KR20050035780A

KR20050035780A - 용존오존부상법(dof)을 이용한 상수와 하·폐수처리장치 및 방법

Info

Publication number: KR20050035780A
Application number: KR1020030071561A
Authority: KR
Inventors: 이병호; 김성혁; 이창진
Original assignee: 이병호
Priority date: 2003-10-14
Filing date: 2003-10-14
Publication date: 2005-04-19

Abstract

DOF는 Dissolved Ozone Flotation의 첨자로 이루어진 약자이며, 용존오존부상장치라 한다. DOF(용존오존부상장치)는 DAF(Dissolved Air Flotation, 용존공기부상장치)의 우수한 부유물질 제거능력과 오존의 강력한 산화력을 결합하여 정수처리(음용수처리)와 하·폐수처리에 사용되는 공법을 말한다. DAF(용존공기부상법)의 작동 원리는 이미 처리가 된 물의 일부를 가압용기에 취하여 압력을 3∼7기압 이상까지 가하면 가압용기 안에서 공기가 물에 용해가 되는데 이렇게 가압된 물을 처리할 물과 섞어서 처리하는 방법이다. 가압된 물 속에는 많은 공기가 용해되어 있는데 이 가압수가 처리할 물과 섞일 때 대기압(1기압)에 노출되면 3∼7기압까지 가압할때 용해되었던 공기가 대단히 미세한 기포(micro bubbles, 10∼120㎛)로 석출되게 된다. 이렇게 석출된 무수한 미세기포가 처리할 물 속에 들어있는 부유물질들을 수면 위로 부상시키게 된다. 부상된 부유물질(슬러지)을 제거하게 되면 물이 처리가 되는 방법이다. 이러한 일련의 과정을 연속적으로 이루어지도록 고안된 장치가 DOF이다.

DOF는 DAF의 공기 대신에 오존을 이용하는 방법이다. DOF는 가압용기 안에서 공기 대신에 오존이 용해되며 처리할 물과 섞일 때 미세한 오존의 기포가 석출된다. 이렇게 무수하고 미세하게 형성된 오존기포는 처리할 물과의 접촉 면적이 무한히 넓어져서 오존의 사용 효율을 극대화시키게 된다. 그런데 오존은 강력한 산화력을 갖고 있기 때문에 정수처리와 하·폐수처리에서 수많은 역할을 하게 된다. 그 중에는 맛, 냄새, 색도 제거와 소독(살균), 유해물질의 산화분해에 의한 제거 등 무수하다. 따라서, DOF는 부유물질 제거를 위한 DAF와 오존의 강력한 산화력을 결합시킨 장치이다.

Description

용존오존부상법(DOF)을 이용한 상수와 하·폐수처리장치 및 방법{Water and Wastewater Treatment System or Method Using Dissolved Ozone Flotation(DOF)}

DOF(용존오존부상법)은 상수와 하·폐수를 처리하는데 이용되는 기술이다. DOF는 종래의 DAF(용존공기부상) 기술에 오존을 도입한 기술이다. 종래에는 DAF와 오존처리시설이 2개의 분리된 기술이었다. DAF는 도1에서 6의 오존발생기가 없는 시설로써 물 속에 존재하는 부유물질의 제거를 위한 시설로 사용되었고, 오존접촉시설을 도2에서와 같이 별도의 시설로 건설되어 상수와 하·폐수에 사용되었다. 본 발명에서는 이와같이 두 개의 시설을 하나의 시스템으로 구성하는 기술이다. 도2와 같은 종래의 오존접촉시설은 오존을 물 속에 기계적인 분사장치로 주입을 시키기 때문에 오존이 큰 기포(수㎜∼수㎝)로 물과 접촉하게 되어 효율이 떨어진다. 반면 DOF를 통하여 오존이 주입되면 같은 오존의 양이 미세한 기포(수㎛∼120㎛)에 의하여 접촉이 되기 때문에 처리할 물과 고르게 섞일 뿐만 아니라 접촉면적이 수천 배로 늘어나게 되어 처리효율이 높아지게 된다.

DAF(용존공기부상법)는 부유물질을 제거하는 우수한 기술이다. 또한 오존은 강력한 산화력을 가지고 있기 때문에 상수나 하·폐수처리에 광범위하게 사용되고 있다. 그러나 오존의 이러한 강력한 산화력은 시설을 부식시킬 뿐만 아니라 인간에 직접 노출이 될 때는 독가스가 된다. 이와 같이 다루기 어려운 오존을 고압의 상태로 고압용기(3∼7기압이상)에 물과 함께 투입시키는 방법과 적당한 양을 조절할 수 있는 것은 고난이도의 기술이다. 고압용기에 물과 함께 오존을 투입시킬 수 있다하더라도 DOF가 미세기포를 효과적으로 만들지 못하면 부유물질의 제거율과 오존의 접촉효율이 현저하게 저하되고, 쓰고 남은 오존의 처리가 어렵게 된다. 본 발명이 이루어야 할 기술적인 과제는 DAF 장치에서 미세기포의 효율적인 발생과 오존을 고압용기에 물과 함께 투입시키는 기술과 투입하는 오존의 양을 조절할 수 있는 복합적인 기술이다.

대표도는 도1에 나타내었다. 대표도의 1의 급속혼화지를 처리해야 될 물이 유입되면 급속혼화지에 응집제를 넣고 급속으로 혼화시킨 후 2의 응집지(완속혼화지)로 유입시키면 부유물질들이 덩어리로 뭉치게 되는데 이 뭉친 덩어리를 플럭이라 한다. 플럭이 형성된 물이 3의 반응지에 유입되면 5에서 만들어진 오존이 용해된 가압수가 9의 가압수 분사장치에 의해서 미세한 오존의 기포로 석출되고 플럭이 미세한 기포와 섞이면서 4의 부상지 수면 위로 부상하게 된다. 미세한 기포로 석출된 오존은 물 속에 신속하고 광범위하게 다시 용해되어 물 속의 다양한 오염물질을 처리하게 된다. 5의 가압조에는 8의 가압펌프를 사용하여 처리된 물의 일부를 유입시키고(10%정도) 동시에 6의 오존발생기에서 생성된 오존을 7의 콤프레셔로 5의 가압조에 유입시키면 오존이 용해된 가압수가 생성된다. 10은 쓰고 남은 오존을 모으는 후드이고 11은 남은 오존을 분해시키는 장치이다. 12는 가압조 내의 물에 오존의 농도를 높이기 위한 순환장치이다. 13은 가압조 내의 잉여 오존을 처리수에 투입하여 추가적인 효과를 얻기 위한 장치이다.

DAF(용존공기부상시설)에 의한 우수한 부유물질 제거 장치와 오존의 강력한 산화제가 결합되어 두 가지 효과가 한 개의 시설에서 이루어진다. 현재 정수처리장에는 부유물질을 제거하기 위한 침전지가 있고 오존접촉지가 따로 건설이 되어있다. 그러나 DOF를 정수처리장에 도입하면 부유물질의 제거능력을 침전지보다 훨씬 높일 수 있고 동시에 오존접촉지를 따로 건설하지 않아도 되기 때문에 처리효율을 높이면서 동시에 건설비용을 대폭 낮출 수 있다. 또한 우리나라 전국의 상수원이 심하게 오염되어 가고 있기 때문에 하수처리장의 처리수를 소독해서 방류하도록 법에 명시하고 있다. 이와 같이 하수처리장의 처리수에는 미생물 덩어리인 플럭이 다량 존재하고 대장균등이 대량 존재하기 때문에 DOF를 도입하게 되면 부유물질은 물론 법에 명시된 소독효과 외에 색도제거와 BOD, COD는 물론 하천이나 호수의 2차 오염에 의한 부영양화 유발물질인 인의 제거에도 탁월한 효과를 나타내게 된다. 표1에 실험결과를 도시하였다.

표 1. DOF에 의한 하수처리장 방류수의 처리결과(오존 3.3ppm 투입)

시료	DAF			DOF
시료	원수	처리수	제거율(%)	원수	처리수	제거율(%)
온도(℃)	23.5	23.0	-	22.8	22.4	-
pH	6.92	6.84	-	6.98	6.86	-
용존산소(㎎/ℓ)	5.2	9.8	-	5.4	10.5	-
UV-254(ABS)흡광도	0.131	0.085	35	0.171	0.042	75
색도(CU)	7	3	57	11	1	91
탁도(NTU)	10.8	0.8	93	12.5	0.7	94
부유물질(㎎/ℓ)	14.5	2.1	86	18.1	1.2	93
COD(㎎/ℓ)	8.3	5.2	37	9.8	4.4	55
BOD(㎎/ℓ)	4.0	1.5	62	4.1	1.1	73
총질소(T-N)(㎎/ℓ)	13.5	9.0	33	8.6	2.3	73
총인(T-P)(㎎/ℓ)	0.98	0.12	88	0.84	0.09	89
일반세균(CFU/㎖)	TNTC	TNTC	-	TNTC	5	99
대장균(MPN/㎖)	680	124	82	840	0	100
TNTC : 셀 수 없이 많이 검출됨.

표1에 보면 DAF 보다 DOF에서 대부분 항목의 처리효율이 높은 것을 볼 수 있다. 특히 오존의 산화력이 영향을 미친 색도, 일반세균 그리고 대장균의 경우 DOF에서 처리효율이 월등하게 높은 것을 볼 수 있다. 이와 같이 DAF와 오존이 결합된 DOF의 기술이 결합하여 하수처리장 방류수의 탁도가 10NTU 이상이 1NTU 이하로 낮아졌으며, 미생물의 농도가 음용수 수질기준(일반세균 100CFU/㎖, 대장균 불검출/㎖) 이하로 처리가 되어 DOF 기술이 우수한 효과를 가진 것으로 증명되었다.

도1은 DOF의 주요 부분에 대한 부호의 설명과 개략도이다.

1 : 급속혼화지 2 : 완속혼화지 3 : 반응지

4 : 부상지 5 : 가압조 6 : 콤프레셔

7 : 오존 발생기 8 : 가압펌프 9 : 가압수 분사장치

10 : 배오존 후드 11 : 배오존 분해장치 12 : 순환펌프

13 : 잉여 오존 사용장치

도2는 일반적인 오존 접촉 장치의 개략도이다.

1 : 처리될 원수 2 : 오존 발생기

3 : 오존 투입을 위한 분사장치 4 : 폐오존 분해장치

5 : 오존에 의해 처리된 방류수

Claims

응집제 및 응집보조제를 첨가하여 응집·혼화를 거친 응집처리수가 유입되며 유입된 응집처리수는 살균/부상조에서 용존오존가압수에 의해 오염물질(슬러지등)과 최종처리된 물이 분리되며 분리된 슬러지는 외부로 배출하기 위한 슬러지 배출장치가 탱크 상부에 위치해 있으며 살균/부상조에서 오염물질의 처리뿐만 아니라 소독/살균 처리가 병행되는 수처리 탱크;

최종 처리된 처리수 중 일부는 재순환하여 오존 가압조로 유입시키며 가압조로 유입되는 오존 가압수는 가압수 분사장치를 통해 부상조 하단에서 수중으로 방출시키는 이중 파이프 구조의 오존가압수 분사장치;

상기 응집조와 용존오존부상조의 수면위로 오염물질인 슬러지를 제거하는 수단과 배오존 배출을 억제하는 덮개장치 및 오존가압조 내부의 잉여 오존을 재사용 할 수 있는 잉여 오존 사용장치를 구비함을 특징으로 하는 용존오존부상법을 이용한 상수와 하·폐수처리장치 및 방법.
제 1항에 있어서, 상기 오존가압조는 고압(2기압 이상)으로 오존을 투입하기 위한 오존펌프(오존 컴프레셔); 및 오존발생기에서 발생되는 오존을 일시적으로 저장하는 보조 탱크; 오존의 용존 효율을 높이기 위한 충진제를 충진하여 오존가압수를 만들어 오존가압수 분사장치에 공급함을 특징으로 하는 용존오존부상 수처리 장치 및 방법.
제 1항에 있어서, 상기 오존가압조에 부착된 순환펌프는 오존의 용해도를 높이기 위해 오존가압조에 지속적으로 유지되는 일부 유량을 인발하여 오존가압조 상단에 재순환시키며 재순환되는 물이 오존 및 공기와의 접촉효율을 극대화하여 오존의 이용효율을 높이고 오존의 가압수내 용존율을 최대화시키는 특징으로 하는 용존오존부상 수처리 장치 및 방법.
제 1항에 있어서, 상기 잉여오존 사용장치는 오존가압조 내의 잉여 오존을 최종 처리수 저장 탱크에 순환시켜 투입할 수 있는 인입관이 연결되어 오존의 이용효율을 극대화하며 부상분리조 및 처리수 저장조의 상부에는 배오존의 배출을 억제하는 상부 덮개 장치; 및 배오존을 흡입하여 배오존을 분해하는 분해장치 등을 특징으로 하는 용존오존부상 수처리 장치 및 방법.
제 1항에 있어서, 오존 가압탱크 상부에 있어서 가압탱크의 압력을 조절하며 안전을 고려한 안전밸브를 통해 배출되는 잉여 오존을 인입관을 통해 처리수조로 순환시켜 오존의 소비효율을 극대화하는 장치등을 특징으로 하는 용존오존부상 수처리 장치 및 방법.