KR100955913B1

KR100955913B1 - 물리화학적 수질정화장치

Info

Publication number: KR100955913B1
Application number: KR1020100025193A
Authority: KR
Inventors: 허순철
Original assignee: 주식회사 삼윤이엔씨기술사사무소; 허순철
Priority date: 2010-03-22
Filing date: 2010-03-22
Publication date: 2010-05-03

Abstract

본 발명은 물리화학적 수질정화장치에 관한 것으로서, 컴팩트한 장치 구성으로 오염수에 대해서 좁은 부지를 이용하여 효율적인 정화처리가 가능해지고, 설치부지를 쉽게 확보할 수 있으며, 부지면적의 축소, 건설비용 및 장치비용, 운용비용의 절감, 약품 사용의 절감, 무인 운전을 통한 인건비 절감, 무동력화 등이 가능하여 경제적으로 우수한 물리화학적 수질정화장치를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위하여, 응집제를 이용하여 오염수 내 오염물질을 화학적으로 입자화하는 급속혼화장치와; 판형 메디아들이 적층된 판형 메디아층을 구비하여 상기 급속혼화장치로부터 유입되는 오염수 및 입자화된 오염물질을 상기 판형 메디아층으로 통과시켜, 상기 판형 메디아 사이의 유로에서 오염수의 분리 및 합류가 반복되는 동안 오염물질 입자의 물리적인 뭉침현상에 의해 플럭들을 성장시키고, 성장된 플럭들을 상기 판형 메디아층 하측으로 침전시키는 동시에, 상기 플럭들이 분리된 처리수를 배출하는 플럭 형성 및 침전 장치;를 포함하는 물리화학적 수질정화장치가 개시된다.

Description

물리화학적 수질정화장치{Physicochemical apparatus for purifying water}

본 발명은 수질정화장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수질오염물질이 고농도로 존재하는 하수처리 방류수 또는 수질오염이 심화된 부영양화 호수 등의 오염수에 대하여 고형물질 및 용존성 수질오염물질을 물리화학적으로 분리하여 정화처리하는 물리화학적 수질정화장치에 관한 것이다.

국내에 존재하는 다양한 규모의 공공수역은 대부분 하수처리 방류수 및 오염수 중의 수질오염물질, 특히 수질오염물질 중 총인(Total Phosphorus; T-P) 성분으로 인하여 부영양화가 어느 정도 진행되어 있는 것으로 알려지고 있다.

따라서, 부영양화가 진행된 공공수역 등을 대상으로 하여 수중의 총인 성분을 제거하기 위한 물리화학적 처리시설을 도입하여 보다 쾌적한 수환경을 가지도록 수질을 개선한 친수공원을 계속 증가시키고 있는 추세이다.

최근 들어 공공수역에서의 부영양화를 예방하기 위하여 하수처리시 방류수의 총인을 제거하기 위한 고도처리시설이 설치되고 있으나, 하수처리장의 설치부지 여건 및 처리비용의 과다로 인하여 보다 컴팩트하고 경제적이면서 효율적인 처리방법 및 이를 이용한 수질개선기술, 수질개선설비들을 필요로 하고 있다.

통상의 물리화학적 처리시설에서는 화학적 처리 과정 및 물리적인 처리 과정을 순차적으로 진행하도록 구성되는데, 화학적 처리 과정에서는 주로 유기/무기 응집제(coagulant)를 사용하고 있고, 물리적 처리 과정에서는 중간매체(메디아/담체)(media)를 이용하여 여과를 통해 수처리하고 있는 바, 수중의 오염물질을 응집제를 사용하여 플럭(Floc)(수중의 부유, 현탁물이 서로 흡착하여 형성된 육안으로 볼 수 있는 크기의 고형물)으로 성장시킨 뒤 침전시키는 고액(固液) 분리 과정을 거친다.

상기의 물리화학적 처리시설의 일 예로, 급속 혼화 공정에서는 교반기가 설치된 혼화조로 오염수를 이동시킨 다음, 혼화조 내의 오염수에 폴리염화알루미늄(PAC) 등의 수처리용 응집제, 수산화나트륨(NaOH) 등의 중화제를 투입한 뒤 교반기로 오염수를 고속으로 회전시키고, 이로써 오염수 중 미세 입자에 의한 전기이중층 해소와 하전 중화를 유도하여 보다 큰 입자가 성장될 수 있도록 한다.

이어 급속 혼화 공정 후 20분에서 40분 정도 미세 입자들을 서로 충돌시켜 보다 큰 입자로 성장시키는 플럭 형성 공정을 거친 뒤, 침전조에서 생성된 플럭이나 부유물을 침전 또는 부상시켜 고액 분리하는 고액 분리 공정을 진행하게 된다.

그러나, 종래의 일반적인 응집, 침전 제거 방법에서는, 응집제 등을 이용하는 급속 혼화 공정에서의 처리시간은 대략 1분 정도로 짧다고 할 수 있으나, 플럭 형성에 소요되는 시간이 20분 ~ 40분, 침전을 통한 고액 분리에 소요되는 시간이 60분 ~ 120분 정도가 소요되는 등 긴 처리시간이 문제로 지적되고 있다(일반 응집, 침전 공정시 전체 2시간 ~ 3시간의 소요).

예컨대, 후처리 공정인 플럭 형성과 침전을 통한 고액 분리 공정에서 긴 처리시간이 소요되면 전처리 공정인 급속 혼화 공정에서 과도한 교반 동력을 소모해야 하는 문제가 있게 된다.

또한 공정 중 침전 가능한 응결물의 형성을 위하여 과잉의 응집제가 투여되어야 하므로 약품비가 증가할 수밖에 없고, 슬러지 발생량 및 처리비의 과다로 전체 소요 비용이 크게 증가하는 문제가 있다.

또한 유입 수질의 부하 변동 대응이 어렵고, 처리시설의 관리 포인트 증가로 숙련된 다수의 전문 운영인력이 필요하며, 이는 인건비 및 운용비용의 상승을 초래하게 된다.

더욱이 종래의 일반적인 응집, 침전 제거 방법의 경우, 수질오염물질의 처리를 위하여 많은 설치부지를 필요로 하며(기존 하수처리장 여건상 설치부지 확보가 문제), 이는 건설비를 크게 상승시키는 요인이 되고 있다.

그 밖의 개선된 종래 기술로 플럭 형성시 입자 간 충돌 횟수를 최대화하고 고액 분리 시간을 최소화하기 위하여 응집보조제로 플럭형성조(또는 혼화조)에 점토, 규산질, 황토를 투입하거나, 침전조에서 이미 침전시킨 슬러지를 별도의 펌프를 이용하여 플럭형성조로 반송하는 방법 등이 있다.

그러나, 응집보조제를 사용하는 방법의 경우, 초고속 응집이 가능하여 플럭 형성 시간을 단축시키는 장점이 있으나, 응집보조제의 사용으로 인해 반응의 부산물인 슬러지가 다량 발생하는 단점이 있고, 반응시간도 그리 짧지 않은 1시간 내외이면서 설치부지가 많이 필요한 문제점이 있다.

한편, 침전 슬러지를 반송하여 플럭 형성에 이용하는 방법의 경우, 플럭 형성시간을 대략 10분으로 단축시키는 것은 물론 플럭 형성도 크게 할 수 있어 침전 시간 역시 20분 ~ 30분 정도로 크게 단축시킬 수 있는 바, 이는 지금까지 설치부지를 가장 줄일 수 있는 부지 절약형 기술이라 할 수 있으나, 여전히 많은 부지를 필요로 하므로 기존 하수처리장의 여건상 설치부지를 확보하는데 어려움이 있을 수 있다.

또한 정밀한 설계 및 시공이 이루어져야 하고, 플럭 형성을 위한 교반 동력과 더불어 침전 슬러지를 반송하기 위한 반송 동력을 소모하는 단점이 있으며, 이 역시 고액 분리시까지 최소 30분 정도의 시간을 소요하는 문제가 있다.

이와 함께 침전 슬러리의 반송 과정 등의 운전상태를 지속적으로 모니터링해야 할 뿐만 아니라 운전조건을 유지하기 위한 관리 포인트의 증가가 수반되고, 반응 과정을 관측/제어하기 위한 숙련된 기술을 필요로 하는 만큼 다수의 전문 운영인력이 필요하다.

요컨대, 종래 기술의 경우, 설치부지가 과다하여 기설치된 하수처리시설의 여건상 입지여건의 불충분으로 방류수의 총인을 제거하기 위한 물리화학적 처리시설을 건설하는데 많은 어려움이 있고, 설치부지로 인한 비용 과다, 과잉의 응집보조제 사용으로 인한 약품비 및 슬러지 발생 과다, 슬러지 처리비 과다, 다수의 전문 운영인력 소요 등으로 인해 전체적인 건설비용 및 운용비용이 커서 비경제적이라는 문제점을 가지고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 오염수 내에 존재하는 고형물질 및 용존성 수질오염물질을 물리화학적으로 초고속 고액 분리하여 정화처리함으로써, 수질오염물질을 경제적 및 효율적으로 제거할 수 있고, 처리시간의 단축이 가능해지며, 장기적이고도 효과적인 공공수역의 수질 개선, 친수성 확보, 오염수의 대체 수자원으로의 활용 등이 가능해지도록 하는 물리화학적 수질정화장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 컴팩트한 장치 구성으로 오염수에 대해서 좁은 부지를 이용하여 효율적인 정화처리가 가능해지고, 설치부지를 쉽게 확보할 수 있으며, 부지면적의 축소, 건설비용 및 장치비용, 운용비용의 절감, 약품 사용의 절감, 무인 운전(모니터링 불필요)을 통한 인건비 절감, 무동력화 등이 가능하여 경제적으로도 우수한 물리화학적 수질정화장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 응집제를 이용하여 오염수 내 오염물질을 화학적으로 입자화하는 급속혼화장치와; 판형 메디아들이 적층된 판형 메디아층을 구비하여 상기 급속혼화장치로부터 유입되는 오염수 및 입자화된 오염물질을 상기 판형 메디아층으로 통과시켜, 상기 판형 메디아 사이의 유로에서 오염수의 분리 및 합류가 반복되는 동안 오염물질 입자의 물리적인 뭉침현상에 의해 플럭들을 성장시키고, 성장된 플럭들을 상기 판형 메디아층 하측으로 침전시키는 동시에, 상기 플럭들이 분리된 처리수를 배출하는 플럭 형성 및 침전 장치;를 포함하는 물리화학적 수질정화장치를 제공한다.

바람직한 실시예에서, 상기 플럭 형성 및 침전 장치는, 상기 급속혼화장치로부터 유체 통로를 통해 연결되어 오염수 및 오염물질 입자가 유입되는 반응조와; 상기 반응조 내에서 판형 메디아들을 적층하여 상기 판형 메디아층을 형성함으로써 구성되는 플럭형성부와; 상기 반응조 내에서 상기 플럭형성부의 하측으로 공간을 구비하여 형성되고 상기 플럭형성부에서 형성된 플럭들이 침전되어 농축되는 침전부와; 상기 반응조에서 플럭형성부를 통과한 뒤 상기 플럭들이 침전되어 분리된 처리수를 배출하는 배출부;를 포함하여 구성될 수 있다.

또한 상기 판형 메디아는 폭과 길이가 3 ~ 10 cm의 크기를 가지는 것을 사용할 수 있다.

또한 상기 플럭형성부는 판형 메디아층을 형성하도록 적층되는 판형 메디아들과, 상기 판형 메디아들을 둘러싸도록 설치되는 스크린을 포함하여 구성될 수 있다.

또한 상기 판형 메디아 사이의 유로가 3차원적으로 수직방향 및 수평방향, 경사방향으로 다양하게 형성되어 다양한 방향으로 수리적인 자연 유체 흐름이 발생될 수 있도록, 상기 판형 메디아들은 눕힌 상태로 하여 위와 아래의 판형 메디아들이 서로 교차되게 적층되는 것이 바람직하다.

또한 상기 침전부의 상부 영역에서 상기 플럭형성부의 하측으로는 플럭들의 침전 효율을 증대시키기 위해 플럭들을 하측으로 유도하는 다수의 경사판이 설치되는 것이 바람직하다.

또한 상기 침전부 내에 공기공급수단 또는 산소공급수단과 연결된 산기관이 설치될 수 있으며, 상기 배출부는 상기 플럭형성부를 통과하여 정화처리된 처리수를 통과시켜 상기 처리수에 잔류하는 오염물질 입자 및 플럭들을 여과하는 여과층부를 구비하도록 구성될 수 있다.

여기서, 상기 여과층부는 반응조 내측면 일측에 처리수가 배출되는 통로를 구획하는 구획벽을 설치하고 상기 구획벽 내측 공간으로 스크린에 의해 지지되는 입상의 여과재를 충전하여 구성될 수 있다.

또한 상기 여과재는 직경 0.5 ~ 5 cm의 입자 크기를 가지는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 여과재는 복수의 층으로 적층되되, 층별로 입자의 크기를 달리하여 층별로 입자 간 공극의 크기를 달리하고, 이때 하층일수록 직경이 큰 입자를 사용하여 입자 간 공극을 크게 하는 것이 바람직하다.

또한 상기 급속혼화장치로부터 상기 플럭 형성 및 침전 장치로 오염수 및 오염물질 입자가 유입되는 유체 통로에는 오염수의 pH 값을 검출하기 위한 pH 미터가 설치될 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 물리화학적 수질정화장치에 의하면, 하수처리 방류수와 오염 하천수 및 오염 호수 등 부영양화를 일으키는 원인이 되는 총인을 함유한 오염수에 대해서 좁은 부지를 이용하여 장기적이고도 효과적인 정화처리가 가능하다.

또한 컴팩트한 장치 구성으로 설치부지를 쉽게 확보할 수 있고, 부지면적의 축소, 건설비용 및 장치비용, 운용비용의 절감, 약품 사용의 절감, 무인 운전(모니터링 불필요)을 통한 인건비 절감, 무동력화 등을 달성할 수 있는 바, 경제적으로도 매우 우수한 장점이 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수질정화장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 수질정화장치에서 플럭형성부의 판형 메디아층 내에서 이루어지는 대형 입자화의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 수질정화장치를 이용하여 오염수를 처리하였을 때 오염물질의 농도와 처리수의 탁도를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 수질오염물질이 고농도로 존재하는 하수처리 방류수 또는 수질오염이 심화된 부영양화 호수 등의 오염수에 대해서 고형물질 및 용존성 수질오염물질을 물리화학적으로 초고속 고액(固液) 분리하여 정화처리함으로써, 수질오염물질을 경제적 및 효율적으로 제거할 수 있고, 공공수역의 수질 개선, 친수성 확보, 오염수의 대체 수자원으로의 활용 등이 가능해지도록 하는 물리화학적 수질정화장치에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 하수처리 방류수 및 오염수에 대한 장기적인 수질 정화를 목적으로 응집제와 더불어 비교적 쉽고 저렴하게 구할 수 있는 활성백탄 등으로 이루어진 판형 메디아를 이용하여 오염수 중 고형물질 및 인 등의 용존 성분을 단일 반응기 내에서 고비중 및 고밀도로 대형 입자화한 뒤 침전/여과하는 방식으로 고액 분리를 초고속(10분 내외)으로 실시할 수 있게 구성됨으로써, 하수처리 방류수 및 오염수의 인으로 인한 공공수역에서의 부영양화를 효과적으로 방지하고, 정화된 처리수를 공업용수나 농업용수 등의 대체 수자원으로 활용할 수 있게 하는 고효율의 물리화학적 수질정화장치에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 수질정화장치는 활성백탄 등으로 이루어지는 판형 메디아를 이용하여 오염수 중의 오염물질을 별도의 동력 없이 수리적 에너지에 의해 초고속 침전이 가능한 대형 플럭으로 성장시킬 수 있는 플럭형성부에 주된 특징이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수질정화장치의 구성을 나타내는 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수질정화장치에서 플럭형성부의 판형 메디아층 내에서 이루어지는 대형 입자화의 원리를 설명하기 위한 도면이다.

우선, 본 명세서에서는 명확한 설명을 위하여 본 발명의 수질정화장치에 의해 정화처리의 대상이 되는 오염된 물, 예컨대 하수처리 방류수나 기타 폐수, 부영양화된 호수 등의 오염수와 같이 수질오염물질을 함유하고 있는 다양한 종류 및 형태의 처리 대상수를 간단히 오염수로 총칭하여 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 수질정화장치는 오염수 내 수질오염물질을 물리화학적으로 응집시키고 고속으로 침전시키는 것으로, 오염수 내 고형물질 및 용존성 오염물질을 화학적으로 미세 입자화하고 이어 미세 입자를 물리적으로 대형 입자화하여 고비중, 고밀도의 플럭(Floc)을 형성한 뒤 고속 침전시키도록 구성되는 바, 응집제를 이용하여 오염수 내 용존성 오염물질을 화학적으로 미세 입자화하는 급속혼화장치(10)와, 상기 급속혼화장치(10)로부터 유입되는 오염수 중 미세 입자화된 오염물질을 활성백탄 등으로 이루어진 판형 메디아(24)를 이용하여 물리적으로 대형 입자로 성장시킴으로써 플럭을 형성하는 동시에 형성된 플럭을 바닥부로 침전시키는 플럭 형성 및 침전 장치(20)를 포함하여 구성된다.

이러한 구성에서, 급속혼화장치(10)는 오염수 내 수질오염물질을 응집제에 의한 응집반응을 통해 미세 입자가 되도록 화학적으로 1차 응집시키고, 플럭 형성 및 침전 장치(20)는 판형 메디아(24) 사이의 불규칙 유로를 통과하는 오염물질 입자의 충돌 및 구름현상 등에 기인하는 물리적 뭉침현상을 통하여 초고속 침전이 가능한 고밀도의 대형화된 플럭들을 형성하게 된다.

보다 상세히 설명하면, 상기 급속혼화장치(10)는 처리 대상의 오염수가 유입되고 오염수 내 용존성 오염물질의 응집반응을 위한 응집제가 투입될 수 있도록 구비되는 혼화조(11)를 포함하는 것으로, 상기 혼화조(11) 내에 유입된 오염수와 응집제를 급속 교반하여 오염수의 하전을 중화시키는 동시에 오염수 내 용존성 오염물질을 화학적으로 응집시켜 오염물질 입자를 형성시키게 된다.

본 발명의 급속혼화장치(10)에서 응집반응을 위한 오염수와 응집제의 혼합 과정에서 오염수가 펌프를 이용하여 유입되도록 하는 경우 인라인 믹서를 이용하고, 오염수가 중력에 의해 유입되도록 하는 경우 급속교반기(12)를 이용하는 것이 가능하다.

상기와 같은 본 발명의 급속혼화장치(10)는 오염수 중 오염물질을 미세 입자로 응집시키기 위하여 수처리용 응집제가 이용되고 필요한 경우 급속교반기(12) 등을 이용하는 공지의 구성인 바, 이러한 급속혼화장치 및 이의 급속 혼화 공정에 대해서는 그 구성이나 형태, 유기/무기 응집제의 종류, 필요한 경우 첨가가 가능한 중화제(NaOH 등)의 종류, 응집반응 등의 공정 원리나 반응으로 인한 작용, 효과 등이 널리 알려진 공지의 기술적 사항이면서 이를 포함한 급속혼화장치의 제반 기술적 사항들이 당업계에서 자명한 기술적 사항이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 플럭 형성 및 침전 장치(20)는 급속혼화장치(10)의 하류측에 구비되어 활성백탄 등으로 이루어진 판형 메디아(24)가 적층 수용되고 상기 급속혼화장치(10)로부터 유입된 오염수 및 오염물질 입자를 상기 판형 메디아(24) 사이로 통과시킴으로써 오염물질 입자를 고비중, 고밀도의 대형 플럭으로 성장시키는 동시에 형성된 플럭을 바닥부로 침전시켜 농축시키는 장치이다.

이를 위하여, 상기 플럭 형성 및 침전 장치(20)는, 급속혼화장치(10)로부터 급속 혼화 공정을 마친 오염수 및 수중 오염물질의 미세 입자가 유입되는 반응조(21)와, 상기 반응조(21) 내에서 폭과 길이에 비해 두께가 얇은 판형 메디아(24)를 적층하여 구성되는 플럭형성부(22)와, 상기 플럭형성부(22)에서 형성된 플럭이 침전되어 농축되는 침전부(25)와, 상기 플럭형성부(22)를 통과한 처리수를 배출시키는 배출부(26)를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 본 발명에서는 플럭을 형성하고 고속으로 침전시키는 공정이 플럭 형성 및 침전 장치(20)의 단일 반응조(21) 내에서 이루어지는데, 이러한 플럭 형성 및 침전 장치(20)의 반응조(21)는 급속혼화장치(10)의 혼화조(11)로부터 오염수가 별도의 동력 없이 수리적 에너지에 의해 자연 유입될 수 있게 급속혼화장치의 혼화조와는 수두차를 가지도록 연결된다.

도 1에서는 급속혼화장치(10)의 혼화조(11)와 플럭 형성 및 침전 장치(20)의 반응조(21)가 높이차를 두지 않고 도시되었으나, 실제 오염수가 수두차의 수리적 에너지에 의해 상기 반응조(21)로 자연 이동되도록 하기 위해서는 반응조의 용량, 반응조에서 유출되는 처리수의 유량 및 속도, 압력 등을 고려하여 혼화조(11)의 용량 및 높이 등을 적절히 설계함이 마땅하다.

또한 상기 급속혼화장치(10)의 혼화조(11)와 플럭 형성 및 침전 장치(20)의 반응조(21) 사이를 연결하는 유체 통로(24)에는 통과하는 오염수의 pH 값을 검출하기 위한 pH 미터(14)가 설치될 수 있는데, 이 경우 pH 미터(14)를 통해 오염수의 pH 값을 모니터링하여 모니터링된 pH 값에 기초하여 혼화조(11) 내 응집반응을 제어하는 것이 가능해진다.

예컨대, 급속혼화장치(10)의 혼화조(11)에서 플럭 형성 및 침전 장치(20)의 반응조(21)로 유입되는 오염수의 pH 값을 대략 7로 유지하게 되면 플럭 형성 등의 효율을 최대화할 수 있으므로, 유체 통로(24)를 통해 반응조(21)로 유입되는 오염수의 pH 값이 7에 근접되도록 응집제 주입량, 교반효과 등을 조절하여 응집반응을 제어하는 것이 바람직하다.

또한 중화제의 사용이 필수적인 것은 아니나, 만약 혼화조(11)에서 응집제(PAC)를 과다하게 사용하면 오염수의 pH가 저하되므로, pH 메터(14)를 통해 pH가 6.7 이하로 현저하게 저하된 것으로 나타나는 경우, 알카리 보충용 중화제로 NaOH를 혼화조(11)에 주입하여 반응 pH를 7.0 정도로 유지할 필요가 있다.

상기 플럭형성부(22)는 반응조(21) 내부에서 급속혼화장치(10)로부터 자연 유입되는 오염수가 우선적으로 통과할 수 있는 특정 공간에 구성되며, 도시된 바와 같이 상기의 특정 공간 내에 다수의 판형 메디아(24)를 여러 겹으로 적층하여 충전(充塡)시킨 구조로 구성된다.

여기서, 판형 메디아(24)들은 스크린(23) 내에 대략 수평이 되게 눕혀서 여러 겹으로 적층시키되, 위와 아래의 판형 메디아들이 서로 교차되도록 적층시킬 수 있으며, 반응조(21) 내에서 적층된 다수의 판형 메디아(24)들이 오염수가 통과하면서 플럭이 형성되는 판형 메디아층을 구성하게 되고, 이러한 판형 메디아층에 의해 반응조(21) 내에서 플럭형성구역이 형성되게 된다.

이에 따라, 급속혼화장치(10)에서 응집제의 작용으로 하전 중화되어 미세 입자가 형성된 총인(T-P)을 포함하는 오염수가 플럭 형성 및 침전 장치(20)의 반응조(21)로 자연 유입될 때 상기 플럭형성부(22) 내의 여러 겹으로 충전된 판형 메디아층을 우선적으로 통과하게 된다.

상기 스크린(23)은 내부에 충전된 판형 메디아(24)를 둘러싸도록 설치되는 것으로, 판형 메디아(24)들의 상부와 하부, 측면부를 둘러싸도록 배치될 수 있으며, 판형 메디아(24)들을 적층된 상태로 가둬두는 역할을 하는 동시에 그 자중에 의해 반응조(21) 내 오염수에서 판형 메디아층의 전체 부력을 제어하는 역할을 하게 된다.

본 발명에서 상기 스크린(23)은 망 형태로 구비될 수 있는데, 이때 스크린(23) 내부에 판형 메디아(24)들을 적층되게 넣은 뒤 판형 메디아(24)들이 충전된 스크린(23) 전체를 반응조(21) 내에 수납하게 되며, 반응조(21) 내 오염수에 뜬 상태로 설치가 가능하다.

본 발명에서 플럭형성부(22)를 구성하는 판형 메디아(24)로는 다공성이면서 물에 뜨는 재료로 제작된 것을 사용하며, 폭과 길이가 3 ~ 10 cm의 크기를 가지는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

여기서, 길이가 3cm 미만인 판형 메디아들을 사용하게 되면, 플럭형성부 내의 유로 연장이 길게 되어 수두손실이 크게 발생하고, 이에 오염수의 이동이 원활하지 못하는 문제가 있게 된다.

또한 10cm를 초과하는 판형 메디아들을 사용하게 되면, 플럭형성부 내에 유로가 형성되지 않는 정체 구역이 발생할 수 있으며, 이로 인하여 유로 내 오염수의 유속이 빨라져 플럭형성부 내 플럭 억류량이 적어지는 바, 결국 플럭 형성능을 저해하는 문제가 있게 된다.

또한 바람직한 실시예에서 판형 메디아(24)로는 목재를 사용하여 제조한 활성백탄을 판형으로 쪼개어 사용하는 것이 가능하며, 본 발명에서 판형 메디아 소재로 사용 가능한 활성백탄의 일 예는 하기 표 1과 같다.

이때, 판형 메디아(24)는 활성백탄을 판상으로 쪼개어 사용할 뿐 별도의 표면 가공을 하지 않으므로 전체적으로 울퉁불퉁한 표면을 가지는 바, 적층된 판형 메디아(24) 사이에는 도 2에 나타낸 바와 같이 다양한 크기의 간극이 형성되며, 이러한 간극들이 오염수 및 오염물질 입자를 통과시키는 동시에 이들을 억류하여 이동속도를 저하시키는(유속을 저하시키는) 이동통로를 형성하게 된다.

또한 판형 메디아층에서 판형 메디아(24) 사이의 이동통로, 즉 오염수 및 오염물질 입자가 통과하는 유로는 판형 메디아(24) 사이에서 3차원적으로 수직방향 및 수평방향, 경사방향으로 다양하게 형성되는 바, 이러한 유로에 의해 다양한 방향으로의 수리적인 자연 유체 흐름이 발생된다.

특히, 판형 메디아층 내에서 유속이 상대적으로 빠른 유로 구간과 유속이 상대적으로 느린 구간들이 다양하게 조성되며, 판형 메디아(24)가 적층된 구조에서 판형 메디아(24) 사이의 유로에 의해 오염수는 분리와 합류를 반복하게 되고, 유속이 상대적으로 느린 정체 구간에서는 오염물질 입자가 서로 엉키는 동시에 충돌하여 응집이 더욱 잘 이루어지는 바, 응집 효율이 보다 좋아지게 된다.

결국, 오염물질 입자가 억류되는 정체 구간, 오염물질 입자가 서로 엉키는 유로 구간, 판형 메디아(24) 사이의 유로가 합쳐지는 합류부의 병목 부분 등에서 입자와 입자, 입자와 플럭, 플럭과 플럭 간의 충돌과 구름현상 등에 기인하는 뭉침현상에 의하여 입자 및 플럭이 더욱 크게 응집되어 고비중의 대형화된 플럭들을 형성하게 되고, 유로를 통과하여 오염수의 분리 및 합류가 반복되는 동안 플럭은 계속된 응집으로 인하여 고밀도 및 고비중 상태로 더욱 커지게 된다.

이와 같이 판형 메디아(24)들을 반응조(21)의 오염수 내에 물 간격을 좁힌 상태로 빡빡하게 밀집시켜 넣어줌으로써, 판형 메디아(24) 사이에 다양한 유속의 유로를 형성할 수 있고, 특히 유속이 느린 부분에서 입자들이 엉키면서 응집이 보다 잘 이루어지는 바, 쉽게 대형 입자로 성장된 플럭들이 만들어질 수 있다.

특히, 상기와 같은 플럭형성부(22) 내에서는 불규칙한 표면을 갖는 판형 메디아(24)를 여러 겹으로 충전하여 층을 형성하므로, 오염수 중의 고형물질과 미세 입자화된 오염물질이 판형 메디아(24) 사이의 유로를 다양한 방향 및 속도로 통과할 수 있고, 이에 수리적 에너지에 의해 고속 침전이 가능한 고비중의 대형 입자로 쉽게 응집될 수 있다.

상기 판형 메디아(24)의 불규칙한 표면은 활성백탄 등의 소재를 판형으로 쪼갤 때 인위적인 가공(인위적인 가공시 획일적인 형태가 됨) 없이 자연적으로 형성되는 것으로, 공정 중 적층된 판형 메디아(24) 사이에서 불규칙적인 물 흐름을 발생시키며, 이러한 불규칙적인 물 흐름은 입자 간 충돌 및 엉킴 등 입자를 응집시키고 커지게 하는 입자 상호 간의 작용을 보다 원활하게 발생시킨다.

그리고, 판형 메디아(24)들을 수용하고 있는 스크린(23)은 반응조(21) 내에 완전히 고정시켜 설치하지 않고 판형 메디아(24)에 의해 반응조(21) 내 오염수에서 단순히 떠 있는 구조가 되도록 설치하는 것이 가능하다.

즉, 플럭형성부(22)를 구성하는 스크린(23)과 판형 메디아(24) 전체가 반응조(21) 내에서 상하로 유동할 수 있게 설치되는 것이며, 이를 위하여 반응조(21) 내측면 등 특정 부위에 스크린(23)을 완전히 고정시키지 않고 단순히 오염수에서 판형 메디아(24)에 의해 떠 있는 형태가 되도록 판형 메디아(24)를 넣은 스크린(23) 전체를 반응조(21) 내에 단순 수납한다.

이 경우, 상부의 스크린(23) 위에서 하방향으로 반복적으로 압력을 가하고 해제시키는 것만으로 플럭형성부(22) 전체, 즉 스크린(23)과 그 내부에 적층 수용된 판형 메디아(24) 전체를 상하로 유동시킬 수 있는 바, 이렇게 압력을 가하고 해제하는 방식으로 스크린(23)과 판형 메디아(24) 전체를 오염수에서 상하로 유동시켜 흔들어주게 되면 판형 메디아(24)를 세척하는 것이 가능해진다.

이렇게 스크린(23)과 판형 메디아(24)들을 오염수 내에서 상하로 흔들어줄 경우, 판형 메디아(24) 사이에서 유속이 크게 증가하고, 이에 판형 메디아(24)의 표면에 부착된 오염물질 입자나 플럭들이 탈락되면서 세척이 가능해진다.

이러한 세척은 일정 기간 동안 사용하고 난 뒤 주기적으로 실시할 수 있으며, 구체적인 세척 방법으로 작업자가 상부의 스크린(23) 위에서 발로 밟아주는 것으로 실시 가능하며, 또는 스크린(23)을 위에서 하방향으로 반복적으로 눌러주고 누름을 해제할 수 있는 기계장치를 설치하는 것도 가능하다.

예컨대, 상하로 전후진 동작하는 피스톤 로드를 가지는 유압 실린더 장치를 반응조(21) 상측에 설치하고, 유압 실린더 장치의 작동시 피스톤 로드가 전후진하여 스크린(23)을 위에서 눌러줬다 해제하는 동작을 반복하도록 함으로써, 스크린(23)과 판형 메디아(24)를 오염수 내에서 상하로 유동시킬 수 있으며, 이에 판형 메디아(24)가 세척될 수 있다.

또한 바람직한 실시예에서, 플럭형성부(22)의 상부에 스크린 걸이를 구성하여 스크린(23) 내 판형 메디아(24)들을 용이하게 세척할 수 있도록 하는 것도 가능하다.

상기 스크린 걸이를 설치하는 경우, 반응조(21) 외부의 기계장치로부터 연결된 와이어 등의 당김부재를 스크린 걸이에 연결할 수 있는데, 기계장치로 와이어를 당겼다 풀어주는 동작을 반복함으로써 스크린(23)과 판형 메디아(24) 전체를 반응조(21) 내에서 상하로 유동시킬 수 있게 된다.

물론, 위에서 누르는 힘에 의해 판형 메디아층 전체가 상하로 유동할 수 있는 정도의 플렉시블(flexible)한 소재로 스크린(23)을 제작하는 경우라면, 플렉시블 스크린(23)을 판형 메디아층 상하에 위치되도록 하여 반응조(21)의 내측면에 완전히 고정시키는 것도 가능하다.

한편, 침전부(25)는 반응조(21)의 하부, 보다 명확히는 플럭형성부(22)의 하측으로 구비되어 대형화 및 고비중, 고밀도화된 오염물질의 플럭들이 침전되는 영역으로, 플럭 형성 및 침전 장치(20)에서 플럭들이 침전되는 바닥부에 해당되는 영역이다.

즉, 오염수가 플럭형성부(22)를 구성하는 판형 메디아(24) 사이의 유로를 수리적 에너지에 의해 자연적으로 통과하는 동안, 오염수 중의 오염물질 입자들이 서로 뭉치면서 응집, 결합되어 형성된 고밀도, 고비중의 대형 입자들, 즉 플럭들은 오염수와 함께 유로를 통과하여 플럭형성부(22)의 하측으로 자연 배출되며, 이러한 플럭들이 플럭형성부(22)의 하측에서 침전되는 영역이 바로 침전부(25)이다.

상기 침전부(25)에는 플럭형성부(22)에서 고밀도, 고비중의 대형 입자로 성장된 오염물질 플럭들이 고속으로 침전되어 쌓이게 되는데, 침전부(25) 내측으로 플럭이 농축된 상태의 슬러지는 반응조(21) 외부로 제거해주어야만 지속적으로 수처리가 가능하므로 주기적인 슬러지 제거 작업이 필요하다.

이를 위하여, 슬러지 인발관(35)을 침전부(25) 내측 하부에 길게 삽입하여 설치하는 것이 가능하며, 슬러지 인발 작업시 슬러지 펌프(미도시)의 흡입력으로 슬러지 인발관(35)을 통해 침전부(25) 내 농축 슬러지를 인발하여 제거해줌으로써 지속적인 오염물질의 제거가 가능하도록 한다.

상기한 슬러지 인발관(35) 및 흡입력 제공을 위한 슬러지 펌프 등으로 구성되는 슬러지 인발 장치에 대해서는 공지된 다양한 예가 적용될 수 있으며, 고정 설치된 슬러지 인발관(35)을 따라 슬러지가 흡입되는 호퍼 또는 깔때기 형상 등의 흡입구(36)를 다수 설치하는 것도 가능하다.

또한 본 발명의 바람직한 실시예에서, 반응조(21) 내 침전부(25)의 상부 영역에는 오염물질의 침전 효율을 증대시키기 위한 다수의 경사판(31)을 설치하는 것이 가능하다.

상기 경사판(31)들은 침전부(25)의 상부 영역에서 플럭형성부(22)의 하측으로 위치되도록 하여 소정 간격으로 설치되며, 이때 경사판(31)들을 도시된 바와 같이 스크린(23) 하부에 고정 설치하는 것이 가능하다.

또는 도면으로 예시하지는 않았으나 침전부(25)의 상부 영역에 소정 간격으로 배치되는 다수의 경사판 지지용 로드를 횡방향으로 고정 설치한 뒤 각 로드를 따라 경사판(31)들을 소정 간격으로 설치하는 것도 가능하다.

상기 경사판(31)들은 대형 입자화된 오염물질 플럭들을 침전부(25) 내 하측으로 유도하는 동시에 측 방향으로의 플럭 유동은 최소화하여 플럭들이 바닥 쪽으로 보다 안정적으로 침전될 수 있도록 하는 바, 플럭의 침전 효율을 극대화하게 된다.

또한 침전부(25) 내에 산기관(32)을 길게 설치하는 것이 가능하며, 이때 길이방향을 따라 다수의 분출구(33)를 가지는 산기관(32)을 침전부(25)의 상부 영역에 대략 수평으로 길게 설치하게 된다.

상기 산기관(32)은 호스 또는 배관 등을 통해 반응조(21) 외부의 공기공급수단 또는 산소공급수단(도시하지 않음)과 연결되는데, 분기된 구조의 산기관이 설치될 수도 있으며, 이때 분기된 구조의 산기관이 침전부(25)의 상부 영역 내에 고르게 분포되도록 적절히 분산 배치된다.

상기 산기관(32)은 공기공급수단 또는 산소공급수단에서 공급되는 공기 또는 산소를 반응조(21) 내 플럭형성부(22) 하측에서 공급하게 되며, 결국 산기관(32)을 통해 공급되는 공기 또는 산소에 의하여 처리수(오염수) 내 용존산소농도를 적정 수준으로 유지하는 것이 가능해진다.

또한 판형 메디아(24)의 세척시에 산기관(32)을 통해 공기가 분출되도록 하면 세척 효율을 높일 수 있는 바, 산기관(32)은 세척 효율을 높이는데도 효과적으로 이용될 수 있다.

한편, 배출부(26)는 반응조(21) 내 일측에 구비되어 플럭형성부(22)를 통과한 처리수를 배출시키는 출구부분으로서, 플럭형성부(22)에 의해 정화처리된 처리수에 잔류하는 오염물질 입자 및 플럭들에 대해서는 외부로 배출되는 것을 차단하면서 처리수만을 최종 배출할 수 있도록 여과층부(28)를 구비하는 것이 바람직하다.

상기 여과층부(28)는 반응조(21) 내측면 일측에 처리수가 배출되는 통로를 구획하는 구획벽(27)을 설치하고 상기 구획벽(27) 내측 공간으로 스크린(28a)에 의해 지지되는 여과재(28b)를 충전하여 구성될 수 있는데, 처리수가 여과재(28b)를 통과한 뒤 여과재(28b) 상측으로 위치된 반응조(21)의 배출구(29)를 통해 최종 배출되도록 한다.

상기 여과재(28b)로는 직경 0.5 ~ 5 cm의 입자 크기를 가지는 입상의 여과재가 사용될 수 있으며, 이때 물보다 가벼운 입상의 여과재(28b)를 망 형태의 스크린(28a) 내부에 넣은 뒤, 여과재(28b)가 채워진 스크린(28a) 전체를 구획벽(27) 내측 공간에 바로 수납하여 설치하는 것이 가능하다.

여기서, 직경 0.5cm 미만인 여과재들을 사용하면 여과시간이 길어져 오염수의 이동이 원활하지 못하는 문제가 있고, 5cm를 초과하는 여과재들을 사용하면 여과효율의 저하로 처리효율이 떨어지는 문제가 있으므로 바람직하지 않다.

또한 여과층부(28) 내의 여과재(28b)들은 여러 층으로 적층되어 오염물질의 배출을 확실히 차단하는 기능을 하면서 처리수만을 미세 공극을 통해 배출하도록 구비되어야 하는데, 각 층에서 공극의 크기를 달리하는 것이 바람직하다.

예컨대, 여과층부(28)를 상, 중, 하로 구분하여 각 구분된 영역에 입자 크기가 상이한 여과재(28b)를 충전함으로써 상, 중, 하의 각 구분된 영역에서 공극의 크기를 달리할 수 있다.

물론, 입자 및 공극의 크기를 달리하여 상, 하층으로 구분할 수도 있으며, 또는 입자 및 공극의 크기를 달리하여 상, 중, 하 3단보다 많은 층수의 다단층으로 구성할 수도 있다.

이때, 여과재(28b)의 2단층, 3단층 또는 다단층 구성에 있어서 하층에 비해 상층에서 공극의 크기를 크게 하며, 하층일수록 공극의 크기를 크게 하여 상대적으로 큰 오염물질 입자가 여과되도록 하고, 상층일수록 공극의 크기를 작게 하여 상대적으로 미세한 오염물질 입자가 여과될 수 있도록 한다.

하층에서 공극의 크기를 크게 하기 위해서는 큰 입자의 여과재를 충전하고, 상층에서 공극의 크기를 작게 하기 위해서는 작은 입자의 여과재를 충전한다.

상기 스크린(28a)은 내부에 넣어진 여과재(28b)를 적층된 상태로 가둬두는 역할을 하는 동시에 그 자중에 의해 반응조(21) 내 처리수에서 여과재(28b)의 전체 부력을 제어하는 역할을 한다.

바람직한 실시예에서, 상기와 같이 적층된 구조의 여과재(28b)들을 수용하고 있는 스크린(28a)은 구획벽(27) 내에 완전히 고정 설치하지 않고 여과재(28b)에 의해 처리수(플럭형성부를 통과하여 정화된 물)에서 단순히 떠 있는 구조가 되도록 설치하는 것이 가능하다.

즉, 여과층부(28)를 구성하는 스크린(28a)과 여과재(28b) 전체가 구획벽(27) 내에서 상하로 유동할 수 있도록 설치하는 것이며, 이를 위하여 구획벽(27) 내측면 및 반응조(21) 내측면의 특정 부위에 스크린(28a)을 완전히 고정시키지 않고 처리수에서 여과재(28b)에 의해 떠 있는 형태가 될 수 있도록 여과재(28b)를 넣은 상태의 스크린(28a) 전체를 구획벽(27) 내에 단순 수납한다.

이 경우, 상부의 스크린(28a) 위에서 하방향으로 반복적으로 압력을 가하고 해제시키는 것만으로 여과층부(28) 전체, 즉 스크린(28a)과 그 내부에 적층 수용된 여과재(28b) 전체를 상하로 유동시킬 수 있는 바, 이렇게 압력을 가하고 해제하는 방식으로 처리수 내에서 스크린(28a)과 여과재(28b) 전체를 상하로 유동시켜 흔들어주게 되면 여과재(28b)를 세척하는 것이 가능해진다.

상기와 같이 스크린(28a)과 여과재(28b)를 상하로 흔들어줄 경우 여과재(28b)의 표면에 부착된 오염물질 입자나 플럭들이 탈락되면서 세척이 가능해지는 것이다.

이러한 세척은 판형 메디어의 세척 과정과 동일한 방식으로 실시 가능하다.

즉, 일정 기간 동안 사용하고 난 뒤 주기적으로 세척을 실시할 수 있으며, 작업자가 상부의 스크린(28a) 위에서 아래로 눌러주는 것만으로 가능하며, 또는 스크린(28a)을 위에서 하방향으로 반복적으로 눌러주고 누름을 해제할 수 있는 기계장치를 사용하는 것도 가능하다.

예컨대, 상하로 전후진 동작하는 피스톤 로드를 가지는 유압 실린더 장치를 반응조(21) 상측에 설치하고, 유압 실린더 장치의 작동시 피스톤 로드가 전후진하여 스크린(28a)을 위에서 눌러줬다 해제하는 동작을 반복하도록 함으로써, 스크린(28a)과 여과재(28b)를 처리수 내에서 상하로 유동시킬 수 있으며, 이에 여과재(28b)가 세척될 수 있다.

또한 바람직한 실시예에서, 여과층부(28)의 상부에 스크린 걸이를 구성하여 스크린(28a) 내 여과재(28b)들을 용이하게 세척할 수 있도록 하는 것도 가능하다.

상기 스크린 걸이를 설치하는 경우, 반응조(21) 외부의 기계장치로부터 연결된 와이어 등의 당김부재를 스크린 걸이에 연결할 수 있는데, 기계장치로 와이어를 당겼다 풀어주는 동작을 반복함으로써 스크린(28a)과 여과재(28b) 전체를 반응조(21) 내에서 상하로 유동시킬 수 있게 된다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 수질정화장치에서는 판형 메디아(24)가 적층된 구조의 판형 메디아층(플럭형성부)을 이용하여 오염수 중의 오염물질을 고밀도 및 고비중을 갖도록 대형 입자화함으로써 고속 침전이 가능해지도록 하는 동시에, 상기 판형 메디아층에 의해 정화처리된 처리수 내에 잔류하는 미세 오염물질 입자 및 소형 플럭들에 대해서는 여과재(28b)를 이용하여 여과함으로써 정화율을 높일 수 있게 된다.

이러한 본 발명의 수질정화장치는 오염수 중의 고형물질 및 인 등의 용존 성분을 별도 동력 없이 수리적 에너지만을 이용하여 단일 반응기 내에서 대형 입자화한 뒤 초고속 침전/여과하여 짧은 시간 내(10분 이내)에 고액 분리를 마칠 수 있는 바, 하수처리 방류수 및 오염수 등의 인으로 인한 공공수역에서의 부영양화를 효과적으로 방지할 수 있고, 오염수를 정화처리하여 공업용수나 농업용수 등의 대체 수자원으로 활용함에 있어서 고효율의 이점을 제공한다.

한편, 본 발명자는 오염수에 대한 인 제거 실험을 통하여 본 발명에 따른 수질정화장치의 성능을 실험적으로 확인하였으며, 이를 설명하면 다음과 같다.

실험은 Jar-Test와 연속 운전 시험 조건을 이용하여 실시하였는데, 이용된 운전 조건은 하기 표 2에 나타낸 바와 같다. 사용 응집제는 PAC(10%)를 120배 희석하여 사용하였으며, 판형 메디아(24)는 표 1의 활성백탄으로 제작된 것을 사용하였다.

실험에 이용된 원수는 고도처리방류수(A), 표준활성슬러지 처리 방류수(B), 및 표준활성슬러지 처리 방류 하천수(C)를 이용하였다. 각 원수의 T-P는 표 3에 나타낸 바와 같이 0.4 ~ 1.98 mg/L의 범위이다.

Jar-Test의 결과를 도 3에 나타내었는데, 고도처리수의 경우 T-P농도를 0.05mg/L이하로 하기 위해서는 응집제가 3mg Al₂O₃/L 이상으로 주입되어야 하며, 고농도의 하천수 및 방류수에 대해서는 5mg Al₂O₃/L의 응집제 투입이 이뤄져야 0.05mg/L이하로 하는 것이 가능함을 알 수 있었다.

(표 2: 연속 운전 실험 조건)

(표 3: 실험 이용 원수의 성상)

연속 운전 시험 결과, 도 4에 나타낸 바와 같이 고도처리수의 경우 응집제를 1mg/L로 주입할 때 T-P 농도 0.03mg/L의 양호한 수준을 나타낼 수 있었으며, 오염 하천수와 표준활성슬러지 방류수의 경우 6mg Al2O3/L 이상의 응집제 주입시 T-P 농도 0.05mg/L 이하의 양호한 처리수를 얻을 수 있다.

또한 처리수의 탁도는 도 5에 나타낸 바와 같이 원수와 비슷한 수준을 보이고 있으며, 모든 원수에 대하여 5NTU 이하의 양호한 처리수준을 나타내고 있다.

응집제의 주입으로 인한 탁도가 증가함에도 탁도 제거율이 높게 발생한 것은 본 발명에 따른 플럭 형성 및 침전 장치(20)의 억류 침전 성능이 우수하다는 것을 입증한다.

또한 하수처리 방류수의 처리수가 5NTU 이하로, 이는 본 발명에 따른 수질정화장치에서 플럭 형성 및 침전 후속 공정의 세사 정밀 여과를 바로 시행할 정도의 수준이다.

따라서, 본 발명에 따른 수질정화장치에서는 종래에 비해 상대적으로 적은 약품을 사용하는 이점과 더불어 전체 공정 및 장치 구성을 컴팩트하게 구성할 수 있는 이점이 제공될 수 있다.

결국, 본 발명에 따른 수질정화장치를 이용하는 경우, 하수처리 방류수와 오염 하천수 및 오염 호수 등 부영양화를 일으키는 원인이 되는 총인을 함유한 오염수에 대해 좁은 부지를 이용하여 장기적이고도 효과적인 정화처리가 가능하고, 무동력, 컴팩트한 장치 구성으로 부지면적의 축소, 건설비용 및 장치비용, 운용비용의 절감, 약품 사용의 절감, 무인 운전(모니터링 불필요)을 통한 인건비 절감 등을 달성할 수 있는 바, 경제적으로도 매우 우수한 장점을 제공한다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는 바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

10 : 급속혼화장치 11 : 혼화조
12 : 급속교반기 13 : 유체 통로
14 : pH 미터 20 : 플럭 형성 및 침전 장치
21 : 반응조 22 : 플럭형성부
23 : 스크린 24 : 판형 메디아
25 : 침전부 26 : 배출부
27 : 구획벽 28 : 여과층부
28a : 스크린 28b : 여과재
29 : 배출구 31 : 경사판
32 : 산기관 33 : 분출구
35 : 슬러지 인발관

Claims

응집제를 이용하여 오염수 내 오염물질을 화학적으로 입자화하는 급속혼화장치(10)와;
판형 메디아(24)들이 적층된 판형 메디아층을 구비하여 상기 급속혼화장치(10)로부터 유입되는 오염수 및 입자화된 오염물질을 상기 판형 메디아층으로 통과시켜, 상기 판형 메디아(24) 사이의 유로에서 오염수의 분리 및 합류가 반복되는 동안 오염물질 입자의 물리적인 뭉침현상에 의해 플럭들을 성장시키고, 성장된 플럭들을 상기 판형 메디아층 하측으로 침전시키는 동시에, 상기 플럭들이 분리된 처리수를 배출하는 플럭 형성 및 침전 장치(20);
를 포함하는 물리화학적 수질정화장치.
청구항 1에 있어서,
상기 플럭 형성 및 침전 장치(20)는,
상기 급속혼화장치(10)로부터 유체 통로를 통해 연결되어 오염수 및 오염물질 입자가 유입되는 반응조(21)와;
상기 반응조(21) 내에서 판형 메디아(24)들을 적층하여 상기 판형 메디아층을 형성함으로써 구성되는 플럭형성부(22)와;
상기 반응조(21) 내에서 상기 플럭형성부(22)의 하측으로 공간을 구비하여 형성되고 상기 플럭형성부(22)에서 형성된 플럭들이 침전되어 농축되는 침전부(25)와;
상기 반응조(21)에서 플럭형성부(22)를 통과한 뒤 상기 플럭들이 침전되어 분리된 처리수를 배출하는 배출부(26);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 물리화학적 수질정화장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 판형 메디아(24)는 울퉁불퉁한 불규칙 표면을 가지는 판형 구조로 제작된 것을 특징으로 하는 물리화학적 수질정화장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 판형 메디아(24)는 활성백탄을 사용하여 제작된 것을 특징으로 하는 물리화학적 수질정화장치.
청구항 4에 있어서,
상기 판형 메디아(24)는 상기 활성백탄을 판형으로 쪼개는 가공만으로 표면 가공 없이 울퉁불퉁한 불규칙 표면을 가지도록 제작된 것을 특징으로 하는 물리화학적 수질정화장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 판형 메디아(24)는 폭과 길이가 3 ~ 10 cm의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 물리화학적 수질정화장치.
청구항 2에 있어서,
상기 플럭형성부(22)는 판형 메디아층을 형성하도록 적층되는 판형 메디아(24)들과, 상기 판형 메디아(24)들을 둘러싸도록 설치되는 스크린(23)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 물리화학적 수질정화장치.
청구항 7에 있어서,
상기 스크린(23)과 판형 메디아(24)를 오염수 내에서 상하 유동시켜 판형 메디아(24)의 세척이 가능하도록, 상기 스크린(23)은 물보다 가벼운 판형 메디아(24)들을 둘러싸면서 반응조(21) 내 완전 고정 방식이 아닌 내부의 판형 메디아(24)에 의해 오염수에서 떠 있도록 설치되는 것을 특징으로 하는 물리화학적 수질정화장치.
청구항 2 또는 청구항 7에 있어서,
상기 판형 메디아(24) 사이의 유로가 3차원적으로 수직방향 및 수평방향, 경사방향으로 다양하게 형성되어 다양한 방향으로 수리적인 자연 유체 흐름이 발생될 수 있도록, 상기 판형 메디아(24)들은 눕힌 상태로 하여 위와 아래의 판형 메디아(24)들이 서로 교차되게 적층되는 것을 특징으로 하는 물리화학적 수질정화장치.
청구항 2에 있어서,
상기 침전부(25)의 상부 영역에서 상기 플럭형성부(22)의 하측으로는 플럭들의 침전 효율을 증대시키기 위해 플럭들을 하측으로 유도하는 다수의 경사판(31)이 설치되는 것을 특징으로 하는 물리화학적 수질정화장치.
청구항 2에 있어서,
상기 침전부(25) 내에 공기공급수단 또는 산소공급수단과 연결된 산기관(32)이 설치되는 것을 특징으로 하는 물리화학적 수질정화장치.
청구항 2에 있어서,
상기 배출부(26)는 상기 플럭형성부(22)를 통과하여 정화처리된 처리수를 통과시켜 상기 처리수에 잔류하는 오염물질 입자 및 플럭들을 여과하는 여과층부(28)를 구비하는 것을 특징으로 하는 물리화학적 수질정화장치.
청구항 12에 있어서,
상기 여과층부(28)는 반응조(21) 내측면 일측에 처리수가 배출되는 통로를 구획하는 구획벽(27)을 설치하고 상기 구획벽(27) 내측 공간으로 스크린(28a)에 의해 지지되는 입상의 여과재(28b)를 충전하여 구성되는 것을 특징으로 하는 물리화학적 수질정화장치.
청구항 13에 있어서,
상기 여과재(28b)는 직경 0.5 ~ 5 cm의 입자 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 물리화학적 수질정화장치.
청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
상기 여과재(28b)는 복수의 층으로 적층되되, 층별로 입자의 크기를 달리하여 층별로 입자 간 공극의 크기를 달리한 것을 특징으로 하는 물리화학적 수질정화장치.
청구항 15에 있어서,
상기 여과재(28b)는 하층일수록 직경이 큰 입자를 사용하여 입자 간 공극을 크게 하는 것을 특징으로 하는 물리화학적 수질정화장치.
청구항 13에 있어서,
상기 스크린(28a)과 여과재(28b)를 처리수 내에서 상하 유동시켜 여과재(28b)의 세척이 가능하도록, 상기 스크린(28a)은 물보다 가벼운 여과재(28b)들을 둘러싸면서 구획벽(27) 내부에 완전 고정 방식이 아닌 내부의 여과재(28b)에 의해 처리수에서 떠 있도록 설치되는 것을 특징으로 하는 물리화학적 수질정화장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 급속혼화장치(10)로부터 상기 플럭 형성 및 침전 장치(20)로 오염수 및 오염물질 입자가 유입되는 유체 통로에는 오염수의 pH 값을 검출하기 위한 pH 미터(14)가 설치되는 것을 특징으로 하는 물리화학적 수질정화장치.