KR20130048097A - 활성흡착부재 및 그 제조방법과 상기 활성흡착부재를 이용한 수처리 장치 및 수처리 방법 - Google Patents

활성흡착부재 및 그 제조방법과 상기 활성흡착부재를 이용한 수처리 장치 및 수처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하수나 폐수 등 오염수 내에 포함된 인 등의 오염물질을 효과적으로 제거하여 부영양화를 방지하기 위한 활성흡착부재 및 그 제조방법과 상기 활성흡착부재를 이용한 수처리 장치 및 수처리 방법을 위한 것이다. 본 발명의 일 관점에 따르면, 원수에 포함된 총인을 흡착하여 제거하기 위한 것으로서, 담지체에 활성이온이 담지된 활성흡착부재가 제공된다. 이때 상기 활성흡착부재는 원료황토에 활성이온이 담지된 활성황토 또는 알루미나에 활성이온이 담지된 활성 알루미나일 수 있다.

Description

활성흡착부재 및 그 제조방법과 상기 활성흡착부재를 이용한 수처리 장치 및 수처리 방법{Activated absorption member, method of manufacturing the same, apparatus and method for water treatment using the activated absorption member}
본 발명은 활성흡착부재 및 그 제조방법과 수처리 장치 및 수처리 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 하수나 폐수 등 오염수 내에 포함된 인(phosphorus) 등의 오염물질을 제거하는 활성흡착부재 및 그 제조방법과 상기 활성흡착부재를 이용한 수처리 장치 및 수처리 방법에 관한 것이다.
부영양화는 대부분 영양염류, 즉 질소와 인에 의해 조류가 대량으로 번성하여 수질이 악화되는 현상이다. 이러한 부영양화에 의한 수질악화를 방지하기 위해서는 인 성분을 제거하여야 한다. 현재 하수처리장 방류수의 인 성분의 기준은 2.0mg/L이나, 이러한 농도의 방류수가 하천 등으로 유입되는 경우 부영양화를 막을 수 없다. 따라서 부영양화에 의한 수질악화 방지와 방류수 등에 포함된 인 성분을 현재 기준에 비해 현저하게 엄격한 기준으로 제거하기 위해 미생물을 이용한 A2O(혐기, 무산소, 호기) 공법을 포함하는 생물학적 고도처리 등을 이용해 왔다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 오염수 내의 인 성분을 효과적으로 제거하여 부영양화를 방지하고, 수질 보존을 위한 활성흡착부재 및 그 제조방법과 상기 활성흡착부재를 이용한 수처리 장치 및 수처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 원수에 포함된 총인을 흡착하여 제거하기 위한 것으로서, 담지체에 활성이온이 담지된 활성흡착부재가 제공된다.
상기 활성흡착부재는 원료황토에 활성이온이 담지된 활성황토 또는 알루미나에 활성이온이 담지된 활성 알루미나일 수 있다.
상기 활성이온은 칼슘 이온, 알루미늄 이온, 철 이온, 아연 이온 및 마그네슘 이온으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 활성황토는 상기 원료황토에 염화칼슘 용액과 염산 용액을 혼합하고 압력을 인가하여 형성된 펠렛(pellet)을 350℃ 내지 450℃에서 1시간 내지 3시간동안 가열하여 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 원료황토에 염화칼슘 용액과 염산 용액을 혼합하여 황토용액을 형성하는 단계; 상기 황토용액에 압력을 인가하여 펠렛을 형성하는 단계; 및 상기 펠렛을 350℃ 내지 450℃에서 1시간 내지 3시간동안 가열하여 활성황토를 형성하는 단계;를 포함하는 활성흡착부재의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 상기 활성흡착부재를 구비하는, 수처리 장치를 제공한다.
상기 수처리 장치는 총인을 포함하는 상기 원수를 수용하고, 기포를 이용하여 부유물질을 부상시켜 제거하는 제1부상처리조; 상기 제1부상처리조에서 처리된 원수를 분리하고 미생물로 처리하는 분리막 생물 반응조; 상기 분리막 생물 반응조에서 처리된 원수를 수용하고, 응집제를 사용하여 응집물을 형성하는 응집조와 기포를 이용하여 상기 응집물을 부상시켜 제거하는 부상조를 포함하는 제2부상처리조; 및 상기 활성흡착부재를 수용하는 흡착조;를 더 구비할 수 있다.
또한 상기 수처리 장치는 상기 흡착조에서 처리된 원수를 수용하고, 상기 원수에 포함된 총인을 제거하는 여과부재를 포함하는 여과조를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 상기 활성흡착부재를 이용하여 원수에 포함된 총인을 흡착하여 제거하는 단계를 포함하는 수처리 방법을 제공한다.
상기 수처리 방법은 총인을 포함하는 원수를 수용하고, 기포를 이용하여 부유물질을 부상시켜 제거하는 단계; 상기 총인을 포함하는 미생물로 처리하고 막을 이용하여 분리하여 처리하는 단계; 및 상기 총인을 포함하는 원수를 응집제를 사용하여 응집물을 형성하고, 기포를 이용하여 상기 응집물을 부상처리하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 나아가, 상기 흡착부재에서 처리된 원수를 수용하고 상기 원수에 포함된 총인을 여과부재로 여과하여 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 부영양화를 방지하고 수질 보존을 위한 활성흡착부재 및 그 제조방법과 상기 활성흡착부재를 이용하는 수처리 장치 및 수처리 방법을 제공할 수 있다. 나아가, 활성흡착부재로서 사용된 활성황토의 경우 재활용뿐만 아니라 일반 비료로도 사용할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 활성흡착부재를 이용한 수처리 장치의 개략도이다.
도 2 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 활성흡착부재를 이용한 수처리 장치의 개략도이다.
도 3 은 본 발명의 실시예를 따르는 여과부재를 개략적으로 도시하는 정면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예를 따르는 여과부재를 개략적으로 도시하는 측면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수처리 시설의 총인(T-P) 분석결과 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 수처리 시설의 인산염인(PO4-P) 분석 결과 그래프이다.
도 7은 비료를 쓰지 않은 잔디의 사진이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예를 따르는 활성흡착부재로서 사용이 완료된 활성황토를 비료로 사용한 잔디의 사진이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서 언급되는 총인이란 오염수 내에 포함된 인이나, 인 성분을 포함하는 인 화합물, 인 화합물 이온 및 부영양화의 원인을 제공하는 인을 포함하는 물질을 지칭할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 활성흡착부재를 이용한 수처리 장치의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 총인을 포함하는 원수를 수용하여 부유물질을 부상시켜 제거하는 제1부상처리조(100), 제1부상처리조(100)에서 처리된 원수를 분리하고 미생물을 이용하여 처리하는 분리막 생물 반응조(110), 분리막 생물 반응조(110)에서 처리된 원수를 수용하고, 응집제를 사용하여 응집물을 형성하는 응집조(121, 122)와 기포를 이용하여 응집물을 부상처리하여 제거하는 부상조(105)를 포함하는 제2부상처리조(120) 및 원수에 포함된 총인을 흡착하여 제거하는 활성흡착부재(132)를 포함하는 흡착부재를 수용하는 흡착조(130)를 구비한다.
먼저, 제1부상처리조(100)는 원수 내 포함된 부유물질이 발생시킨 플록들을 기포(52)를 이용하여 제거하는 처리조로서, 기포(52)를 분사하는 기포 분사기(50)를 구비할 수 있다. 기포 분사기(50)는 10㎛ 내지 120㎛의 크기를 가지는 미세한 기포를 분사할 수 있으며, 기포 분사기(50)로 공급되는 압력 차이가 나는 가압수에 의해 미세한 기포(52) 형태로 분사될 수 있다. 이러한 기포들(52)은 제1부상처리조(100)의 상부로 부상하면서 흡착성이 풍부한 플록들과 결합하게 되며, 결합된 플록들은 기포(52)의 부상력에 의해 제1부상처리조(100)의 상부의 제1수집조(101)로 모아진 후 최종적으로 제거될 수 있다.
이어, 제1부상처리조(100)에서 처리된 원수는 펌프부(70)를 통해 분리막 생물 반응조(110)에 유입될 수 있다. 펌프부(70)의 위치는 도면들에서 한정되지 않으며 자유롭게 변경될 수 있다. 분리막 생물 반응조(110)는 일반적인 생물반응조와 막분리 공정을 결합시킨 것으로, 분리막의 세공크기에 따라 유기물, 무기물 및 미생물 등이 분리 및 제거될 수 있으며, 제1부상처리조(100)에서 처리된 원수를 분리하고 미생물로 처리할 수 있다.
분리막 생물 반응조(110)에서 처리된 원수는 제2부상처리조(120)에 수용될 수 있고, 밸브부(72)를 통해 원수 중 일부가 회수될 수도 있다. 회수된 원수는 공기 등을 고압으로 용존시켜 기포분사기(50)에 공급할 수 있다. 밸브부(72)는 처리된 원수의 유동방향 또는 유량을 제어할 수 있으며, 도시된 위치는 한정되지 않으며 자유롭게 변경될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 분리막 생물 반응조(110)에서 처리가 완료된 처리수 중 일부를 순환 펌프부(71)를 이용하여 가압조(80)로 이송시키고, 이 가압조(80)에서 공기, 산소 및 오존 등을 압축기(90)를 이용해 압축시킴으로써 기포분사기(50)에 공급되는 가압수를 생성할 수 있다. 가압된 처리수에 용존되는 기체가 오존인 경우, 오존발생장치(미도시)를 따로 구비할 수 있고, 기포의 부상처리 시 오존의 강한 산화력으로 병원성 미생물들이나 친수성 유해유기물질이 산화된 후 원수로부터 분리시키기 때문에, 이러한 병원성 미생물이나 친수성 유해유기물질 내에 포함되어 있는 총인이 추가적으로 제거되는 효과를 얻을 수 있다.
또한 분리막 생물 반응조(110)에서 처리된 원수는 펌프부(70)에 의해 제2부상처리조(120)에 수용될 수 있다. 제2부상처리조(120)는 응집제를 사용하여 응집물을 형성하는 응집조(121, 122)와 응집조(121, 122)에서 형성된 응집물을 기포를 이용하여 부상시켜 제거하는 부상조(105)를 포함할 수 있다.
제2부상처리조(120)에 포함되는 응집조(121, 122)에는 총인을 포함하는 원수가 유입되고, 유입된 원수에 응집제를 투입하여 응집침전물과 부상처리가 가능한 부유물을 형성할 수 있다. 이때 응집제는 응집제 저장부(60)로부터 응집제 펌프부(73)를 이용하여 제공될 수 있으며, 응집제로는 예컨대 산화알루미늄, 황산제1철, 황산제2철, 염화제2철, 폴리염화알루미늄, 고분자 응집제 및 이온계면활성제로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 사용할 수 있다.
응집조(121, 122)로 투입되는 원수는 다량의 총인을 포함하는 축산폐수나 하수도수일 수 있으며, A20(혐기, 무산소, 호기) 공법 등 미생물을 이용한 생물학적 고도처리에 의해 처리된 후 방류되는 방류수 일 수 있다. 미생물을 이용한 생물학적 고도처리에 의하더라도 방류수에 총인의 농도를 안정적으로 1.0mg/L 이하로 낮추기는 어렵다. 따라서 이러한 생물학적 고도처리된 방류수를 응집한 후 부상처리함으로써 원수 내 포함된 총인의 함량을 낮출 수 있다.
응집조(121, 122)에는 도 1에 도시된 것과 같이 응집반응을 촉진하기 위한 교반부(124)가 구비될 수 있다. 또한 응집조(121, 122)는 급속응집조(121)와 완속응집조(122)로 구성될 수 있다. 급속응집조(121)는 응집제와 원수를 급속하게 반응시켜 총인이 포함된 부유물질을 형성할 수 있고, 완속응집조(122)는 급속응집조(121)로부터 원수를 유입 받아 원수 내 포함된 부유물질을 덩어리 형태의 응집물인 플록(flock)으로 형성할 수 있다. 이때 응집과정 중 일부의 응집물은 침전되어 제거될 수 있다.
완속응집조(122)에서 응집처리가 완료된 원수는 완속응집조(122)와 부상조(105)를 구분하는 격벽(125)의 하부 개방부분을 통과하여 부상조(105)로 투입될 수 있다. 이때 격벽(125)에 형성되는 개방부는 도 1과 같이 하부에 한정되지 않고, 응집처리된 원수가 격벽을 월류할 수 있도록 상부에 구비될 수 있으며, 경우에 따라 하부가 개방된 격벽과 상부가 개방된 격벽이 이격배치시킴으로써 하부가 개방된 격벽(125)을 통과한 원수가 상부가 개방된 격벽을 월류하여 부상조(105)로 유입되도록 하거나 역으로 배치시켜 원수의 이송경로로 이용할 수 있다. 이러한 격벽의 형태는 이하 모든 실시예에 동일하게 적용가능하다.
부상조(105)는 위에서 설명한 제1부상처리조(100)와 마찬가지로, 원수 내 포함된 부유물질이 발생시킨 플록들을 기포(52)를 이용하여 제거할 수 있으며, 미세한 기포를 분사할 수 있는 기포 분사기(50)를 구비하고, 기포들(52)은 플록들과 결합하여 제2부상처리조(120)의 부상조(105)의 상부의 제2수집조(106)로 모아진 후 제거될 수 있다.
이러한 응집조(121, 122)와 부상조(105)를 포함하는 제2부상처리조(120)에서는 총인 외에 COD, SS, 색도, 인 및 미생물 등을 종합적으로 제거할 수 있다. 또한 응집조(121, 122)에서의 응집물의 침전에 의한 제거효과와 부상조(105)에서의 부유물 부상제거 효과로 인해 제2부상처리조(120)이후의 수처리 공정의 부하를 경감시켜 운전효율을 향상시킬 수 있다.
제2부상처리조(120)에서 처리가 완료된 원수는 다음 단계인 총인 제거를 위해 흡착조(130)로 이동될 수 있다. 흡착조(130)에는 활성흡착부재(132)의 일단부에 장착되고, 원수를 펌프부(70)에 의해 공급받는 투입부(133) 및 활성흡착부재(132)의 타단부에 장착되며, 활성흡착부재(132)를 통과한 원수를 배출하는 배출부(134)가 포함될 수 있다. 도 1에는 활성흡착부재(132)의 하부에 투입부(133), 상부에 배출부(134)가 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 이와 반대로 구비될 수도 있다.
원수는 도 1에 도시된 것과 같이, 펌프부(70)와 이송라인부를 통해 흡착조(130)에 유입될 수 있다. 이때 흡착조(130)에는 원수에 포한된 총인을 흡착제거하기 위한 활성흡착부재(132)가 구비된다. 활성흡착부재(132)는 담지체에 활성이온을 담지하여 제조한 것으로서, 흡착조(130)에 유입된 원수는 흡착조(130)를 통과하게 되며, 이때 원수에 포함된 총인 중 인 이온 화합물은 활성흡착부재(132)와 접촉면에서 이 활성흡착부재(132)에 흡착되어 추가적으로 제거될 수 있다. 이때 인 이온 화합물은 예를 들어, PO4 3- 일 수 있다.
이때 활성흡착부재(132)는 알루미나(Al2O3)를 담지체로 하고, 칼슘 이온, 알루미늄 이온, 철 이온, 아연 이온 및 마그네슘 이온으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 상기 알루미나에 담지한 활성 알루미나(activated Al2O3)일 수 있으며, 인 이온 화합물이 활성 알루미나 표면과 접촉하는 경우, 반응식 1과 같은 반응이 일어날 수 있다.
[반응식 1]
Figure pat00001
사용이 완료된 활성 알루미나는 아래 반응식 2와 같은 재생반응에 의해 활성 알루미나의 특성을 회복하게 되며, 다시 인 화합물 이온의 흡착에 재사용할 수 있게 된다. 또한 이 과정에서 회수된 인은 농업용 비료로 재사용될 수 있다.
[반응식 2]
Figure pat00002
또 다른 활성흡착부재(132)로서 원수에 포함된 총인을 흡착하여 제거하는 활성황토가 이용될 수 있다. 활성황토는 원료황토를 담지체로 하고, 칼슘 이온, 알루미늄 이온, 철 이온, 아연 이온 및 마그네슘 이온으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 상기 원료황토에 담지하여 제조한 것일 수 있으며, 인 이온 화합물이 이러한 활성황토 표면과 접촉하는 경우 활성 알루미나와 유사한 반응이 일어나 활성황토에 흡착될 수 있다.
이러한 활성황토는 원료황토에 염화칼슘(CaCl) 용액과 염산(HCl) 용액을 혼합하여 황토용액을 제조한 후에, 제조된 황토용액에 압력을 인가하고 열처리하여 펠렛(pellet) 형태로 제조함으로써, 에너지적으로 활성화된 활성황토로 제조될 수 있다. 펠렛 형태로 제조된 활성황토는 전기 오븐을 통하여 350℃ 내지 450℃에서 1시간 내지 3시간 동안 가열될 수 있다.
황토는 주로 실트 크기의 입자들로 구성된 연황색 퇴적물의 점질토를 지칭하며, 토양층, 모래층 및 이들과 유사한 물질을 포함할 수 있다. 황토 내에는 광물들이 포함될 수 있다. 따라서 주성분의 황토와 부가적인 광물들을 포함하는 황토 혼합물도 본 발명의 실시예들에서 황토로 불릴 수도 있다. 활성흡착부재의 구성 소재인 황토는 이외에 사질토, 마사토, 휴가토, 적옥토, 부엽토, 생명토, 후지토 등 다양한 종류의 흙으로 대체되어 사용될 수도 있다.
활성흡착부재(132)는 도 1에 도시된 것과 같이, 활성 알루미나 또는 활성황토가 타워형상의 용기(131) 내부에 충진된 구조일 수 있다. 이러한 구조에서 입자들 사이에는 공극(미도시)이 발생하며 원수는 이러한 공극을 통과하며, 입자들의 표면에서 인 화합물 이온성분의 흡착이 발생할 수 있다.
다른 예로 활성흡착부재(132)는 다공성 부재의 형태일 수 있다. 예를 들어, 그 내부에 다수의 공극을 포함하는 다공성 소결체인 경우, 원수가 다공성 소결체의 공극을 통과하는 과정에 원수 내 인 화합물 이온성분이 다공성 소결체에 포함된 활성황토 또는 활성 알루미나에 흡착될 수 있다.
활성황토 또는 활성 알루미나로 구성된 활성흡착부재(132)를 이용할시, 재활용이 용이하고, 특히, 활성황토의 경우 재활용뿐만 아니라 일반 비료로도 사용할 수 있다. 예를 들어, 활성황토의 경우 사용이 완료되면 따로 흡착된 인 화합물을 탈착시키는 단계없이 바로 파쇄하여 일반 비료로 사용할 수 있으며, 이는 재사용보다 더욱 효과적으로 사용될 수 있다.
이와 같은 수처리 장치 및 수처리 방법의 경우 흡착공정의 단순화되어 강 및 하수처리장의 방류수에 적용이 용이하고, 처리수의 총인의 농도를 안정적으로 0.05mg/L 이하로 감소시킬 수 있어, 처리수가 유입되는 하천 등의 부영양화를 막을 수 있으며, 하천의 유지용수는 물론, 농업용수, 청소용수, 허드렛물, 공업용수 등으로 다시 활용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 활성흡착부재를 이용한 수처리 장치의 개략도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 수처리 장치는, 위에서 설명한 것과 같이, 총인을 포함하는 원수의 부유물질을 제거하는 제1부상처리조(100), 제1부상처리조(100)를 거친 원수를 처리하는 분리막 생물 반응조(110), 응집조(121, 122)와 부상조(105)를 포함하는 제2부상처리조(120) 및 원수에 포함된 총인을 흡착하여 제거하는 흡착조(130)를 구비하고, 흡착조(130)에서 처리된 원수에 포함된 총인을 제거하는 여과부재(145)를 포함하는 여과조(140)를 더 구비할 수 있다.
이때 여과부재(145)는 여과조(140)가 수용한 원수를 유입받아 고액분리를 통해 잔류하는 부유물을 제거하는 여과막을 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 여과부재(145)는 상부 프레임(501) 및 하부 프레임(502)을 구비하고, 이 사이에 섬유형태의 여과막(503)을 복수개로 연결하는 여과막 모듈(500)일 수 있다. 상부 프레임(501)에는 여과막(503)으로 유입된 원수를 배출하는 배출구(504)가 형성될 수 있다. 이러한 구조의 여과막 모듈(500)이 도 2에서와 같이 여과조(140) 내부로 침지되는 경우 배출구(504)는 배출펌프(74)와 연결될 수 있다. 따라서 흡착조(132)에서 여과조(140)로 이송된 원수는 배출구(504)에 연결된 배출펌프(74)에 의해 여과막(503)으로 흡수되면서 배출구(504) 쪽으로 이동되고, 이 과정에서 원수 내 존재하는 인을 포함하는 고체성분이 여과막(503) 외부에 잔류함에 따라 고액분리가 일어나게 된다. 이때 이러한 여과막(503)은 한외여과막(ultrafiltration membrane) 또는 마이크로여과막(microfiltration membrane)을 포함할 수 있다.
또한 여과부재(145)는 도 4에 도시된 바와 같이, 이러한 여과막 모듈(500)이 복수개로 이격 배치되는 구조를 가질 수 있다. 이때 여과막 모듈(500) 사이의 하부에는 기포(506)를 발생시키는 기포발생기(505)를 더 구비할 수 있다. 이러한 기포발생기(505)에서 발생된 기포는 상승하면서 여과막(503)의 표면에 적층되는 고체오염물을 여과막(503)으로부터 분리시켜 여과막(503)의 표면이 고체오염물에 의해 두껍게 적층되는 것을 방지하게 할 수 있다.
이러한 여과조(140) 내 여과부재(145)를 이용하여 제2부상처리조(120) 및 흡착조(130)에서 처리된 원수 내에 잔류하는 극미세 부유성 인을 추가적으로 제거함으로써 배출되는 원수 내 총인의 농도가 0.05mg/L 이하 까지 감소시킬 수 있다.
이와 같은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수처리 장치 및 수처리 방법에 의할 경우, 처리수의 총인의 농도를 안정적으로 0.05mg/L 이하로 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 처리수를 하천 유지용수, 농업용수, 청소용수, 허드렛물, 공업용수 등으로 다시 활용할 수 있고, 활성흡착부재를 통해 제거된 총인은 다시 회수하여 이를 농업 비료로 이용함으로써 자원 재활용의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 부상처리, 분리막 생물처리, 흡착처리 및 여과처리가 서로 유기적으로 연계되어 수행됨에 따라 총인 외에 COD, SS, 색도 및 미생물 등의 종합적인 제거가 가능하고, 펠렛으로 제조된 활성흡착부재를 이용할시 기존 알루미나에 비해 저렴하며, 일반 비료로도 이용이 가능하다.
한편, 본 발명의 실시예들에 따른 수처리 장치는 생물처리와 흡착공정 및 막여과 효과를 동시에 접목시켜 부지면적을 최소화 할 수 있음은 물론이다.
지금까지 도 1 및 도 2를 참조하여 일련의 장치들의 조합으로 구성된 수처리 장치를 설명하였다. 즉, 제1부상처리조(100), 분리막 생물 반응조(110), 제2부상처리조(120) 및 원수에 포함된 총인을 흡착하여 제거하는 활성황토 또는 활성 알루미나를 포함하는 활성흡착부재(132)를 수용하는 흡착조(130)가 순차적으로 배치된 수처리 장치를 설명하였으며 나아가 여과조(140)가 더 배치된 수처리 장치를 설명하였다.
그러나 본 발명의 변형된 실시예에 따른 수처리 장치에서는 활성흡착부재(132)를 수용하는 흡착조(130)가 나머지 상기 일련의 장치들과 결합되지 않고 단독으로 구성될 수 있다. 또한 본 발명의 변형된 실시예에 따른 수처리 장치는 활성흡착부재(132)를 수용하는 흡착조(130)와 나머지 상기 일련의 장치들(제1부상처리조(100), 분리막 생물 반응조(110), 제2부상처리조(120) 및 여과조(140) 중의 적어도 임의의 어느 하나가 결합되어 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제1부상처리조(100)와 흡착조(130)만 결합되어 구성되거나 제1부상처리조(100), 분리막 생물 반응조(110) 및 흡착조(130)만 결합되어 구성될 수도 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해서 실험예를 제공한다. 다만, 하기의 실험예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 실험예들에 의해서 한정되는 것은 아니다.
[실험예 1]
하수처리장 유입 펌프장에 본 발명의 실시예에 따른 수처리 시설을 설치하고, 하수처리장으로 유입되는 원수를 대상으로 4개월 동안 운전하면서 수처리 시설의 총인을 분석하였다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 시설의 총인(T-P) 분석결과 그래프이고, 도 5를 참조하여 T-P 농도의 평균을 아래의 표 1에 나타내었다.
원수 제1부상
처리조		 분리막
생물
반응조		 제2부상
처리조		 흡착조 여과조
3.73 1.97 1.44 0.53 0.10 0.03
상기 표 1을 참조하면, 최초 원수에 포함된 총인의 농도는 평균 3.73mg/L이었으며, 제1부상처리조에서 처리된 원수에 포함된 총인의 농도는 평균 1.97mg/L으로 측정되었다. 계속하여, 분리막 생물 반응조, 제2부상처리조, 흡착조 및 여과조를 순차적으로 거친 최종 원수에 포함된 총인의 농도는 평균 0.03mg/L으로 측정되었다. 평균 총인의 농도를 살펴보면 최종 유출수의 총인 농도를 0.05mg/L 이하로 유지시켰다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 시설의 인산염인(PO4-P) 분석 결과 그래프이다.
도 6을 참조하면 이온성 인인 인산염인(PO4-P)은 흡착조 공정 이후에는 모두 제거됨을 확인할 수 있었다.
[실험예 2]
표 2에는 칼슘 이온, 알루미늄 이온, 철 이온, 아연 이온 및 마그네슘 이온을 알루미나에 담지하여 활성 알루미나를 제조한 후 총인 3mg/L의 시료를 조제하여 총인을 흡착시키는 실험을 수행한 결과가 나타나 있다.
농도(mg/L)
원수 3.00
철(Fe) 2.33
칼슘(Ca) 2.07
알루미늄(Al) 2.27
아연(Zn) 2.37
마그네슘(Mg) 2.59
실험결과, 활성 알루미나에 의해 총인이 흡착되어 시료 내 총인의 농도가 감소되었음을 알 수 있으며, 칼슘 이온 > 알루미늄 이온 > 철 이온> 아연 이온 > 마그네슘 이온을 담지한 순으로 흡착이 잘되는 것으로 나타났다.
[실험예 3]
표 3에는 여러 담지체에 칼슘 이온(Ca2+)을 담지하여 제조한 흡착부재에 따른 흡착 실험의 결과가 나타나 있다.
농도(mg/L)
원수 2.00
알루미나+Ca2+ 0.47
황토+Ca2+ 0.48
모래+Ca2+ 0.44
황토+알루미나+Ca2+ 0.58
흡착 실험에 따른 결과, 총인이 흡착되어 시료 내 총인의 농도가 감소되었음을 알 수 있으며, 이때 모래 > 알루미나 > 황토 > 황토 및 알루미나의 혼합체 순으로 흡착이 잘되는 것으로 나타났다. 다만 모래의 경우 흡착이 가장 잘 되었지만 물과 접촉시 칼슘이온이 물에 녹는 현상으로 재사용이 불가능했다. 또한 황토 및 알루미나의 혼합체의 경우에는 강도가 약해서 쉽게 으스러지는 현상이 발생하였다. 따라서 전체적으로 판단했을 때 칼슘이온을 담지한 활성 알루미나 또는 활성황토가 흡착부재로서 적절한 것으로 나타났다.
[실험예 4]
도 7 및 도 8은 비료를 쓰지 않은 잔디와 활성황토를 비료로 사용한 잔디의 사진이 각각 나타나 있다.
도 7 및 도 8을 비교하면 사용이 완료된 활성황토를 비료로 사용한 잔디가 더 잘 자라는 것을 볼 수 있었다. 이로 인해 활성 알루미나를 재사용 하여 쓰는 비용보다 단가가 낮은 활성황토를 사용하고, 사용이 완료된 활성황토를 비료로 사용함으로써 얻어지는 효과가 더 크다고 볼 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
50: 기포분사기 52: 기포
60: 반응제 저장부 70: 펌프부
71: 순환 펌프부 72: 밸브부
73: 응집제 펌프부 74: 배출펌프
80: 가압조 90: 압축기
100: 부상처리조 101: 제1수집조
106: 제2수집조 110: 분리막 생물 반응조
120: 제2부상처리조 121: 급속응집조
122: 완속응집조 124: 교반부
125: 격벽 130: 흡착조
131: 타워형상의 용기 132: 활성흡착부재
133: 투입부 134: 배출부
140: 여과조 145: 여과부재

Claims (11)

  1. 원수에 포함된 총인을 흡착하여 제거하기 위한 것으로서, 담지체에 활성이온이 담지된 활성흡착부재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 활성흡착부재는 원료황토에 활성이온이 담지된 활성황토 또는 알루미나에 활성이온이 담지한 활성 알루미나인, 활성흡착부재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 활성이온은 칼슘 이온, 알루미늄 이온, 철 이온, 아연 이온 및 마그네슘 이온으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는, 활성흡착부재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 활성황토는 상기 원료황토에 염화칼슘 용액과 염산 용액을 혼합하고 압력을 인가하여 형성된 펠렛(pellet)을 350℃ 내지 450℃에서 1시간 내지 3시간동안 가열하여 형성된, 활성흡착부재.
  5. 원료황토에 염화칼슘 용액과 염산 용액을 혼합하여 황토용액을 형성하는 단계;
    상기 황토용액에 압력을 인가하여 펠렛을 형성하는 단계; 및
    상기 펠렛을 350℃ 내지 450℃에서 1시간 내지 3시간동안 가열하여 활성황토를 형성하는 단계;
    를 포함하는, 활성흡착부재의 제조방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 활성흡착부재를 구비하는, 수처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    총인을 포함하는 상기 원수를 수용하고, 기포를 이용하여 부유물질을 부상시켜 제거하는 제1부상처리조;
    상기 제1부상처리조에서 처리된 원수를 분리하고 미생물로 처리하는 분리막 생물 반응조;
    상기 분리막 생물 반응조에서 처리된 원수를 수용하고, 응집제를 사용하여 응집물을 형성하는 응집조와 기포를 이용하여 상기 응집물을 부상시켜 제거하는 부상조를 포함하는 제2부상처리조; 및
    상기 활성흡착부재를 수용하는 흡착조;
    를 더 구비하는, 수처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 흡착조에서 처리된 원수를 수용하고, 상기 원수에 포함된 총인을 제거하는 여과부재를 포함하는 여과조를 더 구비하는, 수처리 장치.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 활성흡착부재를 이용하여 원수에 포함된 총인을 흡착하여 제거하는 단계;를 포함하는, 수처리 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    총인을 포함하는 원수를 수용하고, 기포를 이용하여 부유물질을 부상시켜 제거하는 단계;
    상기 총인을 포함하는 원수를 막을 이용하여 분리하고, 미생물로 처리하는 단계; 및
    상기 총인을 포함하는 원수를 응집제를 사용하여 응집물을 형성하고, 기포를 이용하여 상기 응집물을 부상처리하는 단계;
    를 더 포함하는, 수처리 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 활성흡착부재에서 처리된 원수를 수용하고 상기 원수에 포함된 총인을 여과부재로 여과하여 제거하는 단계를 더 포함하는, 수처리 방법.

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