KR100232359B1 - 다목적 합병 정화조 - Google Patents

Abstract

본 발명의 질소·인 제거의 다목적 합병 정화조는 분뇨 등 고농도 유기성 폐수와 음식물 찌꺼기 등을 따로 유입하여 1차 처리하는 제1소화실(15), 1차 처리된 고농도 폐수와 오수를 혼합하여 다시 처리하는 제2소화실(20), 2차 처리수를 침전 분리하는 침전분리실(23), 침전 분리된 상등수의 질소와 인, 부유물질(SS)까지 고온 호기성 미생물의 산화열 중 상등수에 남은 잔열을 이용하여 겨울철에도 수생식물을 재배함으로써 제거하는 수로형의 수생식물조(28), 오수를 일시 저장하기 위한 유량조정실(99), 오수를 일정한 양으로 나누어 이송하고 다음의 집중 발생 시간대 이전까지 비워 둘 수 있도록 하는 자동 조절 이송 장치(87,88,85,75,40), 각 소화조 내부 기체를 재순환하며 동시에 필요한 만큼의 외부공기만 흡입하여 각 소화실(15,20)내부의 에너지 유출을 최소화 해주며, 기포의 발생과 폐수의 급속한 혼합을 해주는 수중폭기기(58,40)및 사이클론( 59,79), 배기열을 회수하는 배기열 회소관 유니트(50), 처리수의 열을 회수하는 열회수관(36,31), 보온 및 해체와 기밀 유지가 용이한 맨홀커버(105,107,109)및 보온캡(86,47,90,128), 성장 번식률이 빠르고 뿌리를 수중 또는 바닥에 두고 자라는 수생식물(29), 빛 투과성 및 보온성이 좋은 수생식물조 커버(110), 제1및 제2소화조를 어느 쪽이든 선택적으로 혐기성 시스템으로 운영할 수 있는 배기열 회수관 유니트(50a, 50b), 혐기성 소화 때 발생하는 가연성 가스를 포집하는 가스포집장치(115), 3중 구조로 보온성이 크고 강도가 높은 FRP소재로 구성되는 정화조 본체(100,101,102,103)의 구조와 또한, 상기 수중폭기기(40,58) 대신 외부블로워(133,143)를 대체 사용할 수 있는 관련 기기 및 배관과 외부블로워(133)한 개만을 사용할 경우의 관련 기기 및 배관의 구성 등을 모두 포함한다.

이상의 본 발명의 특징은 고농도 유기성 폐수를 오수와 분리하여 고온 호기성 소화방식으로 1차 처리한 후에 오수와 혼합하여 2차 처리함으로써, 정화조의 처리 효율을 높여 그 규모를 최소화하고, 또한 축산 폐수나 음식물 쓰레기도 처리 가능하도록 하는 것이며, 고온 호기성 소화 과정의 미생물 산화열을 이용하여 질소 와인, 부유물질까지도 고도 처리되는 정화조를 개발한 것이며, 공해 대상으로만 취급되어 온 각종 고농도 유기성 폐수와 음식물 찌꺼기 등을 새로운 에너지 원료인 자원의 개념이 될 수 있도록 효과적인 소·중 규모의 가연가스 회수 가능 정화조를 개발하여, 점오염원의 환경문제를 발생원에서 해결하여 점오염원 지역에 하수도를 건설하는 비효율성과 비경제성을 해결하고, 환경의 질을 개선할 수 있다.

또한, 혐오시설로써의 정화조 개념을, 악취가 없는 호기성 정화방식과 꽃이 피는 수생식물 재배 등을 겸하게 하고 음식물 찌꺼기도 처리 가능케 고안함으로써 정원 내 수족관이나 화분의 개념이 되게 하고 생활 편의 시설로 전환하게 함으로써, 주거 및 생활 공간의 후편에서 전면의 배치가 가능하게 하였으며 일상의 관리에 정서와 흥미로운 친근감이 가도록 하여 관리의 실효성을 높이고 직접 체험을 통하여 자연의 순환 원리를 이해하고 환경 의식을 고취할 수 있다.

Description

다목적 합병 정화조

제1도는 본 발명에 따른 다목적 합병 정화조를 나타낸 개략적인 외형도이다.

제2도는 본 발명에 따른 다목적 합병 정화조를 나타낸 구성도이다.

제3도는 본 발명에 따른 다목적 합병 정화조의 개략적인 평면도이다.

제4도는 본 발명에 따른 다목적 합병 정화조의 제1소화실 부분을 나타낸 좌측 단면도이다.

제5도는 본 발명에 따른 다목적 합병 정화조의 침전분리실과 수생식물조의 부분을 나타낸 단면도이다.

제6도는 본 발명에 따른 다목적 합병 정화조의 유량조정실 부분을 나타낸 단면도이다.

제7도는 본 발명에 따른 다목적 합병 정화조의 배기열 회수관 유니트 부분과 가스포집장치와 기타 공기 및 오수의 이송관에 관한 장치와 혐기성 소화 정화조로 전환할 수 있는 배관 및 밸브 구조에 관한 상세도이다.

제8도는 본 발명에 따른 다목적 합병 정화조의 수생식물조 부분의 배면도(제8(a)도)와 우측 단면도(제8(a)도)와 평면도(제8(c)도)를 나타낸 상세도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

9 : 변기 10 : 주방 싱크대

11 : 욕실 12 : 분뇨 이송관

13 : 분뇨 인입관 14 : 분뇨 인입관 출구

15 : 제1소화실 16 : 제1소화실 배플

17 : 연결관 입구 18 : 연결관

19 : 연결관 출구 20 : 제2소화실

21 : 제2소화실 배플 22 : 정류 이송관

23 : 침전분리실 24 : 슬러지 저장실

25 : 웨더(weir) 26 : 수로

27 : 연결관 28,28a,28b,28c : 수생식물조

29,29a, 29b : 수생식물 30 : 연결관

31 : 열교환 이송관 32 : 처리수 배출구

33 : 오수 이송관 34 : 오수인입관

35 : 오수 연결관 36 : 열교환 이송관

36a : 오수 이송관 37 : 오수 이송호스

38 : 오수 흡입 Y자관 39 : 제2수중폭기기 모터

40 : 제2수중폭기기 41 : 슬러지 유입구

42 : 슬러지 반송관 43 : 슬러지 반송관 출구

44 : 슬러지 차단밸브 45 : 슬러지 밸브 핸들봉

46 : 슬러지 밸브 핸들 47 : 핸들 보온캡

48 : 차단밸브 49 : 차단밸브

50,50a,50b : 배기열 회수관 유니트 51 : 외부공기 유입관

52 : 외부공기 이송밸브 51a : 식물 산소 흡입관

53 : 제1소화실 외부공기 연결관 54 : 제1소화실 외부공기 인입관

54-1 : 급기관 55,55-1 : 공기 이송호스

56 : 제1폭기기 공기 유입관 57 : 제1폭기기 구동모터

58 : 제1수중폭기기 59 : 제1사이클론

60 : 제1사이클론 에어벤트 및 가이드베인

61 : 제1사이클론 배기관 62 : 제1소화조 배기이송관

63 : 외부공기 조절밸브(A;수동변,B;전자변)

64 : 배기 조절밸브(A:수동변, B:전자변) 65,65a,65b : 배기열방출관

67 : 탄산가스 공급관 68 : 배기이송관

69 : 최종 배기관 70 : 제2소화실 외부공기 연결관

71 : 제2소화실 외부공기 인입관 72 : 호스 소켓

73,73-1,77 : 공기 이송호스 74,76 : 공기 이송관

75 : 전자변(S. V) 78 : 공기 흡입 Y자관

79 : 제2사이클론

80 : 제1사이클론 에어벤트 및 가이드베인

81 : 제2사이클론 배기관 82 : 제2소화실 배기이송관

83 : 외부공기 조절밸브(A;수동변, B;전자변)

84 : 배기 조절밸브(A;수동변, B;전자변) 85 : 타이머(T. M)

86 : 보온캡 87 : 수위 자동 조절기(L. C)

88 : 수위감지선(88H, 88L) 89 : 수위감지선 보호관

90 : 보온캡 91 : 제1폭기기 전선관

92 : 제1폭기기 인양체인 93 : 제2폭기기 전선관

94 : 제2폭기기 인양체인 95 : 제1소화실 차단벽

96 : 제2소화실 차단벽 97 : 유량조정실 차단벽

98 : 침전실 수생식물조 차단벽 99 : 유량조정실

100 : 합병 정화조 내통 101 : 합병 정화조 보온층

102 : 지지층(SUPPORT LUG) 103 : 합병 정화조 외통

104 : 합병 정화조 받침틀 105 : 제1소화실 맨홀커버

106 : 파이프 플랜지 107 : 제2소화실 맨홀커버

108 : 온도 자동 조절기 109 : 침전실 맨홀커버

110 : 수생식물조 커버 111 : 전등

112 : 맨홀커버 공기 주입구 113 : 맨홀커버 고무 패킹

114 : 미생물 접촉제(BIO-MEDIA) 115 : 가스포집장치

116,117,118,119,120,121,122 : 차단밸브

123 : 다공판 124 : 슬러지 이송관

125 : 슬러지 이송밸브 126 : 슬러지 밸브 핸들봉

127 : 슬러지 밸브 핸들 128 : 핸들 보온캡

129 : 제1소화실 내부 공기 흡입 사이클론

130 : 제1소화실 내부 공기 흡입관 132 : 공기 흡입관

133 : 외부블로워(Outside Blower)

134 : 외부공기 조절밸브(A;자동, B;수동)

135 : 산기관 136 : 제1사이클론 드레인관

137 : 내부 공기 흡입 사이클론 드레인관 138 : 제2사이클론 드레인관

138-1 : 내부공기 흡입 사이클론의 드레인관

139 : 제2소화실 내부 공기 흡입 사이클론

140 : 제2소화실 내부 공기 흡입관 141 : 조절밸브

142 : 공기 흡입관 143 : 외부블로워

144 : 외부공기 조절밸브(A;자동, B:수동) 145,146 : 전자변

147 : 산기관 148 : 연결관

149 : 에어 리프트 펌프 150 : 에어 리프트 펌프 출구

151 : 릴레이(relay) 152 : 전자변

153, 154 : 조절밸브

[발명의 분야]

본 발명은 고온 호기성 소화 방법 또는 혐기성 방법에 의해 중·소 규모의 분뇨와 오수 또는 축산 폐수와 일부 음식물 쓰레기까지 고속으로 정화 처리하기 위한 다목적 합병 정화조에 관한 것이다. 또한, 위와 같은 고농도 유기성 폐수와 폐기물을 이용하여 농어촌이나 단독 주택에서 가연성 가스를 회수하고 이를 주택용 에너지나 농업용의 에너지원으로 활용할 수 있도록 하는 다목적 합병 정화조 시스템에 관한 것을 포함한다.

[발명의 배경]

기존의 분뇨 정화조는 분뇨만을 주로 처리하여 왔으나, 처리효율이 낮고 오수는 처리되지 않아 큰 역할을 다하지 못하였다. 최근에 새로 개발된 기존의 다른 합병 정화조는 이를 개선하기 위하여 고안되었으나, 상온 미생물을 이용하고 오수와 분뇨를 함께 유입하여 혼합 처리하는 방식으로 처리 속도가 낮은 편이다. 이러한 저효율 정화조를 고효율의 고속처리 정화조로 개선하기 위하여 필수적으로 요구되는 주요 과제는 다음과 같다.

첫째, 오수의 유입량은 오전, 오후의 시간대별로 일시 다량 배출되어 유량 변동이 큰 문제가 있으므로 유량을 적절히 조절할 수 있는 정화조이어야 한다.

둘째, 분뇨 등에는 S-BOD와 N-BOD가 높아 이의 제거 속도가 빠르고 제거 효율이 좋아야 한다.

셋째, 유지관리가 용이한 처리 기술이어야 한다. 예를 들면, 생물학적 탈질에 의한 질소 제거나, 약품 투입에 의한 인의 제거 및 소독 처리는 비전문가의 관리로는 용이한 것이 아니다.

넷째, 슬러지의 발생량이 적은 기술이라야 한다. 즉, 자주 청소하는 관리가 사실상 어렵고 또한 적은 슬러지 저장실을 고려하여야 하는 것이다.

다섯째, 정화조의 규모를 소형화시킬 수 있는 기술이라야 한다.

여섯째, 질소와 인 부유물질 등이 제거될 수 있어야 한다.

일곱째, 병원성 세균이 살균될 수 있는 것이어야 한다.

여덟째, 가동 비용(전력비, 약품비, 슬러지 처분비 등)이 경게적인 기술이어야 한다.

본 발명의 질소·인 제거의 다목적 합병 정화조는 위와 같은 필수적 과제들을 모두 충족하도록 개발한 것으로써, 모든 처리공정이 최적의 자연 친화적인 공법과 공정으로 연구된 것이 큰 특징이다. 즉, 본 발명은 분뇨와 오수의 유입을 구분하고 고농도인 분뇨 등은 그 양이 최소화되도록 따로 유입하고 이를 고온 호기성 소화 또는 혐기성 소화에 의해 고속으로 1차 소화 처리한 다음, 저농도인 오수와 혼합하여 2차 고온 호기성 또는 혐기성으로 소화되도록 함으로써 처리 속도와 처리효율을 향상시켰으며, 또한 고온 호기성 미생물의 발열 에너지를 이용하여 겨울철에도 열대성 수생식물이 생장할 수 있도록 고안하여 질소와 인을 제거할 수 있도록 하였으며, 필요시 혐기성 소화방식으로 전환하고 메탄가스를 발생시켜 에너지를 회수하여 쓸 수 있도록 하였고, 폭기기나 에어 블로워의 동력으로 유량 조정이 가능하도록 하였다.

[발명의 목적]

본 발명의 목적은 최적의 다목적 합병 정화조를 개발하는 것이며, 이를 도시와 농어촌의 단독주택, 여관, 호텔 기타 축산 폐수 처리에도 활용하여 산재된 점오염원의 수질 오염물질을 배출원에서 효과적으로 처리할 수 있도록 고안된 효율적이고 자연 친화적인 합병 정화조를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 고온 호기성 시스템의 장점을 이용하여 정화조의 규모와 에너지 비용을 최소화하고, 또한 고온 호기성 미생물의 발열 에너지를 활용함으로써 겨울철에도 열대성 수생식물을 재배하는 공정을 두어 기존의 처리장에서는 최종 잔류물질로 배출되는 질소와 인까지도 제거되는 합병 정화조를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 유기물의 분해 속도가 현저히 빠른 고온 호기성 소화 방법을 정화 시스템에 적용함으로써 주방에서 발생하는 음식물 찌꺼기인 밥알, 국, 찌개, 과일류 등 소형 믹서(MIXER)에 의해 마쇄되는 것들과 녹즙기 등에 의해 마쇄할 수 있는 채소류 등을 마쇄하여 분뇨 유입구를 통하여 고농도 호기성 처리조에 유입하여도 효과적으로 처리될 수 있도록 하여 마쇄되지 않는 음식물 찌꺼기(뼈, 조개, 게껍질류 등)의 젖은 음식물 쓰레기를 모두 발생원에서 자체 처리할 수 있게 한 합병 정화조를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 정화조가 소형인 경우에 초소형 수중폭기기의 개발이 지연되고 있고 수중폭기기를 수중에 설치하므로 이에 따른 유지 보수 문제가 불편하므로 수중폭기기 대신 외부블로워를 조 외부에 설치하여 다른 주변 기기와 배관을 구성하여 수중폭기기의 제반 기능을 수행할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 본 다목적 합병 정화조 일부나 전부를 혐기성 소화 시스템으로 운영할 수 있도록 함으로써 농어촌, 독립 가옥, 축사 등에서 에너지 절약을 목적으로 하는 곳에서 메탄가스등 가연성 가스를 발생시켜 난방용, 취사용, 농업용 등에 소요되는 에너지 일부를 자체 생산할 수 있도록 한 다목적 합병 정화조를 제공하기 위한 것이다.

[발명의 요약]

본 발명의 질소·인 제거 다목적 합병 정화조는 분뉴 등과 일반 오수를 혼합하지 아니하고 분뇨 등을 따로 유입하여 1차 처리하는 고온 호기성 제1소화실(15)과, 일반 오수를 일시 저장하는 유량조정실(99)과, 제1소화실에서 처리한 다음 이송된 분뇨 등의 처리수와 일반 오수를 혼합하여 2차 처리하는 고온 호기성 제2소화실(20)과, 상기 제2소화실에서 이송된 처리수를 침전 분리하는 침전분리실(23)과, 침전 분리된 상등수의 질소·인을 제거하기 위한 수생식물조(28)로 구성된다. 또한 제1및 제2소화실(15 ,20)에서 배기되는 고온 기체의 에너지를 회수하기 위한 배기열 회수관 유니트(50)를 설치하며 제2소하실(20)에서 배출되는 처리수의 에너지를 회수하기 위한 열교환 이송관(31, 36)과 폐수를 내부 교반하고 폐수에 산소를 공급하고 슬러지를 반송하거나 오수를 이송하기 위한 수중폭기기(58,40)가 포함된다.

제1소화실(15)은 분뇨 등의 이송관(12)과 연결된 분뇨 인입관(13)이 조합으로 연결되며, 제1소화실(15) 상부에는 외부공기 인입관(54)과 내부 기체 재순환용으로 다수의 에어벤트 및 가이드베인(60)을 가진 제1사이클론(59)이 ′Y′자 형상으로 설치되며 ′Y′자 파이프 하단에는 공기 이송호스(55)가 호스 소켓(72)으로 체결되어 수중폭기 기(58)의 공기 유입관(56)에 연결된다.

제1폭기기 구동모터(57)에는 전선관(91)을 연결하고, 인양체인(92)도 연결한다.

제1소화실(15)과 제2소화실(20) 사이에는 배플(16)과 연결관(18)이 설치된다. 또한 제1소화실(15)의 탱크 상부에는 맨홀커버(105)가 설치되며 맨홀커버(105)를 관통하는 외부공기 인입관(54)과 배기관(61)과 전선관(91)과 온도센서(108)가 공기가 새지 않도록 설치된다.

제2소화실(20)은 제1소화실(15)과의 연결관(18)의 출구(19)와 연결되며, 상부 맨홀커버(105) 안쪽에는 배기관(81)과 다수의 에어벤트와 가이드베인(80)을 가진 사이클론(79)과 외부공기 인입관(71)이 ′Y′자 형상으로 설치되며 ′Y′자 파이프 하단에는 공기 이송호스(73)가 호스 소켓(72)과 체결되어 공기 이송관(74)과 연결되고, 공기 이송관(76)과의 사이에는 전자변(75)으로 구성되며, 공기 이송호스(77)와 공기 흡입 ′Y′자 관(78)과 연결되어 수중폭기기(40)에 연결된다. 상기 공기 흡입 ′Y′자 관(78)의 다른 한쪽은 전자변(75) 차단 시 오수의 유입이 가능하도록 오수 흡입 ′Y′자 관(38)으로 구성되며 오수의 열교환 이송관(36)의 끝은 오수 이송 호스(37)로 연결되어 수중폭기기의 인양 시 배관의 해체 없이 인양이 가능하다. 또한, 수중폭기기 구동모터(39)는 전선관(93)과 인양체인(94)과 연결된다. 제2소화조(20)와 침전분리실(23) 사이에는 배플(21)이 설치된다. 또한, 슬러지 반송 시스템은 하부를 횡으로 관통하는 슬러지 반송관(42)과 슬러지 차단밸브(44), 밸브 핸들봉(45)으로 구성되고 탱크 외부의 슬러지 차단밸브(46)와 연결되며 보온용 핸들 보온캡(47)으로 구성된다.

제2소화조(20)의 탱크 상부에는 맨홀커버(107)를 설치하며 맨홀커버(107)를 관통하여 외부공기 인입관(71)과 배기관(81)과 전선관(93)과 온도센서(108)를 공기가 새지 않도록 설치한다. 그리고, 전자변(75)을 보온하는 보온캡(86) 안에는 타이머(85)를 설치한다.

침전분리실(23)은 제2소화실(20)에서 정류 이송관(22)으로 연결되며 하부는 슬러지 저장실(24)로 상부는 웨어(weir, 25)와 수로(26)로 구성되고, 하부에는 슬러지를 이송하는 슬러지 유입구(41)와 연결되고, 오수의 열교환 이송관(36)이 하부에서 수직 상부로 연결되어 정류 이송관(22) 중심을 따라 제2소화실(20)로 이어진다. 열교환 이송관(36)의 다른 끝은 유량조정실(99) 하부와 연결된다. 한편 탱크 상부에는 맨홀커버(109)가 설치된다.

수생식물조(28)는 연결관(27)과 수생식물(29), 탄산가스 공급관(67), 전등(111)과 수생식물조 커버(110)로 구성된다. 이중 제1수생식물조(28a)에는 중간깊이에 다공판(123)이, 하부에는 슬러지 이송관(124)과 슬러지 이송밸브(125), 슬러지 밸브 핸들봉(126), 슬러지 밸브 핸들(127)이 연결되며 핸들 보온캡(128)이 더 설치된다.

유량조정실(99)은 오수인입관(34), 오수의 열교환 이송관(31), 오수 연결관(3 5), 배기이송관(68), 수위자동조절기(87)와 연결되는 수위감지선(88), 수위감지선 보호관(89), 탱크 상부 외부의 최종 배기관(69), 수위자동조절기(87), 그리고 보온캡(9 0)으로 구성된다. 본 다목적 합병 정화조 외측면에는 두 개의 인입관(13, 34)과 하나의 처리수 배출구(32)로 구성된다. 또한 탱크 밖 상부에는 배출 기체의 에너지를 회수할 수 있는 배기열 회수관 유니트(50) 설치되며, 상기 유니트와의 연결관 각각(53,62,70,82)에는 각각의 통기량을 조절하는 밸브(63,64,83,84)와 결속을 해체하는 플랜지(106) 들로 구성된다. 또한 배기 열회수관 유니트(50)에는 외부 공기를 흡입하는 외부공기 유입관(51)과 수생식물조(28c)에 연결되어 산소가 풍부한 공기를 다시 흡입할 수 있는 식물 산소 흡입관(51a)이 설치되며, 이를 각각 선택적으로 전환하고 조절할 수 있는 차단밸브(48, 49)가 더 설치된다. 본 합병 정화조의 탱크 본체는 안쪽에 발포 우레탄 보온층이 구성되는 3중의 구조로 형성되며, 맨홀커버와 보온캡은 2중 구조로써 공기층이 형성되어 보온 효과가 좋으며, 수생식물조 커버는 투명하고 열전도가 낮은 아크릴 등의 소재로 구성되며 본체와 닫히는 부분에 패킹이 설치된다.

한편, 본 발명의 다목적 합병 정화조에서 대상 정화조가 소형인 경우는, 관련 기기 중 초소형 수중폭기기의 개발 지연과 수중 설치에 따른 유지 보수의 불편 문제 등이 있는 수중폭기기(58,40) 대신, 제7(a)도에서와 같이 외부블로워(133,143)가 조 외부에 설치되고 일부 다른 주변 기기와 배관이 구성됨으로써 앞장의 조 내부 설치형 수중폭기기의 제반 기능을 수행할 수 있게 된다.

즉, 제7도에서 제1소화실(15)의 제1사이클론(59)이 제1소화실 외부 공기 인입관(54)과 분리되고, 공기 이송호스(55)와도 해체된 상태에서 제7(a)도와 같이 별도로 설치되고, 제1사이클론(59)의 옆에는 내부 공기 흡입용의 다른 사이클론(129)이 더 설치되며, 사이클론(129) 내부 중심에 거품이 소포된 내부 공기를 흡입하는 파이프(1 30)가 일정 깊이로 내장 설치되어 맨홀커버(105)를 관통하여 조 외부로 연결되고 조절밸브(131)를 거쳐 연결되는 공기 흡입관(132)을 통하여 제1소화실(15)용 외부블로 워(133)의 흡입 측에 연결된다. 또한 공기 흡입관(132)에 T′자로 연결되는 다른 끝은 배기열 회수관 유니트(50)의 외통에 연결되고 이 관에도 조절밸브(134)가 설치된다. 외부블로워(133)의 공기 배출구 쪽은 정화조 탱크를 관통하는 급기관(54-1)과, 또한 상기 급기관과 연결되는 공기 이송호스(55-1)를 통하여 산기관(135)에 연결된다. 한편, 위의 각 사이클론(59,129)은 그 하부에 드레인관(136,137)이 각각 수심에 일정한 깊이로 항상 잠기도록 연결된다.

제2소화실(20)의 경우도 제1소화실(15)의 상기 내용과 같이 구성된다. 즉 제2소화실(20)의 제2사이클론(79)이 제2소화실 외부공기 인입관(71)과 분리되고 공기 이송호스(73)와도 해체된 상태에서 별도로 설치되어 하부에 드레인관(138)이 연결되며, 상기 제2사이클론(79)옆에는 내부 공기 흡입용의 다른 사이클론(139)이 더 설치되며 상기 사이클론(139)내부 중심에 거품이 소포된 내부 공기를 흡입하는 파이프(140)가 일정 깊이로 내장 설치되어 맨홀커버(107)를 관통하여 조 외부로 연결되고 조절밸브(141)를 거쳐 연결되는 공기 흡입관(142)을 통하여 제2소화실(20)용 외부블로워 (143)에 연결된다. 또한 공기 흡입관(142)에 ′T′자로 연결되는 다른 끝은 배기열 회수관 유니트(50)의 외통에 연결되고 이 관에도 조절밸브(144)가 설치된다. 한편, 외부블로워(143)의 공기 배출구는 공기 공급관이 다시 ′T′자로 나뉘어져 각각의 관에 전자변(145,146)이 각각 설치되고, 한쪽은 정화조 탱크를 관통하여 연결관(148)을 거쳐 에어 리프트 펌프(149)의 하부에 연결된다. 에어 리프트 펌프(149)의 출구는 탱크 상부 쪽 수위감지선(88H)의 높이에 위치하며, 이에 연결되는 오수 이송관(36)은 침전분리실(23)의 하부(24)를 관통하여 유량조정실(99)의 하부로 연결되고 그 흡입구(35)는 아래쪽으로 “ㄱ”자로 굽어져 설치된다. 그리고, 내부 공기 흡입용 사이클론(139)의 하부에도 수심에 항상 일정 깊이로 잠기는 드레인관(138-1)이 연결된다. 또한, 상기 전자변(145,146)의 개폐를 서로 다르게 하는 릴레이(151)가 더 설치되어 수위 자동 조절기(88)와 타이머(85)의 제어를 받아 작동하게 된다. 한편, 제7(a)도의 상기 시스템에서 각 소화실(15,20)을 각각 혐기성 상태와 호기성 상태로 다르게 운영할 수 있도록 하기 위하여 배기열 회수관 유니트의 구조만이 50에서 50a와 50b로 다르게 구성되는 전환 시스템의 구조도는 제7(b)도와 같이 구성된다. 또한, 본 발명의 다목적 합병 정화조에서는 필요에 따라 제7(c)제에서와 같이 외부블로워가 한 개만으로 구성되는 합병 정화조 시스템을 개발함으로써, 기계적 구성을 간단히 하거나, 또는 사용 인원이 4 ~ 5인용의 초소형의 합병 정화조의 경우에도 기계 구성과 동력 비용 등에 최적의 요건을 충족하도록 하였다. 즉 제7(a)도에서 두 개의 외부블로워(133,143) 중 한 개의 블로워(143)를 없앤 제7(c)도에서와 같이, 외부블로워(133)의 공기 흡입관(13 2)이 제2소화실(20)의 내부 공기 흡입 사이클론(139)의 조절밸브(141)까지 연결되도록 구성되고, 외부블로워의 공기 배출관 쪽은 ′T′자로 하여 각 관에 전자변(146,152)을 설치하며, 이중 전자변(152)에는 제1및 제2소화실(15,20)에 연결되는 ′T′자 공급관을 다시 연결시키며 이 ′T′자관 각각에 각 소화실(15,20)의 급기량 조절밸브(153,154)를 더 설치하도록 구성된다.

[발명의 구체예에 대한 상세한 설명]

본 발명의 질소·인 제거의 다목적 합병 정화조는 고농도 유기성 폐수의 고속 분해에 적합한 고온 호기성 소화방식을 적용하기 위하여 고농도 분뇨 등을 따로 구분된 제1소화실(15)로 분리 인입시켜 고속 분해시키며, 이 과정에서 미분해 된 잔류물질과 저농도인 일반 오수는 제2소화실(20)에서 혼합하여 2차 고온 호기성 소화를 시켜 처리 속도를 빠르게 하면서도 처리효율을 극대화하는 것을 특징으로 한다.

제2소화실의 경우 TS(TOTAL SOLID)가 낮아져 고온 호기성 소화율이 저하되는 경우가 있으므로 바이오 미디어(BIO-MEDIA)를 적정량 투입하는 것이 바람직하며 상기 바이오 미디어는 고정상과 유동상이 있으나 미생물의 과다 번식에 의한 장애가 적은 유동상이 보다 바람직하다.

유량조정실(99)로 유입된 일반 오수는 유량조정실(99)의 수위가 침전분리실의 웨어 수위에 이르면 자동으로 제2소화조(20)로 유입되는데, 일반 오수의 경우 분뇨보다 발생량이 많고 오전과 오후 발생 시간대에 일시 배출되는 것을 고려하면 발생 시간대에 각 실의 폐수 흐름이 빨라져 처리효율과 침전 효율이 처하될 수 있으므로, 유량조정실(99)의 수위가 상한선에 이르면 수위감지선(88H)이 감지하여 수위 자동조절기(87)가 타이머(85)에 작동 신호를 보내고 타이머(85)는 일정한 시간 주기(예: 30분 간격으로 1분 정도)로 전자변(75)을 차단시켜 수중폭기기(40)의 흡입관 중 공기 흡입 Y자관(78) 쪽을 차단함으로써 수중폭기기(40)의 흡입력이 오수 흡입 Y자관(38)에 작용하고 유량조정실(99)의 오수는 일정 시간마다 일정량씩 고르게 제2소화실(20)로 유입되게 된다. 따라서,제2소화실(20)내의 온도, 미생물, 유기물의 부하 변동을 최소화할 수 있고, 침전분리실(23)의 안정된 분리 효율을 유지하게 되며, 수생식물조(28)에서도 질소, 인의 제거를 위한 낮은 유속을 유지하게 된다. 또한 유량조정실(99)은 오수의 다음 발생 시간대 내에 비워지도록 타이머(85)를 조작하고 오수가 하한선까지 이르면 수위감지선(88L)의 감지로 수위자동조절기(87)는 정지 신호를 타이머(85)에 보내 전자변(75)은 계속 열린 상태가 되어 공기를 통과시키게 되어 유량조정실(99)의 수위감지선(88L) 이하의 오수는 오수 연결관(35)의 입구가 잔류 오수에 일정 깊이로 잠긴 상태에서 이송이 정지되고 수위 감지선(88L) 이상의 유량조정실은 비워진 상태로 다음 발생 시간대의 완충 역할을 할 수 있게 된다.

본 발명에서는 오수는 별도의 이송 펌프를 사용하지 않고 제2소화실(20)의 수중폭기기(40)로써 이송할 수 있도록 고안함으로써 에너지 비용과 설비 비용을 절감할 수 있도록 하였다. 한편, 제1및 제2소화실(15,20)에서 발생된 고온 미생물의 수중 산화열 에너지는 침강분리실(23)로 이송 과정에서 오수를 이송하는 열교환 이송관(36)으로 일부 회수되고 침강분리실(23)에서 3~5 시간 체류하는 동안 차츰 낮아져서 수생식물조(28)에서는 25~35℃를 유지하여 수생 식물의 생육에 최적의 온도 조건을 제공하게 되고, 유량조정실(99)을 하부까지 회전하는 열교환 이송관(31)에서 다시 오수에 남은 열을 전도하게 된다. 또한, 제1및 제2소화실(15,20)내의 고온 미생물의 산화열 에너지 중 기체가 가진 에너지 일부는 각실(15,20)의 내부 기체 재순환 시스템인 사이클론(59,79)으로 재흡입되어 폐수에 상호 전달되고, 일부는 각 사이클론 배기관(61,81)을 통하여 배기열방출관(65)을 통과하면서 배기열 회수관 유니트(50)에서 외부공기와 열교환이 이루어져 다시 제1및 제2소화실(15,20)의 각 외부공기 연결관(53,70)을 통하여 각 소화실 내의 외부공기 인입관(54,71)으로 유입되어 결국 각 소화실(15,20)내부로 회수가 이루어지며, 배기열방출관(65)을 통과한 각 배기 기체는 열 에너지를 잃은 대신, 각 소화실내 호기성 미생물의 신진대사 과정에서 산소의 량은 줄고 탄산가스(CO2)의 농도가 높아진다.

이 기체는 수생식물조(28)내 수생식물(29)의 탄소동화작용에 필요한 탄산가스 공급원이 되며 탄산가스 공급관(67)을 통하여 수생식물조(28)로 공급되어지며, 수생식물조(28)에서 탄산가스를 소비하고 산소를 얻은 공기는 선택적으로 식물 산소 흡입관(51a)을 통하여 배기열 회수관 유니트(50)를 경유 제1및 제2소화실(15,20)로 재 공급되거나, 배기이송관(68)을 통하여 유량조정실(99) 상부로 유입 후 최종 배기관(69)을 통하여 외기로 배출된다.

위와 같이 본 발명 시스템은 자연 생태계에서 일어나는 최적의 리사이클(RE CYCLE)현상을 최소의 공간에서 가장 빠르고도 효과적으로 유지되도록 인위적으로 축소 구성한 시스템으로서 환경 친화적인 요소들을 주요한 기술적 특징으로 하고 있다. 한편, 제1및 2 소화실(15,20)에 필요한 산소의 공급은 각 소화실 내부 하부의 수평 스탠드에 각각의 수중폭기기(58,40)가 설치되며 상기 각 폭기기는 원심력을 일으키는 각각의 임펠러에 의해 흡입관을 부분 진공으로 만들어 외부공기의 흡입이 이루어지고 흡입된 공기는 물과 혼합되어 잘게 부수어진 작은 공기 방울로써 폐수와 빠른 접촉이 이루어진다. 또한 임펠러의 원심력과 공기 방울의 상승력으로 각 조 내의 폐수는 빠르게 교반된다. 이 때 수면 위로 상승한 공기는 각 수중폭기기(58,40) 임펠러의 마찰 에너지를 얻고 폐수와 접촉하면서 고온 미생물이 발생시킨 에너지를 얻어 온도가 상승한 상태이나, 폐수와 1회 접촉만으로는 산소가 충분히 용해되지 아니하여 다량의 산소를 가진 상태이므로 이를 그냥 배기시키지 아니하고 내부 공기 재순환 장치인 각 사이클론(59,79)의 에어벤트로 유입하여 일정한 구배로 고정된 가이드베인에 의해 회전시켜 거품을 소포시킨 후 각 수중폭기기로 흡입되어 재폭기가 이루어져 공기 중의 산소 이용률을 높여 내부에너지의 외부 유출을 효과적으로 방지하게 된다. 한편, 내부 공기의 재순환 폭기에 따라 부족한 내부 순환 공기 중의 산소의 양은 각 소화실(15,20)내 유입되는 유기물의 부하와 각 소화실의 온도 상태에 따라 외부공기 조절밸브(63,83)를 적절히 조정하여 보충해 주게 된다. 또한 각 소화실의 온도를 일정 온도로 유지되도록 자동화할 경우는 수동 조절밸브(63A,83A)는 완전히 열고, 자동 전자변(63B,83B)과 각 소화조의 온도 자동 조절기(108)를 연계하여 작동시킨다.

제1및 제2소화실(15,20)에는 새로 유입된 폐수와 다음 실로 이송되는 처리수가 혼합 상태로 이송되는 것을 막아 주는 각각의 배플(16,21)이 원폐수 유입 위치에서 먼 곳에 위치하며, 배플은 하단부만 막히지 않도록 하는 형상 구조가 되어, 이 배플 하부에서 와류가 점차 감소되어 상부로 이송되어 온 처리수는 큰 고형물과 분리된 후 각각의 연결관(18)과 정류 이송관(22)의 상부 유입구로 유입되어 다음 처리실로 이송된다. 이와 같은 고형물의 분리는 제1소화실(15)에 필요한 일정 농도 이상의 TS를 유지하게 되고 제2소화실(20)의 과부하를 예방하며, 침전분리실에 미처리수의 유입을 줄여 주게 된다.

침전분리실(23)에서 침전 분리된 슬러지는 하부 반달 안쪽 같은 형태의 슬러지 저장실(24)에 모아지고 모아진 슬러지 일부는 제1소화실(15)의 미생물 재공급을 위하여 슬러지 유입구(41)로 유입되어 슬러지 반송관(42)에 차 올라오게 되며, 제1소화 실(15)의 수중폭기기(58)에 의한 상승 수류에 위치하도록 한 슬러지 반송관의 출구(43)에서 상승 수류에 의한 주변압의 저하로 제1소화실(15)로 반송이 이루어지게 된다. 이 반송량이 과다해지지 않도록 적절히 조절하는 것은 슬러지 차단 밸브(44)로 가능하며, 슬러지 차단밸브(44)는 슬러지 핸들봉(45)과 연결되어 탱크 외부에 슬러지 밸브 핸들(46)과 연결되므로 외부에서 조작이 가능하다. 이 슬러지 밸브 핸들(46)은 조 내부의 열 에너지를 전도하게 되므로 캡 내부에 공기가 들어 있는 이중 구조의 보온캡(47)에 의해 보온 처리된다. 한편, 장기 저장된 하부 슬러지 일부는 수생식물 조(28a)의 하부로 이송하도록 위와 같은 밸브와 배관이 연결되며, 수생식물의 뿌리와 접촉케 하여 분해 과정을 지속시키고 수생식물의 영양원으로 사용되도록 한다. 침전분리실(23)에서 슬러지와 분리된 상등수는 상승하여 수평을 이룬 웨어(25)를 통과하여 수로(26)에 모아져 처리수 연결관(27)을 따라 수생식물조(28)의 한쪽 코너 하부로 유입되어 느린 속도로 수생식물조(28)의 대각선 코너 상부로 대각선류 형태로 이동하게 된다.

이 수생식물조(28)는 3개 조로 구분되고 제1수생식물조(28a)에는 수중 수생식물(예: 말풀)을, 제2및 제 3 수생식물조(28b, 28c)에는 수면 위 수생식물(예: 브레옥잠, 개구리밥 등)을 식종함으로써, 말풀류는 수중에서 산소를 발생케 하고, 브레옥잠류는 공기층에 산소를 방출케 하여 수생식물조(28)를 흐르는 처리수와 공기층을 다시 호기성 상태로 유지하게 된다. 이 수생식물조(28)의 수온은 브레옥잠 등의 성장에 가장 적합한 온도 범위인 25℃ 이상 35℃를 유지하게 되므로 그 성장률이 왕성한 만큼 탄산 가스도 다량 필요로 하나 겨울철에 외기를 주입하면 잎 주변 온도가 낮아져 생육이 저하되고 동사 우려가 있다. 따라서 외부공기와 차단하면서 다량의 필요한 탄산가스 공급이 가능하도록 각 소화실에서 미생물의 신진 대사로 배출된 탄산가스 농도가 높은 배출 기체를 배기열 회수관 유니트(50)에서 온도를 낮춘 다음 탄산가스 공급관(67)을 통하여 수생식물조(28)내로 공급하게 된다. 한편, 수생식물의 탄소동화작용으로 산소의 농도가 다시 높아진 수생식물조의 공기는 선택적으로 식물 산소 공급관(51a)을 통하여 제1및 제2소화실(15,20)로 공급되게 된다.

따라서, 본 다목적 합병 정화조는 햇빛이 잘 드는 위치에 수생식물조(28)가 남향이 되도록 설치하는 것이 바람직하며, 최적의 생육 온도와 탄산가스량이 확보되므로 브레옥잠 말풀 등의 생육이 왕성하여, 질소와 인의 제거 효율이 향상된다. 이 효율을 더욱 높일 경우는 야간에도 일정 시간 전등(111)을 점등하여 주고, 또는 햇빛이 잘 들지 않는 위치에 설치가 불가피할 경우는 타이머에 의해 매일 일정 시간을 연속하여 점등해 주는 것이 바람직하다. 본 수생식물조(28)의 상부 커버는 채광이 가능하고 열전도도는 낮은 투명 아크릴이나 공기층을 가진 이중 유리로 설치하는 것이 바람직하다. 브레옥잠 등이 과밀 번식되면 일부를 수시로 꺼내어 주고, 이를 가축의 보조 먹이나 식용 우렁이, 식용달팽이 등의 사료 또는 화분 등의 퇴비 원료로 활용하는 것도 바람직하다.

수생식물조(28)에서 질소와 인을 제거한 처리수는 다시 열교환 이송관(31)을 통하여 유량조정실(99)의 오수에 잔류 에너지를 전달한 후 처리수 배출구(32)를 통하여 배출된다.

유량조정실(99)로 유입된 오수는 상기 처리수가 이송하는 열교환 이송관(31)에서 잔류 에너지를 얻고 수위자동조절기(87)의 수위감지선(88)의 감지 깊이에 따라 일정한 상한 수위와 하한 수위 범위까지만 채워지게 되며, 침전분리실의 웨어(25) 이상 차 오르지 않아 역류 현상이 없으며, 또한 하한선 이하로 낮아지지 않아 제2소화실(20)의 수중폭기기(40)에 의한 유량조정실(99)의 공기 유입은 이루어지지 아니하게 된다. 즉 이 유량조정실(99)의 공기 유입 방지는 유량조정실(99)의 오수 이송관(35)끝이 하부로 굽어져 오수 하한선 이하의 잔류 수심 깊이에 항상 잠겨 있어 가능한 것이다. 오수 이송관(36)의 제2소화실(20)쪽 끝부분은 상부 쪽이 ㄷ굽어진 형상(36A)으로 그 상단부 높이가 수위 감지 상한선과 같은 높이에 있어 유량조정실(99)의 오수는 수위 감지 상한선(88H)에 이르기 전까지는 제2소화실(20)로 유입되지 아니한다. 그러나, 유량조정실(99)의 수위 감지 상한선(88H)까지 오수가 가득 찬 상태에서 타이머(85)의 제어에 따라 수중폭기기(40)의 오수 흡입 Y 자관(38)으로 이송되는 오수량보다 많은 양의 오수가 일시에 유입될 경우에 오수는 타이머(85)의 제어에도 불구하고 수위 차에 의해 제2소화실(40)내로 이송되므로 탱크 외부로 넘치거나 욕조나 주방 등으로 역류하지는 아니하게 된다.

이러한 오수의 일시 다량 유입의 경우에도 제1소화실(15)의 고온 미생물이 지속적으로 제2소화실(20)에 보충되어 처리의 정상화 회복이 신속히 이루어지는 것이다.

한편, 분뇨 인입관(13)과 오수인입관(34)은 각각 그 끝이 수직으로 T자형의 개구부가 있어 분뇨 이송관(12)과 오수 이송관(33)내 가스가 체류되지 아니하는 현상으로 되어 있다.

탱크의 각 맨홀은 필요시 작업자의 출입이 가능한 크기로 대략 직경 400~50 0㎜ 정도 크기가 바람직하며 맨홀 부위도 3중의 보온 구조로 이루어진다. 각 맨홀 커버(105,107,109)는 공기층을 두는 이중구조로 이루어지며 삽입부 외측에는 고무 패킹(113)이 부착되고 각 맨홀커버 상부에는 공기 주입 고무(112)가 장착되어 맨홀에 맨홀커버를 끼운 다음 공기 주입 고무(112)를 통하여 공기를 주입하면 각 맨홀커버가 팽창하여 맨홀과 압착이 이루어져 완전한 기밀이 유지된다. 탱크 상부로 노출되는 각 배관과 열교환 유니트(50)는 모두 보온이 이루어지며, 단 최종 배기관(69)은 보온하지 않는다. 탱크 본체의 내통(100)은 열전도도가 낮은 강화플라스틱(FRP)소재로 제작하며, 그 외부에는 약 50~100 m/m 발포 우레탄 보온층(101)이 형성되고 본체 외통( 102)은 다시 열전도도가 낮은 강화플라스틱(FRP)소재로 마감된다. 본체 내통(101)과 외통(103)사이에는 보온층(101)이 압착되지 않도록 강화플라스틱을 소재로 한 ㅁ 형의 지지층(SUPPORT LUG)이 구성된다.

한편, 열교환이 이루어지는 배관 및 이중관의 안쪽관(65,36)의 소재는 스테인레스 재질의 파이프가 바람직하며 이중관의 바깥쪽관(50,22)은 강화플라스틱(FRP) 소재나 폴리염화비닐(PVC)소재의 파이프로 설치된다. 기타 이송관(18, 27, 42,67,68 ,151,151a)과 배출 공기 배기관(69)의 소재도 강화플라스틱(FRP)이나 폴리염화비 닐(PVC)소재로 설치되는 것이 바람직하며, 오수의 열교환 이송관(31)은 스테인레스 재질의 파이프가 바람직하다.

맨홀커버(105,107)와 연결된 배관(53,62,70,82)과 외부공기 유입관(51)의 모관은 그 연결부를 용이하게 해체할 수 있는 플랜지(106)로 각각 연결하여 이를 풀어 분리한 후 맨홀커버(105,107)를 들어올리면 쉽게 맨홀 내부를 점검할 수 있게 되며, 배기열 회수관 유니트(50)를 복합 폐수 처리 시스템형으로 용이하게 교체할 수 있게 된다. 맨홀커버를 해체할 경우는 맨홀커버 상부의 공기 주입구(112)에서 공기를 먼저 빼낸 후 들어올리면 맨홀커버를 용이하게 분리시킬 수 있게 된다.

제1및 제2소화실(15,20)내의 각 수중폭기기(58,40)를 인양할 경우는 각각의 인양체인(92,94)으로 인양할 수 있으며 이 경우 각 공기 이송호스(55,73,77,37)는 가연성(FLEXIBLE TYPE) 고압 호스로 구성되므로 각 연결부를 수중에서 해체하지 아니하고도 인양할 수 있다. 한편, 본 발명의 다목적 합병 정화조에 마쇄기, 녹즙기 등에 의해 마쇄가 가능한 주방 음식물 쓰레기를 함께 처리할 수 있다. 즉 각 처리 대상물을 적절한 기계로 1차 마쇄한 후 변기를 통하여 제1고온 호기성 소화실로 유입시키면 되는 것이다. 고온 호기성 소화에서는 총 고형물(TS)의 농도가 약 2%(20,000 ㎎/ℓ)이상 되는 것이 오히려 처리효율이 높은 반면, 최근 현대식 주택에서는 소변기와 대변기가 따로 설치되지 않고 대변기만 설치되어 소변 사용 시에도 남녀노소 구분하지 않고 1회에 18ℓ 이상의 용수를 배출하게 되어 분뇨만의 평균 농도가 종래 조사된 문헌의 농도(BOD 기준 약 20,000~25,000 ㎎/ℓ)보다 다소 낮은 상태로 변화되어 왔다. 따라서, 주방의 음식물 쓰레기 중 마쇄되지 않는 뼈 종류와 게나 조개껍질류 이외의 젖은 음식물 찌꺼기 등은 마쇄기, 녹즙기 등으로 마쇄하여 제1소화실(15)에 유입하여 분뇨와 함께 고온 호기성 소화 처리가 가능한 것이다.

또한, 본 발명의 다목적 합병 정화조는 분뇨 오수와 음식물 쓰레기, 축산 폐수 등의 유기물을 효율적으로 정화 처리하는 목적 외에 이들 유기물에서 동시에 취사용, 난방용, 축사 보온용, 보온 비닐하우스 난방용 등에 필요한 에너지를 얻을 수 있다.

본 다목적 합병 정화조의 제1및 제2소화실(15,20)모두를 혐기성 소화방식으로 운영할 수도 있고, 제1소화실(15)은 고온 호기성 소화시스템으로 운영하며 제2소화실(20)은 혐기성 소화방식으로 운여할 수 있으며, 그와는 반대로 제1소화실을 혐기성 소화시스템으로 운영하며 제2소화실(20)은 고온 호기성 소화시스템으로 운영할 수 있다.

즉, 제1및 제2소화실 모두를 혐기성 소화방식으로 운영할 경우는, 외부공기 조절밸브(63A, 83A)를 모두 잠그고, 차단밸브(116)를 열고, 차단밸브(117)를 잠그며, 배기 조절밸브(64A, 84A)를 적절히 열어 주며, 수중폭기기(58,40)는 모두 가동시키면 된다.

제1소화실(15)은 고온 호기성 소화시스템으로 운영하고, 제2소화실(20)은 혐기성 소화방식으로 운영할 경우는 외부공기 이송밸브(52)를 열고, 외부공기 조절 밸브(83A)는 닫으며, 차단밸브(120,121,117)를 잠그고, 차단밸브(118,119,122)는 열어 준다. 이 때 외부공기 이송밸브(52)와 외부공기 조절밸브(63A)는 열어 주면 된다. 또한 이 경우도 수중폭기기(58,40)는 모두 가동시키게 된다.

제1소화실(15)을 혐기성 소화방식으로 하고 제2소화실(20)을 고온 호기성 소화방식으로 운영할 경우는, 외부공기 조절밸브(63A)를 잠그고, 차단밸브(119,122 ,117)를 잠그고, 차단밸브(121,116,118,120)를 열어 준다. 단 위와 같이 전환하는 경우 배기열방출관(65a, 65b)내의 공기가 가스 포집 탱크(115)내에 유입되어 잔류되지 않도록 초기의 발생 가스는 가스 포집 탱크에서 모두 배출시킨 후 순수 가스만 저장되도록 유의한다.

이상과 같은 에너지 회수를 위한 가동 시스템에서 보다 바람직한 운영 방식으로써 제1소화실(15)은 고온 호기성 소화방식으로 운영하고 제2소화실(20)은 혐기성 소화방식으로 운영하여 제1소화실(15)의 고온 호기성 미생물에 의한 산화열 에너지를 제2소화실(20)의 혐기성 소화 온도 유지의 에너지로 활용하는 것이 겨울철에도 안정적인 가스량을 확보할 수 있고 단순 혐기 소화방식에서보다 많은 양의 가스를 얻을 수 있는 운전방식이다.

그러나, 이와 같은 가스 회수 목적의 운영은 발생 유기물의 양과 농도 그리고 가스 에너지의 활용도에 따라 선택이 가능한 사항이며 통상의 정화 목적에서는 제1및 제2소화실(15,20) 모두가 고온 호기성 소화시스템으로 운영되므로 가스 포집 탱크(115)와 다수의 차단 및 전환 밸브 모두를 기본 사양으로 부착할 필요는 없는 것이다. 즉, 제2도의 배기열 회수관 유니트(50)만으로 통상의 정화 처리 목적은 충분한 것이다.

또한, 본 다목적 합병 정화조는 고온 호기성 소화방식으로 운영할 경우 고온 호기성 미생물의 산화열이 보존되어 소화조 내의 평균 온도가 55℃~60℃로 유지됨에 따라 병원성 세균이 살균되어 다른 정화조에서는 필수 공정인 소독조가 필요치 않다. 따라서 살균·소독 약품을 투입하지 않으므로 방류 수계의 생태계 미생물이 보호되어 2차 자정 작용이 곧바로 이루어진다.

한편, 유량조정실에 유입되는 모래(SAND)는 유량조정실 상부의 최종 배기구의 구멍(HOLE)을 대략 150 ψ정도로 크게 하여 주기적인 슬러지 처분 시 배기관을 일시 빼어 내고 흡입 펌프 호스를 넣어 모래를 뽑아 낼 수 있도록 함으로써 별도의 맨홀을 두지 아니하여도 처리할 수 있는 것이다. 본 다목적 합병 정화조의 수생식물조(28)에서는 질소와 인의 제거 외에 식물의 뿌리에서 상등수에 잔류하는 SS가 여과되며 S-BOD가 다시 재 분해되어 늪지대에서와 같은 자정 작용이 이루어져 양질의 처리수를 얻을 수 있는 것이다. 따라서 별도의 여과 처리공정이 없어도 여과 효과가 있는 특성을 가진다.

한편, 이상의 본 발명의 다목적 합병 정화조 시스템은 중·대 규모의 정화조에 적합한 것이며, 사용처에 따라 정화조의 규모가 소형인 경우는 앞의 수중폭기 기(58,40) 대신 제7(a)도에서와 같이 정화조 외부에 외부블로워(133,143)가 설치되고 주변 기기와 배관이 일부 다르게 구성됨으로써 앞장의 조 내부 설치형 수중폭기기의 제반 기능을 수행할 수 있게 된다.

즉, 제 1소화실(15)용 외부블로워(133)가 탱크 외부에 설치되고 상기 외부블로워(133)의 공기 흡입관(132)의 한쪽은 배기열 회수관 유니트(50)의 외통과 연결되고 다른 한쪽은 제1소화실(15)의 맨홀커버(105) 내부에 부착 설치된 내부 공기 흡입 사이클론(129)의 흡입관(130)과 연결되며 각 연결관에는 조절밸브(131,134)가 설치된다. 상기 외부블로워(133)의 공기 배출관은 제1소화실(15)을 관통하는 급기관(54-1)과 연결되고 상기 급기관(54-1)은 공기 이송호스(55-1)와 연결되어 산기관(135)과 연결된다. 한편, 제1소화실(15)의 맨홀커버(105)안쪽에 설치된 제1사이클론(59)과 내부 공기 흡입용 사이클론(129)의 하부에는 거품이 소포되며 생긴 물이 하부로 빠지도록 드레인관(136,137)이 설치되며 상기 드레인관으로는 공기가 흡입되지 않도록 그 끝이 일정 깊이로 수심에 잠기게 설치된다. 따라서, 제1소화실(15)의 내부 공기는 공기 흡입 사이클론(129)의 에어벤트 및 가이드베인으로 흡입되어 거품이 소포되어진 후에 공기 흡입관(130)을 통하고 공기 흡입관(132)을 통하여 외부블로워(133)의 흡입구에 흡입되고 상기 블로워(133)의 공기 배출관과 연결되는 공기 이송호스(55-1)를 통하여 산기관에서 미세한 기포로 발생하여 산소의 공급과 수류의 흐름을 일으키게 된다. 이와 같은 내부 공기의 재순환 과정에서 부족한 산소의 공급은 예열된 외부공기를 차단하고 조절할 수 있는 조절밸브(135)의 조절에 따라 그 양을 조절할 수 있게 되며, 외부공기의 공급량만큼의 조 내부 공기 중 산소를 소비한 공기는 제1사이클론(59)의 에어벤트 및 가이드베인으로 흡입되어 거품이 소포되어진 후에 제1사이클론의 배기관(61)을 통하여 배기열 회수관 유니트(50)의 배기열방출관(65)을 따라 탄산 가스 공급관(67)이 연결되는 수생식물조(28a)로 공급된 후 최종 배기된다. 제2소화실(20)은 제2소화실용 외부블로워(143)가 탱크 외부에 따로 설치되고 내부 공기의 재순환과 동시에 외부공기의 흡입과 내부 공기의 배출은 앞의 제1소화실(15)에서와 같은 방식으로 이루어지게 된다. 단, 제2소화실(20)용 외부블로워(143)의 공기 배출관은 ′T′자로 나누어져 각 관에 전자변(145,146)이 설치되며, 한쪽 전자변(146)에 연결되는 연결관(148)의 끝은 에어 리프트 펌프(149) 하부에 연결되어 에어 리프트 펌프(149)에 오수 이송을 위한 공기를 공급하게 된다. 에어 리프트 펌프(149)의 출구는 유량조정실(99)에 설치된 수위 자동 조절기(88)의 수위 감지 상한선(88H)의 높이에 위차하여 유량조정실(99)의 오수가 일정 수위에 이르기 전에는 제2소화실(20)로 넘어가지 아니하게 되며, 일정 수위(88H)에 이르면 수위자동조절기(88)의 신호에 따라 타이머(85)가 일정 주기로 릴레이(151)를 제어하고 릴레이(151)의 제어에 따라 전자변(145,146)은 그 한쪽이 닫히면 다른 쪽이 열리게 되고 그 반대의 동작이 반복되어 유량조정실(99)의 오수는 일정한 시간에 일정한 양으로 분배되어 제2소화실(20)로 이송하게 되는 것이다. 한편, 본 외부블로워가 설치되는 제1및 제2소화실(15,20)에서도 각 소화실 모두를 혐기성 상태로 운영할 수 있게 된다. 즉, 제 1소화실(15)용 외부블로워(133)의 외부공기 차단밸브(134A)를 잠그면 제1소화실(15)의 내부 기체는 산소 공급이 차단된 상태에서 재순환 되어 산기관(135)에서 발포되어 폐수를 혼합시키는 역할을 하게 되고 발생되는 기체(메탄 가스등)는 제1사이클론(59)의 배기관(61)을 통하고 배기열방출관(65)을 통하여 가스 포집 장치(115)에 포집되어 진다. 이 경우 차단밸브(117,48,49)는 모두 닫는다. 또한, 제2소화실(20)은 외부블로워(143)의 외부공기 차단밸브(144A)를 잠그면 내부 순환 기체는 산소 공급이 차단된 상태에서 재 순환되어 제1소화실(15)에서와 같이 혐기성 상태로 운전되며 전자변(145)이 닫히고 전자변(146)이 열리면 내부 기체가 에어리프트 펌프(149)로 공급되어 유량조정 실(99)의 오수가 제2소화실(20)로 일정량씩 이송되어지게되며, 오수 이송을 마친 내부 기체는 다시 내부 공기 흡입용 사이클론(139)으로 흡입되고 외부블로워(143)를 통하여 제2소화실(20)로 재순환이 이루어진 후 잉여 기체는 제2사이클론(79)의 배기관(81)을 통하여 역시 가스 포집 장치(115)에 포집된다. 이와 같이함으로써, 본 다목적 합병 정화조의 외부블로워 시스템은 앞의 수중폭기기 시스템에서와 마찬가지로 각 소화실(15,20)모두를 호기성 소화시스템으로 운영할 수 있고, 또한 각 소화실(15,20)모두를 혐기성 소화시스템으로도 운영할 수 있으며, 내부 공기 재순환과 동시에 필요한 만큼의 외부공기 유입 기능과, 유량조정실(99)의 오수를 일정 시간에 일정량씩 제2소화실(20)로 이송할 수 있는 제반의 기능을 가지게 되는 것이다. 한편, 제7(b)도에서와 같이 배기열 회수관 유니트(50a,50b)를 변형시키면 각 소화실(1 5,20)을 어느 한쪽은 호기성 상태로 운영하면서 다른 한쪽은 혐기성 상태로 운영할 수 있으며, 또한 그와 반대로도 운영할 수 있다. 이와 같은 전환 조작의 방법은 앞에서 설명한 것과 같이 제7도에서의 조작 방식과 동일한 것이다. 또한, 본 발명의 다목적 합병 정화조에서는 필요에 따라 제7(c)도에서와 같이 외부블로워가 한 개만으로 구성되는 합병 정화조를 포함한다. 이와 같은 합병 정화조는 기계적 구성을 보다 간단히 할 필요가 있거나, 또는 초소형 합병 정화조에서 이상적인 요건을 충족할 수 있는 것이 된다. 본 외부블로워가 한 개인 합병 정화조의 조작의 특징은 제7(c)도에서와 같이, 외부블 로워(133)의 공기 흡입관(132)이 제2소화실(20) 내부 공기 흡입 사이클론(139)의 흡입관(140)까지 연결되어짐으로써 각 소화실(15,20)의 내부 공기를 동시에 모두 흡입하면서 필요한 만큼의 외부공기를 조절밸브(134A)의 조절로 가능하게 하고, 내부 공기 흡입량의 조절은 각 흡입량 조절밸브(131,141)로 조절하게 된다. 또한 외부블로워(133)의 공기 배출관은 ′T′자로 나누어져 각각에 전자변(146,152)이 설치되어 수위 자동 조절기(88)과 타이머(85) 및 릴레이(151)에 의해 그 개폐가 각각 다르게 조작되어지며, 전자변(152)이 열린 상태에서는 각 소화실의 급기 조절밸브( 153,154)의 조절에 따라 각 소화실(15,20)의 공기 이송호스(55-1,73-1)를 통하여 각 소화실의 산기관(135,1 47)으로 공급되어 미세한 기포로 산소를 공급하게 되며, 잉여 공기는 각 소화실(15 ,20)의 각 사이클론(129,139)의 각 배기관(130,140)으로 배출되어 진다. 한편 전자변(146)이 열리고 전자변(145)이 닫힌 상태에서는 외부 블로워(133)의 배출 공기는 연결관(148)을 통하여 에어 리프트 펌프(149)의 하부로 공급되어 유량조정실(99)의 오수를 제2소화실(20)로 이송하는 기능을 하게 된다. 한편 본 외부블로워가 한 개뿐인 시스템에서도 각 소화실(15,20) 모두를 위와 같은 호기성 상태의 운전에서 각 소화실(15,20) 모두를 혐기성 상태로 전환하여 운영할 수 있다. 즉, 외부공기 차단밸브(134A)를 잠그고 차단밸브(116)를 열고 차단밸브(117)를 참그면 제1및 제 2소화실(15,20)은 모두 제7(a)도에서와 같은 방식의 혐기성 상태로 운영되는 것이다. 이와 같이함으로써 제1및 제2소화실(15,20) 모두를 호기성 또는 혐기성 상태로 운영할 수 있으며, 한 개의 외부블로워만으로 두 개의 수중폭기기와 같은 기능을 수행하게 된다. 다만, 각 소화실(15,20) 중 어느 한쪽을 호기성 상태로 하며 다른 한쪽을 혐기성 상태로 하거나 그 반대로 하는 운전은 이루어지지 않게 된다.

한편, 제7(a)도, 제7(b)도, 제7(c)도에서와 같은 외부블로워 시스템에서도 외부 노출 배관과 밸브 등이 모두 보온되며 외부블로워도 모터 부분 외의 부분은 보온이 이루어진다. 그리고 이와 같은 외부블로워의 기종으로는 구동부에 오일이 없는 다이어프램식 에어 펌프나 터보형 블로워 또는 링 블로워가 바람직하다.

Claims (18)

1. 화장실 변기로부터 배출된 오수를 수집하여 1차적으로 처리하기 위하여 고온 호기성 처리 소화조 또는 혐기성 처리 소화조의 기능을 하도록 공기가 유입되는 인입관(132)내부로 기포를 주입시키기 위한 블로워(133) 및 산기관(135) 및 내부에서 발생딘 기체를 배출시키기 위한 한쌍의 사이클론(59 및 129)으로 이루어진 제1소화실(15); 주방이나 욕실로부터 배출된 폐수를 임시적으로 저장하기 위한 유량조정실(9 9); 상기 제1소화실(15)로부터 1차 처리된 오수와 상기 유량조정실(99)에 저장된 폐수가 유입되어 2차적으로 처리하기 위하여 고온 호기성 처리 소화조 또는 혐기성 처리 소화조의 기능을 하도록 공기가 유입되는 인입관(142) 내부로 기포를 주입시키기 위한 블로워(143) 및 산기장치(147), 및 내부에 발생된 기체를 배출기시키 위한 한쌍의 사이클론(79, 139)으로 이루어진 제2소화실(20); 상기 제2소화실(20)로부터 2차 처리된 폐수가 유입되어 슬러지를 침전 분리시키기 위한 침전분리실(23); 및 상기 침전분리실(23), 제1소화실(15) 및 제2소화실(20) 상부 쪽에 설치되어 상기 침전분 리실(23)로부터 유입되는 처리수를 최종적으로 정화하기 위한 수생식물조(28); 로 구성되는 것을 특징으로 하는 다목적 합병 정화조.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1소화실(15)에서 1차 처리된 오수는 연결관(18)을 통하여 제2소화실(20)로 이송되고, 고체상의 오물이 연결관(18)을 통하여 이동되지 못하도록 상기 제1소화실 내부의 한쪽에 배플(16)이 설치되는 것을 특징하는 다목적 합병 정화조.
3. 제1항에 있어서, 상기 유량조정실(99)에 유입된 폐수는 오수이송관(36)을 통하여 제2소화실(20)로 이송되는 것을 특징으로 하는 다목적 합병 정화조.
4. 제1항에 있어서, 상기 제2소화실(20)에서 2차 처리된 처리수는 이송관(22)을 통하여 침전분리실(23)로 이송되고, 고체상의 오물이 이송관(22)을 통하여 이송되지 못하도록 상기 제2소화실 내부의 한쪽에 배플(21)이 설치되는 것을 특징으로 하는 다목적 합병 정화조.
5. 제4항에 있어서, 상기 이송관(22)이 상기 오수 이송관(36)의 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 다목적 합병 정화조.
6. 제1항에 있어서, 상기 침전분리실(23)의 하부에는 슬러지가 침전되고, 침전된 슬러지는 밸브(44) 및 밸브핸들(46)에 의하여 슬러지 유입구(41)를 통하여 유입되어 제1소화실 내의 슬러지 반송관 출구(43)로 배출되는 것을 특징으로 하는 다목적 합병 정화조.
7. 제1항에 있어서, 상기 수생식물조(28)는 상기 침전분리실(23)의 상부 한쪽에 위치한 제1수생식물조(28a), 상기 제1소화실 및 제2소화실의 상부 한쪽에 위치한 제2수생식물조(28b), 및 상기 제1소화실 및 제2소화실의 상부 다른 한쪽에 위한 제3 수생식물조(28c)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다목적 합병 정화조.
8. 제7항에 있어서, 상기 제1수생식물조(28a)의 하부에는 침전분리실(23)의 처리수가 위쪽으로 유입될 수 있도록 다공판(123)이 설치되는 것을 특징으로 하는 다목적 합병 정화조.
9. 제8항에 있어서, 상기 제1수생식물조(28a)의 내부에서 번식하는 수생식물이 말풀인 것을 특징으로 하는 다목적 합병 정화조.
10. 제8항에 있어서, 상기 제1수생식물조(28a)에서 처리된 처리수는 제2수생식물조(28b)로 수평 이동하고, 제2수생식물조(28b)에서 처리된 처리수는 제3 수생식물조(28c)로 수평 이동하는 것을 특징으로 하는 다목적 합병정화조.
11. 제8항에 있어서, 상기 제2수생식물조(28b) 및 제3 수생식물조(28c)의 내부에서 번식하는 수생식물이 브레옥잠인 것을 특징으로 하는 다목적 합병 정화조.
12. 제8항에 있어서, 상기 제1수생식물조(28a), 제2수생식물조(28b), 및 제3 수생식물조(28c)의 내부에 일정온도를 유지하고 빛을 공급하도록 전등(111)이 설치되는 것을 특징으로 하는 다목적 합병 정화조.
13. 제8항에 있어서, 상기 제3 수생식물조(28c)에서 최종처리된 정화수가 외부로 방류될 수 있도록 배출관(32)이 설치되는 것을 특징으로 하는 다목적 합병 정화조.
14. 제13항에 있어서, 상기 배출되는 정화수가 유량조정실(99)의 폐수와의 열교환을 위하여 상기 유량조정실(99) 내부로 열교환 이송관(31)이 설치되는 것을 특징으로 하는 다목적 합병 정화조.
15. 제1항에 있어서, 상기 인입관(132)으로 유되는 공기가 사이클론(59)을 통하여 배출되는 고온의 기체에 의하여 가열되도록 열교환 방식으로 설치되는 것을 특징으로 하는 다목적 합병정화조.
16. 제1항에 있어서, 상기 인입관(142)으로 유입되는 공기가 사이클론(79)을 통하여 배출되는 고온의 기체에 의하여 가열되도록 열교환 방식으로 설치되는 것을 특징으로 하는 다목적 합병 정화조.
17. 제1항에 있어서, 제1소화실 및 제2소화실 중 한쪽을 혐기성 상태, 다른쪽을 호기성 상태로 운영하기 위하여 배기열 회수관 유니트를 2개 단위(50a 및 50b)로 구분하여 설치하는 것을 특징으로 하는 다목적 합병 정화조.
18. 화장실 변기로부터 배출된 오수를 수집하여 1차적으로 처리하기 위하여 고온 호기성 처리 소화조 또는 혐기성 처리 소화조의 기능을 하도록 공기가 유입되는 공기 흡인관(132) 내부로 기포를 주입하기 위한 외부블로워(133), 상기 외부블로워로부터 T자로 나뉘어진 공기 배출관을 따라 공기를 폐수에 공급하는 산기관(135), 제1사이클론, 및 내부에서 발생된 기체를 재흡입하기 위한 사이클론으로 이루어지는 제1소화실(15); 주방이나 욕실로부터 배출된 폐수를 임시적으로 저장하기 위한 유량조정실(99); 상기 제1소화실(15)로부터 1차 처리된 오수와 상기 유량조정실(99)에 저장된 폐수가 유입되어 2차적으로 처리하기 위하여 고온 호기성 처리 소화조 또는 혐기성 처리 소화조의 기능을 하도록 상기 외부블로워(133)의 공기흡입관(132)을 연장하여 내부 공기 흡입 사이클론(139)의 흡입관까지 연결시켜 상기 제1소화실의 내부공기와 함께 상기 외부블로워(133)의 흡입되어 T자로 나뉘어진 공기배출관을 따라 폐수에 공기를 공급하는 산기관(147), 제2사이클론, 및 상기 내부공기 흡입 사이클론으로 이루어지는 제2소화실(20); 상기 외부블로워의 배출공기를 에어리프트 펌프(149)의 하부로 공급하여 유량조정실의 오수를 상기 제2소화실로 이송하는 연결관(148); 상기 제2소화실(20)로부터 2차 처리된 폐수가 유입되어 슬러지를 침전 분리시키기 위한 침전분리실(23); 및 상기 침전분리실(23), 상기 제1소화실(15) 및 상기 제2소화실(20) 상부 쪽에 설치되어 상기 침전분리실(23)로부터 유입되는 처리수를 최종적으로 정화하기 위한 수생식물조(28); 로 구성되는 것을 특징으로 하는 다목적 합병 정화조.

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