KR100800960B1 - 필터베이진과 단일 흡착라디칼조를 이용한 비점오염원저감장치 - Google Patents

필터베이진과 단일 흡착라디칼조를 이용한 비점오염원저감장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도로, 교량등에서 초기우수에 의해 유출되는 비점오염원을 저감하기 위한 저감장치에 관한 것으로, 메쉬스크린, 필터링폼, 흡착여과층으로 이루어진 일체형의 필터모듈케이싱 및 필터모듈케이싱을 둘러 싸고있는 인입통 형태의 필타베이진;과
상기 필타베이진에서 이송되는 우수를 흡착여과재층에 비점오염원을 흡착처리 하는 흡착여과장치; 및
단위시간 당 유입량에 비해 터빈교반용 모타의 단위시간 당 배출량을 5 ~ 6배 이상으로 설계하여, 산화 및 흡착이 충분히 가능한 체류시간을 확보하고, 인젝터에 의한 층류(laminar Flow)혼합과 터빈교반용 모타에 의한 기계적인 난류(turbulent flow)혼합을 동시에 사용하여, 이온가스발생장치에서 생성되는 이온가스와 처리수의 접촉효율을 극대화시키는 고효율 믹싱장치; 및
배수펌프의 작동으로 흡착라디칼조 내부의 수위가 저하됨에 따라 낮아진 수압 때문에 터빈교반용 모타에 의해 가압된 이온수가 흡착여과재층에 더 커진 수압차 만큼 더욱 가압 분사하여, 여과재 공극에 흡착된 유기물질 등 부피가 큰 오염물질을 산화분해 하여, 공극의 폐색을 방지하고, 원자상태의 중금속 이온 및 중금속분자의 흡착을 돕는 흡착여과재의 실시간 재생 장치;를 포함하는 흡착라디칼조로 구성하고, 이를 이용하여 영양염류, 잔류중금속 등의 흡착처리 및 유기물을 산화분해하고, 용존성 중금속에 전하를 주어, 응집과 흡착 과정을 반복 실시하여 탈취, 탈색, 멸균 소독 후 용존산소 농도를 높게 하여 방류하여 하천의 자정작용이 이루어지게 하였다.
특히, 도로나 교량 노면의 우수받이에 삽설하는 방식으로, 별도의 설치부지가 필요없도록 하였으며, 흡착라디칼조를 단일 반응조 형태로 도로 옆 협소한 공간이나, 교량의 교각 등에 설치가 가능토록 하여, 지상에 설치시의 문제점, 즉 홍수나 호우시에 처리시설의 침수 등을 예방하였다.
우수받이, 인입통, 메쉬 스크린, 필터링폼, 흡착여과재재, 이온가스, OH라디칼, 고활성이온,고효율믹싱장치, 흡착여과재의 실시간 재생장치

Description

필터베이진과 단일 흡착라디칼조를 이용한 비점오염원 저감장치 {An apparatus of Reducing the pollutants included in Stormwater with Filter basin and absorption and oxidation}
본 발명은 도로, 교량에 떨어진 기름, 마모된 타이어 분진, 도로 보수공사시에 발생한 토사 등이 건기시에 퇴적되어 있다가 초기우수에 혼합되어 직접 하천으로 유출되는 고농도의 비점오염물질을 저감 처리하기 위한 장치에 관한 것으로, 메쉬스크린, 필터링폼, 흡착여과재층의 일체형 필터모듈을 포함한 인입통 형태의 필터베이진 및 상기 필터베이진을 거친 우수를 흡착여과재와 고활성이온을 사용하여, 흡착 및 산화 처리하여 방류시키는 흡착라디칼조로 이루어진 비점오염원 저감장치에 관한 것이다.
이에 따른 본 발명은 초기 우수의 모래 등 대소물질을 걸러내는 메쉬 스크린과 필터링폼 및 미처리 된 기름 및 중금속 등을 흡착처리 하는 여과층으로 구성된 일체형의 필터모듈와 이를 둘러싸고 있는 인입통 형태로 기존의 도로등에 설치되는 우수받이에 삽설하는 필터베이진;과
상기 필터베이진에서 이송되는 상등수를 흡착여과재층을 통과시켜 잔류 오염원과 중금속 등을 흡착처리하는 동시에 이온가스발생장치에서 생성되는 이온가스와 상등수를 고효율로 접촉하여 발생되는 OH라디칼, 수화전자, 여기전자 등의 고활성이온을 이용하여 유기물, 영양염류, 중금속 등을 산화 및 흡착시켜 제거하는 단계를 반복 실시하여 비점오염원을 제거하고, 또한, 흡착여과재의 공극에 흡착된 부피가 큰 유기물 등을 산화분해시켜 공극을 유지시키는 흡착여과재의 실시간 재생 및 역세, 탈취, 탈색, 멸균 소독시키는 흡착라디칼조로 구성 되어있다.
특히 마지막 단계의 고활성이온 산화 처리 방법을 고찰하면, 이온발생 장치는 (+) 전극 및 (-) 전극 사이에 고압의 전압을 인가하면 두 전극 사이에서 방전이 일어나 전기장을 형성하고, 이때 마이너스 전극 내에서 자유롭게 움직이던 자유전자가 방출되어 반대 전극으로 이동하며, 방출된 자유전자는 높은 에너지 상태에 있음으로 두 전극 사이에 존재하는 공기의 여러 가지 기체 성분 등을 활성화시켜 이온 물질, 오존(O3), 산소 음이온(O2 -) 등이 생성되고, 생성된 전자들이 기체의 분자와 충돌하면서 기체 분자의 최외각 전자가 변화를 일으켜 반응성이 높은 라디컬, 여기전자 및 이온을 생성하고 이들은 새로운 화학반응을 일으킨다.
이러한 성질을 이용하여 유체 내에 오염을 일으키는 성분을 분해시키는데 적용할 수 있다. 즉, 오염물질을 포함한 초기강우에 이온가스를 주입하면 라디컬, 여기 전자 및 이온 등 활성 물질이 초기강우에 포함된 오염물질을 산화분해하여 제거한다.
종래의 초기 강우 처리방식은 와류에 의한 부상 및 침전 방식의 와류형과 여과 후 방류하는 여과형으로 대별된다.
이중 와류형은 침전물 제거효율이 낮고, 호우 등으로 우수유입이 과다할 경우 와류에 의한 침전물의 재부상이 우려되며, 여과형은 부피가 큰 유기물질이 흡착재의 공극을 막아 폐색 됨으로서 필수적으로 제거해야하는 중금속의 제거효과가 지극히 저조하고 이에 따라 여과필터의 교체주기가 짧고, 경제적으로도 고 비용이며, 특히 도로나 교량의 경우에는 처리구역이 작고 설치공간이 부족하여, 대부분 고수부지에 설치하며 이에 따라 침수가 예상되는 문제점이 있다.
따라서 필터베이진을 기존의 우수받이에 삽설하는 방식을 적용하여 소요부지가 필요없게 하는 동시에 유지관리를 용이하게 하였고, 이후 흡착라디칼조를 도로옆 협소한 공간이나 교각에 설치하여 소요부지를 최소화시키고, 침수등의 문제점을 제거하였다.
본 발명은 도로나 교량 등에서의 비점오염원을 효율적으로 제거하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 다양한 종류와 고농도의 비점오염물질을 함유하고 있는 초기강우의 유출수를 도로나 교량 노면의 우수받이에 삽설하는 형태의 필터베이진을 사용하여, 가장 큰 문제점인 유지관리를 용이하게 하였으며, 이후 고활성이온 및 흡착여과재를 동시에 사용하여 오염원을 제거하는 단일 흡착라디칼조를 도로옆에 협소한 공간이나 교각에 설치하는 형태의 비점오염원 저감시설을 제공하는데 있다.
본 발명에 대하여 구체적으로 살펴보면, 본 발명은 초기 우수의 고형물질을 걸러내는 매쉬스크린과 폴리우레탄폼으로 이루어진 필터링폼 및 미처리 된 기름 및 중금속 등을 흡착처리 하는 활성탄등의 여과층으로 구성된 일체형의 필터모듈케이싱과 이를 둘러싸고 있는 인입통 형태의 필터베이진이 기존의 우수받이에 삽설되는 형태로 하여 비점오염원을 노면의 우수받이에서 저감시킨다.
상기 필터베이진에서 이송되는 상등수를 흡착여과재층을 통과시켜 잔류 오염원과 중금속 등을 흡착처리하는 동시에 이온가스발생장치에서 생성되는 이온가스와 처리수를 고효율로 접촉하여 발생되는 OH라디칼, 수화전자, 여기전자 등의 고활성이온을 이용하여 유기물, 영양염류, 중금속 등을 산화분해 및 흡착시키는 단계를 반복 실시하여 비점오염원을 제거하고, 흡착여과재의 공극에 흡착된 부피가 큰 유 기물 등을 산화분해시켜 공극을 유지시키는 흡착여과재의 실시간 재생 및 역세, 탈취, 탈색, 멸균 소독시키는 흡착라디칼조로 구성 되어있다.
또한, 이온가스발생장치를 사용하여 전기화학적 방법으로 용이하게 하수 및 폐수를 정화하기 위하여 본 발명에서는 원통형의 덮개 겸용 방열판, 방열판과 내접하도록 삽설되는 외부전극, 외부전극과 내접하도록 삽설되는 제1유전체, 제1유전체 내부에 설치되는 코일 형상의 중간전극, 지지체 역할을 하는 제2유전체 및 제2유전체 내부에 삽입되어 고정 설치되는 코어전극으로 구성되어지되 방열판, 외부전극, 제1유전체, 중간전극, 제2유전체 및 코어전극이 각각 삽입 고정되는 요홈을 갖는 한 쌍의 뚜껑에 의하여 결합 구성되며, 외부전극과 코어전극에 병렬로 전원발진장치의 (+) 또는 (-) 전극 중 하나를 연결하고 중간전극에 다른 전극을 연결한 방전장치를 포함하는 이온 발생 장치를 구성하고, 이를 비점오염원이 포함된 우수에 접촉시켜 오염물질을 제거시킨다.
이상에서 설명한 발명은 기존의 비점오염원 저감시설과는 크게 구별되는 새로운 개념의 방법으로서, 필터베이진이 기존의 우수받이에 삽설되는 형태로 하여 초기우수를 소요부지 없이 처리하고, 유지관리를 용이하게 하였으며 이후 흡착라디칼조에서 유분과 중금속을 흡착 및 고활성이온을 사용하여 잔류 유기물은 물론 독성물질 등 난분해성 및 중금속 등의 오염원을 산화시켜 탈취, 탈색, 소독하고, 용존산소 농도를 높여 방류함으로서 인근하천의 자정작용을 돕는 등 저감효과를 극대화시킨 장치로서, 기존 와류형 중심의 비점오염원 저감시설의 향후 문제점인 낮은 처리효율 및 제한된 제거항목에 대한 솔루션(solution)이 될 것이다.
따라서, 본 방법으로 처리시 처리효율 및 처리 가능 항목을 증가시키고, 기존의 우수받이를 사용하여 유지관리를 용이하게 하였으며, 단일반응조인 흡착라디칼조 만으로 비점오염원을 탁월하게 저감시키는 최고 단계의 비점오염원 저감 장치이다.
또한, 시간,인력 등의 유지관리 비용과 작업성을 고려했을때, 도로나 교량의 지하 또는 하부에 설치되어 있는 저감장치의 침전물을 준설하는 것은 매우 불편하고 고비용인 바, 이를 해결하는 방법으로서 도로, 교량의 노면에 설치된 우수받이에서 용이하게 관리하고 청소 할 수 있도록 하였으며 또한, 흡착라디칼조에서도 침전물의 준설이 필요없도록 하였다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.
메쉬 스크린(131)은 전처리 단계로서 유입수 중의 모래 및 대소 종류의 협잡물이 혼합되어 있는데 다음 공정의 장치를 보호하기 위해 협잡물을 걸러 제거하는 공정이고, 폴리우레탄 필터링폼(132)은 메쉬스크린을 통과한 우수의 미세물질 및 부유물질을 필터링하는 공정이다.
상기 두 공정과 이후 미처리 된 기름 및 중금속 등을 흡착처리 하는 흡착여과층(133)을 일체형으로 구성한 필터모듈케이싱(130)과 필터모듈케이싱(130)을 둘러싸고 있는 인입통(120)으로 이루어진 필터베이진(110)은 기존의 우수받이(150)에 끼워넣는 형태로 설치된다. .
이후 필터베이진(110)을 거친 우수를 제올라이트, 활성탄 등의 흡착여과재(221)를 충진한 흡착여과재장치(220)가 내장된 흡착라디칼조(210)로 이송하여 유분과 중금속 등의 오염원을 흡착시키는 동시에 인젝터(231)에 의한 층류(laminar Flow)혼합과 터빈교반용 모타(232)에 의한 기계적인 난류(turbulent flow)혼합을 동시에 사용하여, 고효율로 발생되는 OH라디칼 및 수화전자, 여기전자 등의 고활성이온으로 상기 흡착방법으로는 충분히 처리되지 않는 잔류 유기물과 중금속 등을 산화분해 및 흡착을 반복하여, 중금속의 흡착제거 및 탈취, 탈색, 멸균소독시키고, 특히 방류수의 용존산소가 풍부하여 인근 하천에 방류시 하천의 자정작용을 돕도록 하였다.
또한, 배수펌프(242)를 두어, 수위계(241)에 의해 배수펌프를 작동 및 중지시키며, 배수펌프의 작동으로 흡착라디칼(210)조 내부의 수위가 저하됨에 따라, 낮아진 수압으로 인해, 상대적으로 가압된 이온수가 흡착여과재(221)층에 가압 분사하여 흡착여과재(221) 공극에 흡착된 유기물질 등 부피가 큰오염물질을 산화시켜 공극의 폐색을 방지하고, 원자상태의 중금속 이온 및 분자의 흡착을 돕는 흡착여과재의 실시간 재생 장치(240)를 두어 흡착여과재의 실시간 재생 및 역세효과를 극대화시킨다.
또한, 유지관리시에는 배수펌프(242)를 이용하여 흡착라디칼조(210) 하부에 고여있을 수 있는 미세 고형물질을 인발하여 폐기한다.
특히, 단위시간 당 유입량에 비해 터빈교반용 모타(232)의 배출량을 5 ~ 6 배 이상으로 설계하여, 유입되는 유량이 흡착라디칼조(210)에서 잔류유기물과 중금속의 산화 및 응집, 침전 후 흡착하는 단계를 반복 할 수 있는 체류공간을 시간적으로 확보하여 최대한으로 흡착 및 산화분해되도록 유도한다.
이온가스발생장치(300)는 본 발명 출원인의 선 출원특허인 특허 제0650051호에 기재된 이온발생장치를 사용하는 것이 효과적이다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이 이온가스발생장치(300)에 있어서, 원통형의 덮개 겸용 방열판(301), 방열판(301)과 내접하도록 삽설되는 외부전극(301a), 외부전극(301a)과 내접하도록 삽설되는 제1유전체(302), 제1유전체(302) 내부에 설치되는 코일 형상의 중간전극(305), 지지체 역할을 하는 제2유전체(304) 및 제2유전체(304) 내부에 삽입되어 고정 설치되는 코어전극(303)으로 구성되어지되 방열판(301), 외부전극(301a), 제1유전체(302), 중간전극(305), 제2유전체(304) 및 코어전극(303)이 각각 삽입 고정되는 요홈(309a, 309b, 309c)을 갖는 한 쌍의 뚜껑(308, 311)에 의하여 결합 구성되며, 제1유전체(302)와 코어전극(303)에 병렬로 전원발진장치(300)의 (+) 또는 (-) 전극 중 하나를 연결하고 중간전극(305)에 다른 전극을 연결한 구성한 이온 발생 장치를 사용함으로서 설비가 간단하고 제조비용이 저렴하며, 공랭식이어도 이온 발생 효율이 우수하고, 실용적이며, 용이하게 산화분해 하는 효과를 얻을 수 있게 된다.
상기 이온가스발생장치(300)로부터 공급되는 OH라디칼 등의 고활성이온에 의해 처리수를 계속적으로 흡착 및 산화파괴시켜 중금속의 제거 및 탈취, 탈색, 멸균소독과 용존산소농도의 극대화가 이루어진다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 장치들을 조합하여 중금속 등을 흡착시키는 동시에 OH라디칼 등의 고활성이온을 사용하여 유기물과 중금속의 산화분해를 여러차례 계속 실시하여 완벽히 제거하고 용존산소농도를 극대화시켜 방류하여 하천의 자정작용을 유도하는 것은 물론 여과재 공극 속에 흡착된 오염물질 특히, 부피가 큰 유기물 등을 산화 분해하여 공극의 폐색을 방지하고 대신 부피가 작은 중금속이온 및 중금속분자의 흡착을 유도하는 흡착여과재의 실시간 재생하는 것을 특징으로 하는 필터베이진과 단일 흡착라디칼조를 이용한 비점오염원 저감장치이다.
도1은 본 발명에 따른 필터베이진을 이용한 물리적 처리 단계 및 전기화학적 처리 단계의 구체적인 조의 배열과 이송 단계를 도식화하여 나타낸 도면
도2는 본 시설의 각각의 장치를 구성한 개요도
도3는 본 시설의 교량설치 예를 나타낸 개략도
도4는 본 발명에 사용된 이온가스발생장치의 요부 개략도
100 : 필터베이진을 이용한 저감단계 110 : 필터베이진
120 : 인입통 121 : 상부월류구
130 : 필터모듈케이싱 흡착여과층 131 : 메쉬스크린
132 : 필터링폼 133 : 흡착여과재
134 : 방류구 140 : 바이패스
150 : 우수받이 200 : 흡착라디칼단계
210 : 흡착라디칼조 220 : 흡착여과장치
221 : 흡착여과재 230 : 고효율믹싱장치
231 : 인젝터 232 : 터빈교반용모타
240 : 흡착여과재의 실시간 재생장치 241 : 수위계
242 : 배수펌프 243 : 흡입관
244 : 가압배출관 245 : 가압분사노즐
300 :이온가스 발생기 310 : 이온가스발생장치

Claims (3)

  1. 비점오염원의 저감장치에 있어서, 모래 및 대소 종류의 협잡물을 걸러내는 메쉬스크린(131)과 미세 부유물질 및 기름성분을 필터링하는 폴리우레탄 폼으로 이루어진 필터링폼(132) 및 이후 미처리된 기름 및 중금속을 흡착여과하는 활성탄 등의 흡착여과층(133)으로 이루어진 일체형의 필터모듈케이싱(130)과 필터모듈케이싱(130)을 둘러싸고 있는 인입통(120)으로 구성된 필타베이진(110); 및
    상기 필타베이진(110)에서 이송되는 우수를 제올라이트 및 입상활성탄(GAC)이 들어있는 흡착여과재(221)층에 통과시키면서 잔류하고 있는 유기물을 흡착처리 하는 흡착여과장치(220); 및
    단위시간 당 유입량에 비해 터빈교반용 모타(232)의 단위시간 당 배출량을 5 ~ 6배 이상으로 설계하여, 산화 및 흡착이 가능한 체류시간을 확보하고, 인젝터(231)에 의한 층류(laminar Flow)혼합과 터빈교반용 모타(232)에 의한 기계적인 난류(turbulent flow)혼합을 동시에 사용하여, 이온가스발생장치(300)에서 생성되는 이온가스와 처리수의 접촉효율을 증대시키는 고효율 믹싱장치(230); 및
    수위계(241)에 의한 배수펌프(242)의 작동으로 흡착라디칼조(210) 내부의 수위가 저하됨에 따라 낮아진 수압 때문에 터빈교반용 모타(232)에 의해 가압된 이온수가 흡착여과재(221)층에 더 커진 수압차 만큼 가압분사노즐(245)를 통해 가압 분사하여, 흡착여과재(221) 공극에 흡착된 유기물질을 산화분해 하여, 흡착여과재 공극의 폐색을 방지하는 흡착여과재의 실시간 재생 장치(240);를 포함하는 흡착라디칼조(210)로 구성되는 것을 특징으로 하는 필터베이진과 단일 흡착라디칼조를 이용한 비점오염원 저감장치.
  2. 청구항 1에 있어서 필터베이진(110)을 우수받이(150)에 삽설하여 별도의 소요부지가 필요없도록 하고 흡착라디칼조(210)는 도로 옆 협소한 공간이나 교각에 설치하여 초기우수의 비점오염원을 저감 처리후 하천으로 방류하는 것을 특징으로 하는 필터베이진과 단일 흡착라디칼조를 이용한 비점오염원 저감장치.
  3. 청구항 1에 있어서 필타모듈케이싱(130)의 재질은 PVC 또는 폴리카보네이트(PC)를사용하고, 인입통(1120)의 재질은 PVC 또는 스테인레스스틸을 사용하는 것을 특징으로 하는 필터베이진과 단일 흡착라디칼조를 이용한 비점오염원 저감장치.
KR1020070076297A 2007-07-30 2007-07-30 필터베이진과 단일 흡착라디칼조를 이용한 비점오염원저감장치 KR100800960B1 (ko)

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KR200281687Y1 (ko) * 2002-04-08 2002-07-13 곽종운 라디칼산화수 생성장치 및 이를 이용한 수처리장치
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