(51)Int. Cl. 6 C02F 1/40 (19) 대한민국특허청 (KR) (12) 등록특허공보 (B1) (45) 공고일자 1999년02월01일 (11) 등록번호 특0174365 (24) 등록일자 1998년11월04일 (21) 출원번호 특1996-055365 (65) 공개번호 특1997-006182 (22) 출원일자 1996년11월19일 (43) 공개일자 1997년02월19일 (73) 특허권자정용경기도고양시덕양구행신동무원마을신안아파트 803동 1306호 (72) 발명자정용경기도고양시덕양구행신동무원마을신안아파트 803동 1306호최윤호서울시서초구반포동서초한양아파트 5동 903호 (74) 대리인박사룡 심사관 : 임창수 (54) 부유식조류제거방법및그장치 요약 조류가대량발생하는장소와시기에효율적으로가동할수있도록가압공기부상장치를주축으로한조류제거장치를자연수계에부유상이동식으로고안된방법및장치이다. 즉, 과도발생된조류를직접수생생태계로부터분리하여거두어들임으로써 2차적인부작용없이수생생태계의균형을유지시킬수있으며, 부유상이동식방법으로조류대발생에적합한수환경 ( 낮은유속, 낮은수심, 영양물질의과다침전지역 ) 을선택적으로집중처리할수있도록함으로서, 넓은수계를단시간에생태계에악영향을주지않고도처리시키는장치이다. 본발명은상기한목적을실현하기위하여부영양화된호소수를원수유입관 (3) 을통해서유입시키어, 응집약품조 (4) 에의하여응집제가적정량주입되고원수에함유된조류들과함께교반기 (flash mixer)(8) 에의해급속교반되어미세한플럭들을생성하게되고, 이렇게생성된미세한플럭들은응결조 (9) 로이동되어교호로설치한배플플레이트를거치게하는과정에서플럭들이서로뭉쳐져서부상이용이할수있도록조대화되며, 응결과정에의해조류는서로응집되어플럭을형성하여부상조 (14) 로유입시여기서가압수관 (13) 에의해적정량의가압수가분사되며, 부상조에서는응집된플럭들과가압수의미세한기포들의충돌과부착에의한플럭-기포결합체가생성되어부상조의수면위로상승하게되며, 부상된조류슬러지는스키머 (15) 에의해간헐적으로슬러지저장조 (16) 로보내지고부상조 (14) 의하부의처리수는호수로방류하고처리수의약 15-30% 정도는다시가압장치 (5) 로반송되어콤프레샤 (5b) 에의해가압된공기가주입되면서가압수를생산하게되며, 한편슬러지저장조 (16) 에있는슬러지는부상농축장치 (18) 에보내져다시물과슬러지를분리하여분리된슬러지는탈수기에의해케익상태로최종처리함을특징으로한다. 대표도 명세서도면의간단한설명제1도는본발명의전체구성을보인시스템. 제2도는가압장치의플로우챠트. 제3도는부상농축장치의구성을보인상세단면도. 6-1
* 도면의주요부분에대한부호의설명 1 : 함체 2 : 부표 3 : 원수유입관 4 : 응집약품조 5 : 가압장치 8 : 교반기 9 : 응결조 10 : 배플플레이트 11 : 가이드플레이트 12 : 노즐 14 : 부상조 15 : 스키머 16 : 슬러지저장조 17 : 슬러지투입구 18 : 부상농축장치 20 : 펌프 24 : 탈수조 발명의상세한설명 발명의목적 발명이속하는기술분야및그분야의종래기술본발명은부유식조류제거방법및그장치에관한것이다. 일반적으로하천에서는영양염류의유입으로인한조류의번성은직접적으로는큰문제가되지않고용존산소량의결핍이문제가된다. 그와반면호수는하천과는달리수체의정체로인한조류의과잉번성이라는부영양화가큰문제가되고있다. 호수가생성된초기에는영양염류의농도가낮고수계내의생산과소비가균형을이루어빈영양상태를유지하나, 시간이지남에따라영양염류의농도가점차로증가하고호수의생산성이높아짐에따라부영양화과정을겪게된다. 부영양화는탄소, 질소, 인과같이조류의번식에영양분이될물질들이호수에축적될때일어나는현상이다. 이러한영양염류는삼림지대에있는부식물, 농경지에사용되는비료, 축산물의분뇨, 합성세제뿐만아니라가정하수와공장폐수에포함되어있다. 이와같이유역내의인간활동이활발한호수는자연의상태보다빠른속도로부영양화된다. 다양한형태로영양염류가계속호수로유입되어호수자정능력을넘게되면점차로수질오염현상이일어나며, 이과정은저수지의성층현상에의해더욱촉진된다. 유기오염물질은분해제거된다하더라도수중미생물의번식에영양소가될무기물은축적될수있기때문이다. 이결과각종조류가번식하게되며이들조류의분해물은다시다른조류의영양물이되는악순환을거듭하게된다. 조류는진핵생물계통으로독립영양성이며광합성을할수있는클로로필 (chlorophyll) 을지니고있는다양한종류의미생물을총칭한다. 담수에서주로발견되는조류의특성은다음과같다. 부영양화에서주로문제가되는조류는남조류로, 이들은매우단순한형태로박테리아와여러면에서유사하다. 남조류는단세포이고편모가없으며엽록소가엽록체에있지않고세포전체에분포해있다. 또한남조류는세포합성을위해공기를통한질소고정을할수있기때문에수중의질소성분을제거하여도남조류의성장에큰영향을끼치지못한다. 녹조류는주로담수에서서식하며단세포또는다세포의세포구조를지니고있다. 녹조류는클로로필과색소가엽록체내에존재한다는점에서다른조류와구분된다. 유글레노피아 (Euglenophyta) 는밝은녹색으로단세포이며편모를지니고있다. 그리고규조류는대부분단세포로규산으로이루어진껍질을지니고있는데, 이들의침전물이규조토를형성하는것이다. 이들조류는여러종류의냄새및맛을유발한다. 녹조류는생선비린내나썩는듯한냄새나맛을, 규조류는생선비린내나곰팡이냄새나맛을, 남조류는썩는듯하거나풀같은냄새나맛을풍긴다. 조류는영양염류를섭취하고동물성플랑크톤은조류를섭취한다. 그리고이들은분해되어유기질소및유기인의원천이되어다시조류의영양분이되는과정을반복하게된다. 일반적으로조류의생체량이많아지면호수는혼탁해지고심미적으로도불쾌하게보인다. 만일조류의우점종이남조류로변하게되면각종독성물질, 불쾌한맛냄새가발생한다. 호수가부영양화되면서용존산소의변동폭이심하게되는데, 그것은조류가낮에는광합성을하여산소가과포화되나밤에는조류가호흡을하여용존산소를많이소모하기때문이다. 용존산소의극심한변동은수중생태계에커다란압박요인이된다. 부영양화된호수의어류는과다한농도의조류및심한용존산소변동율에적응할수있는종류만살아남게된다. 일반적으로부영양화된호수의생태계는다양성이낮고또한이로인해안정성이낮아지게된다. 부영양화된호소가수질오염의문제를발생시키는것은부영양화자체에있는것이아니고호소의물이부영양화되어 1차생산성이증가됨으로서조류의번성 (algal blooming) 가능성이높다는의미이다. 조류가호소표면에대규모로형성되면빛이호소내로투과하는것을막아수중생물의광합성이저해되며대기중의산소가수중으로용해되는것을막아수중의용존산소량을감소시킨다. 또한호소표면에형성된조류가사멸하여심수층으로가라앉으면, 미생물에의한분해작용으로심수층의용존산소를결핍되어 6-2
결국에는혐기성상태가유발된다. 따라서이에따른영향을관광및위락측면에서보면, 우선심미적인원인으로수영을할수없게되며뱃놀이도어렵게될것이고더욱심해지면심한악취로인하여호반을산책할수도없고주변의주위환경에치명적영향을야기시키게된다. 어류의생존문제를보면, 부영양화란전술한바와같이수중의영양분이증가되는것을말하므로어류의생산량도증가한다고할수있으나그정도가심해지면어종의교대상황이좋지않게될뿐만아니라어류가사멸하게된다. 즉맛이좋아상품가치가높은송어, 은어, 황어등의생존에위협을주게되며잉어, 붕어처럼비교적값이싸고오염에강한어종으로바뀌게된다. 그러나부영양화가점점더진행되면호소의하층에무산소층이형성되게되므로결국은어류를사멸시키게되며수질은점점악화되어농업용수나공업용수로도사용할수없는쓸모없는늪으로변하게된다. 우리나라는현재상수원의 40% 정도를댐을포함한호소수로이용하고있어, 호소수를취수원으로사용하고있는저수장의경우조류대발생으로인한여과막의막힘, 맛의변질과악취발생등으로수돗물공급및사용에큰피해를받고있다. 이러한현상은호소와같이정체된물에인, 질소등의영양물질이유입되어발생하는부영양화와섭씨 20도이상의수온이장기간유지되어조류가대량번식하여발생되며, 우리나라상당수의하천및호소가주기적으로조류대발생을겪고있는실정이다. 지금까지호소수를취수원으로사용하고있는수원에서조류대발생시조류를직접제거하는방법으로서, 단순한조류사멸용화학약품 (CuSO 4,CuCl 2 ) 의살포나수중폭기시설에의한용존산소공급등, 극히제한적인방법이부분적으로사용되어오고있다. 그러나, 이는독성약품투여에의한 2차적인문제를야기시킬수있으며또한임시적인방편에불과하여효과적으로조류를제어하기어렵다는문제점이있었다. 위에서언급했듯이조류의과도한발생은자연수중생태계의악영향은물론일반적인정수공정이침전공정에서는조류의정교한제거가불가능하며여과막의막힘현상이나맛, 냄새유발, 소독에의한발암물질생성등여러가지문제점을야기시킨다. 발명이이루고자하는기술적과제 본발명의목적은상기에서와같은종래의문제점을해결하기위하여조류가대량발생하는장소와시기에효율적으로가동할수있도록가압공기부상장치를주축으로한조류제거장치를자연수계에부유상이동식으로고안된방법및장치이다. 즉, 과도발생된조류를직접수생생태계로부터분리하여거두어들임으로써 2차적인부작용없이수생생태계의균형을유지시킬수있으며, 부유상이동식방법으로조류대발생에적합한수환경 ( 낮은유속, 낮은수심, 영양물질의과다침전지역 ) 을선택적으로집중처리할수있도록함으로써, 넓은수계를단시간에생태계에악영향을주지않고도처리시키는장치이다. 본발명은상기한목적을실현하기위하여부영양화된호소수가함체에원수유입관을통해서유입되는과정에서조절밸브에의하여응집제가적정량주입되고원수에함유된조류들과함께교반기 (flash mixer) 에의해급속교반되어미세한플럭들을생성되게하는과정과, 이렇게생성된미세한플럭들은응결조 (9) 에의하여교호로설치한배플플레이트를따라이동되어플럭들이서로뭉쳐져서부상이용이할수있도록조대화시키는과정과, 응결과정에의해조류는서로응집되어플럭을형성하여부상조로유입되는과정에서가압수관에의해적정량의가압수가분사되며, 부상조에서는응집된플럭들과가압수의미세한기포들의충돌과부착에의한플럭-기포결합체가생성되어부상조의수면위로상승하게되고부상된조류슬러지는스키머에의해간헐적으로슬러지저장조로보내지는과정과, 부상조하부의처리수는호소로방류되게하고이때, 처리수의약 15-30% 정도는다시가압장치로반송되어콤프레샤에의해가압된공기가주입되면서가압수를생산하게되며, 분리된슬러지는펌프로부상농축장치에끌어올려물과슬러지를재분리시켜슬러지를탈수기에의해케익상태로최종처리되는과정으로이루어진조류제거방법및장치를그특징으로한다. 발명의구성및작용 제1도내지제3도에의하여본발명의적절한실시예를상세히설명하면다음과같다. 제1도는호소에서직접조류를제거하는시스템으로서, FRP 등의물에강한재질로함체 (1) 를구비하여호소등에띄워지도록둘레에부표 (2) 를설치한다. 상기함체 (1) 의상부전방에응집약품조 (4) 및가압장치 (5) 를구비하고, 그하방에는수중에위치되도록형성한원수유입관 (3) 에이물질을걸러내는스크린 (27) 과, 응집제를유입되는원수에교반되도록교반기 (8) 를설치하여응집약품조 (4) 와응집공급관 (7) 으로연결하며, 이응집공급관 (7) 에는응집제의투입량을조절하는조절밸브 (6) 가설치되며, 이러한구성에의하여원수에응집제가교반되어미세한플럭들이생성된다. 상기의교반기 (8) 는원수를함체 (1) 내로강제로유입되도록도면에는임펠러가표시되어있으나펌프를적용할수있으며, 또한조절밸브 (6) 는응집제량의양을조절하도록게이지콕또는정량펌프들이사용되어진다. 상기의가압장치 (5) 는제2도에서와같이물에공기를주입하여가압시키는것으로서, 즉가압튜브 (ADT)(5a) 에콤프레샤 (5b) 및반송펌프 (5c) 에각각연결하여구성되고반송펌프 (5c) 는처리수가공급되도 6-3
록처리수공급관 (26) 이연결된다. 한편, 함체 (1) 내의입구에는교호로다수의배플플레이트 (10) 를설치한응결조 (9) 및수면상에위치되는스키머 (15) 를구비한부상조 (14) 를순차적으로구성하고, 출구측의하방에는슬러지를저장하는슬러지저장조 (16) 가설치되며, 함체 (1) 의상부후방에는부상농축장치 (18) 와탈수조 (24) 를각각구성하고, 함체 (1) 의후방하부에는처리수가외부로자연순환에의하여유출되도록배수구 (25) 가형성된다. 상기의응결조 (9) 에설치한배플플레이트 (10) 는물이자연유체흐름에의하여우회식으로이동되도록하는과정에서미세한플럭들이서로뭉쳐서부상이용이하게조대화되도록하면서그효과를높이기위하여배플플레이트 (10) 의측면에일정간격으로익편 (10a) 이형성되어있다. 또한상기의마지막배플플레이트 (10) 의하방에는약 70 로경사지게가이드플레이트 (11) 를설치하고그사이에가압수관 (13) 에연결한노즐 (12) 을위치시키어응집제에의하여생성된미세한플럭들이다수의배플플레이트 (10) 를지그재그로우회하는유체흐름과정에의하여응결에의한플럭이형성되고이러한플럭이부상조 (14) 로흘러갈때강한압력으로가압수가노즐 (12) 을통하여분사시키어주면갑작스런압력의감소로인해초미세기포가발생되어미세한공극이존재하는초미세기포여과층이형성되어상승하면서서로응집된플럭들이부상조 (14) 의수면으로부상되도록한것이다. 상기의부상조 (14) 에는부상분리된슬러지들을걸러내는스키머 (15) 의작동에의하여슬러지저장조 (16) 의상부에위치한슬러지투입구 (17) 를통하여슬러지를보내어슬러지저장조 (16) 에모아지게되는것이다. 상기의부상농축장치 (18) 는제3도에서와같이홉퍼형상으로이루어져홉퍼 (18a) 상부에슬러지저장조 (1 6) 에저장된슬러지를펌프 (20) 로끌어올려공급하도록슬러지저장조 (16) 와슬러지유입관 (19) 으로연결하고, 또한슬러지를재분리시슬러지를부상시키도록가압장치 (5) 와가압수관 (21) 으로연결하며, 홉퍼 (18a) 의하방에는슬러지및처리수배출관 (22)(23) 이각각설치된다. 이렇게구성된부상농축장치 (18) 는슬러지가공급된상태에서하방에위치한가압수관 (21) 을통하여보내진가압수에내포된기포에의하여슬러지들이부상하게되고하부에는처리수만위치하게되어일정시간동안처리수배출관 (22) 의밸브를열어처리수만유출시킨다음슬러지는슬러지배수관 (23) 을통하여유출시키게되는것이다. 상기의슬러지배수관 (23) 을통해나오는슬러지는탈수기 (24) 로공급시키어물기를제거함으로서슬러지를케익상태로처리시키는것이다. 이와같은구성에의하여본발명은호수등의부영양화된호소수가많은위치에함체 (1) 를부표 (2) 에의하여부상시키고부영양화된호소수를원수유입관 (3) 을통해서유입시키면, 응집약품조 (4) 에의하여응집제가적정량주입되고원수에함유된조류들과함께교반기 (flash mixer)(8) 에의해급속교반되어미세한플럭들을생성하게된다. 이렇게생성된미세한플럭들은응결조 (9) 로이동되어교호로설치한배플플레이트를거치게하는과정에서플럭들이서로뭉쳐져서부상이용이할수있도록조대화된다. 응결과정에의해조류는서로응집되어플럭을형성하여부상조 (14) 로유입시여기서가압수관 (13) 에의해적정량의가압수가분사된다. 따라서, 부상조에서는응집된플럭들과가압수의미세한기포들의충돌과부착에의한플럭-기포결합체가생성되어부상조의수면위로상승하게된다. 부상된조류슬러지는스키머 (15) 에의해간헐적으로슬러지저장조 (16) 로보내지며, 부상조 (14) 하부의처리수는호수로방류되게된다. 이때, 처리수의약 15-30% 정도는다시가압장치 (5) 로방송되어콤프레샤 (5b) 에의해가압된공기가주입되면서가압수를생산하게된다. 한편, 슬러지저장조 (16) 에있는슬러지는부상농축장치 (18) 에보내지면가압수관 (21) 을통하여보내진가압수에내포된기포에의하여슬러지들이부상하게되고하부에는처리수만위치하게되어일정시간동안처리수배출관 (22) 의밸브를열어처리수만유출시킨다음슬러지는슬러지배수관 (23) 을통하여유출시키는과정으로다시물과슬러지를분리하여분리된슬러지는탈수기에의해케익상태로최종처리된다. 발명의효과 이상과같이본발명의가압공기부상법을주축으로한부유식조류제거방법은간단한설치와장비에다부유식이기때문에이동이간편하여조류의문제가발생하는시기와장소에신속히대응할수있고, 침전과비교했을때약 10배이상의표면부하율 ( 평균 100m 3 /m 2 day) 을유지하기때문에처리속도가매우빨라적은설치면적으로도많은양을짧은시간에처리할수있으므로넓은호소에서조류를효과적으로제어할수있다. 또한처리과정중에가압공기를호소수에투여하여, 조류를제거하기때문에처리수중에는과포화된용존산소 (DO 12ppm 이상 ) 를풍부하게유지할수있어조류대발생에의해혐기화되어가는수중생태계에이로운영향을미치게된다. (57) 청구의범위 청구항 1 둘레에부표 (2) 를설치한함체 (1) 의상부전방에응집약품조 (4) 및가압장치 (5) 를구비하고, 그하방에는수중에위치되도록형성한원수유입관 (3) 에응집제를유입되는원수에교반되도록교반기 (8) 를설치하여응집약품조 (4) 와응집공급관 (7) 으로연결하며, 이응집공급관 (7) 에는응집제의투입량을조절하는조절밸 6-4
브 (6) 가설치되며, 함체 (1) 내의입구에는플럭을조대화시키는응결조 (9) 및수면상에플럭을부상시키어이를제거하는부상조 (14) 를순차적으로구성하고, 출구측의하방에는슬러지를저장하는슬러지저장조 (16) 가설치되고, 함체 (1) 의상부후방에는부상농축장치 (18) 와탈수조 (24) 를각각구성하며, 함체 (1) 의후방하부에는처리수가외부로자연순환에의하여유출되도록배수구 (25) 가형성됨을특징으로하는부유식조류제거장치. 청구항 2 제1항에있어서, 가압장치 (5) 는가압튜브 (ADT)(5a) 에콤프레샤 (5b) 및반송펌프 (5c) 에각각연결하여구성되고반송펌프 (5c) 는처리수가공급되도록구성함을특징으로하는부유식조류제거장치. 청구항 3 제1항에있어서, 응결조 (9) 에교호로다수의익편 (10a) 을갖는배플플레이트 (10) 를설치함을특징으로하는부유식조류제거장치. 청구항 4 제1항에있어서, 상기의마지막배플플레이트 (10) 의하방에는경사지게가이드플레이트 (11) 를설치하고그사이에가압수관 (13) 에연결한노즐 (12) 을위치시킴을특징으로하는부유식조류제거장치. 청구항 5 제1항에있어서, 상기의부상조 (14) 에는부상한플럭을제거하는스키머 (15) 를구비함을특징으로하는부유식조류제거장치. 청구항 6 제1항에있어서, 상기의부상농축장치 (18) 는홉퍼 (18a) 상부에슬러지저장조 (16) 에저장된슬러지를펌프 (20) 로끌어올려공급하도록슬러지저장조 (16) 와슬러지유입관 (19) 으로연결하고, 또한슬러지를재분리시슬러지를부상시키도록가압장치 (5) 와가압수관 (21) 으로연결하며홉퍼 (18a) 의하방에는슬러지및처리수배출관 (22)(23) 이각각설치함을특징으로하는부유식조류제거장치. 청구항 7 함체 (1) 를부영양화된호소수에부상시킨상태에서부영양화된호소수를원수유입관 (3) 을통해서유입시키어, 응집약품조 (4) 에의하여응집제가적정량주입되고원수에함유된조류들과함께교반기 (flash mixer)(8) 에의해급속교반되어미세한플럭들을생성하게되고, 이렇게생성된미세한플럭들은응결조 (9) 로이동되어교호로설치한배플플레이트를거치게하는과정에서플럭들이서로뭉쳐져서부상이용이할수있도록조대화되며, 응결과정에의해조류는서로응집되어플럭을형성하여부상조 (14) 로유입시여기서가압수관 (13) 에의해적정량의가압수가분사되며, 부상조에서는응집된플럭들과가압수의미세한기포들의충돌과부착에의한플럭-기포결합체가생성되어부상조의수면위로상승하게되며, 부상된조류슬러지는스키머 (15) 에의해간헐적으로슬러지저장조 (16) 로보내지고부상조 (14) 하부의처리수는호수로방류하고처리수의약 15-30% 정도는다시가압장치 (5) 로반송되어콤프레샤 (5b) 에의해가압된공기가주입되면서가압수를생산하게되며, 한편슬러지저장조 (16) 에있는슬러지는부상농축장치 (18) 에보내져다시물과슬러지를분리하여분리된슬러지는탈수기에의해케익상태로최종처리함을특징으로하는부유식조류제거장치. 도면 도면 1 6-5
도면 2 도면 3 6-6