KR20120009940A - 친환경적인 초기우수처리 및 빗물의 재이용 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초기우수 및 빗물의 재이용 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 항상 일정한 미생물이 토양 및 수중에 상주하게 하여 외부 환경의 충격에 대해 완충작용을 할 수 있고, 관리가 용이하고 정화효율이 높으며 안정한 초기우수 및 빗물의 재이용 방법으로, 상기 비점오염 처리방법은 우리나라의 비점오염원의 배출특성, 주 오염물질에 따른 도시 집중화, 토양이용 및 비용문제 등의 여러 가지 요인을 고려한 자연친화적인 일체형 구조로 비점오염원 특성 및 비점오염물질 성상에 따라 현장특성에 유동적으로 적용할 수 있는 장점이 있다.

Description

친환경적인 초기우수처리 및 빗물의 재이용 방법{Environment-kindly treatment method for reusing rainwater}

본 발명은 친환경적인 초기우수 및 빗물의 재이용 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 항상 일정한 미생물이 토양 및 수중에 상주하게 하여 외부 환경의 충격에 대해 완충작용을 할 수 있고, 관리가 용이하고 정화효율이 높으며 안정한 초기우수 및 빗물의 재이용 방법에 관한 것이다.

일반적으로 비점오염원(Nonpoint pollution source)은 생활하수, 산업폐수 등과 같이 오염물질이 특정 오염원에서 발생되는 점오염원(point pollution source)과는 달리 주로 비가 올 때 지표면 유출수와 함께 유출되는 오염원으로써, 이러한 비특정 오염원으로부터 배출되는 비점오염물질은 도시지역의 먼지와 쓰레기 또는 지표면에 낙하한 대기오염물질 등과 같은 다양한 오염물질들을 함유하고 있고 있으며, 또한 유기 오염물질(BOD)의 함유량이 상당히 높은 편이다.

현재 이러한 비점오염물질은 합류식 하수관거 지역의 경우에는 강우유출수의 일부가 하수관거로 유입 후 하수처리장 등에서 처리되나, 하수관거 용량을 초과하는 경우에는 또 다른 비점오염물질인 합류식 하수관거 월류수(Combined Sewer Overflows, CSOs)가 발생하는 등의 문제점이 있다. 분류식 하수관거 지역의 비점오염물질을 함유한 강우 유출수는 하천 등 수역으로 직접 유입되고 있는 실정이다.

이와 같은 비점오염물질은 조대입자상물질, 부유물질(SS), 탁도, 그리고 무기물질 등으로, 오염물질이 고정적으로 배출되는 것이 아니고 우천시 빗물과 혼합되어 발생되는 오염물질이기 때문에 계절강수량과 오염물질의 배출량 및 농도 변화의 예측이 어렵기 때문에 비점오염물질을 효율적이고, 안정적으로 처리하는데 많은 문제점이 있어, 이러한, 비점오염물질을 처리하기 위해서는 고도의 설계 및 처리기술이 요구된다.

이러한, 비점오염물질을 처리하는 방법은 비점오염원의 특성 및 비점오염물질의 종류에 따라 물리 화학적 원리를 이용하거나 생물학적 처리방식을 채택하고 있다.

물리?화학적 원리를 이용한 시설들은 대부분 처리시설 자체의 변형에 의한 처리효율 향상에 중점을 두고 있으며, 주된 처리공정이 침전, 흡착 등 물리적인 처리기술이다. 이는 오염물질의 생물학적 분해 처리하는 기술이 아니라, 단순히 물리?화학적 흡착의 개념으로 유기물, 영양물질의 제거 효율은 극히 낮은 편이다. 또한, 해당 저감장치의 기능유지를 위해서는 포집된 오염물질을 정기적으로 제거하고, 포화된 여재의 교체문제가 발생한다. 또한, 이러한 포집된 오염물질을 처리하기 위해서는 2차적인 환경오염 문제가 발생하며, 고가의 유지관리비용이 소요되는 문제점들이 발생되고 있다.

최근에는 토사나 쓰레기, 고형 부유물질 등의 처리에 중점을 둔 물리적 장치시설과 함께 용해성 유기오염물질의 제거를 위한 생물학적 처리방식에 관심이 높아지고 있다. 오염물질을 제거하기 위한 종래의 생물학적 처리방법인 활성슬러지 공법은 하수 저류조에 유입된 액상하수는 모래, 흙 등과 같이 비중이 높은 오염물질을 물리적인 방법에 의해 침강시켜 제거한 후 그 처리수를 폭기조로 이송시킨 후 공기를 불어넣어 포기시키면서 생물학적 처리를 하게 된다. 이때 처리한 처리수를 침전조로 이송시켜 침전조 하부로 가라앉힌 후, 상부의 맑은 물은 살균처리한 후 처리수로서 외부로 방류하고, 침전조의 하부에 침전된 슬러지의 일부는 폭기조로 반송시키고, 그 나머지는 잉여슬러지로서 외부로 반출시킨다. 이와 같은 활성슬러지 공정은 생물학적 공정을 통해 유기물을 제거하는 2차 처리 및 영양염을 제거하는 고도처리(3차 처리)까지 실용화되고 있다.

그러나 이와 같은 종래의 활성슬러지 공법은 공정 내 미생물의 유지를 위해 고도의 유지관리기술과 넓은 부지면적을 필요로 하고, 잉여슬러지 발생, 반송으로 인한 유지관리비 증가 등의 단점이 있어 강우시 비점오염물질 처리시설로 적용하기에는 한계를 지닌다.

이에, 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 초기우수 및 빗물의 재이용 방법에 있어 토양정화에 의한 처리방법을 도입하고 우리나라의 비점오염원의 배출특성, 주 오염물질에 따른 도시 집중화, 토양이용 및 비용문제 등의 여러 가지 요인을 고려한 고효율의 친환경적인 비점오염 처리방법을 개발하고, 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 항상 일정한 미생물이 토양 및 수중에 상주하게 하여 외부 환경의 충격에 대해 완충작용을 할 수 있고, 관리가 용이하고 정화효율이 높으며 안정한 친환경적인 초기우수 및 빗물의 재이용 방법을 제공하고자 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 친환경적인 초기우수 및 빗물의 재이용 방법은 체류를 통한 생물학적 처리 단계; 스크린을 통한 조대입자상물질 침사단계; 모래 및 부유성 물질을 침전시켜 고액분리하는 유수 분리 침전단계; 부유물질의 여과흡착과 접촉여재 표면에 성장하는 미생물의 세포합성 활동에 의한 용해성 유기오염물질 및 영양염류 등 기타 오염물질을 제거하는 제1 복합접촉 여과단계 및 제2 복합접촉 여과단계; 처리수의 재이용 처리수조 이동단계; 및 방류단계;로 순차적으로 진행되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 체류를 통한 생물학적 처리 단계는 우천시 빗물과 함께 혼합된 비점오염물질이 유입되어 일정한 시간 체류한 후 방출될 수 있도록 식물이 식재된 토양 : 토양미생물 활성용 충진제가 7 내지 8 : 2 내지 3 혼합비율로 채워진 메디아가 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제1 복합접촉 여과단계 및 제2 복합접촉 여과단계는 침사 후 배출된 처리수가 미생물 접촉층을 더 포함함으로써 미생물 접촉층으로 유입되어 유입수 중에 용존성 물질을 미생물 접촉층의 미생물에 의해 세포의 합성 및 에너지원으로 활용하여 소모시켜 제거하여 대상 유입수에 함유되어 있는 용존성 물질을 제거하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은

(1) 우천시 빗물과 함께 혼합된 비점오염물질을 체류하여 방출하는 체류단계;

(2) 상기 방출된 비점오염물질을 유입관을 통해 유입하는 유입단계;

(3) 상기 유입된 비점오염물질을 침사조를 거쳐 모래 및 부유성 물질을 제거하는 유수 분리 침전단계;

(4) 상기 침전 후 배출된 상등수를 재활용 다공성 여재가 충진된 제 1 복합접촉 여과조 및 제 2 복합접촉 여과조로 유입 후 처리하는 여과단계; 및

(5) 상기 여과된 상등수를 재이용 처리수조로 이송하여 방류하는 단계;

를 포함하는 초기우수 및 빗물의 재이용 방법을 제공한다. 도 1을 참조한다.

본 발명에 있어서, (1) 단계의 체류단계는 생물학적 처리를 위해 우천시 빗물과 함께 혼합된 비점오염물질을 식물의 뿌리가 뻗어 내릴 수 있으며, 상기 식물이 활착할 수 있는 토양 : 토양미생물 활성용 충진제가 7 내지 8 : 2 내지 3 혼합비율로 채워진 메디아에서 진행되는 것을 특징으로 한다.

상기 토양미생물 활성용 충진제는 화산석, 굴껍질, 장석규사, 피트모스, 톱밥, 이탄, 토탄, 및 부식토로 이루어진 펠릿(pellet)형상의 다기공성 고형물인 것으로, 그 형태는 볼형, 반구형, 튜브형, 컵형 등 공극율을 최대로 할 수 있는 것이면 어느 것이나 가능하다.

상기 메디아는 토양성균군이 유기물을 토양으로 쉽게 변성시키기 위한 양질의 토양성분을 가진 물질인 이탄, 토탄 및 부식토 등을 배합하여 용해가 잘되지 않도록 하기 위해 고형화시킨 것이며, 상기 메디아는 일반 토양보다 Al, Si, Fe 등의 성분이 다량 함유되어 있다.

따라서 상기 메디아는 상기 토양 내에 존재하는 통성혐기성균에 의하여 생성되는 대사산물의 고분자화된 슬러지, 부식물과 Al, Si, Fe 등의 중금속이 서로 응집 반응하여 킬레이트화를 촉진시켜, 오수 중에 존재하는 통성혐기성균류를 처리장 내에 우점종화하여 토양미생물의 배양을 활성 및 촉진시켜 주는 촉매제 역할을 하게 된다.

상기 유입된 비점오염물질은 침사조를 거쳐 유입수 내에 함유되어 있는 생물학적 분해가 불가능한 모래, 흙 등과 같은 비중이 높은 물질이 침강 포집되어 제거된 후, 유수 분리 침전단계를 거쳐 부유성 물질이 제거된다.

본 발명에 있어서, (4) 단계의 여과단계는 침전 후 배출된 상등수를 재활용 다공성 여재가 충진되어 미세물질 및 유기물질을 처리하는 제 1 복합접촉 여과조 및 제 2 복합접촉 여과조를 순차적으로 처리하는 것을 특징으로 한다.

보다 상세하게는 상기 제 1 복합접촉 여과조로 상기 (3) 단계의 침전 후 배출된 상등수가 유입되고, 유입된 상등수는 충진되어 있는 재활용 다공성 여재에 부착 성장하는 호기성 미생물에 의해 BOD가 제거되며, 질산화균에 의해 탈질반응으로 질소가 제거된다.

상기 복합접촉 여과조에서 BOD 및 질소가 제거된 처리수는 제 2 복합접촉 여과조로 유입되면서 재활용 다공성 여재에 부착 성장하는 미생물에 의해 BOD 및 SS가 제거되는 2단 여과단계가 이루어진다.

본 발명에 있어서, 재활용 다공성 여재는 다공질 폐세라믹; 이산화규소 또는 규조토; 점토; 탄산칼슘; 산화알루미늄; 은 또는 은염;의 세라믹 조성물을 혼합하여 140 내지 160℃의 온도에서 압출하고 분쇄하여 제조된 것을 특징으로 한다.

보다 상세하게는 상기 재활용 다공성 여재는 다양한 무기물질의 입자들에 의해 입체적인 결합으로 높은 강도를 얻을 수 있으며, 폐자원의 재활용에 따른 환경오염을 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 다양한 광물질의 분말을 소재로 사용하여 우수한 내구성, 기공의 균일성 및 높은 기공율을 가지고 있어 물을 여과하는 경우 2단계의 여과조 표면에 이끼 등의 조류생성을 막고 여과기능을 장시간 유지 및 살균 등의 효과가 있는 장점이 있다.

본 발명에 있어서, (4) 단계의 여과단계는 (3) 단계 후 배출된 처리수가 유기물질 및 질소 화합물을 처리하는 미생물 접촉층을 더 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 미생물 접촉층의 위치는 여과조 내부에 유입된 유입수가 미생물 접촉층을 통과하면서 생물막과 충분히 접촉할 수 있는 적절한 위치에 설치하면 된다.

본 발명에 있어서, 미생물은 Pseudomonas fluorescens(Acession No. AF094731), uncultured bacterium(Acession No. DQ419742), uncultured soil bacterium(Acession No. DQ702752), uncultured bacterium(Acession No. DQ838095), uncultured proteobacterium(Acession No. DQ105621), bacterium DR2A -7 G21(Acession No. AB127860), uncultured bacterium(Acession No. AY711255)로부터 선택되는 한 종 이상의 미생물이 우점화되어 이루어진 생물막인 것을 특징으로 한다.

상기 미생물은 일반적인 활성슬러지 공정에서 발견되는 알려진 우점종화로서 세라믹 여재의 표면에 형성되어 비점오염물질이 유입될 경우 미생물의 정상적인 활동에 의해 유입수 중에 함유되어 있는 유기물질 및 질소화합물 등을 제거하게 된다.

상기 생물막이 형성된 미생물 접촉층 및 2 단계의 여과에 의한 초기우수 및 빗물의 재이용 방법은 우천시 빗물과 함께 혼합된 비점오염물질에 포함된 BOD, SS, 질소, 인 및 대장균을 동시에 제거할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 초기우수 및 빗물의 재이용 방법은 각 단계마다 배출되는 침전물을 수면위로 배출 가능한 에어 펌프(Air Pump, AP)를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다. 상기 에어 펌프는 일정한 시간적 간격으로 자동적으로 작동이 이루어짐으로써 보다 산소가 공급되어 폭기됨으로써 효율적으로 미생물 분해활동을 통하여 슬러지와 부유물이 효율적으로 분리 및 제거가 가능한 장점이 있을 뿐 아니라 각 처리조의 내의 부패를 방지하고 원활한 수압이 발생하여 이송거리가 연장되고 신속한 정화가 가능한 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 초기우수 및 빗물의 재이용 방법은 소요부지면적의 최소화, 토양미생물의 생육환경 최적화 및 보다 효율적인 생물막의 미생물 분해활동 등에 중점을 두고 자연친화적인 일체형 구조로 설계하였으며, 비점오염원 특성 및 비점오염물질 성상에 따라 현장특성에 유동적으로 적용할 수 있는 장점이 있다.

본 발명에 따른 초기우수 및 빗물의 재이용 방법은 폐자원의 재활용에 따른 환경오염을 방지할 수 있는 장점 뿐 아니라 토양미생물 및 유입된 오폐수속 미생물을 이용한 생물막을 통한 미생물 분해활동으로 우천시 빗물과 함께 혼합된 비점오염물질을 자연친화적인 방법으로 분리 및 제거 뿐 아니라 처리된 빗물의 재이용수의 활용으로 경제적 이익을 얻을 수 있는 장점이 있다.

본 발명에 따른 초기우수 및 빗물의 재이용 방법은 우리나라의 비점오염원의 배출특성, 주 오염물질에 따른 도시 집중화, 토양이용 및 비용문제 등의 여러 가지 요인을 고려한 고효율의 비점오염 처리방법으로, 자연친화적인 일체형 구조에 따른 비점오염원 특성 및 비점오염물질 성상에 따라 현장특성에 유동적으로 적용할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 초기우수 및 빗물의 재이용 방법의 공정도를 보여주는 것이고,
도 2는 본 발명에 따른 초기우수 및 빗물의 재이용 방법에 이용되는 처리장치를 도시한 종단면도이며,
(1: 스크린 침사조, 2: 유수분리 침전조, 3: 제1 복합접촉 여과조, 4: 제2 복합접촉 여과조)
도 3은 본 발명에 따른 초기우수 및 빗물의 재이용 방법에 이용되는 처리장치를 도시한 평면도이고,
(1: 스크린 침사조, 2: 유수분리 침전조, 3: 제1 복합접촉 여과조, 4: 제2 복합접촉 여과조)
도 4는 본 발명의 초기우수 및 빗물의 재이용 방법에 따른 수소이온의 농도의 분석결과를 보여주는 것이며,
(A: 강우 유출수, B: 초기우수 및 빗물의 재이용 방법을 거친 유출수)
도 5는 본 발명의 초기우수 및 빗물의 재이용 방법에 따른 생물화학적 산소요구량(BOD) 및 화학적 산소요구량(COD)의 분석결과를 보여주는 것이고,
(A: 강우 유출수, B: 초기우수 및 빗물의 재이용 방법을 거친 유출수)
도 6은 본 발명의 초기우수 및 빗물의 재이용 방법에 따른 부유물 질량(SS)의 변화를 조사한 결과를 보여주는 것이며,
(A: 강우 유출수, B: 초기우수 및 빗물의 재이용 방법을 거친 유출수)
도 7은 본 발명의 초기우수 및 빗물의 재이용 방법에 따른 총 질소(T-N) 및 총 인(T-P)의 변화를 조사한 결과를 보여주는 것이고,
(A: 강우 유출수, B: 초기우수 및 빗물의 재이용 방법을 거친 유출수)
도 8은 본 발명의 초기우수 및 빗물의 재이용 방법에 따른 중금속의 함량 변화를 조사한 결과를 보여주는 것이다.
(A: Cu, B: Pb, C: Zn)

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며, 첨부된 특허 청구 범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

[제조예 1] 토양미생물 활성용 충진제의 제조

화산석, 굴껍질, 장석규사를 100 mesh 분말로 제조한 후, 화산석 분말 10 중량%, 굴껍질 10 중량%, 장석규사 분말 10 중량%, 피트모스 분말 5 중량%, 톱밥 분말 10 중량%, 이탄 분말 10 중량%, 토탄분말 25 중량% 및 부식토 20 중량%를 포함하는 조성물 100 중량부에 대하여 공정수 30 중량부를 첨가하여 교반기에서 혼합하여 슬러리 형태로 제조하였다. 상기 슬러리를 막대 형상으로 압출 성형한 후, 섭씨 28℃의 온도에서 건조하여 펠릿을 제조하였다.

[제조예 2] 토양미생물 활성용 충진제의 제조

화산석, 폐각껍질, 장석규사, 폐세라믹파편의 각 다공성 재질원료를 일정크기(직경 100 ㎜이하)의 가공으로 플라스틱 블록형 BOX에 일정량을 균일하게 혼합 충진하여 단계별 조립형으로 설치할 수 있는 BOX형 충진여재 형태로 제조하였다.

[ 제조예 3] 재활용 다공성 여재의 제조

다공질 폐세라믹 50 중량%, 이산화규소 40 중량%, 점토 11 중량%, 탄산칼슘 12 중량%, 산화알루미늄 4 중량% 및 은 1 중량%의 세라믹 조성물을 혼합하여 15 ㎛로 분쇄한 후, 50%의 PVA 수용액 22 중량%를 균일하게 분무하여 습윤성 분말을 제조하였다.

상기 제조된 습윤성 분말을 프레스기로 160℃의 온도에서 압출하고 분쇄하여 재활용 다공성 여재를 제조하였다.

[제조예 4] 미생물 접촉층의 제조

세라믹 여재의 표면에 미생물을 부착시키기 위해 일반적인 도시하수처리장 활성슬러지에 일반적인 하수 농도의 유입수를 공급하면서 20일 동안 순화하였다.

종합효소 연쇄반응에 기반한 변성 농도구배 겔 전기영동을 이용하여 세라믹 여재의 표면에 부착된 미생물의 종류와 우점화 경향을 조사하였다. 16S rDNA를 증폭시킬 수 있는 EUB 10F/1400R 프라이머 세트와 16S rDNA의 V3 지역을 증폭시킬 수 있는 EUB 340F/518R 프라이머 세트를 이용하여 PCR을 시행한 후, 구배 겔 전기영동으로 확인하였다. 그 결과 하기 표 1과 같은 미생물의 종류 및 우점화 경향을 확인할 수 있었다.

[ 실시예 1]

상기 제조예 1 또는 제조예 2 및 제조예 3을 이용한 비점오염물질의 초기우수 및 빗물의 재이용 방법을 통한 생물학적 처리 능력을 파악하기 위하여 수질 분석용 시료는 초기우수 유입수 및 지속 강우 유입수와 처리시설 유출수 등을 5월부터 10월까지 채수분석하였다. 평가대상 강우사상 및 시료채수 기준은 환경부(비점오염원관리 업무편람, 환경부, 2006.12)에서 제시한 비점오염저감시설의 처리효율 평가 사례를 참조하였으며, 매 시료채수시마다 수원기상대와 역삼 AWS의 실시간 기상자료(분, 10분, 30분, 1시간)를 적극 활용하여 채수 시점을 결정하였다.

최소 강우 횟수(시료 채수일수)는 월평균 2 내지 3회를 원칙으로 15회 이상 계획하였으며, 최소 강우량 기준은 3 mm/일 이상, 50%는 10 mm/일 이상으로 하여 강우사상이 골고루 분포하도록 시료 채수일을 계획하였다.

또한, 선행건기일수는 3 mm/일 이상 선행 강우를 기준으로 하여 비강우시간이 최소 24 시간이 경과한 후로 계획하고 집중호우나 태풍 등은 피했으며 시료 채수는 강우 유출 전 기간을 대상으로 하였다. 시간당 평균 강우강도는 최소 0.5 mm/hr 이상으로 하고 강우 지속 시 채수 시점은 5 mm/hr 이상 또는 누적강우 5 mm 이상일 때 채수하였다.

시료는 유량가중혼합시료(Flow-weighted Composite Samples) 형태로 강우 시 초기우수가 유입되기 시작될 때부터 각 채수시점 간 유입유출수에 대한 충분한 sub 시료를 채수혼합하여 수질분석용 시료로 사용하였다.

상기 수질 분석용 시료는 시료분석 이전에 전처리 과정을 거쳐 1 mm 이상의 협잡물이나 토사 등은 제외시켰으며, 수질분석 항목은 pH, BOD, COD, SS, T-N, T-P 등은 모든 시료를 분석하고 중금속은 차량운행에서 주로 기인하는 Cu, Pb, Zn 등 항목을 매 시료 채수일당 첫 번째 유입유출 유량가중혼합시료에 한하여 1회 분석하였다.

수질분석 방법은 수질오염공정시험법(환경부, 수질오염공정시험법, 2006)을 따랐으며 각 항목별 분석방법은 하기 표 2에 나타내었다.

[실시예 2]

상기 제조예 4의 미생물 접촉층을 복합접촉 여과조 내부에 미생물 접촉층 충전율 5%(V/V)로 하여, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 비점오염물질의 초기우수 및 빗물의 재이용 방법을 통한 생물학적 처리 능력을 조사하였다.

[시험예]

(1) 수소이온 농도(pH)

조사기간 중 강우 유출수의 pH 측정결과는 pH 6.5 내지 7.2의 범위로 나타났으며, 그 중 69%가 pH 7.0 이하이며 전반적으로 약산성을 띠었다. 이는 건기 시 도로노면 등에 퇴적된 차량운행에 따른 부산물과 대기강하물 등의 영향인거나 또는 산성비에서 기인하는 것으로, 본 발명에 따른 처리방법을 거친 유출수는 도 4에서도 확인할 수 있듯이 pH 6.6 내지 7.1의 범위에서 유입수에 비해 다소 변화가 적은 것을 확인할 수 있었다.

(2) 생물화학적 산소요구량(BOD)

생물화학적 산소요구량(BOD)은 수중의 유기물질농도를 나타내는 지표 중 하나이며, 일반적으로 BOD는 수중미생물(bacteria)이 호기성 상태에서 분해 가능한 유기물질을 20℃에서 5일간 안정화시키는 데 소비한 산소량을 말하며 물속에 함유된 분해 가능한 유기물질 함유량의 정도를 파악하기 위한 간접적 측정법으로 널리 이용된다.

조사기간 중 각 강우 유출수의 BOD 농도는 BOD 4.3 내지 13.1 ㎎/ℓ 범위로 최대 BOD 13.1 ㎎/ℓ로 높게 나타났으며, 강우 시 상당량의 유기오염물질이 유출될 것으로 예상된다.

본 발명에 따른 처리방법을 거친 유출수의 BOD 농도는 BOD 2.1 내지 5.1 ㎎/ℓ으로 조사되었으며, 도 5에서도 확인할 수 있듯이 처리시설을 거치면서 상당량의 유기오염물질이 제거되는 것으로 나타났다. 또한, 유출수의 농도 변화폭도 크지 않아 비교적 안정된 모습을 나타냈다.

(3) 화학적 산소요구량(COD)

화학적 산소요구량, 즉 COD는 수중의 유기물을 화학적 산화제로 산화시킬 때 필요한 산소량으로써 생물학적으로 단기간에 이용 가능한 유기물질 뿐 아니라 분해가 되더라도 통상적으로 사용되는 BOD5법으로는 살펴볼 수 없는 분해속도가 느린 유기물 등의 산화에 필요한 산소의 양을 나타낸 것이다. 우리나라의 수질오염공정시험법에는 과망간산칼륨법으로 시험토록 규정하고 있다. COD 시험은 BOD 시험에 비해 단기간의 시험으로 결과를 얻을 수 있으며 비교적 결과치도 정확하여 수질의 오염도 규정에 많이 사용되고 있다.

조사기간 중 각 강우 유출수의 COD 농도는 COD 4.7 내지 18.7 ㎎/ℓ 범위로 최대 COD 18.7 ㎎/ℓ로 BOD에 비해 상당히 높게 나타났으며, 이는 유기물질 외에도 타이어 마모 분진, 미세먼지, 배연 등 기타 오염물질이 노면에 많이 축적되기 때문으로 여겨진다.

본 발명에 따른 처리방법을 거친 유출수의 COD 농도는 COD 2.7 내지 7.2 ㎎/ℓ으로 조사되었으며, 도 5에서 확인할 수 있듯이 처리시설을 거치면서 상당량의 오염물질이 제거되는 것으로 나타났다. 또한, 유출수의 농도 변화폭도 크지 않아 비교적 안정된 모습을 나타냈다.

(4) 부유물질량(SS)

강우 유출수 중에는 토사, 협잡물, 쓰레기 등 거대물질 외에도 많은 량의 부유물질이 포함되어 있다. 이들 부유물질에는 박테리아나 바이러스, 중금속, 유기물질 등다른 오염물질을 함께 함유하고 있는 경우가 많고, 하천에 유입되어 탁도를 증가시키는 요인이 되기 때문에 강우 시 유출수를 비점오염 처리시설 등을 거쳐 수계 유입 전에 충분히 제거하여야 한다. 부유물질의 유출량은 강우사상 및 지속시간 등에 따라 다른 오염물질에 비해 농도 변화폭이 큰 편이며, 또한 여러 비점오염 처리시설을 통하여 비교적 쉽게 제거할 수 있으며 제거효율도 좋은 편이다.

조사기간 중 각 강우 유출수의 SS 농도는 SS 13 내지 95 ㎎/ℓ 범위로 최대 SS 95㎎/ℓ로 매우 높았으며, 이는 유기물질 외에도 건물 및 도로 노화물, 타이어 마모 분진, 미세먼지, 배연 등 부유성 물질이 노면에 많이 축적되기 때문으로, 본 발명에 따른 처리방법을 거친 유출수의 SS 농도는 SS 7.5 내지 21 ㎎/ℓ으로 다른 오염물질에 비해 처리수의 변화폭이 비교적 높았으며, 이는 도 6에서 확인할 수 있듯이 유입수의 농도변화 때문이나 전반적으로 처리시설을 거치면서 유입수의 농도가 많이 낮아지는 것으로 나타났다.

(5) 총 질소 (T-N)

수중의 질소는 암모니아성 질소, 아질산성 질소 및 질산성 질소 등의 무기성 질소와 유기성 질소로 존재하는데 이들의 합을 총질소라고 한다. 이러한 질소는 수중 생태계의 유지와 결정에 큰 요인이 되며 조류증식의 제한요인이 되기도 한다. 한편 유기성 질소를 제외한 무기성 질소의 수계 내에서의 용존율은 질산화 박테리아와 탈질박테리아에 의해서 결정되며 무기성 질소의 형태로 용해되고 환원되어 일련의 질소순환에 참여하게 된다.

강우 유출수 중에는 배연, 대기강하물, 유기오염물질 등 질소화합물이 상당량 포함되어 있으며, 특히, 도시의 지표면이나 노면에는 차량운행 및 공장 등의 배출가스에 의해 상대적으로 그 농도가 높은 편이다.

T-N에 관한 조사 결과, 도 7에서도 확인할 수 있듯이 강우 유출수의 농도는 T-N 0.285 내지 1.619 ㎎/ℓ 범위였으나 본 발명에 따른 처리방법을 거친 유출수의 T-N 농도는 T-N 0.156 내지 0.438 ㎎/ℓ으로 처리시설을 거치면서 유입수의 농도가 많이 낮아지는 것을 확인할 수 있었다.

(6) 총 인(T-P)

질소성분과 더불어 수중의 인 성분은 일종의 영양염류로서 수질악화의 원인이 되는 부영양화를 일으키고 식물성플랑크톤의 과다발생을 일으켜 이취와 물색 변동을 일으키기도 한다. 강우유출수 중 인 농도는 질소 농도에 비해 상당히 낮은 편이다.

T-P에 관한 조사 결과는 도 7에서 확인한 바와 같이, 강우 유출수의 농도는 T-P 0.031 내지 0.454㎎/ℓ 범위였으나 본 발명에 따른 처리방법을 거친 유출수의 T-P 농도는 T-P 0.021 내지 0.163 ㎎/ℓ으로 처리시설을 거치면서 유입수의 농도가 상당히 낮아지는 것을 확인할 수 있었다.

(7) 중금속( Cu , Pb , Zn )

도시지역 강우 유출수 중에는 Cu, Pb, Zn, Cd, Ni 등 유해 중금속이 상당량 포함되어 있는데 대부분 배기가스, 타이어 마모, 자동차 산화물 등 차량운행에서 기인하며, 특히 도로는 대부분 불투수층 지역으로 도로 외 지역보다 강우 유출수 중 중금속 농도가 높다. 이들 중금속 물질은 50% 이상이 토사를 매개체로 배출된다.

본 발명에서는 유기오염물질, 부유물질, 영양염류 등의 처리에 중점을 두었기 때문에 매 Cu, Pb 및 Zn의 3개 항목에 한하여 매 수질조사 시 초기강우 시 각각 유입유출수를 1회씩 분석하였다.

상기 3개 중금속 항목에 관한 조사 결과는 도 8의 결과에서도 확인할 수 있듯이, 강우 유출수의 농도는 각각 Cu는 0.013 내지 0.084 ㎎/ℓ, Pb는 0.026 내지 0.108 ㎎/ℓ, Zn은 0.068 내지 0.396 ㎎/ℓ 범위로 Zn이 다소 높았다.

그러나 본 발명에 따른 처리방법을 거친 유출수의 농도는 각각 Cu는 0.006 내지 0.028 ㎎/ℓ, Pb는 0.013 내지 0.068 ㎎/ℓ, Zn은 0.028 내지 0.150 ㎎/ℓ범위로 단순히 유입유출수의 농도 결과만으로 처리효율을 살펴보면 각각 제거율이 Cu는 36.8 내지 76.4%, Pb는 46.4 내지 75.6%, Zn는 49.4 내지 78.0% 등으로 비교적 높았으며, 이는 초기 유입유출수의 양호한 SS 제거효율과 관련 있는 것으로 판단된다.

상기의 초기우수 및 빗물의 재이용 방법을 통한 생물학적 처리 능력을 확인한 결과, 강우유출 중의 오염물질에 대한 평균제거율은 BOD는 57.6%, COD는 54.8%, SS는 62.8%, T-N은 50.4%, T-P는 52.0%로 우수한 오염물질의 제거효율을 나타내는 것을 확인할 수 있었으며, 상기 제조예 4의 미생물 접촉층을 복합접촉 여과조 내부에 미생물 접촉층 충전율 5%(V/V)로 한 경우 BOD는 62.8%, COD는 60.1%, SS는 65,5%, T-N은 53,2%, T-P는 54.9%로 처리효율이 더욱 향상되는 것을 확인할 수 있었다.

Claims (8)

1. (1) 우천시 빗물과 함께 혼합된 비점오염물질을 체류하여 방출하는 체류단계;
   (2) 상기 방출된 비점오염물질을 유입관을 통해 유입하는 유입단계;
   (3) 상기 유입된 비점오염물질을 침사조를 거쳐 모래 및 부유성 물질을 제거하는 유수 분리 침전단계;
   (4) 상기 침전 후 배출된 상등수를 재활용 다공성 여재가 충진된 제 1 복합접촉 여과조 및 제 2 복합접촉 여과조로 유입 후 처리하는 여과단계; 및
   (5) 상기 여과된 상등수를 재이용 처리수조로 이송하여 방류하는 단계;
   를 포함하는 초기우수 및 빗물의 재이용 방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 (1) 단계의 체류단계는 생물학적 처리를 위해 우천시 빗물과 함께 혼합된 비점오염물질을 식물의 뿌리가 뻗어 내릴 수 있으며, 상기 식물이 활착할 수 있는 토양 : 토양미생물 활성용 충진제가 7 내지 8 : 2 내지 3 혼합비율로 채워진 메디아에서 진행되는 것을 특징으로 하는 초기우수 및 빗물의 재이용 방법.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 토양미생물 활성용 충진제는 화산석, 굴껍질, 장석규사, 피트모스, 톱밥, 이탄, 토탄, 및 부식토로 이루어진 펠릿(pellet)형상의 다기공성 고형물인 것을 특징으로 하는 초기우수 및 빗물의 재이용 방법.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 (4) 단계의 여과단계는 침전 후 배출된 상등수를 재활용 다공성 여재가 충진되어 미세물질 및 유기물질을 처리하는 제 1 복합접촉 여과조 및 제 2 복합접촉 여과조를 순차적으로 처리하는 것을 특징으로 하는 초기우수 및 빗물의 재이용 방법.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 재활용 다공성 여재는 다공질 폐세라믹; 이산화규소 또는 규조토; 점토; 탄산칼슘; 산화알루미늄; 은 또는 은염;의 세라믹 조성물을 혼합하여 140 내지 160℃의 온도에서 압출하고 분쇄하여 제조된 것을 특징으로 하는 초기우수 및 빗물의 재이용 방법.
6. 제 4항에 있어서,
   상기 (4) 단계의 여과단계는 (3) 단계 후 배출된 처리수가 유기물질 및 질소 화합물을 처리하는 미생물 접촉층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초기우수 및 빗물의 재이용 방법.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 미생물은 Pseudomonas fluorescens(Acession No. AF094731), uncultured bacterium(Acession No. DQ419742), uncultured soil bacterium(Acession No. DQ702752), uncultured bacterium(Acession No. DQ838095), uncultured proteobacterium(Acession No. DQ105621), bacterium DR2A -7G21(Acession No. AB127860), uncultured bacterium(Acession No. AY711255)로부터 선택되는 한 종 이상의 미생물이 우점화 되어 이루어진 생물막인 것을 특징으로 하는 초기우수 및 빗물의 재이용 방법.
8. 제 1항 내지 제 7항에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,
   상기 초기우수 및 빗물의 재이용 방법은 각 단계마다 배출되는 침전물을 수면위로 배출 가능한 에어 펌프(Air Pump, AP)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 초기우수 및 빗물의 재이용 방법.

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