KR20190140185A

KR20190140185A - 축산폐수 처리시설의 침전여과장치

Info

Publication number: KR20190140185A
Application number: KR1020180066665A
Authority: KR
Inventors: 주대성
Original assignee: 주대성
Priority date: 2018-06-11
Filing date: 2018-06-11
Publication date: 2019-12-19
Also published as: KR102318251B1

Abstract

본 발명은 축산폐수 처리시설의 침전여과장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 경사판에 의한 침전과 다층여재에 의한 여과로 폐수내 미세유기물 입자를 포함하는 고형물을 최대한 분리제거하여 후단공정인 막여과 및 R/O여과에서의 부하를 최소화하여 고가의 여과필터 사용수명을 연장시킬 수 있는 축산폐수 처리시설의 침전여과장치에 관한 것이다.

Description

축산폐수 처리시설의 침전여과장치{SEDIMENTATION-FILTRATION APPARATUS FOR LIVESTOCK WASTEWATER TREATMENT FACILITY}

축산폐수는 고농도의 유기성 폐수로서 질소와 인 등의 영양염류를 다량 함유하기 때문에 미처리 상태로 수계에 방류되면 하천, 호수 등의 부영양화를 가속화시켜 상수원수로서 가치를 떨어뜨릴 뿐 아니라, 결국 수중생태계를 파괴하게 된다. 또한, 고농도의 난분해성 물질, 악취물질 등을 함유하고 있기 때문에 일반적인 생물학적 처리방법에 의하여 방류수 수질기준에 적합한 처리수를 얻기 힘들다. 종래에는 대부분 해양투기 처리방법에 의존하고있으나 런던협약(1972)이 발효됨에 따라 더 이상 해양투기로 축산폐수를 처리하기가 어렵고, 육상에서 자체적으로 처리할 시설이 매우 부족한 상황이다. 게다가, 해양수산부에서는 2012년부터 오염물질 해양투기를 전면적으로 금지하여 축산폐수 방류처리 기술의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

축산폐수처리의 기본 원칙으로 퇴비, 액비 등의 재활용 방안을 추진하였으나, 국내 토양의 양분 수요 초과로 인하여 비료 공급의 축소 및 축분퇴비의 품질저하, 자원화시 노천야적, 악취발생에 기인한 환경피해 등 환경성, 경제성을 검토하여 자체처리 또는 공공처리 하는 방안이 확대되고 있다.

상기 축산폐수에는 고농도유기물과 과도한 부유물질이 포함되어 있어 이를 분리제거하는 기술이 중요하다.

일반적인 축산폐수 처리를 포함하는 수처리장치에서는 전처리 공정을 통해 고형물이 제거된 처리수에 약품을 혼합하여 처리수에 포함된 플럭(floc)을 응집시켜 침전이 이루어지게 한 다음 막여과를 수행하게 되며, 용존성 이온물질까지 분리하기 위해 R/O(REVERSE OSMOSIS SYSTEM)여과도 추가적으로 수행한 다음 방류가 이루어진다. 여기서 상기 R/O여과에 사용되는 필터는 비용이 매우 높기 때문에 자주 교체할 경우 수처리비용을 크게 증대되므로, 수처리효율을 유지하면서 사용수명을 증가시켜야 하는 문제점이 있다.

상기 R/O여과 필터의 사용수명을 연장시키기 위한 방법으로는 R/O여과 이전에 처리수에 포함된 이물질을 최대한 제거하는 것이 중요하다. 그 중 한 방법이 침전조에서의 분리효율을 증대시켜 R/O여과에서의 필터부하를 최소화시키는 것이다.

상기 침전조에서의 분리효율을 증대시키기 위해서는 침전조의 길이를 길게 형성하여 처리수를 좀더 오랜시간동안 침전조에서 낮은 유속으로 이동시켜 서서히 분리가 이루어지게 하는 것이나, 이는 설치면적이 증대됨은 물론 처리량도 낮아 실제 수처리장치에 적용하기에는 적합하지 않다.

이에 근래에는 침전조의 내에 경사판을 설치하여 침전거리를 짧게 형성해 침전효율을 증가시키는 방법이 제시되었다.

한국등록특허 제10-0708577호(2007.04.11.등록; 이하 '선행문헌1'이라 함)에서는, 오존 및 경사판을 이용한 수처리장치를 제시하였다. 상기 선행문헌1에서는 가압부상조에 경사판을 설치해 경사판에 의해 응집효과를 증대시켜 플럭(floc)를 형성 및 분리시키고, 플럭이 분리된 처리수는 가압부상조의 상부 일측에 형성된 격벽을 월류하여 다음 공정으로 배출된다. 그러나 상기 가압부상조는 상부에 부상된 플럭을 스크레퍼로 분리하고 있으나 완전하게 분리가 어려우므로 일부 플럭이 처리수와 함께 격벽을 월류하여 배출된다. 이러한 플럭의 배출은 후단공정에서의 막여과에서 필터부하를 증대시키는 문제점으로 작용된다.

한국등록특허 제10-1097817호(2011.12.16.등록; 이하 '선행문헌2'이라 함)에서는, 경사판 침전장치를 제시하였다. 상기 선행문헌2에서는, 침전조에 경사침전모듈을 다수 설치하여 원수가 경사판을 통과하면서 고형물질의 침전을 촉진시키고, 최종적으로는 경사침전모듈을 상향으로 통과한 처리수만이 다음공정으로의 배출이 이루어지게 한다. 이러한 처리수 이동과정은 경사침전모듈을 통과한 처리수와 원수를 분리시킴으로써 다음공정으로의 배출시 고형물의 배출을 최소화할 수 있다.

그러나 상기 선행문헌2도 경사침전모듈로 유입된 플럭을 완전하게 분리하지 못하고 일부를 처리수와 같이 다음공정으로 배출시킴으로 다음 막여과에서의 필터부하를 증대시키고 있다.

특히 유기물이 다량포함되어 있는 축산폐수 수처리 장치에는 침전조에 경사판을 장착하여도 배출수에 다량의 고형물이 포함되어 있어 여전히 후단공정인 막여과공정에서의 필터부하가 높다. 또한, 높은 필터부하는 R/O여과에서의 필터수명을 단축시켜 교체시기를 단축시킴으로 여전히 유지비용이 과다하게 증대되는 문제점이 내재된다.

따라서, 기존의 경사판을 적용한 구성 이외에 경사판을 통과한 플럭까지 분리제거하여 후단 막여과공정에서의 필터부하를 최소화시킬 수 있는 새로운 방식의 침전조를 갖는 축산폐수 처리시설에 대한 필요성이 대두되었다.

한국등록특허 제10-0708577호(2007.04.11.등록) : 오존 및 경사판을 이용한 수처리장치 한국등록특허 제10-1097817호(2011.12.16.등록) : 경사판 침전장치

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 축산폐수 처리시설의 침전여과장치는,

유입된 원수가 자중에 의해 고형물과 부유물로 분리되는 1차 분리와, 1차 분리가 이루어진 처리수를 경사판을 통해 상부로 이동하면서 침전이 이루어지는 2차 분리와, 2차 분리가 이루어진 처리수는 경사판 상부를 통해 내벽을 월류하여 여과재가 충전된 영역을 하향 통과하면서 여과재에 의한 분리되는 3차 분리가 하나의 조에서 수행되게 함으로써 처리수에 포함되어 있는 고형물을 최대한 분리시켜 후단공정인 막여과공정에서의 부하 감소로 필터사용시간을 증대시킬 수 있는 침전여과장치의 제공을 목적으로 한다.

상기 과제를 해소하기 위한 본 발명에 따른 축산폐수 처리시설의 침전여과장치는,

축산폐수를 공급받아 고형물을 분리시키는 축산폐수 처리시설의 침전여과장치에 있어서, 내부에 수용공간이 길이방향으로 길게 형성되고 내부에 수용공간이 형성된 조형태로, 전방벽에는 원수유입관이 설치되고, 대향되는 후방벽에는 여과된 처리수가 배출되는 처리수배출관이 형성되고, 내부에서 후방측으로 편향되어 길이방향인 전후 방향으로 수용공간을 분리하는 격벽이 형성된 침전여과조와; 상기 침전여과조의 수용공간 중 원수유입관이 형성된 전방 영역에 형성되고, 유입된 원수가 자체 중량에 의해 부유 또는 침전되어 1차 자중분리가 이루어지는 영역인 침전부상영역과; 상기 침전부상영역의 후단에서 격벽 사이에 형성되고, 내부에 다수의 경사판이 형성된 경사판침전모듈이 설치되고, 1차 처리수가 경사판침전모듈의 경사판을 따라 상향이동되면서 2차 경사판침전분리가 이루어지고, 경사판침전분리가 이루어진 2차 처리수는 경사판침전모듈 상단을 통해 격벽을 월류시켜 배출시키는 영역인 경사판침전영역과; 상기 격벽으로 구획된 후방수용공간에 형성되어 상기 침전부상영역과 경사판침전영역보다 낮은 수위를 갖도록 형성하고, 하부에서 일정거리 이격되고 처리수배출관 상부측에 수평 설치되어 상하를 구획하는 다공판과, 상기 다공판 상부에 적층형성된 여과재층으로 구성되어 2차 처리수가 여과재층을 통과하면서 잔여 고형물이 분리되는 3차 여과분리가 이루어지고, 3차 처리수를 처리수배출관으로 배출시키는 여과분리영역;을 포함하여 구성된다.

상기 침전부상영역에는, 상부에 스크레퍼를 설치하여 수면에 부유한 부유고형물을 수거하여 배출시키고; 상기 침전부상영역과 경사판침전영역 하부에는 스크류컨베이어를 설치하여 침전된 고형물을 수거하여 배출시킬 수 있다.

또한, 상기 경사판침전모듈은, 길이방향의 양측면에 설치되고, 하부에 다수의 유입공이 형성되어 측면에서 내부로 폐수를 유입시키는 한쌍의 측판과; 상기 한쌍의 측판 사이에 다수 설치되고 전방에서 후방으로 상향경사를 갖도록 설치된 다수의 경사판과; 상기 경사판 상단에서 전방 또는 후방으로 돌출되어 인접한 경사판에 근접되게 하고, 돌출된 상부면은 수평으로 형성해 돌출된 부분 사이의 틈을 통과한 2차 처리수를 이동시켜 격벽을 월류하게 하고, 돌출된 하부면은 상부로 갈수록 경사판 사이의 유로간격을 점진적으로 좁아지도록 경사로 형성된 유속저항돌기;를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 여과분리영역의 여과재층은, 큰 직경 여과재를 적층한 상부 대구경여과재층과, 작은 직경의 여과재를 적층한 하부 소구경여과재층으로 복층으로 구성하여, 큰 체적의 고형물은 상부층에서 여과되고 작은 체적의 고형물은 하부층에서 여과되게 할 수 있다.

또한, 상기 대구경여과재층과 소구경여과재층 사이에는 상향으로 다수의 분사공이 형성된 분사관을 다열로 배관하여 일정간격마다 상부로 역세가 이루어지게 하여 대구경여과제층에 부착된 고형물을 분리 부상시킬 수 있다.

또한, 상기 여과분리영역의 수면에는 여과스크레퍼를 설치하여 분사관에 의한 역세시 부상된 고형물을 수거하여 배출시킬 수 있다.

또한, 상기 여과분리영역을 형성하는 침전여과조의 후방벽에는 여과분리영역의 수면 부분에 개폐도어를 설치하여 분사관에 의한 역세시 개폐도어를 개방하여 부상된 고형물을 개폐도어를 통해 외부로 배출시키고, 외부로 배출된 배출수는 순환관을 통해 침전부상영역으로 재공급하여 고형물의 분리가 이루어지게 할 수 있다.

또한, 상기 격벽은 중간에 절곡점이 형성되고, 절곡점 상부 격벽은 경사판침전모듈의 경사판과 유사한 각도로 경사지게 형성되고; 상기 여과분리영역의 상부영역은 경사진 격벽에 의해 여과재층이 상부에서 하부로 갈수록 확장되도록 구성하여 상부 여과재보다 하부 여과재의 여과부하를 낮추도록 구성할 수 있다.

상기 해결수단에 의한 본 발명에 따른 축산폐수 처리시설의 침전여과장치는,

고형물 자중에 의한 1차 분리와, 경사판에 의한 2차 분리 및 여과재층에 의한 3차 분리가 하나의 침전여과조에서 모두 이루어지게한 다음 처리수를 배출시킴으로써 후단 막여과공정에서의 부하를 줄이고 필터사용수명을 연장시켜 유지비용을 절감시킬 수 있다.

또한, 여과재층에서는 역세과정을 수행하여 여과재층에 포집된 고형물을 부상시켜 별도의 순환라인을 통해 배출시켜 여과재층의 필터링 성능도 장시간 유지시킬 수 있는 유용한 장치의 제공이 가능하게 되었다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 침전여과장치를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스크레퍼와 스크류컨베이어가 설치된 침전여과장치를 도시한 단면도.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 경사판침전모듈을 도시한 사시도 및 주요부단면도.
도 3d와 도 3e는 침전여과장치에 경사판침전모듈이 단일 또는 복수로 설치된 형태를 도시한 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 여과분리영역의 여과재층이 복수층으로 형성된 형태를 도시한 단면도.
도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 분사관이 설치된 여과분리영역을 도시한 단면도 및 분사관 평면도.
도 6a는 본 발명에 따른 여과분리영역에 여과스크레퍼가 설치된 형태를 도시한 단면도.
도 6b는 본 발명에 따른 여과분리영역에 개폐도어와 순환관을 설치한 형태를 도시한 단면도.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에서 본 발명을 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대 또는 축소하여 도시한 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되고 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 침전여과장치를 도시한 개략도이다.

참조한 바와같이 본 발명에 따른 축산폐수 처리시설의 침전여과장치(10)는, 내부에 수용공간이 형성된 침전여과조(20)와, 상기 수용공간 중 전방에서 후방측으로 순차적으로 형성된 침전부상영역(30), 경사판침전영역(40) 및 여과분리영역(50)을 포함하여 구성된다.

상기 침전여과조(20)는, 길이방향으로 길게 형성된 수용조로서 전방벽에는 원수유입관(21)이 연통설치되고, 대향되는 후방벽에는 여과된 처리수가 배출되는 처리수배출관(22)이 연통설치된다. 또한 내부 수용공간에는 침전여과조의 벽높이보다 낮은 높이를 갖는 격벽(23)이 형성되되 중앙에서 후방벽측으로 편향되어 형성된다. 다만 후술되는 경사판침전모듈(41)이 격벽(23) 전체 폭과 접하여 설치되지 않을 경우에는 상기 격벽(23)은 침전여과조(20)와 동일한 높이로 형성하고, 경사판침전모듈 상부와 접하는 일부분만 높이가 낮도록 배출홈(232)을 형성하여 경사판침전모듈 상부의 처리수가 격벽의 배출홈을 월류하게 할 수 있다.

상기 침전부상영역(30)은, 침전여과조 수용공간의 전방측 영역으로서, 원수에 혼합된 고형물이 자체 중량에 의해 침전되거나 부상되어 자연적으로 분리되는 영역이다. 여기서 원수는 축산농가에서 수거된 축산폐수이거나, 이를 탈수하여 큰 부피의 고형물을 제거한 폐수이거나, 수처리시설에서 침전과정을 수행하는 다양한 오폐수를 포함한다.

상기 침전부상영역(30)에는 격벽높이 또는 격벽의 배출홈(232) 높이까지 담수되며, 유입된 원수량 만큼 담수된 폐수가 격벽 또는 배출홈(232)을 월류하여 이동된다. 이와같이 일정량이 담수된 침전부상영역(30)으로 원수가 유입되면 원수에 포함되어 있는 고형물은 비중에 의해 자연적으로 부유하거나 침전되어 1차 자중분리가 이루어진다.

이때 침전부상영역(30)의 수면에 부유하는 고형물은 수면 부근에 설치된 스크레퍼(31)에 의해 일측으로 이동시켜 수거배출이 이루어진다. 도 1에서는 침전여과조(20)의 전방벽 상부에 수면과 동일 또는 약간 낮은 높이로 "ㄴ" 자 형태의 월류벽(32)을 형성하여 스크레퍼(31)에 의해 수거된 부유물을 포집하여 배출 처리한다. 또한, 상기 침전부상영역(30)과 경사판침전영역(40) 사이에는 침전부상영역에서 부상한 고형물이 경사판침전영역으로 이동되는 것을 방지하기 위해 경계수위에 수직으로 차단판(33)이 더 설치될 수 있다. 물론 후술된 바와같이 경사판침전모듈(41)이 다수개 설치되고 경사판침전모듈 상부에 분리벽(45)이 설치될 경우에는 차단판 없이 경사판침전모듈 양측에도 상기 스크레퍼를 장착하여 부유하는 고형물은 전방벽으로 이동시켜 월류벽을 통한 배출이 이루어지게 할 수 있다.

또한, 침전부상영역(30)의 바닥에는 스크류컨베이어(34)가 설치된다. 상기 스크류컨베이어(34)는 도 1과 같이 침전부상영역(30)과 경사판침전영역(40)의 하부가 연통되고 연통된 저면에 길게 설치되어 침전된 고형물을 일측으로 이동시켜 외부로 배출이 가능하게 한 것이다. 예컨대 격벽방향으로 이동시켜 외부로 배출시키거나, 전방벽 방향으로 이동시켜 외부로 배출이 이루어지게 할 수 있다.

이때 상기 침전여과조(20)는 전방벽에 접한 바닥면을 다른 바닥보다 낮게 형성한 포집부(35)를 더 형성하여 스크류컨베이어(34)에 의해 수거된 침전고형물이 임시 포집되게 하고, 포집조에는 배출구를 형성하여 필요시 포집된 침전고형물을 배출시켜 탈수 등을 통해 케이크화하여 처리할 수 있다.

또한 침전여과조(20)는 침전부상영역(30)과 경사판침전영역(40)이 위치하는 저면을 스크류컨베이어(34)가 설치된 부분이 저점이 되도록 경사지게 형성하여 침전된 고형물이 스크류컨베이어로 쉽게 포집되어 배출이 이루어지게 할 수 있다.

또한 상기 침전부상영역(30)에는 스크류컨베이어 보다 높은 위치에 폭기관을 배관하여 일정량의 폭기가 이루어지게 할 수 있다. 상기 폭기관에 의한 폭기는 침전되지 않고 수중에 정체되어 부유하는 물질을 수면으로 부상시켜 스크레퍼에 의해 수거되게 할 수 있다.

상기 경사판침전영역(40)은, 침전여과조의 바닥에서 일정거리 이격된 상부영역에 다수의 경사판(43)을 갖는 경사판침전모듈(41)이 설치되어 경사판에 의해 침전이 이루어지게 하는 영역이다.

상기 경사판침전모듈(41)은 도 1과 도 3a 내지 도 3c를 참조한 바와같이 본 발명자에 의해 출원된 특허등록 제10-1097817호에 등록된 경사판침전모듈(41)로서 길이방향의 양측면에 설치되는 한쌍의 측판(42)과, 상기 한쌍의 측판 사이에 설치되되 전방에서 후방으로 상향경사를 갖도록 설치된 다수의 경사판(43), 상기 경사판의 상부에 형성된 유속저항돌기(44)를 포함하여 구성된다.

상기 측판(42)은 하부에 다수의 유입공(421)이 형성되어 측면을 통해 폐수가 내측으로 유입되어 경사판(43)을 따라 상향 이동되게 한다.

또한, 경사판(43)은 다수의 경사판이 일정간격(30~100mm)으로 배열되는 것으로, 경사판 폭방향의 양측에는 측판 유입공(421)을 통해 유입된 폐수가 상향이동되고, 경사판의 폭방향 중앙 부분에는 상향이동되면서 가압되어 뭉쳐진 고형물이 하향 침전되는 통로로 사용된다.

또한 경사판(43) 상부의 유속저항돌기(44)는 나란한 간격으로 배치된 경사판의 일측으로 돌출되는 형태로 제공되며, 바람직하게는 경사판(43) 사이의 간격을 상부로 이동될수록 좁게 형성하는 형태로 형성한다. 즉, 유속저항돌기(44)의 하부면은 경사판의 각도보다 더 수평방향과 가까운 각도로 형성하여 폐수가 이동하는 유로의 폭이 점진적으로 좁아지게 형성할 수 있다. 또한 상기 유속저항돌기의 상부면은 유속저항돌기와 근접한 경사판 사이의 틈으로 상향이동된 2차 처리수를 일측방향으로 이동시키기 위해 수평면으로 형성된다.

또한, 경사판(43)을 따라 상향 이동되는 폐수는 경사판을 통해 이동하면서 유속감소와 유속저항돌기에 의한 유로폭 감소에 의한 가압력에 의해 부유고형물을 응집시켜 침전시키는 2차 경사판 침정분리가 이루어진다. 상기 경사판침전모듈(41)은 상부면에서 양측과 전방에 분리벽(45)을 설치하여 유속저항돌기 상부로 이동된 2차 처리수가 경사판침전모듈(41)을 통과하지 않은 폐수와 혼합되는 것을 방지한다. 상기 경사판침전모듈 상부로 이동된 2차처리수는 경사판침전모듈(41) 후방을 통해 격벽(23)을 월류하여 여과분리영역(50)으로 이동된다.

상기 경사판침전모듈(41)은 도 3d와 같이 침전여과조에 하나로 설치되거나, 도 3e와 폭방향으로 다수개를 일정간격 이격시켜 설치할 수 있고, 길이도 필요에 따라 다양한 길이로 설치될 수 있다.

또한, 상기 경사판침전모듈(41)의 후방이 접하는 격벽(23)은 수직벽체로 형성할 수 있으나, 후술되는 여과재층의 폭이 상부에서 하부로 갈수록 넓어지게 형성되도록 격벽도 경사판와 동일 또는 유사한 각도로 후방으로 일정각 꺾어 경사지게 형성할 수 있다. 즉, 도시된 바와같이 격벽(23) 중간부분에 절곡점(231)을 형성하고, 절곡점 하부격벽은 수직벽으로 형성하고, 절곡점 상부 격벽을 경사판의 경사각과 동일/유사한 경사벽으로 형성하여 경사판침전모듈의 설치가 용이하게 이루어지면서 후술되는 여과분리영역의 여과재층을 상부가 협소하고 하부가 넓은 형태로 제공할 수 있다.

또한, 격벽(23)은 경사판침전모듈(41)의 상부면으로 이동된 2차처리수만 월류되도록 하고, 경사판침전모듈의 상부와 접하지 않은 면은 격벽의 높이를 더 높여 흐름을 차단할 수 있다. 예컨대 격벽(23)의 상부에는 경사판침전모듈의 상부와 1대1 대응되도록 배출홈(232)을 형성하고, 경사판침전모듈의 상부에서 연장된 안내판(46)을 격벽 배출홈을 통과하도록 설치함으로써 경사판침전모듈(41)을 통과하여 상부로 포집된 2차처리수는 안내판(46)을 통해 격벽배출홈(232)을 통과하여 여과분리영역(50)으로 공급되고, 경사판침전모듈(41)을 통과하지 않은 폐수는 경사판침전모듈 상단에 설치된 분리벽(45)과 격벽(23)에 의해 여과분리영역(50)으로의 이동이 차단될 수 있다. 여기서 격벽의 배출홈(232)과 경사판침전모듈의 안내판(46) 사이에는 틈새를 제거하여 폐수가 두 부재 사이의 틈으로 여과분리영역으로 유입되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

또한, 미도시되었지만 경사판은 측판에 고정되지 않고 침전여과조 양측벽까지 연장형성된 형태로 제공될 수 있다. 이때 1차처리수는 유입공이 아닌 경사판 하부로 유입되어 상측으로 이동되게 구성할 수 있으며, 이러한 구조도 경사판침전모듈에 포함된다 할 것이다.

상기 여과분리영역(50)은, 격벽(23)으로 구획된 침전여과조의 후방측 수용공간에 형성되는 것으로 다수의 여과재를 적층하여 여과재 사이의 공극으로 2차 처리수를 통과시키면서 2차 처리수에 내포된 잔류 고형물을 걸러서 분리하는 영역이다.

이러한 여과분리영역(50)은 처리수배출관에 형성된 밸브 또는 유속흐름을 조절해 침전부상영역(30) 및 경사판침전영역(40)보다 낮은 수위를 갖도록 하여 경사판침전영역의 경사판침전모듈(41)을 통과한 2차 처리수만 격벽을 월류하여 유입되게 한다.

상기 여과분리영역(50)은 도 1과 도 4를 참조한 바와같이 중간부분에 다공판(51)을 설치하여 상하 공간을 구획하고, 상부에는 여과재가 적층된 여과재층(52)을 형성하고, 하부에는 처리수배출관(22)을 배치시켜 여과재와 다공판을 통과한 3차 처리수가 처리수배출관을 통해 배출되게 할 수 있다.

상기 여과재층(52)은 공지된 다양한 수처리여과재인 모래 다공질여과재 중 어느 한 종류를 충전시켜 형성하거나, 입자크기가 서로 다른 여과재를 복층으로 충전하여 여과가 이루어지게 할 수 있다.

바람직하게는 여과재층(52)은 도 4와 같이 상부에 큰 직경 여과재를 적층한 대구경여과재층(53)을 형성하고, 하부에 작은 직경 여과재를 적층한 소구경여과재층(54)을 형성하여 큰 고형물은 대구경여과재층(53)에서 여과되고, 작은 고형물은 소구경여과재층(54)에서 여과되도록 구성하는 것이다. 이와같이 여과재층(52)을 복층으로 구성하면 소구경여과재층(54)에서 큰 크기의 고형물이 여과할 필요가 없으므로 소구경여과재층의 사용수명을 연장시켜 장시간 여과성능을 발휘하게 할 수 있다.

상기 소구경여과재는 직경이 0.3~0.7mm 범위의 여과재이고, 대구경여과재는 직경 0.8~1.5mm의 여과재이다. 여기서 상기 소구경여과재 직경이 0.3mm 이하일 경우에는 처리수의 통과속도가 미비하여 여과시간이 증가되는 단점이 있고, 0.7mm 이상에서는 작은 고형물에 대한 여과성능이 저하되는 단점이 있다. 또한 상기 대구경여과재 직경이 1.5mm 이상일 경우 상대적으로 큰 고형물 통과되어 소구경여과재의 통공을 막아 여과성능을 저하시키고, 0.8mm 이하로 형성할 경우 소구경여과재의 필터링 대상이 중첩되어 복층 여과구조에 대한 효과를 제공하기 어렵다. 다라서 대구경여과재와 소구경여과재는 상기 범위 내에서 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.

아울러 여과재층을 구성하는 여과재 직경을 0.3~1.5mm의 범위내에서 상기 2개의 직경으로 구분하여 층을 형성하는 것 이외에 3개 또는 4개의 직경크기로 구분하여 다층에 의한 여과가 이루어지게 할 수 있다. 이때 다층 구조는 상부가 큰 직경으로 형성하고 하부가 상대적으로 작은 직경으로 형성하여 적층되도록 하고, 각 층간 직경사이는 적어도 0.1mm 이상 차이 바람직하게는 0.1~0.2mm의 차이가 형성되어야만 다층에 의한 여과성능이 제공될 수 있다.

또한, 도시된 바와같이 여과재층(52) 자체를 상부영역은 좁게 형성하고, 하부는 넓은 면을 갖도록 함으로써 상부영역인 대구경여과재층(53)에서 큰 여과부하가 발생되고 소구경여과재층(54)에서는 상대적으로 낮은 여과부하를 나타나게 하여 소구경여과재층의 여과성능이 장시간 발휘되게 할 수 있다.

도 5a와 도 5b를 참조한 바와같이 여과재층(52)을 형성하는 대구경여과재층(53)과 소구경여과재층(54) 사이에는 상향으로 물을 분사하는 분사관(55)이 다열로 배관될 수 있다. 상기 분사관(55)은 상부면에 상향으로 물분사가 가능하도록 일정간격에 다수의 분사공(551)이 형성되며, 여과재층 사이의 배관은 도 5b에 도시된 형태 이외에 다양한 방식으로 배관하여 상향분사가 이루어지게 할 수 있다.

이러한 상향분사는 대구경여과재층(53)에 역세(역류세정)가 이루어지게 하여 대구경여과재층에 여과되어 걸러진 고형물을 임시적으로 부상시켜 대구경여과재층으로 분리시키게 한다. 이와같이 역세가 이루어지면 여과부하가 큰 대구경여과재층의 여과성능을 향상시킬 수 있어 여과성능 저하없이 여과재층 전체 사용수명을 연장시킬 수 있다.

물론 상기 분사관은 여과재층 하부에 형성하여 역세시 소구경여과재층도 함께 역세하여 세척이 이루어지게 할 수 있다.

도 6a을 참조한 바와같이 상기 여과분리영역(50)의 수면에는 여과스크레퍼(56)를 설치하여 분사관에 의한 역세시 부상된 고형물을 수거하여 별도의 라인을 통해 배출시킬 수 잇다.

또한 도 6b를 참조한 바와같이, 역세로 부상된 고형물은 침전여과조의 후방벽에 형성된 개폐도어(57)를 통해 외부로 배출시킬 수 있다. 즉, 여과분리영역(50)을 형성하는 침전여과조(20)의 후방벽에는 여과분리영역의 수면부분에 개폐도어(57)를 설치하여 평상시에는 폐구되었다가 역세과정에서는 개폐도어를 개방하여 역세에 의해 부상된 고형물을 개폐도어를 통해 외부로 배출되게 할 수 있다. 이와같이 부상된 고형물을 외부로 배출시키면 역세 이후에 부상된 고형물이 대구경여과재층에 다시 걸리는 것을 방지해 여과성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 여과스크레퍼(56) 또는 개폐도어(57)에 의해 외부로 배출된 배출수는 순환관(58)을 통해 침전부상영역(30)으로 재공급하여 고형물의 분리가 이루어지게 할 수 있다. 상기 순환관(58) 라인상에는 배출수를 이동시키기 위한 펌프가 장착될 수 있으며, 여과분리영역에서 배출된 배출수는 임시저장조에 임시 저장된 다음 순환관으로 유입되게 할 수 있다.

상기한 바와같이 본 발명의 침전여과장치(10)는 하나의 침전여과조 내에서 순차적으로 영역을 구획하여 1차 자중분리와, 2차 경사판침전분리와, 3차 여과분리가 이루어져 침전여과조의 후단공정인 막여과공정에서의 여과부하를 대폭적으로 낮춰 고가 필터의 사용시간을 연장시켜 시설유지비용을 절감시킬 수 있다.

실험예

대전 인근 돼지사육농가에서 함수율은 90중량%인 축산폐수를 공급받고 1차 탈수공정을 수행하여 고형물을 분리한 축산폐수를 원수로 사용하였다.

침전여과장치는 침전부상영역과 경사판침전영역 및 여과분리영역이 형성된 것을 사용하였다.

실시예1에서는 침전부상영역과 경사판침전영역 및 여과분리영역을 모두 통과시킨 배출수를 막여과가 이루어지게 하였다.

비교예1에서는 침전부상영역과 경사판침전영역만 수행한 배출수를 막여과가 이루어지게 하였다. 막여과공정에서는 필터성능이 최초보다 30% 이하로 떨어질 때 필터교체시기로 정하였다.

실시예1과 비교예1의 배출수로 막여과공정을 수행하여 필터 교체시기까지의 시간을 측정하였다.

측정 결과 실시예1은 약 15일 동안 필터교체없이 사용할 수 있었으나, 비교예1에서는 6일 만에 막여과 성능이 저하되어 교체가 이루어졌다.

또한, 실시예2는 실시예1과 동일한 방식으로 수처리를 수행하되 12일째 되는날 여과분리영역에서의 역세를 1시간 수행한 다음 배출수로 막여과를 수행하였다.

측정결과 실시예2는 약 22일 동안 필터교체없이 막여과공정을 수행할 수 있었다.

이상에서 살펴본 바와같이 침전공정에서 여과재를 이용한 여과분리를 함께 수행할 경우 후단공정인 막여과공정의 필터부하를 감소시켜 필터사용수명을 연장시킬 수 있음을 확인하였다.

또한, 중간에 역세가 이루어지면 필터사용수명이 대략 50% 더 연장됨을 확인하였다.

10 : 침전여과장치
20 : 침전여과조
21 : 원수유입관 22 : 처리수배출관
23 : 격벽
231 : 절곡점 232 : 배출홈
30 : 침전부상영역
31 : 스크레퍼 32 : 월류벽
33 : 차단판 34 : 스크류컨베이어
35 : 포집부
40 : 경사판침전영역
41 : 경사판침전모듈 42 : 측판
43 : 경사판 44 : 유속저항돌기
45 : 분리벽 46 : 안내판
421 : 유입공
50 : 여과분리영역
51 : 다공판 52 : 여과재층
53 : 대구경여과재층 54 : 소구경여과재층
55 : 분사관 56 : 여과스크레퍼
57 : 개폐도어 58 : 순환관
551 : 분사공

Claims

축산폐수를 공급받아 고형물을 분리시키는 축산폐수 처리시설의 침전여과장치에 있어서,
내부에 수용공간이 길이방향으로 길게 형성되고 내부에 수용공간이 형성된 조형태로, 전방벽에는 원수유입관(21)이 설치되고, 대향되는 후방벽에는 여과된 처리수가 배출되는 처리수배출관(22)이 형성되고, 내부에서 후방측으로 편향되어 길이방향인 전후 방향으로 수용공간을 분리하는 격벽(23)이 형성된 침전여과조(20)와;
상기 침전여과조(20)의 수용공간 중 원수유입관이 형성된 전방 영역에 형성되고, 유입된 원수가 자체 중량에 의해 부유 또는 침전되어 1차 자중분리가 이루어지는 영역인 침전부상영역(30)과;
상기 침전부상영역(30)의 후단에서 격벽(23) 사이에 형성되고, 내부에 다수의 경사판(43)이 형성된 경사판침전모듈(41)이 설치되고, 1차 처리수가 경사판침전모듈(41)의 경사판(43)을 따라 상향 이동되면서 2차 경사판침전분리가 이루어지고, 경사판침전분리가 이루어진 2차 처리수는 경사판침전모듈(41) 상단을 통해 격벽(23)을 월류시켜 배출시키는 영역인 경사판침전영역(40)과;
상기 격벽(23)으로 구획된 후방수용공간에 형성되어 상기 침전부상영역(30)과 경사판침전영역(40)보다 낮은 수위를 갖도록 형성하고, 하부에서 일정거리 이격되고 처리수배출관(22) 상부측에 수평 설치되어 상하를 구획하는 다공판(51)과, 상기 다공판 상부에 적층형성된 여과재층(52)으로 구성되어 2차 처리수가 여과재층을 통과하면서 잔여 고형물이 분리되는 3차 여과분리가 이루어지고, 3차 처리수를 처리수배출관(22)로 배출시키는 여과분리영역(50);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 침전여과장치.
제1항에 있어서,
상기 침전부상영역(30)에는, 상부에 스크레퍼(31)를 설치하여 수면에 부유한 부유고형물을 수거하여 배출시키고,
상기 침전부상영역(30)과 경사판침전영역(40) 하부에는 스크류컨베이어(34)를 설치하여 침전된 고형물을 수거하여 배출시키는 것을 특징으로 하는 침전여과장치.
제1항에 있어서,
상기 경사판침전모듈(41)은,
길이방향의 양측면에 설치되고, 하부에 다수의 유입공이 형성되어 측면에서 내부로 폐수를 유입시키는 한쌍의 측판(42)과;
상기 한쌍의 측판 사이에 다수 설치되고 전방에서 후방으로 상향경사를 갖도록 설치된 다수의 경사판(43)과;
상기 경사판(43) 상단에서 전방 또는 후방으로 돌출되어 인접한 경사판에 근접되게 하고, 돌출된 상부면은 수평으로 형성해 돌출된 부분 사이의 틈을 통과한 2차 처리수를 이동시켜 격벽을 월류하게 하고, 돌출된 하부면은 상부로 갈수록 경사판 사이의 유로간격을 점진적으로 좁아지도록 경사로 형성된 유속저항돌기(44);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 침전여과장치.
제1항에 있어서,
상기 여과분리영역(50)의 여과재층(52)은,
큰 직경 여과재를 적층한 상부 대구경여과재층(53)과, 작은 직경의 여과재를 적층한 하부 소구경여과재층(54)으로 복층 구성하여, 큰 체적의 고형물은 상부층에서 여과되고 작은 체적의 고형물은 하부층에서 여과되게 한 것을 특징으로 하는 침전여과장치.
제4항에 있어서,
상기 대구경여과재층(53)과 소구경여과재층(54) 사이에는 상향으로 다수의 분사공(551)이 형성된 분사관(55)을 다열로 배관하여 일정간격마다 상부로 역세가 이루어지게 하여 대구경여과제층에 부착된 고형물을 분리 부상시키는 것을 특징으로 하는 침전여과장치.
제5항에 있어서,
상기 여과분리영역(50)의 수면에는 여과스크레퍼(56)를 설치하여 분사관(55)에 의한 역세시 부상된 고형물을 수거하여 배출시키는 것을 특징으로 하는 침전여과장치.
제5항에 있어서,
상기 여과분리영역(50)을 형성하는 침전여과조(20)의 후방벽에는 여과분리영역의 수면 부분에 개폐도어(57)를 설치하여 분사관(55)에 의한 역세시 개폐도어(57)가 개방되어 부상된 고형물을 외부로 배출시키고,
외부로 배출된 배출수는 순환관(58)을 통해 침전부상영역(30)으로 재공급하여 고형물의 분리가 이루어지게 한 것을 특징으로 하는 침전여과장치.
제5항에 있어서,
상기 격벽(23)은 중간에 절곡점(231)이 형성되고, 절곡점 상부 격벽은 경사판침전모듈의 경사판과 유사한 각도로 경사지게 형성되고,
상기 여과분리영역(50)의 상부영역은 경사진 격벽에 의해 여과재층(52)이 상부에서 하부로 갈수록 확장되도록 구성하여 상부 여과재보다 하부 여과재의 여과부하를 낮추도록 구성한 것을 특징으로 하는 침전여과장치.