KR20210018717A - 물속 오염물 및 부유고형물 제거를 위한 침전조 겸용 여과조 및 그 운전 방법 - Google Patents

물속 오염물 및 부유고형물 제거를 위한 침전조 겸용 여과조 및 그 운전 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오염된 물속에 존재하는 고형물 (이하 SS, Suspended solid)을 제거하기 위한 침전조 및 여과조가 결합되어 있으면서도 고효율로 처리되는 장치 및 그 운전 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 오염수가 수면 아래 자가 부상된 여과재층을 수직방향으로 통과하게 하여 여과 면적을 증대시키는 방법으로 일반 중력침전조와 비교하여 부지 면적이 획기적으로 줄어들고 역세척 방법도 간편한 새로운 고효율 침전조/여과조 겸용 장치 및 그 운전 방법에 관한 것으로서,
본 발명에 따른 오염수를 처리하기 위한 장치는, 원형 또는 육면체 모양 등의 수조에 밀도 0.93-0.98 범위의 일정 크기 (3-30mm)의 담체를 충진하여 상기 담체가 수면 아래 잠수 부상된 형태로 일정 깊이의 고정층을 형성하고 여기에 유입수 유도 및 처리수 배출용 다공관 (pipe with holes)를 일정한 간격으로 수직으로 고정층 내부에 설치하되 상기 다공관의 상부 끝을 짝수 열의 관끼리는 유입수 주입용 체널에 연결하고 홀수열의 관 끼리는 처리수 배출용 체널에 연결하여 장치를 제작하고, 또한 담체층 하부에는 일정한 간격으로 역세척용 공기를 공급하기 위한 산기관을 설치한다. 이렇게 제작된 장치 내 수면 아래 자가 부상된 담체 충진층은 오염수를 30-100cm 두께의 여과제층을 수직방향으로 통과하게 되어 여과면적이 늘어나고 운전 중 축적된 고형물의 제거는 일정 부위의 배출수 체널을 차단하고 그 부위에 과량의 공기를 공급하여 담체를 유동화시키는 간단한 방법으로 짧은 시간 (3-30분)에 역세척을 완료할 수 있다.

Description

물속 오염물 및 부유고형뮬 제거를 위한 침전조 겸용 여과조 및 그 운전 방법 {Settler-Combined Filters and their Operation Methods for Removing Pollutants and Suspended Solids in Water}
본 발명은 물 속에 존재하는 오염물질과 부유 고형물을 고효율로 처리하는 침전조 겸용 여과조 및 그 운전 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비중이 조절된 자가부상형 담체가 충진된 침전조 겸용 여과조의 설계 및 제작 방법과 이를 이용하여 물속 오염물을 생물학적으로 제거하고 이때 발생하는 슬러지 및 부유 고형물도 완벽하게 고효율로 제거할 수 있는 운전 방법에 관한 것이다.
일반적으로 가정, 음식점 등에서 발생하는 생활 오수나 산업현장 등에서 발생하는 폐수 등(이하 오폐수라 한다)에 존재하는 오염물질은 대부분 혐기성 및 호기성 미생물을 이용한 생물학적 반응조에 의해 처리되고, 부유고형물은 중력 침강용 침전조 또는 고속 여과조를 사용하여 제거하게 된다.
이러한 침전조의 효율은 침전조의 용적보다는 수평 단면적의 크기에 따라 결정된다. 만족할 만한 침전효율을 얻기 위해서는 수표면 부하율이 30 ㎥/㎡-day이하, 통상 15 ㎥/㎡-day 정도로 설계되어 진다. 따라서 침전조는 폐수의 처리 유량이 증가함에 따라 부지 면적이 비례해서 커져야 하며, 이로 인해 대용량을 처리하는 종말 하수처리장이나 산업 폐수처리장에서는 생물학적 반응조에 비해 침전조는 훨씬 더 많은 부지 면적을 차지하는 단점이 있다.
또한, 상기 침전조의 방류수나 오염도가 낮은 오염수 (예로 정수장, 수영장, 양어장 등) 내 비교적 낮은 농도 (10 mg/L 내외)의 부유 고형물은 고속 여과장치를 사용하여 제거한다. 이 경우 미량의 부유 물질은 여과장치를 통과하면서 거르기(straining), 차단(interception), 충돌 (impact), 침전(sedimentation), 응집(flocculation) 및 흡착(absorption) 등과 같은 메커니즘이 한 개 또는 여러 개가 작용하는 복잡한 공정을 거쳐 제거되는데, 고속 여과에 사용되는 여과재 층은 여러 가지 종류의 재료를 사용할 수가 있으나 모래, 안트라사이트(anthracite), 점토(clay)류, 활성탄 등의 작은 입자상 물질 또는 집적 섬유상 다발 등이 사용된다. 따라서 이러한 여과조는 역세척 주기도 짧고 역세척을 위한 고압 펌프 및 공기 주입 블로어(blower)가 필요하며, 이러한 여과재층은 역세척 횟수가 증가할수록 효율이 떨어져서 궁극적으로는 여과재층을 교체해야만 하는 불편이 수반되어왔다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 오염도가 낮은 물속에 포함된 저농도 부유고형물 제거를 위한 여과조나 오폐수 처리 전후의 고농도 부유고형물 또는 미생물 슬러지 처리에 사용되는 침전조를 대체할 수 있는 새로운 침전조가 결합된 여과조를 제공하는 것이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 기존 침전조에 비해서 소요 면적이 획기적으로, 바람직하게는 1/10 이하로 줄일 수 있는 새로운 침전 여과조를 제공하는 것이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 연속 운전이 가능한 새로운 침전 여과조를 제공하는 것이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 고형물의 침전 여과와 동시에 유기 오염물의 제거를 위한 생물학적 처리 기능도 함께 수행할 수 있는 운전 방법을 제공하는 것이다.
용어
'유입'은 외부에서 반응조로 들어가는 것을 의미한다.
'유출'은 반응조에서 외부로 나가는 것을 의미한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은
반응조,
상기 반응조에 소정 높이로 채워진 물,
반응조에 채워진 물의 수면 아래에 자가 부상되어 소정 깊이로 충진된 담체층;
상기 반응조로 폐수를 유입하는 유입관;
상기 반응조에서 처리수를 유출하는 유출관;
상기 유입관에서 상기 담체층 내부로 연장되고, 상기 담체층의 다양한 깊이에서 폐수를 유입하는 다공성 유입관들; 및
상기 유출관에서 상기 담체층 내부로 연장되고, 상기 담체층의 다양한 깊이에서 처리수를 유출하는 다공성 유출관들;
을 포함하는 침전 여과조를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 담체층은 수면 아래에 잠긴 상태로 부상되어 있도록 담체의 비중이 물보다 약간 적게 조절된 잠수 부상형 담체들로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 잠수 부상형 담체는 반응조에 일정한 두께로 충진되어 수면 아래 잠수 부상된 상태로 고정될 수 있도록 담체 비중을 0.93 에서 0.99 사이로 조절하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.94-0.98 사이의 비중을 가질 수 있다.
상기 담체의 비중이 상기 범위보다 낮을 경우에는 담체층의 상면이 부력에 의해 수면 위로 노출되어 공기에 의한 역세척 시 유동화가 어려워지는 문제가 발생할 수 있으며, 비중이 높을 경우 공기 공급에 의한 호기조 겸용 침전 여과조로 운전 시 담체가 유동화되어 여과 능력을 잃게 될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 담체는 여과 효율을 증대시키기 위해서 외표면적이 넓은 것이 바람직하며 이를 위해 외부에 주름이 있는 주름판, 새들(saddle) 또는 속이 빈 튜브형 칩 등이 사용될 수 있으나 여과 능력이 있으면 재질 및 모양에 구애되지 않는다. 크기는 여과 효과가 구현되고 공기 주입에 의한 역세척 시 유동화가 가능하고 최종적으로 물과 분리될 수 있도록 크기가 3-50mm 정도의 크기로 형성되는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 3-30mm 정도가 적당하다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 담체층의 깊이는 처리되는 폐수의 양에 따라서 조절될 수 있으며, 담수된 전체 반응조 부피의 20~90 부피%를 이룰 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 다공성 유입부는 담체 크기 보다 작은 구멍들이 분포하는 원통형 관 또는 평판형 관 (이하 다공관)들일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 유입 다공관은 일정 간격, 바람직하게는 20~200 mm의 간격으로 설치된 수직형 유입 다공관일 수 있다. 본 발명의 실시에 있어서, 상기 수직 유입 다공관들은 담체층의 깊이보다 얕게 담체층 내부에 일정한 간격으로 수직하게 설치되며, 수직 유입 다공관들의 상부 끝이 수면을 따라 수평하게 분지된 유입용 수평 채널에 연결되고, 상기 유입용 수평 채널들은 하나의 유입관에 연결되어 오염수가 담체층에 고르게 분산 유입될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 유출 다공관은 일정간격, 바람직하게는 20~200 mm의 간격으로 담체 크기보다 작은 유출구가 형성된 수직 유출 다공관일 수 있다. 본 발명의 실시에 있어서, 상기 수직 유출 다공관들은 담체층의 깊이보다 얕게 담체층 내부에 일정한 수직하게 설치되며, 수직 유출 다공관들의 상부 끝이 수면을 따라 수평하게 분지된 유출용 수평 채널에 연결되고, 상기 유출용 수평 채널들은 하나의 유출관에 연결되어, 처리수가 담체층으로부터 고르게 분산 유출될 수 있다.
이론적으로 한정된 것은 아니지만, 유입 다공관들을 통해서 담체층에 깊이별로 분산 유입된 폐수가 담체층을 수평 방향으로 흐르면서 여과 과정을 거친 후 처리되어 소정 간격 이격되어 이웃한 유출 유공관들을 통해서 유출됨으로써, 담체층 전체가 여과에 효율적으로 사용되어 여과효과를 높이게 된다.
본 발명의 일 실시에 있어서, 상기 잠수 부상형 담체층 내부에 유입 다공관들과 유출 다공관들을 여과층 내부에 일정한 간격으로 정렬하여 수직으로 설치하고 짝수 열에 설치된 유입 다공관들의 상부 끝은 폐수 유입용 수평 체널에 연결하고 홀수 열에 설치된 유출 다공관들의 상부 끝은 처리수 유출용 수평 체널에 연결하는 방법에 의해, 최종적으로 폐수가 유입용 수평 체널을 거쳐서 유입 다공관들로 들어가 분산 배출되어 수평 방향으로 흐르면서 여과 과정을 거친 후 이웃한 처리수 수집용 유출 다공관들로 들어간 후 처리수 유출용 수평 체널을 통해서 밖으로 배출되며, 이때 여과층의 간격이 적을 경우에는 충분한 여과가 이루어지지 않을 수 있으며, 간격이 너무 클 경우에는 압력증가에 의한 유입수의 수두 손실이 커져 여과가 힘들어지는 문제가 발생할 수 있으므로, 홀수열과 짝수열 다공관 사이 간격은 10-300cm, 보다 바람직하게는 30-150cm를 유지한다.
본 발명에 있어서, 유입 다공관들은 폐수가 담체층 내부에서 배출되도록 유입 다공관의 하단 유출구가 담체층 하부면의 위쪽에 배치되며, 바람직하게는 유입 및 유출 다공관의 하단 유출구와 담체층 하부면 사이 거리는 다공관 사이 여과층 간격의 1/2 이상이 되도록 배치될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 반응조의 하부에는 담체층 하부에 산기관을 더 포함할 수 있다. 상기 산기관은 담체층을 영역별로 부분적으로 유동화시킬 수 있도록, 반응조 하부에 분산 설치되며, 영역별로 작동하여 영역별로 역세척할 수 있다.
본 발명은 일 측면에서,
수면에 잠수 부상형 담체층이 형성된 반응조의 내부로 폐수를 유입하는 단계;
상기 폐수를 담체층에 깊이별로 분산하여 유입하는 단계;
상기 폐수를 담체층에서 여과 처리하는 단계;
상기 처리된 물을 담체층에서 깊이별로 분산하여 유출하는 단계; 및
상기 처리된 물을 반응조 외부로 배출하는 단계;
를 포함하는 수처리 방법을 제공한다.
본 발명은 일 측면에서,
반응조,
상기 반응조에 소정 높이로 채워진 물,
반응조에 채워진 물의 수면 아래에 자가 부상되어 소정 깊이로 충진된 담체층;
상기 반응조로 폐수를 유입하는 유입관;
상기 반응조에서 처리수를 유출하는 유출관;
상기 유입관에서 상기 담체층 내부로 연장되고, 상기 담체층의 다양한 깊이에서 폐수를 유입하는 다수의 유입 다공관들;
상기 유출관에서 상기 담체층 내부로 연장되고, 상기 담체층의 다양한 깊이에서 처리수를 유출하는 다수의 유출 다공관들; 및
하부 산기관을 포함하는 침전 여과조의 일부 또는 전부를 필요 시 하부에 설치된 산기관을 통해 공기를 공급하여 고정층 또는 유동상 생물학적 호기조로 전환하여 운전 할 수도 있는 방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 침전여과조의 전체 수조의 일부 또는 전부를 필요 시 생물학적 혐기조 또는 무산소조로 전환하여 운전 할 수도 있는 방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 운전 중 담체층에 축적된 고형물은 담체층의 일정 부위를 짧은 시간 동안 공기를 과다 공급하여 담체를 유동화시켜 역세척하고, 이를 다른 부위로 rotation하여 반복함으로써 전체를 주기적으로 세척하는 방법에 의해 쉬지 않고 상시 운전이 가능한 방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 역세척 공정에서 역세척 주기 및 일회 당 역세척 시간은 유입수의 고형물 부하량에 따라 달라지나 일반적으로 역세척 주기는 하루 2-6회, 역세척 기간은 3-10분이면 충분하다.
본 발명에 있어서, 상기 역세척 기간 동안 역세척 부위의 수직 다공성 관들이 연결된 처리수 배출용 체널부는 막아서 역세척 기간 동안 고형물로 더러워진 배출수의 유출을 방지해야 한다.
본 발명에 있어서, 수조는 원통, 육면체 등의 어떤 형태로도 제작이 가능하며, 장치의 높이가 높을수록 여과 면적이 증대되어 더 적은 부지에 설치할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 있어서, 장치 하부에 축적된 고형물 및 슬러지의 배출을 위해서는 하부 바닥에 경사를 주든가 또는 scrapper를 설치하여 해결한다.
본 발명에 따른 자가 부상형 담체층이 내장된 침전 여과조는 다음과 같은 여러 가지 장점을 지닌다.
(1) 기존 중력침전조의 부지 면적을 10% 이하로 대폭 줄일 수가 있다.
(2) 침전조 단독, 여과조 단독 또는 침전/여과조 겸용으로 사용이 가능하다.
(3) 필요 시 수조 일부 또는 전체를 생물학적 처리조로 겸용 사용하거나 또는 전환이 가능하다.
(4) 어떠한 모양의 수조에도 적용 가능하며 배관 설치 및 담체 투여만으로 장치가 완성되어 제작이 간단하다.
(5)기존 침전조의 성능 개선을 위한 개조도 배관 및 담체 투여 작업으로 가능하다.
(6) 역세척은 공기 주입만으로 3-10분 정도의 단기간에 이루어지고 처리수의 역세척 손실이 없고 운전이 쉽다.
도 1 은 본 발명에 따른 담체층이 내장된 직육면체 모양의 반응조의 상부에서 본 평면도이다.
도 2는 도 1의 길이 방향 수직 단면 A-A'및 B-B'를 중첩해서 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 1의 넓이 방향 수직 단면 C-C'를 나타낸 단면도이다.
이하 실시예를 통해서 본 발명을 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 발명을 제한하기 위한 것이 아님을 유의하여야 한다. 실시예를 본 발명에서 제시된 도면을 통해서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 담체층(10)이 내장된 직육면체 수조를 위에서 본 평면도이고, 도 2는 도 1의 수직 단면 A-A'와 B-B'를 중첩하여 그린 단면도이며, 도 3은 수직 단면 C-C'의 단면도이다.
도 1 내지 도 3에서 도시된 바와 같이, 반응조(100)는 직사각형의 단면을 가지는 소정 깊이의 반응조(100)이며, 일측에 오폐수가 반응조(100)로 유입되는 유입관(1)이 연결되고, 타측에 처리수가 반응조(100)에서 유출되는 유출관(8)이 연결된다.
반응조(100)의 내부의 일측면에는 측면을 따라 수평하게 연장된 수평 유입 유도 체널(2)이 형성되어, 일측이 유입관(1)에 연결되며, 반응조(100)의 내부의 타측면에는 측면을 따라 수평하게 연장된 수평 유출 유도체널(7)이 형성되어, 일측이 유출관(8)에 연결된다.
반응조(100)의 일 측면을 따라서 연장된 수평 유입 유도 채널(2)에서는 소정 간격으로 수평 유입 유도관(3)들이 분지되어, 타측면 방향으로 평행하게 연장되며, 반응조(100)의 타 측면을 따라서 연장된 수평 유출 유도 체널(7)에서는 소정 간격으로 수평 유출 유도관(6)들이 분지되어, 수평 유입 유도관(3)들의 사이사이로 일 측면 방향으로 평행하게 연장된다.
상기 수평 유입 유도관(3)에는 일정한 간격으로 분지되어 수면에 수직하게 연장된 수직 유입 다공관(4)들이 연결되며, 상기 수직 유출 유도관(6)에는 일정한 간격으로 분지되어 수면에 수직하게 연장된 수직 유출 다공관(5)들이 연결된다.
유입관(1)을 통해서 반응조(100) 내부로 유입된 오폐수는 수평 유입 유도체널(2)를 통해서 유도된 후, 수평 유입 유도관(3)을 통해서 반응조(100)의 수면에 수평한 수평 방향으로 골고루 분산된다. 상기 수평 유입 유도관(3)을 통해서 분산된 오폐수는 수평 유입 유도관에서 수직하게 분지된 수직 유입 다공관(4)을 따라서, 수직하게 내려간 후 소정 간격으로 형성된 유입구들을 통해 담체층(10)의 깊이에 따라서 골고루 분산되어 담체층(10)으로 유입된다. 유입된 오폐수는 담체층(10)을 수평방향으로 흐르면서 고형물은 담체층에 걸러진 후 이웃한 수직 유출 다공관(5)에 도달하고, 수직 유출 다공관(5)에 소정 간격으로 형성된 유출구들을 통해 수집되어 상향류로 흘러 처리수 수집용 수평 유출 유도관(6)과 수평 유출 유도 체널(7)을 거쳐서 처리수 유출관(8)을 통해 배출된다.
상기 장치를 순수한 침전여과조 단독으로 사용하는 경우에는 담체층(10)의 담체 비중은 0.96-0.99로 유지하면 역세척은 적은량의 공기 공급으로도 가능하고, 호기조 또는 호기조 겸용 침전여과조로 운전할 경우에는 담체 비중을 보다 낮게 0.93-0.96으로 유지하고 하부에 산기관도 골고루 분산 설치하고 적정량의 공기를 공급하여 담체가 유동하지 않고 고정층으로 운전하다가 역세척은 기존의 산기관 또는 별도의 산기관을 통해서 추가로 과다 공기를 투입하여 담체를 유동화시키는 방법에 의해 달성한다.
역세척은 일부분의 역세척용 산기관(21) 들에 공기를 공급하여 산기관 주변 부위의 담체를 유동화시키되 상기 역세척 기간 동안 담체가 유동화 되는 지역의 처리수 배출용 수평 유도관은 폐쇄하여 역세척 오염수가 장치 밖으로 배출되는 것을 막아야 한다.
예로 도 1, 도2 및 도 3에서 짝수 열의 수직 유출 다공관(5) 하부에 설치된 산기관(21)에 역세척용 공기가 공급되는 경우에는 처리수 배출용 수평 유출 유도관(6)에 설치된 밸브(9)를 닫아서 역세척 오염수의 장치 외부로의 배출을 막는다.
도 2에서 보는 것처럼 수직하는 유입 다공관(4)과 유출 다공관(5)들의 수면 아래 길이 L1은 담체층 깊이 L2 보다 짧아야 하고, 그 차이는 수직관 다공관 사이의 여과층 간격의 1/2 이상이 되어야 폐수가 여과되지 않고 하부로 bypass하는 것을 막을 수 있다.
도 2에서 보는 것처럼 역세척 기간 동안 장치 하부 바닥면에 쌓인 슬러지는 스크래퍼(scrapper)를 이용하여 한 곳으로 모아서 배출한다.
<실시예 1>
담체층의 여과 능력을 보기 위해 폴리에틸렌 고분자에 무기물을 혼합하여 비중이 0.98로 조절된 직경 14mm, 길이 14mm 크기의 속이 빈 튜브칩 형태의 담체를 직경 40cm 튜브에 배출구 높이 150cm에 설치하고 물을 부은 후 담체를 100cm 깊이로 투여하여 수면 아래 부상된 고정층으로 떠 있게 한 후 담체층이 유동하지 않을 정도의 공기를 하부에서 폭기하였다. 하수처리장의 호기조에서 처리되어 배출되는 평균 BOD 15.0 ppm, MLSS 3,000 ppm의 배출수를 장치 하부에 투입하여 100cm 깊이의 담체층을 수직으로 통과한 후 배출구로 방류되게 운전하다가 간헐적 역세척은 과량의 공기를 추가로 주입하여 담체를 유동화시켜서 하되, 역세척 횟수를 하루 4회로 유지하고 회당 역세척 기간을 5분으로 하였을 때 담체층의 막힘 없이 충분한 여과 성능이 유지되었다. 실험 결과 담체층의 수표면 부하율에 따른 방류수에서의 BOD 및 고형물 (suspended solid, SS) 농도는 표 1과 같다.
수표면 부하율에 따른 방류수 BOD 및 SS 농도를 보여주는 하기 표 1에서 보는 것처럼 수표면 부하율 95 m3/m2-day 까지는 방류수 내 SS가 10 mg/L 이하로 완벽하게 처리되어 일반적인 중력 침강조의 수표면 부파율 최대 한계치 30 m3/m2-day 보다 3배 이상의 처리능력을 가지며, BOD도 추가로 일부 제거가 가능하다.
유량 (m3/day) 4 7 10 12 14
수표면 부하율
(m3/m2-day)		 33 56 79 95 111
담체 내 체류시간 (min) 45 26 18 15 13
BOD (mg/L) 7.2 7.5 7.5 8.2 10.2
SS (mg/L) 6.0 7.9 8.5 9.7 22.3
실시예 2
BOD 12.5 ppm, SS 15.5 ppm의 생물학적 처리 시설의 침전조를 거친 방류수를 실시 예 1의 장치에 도입하여 공기를 차단하고 운전하였고, 역세척은 하루 1회, 3분 동안의 공기 폭기로도 장치의 안정적이 여과 성능이 유지되었으며, 이때 수표면 부하율에 따른 방류수 수질은 다음 표 2와 같다. 수표면 부하율 100 m3/m2-day 이하에서는 하루 1회 만의 역세척으로도 안정적인 SS 처리가 가능하였다. 표 2. 수표면 부하율에 따른 방류수 BOD 및 SS 농도이다.
수표면 부하율
(m3/m2-day)		 52 73 87 105 120
BOD (mg/L) 6.2 6.3 6.5 8.2 8.5
SS (mg/L) 6.1 6.4 7.2 9.6 10.3
실시예 3.
실시예 2의 폐수를 실시예 1의 여과조에 수표면 부하율 80 ㎥/㎡-day조건에서 통과시키되, 담체층의 여과 두께를 변화시키면서 운전했을 때의 방류수의 수질을 표 3에 나타내었다. 담체층 두께가 30cm 까지 감소해도 BOD는 다소 증가하였으나 여과 능력은 그대로 유지되었다. 표 3은 담체층의 여과 두께에 따른 방류수 BOD 및 SS 농도이다.
여과층 두께 (cm) 100 70 50 30 20
BOD (mg/L) 6.3 6.4 6.5 7.5 9.5
SS (mg/L) 6.4 7.1 7.2 7.2 13.3
실시예 4
넓이 1.5m, 길이 2.8m, 높이 2.5m의 직육면체 탱크에 높이 2.3m 지점의 길이 방향 벽면에 유입되는 폐수의 유도용 유입 체널을 설치하고 상기 유입 체널의 길이 방향 0.7m 및 2.1m 지점에서 다시 넓이 방향으로 수평적으로 유입 유도관을 연결하였다. 상기 수평 유입 유도관에는 넓이 방향 0.5m 및 1.0m 지점에 1.8m 길이의 유입 다공관 2개씩을 수직 방향으로 연결하였다.
길이 방향 반대편 벽면에는 처리수 수집용 유출 체널을 설치하고, 길이 방향 0.0m (벽면), 1.4m, 2.8m 지점에 수평적으로 유출 유도관을 넓이 방향으로 연결하되 유출 체널 근처에 on-off용 솔레노이드 밸브를 설치하여 역세척 시 오염수가 배출되는 것을 차단하도록 하였다.
또한, 상기 유입 유도관들과 유출 유도관들에는 넓이 방향으로 0.25m, 0.75m, 1.25m 지점 3곳에 1.8m 길이의 다공관을 수직으로 연결하였다.
마지막으로 탱크에 물을 채우고 비중 0.96의 직경 12mm, 길이 12mm의 속이 빈 튜브칩 형태의 담체를 수면 아래 깊이 2.1m 까지 투여하여 수면 아래 고정층으로 자가 부상되어 있게 하였다. 여기에 직경 20mm의 파이프에 직경 2mm 크기의 구멍을 10cm 간격으로 뚫어서 탱크 하부에 설치하되 총 구멍 수가 30개가 하부에 골고루 분산되도록 배관을 서로 연결하여 설치하여 최종적으로 공기가 구멍을 통해 물속으로 공급되도록 하였다.
이와 별도로 처리수 배출용 수직 유출 다공관 아래 지점의 하부에 산기관을 설치하고 공기를 추가로 공급할 수 있도록 배관망을 완성하였다.
상기 장치에 BOD 15mg/L, SS 3500 mg/L의 호기조 방류수를 500 m3/day의 유량으로 유입하였으며 이 조건은 담체층 내 체류시간 22분, 수직방향 여과제의 수표면 부하율 62 m3/m2-day에 해당한다.
운전 중 공기 폭기에 의한 담체층 역세척은 역세척 회수 12회/일, 역세척 기간 10분/회의 조건으로 역세척용 산기관 3개 열을 교대로 역세척 하면서 운전하였더니 전체 담체층은 전혀 막힘이 없었고, 방류수는 BOD 8.3 mg/L, SS 7.7 mg/L의 안정적인 수질을 얻을 수 있었다.
만약 상기 장치를 일반 중력침강조로 운영했을 경우에는 500 m3/day의 유량은 수표면부하율 119 m3/m2-day에 해당하며 이는 통상적으로 허용되는 수표면 부하율 15 m3/m2-day에 비해 8배의 증가된 처리량을 보여준다. 만약 담체 깊이를 1.8m에서 3.6m로 증가시키면 16배의 처리량 증가를 가져올 수 있다.
실시예 5
상기 실시예 4에서 사용된 장치에 BOD 180 mg/L, SS 230 mg/L의 오수를 38 T/day 유량 (HRT = 4h)으로 도입하고 호기조용 산기관에 공기를 공급하되 역세척용 산기관에 추가 공기 공급에 의한 담체층 역세척은 6회/일, 역세척 기간 5분/회로 하면서 3열을 교대로 역세척 하면서 운전을 하면서 방류수 수질을 분석한 결과 BOD 8.4 mg/L, SS 6.4 mg/L의 양호한 결과를 얻었다. 따라서 상기 장치는 침강여과조 역할과 함께 생물학적 반응조 역할을 동시에 수행할 수가 있는 것을 알 수 있었다.
본 발명에 있어서, 상기 실시예는 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니며, 본 발명의 구성 요소들은 균등한 구성 요소들로 치환 또는 대체될 수 있다. 예를 들어, 유입 유도관에 수직하게 설치되어 상단이 연결되는 유입 다공관들은 유입 채널에 연결된 다공판으로 대체될 수 있으며, 유출 유도관에 수직하게 설치되어 상단이 연결되는 유출 다공관들은 유출 체널에 연결된 다공판으로 대체될 수 있다. 상기 다공판은 속이 비고 양면이 다공성인 판넬일 수 있다.
1 : 유입관
2 : 유입 유도 체널
3 : 유입 유도관
4 : 유입 다공관
5 : 유출 다공관
6 : 유출 유도관
7 : 유출 유도 체널
8 : 유출관
9 : 처리수 배출 차단용 솔레노이드 밸브
10 : 담체층
21 : 공기 폭기용 산기관
31 : 스크래퍼 회전 밸트(Scrapper rotating belt)
32 : 스크래퍼(Scrapper)
41 : 슬러지(Sludge) 배출
100: 반응조

Claims (7)

  1. 반응조,
    상기 반응조에 소정 높이로 담수된 물,
    반응조에 채워진 물의 수면 아래에 자가 부상되어 소정 깊이로 충진된 담체층;
    상기 반응조로 폐수를 유입하는 유입관;
    상기 반응조에서 처리수를 유출하는 유출관;
    상기 유입관에서 상기 담체층 내부로 연장되고, 상기 담체층의 다양한 깊이로 폐수를 유입하는 다수의 유입 다공관들; 및
    상기 유출관에서 상기 담체층 내부로 연장되고, 상기 담체층의 다양한 깊이에서 처리수를 유출하는 다수의 유출 다공관들;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 담체층은 담수된 전체 반응조 부피의 20-90 부피%를 차지하며, 비중 0.93-0.99 범위, 크기 3-30mm의 담체들로 이루어진 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 잠수 부상형 담체층 내부에 유입 다공관들과 유출 다공관들이 일정한 간격으로 정렬하여 수직으로 설치되고, 짝수 열에 설치된 유입 다공관들의 상부 끝은 폐수 유입용 수평 체널에 연결하고 홀수 열에 설치된 유출 다공관들의 상부 끝은 처리수 유출용 수평 체널에 연결되고, 유입용 수평 체널은 유입관으로 연결되고, 유출용 수평 체널은 유출관으로 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유입 다공관이 유입 다공판이거나, 유출 다공관이 유출 다공판인 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서, 담체층의 깊이는 수직 다공관 깊이보다 깊으며, 그 차이는 수직 다공관 사이 여과층 간격의 1/2 이상인 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 담체층의 하부에는 산기 수단을 더 포함하고, 역세척을 위해 산기 수단은 담체층을 부분적으로 유동화시켜고 이때 유동화된 영역의 배출용 채널이 폐쇄되며, 상기 역세척 부분을 로테이션(rotation)하여 침전 여과조의 연속적 작동이 가능한 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 필요에 따라 생물학적 처리조로 단독 사용 또는 겸용되는 것을 특징으로 하는 장치.
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