KR101633767B1 - 부상여재를 이용한 상향류식 비점오염 저감시설 - Google Patents
부상여재를 이용한 상향류식 비점오염 저감시설 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 강우유출수에 포함된 오염물질을 여과하는 상향류식 비점오염 저감시설에 관한 것으로서, 처리대상 강우유출수가 유입되는 유입구와 처리된 여과수가 배출되는 배출구를 갖는 하우징과, 다수의 통수공을 가지고 상하방향으로 소정의 여과공간을 두고 상호 이격 배치되는 판상의 상부 및 하부 스크린과, 상기 여과공간 내에 수용되며 발포재료로 된 입자상의 코어소재와 상기 코어소재의 표면에 적층된 세라믹코팅층을 갖는 다수의 부상여재를 갖는 부상여과부와, 상기 유입구로부터의 강우유출수를 상기 하부 스크린의 하부로부터 상향 공급하는 강우유출수 전달부를 포함하며, 상기 세라믹코팅층은 이산화규소(SiO2)가 함유된 물, 알콜 및 경화제를 혼합한 무기질 코팅액으로 상기 입자상의 코어소재를 코팅하여 마련되며, 상기 상부 및 하부 스크린의 통수공은 상기 강우유출수가 상기 부상여과부를 통과하여 배출되는 배출구로부터 멀어질수록 크기가 증가하는 것이 특징이다.
본 발명에 의하면 부상여재를 세척함에 있어 낮은 공기 및 세척수 속도로도 충분한 세척효과를 얻을 수 있고, 부상여재의 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 의하면 부상여재를 세척함에 있어 낮은 공기 및 세척수 속도로도 충분한 세척효과를 얻을 수 있고, 부상여재의 내구성을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 강우 시 도로, 주차장, 각종 공원, 주거단지, 산업단지 등에서 발생하는 강우유출수와 같은 강우유출수 내의 비점오염물질을 여과하는 부상여재를 이용한 상향류식 비점오염 저감시설에 관한 것이다.
점오염원 위주의 수질개선사업으로 하천 수질에서 점오염원이 차지하는 비율은 낮아졌으나 하천 목표수질의 달성에는 한계를 나타냈다. 2010년 하천오염 부하율의 약 69%를 비점오염물질이 차지하고 있고, 비점오염물질은 개발사업에 따른 불투수면 확대 등으로 2020년에 약 72%에 달할 것으로 전망되고, 기후변화에 따른 강우특성 변화 등으로 비점오염원 부하율은 계속해서 증가 추세에 있다. 이로 인해 4대강 수질관리와 쾌적한 친수공간 조성을 위해 비점오염관리의 필요성이 증대되고 있다.
점점 증가하는 비점오염물질 유출량을 저감하고자 비교적 불투수 면적이 넓으면서 토사의 유입이 적은 장소에 설치하는 것이 효과적인 장치형 시설에는 와류형 시설, 스크린형 시설, 여과형 시설, 응집침전처리형 시설이 있다. 첫 번째 와류형 시설은 중앙회전로의 움직임으로 와류가 형성되어 기름그리스 등 부유성 물질은 상부로 부상시키고, 협잡물은 하부로 침전, 분리시켜 비점오염물질을 저감하는 시설로 주로 조대입자성물질의 제거에 유효한 전처리시설이다. 두 번째 스크린형 시설은 망의 여과, 분리 작용으로 비교적 큰 부유물이나 쓰레기 등을 제거하는 시설로서 와류형 시설과 같이 주로 전처리용으로 사용되는 시설이다. 세 번째로 여과형 시설은 인위적인 구조물 내에 고형물의 여과가 가능한 다양한 형태의 여재로 구성된 여재층을 초기강우가 통과하면서 여재층의 공극이나 표면에 오염물질이 포획되어 오염물질을 저감하는 시설로 불투수면이 많은 도시지역에 주로 적용되는 시설이다. 네 번째 응집침전처리형 시설은 응집제를 사용하여 고형물을 응집한 후 침강시설에서 오염물질을 침전분리시키는 방법으로 약품투입부, 교반부, 응집부, 침전 또는 부상분리 등을 기본공정으로 구성되어 있고 주로 소규모보다는 대규모 배수구역에 적용할 수 있으며, 하수처리시설의 원리와 매우 유사한 시설이다.
이 중에서 오염물질 처리속도가 빠르고, 자연형 시설과 비교하여 설치면적이 작고, 설치가 간편하며, 초기 강우에 함유된 협잡물이나 부유물질 이외에 박테리아나 용존성 유기물질 등도 포집되어 처리효율이 높고, 불투수면이 많은 도시지역에 적합하며 전처리 시설과 본처리 시설이 혼합된 여과형 시설은 강우유출수 내의 비점오염물질 저감을 위해 효과적인 시설로 인식되어 있다.
여과형 시설 중에는 발포폴리스티렌 입자로 이루어진 부상여재를 특정 공간 내에 설치한 후 상향류 흐르는 강우유출수가 부상여재를 통과하면서 강우유출수 내의 비점오염물을 여과하는 부상여재를 이용한 상항류식 여과장치가 알려져 있다.
그러나, 부상여재인 발포폴리스티렌 입자는 내부의 공극과 표면에 다수의 홈들을 포함하고 있어, 여과과정에서 비점오염물이 공극과 다수 홈들에 채워지게 된다. 이후 여과중지 후 부상여재의 세척 시에 공극과 다수 홈들에 채워진 비점오염물이 완전히 세척되지 않는 경우가 발생한다. 이와 같이 발포폴리스티렌 입자의 공극과 표면 홈에 있는 잔여 비점오염물에 의해 발포폴리스티렌 입자의 부상 능력이 불균일해져, 여과 시 다수의 발포폴리스티렌 입자 들 사이의 간격이 증가함으로써 여과능력의 저하를 초래한다.
또한, 발포폴리스티렌 입자로 이루어진 부상여재는 유입부에서 유출부의 흐름 방향을 따라 유동하기 때문에 다수의 부상여재 분포가 불균일해진다. 이와 같이 불균일한 부상여재의 분포는 여과효과의 저하를 초래한다.
한국등록특허 제1248394호에는 부상여재의 표면을 이산화티타늄(TiO2)으로 코팅하는 기술이 개시되어 있다. 최근 수처리용으로 많이 사용되는 TiO2(이산화티타늄) 코팅을 위해서는 Sol(액체) 상태의 코팅액을 여재에 딥코팅 방식(피도장물을 도료 안에 담그었다가 빼서 건조하는 도장법)으로 코팅을 한 후 100℃에서 2시간 건조를 하고, 건조 후에는 400~500℃에서 24시간 열처리가 필요하기 때문에 다량의 여재를 생산하기 위한 시간 및 비용이 많이 소요된다.
한국등록특허 제1317474호에는 부상여재의 표면을 메칠메탈아크릴 수지 재질로 코팅하는 기술이 개시되어 있다. 메칠메탈아크릴 수지와 같은 탄성이 있는 여재에 코팅한 경우 반복적인 여과 및 역세척으로 여재의 부피와 모양이 바뀌면서 여재 표면에 코팅된 코팅층이 탈리되어 제 역할을 못한다.
본 발명의 상술한 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로 부상여재의 부상능력을 균일하게 하여 부상여재의 여과기능 저하를 방지할 수 있는 부상여재를 이용한 상향류식 비점오염 저감시설을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 강우유출수의 흐름방향에 상관없이 균일하게 부상여재들을 분포시킬 수 있는 부상여재를 이용한 상향류식 비점오염 저감시설을 제공함에 있다.
상술한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 강우유출수에 포함된 오염물질을 여과하는 상향류식 비점오염 저감시설은, 처리대상 강우유출수가 유입되는 유입구와 처리된 여과수가 배출되는 배출구를 갖는 하우징, 다수의 통수공을 가지고 상하방향으로 소정의 여과공간을 두고 상호 이격 배치되는 판상의 상부 및 하부 스크린과, 상기 여과공간 내에 수용되며 발포재료로 된 입자상의 코어소재와 상기 코어소재의 표면에 적층된 세라믹코팅층을 갖는 다수의 부상여재를 갖는 부상여과부, 및 상기 유입구로부터의 강우유출수를 상기 하부 스크린의 하부로부터 상향 공급하는 강우유출수 전달부를 포함하며, 상기 세라믹코팅층은 이산화규소(SiO2)가 함유된 물, 알콜 및 경화제를 혼합한 무기질 코팅액으로 상기 입자상의 코어소재를 코팅하여 마련되며, 상기 상부 및 하부 스크린의 통수공은 상기 강우유출수가 상기 부상여과부를 통과하여 배출되는 배출구로부터 멀어질수록 크기가 증가하는 것을 특징으로 한다.
상기 부상여과부는 상기 여과공간에 수용된 부상여재들이 수평방향으로 이동하는 것을 제한하는 적어도 하나의 분리벽을 더 포함할 수 있다.
상기 비점오염 저감시설은 상기 강우유출수 전달부로 공급되는 강우유출수가 통과하는 정류공을 가진 정류벽에 의해 상기 부상여과부와 구획되며, 상기 강우유출수가 유입되는 강우유출수 유입관과 유입된 강우유출수에 포함된 협잡물을 여과하기 위해 상기 정류공에 대응하는 위치에 배치되고 다수의 개공을 가진 협잡물 스크린을 포함하는 전처리조를 더 포함하며, 상기 전처리조에는 상방이 개방되고 하측과 측면에 다수의 개공을 가진 협잡물 포집통과 상기 전처리조로 유입된 강우유출수의 직선 흐름을 회전 흐름으로 변화시킬 수 있는 흐름제어판과 유도판을 더 포함할 수 있다.
상기 협잡물 스크린의 개공과 상기 협잡물 포집통 측면의 개공은 강우유출수의 흐름 방향에서는 개공이 보이지 않고, 강우유출수의 흐름 반대 방향에서는 개공이 보이는 구조로 되는 것이 바람직하다.
상기 정류공은 통과하는 강우유출수를 상향으로 흐르게 하는 상향 경사면을 갖는 것이 바람직하다.
상기 전처리조는 상기 유입관의 전단에 강우유출수의 유입량을 조절하기 위한 맨홀과 상기 맨홀에서 상기 전처리조에 공급되는 강우유출수량을 조절하는 유량조절수문을 더 포함할 수 있다.
상기 비점오염 저감시설은 상기 부상여과부와 월류 격벽에 의해 구획되고, 상기 월류 격벽을 월류하여 부상여과부에서 여과 처리된 여과수를 저장하는 여과수 저장조; 및 제1격벽과 제2격벽에 의해 각각 상기 부상여과부 및 상기 여과수 저장조로부터 구획되고, 상기 제1격벽 하부에 관통구를 갖는 슬러지 저장조를 더 포함하며, 상기 강우유출수 전달부의 바닥면은 상기 여과수 저장조 및 상기 슬러지 저장조 방향으로 하향 경사지며, 상기 여과수 저장조에서 상기 슬러지 저장조 방향으로 하향 경사를 갖는 것이 좋다.
상기 슬러지 저장조와 상기 여과수 저장조의 바닥면은 상기 강우유출수 전달부의 바닥면과 같거나 아래에 위치하는 것이 바람직하다.
상기 전처리조, 상기 세척수 저장조, 및 상기 슬러지 저장조는 수위를 감지할 수 있는 레벨센서를 각각 포함할 수 있다.
상기 비점오염 저감시설은 상기 부상여과부의 하부에 배치되어 상기 부상여재를 향해 공기를 분출하는 산기관과 상기 산기관에 공기를 이송하는 공기이송관을 가진 공기공급부, 및 상기 공기공급부에 공기를 생성하여 공급하는 블로어를 가진 블로어실을 더 포함할 수 있다.
상기 비점오염 저감시설은 상기 부상여과부의 상부에 배치되어 상기 부상여재에 세척수를 분사하는 분사노즐과 상기 세척수를 이송하는 세척수 이송관을 가진 수세척부; 및 상기 여과수 저장조에 배치되며 상기 수세척부에 세척수를 공급하는 역세척 펌프를 더 포함할 수 있다.
상향류식 비점오염 저감시설을 이용한 강우유출수 처리방법은, 상기 전처리조에 유입된 강우유출수에 포함된 협잡물을 여과하는 전처리단계와 상기 전처리단계에서 유입된 1차 여과수에 포함된 오염물을 부상여재를 이용하여 2차 여과하는 부상여과단계와 상기 전처리조의 수위를 기초로 강우 종료상황을 판단하는 단계와 강우가 종료된 것으로 판단되면, 부상여과부 하부에 배치된 공기공급부의 산기관을 통해 소정 압력으로 공기를 분출하여 상기 부상여과부의 부상여재에 부착된 오염물을 탈리시키는 공기세척단계, 상기 전처리조, 및 상기 부상여과부와 상기 슬러지 저장조 내의 정체수, 슬러지를 배출시키는 배출단계, 상기 여과수 저장조에 저장된 세척수를 상기 부상여과부 상부에 배치된 분사노즐을 통해 소정 압력으로 상기 부상여과부의 부상여재에 분출시키는 수세척단계를 포함하여 구성한다.
본 발명에 따른 부상여재를 이용한 상향류식 비점오염 저감시설은, 부상여재를 이용한 상향류 여과방식을 적용하여 비중이 큰 입자성 물질은 침전으로 제거하고, 비중이 낮은 입자성 물질은 부력에 의해 압밀된 여재층에서 걸러지므로써 여재층 부하를 최소화하면서 처리효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 부상여재의 표면에 코팅하는 세라믹코팅층은 저렴한 비용으로 대량으로 제조하는 것이 가능할 뿐만 아니라 탈리 불량이 발생하지 않는다.
또한, 강우 종료 후 자동으로 역세척이 실시되어 부상여재층에 걸리거나 쌓인 오염물, 정체수, 침전물 등을 저감시설 외부로 배출하여 강우 전의 최적 상태로 회복되므로 안정적인 비점오염물질 제거율을 유지할 수 있다.
그리고, 부상여재 표면을 무기질 코팅액으로 코팅하여 부상력 및 내구성과 발수성을 높이고, 세라믹 코팅으로 인해 여재 표면이 매끄러워 역세척 시 여재 사이에 걸린 오염물 및 여재 표면에 쌓인 침전물을 낮은 공기 및 수세척 속도로도 분리할 수 있어 역세척 효과를 높이고 유지관리비를 절감할 수 있다.
또한, 입자상 부상여재가 여과방향에 대해 균일하게 분포하도록 함으로써 여과효과 저하를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 부상여재를 이용한 상향류식 비점오염 저감시설을 나타내는 평면도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 부상여재를 이용한 상향류식 비점오염 저감시설을 나타내는 단면도,
도 3은 역세척 조건별 손실수두(head loss)를 나타낸 그래프이고,
도 4는 부상여재층 깊이별 손실 수두를 나타낸 그래프이고,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 부상여재를 이용한 상향류식 비점오염 저감시설을 나타내는 평면도,
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 부상여재를 이용한 상향류식 비점오염 저감시설을 나타내는 단면도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 협잡물 스크린의 스크린 형상을 나타내는 도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 협잡물 포집통을 나타내는 도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 정류공의 구조를 나타내는 도,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 전처리조의 구조를 나타내는 단면도,
도 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 슬러지 저장조 구조를 나타내는 단면도, 및
도 12a 내지 12e는 부상여재를 이용한 상향류식 비점오염 저감시설의 여과과정 및 역세척 진행 과정을 설명하기 위한 도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 부상여재를 이용한 상향류식 비점오염 저감시설을 나타내는 단면도,
도 3은 역세척 조건별 손실수두(head loss)를 나타낸 그래프이고,
도 4는 부상여재층 깊이별 손실 수두를 나타낸 그래프이고,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 부상여재를 이용한 상향류식 비점오염 저감시설을 나타내는 평면도,
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 부상여재를 이용한 상향류식 비점오염 저감시설을 나타내는 단면도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 협잡물 스크린의 스크린 형상을 나타내는 도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 협잡물 포집통을 나타내는 도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 정류공의 구조를 나타내는 도,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 전처리조의 구조를 나타내는 단면도,
도 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 슬러지 저장조 구조를 나타내는 단면도, 및
도 12a 내지 12e는 부상여재를 이용한 상향류식 비점오염 저감시설의 여과과정 및 역세척 진행 과정을 설명하기 위한 도이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 부상여재를 이용한 상향류식 비점오염 저감시설(1)을 나타내는 평면도 및 단면도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 비점오염 저감시설(1)은 상향여과조(100), 전처리조(200), 여과수 저장조(300), 슬러지 저장조(400) 및 블로어실(500)을 포함한다.
도 1 및 2에 나타낸 바와 같이, 상향여과조(100)는 처리대상 강우유출수가 유입되는 유입구(112)와 여과처리된 여과수의 배출구를 갖는 하우징(110)과, 부상여과부(120)와, 상기 부상여과부(120)에 강우유출수를 상향 공급하는 강우유출수 전달부(130)를 포함한다. 상향여과조(100)는 부상여과부(120)의 상측에 부상여재(124)를 세척하는 세척수를 이송하는 세척수 이송관(142)과 분사노즐(144)을 포함하는 수세척부(140) 및 부상여과부(120)의 상측을 향해 공기를 배출하는 다수의 개공을 가진 산기관(원형 세라믹 산기관, 다공형 산기관 등)(152)과 공기이송관(154)을 포함하는 공기공급부(150)를 포함한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 하우징(110)은 전처리조(200)로부터 강우유출수를 상기 강우유출수 전달부(140)로 유입하는 유입구(112)를 가진 정류벽(113), 상기 부상여과부(120)를 통해 여과된 여과수를 여과수 저장조(300)로 배출하는 배출구를 가진 월류 격벽(114), 상기 부상여과부(120)와 상기 슬러지 저장조(400) 사이를 구획하는 제1격벽(115), 상기 정류벽(113)과 제1격벽(115)을 연결하는 제1측벽(111-1), 및 상기 정류벽(113)과 상기 월류 격벽(114) 사이를 연결하는 제2측벽(111-2)에 의해 형성된다. 배출구는 도 2에서 여과수가 월류 격벽(114)을 넘어가는 상기 월류 격벽(114)의 상부 공간으로 정의된다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 부상여과부(120)는 상하방향으로 소정의 여과공간(121)을 두고 상호 이격 배치되는 판상의 상부 및 하부 스크린(122, 123), 및 상기 여과공간(121) 내에 수용되는 다수의 부상여재(124)를 포함한다.
다수의 부상여재(124)는 밀집 분포되어 걸림, 퇴적, 흡착의 기작에 의해 강우유출수 내의 미세오염물을 제거한다. 입자상 부상여재(124)는 각각 발포재료로 된 입자상의 코어소재(126)와 상기 코어소재(126)의 표면에 적층된 세라믹코팅층(127)을 갖는다. 코어소재(126)는 대략 2-8mm 크기로서, 미분 혈암 또는 clay와 발포제를 혼합하여 사출에 의해 구형으로 성형 가공한 후 고온(1,150~1,200도)에서 소성하고, 세척 및 스크리닝(Screening)을 통해 입도 선별한다. 세라믹코팅층(127)은 입자상 코어소재(126)를 이산화규소(SiO2)가 함유된 물, 알콜 및 경화제를 혼합한 무기질 코팅액으로 코팅한 후에 80~200℃에서 건조하여 형성한다.
이와 같이, 코어소재(126)를 세라믹코팅층(127)으로 코팅한 부상여재(124)는 표면이 매끄러워 역세척 시 각각의 부상여재(124) 사이에 퇴적된 오염물이 적은 힘으로도 쉽게 분리되도록 하며 부상여재(124) 표면의 미세 공극을 코팅액으로 도포함으로써 장기간 운전 및 세척으로 인해 부상여재 표면의 미세 공극에 오염물이 누적되는 것을 방지하고, 부상여재 내부의 공극을 보호함으로써 부상력을 향상시키고 지속적으로 유지하며 부상여재의 내구성을 향상시키게 된다.
본 발명의 실시예에 따라 비탄성의 여재에 이산화규소(SiO2)가 함유된 물, 알콜 및 경화제를 혼합한 무기질 코팅액으로 코팅하는 것은 낮은 온도에서 짧은 시간에 코팅이 완료되기 때문에 경제성이 좋고, 세라믹 코팅으로 내구성이 우수하여 장기간 여과조에서 반복적인 여과와 역세척에도 코팅층 및 여재에 손상이 없기 때문에 안정적인 여과지 운영이 가능하다.
도 3 및 4는 본 발명에 따른 부상여과부(120)의 효과를 실험하여 얻은 그래프이다.
실험은 여과선속도 20m/hr, 부상여재층 두께 60㎝ 조건에서 SS 농도 1,000㎎/L로 약 500분 동안 운전한 결과, 손실이 서서히 증가하였다. 이후 역세척을 실시한 결과 초기 손실로 회복됨을 알 수 있다.
공기 5 m/hr, 세척수 4m/hr는 동그라미, 공기 10 m/hr, 세척수 4m/hr는 마름모, 공기 10 m/hr, 세척수 8m/hr는 네모로 나타낸 바와 같이, 대략 3가지 경우 비슷하게 손실이 회복되었음을 알 수 있었다. 따라서, 공기 5~10 m/hr, 세척수 4~8 m/hr로 실시한 결과, 공기 5 m/hr, 세척수 4m/hr가 효율 및 경제성(펌프 사양 등)을 고려하여 최적 조건임을 알 수 있었다. 환경부 "비점오염 저감시설의 설치 및 관리운영 매뉴얼(2014.04)"에는 공기 50 m/hr, 세척수 40m/hr로 설정된 것으로 비교해 볼 때 상당히 낮은 공기세척 및 수세척 속도에도 효과적인 역세척 효과를 나타냄을 알 수 있다.
이와 같이, 낮은 공기세척 및 수세척 속도에도 효과적인 역세척이 가능한 것은 입자상 부상여재를 세라믹 코팅(발수성 있음)하기 때문에 부상여재 표면이 매끄러워 부상여재와 오염물의 분리가 쉽고, 도 4에 나타낸 바와 같이 오염물이 전체 부상여재층 중 하부에 걸리기 때문이다.
부상여과부(120)는 도 5에 나타낸 바와 같이, 여과공간(121)을 다수의 분리된 여과공간으로 구획하는 분리벽(125)을 포함할 수 있다. 물론 분리벽(125)은 여과공간(121)을 완전히 분리할 필요 없이 부분 분리하는 것도 가능하다. 따라서, 부상여재(124)는 분리벽(125)에 의해 수평방향으로의 이동이 제한된다. 결과적으로, 부상여재(124)는 수평방향으로 균일하게 분포됨으로써 부상여재(124)의 쏠림 분포에 의한 여과효과 저하를 방지할 수 있다. 분리벽(125)은 부상여재(124)가 통과할 수 없는 크기의 다수 개공을 갖도록 하여 강우유출수가 분리벽(125)을 통과하도록 할 수 있다.
상부 스크린(122)은 상기 여과공간(121) 내에서 부상여재(124)에 의해 여과된 여과수를 배출하는 다수의 통수공(128)을 포함한다. 다수의 통수공(128)은 부상여재(124)가 통과할 수 없는 크기로 형성된다. 상부 스크린(122)은 망사, 통수공(128)을 형성한 금속판이나 플라스틱판으로 형성한다. 상부 스크린(122)은 상기 정류벽(113)과 월류 격벽(114)에 대략 수직으로 고정한다.
다수의 통수공(128)은 도 6에 나타낸 바와 같이, 여과수가 배출되는 여과수 저장조(300)측에서 전처리조(200)로 향할수록 크기가 더 커지도록 설계할 수 있다. 이는 강우유출수의 흐름경로가 하부의 강우유출수 전달부(140)에서 상측, 즉 수직방향으로 흐른다. 여과 시 강우유출수는 여과지 전체를 수직으로 통과하지만 여과지 내에서도 배출구와 가까운 여과지는 배출구에서 먼 여과지보다 배출구로 여과수가 빠르게 배출되기 때문에 여과선속도가 빠르다. 따라서 전체 여과지의 여과선속도를 일정하게 유지하기 위해서는 여과지 위치별로 여과수의 배출량을 상이하게 할 필요가 있고, 이를 위해서는 상부 스크린 또는 상부 및 하부 스크린의 통수공 크기를 배출구에서 멀어질수록 크게하는 것이 바람직하다. 상부 스크린 또는 상부 및 하부 스크린의 통수공 크기를 배출구 거리에 따라 상이하게 하면 배출구의 거리와 상관없이 여과지 전체의 여과 선속도가 동일하여 여과선속도 차이로 인한 처리효율 저감, 여과지속시간 단축 등 여과지 운영상의 문제를 예방할 수 있다.
하부 스크린(123)은 상기 여과공간(121) 내에서 하부의 강우유출수 전달부(130)로부터 공급되는 강우유출수를 통과하는 다수 통수공(미도시)을 갖는다. 하부 스크린(123)은 망사, 통수공을 형성한 금속판이나 플라스틱판으로 형성한다. 하부 스크린(123)은 상부 스크린(122)에 대해 소정 간격을 두고 상기 정류벽(113)과 월류 격벽(114)에 대략 수직으로 고정한다. 하부 스크린(123)은 상부 스크린(122)과 유사한 형태로 구성한다. 즉, 여과수가 배출되는 여과수 저장조(300)측에서 전처리조(200)로 향할수록 통수공(128)의 크기는 더 커지도록 설계할 수 있다.
강우유출수 전달부(130)는 정류벽(113)의 유입구(112)를 통해 유입된 강우유출수를 저장한 후 상부의 부상여과부(120)로 상향 공급한다. 강우유출수 전달부(130)로 유입된 강우유출수에 함유된 침전물은 바닥에 축적된다.
수세척부(140)는 후술하는 여과수 저장조(300) 내에 있는 역세척 펌프(310)에 의해 세척수를 공급받는다.
공기공급부(150)는 후술하는 블로어실(500)의 블로어(510)에 연결되어 공기를 공급받는다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 전처리조(200)는 상기 상향여과조(100)에서 강우유출수 내의 비점오염물을 제거하기 전에 강우유출수 내에 포함된 조대협잡물이나 비중이 큰 입자성 물질 등을 여과 및 침전시킨다. 전처리조(200)는 조대협잡물을 여과하기 위한 협잡물 스크린(210), 외부로부터 유입되는 강우유출수를 안내하는 강우유출수유입관(220), 및 제1수위계(230)를 포함한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 협잡물 스크린(210)을 나타낸 도이다. 협잡물 스크린(210)은 상향여과조(100)와 전처리조(200)를 구획하는 정류벽(113)에 형성된 정류공(116)의 전처리조(200) 측 입구에 배치된다. 정류공(116)의 상향여과조(100)측 출구는 전술한 강우유출수 유입구(112)가 된다. 협잡물 스크린(210)은 정류벽(113)과 전처리조(200) 바닥에 경사지게 배치하여 상기 정류공(116)의 전처리조(200) 측 입구를 커버한다.
협잡물 스크린(210)은 복수의 타공(212)을 가진 판상부재(214)를 포함한다. 복수의 타공(212)은 강우유출수가 흐르는 방향, 즉 위에서 볼 때 보이지 않는 형태이다. 협잡물 스크린(210)은 타공(212)에 대응하는 부위에 강우유출수가 수평 또는 상향으로 통과할 수 있도록 형성된 상향가이드부(216)를 포함한다. 강우유출수가 상향으로 통과하도록 하는 이유는 상측에서 떨어져 하향 이동하는 강우유출수에 포함된 조대협잡물이 협잡물 스크린(210)의 타공(212)을 막지 않고 미끄러져 전처리조(200)의 바닥으로 밀려가 침전되도록 하기 위한 것이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 협잡물 포집통(250)을 나타낸 것이다. 협잡물 포집통(250)은 입구가 개방된 플랜지부(251)와 도 7에 나타낸 형태의 타공을 가진 스크린망(252)을 말아서 플랜지부(251)의 하측에 배치하고, 스크린망(252)와 결합되는 협잡물 포집통(250)의 바닥은 일반적인 타공으로 형성한다. 협잡물 포집통(250)의 강우유출수 유입관(220) 측 전방에는 흐름제어판(254)과 유도판(256)을 설치한다. 유도판(256)에 의해 유도된 강우유출수는 유도판(256)이 고정된 전처리조 내측면(A)에 부딪히고, 내측면 A에 부딪힌 강우유출수의 흐름방향이 바뀌어 흐름제어판(254)이 고정된 전처리조 내측면 B에 부딪히고, 전처리조 내측면 B에 부딪힌 강우유출수의 흐름방향이 바뀌어 흐름제어판(254)에 부딪히고, 흐름제어판(254)에 부딪힌 강우유출수는 다시 내측면 B와 연결된 유도판(256)에 부딪히면서 흐름제어판(254), 유도판(256) 및 전처리조 내측벽(A,B) 내부에서 강우유출수가 플랜지부(251)의 개구 위에서 회오리 흐름이 발생하도록 하고, 직접 협잡물 포집통(250) 하부의 스크린망(252) 내부로 유입되도록 한다. 이때 하향 회오리 흐름에 의해 협잡물 포집통(250) 내부에 있던 조대협잡물이 협잡물 포집통(250) 상부로 유출되는 것을 막는다. 결과적으로, 강우 시에 전처리조(200)로 유입된 강우유출수는 협잡물 포집통(250)의 상측으로 와류를 형성하며 들어가서 협잡물 포집통(250) 내부에서 회전할 때 유체의 흐름 방향에서는 스크린망(250)의 타공(212)이 보이지 않고 유체의 흐름 방향 반대 방향에서는 타공(212)이 보이기 때문에 조대협잡물은 협잡물 포집통(250) 내부에 남게 되고 타공(212)보다 작은 입자성 물질과 우수는 타공(212)을 통해 전처리조(200) 하부로 이동하여 협잡물 스크린(210)을 통과하고, 여과된 강우유출수는 정류공(116)을 통해 상향여과조(100)로 들어간다. 강우 중단 시에 협잡물 포집통(250)을 꺼내 걸러진 조대협잡물을 제거한다.
도 9는 본 발명에 따른 정류벽(113)의 정류공(116)의 형상을 나타내는 부분 확대도이다. 정류공(116)은 바닥에 전처리조(200)에서 상향여과부(100)를 향해 점차 높아지는 상향 경사면(117)을 포함한다. 협잡물 스크린(250)에 의해 여과된 강우유출수는 상향 경사면(117)에 의해 상향 흐름을 가진다. 따라서, 강우유출수 전달부(130)로 유입된 강우유출수는 상향 흐름을 가짐으로써 바닥의 침전물의 재부상을 방지한다. 물론 유입구(112)의 높이는 강우유출수 전달부(130)의 바닥보다 높아야 한다. 유입구(112)의 높이 설정은 강우 종료 후 강우유출수 전달부(130)의 바닥에 침전되는 높이에 대한 통계적 데이터를 이용하여 설정하는 것이 바람직하다.
강우유출수 유입관(220)은 외부로부터 강우유출수를 유도하여 전처리조(200)로 흘러들어가게 한다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 강우유출수 유입관(220)의 중간에 맨홀(240)을 배치하여 전처리조(200)로 들어오는 강우유출수 또는 CSOs(합류식하수관로 월류수) 등의 양을 조절할 수 있다. 맨홀(240)에 저장된 강우유출수 또는 CSOs(합류식하수관로 월류수) 등은 유량조절수문(242)에 의해 조절되어 전처리조(200)로 흘러들어간다. 유량조절수문(242)은 제1수위계(230)에 의해 전처리조(200) 내의 수량을 고려하여 유량을 조절한다. 제1수위계(230)는 오뚜기 수위계나 초음파 수위계, 압력식 수위계 등으로 구현된다.
여과수 저장조(300)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 상향여과조(100) 및 월류 격벽(114)을 통해 들어온 여과수를 저장한 후 외부로 배출한다. 여과수 저장조(300)는 역세척 펌프(310), 제2수위계(320) 및 배출관(330)을 포함한다.
역세척 펌프(310)는 여과수 저장조(300) 내의 세척수를 펌핑하여 상향여과조(100)에 설치된 수세척부(140)로 공급한다. 제2수위계(320)는 오뚜기 수위계나 초음파 수위계로 구현된다. 배출관(330)은 상기 여과수 저장조(300)의 저장 용량을 초과하는 여과수를 외부로 배출한다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 슬러지 저장조(400)는 제1격벽(115)에 의해 상향여과조(100)로부터 구획된다. 또한, 슬러지 저장조(400)는 도 2에 나타낸 바와 같이 제2격벽(118)에 의해 여과수 저장조(300)로부터 구획된다. 슬러지 저장조(400)는 강우가 종료된 후 상기 전처리조(200)와 상기 상향여과조(100) 내의 정체수, 침전물 및 부상여재(124)를 세척한 후 발생하는 오염물과 역세척 배출수 등으로 이루어진 슬러지를 일시적으로 저장하였다가 일정 시간 내에 오수관로 또는 하수관로 등으로 배출시켜 별도의 처리장에서 처리할 수 있도록 한다. 슬러지 저장조(400)는 저장된 슬러지를 오수관로 또는 하수관로에 강제 배출하기 위한 정체수 펌프(410)를 포함한다. 상기 상향여과조(100) 내의 정체수, 침전물 및 부상여재부를 세척한 후 발생하는 오염물과 역세척 배출수는 제1격벽(115)의 하부에 배치된 관통구(119)를 통해 슬러지 저장조(400)로 흘러들어간다.
슬러지 저장조(400)는 바닥이 상향여과조(100)보다 낮게 설정되어 슬러지가 용이하게 슬러지 저장조(400)로 흐를 수 있도록 한다.
블로어실(500)은 슬러지 저장조(400)의 상측 일정공간에 배치되어 있다. 블로어실(500)는 공기를 생성하여 상향여과부(100)에 배치된 공기공급부(150)에 공급한다. 블로어실(500)은 팬을 포함하는 블로어(blower), 공기압축펌프 등으로 구현된다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 비점오염 저감시설(1)에 대한 강우유출수 여과과정 및 역세척과정을 도 12a 내지 12e를 참조하여 설명한다.
도 12a는 비점오염 저감시설(1)에 대한 강우유출수 여과과정을 설명하기 위한 단면도이다. 강우 시, 외부의 강우유출수가 강우유출수 유입관(220)을 통해 전처리조(200) 내에 저장된다. 전처리조(200)에 저장된 강우유출수 내 비중이 큰 입자성 물질은 침전에 의해 제거되고, 조대협잡물은 협잡물 스크린(210)을 통해 걸러진 1차 여과수는 정류공(113)을 통해 상향여과조(100)의 강우유출수 전달부(130)로 들어간다. 강우유출수 전달부(130) 내에 강우유출수가 충분히 채워지면 상측의 부상여과부(120)에 들어가서 내부의 부상여재(124)를 부상시킨다. 이때 강우유출수에 포함된 오염물은 밀집된 부상여재(124)들에 의해 걸림, 퇴적, 흡착의 기작에 의해 제거되고 미세 오염물이 제거된 2차 여과수는 월류 격벽(114)을 넘어 여과수 저장조(300)에 일시적으로 저장된다. 상기 여과수 저장조(300)의 저장 용량을 초과하는 2차 여과수는 유출관(330)을 통해 외부로 배출된다.
도 12b는 강우 종료 시 비점오염 저감시설(1)의 전처리조(200) 내 강우유출수의 수위변화를 나타내는 단면도이다. 강우가 종료되면, 전처리조(200) 내 강우유출수의 수위는 낮아져 상향여과조(100)의 2차 여과수가 배출되는 월류 격벽(114)의 높이까지 낮아진다. 이와 같이 초음파수위계(230)에 의해 전처리조(200)의 수위가 낮아진 것을 판단하여 강우 종료로 판단하여 슬러지 제거 및 부상여재부(120) 세척을 진행한다.
도 12c는 강우 종료 시 비점오염 저감시설(1)의 상향여과조(100) 내의 산기관(152)을 통해 부상여재(124)를 세척하는 과정을 나타내는 단면도이다. 도 13b에 나타나 있는 바와 같이 강우가 종료되었음이 판단되면, 블로어실(500)에서 공기를 생성하여 산기관(152)을 통해 부상여재(124)로 배출한다. 산기관(152)을 통해 배출된 공기 버블이 부상여재(124)를 교란시켜 부상여재(124) 내에 갇힌 오염물과 부상여재(124)를 분리시키는 1차 세척을 실시한다. 1차 세척이 시작되면 전처리조(200)와 상향여과조(100) 및 슬러지 저장조(400) 내의 침전물, 정체수, 부상여재층에 공급되는 공기에 의한 여재층 교란으로 발생하는 부상여재층에서 탈리된 오염물이 슬러지 저장조(400) 내의 정체수 펌프(410)에 의해 오수관로 또는 하수관로에 강제 배출된다. 이때 전처리조(200)와 상향여과조(100) 내의 정체수, 침전물 등은 상향여과조(100)와 슬러지 저장조(400)를 구획하는 제1격벽(115)의 하부에 개방된 관통구(119)를 통해 슬러지 저장조(400) 내부로 유입된다.
도 12d는 비점오염 저감시설(1)의 부상여과부(120)를 수세척하는 과정을 설명하기 위한 단면도이다. 1차 공기세척이 완료되어 정체수 펌프(410)를 통해 슬러지를 완전히 배출한 후 여과수 저장조(300)에 채워진 세척수, 즉 여과수를 역세척 펌프(310)를 통해 수세척부(140)로 공급한다. 이때, 수세척부(140)의 분사노즐(144)을 통해 세척수가 부상여과부(120)의 부상여재(124)에 분출하여 2차 세척을 수행한다.
도 12e는 부상여재(124)의 2차 세척 후에 역세척 폐수를 외부로 배출하는 과정을 설명하기 위한 단면도이다. 부상여재(124)의 2차 수세척이 이루어지면 강우유출수 전달부(130) 내에는 탈리된 오염물을 포함하는 역세척 폐수가 바닥 경사에 의해 흘러서 관통구(119)를 통해 슬러지 저장조(400)에 저장되고, 정체수 펌프(410)를 통해 오수관로 또는 하수관로에 강제 배출되고 처리장에서 별도 처리된다. 2차 처리가 완료된 본 발명의 비점오염 저감시설(1)은 강우가 오기 전까지 내부가 건조된 상태로 유지되기 때문에 해충 등의 발생이 억제되고, 침전물로 인한 악취 등을 예방할 수 있다. 또한 강우 시 초기 상태에서 강우유출수가 유입되기 때문에 안정적이고 효과적인 처리효율은 유지할 수 있다.
앞서 설명한 명세서에서, 본 발명 및 그 장점들이 특정 실시예들을 참조하여 설명되었다. 그러나, 아래의 청구항에서 설명하는 바와 같은 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변경이 가능함은 이 기술 분야에서 보통의 기술을 가진 자에게 명백할 것이다. 이에 따라, 명세서와 도면은 한정 보다는 본 발명의 예시로서 간주되어야 한다. 모든 이러한 가능한 수정들은 본 발명의 범위 내에서 이루어져야 한다.
1 : 비점오염 저감시설 100; 상향여과조
110: 하우징 120: 부상여과부
121: 여과공간 122, 123: 상하부 스크린
124: 부상여재 126: 코어소재
127: 세라믹코팅층 130: 강우유출수 전달부
140: 수세척부 150: 공기공급부
200: 전처리조 210: 협잡물 스크린
220: 유입관 240: 맨홀
300: 여과수 저장조 310: 역세척 펌프
400: 슬러지 저장조 410: 정체수 펌프
420: 배출관
110: 하우징 120: 부상여과부
121: 여과공간 122, 123: 상하부 스크린
124: 부상여재 126: 코어소재
127: 세라믹코팅층 130: 강우유출수 전달부
140: 수세척부 150: 공기공급부
200: 전처리조 210: 협잡물 스크린
220: 유입관 240: 맨홀
300: 여과수 저장조 310: 역세척 펌프
400: 슬러지 저장조 410: 정체수 펌프
420: 배출관
Claims (13)
- 강우유출수에 포함된 오염물질을 여과하는 상향류식 비점오염 저감시설에 있어서,
처리대상 강우유출수가 유입되는 유입구와 처리된 여과수가 배출되는 배출구를 갖는 하우징과;
다수의 통수공을 가지고 상하방향으로 소정의 여과공간을 두고 상호 이격 배치되는 판상의 상부 및 하부 스크린과, 상기 여과공간 내에 수용되며 발포재료로 된 입자상의 코어소재와 상기 코어소재의 표면에 적층된 세라믹코팅층을 갖는 다수의 부상여재를 갖는 부상여과부와;
상기 유입구로부터의 강우유출수를 상기 하부 스크린의 하부로부터 상향 공급하는 강우유출수 전달부를 포함하며,
상기 세라믹코팅층은 이산화규소(SiO2)가 함유된 물, 알콜 및 경화제를 혼합한 무기질 코팅액으로 상기 입자상의 코어소재를 코팅하여 마련되며,
상기 상부 및 하부 스크린의 통수공은 상기 강우유출수가 상기 부상여과부를 통과하여 배출되는 배출구로부터 멀어질수록 크기가 증가하는 것을 특징으로 하는 부상여재를 이용한 상향류식 비점오염 저감시설.
- 제 1항에 있어서,
상기 부상여과부는 상기 여과공간에 수용된 부상여재들이 수평방향으로 이동하는 것을 제한하는 적어도 하나의 분리벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부상여재를 이용한 상향류식 비점오염 저감시설.
- 제 1항에 있어서,
상기 강우유출수 전달부로 공급되는 강우유출수가 통과하는 정류공을 가진 정류벽에 의해 상기 부상여과부와 구획되며, 상기 강우유출수가 유입되는 유입관과 유입된 강우유출수에 포함된 협잡물을 여과하기 위해 상기 정류공에 대응하는 위치에 배치되고 다수의 개공을 가진 협잡물 스크린을 포함하는 전처리조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부상여재를 이용한 상향류식 비점오염 저감시설.
- 제 3항에 있어서,
상기 전처리조에는 상방이 개방되고 하측과 측면에 다수의 개공을 가진 협잡물 포집통과 상기 전처리조로 유입된 강우유출수의 직선 흐름을 회전 흐름으로 변화시킬 수 있는 흐름제어판과 유도판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부상여재를 이용한 상향류식 비점오염 저감시설.
- 제 4항에 있어서,
상기 협잡물 스크린의 개공과 상기 협잡물 포집통 측면의 개공은 강우유출수의 흐름 방향에서는 개공이 보이지 않고, 강우유출수의 흐름 반대 방향에서는 개공이 보이는 구조로 된 것을 특징으로 하는 부상여재를 이용한 상향류식 비점오염 저감시설.
- 제 3항에 있어서,
상기 정류공은 통과하는 강우유출수를 상향으로 흐르게 하는 상향 경사면을 갖는 것을 특징으로 하는 부상여재를 이용한 상향류식 비점오염 저감시설.
- 제 3항에 있어서,
상기 유입관의 전단에 강우유출수의 유입량을 조절하기 위한 맨홀과 상기 맨홀에서 상기 전처리조에 공급되는 강우유출수량을 조절하는 유량조절수문을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부상여재를 이용한 상향류식 비점오염 저감시설.
- 제3항에 있어서.
상기 부상여과부와 월류 격벽에 의해 구획되고, 상기 월류 격벽을 월류하여 부상여과부에서 여과 처리된 여과수를 저장하는 여과수 저장조; 및
제1격벽과 제2격벽에 의해 각각 상기 부상여과부 및 상기 여과수 저장조로부터 구획되고, 상기 제1격벽 하부에 관통구를 갖는 슬러지 저장조를 더 포함하며,
상기 강우유출수 전달부의 바닥면은 상기 여과수 저장조 및 상기 슬러지 저장조 방향으로 하향 경사지며, 상기 여과수 저장조에서 상기 슬러지 저장조 방향으로 하향 경사를 갖는 것을 특징으로 하는 부상여재를 이용한 상향류식 비점오염 저감시설.
- 제 8항에 있어서,
상기 슬러지 저장조와 상기 여과수 저장조의 바닥면은 상기 강우유출수 전달부의 바닥면과 같거나 아래에 위치하는 것을 특징으로 하는 부상여재를 이용한 상향류식 비점오염 저감시설.
- 제 8항에 있어서,
상기 전처리조, 상기 여과수 저장조, 및 상기 슬러지 저장조는 수위를 감지할 수 있는 레벨센서를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 부상여재를 이용한 상향류식 비점오염 저감시설.
- 제 8항에 있어서,
상기 부상여과부의 하부에 배치되어 상기 부상여재를 향해 공기를 분출하는 산기관과 상기 산기관에 공기를 이송하는 공기이송관을 가진 공기공급부, 및 상기 공기공급부에 공기를 생성하여 공급하는 블로어를 가진 블로어실을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부상여재를 이용한 상향류식 비점오염 저감시설.
- 제 11항에 있어서,
상기 부상여과부의 상부에 배치되어 상기 부상여재에 세척수를 분사하는 분사노즐과 상기 세척수를 이송하는 세척수 이송관을 가진 수세척부; 및
상기 여과수 저장조에 배치되며 상기 수세척부에 세척수를 공급하는 역세척 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부상여재를 이용한 상향류식 비점오염 저감시설.
- 상기 제 12항에 기재된 상향류식 비점오염 저감시설의 강우유출수 처리방법으로서,
상기 전처리조에 유입된 강우유출수에 포함된 협잡물을 여과하는 전처리단계와;
상기 전처리단계에서 유입된 1차 여과수에 포함된 오염물을 부상여재를 이용하여 2차 여과하는 여과단계와;
상기 전처리조의 수위를 기초로 강우 종료상황을 판단하는 단계와;
강우가 종료된 것으로 판단되면, 부상여과부 하부에 배치된 공기공급부의 산기관을 통해 소정 압력으로 공기를 분출하여 상기 부상여과부의 부상여재에 부착된 오염물을 탈리시키는 공기세척단계;
상기 전처리조, 및 상기 부상여과부와 상기 슬러지 저장조 내의 정체수, 슬러지를 배출시키는 배출단계;
상기 여과수 저장조에 저장된 세척수를 상기 부상여과부 상부에 배치된 분사노즐을 통해 소정 압력으로 상기 부상여과부의 부상여재에 분출시키는 수세척단계를 포함하는 부상여재를 이용한 상향류식 비점오염 저감시설의 강우유출수 처리방법.
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