KR20050102049A - 순환형 호소 수질정화시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐쇄된 수공간의 수질을 정화하기 위해 섬유 여재 충진형 여과조에 의한 물리적 여과 공정 및 극세사 미생물 접촉여재에 의한 생물학적 처리 방법을 병행하여 물리적 여과 공정으로 부유고형물 형태의 유기물을 제거하고, 여과기로는 그 처리효과가 적은 용해성 유기물 및 질소, 인 등을 효과적으로 저감·제거하는 순환형 호소 수질 정화시스템에 관한 것이다.

본 발명은 처리 대상 수계로부터 유입된 원수를 수용하여 수중 부유물질을 제거하기 위한 섬유 여재 충진형 여과조와, 상기 섬유 여재 충진형 여과기 후단에 설치되며, 수상 또는 수중 바닥면에 고정되어, 미생물 증식에 의한 용존성 유기물 및 질소, 인 등을 효과적으로 저감·제거시키기 위한 극세사 미생물 접촉 여재로 구성된다. 이와 같은 구성에 의하여 본 발명은 호소 및 대단위 주택단지 근린공원의 연못 등에서 원수의 일정 부분을 섬유 여재에 의해 물리적으로 여과하여 무기성 부유물질을 제거함으로써 후단의 극세사 미생물 접촉여재로의 오염물질 부하를 신속히 감소시킬 수 있으며, 물리적 여과 공정에 의해서는 저감 및 제거가 어려운 용존성 유기물 및 질소, 인 등은 극세사 미생물 접축 여재의 미생물 서식공간에 증식하는 다종 및 고밀도 수생 미생물에 의해 분해, 제거되며 수생태계 자정능력을 극대화하여 수질정화를 이루어 내는 효과가 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 물리적 및 생물학적 처리 방법을 병행함으로써 칭정한 수질을 유지하며, 악취 발생을 방지하고 어류 서식처 제공 및 순환형으로써 수량 공급이 불필요한 효과를 가진다.

Description

순환형 호소 수질정화시스템{Circulating water purification system to lake or pond}

본 발명은 수질 정화를 위한 공정에 관한 것으로써, 근린시설 및 공원 등에 설치된 호소, 연못과 같은 닫힌 계(Close System) 등의 정화 대상의 수계에 용이하게 설치하여 수생태계의 자정 능력을 극대화시켜 수질을 개선할 수 있는 공정에 관한 것이다.

종래 호소의 수질개선을 위한 정화 장치들은 수생식물을 이용하는 방법과 산소를 공급하는 폭기시설이 주를 이루고 있으며, 약품을 투입하는 방법 등이 있다. 수생식물을 이용하는 방법은 꽃창포나 애기부들 등 수계에 쉽게 적용할 수 있는 수생식물 등을 이용하여 식물에 의한 오염물질 섭취나 뿌리 부근에 증식된 미생물을 이용한 처리방법이며 산소를 공급하는 방법은 호기성 미생물이 물속에 증식되도록 하여 오염물질을 처리하는 방법이다. 또한 약품을 투입하는 방법은 수중에 용존되어 있는 유기물과 현탁성 부유물질을 제거하기 위해 응집제 등을 투입하여 침전 및 여과의 물리적 공정을 통해 수질을 정화하는 방법이다. 하지만 이와 같은 종래의 정화방법은 비점오염원에 의한 순간적인 오염물질 유입 등에 대처가 미비하고, 고농도의 오염물질 저감을 위해서는 광범위한 수계 면적을 필요로 하며 계절적 영향에 의해 제거능이 감소될 수 있으며 약품 등의 사용으로 인한 2차 오염 등의 문제점을 가지고 있다.

따라서, 본 발명의 수질 정화 공정은 물리적 여과 공정 및 생물학적 처리 공정의 두단계로 이루어져 있다.

물리적 여과 공정은 수중의 부유성 오염물질(현탁물질)이 함유된 처리 대상수를 일정 부분 압송하여 높은 여과속도를 유지하는 동시에 섬유 여재를 충진한 여과조에 통과시킴으로써 섬유여재 공극에 의한 체분리, 흡착, 차단 등의 기작에 의해 부유성 오염물질을 억제·포획시켜 여과된 유출수만 배출시켜 공급하는 공정이다. 생물학적 처리에 의한 부유성 오염물질 제거는 다소 시간이 소모되나, 이는 신속히 제거 가능하며 이로 인해 수계의 투명도를 향상시켜 빛 투과성을 증대시키고 생물학적 처리 공정의 오염 부하량을 감소시키는 과정이다.

생물학적 처리 공정은 극세사 미생물 접촉여재를 사용하여 여재 길이 방향에 수직으로 형성된 넓은 면적의 공극이 수계 미생물의 서식공간으로 활용되어 고농도 및 다종(호기성, 임의성, 혐기성) 미생물이 증식 가능하고 이를 통한 용존 오염 물질을 섭취·제거함은 물론 이들 미생물을 포획하는 저서생물이 성장하며, 또한 이 저서생물을 섭취하는 어류 등의 공존으로 인해 수생태계의 안정을 도모함으로써 자인적으로 수질을 정화할 수 있는 공정이다.

본 발명의 물리적 여과 공정 및 생물학적 처리 공정의 병용은 종래 수질 정화장치의 문제점인 충격적인 오염물질 유입에 대처가 용이하고, 고농도 및 다종 미생물 증식에 의해 광범위한 오염물질의 종류 및 농도를 처리할 수 있다.

기존의 호소정화를 위해 개발된 물리화학적 기술(약품투여)들은 호소의 규모에 비해 관리비용이 과다하게 투입되어야 하고, 바닥 침전물을 형성하는 등 또 다른 오염원을 제공할 가능성이 높을 뿐만 아니라 호소 자체의 규모가 방대할 경우, 현실적으로 이들 기술들을 통하여 호소를 정화하는 데는 한계를 나타내고 있다(04-4-30-11, 연구사업최종보고서, 경기지역환경기술개발센타).

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기와 같은 종래의 호소 및 연못의 수질 정화기술에서 나타난 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 물리적 방법에 의한 여과장치와 생물학적 처리의 병용사용으로 인해 다양한 오염물질을 제거하여 항상 청정한 상태로 수질정화를 위한 공법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 생물학적 처리 공법에 있어서 토목 /건축 구조물의 별도 설치 없이 오염수계에 직접 설치 /운용함으로써 수생태계의 자정능력을 극대화시키며 균형을 유지하여 항구적, 친환경적이며 경제적인 수질정화 공법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 생물학적 처리 공법의 극세사 미생물 접촉여재는 여재의 공극 분포에 따라 고농도의 여러 미생물(호기, 임의, 혐기성)이 존재하는데, 특히 혐기성 미생물의 존재에 의해서 질소를 제거하고, 건강한 수생태계인 식물성 플랑크톤에서 동물성 플랑크톤으로, 동물성 플랑크톤에서 저서생물로, 저서생물에서 어류로의 생태적, 환경적 먹이연쇄 과정에 의해 수중의 인 등을 제거함으로써 대상 호소의 부영화 현상 및 악취 억제 등의 수질정화공법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 물리적 및 생물학적 공법을 병용함에 있어서 약품사용 등에 의한 2차 오염물질 발생가능성이 전혀 없으며, 유지관리 면에서 저비용의 항구적인 수질정화공법을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 폐쇄 순환 호소의 수질을 저비용으로 효율적으로 관리함으로써 물절약, 쾌적한 수공간의 조성으로 인한 주거환경 개선, 도시화에 따른 포장면적 증가의 악영향 저감 등으로 주민의 삶의 질향상을 도모함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 물리적 공정 및 생물학적 공정의 병용사용으로 대상수계의 수질정화를 달성하는 기술로써, 이하 도면과 함께 본 발명에 관하여 상세히 살펴보기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 섬유여재 충진형 여과조와 극세사 미생물 접촉여재를 이용한 호소 및 연못의 수질정화 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 순환형 호소 수질정화시스템의 실제 적용에 따른 단면도이고, 도 3에서 도 5는 본 발명에 적용하는 극세사 미생물 접촉여재의 구조 및 구성도이다.

도 1에서 도 2를 참조하며, 본 발명에 따른 물리적 처리 공법인 섬유여재 충진형 여과장치(1)는, 수중에 포함된 각종 부유물질을 여과하고 제거하며, 여재에 포획된 부유물질을 탈리시켜 세척하도록 구성된 섬유사 여재를 이용한 여과장치에 있어서,

빗물을 이용한 상부 수공간(300)으로부터 수로(200)를 통해 하부로 흐르는 연못 또는 호소에 있어서 하부 수공간(100)에 모인 처리 대상수 중 하부층의 수계퇴적물 집적구(22)에 집적된 퇴적물 및 심층수를 정화하기 위해 유입펌프(4)의 흡입으로 여과유입수 채수지점(21)에 연결된 유입라인(5)을 통해 여과장치 내부로 유입하고, 이는 여과장치 내부에 조밀하게 충진된 섬유여재(3)의 층을 균일하게 통과하여 유출수 유출관(2)의 미세한 다공(2a)을 통과하여 유출라인(6)을 통해 상부 수공간(300)에 다시 공급된다. 이때 여과시간의 증대에 따라 내부의 여재(3) 공극이 오염물질에 의해 폐쇄되어 여과압력 증가와 유출수량 감소 현상이 발생된다. 이 시기에 여과장치(1)는 역세척 공정을 수행하는데, 면저 공기 공급용 송풍기(31)를 가동시켜 역세척 공기 공급관(32)을 통해 내부 섬유여재(3)를 흔들어서 오염물질을 탈리시켜 역세척수 배출관(33)을 통해 지하의 하수관거(41)로 배출시키고 유입펌프(4)에 의해 배출되지 않은 오염물질을 재차 배출시키는 형태로 수회 반복해서 내부의 섬유여재(3)를 깨끗한 상태로 유지할 수 있는 그림이 도시되었으며, 이를 호소 및 호소주변에 설치하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 사용할 수 있는 물리적 여과 공법인 여과장치(1)는 내부의 여재(1)가 여러 재질(PP, PE 등)의 섬유사 형태이며, 통과 유속이 빠르고, 압력식의 여과장치이면 어느 것이라도 사용가능하다.

예를 들면, 유연성 섬유사의 정밀여과장치(3FM 여과장치, 특허 제 0367811호, (주)나노엔텍, http://www.nanoentech.com), 공극제어형 심층여과장치(PCF, 특허 제 0362594호, (주)성신엔지니어링, http://www.pcffilter.co.kr), Micro Chip Filter(M.C.F, 특허 제 0458563호, (주)종합공해, http://ijonghab.com) 등이 사용될 수 있으면 이는 대상수계(300)의 수질 상태 및 인근의 부지 상태 등을 고려하여 선정 및 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

상기와 같은 여과장치는 수중의 부유물질(현탁물질)을 제거하여 대상수계의 투명도를 향상시키는 기능을 수행한다.

본 발명에 따른 생물학적 처리 공법인 극세사 미생물 접촉여재(7)는 호소 및 연못의 수질 정화와 동시에 대상수계에 서식하고 있는 저서생물(51), 수중 어류(52) 등의 산란 및 서식공간을 제공하는 역할을 한다.

도 3 및 도 4는 상기 극세사 미생물 접촉여재(7)(10) 구성도로서 식이섬유 폴리머 재질의 식용이 가능한 다공성의 직조형 섬유(10a)이며, 설치/운용 시 부력에 의한 유실을 방지하기 위해 하부에 모래주머니(9)를 구성하였으며 상기 다공성의 미세공극의 크기(10b)는 1내지 380마이크로미터 정도가 되도록 한다.

상기와 같은 극세사 미생물 접촉여재(7)는 표면부분에 호기성 조건, 중간부분에는 호기성과 혐기성의 중간조건, 중앙부에는 혐기성 조건을 제공하여, 해당 조건에 부합하는 다양한 미생물이 고농도로 부착되어 증식할 수 있는 최적 서식공간을 제공한다.

종래의 미생물을 이용한 처리기술은 혐기성 조건을 제공하기 어려워 질소, 인의 처리효율이 낮았으며, 이로 인한 녹조류 등의 번식으로 부영양화 현상이 발생하였는데, 본 발명에 적용되는 극세사 미생물 접촉여재(7)는 혐기성 미생물 및 저서생물(51), 어류(52) 등을 이용하여 질소, 인을 제거함으로써 수질개선 효과를 높일 수 있다.

본 발명에 적용하는 생물학적 처리 공법인 극세사 미생물 접촉여재(7)는 대상 수계(100)의 조건에 따라 공기 공급 라인(11)과 함께 사용되며 상기 공기 공급 장치(8)는 극세사 미생물 접촉여재(7)사이에 위치하며, 미생물의 증식활동 및 물 흐름을 유발시켜 오염물과 접촉여재의 접촉 기회를 최대화하기 위해 공기를 공급하는 역할을 한다.

도 5는 본 발명에 따른 공기 공급 라인(8)을 나타낸 것으로써, 전체의 재질은 신축성의 폴리머 재질이며, 최하부(12)에는 수계내의 바닥면에 고정될 수 있도록 금속성분이 포함되어 있고, 미세한 공기방울의 공급을 위해 공기 공급 파이프(11)의 중간 부분에 일자 형태의 틈(13)이 구성되어 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 식이섬유를 이용한 극세사 섬유는 화학적으로 안정하여 2차 오염이 발생되지 않으며, 한번 실치 후에는 그 어떤 유지비용이 발생하지 않아 경제적이며 그 수명이 긴 장점이 있다.

이상에서의 본 발명은 특정의 바람직한 실시 예들을 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예들에 한정되지 않으며 본 발명의 개념을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 순환형 호소 수질정화 시스템은 물리적 여과 공법과 생물학적 처리 공법을 병용함으로써, 물리적 여과 공법에 의한 대상수계의 부유물질 제거로 투명도를 증대시키고 이를 통한 오염물질 부하량 감소와 생물학적 처리 공법에 의한 수생태계의 자정능력 회복과 증대를 통한 유기물 및 질소, 인 등을 제거함으로써 녹조 발생 억제 및 악취발생을 저감시키며 풍부한 어류가 관찰될 수 있는 폐쇄성 호소, 인공수로 조성이 가능한 친환경적인 수질정화 공법으로, 어류의 산란처 및 서식처 제공, 유지관리비 및 수계 내 수량 공급이 필요 없고 항구적인 수명 등의 이점을 제공하므로 이를 통하여 넓은 부지의 마련이 어려운 도시지역에서도 항상 청정한 상태의 물이 흐르고 어류가 서식하는 수공간을 물 낭비 없이 저비용으로 접할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 섬유 여재 충진형 여과조와 극세사 미생물 접촉여재를 이용한 호소 및 연못의 일실시예 구성을 나타낸 개략적인 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 순환형 호소 수질정화시스템의 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 극세사 미생물 접촉여재의 측면 구성도.

도 4는 본 발명에 따른 극세사 미생물 접촉여재의 표면 섬유조직 및 공극의 구성도.

도 5는 본 발명에 따른 극세사 미생물 접촉여재의 공기 공급라인 구성도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 섬유 여재 충진형 여과조

2 : 여과 유출수 다공관

3 : 섬유 여재

4 : 유입수 압송용 펌프

5 : 유입수 라인

6 : 여과 유출수 라인

7 : 극세사 미생물 접촉여재

8 : 공기 공급 라인

9 : 여재 하부 고정용 신축성 모래주머니

10 : 극세사 메디아 리본(RIBBON)

11 : PP 재질의 공기 PIPE

12 : 공기 PIPE 하부 고정용 구조물

13 : 공기 분산 구멍

21 : 여과 유입수 채수지점

22 : 수계 퇴적물 집적구

31 : 공기 공급용 송풍기

32 : 역세척 공기 공급관

33 : 역세척수 배출관

41 : 하수관거

51 : 저서생물

52 : 수중 어류

100 : 하부 수공간

200 : 수로

300 : 상부 수공간

Claims (1)

1. 오염된 호소 및 연못 등의 수공간을 환경친화적인 방법을 통하여 청정한 상태로 유지할 수 있는 고도미생물처리공법에 있어,

   퇴적물질이 모이는 수공간의 심층부에서 오염물질이 포함된 물을 뽑아내고, 상기 채수된 물을 물리적 처리 방법인 여과기를 통과시켜 고형물 형태인 오염물질을 여과하여 걸러내고,

   상기 고형물이 제거된 물을 수공간의 가장자리에 이송하여 물 흐름을 유도하고, 여과기를 통하여도 제거되지 않은 오염물질을 아쿠아매트와 접촉시켜 식물성 플랑크톤, 동물성 플랑크톤, 박테리아, 조류 등의 미생물에 의해 제거되도록 하고, 이 미생물은 저서생물의 먹이가 되도록 하고, 이 저서생물은 다시 어류의 먹이가 되도록 하는 수공간의 생태계의 구성에 의해 수질을 정화, 청정한 상태로의 유지가 가능토록 하는 처리방법