KR102328160B1 - 인 흡착용 반응기 및, 이를 포함하는 초기우수 및 하수월류수 처리 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 교반형의 인 흡착조를 이용함으로써 응집제를 사용하지 않고도 유입수 내의 인 화합물을 용이하게 제거할 수 있는 인 흡착용 반응기 및 이를 포함하는 초기우수 및 하수월류수 처리 시스템에 관한 것이다. 특히, 상기 초기우수 및 하수월류수 처리 시스템은 본 발명의 인 흡착용 반응기를 포함하여, 합류식 하수관거 월류수 및 분류식 하수관거 원류수의 유기물과 총인을 동시에 제거할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 인 흡착용 반응기, 이를 포함하는 초기우수 및 하수월류수 에 관한 것이다.
도시지역에서 발생되는 수질오염 물질은 발생원별로 크게 점오염원과 비점오염원으로 구분된다. 이중 비점오염원은 일반적으로 강우로 인한 지표면의 유출과 관련이 있으므로, 일간, 계절간 배출량 변화가 크고 예측과 정량화가 매우 어렵다.
특히, 도시지역에서 발생되는 강우 유출수는 주로 하수관거를 통해 도시 인근 수계로 유출되는데 공공수역으로 유입되는 오염부하로는 크게 CSOs 와 SSO 가 있다.
CSOs(Combined Sewer Overflows)는 '합류식 하수도 월류수'로, 합류식 하수도에서 우천 시 하수관거, 빗물펌프장 및 하수처리장을 통해 미처리된 상태로 하천이나 공공수역으로 유입되는 월류 또는 방류되는 하수를 일컫는다.
SSO(Sanitary Sewer Overflows)는 '분류식 하수도 월류수'로, 분류식 하수도에서 청천시 및 우천 시 하수관거의 맨홀 등으로 월류하거나 하수처리장에서 하천이나 공공수역으로 방류된 미처리된 하수를 일컫는다.
상술한 CSOs와 SSO는 도시지역 비점오염 부하 중 가장 큰 비중을 차지하며, 도시하천 생태계를 크게 악화시키고 있다. CSOs의 경우 합류식 하수관거 처리지역 내 500 m3/일 이상의 공공하수처리시설에 간이공공하수처리시설을 설치함으로써 합류식 하수관거 원류수를 처리하여 수계로 방류할 수 있도록 하였으며, SSO의 경우 수계로 직접 유입되고 있는 실정이다.
한편, CSOs 와 SSO 처리 기술은 상항류식 여과장치 또는 와류형 장치를 이용한 경우가 대부분으로 주요 제거대상물질이 BOD, COD 및 SS 이고, 총 인에 대한 제거능을 갖추고 있지 않다. 그러나, 국내 주요 수계로 유입되는 CSOs와 SSO 는 BOD, SS와 더불어 총인과 총질소를 다량 함유하고 있어, 기존 시설로 CSOs와 SSO 를 처리하여도 유출수내의 총인과 총질소가 수계 내 녹조발생의 주 원인물질이고 특히 총 인은 가장 민감한 영향을 준다.
이러한 문제를 해결하기 위한 선행특허로 CSOs 처리 시스템(한국등록 특허; 제10-1621453호)과 합류식 하수 월류수 처리시스템(한국등록 특허 제10-0826676호) 등이 있다. 이러한 선행특허는 합류식 하수월류수(CSOs) 처리 관련 특허로, 대부분 BOD와 SS제거 목적의 여과장치형 구조이거나 철이나 알루미늄 계열의 응집제를 투입하여 응집 슬러지를 형성시켜 인을 제거하는 기술 등이 개시되어 있다.
그러나, 상기와 같이 응집제를 사용하는 경우, 응집제 약품비용이 발생되며, 응집침전물 등을 처리하는데 별도의 작업을 하여야 하는 번거로움이 있다. 아울러, 상향류식 여과장치의 경우 운전이 진행됨에 따라 공극이 폐색되어 운전수두가 증가하여 주기적인 역세척 작업이 필요하고 이에 따른 처리규모의 증가와 유지관리 인력이 필요한 문제가 있어 초기우수나 월류수와 같이 상이 운전인력 배치가 어려운 현장에서는 반 무인운전이 가능한 처리시설의 특성을 요구한다.
따라서, 응집제를 사용하지 않고 슬러지 무발생이 가능하고 운전수두의 증가가 없이 월류수(CSOs, SSO)에서 인 화합물을 용이하게 제거할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 응집제를 사용하지 않고도 유입수의 인 화합물을 용이하게 제거할 수 있는 인 흡착용 반응기 및 이를 포함하는 초기우수 및 하수월류수 처리 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 인 흡착용 반응기는, 일측에 유입수 유입라인을 포함하며, 타측에 배출수 배출 라인을 포함하는 반응조; 및 반응조 내에 위치하며, 회전축을 중심으로 회전하는 리본 블렌더; 를 포함하며, 상기 반응조 내의 일부 또는 전체에는 인 화합물을 흡착하는 흡착제가 충진되고, 상기 리본 블렌더는 반응조 내에서 유입수 및 인 흡착제를 교반하여, 유입수 내의 인 화합물을 흡착제에 흡착하는 것을 특징으로 한다.
하나의 예에서, 상기 리본 블렌더는, 회전모터와 연동되어 축 회전하는 회전축; 및 회전축의 둘레에 서로 다른 곡률을 갖는 적어도 두 개의 선형 리본 날개; 를 포함한다.
또 다른 하나의 예에서, 리본 블렌더는, 제1 선형 리본 날개 및 제2 선형 리본 날개를 포함하며, 제1 선형 리본 날개의 곡률 반경은 평균 155 내지 165 mm 범위이며, 제2 선형 리본 날개의 곡률 반경은 평균 160 내지 170mm 범위인 것을 특징으로 한다.
이때, 선형 리본 날개는, 회전축에 복수개의 지지대로 고정될 수 있으며, 선형 리본 날개의 폭은, 평균 30 내지 60 mm 범위일 수 있다.
하나의 예에서, 상기 흡착제는, 슬래그, 제올라이트, 벤토나이트 및 플라이 애쉬(Fly ash)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 예를 들어, 흡착제의 평균 입경은 50 내지 900 ㎛ 범위이며, 칼슘이온을 포함하는 슬래그일 수 있다.
또한, 흡착제는, 화학적으로 표면 개질되어 철(Fe), 산소(O) 및 수소(H)를 포함하는 화합물로 둘러싸인 구조를 갖는다.
나아가, 리본 블렌더의 교반 속도는, 15 rpm 이하일 수 있으며, 본 발명에 따른 인 흡착용 반응기는, 횡류식 또는 상향류식 반응기일 수 있다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 초기우수 및 하수월류수 처리 시스템을 제공한다. 하나의 예에서, 상기 초기우수 및 하수월류수 처리 시스템은 상술한 인 흡착용 반응기를 포함한다.
하나의 예에서, 초기우수 및 하수월류수 처리 시스템은, 유입수를 공급하는 유입수 공급부; 유입수 공급부와 유체 연결되어 유입부 공급부로부터 공급된 유입수를 여과하는 제1 처리부; 제1 처리부와 유체 연결되어 제1 처리부로부터 공급된 1차 배출수를 흡착제와 교반시켜 인 화합물을 제거하는 제1항에 따른 인 흡착용 반응기를 포함하는 제2 처리부; 제2 처리부와 유체 연결되어 제2 처리부로부터 공급된 2차 배출수를 흡착탑에 통과시켜 중금속을 제거하는 제3 처리부; 및 제3 처리부로부터 처리된 3차 배출수를 포집하는 배출수 포집부; 를 포함한다.
하나의 예에서, 제n 처리부(n=1 또는 2)에서 여과된 n차 배출수를 n+1 처리부의 하부로 주입하는 배출수 주입부를 포함하며, 1차 및 2차 배출수의 pH는 각각 2 내지 6 및 8 내지 12 범위이다.
이때, 제1 처리부는 여과필터를 포함하며, 제2 처리부 및 제3 처리부는 칼슘 이온을 함유하는 흡착제를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 인 흡착용 반응기는, 교반형의 인 흡착조를 이용함으로써 응집제를 사용하지 않고도 유입수 내의 인 화합물을 용이하게 제거할 수 있는 효과가 있다. 나아가, 본 발명에 따른 초기우수 및 하수월류수 처리 시스템은 상기 인 흡착용 반응기를 포함하여, 유입수로부터 부유물질, 중금속 및 인 화합물을 제거하고, 인 화합물을 용이하게 제거할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 인 흡착용 반응기를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에서 제1 선형 리본 날개 및 제2 선형 리본 날개의 곡률을 모식적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 초기우수 및 하수월류수 처리 시스템을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 표면이 개질된 슬래그의 입도별 입 흡착 결과를 나타내는 그래프이다((a) 슬래그 입도에 따른 인 제거특성, (b) 교반조건이 인 흡착효율에 미치는 영향).
도 5는 표면이 개질된의 인에 대한 등온 흡착곡선을 나타내는 그래프이다.
도 6은 표면이 개질된 슬래그의 인 흡착 전과 후를 주사전자현미경(SEM)으로 촬영한 이미지이다.
도 7은 본 발명에 따른 인 흡착용 반응기의 연속운전 결과를 보여주는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에서 제1 선형 리본 날개 및 제2 선형 리본 날개의 곡률을 모식적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 초기우수 및 하수월류수 처리 시스템을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 표면이 개질된 슬래그의 입도별 입 흡착 결과를 나타내는 그래프이다((a) 슬래그 입도에 따른 인 제거특성, (b) 교반조건이 인 흡착효율에 미치는 영향).
도 5는 표면이 개질된의 인에 대한 등온 흡착곡선을 나타내는 그래프이다.
도 6은 표면이 개질된 슬래그의 인 흡착 전과 후를 주사전자현미경(SEM)으로 촬영한 이미지이다.
도 7은 본 발명에 따른 인 흡착용 반응기의 연속운전 결과를 보여주는 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 인 흡착용 반응기 및 이를 포함하는 초기우수 및 하수월류수 처리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유입수로부터 인 화합물을 제거할 수 있는 인 흡착용 반응기 및 이를 포함하는 초기우수 및 하수월류수 처리 시스템에 관한 것이다. 상기 초기우수 및 하수월류수 처리 시스템은 인 흡착용 반응기를 포함함으로써 유입수 내의 인 화합물을 용이하게 제거할 수 있으며, 뿐만 아니라, 유입수로부터 부유물질, 중금속 등을 제거하고, 생화학적 산소요구량을 용이하게 저감 시킬 수 잇다.
이하, 도면 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 인 흡착용 반응기를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 인 흡착용 반응기(100)는 반응조(110) 및 리본 블렌더(120)를 포함한다.
상기 반응조(110) 내의 일부 또는 전체에는 인 화합물을 흡착하는 흡착제가 충진되고, 상기 리본 블렌더(120)는 반응조(110) 내에서 유입수와 흡착제를 교반하여, 유입수 내의 인 화합물을 흡착제에 흡착함으로써, 유입수의 인 화합물을 제거하는 것을 특징으로 한다.
먼저, 반응조(110)는 유입수가 유입되어, 상기 반응조(110) 내부에 충진되는 흡착제와 반응을 일으키는 공간으로, 내부에 소정의 공간을 가지는 직육면체 형태나 원통 형태일 수 있다. 하나의 예에서, 상기 반응조(110)의 일측에는 유입수가 유입되는 유입수 유입라인(111)을 포함하며, 타측에는 배출수가 배출되는 배출수 배출라인(112)을 포함한다.
여기서, 유입수라 함은 인 화합물을 포함하는 유입수일 수 있으며, 하나의 예에서, 후술하게 되는 월류수 처리장치에서 제1 처리부에서 처리된 배출수일 수 있다. 예를 들면, 유입수로부터 부유물질을 제거하고, 생화학적 산소요구량을 저감시키는 여과 단계를 거친 배출수일 수 있다.
하나의 예에서, 반응조(110) 내부로 유입되는 유입수는 상향류 또는 하향류로 주입될 수 있다. 예를 들면, 반응조(110) 내부로 유입되는 유입수는 상향류로 주입될 수 있다.
다음으로, 반응조(110) 내에는 리본 블렌더(120)를 포함한다. 상기 리본 블렌더(120)는 반응조(110) 내에서 회전축을 중심으로 회전할 수 있다.
구체적으로, 상기 리본 블렌더(120)는 회전모터(130)와 연동되어 축 회전하는 회전축(121)과 회전축(121)의 둘레에 서로 다른 곡률을 갖는 적어도 두 개의 선형 리본 날개(122)를 포함한다. 상기 회전축(121)은 통상적인 봉 형태일 수 있다. 아울러, 상기 선형 리본 날개(122)는 회전축(121)을 따라 나선형으로 감겨 있으며, 반응조(110)의 내벽과 미세한 간격을 두고 인접해있다.
하나의 예에서, 리본 블렌더(120)는 두 개의 선형 리본 날개(122)를 포함한다. 구체적으로, 리본 블렌더(120)는 제1 선형 리본 날개(1221) 및 제2 선형 리본 날개(1222)를 포함하며, 상기 제1 선형 리본 날개(1221)와 제2 선형 리본 날개(1222)는 서로 반대방향으로 꼬여 있을 수 있다. 아울러, 제1 선형 리본 날개(1221) 및 제2 선형 리본 날개(1222)는 서로 비대칭 구조를 갖기 때문에, 제1 선형 리본 날개(1221)는 반응조(110) 내부의 반응물을 일방향으로 밀고, 제2 선형 리본 날개(1222)는 반응조(110) 내부의 반응물을 타방향으로 밀어내는 작용을 한다. 이러한 경우, 반응조(110) 내에 교반되는 반응물이 서로 역방향으로 진행하게 하여 교반 효과를 배가시키게 된다.
또 다른 하나의 예에서, 제1 선형 리본 날개(1221)와 제2 선형 리본 날개의 회전수는 동일하도록 설계되며, 반응조(110)의 길이에 따라 적절하게 조절될 수 있다.
아울러, 선형 리본 날개(122)는 반응조(110) 내에서 반응물들을 교반함과 동시에 흡착제가 유출되지 않을 수 있는 교반 강도를 갖도록 소정의 폭을 갖는다. 구체적으로, 선형 리본 날개(122)의 폭은 평균 30 내지 60 mm 범위, 33 내지 50 mm 범위, 36 내지 45 mm 범위이다. 예를 들면, 선형 리본 날개(122)의 폭은 평균 40 mm 범위이다.
하나의 예에서, 선형 리본 날개(122)는 나선 형상의 날개로, 회전축(121)에는 복수개의 지지대(123)로 고정된다. 구체적으로, 지지대(123)의 일측은 회전축(121)에 고정되고, 타측은 선형 리본 날개(122)에 고정된다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에서 제1 선형 리본 날개 및 제2 선형 리본 날개의 곡률을 모식적으로 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에서 제1 선형 리본 날개(1221) 및 제2 선형 리본 날개(1222)는 회전축(121)의 주변에 서로 다른 곡률 반경을 가지도록 설치된다.
하나의 예에서, 제1 선형 리본 날개(1221)의 곡률 반경은 평균 155 내지 165 mm 범위일 수 있으며, 평균 157 내지 163 mm 또는 159 내지 163 mm 범위 일 수 있으며, 또는 평균 161 mm 일 수 있다. 아울러, 제2 선형 리본 날개(1222)의 곡률 반경은 평균 160 내지 170 mm 범위일 수 있으며, 평균 162 내지 168 mm 또는 164 내지 166 mm 범위 일 수 있으며, 또는 평균 165 mm 일 수 있다.
나아가, 본 발명에서, 반응조(110) 내의 일부 또는 전체에는 인 화합물을 흡착하는 흡착제가 충진된다.
하나의 예에서, 흡착제는 슬래그, 제올라이트, 벤토나이트 및 플라이 애쉬(Fly ash)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 구체적으로, 흡착제는 슬래그, 제올라이트 및 벤토나이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 보다 구체적으로, 흡착제는 슬래그일 수 있다. 하나의 예에서, 상기 흡착제는 전기로 환원슬래그일 수 있다. 여기서, 전기로 환원슬래그라 함은, 전기로에서 철 스크랩을 용해시켜 1차 산화정련 과정을 실시하고 얻어지는 용강을 2차 정련공정(Ladle furnace)에서 환원정령 후 배출되는 슬래그를 의미한다. 상기와 같은 흡착제를 함유하는 반응조(110) 내에서 유입수를 주입하고, 상기 흡착제와 함께 교반하여, 유입수 내에 포함된 인 화합물을 효과적으로 제거할 수 있다.
예를 들어, 반응조(110) 내에 포함되는 단위면적당 흡착제의 함량은 1.1 kg/L 내지 1.5 kg/L일 수 있다. 상기 범위의 흡착제를 포함함으로써, 본 발명에 따른 초기 우수 및 하수월류수 처리 시스템은 유입수 내에 인 화합물을 효과적으로 제거하거나 저감시키는 역할을 할 수 있다.
또한, 흡착제에 포함되는 칼슘 이온의 함량은 흡착제 1g을 기준으로 290mg 내지 330 mg을 포함할 수 있다. 구체적으로 흡착제에 포함되는 칼슘 이온의 함량은 흡착제 1g을 기준으로 300 내지 320 mg 또는 305 내지 315 mg을 포함할 수 있다.
또 하나의 예에서, 흡착제는 화학적으로 표면 개질되어 철(Fe), 산소(O) 및 수소(H)를 포함하는 화합물로 둘러싸인 구조일 수 있다. 구체적으로, 흡착제는 화학적으로 표면 개질되어 코어-쉘 구조를 가지고, 코어는 칼슘(Ca), 철(Fe), 규소(Si) 및 마그네슘(Mg) 중 어느 하나 이상의 산화물을 포함하며, 철(Fe), 산소(O) 및 수소(H)를 포함하는 화합물로 쉘을 이룰 수 있다.
또 다른 하나의 예에서, 흡착제의 평균 입경은 50 내지 900 ㎛ 범위, 55 내지 800 ㎛ 범위, 60 내지 600 ㎛ 범위, 65 내지 400 ㎛ 범위, 70 내지 200 ㎛ 범위, 또는 75 내지 150 ㎛ 범위일 수 있다. 예를 들면, 흡착제의 평균 입경이 75 내지 150 ㎛ 범위일 때, 인 화합물의 흡착속도가 크게 증가할 수 있다.
아울러, 본 발명에서, 리본 블렌더(120)의 교반 속도는 15 rpm 이하, 8 내지 14 rpm 범위, 10 내지 13 rpm 범위일 수 있다. 예를 들어, 리본 블렌더(120)의 교반 속도는 평균 12 rpm 일 수 있다. 한편, 리본 블렌더(120)의 교반 속도가 8 rpm 미만인 경우, 교반 속도가 너무 낮아 반응조(110) 에서 교반 하고자 하는 반응물이 용이하게 혼합되지 않아, 흡착반응이 잘 일어나지 않을 수 있으며, 15 rpm 을 초과하는 경우에는 충진되는 흡착제 밀도가 커서 모터에 무리한 토크가 발생하여 에너지 소모가 크고 축이 휘는 현상이 발생할 수 있고 인 흡착제가 반응조(110)의 유출수에 포함될 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 인 흡착용 반응기(100)는 횡류식 반응기일 수 있다. 수직형태의 반응기 또는 통상적인 임펠러 방식의 반응기일 수 있으나, 이러한 반응기를 사용할 경우, 밀도가 큰 흡착제를 교반할 때, 임펠러와 모터에 무리한 토크가 발생하여 에너지 소모도 크고 축이 휘는 현상이 발생하여 연속운전을 진행하는데 한계가 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명에서, 인 흡착 반응기(100)는 횡류식 반응기가 바람직하다.
이러한 구성으로, 적어도 두 개의 선형 리본 날개(122)를 리본 블렌더(120)는 회전모터(130)의 회전력을 회전축(121)으로 전달하게 되고, 이 회전력에 의해 회전축(121)이 회전하게 된다. 따라서, 상기 회전축(121)에 고정된 지지대(123)도 회전하게 되고, 동시에 지지대(123)에 고정된 제1 선형 리본 날개(1221) 및 제2 선형 리본 날개(1222)도 회전하게 된다. 이때, 상기 제1 선형 리본 날개(1221) 및 제2 선형 리본 날개(1222)의 나선 방향이 상호 역방향으로 설계되어 반응조(110) 내에 흡착제와 유입수를 교반하기 위한 진행방향은 서로 반대방향으로 진행하면서 서로 교차하여 교반을 보다 효과적으로 수행하게 된다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 초기우수 및 하수월류수 처리 시스을 모식적으로 나타낸 도면이다.
본 발명은 인 흡착용 반응기(100)를 포함하는 초기우수 및 하수월류수 처리 시스템(10)을 제공한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 초기우수 및 하수월류수 처리 시스템(10)은, 유입수를 공급하는 유입수 공급부(15); 유입수 공급부(15)와 유체 연결되어 유입부 공급부(15)로부터 공급된 유입수를 여과하는 제1 처리부(11); 제1 처리부(11)와 유체 연결되어 제1 처리부(11)로부터 공급된 1차 배출수를 흡착제와 교반시켜 인 화합물을 제거하는 인 흡착용 반응기를 포함하는 제2 처리부(12); 제2 처리부(12)와 유체 연결되어 제2 처리부(12)로부터 공급된 2차 배출수를 흡착탑에 통과시켜 중금속을 제거하는 제3 처리부(13); 및 제3 처리부(13)로부터 처리된 3차 배출수를 포집하는 배출수 포집부(16); 를 포함한다.
먼저, 본 발명에 따른 제1 처리부(11)는 유입수 공급부(15)와 유체 연결되어 유입수 공급부(15)로부터 공급된 유입수로부터 부유물질을 제거하고 생화학적 산소요구량을 저감시키는 기능을 수행할 수 있다.
이때, 제1 처리부(11)의 유입수를 유입하는 입구 부분에 큰 부유물질을 배제하는 장치를 포함할 수 있으며, 구체적으로 상기 장치는 조대 스크린 유사 장치일 수 있다.
아울러, 제2 처리부(12)는 제1 처리부(11)와 유체 연결되어 제1 처리부(11)로부터 공급된 배출수로부터 인 화합물을 제거하는 기능을 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 인 화합물은 인산 이온일 수 있다.
이때, 제2 처리부(12)는 pH를 측정하는 pH 측정기 및 pH를 조절하는 약품주입기 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, pH를 조절하는 약품주입기를 통해 제1 처리부(12) 내의 1차 배출수의 pH는 2 내지 6 또는 3 내지 5일 수 있다. 상기와 같이 pH를 조절하는 약품주입기를 포함함으로써 제2 처리부(12)에서 상기 인 화합물을 효율적으로 제거할 수 있다. 예컨대, 본 발명에서, 제2 처리부(12)는 상술한 인 흡착용 반응기(100)를 의미한다.
나아가, 제3 처리부(13)는 제2 처리부(12)와 유체 연결되어 제2 처리부(12)로부터 공급된 배출수로부터 중금속을 제거하는 기능을 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 중금속은 비소, 구리, 카드뮴 및 납 중 어느 하나 이상일 수 있다. 보다 구체적으로 상기 중금속은 비소일 수 있다.
이때, 제3 처리부(13)는 pH를 측정하는 pH 측정기 및 pH를 조절하는 약품주입기 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, pH를 조절하는 약품주입기를 통해 제3 처리부(13) 내의 2차 배출수의 pH는 8 내지 12 또는 8 내지 11일 수 있다. 상기와 같이 pH를 조절하는 약품주입기를 포함함으로써 제3 처리부(13)에서 상기 중금속을 효율적으로 제거할 수 있고 칼슘 이온 함량이 높은 3차 배출수를 얻을 수 있다.
하나의 예에서, 제1 및 제3 처리부(11, 13)는, 중공을 갖는 기둥 형상을 갖되, 복수개의 다공성 막이 중첩되어 단면이 방사형인 필터를 구비할 수 있다. 구체적으로 상기 필터는 각각 독립적으로 중공을 갖는 기둥 형상을 갖되, 상기 기둥형상을 중심으로 2 내지 10개의 다공성 막이 중첩되어 단면이 방사형 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 유입수 및 배출수는 유입수 공급부(15) 또는 배출수 주입부를 통해 필터의 중공으로 유입되며, 유입수 및 배출수가 유입되는 방향의 횡방향으로 여과될 수 있다. 구체적으로, 유입수 및 배출수는 유입수 공급부(15) 또는 배출수 주입부를 통해 필터의 중공으로 유입되어 방사형으로 중첩된 다공성 막을 통과하여 유입되는 방향의 횡방향으로 여과될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 중공의 단면은 원형, 정방형, 장방형 또는 변이 5개 내지 12개인 다각형 구조를 가질 수 있다.
하나의 예에서, 제1, 제3 처리부(11, 13)에 포함된 필터는 두께 방향으로 1/3 내지 2/3되는 지점에 커튼벽 형태의 필터를 더 구비할 수 있다. 본 발명에서 '커튼벽(curtain-wall)'은 섬유형태의 여재(막)를 다단으로 형성한 것으로, 다공성 막과 막 사이에 위치하여 여과 효율을 높이는 역할을 할 수 있다.
다른 하나의 예에서, 제3 처리부(13)에 포함되는 흡착탑은 칼슘 이온을 포함하는 흡착제를 함유할 수 있다. 구체적으로, 흡착탑 내에 포함된 다공성 막 표면에 흡착제가 분산 또는 코팅된 구조이거나, 다공성 막과 막 사이에 흡착제가 충진된 구조일 수 있다. 나아가, 제2 처리부(12)인 인 흡착용 반응기(100)에도 상술한 바와 같이 흡착제를 포함한다.
하나의 예에서, 흡착제는 슬래그, 제올라이트, 벤토나이트 및 플라이 애쉬(Fly ash)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 구체적으로, 흡착제는 슬래그, 제올라이트 및 벤토나이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 보다 구체적으로, 흡착제는 슬래그일 수 있다.
예를 들어, 제2 및 제3 처리부(12, 13)에 포함되는 단위면적당 흡착제의 함량은 1.1 kg/L 내지 1.5 kg/L일 수 있다. 구체적으로, 단위면적당 흡착제의 함량은 1.1 내지 1.3 kg/L 또는 1.1 내지 1.2 kg/L 일 수 있다. 상기 범위의 흡착제를 포함함으로써, 본 발명에 따른 초기우수 및 하수월류수 처리 시스템(10)은 유입수 내에 부유물질 및 유해물질을 효과적으로 제거하거나 저감시키는 역할을 할 수 있다.
또한, 흡착제에 포함되는 칼슘 이온의 함량은 흡착제 1g을 기준으로 290mg 내지 330 mg을 포함할 수 있다. 구체적으로 흡착제에 포함되는 칼슘 이온의 함량은 흡착제 1g을 기준으로 300 내지 320 mg 또는 305 내지 315 mg을 포함할 수 있다. 상기와 같이 칼슘 이온을 포함하는 흡착제를 함유하는 경우, 제3 처리부(13)에서 2차 배출수 내에 포함된 인 화합물을 효과적으로 제거할 수 있다.
또 하나의 예로서, 흡착제는 화학적으로 표면 개질되어 철(Fe), 산소(O) 및 수소(H)를 포함하는 화합물로 둘러싸인 구조일 수 있다. 구체적으로, 흡착제는 화학적으로 표면 개질되어 코어-쉘 구조를 가지고, 코어는 칼슘(Ca), 철(Fe), 규소(Si) 및 마그네슘(Mg) 중 어느 하나 이상의 산화물을 포함하며, 철(Fe), 산소(O) 및 수소(H)를 포함하는 화합물로 쉘을 이룰 수 있다.
본 발명에 따른 초기우수 및 하수월류수 처리 시스템에서 유입수 및 배출수의 여과 속도는 5 m/h 이상일 수 있다. 이때, 여과 속도'는 여과선속도를 말하며, 유입수 및 배출수가 이동하는 속도를 의미할 수 있다.
구체적으로, 유입수 및 배출수의 여과 속도는 5 m/h 내지 40 m/h 또는 10 m/h 또는 35 m/h 일 수 있다. 상기와 같은 속도로 유입수 및 배출수가 유입수 공급부, 제1 내지 제3 처리부(11, 12, 13)를 통과하면서 발생하는 손실수두를 줄일 수 있다. 이때 손실수두는 여과시 여과된 유입수의 높이와 여과되지 않은 유입수의 높이 차를 의미한다.
하나의 예에서, 유입수 및 배출수는 제1 내지 제3처리부(11, 12, 13)에 상향류로 주입될 수 있다.
이하, 실험예를 통하여 본 발명의 구성 및 효과를 더욱 상세히 설명하고자 한다.
실험에 1. 흡착제의 입도에 다른 인 제거 특성 측정
본 발명에 따른 인 흡착용 반응기에서 사용하는 흡착제의 입도에 따른 인 제거 특성을 측정하였다. 참고로, 총인 농도가 10 mg/L 인 유입수를 이용하여 인 제거 특성을 측정하였다. 그리고, 그 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4는 표면이 개질된 슬래그의 입도별 흡착 결과를 나타내는 그래프이다((a) 슬래그 입도에 따른 인 제거특성, (b) 교반조건이 인 흡착효율에 미치는 영향).
참고로, 도 4(a)의 경우, 일반적인 흡착반응조에 모래여과 방식과 유사한 구조에 유입수를 상향류 방식으로 공급하였다. 그 결과, 흡착제의 입도가 작을수록 흡착속도가 빠른 것을 볼 수 있었다.
아울러, 도 4(b)의 경우, 일반적인 흡착반응조와 본 발명에 따른 인 흡착 반응기를 이용하여 인 제거 특성을 측정하였다(실시예: Mix_75-150 ㎛, Mix_300-800 ㎛, 비교예: 75-150 ㎛, 300-800 ㎛). 이때, 흡착제의 입도는 75-150 ㎛과 300-800 ㎛ 두가지 종류로 측정하였다.
그 결과, 본 발명의 인 흡착 반응기를 이용하였을 때, 인 흡착속도가 크게 증가되는 것을 확인할 수 있다.
실험예 2. 흡착제의 인산이온 제거 효율 평가
본 발명에 따른 인 흡착용 반응기에서 사용하는 흡착제의 인 흡착능을 평가하였다. 도 5는 표면이 개질된 슬래그(전기로 환원슬래그)의 인에 대한 등온 흡착곡선을 나타내는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 인이온에 대한 최대 등온흡착량은 100 mgTP/g slag 를 나타낸다.
아울러, 본 발명에 따른 인 흡착용 반응기에서 사용하는 흡착제의 인산이온 제거 효율을 알아보기 위하여, 본 발명의 인 흡착용 반응기에서 사용하는 표면이 개질된 슬래그의 표면을 표면전자현미경을 이용하여 인 흡착전/후 촬영하였다. 그리고, 그 결과를 도 6에 나타내었다.
도 6을 참조하면, 인을 흡착한 후의 개질 흡착제의 표면에 다수의 흡착물질이 존재함을 확인할 수 있다.
실험예 4. 인 흡착용 반응기의 연속운전
총인 농도가 6 mg/L 인 유입수를 인 흡착용 반응기에 주입하고 연속운전 하였다. 그리고, 그 결과를 도 7에 나타내었다.
도 7은 유입수의 총인 농도가 6mg/L 의 농도로 체류시간 1시간을 기준으로 연속적으로 유입되는 반응기에서 유출수의 총인 농도를 장기 모니터링한 결과를 나타내는 그래프이다.
그 결과, 1,800 시간까지 0.1 내지 0.2 mg/L 이하로 약 98% 제거율을 나타내었으며, 이후 2100 시간까지 운전하는 동안 제거율이 감소하기 시작하여 처리수 인 농도가 1mg/L 가지 증가하여 83% 정도의 제거율을 나타내었다. 이는 국내 연중 강우시간을 5 mm 이상 강우강도 기준으로, 평균 1440 시간으로 인 흡착제로 사용한 슬래그의 교체주기는 최소 1년인 것으로 볼 수 있다.
10: 초기우수 및 하수월류수 처리 시스템
11: 제1 처리부 11': 여과필터
12: 제1 처리부
13: 제3 처리부 13' 흡착탑
14: 1차 배출수 14': 2차 배출수
15: 유입수 공급부 16: 배출수 포집부
100: 인 흡착용 반응기
110: 반응조
111: 유입수 유입라인 112: 배출수 배출 라인
120: 리본 블렌더
121: 회전축
122: 선형 리본 날개
1221: 제1 선형 리본 날개 1222: 제2 선형 리본 날개
123: 지지대
130: 회전모터
11: 제1 처리부 11': 여과필터
12: 제1 처리부
13: 제3 처리부 13' 흡착탑
14: 1차 배출수 14': 2차 배출수
15: 유입수 공급부 16: 배출수 포집부
100: 인 흡착용 반응기
110: 반응조
111: 유입수 유입라인 112: 배출수 배출 라인
120: 리본 블렌더
121: 회전축
122: 선형 리본 날개
1221: 제1 선형 리본 날개 1222: 제2 선형 리본 날개
123: 지지대
130: 회전모터
Claims (14)
- 일측에 유입수 유입라인을 포함하며, 타측에 배출수 배출 라인을 포함하는 반응조; 및
반응조 내에 위치하며, 회전축을 중심으로 회전하는 리본 블렌더; 를 포함하며,
상기 반응조 내의 일부 또는 전체에는 인 화합물을 흡착하는 흡착제가 충진되고, 상기 리본 블렌더는 반응조 내에서 유입수와 흡착제를 교반하여, 유입수 내의 인 화합물을 흡착제에 흡착하며,
상기 리본 블렌더는, 회전모터와 연동되어 축 회전하는 회전축 및 회전축의 둘레에 서로 다른 곡률을 갖는 제1 선형 리본 날개 및 제2 선형 리본 날개를 포함하되,
상기 제1 선형 리본 날개의 곡률 반경은 평균 155 내지 165 mm 범위이며, 제2 선형 리본 날개의 곡률 반경은 평균 160 내지 170mm 범위이고,
상기 리본 블렌더의 교반 속도는, 8-14 rpm 범위인 것을 특징으로 하는 인(P) 흡착용 반응기.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
제1 및 제2 선형 리본 날개는, 회전축에 복수개의 지지대로 고정되는 것을 특징으로 하는 인 흡착용 반응기.
- 제1항에 있어서,
제1 및 제2 선형 리본 날개의 폭은, 평균 30 내지 60 mm 범위인 것을 특징으로 하는 인 흡착용 반응기.
- 제1항에 있어서,
흡착제는, 슬래그, 제올라이트, 벤토나이트 및 플라이 애쉬(Fly ash)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 인 흡착용 반응기.
- 제1항에 있어서,
흡착제의 평균 입경은 50 내지 900 ㎛ 범위이며, 칼슘이온을 포함하는 슬래그인 것을 특징으로 하는 인 흡착용 반응기.
- 제1항에 있어서,
흡착제는, 화학적으로 표면 개질되어 철(Fe), 산소(O) 및 수소(H)를 포함하는 화합물로 둘러싸인 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 인 흡착용 반응기.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
인 흡착용 반응기는, 횡류식 또는 상향류식 반응기인 것을 특징으로 하는 인 흡착용 반응기.
- 제1항에 따른 인 흡착용 반응기를 포함하는 초기우수 및 하수월류수 처리 시스템.
- 제11항에 있어서,
초기우수 및 하수월류수 처리 시스템은, 유입수를 공급하는 유입수 공급부;
유입수 공급부와 유체 연결되어 유입부 공급부로부터 공급된 유입수를 여과하는 제1 처리부;
제1 처리부와 유체 연결되어 제1 처리부로부터 공급된 1차 배출수를 흡착제와 교반시켜 인 화합물을 제거하는 제1항에 따른 인 흡착용 반응기를 포함하는 제2 처리부;
제2 처리부와 유체 연결되어 제2 처리부로부터 공급된 2차 배출수를 흡착탑에 통과시켜 중금속을 제거하는 제3 처리부; 및
제3 처리부로부터 처리된 3차 배출수를 포집하는 배출수 포집부; 를 포함하는 초기우수 및 하수월류수 처리 시스템.
- 제12항에 있어서,
제n 처리부(n=1 또는 2)에서 여과된 n차 배출수를 n+1 처리부의 하부로 주입하는 배출수 주입부를 포함하며,
1차 및 2차 배출수의 pH는 각각 2 내지 6 및 8 내지 12 인 것을 특징으로 하는 초기우수 및 하수월류수 처리 시스템.
- 제12항에 있어서,
제1 처리부는 여과필터를 포함하며,
제2 처리부 및 제3 처리부는 칼슘 이온을 함유하는 흡착제를 포함하는 것을 특징으로 하는 초기우수 및 하수월류수 처리 시스템.
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200004733A KR102328160B1 (ko) | 2020-01-14 | 2020-01-14 | 인 흡착용 반응기 및, 이를 포함하는 초기우수 및 하수월류수 처리 시스템 |
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ID=77155180
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| KR101697848B1 (ko) * | 2015-01-05 | 2017-01-19 | 한양대학교 산학협력단 | 자성철 분말의 제조방법 및 이를 이용한 인산염의 제거 및 회수 장치 |
-
2020
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