명의 배경이 되는 기술'에서 언급한 바와 같이, 지하대수층 함양기술은 원수를 지하대수층에 장시간 체류시켜 원수의 오염물질을 제거하는 기술이다. 원수는 주입배관을 통해 지하대수층에 주입되며, 긴 체류시간을 통해 오염물질이 제거된 지하대수층의 처리수는 회수배관을 통해 생산수로 회수된다.
본 발명은 주입배관 또는 회수배관을 활용하여 동화유기탄소(AOC)를 추가적으로 저감시키는 기술을 제시한다. 주입배관 또는 회수배관 내에 동화유기탄소(AOC)를 흡착할 수 있는 흡착제를 구비시킴으로써 동화유기탄소(AOC)를 추가적으로 저감시킬 수 있다. 주입배관 또는 회수배관 내의 흡착제를 통해 동화유기탄소(AOC)를 추가적으로 저감시킬 수 있음에 따라, 지하대수층 함양과정에 의한 원수 정화시간을 단축시킬 수 있게 된다.
한편, 지하대수층은 지하수임에 따라 지하대수층 상부에는 토양층이 존재하며, 상술한 주입배관 및 회수배관은 토양층을 관통하여 지하대수층에 연결되는 형태로 배치된다. 따라서, 주입배관 및 회수배관은 깊이에 따라 온도상태가 변화되며, 산소조건 또한 변화된다. 주입배관 및 회수배관에 있어서, 지표면 즉, 토양층의 상부에 가까울수록 온도가 높고 용존유리산소가 풍부하여 호기조건이며, 지하대수층에 가까울수록 온도는 낮아지며 용존유리산소가 희박하여 산소조건은 무산소화 또는 혐기화된다.
본 발명은 주입배관 및 회수배관의 산소조건에 따라 상술한 흡착제만을 적용하거나 흡착제와 동화유기탄소 분해미생물를 혼합하여 적용하는 기술을 제시한다. 주입배관 및 회수배관이 호기조건인 경우 즉, 토양층 상부에 가까운 지점인 경우에는 주입배관 또는 회수배관 내에 동화유기탄소 분해미생물을 흡착제와 혼합하여 적용하고, 주입배관 및 회수배관이 혐기(또는 무산소) 조건인 경우 즉, 지하대수층에 가까운 지점인 경우에는 주입배관 또는 회수배관 내에 흡착제만을 적용한다. 여기서, 토양층 상부의 물 온도는 0∼35℃이고, 지하대수층 근처의 물 온도는 약 10∼20℃이다.
흡착제와 혼합되는 상기 동화유기탄소 분해미생물은 수중의 동화유기탄소(AOC)를 분해하는 미생물을 일컫는 것으로서, 일 실시예로 Pseudomonas jinjuensis종을 특정할 수 있다. 상기 동화유기탄소 분해미생물은 동화유기탄소(AOC) 분해능이 있는 미생물을 배양하여 적용하거나, 지하대수층이 토양을 투과하여 저류되는 것임을 고려하여 지하대수층 상부의 토양으로부터 동화유기탄소(AOC)를 분해하는 토착미생물을 추출하여 적용할 수 있다.
이와 같이, 배관 내의 산소조건이 혐기조건인 경우 흡착제만을 적용하고, 배관 내의 산소조건이 호기조건인 경우 흡착제와 동화유기탄소 분해미생물을 혼합하여 적용한다. 이는 달리 말하여, 배관 내의 깊이 지점에 따라 흡착제 또는 흡착제와 동화유기탄소 분해미생물의 조합을 선택적으로 적용할 수 있음을 의미한다. 따라서, 배관 깊이 지점 또는 배관 내의 산소조건에 따라 동화유기탄소(AOC) 저감 효과를 최적화할 수 있다.
동화유기탄소(AOC)를 분해하는 동화유기탄소 분해미생물을 흡착제와 혼합하여 적용하는 경우, 동화유기탄소 분해미생물의 활성화를 위해 동화유기탄소 분해미생물이 구비되는 배관 지점의 온도 및 산소조건을 인위적으로 조절할 수도 있다. 즉, 특정 깊이 지점의 배관 내에 동화유기탄소 분해미생물이 적용된 경우, 동화유기탄소 분해미생물이 활성화되도록 해당 배관의 온도 및 산소조건을 조절할 수도 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 흡착제가 구비된 배관을 포함하는 지하대수층 함양장치를 상세히 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 흡착제가 구비된 배관을 포함하는 지하대수층 함양장치는 원수조(110), 주입배관(140), 지하대수층(120), 회수배관(150) 및 생산수조(130)를 포함하여 이루어진다.
상기 원수조(110)는 원수를 저장하며, 원수는 지표수, 우수, 오염물질이 포함된 담수, 고도처리된 하폐수 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 지하대수층(120)은 원수조(110)로부터 원수를 공급받아 저장하며, 지하대수층(120)에서는 물과 암석 간의 반응, 미생물에 의한 반응 등 지중반응이 진행되어 수중의 동화유기탄소(AOC)가 분해된다. 즉, 원수조(110)의 원수는 지하대수층(120)에 공급되어 저장됨과 함께 지중반응에 의해 원수에 포함되어 있는 동화유기탄소(AOC)가 분해된다.
상기 주입배관(140)은 원수조(110)와 지하대수층(120) 사이에 구비되어 원수조(110)의 원수를 지하대수층(120)에 공급하는 역할을 하며, 상기 회수배관(150)은 지하대수층(120)과 생산수조(130) 사이에 구비되어 지하대수층(120)의 처리수를 생산수조(130)로 공급하는 역할을 한다. 여기서, 지하대수층(120)의 처리수는 지하대수층(120)에 일정 시간 체류되어 지중반응에 의해 동화유기탄소(AOC)가 저감된 물을 의미한다. 상기 생산수조(130)는 지하대수층(120)에 의해 생산된 처리수를 저장한다.
상기의 구성을 통해, 원수조(110)의 원수를 지하대수층(120)으로 유입시키고 지하대수층(120)의 지중반응을 통해 동화유기탄소(AOC)가 저감된 처리수를 생산하는 과정은 통상의 지하대수층(120) 함양기술에 해당된다고 할 수 있다.
본 발명은 지하대수층(120)에서의 동화유기탄소(AOC) 저감 이외에 주입배관(140) 또는 회수배관(150)에서의 동화유기탄소(AOC) 저감을 추가적으로 유도한다. 주입배관(140)과 회수배관(150) 모두에서 동화유기탄소(AOC) 저감을 유도할 수도 있다.
이를 위해, 주입배관(140) 또는 회수배관(150) 내에 동화유기탄소(AOC)를 흡착하는 흡착제(161)가 구비된다. 세부적으로, 담지체(160) 내에 흡착제(161)가 담지되며, 흡착제(161)가 담지된 담지체(160)가 주입배관(140) 또는 회수배관(150) 내부에 장착된다.
상기 흡착제(161)는 일정 시간 사용 후 교체되어야 하고, 흡착제(161)에 의한 동화유기탄소(AOC) 제거효율을 최대화시켜야 하는 점을 고려하여, 상기 담지체(160)는 배관 내부와의 착탈이 용이함과 함께 배관 내벽과의 밀착성이 보장되어야 한다. 도 4를 참조하면, 상기 담지체(160)는 원통형의 형상으로 이루어짐과 함께 유연한 재질로 구성되어, 배관 내벽에 밀착됨과 함께 용이하게 착탈될 수 있다. 흡착제(161)는 유연한 재질로 이루어진 원통 형상의 담지체(160)에 담지되며, 담지체(160)가 배관 내벽에 밀착되어 구비됨에 따라 원수와 흡착제(161)의 접촉을 최대화할 수 있다. 또한, 흡착제(161)의 유실을 방지함과 함께 원수가 원활하게 통과되도록 하기 위해 담지체(160)의 하부는 일 실시예로 메쉬망 구조로 구성될 수 있다.
한편, 상기 주입배관(140) 및 회수배관(150)은 수직 방향 또는 경사 방향으로 배치된다. 구체적으로, 주입배관(140) 및 회수배관(150)은 토양층을 관통하여 지하대수층(120)에 연결되는 형태로 배치된다. 따라서, 주입배관(140) 및 회수배관(150)은 깊이에 따라 온도상태가 변화되며, 산소조건 또한 변화된다. 토양층의 상부에 가까울수록 상대적으로 온도는 높고 호기조건이며, 지하대수층(120)에 가까울수록 온도는 낮아지며 산소조건은 무산소화 또는 혐기화된다. 토양층 상부의 물 온도를 대략 20∼35℃의 온도로 유지하는 것이 필요하며, 지하대수층(120) 하부의 물 온도는 일반적으로 약 10∼20℃의 온도로 유지된다.
본 발명은 주입배관(140) 및 회수배관(150)의 깊이지점에 따른 온도, 산소조건 특성을 이용하여 담지체(160)의 구비 지점을 지정함과 함께 흡착제(161)에 동화유기탄소(AOC)를 분해하는 동화유기탄소 분해미생물을 선택적으로 혼합하는 구성을 제시한다.
구체적으로, 흡착제(161)가 담지된 담지체(160)는 배관 상부 또는 배관 하부에 구비될 수 있다. 여기서, 배관이라 함은 주입배관(140) 또는 회수배관(150) 중 어느 하나 또는 이들 모두를 지칭한다. 흡착제(161)가 담지된 담지체(160)가 배관 상부에 구비되는 경우, 흡착제(161)에 동화유기탄소(AOC)가 흡착, 제거된다. 흡착제(161)가 담지된 담지체(160)가 배관 하부에 구비되는 경우, 상대적으로 저온상태(5∼20℃)임과 함께 혐기조건(또는 무산소조건)임에 따라 미생물의 생장이 제한되어 흡착제(161)의 동화유기탄소(AOC) 제거효율을 높일 수 있다. 흡착제(161)가 담지된 담지체(160)가 배관 상부 또는 배관 하부에 구비됨을 기술하였으나, 배관 상부 및 하부 모두에 구비될 수도 있다.
동화유기탄소(AOC)를 제거하는 흡착제(161)는 입상활성탄, 분말활성탄, 제올라이트, 안트라사이트(anthracite) 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 이용할 수 있다. 상기 담지체(160) 내에 입상활성탄, 분말활성탄, 제올라이트, 안트라사이트(anthracite) 중 어느 하나 또는 이들의 조합이 담지될 수 있으며, 이러한 흡착제(161)가 담지된 담지체(160)가 배관 내에 복수개 배치될 수 있다(도 3의 (a)∼(f) 참조). 배관 내에 복수개의 담지체(160)가 구비되는 경우, 카트리지 형태로 각각의 담지체(160)를 서로 연결시킬 수 있다(도 5 참조).
한편, 상기 담지체(160) 내에 흡착제(161)에 더해 동화유기탄소 분해미생물이 추가될 수 있다. 즉, 흡착제(161)와 동화유기탄소 분해미생물의 혼합물이 담지체(160)에 담지될 수 있다. 상기 동화유기탄소 분해미생물은 수중의 동화유기탄소(AOC)에 대한 분해능이 있는 미생물로서, 일 실시예로 Pseudomonas jinjuensis종을 특정할 수 있다. 상기 동화유기탄소 분해미생물은 동화유기탄소(AOC) 분해능이 있는 미생물을 배양하여 이용하거나, 지하대수층(120)이 토양을 투과하여 저류되는 것임을 고려하여 지하대수층(120) 상부의 토양으로부터 동화유기탄소(AOC)를 분해하는 토착미생물을 추출할 수 있다.
일반적으로 동화유기탄소(AOC)를 분해하는 미생물의 활성이 호기성 조건에서 높은 점에 착안하여, 상대적으로 호기조건을 유지하는 배관 상부에 동화유기탄소분해미생물을 흡착제(161)와 함께 담지시켜 동화유기탄소(AOC)의 제거효율을 배가시킬 수 있다.
정리하면, 배관 상부가 상대적으로 고온(20∼35℃) 및 호기조건인 점을 고려하여 흡착제(161) 또는 흡착제(161)와 동화유기탄소 분해미생물의 혼합물을 담지체(160)에 구비시킬 수 있으며, 이 경우 흡착제(161)는 동화유기탄소(AOC) 및 원수 내의 미생물을 제거하는 역할을 하며, 이와 함께 동화유기탄소(AOC) 분해능을 구비한 동화유기탄소 분해미생물은 흡착제(161)와 함께 동화유기탄소(AOC)를 분해시켜 원수에 포함되어 있는 동화유기탄소(AOC)를 효과적으로 제거할 수 있다. 배관 하부의 경우, 상대적으로 저온(5∼20℃) 및 혐기조건임에 따라 원수 내의 미생물 및 동화유기탄소 분해미생물의 생장이 제한되는 점을 고려하여 흡착제(161)만이 담지된 담지체(160)가 장착되며, 흡착제(161)의 동화유기탄소(AOC) 제거특성이 온전히 발현시킬 수 있다.
한편, 상술한 실시예에서 주입배관(140)과 회수배관(150)이 독립적으로 구비됨을 기준으로 설명하였는데, 원수의 주입과 생산수의 회수가 하나의 배관을 통해 이루어지는 경우에도 본 발명의 적용이 가능하다.
원수의 주입과 생산수의 회수가 하나의 배관을 통해 이루어지는 경우, 도 2과 같이 배관을 구성할 수 있다. 도 2를 참조하면, 원수의 주입 및 생산수의 회수가 모두 진행되는 공통배관(210)이 구비되며, 공통배관(210)의 일 지점에서 주입배관(220)과 회수배관(230)이 분기되는 형태로 구성될 수 있다. 즉, 주입배관(220)을 통해 원수가 공통배관(210)에 주입되며, 생산수는 공통배관(210)으로부터 회수배관(230)으로 이동되는 방식이다. 이 경우, 주입배관(220)과 회수배관(230)이 연결되는 공통배관(210)의 일 지점에 개폐밸브가 구비된다. 개폐밸브의 동작에 따라 원수의 주입과정 또는 생산수의 회수과정이 진행된다.
이와 같이, 원수의 주입과 생산수의 회수가 하나의 배관을 통해 이루어지는 경우에 있어서, 공통배관(210)의 하부에 흡착제(161)가 담지된 담지체(160)가 구비될 수 있으며, 주입배관(220)과 회수배관(230) 중 어느 하나 또는 이들의 모두에 흡착제(161)가 담지된 담지체(160) 또는 흡착제(161)와 동화유기탄소 분해미생물이 담지된 담지체(160)가 장착될 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 흡착제가 구비된 배관을 포함하는 지하대수층 함양장치의 구성을 설명하였다. 이하에서는, 실험예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
배관 상부를 30℃의 온도와 호기조건으로 유지하고, 배관 하부를 15℃의 온도와 무산소(혐기)조건으로 유지시킴과 함께 배관 내에 흡착제, 흡착제와 동화유기탄소 분해미생물의 혼합물을 각각 구비시킨 회분식 시스템을 통해 동화유기탄소(AOC) 제거효율을 살펴보았다. 흡착제는 분말활성탄(GAC)을 사용하였으며, 각 환경조건에서 분말활성탄만을 투입한 실험군(GAC)과 입자활성탄과 배양된 동화유기탄소 분해미생물을 혼합 주입한 실험군 (BAC) 각각에 동화유기탄소를 주입하여 반응 전후의 동화유기탄소 농도를 측정하였다.
실험 결과, 아래의 표 1에 나타낸 바와 같이, 30℃-호기 조건에서는 BAC 실험군의 동화유기탄소 제거속도가 GAC 실험군보다 매우 빠른 경향을 나타내었다. 이는 30℃-호기 조건에서 미생물 활성이 촉진되어, 동화유기탄소 분해에 기여하였기 때문인 것으로 사료된다. 반면에 15℃-무산소(혐기) 조건에서는 30℃-호기 조건에서와 달리 BAC 실험군과 GAC 실험군 간의 동화유기탄소 제거속도가 크게 차이나지 않았으며, 이는 15℃-무산소(혐기) 조건에서 상대적으로 미생물의 활성이 억제되었기 때문인 것으로 사료된다.
<배관 상부와 배관 하부를 모사한 동화유기탄소 제거실험 결과>
반응 조건 운전 모드 반응 초기 (0일)
동화유기탄소 농도
(mg/L) 		반응 종료 (2일)
동화유기탄소 농도
(mg/L)		 동화유기탄소
제거속도
(mg/L·d)
30℃, 호기 GAC1) 3.3±0.0 1.8±0.1 0.8
BAC2) 7.3±0.0 2.5±0.1 2.4
15℃, 무산소/혐기 GAC 4.0±0.0 1.0±0.2 1.5
BAC 5.4±0.0 2.2±0.0 1.6
1) GAC 만 주입한 실험군
2) GAC 와 배양한 동화유기탄소 분해미생물을 주입한 실험군
이와 같은 실험 결과는 미생물의 활성을 최대한으로 활용하고자 하는 경우, 흡착제를 배관 상부에 설치하여 BAC 와 같은 형태로 미생물과 함께 동화유기탄소를 제거하는 것이 효과적일 수 있음을 의미한다. 다만, 미생물의 생장이 과도하게 진행되면 미생물, 미생물 분해부산물 등에 의해 흡착제의 기공이 막히거나 흡착제들 사이의 폐색, 배관 막힘 현상 등이 발생할 수도 있기 때문에, BAC 동화유기탄소 제거 방식은 흡착제 또는 담지체 교체가 용이한 배관 상부에 적용할 경우 더 효과적일 수 있다. 추가적으로, 흡착제 또는 담지체 교체가 용이하지 않은 경우, 배관의 막힘 현상을 방지하면서 단시간에 동화유기탄소를 제거하기 위해서는 GAC 동화유기탄소 제거 방식이 더 효과적일 수 있으며, 이를 위해서는 미생물의 활성이 억제되는 배관 하부에 흡착제 또는 담지체를 설치하는 것이 바람직하다.
110 : 원수조 120 : 지하대수층
130 : 생산수조 140, 220 : 주입배관
150, 230 : 회수배관 160 : 담지체
161 : 흡착제

Claims (10)

  1. 원수를 저장하는 원수조;
    원수조로부터 원수를 공급받아 저장하며, 지중반응을 통해 수중의 동화유기탄소(AOC)를 분해하는 지하대수층;
    지하대수층에 의해 생산된 처리수를 저장하는 생산수조;
    원수조와 지하대수층 사이에 구비되어 원수조의 원수를 지하대수층에 공급하는 주입배관;
    지하대수층과 생산수조 사이에 구비되어 지하대수층의 처리수를 생산수조로 공급하는 회수배관; 및
    상기 주입배관과 회수배관 중 어느 하나 또는 이들 모두의 내부에 구비되어 원수 또는 처리수에 포함되어 있는 동화유기탄소(AOC)를 제거하는 흡착제;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 흡착제가 구비된 배관을 포함하는 지하대수층 함양장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 배관은 상기 주입배관과 회수배관 중 어느 하나 또는 이들 모두이며,
    상기 배관의 상부와 하부에 있어서, 배관 상부는 상대적으로 고온임과 함께 호기조건이고, 배관 하부는 상대적으로 저온임과 함께 무산소 또는 혐기조건이며,
    상기 배관 상부와 배관 하부 중 어느 한 곳 또는 두 곳 모두에 흡착제가 구비되는 것을 특징으로 하는 흡착제가 구비된 배관을 포함하는 지하대수층 함양장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 배관 상부에는 흡착제와 동화유기탄소(AOC) 분해능이 있는 동화유기탄소 분해미생물이 혼합되어 구비되고, 상기 배관 하부에는 흡착제만이 구비되는 것을 특징으로 하는 흡착제가 구비된 배관을 포함하는 지하대수층 함양장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 배관 상부의 흡착제는 동화유기탄소(AOC)를 흡착하며, 상기 배관 상부의 동화유기탄소 분해미생물은 동화유기탄소(AOC)를 분해하며,
    상기 배관 하부의 흡착제는 동화유기탄소(AOC)를 흡착하는 것을 특징으로 하는 흡착제가 구비된 배관을 포함하는 지하대수층 함양장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 흡착제는 담지체 내에 담지되며, 상기 담지체는 유연한 재질의 원통 형상으로 이루어져 배관 내벽에 선택적으로 착탈 가능한 것을 특징으로 하는 흡착제가 구비된 배관을 포함하는 지하대수층 함양장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 담지체는 배관 내에 복수개 배치될 수 있으며, 각각의 담지체는 서로 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 흡착제가 구비된 배관을 포함하는 지하대수층 함양장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 동화유기탄소(AOC)를 제거하는 흡착제는 입상활성탄, 분말활성탄, 제올라이트, 안트라사이트(anthracite) 중 어느 하나 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 흡착제가 구비된 배관을 포함하는 지하대수층 함양장치.
  8. 제 3 항에 있어서, 상기 동화유기탄소 분해미생물은 수중의 동화유기탄소(AOC)를 분해하는 미생물인 것을 특징으로 하는 흡착제가 구비된 배관을 포함하는 지하대수층 함양장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 원수의 주입 및 생산수의 회수가 모두 진행되는 메인배관;을 더 포함하여 이루어지며,
    메인배관의 일 지점에서 주입배관과 회수배관이 분기되며,
    주입배관을 통해 원수가 메인배관에 주입되며, 생산수는 메인배관으로부터 회수배관으로 이동되며,
    상기 주입배관, 회수배관 및 메인배관 중 어느 하나 또는 이들 모두의 내부에 구비되어 원수 또는 처리수에 포함되어 있는 동화유기탄소(AOC)를 제거하는 흡착제가 구비되는 것을 특징으로 하는 흡착제가 구비된 배관을 포함하는 지하대수층 함양장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 메인배관의 하부에 흡착제가 담지된 담지체가 구비되고, 주입배관과 회수배관 중 어느 하나 또는 이들의 모두에 흡착제가 담지된 담지체 또는 흡착제와 동화유기탄소 분해미생물이 담지된 담지체가 장착되는 것을 특징으로 하는 흡착제가 구비된 배관을 포함하는 지하대수층 함양장치.
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