KR19990025913A - 오폐수 처리 방법과 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 컨테이너(100)내의 처리매개체(115)를 통하여 오폐수를 처리하는 장치에 있어서, 오폐수 삽입구(105)로 투입된 오폐수를 분배주관(110)를 통해 스폰지 모양의 폼 재질이 다수의 셀 구조로 연결되어 있고 폼 재질은 부드럽고 휘기 쉽고 탄성이 있는 다수의 블럭형으로 구성된 처리매개체(115)를 통과시키고, 공기통풍수단으로(175)으로 호기성 처리하여, 처리된 물을 배출구(125)를 통해 배출시킴을 특징으로 하는 오폐수 처리장치에 관한 것이다.

Description

오폐수 처리 방법과 장치

본 발명은 가정용 오폐수와 일정한 형태의 산업용 오폐수의 호기성 처리와 그 이후의 처리, 또 일반적인 오폐수의 정화에 있는 것이다.

종래의 호기성 오폐수 처리를 위한 자유배수 집적 필터와 모래필터에서는 매개체 외부표면위의 미생물 흡착과 적당한 보유시간, 필터매개체의 통풍을 위한 수단을 제공한다. 필터매개체의 고유성질이 오수의 적재율(필터 1㎡당 오폐수 1㎥)을 결정하고, 적재율과 전반적인 효율성의 증가를 결정짓는다.

모래, 토양, 그리고 다른 유사 고체 분자 필터에서, 미생물이 외부표면에 들러붙어 오폐수와 통풍공기가 드나드는 구역과 분자사이의 좁은 구멍으로 변화한다. 적재율이 모래와 토양필터에서 보통 0.001에서 0.007 ㎥/㎡/일과 같이 낮지 않을 때 이 구멍들이 막히는 현상이 발생하고, 그러므로 큰 용량의 필터가 오폐수처리에 요구된다. 그러나 낮은 적재율은 많은 양의 고형물 생성을 억제하고 유지를 최소화시켜 준다.

물이끼 토탄 필터는 더 많은 기공과 보유시간(흡수성)(미국특허 제 5,049,265호 Boyd, 1991)을 제공하나 권장 적재율은 단지 0.011 ㎥/㎡/일이고 더 큰 용량이 계속 요구된다. 더 큰 적재율에서 물이끼 필터는 팽창하다가 정체한다. 모래, 토양, 물이끼는 본래 변화하는 재질이므로 일관성이 없다.

합성물질 점적필터 매개체는 좋은 표면 면적, 넓은 공간, 경량을 포함한, 일관성 있는 물리적 특성을 가진 비흡수성 플라스틱재질로 구성되어 있다. 오폐수와 공기의 유입통로가 분리되어 있기 때문에 점적필터는 동시에 적재되고 공기가 공급될 수 있다. 막히는 결과없이 더 높은 적재율을 보여주고 있으나, 호기성 미생물 활동 때문에 고형물이 생성되므로 더 많은 유지비용이 든다. 낮은 보유시간은 매개체를 통하는 오폐수의 여러개의 통로를 필요로 하므로 더 많은 전력소비를 야기시킨다.

증가된 표면면적과 딱딱한 클로즈드 셀(Closed-cell)의 사용(미국특허 제 3,293,174호 Robijohns 1996), 표면이 울퉁불퉁한 점은 점적 필터 매개체 1입방미터당 적재율을 향상시키는데, 이것은 표면이 울퉁불퉁한 것과, 주로 경량이라는 잇점때문이다. 그러나 폼(form)이 물을 흡수하지 않기 때문에 보유시간은 여전히 낮다. 외부표면은 미생물흡착에만 이용되며 단지 호기성작용과 고형물의 생성만을 허용한다.

오픈셀(open-cell) 합성 폼은 맑은 수조수를 처리하는데 사용되어 왔으나(미국특허 제5,164,089호 Preston 1992), 폼이 가라앉아서 자주 제거하고 청소해야 한다. 물은 폼 조각들을 뚫고 지나가야 하는데, 그 이유는 그렇지 않을 경우 물이 폼 주위를 선택적으로 지나갈 것이기 때문이다.

오픈셀 플레시블 폼(flexible foam)은 호기성과 혐기성 다이제스터(digester)를 위해 미생물에게 표면면적을 증가시켜주기 위한 침전된 개펄과 지하수시설의 탱크에 사용되어 왔다(미국특허 제4,566,971호 Reimann and Fuchs 1986, 미국특허 제4,664,803호 Fuchs and Reinman 1987). 이 적용의 경우에 자유배수점적필터는 사용하지 않는다. 플렉시블 폼은 폼 조각들은 쉽게 들러붙고 압축에 의해 청소하기에 쉽기 때문에 (미국특허 제4,524,139호 Fuchs 1985) 침전된 환경에서 선호된다. 플럭시블 폼은 그 무게가 오폐수의 부력에 의해 유지되기 때문에 변형되지 않는다.

자유배수 집적필터에서, 오폐수가 매개체의 외부표면의 윗쪽과 주위만을 흘러가는 딱딱한 클로즈드 셀 폼과(Robjohns 1966) 오폐수흐름 경로가 매개체를 뚫고 지나가거나 그 주위를 지나가고 공기흐름이 점적필터와 같이 분리된 딱딱한 오픈 셀 폼(유럽/독일특허 0 104 525 Reinman and Fuchs 1984)을 선호한다(플렉시블 오픈 셀 폼은 물에 젖었을 때 자신의 고유무게 때문에 변형되고 압축되기 때문에 자유배수 바이오 필터(biofilter)에서는 권장하고 있지 않고, 딱딱한 버팀이 변형과 압축을 피하기 위한 목적으로 사용되지 않을 때에는 전혀 사용되지 않는다(Reinman and Fuchs 1984). 자유배수 폼은 딱딱한 버팀이 첨가된 밀링이(milled)되고 구멍이 뚫린 폼브럭(block)과 비교하여, 유지가 용이하고 제조와 비용면에 장점이 있다.

그러나 딱딱한 오픈 셀 폼에서(Reinmann and Fuchs 1984), 폼의 경직성과 변형부족때문에 폼간의 접촉이 뽀족한 점부분이라는 단점이 있다. 작은점과 같은 접촉지역때문에, 바람 채널링(channeling) 현상이 일어나고 건물사이에서 가속되는 것과 유사하게, 조각간의 좁은 점 접촉을 뚫고 가속하게 된다. 이 바람직하지 못한 채널링은 증가된 보유시간, 미생물과의 접촉, 고형물질을 덜 생산하기 위한 더 나은 혐기성 환경을 위해 폼 조각들 사이를 뚫고 지나가는 바람직한 흐름보다는 더 많은 채널링과 밑의 폼 조각들 외부주위를 짧게 순환하는 결과만을 야기시킨다.

작은 지역에서 완벽한 처리결과를 위해서는, 단점을 제외시킨 상기기술의 긍정적인 외부특성을 결합한 자유배수 바이오필터를 필요로 한다. 이상적인 필터 매개체는 높은 표면 면적, 미생물 흡착의 용이, 미생물 성장과 물흐름을 위한 상호연결된 많은 기공, 미생물과 접촉시 오폐수의 높은 보유시간(흡수성), 미생물이 씻겨 나가는 것으로부터의 보호, 매우 높은 적재율을 위한 공기와 오수의 흐름통로의 분리, 낮은 고형물 생성 또는 일체의 고형물 생성방지, 수송을 위한 경량, 매개체를 청소하는 것의 용이함, 계속적인 처리와 같은 조건들을 요구한다.

딱딱한 버팀없는 플렉시블 폼은 이 이상적인 필터의 특성을 제공하고 본 발명의 기본이 된다. 플렉시블 폼의 변형은 폼 조각들의 넓은 접촉부분이 조각간의 가속을 최소화하면서, 조가내부를 뚫고 쉽게 이동하게 해주기 때문에 실제로는 장점이 된다. 채널링과 짧은 순환은 그러므로 최소화되고, 공기 경로는 혐기성 환경과 호기성환경 사이의 군형을 유지해 주면서 폼 조각간에 계속 존재한다.

선행기술의 상기 결점을 고려하여, 작은 양의 하수와 쓰레기 매립지 삼출액과 같은 다양한 오폐수를 위해 한쪽 방향의 호기성 처리 시설과 기구를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명은 플렉시블 오픈 셀 폼 매개체의 특징적인 물리적 특성때문에 상대적으로 적은 부피의 완전한 오수처리를 제공하는 고효율 바이오여과 모듈(module)을 포함한다. 플렉시블 폼의 변형은 필터매개체를 통해 선호되는 유동경로와 속력을 획득하고, 최소량의 고형물질 또는 고형물질의 생성없이 혐기성과 호기성 작용의 좋은 결합을 획득하기에 바람직하기에 바람직한 것으로 간주된다.

생물분해성 물질을 포함한 오수는 흡수 바이오필터 매개체를 포함한 자유배수 호기성 모듈로 투입된다. 호기성 필터 매개체는 폴리우레탄폼과 같이 우수한 수분 보유와 공기침투성 특성이 있는 재질이다. 폼 조각은 오수가 폼 내부를 통해 전이되도록 오픈 셀 내부를 갖고 있고 조각들간의 넓은 공간은 바이오 매트(biomat) 조성에 의해 막힘을 방지하고 오수적재와 공기 통풍을 동시에 허용하게 한다. 대조적으로, 고체분자 매개체는 동시에 적재되고 통풍이 될 수 없으므로 훨씬 적은 잠재 적재율을 갖고 있다. 본 발명에서 수분보유와 통풍의 결합은 모래와 같은 고체분자 매개체에 비해 훨씬 증가된 적재율(10배 또는 그 이상)을 보여주고 있다.

제 1도는 호기성 바이오필터를 종래의 타일베드를 대체한 모듈라 처리 발명의 횡단면도이다.

제 2도는 지상설치를 위한 수직배치상의 발명을 보여준다. 통풍 파이프는 특별히 낮은 온도에서 완전한 질소화를 제공하기 위해 호기성 처리를 향상시킨다.

제 3도는 특별히 매립 용도로 디자인된 낮은 측면의 불포화 호기성 모듈의 투시도이다. 처리 매개체를 통한 오폐수와 통풍 공기유동 경로가 표시되어 있다.

제 4도는 매립 또는 지표면 설치를 위한 수분포화 모듈의 투시도이다. 물 이동경로는 처리 매개체와의 접촉을 최대화하기 위해 모듈을 통해 순환하고 있다.

제 5도는 모래와 같은 선행기술 매개체를 보여주는 횡단면도이다.

제 6도는 본 발명의 매개체의 예를 보여주는 횡단면도이다.

본 발명은 특별한 흡수성 필터 매개체와 분리된 유동과 통풍수단에 의해 작고 컨테이너에 담겨진 수송가능한 양의 오수를 높은 적재율을 갖고 한쪽 방향으로 호기성 처리하는 수단을 제공한다. 본 발명은 자연환경에 대해 독립적이고 높은 기계설비 유지를 필요로 하지 않는다. 혐기성 오수정화조의 오수가 본 발명의 명백한 오수 근원지이나, 오염된 표면의 물과 같이 바람직하지 못한 생화학적으로 분해가능한 물질을 포함한 어떤 오수도 처리될 수 있다. 이 장치는 지표면 위 또는 밑에 설치할 수 있고 배수지, 토양조건, 암반조건, 심지어는 재래 타일 베드나 감독되는 타일베드에서는 적당치 못했던 조건에서도 역시 효과적이다.

따라서 본 발명의 장점은 다음과 같다는 점에 있을 것이다.

오수처리 시스템은

(1) 토양유형과 강수량, 그리고 배수지 조건과 상관없이 연속적인 모듈에서 호기성 처리와 그 이후의 처리를 포함하여, 가정용 오수, 일정한 산업용 오수를 완벽하고 유연성있게 처리한다.

(2) 오염된 지상오수 또는 지하수를 처분하거나 계속적으로 재 사용할 수 있도록 처리한다.

(3) 고형분자 물질 대신에 흡수성이 좋은 물질을 사용함으로써 작은 부피의 호기성 모듈내에서 오수를 처리한다.

(4) 큰 토지를 필요로 하지 않고, 매립됐을 경우 토지가 필요없다.

(5) 쉬운 기술, 낮은 유지 노력, 약간의 기술이 있는 일꾼에 의해 쉽게 설치될 수 있고 기계적 장치나 화학적 첨가제를 포함시킬 수 있겠으나 이 둘에 의존하지 않는다.

(6) 특별한 탱크, 모양과 크기, 처리모듈을 위한 특별한 구성에 의존치 않고 모듈과 호기성 포화 처리 매개체를 위해 평범하고 계속 쓸만하고 비싸지 않은 물질을 사용해도 좋다.

(7) 특별한 타입의 오수나 특별한 양의 오수를 처리하기 위해 특별처리 모듈을 첨가시키거나 모듈을 함께 연결시킴으로써 주문생산된다.

(8) 쉽게 구형장치를 개선하기 위해 재래 오수정화조와 직접 연결할 수 있고 집이나 건물내에 특별한 배관을 필요로 하지 않는다.

(9) 예상 가능한 작업수행을 위해서는 공장에서 제작된 스탠다드 타입의 상품을 쓰고 검사와 승인이 용이하고 쉽게 수송할 수 잇다.

(10) 지상 또는 지하에 설치할 수 있고 판넬과 벽 커버링(covering)에 의해 가릴 수 있고 태양으로부터 쉽게 가질 수 있고 영구동토층 지역에서 쉽게 절연하고 가열할 수 있다.

상기의 모든 장점은 어떤 주어진 설비에서도 반드시 동시에 달성될 것이라는 점을 인정해야 한다.

본 발명의 폼이 막히지 않는 현상은 80cm/일일적재율의 10개월후와 18개월동안 연속적인 사용후에도 계속된 것으로 실험실과 현장실험에서 나타났다. 현장설비는 걸러진 고형물질과 BOD의 95~99% 제거와 막힘의 증후없이(표 1) 오폐수 55cm/일의 수치로 3년간의 적재를 보여준다. 작업수행중 별다른 결과없이 몇일간 205cm/일의 서지(surge)를 보여주었다. 반면에 모래와 토탄 필터는 이정도의 높은 적재율에서 한달간의 사용이전에 막히는 현상이 나타났다. 본 발명에서 높은 표면면적, 높은수분 보유, 공기 침투성과 같은 우수한 물리적 특성은 한 방향으로의 작은 양의 처리를 하게 한다.

오폐수는 비포화상태의 필터 매개체를 통과하여 아래쪽으로 천천히 여과해서 미생물활동에 의해 정화된다. 컨테이너(container) 벽의 배기창을 통한 자연적인 공기대류는 일반적으로 유기물, 고형물, 병원체의 적당한 처리를 제공한다. 그러나 낮은 온도에 완전한 질산화와 암모니아 제거를 수행하기 위해서는 매개체를 통한 공기유동은 폼조각간의 넓은 공간에 의해서 또는 인위적으로 주입한 공기에 의해 증가되어야 한다. 만일 오폐수가 처리과정을 위한 적당한 분해산소를 포함하고 있다면, 컨테이너 내의 단순한 배기창이 자연적인 대류에 의해 적당한 통풍을 제공한다.

산소에 의해서 처리된 물은 호기성 모듈 밑에서 수거되어 연속되어 있는 다음 처리모듈로 넘겨지거나, 처분되거나, 소독해서 재사용된다.

본 발명은 재래 타일 베드(tile bed), 감독된 타일 베드, 또는 토탄 타일베드에서는 적당치 않은 배수장치와 토양조건에서 효과적으로 작동한다. 모듈은 지표위에 또는 지표밑에 놓여질 수 있고 영양소 제거, 소독, 더 이상의 호기성 처리를 위해 부가적인 모듈에 의해 계속될 수 있다.

본 발명은 주요 오폐수 처리를 위한 고효율의 한 방향 호기성 바이오 필터를 제공하는데, 이 처리는 낮은 유지 요구조건을 갖고 있고 처리시설외의 지역에서 미리 제작해서 계속적인 작업수행을 위해 처리지역으로 수송되어 질 수 있다. 본 발명은 타일 베드와 모래 필터를 대체해서 개선시켰으며, 기계화된 통기 시스템보다 적은 유지 요구조건을 갖고 있다.

본 발명의 부가특징은 도면과 계속되는 자세한 설명을 고찰해 보면 명확해질 것이다.

본 발명을 수행하기 위한 최상의 방법

본 발명을 수행하기 위한 최상의 방법과 발명의 변형의 상세한 설명은 다음과 같다.

호기성 모듈의 기본구조

호기성 모듈(100)(제 1도와 제 2도에 도식적으로 나타나 있고 제 3도에 자세히 나타나 있다)은 처리과정에서 가장 중요한 요소이고 선호적으로 컨테이너(100), 분배주관(110), 처리매개체(115), 그리고 통풍수단(175)를 포함하고 있다. 컨테이너(100)의 구조는 오폐수 삽입구(105), 처리된 물의 배출구(125), 선택적 점검 또는 접근 창구(150)를 포함하고 있다. 제 1도에 나타나 있는 것처럼 수면이 충분히 낮다면 매립될 수도 있고 지표면위에 설치될 수도 있다.

분배주관(110)은 처리매개체(115)의 꼭대기 바로 가까이에 끼워져 있고, 오수 삽입구(105)와 연결되어 있다. 분배주관은 윗쪽방향 또는 아랫쪽 방향을 향한 스프레이 마개를 포함할 수도 있다.

공기통풍수단(175)는 매개체(115)의 밑바닥 바로 가까이에 끼워져 있는 공기수거 헤더(header)(155)와 공기 삽입구(105), 공기 배출구(170), 그리고 공기 통풍송풍기(165)를 포함한다. 공기수거 헤더(155)는 어떤 적당한 수단에 의해 유지된다.

적당한 통풍이 자연적 대류에 의해 제공될 수 있는 또다른 실시태양에서 공기통풍수단(175)는 공기 삽입구(150) 또는 공기배출구(170)을 포함한다. 또 다른 실시태양에서 통풍공기가 동력전달 수단으로써 압축공기를 사용하는 펌프(pump)에 의해서 오수와 함께 분배주관(110)을 통해 주입된다. 오수가 적당한 산소를 포함하거나 호기성처리가 불필요한 또다른 실시태양에서는 강제적인 통풍이 모듈에서 요구되지 않는다.

처리매개체(115)는 실제적으로 모듈(100)을 채우고 있다.

호기성 모듈의 기능/처리과정

오수(130)는 삽입구(105)를 통해 호기성 모듈(100), 그리고 나서 분배주관(110)으로 투입된다. 물은 처리가 실시되고 있는 흡수매개체(115)를 통해 천천히 아랫쪽으로 여과하고 제 1도와 제 4도에서 보여진 것처럼 수분포화모듈(200)과 같은 다른 처리 모듈로 배출구를 통해 방류되거나 재사용되거나 환경으로 되돌아간다.

통풍공기(145)는 삽입구(150)을 통해 들어와서 침투성있는 매개체(115)를 통해 수거 헤더(155)로 모여졌다가 배출구(170)를 통해 방류된다. 대신으로 공기는 송풍기에 의해서 또는 공기가 동력을 전달하는 펌프에 의해 오수와 함께 투입될 수 있다.

호기성 모듈 요소-컨테이너-에 대한 세부설명

호기성 모듈(100)에 사용되는 컨테이너는 밀폐되어 있고 침투성이 없고 반응이 없으며 견고하고 구조적으로 탄탄한 플라스틱이나 콘크리트와 같은 적당한 재질로 만들어진다.

컨테이너는 적당한 어떤 모양이면 가능하고 컨테이너의 크기는 전통적으로 오수 2000L/일의 유동에 대해 약 3~5㎥이다. 더 많은 물 유동에 대해서는 더 크거나 더 많은 모듈이 사용될 수 있다.

오수와 공기 투입구와 배출구 105, 125, 150, 170는 플라스틱과 같은 견고한 재질의 벽을 관통하는 조립기구들이고 적당한 크기이며 적당한 수단에 의해 연결되어 있다.

삽입구(105)는 모듈의 꼭대기 바로 옆에 위치하고 배출구(125)는 모듈 밑바닥 바로옆에 위치하며, 이 둘은 모듈(100)을 통해 오수의 자유배수를 보장한다. 펌프가 투입됐을시, 분배주관이 계속 꼭대기 바로 옆에 있을지라도, 삽입(105)는 편의상 또는 얼어붙는 것을 방지하기 위해 밑바닥 바로 가까이에 있을 수 있다.

접근창구 150는 점검과 유지를 허용하고 통풍공기(145)를 위해 공기를 배가시킬 수 있다.

호기성 모듈 요소-분배주관-에 대한 세부설명

제 3도에서 보이는 것처럼, 분배주관(110)은 매개체(115)의 상부로 오수를 균둥하게, 직접 분배하기 위한 수단이다. 주관(110)은 PVC와 같은 견고한 플라스틱으로 된 구멍난 튜브로 되어 있고 적당한 크기이며 적당한 수단에 의해 연결되고 유지된다. 투입이 펌프나 사이펀 서지(siphon surge)에 의해 행해진다면, 주관(110)은 일련의 스프레이 마개일 수 있고, 튀김판(나타나 있지 않음) 위로 방류하거나, 그렇지 않을 경우 바이오필터 매개체의 상부로 오수가 고루 배분되도록 한다.

분배주관(110)은 오수가 매개체(115)위로 균등히 배분될 수 있도록 형태가 정해지고 그 내부의 구멍도 배분을 할 수 있도록 형태지워지고 위치 설정된다. 또 다른 실시태양에서 주관(110) 내의 스프레이 마개와 튀김판은 매개체(115)위로 고르게 뿌려지도록 정렬되어 있다.

호기성 모듈 요소-통풍수단의 구조-에 대한 세부설명

공기통풍 수단(175)은 통풍공기 삽입구(150)(상기 기술), 공기수거 헤더(155), 송풍기(165), 그리고 공기 배출구(170)(상기 기술)를 포함한다.

공기수거 헤더(155)는 적당한 크기의 구멍이 뚫려진 플라스틱 튜브로 만들어져 있고 적당한 수단에 의한 연결되고 유지된다. 적당한 구멍뚫기는 예를 들어 10~20cm마다 일정하게 튜브를 따라 행해진다. 견고한 스크린(screen)이 헤더(155)를 둘러싸고 있는 매개체(115)에 의해 막히는 것을 방지하기 위해 구멍뚫린 튜브를 감싸고 있다.

공기수거 헤더(155)는 통풍공기가 매개체(115)를 통해 가능한 한 고르게 분배되도록 형태가 결정된다. 예를 들어 제 2도에서 나타난 배치의 현장실험에서 구멍난 튜브의 길고 좁은 직사각형 모양의 고리가 길고 좁은 탱크를 통풍시키는데 효과적인 것으로 나타났다.

한 실시태양에서, 송풍기(165)는 모듈(100)의 통풍을 용이하게 하기 위해 공기배출구(170)바로 옆에 위치한다. 송풍기(165)는 전기동력 일수도 풍력일 수도 있다.

또 다른 실시태양에서, 공기통풍수단(175)은 공기 삽입구(150) 또는 배출구(170)를 포함한다.

또 다른 실시태양에서, 공기통풍수단(175)은 공기가 동력 전달하는 펌프와 공기 배출구(170)를 포함한다.

매개체를 통한 공기 유동과 통풍시스템의 기능

통풍공기는 매개체(115)내의 호기성 생물활동을 유지시키고 물을 순환시키기 위해 모듈(100)내로 투입된다.

유동은 매개체(115)를 통해 위쪽방향으로 또는 아랫쪽 방향으로 행해질 수 있으나, 공기유동이 오수의 경로를 따른다면 통풍된 공기(148)의 냄새는 최소화된다. 냄새제거는 천연토탄이나 활성탄(나타나 있지 않음)과 같은 탈취 매개체를 통해 방류된 공기(148)를 지나가게 함으로써 실시될 수 있다.

호기성 모듈 요소-매개체의 구조-에 대한 세부설명

처리 매개체(115)는 오수를 호기성 모듈(100)을 통해 아랫쪽으로 천천히 보내고 공기순환을 촉진시키기 위한 수단이다. 적당한 크기의 모듈내의 오수처리는 우수한 수분 보유와 공기침투 특성을 가진 매개체(115)를 사용할 때만 가능하다. 매개체를 위한 선호되는 재질은 플렉시블 폴리우레탄 폼, 변형된 합성 폼, 스폰지 또는 다른 유사물질과 같은 오픈 셀 합성 폼을 포함한다. 이 흡수력이 좋은 재질은 오픈 셀에 의해 그들 내부를 통해 물을 전이시키고 역시 높은 수분 보유능력을 갖고 있다. 이 폼들은 수분포화 상태에 있지만, 공기통풍이 폼들 사이의 개방된 빈 공간을 통해 동시에 일어난다. 예를 들어 일반적으로 0.5에서 5cm사이의 다양한 크기의 폴리우레탄 폼을 배치함으로써 실험실과 현장실험에서 탁월한 호기성 처리가 획득되었다. 좁고 큰 조각을 배치하는 것이 통풍의 용이함을 위해 조각간의 더 넓고 개방적인 빈 공간을 제공하는 반면에 작고 넓은 조각을 배치함으로써 더 적은 빈 공간과 제한된 공기 유동을 유발하게 된다.

매개체 물질은 시스템의 예상 수명길이(20~30년)에 걸쳐 우수한 특성을 보유하기에 충분할 정도로 견고해야 한다.

매개체의 기능

비포화 호기성 모듈(100)은 작은 호기성 컨테이너(100)(예를 들어 전형적인 주거지에는 3-5㎥)내의 재래 타일 베드의 처리과정을 재생한다.

매개체(115)는 건조, 극단적인 온도, 증가된 오수유동에 의해 씻겨나가는 현상으로부터 보호를 함으로써 유익한 생물상(生物相)의 개체수를 유지시킨다. 제 6 도에서 나타난 것처럼, 매개체(115)는 물로 가득찬 폼 조각(117)사이의 공기로 채워진 큰 빈공간(116)을 통해 통풍공기의 유입을 허용하고 생물 개체수를 유지하도록 영양이 풍부한 오수를 제공하고 바이오필터에서 완벽히 처리되도록 충분히 오랫동안 보유한다. 제 6도에서 큰 화살표는 공간을 통한 공기유입을 보여주고 작은 화살표는 폼조각을 통한 오수이동을 보여준다.

대조적으로, 제 5도(선행기술)에서 볼 수 있듯이, 고형물질 분자 사이의 공간이 오수로 가득차 있기 때문에 통풍공기는 유동할 수 없다.

상기의 기술은 예에 의해 실시태양에 관해 설명하고 있다. 이 분야에 관해 지식이 있는 사람들에게는 본 발명의 많은 변형이 이해하기 쉬울 것이다. 이와 같이 이해하기 쉬운 변형은 명백히 드러내 놓고 기술되었건 아니건 간에 기술되고 청구된 발명의 범위 이내에 있다.

예를 들어 상기 기술이 컨테이너에 의해 정의된 호기성 포화모듈에 관해 언급했다 할지라도, 어떤 토양조건 하에서는 구덩이 벽에 의해 정의된 컨테이너 부피 크기의 구덩이를 파서, 적당한 뚜껑이나 덮개를 제공하고 파여진 부피이내에서 다양한 요소들을 배치시키고 뒷받침해주는 방법도 가능할 것이다.

본 발명의 실시태양이 호기성 단계와 그에 따른 처리단계를 결합시키는 것을 의도할지라도, 일정한 적용 경우에서는 호기성 단계만으로도 충분할 수 있다는 점도 인정해야 한다.

기술된 것과 같이 처리매개체를 포함하는 모듈은 호기성 처리장소의 역할을 한다. 오폐수 처리 시스템은 오폐수를 오수정화조로부터 호기성 처리장소로 보냄으로써 작용한다. 오폐수는 암모니아, 유기물질, 그리고 다른 물질들로 오염되어 있고; 이 오염물질은 산화작용에 의해 무해하거나 상대적으로 무해한 물질로 변하는 성질이 있으며 비용을 절감하는 방법으로 이와 같은 산화를 실시하는 것이 호기성 처리장소의 기능이다.

호기성 처리 시스템의 선호된 형태에서, 처리매개체는 부드러운 스폰지와 같은 타입의 폼재질을 포함하고 있다. 즉 재질은 탄성적이고 플렉시블하고 부드럽고 탄력성있게 변형가능한 재질이어야 한다.

부드러운 폼 재질은 오픈 셀 구조를 갖고 있고 셀들은 상호연결되었다. 셀의 크기는 중요하다 ; 셀은 아주 작아서 셀 내부에 존재하는 수분은 스폰지 작용에 의해 셀 내부에 보유된다-즉, 수분이 표면장력에 의해 셀 내부에 보유되고 모세관 작용에 의해 이 셀에서 저 셀로 퍼진다.

셀은 아주 작아서 폼 물질이 실제적으로 끊임없이 물로 포화상태를 이루는 셀에서도 물은 배수되지 않는다. 폼의 셀이 크면 클수록, 물이 셀 바깥으로 배수될 가능성은 더욱 더 커지고, 특히 폼물질 속으로 적은 양의 물이 투입됐을 때 특히 그러하다.

폼은 내부의 상호연결 셀이 평균직경 0.5mm이하인 것이 좋고 윗부분은 평균 직경 1mm가 한계이다. 셀이 이정도의 작은 크기일 때, 폼의 스폰지 작용이 물이 폼을 통해 잘 퍼지고 폼을 포화상태로 유지하기에 효과적이다. 작은 셀의 폼재질을 통해 이 셀에서 저 셀로 물을 양옆으로, 심지어 위로 끌어당기도록 작용한다.

일반적으로 셀이 가로 2mm 이상 일때 셀 내부나 다른 공간에서 스스로를 지탱할 수 없고, 그와 같은 큰 셀 바깥으로 배수될 가능성이 높은 것으로 알려져 있다.

호기성처리 작용을 적절히 수행하기 위해, 폼은 폼 조각사이에 공간과 열린공간을 포함한다. 이 공간은 상호연결되어 있고, 이곳을 통해 공기가 공간사이로 자유롭게 순환할 수 있다.

부드러운 폼 더미는 납작하게 한줄로 구성되어 있는 것이 아니라, 부드러운 폼 조각 더미를 다량으로 쌓아놓는 것이다. 폼 블록(foam block)은 쌓아놓았을 때 블록 간에 많은 공간이 생기도록 쌓기만 한다면 어떤 형태이건 상관없다. 직육면체 형태의 블록은 아무렇게나 되는 대로 쌓아놓은 상태에서 좋은 공간을 형성할 것이다. (그러나 직육면체 블록을 말끔히 줄을 맞추어 규칙적으로 쌓아놓았을때는 만족할만한 공간을 형성치 못할 것이다). 설계자(designer)는 빈 공간이 폼재질 부피의 30% 또는 40%가 되도록 노력해야 한다. 그와 같은 비례는 예를 들어 블록이 구(球) 형태일때나(비록 구형태는 제조하기에 힘들지만), 직육면체와 같이 자르기에 편한 모난 형태일 때 얻어진다.

블록을 쌓아놓는 것은 바람직한 개방성과 상호연결성을 가진 공간들을 자동적으로 공급해주기 때문에 폼을 납작하게 구성하는 것보다 아무렇게나 쌓아놓는 것이 바람직하다. 부드러운 폼을 납작하게 정렬시킨 상태에서는 이와 같이 적당한 공간을 마련하는 것이 어렵고 제조관점에서 볼 때 비용이 상승한다.

부드러운 폼 블록은 동일한 크기인 것이 바람직하다. 만일 다른 크기일 경우, 작은 블록은 큰 블록사이의 공간을 채울 경향이 있다.

공간이 개방되고 자유롭다 하더라도, 공기가 단순히 폼재질 전체옆을 그냥 통과한다면, 폼재질을 뚫고 공기순환하는 경우가 감소할 것이다. 그러므로 순환공기가 폼 재질을 뚫고 이동하도록 폼재질의 위치를 설정해야 한다. 이러한 방법으로는 폼재질을 컨테이너에 넣고 공기가 폼을 통과하여 아랫쪽으로(또는 윗쪽으로) 이동하도록 정렬시키는 것이 있다. 이 조치는 폼재질의 양옆이 근본적으로 컨테이너에 꽉 끼도록 배치시키는 것을 필요로 한다.

폼재질이 개별적인 블록들로 무더기로 쌓여있는 형태에서는, 자연적으로 블록은 컨테이너의 양 옆에 꽉 끼게 자리잡을 것이고 만족하게 꽉 끼도록 배치될 것이다. ; 즉 공기는 폼재질의 폼 재질의 양 옆과 컨테이너의 양 옆 사이를 지남으로써 공간을 그냥 지나쳐 버리는 일이 일어나지 않을 것이다.

딱딱한 폼은 컨테이너 양옆에 꽉 끼지 않으므로 이런 이유에서 딱딱한 폼은 적당하지 않다.

쌓아놓은 부드러운 폼 블록은 접촉지점에서 서로 부딪치게 된다. 블록이 부드럽기 때문에, 블록의 탄성있는 변형이 접촉점에서 일어나다. 사실상 블록이 접촉점에서 실제적으로 변형했을 때 그 블록은 부드럽다고 정의지어진다 ; 블록이 물을 적재했을 때 더욱 더 변형하는 경향이 있다는 사실을 명심하라. 반면에 딱딱한 블록은 접촉점에서 변형되지 않는 경향이 있다.

접촉점에서 부드러운 폼 블록이 탄성있게 변형한다는 것은 각각의 접촉지점이 넓은 면적을 차지하고 있다는 것을 의미한다. 블록이 부드럽기 때문에 각각의 부드러운 블록은 블록사이와 그 인접한 블록사이로 물이 전이되기 위한 넓은 면적을 갖게 된다. 따라서 블록이 딱딱한 폼일 때 보다는 부드럽게 탄성이 있는 폼일 때 물은 이 블록에서 저 블록으로 전이될 수 있다. 공기가 폼재질 전체를 뚫고 자유롭게 순환할 수 있는 것이 중요한 만큼, 물이 포화된 상태로 폼재질을 구성하는 모든 폼 블럭으로 움직일 수도 있는 것도 중요하다.

폼재질 전체가 부드럽고 탄성있는 폼의 개별적인 블록으로 쌓여져 있을 때 오폐수의 호기성 처리는 가장 비용효과가 극대될 수 있다. 블록간의 공간을 폼재질 전체를 뚫고 공기가 완전히 순환할 수 있도록 보장하기에 충분히 크고, 폼 재질의 모든 구역은 모든 잠재력을 발휘하여 호기성 처리를 위해 공헌하고 있을 것이다.

마찬가지로, 폼재질이 그와 같이 작은 셀을 갖고 있고 블록간의 매우 좋은 수분전송력을 갖고 있기 때문에 폼재질의 모든 구역은 물로 포화상태를 이루고 역시 모든 잠재력을 발휘하여 공헌할 것이다. 큰 공간은 공기순환이 폼 전체에 고루 이루어지는 것을 보장하고 작은 셀과, 셀간의 좋은 전송력은 오수가 블록전체에 고루분배되는 것을 보장할 것이다.

다른 형태의 호기성 처리소에서는 호기성 반응은 불가피하게 선회되는 지역에서만 일어나게 되고, 이 처리소의 '죽은' 지역은 시간이 지나감에 따라 점점 증가하는 경향이 있다. 기술한 처리소에서는, 선호지역에서만 물이 통과해 가거나, 공기가 통과해가는 일은 일어나지 않고 폼재질 전체를 통해 퍼진다. 그러므로 주어진 처리수준을 성취하기에 필요한 부피는 폼재질이 부드럽고 탄성있게 변형 가능할 때, 폼 전체가 부드러운 재질 폼의 개별적인 블록을 잘 쌓아놓았을 때, 셀 크기가 약 0.5mm일 때 최소이다.

블록이 컨테이너 내에 쌓여 있을 때 블럭간에 생기는 공간은 비용을 전혀 들이지 않고 자동적으로 생겨난다는 것을 주목해야 한다. 이 공간을 형성하기 위해 어떤 드릴(drill)작업이나 내부 커팅(cutting) 작업도 필요하지 않는다(이것도 부드러운 폼에서는 어려운 일이다). 블록자체는 부드러운 폼 판을 직육면체로 잘라냄으로써, 또는 폼판으로부터 블록을 잡아당김으로써 스스로 생겨나고, 이 방법으로 인해 블록은 전부 동일한 크기가 아니다. 불록을 되는 대로 쌓음으로써 생긴 공간은 총부피의 30 또는 40%가 되고 이 숫자는 상기된 탁월한 공기순환 특성을 증진시키기에 적당한 크기 비례라는 것을 주목할 수 있다. 공간이 자동적으로 생성되었을 뿐만 아니라 공간은 비용을 전혀 들이지 않고 자동적으로 적당한 크기로 생성된다.

설계자는 부드러운 폼 블럭의 크기에 주의를 기울여야 한다. 블록이 너무 크다면, 블록의 중심부에 공기가 접근하지 못할 것이므로 블록의 중심부는 호기성 반응을 증진시키는데 완전한 역할을 수행할 수 없을 것이다. 설계자는 모든 위치의 폼 재질이 완전히 반응에 기여할 수 있도록 목표를 잡아야 한다. 왜냐하면 바로 이때 호기성 처리소의 효율이 극대화되기 때문이다. 공기와 물이 골고루 배분됐을 때, 효율성은 극대화된다.

블록이 직경 10cm 이상이라면, 블록의 중심부는 효율성을 잃기 시작한다. 블록은 5cm의 정육면체이다. 블록이 그것보다 더 작을수도 있겠으나 더 작은 블록의 잇점이 거의 없다.

폼재질은 항시 실제적으로 포화상태를 유지해야 한다. 이 경우 블록더미에 새로운 오수가 투입되지 않는 기간동안에는, 수분은 폼블럭 내에서 다소 정체상태에 있다. 일단의 오수가 폼블럭 더미 위로 새로 투입될 때 이미 더미속에 존재하는 수분은 더미 아래쪽으로 배수한다. 그 결과 물은 더미의 밑바닥으로부터 나온다. 오수투입하는 사이 시간에 물은 실제적으로 이동하지 않는다 ; 작은 셀 크기 때문에(산화를 유발하는 박테리아는 셀 벽에 생존한다) 모든 물은 박테리아와 가깝고 친밀하게 접촉하게 되고 생화학작용은 효율적으로 계속 진행할 수 있다.

물이 뚫고 유동하는 것이 매일 일정하다면, 물이 불록더미에서 지내는 거주시간은 일정하다. 설계자는 폼블럭더미에서의 물의 거주시간을 물의 약 하루, 또는 때때로 시스템을 과다 사용하는 뜻하지 않는 경우에는 약간 더 길게 잡도록 해야 한다. 이렇게 하여, 폼전체는 일(日)당 1000리터의 물에 대하여 약 1500 또는 2000 리터가 되야 한다(공간이 블록더미 부피의 35%일 때, 1500리터 부피의 더미는 약 1000리터의 폼부피에 상용한다).

폼블록 더미 위로 물을 투입하는 것은 장기적으로 한번에 투입하는 것보다는 일정하게 똑똑 떨어뜨리는 것이 바람직하나, 그것이 물일 평균 거주시간에는 차이가 없다.

설계자는 물이 블록더미의 꼭대기에 고루 뿌려지는가에 주의해야 한다. 상기한 것과 같이 부드러운 폼 블록이 물을 양 옆으로, 또는 심지어 윗쪽으로 휼륭히 퍼뜨린다 할지라도, 모든 물을 한 부분에 투입하는 것은 물이 선호하는 통로를 만들게 할 수 있어 그 결과 비효율적이기 쉽다.

기술한 것과 같이 블록은 몰딩(mouling)하는 것보다 컷팅(cutting)에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 몰딩은 주조된 구성요소위에 껍질을 남기는 경향이 있어서 이것이 물전동력에 영향을 끼치고 처리소가 의존하고 있는 호기성 박테리아의 생존능력에 영향을 끼친다.

부드러운 폴리우레판 폼은 표면이 몰딩되었을때보다 컷팅(또는 찢겨졌을때) 되었을 때 호기성 박테리아의 성장 기질로써 거의 이상적인 것으로 알려져 있다. 박테리아는 셀 안에서 살고 있고 그곳에서 물리적으로 보호적인 환경을 가질 뿐만 아니라, 그들이 필요로하는 유기물질, 필요로 하는 공기가 그들에게 왈칵 쏟아지는 것이 아니라, 친근한 접촉을 하게끔하여 박테리아에게 직접 제공된다.

부드러운 폴리우레탄 폼의 경우에, 셀 내부의 표면 곁이 매우 뛰어나다; 예를 들어, 딱딱함의 셀 벽의 결과 비교해 볼 때, 재질의 표면인 다소 광택있는 마무리 처리가 되어 있어 빠르고 광범위한 박테리아의 정착을 증진시키기에 이상적이지 못하다. 약 0.5mm 크기의 셀을 갖고, 블록간의 열린 공간을 뚫고 공기가 순환하는 부드러운 폴리우레판 폼은 폼재질 전체 위로 고루 물을 보유하기에 효과적일 뿐 아니라, 폼 전체를 통해 고루 매우 생존가능성이 높은 박테리아를 정착시키기에도 효과적이다.

전형적인 작은 가정용 정화조 처리 시스템은 하루에 평균 약 1000리터의 오폐수를 처리하는 데 이것은 약 1500리터의 폼 블록을 필요로 한다. 1.5 입방미터(1500리터)의 부드러운 폼 블록을 가진 호기성 처리소는 물속에 존재하는 모든 산화가능한 오염원을 와해시키는데 완전히 효과적일 것으로 예상할 수 있다. 이것은 같은 부피의 오수에 대해, 재래 호기성 타일베드, 모래베드, 또는 호기성 소우크웨이(soakway)의 상대적으로 거대한 크기의 용량에 맞먹는 것이다.

종래 처리소의 모래필터 타입이 제공된다면, 여러 톤의 모래가 그 장소로 실려와서 굴착한 후 용접하고 다른 비용이 많이 드는 준비작업이 필요할 것이다. 부드러운 폼 블록 처리소는 재질면에서 훨씬 비용이 덜 들고 굴착이나 용접과 같은 작업이 필요없다.

폼 블록이 부드럽고 탄성이 있다는 사실의 중요한 장점은 그것이 압축되어 수송될 수 있다는 것이다. 수 톤에 달하는 몰래를 실어나를 필요없이 폴리우레탄 폼을 작은 포장으로 압축하여 1~2사람에 의해 장거리로 수송하거나 매우 적은 비용으로 외딴 지역으로 비행기 수송도 할 수 있다. 부드러운 폴리우레탄 폼은 제조장소에서 바로 압축해서 포장할 수도 있는데 진공포장할 수도 있다.

또 모래의 경우, 막혔을 경우에 파내야 하는데 부드러운 폼 블록은 막힐 확률이 휠씬 적고 막혔더라도 폼은 어려움없이 적은 비용으로 청소하고 대체하면 된다.

부드러운 폼 블록의 경우, 정수압 때문에 물의 압력이 다르다. 폼을 분리하지 않고 통째로 구성했을 경우, 밑쪽의 수압이 윗쪽수압보다 훨씬 높다. 그러나 폼이 분리된 블록들로 형성되고, 블록간의 물의 전이성이 좋을때는, 수직높이에 따른 수압차이는 줄어들 것이다. 즉 위와 아래의 수압차이가 작아질 것이다.

블록간의 공기순환은 송풍기에 의해 도움을 받아야 한다. 부드러운 폼 블록을 사용한 처리소의 경우, 유입액과 유출액을 비교했을 때 다음과 같이 결과가 테스트에서 나타났다. 천연 공기순환, 송풍기를 사용하지 않았을 경우;

BOD 농도가 6.5%로 떨어졌다.

총대장균수 농도가 0.015%로 떨어졌다.

배설대장균수 농도가 0.005%로 떨어졌다.

이 결과도 좋지만, 인위적인 송풍기를 사용했을 경우, 그 결과는 훨씬 뛰어났다.

인공 공기순환, 송풍기를 사용했을 경우;

BOD 농도가 1.6%로 떨어졌다.

총대장균수 농도가 0.002%로 떨어졌다.

배설대장균수 농도가 0.0001%로 떨어졌다.

질산성 질소로 산화한 암모니아성 질소의 비율도 송풍기가 사용됐을 경우 훨씬 증가했다.

이 실험에서 부드러운 폼 블록내의 오수 적재율은 80cm/일로 높았다. (80cm/일 이란 폼블록 횡단면 1평방cm당 하루에 80입방cm를 의미한다). 부드러운 폼 블럭을 사용한 실험에서 적재율은 막히는 현상없이 150cm/일이었다.

부드러운 폼 블록은 지방을 처리하는데 있어서는 이와 같은 적재율을 보이지 못하므로 과사용을 자제해야 한다. 그러나 고형(유기)물질에 대해서 송풍기의 도움으로 좋은 결과를 나타낸다.

처리소의 온도는 생화학 작용의 효율성을 결정하는 데 있어 중요하다. 약 5℃ 이하에서 생화학 작용은 감소한다. 산화작용은 열을 생산하고 이 열을 유지하고, 추운 날씨에도 호기성 처리소의 좋은 온도를 유지하는데 이 산화열을 사용하는 방법을 취해야 한다.

처리소에서 발생한 자연열을 보존하기 위해서 처리소는 밀폐되야 하고 자주 새로운 공기를 주입하기 보다는 송풍기나 다른 공기순환수단에 의해 쓰던 공기를 재순환시켜야 한다. 공기중 산소는 생화학 작용중 점차로 고갈되므로 소량의 신선한 공기유입은 제공해야 한다(그러나 작용에 영향을 미칠 정도의 산소고갈은 몇달이 지나야 할 것이다). 처리소의 밀폐와 쓰던 공기의 재순환은 추운기후에 좋다. 더운기후에서 생화학작용은 훨씬 바르고 효과적으로 일어난다.

소프트 폼 블록 호기성 처리소는 가정용 정화조의 호수처리에 사용되지만 그 외에 산업용처리, 매립지에서도 사용될 수 있다.

설계자는 물이 폼 블록으로 넘치지 않도록 주의해야 한다. 블록은 포화상태여야 하지만 블록간의 공간은 항상 열려있어야 한다. 배수시에 고이지 않고 물은 빠져나가야 한다. 그러므로 컨테이너에는 배출구가 있어서 유출수를 밖으로 내보내야 한다.

폼 블록 컨테이너는 (방수)박스가 있어야 한다. 블록은 컨테이너의 양옆에 닿아서 공기가 블록더미 바깥 주위를 지나지 못하게 해야 한다. 블록이 컨테이너 바닥에 닿지 않도록 컨테이너 바닥에 적당한 랙(rack)을 설치해야 한다. 랙 밑에 환기방을 만드는데 이것은 공기순환을 조절하고 폼 블록에서 떨어지는 물을 받는데 사용한다. 물 배출구는 환기방 바깥으로 내 보내는 파이프이다. 공기를 재순환시키려면, 환기방의 꼭대기는 잠그고, 보충공기를 들여보낼 작은 환기구멍만을 남겨놓아야 한다.

물 배출구는 처리소의 모든 유출수를 통제한다. 배출구는 유출수를 밖으로 끌어내거나, 더 이상의 연속적인 처리를 위해 도관을 따라 다른 곳으로 보내진다.

Claims (4)

1. 컨테이너(100)내의 처리매개체(115)를 통하여 오폐수를 처리하는 장치에 있어서, 오폐수 삽입구(105)로 투입된 오폐수를 분배주관(110)을 통해 스폰지 모양의 폼 재질이 다수의 셀 구조로 연결되어 있고 폼 재질은 부드럽고 휘기 쉽고 탄성이 있는 다수의 블럭형으로 구성된 처리매개체(115)를 통과시키고, 공기통풍수단(175)으로 호기성 처리하여, 처리된 물을 배출구(125)를 통해 배출시킴을 특징으로 하는 오폐수 처리장치
2. 제 1항에 있어서, 분배주관(110)은 처리매개체(115)의 상부에 위치하여 오수를 균등하게 분배시킴을 특징으로 하는 오폐수 처리장치
3. 제 1항에 있어서, 처리매개체(115)는 합성수지로 만든 스폰지 재질이며, 형태는 한 변의 길이가 약 5cm인 정육면체이고, 셀의 평균 반지름은 0.5mm이하이며, 물로 가득찬 폼 조각(117) 사이의 공기로 채워진 큰 빈공간(116)을 통해 통풍 공기의 유입을 허용하고, 생물 개체수를 유지하도록 영양이 풍부한 오수를 제공하고 바이오필터에서 완벽히 처리되도록 오수를 오랫동안 보유함을 특징으로 하는 오폐수 처리장치
4. 제 1항에 있어서, 처리매개체내의 공기통풍수단(175)을 설치하여 매개체 밑바닥에 공기수거헤더(155)와 공기 삽입구(105), 공기 배출구(170) 및 공기 통풍 송풍기(165)를 포함함을 특징으로 하는 오폐수 처리장치