KR20180012687A - 오폐수 정화 방법 - Google Patents

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Abstract

오폐수 정화 방법이 제공된다. 오폐수 정화 방법은 사용조로부터 사용되어 유기물질을 포함하는 오폐수가 제공되는 단계, 오폐수를 혐기성 미생물을 포함하는 혐기조에 투입하여 유기물질 중 적어도 일부를 혐기 분해하는 단계, 혐기 분해된 오폐수를 호기성 미생물을 포함하는 호기조에 투입하여 유기물질 중 적어도 일부를 호기 분해하는 단계, 오폐수에 마이크로 버블을 주입하는 단계, 마이크로 버블이 주입된 오폐수에 오존을 투입하여 유기물질 중 적어도 일부를 산화하는 오존 처리 단계, 및 오존 처리 단계 이후 광 촉매와 자외선 발생기를 이용하여 유기물질 중 적어도 일부를 라디칼 분해하는 광 촉매 처리 단계를 포함하되, 광 촉매는 다공질 고령토를 포함하는 코어 및 코어 외부의 적어도 일부에 코팅된 이산화티타늄(TiO2)을 포함하고, 호기 분해하는 단계는 호기조 내부에 위치하는 수중펌프, 수중펌프와 연결된 벤츄리 관 및 호기조 외부에 위치하고 벤츄리 관과 배관으로 연결된 에어펌프에 의해, 에어펌프로부터 외부공기가 벤츄리 관으로 유입되고, 수중펌프에 의해 오폐수 중 일부가 벤츄리 관으로 토출되며, 벤츄리 관에서 오폐수와 외부공기가 혼합되어 호기조 내부로 토출되는 폭기단계를 포함한다.

Description

오폐수 정화 방법{PURIFICATION METHOD OF WASTEWATER}
본 발명은 오폐수 정화 방법에 관한 것이다.
최근 환경에 대한 중요성이 대두되면서, 오물이나 폐수 등 유기물질을 함유하는 오폐수의 처리 방식에 대해서도 중요성이 대두되고 있다.
분뇨 등을 포함하는 오폐수의 경우 악취가 심해 불쾌감을 유발할 뿐만 아니라, 대장균 등의 건강에 해로운 세균들이 번식하고 있어, 이에 대한 효율적인 정화가 필요하다.
또한, 최근에는 대중들의 야외 활동이 증가하면서 야외에서 발생되는 오폐수에 대한 처리가 중요시되고 있다. 일반적으로 대중들이 이용하는 유원지, 휴게실, 캠핑장, 야외 공연장 등의 장소에서는 기존에 오폐수 정화 장치가 구비되어 있지 않기 때문에 간소하면서도 효율적으로 오폐수를 처리할 수 있는 방법이 필요하다. 예를 들어, 공중 장소에 설치되는 이동식 간이 화장실에서 발생하는 분뇨를 포함하는 오폐수의 처리 방식에 있어서 과거에는 분뇨 저장탱크에 오폐수를 일정기간 보관하고 있다가, 일정 수준 이상으로 차오를 경우 이를 추출하여 다른 장소에 매립 또는 정화하는 등의 방식이 사용되고 있었다. 그러나 이러한 방식의 경우 저장탱크에서 분뇨를 뽑아내는 과정과 이를 다시 정화하는 장소로 이동하는 과정, 정화하는 과정을 거쳐 그 방식이 복잡하면서도 경제적으로도 부담이 되었다.
따라서, 최근에는 보다 효율적으로 오폐수를 처리할 수 있는 오폐수 정화 방법이 요구되고 있다.
이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 효과적으로 오폐수를 정화할 수 있는 오폐수 정화 방법을 제공하는데 있다.
또한, 오폐수 정화 장치를 효율성 있게 유지 관리할 수 있도록 하는 오폐수 정화 방법을 제공하는데 있다.
또한, 오폐수를 외부로 방류하지 않고 정화함으로써, 무방류 순환식의 정화 시스템을 제공할 수 있는 오폐수 정화 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 오폐수 정화 방법은 사용조로부터 사용되어 유기물질을 포함하는 오폐수가 제공되는 단계;
상기 오폐수를 혐기성 미생물을 포함하는 혐기조에 투입하여 상기 유기물질 중 적어도 일부를 혐기 분해하는 단계, 상기 혐기 분해된 오폐수를 호기성 미생물을 포함하는 호기조에 투입하여 상기 유기물질 중 적어도 일부를 호기 분해하는 단계, 상기 오폐수에 마이크로 버블을 주입하는 단계, 상기 마이크로 버블이 주입된 오폐수에 오존을 투입하여 상기 유기물질 중 적어도 일부를 산화하는 오존 처리 단계, 및 상기 오존 처리 단계 이후 광 촉매와 자외선 발생기를 이용하여 상기 유기물질 중 적어도 일부를 라디칼 분해하는 광 촉매 처리 단계를 포함하되, 상기 광 촉매는 다공질 고령토를 포함하는 코어 및 상기 코어 외부의 적어도 일부에 코팅된 이산화티타늄(TiO2)을 포함하고, 상기 호기 분해하는 단계는 상기 호기조 내부에 위치하는 수중펌프, 상기 수중펌프와 연결된 벤츄리 관 및 상기 호기조 외부에 위치하고 상기 벤츄리 관과 배관으로 연결된 에어펌프에 의해, 상기 에어펌프로부터 외부공기가 상기 벤츄리 관으로 유입되고, 상기 수중펌프에 의해 상기 오폐수 중 일부가 상기 벤츄리 관으로 토출되며, 상기 벤츄리 관에서 상기 오폐수와 상기 외부공기가 혼합되어 상기 호기조 내부로 토출되는 폭기단계를 포함한다.
또한, 상기 사용조에 제공되는 오폐수는 생물화학적 산소요구량이 60000ppm이며, 상기 광 촉매 처리 단계 후 정화된 정화수는 탁도가 0.1 NTU 내지 0.7 NTU의 범위이고, 생물화학적 산소요구량(BOD)이 0.2 내지 1.2㎎/L의 범위이고, pH가 7 내지 8의 범위인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 혐기 분해하는 단계는 24시간 내지 48시간 동안 진행되고, 상기 호기 분해하는 단계는 20시간 내지 28시간 동안 진행되고, 상기 오존 처리 단계는 20시간 내지 28시간 동안 진행되며, 상기 광 촉매 처리 단계는 12시간 내지 20시간 동안 진행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 광 촉매 처리 단계 후 침전 분리에 의해 정화수와 침전된 미분해 유기물질로 분리하는 분리 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 정화수를 상기 사용조로 이송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 침전된 미분해 유기물질을 반송펌프를 이용하여 상기 혐기조로 재투입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 벤츄리 관은 제 1방향으로 향하는 제 1관, 상기 제 1방향에 수직한 제 2방향으로 향하고 상기 제 1관과 연결된 제 2관, 상기 제 1방향에 평행하면서 제 1방향과 반대방향으로 향하며 상기 제 2관과 연결되는 제 3관, 상기 제 2방향으로 향하고 상기 제 3관과 연결되는 제 4관 및 상기 제 1방향으로 향하고 상기 제 4관과 연결된 제 5관을 포함할 수 있다.
또한, 상기 호기 분해하는 단계, 상기 마이크로 버블을 주입하는 단계, 상기 오존 처리 단계 및 상기 광 촉매 처리 단계의 정화가 진행되는 오폐수에 태양빛을 조사하는 단계를 더 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 효과적으로 오폐수를 정화할 수 있는 오폐수 정화 방법을 제공할 수 있다.
또한, 유지 및 관리가 효과적인 오폐수 정화 방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오폐수 정화 방법의 개략적인 순서도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 오폐수 정화 방법의 개략적인 순서도이다.
도 3 및 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 오폐수 정화 방법의 개략적인 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다.
비록 제 1, 제 2등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제 1구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제 2구성요소일 수도 있음은 물론이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 설명한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 오폐수 정화 방법의 개략적인 순서도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 오폐수 정화 방법은 사용조로부터 사용되어 유기물질을 포함하는 오폐수가 제공되는 단계(S10), 상기 오폐수를 혐기성 미생물을 포함하는 혐기조에 투입하여 상기 유기물질 중 적어도 일부를 혐기 분해하는 단계(S20), 상기 혐기 분해된 오폐수를 호기성 미생물을 포함하는 호기조에 투입하여 상기 유기물질 중 적어도 일부를 호기 분해하는 단계(S30), 상기 오폐수에 마이크로 버블을 주입하는 단계(S40), 및 상기 마이크로 버블이 주입된 오폐수에 오존을 투입하여 상기 유기물질 중 적어도 일부를 산화하는 오존 처리 단계(S50) 및 상기 오존 처리 단계 이후 광 촉매와 자외선 발생기를 이용하여 상기 유기물질 중 적어도 일부를 라디칼 분해하는 광 촉매 처리 단계를 포함한다.
상기 사용조라 함은 일반적으로 세정수나, 음용수가 사용되는 음료 취수대, 세면대 등이거나, 화장실에서 사용되는 수세식 변기 등일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 즉, 축산 등에서 세정수나 동물의 취수로 사용되는 부분일 수 있고, 이 경우, 사용조에서 사용된 오폐수는 축산에서 사육되는 동물들의 분뇨를 포함하는 오폐수일 수 있다.
상기와 같은 사용조로부터 사용된 오폐수는 유기물질이나 대장균, 다량의 염분 등을 함유하는 오폐수로 될 수 있다. 즉, 사용조를 거치지 않은 상태의 물은 정수되어, 취수가 가능하거나, 세정이 가능한 정도의 상태일 수 있으나, 사용된 오폐수는 일부 유기물질이 함유되거나, 대장균 등의 세균이 번식하여 취수나 세정수로 사용될 수 없는 정도의 정수를 요하는 물의 상태일 수 있으며, 분뇨 등에 의해 오염되어 탁도가 매우 높고, 불쾌한 냄새가 날 수 있다. 본 명세서에서는 상기와 같이 세정수나 취수 등으로 사용이 적합치 않은 오염된 상태의 물을 오폐수로 정의하기로 한다.
본 명세서에서는 설명의 편의를 위해 오폐수가 제공되는 단계(S10)라고 기재하고 있으나, 여기서 '제공되는'의 의미는 사용조로 정의되는 부분에서 사용된 오폐수가 다음단계인 혐기 분해하는 단계(S20)로 전달되는 과정이라 이해하면 될 것이다.
한편, 오폐수는 혐기성 미생물을 포함하는 혐기조에 투입되고, 오폐수에 함유된 유기물질 중 적어도 일부는 혐기성 미생물에 의해 혐기 분해하는 단계(S20)를 거친다. 상기 혐기성 미생물은 무산소 상태에서 생육하는 미생물로서 이산화탄소, 메탄가스, 암모니아, 황화수소 등을 섭쉬하여 오폐수에 포함된 단백질, 탄수화물, 지방 등의 고분자 유기물을 가수분해를 통해 아미노산이나 당 등과 같은 저분자 유기물로 분해시킬 수 있다. 상기 혐기성 미생물로는 예를 들어, 혐기성균(purple Bacteria, Pseudomonas), 통성혐기성균 (Shewanella putrefaciens) 등이 포함된 고활성화 복합미생물제재를 사용하나, 이에 한정하지 않으며, 당해 기술분야에서 통상적으로 사용 가능한 혐기성 미생물을 포함할 수 있다.
한편, 상기 혐기조 내에서 상기 혐기성 미생물은 예를 들어, 다공질 스펀지와 같은 담체에 함유되어 있을 수 있다. 또한, 상기 혐기성 미생물을 함유하고 있는 다공질 스펀지 담체는 상기 혐기조 내에서 소정의 간격으로 이격되어 다수개 배치될 수 있다. 즉, 혐기조의 크기, 정화 능력 등을 고려하여 당업자가 필요에 따라 적절히 그 배치 간격을 조절할 수 있다. 한편, 상기 혐기조 내에 투입된 오폐수는 일정시간 머물면서 오폐수 내부에 머무르는 혐기성 미생물에 의해 고분자 유기물이 저분자 유기물로 분해되는 과정을 거칠 수 있다. 또한, 상기 혐기조는 일종의 저수조와 같은 형태일 수 있으며, 오폐수와 함께 정화 능력 향상을 위해 추가적인 다량의 물이 더 저장되어 있을 수 있다.
상기 혐기조는 상기 사용조의 하부에 위치할 수 있다. 즉, 사용조에서 사용된 오폐수가 중력에 따라 자연스럽게 흘러 사용조의 하부에 위치하는 혐기조로 이동하거나, 특정 개폐장치에 의해 오폐수가 혐기조로 흘러들어가고, 혐기조 내에서 일정시간 동안 혐기 분해 과정을 거칠 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니다.
혐기 분해하는 단계는 예를 들어, 24시간 내지 48시간 동안 진행될 수 있다. 상기 범위에서 혐기성 미생물에 의해 혐기 분해 과정을 충분히 수행하도록 할 수 있으며, 결과적으로, 오폐수가 환경을 오염시키지 않는 수준으로 정화되거나, 다시 사용조에서 사용 가능한 수준의 정화수로 정화되도록 할 수 있다. 다시 말하면, 상기 시간 범위에서 유기물질을 분해하기 쉬운 상태로 혐기 분해하며, 후술할 다른 단계에 비해 상대적으로 가장 오랜 시간 동안 진행될 수 있다.
다음으로, 혐기 분해 과정을 거친 오폐수는 호기성 미생물을 포함하는 호기조에 투입되어 호기성 미생물에 의해 호기 분해 단계(S30)를 거치게 된다. 호기성 미생물은 미생물의 발육에 있어 산소가 필요한 미생물을 지칭하며, 예를 들어, 고초균(Bacillus subtilis), 유산균 (actobacilus plantarum), 효모균(saccharomyces cerevisie) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
호기 분해 단계(S30)는 20시간 내지 28시간 동안 진행되며, 전체의 과정 중 가장 많은 유기물질을 분해할 수 있다. 또한, 유기물질을 분해하는 과정에서 색도와 탁도를 낮추고, 악취를 제거할 수 있다. 상기 시간의 범위에서 충분한 유기물질을 분해하여 후술할 오존 분해 단계 및 광 촉매 처리 단계에서 재사용 가능한 수준의 정화수를 만들어낼 수 있다.
호기 분해 단계(S30)를 거치며 유기물질은 대량으로 분해되게 된다. 호기성 미생물은 오폐수에 함유된 물 속에 녹아있는 용존산소를 이용하여 유기물질을 분해하며, 호기조 내의 용존 산소량은 호기성 미생물의 활성에 커다란 영향을 미칠 수 있다.
상기 호기조 내에서 호기성 미생물은 상기 혐기성 미생물 처럼 담체에 함유되어 있을 수 있으며, 상기 호기성 미생물을 함유하는 담체는 호기조 내에서 다수개 소정의 간격 이격되어 존재하여 유기물질의 분해능을 향상시킬 수 있다.
한편, 비제한적인 예로 상기 호기조는 혐기조의 상부에 위치할 수 있으며, 혐기조로부터 상기 호기조로 투입되는 과정은 혐기조 내에서 일정 수위 이상으로 오폐수가 차오르는 경우, 이를 수위펌프에 의해 호기조로 이동시킬 수 있다. 다만, 필요에 따라 오폐수의 자연적인 유동에 따라 혐기조에서 호기조로 이동하는 등의 방식을 거칠 수 있으며 어느 것에 특별히 한정하지 않는다.
상기 호기조는 적어도 2개 이상의 서브 호기조를 포함할 수 있으며, 상기 서브 호기조들은 서로 격벽에 의해 구분되어 있을 수 있다. 상기 격벽은 서로 인접하는 서브 호기조와 서브 호기조 사이의 공간을 분리하면서, 채널이 형성되어 오폐수가 인접하는 서브 호기조로 이동하도록 할 수 있다. 한편, 상기 격벽이 2개 이상일 경우 인접하는 격벽 사이에 형성된 채널은 서로 상이한 위치에 배치될 수 있으며, 바람직하게는 상부와 하부가 서로 교번적으로 배치되도록 할 수 있다. 이에 의해 오폐수가 상부와 하부를 교번적으로 이동하며 다음 정화 단계로 이동함으로써, 오폐수 내의 유기물질이 보다 효율적으로 분해되도록 할 수 있다.
또한, 상기 호기조 뿐만 아니라, 후에 설명할 오존 처리 단계, 광 촉매 처리 단계 등을 거치기 위해 구분되는 영역에는 각각 격벽과 채널이 형성될 수 있으며, 이들도 서로 인접하는 격벽 간의 채널이 서로 교번적으로 상부와 하부 위치가 상이할 수 있다.
다시 말하면, 서브 호기조 간에 오폐수가 이동시에 상부와 하부의 대류에 의해 유기물질과 호기성 미생물간의 접촉 면적이 넓어지고, 호기성 미생물에 의한 유기물질의 분해 능력을 보다 활성화할 수 있다. 또한, 오폐수의 대류에 의해 오폐수와 산소간의 접촉면적이 넓어지고 이에 의해 용존 산소량이 증가하여 유기물질의 분해능이 보다 활성화될 수 있다.
한편, 호기 분해하는 단계(S30)에서는 외부공기를 호기조 내부로 유입하고 폭기 단계를 거쳐 오폐수 내에 용존 산소량을 늘릴 수 있다. 외부 공기는 에어 펌프를 통해 호기조 내부로 유입될 수 있다. 보다 구체적으로 폭기 단계를 거치기 위해서는 호기조 내부에 수중펌프를 포함하고 있고, 수중펌프는 벤츄리 관과 서로 연결되어 있어 상기 벤츄리 관을 통해 호기조 내의 오폐수 내부로 외부 공기와 혼합된 오폐수를 토출한다. 상기 벤츄리 관은 상기 호기조의 외부에 위치하고 외부 공기를 벤츄리 관으로 공급하는 에어펌프와 배관에 의해 연결될 수 있다.
폭기 단계에 대해 설명하면, 상기 에어펌프로부터 외부공기가 상기 벤츄리 관으로 유입되고, 상기 수중펌프에 의해 상기 호기조 내에 존재하거나 상기 혐기조로부터 전달된 오폐수 중 일부가 상기 벤츄리 관으로 토출된다. 이에 의해 벤츄리 관에서는 오폐수와 외부 공기가 혼합되어 호기조 내부로 토출 된다. 외부 공기와 혼합된 오폐수는 외부 공기 속에 존재하는 산소가 혼합되어 용존 산소량이 증가할 수 있다.
상기 벤츄리 관이라 함은 수중펌프에서 토출되는 오폐수의 유체 흐름방향에 따라 관의 지름이 줄어드는 형태의 관을 의미하며, 벤츄리 관을 통과하는 오폐수와 공기는 점차 압력이 증가하여 빠르게 혼합되어 용존 산소량을 더욱 증가시킬 수 있다. 한편, 상기 벤츄리 관은 적어도 하나 이상의 굴곡부를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 2개의 굴곡부 또는 4개의 굴곡부를 포함할 수 있다. 상기 굴곡부는 벤츄리 관 내에서 유체의 흐름을 다른 방향으로 변경함으로써 마찰이 증가하게 된다. 따라서, 오폐수와 외부 공기가 서로 혼합되는 시간을 증가시키고, 혼합되는 면적이 넓어지며, 혼합 비율을 더욱 더 높여 오폐수에 용존 산소량을 매우 효과적으로 증가시킬 수 있다. 결과적으로, 상기 벤츄리 관의 굴국부에 의해 호기조 내에서의 호기성 미생물에 의한 유기물질의 분해능을 매우 향상시킬 수 있다.
상기 벤츄리 관의 굴곡부에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 상기 벤츄리 관은 제 1방향으로 향하는 제 1관, 상기 제 1방향에 수직한 제 2방향으로 향하고 상기 제 1관과 연결된 제 2관, 상기 제 1방향에 평행하면서 제 1방향과 반대방향으로 향하며 상기 제 2관과 연결되는 제 3관, 상기 제 2방향으로 향하고 상기 제 3관과 연결되는 제 4관 및 상기 제 1방향으로 향하고 상기 제 4관과 연결된 제 5관을 포함할 수 있다. 즉, 'ㄹ'자 와 같은 형상으로 구성될 수 있다.
또한, 상기와 같이, 제 1관 내지 제 5관으로 구성되는 벤츄리 관의 경우 제 1관은 상기 수중펌프의 토출되는 부분과 연결될 수 있으며, 상기 에어펌프에서 연결되는 배관과 연결되어 오폐수와 외부 공기가 최초로 혼합되는 위치일 수 있다. 따라서, 제 1관에서 오폐수와 외부공기가 혼합이 시작되면서, 좌에서 우 방향으로 유체가 흐를 수 있고, 제 2관을 통해서 상에서 하 방향으로 유체가 흐르고, 제 3관을 통해 방향을 바꾸어 우에서 좌로 유체가 흐르고, 제 4관을 통해 다시 상에서 하의 방향으로 유체가 흐르며, 제 5관을 통해서 다시 좌에서 우로 유체가 흘러 호기조 내부로 제 5관의 말단에서 방출될 수 있다.
상기에서도 설명하였지만, 상기 제 1관 내지 제 5관을 통해 여러 번 오폐수의 유체 흐름 방향을 바꾸고, 다시 최초의 수중펌프에서 토출되는 방향으로 오폐수를 토출함으로써 오폐수 정화의 흐름을 거스르지 않으면서도 보다 효율적으로 유기물질의 분해능을 향상시킬 수 있다.
상기에서 설명하였다시피, 호기조는 격벽으로 구분된 다수의 서브 호기조를 포함할 수 있고, 상기 서브 호기조 내부에서 상기 벤츄리 관을 포함하는 수중펌프는 하나 또는 2개 이상의 서브 호기조 내부에 배치될 수 있다. 또한, 이들 수중펌프와 연결된 벤츄리 관은 에어펌프와 배관에 의해 연결되어 있을 수 있다.
한편, 상기 호기조에서 일부 유기물질이 분해된 오폐수에는 추가적인 분해를 위해 마이크로 버블을 주입하는 단계(S40)를 거치게 된다. 마이크로 버블을 주입하는 단계(S40)는 상기 호기조 내의 서브 호기조 중 하나에서 진행될 수 있다. 즉, 마이크로 버블을 주입하는 단계(S40)에서는 호기성 미생물을 포함하는 담체에 의해 유기물질이 분해될 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니다.
한편, 마이크로 버블은 상기에서 설명한 에어펌프와 배관을 통해 연결되는 산기관에 의해 수행될 수 있다. 상기 산기관은 봉 형상의 세라믹 멤브레인으로 구성될 수 있으며, 마이크로 버블을 발생하기 위해 상기 산기관을 구성하는 멤브레인은 미세한 기공들을 포함할 수 있다. 산기관은 바람직하게는 가압 산기관일 수 있으며, 이 경우, 상기 에어 펌프는 고압으로 구동되는 에어펌프일 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니다.
설명의 편의를 위해 호기조 중 수중펌프를 포함하는 서브 호기조를 제 1서브 호기조라 하고, 마이크로 버블을 발생시키기 위한 산기관을 포함하는 서브 호기조를 제 2서브 호기조라 하면, 상기 제 1 및 제 2서브 호기조는 하나 이상으로 구성될 수 있고, 정화 효율성을 고려하여 2개 이상 배치될 수 있다. 다만, 바람직하게는 상기 제 1서브 호기조가 정화 과정상 우선적으로 배치되고, 제 2서브 호기조가 그 뒤에 배치되는 것이 정화 효율성을 위해 타당하다 할 것이다.
다음으로, 마이크로 버블이 주입된 오폐수에 오존을 투입하여 유기물질을 산화하는 오존 처리 단계(S50)를 거치게 된다. 이전 단계에서 대부분의 유기물질이 분해되고, 잔류하는 유기물질과 대장균 등을 분해하고, 악취 제거 및 탁도 감소를 위해 오존 처리를 진행할 수 있으며, 오존 처리는 연결된 오존 발생기에서 생성된 오존을 상기 오폐수에 공급함으로써 진행되고, 오존에 의해 OH 라디칼이 활성화되어 유기물 산화에 의해 오폐수의 유기물 분해, 탈취 및 탈색 작용이 일어날 수 있다. 따라서, 오폐수의 악취가 제거되어 탁도가 낮아질 수 있다.
오존 발생기에서 발생된 오존은 오폐수와 표면적을 넓혀 보다 쉽게 용해되기 위해 버블 발생기를 통해 오폐수에 주입될 수 있다. 또한, 오존 발생기의 효율을 증가시키기 위해 오존 발생기는 산소 발생기와 연결되어 있을 수 있다. 오존 발생기를 통해 발생된 오존은 오폐수 내부로 관을 통해 연결되어 버블 발생기를 통해 미세 기포로 오폐수 내부로 투입될 수 있다. 한편, 상기 오존 처리 단계에서의 버블 발생기는 산기관일 수 있다. 또한, 오존 처리 단계에서의 버블 발생기의 공기압은 상기 마이크로 버블을 주입하기 위한 산기관의 공기압 보다 적을 수 있다.
상기 오존 처리 단계(S50)는 20시간 내지 28시간 동안 진행될 수 있다. 상기 시간 범위에서 오존에 의해 생성된 OH 라디칼에 의해 유기물질의 분해, 탈취 및 탈색 자용이 충분히 이루어지도록 할 수 있다. 즉, 오존 처리 단계(S50)에서는 이전 단계에 추가적으로 색도와 탁도를 낮추며, 악취를 제거할 수 있다.
한편, 상기와 같은 일련의 과정을 거친 오폐수는 취수나 세정수 등으로 사용이 가능한 수준으로 정화될 수 있다. 다만, 보다 정화된 정화수를 사용하기 위해 상기 오존 처리 단계(S50) 이후 광 촉매와 자외선 발생기를 이용하여 상기 유기물질 중 적어도 일부를 라디칼 분해하는 광 촉매 처리 단계(S60)를 거친다. 상기 오존 처리 단계(S50)를 거친 오폐수는 내부에 일부 오존이 용해되어 있을 수 있으며, 광 촉매와 자외선 발생기의 산화작용에 의해 OH 라디칼이 활성화되고 이에 의해 유기물을 산화시킬 수 있다. 또한, 광 촉매 및 자외선 발생기와 함께 상기 오존 처리 단계에서 활성화된 OH 라디칼이 유기물을 산화하여 보다 효율적으로 남은 유기물질을 분해할 수 있다. 따라서, 광촉매 처리 단계(S60)에서는 이전 단계에 비해 보다 오폐수의 대장균수 감소, 색도와 탁도 감소, 악취 제거 등을 할 수 있다.
한편, 본 발명에 사용되는 광 촉매로는 다공질 고령토를 포함하는 코어 및 상기 코어 외부의 적어도 일부에 코팅된 이산화티타늄(TiO2)을 포함할 수 있다.
종래에는 탈취 및 미세 유기물 등을 제거하기 위해 활성탄이나 목재 필터 등을 사용하였다. 그러나, 활성탄과 목재 필터와 같은 경우는 활성탄이나 목재 필터 등에 이물질이 축적되어 결국 제 기능을 하지 못하는 경우가 많아, 주기적으로 교체하는 등 유지 관리가 어려운 측면이 있었다. 그러나, 본 발명의 경우, 다공질 고령토에 이산화 티타늄이 코팅된 광 촉매를 사용함으로써, 이물질의 축적을 방지하여 장시간 교체 없이도 광 촉매 처리를 수행할 수 있어 유지 관리가 용이하고 사용량이 급격하게 증가하는 경우에도 효율적인 정화능력을 가질 수 있다.
한편, 촉매는 예를 들어, 과산화수소가 5% 가량 혼합된 고령토를 냉각한 후 건조하여 다공질 고령토를 제조하고, 상기 다공질 고령토의 외부에 이산화 티타늄을 코팅하는 방식으로 제조될 수 있다. 또한, 상기 본 발명의 광 촉매는 280㎚ 내지 400㎚ 근방의 파장에서 가장 활성화되고, 20 내지 80의 온도에서 가장 활성화될 수 있다.
상기에서 설명한 일련의 정화 과정을 거치면서, 오폐수는 탁도가 낮아지고, 악취가 제거될 수 있으며, pH 수치가 인간이나 동물 등이 사용 가능한 수준으로 조절될 수 있다. 특히, 유기물질이 분해됨으로써, 생물화학적 산소요구량(Biochemical Oxygen Deman: BOD)이 현저하게 낮아질 수 있다.
생물화학적 산소요구량은 호기성 미생물이 일정 기간 물속에 있는 유기물질을 분해할 때 사용하는 산소의 양을 의미하며, 물이 오염된 지표로 사용된다. 즉, 생물화학적 산소요구량이 높다는 것는 물이 많이 오염되었다는 것을 의미하며, 생물화학적 산소요구량이 낮아지고 있다는 것은 물이 정화되고 있다는 것을 의미할 수 있다.
한편, 상기 광 촉매 처리 단계(S60)를 거친 정화수는 탁도가 0.1 NTU 내지 0.7 NTU의 범위일 수 있고, 예를 들어, 0.23 NTU 내지 0.63 NTU 의 범위일 수 있다. 최소에 사용조로부터 발생된 오폐수는 탁도가 매우 높은 수준이나, 상기 정화과정을 거치면서 상기와 같은 수준의 범위로 탁도가 매우 낮아질 수 있다. 일반적으로 화장실에서 세정수 등으로 사용 가능한 수준의 탁도 범위가 2NTU 이하인 점을 감안하면, 상기 정화수는 매우 낮은 수치의 탁도를 보인다는 것을 알 수 있다.
한편, 상기 광 촉매 처리 단계(S60)를 거친 정화수는 pH가 7 내지 8의 범위일 수 있으며, 예를 들어, 7.4 내지 7.8의 범위일 수 있다. 상기 범위에서 세정수 등으로 재사용이 가능하거나, 환경오염 없이 자연 환경으로 방출할 수 있는 수준으로 정화수가 사용될 수 있다.
한편, 상기 정화수는 생물화학적 산소요구량(BOD)이 0.2㎎/L 내지 1.2㎎/L의 범위일 수 있고, 예를 들어, 0.4㎎/L 내지 1.0㎎/L 의 범위일 수 있다. 상기 범위에서 세정수 등으로 재사용이 가능하거나, 환경오염 없이 자연 환경으로 방출할 수 있는 수준으로 정화수가 사용될 수 있다. 화장실에서 세정수 등으로 사용 가능한 수준의 생물화학적 산소요구량이 5㎎/L 이하인 점을 감안하면, 매우 깨끗한 수준의 생물화학적 산소요구량 값을 보인다는 것을 알 수 있다.
한편, 상기에서 설명한 정화수의 탁도, pH 및 생물화학적 산소요구량의 범위는 생물화학적 산소요구량이 60000ppm인 오폐수를 투입하여 정화된 정화수의 수치범위일 수 있다. 이는 양돈 축산의 분뇨 수준인 것으로, 일반적으로 인분을 포함하는 오폐수의 생물화학적 산소요구량이 20000ppm 인 점을 감안하면, 본 발명의 오폐수 정화 방법이 인분을 포함하는 오폐수에 적용되는 경우, 상기 탁도는 더 낮아질 수 있고, 상기 생물화학적 산소요구량도 더 낮아질 수 있다.
도 2에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 오폐수 정화방법의 개략적인 순서도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 상기 광 촉매 처리 단계(S60) 이후 침전 분리에 의해 상기 오폐수를 정화수와 침전된 미분해 유기물질로 분리하는 분리 단계(S70)를 더 포함할 수 있으며, 상기 분리 단계(S70)는 광 촉매가 포함된 저수조 내에서 진행될 수 있다. 다시 말하면, 상기 도 1의 과정에서 침전 분리에 의해 분리하는 단계(S70)가 더 추가될 수 있다. 따라서, 분리 단계(S70)와 함께 진행되는 광 촉매 처리 단계(S60)는 12시간 내지 20시간의 범위에서 수행될 수 있다. 상기 범위에서 오폐수를 충분히 정화하면서도 미분해 유기물질이 침전할 수 있는 충분한 시간을 제공할 수 있다.
상기 분리 단계(S70)는 일정 시간이 흐르면 미분해된 유기물질이 침강작용에 의해 바닥으로 가라앉게 되는 침전 분리를 이용한다. 이는 유기물 등이 완전히 분해되지 않을 경우에 미분해된 유기물을 다시 분해과정을 거치게 하기 위한 것이며, 침전 분리에 의해 보다 정수된 물을 방출하거나 재사용하기 위한 것이다.
도 3 및 4에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 오폐수 정화방법의 개략적인 순서도가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 상기 분리 단계(S70)에서 분리된 상기 정화수를 상기 사용조로 이송하는 단계(S80)를 더 포함할 수 있다. 즉, 오폐수에서 정화된 정화수를 재사용하기 위해 이를 다시 사용조로 이송하는 것이다. 본 발명의 오폐수 정화 방법을 사용하는 경우, 상기 이송하는 단계(S80)를 통해 정화된 물을 다시 사용조로 보냄으로써, 정화장치 내부에서 자체적으로 정화하여 정화된 물을 재사용하는 무방류 순환식 방식의 정화 처리가 가능하다. 따라서, 별도의 상수도 기관 등의 설치가 필요하지 않으며, 유지 관리도 용이하게 할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 분리 단계(S70)에서 아래 부분에 침전된 미분해 유기물질을 반송펌프를 이용하여 상기 혐기조로 재투입하는 단계(S90)를 더 포함할 수 있다. 상기 반송펌프는 미분해 유기물질의 하부에 위치하여, 침전된 미분해 유기물질을 혐기조로 이송할 수 있다. 또한, 반송펌프는 타이머에 의해 일정 시간 간격으로 작동하는 기능을 포함할 수 있으며, 이에 의해 특정 시간이 지난 후에만 작동하도록 할 수 있다. 따라서, 필요에 따라 사용량이 많아지는 시기의 경우 타이머의 간격을 짧게 하는 등의 방식으로 사용자가 쉽게 조절이 가능하고, 필요에 따라 정화 능력을 쉽게 조절할 수 있다. 또한, 사용량이 적은 경우 불필요한 유지비용을 줄일 수 있다.
한편, 별도로 도시하진 않았으나, 상기 호기 분해하는 단계, 상기 마이크로 버블을 주입하는 단계, 상기 오존 처리 단계 및 상기 광촉매 처리 단계 중 적어도 하나 이상의 단계는 정화가 진행되는 오폐수에 태양빛을 조사하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 바람직하게는 이들 모두의 과정에서 정화가 진행되는 오폐수에 태양빛을 조사할 수 있다. 이를 위해 상기 호기 분해하는 단계, 상기 마이크로 버블을 주입하는 단계, 상기 오존 처리 단계 및 상기 광촉매 처리 단계가 진행되는 각각의 저수조 상부에는 외부 태양빛을 투과할 수 있는 물질로 형성된 투광창이 형성될 수 있다.
예를 들어, 일반적인 이동식 간이 화장실의 경우, 외부에서 내부가 보이지 않도록 하기 위한 이유로 외벽과 천장이 모두 가려져 있다. 그러나, 본 발명의 경우는 일반인들의 시선을 차단할 수 있는 위치인 외벽 부분은 외부에서 보일 수 없도록 구성하면서, 외부인의 시선이 닿지 않는 상부쪽에만 투명한 투광창을 형성하도록 한다.
상기 투광창은 바람직하게는 상기 호기 분해하는 단계, 상기 마이크로 버블을 주입하는 단계, 상기 오존 처리 단계 및 상기 광촉매 처리 단계가 진행되는 부분을 커버하도록 형성하는 것이 좋다.
이와 같이 태양빛을 정화 처리되는 오폐수에 동시에 조사함으로써, 자외선 조사율을 증가시켜 오존의 발생을 극대화할 수 있고, 광 촉매와 자외선에 의한 OH 라디칼 생성을 극대화할 수 있다. 또한, 자외선 발생기를 야간에 태양빛이 비취지 않는 경우에만 작동하도록 하여 정화비용을 절감할 수 있다.
실시예 1 내지 3
양돈에서 발생한 분뇨를 포함하고, 생물화학적 산소요구량이 60000ppm인 오폐수를 정화하였다. 정화 처리는 혐기조에서 혐기성 미생물에 의해 혐기 분해하는 단계를 36시간 가량 진행하고, 다음으로 호기조에서 호기성 미생물에 의해 폭기 과정을 거쳐 호기 분해하는 단계를 24시간 가량 진행하였다. 호기조는 격벽으로 분할된 3개의 서브 호기조를 구성하고 있었으며, 순차적으로 제 1서브 호기조와 제 2서브 호기조에서는 에어펌프에 의해 주입된 외부공기가 호기조 내부에 위치하고 수중펌프와 연결된 벤츄리 관에서 혼합되어 오폐수 내부로 방출되는 폭기과정을 거쳤으며, 상기 벤츄리 관은 좌에서 우로 향하는 제 1관, 상에서 하로 향하고 상기 제 1관과 연결된 제 2관, 우에서 좌로 흐르며, 상기 제 2관과 연결된 제 3관, 상에서 하로 향하고 상기 제 3관과 연결된 제 4관, 좌에서 우로 향하고 상기 제 4관과 연결된 제 5관을 포함하는 형상으로 되어 있었다.
제 1서브 호기조와 제 2서브 호기조 내에서는 수중펌프를 통해 내부의 오폐수가 벤츄리 관으로 토출되었고, 상기 에어펌프는 배관을 통해 상기 벤츄리 관의 제 1관과 연결되어 외부공기를 제 1관으로 공급하였다. 이에 의해 상기 벤츄리 관에서는 오폐수와 외부공기가 혼합되었고, 상기 벤츄리 관의 제 1관에서 제 5관을 향하여 진행되면서, 오폐수와 외부공기의 혼합 비율은 더 높아졌다.
상기 제 3서브 호기조에서는 가압 산기관에 의해 오폐수 내부로 마이크로 버블이 주입되었으며, 상기 가압 산기관은 에어펌프와 배관을 통해 연결되어 외부 공기를 제공받았다.
다음으로, 오존 발생기와 연결된 산기관에 의해 오존을 오폐수에 제공하여 오존 처리 단계를 거쳤으며, 이 단계는 24시간 가량 진행되었다. 상기 오존 발생기는 산소 발생기와 연결되어 효율을 극대화하였다.
다음으로, 다공질 고령토에 이산화티타늄(TiO2)가 코팅된 광 촉매와 자외선 발생기를 이용하여 15 시간 가량 광 촉매 처리 단계를 거치고 정화된 정화수를 추출하였으며, 이 과정을 3회 실시하였다.
실험예
상기 실시예 1 내지 3에서 추출된 정화수의 대장균군수, 탁도, 생물화학적 산소요구량, 냄새, pH를 각각 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 상기 측정은 국가 공인기관에 의뢰하거나, 환경검사 전문업체에 의뢰하여 측정하였다. 구체적으로, 대장균균수는 시험관법에 의해, 탁도는 탁도계에 의해, 생물화학적 산소요구량은 BOD법에 의해, 냄새는 관능법에 의해, pH는 pH측정기에 의해 측정하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3
대장균군수(수/100㎖) 불검출 불검출 불검출
탁도(NTU)(㎎/L) 0.63 0.23 0.55
생물화학적
산소요구량(㎎/L)
0.4 0.8 1.0
냄새 없음 없음 없음
pH 7.7 7.4 7.8
일반적으로 화장실에서 사용이 가능한 수준의 정화수에 대한 기준으로는 총 대장균수가 불검출될 것, 탁토의 범위가 2NTU 이하일 것, 생물화학적 산소요구량이 5㎎/L 이하일 것, 냄새가 불쾌하지 않을 것, pH가 5.8 내지 8.5의 범위일 것의 기준을 요하고 있다. 상기 표 1과 같이, 본 발명의 오폐수 정화 방법을 이용하여 오폐수를 정화하는 경우, 상기 기준과 대비하여 매우 우수한 수준의 물성 값이 나온다는 것을 확인할 수 있다.
특히, 상기 실시예 1 내지 3에서 테스트를 위해 오폐수로 사용된 생물화학적 산소요구량이 60000ppm인 오폐수는, 일반적으로 인분을 포함하는 오폐수의 생물화학적 산소요구량이 20000ppm인 점을 감안하면 3배 가량 더 오염된 오폐수임을 알 수 있다. 따라서, 사람들이 사용하는 야외 공중 화장실의 경우, 본 발명의 오폐수 정화 방법을 사용한다면, 더 우수한 수준으로 오폐수가 정화된다는 것을 확인할 수 있으며, 본 발명의 오폐수 정화 방법은 양돈 등의 축산에서 발생된 오폐수의 정화에도 적용 가능하다는 점을 확인할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
S10: 오폐수 제공 단계
S20: 혐기 분해 단계
S30: 호기 분해 단계
S40: 버블 주입 단계
S50: 오존 처리 단계
S60: 광 촉매 처리 단계
S70: 분리 단계
S80: 정화수 이송 단계
S90: 미분해 유기물 재투입

Claims (8)

  1. 사용조로부터 사용되어 유기물질을 포함하는 오폐수가 제공되는 단계;
    상기 오폐수를 혐기성 미생물을 포함하는 혐기조에 투입하여 상기 유기물질 중 적어도 일부를 혐기 분해하는 단계;
    상기 혐기 분해된 오폐수를 호기성 미생물을 포함하는 호기조에 투입하여 상기 유기물질 중 적어도 일부를 호기 분해하는 단계;
    상기 오폐수에 마이크로 버블을 주입하는 단계;
    상기 마이크로 버블이 주입된 오폐수에 오존을 투입하여 상기 유기물질 중 적어도 일부를 산화하는 오존 처리 단계; 및
    상기 오존 처리 단계 이후 광 촉매와 자외선 발생기를 이용하여 상기 유기물질 중 적어도 일부를 라디칼 분해하는 광 촉매 처리 단계;를 포함하되,
    상기 광 촉매는 다공질 고령토를 포함하는 코어 및 상기 코어 외부의 적어도 일부에 코팅된 이산화티타늄(TiO2)을 포함하고,
    상기 호기 분해하는 단계는 상기 호기조 내부에 위치하는 수중펌프, 상기 수중펌프와 연결된 벤츄리 관 및 상기 호기조 외부에 위치하고 상기 벤츄리 관과 배관으로 연결된 에어펌프에 의해,
    상기 에어펌프로부터 외부공기가 상기 벤츄리 관으로 유입되고, 상기 수중펌프에 의해 상기 오폐수 중 일부가 상기 벤츄리 관으로 토출되며, 상기 벤츄리 관에서 상기 오폐수와 상기 외부공기가 혼합되어 상기 호기조 내부로 토출되는 폭기단계를 포함하는 오폐수 정화 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 사용조에 제공되는 오폐수는 생물화학적 산소요구량이 60000ppm이며, 상기 광 촉매 처리 단계 후 정화된 정화수는 탁도가 0.1 NTU 내지 0.7 NTU의 범위이고, 생물화학적 산소요구량(BOD)이 0.2 내지 1.2㎎/L의 범위이고, pH가 7 내지 8의 범위인 것을 특징으로 하는 오폐수 정화 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 혐기 분해하는 단계는 24시간 내지 48시간 동안 진행되고,
    상기 호기 분해하는 단계는 20시간 내지 28시간 동안 진행되고,
    상기 오존 처리 단계는 20시간 내지 28시간 동안 진행되며,
    상기 광 촉매 처리 단계는 12시간 내지 20시간 동안 진행되는 것을 특징으로 하는 오폐수 정화 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 광 촉매 처리 단계 후 침전 분리에 의해 정화수와 침전된 미분해 유기물질로 분리하는 분리 단계를 포함하는 오폐수 정화 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 정화수를 상기 사용조로 이송하는 단계를 더 포함하는 오폐수 정화 방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 침전된 미분해 유기물질을 반송펌프를 이용하여 상기 혐기조로 재투입하는 단계를 더 포함하는 오폐수 정화 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 벤츄리 관은 제 1방향으로 향하는 제 1관, 상기 제 1방향에 수직한 제 2방향으로 향하고 상기 제 1관과 연결된 제 2관, 상기 제 1방향에 평행하면서 제 1방향과 반대방향으로 향하며 상기 제 2관과 연결되는 제 3관, 상기 제 2방향으로 향하고 상기 제 3관과 연결되는 제 4관 및 상기 제 1방향으로 향하고 상기 제 4관과 연결된 제 5관을 포함하는 오폐수 정화 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 호기 분해하는 단계, 상기 마이크로 버블을 주입하는 단계, 상기 오존 처리 단계 및 상기 광 촉매 처리 단계의 정화가 진행되는 오폐수에 태양빛을 조사하는 단계를 더 포함하는 오폐수 정화 방법.
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