WO2021054766A2 - 지하수 처리 시스템 - Google Patents

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WO2021054766A2
WO2021054766A2 PCT/KR2020/012626 KR2020012626W WO2021054766A2 WO 2021054766 A2 WO2021054766 A2 WO 2021054766A2 KR 2020012626 W KR2020012626 W KR 2020012626W WO 2021054766 A2 WO2021054766 A2 WO 2021054766A2
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최용삼
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큰산기술(주)
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    • C02F2103/06—Contaminated groundwater or leachate

Definitions

  • the present invention relates to a groundwater treatment system, and more particularly, by supplying iron ions to groundwater using electricity to promote a reaction in which arsenic is converted into a solid precipitate to remove arsenic from groundwater, and then to groundwater from which arsenic is removed. It is about a groundwater treatment system that can effectively remove arsenic, iron and manganese contained in groundwater by removing iron and manganese present in groundwater by supplying ozone and performing a radical oxidation reaction.
  • Groundwater refers to water that exists in the voids of sediments under the surface or in the crushed surface of rock mass. It is widely used for agriculture, living, and industrial water because it is cheaper and easier to develop than surface water. However, since groundwater contains a large amount of iron and manganese dissolved in rocks and minerals, a purification process is required in order to use groundwater as drinking water.
  • the present invention was devised to solve the above problems,
  • An object of the present invention is to provide a groundwater treatment system capable of effectively removing arsenic, iron, and manganese contained in groundwater.
  • the present invention uses electricity to supply iron ions to the groundwater to promote a reaction in which arsenic is converted into a solid precipitate to remove arsenic from the groundwater, and then supply ozone to the groundwater from which arsenic has been removed to perform a radical oxidation reaction. Its purpose is to provide a groundwater treatment system capable of improving treatment efficiency by removing iron and manganese existing in groundwater.
  • the present invention uses a nanobubble device to supply ozone to groundwater, thereby increasing the saturated solubility of ozone and increasing the residence time by ozone nanobubbles, generating hydroxy radicals, promoting the oxidation reaction, effectively promoting iron, Its purpose is to provide a groundwater treatment system capable of removing manganese.
  • the present invention provides a groundwater treatment system capable of minimizing contamination due to decomposition of organic matter in a radical oxidation reaction by converting arsenic into a solid precipitate and removing organic foreign matter together with the arsenic precipitate in a separation tank. There is this.
  • the present invention supplies groundwater from the oxidation reaction tank to the separation membrane tank only at the pressure of water without supply of power, and the groundwater treated in the separation membrane tank is supplied to the ozone treatment unit and moves to the oxidation tank, whereby iron and manganese are oxidized to form a precipitate.
  • the purpose of this is to provide a groundwater treatment system capable of reducing energy consumption while increasing treatment efficiency by repeating the process of being filtered and the process of filtering through the membrane.
  • the present invention can minimize the inflow of groundwater from the oxidation reaction tank into the connection pipe supplying the separation membrane tank in the process of downward precipitation in the oxidation reaction tank, and groundwater capable of moving the groundwater discharged from the separation membrane tank toward the membrane. Its purpose is to provide a processing system.
  • the present invention is implemented by an embodiment having the following configuration in order to achieve the above object.
  • the groundwater treatment system supplies iron ions to groundwater using electric energy to generate solid arsenic precipitates to remove arsenic contained in groundwater;
  • the electrocoagulation treatment unit including an oxidation reaction unit that forms solid iron precipitates and manganese precipitates by oxidizing iron and manganese, arsenic, iron and manganese contained in groundwater are removed. It is characterized in that it can be removed.
  • the electric coagulation processing unit supplies iron ions to groundwater using electric energy to generate a solid arsenic precipitate, and the electric coagulation And a separating tank for removing solid arsenic deposits and organic foreign matters from groundwater passing through the air, wherein the anode of the electric condenser is made of iron.
  • the separating tank has a first partition protruding from an inner lower surface and spaced apart from the inner upper surface by a predetermined distance, and a first partition protruding from the inner upper surface and spaced apart from the inner lower surface by a predetermined distance. And a second partition wall spaced apart from the first partition wall at a predetermined interval in the direction of movement of the groundwater, and the first partition wall and the second partition wall are repeatedly formed in succession in the movement direction of the groundwater, and the groundwater passing through the electric condenser is an inlet.
  • the oxidation treatment unit supplies ozone to groundwater from which arsenic has been removed through the electrocoagulation treatment unit, and groundwater passing through the ozone treatment unit. It includes an oxidation reaction tank in which iron and manganese contained in react with ozone to form solid iron precipitates and manganese precipitates, and the ozone treatment unit supplies ozone to groundwater using a nanobubble device, by ozone nanobubbles. It is characterized in that it can promote the formation of hydroxy radicals while increasing the saturated dissolution of ozone and increasing the residence time.
  • the groundwater treatment system further includes a filtering unit for filtering groundwater that has passed through the oxidation reaction treatment unit, and the filtering unit is communicated with the oxidation reaction tank and discharged from the oxidation reaction tank.
  • a separation membrane tank for receiving the groundwater, and a membrane positioned inside the separation membrane tank to filter groundwater in the separation membrane tank, and the oxidation reaction tank and the separation membrane tank are connected to each other by a connecting pipe, so that the groundwater in the oxidation reaction tank depends on the pressure of the water. It is characterized in that it moves to the separation membrane tank through the connection pipe.
  • connection pipe has one end in the oxidation reaction tank and the other end is a connection part located in the separation membrane tank, and the groundwater is bent downward from one end of the connection part. Including an incoming downward bent portion and an upward bent portion bent upward at the other end of the connection portion to discharge groundwater, it is characterized in that it is possible to minimize the inflow of the sediment into the connection pipe in the process of downward movement in the oxidation reaction tank. do.
  • the membrane is connected to a circulation pipe, one end of the circulation pipe communicates with the inner space of the membrane and the other end is connected to the ozone treatment unit, Groundwater filtered through the membrane is supplied to the ozone treatment unit again, whereby a process in which iron and manganese are oxidized to form a precipitate and a process of filtering through the membrane are repeated.
  • the groundwater treatment system according to the present invention is characterized in that it further comprises a discharge treatment unit for discharging the precipitate through a discharge line connected to the lower surface of the oxidation reaction tank.
  • the present invention can obtain the following effects by the configuration, combination, and use relationship to be described below with the present embodiment.
  • the present invention has an effect of effectively removing arsenic, iron, and manganese contained in groundwater.
  • the present invention uses electricity to supply iron ions to the groundwater to promote a reaction in which arsenic is converted into a solid precipitate to remove arsenic from the groundwater, and then supply ozone to the groundwater from which arsenic has been removed to perform a radical oxidation reaction.
  • the present invention uses a nanobubble device to supply ozone to groundwater, thereby increasing the saturated solubility of ozone and increasing the residence time by ozone nanobubbles, generating hydroxy radicals, promoting the oxidation reaction, effectively promoting iron, There is an effect that can remove manganese.
  • the present invention supplies groundwater from the oxidation reaction tank to the separation membrane tank only at the pressure of water without supply of power, and the groundwater treated in the separation membrane tank is supplied to the ozone treatment unit and moves to the oxidation tank, whereby iron and manganese are oxidized to form a precipitate.
  • the present invention can minimize the inflow of the groundwater from the oxidation tank into the connection pipe supplying the separation membrane tank while the sediment flows downward in the oxidation reaction tank, and can move the groundwater discharged from the separation membrane tank toward the membrane. There is.
  • FIG. 1 is a block diagram of a groundwater treatment system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram of a groundwater treatment system according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a reference diagram for explaining the separation tank of Figure 2;
  • Figure 4 is a reference diagram for explaining the connection relationship between the oxidation reaction tank and the filter tank of Figure 2;
  • electrocoagulation treatment unit 2 electrocoagulation treatment unit 3: filtration unit
  • ozone treatment unit 22 oxidation reactor 31: separation membrane tank
  • FIG. 1 is a block diagram of a groundwater treatment system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram of a groundwater treatment system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is for explaining the separation tank of FIG. It is a reference diagram
  • FIG. 4 is a reference diagram for explaining a connection relationship between the oxidation reaction tank and the filtering tank of FIG. 2.
  • the groundwater treatment system supplies iron ions to the groundwater using electric energy to generate solid arsenic precipitates to be included in the groundwater.
  • An electrocoagulation treatment unit (1) that removes the arsenic, and by supplying ozone to the groundwater from which arsenic has been removed through the electrocoagulation treatment unit (1) to oxidize iron and manganese to form a solid iron precipitate and a solid manganese precipitate. It includes an oxidation reaction treatment unit (2) and a filter unit (3) for filtering the groundwater that has passed through the oxidation reaction treatment unit (2).
  • the electrocoagulation treatment unit 1 is configured to remove arsenic contained in the groundwater by supplying iron ions to groundwater using electric energy to generate a solid arsenic precipitate. ), etc.
  • the electric concentrator 11 is configured to supply iron ions to groundwater using electric energy to generate a solid arsenic precipitate, and the electric concentrator 11 includes electrodes of an anode and a cathode when supplying electricity.
  • a conventional electro-aggregator in which metal ions are eluted from the anode may be used, but the anode is characterized by being made of iron.
  • Arsenic is contained in groundwater in some areas (e.g., wastewater). Arsenic is a toxic substance and must be removed in order to use groundwater as drinking water. Arsenic in the groundwater is +5 HAs(V)O 4 2- form.
  • the separating tank 12 is configured to remove foreign substances such as solid arsenic deposits and organic matter from the groundwater that has passed through the electric condenser 11, and a first partition wall ( 121, and a second partition wall 122 protruding from the inner upper surface and spaced apart from the inner surface by a predetermined distance and spaced apart from the first partition wall 121 at a predetermined distance in the direction of movement of groundwater, and the first partition wall 121 ) And the second partition wall 122 are repeatedly formed in succession in the movement direction of the groundwater.
  • the groundwater that has passed through the electric condenser 11 flows into the separation tank 12 through the inlet 123, the water level rises, and passes through the space S1 between the first partition wall 121 and the upper surface, and then goes downward.
  • the oxidation treatment unit 2 is configured to form a solid iron precipitate and a solid manganese precipitate by supplying ozone to groundwater from which arsenic has been removed through the electrocoagulation treatment unit 1 to oxidize iron and manganese. (21), an oxidation reaction tank (22), and the like.
  • the ozone treatment unit 21 is configured to supply ozone to groundwater from which arsenic has been removed through the electrocoagulation treatment unit 1, and the ozone treatment unit 21 may use a conventional ozone treatment unit that supplies ozone to water. , Preferably, by supplying ozone to groundwater using a nanobubble device, it is preferable to promote the generation of hydroxy radicals while increasing the saturated dissolution of ozone and increasing the residence time by ozone nanobubbles.
  • the oxidation reaction tank 22 is configured such that iron and manganese contained in the groundwater passing through the ozone treatment unit 21 react with ozone to form a solid iron precipitate and a solid manganese precipitate, and the ozone treatment unit 21
  • Groundwater mixed with ozone flows through and the iron and manganese contained in the groundwater react with ozone as shown in Reaction Formulas 2 and 3 below to react with ozone to form a solid iron precipitate (Fe(OH) 3 (s)), solid manganese.
  • a precipitate (MnO 2 (s)) is formed.
  • Reaction Formula 4 hydroxyl radicals are generated to further promote the oxidation reaction of iron and manganese.
  • the iron precipitate and manganese precipitate stacked on the bottom of the oxidation reaction tank 22 through the discharge line 41 are transferred to the oxidation reaction tank 22. ) Can be removed.
  • the filtering unit 3 is configured to filter the groundwater that has passed through the oxidation treatment unit 2, and includes a separation membrane tank 31, a membrane 32, and the like.
  • the membrane tank 31 communicates with the oxidation reactor 22 to receive groundwater discharged from the oxidation reactor 22, and the membrane 32 is located inside the membrane tank 31.
  • the oxidation reaction tank 22 and the separation membrane tank 31 are connected to each other by a connection pipe 311, and the groundwater of the oxidation reaction tank 22 moves to the separation membrane tank 31 through the connection pipe 311 by the pressure of water. It is done.
  • the connection pipe 311 has one end in the oxidation reaction tank 22 and the other end is a connection part 311a located in the separation membrane tank 31, and the connection pipe 311 is bent downward from one end of the connection part 311a so that the groundwater flows downward.
  • a connection pipe in the course of the precipitation in the oxidation reaction tank 22 including a bent part 311b and an upward bent part 311c that is bent upward from the other end of the connection part 311a to discharge groundwater. Inflow into the membrane 311 can be minimized, and the groundwater discharged from the separation membrane tank 31 moves toward the membrane 32. Since the lower surface of the separation membrane tank 31 is in communication with the discharge line 41 to be described below, the sediment deposited on the bottom of the separation membrane tank 31 through the discharge line 41 can be removed from the separation membrane tank 31. You will be able to.
  • the membrane 32 is located inside the separation membrane tank 31 on the upper side of the upward bent portion 311c to filter the groundwater in the separation membrane tank 31, and has an empty space inside the membrane.
  • the groundwater is filtered as it moves from the inside to the inside.
  • the membrane 32 is connected to the circulation pipe 321, one end of the circulation pipe 321 communicates with the inner space of the membrane 32 and the other end is connected to the ozone treatment unit 21, and the membrane (
  • the groundwater filtered through (32) is supplied to the ozone treatment unit 21 again, so that the process of forming a precipitate by oxidation of iron and manganese and the process of filtering through the membrane are repeated to increase the treatment efficiency, while the oxidation reaction tank Since there is no power supply to the separation membrane tank, it is possible to reduce energy consumption by supplying groundwater only with the pressure of water.
  • the groundwater is discharged to the storage tank 200 for storing the treated water and
  • the discharge treatment unit 4 is configured to remove sediment generated in the process of treating groundwater, and discharges the sediment through a discharge line 41 connected to a lower surface of a separation tank, an oxidation reaction tank, and a separation membrane tank.
  • the groundwater treatment system does not first perform a radical oxidation reaction process, but promotes the process of converting arsenic into a solid precipitate by supplying iron ions to the groundwater through an electrocoagulation process to remove arsenic from the groundwater.
  • By supplying ozone to the removed groundwater and performing a radical oxidation reaction iron and manganese present in the groundwater are removed, and arsenic, iron, and manganese can be effectively removed from the groundwater.
  • ozone is supplied to organic substances, organic substances are decomposed to generate pollutants that are difficult to remove. By removing organic foreign substances together with arsenic precipitates before radical oxidation reaction, new pollution can be minimized and economical efficiency can be achieved.

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Abstract

본 발명은 지하수 처리 시스템에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 전기를 이용하여 지하수에 철 이온을 공급하여 비소가 고체상의 침전물로 변환되는 반응을 촉진시켜 지하수에서 비소를 제거한 후, 비소가 제거된 지하수에 오존을 공급하여 라디칼 산화 반응을 시킴으로써 지하수에 존재하는 철, 망간을 제거하여, 지하수에 포함된 비소, 철, 망간을 효과적으로 제거할 수 있는 지하수 처리시스템에 대한 것이다.

Description

지하수 처리 시스템
본 발명은 지하수 처리 시스템에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 전기를 이용하여 지하수에 철 이온을 공급하여 비소가 고체상의 침전물로 변환되는 반응을 촉진시켜 지하수에서 비소를 제거한 후, 비소가 제거된 지하수에 오존을 공급하여 라디칼 산화 반응을 시킴으로써 지하수에 존재하는 철, 망간을 제거하여, 지하수에 포함된 비소, 철, 망간을 효과적으로 제거할 수 있는 지하수 처리시스템에 대한 것이다.
지하수는 지표면 하부 퇴적물의 공극이나 암반의 파쇄면 내 부존하는 물을 의미하는데, 지표수에 비하여 개발 비용이 싸고 용이하여 농업, 생활 및 공업 용수로 널리 활용되고 있다. 하지만, 지하수에는 암석, 광물 등에서 용해된 철, 망간 등이 다량 포함되어 있어, 지하수를 먹는 물로 이용하기 위해서는 정화 과정이 필요하다.
물을 정화하는 방법은 하기의 특허문헌 등에 기재된 바와 같이, 멤브레인을 이용한 필터링, 라디칼 산화, 전기 분해, 화학 약품 처리, 열처리 등의 다양한 방법이 존재한다.
<특허문헌>
등록특허공보 제10-1818651호(2018. 01. 09. 등록) "다양한 배치가 가능한 멤브레인 모듈 하우징"
하지만, 종래의 물처리 방법 중 일부는 지하수를 먹는 물로 제조하기에 적합하지 않으며, 특히 비소, 철, 망간, 유기물 등이 들어 있는 지하수를 효과적으로 처리할 수 없는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
본 발명은 지하수에 포함된 비소, 철, 망간을 효과적으로 제거할 수 있는 지하수 처리시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 전기를 이용하여 지하수에 철 이온을 공급하여 비소가 고체상의 침전물로 변환되는 반응을 촉진시켜 지하수에서 비소를 제거한 후, 비소가 제거된 지하수에 오존을 공급하여 라디칼 산화 반응을 시킴으로써 지하수에 존재하는 철, 망간을 제거하여, 처리 효율을 향상시킬 수 있는 지하수 처리시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 나노 버블 장치를 이용하여 지하수에 오존을 공급함으로써, 오존 나노 버블에 의해 오존의 포화 용존도를 높이고 체류 시간을 증가시키면서 하이드록시 라디칼을 생성하여, 산화 반응을 촉진하여 효과적으로 철, 망간을 제거할 수 있는 지하수 처리시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 비소를 고체상의 침전물로 변환시킨 후 분리조에서 비소 침전물과 함께 유기 이물질을 제거함으로써, 라디칼 산화 반응에서 유기물이 분해되어 오염되는 것을 최소화할 수 있는 지하수 처리시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 동력의 공급없이 물의 압력으로만 산화반응조에서 분리막조로 지하수를 공급하고, 분리막조에서 처리된 지하수는 오존처리부에 공급되어 산화반응조로 이동하여, 철, 망간이 산화되어 침전물이 형성되는 과정과 멤브레인을 통해 여과되는 과정이 반복되도록 함으로써, 처리 효율을 높이면서도 에너지 사용량을 줄일 수 있는 지하수 처리시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 산화반응조에서 침전물이 하향하는 과정에서 산화반응조의 지하수를 분리막조에 공급하는 연결관에 유입되는 것을 최소화할 수 있고, 상기 분리막조에서 배출된 지하수를 멤브레인을 향해 이동시킬 수 있는 지하수 처리시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 지하수 처리시스템은 전기에너지를 이용하여 지하수에 철 이온을 공급하여, 고체상의 비소 침전물을 생성시켜 지하수에 포함된 비소를 제거하는 전기응집처리부와, 상기 전기응집처리부를 통해 비소가 제거된 지하수에 오존을 공급하여 철과 망간을 산화 반응시킴으로써 고체상의 철 침전물 및 망간 침전물을 형성하는 산화반응처리부를 포함하여, 지하수에 포함된 비소, 철 및 망간을 제거할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 지하수 처리시스템에 있어서 상기 전기응집처리부는 전기에너지를 이용하여 지하수에 철 이온을 공급하여 고체상의 비소 침전물이 생성되도록 하는 전기응집기와, 상기 전기응집기를 통과한 지하수에서 고체상의 비소 침전물 및 유기 이물질을 제거하는 분리조를 포함하며, 상기 전기응집기의 양극은 철로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 지하수 처리시스템에 있어서 상기 분리조는 내부 하면에서 돌출되어 내부 상면과 일정 간격 이격되는 제1격벽과, 내부 상면에서 돌출되어 내부 하면과 일정 간격 이격되며 상기 제1격벽과 지하수 이동 방향으로 일정 간격 이격되어 위치하는 제2격벽을 포함하며, 상기 제1격벽과 제2격벽은 지하수 이동 방향으로 연이어 반복 형성되고, 상기 전기응집기를 통과한 지하수는 유입구를 통해 분리조에 유입되어 수위가 높아져 제1격벽과 상면 사이의 공간을 통과한 후, 하측으로 떨어져 제2격벽과 하면 사이의 공간을 통과하고, 다시 상측으로 이동하여 타 제1격벽과 상면 사이의 공간을 통과하는 과정을 반복한 후 배출구를 통해 배출되므로, 지하수에 포함된 비소 침전물과 유기 이물질은 분리조를 이동하는 과정에서 하측으로 침전하게 되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 지하수 처리시스템에 있어서 상기 산화처리부는 상기 전기응집처리부를 통해 비소가 제거된 지하수에 오존을 공급하는 오존처리부와, 상기 오존처리부를 통과한 지하수에 포함된 철과 망간이 오존과 반응하여 고체상의 철 침전물과 망간 침전물이 형성도록 하는 산화반응조를 포함하며, 상기 오존처리부는 나노 버블 장치를 이용하여 지하수에 오존을 공급함으로써, 오존 나노 버블에 의해 오존의 포화 용존도를 높이고 체류 시간을 증가시키면서 하이드록시 라디칼을 생성을 촉진할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 지하수 처리시스템은 상기 산화반응처리부를 통과한 지하수를 여과하는 여과부를 추가로 포함하며, 상기 여과부는 상기 산화반응조와 연통되어 상기 산화반응조에서 배출된 지하수를 수용하는 분리막조와, 상기 분리막조 내부에 위치하여 상기 분리막조 내의 지하수를 여과하는 멤브레인을 포함하고, 상기 산화반응조와 분리막조는 연결관에 의해 서로 연결되어, 산화반응조의 지하수는 물의 압력에 의해 연결관을 통해 분리막조로 이동하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 지하수 처리시스템에 있어서 상기 연결관은 일단은 산화반응조에 위치하고 타단은 분리막조에 위치하는 연결부와, 상기 연결부의 일단에서 하측으로 절곡형성되어 지하수가 유입되는 하향절곡부와, 상기 연결부의 타단에서 상측으로 절곡형성되어 지하수가 배출되는 상향절곡부를 포함하여, 상기 산화반응조에서 침전물이 하향하는 과정에서 연결관에 유입되는 것을 최소화할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 지하수 처리시스템에 있어서 상기 멤브레인은 순환관에 연결되며, 상기 순환관의 일단은 상기 멤브레인의 내부 공간에 연통되고 타단은 오존처리부에 연결되어, 상기 멤브레인을 통과하여 여과된 지하수는 다시 오존처리부에 공급됨으로써, 철 및 망간이 산화되어 침전물이 형성되는 과정과 멤브레인을 통해 여과되는 과정이 반복되게 되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 지하수 처리시스템은 산화반응조의 하면에 연결된 배출라인을 통해 침전물을 배출하는 배출처리부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 지하수에 포함된 비소, 철, 망간을 효과적으로 제거할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 전기를 이용하여 지하수에 철 이온을 공급하여 비소가 고체상의 침전물로 변환되는 반응을 촉진시켜 지하수에서 비소를 제거한 후, 비소가 제거된 지하수에 오존을 공급하여 라디칼 산화 반응을 시킴으로써 지하수에 존재하는 철, 망간을 제거하여, 처리 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 나노 버블 장치를 이용하여 지하수에 오존을 공급함으로써, 오존 나노 버블에 의해 오존의 포화 용존도를 높이고 체류 시간을 증가시키면서 하이드록시 라디칼을 생성하여, 산화 반응을 촉진하여 효과적으로 철, 망간을 제거할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 비소를 고체상의 침전물로 변환시킨 후 분리조에서 비소 침전물과 함께 유기 이물질을 제거함으로써, 라디칼 산화 반응에서 유기물이 분해되어 오염되는 것을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 동력의 공급없이 물의 압력으로만 산화반응조에서 분리막조로 지하수를 공급하고, 분리막조에서 처리된 지하수는 오존처리부에 공급되어 산화반응조로 이동하여, 철, 망간이 산화되어 침전물이 형성되는 과정과 멤브레인을 통해 여과되는 과정이 반복되도록 함으로써, 처리 효율을 높이면서도 에너지 사용량을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 산화반응조에서 침전물이 하향하는 과정에서 산화반응조의 지하수를 분리막조에 공급하는 연결관에 유입되는 것을 최소화할 수 있고, 상기 분리막조에서 배출된 지하수를 멤브레인을 향해 이동시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지하수 처리 시스템의 블럭도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지하수 처리 시스템의 구성도.
도 3은 도 2의 분리조를 설명하기 위한 참고도.
도 4는 도 2의 산화반응조와 여과조의 연결관계를 설명하기 위한 참고도.
* 도면에 사용되는 부호의 설명
1: 전기응집처리부 2: 산화처리부 3: 여과부
4: 배출처리부 11: 전기응집기 12: 분리조
21: 오존처리부 22: 산화반응조 31: 분리막조
32: 멤브레인 41: 배출라인 121: 제1격벽
122: 제2격벽 123: 유입구 124: 배출구
311: 연결관 321: 순환관 311a: 연결부
311b: 하향절곡부 311c: 상향절곡부 100: 집수조
200: 저장조
이하에서는 본 발명에 따른 지하수 처리 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고 만약 본 명세서에 사용된 용어의 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지하수 처리 시스템의 블럭도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지하수 처리 시스템의 구성도이고, 도 3은 도 2의 분리조를 설명하기 위한 참고도이며, 도 4는 도 2의 산화반응조와 여과조의 연결관계를 설명하기 위한 참고도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지하수 처리 시스템을 도 1 내지 4를 참조하여 설명하면, 상기 지하수 처리 시스템은 전기에너지를 이용하여 지하수에 철 이온을 공급하여, 고체상의 비소 침전물을 생성시켜 지하수에 포함된 비소를 제거하는 전기응집처리부(1)와, 상기 전기응집처리부(1)를 통해 비소가 제거된 지하수에 오존을 공급하여 철과 망간을 산화 반응시킴으로써 고체상의 철 침전물 및 고체상의 망간 침전물을 형성하는 산화반응처리부(2)와, 상기 산화반응처리부(2)를 통과한 지하수를 여과하는 여과부(3) 등을 포함한다.
상기 전기응집처리부(1)는 전기에너지를 이용하여 지하수에 철 이온을 공급하여, 고체상의 비소 침전물을 생성시켜 지하수에 포함된 비소를 제거하는 구성으로, 전기응집기(11), 분리조(12) 등을 포함한다.
상기 전기응집기(11)는 전기에너지를 이용하여 지하수에 철 이온을 공급하여 고체상의 비소 침전물이 생성되도록 하는 구성으로, 상기 전기응집기(11)는 양극과 음극의 전극을 포함하여 전기 공급시 양극에서 금속 이온이 용출되는 종래의 전기응집기가 사용될 수 있으며, 다만 양극은 철로 이루지는 것에 특징이 있게 된다. 일부 지역(예컨대, 폐루 등)의 지하수에는 비소가 포함되어 있는데 비소는 독성 물질로 지하수를 식수 등으로 이용하기 위해서는 반드시 제거되어야 하며, 지하수 내 비소는 +5의 HAs(Ⅴ)O4 2- 형태로 존재하는바, 철 이온을 과량 공급하는 경우 하기의 반응식 1과 같은 반응이 촉진되어 고체상의 비소 침전물(Fe(Ⅱ)Fe(Ⅲ)As(Ⅲ)O4(s))을 형성하게 된다. 즉, 지하수를 일시 저장하는 집수조(100)에서 공급된 지하수는 전기응집기(11)를 통과하면서, 지하수에 포함된 비소는 고체 상의 침전물로 변화하게 된다. 집수조(100)에서 전기응집기(11)로 지하수 이동 등과 같이, 지하수의 이동은 펌프, 밸브의 작동에 의해 이루어지게 되는데, 이는 발명의 요지와 무관하므로, 도시되지 않았으며, 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
[반응식 1]
HAs(Ⅴ)O4 2- + 2Fe2+ + 4H+ → H3As(Ⅲ)O3 + 2Fe3+ + H2O
H3As(Ⅴ)O3 + 2Fe3+ + Fe2+ + 4H2O → Fe(Ⅱ)Fe(Ⅲ)As(Ⅲ)O4(s) + Fe(OH)3 + 8H+
상기 분리조(12)는 상기 전기응집기(11)를 통과한 지하수에서 고체상의 비소 침전물, 유기물 등의 이물질을 제거하는 구성으로, 내부 하면에서 돌출되어 내부 상면과 일정 간격 이격되는 제1격벽(121)과, 내부 상면에서 돌출되어 내부 하면과 일정 간격 이격되며 상기 제1격벽(121)과 지하수 이동 방향으로 일정 간격 이격되어 위치하는 제2격벽(122)을 포함하며, 상기 제1격벽(121)과 제2격벽(122)은 지하수 이동 방향으로 연이어 반복 형성되게 된다. 상기 전기응집기(11)를 통과한 지하수는 유입구(123)를 통해 분리조(12)에 유입되어 수위가 높아져 제1격벽(121)과 상면 사이의 공간(S1)을 통과한 후, 하측으로 떨어져 제2격벽(122)과 하면 사이의 공간(S2)을 통과하고, 다시 상측으로 이동하여 제1격벽(121)과 상면 사이의 공간을 통과하는 과정을 반복한 후 배출구(124)를 통해 배출되므로, 지하수에 포함된 비소 침전물과 유기물 등의 이물질은 분리조(12)를 이동하는 과정에서 하측으로 침전하게 된다. 상기 분리조(12)의 하면은 하기에서 설명할 배출라인(41)과 연통되므로, 상기 배출라인(41)을 통해 분리조(12) 바닥에 적층된 비소 침전물과 유기물 등의 이물질을 상기 분리조(12)에서 제거할 수 있게 된다.
상기 산화처리부(2)는 상기 전기응집처리부(1)를 통해 비소가 제거된 지하수에 오존을 공급하여 철과 망간을 산화 반응시킴으로써 고체상의 철 침전물 및 고체상의 망간 침전물을 형성하는 구성으로, 오존처리부(21), 산화반응조(22) 등을 포함한다.
상기 오존처리부(21)는 상기 전기응집처리부(1)를 통해 비소가 제거된 지하수에 오존을 공급하는 구성으로, 상기 오존처리부(21)는 물에 오존을 공급하는 종래의 오존처리기가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 나노 버블 장치를 이용하여 지하수에 오존을 공급함으로써 오존 나노 버블에 의해 오존의 포화 용존도를 높이고 체류 시간을 증가시키면서 하이드록시 라디칼을 생성을 촉진하는 것이 바람직하다.
상기 산화반응조(22)는 상기 오존처리부(21)를 통과한 지하수에 포함된 철과 망간이 오존과 반응하여 고체상의 철 침전물과 고체상의 망간 침전물이 형성도록 하는 구성으로, 상기 오존처리부(21)를 통과하여 오존과 혼합된 지하수가 유입되고, 하기 반응식 2와 3과 같이 상기 지하수에 포함된 철 및 망간은 오존과 반응하여 고체상의 철 침전물(Fe(OH)3(s)), 고체상의 망간 침전물(MnO2(s))을 형성하게 된다. 또한, 지하수에서 하기 반응식 4와 같이 하이드록 라디칼이 생성하여 철과 망간의 산화반응을 더욱 촉진하게 된다. 상기 산화반응조(22)의 하면은 하기에서 설명할 배출라인(41)과 연통되므로, 상기 배출라인(41)을 통해 산화반응조(22) 바닥에 적층된 철 침전물과 망간 침전물을 상기 산화반응조(22)에서 제거할 수 있게 된다.
[반응식 2]
2Fe2+ + O3 + H2O → 2Fe3+ + O2 + 2OH-,
Fe3+ + 3H2O → Fe(OH)3(s) + 3H+
[반응식 3]
Mn2+ + O3 + H2O → MnO2(s) + O2 + 2H+
[반응식 4]
O3 + H2O → HO3 + + OH- → 2HO2 ,
O3 + HO2 , → HO, + 2O2
HO2 , + HO2 , → H2O2 + O2
상기 여과부(3)는 상기 산화반응처리부(2)를 통과한 지하수를 여과하는 구성으로, 분리막조(31), 멤브레인(32) 등을 포함한다.
상기 분리막조(31)는 상기 산화반응조(22)와 연통되어 상기 산화반응조(22)에서 배출된 지하수를 수용하는 구성으로, 상기 분리막조(31)의 내부에는 멤브레인(32)이 위치하게 된다. 상기 산화반응조(22)와 분리막조(31)는 연결관(311)에 의해 서로 연결되어, 산화반응조(22)의 지하수는 물의 압력에 의해 연결관(311)을 통해 분리막조(31)로 이동하게 된다. 상기 연결관(311)은 일단은 산화반응조(22)에 위치하고 타단은 분리막조(31)에 위치하는 연결부(311a)와, 상기 연결부(311a)의 일단에서 하측으로 절곡형성되어 지하수가 유입되는 하향절곡부(311b)와, 상기 연결부(311a)의 타단에서 상측으로 절곡형성되어 지하수가 배출되는 상향절곡부(311c) 등을 포함하여, 상기 산화반응조(22)에서 침전물이 하향하는 과정에서 연결관(311)에 유입되는 것을 최소화할 수 있고, 상기 분리막조(31)에서 배출된 지하수는 멤브레인(32)을 향해 이동하게 된다. 상기 분리막조(31)의 하면은 하기에서 설명할 배출라인(41)과 연통되므로, 상기 배출라인(41)을 통해 분리막조(31) 바닥에 적층된 침전물을 상기 분리막조(31)에서 제거할 수 있게 된다.
상기 멤브레인(32)은 상기 상향절곡부(311c)의 상측의 상기 분리막조(31) 내부에 위치하여 상기 분리막조(31) 내의 지하수를 여과하는 구성으로, 내부가 빈 공간을 가지며, 멤브레인의 외부에서 내부로 지하수가 이동하면서 여과되게 된다. 상기 멤브레인(32)은 순환관(321)에 연결되게 되는데, 상기 순환관(321)의 일단은 상기 멤브레인(32)의 내부 공간에 연통되고 타단은 오존처리부(21)에 연결되어, 상기 멤브레인(32)을 통과하여 여과된 지하수는 다시 오존처리부(21)에 공급됨으로써, 철, 망간이 산화되어 침전물이 형성되는 과정과 멤브레인을 통해 여과되는 과정이 반복되게 되어 처리 효율을 높일 수 있으면서도, 산화반응조에서 분리막조에 동력의 공급없어 물의 압력으로만 지하수를 공급하여 에너지 사용량을 줄일 수 있게 된다. 상기 철, 망간이 산화되어 침전물이 형성되는 과정과 멤브레인을 통해 여과되는 과정이 일정 횟수 반복된 후, 지하수는 처리수를 저장하는 저장조(200)에 배출되어 이용되게 된다.
상기 배출처리부(4)는 지하수를 처리하는 과정에서 생성된 침전물을 제거하기 위한 구성으로, 분리조, 산화반응조, 분리막조 등의 하면에 연결된 배출라인(41)을 통해 침전물을 배출하게 된다. 상기 지하수 처리시스템은 라디칼 산화반응 과정을 먼저 수행하는 것이 아니라, 전기응집 처리 과정을 통해 지하수에 철 이온을 공급하여 비소가 고체상의 침전물로 변환되는 과정을 촉진시켜 지하수에서 비소를 제거한 후, 비소가 제거된 지하수에 오존을 공급하여 라디칼 산화 반응을 시킴으로써 지하수에 존재하는 철, 망간을 제거하여, 지하수에서 비소, 철, 망간을 효과적으로 제거할 수 있게 된다. 또한, 유기물에 오존을 공급하는 경우 유기물이 분해되어 제거하기 어려운 오염물이 생성되는데, 라디칼 산화반응 전 비소 침전물과 함께 유기 이물질을 함께 제거하여, 새로운 오염이 최소화 및 경제성을 도모할 수 있다.
이상에서, 출원인은 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (8)

  1. 전기에너지를 이용하여 지하수에 철 이온을 공급하여, 고체상의 비소 침전물을 생성시켜 지하수에 포함된 비소를 제거하는 전기응집처리부와, 상기 전기응집처리부를 통해 비소가 제거된 지하수에 오존을 공급하여 철과 망간을 산화 반응시킴으로써 고체상의 철 침전물 및 망간 침전물을 형성하는 산화반응처리부를 포함하여, 지하수에 포함된 비소, 철 및 망간을 제거할 수 있는 것을 특징으로 하는 지하수 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기응집처리부는 전기에너지를 이용하여 지하수에 철 이온을 공급하여 고체상의 비소 침전물이 생성되도록 하는 전기응집기와, 상기 전기응집기를 통과한 지하수에서 고체상의 비소 침전물 및 유기 이물질을 제거하는 분리조를 포함하며,
    상기 전기응집기의 양극은 철로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지하수 처리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 분리조는 내부 하면에서 돌출되어 내부 상면과 일정 간격 이격되는 제1격벽과, 내부 상면에서 돌출되어 내부 하면과 일정 간격 이격되며 상기 제1격벽과 지하수 이동 방향으로 일정 간격 이격되어 위치하는 제2격벽을 포함하며, 상기 제1격벽과 제2격벽은 지하수 이동 방향으로 연이어 반복 형성되고,
    상기 전기응집기를 통과한 지하수는 유입구를 통해 분리조에 유입되어 수위가 높아져 제1격벽과 상면 사이의 공간을 통과한 후, 하측으로 떨어져 제2격벽과 하면 사이의 공간을 통과하고, 다시 상측으로 이동하여 타 제1격벽과 상면 사이의 공간을 통과하는 과정을 반복한 후 배출구를 통해 배출되므로, 지하수에 포함된 비소 침전물과 유기 이물질은 분리조를 이동하는 과정에서 하측으로 침전하게 되는 것을 특징으로 하는 지하수 처리시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 산화처리부는 상기 전기응집처리부를 통해 비소가 제거된 지하수에 오존을 공급하는 오존처리부와, 상기 오존처리부를 통과한 지하수에 포함된 철과 망간이 오존과 반응하여 고체상의 철 침전물과 망간 침전물이 형성도록 하는 산화반응조를 포함하며,
    상기 오존처리부는 나노 버블 장치를 이용하여 지하수에 오존을 공급함으로써, 오존 나노 버블에 의해 오존의 포화 용존도를 높이고 체류 시간을 증가시키면서 하이드록시 라디칼을 생성을 촉진할 수 있는 것을 특징으로 하는 지하수 처리시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 지하수 처리시스템은 상기 산화반응처리부를 통과한 지하수를 여과하는 여과부를 추가로 포함하며,
    상기 여과부는 상기 산화반응조와 연통되어 상기 산화반응조에서 배출된 지하수를 수용하는 분리막조와, 상기 분리막조 내부에 위치하여 상기 분리막조 내의 지하수를 여과하는 멤브레인을 포함하고,
    상기 산화반응조와 분리막조는 연결관에 의해 서로 연결되어, 산화반응조의 지하수는 물의 압력에 의해 연결관을 통해 분리막조로 이동하는 것을 특징으로 하는 지하수 처리시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 연결관은 일단은 산화반응조에 위치하고 타단은 분리막조에 위치하는 연결부와, 상기 연결부의 일단에서 하측으로 절곡형성되어 지하수가 유입되는 하향절곡부와, 상기 연결부의 타단에서 상측으로 절곡형성되어 지하수가 배출되는 상향절곡부를 포함하여, 상기 산화반응조에서 침전물이 하향하는 과정에서 연결관에 유입되는 것을 최소화할 수 있는 것을 특징으로 하는 지하수 처리시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 멤브레인은 순환관에 연결되며, 상기 순환관의 일단은 상기 멤브레인의 내부 공간에 연통되고 타단은 오존처리부에 연결되어, 상기 멤브레인을 통과하여 여과된 지하수는 다시 오존처리부에 공급됨으로써, 철 및 망간이 산화되어 침전물이 형성되는 과정과 멤브레인을 통해 여과되는 과정이 반복되게 되는 것을 특징으로 하는 지하수 처리시스템.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 지하수 처리시스템은 상기 분리조와 산화반응조의 하면에 연결된 배출라인을 통해 침전물을 배출하는 배출처리부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 지하수 처리시스템.
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