KR100342773B1 - 폐수정화장치 및 이를 이용한 폐수정화방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 별도의 장치를 이용하지 않고 정화조내에 초음파를 발생시키지 않으면서도 정화조내의 용존산소를 일정하게 유지함으로써 처리수를 완전정화시키고 오니의 침강을 방지할 수 있는 폐수정화장치 및 이를 이용한 폐수정화방법에 관한 것으로, 상기 폐수정화장치는 폐수유입부(10), 정화조부(20) 및 최종침전조(30)로 구성되되, 상기 정화조부(20)는 상호접속된 다수의 정화조를 포함하도록 구성되며, 상기 각 정화조는 저부중앙부에는 유입되는 폐수를 상승시키는 펌프(21)가 입설되어 있고, 내부에는 미생물을 외주면에 부착한 배양초(倍養礁)가 다수 충진되어 상승 후 하강하는 폐수를 정화시키는 배양초의 배치영역(22)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하며; 상기 폐수정화방법은 집수조(11) 등을 경유하여 분리된 폐수를 정화조부(20)로 유입시키는 단계와; 펌프(21) 및 배양초의 배치영역(22)에 의해 폐수를 정화시키는 단계 및; 최종침전조(30)를 조절하여 폐수의 유입종료후에도 각 정화조에서 폐수의 순환을 지속시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

폐수정화장치 및 이를 이용한 폐수정화방법{Apparatus for purifying wastewater and a purifying method by using them thereof}

본 발명은 폐수정화장치 및 이를 이용한 폐수정화방법에 관한 것으로, 다수의 각 정화조내에 미생물이 부착된 배양초(倍養礁 : 표면에 미생물이 자랄 수 있는 가공물체)의 배치영역을 가지며 상기 정화조 저부중앙부에 펌프를 설치함으로써 미생물의 광합성 반응과 펌프에 의한 산소공급에 의하여 별도의 장치를 필요로 하지 않고 정화조내에 초음파를 발생시키지 않으면서도 정화조내의 용존산소는 일정하게 유지되어 처리수는 완전정화되고 오니의 침강은 방지될 수 있는 폐수정화장치 및 이를 이용한 폐수정화방법에 관한 것이다.

생활폐수를 포함하여 축사, 공업제품제조공장, 식품제조공장 등으로부터 방출되는 폐수, 기타의 산업폐수 등을 정화시키기 위한 대표적인 폐수정화방법 중 접촉폭기법이 있다. 이는 호기성 폭기법(好氣性曝氣法)에 의한 정화작용을 이용하는 것으로, 정화조내의 폐수와 접촉제에 공기를 불어 넣어 폐수를 정화시키는 것이다. 상기 방법에 따르면 정화조내의 폐수에다 공기를 분출시키기 때문에 공기구(空氣球)가 분출되는데 분출된 공기구 중 일부는 수중에서 파괴되어 초음파를 발생시키므로 미생물에 대하여 악영향을 미치는 문제점이 있다.

또 다른 폐수정화방법으로는 정화조의 저면으로부터 미세공기를 분출시킴으로써 수중의 용존산소를 높이는 방법이 있는데 이 장치 또한 정화조내의 물의 용존산소를 높이는 것과 정화능력을 높이는 데 한계가 있어 별도의 장치가 요구되는 문제점이 있었다.

그외 또다른 방법으로 활성오니법이 이용되어 왔으나 이러한 방법으로 고농도폐수를 처리하는 경우, 다량의 희석수를 별도로 공급하여야 하기 때문에 정화조의 용적이 커지며, 호기성을 유지하기 위하여 다량의 공기를 유입시켜야 하므로 그에 따른 고액의 설비비 및 시설관리 유지가 요구될 뿐만 아니라 잉여오니도 다량 발생되고, 질소, 인 등을 제거할 수 있는 별도의 공정이 요구되는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명자는 더욱 효율적으로 폐수를 정화시킬 수 있는 방법에 관하여 연구한 결과, 자갈을 둘러싸고 있는 미생물의 존재하에 하천의 물은 항상 거의 유사한 속도로 흐름으로써 하천의 자정작용(自淨作用)이 촉진된다는 점에 착안하여 내부에 미생물이 부착된 배양초(倍養礁)의 배치영역을 가지며 저부중앙부에 펌프가 설치되도록 구성된 정화조에 폐수를 도입함으로써 별도의 장치를 이용하지 않고서도 정화조내의 용존산소는 일정하게 유지되어 처리수는 완전정화되고 정화조 저면에 오니가 침강하는 현상을 방지할 수 있다는 것을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 효율적으로 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 본 발명은 정화조내에 미생물이 부착되는 배양초(倍養礁)의 배치영역을 가지며 상기 정화조 저부중앙부에 펌프를 설치함으로써 미생물의 광합성 반응과 펌프에 의한 산소공급에 의하여 폐수중의 오탁물질을 거두어들임으로써 완전정화된 처리수를 가지며 오니침강을 방지할 수 있는 폐수정화장치 및 이를 이용한 폐수정화방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명 폐수정화장치의 개략적인 흐름도,

도 2는 본 발명 폐수정화장치의 평면도,

도 3은 본 발명 폐수정화장치에 있어서의 정화조의 배치 형상을 나타낸 도면이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 폐수유입부 20 : 정화조부

30 : 최종침전조 11 : 집수조

12 : 침전조 13 : 조정조

14 : 고액분리장치 15 : 유량조절장치

16 : 유조 21 : 펌프

22 : 배양초(倍養礁)의 배치영역

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 폐수정화장치는 집수조(11), 침전조(12), 조정조(13), 고액분리장치(14), 유량조절장치(15) 및 유조(16)를 포함하여 구성된 폐수유입부(10)와 정화조부(20) 및 최종침전조(30)로 구성되되, 상기 정화조부(20)는 상호접속된 다수의 정화조(20a), (20b), (20c)로 구성되며, 상기 각 정화조의 저부중앙부에는 상기 폐수유입부(10)로부터 유입되는 폐수를 상승시키는 펌프(21)가 입설되어 있고, 내부에는 미생물을 외주면에 부착한 배양초(倍養礁)가 다수 충진되어 상기 펌프(21)로부터 상승 후 하강하는 폐수를 정화시키는 배양초(水草礁)의 배치영역(22)이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 정화조들의 상호접속형태는 설치장소의 형상에 따라 조절가능하며, 태양광선 존재시 상기 정화조들은 개방형으로 되고, 태양광선 부존재시 상기 정화조들에는 광케이블을 연결시켜 인공광선을 조사시킨다. 한편, 상기 펌프(21)로부터 상승한 폐수를 방사방향으로 유동시키기 위하여 상기 각 정화조의 수면 근접한 위치에 하나 이상의 판상 가이드를 더 설치하며, 상기 펌프(21)는 전동식 펌프 또는 에어리프트(air lift)방식의 펌프인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 폐수정화방법은 집수조(11)에 원폐수를 유입시킨 후 침전조(12), 조정조(13), 고액분리장치(14) 및 유량조정장치(15)를 경유하여 원폐수중의 거대입자를 제거한 후 정화조부(20)로 상기 폐수를 유입시키는 단계와; 펌프(21)를 가동시켜 상기 폐수를 수면까지 상승시켜 수면의 공기로부터 발생하는 산소를 수용시킨 다음 배양초의 배치영역(22) 상부로부터 하부로 종횡으로 유동하여 배양초 외주면의 미생물에 의해 상기 폐수를 정화시키는 단계 및; 상기 정화수를 최종침전조(30)에 수송시킨 후 계외방류 또는 상기 정화조로의 반송을 선택·조절하여 폐수의 유입종료후에도 각 정화조에서 폐수의 순환을 지속시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 한편, 상기 정화조에 유입된 폐수는 시간당 1회 이상 환류하도록 조절된다.

이하, 본 발명의 폐수정화장치의 구성 및 목적을 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명 폐수정화장치의 개략적인 흐름도이고, 도 2는 상기 장치의 평면도이며, 도 3은 상기 장치에 있어서의 정화조의 배치 형상을 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 폐수정화장치는 폐수유입부(10), 정화조부(20) 및 최종침전조(30)를 포함하도록 구성된다. 상기 폐수유입부(10)는 폐수를 정화조부(20)에 유입시켰을 시 양호하게 정화될 수 있도록 하기 위한 폐수정화 전처리 장치로서 집수조(11), 침전조(12), 조정조(13), 고액분리장치(14), 유량조절장치(15) 및 유조(16)를 포함하도록 구성된다. 상기 집수조(11)의 전후에는 도입관(11a) 및 펌프업설비(12a)가 설치되어 있으며, 상기 침전조(12)는 상기 펌프업설비(12a)에 의해 상기 집수조(11)와 연결되고 후단에 연결설치된 도입관(13a)에 의해 상기 조정조(13)와 연결된다. 한편, 상기 침전조(12)를 경유하도록 설치된 상기 조정조(13)는 펌프업설비(14a)에 의해 고액분리장치(14)에 연결·설치되어 있으며 상기 고액분리장치(14)는 도입관(15a)에 의해 유량조절장치(15)와 연결·설치되어 있다. 그외 부수적으로 도입관(16a)에 의해 상기 침전조(12)와 연결되며도입관(16b)에 의해 상기 고액분리장치(14)와 연결되는 유조(16)가 설치되어 있다.

한편, 상기 정화조부(20)는 상기 폐수유입부(10)에서 전처리된 폐수를 정화시키는 장치로서, 다수의 정화조가 종횡으로 상호접속되도록 설치되어 있다. 상기 정화조들의 상호접속형태는 설치장소의 형상에 따라 조절가능하다. 도 2에 도시된 바와 같이 펌프(21) 및 배양초의 배치영역(22)을 포함하는 정화조들은 상기 유량조절장치(15)에서 인출된 도입관에 의해 연결되어 있다. 태양광선 존재시 상기 정화조들은 개방형으로 하며, 태양광선 부존재시 상기 정화조들에는 광케이블을 연결시켜 인공광선을 조사시킨다. 상기 각 정화조의 펌프(21)로는 전동식 펌프 또는 에어리프트(air lift)방식의 펌프가 사용되어 각 정화조의 저부중앙부에 입설되어 있고, 상기 배양초의 배치영역(22)은 상부에 지지체가 배치되어 있는 망, 격자 등의 구화부재(區畵部材)에 의해 복수단으로 분리된 채, 죽재, 굴껍질, 판상부재, 스폰지, 플라스틱 성형품 부재 등의 천연재료 또는 화학 합성품을 원료로 하여 형성된 다수의 배양초와 상기 각 배양초의 외주면에 부착된 미생물로 구성되어 정화조 내부에 종횡으로 빠짐없이 충진되어 있다. 한편, 상기 각 정화조의 수면 근접한 위치에는 하나 이상의 판상 가이드를 더 설치할 수 있다.

또한, 상기 최종침전조(30)는 상기 정화조부(20)에서 정화된 정화수를 수송받은 후 계외로 방류시키거나 상기 정화조부(20)로 반송시켜 정화조부(20)내에 폐수를 정시적으로 도입시키는 장치로서, 정화조부(20)에서 인출된 도입관(30a)과 연결되도록 설치된다.

상기 구성을 갖도록 설치된 폐수정화장치를 사용하여 폐수를 정화시키기 위하여 먼저 상기 집수조(11)로 원폐수를 유입시킨다. 유입된 폐수 중의 고형물질이 제거된 후 잔여폐수는 상기 침전조(12)에 모아지고 상기 침전조(12)의 폐수는 호기처리되어 침전분리물은 상기 유조(16)로 내보내고 그외 분리폐수는 평균화되어 상기 조정조(13)에 모아진다. 상기 조정조(13)에 모아진 폐수는 상기 고액분리장치(14)를 경유하여 고형물을 걸러 상기 유조(16)로 내보내고 그외 분리폐수는 유량조절장치(15)에 의해 유량이 조절된 후 정화조부(20)로 방류된다. 분리폐수의 양이 과다할 경우 과다폐수는 도입관(15b)을 경유하여 상기 조정조(13)로 반송된다. 이러한 과정을 거침으로써 원폐수 중에 함유된 고형물질과 부유물질을 제거하게 된다.

상기 폐수유입부(10)를 거쳐 전처리된 폐수가 다수의 정화조로 구성된 정화조부(20)내로 유입되면 상기 폐수는 저부중앙부에 입설된 펌프(21)의 파이프를 경유하여 수면까지 상승한 후 수면상에 존재하는 공기와 접촉하여 공기중의 산소를 수용한 후 하강하면서 수류를 발생시키고 정화조내를 종횡으로 환류하여 배양초의 배치영역(22) 내부에 존재하는 배양초에 의해 정화된다. 이후 상기 정화수는 정화조(20)에서 인출된 도입관(30a)을 경유하여 최종침전조(30)로 수송되어 계외로 방류되거나 정화조로 반송된다. 이때, 상기 정화조에 유입된 폐수의 환류속도는 시간당 1회 이상으로 조절된다.

이러한 장치 및 방법에 의하여 폐수를 정화처리하는 경우 처리수는 완전정화되고 정화조부내에 오니가 침강하는 현상을 방지할 수 있다.

이하에는 이에 따른 본 발명에 따른 폐수정화장치 및 이를 이용한 폐수정화방법의 작용 효과를 상세히 설명한다.

상기 다수의 정화조로 구성된 정화조부(20)의 형태는 배치 및 장소의 제약을 받지 않으며 총수는 처리오수농도, 오수량 등의 폐수 특성에 따라 증감할 수 있으므로 정화조들의 상호접속형태는 설치장소의 형상에 따라 조절가능하여 일렬형, 복수열형(複數列型), L자형, 짜맞춤형 등을 가질 수 있다. 도 3에 L자형, 복수형, L자/복수형으로 배치된 정화조부(20)가 예시되어 있다. 상기에서 설명된 바와 같이 정화조부(20)의 형태는 배치 및 장소의 제약을 받지는 않으나 설치위치에 따라 부가적인 설비물을 더 요구할 수 있다. 즉, 정화조부(20)가 지상보다 높은 위치에 설치될 경우 개방시키는 것만으로 태양광선이 정화조 내부로 방사되므로 정화조 개강부(開講部)에 안전조치를 별도로 설치할 필요가 없지만, 지상과 근접한 위치에 설치될 경우 안전조치로서 정화조내의 미생물을 광합성시키기 위해 빛이 요구되므로, 이를 위하여 상기 정화조의 개강부에는 격자, 금망, 투명판 등의 빛을 통과시킬 수 있는 자재를 배치시키는 것이 바람직하고, 정화조부(20)가 건물의 내부 또는 지하에 설치될 경우에는 태양광선을 수용하기가 곤란하므로 광케이블을 연결시켜 인공광선을 조사시키는 것이 바람직하다.

정화조 저부중앙부에 입설된 펌프(21)는 유입된 폐수를 정화조의 수면까지 상승시켜 방사상으로 토해냄으로써 상승한 폐수는 수면의 공기와 접촉하고 공기중의 산소를 수용한 후 하강함으로써 수류를 발생시키는 역할 및 정화조 저면에 오니가 침강되는 것을 방지하는 역할을 하는 것으로, 에어리프트(air lift)방식 펌프뿐만 아니라 전동식 펌프 또한 바람직하다. 또한, 상기 펌프(21)로부터 상승한 폐수를 방사방향으로 더 크게 분포시키기 위하여 정화조의 수면 근접한 위치에 수평으로 하나 이상의 판상 가이드(도시하지 않음)를 일정 간격을 보유하도록 설치하는 것이 바람직하다. 이외 기체분산장치를 더 설치할 수 있다. 이에 따라 상승한 폐수가 가이드의 하면에서 거의 수평방향으로 강제적으로 유동하면서 수류를 발생시킨 후 상부로부터 하부를 향하여 종횡으로 유동하여 배양초에 부착한 미생물과 밀접하게 접촉되어 결국 용존산소량을 더욱 증가시킬 수 있게 된다. 상기 가이드의 하방에 일정 간격을 두고 판상의 환상부재를 설치한다면 그 효과는 더욱 커진다. 이러한 설비에 따르면 정화조내의 물은 공기구와 혼입하지 않게 되므로, 즉 수중에서 공기구가 파괴되지 않으므로 수중에는 초음파가 발생하지 않아 미생물의 생존에 효율적이다.

정화조내에 종횡으로 충진되어 있는 배양초의 배치영역(22)의 배양초는 미생물을 생육시키기 위하여 존재하는 것이다. 상기 미생물은 중력에 의해 자연히 하강하는 수류의 영향을 받는 것이 아니라 펌프(21) 및 가이드에 의해 강제적으로 형성된 수류의 영향을 받으므로 크게 생장하지 못하게 되고 이로 인하여 배양초를 폐쇄시킬 우려가 없게 된다. 상기 미생물은 또한 탄소원으로서 이산화탄소, 질소원으로서 암모니아, 에너지원으로서 태양광선, 인공광선 등의 광에너지를 이용하여 광합성을 함으로써 수중에는 산소가 용해된다. 또한, 미생물은 무기물과 일부의 저분자 유기물 및 질소, 인을 영양원으로 이용함으로써 별도의 공정없이도 수계 부영양화 원인물질인 질소를 제거하게 된다. 한편, 상기 미생물은 펌프 및 가이드에 의해 강제적으로 형성된 수류에 의해 물질교대를 원활히 하여 더 많은 에너지를 소비함으로써 결국 오염혼탁물 대부분은 산화환원되어 안전한 물질이 되어 생물체에 흡수됨으로써 제거되고 일부는 대기중으로 비산되어진다.

상기한 과정을 거쳐 정화된 정화수는 최종침전조(30)에서 고형물을 제거한 후 일부는 계외로 방류되고 일부는 임의의 정화조로 반송되는 데 이러한 반송시스템에 의하여 폐수유입을 종료시킨 후에도 흐름이 멈추지 않고 각 정화조를 순환시키므로 정화조내 오탁물질의 부하를 저하시킬 수 있으며, 폐수의 대류시간이 길어져 처리수를 완전정화시킬 수 있게 된다. 이때 정화조내로 유입된 폐수의 환류속도는 시간당 1회이상으로 하는 것이 바람직하다. 그 결과 고농도 폐수처리시에도 희석수는 불필요하거나 소량만 첨가하더라도 충분하다. 이러한 방법에 따라 정화함으로써 종래의 정화방법에 비하여 구성생물층도 다양해지고 식물연쇄도 길어지며, 정화조내 처리과정에 있어서 소위 천연하천에서의 자정작용과 근사치에 가까운 정화작용을 실행할 수 있게 된다.

이하 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만 본 발명이 이들예로만 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

지면 위 2m 되는 곳에 통상의 방법에 따라 집수조, 침전조, 조정조, 고액분리장치, 유량조정장치 및 유량을 설치한 다음 준비된 3개의 개방된 정화조 저부중앙부에 에어리프트 방식 펌프를 입설하고 각 정화조 내부에 죽재로 구성되어 표면상에 미생물을 부착한 배양초를 종횡으로 충진한 후, 최종침전조를 정화조에 연결·설치하였다. 그런 다음 집수조를 통하여 정화조내의 물의 환류속도는 시간당 2회가 되도록 조절하면서 폐수를 흘려주어 정화조까지 흐른 물이 최종침전조에 수집되면 계외방류시킨 후, 시간경과에 따른 정화조내 용존산소량 변화를 측정하고 정화조 저면의 침강오니량을 측정하였다.

[실시예 2]

정화조 수면에 수평되도록 한쌍의 가이드를 더 형성하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 방법에 따라 폐수를 정화한 후, 시간경과에 따른 정화조내 용존산소량 변화를 측정하고 정화조 저면의 침강오니량을 측정하였다.

상기 실시예 1 및 2에서 시간경과에 따른 정화조내 용존산소량 변화는 거의 없었으며 정화조 조면에 침강된 오니량도 종래의 표준 활성오니법에 비하여 현저히 감소되었다.

이상에서 알 수 있는 바와 같이, 본원 발명의 폐수정화장치를 이용한 정화방법은 오·폐수를 완전정화 및 고효율화시키며 오니침강을 방지하고 수계의 부영양화 원인물질인 질소, 인 등을 별도의 제거장치없이 처리할 수 있으며 기계설비를 삭감화시켜 동력비 및 유지관리비를 절감하는 에너지 절약형 오·폐수 정화방법으로서 자연계에 있어서 물의 자정작용과 동일한 효과를 나타내는 장점이 있다.

Claims (7)

1. 집수조(11), 침전조(12), 조정조(13), 고액분리장치(14), 유량조절장치(15) 및 유조(16)를 포함하여 구성된 폐수유입부(10)와 정화조부(20) 및 최종침전조(30)로 구성되되,

   상기 정화조부(20)는 상호접속된 다수의 정화조를 포함하도록 구성되며, 상기 각 정화조의 저부중앙부에는 상기 폐수유입부(10)로부터 유입되는 폐수를 상승시키는 펌프(21)가 입설되어 있고, 내부에는 미생물을 외주면에 부착한 배양초(倍養礁)가 다수 충진되어 상기 펌프(21)로부터 상승 후 하강하는 폐수를 정화시키는 배양초의 배치영역(22)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 폐수정화장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 정화조들의 상호접속형태는 설치장소의 형상에 따라 조절가능한 것임을 특징으로 하는 폐수정화장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 태양광선 존재시 상기 정화조들은 개방형으로 되고, 태양광선 부존재시 상기 정화조들에는 광케이블을 연결시켜 인공광선을 조사시키도록 된 것임을 특징으로 하는 폐수정화장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 펌프(21)로부터 상승한 폐수를 방사방향으로 유동시키기 위하여 상기 각 정화조의 수면 근접한 위치에 하나 이상의 판상 가이드를 더 설치한 것을 특징으로 하는 폐수정화장치.
5. 제 1항 또는 제 4항에 있어서, 상기 펌프(21)가 전동식 펌프 또는 에어리프트(air lift)방식의 펌프인 것을 특징으로 하는 폐수정화장치.
6. 집수조(11)에 원폐수를 유입시킨 후 침전조(12), 조정조(13), 고액분리장치(14) 및 유량조정장치(15)를 경유하여 원폐수중의 거대입자를 제거한 후 정화조부(20)로 상기 폐수를 유입시키는 단계와;

   펌프(21)를 가동시켜 상기 폐수를 수면까지 상승시켜 수면의 공기로부터 발생하는 산소를 수용시킨 다음 배양초의 배치영역(22) 상부로부터 하부로 종횡으로 유동하여 배양초 외주면의 미생물에 의해 상기 폐수를 정화시키는 단계 및;

   상기 정화수를 최종침전조(30)에 수송시킨 후 계외방류 또는 상기 정화조로의 반송을 선택·조절하여 폐수의 유입종료후에도 각 정화조에서 폐수의 순환을 지속시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐수정화방법.
7. 제 6항에 있어서, 상기 정화조에 유입된 폐수는 시간당 1회 이상 환류하도록 조절됨을 특징으로 하는 폐수정화방법.