KR100642821B1 - Sewage treatment system made by artificial reediness - Google Patents
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Abstract
본 발명은 COD 및 BOD성 오염물질은 물론 질소 및 인을 동시에 처리하면서 처리시설의 경제성(건설비용 및 유지관리비용의 경제성)을 실현할 수 있도록 한 2단 복층여재 갈대인공습지에 의한 하수처리장치에 관한 것이다.The present invention is to provide a sewage treatment apparatus using a two-stage multi-layer media reed artificial marsh, which can simultaneously treat COD and BOD pollutants as well as nitrogen and phosphorus to realize the economics of the treatment facility (construction cost and maintenance cost). It is about.
본 발명은 오염된 하수를 집수하는 집수정; 상기 집수정의 하수가 반입되어 호기성 상태에서 처리하는 호기성조; 및, 상기 호기성조에서 처리된 처리수가 반입되어 혐기성 상태에서 처리하는 혐기성조;를 포함하여 구성되는 하수처리장치에서,The present invention provides a sump for collecting polluted sewage; An aerobic tank carried in the sewage of the sump and treated in an aerobic state; In the sewage treatment apparatus comprising; and an anaerobic tank to be treated in the anaerobic state is carried in the treated water treated in the aerobic tank,
상기 호기성조는 최상부에 조성된 갈대습지; 상기 갈대습지 아래에 적층된 제올라이트층; 및, 상기 제올라이트층 아래에 적층된 모래층;을 포함하여 구성되고 집수정이 상기 갈대습지와 연통하도록 설치되어 하수의 수직흐름을 유도하며, 상기 혐기성조는 모래층 및 굴껍질층을 포함하여 구성되고 내부에 상부 또는 하부가 개방된 격벽이 설치되어 처리수의 수평흐름을 유도하는 2단 복층여재 갈대 인공습지에 의한 하수처리장치를 제공한다.The aerobic tank comprises a reed wetland formed at the top; A zeolite layer laminated under the reed wetland; And a sand layer laminated under the zeolite layer, and the sump is installed to communicate with the reed wetland to induce vertical flow of sewage. The anaerobic tank includes a sand layer and an oyster shell layer and is disposed therein. It is provided with a sewage treatment apparatus by a two-stage multi-layer media reed artificial wetland that is installed in the upper or lower opening to induce horizontal flow of the treated water.
하수처리, 인공습지, 제올라이트, 모래, 굴껍질, 갈대 Sewage Treatment, Wetland, Zeolite, Sand, Oyster Shell, Reed
Description
도 1은 본 발명에 따른 2단 복층여재 갈대 인공습지에 의한 하수처리장치를 도시한 도면이다.1 is a view showing a sewage treatment apparatus by a two-stage multi-layer media reed artificial wetland according to the present invention.
도 2 내지 도 7은 도 1의 하수 처리시스템에 의해 처리한 결과로서, 각각 pH 변화, DO 변화, BOD 변화, COD 변화, 각종 형태의 질소 변화 및 T-P 변화를 나타낸 그래프이다.2 to 7 are graphs showing the pH change, the DO change, the BOD change, the COD change, the nitrogen change in various forms, and the T-P change as a result of the treatment by the sewage treatment system of FIG. 1.
본 발명은 2단 복층여재 갈대 인공습지에 의한 하수처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 COD 및 BOD성 오염물질은 물론 질소 및 인을 동시에 처리하면서 처리시설의 경제성(건설비용 및 유지관리비용의 경제성)을 실현할 수 있도록 한 2단 복층여재 갈대 인공습지에 의한 하수처리장치에 관한 것이다.The present invention relates to a sewage treatment apparatus using a two-stage multi-layer media reed artificial wetland, and more specifically, to the treatment of COD and BOD pollutants as well as nitrogen and phosphorus simultaneously with economical efficiency (construction of construction cost and maintenance cost) The present invention relates to a sewage treatment apparatus using a two-stage multi-layer media reed artificial wetland that can realize economic feasibility.
하수처리방법에는 생물학적 처리방법인 활성슬러지법, 살수여상법 및 RBC법과 물리 화학적 처리방법 그리고 액상부식법 등의 기계식 처리방법이 있다. 이들 기계식 처리공법은 유기물질의 처리 효율이 높다는 장점이 있으나, 건설비용이 높고 유지관리비용(하수처리 전문인력의 높은 인건비 및 에너지사용 등)이 매우 높으며 하천수질의 부영양화의 주요인자인 질소 및 인의 처리효율이 낮다는 점이 단점으로 지적된다. Sewage treatment methods include biological treatment methods such as activated sludge method, water spraying method, mechanical treatment method such as RBC method, physicochemical treatment method and liquid corrosion method. These mechanical treatment methods have the advantage of high treatment efficiency of organic materials, but high construction cost, high maintenance cost (high labor cost and energy use of sewage treatment specialists) and nitrogen and phosphorus, which are the main factors for eutrophication of river water quality. The low processing efficiency is pointed out as a disadvantage.
한편, 농촌 하수처리는 1991년부터 정부에서 약 700여개 소규모 마을 단위에 자연정화공법인 토양침윤 공법을 이용한 자연정화공법을 보급하여 그 동안 약 30%정도 보급하였고 나머지는 기계식공법을 보급하였다. 그러나, 1996년부터는 토양침윤 공법은 공극 폐쇄로 보급을 중단하였고 그후부터 대부분 기계식공법을 공급하였다. 이 공법 또한 기계시설의 고장이 잦으며, 유지관리비가 1인당 연간 약 5만원 정도로 과다 소요되므로 하수처리장 유지관리비 등 운영비 조달에 매우 큰 어려움이 있을 뿐만 아니라 설계하수량도 1인당 400L로 되어 있어 농촌 현실에 적절하지 않은 시설이 보급되어 하수처리율이 매우 낮고, 실제 가동이 중단된 지역이 많은 실정이다. 그리고, 현행 기계식 농촌하수처리를 위한 기술인력이 태부족할 뿐만 아니라 현행 기계식하수처리시설 운영에 여러 가지 많은 문제점이 있으며 현행 기계식 농촌하수처리장 시설이나 현황으로는 하천의 수질을 낙관하기 매우 어려운 실이다. On the other hand, in rural sewage treatment, the government has supplied natural purification methods using soil infiltration method, which is a natural purification method, to about 700 small village units. However, from 1996, the soil infiltration process ceased to supply due to the pore closure, and since then most of the mechanical methods have been supplied. This method also has many mechanical failures, and the maintenance cost is excessively about 50,000 won per person per year, so it is very difficult to procure operating costs such as the maintenance cost of sewage treatment plant, and the design sewage is 400L per person. Due to the spread of unsuitable facilities, the sewage treatment rate is very low, and there are many areas where actual operation is stopped. In addition, there are many problems in the operation of the current mechanical sewage treatment facility as well as the lack of technical manpower for the current mechanical rural sewage treatment, and the current mechanical rural sewage treatment plant facilities or current conditions are very difficult to optimize the water quality of the river.
농촌하수처리장은 하수발생량 변화에 쉽게 적응하고, 하수처리효과 특히 질소, 인의 처리효율이 높으며, 하수처리 비용 및 시설관리 비용이 저렴하고, 처리장 건설비가 저렴할 뿐만 아니라 처리장 수명이 반영구적이어야 할 것이며 특히 농촌하수처리장은 지역의 자연환경과 조화를 이루어야 할 것이다. 이와 같은 조건을 만족시키는 방법으로 모래, 자갈 등 충진물을 이용한 하수처리방법이 제안되었으며, 이러한 방법은 시설 고장이 없고 관리가 간편하며 하수처리효과가 매우 높은 것으로 알려져 있다. Rural sewage treatment plants should easily adapt to changes in sewage generation, have high sewage treatment effects, especially high nitrogen and phosphorus treatment efficiency, low sewage treatment and facility management costs, low treatment plant construction costs, and long-lasting treatment plant life. The sewage treatment plant should be in harmony with the local natural environment. As a method of satisfying such conditions, a sewage treatment method using a filling material such as sand and gravel has been proposed. Such a method is known to have no facility failure, easy management, and a high sewage treatment effect.
그러나, 일반적으로 연못형 하수처리장은 하수가 침전지, 산화지, 후처리 연못 등이 설치되어 부지 면적이 많이 소요되므로 우리나라와 같이 좁은 국토에서는 적용하기 어렵고, 특히 하수가 노출되는 구조이므로 냄새가 발생할 수 있다는 점이 문제점으로 지적된다. 또한, 이러한 자연정화공법에서는 방류수의 T-N 중 NH4 +-N이 상당량 배출되어 문제되고 있다. NH4 +-N은 수계에 방류될 때 용존산소를 많이 고갈시키고 수계의 환경변화에 따라 화학평형이 NH3 쪽으로 많이 전환되면 어류에 독성을 나타낼 수도 있다. However, in general, pond-type sewage treatment plants have a lot of site area because sewage sedimentation sites, oxidation sites, and post-treatment ponds are installed, so it is difficult to apply them in a narrow country such as Korea. The point is pointed out as a problem. In addition, in such a natural purification method, a considerable amount of NH 4 + -N is discharged from the TN of the discharged water, which is a problem. NH 4 + -N depletes a lot of dissolved oxygen when discharged into the water and may be toxic to fish if the chemical equilibrium shifts to NH 3 due to changes in the environment.
인공습지의 여재로는 모래, 자갈 등이 가장 많이 사용되고 있으나 최근에는 인위적으로 조제하거나 다른 천연재료들을 활용하려는 시도도 되고 있다. 특히, 제올라이트는 우리나라의 영일만 부근을 비롯하여 America 대륙, Europe, Russia, 일본 등에 널리 분포하고 있다. 제올라이트는 결정수 함량이 높고, 다공성 구조로 되어있으며, 알칼리(토)금속을 함유하고 있고, 비표면적, 양이온 교환용량(C.E.C), 암모니아의 선택적 흡착능, 수분흡수력, 가스 흡착력(탈취능)이 큰 성질이 있으며, 이러한 성질을 이용하여 환경정화용(악취제거, 중금속 흡착, 정수 및 폐수처리)이나 가스 흡착제, 미생물 흡착제 등으로 광범위하게 사용되고 있다. 적절한 입자 크기의 제올라이트는 특히 NH4 +-N의 흡착이 대단히 양호한 것으로 알려져 있으며, 제올라이트를 인공습지의 충진물로 사용한 결과 하수 중 NH4 +-N의 농도를 1mg/L 이하로 안정적으로 제거할 수 있었다. 그러나, 인공습지를 제올라이트만으로 충진하게 되면 제올라이트 가격 자체가 비싸 인공습지 건설비용의 경제성 떨어지며 나아가 인의 처리에도 한계가 있는 단점이 있다. Sand, gravel, and the like are most commonly used as media for artificial wetlands, but recently, there have been attempts to artificially prepare or utilize other natural materials. In particular, zeolites are widely distributed in the continent of America, Europe, Russia, Japan, as well as near Yeongil Bay in Korea. Zeolite has high crystal water content, porous structure, contains alkali (earth) metal, high specific surface area, cation exchange capacity (CEC), selective adsorption capacity of ammonia, water absorption power, and gas adsorption power (deodorization capacity). This property is widely used for environmental purification (odor removal, heavy metal adsorption, water purification and wastewater treatment), gas adsorbent, microbial adsorbent and so on. Zeolites of suitable particle size are known to have particularly good adsorption of NH 4 + -N, and the use of zeolites as a filling material for artificial wetland can reliably remove the concentration of NH 4 + -N in sewage below 1 mg / L. there was. However, when the artificial wetland is filled with zeolite alone, the zeolite price itself is expensive and the economical efficiency of the artificial wetland construction cost is reduced, and further, there is a limitation in the treatment of phosphorus.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하고자 안출된 것으로서, 현행 생물학적 공법에 비하여 시설비용이 저렴하고, 간단하게 설치 유지할 수 있으며, 고급 기술관리인력을 요구하지 않아 유지관리비가 거의 소요되지 않고, 슬러지 등 부산물을 발생하지 않으며, 한번 설치로 반영구적으로 사용할 수 있으며, 주변환경과 조화를 이룰 수 있고, NH4 +-N 및 인의 제거효율이 월등한 제올라이트, 모래 및 폐굴껍질을 충진물질로 사용하여 완성된 2단 복층여재 갈대인공습지에 의한 하수처리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to improve the above-mentioned conventional problems, the installation cost is low compared to the current biological method, can be easily installed and maintained, do not require high-tech technical management personnel, almost no maintenance costs, sludge It does not generate by-products, and can be used semi-permanently with one installation. It can be harmonized with the surrounding environment, and it is completed by using zeolite, sand and waste oyster shells with excellent NH 4 + -N and phosphorus removal efficiency. The purpose of the present invention is to provide a sewage treatment apparatus using a two-stage multi-layer media reed artificial wetland.
상기한 목적을 달성하고자 본 발명은 오염된 하수를 집수하는 집수정; 상기 집수정의 하수가 반입되어 호기성 상태에서 처리하는 호기성조; 및, 상기 호기성조에서 처리된 처리수가 반입되어 혐기성 상태에서 처리하는 혐기성조;를 포함하여 구성되는 하수처리장치에서,The present invention to collect the polluted sewage to achieve the above object; An aerobic tank carried in the sewage of the sump and treated in an aerobic state; In the sewage treatment apparatus comprising; and an anaerobic tank to be treated in the anaerobic state is carried in the treated water treated in the aerobic tank,
상기 호기성조는 최상부에 조성된 갈대습지; 상기 갈대습지 아래에 적층된 제올라이트층; 및, 상기 제올라이트층 아래에 적층된 모래층;을 포함하여 구성되고 집수정이 상기 갈대습지와 연통하도록 설치되어 하수의 수직흐름을 유도하며, 상기 혐기성조는 모래층 및 굴껍질층을 포함하여 구성되고 내부에 상부 또는 하부가 개방된 격벽이 설치되어 처리수의 수평흐름을 유도하는 2단 복층여재 갈대 인공습지에 의한 하수처리장치를 제공한다.The aerobic tank comprises a reed wetland formed at the top; A zeolite layer laminated under the reed wetland; And a sand layer laminated under the zeolite layer, and the sump is installed to communicate with the reed wetland to induce vertical flow of sewage. The anaerobic tank includes a sand layer and an oyster shell layer and is disposed therein. It is provided with a sewage treatment apparatus by a two-stage multi-layer media reed artificial wetland that is installed in the upper or lower opening to induce horizontal flow of the treated water.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and preferred embodiments.
도 1은 본 발명에 따른 2단 복층여재 갈대 인공습지에 의한 하수처리장치를 도시한 도면으로, 본 발명은 집수정, 호기성조 및 혐기성조를 포함하여 구성되는 하수처리장치에서 호기성조를 갈대습지, 제올라이트층 및 모래층으로 구성하여 수직흐름을 유도하고, 혐기성조를 모래층과 굴껍질층으로 구성하여 수평흐름을 유도하는데 그 특징이 있다. 다만, 본 발명에 따른 하수처리장치를 이용하는 경우에는 유기물이 충진물에 흡착 또는 여과작용에 의하여 여재층에 머무르는 동안 여재층에 존재하는 미생물들에 의하여 충분히 분해되어 여과상의 유기물 흡착능이 다시 회복할 수 있도록 집수정으로부터의 하수의 배출은 간헐적으로 이루어지도록 한다.1 is a view showing a sewage treatment apparatus by a two-stage multi-layer media reed artificial wetland according to the present invention, the present invention is a reed wet tank in the sewage treatment apparatus comprising a catchment, aerobic tank and anaerobic tank It consists of a zeolite layer and a sand layer to induce vertical flow, and the anaerobic tank consists of a sand layer and an oyster shell layer to induce horizontal flow. However, in the case of using the sewage treatment apparatus according to the present invention, the organic matter is sufficiently decomposed by the microorganisms present in the filter bed during the staying in the filter bed by adsorption or filtration to the filler so that the adsorption capacity of the organic matter on the filter can be recovered again. The discharge of sewage from the sump is to be made intermittently.
1.호기성조1.Aerobic
호기성조는 최상부에 조성된 갈대습지; 상기 갈대습지 아래에 적층된 제올라이트층; 및, 상기 제올라이트층 아래에 적층된 모래층;을 포함하여 구성되며, 집수정이 상기 갈대습지와 연통하도록 설치되어 하수의 수직흐름을 유도한다. 상기 호기성조는 저렴한 스테인레스의 수조형태로 제작하여 모래 및 제올라이트를 충진하여 간편하게 완성할 수 있다.The aerobic tank is a reed wetland formed on the top; A zeolite layer laminated under the reed wetland; And a sand layer laminated under the zeolite layer, and a collection well is installed to communicate with the reed wetland to induce vertical flow of sewage. The aerobic bath can be completed in the form of an inexpensive stainless steel tank to be filled with sand and zeolite.
갈대습지는 호기성조에서 제올라이트층과 함께 산소를 공급하여 호기성 미생물(여과상에 채워진 충진물질의 표면에 서식하는 미생물과 주입되는 하수에 존재하는 미생물들)의 활성을 유도함은 물론 하수의 DO를 증가시키는 역할을 한다. 또한, 상기 갈대습지는 본 발명의 하수처리장치를 자연친화적인 장치로서 역할하게 하는 바, 본 발명에 따라 완성된 하수처리장은 철새, 잠자리, 개구리 등의 서식지로 이용되어 생태계 환원 및 복원에 기여할 것으로 기대된다.Reed wetland supplies oxygen with zeolite layer in aerobic tank to induce the activity of aerobic microorganisms (microorganisms that live on the surface of filling material filled in the filtration and microorganisms present in the injected sewage) and increase DO of sewage. It plays a role. In addition, the reed wetland will make the sewage treatment device of the present invention as a natural friendly device, the sewage treatment plant completed according to the present invention will be used as a habitat for migratory birds, dragonflies, frogs, etc. will contribute to the reduction and restoration of the ecosystem It is expected.
제올라이트층은 상기 갈대습지 아래에 적층되며, 제올라이트는 양이온 치환용량이 대단히 높기 때문에 하수와 함께 유입된 암모니아성 질소를 먼저 흡착할 것 이다. 제올라이트는 고가의 재료이므로 그 사용량이 많아질 경우 경제성을 떨어뜨리므로 본 발명에서는 하수처리장치 전체에 사용하지 않고 갈대습지 아래에만 적층하고 있다. 제올라이트 사용량의 감소로 인한 암모니아성 질소의 제거효과는 모래층으로 보완한다. 제올라이트층은 갈대습지 아래에 적층되는데, 이는 제올라이트에 흡착된 암모니아성 질소를 갈대습지에서 발생하는 산소의 도움을 받아 질산성 질소로 산화시켜 암모니아성 질소의 처리효율 향상시키기 위함이다. The zeolite layer is deposited under the reed wetland, and since the zeolite has a very high cation substitution capacity, it will adsorb the ammonia nitrogen introduced with the sewage first. Since zeolite is an expensive material and its usage decreases, economic efficiency is reduced. Therefore, in the present invention, the zeolite is not used for the whole sewage treatment apparatus, but only laminated under the reed wetland. The removal of ammonia nitrogen by the reduction of zeolite use is complemented by the sand layer. The zeolite layer is laminated under the reed wetlands, which is to improve the treatment efficiency of the ammonia nitrogen by oxidizing the ammonia nitrogen adsorbed on the zeolite into nitrate nitrogen with the help of oxygen generated in the reed wetlands.
모래층은 상기 제올라이트층 아래 적층되며, 고가의 제올라이트를 보완한다. The sand layer is stacked below the zeolite layer and complements the expensive zeolite.
2.혐기성조2. Anaerobic composition
혐기성조는 모래층 및 굴껍질층을 포함하여 구성되는 부분으로, 내부에 상부 또는 하부가 개방된 격벽이 설치되어 처리수의 수평흐름을 유도한다. 수평흐름은 체류시간을 늘려 주어 여재에 의해 충분히 여과, 처리되도록 한다. 상기 혐기성조는 호기성조와 마찬가지로 스테인레스로 제작하여 간편하게 형성할 수 있다.Anaerobic tank is composed of a sand layer and the oyster shell layer, the partition is installed inside the upper or lower opening to induce horizontal flow of the treated water. Horizontal flow increases the residence time so that it is sufficiently filtered and treated by the media. The anaerobic tank can be conveniently formed by making of stainless steel as in the aerobic tank.
굴껍질층은 인의 제거 및 ph를 상승시키는 역할을 하도록 형성된다. 굴껍질층의 형성을 위한 굴껍질은 4∼5mm의 입경을 가지면서 표면이 깨끗이 정리된 것을 채택함이 바람직하다. 이보다 작은 입경을 가지는 것은 하수처리과정에서 바닥에 침전되어 격벽의 개방부분을 폐쇄할 우려가 있기 때문이다.The oyster shell layer is formed to serve to remove phosphorus and to raise the ph. Oyster shell for the formation of the oyster shell layer is preferred to adopt a clean surface having a particle diameter of 4 ~ 5mm. The smaller particle size is due to the possibility of sedimentation at the bottom in the sewage treatment process to close the opening of the bulkhead.
일반적으로 하수에 포함된 인은 갈대에 의하여 흡수되거나, 여재에 함유된 Ca, Fe 및 Al과 화학적으로 결합한 불용성 물질 상태로 여재에 축적되거나, 여재 표면에 증식하는 미생물체와 합성이 이루어진다고 알려져 있다. 그러나, 갈대에 의한 제거와 표면에서 미생물의 증식에 의한 생물학적 제거보다는 칼슘 및 철과 반응하여 불용성 물질의 생성에 의한 제거가 우세하게 일어난다. 왜냐하면 인은 pH 3∼9의 범위에서 H2PO4 -, HPO4 2-, PO4 3-으로 존재하는데, 이때 Ca2+, Mg2+, Al3+, Fe3+, Fe2+ 등의 금속은 인의 거동에 관계하고 착염 또는 불용성 화합물을 생성하며 이렇게 생성된 착염 또는 불용성 화합물은 여재 입자들 사이에 침전하기 되기 때문이다. 따라서, 인의 제거를 위해 본 발명에서는 친환경적이면서 폐자원 재활용 차원에서 굴껍질을 이용하고 있다. 즉, 인을 굴껍질의 주성분인 Ca2+ 와의 반응을 유도하여 Hydroxyapatite(<Ca10(OH)2(PO4)6> ; 이하 HAP라고 칭함) 형태의 불용성 화합물을 형성시키고 있는 것이다. 하기 식에 HAP를 생성하는 반응을 나타내고 있다.In general, phosphorus contained in sewage is known to be synthesized with microorganisms that are absorbed by reeds, accumulate in the media in the form of insoluble substances chemically bonded to Ca, Fe, and Al contained in the media, or proliferate on the media. However, rather than removal by reeds and biological removal by the growth of microorganisms on the surface, the removal by the production of insoluble matters takes place predominantly by reaction with calcium and iron. Because the is in the range of
10Ca2+ + 6PO4 3- + 2OH- →Ca10(OH)2(PO4)6 10Ca 2+ + 6PO 4 3- + 2OH - → Ca 10 (OH) 2 (PO 4) 6
상기 굴껍질층은 전체 혐기성조에 대하여 8~8.5 부피%를 차지하면서 격벽으로 구획된 혐기성조의 하류 공간에만 형성되도록 구성하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 굴껍질은 하기 식에 나타난 바와 같이 CO2를 포함하고 있는 물과 반응하여 알칼리를 생성하므로 pH를 상승시키는 바, 굴껍질층이 8부피%보다 작게 형성되면 인 제거가 효과가 충분치 않게 될 것이고 8.5부피%보다 많게 형성되면 처리수가 알카리성으로 배출될 것이기 때문이다.The oyster shell layer is preferably configured to be formed only in the downstream space of the anaerobic tank partitioned by partition walls while occupying 8 to 8.5% by volume of the total anaerobic tank. Because the oyster shell reacts with water containing CO 2 to generate alkali as shown in the following equation, the pH is increased. If the oyster shell layer is formed to be less than 8% by volume, phosphorus removal will not be sufficient. This is because treated water will be discharged alkaline if formed in excess of 8.5% by volume.
굴껍질(CaCO3) + CO2 + H2O →굴껍질(CaCO3) + Ca2+ + CO3 2- Oyster shell (CaCO 3 ) + CO 2 + H 2 O → Oyster shell (CaCO 3 ) + Ca 2+ + CO 3 2-
CO3 2- + H2O →HCO3- + OH- CO 3 2- + H 2 O → HCO 3- + OH -
한편, 하류에 굴껍질층을 형성시키는 것은, 갈대 여과상에서 인이 여재 표면에 증식하는 미생물의 합성에 의하여 제거되거나 갈대에 의하여 부분적으로 흡수 제거되도록 하여 하수처리과정에서 인을 충분히 활용하고, 활용하고 남은 것만을 하류의 굴껍질층이 작용하도록 하여 보다 안정적인 처리를 유도하기 위함이다. 또한, 통상 유입된 암모니아성 질소가 산화되고 그리고 유기물이 미생물에 의해 분해되면서 이산화탄소나 유기산이 증가되기 때문에 유출수의 pH가 유입수에 비하여 낮아지지만, 본 발명에서는 굴껍질층을 혐기성조 하류에 형성시킴으로 배출전 ph를 상승시키기 때문에 유입수에 비하여 유출수가 약간 낮은 경향을 보이면서 전반적으로는 높은 중성인 상태로 배출시킬 수 있게 된다. On the other hand, the formation of the oyster shell layer downstream means that the phosphorus is removed by the synthesis of microorganisms that proliferate on the surface of the filter medium in reed filtration or partially absorbed and removed by the reed to fully utilize and utilize the phosphorus in the sewage treatment process. This is to induce a more stable treatment by allowing the remaining oyster shell layer to act only on the remaining ones. In addition, since the inflow of ammonia nitrogen is oxidized and organic matter is decomposed by microorganisms, carbon dioxide or organic acid is increased, so that the pH of the effluent is lower than that of the influent. However, in the present invention, the oyster shell layer is formed downstream of the anaerobic tank and discharged. Since the overall pH is increased, the effluent tends to be slightly lower than the influent, and can be discharged in a high neutral state overall.
다만, 굴껍질층을 모래층과 복층으로 적층시키는 경우에는 상기 굴껍질층이 모래 아래에 위치하도록 형성하는 것이 바람직하며, 이는 비교적 중량이 가벼운 굴껍질층이 하수의 처리과정에서 부유하여 처리수와 함께 배출되거나 굴껍질층에 의한 처리효과를 떨어뜨릴 수 있는 바 이를 방지하기 위함이다.However, when the oyster shell layer is laminated with the sand layer and the double layer, it is preferable to form the oyster shell layer under the sand, which is relatively light in weight and the oyster shell layer floats during the treatment of the sewage together with the treated water. This is to prevent the discharge or degradation of the treatment effect by the oyster shell layer.
이하부터는 본 발명에 따른 하수처리장치가 하수처리효과를 발휘하는 것에 대하여 구체적인 실시예와 시험예로서 설명한다.Hereinafter, the sewage treatment apparatus according to the present invention to demonstrate the sewage treatment effect will be described as specific examples and test examples.
[실시예]EXAMPLE
1) 실험재료1) Experimental material
본 실험에 사용된 제올라이트는 경북 포항에 위치하고 있는 Y. 화학에서 제공받았으며 굴껍질은 남해안의 해안가에 무단 방치되고 있는 것을 수거하여 사용하였다. 화학성분을 살펴보면 하기의 표와 같다.The zeolite used in this experiment was provided by Y. Chemistry, located in Pohang, Gyeongbuk, and the oyster shells were collected and used on the coast of the south coast. Looking at the chemical composition is shown in the table below.
2) 대상하수2) Target sewage
본 실험에는 경상대학교내 오수정화시설의 저류조에 유입되는 생활하수를 사용하였다. In this experiment, household sewage flowing into the storage tank of a sewage purification plant in Gyeongsang National University was used.
3) 실험장치3) Experiment apparatus
본 연구에 사용된 2단(수직 및 수평 흐름) 복층여재 갈대 인공습지는 도 1에 도시한 바와 같이 스테인레스로 제작하였으며 수직흐름(500cm×600cm(length)×1,200cm(height)) 갈대 여과상과 수평흐름(300cm×2,000cm(length)×1,200cm(height))으로 구성되어 있다. 충진물로는 제올라이트와 모래 1∼3mm, 굴껍질 4∼5mm의 입경을 충진하여 사용하였다.The two-stage (vertical and horizontal flow) multilayer media reed artificial wetlands used in this study were made of stainless as shown in Fig. 1, and the vertical flow (500 cm × 600 cm (length) × 1,200 cm (height)) reed filter bed It consists of horizontal flow (300cm × 2,000cm (length) × 1,200cm (height)). As a filler, zeolite, a particle size of 1 to 3 mm, and a oyster shell 4 to 5 mm were filled and used.
4) 운전조건4) Operating condition
하수는 수리학적 부하량 314L/m2 day를 하루 4회(10분 동안 주입 후 5시간 50분 동안 중단) 균등하게 간헐적으로 주입하였다.Sewage was injected evenly and intermittently with a hydraulic load of 314 L / m2 day four times a day (discontinued for 5 hours and 50 minutes after 10 minutes of infusion).
5) 분석방법5) Analysis method
수질분석은 유입 및 유출수를 채취하여 pH, DO, BOD, CODMn, CODCr, NH4 +-N, NO2 --N, NO3 --N, T-N, T-P 항목을 분석하였다. BOD와 CODMn,는 공정시험법, NH4 +-N은 공정시험법의 인도페놀법, T-N와 T-P는 과황산칼륨으로 전처리 후 자외선 흡광광도법으로 흡광도를 측정하여 정량하였다. CODCr은 Standard Methods에 준하여 실험하였다. Water quality analysis analyzed the items of pH, DO, BOD, COD Mn , COD Cr , NH 4 + -N, NO 2 -- N, NO 3 -- N, TN, and TP. BOD and COD Mn , are the process test method, NH 4 + -N is the indophenol method of the process test method, TN and TP was pretreated with potassium persulfate, and then absorbance was measured by UV absorbance method. COD Cr was tested according to the Standard Methods.
[시험예 1] pH 변화Test Example 1 pH Change
도 2는 2단(수직 및 수평 흐름) 복층여재 갈대 인공습지에서의 시간경과에 따른 유입 및 유출수의 pH 변화를 나타낸 그래프이다. 평균 pH는 유입수 7.3이었으나 유출수는 8.43이었다. Figure 2 is a graph showing the pH changes of inflow and outflow water over time in the two-stage (vertical and horizontal flow) multi-layer media reed artificial wetland. The average pH was 7.3 influent but 8.43 was effluent.
인공습지 후단에 충진한 굴껍질의 영향으로 초기에는 pH 10을 초과하였으나 그 이후에 시간경과와 더불어 낮아져 방류수기준에 적합한 pH를 유지하였다. 이는 굴껄질의 수처리 공정을 지나도록 한 것에 기인한다. Due to the effect of the oyster shell filled at the end of the wetland, the pH was initially exceeded, but afterwards, it decreased with time and maintained the pH suitable for the effluent standard. This is due to the passing of the water treatment process of the excavator.
[시험예 2] DO 변화Test Example 2 DO Change
도 3은 2단(수직 및 수평 흐름) 복층여재 갈대 인공습지에서의 시간경과에 따른 유입 및 유출수의 DO 변화를 나타낸 그래프이다. 평균 용존산소는 유입수 2.36mg/L이었으나 유출수 6.76mg/L로 유입수보다 유출수에서 높았다. 이로부터 갈대 또는 여과상에 의하여 산소 공급이 이루어지는 것을 알 수 있다.Figure 3 is a graph showing the DO changes in inflow and outflow over time in the two-stage (vertical and horizontal flow) duplex media reed artificial wetland. The average dissolved oxygen was 2.36mg / L influent, but 6.76mg / L of effluent was higher in effluent than influent. From this, it can be seen that oxygen is supplied by the reed or the filter bed.
[시험예 3] BOD 변화Test Example 3 BOD Change
도 4는 2단(수직 및 수평 흐름) 복층여재 갈대 인공습지에서의 시간경과에 따른 유입 및 유출수의 BOD 변화를 나타내었다. 평균 BOD는 유입수 42.87mg/L, 유출수 2.0mg/L(처리효율 95.33%)로 유출수에서 현저히 감소되는 것을 확인할 수 있다. Figure 4 shows the change in BOD of inflow and outflow water over time in the two-stage (vertical and horizontal flow) duplex media reed artificial wetland. The average BOD is 42.87mg / L influent and 2.0mg / L effluent (95.33% treatment efficiency), which can be seen to be significantly reduced in the effluent.
일반적으로 수직 흐름 여과상에서 수평 흐름(여재가 거의 처리수로 침적되어 있음) 여과상보다 유기물 분해가 잘 되는 것으로 알려져 있으나 여기서는 반대의 경향을 나타내었다. 이러한 원인은 수평 흐름 여과상도 처리수로 침적된 부분이 없이 여재층을 통과한 처리수가 바닥에서 바로 유출되어 수평 흐름 여과상에서 한쪽 부위에 유입수가 주입되는 것 외에는 두 흐름 여과상의 차이가 거의 없었기 때문으로 보여진다.In general, it is known that organic matters decompose better than horizontal flows (filters are almost deposited with treated water) in the vertical flow filtration phase, but the opposite trend is shown here. This was due to the fact that there was little difference in the two flow filtration except that the treated water which passed through the median layer without the part deposited with the horizontal flow filter top flow water flowed out directly from the bottom and the inflow water was injected into one part in the horizontal flow filtration phase. Shown.
[시험예 4] COD 변화Test Example 4 COD Change
도 5는 2단(수직 및 수평 흐름) 복층여재 갈대 인공습지에서의 시간경과에 따른 유입 및 유출수의 COD 변화를 나타내었다. 도 5의 CODCr 및 CODMn에서도 유출수 중의 농도가 경우에 따라서 우리나라의 하수종말처리장 방류수 수질 기준을 초과하였다. 그러나, 연 평균 CODCr은 유입수 73.74mg/L, 유출수 13.75mg/L(처리효율 81.35%)이었으며 CODMn은 유입수 47.98mg/L, 유출수 6.01mg/L(처리효율 87.47%)로 처리효율은 높았다. Figure 5 shows the COD change of the inflow and outflow water over time in the two-stage (vertical and horizontal flow) duplex media reed artificial wetland. In the COD Cr and COD Mn of FIG. 5, the concentration in the effluent exceeded the water quality standard of the sewage treatment plant in Korea in some cases. However, the annual average COD Cr was 73.74 mg / L influent, 13.75 mg / L effluent (81.35%), and COD Mn was 47.98 mg / L effluent and 6.01 mg / L effluent (87.47%). .
[시험예 5] T-N 변화Test Example 5 T-N Change
도 6은 2단(수직 및 수평 흐름) 복층여재 갈대 인공습지에서의 시간경과에 따른 유입 및 유출수에서 각종 형태의 질소에 대한 변화를 나타내었다. Figure 6 shows the change of nitrogen in various types of inflow and outflow over time in two-stage (vertical and horizontal flow) duplex media reed artificial wetland.
평균 T-N의 농도는 유입수 36.22mg/L, 유출수 14.44mg/L(처리효율 60.2%)이었으며, NH4+-N의 농도는 유입수 36.67mg/L, 유출수 5.68mg/L(처리효율 84.5%)이었다. 평균 NO2--N의 농도는 유입수 0.72mg/L, 유출수 0.97mg/L이었으며 NO3--N의 농도는 유입수 1.42mg/L, 유출수 7.87mg/L이었다. The mean T-N concentration was 36.22 mg / L influent and 14.44 mg / L effluent (60.2% treatment), and the concentration of NH4 + -N was 36.67 mg / L influent and 5.68 mg / L effluent (84.5%). The mean NO2--N concentrations were 0.72 mg / L influent and 0.97 mg / L effluent. The concentrations of NO3--N were 1.42 mg / L and 7.87 mg / L effluent.
T-N의 제거효율은 높지 않았으나 방류수 중 질소의 대부분은 질산성 질소로 산화되었다. 암모니아성 질소는 약 84.5% 정도로 처리효율이 높았으며 암모니아성 질소는 산화에 의하여 질산태 또는 아질산태로 되거나 질산화된 질소가 탈질에 의하여 제거된 것으로 볼 수 있다. Although the removal efficiency of T-N was not high, most of the nitrogen in the effluent was oxidized to nitrate nitrogen. The ammonia nitrogen was about 84.5%, and the treatment efficiency was high. The ammonia nitrogen was converted to nitrate or nitrite by oxidation, or the nitrified nitrogen was removed by denitrification.
[시험예 6] T-P 변화Test Example 6 T-P Change
도 7은 2단(수직 및 수평 흐름) 복층여재 갈대 인공습지에서의 시간경과에 따른 유입 및 유출수의 T-P 변화를 나타내었다. Figure 7 shows the T-P change of the inflow and outflow water over time in the two-stage (vertical and horizontal flow) duplex media reed artificial wetland.
평균 T-P는 유입수 8.3mg/L, 유출수 0.97mg/L(처리효율 88.3%)로써 Klaus Bahlo20)는 수직형 모래여과상에서 T-P 51.9% 그리고 G. Fehr, et. al.21)은 식재한 토양여과상에서 53∼56%이었다고 보고한 연구결과에 비하여 상당히 높은 것을 알 수 있다. 도 2의 pH 변화와 도 7의 T-P 변화를 비교해 볼때 pH가 높을수록 T-P 또한 처리효율이 높은 것을 알 수 있다.The average T-P was 8.3 mg / L influent and 0.97 mg / L effluent (88.3% treatment efficiency). Klaus Bahlo20) showed 51.9% T-P and G. Fehr, et. al.21) are considerably higher than the results of the study, which reported that they were 53-56% in the soil filtration planted. When comparing the pH change of FIG. 2 and the T-P change of FIG. 7, it can be seen that the higher the pH, the higher the treatment efficiency.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 현행 생물학적 공법에 비하여 시설비용이 저렴하고, 간단하게 설치 유지할 수 있으며, 고급 기술관리인력을 요구하지 않아 유지관리비가 거의 소요되지 않고, 슬러지 등 부산물을 발생하지 않으며, 한번 설치로 반영구적으로 사용할 수 있으며, 주변환경과 조화를 이룰 수 있고, NH4 +-N 및 인의 제거효율을 향상시키는 효과를 발휘할 것이다.According to the present invention as described above, compared to the current biological method, the installation cost is low, can be easily installed and maintained, does not require advanced technical management personnel, maintenance costs are rarely required, do not generate by-products such as sludge, It can be used semi-permanently with one installation, can be harmonized with the surrounding environment, and will improve the NH 4 + -N and phosphorus removal efficiency.
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