KR100419959B1 - 미생물접촉과 식물을 이용한 하수, 하천수와 오·폐수의 처리방법 및 그 처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미생물 접촉과 식물을 이용한 하수, 하천수 및 오·폐수의 처리방법 및 그 처리시스템에 관한 것으로, 인공습지의 여과재층 상부에 천연섬유매트를 포설하여 식재한 수생식물의 생태적 효율성을 높이고 여과재층 하부에는 슬러지 인발관을 설치하여 필요시 언제든지 슬러지를 인발하도록 하며 상기 여과재층에는 수직방향으로 산기유도관을 설치하고 상기 산기유도관 내에는 폭기장치를 설치하여 산소를 공급하여 인공습지층 내에 선회류를 형성하므로써 단류흐름을 방지하고 용존산소농도를 극대화하여 질산화를 유도하고 습지의 호기성을 유도함으로써 모기 등 해충 서식 억제에 뛰어난 효과가 있다.

Description

미생물접촉과 식물을 이용한 하수, 하천수 와 오·폐수의 처리방법 및 그 처리시스템 {Process and System for Waste water treatment contacting micorbes and Plants in the Swampy land}

본 발명은 미생물 접촉과 식물을 이용한 하수, 하천수 및 오·폐수의 처리방법 및 그 처리시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 본 발명은 인공습지에서 생물학적 처리법에 의한 습지 내 유기물 및 질소, 인 등의 영양물질을 효과적으로 제거하는 생물학적처리시스템에 관한 것이다.

종래에는 도1a에서 도시한 바와 같은 모래층 단독 또는 모래층과 자갈층 복합으로 구성된 여과층(A)을 형성하고 여과층(메디아층)상부에 수생식물을 식재하여 식물을 이용한 오·폐수 처리방법이 사용되어 왔다.

한편 도1b에서 도시한 바와 같이 오·폐수를 정화하기 위하여 인공습지 끝부분에 별도의 집수정(6) 형태의 침전지를 형성하고 수중펌프에 의하여 정화된 물을 인공습지의 저류시설로 순환수관을 통해 환류재순환시킨 다음 재차 정화시킨 후 동일한 수중펌프로써 퍼올려 방류수관을 통해 수로로 방류시키는 오·폐수 처리방법이 공지된 바 있다.

그러나 전자와 같은 종래기술은 단지 인공습지의 여과층(A)상부에 식재된 수생식물(3)의 접촉에 의하여만 오·폐수의 유기물이 분해되고 여과층이 모래로만 구성되어 있어서 미생물 접촉에 의한 유기물 분해속도가 느릴뿐만 아니라 일단 미생물 성장이 과도하게 되고 유입수의 SS결합물질이 많게 되면 시간이 경과되면서 상기 모래로만 된 여과층(A)의 공극이 폐색되어 습지의 정화효과가 크게 떨어지는 단점이 있었으며, 후자와 같이 공지된 기술은 여과층(A)상부에 식재된 수생식물(3)에 의하여 유기물분해가 촉진되어 상기 여과재층 상하부에 입자가 작은 모래와 입자가 큰 자갈로 구성되어 공극이 큰 여과층(A)에 의하여 부유입자의 막힘현상이 적고 여과속도가 빨라져 미생물의 활동과 서식이 증대됨으로써 오·폐수의 정화작용이 상당기간 지연될 뿐만 아니라 상당한 효과가 있는 것은 사실이지만 이 역시 별도로 설치한 집수정의 침전지에는 부유물질이 침전되어 퇴적토가 형성되므로서 일정 기간마다 침전퇴적물을 준설하여야 하는 단점이 있고, 특히 이와같은 준설작업은 인공습지 저류시설 내에 있는 물을 완전히 배수시킨다음 실시해야 하며, 저류 인공습지의 물을 인공적으로 배수할 때는 별도로 설치한 순환펌프로 양수하거나 하천으로 자연 유하가 가능한 지역에서는 별도의 자연 유하관로와 수문을 설치하여야 그 배수가 가능하다고 하는 문제점이 있었다.

그 뿐만 아니라, 상기 공지된 문헌들에 의하면 주기적인 자연유하에 의한 수인공습지의 정화된 물을 인공적으로 양수펌프를 사용하여 양수하거나 수문을 열고 자연유하시키려면 그 만큼 별도의 시설이 필요하고 노동력이 소요될 뿐만 아니라 인위적인 양수과정과 자연유하에 의해 하천으로 방류하는 과정에서 필연적으로 오·폐수와 준설토가 방류되어 하수, 하천수를 재오염시킬 수 밖에 없다고 하는 문제점이 있으며 양수 또는 유하과정에서 인공습지에 식재된 수생식물의 근권부에 부착된 잔모래 등이 함께 소실되어 양수 또는 유하 후에 식생이 불량하게 되므로서 인공습지의 오·폐수 정화능력이 현저히 떨어지는 문제점이 있었다.

또, 상기 공지기술에 따르면 여과층(A)의 상부에서 하부로 오·폐수가 이동하는 과정에서 유기물이나 질소 및 인화합물이 식물 및 미생물에 접촉·분해되어 정화되기는 하나 오·폐수의 정화효과가 장기적인 면에서 불량하고 따라서 순환펌프로 강제 양수하거나 별도의 수중펌프로 강제 환류시키는 방법을 도입할 수 밖에 없었다.

본 발명은 상기 종래기술 또는 공지기술의 제단점과 결함을 감안하여 보완함으로써 신규하고도 진보성이 구유된 오·폐수 정화처리방법 및 그 정화시스템을 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명의 상기 목적은 인공습지에 자갈을 위에서 아래로 작은 자갈에서 큰 자갈순서로 여과재층(A)으로서 메디아층을 형성하고, 상기 여과재층 상부에 천연섬유메트를 포설하여 그 곳에만 수생식물을 식재하도록 하고, 작업통로를 형성하며 상기 여과재층(A)내에는 상하방향으로 일정간격을 두고 다수의 산기유도관을 매설하되 상기 산기유도관내에는 폭기장치를 설치하여 에어를 공급하도록 하고, 상기 여과층 일측에는 오·폐수 유입관을 다른 일측에는 유출관을 수평방향으로 동결수심 이하깊이로 매립하되 유공관으로 형성하여 오·폐수의 유입, 슈출시 물 흐름을 균등하게 하며, 상기 여과층 하부에는 슬러지 인발관을 수평으로 매설하여 정기적 또는 필요시 수시로 슬러지를 인발하도록 하여 미생물 접촉과 수생식물 식생을 유리하게 함으로써 오·폐수에 존재하는 유기물을 비롯하여 질소와 인과 같은 영양물질을 효과적으로 제거하여 자연정화를 극대화함으로써 달성하였다.

이하, 본 발명의 구성을 작용효과와 함께 상세히 설명한다.

도 1a는 종래의 모래층 단독 또는 모래층과 자갈층 복합으로 이루어진 인공습지의 여과층(A)위에 수생식물을 식재하여서 되는 인공습지의 오·폐수정화처리시스템을 보인 단면도이다.

도 1b는 공지된 인공습지 내에 모래층과 자갈층으로 복합된 여과층을 형성하여 오·폐수를 정화하고 정화된 물은 수중펌프로 퍼올려 배출수 관로 방류하도록 하며 상기 여과층(A) 내부에는 송풍기에 의해 공기공급관을 통해 공기를 공급하여 미생물활성화를 도모하도록 한 정화촉진장치를 보인 것이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예를 보인 인공습지의 여과재층에 산기유도관을 수직방향으로 매설하고 슬러지 인발관은 수평방향으로 설치하여 된 폭기식 인공습지 오·폐수 처리장치시스템 단면도이다.

1 : 모래 2 : 큰자갈 3 : 수생식물

4 : 배출수 관로 5 : 공기 공급관 6 : 집수정

7 : 천연섬유 매트 8 : 오·폐수유입관 9 : 중간자갈

10 : 슬러지 인발관 11 : 슬러지 배출관 12 : 작은 자갈

50 : 산기유도관 51 : 폭기장치 81 : 유출관

A:여과층(메디아층) B:선회류

본 발명은 도 2에 도시한 바와 같이 수생식물과 여과재층과 유입, 유출관과 폭기장치로 구성된 하수, 하천수 및 오·폐수 처리시스템에 있어서,

상기 수생식물(3)이 천연섬유매트(7)에 식재되고 섬유매트와 섬유매트사이에는 작업통로가 구비되며, 상기 여과재층(A)은 위에서 아래까지 작은자갈(12), 중간자갈(9), 큰자갈(2) 순서로 적층 구성되고, 상기 여과재층(A)내에는 상하방향으로 상부와 하부가 개구된 다수의 산기유도관(50)을 매설하되 산기유도관내에는 폭기장치(51)를 설치하며, 한편 상기 여과층의 일측에는 오·폐수 유입관을 다른 일측에는 오·폐수 유출관을 수평방향으로 매립하되 유공관으로 하고 매립깊이는 동결 수심이하에 위치시키며, 상기 여과층 하부에는 슬러지 인발관(10)을 수평방향으로 매설하여 슬러지 배출관(11)과 연통하여서 됨을 특징으로 하는 하수, 하천수 및 오·폐수 처리시스템으로 구성되어 있다.

인공습지에 있어서 하수, 하천수 또는 방류되는 오·폐수를 정화하기 위하여정화효과가 우수하고 습생식물로서 갈대 등의 수생식물(3)을 종래와 같이 여과재층(A)의 모래위에 직접 식재하지 아니하고 천연섬유 매트(mat)위 상에 식재하여 종래와 같이 모래를 사용하거나 또는 사용하지 않아도 좋으며, 따라서 모래에 의한 인공습지의 여과층(A)이 폐색되지 않도록 하였다. 본 발명에서 사용할 수 있는 천연섬유 매트(7)는 식물체를 지지할 수 있는 것이면 어느 것이라도 좋으나 예컨데 천연섬유 물질로서 코코넛파이버(coconut fiber)가 바람직하다.

상기 인공습지 여과층 상부에 안치하는 천연섬유 매트를 설치하는 간격은 관리자가 수생식물 또는 습지관리를 위하여 다닐 수 있는 거리만큼 간격을 띄우고 설치하면 좋다.

한편 본 발명의 인공습지의 여과층(A)의 구성은 상층에서 하층부로 모래 작은자갈에서 큰자갈 순서로 할 수도 있으나 가장 바람직하기는 작은자갈(12), 중간자갈(9), 큰자갈(2)의 순서로 적층하는 것이 바람직하다.

이러한 순차적인 여과재층(A)의 구성으로 인하여 슬러지 등 부유물의 이동을 인공습지 위에서 아래로 용이하게 하고 공극(孔隙)이 폐색되는 것이 방지된다.

특히 본 발명에서는 인공습지의 여과재층(A) 하부에 적층된 큰 자갈 사이로는 수평방향으로 다수의 슬러지 인발관(10)을 매설하고 그 하단으로 각 인발관(10)에 대응하여 슬러지 배출관(11)을 연설하였다.

이와 같은 인발관(10)에 의하여 주기적으로 또는 필요시 수시마다 인공습지 하부에 퇴적된 슬러지를 인출하게 되므로서 슬러지에 의한 여과층의 폐색을 방지하고 자연정화 효과를 극대화 할 수가 있게되어 결국 인공습지의 사용기간을 반 영구화하여 정화시설의 경제적인 효과도 도모할 수 있게 된다.

한편 본 발명 인공습지의 여과재층(A) 상하방향으로 내부에는 폭기장치(51)가 설치된 산기유도관(50)을 일정간격으로 다수 매설하여 두었다. 산기유도관은 상하가 개방된 원형기둥형이면 어느것이라도 좋다.

폭기장치는 공기(Air)공급관(5)과 에어밸브를 기재하여 상기 산기유도관 내부에 연설하여 둠으로써 필요시마다 또는 일정한 주기적으로 여과재층(A)을 통하여 인공습지내에 공기를 공급함으로써 용존산소를 공급하여 용존산소부족으로 인한 정화효과가 저하되는 것이 방지되고 모기 등 해충의 서식억제에 기여한다. 모기의 유충은 공지된 바 용존산소농도 1ppm 이상에서는 생존이 불가하다.

그 뿐만 아니라, Cu, Zn, Cd 등 중금속의 용출이 방지되며 습지내의 여과재층(A)내 질소화합물의 질산화를 유도하여 탈질(脫窒)효과를 제고하고 방류수의 암모니아(NH₃) 농도를 저감하게 된다.

폭기장치(51)가 내설된 본 발명의 산기유도관(50)은 공기공급관(5)의 에어밸브를 열게되면 공기가 폭기장치를 통하여 공급되게 되면 도 2에 도시한 바와 같이 산기유도관의 상부와 하부가 개구되어 있기 때문에 공급된 공기가 폭기장치에 의해 다량의 공기방울을 형성하여 상부로 밀려 올라가게되면 상기 산기유도관 하부에 개구된 입구로 주위의 물이 흡인되고 상기 산기유도관 상부로 공기방울과 함께 이동되어 결국 산기유도관 주위는 선회류(B)가 형성되게 되고 그 결과 습지내의 용존산소 함량을 극대화할 수 있는 효과가 있고 종래의 정화장치에서 흔히 있는 단류 흐름을 방지하여 미생물 성장과 활동을 극대화하고 수생식물 생육이 왕성하여 결국에는 인공습지 정화효과가 크게 향상되는 것이다.

이 밖에도, 본 발명은 인공습지 내에 오·폐수의 유입과 유출을 균등하게 하고 단류흐름을 방지하게 하기 위하여 일측에 반드시, 유공관(有孔管)으로 된 유입관(8)을 매설하고 타측에도 역시 유공관으로 된 유출관(81)을 매설하되 오·폐수의 유입유출이 표면수의 동결 수심이하에서 이루어지도록 동결 수심이하에 매립하므로서 겨울철에도 오·폐수처리가 중단되지 않도록 하였다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시된 인공습지의 상부에는 여과재층(A)위에 코코넛섬유와 같은 천연섬유매트를 일정 간격으로 고정하고 갈대 등 수생식물을 식재하여 두고 상기 매트 중간중간은 일정 간격 이격시켜 둠으로서 산기유도관을 통하여 폭기시 선회류(B)의 물흐름을 원활히 하고 용굴산소 공급을 극대화하며 식물의 채취 및 교체 그 밖의 비배관리 작업통로를 확보하는 효과가 있다.

본 발명 인공습지 여과재층(A)의 메디아(media)는 위로 부터 작은자갈, 중간자갈, 큰자갈 순서로 배치 적층하였으므로 슬러지가 여과재층(A) 상부에서 하부로 원활히 이동하는 효과가 있으며 상기 인공습지 하부에는 수평방향으로 매설한 슬러지 인발관(10)에 의하여 지속적으로 퇴적되는 습지 내 슬러지를 배출관(11)을 통하여 배출시키므로서 부유물이나 슬러지 퇴적에 의한 습지전체의 폐색을 방지하여 인공습지 수명을 반 영구화 하는 효과가 있다.

그리고 인공습지 여과재층(A)의 상하방향으로 내부에 폭기장치(51)가 설치된 상하 개구된 산기유도관(5)을 매립하여 둠으로서 폭기에 의한 습지내 선회류(B)를형성하여 단류흐름을 방지하고, 수류전단력을 증가시켜 메디아에 과도한 미생물이 부착되어 메디아층이 폐색되는 일이 없도록 하는 효과가 있다.

그 뿐 아니라, 용존산소 농도를 상승시켜 인, 질소 및 중금속이 제거되는 효과가 있고 질산화율이 향상되고 NH₃의 방출을 저감시키며 모기 등 해충구제 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명의 오·폐수 유입관(8) 및 유출관(9)은 이들을 수평으로 매립 시설하되 유공관(有孔管)으로 하고 매립깊이를 표면수 동결수심 이하에 위치시켜서 오·폐수를 유입, 유출시키므로서 본 발명 처리시스템의 겨울철 운전중단이 되는 일이 없이 연중가동이 가능하며 유공관으로 형성하므로써 전체 습지내에 단류 흐름이 방지되고 따라서 방류수 중 부유물의 방류를 저감하는 효과가 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 인공습지의 상부에 일정간격을 두고 천연섬유 매트를 설치하여 수생식물을 식재하고 작업통로를 형성해두고, 여과재층(A)을 작은자갈, 중간자갈, 큰자갈의 순서대로 구성하며, 유공관으로 형성된 오·폐수 유입관과 유출관을 동결 수심이하로 수평방향으로 매설한 다음 폭기장치가 내설된 상하부가 개구된 산기유도관을 수직방향으로 매립하고 인공습지 하부에 슬러지 인발관을 설치하므로서, 모래 및 유입 SS, 슬러지 등에 의한 인공습지가 여과층이 폐색되는 일이 없는 효과가 있고, 인공습지 전체가 반영구화되는 효과가 있을뿐만 아니라 인공습지의 유지보수와 시공 등 작업성이 향상되며 폭기에 의한 산기유도관 주위에 선회류가 형성되어 습지내 단류 흐름이 방지되고 따라서 용존산소농도가 증대되어 질산화가 유도되고 미생물활성과 식물생육이 촉진되어 습지정화 효과가 증대될 뿐만 아니라 모기유충 등 해충의 서식이 감소되는 효과가 있다.

또한, 오·폐수의 유입 유출관을 유공관으로 형성하므로서 인공습지내에 물흐름을 균등화하는 효과가 있어 오폐수처리효과가 향상되는 뛰어난 효과가 있으므로 오폐수 처리산업 및 하수, 하천수 정화산업상 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (2)

1. 미생물 접촉과 식물을 이용한 인공습지의 하수, 하천수 및 오·폐수의 처리방법에 있어서,

   천연섬유 매트상에 수생식물을 식재하여 여과재층 상부에 일정간격 작업 통로를 형성하고, 유입유출수의 물흐름을 균등화하며, 상하 선회류를 형성하여 인공습지 내 단류흐름을 방지함과 동시에 용존산소 농도를 극대화하는 것을 특징으로 하는 하수, 하천수 및 오·폐수 처리방법.
2. 수생식물과 여과층과 유입, 유출관과 폭기장치로 구성된 하수, 하천수 및 오·폐수 처리시스템에 있어서,

   상기 수생식물(3)이 천연섬유매트(7)에 식재되고 섬유매트와 섬유매트사이에는 작업통로가 구비되며, 상기 여과재층(A)은 위에서 아래까지 작은자갈(12), 중간자갈(9), 큰자갈(2) 순서로 적층 구성되고, 상기 여과층(A)내에는 상하방향으로 상부와 하부가 개구된 다수의 산기유도관(50)을 매설하되 산기유도관내에는 폭기장치(51)를 설치하며, 한편 상기 여과층의 일측에는 오·폐수 유입관을 다른 일측에는 오·폐수 유출관을 수평방향으로 매립하되 유공관(有孔管)으로 하고 매립깊이는 동결 수심이하에 위치시키며, 상기 여과층 하부에는 슬러지 인발관(10)을 수평방향으로 매설하여 슬러지 배출관(11)과 연통하여서 됨을 특징으로 하는 하수, 하천수 및 오·폐수 처리시스템