KR100399294B1 - 둔치에 설치되는 하천수 정화장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 둔치에 설치되는 하천수 정화장치에 관한 것으로, 둔치의 지하에 설치되는 본체의 하부에 생활하수에 포함된 협잡물을 스크리닝으로 분리하기 위한 스크린조와; 상기 스크린조를 통과한 하수에 함유되어 있는 모래 등의 무기질 고형물을 원심력을 이용하여 분리 제거하기 위한 무기질 고형물 원심분리조와; 상기 무기질 고형물 원심분리조를 통과한 하수에 함유된 부유물을 세공을 지닌 물질이나 비표면적이 넓은 고형물로 이루어진 접촉재의 표면에 형성된 생물막에 부착시켜 분해 제거하기 위한 접촉산화조와; 상기 접촉산화조를 통과한 하수에 함유된 유기물과 영양염류를 제거하기 위한 살수여상 방식과 접촉산화원리를 응용한 공법인 고도처리용 2단 메디아조와; 상기 2단 메디아조를 통과한 하수에서 처리되지 않은 잔류분의 질소와 인 성분은 식생을 한 토양피복층을 통과시켜 제거하기 위한 자연정화 토양트랜치조가 설치되어, 하천에 유입되는 생활하수 또는 축산분뇨를 정화하여 하천수계의 수질을 개선하도록 구성된다. 이러한 본 발명의 장치는 적절한 처리공정을 거치지 않고 하천에 유입되는 생활하수 또는 축산분뇨 등에 의한 하천수의 오염을 둔치의 지하에 설치한 수질처리 장치를 이용한 정화공정을 통하여 방지함으로써 하천수계의 수질을 개선하고, 특히 정화장치를 둔치 지하에 둠으로써 둔치를 이용한 공간활용에 지장을 주지 않으면서 수질 개선의 효과를 얻을 수 있다.
Description
본 발명은 둔치에 설치되는 하천수 수질 정화장치(하천유입오염수 수질 정화장치)에 관한 것으로, 특히 하천의 둔치의 지하에 설치한 수질처리 장치를 이용한 정화공정을 통하여 하천에 유입되는 생활하수 또는 축산분뇨를 정화함으로써 하천수계의 수질을 개선하고, 둔치를 이용한 공간활용에 지장을 주지 않으면서 수질 개선의 효과를 얻을 수 있도록 한 둔치에 설치되는 하천수 정화장치에 관한 것이다.
일반적으로 하천에 생활하수 또는 축산분뇨 등이 유입될 경우, 원수에 많은 유기물이 함유되어 있어 하천수가 오염되기 쉽다. 특히 상기의 원수들은 부유물의 농도가 높고, 뿐만 아니라 고농도의 유기질 가운데 질소가 차지하고 있는 부분이 높아 처리하지 않고 하천수에 유입 되었을 경우 질산화 공정에 따른 수계의 용존산소 소모가 높아 용존산소 결핍에 따른 수상생태계의 위협이 초래될 수 있다.
현재 하천수 정화를 위해 도입되고 있는 기존의 역간접촉산화법이나 습지를 이용한 수질정화공법과 수생식물을 이용한 수질정화공법은 제한적인 요소가 많아 생활하수 등이 하천에 직접 유입되었을 경우 이에 대한 수질정화 대책으로는 적합하지가 않다.
현재 이용되고 있는 역간접촉산화법(혹은 접촉산화법) 단독으로는 일반적으로 하천수의 부유물 농도가 30ppm 이하 구간에서 적용이 가능하고 고 농도 시에는 폭기 시설을 요구하고 있으며, 접촉산화법의 주 처리대상은 SS로서 유기질이나 영양염류(N.P)를 제거하는데 큰 역할은 기대하기 어렵다. 또, 습지나 수생식물을 이용한 수질정화는 부유물질이 있을 경우 식생조의 저부에서 폐쇄현상이 일어나기가 쉽고 폐쇄현상 발생시는 조 표층에서 혐기성 상태를 야기할 수 있으며 정화능력에 따른 사용부지의 면적이 크다. 뿐만 아니라 기존의 하천수정화를 위한 공법은 단지 BOD와 SS를 절감하기 위하여 도입된 공법으로 부영양화를 야기시키는 질소와 인 등에 대한 대책마련이 없다는 단점이 있다.
특히 하천수에 암모니아성 질소의 농도가 높을 경우 수계상에서 일어나는 질산화 공정에 의하여 야기되는 용존산소의 결핍과 용존상태의 암모니아(NH3-N)는 특히 어류에 독성이 있으며, 영양염류 가운데 인은 특히 수계의 부영양화를 일으키는 최소인자로서 조류 등의 다량 발생을 야기한다. 따라서 적절한 공법을 도입하여 유입수에 함유되어 있는 유기질 및 영양염류를 제거하고, 수계의 탁도에 영향을 미치는 부유물질을 제거하여야 만 할 것이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점 및 결함을 해소하기 위하여 창안한 것으로, 적절한 처리공정을 거치지 않고 하천에 유입되는 생활하수 또는 축산분뇨 등에 의한 하천수의 오염을 둔치의 지하에 설치한 수질처리 장치를 이용한 정화공정을 통하여 방지함으로써 하천수계의 수질을 개선하고, 특히 정화장치를 둔치 지하에 둠으로써 둔치를 이용한 공간활용에 장애를 주지 않게 되는 둔치에 설치되는 하천수 정화장치를 제공하고자 함에 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 하천수 정화장치의 평면도.
도 2는 A-A선 단면도.
도 3은 B-B선 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 하천수 정화장치의 공정 설명도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 둔치 100 : 본체
110 : 스크린조 120 : 무기질 고형물 원심분리조
130 : 접촉산화조 131 : 집수부
140 : 2단 메디아조 141 : 상부 메디아층
142 : 하부 메디아층 150 : 자연정화 토양트랜치조
160 : 관리실 151 : 자갈층
152 : 부직포층 153 : 토사층
154 : 점토층 170 : 유입관
171 : 펌프 172 : 파이프
173 : 펌프 174 : 파이프
위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 둔치에 설치되는 하천수 정화장치는 스크린(Screen), 침사지, 하이드로 사이클론(hydro cyclone), 접촉산화조, 2단 메디아(media)조, 자연정화 토양트렌치조 등의 수처리 장치로 구성된다.
본 발명의 한 실시형태는 예를 들어 둔치의 지하에 설치되는 본체의 하부에 생활하수에 포함된 협잡물을 스크리닝으로 분리하기 위한 스크린조와; 상기 스크린조를 통과한 하수에 함유되어 있는 모래 등의 무기질 고형물을 원심력을 이용하여 비중차에 의한 고형물질을 분리 제거하기 위한 무기질 고형물 원심분리조와; 상기 무기질 고형물 원심분리조를 통과한 하수에 함유된 부유물을 세공을 지닌 물질이나 비표면적이 넓은 고형물로 이루어진 접촉재의 표면에 형성된 생물막에 부착시켜 분해 제거하기 위한 접촉산화조와; 상기 접촉산화조를 통과한 하수에 함유된 유기물과 영양염류를 제거하기 위한 살수여상법과 접촉산화법을 조합하여 응용한 공법인 2단 메디아조와; 상기 2단 메디아조를 통과한 하수에서 잔류하는 영양염류(질소와 인 성분)을 식생을 한 토양피복층을 통과시켜 제거하기 위한 자연정화 토양트랜치조가 설치되어, 하천에 유입되는 생활하수 또는 축산분뇨를 정화하여 하천수계의 수질을 개선하도록 구성된다.
그리고, 상기 본체의 하부에는 스크린조와 무기질 고형물 원심분리조가 일측에 설치되고, 접촉산화조가 중간부에 설치되며, 2단 메디아조가 타측부에 설치됨과 아울러 본체의 중간층에 관리실이 설치되고, 상측부에 식물이 식생되는 자연정화 토양트랜치조가 설치되어 구성될 수 있다.
또한, 상기 본체의 주벽에는 하수를 스크린조로 유입시키기 위한 하수 유입관이 연결되는 한편, 접촉산화조와 2단 메디아조 사이에 형성된 집수부에는 펌프가 설치되고, 이 펌프에는 접촉산화조를 통과한 물을 2단 메디아조의 상층부로 펌핑하여 살수시켜 주기 위한 파이프와 살수기가 연결됨과 아울러 2단 메디아조의 일측부에 형성된 집수부에는 펌프가 설치되고, 이 펌프에는 2단 메디아조를 통과한 물을 펌핑하여 자연정화 토양트랜치조에 공급하기 위한 파이프가 연결되어 구성될 수 있다.
상기 접촉산화조에는 예를 들어 접촉재로서 자갈, 벽돌, 쇄석, 콘크리트, 세라믹 담체, 폴리머 중 어느 하나 이상이 충진되고, 상기 2단 메디아조는 상부 메디아층과 하부 메디아층(여과층)으로 형성되며, 상부 메디아층은 메디아가 공극을 지니고 있거나 비표면적이 넓은 재질로 벽돌, 건축재 재활용품, 폴리머 중 어느 하나 이상이 충진되고, 하부 메디아층은 필터층으로서 아래로부터 잔자갈층, 모래층, 안트라사이트 코올(antracite coal)이 적층된 형태로 구성된다. 이때 필터층은 역세척을 고려해야만 한다. 그리고, 자연정화 토양트랜치조에는 아래로부터 자갈층, 부직포층, 토사층 및 점토층이 적층된 형태로 형성되어 구성될 수 있다.
상기 접촉산화조에는 SS분해를 위한 수생미생물의 필요산소량을 충족시키기 위한 폭기장치가 필요에 따라 설치될 수 있다.
이하, 이와 같은 본 발명을 첨부한 도면에 실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 하천수 정화장치의 평면도를 보인 것이고, 도 2는 A-A선 단면도, 도 3은 B-B선 단면도를 각각 보인 것이며, 도 4는 본 발명에 의한 하천수 정화장치의 공정 설명도를 보인 것이다.
도면에서 1은 하천 제방(2)과 하천 수로(3) 사이의 둔치를 보인 것으로, 본 발명에 의한 하천수 정화장치의 본체(100)는 둔치(1)의 지하에 설치된다.
일예를 들어, 상기 본체(100)의 하부에는 스크린조(110)와 스파이럴조와 같은 무기질 고형물 원심분리조(120)가 일측에 설치되고, 접촉산화조(130)가 중간부에 설치되며, 2단 메디아조(140)가 타측부에 설치됨과 아울러 본체(100)의 중간층에 관리실(160)이 설치되고, 상측부에 자연정화 토양트랜치조(150)가 설치되는 형태가 이용될 수 있다.
그리고, 상기 본체(100)의 주벽에는 하수를 스크린조(110)로 유입시키기 위한 하수 유입관(170)이 연결되는 한편, 접촉산화조(130)와 2단 메디아조(140) 사이에 형성된 집수부(131)에는 펌프(171)가 설치되고, 이 펌프(171)에는 접촉산화조(130)를 통과한 물을 2단 메디아조(140)의 상측부로 펌핑하여 살수시켜 주기 위한 파이프(172)가 연결됨과 아울러 2단 메디아조(140)의 일측부에 형성된 집수부(140a)에는 펌프(173)가 설치되고, 이 펌프(173)에는 2단 메디아조(140)를 통과한 물을 펌핑하여 자연정화 토양트랜치조(150)에 공급하기 위한 파이프(174)가 연결되는 형태가 이용될 수 있다.
상기 스크린조(110)은 생활하수가 하천에 유입되는 경우에는 하수에 포함된 대형 협잡물을 분리하기 위하여 사용되며, 이 스크린조(110)에는 협잡물의 크기에 따라 조목과 세목 스크린(조목 75mm, 세목 10mm)을 설치하여 협잡물을 제거하게 된다.
상기 무기질 고형물 원심분리조(120)는 하수에 함유되어 있는 모래 등의 무기질 고형물을 분리 제거하는 장치로는 중력을 이용한 침사지나 원심력을 이용한 하이드로 사이클론을 활용하며, 하이드로 사이클론을 이용할 경우 공간이용의 효율성을 가질 수 있다.
상기 무기질 고형물 원심분리조(120)에서 비교적 비중이 무거운 고형물을 제거한 하수는 비중이 가벼운 부유물(SS)을 여전히 함유하고 있으며, 이 부유물을 제거하기 위하여 세공을 지닌 물질이나 비표면적이 넓은 재질로 이루어진 메디아를 활용한 접촉산화조(130)가 이용된다. 이 접촉산화조(130)는 접촉재의 표면에 형성된 생물막에 고형물을 부착시켜 분해하는 방법으로 이때 사용할 수 있는 접촉재로는 자갈, 벽돌, 쇄석, 콘크리트 혹은 세라믹 담체, 혹은 폴리머(polymer) 등이다. 이때 SS분해를 위하여 수생미생물은 용존산소를 사용하므로 SS의 농도가 높을 경우 필요산소량을 충족시키기 위하여 따로 폭기장치를 이용할 수 있다. 또 접촉산화조(130)는 청소와 정비를 위하여 최소한 2개조 이상으로 나누며, 각조에서의 물의 흐름은 전체조의 활용과 물리적 방식[사류(死流) 방지]을 이용하여 산소공급을 가능하도록 캐스케이드[(cascade);일종의 배플(baffle) 방식을 응용할 수도 있다.
상기 접촉산화조(130)를 통과한 처리수는 주 정화장치인 2단 메디아조(140)로 유입되고 이 2단 메디아조(140)에 의해 하수에 함유되어 있는 유기물질 및 영양물질이 제거된다. 이 2단 메디아조(140)는 살수여상의 원리와 접촉산화법의 원리를 응용한 공법으로 상부에서 하부로 유입하는 하향류(down flow) 시스템으로 운용하며 이때 상부층은 공극을 가지고 있거나 비표면적이 넓은 재질로 된 벽돌이나 콘크리트 등으로 건축재 재활용품이나 폴리머 등을 메디아로 두께 145cm∼360cm가 되도록 충진한 살수여상 공법으로 그리고 하부층은 주로 모래, 안트라사이트 코올과 잔자갈로 구성된 여과공법으로 이루어져 있다. 여과층은 약 60cm∼100cm 정도로 조성하여 따로 폭기하지 않으므로 상부층에서 살수여상 공법으로 질산화된 질산염은 여과층에서 탈질화가 이루어지게 된다. 이때 유기질 탄소가 탈질화 공정에서 전자수용체로 요구되는데, 별도로 공급하는 것은 비용면에서 부담이 되므로 상부층인 살수여상 공법에 유입되는 원수 중의 일부를 직관으로 설치하여 바이패스(bypass)시켜 여과층에 공급하면 바이패스된 원수에 함유되어 있는 유기질 탄소를 탈질화 공정의 전자수용체로 사용할 수 있다. 동시에 여과층은 상층부와 전단의 접촉산화조에서 미처 제거되지 못한 부유물질(SS)과 전(前) 공정에서 탈리된 슬러지를 여과하여 분리할 수 있다. 이때 탈리된 슬러지가 퇴적층을 이루어 필터층에 압력이 상승될 수 있으므로 역세척 장치를 두어 이를 제거할 수 있다.
2단 메디아조(140)의 구조는 메디아를 충진하는 메디아 충진부와 외벽간의 간격을 30cm∼45cm 정도 공간을 두어 설치하며, 이를 통하여 상부층인 살수여상공법에 산소를 공급할 수 있도록 격자형의 벽면을 메디아 충진부쪽 내벽에 시설하며, 하부층인 여과공법에서는 충진할 메디아의 구경이 작고, 별도의 산소공급을 필요로 하지 않으므로 하부층 내벽은 수밀하게 시설한다.
2단 메디아층의 상부층에서는 살수여상공법과 같이 여재에 형성된 생물막에 유기질과 영양물질에 흡착, 흡수, 산화 및 환원되는 방식에 의해 유기질의 분해가이루어지며, 여과층에서는 일반 모래여과공정의 완속 여과방식을 택하여 여과층의 심층부에서는 혐기성 상태/무산소조 상태에서 탈질화 공정이 이루어지도록 한다. 이때 여과층은 선공정으로 부터 생물막이 탈리되어 처리수에 섞이는 것을 방지하기 위하여 여과하는 기능도 동시에 갖는다.
유입수의 주입은 상부층에서 살수여상방식으로 살수기를 통하여 분사하는 방식을 취하며, 본 방식의 장점은 유입수에 산소공급을 최대로 할 수 있다는 것이며, 이를 통하여 암모니아 질소를 질산염으로 산화시킬 수 있다.
상기 2단 메디아조(140)에는 일예를 들어 위로부터 상부 메디아층(141)과 하부 메디아층(142)이 적층된 형태로 이용될 수 있다.
상기 2단 메디아조를 통과한 처리수는 지금까지의 공정에서 미처 처리하지 못한 질소분과 인 성분이 남아 있을 수 있으므로 식물(F)을 식생한 자연정화 토양트랜치조(150)의 토양피복층을 통과 시킴으로써 최종적으로 제거할 수 있다.
이 자연정화 토양트랜치조(150)에는 일예를 들어 아래로부터 자갈층(151), 부직포층(152), 토사층(153) 및 점토층(154)이 적층된 형태로 이용될 수 있다.
여기서의 토양피복층은 모래를 사용하거나 잔자갈을 이용하며 홍수 등에 의해 유실되는 것을 방지하기 위하여 마대자루에 담거나 그물코가 촘촘한 망을 이용할 수 있다. 식생은 현장 적응력이 높은 식물로 하며, 특히 질소와 인의 흡수율이 높은 수생식물을 권한다. 그리고 각각의 조는 둔치의 표고차를 이용하여 가능한 동력의 사용을 줄 일 수 있도록 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 둔치에 설치되는 하천수 정화장치는 적절한 처리공정을 거치지 않고 하천에 유입되는 생활하수 또는 축산분뇨 등에 의한 하천수의 오염을 둔치의 지하에 설치한 수질처리 장치를 이용한 정화공정을 통하여 방지함으로써 하천수계의 수질을 개선하고, 특히 정화장치를 둔치 지하에 둠으로써 둔치를 이용한 공간활용에 지장을 주지 않으면서 수질 개선의 효과를 얻을 수 있다.
Claims (6)
- 둔치의 지하에 설치되는 본체의 하부에 생활하수에 포함된 협잡물을 스크리닝으로 분리하기 위한 스크린조와; 상기 스크린조를 통과한 하수에 함유되어 있는 모래 등의 무기질 고형물을 원심력을 이용하여 분리 제거하기 위한 무기질 고형물 원심분리조와; 상기 무기질 고형물 원심분리조를 통과한 하수에 함유된 부유물을 세공을 지닌 물질이나 비표면적이 넓은 고형물을 접촉재로 활용하고 접촉재의 표면에 형성된 생물막을 이용하여 분해 제거하기 위한 접촉산화조와; 상기 접촉산화조를 통과한 하수에 함유된 유기물과 영양물질인 질소와 인 성분을 살수여상법에 의한 산화공정(유기질 산화, 질산화와 미생물 생체내 인 흡수)과 혐기성/무산소공정(탈질화)를 통하여 제거하기 위한 2단 메디아조와; 상기 2단 메디아조를 통과한 하수에서 잔류하는 질소와 인 성분을 식생을 한 토양피복층을 통과시켜 제거하기 위한 자연정화 토양트랜치조가 설치되어, 하천에 유입되는 생활하수 또는 축산분뇨를 정화하여 하천수계의 수질을 개선하도록 구성된 것을 특징으로 하는 둔치에 설치되는 하천수 정화장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 접촉산화조에는 접촉재로서 자갈, 벽돌, 쇄석, 콘크리트, 세라믹 담체, 폴리머 중 어느 하나 이상이 충진되고, 상기 2단 메디아조는 상부층은 메디아가 공극을 지니고 있거나 비표면적이 넓은 재질로 벽돌, 건축재 재활용품, 폴리머 중 어느 하나 이상이 충진되고, 하부층은 모래, 안트라사이트 코올및 잔자갈이 충진되어 구성된 것을 특징으로 하는 둔치에 설치되는 하천수 정화장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 2단 메디아조의 여과층은 두께가 60cm∼100cm, 상부 메디아층은 두께가 145cm∼360cm가 되도록 형성되어 구성된 것을 특징으로 하는 둔치에 설치되는 하천수 정화장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 본체의 하부에는 상기 스크린조와 상기 무기질 고형물 원심력분리조가 일측에 설치되고, 접촉산화조가 중간부에 설치되며, 상기 2단 메디아조가 타측부에 설치됨과 아울러 상기 본체의 중간층에 관리실이 설치되고, 상측부에 식물이 식생되는 자연정화 토양트랜치조가 설치되어 구성된 것을 특징으로 하는 둔치에 설치되는 하천수 정화장치.
- 제 4 항에 있어서, 상기 2단 메디아조에는 위로부터 상부 메디아층과 여과층이 적층된 형태로 형성되고, 상부의 메디아층은 살수여상법을 응용하여 메디아 적층부의 내부벽은 격자로 하여 메디아층 사이에 공기 주입이 가능하도록 구성되고, 여과층은 완속여과법을 응용하여 여과매질의 적층부의 내부벽을 수밀하게 하여 여과층에서 혐기성과 무산소성의 상태가 이루어지도록 형성되며, 상기 자연정화 토양트랜치조에는 아래로부터 자갈층, 부직포층, 토사층 및 점토층이 적층된 형태로 형성되어 구성된 것을 특징으로 하는 둔치에 설치되는 하천수 정화장치.
- 제 4 항에 있어서, 상기 본체의 주벽에는 하수를 상기 스크린조로 유입시키기 위한 하수 유입관이 연결되는 한편, 상기 접촉산화조와 상기 2단 메디아조 사이에 형성된 집수부에는 펌프가 설치되고, 이 펌프에는 상기 접촉산화조를 통과한 물을 상기 2단 메디아조의 상측부로 펌핑하여 살수시켜 주기 위한 파이프가 연결됨과 아울러 상기 2단 메디아조의 일측부에 형성된 집수부에는 펌프가 설치되고, 이 펌프에는 상기 2단 메디아조를 통과한 물을 펌핑하여 상기 자연정화 토양트랜치조에 공급하기 위한 파이프가 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 둔치에 설치되는 하천수 정화장치.
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