KR102178595B1 - 탄산가스를 이용한 터널 굴착 폐수의 ph 저감장치 - Google Patents

탄산가스를 이용한 터널 굴착 폐수의 ph 저감장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터널 굴착 공사중에 발생하는 터널 굴착 폐수내의 PH농도를 적은 량의 탄산가스로도 PH농도를 효과적으로 저감할 수 있을 뿐만 아니라, 터널굴착폐수 처리에 따른 운전시간 단축과 함께 운전비용을 현저하게 줄일 수 있는 발명에 관한 것이다.
본 발명은 탄산가스통(110)으로부터 공급되는 탄산가스가 탄산가스이송라인(10)상에 설치되어 있는 가압이송장치(130)의 이송압력으로 중화탱크(310) 내저면으로 위치하도록 설치되어 있는 미세기포발생장치(140)에 의해 미세기포화된 탄산가스가 알카리성 수용액인 터널굴착폐수에 용해 됨과 동시에 탄산가스가 저류조(330)의 미세입자형성용철망(331)을 지나면서 미립기포화되어진 탄산가스가 알카리성 수용액인 터널굴착폐수에 대하여 골고루 분포되어질 수 있도록 함은 물론, 미(未) 용해되어 상기 중화탱크(310)의 탄산가스채류공간(311)에 존재하는 탄산가스를 알카리성 수용액인 터널굴착폐수로 재 혼입시켜 사용이 가능하도록 구성한 것이다.

Description

탄산가스를 이용한 터널 굴착 폐수의 PH 저감장치{The apparatus for reducing PH of waste water diposal of tunnel excavation with carbon dioxide}
본 발명은 터널 굴착 공사중에 발생하는 터널굴착폐수 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터널 굴착중에 발생하는 건수 및 지하수에 기계굴착, 레미콘 세척수와 차량 세차수등이 혼입되어 발생한 터널굴착폐수에 탄산가스를 미세기포발생장치를 통해 기포화시킴과 동시에 기포화된 탄산가스가 터널굴착폐수에 파포(波抱)되어지면서 혼합되어질 수 있도록 하므로써, 적은 량의 탄산가스로도 PH농도를 효과적으로 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 터널굴착폐수 처리에 따른 운전시간 단축과 함께 운전비용을 현저하게 줄일 수 있는 발명에 관한 것이다.
일반적으로 공사현장 즉, 터널공사 현장에서는 터널을 굴착하는 중에 건수 및 지하수와 같은 물이 공사중인 터널 내부에 발생하게 된다
상기와 같이 터널공사 현장에서 발생된 건수 및 지하수에는 굴삭중에 발생하는 토사가 유입되어 탁해지기도 하고, 기계굴착폐수, 갱내 유출수, 터널굴착 시 필요한 레미콘을 제조하여 투입한 후 레미콘을 세척한 세척수는 물론, 차량 세차수 등으로 인해 발생한 터널 굴착 폐수를 정화 처리한 후 방류하게 된다.
건수와 지하수에 상기한 오염물질 등이 혼합되어 발생한 터널 굴착 폐수의 정화처리는 터널 공사가 완료될때까지 한시적으로 현장에 설치 사용되어지는 폐수처리장치를 이용하여 처리하게 된다.
상기 건수와 지하수가 오염되어지게되는 이유는 굴착된 터널이 무너지지않도록 굴착된 터널 표면에 숏크리트를 치게되는데, 터널벽으로 분사 타설되어지는 숏크리트가 낙진되어지면서 건수와 지하수를 오염시키게 될 뿐만 아니라, 급결되어지는 숏크리트를 운반하는 차량에 잔존하는 숏크리트를 즉시 세척해 내지 않으면 차량에 숏크리트가 굳어 버리는 것을 방지하기위 해서 숏크리트 세척에 사용된 세척수가 상기 건수와 지하수의 오염이 불가피해지는 이유이다.
상기와 같이 오염되어진 터널 굴착 폐수의 PH는, 중화(PH를 7로 전환) 또는 약 산성(PH를 5∼6으로 전환)으로의 처리를 요하는 경우가 많으며, 이런 경우 흔히 황산 또는 염산 등의 강산을 사용하고 있다.
황산을 사용하는 방법은 2015년 1월 1일부터 발효된 화학물질관리법(일명 화관법)으로 인하여 고농도황산(농도 10%이상)의 사용규제가 심해 사용 조건이 까다롭고, 저농도황산(농도 10%미만 즉9.9%이하)은 소모량이 너무 많아 처리비용이 과다하게 발생되어 터널 굴착 폐수를 정화 처리에 경쟁력을 확보할 수가 없었다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것이 특허 제 10-1800290호의 "이산화탄소 가스를 이용한 알카리성 폐수 중화장치 및 이를 이용한 알카리성 폐수의 중화 처리 방법"이다.
상기 선등록 발명은 황산과 염산을 사용하여 PH를 저감시키는 방법에서 야기되었던 문제점을 해소하였으나, 반응조로 원수를 공급하는 원수유입라인에 이산화탄산 가스주입라인을 연결하여서 공급한 후 반응조내에 장착되어 있는 교반기에 의한 교반으로 이산화탄산 가스가 알카리성 폐수와 혼합 접촉되어지게 하여 PH농도를 저감시킬 수 있도록 한 구조의 저감장치이다.
선등록 발명과 같이 이산화탄소 가스를 이용함으로써, 알카리성 폐수의 PH농도를 안정적으로 조절하게 되나, 이산화탄소 가스가 정화 대상인 폐수와의 접촉이 골고루 이루어지지 않아 고가(高價)의 이산화탄소 가스를 사용하는 량에 비하여 PH 저감효율 향상시킬 수가 없었을 뿐만 아니라, 운전시간이 길어질 뿐만 아니라, 운전비용이 많이 소요되어 시장 경쟁력을 확보할 수 없는 단점을 가지고 있는 것이다.
본 발명은 상기한 선등록발명의 문제점을 해결하기 위하여 개발한 것으로써, 그 목적은 집수조에 유입된 터널굴착폐수내의 PH농도가 감지되어져 감지신호가 탄산가스자동조절밸브의 개방에 의해 탄산가스통으로부터 공급되는 탄산가스가 탄산가스이송라인상에 설치되어 있는 기화기에 의해 기화된 상태로 이송하여 중화탱크 내저면으로 위치하도록 설치되어 있는 미세기포발생장치 의해 미세기포화된 탄산가스가 알카리성 수용액인 터널굴착폐수로 혼입 용해 됨과 동시에 탄산가스가 저류조의 미세입자형성용철망을 지나면서 탄산가스가 더욱 미립기포화되어 알카리성 수용액인 터널굴착폐수에 대하여 골고루 분포되어질 수 있도록 함과 동시에 미(未)용해되어 상기 중화탱크의 탄산가스채류공간에 존재하는 탄산가스를 터널굴착폐수토출관을 따라 유입되어지는 알카리성 수용액인 터널굴착폐수로 재 혼입시켜 사용이 가능하도록 한 것으로써,
탄산가스를 이용하여 알칼리성 수용액인 터널굴착폐수를 중화 또는 약 산성으로 그 PH를 저감시킴에 있어, 탄산가스를 미세기포화시킴과 더불어 저류조를 형성하고 있는 미세입자성형용철망에 의해 재차 미세화된 상태에서 PH저감 대상인 터널굴착폐수에 공급됨에 따라 탄산가스가 터널굴착폐수와의 접촉면적 증대를 꾀함과 동시에 터널굴착폐수에 대하여 골고루 분포되어질 수 있도록 함으로 인해 최소의 탄산가스를 이용하면서도 터널굴착폐수 내의 PH 농도를 효율적으로 저감시킬 수 있고;
터널굴착폐수에 반응하지 않고 미(未)용해된 상태로 중화탱크의 탄산가스채류공간에 존재하는 탄산가스를 터널굴착폐수이송관상에 설치되어진 벤츄리식기포발생기를 통해 터널굴착폐수토출관으로 토출되어지는 터널굴착폐수에 미(未)용해된 탄산가스를 재활용할 수 있도록 함에 따라 고가(高價)의 탄산가스의 손실을 근본적으로 예방함과 더불어 터널굴착폐수 처리에 따른 운전비용을 현저하게 줄일 수 있는 탄산가스를 이용한 터널 굴찰 폐수의 PH 저감장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 터널공사현장에서 발생한 터널굴착폐수내의 PH저감 장치에 있어서,
탄산가스와 반응하는 알카리성 수용액인 터널굴착폐수의 PH농도를 저감시킬 수 있도록 집수조로 유입된 터널굴착폐수의 PH농도가 PH측정센서에 의해 측정되어지면, 상기 PH측정센서의 신호에 의해 탄산가스자동조절밸브가 개방되어져 탄산가스통으로부터 탄산가스가 공급되어지되, 상기 탄산가스가 기화기를 통과하면서 기체상태로 변하여 가스이송라인에 설치되어 있는 탄산가스자동조절밸브에 의해 공급량이 조절 이송되어지고, 상기 탄산가스자동조절밸브에 의해 공급량이 조절되어진 탄산가스는 중화탱크로 유입된 터널굴착폐수에 기포화된 상태에서 접촉 파포(波抱)되어지면서 용해되도록 하는 미세기포발생장치로 이루어진 탄산가스공급부와;
집수조내의 터널굴착폐수를 펌핑 이송이 가능하도록 하는 펌프가 터널굴착폐수이송관상에 설치되어 있고, 상기 펌프를 포함하는 터널굴착폐수이송관의 하단에는 플랙시블한 호스(250)가 연결되어 있되, 상기 호스(250)의 말단에는 집수조(20)내 터널굴착폐수 수위에 따라 터널굴차착폐수유입구의 위치가 집수조내 터널굴착폐수 수위에 따라 대응되도록 하는 부력부재가 설치되어 있으며, 상단부는 중화탱크 상부로 조립되어지는 유지보수용뚜껑의 연결플랜지에 나사식 연결되어 상기 유지보수용뚜껑의 다른 연결플랜지에 나사식 연결되어지는 벤츄리식기포발생기에 플랜지 연결되어진 터널굴착폐수토출관을 통해 터널굴착폐수가 공급하되, 상기 벤츄리식기포발생기는 중화탱크내의 터널굴착폐수와 미반응하여 상기 중화탱크 상부의 탄산가스채류공간에 채류하는 탄산가스가 상기 터널굴착폐수에 혼입 파포(波抱)되어 용해되어질 수 있도록 수축관 부위에 탄산가스유입공가 형성되어 있는 터널굴착폐수공급부와;
상기 터널굴착폐수공급부의 터널굴착폐수토출관으로부터 토출된 터널굴착폐수가 저류하면서 탄산가스공급부의 미세기포발생장치로부터 공급된 탄산가스가 파포(波抱)되어서 용해되어지도록 하는 미세입자형성용철망을 포함하는 저류조가 중앙으로 형성되어 있고, 탄산가스에 의해 PH가 저감되어진 중화탱크내의 침전물을 중화탱크청소용드레인관을 통한 처리가 용이하도록 바닥면이 상광하협형으로 형성되어 있으며, 상부의 유지보수구에는 터널굴착폐수이송관과 터널굴착폐수토출관이 연결되어지는 벤츄리식기포발생기가 나사식 연결되어지는 연결플랜지를 포함하는 유지보수용뚜껑이 조립형성되어 있는 중화탱크와;
상기 중화탱크에서 PH농도가 저감 처리된 처리수를 처리수배출이송관에 의해 집수조로 공급하되, 처리수배출이송관에는 중화탱크에서 처리되어진 처리수가 상기 처리수배출이송관을 따라 배수 처리되어질 때 배수 처리되어지는 처리수 이송압력이 높아 중화탱크내 처리수의 레벨이 하위레벨 이하로 떨어지지 않도록 처리수배출이송관의 배출이송압력 조절이 가능한 에어벤트가 부설되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 터널굴착폐수공급부의 벤츄리식기포발생기는 유지보수용뚜껑의 연결플랜지에 나사식 연결되어지는 연결나사산이 형성되어 있고, 상기 연결나사산의반쪽에는 터널굴착폐수토출관에 대하여 플랜지 연결되어지는 플랜지가 형성되어 있으며, 수축관을 형성하는 확관면중 터널굴착폐수가 빠져나가는 쪽의 확관면상에 탄산가스유입공이 형성되어 있어, 상기 수축관을 터널굴착폐수가 통과할 때 발생하는 이송압력차에 의해서 상기 중화탱크 내의 탄산가스채류공간에 존재하는 미용해된 탄산가스가 집수조로부터 공급되는 터널굴착폐수에 재혼입 파포(波抱)되어 상기 터널굴착폐수 내의 PH농도를 저감시킬 수 있도록 함을 특징으로 한다.
본 발명의 저류조 미세입장형성용철망은 등간격을 이루며 수직하는 방향으로 다수개가 적층 형태로 형성됨을 특징으로 한다.
본 발명의 부력부재는 터널굴착폐수공급부의 터널굴착폐수이송관의 호스의 터널굴착폐수유입구로 위치하는 부력부재는 상기 터널굴착폐수유입구가 고정되어지는 거름망과 상기 거름망의 상부로 위치하는 부구로 구성되어짐을 특징한다.
본 발명의 PH측정센서(150)는, 집수조(20)내 터널굴착폐수 수위에 대응하여 상,하 움직임이 발생하도록 부구(152)를 포함하고 있고, 진수구(20)의 측벽으로 설치되어 있는 가이드(151)에 의해 안내되어지도록 구성되어짐을 특징으로 한다.
본 발명의 탄산가스를 이용한 터널 굴착 폐수의 PH 저감장치는, 집수조(20)에 유입된 터널굴착폐수내의 PH농도가 감지되어져 감지신호가 탄산가스자동조절밸브((120)의 개방에 의해 탄산가스통(110)으로부터 공급되는 탄산가스가 탄산가스이송라인상(10)에 설치되어 있는 기화기(170)에 의해 기화된 상태로 이송하여 중화탱크(310) 내저면으로 위치하도록 설치되어 있는 미세기포발생장치(140) 의해 미세기포화된 탄산가스가 알카리성 수용액인 터널굴착폐수로 혼입 용해 됨과 동시에 탄산가스가 저류조(330)의 미세입자형성용철망(331)을 지나면서 탄산가스가 더욱 미립기포화되어 알카리성 수용액인 터널굴착폐수에 대하여 골고루 분포되어질 수 있도록 함과 동시에 미(未)용해되어 상기 중화탱크(310)의 탄산가스채류공간(311)에 존재하는 탄산가스를 터널굴착폐수토출관(240)을 따라 유입되어지는 알카리성 수용액인 터널굴착폐수로 재 혼입시켜 사용이 가능하도록 한 것으로써,
첫째, 탄산가스를 이용하여 알칼리성 수용액인 터널굴착폐수를 중화 또는 약 산성으로 그 PH를 저감시킴에 있어, 탄산가스를 미세기포화시킴과 더불어 저류조(330)를 형성하고 있는 미세입자성형용철망(331)에 의해 재차 미세화된 상태에서 PH저감 대상인 터널굴착폐수에 공급됨에 따라 탄산가스가 터널굴착폐수와의 접촉면적 증대를 꾀함과 동시에 터널굴착폐수에 대하여 골고루 분포되어질 수 있도록 함으로 인해 최소의 탄산가스를 이용하면서도 터널굴착폐수 내의 PH 농도를 효율적으로 저감시킬 수 있고;
둘째, 터널굴착폐수에 반응하지 않고 미(未)용해된 상태로 중화탱크(310)의 탄산가스채류공간(311)에 존재하는 탄산가스를 터널굴착폐수이송관(220)상에 설치되어진 벤츄리식기포발생기(140)를 통해 터널굴착폐수토출관(240)으로 토출되어지는 터널굴착폐수에 미용해된 탄산가스를 재활용할 수 있도록 함에 따라 고가(高價)의 탄산가스의 손실을 근본적으로 예방함과 더불어 터널굴착폐수 처리에 따른 운전비용을 현저하게 줄일 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 탄산가스를 이용한 터널굴착폐수의 PH 저감장치의 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 탄산가스를 이용한 터널굴착폐수의 PH 저감장치의 요부를 발췌한 예시도.
이하, 상기한 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 탄산가스를 이용한 터널 굴착 폐수의 PH 저감장치는, 터널공사현장에서 발생한 터널굴착폐수내의 PH저감 장치에 있어서,
탄산가스와 반응하는 알카리성 수용액인 터널굴착폐수의 PH농도를 저감시킬 수 있도록 중화탱크(310)로 유입된 터널굴착폐수의 PH농도가 PH측정센서(150)에 의해 측정되어진다.
상기 PH측정센서(150)에서 측정된 신호에 의해 탄산가스통(110)으로부터 탄산가스가 공급되어지되, 상기 액체 상태의 탄산가스가 기화기(170)를 통과하면서 기체상태로 변하여 탄산가스이송라인(10)에 설치되어 있는 탄산가스자동조절밸브(120)에 의해 공급량이 조절된 상태로 이송되어진다.
상기 탄산가스자동조절밸브(120)에 의해 공급량이 조절되어진 탄산가스는 탄산가스이송라인(10)에 설치된 미세기포발생장치(140)를 통해 중화탱크(310) 내의 터널굴착폐수에 접촉과 동시에 파포(波抱)되어지면서 용해되어지도록 탄산가스공급부가 이루어진다.
집수조(20)내의 터널굴착폐수를 펌핑 이송이 가능하도록 하는 펌프(210)를 포함하는 터널굴착폐수이송관(220)의 상부가 중화탱크(310) 상부로 조립되어지는 유지보수용뚜껑(320)의 연결플랜지(321)에 나사식 연결되어진다.
상기 터널굴착폐수이송관(220)의 하부에는 플랙시블한 호스(250)가 연결되어 있다.
상기 유지보수용뚜껑(320)의 다른 연결플랜지(322)에는 터널굴착폐수토출관(240)의 상부에 플랜지 연결되어져 터널굴착폐수와 미반응하여 중화탱크 상부 탄산가스채류공간(311)에 존재하는 탄산가스가 터널굴착폐수의 이송압력에 의해 상기 터널굴착폐수에 혼입 파포(波抱)되어 용해되어질 수 있도록 하는 벤츄리식기포발생기(230)가 나사식 체결되어진다.
상기 터널굴착폐수토출관(240)의 길이는 토출되는 터널굴착폐수가 저류조(330)에서 저류하면서 미세기포발생장치(140)로부터 공급되는 탄산가스와 반응할 수 있도록 토출구(241)의 위치가 상기 저류조(330)의 하단을 기준으로 위쪽에 위치하는 길이를 가지고 상기 터널굴착폐수토출관(240)을 포함하는 터널굴착폐수공급부가 이루어진다.
상기 탄산가스공급부와 터널굴착폐수공급부 각각으로부터 탄산가스와 터널굴착폐수가 공급되어지는 중화탱크(310)는 상기 터널굴착폐수공급부의 터널굴착폐수토출관(240)으로부터 토출된 터널굴착폐수가 저류하면서 상기 탄산가스공급부의 미세기포발생장치(140)로부터 공급된 탄산가스가 파포(波抱)되어서 용해되어지도록 하는 미세입자형성용철망(331)을 포함하는 저류조(330)가 고정대(도면에 도시하지 않았음)를 매개로 중앙으로 형성되어 있다.
PH농도가 저감된 중화탱크(310)에 침전된 침전물을 중화탱크청소용드레인관(360)을 통한 처리가 용이하도록 바닥면(340)이 상광하협형으로 형성되어 있다.
상부의 유지보수구(350)에는 터널굴착폐수이송관(220)과 터널굴착폐수토출관(240)이 연결된 벤츄리식기포발생기(230)가 나사식 연결되어지는 연결플랜지(321,322)를 포함하는 유지보수용뚜껑(320)이 분리조립볼트(도면에 특정부호로 지정하지 않았음)조립형성되어 있다.
상기 중화탱크(310)에서 PH농도가 저감된 처리수를 집수조(20)로의 이송이가능하도록 하는 처리수배출이송관(410)이 중화탱크(310)의 하부측에 플랜지를 매개로 장착 구성되어진 것이다.
상기 터널굴착폐수공급부의 벤츄리식기포발생기(230)는 유지보수용뚜껑(320)의 연결플랜지(322)에 나사식 연결되어지는 연결나사산(231)이 형성되어 있다.
반대쪽에는 터널굴착폐수토출관(240)에 대하여 플랜지 연결되어지는 플랜지(232)가 형성되어 있는 것이다.
수축관(233)을 형성하는 확관면중 터널굴착폐수가 빠져나가는 쪽의 확관면(234)상에 탄산가스유입공(235)이 형성되어 있어, 상기 수축관(233)을 터널굴착폐수가 통과할 때 발생하는 이송압력차에 의해서 상기 중화탱크(310) 내의 탄산가스채류공간(311)에 존재하는 미(未)용해된 탄산가스가 집수조(20)로부터 공급되는 터널굴착폐수에 재혼입되어 파포(波抱)되어 상기 터널굴착폐수 내의 PH농도를 저감시킬 수 있도록 구성된 것이다.
상기 처리수배출이송관(410)에는 중화탱크(310)에서 처리되어진 처리수가 상기 처리수배출이송관(410)을 따라 배수 처리되어질 때 배수 처리되어지는 처리수 이송압력이 높아 중화탱크(310)내 처리수의 레벨이 하위레벨 이하로 떨어지지 않도록 상기 처리수배출이송관(410)의 배출이송압력 조절이 가능하도록 하는 에어벤트(420)가 부설되어 있는 것이다.
상기 저류조(330)의 미세입자형성용철망(331)은 등간격을 이루며 수직하는 방향으로 다수개가 적층 형태로 형성된 것이다.
상기 부력부재는, 터널굴착폐수공급부의 터널굴착폐수이송관(220)의 호스(250)의 터널굴착폐수유입구로 위치하는 부력부재는 상기 터널굴착폐수유입구가 고정되어지는 거름망(270)과 상기 거름망(270)의 상부로 위치하는 부구(260)로 구성되어진 것이다.
상기 PH측정센서(150)는 집수조(20)내 터널굴착폐수 수위에 대응하여 상,하 움직임이 발생하도록 부구(152)를 포함하고 있고, 집수조(20)의 측벽으로 설치되어 있는 가이드(151)에 의해 안내되어지도록 구성되어진 것이다.
미설명 부호 180은 압력계 이다.
전술한 구성으로 이루어진 본 발명의 탄산가스를 이용한 터널 굴착 폐수의 PH 저감장치는, 터널 굴착 현장에서 발생한 알칼리성 수용액인 터널굴착폐수가 침전조(40)로 유입되어 입자가 큰 부유물은 분리되어서 집수조(20)로 유입된다.
상기 집수조(20)로 유입된 터널굴착폐수내의 PH농도가 PH측정센서(150)에 의해 측정되어지게 되고, 터널굴착폐수 내의 PH농도가 HP측정센서(150)에 의해 측정되어지면, 측정된 신호는 탄산가스통(110)으로부터 공급되어지는 탄산가스의 공급량을 조절할 수 있도록 하는 탄산가스자동조절밸브(120)가 개방 조절되어 조정된 탄산가스가 탄산가스이송라인(10)을 따라 이송되어 진다.
상기 탄산가스이송라인(10)을 따라 이송되어지는 탄산가스는 상기 탄산가스이송라인(10)상에 설치되어 있는 탄산가스역류방지밸브(160)을 거쳐 중화탱크(310)의 내저면에 위치하여 저류조(330) 내부로 탄산가스의 공급이 가능하도록 된 미세기포발생기(140)에 도달하게 된다.
상기와 같이 미세기포발생장치(140)에 도달한 탄산가스는 미세기포발생장치(140)를 거치면서 미세기포화되어지게 되고, 미세기포화되어진 탄산가스는 터널굴착폐수공급부의 터널굴착폐수이송관(220)과 벤츄리식기포발생기(230) 및 터널굴착폐수토출관(240)을 거쳐 저류조(330)로 공급되는 터널굴착폐수에 접촉되어지게 되고, 기포상태의 탄산가스가 터널굴착폐수에 대하여 파포(破抱)되어지는 것이다.
상기와 같이 알카리성 수용액인 터널굴착폐수에 접촉 용해 됨과 동시에 탄산가스가 저류조(330)의 미세입자형성용철망(331)을 지나면서 미립기포화되어 진다.
상기와 같이 탄산가스가 알카리성 수용액인 터널굴착폐수와 접촉하면서 미립기포화되어 짐에 따라 상기 탄산가스가 터널굴착폐수에 대하여 골고루 분포되어 터널굴착폐수 내에 포함되어 있는 HP농도를 효과적으로 저감시킬 수 있게 되는 것이다.
상술한 바와 같이 탄산가스가 터널굴착폐수에 1차적으로 투입되어 터널굴착폐수 내에 포함되어 있는 HP농도를 줄이는 과정에서 발생하는 미(未)용해 탄산가스를 터널굴착폐수로 혼입시켜 후술하는 바와 같이 재활용하게 된다.
미세기포발생장치(140)에 의해 기포되어 터널굴착폐수에 대하여 파포(破抱)용해되어지는 탄산가스 중 일부는 터널굴착폐수와 반응하지 않고 중화탱크(310)의 상부로 형성되어진 탄산가스채류공간(311)으로 모이게 된다.
상기와 같이 탄산가스채류공간(311)에 존재하는 미(未)용해 탄산가스는 터널굴착폐수공급부를 구성하는 벤츄리식기포발생기(230)에 의해 재사용되어지게 되는 것으로써, 터널굴착폐수이송관(220)에 의해 중화탱크(310)로 터널굴착폐수가 이송되어 상기 벤츄리식기포발생기(230)를 통과할때 수축관(벤츄리목이라고 함)(233)으로 인하여 압력차가 발생하게 된다.
상기 압력차에 의해 중화탱크(310)의 탄산가스채류공간(310)에 존재하고 있는 탄산가스가 확관면(234)으로 형성되어 있는 탄산가스유입공(235)을 통해 상기 터널굴착폐수가 토출되어지는 터널굴착폐수토출관(240)에 의해 토출되어지는 터널굴착폐수에 접촉하여 용해되어 알카리성 수용액인 터널굴착폐수의 PH농도 점감효율을 극대화함과 더불어 탄산가스의 손실을 근본적으로 해결 할 수가 있는 것이다.
상기와 같이 사용되어지는 탄산가스는 약한 산성가스로써, 용해성 및 수용액에서 해리상수가 극히 적어, 수용액에 흡수 용해 및 해리되는데 충분한 시간이 요구되는 반면, 처리과정에서 강산처럼 PH의 변동이 민감하지 않다는 특징을 가지고 있다.
상압(常壓)하에서 탄산가스의 압력, 온도에 따른 물에 대한 용해도와 수용액에서의 해리상수를 살펴보면, 아래와 같다.
대기압(760 mm Hg)하에서 탄산가스의 물에 대한 용해도
온도(℃) 0 10 20 30 40 50 60 100
용해도(g/100g 물) 0.3346 0.2318 0.1688 0.1257 0.0973 0.0761 0.0576 0.00
25기압하에서 탄산가스의 물에 대한 용해도
온도(℃) 18 31 40 50 75 100
용해도(g/100g 물) 3.86 2.80 2.30 1.92 1.35 1.06
탄산수의 해리상수
K=[H+]2[CO3 -]/[H2CO3] = 4.2 ×10-7
탄산가스의 물리 화학적 물성, 특성 등을 감안하여, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제의 핵심을 집약하면 아래와 같다.
첫째, 터널굴착폐수에 대하여 접촉되어지는 탄산가스를 기포화시켜 기포화된 탄산가스가 파포(破抱)되어지면서 접촉면적을 증대시켜 주는 장치의구성.
둘째, 미세기포상태의 탄산가스가 터널굴착폐수에 대하여 고르게 분포 접촉되어 용해 속도 촉진이 가능한 장치 구성.
셋째, 안전성, 안정성, 환경 친화성, 운전의 용이성, 경제성 등의 면에서 종전의 방법에 대한 우월성을 확보한 것이다.
본 발명에서 사용하는 산성물질은 종래의 방법에서 사용하던 황산이나 염산처럼 액상의 강산이 아니고, 탄산가스라는 액체이며, 액체 상태의 탄산가스가 미세기포발생장치(140)와 벤츄리식기포발생기(230)에 의해 기포화와 함께 미세기포 상태로 접촉 파포(破抱)되어지면서 용해된 다음, 다시 수소이온으로 해리함으로써 비로소 약산의 성질을 나타나 터널굴착폐수의 PH 제어가 이루어는 것이다.
이상에서와 같이 중화탱크(130)에서 터널굴착폐수에 탄산가스가 용해되어 PH농도가 조절되어진 처리수인 터널굴착폐수는 집수조(20)로 보내진다.
상기 중화탱크(310)에서 중화되어진 터널굴착폐수는 처리수배출이송관(410)에 의해 이송되어질 때 상기 처리수배출이송관(410)내의 처리수 이송압력이 높아져 중화탱크(310) 내의 처리수의 수위 레벨이 도면에 표시한 하위레벨 보다 더 낮아질 수가 있게 되는데, 이를 방지하기 위하여 처리수배출이송관(410)에 설치되어진 것이 에어벤트(420)이다.
상기 에어벤트(420)는 처리수배출이송관(410)내에서 이송되어지는 처리수의 이송압력이 높아지면 실리콘가이드가 열리면서 외부의 공기가 순간 상기 처리수배출이송관(410)내부로 유입되어 처리수(중화된 터널굴착폐수)의 이송압력이 낮추어지도록 한 것이다.
상기 에어벤트(420)에 의해 중화탱크(310)내의 처리수는 항상 일정한 레벨을 유지할 수 있게 되는 것이다.
상기 처리수배출이송관(410)내에서 이송되어지는 중화되어진 터널굴착폐수는
집수조(20)로 배출되어 집수조(20) 내의 터널굴착폐수의 PH농도가 저감 중화되어질 수 있도록 함과 동시에 중화탱크(310)의 바닥면(340)에 쌓인 부유물도 간헐적으로 드래인관(360)에 설치된 드레인밸브(도면에 특정부호로 지정하지 않았음)개폐에 의해 집수조(20)로 유입되어지게 된다.
상기 중화탱크(310)에 의해 PH농도가 저감되어진 집수조(20)내 터널굴착폐수는 집수조(20)상에 위치한 펌프(90)의 펌핑 작동에 의해 응집/반응조(80)로 보내져 처리되어진 후 침전장치(30)로 보내져 처리수인 터널굴착폐수가 저류상태를 유지하게되고, 저류하는 과정에서 처리수인 터널굴착폐수로부터 부유물이 침강(沈降) 분리되어지게 된다.
상기와 같이 중화되어진 집수조(20)내의 터널굴착폐수가 침전장치(30)로 공급되어 수위에 변화가 발생할때 터널굴착폐수가 이송되어지는 터널굴착폐수이송관(220)의 하부에는 플랙시블한 호스(250)가 연결되어 있고, 상기 호스(250)의 말단 터널굴착폐수유입구(도면에 특정부호로 표시하지 않았음)가 고정되어 있는 거름망(270)이 설치되어 있어 입자가 큰 부유물의 유입을 차단하게 될 뿐만 아니라, 거름망(270) 상부에 부구(260)가 있어 상기 집수조(20)내 터널굴착폐수의 수위에 대응하는 위치로 움직이면서 중화탱크(310)로의 터널굴착폐수 공급이 안정적으로 이루어질 수 있도록 하였다.
뿐만 아니라, PH측정센서(150)도 부구(152)를 포함하고 있을 뿐만 아니라, 가이드(151)에 의해 안내되어지도록 설치되어 있어 상기 PH측정센서(150) 역시 집수조(20) 내의 수위에 변화가 발생할때 그에 대응하는 위치로 움직이면서 PH농도 측정을 안정적으로 수행할 수 있도록 한 것이다.
처리수인 터널굴착폐수로부터 분리된 부유물은 침전장치(30)의 하부로 싸이게되고, 부유물이 분리되어진 처리수는 침전장치(30)의 상부 유출구를 통해 방류조(60)로 이송되어 진다.
상기 침전장치(30)의 하부로 위치하여진 부유물은 농축조(50)로 보내진 후 세척기(70)를 거치면서 부유물내의 수분이 제거되어 진다.
상기 부유물로부터 탈수된 탈수여액은 재처리가 가능하도록 원수가 유입되는 침전조(40)로 보내져 처리되어지게 되고, 세척기(70)의 세척으로 발생한 슬러지케이크는 별도의 반출기구에 의해 반출 처리되어지는 것이다.
10 : 탄산가스이송라인 110 : 탄산가스통
120 : 탄산가스자동조절밸브 130 : 가압이송장치
140 : 미세기포발생장치 150 : PH측정센서
160 : 탄산가스역류방지밸브 170 : 기화기
180 : 압력계 210 : 펌프
220 : 터널굴착폐수이송관 230 : 벤츄리식기포발생기
231 : 연결나사산 232 : 플랜지
233 : 수축관 234 : 확관면
235 : 탄산가스유입공 240 : 터널굴착폐수토출관
241 : 토출구 310 : 중화탱크
311 : 탄산가스채류공간 320 : 유지보수용뚜껑
321,322 : 연결플랜지 330 : 저류조
331 : 미세기포성형용철망 340 : 바닥면
350 : 유지보수구 360 : 중화탱크청소용드레인관
410 : 처리수배출이송관 420 : 에어벤트
20 : 집수조 30 : 침전장치
40 : 침전조 50 : 농축조
60 : 방류조 70 : 세척기
80 : 응집/반응조

Claims (5)

  1. 터널공사현장에서 발생한 터널굴착폐수내의 PH저감 장치에 있어서,
    탄산가스와 반응하는 알카리성 수용액인 터널굴착폐수의 PH농도를 저감시킬 수 있도록 집수조(20)로 유입된 터널굴착폐수의 PH농도가 PH측정센서(150)에 의해 측정되어지면, 상기 PH측정센서(150)의 신호에 의해 탄산가스자동조절밸브(120)가 개방되어져 탄산가스통(110)으로부터 탄산가스가 공급되어지되, 상기 탄산가스가 기화기(170)를 통과하면서 기체상태로 변하여 가스이송라인(10)에 설치되어 있는 탄산가스자동조절밸브(120)에 의해 공급량이 조절 이송되어지고, 상기 탄산가스자동조절밸브(120)에 의해 공급량이 조절되어진 탄산가스는 중화탱크(310)로 유입된 터널굴착폐수에 기포화된 상태에서 접촉 파포(波抱)되어지면서 용해되도록 하는 미세기포발생장치(140)로 이루어진 탄산가스공급부와;
    집수조(20)내의 터널굴착폐수를 펌핑 이송이 가능하도록 하는 펌프(210)가 터널굴착폐수이송관(220)상에 설치되어 있고, 상기 펌프(210)를 포함하는 터널굴착폐수이송관(220)의 하단에는 플랙시블한 호스(250)가 연결되어 있되, 상기 호스(250)의 말단에는 집수조(20)내 터널굴착폐수 수위에 따라 터널굴착폐수유입구의 위치가 대응되도록 하는 부력부재가 설치되어 있으며, 상단부는 중화탱크(310) 상부로 조립되어지는 유지보수용뚜껑(320)의 연결플랜지(321)에 나사식 연결되어 상기 유지보수용뚜껑(320)의 다른 연결플랜지(322)에 나사식 연결되어지는 벤츄리식기포발생기(230)에 플랜지 연결되어진 터널굴착폐수토출관(240)을 통해 터널굴착폐수가 공급하되, 상기 벤츄리식기포발생기(230)는 중화탱크(310)내의 터널굴착폐수와 미반응하여 상기 중화탱크(310) 상부의 탄산가스채류공간(311)에 채류하는 탄산가스가 상기 터널굴착폐수에 혼입 파포(波抱)되어 용해되어질 수 있도록 수축관(233) 부위에 탄산가스유입공(235)가 형성되어 있는 터널굴착폐수공급부와;
    상기 터널굴착폐수공급부의 터널굴착폐수토출관(240)으로부터 토출된 터널굴착폐수가 저류하면서 탄산가스공급부의 미세기포발생장치(140)로부터 공급된 탄산가스가 파포(波抱)되어서 용해되어지도록 하는 미세입자형성용철망(331)을 포함하는 저류조(330)가 중앙으로 형성되어 있고, 탄산가스에 의해 PH가 저감되어진 중화탱크(310)내의 침전물을 중화탱크청소용드레인관(360)을 통한 처리가 용이하도록 바닥면(340)이 상광하협형으로 형성되어 있으며, 상부의 유지보수구(350)에는 터널굴착폐수이송관(220)과 터널굴착폐수토출관(240)이 연결되어지는 벤츄리식기포발생기(230)가 나사식 연결되어지는 연결플랜지(321,322)를 포함하는 유지보수용뚜껑(320)이 조립형성되어 있는 중화탱크(310)와;
    상기 중화탱크(310)에서 PH농도가 저감 처리된 처리수를 처리수배출이송관(410)에 의해 집수조(20)로 공급하되, 처리수배출이송관(410)에는 중화탱크(310)에서 처리되어진 처리수가 상기 처리수배출이송관(410)을 따라 배수 처리되어질 때 배수 처리되어지는 처리수 이송압력이 높아 중화탱크(310)내 처리수의 레벨이 하위레벨 이하로 떨어지지 않도록 처리수배출이송관(410)의 이송압력 조절이 가능한 에어벤트(420)가 부설되어 있는 것을 특징으로 하는 탄산가스를 이용한 터널 굴착 폐수의 PH 저감장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 터널굴착폐수공급부의 벤츄리식기포발생기(230)는 유지보수용뚜껑(320)의 연결플랜지(322)에 나사식 연결되어지는 연결나사산(231)이 형성되어 있고, 상기 연결나사산(231)의 반쪽에는 터널굴착폐수토출관(240)에 대하여 플랜지 연결되어지는 플랜지(232)가 형성되어 있으며, 수축관(233)을 형성하는 확관면중 터널굴착폐수가 빠져나가는 쪽의 확관면(234)상에 탄산가스유입공(235)이 형성되어 있어, 상기 수축관(233)을 터널굴착폐수가 통과할 때 발생하는 이송압력차에 의해서 상기 중화탱크(310) 내의 탄산가스채류공간(311)에 존재하는 미(未)용해된 탄산가스가 집수조(20)로부터 공급되는 터널굴착폐수에 재차 혼입 파포(波抱)되어 상기 터널굴착폐수 내의 PH농도를 저감시킬 수 있도록 함을 특징으로 하는 탄산가스를 이용한 터널 굴착 폐수의 PH 저감장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 저류조(330)의 미세입자형성용철망(331)은 등간격을 이루며 수직하는 방향으로 다수개가 적층 형태로 형성됨을 특징으로 하는 탄산가스를 이용한 터널 굴착 폐수의 PH 저감장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 부력부재는, 터널굴착폐수공급부의 터널굴착폐수이송관(220)의 호스(250)의 터널굴착폐수유입구로 위치하는 부력부재는 상기 터널굴착폐수유입구가 고정되어지는 거름망(270)과 상기 거름망(270)의 상부로 위치하는 부구(260)로 구성되어짐을 특징으로 하는 탄산가스를 이용한 터널 굴착 폐수의 PH 저감장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 PH측정센서(150)는 집수조(20)내 터널굴착폐수 수위에 대응하여 상,하 움직임이 발생하도록 부구(152)를 포함하고 있고, 집수조(20)의 측벽으로 설치되어 있는 가이드(151)에 의해 안내되어지도록 구성되어짐을 특징으로 하는 탄산가스를 이용한 터널 굴착 폐수의 PH 저감장치.










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