KR101107891B1 - 수질개선용 담체 - Google Patents

Abstract

본 발명은본 발명은 하천수, 호소수 등을 직접 처리하거나 우수 등의 비점오염원 및 오수를 처리하며, 상수원수의 취수 전후에 상수원수의 전처리용으로 사용되는 담체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 30∼40%의 슬러지, 5∼25%의 도석, 15∼25%의 점토(카올린), 5∼15%의 석회석과 10∼20%의 분말활성탄으로 구성된 담체를 투입하여 먼저, 부피가 큰 부유물 등을 걸러주는 동시에, 담체층에 형성되어 있는 미세한 공극을 이용해 유기물이나 질소, 인, 조류 등을 제거하여 수질개선을 하도록 한 수질개선용 담체에 관한 것이다.

Description

수질개선용 담체{Media for improving quality of water}

본 발명은 하천수, 호소수 등을 직접 처리하거나 우수 등의 비점오염원 및 오수를 처리하며, 상수원수의 취수 전후에 상수원수의 전처리용으로 사용되는 담체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 30∼40%의 슬러지, 5∼25%의 도석, 15∼25%의 점토(카올린), 5∼15%의 석회석과 10∼20%의 분말활성탄으로 구성된 담체를 투입하여 먼저, 부피가 큰 부유물 등을 걸러주는 동시에, 담체층에 형성되어 있는 미세한 공극을 이용해 유기물이나 질소, 인, 조류 등을 제거하여 수질개선을 하도록 한 수질개선용 담체에 관한 것이다.

최근 4대강 살리기 사업 등으로 대량의 상수원수를 취수하는데 문제점을 개선할 필요가 있고, 우수 등의 비점오염원이나 오수 등을 대량으로 처리할 경우가 잦아지고 있다. 대량으로 수질처리가 가능한 담체를 직접 또는 여과조 및 인공습지를 이용하여 수질개선을 해야 하는 필요성이 있다. 이런 담체는 설치비와 유지관리비가 저렴하고 처리효율도 높으며, 유기물 제거에 중점을 둔 종래의 처리방식에 비하여 유기물은 물론 호소 부영양화의 원인물질인 인, 질소와 조류(Algae) 등에 대한 정화기능까지 갖고 있어 매우 유용한 처리시설로서 대량으로 수질을 개선시키는데 적용될 수 있다.

부영양화란 인, 질소와 같은 제한 영양소가 증가하여 식물플랑크톤의 양이 증가하고 수질내 유기물이 증가하는 현상을 말한다.

특히, 본 발명의 담체에 사용되는 슬러지는 정수장슬러지를 재활용함으로써 녹색성장의 기조를 맞추고 있으며, 담체를 소성함으로써 정수장슬러지에 함유된 아크릴아마이드 등 유해한 물질을 없애므로 안전한 담체로 사용할 수 있다.

이런 담체를 이용한 종래의 여과공법으서는 생물막 등의 원리를 이용한 여재들이 사용되고 있으며, 연구가 활발히 진행되고 있다.

이런 종래 장치의 경우 유입수를 수로분리막에 의해 강제로 분리하여 스크린에서 1차로 부유물을 걸러낸 뒤 접촉산화조로 투입하고 있는데, 상기 스크린의 경우 비교적 크기가 큰 부유물을 걸러줄 수 있으나 크기가 작은 유기물 등은 걸러주지 못하게 되어 오염원에 대한 제거가 미미할 수밖에 없다.

또한, 미생물접촉제가 오염원 제거의 주요한 구성이며 이를 다수 사용하고 있으나, 많은 양의 유기성 폐기물이 유입될 경우 미생물의 번식이 급속히 늘어나게 되고 이로 인해 호기성 상태의 접촉산화조가 용존산소량의 부족으로 인해 미생물이 혐기성 미생물로 바뀌면서 분해되는 속도가 현저하게 감소하게 되어 결국 물의 정화능력이 떨어질 우려가 있다.

또 다른 것으로서는 한국 등록특허 제0424289호와 같은 정화처리용 자연평형 수직흐름형 인공습지 설비가 있는데, 이러한 인공습지 설비는 정화처리 필터층을 콤퍼스트층, 왕사모래층, 폐타이어 과립자층 및 자갈층으로 형성하고 있으나, 습지조의 상부에서 하부로 물을 공급하여 여과하는 방식이므로 정화처리 필터층에 계속적으로 침전물이 쌓이게 되고, 일정한 시간이 지나거나 일정한 양의 오폐수가 걸러진 뒤에는 그 정화능력이 급격히 떨어질 수밖에 없다.

본 발명은 하천수, 호소수 등을 직접 처리하거나 우수 등의 비점오염원 및 오수를 처리하며, 상수원수의 취수 전후에 상수원수의 전처리용으로 사용되는 담체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 30∼40%의 슬러지, 5∼25%의 도석, 15∼25%의 점토(카올린), 5∼15%의 석회석과 10∼20%의 분말활성탄으로 구성된 담체를 투입하여 먼저, 부피가 큰 부유물 등을 걸러주는 동시에, 담체층에 형성되어 있는 미세한 공극을 이용해 유기물이나 질소, 인, 조류 등을 제거하여 수질개선을 하도록 하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 수질개선용 담체는 슬러지와 도석, 점토(카올린), 석회석, 분말활성탄을 포함하되, 각각 30∼40%의 슬러지, 5∼25%의 도석, 15∼25%의 점토(카올린), 5∼15%의 석회석과 10∼20%의 분말활성탄의 비율로 구성되는 것이 특징이다.

본 발명에 의한 담체는 설치면적에 비해 처리효율이 낮은 기존의 담체를 화학응집제 역할을 하는 도석, 점토, 석회석, 분말활성탄, 정수장슬러지를 이용하여 담체를 개발하여 오염유기물질, 질소 및 인과 같은 영양염류, 조류 등의 처리효율을 최대화시켰다.

특히, 정수장슬러지를 재활용하기 때문에 폐기물을 이용한 친환경적 방법이기도 하다.

도 1은 본 발명의 수질개선용 담체의 제조공정도.
도 2는 본 발명의 수질개선용 담체를 나타낸 사진.
도 3은 본 발명의 수질개선용 담체를 이용한 수질개선을 나타낸 분석표.
도 4는 본 발명의 수질개선용 담체를 이용한 수질개선을 나타낸 분석그래프.

이하, 첨부한 도면에 의해 본 발명의 수질개선용 담체 및 그 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 수질개선용 담체의 제조공정도이며, 도 1는 본 발명의 수질개선용 담체를 나타낸 사진이다.

본 발명의 수질개선용 담체의 제조방법은 먼저, 제1공정으로 반 고상의 정수장 슬러지를 이용하여 95℃의 건조기에서 24시간 건조시켜 고형슬러지를 얻는다.

상기 고형슬러지를 얻기 위해 일반적인 상온에서 건조하여도 무방하지만 건조시간이 많이 걸리는 관계로 일반적으로 95℃의 건조기에서 건조하는 것이 가장 바람직한 건조방법이다.

제2공정으로는 제 1공정에 의해 얻어진 고형슬러지와, 도석, 점토, 석회석, 분말활성탄을 각각 30∼40%: 5∼25%: 15∼25%: 5∼15%: 10∼20%의 비율로서 혼합장치에 의해 혼합하게 된다.

상기 점토로는 카올린 즉, 고령토를 사용한다.

고령토는 백도토라고도 불리며, 고령석(카올리 나이트)와 할로이사이트가 주성분으로 장석류가 탄산 또는 물에 의한 화학적 풍화작용을 거쳐 생성된다.

화학식으로는 Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O로 표기한다.

상기 혼합장치로는 펠렛혼합(성형)장치가 사용된다.

그리고 제3공정으로 제2공정에 의해 혼합된 여재를 성형기에 넣어 500kg/m²의 압력을 가하여 담체(1)의 기본형을 만들게 된다.

즉, 가루형태의 여재는 성형기 내에서 500kg/m²의 고압을 받게 되어 고체덩어리가 되게 되는 데 이를 흔히 담체(1)라고 한다.

담체(1)의 기본형태는 경우에 따라 단면을 원형이나 삼각형 내지 사각형 등의 다양한 형태로 제작할 수 있다.

상술한 표현 중 여재는 고형슬러지와, 도석, 점토, 석회석과 분말활성탄을 혼합한 고체가루를 표현한 것이다.

제4공정으로 제3공정에 의해 제작된 기본형 담체(1)를 95℃ 건조기에서 2∼3시간 1차 건조하게 된다.

상기 제4공정은 제1공정의 고형슬러지를 얻는 건조공정과 같이 상온에서 건조하여도 되지만 건조시간상 95℃ 건조기에서 건조하는 것이 또한 바람직하다.

제4공정에 의해 건조된 담체(1)는 전기로에서 100℃, 200℃, 300℃의 각각의 온도로 가열 후 식히는 반복작업의 1차 가열하는 제5공정의 과정을 거치게 된다.

즉, 제4공정은 담체(1)를 100℃로 가열했다가 잠시 식히고, 다시 200℃로 가열했다가 잠시 식히고, 다시 300℃로 가열했다가 잠시 식히는 것을 의미한다.

이때, 각 온도에서 식히는 시간은 가열된 담체(1)가 완전히 식지 않게 주의해야 하며, 따라서 본원에서는 냉각이라는 표현보다는 식힌다는 표현을 사용하였다.

그리고 제4공정 후 곧바로 1차 가열된 담체(1)를 750℃의 전기로에서 4시간 정도 가열하는 제6공정인 2차 가열공정을 거치게 된다.

100℃, 200℃, 300℃의 순으로 가열했다가 식히는 과정을 반복하는 이유는 담체(1)에 균열이 생겨 깨지는 것을 방지하기 위해서이며, 1차 가열 후 고온의 2차 가열을 하는 이유도 이와 일맥상통하다.

끝으로, 제7공정으로 제6공정에서 2차 가열된 담체(1)를 상온에서 건조하는 2차 건조공정을 통해 본 발명의 수질 개선용 담체(1)가 제조되게 된다.

이러한 가루형태의 여재가 고압으로 압축되어 성형된 담체(1)는 자체적인 공극을 가지게 된다.

도 2에서 담체(1)의 표면에 얼룩이 진 부분은 오염수 내의 유기물이나 질소, 인, 조류 등이 담체(1)의 공극에 의해 흡수된 부분이다.

도 3은 본 발명의 수질개선용 담체를 이용하여 수질개선을 나타낸 분석표이며, 도 4는 도 3의 분석표에 나타낸 수치를 그래프화 한 것이다.

참고로 이해의 편의를 위해 도 4에서 클로로필-a의 수치는 다른 지표의 측정치 수치와 비교하여 상대적으로 작은 수치이기 때문에 하나의 도표 안에 표시되는 그래프를 나타내기 위하여 그래프의 우측 편 농도의 수치기준을 사용하며 나머지 지표는 좌측 편의 수치기준을 이용하길 바란다.

도 3, 4에 도시된 바와 같이 상술한 공정에 의해 제조된 담체(1)를 반응기에 넣고 12시간, 24시간, 72시간 순으로 BOD, COD, SS, T-N, T-P, 클로로필-a의 분석을 실시하였다.

BOD의 경우 7.369 mg/L에서 12시간 후 6.856 mg/L (7 %), 24시간 후 4.732 mg/L (35.8 %)가 3일 후에는 1.732 mg/L (76.5 %)의 제거율을 보였다.

COD의 경우 10.16 mg/L에서 12시간 후 9.66 mg/L (4.9 %), 24시간 후에는 8.24 mg/L (18.9 %), 3일 후에는 5.77 mg/L (43.2 %)의 제거율을 보였다.

T-N의 경우 11.044 mg/L에서 12시간 후 9.595 mg/L (13.1 %), 24시간 후에는 7.816 mg/L (29.2 %), 3일 후에는 6.628 mg/L (39.9 %)의 제거율을 보였다.

T-P의 경우 1.312 mg/L에서 12시간 후 1.025 mg/L (21.9 %), 24시간 후에는 0.896 mg/L (31.7 %), 3일 후에는 0.872 mg/L (33.5 %)의 제거율을 보였다.

클로로필-a의 경우 0.004906mg/L에서 12시간 후 0.00469 mg/L(4.4%), 24시간 후에는 0.003968mg/L(19.1%), 3일 후에는 0.003752mg/L(23.5%)의 제거율을 보였다.

이는 3일 기준으로 BOD는 76.5%, COD는 43.2%, T-N은 39.9%, T-P는 33.5%, 클로로필-a는 33.5%의 제거효율이 있는 것으로 판명난 증거이다.

1. 담체

Claims (6)

1. 수질개선용 담체에 있어서,
   상기 담체(1)는 30∼40%의 슬러지, 5∼25%의 도석, 15∼25%의 점토, 5∼15%의 석회석과 10∼20%의 분말활성탄의 비율로 혼합하여 성형기로서 기본형을 만든 후, 95℃ 건조기에서 2∼3시간 건조와 100℃, 200℃, 300℃의 각 단계로 가열했다가 식히는 1차 가열과 750℃의 전기로에서 2차 가열을 거치는 것이 특징으로 하되, 상기 점토는 카올린을 사용하는 것이 특징인 수질개선용 담체.
   
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