KR200357625Y1 - 자연친화형 접촉순환 하수처리장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 고정상미생물접촉여재와 자갈, 골재, 모래 및 식물체를 이용한 자연친화형 접촉순환 하수처리장치에 관한 것으로, 부패성 유기물과 질산화정도가 높은 BOD 등의 유기물을 접촉산화조의 고정상 미생물접촉여재와 폭기장치에 의한 용존산소의 극대화에 의해 처리하여 하수의 BOD를 20~30ppm 정도로 정화하고, 그 처리수를 식물여상조에 다중분배 유공관을 통해 고르게 분배시켜 각기 분리간벽에 의해 분리되는 다수의 여상조의 일부에 선택적으로 공급하여, 각 여상조가 혐기 및 호기적 조건 정도에 차이가 발생하도록 함과 아울러 단일 여상조 내에서도 상부와 하부의 혐기 및 호기적 조건 정도에 차이가 발생하도록 하여, 각 여상조의 여과사층에서는 호기적 조건에서 식물체의 흡수와 토양미생물에 의한 분해산화작용이 일어나도록 하여 질소와 인을 흡수 및 정화시키고, 그 하부의 중간 골재층에서는 무산소 조건하에서 탈질반응이 일어나도록 유도하여 그 하부의 자갈층에서는 혐기적 조건이 유도될 수 있도록 조성하고 내부에서 축적될 수 있는 슬러지를 재순환장치를 이용하여 접촉산화조로 재순환시켜 식물여상층의 복원력을 증대시켜 나가고, 운전의 중단 없이 지속적으로 처리할 수 있어 관리 및 유지비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

자연친화형 접촉순환 하수처리장치{sewage disposal apparatus for nature frendly contact-rotation}

본 고안은 자연친화형 접촉순환 하수처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 접촉산화 고정상 미생물들을 이용하여 질산화를 통해 유기물질을 제거하고 후단부에서 식물여상방식으로 식물체를 접촉산화로는 제거가 어려운 질소와 인을 제거할 수 있도록 한 것으로, 식물여상조 저면에서의 슬러지 순환반송을 통해 접촉산화조로 반송시킴으로써 여상조의 복원력을 증대시키고, 재순환되는 혐기성 슬러지의 분해로 접촉산화 고정상 미생물의 활성도를 높여 하수처리의 효율을 높일 수 있도록 한 자연친화형 접촉순환 하수처리장치에 관한 것이다.

최근 오수 및 하수에서 질소와 인을 처리하기 위한 장치들이 개발 및 보급되고 있다.

이와 같은 종래 장치들중 식물체를 이용한 오수, 하수의 처리기술에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

대한민국 실용신안등록 출원 20-2002-0026049호(자연순화용 오폐수 처리장치)는 식물재배장치를 물위에 띄워서 수중하부로 미생물접촉여재를 설치하고 그 상부에 위치하는 식물재배장치에 식재된 식물이 유기물질과 질소 및 인을 일부 이용할 수 있도록 한 구성이다.

또한, 동 20-2002-0032601호(자연정화 침상 하수처리장)은 차수막을 선횡으로 설치하여 수하면 흐름방식을 이용하여 유량을 하부로 흐르게 하면서 환기통 상부에 환기팬으로 공기를 공급하여 처리하는 방법으로 대한민국 실용신안등록 출원 20-2002-0030926호의 단점을 보완한 것으로 평가되고 있으나, 이 역시 수하면 흐름방식과 일치하게 유체가 이동함에 따라 전체 부지면적중 하류쪽으로 갈수록 상층부는 유체와 접촉 및 순환이 원활하지 못해 하류쪽에는 식물체의 생장이 어려운 문제점이 있다.

이와 같이 종래 하수 처리장치들은 대부분 식물체와 그 하부 모래층, 골재층, 자갈층을 형성하여 그 상부에 식물체를 식재한 후 인위적인 공기공급 또는 통풍관을 이용하여 골재층으로 공기를 주입하는 방식으로 식물체 뿌리를 통한 산소공급의 제한성을 극복하고 식물체 고정 및 식재방식을 달리하는 방식을 사용하고 있다.

그러나, 상기와 같은 종래 하수 처리장치들은 대부분 식물체의 오염정화기능이 매우 제한됨을 간과하여 여과층과 그 하부의 골재층 자체를 미생물접촉여재로 활용하고 있어 하수의 원수를 유입함에 따른 식물처리장의 넓은 면적이 소요되고 습지 또는 식물여상층의 높이를 낮추어 자연통풍과 갈대 등의 정수식물에 의한 용존산소공급에 의존하고 있어 처리효율의 제한성과 동절기 여상층 또는 골재층 토양 미생물의 저활성도에 따른 수질악화 및 장기간 운전에 따른 하부 골재층의 공극폐쇄와 부패현상을 동반할 수 있는 문제점이 있었다.

또한 종래 하수 처리장치들은 설치할 수 있는 지형적 현장조건들이 유입하수 차집관거가 지반고 1.0m~1.5m아래로 유입되고, 본 처리장 자체의 유량흐름방식에 의해 경사면이 충분히 확보되는 즉, 경사면이나 지형적 특성이 유리한 지역에만 국한하여 설치할 수 있어 일반적 지형에는 설치가 제한되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 고안은 고정상 미생물접촉여재와 식물체가 식재되는 여상조를 분리하여 식물체의 정화능력 저하를 방지할 수 있으며, 골재층토양의 미생물을 활성화하고, 그 하부 골재층에 슬러지가 축적되어 하부 골재층의 공극 폐쇄와 부패현상을 방지할 수 있는 슬러지 재순환장치를 설치운영하는 자연친화형 접촉순환 하수처리장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 부패성 유기물과 질산화정도가 높은 BOD 등의 유기물을 접촉산화조의 고정상 미생물접촉여재와 폭기장치에 의한 용존산소의 극대화에 의해 처리하여 하수의 BOD를 20~30ppm 정도로 정화하고, 그 처리수를 식물여상조에 다중분배 유공관을 통해 고르게 분배시켜 각기 분리간벽에 의해 분리되는 다수의 여상조의 일부에 선택적으로 공급하여, 각 여상조가 혐기 및 호기적 조건 정도에 차이가 발생하도록 함과 아울러 단일 여상조 내에서도 상부와 하부의 혐기 및 호기적 조건 정도에 차이가 발생하도록 하여, 각 여상조의 여과사층에서는 호기적 조건에서 식물체의 흡수와 토양미생물에 의한 분해산화작용이 일어나도록 하여 질소와 인을 흡수 및 정화시키고, 그 하부의 중간 골재층에서는 무산소 조건하에서 탈질반응이 일어나도록 유도하여 그 하부의 자갈층에서는 혐기적 조건이 유도될 수 있도록 구성되어지고, 각 여상조별로 처리된 처리수는 하부 자갈층에서 다공차집관을 통해 다음 여상조 상부 여과사층으로 월류되게 하고, 상기 최종단의 여상조에서 최종방류조의 수위조절장치에 의해 처리수가 배출되도록구성한다.

상기 식물여상조의 최종단의 여상조를 제외한 모든 여상조에는 자갈층에 슬러지의 적치 및 동공폐쇄가 일어나지 않도록 슬러지를 상기 접촉산화조로 슬러지를 반송시켜 식물여상조의 복원력을 향상시키며, 그 혐기성 슬러지의 분해산물을 접촉산화조의 미생물세포 증식에 활용할 수 있도록 하는 슬러지 반송장치를 더 포함하여 구성한다.

도 1은 본 고안 자연친화형 접촉순환 하수처리장치의 평면도.

도 2는 본 고안 자연친화형 접촉순환 하수처리장치의 주요부분 측단면도.

도 3은 슬러지 재순환장치의 상세 구성도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10:접촉산화조 11:스크린조

12:유량조정조 13:고정상 미생물접촉여재

14:침전분리조 15:슬러지저장조

20:식물여상조 21:제1여상조

22:제2여상조 23:제3여상조

24:분리간벽 25:다중분배유공관

26:월류관 27:자갈층

28:골재층 29:여과사층

30:슬러지 재순환장치 31:HDPE직관

32:삼중경사접합티 33:슬러지차집다공관

34:반송관 35:에어공급관

36:다공관 37:PP메스스크린망

38:PP링밴드 39:조절밸브

40:송풍기 50:방류조

60:HDPE후렌지 70:식물체

상기와 같이 구성되는 본 고안 자연친화형 접촉순환 하수처리장치의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안에 따르는 자연친화형 접촉순환 하수처리장치의 일실시 평면도이고, 도 2는 도 1의 주요부분이 도식화될 수 있도록 선택된 측단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 하수를 유입시켜 유량조정조(12)에서 충분한 전폭을 수행하고, 활성오니를 식종한 고정상 미생물접촉여재(13)와 송풍기(40)를 통해 공급되는 공기에 의해 하수의 질산화 및 유기성 오염물질을 제거하고, 침전분리조(14)를 이용하여 슬러지를 분리하고, 그 분리된 슬러지를 슬러지저장조(15)로 인발할 수 있도록 구성된 접촉산화조(10)와;

각기 분리간벽(24)에 의해 분리되는 제1 내지 제3여상조(21, 22, 23)를 구비하되, 그 제1여상조(21)에 접촉산화조(10)의 상등수를 다중분배유공관(25)을 통해 공급하고, 제2여상조(22)에는 상기 제1여상조(21)의 처리수가 월류관(26)을 통해 유입됨과 동시에 상기 다중분배유공관(25)을 통해 상기 접촉산화조(10)의 상등수일부가 유입되도록 하여, 제3여상조(23)에서는 월류관(26)을 통해 유입된 상기 제2여상조(22)의 처리수를 식물흡수 및 여과하도록 구성하며, 상기 제1 내지 제3여상조의 혐기 및 호기적 조건 정도에 차이가 발생하도록 함과 아울러 단일 여상조 내에서도 상부와 하부의 혐기 및 호기적 조건 정도에 차이가 발생하도록 하는 식물여상조(20)와;

상기 식물여상조(20)의 제1여상조(21)와 제2여상조(22)에 다수로 삽입되어 상기 송풍기(40)로부터 공급되는 산소를 이용하여 제1여상조(21)와 제2여상조(22)에 축적되는 슬러지를 상기 접촉산화조(10)로 재순환시키는 슬러지 재순환장치(30)와;

상기 제3여상조(23)의 처리수를 유입받아 방류하는 방류조(50)로 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 고안의 구성 및 작용을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 스크린조(11)를 통해 유입된 하수는 유량조정조(12)에 유입되며, 그 유량조정조(12)에 구비된 폭기장치에 의하여 송풍기(40)에 의해 공급되는 산소를 하수에 유입시켜 용존산소량을 증가시킨다.

그 다음, 상기 유량조정조(12)의 하수는 활성오니를 식종한 고정상 미생물접촉여재(13)에 의하여 그 하수에 포함된 유기물을 분해 시킨다. 이때 송풍기(40)를 통해 공급되는 공기에 의해 하수의 질산화가 용이하게 일어나도록 하고 후단 말미에서는 충분한 용존산소를 포화시킨다.

상기 고정상 미생물접촉여재(13)를 고정화하는 방식은 사각형 또는 장방형 등의 STS304 평철과 앵글을 이용하여 제작설치함이 바람직하며, 접촉여재는 고정상접촉여재 및 처리효율이 확보될 수 있는 것이면 어느 것이던 사용할 수 있다.

그 다음, 이와 같이 처리된 하수는 침전분리조(14)를 이용하여 슬러지를 분리하고, 그 분리된 슬러지를 슬러지저장조(15)로 인발시킨다.

상기 침전분리조(14)에서의 침전체류시간은 일반적으로 3~4시간보다 짧은 1시간 내지 1시간 30분을 설정하여 용존산소 탈기율을 낮춘다.

상기 침전분리조(14)의 상등수는 다중분배유공관(25)을 통해 식물여상조(20)로 배출된다.

상기 다중분배유공관(25)은 제1여상조(21)와 제2여상조(22)에 상기 상등수를 공급하며, 이때 고른 배출을 위하여 다중분배유공관(25)은 상기 제1여상조(21)와 제2여상조(22)의 전면 상부 여과사층(29)에 일정 간격의 바둑판형으로 설치된다.

상기 식물여상조(20)는 분리간벽(24)을 통해 상호간에 하수의 흐름이 차단되며, 저면으로부터 자갈층(27), 중간 골재층(28), 여과사층(29)이 적층되며, 그 적층구조 상부층에 식물체(70)가 식재되는 제1 내지 제3여상조(21, 22, 23)로 이루어진다.

상기 다중분배유공관(25)을 통해 제1여상조(21)에 공급되는 상등수는 용존산소량이 상대적으로 더 많으며, 제2여상조(22)는 월류관(26)을 통해 제1여상조(21)의 처리수와 다중분배유공관(25)을 통해 상등수를 유입 받으므로, 상기 제1여상조(21)에 비하여 상대적으로 용존산소 포화도가 떨어져 무산소대 조건이 된다.

상기 다중분배유공관(25)은 HDPE유공관의 둘레에 PP재질의 미세스크린망을견고하게 포획하여 여과사의 침투를 방지한다.

상기 제3여상조(23)는 제2여상조(22)의 처리수를 공급받아 여과하여 상기 방류조(50)를 통해 방류한다.

상기 제1여상조(21)의 처리수를 제2여상조(22), 제2여상조(22)의 처리수를 제3여상조(23)로 이동시키기 위해서 월류관(26)을 사용하며, 상기 월류관(26)은 각 여상조의 자갈층 부분의 처리수를 고르게 차집하기 위해 다수의 HDPE유공관과 HDPE직관으로 포설한다.

상기와 같이 제1여상조(21)는 상기 접촉산화조(10)에서 폭기에 의하여 충분한 용존산소를 포함한 상등수를 받아들이므로 충부한 호기적 조건이 조성되고 이에 따라 식물체(70)들의 질소 및 인의 흡수와 토양미생물들의 호기적 분해가 왕성하게 일어난다.

상기 식물체(70)는 갈대, 부들, 창포꽃을 사용할 수 있으며, 기타 하수를 정화할 수 있는 식물이면 그 종류에 의해 본 고안이 제한되지 않는다.

그리고, 제2여상조(22)는 접촉산화조(10)의 상등수와 제1여상조(21)의 월류수를 상층부로 유입받아 호기적-무산소적 환경이 불규칙하게 조성되어 식물체(70)에 의한 질소와 인의 흡수가 일어남과 아울러 호기적 조건에서 토양미생물의 분해와 동시에 하부에는 무산소적 환경이 조성된다.

제3여상조(23)에서는 제2여상조(22)의 월류수를 공급받아 무산소-혐기적 조건이 조성되어 상층부 식물체(70)의 흡수와 혐기적미생물의 활동 및 여과기능을 수행할 수 있게 구성된다.

도 3은 슬러지 재순환장치(30)의 상세 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이 상기 제1여상조(21)와 제2여상조(22)의 여과사층(29), 중간 골재층(28), 자갈층(27)에 수직으로 삽입되는 HDPE직관(31)과, 상기 HDPE직관(31)의 하부에 결합되는 스테인리스 삼중경사접합티(32)와, 상기 삼중경사접합티(32)의 측면부에 결합되어, 상기 자갈층(27)에 퇴적되는 슬러지를 차집하여 상기 삼중경사접합티(32)의 하부로 슬러지를 포집할 수 있는 슬러지차집다공관(33)과, 상기 HDPE직관(31)의 상부측에서 상기 삼중경사접합티(32)의 저면부분까지 연장되는 에어공급관(35)과 반송관(34)을 포함하는 에어리프트펌프와, 상기 삼중경사접합티(32)와 슬러지차집다공관(33)을 결합하는 HDPE후렌지(60)로 구성된다.

상기 슬러지차집다공관(33)은 스테인리스 다공관(36)의 외부에 PP메스스크린망(37)을 감고, PP링밴드(38)를 이용하여 고정시킨 것이며, 상기 삼중경사접합티(32)의 경사각에 따라 상기 삼중경사접합티(32)와 결합된 일측단이 타측단에 비하여 낮은 위치에 있도록 하여 슬러지를 삼중경사접합티(32)의 저면에 포집할 수 있다.

이와 같이 포집된 슬러리는 상기 에어리프트펌프에 의하여 포집되어 상기 접촉산화조(10)로 반송되어 식물여상층의 복원력을 증대시키고, 그 접촉산화조(10)로 반송된 슬러지는 고정상 미생물접촉여재(13)의 미생물의 세포증식 및 활동도를 높이는 역할을 한다.

상기 포집된 슬러지의 재순환 과정은 상기 송풍기(40)가 동작하는 한 지속적으로 수행되며, 상기 에어리프트펌프 외에 수중펌프를 사용하여 슬러지를 재순환처리 할 수 있다.

상기 에어리프트펌프에는 슬러지의 반송량을 조절할 수 있는 조절밸브(39)를 설치할 수 있다.

상기 고정상 미생물접촉여재(13)를 활성화한 슬러지의 부산물들은 최종 침전분리조(14)에 의해 분리되며, 슬러지저장조(15)에서 제거된다.

상기한 바와 같이 본 고안은 고정상 미생물접촉여재와 폭기장치를 이용하여 충분한 호기성 조건에서 유기물을 분해하고, 다단의 서로 다른 호기성-혐기성 조건을 가지는 여상조를 이용하여 질소와 인을 처리함과 아울러 그 여상조의 하부에 축적되는 슬러지를 재순환하여 하부 자갈층의 부패 방지 및 복원력을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

상기 재순환된 하부 자갈층의 슬러지를 고정상 미생물접촉여재의 영양염균등화와 미생물세포증식 및 미생물 활동도의 증가에 이용하여 오수 및 하수처리 효율을 크게 개선하여, 단순한 설비로 오수 및 하수의 고도처리가 가능한 효과가 있다.

또한, 설치 지형의 지형적 특성에 제한 없이 어느 곳이건 설치를 할 수 있으며, 소요 부지면적을 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 폭기장치와 고정상미생물여재(13)를 이용한 질산화폭기조와 침전물을 분리할 수 있는 침전조(14) 및 슬러지를 저장할 수 있는 슬러지저장조(15)로 구성된 접촉산화조(10)와,

   저면으로부터 자갈층, 골재층, 여과사층의 적층구조에 식물이 식재되며, 분리간벽(24)에 의하여 다수로 분리되어, 각각 호기성과 혐기성 조건이 서로 다른 다수의 여상조(21, 22, 23)를 구비하여, 상기 다중분배유공관(25)을 통해 접촉산화조(10)의 상등수를 공급받거나, 그 접촉산화조(10)의 상등수와 이전 단의 여상조의 처리수를 월류관(26)을 통해 월류받아 각각 호기성과 혐기성의 정도가 다른 조건에서 정수 처리하는 식물여상조(20)와,

   상기 식물여상조(20)에 구비된 다단의 여상조 중 최종단의 여상조(23)를 제외한 여상조(21, 22)에 다수로 설치되 각 여상조(21, 22)의 자갈층(27)에 축적되는 슬러지를 상기 접촉산화조(10)로 재순환시키는 슬러지 재순환장치(30)를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 자연친화형 접촉순환 하수처리장치.
2. 제 1항에 있어서, 슬러지 재순환장치(30)는 최종단의 여상조를 제외한 여상조에 수직으로 삽입되는 HDPE직관(31)과,

   상기 HDPE직관(31)의 하부에 결합되는 스테인리스 삼중경사접합티(32)와,

   상기 삼중경사접합티(32)의 측면부에 결합되어, 상기 자갈층(27)에 퇴적되는슬러지를 차집하여 상기 삼중경사접합티(32)의 하부로 슬러지를 포집할 수 있는 슬러지차집다공관(33)과,

   상기 HDPE직관(31)의 상부측에서 상기 삼중경사접합티(32)의 저면부분까지 연장되는 에어공급관(35)과 반송관(34)을 포함하는 에어리프트펌프를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 자연친화형 접촉순환 하수처리장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 식물여상조는 각각 분리간벽(24)에 의해 처리수의 흐름이 차단된 다수의 여상조를 포함하며, 각 여상조의 처리수는 각 여상조의 바닥면에서 이격된 자갈층에서 차집하여 상기 분리간벽(24)을 넘어 다음 단의 여상조로 월류시키는 월류관(26)에 의해 처리수의 흐름을 유도하는 것을 특징으로 하는 자연친화형 접촉순환 하수처리장치.