KR101133370B1 - 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생활하수 중 오염도가 낮은 하수를 정화하여 재이용하는 생활하수 중수도 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고층건물의 중간층에 생활하수를 정화하기 위한 중수처리시설을 설치하고, 그 상부 층에서 발생하는 오염도가 낮은 생활하수를 집수하여 정화한 후, 그 상부 층과 하부 층으로 중수를 나누어 공급하는 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템에 관한 것이다. 본 발명의 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템은, 아파트, 사무용 및 상업용 빌딩 등과 같은 고층건물의 중간층에 설치되어 오염도가 낮은 생활하수를 정수하는 중수처리시설과, 상기 중수처리시설이 설치된 중간층의 상부 층에서 배수되는 생활하수 중 오염도가 낮은 생활하수를 상기 중수처리시설로 공급하는 원수집수시설과, 상기 중수처리시설이 설치된 중간층의 상부 층으로 상기 중수처리시설에서 처리한 중수를 공급할 수 있도록 설치된 상향중수공급시설과, 상기 중수처리시설이 설치된 중간층의 하부 층으로 상기 중수처리시설에서 처리한 중수를 공급할 수 있도록 설치된 하향중수공급시설을 포함하여 구성된다.

중수, 중수도, 고층건물, 중수처리시설, 중수공급, 슬러지, 하수배관

Description

에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템{ENERGY-SAVING TYPE WASTEWATER RECLAIMING AND SUPPLYING SYSTEM}

본 발명은 생활하수 중 오염도가 낮은 하수를 정화하여 재이용하는 생활하수 중수도 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고층건물의 중간층에 생활하수를 정화하기 위한 중수처리시설을 설치하고, 이 중수처리시설이 설치된 층의 상부 층에서 발생하는 오염도가 낮은 생활하수를 집수하여 정화한 후, 이 중수처리시설이 설치된 층의 상부 층과 하부 층으로 나누어 중수를 공급하도록 구성함으로써 중수공급에 따른 전기 에너지를 절약하고 초기 설비투자를 최소화한 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템에 관한 것이다.

일반적으로 중수(中水)는 한 번 사용한 물을 어떠한 형태로든 한 번 혹은 반복적으로 사용하는 물을 말한다.

그리고 중수도 시스템(Wastewater Reclamation and Reusing System)은 한 번 사용한 수돗물을 생활용수, 공업용수 등으로 재활용할 수 있도록 다시 처리하여 공급하는 시설을 말한다.

생활하수(生活下水)는 사람의 일상생활에 부수하여 발생하는 하수로, 부엌화 장실욕실 등에서 발생하는 각종 액체 또는 고체성 오물이 섞인 물이다. 특히 생활하수에는 유기화합물과 세제성분이 많이 포함되어 있다. 유기화합물의 주성분은 동식물의 단백질지방탄수화물과 그 분해물로서 하천에 들어가면 물속의 생화학적 산소요구량(BOD)이 높아져 강과 호소가 자정능력을 잃게 된다. 합성세제는 잘 분해되지 않고 물속에서 거품을 형성하여 햇빛을 차단하며, 세제의 인산염 성분은 호소와 하천의 부영양화를 일으켜 수질오염의 중요한 원인이 되고 있다.

본 발명은 이러한 생활하수를 정화하여 수세식 화장실용수, 에어컨 냉각용수, 청소용수, 세차용수, 살수용수, 조경용수(연못, 분수 등), 소방용수 등에 재이용할 수 있도록 하는 생활하수 중수도 시스템(Domestic Sewage Reclamation and Reusing System)에 관련된다.

도 6은 종래 기술에 따른 생활하수 중수도 시스템의 일 예를 보여주는 개념도이다. 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 중수도 시스템(100)은 크게 원수집수시설(500)과, 중수처리시설(600) 그리고 중수공급시설(700)로 구성된다.

상기 원수집수시설(500)은 세면기(231), 욕조(232), 세탁기(233) 등에서 배출되는 오염도가 낮은 생활하수를 집수하는 시설이고, 중수처리시설(600)은 집수 된 생활하수를 정수 처리하는 시설이며, 중수공급시설(700)은 중수를 건물 옥상에 설치된 고가중수저수조(710)를 통해 수세식 화장실(235) 등에 공급하는 시설이다.

이와 같은 종래 기술에 따르면, 건물에는 중수도 시스템(100)과 별도로 상수도시설(200)과 하수도시설(300)이 구비된다. 상수도시설(200)은 외부에서 공급되는 수돗물을 건물의 옥상에 설치된 고가상수저수조(210)를 통해 세면기(231), 욕 조(232), 세탁기(233), 주방(234) 등에 공급한다. 그리고 하수도시설(300)은 주방(234), 수세식 화장실(235) 등에서 배출되는 오염도가 높은 하수를 외부로 배출한다.

도 6의 중수도 시스템(100)은 개별순환방식 중수도 시스템의 일 예를 보여주는 것이다. 즉, 중수도 시스템은, 중수처리시설(600)과 사용자(예, 건물)의 위치에 따라서 개별순환방식, 지역순환방식, 광역순환방식으로 구별된다.

개별순환방식은 해당 건물에서 발생하는 배수를 자체적으로 처리하여 수세식 화장실용수, 냉각용수, 청소용수 등에 이용하는 방식이다. 지역순환방식은 개별순환방식보다 규모가 큰 것으로, 여러 건물에서 발생하는 배수를 한 곳에 모아서 처리하고 처리된 중수를 다시 각 건물로 공급하는 방식이다. 그리고 광역순환방식은 대규모의 하수처리장에서 발생하는 방류수를 정화하여 각 건물로 공급하는 방식이다. 따라서 지역순환방식과 광역순환방식의 중수도 시스템이 구축되면 물 절약 효과가 크게 나타날 수 있으나 초기설비투자비가 매우 크고 중수를 공급하는데 많은 양의 에너지를 사용하게 되는 단점이 있다.

반면에 개별순환방식의 중수도 시스템은 중수처리시설(600)과 중수를 이용하는 시설(건물 또는 수세식 화장실)이 매우 가깝기 때문에 초기설비투자가 적고 중수를 공급하는데 에너지가 많이 소요되지 않는다는 장점이 있다. 즉, 중수도 시스템의 보급을 확대하기 위해서는 위생문제, 운전 및 유지관리 등 여러 가지 문제가 해결되어야 하나 그 중 가장 문제가 되고 있는 것은 경제성이다. 이러한 점에서 중수처리시설과 중수를 이용하는 시설이 매우 가까운 개별순환방식은 지역순환방식이 나 광역순환방식에 비해 경제적이다.

그러나 종래의 개별순환방식의 중수도 시스템에서도 중수처리시설(600)을 건물의 지하에 설치하고 이 중수처리시설에서 처리한 중수를 건물의 옥상에까지 펌핑하여 공급하여야 함으로 여전히 많은 양의 에너지가 많이 소요되고, 또한, 중수를 공급하기 위해서는 기존의 수도관과는 별도의 관을 설치해야 하므로 초기투자비와 유지관리비가 많이 소요되는 문제가 있었다.

본 발명은 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 주된 목적은 아파트, 사무용 및 상업용 빌딩과 같은 고층건물에 설치되는 중수처리시설을 고층건물의 중간층에 설치하여, 원수집수시설 및 중수공급시설의 규모를 최소화하여 시설투자비를 최소화하고, 중수 공급을 위해 필요한 에너지를 절감하고, 중수처리시설에서 발생되는 슬러지를 배출하기 위한 슬러지배출시설을 무 동력화하여 운영비를 절감할 수 있는 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 고층건물에서 발생하는 오염도가 낮은 양질의 생활하수만을 선별적으로 재활용함으로써 정화처리 비용을 최소화할 수 있는 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템을 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템은, 아파트, 사무용 및 상업용 빌딩과 같은 고층건물의 중간층에 설치되어 오염도가 낮은 생활하수를 정수하는 중수처리시설과; 상기 중수처리시설이 설치된 중간층의 상부 층에서 배수되는 생활하수 중 오염도가 낮은 생활하수를 선별하여 상기 중수처리시설로 공급하는 원수집수시설과; 상기 중수처리시설이 설치된 중간층의 상부 층으로 상기 중수처리시설에서 처리한 중수를 공급할 수 있도록 설치된 상향중수공급시설과; 상기 중수처리시설이 설치된 중간층의 하부 층 으로 상기 중수처리시설에서 처리한 중수를 공급할 수 있도록 설치된 하향중수공급시설과; 상기 중수처리시설이 설치된 중간층의 상부 층에서 배수되는 오염도가 높은 생활하수와 상기 중수처리시설에서 배출되는 각종 슬러지와 상기 중수처리시설이 설치된 중간층의 하부 층에서 배수되는 생활하수를 배수하는 하수배수시설을 포함하여 구성된다.

본 발명에 있어서, 상기 상향중수공급시설은, 상기 중수처리시설과 상기 중수처리시설이 설치된 중간층의 상부 층에 위치하는 각각의 수세식 화장실을 연결하는 상향중수공급배관과 상기 상향중수공급배관을 통해서 중수를 압송하는 중수공급펌프로 이루어지고, 상기 하향중수공급시설은 상기 중수처리시설과 상기 중수처리시설이 설치된 중간층의 하부 층에 위치하는 각각의 수세식 화장실을 연결하는 하향중수공급배관으로 이루어진다. 그리고 상기 원수집수시설은 상기 중수처리시설이 설치된 중간층의 상부 층에 위치하는 각각의 세면대, 세탁기, 욕조, 개수대와 같은 용수시설과 상기 중수처리시설을 연결하는 원수집수배관으로 이루어진다.

상기 원수집수배관에는, 오염도가 높은 생활하수는 하수배관으로 배수하고, 오염도가 낮은 생활하수는 상기 중수처리시설로 공급하기 위한 하수분리장치가 설치된다.

바람직하게, 상기 하수분리장치는, 소정 크기의 밀폐된 공간을 갖는 분리조와, 상기 분리조의 내부에 설치된 격판에 의해 구획된 하나의 원수유입부와 두 개의 원수배출부와, 상기 원수유입부에 설치되어 유입되는 원수의 오염도를 측정하는 오염도측정센서와, 상기 오염도측정센서와 연결되어 상기 두 개의 원수배출부와 연 결된 두 개의 통로를 개폐하는 도어를 선택적으로 개폐시키는 도어구동수단을 포함하여 구성된다.

본 발명에 있어서, 상기 중수처리시설은 유량조정조, 원수가압펌프, 생물반응조, 마이크로스트레이너, 모래여과조, 소독시설 및 중수저장조로 구성되되, 상기 생물반응조는 내부에 고정상 메디아가 설치되고 상기 원수가압펌프에 의해 하부로 공급되는 원수에 인젝터를 통해서 미세 기포의 공기가 유입되며, 상기 마이크로스트레이너는 상기 생물반응조에서 유출되는 유출수에 포함된 슬러지를 포집하여 제거하고, 상기 소독시설은 유출수에 포함된 세균이나 바이러스를 제거하고, 중수에 일정 농도의 소독제가 잔류한다.

본 발명은, 상기 중수처리시설에서 발생하는 각종 슬러지를 하수배수시설로 배출할 수 있도록 하부배관과 연결되는 메인슬러지배출관을 포함한다.

상기 생물반응조, 마이크로스트레이너, 중수저장조에는 각종 슬러지를 배출하기 위한 배출관이 설치되고 이 배출관들은 하수배관과 연결된 메인슬러지배출관과 연결된다.

상기 마이크로스트레이너, 모래여과조에는 주기적으로 역세(세정)하기 위해서 상기 상향중수공급배관과 연결된 역세수공급관이 더 설치된다.

또한, 상기 고층건물의 지하에는 고층건물에서 사용하고 남은 중수를 일시 저장하여 조경용, 세척용, 하천유지수로 공급하는 지하중수저수조가 더 설치된다.

본 발명의 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템에 따르면, 중수처리시설을 고층건물의 중간층에 설치함으로써, 원수집수시설과 중수공급시설의 규모를 최소화할 수 있어 초기설비 투자비용을 절감할 수 있고, 중수처리시설에서 발생하는 슬러지의 배출하는 슬러지배출시설을 무 동력화 하고 중수처리시설에서 처리된 중수의 공급 높이를 최소화하여 에너지를 절감할 수 있으며, 고층건물의 중간층의 상부에서 발생하는 생활하수 중에서 오염도가 낮은 양질의 생활하수만을 선별적으로 재활용하여 정수처리 비용을 최소화할 수 있는 경제적인 중수도 시스템을 제공할 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

먼저, 도 1은 아파트나 사무용 또는 상업용 고층건물의 중간층에 설치된 중수처리시설을 포함하는 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템의 일 예를 보여주는 개략적인 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템(10)은, 아파트나 사무용 또는 상업용 빌딩과 같은 고층건물(1)의 중간층(3)에 설치된 중수처리시설(60)과, 상기 중수처리시설(60)이 설치된 중간층(3)의 상부 층으로 중수를 공급할 수 있도록 설치된 상향중수공급시설(70)과, 상기 중수처리시설(60)이 설치된 중간층(3)의 하부 층으로 중수를 공급할 수 있도록 설치된 하향중수공급시설(80)과, 상기 중간층(3)의 상부 층에서 배수되는 생활하수 중 오염도가 낮은 생활하수를 상기 중수처리시설(60)로 공급하는 원수집수시설(50)과, 상기 중 수처리시설(60)이 설치된 중간층(3)의 상부 층에서 배수되는 오염도가 높은 생활하수와, 상기 중수처리시설(60)에서 배출되는 각종 슬러지 및 상기 중수처리시설(60)이 설치된 중간층의 하부 층에서 배수되는 생활하수를 배수하는 하수배수시설(30)을 포함하여 구성된다. 그리고 상기 고층건물(1)에는 고층건물(1)의 각 층에 구비되어 있는 세면기, 욕조, 세탁기, 개수대 등 각종 용수시설에 수돗물을 공급하는 상수공급시설(20)이 더 구비된다.

본 발명에 있어서, 상기 상향중수공급시설(70)은 상향중수공급배관(72)과 중수공급펌프(73)를 포함한다. 상기 상향중수공급배관(72)은 종래의 상수도관과 유사한 것으로서, 상기 중수처리시설(70)과 상기 중수처리시설(70)이 설치된 중간층의 상부 층에 위치하는 각각의 수세식 화장실을 연결한다. 또한, 상기 상향중수공급시설(70)은 고층건물(1)의 옥상에 설치되고 상기 상향중수공급배관(72)과 연결된 고가중수저수조(71)를 더 포함할 수 있다.

그리고 상기 하향중수공급시설(80)은 상기 중수처리시설(70)과 상기 중수처리시설(70)이 설치된 중간층의 하부 층에 위치하는 각각의 수세식 화장실을 연결하는 하향중수공급배관(82)으로 이루어진다. 그리고 상기 원수집수시설(50)은 상기 중수처리시설(70)이 설치된 중간층의 상부 층에 위치하는 각각의 세면대, 세탁기, 욕조, 개수대와 같은 용수시설과 상기 중수처리시설(70)을 연결하는 원수집수배관(52)으로 이루어진다. 또한, 상기 하수배수시설(30)은 종래와 같은 하수배관(32)으로 이루어진다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템(10)은 고층건물(1)의 중간층(3)에 중수처리시설(60)이 설치하는 것을 특징으로 한다. 최근에는 건축되고 있는 아파트나 사업용 건물은 대부분 10층 이상의 고층건물이므로 본 발명에 따른 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템(10)은 대부분의 아파트와 사업용 건물에 적용될 수 있을 것이다.

본 발명의 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템(10)은, 고층건물(10)을 상부 층과 하부 층으로 구분하고, 상부 층에서 배출되는 오염도가 낮은 생활하수만을 정화하여 재활용할 수 있도록 한다. 예를 들어, 주거용 아파트의 경우, 아침 저녁으로 세면기, 욕조, 세탁기, 주방 등에서 오염도가 낮은 생활하수가 대량으로 배출된다. 따라서 상부 층에서 배출되는 오염도가 낮은 생활하수만을 정화하더라도 수세식 화장실용수, 에어컨 냉각용수, 청소용수, 소방용수 등에 충당할 수 있다. 종래와 같이, 고층건물(10) 전체에서 배수되는 생활하수를 모두 정수 처리할 경우 중수처리비용이 늘어날 뿐만 아니라 중수가 과잉 생산되어 경제성이 떨어진다.
한편, 본 발명에서 중수처리에 사용되는 생활하수의 오염도는 상대적이다. 즉, 중수처리시설(60)의 용량이 충분하거나 발생하는 생활하수의 전체적인 오염도가 높은 경우에는 중수처리에 사용되는 생활하수의 오염도가 높아질 수 있고 반대로 중수처리시설(60)의 용량이 작거나 발생하는 생활하수의 오염도가 전반적으로 낮을 경우에는 중수처리에 사용되는 생활하수의 오염도가 낮아지게 된다. 따라서 오염도가 낮은 생활하수와 오염도가 높은 생활하수는 개별 건축물마다 주관적으로 선별되는 것이다.

이와 같이, 본 발명은 고층건물(1)의 중간층(3)에 중수처리시설(60)을 설치하고, 상부 층에서 발생하는 오염도가 낮은 생활하수만을 중수로 처리하여 고층건물(1) 전체에 공급하는 것이다. 따라서 종래 기술의 중수도 시스템은 건물 전체에 걸쳐 원수집수시설을 설치하여야 하나, 본 발명은 건물의 상층부에만 원수집수시설을 설치한다. 또한, 종래의 중수도 시스템은 중수를 고층건물의 옥상으로 모두 펌핑하여야 하나 본 발명은 상층부에서 필요한 중수만을 옥상으로 펌핑하고 나머지는 중력을 이용하여 하층부에 공급하므로 중수공급펌프의 용량이 작아지고 에너지 사용량도 절감할 수 있다. 또한, 상층부에서 배수되는 오염도가 낮은 생활하수만을 선별하여 정수하므로 중수처리시설의 규모를 줄일 수 있고 약품비, 전기료 등의 운영비를 절감할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 고층 아파트 등 고층건물(1)의 중간층(3)에 중수처리시설(60)을 설치하여 초기시설투자비와 운영비를 절감함으로써 경제적인 중수도 시스템을 제공함으로써 실질적인 수돗물 절감효과가 나타나도록 중수도 시스템의 보급을 확대할 수 있다.

한편, 고층건물(1)의 중간층(3)에 설치되는 중수처리시설(60)은 종래의 중수처리시설에 비해 소형이면서 유지관리가 용이하고 위생적이어야 한다. 일반적으로 중수의 처리기술은 생물, 물리, 생물-물리, 화학적 처리기술로 나눌 수 있다. 따라서 어떤 처리기술을 선택하느냐에 따라 다양한 형태의 중수처리시설이 개발될 수 있다. 중수처리시설의 대표적인 처리 방식은 생물학적 처리 방식과 막처리 방식이 있다. 생물학적 처리방식의 경우 처리방법에 따라 종류가 매우 다양하고, 기존 오, 폐수처리시설에서의 적용 사례가 많다는 장점이 있으나 비교적 부지를 많이 차지하는 단점이 있다. 반면에 막 처리방식의 경우 양질의 처리수 확보가 가능하고 상대적으로 협소한 부지에 설치 가능하다는 장점이 있으나 설치비용이 비싸다는 단점이 있다. 이에 따라 본 발명은 비교적 양질의 생활하수를 원수로 사용하므로 생물학적 처리방식을 사용하되 물리적-화학적 처리방식을 혼합하여 소형화할 수 있도록 한다.

도 2는 본 발명에 따른 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템(10)에 적용되는 중수처리시설(60)의 일 예를 보여주는 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 중수처리시설(60)은 크게 스크린조(61), 유량조정조(62), 원수가압펌프(63), 상향류생물반응조(64), 마이크로스트레이너(65), 하향류모래여과조(66), 소독시설(67), 중수저장조(68)로 이루어진다.

그리고 본 발명의 중수처리시설(60)은 스크린조(61), 유량조정조(62), 상향류생물반응조(64), 마이크로스트레이너(65), 중수저장조(68) 등에서 배출되는 슬러지를 하수배관(32)으로 배출하기 위한 메인슬러지배출관(69)을 더 포함한다.

따라서 상기 중수처리시설(60)이 설치된 중간층(3)의 상부 층에서 발생한 오염도가 낮은 생활하수는 상기 스크린조(61) 및 유량조정조(62)를 통해 유입되고, 상기 상향류생물반응조(64), 마이크로스트레이너(65), 하향류모래여과조(66), 소독시설(67) 등을 거치면서 정화 처리된 후, 중수저장조(68)에 일시 저장된다.

그리고 중수저장조(68)에 저장된 중수는 상향중수공급시설(70)과 하향중수공급시설(80)을 통해 고층건물(1)의 상부 층과 하부 층으로 공급된다.

도시된 바와 같이, 상기 스크린조(61)에는 경사스크린(162)이 설치되어 중대형 협잡물을 제거한다. 상기 유량조정조(62)는 원수의 부하변동을 완화하여 효과적인 생물학적 처리가 이루어질 수 있도록 유입 원수를 저류시킨다. 이를 위해 상기 유량조정조(62)는 두 개의 조(62a)(62b)로 구성하여 안정적인 처리가 될 수 있도록 하고, 1일 1회 또는 적절한 주기로 하부에 침전된 슬러지를 수세(Flushing)하여 하수배관으로 배출하도록 한다. 상기 상향류생물반응조(64)는 미생물을 이용하여 유기물을 제거하기 위한 반응조로 내부에 고정상 메디아(165)가 설치된 고정상 생물반응조이다. 상기 유량조정조(62)의 원수는 원수가압펌프(63)에 의해 상향류생물반 응조(64)의 하부로 공급되는데, 이때 상기 원수가압펌프(63)에 의해 가압 된 원수가 이송되는 원수이송관(163)에는 인젝터(164)가 설치되어 외부 공기의 미세기포가 원수와 함께 상향류생물반응조(64)로 유입되도록 한다. 이어, 상기 마이크로스트레이너(65)는 상향류생물반응조(64)에서 유출되는 유출수에 포함된 미세 슬러지를 포집하여 제거한다. 이때, 상기 마이크로스트레이너(64)에 포집된 슬러지는 역세하여 하수배관(32)으로 배출되도록 한다. 그리고 하향류모래여과조(66)는 유출수에 포함된 미세 입자물질을 제거한다. 이어, 상기 소독시설(67)은 유출수에 포함된 세균이나 바이러스를 제거하고, 중수에 일정 농도의 소독제가 잔류하도록 한다. 상기 소독시설(67)은 취급의 편이성을 고려하여 오존 시설 또는 염소 소독시설로 한다. 또한, 필요할 경우 상기 하향류모래여과조(66)의 전단에 약품응집조를 더 설치할 수도 있다.

한편, 상기 스크린조(61)의 상부에는 상부슬러지배출관(261a)이 설치되고 하부에는 하부슬러지배출관(261b)이 설치된다. 따라서 경사스크린(162)을 통과하지 못한 중 대형 협잡물은 상부슬러지배출관(261a)을 통해 하수배관(32)으로 배출되고, 상기 경사스크린(162)을 통과하였으나 스크린조(61)의 하부로 침전된 침전물은 하부슬러지배출관(261b)을 통해 하수배관으로 배출된다. 이때 상부슬러지배출관(261a)은 항상 개방되어 경사스크린(162)에 걸린 중 대형 협잡물을 즉시 배출할 수 있도록 한다. 반면에 하부슬러지배출관(261b)은 스크린조(61)가 최저 수위에 도달한 때 개방되도록 한다. 이를 위해서 상기 스크린조(61)에는 수위를 감지하는 제1수위측정기(263a)가 구비되고 상기 하부슬러지배출관(261b)에는 제1수위측정 기(263a)에 연동하는 제1제어밸브(264a)가 구비된다. 예를 들어, 상기 스크린조(61)의 내부로 원수가 유입될 때는 상기 제1제어밸브(264a)는 폐쇄되고 상기 스크린조(61)로 원수가 유입되지 않을 때는 원수가 유량조정조(62)로 배출됨에 따라 수위가 낮아져서 제1수위측정기(263a)에 연동하는 제1제어밸브(264a)가 개방되어 스크린조(61) 하부의 침전물을 하수배관으로 배출하게 된다.

그리고 상기 유량조정조(62:62a,62b)의 하부에는 호퍼부(265)가 각각 형성되고 상부에는 원류부(266)가 각각 형성된다. 상기 호퍼부(265)는 침전물이 유량조정조의 가운데로 모이도록 경사면이 형성되고, 상기 원류부(266)는 수면의 부유물이 유입되도록 유량조정조의 내측 면에 수로 형태로 형성되어 있다. 그리고 상기 호퍼부(265)에는 침전슬러지배출관(267)이 설치되고, 상기 원류부(266)에는 스컴배출관(268)이 설치된다. 따라서 상기 유량조정조(62)의 수면으로 부상하는 스컴이나 부유물은 상기 원류부(266)로 원류한 후 스컴배출관(268)을 통해 하수배관으로 배출된다. 또한, 상기 호퍼부(265)에 침전된 침전물은 침전슬러지배출관(267)을 통해 하수배관으로 배출된다. 이때, 상기 스컴배출관(268)은 항상 개방되어 스컴이나 부유물을 즉시 배출하고, 상기 침전슬러지배출관(267)은 최저 수위에 도달한 때에 한하여 개방되도록 유량조정조(62)의 수위를 측정하는 제2수위측정기(263b)와 연통하는 제2제어밸브(264b)에 의해 개폐된다.

그리고 상기 상향류생물반응조(64)의 하부에도 호퍼부(272)와 잉여슬러지배출관(273)이 설치된다. 이때, 상기 잉여슬러지배출관(273)은 최저 수위에 도달한 때 개방되도록 상향류생물반응조(64)의 수위를 측정하는 제3수위측정기(263c)와 이 제3수위측정기(263c)와 연동하는 제3제어밸브(264c)에 의해 개폐된다. 따라서 상기 고정상 메디아(165)에서 탈리되는 생물막 등 잉여슬러지는 주기적으로 상기 잉여슬러지배출관(273)을 통해 하수배관으로 배출된다. 또, 상기 중수저수조(68)의 하부에도 호퍼부(282)와 침전물배출관(283)이 설치된다. 상기 침전물배출관(283)은 중수저수조(68)의 수위가 최저 수위에 도달한 때 개방되도록 중수저수조(68)의 수위를 측정하는 제4수위측정기(263d)와 연동하는 제4제어밸브(264d)에 의해서 개폐된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 중수처리시설(60)은 스크린조(61), 유량조정조(62), 상향류생물반응조(64), 하향류모래여과조(66), 중수저수조(68) 또는 약품응집조 등에서 발생하는 협잡물, 침전물, 슬러지, 부유물 등을 배출하기 위한 배출관들이 구비되고, 이들 배출관은 메인슬러지배출관(69)을 통해서 하수배관(32)에 연결된다. 따라서 본 발명의 중수처리시설(60)은 별도의 동력이나 에너지 사용 없이 협잡물, 슬러지 등을 하수배관(32)으로 배출할 수 있다.

한편, 상기 메인슬러지배출관(69)은 하수의 역류를 방지하고, 중력으로 힘으로 협잡물, 슬러지 등이 쉽게 배출될 수 있도록 일정 각도로 하향 경사지도록 설치한다. 또한, 메인슬러지배출관(69)의 선단에는 하수배관(32)의 악취가 올라오는 것을 방지하기 위한 악취방지 뚜껑이 회동가능하게 설치된다.

이어, 본 발명에 따른 스크린조(61), 마이크로스트레이너(65), 하향류모래여과조(66)에는 주기적인 역세 또는 수세를 위한 역세수공급관(285:285a,285b,285c)과 역세제어밸브(284:284a,284b,284c)가 구비된다. 예를 들어, 상기 스크린조(61) 의 경사스크린(162)과, 상기 마이크로스트레이너(65)의 하부에는 다수 개의 역세노즐(286:286a,286b)이 설치된다. 그리고 상기 역세수공급관(282)은 상기한 상향중수공급배관(72)에 연결된다.

따라서 상기 스크린조(61)나 마이크로스트레이너(65)로 유입수가 유입되지 않을 때, 상기 역세제어밸브(284a,284b)를 개방하면, 소정 압력상태의 중수가 상기 역세노즐(286)을 통해 분사됨으로써 경사스크린(162)이나 마이크로스트레이너(65)에 걸려 있는 이물질을 분리하여 하수배관으로 배출시킨다. 또한, 상기 하향류모래여과조(66)의 하부와 연결되어 있는 역세공급관(284c)을 개방하여 주기적으로 모래층을 여과할 수 있다. 이때 상기 하향류모래여과조(66)의 상부에는 역세수를 배출하기 위한 역세수배출관(287)이 설치된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 중수처리시설(60)은 스크린조(61), 마이크로스트레이너(65) 및 하향류모래여과조(66)에 역세수공급관(285)이 연결되고, 사용한 역세수를 배출하기 위한 역세수배출관(287a,287b,162a)이 메인슬러지배출관(69)에 연결된다. 이와 같이 본 발명은 역세수의 공급 및 배출을 무동력으로 가능하게 구성함으로써 유지관리를 용이하게 하고 운영비를 절감하여 경제성을 높일 수 있다.

일반적으로 고층건물(1)에서 배출되는 생활하수에는 화장실 세척수가 혼합된다. 그리나 본 발명의 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템(10)에서 사용하는 생활하수는 수세식 화장실 세척수가 제외된 것이다. 즉, 수세식 화장실 세척수가 포함된 생활하수를 원수로 이용할 경우 하나의 배관으로 수집할 수 있어 배관설치비 용이 절감되는 장점이 있으나, 수세식 화장실 세척수에는 세균이나 바이러스 등이 존재할 가능성이 있고 오염도가 높아서 정수처리비용이 상승하고 건물의 중간층에 설치할 경우 악취가 발생할 수 있다. 따라서 본 발명은 수세식 화장실 세척수와 고농도 생활하수를 사용하지 않는 것이 경제적으로나 정서적으로 바람직하다.

한편, 주방의 개수대에서 배출되는 주방배수는 물을 사용하는 단계에 따라 하수의 오염도에 큰 차이가 있다. 예를 들어, 개수대에서 음식물이 묻은 식기를 세제를 이용하여 닦을 때와 야채 또는 과일 등을 닦을 때와 같이 물의 사용 목적에 따라 배수되는 하수의 오염도에 큰 편차가 있다. 또한, 세탁기에서 배출되는 세탁배수의 경우에도 초기 세척배수에는 유기물 농도가 높고 기름성분이나 계면활성제의 농도가 높아 처리비용이 많이 소요되지만 헹굼 단계에서 발생하는 배수는 오염도가 매우 낮다. 따라서 주방이나 세탁기에서 발생하는 배수는 사용하는 단계에 따라 선택적으로 분리하여 재이용 원수로 사용하는 것이 바람직하다.

세면대나 욕조에서 배출되는 세면배수는 전체 하수량의 10~30%를 차지하고, 수질도 비교적 양호하다. 특히, 호텔이나 여관 등 숙박시설에서 발생하는 세면배수는 수량이나 수질 면에서 매우 양호하므로 간단한 물리 화학적 처리만으로 재이용이 가능하다. 그러나 세면장에서 청소용 걸레를 세탁하는 경우에는 세제, 마루용 왁스, 기름성분, 계면활성제 등 재이용에 장해가 되는 물질이 함유되므로 이를 선택적으로 분리하여 재이용 원수로 사용하는 것이 바람직하다.

이에 따라 본 발명의 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템(10)은 원수집수배관(52)의 선단에는 하수분리수단(90)이 구비된다. 도 3은 하수분리수단의 바람직 한 실시 예를 보여주는 것으로서, 도 3a는 수동식 하수분리수단을 보여주는 것이고, 도 3b와 도 3c는 자동식 하수분리수단을 보여주는 것이다.

도 3a를 참조하면, 상기 수동식 하수분리수단(90a)은 세탁기나 개수대와 같이 물의 사용단계에 따라 배수의 오염도 차이가 큰 경우에 적용하는 것으로, 개수대, 세탁기 등에 2개의 배수관을 설치한 것이다. 따라서 물 사용 단계에 따라서 사용자가 오염도가 높은 하수는 일측 배수관으로 배출시키고, 오염도가 낮은 하수는 타측 배수관으로 배출시킴으로써 오염도가 높은 하수는 하수배관(32)으로 배수하고 오염도가 낮은 하수는 원수수집배관(52)으로 배수하는 것이다. 이 방식은 세탁기나 개수대에 미리 2개의 배수관을 설치하고 사용자가 물 사용 시 오염도에 따라 구분하여 배출시켜야 하는 번거로움이 있다.

반면, 도 3b에 도시된 자동식 하수분리수단(90b)은 세면기, 욕조, 개수대, 세탁기 등 생활하수가 배출되는 곳에 1개의 배수관만을 설치하되, 이 배수관을 통해 배수된 생활하수를 오염도측정센서가 구비된 하수분리장치(190)를 통해서 오염도가 높은 하수와 오염도가 낮은 하수로 분류하고, 오염도가 높은 하수는 하수배관(32)으로, 오염도가 낮은 하수는 원수수집배관(52)으로 배수하는 것이다.

또한, 도 3c에 도시된 자동식 하수분리수단(90c)은 세면대나 욕조와 같이 주로 오염도가 낮은 생활하수가 배출되는 곳에 사용하는 것으로, 원수수집배관(52) 상에 하수분리장치(190)를 설치하여 오염도가 낮은 하수가 배수될 경우에는 그대로 통과시키고, 오염도가 높은 하수가 배수될 경우에는 차단한 후 하수배관(32)으로 배출하도록 하는 것이다.

이때, 상기한 하수분리장치(190)는 소정 크기의 밀폐된 공간을 갖는 분리조(191)와, 상기 분리조(191)의 내부에 설치된 격판(195)에 의해 구획된 하나의 원수유입부(192)와 두 개의 원수배출부(194:194a,194b)와, 상기 원수유입부(192)에 설치되어 원수의 오염도를 측정하는 오염도측정센서(196)와, 상기 오염도측정센서(196)와 연결되어 상기 두 개의 원수배출부(194)와 연결된 통로를 개폐하는 두 개의 도어(197)를 선택적으로 개폐시키는 도어구동수단(199)을 포함하여 구성된다.

이어서 도 4는 본 발명의 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템의 다른 실시 예를 보여주는 것으로, 특히 고층건물(1)의 지하에 지하중수저수조(75)를 더 설치한 것이다. 도시된 바와 같이, 본 실시 예의 나머지 구성은 전술한 실시 예와 동일하므로 동일한 도면부호를 부여하고 상세한 설명을 생략하기로 한다.

상기 지하중수저수조(75)는 고층건물(1)의 각 층에서 사용하고 남은 중수를 저장할 수 있도록 중수유입배관(76)을 통해 연결되어 있다. 또한, 상기 지하중수저수조(75)에는 저장된 중수를 조경수, 세척수, 하천유지수 등으로 공급하기 위한 중수공급관(77)과 중수공급펌프(78)가 구비된다.

또한, 도 5는 본 발명의 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템의 또 다른 실시 예를 보여주는 것으로, 특히 고층건물(1) 내부에 다수 개의 중수처리시설(60:60a,60b,60c)을 설치한 것이다. 전술한 실시 예와 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.

도면에서 보는 바와 같이, 본 실시 예의 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템(10)은 고층 아파트나 사무용 또는 상업용 빌딩과 같은 고층건물(1)에 다수 개 의 중수처리시설(60:60a,60b,60c)을 여러 층에 나누어 설치하는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명은 중수처리시설(60)이 설치된 각 층의 상부와 하부에 한 층 이상의 상부 층과 하부 층이 배치되도록 설치된다. 그리고 최상부에 설치된 중수처리시설(60a)에는 그 상부 층과 하부 층으로 각각 중수를 공급하기 위한 상향중수공급시설(70a)과 하향중수공급시설(80a)이 설치된다. 그리고 나머지 중수처리시설(60b, 60c)에는 그 하부 층으로 중수를 공급하기 위한 하향중수공급시설(80b,80c)이 설치된다. 그리고 각 중수처리시설(60:60a,60b,60c)에는 그 상부 층에서 배수되는 오염도가 낮은 생활하수를 집수하기 위한 원수집수시설(50:50a,50b,50c)이 설치된다. 또한, 상기 고층건물(1)의 지하에는 지하중수저수조(75)가 더 구비될 수 있다.

따라서 본 발명에 따르면, 최상부에 설치된 중수처리시설(60a)은 그 상부 층에서 배수되는 저농도 생활하수를 집수하여 정화한 후 그 상부 층과 하부 층으로 중수를 공급하므로 전술한 실시 예와 유사한 구조를 갖는다. 그러나 나머지 중수처리시설(60b,60c)은 그 상부 층에서 배수되는 저농도 오염 하수를 집수하여 정화한 후 그 하부 층으로만 중수를 공급한다. 그리고 상부 층에서 사용하고 남은 중수가 하부 층으로 공급될 수 있도록 다수 개의 하향중수공급시설(80)은 서로 연결된다. 각 층에 설치되는 중수처리시설(60:60a,60b,60c)은 유입되는 원수의 양에 맞게 적절한 크기로 설계된다.

이와 같이 본 실시 예에 따른 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템은 건층 건물의 옥상으로 이송하는 중수를 최소화함으로써 중수 이송에 따른 에너지를 크게 절감할 수 있다. 또한, 경우에 따라서는 옥상에 설치되는 고가중수저수조(71)를 생략하여 초기설치비용을 절감할 수 있다.

이상에서는 도면과 실시 예를 참조하여 본 발명의 바람직할 실시 예를 설명하였으나 본 발명의 권리범위는 이러한 실시 예로 한정되지 않는다. 또한 당해 분야의 전문가는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 실시 예를 구현할 수 있는바 본 발명의 권리범위는 이러한 다양한 실시 예를 포함하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템의 일 예를 보여주는 개략적인 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템에 적용되는 중수처리시설의 일 예를 보여주는 개략적인 구성도,

도 3은 본 발명에 적용되는 하수분리수단의 바람직한 실시 예를 보여주는 것으로, 도 3a는 수동식 하수분리수단을, 도 3b와 도 3c는 자동식 하수분리수단을 보여주는 개략적인 구성도,

도 4는 본 발명의 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템의 다른 실시 예를 보여주는 구성도,

도 5는 본 발명의 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템의 또 다른 실시 예를 보여주는 구성도,

도 6은 종래의 생활하수 중수도 시스템을 보여주는 개념도이다.

****도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명****

1: 고층건물 3: 중간층

20: 상수공급시설 21: 고가상수저수조

22: 상수공급배관 23: 상수공급펌프

30: 하수배수시설 50: 원수집수시설

52: 원수집수배관 60: 중수처리시설

61: 스크린조 62; 유량조정조

63: 원수가압펌프 64: 상향류생물반응조

65: 마이크로스트레이너 66: 하향류모래여과조

67: 소독시설 68: 중수저장조

69: 메인슬러지배출관 70: 상향중수공급시설

71: 고가중수저수조 72: 상향중수공급배관

73: 중수공급펌프 75: 지하중수저수조

80: 하향중수공급시설 82: 하향중수공급배관

162: 경사스크린 164: 인젝터

165: 고정상 메디아 190: 하수분리장치

266: 원류부 282: 역세수공급관

285: 역세수배출관

Claims (9)

1. 아파트, 사무용 및 상업용 빌딩과 같은 고층건물의 중간층에 설치되어 생활하수를 정수하는 중수처리시설과;

   상기 중수처리시설이 설치된 중간층의 상부 층에서 배수되는 생활하수 중 일부를 선별하여 상기 중수처리시설로 공급하는 원수집수시설과;

   상기 중수처리시설이 설치된 중간층의 상부 층으로 상기 중수처리시설에서 처리한 중수를 공급할 수 있도록 설치된 상향중수공급시설과;

   상기 중수처리시설이 설치된 중간층의 하부 층으로 상기 중수처리시설에서 처리한 중수를 공급할 수 있도록 설치된 하향중수공급시설과;

   상기 중수처리시설이 설치된 중간층의 상부 층에서 배수되는 생활하수와 상기 중수처리시설이 설치된 중간층의 하부 층에서 배수되는 생활하수를 배수하는 하수배수시설을 포함하여 구성하되, 상기 중수처리시설로 공급되는 생활하수는 상기 중수처리시설이 설치된 중간층의 상부 층에서 배수되는 생활하수에 비해 오염도가 낮은 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템.
2. 아파트, 사무용 및 상업용 빌딩과 같은 고층건물의 다수의 층에 설치되는 생활하수를 정수하는 다수 개의 중수처리시설과;

   상기 중수처리시설이 설치된 각 층의 상부 층에서 배수되는 생활하수 중 일부를 선별하여 상기 중수처리시설로 공급하는 원수집수시설과;

   상기 중수처리시설이 설치된 각 층의 상부 층으로 상기 중수처리시설에서 처리한 중수를 공급할 수 있도록 설치된 상향중수공급시설과;

   상기 중수처리시설이 설치된 각 층의 하부 층으로 상기 중수처리시설에서 처리한 중수를 공급할 수 있도록 설치된 하향중수공급시설과;

   상기 중수처리시설이 설치된 각 층의 상부 층에서 배수되는 생활하수와 상기 중수처리시설에서 배출되는 각종 슬러지를 배수하는 하수배수시설을 포함하여 구성하되, 상기 중수처리시설로 공급되는 생활하수는 상기 중수처리시설이 설치된 각 층의 상부 층에서 배수되는 생활하수에 비해 오염도가 낮은 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템.
3. 아파트, 사무용 및 상업용 빌딩과 같은 고층건물의 다수의 층에 설치되어 생활하수를 정수하는 다수 개의 중수처리시설과;

   상기 다수 개의 중수처리시설 중 최상부에 설치된 중수처리시설이 설치된 층의 상부 층에서 배수되는 생활하수 중 일부를 선별하여 상기 중수처리시설로 공급하는 제1원수집수시설과;

   상기 다수 개의 중수처리시설 중 최상부에 설치된 중수처리시설이 설치된 층의 상부 층으로 상기 중수처리시설에서 처리한 중수를 공급할 수 있도록 설치된 제1상향중수공급시설과;

   상기 다수 개의 중수처리시설 중 최상부에 설치된 중수처리시설이 설치된 층의 하부 층으로 상기 중수처리시설에서 처리한 중수를 공급할 수 있도록 설치된 제1하향중수공급시설과;

   상기 다수 개의 중수처리시설 중 최상부에 설치된 중수처리시설을 제외한 나머지 중수처리시설이 설치된 각 층의 상부 층에서 배수되는 생활하수 중 일부를 선별하여 상기 중수처리시설로 공급하는 제2원수집수시설과;

   상기 다수 개의 중수처리시설 중 최상부에 설치된 중수처리시설을 제외한 나머지 중수처리시설이 설치된 각 층의 하부 층으로 상기 중수처리시설에서 처리한 중수를 공급할 수 있도록 설치된 제2하향중수공급시설과;

   상기 최상부의 중수처리시설이 설치된 층의 상부 층에서 배수되는 생활하수와 상기 다수 개의 중수처리시설에서 배출되는 각종 슬러지를 배수하는 하수배수시설; 을 포함하여 구성하되, 상기 다수 개의 중수처리시설로 공급되는 생활하수는 상기 최상부의 중수처리시설이 설치된 층의 상부 층에서 배수되는 생활하수에 비해 오염도가 낮은 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 상향중수공급시설은 상향중수공급배관과 중수공급펌프로 이루어지고, 상기 하향중수공급시설은 하향중수공급배관, 상기 하수배수시설은 하수배관, 상기 원수집수시설은 원수집수배관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 중수처리시설에서 발생하는 각종 슬러지를 상기 하수배수시설로 배출할 수 있도록 하부배관과 연결된 메인슬러지배출관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 원수집수배관에는, 유입되는 생활하수의 일부는 하수배관으로 배수하고, 다른 일부의 생활하수는 상기 중수처리시설로 공급하기 위한 하수분리장치를 설치하되, 상기 중수처리시설로 공급되는 생활하수는 상기 하수배관으로 배수되는 생활하수에 비해 상대적으로 오염도가 낮은 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템.
7. 제 4항에 있어서,

   상기 중수처리시설은 유량조정조, 원수가압펌프, 상향류생물반응조, 마이크로스트레이너, 하향류모래여과조, 소독시설 및 중수저장조로 구성되되, 상기 상향류생물반응조는 내부에 고정상 메디아가 설치되고 상기 원수가압펌프에 의해 하부로 공급되는 원수에 인젝터를 통해서 미세 기포의 공기가 유입되며, 상기 마이크로스트레이너는 상기 상향류생물반응조에서 유출되는 유출수에 포함된 슬러지를 포집하여 제거하고, 상기 소독시설은 유출수에 포함된 세균이나 바이러스를 제거하고, 중수에 일정 농도의 소독제가 잔류하도록 하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템.
8. 제 6항에 있어서,

   상기 상향류생물반응조, 마이크로스트레이너, 중수저장조에는 각종 슬러지를 배출하기 위한 배출관이 설치되고 이 배출관들은 하수배관과 연결된 메인슬러지배출관과 연결된 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템.
9. 제 6항에 있어서,

   상기 마이크로스트레이너, 하향류모래여과조에는 주기적인 역세를 위해서 상기 상향중수공급배관과 연결된 역세수공급관과, 사용된 역세수를 하부배관으로 배출하기 위한 역세수배출관이 더 설치된 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 중수처리 및 공급시스템.

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