KR101075955B1 - 흡착분리를 이용하여 방류수 중의 총인을 제거하는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오·폐수를 배출수 수질범위 내로 처리하여 하천에 방류되는 방류수에 함유된 총인을 흡착제에 의한 흡착분리방법으로 제거하는 고도정수처리장치에 관한 것으로서, 내부공간을 갖는 본체에 총인을 흡착·제거하는 흡착제를 내장한 여과흡착부를 마련하고, 상기 흡착제의 하단부에는 상기 흡착제를 고정·지지하는 지지망이 설치되어 상기 본체의 내부공간을 원수유입공간과 흡착제 충전공간으로 구획형성하며, 상기 지지망은 하방향으로 돌출형성되거나 본체의 벽면에 경사지게 설치되고, 상기 원수유입공간의 벽면에는 상기 지지망의 외주면에 근접하고 원수가 유입되는 방향으로부터 가장 먼 위치에 이물질 유출구가 설치되며, 상기 이물질 유출구에는 밸브(V5)가 개재되어 있다.
본 발명에 따른 장치는 흡착제 표면에 축적되는 이물질이 운전 중 원수의 흐름에 의해 흡착제 표면으로부터 이탈되어 가장자리로 모아져 제거되므로 흡착제의 역세를 위한 가동중단이 줄게 되며, 또한 하천으로 배출되는 방류수로부터 총인을 효율적으로 제거하여 고도정수처리함으로써 식수원의 오염방지뿐만 아니라 물의 재활용을 가능하게 한다.

Description

흡착분리를 이용하여 방류수 중의 총인을 제거하는 장치{apparatus for removing total phosphorus from discharge water by using adsorptive separation}

본 발명은 공장폐수, 축산폐수, 생활하수 등의 폐수를 폐수처리장에서 1차 처리하여 하천으로 배출되는 방류수를 피처리 대상물로 하여 상기 방류수에 함유된 총인(total phosphorus, T-P)을 흡착제에 의한 흡착분리방법으로 제거하는 고도정수처리장치에 관한 것이다.

산업단지 등에서 발생하는 오·폐수를 침사지, 유량조정조, 폭기조 등에서의 처리공정을 통해서 배출수 수질범위 내로 처리하여 하천에 방류하는 것이 일반화되어 있다.

그러나 수자원 고갈과 식수원의 보호를 위해서 하천에 방류되는 방류수를 고도정수하여 재활용하려고 하는 시도들이 최근에 진행되고 있다.

이러한 시도들 중 하나는 산업단지 등에서 발생하는 오·폐수를 침사지, 폭기조 등에서의 처리공정을 통해 1차 처리한 후 하천에 방류하는 방류수를 생물학적으로 재처리하는 것이다.

하지만 이러한 생물학적 처리는 설비가 방대하고 처리속도가 늦어서 처리비용면에서 효율적이지 못한 문제가 있다.

이러한 시도들 중 다른 하나는 분리막을 이용하여 상기 방류수를 처리하는 것으로서, 상기 분리막에는 정밀여과막, 한외여과막, 나노여과막, 역삼투막 등이 있다.

상기 정밀여과막, 한외여과막은 1차 처리된 방류수에 존재하는 미생물, 미세입자 등을 제거할 수는 있으나, 상기 미세물질이 제거된 정화수에 총인, 총질소 또는 오존 등의 정화하기 어려운 난분해성 유기오염물질이 여전히 존재하게 되어 고도정수를 제공하지 못하며, 또한 나노여과막, 역삼투막은 고가이어서 경제성 면에서 부적합하다.

이러한 시도들 중 또 다른 하나는 산화티탄(TiO₂), 산화주석(SnO₂), 산화철(Fe₂O₃) 등의 광촉매와 자외선을 이용하여 1차 처리 방류수에 함유된 난분해성 유기오염물질을 산화처리 한 다음 분리막을 통하여 여과처리하는 방식이 제안되고 있다.

하지만 상기 제안된 방식은 광촉매에 의한 산화처리가 침전조에서 수행되고 분리막에 의한 여과처리가 침지된 분리막에 의해 수행되고 있어서, 산화반응에 참여한 광촉매가 정수처리되고 남은 잔류물질과 함께 침전조 바닥에 쌓이게 되어 광촉매를 재활용하기 위한 분리수단이 추가로 필요하다는 문제점이 있다.

이러한 시도들 중 또 다른 하나는 흡착제를 이용하여 방류수에 함유된 인을 흡착·제거하는 방법으로서, 분말상의 흡착제를 방류수에 투입하여 흡착 및 침강시키는 방식이거나 입자상의 흡착제를 용기에 충전한 후 방류수를 통과시켜 총인(T-P)을 제거하는 방식이 있다.

하지만 분말상의 흡착제를 사용하여 흡착 및 침강시킬 경우 침강속도가 느려 처리시간이 오래 걸리고 단위 체적당 흡착량이 적기 때문에 과량의 흡착제를 사용해야 하며, 흡착제를 과량 사용하면 흡착제의 일부 입자들이 콜로이드 형태로 부유함으로써 탁도 증가, 빛의 투과율 감소 및 용존산소의 공급 저하로 인한 2차 오염이 유발되며, 일부 입자들은 슬러리 상태로 침전되어 이들을 처리하기 위한 별도의 시설이 필요하므로 시설투자비와 유지관리비가 증가하게 된다.

입자상의 흡착제를 용기에 충전하여 총인을 제거하는 방식은 처리량이 많고 유지관리비용이 비교적 적게 소요되는 장점이 있으나, 운전이 진행됨에 따라 방류수에 포함된 협잡물, 부유물 등의 이물질이 흡착제 표면에 축적되어 방류수의 흐름을 방해하므로 수시로 가동을 중단하고 이를 제거해야 하는 단점이 있다.

상기와 같이 폐수를 1차 처리하여 방류하는 방류수를 재활용하고자 하는 시도는 여러 가지 제안되고 있으나, 실효성 면과 경제적인 면에서 만족할 만한 방법은 아직 개발되지 못하고 있는 실정이다.

본 발명이 해결하려는 과제는 흡착제를 이용하여 방류수에 함유된 총인을 제거하는 과정에서, 가동중단 없이 흡착제 표면에 축적되는 이물질을 제거할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 오·폐수를 배출수 수질범위 내로 처리하여 하천에 방류되는 방류수를 흡착제를 이용하여 고도정수처리하는 장치에 있어서, 내부공간을 갖는 본체(31)에 총인을 흡착·제거하는 흡착제(32)를 내장한 여과흡착부(30)를 마련하고, 상기 흡착제(32)의 하단부에는 상기 흡착제(32)를 고정·지지하는 지지망(33)이 설치되어 상기 본체(31)의 내부공간을 하부의 원수유입공간(34)과 상부의 흡착제(32) 충전공간으로 구획형성하며, 상기 지지망(33)은 방사상 내부방향으로 수렴하면서 하방향으로 돌출형성되거나 본체(31)의 벽면(35)에 경사지게 설치되도록 하고, 상기 원수유입공간(34)의 벽면(35)에는 상기 지지망(33)의 외주면에 근접하고 원수유입방향으로부터 가장 먼 위치에 이물질 유출구(36)를 설치하며, 상기 이물질 유출구(36)는 원수를 집수하여 저장하는 원수탱크(10)와 접속하고 도중에 밸브(V5)를 개재함으로써 상기 과제를 해결할 수 있다.

또한, 상기 돌출형성된 지지망(33)의 외주면은 원수 흐름방향의 직교 면(A)과 상이한 위상을 나타내도록 하는 것이 처리장치의 운전 중에 원수 중의 이물질을 보다 더 제거할 수 있다는 점에서 바람직하다.

본 발명에 따른 장치는 상기의 구성에 의해 흡착제 표면에 축적되는 이물질이 운전 중 원수의 흐름에 의해 흡착제 표면으로부터 이탈되어 가장자리로 모아져 제거되므로 흡착제의 역세를 위한 가동중단이 줄게 된다.

또한, 하천으로 배출되는 방류수로부터 총인을 효율적으로 제거하여 고도정수처리함으로써 식수원의 오염방지뿐만 아니라 물의 재활용을 가능하게 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방류수 중의 이물질 및 총인을 제거하는 장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 총인 흡착제가 내장된 여과흡착부(30)의 수직단면도의 일례이다.
도 3은 본 발명에 따른 총인 흡착제가 내장된 여과흡착부(30)의 수직단면도의 다른 예이다.

이하, 본 발명에 따른 일 실시예를 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1에는 본 실시예의 처리장치가 도시되어 있다.

상기 처리장치는 산업단지 등에서 발생하는 오·폐수를 침사지, 유량조정조, 폭기조 등의 처리공정을 통하여 배출수 수질범위 내로 처리하여 하천에 방류되는 방류수를 피처리 대상물(이하 "원수"라고 함)로 한다.

상기 처리장치는 외부로부터 유입되는 원수를 집수하여 저장하는 원수탱크(10), 상기 원수탱크(10)의 원수를 여과흡착부(30)로 이송하는 제1펌프(20), 흡착제가 내장되어 상기 펌프(20)로부터 인입된 원수 중의 이물질을 여과하고 총인을 흡착하여 제거하는 여과흡착부(30), 상기 여과흡착부(30)에서 원수 중의 이물질과 총인이 제거된 처리수를 저장하는 저장탱크(40) 및 상기 저장탱크(40)의 처리수를 배출하는 제2펌프(50)를 포함한다.

상기 여과흡착부(30)에서는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 내부공간을 갖는 본체(31)에 총인을 흡착·제거하는 흡착제(32)가 내장되고, 상기 흡착제(32)의 원수유입방향 단부에는 지지망(33)이 상기 본체(31)에 유밀적으로 내접 설치되어 상기 본체(31)의 내부공간을 원수유입공간(34)과 흡착제(32) 충전공간으로 구획형성한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 지지망(33)은 방사상 내부방향으로 수렴하면서 원수유입공간(34) 방향으로 돌출형성되며, 상기 돌출되는 형상은 만곡형상, 뿔형상, 뿔대형상일 수 있다.

또한, 상기 돌출형성된 지지망(33)의 외주면은 원수 흐름방향의 직교 면(A)에 대하여 상이한 위상을 나타낼 수 있는데, 원수가 상향 또는 하향흐름일 경우 외주면의 일측이 타측보다 높거나 낮은 위치가 되며, 원수가 수평흐름일 경우 외주면은 수직방향에 대하여 기울어진 형태를 나타낸다.

또한, 상기 원수유입공간(34)의 벽면(35)에는 상기 지지망(33)의 외주면에 근접하여 이물질 유출구(36)가 마련되어 이물질을 상기 본체(31) 외부로 배출할 수도 있다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 지지망(33)은 본체(31)의 벽면(35)에 경사지게 설치될 수 있으며, 원수유입방향으로부터 가장 먼 위치의 원수유입공간(34) 벽면(35)에 이물질 유출구(36)가 마련되어 이물질을 상기 본체(31) 외부로 배출할 수도 있다.

본 실시예에서는 상기 여과흡착부(30)에서의 원수 흐름이 하부에서 상부로 이동하는 상향 흐름으로 예시되었으나, 상부에서 하부로 이동하는 하향 흐름 또는 수평 흐름으로 구성하는 것도 가능하다.

즉, 원수가 하부에서 인입되어 상부로 유출되는 경우 상기 지지망(33)은 도 2에 도시된 바와 같이 하향 돌출형상을 가지나, 원수가 상부에서 인입되어 하부로 유출되는 경우에는 상기 지지망(33)은 상향 돌출형상을 가지며, 원수가 좌측 또는 우측에서 수평방향으로 인입되는 경우에는 상기 지지망(33)은 좌향 또는 우향 돌출형상을 가지게 된다.

상기 흡착제(32)로는 통상적인 총인(total phosphorus, T-P) 흡착성능을 가지는 흡착제이면 사용에 제한이 없으며, 예를 들어 하이탈사이트계 흡착제, 지르코늄계 흡착제, 스틸렌계 강염기성 음이온교환수지, 황토, 몬모릴로나이트, 일라이트, 벤토나이트, 맥반석, 제올라이트 등을 들 수 있다.

또한, 상기 처리장치는 일단이 원수탱크(10)에 접속되고 타단이 제1펌프(20)의 흡입부에 접속되어 있는 제1라인(L1), 일단이 상기 제1펌프(20)의 토출부에 접속되고 타단이 여과흡착부(30)의 원수유입공간(34)에 접속되며 도중에 밸브(V1)가 개재되어 있는 제2라인(L2), 일단이 상기 여과흡착부(30)의 흡착제(32) 충전공간에 접속되고 타단이 저장탱크(40)에 접속되며 도중에 밸브(V2)가 개재되어 있는 제3라인(L3), 일단이 상기 저장탱크(40)에 접속되고 타단이 제2펌프(50)의 흡입부에 접속되어 있는 제4라인(L4), 일단이 상기 제2펌프(50)의 토출부에 접속되고 타단이 처리수 사용처(도시되지 않음)에 연결되어 있는 제5라인(L5), 일단이 상기 제5라인(L5) 도중에 접속되고 타단이 상기 제3라인(L3)의 밸브(V2) 상류측에 접속되며 도중에 밸브(V3)가 개재되어 있는 제6라인(L6) 및 일단이 상기 제2라인(L2)의 밸브(V1) 하류측에 접속되고 타단이 상기 원수탱크(10)에 접속되며 도중에 밸브(V4)가 개재되어 있는 제7라인(L7)을 포함한다.

또한, 상기 처리장치는 일단이 상기 이물질 유출구(36)에 접속되고 타단이 상기 제7라인(L7)의 밸브(V4) 하류측에 접속되며 도중에 밸브(V5)가 개재되어 있는 제8라인(L8)을 더 포함한다.

또한, 일단이 상기 제7라인(L7)의 밸브(V4) 하류측에 접속되고 타단이 하수(도시되지 않음)에 접속되며 도중에 밸브(V6)가 개재되어 있는 제9라인(L9)을 더 포함한다.

상기와 같이 구성된 본 처리장치는 다음과 같이 작동될 수 있다.

하·폐수 처리장 방류수인 원수는 원수탱크(10)에 집수된 후 제1라인(L1)을 통하여 제1펌프(20)로 인입된 다음 제2라인(L2)을 통하여 여과흡착부(30)로 이송된다.

상기 여과흡착부(30)에 인입된 원수는 원수유입공간(34)을 경유하여 흡착제(32) 층을 통과하면서 원수 중의 이물질과 총인이 흡착제(32)에 여과 및 흡착되어 제거되고, 원수 중의 이물질과 총인이 제거된 처리수는 제3라인(L3)을 경유하여 저장탱크(40)에 저장되어 고도처리수로서 사용된다.

이때, 흡착제(32)를 고정·지지하는 지지망(33)이 원수 흐름방향에 대하여 직각으로 설치된 평판형의 지지망일 경우, 원수의 이물질은 지지망 표면 전체에 쌓이게 되고 운전이 계속됨에 따라 점점 축적되어 원수의 흐름을 방해하게 된다.

이로 인해 여과흡착부(30)에서의 원수 처리량과 처리효율이 점차 감소하므로 수시로 여과흡착부(30)를 가동중단하고 역세하여 이물질을 제거해야 한다.

그러나 본 처리장치에서는 상기 지지망(33)의 형상이 방사상 내부방향으로 수렴하면서 원수유입공간(34) 방향으로 돌출형성되어 있어서 지지망(33) 표면의 이물질은 원수의 흐름에 의해 지지망(33) 표면으로부터 자연스럽게 이탈되어 지지망(33)의 가장자리로 모이게 된다.

따라서 본 처리장치를 계속해서 운전하여도 이물질이 지지망(33) 표면 전체에 쌓이지 않고 가장자리에만 모이게 되므로, 이물질에 의해 원수의 흐름이 방해받지 않는다.

또한, 상기 지지망(33)이 원수흐름방향에 대하여 경사각도를 갖고서 비스듬히 설치되거나, 또는 원수흐름방향의 직교 면(A)을 기준으로 지지망(33)의 외주면 일측이 타측의 외주면과 상이한 위상을 나타내는 형상일 경우 이물질은 지지망(33) 가장자리의 일정위치, 즉 원수흐름방향에서 가장 깊숙한 위치에 모이게 된다.

상기의 일정위치에 모인 이물질은 본체(31)의 벽면(32)에 마련된 이물질 유출구(36)를 통하여 제8라인(L8)과 제7라인(L7)을 순차적으로 경유하여 상기 원수탱크(10)로 배출되거나 또는 제9라인(L9)을 통하여 하수로 배출되며, 상기 배출은 필요에 따라 간헐적으로 또는 지속적으로 실시할 수 있다.

상기 저장탱크(40)에 저장된 처리수는 제4라인(L4)을 통하여 제2펌프(50)에 인입된 후 가압되어 제5라인(L5)을 경유하여 고도정수로서 각 사용처로 이송된다.

본 처리장치의 가동 중에 여과흡착부(30) 전후의 차압이 증가하거나 필요에 따라 여과흡착부(30)를 역세할 경우에는 밸브(V1) 및 밸브(V2)를 폐쇄하고 밸브(V3) 및 밸브(V4)를 개방하여, 제2펌프(50)에 의해 이송되는 처리수를 제5라인(L5), 제6라인(L6), 제3라인(L3), 여과흡착부(30), 제2라인(L2) 및 제7라인(L7)을 순차적으로 경유하여 원수탱크(10)로 이송되거나 또는 제9라인(L9)을 통하여 하수로 배출함으로써 여과흡착부(30)의 흡착제(33)를 역세한다.

도 1에 도시되지는 않았으나, 제7라인(L7) 상의 제8라인(L8) 접속부 하류측에 필터를 설치하여 역세 중의 역세수에 함유된 이물질과 정상운전 중의 처리수유출구(36)를 통하여 유출되는 원수 중의 이물질을 제거할 수도 있으며, 또한 제1펌프(20)와 여과흡착부(30) 사이에 필터를 설치하여 여과흡착부(30)에 인입되는 원수 중의 이물질을 미리 제거할 수도 있다.

상기와 같이 본 발명에 따른 처리장치는, 흡착제 표면에 축적되는 이물질이 운전 중 원수의 흐름에 의해 흡착제 표면으로부터 이탈되어 가장자리에 모아져 제거되므로, 흡착제의 역세를 위한 가동중단이 줄어들게 되어 처리량의 증가 및 운전비용의 절감효과가 있다.

또한, 하천으로 배출되는 방류수로부터 총인을 효율적으로 제거하여 고도정수처리함으로써 식수원의 오염방지뿐만 아니라 물의 재활용을 가능하게 한다.

10:원수탱크, 20:제1펌프, 30:여과흡착부, 31:본체(31), 32:흡착제, 33:지지망, 34:원수유입공간, 35:벽면, 36:이물질 유출구, 40:저장탱크, 50:제2펌프

Claims (7)

1. 오·폐수를 배출수 수질범위 내로 처리하여 하천에 방류되는 원수를 집수하여 저장하는 원수탱크(10);
   상기 원수탱크(10)의 원수를 여과흡착부(30)로 이송하는 제1펌프(20);
   흡착제가 내장되어 있으며, 상기 펌프(20)에서 이송된 원수가 하부로 인입되어 원수 중의 이물질을 여과하고 총인을 흡착하여 제거한 다음 상부로 배출하는 여과흡착부(30);
   상기 여과흡착부(30)에서 원수 중의 이물질과 총인이 제거된 처리수를 저장하는 저장탱크(40); 및
   상기 저장탱크(40)의 처리수를 배출하는 제2펌프(50);를 포함하고 있으며,
   상기 여과흡착부(30)는 내부공간을 갖는 본체(31)에 총인을 흡착·제거하는 흡착제(32)가 내장되고, 상기 흡착제(32)의 하단부에는 지지망(33)이 설치되어 상기 본체(31)의 내부공간을 하부의 원수유입공간(34)과 상부의 흡착제(32) 충전공간으로 구획형성하며, 상기 지지망(33)은 방사상 내부방향으로 수렴하면서 하방향으로 돌출형성되고, 상기 원수유입공간(34)의 벽면(35)에는 상기 지지망(33)의 외주면에 근접하여 이물질 유출구(36)가 설치되며, 상기 이물질 유출구(36)는 원수탱크(10)와 접속되고 도중에 밸브(V5)가 개재된 것을 특징으로 하는, 흡착분리를 이용하여 방류수 중의 총인을 제거하는 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 돌출형성된 지지망(33)의 외주면은 원수 흐름방향의 직교 면(A)에 대하여 상이한 위상을 나타내는 것을 특징으로 하는, 흡착분리를 이용하여 방류수 중의 총인을 제거하는 장치.
3. 삭제
4. 오·폐수를 배출수 수질범위 내로 처리하여 하천에 방류되는 원수를 집수하여 저장하는 원수탱크(10);
   상기 원수탱크(10)의 원수를 여과흡착부(30)로 이송하는 제1펌프(20);
   흡착제가 내장되어 있으며, 상기 펌프(20)에서 이송된 원수가 하부로 인입되어 원수 중의 이물질을 여과하고 총인을 흡착하여 제거한 다음 상부로 배출하는 여과흡착부(30);
   상기 여과흡착부(30)에서 원수 중의 이물질과 총인이 제거된 처리수를 저장하는 저장탱크(40); 및
   상기 저장탱크(40)의 처리수를 배출하는 제2펌프(50);를 포함하고 있으며,
   상기 여과흡착부(30)는 내부공간을 갖는 본체(31)에 총인을 흡착·제거하는 흡착제(32)가 내장되고, 상기 흡착제(32)의 하단부에는 지지망(33)이 설치되어 상기 본체(31)의 내부공간을 하부의 원수유입공간(34)과 상부의 흡착제(32) 충전공간으로 구획형성하며, 상기 지지망(33)은 본체(31)의 벽면(35)에 경사지게 설치되고, 원수유입방향으로부터 가장 먼 위치의 원수유입공간(34) 벽면(35)에는 이물질 유출구(36)가 설치되며, 상기 이물질 유출구(36)는 원수탱크(10)와 접속되고 도중에 밸브(V5)가 개재된 것을 특징으로 하는, 흡착분리를 이용하여 방류수 중의 총인을 제거하는 장치.
5. 삭제
6. 청구항 1, 청구항 2 또는 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 장치는,
   일단이 원수탱크(10)에 접속되고 타단이 제1펌프(20)의 흡입부에 접속되어 있는 제1라인(L1),
   일단이 상기 제1펌프(20)의 토출부에 접속되고 타단이 여과흡착부(30)의 원수유입공간(34)에 접속되며 도중에 밸브(V1)가 개재되어 있는 제2라인(L2),
   일단이 상기 여과흡착부(30)의 흡착제(32) 충전공간에 접속되고 타단이 저장탱크(40)에 접속되며 도중에 밸브(V2)가 개재되어 있는 제3라인(L3),
   일단이 상기 저장탱크(40)에 접속되고 타단이 제2펌프(50)의 흡입부에 접속되어 있는 제4라인(L4),
   일단이 상기 제2펌프(50)의 토출부에 접속되고 타단이 처리수 사용처에 연결되어 있는 제5라인(L5),
   일단이 상기 제5라인(L5) 도중에 접속되고 타단이 상기 제3라인(L3)의 밸브(V2) 상류측에 접속되며 도중에 밸브(V3)가 개재되어 있는 제6라인(L6) 및
   일단이 상기 제2라인(L2)의 밸브(V1) 하류측에 접속되고 타단이 상기 원수탱크(10)에 접속되며 도중에 밸브(V4)가 개재되어 있는 제7라인(L7)을 포함하는, 흡착분리를 이용하여 방류수 중의 총인을 제거하는 장치.
7. 삭제

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