KR101696189B1 - 자원 재활용성을 갖는 친환경 입자상 발포 인공부상 여재를 이용한 하수 월류수의 고속처리장치 - Google Patents

자원 재활용성을 갖는 친환경 입자상 발포 인공부상 여재를 이용한 하수 월류수의 고속처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자원 재활용성을 갖는 친환경 입자상 발포 인공부상 여재를 이용한 하수 월류수의 고속처리장치에 관한 것이다.
이에 본 발명의 기술적 요지는 강우시 발생되는 하수 월류수 내 오염물질을 고속으로 처리하여 수질을 신속하게 개선할 수 있도록 하는 것으로, 이는 교반 설비를 갖는 2단 구획(약품주입식 급속 반응조와 약품 비주입식 완속 반응조)식 응집 반응조로 하여금 월류수 내 각종 유기물, 부유물, 대장균군 등과 같은 오염물질의 플록(Floc: 응집 또는 응결)화를 고농축화 하도록 형성되고, 후발 공정인 여과조 내에는 (폐)LCD 유리 또는 폐유리병 등으로 하여금 재활용된 다단 다층식 인공부상 여재와 미세분말식 여재샌드가 구획을 이루며 내장되도록 형성되어 월류수 이송관을 통해 응집 반응조로부터 유입된 월류수가 상향류 방식으로 상승하면서 인공부상 여재로 하여금 고속으로 여과 처리되도록 하는 것을 특징으로 한다.
결국, 이러한 본 발명은 고속 여과시 플록화를 위해 사용되어오던 폴리머와 같은 화학적 약품의 사용을 최소화하도록 함으로써, 여과공정에 따른 원가절감(부설장치 시공과 약품비 등) 및 유지관리 비용의 절감(슬러지 발생량 증가로 인한 관리비 등)을 도모하고, 환경오염을 방지함은 물론 작업자의 안전성과 여과 효율이 크게 향상되는 특징이 있다.

Description

자원 재활용성을 갖는 친환경 입자상 발포 인공부상 여재를 이용한 하수 월류수의 고속처리장치{Apparatus for treating rainwater and overflow water of confluent water drainage}
본 발명은 강우시 발생되는 하수 월류수 내 오염물질을 고속으로 처리하여 수질을 신속하게 개선할 수 있도록 하는 것으로, 이는 교반 설비를 갖는 2단 구획(약품주입식 급속 반응조와 약품 비주입식 완속 반응조)식 응집 반응조로 하여금 월류수 내 각종 유기물, 부유물, 대장균군 등과 같은 오염물질의 플록(Floc: 응집 또는 응결)화를 고농축화 하도록 형성되고, 후발 공정인 여과조 내에는 (폐)LCD 유리 또는 폐유리병 등으로 하여금 재활용된 다단 다층식 인공부상 여재와 미세분말식 여재샌드가 구획을 이루며 내장되도록 형성되어 월류수 이송관을 통해 응집 반응조로부터 유입된 월류수가 상향류 방식으로 상승하면서 인공부상 여재로 하여금 고속으로 여과 처리되도록 하는 것을 특징으로 하는 자원 재활용성을 갖는 친환경 입자상 발포 인공부상 여재를 이용한 하수 월류수의 고속처리장치에 관한 것이다.
결국, 이러한 본 발명은 고속 여과시 플록화를 위해 사용되어오던 폴리머와 같은 화학적 약품의 사용을 최소화하도록 함으로써, 여과공정에 따른 원가절감(부설장치 시공과 약품비 등) 및 유지관리 비용의 절감(슬러지 발생량 증가로 인한 관리비 등)을 도모하고, 환경오염을 방지함은 물론 작업자의 안전성과 여과 효율이 크게 향상되는 특징이 있다.
다시 말해, 본 발명은 도로, 공업지역, 상업지역, 주거지역의 합류식 하수도에서 발생되는 강우 월류수(고농도의 각종 오염물질을 수용한 형태로서, 하수처리장의 1차 침전지에서 간이 침전된 후 적정 처리되지 않은 상태로 인근 하천에 방류되고 있는 하수)에 대하여 응집과 여과를 신속하게 수행하도록 함으로써, 강우시 하수처리장의 처리능력을 초과하는 하수 월류수를 고속으로 처리하도록 하는 것을 특징으로 한다.
수계에 영향을 미치는 오염원은 크게 점-오염원(point source)과 비점-오염원(nonpoint source)으로 구분된다.
이때, 상기 점-오염원(point source)은 가정하수, 공장폐수와 같이 오염 배출원이 하나의 점으로 표현될 수 있는 오염원으로, 오염물질의 이동 경로가 명확해 비교적 처리가 용이한 오염원이다.
또한, 상기 비점-오염원(nonpoint source)은 강우시 지표면의 오염물질이 빗물에 씻겨 유출되는 오염원으로, 강우시 유출량이 집중되는 특성 때문에 처리가 매우 곤란한 오염원이다.
이와 같이, 비점-오염원의 경우에는 오염원이 넓은 지역에 분포되어 있으며 강우 초기에 불투수성 지표면에 있는 여러 가지 오염물질이 초기우수(first-flush)에 씻겨 오염물질의 유출이 집중되고 짧은 시간동안 대량으로 배출되며, 시간에 따른 유량 변동의 폭이 매우 큰 특성을 갖도록 형성된다.
이때, 도시 지역 또는 산업단지의 경우에는 중금속 등의 독성물질 함유 가능성이 높아 기존의 수처리방식과는 다른 접근방법이 필요하다.
이러한 초기 우수 내 오염 물질을 처리하는 방법으로는 저류형, 침투성, 식생형, 장치형 등이 제시되고 있는 실정이다.
이때, 상기 저류형은 침전에 의해 입자상 오염 물질을 제거하고, 침투형은 지하 침투능력을 증대시켜 우수유출 저감과 동시에 지하토양을 필터로 활용하는 방법이다.
이에, 식생형은 주로 전처리 방법으로서 식생수로와 식생여과 등이 있으며, 장치형은 관거에 설치하는 시설로 주로 관거를 통해 우수가 유출되는 도시지역에 적용하며, 부유성 고형 물질의 제거가 주된 목적으로 와류형, 침전형, 여과형 등으로 구분될 수 있다.
이에, 장치형은 크게 원심력을 이용하여 와류를 형성시켜 부유물질을 침전시키는 와류형 방식과 카트리지 형태의 필터여과형 방식이 주종을 이루고 있다.
이때, 기존의 와류형은 와류가 충분히 발생되지 않을 경우 입자성 물질이 쉽게 제거되지 않아 그 제거 효율이 급격히 저하되는 단점이 발생된다.
또한, 와류형 시설은 와류로 생성되는 원심력에 의해 입자상 물질이 침전되기 때문에 부유성 물질을 충분히 제거할 수 없는 한계로 충분한 오염물 제거가 어려운 실정이다.
그리고 와류형 시설은 입자상 물질의 대부분을 차지하고 있는 미세 오염물을 제거하기에는 한계가 있는 시설이다.
이에, 여과형 시설은 와류형 시설과 같이 급속침전이 어렵기 때문에 장치의 소요용량 및 소요부지가 크고 여과방식이 표면 여과 방식이므로 폐색이 쉽게 이루어지는 단점을 가지고 있어 유지관리 비용이 높은 단점이 있다.
다시 말해, 하수관거 또는 하수처리장의 정상 처리용량(Q)을 초과한 강우 유출수(월류수)는 하수관에 퇴적된 고농도의 오염물질을 함유하고 있어 하수와 혼합된 상태에서 적정하게 처리하지 않고 방류수계로 방류하게 되면 2004년 8월 탄천 물고기 떼죽음과 같은 하천 생태계를 파괴할 우려가 있고, 방류수역이 하구언인 폐쇄수역으로 되어 있는 낙동강, 금강, 영산강 등은 하수 월류수가 방류되면 부영양화 및 적조를 심하게 발생시키고 전국적으로 시행되고 있는 수질총량제의 허용유출 오염부하량을 준수하기가 어려운 등 장기적으로는 수자원관리에 악영향을 미치게 된다.
한편, 하수 월류수는 청천시 하수 유입량의 약 3% 내지 6%에 해당되며, 청천시 유입 고형물의 약 30%에 달하는 하수 월류수 부하를 발생(Camp, 1963)하게 되며, 월류수는 강우 초기에 고농도의 오염물질을 포함하게 되는데 다음 표1과 같이 강우초기에 수질 항목별로 청천시 발생 하수 농도의 최고 30배까지 고농도로 하천으로 유출되게 된다.
도시지역의 하수월류수 발생오염농도

Figure 112015125713368-pat00001
1. EMC(Event Mean Concentration) : 유량가중평균농도
2. 도심지 합류식 하수관거 월 류수 및 분류식 우수관거 우수유출 오염부하 기초조사연구(2004. 환경관리공단)
이를 처리하기 위하여 환경부에서는 2014년도에 하수도법을 개정 시행하여 간이공공처리시설 제도를 국내 최초로 도입하여 하수 월류수를 처리할 수 있는 법적기준을 [표 2]와 같이 마련하였다.
간이 공공 하수처리시설의 방류수 수질기준

Figure 112015125713368-pat00002
1. 위 방류수 수질기준은 1일 하수처리용량이 500㎥이상인 공공하수처리시설에 유입되는 하수가 일시적으로 늘어날 경우 이를 처리하기 위하여 설치되는 간이공공처리시설에 대해서만 적용한다.
2. 환경부장관은 2014년 7월 17일부터 2018년 12월 31일까지의 기간에 새로 설치되는 공공하수처리시설에 대해 방류수 수질기준보다 완화된 기준을 정하여 고시할 수 있다.
즉, 동 처리시설의 방류수 수질기준은 수질관리상 지역인 상수원보호구역, 수질보전특별대책지역, 한강수계 등 4대강 물 관리 및 주민지원 등에 관한 법률의 수변구역, 새만금 사업지역으로 유입되는 하천이 있는 지역에 대하여는 2014년 7월 17일부터 생물화학적 산소요구량(BOD)를 60mg/L 이하로 최초 적용하여 2024년 1월 1일부터는 생물화학적 산소요구량(BOD)를 40mg/L 이하로 단계적으로 강화하는 한편, 대장균군에 대한 처리기준도 적용, 시행하게 되었다.
또한, 종래의 하수 월류수 오염물질 저감을 위한 처리방안으로서 "하수도 시설기준(2005, 환경부)" 에 의하면 강우시 유입되는 하수 중 적정 처리가 가능한 1Q는 2차 처리시설을 구축하여 처리하였고 나머지 1Q를 초과하는 하수는 하수처리장 1차 침전지에서 간이 침전한 후 방류하고 있으며, 일부 하수처리장에서는 유입구 전단에 설치된 비상유입차단장치 등을 통하여 하수 월류수를 미처리 방류함에 따라 강우시 수질관리에 문제가 발생하고 있는 것을 해소하고 간이공공처리시설 방류수 수질기준을 준수할 수 있는 우수한 처리기술을 개발하여 적용하는 것이 시급한 실정이다.
이와 관련하여 공개특허 10-2009-0071017호에는, 합류식 하수도의 월류수에 포함된 오염물질을 처리하는 월류수처리장치에 있어서, 하수처리공정의 후속처리용량을 초과하는 월류수를 유입하는 유입부와, 상기 유입부가 하부에 연결되어 유입되는 월류수를 상향류식으로 여과처리하는 처리조와, 상기 처리조의 하부에 설치되며 처리조내로 유입된 월류수 중 조대 협잡물을 여과하기 위한 침전여재를 갖는 하부 수처리부와, 상기 하부 수처리부의 상부에 마련되어 미세 오염물질을 여과하기 위한 부상여재를 갖는 상부 수처리부와, 상기 상부 수처리부를 거쳐 여과된 월류수를 방류하는 방류부와, 상기 하부 수처리부 및 상기 상부 수처리부를 세척하기 위한 역세부를 포함하는 월류수 처리장치가 공개되어 있다.
그러나, 상기한 종래기술에서는 여재층이 상부 수처리부와 하부 수처리부로 2 단으로 되어 있어 장치가 복잡해지고, 또 수처리부가 2단으로 되어 있어서 역세척 속도가 느리게 되며, 역세척시 상부 수처리부에서 역세척된 오염물질이 하부 수처리부를 완전히 통과하기 여려워 상부 수처리부와 하부 수처리부 사이에 오염물질이 누적되는 문제가 생길 수 있으며, 유입관이 처리조의 하부에서 바로 유입되도록 되어 있어서 유입수에 포함된 고형물의 침전을 촉진하지 못하고 오리려 처리조 하부의 침전물이 유입수의 유동에 의하여 휩쓸리기 쉬운 문제가 발생된다.
또한, 종래에는 오염물질에 대하여 여과가 가능한 크기로 형성시키기 위하여 급속반응조와 완속반응조를 구비하도록 계획되어 있으나, 완속반응조는 응집보조제로 폴리머를 사용함에 따라 장치가 복잡해지고 약품비 및 슬러지 발생량이 증가하여 유지관리비가 많이 소요되는 등 현실적으로 실 적용이 곤란한 문제가 발생되고 있는 실정이다.
1. 특허등록 제10-1288471호(2013.07.16. 등록) 2. 특허등록 제10-1231458호(2013.02.01. 등록)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 기술적 요지는 강우시 발생되는 하수 월류수 내 오염물질을 고속으로 처리하여 수질을 신속하게 개선할 수 있도록 하는 것으로, 이는 교반 설비를 갖는 2단 구획(약품주입식 급속 반응조와 약품 비주입식 완속 반응조)식 응집 반응조로 하여금 월류수 내 각종 유기물, 부유물, 대장균군 등과 같은 오염물질의 플록(Floc: 응집 또는 응결)화를 고농축화 하도록 형성되고, 후발 공정인 여과조 내에는 (폐)LCD 유리 또는 폐유리병 등으로 하여금 재활용된 다단 다층식 인공부상 여재와 미세분말식 여재샌드가 구획을 이루며 내장되도록 형성되어 월류수 이송관을 통해 응집 반응조로부터 유입된 월류수가 상향류 방식으로 상승하면서 인공부상 여재로 하여금 고속으로 여과 처리되도록 하는 것을 특징으로 하는 자원 재활용성을 갖는 친환경 입자상 발포 인공부상 여재를 이용한 하수 월류수의 고속처리장치를 제공함에 그 목적이 있다.
결국, 이러한 본 발명은 고속 여과시 플록화를 위해 사용되어오던 폴리머와 같은 화학적 약품의 사용을 최소화하도록 함으로써, 여과공정에 따른 원가절감(부설장치 시공과 약품비 등) 및 유지관리 비용의 절감(슬러지 발생량 증가로 인한 관리비 등)을 도모하고, 환경오염을 방지함은 물론 작업자의 안전성과 여과 효율이 크게 향상되는 것을 제공함에 그 목적이 있다.
다시 말해, 본 발명은 도로, 공업지역, 상업지역, 주거지역의 합류식 하수도에서 발생되는 강우 월류수(고농도의 각종 오염물질을 수용한 형태로서, 하수처리장의 1차 침전지에서 간이 침전된 후 적정 처리되지 않은 상태로 인근 하천에 방류되고 있는 하수)에 대하여 응집과 여과를 신속하게 수행하도록 함으로써, 강우시 하수처리장의 처리능력을 초과하는 하수 월류수를 고속으로 처리하도록 하는 것을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 2014년 7월 17일부터 개정 시행되는 하수도법 시행규칙에 정한 간이공공처리시설의 방류수 수질기준을 준수할 수 있는 기술을 개발하기 위한 것으로서, 강우 유출수와 하수가 포함된 하수 월류수의 부유물은 기존 하수에 비하여 비중이 큰 soil 입자 함량이 높아 침전성이 양호한 물리적 특성을 감안하여 여상에 충진된 다층 여재와 여과기 유입 입자의 충돌 및 침전 기작을 고려한 상향류식 여과방식을 채택함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 인공부상 여재로서 (폐)LCD 유리를 이용하는 바, 이는 여과조에 충진된 부상식 여재층에 고형물거름(straining)과 단위 여층에 대한 충돌(impaction) 및 침전(sedimentation) 기작 중심의 고형물 제거와 여재층에 억류된 고형물은 하부에서 공급되는 공기에 의해 오염물을 탈리하고 하부의 슬러지 인발관을 통해 배출수 저류조로 이송 후 기존공정의 슬러지 저류조를 통해 농축 탈수 처리하는 공정을 채택하였으며, 월류수에 대량으로 함유되어 있는 대장균군을 적정하게 처리할 수 있는 이온소독시설을 채택하는 등 간단하고 고속으로 운전이 가능하도록 하는 것을 제공함에 그 목적이 있다.
아울러, 본 발명의 (폐)LCD 유리 인공부상 여재는 하수 월류수 처리의 핵심적인 역할을 수행하는 것으로, LCD 가전제품의 폐기로 인하여 발생되는 폐LCD패널을 원료로 사용하여 인공부상 여재를 생산함으로서 인공부상 여재의 강도와 내구성을 향상시키고 폐자원을 재활용하여 한정된 자원을 보전하는데 기여할 수 있도록 하는 것을 제공함에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 고속처리장치는 유입된 월류수에 대하여 플록(Floc: 응집 또는 응결)을 형성하도록 유입관(111)과 배수관(112)을 갖는 탱크본체(110)가 구비되도록 하되, 탱크 본체는 내부 격벽(140)에 의해 2분할 구획된 반응조 존(Zone)을 이루도록 형성되고, 격벽(140)의 하단부에는 탱크본체(110)의 내부 바닥면으로부터 일부 이격되어 월류수가 지나도록 하는 유로(150)가 형성되며, 월류수가 최초 유입되는 급속 반응조(Z-1)에는 하수 월류수에 수용된 반응성 물질 및 콜로이드성 물질에 대하여 PAC 약품을 포함한 응집제가 혼합되어 200rpm 내지 300rpm 의고속 회전에 의해 작은 플록(Floc)을 이루도록 형성되고, 탱크 본체의 완속 반응조(Z-2)에는 급속 반응조로부터 유로(150)를 통해 이송된 작은 플록에 대하여 별도의 약품을 주입하지 않고 30rpm 내지 60rpm 의 속도로 완속 교반하여 작은 플록(Floc)의 미세 응결입자를 충돌시켜 큰 플록(Floc)으로 혼합하도록 형성되는 응집 반응조(100)와; 플록이 형성된 월류수에 대하여 메인 여과 처리를 수행하도록 함체탱크(210)가 형성되도록 하되, 함체탱크(210)의 내부에는 구획된 공간을 기준으로 인공부상 여재(220)가 내장되도록 형성되고, 상기 인공부상 여재(220) 상면에는 여재샌드(220-1)가 적층되어 체거름 구조에 의하여 고형물의 충돌과 침전 기작 중심으로 하여금 고형물을 여재층에 억류하면서 제거하도록 형성되며, 함체탱크(210)의 하부에는 고액분리된 슬러지가 침전되어 배출되도록 토출공(231)과 슬러지배출관(232)을 갖는 슬러지 침전부(230)가 형성되도록 하는 여과조(200)와; 응집 반응조(100)의 배수관(112)과 상측 유입단(310)이 연결되도록 하되, 하측 다공성 분배단(320)은 여과조(200)의 상부를 통해 진입한 후 인공부상 여재(220)를 관통한 뒤 함체탱크(210)의 하부 내측에 위치되도록 함으로써 상향류 방식의 여과 처리를 수행하도록 하는 월류수 이송관(300)과; 여과조(200) 내에 적층된 인공부상 여재(220)에 대하여 고압공기 또는 세척수를 분사하여 여재 외주면에 흡착된 오염물질을 제거하도록 함으로써 여과 속도와 기능을 초기화하거나 회복시키도록 하는 역세척 장치(400)와; 여과조(200)의 일측에 형성되어 방류배관(510)으로 하여금 함체탱크(210)의 상단 수위 부근과 연통되도록 하되, 상기 방류배관(510)의 선상에는 방류수에 대하여 역세척수로 리턴 공급하도록 형성되는 소독처리수조(500)와; 구성되어 이루어진다.
이에, 상기 여과조(200)는 인공부상 여재(220)와 여재샌드(220-1)가 월류수의 수압에 의해 상부로 차올라 유실되는 것을 방지하며, 월류수의 유출 유량을 균등하게 조절하도록 차단막과 웨어(weir)가 형성되는 여재 상부 지지체(240)와; 인공부상 여재(220)가 함체탱크(210) 내에서 구획을 이루며 내장(충진)시 하부로 낙하하거나 유실되지 않도록 차단막이 형성되는 여재 하부 지지체(250)가; 구성되어 이루어진다.
이에, 상기 월류수 이송관(300)은 설정된 외주면 일부에 직경이 1mm 내지 30mm 인 구멍을 뚫어서 월류수가 여과층으로 유출되도록 형성된다.
이에, 상기 인공부상 여재(220)와 여재샌드(220-1)는 유리 또는/및 폐LCD 유리를 분말상태로 혼합하여 고온에서 발포 소성한 것으로서 입자 크기가 1mm~70mm 이고, 건조시 밀도가 0.3g/㎤~0.7g/㎤ 이고, 수분포화시 밀도가 0.9g/㎤~1.2g/㎤ 이며, 공극률이 65%~85% 이고, 압축강도가 10kg/㎠~30kg/㎠ 이도록 하되, 상기 여재샌드(220-1)는 인공부상 여재(220) 상면에 10~20cm 높이로 적층 충진되도록 형성된다.
이에, 상기 응집 반응조(100)는 일측에 수위 감지용 감지센서(160)가 형성되어 여과조(200)의 오염물 포집량 증가로 인한 수위 높이가 설정된 값 이상으로 검출되면 여과조로 공급되는 월류수의 공급을 중단시키고 역세척 장치(400)를 동작시켜 인공부상 여재(220)를 세정하도록 형성된다.
이에, 상기 역세척 장치(400)는 인공부상 여재(220)에 대하여 세척시 산기 관이 형성되어 송풍기로 하여금 고압 공기가 분사되도록 형성된다.
이에, 상기 소독처리수조(500)는 일측에 펌프(530)가 형성되어 역세척시 소독처리수를 여과조에 역분사할 수 있도록 역세척 공급장치(540)가 더 구비된다.
이와 같이, 본 발명은 강우시 발생되는 하수 월류수 내 오염물질을 고속으로 처리하여 수질을 신속하게 개선할 수 있도록 하는 것으로, 이는 교반 설비를 갖는 2단 구획(약품주입식 급속 반응조와 약품 비주입식 완속 반응조)식 응집 반응조로 하여금 월류수 내 각종 유기물, 부유물, 대장균군 등과 같은 오염물질의 플록(Floc: 응집 또는 응결)화를 고농축화 하도록 형성되고, 후발 공정인 여과조 내에는 (폐)LCD 유리 또는 폐유리병 등으로 하여금 재활용된 다단 다층식 인공부상 여재와 미세분말식 여재샌드가 구획을 이루며 내장되도록 형성되어 월류수 이송관을 통해 응집 반응조로부터 유입된 월류수가 상향류 방식으로 상승하면서 인공부상 여재로 하여금 고속으로 여과 처리되도록 하는 효과가 있다.
결국, 이러한 본 발명은 고속 여과시 플록화를 위해 사용되어오던 폴리머와 같은 화학적 약품의 사용을 최소화하도록 함으로써, 여과공정에 따른 원가절감(부설장치 시공과 약품비 등) 및 유지관리 비용의 절감(슬러지 발생량 증가로 인한 관리비 등)을 도모하고, 환경오염을 방지함은 물론 작업자의 안전성과 여과 효율이 크게 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 2014년 7월 17일부터 개정 시행되는 하수도법 시행규칙에 정한 간이공공처리시설의 방류수 수질기준을 준수할 수 있는 기술을 개발하기 위한 것으로서, 강우 유출수와 하수가 포함된 하수 월류수의 부유물은 기존 하수에 비하여 비중이 큰 soil 입자 함량이 높아 침전성이 양호한 물리적 특성을 감안하여 여상에 충진된 다층 여재와 여과기 유입 입자의 충돌 및 침전 기작을 유도하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 인공부상 여재로서 (폐)LCD 유리를 이용하는 바, 이는 여과조에 충진된 부상식 여재층에 고형물거름(straining)과 단위 여층에 대한 충돌(impaction) 및 침전(sedimentation) 기작 중심의 고형물 제거와 여재층에 억류된 고형물은 하부에서 공급되는 공기에 의해 오염물을 탈리하고 하부의 슬러지 인발관을 통해 배출수 저류조로 이송 후 기존공정의 슬러지 저류조를 통해 농축 탈수 처리하는 공정을 채택하는 등 간단하고 고속으로 운전이 가능하도록 하는 효과가 있다.
아울러, 본 발명의 (폐)LCD 유리 인공부상 여재는 하수 월류수 처리의 핵심적인 역할을 수행하는 것으로, LCD 가전제품의 폐기로 인하여 발생되는 폐LCD패널을 원료로 사용하여 인공부상 여재를 생산함으로서 인공부상 여재의 강도와 내구성을 향상시키고 폐자원을 재활용하여 한정된 자원을 보전하는데 기여할 수 있도록 하는 효과가 있다.
즉, 본 발명은 그동안 정부에서 청천시 점오염원에서 발생되는 하수를 하수처리장으로 유입하여 처리하는데 막대한 재정을 투자하여 하수처리장을 건설운영함에 따라 하수처리률이 선진국 수준에 도달하는 등 청천시에 발생되는 하수로 인한 수질오염문제는 크게 개선되어 가고 있다.
그러나 강우시 합류식 하수관거에서 발생되는 고농도 하수 월류수는 별도로 처리할 수 있는 처리시설 미비로 인하여 방류 수역의 수질오염 야기, 물고기 떼죽음 등 수중생태계를 파괴하고 병원성 대장균으로 인하여 수인성 전염병 발병 등의 원인을 제공하는 요인으로 작용하고 있어 하수 월류수를 처리하기 위한 대책을 마련하고 또한 도시민의 친수공간인 수변구역의 수변환경 여건 개선이 시급한 현실과 전국적으로 시행되고 있는 수질총량제에 적정하게 대응하기 위한 방안의 일환으로 하수도 관계법령을 개정하여 간이공공처리시설 제도를 도입하여 시행하고 있다.
따라서, 본 발명은 강우시에 발생되는 하수 월류수를 적정 처리하기 위하여 도입되는 간이공공하수처리시설에 친환경적인 소재를 사용하여 경제성 있고 우수한 기술을 제공하는데 기여함으로서 간이공공하수처리시설의 설치비와 시설설치 부지 면적을 절감하고 하수처리장 방류 하류수역인 하천, 호소수질개선에 크게 기여하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 월류수 고속처리장치의 일 예시도,
도 2 내지 도 3은 본 발명에 따른 응집 반응조의 일측면도,
도 4는 본 발명에 따른 여과조의 일측면도,
도 5는 본 발명에 따른 월류수 고속처리장치의 처리 공정도,
도 6은 본 발명에 따른 월류수 고속처리장치가 적용된 실 사례 예시 사진,
도 7은 본 발명에 따른 인공부상 여재의 예시도이다.
다음은 첨부된 도면을 참조하며 본 발명을 보다 상세히 설명하겠다.
먼저, 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 고속처리장치는 크게 응집 반응조와 여과조로 구성된다.
이에, 상기 응집 반응조(100)는 유입된 월류수에 대하여 플록(Floc: 응집 또는 응결)을 형성하도록 유입관(111)과 배수관(112)을 갖는 탱크본체(110)가 구비되도록 하되, 탱크 본체는 내부 격벽(140)에 의해 2분할 구획된 반응조 존(Zone)을 이루도록 형성된다.
이때, 격벽(140)의 하단부에는 탱크본체(110)의 내부 바닥면으로부터 일부 이격되어 월류수가 지나도록 하는 유로(150)가 형성된다.
이때, 월류수가 최초 유입되는 급속 반응조(Z-1)에는 하수 월류수에 수용된 반응성 물질 및 콜로이드성 물질에 대하여 PAC 약품을 포함한 응집제가 혼합되어 200rpm 내지 300rpm 의고속 회전에 의해 작은 플록(Floc)을 이루도록 형성된다.
이때, 탱크 본체의 완속 반응조(Z-2)에는 급속 반응조로부터 유로(150)를 통해 이송된 작은 플록에 대하여 별도의 약품을 주입하지 않고 30rpm 내지 60rpm 의 속도로 완속 교반하여 작은 플록(Floc)의 미세 응결입자를 충돌시켜 큰 플록(Floc)으로 혼합하도록 형성된다.
이때, 상기 응집 반응조(100)는 일측에 수위 감지용 감지센서(160)가 형성되어 여과조(200)의 오염물 포집량 증가로 인한 수위 높이가 설정된 값 이상으로 검출되면 여과조로 공급되는 월류수의 공급을 중단시키고 후술되는 역세척 장치(400)를 동작시켜 인공부상 여재(220)를 세정하도록 형성된다.
다시 말해, 상기 응집 반응조는 월류수와 무기응집제를 고속교반기를 이용하여 급속으로 혼합하여 미세 플록(Floc)을 형성하는 급속 반응조와 교반기만을 이용하여 천천히 혼합하여 조대 플록(Floc)을 형성하는 완속 반응조를 구비하도록 형성된다.
이때, 상기 급속 반응조는 소규모 처리시설의 경우에는 필요시 인라인 믹서로 하여금 급속 혼합할 수 있는 기능을 구비하도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 약품공급부는 월류수의 유입량과 유입 수질농도에 따라 비례제어방식으로 응집제 투입량을 결정한 후 약품펌프에 의하여 자동으로 약품을 투입하는 설비를 구비할 수도 있다.
이러한 약품탱크는 각 약품별로 약 1개월 정도씩 사용할 수 있는 분량의 약품을 보관할 수 있도록 형성하는 것이 바람직하다.
이에, 상기 여과조(200)는 플록이 형성된 월류수에 대하여 메인 여과 처리를 수행하도록 함체탱크(210)가 형성되도록 하되, 함체탱크(210)의 내부에는 구획된 공간을 기준으로 인공부상 여재(220)가 내장되도록 형성된다.
이때, 상기 인공부상 여재(220) 상면에는 여재샌드(220-1)가 적층되어 체거름 구조에 의하여 고형물의 충돌과 침전 기작 중심으로 하여금 고형물을 여재층에 억류하면서 제거하도록 형성된다.
이때, 함체탱크(210)의 하부에는 고액분리된 슬러지가 침전되어 배출되도록 토출공(231)과 슬러지배출관(232)을 갖는 슬러지 침전부(230)가 형성된다.
즉, 상기 슬러지 침전부는 여과조에서 제거된 오염물질은 고액분리에 의하여 여과조 하부에 일정시간 침전시킨 후 여과처리 중에 펌프를 이용하여 일정한 주기마다 외부로 배출시키고 역세척시에 발생하는 다량의 역세척수는 일시에 외부로 배출시킬 수 있도록 배출장치가 구비되도록 형성된다.
이때, 상기 소독처리수조는 월류수 이송관을 통하여 월류수가 상향류식으로 여재를 경유한 뒤 배수되는 배관 후단에 결합되는 것으로, 월류수가 유입되어 하천으로 방류되도록 형성된다.
이때, 상기 여과조(200)는 인공부상 여재(220)와 여재샌드(220-1)가 월류수의 수압에 의해 상부로 차올라 유실되는 것을 방지하며, 월류수의 유출 유량을 균등하게 조절하도록 차단막과 웨어(weir)가 형성되는 여재 상부 지지체(240)와; 인공부상 여재(220)가 함체탱크(210) 내에서 구획을 이루며 내장(충진)시 하부로 낙하하거나 유실되지 않도록 차단막이 형성되는 여재 하부 지지체(250)가; 구성되어 이루어진다.
즉, 상기 여재 상부 지지체는 여과조에서 월류수를 상향류식으로 여과하는 과정에서 LCD 인공부상 여재와 여재샌드가 여과 및 역세척 과정에서 공급되는 월류수 또는 역세척수의 수압에 의하여 LCD 인공부상 여재 및 여재샌드가 여과조 상부로 유실되는 것을 방지하도록 스크린 등으로 차단막을 설치하고 유출 유량의 균등한 조절로 안정된 수질을 확보하도록 웨어장치가 구비된다.
또한, 상기 여재 하부 지지체는 여과조 내에 충진된 LCD 인공부상 여재가 장시간 사용되면 여재에 플록이 일부 흡착할 수 있는 바, 이는 플록의 부착으로 인해 LCD 인공부상 여재의 무게가 물보다 무거워져서 가라앉게 되어 여과조 하부로 유실될 우려가 있게 된다.
따라서, 이를 방지하도록 여재 하부에는 스크린 또는 스트레이나를 설치하여 상기한 문제를 개선하도록 형성된다.
이때, 상기 인공부상 여재(220)와 여재샌드(220-1)는 유리 또는/및 폐LCD 유리를 분말상태로 혼합하여 고온에서 발포 소성한 것으로서 입자 크기가 1mm~70mm 이고, 건조시 밀도가 0.3g/㎤~0.7g/㎤ 이고, 수분포화시 밀도가 0.9g/㎤~1.2g/㎤ 이며, 공극률이 65%~85% 이고, 압축강도가 10kg/㎠~30kg/㎠ 이도록 하되, 상기 여재샌드(220-1)는 인공부상 여재(220) 상면에 10~20cm 높이로 적층 충진되도록 하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 인공부상 여재와 여재샌드는 유리 분말을 고온에서 발포 소성한 후 파쇄한 것이어서 기공이 풍부하고 표면적이 아주 넓어 여과속도를 획기적으로 높일 수 있게 된다.
즉, 상기 LCD 유리를 이용한 인공부상 여재와 여재샌드는 물보다 가벼워 여과조에 부상한 상태에서 여과처리를 할 수 있으므로, 여과속도를 높여서 시설면적을 작게 하여 경제성을 향상시킬 수 있고, 역세척시 동력이 작게 소요되는 장점을 구비할 수 있는 특성을 지니게 된다.
이에, 상기 월류수 이송관(300)은 응집 반응조(100)의 배수관(112)과 상측 유입단(310)이 연결되도록 하되, 하측 다공성 분배단(320)은 여과조(200)의 상부를 통해 진입한 후 인공부상 여재(220)를 관통한 뒤 함체탱크(210)의 하부 내측에 위치되도록 함으로써 상향류 방식의 여과 처리를 수행하도록 형성된다.
이때, 상기 월류수 이송관(300)은 설정된 외주면 일부에 직경이 1mm 내지 30mm 인 구멍을 뚫어서 월류수가 여과층으로 유출되도록 형성된다.
즉, 상기 다공형 월류수 이송관은 설정된 구간에 대하여 다수의 구멍이 뚫려져 있어서 여과조로 월류수가 유입되면 상기 다수의 구멍을 통해서 LCD 인공부상 여재 층으로 배출될 수 있도록 하는 바, 이는 원수의 유입 속도를 증가시킬 수 있도록 형성된다.
또한, 다공형 월류수 이송관의 다공성 분배단은 하단부에 즉, 여과조 하부 지지부 근처에 십자형 형태로 구성된 것으로, 수압에 의한 이탈 방지를 도모하도록 여과조 측벽에 고정되도록 형성하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하부 고정된 형태의 월류수 이송관은 월류수가 관내를 통하여 여과조로 진입할 때 난류 유동을 최소화할 수 있도록 형성된다.
또한, 월류수에 섞여 들어온 흙이나 이물질(플록)이 다공(통공)을 통해 배출되어 신속한 침전을 유도하는 한편, 여과조의 침전부에 가라앉은 침전물이 휩쓸려 유동되어 올라오는 것을 막을 수 있도록 형성된다.
또한, 상기 월류수 이송관은 유입차단밸브가 형성되어 역류를 방지함은 물론 청소기 개폐를 조장하도록 형성된다.
즉, 본 발명의 월류수 이송관은 월류수가 다공형 외주면의 구멍을 통과하면서 LCD 인공부상 여재 층으로 일부가 유입되면서 여과되도록 형성되고, 나머지 일부는 여과조의 하부까지 이송되어 상향으로 월류식 방식으로 배출되면서 유입 월류수로 인한 여과조의 하부에 침전된 플록의 유동성을 최소화시켜 침전효과를 향상시키도록 형성된다.
이에, 상기 역세척 장치(400)는 여과조(200) 내에 적층된 인공부상 여재(220)에 대하여 고압공기 또는 세척수를 분사하여 여재 외주면에 흡착된 오염물질을 제거하도록 함으로써 여과 속도와 기능을 초기화하거나 회복시키도록 형성된다.
이때, 상기 역세척 장치(400)는 인공부상 여재(220)에 대하여 세척시 산기 관이 형성되어 송풍기로 하여금 고압 공기가 분사되도록 형성된다.
즉, 여과조의 가동 시간이 길어지면 상기 LCD 인공부상 여재 사이에 오염물질의 포집량 증가에 따라 월류수가 유입되는 유속이나 처리수가 배출되는 유속이 낮아지게 되거나 월류수가 들어오기 전단계의 조의 수위가 상승하게 된다.
이런 경우 LCD 인공부상 여재에 역세척을 행하여 LCD 인공부상여재 사이에 포집된 오염물질을 제거하여야 한다.
다시 말해, 상기 유속이나 수위를 감지하는 감지센서를 통하여 감지된 유속이나 수위 등이 정해진 설정치에 도달할 경우, 월류수 이송관에 부착된 유입차단밸브를 이용하여 상기 여과조로 공급되는 월류수의 공급을 중단하도록 하고 공기와 역세척수를 공급하여 LCD 인공부상 여재를 세정하도록 형성된다.
이때, 상기 LCD 인공부상 여재의 역세척을 위하여 월류수 이송관의 밸브를 잠그고, 여과조의 하부에 구비된 공기공급부를 통하여 공기를 불어넣어 상기 LCD 인공부상 여재를 유동시켜 오염물질을 떼어내면서 역세척수를 상부에서 공급하여 오염물질이 분리되어 여과조 아래의 슬러지 배출관으로 배출되게 한다.
이때, 역세수의 공급은 상기 방류배관을 통하여 처리수를 다시 상기 여과조의 상부로 공급하여도 되고 별도의 역세척수 공급장치를 구비하는 것도 가능하다.
이때, 상기 공기공급부는 여과조의 LCD 인공부상 여재 세척을 위하여 공기를 주입하는 송풍기와 송풍기에서 만들어진 공기를 저장할 수 있는 공기저장탱크를 구비하도록 하고 공기저장탱크에 저장된 공기를 여과조에 균등하게 공급할 수 있도록 여과조 하부지지부 아래에 격자형의 산기 배관을 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시 예에서는 예시적으로 상기 방류배관을 통하여 처리수를 되돌려 역세척수를 공급하는 것으로 하나, 별도의 역세수 공급장치를 구비하는 것도 이에 포함되는 개념으로 본다.
이에, 상기 소독처리수조(500)는 여과조(200)의 일측에 형성되어 방류배관(510)으로 하여금 함체탱크(210)의 상단 수위 부근과 연통되도록 하되, 상기 방류배관(510)의 선상에는 방류수에 대하여 역세척수로 리턴 공급하도록 형성된다.
이때, 상기 소독처리수조(500)는 일측에 펌프(530)가 형성되어 역세척시 소독처리수를 여과조에 역분사할 수 있도록 역세척 공급장치(540)가 더 구비된다.
정리하면, 본 발명은 강우시 하수차집관로에서 강우 유출수와 하수가 혼입되어 하수처리장으로 유입되면 동 하수 중에서 정상 처리(1Q)되는 하수를 제외한 나머지 하수 월류수를 LCD 인공부상여재를 이용하여 고속으로 여과 처리하도록 형성된다.
이는 기존 하수처리장의 경우 대부분 시설물 설치 부지 포화로 인하여 하수월류수 처리시설을 추가로 설치할 수 있는 여유 공간 확보가 어려운 한계가 있는 현실을 감안한 것으로, 하수 월류수 처리시설 설치 부지 면적이 적게 소요되고, 고속으로 처리할 수 있는 기술을 개발하게 되었다.
이에, 본 발명은 위에서 설명한 하수도시설 기준상에 제시되어 있는 하수처리장의 1차 침전지 설치에 필요한 부지면적과 본 발명의 적용에 필요한 부지면적을 산정하여 비교하면 아래 [표 3]과 같이 대비된다.
처리시설별 표면부하율 및 부지면적 비교

Figure 112015125713368-pat00003
위 표 3에서 보는 바와 같이, 본 발명을 적용하여 기존 하수처리장에 설치된 1차 침전지를 개선할 경우에는 별도의 여유 부지를 확보할 필요가 없거나 최소 부지의 추가 확보로 처리시설 설치가 가능한 장점이 있으나, 해당 시설 개선시 기존처리시설을 일부 가동 중지하여야 하는 등의 한계가 있으므로 현장 여건을 감안하여 적용 여부를 신중하게 검토할 필요가 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
100 ... 응집 반응조 110 ... 탱크본체
111 ... 유입관 112 ... 배수관
120 ... 약품공급부 130 ... 교반기
131 ... 임펠러 140 ... 격벽
150 ... 유로 160 ... 감지센서
200 ... 여과조 210 ... 함체탱크
220 ... 인공부상 여재 220-1 ... 여재샌드
230 ... 슬러지 침전부
231 ... 토출공 232 ... 슬러지배출관
240 ... 여재 상부 지지체 250 ... 여재 하부 지지체
300 ... 월류수 이송관 310 ... 유입단
320 ... 다공성 분배단
400 ... 역세척 장치
500 ... 소독처리수조 510 ... 방류배관
530 ... 펌프 540 ... 역세척 공급장치

Claims (7)

  1. 유입된 월류수에 대하여 플록(Floc: 응집 또는 응결)을 형성하도록 유입관(111)과 배수관(112)을 갖는 탱크본체(110)가 구비되도록 하되, 탱크 본체는 내부 격벽(140)에 의해 2분할 구획된 반응조 존(Zone)을 이루도록 형성되고, 격벽(140)의 하단부에는 탱크본체(110)의 내부 바닥면으로부터 일부 이격되어 월류수가 지나도록 하는 유로(150)가 형성되며, 월류수가 최초 유입되는 급속 반응조(Z-1)에는 하수 월류수에 수용된 반응성 물질 및 콜로이드성 물질에 대하여 PAC 약품을 포함한 응집제가 임펠러(131)를 갖는 교반기(130)에 의해 혼합되어 고속 회전에 의해 작은 플록(Floc)을 이루도록 형성되고, 탱크 본체의 완속 반응조(Z-2)에는 급속 반응조로부터 유로(150)를 통해 이송된 작은 플록에 대하여 별도의 약품을 주입하지 않고 오로지 교반기(130)로만 30rpm 내지 60rpm 의 속도로 완속 교반하여 작은 플록(Floc)의 미세 응결 입자를 충돌시켜 큰 플록(Floc)으로 혼합하도록 형성되는 응집 반응조(100)와; 플록이 형성된 월류수에 대하여 메인 여과 처리를 수행하도록 함체탱크(210)가 형성되도록 하되, 함체탱크(210)의 내부에는 구획된 공간을 기준으로 인공부상 여재(220)가 내장되도록 형성되고, 상기 인공부상 여재(220) 상면에는 여재샌드(220-1)가 적층되어 체거름 구조에 의하여 고형물의 충돌과 침전 기작 중심으로 하여금 고형물을 여재층에 억류하면서 제거하도록 형성되며, 함체탱크(210)의 하부에는 고액분리된 슬러지가 침전되어 배출되도록 토출공(231)과 슬러지배출관(232)을 갖는 슬러지 침전부(230)가 형성되도록 하는 여과조(200)와; 응집 반응조(100)의 배수관(112)과 상측 유입단(310)이 연결되도록 하되, 하측 다공성 분배단(320)은 여과조(200)의 상부를 통해 진입한 후 인공부상 여재(220)를 관통한 뒤 함체탱크(210)의 하부 내측에 위치되도록 함으로써 상향류 방식의 여과 처리를 수행하도록 하는 월류수 이송관(300)과; 여과조(200) 내에 적층된 인공부상 여재(220)에 대하여 고압공기 또는 세척수를 분사하여 여재 외주면에 흡착된 오염물질을 제거하도록 함으로써 여과 속도와 기능을 초기화하거나 회복시키도록 하는 역세척 장치(400)와; 여과조(200)의 일측에 형성되어 방류배관(510)으로 하여금 함체탱크(210)의 상단 수위 부근과 연통되도록 하되, 상기 방류배관(510)의 선상에는 방류수에 대하여 역세척수로 리턴 공급하도록 형성되는 소독처리수조(500)가; 구성되어 이루어진 하수 월류수의 고속처리장치에 있어서,
    상기 여과조(200)는 인공부상 여재(220)와 여재샌드(220-1)가 월류수의 수압에 의해 상부로 차올라 유실되는 것을 방지하며, 월류수의 유출 유량을 균등하게 조절하도록 차단막과 웨어(weir)가 형성되는 여재 상부 지지체(240)와; 인공부상 여재(220)가 함체탱크(210) 내에서 구획을 이루며 내장(충진)시 하부로 낙하하거나 유실되지 않도록 차단막이 형성되는 여재 하부 지지체(250)가; 구성되어 이루어지고
    상기 월류수 이송관(300)은 설정된 외주면 일부에 직경이 1mm 내지 30mm 인 구멍을 뚫어서 월류수가 여과층으로 유출되도록 형성되며,
    상기 응집 반응조(100)는 일측에 수위 감지용 감지센서(160)가 형성되어 여과조(200)의 오염물 포집량 증가로 인한 수위 높이가 설정된 값 이상으로 검출되면 여과조로 공급되는 월류수의 공급을 중단시키고 역세척 장치(400)를 동작시켜 인공부상 여재(220)를 세정하도록 형성되고,
    상기 월류수 이송관(300)의 다공성 분배단(320)은 여과조(200) 내부 하측에서 십자형 형태로 형성되도록 하되, 수압에 의한 이탈 방지를 도모하도록 여과조(200) 측벽에 고정되는 것을 특징으로 하는 자원 재활용성을 갖는 친환경 입자상 발포 인공부상 여재를 이용한 하수 월류수의 고속처리장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 인공부상 여재(220)와 여재샌드(220-1)는 유리 또는/및 폐LCD 유리를 분말상태로 혼합하여 고온에서 발포 소성한 것으로서 입자 크기가 1mm~70mm 이고, 건조시 밀도가 0.3g/㎤~0.7g/㎤ 이고, 수분포화시 밀도가 0.9g/㎤~1.2g/㎤ 이며, 공극률이 65%~85% 이고, 압축강도가 10kg/㎠~30kg/㎠ 이도록 하되, 상기 여재샌드(220-1)는 인공부상 여재(220) 상면에 10~20cm 높이로 적층 충진되도록 하는 것을 특징으로 하는 자원 재활용성을 갖는 친환경 입자상 발포 인공부상 여재를 이용한 하수 월류수의 고속처리장치.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서, 상기 역세척 장치(400)는 인공부상 여재(220)에 대하여 세척시 산기 관이 형성되어 송풍기로 하여금 고압 공기가 분사되도록 하는 것을 특징으로 하는 자원 재활용성을 갖는 친환경 입자상 발포 인공부상 여재를 이용한 하수 월류수의 고속처리장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 소독처리수조(500)는 일측에 펌프(530)가 형성되어 역세척시 소독처리수를 여과조에 역분사할 수 있도록 역세척 공급장치(540)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 자원 재활용성을 갖는 친환경 입자상 발포 인공부상 여재를 이용한 하수 월류수의 고속처리장치.
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