강우 시 합류식 하수도 오염 저감을 위한 다양한 협잡물 제거 및 고효율 하수 처리 기술 doc_id CNTS-00118872468_19

여과기술의 대표적인 기술로써 Compressible Media Filtration (CMF)를 다수의 운영관리 가이드라인 등에 소개하고 있다. The WWETCO FlexFilter™ 및 Bio-FlexFilter™는 유입수의 측면으로부터 수동적으로 압축된 합성섬유재질로 만들어진 담체수조를 사용하는 기술로써, 측면 압축은 media bed의 상부에서 중심부까지 크고 작은 입자의 제거 및 계층화를 허용하는 원뿔형 다공성 구배를 형성한다. 청천시에는 필터모형의 일부분과 바이오필터로서의 일부분이 고급필터로써 작용하고, 이 필터들은 금속염으로 만들어진 인산염 침전물들을 효과적으로 제거할 수 있다. 필터모형의 생물학적 부분은 미립자를 제거하고 BOD를 감소시키기 위해 청천시에 유입 및 유출하수의 처리에 사용할 수 있으며 강우시에 초과 유량을 제어하기 위해 1단계 또는 2단계 필터처리 트레인을 통해 밸브들은 열거나 닫을 수 있다. 생물학적 처리가 필요하지 않을 경우 Bio-FlexFilter의 셀들은 제거할 수 있는 기술이다. 미국의 협잡물제거는 고형물을 중력식으로 분리하는 소용돌이/와류형을 기반으로 적용한 기술을 제시하고 있으며 이 기술은 20년 이상 강우시 하수의 처리를 위해 적용되어 온 기술이다. 소용돌이/와류형 분리장치는 앞에서 설명한 바와 같이 조밀한 용기에서 유량을 조정하고 고형물과 부유물질을 제거하는 기술이다. 소용돌이/와류형 장치에 유입된 유량은 장치의 경계 부분을 따라 돌게 된다. 그 후 유량은 외측의 소용돌이 모양보다 좀 더 저속으로 안쪽의 소용돌이 쪽으로 들어가게 된다(아래 그림 참조). 외측과 내측을 원형모향으로 회전하면서 구심력과 원심력에 의해 고형물의 분리가 이루어진다. 이 과정을 통해 분리된 고형물은 용기 바닥에 있는 배출부를 통해 처리가 되고 분리된 유출수는 용기의 맨 윗부분으로 통해 흘러 나가게 된다. 강우시 하수 처리를 위한 소용돌이/와류형 분리기는 전형적으로 오프라인으로 설치되며 강우 초기에는 비어있게 된다. 합류식 하수도에서 강우시 월류되는 초기우수에 의한 방류수역 오염을 최소화하기 위해 하수에 혼입되는 협잡물을 제거하는 방안이 있다. 협잡물 제어는 대부분 스크린이나 필터를 통해 이루어지며, 제어지점에 따라 협잡물이 하수관로로 유입되는 우수받이, 오수받이, 맨홀 등에서 관리하는 발생원 관리(Source Control), 하수관로에서의 관리(Sewer System Control), 하수가 차집관로로 연결되거나 방류수역으로 월류하는 하수관로 말단부에서의 관리(End of Pipe Control)로 구분된다. 하수관로에 협잡물이 유입되는 발생원은 개체수가 많아 관리가 어려우며, 하수관로에서 관리하는 경우도 유지관리가 상대적으로 어려워 하수관로 말단부에서 제어를 하는 경우가 일반적이다. 일반적으로 응집 침전 처리를 위해서는 큰 침전지가 필요하지만, 최근에는 미립토를 이용하여 침강 속도가 큰 응집 플록을 형성시키거나 특수한 스크린 장비를 갖춘 스왈형 분리조를 이용하여 단시간에 응집 플록을 분리하는 등의 신속한 침전 분리, 설비의 컴팩트화를 목표로 하는 기술들을 적용하고 있다. 대표적인 응집침전기술로는 미국과 동일한 고속응집침전처리를 소개하고 있으며 이 기술은 종래의 응집침전기술에 마이크로샌드를 첨가하여 오탁물질을 넣은 플록을 빠르게 침전시키므로 컴팩트한 설비이면서 처리능력이 높은 기술이다. 이 기술은 주로 스크린저수조, 급속교반저수조, 주입교반저수조, 플록형성저수조, 침전유닛으로 구성되며 스크린저수조에서 원수 중의 협잡물을 제거한다. 종래의 우수침전지에 비해 설치공간을 약 1/20로 축소 실현했다. 화학적으로 증진된 침전 처리 방식은 전통적인 중력 침전보다 20∼50배 이상 더 큰 표면월류율로 높은 수준의 처리를 하기 위해 사용되는 고효율 처리 프로세스다.(이 프로세스를 고속 침전 또는 물리화학적 고효율 처리 프로세스라고도 한다). 이는 높은 침전속도를 가진 고밀도 플럭 침전물을 만들기 위해 하수에 응집제를 첨가함으로 이루어진다. 이러한 플럭은 얇은 판이 장착되어 있거나 그에 상응하는 높은 TSS 및 BOD5 제거를 위한 경사진 관을 장착한 침전구역에서의 높은 표면월류율 조건하에서 효과적으로 제거될 수 있다. 유량이 2차 처리 유출수와 혼합되어 소독되는 경우의 화학적으로 증진된 침전처리 프로세스들은 하수처리시설의 유량이 높은 수준으로 균등화된 조건에서 2차 처리 수질 기준을 충족시킬 수 있다. 강우시 처리를 위한 화학적으로 증진된 침전처리 방법은 여러가지 변형이 있는데 그 중 몇 가지는 침전을 개선시키기 위하여 모래를 첨가하기도 하며 같은 이유로 화학 슬러지를 재순환시키기도 한다. 또 다른 경우에는 BOD5 제거를 개선하기 위하여 생물학적 슬러지를 활용하는 기술로써 국내외 적용실적이 다수 있다. 고속여과의 경우 컴팩트한 설비에서 대량의 물을 처리하기 위해 여과층에서 통수 저항을 절감시키며, 혹은 여과층 전체에서 오탁 물질을 포착할 수 있도록 공극률이 큰 합성 섬유나 합성수지를 성형한 특수 여과재를 사용하는 등의 방법에 의하여 여과 속도의 향상을 목표로 하는 기술 등을 적용하고 있으나, 대부분 섬유여재를 이용한 기술을 적용하고 있다. 대표적인 기술로 고속하수처리시스템은 부상여재를 이용한 상향류방식으로 최대여과속도 1000m/일의 여과법으로 종래의 우수침전지에 비해 약 10배의 속도로 처리가 가능하다. 상향류방식을 채용함에 따라 토사 등의 무기계 오탁물은 유입후 침전효과에 의해 저수조 하부로 이행한다. 또, 비중이 가벼운 유기계 협잡물, SS는 여재층으로 이행한다. 모발, 조개류, 나뭇잎, 기름덩어리 등은 여재 하부 표층 부근에서 여과, SS는 여재내 하부에서 포착․제거된다. 여재층 두께는 1m정도이므로 기설 최초침전지를 개선하여 설치할 수 있으며 현재 Kitatama No.2 공공하수처리시설의 우수저류시설과 연동하여 처리하고 있으며 여과시설의 규모는 7,000㎥/hr이다. 단계이송(Step treatment) 운영 방안은 합류식 지역인 Osaka city에서 강우시 효율적인 하수처리를 위한 대응운전 방법이다. 청천시 Osaka city의 하수처리시설 운영방법은 일반적인 합류식 하수처리시설과 동일하게 강우시 하수처리시설로 유입되는 강우시 계획오수량을 일차침전지에서 일차처리 후 일최대 하수량은 반응조로 유입시키고 나머지는 간이처리하여 방류하는 방법으로 운영하였다. 그러나 강우시 방류수역으로 배출되는 오염부하량를 효과적으로 저감시키는데 한계가 있기 때문에 다음 그림과 같이 반응조로 유입하는 방식을 단계이송(Step treatment)으로 운영하는 방법으로 운영하였다. 운영결과 유기물(BOD, CODMn, SS)의 유출 오염부하량이 감소하였으며, 특히 BOD의 경우 강우시 연평균 오염부하량이 기존 운전방법에 비해 약 30 %가 감소하는 것으로 나타났다.