KR101523281B1 - 일체형 침전·흡착·여과처리시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 용존물질이 많은 하·폐수 또는 오염된 하천, 호수의 수질개선과, 고도의 총인(T-P)처리 및 색도(Color) 제거를 위해, 경사판을 포함하는 침전조와, 흡착반응조 및 여과조를 포함하여 시스템을 구성하는 일체형 침전·흡착·여과처리시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 용존물질이 많은 하·폐수 또는 오염된 하천, 호수의 수질개선과, 고도의 총인(T-P)처리 및 색도(Color) 제거를 위해, 경사판을 포함하는 침전조와, 흡착반응조 및 여과조를 포함하여 시스템을 구성하는 일체형 침전·흡착·여과처리시스템에 관한 것이다.
하수 중의 용해성 인은 Ortho-Phosphate(PO4 3 -)로 원수 속에서 대부분 녹아 있으며 발생원은 주로 Faces와 Urine에서 온다. 이에 비해 Poly Phosphate(PO4 3 -)는 하수 중의 약 30%를 차지하며 상당량 용해되어 있다(주로 Detergent가 주원인임).
인의 또 다른 형태는 Organic Phosphorus이며 전체 인중의 약 10~15% 차지하며, 유기물에 붙은 인은 조류생성에 거의 영향을 미치지 못하는 것으로 알려져 있다. 보통 하수를 1차 처리할 경우 전체 인의 20~30%가 침전하여 제거되며, 인을 화학적 처리로 제거할 경우 최적 pH는 Poly Form P는 4.8~6.7, Ortho(혹은 Meta) P는 4.5~7.3, Pyro Form의 P는 5~6.5 범위로 알려져 있다.
인 제거와 관련하여, 대한민국 등록특허 10-1018636(등록일자 2011.02.23) '하·폐수의 인 제거 시스템 및 인 제거 방법'; 대한민국 등록특허 10-0515098(등록일자 2005.09.07) '질소와 인을 제거하기 위한 고도처리 시스템'; 대한민국 공개특허 10-2004-0083025(공개일자 2004.09.30) '질소와 인 제거를 위한 타워형 하·폐수처리시스템' 대한민국 등록특허 10-1018636(등록일자 2011.02.23) '하·폐수의 인 제거 시스템 및 인 제거 방법'; 대한민국 등록특허 10-1167488(등록일자 2012.07.13) '하·폐수의 인 및 질소 동시 제거 시스템'; 대한민국 공개특허 10-2013-0029656(공개일자 2013.03.25) '오·폐수의 인·질소 제거용 정화처리 시스템'; 대한민국 등록특허 10-1167488(등록일자 2012.07.13) '하·폐수의 인 및 질소 동시 제거 시스템'; 등의 기술이 개시된 바 있다.
그러나 종래 개시된 대부분의 수처리 기술들은 인 제거 효율이 높지 않기 때문에 실질적으로 현장에 적용하기에는 부족함이 많았다.
이에 본 발명자는 법정방류수 수질기준을 충분히 만족할 수 있을 정도의 총인(T-P) 처리할 수 있는 시스템을 개발하여 본 발명의 완성에 이르게 되었다.
상기의 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 하·폐수 또는 오염된 하천, 호수의 총인(T-P)처리 효율을 높여 고도 처리수 생산에 유용한 일체형 침전·흡착·여과처리시스템을 제공하고자 함에 발명의 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 사전에 응집제가 주입된 하·폐수 또는 오염된 하천, 호수의 오염수를 급속혼화와 완속혼화하는 혼화조와,
상기 혼화조를 거친 이후에 추가로 제1폴리머가 주입된 오염수에 포함되어 있는 슬러지를 경사판을 이용하여 분리한 후, 분리된 슬러지 중 일부는 슬러지펌프를 통해 반송라인을 거쳐 오염수로 반송처리하고, 나머지는 기존 슬러지저류조로 배출하며, 슬러지가 분리된 1차 처리수는 후단의 흡착반응조로 이송처리하는 침전조와,
상기 침전조를 거친 이후에 추가로 제2폴리머가 주입된 1차 처리수 내에 포함되어 있는 미처리 고형물을 여재의 흡착반응을 통해 흡착처리하고, 고형물이 제거된 2차 처리수는 후단의 여과조로 이송처리하는 흡착반응조와,
상기 흡착반응조를 거친 2차 처리수에 포함되어 있는 잔류 고형물 및 현탁성 부유물질을 제거하는 여과조와,
후단의 방류펌프장으로부터 공급되어 상기 흡착반응조와, 여과조의 역세척에 사용된 역세척수를 공급받아 저장한 후, 역세수이송펌프를 통해 기존 하수처리장 전단부의 유량조정조로 상기 역세척에 사용된 역세척수를 이송하는 역세수조와,
상기 여과조를 거친 3차 처리수를 방류펌프장 이송펌프를 통해 공급받아 방류 전에 임시저장하면서, 상기 3차 처리수 중 일부를 역세척수로 이용하기 위하여 여과조 역세펌프와 흡착반응조 역세펌프를 통해 여과조와 흡착반응조로 각각 순환시키고, 상기 역세척수로 사용하지 않는 3차 처리수는 방류펌프를 이용하여 최종적으로 외부로 방류하는 방류펌프장을 포함하여 이루어지는 일체형 침전·흡착·여과처리시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 일체형 침전·흡착·여과처리시스템은 최종 수처리되어 방류되는 방류수의 수질(mg/L)에 포함되어 있는 총인(T-P)가 0.035(법정방류수 수질기준(mg/L): 2)로서 인 제거 효율이 매우 뛰어나다는 장점을 갖는다.
그리고, BOD 3이하, COD 5이하, SS 3이하, T-N 15 이하로서, 법정방류수 수질기준(mg/L)인 BOD 10, COD 40, SS 10, T-N 20과 비교하여 볼 때 그 수치가 매우 낮아 수처리 효율이 매우 뛰어남을 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 일체형 침전·흡착·여과처리시스템을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일체형 침전·흡착·여과처리시스템을 통한 수처리공정을 보인 순서도.
도 3은 본 발명의 일체형 침전·흡착·여과처리시스템을 구성하는 혼화조의 구성을 보인 도면.
도 4는 본 발명에 따른 침전조 내에 설치되는 경사판의 일례를 보인 도면.
도 2는 본 발명의 일체형 침전·흡착·여과처리시스템을 통한 수처리공정을 보인 순서도.
도 3은 본 발명의 일체형 침전·흡착·여과처리시스템을 구성하는 혼화조의 구성을 보인 도면.
도 4는 본 발명에 따른 침전조 내에 설치되는 경사판의 일례를 보인 도면.
이하, 본 발명에 따른 일체형 침전·흡착·여과처리시스템(1)의 기술 구성에 대해 도면과 함께 구체적으로 살펴보고자 한다.
본 발명에 따른 일체형 침전·흡착·여과처리시스템(1)의 최종목적은 다량의 용존물질을 포함하고 있는 하·폐수 또는 오염된 하천, 호수(이하, '오염수'라 한다)의 수질개선을 위한 고도 인(P) 제거에 있으며, 이를 위하여, 상기 일체형 침전·흡착·여과처리시스템은 도 1에 도시된 바와 같이,
사전에 응집제(100)가 주입된 하·폐수 또는 오염된 하천, 호수의 오염수를 급속혼화와 완속혼화하는 혼화조(10)와,
상기 혼화조(10)를 거친 이후에 추가로 제1폴리머(200a)가 주입된 오염수에 포함되어 있는 슬러지를 경사판(21)을 이용하여 분리한 후, 분리된 슬러지 중 일부는 슬러지펌프(300a)를 통해 반송라인(400)을 거쳐 오염수로 반송처리하고, 나머지는 기존 슬러지저류조로 배출하며, 슬러지가 분리된 1차 처리수는 후단의 흡착반응조로 이송처리하는 침전조(20)와,
상기 침전조(20)를 거친 이후에 추가로 제2폴리머(200b)가 주입된 1차 처리수 내에 포함되어 있는 미처리 고형물을 여재(31)의 흡착반응을 통해 흡착처리하고, 고형물이 제거된 2차 처리수는 후단의 여과조로 이송처리하는 흡착반응조(30)와,
상기 흡착반응조(30)를 거친 2차 처리수에 포함되어 있는 잔류 고형물 및 현탁성 부유물질을 제거하는 여과조(40)와,
후단의 방류펌프장으로부터 공급되어 상기 흡착반응조(30)와, 여과조(40)의 역세척에 사용된 역세척수를 공급받아 저장한 후, 역세수이송펌프(300c)를 통해 기존 하수처리장 전단부의 유량조정조로 상기 역세척에 사용된 역세척수를 이송하는 역세수조(50)와,
상기 여과조(40)를 거친 3차 처리수를 방류펌프장 이송펌프(300d)를 통해 공급받아 방류 전에 임시저장하면서, 상기 3차 처리수 중 일부를 역세척수로 이용하기 위하여 여과조 역세펌프(300f)와 흡착반응조 역세펌프(300g)를 통해 여과조(40)와 흡착반응조(30)로 각각 순환시키고, 상기 역세척수로 사용하지 않는 3차 처리수는 방류펌프(300e)를 이용하여 최종적으로 외부로 방류하는 방류펌프장(60)을 포함하여 이루어진다.
인(phosphorus)은 자연수나 폐수 중 대부분 인산염(phosphate)형태로 존재한다. 수중 생태계에 있어서 인은 DIP(dissolved inorganic phosphorus), DOP(dissolved organic phosphorus), POP(particulate organic phosphorus)로 분류되며, 생물체가 직접 이용 가능한 인은 전체 인의 5%를 차지하고 있는 용존 무기인(DIP)의 형태이다. 대부분의 인은 생물체, 사체 또는 배설물에 포함된 유기인산염의 형태이다.
따라서, 미생물의 비교적 낮은 인 요구량에 의해 생물학적인 방법을 통한 인의 제거 효율성은 매우 떨어지며, 본 발명에서는 시스템 전과정을 통해 물리·화학적 처리 방식에 의한 인(phosphorus) 제거가 이루어진다.
본 발명에서는 인 제거효율을 높이기 위한 응집제 및 여재의 기술 구성과, 상기 응집제와 오염수의 균일 혼합을 이루기 위한 혼화기술을 포함하고 있으며, 이와 같은 기술 구성과 함께 효율적인 고도 인(P) 제거를 위한 수처리시스템을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 일체형 침전·흡착·여과처리시스템(1)의 구성 및 이를 통한 여과처리공정을 도 1 및 도 2에 도시된 내용과 함께 구체적으로 살펴보고자 한다.
[오염수 유입 및 약품주입]
본 발명은 많은 용존 물질을 포함하고 있는 오염수의 수질 개선과, 고도의 총(TP) 처리 및 색도(Color) 제거를 목적으로 하고 있으며, 이를 위한 전처리과정으로서, 상기 오염수에 응집반응을 위한 응집제로서 화학약품을 투입한다.
응집제의 주입으로 금속염은 수중에서 수화 반응과 인산염과의 반응이 경쟁적으로 일어나며 입자의 zeta potential을 감소시키고 인산염과 반응하며, 침전 가능한 입자로 뭉치게 하고, 불용성 입자를 생성한다. 인 제거에 가장 큰 관건이 되는 것은 인산염과의 불용성 입자 생성과 고액분리이다. 따라서 알루미늄과 인산염의 반응으로 불용성의 입자를 생성하므로 인의 제거에 가장 큰 영향을 주는 것은 알루미늄 등의 양이온 금속염을 포함하는 응집제의 주입이다.
상기 응집제로는 알룸(Alum), 염화철, 황산제이철, 황산제1철, 석회 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상인 것을 사용하는 것 외에 인 흡착력, 응집효과를 높이기 위하여, 복합응집제에 응집보조제를 첨가하여 조성된 응집제를 사용한다.
상기 alum은 Al2(SO4)3·18H2O, 분자량 666.7, 밀도는 고체상태에서 960~1,200이거나, 또는 Al2(SO4)3·14H2O, 분자량 594.3, 밀도는 고체상태에서 960~1,200이다.
상기 염화철은 FeCl3, 분자량 162.1, 분자량 162.1, 밀도는 액체상태에서 1,350~1,490이다.
상기 황산제이철은 Fe2(SO4)3, 분자량 400이거나,
또는 Fe2(SO4)3·3H2O, 분자량 454, 밀도는 액체상태에서 1,120~1,150이다.
상기 황산제1철은 Fe2(SO4)·7H2O, 분자량 278, 밀도는 고체상태에서 990~1,060이다.
상기 석회는 Ca(OH)2, 밀도는 고체상태에서 560~800이다.
이외에 상기 응집제는 염화제이철(FeCl2)과 염화마그네슘(MgCl2)을 1:1 중량비율로 배합하여 조성된 복합응집제 99.0~99.99wt%에 개질된 제올라이트, 벤토나이트, 황토 중 선택되는 어느 1종 이상의 응집보조제 0.01~1wt%를 첨가하여 조성된 것을 사용한다. 이때 상기 응집제의 응집효과는 pH가 9~12의 범위를 유지할 경우에 가장 뛰어나다.
따라서, NaOH와 H2SO4를 이용하여 오염수의 pH를 9~12로 조절하는 것이 바람직하다.
응집제를 오염수에 주입하게 되면, 침전되지 않은 콜로이드상 고형물과 침전속도가 느린 부유고형물이 서로 엉키고 결합하면서 침전이 잘되는 플록(floc)을 형성하게 된다.
특히 응집제를 첨가하여 급속혼화를 하게 되면, 콜로이드 상태의 물질과 미세한 부유물질이 불안정화되고, 불안정화된 입자가 최초로 서로 부착하게 되며, 이때 완속 혼화를 통해 불안정화된 입자들이 서로 엉키면서 플록을 형성하게 되고, 이와 같이 형성된 플록을 침전하게 된다.
이와 같은 응집 메커니즘은 van der Waals의 인력과 교반에 의한 입자들이 응결할 수 있을 만큼의 제타전위의 감소, 콜로이드 입자상의 활성기(reactive group)의 상호작용에 의한 입자간 가교현상(inter-particulate bridging), 그리고 형성된 플록 입자들에 의한 입자들에 의한 체거름 현상(enmeshment of particle)등의 복합적인 작용에 의한 것으로 알려지고 있다.
응집제를 수중에 투입하게 되면 해리하여, 금속이온은 가수분해하여 양전하를 띤 금속 수산화물이온 착염(hydroxo-metalic ion complex)을 만들게 되며, 보통 이때 사용되는 응집제로는 Al2(SO4)3과 같은 알루미늄염과 Fe2(SO4)3인 철염이 사용된다. 가수분해 산물인 복합체는 수많은 종류의 금속 수산화물이온, 착염을 형성한다. 이들 복합체의 일반화된 표시방법은 Meq(OH)pz이다.
알루미늄염이 만드는 중합체로는 Al6(OH)15 +3, Al7(OH)17 +4, Al18(OH)20 +4, 그리고 Al13(OH)34 +5가 있으며, 철염이 만드는 중합체로는 Fe2(OH)2 +4, Fe2(OH)4 +5 등이 있다. 금속 수산화물이온 복합체는 다원자가이며 높은 양전하를 띠고, 음전하를 띠는 콜로이드의 표면에 흡착된다.
이 결과 제타전위가 감소하여 콜로이드는 불안정화된다. 불안정화된 입자들은 흡착된 금속 수산화물이온 복합제와 함께 van der Waals 힘에 의한 미립자간의 인력에 의해 서로 뭉친다.
그리고 이 힘은 물의 가벼운 교반에 의해 촉진된다. 응집 과정에 있어서 교반은 불안정화된 입자들을 근접하게 하거나 충돌을 일으켜서 합치도록 하기 때문에 대단히 중요하다. 이러한 불안정화 된 입자들의 플록형성은 불안정화된 입자표면의 활성기들의 화학적인 상호작용에 의한 가교현상에 의해서도 이루어진다.
[
급속혼화
·
완속혼화
]
수처리 공정에 있어, 인 제거에 영향을 미치는 요소로는 유입인부하량 대비 유입유기물 부하가 대표적이며, 수온, 체류시간, SRT(Sludge Retention Time) 등이 있으며, 이들 중 가장 중요한 점은 인의 침전물을 형성에 사용되는 화학 약품이 폐수와 균일하게 분산되도록 완벽한 혼합이 이루어지도록 하는 것이다.
일례로, 빠른 교반은 수중에서 금속염 형성에 도움을 준다. 이와 같은 결과로 인해 높은 전하의 다중 착화합물을 형성하게 되어 좋은 침전물을 형성하게 되다. 그러나 침전조에서의 체류시간이 길지 않다는 점을 고려해 볼 때, 가능한 한 빠르면서도 균일한 분산이 이루어질 수 있도록 하여야 한다.
본 발명에서는 오염수에 응집제를 주입한 후, 응집효과를 극대화시킬 목적으로 혼화조(10)를 통한 급속혼화와 완속 혼화과정을 거치게 된다.
상기 혼화조(10)는 도 3에 도시된 바와 같이, 급속혼화조와 완속혼화조가 연설되어 있어 상기 급속혼화조로 유입된 오염수는 200~250rpm으로 1~2분간 급속혼화가 수행되며, 상기 급속혼화과정을 마친 오염수는 다시 완속혼화조로 유입되어 50~60rpm으로 10~15분간 완속혼화 과정이 수행된다.
이와 같이 급속혼화와 완속혼화를 하여 줌으로써, 상기 응집제와 오염수 내의 부유입자가 적절히 접촉되도록 하여 미세한 플록들의 상호작용으로 인해 더 큰 플록을 형성하게 되어 응집효과를 극대화시키게 된다.
이때, 플럭형성과정은 상기 완속혼화과정의 혼화속도 및 시간에 크게 영향을 받게 되며, 본 발명에서는 상기 50~60rpm으로 10~15분간 완속혼화하여 줌으로서 충분히 큰 플럭이 형성된다.
급속혼화와 플럭형성에 필요한 혼화조(10)에서의 혼화방식은 기계식(완전 혼화조 방식), 압축 공기에 의한 방식 그리고 방해벽에 이한 우회식 혼화방식이 있으며, 본 발명에서는 상기 기계식 혼화방식이 적용된다.
기계식 혼화방식의 혼화강도는 다음과 같은 속도경사(velocity gradient)식을 이용하여 계산한다.
여기서, G: 속도경사(1/s)
W: 혼화조 단위체적당 처리수에 주어지는 동력(N·m/s·㎥)
P: 처리수에 주어지는 동력(N·m/s)
V: 혼화조 체적(㎥)
μ: 처리수의 점도(N·s/㎡)
상기 기계식 혼화방식에는 터빈(turbine)형, 패들(paddle)형, 그리고 프로펠러(propeller)형 임펠러가 주로 이용된다. 터빈형 임펠러는 그 형태가 만곡형과 수직형이 있는데, 일반적으로 이용되는 형태는 수직형이다. 터빈형 임펠러의 직경은 대개 혼화조 직경 또는 폭의 30~50%이며, 혼화조 바닥 위로 임펠러 직경만큼 간격을 두고 설치한다. 패들형 임펠러는 두 개 또는 네 개의 날개가 부착되어 있다. 날개는 옆으로 기운 형태이나 수직으로 똑바로 선 형태가 있으며, 똑바로 선 형태가 일반적이다. 패들 임펠러의 직경은 대개 혼화조 직경 또는 폭의 50~80%이며, 패들의 폭은 직경의 1/6~1/10 정도이다. 패들은 혼화조 바닥으로부터 패들 직경의 1/2정도 높이에 설치한다. 패들의 속력은 20~150rpm 정도이며 속력이 매우 느린 경우를 제외하고는 와류와 순환류를 최소화하기 위하여 혼화조벽에 작은 방해 판이 필요하다.
그러나 패들은 터빈형 만큼 난류와 전단력을 발생시키지 못하므로 터빈형보다 비효율적이다.
프로펠러형 임펠러는 두 개 내지 세 개의 날개를 가지며, 그 날개는 액체에 축 방향 유동을 생성시키기 위해 옆으로 기울어져 있다. 프로펠러의 회전은 액체에서 나선형을 그리게 되며, 1회전 주기 동안 축 방향으로 액체가 이동한 거리를 프로펠러 직경으로 나눈 것으로 정의되는 피치(pitch)는 보통 1~2 정도이고, 프로펠러의 최대 직경은 대략 45cm이다.
[침전조에서의 고액분리]
본 발명에서는 고효율의 경사판(21)을 이용하여 용존 물질을 많이 포함하고 있는 오염수로부터 효과적으로 침전슬러지의 인발을 수행하며, 이때 오염수는 급속 및 완속 혼화과정을 거친 후, 상기 침전조(20)로 유입되기 전에 제1폴리머(200a)를 추가로 주입하여 전처리과정을 거친 것을 처리대상으로 한다.
상기 제1폴리머(200a)는 이온성에 따라 음이온성(anion), 양이온성(cation), 비이온성(nonion)으로 구분되며 성상에 따라 분말형과 액상형으로 분류된다. 양이온성 폴리머는 methacrylat계와 arcylate계 등이 있다.
상기 양이온성 고분자 응집제의 응집기능은 현탁 콜로이드 입자를 하전중화에 의하여 응집시키며, 부하전을 띄는 용해 물질과 반응하여 불용성염을 형성한다.
음이온성 폴리머는 acryl계, hydrolyzed, polyacryamide계, sulfon계 등이 있으며 이온화된 분자의 유기물 부분에 음전하를 가지고 있다. 양이온성 고분자 응집제에 비하여 분자량이 크고, 동일 분자 내에 있어서 이온성기간의 상호 반발에 의하여 수중에서 분자폭이 넓기 때문에 입자의 플록(floc)화에 우수한 기능을 갖는다.
침전이란 하수처리에서 가장 중요한 공정 중 하나로 물보다 무거운 입자가 흐름이 느린 물에서 침강하여 물과 분리되는 것을 말하며, 이 원리를 이용하여 처리수를 유속이 느려지는 넓은 지(池)에 유입시켜 처리수를 상징수와 입자로 분리하는 것을 침전이라고 한다.
이와 같은 침전의 원리를 이용하는 침전조(20)에는 경사판(21)이 내부에 설치되어 있어, 경사판(21)을 통한 안정적인 고액분리를 이루어지며, 이로 인한 슬러지와 상등액의 효과적인 분리가 가능하다.
이때, 처리수의 단위 면적당 흐르는 단위 시간의 수량을 나타내는 수면적 부하를 80~100 ㎥/㎡·day로 하고, 응집약품과 슬러지의 농도를 최적화하여 일반 침전지의 3~4배 침전효율을 얻도록 한다.
그리고, 상기 경사판(21)을 설치할 때 침전조(20)의 바닥면으로부터 1.3~1.7m의 이격 공간을 두어 슬러지의 침강 높이를 확보하도록 한다.
또한 산화작용에 의한 부식, 마모를 방지하고, 미생물이 분비하는 생물고분자 물질에 의한 응집력에 의해 경사판 표면에 접착되어 경사판이 막힐 수 있기 때문에 경사판 재질에 대한 문제점도 고려하여야 한다.
본 발명에 따른 경사판은 Cr 27중량%, Mo 2.5중량%, W 3중량%, N 0.4중량%와 나머지 Fe 및 불가피한 불순물로 구성되는 스테인리스 강 99.68~99.88wt%에, Ce 53중량%, La 26중량%, Nd 17중량%, Pr 4중량%로 구성되는 희토류 금속 0.12~0.32wt%를 첨가하여 조성된 스테인리스 합금강으로 이루어진 것을 사용한다.
즉, 마그네시아 도가니에 Cr 27중량%, Mo 2.5중량%, W 3중량%, N 0.4중량%와 나머지 Fe 및 불가피한 불순물로 구성되는 스테인리스 강을 장입하여 용해시킨 후에, 상기 Ce 53중량%, La 26중량%, Nd 17중량%, Pr 4중량%로 구성되는 희토류 금속을 장입시켜 용해시킨 다음 용해한 용탕을 세라믹 몰드에 주입하여 경사판을 성형한다.
상기 스테인리스 합금강은 Ce 53중량%, La 26중량%, Nd 17중량%, Pr 4중량%로 구성되는 희토류 금속 0.12~0.32wt%를 첨가함으로써, 내부식, 내마모 특성이 강화되며, 또한 스테인리스 재질에 의해 경사판에 이물질이 접착되는 것을 최소화하여 경사판의 기능성이 저감되는 것을 방지할 수 있다.
상기 침전조(20)의 내부에 설치하는 경사판(21)의 종류는 특별히 한정하지는 않으나, 예시적으로 도 4에 도시하고 있는 바와 같이, 상향류식 이중대칭구조의 튜브형 경사판(21)이 설치되어 있어, 오염수가 상기 경사판(21)을 통과하면서 플록간의 접촉 거대화, 침강물질의 침전, 상등액 분리의 일련의 과정을 통해 고형물의 분리효율을 증대시킨다.
또한 상기 침전조(20)를 통해 분리된 침전슬러지 중 일부는 반송되어 유입수와 함께 재순환됨으로써 상기 경사판(21) 하부에 슬러지 블랭킷(Blanket) 층을 형성하고, 이와 같은 슬러지 블랭킷 층에 의해 플록(Floc) 형성이 더욱 촉진된다.
경사판 침전지(Inclined Settling Tank)의 일반적인 이론을 살펴보면, 경사판을 설치하여 수면적 부하를 낮추는 것이 가장 큰 역할로 보고 있다. 즉, 침전지의 표면적 부하율은 다음의 식과 같다.
V = Q/A
여기서, V: 표면 부하율(㎥/㎡.day)
Q: 유량(㎥.day)
A: 침전지 표면적(㎡)
이 식에서 입자의 침강속도를 Vp라고 가정한다면, 다음의 식과 같은 조건이 성립하여 침전이 발생한다.
V(표면부하율) < Vp(입자의 침강속도)
위의 2개의 식에 따라 침전효율을 높이기 위해서 침전지 표면적(A)을 높이면 표면적 부하율(V)이 작아지므로 침전효율이 높아질 수 있다.
이러한 이론을 바탕으로 개발된 것이 경사판 침전지이다. 그 외에도 침전효율을 높이기 위해서는 침강속도(Vp)를 크게 하는 것이 있는데 이는 응집제를 활용하여 입자의 크기를 크게 만들어 비중을 높이면 침전효율이 증가하게 된다. 또한 유량(Q)을 작게 하면 표면부하율이 작아지기 때문에 침전효율이 증가하게 된다.
상기 침전조(20)에서의 경사판(21)을 통한 슬러지 분리과정을 마친 후에는 상기 침전슬러지 중 일부인 0.05Q~0.1Q는 슬러지펌프(300a)를 통해 반송라인(400)을 거쳐 오염수로 반송처리되고, 나머지 슬러지는 기존 슬러지저류조로 배출된다.
슬러지의 반송을 통하여 적용할 수 있는 주된 인 제거 메카니즘(mechanism)은 슬러지 내의 금속수화물로의 인 흡착이라 볼 수 있다. 또한 슬러지의 반송으로 반응조의 입자수가 증가하며, 이미 중화되어 있는 상태이므로 완속 교반조에서 쉽게 응결(flocculation)이 일어날 수 있으며 인의 흡착, sweep coagulation의 효과로 응집 효율의 증가를 얻을 수 있다.
[
흡착반응조에서의
고형물 흡착]
상기 흡착반응조(30)는 흡착여재를 통해, 상기 침전조(20)에서 처리되지 않은 고형물을 흡착처리하는 반응조로서, 1차 처리수가 흡착반응조(30)로 유입되기 전에 약품을 첨가하여 전처리과정을 거치게 된다.
약품이 첨가된 1차 처리수는 여재가 충진된 부상 여재층을 상향류로 통과하면서 흡착반응에 의해 고형물의 흡착과정이 수행된다.
흡착반응조(30)는 상기 침전조(20)에서 제거되지 못한 고형물을 흡착여재층을 이용하여 침전이 아닌 흡착의 형태로 제거하는 반응조이다.
1차 처리수는 고액분리과정을 거친 후, 상기 흡착반응조(30)로 유입되기 전에 제2폴리머(200b)를 추가로 주입하여 전처리과정을 거치게 된다.
상기 제2폴리머(200b)는 methacrylat계와 arcylate계로부터 선택되는 양이온성 폴리머와, acryl계, hydrolyzed, polyacryamide계, sulfon계로부터 선택되는 음이온성 폴리머를 사용한다.
상기 흡착반응조(30)에서의 오염처리 기작은 제2폴리머(200b)가 주입된 1차 처리수를 상향류 흡착여과방식에 의해 처리하는 것으로서, 상기 흡착여과는 스크린 내에 설치되어 있는 부상 여재(31)로 이루어진 흡착여재층에 의해 이루어진다. 특히 상기 흡착여재층은 부상 여재(31)에 의한 균형있는 원수 분산을 이루어 흡착여재층에서 응집과 동시에 혼합이 수행되어 후속여과공정의 성능을 배가시켜 준다.
상기 여재(31)는 폴리에틸렌 80~85wt%와, 활성 굴패각 분말 5~15wt%와, 방해석 분말 5~15wt%를 사출성형기 호퍼에 투입하여 60~75rpm의 회전속도로 10~20분간 교반혼합하여 혼합물을 교반하면서 가열기로 170~200℃의 온도로 유지되도록 하여 10~20rpm의 이송스크류로 용융시키면서 전방으로 이송시켜 통과한 직경 2~4mm, 길이 5~8mm의 길이로 절단하여 제조된 것으로서,
상기 활성 굴패각 분말은 세척을 통해 굴패각 표면의 염분과 유기물을 제거한 후 통풍건조한 굴패각을 750~800℃로 가열하여, 죠 크러셔로 10mm이하로 1차 분쇄하고, 건조기에서 95~105℃로 20~24시간 동안 건조한 후, 볼밀을 이용하여 2차 분쇄하여 체가름을 통해 선별된 70~150㎛의 미분말을 사용한다.
굴패각을 750℃ 이상으로 가열하였을 때 굴패각의 주성분인 CaCO3가 CaO로 전환되어 폐수의 인과 반응하여 쉽게 분리될 수 있는 불용성의 반응생성물을 만든다.
반응기작은 주로 용출한 칼슘이온과 OH-으로 인하여 높은 pH에서 오염수 중의 인과 결합하여 균질의 반응생성물(침전물)인 HAp를 만들며, 일부가 다공체의 CaO/CaCO3에 일부는 흡착 또는 불균질 반응생성물을 생성하게 된다.
상기 활성 굴패각 분말의 사용량이 5wt% 미만인 경우에는 인 제거효율의 큰 상승을 기대하기 어렵고, 15wt%를 초과하게 되는 경우에는 폴리에틸렌에 의한 여재 성형성이 떨어질 수 있으므로, 상기 활성 굴패각 분말의 사용량은 전체 여재의 성분량에 대해 5~15wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 방해석 분말은 인 제거에 효과적이며, 사이 방해석 분말의 사용량이 5wt% 미만인 경우에는 인 제거효율의 증가가 미미하고, 15wt%를 초과하게 되는 경우에는 폴리에틸렌에 의한 여재 성형성이 떨어질 수 있으므로, 상기 방해석 분말의 사용량은 전체 여재의 성분량에 대해 5~15wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
[여과조에서의 잔류 고형물 및
현탁성
부유물질 제거]
상기 여과조(40)는 상기 흡착반응조(30)에서 부상 여재층을 통과하면서 고형물 흡착처리과정을 거친 2차 처리수를 여과처리하여 최종적으로 방류하고자 하는 수질을 맞춰 방류하게 된다.
여과지는 침전지에서 미처 제거되지 않은 미세입자(Flock)를 제거하는 공정으로 모래 또는 안트라사이트 등의 주 여과층과 자갈층, 하부집수장치(유공블럭)와 역세척을 위한 역세척 펌프, 공기세척(Blower) 및 기타 필요할 경우 표면세척설비 등으로 구성되며, 배출수 처리설비는 침전지 배출수와 여과지 역세척수를 고액분리하여 고형물을 최종처리 하는 탈수설비와 부대시설로 이루어진다.
상기 여과조(40)는 상기 흡착반응조(30)를 통해 처리된 2차 처리수 중 잔류 고형물을 제거함으로써 고도 처리수를 생산할 수 있도록 한다.
[
흡착반응조와
, 여과조의
역세척
]
상기 흡착반응조(30)와 여과조(40)는 후단의 방류펌프장(60)으로부터 공급되는 역세척수에 의해 역세척이 이루어진다.
그리고 이와 같이 역세척에 이용된 역세척수는 역세수조(50)로 이송되고, 역세수조(50)에 저장되어 있는 역세척에 이용된 역세척수는 역세수이송펌프(300c)를 통해 기존 하수처리장 전단부의 유량조정조로 이송되게 된다.
[방류]
상기 여과조(40)를 거친 3차 처리수는 방류펌프장 이송펌프(300d)를 통해 방류펌프장(60)으로 이송되고, 상기 방류펌프장(60)에서는 상기 3차 처리수를 임시저장 후에 방류펌프(300e)를 통해 외부로 방류하게 된다.
상기 방류펌프장(60) 내에 임시 저장되는 3차 처리수 중 0.05~0.15Q는 역세척수로 이용되며, 상기 역세척수는 여과조 역세펌프(300f)와 흡착반응조 역세펌프(300g)를 통해 상기 여과조(40)와 흡착반응조(30)로 각각 순환되어, 상기 여과조(40)와 흡착반응조(30)를 역세척에 이용된다.
상기 방류펌프장(60)으로부터 방류처리되는 최종 처리수의 수질을 살펴보면 다음의 표 1과 같다.
| 구분 | BOD | COD | SS | T-N | T-P | |
| 법정방류수 수질기준(mg/L) |
10 | 40 | 10 | 20 | 2 | |
| 상현하수처리장 보증수질(mg/L) |
7 | 15 | 7 | 15 | 2 | |
| 계획유입수질 (mg/L) |
재이용 | 7 | 13 | 7 | 15 | 2 |
| 방류수 보증 수질 (mg/L) |
재이용 | 3이하 | 5이하 | 3이하 | 15이하 | 0.035이하 |
| 우회방류 | 3이하 | - | 3이하 | 15이하 | 0.5이하 | |
| 계획하수량 | 일최대 | 13,000㎥/일 | ||||
본 발명에 따른 일체형 침전·흡착·여과처리시스템은 용존물질이 많은 하·폐수 또는 오염된 하천, 호수의 수질개선과, 고도의 총인(T-P) 처리 및 색도(Color) 제거에 매우 뛰어난 효과가 있어 산업상 이용가능성이 크다.
10: 혼화조 20: 침전조
30: 흡착반응조 40: 여과조
50: 역세수조 60: 방류펌프장
100: 응집제 200a: 제1폴리머
200b: 제2폴리머 300a: 슬러지펌프
300b: 흡착조펌프 300c: 역세수이송펌프
300d:이송펌프 300f: 여과조 역세펌프
300g : 흡착반응조 역세펌프 300e: 방류펌프
400: 반송라인 500: 송풍기
30: 흡착반응조 40: 여과조
50: 역세수조 60: 방류펌프장
100: 응집제 200a: 제1폴리머
200b: 제2폴리머 300a: 슬러지펌프
300b: 흡착조펌프 300c: 역세수이송펌프
300d:이송펌프 300f: 여과조 역세펌프
300g : 흡착반응조 역세펌프 300e: 방류펌프
400: 반송라인 500: 송풍기
Claims (5)
- 사전에 응집제(100)가 주입된 하·폐수 또는 오염된 하천, 호수의 오염수를 급속혼화와 완속혼화하는 혼화조(10)와,
상기 혼화조(10)를 거친 이후에 추가로 제1폴리머(200a)가 주입된 오염수에 포함되어 있는 슬러지를 경사판(21)을 이용하여 분리한 후, 분리된 슬러지 중 일부는 슬러지펌프(300a)를 통해 반송라인(400)을 거쳐 오염수로 반송처리하고, 나머지는 기존 슬러지저류조로 배출하며, 슬러지가 분리된 1차 처리수는 후단의 흡착반응조로 이송처리하는 침전조(20)와,
상기 침전조(20)를 거친 이후에 추가로 제2폴리머(200b)가 주입된 1차 처리수 내에 포함되어 있는 미처리 고형물을 여재(31)의 흡착반응을 통해 흡착처리하고, 고형물이 제거된 2차 처리수는 후단의 여과조로 이송처리하는 흡착반응조(30)와,
상기 흡착반응조(30)를 거친 2차 처리수에 포함되어 있는 잔류 고형물 및 현탁성 부유물질을 제거하는 여과조(40)와,
후단의 방류펌프장으로부터 공급되어 상기 흡착반응조(30)와, 여과조(40)의 역세척에 사용된 역세척수를 공급받아 저장한 후, 역세수이송펌프(300c)를 통해 기존 하수처리장 전단부의 유량조정조로 상기 역세척에 사용된 역세척수를 이송하는 역세수조(50)와,
상기 여과조(40)를 거친 3차 처리수를 방류펌프장 이송펌프(300d)를 통해 공급받아 방류 전에 임시저장하면서, 상기 3차 처리수 중 일부를 역세척수로 이용하기 위하여 여과조 역세펌프(300f)와 흡착반응조 역세펌프(300g)를 통해 여과조(40)와 흡착반응조(30)로 각각 순환시키고, 상기 역세척수로 사용하지 않는 3차 처리수는 방류펌프(300e)를 이용하여 최종적으로 외부로 방류하는 방류펌프장(60)을 포함하여 이루어지는 것으로,
상기 경사판(21)은 Cr 27중량%, Mo 2.5중량%, W 3중량%, N 0.4중량%와 나머지 Fe 및 불가피한 불순물로 구성되는 스테인리스 강99.68~99.88wt%에,
Ce 53중량%, La 26중량%, Nd 17중량%, Pr 4중량%로 구성되는 희토류 금속 0.12~0.32wt%를 첨가하여 조성된 스테인리스 합금강으로 이루어져,
수 면적 부하를 80~100 ㎥/㎡·day로 하고, 침전조(20)의 바닥면으로부터 1.3~1.7m의 이격 공간을 두어 슬러지의 침강 높이를 확보하도록 설치하는 것에 있어서,
상기 여재(31)는 폴리에틸렌 80~85wt%와, 활성 굴패각 분말 5~15wt%와, 방해석 분말 5~15wt%를 사출성형기 호퍼에 투입하여 60~75rpm의 회전속도로 10~20분간 교반혼합하여 혼합물을 교반하면서 가열기로 170~200℃의 온도로 유지되도록 하여 10~20rpm의 이송스크류로 용융시키면서 전방으로 이송시켜 통과한 직경 2~4mm, 길이 5~8mm의 길이로 절단하여 제조된 것으로서,
상기 활성 굴패각 분말은 세척을 통해 굴패각 표면의 염분과 유기물을 제거한 후 통풍건조한 굴패각을 750~800℃로 가열하여, 죠 크러셔로 10mm이하로 1차 분쇄하고, 건조기에서 95~105℃로 20~24시간 동안 건조한 후, 볼밀을 이용하여 2차 분쇄하여 체가름을 통해 선별된 70~150㎛의 미분말임을 특징으로 하는 일체형 침전·흡착·여과처리시스템.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140093283A KR101523281B1 (ko) | 2014-07-23 | 2014-07-23 | 일체형 침전·흡착·여과처리시스템 |
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| KR1020140093283A KR101523281B1 (ko) | 2014-07-23 | 2014-07-23 | 일체형 침전·흡착·여과처리시스템 |
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| KR101523281B1 true KR101523281B1 (ko) | 2015-05-28 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN106430760A (zh) * | 2016-10-28 | 2017-02-22 | 浙江奇彩环境科技股份有限公司 | 一种河道水原位净化系统 |
| CN113105008A (zh) * | 2021-04-15 | 2021-07-13 | 林利龙 | 一种地埋式的市政污水转运处理系统及其处理方法 |
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-
2014
- 2014-07-23 KR KR1020140093283A patent/KR101523281B1/ko active IP Right Grant
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