KR100458202B1 - 고효율 하폐수자연정화처리장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고효율 하폐수자연정화처리장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 종래 하폐수처리장치에 있어서, 방류조에서의 방출액을 모아 재활용하고, 에어펌프로부터의 압축공기에 의해 오니농축조로 반송후 자연유하되는 상등액을 침전분리조 1실로 새로이 유입되는 하폐수와 혼합하여 희석하여 순환처리하며, 시공이 간단·용이하고 토압, 수압 기타 하중에 견딜 수 있는 THP 재질 및 기타재질로서 하폐수 흐름의 용이를 위해 접촉재와 같은 깊이로 구멍이 다수 있는 유공관으로 하되, 상기 침전분리조 1실 및 2실로의 하폐수 유입은 하폐수 중의 기름성분의 증발제거를 위해 상기 유공관보다 더 깊고 구멍이 없는 유수(油水)분리관기능에 의해 이루어지며, 상기 접촉여과조의 접촉재 내부에는 탈질미생물의 영양 공급원으로서 그 활동이 원활해지도록 식물껍질을 내장하는 망대가 들어가는 유기물 공급구가 별도로 설치되어 있음을 특징으로 하여, 접촉부의 경계를 유수분리관 또는 무공관으로 대체하여 시공상의 간편 및 신속을 기할 수 있고, 하폐수내에 함유된 기름성분 등을 간단하게 제거할 수 있으며, 침전분리조 상부의 토양에 사철목을 심어 혐기반응하에서의 악취물질 등 오염물질의 흡수가 원활히 이루어져 미생물 활동이 왕성하도록 하고 집수조에서의 순환처리에 의해 재활용/희석처리하고 접촉여과조(탈질조)에 유기물 공급구를 두어 적절한 유기물의 공급을 원활히 하여 탈질을 유도하는 균의 왕성한 성장조건을 형성함으로서 탈질 및 탈인처리효율을 극대화할 수 있는 효과를 갖는다.

Description

고효율 하폐수자연정화처리장치 및 그 방법{Waste Water Natural Disposal Apparatus with Maximized Efficiency and the method thereof}

본 발명은 고효율 하폐수자연정화처리장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 접촉부의 콘크리트 벽체를 유수분리관 또는 무공관으로 대체하여 시공상의 간편 및 신속을 기하여 공사기간을 단축할 수 있고, 생활하수 등 하폐수(축산폐수 포함, 이하 같다.)내에 함유된 기름성분, ABS 등을 간단하게 제거할 수 있으며, 침전분리조 상부의 토양에 사철목을 심어 혐기반응하에서의 악취물질 등 오염물질의 흡수가 원활히 이루어져 미생물 활동이 왕성하도록 하고, 집수조에서의 순환처리에 의해 재활용/희석처리하고, 접촉여과조(탈질조)에 유기물 공급구를 두어 적절한 유기물의 공급을 원활히 하여 탈질을 유도하는마이크로코쿠스(Micrococcus), 슈도모나스(Pseudomonas), 아코모박터(Archomobacter), 바실러스(Bacillus) 균의 왕성한 성장조건을 형성함으로서 질소처리효율을 극대화할 수 있는 고효율 하폐수자연정화처리장치 및 그 방법에 관한 것이다.

종래 하폐수를 처리하는 방법은 활성오니법, 회전원판법, 장기폭기법, 접촉산화공법 등 여러방법이 있었으나 고도정화를 할 수 없는 단점이 있었다.

이에, 하폐수 처리시 토양지표면에서 약 1미터(1m) 미만까지의 깊이에 있는 토양층인 토양권에 서식하고 있는 미생물을 이용하여 토양생태계가 가지고 있는 독특한 기능, 즉 토양의 힘, 토양균, 토양 미생물의 유기적 분해력으로 생활오수 및 축산폐수 등 정화시스템중에 의식적으로 적용하여 상기한 인위적인 공정만으로 이루어진 종래의 공법으로는 도저히 달성하기 어려운 고도정화를 할 수 있는 소위 "토양정화법"이 개발되기에 이르렀다.

상기 토양정화법은 정화된 처리수가 지하수로 환원되거나 하천으로 흘러들어가고 오염물의 일부는 토양위에 식물이 자랄수 있는 녹지를 조성하여 이 식물의 수분과 인과 질소 등의 영양원으로 공급되기 때문에 환경친화적일뿐만 아니라 하천의 물이나 지하수를 항상 깨끗하게 유지할 수 있는 고도처리 시스템으로서, 처리시설의 상부를 토양으로 덮는 토양피복형 접촉산화법과 오수를 토양속에 침윤시키는 모관침윤 트렌치(trench)공법으로 나눌 수 있다.

상기 모관침윤 트렌치 공법은 토양표면의 1미터(1m) 이내의 토양미생물이 생존 가능한 권역안에 오수 및 폐수를 흘러가게 하여 모관 사이폰(siphon) 작용에 의하여 상, 횡 방향으로 이동·분산하면서 토양미생물, 토양소동물이 가득한 토양에서 급속히 정화된 후 일부 정화된 처리수는 지하수에 환원하여 지하수 고갈을 방지함과 동시에 일부 처리수는 식물의 영양과 수분을 공급하고 증발되는 고도의 처리공법이다. 그러나, 상기 모관침윤 트렌치 공법은 산업발달에 따른 하폐수 및 축산폐수 등의 증가량에 현실적으로 대응하기에는 그 처리용량에 한계가 있었고 고비용이라는 문제점이 있었다.

한편, 상기 토양피복형 접촉산화법은 대체적으로 전처리시설인 침사조, 침전분리조, 유량조정조와 본 처리시설에서 활성오니처리조, 생물막법처리조 등 2차시설과 질소, 인을 제거하기 위한 특수처리방법인 3차처리시설 및 상기 처리시설의 상부에 양질의 토양이 피복시공된 후 잔디를 심어 녹지를 형성하는 것으로 구성되어짐으로서, 인위적인 혐기과정 및 호기과정외에 토양미생물로 보조하여 수중의 유기물과 발생되는 슬러지를 분해처리하고 질소, 인 등의 무기물을 토양속의 식물성장에 필요한 영양원으로 공급하여 제거시키는 공법으로서, 대한민국 환경부에서 1995년 1월 오수정화시설로 지정·고시하기에 이르른 공법이다.

도 1은 종래 토양피복형 접촉산화법의 기본적인 공정을 나타내는 공정도이고, 도 2는 종래 토양피복형 접촉산화장치의 상부평면도이다. 도시된 바와 같이 종래 토양피복형 접촉산화법은 처리규모와 처리대상에 따라 약간씩 달라질 수 있으나, 기본적으로는 침사·스크린조(38), 유량조정조(39), 침전분리조(31), 제1접촉폭기조(32), 침전조(33), 제2접촉폭기조(34), 접촉여과조(35), 방류조(36), 오니농축조(9)의 구성으로 이루어진다. 또한, 토양이 피복시공된 후 잔디를 심어 형성된녹지밑의 각 처리조의 상부 또는 중상부에는 접촉부가 있고, 상기 접촉부에는 접촉재(a2)인 쇄석 등이 채워지며, 그 밑에는 상기 접촉재 등에 의한 상부의 하중을 받아주는 콘크리트 받침 소위 로스톨(a3)이 형성되어 있다. 상기 접촉부의 벽체(a5)는 콘크리트로 이루어져 있으며, 콘크리트 벽체 곳곳에는 구멍이 뚫려 하폐수가 토양과 접촉하도록 되어 있다. 토양과 각 처리조 상부 사이에는 흙이 떨어지지 않도록 다수의 통기공이 형성된 모관망(4)이 설치되어 있다.

한편, 하폐수의 각 처리조간의 흐름은 콘크리트의 처리조벽체 상부를 관통하는 폴리비닐클로라이드(PVC) 재질의 오수이송관(5)을 통하여 이루어지며, 상기 오수이송관을 통하여 다음 처리조로 이동된 하폐수는 접촉부벽체(a5)의 구멍 또는 로스톨(a3)을 통하여 토양(2) 또는 접촉재(a2)와 접촉한 다음 처리조로 이동하는 것으로 이루어진다. 침전분리조 및 폭기조에서의 공기의 흐름은 에어펌프 또는 블로워(ROOT'S BLOWER) 등의 통상의 공기주입장치에 의해 이루어진다.

그러나, 상기한 종래의 토양피복형 접촉산화법은 하폐수 흐름과 토양의 접촉이 원활히 이루어지도록 하기 위해 콘크리트 재질의 접촉부의 벽체(a5)에 구멍을 곳곳에 뚫어야 하는 바, 좁은공간에서 그러한 시공이 대단히 어려워 공사기간의 연장이 불가피하고, 생활 하수 등 하폐수에 존재하는 기름 성분 등 물에 뜨는 성분을 제대로 제거할 수 없으며, 침전분리조(31)에서 혐기반응에 의해 생성되는 메탄가스의 영향으로 토양내에 원생동물과 미생물의 생존조건의 조성이 비활성화되어 있어 침전분리조에서 미생물에 의한 유기물 분해과정이 제대로 이루어지지 않아 비효율적이며, 호기반응조를 거친 즉 질산화과정을 거친 처리수의 탈질 및 탈인과정이 이루어지는 접촉여과조(35)에서 낮은 pH로 인한 미생물 활동의 저하로 탈질 및 탈인과정이 제대로 이루어지지 않는 문제점이 있었다.

이는 특히 최근 점점 수질오염과 환경오염에 대한 국민의 관심이 높아지고 상수원의 오염과 생태계의 파괴로 인한 수질기준이 강화되면서 질소와 인의 규제도 점차 표면에 부각되어 규제대상이 되고 있는 실정을 볼 때 더욱 그러하다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 접촉부 경계인 콘크리트 벽체를 유수분리관 또는 유공관으로 대체하여 시공상의 간편 및 신속을 기하여 공사기간을 단축할 수 있고, 생활하수 등 하폐수 내에 함유된 기름성분 등을 무공(無控)의 유수(油水)분리관에 의해 간단하게 증발제거하여 각 처리조에의 진입을 사전차단할 수 있으며, 침전분리조 상부의 토양에 사철목을 심어 토양층의 복토화와 근권(根圈) 미생물의 왕성한 활동조건을 형성하여 혐기반응하에서의 악취물질 등 오염물질의 흡수가 원활히 이루어지도록 하고, 집수조에서의 집수펌프에 의해 재활용/반송하여 희석순환처리하고, 접촉여과조(탈질조)에 유기물 공급구를 두어 질산화 미생물의 알칼리 공급을 원활히 하여 탈질을 유도하는 마이크로코쿠스(Micrococcus), 슈도모나스(Pseudomonas), 아코모박터(Archomobacter), 바실러스(Bacillus) 균의 왕성한 성장조건을 형성함으로서 처리효율이 극대화된 고효율 하폐수자연정화처리장치 및 그 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 처리수가 축산폐수와 같은 오염농도가 높은 처리수가 아닌 오염농도가 낮은 오폐수인 경우에 먼 거리의 단독가구나 지형상 하수관로로 차집하기 어려운 가구들에 대해 복잡한 운영관리 없이도 단독처리할 수 있도록 일부가 생략되고 콤팩트화된 고효율 하폐수자연정화처리장치를 제공하는 데에 있다.

도 1은 종래 토양피복형 접촉산화법의 기본적인 공정을 나타내는 공정도이고,

도 2는 종래 토양피복형 접촉산화장치의 상부평면도이고,

도 3은 본 발명의 장치의 일실시예에서의 공정을 나타내는 공정단면도이고,

도 4는 본 발명의 장치의 일실시예의 상부 평면도이고,

도 5는 본 발명의 장치의 일실시예에서 재활용 및 순환처리과정을 대략적으로 나타내는 공정도이고,

도 6은 상기 도 4의 A-A선 단면도이고,

도 7은 상기 도 4의 B-B선 단면도이고,

도 8은 상기 도 4의 C-C선 단면도이고,

도 9는 본 발명의 장치의 일실시예 상부의 잔디 및 사철목이 심어져 있는 녹지 상태를 나타내는 평면도이고,

도 10은 BOD 및 COD 제거효율을 각 단계(Phase)별로 나타낸 그래프이고,

도 11은 인(P) 제거효율을 각 단계(Phase)별로 나타낸 그래프이고,

도 12는 질소 제거효율을 각 단계(Phase)별로 나타낸 그래프이고,

도 13은 본 발명의 다른 실시예의 콤팩트화된 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이고,

도 14는 상기 도 14의 상부평면도이고,

도 15는 본 발명의 다른 실시예의 공정을 나타내는 공정단면도이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 ※

1 : 에어펌프(air pump 또는 blower) 11 : 오니반송관

12 : 에어이송관 13 : 폭기관(산기관)

14 : 밸브 2 : 토양(콤포스트)

21 : 잔디 22 : 사철목

3 : 처리조 31 : 침전분리조

31a : 침전분리조 1실 31b : 침전분리조 2실

31c : 침전분리조 3실 32 : 제1접촉폭기조

32a : 제1접촉폭기조 1실 32b : 제1접촉폭기조 2실

33 : 침전조 34 : 제2접촉폭기조

34a : 제2접촉폭기조 1실 34b : 제2접촉폭기조 2실

34c : 제2접촉폭기조 3실 35 : 접촉여과조(탈질조)

36 : 방류조 37 : 기계실

4 : 모관망 5 : 하폐수이송관

6 : 유기물 공급구

7 : 집수조 71 : 집수펌프

8 : 오니 9 : 오니농축조

a : 접촉부 a1 : 유수분리관(무공)

a2 : 접촉재 a3 : 로스톨

a4 : 유공관 b : 하부공간

38 : 침전탈질여과조 a3' : 폐플라스틱박스(재생용PE박스)

c : 콤팩트화된 세트

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 더욱 상세히 설명하고자 한다.

도 3은 본 발명의 장치의 일실시예에서의 공정을 나타내는 공정단면도이고, 도 4는 본 발명의 장치의 일실시예의 상부 평면도이고, 도 5는 본 발명의 장치의 일실시예에서 재활용 및 순환처리과정을 대략적으로 나타내는 공정도이고, 도 6은 상기 도 4의 A-A선 단면도이고, 도 7은 상기 도 4의 B-B선 단면도이고, 도 8은 상기 도 4의 C-C선 단면도이고, 도 9는 본 발명의 장치 일실시예 상부의 잔디 및 사철목이 심어져 있는 녹지 상태를 나타내는 평면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 장치의 일실시예는 다수개의 구멍이 뚫린 접촉부의 콘크리트 벽체(a5)와 그 내부를 채우는 접촉재(a2) 및 상기 접촉재에 의한 상부의 하중을 받아주는 로스톨(a3)로 이루어진 접촉부(a)와 하부공간(b)이 형성되어 있는 처리조(3)가 잔디가 심어져 있는 토양(2)의 하부에 다수의 통기공이 형성된 모관망(4)을 경계로 혐기성 탈질반응이 일어나는 침전분리조(31), 에어펌프 및 폭기관에 의한 폭기로 호기반응하는 제1접촉포기조(32), 하폐수가 고액분리되는 침전조(33), 호기반응 효율을 높이기 위한 제2접촉폭기조(34), 접촉여과조(35), 방류조(36)를 포함하는 순서로 설치되어 하폐수가 오수이송관(5)을 통해 이송되어 처리되도록 하는 하폐수처리장치에 있어서,

상기 침전분리조(31)는 청소를 용이하게 하기 위해 침전분리조 1실(31a)과 2실(31b) 및 3실(31c)로 구분되고, 상기 방류조(36)에서 방출되는 방출액을 모아 재활용하기 위한 집수조(7)와 집수펌프(71)를 추가로 구비하고, 에어펌프로부터의 압축공기에 의해 오니농축조(9)로 반송후 자연유하되는 상등액을 상기 침전분리조 1실(31a)로 새로이 유입되는 하폐수와 혼합하여 희석하여 순환처리하기 위한 에어이송관(12) 및 오니반송관(11)을 추가로 구비하되,

상기 다수개의 구멍이 뚫린 접촉부의 콘크리트 벽체(a5) 대신에 시공이 간단·용이하고 토압, 수압 기타 하중에 견딜 수 있는 THP 재질로서 하폐수 흐름의 용이를 위해 접촉재와 같은 깊이로 있고 구멍이 다수 있는 유공관(a4)으로 하되, 상기 침전분리조 1실(31a) 및 2실(31b)으로의 하폐수 유입은 하폐수 중의 기름성분의 증발제거를 위해 상기 유공관(a4)보다 더 깊고 구멍이 없는 유수(油水)분리관(a1)에 의해 이루어지며,

상기 접촉여과조(35)의 접촉재 내부에는 탈질미생물의 영양 공급원으로서 그 활동이 원활해지도록 식물껍질을 내장하는 망대가 들어가는 유기물 공급구(6)가 별도로 설치되어 있고,

상기 제1접촉폭기조(32)는 폭기 효율을 높이기 위해 제1접촉폭기조 1실(32a)과 2실(32b)로 구분되며, 상기 제2접촉폭기조(34)는 제2접촉폭기조 1실(34a)과 2실(34b) 및 3실(34c)로 구분되어지는 것으로 이루어진다.

이하, 상기한 장치를 중심으로 상기 장치에서의 공정을 더욱 상세히 설명하고자 한다.

침전분리조와 침전분리공정

생활하수, 공업폐수, 축산폐수 등을 포함한 하폐수는 후술하는 오니농축조(9)에서 1차적으로 오니가 제거된 다음 자연유하에 의한 방법으로(도 5참조) 침전분리조(31)로 유입되어진다. 다만, 후술하는 집수조(7)에서의 반송액 중 중수나 조경용수 등으로 활용되지 않은 반송액도 일부분 침전분리조(31)로 유입됨으로서 침전분리조로 유입되는 하폐수의 오염도를 1차적으로 떨어뜨리는 데 활용되어진다.

종래 토양피복형 하폐수처리장치는 하폐수를 유입받아 일정 크기 이상의 고형물을 제거하기 위한 스크린과 유량조정조의 기능이 설치되지만, 본 발명의 하폐수처리장치에서는 처리 시설이 지하에 매설되므로 펌프시설을 필요로 하지 않기 때문에 스크린 장치가 설치되지 않고, 침전분리조(31)를 구성하여 하폐수를 유입받아 직접 침전분리조(31)로 유입되도록 구성된다. 청소를 용이하게 하기 위하여 침전분리조 1실(31a)과 침전분리조 2실(31b) 및 침전분리조 3실(31c)로 구성된 침전분리조(31)는 무공의 유수분리관(a1)을 통하여 유입된 하폐수의 고형물질을 최대한 적층하기 위하여 하부공간(b)을 충분하게 구성하고 있다.

또한, 종래 하폐수처리장치에서는 접촉부(a)의 경계를 콘크리트 재질의 벽체로 하고 하폐수와 접촉재 나아가 토양과의 접촉이 용이하도록 구멍을 다수 뚫어놓는 유공 콘크리트판으로 하지만, 본 발명에서는 토압, 수압 기타 하중에 견딜 수 있는 재질, 예를 들어, THP 재질 및 기타 재질의 유수(油水)분리관(a1) 및 유공관(a4)으로 함으로서 시공이 간편하고, 시공비용, 시공기간 등이 단축되도록 하고 있다. 나아가, 슬러지 청소에도 용이하고, 종래와 같이 맨홀 및 그를 위한 맨홀거푸집을 별도로 제작 및 설치할 필요가 없다. 상기 유공관은 그 원통면의 원주에 하폐수와 접촉재 나아가 토양과의 접촉이 용이하도록 다수의 구멍이 뚫려있는 반면, 유수분리관은 구멍이 없는 무공관이다.

또한, 하폐수 중에 함유된 기름성분이나 ABS 등을 증발제거하여 이후의 각 처리조에의 진입을 사전차단하기 위해 상기 침전분리조 1실(31a)의 하폐수가 유입되는 쪽의 유수분리관(a1)은 상기한 바와 같이 무공(無控)으로서 상기 침전분리조 1실(31a)의 하폐수가 유출되는 쪽의 유공관(a4)보다 길게 형성되어 있다. 기름성분 등은 물보다 위에 뜨는 성질을 이용한 것이다.

한편, 침전분리조 상부에 위치하는 다공성 토양층(2)은 반응조(침전분리조)에서 발생하는 악취물질을 토양에 흡착시키고, 흡착된 악취물질은 토양미생물에 의하여 서서히 냄새없는 물질로 전환된다. 토양층 상부에 식재되는 잔디및 사철목은 토양내 오염물질을 영양소로 이용하기 때문에 토양미생물과 함께 오염물질정화에 보조기능을 발휘하게 된다.

그리고, 하부 유기물 반응조(침전분리조, 31)는 공기(특히, 산소)가 유입되지 않는 혐기상태가 유지되고 있으며, 상기 혐기상태하에 질산이온(NO₃ ^-)이 아질산이온(NO₂ ^-)으로 환원되고, 아질산이온은 다시 기체질소화합물로 환원되는 탈질화(Denitrification)가 이루어진다.

다만, 침전분리조 3실(31c)에서는 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 침전분리조 1,2실(31a, 31b)과 달리 에어이송관(12), 오니반송관(11)외에 별도로 폭기관(13)이 설치되어 있다. 이는 섬유질이 많은 축산폐수의 성상을 대비한 경우로서, 섬유질이 많은 축산폐수의 처리에는 혐기 및 호기반응의 많은 체류시간이 필요하기 때문이다. 즉, 축산폐수처리의 경우 혐기 및 호기반응의 최적 체류시간이 7일(168시간) 내외인 반면, 상대적으로 축산 및 분뇨에 비해 유기물 농도가 낮은 오수처리의 경우 최적 체류시간이 2.5일(60시간) 내외이다. 따라서, 생활하수와 같은 순수한 하폐수처리의 경우에는 낮은 유기물 농도처리인 바, 오수처리 체류시간을 충족하는 범위내에서 침전분리 및 폭기 반응조 일부 공정을 삭제할 수도 있다.(후술하는 본 발명의 다른 실시예 참조)

상기 탈질화에 관여하는 탈질 미생물은 후술하는 질산화 반응의 경우와는 달리 임의성 종속영양 미생물(facultative heterotrophic bacteria)이다. 용존산소가 충분한 경우에는 호기성 독립영양 미생물(질산화 미생물, 아질산화 미생물 등)이 산소를 전자수용체(electron acceptor)로 에너지를 얻는 활동이 우세해지는 반면, 산소와 질산염을 영양원으로 에너지를 얻는 상기 탈질 미생물의 활동이 억제되므로 혐기상태를 유지하여야 하며, 대표적인 탈질 미생물로는 마이크로코쿠스(Micrococcus), 슈도모나스(Pseudomonas), 아코모박터(Archomobacter) 및 바실러스(Bacillus) 등이 있다.

상기 탈질화반응에서 질소화합물은 전자수용체로, 유기물은 전자공여체(electron donor)로 반응하며, 전자공여체로는 아세트산(acetic acid), 구연산(citric acid), 아세톤(aceton), 에탄올(ethanol), 메탄올(methanol) 등이 있고, 유기물은 농도와 함께 종류도 중요한데 경제성을 고려하여 메탄올이 많이 사용된다. 탈질화 반응식의 예는 다음과 같다.

NO₃ ^-+ 1.08CH₃OH + H⁺ 0.065C₅H₇O₂N + 0.47N₂+ 0.76C0₂+ 2.44H₂O

상기 탈질화반응에 영향을 미치는 인자로는 pH, 산소, 온도와 유기물 등이다. 적정 pH는 7.0∼8.2이며, 탈질화 반응시에 알칼리도가 증가하지만 후술하는 질산화 과정에서의 알칼리도의 부족을 보충하는데 소모되므로 pH에는 거의 영향을 받지 않는다. 용존산소의 농도(DO)는 0.13mg/ℓ∼ 0.20mg/ℓ를 유지해야 하며, 상온에서 적정하다.

또한, 침전분리조 내부 상부의 접촉부(a)에는 미디어(media) 즉, 접촉재(a2)로서 쇄석, 폐기물재활용적인 측면의 폐목재, 세라믹 제품을 이용한 토관파편과 세라믹벽돌파편, 다공성의 폐철강슬라그, 이락, 폐굴껍질 등이 충진되며(후술하는 다른 실시예의 장치의 접촉재의 경우도 그러하다), 침전분리조 상부에는 토양 및 사철목의 순으로 놓여 있어 상기 미디어에 부착된 미생물과 토양미생물에 의해 유입된 하폐수의 생물학적 산소요구량(BOD) 및 부유물질 농도(SS)를 떨어뜨린다.

즉, 토양지표면 아래 약 1미터(1m)까지는 식물, 동물, 미생물 등과 같은 생물체들이 상호 의존관계를 유지하면서 살아가고 있는데, 이러한 다공질 토양층에 오염물이 유입될 경우에 오염물이 토양생물체의 영양소가 되어 분해·제거된다. 흙의 1ml속에는 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 하폐수 내에 유해세균은 토양미생물과 상호적대관계가 존재하여 토양미생물의 먹이가 되어 완전제거가 가능하고, 토양미생물은 원생동물의 먹이가 되며 이 원생동물은 지렁이의 영양원이 된다. 또한, 하수 및 하폐수 처리시설에서 발생하는 악취가 다공성 토양층을 통과하게 되면 악취는 토양에 흡착되고, 흡착된 악취물질은 토양미생물에 의하여 서서히 냄새 없는 물질로 전환된다. 토양층 상부에 식물을 식생하게 되면 토양내 오염물질을 영양소로 이용하기 때문에 토양과 함께 오염물질의 정화기능을 발휘할 수 있고, 처리장의 경우에는 조경시설의 일원으로 주위환경과 어울릴 수 있는 환경친화적인 방법으로 활용될 수 있다.

다만, 본 발명에서는 침전분리조 내에 메탄가스의 발생이 많으므로 상부의 토양에 일반적인 잔디와 함께 사철목(22)을 별도로 심는다.(후술하는 다른 실시예의 경우도 그러하다) 잔디의 뿌리깊이하에서 그 뿌리에 의한 토양속으로 심어들어 흡착되는 메탄가스 등의 악취물질의 흡수가 제대로 이루어지지 않아 원생동물의 활동이 저하되므로 비효율적이기 때문이다. 특히, 혐기반응이 일어나는 침전분리조에서는 메탄가스발생이 더하기 때문이다.

제1접촉폭기조와 제1접촉폭기공정

상기 침전분리공정에서 BOD 및 SS가 어느정도 제거된 액은 오수이송관(5)을 통하여 제1접촉폭기조(32)로 이송되어진다. 제1접촉폭기조(32)는 폭기의 효율을 높이기 위해 제1접촉폭기조 1실(32a)과 제1접촉폭기조 2실(32b)로 구분된다. 제1접촉폭기조(32)에서는 상부가 잔디(21)가 식재된 토양(2)으로 덮혀있기 때문에 공기가 자연 상태로는 유입되지 않으며, 따라서 호기상태를 유지하기 위해서 별도의 공기주입장치, 즉 에어펌프(1)에 의한 압축공기(특히, 산소)를 폭기관(13, 산기관)을 통해 공급함으로서 암모니아성 질소가 질산성 질소로 산화하는 질산화 반응이 이루어진다. 폭기관에서 압축공기가 방출되는 구멍은 그 구멍이 오니 등에 의한 막힘을 예방하기 위하여 통상의 경우와 같이 하부면에 집중되어 형성되어 있다.(도시안됨)

하폐수 중에는 가스 형태의 질소를 제외한 수질오염의 주요 원인인 암모니아성 질소, 아질산성 질소, 질산성 질소가 존재하고, 유기질소나 요소도 박테리아나 요소분해효소에 의해 암모니아나 암모늄이온으로 전환되어 상기한 바와 마찬가지로 수질오염의 주요원인이 되는 데, 이러한 유기질소 등에서 발생한 암모니아(NH₃) 및 암모늄 이온(NH₄ ⁺)을 아질산(NO₂ ^-)과 질산(NO₃ ^-)으로 산화하고 이후 상술한 탈질화의반응에 의해 기체 질소로 환원함으로서 오염물질을 정화하는 것이다.

상기 질산화에 관여하는 독립영양 미생물은 각각 니트로솜모나(Nitrosomonas)와 니트로박터(Nitrobacter)인 것으로 그 반응식(에너지 생성반응)은 각각 다음과 같으며 이 두 식을 더하면 질산화반응의 식을 볼 수 있다.

Nitrosomonas : 2NH₄ ⁺+ 3O₂ 2NO₂ ^-+ 4H⁺+ 2H₂O

Nitrobacter : 2NO₂ ^-+ O₂ 2NO₃ ^-

질산화 반응 : NH₄ ⁺+ 2O₂ NO₃+ 2H⁺+ H₂O

상기 제1접촉폭기조 1실(32a)에서 처리된 유입수는 제1접촉폭기조 2실(32b)을 거친다. 상기 침전분리공정에서 남아있는 유기물은 토양 및 접촉재에 부착된 원생동물에 의해 제거된다.

침전조와 침전공정

상기 제1접촉폭기공정을 거치고 제2접촉폭기공정을 거치기 전에 제2접촉폭기공정의 효율을 높여 처리효율의 극대화를 이루도록 하기 위해 침전조(33)에서 침전공정을 거치도록 하여 오니분리를 한다. 즉, 고액분리하고 남은 액체만을 대상으로 2차 접촉폭기함으로서 2차 접촉폭기공정 효율의 극대화를 이루도록 한다. 고액분리는 시간의 흐름에 따라 고형물질이 침전하는 방식을 이용한다. 또한, 하부 중앙에는 유수분리관(a1)을 설치하여 상기 침전분리조에서 제거되지 않고 남은 기름성분, ABS 등의 찌꺼기를 제거한다.(도 3참조)

제2접촉폭기조와 제2접촉폭기공정

제2접촉폭기조(34)도 상기한 제1접촉폭기조(32)와 마찬가지로 폭기의 효율을 높이기 위해 제2접촉폭기조 1실(34a), 제2접촉폭기조 2실(34b), 제2접촉폭기조 3실(34c)로 구분되어지고, 제2접촉폭기조(34)에서도 상부가 잔디(21)가 식재된 토양(2)으로 덮혀있기 때문에 공기가 자연 상태로는 유입되지 않으며, 따라서 호기상태를 유지하기 위해서 에어펌프(1)에 의한 압축공기를 공급하여 암모니아성 질소가 질산성 질소로 산화하는 질산화 반응이 이루어진다.

접촉여과조와 접촉여과공정

상기 제2접촉폭기공정을 거친 액은 수소이온농도가 급격히 증가하여 pH 가 4∼5로 급격히 떨어진다. 이는 상기한 바와 같은 질산화과정에서 니트로솜모나에 의해 수소이온이 발생하기 때문이다.

따라서, 접촉여과조(35)에서 낮은 pH때문에 미생물이 사멸하는 것을 예방하고 적정 pH를 유지하기 위해서는 충분한 알칼리도를 공급해주어야 한다. 질산화의 적정 수소이온농도, 즉 pH는 7.5∼8.6이고 이에 따르는 알칼리도는 암모니아성 질소 1g당 7.14g을 유지시켜 주어야 한다.

또한, 처리효율의 극대화를 이루기 위해서는 상기 제1,2접촉폭기조에 이어서접촉여과조(35)에서도 하폐수에 대한 질산화 과정이 수행되어야 하고 무엇보다도 접촉재(a2) 표면에 있는 부착미생물, 접촉재 공극에 있는 부유미생물 및 토양미생물의 활동이 왕성히 이루어져야 한다. 이는 상기 제2접촉폭기공정까지 거친 액은 최초 침전분리조(31)에 유입되는 액과 비교하여 이미 상당폭으로 정화되었기 때문이다. 미생물 자체를 공급하는 것은 생물학적 산소요구량(BOD)을 높히게 된다. 이론적으로는 1g의 암모니아성 질소를 질산성 질소로 산화시키기 위해서는 대략 4.3g의 산소를 공급해 주어야 한다. 질산화를 제한하는 인자로는 독성물질, pH, 산소, 온도 뿐만 아니라 메탄올 등의 유기물질을 포함하기 때문에 그 운전조건은 매우 까다롭다.

나아가, 하폐수의 처리공정중에는 일반적으로 조류성장을 억제하기 위하여 영양물질인 인을 제거하여야 한다. 이는 조류성장을 억제하기 위해서는 인산염(PO₄ ^3-)의 농도를 0.05 mg/ℓ이하로 유지시켜야 하지만 보통의 도시하수 속에는 인산염이 약 25 mg/ℓ정도 존재하고 있기 때문이다. 상기한 호기성 접촉폭기조에서 적절한 산소용존농도(DO)상태에서 미생물이 영양원으로 공급되거나 상부토양층의 토양미생물이 하폐수내의 인을 제거하고 인이 토양생태계의 식물의 영양공급원으로 이용되나, 상기 접촉여과조에서는 이와 별도로 처리효율의 극대화를 이루기 위해 폐나무껍질 및 굴껍질의 칼슘(Ca)성분이 인을 흡착하는 과정으로 처리되며, 제거된 인은 침전형태로 존재한다.

따라서, 본 발명의 접촉여과조에서는 먼저 질산화과정을 위해 많은 양의 산소를 필요로 하므로 이를 공기주입장치, 즉 에어펌프(1)에 의해 공급해주고, 미생물의 영양원 및 알칼리 공급원으로서 별도의 유기물 공급구(6)가 구비되도록 하고 있다.(도 8참조)

상기 유기물 공급구(6)는 시공이 간단한 THP유공관으로서, 상기 유기물 공급구(6) 내부에는 폐목재나 식물껍질을 내장하는 망대가 내장되어지고, 바람직하게는 폐나무껍질이 좋다.

또한, 본 발명에서는 접촉여과조(35)의 접촉재에 부착미생물 또는 접촉재 공극에 존재하는 부유미생물로서 생활하수에 내성이 강하고 특히 악취에 강한 다기능의 복합균을 사용한다. 이는 미생물의 활동을 왕성히 하여 처리효율을 극대화함과 동시에 종래 접촉재 재료가 크기 직경 150 ∼ 250mm로 한정되어 있음에 따른 그 구입비용 등의 문제를 해결하고자 함이다. 즉, 사용가능한 접촉재의 크기를 직경 75mm ∼ 250mm까지로 확대하여 일반적인 플라스틱 박스(BOX)에 충진하여 접촉재 재료와 충진공사의 난이도에 따른 문제점을 해결하는 효과를 갖는다.

오니농축조, 에어펌프와 오니반송공정

상기 침전분리조(31), 제1접촉폭기조(32), 침전조(33), 제2접촉폭기조(34), 여과조(35), 후술하는 방류조(36)에 침적되는 오니(8)는 에어펌프(1)로부터의 압축공기가 에어이송관(12)에서 오니반송관(11)으로 갈 때의 압력차를 이용하여 압축공기와 함께 오니반송관(11)을 통하여 오니농축조(9)로 반송된다.

상기 오니의 반송은 계속적으로 이루어지지는 않고 각 처리조에서의 오니의축적속도량 등을 감안하여 일정시간 간격마다 이루어진다.

또한, 상기 오니반송관(11)에는 밸브(14)가 연결되어 있고 평소 작동시에는 상기 밸브(14)는 잠겨 있는 상태로 되어 있다. 그러나, 오니농축조(9)에 쌓여진 오니가 일정 수준 이상을 초월하여 이를 외부로 배출할 필요가 있는 경우 상기 밸브(14)는 열려지게 된다.

방류조와 방류공정

상기 접촉여과조(35)에서 오니농축조(9)로 반송되는 오니(8) 등의 고형물질을 제외한 액체는 방류조(36)로 이송된다.

집수조, 집수펌프와 재활용 및 반송공정

상기 집수조(7)에 모아진 방출액 중 일부는 중수개념의 재활용(조경용수, 농업용수 등)하고 나머지는 새로이 유입되는 하폐수와 혼합하여 희석하여 순환처리시키기 위해 상기 집수펌프(71)에 의해 상기 침전분리조(31)로 반송된다.

따라서, 침전분리조(31)에 유입되는 하폐수의 생물학적 산소요구량(BOD)을 절반정도로 떨어뜨릴 수 있어 결과적으로 귀중한 물의 낭비를 방지할 수 있음은 물론이고 방출액의 사용가능한 범위를 중수에까지 넓힐 수 있도록 하는 작용을 한다. 도면에서 도면부호 37은 기계실을 의미하고, 벌집모양은 충진재가 충진된 상태를 의미한다.

이하, 실험예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 다만 본 발명은 이하의 실험예에 의해 한정되어 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 사상하에서 당업자에 의해 통상적인 변화가 가능함은 물론이다.

실험예

1. 실험방법

본 실험에서는 토양피복형 접촉산화공법에서 요구되는 적절한 농도의 오염부하를 공급하기 위하여 현장근처의 아파트와 그 부근에서 발생하고 있는 실제 생활하수와 조제된 인공폐수를 더하여 사용하였다. 실제 생활하수는 침전처리하여 SS를 배제한 상태에서 일정유량(155㎖/min)으로 공급하였고, 인공폐수 유량 총 14.8㎖/min으로 조제된 폐수는 탄소공급원으로는 우유와 글루코스(C₆H₁₂O₆)를 사용하였으며, 질소공급원으로는 염화암모늄(NH₄Cl)을 사용하였으며, 알칼리도는 탄산수소나트륨(NaHCO₃)를 사용하여 조절하였다. 또한, 적절한 pH조절과 유지를 위하여 K₂HPO₄와 KH₂PO₄를 사용하였고, 이 시약들은 수돗물에 용해시키고 유량펌프를 이용하여 실제 생활하수와 혼합시켜 공급하였다. 실제 생활하수는 시간대와 날씨 등의 외부요인에 의해서 약간의 변동이 있었고, 운전조건이 변화함에 따라서 공급유량과 인공합성 폐수의 조성이 변화되었다.(이하의 표 1 참조)

Synthetic Influent Analysis

성분(Component)	Amount(g)/liter
K2HPO4	0.223(pH조절 및 T-P농도에 따라 변경)
KH2PO4	0.39(pH조절 및 T-P농도에 따라 변경)
우유	최초공급후 COD 및 알칼리도 조절실패로 Glucose로 대체함
Glucose(C6H12O6)	단계별, 공정변화시 변경 : 1g/ℓ주입시 1000㎎/ℓ COD/ℓ
NH4Cl	단계별, 공정변화시 변경 : 1g/ℓ주입시 174㎎/ℓ NH4Cl/ℓ
NaHCO3	NH4Cl 농도에 따라 변화

※ 상기 조성은 일정치 않은 것으로 상황에 따라 많은 변화가 있음

2. 실험조건

본 실험을 위한 실험장치는 광주광역시에 위치한 소형아파트 단지 뒤편공터 야외의 간이구조물 속에 설치되었으며, 실외의 특성에 따라 온도는 상온에 따른다. 토양미생물이 존재하는 흙은 토양미생물의 빠른 안정화를 위해 실험장치 인근의 현지토와 특수 배양한 다공질 토양(콤포스트)을 5 대 5의 비율로 혼합하여 공급하였다. 이러한 비율이 토양미생물의 성장과 안정화에 기여한 사실은 실험에 의해 밝혀진 것이나, 정확한 역학관계는 추후 연구과제로 남기고자 한다. 공급원으로 사용되는 아파트와 근처에서 발생되는 실제 생활하수의 오염부하는 여러가지 상황에 따라 변동폭은 있으나, 평균적으로 약 170 mg/ℓCOD_cr, 60 mg/ℓBOD, 35 mg/ℓT-N, 350 mg/ℓAlkalinity 정도를 유지하였고, 제조된 인공합성폐수는 실제 하수와 혼합하여 최초 300 mg/ℓCOD_cr, 150 mg/ℓBOD, 50 mg/ℓT-N 및 700 mg/ℓAlkalinity 를 유지하기 위한 비율로 공급되었다. 실제 생활하수의 오염부하는 상기한 바와 같이 거의 일정한 상태를 유지하였기 때문에 실험에 필요한 부하량은 인공폐수에 의해 조절되었고, 이에 따라서 공정에 따라 3,000 mg/ℓCOD_cr, 50 mg/ℓT-N 및 300mg/ℓAlkalinity와 300 mg/ℓCOD_cr, 100 mg/ℓT-N, 350 mg/ℓAlkalinity로 변경하여 운전하였으나 350 mg/ℓAlkalinity로 공급시에 pH가 4이하로 떨어지는 문제점이 발견되어 다시 700 mg/ℓAlkalinity로 조절하였고 후에 600 mg/ℓAlkalinity로 운전하였다.

수리학적 체류시간은 최초 60시간을 유지하여 운전하다가 반송을 시작한 시점부터 유량이 2배로 증가됨에 따라 체류시간이 30시간이 되었으며 다시 반송을 중단한 때부터는 60시간으로 환원하였다. 유량은 실제하수와 인공폐수가 각각 141 ㎖/min와 14.8 ㎖/min으로 총 155 ㎖/min 가 유지되었고, 반송이 시작되는 시점부터는 같은 양인 155 ㎖/min을 반송시켜 유입총유량은 310 ㎖/min이 되고 반송이 중단된 때부터 다시 155 ㎖/min으로 환원시켜 운전하였다.

각 공정의 순서는 최초 유입하수를 침전분리조 제 1실에서 혐기반응과 고형물을 침전시키고 침전분리조 제 2실에서 제 2혐기반응을 거쳐 질산화과정인 제1접촉폭기조와 제2접촉폭기조를 거친 후 활성미생물의 floc군을 침전조에서 침전시켰으며, 다시 제2접촉폭기조로 완전질산화 과정을 거쳐서 마지막 접촉여과조, 탈질과정으로 넘어간다. 다음 단계에서는 제2접촉폭기조에서 질산화과정을 거친 처리수를 마지막 접촉여과조, 탈질과정을 거쳐 다시 침전분리조 제 1실로 반송하여 완전탈질의 과정을 거치도록 운전되었다.

3. 분석

시료는 각 공정에 따라 다섯 개 지점에 대해 채취하였고, 각 시료에 대하여 주 1-2회 측정하였다. 분석방법 및 분석기구는 이하의 표 2와 같다.

분석방법 및 분석기구

주제	분석방법	분석기구
pH	pH meter	Fisher Scientific Accument 1003
용존산소(DO)	O'Brein electrode method	YSI model 51B
화학적 산소요구량(CODcr)	Closed Reflux Titrimetric method
생물학적 산소요구량(BOD)	5-Day BOD Test	YSI model 51B
총 질소(T-N)	Environmental pollution official method(Korea)	Shimadzu UV-1601UV-Visible Spectrophometer
총 인(T-P)	Environmental pollution official method(Korea)	Shimadzu UV-1601UV-Visible Spectrophometer
암모늄 니트로겐(NH3-N)	Phenate method	Shimadzu UV-1601UV-Visible Spectrophometer
Nitrate Nitrogen(NO3-N)	Ultraviolet Spectrophotometric Screening method	Shimadzu UV-1601UV-Visible Spectrophometer
PO4-P	Ascorbic Acid Method	Shimadzu UV-1601UV-Visible Spectrophometer
알칼리도(Alkalinity)	Titration method
온도		Fisher Scientific Accument 1003

4. 결과

(1) BOD 및 COD 제거효율

도 10은 BOD 및 COD 제거효율을 각 단계(Phase)별로 나타낸 그래프이다. 도시된 바로부터 알 수 있는 바와 같이, BOD에 대해서는 실험기간 96.28 ±3.5% 의 제거효율을 유지하고 있어 종래 타 토양피복형 산화공법과 유사한 결과를 나타냈으며, COD 또한 타 토양피복형 산화공법과 직접 비교는 할 수 없으나 89.65 ±9.9%의 효율을 나타내었다고 할 수 있다.

(2) 인 제거효율

본 발명의 실험장치에서 인의 제거는 폭기조와 여과조의 충진재(세라믹)의 흡착으로 인어난다. 도 11은 인(P) 제거효율을 각 단계(Phase)별로 나타낸 그래프이다. 도시된 바로부터 알 수 있는 바와 같이, Phase1에서 Phase4까지의 단계에서는 이 두 단계를 모두 거치므로 72.9 ∼ 93.1% 의 제거효율을 보이고 있는데, 이것은 초기 안정화단계에서 충진제에 의한 흡착이 활발하게 일어남으로써 인의 제거효율이 높아진 일시적인 현상으로 보이며, 이에 따라 일시적인 흡착현상이 일어난 직후인 Phase5에서는 19.5%로 제거효율이 급격히 떨어지는 것을 볼 수 있다. Phase6∼9에서 31.9 ∼ 49%의 효율을 보이는 것은 이 단계동안 여과조의 바로 앞 공정에서 반송을 시작하였고, 따라서 여과조에서의 흡착은 더 이상 일어나지 않고 혐기상태에서의 인의 용출 및 폭기조에서의 인제거 등의 요인에 의해 Phase5보다는 높아진 효율을 보이고 있는 것으로 추정된다.

반송을 하는 기간동안에 여과조의 흡착능력이 일부 회복되고, 안정화단계에 이르면서 식물과 토양속의 미생물에 의한 흡착이 이루어지기 시작하면서 Phase10 ∼ 12에서 인의 제거효율이 58.7 ∼ 76.2%로 잠시 높아진 것을 볼 수 있다. Phase13이후에는 여과조의 흡착이 더이상 이루어지지 않고 폭기조와 토양에 의한 제거만 이루어지므로 22.3 ∼ 50.3%의 효율을 보이고 있으나, 토양식물의 성장과 토양원생동물의 성상이 차츰 증대하면서 오수내의 활성슬러지 및 토양미생물의 안정화단계에 즈음하여 차차 개선되어가고 있는 것이 Phase21에서 보여주고 있으므로향후 완전한 토양 미생물의 생태 피라믹 구조가 형성되면 기존 처리시설과 같이 90%이상의 요율이 될 것으로 추정된다.

(3) 질소 제거효율

도 12는 질소 제거효율을 각 단계(Phase)별로 나타낸 그래프이다. 도시된 바로부터 알 수 있는 바와 같이, 인의 제거와 마찬가지로 장치 가동초기에 질소(N)의 제거효율이 40%이상을 보인 것은 초기의 안정화 과정에서 미디어(media)의 흡착에 의한 것으로 보여지며, 운전 초기에 알칼리도의 부족으로 질산화가 효과적으로 일어나지 않는 것도 질소의 제거효율폭이 큰 것에 기인한 것으로 보여진다. Phase6부터 유입수 유량 160 ㎖/min과 반송유량 140∼150 ㎖/min 으로 반송을 시작하고 알칼리도를 2배, 350ppm에서 700ppm으로 조절 주입하여 pH를 조절한 결과 Phase8까지 처리효율 40% 이상을 유지하며 조금 안정화되었지만, 탈질을 위한 혐기처리조내로 반송을 계속하여도 현저한 처리효율이 나타나지 않는 이유는 유입수와 반송수의 혼합으로 인한 유입폐수의 쳬류시간이 상대적으로 짧은 데서 질산화시간이 결핍된 원인도 추정할 수 있다. Phase8 이후에 반송을 중단하자 처리효율은 급격하게 떨어지고 있는 것을 볼 수가 있고 장치의 고장과 유입유량의 불안정 등으로 인해 Phase14 까지는 여타 처리효율 개선이 보이지 않았다.

반송을 다시 시작한 Phase15부터는 유입유량과 반송유량의 조절을 통해 체류시간을 조절했다. 이때부터는 장치가 거의 안정화의 단계에 이른 것으로 판단되며, 체류시간을 50시간으로 상향 조절한 Phase22에서는 처리효율이 65% 이상을 나타내고 Phase25까지는 60∼65% 기준으로 더 이상 처리효과를 보이지 않고 Phase26부터는 접촉여과탈질조의 낮은 pH를 유기물 공급구의 자연적인 알칼리도의 공급으로 pH를 7∼8로 조절한 바 질산화균의 활성이 극대화되어 80%이상의 높은 처리효율을 나타내어 향후 계속된 실험에서 토양동식물의 안정화단계에 이르면, 식물의 에너지원 흡수로 인하여 90%이상의 높은 처리효율을 나타낼 것으로 기대된다.

이하, 본 발명의 장치의 다른 실시예를 첨부된 도면을 참조하고 상기한 일실시예와의 차이점을 중심으로 상세히 설명한다.

도 13은 본 발명의 다른 실시예의 콤팩트화된 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 14는 상기 도 14의 상부평면도이고, 도 15는 본 발명의 다른 실시예의 공정을 나타내는 공정단면도이다.

도시된 바에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예는 처리수가 축산폐수와 같은 오염농도가 높은 처리수가 아닌 오염농도가 낮은 오폐수인 경우에 더욱 간단하고 용이한 시공이 가능하도록 개선된 장치로서, 침전분리조 1실과 2실은 유입오수중의 고형물질의 침강을 유도하고 무산소 반응처리로 상부에 걸러진 오수만 오수이송관으로 질산화반응조(제1접촉폭기조)로 이동하여 공기주입장치에 의한 질산화과정을 거치고 그 처리수를 침전탈질여과조(39)에서 완전 탈질을 유도한 후 제2접촉폭기조(34)에서 재질산화과정을 거친후 방류시키고 있다.

상기한 일실시예에서와 달리 오니농축조, 침전분리조 3실이 없고, 제 2접촉폭기조는 1,2,3실로 구분되지 않으며, 침전조와 탈질조는 침전탈질여과조(39) 하나로 묶여 있다.(도면에서 C는 콤팩트화된 세트 전체를 의미한다.)

오염농도가 낮은 경우엔 호기반응을 위한 폭기조는 제1접촉폭기조 1, 2실과 제2접촉폭기조로 충분하며, 탈질화 과정은 침전탈질여과조 하나로 충분하고, 제2접촉폭기조에서는 이미 처리수가 상당폭으로 정화된 상태이므로 호기반응으로 인한 질산화반응도 작은 바, 바로 방류조에 의해 외부로 방출토록 하고 있다. 또한, 제2접촉폭기조에서의 토양미생물의 생존조건을 위협하는 pH의 감소도 작아 일실시예에서와 같은 유기물 공급구와 같은 것은 설치되어 있지 않다.

한편, 처리효율을 떨어뜨리지 않으면서 좀 더 콤팩트화되고 시공이 간단하며 경제성을 높이기 위해서 상기한 구조 자체의 변경은 물론이고, 콤팩트 세트 즉 처리장(c) 가공재질을 FRP 또는 재활용 PE, 기타 재질로 하고, 충진재의 충진구조를 시공이 간편한 박스형 폐플라스틱박스 또는 재생용폴리에틸렌박스(a3')를 블록쌓는 형식으로 하고 있다.

또한, 토양은 일반토양을 사용할 수도 있으나 특수 배양한 다공질 토양(콤포스트)을 사용함으로서 미생물의 원활한 활동으로 처리수에 대한 처리효율을 더욱 재고할 수 있도록 하고 있다.

상기한 일실시예에서와 같이, 방류조(36)에 모아진 방출수 중 일부는 농업용수 및 조경수로 재활용되고 나머지는 새로 유입되는 오수에 혼합시켜 질산화된 질소의 완전 탈질을 도모하기 위한 순환처리기능을 구비할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 종래 토양피복형 하폐수처리장치에 있어서, 접촉부 경계인 콘크리트 벽체를 유수분리관 또는 유공관으로 대체하여 시공상의 간편 및 신속을 기할 수 있고, 생활하수 등 하폐수 내에 함유된 기름성분이나 ABS 등을 무공(無控)의 유수(油水)분리관에 의해 간단하게 증발제거하여 각 처리조에의 진입을 사전차단할 수 있으며, 침전분리조 상부의 토양에 사철목을 심어 토양층의 복토화와 근권(根圈) 미생물의 왕성한 활동조건을 형성하여 혐기반응하에서의 악취물질 등 오염물질의 흡수가 원활히 이루어지도록 하고, 집수조에서의 집수펌프에 의해 재활용/반송하여 희석순환처리하고, 접촉여과조(탈질조)에 유기물 공급구를 두어 질산화 미생물의 알칼리 공급을 원활히 하여 탈질을 유도하는 마이크로코쿠스(Micrococcus), 슈도모나스(Pseudomonas), 아코모박터(Archomobacter), 바실러스(Bacillus) 균의 왕성한 성장조건을 형성함으로서 하폐수의 처리효율을 극대화할 수 있는 효과를 갖는다.

나아가, 상기 집수조에서의 집수펌프에 의해 재활용/반송하여 희석순환처리함으로서 처리수의 질소처리의 극대화와 중수 및 조경용수로까지 활용범위를 확대시키는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에서는 기존 토양피복식 오수처리방식으로 처리하기에 규모가 적고 마을 단위 집약처리 시설중에 별도의 먼 거리의 단독가구처리나 지형상 하수관로로 차집할 수 없는 가구들에 간단하고 빠르게 시공적용되어 오수를 처리할 수 있음으로서 하수관거차집에 대한 관로공사비 절감과 공사기간 절감 및 소가구민원을 해소할 수 있다.

나아가, 본 발명의 다른 실시예는 기존 FRP 오수합병정화조의 원통형 처리방식을 완전탈피하여 상부를 개폐하고 그 개폐된 상부에 토양 콤포스트를 피복함으로서 미생물이 하부오염원의 풍부한 유기물을 섭취분해하며 자연발생을 증식할 수 있는 장치 즉, 기존 FRP 오수합병정화조의 복잡한 유량조정장치, 공기주입 및 반송 기계장치와 약품처리, 소포장치 및 복잡한 운영관리조건과 활성미생물의 유기물 농도에 따른 활동조건, F/M 비에 따른 환경기술적 측면의 지식이 필요없이 공기주입장치 1대의 점검상황만으로 자연적인 미생물 성장조건 환경을 조성한 처리시스템으로 우리나라의 농촌 및 처리기술을 숙지하지 못한 대다수 개인가구 및 소규모 상가에서 전기장치, 기계장치, 유입농도, 오수성상 등 예기치 못한 문제에 대처할 필요가 없이 완벽한 처리수를 기대할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (5)

1. 다수개의 구멍이 뚫린 접촉부의 콘크리트 벽체(a5)와 그 내부를 채우는 접촉재(a2) 및 상기 접촉재에 의한 상부의 하중을 받아주는 로스톨(a3)로 이루어진 접촉부(a)와 하부공간(b)이 형성되어 있는 처리조(3)가 잔디가 심어져 있는 토양(2)의 하부에 다수의 통기공이 형성된 모관망(4)을 경계로 혐기성 탈질반응이 일어나는 침전분리조(31), 에어펌프 및 폭기관에 의한 폭기로 호기반응하는 제 1접촉포기조(32), 하폐수가 고액분리되는 침전조(33), 호기반응 효율을 높이기 위한 제2접촉폭기조(34), 접촉여과조(35), 방류조(36)를 포함하는 순서로 설치되어 하폐수가 오수이송관(5)을 통해 이송되어 처리되도록 하는 하폐수처리장치에 있어서,

   상기 침전분리조(31)는 청소를 용이하게 하기 위해 침전분리조 1실(31a)과 2실(31b) 및 3실(31c)로 구분되고, 상기 방류조(36)에서 방출되는 방출액을 모아 재활용하기 위한 집수조(7)와 집수펌프(71)를 추가로 구비하고, 에어펌프로부터의 압축공기에 의해 오니농축조(9)로 반송후 자연유하되는 상등액을 상기 침전분리조 1실(31a)로 새로이 유입되는 하폐수와 혼합하여 희석하여 순환처리하기 위한 에어이송관(12) 및 오니반송관(11)을 추가로 구비하되,

   상기 다수개의 구멍이 뚫린 접촉부의 콘크리트 벽체(a5) 대신에 시공이 간단·용이하고 토압, 수압 기타 하중에 견딜 수 있는 THP 재질로서 하폐수 흐름의 용이를 위해 접촉재와 같은 깊이로 있고 구멍이 다수 있는 유공관(a4)으로 하되, 상기 침전분리조 1실(31a) 및 2실(31b)으로의 하폐수 유입은 하폐수 중의 기름성분의증발제거를 위해 상기 유공관(a4)보다 더 깊고 구멍이 없는 유수(油水)분리관(a1)에 의해 이루어지며,

   상기 접촉여과조(35)의 접촉재 내부에는 탈질미생물의 영양 공급원으로서 그 활동이 원활해지도록 식물껍질을 내장하는 망대가 들어가는 유기물 공급구(6)가 별도로 설치되어 있고,

   상기 제1접촉폭기조(32)는 폭기 효율을 높이기 위해 제1접촉폭기조 1실(32a)과 2실(32b)로 구분되며, 상기 제2접촉폭기조(34)는 제2접촉폭기조 1실(34a)과 2실(34b) 및 3실(34c)로 구분되어짐을 특징으로 하는 고효율 하폐수자연정화처리장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 혐기반응이 일어나는 침전분리조(31) 상부의 토양(2)에는 근권의 활발한 생태계조성으로 토양미생물에 의한 유해가스분해 및 먹이사슬 조건 충족을 위해 잔디(21)외에 사철목(22)도 별도로 심어져 있는 것을 특징으로 하는 고효율 하폐수자연정화처리장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 접촉재(a2)로서 쇄석, 폐기물재활용적인 측면의 폐목재, 세라믹 제품을 이용한 토관파편, 세라믹벽돌파편, 다공성의 폐철강슬라그, 이락 중의 1이상이 충진되는 것을 특징으로 하는 고효율 하폐수자연정화처리장치.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 처리하고자 하는 처리수가 오염농도가 낮은 오폐수인 경우에 미생물의 원활한 활동으로 처리효율을 재고하고자 상기 토양은 특수 배양한 다공질 토양(콤포스트)을 사용하되,

   상기 오니농축조(9) 및 침전분리조 3실(31c)은 생략되고, 처리수의 고액분리를 위한 침전조(33) 및 제2접촉폭기후 토양미생물에 의한 탈질 및 탈인을 위한 접촉여과조(35)가 유기물공급구(6)가 생략된 침전탈질여과조(39) 하나로 대체되며, 상기 침전탈질여과조(39)를 거친 후의 처리수는 이미 상당폭으로 정화된 상태이므로 상기 제2접촉폭기조 1, 2, 3실은 제2접촉폭기조(34)만으로 생략되고,

   상기 처리조(3)의 가공재질이 FRP 또는 재활용 PE로서 상기 접촉재(a2)의 충진구조가 시공이 간편하고 경제성있는 박스형 폐플라스틱박스 또는 재생용폴리에틸렌박스(a3')의 블록쌓인 형식으로 되어 콤팩트화된 것(c)임을 특징으로 하는 고효율 하폐수자연정화처리장치.
5. 다수개의 구멍이 뚫린 접촉부의 콘크리트 벽체(a5)와 그 내부를 채우는 접촉재(a2) 및 상기 접촉재에 의한 상부의 하중을 받아주는 로스톨(a3)로 이루어진 접촉부(a)와 하부공간(b)이 형성되어 있는 처리조(3)가 잔디가 심어져 있는 토양(2)의 하부에 다수의 통기공이 형성된 모관망(4)을 경계로 혐기성 탈질반응이 일어나는 침전분리조(31), 에어펌프에 의한 폭기로 호기반응하는 제 1접촉포기조(32), 하폐수가 고액분리되는 침전조(33), 호기반응 효율을 높이기 위한 제2접촉폭기조(34), 접촉여과조(35), 방류조(36)를 포함하는 순서로 설치되어 하폐수가 오수이송관(5)을 통해 이송되어 처리되도록 하는 하폐수처리방법에 있어서,

   집수조(7)와 집수펌프(71)에 의해 상기 방류조(36)에서 방출되는 방출액을 모아 재활용하고, 에어이송관(12) 및 오니반송관(11)에 의해 에어펌프로부터의 압축공기에 의해 오니농축조(9)로 반송후 자연유하되는 상등액을 상기 침전분리조 1실(31a)로 새로이 유입되는 하폐수와 혼합하여 희석하여 순환처리하되,

   상기 다수개의 구멍이 뚫린 접촉부의 콘크리트 벽체(a5) 대신에 시공이 간단·용이하고 토압, 수압 기타 하중에 견딜 수 있는 THP 재질의 구멍이 다수 있는 유공관(a4)을 접촉재와 같은 깊이로 하여 하폐수 흐름을 용이하게 하되, 상기 침전분리조 1실(31a) 및 2실(31b)으로의 하폐수 유입은 하폐수 중의 기름성분의 증발제거를 위해 상기 유공관(a4)보다 더 깊고 구멍이 없는 유수(油水)분리관(a1)에 의해 이루어지도록 하며,

   상기 접촉여과조(35)의 접촉재 내부에는 별도의 식물껍질을 내장하는 망대가 들어가는 유기물 공급구(6)로서 탈질미생물의 영양 공급원으로 그 활동이 원활해지도록 함을 특징으로 하는 고효율 하폐수자연정화처리방법.