KR101290298B1 - 초기우수 유출수 정화처리용 여과장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제올라이트 및 펄라이트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종 이상이 단층 혹은 복층으로 이루어진 여과재에 관한 것으로, 강우시 중금속, 유기물, 오일류, 타이어 분진 내지 협잡물에 의해 오염된 초기우수 유출수를 저렴하면서도 신속하고 효과적으로 정화처리할 수 있으며, 나아가 하천이나 호소 등의 오염을 초기에 예방하여 환경 및 생태계 보전에도 기여할 수 있는 효과적인 여과장치를 제공한다.

Description

초기우수 유출수 정화처리용 여과장치{Filtering Apparatus for First rain water Purification Treatment}
본 발명은 여과재 및 이를 포함하는 여과장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강우시 중금속, 유기물, 오일류, 타이어 분진 내지 협잡물에 의해 오염된 초기우수 유출수를 저렴하면서 신속하고 효과적으로 정화처리할 수 있으며, 나아가 하천이나 호소 등의 오염을 초기에 예방하여 환경 및 생태계 보전에도 기여할 수 있는 효과적인 여과재 및 이를 포함하는 여과장치에 관한 것이다.
일반적으로, 교량 및 도로상에는 차량의 빈번한 주행으로 중금속, 오일류, 타이어 분진 및 협잡물 등으로 극심하게 오염되어 있어 우천시에는 비점오염물질인 초기우수 유출수가 대량으로 배수로를 통해 하천, 호소, 특히 식수원이나 청정수역은 물론 지하수맥으로 유입되어 수질을 오염시킨다.
상기와 같은 수질을 오염시키는 초기우수 유출수을 정화처리하기 위한 종래의 방법은 도로의 인근 공지에 큰 물웅덩이를 만들고 물웅덩이에 미나리 등과 같이 물을 정화시키는 능력이 우수한 식물을 키워 교량으로 부터 흘러내리는 초기우수 유출수를 상기 물웅덩이에 집수시켜 초기우수 유출수를 정화하거나 또는 공지에 정화조를 설치하여 초기우수 유출수를 상기 정화조로 집수시켜 초기우수 유출수를 정화처리하도록 하고 있다.
하지만 상기와 같은 방식만으로는 중금속, 유기물이나 악취성분 등 오염물의 제거능에 한계가 있고, 식물 식재 내지 정화조 설치 및 유지관리에 따르는 비용이 지대한 문제가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술이 가지는 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 강우시 중금속, 유기물, 오일류, 타이어 분진 내지 협잡물에 의해 오염된 초기우수 유출수를 저렴하면서도 신속하고 효과적으로 정화처리할 수 있으며, 나아가 하천이나 호소 등의 오염을 초기에 예방하여 환경 및 생태계 보전에도 기여할 수 있는 효과적인 여과장치를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제는 다음과 같은 수단에 의해 달성되어진다.
(1) 제올라이트 및 펄라이트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종 이상이 단층 혹은 복층으로 이루어진 여과재.
(2) 제 1항에 있어서, 활성탄을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 여과재.
(3) 제 1항에 있어서, 각 층은 화산석, 참숯, 백탄, 산호석 및 맥반석으로 이루어진 군에서 적어도 1종을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 여과재.
(4) 제 1항에 있어서, 각 층은 화산석, 참숯, 백탄, 산호석 및 맥반석을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 여과재.
(5) 제 4항에 있어서, 제올라이트 20~40 중량%, 펄라이트 20~40 중량%, 활성탄 20~40 중량%, 화산석 5~10 중량%, 참숯 5~10 중량%, 백탄 5~10 중량%, 산호석 5~10 중량% 및 맥반석 5~10 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 여과재.
(6) 제 1항에 있어서, 각 층은 알루미늄 실리케이트, 활성알루미나, 및 활성벤토나이트를 각각 여과재의 중량 대비 1~10 중량부 더 포함하는 것을 특징으로 하는 여과재.
(7) 제 1항 내지 제 6항 중 선택된 어느 한 항에 있어서, 초기우수 유출수 정화처리용 여과재인 것을 특징으로 하는 여과재.
(8) 제 1항 내지 제 6항 중 선택된 어느 한 항의 여과재가 장착된 카트리지를 포함하는 여과장치.
상기와 같이 본 발명에 의하면, 강우시 중금속, 유기물, 오일류, 타이어 분진 내지 협잡물에 의해 오염된 초기우수 유출수를 저렴하면서도 신속하고 효과적으로 정화처리할 수 있으며, 나아가 하천이나 호소 등의 오염을 초기에 예방하여 환경 및 생태계 보전에도 기여할 수 있는 효과적인 여과장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 여과재의 구성도.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 여과재의 구성도.
도 1은 본 발명의 여과장치의 단면구성도.
본 발명은 제올라이트 및 펄라이트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종 이상이 단층 혹은 복층으로 이루어진 여과재를 제공한다. 또한, 본 발명은 유해물의 제거능을 보다 개선할 목적으로 필요에 따라 화산석, 참숯, 백탄, 산호석 및 맥반석으로 이루어진 군에서 적어도 1종을 더 포함하는 여과재를 제공한다.
본 발명에 따른 여과재는 소정 형상으로 성형된 제올라이트 혹은 펄라이트가 단층으로 각각 구성되거나, 성형된 제올라이트 혹은 펄라이트를 복층으로 적층한 형태, 혹은 제오라이트와 펄라이트를 교호 적층한 형태와 같이 다양한 형태로 구현되어질 수 있다. 상기 제올라이트 혹은 펄라이트로 이루어진 여과재는 위 두 성분을 혼합하여 사용하거나 혹은 성능개선을 위해 추가적인 성분을 더 함유할 수 있다. 이하 본 발명의 내용을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
제올라이트는 물분자가 결정수 형태로 구조 중에 존재하는 함수 알루미나 규산염 광물이로써, 결정수 함량이 높고 다공성 구조로서 물리적 흡착력이 크고, 양이온교환용량이 큰 특성을 갖는다. 이러한 특성에 의해 제올라이트는 생물 흡착제, 악취제거, 중금속흡착능이 우수하여 정수처리 내지 폐수처리에 매우 효과적이다.
다른 성분과 혼합하여 사용되는 경우 제올라이트는 전체 여과재의 중량 대비 20~40 중량%로 첨가되며, 만일 20 중량% 미만으로 첨가되면 유기물, 악취성분제거 및 중금속 흡착능이 떨어지고, 40 중량%를 초과하게 되면 초과에 따른 추가적인 개선을 기대하기 곤란하여 상기 범위로 첨가하는 것이 좋다.
펄라이트는 유리질 화산암의 일종으로 소성팽창가공에 의해 단열성, 경량성, 내화성, 통기성, 보습성, 보비력을 극대화하여 조경, 농원예, 건축분야 등의 다양한 첨단소재로 사용되는 소재이다.
다른 성분과 혼합하여 사용되는 경우 펄라이트는 전체 여과재의 중량 대비 20~40 중량%로 첨가되며, 만일 20 중량% 미만으로 첨가되면 유기물, 악취성분제거 및 중금속 흡착능이 떨어지고, 40 중량%를 초과하게 되면 초과에 따른 추가적인 개선을 기대하기 곤란하여 상기 범위로 첨가하는 것이 좋다.
상기 제올라이트 및 펄라이트와 함께 첨가될 수 있는 활성탄은 목재, 갈탄, 이탄 등을 활성화제인 염화아연이나 인산과 같은 약품으로 처리하여, 건조시키거나 목탄을 수증기로 활성화시켜 만든다. 일반적으로 분말상이나 입상으로 제조되며 기체나 습기를 흡수하는 특성을 갖는다.
활성탄은 전체 여과재의 중량 대비 20~40 중량%로 첨가되며, 만일 20 중량% 미만으로 첨가되면 유기물, 악취성분제거 및 중금속 흡착능이 떨어지고, 40 중량%를 초과하게 되면 초과에 따른 추가적인 개선을 기대하기 곤란하여 상기 범위로 첨가하는 것이 좋다.
본 발명에 따른 여과재는 화산석, 참숯, 백탄, 산호석 및 맥반석으로 이루어진 군에서 적어도 1종을 더 포함하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 강우시 중금속, 유기물, 오일류, 타이어 분진 내지 협잡물에 의해 오염된 초기우수 유출수의 정화효과를 극대화하기 위해 상기 화산석, 참숯, 백탄, 산호석 및 맥반석을 모두 포함한다.
화산석은 지하 깊숙한 곳에서 오랜기간 여러 물질이 합성되어 초고온 상태를 유지하다 분출되어진 석 종류의 크고 작은 다공질의 암석으로 경화된 것이다. 화산석은 미세한 다공질로 보습효과가 우수하며, 천연상태에서 원적외선 방사율이 92~93%, 탈취율 97%, 곰팡이 및 세균 살균력 99.9%를 보이고, 중금속 특히 납의 흡착율은 80% 이상의 높은 효과를 갖는 뛰어난 기능성 천연소재이다.
화산석은 전체 여과재의 중량 대비 5~10 중량%로 첨가되며, 만일 5 중량% 미만으로 첨가되면 유기물, 악취성분제거 및 중금속 흡착능의 개선효과가 크지 않고, 10 중량%를 초과하게 되면 초과에 따른 추가적인 개선을 기대하기 곤란하여 상기 범위로 첨가하는 것이 좋다.
참숯은 목재를 공기의 공급을 차단하고 가열하거나, 또는 공기를 아주 적게 하여 가열하였을 때 생기는 고체 생성물을 말한다.
참숯은 전체 여과재의 중량 대비 5~10 중량%로 첨가되며, 만일 5 중량% 미만으로 첨가되면 유기물, 악취성분제거 및 중금속 흡착능의 개선효과가 크지 않고, 10 중량%를 초과하게 되면 초과에 따른 추가적인 개선을 기대하기 곤란하여 상기 범위로 첨가하는 것이 좋다.
백탄은 떡갈나무 등의 단단한 나무를 원료로 하며, 검탄보다는 탄화를 충분히 진행시켜 만든 목탄을 말한다. 탄소 함유율은 90~95%, 회분은 약 2% 이며, 단단하고 불이 쉽게 붙지 않는 특성이 있다.
백탄은 전체 여과재의 중량 대비 5~10 중량%로 첨가되며, 만일 5 중량% 미만으로 첨가되면 유기물, 악취성분제거 및 중금속 흡착능의 개선효과가 크지 않고, 10 중량%를 초과하게 되면 초과에 따른 추가적인 개선을 기대하기 곤란하여 상기 범위로 첨가하는 것이 좋다.
산호석은 해저층의 산호 조각 및 어패류, 해초 등의 각종 무기물이 합성되어 자연적으로 합성된 대리석의 일종인 석회석으로 칼슘과 마그네슘, 게르마늄 등의 많은 원소를 포함하고 있다.
산호석은 전체 여과재의 중량 대비 5~10 중량%로 첨가되며, 만일 5 중량% 미만으로 첨가되면 유기물, 악취성분제거 및 중금속 흡착능의 개선효과가 크지 않고, 10 중량%를 초과하게 되면 초과에 따른 추가적인 개선을 기대하기 곤란하여 상기 범위로 첨가하는 것이 좋다.
맥반석은 지질학적으로 분류할 때 화강암류에 속하며, 석영반암, 장석반암, 화강반암과 같은 것을 말한다. 석영과 장석이 촘촘하게 섞여 있으며, 주성분은 무수규산과 산화알루미늄으로 산화제2철이 소량 함유되어 있다. 다공성으로 흡착성이 강하고 2만5000여종의 무기염류를 함유하고 있어 중금속과 이온을 교환하는 작용을 하여 유해금속 제거효과가 우수한 특성을 갖는다.
백반석은 전체 여과재의 중량 대비 5~10 중량%로 첨가되며, 만일 5 중량% 미만으로 첨가되면 유기물, 악취성분제거 및 중금속 흡착능의 개선효과가 크지 않고, 10 중량%를 초과하게 되면 초과에 따른 추가적인 개선을 기대하기 곤란하여 상기 범위로 첨가하는 것이 좋다.
상기와 같이 본 발명에 따른 여과재는 바인더 등을 이용하여 각 성분을 결합한 후, 소성 등의 방법을 이용하여 특정한 형상으로 성형한 후, 이를 수납할 수 있는 카트리지에 충전하여 여과장치로서 제조되어질 수 있다(도 1 내지 3 참조).
이때, 본 발명에 따른 여과재는 하나의 전체로서 성형되어질 수도 있지만(도 1 참조), 바람직하게는 복수개의 여과재 유닛(unit)으로 구분하여 제조한 후, 이들을 카트리지내에 순차 적층하는 방법으로 제조하는 것이 좋다(도 2 참조).
바람직하게는 제1여과재 유닛(20)은 제올라이트 20~40 중량%, 펄라이트 20~40 중량%, 및 활성탄 20~40 중량%로 이루어진 유닛으로 하고, 제2여과재 유닛(21)및 제3여과재 유닛(22)을 제올라이트 20 중량%, 펄라이트 20 중량%, 활성탄 20 중량%, 화산석 10 중량%, 참숯 5 중량%, 백탄 5 중량%, 산호석 10 중량% 및 맥반석 10 중량%로 이루어진 유닛으로 하는 것이 중금속 및 유기물의 제거능에 있어서 가장 좋다.
또, 본 발명에 따른 여과재는 유기물의 완벽한 제거를 위해 여과재의 구성성분 혹은 최하위 여과재 유닛의 구성성분으로 알루미늄 실리케이트, 활성알루미나, 및 활성벤토나이트를 더 포함시키는 것이 바람직하다.
상기 알루미늄 실리케이트, 활성알루미나, 및 활성벤토나이트는 각각 여과재의 중량 대비 1~10 중량부의 범위에서 첨가되어질 수 있다.
이하 본 발명의 내용을 실시예에 의해 보다 상세하게 설명하기로 한다. 다만 이들 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시되는 것일 뿐 본 발명의 권리범위가 이들 실시예에 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 아니된다.
[실시예 1]
제올라이트를 바인더와 혼합하여 금형에 충진한 후 210℃의 온도에서 1시간 가열하고, 실온에서 냉각시켜 도 1과 같은 원통의 실린더 형상(높이 30cm)의 여과재(10)를 얻어 미리 준비한 카트리지(도 3 참조, 부호 30)에 삽입하여 여과장치를 제조하였다.
[실시예 2]
펄라이트를 바인더와 혼합하여 금형에 충진한 후 210℃의 온도에서 1시간 가열하고, 실온에서 냉각시켜 도 1과 같은 원통의 실린더 형상(높이 30cm)의 여과재(10)를 얻어 미리 준비한 카트리지(도 3 참조, 부호 30)에 삽입하여 여과장치를 제조하였다.
[실시예 3]
실시예 1에서 얻어진 제올라이트 여과재를 3층으로 적층하여 카트리지(도 3 참조, 부호 30)에 삽입한 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 과정에 의해 여과장치를 제조하였다.
[실시예 4]
실시예 2에서 얻어진 펄라이트 여과재를 3층으로 적층하여 카트리지(도 3 참조, 부호 30)에 삽입한 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 과정에 의해 여과장치를 제조하였다.
[실시예 5]
실시예 2에서 얻어진 펄라이트 여과재를 중층으로 하고, 그 상부와 하부에 각각 실시예 1에서 얻은 제올라이트 여과재를 적층하여 카트리지(도 3 참조, 부호 30)에 삽입한 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 과정에 의해 여과장치를 제조하였다.
[실시예 6]
실시예 1에서 얻어진 제올라이트 여과재를 중층으로 하고, 그 상부와 하부에 각각 실시예 2에서 얻은 펄라이트 여과재를 적층하여 카트리지(도 3 참조, 부호 30)에 삽입한 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 과정에 의해 여과장치를 제조하였다.
[실시예 7]
제올라이트 40 중량%, 펄라이트 40 중량%, 및 활성탄 20 중량%를 바인더와 혼합하여 금형에 충진한 후 210℃의 온도에서 1시간 가열하고, 실온에서 냉각시켜 도 1과 같은 원통의 실린더 형상(높이 30cm)의 여과재(10)를 얻어 미리 준비한 카트리지(도 3 참조, 부호 30)에 삽입하여 여과장치를 제조하였다.
[실시예 8]
제올라이트 20 중량%, 펄라이트 20 중량%, 활성탄 20 중량%, 화산석 10 중량%, 참숯 5 중량%, 백탄 5 중량%, 산호석 10 중량% 및 맥반석 10 중량%를 바인더와 혼합하여 금형에 충진한 후 210℃의 온도에서 1시간 가열하고, 실온에서 냉각시켜 도 1과 같은 형상의 여과재(10)를 얻어 미리 준비한 카트리지(도 3 참조, 부호 30) 내에 삽입하여 여과장치를 제조하였다.
[실시예 9]
제올라이트 40 중량%, 펄라이트 20 중량%, 및 활성탄 20 중량%를 바인더와 혼합하여 금형에 충진한 후 210℃의 온도에서 1시간 가열하고, 실온에서 냉각시켜 도 2와 같은 형상의 제1여과재 유닛(20)을 제조하였다.
또, 동일한 방법으로 제올라이트 20 중량%, 펄라이트 20 중량%, 활성탄 20 중량%, 화산석 10 중량%, 참숯 5 중량%, 백탄 5 중량%, 산호석 10 중량% 및 맥반석 10 중량%를 바인더와 혼합하여 금형에 충진한 후 도 2와 같은 형상의 제2여과재 유닛(21) 및 제3여과재 유닛(22)을 더 제조하여 카트리지(도 3 참조, 부호 30) 내에 순차적으로 쌓아 여과장치를 제조하였다.
[실시예 10]
상기 실시예 8의 여과재 조성 100중량부에 대하여 알루미늄 실리케이트, 활성알루미나, 및 활성벤토나이트를 각각 5 중량부 더한 것을 제외하고는 실시예 8에서와 동일한 과정에 의해 여과장치를 제조하였다.
[실험예 1]
초기우수 처리장치의 탱크에 여과재층을 두어 여과재 접촉길이 30cm, 여과재 면적은 시간당 처리용량의 1/40으로 하여 초기우수처리시설 여과재 효율 시험기준에 따라 실험한 결과는 하기 표 1과 같다.
구분 함유량(mg/L)
BOD COD 슬러지 총질소 총인
처리효율기준
(%)		 60 이상 40~70 60~90 20~40 80 이하
혼탁액 10 16 1246 1.92 0.093
실시예 1 4(60%) 9.5(40%) 470(62%) 1.20(38%) 0.042(55%)
실시예 2 4(60%) 9.5(40%) 470(62%) 1.20(38%) 0.043(54%)
실시예 3 3(70%) 7.8(51%) 300(76%) 1.15(40%) 0.035(62%)
실시예 4 3(70%) 7.8(51%) 300(76%) 1.16(40%) 0.032(66%)
실시예 5 4(60%) 8.0(50%) 320(74%) 1.21(38%) 0.041(56%)
실시예 6 4(60%) 8.0(50%) 320(74%) 1.23(36%) 0.041(56%)
실시예 7 2(80%) 7.5(53%) 280(78%) 1.23(36%) 0.028(70%)
실시예 8 2(80%) 7.4(54%) 280(78%) 1.25(35%) 0.028(70%)
실시예 9 2(80%) 7.4(54%) 275(78%) 1.23(36%) 0.026(72%)
실시예10 1(90%) 7.0(56%) 250(80%) 1.15(40%) 0.026(72%)
상기와 같이 본 발명에 따른 여과재를 이용하여 실시한 시험결과에서 모두 처리효율기준에 적합한 것으로 확인되었다.
[실험예 2]
실시예 1~3에 의해 제작된 여과장치에 100㎖의 납용액을 가하여 하부로 용출되는 용액내 납성분 함량을 측정한 결과는 하기 표 2와 같다.
구분 처리전(ppm) 처리후(ppm)
블랭크 10.2 10.1
실시예1 10.2 1.05
실시예2 10.2 1.03
실시예3 10.2 0.85
실시예4 10.2 0.86
실시예5 10.2 0.85
실시예6 10.2 0.85
실시예7 10.2 0.76
실시예8 10.2 0.78
실시예9 10.2 0.73
실시예10 10.2 0.59
상기와 같이 본 발명에 따른 여과제는 납의 흡착능에 있어서 89 % 이상의 높은 제거율을 나타내었다.
[실험예 3]
실시예 1~3에 의해 제작된 여과장치에 사전에 하천에서 채취한 100㎖의 유기물 함유 하수를 가하여 하부로 용출되는 용액내 유기물의 함량을 공시방법을 이용하여 측정한 결과는 하기 표 3과 같다.
구분 처리전(%) 처리후(%)
블랭크 5.0 5.0
실시예1 5.0 0.23
실시예2 5.0 0.25
실시예3 5.0 0.16
실시예4 5.0 0.13
실시예5 5.0 0.15
실시예6 5.0 0.13
실시예7 5.0 0.10
실시예8 5.0 0.05
실시예9 5.0 0.05
실시예10 5.0 0.03
상기와 같이 본 발명에 따른 여과제는 유기물의 흡착능에 있어서 95 % 이상의 높은 제거율을 나타내었고, 특히 실시예 4의 경우 유기물의 제거에 있어서 거의 완벽한 제거효율을 나타내었다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 여과재
20: 제1여과재 유닛
21: 제2여과재 유닛
22: 제3여과재 유닛
30: 카트리지

Claims (8)

  1. 제올라이트 20 중량%, 펄라이트 20 중량%, 활성탄 20 중량%, 화산석 10 중량%, 참숯 5 중량%, 백탄 5 중량%, 산호석 10 중량% 및 맥반석 10 중량%를 포함하는 여과재가 복층으로 이루어지되,
    각 층의 여과재는 알루미늄 실리케이트, 활성알루미나, 및 활성벤토나이트를 각층 여과재 100 중량부에 대하여 1~10 중량부 함유하는 것을 특징으로 하는 초기우수 유출수 정화처리용 여과장치.
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