KR20020057775A - 하수슬러지 다공성소결체를 여재로 사용한 오폐수처리장치 - Google Patents

Abstract

가. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야.

본 발명은 오페수를 접촉산화법에 의해 정수처리하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 하수슬러지를 사용하여 소결 성형된 다공성 소결체를 여재로 이용한 용수처리장치에 관한 것이다.

나. 발명이 해결하려는 기술적 과제.

종래에 비교적 오염의 정도가 심하지 않은 오수 또는 폐수를 처리하기 위하여 이용되던 접촉산화법의 대표적인 처리공정인 살수 여상법과 수생식물여상법 등은 미생물 점막으로 덮인 쇄석이나 기타 매개층 등 여재위로 처리할 오수 또는 폐수를 뿌려주거나 접하도록 함으로서 미생물막과 오수 또는 폐수중의 유기물을 접촉시키는 고정상에 의한 처리법으로 사용되던 여재로는 자연 상태에서 쉽게 구할 수 있는 잔자갈이나 모래를 많이 사용하였으나 이러한 여재의 공극은 시간이 경과함에 따라 유입된 오수 또는 폐수중의 고체상의 물질이 여재에 퇴적되어지면서 여재 사이의 공극율이 감소하다가 결국에는 폐색되는 현상이 발생되는 문제점이 있는 것이다.

다. 발명의 해결방법의 요지.

하수슬러지를 이용하여 제조된 다공성 소결체를 수생식물 여상법의 여재로 사용하고 여상 폐색현상을 방지하기 위한 수 처리 장치를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

라. 발명의 중요한 용도

오폐수 처리용

Description

하수슬러지 다공성소결체를 여재로 사용한 오폐수처리장치{Waste water treatment system by sewage sludge pellet}

본 발명은 자연정화법과 접촉산화법을 혼용한 방법에 의해 오수 또는 폐수를 처리하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 하수 종말처리장 등에서 다량으로 배출되는 하수슬러지를 적당한 크기로 소결 성형하여 제조된 다공성 소결체를 미생물이 서식할 수 있는 여재로 하고 상기 여재의 상층면으로는 갈대 등의 다년생 수생식물을 식재함으로서 여상내로 유입된 오수 또는 폐수중의 유기물을 제거하고 정화하여 깨끗한 물이 되도록 한 것이다.

여재가 충진된 여상내로 수생식물을 식재하여 비교적 오염의 농도가 높지않은 오수 및 폐수를 처리하는 수생식물여상법은 무차별적인 도시 및 환경개발에 따른 수질오염을 처리하기 위한 가장 친환경적인 수처리방법으로 많은 발전을 이루어 왔으며 계속적인 여재의 개발이 이루어지고 있는 실정이다.

종래에 비교적 오염의 정도가 심하지 않은 오수 또는 폐수를 처리하기 위하여 이용되던 접촉산화법의 대표적인 처리공정인 살수 여상법과 수생식물여상법 등은 미생물 점막으로 덮인 쇄석이나 기타 매개층 등 여재위로 처리할 오수 또는 폐수를 뿌려주거나 접하도록 함으로서 미생물막과 오수 또는 폐수중의 유기물을 접촉시키는 고정상에 의한 처리법이라고 할 수 있다.

미생물막에 접촉된 오수 또는 폐수중에 용해된 상태로 존재하는 유기물은 재빨리 미생물에 의해서 분해되고 콜로이드(colloid)상의 유기물은 표면에 흡착된다.

이때 여상 상부에 있는 물은 양분과 산소가 충분해서 대수성장단계가 유지되나 하부의 미생물은 충분한 유기물을 얻기 못하므로 여상 전체로 보면 내생성장단계에서 운영된다고 할 수 있으므로 균일한 처리 효율을 얻기 위하여는 여상의 높이가 50 내지 60 센티미터 정도를 넘을 수가 없는 것이다.

종래의 여재로는 자연 상태에서 쉽게 구할 수 있는 잔자갈이나 모래를 많이 사용하였다.

초기의 이러한 여재 사이로는 수생식물의 뿌리가 활발히 자랄 수 있고 여상내로 유입된 오수 또는 폐수가 서로 섞이면서 통과할 수 있는 공극이 확보되어짐으로서 원활한 수처리가 가능하나 시간이 경과함에 따라 유입된 오수 또는 폐수중의 고체상의 물질이 여재에 퇴적되어지면서 여재 사이의 공극율이 감소하다가 결국에는 폐색되는 현상이 발생되는 것이다.

이처럼 여재 사이의 공극이 폐쇄되어짐에 따라 오수 또는 폐수의 흐름이 방해를 받게되고 여상 저층으로는 산소의 공급이 불가능해짐에 따라 수생식물이 자라지 못하고 죽게되고 냄새가 나는 등 수 처리가 곤란해진다는 문제점이 발생되어 수처리시설로서 더 이상 유지되지 못하여 폐쇄되거나 충진된 여재를 전량 교체하여야 하는 등의 문제점이 있었다.

또한 자연생태계와 수질보존을 위하여 절대적으로 존재하여야 할 하상 재료인 자갈 및 모래를 여재로 사용하고자 무차별적으로 채취할 경우에도 새로운 오염을 유발할 우려가 있는 것이다.

이에 따라 근래에는 플라스틱 여재등 많은 대체 여재가 개발되고 있는 실정이다.

본 출원인은 하수처리장에서 발생하는 하수 슬러지와 베이어법으로 알루미나를 제조할 때 다량으로 발생하는 래드 머드 등의 산업폐기물을 적정 비율로 혼합하여 소결 성형되어지는 골재 및 그 제조방법에 대하여 특허(등록번호 10-0234149)를 득한바 있다.

상기 발명에 따른 골재는 여재로서의 이용이 가능한 특성을 갖는다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 하수슬러지를 이용하여 제조된 다공성 소결체를 수생식물 여상법의 여재로 사용하고 여상 폐색현상을 방지하기 위한 수 처리 장치를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 처리 계통도.

도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 처리 계통도.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 처리 계통도.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 예비처리조의 구성을 나타낸 사시도.

도 5는 본 발명의 일 실시 에에 따른 분배관의 구성을 나타낸 사시도.

도 6은 본 발명에 따른 수생식물여상조의 구성을 보이는 단면 상세도.

도 7은 본 발명에 따른 격자형 침강물 제거관의 구성 일 예를 보이는 구성도.

도 8은 본 발명에 따른 처리수 유출관의 일 예를 보이는 사시도.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 우수처리조의 구성을 보이는 구성도.

<도면의주요부분에대한부호의설명>

100 : 에비 처리조110 : 침사조

120 : 여과조122 : 스크린

130 : 침강물 흡입 펌프140 : 폭기조

142 : 스크류식폭기장치200 : 분배관

210 : 유입구220 : 균등 분배 유도판

230 : 유출구300 : 수생 식물 여상조

310 : 차수막320 : 차수막 보호층

330 : 여재340 : 식재식물

350 : 침강물 제거관352 : 유입공

360 : 처리수 유출관362 : 유출수 제어판

400 : 우수 집수조410 : 집수관

412 : 삼중스크린420 : 월류관

430 : 처리수 저장조

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 각 도면을 설명함에 있어, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 도시되더라도 가능한 한 동일한 참조부호를 갖는다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 처리계통도를 보여준다. 본 실시 예에 따르는 처리장치는 하천수, 호소수, 광산유출수 등과 같이 유기물의 부하가 적은 수자원을 처리하기에 적합하다.

본 실시 예에 따르면 본 발명의 오폐수처리장치는 관내에 균등분배유도판(210)과 다수로 분지된 유출구(220)를 가지는 분배관(200) 및 두께 1.5 밀리미터(mm) 이상의 고밀도폴리에틸렌(HDPE)으로 구성된 차수막(310)과 상기 차수막(310) 저면으로 형성된 불투수계수가 초당 10^-5센티미터(cm/sec) 이상인 점토로 구성된 차수막보호층(320)과 하수슬러지만으로 이루어지거나 또는 타 성분과 혼합된 상태로 소결 성형된 직경 5 내지 15 밀리미터(mm) 정도의 다공성 소결체로 이루어진 여재(330) 다량과 상기 여재에 식재되는 식재식물(340)과 상기 여재(330)와 차수막(310) 사이로 위치하며 직경 4 밀리미터(mm) 정도로 형성되는 다수의 침강물 유입공(352)이 형성된 격자형의 침강물 제거관(350) 및 유출수의 유량을 제어하도록 제어판(362)을 가지는 처리수유출관(360)으로 이루어진 수생식물 여상조(300)로 구성된다.

도 5에 도시된 바와 같이 일 측면에 형성된 유입구(210)를 통해 분배관(200)내로 유입되어진 오수 또는 폐수는 물 흐름에 수직하고 소정 높이로 입상되어진 균등분배유도판(220)에 부딪혀 정류된 후 다수로 형성된 유출구(230)를 통해 수생식물 여상조(300)로 유입됨으로서 급격한 유입에 따라 식재된 수생식물의 뽑힘을 방지하고 균일한 유기물의 처리가 이루어지도록 한 것이다.

상기 차수막보호층(320)과 차수막(310)은 여상조(300)내로 유입된 오수 또는 폐수 등이 지표면으로 침투되지 못하도록 한 것으로 방수 및 방식 처리된 철재구조물 또는 철근콘크리트조로 구성되어질 수도 있는 것이다.

이때 상기 여상조(300)의 저면으로는 유입구쪽으로 기울기를 갖도록 하여 식재된 수생식물의 오염 부하량에 따른 성장을 유도하고 침강물의 침강되는 침강물이 쉽게 침강물제거관(350)으로 유입될 수 있도록 함으로서 여재 사이의 공극 폐색현상을 예방할 수 있도록 하였다.

상기 침강물 제거관(350)은 도 7에 도시된 바와 같이 다수의 관이 격자형으로 조합되어 여상조(300) 저면에 위치하게 되고 침강물제거관(350)의 외주면으로는 소정의 등간격으로 천공된 다수의 유입공(352)이 형성된다.

이때 상기 유입공(352)은 여재(330)의 직경보다 작은 직경을 갖도록 함으로서 침강물만이 흡입되어질 수 있도록 하였다.

또한 복수의 관으로 이루어진 상기 침강물 제거관(350)의 양단부는 여상조 수면 위로 노출되도록 함으로서 역세척과 관내 침강물을 제거할 수 있도록 하였다.

상기와 같이 분배관(200)을 통해 수생식물여상조(300)로 유입된 오수 또는 폐수중에 유기물은 여재(330) 표면으로 부착된 미생물군으로 형성된 미생물막과 식재된 수생식물의 뿌리에 서식하는 미생물군에 의해 소화되고 침강되는 침강물은 삼투압현상에 의해 유입공(352)으로 유입되어지며 적정주기에 따라 제거된다.

상기 처리수 유출관(360)은 수생식물 여상조(300)의 후단으로 위치하며 관내에서 부착된 유출수 제어판(362)을 상하로 이동시켜 나사고정 등의 방법에 의하여 유출관의 개구 높이를 조절함으로서 배출되는 유량을 조절하여 수생식물 여상조(300)내로 유입된 오페수의 체류시간을 조절할 수 있도록 하였다.

이하에서는 본 발명의 실험 예에 따라 유입수에 함유된 오염물질인 화학적 산소요구량(Chemical Oxygen Demand ; COD)과 총 질소(T-N) 및 총 인(T-P)이 수생식물 여상조(300)내로 유입되어진 후 시간이 경과함에 따라 정수처리 되어지는 정도를 보여준다.

표 1은 본 발명의 실시 예에 따른 화학적산소요구량(COD)의 감소 추이를 보여준다.

상기 실험 예에 의하면 체류시간 24시간 조건하에서 화학적 산소 요구량의 유입농도를 변화하여 실험을 실시하였다.

상기 그림1은 화학적 산소요구량의 변화에 따른 처리 효율을 나타낸 것으로 유입수의 화학적 산소 요구량이 50피피엠(mg/l)인 경우에 유출수의 화학적 산소 요구량은 6.45피피엠(mg/l)으로 87.1퍼센트(%)의 처리효율을 보였다.

유입수의 화학적 산소 요구량이 150피피엠(mg/l)인 경우에 유출수의 화학적 산소 요구량은 22.05피피엠(mg/l)으로 85.3퍼센트(%)의 처리효율을 보였다.

유입수의 화학적 산소 요구량이 250피피엠(mg/l)인 경우에 유출수의 화학적 산소 요구량은 44피피엠(mg/l)으로 82.4퍼센트(%)의 처리효율을 보였다.

유입수의 화학적 산소 요구량이 350피피엠(mg/l)인 경우에 유출수의 화학적 산소 요구량은 75피피엠(mg/l)으로 78.6퍼센트(%)의 처리효율을 보였다.

유입수의 화학적 산소 요구량이 450피피엠(mg/l)인 경우에 유출수의 화학적 산소 요구량은 117.9피피엠(mg/l)으로 73.8퍼센트(%)의 처리효율을 보였다.

상기와 같은 실험 예에 따라 고찰하여보면 유입수의 농도가 낮을수록 처리 효율은 높으며 유입 후 6시간까지는 높은 처리효율을 보이다가 차츰 처리효율이 둔화되어지며 유입수의 화학적 산소 요구량이 350피피엠(mg/l)을 넘으면 처리 효율은 80퍼센트(%) 이하로 떨어짐을 볼 수 있다.

표 2는 본 발명의 실시 예에 따른 총질소(T-N) 농도의 감소 추이를 보여준다.

상기 실험 예에 의하면 체류시간 24시간 조건하에서 총 질소(T-N)의 유입농도를 변화하여 실험을 실시하였다.

상기 그림2는 총 질소농도의 변화에 따른 처리 효율을 나타낸 것으로 유입수의 총 질소농도가 14피피엠(mg/l)인 경우에 유출수의 총 질소농도는 3.178피피엠(mg/l)으로 77.3퍼센트(%)의 처리효율을 보였다.

유입수의 총 질소농도가 42피피엠(mg/l)인 경우에 유출수의 총 질소농도는 10.332피피엠(mg/l)으로 75.4퍼센트(%)의 처리효율을 보였다.

유입수의 총 질소농도가 70피피엠(mg/l)인 경우에 유출수의 총 질소농도는 20.37피피엠(mg/l)으로 70.9퍼센트(%)의 처리효율을 보였다.

유입수의 총 질소농도가 98피피엠(mg/l)인 경우에 유출수의 총 질소농도는 33.516피피엠(mg/l)으로 65.8퍼센트(%)의 처리효율을 보였다.

유입수의 총 질소농도가 126피피엠(mg/l)인 경우에 유출수의 총 질소농도는 48.762피피엠(mg/l)으로 61.3퍼센트(%)의 처리효율을 보였다.

상기와 같은 실험 예에 따라 고찰하여보면 유입수의 농도가 낮은 저농도시에는 6시간까지는 처리효율이 급격하게 증가하고 고농도시에는 일정하게 증가됨을 볼 수 있었다.

표 3은 본 발명의 실시 예에 따른 총 인(T-P) 농도의 감소 추이를 보여준다.

상기 실험 예에 의하면 체류시간 24시간 조건하에서 총 인의 유입농도를 변화하여 실험을 실시하였다.

상기 그림 3은 총 인농도의 변화에 따른 처리 효율을 나타낸 것으로 유입수의 총 인농도가 3피피엠(mg/l)인 경우에 유출수의 총 인농도는 0.027피피엠(mg/l)으로 99.1퍼센트(%)의 처리효율을 보였다.

유입수의 총 인농도가 9피피엠(mg/l)인 경우에 유출수의 총 인농도는 0.234 피피엠(mg/l)으로 97.4퍼센트(%)의 처리효율을 보였다.

유입수의 총 인농도가 15피피엠(mg/l)인 경우에 유출수의 총 인농도는 0.585 피피엠(mg/l)으로 96.1퍼센트(%)의 처리효율을 보였다.

유입수의 총 인농도가 21피피엠(mg/l)인 경우에 유출수의 총 인농도는 1.533 피피엠(mg/l)으로 92.7퍼센트(%)의 처리효율을 보였다.

유입수의 총 인농도가 27피피엠(mg/l)인 경우에 유출수의 총 인농도는 2.835 피피엠(mg/l)으로 89.5퍼센트(%)의 처리효율을 보였다.

상기와 같은 실험 예에 따라 고찰하여보면 유입수의 인 농도는 유입초기 6시간까지 70 내지 90%의 처리 효율을 보였으며 이후 처리 효율은 둔화되어 증가함을 볼 수 있었다.

이상에서와 같이 본 발명의 오폐수 처리방법에 의하면 유입된 오폐수를 자연정화처리방법에 의해 정화 처리함에 있어서 폐기물로 폐기될 시 2차 오염원으로 그 처리가 곤란한 하수슬러지를 재활용함에 따라 환경친화적인 오염물질 처리방법으로 폐색의 우려가 없도록 한 유용한 발명인 것이다.

특히 여재의 충진 높이를 높일 경우에는 반드시 수생식물은 갈대를 식재한다.

갈대의 경우 뿌리가 깊이 심어져도 생존이 가능하고 뿌리에 넓게 퍼짐으로 미생물이 부착되어 서식하기 좋은 서식처를 제공할 수 있는 것이다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면 생물학적 산소 요구량(BOD) 또는부유물질(SS)의 오염부하량이 70피피엠((mg/l)이상인 오폐수의 처리를 위하여 수생식물여상조(300) 전단으로 침사조(110)와 세목스크린(122)을 가지는 여과조(120)와 침강물 흡입펌프(130) 및 스크류식 폭기장치(142)를 가지는 폭기조(140)로 구성된 예비처리조(100)를 더 포함하는 구성이다.

침사조(110)로 유입되어진 오폐수중 비중이 큰 부유물질등은 자연 침강되어진다.

상기 세목스크린(122)은 반원형으로 만곡되어짐으로서 스크린 표면적을 최대화 할 수 있도록 하였으며 상기 세목스크린(122)으로는 유입 오페수중의 부상물이나 부유성물질이 걸러지도록 되어있다.

상기의 침사조(110)에 침강된 침강물과 스크린(120)에 걸려진 부유물 등은 침강물 흡입펌프(130)을 이용하여 주기적으로 제거됨으로서 일정한 처리효율을 달성할 수 있도록 한다.

또한 상기의 폭기조(140)로는 예비처리중 소모된 산소의 공급을 위하여 스크류식 폭기장치(142) 등의 포기장치를 둠으로서 후속되는 수생식물 여상조(300)의 처리효율을 높일 수 있는 것이다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면 우수 등의 처리를 위하여 수생식물여상조(300)에 우수집수조(400) 및 처리우수 저장조(430)를 더 포함한다.

스크린(412)이 직렬로 병설된 집수관(410)을 따라 우수집수조(400)에 유입된 우수는 펌핑 등의 방법에 의해 수생식물여상조(300)로 유입되어 정화되어진 후 월류관(420)을 따라 처리우수 저장조(430)에 저장된 후 용도에 따라 사용되도록 한것이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 하수슬러지 다공성소결체를 이용한 용수처리장치에 따르면 페기되어지던 하수슬러지를 사용하여 소결성형된 여재를 사용함으로서 자연친화적인 방법으로 오폐수의 정수를 행할 수 있다는 효과가 있는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명은 폐기되던 하수슬러지의 사용으로 2차 오염을 방지하고 여재 공극의 폐색 우려가 적으며 운전비가 절감되는 효과와 함께 천연 여재인 자갈 및 모래 등을 채취함으로서 발생되는 자연 생태계 변화를 예방할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (7)

1. 오수 및 폐수를 처리하기 위하여 미생물의 서식처로 여재를 사용한 접촉 산화 장치에 있어서, 소정의 폭과 길이 및 깊이를 가지고 침수가 방지된 가지는 수생식물 여상조(300)에 하수 슬러지를 주성분으로 소결 성형된 다공성소결체(330)가 여재로 충진되고 그 상층으로는 수생식물이 식재 되어짐을 특징으로 하는 하수슬러지 다공성소결체를 여재로 이용한 오폐수 처리장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 수생식물 여상조(300)는 전단으로 소정의 기울기를 가지며 불투수계수가 10^-5센티미터/초 이상인 점토로 형성되고 1.5 밀리미터 이상의 두께를 가지는 고밀도폴리에틸렌 필름으로 덮여짐을 특징으로 하는 하수슬러지 다공성소결체를 여재로 이용한 오폐수 처리장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 수생식물 여상조(300)의 전단에는 오폐수의 균등한 유입을 위한 분배관(200)이 더 포함되어짐을 특징으로 하는 하수슬러지 다공성소결체를 여재로 이용한 오폐수 처리장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 수생식물 여상조(300)의 저면에는 전단으로 기울기를 가지는 격자형 침강물 제거관(350)이 더 포함되어 설치됨을 특징으로 하는 하수슬러지 다공성소결체를 여재로 이용한 오폐수 처리장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 수생식물 여상조(300)의 후단에는 유입수량을 조절하기 위한 유출수 제어판(362)를 가지는 처리수 유출관(360)이 더 포함되어 설치됨을 특징으로 하는 하수슬러지 다공성소결체를 여재로 이용한 오폐수 처리장치.
6. 제 1항 또는 제 5항의 어느 한 항에 있어서, 상기 수생식물 여상조(300)의 전단으로는 침사조(110)와 여과조(120), 그리고 침강물 흡입펌프(130) 및 폭기조(140)로 구성된 예비처리조(100)가 더 포함되어짐을 특징으로 하는 하수슬러지 다공성소결체를 여재로 이용한 오폐수 처리장치.
7. 제 1항 또는 제 5항의 어느 한 항에 있어서, 상기 수생식물 여상조(300)의 전단으로는 우수집수조(400)가 설치되고 후단으로는 처리우수 저장조(430)이 더 포함되어 설치됨을 특징으로 하는 하수슬러지 다공성소결체를 여재로 이용한 오폐수 처리장치.