KR101765119B1 - 토양피복형 분뇨정화장치 및 방법 - Google Patents

토양피복형 분뇨정화장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 토양정화법을 접목하여 고농도 유기성폐수를 처리함에 있어서, 고농도 유기성폐수의 처리에 요구되는 단위공정의 수를 최소화함과 함께 반응조의 설계를 간략화함으로써 고농도 유기성폐수의 처리효율을 향상시키고 설치의 간편성을 도모할 수 있는 토양피복형 분뇨정화장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 토양피복형 분뇨정화장치는 제 1 복합반응조 및 제 2 복합반응조를 포함하여 이루어지며, 상기 제 1 복합반응조는 제 1 침전조, 제 2 침전조 및 슬러지 저장조를 포함하여 구성되며, 상기 제 2 복합반응조는 제 1 폭기조, 제 3 침전조, 제 2 폭기조 및 방류 여과조를 포함하여 구성되며, 상기 제 1 복합반응조를 구성하는 각 반응조(제 1 침전조, 제 2 침전조, 슬러지 저장조) 및 상기 제 2 복합반응조를 구성하는 각 반응조(제 1 폭기조, 제 3 침전조, 제 2 폭기조, 방류 여과조)의 일측에 오수가이드관이 수직 배치되며, 오수가이드관이 배치된 영역을 제외한 제 1 복합반응조 및 제 2 복합반응조에 여재층 및 다공성 토양층이 순차적으로 적층, 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

토양피복형 분뇨정화장치 및 방법{Soil cover type apparatus and method for purifying feces and urine}
본 발명은 토양피복형 분뇨정화장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 토양정화법을 접목하여 고농도 유기성폐수를 처리함에 있어서, 고농도 유기성폐수의 처리에 요구되는 단위공정의 수를 최소화함과 함께 반응조의 설계를 간략화함으로써 고농도 유기성폐수의 처리효율을 향상시키고 설치의 간편성을 도모할 수 있는 토양피복형 분뇨정화장치 및 방법에 관한 것이다.
인분, 가축분뇨 등은 고농도의 유기성폐수로서 영양염류를 다량 함유하기 때문에 미처리 상태로 수계에 방류되면 하천, 호수 등의 부영양화를 가속화시켜 수중생태계를 파괴한다.
고농도 유기성폐수의 처리를 위해 생물학적 처리방법, 물리화학적 처리방법이 적용되고 있으며, 종래의 고농도 유기성폐수를 처리하기 위한 정화조 시스템은 통상, 유량조, 반응조, 침전조, 방류조로 구성된다(한국등록특허 제1192378호 참조). 또한, 종래의 정화조 시스템에서 반응조는 일반적으로 폭기조 형태로 운영되며, 폭기조 내에는 호기성미생물이 구비되어 오염물질의 생물학적 분해가 유도된다(한국등록특허 제1025927호 참조).
정화조 시스템은 주로 주거지역에 설치됨에 따라 설치면적이 크지 않고 장치 구성이 비교적 간단하다. 따라서, 간단한 장치 구성 하에 일정 수준 이상의 처리효율이 요구된다. 정화조 시스템의 처리효율을 향상시키기 위해서는 먼저 고액분리 특성이 우수해야 한다. 그러나, 종래의 정화조 시스템의 경우 고액분리 기능을 수행하는 침전조, 유량조 등이 장방향의 단일조로 구성됨에 따라 고액분리 특성이 좋지 않은 단점이 있다. 또한, 폭기조 내에 호기성미생물을 적용하는 경우, 미생물이 수계로 유실되어 미생물로 인한 또 다른 오염 및 생태계 파괴가 유발되는 문제점이 있다.
한편, 하폐수를 처리하는 방법 중 토양정화법이 있다. 토양정화법은 하폐수의 오염물질을 분해함에 있어서 토양 내에 존재하는 토양미생물 토양원생동물, 토양식물근권의 토양생태계의 유기적 분해력을 활용하는 방법이며, 하폐수처리시설의 상부를 토양으로 덮는 토양피복형 접촉산화법과 하폐수를 토양에 침윤시키는 모관침윤 트렌치공법이 대표적인 토양정화법으로 알려져 있다.
토양피복형 접촉산화법은 구체적으로, 침전분리조, 유량조정조, 활성오니처리조 등의 반응조의 상부에 토양을 피복하고 토양에 녹지를 조성하여 완성되며, 이와 같은 구성 하에 인위적인 혐기, 호기과정 이외에 토양미생물에 의한 유기물 분해, 녹지 생장에 요구되는 영양원 공급 등의 효과를 기대할 수 있다. 본 출원인은 한국공개특허 제2004-65091호를 통해 토양피복형 하폐수자연정화처리장치를 출원한 바 있다. 토양피복형 하폐수처리장치의 경우, 지표면 하부에 설치되는 것을 고려해야 함에 따라 장치 구조가 복잡하고 설치작업이 어려운 단점이 있다.
한국등록특허 제1192378호 한국등록특허 제1025927호 한국공개특허 제2004-65091호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 토양정화법을 접목하여 고농도 유기성폐수를 처리함에 있어서, 고농도 유기성폐수의 처리에 요구되는 단위공정의 수를 최소화함과 함께 반응조의 설계를 간략화함으로써 고농도 유기성폐수의 처리효율을 향상시키고 설치의 간편성을 도모할 수 있는 토양피복형 분뇨정화장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 토양피복형 분뇨정화장치는 제 1 복합반응조 및 제 2 복합반응조를 포함하여 이루어지며, 상기 제 1 복합반응조는 제 1 침전조, 제 2 침전조 및 슬러지 저장조를 포함하여 구성되며, 상기 제 2 복합반응조는 제 1 폭기조, 제 3 침전조, 제 2 폭기조 및 방류 여과조를 포함하여 구성되며, 상기 제 1 복합반응조를 구성하는 각 반응조(제 1 침전조, 제 2 침전조, 슬러지 저장조) 및 상기 제 2 복합반응조를 구성하는 각 반응조(제 1 폭기조, 제 3 침전조, 제 2 폭기조, 방류 여과조)의 일측에 오수가이드관이 수직 배치되며, 오수가이드관이 배치된 영역을 제외한 제 1 복합반응조 및 제 2 복합반응조에 여재층 및 다공성 토양층이 순차적으로 적층, 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 복합반응조는 원통 형태를 이루며, 평면 기준으로 제 1 복합반응조의 지름을 가로지는 형태로 제 1 격벽이 배치되어 제 1 침전조와 제 2 침전조의 영역이 구분되고, 제 1 복합반응조의 중심부에 제 1 복합반응조의 둘레와 동심원을 이루는 제 2 격벽이 배치되어 슬러지 저장조의 영역이 구분될 수 있다.
상기 제 2 복합반응조는 원통 형태를 이루며, 평면 기준으로 제 1 복합반응조의 반지름 방향으로 3개의 제 3 격벽이 구비되어 제 1 폭기조, 제 2 폭기조 및 방류 여과조의 영역이 구비되고, 제 2 복합반응조의 중심부에 제 2 복합반응조의 둘레와 동심원을 이루는 제 4 격벽이 배치되어 슬러지 저장조의 영역이 구분될 수 있다.
상기 제 2 복합반응조를 구성하는 각 반응조에 배치되는 오수가이드관은 측부가 천공된 유공관 형태이다. 또한, 상기 제 2 복합반응조의 각 반응조에 배치되는 여재층의 깊이는 오수가이드관의 깊이에 상응할 수 있다.
상기 제 1 침전조, 제 2 침전조, 슬러지 저장조, 제 3 침전조 및 방류 여과조는 무산소 조건으로 운전되고, 상기 제 1 폭기조 및 제 2 폭기조는 호기 조건으로 운전된다.
또한, 상기 제 1 침전조, 제 2 침전조, 슬러지 저장조, 제 3 침전조 및 방류 여과조에 구비된 여재층에 혐기성미생물이 부착, 생장하며, 상기 제 1 폭기조 및 제 2 폭기조의 여재층에 호기성미생물이 부착, 생장한다.
제 1 폭기조, 제 2 폭기조, 제 3 침전조 및 방류 여과조 내에 슬러지를 상기 슬러지 저장조로 반송하는 슬러지 반송관이 더 구비되며, 상기 제 1 폭기조 및 제 2 폭기조 내에 산기관이 더 구비된다. 이와 함께, 상기 제 1 복합반응조를 구성하는 각 반응조 및 상기 제 2 복합반응조를 구성하는 각 반응조는 오수이송관을 통해 연결된다.
상기 제 1 침전조는 유기성폐수 및 상기 슬러지 저장조로부터 이송되는 슬러지 상등수를 1차 고액분리함과 함께 혐기소화 및 분해과정과 탈질화하며, 상기 제 2 침전조는 상기 제 1 침전조의 상등수를 공급받아 2차 고액분리하여 상등수를 제 1 폭기조로 공급하며, 상기 제 1 폭기조는 제 2 침전조의 상등수에 포함되어 있는 유기물질을 호기처리과정을 통해 암모니아성질소의 질산화를 유도함과 함께 여재층을 통해 여과하며, 상기 제 3 침전조는 제 1 폭기조의 여과수를 고액분리함과 함께 탈질을 유도하고, 상기 제 2 폭기조는 제 3 침전조의 상등수를 2차 호기처리함으로써 여재층의 부착미생물을 통해 오염원을 소화 및 여과하며, 상기 방류 여과조는 제 2 폭기조의 여과수를 무산소 조건에서 최종 탈질을 유도하여 여과하여 방류한다.
본 발명에 따른 토양피복형 분뇨정화방법은 유기성폐수 및 상기 슬러지 저장조로부터 이송되는 슬러지 상등수가 제 1 침전조 내에서 고액분리됨과 함께 탈질화되는 단계; 제 1 침전조의 상등수가 제 2 침전조로 공급되어 고액분리되며, 분리된 상등수가 제 1 폭기조로 이송되는 단계; 제 1 폭기조에 의해 제 2 침전조의 상등수가 호기처리됨과 함께 제 1 폭기조 내의 여재층에 의해 여과되는 단계; 제 1 폭기조의 여과수가 제 3 침전조에 의해 고액분리됨과 함께 탈질화되는 단계; 제 2 폭기조에 의해 제 3 침전조의 상등수가 호기처리됨과 함께 제 2 폭기조 내의 여재층에 의해 여과되는 단계; 및 제 2 폭기조의 여과수가 방류 여과조 내에서 최종 여과되어 외부로 방류되는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 토양피복형 분뇨정화장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
제 1 복합반응조 및 제 2 복합반응조의 조합으로 분뇨정화장치를 구성함과 함께 각 복합반응조를 복수의 영역으로 구분하고 각 영역 내에서 단위공정이 수행되도록 함으로써, 장치 구성을 간략화하고 유기성폐수의 처리효율을 향상시킬 수 있다. 이와 함께, 제 1 복합반응조 및 제 2 복합반응조로 분뇨정화장치 구성됨에 따라 설치작업을 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토양피복형 분뇨정화장치의 평면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토양피복형 분뇨정화장치의 측단면 구성도.
본 발명은 2개의 복합반응조를 기반으로 침전, 폭기, 슬러지여과 공정을 순차적으로 진행하여 고농도 유기성폐수를 처리하는 기술을 제시한다.
각각의 복합반응조는 복수의 영역으로 구분되며, 각 영역 내에서 침전, 폭기, 슬러지 여과의 단위공정이 진행된다. 각각의 복합반응조의 상부는 토양으로 피복되며, 복합반응조의 특정 영역에는 토양미생물이 담지된 배양토가 구비될 수 있다. 토양미생물이 담지된 배양토를 통해 총고형물(SS)의 여과 및 토양미생물에 의한 유기물 분해가 가능하게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 토양피복형 분뇨정화장치 및 방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 토양피복형 분뇨정화장치는 제 1 복합반응조(100)와 제 2 복합반응조(200)를 포함하여 구성된다. 상기 제 1 복합반응조(100)와 제 2 복합반응조(200)의 조합을 기반으로 고농도 유기성폐수에 대한 침전, 폭기 및 슬러지여과 공정이 시계열적으로 진행된다. 상기 제 1 복합반응조(100)와 제 2 복합반응조(200) 각각은 복수의 영역으로 구분되며, 각 영역에서 단위공정이 진행된다.
먼저, 상기 제 1 복합반응조(100)는 제 1 침전조(110), 제 2 침전조(120), 슬러지 저장조(130)의 영역으로 구분된다. 제 1 침전조(110)의 영역, 제 2 침전조(120)의 영역, 슬러지 저장조(130)의 영역은 격벽에 의해 공간적으로 분리된다. 제 1 복합반응조(100)가 원통 형태를 이루는 경우, 평면 기준으로 제 1 복합반응조(100)의 지름을 가로지는 형태로 제 1 격벽(1)이 배치되어 제 1 침전조(110)와 제 2 침전조(120)의 영역이 구분되고, 제 1 복합반응조(100)의 중심부에 제 1 복합반응조(100)의 둘레와 동심원을 이루는 제 2 격벽(2)이 배치되어 슬러지 저장조(130)의 영역이 구분될 수 있다.
제 1 침전조(110), 제 2 침전조(120) 및 슬러지 저장조(130)의 구조를 살펴보면 다음과 같다.
제 1 복합반응조(100)의 측단면(또는 정단면) 기준으로, 상기 제 1 침전조(110) 내에는 오수가이드관(10)이 수직 방향으로 배치된다. 상기 오수가이드관(10)은 유기성폐수 공급관(111) 및 슬러지 저장조(130)로부터 반송되는 슬러지 상등수를 제 1 침전조(110)의 하부공간으로 유입되도록 가이드하는 역할을 하며, 상기 유기성폐수 공급관은 상기 오수가이드관(10)의 일측에 연결, 구비된다. 상기 오수가이드관(10)의 상단에는 선택적으로 착탈 가능한 점검용 플레이트(11)가 구비되며, 화단 등을 상기 점검용 플레이트(11)로 적용할 수 있다. 참고로, 후술하는 모든 오수가이드관(10)의 상단에는 상기 점검용 플레이트(11)가 장착된다.
또한, 상기 제 1 침전조(110) 내에는 집수정(20) 및 오수이송관(30)이 구비된다. 상기 집수정(20)은 상기 오수가이드관(10)과 마찬가지로 상기 제 1 침전조(110) 내에 수직 방향으로 배치되며, 고액분리에 의해 분리된 상등수가 집수되는 공간이다. 상기 오수이송관(30)은 상기 집수정(20)의 일측에 연결 구비되어, 상기 집수정(20)에 집수된 상등수를 제 2 침전조(120)로 이송하는 역할을 한다.
상기 오수가이드관(10)을 통해 제 1 침전조(110)로 하향 유입된 유기성폐수(및 슬러지 저장조(130)로부터 반송되는 슬러지 상등수)는 중력침강에 의해 침전물과 상등수로 분리되며, 분리된 상등수는 수위 상승으로 상향 이동되어 상기 집수정(20)에 집수되며, 집수정(20) 내의 상등수의 수위가 오수이송관(30)에 다다르면 상등수는 오수이송관(30)을 통해 제 2 침전조(120)로 이동되는 방식이다.
상기 오수가이드관(10) 및 집수정(20)이 구비된 영역을 제외한 제 1 침전조(110)의 상단부에는 순차적으로 적층된 여재층(41)과 다공성 토양층(42)이 구비된다. 구체적으로, 상기 제 오수가이드관(10) 및 집수정(20)이 구비된 영역을 제외한 제 1 침전조(110)의 상단부에 메쉬망 형태의 여재층(41) 받침대가 구비되고, 여재층(41) 받침대 상에 여재층(41)이 구비되며, 여재층(41) 상부에 다공성 토양층(42)이 구비되는 형태를 이룬다. 여재층(41)과 다공성 토양층(42) 사이에는 다공성 토양층(42)의 토양이 여재층(41)으로 유입되는 것을 방지하기 위한 모관망이 구비되며, 상기 다공성 토양층(42) 상에는 잔디, 나무 등의 식물이 식생되어 있다. 또한, 상기 여재층(41)은 상기 다공성 토양층(42)보다 조립물로 이루어지며, 일 실시예로 쇄석으로 구성할 수 있다.
상기 여재층(41)은 상등수 내에 부유하는 고형물을 여과하는 역할과 함께 혐기성미생물의 부착, 생장 공간을 제공하여 혐기성미생물에 의한 유기성 고형물의 분해를 가능하게 한다. 한편, 혐기성미생물의 먹이사슬 구조에서 혐기성미생물은 최하단에 위치하고, 지렁이는 최상단에 위치하는데, 먹이사슬을 통해 혐기성미생물을 섭취하는 지렁이는 여재층(41)과 다공성 토양층(42) 사이를 이동함과 함께 다공성 토양층(42)에 배설물을 분비하여 다공성 토양층(42)에 생장하는 식물의 영양분을 공급한다.
제 2 침전조(120)의 구조는 기본적으로 제 1 침전조(110)의 구조와 동일하다. 제 2 침전조(120) 내부에 제 1 침전조(110)와 마찬가지로 오수가이드관(10)이 구비되며, 오수가이드관(10)의 일측에는 일단이 제 1 침전조(110)와 연결된 오수이송관(30)이 구비되며, 제 2 침전조(120) 내부의 다른 일측에는 제 1 침전조(110)와 마찬가지로 집수정(20) 및 오수이송관(30)이 구비된다. 또한, 상기 오수가이드관(10) 및 집수정(20)이 구비된 영역을 제외한 제 2 침전조(120)의 상단부에는 순차적으로 적층된 여재층(41)과 다공성 토양층(42)이 구비되며, 상기 여재층(41)의 기능은 상기 제 1 침전조(110)의 여재층(41)과 동일하다. 한편, 제 2 침전조(120)에 구비되는 여재층(41)은 그 깊이가 제 1 침전조(110)에 구비되는 여재층(41)과 다르다. 제 2 침전조(120)의 여재층(41)은 제 1 침전조(110)의 여재층(41)보다 그 깊이가 더 깊게 설계된다. 제 2 침전조(120)의 여재층(41)이 제 1 침전조(110)의 여재층(41)보다 더 깊은 이유는, 제 2 침전조(120)의 상등수에 부유하는 유기성 고형물의 크기가 제 1 침전조(110) 상등수의 유기성 고형물보다 작기 때문에 여재층(41)이 유기성 고형물에 의해 폐색될 가능성이 작으며, 이에 따라 제 2 침전조(120)의 여재층(41) 깊이를 제 1 침전조(110)의 여재층(41)보다 더 깊게 설계할 수 있다.
제 1 침전조(110)의 상등수가 제 2 침전조(120)에 유입되면, 제 2 침전조(120) 내에서 재차 침전물과 상등수로 분리되며, 분리된 상등수는 집수정(20) 및 오수이송관(30)을 거쳐 제 2 복합반응조(200)의 제 1 폭기조(210)로 이송된다.
다음으로, 상기 슬러지 저장조(130)는 상기 제 2 복합반응조(200)로부터 반송되는 슬러지를 농축슬러지와 슬러지 상등수로 분리함과 함께 분리된 슬러지 상등수를 상기 제 1 침전조(110)로 이송하는 역할을 한다. 상기 슬러지 저장조(130) 내에는 상기 제 1 침전조(110) 및 제 2 침전조(120)의 오수가이드관(10), 오수이송관(30)과 동일한 형태의 슬러지가이드관(10), 슬러지이송관(30)이 구비된다. 또한, 상기 슬러지가이드관(10)이 구비된 영역을 제외한 슬러지 저장조(130)의 상단부에는 여재층(41)과 다공성 토양층(42)이 순차적으로 적층, 구비된다.
제 1 침전조(110) 및 제 2 침전조(120)와는 달리 슬러지 저장조(130) 내에는 집수정(20)이 구비되지 않으며, 슬러지 저장조(130) 내에서 고액분리된 슬러지 상등수는 여재층(41)을 통과하여 슬러지이송관을 통해 배출되는 형태를 이룬다. 슬러지이송관을 통해 배출되는 슬러지 상등수는 상기 제 1 침전조(110)로 반송된다. 상기 슬러지 저장조(130)는 상기 제 1 침전조(110) 및 제 2 침전조(120)와 마찬가지로 무산소 조건으로 운전된다.
한편, 제 1 침전조(110) 및 제 2 침전조(120)의 기능을 살펴보면, 상기 제 1 침전조(110)와 제 2 침전조(120) 모두 기본적으로 고액분리를 통해 침전물과 상등수를 분리한다. 이와 함께, 상기 제 1 침전조(110) 및 제 2 침전조(120)는 침전조 내에 부유되는 혐기성미생물을 통해 유기성 고형물을 분해함과 함께 유기성폐수 내에 포함되어 있는 질산성질소(NO3-N)을 탈질하는 역할을 한다. 상기 제 1 침전조(110) 및 제 2 침전조(120)에 의한 질산성질소(NO3-N)의 탈질이 가능한 이유는, 제 1 폭기조(210) 및 제 2 폭기조(230)에서 질산화된 질산성질소(NO3-N)가 슬러지 저장조(130)로 내부반송되고 슬러지 저장조(130)의 슬러지 상등수가 제 1 침전조(110) 및 제 2 침전조(120)로 공급됨으로 인해, 무산소 조건의 제 1 침전조(110) 및 제 2 침전조(120)에서 질산성질소(NO3-N)가 탈질미생물의 에너지원으로 소화되기 때문이다.
질산성질소(NO3-N)가 포함된 슬러지가 제 2 복합반응조(200)(폭기조 포함)에서 슬러지 저장조(130)로 이송됨으로 인해, 슬러지 저장조(130)로부터 제 1 침전조(110)로 반송되는 슬러지 상등수에 질산성질소(NO3-N)가 포함되어 있기 때문이다.
이상, 제 1 복합반응조(100)에 대해 설명하였으며, 제 2 복합반응조(200)의 구성은 다음과 같다.
제 2 복합반응조(200)는 제 1 폭기조(210), 제 3 침전조(220), 제 2 폭기조(230), 방류 여과조(240)의 영역으로 구분된다. 제 1 폭기조(210), 제 3 침전조(220), 제 2 폭기조(230), 방류 여과조(240)의 영역은 격벽에 의해 공간적으로 분리된다. 제 2 복합반응조(200)가 원통 형태를 이루는 경우, 평면 기준으로 제 1 복합반응조(100)의 반지름 방향으로 3개의 제 3 격벽(3)이 구비되어 제 1 폭기조(210), 제 2 폭기조(230) 및 방류 여과조(240)의 영역이 구비되고, 제 2 복합반응조(200)의 중심부에 제 2 복합반응조(200)의 둘레와 동심원을 이루는 제 4 격벽(4)이 배치되어 슬러지 저장조(130)의 영역이 구분될 수 있다.
제 1 폭기조(210), 제 3 침전조(220), 제 2 폭기조(230) 및 방류 여과조(240)의 구조를 살펴보면 다음과 같다. 제 1 복합반응조(100)의 측단면(또는 정단면) 기준으로, 상기 제 1 폭기조(210), 제 3 침전조(220) 및 제 2 폭기조(230)는 유사한 형태를 이룬다.
제 1 폭기조(210)를 설명하면, 제 1 폭기조(210) 내에 제 1 침전조(110)(또는 제 2 침전조(120))의 오수가이드관(10)과 유사한 형태의 오수가이드관(10)이 수직 방향으로 배치되며, 오수가이드관(10)의 일측에 제 2 침전조(120)에서 연장된 오수이송관(30)이 구비된다. 또한, 제 1 폭기조(210) 내에는 집수정(20) 및 오수이송관(30)이 구비된다. 상기 집수정(20)은 상기 제 1 폭기조(210) 내에 수직 방향으로 배치되며, 여재층(41)을 통과한 제 1 폭기조(210)의 여과수가 집수되는 공간이다. 상기 오수이송관(30)은 상기 집수정(20)의 일측에 연결 구비되어, 상기 집수정(20)에 집수된 제 1 폭기조(210)의 여과수를 제 3 침전조(220)로 이송하는 역할을 한다.
또한, 상기 오수가이드관(10) 및 오수이송관(30)이 구비된 영역을 제외한 제 1 폭기조(210)에는 여재층(41) 및 다공성 토양층(42)이 순차적으로 적층, 구비된다. 제 1 침전조(110) 및 제 2 침전조(120)와는 달리, 상기 제 1 폭기조(210)의 여재층(41)은 오수가이드관(10)의 깊이만큼 구비됨과 함께 제 1 폭기조(210)에 구비되는 오수가이드관(10)은 표면이 천공된 유공관의 형태를 갖는다. 이와 함께, 상기 제 1 폭기조(210)의 하부공간에는 제 1 폭기조(210) 내에 공기를 공급하는 산기관이 구비된다.
제 1 폭기조(210) 내에 제 2 침전조(120)의 상등수가 공급된 상태에서 산기관을 통해 공기가 주입되면 상등수 내의 암모니아성 질소는 질산성 질소로 질산화된다. 이 때, 산기관의 폭기는 제 1 폭기조(210)의 하부를 향해 진행되며, 이에 따라 제 1 폭기조(210) 내의 상등수는 오수가이드관(10)을 향해 상부로 유동되며, 오수가이드관(10) 내에서 유동되는 상등수는 오수가이드관(10) 측부의 천공부를 통해 여재층(41)으로 이동된다. 여재층(41)으로 이동되는 상등수는 여재층(41)에 의해 여과됨과 함께 여재층(41)에 부착, 생장하는 호기성미생물에 의해 분해된다. 이 과정에서, 상등수에 포함되어 있는 인(P)이 호기성미생물에 의해 섭취, 제거된다. 여재층(41)을 상향 통과한 제 1 폭기조(210)의 여과수는 집수정(20)에 집수되며, 오수이송관(30)을 통해 제 3 침전조(220)로 공급된다.
상기 제 3 침전조(220)의 구조를 살펴보면, 기본적으로 제 1 폭기조(210)의 구성과 동일하며, 다만 제 3 침전조(220)의 경우 산기관 및 집수정(20)이 구비되지 않는다.
상기 제 3 침전조(220)는 무산소 조건으로 운전되며, 상기 제 1 폭기조(210)의 여과수가 제 3 침전조(220) 내로 공급되면 무산소 조건 하에 침전물과 상등수로 고액분리되며, 상등수는 오수가이드관(10)의 측부에 형성된 천공부를 통해 여재층(41)으로 이동된다. 여재층(41)에는 제 1 침전조(110)(또는 제 2 침전조(120))의 여재층(41)과 마찬가지로 혐기성미생물이 부착, 생장하는데, 상기 여재층(41)에 의해 오수가 여과됨과 함께 혐기성미생물에 의해 유기물이 분해된다. 여재층(41)을 상향 통과한 제 3 침전조(220)의 상등수는 집수정(20) 및 오수이송관(30)을 거쳐 제 2 폭기조(230)로 이동된다.
제 2 폭기조(230)는 제 3 침전조(220)의 상등수를 공급받아 이를 호기처리하며, 그 구성 및 동작은 상기 제 1 폭기조(210)와 동일하다. 제 1 폭기조(210) 및 제 2 폭기조(230)를 통해 2단계의 폭기 공정이 진행됨에 따라, 인의 섭취 및 질산화 효과가 배가되며, 제 2 폭기조(230)의 여과수는 상기 방류 여과조(240)로 이송된다.
마지막으로, 상기 방류 여과조(240)는 제 2 폭기조(230)의 여과수를 공급받아 무산소 조건 하에 고액분리하여 상등수를 최종 방류하는 역할을 하는 것으로서, 상기 방류 여과조(240)의 구조는 기본적으로 상기 제 3 침전조(220)와 동일하며, 제 3 침전조(220)와는 달리 방류 여과조(240) 내에는 집수정(20)이 더 구비될 수 있다.
한편, 상기 제 1 폭기조(210), 제 3 침전조(220), 제 2 폭기조(230) 및 방류 여과조(240) 각각의 내부에는 슬러지 반송관이 구비되며, 상기 슬러지 반송관을 통해 해당 반응조의 슬러지가 상기 제 1 복합반응조(100)의 슬러지 저장조(130)로 이송된다. 상기 슬러지 반송관을 이용한 슬러지 반송은, 슬러지 반송관에 가압 공기를 인가하여 반응조 내의 슬러지가 슬러지 반송관을 통해 이송되도록 하는 방식을 이용할 수 있다.
이상, 제 1 복합반응조(100) 및 제 2 복합반응조(200)에 대해 설명하였으며, 상기 제 1 복합반응조(100) 및 제 2 복합반응조(200)의 기반 하에 진행되는 유기성폐수의 처리 동작을 정리하면 다음과 같다.
유기성폐수(및 슬러지 저장조(130)로부터 이송된 슬러지 상등수)가 제 1 복합반응조(100)의 제 1 침전조(110)로 공급되면, 무산소 조건으로 운전되는 제 1 침전조(110) 내에서 침전물과 상등수로 고액분리되며, 상등수는 제 2 침전조(120)로 이송된다. 제 2 침전조(120) 역시 무산소 조건으로 운전됨과 함께 중력침강에 의한 고액분리가 재차 진행된다. 이 때, 제 1 침전조(110) 및 제 2 침전조(120)가 무산소 조건으로 운전됨에 따라 유기성폐수의 탈질 반응이 진행되며, 제 1 침전조(110) 및 제 2 침전조(120)의 상등수에 포함되어 있는 유기성 고형물은 여재층(41)에 부착된 혐기성미생물에 의해 분해되며, 다공성 토양층(42)에 식생된 식물의 영양원으로 공급된다.
제 2 침전조(120)의 상등수는 제 2 복합반응조(200)의 제 1 폭기조(210)로 이송되며, 제 1 폭기조(210)는 호기 조건으로 운전되어 제 2 침전조(120)의 상등수를 질산화시킴과 함께 여재층(41)에 부착된 호기성미생물을 활성화시켜 호기성미생물을 통해 인을 섭취, 제거하며, 호기성미생물의 배설물은 다공성 토양층(42)에 식생된 식물의 영양원으로 공급된다.
제 2 침전조(120)의 상등수는 제 2 복합반응조(200)의 제 1 폭기조(210)로 이송되며, 제 1 폭기조(210)는 호기 조건으로 운전되어 제 2 침전조(120)의 상등수를 질산화시킴과 함께 여재층(41)에 부착된 호기성미생물을 활성화시켜 호기성미생물을 통해 인을 섭취, 제거한다. 유기물 소화로 비대해진 호기성미생물은 토양층의 토양원생동물 즉, 지렁이의 먹이로 소화되며, 토양원생동물의 분변토(배설물)는 다공성 토양층(42)에 식생된 식물근권의 영양원으로 공급되는 토양생태계의 먹이 사슬에 의한 먹이 피라밋의 구조로 자연정화처리 된다.
제 1 폭기조(210)의 여재층(41)을 통과한 여과수는 무산소 조건으로 운전되는 제 3 침전조(220)로 이송되며, 제 3 침전조(220) 내에서 탈질, 여재층(41)에 의한 여과 및 여재층(41)의 혐기성미생물에 의한 유기물 분해가 진행된다. 또한, 제 3 침전조(220)의 상등수는 제 2 폭기조(230)로 공급되어 제 1 폭기조(210)에서의 기작과 동일한 기작이 진행되며, 제 2 폭기조(230)의 여과수는 방류 여과조(240)로 공급되며 여재층(41)에 의한 최종 여과 및 탈질를 통해 외부로 방류된다.
상술한 과정에서, 제 2 복합반응조(200)(제 1 폭기조(210), 제 3 침전조(220), 제 2 폭기조(230) 및 방류 여과조(240))에 축적되는 슬러지를 처리하기 위해 일정 시간 간격으로 제 2 복합반응조(200)의 슬러지가 제 1 복합반응조(100)의 슬러지 저장조(130)로 반송되며, 슬러지 저장조(130) 내의 상등수는 제 1 침전조(110)로 공급되어 전술한 바와 같은 제 1 침전조(110) 및 제 2 침전조(120)에 의한 탈질 과정이 적용된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 토양피복형 분뇨정화장치는 제 1 복합반응조(100)와 제 2 복합반응조(200)의 조합으로 이루어지며, 제 1 복합반응조(100)와 제 2 복합반응조(200) 각각이 복수의 영역으로 구분되어 각 영역이 특정 단위공정을 수행함에 따라, 장치 구성을 간략화할 수 있으며, 각 영역에 배치된 여재층(41) 및 다공성 토양층(42)을 통해 유기성폐수의 생물학적 처리효율을 배가할 수 있다.
1 : 제 1 격벽 2 : 제 2 격벽
3 : 제 3 격벽 4 : 제 4 격벽
10 : 오수가이드관 11 : 점검용 플레이트
20 : 집수정 30 : 오수이송관
41 : 여재층 42 : 다공성 토양층
100 : 제 1 복합반응조 110 : 제 1 침전조
120 : 제 2 침전조 130 : 슬러지 저장조
200 : 제 2 복합반응조 210 : 제 1 폭기조
220 : 제 3 침전조 230 : 제 2 폭기조
240 : 방류 여과조

Claims (11)

  1. 제 1 복합반응조 및 제 2 복합반응조를 포함하여 이루어지며,
    상기 제 1 복합반응조는 제 1 침전조, 제 2 침전조 및 슬러지 저장조를 포함하여 구성되며,
    상기 제 2 복합반응조는 제 1 폭기조, 제 3 침전조, 제 2 폭기조 및 방류 여과조를 포함하여 구성되며,
    상기 제 1 복합반응조를 구성하는 각 반응조(제 1 침전조, 제 2 침전조, 슬러지 저장조) 및 상기 제 2 복합반응조를 구성하는 각 반응조(제 1 폭기조, 제 3 침전조, 제 2 폭기조, 방류 여과조)의 일측에 오수가이드관이 수직 배치되며,
    오수가이드관이 배치된 영역을 제외한 제 1 복합반응조 및 제 2 복합반응조에 여재층 및 다공성 토양층이 순차적으로 적층, 구비되며,
    상기 제 1 복합반응조는 원통 형태를 이루며, 평면 기준으로 제 1 복합반응조의 지름을 가로지는 형태로 제 1 격벽이 배치되어 제 1 침전조와 제 2 침전조의 영역이 구분되고, 제 1 복합반응조의 중심부에 제 1 복합반응조의 둘레와 동심원을 이루는 제 2 격벽이 배치되어 슬러지 저장조의 영역이 구분되며,
    상기 제 2 복합반응조는 원통 형태를 이루며, 평면 기준으로 제 1 복합반응조의 반지름 방향으로 3개의 제 3 격벽이 구비되어 제 1 폭기조, 제 2 폭기조 및 방류 여과조의 영역이 구비되고, 제 2 복합반응조의 중심부에 제 2 복합반응조의 둘레와 동심원을 이루는 제 4 격벽이 배치되어 슬러지 저장조의 영역이 구분되며,
    상기 제 1 침전조, 제 2 침전조, 슬러지 저장조, 제 3 침전조 및 방류 여과조는 무산소 조건으로 운전되고, 상기 제 1 폭기조 및 제 2 폭기조는 호기 조건으로 운전되며,
    제 1 폭기조, 제 2 폭기조, 제 3 침전조 및 방류 여과조 내에 슬러지를 상기 슬러지 저장조로 반송하는 슬러지 반송관이 더 구비되며, 상기 제 1 폭기조 및 제 2 폭기조 내에 산기관이 더 구비되며,
    상기 제 1 침전조는 유기성폐수 및 상기 슬러지 저장조로부터 이송되는 슬러지 상등수를 고액분리함과 함께 탈질화하며,
    상기 제 2 침전조는 상기 제 1 침전조의 상등수를 공급받아 고액분리하여 상등수를 제 1 폭기조로 공급하며,
    상기 제 1 폭기조는 제 2 침전조의 상등수를 호기처리함과 함께 여재층을 통해 여과하며,
    상기 제 3 침전조는 제 1 폭기조의 여과수를 고액분리함과 함께 탈질화하며,
    상기 제 2 폭기조는 제 3 침전조의 상등수를 호기처리함과 함께 여재층을 통해 여과하며,
    상기 방류 여과조는 제 2 폭기조의 여과수를 최종 여과하여 방류하며,
    상기 제 2 복합반응조의 제 1 폭기조, 제 3 침전조, 제 2 폭기조, 방류 여과조의 슬러지는 슬러지 저장조로 반송되며, 슬러지 저장조는 제 2 복합반응조로부터 반송되는 슬러지를 농축슬러지와 슬러지 상등수로 분리함과 함께 분리된 슬러지 상등수를 제 1 침전조로 이송하며,
    제 1 폭기조 및 제 2 폭기조에서 질산화된 질산성질소(NO3-N)가 상기 슬러지 저장조로 내부반송되고 슬러지 저장조의 슬러지 상등수가 제 1 침전조 및 제 2 침전조에 순차적으로 공급됨으로 인해, 무산소 조건의 제 1 침전조 및 제 2 침전조에서 질산성질소(NO3-N)가 탈질미생물의 에너지원으로 소화되어 제 1 침전조 및 제 2 침전조에 의한 질산성질소(NO3-N)의 탈질이 진행되는 것을 특징으로 하는 토양피복형 분뇨정화장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 복합반응조를 구성하는 각 반응조에 배치되는 오수가이드관은 측부가 천공된 유공관 형태인 것을 특징으로 하는 토양피복형 분뇨정화장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 복합반응조의 각 반응조에 배치되는 여재층의 깊이는 오수가이드관의 깊이에 상응한 것을 특징으로 하는 토양피복형 분뇨정화장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 침전조, 제 2 침전조, 슬러지 저장조, 제 3 침전조 및 방류 여과조에 구비된 여재층에 혐기성미생물이 부착, 생장하며, 상기 제 1 폭기조 및 제 2 폭기조의 여재층에 호기성미생물이 부착, 생장하는 것을 특징으로 하는 토양피복형 분뇨정화장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 복합반응조를 구성하는 각 반응조 및 상기 제 2 복합반응조를 구성하는 각 반응조는 오수이송관을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 토양피복형 분뇨정화장치.
  11. 삭제
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