KR19990024097A

KR19990024097A - 수생식물을 이용한 오,폐수 자연 정화 시스템

Info

Publication number: KR19990024097A
Application number: KR1019980052702A
Authority: KR
Inventors: 이상을
Original assignee: 이상을
Priority date: 1998-05-26
Filing date: 1998-12-01
Publication date: 1999-03-25
Also published as: KR100232361B1; KR19980043082A

Abstract

공지의 오·폐수 처리 장치의 상부에 수생식물조를 축조하여 수생식물에 의하여 질소 및 인의 흡수효율을 향상시킬 수 있는 수생식물을 이용한 오·폐수 자연 정화 시스템이 개시되어 있다. 본 발명은, 오·폐수를 유입받는 집수조에 저장하고, 폭기조에서 폭기처리된 폐수를 침전조에서 고액 분리시켜 유출시키는 오·폐수 처리 시스템에 있어서,오·폐수 처리 시스템의 상부에 설치되고, 일정깊이를 이루도록 구성되며 내부에 수생식물을 식재할 수 있도록 적어도 하나 이상으로 구획되며, 구획된 벽을 통하여 폐수가 이동하도록 구성되는 다수의 수생식물조; 및 다수의 수생식물조의 일 측면에 설치되어 침전조에서 유입되는 폐수를 수생식물조 평면에 고르게 분배하고, 자체의 수위를 조절하기 위한 수위조절부가 설치된 분배조를 포함하는 것이다.본 발명에 의하면, 계절에 관계없이 자연의 에너지를 최대한 활용하는 자연친화적이며 경제적인 방식으로 질소와 인을 동시에 제거할 수 있다.

Description

수생식물을 이용한 오,폐수 자연 정화 시스템

본 발명은 수생식물을 이용한 오·폐수 자연 정화 시스템에 관한 것으로, 특히, 공지의 오·폐수 처리 장치의 상부에 수생식물조를 축조하여 수생식물에 의하여 질소 및 인의 흡수효율을 향상시킬 수 있는 수생식물을 이용한 오·폐수 자연 정화 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 질소,인과 같은 영양염의 제거를 위한 오·폐수의 처리 방법으로는 물리화학적 처리방법과 생물학적인 처리방법이 있다.이중 물리화학적 처리방법은 암모니아 탈기법, 선택적인 흡착을 이용하는 이온 교환법, 소석회 및 응집제를 사용하여 인을 침전시키는 방법, 질소와 인을 동시에 침전시키는 스트루바이트(struvite)형성의 침전법 등이 이용되고 있다. 그러나, 물리화학적 처리방법은 그 처리가 선택적으로 이루어지기는 하지만, 온도에 민감하고 비용이 많이 소요되는 등의 단점이 있다. 또한, 약품비 및 운전상에 요구되는 환경이 특정적이어서 그 운영에 어려움이 있으며, 유출수가 불안정하여 현장에서는 거의 사용되지 않고 있다.

반면에 생물학적 처리 방법으로 질소 및 인을 제거하는 공정은,혐기성-호기성-혐기성-호기성 반응조를 분리 배치하여 각각의 반응조의 특성에 따라 호기성 반응조에서는 유기물산화 및 질산화 반응과 미생물이 인을 섭취하도록 유도하고, 혐기성 반응조에서는 질산성 질소를 질소가스로 변형시켜 대기중으로 방출시키는 탈질반응과 인의 방출을 유도한다. 이러한 생물학적 처리 방법은 아직 연구단계에 있으며, 일부 적용이 시도되고 있으나, 처리효율에 한계가 있으며 플랜트 건설비용이 높다.

따라서, 이와 같은 종래의 오·폐수 자연 정화 시스템은 수중 미생물만을 이용하여 질소와 인을 제거하고 있어, 질소 및 인의 처리가 충분하지 못하다. 이러한 상태로 처리된 오·폐수가 댐·호수등에 유입되면 녹조의 이상 번식에 의하여 수질이 오염되는 부영양화 현상이 발생된다.

또한, 현재는 미나리, 브레옥잠등의 수생식물을 이용한 오수처리 방법이 실험적으로 실시되고 있다. 즉, 마을 오수가 유입되는 넓은 면적의 논에 식재된 미나리에 의하여 오수에 포함된 질소 및 인을 제거하거나, 댐의 가장 자리에 브레옥잠을 번식시켜 질소와 인을 제거하는 시도가 이루어지고 있다.

이러한 수생식물을 이용하여 질소와 인을 단순 흡수하는 방법은 그 처리 효율이 낮고, 동절기에 수생식물이 얼어죽거나 성장이 멈추면 이와 같은 처리 효과를 기대할 수 없는 문제점이 있었다.또한, 종래의 오·폐수 처리시설에서 사용되는 방법으로 1차 생물학적 처리후 모래여과나 활성탄 여과등으로 고도처리를 하는 방법은 처리효율이 높지 않고, 건설비와 운영 유지비가 비교적 높은 문제점이 있었다.

따라서,이러한 문제점을 보완하기 위하여 기존의 오· 폐수처리시설에서 일부 시설을 보완하여 사계절 모두 수생식물과 경제작물등에 의한 질소와 인의 제거가 가능하도록 하여 자연친화적이며, 경제적인 방식으로 수질을 개선할 수 있는 수생식물을 이용한 오·폐수 정화 시스템이 동일출원인에 의하여 선출원된 1998년 1월 5일자 대한민국 특허출원 제 98-36호에 개시되었다.

특허출원 제 98-36호에서는 기존의 질소 및 인을 포함하는 오·폐수를 1차 처리후, 질소 및 인의 제거효과가 탁월한 수생식물을 이용하여 잔유하는 질소 및 인을 제거하기 위하여 1차 오·폐수 처리 시스템내의 폭기조의 수면부 상단 또는 폭기조에 중첩하거나 인접하여 별도의 수생식물조를 축조하고 그 상부에 보온유지장치를 구성하며,내부에는 조명장치를 장착하여 일조량의 부족에 대비하도록 구성되어 있다. 또한, 수생식물조에 공기중의 탄산가스 공급을 위한 공기 공급 장치를 포함하고, 폭기조의 유출열에너지를 회수할 수 있는 구조로 이루어진다.

본 발명은 동일출원인에 의하여 선출원된 98-36호를 일부 개량하여 질소 및 인의 제거효과의 증진 및 적용범위를 확장시키기 위하여 발명된 것으로, 여건에 따라 수생식물의 종류를 다양하게 적용시키며 수생식물조의 하부에 여과소재를 설치하여 더욱 안정된 고도의 처리수를 얻을 수 있으며, 수생식물조를 경작지로 활용하여 수경재배를 함으로써 오염물질 성분에서 식량 자원도 얻도록 하였으며, 폭기조에서 배기되는 더운공기를 수생식물조에 공급시켜 년중 수생식물과 경제작물에 의한 질소 및 인의 흡수효율을 향상시킬 수 있는 수생식물을 이용한 오·폐수 자연 정화 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수생식물을 이용한 오·폐수 자연 정화 시스템을 보여주기 위한 구성도이다.

도 2는 도 1에서 수생식물조의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.

도 3은 도 1에서 A-A’선을 따라 취한 평단면도이다.

도 4는 도 1에서 수경재배를 하기위한 수생식물조의 단면도이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 일반적인 오·폐수 처리 시스템

101 : 콘크리트 슬라브 103 : 온실

105 : 원수 유입관 107 : 스크린

109 : 집수조 111 : 폭기조

117 : 침전조 121 : 처리수조

200 : 수생식물조 201 : 분배조

202 : 제 1 수생식물조 203-1: 말풀류

204 : 제 2 수생식물조 205 : 브레옥잠, 205-1 : 마름

206 : 제 3 수생식물조 207 : 개구리밥

208 : 제 4 수생식물조 210 : 벽구멍

212 : 유출웨어 214 : 배출관

216 : 전자밸브 218 : 수위조절장치

220 : 배기이송관 221 : 배기송풍기

222 : 분배박스 224 : 자갈층

226 : 모래층 228 : 이송관

229 : 수경재배용 스치로폼 230 : 토마토, 오이류

232 : 상추, 배추류 234 : 벼

236 : 수위조절밸브 238 : 배수관

240 : 공급관 242 : 반송관

이와 같은 목적을 수행하기 위한 본 발명은,

오·폐수를 유입받는 집수조에 저장하고, 폭기조에서 폭기처리된 폐수를 침전조에서 고액 분리시켜 유출시키는 오·폐수 처리 시스템에 있어서,

오·폐수 처리 시스템의 상부에 설치되고, 일정깊이를 이루도록 구성되며 내부에 수생식물을 식재할 수 있도록 적어도 하나 이상으로 구획되며, 구획된 벽을 통하여 폐수가 이동하도록 구성되는 다수의 수생식물조; 및

다수의 수생식물조의 일 측면에 설치되어 침전조에서 유입되는 폐수를 다수의 수생식물조로 분배하고, 자체의 수위를 조절하기 위한 수위조절부가 설치된 분배조를 포함하는 것이다.

본 발명에 의하면, 계절에 관계없이 자연의 에너지를 최대한 활용하는 자연친화적이며 경제적인 방식으로 질소와 인을 동시에 제거할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부되는 도 1은 본 발명에 따른 수생식물을 이용한 오·폐수 자연 정화 시스템을 보여주고, 도 2는 도 1에서 수생식물조의 구성을 설명하기 위한 단면도이며, 도 3은 도 1에서 A-A’선을 따라 취한 평단면도이고, 도 4는 도 1에서 수경재배를 하기위한 수생식물조의 단면도이다.

도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 오·폐수 자연 정화 시스템은, 일반적인 오·폐수 처리 시스템(100)의 상부에 수생식물조(200)가 설치되어 구성된다.여기서, 일반적인 오·폐수 처리 시스템(100)은 지하 2층구조로 설비하고 지면과 동일한 위치에 콘크리트 슬라브(101)를 설치한다. 따라서, 수생식물조(200)는 콘크리트 슬라브(101)의 상부에 설치되며, 수생식물조(200)의 온도를 상승시켜 주기 위한 온실(103)이 수생식물조(200)를 감싸도록 콘크리트 슬라브(101)의 상부에 설치된다.

일반적인 오·폐수 처리 시스템(100)은 원수 유입관(105)으로 오·폐수를 유입받아 일정 크기 이상의 고형물을 제거시키기 위한 스크린(107)이 설치된 집수조(109), 집수조(109)에 저장된 폐수를 공급받아 바이오 메디아(BIO-MEDIA)등이 투입될 수 있으며, 외부 브로워(blower)(113)나 수중폭기장치를 이용하여 폭기를 하기 위한 다수의 조로 이루어질 수 있는 폭기조(111) 및 폭기조(111)에서 미생물에 의하여 처리된 폐수를 연결관(115)을 통하여 유입받아 고액 분리시키기 위한 침전조(117)로 구성된다. 여기서, 일반적인 오·폐수 처리 시스템(100)은 침전조(117)의 상징수를 방류시키기도 하지만, 본 발명에서는 일단 처리수조(121)를 구성하여 상징수를 모아 수생식물조(200)의 분배조(201)로 유입되도록 구성된다.

또한, 수생식물조(200)는 도 2에서 보는 바와 같이, 수심이 1.2M∼1.8M를 이루도록 구성된 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4수생식물조(202,204,206,208)와 제 1 수생식물조(202)의 측면에 처리수조(121)에서 유입되는 상징수를 제 1 수생식물조(202)로 분배하기 위한 분배조(201)를 철근 콘크리트로 축조하고, 일조시에는 태양에너지를 받아들여 보존할 수 있으며,에너지의 외부 유출을 경감되도록 온실(103)을 상부에 설치한다. 여기서, 분배조(201)에는 수위를 감지하기 위한 수위감지장치 및 타이머로 이루어진 수위조절부(218)가 설치된다.

그리고, 수생식물조(200)는 처리수조(121)에서 유입되는 상징수에 잔류된 유기물 및 질소와 인의 제거 효율을 극대화 할 수 있도록 제 1 수생식물조(202)에는 말풀류(203-1)를 식재하여 폐수를 호기성 상태로 유지하고, 제 2 수생식물조(204)와 제 3 수생식물조(206)에는 브레옥잠(205) 또는 마름(205-1), 개구리밥(207)을 순차적으로 식재하여 무산소조와 혐기성조로 유지하며, 제 4 수생식물조(208)에는 다시 말풀류(203-1)를 식재하여 호기성 상태로 유지할 수 있도록 구성된다.

수생식물조(200)내의 제 1 및 제 2 수생식물조(202, 204)와 제 2 및 제 3 수생식물조(204, 206)를 구획하는 벽에는 폐수의 수평 이동을 위한 다수의 벽구멍(210)이 설치되고,제 4 수생식물조(208)에는 폐수를 유출시키기 위한 유출웨어(212)가 설치된다. 그리고, 제 1∼제 4수생식물조(202∼208)의 하부에는 도 2에서 보는 바와 같이, 수생조의 청소 및 역세수를 집수조(109)로 이동시키기 위한 배출관(214)이 형성되며, 각각의 배출관(214)에는 전자밸브(216)가 설치된다. 전자밸브(216)는 분배조(201)내에 설치된 수위조절부(218)에 전기적으로 연결 되도록 구성된다.

제 2 및 제 3,4 수생식물조 (204, 206, 208)에 경제작물을 수경재배할 경우는 그림 4에서 보듯이 수경재배용 스치로폼 (229)과, 수위조절밸브 (236)가 더 설치된다.폭기조(111)의 상부에는 수생식물조(200)를 관통하도록 다수의 배기이송관(220)을 장착시켜, 폭기조(111)에서 발생하는 고온의 배기공기가 수생식물조(200)를 관통하여 온실(103)내로 배출되도록 구성한다. 여기서, 배기이송관(220)의 길이가 길거나 저항이 클 경우에는 도 1에서 보는 바와 같이 배기이송관(220)중간에 배기송풍기(221)가 더 설치될 수 있다. 그리고, 제 1 수생식물조(202) 및 제 4 수생식물조(208)의 하부는 도 2에서 보는 바와 같이, 다공박스를 갖는 분배박스(222)상부에 순차적으로 여과소재인 자갈층(224) 및 모래층(226)을 설치하여 구성된다. 분배박스(222)는 분배조(201) 및 제 3 수생식물조(206)에 저장된 폐수를 다수의 이송관(228, 228')을 통하여 유입받는 다공박스로 이루어진다.

그리고, 침전조(117)에는 침전 분리된 슬러지를 상기 제 2 수생식물조(204)에 공급하도록 공급관(240)이 형성되고, 제 4 수생식물조(208)에는 처리수 일부를 제 1 수생식물조(202)에 반송하는 반송관(242)이 설치된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 오·폐수 자연 정화 시스템의 상세한 동작을 첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저 도 1을 참조하면, 원수 유입관(105)으로 오·폐수가 유입되면 스크린(107)에 의해 일정 크기 이상의 고형물이 제거되고 모래등이 침사된 후 집수조(109)에 저장된다. 집수조(109)에 저장된 원수는 이송펌프(도시 안됨)등에 의해 폭기조(111)로 일정량씩 공급된다. 폭기조(111)는 복수의 조로 구성될 수 있고, 접촉산화방법의 오·폐수 처리 시스템에서는 미생물 부착제로 여러 종류의 바이오 메디아(BIO-MEDIA)를 투입할 수 있으며, 외부 브로워(blower)(113)나 수중폭기장치를 이용하여 폭기조(111)내에 폭기를 하게 된다. 폭기조(111)에서는 미생물을 이용하여 유입된 오·폐수를 소화분해 처리한다. 폭기조(11)에서 미생물에 의하여 처리된 폐수는 연결관(115)을 통하여 침전조(117)로 유입된 뒤, 침전조(117)에서 고액 분리된다. 이때, 침전조(117)내의 상징수는 처리수조(121)에 모아져 수생식물조(200)의 분배조(201)로 유입된다.

분배조(201)로 유입된 상징수는 다수의 이송관(228)을 통하여 제 1 수생식물조(202)의 분배박스(222)로 유입되어 분배박스(222)의 다공박스를 통하여 상부로 천천히 이동되며, 여과소재인 자갈층(224) 및 모래층(226)을 통하여 제 1 수생식물조(202)에 식재된 말풀류(203-1)의 뿌리를 역류하게 된다. 그러나, 시간이 경과함에 따라 제 1 수생식물조(202)에 식재된 말풀류(203-1)는 그 뿌리를 자갈층(224)까지 내리게 되어 분배박스(222)로부터 상승하는 폐수에 포함된 질소 및 인을 효과적으로 흡수하여 제거하게 된다.

제 1 수생식물조(202) 및 제 4 수생식물조(208)에 식재된 말풀류(203-1)는 수면 이하에서 성장하는 특징이 있어 한국형 수생식물 정화법에 가장 적합한 내 저온성 수종으로 1년생과 다년생이 있으며, 말즘의 경우는 7∼8월에는 열매를 맺고 열매가 익으면 줄기의 바닥 끝부분이 끊어져 줄기는 수면으로 떠오르고 먼저 익은 열매는 떨어져 바닥에서 즉시 새로운 싹을 내고 빠르게 성장하게 된다.

이때, 떠오른 말즘 줄기를 갈퀴등으로 걷어내어 흔들면 남은 열매가 떨어지는데 이 열매를 건조 보관하고 다음해 열매가 다 익기전에 미리 바닥에 뿌려 놓으면 전해의 말즘이 죽고 새싹이 나기까지 공백기를 예방할 수 있게 된다. 그러나, 말즘은 결실기에 바닥 줄기가 끊어져 줄기가 수중에 떠 있는 상태에서도 질소와 인을 흡수하는 특성을 가지고 있으며 먼저 익어 떨어진 열매에서 다시 빠르게 새싹을 내어 자라므로 공백기라 하여도 수처리 성능이 크게 저하되지 않는다.

이와같이 물속에서 동화작용을 하는 말풀류(203-1)는 말즘외에도 검정말이 있으며, 그외 나사말, 미나리 마름, 붕어마름등 수심의 깊이와 물의흐름 유무에 따라 다양한 종류가 있어 제 1 수생조(202)와 제 4 수생조(208)의 여건에 따라 선택적인 사용이나 혼용함으로써 번식기 공백을 없게 하고 호기성 유지 효과를 극대화 시킬 수 있다.

따라서, 제 1 수생식물조(202)를 통과한 폐수는 식재된 말풀류(203-1)의 수중탄소동화작용에 의하여 호기성 상태를 유지하고,제 1 및 제 2 수생식물조(202, 204)를 구획하는 벽에 설치된 다수의 벽구멍(210)을 통하여 제 2 수생식물조(204)로 유입된다. 제 2 수생식물조(204)에는 브레옥잠(205) 또는 마름(205-1)을 식재하여 다수의 실뿌리에 부착된 호기성 미생물로 산소소비를 촉진시켜 무산소조로 유지하고, 제 3 수생식물조(206)에는 개구리밥(207)을 식재하여 공기층과 물표면층을 차단하여 산소의 용해를 억제함으로써 혐기성조로 유지한다. 열대성 수종인 브레옥잠(205)과 국내 유사 종인 마름(205-1) 및 개구리밥(207)등은 수처리 기능과 성장 특성이 비슷하며 기온이 5℃ 이하에서는 성장이 정지되고 개구리밥은 잎에 겨울눈을 형성하여 바닥에 가라앉아 겨울을 나고 ,수온이 맞으면 겨울눈에서 잎을 내어 떠오르며 성장후에는 잎이 3∼4 조각으로 갈라지고 갈라진 잎마다 실뿌리를 내려 급속히 빠른 번식을 하게 된다. 그러나, 온도가 15℃이상 계속 유지되면 계속하여 성장과 번식을 유지하므로 브레옥잠(205)과 마름(205-1) 및 개구리밥(207)의 경우는 1차 식재후 별도의 종자 관리를 하지 않아도 된다.

또한, 도 4에서 보는 바와 같이 제 2 및 제 3 수생식물조(204, 206)에는 오·폐수의 오염성분인 질소와 인을 식량 자원화하기 위하여 수경 재배용 스치로폼(228)을 띄우고 수경재배함으로써 오이, 토마토, 상추, 배추등을 재배할 수 있으며, 제 4 수생식물조(208)에는 벼를 재배할 수 있다. 이 경우에도 물표면에 떠있는 스치로폼(229)는 공기층과 물표면을 차단시켜 산소의 용해를 억제하여 제 2 수생식물조(204)에서는 다수의 뿌리에 호기성 미생물이 붙어 산소 소비를 촉진하게 되고, 제 3 수생식물조(206)에서는 혐기성 탈질 미생물에 의해 탈질 반응이 이루어져 질소·인 제거가 효과적으로 수행되게 된다.

제 4 수생식물조(208)에 벼(234)를 재배할 경우 물높이 조절이 필요하므로 그림 4 에서와 같이 수위조절밸브(236)를 설치하여 조절하게 된다.

또한, 제 3 수생식물조(206)에 저장된 폐수는 다수의 이송관(228')을 통하여 제 4 수생식물조(208)의 분배박스(222)로 유입되어 분배박스(222)의 다공벽을 통하여 상부로 천천히 이동되며, 여과소재인 자갈층(224) 및 모래층(226)을 통하여 제 4 수생식물조(208)에 식재된 말풀류(203-1) 또는 벼(234)의 뿌리를 역류하게 된다. 마찬가지로 시간이 경과함에 따라 제 4 수생식물조(208)에 식재된 말풀류(203-1)와 벼(234)는 그 뿌리를 자갈층(224)까지 내리게 되어 분배박스(222)로부터 상승하는 폐수에 포함된 질소 및 인을 효과적으로 흡수하여 제거하게 된다. 이렇게 질소 및 인이 효과적으로 제거된 처리수는 제 4 수생식물조(208)의 측면에 설치된 유출부웨어(212)를 통하여 외부로 유출된다.

수생식물조(200)의 폐수정화방법을 다시 설명하면, 폐수중에 잔류된 질소 성분은 제 1 및 제 4 수생식물조(202, 208)에서 이루어지는 호기성 상태에서 질산화되고, 제 2 및 제 3 수생식물조(204, 206)에서 이루어지는 무산소조와 혐기성 상태에서는 탈질 반응이 이루어진다. 그리고, 폐수중에 잔류된 인 성분은 제 1 및 제 4 수생식물조(202, 208)에서 이루어지는 호기성 상태에서는 미생물이 인을 다량 섭취하고 있다가 제 2 및 제 3 수생식물조(204, 206)에서 이루어지는 무산소조와 혐기성 상태에서는 다시 인을 방출하게된다. 그러므로, 본 발명은 수생식물(203-1, 205,207)의 각 호기·혐기 작용으로 생물학적인 질소·인 제거 반응이 병행되는 과정에서 각 수생식물(203-1,205,205-1,207,234)과 수경재배작물(230,232)의 식물학적인 질소와 인의 흡수가 효과적으로 이루어질 뿐만 아니라 정수개념의 완속여과 기능까지 동일부지에서 병행되는 특성이 있어서 오·폐수의 고도처리가 가능하도록 구성되는 것이다.

또한, 폭기조(111)에서 배출된 고온의 배기가스를 다수의 배기이송관(220)을 이용하여 폭기조(111)와 한 개층 이상으로 분리된 수생식물조(200)를 관통하여 온실(103)내로 배출시킴으로, 열대성 수종인 브레옥잠(205)과 개구리밥(207)등이 동절기에도 잘 자랄 수 있도록 구성하여 폐수의 처리효율을 증진시킨다.

제 1 및 제 4 수생식물조(202, 208)에 설치된 분배박스(222)의 다공박스를 통하여 상부로 천천히 이동하는 동안 자갈층(224) 및 모래층(226)을 거쳐 폐수는 완속여과되고, 완속여과되는 동안에 자갈층(224) 및 모래층(226)에 부착되는 이물질에 의하여 물의 흐름이 저해될 수 있다. 이런 경우를 대비하여 분배조(201)내에 설치된 수위조절부(218)는 수위를 감지하고, 감지된 수위가 일정 수위 이상일 경우에는 각각의 배출관(214)에 설치된 전자밸브(216)를 타이머에 의하여 설정된 시간동안 개방시켜 자동역세가 이루어지며, 역세된 폐수를 집수조(109)로 배출시키게 된다.

그리고, 침전조(117)에서 고액분리된 슬러지 일부를 공급관(242)을 통하여 제 2 수생식물조(204)의 유입부에 투입함으로써, 제 2 수생식물조(204)에 남아있는 용존산소의 소비 속도를 빠르게 하여 제 3 수생식물조(206)에서 혐기성 분위기가 쉽게 조성되도록 하며, 제 2 및 제 3 수생식물조(204, 206)에서 활동하는 호기성, 염기성, 혐기성 미생물에게 탄소영양원이 되도록 함과 동시에 이들 미생물에 의해 2차 분해된 유기물의 질소와 인 성분이 제 2 및 제 3, 제 4 수생식물조(204, 206, 208)의 수생식물(203-1,205,207)에게는 식물영양원으로 섭취되게 함으로써 슬러지를 감량화시키게 된다. 이때, 제 2 및 제 3 수생식물조(204, 206)에 투입되어 2차 분해된 잔류 슬러지는 제 4 수생식물조(208)로 넘어가지 않도록 드레인밸브(216,236)를 조절하면 하부에 누적된 슬러지가 소량씩 집수조(109)로 유입되며 다음 공정을 거쳐 탈수기에서 슬러지 케익으로 최종 배출된다.

한편, 제 1 수생식물조(202)에서는 암모니아성 질소가 질산화되는 반응과정에서 수소이온(H⁺)을 배출하여 산성화되며, 제 3 수생식물조(206)에서는 질산성 질소와 아질산성 질소가 탈질되는 반응과정에서 수산이온(OH^-)을 배출하여 알칼리화 되므로 제 4 수생식물조 (208)에서 처리수 일부를 반송관(242)를 통하여 제 1 수생식물조(202)로 반송하여 줌으로써 제 1 수생식물조(202)가 계속하여 산성화되는 것을 예방하는 역활을 하게 된다.

본 발명에 따른 수생식물 이용 오·폐수 자연 정화 시스템에 의하면, 동절기에도 경제성 작물을 포함하여 다양한 수생식물에 의한 질소와 인의 제거를 가능하게 하며, 신규로 건설되는 처리시설외에 기존의 처리시설에서도 일부 시설을 보완하여 사계절 모두 수생식물과 수경재배 작물등에 의한 질소와 인의 제거가 가능하도록 하여 경작지로서의 역활을 겸할 수 있는등 다양한 적용범위를 가지며, 동시에 보다 고도의 정화처리를 할 수 있기 때문에 자연친화적이며, 경제적인 방식으로 수질개선에 크게 기여할 수 있다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당업자에 의해 그 개량이나 변형이 가능하다.예를 들어 제 1 내지 제 4 수생식물조(202∼208)에 식재된 말풀류, 브레옥잠 및 마름, 개구리밥 경제작물등의 수종은 식재순서를 달리하거나 다른 수종으로 대체될 수 있으며, 인공조명의 방법도 식물의 광합성 작용에 필요한 특수 파장의 빛을 내는 형광등을 사용할 수 있으며, 지하 공간의 경우에는 광섬유에 의한 태양빛의 이송 기능을 활용할 수 있다.

Claims

오·폐수를 유입받는 집수조(109)에 저장하고, 폭기조(111)에서 폭기처리된 폐수를 침전조(117)에서 고액 분리시켜 유출시키는 오·폐수 처리 시스템(100)에 있어서,

상기 오·폐수 처리 시스템(100)의 상부에 설치되고, 일정깊이를 이루도록 구성되며 내부에 수생식물을 식재할 수 있도록 적어도 하나 이상으로 구획되며, 구획된 벽을 통하여 폐수가 이동하도록 구성되는 다수의 수생식물조(202∼208); 및

상기 다수의 수생식물조(202∼208)의 일 측면에 설치되어 상기 침전조(117)에서 유입되는 폐수를 상기 다수의 수생식물조중 하나의 수생식물조(202)로 분배하고, 자체의 수위를 조절하기 위한 수위조절부(218)가 설치된 분배조(201)를 포함하는 것을 특징으로 하는 수생식물을 이용한 오·폐수 자연 정화 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 다수의 수생식물조(202∼208) 및 분배조(201)의 상부 및 주변부는 에너지의 외부 유출을 경감시키기 위한 온실장치(103)로 감싸는 것을 특징으로 하는 수생식물을 이용한 오·폐수 자연 정화 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 다수의 수생식물조(202∼208)는 제 1 내지 제 4 수생식물조(202∼208)를 이루도록 구획되는 것을 특징으로 하는 수생식물을 이용한 오·폐수 자연 정화 시스템.
제 3 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 4 수생식물조(202, 208)의 하부는 상기 분배조(201) 및 제 3 수생식물조(206)에 저장된 폐수를 다수의 이송관(228, 228)을 통하여 유입받는 다공박스로 이루어진 분배박스(222)의 상부에 자갈층(224) 및 모래층(226)을 순차적으로 설치하는 것을 특징으로 하는 수생식물을 이용한 오·폐수 자연 정화 시스템.
제 3 항에 있어서, 상기 폭기조(111)의 상부에는 다수의 배기이송관(220)이 설치되고, 상기 다수의 배기 이송관(220)은 수생식물조(200)을 관통하여 상기 온실장치(103)에 배기가스를 배출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수생식물을 이용한 오·폐수 자연 정화 시스템.
제 5 항에 있어서, 상기 배기이송관(220)에는 배기량을 충분히 유지시키기 위한 배기송풍기(220)가 설치되는 것을 특징으로 하는 수생식물을 이용한 오,폐수 자연 정화 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 다수의 수생식물조(202∼204)에는 호기작용을 하는 수생식물과 혐기작용을 하는 수생식물이 순차적으로 식재되는 것을 특징으로 하는 수생식물을 이용한 오·폐수 자연 정화 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 분배조(201)에는 수위를 감지하기 위한 수위감지장치 및 타이머로 이루어진 수위조절부(218)가 설치되는 것을 특징으로 하는 수생식물을 이용한 오·폐수 자연 정화 시스템.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 다수의 수생식물조(202∼208)의 하부에는 수생식물조에서 배출된 청소 및 자동 역세수를 집수조(109)로 이동시키기 위하여 상기 분배조(201)내에 설치된 수위조절부(218)와 전기적으로 연결된 전자밸브(216)가 설치된 배출관(214)이 형성되는 것을 특징으로 하는 수생식물을 이용한 오·폐수 자연 정화 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 다수의 수생식물조(202∼208)중 어느 하나 이상의 수생식물조(204, 206)에는 채소작물(230, 232)의 재배가 가능하도록 수경재배용 스치로폼(228)을 설치하는 것을 특징으로 하는 수생식물을 이용한 오·폐수 자연 정화 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 다수의 수생식물조(202∼208)중 어느 하나의 수생식물조(208)에는 벼(234)를 재배할 수 있도록 수위를 조절할 수 있는 밸브 및 배관(236, 238)을 추가로 설치하는 것을 특징으로 하는 수생식물을 이용한 오·폐수 자연 정화 시스템.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 침전조(117)에서 침전 분리된 슬러지를 상기 제 2 수생식물조(204)에 공급하도록 공급관(240)을 형성하는 것을 특징으로 하는 수생식물을 이용한 오,폐수 자연 정화 시스템.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 제 4 수생식물조(208)의 처리수 일부를 제 1 수생식물조(202)에 반송하는 반송관(242)가 설치되는 것을 특징으로 하는 수생식물을 이용한 오,폐수 자연 정화 시스템.