KR100424658B1 - 생태공학적 수처리시스템 및 그 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생활하수를 비롯한 오폐수, 축산폐수, 오염된 하천수 및 호소수 등을 전처리조, 변형역간접촉조, 생태연못, 자연구배수로, 집수조 순으로 통과하게 구성한 친환경적 공법의 수처리시스템으로 오염하천, 부영양화된 호소, 아파트단지, 학교, 호텔, 병원, 공공시설, 그리고 고속도로 휴게소 등에 설치하여 물을 정화하거나 재이용하게 함으로써 수자원 확보와 환경오염 방지 및 생태계 복원을 도모하기 위하여;

오폐수가 유입되어 침전, 폭기, 재침전을 거치도록 분할 형성한 전처리조와,

상기 전처리조에서 오버플로우된 처리수를 수생식물과 일정 크기의 자갈 여재를 이용, 여과토록 구성한 변형역간접촉조와,

상기 변형역간접촉조로부터 배수된 여과수내 오염물질을 생물관리법 (biomanipulation), 수생식물, 인공습지대, 침수부도, 인공부도 등을 이용해 제거하는 생태연못과,

상기 생태연못으로부터 오버플로우된 처리수가 자연스럽게 흐르게 하면서 수생식물과 여과재에 의해 재여과가 이루어지게 형성한 자연구배수로와,

상기 자연구배수로를 거친 여과수를 필요한 곳에 공급하기 위해 저장하는 최종 집수조로 구성된 효율적인 수처리 시스템으로 뛰어난 효과가 있다.

Description

생태공학적 수처리시스템 및 그 처리방법 {WASTEWATER TREATMENT SYSTEM BASED ON ECOLOGICAL ENGINEERING AND METHOD THE SAME}

본 발명은 생활하수를 비롯한 오폐수, 축산폐수, 오염된 하천수 및 호소수 등을 전처리조, 변형역간접촉조, 생태연못, 자연구배수로, 집수조 순으로 통과하게 구성한 친환경적 공법의 수처리시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오염하천, 부영양화된 호소, 아파트단지, 학교, 호텔, 병원, 공공시설, 그리고 고속도로 휴게소 등에 설치하여 물을 정화거나 재이용토록 함으로써 수자원 확보와 환경오염 방지 및 생태계 복원을 도모하기 위한 생태공학적 수처리시스템 및 그 처리방법에 관한것이다.

일반적으로 일상 생활이나 산업활동시 발생하는 오폐수는 오폐수처리장이나 대규모 하수종말처리장에서 처리하고 있으나, 부영양화의 원인 물질인 N, P를 제거하는 기존의 물리, 화학적 고도처리는 높은 비용을 요구하기 때문에 처리장의 대부분이 유기물 및 SS(Suspended Solids) 제거에만 역점을 두고 있는 실정이다.

이러한 시설물들이 대단위 도시지역을 중심으로 건설되고 있으며, 규모가 작은 소규모 마을 등에서 나오는 생활하수나 오폐수, 축산폐수 등은 처리되지 않은채 그대로 하천으로 방류되고 있다.

또한, 상수도로 공급되고 있는 여러 용도중에서 음용수와 같은 정도의 높은 청정도를 필요로 하지 않는 수세식 화장실, 청소용수, 소방용수, 세차용수 등의 용도 등에 전체 수돗물의 상당부분이 사용되고 있다.

이에 상기 수처리 시스템은 기존 오페수처리 시스템 및 오염된 하천이나 부영양화된 호소수에 적용하여 저렴한 경비로 유기물, SS 및 인, 질소를 높은 효유로 제거할 수 있는 기술이다.

또한, 상기 수처리시스템을 중수도 시스템으로 활용하여 용도에 따라 용수의 수질 기준을 차등 적용함으로써 높은 수질기준을 요구하는 수돗물의 생산비를 절감하고 물소비 형태를 전환시켜 주며, 상대적으로 높은 처리 비용을 요구하는 기존 고도처리 시설의 대용 방안이고, 소규모 마을 등에 적은 비용으로 설치할 수 있는 효율적인 방안이다.

또한 중수도 시스템은 한번 사용한 물을 어떠한 형태로든 여러번 반복하여 재사용할 수 있도록 하므로서, 공단 및 공장의 시설확장에 필요한 용수를 확보하기 위해 원거리 수원에서부터 새로운 수도관을 매설하기 위해 소요되는 시설비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 용수량을 감소시키는 효과는 물론 배출되는 하수량을 감소시켜 오염물질에 의한 환경 오염을 줄일 수 있게 된다.

특히, 상기 중수도 시스템을 설치하여 필요한 수돗물의 공급량을 줄일수 있게 됨으로서 물을 많이 사용하는 대형 건축물과 대단위 시설물이 증가하면서 발생되는 용수 공급량의 한계를 극복하여 시설투자비용을 깨끗한 수돗물의 생산에 투입할 수 있게 됨과 아울러, 갈수시의 물부족 상황에 효과적으로 대처할 수 있게 된다.

또한 상기 시스템의 핵심기술인 생태연못은 수변부, 수체면, 수중 등에 다양한 자연재료와 부력 시스템, 수생식물, 수중생물 등을 사용하여 조성함으로써 새로운 생태계가 창출되어 종다양성이 풍부해지고 먹이사슬의 순환이 이루어지는 생태계 복원 및 교육적 효과도 얻을 수 있는 획기적인 방안이다.

특히, 날로 관심이 고조 되어가는 도심 및 아파트 단지내 생태공원 조성과 관련하여 수처리 시스템으로서의 기능과 생태공원으로서의 경관창출이라는 이중의 효과를 얻을 수 있는 생태공학적 중수도 처리 시스템은 설비비 및 유지, 관리비가 저렴하기 때문에 규모가 작은 마을 등의 소규모 오폐수 처리 및 중수도 시스템에 적용 가능하다.

상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 본 발명의 목적은 생활하수를 비롯한 오폐수, 축산폐수, 오염된 하천수 및 호소수 등이 전처리조, 변형역간접촉조, 생태연못, 자연구배수로, 집수조 순으로 통과하게 구성한 친환경적 공법의 수처리시스템을 오염하천, 부영양화된 호소, 아파트단지, 학교, 호텔, 병원, 공공시설, 그리고 고속도로 휴게소등에 설치하여 물을 정화하거나 재이용하게 하므로서 수자원 확보와 환경오염 방지 및 생태계 복원을 도모하기 위한 수처리시스템 및 그 처리방법을 제공하는데 있다.

또한, 보 발명의 다른 목적은 규모가 작은 마을 등에서는 경제적 이유 등에 의해 생활하수나 오폐수, 축산폐수 등이 그대로 방출되고 있는 실정이기 때문에 저렴한 설비 비용으로 주변의 환경과 잘 어울리면서 수자원 재활용과 생태계 복원 효과를 발휘할 수 있는 생태공학적 수처리시스템 및 그 처리방법을 제공하는데 있다.

도1은 본 발명에 따른 생태공학적 수처리시스템을 개략적으로 도시한 배치도.

도2는 본 발명에 따른 생태공학적 수처리시스템을 도시한 측단면도.

도3은 본 발명에 따른 생태공학적 수처리시스템의 수처리방법을 도시한 블럭도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

4:전처리조 6:변형역간접촉조

8:생태연못 10:자연구배수로

12:최종 집수조 14:격벽

16:침전실 18:에어레이터

20:폭기실 22:재침전실

26:제1여과조 28:제2여과조

30:제1자갈 여재 32:제1순환펌프

34:제1배수펌프 36:제2자갈 여재

38:제2순환펌프 40:제2배수펌프

42:습지대 44:인공부도

46:여과재 48:침수부도

상기 목적을 실현하기 위한 본 발명은

오폐수 및 오염된 하천 및 호소수가 유입되어 침전, 폭기, 재침전을 거치게 분할 형성한 전처리조와,

상기 전처리조에서 오버플로우된 전처리수를 수생식물과 일정 크기의 자갈 여재를 이용 여과하게 구성한 변형역간접촉조와,

상기 변형역간접촉조로부터 배수된 여과수를 생물관리법(biomanipulation), 수생식물, 침수부도, 인공부도 등으로 오염물질을 제거하게 구성된 생태연못과,

상기 생태연못으로부터 오버플로우된 저류수가 자연스럽게 흐르게 하면서 수생식물과 여과재에 의해 재여과가 이루어지게 형성한 자연구배수로와,

상기 자연구배수로를 거친 여과수를 필요한 곳에 공급하기 위해 저장되게 마련된 최종 집수조를 포함한 구성으로 이루어지는 수처리시스템을 제공하는데 있다.

변형역간접촉조는 전처리조로부터 공급되는 처리수를 여과하게 일정 크기의 제1자갈여재, 수생식물을 포함하면서 처리수를 순환시키는 제1순환펌프, 처리수를 배출시키는 제1배수펌프로 구성되는 제1여과조와,

상기 제1여과조로부터 배출된 여과수를 다시 여과하는 일정 크기의 제2자갈 여재, 수생식물을 포함하면서 여과수를 순환시키는 제2순환펌프, 처리수를 배출시키는 제2배수펌프로 구성되는 제2여과조를 포함하여 이루어지는 수처리시스템을 제공하는데 있다.

오폐수의 유입에 따라 침전, 폭기, 재침전 과정의 1차 처리가 이루어지는 전처리조 단계(S10)와,

상기 전처리조 단계를 거친 처리수가 제1여과조에서 일정크기의 제1자갈 여재와, 수생식물에 의한 여과와 제1순환펌프와 제1배수펌프에 의한 순환과 배출이 이루어지며, 제2여과조에서 일정크기의 제2자갈 여재와, 수생식물에 의한 여과와 제2순환펌프와 제2배수펌프에 의한 순환과 배출이 이루어지는 변형역간접촉단계(S20)와,

상기 변형역간접촉단계를 거친 여과수가 인공습지대, 수생식물, 인공부도, 침수부도가 조성된 생태연못에서 생물관리법(biomanipulation)으로 오염물질을 제거하게 되는 단계(S30)와,

상기 단계에서 생태연못을 오버플로우하는 저류수를 수생식물과 여과재로 형성된 자연구배수로에 의해 재여과하게 되는 단계(S40)와,

상기 자연구배수로를 통과한 여과수를 최종 집수조에 집수하여 필요한 곳에 공급하게 되는 단계(S50)로 진행하게 이루어지는 수처리시스템의 처리방법을 제공하는데 있다.

생활하수를 비롯한 오폐수, 축산폐수, 오염된 하천수 및 호소수 등이 전처리조에 유입되면 먼저 침전실에서 자연침전에 의해 일정량의 유기물 및 SS(Suspended Solids)는 가라앉고 유입수는 격벽을 오버플로우 하여 폭기실로 이송된다.

상기 폭기실에서 에어레이터에 의해 일정량의 산소가 공급된 처리수는 다시 격벽을 오버플로우하여 재침전실에 도달한 후, 재침전에 의해 분리되어 변형역간접촉조의 제1여과조에 도달하게 된다.

제1여과조에 도달한 처리수는 순환펌프에 의해 순환하면서 제1자갈 여재와 수생식물에 의해 여과가 이루어지며 제1배수펌프에 의해 제2여과조에 공급된다.

제2여과조에서도 제2순환펌프에 의해 처리수가 순환되며 제2자갈 여재와 수생식물에 의해 여과된 후 제2배수펌프를 통해 생태연못으로 공급된다.

생태연못에서는 다양한 수생식물이 식재된 호안부와 유입부 습지대, 유출부 습지대, 인공부도, 침수부도 등으로 새로운 연못 생태계를 창출하여 생물관리법 (biomanipulation) 등에 의해 오염물질이 제거된다.

상기한 바와 같이 생태연못에서 오염물질이 제거된 처리수는 일정 수위 이상일때 오버플로우되어 유출부를 통해 자연구배수로로 흐르게 된다.

상기 자연구배수로는 일정 각도로 구배되어 있어 여과수의 흐름을 용이하게 하고 있으며, 수로내에 있는 수생식물과 여러가지 여과재에 의해 재여과가 이루어진다.

상기 자연구배수로는 한정된 공간에서 최대한의 접촉효율을 얻기 위해 최대한의 곡률을 주어 형성하였다.

이러한 자연구배수로를 거친 여과수는 최종적으로 하천이나 호소등으로 방류되거나 집수조에 모아 살균과 같은 적절한 처리를 통해 화장실용수, 정원용수, 인공연못 등에 다시 재이용하게 된다.

상기한 바와 같이 최종 집수조에 처리수를 저장하여 필요한 곳에 공급하게 되는 중수도 처리 시스템을 아파트단지, 학교, 호텔, 병원, 공공시설, 그리고 고속도로 휴게소 등에 설치하므로서 수돗물의 생산비를 절감하게 됨은 물론 부족한 수자원을 확보하게 되는 등의 효과를 얻을 수 있다.

더불어 하천 등으로 배출되는 오폐수의 오염부하량을 감소하므로서 환경오염 방지 효과를 가져오게 되는 환경친화적 공법을 구현할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부한 도면에 의하여 더욱 상세하게 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 수처리시스템을 개략적으로 도시한 평면도이고, 도2는 본 발명에 따른 수처리시스템을 도시한 측단면도이다.

수처리시스템(2)은 전처리조(4), 변형역간접촉조(6), 생태연못(8), 자연구배수로(10), 최종집수조(12)로 구성되어 이루어지고 있다.

전처리조(4)는 오염하천수나 오폐수 등이 유입되어 침전, 폭기, 재침전 과정을 거치는 1차 처리가 이루어지도록 분할 형성되어 있다.

상기 전처리조(4)는 복수개의 격벽(14)으로 분할되어 오폐수 등이 유입됨에 따라 일정량의 유기물 및 SS가 자연적으로 침전하여 가라앉고 유입수는 오버플로우가 이루어지는 침전실(16)을 형성하고 있다.

상기 침전실(16)로부터 오버플로우 된 처리수는 일정 시간 간격으로 작동하는 에어레이터(18)에 의해 포기되는 폭기실(20)을 형성하고 있다.

그리고 상기 폭기실(20)로부터 오버플로우된 처리수의 재침전이 이루어지는 재침전실(22)로 이루어져 있다.

상기 변형역간접촉조(6)는 제1여과조(26)와, 제2여과조(28)로 이루어지고 있고, 처리수를 인위적으로 순환시키면서 수생식물(24)과 일정 크기의 자갈 여재에 의해 여과가 이루어지게 하고 있다.

상기 제1여과조(26)는 전처리조(4)로부터 공급되는 처리수를 여과하기 위해 채워넣은 일정 크기의 제1자갈 여재(30)및 수생식물(24), 처리수를 순환시키는 제1순환펌프(32)와, 상기 여과된 전처리수를 제2여과조(28)로 배출시키기 위해 설치한 제1배수펌프(34)로 구성되어 있다.

상기 제2여과조(28)는 제1여과조(26)로부터 배출된 처리수를 재여과하기 위해 채워넣은 일정 크기의 제2자갈 여재(36)및 식재된 수생식물(24)과, 처리수를 순환시키는 제2순환펌프(38), 상기 여과된 처리수를 배출시키기 위해 설치된 제2배수펌프(40)로 구성되어 있다.

방수처리된 생태연못(8)은 변형역간접촉조(6)로부터 유입된 여과수를 담수하여, 정수 기능이 뛰어난 수생식물(24)을 식재한 호안부(41)와 습지대(42), 연못의 중심에 설치한 인공부도(44)와 침수부도(48), 생물관리법(biomanipulation) 등에 의해 부영양화의 원인물질인 질소와 인을 제거하게 되는 오폐수 정화의 획기적인 수처리 과정이 발생하는 연못이다.

습지대(42)는 제2배수펌프(40)를 통한 유입수와 자연구배수로(10)로 배출되게 되는 배출수내의 정화를 다시 한번 도모하게 하고 있다.

인공부도(44)는 수생식물(24)이 식재되고 연못의 수면에 떠있게 하여 오염물질을 제거하게 하고 있으며, 침수부도(48)는 수면에서 어느정도 잠기게 설치되면서 수생식물(24)이 식재되어 오염물질을 제거하게 하고 있다.

자연구배수로(10)는 생태연못(8)으로부터 공급되는 처리수가 수생식물(24)과 화산탄, 입상지올라이트, 하이드로볼 등의 다양한 여과재(46)를 통과하여 흐르도록 구성되어 있다.

최종 집수조(12)는 자연구배수로(10)를 거친 여과수를 화장실용수, 정원용수, 냉각용수, 청소용수, 살수용수, 세차용수, 인공연못 등 필요한 곳에 다시 공급하기 위한 저장소 역할을 한다.

상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명의 작용을 도3을 통해 설명하면, 오폐수가 전처리조(4)에 공급되면 자연침전에 의해 먼저 침전실(16)에서 침전물은 가라앉고 유입수는 격벽(14)을 오버플로우 하여 폭기실(20)로 공급된다.

상기한 폭기실(20)에서는 에어레이터(18)에 의한 산소가 처리수내로 공급되어 다시 재침전실(22)로 이송되며 다시한번 침전 분리된 후(S10) 변형역간접촉조(6)의 제1여과조(26)에 도달하게 된다.

상기 제1여과조(26)에 공급된 처리수는 제1순환펌프(32)에 의해 순환하면서 제1자갈 여재(30)와 수생식물(24)에 의해 여과가 이루어지면서 제1배수펌프(34)에 의해 제2여과조(28)로 공급된다.

제2여과조(28)에서는 제2순환펌프(38)에 의해 처리수를 순환되면서 제2자갈여재(36)와 수생식물(24)에 의해 여과가 이루어지고(S20), 이후 제2배수펌프(40)를 통해 생태연못(8)으로 이송된다.

상기한 생태연못(8)에서는 연못의 호안 및 습지대에 식재된 수생식물(24), 연못 중심에 설치된 인공부도(44), 침수부도(48), 생물관리법(biomanipulation) 등에 의해 생태계 먹이사슬 등을 이용하여 부영양화의 원인물질인 질소와 인을 제거하게 된다.(S30)

상기 방수처리된 생태연못(8)에는 생물관리법(biomanipulation)을 적용하여 각종 수서식물, 동물플랑크톤, 부착조류, 패류, 어류, 곤충류, 양서류, 조(鳥)류 등의 생물량을 인위적으로 조절하므로써, 궁극적으로 생태연못(8)내 물질 이동 및 순환을 조절하게 한다.

그리고 인공부도(44)의 하층부에는 일정간격으로 미생물 접촉여재를 설치하여 하절기 및 수생식물의 생장이 멈추는 동절기 미생물에 의한 처리 효율을 극대화 하였다.

상기 자연구배수로(10)는 일정 구배각도(θ)로 형성되고 있어 여과수의 자연적 흐름을 용이하게 하고 있으며, 수로내에 수생식물(24)과 여러가지 화산탄, 입상지올라이트, 하이드로볼 등의 다양한 여과재(46)를 설치하였고, 최대한의 곡률을 주어 한정된 공간에서 최대의 접촉 면적을 제공하였다(S40).

이러한 자연구배수로(10)를 거친 처리수는 최종 집수조(12)에 모이게 되며, 여기에 모인 처리수를 이용하여 화장실, 정원용수, 인공연못 등에 다시 이용함으로써 오폐수를 재사용하게 된다. (S50)

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 전처리조, 변형역간접촉조, 생태연못, 자연구배수로, 최종 집수조 등을 이용해 처리효율을 극대화한 생태공학적 수처리시스템으로서 높은 고도처리 비용을 절감케 하고 유지 관리 비용이 저렴하며 친환경적인 공간을 제공하는 획기적인 수처리 기술이다.

또한, 본 발명은 생태계 먹이사슬과 수생식물을 이용하기 때문에 2차적 오염의 우려가 없고, 생태계 복원 및 교육적 측면으로 인해 도심 생태 공원 조성의 일부분으로 적용 가능하다.

그 뿐 만 아니라, 본 발명은 생태연못, 자연구배수로, 수생식물의 식재 등에 따른 경관적, 정서적, 친환경적 효과를 극대화하여 자연 생태적으로 구현함에 따라 중수의 처리과정과 그 이용을 보여줄 수 있는 자연실습장으로서 교육효과가 있고, 단계별 처리시, 화학약품을 쓰지 않기 때문에 경비를 절감하고 2차 오염의 가능성을 배제할 뿐만 아니라 높은 처리 효율을 가능케하여 환경보전산업과 수자원보전 산업에 유용한 획기적인 발명이다.

Claims (4)

1. 오폐수 등이 유입되어 침전, 폭기, 재침전을 거치게 분할 형성한 전처리조와,

   상기 전처리조에 의해 공급된 전처리수를 수생식물과 일정 크기의 자갈 여재를 이용, 순환 여과하게 한 변형역간접촉조와,

   상기 변형역간접촉조로부터 배수된 여과수를 담수하면서 수생식물, 자연형 호안재료, 인공부도, 침수부도, 습지대 등의 조성에 의해 오염물을 제거하게 구성된 생태연못과,

   상기 생태연못으로부터 오버플로우되는 여과수를 자연스럽게 흐르게 일정 구배 각도로 형성하면서 수생식물과 여재에 의해 재여과가 이루어지게 형성한 자연구배수로와,

   상기 자연구배수로를 거친 여과수를 저장하여 필요한 곳에 공급하게 형성한최종 집수조를 포함한 구성으로 이루어짐을 특징으로 하는 수처리시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 변형역간접촉조는 전처리조로부터 공급되는 전처리수를 여과하는 일정 크기의 제1자갈 여재 및 식재된 수생식물과, 상기 제1자갈 여재 및 수생식물에 의해 전처리수의 여과를 도모하게 수중에 설치되어 전처리수를 순환시키는 제1순환펌프와, 상기 여과된 전처리수를 제2여과조로 배출시키게 설치한 제1배수펌프로 구성되는 제1여과조와,

   상기 제1여과조로부터 배출된 전처리수를 다시한번 여과하게 채워넣은 일정 크기의 제2자갈 여재 및 식재된 수생식물과, 상기 제2자갈 여재와 수생식물에 의해 전처리수의 여과를 도모하게 수중에 설치되어 전처리수를 순환시키는 제2순환펌프와, 상기 여과된 전처리수를 배출시키게 설치한 제2배수펌프로 구성되는 제2여과조를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리시스템.
3. 제1항에 있어서, 생태 연못은 생물관리법(biomanipulation), 수생식물을 이용한 호안 및 습지대 조성, 인공부도, 침수부도 등을 이용 구성하여 오염물질을 제거하는 것을 특징으로 하는 수처리시스템.
4. 오폐수의 유입에 따라 침전, 폭기, 재침전 과정의 1차 처리가 이루어지는 전처리조 단계(S10)와,

   상기 전처리조 단계를 거친 처리수가 제1여과조에서 일정크기의 제1자갈 여재와, 수생식물에 의한 여과와 제1순환펌프와 제1배수펌프에 의한 순환과 배출이 이루어지며, 제2여과조에서 일정크기의 제2자갈 여재와, 수생식물에 의한 여과와 제2순환펌프와 제2배수펌프에 의한 순환과 배출이 이루어지는 변형역간접촉단계 (S20)와,

   상기 변형역간접촉단계를 거친 여과수가 수생식물, 인공부도, 침수부도가 조성된 생태연못에서 생물관리법(biomanipulation)으로 오염물질을 제거하게 되는 단계(S30)와,

   상기 단계에서 생태연못을 오버플로우하는 저류수를 수생식물과 여과재로 형성된 자연구배수로에 의해 재여과하게 되는 단계(S40)와,

   상기 자연구배수로를 통과한 여과수를 최종 집수조에 집수하여 필요한 곳에 공급하게 되는 단계(S50)로 진행하게 이루어지는 수처리시스템의 그 처리방법.