KR100963290B1

KR100963290B1 - 슬러지 순환기능을 갖춘 2단 여과장치

Info

Publication number: KR100963290B1
Application number: KR1020100025963A
Authority: KR
Inventors: 최진낙
Original assignee: 미라클워터 주식회사
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2010-06-11

Abstract

본 발명은 슬러지 순환기능을 갖춘 2단 여과장치로서, 우선 원수에 응집제를 투여하여 플럭을 형성하고서 제1여과조를 매개로 하여 고농도 슬러지를 전처리하고 그런 다음에 제2여과조를 매개로 하여 저농도 슬러지를 정밀하게 후처리하도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 제2여과조에서 배출된 슬러지(SS)에 응집보조제를 추가로 투여하여 슬러지를 농축하고서 우회관을 통해 재여과처리될 수 있도록 한다.

Description

슬러지 순환기능을 갖춘 2단 여과장치 {Two-stage filtration apparatus of sludge circulation type}

본 발명은 처리수 중에 존재하는 불용성 부유물질(Suspended Solid;이하 SS), 생물학적 산소요구량(BOD)과 총인(T-P)을 더욱 효율적으로 제거할 수 있는 장치로서, 특히 2단으로 구성된 여과조를 일렬로 배열하여 다양한 유형의 수중 오염물질을 여과처리할 수 있는 여과장치에 관한 것이다.

일반적으로 상·하수도, 폐수 및 우수에는 다양한 오염물질과 인(phosphorus)을 함유하고 있어, 이러한 하수에 의한 인 부하가 매우 높은 편이다.

종래에 사용된 하수 처리장치는 하수로부터 부유물과 고형물들을 분리하기 위해서 하수를 나선형으로 와류시켜 원심분리하거나 중력작용으로 바닥으로 떨어뜨려 분리하는 방식을 채택하고 있는 게 현실이다.

이와 같이 원심분리 혹은 중력작용으로 부유물 혹은 고형물들을 제거하였던 종래의 오수 처리장치는 미세한 입자로 된 고형물 또는 화학물질들을 충분히 제거하지 못한 채로 수계로 방류되어 생태계를 오염시키는 문제점을 야기하고 있어 이에 대한 개선책 강구가 필요한 시점이라고 사료된다.

이러한 부유물과 고형물 이외에도, 하수를 통해 방류수역으로 유입된 인은 영양염류로서 부영양화를 일으키는 수역에 다량의 조류 발생을 유발시켜 수서생태계에 악영향을 미치게 된다.

이러한 문제를 야기하는 오염물질과 인에 대한 용수 처리할 때에 물속의 혼탁한 탁도, 부유물 또는 인 등의 물질을 제거하기 위해 약품을 주입하여 플럭(floc) 입자를 형성하고 응집 및 여과공정으로 처리하고 있다.

일반 상수도 수원지나 하수종말처리장 등의 대형 기간처리시설에서는 전술된 공정들을 위해 개별적인 응집조, 응결조, 침전조를 구비하고 있어 상당한 설비면적에 대한 부담을 가져야 하며, 이러한 대규모 시설의 운전 및 관리에 어려움이 뒤따르게 된다.

종래에 사용된 합류식 하수의 처리는 합류식 하수도에서 하수종말처리장으로 유입되는 합류하수를 1차 침전조에서 간이침전시킨 하수종말처리장의 시설용량을 초과하는 하수는 완전 처리하지 않은 상태로 월류시켜 공공수역으로 방류하고 있는 게 현실이다.

이렇게 월류·방류되는 하수는 간이침전 과정에서 입자가 큰 고형물만이 침전제거되므로 상당량의 오염물질은 제대로 제거되지 못한 상태로 공공 수역으로 방류되어 하류 생태계를 오염시키는 문제점을 야기하고 있다.

그동안 국내 하수종말처리장은 수 차례에 걸친 방류수 수질기준 강화를 통하여 고도처리시설을 설치 운영하여 청천 시에는 하수가 적정처리 방류되고 있으나, 우천시에는 하수종말처리장의 시설용량을 초과하는 하수는 완전 처리되지 않은 상태로 월류·방류되어 하류 공공 수역의 수질오염 및 생태계에 악영향을 미치고 있어 이를 해소할 수 있는 적정한 처리기술의 개발이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 전술된 문제점을 해결하기 위해서 창출된 것이다.

본 발명의 목적은 점오염원 혹은 비점오염원으로부터 유출될 다양한 유형의 오염물질, 특히 SS와 T-P을 신속하면서 효과적으로 제거할 수 있는 여과장치를 구비하는 것이다.

덧붙여서, 본 발명은 여과장치에서 방출될 SS를 함유한 배출수를 다시 전처리 여과공정을 수행할 수 있게 초기 여과공정 단계로 순환시켜 배출수량을 현저하게 줄일 수 있게 설계되어 있다.

전술된 바와 같이, 본 발명은 제1여과조와 제2여과조, 즉 2단으로 구성된 여과조를 통해 하수를 더욱 효과적으로 여과처리할 수 있다. 특히, 제1여과조는 고농도처리용 여과조로 하수를 상향류되게 유동시켜 부상여재를 통해 하수를 여과처리할 수 있는 한편, 제2여과조는 저농도 정밀여과용 여과조로서 제1여과조에서 처리된 처리수를 하향류되게 유동시켜 다공성 여재를 통해 처리수를 재여과처리할 수 있도록 한다.

이와 더불어서, 본 발명에 따른 2단으로 구성된 여과조를 거쳐 방출될 배출수를 다시 제1여과조의 전 단계로 순환시켜 배출수를 재처리시켜 배출수의 양을 줄이도록 한다.

이상 본 발명의 설명에 의하면, 본 발명은 처리수, 특히 하수, 폐수, 상수 내에 포함된 다양한 유형의 오염물질이 직접 수계로 유입되는 것을 방지하도록 제공된다.

본 발명은 하수를 2단으로 구성된 여과조를 통해 전처리와 후처리하여 더욱 효과적으로 여과처리할 수 있도록 되어 있다.

본 발명에 따른 여과장치는 응집제를 매개로 하여 하수의 오염물질을 플럭으로 형성하여 여과처리능력을 향상시킬 수 있도록 한다.

이와 더불어서, 본 발명은 후처리 공정 하류에서 SS를 함유한 배출수를 전처리 공정 이전으로 순환시켜 다시 전처리와 후처리 여과공정을 수행하면서 SS를 농축시켜 배출수량을 현저하게 저감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 여과장치를 개략적으로 도시한 공정도이다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 제1여과조를 개략적으로 도해한 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 제2여과조를 개략적으로 도해한 단면도이다.

이제, 본 발명의 다공성 여재를 이용한 여과장치는 첨부도면을 참조로 하여 더욱 상세히 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 여과장치를 개략적으로 도시한 공정도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 여과장치는 원수조(10)와, 응집제 저장조(20), 제1여과조(30), 제2여과조(40), 배출수 저류조(50), 처리수조(60), 및 우회로(70)로 구성된다.

원수조(10)는 펌프를 매개로 하여 후단 공정에서 처리될 하수를 공급 혹은 저장한다. 원수조(10)의 하수는 공급관(11)을 통해 전처리 공정을 실행하는 제1여과조(30)로 공급된다.

하수는 원수조(10)와 제1여과조(30) 사이의 공급관(11)에서 응집제 저장조(20)로부터 공급될 응집제와 혼합되되, 하수 공급흐름을 통해 응집제와 충분히 혼합되면서 탁질입자인 플럭(floc)을 형성하여 다공성 부상여재와의 접촉을 활성화시켜 상당한 처리효율을 제공하게 된다.

응집제 저장조(20)에 저장된 응집제는 바람직하기로 폴리염화알루미늄(Poly Aluminum Chloride;이하 PAC) 혹은 명반(Alum)으로 되어 있으며, 이에 국한되지 않고 다양한 응집제를 선택할 수도 있다. 이 응집제는 하수의 화학적 응집(coagulant)을 돕는다.

하수가 원수조(10)에서 제1여과조(30)로 이동하면서 응집제와 혼합되어 형성된 플럭이 추후 제1여과조(30)에 구비된 다공성 부상여재와 접촉으로 SS(이와 더불어서 BOD)를 효과적으로 처리할 수 있다.

기술된 바와 같이 제1여과조(30)는 다공성 부상여재를 구비하는바, 다공성 부상여재와 플럭을 함유한 하수 흐름의 접촉을 통해 고농도 하수처리공정을 수행할 수 있다.

선택가능하기로, 제1여과조(30)는 그 하부에 침전될 농축 슬러지를 용이하게 제거할 수 있도록 그 하부에 별도의 배출관(31)을 구비할 수도 있다.

제1여과조(30) 내부에서 상향류로 이동하는 하수는 제1여과조(30)를 관통하면서 고농도 전처리된 처리수를 그 후단에 제2여과조(40)로 안내한다.

제2여과조(40)는 제1여과조(30)에서 여과된 처리수를 하향류로 흐르게 하여 제2여과조(40) 내부에 배치된 다공성 여재와 접촉하여 후처리 여과공정을 수행하게 된다. 제2여과조(40)는 우선적으로 전처리 공정을 통해 고농도 처리된 처리수를 다공성 여재로 이루어진 여과층부를 수단으로 하여 저농도 정밀여과하여 응집제에 의한 응집여과로 T-P를 제거할 수 있다.

제2여과조(40)에서 재차 여과된 처리수는 제2여과조(40) 하부에 구비된 유출관(41)을 통해 처리수조(80) 혹은 외부 수계로 내보내 진다.

하수의 지속적인 처리과정을 통해, 응집물 혹은 침전물 적층으로 여과층부의 공극이 막혀져 여과효율이 떨어지게 되는데, 제1여과조(30)에서 공급되는 유입수가 제2여과조(40) 내부에서 차오르게 되면 제1여과조(30)에서 공급되는 유입수를 차단하고서 제2여과조(40) 바닥에서 여과층부를 향해 상향류되게 역세척수(또는 공기)를 공급한다.

역세척수는 유입수의 여과처리되는 유동방향과 반대방향으로 주입되어 여과층부에 적층되어 있던 퇴적물을 여과층부에서 분리시켜 여과층부의 막힘을 방지할 수 있다.

역세척으로 분산된 퇴적물, 예컨대 SS는 제2여과조(40) 상부로 떠오르게 하여 제2여과조(40)에 구비된 배출관(43)을 지나 배출수 저류조(50)로 안내된다.

배출수 저류조(50)는 SS를 농축하기 위해서 응집보조제 저장조(60)에서 공급된 응집보조제를 SS와 혼합시킨다. 응집보조제 저장조(60)에 저장된 응집보조제는 바람직하기로 고분자응집제(Polymer)로 되어 있으며, 이 응집보조제는 SS를 함유한 배출수의 물리적 응결(flocculant)을 돕는다.

응집보조제와 SS의 혼합을 촉진시키기 위해서, 배출수 저류조(50)는 교반기(51)를 추가로 구비한다.

도시된 바와 같이, 농축된 SS는 우회관(70)을 지나 원수조(10)와 제1여과조(30) 사이의 공급관(11)으로 안내될 수 있게 순환시키는데, 더욱 바람직하기로 농축된 SS는 응집제 저장조(20)로부터 뻗은 응집제 이송배관과 원수조(10)로부터 뻗어 있는 공급관의 교차점 상류로 안내하여 응집보조제로 농축된 SS가 추가로 응집제와 혼합되어 더욱 농축시켜 제1여과조(30)에서 고농도 처리효율을 향상시켜 처리수를 확실하게 여과시켜 외부로 내보낼 수 있게 한다.

도 2는 본 발명에 구비된 제1여과조의 개략적인 단면도이다.

하수는 원수조(10)에서 공급관(11)을 지나 제1여과조(30)로 안내된다(도 1 참조). 제1여과조(30)는 전처리 처리조로서, 제1여과조(30)로 유입된 하수가 집수되어 바닥으로 슬러지를 침전시켜 배출관(31)을 개방하여 외부로 농축 슬러지를 반출한다.

제1여과조(30)는 다공성 부상여재(310)와의 접촉공간을 확보하는 동시에 이 제1여과조(30)를 고속으로 관통하기 위해서 제1여과조(30) 하부에서 하수를 공급받아 상부로 여과처리하여 배출토록 설계되되, 그 바닥면에는 공급관(11)과 연통되어 있고, 상부면 근처에는 여과된 처리수를 후처리 공정을 위해 제2여과조로 안내한다.

선택가능하기로, 제1여과조(30)에는 다공성 부상여재(310)의 유실을 방지하도록 상부면 아래에서 제1여과조(30)를 가로질러 배열된 제1스크린(320) 및 바닥면 위에 제1여과조(30)를 가로질러 배열된 제2스크린(330)을 구비한다. 그리고 다공성 부상여재(310)는 제1스크린(320)과 제2스크린(330) 사이에 위치된다.

제1여과조(30)는 다공성 부상여재(310)의 역세척에 사용될 역세용 설비를 구비하는 것이 바람직한데, 역세척용 설비는 제1여과조(30) 하부에 하나 이상의 산기관(340)을 구비하여 제1여과조(30)에 공기를 공급할 수 있도록 되어 있다. 이 공기는 제1여과조(30)에 수용된 처리수를 난류 유동시켜 다공성 부상여재(310)에 붙어 있는 응집물, 예컨대 SS를 분리시킬 수 있다. 선택가능하기로, 산기관(340)은 제1여과조 바닥면 바로 위 혹은 제2스크린(330) 상에 배치될 수 있으며, 도 2에서는 제2스크린(330) 상으로 산기관을 배치하고 있다.

도 3은 본 발명에 구비된 제2여과조의 개략적인 단면도이다.

도 2에 도시된 제1여과조(30)에서 전처리된 처리수는 제2여과조(40)로 안내되는데, 특히 제2여과조(40)에서는 처리수가 위에서 아래로 내려보내는 하향류로 여과층부(410)를 관통하여 여과처리되도록 설계한다. 바람직하기로, 여과층부(410)는 제2여과조(40)의 바닥면과 평행하게 이격되게 배치되는바, 다공성 여재(414)로 충전되어 있다.

여과층부(410)의 구조는 도 3의 원호에 비교적 상세하게 도해한다. 선택가능하기로, 여과층부(410)는 지지대(411)와, 와이어 메쉬(412), 굵은 모래층(413), 및 다공성 여재(414)로 구성된다. 지지대(411)는 제2여과조(40)를 가로질러 배열되되, 그 상에 안착될 와이어 메쉬, 굵은 모래층 뿐만 아니라 다공성 여재를 충분히 지탱할 수 있게 배열된다. 와이어 메쉬(412)는 도시되었듯이 지지대(411) 상에 배열된다. 와이어 메쉬(412)는 그 위에 안착될 구성부재, 예컨대 굵은 모래가 여과층부(410) 아래로 유출되는 것을 방지할 수 있도록 촘촘한 구조로 선택되는 것이 바람직하다. 와이어 메쉬(412)는 전술된 바와 같이 굵은 모래의 유실방지를 목적으로 할 뿐만 아니라 여과층부(410)를 역세척할 경우 역세척수의 상향류 이동을 돕는다.

더욱 효과적으로 굵은 모래의 유출을 방지하기 위해서 하나 이상의 와이어 메쉬(412)가 적층될 수 있다.

다공성 여재(414)는 와이어 메쉬(412) 위에 배열된 굵은 모래층(413) 상에 안착되어, 제2여과조(40)에서 하향류하는 처리수를 여과한다.

여과처리하면서, 다공성 여재 상에 적층될 응집물과 침전물로 처리수가 외부로 배출되지 못하게 되면 제2여과조(40) 내부에서 처리수의 수위가 상승하게 된다. 본 발명은 수위계측기(도시하지 않음)를 수단으로 하여 제2여과조(40)의 유입수 수위를 측정한다. 유입수 수위의 변동, 더욱 구체적으로 미리 설정된 수위 이상으로 유입수가 차오르게 되면 이를 수위계측기가 감지하고서 역세배관(440)을 통해 본 발명에 따른 제2여과조(40)의 바닥에서 여과층부(410)를 향해 상향류되게 공기 및/또는 역세척수를 공급한다.

역세척수는 유입수의 여과처리되는 유동방향과 반대방향으로 주입되어 여과층부(410)에 적층되어 있던 응집물을 여과층부(410) 위로 분산시켜 여과층부의 막힘을 방지한다.

이러한 역세척으로 분산된 응집물은 제2여과조(40) 상부로 떠오르게 하여 제2여과조에 구비된 대략 1mm×1mm 메쉬구멍의 미세 스크린망(42)과 배출관(43)을 지나 배출수 저류조(50;도 1 참조)로 반출된다. 역세척시, 응집물이 미세 스크린망(42)에 적층되거나 미세 스크린망(42)과 배출관(43) 사이의 공간에 침강되는 것을 방지하기 위해 미세 스크린망(42)과 배출관(43) 사이의 공간까지 역세배관을 연장하여 역세수를 별도로 공급할 수 있도록 한다.

여기서, 본 발명의 제2여과조(40)에 사용될 다공성 여재(414)는 작은 입자크기를 갖는 유리분말에 수지 및 발포제를 혼합하고, 이 혼합물을 고온(예컨대, 800~1,100℃)으로 가열하고 이를 냉각분쇄하여 입경은 3mm 이하이며, 건조시 용적밀도 0.4~0.6g/㎤, 수분포화시 1.3~1.8g/㎤, 공극률이 65~80%인 다공성 입상체 여재로서 수질정화용으로 사용한다. 또한, 본 발명의 제1여과조(30)에 사용될 다공성 부상여재(310)는 작은 입자크기를 갖는 유리분말에 수지 및 발포제를 혼합하고, 이 혼합물을 고온으로 가열하여 이를 냉각분쇄하여 50~80%의 담체 충전율을 가지고, 건조시 용적밀도 0.2~0.6g/㎤, 공극률이 50~80%이며, 20~50mm의 크기로 되어 있다.

상기 다공성 여재(44)와 다공성 부상여재(310)는 유리분말에 수지 및 발포제를 혼합하고 고온으로 가열하여 이를 냉각분쇄하여 형성하는데, 상기 다공성 여재(44)는 작게 분쇄되면서 기포가 파괴되어 침전되고, 상기 다공성 부상여재(310)는 내부의 기포가 유지되어 물에 뜨게 된다.

또한, 본 발명은 전술된 상세한 설명과 첨부도면에 국한되지 않고 다음의 청구범위의 범주와 범위 내에서 변경가능함을 미리 밝혀둔다.

10 ----- 원수조,
20 ----- 응집제 저장조,
30 ----- 제1여과조,
40 ----- 제2여과조,
50 ----- 배출수 저류조,
60 ----- 응집보조제 저장조,
70 ----- 우회관,
310 ----- 다공성 부상여재,
414 ----- 다공성 여재.

Claims

하수를 응집 및 여과를 통해 처리하는 장치에 있어서,
저장된 하수를 공급관(11)을 통해 공급하는 원수조(10)와;
응집제를 저장하고, 이 응집제를 공급관(11)으로 공급하는 이송배관으로 연통되어 있는 응집제 저장조(20);
상기 원수조(10)에서 공급관(11)을 통해 유입된 하수를 상향류로 흘려보내며 전처리하도록, 하수와의 접촉으로 여과처리하는 다공성 부상여재(310)와 슬러지를 외부로 내보내기 위해 바닥에 위치된 배출관(31) 및 상기 다공성 부상여재(310)를 역세척하기 위해 하부에 배치된 산기관(340)을 구비하는 제1여과조(30);
상기 제1여과조(30)에서 여과된 처리수를 하향류로 흘려보내며 후처리하도록, 바닥면에서 소정의 거리만큼 이격되고 다공성 여재(414)를 구비한 여과층부(410)와, 처리수를 외부로 내보내기 위해 바닥에 위치된 유출관(41), 상기 여과층부 아래에 위치되어 역세척수 또는 공기를 공급하는 역세배관(440), 및 응집물과 불용성 부유물질(SS)를 외부로 배출하는 미세 스크린망(42)과 배출관(43)을 구비한 제2여과조(40);
상기 배출관(43)으로 안내된 응집물과 SS를 집결시키는 배출수 저류조(50); 및
상기 배출수 저류조(50)에서 상기 공급관(11)까지 유체연통되어 농축된 SS를 순환시키는 우회관(70);으로 이루어진 것을 특징으로 하는 슬러지 순환기능을 갖춘 2단 여과장치.
제1항에 있어서, 상기 제1여과조(30)를 가로질러 배열된 제1스크린(320)와 제1여과조(30)의 바닥면 위를 가로질러 배열된 제2스크린(330)을 구비하고, 이들(320,330) 사이에 상기 다공성 부상여재(310)를 위치시키는 것을 특징으로 하는 슬러지 순환기능을 갖춘 2단 여과장치.
제1항에 있어서, 상기 여과층부(410)는 상기 제2여과조(40)를 가로질러 배열된 지지대(411)와, 이 지지대(411) 상에 배치된 하나 이상의 와이어 메쉬(412), 굵은 모래층(413), 및 다공성 여재(414)로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 슬러지 순환기능을 갖춘 2단 여과장치.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 다공성 여재(414)는 작은 입자크기를 갖는 유리분말에 수지 및 발포제를 혼합한 혼합물을 고온으로 가열하고 이를 냉각분쇄한 입상체로 되어 있으며, 이 입상체는 입경이 3mm 이하이며, 건조시 용적밀도 0.4~0.6g/㎤, 수분포화시 1.3~1.8g/㎤, 공극률이 65~80%인 것을 특징으로 하는 슬러지 순환기능을 갖춘 2단 여과장치.
제1항에 있어서, 상기 우회관(70)은 상기 배출수 저류조(50)로부터 응집제 저장조(20)로부터 응집제를 공급하는 이송배관과 원수조(10)로부터 뻗은 공급관의 교차점 상류로 유체연통되어 있는 것을 특징으로 하는 슬러지 순환기능을 갖춘 2단 여과장치.
제1항에 있어서, 상기 제2여과조(40)는 유입수 수위를 측정하는 수위계측기를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 슬러지 순환기능을 갖춘 2단 여과장치.
제1항에 있어서, 상기 응집제는 폴리염화알루미늄(PAC) 혹은 명반(Alum)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬러지 순환기능을 갖춘 2단 여과장치.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다공성 부상여재(310)는 작은 입자크기를 갖는 유리분말에 수지 및 발포제를 혼합하고, 이 혼합물을 고온으로 가열하여 이를 냉각분쇄하여 50~80%의 담체 충전율을 가지고, 건조시 용적밀도 0.2~0.6g/㎤, 공극률이 50~80%이며, 20~50mm의 크기로 되어 있는 것을 특징으로 하는 슬러지 순환기능을 갖춘 2단 여과장치.
제1항에 있어서, 상기 배출수 저류조(50)에 공급될 응집보조제를 저장하는 응집보조제 저장조(60)를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 슬러지 순환기능을 갖춘 2단 여과장치.
제1항에 있어서, 상기 미세 스크린망(42)은 1mm×1mm 메쉬구멍 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 슬러지 순환기능을 갖춘 2단 여과장치.
제1항 또는 제11항에 있어서, 상기 미세 스크린망(42)과 배출관(43) 사이에 역세배관을 추가로 설치하는 것을 특징으로 하는 슬러지 순환기능을 갖춘 2단 여과장치.