KR100752792B1 - 우수 재이용 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 우수를 생활용수, 조경용수, 공업용수, 소방용수 등 재이용을 위해, 협잡물을 제거하는 스크린조와, 모래와 흙을 제거하는 침사조와, 유량을 조절하는 유량조정조와, 여과처리하는 하이브리드 여과기와, 오존과의 접촉을 유도하는 오존접촉조와, 처리수를 외부로 방류하는 방류조로 구성된 우수 재이용 시스템에 관한 것으로, 버려지는 우수를 효율적으로 재처리하여 이용함으로써 물부족문제를 해결할 수 있어 매우 경제적이며, 또한 빗물에 포함되어 있는 유해물질을 처리하여 사용함으로 수질환경개선에 효과적이다.

우수, 스크린조, 침사조, 유량조정조, 오존접촉조, 하이브리드, 여과기

Description

우수 재이용 시스템{DS-HF-RR}

제 1도는 본 발명에 따른 우수 처리 순서도.

제 2도는 본 발명에 따른 우수 재활용 시스템을 도시한 개략도.

* 도면의 주요 부호에 대한 설명 *

1 : 스크린조 2 : 침사조 3 : 유량조정조

4 : 여과기 5 : 오존접촉조 6 : 방류조

31: 유량조정조펌프 51: 오존발생기 61: 방류조펌프

본 발명은 우수를 생활용수, 조경용수, 공업용수, 소방용수 등 재이용을 위해, 협잡물을 제거하는 스크린조와, 모래와 흙을 제거하는 침사조와, 유량을 조절하는 유량조정조와, 여과처리하는 하이브리드 여과기와, 오존과의 접촉을 유도하는 오존접촉조와, 처리수를 외부로 방류하는 방류조로 구성된 우수 재이용 시스템에 관한 것이다.

물은 사람의 생존과 생활을 영유하는데 꼭 필요한 요소 중의 하나이다. 현재 각 나라는 물론 우리나라로 물이 부족한 실정이며, 이런 물의 부족현상을 방지하기 위해 다각도의 물의 재활용 방법이 제시되고 있으며, 특히 우수를 재활용하는 것은 아주 오래전부터 인류가 행해오던 것이고, 지금도 일부 나라에서는 우수를 재활용하여 일상생활에 사용하는 것을 확인할 수 있다.

우리나라의 경우에는 계절별 강우량의 차가 커 집수에 어려움이 많다. 특히 여름철에 강우량이 집중되어 있다.

이와 같이 집수된 우수는 일련의 과정을 거쳐 재처리함으로써 농업용수, 공업용수, 소방용수, 일부 생활용수로 재활용할 수 있는 것으로, 그 효율적인 처리방법의 제시가 부족한 것이 현 실정이며,

대기 및 지표면에 존재하던 유해물질과 중금속 등이 우수에 씻겨 집수됨으로써, 이와 같은 물질을 적절히 처리하지 못할 경우 재활용이 어렵다는 문제점을 갖고 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하고자 본 발명에서는 초기우수를 억제하고 하이브리드 여과기를 이용하여 우수를 재처리함으로써, 방치되는 우수를 효율적으로 재활용하여 물부족 현상을 억제하여 경제에 일조하는 우수 재활용시스템의 제공을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하고자, 본 발명은 유입된 우수의 부유물질을 제거하는 스크린조와,

상기 스크린조를 거친 우수에 포함되어 있는 모래와 흙을 침전처리하는 침사조와,

상기 침사조를 거친 우수의 유입을 조절하여 일정 유량을 유지하는 유량조정조와,

상기 유량조정조를 거친 우수를 여과처리하는 하이브리드 여과기와,

상기 하이브리드 여과기를 거친 우수에 오존을 접촉시키는 오존접촉조와,

상기 오존접촉조를 거친 최종 처리수를 외부로 방류하는 방류조로 이루어지되,

상기 하이브리드 여과기는 급속여과기, 규조토여과기, A/C여과기 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 조합으로 이루어진 것으로, 상기 급속여과기는 45 ~ 70㎝의 여과모래층과 40 ~ 60㎝의 자갈층으로 이루어진 것으로 그 입경은 0.45 ~ 1㎜가 되도록 구성하고, 상기 A/C여과기는 600 ~ 1,000℃에서 소성 반응을 거친 버미큘라이트 40중량%와 1,100℃에서 소성반응을 거친 퍼라이트 50중량% 및 야자각으로 제조된 비표면적이 600 ~ 2000㎡/g인 활성탄 10중량%를 혼합하여 이루어진 우수 재활용 시스템을 그 주요 구성으로 한다.

상기 스크린조는 스크린을 이용하여 조대고형물을 제거하는 것으로, 스크린 사이의 순간격으로 협잡물을 통과시켜 조대고형물을 제거한다.

상기 침사조는 스크린조의 스크린을 통해 조대고형물을 제거한 후 모래, 자갈, 또는 우수 중의 부패성 유기물보다 침강속도나 단위중량이 매우 큰 무거운 고형물을 제거한다.

상기 유량조정조는 조대고형물질과 모래 자갈 등이 제거되어 유입된 우수의유량을 조절하면서 우수의 양이 급격히 증감하는 것을 제어한다.

상기 하이브리드 여과기는 미세여과기, A/C여과기 등 다양한 여과기를 선택적으로 구성하여 이루어지는 것으로, 입자성 BOD를 포함하는 부유물질을 추가로 제거하고, 화학적으로 침전된 인을 제거한다.

상기 오존접촉조는 여과기를 거친 우수에 오존발생기를 통해 유입된 오존을 접촉시켜 맛, 냄새, 색도를 제거하는 것으로, 우수의 상태에 따라 오존접촉조를 거치지 않고, 상기한 하이브리드 여과기에서 방류조로 바로 이송되어 방류할 수 있다.

상기 방류조는 상기와 같이 최종처리된 우수를 소독하여 외부로 방류한다.

이하, 상기한 구성을 도면을 통해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다. 이에 앞서 도면을 간략히 설명하면, 도 1은 본 발명에 따른 스크린조와, 침사조와, 유량조정조와, 하이브리드 여과기와, 오존접촉조와, 방류조로 구성된 우수 재활용 시스템을 도시한 개략도이다.

우리나라의 경우에는 우수의 양이 일정하지 않으며, 특히 강수량이 여름에 집중적으로 분포되어 있다. 이와 같은 우수는 대기중의 오염물질 또는 지면의 각종오염물질이 함께 포함되어 집수된다. 이와 같이 집수된 우수에는 각종 오염물질과 함께 다양한 협잡물이 함께 포함되게 된다.

특히 초기우수에는 각종 유해물질이 많이 포함되어 있어 오염물질의 농도가 높고 중금속을 포함하는 불특정 다수의 물질이 포함되어 있기 때문에 그 사용에 제한을 갖는다. 따라서, 최초 10 ~ 30분간의 우수는 그 오염농도가 높기 때문에 집수장등에 의해 집수와 동시에 하수도로 방류하도록 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 우수 재활용 시스템은 스크린조(1)와, 침사조(2)와, 유량조정조(3)와, 하이브리드 여과기(4)와, 오존접촉조(5)와, 방류조(6)로 구성된 것으로,

상기 스크린조(1)는 유입된 우수에 포함되어 있는 조대고형물을 제거하기 위한 것으로, 돌, 나뭇가지, 통나무조각, 플라스틱, 헝겊조각, 나뭇잎 등과 같은 조대고형물 찌꺼기를 순 간격이 2 ~ 15mm인 스크린을 통과시킴으로써, 이와 같은 조대고형물을 미리 제거함으로써, 우수 처리시 펌프, 밸브 및 기타 부속물들이 헝겊 등 큰 물질에 의해 막히거나 손상을 입음으로써 우수 재처리 효율이 떨어지는 것을 방지하기 위한 것으로, 상기 스크린의 순 간격을 2mm이하로 하는 경우에는 조대고형물질을 제거하기 위한 시간이 많이 소요되어 우수를 전체적으로 재처리하는데 소요되는 시간이 많이 소요되고, 15mm이상인 경우에는 그 우수의 흐름이 원활하여 우수 재처리에 소용되는 시간이 단축되기는 하나 크기가 큰 고형물질의 제거효율이 떨어져 우수 재처리 장치에 손상을 줄 가능성이 높으므로 순 간격을 2 ~ 15mm로 유지하는 것이 바람직하고, 상기와 같은 이유들에 의해 더욱 바람직하게는 2.3 ~ 6mm의 순간격을 갖는 스크린을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 스크린을 45 ~ 60°의 설치각도를 유지하고 통과유속은 0.5 ~ 0.65m/sec가 되도록 한다. 상기 스크린의 설치각도는 슬러지가 스크린에 부착되거나, 스크린 표면의 협잡물의 제거가 용이하도록 한 것으로,

통과유속이 낮은 경우에는 낮은 스크린 설치각도를 유지하고, 통과유속이 높은 경우에는 높은 스크린 설치각도를 유지하도록 한다. 즉, 예를 들면 통과유속이 0.5인 경우에는 가장 완만한 각도인 45°를 유지하고, 통과유속이 0.6인 경우에는 60°를 유지하도록 한다. 스크린의 설치각도가 60°를 초과할 경우에는 인력에 의한 스크린의 청소가 용이하지 않고, 45°이하를 유지할 경우에는 스크린의 효율적인 스크린닝과 스크린의 설치가 용이하지 않다는 문제점을 갖기 때문에 스크린의 설치각도를 45 ~ 60°로 유지하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 유속이 0.5m/sec 이하인 경우에는 스크린에 의한 처리효율이 떨어지고 전체적인 처리공정이 지연되고, 또한 스크린의 설치각도를 45°이하로 더 완만하게 유지해야 한다는 문제점이 생기고, 유속이 0.65m/sec 이상인 경우에는 스크린에 의한 손실수두 값이 커진다는 문제점을 갖게 된다. 따라서 통과유속을 0.5 ~ 0.65m/sec로 유지하는 것이 바람직하다.

상기 침사조(2)는 상기 스크린조(1)에서 헝겊 등 그 입자가 큰 조대고형물질이 제거된 우수에 포함되어 있는 모래, 자갈 등을 제거하기 위한 것으로, 모래, 자갈 외에도 부패성 유기물이 다량 포함되어 있을 수 있다. 이와 같은 물질들을 처리하기 위해, 침사조의 저부경사는 1/100 ~ 2/100이고, 유속은 0.3 ~ 0.4m/sec이고, 그 체류시간은 3 ~ 4분간으로 처리된다.

상기 침사조의 경사는 유속과 체류시간을 고려한 것으로, 상기 유속이 0.4m/sec이상인 경우에는 일부 모래 등이 침전되지 않고 침전조를 통과하게 되고, 0.3m/sec이하인 경우에는 모래 등의 침전이 잘 이뤄지나 그 처리시간이 늘어나 전체 공정시간이 늘어나 비경제적이라는 단점을 갖으므로 유속을 0.3 ~ 0.4m/sec로 유지하는 것이 바람직하다. 또한 이와 같은 유속에 맞춰 오수의 체류시간은 3분 이하인 경우에는 충분한 침전이 일어나지않고, 4분 이상인 경우에는 비경제적이라는 단점을 갖는다.

상기 유량조정조(3)는 상기 침사조(2)에서 모래, 자갈, 흙 및 부패성 유기물이 침전처리된 우수를 유입하여 우수의 양이 급격히 증가하는 것을 제어하고, 유량조정조(1)의 저부에는 산기관을 설치하여 일정량의 공기를 공급하여 슬러지의 침강 및 부패를 방지하도록 한다. 이와 같은 유량조정조(3)에서의 우수는 체류시간을 9 ~ 11시간 정도를 유지하면서 우수의 수질과 유량을 균등하게 유지하도록 한다.

상기 하이브리드 여과기(4)는 다양한 여과기를 필요에 따라 조합하여 구성하는 것으로, 급속여과기, 규조토여과기, A/C여과기 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 혼합으로 구성하여 이루어진 것을 그 주요 구성으로 한다.

상기 급속여과기는 다공질 여재인 모래와 자갈을 이용한 것으로, 45 ~ 70㎝의 여과모래층과 40 ~ 60㎝의 자갈층으로 이루어져 우수에 포함되어 있는 부유물을 제거한다. 이와 같은 급속여과기는 그 입경을 0.45 ~ 1㎜가 되도록 구성한다. 그 입경이 0.45㎜이하인 경우에는 쉽게 막힘이 일어나 여과기의 수명이 단축되고, 1㎜ 이상인 경우에는 세균이나 부유물질의 제거효율이 떨어지므로 입경을 0.45 ~ 1㎜로 유지하는 것이 바람직하다.

상기 규조토여과기는 미세기공을 가져 여과, 흡착성질이 강한 80 ~ 95%의 공극률을 갖는 규조토를 이용한 규조토필터를 사용한다. 이와 같은 규조토의 공극률은 80%이하의 경우에는 흡착성이 떨어져 여과성능이 떨어지므로 수처리효율이 떨어지는 단점이 발생되고, 95%이상일 경우에는 수처리 시간이 증가되어 비경제적이므로 공극률이 80 ~ 95%인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 A/C여과기는 활성탄 필터를 통해 수 처리가 이뤄지는 것으로, 활성탄 필터는 600 ~ 1,000℃에서 소성 반응을 거친 버미큘라이트 40중량%와 1,100℃에서 소성반응을 거친 퍼라이트 50중량% 및 활성탄 10중량%를 혼합하여 형성된 것으로, 상기 활성탄은 비표면적이 600 ~ 2000㎡/g인 것으로 야자각으로 제조된 것을 사용한다.

이와 같은 A/C여과기는 Van der wall's에 힘에 의한 물리적흡착과 동시에 화학 흡착작용을 하는 것으로, 우수에 포함되어 있는 냄새나 착색의 원인이 되고 있는 유기물을 흡착 제거하고, 동시에 다른 비전해질 현탁물을 제거한다.

상기한 급속여과기, 규조토여과기, A/C여과기는 그 중 1 또는 2 이상의 조합을 구성하여 하이브리드 여과기(4)를 구성하는 것으로, 이와 같은 여과기 외에도 다양한 여과기를 조합하여 구성이 가능하다.

상기 오존접촉조(5)는 상기 하이브리드 여과기(4)를 통해 처리된 우수의 색도, 맛, 냄새 등 난분해성 물질을 처리하기 위한 것으로, 오존발생기(51)로부터 제공되는 오존을 우수와 접촉시키는 곳으로써, 오존과 우수의 충분한 접촉이 이루어지도록 한다.

오존은 화학적으로 불안정하여 생성된 후 매우 빨리 산소로 분해되기 때문에 현장에서 직접 생산되어 사용되어야 하는 것으로, 이와 같은 오존에 의한 화학적 성질은 다음과 같은 분해 반응식으로 표현된다.

O₃ + H₂O → HO₃ ⁺ + OH^- (1)

HO₃ ⁺ + OH^- → 2HO₂ (2)

O₃ + HO₂ → HO + 2O₂ (3)

HO + HO₂ → H₂O + O₂ (4)

이때 만들어진 HO₂와 HO와 같은 자유기는 강력한 산화력을 가지고 있다. 이 같은 오존은 염소보다도 살균 효과가 우수한 것으로, 오존처리로 인해 다른 용존물질을 만들지 않으며, 유입수의 암모니아 이온이나 pH의 영향도 받지 않는다. 또한 주입 후 산소로 분해되기 때문에 방류수의 용존산소가 포화 상태까지 올라가게 되어 수질기준상 필요 용존산소량에 맞추기 위해 재폭기를 사용할 필요가 없어진다.

상기 방류조(6)는 상기 오존접촉조(5)에서 오존과 충분한 접촉을 통해 색도, 맛, 냄새 등이 제거된 우수를 보관하여 소독 후 외부로 방류한다.

이하, 상기한 구성에 따른 우수 재활용 시스템을 통한 우수의 재처리 과정을 살펴보도록 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 유입된 우수에는 스크린조(1)에서 돌, 나뭇가지, 통나무조각, 플라스틱, 헝겊조각, 나뭇잎 등과 같은 조대고형물 찌꺼기가 순 간격이 2 ~ 15mm인 스크린에 의해 제거한 후 침사조(2)로 이송된다.(S10)

이어서, 침사조(2)로 이송된 우수는 10 ~ 15분간 체류시간을 통해 우수 속에 포함되어 있는 모래, 자갈, 흙이 제거된 후 유량조정조(3)로 이송된다.(S20)

이어서, 유량조정조(3)로 이송된 우수를 양이 급격히 증가하는 것을 제어하고, 유량조정조(3)의 저부에 설치되어 있는 산기관을 통해 일정량의 공기를 공급하여 슬러지의 침강 및 부패를 방지하고, 그 체류시간을 9 ~ 11시간 정도를 유지하면서 우수의 수질과 유량을 균등하게 유지되도록 하고 하이브리드 여과기(4)로 이송된다.(S30)

이어서, 하이브리드 여과기(4)로 이송된 우수는 45 ~ 70㎝의 여과모래층과 40 ~ 60㎝의 자갈층으로 이루어진 것으로 그 입경은 0.45 ~ 1㎜가 되도록 구성된 급속여과기, 600 ~ 1,000℃에서 소성 반응을 거친 버미큘라이트 20 ~ 40중량%와 1,100℃에서 소성반응을 거친 퍼라이트 30 ~ 50중량% 및 야자각으로 제조된 비표면적이 600 ~ 2000㎡/g인 활성탄 10 ~ 15중량%를 혼합하여 형성된 A/C여과기, 80 ~ 95%의 공극률을 갖는 규조토여과기 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 조합으로 이루어진 여과기를 통해 수처리한 후 오존접촉조(5)로 이송된다.(S40)

이어서, 오존접촉조(5)로 이송된 우수를 오존발생기(51)로부터 제공되는 오존과 접촉시켜 우수 속에 포함되어 있는 색도, 맛, 냄새 등 난분해성 물질을 처리한 후 방류조(6)로 이송된다.(S50)

이어서, 방류조(6)로 이송된 우수는 일반적인 소독처리 후 외부로 방류된다.(S60)

이와 같은 수처리과정을 거친 우수는 최초에 포함되어 있던 각종 오염물질, 조대고형물쓰레기 등을 효율적으로 걸러주게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 초기우수를 배제하고 하이브리드 여과기를 사용하여 우수에 포함되어 있는 농도가 높은 유해물질과 중금속을 효율적으로 재처리할 수 있으며, 이와 같이 처리된 우수는 일부 생활용수, 조경용수, 공업용수, 소방용수 등 다방면에 사용할 수 있어, 버려지는 우수를 재활용하여 수자원을 절약할 수 있어 매우 경제적이고, 또한 우수에 포함되어 있는 유해물질을 분해함으로써, 토양, 강 등 유입되는 오염물질의 양을 줄여 환경친화적인 효과를 가져온다.

Claims (3)

1. 유입된 우수의 부유물질을 제거하는 스크린조(1)와,

   상기 스크린조(1)를 거친 우수에 포함되어 있는 모래와 흙을 침전처리하는 침사조(2)와,

   상기 침사조(2)를 거친 우수의 유입을 조절하여 일정 유량을 유지하는 유량조정조(3)와,

   상기 유량조정조(3)를 거친 우수를 여과처리하는 하이브리드 여과기(4)와,

   상기 하이브리드 여과기(4)를 거친 우수에 오존을 접촉시키는 오존접촉조(5)와,

   상기 오존접촉조(5)를 거친 최종 처리수를 외부로 방류하는 방류조(6)로 이루어진 것에 있어서,

   상기 스크린조(1)는 순 간격이 2 ~ 15mm인 스크린을 45 ~ 60°의 설치각도를 유지하고 통과 유속은 0.5 ~ 0.65m/sec인 것을 특징으로 하는 우수 재활용 장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서, 침사조(2)는 저부경사가 1/100 ~ 2/100인 침사조를 오수의 유속을 0.3 ~ 0.4m/sec유지하면서 체류시간을 3 ~ 4분간 유지하여 침사처리되는 것을 특징으로 하는 우수 재활용 장치.

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