KR100307975B1

KR100307975B1 - 플록의펠렛화를이용한고속응집및침전시스템

Info

Publication number: KR100307975B1
Application number: KR1019980049357A
Authority: KR
Inventors: 이과섭
Original assignee: 임정규; 한국수자원공사; 백호익, 이수광; 동부건설 주식회사
Priority date: 1998-11-18
Filing date: 1998-11-18
Publication date: 2001-10-20
Also published as: KR20000032779A

Abstract

본 발명은 정수원수를 응집 및 침전시켜 정수처리함에 있어서, 정수처리시 펠렛시드의 형성에 의한 고속응집 및 침전에 의하여 침전효율이 증대되고 상향유속에 의하여 펠렛베드 상단에 슬러지층이 형성되어 처리수의 여과작용을 시키는 한편 처리수의 수질향상을 이룰 수 있도록 한 플록의 펠렛화를 이용한 고속응집 및 침전시스템에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 기존의 침전시간(3-5시간)을 단축시키기 위하여 응집공정의 주요요소인 제타전위를 고려하여 펠렛시드를 형성한 후 펠렛베드에서 상향류와 약간의 동력으로 플록이 고밀도이고 상향유속에 의한 힘을 이길 수 있는 큰 펠렛을 형성시켜 고속으로 침전시키고 작은펠렛이 자라 큰 펠렛이 되어 다시 펠렛베드에 유입되어 침강하여 고속으로 침전하게 되며 작은 펠렛은 자연적으로 상향유속에 의하여 상승되어 슬러지층을 형성시켜 여과작용을 하게 되어 처리수의 수질을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

플록의 펠렛화를 이용한 고속응집 및 침전시스템{Rapid Flocculation and Settling by the Floc Pelletization}

본 발명은 정수원수를 응집 및 침전시켜 정수처리함에 있어서, 정수처리시 펠렛시드의 형성과 고속응집 및 침전에 의하여 침전효율이 증대되고 상향유속에 의하여 펠렛베드 상단에 슬러지층이 형성되어 처리수의 여과작용을 시키는 한편 처리수의 수질향상을 이룰 수 있도록 한 플록의 펠렛화를 이용한 고속응집 및 침전시스템에 관한 것이다.

기존의 정수처리장에서 사용되는 응집 및 침전공정은 도 1 에 도시된 바와 같이, 정수원수에 포함된 이물질을 물리적 침전시키는 착수정(1)과, 착수정(1)에서 처리된 정수원수를 수처리 약품과 혼화시키는 혼화지(2)와, 혼화지(2)에서 수처리 약품과 혼합된 정수원수에서 플록(floc)을 형성시키는 플록형성지(3)와, 플록형성지(3)에서 형성된 플록을 중력에 의해 자연침강시키는 침전지(4)로 이루어지며 상기 침전지(4)에서 플록이 침전된 정수원수는 후단의 여과지에서 여과된 후 상수로 공급된다.

침전지(4)에서 침전되는 플록(5)은 그 자체중력에 의해 도 1 에 도시된 바와 같이 포물선형태로 침강하게 되어 침전시간이 3-5시간 소요되므로 침전지(5)의 부지면적이 다량으로 소요되며, 특히 수평류식처리에 의해 침전효율이 낮고 미세플록이 월류되어 후속공정인 여과공정에 부하가 상승될 수 있고, 또한 잔류수처리 약품이 과량존재하기도 하며 약품소모량이 많고 슬러지(Sludge)의 함수율이 과다할 수 있다.

본 발명은 기존의 침전시간(3-5시간)을 단축시키기 위하여 응집공정의 주요요소인 제타전위(Zata potential)를 고려하여 펠렛시드를 형성한 후 펠렛베드에서 상향류와 약간의 동력으로 수평류식 침전지의 플록보다 고밀도이고 상향유속에 의한 힘을 이길 수 있는 큰 펠렛을 형성시켜 고속으로 침전시키고 작은펠렛은 자라큰 펠렛이 되어 다시 펠렛베드에 유입되어 침강하여 고속으로 침전하게 되며 더욱 작은 펠렛은 자연적으로 상향유속에 의하여 상승되어 슬러지층을 형성시켜 여과작용을 하게 되어 처리수의 수질을 향상시킬 수 있는 것으로 본 발명은 상향유속을 0.25-0.38cm/sec로 주입하여 표면부하율을 250-300(㎤/㎠·hr)로 하므로써 기존의 수평류식 처리보다 처리효율을 2-4배 높이면서도 기존 침전지의 부지면적에 해당하는 면적을 줄일 수 있으며,

특히 밀도가 높은 펠렛의 고속침전이 가능하여 후속공정인 여과지의 부하를 줄이는 한편 50% 이상의 응집제주입량을 감소시킬 수 있으며, 폐슬러지의 함수율은 95% 이하로 기존 보다 3배이상 농축된 슬러지를 얻을 수 있어 농축비를 줄일 수 있으며, 슬러지를 수심압력에 의해 배출시킴으로써 유리관리비를 줄일 수 있는 것이다.

도 1 은 기존의 응집 및 침전 공정도

도 2 는 본 발명의 고속응집 및 침전 공정도

도 3 은 본 발명의 또다른 고속응집 및 침전 공정도

[도면의주요부분에대한부호의설명]

1 : 착수정 2 : 혼화지 3 : 플럭형성지

9 : 인입관 10 : 라인믹서 11 : 펠렛시드탱크

20 : 본체 30,30a,30b : 펠렛베드 32,32a,32b : 블래이드

40 : 원뿔형콘 41 : 스크래퍼 50 : 이동식경사판

60 : 본체

도 2 는 소규모 정수처리에 적합한 본 발명의 고속응집 및 침전공정도로써,

정수원수(raw water)를 처리약품(Alum)과 혼합시켜 급속혼화시키는 라인믹서(line mixer:10)와, 라인믹서(10)에서 급속혼화시킨 혼합수를 펠렛시드(Pellet seed)를 형성시키는 펠렛시드탱크(11)와, 펠렛시드탱크(11)에서 유입된 처리수를 상향유속시키는 한편 교반시켜 펠렛을 형성시키는 펠렛형성수단으로 이루어진다.

펠렛형성수단은 사각통형상의 몸체(20)와, 몸체 중앙에 설치되고 펠렛을 형성시키는 펠렛베드(30)와, 펠렛베드(30)하측에서 상부로 처리수를 유입시키는 유입관(9)과, 펠렛베드(30)하측에 위치되고 원뿔형으로 이루어지며 중앙에서 펠렛을 배출시키는 원뿔형 콘(40)과, 상기 원뿔형 콘(40)의 내측에서 내접되며 회전하는 스크랩퍼(41)와, 몸체(20) 상부에 얹혀지고 미세플록을 포획하는 이동식경사판(50)과, 이동식경사판(50) 상부에서 펠렛베드(30)내측의 블래이드(32)와 스크레퍼(41)를 회전시키는 모터(31)로 구성된다.

여기서 펠렛베드(30)는 상부를 지면과 60°각도로 벌려주고 하부를 지면과 60°각도로 좁혀주게 구성되며 이동식 경사판(50)은 지면과 60°각도로 많은 수의 경사판(51)이 설치되며 상기 이동식경사판(50)은 폴리카본으로 제작되고 탈착이 가능한 구조로 구성된다.

원수유입구와 펠렛시드탱크(11)의 배출구에는 유량계(7)(8)를 설치하고 라인믹서(10)와 펠렛시드탱크(11)를 설치하되 펠렛시드탱크(11)에는 모터(12)에 의해 블래이드(13)가 회전되게 구성한다.

그리고 원뿔형 콘(40)의 중앙하부로 배출된 슬러지는 슬러지펌프(42)에 의해 배출되게 구성한다.

도 3 은 기존 또는 신설정수장의 정수처리에 적합한 본 발명의 또다른 고속응집 및 침전공정도로써

펠렛시드탱크(11)에서 펠렛시드를 형성시킨 후 펠렛베드(30)(30a)(30b)가 다수개 형성된 본체(60)내에 유입되게 하되 유입관(9)이 각각의 펠렛베드(30)(30a)(30b)하부에 위치되게 한다.

여기서 펠렛베드(30)(30a)(30b)내측에 위치된 블래이드(32)(32a)(32b)를 회전시키는 모터(31)(31a)(31b)를 설치하고 상부에 이동식경사판(50)을 설치한 것으로 상기된 펠렛베드(30)(30a)(30b), 블레이드(32)(32a)(32b), 모터(31)(31a)(31b), 이동식경사판(50)은 도 2 에 도시된 구조와 동일하며 다만 하나의 본체(60)내부에 다수개의 펠렛베드(30)(30a)(30b)를 설치 구성한 것이다.

그리고 본체(60)의 하부는 도 2 의 원뿔형 콘(40)과 같이 경사지게 하고 상기 경사면을 타고 모아진 펠렛이 슬러지 펌프(42)에 의해 배출되게 구성한다.

이러한 구성의 본 발명을 소규모 정수처리에 적합한 도 2 에 의거 상세히 설명한다.

정수를 하고자 하는 정수원수를 처리약품(ALUM)과 혼합되어 라인믹서(10)에서 급속혼합시킨 후 펠레시드탱크(11)에서 교반되게 한다.

여기서 라인믹서(10)는 G=15.000-16.000/sec, T=1-2sec의 조건을 만족하게 되고 펠렛시드탱크(11)는 모터(12)로 블레이드(13)를 회전시켜 교반하게 된다.

펠렛시드탱크(11)에서는 펠렛시드를 형성시킨 후 유입관(9)을 통하여 펠렛베드(30)의 하부에서 상부로 상향유속을 제공한다.

여기서 펠렛시드탱크(11)는 모터(12)로 블레이드(13)를 회전시키게 되고 G=50-100, 100-200rpm, T=10-15분의 조건을 만족시키게 된다.

펠렛베드(30)는 T=400-500sec의 조건을 만족하면서 상,하부에 각각 지면과 60°경사를 갖도록 되어 있다.

펠렛베드(30)에는 하부에서 상부로 유속이 작용하여 작은 펠렛은 상,하부의 경사진 부분에서 굴러서 다시 펠렛베드(30)로 유입되므로써 펠렛이 성장하게 하므로써 크게 성장된 펠렛(2.0-6.0mm)은 쉽게 펠렛베드(30)하부로 침강된다.

이때 펠렛베드(30)중앙에는 모터(31)로 회전되는 5개의 블래이드(32)를 G=1.0-10.0, 1-10rpm, T=7-10분 조건을 만족하게 설치하여 펠렛화를 도와주게 된다.

펠렛베드(30)가 설치된 본체(20) 상부에는 이동식경사판(50)을 설치하여 미세플록을 포획하여 월류되지 않도록 하며 이동식경사판(50)에서 포획된 미세플록은 슬러지블랭킷(sluge blanket:52)를 형성하여 필터역할을 할 수 있도록 한다.

여기서 이동식경사판(50)은 폴리카본재질로 60°각도를 갖고 착탈 가능하게 설치되며 슬러지블랭킷(52)은 필터링역할을 하여 처리수의 수질을 개선하도록 한다.

이같이 밀도높은 슬러지를 생산하여 침전속도를 빠르게 하는 조작으로 상향유속(0.25-0.38m/sec)와 모터(31)로 회전되는 블레이드(32)를 이용하여 펠렛을 형성시키게 된다.

펠렛베드(30)하부에는 원뿔형 콘(40)이 설치되고 원뿔형 콘(40)에는 스크레퍼(41)가 모터(M)회전과 동일각속도(1-10rpm)로 회전하여 슬러지를 원활히 배출하도록 하며 슬러지펌프(42)에서 일정한 시간에 형성된 슬러지양을 연속적으로 원활히 배출할 수 있도록 한다.

이러한 본 발명은 양호한 펠렛화를 실현하기 위하여 ALT Ratio 에서의 응집제주입량과 제타전위(Zeta Potential)의 소모를 적게하는 이론에 의거, 응집제 주입량 50% 감소를 달성하였고 응집조를 제거하고 단순히 혼화조에서 혼화시켜 응집및 침전공정을 동시에 실현한다.

한편 도 3 은 기존 또는 신설정수장의 정수처리에 적합한 장치로써 도 2 와 작용이 유사하나 다만 본체(60)내에 다수개의 펠렛베드(30)(30a)(30b)를 설치하고 본체(60)하부를 콘형태로 경사지게 설치한 것이 상이하다.

즉 모터(31)(31a)(31b)에 의한 블래이드(32)(32a)(32b)회전과 펠렛베드(30)(30a)(30b)의 구조 및 상향유속(0.25-0.38cm/sec)에 의거 펠렛을 형성 성장시키고 성장된 펠렛은 본체(60)하부의 60°각도로 설치된 경사판에 모아져 슬러지펌프(42)로 배출되어진다.

이러한 본 발명은 상향유속을 0.25-0.38cm/sec로 주입하여 펠렛베드(30)(30a)(30b)안쪽의 표면부하율을 250-300(㎤/㎠·hr)로 하므로써 기존의 수평류식 처리보다 처리효율을 3-4배 높이면서도 기존 침전지의 부지면적에 해당하는 면적을 줄일 수 있으며, 특히 밀도가 높은 펠렛의 고속침전이 가능하여 후속공정인 여과지의 부하를 줄이는 한편 50% 이상의 응집제 주입량을 감소시킬 수 있으며, 폐슬러지의 함수율은 95% 이하로 기존 보다 3배 이상 농축된 슬러지를 얻을 수 있어 농축비를 줄일 수 있으며, 슬러지를 수심압력에 의해 배출시킴으로써 유리관리비를 줄일 수 있다.

본 발명을 기존 침전공정과 파일로트(Pilot)플랜트 및 데모(Demo)플랜트공정을 비교하여 표로써 만들면 다음과 같다.

공 정인 자	기존침전공정	Pilot Plant	Demo Plant	기존공정과의효과향상 비교
HRT(hr)	3.5 - 4.5	0.33	1.7	1/2-1/4의 생산속도
표면부하율(㎤/㎠·hr)	57 - 74	100 - 150	250	2 - 4배 생산량
처리수 탁도(NTU)	0.7 - 2.0	0.4 - 1.0	0.4 - 1.0	매우 양호
응집제 주입율	1	0.5 이하	0.5 이하	기존의 50% 이하
Sludge 함수율(%)	99.5 - 98.0	95 이하	95 이하	3배이상의농축슬러지

상기 표에서 알 수 있듯이 본 발명은 표면부하율이 250-300(㎤/㎠·hr)으로 기존 침전공정 보다 침전효율이 양호하여 시간당 처리효율(생산량)을 3-4배 증가 또는 정수장의 침전지 소요부지면적의 1/3-1/4로 대폭축소로 정수처리시스템의 콤팩트(compact)화가 가능하고 고속응집 및 침전으로 수처리(상수생산)시간을 단축할 수 있으며 기존공정에 비교하여 수처리약품 사용량을 50% 이하로 축소시킬 수 있고 처리수질의 양호로 후속공정인 여과시설의 부하량 감소시킬 수 있으며 고밀도의 플록 생성에 의한 슬러지 함수율저하로 슬러지처리비 감소중력에 의한 슬러지배출로 유지관리비 절감할 수 있는 것이다.

본 발명은 기존의 침전시간(3-5시간)을 단축시키기 위하여 응집공정의 주요요소인 제타전위를 고려하여 펠렛시드를 형성한 후 펠렛베드에서 상향류와 약간의 동력으로 플록보다 고밀도이고 상향유속에 의한 힘을 이길 수 있는 큰 펠렛을 형성시켜 고속으로 침전시키고 작은펠렛이 자라 큰 펠렛이 되어 다시 펠렛베드에 유입되어 침강하여 고속으로 침전하게 되며 더 작은 펠렛은 자연적으로 상향유속에 의하여 상승되어 슬러지층을 형성시켜 여과작용을 하게 되어 처리수의 수질을 향상시킬 수 있는 것으로 본 발명은 기존 침전공정 보다 침전효율이 양호하고 콤팩트화를 실현하여 시간당 처리효율(생산량)을 3-4배 증가 또는 정수장의 침전지 소요부지면적의 1/3-1/4로 대폭 축소로 소규모 정수처리 또는 기존 및 신설정슈장의 정수처리에 적합하며 수처리약품을 50% 이하까지 감소시킬 수 있고 처리수질향상, 슬러지처리비의 감소 및 슬러지배출에서의 운영관리비 감소를 이룰 수 있어서 전체적으로 수처리효율을 증진시킬 수 있는 것이다.

Claims

정수원수를 처리약품(Alum)과 혼합시켜 급속혼화시키는 라인믹서(10)와, 라인믹서(10)에서 급속혼화된 처리수를 교반시킨 후 펠렛시드를 형성시키는 펠렛시드탱크(11)와, 펠렛시드탱크(11)에서 유입된 처리수를 상향유속시키는 한편 교반시켜 펠렛을 형성시키는 펠렛형성수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 플록의 펠렛화를 이용한 고속응집 및 침전 시스템.
제 1 항에서 펠렛형성수단은 사각통형상의 몸체(20)와, 몸체 중앙에 설치되고 펠렛을 형성시키는 펠렛베드(30)와, 펠렛베드(30)하측에서 상부로 처리수를 유입시키는 유입관(9)과, 펠렛베드(30)하측에 위치되고 원뿔형으로 이루어지며 중앙에서 펠렛을 배출시키는 원뿔형 콘(40)과, 상기 원뿔형 콘(40)의 내측에서 내접되며 회전하는 스크랩퍼(41)와, 몸체(20) 상부에 얹혀지고 미세플록을 포획하는 이동식경사판(50)과, 이동식경사판(50)의 상부에서 펠렛베드(30)내측의 블래이드(32)와 스크레퍼(41)를 회전시키는 모터(31)로 이루어진 것을 특징으로 하는 플록의 펠렛화를 이용한 고속응집 및 침전 시스템.
제 2 항에서, 펠렛베드(30)는 상부를 지면과 60°각도로 벌려주고 하부를 지면과 60°각도로 좁혀주게 구성되며 내부에 수개의 블래이드(32)를 설치하여 모터(31)로 G=1.0-10.0, 1-10rpm, T=7-10분 조건으로 구동시키는 것을 특징으로 하는 플록의 펠렛화를 이용한 고속응집 및 침전 시스템.
제 2 항에서, 이동식 경사판(50)은 지면과 60°각도로 많은 수의 경사판(51)이 설치되며 상기 이동식경사판(51)은 폴리카본으로 제작되고 탈착이 가능한 것을 특징으로 하는 플록의 펠렛화를 이용한 고속응집 및 침전 시스템.
제 1 항에서, 펠렛형성수단은 하부에 60°각도를 갖는 경사판이 형성된 본체(60)내부에 다수의 펠렛베드(30)(30a)(30b)를 설치하고 상기 펠렛베드(30)(30a)(30b)내측에 블래이드(32)(32a)(32b)를 설치하는 한편 상부에 이동식경사판(51)을 설치한 것을 특징으로 하는 플록의 펠렛화를 이용한 고속응집 및 침전 시스템.