KR101303525B1 - 환경친화형 인공습지 축산폐수 처리시스템 - Google Patents

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김성헌
조주식
허종수
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Abstract

본 발명에 따른 환경친화형 인공습지 축산폐수 처리시스템은 축산폐수가 저장되는 집수조, 상기 집수조에 저장된 축산폐수를 유입하여 1차 정화하여 배출하는 미생물 반응조, 및 상기 1차 정화된 축산폐수를 유입하여 호기성 상태 또는 혐기성 상태 중 적어도 어느 하나의 상태에서 2차 정화하여 배출하는 수처리부를 포함하되, 상기 미생물 반응조는 축산폐수에 포함된 오염물질을 분해하기 위한 호기성 미생물과, 상기 호기성 미생물에 의한 오염물질의 분해를 촉진하기 위해 공기를 공급하는 폭기장치, 및 교반장치가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 환경친화형 인공습지 축산폐수 처리시스템은 미생물 반응조를 이용한 전처리 과정을 통하여 고오염도의 축산폐수를 1차적으로 정화하고, 수직흐름조와 수평흐름조로 구성된 인공습지를 이용하여 상기 축산폐수를 2차적으로 정화하는 방식이기 때문에 축산폐수에 대한 수처리 효율을 크게 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

Description

환경친화형 인공습지 축산폐수 처리시스템{A Livestock Wastewater Treatment System using Constructed Wetlands}
본 발명은 환경친화형 인공습지 축산폐수 처리시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 축산농가에서 배출되는 축산폐수를 전처리 과정과 인공습지를 이용한 수처리 과정을 통해 2단계로 정화함으로써 고오염도의 축산폐수를 효과적으로 처리할 수 있는 환경친화형 인공습지 축산폐수 처리시스템을 제공하기 위한 것이다.
근래 축산업의 고도성장으로 인한 집약화 및 대규모화에 따라 축산폐수의 발생량은 급격히 증가한 반면에 축산폐수를 환원시킬 수 있는 초지나 경지면적은 오히려 감소하는 추세이기 때문에 환경적인 측면에서 효과적인 축산폐수의 처리기술의 개발이 국내외적으로 매우 시급한 실정이다.
일반적으로 축산폐수는 고농도의 유기물, 질소, 인 등이 함유된 고오염도의 폐수이기 때문에 종래의 통상적인 하폐수 처리 기술로는 이들 오염물질들을 효과적으로 제거하기 어렵고, 따라서 현재 축산폐수의 처리에 가장 보편적으로 사용되고 있는 기술은 활성슬러지법에 의한 생물학적 처리가 대부분이라고 할 수 있다.
그러나, 축산폐수의 경우 질소와 인의 함량이 매우 높은 특성을 가지는 것임에 반하여, 상기 활성슬러지법은 이들 질소와 인 등의 영양소 제거효율이 매우 낮은 수준이기 때문에 점차 강화되고 있는 방류수 수질 기준에 대응하기 곤란한 문제점이 있다.
따라서, 최근에는 이러한 생물학적 처리의 한계를 극복하기 위하여 전기분해를 이용한 폐수처리방법을 적용하고자 하는 시도가 이루어지고 있는데, 이러한 전기분해를 이용한 폐수처리방법은 하기 [문헌 1] 등에 상세히 개시되어 있다.
그러나, 하기 [문헌 1]에 개시된 전기분해를 이용한 폐수처리방법의 경우에도 고분자 응집제와 철염 등의 화학물질을 첨가하는 방식이기 때문에 이들 화학물질에 의한 2차 오염의 우려뿐만 아니라 주기적인 전극교환의 필요성 등으로 인하여 이 분야의 전문가가 아닌 축산농가의 입장에서는 유지관리가 용이하지 않다는 문제점이 있으며, 축산폐수의 처리효율이 낮아 방류수 수질기준을 만족시키기 어려운 문제점이 있다.
[문헌 1] 한국공개특허 제1999-0000168호 (1999년 1월 15일 공개)
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 고오염도의 축산폐수를 전처리 과정과 인공습지를 이용한 수처리 과정을 통해 2단계로 정화처리함으로써 고오염도의 축산폐수에 대한 처리 효율을 향상시킬 수 있는 환경친화형 인공습지 축산폐수 처리시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 질소와 인의 함량이 높은 축산폐수의 특성을 고려하여 상기 수처리 과정에 사용되는 여재를 질소와 인에 대한 흡착능이 매우 우수한 재질로 선택함으로써 축산폐수에 대한 정화처리가 더욱 효과적으로 이루어질 수 있도록 하는 환경친화형 인공습지 축산폐수 처리시스템을 제공하기 위한 것이다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 환경친화형 인공습지 축산폐수 처리시스템은 축산폐수가 저장되는 집수조, 상기 집수조에 저장된 축산폐수를 유입하여 1차 정화하여 배출하는 미생물 반응조, 및 상기 1차 정화된 축산폐수를 유입하여 수직흐름과 또는 수평흐름 중 적어도 어느 하나의 상태에서 2차 정화하여 배출하는 수처리부를 포함하되, 상기 미생물 반응조는 축산폐수에 포함된 오염물질을 분해하기 위한 호기성 미생물과, 상기 호기성 미생물에 의한 오염물질의 분해를 촉진하기 위해 공기를 공급하는 폭기장치, 및 교반장치가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 집수조의 축산폐수를 유입하여 오염물질을 여과하고, 상기 오염물질이 여과된 축산폐수를 상기 수처리부로 배출하는 여과조를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수처리부는 상기 미생물 반응조를 경유한 축산폐수를 유입하여 호기성 상태에서 정화하여 배출하는 수직흐름조와, 상기 수직흐름조를 경유한 축산폐수를 유입하여 혐기성 상태에서 정화하여 배출하는 수평흐름조를 포함하여 구성되되, 상기 수직흐름조와 수평흐름조는 각각 내부에 모래, 왕사 및 쇄석 중 적어도 어느 하나를 포함하는 여재가 적층된 상태에서 수생식물이 식생된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수직흐름조의 여재에는 축산폐수에 포함된 질소를 흡착하기 위한 제올라이트가 더 포함되고, 상기 수평흐름조의 여재에는 축산폐수에 포함된 인을 흡착하기 위한 방해석이 더 포함된 것을 특징으로 한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 환경친화형 인공습지 축산폐수 처리시스템은 미생물 반응조를 이용한 전처리 과정을 통하여 고오염도의 축산폐수를 1차적으로 정화하고, 수직흐름조와 수평흐름조로 구성된 인공습지를 이용하여 상기 축산폐수를 2차적으로 정화하는 방식이기 때문에 축산폐수에 대한 수처리 효율을 크게 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 환경친화형 인공습지 축산폐수 처리시스템은 상기 인공습지를 이용한 수처리 과정에 사용되는 여재에 축산폐수에 많이 포함된 질소와 인에 대한 흡착능이 매우 우수한 제올라이트와 방해석을 첨가함으로써 축산폐수에 대한 수처리 효율을 더욱 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 환경친화형 인공습지 축산폐수 처리시스템의 전체 구성을 개략적으로 설명하기 위한 단면도이고,
도2는 도1에 도시한 수직흐름조와 수평흐름조의 내부 구성을 설명하기 위한 평면도이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 이용하여 상세히 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 환경친화형 인공습지 축산폐수 처리시스템의 전체 구성을 개략적으로 설명하기 위한 단면도이고, 도2는 도1에 도시한 수직흐름조와 수평흐름조의 내부 구성을 설명하기 위한 평면도이다.
본 발명에 따른 환경친화형 인공습지 축산폐수 처리시스템은 유입되는 축산폐수를 저장하는 집수조(1), 상기 집수조(1)의 축산폐수를 유입하여 1차적으로 정화하여 배출하는 전처리조(5,10), 상기 전처리조(5,10)에서 배출되는 축산폐수를 2차적으로 정화하는 수처리조(20,30)를 포함하여 구성된다.
먼저, 상기 집수조(1)는 축산폐수 유입관(1a)을 통해 유입되는 축산폐수(1c)를 일시적으로 저장하기 위한 것으로서 악취와 해충의 발생을 최소화하기 위하여 통상의 탱크 형상으로 구성되는 것이 바람직하며, 집수조(1) 내부의 발효에 의한 내압 상승을 방지하기 위하여 필요에 따라서는 압력조절용 개폐구(미도시)가 더 형성될 수도 있다.
또한, 상기 집수조(1)에 저장된 축산폐수(1c)는 제1펌프(P1)에 의하여 축산폐수 배출관(1b)을 통하여 후술하는 전처리조(5,10)로 유입된다.
또한, 상기 전처리조(5,10)는 여과재(H)를 이용하여 액상의 축산폐수(1c)에 포함된 영양염류를 여과하는 여과조(5)와, 호기성 미생물의 분해반응에 의하여 상기 축산폐수(1c)를 정화하는 미생물 반응조(10)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 여과조(5)는 유입된 액상의 축산폐수(1c)에 포함된 영양염류를 여과하기 위한 것으로서 서로 병렬, 직렬 또는 직병렬 방식 중 어느 하나의 방식으로 연결된 하나 이상으로 구성되며, 각각의 수생식물 여과조(5)는 하부에 자갈(P)을 소정 높이로 적층한 후 그 상부에 여과재(H)를 적층하는 방식으로 구성된다.
또한, 상기 여과재(H)는 모래, 왕사, 쇄석 또는 활성탄소 등 통상의 여과재 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있으며, 필요에 따라서는 식물의 줄기, 대 등의 파쇄물과 같은 식물 부산물을 이용하여 구성될 수도 있다.
이와 같이, 상기 여과조(5)는 축산폐수(1c)의 전처리를 통한 폐수처리시스템의 수처리 효율을 향상시키기 위한 목적을 달성하기 위한 것으로서 축산폐수(1c)에 포함된 영양분(오염물질)들은 상기 여과재(H)에 1차적으로 여과됨으로써 전체 축산폐수 처리시스템의 수처리 효율도 증가하게 된다.
즉, 상기 여과재(H)를 이용한 전처리과정은 수처리조(20,30)에 유입되는 축산폐수(1c)에 포함된 잔류 고형물의 여과와 유기물, 질소와 인 등의 영양염류의 농도와 유입량을 크게 저감시키기 때문에 수처리 효율을 향상시킴은 물론 오염물질의 부하량 저감에 따라 축산폐수 처리시스템의 수명도 연장시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기 미생물 반응조(10)는 호기성 생물 및 미생물(미도시)이 배양되어 있는 조로서, 상기 호기성 미생물은 제1배수관(5a)을 통해 여과조(5)에서 배출된 축산폐수(1c)에 포함된 영양염류와 같은 오염물질을 에너지원으로 이용하여 번식하면서 축산폐수(1c)를 정화시키게 되며, 이 과정에서 미생물의 응집으로 인하여 영양분이 풍부한 고형의 슬러지(SL)가 생성되어 하부에 침전된다.
이를 위하여 상기 미생물 반응조(10)에는 Vorticella, Opercularia, Carchesium. Zoothamnium, Aspadisca 등의 생물과 Zoogloea, Sphaerotilus 등의 미생물이 우점하여 축산폐수(1c) 내 영양염류를 분해흡수하여 침전하고, 침전된 floc은 주기적으로 수거되어 폐기된다.
상기 Floc의 형성과정은 축산폐수(1c)에 충분한 산소를 공급하면서 상기 생물 및 호기성 미생물의 분해 및 흡수과정에 의해 침전성이 양호한 슬러지(SL)가 형성된다.
특히, 상기 호기성 미생물은 번식하면서 젤라틴(Gelatin)상의 침전물을 형성하고, 이 침전물은 유기물을 흡착하며, 미생물은 부착된 유기물을 생물화학적으로 신속하게 산화분해시킴으로써 축산폐수(1c) 중의 유기물이 효과적으로 제거된다.
상기 미생물 반응조(10)의 내부는 하부가 개방된 격벽(13)에 의하여 폭기영역(10a)과 침전영역(10b)으로 분리되도록 구성되는데, 제1배수관(5a)을 통해 폭기영역(10a)으로 유입된 축산폐수(1c)는 격벽(13)의 개방된 하부를 통해 침전영역(10b)의 상부 방향으로 흘러 제2배수관(12)을 통해 수처리조(20,30)로 배출된다.
이때, 상기 폭기영역(10a)은 전술한 생물과 미생물에 의한 반응을 촉진시키기 위하여 지속적으로 호기성 조건을 유지시킬 필요가 있는데, 이를 위하여 상기 폭기영역(10a)의 일측에는 공기(산소를 포함하는 개념임)(B)를 공급하기 위한 폭기장치(11)가 구비된다.
또한, 상기 폭기영역(10a)의 다른 일측에는 생물과 미생물에 의한 반응을 더욱 촉진하기 위하여 필요에 따라 교반장치(15)가 더 구비될 수도 있다.
한편, 상기 전술한 바와 같은 생물과 미생물의 분해반응에 의하여 축산폐수(1c) 중에 형성된 Floc은 축산폐수(1c)가 격벽(13)의 하부를 통해 침전영역(10b)의 상부 방향으로 유동하는 과정에서 자중에 의하여 하부 경사판(14)에 고형의 슬러지(SL) 형태로 침전하게 된다.
또한, 상기 미생물 반응조(10)를 경유한 축산폐수(1c)는 제2배수관(12)을 통해 후술하는 수처리조(20,30)로 배출되는데, 이 경우 전술한 바와 같이 미생물 반응조(10)의 하부 경사판(14)에 슬러지(SL)가 침전되는 미생물 반응조(10)의 유동 특성상 상기 제2배수관(12)은 미생물 반응조(10)의 상부에 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 이와 같이 제2배수관(12)이 미생물 반응조(10)의 상부에 설치될 경우 축산폐수(1c)가 자연유하식으로 배출될 수 있도록 상기 제2배수관(12)의 높이는 미생물 반응조(10) 내부의 수면높이 이하가 되도록 설정되는 것이 바람직하며, 다만 구조적으로 자연유하식이 불가능할 경우에는 본 실시예에서 도1에 일예로서 도시한 바와 같이 상기 제2배수관(12)의 중도에 제2펌프(P2)가 설치될 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 여과조(5)와 미생물 반응조(10)를 순차적으로 거치면서 1차적으로 정화된 축산폐수(1c)는 수처리조(20,30)에서 최종적으로 정화과정을 거치게 된다.
이때, 상기 수처리조(20,30)는 미생물 반응조(10)에서 배출되는 축산폐수(1c)를 호기성 상태에서 자연정화하는 수직흐름조(20)와, 상기 수직흐름조(20)에서 배출되는 축산폐수(1c)를 혐기성 상태에서 자연정화하는 수평흐름조(30)를 포함하여 조합형 시스템으로 구성된다.
또한, 상기 수직흐름조(20)와 수평흐름조(30)는 통상의 수조 형태가 아닌 인공습지의 형태로 구성되는데, 이 경우 상기 수직흐름조(20)와 수평흐름조(30)의 바닥면에는 미처리된 축산폐수(1c)가 지하로 스며들어 토양 및 수질을 오염시키는 것을 방지하기 위하여 차수막(M)을 설치하는 것이 더욱 바람직하다.
이들 중 상기 수직흐름조(20)의 바닥에는 소정의 높이로 자갈(P)이 채워지고 자갈(P)의 위쪽에는 소정의 높이로 여재(S)가 채워지는데, 상기 여재(S)의 상부에는 수생식물(21)이 식생된다.
이때, 상기 수직흐름조(20)에 채워지는 여재(S)의 경우 왕사 및 쇄석 등을 혼합하여 구성되며 여재(S)의 입경은 3~6 mm 정도의 범위에서 선별하여 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 일반 폐수와 대비할 때 질소와 인의 함량이 매우 높은 축산폐수(1c)의 특성을 고려하여 왕사와 쇄석 보다 질소와 인의 흡착능이 현저히 우수한 제올라이트와 방해석 중 적어도 어느 하나를 상기 수직흐름조(20)의 여재(S)에 첨가하는 것으로 구성하였다.
더욱 구체적으로, 본 실시예에서는 일예로서 상기 수직흐름조(20)의 경우 실험을 통하여 암모니아성 질소의 흡착능이 우수한 것으로 나타난 제올라이트를 상기 여재(S)에 첨가하는 것으로 구성하였는데 이에 한정되지 아니하며, 필요에 따라서는 상기 여재(S)는 왕사와 쇄석으로 구성되거나 전술한 바와 같이 이들에 방해석을 첨가하거나 제올라이트와 방해석의 혼합물을 첨가하여 구성될 수 있음은 물론이다.
또한, 상기 수직흐름조(20)의 바닥에 채우는 자갈(P)은 입경이 대략 10∼20㎜ 정도 범위에서 선별하여 사용하는 것이 바람직하며, 상기 자갈(P)의 적층 높이는 대략 15∼20㎝ 정도 범위에서 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 수직흐름조(20)의 여재(S) 상부에 식생하는 수생식물(21)은 여재(S) 속으로 산소를 공급할 수 있는 통기조직을 갖는 갈대, 물억새, 달뿌리풀 등이 주로 적용 가능하다.
또한, 상기 수직흐름조(20)의 내부에는 도2에 도시한 바와 같이 수직방향으로 수직흐름조(20)를 경유한 축산폐수(1c)를 수평흐름조(30)로 안내하기 위한 제3배수관(22)이 더 설치되는데, 상기 제3배수관(22)은 배수구가 수평흐름조(30) 방향으로 외부로 노출되도록 수직흐름조(20)의 바닥에서 자갈(P)과 여재(S)에 격자 형상으로 매설되어 설치된다.
또한, 도면에는 도시하지 않았으나 상기 제3배수관(22)의 외면에는 다수의 작은 배수공(미도시)이 형성되는 것이 바람직한데, 상기 배수공을 통하여 자갈(P)이나 여재(S)쪽에서 수처리된 축산폐수(1c)가 상기 제3배수관(22)으로 유입된다.
이 경우, 상기 제3배수관(22)에는 급기공이 여재나 슬러지 등에 의하여 막히는 것을 방지하기 위하여 미세한 조직의 망을 설치하는 것이 더욱 바람직하다.
한편, 상기 제3배수관(22)의 경우 전술한 바와 같이 배수구가 수평흐름조(30) 방향으로 외부로 노출되도록 형성되기 때문에 제3배수관(22)의 내부 단면 중 상부 영역을 통해서는 외기가 공급될 수 있는 구조를 가지게 된다.
이와 같이, 외부에서 공급된 외기는 전술한 배수공을 통하여 수직흐름조(20) 내부의 자갈(P)이나 여재(S) 속으로 산소를 공급하게 됨으로써 호기성 미생물에 의한 영양염류의 분해가 더욱 활발하게 이루어질 수 있도록 하여 축산폐수에 대한 수처리 효율을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 상기 수평흐름조(30)의 바닥에는 소정의 높이로 입경이 대략 10~20 mm 정도 범위의 자갈(P)이 채워지고 상기 자갈(P)의 적층 높이는 대략 10~15 cm 정도가 바람직하다.
또한, 상기 자갈(P)의 위쪽에는 소정의 높이로 여재(S)가 채워지는데, 상기 여재(S)의 상부에는 수생식물(31)이 식생된다.
이때, 상기 수평흐름조(30)에 사용되는 여재(S)의 경우 모래와 왕사 등을 혼합하여 구성되는 것이 바람직하며, 여재(S)의 입경은 1~6 mm 정도의 범위에서 선별하여 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 일반 폐수와 대비할 때 질소와 인의 함량이 매우 높은 축산폐수의 특성을 고려하여 모래와 왕사 보다 질소와 인의 흡착능이 현저히 우수한 제올라이트와 방해석 중 적어도 어느 하나를 상기 수평흐름조(30)의 여재(S)에 첨가하는 것으로 구성하였다.
더욱 구체적으로, 본 실시예에서는 일예로서 상기 수평흐름조(30)의 경우 실험을 통하여 인의 흡착능이 우수한 것으로 나타난 방해석을 상기 여재(S)에 첨가하는 것으로 구성하였는데 이에 한정되지 아니하며, 필요에 따라서는 상기 여재(S)는 모래와 왕사로 구성되거나 전술한 바와 같이 이들에 제올라이트를 첨가하거나 제올라이트와 방해석의 혼합물을 첨가하여 구성될 수 있음은 물론이다.
또한, 본 발명에서 수행한 실험결과 방해석의 경우 전술한 바와 같이 인에 대한 흡착능이 매우 높은 것으로 확인되었는데, 이는 방해석의 주성분이 대부분 CaCO3 형태로 이루어져 있어서 정석탈인법(晶析脫燐法)에 의하여 인이 처리되기 때문인 것으로 판단된다.
또한, 상기 수평흐름조(30)의 여재(S)로 사용되는 왕사(모래)는 굴패각 등이 함유된 바다모래를 사용하는 것이 더욱 바람직한데, 이는 전술한 방해석의 경우와 마찬가지로 굴패각에 함유된 CaCO3 성분이 인을 흡착하여 인공습지의 수명을 연장시키기 때문이다.
또한, 상기 수평흐름조(30)의 여재(S) 상부에 식생하는 수생식물(31)은 정수식물인 부들, 줄, 노란꽃창포 및 삿갓사초 등이 주로 적용 가능하며, 여재(S) 상부 표면까지 수위를 조절하여 산소 공급을 차단함으로써 혐기성 상태를 유지하도록 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 도2에 도시한 바와 같이 수평흐름조(30)의 내부에는 축산폐수(1c)의 흐름을 안내하도록 지그재그 형상의 안내벽(32)이 더 설치될 수 있는데, 이는 유입된 액상의 축산폐수(1c)가 상기 지그재그 경로를 경유하면서 높은 혐기성 상태에서 탈질처리 되도록 하기 위한 것이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 환경친화형 인공습지 축산폐수 처리시스템의 수처리조(20,30)에서 축산폐수(1c)를 처리하는 과정을 구체적으로 살펴보면, 먼저 미생물 반응조(10)를 경유한 축산폐수(1c)는 수직흐름조(20)로 유입된 후 여재(S)층 속으로 스며들어 아래쪽으로 수직방향으로 흐르면서 축산폐수(1c)에 포함된 부유성 오염물질(특히, 유기물 등 영양염류)이 여과된다.
이때, 여과된 오염물질은 수생식물(21)의 근권과 여재(S), 자갈(P)의 표면에서 번식하는 미생물에 의해 분해되기 시작하는데, 이 경우 여재(S)에 식생된 수생식물(21)의 뿌리를 통하여 산소가 공급될 뿐만 아니라 상기 제3배수관(22)을 통해서도 외기가 자연대류에 의하여 공급되기 때문에 미생물이 번식하기에 충분한 산소가 항상 공급되어 오염물질의 분해작용이 활발하게 이루어질 수 있다.
상기와 같이 부유성 오염물질이 여과된 축산폐수(1c)는 전술한 바와 같이 배수공(미도시)을 통하여 제3배수관(22)으로 유입되어 상기 수평흐름조(30)로 배출된다.
이때, 상기 여재(S)와 자갈(P)을 통과하는 축산폐수(1c)는 수직여과방식으로 여과되어 상기 제3배수관(22)으로 유입된 후 수평흐름조(30)로 유출되며, 상기 제3배수관(22)의 2/3 이상의 위쪽 부분은 항상 빈 공간으로 유지되기 때문에 이 공간을 통하여 유입된 외부 공기가 수직흐름조(20)의 내부로 공급될 수 있다.
즉, 상기 제3배수관(22)의 경우 수직흐름조(20)를 경유한 축산폐수(1c)가 수평흐름조(30)로 배출됨과 동시에(제3배수관의 하부 영역), 외부의 공기를 유입시켜(제3배수관의 상부 영역) 배수공을 통해 수직흐름조(20)의 내부로 유입되도록 하는 작용이 함께 이루어진다.
상기와 같은 방식에 의하여 수직흐름조(20)의 내부에 전체적으로 고르게 산소가 충분하게 공급되므로 미생물이 왕성하게 생육하면서 거의 모든 유기물을 분해하여 처리한다.
상기한 과정에서 처리되지 않은 일부 유기물(오염물질)은 여재(S)와 자갈(P)에 의한 흡착, 여과, 침전 및 수생식물(21)로의 흡수 등에 의하여 수직흐름조(20)에서 축산폐수(1c)가 처리된다.
이때, 상기 미생물 반응조(10)로부터 수직흐름조(20)로 유입되는 축산폐수(1c)에는 미생물 반응조(10)에서 미처리된 유기물이 존재하고 있으며, 상기와 같이 수직흐름조(20)를 통과하면 충분한 산소공급에 의하여 호기성 미생물들이 활성화되어 상기 미처리된 유기물을 분해하고 NH4-N의 경우에는 미생물의 질산화과정에 의해서 대부분 NO3-N으로 전환되며, 여재(S)에 포함된 제올라이트에 의하여 일부 흡착될 수 있다.
이와 같이 수직흐름조(20)를 통과한 축산폐수(1c)는 대부분의 오염물질이 미생물, 수생식물(21), 여재(S) 및 자갈(P)에 의해 처리된다.
상기와 같이 수직흐름조(20)를 통과한 축산폐수(1c)가 제3배수관(22)의 배수구를 통하여 수평흐름조(30)로 유입되면, 상기 수평흐름조(30)에서는 안내벽(32)에 의하여 축산폐수(1c)의 흐름이 지그재그로 안내되므로 체류시간이 최대한 길어지게 된다.
이때, 상기 수평흐름조(30)의 내부에서는 질산화된 1차 처리수를 혐기성 조건으로 용존산소(DO)를 충분히 감소시키고 미생물에 의해 탈질을 유도하면서 질소가 제거되고, 인은 방해석을 포함하는 여재(S)와 자갈(S)에 의한 흡착, 여과, 침전, 및 수생식물(31)에 의한 흡수에 의해 2차 처리되어 잔여 유기물 및 무기물 등의 오염물질이 제거된 후 방류관(34)을 통해 하천 등에 최종 방류된다.
한편, 본 실시예에서는 환경친화형 인공습지 축산폐수 처리시스템을 구성하는 상기 집수조(1), 여과조(5), 미생물 반응조(10), 수직흐름조(20), 및 수평흐름조(30)가 각각 상대적인 높이차를 형성하도록 구성됨으로써 자연유하에 의하여 액상의 상기 축산폐수(1c)가 순차적인 정화과정을 경유하도록 구성되어 있으나, 이에 한정되지 아니하며 필요에 따라서는 펌프 등을 이용하여 각각의 처리조를 경유한 축산폐수(1c)가 배출되도록 구성될 수도 있다.
이와 같이, 별도의 펌프를 이용하는 경우에는 각각의 처리조가 순차적인 높이차를 가지도록 구성될 필요성이 없기 때문에 처리조(특히, 수직흐름조와 수평흐름조와 같은 인공습지)의 설치를 위한 위치선정이 자유로워지는 장점이 있다.
다만, 이와 같이 별도의 펌프를 이용하는 경우 펌프 구동을 위한 전원이 필요하다는 단점이 있으나, 이 경우에도 태양에너지, 풍력 등과 같은 신재생에너지를 이용한 전원공급장치를 구비함으로써 상기 환경친화형 인공습지 축산폐수 처리시스템을 친환경적으로 구성할 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 환경친화형 인공습지 축산폐수 처리시스템은 여과조와 미생물 반응조를 이용한 전처리 과정을 통하여 고오염도의 축산폐수를 1차적으로 정화하고, 수직흐름조와 수평흐름조로 구성된 인공습지를 이용하여 상기 축산폐수를 2차적으로 정화하는 방식이기 때문에 축산폐수의 처리 효율을 크게 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 환경친화형 인공습지 축산폐수 처리시스템은 상기 인공습지를 이용한 수처리 과정에 사용되는 여재에 축산폐수에 많이 포함된 질소와 인에 대한 흡착능이 매우 우수한 제올라이트와 방해석을 첨가함으로써 축산폐수에 대한 수처리 효율을 더욱 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
1 : 집수조 5 : 여과조
10 : 미생물 반응조 20 : 수직흐름조
30 : 수평흐름조

Claims (4)

  1. 축산폐수가 저장되는 집수조;
    서로 병렬로 연결되고, 각각 상기 집수조에 저장된 축산폐수를 유입하여 오염물질을 여과한 후 배출하는 복수의 여과조;
    상기 복수의 여과조에서 배출된 축산폐수를 유입하여 1차 정화하여 배출하는 미생물 반응조; 및
    상기 1차 정화된 축산폐수를 유입하여 호기성 상태 또는 혐기성 상태 중 적어도 어느 하나의 상태에서 2차 정화하여 배출하는 수처리부를 포함하되,
    상기 미생물 반응조의 내부는 하부가 개방된 격벽에 의하여 폭기영역과 침전영역으로 구분되도록 구성되고,
    상기 폭기영역은 복수의 여과조로부터 상부에서 유입되는 폐수를 정화하여 상기 격벽의 하부를 통해 배출하되, 내부에는 축산폐수에 포함된 오염물질을 분해하여 고형의 슬러지를 형성하는 호기성 미생물이 배양되어 있고, 상기 호기성 미생물에 의한 오염물질의 분해를 촉진하기 위해 공기를 공급하는 폭기장치와 교반장치가 구비되어 있으며,
    상기 침전영역은 상기 격벽의 하부를 통해 유입되는 축산폐수를 상부 방향으로 배출하되, 격벽 하부에는 상기 폭기영역에서 형성된 고형의 슬러지를 침전시키기 위한 경사판이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 환경친화형 인공습지 축산폐수 처리시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수처리부는, 상기 미생물 반응조를 경유한 축산폐수를 유입하여 호기성 상태에서 정화하여 배출하는 수직흐름조와, 상기 수직흐름조를 경유한 축산폐수를 유입하여 혐기성 상태에서 정화하여 배출하는 수평흐름조를 포함하여 구성되되,
    상기 수직흐름조와 수평흐름조는 각각 내부에 모래, 왕사 및 쇄석 중 적어도 어느 하나를 포함하는 여재가 적층된 상태에서 수생식물이 식생된 것을 특징으로 하는 환경친화형 인공습지 축산폐수 처리시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수직흐름조의 여재에는 축산폐수에 포함된 질소를 흡착하기 위한 제올라이트가 더 포함되고, 상기 수평흐름조의 여재에는 축산폐수에 포함된 인을 흡착하기 위한 방해석이 더 포함된 것을 특징으로 하는 환경친화형 인공습지 축산폐수 처리시스템.
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