KR100975239B1

KR100975239B1 - 하천 유지수 확보를 위한 하수 정화 방법

Info

Publication number: KR100975239B1
Application number: KR1020090046340A
Authority: KR
Inventors: 이상우
Original assignee: 창원시
Priority date: 2009-05-27
Filing date: 2009-05-27
Publication date: 2010-08-11

Abstract

본 발명은 하천 유지수 확보를 위한 하수 정화 장치 및 방법에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 약품처리 및 응집, 침전을 수행하고, 생물학적 처리로 하수 내의 유기물과 슬러지를 처리하며, 방류 이전 전해 살균하여 대규모 수처리 부지가 없어도 생활하수를 처리하여 하천 유지수로 활용할 수 있다.

하천 유지수, 생활하수, 생물학적 처리

Description

하천 유지수 확보를 위한 하수 정화 방법{A sewage water treating method for river water}

우리나라는 기상 특성상 하절기에 강우가 집중되어 하절기 이외의 계절에는 물이 흐르지 않는 건천이 많아 하천 유지수 확보가 문제가 되고 있다.

하천 유지수를 확보하기 위해서는 상류 댐 조성, 지하수나 공업용수 이용 및 재순환 등 여러 가지 방법이 있다. 현재 알려진 하천 유지수 확보 방법으로는 첫째, 상류에 대규모 댐을 건설하여 홍수시 초과유출량을 저류하였다가 갈수시 흘려보내는 방법, 둘째, 타 유역에서 유로를 변경하여 하천 유지수를 확보하는 방법, 셋째, 지하수를 개발하여 수량을 확보하는 방법, 넷째, 상류에서 지하 침투량을 증가시켜 유역 내의 함수량을 증대시키는 방법, 다섯째, 가정 오수를 처리하여 하천에 유량을 증가시키는 방법이 있다. 이러한 방법의 장단점을 비교한 것이 아래 표 1이다.

구분	장점	단점
댐 건설	- 안정적인 수원 확보 - 유지 관리 용이	- 건설비용 큼 - 건설적지 확보 곤란 - 주변환경에 영향이 큼
유로 변경	- 타 사업과 연계 가능 (예: 농업용수)	- 건설비용 큼 - 수원 확보 곤란 - 유지 관리비 큼
지하수 개발	- 사업기간이 짧음	- 건설비용 큼 - 유지 관리비 큼 - 수량이 제한됨
수원지 함수능력 증대	- 유지 관리비 저렴 - 산림녹화와 연계 가능 - 토사유출 방지효과	- 효과가 작음 - 장기적 투자가 필요함
가정오수 처리 이용	- 지천 건천화 방지	- 건설비용 큼 - 유지관리 곤란 - 기술적 문제

상기 여러 가지 하천 유지수 확보방법에 대하여 비교 검토한 결과, 1)~4)의 방법은 광역적이고 지리적인 여건이 충족될 때 대안이 될 수 있지만, 도심 속 소하천을 생태하천으로 조성함에 있어서 가장 필요한 조건은 상시 용수를 확보할 수 있어야 한다는 점이다.

본 발명자가 출원한 공개특허 제2002-31122호는 생활하수 재이용에 의한 하천유지수 확보기술에 관한 것으로서, 하수도관에서 하수를 집수하여 인근 하천변 및 고수부지에 하수정화장치를 설치하여 하수를 정화하고, 처리된 처리수는 오존 소독한 후 하천에 방류하여 하천유지수로 이용하고, 하수정화장치에서 발생하는 오니는 하천 지하의 하수도관을 통하여 하수 처리시설로 보내는 기술을 공개하고 있다. 상기 하수정화장치는 하수관에서 하수 유입장치를 통하여 하수를 유입하여 이를 화학응집처리조, 침전조, 예비폭기조, 자갈접촉산화조, 재폭기조, 숯생물막 여과조, 오존산화조, 후폭기조, 방류조의 순서로 순차적으로 처리한다.

그러나, 이 기술은 위와 같이 여덟 단계의 처리과정을 거치게 되어 유지, 관리가 용이하지 않다. 뿐만 아니라, 여러 단계의 처리가 필요하므로 비용과 시간, 설치 부지가 많이 소요되는 문제점이 있다. 또한, 생활하수의 배출량이 매우 적은 야간에도 계속 운행됨으로써 F/M비(미생물에 대한 유기물의 비율)가 높아져 생물학적 처리에 필요한 미생물을 다량 유지하지 못하는 문제점이 있으며, 오존 소독으로 인한 이취 등 많은 문제점이 제기되었다.

따라서, 본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하여 더욱 간단한 공정으로 하천 유지수를 제공하려는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 계절에 관계 없이 항상 적정 유량의 하천 유지수를 확보할 수 있는 방법을 제공하려는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 생활하수를 간단한 장치로 효율적으로 처리하여 경제적이고 유지, 관리가 용이한 하천 유지수를 제공하려는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 종래 하천 유지수 확보 기술을 개선하여 생물학적 처리조의 미생물이 감소하지 않고 최적의 상태를 유지하여 생물학적 처리 효율을 높이는 방법을 제공하려는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명자는 생활하수에 대하여 선처리 단계로서 고속 약품응집 및 침전을 수행함으로써 부유물질량(SS)을 25 이하로 낮추었으며, 처리수 내의 유기물질과 영양물질을 저감하기 위해 생물학적 처리를 수행하였고, 마지막으로 방류 전 병원성 미생물 등을 처리하기 위해 전기분해 소독을 수행하였다.

본 발명은 하천 유지수 확보를 위한 하수 정화 방법에 있어서,

생활 하수를 유입하여 무기 응집약품을 투여하고 응집 교반하여 부상한 스컴을 제거하고, 양측이 하향 절곡된 경사판을 이용하여 비중이 큰 오염물을 침전시키는 단계;

상기 응집 교반 및 침전 단계를 거친 피처리수를 생물학적 반응조에서 처리하되, 야간에는 폭기량을 50% 이하로 감소시켜 F/M 비를 낮게 유지하고, 아침에는 피처리수 유입을 순차적으로 늘려 유기물질과 영양물질을 제거하는 생물학적 처리 단계; 및

상기 생물학적 처리를 거친 피처리수를 금속판으로 형성된 양극과 음극이 설치된 전해살균조로 유입하여 전류를 흘려주어 세균, 바이러스를 살균하는 전해살균 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 하천 유지수 확보를 위한 하수 정화 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 하천 유지수 확보를 위한 하수 정화 장치에 있어서,

생활 하수를 유입하여 무기 응집약품을 투여하고 응집 교반하는 교반조;

상기 교반조에서 스컴 제거 처리된 피처리수를 유입하여 경사판을 이용하여 비중이 큰 오염물을 침전시켜 제거하는 침전조;

상기 교반조 및 침전조를 거친 피처리수를 유입하여 생물학적 분해 반응으로 유기물질과 영양물질을 제거하며, 야간에는 폭기량 50% 이하로 운전하여 F/M 비를 낮게 유지하고 아침에는 피처리수 유입을 순차적으로 늘리는 생물학적 처리조; 및

상기 생물학적 처리조를 거친 피처리수를 유입하여 금속판 재질의 양극, 음 극 사이에 흐르는 전류로 살균 처리하는 전해살균조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하천 유지수 확보를 위한 하수 정화 장치를 제공한다.

본 발명에서는 녹조류의 과잉번식을 야기하는 부영양화의 원인 물질인 질소와 인을 빠른 시간 내에 처리하고 후속하는 생물학적 처리의 유기물 오염 부하를 낮출 수 있는 고속 약품 응집 침전공정을 전처리 단계로 두었다.

생활하수에 무기 응집약품을 투입하면 부유성 오염물질과 응집약품이 전기적 중화과정을 통해 서로 뭉쳐 응집되면서 질소는 약 40~50%, 인은 약 70~80% 제거할 수 있고, 유기오염물질 또한 약 60% 제거하여 영양물질 제거효과가 높다. 뿐만 아니라, 고속 약품 응집 침전공정은 후속되는 생물학적 처리의 효과를 높이기 위하여 유기 오염물질 부하를 낮추어 주기 때문에, 짧고 간단한 생물학적 처리 공정을 통해 하천에 방류 가능한 수질을 확보할 수 있도록 해 준다. 특히, 본 발명의 전처리 단계는 종래 약품 응집 침전공정의 침전조를 개량함으로써 침전 거리는 줄이고 침전 면적은 늘려 침전 효율을 극대화시키는 분리장치를 침전조에 내장하여 설치 비용과 침전조 부지 면적을 현저히 감소시킨다.

고속 약품응집 침전의 전처리 공정을 통해 유기 오염물질과 영양물질이 1차 제거된 피처리수가 유입되면 생물학적 처리조에서는 폭기 처리 및 미생물의 생물학적, 생화학적 분해 활동으로 수중에 남아 있는 유기 오염물질과 영양물질을 제거한다. 생물학적 처리공정에서는 생활하수 배출량이 감소하는 야간에 폭기량을 줄여 주간 평균 폭기량 100%를 기준으로 30% 내외로 폭기하면 F/M비(미생물에 대한 유기 물의 비율)가 0.5 이하로 낮아져 물질대사가 활발하게 되며, 침전성도 양호하게 되고, BOD 제거율이 높아진다. 종래와 같이 주간과 야간에 동일한 폭기 조건으로 생물학적 처리를 수행하게 되면 생활하수 배출이 감소하는 야간 동안 유기 오염물질과 영양물질의 공급이 적어지므로 미생물이 감소하게 된다. 그리하여 본 발명자는 야간 폭기를 줄임으로써 생물학적 처리가 원활히 일어나도록 하였다. 아침에는 1~2시간 동안 생물학적 처리조에 서서히 물 즉, 고속 약품응집 침전의 전처리 공정을 거친 물의 유입량을 증가시킴으로써 유기물질과 영양물질의 처리가 원활해지도록 하였다.

고속 약품응집 침전 전처리 공정과 생물학적 처리 공정을 거친 처리수는 방류 이전 단계에서 각종 미생물과 생물학적 처리조의 탈리 미생물이 남아 있으므로 하천으로 방류하기 전 살균 소독 및 슬러지 처리를 거쳐야 한다. 살균 방식은 생물학적 처리를 거쳐 나오는 처리수 내 미생물에 오존, 자외선, 염소, 전기분해 등 각종 살균기법을 적용한 결과 전해살균 방법이 최적의 방법임을 확인하였다.

본 발명의 하천 유지수 확보를 위한 하수 정화 방법을 이용하면 수처리 장치가 간편하고, 처리 비용이 저렴하다.

또한, 본 발명의 하천 유지수 확보를 위한 하수 정화 방법은 생활하수를 재활용하므로 댐 건설이나 저수지 확장 등 대규모의 건설 부지와 건설 비용을 소요하지 않고도 경제적이고 친환경적으로 하천 유지수를 공급할 수 있다.

또한, 본 발명의 하천 유지수 확보를 위한 하수 정화 방법은 강수량에 관계 없이 연중 지속적으로 하천 유지수를 공급할 수 있다.

또한, 본 발명의 하천 유지수 확보를 위한 하수 정화 방법에 의한 하천 유지수의 공급은 자연환경 보존, 수변 생태공간 조성 및 친자연환경 조성에 크게 기여한다.

본 발명의 하천 유지수 확보를 위한 하수 정화 방법 및 장치를 도면을 들어 더욱 자세히 설명한다.

도 1, 도 2와 같이 본 발명에 의한 하수 정화장치는 하수관에서 원수를 유입하고 화학응집조, 완속교반조, 침전조, 생물학적 처리조 및 전해살균조를 순서대로 거쳐 최종 방류수를 하천에 방류하여 하천 유지수를 확보한다.

침전조, 생물학적 처리조 및 전해살균조 등에서 발생된 슬러지는 하부 슬러지 배출시설을 통하여 슬러지 수집조에 수집하거나 하수처리장으로 보내기 위해 하수관과 연결시킨다.

먼저, 원수펌프를 이용하여 하수관으로부터 원수를 유입한다. 원수는 스크린 장치를 거쳐 부피가 큰 부유물, 오염물 등을 걸러내고 화학응집조로 이송된다. 약품탱크로부터 응집제가 화학응집조로 투여된다. 화학응집조에서는 약품 처리와 함께 급속 교반을 수행하여 원수 내의 오염물질이 급속 응집되도록 한다. 또한, 화학응집조 내에는 급속 응집된 스컴의 부상을 돕는 경사판이 설치된다. 응집, 부상한 스컴은 스컴 수거기를 작동시켜 걷어낸다.

응집과 급속 교반을 거친 피처리수는 완속교반조로 이동되어 급속 교반을 통해 제거되지 못한 오염물질이 제거된다.

완속교반조를 거친 피처리수는 침전조로 이동된다. 본 발명에서 침전조는 최소의 부지에서 최대의 침전 효과를 거두어야 하므로 이와 같은 점을 고려하여 침전조 내에 하향 절곡된 경사판을 설치하였다. 피처리수는 침전조 상부로 유입되어 일정 시간 체류한 후 생물학적 처리조로 이동하게 된다. 침전조 좌우를 가로지르며 다수의 통공이나 슬릿이 형성된 관 형상의 피처리수 분배관이 침전조의 상측에 다수 개 설치된다. 피처리수 분배관을 통해 피처리수가 침전조 내로 유입되면 피처리수는 하향 절곡된경사판의 경사면을 따라 아래로 이동하면서 비중이 무거운 오염물질은 경사면에 침전된다. 하단까지 내려간 피처리수는 하향 절곡된 양측 경사판의 사이로 상승하게 되는데, 경사판 절곡면 내측 아래에는 슬릿이나 통공이 형성된 피처리수 회수관이 있어서 이 회수관을 통해 침전 처리된 피처리수가 처리수로로 회수된 후 다음 단계인 생물학적 처리조로 이동하게 된다.

생물학적 처리조에서는 미생물을 이용하여 전단계에서 응집 교반 및 침전을 통하여 제거되지 않은 유기물질과 영양물질을 제거하게 된다. 생물학적 처리조 내에는 미생물이 부착되어 피처리수 내의 유기물질과 영양물질을 처리하도록 여재가 설치된다. 본 발명의 생물학적 처리조 내의 여재는 유동상으로 설치하여 피처리수와의 접촉을 최대화하도록 하였고, 아울러 미생물의 분해활동에 의하여 생성되는 슬러지가 하방으로 잘 낙하하도록 하였다. 상기 여재는 바람직하게는 섬모상으로 형성하여 표면적을 넓힘으로써 다수의 미생물이 부착할 수 있도록 형성한다. 생물학적 처리조에는 필요한 경우 여재 외에도 숯을 부가 설치하여 숯이 미생물 담체로서의 기능도 수행하고 피처리수 내의 오염물질을 흡착하는 기능도 수행하도록 한다.

또한, 생물학적 처리조 내에는 호기성 미생물이 잘 성장하고 생존할 수 있도록 처리조 아래쪽에 산기관을 설치하고 외부의 블로어와 연결하여 공기를 공급해 준다.

생물학적 처리조는 화학응집조나 전해살균조와는 달리 살아 있는 미생물에 의한 오염물질 분해 처리를 수행하므로 미생물이 충분히 생존하도록 유지하는 것이 중요하다. 종래에는 생물학적 처리조를 24시간 가동함으로 말미암아 생활하수 배출이 감소하는 야간 동안 유기 오염물질과 영양물질의 공급이 적어지므로 유기물질 대비 미생물이 감소하게 된다. F/M비(미생물에 대한 유기물의 비율)가 높아지면 BOD 제거율이 높지 않고 침전성도 저하된다. 그리하여 본 발명자는 야간에 생물학적 침전조의 폭기량을 줄임으로써 생물학적 처리가 원활히 일어나도록 하였다. 즉, 생활하수 배출량이 감소하는 야간에 폭기량을 줄여 주간 평균 폭기량 100%를 기준으로 10~50%, 바람직하게는 30% 내외로 폭기하면 F/M비(미생물에 대한 유기물의 비율)가 0.5 이하로 낮아져 물질대사가 활발하게 되며, 침전성도 양호하게 되고, BOD 제거율이 높아졌다. 생활하수의 유입이 많아지는 아침에는 1~2시간 동안 생물학적 처리조에 서서히 피처리수 즉, 고속 약품응집 침전의 전처리 공정을 거친 물의 유 입량을 증가시킴으로써 유기물질과 영양물질의 처리가 원활해지도록 하였다.

생물학적 처리조를 거친 피처리수는 최종적으로 방류 전 살균 공정을 통하여 인체에 해로운 병원성 미생물 등을 살균하여야 한다. 종래 기술에서는 오존 소독을 실시하였으나 이취 문제 등으로 다양한 살균방법을 실험한 결과 하수 유지수의 목적으로는 전해살균이 가장 적합함을 확인하였다.

전해살균조 내에는 양극판과 음극판이 설치되고, 직류전류가 흐르도록 한다. 물에 흐르는 전류는 화학반응을 일으키는 전기적 추진력으로 작용하게 되고, 전극판으로부터 용해되어 나오는 금속이 수산화물을 형성하는데, 금속 수산화물은 활성이 강하여 응집 및 흡착 특성이 우수하여 처리수 내의 에멀젼 입자, 부유 입자, 불용성 입자 등을 응집, 흡착할 수 있을 뿐 아니라 전극에서 발생되는 활성산소 등의 산화제는 세균, 바이러스 등을 사멸시킨다. 전해살균조의 양극, 음극에 전원이 공급되면 유입된 피처리수는 전기분해가 일어나 수소가스와 산소가스가 발생하고, 산화, 환원 반응이 일어난다. 전극판으로는 알루미늄판, 스테인레스 스틸 판, 티타늄판 등이 바람직하다. 전해살균조는 세균, 바이러스의 사멸뿐만 아니라, 피처리수에 남아 있던 오염물질을 제거하는 기능도 부가적으로 수행하게 되는 것이다. 따라서, 전해살균조는 살균용 화학 약품의 사용이 필요하지 않고, 설치 부지가 많이 소요되지 않으며, 시스템이 단순하여 운전이 용이하며, 유지비용도 저렴하므로 본 발명의 후처리 공정에 가장 적합하다.

위와 같은 단계를 거쳐 생활하수를 대상으로 실험한 결과, 아래 표 2와 같은 처리 결과를 얻었다. BOD, SS, ABS, 총인은 90% 이상의 제거효율을 나타내었고, 수질은 환경정책 기본법에 정한 하천수질등급 4등급 이상으로 나타나 하천 유지수로 적합한 것으로 나타났다. 도 3에도 처리 전 하수(원수) 및 응집교반, 침전의 전처리 단계를 거친 1차 처리수와, 생물학적 처리 단계까지 거친 2차 처리수의 상태가 사진으로 나타나 있다. 이를 통하여 본 발명의 방법을 이용하면 간단한 공정과 설비만으로도 충분히 오염물질을 제거한 하천 유지수를 상시 확보할 수 있음을 확인할 수 있다.

	구분	BOD	SS	ABS	T-N	T-P
1차 실험	원수(㎎/ℓ)	210	238	4.002	33.49	5.08
	처리수(㎎/ℓ)	8	2.5	0.164	8.70	0.08
	처리율(%)	99.6	98.9	95.9	74.0	98.5
2차 실험	원수(㎎/ℓ)	168	234	4.965	44.34	5.88
	처리수(㎎/ℓ)	6	7	0.663	11.56	0.17
	처리율(%)	96.4	97.1	86.7	73.9	97.2
3차 실험	원수(㎎/ℓ)	222	252	3.596	39.01	7.45
	처리수(㎎/ℓ)	5.4	6.5	0.404	11.37	0.12
	처리율(%)	97.6	97.4	88.8	70.9	98.4
4차 실험	원수(㎎/ℓ)	114	324	2.656	39.23	5.73
	처리수(㎎/ℓ)	3	7	0	11.78	0.09
	처리율(%)	97.4	97.8	100	70.0	98.3
5차 실험	원수(㎎/ℓ)	197	344	5.447	43.99	4.90
	처리수(㎎/ℓ)	3.6	4	0.129	33.86	0.101
	처리율(%)	98.2	98.8	97.6	23.0	97.8
6차 실험	원수(㎎/ℓ)	114	292	1.825	41.13	4.94
	처리수(㎎/ℓ)	2.4	4.6	0.621	21.08	0.03
	처리율(%)	97.9	98.4	66.0	48.8	99.4
7차 실험	원수(㎎/ℓ)	147	156	1.277	51.08	4.27
	처리수(㎎/ℓ)	5.0	5.2	0.051	28.77	0.05
	처리율(%)	96.6	95.7	96.0	43.7	98.9
평균 처리율(%)		97.7	97.7	90.4	57.8	98.4
전기분해 처리 후(%)		98.1	97.7	91.4	62.5	99.1

도 1은 본 발명에 따른 하천 유지수 확보를 위한 하수 정화 방법의 처리공정도이고,

도 2는 본 발명에 따른 하천 유지수 확보를 위한 하수 정화 시설의 모형도이다.

도 3은 본 발명에 따른 하천 유지수 확보를 위한 하수 정화 방법의 결과를 나타낸 사진으로서, 왼쪽은 유입되는 하수(원수), 중앙은 고속 약품응집 침전 공정을 거친 물(1차 처리수), 오른쪽은 고속 약품응집 침전 공정 및 생물학적 처리 공정을 거친 물(2차 처리수)이다.

Claims

생활 하수를 유입하여 무기 응집약품을 투여하고 응집 교반하여 부상한 스컴을 제거하고, 양측이 하향 절곡된 경사판을 이용하여 비중이 큰 오염물을 침전시켜 제거하는 단계; 상기 응집 교반 및 침전 단계를 거친 피처리수를 생물학적 반응조로 유입시켜 유기물질과 영양물질을 제거하는 생물학적 처리 단계; 및 상기 생물학적 처리를 거친 피처리수를 금속판으로 형성된 양극과 음극이 설치된 전해살균조로 유입하여 전류를 흘려주어 살균하는 전해살균 단계;를 포함하는 하천 유지수 확보를 위한 하수 정화 방법에 있어서,

상기 생물학적 처리 단계에서 야간에는 폭기량을 50% 이하로 감소시켜 F/M 비를 낮게 유지하고, 아침에는 피처리수 유입을 순차적으로 늘려 생물학적 처리에 필요한 미생물을 다량 유지함을 특징으로 하는 하천 유지수 확보를 위한 하수 정화 방법.
생활 하수를 유입하여 무기 응집약품을 투여하고 응집 교반하는 교반조; 상기 교반조에서 스컴 제거 처리된 피처리수를 유입하여 경사판을 이용하여 비중이 큰 오염물을 침전시켜 제거하는 침전조; 상기 교반조 및 침전조를 거친 피처리수를 유입하여 생물학적 분해 반응으로 유기물질과 영양물질을 제거하는 생물학적 처리조; 및 상기 생물학적 처리조를 거친 피처리수를 유입하여 금속판 재질의 양극, 음극 사이에 흐르는 전류로 살균 처리하는 전해살균조;를 포함하는 하천 유지수 확보를 위한 하수 정화 장치에 있어서,

상기 생물학적 처리조는 야간에는 폭기량 50% 이하로 운전하여 F/M 비를 낮게 유지하고 아침에는 피처리수 유입을 순차적으로 늘리도록 조정하여 생물학적 처리에 필요한 미생물을 다량 유지함을 특징으로 하는 하천 유지수 확보를 위한 하수 정화 장치.