KR100904893B1 - 터널 세척폐수 정화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터널 세척폐수 정화장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 터널 세척폐수 정화장치은, 터널 세척폐수가 유입되는 입수구와, 유입구로 유입된 터널 세척폐수가 수용되는 수용부 및 터널 세척폐수가 배출되는 배수구가 형성되어 있는 본체, 본체의 수용부에 설치되어 터널 세척폐수 내의 부유물질을 침전시키기 위한 것으로서, 터널 세척폐수가 유입 및 유출될 수 있도록 일측벽과 타측벽에 각각 유입구와 유출구가 형성된 하우징 및 중력방향에 대하여 경사지게 설치되어 터널 세척폐수의 진행경로를 따라 배치되는 복수의 다공성 격벽을 가지며 하우징 내에 장착되는 침전유도패널을 구비하는 침전모듈과, 터널 세척폐수의 이동경로에서 침전모듈과 배수구의 사이에 설치되어, 터널 세척폐수 내의 오염물질을 필터링하는 여과모듈을 구비하는 것에 특징이 있다.

Description

터널 세척폐수 정화장치{Apparatus for purification of tunnel cleansing wastewater}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터널 세척폐수 정화장치의 개략적 분리사시도이다.

도 2는 도 1의 터널 세척폐수 정화장치가 결합된 상태의 일부 절개 사시도이다.

도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 개략적 단면도이다.

도 4는 도 3의 주요 부분 확대도이다.

도 5은 도 3의 Ⅴ-Ⅴ선 개략적 단면도이다.

도 6은 도 1에 도시된 터널 세척폐수 정화장치가 터널에 설치된 모습을 나타낸 개략적 도면이다.

도 7은 3개의 터널에 대하여 세척을 시행한 후 터널 세척폐수에 존재하는 오염물질의 항목과 양을 나타낸 그래프이다.

도 8은 중력침전을 이용하여 터널 세척폐수의 SS성분 제거에 따른 오염물질의 양이 저감되는 정도를 나타낸 그래프이다.

도 9는 활성탄 투입량에 따른 터널 세척폐수 내 유기오염물 및 영양염류의 제거율 변화를 나타낸 그래프이다.

도 10은 활성탄 투입량에 따른 터널 세척폐수 내 중금속 오염물의 제거율 변화를 나타낸 그래프이다.

도 11은 활성탄 투입량에 따른 터널 세척폐수 내 기타오염물의 제거율 변화를 나타낸 그래프이다.

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 침전유도패널을 설명하기 위한 개략적 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 ... 터널 세척폐수 정화장치 10 ... 본체

11 ... 입수구 13 ... 배수구

14 ... 덮개 19 ... 그레이팅

40 ... 침전모듈 44 ... 차단막

45 ... 하우징 47 ... 유입구

48 ... 유출구 49 ... 관통공

50 ... 침전유도패널 51 ... 격벽

52 ... 구멍 53 ... 셀

70 ... 여과모듈 71 ... 케이스

80 ... 멀티필터 81,82,83 ... 제1,2,3필터

R1 ... 제1유로 R2 ... 제2유로

w ... 터널 세척폐수 s ... 침전물

g ... 수로 p ... 하수관

본 발명은 터널의 내벽 등을 세척하는데 사용된 터널 세척폐수를 처리하기 위한 장치로서, 도로면 하부에 설치되어 터널 세척폐수로부터 중금속, 미세분진 등 오염물질을 제거하는 정화처리를 행한 후 하수구 등을 통해 배출시키는 장치이다.

터널의 밀폐적인 구조상 자동차 매연, 분진 등의 미세 오염물들은 터널 외부로 배출되지 못하고 상당량이 터널 내부 시설물에 흡착됨으로써 많은 문제점이 발생된다. 즉, 오염물이 조명등에 흡착되어 터널 내부의 조도가 저하(세척 전 : 30~60룩스, 세척 후 : 110룩스)되는 문제가 발생하며, 터널 내벽에 오염물질이 계속 쌓임으로써 보건상의 문제가 나타날 뿐만 아니라 미관상의 문제 등도 발생한다. 이에 주기적인 터널 내부 세척 작업을 필요로 하고 있다. 예컨대 고속도로 관리공단에서는 고속도로 터널 세척 작업을 연 3회, 서울시 시설관리공단에서는 서울 시내 터널 세척 작업을 연 6회 정도 실시하고 있다. 터널 세척시에는 일반적으로 터널 길이 100m 당 1.2ton 정도의 물이 필요하며, 이른바 '엔돌100'과 같은 알칼리성 세정수를 혼합하여 사용한다.

이렇게 터널을 세척함으로써 발생하는 세척폐수에는 자동차의 배기가스 등에 존재하는 많은 오염물질이 포함되어 있는바 이를 즉시 하수로 흘려보내는 경우 하수오염의 원인이 된다. 그러나 터널 세척 폐수는 간헐적으로 발생하는바 환경오염 측면에서의 인지가 부족한 실정이며, 이에 따라 터널 세척폐수의 처리기술과 시설 도 미흡한 실정이다.

종래에는 터널에 별도의 집수 저장시설을 마련하여 터널 세척폐수를 저장하여 놓고 정기적으로 수거하여 별도 처리 시설에 위탁 처리하는 방식으로 처리를 수행하였다. 그러나, 이러한 기존 처리 방법은 세척 폐수의 저장을 위한 별도의 대규모 저장 시설이 필요하며, 하수처리장에 위탁 처리하는 경우 위탁 시설까지의 별도의 운반이 요구되어 경제적이지 못하다. 더욱이, 터널 세척 폐수는 그 특성상 난분해성 물질이 다량 포함되어 있어 일반 하수처리장에서는 처리가 곤란하며, 특화된 처리시설에 의하여 처리되어야 하는바 고가의 처리비용이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 매우 간단한 구성으로 터널에 직접 설치되어 경제적으로 세척폐수를 처리할 수 있을 뿐만 아니라, 터널 세척폐수 내의 고유한 오염물질을 효과적으로 정화할 수 있도록 구조가 개선된 터널 세척폐수 정화장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 터널 세척폐수 정화장치는, 터널 세척폐수가 유입되는 입수구와, 상기 유입구로 유입된 터널 세척폐수가 수용되는 수용부 및 상기 터널 세척폐수가 배출되는 배수구가 형성되어 있는 본체와, 상기 본체의 수용부에 설치되어 상기 터널 세척폐수 내의 부유물질을 침전시키기 위한 것으로서, 상기 터널 세척폐수가 유입 및 유출될 수 있도록 일측벽과 타측벽에 각각 유입구와 유출구가 형성된 하우징 및 중력방향에 대하여 경사지게 설치되어 상기 터널 세척폐수의 진행경로를 따라 배치되는 복수의 다공성 격벽을 가지며 상기 하우징 내에 장착되는 침전유도패널을 구비하는 침전모듈 및 상기 터널 세척폐수의 이동경로에서 상기 침전모듈과 배수구의 사이에 설치되어, 상기 터널 세척폐수 내의 오염물질을 필터링하는 여과모듈을 구비하는 것에 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 상기 침전유도패널은 단면 형상이 육각형으로 된 격벽이 연속적으로 이어지도록 배치된 허니컴 패널이며, 상기 육각형의 격벽에 의하여 둘러싸인 복수의 셀들은 중력방향에 대하여 경사지게 배치되며, 상기 터널 세척폐수 내의 부유물질은 상기 격벽에 부착된 후 자중에 의하여 상기 셀을 따라 상기 하우징의 하측으로 침전되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따르면 상기 여과모듈은, 케이스와, 상기 케이스의 바닥면으로부터 일정 거리 상측으로 이격되어 배치되며 개구부가 형성되어 있는 필터장착부와, 상기 필터장착부의 일단으로부터 상측으로 절곡되어 상기 케이스의 상면까지 연장형성되는 측벽부와, 상기 측벽부의 상단으로부터 상기 본체의 상면까지 상측으로 연장형성되는 월류차단벽부와, 상기 필터장착부 상에 교체가능하게 설치되는 필터를 구비하며, 상기 케이스의 일측 내면과 상기 측벽부와의 사이에 제1유로가 형성되며, 상기 케이스의 바닥면과 필터장착부 사이에 제2유로가 형성되어, 상기 침전모듈의 유출구를 통해 유출된 터널 세척폐수는 상기 제1유로를 따라 상측에서 하측으로 이동된 후 제2유로를 따라 이동하여 상기 필터장착부의 개구부를 통해 상기 필터로 유입되며, 상기 필터의 상측에 배치된 상기 본체의 배수구를 통해 배출되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터널 세척폐수 정화장치를 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터널 세척폐수 정화장치의 개략적 분리사시도이며, 도 2는 도 1의 터널 세척폐수 정화장치가 결합된 상태의 일부 절개 사시도이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 개략적 단면도이며, 도 6은 도 1에 도시된 터널 세척폐수 정화장치가 터널에 설치된 모습을 나타낸 개략적 도면이다.

도 1 내지 도 3 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터널 세척폐수 정화장치(100)는 본체(10), 침전모듈(40) 및 여과모듈(70)을 포함한다.

상기 본체(10)는 콘크리트 재질의 박스 구조로서 그 내측에 수용부(12)가 형성된다. 본체(10)의 상면 일측에는 터널의 내벽 등을 세척하는데 사용된 세척폐수(w)가 수용부(12)로 유입될 수 있도록 입수구(11)가 형성된다. 입수구(11)에는 격자 형상의 이른바 그레이팅(19, grating)이 설치되어, 일정 크기 이상의 오물이 세척폐수(w)와 함께 본체(10)의 수용부(12)로 유입되는 것이 방지된다. 한편, 본체(10)의 상면에는 설치구(15)가 마련되며, 이 설치구(15)에는 착탈가능하게 덮개(14)가 결합된다. 설치구(15)를 통해 여과모듈(70) 및 침전모듈(40) 등을 교체할 수 있다. 또한, 본체(10)의 일측벽에는 정화처리가 완료된 세척폐수(w)를 외부로 배출시키기 위한 배수구(13)가 형성되어 있다.

상기한 구성으로 이루어진 본체(10)는 터널의 도로(c)의 가장자리에 강우수 또는 세척폐수(w)를 가이드 하기 위하여 마련되어 있는 수로(g)의 하부에 설치된다. 본체(10)가 수로(g)의 하부에 설치되면 본체(10)의 상면은 수로(g)쪽으로 개방되어 있어 세척폐수(w)가 수로(g)를 따라 흐르다가 상기 입수구(11)를 통해 본체(10)의 수용부(12)로 유입되는 구조로 되어 있다. 또한, 본체(10)의 배수구(13)는 배수관(16)과 연결되며 최종적으로는 하수관(p)가 연결된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 장치에 의하여 정화가 완료된 세척폐수(w)는 이 배수구(13)를 통해 하수관(p)으로 배출되는 구성으로 되어 있다.

상기 침전모듈(40)은 세척폐수(w)내의 부유물질을 침전시켜 세척폐수(w)로부터 제거하기 위한 것으로서, 본체(10) 수용부(12)의 입수구(11) 하측에 배치된다. 침전모듈(40)은 하우징(45)과 침전유도패널(50)을 구비한다.

하우징(45)은 후술할 침전유도패널(50)을 장착하기 위한 것이다. 하우징(45)의 하측에는 다리부(46)가 구비되어 본체(10)의 하면에 지지된다. 하우징(45)의 일측벽에는 세척폐수(w)가 유입될 수 있는 유입구(47)가 형성되며, 타측벽에는 세척폐수(w)가 유출될 수 있는 유출구(48)가 형성된다. 또한, 하우징(45)의 하면에는 다수의 관통공(49)이 형성된다. 이 관통공(49)은 세척폐수(w)에서 부유하다가 자중에 의하여 하우징(45)의 하부로 침전된 침전물(s)을 하우징(45)의 외부로 배출하여 본체(10)의 하부로 침전시키기 위한 것이다. 침전모듈(40) 하우징(45)의 하측 부분 즉, 침전물(s)이 적층되는 부분은 본체(10)에 마련된 차단막(44)에 의하여 본체(10) 하부의 다른 영역과 격리되어 있다. 이는 침전물(s)이 새롭게 유입된 세척폐수(w)에 다시 혼입되는 것을 방지하기 위함이다. 하우징(45) 은 폴리프로필렌 재질로 이루어진다.

상기 침전유도패널(50)은 세척폐수(w) 내의 부유물질이 자중에 의하여 침전되는 것을 유도하기 위한 것으로서, 본 실시예에서는 이른바 허니컴 패널(50,honeycomb panel)이 채용된다. 이 허니컴 패널(50)은 상기 하우징(45)의 내측에 설치된다. 허니컴 패널(50)에 대해서는 도 5 및 도 6을 앞의 도면들과 함께 참조하여, 설명한다. 도 5은 도 3의 Ⅴ-Ⅴ선 개략적 단면도이고, 도 6은 도 1에 도시된 터널 세척폐수 정화장치가 터널에 설치된 모습을 나타낸 개략적 도면이다. 도 3 내지 도 6을 참조하면, 허니컴 패널(50)은 단면 형상이 육각형으로 된 격벽(51)이 연속적으로 이어진 구성으로 되어 있다. 즉, 하나의 육각형을 중심으로 그 주위(각 변)에 여섯 개의 육각형이 연속적으로 배열되는 구성으로서, 인접한 두 개의 육각형은 한 변을 서로 공유하고 있는 형태이다. 또한, 육각형의 격벽(51)은 중력방향에 대하여 경사진 방향으로 길게 배치된다. 이 육각형의 격벽(51)에 의하여 둘러싸인 공간인 셀(53)도 경사지게 배치된다. 또한 상기 격벽(51)은 다공성 재질로서 물이 통과할 수 있도록 다수의 구멍(52)이 형성되어 있다. 이에, 하우징(45)의 일측벽에 형성된 유입구(47)로 유입된 세척폐수(w)는 타측벽에 형성된 유출구(48)까지 진행되는 과정에서, 그 진행경로를 따라 배치된 다수의 육각형 격벽들(51)을 통과하여야 하는데, 구체적으로는 격벽(51)에 형성된 구멍(52)을 통해서 진행한다. 한편, 세척폐수(w)가 유입구(47)로부터 유출구(48)까지 흘러가는 동안 부유물질은 격벽(51)에 쌓이게 되며, 누적된 부유물질은 자중에 의하여 경사진 셀(53)을 따라 하측으로 침전된다.

또한, 침전유도패널로 사용되는 허니컴 패널(50)은 하우징(45)의 하면으로부터 상측으로 이격되게 설치되는바, 하우징(45)의 바닥과 허니컴 패널(50) 사이에는 소정의 공간부(43)가 형성된다. 침전물(s)이 하우징(45)의 관통공(49)을 통해 본체(10)의 하부로 배출되기 전까지, 이 공간부(43)에는 침전물(s)이 적층된다.

본 실시예에서는 침전유도패널이 육각형상의 격벽이 연속적으로 이어진 허니컴 패널인 것으로 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 세척폐수(w)가 진행되는 경로에 복수의 격벽들이 설치되어 있는 구조이면 된다. 이에, 도 12에 도시된 바와 같이 가로격벽(56)과 세로격벽(57)이 교차하여 형성된 격자형 패널(50')이 채용될 수도 있다. 도 12에 도시된 실시예에서 패널의 단면 형상이 사각형이라는 점만 상이할 뿐 격벽과 셀(53)이 경사지게 배치되는 점 등은 완전히 동일한바 자세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 상기 여과모듈(70)은 본체(10) 수용부(12)에 설치되는데, 더욱 상세하게는 세척폐수(w)의 진행경로 상 침전모듈(40)과 본체(10)의 배수구(13) 사이에 배치된다. 즉, 침전모듈(40)을 통과한 세척폐수(w)는 배수구(13)로 배출되기에 앞서 여과모듈(70)을 통과하게 된다. 이 여과모듈(70)은 다양한 방식에 의하여 세척폐수(w)를 필터링하기 위한 것으로서, 케이스(71)와 멀티필터(80)를 구비한다.

케이스(71)의 내측에는 침전모듈(40)로부터 유입된 세척폐수(w)를 수용하기 위한 소정의 공간이 마련된다. 이 케이스(71)의 바닥면으로부터 상측으로 일정 거리 이격되어 필터장착부(72)가 배치된다. 이 필터장착부(72)는 판 형상으로 그 상면에 후술할 필터(80)를 장착하기 위한 것이다. 이 필터장착부(72)에는 그 상면과 하면 사이를 관통하는 개구부(73)가 형성되어 있다. 필터장착부(72)의 일측에는 측벽부(74)가 형성된다. 이 측벽부(74)는 필터장착부(72)의 단부로부터 상측으로 절곡되어 케이스(71)의 상면까지 연장형성된다. 또한, 측벽부(74)의 상단으로부터 다시 상측으로 연장형성되어 본체(10)의 상면까지 이어지는 월류차단벽부(75)가 마련된다. 월류차단벽부(75)는 침전모듈(40)로부터 배출된 세척폐수(w)가 후술할 멀티필터(80)의 상측으로 월류되는 것을 방지하기 위한 것이다.

상기 멀티필터(80)는 필터장착부(72) 상에 설치되며, 제1필터(81), 제2필터(82) 및 제3필터(83)로 이루어진다. 제1필터(81)는 모래와 질석을 주성분으로 제조된 필터이며, 제2필터(82)는 제1필터(81)위에 적층되는 것으로서 입상 활성탄(granular activated carbon, GAC)이 주재료로 사용되며, 제3필터(83)는 제2필터(82)위에 적층되며 이탄(peat moss, 토탄) 또는 레진(resin)이 주재료로 사용된다. 이 멀티필터(80)는 물리적 여과, 흡착, 이온교환 등의 방식에 의하여 세척폐수(w) 내의 중금속, 난분해성 물질, 유기물질 등을 여과한다. 그러나 이 필터(80)는 터널의 특성에 따라 다양한 재질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 유기물 성분, 기름 물질이 많은 경우는 펄라이트, 입상 활성탄, 식물성 리그닌 등을 필터재료로 이용할 수 있고, 중금속이 많은 경우는 제올라이트, 양이온 교환 수지, 키토산 등을 필터재료로 활용할 수 있다.

또한, 상기 케이스(71)의 하부에는 양측면으로부터 중앙쪽으로 갈수록 하방으로 경사지게 배치된 한 쌍의 경사가이드판(78)이 마련되며, 이 한 쌍의 경사가이드판(78) 사이에는 침전물(s)을 하방으로 유입시키기 위한 침전구(77)가 마련된다.

상기 여과모듈(70)에서, 케이스(71)의 일측 내면과 측벽부(74) 사이에 상하방향으로 길게 형성되는 공간이 세척폐수(w)가 침전모듈(40)에서 멀티필터(80)로 이동되는 제1유로(R1)를 형성한다. 또한, 케이스(71)의 바닥면(보다 구체적으로는 경사가이드판)과 필터장착부(72) 사이의 공간이 제2유로(R2)를 형성한다. 또한, 제2유로(R2)는 필터장착부(72)의 개구부(73)를 통해 멀티필터(80)의 하측으로 연통되어 있다. 이 개구부(73)를 통해 세척폐수(w)는 하측에서 상측으로 상향류(u)를 이루며 멀티필터(80)를 통과하게 된다. 멀티필터(80)의 상측에는 본체(10)의 배수구(13)와 연통되고, 세척폐수(w)는 배수구(13)를 통해 외부로 배출된다.

한편, 제2유로(R2)를 지나는 세척폐수(w)에 잔존하는 부유물질이 상기 한 쌍의 경사가이드판(78)으로 침전되면, 침전물(s)은 자중에 의하여 경사가이드판(78)의 경사를 따라 하방으로 가이드되어 상기 침전구(77)를 통해 하부로 침전된다.

이하, 상기한 구성으로 이루어진 터널 세척폐수 정화장치(100)의 정화 프로세스에 대하여 상세히 설명한다.

터널에 대한 세척을 시행하면 터널 세척폐수(w)가 발생한다. 이 세척폐수(w)는 터널의 가장자리에 형성된 수로(g)를 따라 이동하게 된다. 예컨대, 도 6에 도시된 터널의 경우 중앙부가 높고 도로의 양측부로 갈수록 낮게 배치되므로, 세척폐수(w)는 중앙에서 양측으로 갈라져서 화살표(b) 방향으로 이동된다. 수로(g)를 따라 이동되는 세척폐수(w)는 본 발명에 따른 터널 세척폐수 정화장치(100)에 이르게 되고, 그레이팅(19)을 통해 본체(10)의 수용부(12)로 유입된다. 크기가 큰 쓰레기 등은 그레이팅(19)에 의하여 걸러져 유입이 방지된다.

본체(10)의 수용부(12)로 유입된 세척폐수(w)는 침전모듈(40)의 유입구(47)를 통해 침전모듈(40)의 내측으로 유입된다. 세척폐수(w)는, 도 4에 화살표 a로 도시된 바와 같이, 허니컴 패널(50)의 구멍(52)을 통해 다수의 격벽(51)을 순차적으로 통과하여 침전모듈(48)의 유출구(48)로 배출된다. 이렇게 세척폐수(w)가 허니컴 패널(50)을 통과하는 과정에서, 세척폐수(w) 내에 존재하는 부유물질은 그 자체의 자중에 의하여 침전모듈(40)의 하측으로 침전된다.

침전모듈의 침전작용에 대하여 보다 상세히 설명한다. 본체(10)의 입수구(11)를 통해 세척폐수(w)가 유입될 때에는 그 유동에너지가 높은 상태이므로 폐수 내 부유물질도 같이 유동되어 자중에 의한 침전이 용이하지 않다. 그러나, 세척폐수(w)가 허니컴 패널(50)의 내측으로 유입되면 다수의 격벽(51)들에 의하여 유동이 제한되므로 안정한 상태로 된다. 세척폐수(w)가 안정한 상태가 되면 부유물질의 유동에너지도 함께 낮아지고 결국 자중에 의하여 하측으로 침전되는 것이 용이해진다. 자중에 의하여 부유물질이 침전되는 방향은 중력방향 즉 연직하방이다. 그러나, 격벽(51)이 중력방향에 대하여 경사지게 배치되므로 하방으로 이동하던 부유물질은 격벽(51)에 쌓이게 되는데 이렇게 침전물이 쌓이게 되면 침전물들은 함께 거동하게 되는데 이는 자중의 증가를 의미한다. 즉, 격벽(51)에 적층된 침전물(s)들은 자중의 증가에 의하여 하방(화살표 d)으로의 침전작용이 가속화된다. 이때 격벽(51)에 의하여 둘러싸인 셀(53)이 침전통로로 기능한다. 경사진 격벽(51)은 침전물(s)을 일시적으로 모이게 하는 작용을 하는데, 이는 침전물들이 쌓 이게 됨으로써 자중을 증가시키기 위한 것이다. 즉, 침전물이 서로 모이지 않고 개별적으로 침전되는 경우, 특히 중량이 작은 부유물질들은 세척폐수(w)의 이동(a)에 의하여 침전작용이 저하되기 때문에 전체적으로 침전이 잘 이루어지지 않게 된다.

상기한 바와 같이 침전모듈(40)에서 침전된 침전물(s)은 허니컴 패널(50)과 하우징(45)의 바닥판 사이의 공간(43)에 일시 침전되었다가 하우징(45)의 바닥판에 형성된 관통공(49)을 통해 본체(10)의 하부로 침전된다.

침전모듈(40)에 의하여 부유물질이 침전된 세척폐수(w)는 제1유로(R1)를 통해 연직하방으로 유동된 후 제2유로(R2)를 통해 측방으로 이동된 후 필터장착부(72)의 개구부(73)를 통해 멀티필터(80)로 유입된다. 멀티필터(80)로 유입된 세척폐수(w)는 상향류(u)를 형성하며 제1,2,3필터(81,82,83)를 순차적으로 통과하여 상측에 마련된 배수구(13)를 통해 배출되고, 배수관(16)을 통해 하수관(p)으로 배출된다. 필터들을 거치는 과정에서 물리적 여과, 이온흡착 등을 통해 세척폐수 내의 오염물질들이 여과된다.

한편, 제2유로(R2)를 지나는 세척폐수(w)중에 침전모듈(40)에서 침전되지 않고 잔존하는 부유물질은 경사가이드판(78)에 부착된 후 이 경사가이드판(78)을 따라 가이드되어 케이스(71)의 하측으로 침전된다.

상기한 구성으로 이루어진 터널 세척폐수 정화장치(100)에서는 침전모듈(40)이 매우 중요한 작용을 행한다. 즉, 터널 세척폐수에 존재하는 오염물질은 일반 강우수와 달리 미세입자의 함량이 높고 이른바 SS성분이 많으므로 부유물질을 일차 적으로 침전시키지 않고 직접 필터로 유입시키면 필터는 매우 빠르게 막히게 되므로 여과작용을 수행할 수 없기 때문이다. 이에, 본 발명에서는 허니컴 패널(50) 등과 같은 경사형 침전유도패널을 이용하여 침전작용을 강화한 것이다. 또한, 상기한 바와 같이, 허니컴 패널(50)은 그 구조상 표면적에 대한 유효 표면적의 비율이 높고 또한 자유공간율도 높은 형태를 취하고 있다. 따라서 제한된 공간 내에서의 최대의 침전면적(부유물질이 부착될 수 있는 면적)을 확보할 수 있어, 침전효율을 증대시킬 수 있다는 장점이 있다. 또한, 허니컴 패널은 세정수를 상부에서 주입하여 격벽(51)에 흡착된 이물질을 제거할 수 있는바, 유지관리의 용이성을 확보할 수 있다는 장점이 있다.

이하, 도 7 내지 도 11을 참조하여, 본 발명에 대한 실험예를 설명한다. 도 7은 3개의 터널에 대하여 세척을 시행한 후 터널 세척폐수에 존재하는 오염물질의 항목과 양을 나타낸 그래프이고, 도 8은 중력침전을 이용하여 터널 세척폐수의 SS성분 제거에 따른 오염물질의 양이 저감되는 정도를 나타낸 그래프이며, 도 9는 활성탄 투입량에 따른 터널 세척폐수 내 유기오염물 및 영양염류의 제거율 변화를 나타낸 그래프이고, 도 10은 활성탄 투입량에 따른 터널 세척폐수 내 중금속 오염물의 제거율 변화를 나타낸 그래프이며, 도 11은 활성탄 투입량에 따른 터널 세척폐수 내 기타오염물의 제거율 변화를 나타낸 그래프이다.

우선 3곳의 터널에서 세척을 시행한 후 시료를 채취하였다. A터널은 서대문구 현저동에 위치한 것으로서 총연장 555m, 높이 6.8m이며 일일 운행 차량은 66,000대 정도이다. B터널은 중구 장충동에 위치한 것으로서 총연장 1,620m, 높이 4.5m이며 일일 운행 차량은 20,000대 정도이다. C터널은 중구 회현동에 위치한 것으로서 총연장 1260m, 높이 4.7m이며 일일 운행 차량은 47,000대 정도이다.

채취된 시료는 실험실로 운반하여 BOD, COD, SS, 뉴트리언트(Nutrient), 질소산화물(배기가스 농축 오염물질), 중금속, 페놀, 시안 등에 대하여 수질 분석을 실시하였다. 각 분석은 공정시험법에 준하여 수행되었다. 시료 분석을 기초로 터널의 단위 연장(1km)당 오염물질의 부하량을 산출하였으며, 그 결과가 도 7에 나타나 있다. 도 7의 그래프에 나타난 바와 같이 터널 세척 폐수 분석 결과 터널 A, B, C 모두 SS성분이 상당 부분 포함되어 있다는데 중요한 특징이 있었다. 위 SS성분들은 대부분 입자의 형태로 배출될 것으로 예측되었지만 용존 형태로 배출되는 부분도 존재할 것이므로 각 배출 형태에 맞는 저감 공정에 대한 연구를 진행하였다. 이에, 오염원 저감 시설 개발 시 침전 및 여과를 이용한 분리 공정, 흡착 소재를 이용한 흡착 공정 등의 도입을 고려하여 각 방식에 따른 저감 효과를 살펴보았다.

시료는 상당량의 SS성분을 내포하고 있어, 흡착 실험 시 이에 대한 영향을 최소화하기 위하여 24시간 동안 단순 중력 침전을 수행하였다. 침전된 침전물의 부상을 최소화한 상태에서 상등액만을 분리하여 옮기는 방식으로 진행되었으며, 최종적인 분리공정의 분리 효율은 단순 중력 침전 전후의 농도 차에 의하여 산정하였다. 분리 공정 실험이 끝난 시료에 대하여 연속적으로 활성탄(GAC) 소재(제조사별 석탄계 1제품, 총 3개 제품)를 이용한 흡착 공정 실험을 수행하였다. 흡착 실험은 정해진 GAC 투입량(1, 3, 5, 10, 20, 50, 100, 200g)을 시료 1L와 함께 비이커(2L) 에 넣어서 Jar-tester로 혼합 교반하여 실시하였다. 교반 속도는 200rpm으로 온도 및 pH의 변화를 관찰하며 3시간 동안 수행하였다. 교반 시작과 종료 시에는 일정량(50ml)의 시료를 샘플링하여 0.45㎛의 필터로 필터 작업을 거친 뒤 COD_Cr, T-N(총 질소), 아연(Zn), 구리(Cu), 망간(Mn), 마그네슘(Mg), 페놀(Phenol), 시안(CN) 등의 항목에 대하여 분석을 실시하였다. COD_Cr, T-N, 페놀, CN의 분석은 수질오염 공정시험법(환경부, 1999)과 Standard Method(APHA, 1998)에 준하여 분석하였다. 중금속 항목인 Zn, Cu, Mn, Mg 분석은 Standard Method(APHA, 1998)에 의하여 전처리를 실시한 다음 유도분극 플라즈마 원자발광광도계(ICP, JobinYvon, Ultima2)를 통하여 분석하였다.

도 8에 나타난 바와 같이, 자연 중력 침전을 이용한 터널 세척 폐수의 SS성분 제거를 통해 유기오염물을 나타내는 COD_Cr는 약 80%, 영양염류를 나타내는 총 질소(T-N), 총 인(T-P)은 각각 30, 90% 제거되었다. 일부 중금속 및 기타 오염항목에 대하여서도 약간의 제거가 이루어졌다. SS성분 제거만으로도 상당량의 유기오염물 및 영양염류를 제거할 수 있음이 밝혀짐에 따라, 해당 터널 세척 폐수의 저감을 위하여서는 보다 효율적인 침전모듈의 설계가 핵심 요건임을 확인할 수 있었다. 이에, 허니컴 패널 등과 같이 경사형으로 구성된 침전유도패널을 포함하는 침전모듈이 개발되었으며, 본 침전모듈을 이용하여 매우 우수한 침전효과를 획득할 수 있었다. 한편, 중금속 및 기타 오염항목들은 SS성분의 제거만으로는 저감이 잘 이루어지지 않는 용존성의 배출 성상을 나타내어 용존상 오염물을 제거할 수 있는 흡착 공정이 추가적으로 도입되어야할 것으로 판단되었다.

SS성분 제거만으로는 제어되지 않는 일부 오염항목의 저감 특성을 관찰하기 위하여 GAC 소재를 이용한 흡착실험을 진행하였다. 실험 결과, 각 GAC 제조사별 흡착 효율은 일부 차이가 있는 것으로 드러났으나, 차후 시제품 제작 시 범용적인 GAC의 소재의 적용을 위하여 각 제조사별 효율 차이에 초점을 두기 보다는 사용 소재인 GAC 자체의 전반적인 제거 효율을 범위로서 표시하여 GAC 소재의 터널 세척 폐수 내 오염원 흡착 능력 평가를 실시하였다.

도 9에 나타난 바와 같이, 흡착 실험에서 터널 세척 폐수 1L에 GAC를 50g 투입하였을 때 COD_Cr 및 T-N 항목이 거의 80% 정도 제거되는 것을 확인할 수 있었다. 이때 개별 오염항목의 농도는 COD_Cr이 2.20~4.43mg/L, T-N이 1.07~1.98mg/L로 상당히 낮은 수치를 나타내고 있다. 또한, 도 10에 나타난 바와 같이, 중금속 흡착 실험에서 터널 세척 폐수 1L에 GAC를 50g 투입하였을 때 중금속 Zn, Cu, Mn 항목은 80% 이상 제거되는 것을 확인할 수 있었으나, Mg 항목만은 흡착 효율이 매우 낮았다. 일부 제조사에 따라 최종적으로 90%에 가까운 제거 효율을 보이기도 하였으나 대체로 낮은 효율을 나타냈다. 또한, 도 11에 나타난 바와 같이, 기타 오염물 흡착 실험에서 페놀의 경우 최대 80%까지 비교적 많은 양이 제거되는 것을 볼 수 있었으며. CN의 경우 워낙 농도의 절대값 자체가 낮아 적은 GAC의 투입량으로도 100%에 가깝게 제거되는 것을 확인할 수 있었다.즉, 활성탄(GAC)을 이용하여 세척폐수 내의 다양한 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있음을 확인하였다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 터널 세척폐수 처리장치는 미세입자와 SS성분이 많이 포함되어 있는 터널 세척폐수의 특징에 맞게 침전효율을 강화시켜 전체적으로 세척폐수가 효과적으로 정화된다는 장점이 있다.

또한, 활성탄을 이용하여 세척폐수 내의 SS성분을 흡착시킴으로써 세척폐수에 대한 정화가 용이하다는 장점이 있다.

또한, 종래와 같이 세척폐수를 모아서 외부의 위탁시설로 이동시켜야 하는 문제점을 해결하여 터널내에서 직접 정화가 가능하게 하였을 뿐만 아니라, 별도의 동력원이 요구되지도 않고 응집제 등의 고가의 화학약품이 사용할 필요도 없어 매우 경제적인 정화처리가 가능하다는 장점이 있다.

또한, 허니컴 패널을 이용시 유지관리가 용이하다는 장점이 있다.

Claims (8)

1. 터널 세척폐수가 유입되는 입수구와, 상기 유입구로 유입된 터널 세척폐수가 수용되는 수용부 및 상기 터널 세척폐수가 배출되는 배수구가 형성되어 있는 본체;

   상기 본체의 수용부에 설치되어 상기 터널 세척폐수 내의 부유물질을 침전시키기 위한 것으로서, 상기 터널 세척폐수가 유입 및 유출될 수 있도록 일측벽과 타측벽에 각각 유입구와 유출구가 형성된 하우징 및 중력방향에 대하여 경사지게 설치되어 상기 터널 세척폐수의 진행경로를 따라 배치되는 복수의 다공성 격벽을 가지며 상기 하우징 내에 장착되는 침전유도패널을 구비하는 침전모듈; 및

   상기 터널 세척폐수의 이동경로에서 상기 침전모듈과 배수구의 사이에 설치되어, 상기 터널 세척폐수 내의 오염물질을 필터링하는 여과모듈;을 구비하며,

   상기 터널 세척폐수는 상기 복수의 다공성 격벽을 통과하여 상기 여과모듈로 유입되되 상기 다공성 격벽의 관통공을 통해 유동되며, 상기 터널 세척폐수 내의 부유물질은 상기 다공성 격벽에 부착된 후 상기 침전유도패널의 하방으로 침전되는 것을 특징으로 하는 터널 세척폐수 정화장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 침전유도패널은 단면 형상이 육각형으로 된 격벽이 연속적으로 이어지도록 배치된 허니컴 패널이며,

   상기 육각형의 격벽에 의하여 둘러싸인 복수의 셀들은 중력방향에 대하여 경사지게 배치되며, 상기 터널 세척폐수 내의 부유물질은 상기 격벽에 부착된 후 자중에 의하여 상기 셀을 따라 상기 하우징의 하측으로 침전되는 것을 특징으로 하는 터널 세척폐수 정화장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 침전유도패널은 단면 형상이 사각형으로 된 격벽이 연속적으로 이어지도록 배치된 격자형 패널이며,

   상기 사각형의 격벽에 의하여 둘러싸인 복수의 셀들은 중력방향에 대하여 경사지게 배치되며, 상기 터널 세척폐수 내의 부유물질은 상기 격벽에 부착된 후 자중에 의하여 상기 셀을 따라 상기 하우징의 하측으로 침전되는 것을 특징으로 하는 터널 세척폐수 정화장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 침전유도패널은 상기 침전모듈 하우징으로부터 상측으로 이격되게 배치되어, 상기 하우징의 하면과 침전유도패널 사이에는 침전물이 적층될 수 있는 소정의 공간부가 형성되는 것을 특징으로 하는 터널 세척폐수 정화장치.
5. 제1항 또는 제4항에 있어서,

   상기 침전모듈 하우징의 하면에는 다수의 관통공이 형성되어, 침전물이 상기 관통공을 통해 상기 본체의 하부에 적층되는 것을 특징으로 하는 터널 세척폐수 정화장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 여과모듈은, 케이스와, 상기 케이스의 바닥면으로부터 일정 거리 상측으로 이격되어 배치되며 개구부가 형성되어 있는 필터장착부와, 상기 필터장착부의 일단으로부터 상측으로 절곡되어 상기 케이스의 상면까지 연장형성되는 측벽부와, 상기 측벽부의 상단으로부터 상기 본체의 상면까지 상측으로 연장형성되는 월류차단벽부와, 상기 필터장착부 상에 교체가능하게 설치되는 필터를 구비하며,

   상기 케이스의 일측 내면과 상기 측벽부와의 사이에 제1유로가 형성되며, 상기 케이스의 바닥면과 필터장착부 사이에 제2유로가 형성되어, 상기 침전모듈의 유출구를 통해 유출된 터널 세척폐수는 상기 제1유로를 따라 상측에서 하측으로 이동된 후 제2유로를 따라 이동하여 상기 필터장착부의 개구부를 통해 상기 필터로 유입되며, 상기 필터의 상측에 배치된 상기 본체의 배수구를 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 터널 세척폐수 정화장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 여과모듈은 서로 다른 재질로 이루어져 적층되어 있는 복수의 필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 터널 세척폐수 정화장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 복수의 필터는, 모래와 질석 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제1필터와, 활성탄 재질로 이루어져 상기 제1필터에 적층되는 제2필터 및 이탄(peat moss) 재질로 이루어져 상기 제2필터에 적층되는 제3필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 터널 세척폐수 정화장치.

Images