KR100450172B1 - 호소 정화 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 폐쇄계인 호소 등의 수처리에 있어서 용존산소의 전달효율을 높이고 나아가 자체순환정화가 가능하도록 하여 유기물질의 제거와 부영양화의 원인이 되는 질소, 인 제거가 가능한 호소 정화 시스템을 제공함에 있다.

이에 본 발명은 폐쇄계를 이루는 호소의 정화 시스템에 있어서, 하단에 지지구조물이 설치되어 호소의 심층부에 수직설치되고 하부 일측에는 호소 바닥에 침적된 유기질 폐액의 유입공이 형성되어 내부로 유입되는 유기질폐액을 폭기처리하기 위한 폭기관과, 상기 폭기관 하부에 위치하여 폭기관 내로 유입되는 호소의 심층수를 폭기시키기 위한 공기분산기, 상기 폭기관 상단 외주면을 따라 일정간격으로 형성되어 폭기된 피처리액을 호소 내로 산포환원시키기 위한 산포공, 상기 폭기관 상단에 연결설치되고 호소의 저류층으로 연장되어 폭기처리된 기,액혼합액을 호소의 저류층 내로 재투입시키기 위한 순환관을 포함하는 호소 정화 시스템을 제공한다.

Description

호소 정화 시스템{System for purifying lakes and marshes}

본 발명은 호소 내 질소 인 등의 오염물질을 효율적으로 제거할 수 있도록된 호소 정화 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐쇄계 호소 내에서의 유기물과 영양소의 효율적 제거를 위한 호소 정화 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 호소는 폐쇄되어 있는 호수, 늪, 소택(沼澤), 습원(濕原) 등을 일컫는 것으로, 호소 내로 유기물 농도가 낮은 오수가 유입된다 하더라도 대부분의 호소가 자정능력을 상실하게 된다. 이러한 이유는 질소, 인에 기인하는 데, 호소내의 오염물 정화처리는 유기물의 농도는 낮으나 질소,인의 제거기술이 확립되지 않아 부영양화의 원인이 되고 있는 것이다.

이에 종래에는 하상 준설에 의한 처리방법이 고작이며 산소전달을 위한 폭기장치에 의한 처리방법도 일부 행하여지고 있으나 폐쇄형 호소의 순환기술이 확립되어 있지 않기 때문에 효과가 미비한 실정이다.

한편, 호소의 상류로부터 유입되는 축산폐수 및 각종 오염물은 날로 증가 추세에 있고, 녹조류의 출현은 매년 발생되고 있으며 산소부족에 의한 물고기 떼죽음으로까지 이어지고 있다.

따라서 자연생태계의 오염물에 의한 파괴로부터의 자연자원을 회복하기 위하여 기계적인 방법을 동원하여 폐쇄형 호소로 하여금 자정기능을 갖도록 새로운 기술이 개발되어야 하며, 이러한 복합적 기술의 해결은 환경 기술적으로 폐쇄계의 새로운 처리기술의 개발이 시급히 요청되므로 중요하다.

또한, 사회경제적인 면에서 살펴보면 호소의 하상준설 비용은 점차 증가되어 결국 국민의 세금이 증폭되고 있어 사회경제적으로 비용증대라는 문제점이 있다. 또한, 준설된 폐기물은 해양투기에 의존되므로 2차 환경오염의 원인이 되고 있다.이와 같은 처리비용의 증대는 국가적 예산의 막대한 지출이 소요되므로 경제적이고 효율적인 근본적 처리의 기술개발이 매우 중요해지는 것이다.

그런데, 종래 호소의 정화용으로 사용하고 있는 폭기기술은 정화처리의 핵심공정으로 매우 중요하나, 산소전달 체계가 미흡하고 물 자체순환시스템이 확립되어 있지 않아 새로운 폭기기술과 연관된 폐쇄형 순환사이클의 돌파구가 요청되고 있으며, 이를 위하여 현재 폭기기술을 최대로 이용한 효율적 오염물 제거와 산소전달 체계의 기술확립이 중요하다.

이에 관한 연구 동향을 보면 도시하수처리의 경우 영양물질 제거를 위한 탈질, 탈인의 관련기술은 1960년대 이후, 수자원의 보호를 위하여 지속적으로 개발되고 있다. 탈질, 탈인 기술은 크게 나누어 화학적 처리방법과 생물학적 처리방법으로 각각 나눌 수 있다. 탈질 기술의 경우는 생물학적 제거방법 그리고 탈인 기술의 경우 화학적 및 생물학적 제거방법이 병용되고 있다. 질소 및 인의 동시제거를 위하여 구미권의 경우 생물학적 처리기법으로 Bardenpho Process와 Selector technology를 활용한 A/O Process, 그리고 side-stream에서 화학적 인 제거를 위한 Phostrip Process가 대표적이며 VIP Process 등 다수 변법들의 연구를 수행하고 있으나 그러한 연구는 고도처리에 있어서 질소와 인 제거를 위한 공정에 불과하다.

호소 등의 정화는 국내는 물론 선진국에 있어서도 심층 저면에 미세기포 발생기의 산기장치에 주로 의존하고 있으며 다음의 문제점이 있다.

(가) 산소전달능력이 부족하다.

(나) 전면 폭기에 의존하므로 설치비와 동력비가 많이 든다.

(다) 침전 슬러지의 부상원인이 되어 수질악화를 초래할 수 있다.

(라) 물의 자체순환과정을 기대하기 어렵다.

(마) 수심이 깊어 시공하기 어렵다.

(바) 도입된 기술의 우수성이 입증되지 않고 있다.

(사) 폭기 기술상의 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 폐쇄계인 호소 등의 수처리에 있어서 용존산소의 전달효율을 높이고 나아가 자체순환정화가 가능하도록 하여 유기물질의 제거와 부영양화의 원인이 되는 질소, 인 제거가 가능한 호소 정화 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따라 호소내에 설치된 정화 시스템을 도시한 개략적인 측단면도,

도 2는 본 발명에 따른 호소 정화 시스템의 개략적인 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 호소 정화 시스템의 작용상태를 도시한 개략적인 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 폭기관 11 : 유입공

12 : 지지구조물 20 : 공기분산기

21 : 에어공급관 22 : 송풍기

30 : 산포공 40 : 순환관

50 : 유입관 60 : 가스배출관

100: 호소

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 폭기관을 이용한 폭기처리기술로서 호소 자체를 폭기조로하여, 폐쇄계 호소내에 수직설치되고 하단에는 호소 바닥에 침적된 유기질 폐액의 유입공이 형성되어 내부로 유입되는 유기질폐액을 폭기처리하기 위한 폭기관과, 폭기관 하부에 위치하여 폭기관 하부에서 유기질 폐액을 폭기시키기 위한 공기분산기를 포함한다.

따라서 본 발명은 폭기기술을 이용한 정화처리기술로서 수처리 공정상의 핵심부인 폭기시스템에 높은 용존산소의 유지와 동시에 BOD의 원인물질 및 부영양화의 원인이 되는 질소, 인의 효율적 제거가 가능하게 된다.

이하 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따라 호소내에 설치된 정화 시스템을 도시한 개략적인 측단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 호소 정화 시스템의 개략적인 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 호소 정화 시스템의 작용상태를 도시한 개략적인 단면도이다.

상기한 도면에 의하면, 본 발명은 호소(100) 내에 수직설치되고 하단에는 측면을 따라 오폐수가 유입되는 유입공(11)이 형성된 폭기관(10)과, 폭기관(10) 저면에 설치되어 폭기관(10) 내부로 공기를 분산시켜 거품을 발생시키기 위한 공기분산기(20), 폭기관(10) 상단 외주면을 따라 형성되어 폭기된 피처리액을 호소(100) 내로 산포환원시키기 위한 산포공(30), 폭기관(10) 상단에 연결설치되고 외측으로 연장되어 폭기처리된 거품을 호소(100) 내로 재투입시키기 위한 순환관(40)을 포함한다.

즉, 호소(100)내에 폭기관(10)을 수직설치하고 폭기관(10)의 하단부에 산기장치인 공기분산기(20)를 고정하며 그 하부에 호소(100)내 저층의 슬러지 등의 퇴적물이 유입되지 못하도록 차단하여 오폐수의 유입공(11)을 두는 한편, 폭기관(10)의 수면 상단부에는 유입된 오폐수가 폭기에 의해 분사되도록 일정간격으로 산포공(30)을 뚫고 폭기관(10)을 호소(100)상류로 연장하여 폭기에 의해 형성된 호소(100)수를 연속적으로 순환하는 구조로 되어 있다.

폭기관(10)을 호소(100)내에 수직설치하기 위한 구조로서, 도 1에 도시된 바와 같이 네 개의 폭기관(10)을 구비하여 상부에 순환관(40)을 상호 연결하여 일체화함으로서 네 개의 폭기관(10)이 하나의 구조물과 같이 상호 지지되도록 한다.

즉, 네 개의 폭기관(10)은 사각형태로 배열되어 각각 호소(100) 내에 수직으로 놓여지고 하단에는 호소(100) 바닥면에 안정적으로 놓여질 수 있도록 지지구조물(12)이 설치되며, 각 폭기관(10)의 상단에는 순환관(40)이 이웃하는 폭기관(10)과 연통되도록 설치되어 각 폭기관(10)을 지지하게 된다. 또한, 각 폭기관(10)은 상단에 별도의 가스배출관(60)이 연결설치되어 오폐수 폭기시 발생되는 가스를 배출시키도록 되어 있으며, 이러한 가스배출관(60) 또한 이웃하는 폭기관(10)간에 연결되어 폭기관(10)을 지지하게 된다.

그리고 상기 순환관(40)은 일측 폭기관(10)에서 외측으로 연장되어 각 폭기관(10)으로부터 배출되는 기,액혼합액을 호소(100) 내로 재투입시키도록 되어 있다. 본 실시예에서는 도 2에 도시된 바와 같이 두 개의 폭기관(10)에서 연장설치되어 호소(100)면을 따라 수평으로 놓여진 것을 알 수 있다.

상기 연장된 순환관(40)은 끝단이 아래로 직각절곡되어 호소(100) 내에 침적되어 있으며, 바람직하게는 각 폭기관(10)은 호소(100)의 깊이가 깊은 곳에 위치시키고 폭기관(10)으로부터 연장되는 순환관(40)은 그 끝단이 호소(100)의 외곽쪽 수심이 낮은 곳에 위치하도록 한다.

이에 따라 폭기관(10)을 통해 폭기처리된 처리수와 기,액혼합액은 순환관(40)을 통해 호소(100)내로 재투입되면서 도 3에 도시된 바와 같이 호소(100) 내의 오수가 수심을 따라 순환처리될 수 있는 것이다.

여기서 상기 유입공(11)의 형성위치는 호소(100)의 바닥면에서 일정간격 이격되어 형성되는 데, 이는 호소(100) 바닥에 슬러지층이 일정두께로 침전되어 있기때문으로, 상기 유입공(11)이 슬러지층 위로 노출되므로 오폐수의 원활한 유입이 가능하다.

본 발명의 또다른 실시예에 따르면 상기 유입공(11)이 호소(100) 저면의 침적층에 파묻히는 것을 방지하기 위하여 폭기관(10) 측면에 형성되는 다수개의 유입공(11)에 각각 오폐수 유입관(50)을 연결설치하고, 상기 유입관(50)의 끝단이 수직으로 절곡되어 상방향을 향하는 구조로 한다.

바람직하게는 폭기관(10)의 외주면을 따라 모두 4개의 유입공(11)을 90도 간격으로 형성하고, 각 유입공(11)에는 위에서 언급한 바와 같이 상부로 직각절곡된 유입관(50)을 연결설치한다.

한편, 상기 공기분산기(20)는 에어를 기포로 분산시키기 위한 것으로, 폭기관(10) 상부를 통해 폭기관(10) 하부로 투입되는 에어공급관(21)과 연결설치되고, 에어공급관(21)은 에어를 발생시키기 위한 송풍기(22)와 연결된다.

또한, 각 폭기관(10)은 상단에 별도의 가스배출관(60)에 연결설치되어 오폐수 폭기시 발생되는 가스를 배출시키도록 되어 있다.

여기서 본 장치는 공기분산기(20)로 연결되는 에어공급관(21)은 하나의 송풍기(22)에 연결설치되며 각 폭기관(10)을 연결하는 순환관(40) 또는 상기 가스배출관(60) 내부를 통하여 설치되는 구조를 취함으로써, 순환관(40) 또는 가스배출관(60)이 에어공급관(21)의 지지체 역할을 수행하도록 하여 에어공급관(21)의 장착력을 높이고 이에 따라 에어공급관(21) 하단에 장착되는 공기분산기(20) 또한 별도의 지지구조 없이도 지지강성을 확보할 수 있도록 한다.

그리고, 각 공기분산기(20)는 폭기관(10)을 통해 수직하향설치되는 에어공급관(21) 끝에 연결설치되어 공기를 분산시키기 위한 것으로, 중앙에 홀이 형성되어 에어공급관(21)이 끼워지도록 된 포러스블럭으로 이루어져, 에어공급관(21) 하단에 형성된 홀을 통해 토출되는 공기가 포러스블럭의 미세기공을 통해 폭기관(10) 내로 분산되면서 오폐수를 폭기시키도록 되어 있다.

포러스블럭은 상단과 하단에 밀착되는 플레이트와 에어공급관(21)에 형성된 수나사에 체결되어 상단 플레이트를 가압하는 너트에 의해 조여져 에어공급관(21)에 연결된다.

한편, 호소(100)에 설치되는 폭기관(10)의 설치개수에 관해서는 위에서 설명한 바와 같이 4개를 설치하는 구조 이외에 호소(100)의 크기나 원폐수 유입량, 처리시간 등을 복합적으로 고려하여 1개에서 3개 또는 4개 이상을 직렬 또는 병렬식으로 설치하는 구조도 가능하다. 또한, 호소(100)수의 용량에 비례하여 폭기관(10)의 관경과 분사공의 단면적을 선택할 수 있다.

이와같이 폭기관(10)의 개수를 늘려 호소(100) 내에 적절한 위치에 배치하는 경우, 오염물질 제거효율을 높일 수 있음은 당연하다 할 것이다.

이하, 본 발명의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 시스템은 호소(100)의 심층 저면에 수직방향으로 수면 상부까지 세우진 폭기관(10) 내의 하단부에 발생하는 기포의 부력에 의한 물의 집중상승작용을 이용하게 된다.

또한, 본 시스템은 수면 상부에 노출된 폭기관(10)에 외주면을 따라 일정한간격으로 형성된 산포공(30)을 통해 호소(100)의 수면으로 기액 혼합액을 강력히 살포하도록 하여 호기성 미생물에 산소전달과 휘발성 물질의 조기 탈기작용을 도모하게 된다.

또한 본 발명의 시스템은 폭기관(10)을 수직으로 세워 공기분산기(20)에서 발생하는 기포의 분산을 폭기관(10) 내로 한정 차단하고 그 부력을 이용하여 기액혼합액을 호소(100)의 수면에 살포함으로써 혐기성이 되기 쉬운 호소(100)의 심층수를 대기와 접촉시킬 수 있게 되는 것이다.

즉, 시스템을 가동하여 송풍기(22)를 구동하게 되면, 에어공급관(21)으로 에어가 공급되고, 에어공급관(21) 하단에 연결되어 있는 공기분산기(20)를 통해 공기가 폭기관(10) 저면에서 분산되게 된다.

호소(100) 내의 오폐수는 폭기관(10) 하단에 위치하고 있는 공기분산기(20)의 에어레이션에 의해 폭기관(10) 하단의 유입공(11)에 설치되어 있는 유입관(50)을 통해 폭기관(10) 내부로 유입된다.

공기분산기(20)로 공급된 공기는 공기분산기(20)의 포러스블럭에 형성된 구멍을 통해 분산되어 나옴으로서 폭기관(10) 내부에는 미세한 기포가 발생하여 상승하게 되고, 미세 기포 표면에는 오폐수의 유기질 오염물이 부착돼 있다.

이와같이 폭기에 의해 생성된 거품은 그 표면에 유기질 오물이 부착되며, 이 거품은 폭기관(10)의 상단으로 올라가 폭기관(10) 상단에 설치된 순환관(40)을 통해 호소(100)의 수면위로 재투입된다. 이때 거품의 일부는 폭기관(10) 상부에 형성된 산포공(30)을 통해 빠져나와 호소(100)로 산포환원된다.

그리고 순환관(40)의 끝단은 호소(100)의 상류쪽에 위치함으로서 순환관(40)을 통해 심층수는 상류쪽에 재투입되고, 상류쪽 물은 다시 심층수쪽으로 순환되어 연속적인 폭기처리가 이루어지게 된다.

따라서 본 시스템은 공기분사에 의한 폭기만으로 호소(100)의 자체순환처리가 가능하며, 집중폭기에 의해 호소(100)내 심층수의 수면분사가 연속적으로 이루어지고 순환과정을 통하여 호기성 미생물이 활성화되면서 BOD등의 오염물질이 제거된다.

이와같이 폭기관(10)내에서 폭기가 행하여짐에 따라 호소(100)의 심층수가 폭기관(10)내로 유입되면서 공기분산기(20)에 의하여 기포화 및 분자화로 변하게 되어, 기액접촉의 표면적을 최대화할 수 있고 또한, 기포를 동반한 폐수가 산포공(30)을 통하여 2차로 대기와 접촉하면서 호소(100)의 수면에 분사되는 과정을 동반하므로 산소전달이 극히 용이하게 행하여지게 된다.

따라서 집중 폭기에 의하여 호소(100)내의 BOD, SS 등의 오염물질은 높은산소전달로 인해 미생물에 의해 분해되기 쉬운 조건이 되며, 집중폭기에 의해 상승된 심층수는 폭기관(10) 상부의 순환관(40)을 통하여 호소(100)의 상류로 흐르게 되며, 이렇게 재투입된 처리수는 다시 심층수로 순환되고 이러한 연속적인 순환과정에서 오염수의 정화가 이루어지게 되는 것이다.

한편, 폐수가 순환할 때 높은 산소전달효율을 유지할 수 있게 되므로 호소(100)내의 호기성 미생물은 점차 우점화 된다. 따라서 호소(100)의 전체가 풍부한 산소전달이 이루어지도록 하면서 생태계와 동일하게 물이 끊임없이 순환하여흐를 수 있게 되는 것이다.

여기서 본 시스템에 의한 정화처리효율은 폭기관(10)내로의 물의 순환·회전수에 따라 그 효율이 결정된다.

즉, 순환은 오염물질의 제거를 동반하게 되므로 순환횟수가 호소(100)수처리의 처리시간 단축에 결정적 역할을 한다. 이 기술은 호소(100)수 내의 모든 물은 시간이 경과함에 따라 순환과정을 통하여 폭기관(10)으로 이동되며 산기관에 의하여 분자화된 호소(100)수는 두 가지 경로를 따라 동시에 순환한다.

첫째는 제1순환으로 폭기조의 역할을 하는 호소(100)와 폭기관(10) 그리고 산포공(30)을 통한 순환과정이다. 즉, 호소(100)의 중앙부에 설치된 폭기관(10)의 공기분산기(20)로부터 미세 물분자가 생성되어 호소(100)의 수면상부에 위치한 폭기관(10)으로 상승하면서 산포공(30)을 통해 호소(100)수면에 고압 분산된다. 이 순환의 목적은 호소(100)내 미생물에의 산소 요구량을 증대시키고 암모니아 등의 휘발성 가스를 공기 중으로 분산 탈기시키는 것이다.

둘째는 제2순환으로 폭기관(10)과 호소(100) 상류를 통한 순환이다. 이 순환의 목적은 집중적인 폭기처리에 의해 산소포화된 물을 호소(100)의 상류로 연장된 순환관(40)을 통하여 순환시켜 미생물을 활성화하여 오염물질을 제거하는 것이다. 이 과정에서 폭기처리로 형성된 호소(100)수가 호소(100)내로 연속적으로 자체 순환하면서 정화처리되는 것이다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 호소 정화 시스템에 의하면, 댐, 호수, 석호, 연못, 공원, 골프장 등과 같은 폐쇄형 호소에 있어서 수질환경 오염원을 근본적으로 해결하여 수질보전과 수자원을 절약할 수 있다.

또한, 환경기술적으로 처리의 주요공정인 폭기기술을 이용하여 폐쇄형 순환계의 환경기술적 난제를 해결함으로써 크게 산소전달문제, 영양물질문제 등 근본적인 문제의 돌파구를 제시하여 표면분사식 순환폭기를 이용한 순환처리기술을 확립할 수 있게 된다.

또한, 최근 대청호 등 상수원의 부영양화 현상이 심화됨에 따라 탈질, 탈인에 대한 요구가 점증하고 있는 상태에서 본 시스템에 의해 산소효율을 극대화하여 호기성 처리가 가능해지며, 산포공을 통한 효율적 탈기작용으로 질소의 효율적 제거가 가능하게 된다. 그리고 처리과정에 생물학적 자정작용을 고도로 응용하여 기계적으로 폐쇄형 호소 등의 순환사이클을 빠르게 한 결과 정화처리시간을 획기적으로 단축시킬 수 있게 된다.

Claims (4)

1. (정정) 폐쇄계를 이루는 호소의 정화 시스템에 있어서,

   하단에 설치된 지지구조물을 매개로 호소의 심층부에 수직설치되고 하부 일측에는 호소 바닥에 침적된 유기질 페액을 포함하는 심층수가 유입되는 유입공이 형성되어 내부로 유입되는 유기질폐액이 폭기처리되는 폭기관과,

   상기 폭기관 내측 하부에 위치하여 폭기관 내로 유입되는 호소의 심층수를 폭기시키기 위한 공기분산기,

   상기 폭기관 상단 외주면을 따라 일정간격으로 형성되어 폭기처리된 피처리액을 호소 내로 산포환원시키기 위한 산포공,

   상기 폭기관 상단에 연통설치되고 호소의 저류층으로 연장되어 폭기처리된 거품을 호소의 저류층 내로 재투입시키기 위한 순환관

   을 포함하는 호소 정화 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 폭기관은 다수개가 다각형태로 배치되고 상부에 순환관이 상호 연결되어 다수의 폭기관이 하나의 구조물화 된 것을 특징으로 하는 호소 정화 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 폭기관 측면에 형성되는 다수개의 유입공에 각각 오폐수 유입관을 연결설치하고, 상기 유입관의 끝단은 수직으로 절곡되어 상방향을향하는 구조로 된 것을 특징으로 하는 호소 정화 시스템.
4. 호소의 정화방법에 있어서,

   호소의 심충부에 설치된 폭기관의 공기분산기로부터 생성된 미세 물분자가 호소의 수면상부에 위치한 폭기관의 산포공을 통해 호소수면에 고압 분산되어, 호소내 미생물에의 산소 요구량을 증대시키고 암모니아 등의 휘발성 가스를 공기 중으로 분산 탈기시키는 제1순환과정과;

   상기 폭기관을 통해 폭기처리되어 산소포화된 물이 폭기관의 순환관을 통하여 호소 상류로 재투입되고, 재투입된 호소수는 심층부로 순환하여 상기 폭기관으로 재유입되는 과정에서 호소수가 자체 순환하면서 정화처리되는 제2순환과정

   을 통해 미생물을 활성화하여 오염물질을 제거하는 것을 특징으로 하는 호소 정화 시스템.