KR100573223B1 - 정수장용 수질 안정화 시스템 및 이를 이용한 정수 방법 - Google Patents

정수장용 수질 안정화 시스템 및 이를 이용한 정수 방법 Download PDF

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곽우신
고광명
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박관수
김인아
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한국수자원공사
(주) 정수엔지니어링
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Abstract

본 발명은 정수장용 정수처리 시스템 및 이를 이용한 정수처리방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면 소석회 정량 투입 장치를 포함하는 소석회 투입부와, 이산화탄소 가스저장용기와, 이산화탄소를 확산시키는 디퓨저와, 상기 디퓨저를 수용하며 안전밸브 및 역류방지밸브가 설치되고 투입된 원수에 이산화탄소를 용해시킨 탄산수와 이산화탄소 기체를 함께 공급하도록 하는 탄산수 공급 탱크를 포함하는 탄산수 공급부와, 상기 탄산수 공급부와 연결되어 상기 탄산수 또는 탄산수 및 이산화탄소 혼합물을 혼합하는 벤츄리 튜브 및 원수와, 상기 소석회 투입부로부터 투입되는 소석회 또는 그 용액과, 공급된 탄산수를 함께 교반시키는 용해 반응조와, 혼합수의 유량을 조정하는 유량 조정조를 포함하는 소석회 용해부;로 이루어지며, 상기 소석회 용해부로부터 필터 여과된 혼합수가 착수정의 하류에 공급되는 것을 특징으로 하며, pH 조절장치에 의해 설정된 pH에 상응되도록 혼합수가 공급 또는 차단되어 pH가 조절되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명은 소석회에 대한 효과적인 습기 및 유해대기의 차단 및 전기 설비에 대한 효과적인 부식 방지가 가능함과 아울러, 소석회 용해 이전의 원수에 이산화탄소를 주입하여 소석회 용해도를 증가시켜 적정 pH 및 알칼리도를 유지함으로써 원수의 응집 및 침전 효율성을 더 향상시킴과 동시에 안정화시키고, 슬러지량을 감소시키며, 백탁 현상에 의한 물버림 현상을 방지하고, pH 감소에 따른 착색 현상을 방지하는 한편, 소석회 투입 원수 및/또는 정수에 이산화탄소를 선택 적으로 주입하는 것에 의해 pH 조절을 용이하게 하며 적절히 생성된 탄산이온이 관로 표면에 적절한 탄산칼슘 피막을 형성하게 함으로써 수도관로의 부식을 방지하고 상수를 안정화하여 수질 변화를 최소화하도록 정수를 7.5~8.5로 조절할 수가 있다.
정수장, 소석회, 탄산수, 벤츄리 튜브, pH 조절, 라인믹서

Description

정수장용 수질 안정화 시스템 및 이를 이용한 정수 방법{WATER QUALITY STABILIZATION SYSTEM FOR PURIFICATION PLANT AND PURIFYING METHOD USING THE SAME}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정수장용 정수 처리 시스템을 설명하는 개략 블록도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 정수장용 정수 처리 시스템을 이용한 경우의 상수 관로 내부에 형성되는 관로 부식 억제 탄산칼슘 피막을 나타낸 사진도이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 도 1에 나타낸 본 발명의 정수장용 정수 처리 시스템을 이용한 경우 발청된 상수 관로 내의 탄산칼슘 피막 보호 효과를 나타내는 사진도이다.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
1: 본 발명에 따른 정수장용 정수 처리 시스템
10: 소석회 투입부
11: 소석회 정량 투입 장치 12: 에어 컴프레셔
13: 필터 14: 제어기
15: 에어 공급 라인 16; 모터
20: 소석회 용해부
21: 용해 반응조 22: 모터
23: 유량 조정조 24,25: 정량 주입 밸브
30: 탄산수 공급부
31: 탄산수 공급 탱크 32: 이산화탄소 가스저장용기
33: 제어기 34: 디퓨서(diffuser)
34a: 공급 라인 35: pH 센서
36: 펌프
41,42: 펌프 51: 벤츄리 튜브(venturi tube)
52,53,53a,54a: 정량 주입(유량 제어) 밸브
55: 선택밸브
56: 역류 방지 밸브(check valve) 56a: 안전 밸브(safty valve)
57,58,59,60,61,62,62a,63,63a,64,65,66,67,68,69: 파이프 라인
110: 착수정 120: 약품 혼화지
130: 응집지 140: 침전지
150: 여과지 160: 정수지
본 발명은 정수장용 정수 처리 시스템 및 이를 이용한 정수처리방법에 관한 것이며, 더 상세하게는, 소석회에 대한 효과적인 습기 차단 및 전기 설비에 대한 효과적인 부식 방지가 가능함과 아울러, 소석회 용해 반응조에 들어가는 원수에 이산화탄소를 주입하여 적정 pH 및 알칼리도를 유지함으로써 원수의 응집 및 침전 효율성을 더 향상시킴과 동시에 안정화시키고, 슬러지량을 감소시키며, 백탁 현상에 의한 물버림 현상을 방지하고, pH 감소에 따른 착색 현상을 방지하는 한편, 소석회 반응조에 유입되는 원수 및/또는 정수에 이산화탄소를 주입하는 것에 의해 pH 조절을 용이하게 하며 적절히 생성된 탄산이온이 관로 표면에 적절한 탄산칼슘 피막을 형성하게 함으로써 수도관로의 부식을 방지하고 상수의 수질 변화를 최소화할 수 있도록 한 정수장용 정수 처리 시스템 및 이를 이용한 정수처리방법에 관한 것이다.
일반적으로 음용수를 얻기 위한 정수처리 방법으로서는, 현탁물(懸濁物)에 대한 응집, 고액분리(固液分離)와, 용존 성분에 대한 응석(凝析), 산화, 생물화학적 변성, 흡착, 이온교환과, 세균이나 바이러스에 대한 응집, 여과, 살균 및, 산이나 알칼리의 중화 등이 있으며, 이러한 방법은 원천수의 수질이나, 정수 목적 등과 같은 다양한 요구 조건에 따라 적절히 조합시켜 정수하게 된다.
종래의 일반적인 정수 처리 과정을 개략적으로 살펴보기로 한다.
먼저, 하천이나 저수지 등의 취수원으로부터 취수된 음용 불가한 상태의 가압 도수된 원수는 착수정에 착수된다. 착수정은 가압 도수된 원수를 수용함에 있어 착수시의 수위동요를 안정시키고 원수 수량을 조절함은 물론, 착수정에 후속하는 시설에 원수를 균등 분배하여 원수량을 파악 조절한 후 약품투입, 응집침전 및 여 과 등의 정수작업을 정확하고도 용이하게 수행할 수 있게 한다.
이어서 착수정의 인접한 하류에 위치하는 약품혼화지는 착수정으로부터 유입된 원수에 약품 투입기를 통하여 정수에 필요한 각종 약품을 투입하고 이를 혼화하여 마이크로플록(micro floc)을 생성시키는 시설이며, 투입 약품으로서는 각종 탁질을 효과적으로 응집시켜 제거하기 위한 응집제로서, 예컨대, 폴리염화알루미늄(PAC: Poly Aluminium hydroxy Chloride), 폴리수산화염화규산알루미늄(PACS: Poly Aluminium Hydroxy Chloride Silicate), 폴리황산규산알루미늄(PASS: Poly Aluminium Hydroxy Sulfate Silicate ), 폴리염화마그네슘알루미늄(PSOM: Poly Organic Aluminium Magnesium Sulfate) 등의 알루미늄 계와 황산제일철(녹반, FeSO4ㆍ7H2O) 및 염화제이철(FeCl3ㆍ6H2O)의 철 계와 같은 무기계, 그리고 알긴산 나트륨 등과 같은 유기계를 들 수 있으며, 상기 응집제 사용으로 저하되는 알칼리도를 조절하고 적정 pH를 유지하여 충분한 응집효과를 발휘시키기 위한 알칼리제로서의 수도용 소석회(CaO 72%), 수도용 소다회(Na2CO3 99%) 및, 가성 소다(NaOH 45% 용액 및 20% 용액)와, 원수 중의 조류, 합성세제, 페놀류 등 기타 유기물질의 제거를 위한 활성탄 분말을 언급할 수 있다.
상기 응집제는 두 가지 효과를 일으키며, 하나는 본래의 기능으로써 탁도유발 입자의 불안정화를 유도하는 것이고 다른 하나는 수화반응으로 인하여 pH 저하를 초래하게 되는 것으로서, 응집제의 투입량이 증가하면 pH 저하가 현저하게 되어 부식성이 증가하게 되므로 정수 처리에 있어서 소석회의 투입은 필수적이다.
상기 약품 투입기의 예로서는, 일반적으로 응집제 투입기, 알칼리제 투입기, 활성탄 투입기 등을 들 수 있으며, 이들은 각기 별개로, 또는 혼합형으로 설치될 수 있다.
이어서 약품혼화지의 다음 단계에 위치하는 응집지는 약품혼화지에서 생성된 마이크로플록 입자를 체적과 중량을 증가시켜 응집시킴으로써 그 하류의 침전지에서의 침전효과를 상승시키기 위한 것이다.
침전지는 응집지에 인접한 하류에 위치하며 침전된 슬러지를 제거하게 된다.
침전지에 인접한 하류에 위치하는 여과지는 응집, 침전 등의 전처리 과정에서 제거되지 않은 현탁 물질이나 미세 플럭(flock)을 물리적, 화학적 작용에 의하여 제거하기 위한 시설이며, 여과 방식으로서는 일반적으로 급속정압여과(감쇄여과) 방식이 널리 사용되고 있고, 여과재로서는 여과사 및/또는 안트라사이트(anthracite)가 주로 사용된다.
마지막으로 정수지는 정수된 상수를 송수하기에 앞서 저장하는 시설로서, 충분한 용량을 확보하고 펌프나 자연유하에 의하여 급수 구역 또는 수용가에의 정수 공급에 차질이 없도록 한다.
한편, 정수장으로 유입되는 원수와 정수장에서 유출되는 여과된 정수의 소독은 염소 희석수를 투입하거나 클로로칼키를 넣어 시행된다.
한편, 제어반은 전술한 바와 같은 응집제, 알칼리제, 염소 등의 투입량과 투입 시기 등을 제어함으로써, 정수 과정이 전체적으로 효율적으로 진행될 수 있게 한다.
그러나, 전술한 바와 같은 종래의 일반적인 정수 처리 설비에 있어서의 약품 투입 장치 및 방법, 특히 알칼리제 투입 장치 및 방법에 의하면, 소석회를 희석수를 이용하여 액상 형태로 주입하거나 분체(粉體) 형태로 호퍼를 통하여 공급하고 있으나, 액상으로 주입하는 경우에 있어서도 소석회의 용해도는 약 0.16% 정도로 매우 낮으므로 정량 주입이 현실적으로 상당히 곤란하며, 특히 분말로 주입하는 경우 소석회는 흡습성이 매우 강하여 저장중이나 일시 사용 중지중에는 용해조로부터 습기가 정량투입장치 부분으로 매우 용이하게 침투하여 Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O의 과정을 거쳐 탄산칼슘으로 변하게 되므로 결국 소석회의 유효 함유량이 감소되고 함수비가 높아져 덩어리 형태로 응고되어 물에 녹지 않게 되어 사용할 수 없는 상태가 되고 이러한 상태는 로터리 피더, 스크루, 블레이드나, 이송 벨트의 파손을 초래하게 된다.
따라서 소석회의 분체 투입은 정량 주입이 곤란하여 소석회를 과량 투입하게 될 우려가 상존하며, 이러한 경우 침전지의 백탁 현상을 초래하게 될 염려가 있음과 아울러, 관이 막히고, 슬러지 발생량이 증대되므로 슬러지 처리비가 상승하게 된다.
또한 정수장에는 이를 운전하고 제어하기 위한 각종 현장 전기 패널과 정수를 위하여 저장되는 다양한 약품 저장실이 존재하나, 상기와 같은 각종 현장 전기 패널이나 약품 저장실은 외부와 완전히 밀폐되어 있지 않아, 습기에 의한 소석회의 탄산칼슘으로의 변환(응고에 의한 물에 대한 난용화)에 따른 전술한 제반 문제는 물론, 염소 소독 처리 과정에서 다량 발생되는 염소 가스에 의한 각종 현장 전기 설비가 부식되기 쉽다는 문제점이 있었다. 이러한 약품 투입의 정량성 결여 문제와 전기 설비의 빈번한 고장 및 수명 저하 문제는 결국 정수장의 정수 효율 저하와 운전비용 증대를 초래하게 된다.
종래 상기와 같은 각종 현장 전기 패널이나 약품 저장실에서의 유해 염소 가스나 수분에 의한 부식 발생 및 약품 역가 저하 현상을 방지하기 위해 별도의 부식 방지 장치를 설치하는 경우도 있으나, 이러한 부식 방지 장치는 대부분 고가의 장비로서 비용 및 효율성 측면에서 여전히 한계가 있었다.
한편, 하기의 식으로 표시되는 LI(Langelier Index)는 급속여과방식을 채택하는 우리나라의 거의 모든 정수장에서 부식성을 나타내는 음의 값을 갖고 있다.
LI = 물의 pH값 - pHs
(여기서, pHs = 8.313-log[Ca++]-log[A]-S)
위 식에서 pHs는 청정 지역을 제외한 대부분의 수계에서는 7.5를 넘으며, 조류가 번성할 시기를 제외하고는 대부분의 원수가 7.5<pH이므로 LI는 거의 모두 음의 값으로서 관로의 부식을 촉진하는 강부식성을 나타내고 있다.
상수도 관로의 부식은 그 수명 감소와 통수성을 악화시켜 경제적 손실을 유발할 뿐만 아니라, 부식에 따른 상수의 수질 악화로 인한 민원과 상수에 대한 불신을 초래하고 있다.
상수도 관로의 부식은 수리적 및 수질적 인자의 특성에 따라 다양하게 나타 나며, 특히 pH는 수중에서 관 재질의 용해도를 결정하는 가장 중요한 인자이다. 수중에 충분한 탄산이온과 칼슘이 존재하지 않으면 탄산칼슘의 보호피막이 형성되지 않게 되므로, 이를 보완하여 pH와 함께 보호피막의 형성에 영향을 미치는 수질인자인 탄산이온, 알칼리도, 이산화탄소 등을 고려하여야 할 필요성이 있다.
특히, 우리나라와 같이 갈수기와 우기가 뚜렷이 구분되는 경우 계절에 따른 원수 수질 변화가 매우 클 수밖에 없으며, 따라서 국내 정수장에서는 갈수기나 집중 호우 시에 악화된 원수를 정수하기 위하여 응집제 및 염소를 과다 투입하게 되는 문제가 있다.
그러나, 이와 같이 수질이 악화된 낮은 pH의 원수를 정수하기 위하여 부득이 응집제와 염소를 과다 투입하게 되면, pH는 더 낮아지게 되고 생성된 정수는 더 강한 부식성을 나타내게 되므로 상수 관로의 부식을 가속화하게 되어 적수나 청수 문제를 야기하게 될 우려가 있으며, 더구나 염소의 과다 투입은 응집, 침전 등의 정수처리 과정에서 제거되지 않은 원수 중의 자연유기물과 반응함으로써, 소독 부산물 중 트리할로메탄(THM: Trihalomethane), 할로초산(HAAs: Halo acetic acids) 등과 같은 발암물질을 생성하게 되어 국민 보건 및 건강에 치명적인 문제를 초래할 수도 있다는 문제점이 있다.
한편, 조류의 증식 등으로 인해 부영양화된 원수는 일정 수준 이상의 높은 pH를 갖고 있어 유기물의 응집 및 침전 효율이 낮아지게 되어 정수를 위해 응집제를 과다 투여하게 될 염려가 있으며, 염소의 과다 투여는 상기 한바와 같은 인체에 유해한 소독 부산물의 생성을 초래할 우려가 있다.
종래 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 하천수 또는 호소수인 원수의 적정 pH 유지에 의한 조절을 위하여 국내 일부 정수장에는 이산화탄소나 황산 투입 장치를 설치하고 있는 곳도 있지만 , 황산은 상대적으로 가격이 저렴한 장점은 있으나 그 자체가 부식성이 강할 뿐 아니라 독극물질이기 때문에 실제로 이를 운전하고 있지는 못하며, 현재까지 마땅한 대안을 찾지 못하고 있는 실정이다.
이산화탄소를 투입하는 경우에는 이산화탄소를 직접 소석회 용해조에 투입함으로 인하여 이산화탄소의 과다한 소모가 있고, 이산화탄소의 과량 배출 및 기액접촉반응이라 충분한 혼합 및 반응이 이루어지지 않는 문제점이 있었다.
전술한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 고려하여, 소석회에 대한 효과적인 습기 및 유해 대기의 차단, 및 소석회 투입기 등의 전기 기계적 설비에 대한 효과적인 부식 방지와, 알칼리도의 최적 제어를 위한 소석회 용해조의 설계, 그리고 용해반응 이전에 이산화탄소의 주입에 의한 소석회 용해도를 증가시켜 pH 제어를 통하여, 소석회의 효과적인 정량 주입이 가능하여 과량의 소석회 투입으로 인한 물 버림 현상을 회피할 수가 있고 슬러지 증가와 침전지 및 그 하류의 백탁 현상을 방지할 수가 있음과 아울러, 정수장의 약품 투입실 이하의 약산성 유지 방지에 의하여 관로 및 콘크리트 시설물의 부식을 효과적으로 방지할 수가 있는 정수장용 정수 처리 시스템의 개발이 당 업계에 요청되어 왔다.
따라서 본 발명의 목적은, 정수처리에 있어 알칼리도와 pH의 동시 제어에 의 해 소석회의 효과적인 정량 주입이 가능하여 과량의 소석회 투입으로 인한 물 버림 현상을 회피할 수가 있고 슬러지 증가와 침전지 및 그 이후의 백탁 현상을 방지할 수가 있는 정수장용 정수 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 정수처리에 있어 알칼리도와 pH의 동시 제어에 의해 정수장의 약품 투입실 이후의 수질의 부식성을 저감시켜 상수 관로 및 콘크리트 구조물의 부식을 효과적으로 방지할 수가 있는 정수장용 정수 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 정수처리에 있어 알칼리도와 pH의 동시 제어에 의해 수중에 탄산이온과 칼슘이온을 적정히 유지시킴으로써 상수 관로의 내표면에 탄산칼슘 피막을 형성시킴으로써 상수 관로의 부식 방지는 물론, 부식이 진행 중인 상수 관로를 보호할 수가 있는 정수장용 정수 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 소석회에 대한 효과적인 습기 및 유해 대기 차단, 및 소석회 투입기 등의 전기 기계적 설비에 대한 효과적인 부식 방지를 달성할 수가 있는 정수장용 정수 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 첫 번째 내지 네 번째 목적에 따른 정수장용 정수 처리 시스템을 이용한 효과적인 정수 처리 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명에 따른 정수장용 정수처리 시스템은 소석회 정량 투입 장치를 포함하는 소석회 투입부; 제어기가 설치된 이산 화탄소 가스저장용기와, 상기 이산화탄소 가스저장용기와 연결되며 이산화탄소를 확산시키는 디퓨저와, 상기 디퓨저를 수용하며 안전밸브 및 역류방지밸브가 설치되고 투입된 원수에 이산화탄소를 용해시킨 탄산수와 이산화탄소 탄소 기체를 함께 공급하도록 하는 탄산수 공급 탱크를 포함하는 탄산수 공급부; 상기 탄산수 공급부에서 공급된 상기 탄산수 및 이산화탄소 기체의 혼합물을 공급된 원수와 혼합하여 상기 탄산수 공급부에서 공급된 탄산수보다 기체 용해도가 높은 탄산수가 되도록 하는 벤츄리 튜브; 상기 벤츄리 튜브와 연결되며, 원수와, 상기 소석회 투입부로부터 투입되는 소석회 또는 그 용액과, 상기 벤츄리 튜브에 의해 혼합된 탄산수를 함께 교반시키는 용해 반응조와, 용해 반응조로부터 교반된 혼합수의 유량을 조정하는 유량 조정조를 포함하는 소석회 용해부;로 이루어지며, 상기 소석회 용해부로부터 필터 여과된 혼합수가 착수정의 하류에 공급되는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명은 상기 벤츄리 튜브와 상기 용해 반응조 사이에 라인믹서를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 용해 반응조는 원수와, 소석회 또는 그 용액과, 탄산수의 혼합수를 소석회 슬러지나 슬러리 여과용 시브(sieve) 1차 필터와 마이크로필터(microfilter) 또는 나노필터(nanofilter)의 2차 필터를 차례로 통과시키는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명은 상기 소석회 용해부로부터 여과된 혼합수가 착수정과 약품혼화지 사이에 공급됨과 동시에, 침전지와 여과지 사이, 여과지와 정수지 사이, 정수지, 또는 송수 부위 중 적어도 1개소에 공급되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명은 상기 소석회 용해부로부터 여과된 혼합수가 착수정과 약품혼화지 사이에 공급됨과 동시에, 침전지와 여과지 사이, 여과지와 정수지 사이, 정수지, 또는 송수 부위 중 적어도 1개소에 공급될 때 pH 조절장치에 의해 설정된 pH에 상응되도록 소석회 완전 용해수를 공급 또는 차단되도록 하여 pH가 조절되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 소석회 투입부는 소석회 정량 투입 장치의 주위 분위기를 대기압에 비하여 상대적으로 높은 양압 상태로 유지되도록 하는 에어 컴프레셔가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 정수처리방법은 (A) 제어기가 설치된 이산화탄소 가스저장용기와, 상기 이산화탄소 가스저장용기와 연결되며 이산화탄소를 확산시키는 디퓨저와, 상기 디퓨저를 수용하며 안전밸브 및 역류방지밸브가 설치되고 투입된 원수에 이산화탄소를 용해시켜 탄산수를 공급하도록 하는 탄산수 공급 탱크를 포함하는 탄산수 공급부를 이용하여 원수나 여과수에 이산화탄소를 주입하여 탄산수를 제조하는 단계; (B) 원수와 소석회 투입부로부터 투입된 소석회와 제조된 탄산수를 혼합한 다음, 시브 필터에 의한 1차 여과에 의해 소석회 슬러지나 슬러리를 여과한 후, 마이크로필터 또는 나노필터에 의한 2차 여과에 의해 탄산이온이 존재하는 소석회 용해수를 제조하는 단계; (C) (B)단계에 의해 제조된 소석회 용해수를 착수정과 약품 혼화지 사이에 유량조정조에 의해 정량 공급하여 원수의 pH를 7.0~7.5로 조절하는 단계; 및 (D) 약품 혼화지, 응집지 및 침전지를 거친 정수의 pH가 7.5~8.5가 되도록 (B) 단계에 의해 제조된 소석회 용해수를 침전지와 여과지 사이, 여과지와 정수지 사이, 정수지, 또는 송수 부위 중 적어도 1개소에 공급하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명은 상기 (B)단계 이전에 에어 컴프레셔에 의해 소석회 정량 투입 장치의 주위 분위기를 대기압에 비하여 상대적으로 높은 양압으로 유지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정수장용 정수 처리 시스템(1)을 설명하는 개략 블록도로서, 그 전체적인 구성은 소석회 투입부(10)와, 소석회 용해부(20), 그리고 탄산수 공급부(30)로 구성되며, 탄산이온이 존재하는 소석회 완전 용해수는 착수정(110)과 약품혼화지(120) 사이, 침전지와 여과지 사이, 여과지(150)와 정수지(160) 사이, 정수지, 송수부위 중 적어도 1개소에 공급된다.
먼저, 본 발명의 정수장용 정수 처리 시스템(1)에 있어서의 소석회 투입부(10)에 대하여 설명하면, 통상적인 분체 소석회를 투입하기 위한 소석회 투입 장치(11)가 사용된다.
그러나 본 발명에 있어서 바람직하게는, 소석회 투입부(10)가 소석회 정량 투입 장치(11), 에어 컴프레서(12), 필터(13) 및, 제어기(14)로 구성된다.
상기 소석회 투입부(10)는 소석회 투입실이나 저장실에 설치되나, 이에 한정되는 것은 아니며 각종 산업 시설에서 전기 설비가 내장된 패널, 염소 투입실 등과 같은 각종 약품 저장실 등과 같이 부식 방지나 역가 방지가 필요한 모든 산업 설비나 장치에 적용될 수도 있다.
도시된 바와 같이, 소석회 투입부(10)는 일정량의 공기를 압축하거나 비활성(예, 질소 등) 가스를 일정 압력으로 공급하기 위한 에어 컴프레셔(12)와, 에어 공급 라인(15)에 설치되어 압축 공기 또는 비활성 가스가 표준 대기압(大氣壓) 보다 높은 압력으로 증압되도록 조절하는 제어기(regulator)(14)로 이루어지며, 에어 공급 라인(15)의 일단으로부터 증압된 공기 또는 비활성 가스가 소석회 정량 투입 장치(11)가 설치된 밀폐실(미도시) 및/또는 소석회 저장실(미도시) 내부로 공급된다.
소석회 정량 투입 장치(11)가 설치된 투입실(미도시) 및/또는 소석회 저장실(미도시) 내부의 대기 분위기 압력이 대기압 보다 약간 높은 양압으로 유지되면, 외부로부터 염소 가스나 수분이 상기 투입실이나 저장실 내로 침투되는 것이 원천적으로 방지되어 상기 투입실이나 저장실 내부의 전기 시설이 부식되거나 또는 소석회가 습기에 의하여 응고되어 정량 주입이 곤란하게 되거나 또는 장치를 손상시키거나 하는 사태를 미연에 방지할 수 있게 된다.
아울러, 소석회 정량 투입 장치(11)가 설치된 투입실(미도시) 및/또는 소석회 저장실(미도시)은 상기 에어 컴프레서(12)와 연통된 에어 공급 라인(15)을 환기창이나 환기구에 연결하고 그 연결부와 도어부 가장자리, 창문 가장자리 등은 실리콘 등을 사용하여 밀폐시키는 것이 효율적인 소석회 응고 방지 및 전기 설비 부식 방지를 위해 바람직하다.
또한, 에어 컴프레서(12)와 연통된 에어 공급 라인(15) 상에는 필터(13,14)를 설치하여 공기 중의 유해 가스, 분진 및 수분 등을 필터링함으로서 더 더 효율 적인 소석회의 역가 저하와 부식 방지를 이룰 수 있게 된다. 이러한 필터(13,14)의 종류로는 루버나 그릴을 이용하는 망필터, 전처리 필터, 미디움 필터(Medium Filter), HEPA 필터, Ulpa 필터, 또는 탄소 필터(Chemical Filter) 등을 사용할 수 있고, 탄소필터(유해가스 제거용)와 수분필터(습기제거용)를 주로 이용한다.
상기 소석회 투입부(10)의 적용 방법에 대하여 더 부연하면, 소석회 정량 투입 장치(11)가 위치하는 투입실 및/또는 저장실의 환기 장치(예컨대, 팬(fan))를 제거한 다음, 환기 통로를 청소하고, 상기 투입실 및/또는 저장실의 내부를 상기 환기 통로를 제외하고는 외부와 기밀(氣密) 상태가 유지되도록 실리콘 등을 이용하여 밀폐시킨 후, 에어 컴프레서(12)와 환기 통로를 기밀 상태로 연통시키고, 에어 컴프레서(12)에 의해 증압 공기를 주입하게 된다.
도면 중 미설명 부호 16은 모터이며, 미설명 부호 68은 파이프라인(또는 컨베이어)으로서, 분체 소석회를 후술하는 용해 반응조(21)로 내로 도입하게 된다.
이어서, 본 발명의 정수장용 정수 처리 시스템(1)에 있어서의 소석회 용해부(20)에 대하여 설명하기로 한다.
소석회 용해부(20)는 모터(22)와 그 내부에 임펠러(미도시) 및 소석회 슬러지나 슬러리 제거용의 시브 필터인 1차 필터(미도시)와 마이크로필터 및/또는 나노필터인 2차 필터(미도시)가 설치된 용해 반응조(21)로 구성되며, 필요하다면, 유량 조정조(23)를 더 포함할 수도 있다.
상기 용해 반응조(21)의 바람직한 예에 대해 부연하면, 도시하지는 않았지만, 그 기본 구성은 하부를 제외한 영역을 이등분하는 격벽을 갖는 몸체와, 상기 몸체 상방에 설치되는 감속 모터와 이로부터 연장되는 회전축의 하단부에 고정되는 임펠러와, 상기 몸체의 상방 일측에 연통되는 정수 도입관과, 상기 격벽의 한 쪽에 수평으로 설치되는 1차 필터로서의 시브(Sieve) 필터와, 상기 격벽의 다른 쪽에 설치되며 상기 1차 필터의 상방에 위치하는 2차 필터로서의 마이크로필터 및/또는 나노필터로 구성된다.
상기 1차 필터로서의 시브 필터는 소석회 투입에 따른 슬러지나 슬러리의 이동을 방지하는 역할을 하며, 이러한 목적을 달성하기에 적합한 원판상 또는 박스상 시브(sieve) 형태의 필터, 특히 금속제 시브 필터인 것이 내구성 및 유지 보수 관점에서 바람직할 수 있다.
상기 2차 필터의 위치는 상기 1차 필터의 상방이고 상기 정수 도입관의 위치보다 약간 하방에 설치하는 것이 바람직하며, 상기 2차 필터는 마이크로필터(microfilter) 및/또는 나노필터(nanofilter)로 구성되며, 이들 필터 자체는 공지로서, 상업적으로 입수 가능하므로 이에 대한 부연 설명은 생략하기로 한다.
따라서 정수 도입관으로부터 도입되는 원수와 소석회의 혼합수는 임펠러의 회전에 의해 철저히 교반되면서 하방으로 이동하여 1차 필터를 통과하게 되나, 1차 필터에 의해 소석회 슬러지나 슬러리는 통과하는 일부도 있으나, 이를 통과한 혼합수는 상기 격벽의 하방을 통하여 거꾸로 상향으로 이동하여 2차 필터를 통과하게 되므로 상향의 일정 높이 이상을 비중 2.2 - 2.4인 녹지 않은 입자들은 올라가지 못하지만 통과된 혼합수는 소석회가 완전히 용해된 상태로 된다.
한편 유량 조정조(23)는 용해 반응조(21)의 유량을 조정하기 위한 완충조로 서의 기능을 수행한다.
상기 벤츄리 튜브(51)는 상기 탄산수 공급부(30)에서 공급된 상기 탄산수 및 이산화탄소 기체의 혼합물을 공급된 원수와 혼합하여 기체 용해도가 높은 탄산수가 되도록 하는 역할을 하게 된다.
원수가 벤츄리 튜브(venturi tube)(51)를 통하여 공급되면 후술하는 탄산수 공급부(30)로부터 공급되는 탄산수 및 이산화탄소 기체를 별도의 공급 동력 없이 압력 차에 의해 파이프라인(66) 내로 흡입되어 원수와 함께 용해 반응조(21) 내로 도입되어 탄산수 공급부(30)에서 공급된 탄산수보다 기체용해도가 높은 탄산수가 되도록 혼합하고, 선택 밸브를 달아 선택성을 주게 되며, 소석회 분체는 소석회 투입부(10)로부터 파이프라인(68)(또는 컨베이어)을 통해 용해 반응조(21) 내로 도입되어 함께 혼합되게 된다. 탄산이온이 존재하는 소석회 혼합수는 전술한 시브 필터와, 마이크로필터 및/또는 나노필터를 차례로 통과하는 과정에서 소석회가 완전히 포화 용해된 상태로 파이프라인(57)을 통하여 배출되며, 파이프라인(57) 상에는 정량 주입 밸브(24)가 설치된다.
상기 파이프라인(66)에는 라인믹서(미도시됨)가 더 구비되어 탄산수 및 이산화탄소 기체 혼합물을 이용한 기체 용해도가 높은 탄산수의 제조가 되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 라인믹서는 탄산수 및 이산화탄소 기체 혼합물이 혼합되어 기체 용해도가 높은 탄산수가 되도록 내부에 스파이럴(나선형) 유로가 형성되도록 하거나 다수의 격벽이 설치되는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 발명은 탄산수를 제조하거나 특히 탄산수 및 이산화탄소 기체 혼합물을 벤츄리와 라인믹서에서 2차로 탄산수로 제조함으로서 이산화탄소의 사용량이 현저히 감소시키게 되며, 탄산수에 소석회를 용해시킨 완전 소석회 용액과 원수를 혼합하는 액액접촉반응이 되도록 함으로써 반응이 신속하게 이루어지는 장점이 있다.
한편 유량 조정조(23)는 용해 반응조(21)와 파이프라인(67)을 통하여 상호 연통되어 있으며, 상기 용해 반응조(21) 내의 시브 필터와, 마이크로필터 및/또는 나노필터를 차례로 통과하는 과정에서 소석회가 완전히 포화 용해된 상태의 혼합수가 과잉 생성되는 경우 이를 저장하고 배출하는 기능을 수행하며, 마찬가지로 파이프라인(58)을 통하여 배출되며, 파이프라인(58) 상에는 정량 주입 밸브(25)가 설치된다.
마지막으로 본 발명의 정수장용 정수 처리 시스템(1)에 있어서의 탄산수 공급부(30)에 대하여 설명하면, 탄산수 공급부(30)는 제어기(33)가 설치된 이산화탄소 가스저장용기(32)와, 내부에 pH 센서(35) 및 상기 이산화탄소 가스저장용기(32)와 연결된 디퓨저(diffuser)(34)와 지나친 압력 상승을 방지하기 위한 안전밸브(56a) 및 역류 방지 밸브(56)가 설치된 탄산수 공급 탱크(31)로 구성되고 원수 유입부와 탄산수가 연결되는 부위는 벤튜리 튜브로 설치하여 무동력으로 공급이 가능하도록 하고, 반진공이 걸리게 되면 이산화탄소의 용해도도 증가시킬 수 있다.
pH 센서(35)에 의해 제어된 적정한 양의 이산화탄소 가스가 이산화탄소 가스저장용기(32)로부터 공급 라인(34a)을 경유, 디퓨저(34)를 통하여 탄산수 공급 탱크(31) 내의 여과수 또는 원수에 용해되도록 구성된다.
한편, 본 발명에 있어서는 상기 이산화탄소 가스저장용기(32) 대신에 액체 이산화탄소 탱크를 이용하고 기화기를 통하여 용해시킬 수도 있으며, 필요에 따라서는 가압 용해 탱크를 사용할 수도 있으며, 또한 필요하다면, 관내 가압 혼화식 용해 장치를 사용하거나 또는 기액 접촉식 용해 장치를 사용할 수도 있다.
여과수 내에 용해된 이산화탄소는 탄산이온을 형성하게 되며, 전술한 용해 반응조(21) 내의 소석회에 의한 칼슘이온과 결합함으로써 하류의 상수 관로 내부에 탄산칼슘피막을 형성하여 상수 관로로부터의 금속 이온 용출에 위한 부식을 억제하는 역할을 수행함과 동시에, 이산화탄소의 용해는 pH 저하가 필요한 응집 과정(응집지)에서 소석회의 단독 투여 시 문제점인 약간의 투여로도 pH가 원치 않는 범위로 급격히 상승하는 문제점을 보완하여 pH 조절을 용이하게 하며, 응집지 하류의 정상 pH가 요구되는 곳에서는 처리수의 pH 자연 회복을 가능하게 한다.
원수나 여과수에 소석회만을 녹여 유출하는 경우
Ca(OH)2
Figure 112005057494693-pat00001
Ca2 + + 2OH- : pH 상승이 큼
원수나 여과수에 미리 이산화탄소를 주입하여 소석회를 녹여 유출하는 경우
Ca(OH)2 + 2CO2
Figure 112005057494693-pat00002
Ca2 + + 2HCO3 - : pH 상승이 없음
이어서, 본 발명의 정수장용 정수 처리 시스템(1)에 있어서의 정수 처리 과정을 설명하기로 한다.
상기 탄산수 공급부(30)로부터 펌프(36)에 의하여 정량 주입 밸브(55)를 통하여 공급되는 탄산수는, 원수가 도입될 때, 벤츄리 튜브(51)를 통하여 별도의 동력 없이 압력차에 의해 소석회 용해부(20)의 용해 반응조(21) 내로 도입되는 한편, 소석회 투입부(10)로부터 공급되는 소석회와 함께 용해 반응조(21) 내에서 철저히 교반혼합 되고, 전술한 1차 시브 필터 및 2차 마이크로필터 및/또는 나노필터를 통과하게 되며, 이를 통과한 최종 혼합수는 소석회가 완전 용해된 상태로 되고 칼슘이온과 탄산이온이 함께 존재하게 되며, 소석회의 투입에도 불구하고 탄산이온의 존재로 인하여 pH가 지나치게 높이 상승되지 않게 된다.
탄산이온이 존재하는 소석회 완전 용해수는 용해 반응조(21)의 파이프라인(57) 상의 정량 주입 밸브(24), 및/또는 유량 조정조(23)의 파이프라인(58) 상의 정량 주입 밸브(25)를 통과한 다음, 파이프라인(62)을 통하여 착수정(110)과 약품혼화지(120) 사이에 도입된다.
한편, 유량 조정조(23)의 파이프라인(59) 상의 정량 주입 밸브(52)를 경유하는 소석회 완전 용해수는 분기된 파이프라인(60,61) 상의 각각의 정량 주입 밸브(53,54)와 그에 연결된 각각의 펌프(41,42)를 통하여 각각 상기 파이프라인(62)과 파이프라인(63)을 통과하여 착수정(110)과 약품혼화지(120) 사이로 도입되며, 또한 선택적으로는 다시 파이프라인(62a)과 정량 주입 밸브(53a) 및/또는 파이프라인(63a) 및/또는 파이프라인(63a)과 정량 주입 밸브(54a)를 경유하여, 침전지(140)와 여과지(150) 사이, 여과지(150)와 정수지(160) 사이, 정수지(160), 송수 부위 중 적어도 1개소로 도입된다.
소석회 완전 용해수가 침전지(140)와 여과지(150) 사이, 여과지(150)와 정수지(160) 사이, 정수지(160), 송수 부위 중 적어도 1개소로 도입되게 될 때, pH 조절장치(미도시됨)에 의해 설정된 pH에 상응되도록 소석회 완전 용해수를 공급 또는 차단되도록 하여 pH가 조절되도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 발명은 소석회 완전 용해수를 공급 및 차단되도록 하여 적정 pH가 유지되도록 하는 것이 큰 특징이다.
도면 중 미설명 부호 130은 응집지이다.
다음으로, 전술한 바와 같은 본 발명의 정수장용 정수 처리 시스템(1)을 이용한 정수 처리 방법에 대하여 언급하면, 본 발명에 따른 정수 처리 방법은 (A) 제어기가 설치된 이산화탄소 가스저장용기와, 이에 연결된 디퓨저(diffuser)를 수용하며 안전밸브가 설치된 탄산수 공급 탱크를 이용하여, 원수나 여과수에 이산화탄소를 주입하여 탄산수를 제조하는 단계, (B) 원수와 소석회와 탄산수를 혼합한 다음, 시브 필터에 의한 1차 여과에 의해 소석회 슬러지나 슬러리를 여과한 후, 마이크로필터 또는 나노필터에 의한 2차 여과에 의해 탄산이온이 존재하는 소석회 용해수를 제조하는 단계, (C) 상기 탄산이온이 존재하는 소석회 완전 용해수를 착수정과 약품 혼화지 사이에 공급하여 원수의 pH를 7.0~7.5로 조절하는 단계, (D) 정수의 pH가 7.5~8.5가 되도록 상기 (C) 단계에서의 탄산 이온이 존재하는 소석회 용해수를 침전지와 여과지 사이, 여과지와 정수지 사이, 정수지, 또는 송수 부위 중 적어도 1개소 또는 그 이상으로 공급하는 것으로 구성되며, 선택적으로는, 상기 단계(B)에 앞서, 습기 및 염소 가스의 침입에 의한 소석회의 흡습 및 소석회 정량 투입 장치(11)의 전기기계부의 부식을 방지하기 위하여 에어 컴프레서(12)에 의해 소석회 정량 투입 장치(11) 주위 분위기(atmosphere)를 대기압에 비하여 상대적으로 양압으로 유지, 지속시키는 단계를 더 포함한다.
도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 정수장용 정수 처리 시스템(1)을 이용하여 정수한 경우, 2주 경과 후에 상수 관로 내부에 형성된 관로 부식 억제 탄산칼슘 피막을 보여주는 사진이며, 도 3a 및 도 3b는 각각 도 1에 나타낸 본 발명의 정수장용 정수 처리 시스템(1)을 이용한 경우 약간 발청된 상수 관로 내에 탄산칼슘 피막이 형성되어 더 이상의 부식에 의한 발청 진행을 억제하여 상수 관로를 보호하게 되는 효과를 나타내는 사진으로서, 도면부호 2는 본 발명에 따른 정수 처리 시스템에 의한 정수를 2주간 통수시킨 경우의 관체를, 그리고 도면부호 B는 종래의 상수를 통수시킨 경우를 나타낸다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 정수장용 정수 처리 시스템 및 이를 이용한 정수처리방법에 의하면, 소석회에 대한 효과적인 습기 및 유해 대기 차단, 및 전기 설비에 대한 효과적인 부식 방지가 가능함과 아울러, 소석회 투입 원수에 이산화탄소를 주입하여 적정 pH 및 알칼리도를 유지함으로써 원수의 응집 및 침전 효율성을 더 향상시킴과 동시에 안정화시키고, 슬러지량을 감소시키며, 백탁 현상에 의한 물버림 현상을 방지하고, pH 감소에 따른 착색 현상을 방지하는 한편, 소석회 투입 원수 및/또는 정수에 미리 이산화탄소를 주입하는 것에 의해 소석회의 용해도를 증가시켜, 그 용액이 pH 조절을 용이하게 하며 적절히 생성된 탄산이온이 관로 표면에 적절한 탄산칼슘 피막을 형성하게 함으로써 수도관로의 부식을 방지하고 상수를 안정화하여 수질 변화를 최소화할 수가 있다.
지금까지 본 발명에 대하여 상세히 설명하였으나, 당해 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 있어서는 본 발명의 영역으로부터 일탈하는 일 없이도 본 발명으로부터 다양한 변화 및 수정이 가능할 것이나, 이 또한 본 발명의 영역 내임을 이해하여야만 할 것이다.

Claims (10)

  1. 양압이 유지되는 소석회 정량 투입 장치를 포함하는 소석회 투입부;
    제어기가 설치된 이산화탄소 가스저장용기와,
    상기 이산화탄소 가스저장용기와 연결되며 이산화탄소를 확산시키는 디퓨저와,
    상기 디퓨저를 수용하며 안전밸브 및 역류방지밸브가 설치되고 투입된 원수에 이산화탄소를 용해시킨 탄산수와 이산화탄소 기체를 함께 공급하도록 하는 탄산수 공급 탱크를 포함하는 탄산수 공급부;
    상기 탄산수 공급부에서 공급된 상기 탄산수 및 이산화탄소 기체의 혼합물을 공급된 원수와 혼합하여 상기 탄산수 공급부에서 공급된 탄산수보다 기체 용해도가 높은 탄산수가 되도록 하는 벤츄리 튜브;
    상기 벤츄리 튜브와 연결되며,
    원수와, 상기 소석회 투입부로부터 투입되는 소석회 또는 그 용액과, 상기 벤츄리 튜브에 의해 혼합된 탄산수를 함께 교반시키는 용해 반응조와,
    용해 반응조로부터 교반된 혼합수의 유량을 조정하는 유량 조정조를 포함하는 소석회 용해부;
    상기 소석회 투입부에 구비되며,
    소석회 정량 투입 장치의 주위 분위기를 대기압에 비하여 상대적으로 높은 양압 상태로 유지되도록 하는 에어 컴프레셔;로 이루어지며,
    상기 소석회 용해부로부터 필터 여과된 혼합수가 착수정의 하류에 공급되는 것을 특징으로 하는 정수장용 정수 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 벤츄리 튜브와 상기 용해 반응조 사이에 라인믹서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 정수장용 정수 처리 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 용해 반응조는 원수와, 소석회 또는 그 용액과, 탄산수의 혼합수를 소석회 슬러지나 슬러리 여과용 시브(sieve) 1차 필터와 마이크로필터(microfilter) 또는 나노필터(nanofilter)의 2차 필터를 차례로 통과시키는 것을 특징으로 하는 정수장용 정수 처리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 소석회 용해부로부터 여과된 혼합수가 착수정과 약품혼화지 사이에 공급됨과 동시에, 침전지와 여과지 사이, 여과지와 정수지 사이, 정수지, 또는 송수 부위 중 적어도 1개소에 공급되는 것을 특징으로 하는 정수장용 정수 처리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 소석회 용해부로부터 여과된 혼합수가 착수정과 약품혼화지 사이에 공급됨과 동시에, 침전지와 여과지 사이, 여과지와 정수지 사이, 정수지, 또는 송수 부위 중 적어도 1개소에 공급될 때 pH 조절장치에 의해 설정된 pH에 상응되도록 혼 합수가 공급되어 pH가 조절되는 것을 특징으로 하는 정수장용 정수 처리 시스템.
  6. 삭제
  7. (A) 제어기가 설치된 이산화탄소 가스저장용기와, 상기 이산화탄소 가스저장용기와 연결되며 이산화탄소를 확산시키는 디퓨저와, 상기 디퓨저를 수용하며 안전밸브 및 역류방지밸브가 설치되고 투입된 원수에 이산화탄소를 용해시켜 탄산수를 공급하도록 하는 탄산수 공급 탱크를 포함하는 탄산수 공급부를 이용하여 원수나 여과수에 이산화탄소를 주입하여 탄산수를 제조하는 단계;
    (B) 에어 컴프레셔에 의해 소석회 정량 투입 장치의 주위 분위기를 대기압에 비하여 상대적으로 높은 양압으로 유지시키는 단계;
    (C) 원수와 소석회 투입부로부터 투입된 소석회와 제조된 탄산수를 혼합한 다음, 시브 필터에 의한 1차 여과에 의해 소석회 슬러지나 슬러리를 여과한 후, 마이크로필터 또는 나노필터에 의한 2차 여과에 의해 탄산이온이 존재하는 소석회 용해수를 제조하는 단계;
    (D) (C)단계에 의해 제조된 소석회 용해수를 착수정과 약품 혼화지 사이에 유량조정조에 의해 정량 공급하여 원수의 pH를 7.0~7.5로 조절하는 단계; 및
    (E) 약품 혼화지, 응집지 및 침전지를 거친 정수의 pH가 7.5~8.5가 되도록 (C) 단계에 의해 제조된 소석회 용해수를 침전지와 여과지 사이, 여과지와 정수지 사이, 정수지, 또는 송수 부위 중 적어도 1개소에 공급하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정수장용 정수 처리 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    (B) 단계에서 제조된 탄산수와 원수는 벤츄리 튜브에 의하여 혼합되는 것을 특징으로 하는 정수장용 정수 처리 방법.
  9. 삭제
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 에어 컴프레셔와 연결되는 에어공급 라인에 설치되며 압축공기 또는 비활성 가스가 표준 대기압 보다 높은 압력으로 증압되도록 조절하는 제어기가 더 구비된 것을 특징으로 하는 정수장용 정수 처리 시스템
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