KR20050090520A - 폭기식 인공습지 시스템 및 이를 이용한 하수, 오수,폐수등의 고도 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 인공습지 시스템에 있어서, 처리할 처리수가 유입되는 유입장치 및 처리된 처리수를 유출하는 유출장치를 구비하고, 구획된 영역들을 가지며, 상기 구획된 영역들중 하나의 영역을 폭기하여 호기성 영역으로 유지하고, 나머지 영역을 비호기성 영역으로 유지한 수로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폭기식 인공습지 시스템을 개시하고, 인공 습지 시스템을 이용한 하수, 오수, 폐수등의 고도 처리 방법에 있어서, 인공습지 시스템의 수로를 복수개의 영역들로 구획하는 단계(S1); 및 상기 구획된 영역들중 하나의 영역내에 공기를 주입하여 그 영역내의 처리수를 폭기하는 단계(S2);를 포함하는 것을 특징으로 하는 폭기식 인공 습지 시스템을 이용한 하수, 오수, 폐수등의 고도 처리 방법을 개시한다. 본 발명의 폭기식 인공습지 시스템 및 이를 이용한 하수, 오수, 폐수등의 고도 처리 방법에 따라, 질소, 인, 유기물질등을 고효율로 고도 처리할 수 있게 된다. 또한, 기존의 수리학적 체류시간보다 짧은 시간내에 높은 제거효율을 나타낼 수 있으므로 고부하의 운전이 가능하고, 또한, 인공 습지에 필요한 소요 면적을 줄일 수 있으므로 매우 경제적이며, 이에 따라 부족한 부지 면적에 따라 인공습지의 실용화가 어려웠던 문제점을 해결할 수 있다. 나아가, 본 발명의 폭기식 인공습지 시스템 및 이를 이용한 하수, 오수, 폐수등의 고도 처리 방법은, 기존의 활성 슬러지등의 폐수처리시설에 비하여 슬러지 발생이 없는 등 유지관리비용이 낮고, 고도의 운전 기술이 필요하지 않으므로 일반 농어촌의 마을 하수도등 소규모 오폐수 처리 시설에도 매우 적합하다.
Description
본 발명은 폭기식 인공습지 시스템 및 이를 이용한 하수, 오수, 폐수등의 고도 처리 방법에 관한 것으로, 상세하게는, 종래의 인공습지 시스템과는 달리, 하수, 오수, 폐수등의 처리수내 유기물질 처리뿐만 아니라 질소 및 인의 처리를 고효율로 수행할 수 있고, 수리학적 체류 시간을 줄일 수 있으며, 부지 면적을 줄일 수 있어, 경제적 측면등에서 우수한, 폭기식 인공습지 시스템 및 이를 이용한 하수, 오수, 폐수등의 고도 처리 방법에 관한 것이다.
본 발명에서 처리수란 하수, 오수, 폐수등 인공습지 시스템에 의하여 처리할 또는 처리된 대상수를 의미한다.
인공습지(constructed wetland)는 다양한 종류의 하수, 오수, 폐수등의 처리에 적용되는데, 종래에는 하수, 오수, 폐수등의 2차 처리 방법 또는 2차 처리수내 영양염류의 추가 제거를 위한 고도 처리 방법으로 주로 사용되어 왔으며, 최근에는, 산성 광산폐수나 침출수, 우수(stormwater)의 처리에도 활용되고 있고, 기타 동식물의 서식처를 제공하기 위하여도 사용되고 있다.
상기 인공습지의 시스템은 그 분류 기준에 따라 다양한 형태로 나뉠 수 있는데, 일반적으로, 기질위의 물의 깊이에 따라, 자유 수면(Free Water Surface ; FWS) 인공습지 시스템과, 지표면하 흐름(Subsurface Flow; SF) 인공습지 시스템으로 나뉘어지며, 지표면하 흐름 인공습지 시스템의 경우, 자갈 여재의 사용으로 인하여 비용이 증가하고 여재가 폐색(clogging)되는 등의 단점이 있지만, 자유 수면 인공습지 시스템에 비하여, 필요한 부지면적이 적고 냄새나 모기등의 해충 문제가 적다는 장점이 있다.
이와 같은 두가지 인공습지 시스템은 유입되는 폐수의 종류, 제거되어야하는 오염물질의 종류 및 그 양, 그리고 처리 수준에 따라 다양하게 설계되어 질 수 있다.
도 1은 종래의 일반적인 자유 수면 인공습지 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 자유 수면 인공습지 시스템(10)은, 크게 수로(또는, 연못, 침전지)(18) 및 상기 수로(18) 내부에서 수표면(16)에 대하여 상대적으로 얕은 깊이를 갖는 처리수로 구성된다.
상기 수로(18)에는 처리할 처리수의 유입을 위한 유입장치(11)가 내부 일측(유입부의 하부)에 설치되고, 처리된 처리수의 유출을 위한 유출장치(14)가 수로(18) 내부 다른 일측(유출부의 하부)에 설치된다. 또한, 습지 식물(15)을 지탱하기 위한 토양층이나 또는 기타 적절한 여재(media)를 기질(12)로서 하부 바닥에 구비하며, 상기 기질(12)의 하부면에는 물의 누수를 방지하기 위한 불투수성 차수막(13)이 형성된다. 상기 수로(18)는 통상적으로 길고 좁게 만들어지며, 이에 의해 플러그 플로우(plug-flow) 상태가 유지된다.
상기 습지식물(15)은 다양한 목적으로 사용되는데, 줄기, 수층내의 잎, 잔류물들은 부착성 미생물의 성장을 지지하는 여재로서 작용한다. 그리고 수표면 위의 수생식물의 잎은 수표면에 그늘을 만들어 조류의 성장을 억제하며, 줄기에서 나오는 제한된 양의 산소는 부착성 미생물의 성장을 억제한다.
도 2는 종래의 일반적인 지표면하 흐름 인공습지 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 지표면하 흐름 인공습지 시스템(20)은, 크게 수로(또는 연못, 침전지)(28) 및 상기 수로(28) 내부에서 수표면(26)에 대하여 상대적으로 깊은 깊이를 갖는 처리수로 구성된다.
상기 수로(28)에는 처리할 처리수의 유입을 위한 유입장치(21)가 내부 일측(유입부의 하부)에 설치되고, 처리된 처리수의 유출을 위한 유출장치(24)가 내부 다른 일측(유출부의 하부)에 설치되며, 처리된 처리수중 일부를 선택적으로 유출하는 선택적 유출장치(27)가 내부 또 다른 일측(유출부의 상부)에 설치된다.
상기 유입장치(21)는 유공관이나 게이트관이 될 수 있고, 처리할 처리수는 상기 유입장치(21)에 의해 유입후 수로(28)내를 흐르는 동안, 미생물 분해 및 토양에 의한 여과, 흡착, 침전에 의해 처리된다.
또한, 상기 수로(28)는, 예를 들어 자갈층을 기질(22)로 그 하부 바닥에 구비하며, 상기 기질(22)은 수로(28)내의 습지식물(25) 성장을 지탱해주는 여재를 포함하고, 상기 기질(22)의 하부면에는 물의 누수를 방지하기 위한 불침투성 차수막(23)이 형성된다.
이와 같은 지표면하 흐름 인공습지(20)는, 암석 갈대 여과지(rock reed filters), 미생물 암석 식물 여과지(microbial rock plant filters), 식생 수중상(vegetated submerged beds), 등심초상(tule beds), 수생식물 시스템(hydrobotanical systems)등 다양한 이름으로 불리워지며, 하수, 오수, 폐수등은 상기 인공습지(20)내에서 식물 및 여과층 필터에 의한 여과, 흡착, 침전 등 물리-화학적 및 생물학적 과정에 따라 처리된다.
이러한 인공습지 시스템은 재래식 폐수 처리 시스템에 비하여 다음과 같은 장점을 갖는다.
우선, 인공습지 시스템은 태양에너지를 이용하므로 기타 외부 에너지에 대한 필요가 적다. 그리고, 낮은 운전관리를 통하여도 높은 처리효율을 얻을 수 있으므로 기반시설이 존재하지 않는 지역의 수질관리방법으로서 적합하다.
또한, 인공습지 시스템은 수리학적 충격부하와 오염물질의 충격부하에 상대적으로 강하므로 처리수의 수질 안정성이 높고, 재래식 폐수 처리 시스템과 달리, 특정한 설계 연한이 없으며 내구 연한이 길다.
특히, 인공습지 시스템은 재래식 폐수처리 시스템에 비하여 경제적인 것으로 알려져 있는데, 즉, 인공습지 시스템을 이용할 경우, 부지비용(land cost)을 제외한다면, 재래식 폐수 처리 시스템에 비하여 초기 설치 비용(capital cost)이 11%정도 절감되고, 운전비용(operating cost)은 56%까지 절감되는 것으로 알려져 있으며, 부지비용을 고려한다고 하여도, 전체 비용은 13%정도 절감되는 것으로 알려져 있다.
더욱이, 인공습지 시스템은, 그 습지식물이 산소를 발생시키고 이산화탄소를 소비하므로 대기의 질을 향상시킬 수 있고, 지구온난화를 감소시키며, 기타 녹지, 야생동물의 서식처와 여가 및 교육의 장소를 제공할 수 있는 등의 간접적 장점도 지닌다.
그러나, 종래의 인공습지 시스템은 다음과 같은 문제점이 있었다.
즉, 종래의 인공습지 시스템은 재래식 폐수 처리 시스템과 대비하여, 상대적으로 큰 부지 면적이 필요하므로, 대도시와 같이, 대량의 폐수가 발생하는 중앙 처리 시스템에는 그 이용이 부적합하였다. 그리고, 종래의 인공습지는 주로 야외에 큰 면적으로 퍼져 있었기 때문에, 그 성능이 폭우, 바람, 홍수등의 기후 조건에 큰 영향을 받을 수 밖에 없었고, 넓은 부지면적을 필요로 함에 따라 급한 경사지역이나 지하수의 수위가 높은 지역이 포함되는 경우에는 폐수처리가 제한적이라는 문제점이 있었다.
또한, 인공습지는 최적 처리효율을 나타내기 위하여 식물의 성장이 필요한데, 그 식물이 성장하기 위하여는 2~3번의 성장기가 필요하다. 따라서 처리를 위해 장시간이 소요되는 문제가 있으며, 또한, 인공습지 시스템의 오염물질 제거 기작이 아직 명확히 알려져 있지 않으므로, 정확한 설계 및 운전 기준을 확립하기가 곤란하고, 인공습지를 산란처로 하는 모기등의 해충으로 인한 문제가 발생할 수 있다.
특히 종래 일반적인 인공습지를 위한 수처리 기술은 유기물 및 부유물질(SS)의 제거에 초점이 맞추어져 있었는데, 습지내의 오염물질을 처리하는데 필요한 산소를 습지식물의 뿌리를 통해 전달하거나, 대기 중에서 확산되는 산소 전달에 의존하는 수동적 방법만을 취하는 경우가 대부분이었다.
이에 따라, 종래 설계된 대부분의 인공습지 시스템은 혐기성 상태로 존재할 수 밖에 없어 악취가 발생하고, 유기물의 처리 효율도 낮기 때문에 방류수의 수질 기준을 충족시키기 위하여 수리학적 체류시간을 10일 이상으로 유지하여야만 하는 문제가 있었다.
이와 동시에, 질소 처리의 경우, 혐기성 상태에서는 질산화가 이루어지지 않고 암모니아 탈기(ammonia stripping)나 식물에 의한 제거등 수동적 기작에 의존해야만 하였으므로 그 제거율이 매우 낮고 이에 따라 방류되어 수계의 부영양화를 가속화하는 등의 문제점이 있었다.
이와 같이 인공습지는 그 장점도 불구하고 상기와 같은 단점으로 인하여 그 적절한 활용이 어려웠다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로,
본 발명의 목적은, 종래의 인공습지 시스템과 달리, 유기물 처리 뿐만 아니라, 특히 질소와 인등을 고효율로 처리할 수 있고, 그 처리 기작으로써 설계와 운전의 기준을 마련할 수 있는, 폭기식 인공습지 시스템 및 이를 이용한 하수, 오수, 폐수등의 고도 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적의 다른 측면은 또한, 종래의 인공습지 시스템과는 달리, 유기물, 질소, 인등의 고효율 처리에 따라, 수리학적 체류시간을 줄일 수 있고, 소요되는 부지면적을 줄일 수 있으며, 이에 따라, 고부하의 운전이 가능하고, 부지 선정이 자유롭고, 기후 조건등 외계의 영향을 최소화할 수 있으며, 경제적 측면에서도 우수한, 폭기식 인공습지 시스템 및 이를 이용한 하수, 오수, 폐수등의 고도 처리 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 인공습지 시스템에 있어서, 처리할 처리수가 유입되는 유입장치 및 처리된 처리수를 유출하는 유출장치를 구비하고, 구획된 영역들을 가지며, 상기 구획된 영역들중 하나의 영역을 폭기하여 호기성 영역으로 유지하고, 나머지 영역을 비호기성 영역으로 유지한 수로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폭기식 인공습지 시스템에 의하여 달성된다.
그리고, 상기 수로는, 상기 호기성 영역내의 처리수를 폭기하기 위한, 상기 수로내의 일측에 설치되는 공기주입장치를 포함하는 것이 바람직하고, 상기 공기주입장치는, 상기 수로의 외부로부터 공기를 유입하기 위한 송풍기; 및 상기 송풍기로부터 유입된 공기를 상기 호기성 영역내에 분산 공급하기 위한 분산기;로 구성되는 것이 바람직하며, 상기 분산기는 상기 수로의 바닥에 매설되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 시스템은, 상기 수로가, 비호기성 영역으로 처리할 처리수가 유입되는 유입장치 및 상기 호기성 영역으로부터 처리된 처리수를 유출하는 유출장치를 구비하고, 상기 폭기된 처리수의 전부 또는 일부를 상기 비호기성 영역으로 반송하기 위한, 상기 수로의 내부 또는 외부에 설치되는, 반송장치를 더 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 반송 장치는, 상기 수로의 외부에서 상기 유입장치와 상기 유출장치에 각각 연결되도록 설치되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 또한, 인공 습지 시스템을 이용한 하수, 오수, 폐수등의 고도 처리 방법에 있어서, 인공습지 시스템의 수로를 복수개의 영역들로 구획하는 단계(S1); 및 상기 구획된 영역들중 하나의 영역내에 공기를 주입하여 그 영역내의 처리수를 폭기하는 단계(S2);를 포함하는 것을 특징으로 하는 폭기식 인공 습지 시스템을 이용한 하수, 오수, 폐수등의 고도 처리 방법에 의해 달성된다.
그리고, 상기 방법은, 상기 폭기된 처리수의 전부 또는 일부를 폭기되지 않은 처리수를 갖는 영역으로 이송하는 단계(S3);를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 폭기식 인공습지 시스템 및 이를 이용한 하수, 오수, 폐수등의 고도 처리 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 폭기식 인공습지 시스템 및 이를 이용한 하수, 오수, 폐수등의 고도 처리 방법은, 인공습지의 수로를, 호기성 영역과, 혐기성 영역 및/또는 무산소 영역을 포함하는 비호기성 영역으로 구획하고, 상기 호기성 영역에는 공기주입장치를 개설하여, 상기 호기성 영역내의 처리수를 폭기시켜, 인공 습지 시스템의 유기물등에 대한 처리효율을 높이고, 특히 폭기된 처리수의 전부 또는 일부를 상기 비호기성 영역으로 이송하도록 함에 의해, 비호기성 영역내의 처리수중 유기물을 전자공여체로 하여, 호기성 영역에서 폭기된 처리수내의 질산화된 질산성 질소의 탈질반응이 일어나도록 유도함으로써, 처리수내 질소를 효율적으로 제거할 수 있다는 것을 그 기술적 사상의 바탕으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 폭기식 인공습지 시스템 및 이를 이용한 하수, 오수, 폐수등의 고도 처리 방법은, 인공습지의 수로내에 구획된 호기성 영역에서, 특히 처리수내의 2가 철이온을 3가 철이온으로 변환할 수 있게 되고, 이에 따라 변환된 3가 철이온이 정인산이온과 결합하여 인산철로 침전 제거될 수 있으므로, 인산 제거 효율을 높일 수 있음을 그 기술적 사상의 바탕으로 한다.
그리고, 본 발명에 따른 폭기식 인공습지 시스템 및 이를 이용한 하수, 오수, 폐수등의 고도 처리 방법은, 상기와 같이 특히 질소 및 인을 처리함에 의해 인공습지 시스템의 설계 및 운전의 기준을 마련할 수 있고, 상기와 같이 특히 질소 및 인을 고효율로 처리함에 의해 수리학적 체류시간(HRT : Hydraulic Retention Time) 및 소요 부지 면적을 줄일 수 있으며, 이에 따라, 고부하의 운전이 가능하고, 부지 선정이 자유롭고, 기후 조건등 외계의 영향을 최소화할 수 있으며, 경제적 측면에서도 우수한 효과를 달성함을 그 기술적 사상의 바탕으로 한다.
먼저, 본 발명에 따른 폭기식 인공습지 시스템을 상술한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 폭기식 인공습지 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 폭기식 인공습지 시스템은, 종래의 자유 수면 인공습지 시스템이나, 지표면 흐름 인공습지 시스템에 모도 적용될 수 있는 것으로, 크게 수로(380)와 상기 수로(380)내의 처리수를 포함하며, 상기 수로(380)는 비호기성 영역(310)과 호기성 영역(320)으로 구획된다.
상기 수로(380)에는, 처리할 처리수(331)의 유입장치(301) 및 처리된 처리수(332)의 유출장치(302)가 설치된다.
이때, 예를 들어, 상기 비호기성 영역(310)에 처리할 처리수(331)가 유입하도록 유입장치(301)를 설치하고, 상기 호기성 영역(320)에 처리된 처리수(332)가 유출하도록 유출장치(302)를 설치하며, 호기성 영역(320)에서 폭기된 처리수중 전부 또는 일부(333)를 비호기성 영역(310)으로 반송하기 위한 반송장치(330)를, 상기 수로(380)의 내부 또는 외부에 설치한다.
상기 반송장치(330)는, 예를 들어, 상기 수로(380) 외부에서 상기 유입부(301)와 상기 유출부(302) 사이에서 각각 연결되도록 설치되는 순환부로서, 상기 순환부를 통하여, 상기 유출부(302)내의 처리된 처리수(332)의 전부 또는 일부가 상기 유입부(301)내의 처리할 처리수(331)와 합류하게 된다.
상기 수로(380)중 일측 특히 호기성 영역(320)의 일측에는 공기주입장치(350)가 설치되며, 이는 수로(380)내부에 고정 또는 이동식으로 설치될 수 있다.
상기 공기주입장치(350)는, 인공습지중 수로(380) 외부에 설치되어 외부의 공기를 유입하여 수로(380) 내부에 제공하기 위한 송풍기(351)와, 상기 송풍기(351)에 연결되고, 인공습지중 수로(380) 바닥에 매설되거나 수로(380)내부에서 이동식으로 설치되어, 상기 송풍기(351)로부터 유입된 공기를 호기성 영역(320)내의 처리수에 골고루 분산 공급하기 위한 분산기(352)로 구성된다.
그 외, 본 발명에 따른 폭기식 인공습지 시스템(300)은, 일반적인 인공습지 시스템과 같이, 수로(380)의 내부 하부에 습지식물을 지탱하기 위한 기질을 구비하고, 상기 기질의 하부에 차수막을 설치하는 것과 같은 통상적인 구성을 포함한다.
다음으로, 본 발명에 따른 인공습지 시스템을 이용한 하·폐수 및 오·폐수의 고도 처리 방법을 상술한다.
본 발명에 따른 인공습지 시스템을 이용한 하·폐수 및 오·폐수의 고도 처리 방법은, 먼저, 인공습지의 수로(380)을 복수개의 영역 즉 혐기성 및/또는 무산소 영역을 포함하는 비호기성 영역(310) 및 호기성 영역(320)으로 구획하도록 한다(S1).
이는, 종래 인공습지 시스템이 혐기성 영역으로만 구성되는 것과는 달리, 영역을 나누어 수로 내부의 일부 처리수를 폭기 처리하도록 하기 위하여, 수로(380)내부의 영역을 예를 들어 수로(380) 전반부의 비호기성 영역(310)과 수로(380) 후반부의 호기성 영역(320)으로 구획하는 것이고, 이와 같은 구획은 예를 들어 벽체의 설치등에 의해 이루어질 수 있다.
다음으로, 수로(380)내의 일측에 설치된 공기주입장치(350)를 이용하여, 상기 호기성 영역(320)내로 공기를 주입하여 그 내부의 처리수를 폭기처리하도록 한다(S2).
이에 따라 인공습지 수로(380)중 호기성 영역(320)내의 처리수를 호기성 상태로 유지할 수 있고, 이로 인하여, 습지식물 이외에도 습지에 산소를 충분히 공급할 수 있게 된다. 이로써, 유기물의 처리는 물론, 유입되는 암모니아를 질산성 질소로 질산화할 수 있다.
다음으로, 폭기 처리후 상기 폭기된 처리수중 전부 또는 일부(333)를 상기 호기성 영역(320)에서 상기 비호기성 영역(310)으로 반송하도록 한다(S3).
이에 따르면, 유출되는 질산성 질소를 다시 순환함으로써, 유입수내의 유기물을 전자공여체로 한 탈질반응을 유도하여, 질산성 질소를 질소가스로 변환시킬 수 있게 되고, 따라서 대기중으로 방출시킬 수 있게 되므로, 결국 폐수중 질소의 제거 효율이 극대화된다.
또한, 처리 대상수내의 인은 상기 호기성 영역(320)을 지나면서 제거된다.
즉, 처리 대상수내의 2가 철이온(Fe2+)이 3가 철이온(Fe3+)으로 변환되어 정인산이온(PO4
3-)과 결합하게 되고, FePO4로 침전하여 제거된다. 따라서 인의 제거 효율도 높아지게 된다.
이와 같이 처리 효율의 증가하게 되면, 수리학적 체류시간의 감소를 가져올 수 있다. 따라서, 고율의 운전이 가능하다. 또한, 필요한 부지면적을 최소화할 수 있으며, 경제성을 높일 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 비교예와 함께 설명함으로써 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 하기 실시예에 한정되는 것이 아니고 첨부된 특허청구범위내에서 다양한 형태의 실시예들이 구현될 수 있으며, 단지 하기 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 동시에 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 실시를 용이하게 하고자 하는 것이다.
[실시예]
본 실시예에서는 농촌지역의 마을 하수를 대상으로 파일럿 규모의 폭기식 인공습지시스템의 처리 효율 및 유입수와 유출수의 농도를 측정하였다.
표 1은 그 측정결과를 나타내는 것이다.
| 유입수(mg/l) | 유출수(mg/l) | 제거효율(%) | |
| 부유물질(SS) | 25.2 | 1.6 | 93.6 |
| 화학적 산소 요구량(CODcr) | 97.2 | 18.5 | 81.0 |
| 생화학적 산소 요구량(BOD5) | 58.9 | 0.1 | 99.8 |
| 총킬달질소(TKN) | 46.2 | 6.1 | 86.8 |
| 총질소 | 46.2 | 11.3 | 75.5 |
| 총인(TP) | 4.8 | 0.4 | 91.7 |
한편, 도 4는 본 실시예에 따른 인공 습지 시스템의 운전기간동안의 COD 변화 및 COD 제거 효율의 변화를 나타내는 그래프이고, 도 5는 본 실시예에 따른 인공 습지 시스템의 운전기간동안의 질소의 변화와 총질소 제거율의 변화를 나타내는 그래프이다.
표 1, 도 4 및 도 5에서 알 수 있듯이, 본 실시예에서는 파일럿 규모의 실험을 통하여 유기물의 경우, 생화학적 산소 요구량(BOD)에 있어서, 99.8%의 제거효율을 나타내었고, 총질소는 75.5%, 총인은 91.7%의 제거효율을 나타내었다.
그리고, 본 실시예의 파일럿 규모 반응조의 수리학적 체류시간(HRT)은 5일로 나타났는데, 이는 기존의 인공습지 반응조가 일반적으로 운전되는 10일인 것과 비교할 때 절반정도의 체류시간에 해당한다.
결국, 본 실시예에 따른 인공습지 시스템은 종래의 일반적인 인공습지 시스템과 대비할 때 유기물질, 질소, 인등에 대하여 더 높은 처리효율을 나타내며, 수리학적 체류시간이 저감됨을 알 수 있고, 따라서 부지 면적을 줄일 수 있는 등 경제적으로도 우수함을 알 수 있었다.
본 발명의 폭기식 인공습지 시스템 및 이를 이용한 하수, 오수, 폐수등의 고도 처리 방법에 따라, 질소, 인, 유기물질등을 고효율로 고도 처리할 수 있게 된다. 또한, 기존의 수리학적 체류시간보다 짧은 시간내에 높은 제거효율을 나타낼 수 있으므로 고부하의 운전이 가능하고, 또한, 인공 습지에 필요한 소요 면적을 줄일 수 있으므로 매우 경제적이며, 이에 따라 부족한 부지 면적에 따라 인공습지의 실용화가 어려웠던 문제점을 해결할 수 있다.
나아가, 본 발명의 폭기식 인공습지 시스템 및 이를 이용한 하수, 오수, 폐수등의 고도 처리 방법은, 기존의 활성 슬러지등의 폐수처리시설에 비하여 슬러지 발생이 없는 등 유지관리비용이 낮고, 고도의 운전 기술이 필요하지 않으므로 일반 농어촌의 마을 하수도등 소규모 오폐수 처리 시설에도 매우 적합하다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
도 1은 종래의 일반적인 자유 수면 인공습지 시스템을 나타내는 개략도,
도 2는 종래의 일반적인 지표면하 흐름 인공습지 시스템을 나타내는 개략도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 폭기식 인공습지 시스템을 나타내는 개략도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 인공습지 시스템의 운전기간동안의 COD 변화 및 COD 제거 효율의 변화를 나타내는 그래프,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 인공습지 시스템의 질소 제거 효율을 나타내는 그래프이다.
*주요 도면 부호의 간단한 설명*
300:인공습지 시스템 301:유입장치
302:유출장치 305:습지식물
310:비호기성 영역 320:호기성 영역
330:반송장치 331:처리할 처리수
332:처리된 처리수 333:폭기된 처리수중 전부 또는 일부
350:공기주입장치 351:송풍기
352:분산기 380:수로
Claims (8)
- 인공습지 시스템에 있어서,처리할 처리수가 유입되는 유입장치 및 처리된 처리수를 유출하는 유출장치를 구비하고, 구획된 영역들을 가지며, 상기 구획된 영역들중 하나의 영역내의 처리수를 폭기하여 호기성 영역(320)으로 유지하고, 나머지 영역을 비호기성 영역(310)으로 유지한 수로(380);를 포함하는 것을 특징으로 하는 폭기식 인공습지 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 수로(380)는,상기 호기성 영역(320)내의 처리수를 폭기하기 위한, 상기 수로(380)내의 일측에 설치되는 공기주입장치(350)를 포함하는 것을 특징으로 하는 폭기식 인공습지 시스템.
- 제 2 항에 있어서, 상기 공기주입장치(350)는,상기 수로(380)의 외부로부터 공기를 유입하기 위한 송풍기(351); 및상기 송풍기(351)로부터 유입된 공기를 상기 호기성 영역(320)내에 분산 공급하기 위한 분산기(352);로 구성되는 것을 특징으로 하는 폭기식 인공습지 시스템.
- 제 3 항에 있어서, 상기 분산기(352)는,상기 수로(380)의 바닥에 매설되는 것을 특징으로 하는 폭기식 인공습지 시스템.
- 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템(300)은,상기 수로(380)가, 비호기성 영역(310)으로 처리할 처리수(331)가 유입되는 유입장치(301) 및 상기 호기성 영역(320)으로부터 처리된 처리수(332)를 유출하는 유출장치(302)를 구비하고, 상기 폭기된 처리수의 전부 또는 일부를 상기 비호기성 영역(310)으로 반송하기 위한, 상기 수로(380)의 내부 또는 외부에 설치되는, 반송장치(330)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폭기식 인공습지 시스템.
- 제 5 항에 있어서, 상기 반송 장치(330)는,상기 수로(380)의 외부에서 상기 유입장치(301)와 상기 유출장치(302)에 각각 연결되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 폭기식 인공습지 시스템.
- 인공 습지 시스템을 이용한 하수, 오수, 폐수등의 고도 처리 방법에 있어서,인공습지 시스템(300)의 수로(380)를 복수개의 영역들로 구획하는 단계(S1); 및상기 구획된 영역들중 하나의 영역내에 공기를 주입하여 그 영역내의 처리수를 폭기하는 단계(S2);를 포함하는 것을 특징으로 하는 폭기식 인공 습지 시스템을 이용한 하수, 오수, 폐수등의 고도 처리 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 방법은,상기 폭기된 처리수의 전부 또는 일부(333)를 폭기되지 않은 처리수를 갖는 영역으로 이송하는 단계(S3);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폭기식 인공 습지 시스템을 이용한 하수, 오수, 폐수등의 고도 처리 방법.
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