KR101272619B1

KR101272619B1 - 초기우수 처리장치

Info

Publication number: KR101272619B1
Application number: KR1020120115295A
Authority: KR
Inventors: 지철권
Original assignee: 코오롱워터텍 주식회사
Priority date: 2012-10-17
Filing date: 2012-10-17
Publication date: 2013-06-11

Abstract

본 발명은 비점오염물질을 물리적 여과를 통해 효과적으로 제거함과 함께 장기 운전에 따른 여재층의 폐색 현상을 미연에 방지하고 초기우수 처리과정에서 발생되는 슬러지를 인공습지를 통해 처리할 수 있는 초기우수 처리장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 초기우수 처리장치는 초기강우의 중력 침전을 통해 초기강우를 상등수와 슬러지로 분리하는 전처리조 및 상기 전처리조의 상등수를 여재층을 이용하여 처리수와 슬러지로 분리하는 여과조를 포함하여 이루어지며, 상기 여과조는 내벽을 기준으로 여과부와 침전부로 구분되며, 상기 여과부에는 여재층이 충전됨과 함께 상기 여재층을 교반할 수 있는 여재층 세척장치가 구비되며, 상기 여재층 세척장치는 상기 여재층을 교반하여 여재층에 흡착되어 있는 비점오염 물질을 탈리시키는 것을 특징으로 한다.

Description

초기우수 처리장치{Apparatus for rainwater treatment}

본 발명은 초기우수 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비점오염물질을 물리적 여과를 통해 효과적으로 제거함과 함께 장기 운전에 따른 여재층의 폐색 현상을 미연에 방지하고 초기우수 처리과정에서 발생되는 슬러지를 인공습지를 통해 처리할 수 있는 초기우수 처리장치에 관한 것이다.

일반적으로, 비점오염 물질은 인간의 활동에 의한 다양한 토지이용에 기인하며, 주로 강우시 우수에 씻겨 강우유출수의 형태로 수계에 배출된다. 비점오염물질은 배출지역이 불분명하고 광범위한 지표면 상에 잔존해 있다가 빗물과 함께 하천 등의 공공수역이나 지하수로 유입되어 수질오염을 야기하는 주요 원인이 되고 있다.

비점오염물질의 폐해를 극복하기 위해 다양한 비점오염물질 처리방법이 제시된 바 있는데, <초기 강우유출수 처리장치 및 이를 이용한 초기 강우유출수 처리방법>(한국등록특허 제848042호)과 같은 장치형 처리시설과 <토양 및 식생을 이용한 강우유출수 처리장치>(한국등록특허 제810556호)와 같은 자연형 처리시설이 대표적이다. 이와 같은 시설들은 여과재로의 물리적 여과를 통해 비점오염물질 내에 존재하는 고형 오염물을 제거함으로써 유기물, 영양염류, 중금속 등의 배출 농도를 저감하는 것을 주목적으로 한다.

하지만, 수계 인근에 산발적으로 설치되는 비점오염 처리시설의 위치 특성 및 경제성 등의 이유로 상기 시설들에 전력을 공급하는 것은 어려운 실정이고, 이에 따라 장기 운전에 따른 여과재의 공극 폐색 현상(clogging)이 발생할 경우 역세척 등의 인위적 방법을 통한 성능 회복이 곤란하며, 시설의 일부 또는 시설 전체를 교체해야 한다는 한계점을 가지고 있다.

한국등록특허 제848042호 한국등록특허 제810556호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 비점오염물질을 물리적 여과를 통해 효과적으로 제거함과 함께 장기 운전에 따른 여재층의 폐색 현상을 미연에 방지하고 초기우수 처리과정에서 발생되는 슬러지를 인공습지를 통해 처리할 수 있는 초기우수 처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 초기우수 처리장치는 초기강우의 중력 침전을 통해 초기강우를 상등수와 슬러지로 분리하는 전처리조 및 상기 전처리조의 상등수를 여재층을 이용하여 처리수와 슬러지로 분리하는 여과조를 포함하여 이루어지며, 상기 여과조는 내벽을 기준으로 여과부와 침전부로 구분되며, 상기 여과부에는 여재층이 충전됨과 함께 상기 여재층을 교반할 수 있는 여재층 세척장치가 구비되며, 상기 여재층 세척장치는 상기 여재층을 교반하여 여재층에 흡착되어 있는 비점오염 물질을 탈리시키는 것을 특징으로 한다.

상기 여재층 세척장치는, 상기 여재층의 상부로 수직 배치되며, 여과조 내에서의 상하이동 및 회전이 가능한 회전축과, 상기 회전축의 일단에 구비되어 상기 회전축의 회전에 따라 회전되는 복수의 블레이드와, 상기 각각의 블레이드의 상부 및 하부에 구비되어 상기 회전축의 회전시 여재층을 교반하는 임펠러를 포함하여 구성된다.

상기 여과조는 상기 내벽을 기준으로 일측의 공간은 여과부, 다른 일측의 공간은 침전부로 구분되며, 상기 여과부는 여과조 전체 공간을 한정하는 외벽과, 상기 여과조 내에 구비된 내벽 사이의 공간이며, 상기 여과부에는 여재층이 구비되며, 상기 여재층은 단일 여재층 또는 다단의 여재층으로 구성되며, 상기 침전부에는 상기 여재층에서 탈리된 슬러지 및 상등수의 슬러지가 축적된다.

상기 전처리조에 우수 배수로부터 초기우수가 유입되는 초기우수 유입구와, 상등수가 배출되는 상등수 배출구가 각각 구비되며, 상기 초기우수 유입구와 상등수 배출구는 전처리조의 상단부에 구비되며, 상기 초기우수 유입구를 통해 유입된 초기우수는 상기 전처리조 내에서 하향류와 상향류의 흐름을 순차적으로 거쳐 상등수와 슬러지로 분리된다.

상기 전처리조 내에는 다공형 경사판이 수직 방향을 따라 이격되어 배치되며, 초기우수 내에 포함되어 있는 부유성 비점오염 물질은 상기 다공형 경사판에 의해 상부로 이동되는 것이 방지된다.

상기 전처리조와 여과조에 축적된 슬러지를 공급받아 처리하는 인공습지가 더 구비되며, 상기 인공습지는 다공성 여재, 여과모래, 골재가 충전된 형태로 구성되어 슬러지에 포함되어 있는 미세 플럭, 고형물질을 여과하며, 상기 다공성 여재에는 질소 및 인 제거를 위한 기능성 미생물이 구비된다.

이와 함께, 우수 배수로가 더 구비되며, 상기 우수 배수로로 유입되는 우수 중 초기강우에 따른 초기우수는 상기 전처리조로 공급되며, 강우량이 일정량 이상이 되어 전처리조의 처리용량을 초과하면 우수는 상기 전처리조를 거치지 않고 곧바로 하수처리장치로 공급된다. 또한, 상기 여과조로부터 배출되는 처리수를 저류하는 처리수조가 더 구비되며, 상기 처리수조 내의 처리수는 상기 우수 배수로로 공급된다.

본 발명에 따른 초기우수 처리장치는 다음과 같은 효과가 있다.

전처리조와 여과조의 구성을 통해 비점오염 물질을 효과적으로 제거할 수 있으며, 여과조 내에 여재층 세척장치를 구비시킴으로써 여재층이 폐색되는 것을 방지할 수 있다. 이와 함께, 전처리조와 여과조의 슬러지를 인공습지를 통해 처리할 수 있음에 따라 불필요한 부산물 없이 초기우수를 완벽히 처리할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초기우수 처리장치의 구성도.
도 2a 내지 도 2e는 각각 T-P, Fe, Zn, Cu, n-H의 조사일별 처리효율을 나타낸 그래프.
도 3a 내지 도 3e는 각각 BOD, COD, SS, T-N, T-P의 조사일별 처리효율을 나타낸 그래프.

본 발명은 전처리조와 여과조의 구성을 통해 비점오염 물질을 물리적으로 제거함과 함께 여과조 내에 여재층 세척장치를 구비시켜 여과층의 폐색을 방지함을 특징으로 하며, 전처리조 및 여과조 내의 슬러지는 인공습지를 통해 처리함을 다른 특징으로 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 초기우수 처리장치를 상세히 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초기우수 처리장치는 우수 배수로(10), 전처리조(100), 여과조(200) 및 처리수조(300)를 포함하여 구성된다.

상기 우수 배수로(10)는 기본적으로 하수처리장치(도시하지 않음)와 연결되어 우수를 하수처리장치에 공급하는 역할을 하며, 이와 함께 초기우수를 본 발명의 전처리조(100)에 공급하는 역할을 한다. 우수 배수로(10)로 유입되는 우수 중 초기강우에 따른 우수 즉, 초기우수는 상기 전처리조(100)로 공급되며, 강우량이 일정량 이상이 되어 전처리조(100)의 처리용량을 초과하면 우수는 상기 전처리조(100)를 거치지 않고 곧바로 하수처리장치로 공급된다. 우수에 포함된 비점오염 물질의 대부분은 초기우수에 포함되어 있기 때문에 강우량이 일정량 이상인 경우에는 하수처리장치로 우수를 바로 바이패스하더라도 비점오염 물질의 처리에는 큰 영향은 없다.

상기 전처리조(100)는 우수 배수로(10)를 통해 유입되는 초기우수에 대해 중력 침전을 유도하여 초기우수를 상등수와 슬러지로 분리하는 역할을 한다. 상기 전처리조(100)에 있어서, 우수 배수로(10)부터 초기우수가 유입되는 초기우수 유입구(101)와, 상등수가 배출되는 상등수 배출구(102)가 각각 구비되는데, 상기 초기우수 유입구(101)와 상등수 배출구(102)는 모두 전처리조(100)의 상단부에 구비되며 이에 따라, 초기우수는 하향류와 상향류의 흐름을 거쳐 상등수와 슬러지로 분리되는 형태를 이룬다.

상기 전처리조(100)에서의 중력 침전효율을 향상시키기 위해 상기 전처리조(100) 내에는 다공형 경사판(110)이 수직 방향을 따라 이격되어 배치된다. 초기우수 내에 포함되어 있는 부유성 비점오염 물질은 상기 다공형 경사판(110)에 의해 상부로 이동되는 것이 방지되어 침전효율이 향상된다. 한편, 상기 전처리조(100) 전단의 우수 배수로(10)에 전처리 스크린(11)이 구비되며, 상기 전처리 스크린(11)에 의해 우수 내의 협잡물, 조대조형물이 분리된다.

상기 여과조(200)는 상기 전처리에 이웃하여 배치되며, 상기 전처리조(100)의 상등수를 여재층(221)을 이용하여 슬러지와 처리수로 분리하는 역할을 한다. 상기 여과조(200)는 세부적으로, 여과조(200) 내에 구비된 내벽(201)을 기준으로 여과부(220)와 침전부(210)로 구분된다. 즉, 내벽(201)을 기준으로 일측의 공간은 여과부(220), 다른 일측의 공간은 침전부(210)로 구분된다.

상기 여과부(220)는 여과조(200)를 정의하는 외벽(202)과, 상기 여과조(200) 내에 구비된 내벽(201)에 의해 정의되는 공간으로서 상기 여과부(220)에는 여재층(221)이 구비된다. 상기 여재층(221)은 단일 여재층(221) 또는 다단의 여재층(221)으로 구성할 수 있으며, 각 여재층(221)을 구성하는 여재로는 활성탄, 개질활성탄, 제올라이트, 슬래그 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 이용할 수 있다. 상기 여과조(200)에 공급된 전처리조(100)의 상등수는 상기 여재층(221)을 통과하며, 상등수 내의 비점오염 물질은 상기 여재층(221)에 여과, 흡착되어 처리수는 후단의 처리수조(300)로 공급된다.

한편, 상기 여과부(220) 내에는 여재층 세척장치(230)가 구비된다. 상기 여재층 세척장치(230)는 고정되어 있는 여재층(221)을 흔들어 여재층(221)에 흡착되어 있는 비점오염 물질을 탈리, 부유시키는 역할을 한다. 여재층(221)으로부터 탈리된 비점오염 물질은 부유되어 여과조(200) 내의 침전부(210)로 이동되어 슬러지층을 이루게 된다.

상기 여재층 세척장치(230)는 세부적으로 회전축(231), 복수의 블레이드(232) 및 임펠러(233)를 포함하여 구성된다. 상기 회전축(231)은 상기 여과조(200) 내에 여과조(200)의 수직 방향으로 구비되며, 상기 블레이드(232)는 상기 회전축(231)의 일단에 구비되어 상기 회전축(231)의 회전에 따라 회전 가능하며, 상기 임펠러(233)는 각 블레이드(232)의 상부 및 하부에 구비되어 실질적으로 여재층(221)과 접촉하여 여재층(221)을 흔드는 역할을 한다. 상기 블레이드(232)는 상기 회전축(231)의 축 방향과 수직되는 방향의 평면 상에서 일정 각도만큼 이격되어 반복, 배치된다. 이와 같은 구성 하에, 상기 임펠러(233)가 여재층(221)에 파묻힌 상태에서 상기 회전축(231)이 회전되면 상기 블레이드(232) 및 임펠러(233) 역시 회전되고, 임펠러(233)에 의한 여재층(221) 교반이 진행되며, 여재층(221)이 교반됨으로 인해 여재에 흡착되어 있는 비점오염 물질은 탈리된다. 이 때, 상기 회전축(231)은 모터에 의해 구동되며, 회전축(231)의 상하 이동 및 회전축(231)의 회전속도는 선택적으로 조절 가능하다.

상기 처리수조(300)는 상기 여과조(200)의 여재층(221)을 투과한 처리수를 저류함과 함께 저류된 처리수를 상향류로 이동시켜 상기 우수 배수로(10)로 배출시키는 역할을 한다. 우수 배수로(10)로 배출된 처리수는 하수처리장 등으로 이동된다.

한편, 전술한 바와 같이 상기 전처리조(100)와 여과조(200) 각각에는 초기우수에서 침전된 슬러지, 상등수 및 여재층(221)에서 탈리된 슬러지가 축적되는데, 상기 전처리조(100)와 여과조(200)에 축적된 슬러지는 슬러지 배출펌프(20)를 통해 인공습지(400)로 이동된다. 상기 인공습지(400)는 다공성 여재, 여과모래, 골재가 충전된 형태로 구성되어 슬러지에 포함되어 있는 미세 플럭, 고형물질을 여과하며, 이에 더해 상기 다공성 여재에 질소 및 인 제거를 위한 기능성 미생물을 생장시켜 슬러지를 생물학적 처리하는 역할을 한다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 초기우수 처리장치를 설명하였는데, 상술한 구성 이외에 전처리조(100)의 수위를 확인하는 레벨스위치(40), 상기 레벨스위치(40) 및 슬러지 배출펌프(20)의 동작을 제어하는 제어장치(30) 및 상기 제어장치(30)에 전력을 공급하는 태양전지(50) 등의 구성요소가 더 구비될 수 있다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 초기우수 처리장치의 처리효율을 살펴보기로 한다. 산업단지와 도시지역에 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 초기우수 처리장치를 설치하고 우수 내의 비점오염 물질 처리효율을 살펴보았다.

<실시예 1 : 산업단지에서의 처리효율>

산업단지에 적용된 본 발명의 초기우수 처리장치에 의한 T-P, Fe, Zn, Cu, n-H 처리효율을 살펴보았다. 아래의 표 1은 유입수와 처리수의 오염물질농도 및 처리효율을 나타낸 것이며, 도 2a 내지 도 2e는 각각 T-P, Fe, Zn, Cu, n-H의 조사일별 처리효율을 나타낸 그래프이다.

<표 1. 산업단지에 적용된 초기우수 처리장치의 처리효율>

표 1 및 도 2a를 참고하면, 초기우수 중의 T-P농도는 0.027~12.630(SMC 1.015)/l의 범위로 유입되었으며, 모두 총 1.6이 초기우수 처리장치 내로 유입되어 0.8이 제거된 0.8이 유출되어 51.7%의 처리효율을 나타내었다. 또한, 표 1 및 도 2b를 참고하면, 초기우수 중의 Fe농도는 0.011~0.890(SMC 0.159)/l의 범위로 유입되었으며, 모두 총 236.2g이 초기우수 처리장치 내로 유입되어 111.2g이 제거된 125.0g이 유출되어 47.1%의 처리효율을 나타내었다. 표 1 및 도 2c를 참고하면, 초기우수 중의 Zn농도는 0.000~0.763(SMC 0.127)/l의 범위로 유입되었으며, 모두 총 147.7g이 초기우수 처리장치 내로 유입되어 81.2g이 제거된 66.5g이 유출되어 55.0%의 처리효율을 나타내었다. 표 1 및 도 2d를 참고하면, 초기우수 중의 Cu농도는 0.002~0.461(SMC 0.071)/l의 범위로 유입되었으며 모두 총 131.8g이 초기우수 처리장치 내로 유입되어 63.4g이 제거된 68.4g이 유출되어 48.1%의 처리효율을 나타내었다. 마지막으로, 표 1 및 도 2e를 참고하면, 초기우수 중의 n-H농도는 0.000~54.000(SMC 1.567)/l의 범위로 유입되었으며 모두 총 2.2이 초기우수 처리장치 내로 유입되어 1.2이 제거된 1.0이 유출되어 55.2%의 처리효율을 나타내었다.

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10 : 우수 배수로 20 : 슬러지 배출펌프
30 : 제어장치 40 : 레벨스위치
50 : 태양전지 100 : 전처리조
101 : 초기우수 유입구 102 : 상등수 배출구
110 : 다공형 경사판 200 : 여과조
201 : 내벽 202 : 외벽
210 : 침전부 220 : 여과부
221 : 여재층 230 : 여재층 세척장치
231 : 회전축 232 : 블레이드
233 : 임펠러 300 : 처리수조

Claims

초기강우의 중력 침전을 통해 초기강우를 상등수와 슬러지로 분리하는 전처리조; 및
상기 전처리조의 상등수를 여재층을 이용하여 처리수와 슬러지로 분리하는 여과조를 포함하여 이루어지며,
상기 여과조는 내벽을 기준으로 여과부와 침전부로 구분되며,
상기 여과부에는 여재층이 충전됨과 함께 상기 여재층을 교반할 수 있는 여재층 세척장치가 구비되며,
상기 여재층 세척장치는 상기 여재층을 교반하여 여재층에 흡착되어 있는 비점오염 물질을 탈리시키며,
상기 여과조는 상기 내벽을 기준으로 일측의 공간은 여과부, 다른 일측의 공간은 침전부로 구분되며,
상기 여과부는 여과조 전체 공간을 한정하는 외벽과, 상기 여과조 내에 구비된 내벽 사이의 공간이며, 상기 여과부에는 여재층이 구비되며, 상기 여재층은 단일 여재층 또는 다단의 여재층으로 구성되며,
상기 침전부에는 상기 여재층 세척장치에 의해 여재층에서 탈리된 슬러지 및 상등수의 슬러지가 축적되며,
상기 전처리조에 우수 배수로부터 초기우수가 유입되는 초기우수 유입구와, 상등수가 배출되는 상등수 배출구가 각각 구비되며,
상기 초기우수 유입구와 상등수 배출구는 전처리조의 상단부에 구비되며, 상기 초기우수 유입구를 통해 유입된 초기우수는 상기 전처리조 내에서 하향류와 상향류의 흐름을 순차적으로 거쳐 상등수와 슬러지로 분리되며,
상기 전처리조 내에는 다공형 경사판이 수직 방향을 따라 이격되어 배치되며, 초기우수 내에 포함되어 있는 부유성 비점오염 물질은 상기 다공형 경사판에 의해 상부로 이동되는 것이 방지되는 것을 특징으로 하는 초기우수 처리장치.
제 1 항에 있어서, 상기 여재층 세척장치는,
상기 여재층의 상부로 수직 배치되며, 여과조 내에서의 상하이동 및 회전이 가능한 회전축과,
상기 회전축의 일단에 구비되어 상기 회전축의 회전에 따라 회전되는 복수의 블레이드와,
상기 각각의 블레이드의 상부 및 하부에 구비되어 상기 회전축의 회전시 여재층을 교반하는 임펠러를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초기우수 처리장치.
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제 1 항에 있어서,
상기 전처리조와 여과조에 축적된 슬러지를 공급받아 처리하는 인공습지가 더 구비되며,
상기 인공습지는 다공성 여재, 여과모래, 골재가 충전된 형태로 구성되어 슬러지에 포함되어 있는 미세 플럭, 고형물질을 여과하며, 상기 다공성 여재에는 질소 및 인 제거를 위한 기능성 미생물이 구비되는 것을 특징으로 하는 초기우수 처리장치.
제 1 항에 있어서, 우수 배수로가 더 구비되며, 상기 우수 배수로로 유입되는 우수 중 초기강우에 따른 초기우수는 상기 전처리조로 공급되며, 강우량이 일정량 이상이 되어 전처리조의 처리용량을 초과하면 우수는 상기 전처리조를 거치지 않고 곧바로 하수처리장치로 공급되는 것을 특징으로 하는 초기우수 처리장치.
제 7 항에 있어서, 상기 여과조로부터 배출되는 처리수를 저류하는 처리수조가 더 구비되며, 상기 처리수조 내의 처리수는 상기 우수 배수로로 공급되는 것을 특징으로 하는 초기우수 처리장치.