KR100484927B1 - 폐쇄성 수역의 정화장치 및 방법 - Google Patents

폐쇄성 수역의 정화장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

폐쇄성 수역의 자정 능력 복원과 항구적 개선을 위한 정화장치 및 방법이 개시된다. 그러한 폐쇄성 수역의 정화장치 및 방법은 정화대상수역의 오염정도를 검사하는 단계와, 산소를 물과 혼합하여 산소용해수를 제조하고, 상기 산소용해수를 정화대상수역의 저층에 토출시킴으로써 토출된 산소가 상층으로 상승하는 시간을 연장시킬 수 있는 토출단계와, 상기 정화대상수역내의 자생 미생물을 활성화 시킨 상태에서 오염원을 정화할 수 있는 자생 미생물 균형상태를 측정하고, 그 균형이 정상적인 정화능력 기준치 이하 여부를 확인하는 단계와, 그리고 자생 미생물이 정화균형 유지에 미흡할 경우 별도로 특정의 정화 미생물을 고농도로 배양하고 상기 미생물을 정화대상수역에 산포하여 자생 미생물과 추가 투여된 미생물이 합해진 전체 정화 미생물군을 활성화시켜 정화대상수역의 자정능력을 복원시키고 이를 항구적으로 유지되게 하는 단계를 포함한다.

Description

폐쇄성 수역의 정화장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PURIFICATING OF CLOSED WATER AREA}
본 발명은 폐쇄성 수역의 항구적인 정화를 위한 정화장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산소를 물에 용해시킨 산소 용해수를 정화대상수역에 공급함으로서 산소의 용존시간을 연장시켜 불순물의 산화 및 분해를 촉진하여 정화대상수역의 정화효율을 향상시킬 수 있는 폐쇄성 수역의 정화장치 및 방법에 관한 것이다.
근래에는 산업화로 인하여 강, 하천, 연못 등의 수역에서 녹조 현상이 빈번히 발생하여 수질악화가 심화됨으로써 악취발생 이나 물고기 집단 폐사 등이 빈번히 발생하고 있다. 또한, 연못과 같은 정체수역에서도 부영양화에 따른 조류발생이 빈번히 일어나고 있다.
이러한 현상은 단기적으로는 상수원의 수질 악화를 일으켜 정수처리의 장애현상을 일으키고, 심층의 산소를 고갈시키고, 생물상의 변화를 초래하며, 독성환원 물질의 발생과, 정수비용의 증가, 관광자원의 심미적 가치 하락 등의 피해를 초래한다.
따라서, 이러한 호수 등의 폐쇄성 수역의 수질오염을 방지하기 위하여 다양한 기술이 개발되고 있다. 즉, 퇴적물 준설, 수중폭기, 희석, 응집제 투여, 수생식물, 생물학적 제어, 화학적 처리 등의 방법이 개발되고 있다.
도1 에는 산소 용해수를 정화대상수역에 토출하고 미생물을 산포함으로써 정화대상수역의 수질을 정화하는 방법이 도시된다.
도시된 바와 같이, 종래방법에 따른 수질 정화방법은 먼저 압축기(1)로 대기를 흡입 압축시켜 수역(3)의 상층부로 토출시킴으로써 용존 산소량을 증가시킨다. 그리고, 공급펌프(5)로 용존 산소량이 풍부한 수역의 상층부 물을 펌핑하여 수역(3)의 하부에 위치하여 제트수류를 일으키는 수류발생장치(7)로 공급한다. 따라서, 혼입된 공기는 수류발생장치(7)에 의하여 수역(3)의 하층부로부터 상층부로 상승하면서 제트수류에 산소가 혼합되고 부영양화물을 산화 및 분해시킴으로써 수역(3)의 수질을 정화하게 된다.
또한, 별도로 구비된 미생물 배양장치(9)로부터 미생물을 배양하여 배관을 통하여 수류발생장치(7)로 공급하여 공급된 미생물이 수역(3)내부로 산포됨으로서 수질을 정화시키게 된다.
그러나, 상기와 같은 수질정화방법은 공기를 직접 수역의 내부로 토출하여 수역 내부의 용존 산소량을 증가시키고자 함이나, 수역 내부에 토출된 공기는 하층부에서 상층부로 짧은 시간내에 곧바로 상승하여 대기중으로 빠져나간다. 따라서, 공기가 정화수역의 내부에 잔존하는 시간이 부족함으로써 부영양화물 등의 불순물을 충분히 산화 및 분해시킬 수 없어서 수질정화효율이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출 된 것으로서, 본 발명의 목적은 산소를 정화대상수역의 외부에서 물에 용해시켜 산소용해수를 만든 후, 이 산소용해수를 액상상태로 정화대상수역의 바닥층에 토출함으로써 산소가 수역내부에서 잔존하는 시간을 연장시켜 오염원의 산화분해 및 자생 미생물의 활성화를 촉진시킴으로써 정화대상수역의 수질을 효율적으로 정화시킴과 이를 항구적으로 지속시킬 수 있는 폐쇄성 수역의 정화장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 갖는 또 다른 차별성은 특정 미생물을 고농도화시킨 미생물을 정화대상수역에 산포함으로써 이미 자생하는 미생물의 부족한 정화력을 추가로 투입되는 미생물에 의하여 정화효율을 향상시킬 수 있는 폐쇄성 수역의 정화장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 지속적으로 정화대상수역의 미생물 수치를 계량화 하여, 부족한 경우 미생물을 추가로 투입함으로써 자정능력의 복원을 항구적으로 향상시킬 수 있는 폐쇄성 수역의 정화장치 및 방법을 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 목적을 실현하기 위하여, 본 발명의 바람직한 일 실시예는 정화대상수역의 오염정도를 검사하는 단계와; 산소를 물과 혼합하여 산소용해수를 제조하고, 상기 산소용해수를 정화대상수역의 저층에 토출시킴으로써 토출된 산소가 상층으로 상승하는 시간을 연장시킬 수 있는 토출단계와; 상기 정화대상수역내의 자생 미생물을 활성화 시킨 상태에서 오염원을 정화할 수 있는 자생 미생물 균형상태를 측정하고, 그 균형이 정상적인 정화능력 기준치 이하 여부를 확인하는 단계와; 그리고 자생 미생물이 정화균형 유지에 미흡할 경우 별도로 특정의 정화 미생물을 고농도로 배양하고 상기 미생물을 정화대상수역에 산포하여 자생 미생물과 추가 투여된 미생물이 합해진 전체 정화 미생물군을 활성화시켜 정화대상수역의 자정능력을 복원시키고 이를 항구적으로 유지되게 하는 단계를 포함하는 폐쇄성 수역의 정화방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 바람직한 다른 실시예는 물을 흡입하는 흡입부와; 상기 흡입부와 연결되어, 상기 흡입부를 통하여 흡입된 물과 산소를 혼합하여 산소용해수를 제조하고, 상기 산소용해수를 폐쇄성 수역의 저부에 토출시켜 수질을 정화시키는 산소용해부와; 그리고 미생물을 농축하여 배양하고, 배양된 미생물을 폐쇄성 수역에 산포시킴으로써 수질을 정화시키는 미생물 공급부를 포함하는 폐쇄성 수역의 정화장치를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐쇄성 수역의 정화장치 및 방법을 상세하게 설명한다.
도2 에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 폐쇄성 수역(11)의 정화장치는 정화대상수역(11)의 물을 흡입하는 흡입부(19)와, 흡입부(19)를 통하여 흡입된 물과 산소를 혼합하여 산소용해수를 제조하여 정화대상수역(11)에 토출시키는 산소용해부(15)와, 고농도 미생물을 배양, 증식하고 정화대상수역(11)에 산포하는 미생물 공급부(17)를 포함한다.
상기한 바와 같은 구조를 갖는 폐쇄성 수역 정화장치에 있어서, 상기 흡입부(19)는 정화대상수역(11)의 내부에 잠기며, 일단부(21)는 산소 용해부(15)의 흡입펌프(도시안됨)에 연결된다. 따라서, 상기 흡입펌프가 구동하는 경우 압력차에 의하여 정화대상수역(11)의 물이 흡입부(19)를 통하여 흡입된다.
상기 산소용해부(15)는 상기 흡입부(19)를 통하여 흡입된 물에 산소를 용해시켜 산소 용해수를 제조하게 된다. 즉, 공기 중의 산소 또는 순산소를 흡입하고, 이를 흡입된 물에 일정 비율, 바람직하게는 포화상태가 되도록 첨가한다. 따라서, 산소가 포화상태로 용해된 산소 용해수를 제조하게 된다. 그리고, 상기 산소용해부(15)는 바람직하게는 본 출원인이 출원한 특허출원 제2001-56491(명칭:음식물 폐기물 처리방법)에 기재된 산소용해부를 이용한다.
이와 같이 제조된 산소용해수는 확산장치(도시안됨)에 의하여 토출되어 토출구(23)를 통하여 정화대상수역(11)의 내부에 액상 상태로 토출되어 정화대상수역 (11)의 내부에 혼합된다. 그리고, 혼합되는 산소용해수는 액상 상태임으로 공기만이 직접 정화대상수역(11)에 토출되는 경우에 비교하여 정화대상수역 (11)내에 산소가 잔존하는 시간이 현저하게 증가하게 된다.
또한, 산소 용해수는 산소가 포화상태임으로 정화대상수역(11)내에 토출되는 경우 산소가 미세한 기포를 이루어 상승하게 됨으로 수역(11)내의 용존산소량이 증가하게 된다. 따라서, 호수와 같은 폐쇄성 수역(11)의 용출가스 및 부영양물질의 산화 및 분해를 높임으로써 수질의 정화효율을 증가시킨다.
그리고, 상기 산소용해수의 토출구(23)를 정화대상수역(11)의 저층부에 위치시킴으로써 산소가 용해된 미세기포가 상층부로 상승하는 시간을 보다 연장시킴으로써 용존산소량을 증가시킨다.
이러한 용존 산소량의 증가는 저니층에서 끊임없이 용출되는 오염물이 우선 포화상태의 산소용해수층에서 산화 분해되도록 하여 악취원 및 오염원의 발생을 차단한다. 그리고, 자생하는 정화미생물이 활성화 될 수 있는 환경을 조성할 수도 있다.
또한, 산소용해수를 정화대상수역(11)에 토출시킴으로써 호수내부의 DO(용존산소)의 수치를 높여 정화효율을 더 향상시킬 수도 있다.
한편, 상기 미생물 공급부(17)는 수질을 정화시키기 위한 미생물을 고농도로 배양하게 된다. 이러한 미생물 공급부(17)는 다수개의 챔버(Chamber;25)로 구성되며, 각각의 챔버(25) 내부에 미생물을 저장하여 배양하게 된다.
상기 미생물은 통상적인 정화 미생물에 바칠루스(Bacillus), 슈도모나스 (Pseudomonas), 알카리게네스(Alcaligenes) 속의 정화 미생물을 우점화, 고농도화 하기 위하여 접촉표면을 극대화시킨 배지를 이용하여 반복적인 작업으로 농도를 높임으로써 증식시킨다. 이러한 미생물은 일반 미생물에 비하여 약 1,000배 정도 고농도화시킨 정화 미생물을 우점화한 미생물이다.
따라서, 상기와 같은 미생물을 산소 용해부(15)에 공급하여 산소용해수와 혼합하여 정화대상수역(11)에 산포시킴으로써 오염물질의 유입으로 자정능력을 가진 미생물이 감소되고 이것에 의하여 혐기성화되는 것을 막을 수 있다. 또한, 미생물이 정화대상수역(11)에 산포됨으로써 부영양화된 수역(11)내의 자정 미생물의 종의 수를 단기간에 증가시킬 수 있다.
그리고, 상기 미생물 공급부(17)는 정화대상수역(11)의 미생물 수치를 측정화여, 적정 균형치에 미달하는 경우, 특화된 고농도 정화미생물을 자동으로 호수에 산포함으로써 미생물을 보충한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수질정화방법을 더욱 상세하게 설명한다.
도2 및 도3 에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 수질정화 방법은 정화대상수역의 오염정도를 검사하는 단계(S100)와, 산소를 물과 혼합하여 산소용해수를 제조하고, 상기 산소용해수를 정화대상수역(11)에 토출시키는 단계(S200)와, 상기 정화대상수역(11)내의 자생 미생물을 활성화 시킨 상태에서 오염원을 정화할 수 있는 자생 미생물 균형상태를 측정하고, 그 균형이 정상적인 정화능력 기준치 이하 여부를 확인하는 단계(S300)와, 그리고 자생 미생물이 정화균형 유지에 미흡할 경우 별도로 특정의 정화 미생물을 고농도로 배양하고 상기 미생물을 정화대상수역 (11)에 산포하여 자생 미생물과 추가 투여된 미생물이 합해진 전체 정화 미생물군을 활성화시켜 정화대상수역(11)의 자정능력을 복원시키고 이를 항구적으로 유지되게 하는 단계(S400)들이 아래와 같이 실시된다.
상기 오염정도 검사단계(S100)에서는 정화대상수역(11)의 오염정도를 화학분석법 및 생학적 분석법을 통하여 측정함으로써 정확한 수질평가를 하게 된다. 이러한 평가결과는 후술하는 산소의 토출량과 미생물의 산포량 및 주기를 결정화는 기준이 된다.
그리고, 오염의 정도를 측정한 후, 정화대상수역(11)내의 부영양물질을 신속히 처리하고 작업공정을 단축시키기 위하여 오염물질을 모두 부상시켜 일측으로 모아 제거하는 방법도 예시된다. 이때, 부영양화물질이 포함된 부유물질을 응집 부상시킴에 화학물질을 사용하지 않고 고농도 미생물 투입과 산소용해수만으로써 제거하게 된다.
상기한 과정을 통하여 정화대상수역(11)의 오염은 1차적으로 정화처리가 가능하지만, 이러한 처리는 정화대상수역(11)의 완전한 자정기능의 회복, 즉 악화된 환경하에서 수질정화가 지속적으로 이루어질 수 있는 제반균형이 복원된 것이 아니다. 그러므로, 일정 시간 경과 후 다시 수질오염이 발생하게 된다.
따라서, 정화대상수역(11)이 완전한 자정기능을 회복할 수 있도록 후술하는 단계가 진행된다.
산소용해수 제조 및 오염수역에 지속적인 토출단계(S200)에서는 먼저, 흡입부(19)를 통하여 정화수역(11)내의 물을 흡입한다. 흡입된 호수물은 산소용해부 (15)로 공급되며, 산소용해부(15)에서 산소와 혼합된다. 따라서, 산소용해부(15)에서는 산소가 포화상태로 용해된 산소용해수가 제조된다.
그리고, 상기와 같이 산소용해수를 제조한 후, 산소용해수를 정화대상수역 (11)내에 토출하게 된다. 즉, 산소용해부(15)에서 제조된 산소용해수를 토출구(23)를 통하여 정화대상수역(11)내로 토출시킨다.
이때, 정화대상수역(11)으로 토출된 산소용해수는 다량의 산소를 함유하고 있는 액상 상태이며, 이러한 산소용해수에 함유된 산소는 수역(11)의 저층으로부터 미세화된 기포의 형태로 산포된다. 그리고, 미세기포 형태의 산소는 부력에 의하여 수역(11)의 상층부로 느리게 상승하게 됨으로 용존시간을 증가시킬 수 있다.
이 과정에서 미세기포는 부영양화물 등의 불순물과 충분한 시간동안 접촉하게 됨으로써 효율적으로 불순물을 산화 및 분해시킨다. 또한, 자생 미생물의 활성화를 촉진할 수 있다. 따라서, 정화대상수역(11)의 오염원 정화효율이 증가된다.
한편, 상기 단계(S200)후, 정화대상수역(11)의 미생물 수치를 측정화는 단계(S300)가 진행된다. 이 단계(S300)에서는 상기 단계들(S100,S200)을 통하여 정화된 정화대상수역(11)의 미생물의 수치를 통하여 정화정도를 측정화게 된다.
측정된 미생물의 수치가 기준 이하인 경우, 고농도 미생물을 정화대상수역 (11)에 산포하는 미생물 투입단계(S400)가 진행됨으로써 정화대상수역(11)의 오염물질을 제거하게 된다.
이러한 미생물 투입단계(S400)에서는 특정 미생물을 배양장치에 의하여 고농도로 배양하게 된다. 그리고, 배양된 미생물을 산소용해부(15)에 공급하여 산소용해수와 혼합하여 정화대상수역(11)에 균일하게 산포하게 되며, 산포된 정화 미생물은 정화대상수역(11)의 부영양화물 등의 불순물을 산화, 분해하게 된다. 이때, 상기 전 단계들을 통하여 토출된 산소에 의하여 정화대상수역(11)은 산소가 풍부한 상태임으로 정화 미생물들이 활발하게 번식할 수 있는 환경이 갖추어진 상태이다. 따라서, 정화대상수역(11)의 오염원을 효율적으로 정화할 수 있다.
결과적으로, 상기한 단계들을 반복함으로써 정화대상수역(11)에 새로운 오염원이 유입되는 경우, 자동적으로 산소용해수 및 미생물의 투입 등의 대응을 함으로써 자정능력의 복원이 가능하다.
한편, 본 발명의 수질정화처리방법에 의하여 정화효율을 실험한 결과 다음과 같은 결과를 얻었다.
항목 단위 종래(ppm) 본 발명(ppm)
BOD ㎎/L 1.20 1.10
COD ＂ 6.10 5.19
SS ＂ 46.00 20.00
T-N ＂ 0.66 0.35
T-P ＂ 0.39 0.22
DO ＂ 상층부:5.61 상층부:7.80
＂ 하층부:0.50 하층부:5.40
투시도 ㎝ 5 150
상기한 데이터에서 기재된 바와 같이, 본 발명에 따른 수질정화방법은 종래의 수질정화방법에 비하여 월등한 정화효과를 기대할 수 있다. 특히, SS(부유물질) 및 투시도에 있어서 100％ 이상의 향상율을 나타냈으며, 그 외 T-N(전질소량) 에 있어서도 상당한 향상율을 나타냈다. DO(용존산소)의 경우 종래의 경우에는 하층부의 물속에는 거의 산소가 존재하지 않은 상태이나, 본 발명의 경우 5.40ppm의 수치에서 알 수 있듯이 상층부와 큰 차이가 없는 용존산소치를 나타내고 있다.
그 외의 항목에서도 종래에 비하여 상당한 향상을 나타내고 있음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐쇄성 수역 정화장치 및 방법은 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 산소를 물과 혼합하여 액상 상태로 정화대상수역의 내부로 토출시킴으로써 산소용해수에 함유된 산소가 정화대상수역 내부에 용존하는 시간을 연장시킬 수 있음으로 부영양화물의 산화 및 분해를 촉진시켜 정화효율을 향상시킬 수 있다.
둘째, 특정화된 미생물을 폐쇄성 수역에 산포시킴으로써 정화 미생물을 보다 활성화시켜 수질을 효율적으로 정화시킬 수 있다.
셋째, 미생물을 정화대상수역에 산포시킴으로써 오염물질을 정화시키는 환경친화적 생태공간을 조성하고 각 대상수역의 규모에 맞는 산소용해수와 미생물 제재 처리 시스템의 최적운전 조건을 정립할 수 있다.
넷째, 별도의 상수고도처리시설에 의존하지 않고 산소 및 미생물 등의 환경 친화적 요소를 이용함으로써 정화처리비용을 절감할 수 있다.
본 발명은 당해 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않고도 다양하게 변경실시 할 수 있으므로 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니한다.
도1 은 종래기술에 따른 폐쇄성 수역의 정화장치 및 방법을 도시하기 위한 개략도.
도2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐쇄성 수역의 정화장치를 도시하기 위한 개략도.
도3 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐쇄성 수역의 정화방법을 도시하는 순서도.

Claims (5)

  1. 정화대상수역의 오염정도를 검사하는 단계와;
    산소를 물과 혼합하여 산소용해수를 제조하고, 상기 산소용해수를 액상으로 정화대상수역의 바닥층에 토출시킴으로써 토출된 산소가 상층으로 상승하는 시간을 연장시킬 수 있는 토출단계와;
    상기 정화대상수역내의 자생 미생물을 활성화 시킨 상태에서 오염원을 정화할 수 있는 자생 미생물 균형상태를 측정하고, 그 균형이 정상적인 정화능력 기준치 이하 여부를 확인하는 단계와; 그리고
    자생 미생물이 정화균형 유지에 미흡할 경우 별도로 특정의 정화 미생물을 고농도로 배양하고 상기 미생물을 정화대상수역에 산포하여 자생 미생물과 추가 투여된 미생물이 합해진 전체 정화 미생물군을 활성화시켜 정화대상수역의 자정능력을 복원시키고 이를 항구적으로 유지되게 하는 산포단계
    를 포함하며,
    상기 산포되는 미생물은 액상의 산소용해수와 함께 토출되는 폐쇄성 수역의 정화방법.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서, 상기 산포단계에 있어서, 상기 미생물은 바칠루스 (Bacillus), 슈도모나스(Pseudomonas), 알카리게네스(Alcaligenes) 속의 정화미생물을 포함하는 폐쇄성 수역의 정화방법.
  4. 물을 흡입하는 흡입부와;
    상기 흡입부와 연결되어, 상기 흡입부를 통하여 흡입된 물과 산소를 혼합하여 액상의 산소용해수를 제조하고, 상기 액상의 산소용해수를 폐쇄성 수역의 바닥층에 토출시켜 수질을 정화시키는 산소용해부와; 그리고
    미생물을 농축하여 배양하고, 배양된 미생물을 상기 산소용해부에 공급하여 산소용해수와 함께 폐쇄성 수역에 산포시킴으로써 수질을 정화시키는 미생물 공급부
    를 포함하는 폐쇄성 수역의 정화장치.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 미생물은 바칠루스(Bacillus), 슈도모나스 (Pseudomonas), 알카리게네스(Alcaligenes) 속의 정화미생물을 포함하는 폐쇄성 수역의 정화장치.
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