KR200296748Y1 - 소규모 오수의 재사용을 위한 복합형 수처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은, 농어촌이나 개별마을과 같이 소규모 오수나 하수가 발생하는 곳에 설치하여 비교적 거리가 먼 하수종말처리장까지 이송하지 않고 현장에서 직접 처리하며 전처리 장치, 2단계 생물막 반응조 및 3단계 인공습지로 이루어진 처리 시스템을 구성함으로써 오수처리효율이 높아 처리수의 재사용이 가능한 복합형 수처리 장치에 관한 것이다.

이러한 본 고안은 유입되는 오수나 하수를 스크린을 거쳐 큰 고형물질을 제거하고, 크기가 적은 고형물질을 침전시키고 침적된 고형물질을 에어리프트와 같은 슬러지 배출장치를 이용하여 배출시키는 침전 및 슬러지 제거조로 이루어진 전처리 장치와, 전처리된 오수를 호기조와 무산소조로 이루어진 2단계 생물막 반응조로 유입시켜 생물막 반응조 부피의 20 ～ 60% 충진된 여재에 부착된 미생물에 의하여 1차 처리하며, 미처리된 고형물질, 유기물, 질소 및 인 등을 처리하기 위하여 정수식물, 침수식물과 부엽식물이 식재된 3단계 인공습지를 거치는 2차 처리에 의하여 오수의 재사용이 가능한 복합형 수처리 장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.

Description

소규모 오수의 재사용을 위한 복합형 수처리 장치{A Complex Apparatus of Small Sewage Treatment to Reuse}

본 고안은 소규모 오수나 하수를 현장에서 직접 처리하여 재사용하기 위한 복합형 수처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스크린, 침전 및 슬러지 제거조로 이루어진 전처리 장치, 유기물, 질소와 인을 제거하기 위한 호기성 반응조와무산소 반응조로 이루어진 2단계 생물막 반응조에서 1차 처리하고 1차 처리수를 정수, 침수 및 부엽식물이 식재된 3단계 인공습지에 의해 한 번 더 처리함으로써 미처리된 고형물질, 유기물, 질소, 인 제거율을 높여 소규모 오수의 처리수 재사용이 가능한 복합형 수처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로 종래의 소규모 오수처리 시설은 활성슬러지공법이나 여재를 이용한 접촉산화조, 합병정화조 등을 이용하여 처리하고 있다.

중, 소 규모의 오,폐수처리방법 중 접촉산화법은 단순히 일정량의 접촉여재를 임의적으로 반응조 내에 충진시켜 부상, 고정 또는 유동상태로 단순폭기시킴으로써 공극폐쇄로 인하여 악취 발생, 미세플록의 과다 유출로 인한 수질 저하 등의 문제점을 해결하지 못하고 있는 실정이며, 또한 미생물 응집체의 고액분리를 위한 별도의 침전도 설치 이외에 기존의 2차처리 과정에서 미제거된 부유물질을 제거하기 위하여 모래 등에 의한 여과시설을 추가 설치해야 하는 실정이다.

활성슬러지 공법은 질소, 인 등의 제거율이 낮고, 전문운전 인력이 운전하여야 하기 때문에 중, 소 규모 오수처리에는 적합하지 않으며, 합병정화조 등은 운전이 간단하고 질소, 인 등을 허용기준치 이하로 방류할 수 있으나 오수의 재사용은 불가능하다.

최근에는 수자원의 부족현상으로 상기의 공정에 추가하여 오수를 재사용하는 공정들이 많이 연구되고 보급되고 있는데, 대부분 화학적 처리와 병행한 사여과(Sand Filter), BAF(Biological Activated Fiter) 및 AOP(Advanced Oxidation Procee) 등의 공법을 중심으로 연구, 설치되고 있는데, 이러한 기술은대도시의 하수처리장과 같이 에너지 및 기술집약적 정화공법의 적용이 곤란한 지역, 예를 들면 농, 어촌, 상수원 보호구역, 도시지역에서도 하수관거 미보급 지역, 개별처리가 필요한 지역 등에서는 적용이 곤란하다.

따라서 본 고안에서는, 상기의 문제점을 해결하고자, 스크린과 침전 및 슬러지 제거조로 이루어진 전처리장치, 2단계 생물막 반응조로 이루어진 1차 처리장치, 질소, 인 제거율이 높고 고형물질의 여과도 같이 수행하는 3단계 인공습지를 2차 처리장치로 설치함으로써 유기물, 부유물질, 질소 및 인의 제거율을 높여 오수의 재사용이 가능한 복합형 수처리 장치를 제공하고자 한다.

도 1은 본 고안에 따른 복합형 수처리 장치를 예시하기 위한 블록 다이아그램이다.

도 2는 본 고안에 따른 복합형 수처리 장치의 일실시예 구성을 나타낸 전체 개략도이다.

도 3은 본 고안에 따른 복합형 수처리 장치의 일실시예 구성중 전처리 장치와 생물막 반응조를 나타낸 단면도이다.

도 4는 본 고안에 따른 복합형 수처리 장치의 일실시예 구성중 정수식물을 식재하는 인공습지를 나타낸 단면도이다.

도 5는 본 고안에 따른 복합형 수처리 장치의 일실시예 구성중 침수식물과 부엽식물을 식재하는 인공습지를 나타낸 단면도이다.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 스크린 3 : 침전 및 슬러지 제거조

5 : 생물막 반응조 7 : 호기성 반응조

9 : 무산소 반응조 11 : 여재

13 : 산기관 15 : 교반기

17 : 칸막이 19 : 웨어

21 : 에어펌프 23 : 슬러지 배출장치

25 : 모터 27 : 공기공급관

29 : 슬러지 배출관 31 : 슬러지 수집조

33 : 인공습지 35 : 정수식물 인공습지

37 : 여름 수위 39 : 겨울 수위

41 : 정수식물 43 : 가는 모래

45 : 굵은 모래 47 : 폐콘크리트(2 ～ 5cm)

49 : 폐콘크리트(8 ～ 12cm) 51 : 그물망

53 : 정수식물 인공습지 유출조 55 : 정수식물 인공습지 유출구

57 : 수위조절 밸브 59 : 침수, 부엽식물 인공습지

61 : 침수식물 63 : 부엽식물

65 : 최종배출구 67 : 침수식물 인공습지

69 : 부엽식물 인공습지 71 : 펌프

상기 목적은, 본 고안에 따라, 복합형 수처리 장치에 있어서, 스크린을 거쳐 조대물질이 제거된 오수는 2단계로 이루어진 침전 및 슬러지 제거조예 유입되어 1단에서 고형물질이 침전되고, 침전된 고형물질은 2단에서 에어리프트와 같은 슬러지배출장치에 의해 제거되어 슬러지 수집조로 이송되어 처리되며, 스크린과 침전 및 슬러지 제거조로 이루어진 전처리 장치에서 처리된 오수는 호기성 반응조와 무산소반응조로 이루어진 생물막 반응조를 거쳐 1차 처리되고, 정수, 침수 및 부엽식물이 식재된 3단계 인공습지에서 2차 처리되어 달성된다.

이하에서는 첨부 도면에 의거하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 복합형 수처리 장치의 수질정화방법을 예시하기 위한 블록 다이아그램이다. 즉 본 고안에 따른 오수처리방법에 의하면 1차 처리장치에유입되기 전 오수를 처리하는 전처리 장치가 있으며, 호기성 반응조, 무산소 반응조로 이루어진 1차 처리장치, 최종적으로 방류되거나 재사용되기 위한 역할을 수행하는 정수, 침수 및 부엽식물이 식재된 3단계 인공습지로 구성된 2차 처리장치로 나눌 수 있으며, 부대시설로는 슬러지 보관조가 있다.

도 2는 본 고안에 따른 스크린(1)과 침전 및 슬러지 제거조(3)로 이루어진 전처리 장치와 2단계 생물막 반응조(5) 및 3단계 인공습지(33)로 이루어진 복합형 수처리 장치의 전체 개요도로서 오수를 본 설비에 유입하기 전에 처리하는 전처리 장치인 스크린(1), 침전 및 슬러지 제거조(3), 1차 처리장치인 호기성 반응조(7)와 무산소 반응조(9)로 이루어진 생물막 반응조(5), 2차 처리장치인 정수식물 인공습지(35), 침수식물 인공습지(67), 부엽식물 인공습지(69)로 구성되어 있다.

본 고안의 장치구성에서 스크린(1)에서 조대입자를 제거한 후 유입된 오수나 하수는 2단계로 이루어진 침전 및 슬러지 제거조(3)의 전단부에 유입되고 고형물질은 침전된다. 침전된 고형물질은 에어펌프(21)의 구동에 의해 공기공급관(27)을 통하여 공기를 공급하여 에어리프트와 같은 슬러지 배출장치(23)를 가동하여 슬러지를 배출하여 슬러지 배출관(29)을 통하여 슬러지 수집조(31)에 보관을 한다. 보관된 고형물질은 일정기간이 지나 축적되면 처분한다.

상기 침전 및 슬러지 제거조(3)는 혐기성 상태가 되어 인이 방출되고 일부 유기물에 제거되는 작용을 한다.

전처리 장치를 거쳐 전처리된 오수는 2단계로 이루어진 생물막 반응조(5)로 유입되는데, 생물막 반응조(5)의 전단부인 호기성 반응조(7)는 망상형 여재나 락형여재로 구성되며, 1쌍의 여재(11) 사이에 산기관(13)을 설치하여 포기를 시켜 호기성으로 운전된다. 침전 및 슬러지 제거조(3)에서 방출된 인이 호기성 반응조(7)에서 여재에 부착된 미생물에 의해 과다 섭취되어 제거되고, 유기물이 제거되며, 호기성 미생물에 의한 질산화가 발생한다.

생물막 반응조(5)의 후단부인 무산소 반응조(9)는 탈질 미생물에 의한 탈질반응이 주로 일어나 질소가 제거되며, 유기물도 일부 제거된다. 1차 처리단계인 생물막 반응조(5)에서는 대부분의 유기물과 질소, 인이 제거되지만 미처리된 질소와 인 및 고형물질이 존재하므로 고도처리나 재사용을 위해서는 추가적인 처리공정이 필요하다. 따라서 인공습지(33)를 2차 처리시설로 두어 미처리된 부유물질, 유기물, 질소 및 인을 제거한다.

2차 처리단계인 3단계 인공습지(33)중 1단계인 정수식물 인공습지(35)는 인공습지(33)에 충진된 모래 여재(43, 45)에 의한 여과, 침전, 흡착 작용, 식물에 의한 정화 작용으로 고형물질, 질소와 인 등이 제거되며, 정수식물 인공습지(35)는 갈대, 줄, 부들, 창포 등의 정수식물(41)이 식재되며, 수위조절 밸브(57)를 통해 여름 수위(37)와 겨울 수위(39)로 나누어 여름철과 겨울철의 수위를 조절할 수 있게 하였다.

3단계 인공습지(33)중 2번째 단계인 침수식물 인공습지(67)는 마름과 같은 침수식물(61)이 식재되고 식물에 의해 질소, 인 제거와 모래(43, 45)에 의한 여과, 침전, 흡착 작용에 의해 제거작용으로 오수가 정화되며 체류시간은 0.5 ～ 1일이 바람직하다.

3단계 인공습지(33)중 3번째 단계인 부엽식물 인공습지(69)는 정수, 침수 부엽식물로 크게 나누어지는 습지 식물군 중에서 질소와 인의 제거능이 가장 높은 생이가래, 자라풀, 개구리밥, 좀개구리밥 등의 부엽식물(63)을 식재하여 방류되기전 질소와 인을 처리하며, 재사용을 위한 처리수 보관조의 역할을 한다. 처리수는 방류되거나 부엽식물 인공습지(69)에 설치된 펌프(71)를 사용하여 재사용한다.

도 3은 본 고안에 따른 복합형 수처리 장치의 일실시예 구성중 전처리 장치와 생물막 반응조(5)를 나타낸 단면도로서, 스크린(1)에서 조대입자를 제거한 후 유입된 오수나 하수는 2단계로 이루어진 침전 및 슬러지 제거조(3)의 전단부에 유입되고 고형물질은 침전된다. 침전된 고형물질은 에어펌프(21)의 구동에 의해 공기공급관(27)을 통하여 공급되는 공기에 의하여 에어리프트와 같은 슬러지 배출장치(23)를 가동하여 슬러지를 배출하여 슬러지 배출관(29)을 통하여 슬러지 수집조(31)에 보관을 한다. 보관된 고형물질은 일정기간이 지나 축적되면 처분한다.

상기 침전 및 슬러지 제거조(3)는 혐기성 상태가 되어 인이 방출되고 일부 유기물에 제거되는 작용을 하며, 체류시간은 0.5 ～ 1.5일이 바람직하다.

전처리 장치를 거쳐 전처리된 오수는 2단계로 이루어진 생물막 반응조(5)로 유입되는데, 생물막 반응조(5)의 전단부인 호기성 반응조(7)는 망상형 여재나 락형여재로 구성되며, 1쌍의 여재(11) 사이에 산기관(13)을 설치하여 포기를 시켜 호기성으로 운전된다. 침전 및 슬러지 제거조(3)에서 방출된 인이 호기성 반응조(7)에서 여재에 부착된 미생물에 의해 과다 섭취되어 제거되고, 유기물이 제거되며, 호기성 미생물에 의한 질산화가 발생한다.

생물막 반응조(5)의 후단부인 무산소 반응조(9)는 1쌍의 여재(11) 사이에 설치된 모터(25)에 의해 구동되는 교반기(15)에 의해 교반되어 무산소 조건으로 운전되며, 탈질반응이 주로 일어나 질소가 제거되며, 유기물도 일부 제거된다. 상기 생물막 반응조(5)의 체류시간은 4 ～ 8시간 범위이고, 호기성 반응조(7), 무산소 반응조(9)의 비율은 1 : 1 ～ 4 : 1의 범위가 바람직하며, 충진되는 여재(11)는 호기성 반응조(7)나 무산소 반응조(9) 모두 20 ～ 60% 범위를 충진하는 것이 바람직하다.

도 4는 본 고안에 따른 복합형 수처리 장치의 일실시예 구성중 정수식물(41)을 식재하는 정수식물 인공습지(35)를 나타낸 단면도이다.

전처리 장치와 생물막 반응조(5)에 의해 1차 처리된 오수는 3단계 인공습지(33)중 1단계인 정수식물 인공습지(35)의 유입부분에 설치된 폐콘크리트(49)에 유입된다. 상기 폐콘크리트(49)는 오수의 빠른 침투를 위해 8 ～ 12cm범위의 폐콘크리트(49)를 사용하는데, 자갈이나 쇄석 등을 사용하여도 무방하다. 유입부분 외의 여재는 3단계로 이루어진 여재를 사용하며, 정수식물(41)이 식재되는 여재는 1mm이하의 모래(43)이며, 깊이는 30cm가 바람직하다, 정수식물(41)이 성장하여 뿌리가 성장하는 층의 여재는 2mm 이하의 굵기를 가지는 모래(45)이며, 깊이는 30cm가 바람직하다. 정수식물 인공습지(35)의 바닥은 2 ～ 5cm 크기를 가지는 폐콘크리트(47)을 충진하는 데, 자갈이나 쇄석도 무방하며, 깊이는 30cm 충진하는 것이 바람직하다.

유입부분에 유입된 오수는 정수식물 인공습지(35)에 충진된 모래 여재(43,45)에 의한 여과, 침전, 흡착 작용, 식물에 의한 작용으로 고형물질, 질소와 인 등이 제거되며, 정수식물 인공습지(35) 후단부에 설치된 정수식물 인공습지 유출구(55)에 의해 정수식물 인공습지 유출조(53)로 유출된다. 상기 정수식물 인공습지 유출구(55)는 직경이 15cm 정도인 PVC파이프를 인공습지의 폭에 따라 50cm의 간격으로 설치하는 것이 바람직하다. 정수식물 인공습지 유출조(53)로 유출된 처리수는 수위조절 밸브(57)에 의해 수위가 조절되어 배출된다. 상기 수위조절 밸브(57)에 의해 여름 수위(37)는 1mm이하의 모래(43) 층 위 10cm로 유지되며, 겨울철에는 모래층이 동결되는 것을 방치하기 위하여 겨울 수위(39)를 30cm로 유지하는 것이 바람직하다.

상기 정수식물 인공습지(35)는 갈대, 줄, 부들, 창포 등의 정수식물(41)이 식재되며, 체류시간은 1 ～ 3일이 바람직하다.

도 5는 본 고안에 따른 복합형 수처리 장치의 일실시예 구성중 침수식물과 부엽식물을 식재하는 인공습지(59)를 나타낸 단면도이다.

정수식물 인공습지(35)에서 처리된 처리수는 침수식물 인공습지(67)로 유입되고 마름과 같은 침수식물(61)에 의한 질소, 인 제거작용과 모래에 의한 흡착, 침전 작용에 의해 오염물질이 제거되며, 침수식물 인공습지(67)와 부엽식물 인공습지(69) 사이의 칸막이(17) 하부의 그물망(51)으로 유출된다. 상기 침수식물 인공습지(67)는 1mm이하의 모래(43)에 침수식물(61)을 식재하고 깊이는 30cm가 바람직하며, 침수식물(61)이 성장하여 뿌리가 성장하는 층의 여재는 2mm 이하의 굵기를 가지는 모래(45)이며, 깊이는 30cm가 바람직하다.

부엽식물 인공습지(69)는 습지 식물군 중에서 질소와 인의 제거능이 가장 높다고 알려진 생이가래, 자라풀, 개구리밥, 좀개구리밥 등의 부엽식물(63)을 식재하여 방류되기전 질소와 인을 처리하며, 재사용을 위한 처리수 보관조의 역할을 한다. 처리수를 방류하거나 저수지로 배출할 경우 최종배출구(65)로 배출하며 재사용 할 경우 펌프(71)를 이용하여 펌핑하여 재사용한다. 상기 부엽식물 인공습지(69)는 체류시간은 0.5 ～ 1일이 바람직하며 재사용을 위한 처리수 보관조의 역할을 수행할 경우 2 ～ 3일이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 고안에 따르면, 유입되는 오수를 스크린, 침전 및 슬러지 제거조 및 침전 및 슬러지 제거조에 설치된 슬러지 배출장치에 의해 고형물질이 제거되고, 호기성 반응조 - 무산소 반응조로 구성된 생물막 반응조에 의해 유기물, 질소 및 인이 1차 정화되며, 친환경적이며, 시설비와 에너지 비용이 적은 정수식물, 침수식물 및 부엽식물 인공습지에 식재된 식물에 의한 정화작용과 모래에 의한 흡착, 침전작용에 위해 고형물질, 유기물, 질소 및 인이 2차 정화되어 오수를 재사용 가능한 복합형 수처리 장치를 제공할 수 있다.

Claims (2)

1. 소규모 오수의 재사용을 위한 복합형 수처리 장치에 있어서,

   조대입자를 제거하는 스크린과 슬러지를 주기적으로 제거하는 에어리프트와 같은 슬러지 배출장치가 장착된 침전 및 슬러지 제거조가 생물막 반응조 전측에 설치된 전처리 장치와;

   호기성 반응조와 무산소 반응조가 차례로 설치되어 2단으로 구성된 생물막 반응조와;

   정수식물 인공습지, 침수식물 인공습지 및 부엽식물 인공습지가 차례로 연결된 3단 인공습지가 생물막 반응조 후측에 설치된 것을 특징으로 하는 복합형 수처리 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 정수식물 인공습지의 유입부와 하부에 폐콘크리트를 여재로 사용하는 복합형 수처리 장치.