KR20120026214A

KR20120026214A - 부도형 수질정화장치

Info

Publication number: KR20120026214A
Application number: KR1020100088302A
Authority: KR
Inventors: 정운익
Original assignee: 레인보우스케이프주식회사
Priority date: 2010-09-09
Filing date: 2010-09-09
Publication date: 2012-03-19

Abstract

본 발명은 연못이나 하천에 수질 정화용 인공부도를 설치하여 수질을 정화할 수 있도록 하는 부도형 수질정화장치에 관한 것이다. 개시발명은 부유체에 구비되는 접촉산화실에 접촉산화 여재로서 다공질 여재가 충진되며, 그 상부에 수생식물이 식재되도록 구성된 부도형 수질정화장치에 있어서, 상기 다공질 여재는 입상의 세라믹 담체이며, 수중에 60분 침지된다. 이와 같은 본 발명에 따른 부도형 수질정화장치에 의하면, 연못이나 호수에 서식하는 호기성균이 접촉산화실의 다공질 세라믹 여재의 표면에 생물막을 형성하여 유기물을 분해하면서 증식함으로써, 부영양화에 의한 질소, 인 등의 오염물질을 분해,억제하여 수질을 점진적으로 개선할 수 있는 효과가 있다. 특히, 다공질 세라믹 여재가 물에 충분한 시간 동안(60분) 침지됨으로써 오염물질의 저감효율이 높게 된다.

Description

부도형 수질정화장치{Floating island type purifier}

본 발명은 수질정하장치에 관한 것으로, 특히 연못이나 하천에 수질 정화용 인공부도를 설치하여 수질을 정화할 수 있도록 하는 부도형 수질정화장치에 관한 것이다.

오늘날 산업활동의 발달로 인해 인간사회에서 배출되는 폐물질의 양이 증가하고 그것이 생태계의 자연정화능력을 초과하고 있기 때문에, 대기권의 이산화탄소 농도가 증가하고, 하천이나 바닷물에 유기물질농도가 증가하는 반면 용존산소의 농도는 점점 감소하고 있는 실정이다.

특히, 하천이나 바닷물 등의 수질오염이 증가함에 따라 수중에 서식하는 각종 동식물들의 서식환경이 악화되고 있으며, 그에 따라 하천생태계가 변하게 되고, 결과적으로는 인간에게도 치명적인 악영향을 가져다주게 된다.

수질을 오염시키는 오염원은 크게 무기물질, 미생물질, 방사성물질, 열, 유기물질 등으로 나누어진다. 이 가운데 유기물질은 수중에서 각종 미생물 등에 의해 생화학적으로 분해되는데, 이 과정에서 용존산소가 소모된다. 따라서 지나치게 많은 유기물질이 하천으로 유입될 때에는 용존산소가 부족하게 된다.

수중의 용존산소가 감소하게 되면 유해한 황화수소 등이 발생하게 되고 수질이 산성화되는 등 화학적으로 악화될 뿐만 아니라 악취가 발생한다.

이러한 하천의 수질오염을 줄이기 위한 다양한 노력이 행해지고 있으며, 그 방법으로 자연형 하천에 대한 공법이 사용되고 있다. 이 자연형 하천공법은 호안이나 수변부에 수생식물을 식재하여 하천의 자연적 정화를 유도하고 있으나, 수질정화의 효과가 떨어지는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 접촉산화 여재를 이용하여 하천의 상층부뿐만 아니라 심층부의 오염물질을 정화하여 순환시킴으로써 녹조 발생을 억제하고 수질을 점진적으로 개선할 수 있도록 된 부도형 수질정화장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 부유체에 구비되는 접촉산화실에 접촉산화 여재로서 다공질 여재가 충진되며, 그 상부에 수생식물이 식재되도록 구성된 부도형 수질정화장치에 있어서, 상기 다공질 여재는 입상의 세라믹 담체이며, 수중에 60분 침지된다.

상기 세라믹 담체는 150㎛ 이하의 입자크기를 갖는 유리분말 100중량부에 대하여 탄산칼슘, 탄소분말 또는 탄산나트륨으로부터 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 발포제를 0.5~2중량부 혼합한 후, 이들을 열처리로에 투입한 다음 6~8℃/min으로 승온하여 700~1000℃의 온도에서 발포하고 냉각 분쇄하여 제조된다.

상기 세라믹 담체의 입자크기는 15~30mm이고, 상기 세라믹 담체의 건조시 용적밀도는 0.35g/㎤이며, 수분포화시 용적밀도는 1.13g/㎤이고, 공극률은 78.5%이며, 기상률은 66.2%이다.

이와 같은 본 발명에 따른 부도형 수질정화장치에 의하면, 연못이나 호수에 서식하는 호기성균이 접촉산화실의 다공질 세라믹 여재의 표면에 생물막을 형성하여 유기물을 분해하면서 증식함으로써, 부영양화에 의한 질소, 인 등의 오염물질을 분해,억제하여 수질을 점진적으로 개선할 수 있는 효과가 있다. 특히, 다공질 세라믹 여재가 물에 충분한 시간 동안(60분) 침지됨으로써 오염물질의 저감효율이 높게 된다.

또한, 다공질 세라믹 여재는 700~1000℃의 고온에서 발포 성형한 다공질의 세라믹 담체를 파쇄하여 15~30mm의 입자크기를 갖는 세라믹 담체로 이루어짐으로써, 수분저장 능력이 높고, 오염물질의 흡착기능 및 양이온치환용량이 높으며, 통기성과 배기성이 일정하게 유지되고, 변형되거나 파손되지 않는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 부도형 수질정화장치를 나타낸 설치상태도.
도 2는 도 1에 도시된 부유체의 평면도.
도 3은 도 1에 도시된 부유체의 내부구조를 나타낸 정단면도.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 부도형 수질정화장치를 나타낸 설치상태도이다.

본 발명에 따른 부도형 수질정화장치는, 부유체(10), 계류장치(20), 접촉메디아(30), 에어콤프레셔(40), 콘트롤박스(50) 및 수생식물(60)을 포함한다.

상기 부유체(10)는 물 위에 뜨도록 이루어진 것으로, 그 내부에 필터부(11), 접촉산화실(12) 및 펌프실(13)이 형성된다. 따라서, 물속에 있는 오염된 물(

)은 필터부(11)를 통해 유입되면서 오염물질이 1차적으로 제거된 후 접촉산화실(12)로 이송되고, 접촉산화실(12)에서 정화되어 정화수(

) 상태로 펌프실(13)을 통해 외부로 배출된다.

상기 계류장치(20)는 부유체(10)를 고정시키기 위한 것으로, 일단이 부유체(10)에 연결되어 담수호의 수위변화에 따라 부유되도록 하는 로프(21), 및 담수호의 바닥에 설치되어 로프(21)의 타단이 고정되는 앵커블럭(22)으로 구성된다.

상기 접촉메디아(30)는 원통형 몸체의 옆면에 다수 개의 홀이 형성된 그물망 구조로 형성되는 단위체로서, 부유체(10)의 하부에 일정 간격을 두고 매달리는 형태로 설치된다. 이러한 접촉메디아(30)는 통상 원생동물에서부터 물벼룩, 새우류나 어류 등이 서식할 수 있는 공간 내지는 대피처, 휴식처로서 원통형 몸체의 표면에 부착되어 생육하는 미생물 점막에 유기성의 오염물질이 접촉 및 흡착됨으로써 미생물 점막으로부터 이산화탄소와 무기물질 등이 방출되는 원리로 수질의 정화가 이루어진다. 이 때, 접촉메디아(30)는 가능한한 큰 비표면적을 가지면서 유수의 흐름을 방해하지 않을 정도의 큰 공극을 갖으며, 시설의 개조없이 용이하게 추가 설치가 가능하도록 형성되어야 한다.

상기 에어콤프레셔(40)는 수중에 산소를 공급하기 위한 공기압축기로서, 부유체(10)가 계류되는 인근 지상부에 설치되어 이와 연결되는 에어라인(41)을 통해 접촉산화실(12) 및 접촉메디아(30)에 산소를 공급한다. 이는 접촉산화실(12)의 호기성화를 촉진시키고 호기성 미생물의 생육을 활발하게 함으로써 수질정화를 극대화하고자 함이다.

상기 콘트롤박스(50)는 에어콤프레셔(40)와 같이 지상부에 설치되어, 에어콤프레셔(40)와는 지상케이블(미도시)을 통해 연결되고, 펌프실(13)의 후술할 수중모터펌프(70)와 는 수중케이블(51)을 통해 연결된다. 이러한 콘트롤박스(50)는 수중모터펌프(70)의 동작과 에어콤프레셔(40)의 동작을 제어한다. 이 때, 콘트롤박스(50) 내에 설치되는 타이머(미도시)에 의해 자동 제어할 수 있다.

상기 수생식물(60)은 접촉산화실(12)의 상부에 식재된다.

도 2는 도 1에 도시된 부유체의 평면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 부유체의 내부구조를 나타낸 정단면도이다.

상기 부유체(10)는 둘레를 따라 상하 이격되게 각각 구비되는 한 쌍의 부력체(14a)(14b)와, 상하 부력체(14a)(14b)에 격벽으로서 형성되는 그물망(14c)으로 구성되는 프레임(14)을 구비한다. 따라서, 부유체(10)는 담수호의 수면에 부유되면서 그물망(14c)을 통해 오염된 물을 유입하고 정화된 물을 자유로이 유출할 수 있게 된다.

상기 부유체(10)의 내부 공간은 상술한 바와 같이 필터부(11), 접촉산화실(12) 및 펌프실(13)로 구획된다. 펌프실(13)에는 수중모터펌프(70)가 설치되고, 부력체(14a)(14b)의 내측 둘레를 따라 수중모터펌프(70)와 연결되는 복수 개의 노즐관(80)이 설치된다. 노즐관(80)에서는 정화된 물을 분사하는 복수 개의 노즐(80a)이 구비된다.

상기 접촉산화실(12)에는 접촉산화 여재로서 다공질 세라믹 여재(90)가 충진되어 있으며, 그 상부에 바이오매트(미도시)를 설치하여 다양한 수생식물(60)이 식재되도록 구성된다. 바이오매트는 다양한 크기 및 모양의 망체로 다중 배열되어 설치된다. 그리고 식재되는 수생식물(60)은 그 지역의 특유의 식물을 식재함으로써 환경학습의 장으로도 활용할 수 있다.

상기 다공질 세라믹 여재(90)는, 유리분말 100중량부에 대하여 탄산칼슘, 탄소분말 또는 탄산나트륨으로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종의 발포제를 0.5~2중량부 혼합한 후, 이들을 열처리로에 투입한 다음 6~8℃/min으로 승온하여 700~1000℃의 온도에서 발포하고 냉각분쇄하여 제조된 입상의 세라믹 담체이다.

상기 유리분말의 입자크기가 150㎛를 초과할 경우에는 발포를 위한 승온시간이 길어지고 열손실이 많아져 경제적이지 못하다. 즉, 유리분말은 발포제가 혼합될 경우 녹으면서 발포하고 팽창하게 되는데, 입자크기가 크면 녹는 속도가 늦어질 수밖에 없다. 유리분말은 그 조성물로서 T-Fe, CaO, SIO₂, MgO, Al₂O₃, S, TiO₂ 등으로 구성된다.

상기 발포제는 유리분말에 섞여 유리분말이 녹는 과정에서 유리분말을 팽창시켜 기포를 형성하는 것으로, 탄산칼슘, 탄소분말 또는 탄산나트륨으로 구성되는 군으로부터 적어도 1종 이상을 사용하며, 사용될 유리분말의 특성에 따라 반복실험을 통하여 가장 적합한 것을 선정하게 된다.

아울러, 발포제의 함량이 유리분말 100중량부에 대하여 2중량부를 초과할 경우에는 공극률이 높아 오염물질을 여과하지 못하고 통과시키게 되는 단점이 있으며, 0.5중량부 미만일 경우에는 공극률이 낮아 오염물질뿐만 아니라 물도 통과시키지 못한다.

발포제가 혼합된 유리분말은 열처리로에 투입된 후 6~8℃/분으로 승온하게 되는데, 만일 6℃/분 미만으로 승온하게 되면 승온온도가 낮아 액상의 유리분말이 발포제를 완전히 둘러싸지 못하기 때문에 발포가 충분히 이루어지지 않으며, 8℃를 초과하여 승온하게 되면 발포제가 탄화되거나 열화된다.

그리고, 발포온도는 700~1000℃가 바람직한데, 만일 700℃ 미만일 경우에는 분말유리가 용해되더라도 점도가 낮아 발포가 용이하게 이루어지지 않으며 1000℃를 초과할 경우에는 분말유리가 용해되더라도 점도가 높아 표면이 기공이 형성되지 못한다.

한편, 냉각분쇄하여 제조된 입상의 세라믹 여재는 입자크기가 15~30㎜가 되도록 하는게 바람직하다. 만일, 입자크기가 30㎜를 초과할 경우에는 세라믹 여재 사이의 공극이 커서 오염물질이 물과 함께 통과하게 되며, 입자크기가 15㎜ 미만일 경우에는 배수성이 저하된다.

그리고, 세라믹 여재는 건조시 용적밀도가 0.35g/㎤이고, 수분포화시 용적밀도가 1.13g/㎤이며, 공극률은 78.5%이고, 기상률은 66.2%인 것을 선별하여 사용한다. 이는 통기성과 배수성이 우수하면서도 뛰어난 보수성을 갖고 용적밀도를 낮추어 경량화가 가능한 여과재를 만들기 위함이다.

실시예 1

150㎛ 이하의 입자크기를 갖는 유리분말 100중량부에 대하여 발포제로서 탄산칼슘 1.5중량부를 혼합하고, 이를 열처리로에서 800℃의 온도를 발포하고 냉각분쇄하여 평균 20mm의 입자크기를 갖는 세라믹 여재를 제조하였다.(참고로, 유리분말은 유리조각을 잘게 파쇄한 후 홀의 크기가 150㎛인 채를 이용해 입자크기가 150㎛ 이하인 것만을 선별한다.)

이와 같이 제조된 세라믹 여재를 접촉산화실에 채워넣고 시간별(10분, 30분 60분)로 오염물질 저감효율을 측정하였으며, 그 결과를 아래의 표-1에 나타내었다.

항목	HRT 10min	HRT 30min	HRT 60min
항목	평균	평균	평균
SS(%)	57.5	61.6	63.9
BOD(%)	39.8	42.0	45.6
COD(%)	44.6	46.2	46.2
T-N(%)	28.5	33.5	37.6
T-P(%)	30.1	32.6	35.5

상기 표-1에서 보는 바와 같이 부유물의 정화효율(SS), 생물학적 산소요구량(BOD), 화학적 산소요구량(COD), 질소 제거효율(T-N), 인 제거효율(T-P) 모두 60분을 경과했을 때 가장 높은 수치를 나타내고 있음을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 기초로 설명하였으나, 본 발명은 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 해당분야 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 변경할 수 있다.

10 : 부유체 11 : 필터부
12 : 접촉산화실 13 : 펌프실
14 : 프레임 20 : 계류장치
21 : 로프 22 : 앵커블럭
30 : 접촉메디아 40 : 에어콤프레셔
41 : 에어라인 50 : 콘트롤박스
51 : 수중케이블 60 : 수생식물
70 : 수중모터펌프 80 : 노즐관
90 : 다공질 세라믹 여재

Claims

부유체에 구비되는 접촉산화실에 접촉산화 여재로서 다공질 여재가 충진되며, 그 상부에 수생식물이 식재되도록 구성된 부도형 수질정화장치에 있어서,
상기 다공질 여재는 입상의 세라믹 담체이며, 수중에 60분 침지되는 것을 특징으로 하는 부도형 수질정화장치.
제 1 항에 있어서,
상기 세라믹 담체는 150㎛ 이하의 입자크기를 갖는 유리분말 100중량부에 대하여 탄산칼슘, 탄소분말 또는 탄산나트륨으로부터 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 발포제를 0.5~2중량부 혼합한 후, 이들을 열처리로에 투입한 다음 6~8℃/min으로 승온하여 700~1000℃의 온도에서 발포하고 냉각 분쇄하여 제조되는 것을 특징으로 하는 부도형 수질정화장치.
제 2 항에 있어서,
상기 세라믹 담체의 입자크기는 15~30mm이고, 상기 세라믹 담체의 건조시 용적밀도는 0.35g/㎤이며, 수분포화시 용적밀도는 1.13g/㎤이고, 공극률은 78.5%이며, 기상률은 66.2%인 것을 특징으로 하는 부도형 수질정화장치.