KR101000506B1 - 분뇨, 오수 및 축산폐수 고도처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분뇨, 오수 및 축산폐수를 정화처리하여 재활용할 수 있는 유기물 소멸장치를 갖춘 친환경 분뇨, 오수, 축산폐수 고도처리 장치에 관한 것으로, 본 발명에 의하면, 분뇨, 오수, 축산폐수를 재활용가능한 수질(중수도)로 정화시킴에 있어 조목 스크린(10), 침전 저류조(20), 유량 조정조(30), 유기물 소멸장치(40), 호기 반응조(50), 고도 처리조(60), 펌프정(70), 바이오 반응조(80), 탈색 소독 여과조(90) 및 저장 방류조(100)를 오폐수가 순차적으로 통과하는 동안 탈색 및 탈취되어 재활용가능한 중수도 수질로 처리된다. 본 발명의 특징은 오·폐수에 포함되어 있는 슬러지 등의 유기 부유물질 및 질소, 인, 색도, 악취 등을 제거하여 안정적인 방류는 물론 수질을 재활용 가능한 중수도 수준으로 안정적으로 처리할 수 있다.

오·폐수, 탈인, 탈질, 분뇨, 축산폐수, 오수, 고도처리, 미생물, 여재

Description

분뇨, 오수 및 축산폐수 고도처리장치 {SEWAGE AND WASTEWATER TREATMENT PLANT}

본 발명은 분뇨, 오수 및 축산폐수 고도처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 분뇨, 오수 및 축산폐수를 정화처리하여 재활용할 수 있는 유기물 소멸장치를 갖춘 친환경 분뇨, 오수, 축산폐수 고도처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로 분뇨, 생활오수나 축산폐수에는 부영양화의 원인 물질인 질소, 인 등이 다량으로 포함되어 심한 악취가 발생 되는데, 이러한 오·폐수에 포함된 질소, 인은 미생물의 활동 및 증식을 위한 단백질과 핵산 합성의 필수 영양소로 작용하게 되며 잉여분은 제거되거나 방류된다.

특히, 질소와 인이 하천이나 호수로 방류될 경우 부영양화의 주된 원인이 된다.

통상적인 오·폐수처리 방식에 있어서 생물학적 처리공정 또는 화학적 처리공정이 적용되고 있으나 화학적 처리공정의 적용은 처리 비용이나 전문 관리인의 상주 등의 복잡성은 물론 환경의 악영향 등으로 인하여 적용에 어려움이 있다.

또한 음식물쓰레기나 축산폐수의 처리에 있어서는 일반 생활오수와는 달리 처리에 장애 요인이 많아 별도의 처리 공정이나 장치를 설치해야 하므로 사용상 불편함이나 처리의 안정성 확보가 어려워 개선책이 요구되고 있는 실정이다.

일반적인 오·폐수처리시스템에서 처리의 장애 요인이 되고 있는 음식물찌꺼기, 오수슬러지, 축산폐수 슬러지 등의 유기성 고형물을 처리하기 위하여 통상적으로 고액분리장치를 이용하고 있지만 그 성능상의 한계 등으로 인하여 안정적인 처리가 이루어지지 않아 고액분리 후 그 배출수에 많은 부유 유기물질이 남게 된다.

이러한 이유로 후속 처리과정에서 과다한 유기물은 처리 부담을 구조 안정적인 처리가 이루어 지지 않는 문제가 생긴다. 이러한 문제를 해결하기 위해 현재 개발된 기술로서는 특허 제10-452479호 "오·폐수처리시스템이 개발된 바 있다. 도 1을 참조하여 종래의 오·폐수처리시스템을 살펴보면 다음과 같다.

먼저 오·폐수처리시스템(1)에는 오염수에 포함된 특정 크기의 부유물 및 이물질을 걸러내는 스크린조(11-1)가 구성되고, 상기 스크린조(11-1)에는 집수조(15-1)와 응집조(21-1)가 순차적으로 연결되는데, 이때 상기 응집조(21-1)에는 오수에 포함된 오염 물질을 응집시키는 응집제 투입기가 설치된다.

상기 응집조(21-1)에는 응집된 슬러지를 침전시키는 침전조(23-1)가 연결되고, 상기 침전조(23-1)에는 오수에 미생물을 접촉시켜 유기물을 제거하는 혐기조(31-1) 및 슬러지를 수거하는 슬러지농축조(25-1)가 각각 연결되며, 상기 혐기조(31-1)에는 오수에 포함된 슬러지를 재차 침전시키는 2차침전조(33-1)가 연결된다.

상기 2차침전조(33-1)에는 정화수에 약품을 투입하여 오염물을 분해 처리하는 약품투입기가 구비된 약품조(41-1) 및 상기 슬러지농축조(25-1)가 각각 연결되고, 상기 약품조(41-1)에는 정화수를 하수구로 방류하는 방류조(43-1)가 연결된다. 그리고 상기 슬러지농축조(25-1)에는 슬러지를 탈수시키는 탈수기(13-1)가 연결된다.

상기와 같이 구성되는 종래의 기술 작용에 대한 설명은 다음과 같다.

상기 오·폐수처리시스템(1)으로 오수가 유입되면 상기 오수는 스크린조(11-1)를 통과하면서 특정 크기의 슬러지와 이물질이 걸러지게 되고, 이후로 상기 오수는 스크린조를 통과하여 집수조(15-1)를 경유하여 응집조(21-1)로 이동하게 된다.

응집조(21-1)에 오수가 도달하면 응집제 투입기로부터 응집제가 투입되는데 이때 오수에 포함되어 있는 이물질과 부유물질 등이 응집제에 의해 응집되면서 슬러지화되고 동시에 상기 오수와 슬러지는 응집조(21-1)에서 침전조(23-1)로 이동하게 된다.

상기와 같이 침전조(23-1)에 도달한 오수는 포함된 침전물을 바닥으로 낙하시키면서 혐기조(31-1)로 이동하고, 동시에 오수로부터 분리된 슬러지는 바닥으로 침전되면서 슬러지 농축조(25-1)로 이동하게 된다.

계속하여 상기 혐기조(31-1)로 이동한 오수는 미생물에 의해 유기물이 제거되어 정화되면서 2차침전조(33-1)로 이동하게 되고, 2차침전조(33-1)에 도달한 오수는 1차적으로 분리되지 않은 슬러지를 침전시키게 된다.

이때 상기 오수로부터 분리되어 바닥으로 침전된 슬러지는 슬러지농축조(25-1)로 이동하게 되고, 동시에 오수는 약품조(41-1)로 이동한다.

상기 약품조(41-1)에 도달한 오수는 투입되는 약품에 의해 정화되면서 정화수 형태로 방류조(43-1)로 이동하게 되고, 이후로 정화수는 하수구로 방류된다.

한편 상기 슬러지 농축조(25-1)에 도달한 슬러지는 탈수기(13-1)에 의해 수분이 탈수되면서 건조된 상태로 수집소로 보내어지게 된다.

상기와 같은 종래의 기술은 오수에 포함된 이물질과 부유물을 응축시켜 슬러지 형태로 분리하면서 유기물을 제거하는 구조인 관계로, 상기 오수에 포함된 질소(N), 인(P), 색도, 악취 등을 완전하게 제거하지 못하는 구조적인 문제점을 가지게 된다. 또 한편으로 생활 오수에 동반되는 음식물쓰레기를 직접 오·폐수 처리시스템(1)에 유입시킬 경우, BOD 등의 부하가 높아져 효율적인 처리를 할 수 없기 때문에 실용성 및 안정성이 없는 결점을 지닌다.

또한 기존의 오·폐수처리장치는 한시적인 사용, 과다사용시 생물여과수의 불안정, 토비단의 충진설치 및 치워야 하는 불편함과 생물여과수 퇴비단 침출수의 불안정, 과다한 설치 비용, 공간이 소요되는 문제가 있어 왔다.

본 발명은 상기의 문제점들을 해소하여 안정적인 오·폐수처리시스템을 제공하기 위해 배출수에 포함되어 있는 유기물질을 유기물 소멸장치(Super BIO-Treatment System)로 분해 제거 및 소멸처리 함으로써 처리 시스템의 안정성을 획기적으로 향상시키고 처리수의 수질이 재활용할 수 있을 정도(중수도)로 정화처리할 수 있는 친환경 분뇨, 오수, 축산폐수 고도처리 장치를 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 분뇨,오수,축산폐수 고도처리 장치의 구현수단으로서는,

오·폐수에 포함된 일정크기 이상의 이물질을 걸러내고 오·폐수를 통과시키는 조목 스크린(10)과;

상기 조목 스크린을 통과한 오·폐수를 저류시키며, 부유물을 침전시키는 침전 저류조(20)와;

상기 침전 저류조(20)와 배출관을 통해 연결되면서 유입된 오폐수의 유량을 조정하는 유량 조정조(30)와;

유량 조정조(30)의 일측에 여과박스가 마련되고, 그 상부에 회로제어장치에 의해 제어되는 펌프장치에 의해 이송된 오·폐수에 포함된 유기물을 분해 소멸시키는 유기물 소멸장치(40)와;

유기물 소멸장치(40)와 배출관을 통해 연결되면서 유입된 오·폐수에 포함되어 있는 유기물을 폭기작용에 의해 분해 처리하는 호기 반응조(50)와;

호기 반응조(50)와 배출관을 통해 연결되면서 오·폐수에 포함되어 있는 유기물 및 질소, 인, 색도 등을 제거 처리하는 고도 처리조(60)와;

상기 고도 처리조(60)와 배출관을 통해 연결되면서 처리수를 저장하는 펌프정(70)과;

상기 펌프정(70)에 저장된 처리수를 펌프에 의해 상부에서 살수된 처리수에 잔류하는 유기물, 질소, 인, 색도 등을 최종적으로 처리하는 바이오 반응조(80)와;

상기 바이오 반응조(80)과 배출관을 통해 연결되면서 처리수에 잔류하는 유해균, 색도 등을 최종적으로 처리하는 탈색 소독 여과조(90) 및

상기 탈색 소독 여과조(90)와 배출관을 통해 연결되면서 처리수를 저장하여 연결된 급수펌프를 통해 재활용할 수 있도록 하고, 오버된 처리수는 외부로 방류하는 저장 방류조(100)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 분뇨, 오수, 축산폐수를 재활용가능한 수질로 정화시키기 위하여 조목 스크린(10), 침전 저류조(20), 유량 조정조(30), 유기물 소멸장치(40), 호기 반응조(50), 고도 처리조(60), 펌프정(70), 바이오 반응조(80), 탈색 소독 여과조(90) 및 저장 방류조(100)로 구성되어 오·폐수, 분뇨 및 축산 오·폐수 등은 전술한 구성들을 순차적으로 통과하는 동안 탈색 및 탈취되어 재활용가능한 범위의 수질로 처리된다.

이하에서는 본 발명에 따른 분뇨, 오수, 축산폐수 고도처리장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2을 참조하면, 도 2에는 본 발명에 따른 재활용가능한 친환경 분뇨,오수,축산폐수 고도처리장치(200)의 구성을 예시한 구성도가 도시되어 있다.

본 발명에 따른 재활용가능한 친환경 분뇨,오수,축산폐수 고도처리 장치(200)은 조목 스크린(10), 침전 저류조(20), 유량 조정조(30), 유기물 소멸장치(40), 호기 반응조(50), 고도 처리조(60), 펌프정(70), 바이오 반응조(80), 탈색 소독 여과조(90) 및 저장 방류조(100)로 구성되어 오·폐수 및 분뇨, 오수 축산폐수 등은 전술한 구성들을 순차적으로 통과하는 동안 탈색 및 탈취되어 재활용가능한 범위(중수도)의 수질로 안정적으로 처리할 수 있다.

본 발명에 따른 각 구성에 대한 세부적인 구성과 그 구성의 작용에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 도 3에는 본 발명의 일 구성인 침전 저류조(20)가, 도 4에는 본 발명을 용도에 따라 선택적으로 채택할 수 있는 고액분리장치의 단면도가 각각 예시되어 있다. 조목 스크린(10)속으로 오·폐수 및 분뇨, 축산폐수가 유입되면 오·폐수에 포함된 이물질을 걸러냄과 동시에 일정크기 이하의 오·폐수만을 통과된다. 조목 스크린(10) 내부에는 일정크기(20-50㎜)의 평판 형태의 여과망이나 원형막대 형태를 조합시켜 만든 거름막이 설치되며 통과한 오·폐수가 배출관을 통해 침전 저류조(20)에 유입되어 침전 저류된다.

침전 저류조(20)에는 조목 스크린(10)을 통해 유입된 오·폐수가 침전 저류되며 축산폐수 등의 고형 유기물과 침전된 오·폐수는 펌프(P1)에 의해 침전된 오·폐수를 고액분리장치(20a)로 이송시켜 고액분리한 후 고형물은 외부로 배출시키고, 수분은 고액분리장치(20a)의 배출관(21a)을 통해 유량 조정조(30)로 배출된다.

만일 본 발명을 일반 생활오수의 처리시설 용도로 채용하는 경우 고액분리장치(20a)는 생략할 수도 있으며, 이 경우 오폐수는 침전 저류조(20)에서 유량 조정조(30)로 바로 이송되도록 구성한다.

도 5와 도 6을 참조하면, 도 5와 도 6에는 본 발명에 따른 고도처리장치의 일 구성인 유량 조정조(30)와 유기물 소멸장치(40)의 구성을 예시한 단면도가 도시되어 있는데, 상기한 유량 조정조(30)는 고액분리장치(20a) 또는 침전 저류조(20)의 배출관을 통해 유입된 오·폐수를 저류시키면서 오버(over)된 오·폐수는 침전 저류조(20)로 반송시켜 유량을 조정한다. 유량 조정조(30)의 내부에는 바닥 부근에 설치된 산기관(31)과, 산기관(31)의 상측에 여재가 충진된 여재통(32)이 마련되어 있다.

상기한 산기관(31)은 회로제어장치(마이컴, 도면에는 도시되지 않았음)에 연결된 에어펌프(AP1)가 연결되어 주기적으로 공기를 공급하여 오·폐수를 포기한다.

상기한 여재통(32)는 서랍식의 다층구조로서, 그 내부에 굴패각, 맥반석 등의 여재가 충진되어 산기관을 통해 포기되는 공기가 오·폐수 내의 체류하는 시간을 최대한 연장시켜 미생물이 여재에 흡착하여 기생할 수 있도록 함으로써 미생물의 활성화를 높여 유기물의 처리(분해 제거)효율을 최대화한다.

또한 유량 조정조(30)의 내부 일측에는 분리벽(30a)으로 구획하고, 구획된 공간에 여과박스(33)를 설치하며, 그 여과박스(33)의 하측에 다공판(33a)이 설치되어 있고, 다공판(33a) 위에 굴패각, 맥반석 등을 일정량 충진되어 있으며, 그 상부에 회로제어장치에 의해 제어되는 펌프(P2)가 마련되어 있고, 회로제어장치에 연결된 수위감지 센서(S1)를 설치하여 오·폐수의 수위가 일정 수위 이상이 되면 펌프(P2)를 작동시켜 오·폐수를 유기물 소멸장치(40)로 이송시킨다.

상기한 유기물 소멸장치(40)는 도 4에 도시된 바와 같이 유량 조정조(30)에서 펌프(P2)에 의해 이송된 오·폐수를 여재충진 교반통 상부에서 살수하여 내부에 충진된 미생물 배양용 우드칩, 무기물 여재 등과 함께 교반하여 유기물을 분해 및 소멸처리한다.

상기한 유기물 소멸장치(40)의 구성은 교반통(40a) 하부에 회로제어장치와 회로적으로 연결된 에어펌프(AP2)가 결합된 산기관(41)이 설치되고, 여재 충진 교반통(40a)의 상부에는 회로제어장치에 의해 제어되는 모터(M1)가 설치되어 있다. 모터(M1)는 회전축(42)과 내용물을 교반시키기 위한 교반날개(43)가 부착되어 있다.

상기 모터(M1)은 회로제어장치의 제어에 의해 주기적으로 작동한다. 여재충진 교반통(40a)의 벽체는 열선(44)이 장착되어 있는데, 그 열선(44)은 회로제어장치와 연결된 온도센서(T1)의 의해 내부의 온도는 60~80°정도로 유지되도록 발열된다. 교반통(40a)의 하부에는 배출관(45)이 설치되어 있고, 부유 유기물은 충진된 여재와 함께 교반되면서 처리되고, 물은 하부의 배출관(45)을 따라 호기 반응조(50)로 이송된다.

도 7 을 참조하면, 도 7에는 본 발명에 따른 고도처리장치의 일 구성인 호기 반응조(50)의 단면도로서, 유기물 소멸장치(40)의 배출관(45)을 통해 유입된 오수를 포기시켜 오수에 포함된 유기물을 분해 및 제거한다. 내부 구조는 분리벽(53b)(53c)에 의해 3개의 처리실(50a, 50b, 50c)로 구분되어 있으며, 각 처리실(50a, 50b, 50c)하부에는 오수가 한 곳으로 집중될 수 있도록 바닥 양면에 일정 각도로 경사진 경사면(52a)으로 구성되어 있고, 상부에는 양측면에 SUS 재질의 격자판(52b)이 마련되어 있으나 하측이 분리벽(53b)(53c)과 약간의 공간을 두고 설치되어 있다.

각 처리실(50a, 50b, 50c) 내부의 바닥에는 회로제어장치에 연결된 에어펌프(AP3)와 연결된 각각의 산기관(51a, 51b, 51c)이 배치되어 있으며, 회로제어장치의 작동 명령에 따라 에어펌프(AP3)의 주기적인 작동에 의해 오수가 폭기된다. 각 처리실(50a, 50b, 50c) 내부에는 우드칩, 무기물 여재 등이 적정량 충진되어 오수와 함께 포기 되도록 한다. 이때 내부에 충진된 여재에 미생물이 흡착 기생하면서 오수에 포함된 유기물이 분해 및 제거된다.

각 처리실(50a, 50b, 50c)의 오수의 이송은 상부 격자판(52b)의 하부 쪽 공간을 타고 위쪽의 배출관(53)을 통하여 다음 실 및 조로 이송된다. 격자판(52b)과 벽체의 공간에는 입자가 비교적 큰 무기물 여재(맥반석, 활성탄 등)을 적정량 충진하여 여과 기능을 할 수 있도록 한다. 마지막 처리실(50c)의 상부 배출관(53)을 통하여 오수는 고도 처리조(60)로 이송되게 한다.

도 8을 참조하면, 도 8에는 본 발명에 따른 고도처리장치의 일 구성인 고도 처리조(60)의 단면도로서, 호기 반응조(50)의 배출관(53)을 통해 유입된 오수에 포함되어 있는 유기물, 질소, 인, 색도 등을 제거 처리한다. 고도 처리조(60)의 내부에는 수십여 종의 광물질을 조합해서 제조된 특수 여재가 충진된 충진박스(61)가 설치되어 있으며, 일측에는 칸막이(60a)(60b)에 의해 구분된 공간내에 충진박스(61)와 여과박스(62)가 설치된다. 충진박스(61)의 하부에는 회로제어장치에 의해 제어되는 펌프(P3)와 산기관(63)이 설치되어 있다.

상기한 충진박스(61)의 구조는 하부에 받침 다공판(61a)이 마련되어 있고, 그 위에 광물질 메디아, 맥반석, 활성탄 등을 충진되어 있다. 산기관(63)으로부터 공급되는 에어가 오수와 접촉하여 오수가 처리된다. 조의 하부 충진박스(61) 측면 바닥에 회로제어장치에 의해 제어되는 펌프(P3)와, 펌프(P3)에 연결된 살수노즐(64)을 설치하여 조의 바닥에 쌓인 슬러지를 간헐적으로 펌핑하여 충진박스(61)위로 살수하여 슬러지와 오수를 광물질 여재 사이로 통과시킨다.

상기 칸막이(60b)에 의해 구분된 공간내에 설치된 여과박스(62)는 그 하부에 다공판(62a)을 받침형태로 설치되어 있고, 그 위에 맥반석, 활성탄, 광물질 메디아 등을 일정 높이까지 충진하여 통과하는 오수가 여과되도록 하며, 여과된 오수는 여과박스(62) 상부에 설치된 배출관(65)을 통해 배출된다.

고도 처리조(60)에서 오수가 광물질 메디아, 맥반석, 입상활성탄 등과의 접촉 포기되면서 오수에 포함되어 있는 부유유기물, 질소, 인, 색도, 악취 등이 상당량 제거한다.

도 9를 참조하면, 도 9에는 본 발명에 따른 고도처리장치의 일 구성인 펌프정(70)의 단면도로서, 고도 처리조(60)의 배출관(65)을 통하여 유입된 오수 처리수를 저류시키며, 펌프(P4)를 통해 처리수를 바이오 반응조(80)의 상부에 뿌린다. 하부의 바닥에 회로제어장치에 연결된 펌프(P4)와, 수위감지센서(S2)가 설치되어 있는데, 수위가 일정 수위에 도달하면, 수위감지센서(S2)의 센싱작용에 의해 회로제어장치의 지령에 의해 구동되는 펌프(P4)에 의해 오수 처리수는 이송관(P4a)을 따라 이송되고 살수노즐(81)을 통해 바이오 반응조(80) 상부로 살수된다.

또한, 오수 처리수가 일정수위 이상(다량의 수량이 유입될 때) 유입되는 경우에는 과도한 수량은 반송관(72)을 통하여 유량 조정조(30)로 반송된다.

도 10을 참조하면, 도 10에는 본 발명에 따른 고도처리장치의 일 구성인 바이오 반응조(80)의 단면도로서, 바이오 반응조(80)는 펌프정(70)으로부터 이송되어 살수되어진 오수는 반응조 내부에 충진된 우드칩(82)을 통과시켜 유기물, 질소, 인, 색도 등을 제거한다. 바이오 반응조(80)의 상부에는 펌프정(70)의 펌프(P4)가 결합된 이송관(P4a)에 살수노즐(81)이 설치되어 있다. 바이오 반응조(80)의 바닥과 중간층에는 회로제어장치에 연결된 에어펌프(AP4)를 통하여 간헐적으로 에어를 포기시키기 위한 산기관(83a)(83b)이 설치되어 있다. 산기관(83b)은 충진된 우드칩(82)에 의해 묻히지 않도록 보호통(84)으로 커버되어 있고, 중간층에 설치되는 산기관(83a)은 보호통(84)이 필요없는 막대 형태로 설치되어 있다.

산기관(83a)(83b)을 이중으로 설치함으로써 충진된 우드칩(82) 층에 호기 상태를 활성화시켜 처리효율을 향상시킨다. 바이오 반응조(80)의 내부에 충진되는 우드칩(82)은 공극을 최대화하고, 색도 제거처리를 위해 특수 가공한 삼나무 우드칩을 사용하며, 충진높이는 상, 중, 하부 3단계로 크기(2-3 ~ 5-7㎜)별로 구분하되 충진높이는 한정하지 않는다.

도 11a 및 도 11b을 참조하면, 도 11a에는 본 발명에 따른 고도처리장치의 일 구성인 탈색 소독 여과조(90)의 단면도이고, 도 11b는 도 11a의 평단면도로서, 탈색 소독여과조(90)에서는 바이오 반응조(80)의 배출관(85)을 통해 유입된 처리수에 잔류하는 유해균이나 잔류 색도를 완벽하게 제거한다. 탈색 소독 여과조(90)의 내부에는 회로제어장치와 연결된 오존발생장치(90a)를 통한 오존산기관(91)이 탈색 소독 여과조(90)의 하부 바닥에 설치되어 처리수를 포기시켜 처리수에 잔류하는 유해균을 멸균한다. 일측에는 박스 형태의 활성탄 충진박스(92)가 설치되며 박스(92)의 하부에는 받침형태의 다공판(93)이 설치되고, 그 위에 입상활성탄이 크기별로 충진되어 처리수가 통과하면서 최종적으로 완벽하게 여과되며 색도 등이 처리되어 진다.

도 12를 참조하면, 도 12에는 본 발명에 따른 고도처리장치의 일 구성인 저장 방류조(100)의 단면도로서, 탈색 소독 여과조(90)의 배출관을 통하여 유입된 최종 처리수를 일정량 저장하여 재활용할 수 있도록 하며, 오버된 처리수는 배출관(101)을 따라 외부로 방류된다.

한편, 고도 처리조(60)에는 도 14에 도시된 바와 같이 탈취장치(110)가 더 부설될 수 있다.

상기 탈취장치(110)는 맥반석층(111), 우드칩층(112) 및 활성탄층(113)으로 적층되어 있고, 그 상부에 배기용 휀(114)이 마련되어 있으며, 하부에 고도 처리조(60)과 연결되어 악취를 흡입하는 흡입구(115)가 마련되어 있다.

저장 방류조(100)의 하부에 처리수의 재활용을 위한 급수펌프(P5)를 설치하여 저장된 처리수를 활용이 필요한 용처 예를 들면, 화장실의 변기 세정수, 조경용수, 청소용수, 농업용수 등으로 공급할 수 있다.

전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 고도처리장치(200)에 따른 오·폐수 처리장치의 처리과정에 대한 작용을 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이 옥외 화장실이나 축산 분뇨, 오수 또는 생활오수가 조목 스크린조(10)속으로 유입되면 조목 스크린조(10)에서 일정크기 이상은 걸려지고 오수와 폐수가 침전 저류조(20)으로 유입된다.

침전 저류조(20)로 유입된 오·폐수에 포함된 슬러지는 바닥에 침전되고 유입된 오·폐수는 배출관(21)을 통해 유량 조정조(30)로 유입된다.

여기서, 상기 침전 저류조(20)에 침전된 슬러지와 오·폐수는 침전된 오·폐수를 고액분리장치(20a)로 이송시켜 고형의 슬러지를 고액분리한 후 분리된 고형물은 외부로 배출시키고, 수분은 고액분리장치(20a)의 배출관(21a)을 통해 유량 조정조(30)로 이송시키는 공정을 더 추가할 수 있다.

이러한 공정은 고형의 슬러지가 상대적으로 많이 포함된 오·폐수 예를 들면 축산폐수에 포함된 축산분뇨나 공중 화장실의 인분의 처리에 효과적이다.

만일 생활하수와 같이 고형의 슬러지가 상대적으로 적은 오·폐수의 처리시에는 침전 저류조(20)에서 유량 조정조(30)로 바로 이송되도록 구성할 수 있다.

상기한 고액분리장치(20a)는 도 4에 예시된 바와 같이 다단형 그물망(20b)위로 슬러지와 폐수가 투입되면 수분은 밑으로 떨어지고 슬러지는 측벽의 출구(20c)를 통해 배출되도록 구성된 고액분리장치(20a)를 채용하였다.

상기한 침전 저류조(20) 혹은 고액분리장치(20a)에서 배출되는 오·폐수는 유량 조정조(30)로 유입된다.

유량 조정조(30)는 유입된 오·폐수를 저류시키면서 오버(over)된 오·폐수를 침전 저류조(20)로 반송시켜 유량을 조정한다. 그리고, 유량 조정조(30)의 바닥 에 설치된 산기관(31)은 에어펌프(AP1)연결되어 에어를 폭기시킨다. 에어펌프(AP1)는 회로제어장치에 의해 주기적으로 구동되어진다.

포기된 에어는 여재(굴패각, 맥반석)가 충진된 여재통(32)속을 통과하면서 미생물이 흡착 기생할 수 있도록 함으로써 유기물를 분해 제거한다.

한편 유량 조정조(30)의 여과박스(33)는 분리벽(30a)의 하측으로 유입되어 여과박스(33, 굴패각, 맥반석)의 상측으로 통과하게 되고, 여과박스(33) 통과한 처리수은 펌프(P2)에 의해 처리장치(40)로 이송된다.

상기한 펌프(P2)의 작동여부는 회로제어장치와 전기적으로 연결된 수위감지센서(S1)가 여과박스 내의 수위가 감지하여 일정 수위 이상이 되었을 때 회로제어장치(도 13 참조)에 의해 제어된다.

상기한 유기물 소멸장치(40)는 도 6에 도시된 바와 같이 회로제어장치에 의해 제어되는 모터(M1)에 의해 교반날개(43)가 회전하면서 펌프(P2)에 의해 이송된 오수가 교반통(40a)의 상부에 설치된 살수노즐(40b)을 통해 살수된다. 살수된 오·폐수는 교반통(40a)속에 충진된 미생물 배양용 우드칩과 무기물 여재 등과 함께 교반되는 동안 유기물이 분해 및 소멸된다.

유기물의 분해 및 소멸작용을 촉진시키기 위하여 교반통(40a)의 외벽에 부착된 열선(44)이 회로제어장치에 의해 발열시키고 동시에 에어펌프(AP2)를 구동시켜 산기관(41)으로 에어를 공급하면, 오·폐수에 포함된 유기물이 분해 및 소멸된다. 처리된 처리수는 하부의 배출관(45)을 통해 호기 반응조(50)로 배출된다.

상기한 유기물 소멸장치(40)에서 화학적 분해과정은 아래와 같다.

유기물 + O₂ ⇒ CO₂ + H₂O +NH₃ +난분해성 잔유물 + 산화열

또한, 상기한 유기물 소멸장치(40)에서 오·폐수의 처리과정은 아래의 [그림 1]과 같이 진행된다.

[그림 1]

호기 반응조(50)로 유입된 처리수는 분리벽(53b)(53c)에 의해 구획된 50a, 50b 및 50c 처리실을 순차적으로 통과하는데, 이때 각각의 처리실(50a, 50b, 50c)에는 우드칩 무기물 여재가 충진되어 있으므로 바닥에 설치된 산기관(51a, 51b, 51c)에 의해 오·폐수가 포기되면서 여재(크기가 비교적 큰 맥반석 및 활성탄)에 미생물이 흡착 기생하면서 오수에 포함된 유기물이 분해 및 제거된다.

각 처리실(50a, 50b, 50c)에서 유기물이 분해 및 제거된 처리수는 상측의 배출관(53b)(53c)을 통하여 다음 처리실로 흐르고, 최종 처리실(50c)의 상부 배출관(53)을 통하여 오수는 고도 처리조(60)로 이송된다.

상기한 호기반응조(50)에서는 회로제어장치로부터 전달되는 명령에 의해 산 기관에 연결된 에어펌프가 주기적으로 작동하여 공기를 산기관을 통해 공급하는데, 이때 산기관을 통해 공기가 공급되면 조의 내부는 호기성 상태가 되고, 공기 공급이 중단되면 무산소 상태가 된다.

상기와 같이 호기성 상태일 때에는 오수에 포함된 암모니아성 질소(NH ―N)가 아질산성 질소(NO ―N)으로 전환되고, 아질산성 질소(NO ―N)는 다시 질산성 질소(NO ―N)로 전환되는 질산화 반응이 진행된다.

상기와 같이 질산화 반응이 진행될 때 질산화균인 니트로소모나스(Nitrosomonas)나 니트로박터(Nitrobacter)가 관여하게 된다.

상기 호기성 상태에서의 질산화 반응 과정은 다음과 같다.

(Nitrosomonas)

(1) NH₄ ⁺ + 3/2 0₂ ---------------> NO₂ ^- + H₂O + 2H⁺

(Nitrobacter)

(2) NO₂ ^- + 1/2 O₂ ^- ---------------> NO₃ ^-

또한 상기와 같이 호기성 상태일 때 미생물이 세포내에 저장된 기질을 산분해하여 생체 반응을 위한 에너지를 얻고, 이를 이용하여 방출된 정인산을 재흡수하여 폴리인산의 형태로 세포내에 저장하게 된다.

계속하여 상기와는 달리 산기관을 통한 공기 공급이 중단되면, 호기반응조 (50)내부는 무산소 상태가 되어 이러한 상태에서 탈질 미생물이 탈질 반응을 진행 시켜 질소(N)를 방출시키게 된다.

상기 탈질반응 과정은 다음과 같다.

NO₃ ^- ---> NO₂ ^- ---> NO ---> N₂O ---> N₂

또한, 호기반응조(50)가 혐기성 상태일 때 미생물은 세포내의 폴리인산을 가수분해하여 정인산을 방출한다.

상기와 같이 방출된 인은 호기성 과정에서 미생물이 인을 과잉 섭취하게 되는데, 이러한 미생물은 차후 제거함으로써 생물학적 탈인 반응을 이루게 되고, 동시에 상기 오수에 포함된 인은 고도처리조에 투입된 탈질, 탈인 메디아(이하, "NPR" 이라 함)가 흡착되거나 분해된다.

또한, 호기성 미생물은 상기 호기반응조(50)에 충진된 굴껍질과 우드칩 여재의 표면에 기생하고, 혐기성 미생물은 굴껍질과 우드칩 여재의 내면에 기생하는데, 이때 호기성 미생물은 질산화 과정을 촉진시키면서 인을 세포내에 저장하고, 혐기성 미생물은 NO₃ ^-에 대해 탈질을 진행시켜 N₂를 방출함과 동시에 유기물이 제거된다.

고도 처리조(60)로 유입된 처리수는 내부에 충진된 특수 여재(광물질 메디아, 맥반석, 활성탄)위로 유입되어 특수 여재사이를 통과하고 하부에서 산기관의 간헐적인 포기 작용에 의해 오수는 광물질 여재에 접촉한다. 처리된 오수는 고도 처리조의 하측에서 제어회로에 의해 구동되는 펌프(P3)에 의해 여과박스위로 살수되어 반복적인 분해공정을 수행하면서 충진박스쪽으로 유입(밑에서 위로)되어 배출관(65)을 통해 펌프정(70)으로 배출된다.

여과박스(62)는 그 하부에 다공판(62a)을 받침형태로 설치되어 있고, 그 위에 맥반석, 활성탄, 광물질 메디아 등을 일정 높이까지 충진하여 통과하는 오수를 여과시킨 뒤 배출관(65)을 통해 펌프정(90)으로 이송되게 한다.

따라서, 오수가 상기한 여과박스(62)를 통과하면서 광물질 메디아, 맥반석, 입상활성탄 등과의 접촉에 의해 오수에 포함되어 있는 부유유기물, 질소, 인, 색도, 악취 등이 상당량 제거된다.

펌프정(70)은 고도 처리조(60)의 배출관(65)을 통하여 유입된 오수 처리수를 저류시키고 회로제어장치에 의해 구동되는 펌프(P4)에 의해 처리수가 바이오 반응조(80)의 상부로 살수된다, 펌프(P4)의 구동여부는 수위감지센서(S2)의 수위감지 신호에 의해 제어된다.

만일 저류수가 일정수위 이상인 경우에는 상부에 설치된 반송관(72)을 통해 유량 조정조(30)로 반송시킨다.

바이오 반응조(80)에서는 그 상부로 살수된 오수가 충진된 우드칩을 통과하면서 오수에 포함된 유기물, 질소, 인, 색도를 제거하는데, 바이오 반응조(80)의 바닥 부근과 중간에 마련된 이중 산기관(83a,83b)의 포기작용에 의해 충진된 우드칩 층에 호기반응이 촉진된다. 호기반응에 의해 처리된 처리수는 배출관(85)을 통해 탈색 소독 여과조(90)로 유입된다.

탈색 소독 여과조(90)에서는 유입된 처리수에 잔류하는 유해균이나 잔류 색도를 최종적으로 완벽하게 제거하기 위하여 회로제어장치에 연결된 오존발생장치(90a)를 통한 오존 산기관(91)에 의해 포기하면서 처리수에 잔류하고 있는 유해균을 멸균시킨다.

그리고, 도 11(a) 및 도 11(b)에 도시된 바와 같이, 멸균된 처리수는 활성탄이 충진된 충진박스를 통과하면서 색도가 투명하게 탈색된다. 즉, 멸균 처리수는 충진박스의 92a 실에, 상측에서 유입되어 하측으로 배출되고, 92b실은 하측으로 유입되어 상측으로 흐르며, 92c실은 상측에서 유입되고 하측으로 배출되며, 92d실은 하측에서 유입되고 상측으로 배출되는 과정을 통해 충진박스에 충진된 입상 활성탄에 의해 처리수의 색이 완벽하게 탈색된 뒤 저장 방류조(100)로 배출된다.

저장 방류조(100)에 저장된 처리수는 수질이 재활용할 수 있는 정도로 정화처리된 물을 저장하면서 과도한 유량은 배출관(101)을 통하여 외부로 방류되고, 저장된 물은 수세식 변기 또는 재활용 수도장치의 사용시 수압센서(도면에는 도시하지 않았음)가 펌프(P5)를 작동시켜 처리수를 수세식 변기 수조 및 기타 수도장치로 공급된다.

본 발명은 무방류 순환 수세식 화장실 정화시스템, 오수/마을 하수 처리시스템, 축산 폐수 처리시스템의 처리시설에 적용할 수 있으며, 그 채용시 오폐수의 성분이나 함량비에 따라 각 반응조 및 장치들을 가감하여 채용할 수 있다.

도 1은 특허 제452479호의 도 2를 도시한 종래의 오·폐수처리시스템의 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 재활용가능한 친환경 분뇨,오수,축산폐수 고도처리 장치의 구성을 예시한 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 고도 처리장치의 일 구성인 침전 저류조의 확대 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 고도 처리장치의 일 구성인 고액분리장치를 예시한 확대 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 고도처리장치의 일 구성인 유량 조정조의 확대 단면도 ,

도 6은 본 발명에 따른 고도처리장치의 일 구성인 유기물 소멸장치의 구성을 예시한 확대 단면도,

도 7은 본 발명에 따른 고도처리장치의 일 구성인 호기 반응조의 단면도,

도 8은 본 발명에 따른 고도처리장치의 일 구성인 고도 처리조의 확대 단면도,

도 9는 본 발명에 따른 고도처리장치의 일 구성인 펌프정의 확대 단면도,

도 10은 본 발명에 따른 고도처리장치의 일 구성인 바이오 반응조의 확대 단면도,

도 11a는 본 발명에 따른 고도처리장치의 일 구성인 탈색 소독 여과조(90)의 단면도,

도 11b는 본 발명에 따른 고도처리장치의 일 구성인 탈색 소독 여과조(90)의 평단면도,

도 12는 본 발명에 따른 고도처리장치의 일 구성인 저장 방류조의 확대 단면도,

도 13은 본 발명에 따른 고도처리장치의 회로제어장치 구성을 예시한 구성도 및

도 14는 본 발명에 따른 고도처리장치의 구성에 부설한 탈취장치에 대한 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 조목 스크린 20 : 침전 저류조

20a : 고액분리장치 21a : 배출관

30 : 유량 조정조 30a : 분리벽

31 : 산기관 32 : 여재통

33 : 여과박스 33a : 다공판

40 : 유기물 소멸장치 40a : 교반통

41 : 산기관 42 : 회전축

43 : 교반날개 44 : 열선

45 : 배출관 50 : 호기 반응조

53b, 53c : 분리벽 50a, 50b, 50c : 처리실

51a, 51b, 51c : 산기관 52a : 경사면

52b : 격자판 53 : 배출관

60 : 고도 처리조 61 : 충진박스

60a, 60b :칸막이 62 : 여과박스

63 : 산기관 61a : 다공판

64 : 살수노즐 62a : 다공판

65 : 배출관 70 : 펌프정

72 : 반송관 80 : 바이오 반응조

81 : 살수노즐 82 : 우드칩

83a, 83b : 산기관 84 : 보호통

85 : 배출관 90 : 탈색 소독 여과조

91 : 오존산기관 92 : 활성탄 충진박스

93 : 다공판 100 : 저장 방류조

101 : 배출관 110 : 탈취장치

111: 맥반석층 112:우드칩층

113 : 활성탄층 1114 : 배기용 휀

115 : 흡입구 200 : 고도처리장치

AP1 ~ AP4 : 에어펌프 M1 : 모터

P1 ~ P5 : 펌프 P4a : 이송관

S1, S2 : 수위감지센서

Claims (4)

1. 오·폐수에 포함된 일정크기의 이물질은 걸러내는 조목 스크린(10)과;

   상기 조목 스크린을 통과한 오·폐수를 저류시키면서 부유물은 침전시키면서 일정 수위이상의 유량은 배출시키는 침전 저류조(20)와;

   상기 침전 저류조(20)와 연결되면서 고형의 슬러지를 제거하고 오수를 배출하는 고액분리장치(20a)와;

   상기 고액분리장치에서 배출된 오수를 저장하면서 격벽에 의해 구획된 일측 공간에는 여재가 충진된 여재통(32)을 설치하고, 타측 공간에는 여과박스(33)을 설치하여 상기 여과박스(33)를 통과한 처리수의 수위를 감지하는 수위감지센서를 마련하여 수위가 일정치 이상일 때 전기신호를 회로제어장치로 전달하여 회로제어장치에 의해 유량을 펌핑하여 이송시키는 펌프(P2) 및 일정 수위 이상의 유량은 배출시키면서 과도하게 유입되는 다량의 유량은 침전저류조(20)로 반송시켜 유량을 조절하는 유량 조정조(30)와;

   상기 펌프(P2)에 의해 이송된 오수를 살수하는 살수노즐(40b)과, 저장된 오수를 교반하기 위하여 회로제어장치에 의해 제어되는 교반날개(43)를 갖춘 모터(M1)와, 상기 회로제어장치와 회로적으로 연결되어 구동여부가 제어되면서 오수를 간헐적으로 포기시키는 산기관(41)을 갖춘 에어펌프(AP2)와, 내부온도를 일정하게 유지시키기 위해 유량의 온도를 감지하는 온도센서(T1)와, 상기 온도센서(T1)와 회로적으로 연결된 회로제어장치에 의해 발열이 제어되는 열선(44)을 갖추고 오수를 배출하면서 오·폐수에 포함된 유기물을 분해 소멸시키는 유기물 소멸장치(40)와;

   상기 유기물 소멸장치(40)와 연결되면서 유입된 오·폐수에 포함된 유기물을 간헐적으로 폭기시켜 분해 및 소멸처리시키면서 오버수를 배출하는 호기 반응조(50)와;

   상기 호기 반응조(50)와 배출관을 통해 연결되면서 오·폐수에 포함되어 있는 유기물 및 질소, 인, 색도 등을 제거 처리하면서 오버수를 배출하는 고도 처리조(60)와;

   상기 고도 처리조(60)와 배출관을 통해 유입된 오수를 저장하면서 수위가 일정치 이상일 때 수위감지센서(S2)의 센싱동작에 따라 회로제어장치에 의해 구동되면서 유량을 이송시키는 펌프(P4)를 포함하는 펌프정(70)과;

   일측에 우드칩(82)이 충진되고, 상기 펌프(P4)에 의해 이송된 오수가 살수되는 살수노즐(81)을 갖추고, 하부에 회로제어장치에 의해 간헐적으로 제어되는 에어펌프(AP4)에 의해 에어가 공급되는 산기관(83a)(83b)를 갖추고, 살수된 처리수에 잔류하는 유기물, 질소, 인, 색도를 처리하고 처리수를 배출하는 바이오 반응조(80)와;

   상기 바이오 반응조(80)의 배출수가 유입되어 저장하면서 처리수에 잔류하는 유해균, 색도를 최종 처리하고, 일정수위 이상으로 오버되는 유량은 배출하는 탈색 소독 여과조(90) 및

   상기 탈색 소독 여과조(90)와 연결되어 저장하면서 저장된 처리수를 재활용할 수 있도록 저장된 처리수를 이송시키는 급수펌프(P5)를 갖추고, 오버된 처리수는 외부로 방류하는 저장 방류조(100)로 구성된 것을 특징으로 하는 분뇨, 오수 및 축산폐수 고도처리장치.
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