KR100336484B1

KR100336484B1 - 토양피복형 내부순환 접촉산화장치 및 이를 이용한접촉산화방법

Info

Publication number: KR100336484B1
Application number: KR1020000053165A
Authority: KR
Inventors: 김정용
Original assignee: 김정용; 토우건설 주식회사
Priority date: 2000-09-07
Filing date: 2000-09-07
Publication date: 2002-05-15
Also published as: KR20010000303A

Abstract

본 발명은 하·폐수 내에 함유된 탄소화합물 뿐만 아니라 질소와 인을 처리하기에 적합하고 공정을 단순화하여 경제성을 높인 토양피복형 내부순환 접촉산화장치 및 이를 이용한 접촉산화방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 침전탈질조, 제1폭기조 및 제2폭기조로 구성되어 있는 토양피복형 내부순환 접촉산화장치에 있어서, 각 처리조의 상층부에 다수의 통기공이 형성된 모관망을 덮고 그 위에 토양층을 만들어 잔디를 식생한 자연친화적인 중 ·소규모 하 ·폐수처리 장치에 관한 것이다. 또한 유입된 하 ·폐수는 침전탈질조에 저장되고, 제1폭기조에서 폭기처리된 하 ·폐수를 침전조에서 고액 분리되고 제2폭기조에서 폭기처리하여 일부는 질소의 최종제거를 위해 침전탈질조로 내부순환되고 그 나머지는 방류조를 통해 유출되는 하 ·폐수의 접촉산화방법에 관한 것이다. 본 발명의 토양피복형 접촉산화장치는 각 처리조의 상층부에 다수의 통기공이 형성된 모관망을 덮고 그 위에 토양층을 만들어 잔디를 식생한 자연친화적인 공법으로서 하부의 반응조들과 상부의 토양/잔디가 상호 연계하여 탄소화합물을 비롯하여 질소 및 인의 일부가 토양층내 생물과 잔디의 영양소로 제거될 수 있을 뿐 만 아니라 유입 수질의 이상현상 또는 공기공급 장치의 고장으로 반응조내의 미생물이 사멸하였을 때 토양미생물의 서식처인 토양층으로부터 미생물이 반응조내로 공급되어 토양층이 자연적인 미생물 배양조 역할을 담당하는 우수한 효과가 있다.

Description

토양피복형 내부순환 접촉산화장치 및 이를 이용한접촉산화방법{A Soil Clothing-Style Contact Oxidation Apparatus with Recycle of Nitrified Liquid and Contact Oxidation Method of Using the Same}

본 발명은 하·폐수 내에 함유된 탄소화합물 뿐만 아니라 질소와 인을 처리하기에 적합한 중·소규모 토양피복형 내부순한접촉산화장치 및 이를 이용한 접촉산화 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 침전탈질조, 제1폭기조 및 제2폭기조로 구성되어 있는 토양피복형 내부순환 접촉산화장치에 있어서, 각 처리조의 상층부에 다수의 통기공이 형성된 모관망과 토양층이 구성되고 이 토양층에 식물을 식재한 중·소규모 하·폐수처리 장치에 관한 것이다.

또한 유입된 하·폐수가 침전탈질조(1)에 저장되는 단계; 침전탈질조(1)에서 침전탈질된 하·폐수가 공기주입장치(11)를 통해제1폭기조(2)에서 폭기처리되는 단계; 제1폭기조(2)에서 폭기처리된 하·폐수가 침전조(3)에서 고액 분리되는 단계; 침전조(3)에서 고액 분리된 하·폐수가 공기주입장치(11)을 통해 제2폭기조(4)에서 폭기처리되는 단계; 상기의 각 단계에서 일부는 질소의 최종제거를 위해 내부순환관(14)을 통해 침전탈질조(1)로 내부순환되는 단계; 및 각 처리단계를 거쳐 상등수가된 하·폐수가 방류조(5)를 통해 유출되는 특징으로 하는 토양피복형 하·폐수의 내부순환 접촉산화방법에 관한 것이다.

최근 사회적인 문제로 크게 대두되고 있는 호소 및 내만 등의 폐쇄성 수역에 부영양화(Eutrophication)현상은 질소와 인화합물의 과다유입으로 발생하며, 이것은 수중의 식물성 플랑크톤인 조류(Algae)의 성장을 촉진시킨다. 이와 같이 수중의 질소와 인 화합물은 그 자체가 오염물로서 수자원 가치 상실에도 원인이 되지만 조류 증식에 필요한 영양물질로 이용되어수질을 더욱 악화시키는 작용을 하게 된다.

하천수질오염은 주로 생활폐수, 산업폐수 및 축산폐수 등 오염물질이 하천으로 유입됨으로써 일어나며 인구 및 산업단지가 밀집되어 있는 대도시 하천의 오염농도는 더욱 심각하다고 할 수 있다. 이러한 하천수질오염에 대한 대책으로서 오염발생 원인을 원천적으로 차단할 수 있는 하수종말처리장의 시설의 확충이 요구되는 바이다. 한편 하천 수질오염은 대부분의 경우 생활폐수에 의해서 발생한다는 점을 감안할 때, 많은 예산과 넓은 공간을 필요로 하는 대규모적인 하수종말처리장보다는 중·소규모의 효율적인 하수종말정화시설, 즉 오염발생 원인을 원천적으로 차단하여 쾌적한 수질환경을 유지할수 있는 처리시설이 요구되고 있는 것이 현(現) 실정이다.

하·폐수 속에 우세한 질소형태는 유기질소(Organic nitrogen) 및 암모니아성 질소(NH₃-N)이다. 유기질소는 혐기성 또는 호기성 조건에서 미생물의 분해 작용에 의해 암모니아성질소로 전환된다. 암모니아성질소의 산화를 일으키는 미생물에는 여러 가지가 있으나 대표적인 것으로 니트로소모나스(Nitrosomonas)와 니트로박터(Nitrobacter)가 있다. 이들은 모두 호기성 독립 영양 미생물(Aerobic autotrophic bacteria)이며 산소로 암모니아를 산화시키며 생장한다. 수중에서 암모니아 이온(NH₄+) 형태로 존재하는 암모니아의 질산화 과정을 식으로 나타내면 다음과 같다.

22NH₄+ ＋37O₂＋4CO₂＋HCO₃- → C₅H₇O₂N＋21NO₃-＋20H₂O＋42H+

질산화 작용에 의해 생성된 질산성 질소는 다시 이를 환원시키는 미생물에 의해 무해한 질소가스(N₂)로 환원되어 대기중으로 방출되는데 이를 탈질화(Denitrification)라 한다. 탈질화균에는 스도모나스(Pseudomonas), 마이크로코커스(Micrococcus), 아코모박터(Archomobactor) 및 바실러스(Bacillus) 등과 같은 종이 있으며, 이러한 미생물은 임의성(Facultative) 종속영양 미생물이므로 분자상태의 산소가 존재할 때에는 이를 수용체로 이용하기 때문에 탈질화는 일어나지 않는다. 따라서 탈질작용을 활성화시키기 위해서는 산소공급이 없는 무산소(anoxic) 환경과 충분한 유기물의 공급이 절대적으로 필요하다. 탈질화 과정에서 필요한 유기물로서 메탄올이 경제성 때문에 가장 널리 사용되고 있지만, 대체할 수 있는 유용한 유기물을 하·폐수내에서 얻게 되면 메탄올을 공급하는데 드는 비용을 절감할 수 있게 된다. 탈질화 과정에서는 질산성질소(NO3-)가 수소수용체(Hydrogen acceptor)로 이용되므로 혐기성 반응이 되며, 메탄올을 탄소원으로 공급할 경우에 질산성질소를 제거하기 위한 생물학적 반응식은 다음과 같다.

NO₃ ^-＋1.08CH₃OH＋H+＋ → 0.065C₅H₇O₂N＋0.47N₂＋0.76CO₂＋2.44H₂0

또한, 하·폐수 속에 존재하는 인을 제거하는 이론은 반응조내의 환경이 혐기와 호기 상태를 반복하면 미생물(PAOs:phosphate accumulating organisms)에 의한 인 섭취량이 증가하게 되는데, 이를 미생물의 인 럭셔리 업테이크(Luxuryuptake)라 하고 인 섭취량이 높은 미생물을 슬러지로 제거함으로서 인은 최종적으로 제거된다.

일반적으로 질소 및 인을 제거하기 위한 하·폐수 처리 방법으로는 물리화학적 처리방법과 생물학적 처리방법이 있다. 물리화학적 처리방법은 암모니아탈기법, 선택적인 흡착을 이용하는 이온교환법, 소석회 및 응집제를 사용하여 인을 침전시키는 방법, 질소와 인을 동시에 침전시키는 스트루바이트형성의 침전법 등이 이용되고 있다. 그러나 물리화학적 처리방법은그 처리가 선택적으로 이루어지기는 하지만, 온도에 민감하고 비용이 많이 소요되는 단점이 있을 뿐만 아니라, 약품비 및 운전상에 요구되는 환경이 특정적이어서 그 운영에 어려움이 있고 유출수가 불안정하여 현장에서는 거의 사용되지 않고있다.

질소 및 인을 제거하기 위한 생물학적 처리방법은 혐기성-호기성-혐기성-호기성 반응조를 분리 배치하여 각각의 반응조의 특성에 따라 호기성 반응조에서는유기물산화 및 질산화 반응과 미생물이 인을 섭취하도록 유도하였고, 혐기성 반응조에서는 질산성 질소를 질소가스로 변형시켜 대기 중으로 방출시키는 탈질반응과 인의 방출을 유도하였다. 이러한 생물학적 처리 방법은 아직 연구단계에 있으며, 일부 적용되고 있으나 처리 효율에 한계가 있으며 플랜트 건설비용이 높은 단점이 있다. 종래의 생물학적 처리방법에 의한 질소 및 인을 제거하는 방법은 포스트립(Phostrip)법으로 포스트립조와 호기조를 활성슬러지가 거치면서 인 제거 미생물이 자라게 되는데, 상기의 공법에서는 포스트립조에서 방출된 인을 화학약품을 사용하여 처리하고 호기조에서 질산화된 질소는 무산소조로 내부 순환되어 질소를 제거할 수 있었다. 그러나 이 공정은 인의 제거를 위해 화학물질을 사용해야 하고 유입수의 유기물 농도가 낮은 경우에는 그 기능을 못하는 단점이 있었다.

그리고 MUCT 및 VIP공정은 반송슬러지내의 질산성 질소를 제거하기 위해서 무산소조로 반송하여 탈질소화 후 내부 반송하여 혐기조로 미생물을 공급하게 되는데 이는 내부 순환 펌프의 추가 설치로 경제성 저하뿐 아니라 유지관리의 복잡성이 문제가 되었다.

또한 표준활성슬러지법은 슬러지 발생량이 많고 슬러지의 탈수성이 좋지 않아 슬러지 처리공정에서의 문제점을 안고 있으며 발생되는 악취문제를 해결하기 위해 탈취설비가 필요하고 유지관리비가 과다하게 소요되는 문제뿐만 아니라 유기물의 제거효율은 좋으나 질소와 인을 효율적으로 제거할 수 없는 문제점이 있었다.

그리고 상기 포스트립법, MUCT공정, VIP공정 및 표준활성슬러지법은 중·대규모 처리장에 적용하기 위해 개발된 것으로중·소규모의 하·폐수 처리장에 적용하기에는 유지관리비가 과다하게 소요될 뿐만아니라 유기물을 비롯한 질소 및 인을 효율적으로 제거할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 질소와 인을 동시에 효율적으로 제거할 수 있을 뿐만아니라 중·소규모 하·폐수 처리장에 적합하도록 기존의 토양피복형 접촉산화조의 처리공정을 단순화시켜 경제성을 향상시킨 토양피복형 하·폐수 정화장치로 침전탈질조, 제1폭기조 및 제2폭기조의 3개의 처리조로 구성되어 있고 시설물의상층부는 토양층과 식물에 의해 덮여 있어 처리기간을 단축시키기 위하여 공기를 인위적으로 공급할 경우 콘크리트로 접촉하는 경우보다는 더 적은 양의 공기를 폭기조내로 유입하여도 같은 효과를 얻을 수 있고, 또한 유입수 수질의 이상현상 또는 공기 공급 장치의 고장으로 폭기조내의 미생물이 사멸하였을 때 식물이 생존하고 있는 토양층의 미생물이 자연적으로 폭기조내로 공급되므로 질소와 인을 효율적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라 안정된 고도의 처리수를 얻을 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.

결국, 본 발명의 목적은 질소 및 인을 동시에 효율적으로 제거할 수 있는 토양피복형 하·폐수 정화장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 질소 및 인을 동시에 효율적으로 제거할 수 있는 토양피복형 하·폐수 정화장치를 이용한 하·폐수의 정화방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 토양피복형 내부순환 접촉산화 공정을 보여주는 구성도.

도 2는 토양피복형 내부순환 접촉산화 공정의 구성을 설명하기 위한 단면도.

도 3은 토양피복형 내부순환 접촉산화 공정의 구성을 설명하기 위한 평면도.

도 4는 토양피복형 내부순환 접촉산화 공정의 처리과정을 설명하기 위한 계통도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1: 침전탈질조 1a: 침전탈질조 1실

1b: 침전탈질조 2실 2: 제1폭기조

2a: 제1폭기조 1실 2b: 제1폭기조 2실

3: 침전조 4: 제2폭기조

5: 방류조 6: 잔디

7: 다공질토양 8: 모관망

9: 여재 10: 받침대

11: 공기주입장치 12: 전동밸브

13: 공기공급관 14: 내부순환관

15: 유입구 16: 유출구

17: AP펌프 18: 연결관

19: 하부공간 20: 벽구멍

21: 오니

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 토양피복형 하·폐수 정화장치는 침전탈질조(1), 제1폭기조(2) 및 제2폭기조(4)의 3가지의 처리조로 구성되어 있고, 각 처리조 상부와 다공질토양층(7) 사이에는 다수의 통기공이 형성된 모관망(8)을 구성하여 흙이 하부로 떨어지지 않도록 했고, 토양층에 공존하는 미생물이 하부의 처리조와 교류하고, 또한 토양층 상부에 식물을 식재하는 것이 포함되는 것이다.

또한, 유입된 하·폐수가 침전탈질조(1)에 저장되는 단계; 침전탈질조(1)에서 침전탈질된 하·폐수가 공기주입장치(11)를 통해 제1폭기조(2)에서 폭기처리되는 단계; 제1폭기조(2)에서 폭기처리된 하·폐수가 침전조(3)에서 고액 분리되는 단계; 침전조(3)에서 고액 분리된 하·폐수가 공기주입장치(11)을 통해 제2폭기조(4)에서 폭기처리되는 단계; 상기의 각 단계에서일부는 질소의 최종제거를 위해 내부순환관(14)을 통해 침전탈질조(1)로 내부순환되는 단계; 및 각 처리단계를 거쳐 상등수가 된 하·폐수가 방류조(5)를 통해 유출되는 특징으로 하는 토양피복형 하·폐수의 내부순환 접촉산화방법에 관한 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 국한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

첨부된 도 1은 본 발명에 따른 토양피복형 내부순환 접촉산화 공정을 보여주는 구성도이고, 도 2는 토양피복형 내부순환접촉산화 공정의 구성을 설명하기 위한 단면도이며, 도 3은 토양피복형 내부순환 접촉산화 공정의 구성을 설명하기 위한 평면도이고, 도 4는 토양피복형 내부순환 접촉산화 공정의 처리과정을 설명하기 위한 계통도를 보여주고 있다.

도1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 토양피복형 하·폐수 정화장치는 침전탈질조1실(1a)과 침전탈질조2실(1b)로 구성된 침전탈질조(1)와 제1폭기조 1실(2a)와 제1폭기조 2실(2b)로 구성된 제1폭기조(2) 및 제2폭기조(4)의 3가지의 처리조로 구성되어 있고, 각 처리조의 연결관(18)을 통하여 상등수가 이송한다.

일반적인 하·폐수 처리 장치는 유입구를 통하여 하·폐수를 유입받아 일정 크기 이상의 고형물을 제거하기 위한 스크린이 설치된 집수조, 집수조에 저장된 폐수를 공급받아 바이오메디아 등이 투입될 수 있으며, 외부 브로워나 수중폭기장치를 이용하여 폭기시키기 위한 다수의 조로 이루어질 수 있는 폭기조 및 폭기조에서 미생물에 의하여 처리된 폐수를 연결관을 통하여 유입 받아 고액 분리시키기 위한 침전조로 구성된다.여기에서 일반적인 하·폐수 처리장치는 하·폐수를 유입 받아 일정 크기 이상의 고형물을 제거하기 위한 스크린이 설치되지만, 본 발명에서는 처리 시설이 지하에 매설되므로 펌프시설을 필요로 하지 않기 때문에 스크린 장치가 설치되지 않고, 침전탈질조(1)를 구성하여 하·폐수를 유입 받아 직접 침전탈질조(1)로 유입되도록 구성한다. 침전탈질조 1실(1a)과 침전탈질 조2실(1b)로 구성된 침전탈질조(1)는 유입구(15)를 통하여 유입된 하·폐수를 최대한 적층하기 위하여 하부공간(19)를 충분하게 구성하고 청소를 용이하게 하기 위하여 침전탈질조(1)를 침전탈질조1실(1a) 및 2실(1b)로 구획하며, 하·폐수의 유입량에 따라서 1구획 이상으로 침전탈질조(1)를 구성할 수있다.

연결관(18)을 통하여 침전탈질조(1)에서 이송된 유입수는 제1폭기조 1실(2a) 및 제1폭기조 2실(2b)로 구성된 제1폭기조(2)로 이동한다. 제1폭기조(2)에서는 외부의 공기주입장치(11)에 의해서 산소를 충분하게 공급하여 산소조의 호기상태를 유지하도록 구성된다. 제1폭기조(2)에서는 하부공간(19)를 줄여 여재(9)를 충분하게 충진하도록 하고 제1폭기조(2)는 폭기조의 효율을 높이기 위해 제1폭기조1실(2a) 및 제1폭기조2실(2b)로 구성되고 제1폭기조 1실(2a) 및 2실(2b)를 구획한 벽에는 하·폐수의 수평이동을 위한 벽 구멍(20)이 설치되고, 침전조(3)로 하수 및 오폐수를 이동하기 위한 연결관(18)이 구성된다.

침전조(3)는 제1폭기조(2)에서 폭기된 하·폐수와 침전 분리된 혐기상태의 오니(21)가 모이게 되는 처리조로 상기 제2폭기조(4)에 1차 폭기된 하수 및 오폐수가 공급되도록 연결관(18)이 형성된다. 또한 제2폭기조(4)에서는 상기 제1폭기조(1)와 동일하게 하부의 공간(19)을 줄이고 여재(9)를 충분히 충진하여 폭기조의 효율을 최대화하고, 제2폭기조된 하·폐수가 방류조(5) 및 침전탈질조(1)로 이동하기 위한 연결관(18)과 내부순환관(14)이 각각 구성된다. 침전탈질조(1)로 내부순환된 제2폭기조(4) 배출수는 탈질화되어 질소가 최종 제거되며, 연결관(18)을 통하여 방류조(5)로 이동된 처리수는 유출구(16)를 통하여 외부로 유출된다.

제1폭기조(2), 침전조(3), 제2폭기조(4) 및 방류조(5)에는 외부공기주입장치(11)에 의해 공기가 공기주입관(13)을 통해상기 각 처리조로 충분히 공급하도록 구성된다.

또한 제1폭기조(2), 침전조(3), 제2폭기조(4) 및 방류조(5)에 쌓이게 되는 오니(21)는 외부의 공기주입장치(11)에서 일정시간 간격을 조정하여 AP펌프(17)에 공기를 주입하여 내부순환관(14)을 따라 침전탈질조(1)로 반송된다.

각 처리조 내부의 일부은 여재(9)를 충진하여 토양미생물들이 토양층 뿐만 아니라 반응조 내부에서도 성장하는데 가장 근접한 조건을 줄 수 있게 하고, 여재(9)하부에는 받침대(10)를 일정 간격을 두고 설치하여 여재(9)가 하부공간(19)으로 떨어지지 않도록 한다. 여재(9)로는 다른 접촉여재에 비해 가격이 저렴하고 내구성이 강한 돌의 파쇄물인 쇄석, 토양층과 유사한 초벌구이 황토관, 표면적이 월등히 크고 내구성이 높은 제철소 폐기물인 고로슬래그, 건축폐기물인 콘크리트 구조물을 철거하고 난 잔여물 등을 사용할 수 있다.

또한 각 처리조 상부와 다공질토양(7)층 사이에는 다수의 통기공이 형성된 모관망(8)을 설치하여 다공질토양(7)이 하부로 떨어지지 않도록 하고 각 처리조와 통기가 되게 한다. 다공질토양(7)층에는 잔디(6)와 같은 식물을 식재하여 미생물이 활발하게 활동할 수 있는 조건을 갖추도록 한다.

각 공정의 하·폐수처리 단계에서 탄소화합물, 인 및 질소가 처리되는 과정은 제1단계(혐기반응)로 하·폐수가 유입구(15)을통하여 혐기성 침전탈질조(1)에 저장된다. 하·폐수 속에 함유된 탄소화합물이 여재(9)의 표면에 부착된 미생물에 의해 유기산으로 전환되고, 혐기성 침전탈질조(1)의 여재(9)층에서 고형물에 의한 클로깅(clogging)현상을 막고, 다량의 미생물확보를 위하여 침전탈질조(1)의 하부공간(19)을 충분히 둔다. 또한 혐기성 침전탈질조(1)내에서는 고농도 탄소화합물의 제거뿐만 아니라 탈질화 반응이 진행되어 제2폭기조(4) 후단에서 내부순환관(14)을 통하여 침전탈질조 1실(1a)로 순환된반송수 속에 질산염의 제거가 동시에 일어나게 된다. 이 때 유입 하·폐수 속에 탄소화합물의 일부는 탈질화 반응에서 필요한 탄소원으로 사용된다.

제2단계(호기반응)는 외부 공기주입장치(11)에 의해 폭기하기 위한 제1폭기조1실(2a)및 제1폭기조 2실(2b)의 두 개의 실로 이루어진 제1폭기조(2)와 미생물에 의하여 처리된 하수 및 오폐수를 연결관(18)을 통하여 유입 받아 고액분리시키기 위한 침전조(3)로 구성된다. 제 2단계에서는 제1단계 이후에 남아 있는 유기물이 여재(9) 표면에 있는 부착미생물과 여재(9) 공극에 있는 부유미생물에 의해 제거된다. 제1폭기조(2)의 배출수의 일부가 AP펌프(17)을 이용하여 선단에 위치한 침전탈질조 1실(1a)로 반송된다. 이러한 방법으로 침전탈질조(1)에서는 유기물 분해와 함께 탈질이 동시에 일어날 수 있기때문에 종래의 토양피복형 접촉산화조에서 탈질조로 사용하고 있는 제2폭기조 다음의 자연여과조는 별도로 설치될 필요가없게 된다. 자연여과조를 없애 공정의 단순화와 전체 용량을 줄이려는 것도 제2폭기조(4) 배출수의 일부를 침전탈질조(1)로 반송하는 이유가 된다.제3단계(호기반응)는 제2단계 이후에 남아있는 암모니아를 질산염으로 완전하게 전환하기 위한 제2폭기조(4) 및 정화된 물이 유출되는 방류조(5)로 구성된다. 제2폭기조(4) 배출수내의 질산염은 혐기성 침전탈질조(1)로 다시 내부순환관(14)를 통하여 침전탈질조(1)로 반송되어 탈질화가 일어나게 된다.

또한, 상기의 하·폐수 정화장치 상부에 위치한 다공질토양(7)층은 식생잔디(6)가 식재되어 토양속에 미생물의 활동을 최대화하고, 이 토양층에 존재하는 미생물이 유입 하·폐수 정화의 보조기능을 하고 있기 때문에 이와 다른 공정들에 비해 질소나 인의 처리효율이 높다.

토양지표면 아래 약 1m까지는 식물, 동물, 미생물 등과 같은 생물체들이 상호 의존관계를 유지하면서 살아가고 있는데, 이러한 다공질토양(7)층에 오염물이 유입될 경우에 오염물이 토양생물체의 영양소가 되어 분해·제거된다. 흙의 1m속에는 천만단위부터 수 억 단위의 미생물이 서식하고 있는 것으로 알려져 있으며, 특히 토양 원생동물 중에 '지렁이'는 일반 하수구에서 흔히 볼 수 있듯이 오니를 상당히 좋아하며 매일 자신의 체중만큼의 오니를 자기 몸 속으로 통과시켜 분해하는 능력을 갖고 있다. 그리고 대장균과 같은 하수 및 오폐수 내에 유해세균은 토양미생물과 상호적대 관계가 존재하여 토양미생물의 먹이가 되어 완전제거가 가능하고, 토양미생물은 원생동물의 먹이가 되며 이 원생동물은 지렁이의 영양원이 된다. 또한, 하수 및 오폐수 처리시설에서 발생하는 악취가 다공성 토양층을 통과하게 되면 악취는 토양에 흡착되고, 흡착된 악취물질은 토양미생물에 의하여 서서히 냄새 없는 물질로 전환된다. 토양층 상부에 잔디와 같은 식물을 식생하게 되면 토양내 오염물질을 영양소로 이용하기 때문에 토양과 함께 오염물질의 정화기능을 발휘할 수 있고, 처리장의 경우에는 조경시설의 일원으로 활용될 수 있다.

도 2는 본 발명의 하·폐수 생분해 자동 정화정치의 구성을 설명하기 위한 단면도를 보인 것으로, 침전탈질조1실, 침전탈질조2실, 제1폭기조 1실, 제1폭기조 2실, 제2폭기조 및 방류조로 구성되어 있음을 확인할 수 있고, 또한 도 3은 본 발명의 하·폐수 정화장치의 구성을 설명하기 위한 평면도를 보인 것이다. 그리고 도 4는 본 발명에 따른 하·폐수 정화정치의 처리계통 과정을 설명하기 위한 계통처리도로 하·폐수가 유입구(18)로 유입되어 침전탈질(혐기), 제1폭기조(호기), 침전, 제2폭기조(호기)를 거쳐 상등수가 되어 방류조(5)의 유출구(16)를 통해 배출되는 본 발명의 하·폐수 정화장치의 처리과정을 설명하고 있다.

상기의 하·폐수 정화장치를 다음의 표1과 같은 조건으로 실험을 실시하였다.

또한, 상기의 운전모드를 시험가동 하면서 시료를 채취하여 환경오염공정시험법과 미국 공중보건협회의 표준 방법에 따라 분석을 행하였다. 수질분석 항목별 분석방법을 다음의 표2에 나타내었다.

운전모드Ⅰ은 질산성질소(NO_3-N)가 포함된 질산화액을 반송하지 않고 운전한 것이고, 운전모드Ⅱ에서는 적용되고 있는 수리학적 체류시간의 약 1/4을 사용하여 체류시간이 극도로 낮아질 경우에 처리효율이 어떻게 변화하는지를 확인하는 것이다.운전모드Ⅲ의 체류시간은 적용되고 있는 체류시간의 약 1/2이나, 유입폐수 자체량(반송수량 제외)은 이 모드에 의해 단위 시간당 처리될 수 있는 수량은 현재 농어촌 마을에 설치된 처리장의 단위 시간당 처리량과 동일한 것으로 질산화액을 반송하더라도 현재 적용되고 있는 농어촌 마을의 처리장 용적이 증감 없이 그대로 사용될 수 있는지를 확인하기 위하여 설정하였다.운전모드Ⅳ는 현재 적용되고 있는 하·폐수 처리장의 체류시간과 일치하나 반송수 때문에 실제 처리용량은 1/2로 줄어들 경우에 처리효율이 어느 정도 상승할 것인지를 조사하기 위한 것이다.

상기의 운전 모드에 의한 본 발명의 주요 제거 물질인 COD 처리효율(방류수 농도/유입수 농도)은 운전모드Ⅰ을 제외하고는 90% 이상 제거됨을 확인하였으며, COD의 처리율 결과를 표3에 나타내었다. 또한 질소 및 인의 처리 효율은 운전모드Ⅱ보다는 운전모드Ⅲ 및 Ⅳ로 갈수록 체류시간이 증가하기 때문에 처리효율도 증가하는 것으로 나타났으며, 또한 반응조 상층부에 덮여있는 토양층과 식생잔디에 의해서 질소보다는 인의 처리효율이 더 높게 나타났다. 상기 운전 모드에 의한 질소 및 인의 처리율 결과를 표4 및 표5에 나타내었다.

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 발명에 의한 토양피복형 하·폐수 정화장치는 탄소화합물, 질소 및 인을 동시에 효율적으로 제거할 수 있고 중·소규모 하·폐수 처리장에 적합하도록 불필요한 산화여과조를 제거하여 경제성을 향상시킨 토양피복형 하·폐수 정화장치로 침전탈질조(1), 제1폭기조(2) 및 제2폭기조(4)의 3개의 처리조로 구성되어 있고 정화장치의 상층부에 다공질토양(7)을 덮고 그 위에 잔디(6)를 식생한 자연친화적인 공법으로서 하부의 반응조들과 상부의 토양/잔디가 상호 연계하여 탄소화합물을 비롯한 질소 및 인을 효율적으로 동시에 제거하는데 보조역할을 할 수 있을 뿐만 아니라, 유입 수질의 이상현상 또는 공기공급 장치의 고장으로 반응조내의 미생물이 사멸하였을 때 토양미생물의 서식처인 토양층으로부터 미생물이 반응조내로 공급되어 토양층이 자연적인 미생물 배양조 역할을 담당하는 우수한 효과가 있다.

Claims

유입구를 통하여 유입된 하·폐수가 혐기성반응에 참여하는 침전탈질조(1); 호기성반응을 위해 외부의 공기주입장치로 폭기시키는 제1폭기조(2) 및 호기반응의 효율을 높이기 위한 제2폭기조(4)의 3개의 처리조로 구성되어 있는 하·폐수 정화장치에 있어서,

상기 제1폭기조(2)와 제2폭기조사이에 하·폐수를 고액분리되도록 침전조(3)를 더 마련하여 공기주입장치(11)로 하·폐수를 폭기시키고 상기한 각각의 처리조에 에어를 불어넣어 내부순환관(14)을 통해 침전탈질조(1)로 하·폐수의 일부가 반송되도록 하고 상기 각 처리조를 토양으로 매립하되 매립된 토양에 다수의 통기공이 형성된 모관망(8)을 설치한 것을 특징으로 하는 토양피복형 하·폐수 정화장치.
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유입된 하·폐수가 침전탈질조(1)에 저장되는 단계;

침전탈질조(1)에서 침전탈질된 하·폐수가 공기주입장치(11)를 통해 제1폭기조(2)에서 폭기처리되는 단계;

제1폭기조(2)에서 폭기처리된 하·폐수가 침전조(3)에서 고액 분리되는 단계;

침전조(3)에서 고액 분리된 하·폐수가 공기주입장치(11)을 통해 제2폭기조(4)에서 폭기처리되는 단계;

상기의 각 단계에서 일부는 질소의 최종제거를 위해 내부순환관(14)을 통해 침전탈질조(1)로 내부 순환되는 단계; 및

각 처리단계를 거쳐 상등수가 된 하·폐수가 방류조(5)를 통해 유출되도록 하고, 상기 각 처리조의 상층부에 다수의 통기공이 형성된 모관망(8)과 상기 모관망(8)의 상부로 다공질토양층(7)을 구성하여 이 토양층에 식물이 식재함으로서 악취등을 토양을 통해 흡착하여 미생물에 의해 분해 및 영양원으로 제공되도록 한 것을 특징으로 하는 토양피복형 하·폐수의 내부순환 접촉산화방법.