KR200425757Y1 - 하수처리구역용 단독정화조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 수세식화장실에서 나오는 오수를 침전·분해 등의 방법으로 처리하는 시설인 단독정화조에 관한 것으로, 좀더 자세히는 혐기조, 침전조, 격벽 및 유입관, 이동관, 유출관으로 구성된다. 이러한 본 고안은 하수처리구역 내에 적합한 간단한 구조의 단독정화조로서, 기존 단독정화조에 비하여 체류시간을 감소시킴으로 설치비용과 유지관리비용이 절감되고, 협잡물을 배제한 오수가 하수 관거에 쉽게 배출되게 하며, 하수처리장의 효율을 증대시킬 수 있다.

단독정화조, 하수처리구역내, 격벽, 총 유효용량, 비용절감

Description

하수처리구역용 단독정화조{Optimum Septic Tank in Wastewater Treatment Area}

도 1은 본 고안의 단독정화조를 나타내는 단면도,

도 2는 도 1의 평면도,

도 3은 종래 콘크리트 재질 부패탱크식 단독정화조의 단면도,

도 4는 도 3의 평면도,

도 5는 종래 부패탱크식 단독정화조와 본 고안 단독정화조의 공사비를 비교한 그래프,

도 6은 하수처리구역 내·외에서 생활오수의 처리체계를 나타낸 흐름도.

*도면 부호의 설명*

1: 혐기조 2: 침전조

3: 격벽 4, 4': 유입관

5: 이동관 6, 6': 유출관

7, 7', 7": 뚜껑 8: 환기구

9: 슬러지 H: 유효수심

11: 부패실 12: 소화실

13: 여과실

본 고안은 수세식 화장실에서 나오는 오수를 침전·분해 등의 방법으로 처리하는 시설인 단독정화조에 관한 것으로, 좀더 자세히는 혐기조, 침전조, 격벽 및 유입관, 이동관, 유출관을 포함하여 구성된다. 본 고안은 하수처리구역 내에 적합한 간단한 구조의 단독정화조로서, 기존 단독정화조에 비하여 체류시간을 감소시킴으로 설치비용과 유지관리비용이 절감되고, 협잡물을 배제한 오수가 하수관거에 쉽게 배출되게 하여 하수처리장의 효율을 증대시킬 수 있다.

생활양식 변화와 소득증가로 생활수준이 향상되면서 도시지역은 물론 농촌에서도 재래식 화장실이 감소하고 수세식 화장실이 증가함에 따라 분뇨방류수가 생활오수와 함께 주된 수질오염원으로 떠오르고 있다. 전국 오수발생량은 2003년 기준으로 14,961천m³/d로 이중 11,994천m³/d가 하수처리구역 내로 배출되고 있으며, 2,966천m³/d가 하수처리구역 외로 배출되고 있다. 전체 오수발생량 중 약 80%정도가 하수처리구역 내 지역으로 배출되고 있다. 또한 전국에 단독정화조의 시설 수는 277만4천 개이며 하수처리구역 내에 설치한 시설 수는 199만2천 개로 약 72%정도가 하수처리구역 내에 설치되고 있다.

도 6은 우리나라 하수처리구역 내·외에서 생활오수의 처리체계를 보여주고 있다. 하수처리구역 내에서는 분류식 지역에는 오수처리시설 없이 오수와 분뇨가 오수관거로 직투입되어 하수처리장으로 이송되며, 합류식 지역에서는 단독정화조에 유입되어 처리된 후 방류수가 하수처리장으로 이송되고 있다. 하수처리구역 외는 오수와 분뇨가 오수처리시설에 의해 처리되고 있다.

하수처리구역 내에서 우·오수분류식 하수관거는 오수와 분뇨가 직투입되어 하수처리장으로 이송되는 반면, 합류식 하수관거는 분뇨를 직투입할 경우 하수도시스템에서 발생하는 여러 가지 문제점으로 인해 단독정화조를 의무적으로 설치해야 한다.

본 연구의 대상인 단독정화조는 도 6과 같이 우·오수 합류식 관거가 설치된 하수처리구역 내인 경우에는 반드시 설치할 의무를 부과하고 있는 시설이다. "단독정화조"란 수세식화장실에서 나오는 오수를 침전·분해 등 환경부령이 정하는 방법(호기성 생물학적 방법, 혐기성 생물학적 방법 등)에 의하여 처리하는 시설을 말한다고 오수·분뇨 및 축산 폐수의 처리에 관한 법률 제2조에 용어가 정의되어 있다.

그러나, 하수처리구역 내에 포함되지 않았던 때에 세워진 건물이 하수처리구역 내에 편입되고, 하수 관거가 우·오수 분류식인 경우 이미 설치된 오수처리시설과 단독정화조는 오수가 공공 하수도로 배수되도록 하는 등의 조치를 한 후 시장, 군수, 구청장에게 신고하면 폐쇄할 수 있는 길을 열어 두었는데 합류식 관거가 설 치된 경우에는 이미 설치된 오수처리시설은 폐쇄할 수 있으나 단독정화조는 폐쇄할 수 없다는 것이다.

우·오수 합류식 관거에 설치되어 있어 폐쇄 불가능한 단독정화조의 경우 건축주의 부지확보문제, 처리 및 설치 비용 부담, 하수처리장에서 빈부하(賓負荷)로 인한 처리효율 저하, 악취발생 등이 문제점으로 나타나고 있다.

하수처리구역 내 단독정화조를 전면 폐지하는 경우 문제점은 합류식 하수관거 내의 분뇨투입에 의한 퇴적물 증가와 관거 내에서 부패로 인한 냄새유발, 강우시 월류수에 의한 퇴적물의 방류로 수질오염 가중 등을 들 수 있다. 분뇨가 정화조를 거치지 않고 합류식 하수관거에 유입되어 유속이 낮으면 침전이 되나 관거 내에서는 생물학적으로 분해되어 필요한 통수 단면적이 확보될 것이다. 실제적으로 관거의 폐쇄는 분뇨에 의한 경우보다는 생물학적으로 분해되지 않는 협잡물에 의한 경우가 더 많으리라 예상된다.

합류식 하수관거 내에 생분뇨와 같은 고농도 유기물질이 함유된 퇴적물이 누적되거나 정체현상이 심한 지역에서는 냄새유발이 우려되고, 파리, 모기 등의 해로운 벌레들이 발생할 우려가 크다. 따라서, 합류식 하수관거 내에 수세식 화장실에서 발생한 분뇨는 어느 정도 협잡물을 제거하고 냄새가 덜 발생하는 소화된 분뇨를 적절하게 관내에 투입하기 위한 적합한 단독정화조 개발이 요구된다. 하수처리구역에서 단독정화조는 구역 내외 구분없이 단독정화조의 설치기준에 의한 건축주의 설치비용부담, 방류수 수질기준에 부적합한 경우 과태료 납부, 정화조 유지관리를 위한 전기사용료 및 청소비 등의 비용으로 주민들에게 경제적인 부담을 주고 있어 단 독정화조 설치가 면제되거나 설치가 불필요한 지역 주민에 비해 형평성에 어긋나는 실정이다.

또한, 도 3과 도 4는 기존 부패탱크식 단독정화조를 도시화한 것으로, 오수가 제1 부패조로 유입된 다음 소화실을 거친 후 여과실을 거쳐 배출된다. 표 1은 사용 인원에 따른 부패탱크식 단독정화조 유효용량의 한 예를 보여주고 있다. 이런 종래의 단독정화조는 부패실과 소화실, 여과실로 구성되어 있어 오랜 체류시간이 소요되며, 체류시간으로 인한 유효용량 또한 커지게 된다. 총 유효용량으로 인해 설치에 따른 비용이 많이 소요된다는 결점이 있고, 여과실에 의한 처리효과는 거의 없는 것으로 나타났다.

사용인원(인)	형태	높이(H),길이(L)(㎜)	지름(D)(㎜)	유효용량(㎥)
5	원통형 (종형)	1730(H)	1070	1.21
15		1820(H)	1500	2.66
20		2100(H)	1500	3.15
25		1600(H)	2000	4.05
30		1780(H)	2000	4.61
40	원통형(종형)	2680(L)	1800	5.74
50		3230(L)	1800	7.06

하수처리구역 내에 적합한 단독정화조의 기능은 기존 단독정화조와 다르게 BOD 제거효율 50%이상의 높은 수처리 성능을 가질 필요가 없고, 생물학적으로 분해되지 않는 협잡물이 관거 내로 유출되지 않아야 하고, 단독정화조에서 배출된 유출수가 관거 내에서 악취발생이 적어야 하고, 단순한 구조이면서 유지관리가 용이해 야 하고, 설치 및 유지관리비의 비용을 경감시켜 주민들의 경제적인 부담이 적어야 한다.

이에 본 고안은 종래 단독정화조의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 소화실과 여과실을 두지 않고 부패실과 유사한 형태의 1실에 격벽을 두어 혐기조 및 침전조로 나누어 하수관거로 유입되는 협잡물을 제거하고, 정화조 유출수를 하수관거에 방류시켜 하수처리장의 처리효율을 높이고 설치 및 유지비용이 절감된 단독정화조를 제공하려는 것이다.

본 고안은 하수처리구역 내 합류식 관거지역에 적용 가능한 간단한 형태의 단독정화조를 연구개발하여 보급함으로써 하수처리장 처리효율 향상 및 주민부담 경감을 도모하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 하수처리구역 내 단독정화조는 상부에 뚜껑이 개폐되는 용기 형상의 본체와 상기 본체 내부에 설치되어 본체 내부 공간을 혐기조와 침전조로 분리하는 격벽과, 혐기조 내부로 분뇨를 유입하는 “┫”자형 유입관과, 혐기조로부터 침전조로 분뇨를 이동시키는 “┣”자형 이동관과, 혐기조로부터 분뇨를 외부로 유출시키는 유출관으로 이루어지며,

상기 혐기조는 상기 침전조 용량의 2~3배로 형성하며,

상기 “┫”자형 유입관의 혐기조 하단측 개구부는 수면으로부터 유효수심의 1/3 내지 1/2 깊이로 형성하며,

상기 “┣”자형 이동관의 혐기조 하단측 개구부는 수면으로부터 유효수심의 1/2 내지 3/5 깊이로 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 단독정화조의 유효용량이 최소 0.75m³이며, 유효수심이 1~3m인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 “┫”자형 유입관, 상기“┣”자형 이동관 및 상기 유출관의 지름이 10cm 이상인 것을 특징으로 한다.

본 고안의 단독정화조는 도 1에 도시한 바와 같이 희석된 분뇨가 유입관을 통하여 혐기조로 유입된 후 침전 및 혐기성 소화에 의해 분해되고, 협잡물은 격벽에 의해 제거되며, 미처리된 방류수가 관거로 쉽게 배출되어 하수처리장 유입수 농도를 증대시켜 하수처리장의 처리효율을 향상시킨다.

합류식 하수관거 내에 설치될 단독정화조의 특징은 종래 단독정화조와 비교하여 다음과 같이 종래 단독정화조의 문제점들이 개선되는 긍정적인 기능을 나타낸다. 즉, 종래의 단독정화조 설치시 부정적인 기능으로 생각했던 하수처리장 유입수질의 저농도로 하수처리장의 효율이 저하되던 문제는 하수처리장 유입수의 농도를 증가시켜 처리효율을 증대시킬 수 있으며, 단독정화조의 설치비 및 매년 청소비, 전기료 등의 유지관리비가 주민들에게 경제적인 부담이 되어왔는데 본 고안의 단독정화조는 단순한 구조와 크기의 축소(약 1/2 정도)로 설치비와 유지관리비가 절감되어 주민부담을 경감시킬 수 있다. 또한 강우시 합류식 관거의 월류수(Combined Sewer Overflows: "CSO") 문제는 하천에 방류되는 월류수의 성상을 검토할 때 분뇨유입에 의한 유기물질보다는 생물학적으로 분해되지 않는 오염물질이 대부분을 차지하므로, 분뇨 협잡물만 제거한다면 고농도의 정화조 유출수에 의한 관거의 폐쇄 및 CSO 문제를 극복할 수 있다.

구분	종래 단독정화조	본 고안 단독정화조
수처리 기능	다양한 공법에 의한 BOD 제거효율 50～65%의 높은 제거효율 요구	협잡물제거 기능이 요구되므로 단독정화조의 수처리 제거효율을 크게 기대하지 않음
하수처리장과의 연계문제	하수관거의 불량으로 불명수 유입에 의한 하수처리장 유입수질의 저하 및 단독정화조 수처리기능 역할 미흡	단독정화조의 수처리 기능이 감소하므로 유출수에 의한 하수처리장 유입농도가 증가하여 처리장 효율증대
강우시 월류수 문제(CSO)	강우시 분뇨보다도 협잡물이 관거 내 유입되므로 CSO 문제시 생물학적으로 분해되지 않는 오염물질이 하천에 방류	분뇨 협잡물이 어느 정도 제거되고 관거 내에서 생물학적인 유기물질은 분해되므로 유기물질에 의한 CSO 문제는 심각하지 않음
경제적인 부담 문제	·신설 단독정화조 설치비 및 청소 등의 유지관리비가 주민들에게 과중 ·폐쇄 불가능한 단독정화조의 경우 건축주의 부지확보 어려움	부패식 탱크의 단순 구조와 크기가 약 반정도 감소하므로 주민이 부담할 설치비와 유지관리비가 절감됨
악취 문제	단독정화조 유출수가 관내에서 악취 발생문제 적음	부패식 탱크가 어느 정도 소화기능을 갖고 관내에서도 유기물질이 분해되므로 악취발생 우려 심각하지 않을 것으로 예상

단독정화조 내 적정 체류시간에 의한 BOD 제거효율을 고려해 본다면 체류시간이 12시간 정도일 때 BOD 제거효율이 30%이상일 것으로 예상한다. 그러나, 체류시간이 짧을수록 슬러지 생산량이 많아지므로 탱크 내에 누적되는 슬러지의 양을 고려하여 적정 체류시간은 여유를 두어 1일 정도로 한다. 따라서 본 고안 단독정화조의 총 유효용량은 종래 부패식 단독정화조의 체류시간 2일에 비해 반으로 줄어드는 셈이다.

단독정화조의 용량 산정은 체류시간으로 결정하기보다는 현재 산정인원에 의한 것이 보편화되었기 때문에 산정인원에 의해 결정하는 것이 바람직하다고 생각된다. 이 경우 종래 부패탱크방법의 체류시간에 비하여 본 고안 단독정화조의 체류시간이 반으로 감소하였으므로 최소 5인용 탱크크기는 1.5㎥에서 0.75㎥³로 1/2로 줄였으며, 초과용량도 처리대상인원 5인당 0.5㎥ 이상의 가산용량을 5인당 0.25㎥ 이상으로 줄였다. 본 고안의 새로운 단독정화조의 최소크기가 0.75㎥일 때 탱크의 구조상 수리학적인 문제, 탱크제작의 문제 등의 어려움이 없는 것으로 예상되며, 슬러지 발생에 의한 청소문제도 검토한 결과 1년 1회 청소하면 큰 문제가 없는 것으로 나타났다.

본 고안의 단독정화조의 구조와 규격은 다음과 같은 원칙에 의해 도출되었다.

첫째, 유효용량은 0.75㎥ 이상으로 하고, 처리대상인원이 5인을 초과하는 때에는 5인당 0.25㎥ 이상을 가산한 용량으로 한다.

둘째, 유효 수심은 1m 이상 3m 이하로 하며 유입관의 개구부의 위치는 수면으로부터 유효 수심의 3분의 1 내지 2분의 1 깊이로 하고, 유출관 개구부의 위치는 수면높이로 한다.

셋째, 격벽의 위치는 총 유효용량의 2/3 지점 또는 3/4 지점에 설치하여 혐기조의 용량이 침전조 용량의 2~3배가 되도록 한다.

넷째, 유입관은 유입구 측을 향하여 “T”자가 회전된 형태 즉, 유입구가 왼쪽이라고 가정할 때 "┫"자형 관으로 설치하되, 관의 막힘을 점검할 수 있도록 하고, 관의 지름은 10㎝ 이상인 것이 바람직하다. 유입관 “┫”자형 관의 길이는 너무 길게 제작될 경우 슬러지 누적으로 인해 오수 유입에 저해를 줄 수 있고, 너무 짧게 제작될 경우 오수 상단에 발생될 스컴으로 인한 관 막힘 현상이 일어날 수 있으므로 수면으로부터 혐기조 유효 수심의 1/3~1/2 지점으로 한다.

다섯째, 이동관은 침전조 측을 향하여 “T”자가 회전된 형태 즉, 혐기조가 왼쪽에 있고, 침전조가 오른쪽에 있다고 가정할 때 "┣"자형 관으로 설치하되, 관의 막힘을 점검할 수 있도록 하고, 관의 지름은 10㎝ 이상인 것이 바람직하다. 관의 하단은 상부의 스컴 제거 및 하부에 누적된 슬러지 유출을 방지하기 위해 수면으로부터 혐기조 유효 수심의 1/2~3/5 지점으로 한다.

여섯째, 혐기조와 침전조에는 각각 슬러지를 제거할 수 있는 뚜껑을 설치하여야 한다.

일곱째, 단독정화조에는 환기구를 설치하는 것이 바람직하다.

도 1 및 도 2에 나타난 본 고안의 단독정화조는 매우 간단하고 설치 면적이 작은 구조로서, 다음과 같이 작용한다. 먼저, 분뇨가 유입관(4)을 통하여 혐기조(1)로 유입된다. 유입관 하단 즉, 혐기조의 수면 아래에 있는 하단측은 혐기조 내의 슬러지(9)층에 의하여 막히지 않도록 유입구가 수면으로부터 유효 수심의 1/3 내지 1/2 정도로 형성하는 것이 바람직하다. 혐기조에 일정 시간 머무르면서 혐기성 소화공정을 거친 분뇨는 슬러지와 액상 부분으로 분리된 후 격벽(3)에 형성된 이동관(5)을 통하여 혐기조 유효용량의 1/2 내지 1/3 정도 되는 용량의 침전조(2)로 이동된다. 혐기조와 침전조는 완전히 차단된 상태가 아니라 격벽(3)의 상부에는 공간이 형성된다. 이러한 개방형 구조는 비용 절감과 유지 관리 측면에서 유리하다. 이동관(5)의 하단 즉, 혐기조의 수면 아래에 있는 하단측은 하부에 누적된 슬러지(9) 유출을 방지하기 위해 수면으로부터 혐기조 유효 수심의 1/2~3/5 지점에 형성하는 것이 바람직하다. 침전조(2)에서 일정 시간 체류하면서 충분히 고액 분리시킨다. 유기물 외의 협잡물을 제거하여 하수관거로 보내는 것이 중요한데, 본 고안에서는 혐기조(1)와 침전조(2) 사이에 격벽을 형성함으로써 협잡물이 혐기조에서 침전조로 넘어가지 못하도록 하였고, 일부 부유성 협잡물은 혐기조의 수면 근처에 위치하므로 혐기조를 거친 분뇨가 "┣"자형 이동관을 통과할 때 이동관 내로 진입하지 못하게 되어 하수관거로 진입할 수 없다. 침전처리를 거친 상층의 처리수는 유출관(6)을 통하여 단독정화조 외부의 하수관거로 배출되어 하수처리장으로 이송된다. 단독정화조에는 혐기조와 침전조의 상단에 뚜껑(7, 7')을 형성하여 슬러지를 처리하거나 스컴을 처리하며, 유입관(4), 이동관(5), 유출관(6)이 막히거나 파손된 것을 유지, 보수할 수 있도록 한다.

상기 단독정화조는 콘크리트 재질로 형성할 수 있고, 그 외 FRP와 같은 강화플라스틱 재질로 형성하는 것도 가능하다. 유입관, 이동관, 유출관의 재질은 플라스틱인 것이 바람직하다.

하수처리구역 내 합류식 하수관거 지역에서 기존 오수처리시설을 폐쇄할 경우 단독정화조를 따로 설치, 운영해야 하며 이때 건물 내에 설치된 화장실 오수관과 단독정화조로 연결하는 관을 분리 매설하여야 하고, 오수처리시설을 단독정화조로 개조하거나 신설 단독정화조를 만들어야 한다.

교체할 때 교체비용 부담자는 초기 설치비용과 설치 후 운영비용을 비교하게 되는데 소규모 오수처리시설이 신설 단독정화조를 설치할 때 짧은 시기 내에 운영비용이 초기 설치비용을 초과하게 되므로 큰 부담없이 교체를 비교적 많이 시도하게 된다. 반면에 대규모 오수처리시설의 경우(예컨대, 아파트 지역) 초기 설치비용이 과다하고, 유지관리비도 계속 징수되어야 하므로 주민들에게 설치비를 부담하지 못해 과감히 교체하지 못하고 있는 실정이다. 그러나, 기존 오수처리시설을 본 고안의 단독정화조로 교체할 경우 기존 단독정화조에 비해 크기가 반으로 줄어들므로 초기 설치비용도 절감되고, 유지관리비에 있어서도 부패식 탱크이므로 청소비 이외에 비용이 드는 것이 없어 주민들의 경비부담이 현저하게 감소할 것으로 기대된다.

우리나라의 경우 100인용 이하의 단독정화조가 대부분을 차지하고 있는데, 본 고안 단독정화조가 기존 단독정화조에 비해 설치 공사비가 약 30~40% 정도 절감된다(도 5 참조).

하수처리구역 내 합류식 지역에서 기존 단독정화조의 설치 및 운영에 따르는 비용이 주민에게 그동안 부담되어 왔으므로 분류식 지역의 주민과 비교시 경제적인 부담을 균형있게 하기 위해서는 정부나 해당 지자체에서 본 고안 단독정화조를 설치할 경우 적절한 비용을 보조해 주는 것이 바람직하며, 이럴 경우 본 고안 단독정 화조 보급이 활성화될 것으로 기대된다.

또한 기존 단독정화조는 처리효율을 고려할 뿐 하수처리장과의 관계를 고려하지 않았기 때문에 하수처리장 설계시 계획했던 농도에 못 미치는 저농도 수질의 하수가 하수처리장으로 유입되어 적정 운영조건을 만족시켜주지 못하고 하수처리장의 처리효율을 저하시키고 추가적인 처리과정이 요구되고 있는 문제점이 발생한다(하수종말처리시설 운영관리 실태분석 보고서, 2004, 환경부). 이는 하수처리장 추가공정 운영의 비용과 단독정화조 설치의 이중적 비용부담을 야기하고 있다. 본 고안 단독정화조는 기존 단독정화조 설치시 하수처리장 유입수질 저농도로 하수처리장의 효율이 저하되던 문제를 해결한다.

본 고안 정화조는 고농도 유출수를 하수관거에 배출함으로 하수처리장의 유입수 농도를 증가시키고 동시에 1/2 정도로 크기를 감소시킴으로 적은 설치 비용으로 상기 언급한 문제를 해결할 것으로 기대된다.

Claims (3)

1. 상부에 뚜껑이 개폐되는 용기 형상의 본체와 상기 본체 내부에 설치되어 본체 내부 공간을 혐기조와 침전조로 분리하는 격벽과, 혐기조 내부로 분뇨를 유입하는 “┫”자형 유입관과, 혐기조로부터 침전조로 분뇨를 이동시키는 “┣”자형 이동관과, 혐기조로부터 분뇨를 외부로 유출시키는 유출관을 포함하여 구성되며,

   상기 혐기조는 상기 침전조 용량의 2~3배로 형성하고,

   상기 “┫”자형 유입관의 혐기조 하단측 개구부는 수면으로부터 유효 수심의 1/3 내지 1/2 깊이로 형성하며,

   상기 “┣”자형 이동관의 혐기조 하단측 개구부는 수면으로부터 유효 수심의 1/2 내지 3/5 깊이로 형성하는 것을 특징으로 하는 하수처리구역용 단독정화조.
2. 제1항에 있어서,

   상기 단독정화조는 유효용량이 최소 0.75m³이며, 유효 수심이 1~3m인 것을 특징으로 하는 하수처리구역용 단독정화조.
3. 제1항에 있어서,

   상기 “┫”자형 유입관, 상기“┣”자형 이동관 및 상기 유출관은 지름이 10cm 이상인 것을 특징으로 하는 하수처리구역용 단독정화조.

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