KR100538124B1 - 하천으로 유입되는 비점오염물질 처리시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하천으로 유입되는 비점오염물질 처리시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자갈, 모래 및 폴리에틸렌, 폐타이어 담체를 포함하는 수처리장치를 이용하여 도로등의 상부에 산재되어 우천시에 오염물질이 하천으로 유입되어 수질을 오염시키는 비점오염물질을 효율적으로 수처리함으로써 고가의 장비없이도 효율적으로 비점오염물질을 처리할 수 있는 비점오염물질 처리시스템에 관한 것이다.

Description

하천으로 유입되는 비점오염물질 처리시스템{DS-JF SYSTEM}

본 발명은 하천으로 유입되는 비점오염물질 처리시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자갈, 모래 및 폴리에틸렌, 폐타이어 담체를 포함하는 수처리장치를 이용하여 도로등의 상부에 산재되어 우천시에 오염물질이 하천으로 유입되어 수질을 오염시키는 비점오염물질을 효율적으로 수처리함으로써 고가의 장비없이도 효율적으로 비점오염물질을 처리할 수 있는 비점오염물질 처리시스템에 관한 것이다.

비점오염물질은 비특정(非特定)오염원, 면(面)오염원, 이동오염원 또는 기타수질오염원이라고도 하는 것으로 점오염원이 특정한 배출경로를 가진 것과는 달리 도시노면배수나 농경지배수와 같이 불특정한 배출경로를 통해 비점오염물질을 발생시키다. 비점오염물질은 주로 비가 올 때 지표면 유출수와 함께 유출되는 오염물질로서 농지에 살포된 비료나 농약, 토양침식물, 축사유출물, 교통오염물질, 도시지역의 먼지와 쓰레기, 자연동·식물의 잔여물, 지표면에 떨어진 대기오염물질 등을 말하며 이러한 비점오염물질은 대개 많은 비가 와야 유출되기 때문에 일간·계절간 배출량의 차이가 크고 예측과 정량화가 어려우며, 인위적 조절이 어려운 기상조건·지질·지형 등에 영향을 많이 받는 특성을 지니고 있다. 따라서 제도적으로 배출기준을 정하지 않고 있다.

수도권 주민의 주 상수원인 한강수계의 팔당댐 상류지역에 대한 '비점오염원연구용역'(2000년 6월 실시) 결과, 1999년 말 기준으로 총 발생부하량(BOD기준) 16만 9702t/년 중 생활하수·산업폐수·축산폐수 등 점오염원에서 발생되는 오염부하량은 80.4%인 13만 6509t/년이고, 비점오염원에서 발생되는 오염부하량은 19.6%인 3만 3193t/년으로 조사되었으며, 또한 총 배출부하량(BOD기준)으로는 비점오염원이 44.5%에 이르는 것으로 추정되어, 비점오염원이 수질오염에 상당한 영향을 미치는 것으로 나타났는데, 4대 수계에 속하는 금강, 낙동강, 영산강 수계도 이와 비슷한 양상을 보일 것으로 추정된다. 따라서 규제기준이 설정되어 있는 점오염원들에 대한 규제가 계속 강화되고 환경기초시설들이 확충됨에 따라 비점오염원이 수질에 미치는 영향력의 비중이 점차 증가할 것이다.

일반적으로 점오염원인 하수 및 폐수처리는 유기물질(BOD), 부유물질(SS), 총질소(T-N), 총인(T-P) 등을 처리하는데 주안점을 두고 있으나, 비점오염원 처리에는 조대입자상물질, 부유물질(SS), 탁도, 그리고 무기물질 등으로, 이와같은 오염물질이 고정적으로 배출되는 것이 아니고 우천시 빗물과 혼합되어 발생되는 오염물질이기 때문에 계절강수량과 오염물질의 배출량 및 농도 변화의 예측이 어렵기 때문에 비점오염물질을 효율적이고, 안정적으로 처리하는데 많은 문제점이 있어, 이러한, 비점오염물질을 처리하기 위해서는 고도의 설계 및 처리기술이 요구되는 것이다.

이러한, 비점오염물질을 처리하는 방법은 물리적 처리 및 여과처리 그리고 화학적 약품처리 방법 등이 있으며, 물리적처리 방법에는 스크린을 사용하여 조대입자상물질을 처리할 수 있으나 스크린의 간격이 통상 1mm ~ 3mm 이기 때문에 그 이하의 입자상물질은 처리가 곤란하여 효율적이라 할 수 없었다.

또한, 종래의 여과방법에는 모래여과기, 유연사 여과기, 등이 있으나 이러한 여과방법으로는 조대입자상물질이 여과기로 유입시 여과상 상부에 혼탁한 부유물질이 쌓여 여과과정이 원활하지 못 할 뿐만 아니라, 여과기 역세척시에도 역세가 원활이 이루어지지 않기 때문에 비점오염물질을 처리하기에는 효율적이지 못하여 사용하기가 힘든 문제점이 있었다.

그리고, 화학적 처리방법에 있어서도 침전조나 부상조 전단에 전처리 개념으로 입자상물질을 제거할 수 있는 장치가있어 조대입자상물질이나 미세입자상물질은 제거한 후에 응집 침전법이나 가압부상법을 적용하였을 시 처리효율을 기대할 수 있었으나, 오염물질을 저장시킬 수 있는 큰 저류조와 많은 약품의 투여로 인하여 처리공정이 복잡해지고 처리비용이 상승하여 비경제적인 문제점이 있었다.

이와 같은 처리방법을 적용하기 위해서는 대형 설비가 필수적으로 필요하여 막대한 유지관리 비용이 소요되므로써 경제성이 떨어질 뿐만 아니라, 비점오염 물질의 발생의 특성상 계절적 오염물질의 발생량 등의 변화가 심하기 때문에 효율적이고 안정성 면에서도 큰 효과를 기대하기 어렵고 유지관리가 어렵다는 단점을 갖는다.

상기와 같은 문제점을 해결하고자 본 발명에서는 비점오염물질을 처리함에 있어서, 하천으로 유입되는 비점오염물질을 효율적으로 처리하게 위해 폴리에틸렌 및 폐타이어를 이용하여 제조된 담체를 이용하여 수질을 정화하는 수처리시스템을 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 비점오염물질의 주오염인자인 조대, 미세입자상, 부유성유기 및 무기물질을 효율적으로 처리하기 위해 다음과 같은 처리과정을 안출하게 되었다.

본 발명에 따른 제 1실시예를 도1을 참조하여 설명하고자 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 수처리장치는 유입관(100)을 통해 비점오염물질이 침사조(1)로 유입되고, 침사조(1)는 제 1침사조(11)에서 오염물질중에 포함되어 있는 자갈, 모래, 금속 조각을 처리한 후 스크린 침사조(12)에 설치되어 있는 경사세목스크린(121)으로 조대물질을 걸러내고 나머지 입자상 물질들이 제 2침사조(13) 저부로 가라앉아 처리되는 유입 및 침사단계;

유입 및 침사단계에서 자갈, 모래, 금속조각, 조대물질 및 큰 입자상들이 제거된 상등수는, 유량의 증감에 따른 완충역할과 초기오염물질을 집수 저장하는 저류조(2)로 배출되는 집수단계; 및

저류조(2)의 일측에 설치되어 있는 사이펀(21)을 통해 처리조(3)로 처리대상 비점오염물질이 일정량 유입되고 유입된 비점오염물질이 복합여재층(33), 모래층(32) 및 자갈층(31)에 의해 중력방향으로 침수되어 순차적으로 여과처리되고, 여과된 처리수는 여과조(3)저부의 일측에 형성되어 있는 배출구(34)로 배출되어 처리수조(4)로 유입되고 침전처리된 상등수를 배출관(300)을 통해 하천으로 방류하는 단계를 거쳐 처리된다.

제 1실시예 따른 수처리시스템에 있어서, 본 발명에서 중요시되는 구성은 여과조(3)에 있으며, 여과조(3)는 복합여제층, 모래층 및 자갈층이 적층구조로 형성되어 오염물질을 처리하는 구성을 갖는다.

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여과조(3)의 복합여재층(33)은 폴리에틸렌담체와 폐타이어에 의해 형성되는 것으로써, 그 구성으로는 폴리에틸렌담체와 폐타이어 블록이 다수개의 층으로 형성되는 적층구조를 이루거나, 또는 폴리에틸렌담체와 폐타이어 분말을 혼합하여 혼합체의 구조로 형성하는 것이다.

폴리에틸렌 담체는 폐합성수지인 폴리에틸렌을 가열용융시켜 제조하는 것으로 내약품성 및 내구성이 뛰어나며, 폐타이어는 강도 및 탄성이 뛰어나 블럭형태로 제조하여 설치시 매우 용이하다는 장점을 갖는다. 또한, 폐합성수지 및 폐타이어를 이용하여 담체를 제조함으로써 방치하여 자연환경을 회손할 수 있는 처리대상물을 효율적으로 이용함으로써 환경개선과 제조단가를 낮춤에 따른 수처리단가를 낮출 수 있다는 장점을 갖는다.

이하 폴리에틸렌 담체의 제조방법을 살펴보도록 한다.

폐합성수지인 폴리에틸렌을 이용하여 제조되는 폴리에틸렌 담체는 내구성과 내약품성이 우수한 폴리에틸렌 담체의 제조방법은 압출기(A2)에서, 120 ~ 150℃의 온도에서 가열용융시켜 형성되는 폴리머를 토출시키는 단계;

토출된 폴리머가 도 6에 도시된 내측노즐(A12)의 토출공(A121)과 외측노즐(A11)의 토출공(A111)이 서로 회전방향을 반대로 하여 회전하면서 성형노즐(A3)의 노즐(A1)을 통하여 압출성형되며, 이때 내측노즐(A12)의 토출공(A121)과 외측노즐(A11)의 토출공(A111)이 만나는 부분에서 각각의 폴리머가 교차하면서 융착되어 망형상의 원통구(C1)가 형성되는 단계;

상기 단계에서 제조된 망형상의 원통구(C1)를 진공 냉각부(A4)와 수냉 냉각부(A5)를 거쳐 냉각 및 고화시키는 단계;

냉각 및 고화된 망형상의 원통구(C1)를 인취부(A6)를 통해 인취하면서 절단부(A7)에 의해 원하는 크기로 절단되어 망형상의 원통구(C1)가 형성된다.

또한, 폐타이어는 2mol의 황산(H₂SO₄)에 침지시켜서 폐타이어의 공극을 증대시켜 사용한다.

도 2는 본 발명의 비점오염물질처리 공정에 있어서, 여과조(3)를 확대한 단면도로써 조대, 미세입자상, 부유성유기 및 무기물질, 중금속 및 오일등의 비점오염물질을 처리하기 위해 형성된 적층구조의 일실시예를 나타내는 것으로, 그에 따른 구성으로는 사이펀(21)으로 유입되는 수처리대상인 비점오염물질을 복합여재층(33)에서 폴리에틸렌 담체 및 폐타이어로 일차 처리한 후 모래층(32) 및 자갈층(31)으로 구성되는 여재층으로 흘러내려 최종처리 된 후 배출구(34)를 통해 처리수조(4)로 배출된다.

상기 모래층(32) 및 자갈층(31)은 여재층을 형성함에 있어, 각기 단독층을 이루고 있으나, 단독층이외에도 혼재하여 층을 형성할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 제 2실시예를 나타낸 도면으로,

제 1실시예의 처리시스템에 화학적 침전처리장치가 부가되어 구성된 처리시스템에 관한 것으로, 처리수조(4)에서 상등수를 주입펌프(41)를 통해 급속침전조(5)로 이송하고, 동시에 시상수(200)를 탱크조(7)의 케미컬탱크(71)로 유입하고 화학약품을 첨가하여 케미컬펌프(72)를 통하여 급속침전조(5)로 배출한다. 탱크부에서 유입된 화학약품과 처리대상물인 비점오염물질의 상등수를 혼합처리하여 슬러지는 슬러지배관(500)을 통하여 슬러지저류조(10)로 배출되고, 처리수는 배출관(300)을 통해 하천으로 방류처리된다.

케미컬탱크(71)로 부터 유입되는 화학약품으로 화학처리를 함으로써 미처리 유기물을 처리하여 하천등으로 방류되었을때 유기물에 의한 환경오염을 방지할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제3실시예를 도시한 도면으로써,

제 1 및 제 2 실시예에서 제시된 처리시스템에 화학적부상처리단계를 포함하는 것으로 케미컬탱크(71)에서 주입되는 수처리용 약품과 처리수조(4)에서 유입되는 처리대상오염수를 스태틱믹서(6)에서 혼합하고 가압부상조(8)의 저부일측에 형성된 분사장치(81)를 통해 가압공기를 포화시켜 가압부상조로 분사하여 처리하는 시스템에 관한 것이다.

케미컬탱크(71)는 수산화나트륨, 황산알루미늄 및 침전처리용 고분자 용액을 저장하며, 또한 필요한 수처리 화학약품에 따라 케미컬탱크의 설치수를 증감할 수 있으며, 스태틱믹서(6)는 배관내에 좌우방향으로 180°비틀린 고정된 엘리먼트가 각각 90°로 연결되어 유체가 이송될 때 연속적으로 면분할, 방향전환, 뒤섞임의 3가지 역할을 통해 액체, 기체 및 분체중 2가지 이상의 물질을 혼합시켜 주는 장치이면 충분하다.

이상에서와 같은 본 발명에 따른 수처리장치는 여과조에 기재되어 있는 핵심적 기술적 구성을 이용하여 다양하게 변경설계하여 대도시의 도로나 주차장, 상업 및 공업지역등과 같은 비점오염물질을 함유한 초기우수 정화처리가 필요한 곳에 사용 가능할 것이다.

본 발명에 따른 수처리는 조대 및 미세입자상물질, 부유성유기 및 무기물질을 주처리하기 위해 고가의 화학약품 대신 폴리에틸렌 및 폐타이어 담체를 이용함으로써 그 처리비용이 저렴하고, 유지관리가 용이하며 악취등의 처리효율이 높으며 자연석과 혼용함으로써 그 처리효율이 증대되며, 폐합성수지 및 폐타이어를 활용함으로써 자원의 재활용 및 환경개선의 효과를 갖는다.

또한, 가압부상조의 설치에 따른 혼합조가 필요하지 않음으로 처리시스템을 설치하기 위한 부지면적 및 시설비를 절약할 수 있다.

제 1도는 본 발명의 제 1실시예에 따른 수처리장치를 도시한 개략도.

제 2도는 본 발명의 제 2실시예에 따른 수처리장치를 도시한 개략도.

제 3도는 본 발명의 제 3실시예에 따른 수처리장치를 도시한 개략도.

제 4도는 본 발명에 따른 폴리에틸렌담체 제조장치의 개략도.

제 5도는 본 발명에 따른 폴리에틸렌담체 제조장치의 성형노즐부 작동 상태도.

제 6도는 본 발명에 따른 폴리에틸렌 담체의 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 침사조 11: 제 1침사조 12: 스크린침사조

121:경사세목스크린 13: 제 2침사조 2 : 저류조

21: 사이펀 3 : 여과조 31: 자갈층

32: 모래층 33: 복합여제층 34: 배출구

4 : 처리수조 41: 주입펌프 5 : 급속침전조

6 : 스태틱믹서 7 : 탱크조 71: 케미컬탱크

72: 케미컬펌프 8 : 가압부상조 81: 분사장치

82: 슬러지스크래퍼 9 : 가압탱크 10: 슬러지 저류조

100:유입관 300:배출관

Claims (4)

1. 도로, 교량 및 지표면의 상부에서 우천시 빗물과 혼합되어 하천으로 유입되는 비점오염물질을 유입구(100)를 통해 침사조(1)로 유입하는 유입단계;

   비중이 큰 조대물질을 침사조에서 침사시키는 침사단계;

   저류조(2)로 유입되는 유입량에 따른 유량을 조절하거나 집수 저장하는 집수조절단계;

   저류조(2)의 일측면에 설치된 사이펀(21)을 통해 유입되는 상등수를 복합여재층(33)에서 미생물에 의해 오염물질을 1차적으로 분해처리하고 모래층(32) 및 자갈층(31)으로 구성된 여재층으로 침수되어 부유물등이 처리된 후 여과조(3)의 저면일측에 형성된 배출구(34)를 통해 그 처리수가 방출되는 여과단계;

   여과된 물이 침전조(4)로 유입되고, 그 상등수는 주입펌프(41)를 통해 급속침전조(5) 또는 가압부상조(8)로 배출되고, 동시에 탱크조(7)로 부터 수처리용 화학약품을 함유한 시상수(200)가 급속침전조(5) 또는 가압부상조(8)로 유입되어 처리대상 비점오염물질과 혼합 처리되는 단계 및 슬러지는 슬러지 배출구(500)를 통해 슬러지저류조(10)로 배출되고, 그 상등수는 배출관(300)을 통해 방류되는 수처리공정에 있어서,

   상기 시상수(200)와 비점오염물질이 혼합하여 처리되는 단계는 침전조(4)에서 이송되는 비점오염물질을 함유한 상등수와 케미컬펌프(72)를 통하여 각각의 케미컬탱크(71) 내부에 NaOH, Alum, Polymer를 포함한 시상수(200)가 스태틱믹서(6)로 동시에 유입되어 혼합되고, 가압펌프(81)에 의해 가압탱크(8)내 공기가 주입되면서 가압부상조(9)의 저부일측에 설치되어 있는 분사장치(91)을 통해 고압의 공기를 물과 함께 가압부상조(9)로 분사하여 처리하는 것을 특징으로 하는 비점오염물질 처리 시스템.
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