KR101710554B1 - 하수처리장 방류수의 처리장치 및 방류수 처리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유량조정조, 세목스크린, 생물반응조, 여과조 및 살균조로 구성되는 하수처리장 방류수의 처리장치에 있어서, 여과조에 설치된 인 제거 담체를 연속적으로 세척하여 재순환하는 역세척수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 방류수 처리장치 및 상기 처리장치를 이용한 방류수 처리방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 처리장치는 방류수 내 인, 질소 및 부유물질 제거 효율이 높으며, 인 제거 담체를 세척하여 재활용함에 따라, 인 제거 담체의 세척시간 동안 여과조를 정지하지 않아도 되므로 운전비용이 절감되며 효율이 높아지는 장점을 가진다.
Description
본 발명은 하수처리장 방류수의 처리장치 및 이를 이용한 방류수 처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 여과조에 인 제거 담체가 설치되어 있고, 상기 인 제거 담체를 연속적으로 세척할 수 있는 역세척수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 하수처리장 방류수의 처리장치 및 이를 이용한 방류수 처리방법에 관한 것이다.
공장폐수나 축산폐수 같은 폐수를 강에나 바다에 직접 방류하는 경우 심각한 환경오염을 일으킬 수 있다. 따라서 대부분의 폐수는 각 폐수에 적합한 하수처리장에서 정화되어 배출되게 된다. 일반적으로 공장폐수는 화학적 처리과정과 물리적인 여과과정으로 통하여 배출되며, 축산폐수는 생물학적 처리과정을 거쳐 배출된다.
다만, 이러한 하수처리장 방류수는 강물 또는 해수와 희석되어 사용되는 것을 전제로 배출되어 그대로 농업용수 또는 공업용수로 사용하기는 부적합하다. 폐수로 배출될 수 있는 하수처리장 방류수의 생물학적 산소요구량(BOD)은 최대 120mg/L이하, 부유물질량은 최대 120mg/L이하의 기준치를 가지고 있다. 하지만 농업용수의 환경기준치는 생물학적 산소요구량 8mg/L, 부유물질량 100mg/L로 하수처리장 방류수와는 많은 차이가 있다. 따라서 대부분의 하수처리장 방류수는 강이나 바다로 방류되며, 공업용수와 농업용수는 다시 강이나 바다에서 취수하여 사용하고 있는 실정이다. 더불어 바다로 방류된 하수는 소금이 함유되어 농업용수로는 거의 사용이 불가능하고, 공업용수로 사용하더라도 염의 침착에 의한 손상이나 염에 의한 부식을 가져올 수 있어 제한적으로 사용되고 있다.
기존의 하수처리장 방류수의를 재이용하는 방법으로는 생물학적 처리방법이 있다. 대한민국등록특허 10-0453479호과 같이 유입되는 원수 내 인과 질소를 동시에 제거하기 위한 생물학적 처리방법은 인의 방출을 위한 혐기조, 인의 과잉섭취와 질산화를 위한 호기조 및 호기조에서 질산화된 질산성질소를 탈질하는 무산소조로 구성되는 것이 일반적으로 알려져 있다. 그러나 유입되는 원수 내 탄소원이 한정적이어서, 인을 방출시키는 혐기조에서 탄소원이 소모되면 무산소조에서 탈질을 위한 탄소원이 부족하여 질소를 제거하지 못한다는 단점을 가지고 있다.
또한, 생물학적 처리방법은 용존성 유기물, 고형물 및 부유물질을 처리하는데 한계가 있어 양질의 처리수를 위해 물리화학적 처리인 3차 처리를 필요로 하고 있다. 고형물 및 부유물질을 제거하기 위한 물리화학적 처리 방법으로는 급속모래여과, 응집침전 및 막분리법 등이 알려져 있으며, 유기물질인 영양염류 중 질소를 제거하기 위한 물리화학적 처리방법으로는 질산화와 탈질 방법이 알려져 있다.
이들 중, 단순한 급속여과법은 양질의 처리수를 얻을 수 있으나, 잦은 역세척과 역세척하는 동안 처리수를 멈춰야하는 유지관리의 문제점을 가지고 있고, 막 분리법은 초기 건설비와 유리관리비가 커서 경제성면에 문제점을 가지고 있으며 질소와 인 제거 효과가 한계를 가지고 있다는 문제점을 가지고 있다.
대한민국 등록특허 제1080983호에서는 회전식 섬유여과필터를 이용한 하수처리장 또는 여과수조의 방류수 처리장치에 관하여 기재하고 있다. 이 발명은 회전식 섬유여과필터를 이용하여 하수처리장 방류수의 부유물질 및 탁도물질을 제거하여 하수처리장 방류수를 직접 사용가능하다는 장점을 가지고 있지만, 섬유여과필터를 사용하므로 방류수 내의 부유물질의 양에 따라 필터의 효율이 저하되며, 필터를 주기적으로 재생해야 한다는 단점을 가진다.
이에, 본 발명자들은 하수처리장 방류수 내의 탄소원을 유지하면서 효과적으로 인을 제거하며, 담체의 재순환을 통하여 연속적으로 사용 가능한 하수처리장 방류수의 처리장치를 개발하고자 예의 노력한 결과, 여과조에 인 제거 담체가 설치되어 있고, 상기 인 제거 담체를 연속적으로 세척할 수 있는 역세척수단을 구비하는 하수처리장 방류수의 처리장치를 개발하고, 상기 처리장치를 이용하여 방류수를 처리한 결과, 역세척수단에 의하여 여과조 내의 인 제거 담체가 세척되어 재순환하므로, 담체의 교환 없이 연속적으로 방류수의 처리가 가능한 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 목적은 하수처리장 방류수의 탈질을 위한 탄소원을 유지하면서 인을 제거하는 것과 더불어, 부유물질, 미생물 및 유기물질을 효과적으로 제거할 수 있으며, 담체의 교환 없이 연속적으로 운전 가능한 하수처리장 방류수의 처리장치 및 방류수 처리방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 유입된 하수처리장 방류수의 유량을 조절하여 공급하는 유량조정조; (b) 유량조정조에서 공급되는 방류수의 오니를 제거하기 위한 세목스크린; (c) 상기 오니가 제거된 방류수의 탈질을 위한 무산소조 및 질산화를 촉진하는 질산화 담체를 포함하는 호기조를 포함하는 생물반응조; (d) 상기 생물반응조를 통과한 방류수의 부유물질과 인을 제거하기 위한 인 제거 담체가 침지된 여과조; (e) 여과조 내의 인 제거 담체를 세척하는 역세척수단; 및 (f) 상기 여과조를 통과한 방류수의 미생물을 살균하고, 휘발성 유기물질 및 난분해성물질을 제거하기 위한 광촉매를 코팅한 저압형 자외선 시스템을 포함하는 살균조를 포함하는 하수처리장 방류수의 처리장치를 제공하는데 있다.
본 발명은 또한, (a) 유량조정조에서 유량이 조절된 하수처리장 방류수를 세목스크린으로 유입시켜 진흙 또는 크기가 큰 오염물질을 제거하는 단계; (b) 진흙 또는 크기가 큰 오염물질이 제거된 방류수를 생물 반응조의 무산소조에 유입시키고, 탈질화반응에 의하여 질소를 제거하는 단계; (c) 질소가 제거된 방류수를 생물 반응조의 호기조에 유입시키고, 질산화 담체를 이용하여 질산화하여 무산소조로 반송시키는 단계; (d) 생물 반응조에서 탈질화와 질산화 반응으로 질소가 제거된 방류수를 여과조에 유입시키며, 침지된 인 제거 담체를 이용하여 인을 제거하는 단계; (e) 여과조의 인 제거 담체를 회수하여 역세척 수단으로 세척한 다음, 여과조로 재순환시키는 단계; 및 (e) 인이 제거된 방류수를 살균조에 유입시켜 광촉매를 코팅한 저압형 자외선 시스템으로 광촉매를 코팅한 자외선을 조사하여 미생물을 살균하고, 휘발성 유기물질 및 난분해성 물질을 제거하여 방출하는 단계를 포함하는 하수처리장 방류수의 처리방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 따르면, 여과조 내의 역세척수단을 이용하여 인 제거 담체를 연속적으로 역세척하여 재활용함에 따라, 역세척하는 동안 여과조를 멈추지 않고 연속적으로 하수처리장 방류수를 처리할 수 있으며, 저압형 자외선 시스템을 이용하여 방류수를 살균하므로, 효율적인 방류수 처리에 유용하다.
도 1은 본 발명의 여과조를 나타낸 도식도이다.
도 2는 본 발명의 여과조의 외부를 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 여과조의 하부구조를 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 여과조의 상부구조를 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 살균조를 나타낸 도식도이다.
도 6은 광촉매로 코팅된 자외선을 조사하기 전의 미생물균을 나타낸 사진이다.
도 7은 광촉매로 코팅된 자외선을 조사한 후의 미생물균을 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명의 여과조의 외부를 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 여과조의 하부구조를 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 여과조의 상부구조를 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 살균조를 나타낸 도식도이다.
도 6은 광촉매로 코팅된 자외선을 조사하기 전의 미생물균을 나타낸 사진이다.
도 7은 광촉매로 코팅된 자외선을 조사한 후의 미생물균을 나타낸 사진이다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법 및 이하에 기술하는 실험 방법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본 발명에서는, 유량조정조, 세목스크린, 생물반응조, 여과조 및 살균조로 구성되는 하수처리장 방류수의 처리장치에 있어서, 여과조에 설치된 인 제거 담체를 내통의 상부로 이동시키는 공기 공급장치, 인 제거 담체의 표면에 부착된 고형물을 분리시키는 역세수 및 고형물과 인 제거담체를 분리하는 월류조가 포함된 역세척수단을 구비하는 방류수 처리장치를 개발하고, 이를 이용하여 방류수 처리를 수행하였다. 그 결과 인 제거 담체를 연속적으로 세척하여 공급할 수 있는 역세척수단에 의해 담체의 재생을 위한 정지없이 연속적으로 방류수 처리가 가능하다는 것을 확인하였다.
따라서, 본 발명은 일 관점에서, (a) 유입된 하수처리장 방류수의 유량을 조절하여 공급하는 유량조정조; (b) 유량조정조에서 공급되는 방류수의 오니를 제거하기 위한 세목스크린; (c) 상기 오니가 제거된 방류수의 탈질을 위한 무산소조 및 질산화를 촉진하는 질산화 담체를 포함하는 호기조를 포함하는 생물반응조; (d) 상기 생물반응조를 통과한 방류수의 부유물질과 인을 제거하기 위한 인 제거 담체가 침지된 여과조; (e) 여과조 내의 인 제거 담체를 세척하는 역세척수단; 및 (f) 상기 여과조를 통과한 방류수의 미생물을 살균하고, 휘발성 유기물질 및 난분해성물질을 제거하기 위한 광촉매를 코팅한 저압형 자외선 시스템을 포함하는 살균조를 포함하는 하수처리장 방류수의 처리장치에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 유량조정조는 하수처리장 방류수가 처리장치에 유입될 때, 방류수의 유량을 조절하는 장치인 것을 특징으로 할 수 있다. 하수처리장 방류수는 그 수량이 일정하지 않으므로 유량조정조를 통하여 일정한 수량이 처리장치에 공급되도록 하는 것이 바람직하다. 이때 상기 유량조정조는 콘크리트 또는 고분자로 제작된 육면체의 수조형상인 것이 바람직하지만 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서, 상기 세목스크린은 유기물질이 포함된 진흙 또는 진흙 형태의 크기가 큰 부유물질이나 침전물질을 제거하기 위한 장치 인 것을 특징으로 할 수 있다. 하수처리장 방류수는 운송 중 오염물질(진흙 또는 침전물)과 혼합되거나, 미처리된 오염물질이 혼합될 수 있다. 이러한 방류수를 그대로 처리하는 경우 담체에 손상을 가져올 수 있으며, 처리비용 역시 상승할 수 있다. 따라서 방류수를 처리장치에 공급하기 이전, 세목스크린을 이용하여 부유물 또는 진흙을 제거하는 것이 바람직하다. 이때 세목스크린은 처리되는 방류수의 오염도나 수량에 따라서 눈의 크기를 자유롭게 선택 가능하며, 부유물을 처리할 수 있는 형상이라면 제한 없이 사용 가능하다.
본 발명에 있어서, 상기 생물반응조는 탈질을 위한 무산소조와 질산화를 촉진하는 담체를 포함하는 호기조로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 무산소조는 호기조 앞에 위치하여, 질소를 환원하기 위해서 필요한 탄소원을 충분히 포함하고 유지하는 것을 특징으로 할 수 있다. 무산소조에서 탈질반응을 수행한 방류수는 호기조로 유입되어 질산화반응으로 아질산성질소 또는 질산성 질소를 형성하며, 호기조에서 질산화반응을 수행한 방류수는 무산소조로 반송되어 탈질반응을 수행하게 된다. 질산화 반응과 탈질반응이 완결되어 질소가 제거된 방류수는 여과조로 공급되어 부유물질 및 인을 제거하는 과정을 거칠 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 여과조는 부유물질 및 인을 제거하기 위한 인 제거 담체가 침지되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 여과조는 생물반응조에서 질산화 반응과 탈질반응을 수행하여 질소가 제거된 방류수를 공급받아 부유물질 및 인을 제거한다. 상기 인 제거 담체는 황산알루미늄(Al2(SO4)32O) 및 염화철(FeCl)을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 방류수 내의 인을 응집, 흡착하여 방류수에서 분리하게 된다.
이러한 인 제거 담체는 황산알루미늄 및 염화철이 결착 가능한 물질과 혼합되어 입자형으로 제조되거나 다공성물질의 표면에 코팅되어 사용될 수 있다. 황산알루미늄 및 염화철이 결착 가능한 물질과 혼합되어 사용하는 경우, 상기 인제거 담체는 (i) 황산알루미늄, 염화철, 장석, 운모 및 탄산칼슘이 혼합된 혼합물을 200℃에서 10분간 가열한 뒤, 500℃까지 분당 20℃으로 승온시키고, 500℃에서 10분간 유지시켜 담체를 제조하는 단계; (ii) 제조된 담체를 상온에서 냉각하는 단계; 및 (iii) 냉각된 담체 중 지름 7~13mm인 담체를 분리하는 단계를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.
또한, 황산알루미늄(Al2(SO4)3·14H2O) 및 염화철(FeCl3)이 다공성 물질의 표면에 코팅되어 제조되는 경우, (i) 탄소 4~7wt%, 산소 55~65wt%, Mg 10~16wt% 및 Ca 12~31wt%을 포함하는 직경 7~13mm의 돌로마이트를 흐르는 물에 세척하는 단계; (ii) 상기 세척된 돌로마이트를 100-400mg/kg의 염화철(FeCl3)과 0.01-2g/kg의 황산알루미늄(Al2(SO4)3·14H2O)을 공침시켜 제조한 원액에 담지하는 단계; (iii) 원액에 담지된 돌로마이트를 200℃까지는 분당 10℃로 증가시킨 뒤, 200℃에서 10분간 유지하고, 500℃까지 분당 20℃로 증가시킨 다음, 500℃에서 10분간 유지하여 코팅하는 단계; 및 (iv) 코팅된 돌로마이트를 상온에서 냉각하는 단계를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 여과조는 인 제거 담체를 세척하는 역세척수단을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한 상기 역세척수단은 (i) 여과기 외통 내부에 위치하며, 인 제거 담체가 하부에서 상부로 이동하는 내통; (ii) 인 제거 담체를 상기 내통 하부에서 상부로 이동시키는 공기 공급장치; (iii) 인 제거 담체를 내통 안에서 인 제거 담체 표면에 부착된 고형물을 분리시켜 세척하는 역세수; (iv) 인 제거 담체로부터 분리된 고형물과 세척된 인 제거 담체가 분리되는 월류조; 및 (v) 분리된 고형물을 외부로 배출시키는 위어(Weir)를 포함할 수 있다. 상기 역제척수단의 내통은 여과조의 중앙부에 위치하는 것이 바람직하지만, 이에 제한되는 것은 아니며, 여과조의 크기 및 처리용량에 따라 수량을 자유롭게 조절하여 설치가능하다.
상기 여과조는 내부에 인 제거 담체가 침지되어 있으며, 상기 인 제거 담체는 물보다 비중이 높으므로 여과조의 하부에 위치하게 된다. 이때 상기 역세척수단의 공기 공급장치가 작동되면 여과조 하부에 위치한 인 제거 담체가 공기의 상승에 의하여 내통의 내부를 따라 상승하게 되며, 상부에서 공급되는 역세수에 의하여 담체 표면의 고형물이 분리된다. 이때 상기 공기 공급장치는 공기가 내통은 안쪽으로만 공급되도록 하여, 내통외부의 담체가 공급되는 공기에 의하여 비산되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 또한 상기 공기 공급장치와 내통은 담체의 양에 따라 상하로 이동 가능하도록 설치할 수 있다.
분리된 고형물과 인 제거 담체는 비중에 의하여 인 제거 담체는 방류수의 하부로 가라앉고 고형물은 방류수의 상부에 부유하게 되므로 월류조를 이용하여 고형물을 분리할 수 있으며, 분리된 고형물은 위어에 의하여 외부로 배출된다. 또한 고형물과 분리된 인 제거 담체는 역세척수단의 내통상부를 거쳐 가라앉게 되므로 여과조의 상부로 공급되어 재순환하게 된다. 기존의 담체를 사용하는 방류수 처리장치의 경우 담체의 재생을 위하여 일정 시간동안 여과조를 정지하고 담체를 세척하거나 재생공정을 수행해야 하지만, 본원 발명의 경우, 담체가 여과조 내부의 역세척수단에 의하여 연속적으로 재생되므로, 여과조의 정지없이 연속 운전이 가능하다. 아울러 상기 역세수가 과량 공급되는 경우 여과조의 수위가 상승하여 여과조 외부로 방류수가 넘치거나 여과조 내부의 압력이 증가할 수 있으므로, 수위감지형 공급수단에 의하여 공급되는 것이 바람직하지만 이에 제한되는 것은 아니다.
여과조를 통과한 방류수는 이송펌프를 통해서 살균조로 이동하며, 이때 방류수의 이송을 위하여 펌프를 사용할 수 있다. 상기 펌프는 공회전을 방지하기 위하여 이송펌프에 수위계가 부착된 수위감지 일체형으로 설치하는 것이 바람직하지만 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서, 상기 저압형 자외선 시스템은 자외선 장치 내부의 SUS 표면에 박막이 형성된 것을 특징으로 할 수 있다. 이때 상기 박막은 이산화티타늄(TiO2)을 포함하며, 이산화티타늄 졸-겔 코팅법으로 형성된 것을 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 이산화티타늄 졸은 0.35~0.7M의 농도를 가지며, 99.9w%의 에틸알콜 1리터에 티타늄이소프로폭사이드(Ti(OCH(CH3)2)4) 및 황산을 넣고 30-40rpm으로 교반을 시키면서 60℃까지 가열하여 제조한 졸을 사용할 수 있다. 상기 이산화티타늄 졸을 코팅한 저압형 자외선 시스템을 이용해 여과조를 통해 여과된 방류수에 자외선을 조사하면, 광 촉매인 이산화티타늄에 의하여 강한 산화제인 OH-라디칼이 생성되어 미생물을 살균할 수 있으며, 난분해성물질 및 휘발성 유기물질을 분해하여 제거할 수 있다.
또한, 상기 저압형 자외선 시스템에 사용하는 자외선램프는 아크 전류에 의해 열을 받아 작동되는 아말감-인듐 저압의 원리로 제작되고, UV램프의 배열은 도 5에 나타낸 바와 같이 석영관과 같은 유수의 길이 방향으로 방류수의 흐름에 수평으로 하는 것이 바람직하며, 저압형 자외선 시스템은 저압아말감램프을 이용하며, 파장 200~300㎚의 살균주파수를 가지는 것이 바람직하지만, 방류수의 오염도 및 사용 목적에 따라 자유롭게 선택하여 사용가능하다.
본 발명에서는 또한, 상기 하수처리장 방류수의 처리장치를 이용하여 오염물질 처리단계, 탈질단계, 질산화 단계, 인 제거 단계, 인 제거 담체 세척단계 및 자외선 살균단계를 포함하는 방류수 처리실험을 수행하였다. 그 결과 COD 약 90%. BOD 약 92% 및 총인 약 91%가 제거된 재이용수를 얻을 수 있으며, 담체가 역세척수단에 의하여 재활용되므로 담체의 재생을 위한 장치의 정지없이 연속적으로 방류수의 처리가 가능한 것을 확인하였다.
따라서, 본 발명은 다른 관점에서, (a) 유량조정조에서 유량이 조절된 하수처리장 방류수를 세목스크린으로 유입시켜 진흙 또는 크기가 큰 오염물질을 제거하는 단계; (b) 진흙 또는 크기가 큰 오염물질이 제거된 방류수를 생물 반응조의 무산소조에 유입시키고, 탈질화반응에 의하여 질소를 제거하는 단계; (c) 질소가 제거된 방류수를 생물 반응조의 호기조에 유입시키고, 질산화 담체를 이용하여 질산화하여 무산소조로 반송시키는 단계; (d) 생물 반응조에서 탈질화와 질산화 반응으로 질소가 제거된 방류수를 여과조에 유입시키며, 침지된 인 제거 담체를 이용하여 인을 제거하는 단계; (e) 여과조의 인 제거 담체를 회수하여 역세척 수단으로 세척한 다음, 여과조로 재순환시키는 단계; 및 (e) 인이 제거된 방류수를 살균조에 유입시켜 광촉매를 코팅한 저압형 자외선 시스템으로 광촉매를 코팅한 자외선을 조사하여 미생물을 살균하고, 휘발성 유기물질 및 난분해성 물질을 제거하여 방출하는 단계를 포함하는 하수처리장 방류수의 처리방법에 관한 것이다.
상기 (b) 단계는 미생물과 탄소원을 이용하여, 방류수 내 질산성 질소를 환원하여 질소가스로 제거하는 탈질단계이며, 앞의 공정에서 탄소원을 제거하는 공정이 없기 때문에 충분한 탄소원이 유지되어 탈질화가 효과적으로 일어날 수 있다. 또한 상기 (c) 단계는 암모니아가 아질산염 또는 질산염으로 산화하는 생물반응이 일어나 암모니아성 질소가 아질산성 질소와 질산성 질소로 전환되는 호기반응단계이다. 질산화반응이 효과적으로 일어나기 위해서 용존산소량을 유지시켜줘야 하는데, 앞 공정인 무산소조의 탈질화 공정에서 탄소원이 제거되므로, 용존산소량을 유지하기 쉽고, 용존산소량을 유지하기 위한 비용이 절감되는 효과를 가지고 있다.
호기조에서 탈질화가 일어난 방류수는 탈질화로 인해서 방류수 내의 증가된 질소를 제거하기 위해 호기조에서 무산소조로 이동될 수 있다. 호기조에서 무산소조로 내부반송관을 통해서 이동된 방류수는 무산소조에서 탈질화로 질소가 제거되며, 상기 탈질 반응과 호기반응을 수회 반복하여 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 (d)단계의 인을 제거하는 단계는 인을 효과적으로 제거하기 위해서 여과기 체류시간을 10분 이내로 하며, 여과조에 유입되는 BOD부하는 1~4kg/m3.일로 하고, 선속도는 200~1,000㎥/㎡일로 여과하는 것이 바람직하다. 여과조에서 인이 제거된 처리수는 여과조 상부를 통해서 살균조로 공급되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 (e) 단계는 (i) 인을 포함하는 고형물이 부착된 인 제거 담체를 공기 공급장치를 이용하여 내통의 하부에서 상부로 이동시키는 단계; (ii) 상기 상부로 이동하는 인 제거 담체를 역세수를 이용하여 고형물과 인 제거 담체로 분리하여 월류조로 이동시키는 단계; 및 (iii) 상기 월류조의 고형물과 분리된 인 제거 담체는 여과조 하부로 이동시키고, 고형물은 월류조 상부의 위어에 의해서 외부로 배출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 여과조 내의 인 제거 담체는 여과조 내의 공기 공급수단에 의해서 내통을 통과하게 되고, 내통 내 역세수와 인 제거 담체간의 마찰로 인해서 인 제거 담체 표면의 인 및 고형물이 제거 되게 된다. 내통 상부에서 인 제거 담체와 인 및 고형물이 비중 차로 분리가 되면서 인 제거 담체는 여과조로 다시 유입되고, 인 및 고형물은 외부로 방출된다. 상기 연속적인 역세척수단으로 세척된 인 제거 담체는 계속해서 여과조에서 인을 제거하는 역할을 하게 된다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 국한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
[실시예]
실시예
1 :
광촉매의
농도와 자외선의 조사 유무에 따른 미생물의 제거효율
광촉매의 농도와 자외선의 조사 유무에 따른 미생물의 제거효율을 파악하기 위하여 광촉매의 종류, 광촉매의 농도와 자외선의 유무와 자외선의 광도에 따른 미생물의 제거효율을 파악하였다. 표 1과 도 6 및 도 7에 나타난 바와 같이, TiO2졸과 UV 살균시스템은 하수처리장 방류수의 미생물을 살균하는 능력을 가지고 있다는 것을 확인 할 수 있었다. 또한 상기 광촉매졸은 상온에서 UV 조사관에 코팅되어 물속에서 미생물의 살균과 VOCs의 제거용으로 사용할 수 있다.
| 시험항목 | 단위 | 미생물균 | 제거효율(%) |
| 방류수(원수) | MPN/㎖ | 1,700 | |
| 광촉매졸 A 처리수 | MPN/㎖ | 900 | 49.1 |
| UV | MPN/㎖ | 30 | 98.2 |
| UV+광촉매졸 처리수 | MPN/㎖ | 불검출 | 100% |
실시예
2 : 유기물, 질소 및 인 제거 효율
생물반응조와 인 제거 담체를 포함하는 여과조를 이용하여 하수처리장 방류수를 처리하였다. 방류수를 보면 여과전에는 BOD 9.8㎎/ℓ, COD 8.3㎎/ℓ, SS 6.4㎎/ℓ, 질소 11.7㎎/ℓ, 인 0.82㎎/ℓ이었으나 생물 반응조와 인 제거 담체를 포함하는 여과조를 이용한 처리 후에는 BOD 6.7㎎/ℓ이하, COD 5.8㎎/ℓ이하, SS 5.0㎎/ℓ이하, T-N 9.3㎎/ℓ이하, T-P 0.29㎎/ℓ으로 확인 되었다.
실시예
3 : 오염물질 제거효율
경기도 평택시 장당하수처리장은 장당 일대의 생활하수를 채집하여 처리하는 65,000 톤/일(기존 40,000톤/일 + 신설 25,000톤/일) 규모의 하수종말처리장이다. 본 실시예의 처리대상수는 장당하수처리장에 유입되는 침사지 월류수로서, 평가기간 중 장당하수처리장의 침사지를 거친 하수를 이송펌프에 의해 평가시설로 유입시켜 처리하였다. 2011년 1월～ 2013년 12월까지 3년간 실험을 진행하였다. 실시기간 중 유입수의 온도는 동절기에 최저 8.9℃까지 떨어지다가 하절기에 최고 24.2℃까지 상승하였다. pH는 평균 7.0로 유입되었으며, 6.3～7.5의 범위를 보였다. 유입수의 평균 유기오염물질 농도는 BOD는 110.4 ㎎/ℓ, CODMn은 57.6㎎/ℓ, SS는 100.8 ㎎/ℓ이었으며, T-N은 36.9㎎/ℓ, T-P는 3.28㎎/ℓ로 조사되었다. 유입수의 용적부하량은 0.43 (BOD-kg/m3 d), CODMn/T-N비는 1.57(1.25-1.95), 생물반응조의 수리학적체류시간은 7.16시간, 호기조의 DO는 ㎎/ℓ, F/M비는 TBOD/MLSS기준으로 0.136(0.013-0.183), 미생물체류시간인 SRT는 MLSS기준으로 22일로 운전하였다.
표2에 나타난 바와 같이, 오염물질의 처리수 농도와 제거효율을 보면 BOD농도는 6.7㎎/ℓ, 처리효율은 92.2～95.5(평균 92.2)%, CODMn농도는 5.8㎎/ℓ, 처리효율은 87.3～91.7(평균 89.9)%, SS농도는 5.0㎎/ℓ, 처리효율은 93.7～96.8(평균 95.0)%, T-N농도는 9.3㎎/ℓ, 처리효율은 72.9～79.7(평균 74.3)%, T-P농도는 0.29 ㎎/ℓ, 처리효율은 88.1～96.6(평균 91.2)%를 각각 나타내었다. 방류수인 원수의 미생물은 1,700 MPN/ml 이었으나 TiO2졸과 UV 살균시스템은 하수처리장 방류수의 미생물을 대부분 살균하는 능력을 가지는 것으로 확인되었다. 유입수의 BOD(생물학적 산소요구량)는 110.4㎎/L로 유입되고, 처리수 BOD는 6.7㎎/L로 안정하게 배출되었고, 유입수의 COD(화학적 산소요구량)Mn 농도는 57.6㎎/L로 유입되고, 처리수 CODMn는 5.8㎎/L로 본 시설의 CODMn 감소효율은 89.8%로 나타났다. 유입수의 SS(Suspended Solid) 농도는 평균 100.8㎎/L로 유입되고, 처리수의 SS는 평균 5.0㎎/L로 SS제거효율은 95.0%로 나타났다.
| 항 목 | 유입수 농도(㎎/ℓ) | 여과전 | 여과후 | |||||||
| 처리수 (㎎/ℓ) | 제거율( % ) | 처리수 (㎎/ℓ) | 제거율( % ) | |||||||
| 범위 | 평균 | 범위 | 평균 | 범위 | 평균 | 범위 | 평균 | 범위 | 평균 | |
| BOD | 85.8～133.6 | 110.4 | 8.0～11.9 | 9.8 | 89.2～92.8 | 91.1 | 5.0～8.6 | 6.7 | 92.2～95.5 | 92.2 |
| CODMn | 44.3～66.7 | 57.6 | 5.0～8.3 | 6.7 | 85.6～91.3 | 88.4 | 4.8～7.3 | 5.8 | 87.3～91.7 | 89.9 |
| SS | 76.9～121.4 | 100.8 | 5.0～7.2 | 6.4 | 92.9～95.0 | 93.7 | 3.2～6.4 | 5.0 | 93.7～96.8 | 95.0 |
| T-N | 29.8～44.9 | 36.9 | 9.3～13.6 | 11.7 | 63.1～74.8 | 68.3 | 7.5～10.0 | 9.5 | 72.9～79.7 | 74.3 |
| T-P | 2.64～3.93 | 3.28 | 0.61～1.02 | 0.82 | 68.9～81.4 | 75.0 | 0.11～0.39 | 0.29 | 88.1～96.6 | 91.2 |
| 미생물군 | 1750 | N.D | 100 | |||||||
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
Claims (11)
- (a) 유입된 하수처리장 방류수의 유량을 조절하여 공급하는 유량조정조;
(b) 유량조정조에서 공급되는 방류수의 오니를 제거하기 위한 세목스크린;
(c) 상기 오니가 제거된 방류수의 탈질을 위한 무산소조 및 질산화를 촉진하는 질산화 담체를 포함하는 호기조를 포함하는 생물반응조;
(d) 상기 생물반응조를 통과한 방류수의 부유물질과 인을 제거하기 위한 인 제거 담체가 침지된 여과조;
(e) 여과조 내의 인 제거 담체를 세척하는 역세척수단; 및
(f) 상기 여과조를 통과한 방류수의 미생물을 살균하고, 휘발성 유기물질 및 난분해성물질을 제거하기 위한 광촉매를 코팅한 저압형 자외선 시스템을 포함하는 살균조;를 포함하는 하수처리장 방류수의 처리장치로,
상기 인 제거 담체는 황산알루미늄(Al2(SO4)3·14H2O) 및 염화철(FeCl3)을 포함하고,
(i) 황산알루미늄, 염화철, 장석, 운모 및 탄산칼슘이 혼합된 혼합물을 200℃에서 10분간 가열한 뒤, 500℃까지 분당 20℃으로 승온시키고, 500℃에서 10분간 유지시켜 담체를 제조하는 단계;
(ii) 제조된 담체를 상온에서 냉각하는 단계; 및
(iii) 냉각된 담체 중 지름 7~13mm인 담체를 분리하는 단계;를 통해 제조된 인 제거 담체를 포함하는 방류수 처리장치. - 제1항에 있어서, 상기 역세척수단은
(i) 여과기 외통 내부에 위치하며, 인 제거 담체가 하부에서 상부로 이동하는 내통;
(ii) 인 제거 담체를 상기 내통 하부에서 상부로 이동시키는 공기 공급장치;
(iii) 인 제거 담체를 내통 안에서 인 제거 담체 표면에 부착된 고형물을 분리시켜 세척하는 역세수;
(iv) 인 제거 담체로부터 분리된 고형물과 세척된 인 제거 담체가 분리되는 월류조; 및
(v) 분리된 고형물을 외부로 배출시키는 위어(Weir);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 방류수 처리장치. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 인 제거 담체는
(i) 탄소 4~7wt%, 산소 55~65wt%, Mg 10~16wt% 및 Ca 12~31wt%을 포함하는 직경 7~13mm의 돌로마이트를 흐르는 물에 세척하는 단계;
(ii) 상기 세척된 돌로마이트를 100-400mg/kg의 염화철(FeCl3)과 0.01-2g/kg의 황산알루미늄(Al2(SO4)3·14H2O)을 공침시켜 제조한 원액에 담지하는 단계;
(iii) 원액에 담지된 돌로마이트를 200℃까지는 분당 10℃로 증가시킨 뒤, 200℃에서 10분간 유지하고, 500℃까지 분당 20℃로 증가시킨 다음, 500℃에서 10분간 유지하여 코팅하는 단계; 및
(iv) 코팅된 돌로마이트를 상온에서 냉각하는 단계;
를 통해 제조된 것을 특징으로 하는 방류수 처리장치. - 제1항에 있어서, 상기 저압형 자외선 시스템은 자외선 장치 내부의 SUS 표면에 박막을 형성시킨 것을 특징으로 하는 방류수 처리장치.
- 제6항에 있어서, 상기 박막은 이산화티타늄(TiO2)을 포함하며, 이산화티타늄 졸-겔 코팅법으로 형성된 것을 특징으로 하는 방류수 처리장치.
- 제7항에 있어서, 상기 이산화티타늄 졸은 0.35~0.7M의 농도를 가지며, 99.9wt%의 에틸알콜에 티타늄이소프로폭사이드(Ti(OCH(CH3)2)4) 및 황산을 넣고 교반 시키면서 60℃까지 가열하여 제조된 것을 특징으로 하는 방류수 처리장치.
- 다음의 단계를 포함하는 제1항의 처리장치를 이용한 방류수 처리방법:
(a) 유량조정조에서 유량이 조절된 하수처리장 방류수를 세목스크린으로 유입시켜 진흙 또는 크기가 큰 오염물질을 제거하는 단계;
(b) 진흙 또는 크기가 큰 오염물질이 제거된 방류수를 생물 반응조의 무산소조에 유입시키고, 탈질화반응에 의하여 질소를 제거하는 단계;
(c) 질소가 제거된 방류수를 생물 반응조의 호기조에 유입시키고, 질산화 담체를 이용하여 질산화하여 무산소조로 반송시키는 단계;
(d) 생물 반응조에서 탈질화와 질산화 반응으로 질소가 제거된 방류수를 여과조에 유입시키되, 침지된 인 제거 담체를 이용하여 인을 제거하는 단계;
(e) 여과조의 인 제거 담체를 회수하여 역세척 수단으로 세척한 다음, 여과조로 재순환시키는 단계; 및
(e) 인이 제거된 방류수를 살균조에 유입시켜 광촉매를 코팅한 저압형 자외선 시스템으로 광촉매를 코팅한 자외선을 조사하여 미생물을 살균하고, 휘발성 유기물질 및 난분해성 물질을 제거하여 방출하는 단계. - 제9항에 있어서, 상기 (e) 단계는
(i) 인을 포함하는 고형물이 부착된 인 제거 담체를 공기 공급장치를 이용하여 내통의 하부에서 상부로 이동시키는 단계;
(ii) 상기 상부로 이동하는 인 제거 담체를 역세수를 이용하여 고형물과 인 제거 담체로 분리하여 월류조로 이동시키는 단계; 및
(iii) 상기 월류조의 고형물과 분리된 인 제거 담체는 여과조 하부로 이동시키고, 고형물은 월류조 상부의 위어에 의해서 외부로 배출시키는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 방류수 처리방법. - 제9항에 있어서, 상기 (d) 단계는 여과조 체류시간을 10분 이내로 하며, 여과조에 유입되는 BOD부하는 1~4kg/m3.일로 하고, 선속도는 200~1,000㎥/㎡일로 하는 것을 특징으로 하는 방류수 처리방법.
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|---|---|---|---|---|
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2016
- 2016-05-09 KR KR1020160056437A patent/KR101710554B1/ko active IP Right Grant
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