KR101395084B1 - 질소 및 인의 동시 제거가 가능한 생물여과 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생물반응조 내부에 이중 구조의 제 1 및 제 2여과층을 형성하고, 상기 제 1 및 2여과층의 하부에 각각 공기주입관을 설치하여 유입수로를 통해 생물반응조의 내부로 유입된 하수가 상기 제 1여과층에 의해 인이 제거된 상태에서 상기 제 2여과층을 거쳐 질소 및 유기물을 제거할 수 있도록 함으로써, 원수를 완벽하게 정화하여 하천 및 해양 또는 토양의 오염을 예방할 수 있는 질소 및 인의 동시 제거가 가능한 생물여과 처리장치를 제공하고자 한다.

Description

질소 및 인의 동시 제거가 가능한 생물여과 처리장치{Biological filtering appratus for removing simultaneously the nitrogen and phosphorus compounds}

본 발명은 생활하수 또는 지면을 거쳐 하천으로 배출되는 하수에 포함된 지소 및 인을 동시에 제거할 수 있는 생물여과 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 생물여과 처리장치의 생물반응조 내부에 이중 구조의 제 1 및 제 2여과층을 형성하고, 상기 제 1 및 2여과층의 하부에 각각 공기주입관을 설치하여 유입수로를 통해 생물반응조의 내부로 유입된 하수가 상기 제 1여과층에 의해 인이 제거된 상태에서 상기 제 2여과층을 거쳐 질소와 인 및 유기물을 제거하여 완벽한 여과를 실시할 수 있도록 한 질소 및 인의 동시 제거가 가능한 생물여과 처리장치에 관한 것이다.

주지된 바와 같이 생물여과 처리장치는 생활하수나 우수 등(이하, 원수라고 함)을 하천이나 저수지 또는 댐 등에 유입되기 전에 월수에 포함된 BOD와 질소는 물론 인을 제거하는 일련의 정화공정을 거쳐 배출되게 하여 하천의 수질을 개선함은 물론 토양의 오염을 예방하고, 지하수를 보호하기 위한 인위적인 구조물로서, 환경오염이 심각해지고 있는 현실에서 수질개선이 절실하게 요구되어 그에 따른 생물여과 처리장치가 다양하게 개발되어 실시되고 있다.

종래의 생물여과 처리장치에 대해 선 출원된바 있는 특허출원 제10-2009-0121309호의 생물여과장치는 원수에 침지되고 내부에 유기물을 분해하는 미생물이 부착서식하여 상기 원수를 여과하는 다공성여재; 상기 다공성여재의 내부에 구비되고 외주면에는 다수의 집수공이 형성되어, 상기 다공성여재를 통과하여 여과된 여과수가 상기 집수공으로 유입되는 집수관; 상기 집수관과 연결되어 상기 집수관을 통하여 유입되는 상기 여과수가 모이는 집수실; 및 상기 집수관으로 물을 고압분사하여 상기 집수관 및/또는 상기 다공성 여재를 역세척하는 역세척수단을 포함하여 이루어진다.

이와 같은 생물여과장치는 역세척수단과 에어써징수단을 통하여 폐색을 방지할 수 있기 때문에, 호소에 적용할 경우 호소에서 홍수시 유입되는 탁질의 제거에 유용하여 호소의 수질개선에 크게 기여할 수 있으며, 폐색으로 인한 다공성여재의 교체 주기를 크게 늘릴 수 있어 경제적이고, 탁질 제거에 필요한 응집제와 이와 관련한 탁질제거공정이 불필요하기 때문에 수처리공정의 경제성을 향상시키고 수처리공정을 보다 환경친화적으로 수행할 수 있는 효과가 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 생물여과장치의 다공성여재는 원수에 포함된 부유물이나 질소를 정화할 수는 있었으나, 인을 정화하지 못하여 하천 또는 해양의 부영양화나 적조현상을 발생시켜 여과의 신뢰가 저하되어, 이를 해소하기 위해 약품처리를 하거나 별도의 정화장치를 구비해야 하는 문제점이 발생하여 큰 실효를 거두지 못하고 있는 실정이다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 본 발명은 생물반응조 내부에 이중 구조의 제 1 및 제 2여과층을 형성하고, 상기 제 1 및 2여과층의 하부에 각각 공기주입관을 설치하여 유입수로를 통해 생물반응조의 내부로 유입된 하수가 상기 제 1여과층에 의해 인이 제거된 상태에서 상기 제 2여과층을 거쳐 질소 및 유기물을 제거할 수 있도록 함으로써, 원수를 완벽하게 정화하여 하천 및 해양 또는 토양의 오염을 예방할 수 있는 질소 및 인의 동시 제거가 가능한 생물여과 처리장치를 제공하고자 안출된 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 다수의 스트레이너가 수직으로 매립되게 설치된 다수의 여과블록이 콘크리트를 타설하여 일정 공간으로 형성된 생물반응조의 상부에 안착되어 생물반응조의 하부에 형성된 유입수로를 통해 내부로 유입되는 원수를 정화시키는 생물여과 처리장치에 있어서, 상기 생물반응조의 유입수로 상부에는 원수에 포함된 인을 제거할 수 있도록 설치되는 제 1여과층과; 상기 제 1여과층을 형성하는 다수의 여과재가 담겨질 수 있게 제 1여과층의 하부에 위치되도록 생물반응조의 내부에 설치되는 스텐웨지바와; 상기 생물반응조의 상부에 설치되는 여과블록의 하부에 위치되는 다수의 부유성 여과재에 의해 형성된 제 2여과층과; 상기 제 1 및 제 2여과층의 하부에 각각 설치되어 생물반응조의 외부에 설치된 블로어에서 공급되는 공기가 주입밸브를 통해 생물반응조의 내부로 산소를 공급하는 공기주입관;을 포함하여서 된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제 1여과층을 형성하는 여과재는 라테라이트(laterite)이며, 상기 라테라이트의 규격은 15 ~ 30㎜로 가공하여 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제 2여과층을 형성하는 부유성 여과재는 EPE(발포성 폴리에틸렌, expanded poly ethylene) 100 중량부에 대하여 활성탄분말 10 ~ 30 중량부와 라테라이트 분말 10 ~ 20 중량부를 혼합하여 직경이 2 ~ 4㎜가 되도록 발포하여 형성한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제 2여과층을 형성하는 부유성 여과재는 EPP(발포성 폴리 프로필렌, expanded poly propylene) 100 중량부에 대하여 활성탄분말 10 ~ 30 중량부와 라테라이트 분말 10 ~ 20 중량부를 혼합하여 직경이 2 ~ 4㎜가 되도록 발포하여 형성한 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 질소 및 인의 동시 제거가 가능한 생물여과 처리장치 및 이 생물여과 처리장치에 사용되는 여과재를 제공함으로써, 종래의 인 제거를 위한 별도의 여과장치 설치 및 약품 처리에 따른 비용이 발생하지 않아 경제성을 크게 향상시키고, 원수의 완벽한 정화를 꾀하여 하천 또는 해양 및 토양의 오염을 예방하여 생물여과 처리장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 유용한 발명인 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 생물여과 처리장치의 개략적인 정 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 제 1여과층을 도시해 보인 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 제 2여과층을 도시해 보인 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 질소 및 인의 동시 제거가 가능한 생물여과 처리장치 및 이 생물여과 처리장치에 사용되는 여과재는 생물반응조(10)와 유입수로(20), 여과블록(30), 제 1여과층(100), 스텐웨지바(200), 제 2여과층(300), 공기주입관(400)으로 크게 구성된다.

상기 생물반응조(10)와 유입수로(20) 및 여과블록(30)은 종래와 동일한 구조로 제공되는 것으로서, 콘크리트를 타설하여 일정 공간을 형성하여 이 공간에 일정량의 원수가 상기 유입수로(20)를 통해 생물반응조(10)의 내부로 계속해서 유입되도록 한 후 여과 및 정화처리하는 것이다.

상기 생물반응조(10)는 여과블록(30)을 안착시키기 위해 적어도 1개 이상의 기둥(12)을 일정 높이로 형성함이 바람직하며, 상기 여과블록(30)을 중심으로 생물반응조(10)의 상부 양측에는 제 1 및 제 2배출수문(14)(16)을 각각 설치하되, 상기 제2배출수문(16)은 제1배출수문(14)의 높이보다 낮게 형성하여 역세척 후 여과 초기시 발생하는 현탁물질을 생물반응조(10)의 상부로 이동한 처리수와 함께 배출할 수 있도록 하면 되는 것이다.

상기 제 1여과층(100)은 원수에 포함된 인과 부유물를 1차적으로 제거하는 것으로서, 상기 생물반응조(10)의 하부에 형성된 유입수로(20)의 상부에 형성되게 하면 되는데, 이때 상기 제 1여과층(100)을 형성하는 여과재는 라테라이트 (laterite)이며, 상기 라테라이트의 규격은 15 ~ 30㎜로 가공하여 구비됨이 바람직하다.

상기 스텐웨지바(200)는 상기 제 1여과층(100)을 지지하기 위한 것으로서, 제 1여과층(100)을 형성하는 라테라이트가 수압에 의해 배출되지 않고 안전하게 고정될 수 있도록 하여 여과의 안정성을 꾀할 수 있게 상기 제 1여과층의 하부에 위치되게 생물반응조(10) 내부에 견고하게 설치하면 되는 것이다.

상기 제 2여과층(300)은 원수에 포함된 질소와 유기물을 제거하는 것으로서, 상기 제 1여과층(100)에 의해 인이 제거된 상태로 원수가 상승하면, 상기 제 2여과층(300)을 형성하는 다수의 부유성 여과재에 의해 질소 및 유기물을 완벽하게 제거하게 된다.

이때, 상기 제 2여과층(300)을 형성하는 부유성 여과재는 EPE(발포성 폴리에틸렌, expanded poly ethylene) 100 중량부에 대하여 활성탄분말 10 ~ 30 중량부와 라테라이트 분말 10 ~ 20 중량부를 혼합하여 직경이 2 ~ 4㎜가 되도록 발포하여 형성함이 바람직한데, 이와 같이 상기 제 2여과층(300)을 이루는 여과재에 라테라이트 분말을 혼합하는 이유는 상기 제 1여과층(100)에 의해 인이 완전히 제거되지 않았을 경우 2차적으로 잔존하는 인을 질소와 함께 동시에 제거할 수 있도록 함은 물론 상기 제 1여과층(100)을 형성하지 않고, 제 2여과층(300) 만으로도 생물여과 처리장치를 운영할 수 있게 되는 것이다.

또한, 상기 제 2여과층(300)을 형성하는 부유성 여과재는 EPP(발포성 폴리 프로필렌, expanded poly propylene) 100 중량부에 대하여 활성탄분말 10 ~ 30 중량부와 라테라이트 분말 10 ~ 20 중량부를 혼합하여 직경이 2 ~ 4㎜가 되도록 발포하여 형성함이 바람직한데, 이와 같이 상기 제 2여과층(300)을 이루는 여과재에 라테라이트 분말을 혼합하는 이유는 상기 제 1여과층(100)에 의해 인이 완전히 제거되지 않았을 경우 2차적으로 잔존하는 인을 질소와 함께 동시에 제거할 수 있도록 함은 물론 상기 제 1여과층(100)을 형성하지 않고, 제 2여과층(300) 만으로도 생물여과 처리장치를 운영할 수 있게 되는 것이다.

상기 공기주입관(400)은 상기 생물반응조(10)에 산소를 공급하여 질산화현상을 유도하여 질소를 제거하도록 하는 한편, 여과제를 팽창시켜 여과제 사이에 침전된 유기물을 여과제로부터 탈착하는 수단으로 사용되는 것으로서, 상기 생물반응조(10)의 외부에 설치된 블로어(410)에서 공급되는 공기가 주입밸브(420)(430)의 제어에 의해 상기 제 1 및 제 2여과층(100)(300)의 하부에 각각 설치된 공기주입관(400)을 통해 소정의 압력으로 공기를 분사하여 제 2여과층(300) 내부에서 산소층과 무산소층이 형성되게 하여 원수에 포함된 질소 및 유기물을 용이하게 제거할 수 있게 되는 것이다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 질소 및 인의 동시 제거가 가능한 생물여과 처리장치 및 이 생물여과 처리장치에 사용되는 여과재의 작용은 먼저, 상기 생물반응조(10)의 하부에 형성된 유입수로(20)를 통해 원수가 제 1여과층(100)의 하부로 유입되면, 상기 스텐웨지바(200)의 하부로부터 원수가 상기 제 1여과층(100)을 통과하며 인이 제거되게 된다.

이어서, 상기 제 1여과층(100)에 의해 인이 제거된 상태의 원수가 상기 제 2여과층(300)의 하부에 도달하면 제 2여과층(300)의 하부에 수평으로 설치된 공기주입관(400)의 밸브(430)를 오픈시켜 블로어(410)의 공기를 주입하면 제 2여과층(300)의 하부에는 무산소층이 형성되어 탈질현상이 진행되고, 상기 제 2여과층(300) 상부에는 산소층이 형성되어 질산화현상이 진행되어 상기 제 2여과층(300)을 통과한 원수는 인과 질소 및 유기물이 완전하게 제거된 상태에서 상기 생물반응조(10) 상부에 설치된 여과블록(30)을 통과하여 제1배출수문(14)을 통해 완벽하게 여과된 상태의 처리수가 외부로 배출되어 하천이나 해양 또는 토양을 오염시키지 않게 되는 것이다.

한편, 상기와 같은 생물여과 처리장치의 역세척하는 방식은 원수가 생물반응조(10)로 유입되지 않도록 유입수로(20)를 차단하고, 상기 생물반응조(10)의 하부 일측에 설치된 배출밸브(도시하지 않음)를 오픈시키면 생물반응조(10) 내부에 담수된 상태의 원수가 배출되며 중력에 의해 하부로 내려가 제 2여과층(300)에 포획된 유기물이 1차적으로 세척되며, 상기 스텐웨지바(200)의 하부에 설치된 공기주입관(400)의 밸브(420)를 오픈시켜 공기를 주입하여 상기 제 1여과층(100)에 부착된 유기물을 이탈시켜 상기 배출밸브를 통해 배출탱크(도시하지 않음)로 집수될 수 있도록 하면 상기 제 1 및 제 2여과층(100)(300)을 포함한 생물반응조(10)의 역세척이 용이하게 이루어지게 되는 것이다.

한편, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되지 않으며, 청구범위의 요지를 벗어남이 없는 당 발명의 기술분야에서 다양한 변형적 실시예가 제시될 수 있다.

100 : 제 1여과층 200 : 스텐웨지바
300 : 제 2여과층 400 : 공기주입관

Claims (4)

1. 다수의 스트레이너가 수직으로 매립되게 설치된 다수의 여과블록(30)이 콘크리트를 타설하여 일정 공간으로 형성된 생물반응조(10)의 상부에 안착되어 생물반응조(10)의 하부에 형성된 유입수로(20)를 통해 내부로 유입되는 원수를 정화시키는 생물여과 처리장치에 있어서,
   상기 생물반응조(10)의 유입수로(20) 상부에는 원수에 포함된 인을 제거할 수 있는 정화제로 라테라이트 여과재가 설치되는 제 1여과층(100)과;
   상기 제 1여과층(100)을 형성하는 다수의 여과재가 담겨질 수 있게 제 1여과층(100)의 하부에 위치되도록 생물반응조(10)의 내부에 설치되는 스텐웨지바(200)와;
   상기 생물반응조(10)의 상부에 설치되는 여과블록(30)의 하부에 위치되는 다수의 EPE(발포성 폴리에틸렌), EPP(발포성 폴리프로필렌) 부유성 여과재에 의해 형성된 제 2여과층(300)과;
   상기 제 1 및 제 2여과층(100)(300)의 하부에 각각 설치되어 생물반응조(10)의 외부에 설치된 블로어(410)에서 공급되는 공기가 주입밸브(420)(430)를 통해 생물반응조(10)의 내부로 산소를 공급하는 공기주입관(400);을 포함하여서 된 것을 특징으로 하는 질소 및 인의 동시 제거가 가능한 생물여과 처리장치.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1여과층(100)을 형성하는 여과재는 라테라이트(laterite)이며, 상기 라테라이트의 규격은 15 ~ 30㎜로 가공하여 구비되는 것을 특징으로 하는 질소 및 인의 동시 제거가 가능한 생물여과 처리장치.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 제 2여과층(300)을 형성하는 부유성 여과재는 EPE(발포성 폴리에틸렌, expanded poly ethylene) 100 중량부에 대하여 활성탄분말 10 ~ 30 중량부와 라테라이트 분말 10 ~ 20 중량부를 혼합하여 직경이 2 ~ 4㎜가 되도록 발포하여 형성한 것을 특징으로 하는 질소 및 인의 동시 제거가 가능한 생물여과 처리장치.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 제 2여과층(300)을 형성하는 부유성 여과재는 EPP(발포성 폴리 프로필렌, expanded poly propylene) 100 중량부에 대하여 활성탄분말 10 ~ 30 중량부와 라테라이트 분말 10 ~ 20 중량부를 혼합하여 직경이 2 ~ 4㎜가 되도록 발포하여 형성한 것을 특징으로 하는 질소 및 인의 동시 제거가 가능한 생물여과 처리장치.
   

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