KR102414675B1 - 하수처리 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 개시에 따른 하수처리 시스템은, 합류식 하수관거 하수처리시 월류수를 최대한 처리하는 하수처리 시스템으로서, 처리 대상 하수의 이물질을 1차적으로 거르는 침사지, 상기 침사지를 거친 처리 대상 하수가 중심에서 방사방향으로 이동되면서 방사형 다단여과부를 통과함으로써 정화처리되는 적어도 2 이상의 방사형 다단여과장치, 상기 방사형 다단여과장치를 거친 처리 대상 하수를 막을 이용하여 여과하는 막여과 장치, 및 상기 막여과 장치를 거친 처리 대상 하수를 소독하는 소독조를 포함한다. 본 개시의 하수처리 시스템은, 강수 여부 또는 강수량에 따라 여과장치의 세척 속도를 알맞게 조절하여 일정한 처리수의 수질을 유지하면서 1Q 이상의 하수량에 대하여 미처리된 월류수 발생을 방지할 수 있다. 특히, 우천시, 3Q의 하수 처리시 기존의 1차 침전조 방식은 처리효율이 급감하나, 방사형 다단여과장치를 도입하여, 평상시와 같은 수질로 하수를 처리할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 개시는 합류식 하수관거 하수처리시 월류수를 최대한 처리하는 하수처리 시스템으로서, 보다 자세하게는 강우시 하수량 증가로 인한 정화 부하 증가에 효과적으로 대응하는 하수처리 시스템에 관한 것이다.
하수를 하수처리시설로 이동시키는 관로는 크게 합류식 하수관거와 분류식 하수관거로 나뉜다. 합류식 하수관거는 오수와 하수도로 유입되는 빗물 등이 함께 흐르도록 하기 위한 하수관로이고, 분류식 하수관거는 오수와 하수도로 유입되는 빗물ㆍ지하수 등이 각각 구분되어 흐르도록 하기 위한 하수관로이다.
한편, 국내 수질오염물질 배출량의 비중은 점 오염원에서 비점 오염원으로 점차 옮겨가고 있는 추세이다. 점 오염원은, 생활 하수나 공장 폐수, 축산 폐수처럼 특정한 지점에서 발생하는 오염원을 지칭하는 것으로, 특정한 지점에서 발생하기 때문에 오염 물질이 배출되는 지점은 물론 오염 경로나 오염 물질의 양을 쉽게 측정할 수 있다. 비점 오염원은 일반 주택, 상가, 양식장, 야적장, 농경지, 도시 노면 따위와 같이 광범위한 곳에서 배출되는 오염 물질을 지칭하는 것으로, 불특정한 지점에서 발생하기 때문에 오염 물질이 배출되는 지점 뿐만 아니라 오염 경로나 오염 물질의 양을 측정할 수 없다.
이러한 비점 오염원 중 합류식 하수관거 월류수 (Combined Sewer Overflow, CSOs)는, 오염 물질의 농도가 높고 발생량이 많아 집중 강우시 하수처리장으로 유입해 전량 처리하기가 현실적으로 어려운 상황이며, 기존의 초기 우수 처리 시설은, 부유 고형물을 주 처리 대상으로 하여 원활한 처리 효율 확보가 어렵다.
따라서, 하수처리시설의 정화능력을 넘는 하수가 하수처리시설로 진입되는 경우, 다량의 처리되지 않은 월류수를 하천 등으로 방류하게 되고, 이러한 월류수의 발생으로 인해 하천 등이 오염되게 된다. 또한, 유속이 빠른 고농도의 오염 물질을 포함하는 하수가 하수처리시설로 진입에 따라, 침사지 및 침전조에서 침전된 모래 및/또는 슬러리 등이 재부상하게 되고, 이러한 부상 물질에 의해 생물반응조에서 미생물 반응 균형의 파괴되어 방류수 수질 기준을 초과하는 문제가 있다. 이와 같은 문제를 해결하지 위한 해결책이 필요한 실정이다.
본 개시는, 전술한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 하수처리시설의 전단에 침전조와 같은 처리시설에 의한 침전 대신에 종래 기술에서 전혀 개시된바 없는 새로운 여과 개념을 도입하였고, 이에 의해, 하수의 처리 효율을 향상시키고, 하수처리시설의 소요 부지 면적을 획기적으로 절감할 수 있었을 뿐만 아니라 후단의 생물반응조를 선택적으로 제거할 수 있어 하수처리시설의 정화가능용량을 획기적으로 증가시킬 수 있었다.
즉, 기존의 침전조 (또는 1차 침전조)를 적어도 2 이상의 방사형 다단여과장치로 대체하고, 청천시에는 주어진 여과 속도에 맞게 운전하며, 강우시에는 다량의 처리수의 유입에 따라 방사형 다단여과장치의 세척 주기를 탄력적으로 운영함으로써 기존의 하수처리시설보다 더 우수한 수질로 하수를 처리할 수 있다.
본 개시의 제1 관점에 따른 하수처리 시스템은, 합류식 하수관거 하수처리시 월류수를 최대한 처리하는 하수처리 시스템으로서, 처리 대상 하수의 이물질을 1차적으로 거르는 침사지; 상기 침사지를 거친 처리 대상 하수가 중심에서 방사방향으로 이동되면서 방사형 다단여과부를 통과함으로써 정화처리되는 적어도 2 이상의 방사형 다단여과장치; 상기 방사형 다단여과장치를 거친 처리 대상 하수를 막을 이용하여 여과하는 막여과 장치; 및 상기 막여과 장치를 거친 처리 대상 하수를 소독하는 소독조;를 포함한다.
본 개시의 제2 관점에 따른 하수처리 시스템은, 합류식 하수관거 하수처리시 월류수를 최대한 처리하는 하수처리 시스템으로서, 처리 대상 하수의 이물질을 1차적으로 거르는 침사지; 상기 침사지를 거친 처리 대상 하수가 중심에서 방사방향으로 이동되면서 방사형 다단여과부를 통과함으로써 정화처리되는 적어도 2 이상의 방사형 다단여과장치; 상기 방사형 다단여과장치를 거친 처리 대상 하수의 유기물, 질소성분 및 미생물을 제거하는 생물반응조; 상기 생물반응조를 거친 처리 대상 하수를 막을 이용하여 여과하는 막여과 장치 또는 부유 물질 및 유기 물질을 침전시키는 침전조; 및 상기 막여과 장치 또는 침전조를 거친 처리 대상 하수를 소독하는 소독조;를 포함한다.
본 개시의 제3 관점에 따른 하수처리 시스템은, 제1 관점에 따른 하수처리 시스템에서, 상기 침사지, 상기 방사형 다단여과장치, 상기 막여과 장치, 및 상기 소독조를 순서대로 처리 대상 하수가 통과할 때, 상기 하수처리 시스템의 최대 하수처리 유량은 1Q이고, 1Q 초과의 하수가 상기 하수처리 시스템에 유입될 때, 상기 방사형 다단여과장치는, 1Q 유량의 하수를 상기 막여과 장치로 유출시키고, 1Q를 제외한 나머지 유량의 하수를 상기 소독조로 유출시킨다.
본 개시의 제4 관점에 따른 하수처리 시스템은, 제2 관점에 따른 하수처리 시스템에서, 상기 침사지, 상기 방사형 다단여과장치, 상기 생물반응조, 상기 막여과 장치 또는 침전조, 상기 소독조를 순서대로 처리 대상 하수가 통과할 때 상기 하수처리 시스템의 최대 하수처리 유량은 1Q이고, 1Q 초과의 하수가 상기 하수처리 시스템에 유입될 때, 상기 방사형 다단여과장치는, 1Q 유량의 하수를 상기 생물반응조, 상기 막여과 장치, 상기 소독조를 순서대로 유출시키고, 1Q를 제외한 나머지 유량의 하수를 상기 소독조로 유출시킨다.
본 개시의 제5 관점에 따른 하수처리 시스템은, 제1 관점에 따른 하수처리 시스템에서, 상기 방사형 다단여과장치는, 직경이 상이하며 동일한 중심을 가지는 적어도 3개의 원형의 미세메쉬필터로 구성되고, 상기 미세메쉬필터들의 메쉬 크기는 내부 필터에서 외부 필터의 순서대로 점점 미세하게 작아진다.
본 개시의 제6 관점에 따른 하수처리 시스템은, 제2 관점에 따른 하수처리 시스템에서, 상기 방사형 다단여과장치는, 직경이 상이하며 동일한 중심을 가지는 적어도 3개의 원형의 미세메쉬필터로 구성되고, 상기 미세메쉬필터들의 메쉬 크기는 내부 필터에서 외부 필터의 순서대로 점점 미세하게 작아진다.
본 개시의 제7 관점에 따른 하수처리 시스템은, 제1 관점에 따른 하수처리 시스템에서, 상기 적어도 2 이상의 방사형 다단여과장치는, 동일한 처리 용량을 갖거나 또는 다른 처리 용량을 가지며, 하나의 방사형 다단여과장치의 미세메쉬필터의 기공 폐색에 의해 하수의 여과 속도가 떨어지는 경우, 상기 방사형 다단여과장치의 적어도 세척에 소요되는 시간 동안, 다른 방사형 다단여과장치를 이용하여 하수를 여과시킨다.
본 개시의 제8 관점에 따른 하수처리 시스템은, 제2 관점에 따른 하수처리 시스템에서, 상기 적어도 2 이상의 방사형 다단여과장치는, 동일한 처리 용량을 갖거나 또는 다른 처리 용량을 가지며, 하나의 방사형 다단여과장치의 미세메쉬필터의 기공 폐색에 의해 하수의 여과 속도가 떨어지는 경우, 상기 방사형 다단여과장치의 적어도 세척에 소요되는 시간 동안, 다른 방사형 다단여과장치를 이용하여 하수를 여과시킨다.
본 개시의 이들 및 다른 관점들, 장점들, 및 현저한 특색들은 하기 상세한 설명, 수반되는 도면, 및 첨부된 청구범위으로부터 명백해질 것이다.
본 개시의 하수처리 시스템은, 하수처리 시스템에서 기존의 1차 침전조를 방사형 다단여과장치로 대체하여 부지 소요 면적을 기존 침전조 대비 35% 이상 감소시킬 수 있고, 하수의 체류시간 또한 기존 침전조에 비해 49% 이상 감소시킬 수 있다.
아울러, 본 개시의 하수처리 시스템은, 강수 여부 또는 강수량에 따라 여과장치의 세척 속도를 알맞게 조절하여 일정한 처리수의 수질을 유지하여 미처리된 월류수 발생을 방지할 수 있다. 특히, 우천시, 3Q의 하수 처리시 기존의 1차 침전조 방식은 처리효율이 급감하나, 방사형 다단여과장치를 도입하여, 평상시와 같은 수질로 하수를 처리할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 개시의 하수처리 시스템은, 기존의 1차 침전조 대신에 방사형 다단여과장치를 사용하여 고상의 부유 물질을 최대한 제거함으로써, 1차 침전조의 부유 물질의 처리 효율 및 BOD의 처리 효율을 2배 이상으로 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 개시의 하수처리 시스템은, 선택적으로, 후단의 생물반응조 또는 폭기조를 생략하고, 바로 분리막을 적용하여도 분리막의 막폐색의 문제를 해결하면서 수질을 고도처리 수준으로 상승시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은, 종래의 하수처리 시스템의 하수처리 순서도;
도 2는, 본 개시의 일 실시예에 따른 하수처리 시스템의 하수처리 순서도;
도 3은, 본 개시의 다른 실시예에 따른 하수처리 시스템의 하수처리 순서도;
도 4는, 본 개시의 일 실시예에 따른 하수처리 시스템의 방사형 다단여과장치의 개략도; 및
도 5는, 본 개시의 다른 실시예에 따른 하수처리 시스템의 방사형 다단여과장치의 사시도이다.
도 2는, 본 개시의 일 실시예에 따른 하수처리 시스템의 하수처리 순서도;
도 3은, 본 개시의 다른 실시예에 따른 하수처리 시스템의 하수처리 순서도;
도 4는, 본 개시의 일 실시예에 따른 하수처리 시스템의 방사형 다단여과장치의 개략도; 및
도 5는, 본 개시의 다른 실시예에 따른 하수처리 시스템의 방사형 다단여과장치의 사시도이다.
본 개시의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2", "일면", "타면" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 개시를 설명함에 있어서, 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 개시의 일 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은, 종래의 하수처리 시스템 (10)의 개략도로서, 합류식 하수관거를 거친 처리 대상 하수는, 침사지 (1), 1차 침전조 (2), 생물반응조 또는 폭기조 (3), 2차 침전조 (4) 또는 막여과 장치 (4'), 및 소독조 (5)를 순차적으로 거쳐 방류된다.
일반적으로, 청천시 또는 건기시, 즉, 1Q의 처리 대상 하수 (이하, 약칭하여 "하수"라고도 한다)가 하수처리 시스템 (10)으로 공급되는 경우, 침사지 (1)는 처리 대상 하수의 이물질을 1차적으로 거르는 역할을 한다. 침사지 (1)에서는 돌이나 모래와 같이 비중이 커 물 속에 가라앉는 물질을 침전시키고, 비중이 작아 물 위에 뜨는 물질은 스크린을 통해 걷어낸다. 침사지 (1)에서의 처리과정만으로 물이 충분히 깨끗해질 수는 없으며, 단순히 1차적인 처리에 지나지 않는다. 침사지 (1)를 거친 처리 대상 하수는, 침사지 (1)보다 비중이 작은 물질을 1차 침전조 (2)에서 침전시킨다. 따라서, 1차 침전조 (2)는, 넓은 침전 부지와 긴 침전 시간이 요구된다. 1차 침전조 (2)를 거친 처리 대상 하수는, 생물반응조 (3)로 이동되고, 상기 반응조 (3) 내에 미생물 농도를 높게 유지하여 유기물, 질소성분 등의 처리효율을 높인다. 이러한 처리 과정으로 발생된 활성 오니 (activated sludge)는 2차 침전조 (4)에서 침전시킨 다음, 처리수는 소독조 (5)를 통해 방류된다.
선택적으로, 상기 생물반응조 (3)와 2차 침전조 (4) 대신에, 최근에는 분리막 생물반응조 (Membrane Bio-Reactors; MBR) 또는 막여과 장치 (4')를 사용할 수 있다. 상기 분리막 생물반응조 (4')는 기존 생물학적 처리공정의 최종 처리단계로 사용되는 침전조를 대신하여 분리막을 이용하는 공정으로, 반응기내의 미생물 농도를 높게 유지하여 유기물, 질소성분 등의 처리효율을 높이고, 또한 막에 의해 부유물질, 미생물 등을 제거시켜 고·액 분리의 효율을 높이고, 기존 생물학적 처리공정의 문제점을 해결할 수 있다.
한편, 본 개시에 사용된 바와 같은, 용어 "1Q"는, 청천시 또는 건기시, 하수처리 시스템으로 하수를 정상적인 시스템으로 처리할 수 있는 하수의 양을 지칭하는 것으로, 2Q는 1Q의 2배, 3Q는 1Q의 3배, 4Q는 1Q의 4배를 의미한다. 따라서, 종래의 하수처리 시스템에서 1Q를 초과하는 하수는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 침사지 (1) 및 1차 침전조 (2)를 거치지만, 후단의 생물반응조 (3)를 거치지 않고 하천으로 방류된다. 이는 생물반응조 (3)의 미생물의 반응 활성을 유지하기 위한 불가피한 선택이고, 이러한 시스템은, 한국을 포함하는 현재 대부분의 국가에서 채택하고 있는 실정이다.
그러나, 미래에 새롭고 혁신적인 기술이 개발된다면, 강우시 또는 우천시, 초기 하수의 처리 기준은 더 엄격해질 수 있다. 즉, 강우시 또는 우천시, 최대 4Q까지의 초기 하수를 연속적으로 처리할 수 있다면, 매우 바람직할 것이다. 그러나, 현재 세계 어느 나라도 이러한 시스템은 존재하지 않는 실정이다.
예를 들어, 종래의 하수처리 시스템으로 1Q를 초과 내지 4Q까지의 하수를 모두 처리하려면, 침사지 (1) 및 1차 침전조 (2)의 처리 용량을 1Q의 처리 용량의 4배까지 증가시켜야만 최대 4Q의 하수까지 처리할 수 있는바, 상당한 부지소요면적이 요구된다. 강우기 또는 우기시, 1Q를 초과하는 하수가 하수처리 시스템으로 유입되는 경우, 초기에 유입되는 다량의 하수는 매우 고농도의 유기물질 및 부유 물질을 함유할 수 있다. 따라서, 이러한 하수를 부유 물질이 거의 없고, 저농도의 유기물질을 함유하는 하수로 전환시킬 수 있다면, 매우 바람직할 것이다.
다시 말하면, 강우기 또는 우기시, 1Q를 초과하는 하수가 하수처리 시스템으로 유입되는 경우, 침사지 (1)는, 1Q의 처리 용량으로 설계되어 있으므로, 일반 주택, 상가, 양식장, 야적장, 농경지, 도시 노면 따위와 같이 광범위한 곳에서 배출되는 오염 물질 (비점 오염원)을 포함하는 다량의 처리 대상 하수의 빠른 유속으로 인하여 처리 대상 하수의 이물질을 1차적으로 거르는 못할 수 있다. 침사지 (1)에서는 하수의 빠른 유속으로 인하여 돌이나 모래와 같이 비중이 큰 물질도 물 속에 가라앉지 않고 다시 부유하는 경향이 있다. 즉, 침사지 (1)는, 단순한 1차적인 처리도 수행하지 못할 수 있다.
이렇게 침사지 (1)를 거친 처리 대상 하수는, 침사지 (1)로부터 이동된 돌이나 모래와 같이 비중이 큰 물질과 함께 초기 우수의 고농도 유기 물질을 포함한다. 이러한 하수는, 1Q의 처리 용량으로 설계된 1차 침전조 (2)에서도 비중이 큰 물질과 빠른 유속으로 인해 부유물의 침전이 잘 이루어지 않는다. 적절히 침전되지 않는 1Q의 하수는 생물반응조 (3)로 이동되고, 이에 따라, 생물반응조 (3)에서 미생물 반응 균형의 파괴되어 생물학적 처리가 잘 이루어지지 않을 수 있다. 이렇게 미처리된 하수는 방류수 수질 기준을 초과하는 문제가 있다.
또한, 1차 침전조 (2)에서 1Q를 초과하는 처리 대상 하수는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 하수처리 시스템을 거치지 않고, 침사지 (1) 및 1차 침전조 (2) 만을 거치므로, 다량의 부유 물질 및 고농도의 유기 물질을 포함하는 처리 대상 하수가 하천으로 직접 방류되어, 하천을 오염시키는 원인이 된다. 이 경우, 처리수는 소독조 (5)를 통해 방류될 수 있지만, 처리 대상 하수가 다량의 부유 물질 및 고농도의 유기 물질을 포함하므로, 처리 대상 하수는 실질적인 소독이 이루어지지 않을 수 있다.
도 2는, 본 개시의 일 실시예에 따른 하수처리 시스템 (100)의 순서도이고, 도 3은 본 개시의 다른 실시예에 따른 하수처리 시스템 (100)의 하수처리 순서도이다. 도 4는, 본 개시의 일 실시예에 따른 하수처리 시스템 (100)의 방사형 다단여과장치 (70)의 개략도이다.
본 개시의 일 실시예에 따른 하수처리 시스템 (100)은, 도 2 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 합류식 하수관거 하수처리시 월류수를 최대한 처리하는 하수처리 시스템 (100)으로서, 처리 대상 하수의 이물질을 1차적으로 거르는 침사지 (60), 처리 대상 하수가 중심에서 방사방향으로 이동되면서 방사형 다단여과부 (73)를 통과함으로써 정화처리되는 방사형 다단여과장치 (70), 분리막을 이용하여 처리 대상 하수의 유기물, 질소성분 등을 제거하는 막여과 장치 (82), 및 처리 대상 하수를 소독하는 소독조 (90)를 포함한다.
본 개시의 다른 실시예에 따른 하수처리 시스템 (100)은, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 합류식 하수관거 하수처리시 월류수를 최대한 처리하는 하수처리 시스템 (100)으로서, 처리 대상 하수의 이물질을 1차적으로 거르는 침사지 (60), 처리 대상 하수가 중심에서 방사방향으로 이동되면서 방사형 다단여과부 (73)를 통과함으로써 정화처리되는 방사형 다단여과장치 (70), 처리 대상 하수의 유기물, 질소성분 및 미생물을 제거하는, 생물반응조 (81), 및 막여과 장치 (82) 또는 침전조 (83), 및 처리 대상 하수를 소독하는 소독조 (90)를 포함한다.
본 개시의 하수처리 시스템 (100)은 합류식 하수관거 하수처리시에 활용된다. 즉, 합류식 하수관거의 경우 강우시 월류수 발생이 쉽게 일어나기 때문에, 이와 같은 문제를 해결하고자 본 개시의 하수처리 시스템 (100)이 활용된다. 본 개시의 하수처리 시스템 (100)은, 기존의 침전조에서의 긴 하수 체류시간 따라 하수처리시설의 하수처리량이 작아지는 문제를 해결하고자, 기존의 침전조를 적어도 2 이상의 방사형 다단여과장치 (71, 72)로 대체하였다.
본 개시에 따르면, 상기 방사형 다단여과장치는, 예를 들어, 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 6, 적어도 7, 적어도 8, 적어도 9, 적어도 10, 적어도 11, 적어도 12, 적어도 13, 적어도 14, 적어도 15, 적어도 16, 적어도 17, 적어도 18, 또는 적어도 19 이상일 수 있으며, 당업자는 우천시 하수의 양 및 하수 처리 효율 등을 고려하여, 적절한 수의 방사형 다단여과장치를 용이하게 선택할 수 있다.
전술한 바와 같이, 침사지 (60)는, 처리 대상 하수의 이물질을 1차적으로 거르는 역할을 한다. 침사지 (60)에서는 돌이나 모래와 같이 비중이 커 물 속에 가라앉는 물질을 침전시키고, 비중이 작아 물 위에 뜨는 물질은 스크린을 통해 걷어낸다. 침사지 (60)에서의 처리과정만으로 물이 충분히 깨끗해질 수는 없으며 단순히 1차적인 처리에 지나지 않는다.
본 개시에 따른 방사형 다단여과장치 (70)는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 중심으로 처리 대상 하수가 진입하여 방사방향으로 하수가 흐르면서 방사형 다단여과부 (73: 도 5의 필터모듈부 (39)에 상응함)를 통해 하수를 정화시킨다. 방사형 다단여과부 (73)는, 일정 두께를 가지며, 상기 두께의 공간에 섬유상 여재 (濾材)가 내장된, 원통의 형태를 취하는 커튼여과필터부 (74: 도 5에서 41에 상응함)와, 상기 커튼여과필터부 (74)의 외측에 배치되는 제1 미세메쉬필터 (75: 도 5에서 43에 상응함)와, 상기 제1 미세메쉬필터 (75)의 외측에 설치되는 제2 미세메쉬필터 (76: 도 5에서 45에 상응함)로 구성된다.
상기 방사형 다단여과부 (73)의 커튼여과필터부 (74), 제1 미세메쉬필터 (75) 및 제2 미세메쉬필터 (76)는 미세메쉬필터들의 메쉬 크기가 내부에서 외부로 순서대로 점점 미세하게 배치됨으로써 처리 대상 하수의 이물질을 필터링하는 역할을 할 수 있다.
바람직한 일 구체 예에 따르면, 상기 커튼여과필터부 (74)의 메쉬 크기는, 예를 들어, 500∼5000㎛일 수 있고, 제1 미세메쉬필터 (75)의 메쉬 크기는, 예를 들어, 100∼200㎛일 수 있으며, 제2 미세메쉬필터 (76)의 메쉬 크기는, 예를 들어, 40∼100㎛일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 아울러, 상기 커튼여과필터부 (74), 제1 미세메쉬필터 (75) 및 제2 미세메쉬필터 (76)의 재질은 스테인레스 스틸과 같은 금속이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 커튼여과필터부 (74), 제1 미세메쉬필터 (75) 및 제2 미세메쉬필터 (76)의 구체적인 구조와 관련해서는 후술하는 도 5에 관한 설명에서 좀 더 상세히 논의된다.
한편, 방사형 다단여과장치 (70)는 하수가 중심에서 방사방향으로 이동하면서 미세메쉬필터에 의해 필터링될 수 있도록 하므로, 기존의 침전조에 비해 여과속도를 빠르게 유지할 수 있다. 아울러, 빠른 유속에 의해 침사지 (60)에서 유래하는 돌이나 모래와 같이 비중이 큰 물질도, 방사형 다단여과장치 (70)에서 여과될 수 있다.
또한, 본 개시에 따른 방사형 다단여과장치 (70)는, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 적어도 2 이상의 방사형 다단여과장치로 구성된다. 예를 들어, 적어도 2 이상의 방사형 다단여과장치는, 제1 방사형 다단여과장치 (71) 및 제2 방사형 다단여과장치 (72)로 구성되고, 상기 제1 방사형 다단여과장치의 미세메쉬필터의 기공 폐색에 의해 여과 속도가 떨어지는 경우, 상기 제1 방사형 다단여과장치 (71)의 적어도 세척에 소요되는 시간 동안, 침사지 (60)로부터의 하수의 유입을 차단한다. 동시에, 제2 방사형 다단여과장치 (72)를 개방하여, 침사지 (60)로부터의 하수는 제2 방사형 다단여과장치 (72)로 이동하며, 상기 제1 방사형 다단여과장치 (71)의 적어도 세척에 소요되는 시간 동안, 제2 방사형 다단여과장치 (72)에서 하수를 처리한다.
본 개시의 바람직한 실시예에 있어서, 1Q의 하수의 유입시, 상기 제1 방사형 다단여과장치 (70)의 운전 시간은, 다단여과장치의 용량에 따라, 3 내지 10시간일 수 있다. 예를 들어, 청천시 또는 건기시, 1Q로 유입되는 하수를 상기 제1 방사형 다단여과장치 (71)에서 처리한 경우, 상기 제1 방사형 다단여과장치 (71)는 미세메쉬필터의 기공이 약 6시간 정도에 폐색되도록 설계될 수 있다. 따라서, 제1 방사형 다단여과장치 (71)를 이용하여 약 6시간 정도 하수를 여과하고, 약 6시간 이후에 세척하는데, 이에 소요되는 시간은, 용량에 따라, 20-40분일 수 있다.
예를 들어, 바람직한 구체 예에 따르면, 제1 방사형 다단여과장치 (71)의 세척 시간이 약 30분인 경우, 제1 방사형 다단여과장치 (71)의 미세메쉬필터의 기공이 폐색되면, 침사지 (60)로부터의 하수의 유입을 차단하고, 동시에, 제2 방사형 다단여과장치 (72)를 개방하여, 약 40분 내지 1시간 동안 운전하여 하수를 여과하는 동안, 제1 방사형 다단여과장치 (71)의 세척이 완료되면, 다시 제2 방사형 다단여과장치 (72)로 유입되는 침사지 (60) 유래의 하수를 차단한 다음, 동시에, 다시 제1 방사형 다단여과장치 (71)를 개방하여 침사지 (60) 유래의 하수를 수용하여 처리한다.
이 경우에, 상기 제1 방사형 다단여과장치 (71) 및 제2 방사형 다단여과장치 (72)는, 동일한 처리 용량을 갖거나 또는 다른 처리 용량을 가질 수 있다. 상기 제1 방사형 다단여과장치 (71) 및 제2 방사형 다단여과장치 (72)가 다른 처리 용량을 갖는 경우, 둘 중 적어도 하나는, 다른 방사형 다단여과장치의 세척에 소요되는 시간 동안 운전이 가능한 용량을 가져야 한다. 이와 같이, 방사형 다단여과장치의 둘 중 하나를, 다른 방사형 다단여과장치의 세척에 소요되는 시간 동안만 운전이 가능한 용량으로 설계함으로써, 상대적으로 작은 직경을 갖는 방사형 다단여과장치의 설치가 가능하여 부지 소요 면적을 최적으로 할 수 있다.
상기 제1 방사형 다단여과장치 (71) 및 제2 방사형 다단여과장치 (72)가 다른 처리 용량을 갖는 경우, 우천시 또는 강우시, 1Q를 초과하는 하수는 하수처리시설로 유입될 수 있다. 이 경우, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 하수는 방사형 다단여과장치 (70)를 거쳐 소독조 (90)를 통해 하천으로 방류될 수 있다.
한편, 본 개시의 바람직한 또 다른 실시예에 있어서, 1Q로 유입되는 하수를 제1 방사형 다단여과장치 (71)에서 처리한 경우, 제1 방사형 다단여과장치 (71)의 미세메쉬필터의 기공이 약 6시간 정도에 폐색되도록 설계된 경우, 1Q 초과의 하수의 유입시, 제1 방사형 다단여과장치 (70)의 운전 시간은, 유입되는 하수의 용량에 따라, 미세메쉬필터의 기공의 폐색 시간도 단축될 것이다.
예를 들어, 3Q 이상의 하수가 유입시, 제1 방사형 다단여과장치 (70)의 운전 시간은, 약 2시간 이하로 단축될 것이다. 즉, 하수의 빠른 유속에 의해 침사지 (60)에서 유래하는 돌이나 모래와 같이 비중이 큰 물질도 방사형 다단여과장치 (70)에서 여과되어야 하므로, 상기 제1 방사형 다단여과장치 (71)의 1Q의 처리 시간인, 약 6시간의 ⅓인 약 2시간 이하일 것이다. 따라서, 3Q의 하수의 유입시, 제1 방사형 다단여과장치 (71)를 이용하여 약 2시간 정도 하수를 여과하고, 약 2시간 정도에 세척하는데, 이에 소요되는 시간은, 용량에 따라, 20-40분일 수 있다. 예를 들어, 세척 시간이 약 30분인 경우, 제2 방사형 다단여과장치 (72)를 약 40분 내지 1시간 동안 운전하여 하수를 여과하고 침사지 (60)로부터의 하수를 차단한 다음, 동시에, 다시 제1 방사형 다단여과장치 (71)를 개방하여 침사지 (60)로부터의 하수를 수용하여 처리한다.
이 경우에, 상기 제1 방사형 다단여과장치 (71) 및 제2 방사형 다단여과장치 (72)는, 동일한 처리 용량을 갖거나 또는 다른 처리 용량을 가질 수 있다. 상기 제1 방사형 다단여과장치 (71) 및 제2 방사형 다단여과장치 (72)가 다른 처리 용량을 갖는 경우, 둘 중 적어도 하나는, 다른 방사형 다단여과장치의 세척에 소요되는 시간 동안 운전이 가능한 용량을 가져야 한다. 이와 같이, 방사형 다단여과장치의 둘 중 하나를, 다른 방사형 다단여과장치의 세척에 소요되는 시간 동안만 운전이 가능한 용량으로 설계함으로써, 상대적으로 작은 직경을 갖는 방사형 다단여과장치의 설치가 가능하여 부지 소요 면적을 최적으로 할 수 있다.
이와 같이, 본 개시는, 다단여과장치의 세척 주기를 탄력적으로 운영함으로써 기존의 하수처리기술과 다르게 강우시의 하수 용량이 급격히 증가할 때에도 하수의 정화처리를 가능하도록 한다. 아울러, 전단의 다단여과장치에 의해 하수의 부유 물질을 상다히 제거하고, BOD를 현저히 낮추어 후단의 생물반응조를 생략할 수 있다. 상기 생물반응조에 대한 설명은 후술한다.
본 개시에 따른 바람직한 다단여과장치의 예로는, 2014년 5월 21자에 등록되고, 발명의 명칭이 "수처리시설"인, 한국 등록특허 제10-1400313호 및 2008년 4월 11자에 등록되고, 발명의 명칭이 "초기우수처리시설의 유지관리방법 및 장치"인, 한국 등록특허 제10-0823240호에 기새되어 었으며, 이들의 전체적인 내용들은 여기에 참조로서 병합된다.
예를 들어, 한국 등록특허 제10-1400313호의 다단여과장치는 도 5에 도시된다. 도 5는, 본 개시의 일 실시예에 따른 다단여과장치 (70)의 내부 구성을 설명하기 위하여 도시한 일부 절제 사시도이다.
본 실시예에 따른 다단여과장치 (70)은, 대략 박스의 형태를 취하며 내부공간을 제공하는 콘크리트 구조물 (13)과, 상기 구조물 (13)의 내부 일측에 배치되며 입수관 (17)을 통해 구조물 (13) 내부로 유입된 오염수를 통과시키며 처리하는 전처리부와, 격벽 (27)을 통해 상기 전처리부로부터 격리된 주처리공간 (55)에 설치되며 상기 전처리부를 통과한 오염수를 그 하부로 받아들인 후 반지름방향으로 통과시켜 2차 처리하는 필터모듈부 (39)와, 상기 필터모듈부 (39)를 통과한 물을 배수관 (19)을 통해 구조물 (13)의 외부로 배출하기 위한 배수위어 (53)와, 상기 필터모듈부 (39)를 가동하지 않을 때 필터모듈부 (39)를 세척하는 필터세척장치 (51)를 포함한다.
상기 구조물 (13)은, 굴착 공간의 바닥에 시공되며 수평의 지지면을 제공하는 바닥부 (13b)와, 상기 바닥부 (13b)의 테두리에 고정되며 수직의 벽을 이루는 벽부 (13a)와, 상기 벽부 (13a)의 상부에 시공되는 천장부 (미도시)로 이루어진다. 상기 천장부의 상부에는 굴착토가 덮일 수 있다.
또한 도시한 바와 같이, 상기 바닥부 (13b)의 양측에는 피트 (13c, 13d)가 마련되어 있다. 상기 각 피트 (13c, 13d) 내에는 펌프 (15a, 15b)가 설치되어 있다.
먼저, 상기 구조물 (13)의 일측 벽부 (13a)를 통해 구조물 (13) 내부로 인입 고정되어 있는 입수관 (17)은, 외부의 오염수를 구조물 (13) 내부로 유도하는 도관이다. 상기 오염수라 함은, 비점 오염물질을 포함한 초기우수나 하수 또는 오수 등과 같은 모든 오염된 물을 포괄한다.
상기 전처리부는, 격벽 (25)에 의해 격리된 1차 처리부 (21)와 2차 처리부 (29)로 이루어진다. 상기 전처리부는 오염수에 섞여 있는 오염물질 중 어느 이상 크기를 갖는 오염물질을 먼저 걸러내는 역할을 한다.
이를 위해 상기 1차 처리부 (21)의 내부에는 조목스크린 (23)이 구비된다. 상기 조목스크린 (23)은 스크린망으로 제작된 속이 빈 바스켓형 부재로서 입수관 (17)을 통해 오염수와 함께 흘러들어온 각종 협잡물을 걸러내는 역할을 한다. 상기 협잡물에는 가령 물에 부유하는 담배꽁초나 낙엽 또는 기타 일반 쓰레기 등이 포함된다.
상기 조목스크린 (23)이 설치되는 내부공간은 수직형 통로로서 하부의 피트 (13c)로 열려 있고, 상기 조목스크린 (23)은 1차 처리부의 내벽면으로부터 이격되어 있다. 따라서 가령 조목스크린 (23)을 미처 비우지 못해 오염물질에 의해 조목스크린 (23)의 배수가 원활치 않더라도, 오염수는 조목스크린 (23)의 외부와 상기 내벽면의 사이로 빠질 수 있어, 입수관 (17)을 통한 역류가 발생할 염려가 없다.
상기 조목스크린 (23)을 통과한 물은 격벽 (25)의 하부를 통과한 후 2차 처리부 (29)로 유입한다.
상기 2차 처리부 (29)는 조목스크린 (23)을 통과한 오염수를 상부로 유도하며, 오염수 내의 보다 작은 오염물질을 걸러내는 부분으로서, 세 개의 스크린 (31)을 갖는다. 상기 스크린 (31)은 다수의 관통구멍 (미도시)이 형성되어 있는 판상부재로서 세 개가 위아래로 배치된다.
상기 스크린 (31)은 가령 스텐레스판재를 프레싱 가공하여 제작한 것으로서, 상호 평행한 절곡선에 의한 주름을 갖는다. 상기 주름에 의해 형성된 각 절곡부에는 다수의 관통구멍 (미도시)이 형성되어 있다. 상기 관통구멍 (미도시)의 크기는 세 개의 스크린 (31)에서 모두 다르다.
가령 가장 하부에 배치되어 있는 스크린 (31)의 관통구멍 (미도시)의 크기가 제일 크고 최상층에 설치되어 있는 스크린 (31)의 관통구멍 (미도시)의 크기가 제일 작다.
상기와 같이 스크린 (31)에 주름을 형성한 것은, 주름에 의해 요철이 형성되게 함으로써 관통구멍 (미도시)의 막힘을 최소화하기 위한 것이다.
상기한 스크린 (31)에 있어서 각 관통구멍 (미도시)의 직경이나 관통구멍의 개수, 또는 스크린 (31)의 설치갯수는 경우에 따라 얼마든지 달라질 수 있다. 아울러 상기 스크린 (31)은 합성수지로 성형 제작할 수 도 있다.
상기 제 1, 2차 처리부 (21, 29) 하부의 피트 (13c)에 설치되어 있는 펌프 (15a)는, 예를 들어, 하수 유입이 중단된 경우, 1, 2차 처리부 (21, 29) 내부에 갇혀 있게 된 오염수를, 오수배출파이프 (16)를 통해 구조물(13) 외부로 배출하는 역할을 하거나, 제1, 2차 처리부 (21, 29)의 내부를 세척하고 피트 (13c)에 고여 있게 된 청소수를 배출한다.
여하튼, 상기 2차 처리부 (29)의 내부에서 처리된 오염수는, 격벽 (27)에 형성되어 있는 위어 (27a)를 통해 유도관 (33)을 거쳐 주처리공간 (55)으로 넘어간다.
상기 유도관 (33)은 위어 (27a)를 넘은 오염수를 그 내부로 받아들여 수직하부로 유도한 후 유입파이프 (35)로 전달하는 수직의 도관이다.
상기 주처리공간 (55)은 후술할 필터모듈부 (39)를 통과함으로써 정화처리를 마친 처리수가 일단 모이는 수조이다. 상기 주처리공간 (55)에 모여 있는 처리수는 배수위어 (53)를 넘어 배수관 (19)을 통해 외부로 배출된다.
상기 배수위어 (53)는 주처리공간 (55)에서 처리를 마친 처리수를 넘겨 받아 배수관 (19)으로 유도하는 부재로서, 주처리공간 (55)의 사방 벽면에 고정되어 있다.
상기 배수위어 (53)의 바닥부 (13b)에 대한 높이는, 후술할 제2 미세메쉬필터 (45)의 상단부의 높이보다 낮다. 즉, 제2 미세메쉬필터 (45)의 상단부에서 수평으로 연장된 가상의 수평선이, 상기 배수위어 (53)의 상단부의 높이보다 H만큼 높은 것이다. 이와같이 설계해야 필터모듈부 (39)를 통과한 물이 배수위어 (53)로 원활히 넘어가 배수될 수 있기 때문이다. 상기 높이 H는 수처리시설의 크기나 요구 수처리능력에 따라 달라진다.
상기 주처리공간 (55)의 내부에는, 유도관 (33)을 통해 전달받은 오염수를 수평으로 유도하며 연장단부가 상부로 벤딩되어 있는 유입파이프 (35)와, 상기 유입파이프 (35)의 연장단부에 고정되는 유도디퓨져 (37)와, 상기 유도디퓨져 (37)의 상단부에 고정되는 지지판 (49)과, 상기 지지판 (49)에 지지되는 필터모듈부 (39)와, 상기 필터모듈부 (39)의 상부에 설치되며 필터모듈부 (39)를 역세하기 위한 필터세척장치 (51)가 설치된다.
상기 유도디퓨져 (37)는 그 하단부가 유입파이프 (35)에 고정된 깔때기형 부재로서, 유입파이프 (35)를 통과한 오염수를 받아 필터모듈부 (39)로 유도하는 가이드 수단이다. 특히 상기 유도디퓨져 (37)는 상부로 갈수록 내경이 커지므로, 유도디퓨져 (37)를 통해 유입되는 오염수는 상승할수록 유속이 작아져 고요한 흐름패턴을 가지며 필터모듈부 (39)에 의한 필터링에 대비한다.
상기 유도디퓨져 (37)의 상단부에 고정되어 있는 지지판 (49)은 필터모듈부 (39)를 수평으로 받쳐 지지하는 지지부재로서, 필터모듈부 (39)의 하부를 차단하여, 필터모듈부 (39)를 반지름방향으로 통과하는 오염수가 하부로 빠지지 않도록 한다.
상기 유도디퓨져 (37)와 지지판 (49)의 상부와, 제2 미세메쉬필터 (45)의 내부가 이루는 내측영역과, 상기 내측영역 이외의 외부영역은, 오염구역과 청수구역이다. 상기 오염구역은 오염물질의 제거가 진행되기 전의 오염수와 오염물질이 수용되는 공간이고, 외부영역은 처리를 마친 청수가 채워지는 공간이다.
또한, 상기 지지판 (49)에는 배수밸브 (미도시)가 설치되고, 또한 두 개의 배수구멍 (미도시)이 형성된다. 상기 배수구멍은 개폐수단에 의해 개폐되는 구멍으로서, 필터모듈부 (39)의 역세시 개방된다.
한편, 상기 필터모듈부 (39)는 지지판 (49)의 상면에 고정된 상태로, 상기 유도디퓨져 (37)를 거쳐 상부로 차오르는 오염수를 그 반지름방향으로 통과시키며 정화처리한다.
상기 필터모듈부 (39)는, 일정두께를 가지며 원통의 형태를 취하는 커튼여과필터부 (41)와, 상기 커튼여과필터부 (41)의 내측부에 구비되며 프레임의 역할을 하는 원통형 스크린필터 (47)와, 상기 커튼여과필터부 (41)의 외측에 배치되는 제1 미세메쉬필터 (43)와, 상기 제1 미세메쉬필터 (43)의 외측에 설치되는 제2 미세메쉬필터 (45)로 구성된다.
상기 스크린필터 (47)와 커튼여과필터부 (41)와 제1,2 미세메쉬필터 (43, 45)는 직경이 서로 다르지만 모두 동일한 중심을 갖는다. 이를테면 상부에서 바라봤을 때 동심원의 패턴을 갖는 것이다. 또한 상기 제1 미세메쉬필터 (43)의 높이는 커튼여과필터부 (41)보다 작고, 제2 미세메쉬필터 (45)의 높이는 제1 미세메쉬필터 (43)의 높이보다 작다.
이와 같이, 커튼여과필터부 (41)와 제1 미세메쉬필터 (43)와 제2 미세메쉬필터 (45)의 높이를 단차지도록 제작한 것은, 각 필터의 막힘에 대비한 것이다. 즉, 각 필터 (41, 43, 45)가 비정상적인 이유로 막힐 경우, 커튼여과필터부 (41)를 넘은 물이, 제1 미세메쉬필터 (43)를 넘고, 제2 메쉬필터 (45)를 넘어 배출되도록 의도된 것이다.
상기 커튼여과필터부 (41)는 그 내부에 섬유상 여재가 내장될 수 있다. 상기 섬유상 여재는 섬유로 제작된 여재로서, 오염수 내부의 오염물질을 걸러낸다. 특히 상기 섬유상여재는, 내측으로부터 외측방향으로, 저밀도섬유상여재, 중밀도섬유상여재, 고밀도섬유상여재가 상호 이격되도록 다수 겹으로 배치되어 있다. 상기 커튼여과필터부 (41)의 전체적인 두께가 두꺼울수록 여과효율이 좋아짐은 물론이다.
상기 제1 미세메쉬필터 (43)는 커튼여과필터부 (41)보다 작은 공극을 갖는 필터부재이다. 상기 제1 미세메쉬필터 (43)는 커튼여과필터부 (41)를 통과한 오염물질을 걸러내고 물은 통과시킨다.
상기 제1 미세메쉬필터 (43)를 통과한 오염물질은 제2 미세메쉬필터 (45)에 걸려 제거된다. 제2 미세메쉬필터 (45)는 당연히 제1 미세메쉬필터 (43)보다 촘촘한 구조를 가지며, 오염물질을 최종적으로 걸러낸다. 상기 제2 미세메쉬필터 (45)를 통과한 물은 오염물질이 허용치 이하로 처리된 처리수로서, 필터모듈부 (39) 외부의 주처리공간 (55)을 채우며, 상기 배수위어 (53)를 넘어 배수관 (19)을 통해 배출된다.
상기 과정을 통해 오염수의 처리가 진행되는 동안, 예를 들어, 하수 유입이 중단된 경우, 상기 주처리공간 (55) 내의 처리수는 더 이상 배수위어 (53)를 넘지 못하고 주처리공간 (55)에 머물게 된다.
이 때 상기 피트 (13d)에 설치되어 있는 펌프 (미도시)를 가동하여 주처리공간 (55) 내의 청수를 청수배출파이프 (미도시)를 통해 구조물 (13) 외부로 배출한다. 상기 펌프 (15b)에 의한 배수는 바닥부 (13b)가 완전히 드러날 때 까지 계속될 수 있다.
한편 상기 필터모듈부 (39)의 상부에는 필터모듈부 (39)를 역세하기 위한 필터세척장치 (51)가 설치된다. 기본적으로, 상기 필터세척장치 (51)는 주처리공간 (55)이 비어 있을 때 가동되는 것이다. 가령 강수가 종료되었을 때나 아니면 갈수기때 동작하여 필터모듈부 (39)를 청소하는 것이다.
특히, 상기 필터세척장치 (51)는, 노즐 (미도시)을 통해 분출되는 세척수의 분출압력에 대응하는 반작용력으로 회전하면서, 필터모듈부 (39)를 선회하여 필터모듈부 (39)의 전 부분에 걸쳐 세척수를 분사하는 동작을 한다. 상기 세척수는 세척수공급파이프 (51a)를 통해 공급된다.
한편, 생물반응조 (81)는, 도 2에서 나타낸 바와 같이, 본 개시에서 생략될 수 있다. 본 개시에 따른 방사형 다단여과장치 (70)를 거친 하수는, 상당한 부유 물질이 제거되고, BOD를 현저하게 낮출 수 있어, 생물반응조 (81)과 같은, 전처리 과정 없이, 막여과 장치 (82)에서 막에 의해 부유물질, 미생물 등이 제거될 수 있다.
본 개시에 따르면, 하수의 상당한 부유 물질이 방사형 다단여과장치 (70)에서 제거되어, BOD를 현저하게 낮추어, 막여과 장치 (82)의 수명을 오래 동안 유지하여도 막폐색의 문제가 발생하지 않는 장점이 있다. 이와 같이, 하수의 생물학적 처리가 아닌 물리적 처리를 수행하므로써, 지속적이고 연속적으로 하수처리 시스템의 운전이 가능할 수 있으며, 처리수의 처리효율도 우천시에도 일정하게 유지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 시스템은, 도 3에서 나타낸 바와 같이, 생물반응조 (81)와 후속 공정으로 막여과 장치 (82) 또는 침전조 (83)가 결합된 결합형 처리시스템으로 형성될 수 있다. 생물반응조 (81)의 경우 반응조 내에 미생물의 농도를 높게 유지하여 유기물, 질소성분 등의 처리 효율을 높힐 수 있다. 또한, 막여과 장치 (82)에서는 막에 의해 부유물질, 미생물 등이 제거될 수 있거나 또는 침전조 (83)에서 부유물질, 유기물질 및/또는 슬러리 등을 침전시켜 제거시킬 수 있다. 또한, 생물반응조 (81)는 분리막 생물반응기로 일체형으로 이루어질 수 있으며, 이 경우에도 유기물, 질소성분 및 미생물을 제거하는 장치임은 같고, 생물반응조 (81)는 해당 분야에서 유기물, 질소성분 및 미생물 등을 정화처리할 수 있는 장치로 변경될 수 있음은 자명하다.
소독조 (90)는 처리 대상 하수의 정화 마지막 단계에서 하수를 소독하는 역할을 한다. 소독은, 예를 들어, 염소 처리에 의해 이루어질 수 있으며, 소독조 (90)로서 하수 정화를 마무리한다.
이하 실시예 및 비교예를 통하여 본 개시를 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 개시의 범주가 한정되는 것은 아니다.
비교예 1
건기시, 도 1에 나타낸 침사지, 1차 침전조, 생물반응조, 2차 침전조 및 소독조로 구성된 종래의 하수처리 시스템에서, 하수는 침사지에서 약 20분 동안 체류된 다음, 1차 침전조로 유입되었다. 1차 침전조, 생물반응조, 및 2차 침전조의 운전은 표 1에 기재된 조건으로 하였다.
| 구분 | 기존 하수처리시스템(1Q 유입시) | 검토 기준 (하수도 시설 기준) | |
| 1차 침전조 | 유입 유량 | 약 100,000㎥/일 | |
| 시설제원(m) | (W)28.87×(L)86.61×(H)4.00 | 장폭비 3:1 이상 | |
| 표면 부하량 | 40㎥/㎡·일 | 2.5∼4.0m | |
| 체류 시간 | 약 2.4hr | 2∼4hr | |
| 부지 면적 | 2,500㎡ | 합류식: 25∼50㎥/㎡·일 | |
| 생물반응조 | 체류시간 | 약 7hr | 6∼8hr |
| 부지 면적 | 6,481㎡ | 수심 4.5m(4∼6m) | |
| 2차 침전조 | 표면부하량 | 25㎥/㎡·일 | 20∼30㎥/㎡·일 |
| 체류시간 | 약 3.8hr | 3∼5hr | |
| 부지면적 | 4,000㎡ | ||
| 총 부지면적 | 12,981㎡ | ||
| 총 체류시간 | 약 13.2hr | ||
실시예 1
건기시, 비교예 1에 나타낸 하수처리 시스템에서, 1차 침전조 대신에 16대의 도 5에 나타낸 방사형 다단여과장치를 사용하고, 2차 침전조 대신에 막여과 장치를 사용한 것을 제외하고는 나머지는 동일하게 하여, 하기 표 2에 기재된 조건으로 하수를 처리하였다. 아울러, 상기 방사형 다단여과장치의 커튼여과필터부 (41)는 그 내부에 섬유상 여재가 내장되며, 이의 메쉬 크기는 약 1000㎛이고, 제1 미세메쉬필터 (43)의 메쉬 크기는, 약 140㎛이며, 제2 미세메쉬필터 (45)의 메쉬 크기는, 약 74㎛이었다. 상기 방사형 다단여과장치는 15대를 동시에 가동하여 하수를 처리하고, 1대를 세척조로 운전하였다.
| 구분 | 내용 | 비고 | |
| 방사형 다단여과장치 |
유입 유량 | 100,000㎥/일 | |
| 시설 제원 (m) | (W)20.00×(L)81.92×(H)3.11 | ||
| 여과 면적 | 60.02㎡×16지 = 992.32㎡ | ||
| 여과 속도 | 약 4.2m/hr | ||
| 부지 면적 | 1,638㎡ | ||
| 체류 시간 | 약 1.22hr | ||
| 세척주기 | 약 6hr | ||
| 생물반응조 | 체류시간 | 약 7hr | 6∼8hr |
| 부지 면적 | 6,481㎡ | 수심 4.5m(4∼6m) | |
| 막여과 | 유량 (Flux) | 0.3㎥/㎡·일 | |
| 부지면적 | 3,000㎡ | ||
| 체류시간 | 약 1.8hr | ||
| 총 부지면적 | 11,119㎡ | ||
| 총 체류시간 | 약 10.02hr | ||
상기 표 1 및 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 부지면적과 체류시간에서 상당한 절감 효과를 나타내었다. 또한, 비교예 1은 1차 침전조 이후의 처리수 및 실시예 1은 방사형 다단여과장치 이후의 처리수에 대한 부유물질 제거율 및 BOD 제거율을 측정하였고, 부유물질 제거율 및 BOD 제거율에서도 상당한 증가 효과를 나타내었다. 그 결과를 하기 표 3에 정리하였다.
| 구분 | 비교예 1 | 실시예 1 | 비고 |
| 부지면적 | 2,500㎡ | 1,638㎡ | 약 35% 절감 |
| 체류시간 | 2.4hr | 1.22hr | 약 49% 절감 |
| 총 체류시간 | 13.2hr | 10.02hr | 약 23% 절감 |
| 부유물질 제거율1) (%) | 약 40 | 약 80 | 약 40%P 증가 |
| BOD 제거율2) (%) | 약 20 | 약 50 | 약 30%P 증가 |
부유물질 제거율1)은, 대한민국 환경부 고시 제2004-188호의 수질오염공정시험방법 (제4장 제8항)으로 측정하였고, BOD 제거율2)은, 대한민국 환경부 고시 제2004-188호의 수질오염공정시험방법 (제4장 제5항)으로 측정하였다.
비교예 2
우기시, 도 1에 나타낸 침사지, 1차 침전조, 생물반응조, 2차 침전조 및 소독조로 구성된 종래의 하수처리 시스템에서, 1차 침전조의 처리 조건을 3Q로 유입되는 하기 표 4에 기재된 조건으로 하수를 처리하였다. 본 비교예 2에서, 3Q의 하수가 유입될 때, 1Q의 하수는 하수처리 시스템 내로 유입되고, 2Q의 하수는 처리 없이 소독조를 거쳐 인근 하천으로 방류하였다.
| 구분 | 기존 하수처리시스템 (3Q 유입시) | 검토 기준 (하수도 시설 기준) | |
| 1차 침전조 | 유입 유량 | 300,000㎥/일 | |
| 시설제원(m) | (W)28.87×(L)86.61×(H)4.00 | 장폭비 3:1 이상 | |
| 표면 부하량 | 120㎥/㎡·일 | 2.5∼4.0m | |
| 체류 시간 | 약 0.8hr | 2∼4hr | |
| 부지 면적 | 2,500㎡ | 합류식: 25∼50㎥/㎡·일 | |
| 생물반응조 | 체류시간 | 약 7hr | 6∼8hr |
| 부지 면적 | 6,481㎡ | 수심 4.5m(4∼6m) | |
| 2차 침전조 | 표면부하량 | 25㎥/㎡·일 | 20∼30㎥/㎡·일 |
| 체류시간 | 약 3.8hr | 3∼5hr | |
| 부지면적 | 4,000㎡ | ||
| 총 부지면적 | 12,981㎡ | ||
| 총 체류시간 | 약 11.6hr | ||
실시예 2
우기시, 실시예 1에서 하기 표 5에 기재한 조건으로 3Q의 하수를 처리한 것을 제외하고는 동일하게 처리하였다. 단, 본 실시예에서는 3Q 유량을 처리하면서, 1Q는 후단 처리시설로, 2Q는 소독조를 거쳐 하천으로 방류하였다. 그 결과, 하기 표 5에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예 2 대비 높은 처리효율을 보이는 것을 알 수 있다. 본 실시예에서는 방사형 다단여과시설의 세척주기를 짧게 운전하여, 3Q의 유량을 처리할 수 있었다.
| 구분 | 내용 | 비고 | |
| 방사형 다단여과장치 |
유입 유량 | 300,000㎥/일 | |
| 시설 제원 (m) | (W)20.00×(L)81.92×(H)3.11 | ||
| 여과 면적 | 60.02㎡×16지 = 992.32㎡ | ||
| 여과 속도 | 12.6m/hr | ||
| 부지 면적 | 1,638㎡ | ||
| 체류 시간 | 약 0.4hr | ||
| 세척주기 | 약 2hr | ||
| 생물반응조 | 체류시간 | 약 7hr | 6∼8hr |
| 부지 면적 | 6,481㎡ | 수심 4.5m(4∼6m) | |
| 막여과 장치 | 유량 | 0.3㎥/㎡·일 | |
| 부지면적 | 3,000㎡ | ||
| 체류시간 | 약 1.8hr | ||
| 총 부지면적 | 11,119㎡ | ||
| 총 체류시간 | 약 9.2hr | ||
상기 표 4 및 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 우기시, 부지면적과 체류시간에서 상당한 절감 효과를 나타내었다. 또한, 비교예 2의 1차 침전조 이후의 처리수 및 실시에 2의 방사형 다단여과장치 이후의 처리수에 대한 부유물질 제거율 및 BOD 제거율을 측정한 결과, 상당한 증가 효과를 나타내었다. 그 결과를 하기 표 6에 정리하였다.
| 구분 | 비교예 2 | 실시예 2 | 비고 |
| 부지면적 | 2,500㎡ | 1,638㎡ | 약 35% 절감 |
| 체류시간 | 0.8hr | 0.4hr | 약 50% 절감 |
| 총 체류시간 | 약 11.6hr | 약 9.2hr | 약 21% 점감 |
| 부유물질 제거율 (%) | 약 10 | 약 80 | 약 70%P 증가 |
| BOD 제거율 (%) | 약 5 | 약 50 | 약 45%P 증가 |
부유물질 제거율1)은, 대한민국 환경부 고시 제2004-188호의 수질오염공정시험방법 (제4장 제8항)으로 측정하였고, BOD 제거율2)은, 대한민국 환경부 고시 제2004-188호의 수질오염공정시험방법 (제4장 제5항)으로 측정하였다.
실시예 3
도 3에 나타낸 침사지, 실시예 1과 동일한 방사형 다단여과장치, 막여과 장치 및 소독조로 구성된 하수처리 시스템과 비교예 1의 하수처리 시스템을 비교하기 위해 하기 표 7에 기재된 조건으로 하수를 처리하였다.
| 구분 | 내용 | 비고 | |
| 방사형 다단여과장치 |
유입 유량 | 100,000㎥/일 | |
| 시설 제원 (m) | (W)20.00×(L)81.92×(H)3.11 | ||
| 여과 면적 | 60.02㎡×16지 = 992.32㎡ | ||
| 여과 속도 | 4.2m/hr | ||
| 부지 면적 | 1,638㎡ | ||
| 체류 시간 | 약 1.22hr | ||
| 막여과 장치 | 유량 | 0.3㎥/㎡·일 | |
| 부지면적 | 6,000㎡ | ||
| 체류시간 | 약 3.6hr | ||
| 총 부지면적 | 7,638㎡ | ||
| 총 체류시간 | 약 4.82hr | ||
하기 표 8에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예 1, 실시예 2, 실시예 3의 부지 면적 및 체류시간을 비교한 결과, 상당한 절감 효과를 나타내었다.
| 구분 | 비교예 1 | 실시예 1 | 실시예 3 | ||
| 부지면적 | 12,981㎡ | 11,119㎡ | 14.3% 절감 | 7,638㎡ | 41.2% 절감 |
| 체류시간 | 13.2hr | 10.02hr | 24.1% 절감 | 4.82hr | 63.5% 절감 |
이상 본 개시를 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 개시를 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 개시는 이에 한정되지 않으며, 본 개시의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 개시의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 개시의 영역에 속하는 것으로 본 개시의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10, 100: 하수처리 시스템 1, 60: 침사지
2: 1차 침전조 3, 81 : 생물반응조
4: 2차 침전조 4', 82: 막여과 장치
5, 90: 소독조 70: 방사형 다단여과장치
71: 제1 방사형 다단여과장치 72: 제2 방사형 다단여과장치
73: 방사형 다단여과부 41 또는 74: 커튼여과필터부
43 또는 75: 제1 미세메쉬필터 45 또는 76: 제2 미세메쉬필터
2: 1차 침전조 3, 81 : 생물반응조
4: 2차 침전조 4', 82: 막여과 장치
5, 90: 소독조 70: 방사형 다단여과장치
71: 제1 방사형 다단여과장치 72: 제2 방사형 다단여과장치
73: 방사형 다단여과부 41 또는 74: 커튼여과필터부
43 또는 75: 제1 미세메쉬필터 45 또는 76: 제2 미세메쉬필터
Claims (4)
- 합류식 하수관거 하수처리시 월류수를 최대한 처리하는 하수처리 시스템으로서,
처리 대상 하수의 이물질을 1차적으로 거르는 침사지;
상기 침사지를 거친 처리 대상 하수가 중심에서 방사방향으로 이동되면서 방사형 다단여과부를 통과함으로써 정화처리되는 적어도 2 이상의 방사형 다단여과장치;
상기 방사형 다단여과장치를 거친 처리 대상 하수의 유기물, 질소성분 및 미생물을 제거하는 생물반응조;
상기 생물반응조를 거친 처리 대상 하수를 막을 이용하여 여과하는 막여과 장치, 또는 부유 물질 및 유기 물질을 침전시키는 침전조; 및
상기 막여과 장치 또는 침전조를 거친 처리 대상 하수를 소독하는 소독조;를 포함하고,
상기 침사지, 상기 방사형 다단여과장치, 상기 생물반응조, 상기 막여과 장치 또는 침전조, 상기 소독조를 순서대로 처리 대상 하수가 통과할 때 상기 하수처리 시스템의 최대 하수처리 유량은 1Q이고, 1Q 초과의 하수가 상기 하수처리 시스템에 유입될 때,
상기 방사형 다단여과장치는, 1Q 유량의 하수를 상기 생물반응조, 상기 막여과 장치 또는 침전조, 상기 소독조를 순서대로 유출시키고, 1Q를 초과한 나머지 유량의 하수를 소독조로 유출시키는, 하수처리 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 방사형 다단여과장치는, 직경이 상이하며 동일한 중심을 가지는 적어도 3개의 미세메쉬필터로 구성되고, 상기 미세메쉬필터들의 메쉬 크기는 내부 필터에서 외부 필터의 순서대로 점점 미세하게 작아지는, 하수처리 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 적어도 2 이상의 방사형 다단여과장치는, 동일한 처리 용량을 갖거나 또는 다른 처리 용량을 가지며, 하나의 방사형 다단여과장치의 미세메쉬필터의 기공 폐색에 의해 하수의 여과 속도가 떨어지는 경우, 상기 방사형 다단여과장치의 적어도 세척에 소요되는 시간 동안, 다른 방사형 다단여과장치를 이용하여 하수를 여과하는, 하수처리 시스템. - 청구항 3에 있어서,
상기 미세메쉬필터는 커튼여과필터부, 상기 커튼여과필터부의 외측에 배치되는 제1 미세메쉬필터, 및 상기 제1 미세메쉬필터의 외측에 설치되는 제2 미세메쉬필터를 포함하며, 여기서 상기 커튼여과필터부의 메쉬 크기는 500~5,000㎛이고, 제1 미세메쉬필터의 메쉬 크기는 100~200㎛이며, 제2 미세메쉬필터의 메쉬 크기는 40~100㎛인, 하수처리 시스템.
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