KR102283672B1

KR102283672B1 - 제강 슬래그를 수처리 여재로 이용한 하, 폐수 고도처리 시스템

Info

Publication number: KR102283672B1
Application number: KR1020200161555A
Authority: KR
Inventors: 임남재; 정점래; 김선호
Original assignee: 한종산업개발 주식회사
Priority date: 2020-11-26
Filing date: 2020-11-26
Publication date: 2021-08-03

Abstract

본 발명은 연속적인 하, 폐수처리가 가능하도록 기존의 여과방식 시스템을 도입하면서 철강 산업의 부산물인 제강 슬래그를 기존의 고가형 여재 대신 여재로 이용하여 물리학적 및 생물화학적 처리가 가능한 제강 슬래그를 수처리 여재로 이용한 하, 폐수 고도처리 시스템에 관한 것으로서,
기존의 고가형 여재 대신 초저가인 제강 슬래그를 여재로 이용하여 물리학적 및 생물화학적 처리가 가능한 하, 폐수처리시스템을 제공하여 값싼 여재인 제강 슬래그를 여재로 하는 경제적인 하, 폐수 고도처리 시스템을 개발할 수 있는 효과가 있고, 1차침전조에서 월류되는 상징수의 일부를 1차여과조를 거쳐 유기물 제거와 질산화 반응을 미리 수행하도록 구성함으로써 하, 폐수 중에 유기물 농도나 다량으로 존재하는 암모니아성 질소의 농도에 따라 흐름 방향을 적절히 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 유기물과 질소의 제거 효과도 향상될 수 있는 효과가 있다.

Description

제강 슬래그를 수처리 여재로 이용한 하, 폐수 고도처리 시스템{Sewage, wastewater advanced treatment system using steel slag as water treatment filtration material}

본 발명은 하, 폐수 고도처리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연속적인 하, 폐수처리가 가능하도록 기존의 여과방식 시스템을 도입하면서 철강 산업의 부산물인 제강 슬래그를 기존의 하, 폐수처리시설 여재(세라믹, 암석, 플라스틱, 모래 등) 대신 여재로 이용하여 물리학적 및 생물화학적 처리가 가능한 제강 슬래그를 수처리 여재로 이용한 하, 폐수 고도처리 시스템에 관한 것이다.

철강 슬래그는 철강의 제조공정에서 철광석 및 고철 등으로부터 철을 분리하고 남은 암석성분을 말하며, 그 발생에 따라 고로 슬래그, 제강 슬래그 등으로 분류된다.

여기서, 제강 슬래그는 철에서 강을 만들기 위해 쇳물에 녹아 있는 탄소, 규소성분 등을 제거하는 공정에서 발생되며, 고로에서 제조된 쇳물에 고압의 산소를 불어넣어 정련하는 공정에서 생성되는 전로 슬래그와 고철 등을 전기로에서 정련할 때 생성되는 전기로 슬래그가 있다.

철강 슬래그는 매년 평균 2,000여만톤이 발생하며 수량적으로 풍부하고, 가격이 기존 하수처리 여재인 세라믹 또는 플라스틱 여재 생산단가의 1/3 ~ 1/4로 매우 저렴하다.

하, 폐수에 있어 고도처리하기 전의 전처리, 정화처리과정에서 슬러지 등 이물질의 처리 또는 재이용 목적의 정화처리에는 물속에 포함되어 있는 슬러지 등 이물질을 여과하는 여과장치가 사용된다.

상기 목적에 사용되는 여과장치는 여과를 수행하는 여재의 간극에 의해 물리적으로 여재의 간극보다 입자가 큰 슬러지 등 이물질을 걸러내는데, 이러한 여과를 수행하는 과정 중에 여재의 간극에 슬러지 등 이물질이 침적되어 여과효율이 떨어지는 문제가 있으며, 이를 위해서 여재의 역세척이 요구된다.

대부분의 담체식 하수처리시설은 역세척 시 여재의 파손 및 유실의 문제점이 있어 현장 적용성이 떨어진다.

한편, 수처리 여과장치에 있어서, 여과효율을 증대시키기 위하여 여재 간에 층이 형성되도록 하여 물리적 또는 화학적으로 여과효율을 증대시키려고 한 경우, 여재층 간 접경에서 이물질의 침적이 가장 많이 일어나며, 역세척 과정에서 이러한 접경부분에서의 여재에 침적된 이물질을 탈리시키는 것이 용이하지 않고, 역세척 과정에 있어 여재층의 교란이 발생되어 역세척 후 여과 시에 그 효율이 저하되거나, 폐색 등의 문제가 기기고장으로 연결되는 문제점이 있었다.

따라서 하, 폐수처리에 있어 기존의 하, 폐수처리 여재인 세라믹 여재, 암석형 여재, 플라스틱형 여재 대신 초저가인 여재를 발굴하여 쉽게 현장에 적용이 가능하고, 여재의 파손 및 유실을 방지하며, 역세척을 용이하게 할 수 있는 하, 폐수처리 시스템을 개발할 필요가 있다.

또한, 연속적인 하, 폐수처리가 가능하도록 기존의 여과방식 시스템을 도입하면서 기존의 고가형 여재 대신 제강 슬래그 여재를 이용하여 물리학적 및 생물화학적 처리가 가능하도록 하, 폐수처리 시스템을 개발할 필요가 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0759833호(2007. 9. 18. 공고), "생물학적 하수 및 폐수 처리를 위한 활성 물질, 상기 활성 물질을 내재한 미생물 담체 및 그 제조 방법" 대한민국 공개특허공보 제2010-0001316호(2010. 1. 6. 공개), "전기로 분진을 이용한 폐수처리방법" 대한민국 등록특허공보 제10-1336875호(2013. 12. 4. 공고), "오, 폐수 및 하수의 고도처리 시스템"

본 발명은 하, 폐수 고도처리에 있어 연속적인 하, 폐수처리가 가능하도록 기존의 여과방식 시스템을 도입하면서 기존의 고가형 여재 대신 초저가인 제강 슬래그를 여재로 이용하여 물리학적 및 생물화학적 처리가 가능한 하, 폐수 고도처리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

제강 슬래그를 여재로 이용하여 물리학적 및 생물화학적 처리가 가능한 하, 폐수 고도처리시스템을 제공하는 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하, 폐수를 유입시켜 전처리하는 전처리시설; 상기 전처리시설을 거친 유입수를 침전시키는 1차침전조; 상기 1차침전조에서 월류되는 상징수의 일부를 유입시켜 제강 슬래그를 여재로 이용하여 상징수 중에 함유된 유기물 및 암모니아성 질소를 제거하기 위한 1차여과조; 상기 1차침전조에서 월류되는 상징수의 나머지를 유입시켜 혐기성 미생물에 의해 유기물은 메탄가스와 이산화탄소로 분해 제거하며, 인축적 박테리아는 유기물 저장과 관련하여 인을 방출하는 혐기조; 상기 1차여과조를 거친 여과수를 무산소조에 유입시키고, 상기 혐기조를 거친 처리수를 무산소조에 유입시켜 유입수 중에 있는 질산성 질소를 질소가스로 환원시키는 탈질반응을 수행하는 무산소조; 상기 무산소조를 거쳐 유입된 유입수 중에 포함된 암모니아성 질소를 질산성 질소로 산화시키는 산화반응을 수행하는 호기조; 상기 호기조를 거쳐 유입된 유입수를 침전시키는 2차침전조; 상기 2차침전조에서 월류되는 상징수를 유입시켜 제강 슬러지를 여재로 이용하여 상징수 중에 함유된 인성분, 유기물 및 부유물질을 제거하기 위한 2차여과조를 포함하는 제강슬래그를 수처리 여재로 이용한 하, 폐수 고도처리 시스템을 제공한다.

본 발명의 하, 폐수 고도처리 시스템은 또한, 1차여과조와 2차여과조에서 발생하는 역세수는 1차침전조로 반송하여 재처리하고, 호기조에서 배출되는 처리수 중 반송수를 무산소조로 반송하며, 1차침전조와 2차침전조에서 발생하는 슬러지는 탈수기에서 탈수처리하고, 탈수여액은 혐기조로 반송하여 재처리하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 하, 폐수 고도처리 시스템은 또한, 1차여과조는 상부에 유입수 유입라인과 역세척수 유출라인이 형성되며 하부에 여과수 배출라인과 역세척수 유입라인이 연결되고, 상부수층, 제강 슬래그 여재층, 하부수층이 구비되며, 제강 슬래그 여재층과 하부수층 사이에 에어레이션을 위한 폭기장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 하, 폐수 고도처리 시스템은 또한, 2차여과조는 상부에 유입수 유입라인과 역세척수 유출라인이 형성되며 하부에 여과수 배출라인과 역세척수 유입라인이 연결되고, 상기 2차여과조의 하부에 형성되는 하부여재층, 상기 하부여재층 상부에 구성되며, 상기 하부여재층을 형성하는 여재보다 입경이 큰 여재로 구성되는 상부여재층, 상기 하부여재층과 상기 상부여재층의 접경에 에어레이션을 위한 폭기장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 하, 폐수 고도처리 시스템은 또한, 2차침전조와 2차여과조 사이에 교반기가 있는 응집조가 추가로 구성되고, 상기 응집조와 2차여과조는 유입수 유입라인에 의해 연결되는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명에 따른 하, 폐수 고도처리 시스템은 값싼 여재인 제강 슬래그를 여재로 하는 하, 폐수 고도처리 시스템을 개발하여 경제적인 신규분야 사업화를 할 수 있는 효과가 있도록 하였다.

본 발명은 값싼 여재인 제강 슬래그를 여재로 하는 하, 폐수 고도처리 시스템을 개발하여 경제적인 신규분야 사업화를 할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 또한, 1차침전조에서 월류되는 상징수의 일부를 1차여과조를 거쳐 유기물 제거와 질산화 반응을 미리 수행하도록 구성함으로써 하, 폐수 중에 유기물 농도나 다량으로 존재하는 암모니아성 질소의 농도에 따라 흐름 방향을 적절히 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 유기물과 질소의 제거 효과도 향상될 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 또한, 여과조에 제강 슬래그를 여재로 활용하여 제강 슬래그에 다량 함유되어 있는 CaO가 탈인효과가 있고, NO₃-N이 제강 슬래그 여재 입자 사이의 고농도 미생물에 의해 탈질되어 농도가 감소하는 특성을 잘 활용함으로써 제강 슬래그를 기존의 고가형 여재 대신 N, P을 제거하는데 훌륭한 대체 여재로서 활용할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 또한, 여과조에 공기가 공급되는 폭기여과를 실행하여 여재에 부착 성장하는 호기성 미생물에 의하여 유기물(BOD, SS)을 제거하고, 질산화균에 의하여 암모니아성 질소를 질산성 질소로 질산화시키며, 추가적으로 역세척 과정에서 여재층의 상부에 이물질의 침적이 많이 일어난 상태에서 여재에 침적된 이물질을 탈리시키는 것이 용이하도록 함과 동시에 부상하면서 탈리된 이물질 중 비교적 비중이 작은 이물질을 부유시켜 제거할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 또한, 수처리 공법의 특성상 설치 후 이를 전문적으로 유지관리할 인원이 투입되어야 하므로 지속적인 유지관리 수익이 발생할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 제강 슬래그를 수처리 여재로 이용한 하, 폐수 고도처리 시스템의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 응집조가 추가된 제강 슬래그를 수처리 여재로 이용한 하, 폐수 고도처리 시스템의 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 1차여과조의 일실시예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 2차여과조의 일실시예를 나타낸 도면이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따른 물리학적 및 생물화학적 하, 폐수 고도처리 시스템은 다음과 같다.

우선 하, 폐수를 스크린이나 침사지를 거쳐 1차로 조대한 입자들을 전처리로 제거한 다음, 1차침전조에 저장하고 생물학적 처리조에서 유기물 등을 분해하여 각종 용도로 방류하는 기술이 사용된다. 여기서 생물학적 처리조는 혐기조, 무산소조, 호기조를 포함하는데, 상기 혐기조 내로 유입된 하, 폐수는 혐기성 미생물에 의해 유기물은 메탄가스와 이산화탄소로 분해되어 제거되며, 인축적 박테리아는 유기물 저장과 관련하여 인을 방출한다.

연속하여, 상기 혐기조를 거친 하, 폐수는 다음 단계인 무산소조로 공급되며, 상기 무산소조에서는 탈질 미생물에 의해 질산성 질소를 질소가스로 환원시키는 탈질반응을 수행한다.

그리고 상기 무산소조를 거친 하, 폐수는 호기조로 유입되는 데 이에 포함된 유기물은 상기 호기조 내의 미생물에 의해 이산화탄소와 물로 분해되고, 암모니아성 질소는 질산화 미생물에 의해 아질산이나 질산으로 질산화된다.

또한, 인축적 박테리아는 축적된 유기물의 산화분해가 진행되면서 인을 과잉 섭취하여 슬러지 형태로 배출되면서 인이 제거된다. 이때, 상기 호기조 내에는 브로워(blower)에 의해 공기가 계속적으로 주입되는 산기관을 저부에 배치하고, 주입되는 공기는 상기 호기조 내의 산소농도를 유지한다.

그리고 상기 호기조 내에서 처리된 하, 폐수는 배출관을 통하여 별도의 2차침전조 내로 유입되어 슬러지가 침전된 처리수만을 재이용하도록 후속 처리하여 외부로 배출하고, 상기 1차, 2차침전조 내에 침전된 슬러지는 탈수기에서 탈수되고, 탈수여액은 1차침전조로 반송되며, 상기 호기조 내의 처리수는 내부 순환펌프에 의하여 무산소조로 반송된다.

이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

다음의 실시예는 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하고, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당 분야에서 통상의 지식을 가진 사람에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 제강 슬래그를 수처리 여재로 이용한 하, 폐수 고도처리 시스템의 모식도이고, 도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 응집조가 추가된 제강 슬래그를 수처리 여재로 이용한 하, 폐수 고도처리 시스템의 모식도이다.

도 1의 하, 폐수 고도처리 시스템에 비하여 도 2의 하, 폐수 고도처리 시스템은 응집조가 더 있는 점에서 차이가 있다.

도 1 내지 2에서 참조한 바와 같이, 본 발명의 제강 슬래그를 수처리 여재로 이용한 하, 폐수 고도처리 시스템은 하, 폐수를 유입시켜 전처리하는 전처리시설(100); 상기 전처리시설(100)을 거친 유입수를 침전시키는 1차침전조(200); 상기 1차침전조(200)에서 월류되는 상징수의 일부를 유입시켜 제강 슬래그를 여재로 이용하여 상징수 중에 함유된 유기물 및 암모니아성 질소를 제거하기 위한 1차여과조(300); 상기 1차침전조(200)에서 월류되는 상징수의 나머지를 유입시켜 혐기성 미생물에 의해 유기물은 메탄가스와 이산화탄소로 분해 제거하며, 인축적 박테리아는 유기물 저장과 관련하여 인을 방출하는 혐기조(400); 상기 1차여과조(300)를 거친 여과수를 무산소조(500)에 유입시키고, 상기 혐기조(400)를 거친 처리수를 무산소조(500)에 유입시켜 유입수 중에 있는 질산성 질소를 질소가스로 환원시키는 탈질반응을 수행하는 무산소조(500); 상기 무산소조(500)를 거쳐 유입된 유입수 중에 포함된 암모니아성 질소를 질산성 질소로 산화시키는 산화반응을 수행하는 호기조(600); 상기 호기조(600)를 거쳐 유입된 유입수를 침전시키는 2차침전조(800); 상기 2차침전조(800)에서 월류되는 상징수를 유입시켜 제강 슬러지를 여재로 이용하여 상징수 중에 함유된 인성분, 유기물 및 부유물질을 제거하기 위한 2차여과조(900)를 포함하여 구성된다.

상기 전처리시설(100)은 하, 폐수가 유입되어 정수처리가 효과적으로 이루어지도록 예비적으로 준비하는 시설이다.

본 발명에서 전처리시설(100)로는 통상적으로 다수의 스크린이 형성되어 하, 폐수 중에 포함되어 있는 협잡물을 걸러서 분리시키거나 침사지에서 모래 등 무거운 물질을 가라앉게 할 수 있다. 이러한 전처리시설(100)을 통과한 하, 폐수는 1차침전조(200)에 저장된다.

상기 1차침전조(200)는 전처리시설(100)에서 유입된 하, 폐수와 1차여과조(300) 및 2차여과조(900)에서 유입된 역세척수가 유입되어 균질화가 이루어지면서 일정시간 체류하면서 무거운 물질이 침전되게 할 수 있으며, 이후 생물학적 처리조로 유입되는 유량과 흐름 방향을 밸브 등으로 적절히 조정할 수 있다.

즉, 전처리시설(100) 이후 하, 폐수는 1차침전조(200)를 거쳐서 침전된 후 1차침전조(200)에서 월류되는 상징수의 일부를 1차여과조(300)에 유입시켜 제강 슬래그를 여재로 이용하여 오염물질을 제거한다.

바람직하게는, 상기 1차침전조(200)에서 월류되는 상징수 중 15 ~ 25%를 1차여과조(300)에 유입시킬 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 1차여과조의 일실시예를 나타낸 도면이다.

1차여과조(300)는 상부에 유입수 유입라인과 역세척수 유출라인이 형성되며, 하부에 여과수 유출라인과 역세척수 유입라인이 연결되고, 상부수층(310), 제강 슬래그 여재층(320), 하부수층(330)이 구비되며, 제강 슬래그 여재층(320)과 하부수층(330) 사이에 에어레이션을 위한 산기관 등 폭기장치가 공기펌프와 연결 설치되어 공기가 공급되는 폭기여과를 행함으로써 여재에 부착 성장하는 호기성 미생물에 의하여 유기물(BOD, SS)을 제거하고, 질산화균에 의하여 암모니아성 질소를 질산성 질소로 질산화시킨다.

본 발명은 1차침전조(200)에서 월류되는 상징수의 일부를 상기 1차여과조(300)를 거쳐 유기물 제거와 질산화 반응을 미리 하도록 함으로써 하, 폐수 중에 유기물 농도나 다량으로 존재하는 암모니아성 질소의 농도에 따라 흐름 방향을 적절히 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 유기물과 질소의 제거 효과가 향상될 수 있다.

상기 1차여과조(300)를 거친 여과수는 무산소조(500)에 유입시켜 유입수 중에 있는 질산성 질소를 탈질산화 박테리아에 의해 질소가스로 환원시키는 탈질반응을 수행하게 한다.

여기서, 1차여과조(300)를 거친 여과수를 혐기조(400) 대신에 무산소조(500)에 유입시키는 이유는 여과수에 포함된 질산염이 무산소조(500)가 아닌 혐기조(400)에 많이 유입되면 탈질산화 박테리아가 우선적으로 유기물인 탄소원을 소비하게 되어 인축적 박테리아에 의한 인방출이 감소하여 인감소 효율이 저하되기 때문에 이를 조절하기 위한 것이다.

한편, 1차침전조(200)에서 월류되는 상징수의 나머지를 혐기조(400)에 유입시켜 유입수를 혐기성 미생물에 의해 유기물은 메탄가스와 이산화탄소로 분해되어 제거하며, 인축적 박테리아는 유기물 저장과 관련하여 인을 방출하도록 한다.

여기서, 상기 1차침전조(200)에서 월류되는 상징수 중 15 ~ 25%를 1차여과조(300)에 유입시키는 경우에는, 1차침전조(200)에서 월류되는 상징수의 나머지를 혐기조(400)에 유입시킨다는 의미는 상징수 중 75 ~ 85%를 유입시키는 것을 나타낼 수 있다.

혐기조(400)를 거친 처리수는 무산소조(500)에 유입시켜 유입수 중에 있는 질산성 질소를 탈질산화 박테리아에 의해 질소가스로 환원시키는 탈질반응을 수행하게 한다.

또한, 상기 무산소조(500)를 거친 처리수를 호기조(600)에 유입시키면 유입수 중에 포함된 유기물(BOD, SS)은 호기조(600) 내의 호기성 미생물에 의해 이산화탄소와 물로 분해되고, 암모니아성 질소는 질산화 미생물에 의해 아질산이나 질산성 질소로 산화시키는 산화반응을 수행하며, 상기 혐기조(400) 및 무산소조(500)에 의한 혐기 반응에 의해 방출된 인에 대하여 인제거 미생물에 의한 인흡수가 발생하게 된다.

여기서, 호기조(600)를 거친 처리수의 일부가 슬러지와 함께 무산소조(500)로 반송되어 반송수 중에 있는 아질산이나 질산성 질소를 탈질산화 박테리아에 의해 질소가스로 환원시키는 탈질반응을 수행하게 한다.

따라서 무산소조(500)는 1차여과조(300)를 거친 여과수, 혐기조(400)를 거친 처리수 및 호기조(600)를 거친 처리수의 일부가 내부 반송된 반송수를 모아 탈질반응을 수행하게 된다.

한편, 호기조(600)를 거친 처리수 중 반송수를 제외한 나머지를 2차침전조(800)에 유입시켜 일정시간 체류하면서 유입수 중에 슬러지가 침강되어 인발함으로써 인이 제거될 수 있다.

본 발명은 1차침전조(200)와 2차침전조(800)에서 발생하는 침전 슬러지는 탈수기(700)에서 탈수하여 탈수여액은 혐기조(400)로 반송하여 재처리하고, 탈수케이크는 별도로 저장하여 외부 위탁 처리할 수 있다.

2차침전조(800)에서 월류된 상징수는 제강 슬래그를 여재로 이용하여 유기물(BOD), 부유물질(SS), 인 등 오염물질을 제거하기 위하여 2차여과조(900)에 유입시킨다.

도 4는 본 발명에 따른 2차여과조의 일실시예를 나타낸 도면이다.

2차여과조(900)는 상부에 유입수 유입라인과 역세척수 유출라인이 형성되며 하부에 여과수 배출라인과 역세척수 유입라인이 연결되고, 상기 2차여과조(900)의 하부에 형성되는 하부여재층(920)과, 상기 하부여재층(920) 상부에 구성되고 상기 하부여재층(920)을 형성하는 여재보다 입경이 큰 여재로 구성되는 상부여재층(910), 상기 하부여재층(920)과 상기 상부여재층(910)의 접경에 에어레이션을 위한 산기관 등 폭기장치가 공기펌프와 연결 설치되어 공기가 공급되는 폭기여과를 행함으로써 여재에 부착 성장하는 호기성 미생물에 의하여 유기물(BOD), 부유물질(SS)을 제거하고, 호기조(600)에서 인제거 미생물에 흡수된 인을 제거할 수 있다.

여기서, 2차여과조(900)의 상부여재층(910)과 하부여재층(920)의 여재는 모두 제강 슬래그(비중 : 3.5)일 수 있으며 크기에 따라 두 개층으로 설치할 수 있다.

또한, 유입라인에 의해 유입되는 유입수 중 다소 입경이 큰 이물질이 상부여재층(910)에 의해 1차적으로 여과가 되도록 하며, 상기 상부여재층(910)보다 입경이 작은 하부여재층(920)에 의해 여재층(910, 920)이 폐색됨이 없이 효율적으로 여과가 되도록 하기 위해 하부여재층(920)의 여재가 상부여재층(910)의 여재보다 작게 구성하여야 한다.

제강 슬래그의 입경이 2mm미만으로 되도록 분쇄하기 위해서는 많은 시간과 노력이 필요하지만, 상기 상부여재층(910)의 여재는 입경이 0.8 ~ 2mm정도로 구성되도록 하며, 상기 하부여재층(920)의 여재는 0.45 ~ 0.8mm정도로 구성되도록 하는 것이 바람직하다.

1차여과조(300)와 2차여과조(900)에서 여재로 사용될 수 있는 제강 슬래그는 제철 공장에서 부산물로 발생하는 것으로서, 고로 슬래그에 비하여 상대적으로 많은 Ca 및 Mg 함량을 갖는다. 구체적으로는 원료 성상에 따라서 차이가 있을 수 있지만, 약 0.05 내지 1중량%의 FeO, 약 22 내지 35중량%의 Fe₂O₃, 약 7 내지 10중량%의 SiO₂, 약 36 내지 43중량%의 CaO, 약 0.05 내지 1중량%의 Al₂O₃, 약 6 내지 9중량%의 MgO, 약 1 내지 2중량%의 P₂O₅, 약 0.001 내지 0.06중량%의 S를 포함할 수 있다.

제강 슬래그의 비중은 3.5 정도로 모래의 비중인 2.6 보다 높지만, 비중 차에 의해 분리된 것이므로 본질적으로 철보다 가벼운 것이고, 유해 중금속을 거의 함유하지 않고 있어 환경유해성이 낮다.

제강 슬래그의 칼슘이 물과 반응하여 OH^-기를 형성하여 오, 폐수의 pH가 상승한다. 또한, 제강 슬래그에 함유되어 있는 CaO와 (PO₄)^3-가 반응하여 Ca₃(PO₄)₂가 형성되어 침전하므로 탈인효과가 있고, NO₃-N이 제강 슬래그 여재 입자 사이의 고농도 미생물에 의해 탈질되어 농도가 감소하므로, 제강 슬래그가 기존 고가형 여재 대신 N, P을 제거하는데 훌륭한 대체 여재로서 활용될 수 있다.

1차여과조(300)에서 제강 슬래그 여재층(320)과 하부수층(330) 사이에 에어레이션을 위한 산기관 등 폭기장치(340)가 에어 펌프에 연결 설치되는 이유는 공기가 공급되는 폭기여과를 실행하여 여재에 부착 성장하는 호기성 미생물에 의하여 유기물(BOD, SS)을 제거하고, 질산화균에 의하여 암모니아성 질소를 질산성 질소로 질산화시키며, 추가적으로 역세척 과정에서 제강 슬래그 여재층(320)의 상부에 이물질의 침적이 많이 일어난 상태에서 여재에 침적된 이물질을 탈리시키는 것이 용이하도록 함과 동시에 부상하면서 탈리된 이물질 중 비교적 비중이 작은 이물질을 부유시켜 제거하도록 하는 것이다. 즉 부상에 의한 고액분리가 수행될 수 있도록 하는 것이다.

또한, 본 발명에서 2차여과조(900)에서 하부여재층(920)과 상부여재층(910)의 접경에 에어레이션을 위한 산기관 등 폭기장치(940)를 포함하여 구성하는 이유도 1차 여과와 같이 폭기여과를 행하여 여재에 부착 성장하는 호기성 미생물에 의하여 유기물(BOD, SS)을 제거하고, 호기조(600)에서 인제거 미생물에 흡수된 인을 제거할 뿐만 아니라, 추가적으로 역세척 과정에서 하부여재층(920)과 상부여재층(910)의 접경부분에 이물질의 침적이 가장 많이 일어나, 접경부분에서 여재에 침적된 이물질을 탈리시키는 것이 용이하도록 함과 동시에 부상하면서 탈리된 이물질 중 비교적 비중이 작은 이물질을 부유시켜 제거하도록 하는 것이다. 즉 부상에 의한 고액분리가 수행될 수 있도록 하는 것이다.

한편, 1차여과조(300)와 2차여과조(900)에서 발생하는 역세척수는 이송되어 1차침전조(200)에 저장하게 되고 이후 재처리된다.

그리고 2차침전조(800)와 2차여과조(900) 사이에 교반기가 있는 응집조(850)가 추가로 설치되고, 상기 응집조(850)와 2차여과조(900)는 유입수 유입라인에 의해 연결되어 상기 2차침전조(800)의 월류된 상징수를 고분자 응집제 등 응집제와 혼합하여 교반기에서 교반하는 응집조(850)를 통과함으로써 플록이 형성되어 2차여과조(900)에서 오염물질이 쉽게 여과 제거됨으로써 더욱 깨끗한 처리수(여과수)를 얻을 수 있다.

이때 2차침전조(800)의 월류된 상징수가 응집조(850)를 통과한 후 유입수 유입라인에 의해 2차여과조(900)에 연결될 때 상부수층(930) 중 여재층 상면에 가깝게 유입수가 유입되도록 함으로써 응집조(850)에 의해 형성된 플록이 파괴되지 않도록 하는 것이 여과효율 향상에 도움이 될 수 있다.

상기 2차여과조(900)를 거쳐 여과 처리된 최종 처리수는 하천으로 방류되거나, 처리수 저장조(미도시)에 보관하였다가 농업용수 또는 산업용수로 재이용한다.

이상, 본 발명내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 사람에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 특허청구범위의 청구항과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다.

100 : 전처리시설 200 : 1차침전조
300 : 1차여과조 310 : 상부수층
320 : 제강 슬래그 여재층 330 : 하부수층
340 : 폭기장치 400 : 혐기조
500 : 무산소조 600 : 호기조
700 : 탈수조 800 : 2차침전조
850 : 응집조 900 : 2차여과조
910 : 상부여재층 920 : 하부여재층
930 : 상부수층 940 : 폭기장치

Claims

하, 폐수를 유입시켜 전처리하는 전처리시설; 상기 전처리시설을 거친 유입수를 침전시키는 1차침전조; 상기 1차침전조에서 월류되는 상징수의 일부를 유입시켜 제강 슬래그를 여재로 이용하여 상징수 중에 함유된 유기물 및 암모니아성 질소를 제거하기 위한 1차여과조; 상기 1차침전조에서 월류되는 상징수의 나머지를 유입시켜 혐기성 미생물에 의해 유기물은 메탄가스와 이산화탄소로 분해 제거하며, 인축적 박테리아는 유기물 저장과 관련하여 인을 방출하는 혐기조; 상기 1차여과조를 거친 여과수를 무산소조에 유입시키고, 상기 혐기조를 거친 처리수를 무산소조에 유입시켜 유입수 중에 있는 질산성 질소를 질소가스로 환원시키는 탈질반응을 수행하는 무산소조; 상기 무산소조를 거쳐 유입된 유입수 중에 포함된 암모니아성 질소를 질산성 질소로 산화시키는 산화반응을 수행하는 호기조; 상기 호기조를 거쳐 유입된 유입수를 침전시키는 2차침전조; 상기 2차침전조에서 월류되는 상징수를 유입시켜 제강 슬러지를 여재로 이용하여 상징수 중에 함유된 인성분, 유기물 및 부유물질을 제거하기 위한 2차여과조를 포함하며,
상기 1차여과조는 상부에 유입수 유입라인과 역세척수 유출라인이 형성되며 하부에 여과수 배출라인과 역세척수 유입라인이 연결되고, 상부수층, 제강 슬래그 여재층, 하부수층이 구비되며, 제강 슬래그 여재층과 하부수층 사이에 에어레이션을 위한 폭기장치를 포함하여 구성되고, 상기 2차여과조는 상부에 유입수 유입라인과 역세척수 유출라인이 형성되며 하부에 여과수 배출라인과 역세척수 유입라인이 연결되고, 상기 2차여과조의 하부에 형성되는 하부여재층, 상기 하부여재층 상부에 구성되며, 하부여재층을 형성하는 여재보다 입경이 큰 여재로 구성되는 상부여재층, 상기 하부여재층과 상기 상부여재층의 접경에 에어레이션을 위한 폭기장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 제강 슬래그를 수처리 여재로 이용한 하, 폐수 고도처리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 1차여과조와 2차여과조에서 발생하는 역세수는 1차침전조로 반송하여 재처리하고, 호기조에서 배출되는 처리수 중 반송수를 무산소조로 반송하며, 1차침전조와 2차침전조에서 발생하는 슬러지는 탈수기에서 탈수처리하고, 탈수여액은 혐기조로 반송하여 재처리하는 것을 특징으로 하는 제강 슬래그를 수처리 여재로 이용한 하, 폐수 고도처리 시스템.
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제1항에 있어서,
상기 2차침전조와 2차여과조 사이에 교반기가 있는 응집조가 추가로 구성되고, 상기 2차여과조와 응집조는 유입수 유입라인에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 제강 슬래그를 수처리 여재로 이용한 하, 폐수 고도처리 시스템.