KR100874161B1 - 유용미생물을 이용한 조합형 유기폐수 처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하나의 몸체 안에 이중구조로 형성된 두 개의 분리된 공간에 각각 호기성 미생물과 통성혐기성 미생물 및 혐기성 미생물을 포함하는 단위 처리조를 여러개 조합하고, 각각의 미생물 서식환경에 적합하도록 환경을 조성하여 줌으로써 축산폐수와 같은 유기폐수를 효과적으로 분해 처리할 수 있는 조합형 유기폐수 처리시스템에 관한 것이다.
상기 유기폐수 단위 처리조는 유기폐수가 들어오는 유입관과 상기 유입된 유기폐수가 외부로 유출되는 배출관이 외측 상부에 각각 형성된 외통과, 상기 유입폐수의 유입관과 연결되면서 상기 외통과 동심을 이루도록 상기 외통의 내부에 설치되되 그 최하부의 일부분이 개방된 내통 및 상기 내통의 내측 하면에 설치된 폭기장치를 포함하여 이루어지며, 이때 상기 내통은 호기성 미생물이 서식하는 호기조이고, 상기 외통과 내통 사이의 환형 공간은 혐기성 미생물 및 통성혐기성 미생물이 서식하는 혐기조로 구성된다.
유기폐수, 축산폐수, 유용미생물, 호기조, 혐기조, 무산소조, 외통, 내통, 이중구조

Description

유용미생물을 이용한 조합형 유기폐수 처리장치{Combined organic sewage disposal installation using effective microorganism}
본 발명은 유기폐수 처리시스템에 관한 것으로서, 특히 하나의 몸체 안에 이중구조로 형성된 두 개의 분리된 공간 중 하나의 공간에는 호기성 미생물을, 그리고 다른 하나의 공간에는 통성혐기성 미생물 및 혐기성 미생물을 포함하도록 구성된 단위 처리조를 조합하여, 축산폐수와 같은 유기폐수를 효과적으로 분해 처리할 수 있는 조합형 유기폐수 처리시스템에 관한 것이다.
전국적으로 소하천, 강, 바다에 이르기까지 수질오염의 정도는 날로 심각해져 가고 있다. 적절한 처리과정을 거치지 않고 하천이나 바다 등에 유입됨으로써 그 수질을 오염시키는 오폐수는 수질오염의 주된 요인으로 작용하며, 이러한 오폐수에는 각종 유기물이나 중금속 또는 유해한 화학물질 등이 포함되어 있다. 특히 음식물 쓰레기나 분뇨 등에 대량으로 포함되어 있는 유기물은 생활오수나 축산폐수 또는 식품가공공장의 공장폐수 등에 의하여 하천과 바다로 유입되는데, 이러한 대 량의 유기물은 부영양화를 초래하여 용존산소량을 극히 낮게 만듦으로써 수중생물의 집단폐사를 가져오는 등 수중생태계를 심각하게 훼손하게 된다.
본 발명이 특히 관심을 가지는 축산폐수의 처리현황을 살펴보면, 현재 일정 수준 이상의 축산시설에서 배출되는 축산폐수는 『가축분뇨의 관리 및 이용에 관한 법률』과 『수질 및 수생태계 보전에 관한 법률』 등에 의하여 수질기준과 처리방법이 규제되고 있다. 그러나 축산농가의 영세화로 인하여 현행 관리법령에 의하여 규제받는 가축의 비율은 전체 대비 돼지는 31%, 소는 7%에 불과하여 실제적으로는 대부분의 축산시설이 규제대상에서 제외되어 있는 실정이다. 또한 생활오수 및 축산폐수를 공동으로 처리할 수 있는 부락 단위의 소규모 오수 처리시설 및 축산폐수 처리시설의 설치를 『간이 오수 및 축산폐수 처리 사업』으로 추진한 바 있으나, 공동 축산폐수 처리시설은 그 처리 효율이 매우 낮아서 처리시설이라고 할 수 없는 저장액비법이 절반 이상을 차지하고 있는 실정이며 그 밖에 임호프탱크법, 산화지법 및 단순 장기 폭기방법이 이용되고 있다.
그리고 상기 생활오수 및 축산폐수의 공동처리 방법에 의하면, 이들 처리시설이 처리수의 수질을 대략 BOD 1,500㎎/ℓ로 처리하여 시·도 하수처리장으로 이송한 후 이를 완전히 처리한다는 계획이나, 이는 두 번에 걸쳐 처리해야 한다는 비경제성과 오수 관거의 미보급 등의 제반 문제점에 의하여 축산폐수의 처리에 큰 도움을 주지 못하고 있으며, 그 기본개념이 고농도의 축산폐수를 희석하여 처리하는 것에 불과하기 때문에 실질적인 수질오염 방지에는 큰 도움을 주지 못하고 있는 것 으로 평가할 수 있다. 외국의 축산폐수의 처리 현황을 살펴보아도 축산폐수를 희석하여 하수처리장에 투입하는 처리방법이 대부분이다.
근래 들어 호기성 및/또는 혐기성의 유용미생물을 활용한 유기폐수 정화조가 차츰 보급되기 시작하여 유기물질의 제거에 많은 공헌을 하고 있으며, 이러한 유기폐수 정화조의 예로서 대한민국 공개특허공보 제2004-0016122호에 개시된 미생물에 의한 고농도 유기성 폐수처리장치를 들 수 있다.
상기 미생물에 의한 고농도 유기성 폐수처리장치는 유입수로부터 폐수가 집수되는 집수조와, 상기 집수조를 통하여 유입되는 폐수의 유량을 조정하는 유량 조정조와, 상기 유량 조정조로부터 유입되는 유입수 중의 찌꺼기를 제거하기 위해 3단계로 이루어진 스크린조와, 상기 스크린조에 의해 찌꺼기가 제거된 유입수를 미생물에 의해 분해시키는 메디아-탱크조를 포함하여 구성되며, 도 1은 상기 메디아-탱크조의 측면도에 관한 도면이다. 상기 메디아-탱크조에 유입되는 유입수는 유입수조로부터 그 조의 하단 바닥에서 서서히 조내와 상부로 확산되고, 이때 유기성 폐수는 상부로 확산되면서 각 메디아의 종류에 부착되어 성장된 미생물들에 의해서 분해된다.
그러나 상기 대한민국 공개특허공보 제2004-0016122호에 개시된 유기성 폐수처리장치는 미생물을 활용하여 유기폐수를 처리한다는 점에서는 종래의 희석식 처리장치보다 향상되었다고는 할 수 있으나, 단순히 메디아에 자연적으로 부착된 미 생물을 이용하여 유기폐수를 분해하는 효과를 기대할 뿐 미생물들의 반응에 영향을 미치는 주요변수, 예를 들면 유기물질의 농도나 용존산소량 또는 온도와 수소이온농도(pH) 등을 효과적으로 제어하여 유기물질의 제거성능을 향상시킬 수 있는 구성을 전혀 구비하지 못하고 있다.
또한 호기성 미생물과 혐기성 미생물이 활동하기에 적합한 환경조건은 전혀 상이한데, 상기 유기성 폐수처리장치는 이러한 호기성 미생물과 혐기성 미생물 각각의 환경조건을 별도로 조절하는 것이 불가능하다는 문제점이 있다. 더욱이 호기성 미생물과 혐기성 미생물 각각이 유기폐수를 처리하는 속도에는 차이가 있는데 상기 유기성 폐수처리장치는 이러한 특성을 전혀 고려하지 않고 있어 미생물의 분해능력을 최대한도로 이용하고 있지 못하다는 점 역시 문제점으로 지적될 수 있다.
그리고 상기 유기성 폐수처리장치는 지하에 매립되는 구성을 채택하고 있기 때문에 유지·보수가 용이하지 않을 뿐만 아니라, 유기폐수의 배출량의 변동에 대응하여 처리용량을 적절히 조절하는 것 역시 쉽지 않다는 문제점을 가진다.
따라서 본 발명은 위와 같은 종래의 유기폐수 처리장치의 제반 문제점을 해결함으로써 보다 현실적이고도 실용적인 유기폐수 처리시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
우선 유기폐수 처리시스템을 지상에 설치할 수 있을 정도로 콤팩트하게 구성한 단위 처리조의 조합으로 만듦으로써 그 유지·보수를 매우 쉽게 하는 동시에, 변동하는 유기폐수의 배출량과 오염농도에 능동적으로 대응하여 간단하게 단위 처리조의 갯수를 조정하는 것만으로도 그 처리용량을 쉽게 변경할 수 있는 유기폐수 처리시스템을 제공하는 것을 그 하나의 목적으로 한다.
또한 하나의 단위 처리조 안에 호기성 미생물과 통성혐기성 미생물 및 혐기성 미생물을 동시에 포함시키고 각각에 가장 적합한 환경조건을 제공할 수 있으며, 상기 단위 정화조에 별다른 변경을 가하지 않으면서도 탈질과정이 일어나는 무산소조로 이용할 수 있는 유기폐수 정화조를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
그리고 기존의 정화조나 폐수처리장치 등의 경우에는 지하에 매설해야하거나 또는 그 설치장소를 변경하기 위한 조건이 매우 까다롭다. 예를 들어 매설된 정화조의 설치 위치를 변경하거나 기타 폐수처리장치의 설치 위치를 변경하기 위해서는 인적, 경제적 비용이 상당하며 그 절차 또한 매우 복잡하다. 따라서 본 발명은 이러한 정화시스템의 설치 및 이동 시의 제약을 최소화하여 설치나 이동을 보다 쉽게 하는 것을 또 하나의 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 가지는 본 발명의 유기폐수 처리시스템은 다음과 같은 구성을 가진다.
우선 본 발명에 따른 조합형 유기폐수 처리시스템은 적어도 하나 이상의 유기폐수 단위 처리조로 이루어지는데, 본 발명의 유기폐수 처리시스템은 침전과정 또는 고액분리를 거쳐 방류되는 축산 오폐수를 처리하는 것을 기본으로 한다.
여기에서 상기 유기폐수 단위 처리조는 유기폐수가 들어오는 유입관과 상기 유입된 유기폐수가 외부로 유출되는 배출관이 외측 상부에 각각 형성된 외통과, 상기 유입관과 연결되면서 상기 외통과 동심을 이루도록 상기 외통의 내부에 설치되되 그 최하부의 일부분이 개방된 내통 및 상기 내통의 내측 하면에 설치된 폭기장치를 포함하여 이루어진다.
이때 상기 내통은 호기성 미생물이 서식하는 호기조이고, 상기 외통과 내통 사이의 환형 공간은 통성혐기성 미생물과 혐기성 미생물이 서식하는 혐기조로 구성되고, 통성혐기성 미생물과 혐기성 미생물의 분해속도가 호기성 미생물의 분해속도 보다 느린 점을 감안하여 혐기조의 체적을 호기조의 체적보다 크게 하는 것이 바람직하다. 즉 혐기성 미생물의 개체수를 보다 많게 하는 것이 적절하고, 이를 위하여 내통의 체적을 외통 체적의 1/3 정도로 하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 외통과 내통 사이의 환형 공간에 공기를 주입하는 송기관이 더 설치될 수 있는데, 이때 상기 송기관의 단부가 상기 유기폐수의 수면 직하부에 위치하도록 설치하여야 한다. 상기 송기관을 통하여 공기를 공급하는 이유는 유기폐수의 표면에 부유하는 고형물을 공기의 분출을 통하여 파쇄하기 위함인데, 이러한 경우에도 혐기성 미생물이 다량으로 존재하는 혐기조의 심층까지 산소가 공급되는 것은 방지되는 것이 바람직하기 때문이다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 유기폐수 단위 처리조는 단독으로 사용될 수도 있으나, 수 개의 유기폐수 단위 처리조를 조합한 조합형 유기폐수 처리시스템을 구성함으로써 그 효율을 보다 향상시킬 수 있다. 즉, 본 발명은 상기와 같은 유기폐수 단위 처리조를 조합함으로써 보다 효율적인 조합형 유기폐수 처리시스템을 만들 수 있는데, 상기 조합형 유기폐수 처리시스템의 특징은 유용미생물의 활성을 충분히 활용할 수 있도록 미생물의 주요 환경변수를 제어할 수 있는 구성을 더 포함하고 있다는 것이다.
이를 보다 상세히 설명하면, 상기 조합형 유기폐수 처리시스템은 미생물이 효과적으로 유기폐수를 처리할 수 있도록 유기폐수의 주요 오염인자인 유기폐수의 부유물질(SS)과, 생화학적 산소 요구량(BOD)과, 용존 산소량(DO)과, 온도 및 수소이온농도(pH) 등을 측정할 수 있는 센서들을 구비하며, 상기 센서들로부터 출력되는 신호들은 제어장치로 입력된다. 상기 제어장치는 상기 센서들로부터 출력되는 각각의 오염인자가 미생물이 효과적으로 유기폐수를 처리할 수 있는 범위 내에 있도록 유량 또는 미생물 주입량 등을 제어한다.
상기 제어장치가 각각의 주요 오염인자를 제어하는 방법을 설명하면, 유기폐수의 부유물질(SS)과 생화학적 산소 요구량(BOD)은 최종방류수 또는 희석수의 부가를 통하여 제어하고, 용존 산소량(DO)은 폭기장치의 폭기시간 또는 폭기량을 통하여 제어하며, 온도는 외통과 내통 사이의 환형 공간에 설치되는 가열장치를 통하여 제어하고, 수소이온농도는 완충용액의 첨가 또는 상기 폭기장치의 폭기시간이나 폭기량을 통하여 제어하게 된다.
이러한 조합형 유기폐수 처리시스템은 유기폐수가 들어오는 유입관과 상기 유입된 유기폐수가 외부로 유출되는 배출관이 외측 상부에 각각 형성된 외통과, 상기 유입관과 연결되면서 상기 외통과 동심을 이루도록 상기 외통의 내부에 설치되되 그 최하부의 일부분이 개방된 내통 및 상기 내통의 내측 하면에 설치된 폭기장치를 포함하는 제1 유기폐수 단위 처리조 및 상기 제1 유기폐수 단위 처리조를 통과하면서 미생물에 의한 분해과정을 거친 유기폐수가 들어오는 유입관과 상기 유입 된 유기폐수가 외부로 유출되는 배출관이 외측 상부에 각각 형성된 외통과, 상기 유입관과 연결되면서 상기 외통과 동심을 이루도록 상기 외통의 내부에 설치되되 그 최하부의 일부분이 개방된 내통 및 상기 내통의 내측 하면에 설치된 폭기장치를 포함하는 제2 유기폐수 단위 처리조로 이루어질 수 있다.
이때 상기 제1 유기폐수 단위 처리조의 내통 및/또는 제2 유기폐수 단위 처리조의 내통은 호기성 미생물이 서식하는 호기조이고, 상기 제1 유기폐수 단위 처리조 및 제2 유기폐수 단위 처리조 각각의 외통과 내통 사이의 환형 공간은 통성혐기성 미생물과 혐기성 미생물이 서식하는 혐기조로 구성할 수 있다.
또한 본 발명에는 상기 제1 유기폐수 단위 처리조의 유입관을 통하여 들어오기 전의 유기폐수에 호기성 미생물과 통성혐기성 미생물 및 혐기성 미생물을 포함하는 미생물군 배양액을 투입하는 미생물 투입장치가 더 포함될 수 있다.
그리고 상기 제2 유기폐수 단위 처리조의 배출관에 질소성분을 제거하는 무산소조를 더 연결시킬 수 있다. 이는 호기성/통성혐기성/혐기성 미생물로 처리된 유기폐수에 포함된 질소성분을 제거함으로써 하천이나 바다 등에 부영양화를 일으킬 수 있는 위험을 보다 확실히 방지하기 위함이다.
위와 같은 구성을 가지는 본 발명의 유기폐수 단위 처리조 및 조합형 유기폐수 처리시스템은 다음과 같은 효과를 가진다.
우선 본 발명에 따른 유기폐수 단위 처리조는 그 외형으로는 하나의 단순한 원통형상을 가지고 있으나, 내부적으로는 외통 내에 내통이 동심을 이루는 이중구조를 가지기 때문에, 하나의 몸체에 호기조와 혐기조를 모두 구성할 수 있는 콤팩트한 구조를 가진다. 따라서 유기폐수 처리조를 용이하게 지상에 설치할 수 있어 그 유지·보수가 매우 쉬울 뿐만 아니라, 단위 처리조의 조합을 통하여 호기조와 혐기조 또는 무산소조의 적절한 분배를 이룰 수 있기 때문에 유기폐수의 양과 성상에 능동적으로 대응하여 효율적인 처리를 이룰 수 있다.
그리고 하나의 단위 처리조 안에 구성된 호기성 미생물과 통성혐기성 미생물 및 혐기성 미생물 각각에 가장 적합한 환경조건을 제공할 수 제어장치를 구비하고 있어 미생물의 활용도가 매우 높으며, 폭기장치의 유무 내지는 작동여부의 조절을 통하여 구조의 변경 없이도 호기조/혐기조, 혐기조/혐기조 또는 무산소조로 유연하게 이용할 수 있는 장점을 가진다.
또한 기존의 정화조나 폐수처리장치 등의 경우 지하에 매설하거나 설치장소를 변경하기 위한 조건이 매우 까다롭다. 예를 들어 매설된 정화조의 설치 위치를 변경하거나 기타 폐수처리장치의 설치 위치를 변경하기 위해서는 인적, 경제적 비 용이 상당하며 그 절차 또한 매우 복잡하다. 이에 비하여 본 발명은 이러한 설치 및 이동시의 제약을 최소화하도록 지하에 매설하거나 혹은 지하 피트나 지상에도 설치가 가능토록 구성할 수 있으며, 이동용 콘테이너 내부에 유기폐수 처리시스템을 설치하여 필요한 경우 용이하게 이동할 수 있도록 구성할 수도 있다는 장점을 가진다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 유기폐수 단위 처리조 및 조합형 유기폐수 처리시스템의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다. 다만 이러한 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 목적으로 그 형상과 구조 등에 대하여 상세히 설명하는 것에 불과한 것이며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 단순한 변경 내지는 치환 등이 이루어지더라도 이러한 변형된 발명 역시 본 발명의 권리범위에 속한다는 것을 명심하여야 할 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 유기폐수 단위 처리조(10)에 대한 평면도 및 정면도로서, 상기 유기폐수 단위 처리조(10)는 유기폐수가 들어오는 유입관(14)과 상기 유입된 유기폐수가 외부로 유출되는 배출관(16)이 외측 상부에 각각 형성된 외통(12)과, 상기 유입관(14)과 연결되면서 상기 외통(12)과 동심을 이루도록 상기 외통(12)의 내부에 설치되되 그 최하부의 일부분이 개방된 내통(20) 및 상기 내통(20)의 내측 하면에 설치된 폭기장치(24)를 포함하여 이루어진다.
상기 내통(20)과 외통(12)이 동심을 이루는 구조를 갖기 때문에, 본 발명의 유기폐수 단위 처리조(10)는 내통(20)과 외통(12) 사이에 환형 공간(22)이 존재하는 이중구조를 가지게 된다. 특히 유입관(14)은 내통(20)과만 연결되고, 배출관(16)은 외통(12)과만 연결되며, 상기 내통(20)의 최하부의 일부분에는 개구부(26)가 형성되어 있기 때문에, 유입관(14)으로 들어오는 유기폐수는 내통(20)을 거친 후 개구부(26)를 통하여 외통(12)으로 이동되어 배출관(16)으로 나가게 된다.
기본적으로 상기 내통(20)은 호기성 미생물이 서식하는 호기조로, 상기 외통(12)과 내통(20) 사이의 환형 공간(22)은 통성혐기성 미생물과 혐기성 미생물이 서식하는 혐기조로 구성된다. 그러나 유기폐수의 성상이나 유량 등에 따라 상기 내통(20) 역시 혐기조로 활용될 수 있으며, 이는 폭기장치(24)를 가동하지 않거나 또는 이를 내통(20)으로부터 탈거함으로써 용이하게 달성된다.
이때 통성혐기성 미생물과 혐기성 미생물의 분해속도가 호기성 미생물의 분해속도보다 느린 점을 감안하여 혐기조의 체적을 호기조의 체적보다 크게 하는 것이 바람직하다. 즉 통성혐기성 미생물과 혐기성 미생물의 개체수를 보다 많게 하는 것이 적절하며, 이를 위하여 내통(20)의 체적을 외통(12) 체적의 1/3 정도로 하는 것이 좋다.
상기 외통(12)과 내통(20) 사이의 환형 공간(22)에는 공기를 주입하는 두 개 이상의 송기관(32)이 더 설치될 수 있는데, 이때 상기 송기관(32)의 단부가 상기 유기폐수의 수면 직하부에 위치하도록, 예를 든다면 수면으로부터 50㎜ 정도 그 단부가 잠기도록 설치하는 것이 중요하다. 상기 송기관(32)을 통하여 공기를 공급하는 이유는 유기폐수의 표면에 부유하는 고형물을 공기의 분출을 통하여 파쇄하기 위함인데, 이러한 경우에도 혐기성 미생물이 다량으로 존재하는 혐기조의 심층까지 산소가 공급되는 것이 방지되어야 하기 때문이다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 유기폐수 단위 처리조(10)는 단독으로 사용될 수도 있으나, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 수 개의 유기폐수 단위 처리조(10)를 조합한 조합형 유기폐수 처리시스템을 구성함으로써 그 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
이러한 조합형 유기폐수 처리시스템(1000)은, 유기폐수가 들어오는 유입관(14)과 상기 유입된 유기폐수가 외부로 유출되는 배출관(16)이 외측 상부에 각각 형성된 외통(12)과, 상기 유입관(14)과 연결되면서 상기 외통(12)과 동심을 이루도록 상기 외통(12)의 내부에 설치되되 그 최하부의 일부분이 개방된 내통(20) 및 상기 내통(20)의 내측 하면에 설치된 폭기장치(24)를 포함하는 제1 유기폐수 단위 처리조(100) 및 상기 제1 유기폐수 단위 처리조(100)를 통과하면서 미생물에 의한 분해과정을 거친 유기폐수가 들어오는 유입관(14)과 상기 유입된 유기폐수가 외부로 유출되는 배출관(16)이 외측 상부에 각각 형성된 외통(12)과, 상기 유입관(14)과 연결되면서 상기 외통(12)과 동심을 이루도록 상기 외통(12)의 내부에 설치되되 그 최하부의 일부분이 개방된 내통(20) 및 상기 내통(20)의 내측 하면에 설치된 폭기장치(24)를 포함하는 제2 유기폐수 단위 처리조(200)로 이루어질 수 있다.
이때 상기 제1 유기폐수 단위 처리조(100)의 내통(20) 및/또는 제2 유기폐수 단위 처리조(200)의 내통(20)은 호기성 미생물이 서식하는 호기조이고, 상기 제1 유기폐수 단위 처리조(100) 및 제2 유기폐수 단위 처리조(200) 각각의 외통(12)과 내통(20) 사이의 환형 공간(22)은 통성혐기성 미생물과 혐기성 미생물이 서식하는 혐기조로 구성할 수 있다.
또한 상기 제2 유기폐수 단위 처리조(200)의 배출관(16)에 질소성분을 제거하는 무산소조(300)를 더 연결시킬 수 있다. 이는 호기성/통성혐기성/혐기성 미생물로 처리된 유기폐수에 포함된 질소성분을 제거함으로써 하천이나 바다 등에 부영양화를 일으킬 수 있는 위험을 보다 확실히 방지하기 위함이다.
본 발명의 조합형 유기폐수 처리시스템(1000)은, 특히 미생물의 활성을 충분히 활용할 수 있도록 미생물의 주요 오염인자를 제어할 수 있는 구성을 더 포함하고 있으며, 이에 대한 전체 구성은 도 4에 나타나 있다.
즉, 상기 조합형 유기폐수 처리시스템(1000)은 유기폐수의 주요 오염인자인 유기폐수의 부유물질(SS)과, 생화학적 산소 요구량(BOD)과, 용존 산소량(DO)과, 온 도 및 수소이온농도(pH)를 각각 측정하는 센서들(120,122,124,126,128)을 포함하며, 상기 센서들(120,122,124,126,128)로부터 출력되는 신호들은 제어장치(400)로 입력된다. 상기 제어장치(400)는 상기 센서들(120,122,124,126,128)로부터 출력되는 각각의 오염인자가 미생물이 효과적으로 유기폐수를 처리할 수 있는 범위 내에 있도록 유량 또는 미생물 주입량 등을 제어한다.
상기 제어장치(400)가 각각의 주요 오염인자를 어떠한 방식으로 조절하여 이를 제어할 수 있는지를 설명하면 다음과 같다.
첫째, 호기조가 호기성 미생물의 도움으로 원활히 처리할 수 있는 유기물질의 부하용량(SS 용적부하 및 BOD 용적부하)은 하루를 기준으로 할 때, 연속식인 경우 대략 하절기에는 0.45㎏/㎥. 춘추절기에는 0.40㎏/㎥, 동절기에는 0.17㎏/㎥이고, 회분식인 경우에는 이의 절반 정도이다. 이와 같은 유기물의 농도는 축사의 운영상태에 따라 일정할 수 없어서 때에 따라 이러한 수준을 크게 벗어날 수 있고, 특히 용적부하가 20% 이상 높아지는 경우에는 미생물들의 처리한계를 초과하여 거품이 발생되거나 악취와 함께 부패가 발생하면서 처리효율이 크게 낮아진다.
따라서 호기조의 용적부하를 보아 최종 방류수 또는 희석수를 적절히 부가해 줌으로써 농도를 조절해야 한다. 그리고 축산 오폐수의 특성상 축사에서 배출되는 분뇨 중 분(糞)에 의해 형성되는 고형 부유물질은 고액분리기, 미세스크린에 의한 여과, 침전조 등을 통하여 분리하는 것이 필요하다. 실제로 하루당 1㎏/㎥을 초과하는 농도가 되면 정화조의 기능을 상실할 수 있으므로, 유기물질의 부하용량(BOD 용적부하)을 적절히 조절하는 것이 중요하다.
도 4에 도시된 본 발명의 실시예에서는, 제1 유기폐수 단위 처리조(100)에 설치된 부유물질(SS) 센서(120) 및 생화학적 산소 요구량(BOD) 센서(122)에 의하여 유기물질의 부하용량을 측정하고, 최종 방류수 반송펌프(P4)가 최종 방류수 탱크(520)로부터 최종 방류수를 펌핑하여 유기폐수 저장조(500)로 공급함으로써 상기 유기물질의 부하용량을 조절하고 있다.
둘째, 호기조의 용존 산소량(DO)은 암모니아성 질소(NH3-N)가 아질산성 질소(NO2-N)를 거쳐 질산성 질소(NO3-N)로 바뀌는 질산화과정에 필수적이며, 2ppm 이상이 유지되어야 원활한 질산화과정이 진행된 폐수가 혐기조 또는 무산소조에 유입되어 질산성 질소(NO3-N)가 탈질 과정을 거쳐 질소가스(N2) 형태로 배출되어 제거될 수 있다. 따라서 호기조에서는 용존 산소량이 너무 낮으면 폭기장치의 폭기시간 또는 폭기량을 늘려주어야 한다.
도 4에 도시된 본 발명의 실시예에서는, 제1 유기폐수 단위 처리조(100)에 설치된 용존 산소량(DO) 센서(124)에 의하여 호기조의 용존 산소량을 측정하고, 이에 따라 폭기장치(24)에 공기를 공급하는 에어 블로워(110)의 작동시간 및 회전속도를 조절함으로써 폭기장치(24)의 폭기시간 또는 폭기량을 조절하고 있다.
셋째, 미생물이 활동하는데 있어서 최적의 반응조 온도는 약 35℃ 정도이다. 10℃ 이상의 온도에서 온도가 10℃ 상승하면 반응속도와 처리용량은 2배로 증가한다. 다만 60℃를 초과하면 미생물이 사명할 수 있으므로 주의하여야 한다.
도 4에 도시된 본 발명의 실시예에서는, 제1 유기폐수 단위 처리조(100)에 설치된 온도센서(126)에 의하여 측정된 온도에 기초하여, 제1 유기폐수 단위 처리조(100)의 외통(12)과 내통(20) 사이의 환형 공간(22)에 설치되는 가열장치(30)를 통하여 호기조의 온도를 30℃에 근접하도록 제어하고 있다.
넷째, 유기폐수의 수소이온농도(pH)는 7 정도의 중성상태를 유지하는 것이 미생물의 활성에 가장 적합하다. 그러나 유기물의 분해과정에서 수소이온농도의 값이 6∼8 사이의 허용범위를 벗어나는 경우에는 수소이온농도의 조절에 필요한 완충용액의 첨가 또는 상기 폭기장치의 폭기시간 또는 폭기량을 통하여 제어하여야 한다.
도 4에 도시된 본 발명의 실시예에서는, 수소이온농도의 조절을 위한 폭기장치의 폭기시간 또는 폭기량의 제어 및 완충용액의 첨가에 대한 구성이 나타나 있다. 폭기장치의 폭기시간 또는 폭기량의 제어는 위에서 설명된 호기조의 용존 산소량의 제어의 경우와 유사하다. 그리고 완충용액을 첨가하기 위한 완충용액 투입장치(420)는 완충용액이 저장된 완충용액 탱크(422) 및 상기 완충용액을 펌핑하여 상기 제1 유기폐수 단위 처리조(100)의 전단에 공급하는 완충용액 공급펌프(P3)로 이루어진다.
그리고 본 발명에는 상기 유입관(14)을 통하여 상기 제1 유기폐수 단위 처리조(100)로 들어오기 전의 유기폐수에 호기성 미생물과 통성혐기성 미생물 및 혐기성 미생물을 포함하는 미생물군 배양액을 투입하는 미생물 투입장치(410)가 더 포함될 수 있다. 상기 미생물 투입장치(410)는 미생물군 배양액이 저장된 미생물 탱크(412) 및 상기 미생물군 배양액을 펌핑하여 상기 제1 유기폐수 단위 처리조(100)의 전단에 공급하는 미생물 공급펌프(P2)로 이루어진다.
이상에서 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 변경, 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 대한민국 공개특허공보 제2004-0016122호에 개시된 유기성 폐수처리장치에 포함된 메디아-탱크조의 측면도.
도 2는 본 발명에 따른 유기폐수 단위 처리조에 대한 평면도 및 정면도.
도 3은 본 발명에 따른 다수개의 유기폐수 단위 처리조가 조합된 조합형 유기폐수 처리시스템의 구성예를 도시한 정면도.
도 4는 본 발명에 따른 조합형 유기폐수 처리시스템의 구성을 간략히 나타낸 개략도.
** 도면의 주요부분에 대한 도면부호의 설명 **
10: 유기폐수 단위 정화조 12: 외통
14: 유입관 16: 배출관
20: 내통 22: 환형 공간
24: 폭기장치 26: 개구부
28: 급기관 30: 가열장치
32: 송기관 1000: 조합형 유기폐수 처리시스템
100: 제1 유기폐수 단위 정화조 110: 에어 블로워
120: 부유물질(SS) 센서 122: 생화학적 산소 요구량(BOD) 센서
124: 용존 산소량(DO) 센서 126: 온도센서
128: 수소이온농도 센서 200: 제2 유기폐수 단위 정화조
300: 무산소조 400: 제어장치
410: 미생물 투입장치 412: 미생물 탱크
420: 완충용액 투입장치 422: 완충용액 탱크
500: 유기폐수 저장조 510: 완충조
520: 최종 방류수 탱크 P1: 유기폐수 공급펌프
P2: 미생물 공급펌프 P3: 완충용액 공급펌프
P4: 최종 방류수 반송펌프

Claims (14)

  1. 유기폐수가 들어오는 유입관과 상기 유입된 유기폐수가 외부로 유출되는 배출관이 외측 상부에 각각 형성된 외통;
    상기 유입관과 연결되면서 상기 외통과 동심을 이루도록 상기 외통의 내부에 설치되되 그 최하부의 일부분이 개방된 내통;
    상기 내통의 내측 하면에 설치된 폭기장치; 및
    상기 외통과 내통 사이의 환형 공간에 공기를 주입하도록 설치되되 공기를 주입하는 단부가 상기 유기폐수의 수면 직하부에 위치하는 송기관;
    을 포함하는 유기폐수 단위 처리조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 내통은 호기성 미생물이 서식하는 호기조이고, 상기 외통과 내통 사이의 환형 공간은 통성혐기성 미생물과 혐기성 미생물이 서식하는 혐기조인 것을 특징으로 하는 유기폐수 단위 처리조.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 내통의 체적이 상기 외통 체적의 1/3 인 것을 특징으로 하는 유기폐수 단위 처리조.
  4. 삭제
  5. 유기폐수가 들어오는 유입관과 상기 유입된 유기폐수가 외부로 유출되는 배출관이 외측 상부에 각각 형성된 외통과, 상기 유입관과 연결되면서 상기 외통과 동심을 이루도록 상기 외통의 내부에 설치되되 그 최하부의 일부분이 개방된 내통 및 상기 내통의 내측 하면에 설치된 폭기장치를 포함하는 제1 유기폐수 단위 처리조; 및
    상기 제1 유기폐수 단위 처리조를 통과하면서 미생물에 의한 분해과정을 거친 유기폐수가 들어오는 유입관과 상기 유입된 유기폐수가 외부로 유출되는 배출관이 외측 상부에 각각 형성된 외통과, 상기 유입관과 연결되면서 상기 외통과 동심을 이루도록 상기 외통의 내부에 설치되되 그 최하부의 일부분이 개방된 내통 및 상기 내통의 내측 하면에 설치된 폭기장치를 포함하는 제2 유기폐수 단위 처리조;
    를 포함하는 조합형 유기폐수 처리장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 유기폐수 단위 정화조의 내통 또는 제2 유기폐수 단위 정화조의 내통은 호기성 미생물이 서식하는 호기조이고, 상기 제1 유기폐수 단위 정화조 및 제2 유기폐수 단위 정화조 각각의 외통과 내통 사이의 환형 공간은 혐기성 미생물이 서식하는 혐기조인 것을 특징으로 하는 조합형 유기폐수 처리장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 유기폐수 단위 처리조 및 상기 제2 유기폐수 단위 처리조의 각각의 내통의 체적이 외통 체적의 1/3 인 것을 특징으로 하는 조합형 유기폐수 처리장치.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 유기폐수 단위 처리조 및 상기 제2 유기폐수 단위 처리조의 각각의 외통과 내통 사이의 환형 공간에 공기를 주입하는 송기관이 더 설치되되 상기 송기관의 단부가 상기 유기폐수의 수면 직하부에 위치하는 것을 특징으로 하는 조합형 유기폐수 처리장치.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 유기폐수 단위 처리조는 상기 외통과 내통 사이의 환형 공간에 설치되는 가열장치와, 그 내부에 차있는 유기폐수의 부유물질(SS)과 생화학적 산소 요구량(BOD)과 용존 산소량(DO)과 온도 및 수소이온농도(pH)를 각각 측정하는 센서들을 포함하는 것을 특징으로 하는 조합형 유기폐수 처리장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 유기폐수 단위 처리조는 상기 센서들로부터 출력되는 유기폐수의 부유물질(SS)과 생화학적 산소 요구량(BOD)과 용존 산소량(DO)과 온도 및 수소이온농도(pH)의 신호들을 입력받고, 상기 입력된 각각의 값들이 사전에 설정된 범위 내에 있도록 제어하는 제어장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조합형 유기폐수 처리장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제어장치는 유기폐수의 부유물질(SS) 및 생화학적 산소 요구량(BOD)을 최종 방류수 또는 희석수의 부가를 통하여 제어하고, 용존 산소량(DO)은 상기 폭기장치의 폭기시간 또는 폭기량을 통하여 제어하며, 온도는 상기 가열장치를 통하여 제어하고, 수소이온농도는 완충용액의 첨가 또는 상기 폭기장치의 폭기시간 또는 폭기량을 통하여 제어하는 것을 특징으로 하는 조합형 유기폐수 처리장치.
  12. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 유기폐수 단위 처리조의 유입관을 통하여 들어오기 전의 유기폐수에 호기성 미생물과 통성혐기성 미생물 및 혐기성 미생물을 포함하는 미생물군 배양액을 투입하는 미생물 투입장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조합형 유기폐수 처리장치.
  13. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2 유기폐수 단위 처리조의 배출관에 질소성분을 제거하는 무산소조가 더 연결되는 것을 특징으로 하는 조합형 유기폐수 처리장치.
  14. 청구항 5 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조합형 유기폐수 처리장치가 지하에 매설되거나, 지하 피트나 지상 또는 콘테이너 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 조합형 유기폐수 처리장치.
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