KR20050012875A - 용존고형물제거장치가 조합된 중수도시스템 - Google Patents

용존고형물제거장치가 조합된 중수도시스템

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KR20050012875A
KR20050012875A KR1020050003087A KR20050003087A KR20050012875A KR 20050012875 A KR20050012875 A KR 20050012875A KR 1020050003087 A KR1020050003087 A KR 1020050003087A KR 20050003087 A KR20050003087 A KR 20050003087A KR 20050012875 A KR20050012875 A KR 20050012875A
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김영규
이제근
김경희
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아쿠아셀 주식회사
김영규
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Abstract

본 발명은 저농도의 유기물 및 난분해성 용존물을 함유한 오폐수 또는 하수처리 방류수(이하, 공급원수)를 처리하여 중수(中水)로 재활용하기 위한 중수도시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기투석장치 또는 역삼투여과장치를 선택적으로 구비하여 공급원수 내의 용존고형물(TDS)의 제거가 함께 이루어지도록 함으로써, 처리된 중수를 청소용수, 화장실용수 등과 같은 통상적인 중수의 활용 용도외에 배관내 체류시간이 긴 보일러용수나 살수용수 등으로 활용하는 것도 가능하도록 하여 중수의 활용범위를 극대화하고 궁극적으로 수자원의 안정적 확보에 기여케 하는 용존고형물제거장치가 조합된 중수도시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 공급원수를 집수, 저장하는 저장조와; 생물막 형성을 위한 메디아가 충진된 바이오필터와; 유량 및 수질을 균등화하는 유량조정조와; 난분해성 용존 유기물, 잔류염소, 색깔, 냄새 및 미량의 유해 무기물을 흡착, 제거하는 활성탄흡착기와; 미세 부유물질과 고분자 물질 및 콜로이드상의 물질을 제거하는 정밀여과기와; 이온성의 용존고형물을 선택적 투과에 의해 농축, 제거하는 전기투석장치와; 피처리수에 염소를 투입하여 미생물의 번식을 방지하고 살균토록 하기 위한 염소소독장치와; 처리가 완료된 중수를 저류하는 중수저류조;가 일련되게 구성됨을 특징으로 하는 용존고형물제거장치가 조합된 중수도시스템이 제공된다.
또한, 상기 정밀여과기와 전기투석장치가 미세 부유물질, 고분자 물질, 콜로이드상의 물질 및 용존고형물을 동시에 제거하는 역삼투여과장치로 대체되어 구성됨을 특징으로 하는 용존고형물제거장치가 조합된 중수도시스템이 제공된다.

Description

용존고형물제거장치가 조합된 중수도시스템 { A water reclamation and reuse system with an equipment for removing TDS }
본 발명은 저농도의 유기물 및 난분해성 용존물을 함유한 오폐수 또는 하수처리 방류수(이하, 공급원수)를 처리하여 중수(中水)로 재활용하기 위한 중수도시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기투석장치 또는 역삼투여과장치를 선택적으로 구비하여 공급원수 내의 용존고형물(TDS)의 제거가 함께 이루어지도록 함으로써, 처리된 중수를 청소용수, 화장실용수 등과 같은 통상적인 중수의 활용 용도외에 배관내 체류시간이 긴 보일러용수나 살수용수 등으로 활용하는 것도 가능하도록 하여 중수의 활용범위를 극대화하고 궁극적으로 수자원의 안정적 확보에 기여케 하는 용존고형물제거장치가 조합된 중수도시스템에 관한 것이다.
일반적으로 중수도시스템은 오폐수나 빗물 등을 처리하여 상수(上水)와 하수(下水)의 중간에 위치한다는 뜻에서 비롯된 중수(中水)로 만드는 시스템을 말하는 것으로, 상기한 중수는 주로 높은 청정도를 필요로 하지 않는 화장실용수, 청소용수, 세차용수, 조경용수, 소방용수 등으로 활용됨으로써 전체 수돗물 사용량의 상당부분을 대체하게 되므로 결과적으로 수자원의 안정적 확보에 기여하게 될 뿐 아니라 하수 발생량도 감소되어 환경보호에도 기여할 수 있게 된다.
특히, 현대 사회는 생활패턴의 변화, 급속한 산업화와 도시화로 인해 물 사용량이 급격히 증가되고 있어 수자원의 고갈에 따른 용수부족 사태가 갈수록 심화되고 있으며, 아울러 수질오염에 대한 국민의식 향상에 부응코자 정부의 배출허용기준 역시 단계적으로 강화되고 있어, 상수 및 정수 처리비용도 크게 증가되고 있는 추세여서, 최근 정부에서는 비교적 오염물질 농도가 낮은 오폐수 및 하수처리 방류수를 재사용하기 위한 중수도시스템의 보급을 권장코자 세제지원 등의 혜택을 제공하고 있는 실정이며, 이에 따라, 종래 다양한 구성과 기능을 갖는 중수도시스템들이 안출되어 실시되고 있다,
그러나, 종래의 중수도시스템에는 용존고형물(TDS)의 제거를 주목적으로 한 별도의 장치가 구비되지 않으므로, 이에 의해 처리된 중수는 배관내 스케일 발생의 주요인이 되는 용존고형물의 함량이 여전히 높아, 막대한 물소비율을 점유하는 아파트나 다가구주택 등의 보일러 용수나 산업현장에서의 냉각용 살수용수 등과 같이 배관내 체류시간이 상대적으로 긴 용수에는 적합하지 않다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 시스템내에 용존고형물의 제거를 위한 장치를 구비함으로써, 처리된 중수가 배관내 체류시간이 비교적 긴 보일러용수나 살수용수 등으로도 활용될 수 있도록 하여 중수의 활용 범위를 극대화한 용존고형물제거장치가 조합된 중수도시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 용존고형물제거장치가 조합된 중수도시스템의 개략적인 계통도
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 용존고형물제거장치가 조합된 중수도시스템의 개략적인 계통도
도 3은 본 발명의 용존고형물제거장치가 조합된 중수도시스템의 바이오필터에 충진, 사용되는 메디아의 사시도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 저장조 20 : 바이오필터
21 : 메디아 22 : 내부지지대
23 : 관체 24 : 배양판
25 : 외부지지대 26 : 칸막이
27 : 통수공 30 : 유량조정조
40 : 활성탄흡착기 50 : 정밀여과기
60 : 전기투석장치 70 : 염소소독장치
80 : 중수저류조 90 : 역삼투여과장치
100 : 송풍기 110 : 펌프
이하, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 용존고형물제거장치가 조합된 중수도시스템을 첨부 도면에 의거, 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 용존고형물제거장치가 조합된 중수도시스템의 개략적인 계통도이고, 도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 용존고형물제거장치가 조합된 중수도시스템의 개략적인 계통도이며, 도 3은 본 발명의 용존고형물제거장치가 조합된 중수도시스템의 바이오필터에 충진, 사용되는 메디아의 사시도로서,
본 발명의 제1실시예에 따른 용존고형물제거장치가 조합된 중수도시스템은, 저농도의 유기물 및 난분해성 용존물을 함유한 공급원수인 오폐수 또는 하수처리 방류수를 중수로 처리하여 재활용하기 위한 중수도시스템에 있어서,
공급원수를 집수, 저장하는 저장조(10)와; 미생물의 부착, 서식을 위한 메디아(21)가 충진되어 상기 저장조(10)로부터 유입된 공급원수로부터 질소, 인, 저농도의 유기물과 일정량의 탁도 성분 및 부유물질 제거를 동시에 수행하는 바이오필터(20)와; 상기 바이오필터(20)를 통과한 처리수가 과도하게 발생시에도 유량을 일정하게 유지시키고 원활한 이후 처리를 위해 오염물의 부하변동을 조정하는 유량조정조(30)와; 상기 유량조정조(30)에 의해 유량 및 수질이 균질화된 처리수로부터 잔존하는 난분해성 용존 유기물, 잔류염소, 색깔, 냄새 및 미량의 유해 무기물을 흡착, 제거하는 활성탄흡착기(40)와; 상기 활성탄흡착기(40)를 통과한 처리수로부터 미세 부유물질과 고분자 물질 및 콜로이드상의 물질을 제거하는 정밀여과기(50)와; 상기 정밀여과기(50)를 통과한 처리수로부터 이온성의 용존고형물을 선택적 투과에 의해 농축, 제거하는 전기투석장치(60)와; 상기 전기투석장치(60)를 통과한 처리수에 염소를 투입하여 미생물의 번식을 방지하고 살균토록 하기 위한 염소소독장치(70)와; 처리가 완료된 중수를 저류하는 중수저류조(80);로 이루어짐을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 제2실시예에 따른 용존고형물제거장치가 조합된 중수도시스템은 상기 제1실시예에 따른 중수도시스템에 있어서, 상기 정밀여과기(50) 및 전기투석장치(60)가 미세 부유물질, 고분자 물질, 콜로이드상의 물질 및 용존고형물을 동시에 제거하는 역삼투여과장치(90)로 대체되어 이루어짐을 특징으로 한다.
한편, 상기 메디아(21)는 '+' 형상으로 교차된 내부지지대(22)에 의해 견고히 지지되는 관체(23)의 외주면에 다수개의 배양판(24)이 외부지지대(25)로써 부착되고, 상기 관체(23) 종단면의 중간부에 원판링 형상의 칸막이(26)가 배양판(24)의 내측으로 환설되어 관체(23)의 외측 벽면과 칸막이(26) 사이에 통수공(27)이 뚫린 구조의 세공질임을 특징으로 한다.
이와 같이 된 본 발명의 제1실시예에 따른 용존고형물제거장치가 조합된 중수도시스템의 중수처리 과정을 상세히 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 오폐수 처리장으로부터 1차 처리되어 저농도의 유기물 및 난분해성 용존물을 함유한 오폐수 처리 방류수는 다음 처리를 위한 장치인 바이오필터(20)에 공급될 수 있도록 상기 저장조(10)에 집수, 저장된다.
상기 바이오필터(20)는 미생물의 부착, 서식을 위한 메디아(21)가 충진되어 생물막 형성에 의해 공급원수로부터 질소, 인 및 유기물의 분해가 이루어지도록 한 것으로, 여기서, 상기 메디아(21)는 본원 출원인이 선출원하여 등록받은 등록번호 제 20-0289920호의 대한민국 등록실용신안공보에 그 상세한 구성 및 작용이 개시된 바와 같은 비표면적이 넓고 미생물 부착능이 탁월하며 여과기능도 갖는 특수 구조의 것을 이용함으로써, 본 바이오필터(20)에서 상기 메디아(21)에 부착 서식하는 미생물에 의한 공급원수 내의 질소, 인 및 유기물의 분해와 함께 상기 특수 구조의 메디아(21)에 의해 공급원수 내의 탁도성분과 부유물질도 상당량 제거되도록 하고, 이에 따라 후처리 장치들의 부하가 덜어지게 되어 장치의 수명이 향상되게 함은 물론 시스템 전체를 컴팩트화 하는 것이 용이하도록 하는 것이 바람직하다. 도 3에 상기 메디아(21)의 구조가 도시되어 있다.
상기 바이오필터(20) 내부로는 필요에 따라 산소 농도를 일정하게 유지시키고 호기성세균의 생장 및 활동을 활발하게 하기 위해 송풍기(110)에 의해 폭기가 이루어지게 할 수도 있다.
상기 바이오필터(20)를 거친 피처리수는 유량조정조(30)에 의해 유량 및 수질이 균등화되어 다음 처리를 위한 활성탄흡착기(40)로 유입되게 된다. 즉, 상기 유량조정조(30)는 유입수의 유량 및 수질의 변동에 의해 발생할 수 있는 중수도시스템의 처리 효율 저하를 방지하고 운전비용을 절감할 수 있도록 하는 역할을 하게 된다.
상기 유량조정조(30)에 의해 유량 및 수질이 균등화된 피처리수는 활성탄흡착기(40)로 유입되어 강한 흡착력을 갖는 활성탄에 의해 잔존하는 난분해성 용존 유기물, 잔류염소, 맛, 색깔, 냄새 및 미량의 유해 무기물 등이 흡착, 제거되게 된다.
상기 활성탄흡착기(40)를 통과한 피처리수는 정밀여과기(50)로 유입되어 함유되어 있던 미세 부유물질과 고분자 물질 및 콜로이드상의 물질이 제거되어진 후 유출되게 된다.
상기 정밀여과기(50)를 통과한 피처리수에는 부유물질 및 미세입자들이 대부분 제거된 상태이나 칼슘, 마그네슘과 같이 이온상태로 존재하여 배관내 스케일 형성의 주요인이 되는 용존고형물(TDS)은 대부분 상기 정밀여과기(50)의 여과막을 통과하게 되므로 여전히 피처리수 내에 잔존하게 되는바, 상기 정밀여과기(50)를 통과한 피처리수는 전기투석장치(60)로 유입되어 이들 용존고형물이 선택적으로 투과, 농축되어 제거되게 된다.
여기서, 상기 전기투석장치(60)는 이온교환막을 사용하여 양이온 또는 음이온을 선택적으로 투과시켜 이온종의 분류 및 농축을 행하도록 한 장치로, 양극과 음극 사이에 교대 배열된 다수의 양이온교환막 및 음이온교환막에 의해서 이온이 제거된 희석수와 농축된 농축수로 분리되도록 한 것이다.
상기 전기투석장치(60)를 통과한 피처리수는 수관을 따라 흐르는 과정에서 그 관로중에 구비되는 염소소독장치(70)로부터 투입되는 염소에 의해 내부에 함유되어 있던 미생물이 살균 처리되게 된다.
이상의 처리과정을 마친 피처리수는 질소, 인, 저농도 유기물, 탁도 성분,난분해성 용존 유기물 및 기타 용존고형물 등의 오염성분이 제거된 적합한 수질을 갖는 중수로 되어 중수저류조(80)에 유입 저류되게 된다.
이와 같이 본 실시예에서는 피처리수가 상기 전기투석장치(60)를 통과할 때, 피처리수 내에 존재하던 배관내 스케일 발생의 주요인이 되는 이온상의 용존고형물이 농축되어 분리 제거되게 되므로, 본 실시예에 의해 처리된 중수는 종래의 방식에 의해 처리된 중수로는 사용이 부적합하였던 보일러용수나 살수용수 등으로의 활용이 가능하게 되어 결과적으로 중수의 활용 범위를 한층 넓힐 수 있게 되는 것이다.
한편, 본 발명의 제2실시예에서는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 정밀여과기(50) 및 전기투석장치(60)가 역삼투여과장치(90)에 의해 대체되어 구성되는데, 이러한 역삼투여과장치(90)는 자연상에 존재하는 삼투현상을 압력을 가하여 역으로 밀어내는 원리를 이용한 것으로서, 5∼15Å(옹스트롱) 정도의 미세 기공(pore)을 갖는 반투막에 의해 미세 부유물질과 고분자 물질 그리고 콜로이드상의 물질외에 공급원수중의 고형물질(이온물질 포함)을 99% 이상 제거하게 되므로, 상술한 정밀여과기(50)와 전기투석장치(60)의 역할을 모두 수행하게 된다.
따라서, 본 실시예에서와 같이 역삼투여과장치(90)를 구비하는 경우에도 상술한 제1실시예에서와 마찬가지로 보일러용수나 살수용수 등으로도 활용이 가능한 중수를 얻을 수 있게 되어 중수의 활용 범위를 극대화하게 되는 것은 물론이며 아울러 시스템을 한층 더 간소화하는 효과도 가져올 수 있게 된다.
다만, 상기 역삼투여과장치(90)는 그 설비비가 고가이고, 운전시 역삼투압을가하여야 하며, 반투막의 오염에 따른 잦은 세정이 필요한 등 그 운전에도 많은 비용이 소모되는 단점도 갖는 바, 부유물질(suspended solids, SS)의 초기 함량이 50 ∼ 150 ppm 범위인 공급원수를 주로 처리하는 경우에는 부유물질의 제거효과가 상대적으로 높은 역삼투여과장치(90)를 구비한 본 발명의 제2실시예를 적용하고, 부유물질의 초기함량이 5 ∼ 100 ppm 범위인 공급원수를 주로 처리하는 경우에는 설비 및 운전비용 측면에 더 비중을 두어 정밀여과기(50) 및 전기투석장치(60)를 구비한 본 발명의 제1실시예를 적용하는 것이 보다 바람직하다. 여기서 상기 부유물질의 초기함량이 중복되는 범위인 50 ∼ 100 ppm 범위인 경우에는 상기 제1실시예 또는 제2실시예 중 어느 실시예를 적용하여도 무방하다.
이와 같이 된 본 발명은 최소화된 규모의 시스템으로써 적합한 목적 수질을 얻을 수 있게 되므로 그 설치와 유지에 소요되는 비용을 최대한 절감시킬 수 있으며, 나아가 각종 오염성분에 대한 우수한 제거능과 높은 효율에 의해, 상술한 바와 같은 중수처리의 목적 외에도 정수처리의 고도처리용이나 공업용수의 고도처리용으로도 활용이 가능하게 된다.
이와 같이 본 발명에 따른 용존고형물제거장치가 조합된 중수도시스템은 용존고형물의 제거를 위한 장치를 구비하여 공급원수로부터 용존고형물의 제거도 이루어지도록 함으로써 본 발명에 의해 처리된 중수가 통상적인 중수의 활용 용도 외에 배관내 체류시간이 비교적 긴 보일러 용수나 냉각용 살수용수 등으로 활용되는것이 가능하도록 하여 중수의 활용범위를 극대화하고 이에 의해 궁극적으로 수자원의 안정적 확보에 기여케 하는 유용한 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 저농도의 유기물 및 난분해성 용존물을 함유한 공급원수인 오폐수 또는 하수처리 방류수를 중수로 재활용하기 위한 중수도시스템에 있어서,
    공급원수를 집수, 저장하는 저장조(10)와; 미생물의 부착, 서식을 위한 메디아(21)가 충진되어 상기 저장조(10)로부터 유입된 공급원수로부터 질소, 인, 저농도의 유기물과 일부 탁도 성분 및 부유물질 제거를 동시에 수행하는 바이오필터(20)와; 상기 바이오필터(20)를 통과한 피처리수가 과도하게 발생시에도 유량을 일정하게 유지시키고 원활한 이후 처리를 위해 오염물의 부하변동을 조정하는 유량조정조(30)와; 상기 유량조정조(30)에 의해 유량 및 수질이 균질화된 피처리수로부터 잔존하는 난분해성 용존 유기물, 잔류염소, 색깔, 냄새 및 미량의 유해 무기물을 흡착, 제거하는 활성탄흡착기(40)와; 상기 활성탄흡착기(40)를 통과한 피처리수로부터 미세 부유물질 및 고분자 물질이나 콜로이드상의 물질을 제거하는 정밀여과기(50)와; 상기 정밀여과기(50)를 통과한 피처리수로부터 이온성의 용존고형물을 선택적 투과에 의해 농축, 제거케 하는 전기투석장치(60)와; 상기 전기투석장치(60)를 통과한 처리수에 염소를 투입하여 미생물의 번식을 방지하고 살균토록 하기 위한 염소소독장치(70)와; 처리가 완료된 중수를 저류하는 중수저류조(80);가 일련되게 구비됨을 특징으로 하는 용존고형물제거장치가 조합된 중수도시스템.
  2. 저농도의 유기물 및 난분해성 용존물을 함유한 공급원수인 오폐수 또는 하수처리 방류수를 중수로 재활용하기 위한 중수도시스템에 있어서,
    공급원수를 집수, 저장하는 저장조(10)와; 특수구조의 메디아(21)가 충진되어 상기 저장조(10)로부터 유입된 공급원수로부터 저농도의 유기물과 탁도 성분 및 부유물질 제거를 동시에 수행하는 바이오필터(20)와; 상기 바이오필터(20)를 통과한 피처리수가 과도하게 발생시에도 유량을 일정하게 유지시키고 원활한 이후 처리를 위해 오염물의 부하변동을 조정하는 유량조정조(30)와; 상기 유량조정조(30)에 의해 유량 및 수질이 균질화된 피처리수로부터 잔존하는 난분해성 용존 유기물, 잔류염소, 색깔, 냄새 및 미량의 유해 무기물을 흡착, 제거하는 활성탄흡착기(40)와; 상기 활성탄흡착기(40)를 통과한 피처리수로부터 미세 부유물질, 고분자 물질, 콜로이드상의 물질 및 용존고형물을 제거하는 역삼투여과장치(90)와; 상기 역삼투여과장치(90)를 통과한 피처리수에 염소를 투입하여 미생물의 번식을 방지하고 살균토록 하기 위한 염소소독장치(70)와; 상기 염소소독장치(70)를 통과함으로써 처리가 완료된 중수를 저류하는 중수저류조(80);가 일련되게 구비됨을 특징으로 하는 용존고형물 제거장치가 조합된 중수도시스템.
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