KR102149170B1

KR102149170B1 - Method and system of water purification treatment by using high voltage-micro pulse discharge

Info

Publication number: KR102149170B1
Application number: KR1020180111753A
Authority: KR
Inventors: 김철영; 이희성; 류재출; 임영성
Original assignee: (주)썬앤씨
Priority date: 2018-09-18
Filing date: 2018-09-18
Publication date: 2020-08-28
Also published as: KR20200032561A

Abstract

정수장에 녹조 현상이 발생하더라도 정수처리에 사용되는 화학약품의 사용량 증가를 최소화하면서 효과적으로 조류를 제거할 수 있는 상수도 정수처리 방법 및 시스템이 제공된다. 이 상수도 정수처리 방법은, 정수장의 제1 처리공간으로 유입된 물에 고전압 마이크로펄스 방전을 인가하여 물 내에 포함된 조류의 기낭을 파괴하여 침전시킨 후 상등수를 배출시키는 단계; 및 정수장의 제2 처리공간으로 유입되는 상등수에 응집제를 투입하고, 상등수에 잔류하는 조류와 응집제 간의 응집반응에 의해 조류를 침전시키는 단계를 포함한다.A water treatment method and system capable of effectively removing algae while minimizing an increase in the amount of chemicals used for water treatment even if an algae phenomenon occurs in a water treatment plant is provided. The tap water treatment method includes the steps of applying a high-voltage micropulse discharge to water introduced into a first treatment space of a water treatment plant to destroy and settle the air sacs of algae contained in the water, and then discharging supernatant water; And adding a coagulant to the supernatant water flowing into the second treatment space of the water purification plant, and sedimenting the algae by a coagulation reaction between the algae remaining in the supernatant and the coagulant.

Description

고전압 마이크로펄스 방전을 이용한 상수도 정수처리 방법 및 시스템{Method and system of water purification treatment by using high voltage-micro pulse discharge}Water purification treatment method and system using high voltage micropulse discharge {Method and system of water purification treatment by using high voltage-micro pulse discharge}

본 발명은 상수도 정수처리 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고전압 마이크로펄스 방전을 이용한 상수도 정수처리 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a water treatment method and system, and more particularly, to a water treatment method and system using high voltage micropulse discharge.

정수장은 하천, 호수, 지하수 등의 자연수를 정화하여 상수로 만드는 시설을 갖춘 곳으로, 여과지, 침전지, 배수지, 정수지 등과 이들의 연락수로가 설치되어 있다. 일반적인 정수 방법에는 침전, 여과, 살균, 소독이 있다.The water purification plant is equipped with a facility that purifies natural water such as rivers, lakes, and groundwater to make water, and is equipped with filter papers, sedimentation ponds, drainage ponds, water purification plants, etc. Common water purification methods include sedimentation, filtration, sterilization, and disinfection.

한편, 매년 여름이 다가오면 녹조 현상으로 인한 상수원의 오염이 사회적 이슈로 대두되고 있다. 녹조 현상은 부영양화된 호소(湖沼)나 유속이 느린 하천에서 식물성 플라크톤인 녹조류나 남조류 등이 크게 늘어나 물빛을 녹색으로 변화시키는 현상을 말한다. 취수장이 위치한 상수원에서 조류가 과다 증식하게 되면, 냄새유발물질(2-MIB, 지오스민 등) 및 독성물질(마이크로시스틴-LR 등)의 농도가 급격히 증가하고, 정수장의 응집침전 불량이 발생하며, 또한 조류 제거를 위한 소독부산물(총트릴할로메탄: THMs)의 농도가 높아지는 등 전체적으로 상수도 정수처리에 있어 다양한 문제가 유발된다.Meanwhile, with the approach of summer every year, pollution of water supply sources due to the green algae phenomenon is a social issue. The green algae phenomenon refers to a phenomenon in which green algae and blue-green algae, which are vegetable plaquetons, increase greatly in eutrophied lakes or in rivers with a slow flow rate, changing the color of the water to green. When algae grow excessively in the water source where the water intake plant is located, the concentration of odor-causing substances (2-MIB, geosmin, etc.) and toxic substances (microcystine-LR, etc.) increases rapidly, resulting in poor coagulation and sedimentation in the water purification plant. In addition, various problems are caused in water purification treatment as a whole, such as an increase in the concentration of disinfection by-products (total trihalomethane: THMs) for algae removal.

특히, 정수장에서는 조류 제거를 위해 응집제(산화알루미늄 등)를 투입하는데 녹조 현상이 발생하면 그 사용량이 급격이 늘어난다. 응집제와 같은 약품의 사용량이 증가하는 것도 문제이지만, 응집제의 경우 응집반응이 잘 일어나는 pH(이를 '응집 pH'라 함)가 약 pH 7-8인데 녹조 현상이 생기면 물의 pH가 중성에서 알칼리성으로 변하게 되어 응집제를 많이 투입하더라도 응집반응이 잘 일어나지 않는 문제가 있다. 물의 pH를 낮추기 위해 응집제와 더불어 pH 조절제(이산화탄소 등)도 함께 투입량을 늘여야 하는 실정이다. 응집제로 조류를 제거한 후, 잔류하는 조류는 염소 처리로 제거하게 되는데 녹조 현상이 발생하면 염소 투입량도 함께 증가하게 된다. 나아가 여과지에서도 잔류하는 조류를 제거하기 위해 투입되는 모래층(여과사)과 활성탄에 대한 관리 및 유지 비용도 증가하게 된다.In particular, in a water purification plant, a coagulant (aluminum oxide, etc.) is added to remove algae, but when a green algae phenomenon occurs, the amount of use increases rapidly. It is also a problem that the amount of chemicals such as coagulants increases, but in the case of coagulants, the pH at which agglomeration reaction occurs well (this is called'coagulation pH') is about pH 7-8. Therefore, even if a large amount of a coagulant is added, there is a problem that the coagulation reaction does not occur well. In order to lower the pH of water, it is necessary to increase the input amount of a coagulant and a pH adjuster (such as carbon dioxide). After removing the algae with a coagulant, the remaining algae are removed by chlorine treatment. When the green algae phenomenon occurs, the amount of chlorine input is also increased. Furthermore, the management and maintenance costs for the sand layer (filter yarn) and activated carbon that are input to remove algae remaining in the filter paper are also increased.

이와 같이 녹조 현상으로 인한 응집제, pH 조절제, 염소 등 화학약품의 투입량이 증가하는 것은 정수처리의 부담으로 작용한다.In this way, an increase in the amount of chemicals such as coagulants, pH adjusters, and chlorine due to the green algae phenomenon acts as a burden for water treatment.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 정수장에 녹조 현상이 발생하더라도 정수처리에 사용되는 화학약품의 사용량 증가를 최소화하면서 효과적으로 조류를 제거할 수 있는 상수도 정수처리 방법을 제공하고자 하는 것이다.It is an object to be solved by the present invention to provide a water treatment method capable of effectively removing algae while minimizing an increase in the amount of chemicals used in water treatment, even if an algae phenomenon occurs in a water treatment plant.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 이러한 방법을 수행하는 상수도 정수처리 시스템을 제공하고자 하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to provide a water supply treatment system for performing such a method.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 상수도 정수처리 방법은, 조류로 오염된 물을 정수장에서 효과적으로 처리하는 상수도 정수처리 방법으로서, 상기 정수장의 제1 처리공간으로 유입된 물에 고전압 마이크로펄스 방전을 인가하여 상기 물 내에 포함된 조류의 기낭을 파괴하여 침전시킨 후 상등수를 배출시키는 단계; 및 상기 정수장의 제2 처리공간으로 유입되는 상기 상등수에 응집제를 투입하고, 상기 상등수에 잔류하는 상기 조류와 상기 응집제 간의 응집반응에 의해 상기 조류를 침전시키는 단계를 포함한다.A tap water treatment method according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is a tap water treatment method that effectively treats water contaminated with algae at a water purification plant, wherein the water flowing into the first treatment space of the water purification plant is supplied with high voltage. Applying micropulse discharge to destroy and settle the air sacs of algae contained in the water, and then discharging supernatant water; And adding a coagulant to the supernatant water flowing into the second treatment space of the water purification plant, and precipitating the algae by a coagulation reaction between the algae remaining in the supernatant and the coagulant.

상기 고전압 마이크로펄스 방전을 위해 인가되는 고전압 마이크로펄스는 5 내지 30kV 전압과, 6 내지 100us 펄스폭을 가질 수 있다.The high voltage micropulse applied for the high voltage micropulse discharge may have a voltage of 5 to 30 kV and a pulse width of 6 to 100 us.

상기 고전압 마이크로펄스 방전을 생성하는 펄스처리장치는, 전원부와 상기 전원부에 연결된 복수의 펄스인가유닛을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 각 펄스인가유닛은 상기 전원부로부터 충전전압을 생성하는 충전부; 상기 충전부와 병렬로 연결되어, 상기 충전부의 충전 시에는 다이오드로 작동하고 상기 충전부의 방전 시에는 상기 충전부의 손상을 방지하는 환류다이오드부; 상기 충전부와 병렬로 연결되고 상기 충전부의 방전 시에 상기 물 내에서 고전압 마이크로펄스를 인가하는 방전 갭; 및 상기 방전 갭과 상기 충전부 사이에 설치되어 상기 고전압 마이크로펄스의 펄스폭을 제어하는 방전스위치를 포함할 수 있다.The pulse processing apparatus for generating the high voltage micropulse discharge may include a power supply unit and a plurality of pulse applying units connected to the power supply unit. Here, each of the pulse applying units comprises: a charging unit generating a charging voltage from the power supply unit; A reflux diode unit connected in parallel with the charging unit to operate as a diode when charging the charging unit and to prevent damage to the charging unit when the charging unit is discharged; A discharge gap connected in parallel with the charging unit and applying a high voltage micropulse in the water when the charging unit is discharged; And a discharge switch installed between the discharge gap and the charging unit to control a pulse width of the high voltage micropulse.

상기 충전부와 상기 전원부 사이에 서지 전류를 차단하기 위한 충전스위치가 설치되고, 상기 충전스위치와 상기 방전스위치는 한 주기 내에서 교대로 온오프될 수 있다.A charging switch for blocking a surge current is provided between the charging unit and the power unit, and the charging switch and the discharging switch may be alternately turned on and off within one cycle.

상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 상수도 정수처리 시스템은, 조류로 오염된 물을 효과적으로 처리하는 상수도 정수처리 시스템으로서, 유입된 물에 고전압 마이크로펄스 방전을 인가하여 상기 물 내에 포함된 조류의 기낭을 파괴하여 침전시킨 후 상등수를 배출시키는 제1 처리공간; 및 유입되는 상기 상등수에 응집제를 투입하고, 상기 상등수에 잔류하는 상기 조류와 상기 응집제 간의 응집반응에 의해 상기 조류를 침전시키는 제2 처리공간을 포함한다.A waterworks water treatment system according to an embodiment of the present invention for achieving the above other problems is a waterworks water treatment system that effectively treats water contaminated with algae, and applies a high voltage micropulse discharge to the introduced water. A first treatment space for discharging supernatant water after sedimentation by destroying the air sacs of the contained algae; And a second treatment space in which a coagulant is added to the introduced supernatant, and the algae is precipitated by a coagulation reaction between the algae remaining in the supernatant and the coagulant.

상기 고전압 마이크로펄스 방전은 상기 물을 전기분해시켜서 상기 물의 pH를 상기 응집제의 응집 pH 범위까지 낮출 수 있다.The high-voltage micropulse discharge may electrolyze the water to lower the pH of the water to the range of the aggregation pH of the coagulant.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 구체적인 내용 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the specific content and drawings.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 상수도 정수처리 방법 및 시스템에 의하면 다음과 같은 우수한 효과가 있다.As described above, according to the method and system for treating waterworks according to the present invention, there are excellent effects as follows.

첫째, 조류로 오염된 원수가 침사지로 유입되면 고전압 마이크로펄스 방전을 인가함으로써, 조류의 기낭을 선택적으로 파괴시켜 침전시킬 수 있다. 즉 응집제를 투입하기 전에 침사지에서 조류를 1차적으로 침전시켜 제거할 수 있다. 이 때 인가되는 고전압 마이크로펄스는 5 내지 30kV 전압과 6 내지 100us 펄스폭을 가질 수 있는데, 고전압 마이크로펄스 방전에 의해 조류의 기낭은 파괴하되 세포벽은 그대로 유지시키는 것이 바람직하다. 만일 조류의 세포벽도 파괴되면 세포질이 원수로 누출되어 후속하는 염소 처리 공정에 부하가 증가되기 때문이다.First, when raw water contaminated with algae flows into the grit area, high voltage micropulse discharge is applied to selectively destroy and precipitate the algae's air sacs. That is, before the coagulant is added, the algae can be first precipitated and removed in the grit. At this time, the applied high voltage micropulse may have a voltage of 5 to 30kV and a pulse width of 6 to 100us, and it is preferable to destroy the air sacs of the algae by the high voltage micropulse discharge while maintaining the cell wall as it is. This is because if the cell walls of algae are also destroyed, the cytoplasm leaks into raw water, which increases the load on the subsequent chlorination process.

둘째, 침전지에서 응집제 및 pH 조절제의 투입량 증가를 최소화하면서 효과적으로 조류를 침전시켜 제거할 수 있다. 즉 침사지에서 조류를 1차 제거한 후 상등수가 침전지로 유입되기 때문에 상등수에 잔류하는 조류의 양이 줄어들어 응집제의 투입량을 줄일 수 있다. 또한, 고전압 마이크로펄스 방전은 조류의 제타전위를 낮추기 때문에, 침전지에 잔류하는 조류는 적은 양의 응집제를 투입하더라도 쉽게 응집반응이 일어난다. 나아가 침전지로 유입되는 조류의 양이 줄어들기 때문에 물의 pH 증가가 감소되어 pH 조절제의 투입량도 줄일 수 있다.Second, it is possible to effectively precipitate and remove algae while minimizing the increase in the amount of the flocculant and the pH adjusting agent added in the settling basin. That is, since the supernatant water flows into the sedimentation basin after the first removal of algae from the grit, the amount of algae remaining in the supernatant may be reduced, thereby reducing the amount of coagulant input. In addition, since the high-voltage micropulse discharge lowers the zeta potential of the algae, the algae remaining in the sedimentation basin easily coagulate even if a small amount of a coagulant is added. Furthermore, since the amount of algae flowing into the sedimentation basin decreases, the increase in the pH of the water decreases, thereby reducing the amount of the pH adjusting agent.

셋째, 이상과 같이 2차에 걸쳐 조류를 물리적으로 침전시켜 제거함으로써, 염소 처리에 사용되는 화학약품의 사용량도 줄일 수 있다.Third, the amount of chemicals used for chlorine treatment can be reduced by physically sedimenting and removing algae in the second phase as described above.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상수도 정수처리 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1의 침사지와 펄스처리장치를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2의 펄스처리장치의 구성을 개략적으로 나타낸 회로도이다.
도 4는 펄스처리장치에 의해 생성된 고전압 마이크로펄스의 파형을 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 조류를 함유하는 원수에 대해 고전압 마이크로펄스 방전을 처리한 실험결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 마이크로펄스 방전처리 전후로 촬영한 조류세포의 SEM 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 마이크로펄스 방전처리 전후로 촬영한 조류세포의 TEM 사진이다.1 is a block diagram schematically showing a water supply treatment system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view schematically showing the grit and pulse processing apparatus of FIG. 1.
3 is a circuit diagram schematically showing the configuration of the pulse processing apparatus of FIG. 2.
4 is a graph schematically showing a waveform of a high voltage micropulse generated by a pulse processing apparatus.
5 shows the experimental results of processing high-voltage micropulse discharge for raw water containing algae according to an embodiment of the present invention.
6 is a SEM photograph of algal cells taken before and after high voltage micropulse discharge treatment according to an embodiment of the present invention.
7 is a TEM photograph of algal cells taken before and after high voltage micropulse discharge treatment according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms different from each other, and only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to completely inform the scope of the invention to those who have it, and the invention is only defined by the scope of the claims. The same reference numerals refer to the same components throughout the specification.

본 발명은 정수장에서 조류로 오염된 물을 효과적으로 처리하기 위한 상수도 정수처리 방법 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명에서 고전압 마이크로펄스 방전의 조류의 침전은 제1 처리공간에서 실시되고, 응집제 투입에 의한 조류의 응집반응은 제2 처리공간에서 실시된다. 바람직하게는 제1 처리공간은 침사지이고, 제2 처리공간은 침전지일 수 있다. 다만 본 발명은 이에 한정되지 않으며 제1 처리공간 및 제2 처리공간은 상수도 정수처리 시스템 중 서로 기능적으로 구분된 임의의 처리공간일 수 있다.The present invention relates to a water treatment method and system for effectively treating water contaminated with algae in a water purification plant. In the present invention, the precipitation of algae in the high voltage micropulse discharge is carried out in the first treatment space, and the flocculation reaction of the algae by the addition of the coagulant is carried out in the second treatment space. Preferably, the first treatment space may be a pitfall, and the second treatment space may be a settling basin. However, the present invention is not limited thereto, and the first treatment space and the second treatment space may be arbitrary treatment spaces functionally separated from each other among waterworks water treatment systems.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 상수도 정수처리 방법 및 시스템에 대하여 자세히 설명한다.Hereinafter, a method and system for water purification treatment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상수도 정수처리 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다. 도 2는 도 1의 침사지와 펄스처리장치를 개략적으로 나타낸 평면도이다. 도 3은 도 2의 펄스처리장치의 구성을 개략적으로 나타낸 회로도이다. 도 4는 펄스처리장치에 의해 생성된 고전압 마이크로펄스의 파형을 개략적으로 나타낸 그래프이다. 1 is a block diagram schematically showing a water supply treatment system according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view schematically showing the grit and pulse processing apparatus of FIG. 1. 3 is a circuit diagram schematically showing the configuration of the pulse processing apparatus of FIG. 2. 4 is a graph schematically showing a waveform of a high voltage micropulse generated by a pulse processing apparatus.

본 발명의 상수도 정수처리 시스템은 취수장(10), 침사지(20), 침전지(30), 여과지(40) 및 소독장(50)을 포함한다.The water supply treatment system of the present invention includes a water intake plant 10, a pit 20, a settling basin 30, a filter paper 40, and a disinfecting plant 50.

취수장(10)은 수돗물의 용수를 위해 강이나 저수지 등에서 원수를 끌어들여 정수장으로 보내는 시설로서, 최수탑, 취수문, 취수관 등으로 구성될 수 있다. 취수장으로 취수된 물은 침사지(20)로 유입된다. The water intake plant 10 is a facility that draws raw water from a river or a reservoir for tap water and sends it to a water purification plant, and may include a top tower, a water intake gate, and a water intake pipe. The water taken into the water intake site flows into the gritroom 20.

강, 저수지, 하천 등에서 취수된 원수에는 토사가 함께 섞여 들어오는데, 침사지(20)는 원수로부터 침전법에 의하여 토사를 제거하는 공간이다. 녹조 현상에 대응하기 위해 침사지(20)는 펄스처리장치(100)를 구비하며 고전압 마이크로펄스 방전을 이용해 유입된 원수에 포함된 조류를 침전시킨 후 상등수를 배출시킨다.Soil is mixed with raw water taken from rivers, reservoirs, rivers, etc., and the sedimentation site 20 is a space to remove the soil from the raw water by a sedimentation method. In order to cope with the green algae phenomenon, the grit pit 20 is equipped with a pulse processing device 100 and discharges supernatant water after precipitating the algae contained in the introduced raw water using high voltage micropulse discharge.

도 3을 참조하면, 펄스처리장치(100)는 전원부(110)와, 전원부(110)에 병렬로 연결되어 고전압 마이크로펄스 방전을 생성하는 복수의 펄스인가유닛(105)을 포함한다. 전원부(110)는 DC 전압을 제공할 수 있으며, 예를 들어 일단자는 접지되고 타단자는 전원전압을 제공할 수 있다. 전원부(110)와 펄스인가유닛(105) 사이에는 충전전압의 크기를 제어하는 충전저항부(112)가 설치된다.Referring to FIG. 3, the pulse processing apparatus 100 includes a power supply unit 110 and a plurality of pulse applying units 105 connected in parallel to the power supply unit 110 to generate high voltage micropulse discharges. The power supply unit 110 may provide a DC voltage, for example, one terminal may be grounded and the other terminal may provide a power voltage. A charging resistor unit 112 is installed between the power supply unit 110 and the pulse applying unit 105 to control the magnitude of the charging voltage.

각 펄스인가유닛(105)은 충전스위치(118), 충전다이오드부(114), 충전부(120), 덤프저항부(116), 환류다이오드부(122), 방전스위치(124) 및 방전 갭(126)을 포함한다.Each pulse applying unit 105 includes a charging switch 118, a charging diode unit 114, a charging unit 120, a dump resistance unit 116, a reflux diode unit 122, a discharge switch 124, and a discharge gap 126. ).

충전부(120)는 전원부(110)로부터 입력되는 전원을 이용하여 충전전압을 생성하며, 적어도 하나의 커패시터로 구성될 수 있다. 전원부(110)와 충전부(120) 사이에는 서지 전류를 차단하기 위한 충전스위치(118)와 충전다이오드부(114)가 설치된다. 충전부(120)와 병렬로 연결된 환류다이오드부(122)는 충전부(120)의 충전 시에는 다이오드로 작동하고 충전부(120)의 방전 시에는 충전부(120)의 손상을 방지하는 역할을 한다. 충전부(120)와 병렬로 연결된 방전 갭(126)은 충전부(120)의 방전 시에 침사지(20)의 물 내에서 고전압 마이크로펄스를 인가한다. 충전부(120)와 병렬로 연결된 덤프저항부(116)는 안전을 위하여 충전부(120)의 작동 전후로 충전부(120)에 잔류된 전하를 방전시키기 위한 방전경로를 형성한다. 방전 갭(126)과 충전부(120) 사이에 설치된 방전스위치(124)는 고전압 마이크로펄스의 펄스폭을 제어한다. 도 4를 참조하면, 바람직하게는 고전압 마이크로펄스 방전으로 조류의 기낭은 파괴하되 세포벽은 그대로 유지시키기 위해, 고전압 마이크로펄스는 5 내지 30kV 전압(A)과 6 내지 100us 펄스폭(t)을 가지는 것이 좋다. 이 범위를 벗어나서 방전 에너지가 너무 작은 경우 조류의 기낭이 파괴되지 않아서 조류가 침진되지 않고, 방전 에너지가 너무 큰 경우 조류의 세포벽까지 파괴되어 세포질이 누출될 수 있다. 세포질이 원수로 누출되면 후속하는 염소 처리 공정에 부하가 증가하게 된다. 방전 주기(T)는 조류의 양에 따라 적절히 제어할 수 있다. 본 발명의 고전압 마이크로펄스 방전은 조류의 기낭을 파괴할 뿐만 아니라 조류 표면의 제타전위(zeta potential)를 낮추는 역할을 한다. 제타전위에 관해서는 후에 다시 자세히 설명한다.The charging unit 120 generates a charging voltage using power input from the power supply unit 110, and may be composed of at least one capacitor. Between the power supply unit 110 and the charging unit 120, a charging switch 118 and a charging diode unit 114 for blocking the surge current are installed. The reflux diode unit 122 connected in parallel with the charging unit 120 functions as a diode when charging the charging unit 120 and serves to prevent damage to the charging unit 120 when the charging unit 120 is discharged. The discharging gap 126 connected in parallel with the charging unit 120 applies a high voltage micropulse in the water of the pit 20 when the charging unit 120 is discharged. The dump resistor unit 116 connected in parallel with the charging unit 120 forms a discharge path for discharging the charge remaining in the charging unit 120 before and after the operation of the charging unit 120 for safety. The discharge switch 124 installed between the discharge gap 126 and the charging unit 120 controls the pulse width of the high voltage micropulse. Referring to FIG. 4, preferably, in order to destroy the air sacs of birds by high-voltage micropulse discharge but maintain the cell wall as it is, the high-voltage micropulse has a 5 to 30 kV voltage (A) and a 6 to 100 us pulse width (t). good. If the discharge energy is too small outside this range, the air sacs of the algae are not destroyed and the algae is not invaded. If the discharge energy is too large, the cell walls of the algae are destroyed and the cytoplasm may leak. Leakage of the cytoplasm into raw water places an increased load on the subsequent chlorination process. The discharge period (T) can be appropriately controlled according to the amount of algae. The high voltage micropulse discharge of the present invention not only destroys the air sacs of the algae, but also serves to lower the zeta potential of the algae surface. The zeta potential will be described in detail later.

충전스위치(118)와 방전스위치(124)는 한 주기(T) 내에서 교대로 온오프될 수 있다. 예를 들어, 고전압 마이크로펄스 방전의 주기가 2초라고 가정할 때, 충전스위치(118)는 온 상태 그리고 방전스위치(124)는 오프 상태에서 약 1.5초 동안 충전부(120)에 전압을 충전한다. 이어서 충전스위치(118)는 오프 상태 그리고 방전스위치(124)는 온 상태로 전환되어 약 0.5초 동안 방전 갭(126)을 통해 고전압 마이크로펄스 방전이 인가된다.The charging switch 118 and the discharging switch 124 may be alternately turned on and off within one period (T). For example, assuming that the period of high voltage micropulse discharge is 2 seconds, the charging switch 118 is in the ON state and the discharge switch 124 is in the OFF state to charge the voltage in the charging unit 120 for about 1.5 seconds. Subsequently, the charging switch 118 is switched to the OFF state and the discharge switch 124 is switched to the ON state, and a high voltage micropulse discharge is applied through the discharge gap 126 for about 0.5 seconds.

본 실시예에서는 설명의 편의를 위해 충전다이오드부(114) 또는 환류다이오드부(122)가 하나의 다이오드로 구성된 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 충전다이오드부(114) 또는 환류다이오드부(122)를 복수의 회로소자로 구성하여 실질적으로 동일한 기능을 수행하도록 설계할 수 있다. 또한 마찬가지로 충전저항부(112) 또는 덤프저항부(116)가 하나의 저항으로 구성된 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 충전저항부(112) 또는 덤프저항부(116)를 복수의 회로소자로 구성하여 실질적으로 동일한 기능을 수행하도록 설계할 수 있다.In the present embodiment, for convenience of explanation, the case where the charging diode unit 114 or the reflux diode unit 122 is formed of a single diode is described as an example, but the present invention is not limited thereto, and the charging diode unit 114 or the reflux The diode unit 122 may be designed to perform substantially the same function by configuring a plurality of circuit elements. In addition, the charging resistance unit 112 or the dump resistance unit 116 has been described as an example, but the present invention is not limited thereto, and a plurality of charging resistance unit 112 or dump resistance unit 116 It can be designed to perform substantially the same function by configuring the circuit elements of.

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 침사지(20)로 원수가 유입되면 펄스처리장치(100)에 의해 원수에 포함된 조류의 기낭을 파괴하여 조류를 침전시킨 후 상등수를 배출시킨다. 이러한 상등수는 잔류 조류와 함께 침전지(30)로 유입된다. Referring again to FIGS. 1 and 2, when raw water flows into the gritroom 20, the air sacs of algae contained in the raw water are destroyed by the pulse processing device 100 to precipitate the algae, and then supernatant water is discharged. This supernatant water flows into the settling basin 30 together with residual algae.

침전지(30)는 응집제를 투입하여 상등수 내에 함유된 잔류 조류 및 부유 물질을 침전시키는 공간이다. 침전지(30)에 직접 응집제를 투입할 수도 있으나, 바람직하게는 침전지(30)로 상등수가 유입되기 전에 응집제를 투입하고 침전지(30)에서 침전반응을 유사할 수도 있다. 예를 들어, 응집제는 규소(Si)에 수산화알루미늄(Al(OH)₃)를 결합시킨 제재로, 수중에서 알루미늄이 조류와 반응하여 침강하는 원리로 작동한다. 그 외에 이미 공개된 임의의 응집제를 사용할 수 있다. The settling basin 30 is a space in which a coagulant is added to precipitate residual algae and suspended matter contained in the supernatant water. Although the coagulant may be directly added to the settling basin 30, preferably, a coagulant may be added before the supernatant water flows into the settling basin 30, and the precipitation reaction in the settling basin 30 may be similar. For example, the coagulant is a material that combines silicon (Si) with aluminum hydroxide (Al(OH) ₃ ), and works on the principle that aluminum reacts with algae in water to settle. In addition, any previously disclosed flocculant may be used.

일반적으로 응집제에 의한 응집반응이 잘 일어나는 응집 pH는 약 7-8인데, 조류가 번성하면 원수의 알칼리도가 높아져서 응집반응이 잘 일어나지 않는다. 하지만, 본 발명의 경우 침사지에서 1차적으로 조류를 제거하기 때문에 원수의 알칼리도를 낮춰 응집반응을 촉진할 수 있다. 더불어 원수의 pH를 낮추기 위한 pH 조절제(이산화탄소 등)의 투입량을 줄일 수 있다.In general, the flocculation pH at which the flocculation reaction by the flocculant occurs well is about 7-8, but when the algae thrives, the alkalinity of the raw water increases and the flocculation reaction does not occur. However, in the case of the present invention, since the algae is first removed from the grit, it is possible to promote the coagulation reaction by lowering the alkalinity of the raw water. In addition, it is possible to reduce the input amount of a pH adjuster (carbon dioxide, etc.) to lower the pH of raw water.

침전지(30)로 유입된 조류는 침사지(20)에서 고전압 마이크로펄스 방전에 노출되는 동안 제타전위가 낮아진 상태이다. 조류가 수중에서 침전되지 않고 부유하는 성질을 지니는 것은 조류 입자들이 가지는 양/음 이온들로 반발작용에 의한 것인데, 이렇게 반발하는 힘을 제타전위라 한다. 정수처리에서 제타전위는 응집현상이 제대로 진행되는지를 결정하는 주요지표인데, 본 발명의 고전압 마이크로펄스 방전은 조류의 제타전위를 낮춰 응집제에 의한 응집반응을 촉진시킨다. 따라서 침전지(30)에 잔류하는 조류는 적은 양의 응집제를 투입하더라도 쉽게 응집반응이 일어난다.The algae flowing into the sedimentation basin 30 is in a state in which the zeta potential is lowered while being exposed to the high voltage micropulse discharge in the sedimentation basin 20. The reason that the algae floats without sedimentation in the water is due to the reaction of the positive/negative ions possessed by the algae particles, and this repulsive force is called the zeta potential. In water treatment, the zeta potential is a major indicator that determines whether the coagulation phenomenon proceeds properly, and the high voltage micropulse discharge of the present invention lowers the zeta potential of the algae to promote the coagulation reaction by the coagulant. Therefore, the algae remaining in the settling basin 30 easily coagulate even if a small amount of coagulant is added.

침전지(30)를 통과한 원수는 여과지(40)로 유입된다. 여과지(40)는 침전지(30)에서 가라앉지 않은 미세한 부유물질을 모래층, 활성탄 등의 여과막 사이로 통과시켜 제거하는 공간이다.The raw water that has passed through the settling basin 30 flows into the filter paper 40. The filter paper 40 is a space for removing fine suspended matters that have not settled in the settling basin 30 by passing them through a filter membrane such as a sand layer or activated carbon.

여과지(40)를 통과한 원수는 소독장(50)으로 유입되고 각종 세균의 멸균을 위한 염소소독이 실시된다. 앞서 언급한 바와 같이, 침사지(20)에서 고전압 마이크로펄스 방전에 의해 조류의 기낭은 선택적으로 파괴되나 세포벽은 그대로 유지되기 때문에, 세포질의 누출로 인한 오염이 억제되어 소독장(50)에서 염소 약품의 사용량을 줄일 수 있다.The raw water that has passed through the filter paper 40 is introduced into the disinfection plant 50, and chlorine sterilization is performed for sterilization of various bacteria. As mentioned above, the air sacs of algae are selectively destroyed by high-voltage micropulse discharge in the salivary basin 20, but the cell wall is maintained as it is, so contamination due to leakage of the cytoplasm is suppressed and You can reduce the usage.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 조류를 함유하는 원수에 대해 고전압 마이크로펄스 방전을 처리한 실험결과를 나타낸 것이다. 이 실험에서 18kV의 전압과 25 us의 펄스폭을 가지는 고전압 마이크로펄스를 0.1 pps (pulse per second)의 반복률로 인가하였다. 대조군(Control)은 방전회수가 0인 경우, 제1 실험군(5 shots)은 방전회수가 5회인 경우, 제2 실험군(10 shots)은 방전회수가 10회인 경우, 제3 실험군(20 shots)은 방전회수가 20회인 경우를 나타낸다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 고전압 마이크로펄스 방전에 노출된 조류는 물 아래로 침전되는 것을 알 수 있다.5 shows the experimental results of processing high-voltage micropulse discharge for raw water containing algae according to an embodiment of the present invention. In this experiment, a high-voltage micropulse with a voltage of 18kV and a pulse width of 25 us was applied at a repetition rate of 0.1 pps (pulse per second). When the number of discharges in the control group is 0, the number of discharges in the first experimental group (5 shots) is 5, in the second experimental group (10 shots), when the number of discharges is 10, the third experimental group (20 shots) is Shows the case where the number of discharge times is 20. As shown in FIG. 5, it can be seen that the algae exposed to the high voltage micropulse discharge of the present invention settle under water.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 마이크로펄스 방전처리 전후로 촬영한 조류세포의 SEM 사진이다(5,000배 확대). 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 마이크로펄스 방전처리 전후로 촬영한 조류세포의 TEM 사진이다(15,000배 확대). 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 조류세포에 고전압 마이크로펄스 방전을 인가하면, 조류의 기낭은 파괴되더라도 세포벽은 그대로 유지되는 것을 확인할 수 있다.6 is a SEM photograph of algal cells taken before and after high-voltage micropulse discharge treatment according to an embodiment of the present invention (magnification of 5,000 times). 7 is a TEM photograph of algal cells taken before and after high-voltage micropulse discharge treatment according to an embodiment of the present invention (magnification 15,000 times). As shown in FIGS. 6 and 7, when a high voltage micropulse discharge is applied to the algae cells, it can be seen that the cell walls are maintained even if the algae's air sacs are destroyed.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. You can understand. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative and non-limiting in all respects.

10: 취수장
20: 침사지
30: 침전지
40: 여과지
50: 소독장
100: 펄스처리장치
105: 펄스인가유닛
110: 전원부
112: 충전저항부
114: 충전다이오드부
116: 덤프저항부
118: 충전스위치
120: 충전부
122: 환류다이오드부
124: 방전스위치
126: 방전 갭10: water intake
20: treadmill
30: settling basin
40: filter paper
50: disinfection plant
100: pulse processing device
105: pulse applying unit
110: power supply
112: charging resistance unit
114: charging diode unit
116: dump resistance unit
118: charging switch
120: charging unit
122: reflux diode unit
124: discharge switch
126: discharge gap

Claims

조류로 오염된 물을 정수장에서 효과적으로 처리하는 상수도 정수처리 방법으로서,
상기 정수장의 제1 처리공간으로 유입된 물에 고전압 마이크로펄스 방전을 인가하여 상기 물 내에 포함된 조류의 기낭을 파괴하여 침전시킨 후 상등수를 배출시키는 단계; 및
상기 정수장의 제2 처리공간으로 유입되는 상기 상등수에 응집제를 투입하고, 상기 상등수에 잔류하는 상기 조류와 상기 응집제 간의 응집반응에 의해 상기 조류를 침전시키는 단계를 포함하되,
상기 고전압 마이크로펄스 방전을 생성하는 펄스처리장치는, 전원부와 상기 전원부에 연결된 복수의 펄스인가유닛을 포함하고,
상기 각 펄스인가유닛은 상기 전원부로부터 충전전압을 생성하는 충전부; 상기 충전부와 병렬로 연결되고 상기 충전부의 방전 시에 상기 물 내에서 고전압 마이크로펄스를 인가하는 방전 갭; 및 상기 방전 갭과 상기 충전부 사이에 설치되어 상기 고전압 마이크로펄스의 펄스폭을 제어하는 방전스위치를 포함하되,
상기 충전부와 상기 전원부 사이에 서지 전류를 차단하기 위한 충전스위치가 설치되고, 상기 충전스위치와 상기 방전스위치는 한 주기 내에서 교대로 온오프되는 것을 특징으로 하는 상수도 정수처리 방법.As a tap water treatment method that effectively treats water contaminated with algae at a water purification plant,
Applying a high-voltage micropulse discharge to the water introduced into the first treatment space of the water purification plant to destroy and precipitate the algae contained in the water, and then discharging supernatant water; And
Including the step of injecting a coagulant into the supernatant water flowing into the second treatment space of the water purification plant, and precipitating the algae by a coagulation reaction between the algae remaining in the supernatant and the coagulant,
The pulse processing apparatus for generating the high voltage micropulse discharge includes a power supply unit and a plurality of pulse applying units connected to the power supply unit,
Each pulse applying unit may include a charging unit generating a charging voltage from the power supply unit; A discharge gap connected in parallel with the charging unit and applying a high voltage micropulse in the water when the charging unit is discharged; And a discharge switch installed between the discharge gap and the charging unit to control a pulse width of the high voltage micropulse,
A charging switch for blocking a surge current is installed between the charging unit and the power unit, and the charging switch and the discharging switch are alternately turned on and off within one cycle.

제1항에 있어서,
상기 고전압 마이크로펄스 방전을 위해 인가되는 고전압 마이크로펄스는 5 내지 30kV 전압과, 6 내지 100us 펄스폭을 가지는 것을 특징으로 하는 상수도 정수처리 방법.The method of claim 1,
The high voltage micropulse applied for the high voltage micropulse discharge has a voltage of 5 to 30kV and a pulse width of 6 to 100us.

제1항에 있어서,
상기 각 펄스인가유닛은 상기 충전부와 병렬로 연결되어, 상기 충전부의 충전 시에는 다이오드로 작동하고 상기 충전부의 방전 시에는 상기 충전부의 손상을 방지하는 환류다이오드부를 더 포함하는 상수도 정수처리 방법.The method of claim 1,
Each of the pulse applying units is connected in parallel with the charging unit, and operates as a diode when the charging unit is charged and a reflux diode unit for preventing damage to the charging unit when the charging unit is discharged.

삭제delete

조류로 오염된 물을 효과적으로 처리하는 상수도 정수처리 시스템으로서,
유입된 물에 고전압 마이크로펄스 방전을 인가하여 상기 물 내에 포함된 조류의 기낭을 파괴하여 침전시킨 후 상등수를 배출시키는 제1 처리공간; 및
유입되는 상기 상등수에 응집제를 투입하고, 상기 상등수에 잔류하는 상기 조류와 상기 응집제 간의 응집반응에 의해 상기 조류를 침전시키는 제2 처리공간을 포함하되,
상기 고전압 마이크로펄스 방전을 생성하는 펄스처리장치는, 전원부와 상기 전원부에 연결된 복수의 펄스인가유닛을 포함하고,
상기 각 펄스인가유닛은 상기 전원부로부터 충전전압을 생성하는 충전부; 상기 충전부와 병렬로 연결되고 상기 충전부의 방전 시에 상기 물 내에서 고전압 마이크로펄스를 인가하는 방전 갭; 및 상기 방전 갭과 상기 충전부 사이에 설치되어 상기 고전압 마이크로펄스의 펄스폭을 제어하는 방전스위치를 포함하되,
상기 충전부와 상기 전원부 사이에 서지 전류를 차단하기 위한 충전스위치가 설치되고, 상기 충전스위치와 상기 방전스위치는 한 주기 내에서 교대로 온오프되는 것을 특징으로 하는 상수도 정수처리 시스템.As a tap water treatment system that effectively treats water contaminated with algae,
A first treatment space for discharging supernatant water after sedimenting and destroying the air sacs of algae contained in the water by applying a high voltage micropulse discharge to the introduced water; And
Including a second treatment space in which a coagulant is added to the introduced supernatant, and the algae is precipitated by a coagulation reaction between the algae remaining in the supernatant and the coagulant,
The pulse processing apparatus for generating the high voltage micropulse discharge includes a power supply unit and a plurality of pulse applying units connected to the power supply unit,
Each pulse applying unit may include a charging unit generating a charging voltage from the power supply unit; A discharge gap connected in parallel with the charging unit and applying a high voltage micropulse in the water when the charging unit is discharged; And a discharge switch installed between the discharge gap and the charging unit to control a pulse width of the high voltage micropulse,
A charging switch for blocking a surge current is installed between the charging unit and the power supply unit, and the charging switch and the discharging switch are alternately turned on and off within one cycle.

제5항에 있어서,
상기 고전압 마이크로펄스 방전을 위해 인가되는 고전압 마이크로펄스는 5 내지 30kV 전압과, 6 내지 100us 펄스폭을 가지는 것을 특징으로 하는 상수도 정수처리 시스템.The method of claim 5,
The high voltage micropulse applied for the high voltage micropulse discharge has a voltage of 5 to 30 kV and a pulse width of 6 to 100 us.

제5항에 있어서,
상기 각 펄스인가유닛은 상기 충전부와 병렬로 연결되어, 상기 충전부의 충전 시에는 다이오드로 작동하고 상기 충전부의 방전 시에는 상기 충전부의 손상을 방지하는 환류다이오드부를 더 포함하는 상수도 정수처리 시스템.The method of claim 5,
Each of the pulse applying units is connected in parallel with the charging unit, and operates as a diode when the charging unit is charged and a reflux diode unit that prevents damage to the charging unit when the charging unit is discharged.

삭제delete