KR102370890B1

KR102370890B1 - 무방류 순환수세식 화장실 시스템

Info

Publication number: KR102370890B1
Application number: KR1020210052602A
Authority: KR
Inventors: 심재곤
Original assignee: 심재곤
Priority date: 2021-04-22
Filing date: 2021-04-22
Publication date: 2022-03-08

Abstract

본 발명은, 변기(10)로부터 배출되는 오수가 저장되고, 상하부를 구획하는 망체(110)를 포함하는 저류조(100); 상기 저류조(100)의 망체(110) 하부에서 배출되는 오수에 포함된 질소, 인 및 유기물을 미생물을 이용하여 제거하는 생물반응조(200); 상기 생물반응조(200)에서 배출되는 처리수에 포함된 미생물을 분리하여 생물반응조(200)로 반송하는 정밀여과막모듈(310)을 포함하는 막분리조(300); 상기 정밀여과막모듈(310)을 통해 미생물이 분리되고 남은 여액인 처리수를 탈색 및 살균하는 후처리조(400); 및 상기 후처리조(400)에서 배출되는 처리수를 저장하는 처리수 저장탱크(500);를 포함하는 무방류 순환수세식 화장실 시스템에 관한 것으로, 변기(10)에서 공급된 오수를 정화하여 얻어진 처리수를 변기(10)의 세척수로 재사용함으로써 급수나 방류 없이 효과적으로 운영될 수 있다.

Description

무방류 순환수세식 화장실 시스템{Water recycling toilet system without water discharge}

본 발명은 무방류 순환수세식 화장실 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자체 정화 시스템을 구비하여, 정화 처리를 거쳐 얻어진 처리수를 변기용 세척수로 재사용함으로써 급수나 방류 없이 운영될 수 있는 무방류 순환수세식 화장실 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 야외 화장실에 있어 발생되는 분뇨 및 오수는 많은 비용을 들여 하수시설 및 급수시설을 설치하여 화장실을 운용하거나, 오수탱크 및 급수탱크를 설치하여 정기적으로 진공수거차량을 이용 오수탱크내의 오수를 수거하거나, 또는 자연 발효식 화장실 혹은 정화장치를 설치하여 일부의 오수를 방류하는 방식으로 운영되고 있다.

이에 따라 상/하수 시설에 따른 많은 비용 발생, 불안전한 정화 방출로 인한 환경오염원인 제공, 정기적 수거에 따른 관리 비용 발생, 비위생적 상태에 따른 악취 및 해충발생 등의 문제가 발생되고 있다.

특히 상/하수 시설이 어려운 지역, 자연통풍이 잘 안 되는 지역, 주변하천 오염의 엄격한 관리지역, 자연보호를 위해 토목공사가 제한되는 지역 등에서는 기존 화장실 운용에 더욱 큰 어려움을 겪고 있다.

특히, 주로 야외에 설치되는 화장실에 설치되는 수세식변기로부터 배출되는 오폐수는 부영양화의 원인이 되는 물질인 질소와 인이 다량으로 함유되어 있으므로 악취가 발생한다.

이와 같이 화장실에서 배출되는 오폐수에 포함된 질소와 인은 미생물의 활동 및 증식을 위한 단백질과 핵산합성의 필수 영양소로 작용하게 되고, 잔류분은 제거되거나 방류되며, 이와같이 잔류분의 질소와 인이 자연에 방류되어 수질 및 대지를 오염시키는 주범이다.

통상적으로 오폐수처리 방식은 오수에 포함된 질소와 인 및 악취를 제거하기 위해 생물학적 정화처리공정 또는 화학적 정화처리공정을 실시하게 되지만, 화장실에서 발생하는 오폐수를 정화하는 방법은 대체로 생물학적 정화처리공정을 채택하고 있다.

그러나 생물학적 정화처리 공정을 채택한 기존의 무급수, 무방류 화장실의 경우에는 공법 및 시스템상 초기에는 안정적으로 가동되나, 가동 시간이 경과함에 따라 여재의 재처리 문제가 발생하고, 필터를 사용하는 경우에는 필터가 막히는 파울링 등의 문제로 인해 가동 효율성이 현격히 저하되는 문제가 발생한다.

이에, 여재의 재처리나 필터의 파울링 등과 같은 문제를 방지하여 장기간 안정적으로 가동될 수 있는 무급수, 무방류 화장실 시스템의 개발이 필요하다.

공개특허 제10-2016-0145994호(2016.12.21 공개)

정화 처리를 거쳐 얻어진 처리수를 변기용 세척수로 재사용함으로써 급수나 방류 없이 운영될 수 있는 무방류 순환수세식 화장실 시스템을 제공하고자 한다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 변기(10)로부터 배출되는 오수가 저장되고, 상하부를 구획하는 망체(110)를 포함하는 저류조(100); 상기 저류조(100)의 망체(110) 하부에서 배출되는 오수에 포함된 질소, 인 및 유기물을 미생물을 이용하여 제거하는 생물반응조(200); 상기 생물반응조(200)에서 배출되는 처리수에 포함된 미생물을 분리하여 생물반응조(200)로 반송하는 정밀여과막모듈(310)을 포함하는 막분리조(300); 상기 정밀여과막모듈(310)을 통해 미생물이 분리되고 남은 여액인 처리수를 탈색 및 살균하는 후처리조(400); 및 상기 후처리조(400)에서 배출되는 처리수를 저장하는 처리수 저장탱크(500);를 포함하고, 상기 저장탱크(500)에 저장된 처리수를 변기(10)의 세척수로 재사용하는 것을 특징으로 하는 무방류 순환수세식 화장실 시스템에 관한 것이다.

상기 저류조(100)에는 스크류(120)가 설치되며, 상기 스크류(120)는 저류조(100) 내부에 수직 방향으로 배치되는 고정축(121), 상기 고정축(121)을 둘러싸며 회전 가능하게 결합되는 회전축(122) 및 상기 회전축(122)에 결합되어 함께 회전하는 나선형의 날개(123);를 포함할 수 있다.

상기 저류조(100)의 하부에 배치되는 고정축(121) 및 회전축(122)은 복수개의 관통홀(124)을 포함하는 관형으로 형성될 수 있다.

상기 저장탱크(500)에 저장된 처리수의 일부를 플라즈마 수중방전시켜 저류조(100)로 공급하는 플라즈마 장치(130)가 추가로 더 구비될 수 있다.

상기 생물반응조(200)는, 상기 저류조(100)에서 배출되는 오수가 유입되어 처리되는 혐기조(210); 및 상기 혐기조(210)에서 배출되는 처리수가 유입되어 순차적으로 처리되는 복수개의 반응조(220)를 포함할 수 있다.

상기 반응조(220)의 내부는 수직 차단막(221)에 의해 반응실(222)과 휴지실(223)로 구획되며, 상기 휴지실(223)은, 상기 수직 차단막(221)의 상부에 구비되어 반응실(222)로부터 처리수가 유입되는 입구(224); 상기 휴지실(223)의 일측 내벽과 타측 내벽에 일정 간격을 두고 번갈아가며 설치되고, 서로 상하로 소정 간격 이격되는 칸막이벽(225); 및 상기 휴지실(223)의 타측 벽의 하부에 구비되어 휴지실(223) 내부의 처리수를 배출하는 출구(226);를 포함하여, 상기 칸막이벽(225)에 의해 지그재그 형태의 유로가 형성될 수 있다.

상기 후처리조(400)는, 막분리조(300)에서 공급된 여액을 활성탄(411)에 통과시켜 탈색하는 탈색조(410); 및 상기 탈색조(410)에서 배출되는 처리수를 자외선 또는 살균제를 이용하여 살균하는 살균조(420);를 포함할 수 있다.

상기 저류조(100), 생물반응조(200), 막분리조(300), 후처리조(400) 및 처리수 저장탱크(500)의 동작을 제어하고, 무선통신모듈이 구비되는 제어부가 더 포함될 수 있다.

상기 변기(10)로부터 오수가 배출되는 배출구를 개폐하는 도어(11) 및 변기(10)의 사용 여부를 판단하는 제1 센서(12)가 구비되고, 상기 제어부는, 상기 제1 센서(12)에 의해 변기(10)가 사용중인 것으로 판단되는 경우에만 도어(11)를 개방할 수 있다.

빗물이 저장되는 빗물탱크(600) 및 상기 저류조(100) 내부의 수위를 측정하는 제2 센서(13)가 구비되고, 상기 제어부는, 상기 제2 센서(13)에 의해 측정된 저류조(100)의 내부 수위가 소정 높이 미만인 것으로 판단되면, 빗물탱크(600)로부터 저류조(100)로 빗물이 공급될 수 있다.

본 발명의 무방류 순환수세식 화장실 시스템은 화장실에서 발생된 오수를 처리하여 얻어진 처리수를 변기용 세척수로 재사용함으로써 급수나 방류 없이도 운영될 수 있는 장점이 있다.

또한, 최초로 오수가 투입되는 저류조에서 오수가 1차적으로 분해 및 정화되므로 후단의 생물반응조, 막분리조 및 후처리조에서의 처리 부하가 감소되어 정화 효율이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무방류 순환수세식 화장실 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 저류조 하부에 배치되는 고정축 및 회전축을 간략히 도시한 도면이다.
도 3은 반응조의 내부 구조를 간략히 도시한 도면이다.
도 4는 생물반응조를 보다 상세하게 도시한 도면이다.
도 5는 정밀여과막 모듈의 구조를 도시한 도면이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 상세히 설명하기에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 밝혀둔다.

본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.

도면에서 제안된 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 또한, 명세서에서 기술한 "부"란, 특정 기능을 수행하는 하나의 단위 또는 블록을 의미한다.

이하에서는, 본 발명의 실시예를 살펴본다. 그러나 본 발명의 범주가 이하의 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 본 발명의 권리범위 내에서 본 명세서에 기재된 내용의 여러 가지 변형된 형태를 실시할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무방류 순환수세식 화장실 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 무방류 순환수세식 화장실 시스템은 변기(10)로부터 배출되는 오수가 저장되고, 상하부를 구획하는 망체(110)를 포함하는 저류조(100); 상기 저류조(100)의 망체(110) 하부에서 배출되는 오수에 포함된 질소, 인 및 유기물을 미생물을 이용하여 제거하는 생물반응조(200); 상기 생물반응조(200)에서 배출되는 처리수에 포함된 미생물을 분리하여 생물반응조(200)로 반송하는 정밀여과막모듈(310)을 포함하는 막분리조(300); 상기 정밀여과막모듈(310)을 통해 미생물이 분리되고 남은 여액인 처리수를 탈색 및 살균하는 후처리조(400); 및 상기 후처리조(400)에서 배출되는 처리수를 저장하는 처리수 저장탱크(500);를 포함하여, 상기 저장탱크(500)에 저장된 처리수를 변기(10)의 세척수로 사용함으로써 오수나 슬러지의 방류나 추가적인 물 공급 없이도 화장실 시스템을 운영할 수 있다.

또한, 본 발명의 무방류 순환수세식 화장실 시스템은 제어부를 포함하여, 제어부에 의해 무방류 순환수세식 화장실 시스템의 전체 동작이 제어될 수 있으며, 상기 제어부에는 무선통신모듈이 구비되어 사용자 단말기를 이용하여 원격으로 제어하는 것도 가능하다.

먼저, 상기 저류조(100)는 변기(10)의 아래에 위치하여, 변기(10)에서 배출되는 오수를 저장한다.

상기 변기(10)로부터 저류조(100)로 오수가 배출되는 변기(10)의 배출구에는 도어(11)가 구비되고, 변기(10)에는 변기(10)의 사용 여부를 판단하는 제1 센서(12)가 구비된다.

제어부는 제1 센서(12)로부터 신호를 송신하여 변기(10)가 미사용 중인 경우에는 도어(11)를 폐쇄하고, 변기(10)가 사용중인 것으로 판단되는 경우에만 도어(11)를 개방시킨다. 따라서, 저류조(100)로부터 변기(10)를 통과하여 발생되는 악취가 방지될 수 있다.

상기 저류조(100)에는 저류조(100)의 상하부를 구획하는 망체(110)가 구비된다.

상기 망체(110)는 타공판이나 메쉬망과 같이 저류조(100)의 상하부와 연통되는 복수개의 통공을 갖는 판상의 형태를 가져, 저류조(100)로 낙하한 오수에서 액상 성분과 망체(110)를 통과할 수 있는 크기의 고상 성분이 혼합된 슬러지가 망체(110)를 통과하여 저류조(100)의 하부로 이동하고, 망체(110)를 통과하지 못하는 크기의 고상 성분은 저류조(100)의 상부에 머무른다.

상기 저류조(100)의 내부에는 저류조(100) 내부의 오수를 균일하게 혼합 및 분쇄하는 스크류(120)가 설치되어, 저류조(100) 내부 오수의 상을 일정하게 유지시키며, 저류조(100) 상부에 위치한 상대적으로 큰 고상 성분을 분쇄한다.

상기 스크류(120)는 저류조(100)의 중심부에 수직 방향으로 배치되는 고정축(121)과 상기 고정축(121)을 둘러싸며 회전 가능하게 결합되는 회전축(122) 및 상기 회전축(122)에 결합되어 함께 회전하는 나선형의 날개(123)를 포함하여, 고정축(121)에 대하여 회전축(122)이 회전하면서 나선형의 날개(123)가 함께 회전되어 저류조(100) 내부 오수에 회전유동을 일으키며 오수를 균일하게 혼합시킨다.

이때, 상기 날개(123)의 외측 단부는 절단날부로 형성되어, 날개(123)가 회전함에 따라 오수에 포함되어 있는 고체 성분을 분쇄할 수 있다. 이때 분쇄 효율을 높이기 위해 상기 절단날부는 톱날 형태로 형성될 수 있다.

또한, 상기 날개(123)의 날개면에는 서로 다른 크기를 갖는 복수개의 분쇄홀이 형성되어 날개(123)의 회전에 따라 오수가 분쇄홀을 통과하며 추가적으로 더 작은 크기로 분쇄될 수 있다.

상기 저류조(100) 내부에는 저류조(100)의 수위를 측정하는 제2 센서(13)가 구비되어, 저류조(100)의 수위를 소정 높이 이상으로 유지시킬 수 있다. 이때 소정 높이는 상기 날개(123)의 적어도 일부가 잠기는 높이일 수 있으며, 수위가 이와 같이 유지됨으로써 날개(123)가 위치한 저류조(100)의 상부의 오수에 고체만 존재하는 것이 아니라 고체와 액체가 혼합된 혼합상으로 존재함으로써 날개(123)에 의한 혼합 및 분쇄 효과가 유지될 수 있다.

본 발명의 무방류 순환수세식 화장실 시스템에는 플라즈마 장치(130)가 추가로 더 구비되어, 저장탱크(500)에 저장된 처리수의 일부를 플라즈마 수중 방전시켜 저류조(100)로 공급할 수 있다. 저류조(100)로 공급된 플라즈마 처리된 플라즈마 처리수는 저류조(100) 내의 오수에 포함되어 있는 유기물 및 미생물을 1차적으로 분해하거나 제거하여 이어지는 생물반응조(200)에서의 부하를 낮추고, 정화 효율을 높일 수 있다.

도 2는 저류조(100) 하부에 배치되는 고정축(121) 및 회전축(122)을 간략히 도시한 도면이다.

이와 같이 저류조(100)의 하부에 배치되는 고정축(121) 및 회전축(122)은 관형으로 형성되고, 서로 베어링을 통해 결합되어 고정축(121)에 대하여 회전축(122)이 회전된다.

또한, 저류조(100)의 하부에 배치되는 고정축(121) 및 회전축(122)에는 복수개의 관통홀(124)이 형성되어 고정축(121)의 관 내부, 회전축(122)의 관 내부 및 저류조(100) 내부를 연통시킨다.

이때, 저류조(100) 내부의 오수가 고정축(121)과 회전축(122)의 상부 내측에 유입되면 오수 찌꺼기가 굳어져 스케일이 형성되고, 이에 따라 회전축(122)의 회전 동작이 방해되므로, 오수의 관 상부 내측으로의 유입을 방지하기 위해 고정축(121) 관 내부를 상하부로 구획시키는 밀폐부재(126)와 회전축(122)과 고정축(121) 사이의 공간인 회전축(122)의 관 내부를 상하부로 구획시키는 실링부재(125)가 구비된다.

상기 밀폐부재(126)와 실링부재(125)에 의해 고정축(121)과 회전축(122) 각 관 내부의 상부와 하부가 서로 연통되지 않는 독립된 공간으로 구획되며, 실링부재(125)는 고정축(121)에 고정되어, 회전축(122)의 내주면이 실링부재(125)의 내주면과 맞닿은 상태로 회전함으로써 회전축(122) 내부 공간이 상하부의 독립 공간으로 구획되는 동시에 고정축(121)에 대하여 회전할 수 있다.

일예로, 상기 밀폐부재(126)와 실링부재(125)는 망체(110)가 위치한 높이에 구비될 수 있다.

한편, 상기 플라즈마 장치(130)에서 저류조(100)로 공급되는 플라즈마 처리수에는 수중 플라즈마 방전을 통해 생성된 라디칼, 활성종 및 기포가 포함되어 있으며, 이러한 플라즈마 처리수는 고정축(121)의 하측 내부로 공급되어, 일차적으로 고정축(121)의 관통홀(124a)을 통과하고 이차적으로 회전축(122)의 관통홀(124b)을 통과하며 저류조(100) 하부의 오수로 공급된다.

이와 같이 회전축(122)의 회전에 따라 플라즈마 처리수는 두 번의 관통홀(124a, 124b)을 통과하며 회전 스프레이 방식으로 저류조(100)의 오수 내부로 균일하게 분산될 수 있다. 뿐만 아니라, 회전축(122)이 회전하면서 회전축(122)의 관통홀(124b)을 통과하는 기포가 물리적으로 분해되어 보다 작은 크기의 미세기포가 형성되므로, 플라즈마 처리수의 공급 압력이 상대적으로 낮더라도 미세기포의 형성이 용이하다.

이와 같이 생성된 미세기포는 저류조(100) 하부의 고상 물질을 흡착하여 이동시키므로, 저류조(100) 하부에 고상 물질의 침전을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 미세기포가 망체(110)의 통공을 통과하며 저류조(100)의 상부로 이동하여 망체(110)의 통공을 세척할 수 있다. 기포의 크기가 큰 경우에는 오히려 기포가 망체(110) 통공의 폐색을 유발할 수 있으므로, 상술한 구조를 통해 미세기포를 형성시키는 것이 바람직하다.

이때, 상기 회전축(122)의 관통홀(124b)은 회전축(122)의 회전에 대하여 회전축(122) 외부의 오수가 내부로 유입되는 것을 방지하는 내부 유입 방지 구조로 형성 된다. 이러한 구조는 A방향에서 바라본 관통홀(124b)의 단면 확대도를 참고하면 보다 용이하게 이해될 수 있다.

구체적으로, 상기 회전축(122)의 관통홀(124b)의 중심선(a)과 회전축(122)의 접선(b)에 의해 형성되는 두 각 중 회전축(122)의 회전 방향(c)에 위치한 각(θ)은 예각으로 형성되어, 회전축(122)의 지름방향에 대하여 비스듬한 형태의 관통홀(124b)이 형성될 수 있다. 이와 같이 상기 각(θ)이 예각으로 형성되는 경우, 회전축(122)이 회전할 때 오수가 관통홀(124b)을 통해 회전축(122)의 내부로 유입되지 않으므로, 오수의 회전축(122) 내부 유입으로 인한 회전축(122) 내부 오염이나 관통홀(124b)의 폐색과 같은 문제가 방지될 수 있다.

더욱 바람직하게는 상기 각(θ)은 60~85도일 수 있으며, 60도 미만인 경우에는 회전축(122)의 내구성이 저하될 수 있고, 85도를 초과하는 경우에는 회전축(122)이 느리게 회전하거나, 회전하지 않을 때 혹은 플라즈마 장치(130)에 의한 플라즈마 처리수의 공급이 일어나지 않을 때 회전축(122) 내부로 오수 유입이 일어날 수 있다.

또한, 상기 고정축(121)에 형성된 관통홀(124a)의 직경이 회전축(122)에 형성된 관통홀(124b)의 직경보다 크게 형성되는 것이 바람직하며, 이 경우 미세기포의 형성이 보다 용이하다.

상기 회전축(122)에 형성된 관통홀(124b)의 직경은 5~10mm일 수 있으며, 직경의 크기가 이와 같이 형성될 때 미세기포 형성량이 증가하여 미세기포에 의한 고상 물질 흡착에 따른 침전 방지, 망체(110) 통공의 폐색 방지 및 세척 등의 효과를 얻을 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이 상기 저류조(100)는 망체(110)를 중심으로 상부와 하부로 나뉘며, 상부에는 상대적으로 큰 고체 성분과 액체 성분이 날개(123)에 의해 혼합 및 분쇄되고, 하부에는 상대적으로 작은 고체 성분과 액체 성분이 플라즈마 처리수와 혼합되어 일차적으로 정화되어 생물반응조(200)로 공급되므로, 생물반응조(200)의 부하를 줄일 수 있는 효과가 있다.

이때, 상기 날개(123)는 망체(110)의 상부에만 위치되도록 하며, 날개(123)가 망체(110)의 하부에도 위치되는 경우에는 날개(123)가 회전하며 상승류가 발생하여 상대적으로 더 정화된 망체(110) 하부의 오수와 덜 정화된 망체(110) 상부의 오수가 혼합되어 생물반응조(200)로 공급되는 오수의 오염도가 더 높아지므로, 상술한 구조를 통해 얻어지는 생물반응조(200)의 부하 감소 효과가 저하되는 문제가 있다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 생물반응조(200)는 저류조(100)에서 배출되는 오수를 미생물을 이용하여 고도처리함으로써 정화시키는 장치이다.

구체적으로, 상기 생물반응조(200)는, 상기 저류조(100)에서 배출되는 오수가 유입되어 처리되는 혐기조(210); 및 상기 혐기조(210)에서 배출되는 처리수가 유입되어 순차적으로 처리되는 복수개의 반응조(220)를 포함하며, 상기 혐기조(210)및 각 반응조(220)에는 각각 교반기가 구비될 수 있다.

상기 복수개의 반응조(220)는, 제1 호기조(230), 제1 무산소조(240), 제2 호기조(250), 제2 무산소조(260) 및 제3 호기조(270)를 포함하며, 이들이 순차적으로 연결된 구조를 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 혐기조(210)를 거쳐 반응조(220)로 유입된 처리수는 제1 호기조(230), 제1 무산소조(240), 제2 호기조(250), 제2 무산소조(260) 및 제3 호기조(270)를 순차적으로 거치며 처리된다.

상기 혐기조(210)는 혐기 분위기로 형성되어, 여기서 인 축적 미생물이 저장하고 있는 인의 방출이 이루어진다. 이러한 작용을 하는 인 축적 미생물은 아시네토박터(Acinetobacter), 바실러스(Bacillus) 및 슈도모나스(Pseudomonas), 마이크로코커스(Micrococcus)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 한 종 이상의 혐기성 미생물일 수 있다.

이후 반응조(220)에서 호기성 분위기와 무산소 분위기가 교대로 형성되어 미생물에 의한 탈인 및 탈질 반응이 일어나 생물반응조(200)로 공급된 오수의 정화가 이루어진다.

상기 제1 호기조(230)에서는 폭기가 일어나 유기물의 분해가 이루어지고, 니트로소모나스(Nitrosomonas)와 니트로백터(Nitrobacter)와 같은 질산화 미생물에 의해 암모니아성 질소의 질산성 질소로의 전환이 일어나며, 피처리수 내의 인 농도가 높아짐에 따라 인 축적 미생물에 의한 인 과잉 섭취가 이루어져 BOD(biochemical oxygen demand), COD(chemical oxygen demand) 및 SS(suspended solids)의 감소가 이루어진다.

다음으로 제1 무산소조(240)에서는 다시 무산소 분위기가 유지되어 탈질 미생물에 의해 질산성 질소가 환원되어 질소나 아산화질소 등과 같은 형태로 제거된다.

상기 탈질 미생물은 바실루스(Bacillus), 플라보박테리움(Flavobacterium), 슈도모나스(Pseudomonas), 로도슈도모나스(Rhodopseudomonas), 아크로모박터 (Achromobacter), 미크로코커스(Micrococcus)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 한 종 이상의 호기성 미생물일 수 있다.

다음으로 제2 호기조(250)에서는 폭기가 일어나 추가적인 유기물의 분해, 질산화 반응 및 인 과잉 섭취가 이루어지고, 제2 무산소조(260)에서는 추가적인 탈질 반응이, 제3 호기조(270)에서는 폭기에 의한 추가적인 유기물의 분해, 질산화 반응 및 인 과잉 섭취가 이루어진다.

이와 같이 반응조(220)에 호기조와 무산소조가 반복적으로 배치됨에 따라 고농도의 유기물을 포함하는 오수 내 질소 및 인의 제거가 효과적으로 이루어질 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 반응조(220)에는 기능성 미생물이 함께 공급되어 일반적인 인 과잉섭취, 질산화 반응, 탈질 반응 외의 추가적인 정화 작용이 이루어짐으로써 오수의 정화 효율을 보다 향상시킬 수 있다.

이러한 기능성 미생물로는 스트렙토마이세스 카틀레아(Streptomyces cattleya), 아시네토박터 데플루비(Acinetobacter defluvii) 및 클로스트리듐 부티리쿰(Clostridium butyricum) 중 적어도 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.

상기 스트렙토마이세스 카틀레아(Streptomyces cattleya)는 호기성 미생물로 글루탐산에 암모니아를 고정시켜 글루타민을 생성시키는 글루타민 합성 효소(Glutamine synthetase)를 갖고 있어, 반응조(220) 중 폭기가 이루어지는 호기조(230, 250, 270)에서 암모니아를 소비함으로써 오수 내 질소를 제거할 수 있다.

상기 아시네토박터 데플루비(Acinetobacter defluvii)는 호기성 미생물로 페놀 히드록시라아제(phenol hydroxylase)를 가지고 있어, 오수 중 유해균에 의해 생성된 페놀을 제거함으로써 처리수의 냄새를 저감시키고 수질을 개선시킬 수 있다.

상기 클로스트리듐 부티리쿰(Clostridium butyricum)은 혐기성 미생물로, 산소가 부족한 무산소 분위기 혹은 혐기성 분위기에서 오수에 포함되어 있는 거대 분자인 당을 직접 분해 및 소비함으로써 처리수의 수질을 빠르게 개선시킬 수 있다.

도 3은 상기 반응조(220)의 내부 구조를 간략히 도시한 도면으로, 반응조(220)에 포함되는 제1 호기조(230), 제1 무산소조(240), 제2 호기조(250), 제2 무산소조(260) 및 제3 호기조(270)는 이와 같은 내부 구조를 가질 수 있다

구체적으로, 상기 반응조(220)의 내부에는 수직 차단막(221)이 설치되어 반응실(222)과 휴지실(223)로 구획되어, 반응실(222)에서 미생물에 의한 주 반응이 일어나고, 휴지실(223)에서는 이어지는 다음 반응조의 호기 혹은 무산소 분위기로의 적응을 보다 용이하게 함으로써 후속 반응조에서의 부하를 감소시키고 반응조에서의 반응 효율을 향상시킬 수 있다.

이러한 휴지실(223)은 수직 차단막(221)의 상부에 구비되어 반응실(222)로부터 처리수가 유입되는 입구(224); 상기 휴지실(223)의 일측 내벽과 타측 내벽에 일정 간격을 두고 번갈아가며 설치되고, 서로 상하로 소정 간격 이격되는 칸막이벽(225); 및 상기 휴지실(223)의 타측 벽의 하부에 구비되어 휴지실(223) 내부의 처리수를 배출하는 출구(226);를 포함하여, 상기 칸막이벽(225)에 의해 지그재그 형태의 유로가 형성될 수 있다.

이때, 제1 호기조(230), 제2 호기조(250) 및 제3 호기조(270)의 후단에 구비되는 호기조의 휴지실(223)은 외부의 공기나 산소의 유입이 방지되는 밀폐 공간일 수 있다.

따라서, 호기조의 반응실(222)에서 폭기가 일어나 질산화 미생물에 의해 유기물 분해 및 질산화 반응이 일어나고, 호기조의 후단에 배치된 휴지실(223)에서는 별도의 폭기 없이 처리수와 질산화 미생물이 머무르면서 처리수 내에 잔존하는 산소를 자체적으로 소비하며 유기물 분해와 질산화 반응을 계속해서 수행하므로 처리수의 용존산소량이 저감된다. 따라서, 후단의 무산소조에서의 무산소 분위기가 보다 안정적으로 유지되고 무산소조에서의 탈질 효율이 향상될 수 있다.

또한, 제1 무산소조(240), 제2 무산소조(260)에 구비되는 무산소조의 휴지실(223)에는 외부의 공기나 산소가 유입되는 공기 유입구가 설치될 수 있다.

따라서, 무산소조의 반응실(222)에서 탈질 미생물에 의해 탈질 반응이 일어나고, 무산소조 후단의 휴지실(223)에서는 반응실(222)에서 공급되는 처리수가 휴지실(223)의 칸막이벽(225) 사이를 낙하하며 흘러 산소와의 접촉 면적이 증가되므로, 무산소조의 휴지실(223)에서 배출되는 처리수 내의 용존산소량이 증가하여, 후단의 호기조의 환경을 안정적으로 유지시키고 호기조에서의 산화 및 유기물 분해 반응이 효율적으로 수행될 수 있다.

이때, 무산소조의 휴지실(223)에는 수위를 측정하는 수위 센서(미도시)가 구비되어, 센서에 의해 측정된 수위 데이터를 바탕으로 제어부에 의해 무산소조 휴지실(223)의 수위가 소정 높이 이하로 유지될 수 있다.

이 때 소정 높이 이하는 제일 하단에 위치된 칸막이벽(225)보다 낮은 높이일 수 있으며, 이와 같이 낮은 수위가 유지됨으로써 무산소조의 휴지실(223) 내부에서 처리수가 칸막이벽(225) 사이를 낙하하며 흘러 무산소조의 휴지실(223)을 통과하는 처리수와 산소와의 접촉 면적이 최대화 될 수 있다.

도 4는 상기 생물반응조(200)를 보다 상세하게 도시한 도면으로, 상기 생물반응조(200)에는 생물반응조(200)로 미생물을 공급하기 위한 미생물 공급장치(280)가 구비된다.

상기 미생물 공급장치(280)는 혐기조(210)로 인 축적 미생물을 공급하는 제1 미생물 공급부(281), 제1 호기조(230)로 질산화 미생물을 공급하는 제2 미생물 공급부(282) 및 제1 무산소조(240)로 탈질 미생물을 공급하는 제3 미생물 공급부(283)를 포함한다.

인 축적 미생물, 질산화 미생물 및 탈질 미생물의 생장 환경은 서로 다르기 때문에 각각 별도의 용기에 보관되고, 각각의 용기에는 서로 다른 영양염류가 포함되며, 미생물의 종류에 따라 산소 분위기 혹은 무산소 분위기로 유지될 수 있다.

이때, 제2 미생물 공급부(282)에는 질산화 미생물과 함께 기능성 미생물인 스트렙토마이세스 카틀레아(Streptomyces cattleya) 및 아시네토박터 데플루비(Acinetobacter defluvii)가 함께 저장되었다가 제1 호기조(230)로 공급될 수 있다.

또한, 제3 미생물 공급부(283)에는 탈질 미생물과 함께 클로스트리듐 부티리쿰(Clostridium butyricum)이 함께 저장되었다가 제1 무산소조(240)로 공급될 수 있다.

이러한 미생물 공급장치(280)에 의한 반응조(220)로의 미생물 공급은 제어부에 의해 정기적으로 혹은 부정기적으로 이루어질 수 있으며, 또는 사용자 단말기를 이용하여 미생물의 공급이 이루어질 수도 있다.

도 5는 상기 막여과조(300)에 설치되는 정밀여과막모듈(310)의 구조를 도시한 것으로, 정밀여과막모듈(310)은 반응조(220)에서 배출되는 처리수가 통과하는 외부 유로(311) 및 상기 외부유로(311)의 내부에 구비되는 분리막(313)을 통해 외부유로(311)와 구획되는 내부유로(312)를 포함한다.

상기 분리막(313)은 폴리아마이드, 폴리설폰, 폴리비닐리엔 플로라이드, 폴리프로필렌, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리에틸렌, 폴리테트라플로로 에틸렌 및 폴리 에터 설폰으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 재질로 제조되는 기공 크기가 0.1~10㎛인 다공성의 정밀여과막으로, 미생물, 유기물 등의 입자성 물질을 여과할 수 있다.

상기 정밀여과막모듈(310)의 외부유로(311)에는 반응조(220)에서 배출되는 처리수가 유입되어 외부유로(311)를 따라 흐른다. 이때 처리수에 포함되어 있는 미생물, 유기물 등과 같이 분리막(313)의 기공의 크기보다 큰 입자성 물질은 분리막(313)을 통과하지 못하고, 액체 성분이나 분리막(313)의 기공의 크기보다 작은 입자성 물질은 분리막(313)을 통과하여 내부유로(312)로 유입된다.

상기 내부유로(312)로 유입된 처리수는 후처리조(400)로 도입되고, 내부유로(312)로 유입되지 못한 입자성 물질은 외부유로(311)를 통과하는 처리수와 함께 다시 반응조(220)로 유입되어, 반응조(220)로 미생물이 다시 공급되고, 미분해된 유기물이 재처리될 수 있다.

이때, 정밀여과막모듈(310)의 외부유로(311)를 통과하여 다시 반응조(220)로 회수되는 처리수는 혐기조(210)로 도입될 수 있다.

이와 같이 정밀여과막모듈(310)을 이용하여 미생물들을 분리하고, 분리된 미생물을 다시 생물반응조(200)로 재공급함으로써 생물반응조(200)에서 유출되는 미생물을 분리하여 재공급하기 위한 침사지와 같은 대규모 장치가 요구되지 않아 설치 공간의 제약이 있는 장소에서도 생물반응조(200) 내의 MLSS(Mixed liquor suspended solids)를 일정 수준으로 유지할 수 있다.

이러한 정밀여과막모듈(310)은 정기적인 역세 과정을 거침으로써 분리막(313)의 기공 폐색과 이에 따른 정수 처리 효율 저감 문제가 방지될 수 있다.

정밀여과막모듈(310)의 역세는 반응조(220)에서 외부유로(211)로의 처리수 유입을 정지시키고, 내부유로(312)로 정수 완료된 처리수, 즉 처리수 저장탱크(500)에 저장된 처리수를 공급함으로써 수행될 수 있으며, 이러한 역세 과정은 분리막(313)의 막간차압을 정기적으로 측정하여, 막간차압이 소정 값 이상인 경우 수행될 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 후처리조(400)는, 정밀여과막모듈(310)에서 공급된 여액을 활성탄(411)에 통과시켜 탈색하는 탈색조(410); 및 상기 탈색조(410)에서 배출되는 처리수를 자외선 또는 살균제를 이용하여 살균하는 살균조(420)를 포함한다.

상기 탈색조(410)는 내부에 활성탄(411)이 충진되어, 정밀여과막모듈(310)에서 탈색조(410)의 상부로 공급된 여액이 활성탄(411)을 통과하며 탈색 및 정화되어 살균조(420)로 이동한다.

상기 살균조(420)는 탈색조(410)에서 배출되는 처리수를 자외선 또는 살균제를 이용하여 살균하는 곳으로, 자외선 램프를 이용하여 소정 시간 동안 처리수에 자외선을 조사하여 살균하거나, 처리수에 소정량의 살균제, 예를 들어 차아염소산용액, 차염소산나트륨, 이산화염소 등과 같은 염소계 살균제를 투입하여 살균할 수 있다.

상기 처리수 저장탱크(500)는 후처리조(400)에서 탈색 및 살균이 완료되어 배출되는 처리수를 저장하는 저장조로, 여기에 저장된 처리수는 이후 변기(10) 사용시 변기(10)의 세척수로 사용될 수 있다.

또한, 필요에 따라 플라즈마 장치(130)로 공급되거나, 정밀여과막모듈(310)의 역세척수로 사용되거나, 저류조(100)의 수위를 유지하기 위해 추가로 공급되는 공급수로 사용될 수 있다.

본 발명의 무방류 순환수세식 화장실 시스템은 빗물이 저장되는 빗물탱크(600)를 추가로 더 포함할 수 있다. 빗물탱크(600)에 저장된 빗물은 필요에 따라 저류조(100)로 공급되어, 저류조(100)의 수위를 소정 수준 이상으로 유지함으로써 저류조(100)에서 날개(123)에 의한 혼합 및 분쇄 작용을 원활히 할 수 있다.

구체적으로, 저류조(100) 내부의 수위를 측정하는 제2 센서(13)에 의해 저류조(100)의 수위가 소정 높이 미만인 것으로 판단되면, 제어부가 빗물탱크(600)로부터 저류조(100)로 빗물을 공급하여 저류조(100)의 수위를 소정 수준 이상으로 유지시킨다.

이때, 상기 빗물탱크(600)에서 공급되는 빗물이 변기(10)로 직접 공급되지 않고, 저류조(100)로 공급되어 오수와 함께 정화 작용을 거친 뒤 공급됨으로써 빗물에 의한 변기(10)나 배관의 스케일 형성, 오염, 부식 등의 문제가 방지될 수 있다.

또한, 상기 처리수 저장탱크(500)와 빗물탱크(600)에는 각각 수위 측정 센서인 제3 센서(14)와 제4 센서(15)가 설치되어, 빗물탱크(600)에 저장된 빗물이 부족한 경우에는, 저류조(100)의 수위를 유지하기 위해 처리수 저장탱크(500)의 처리수가 저류조(100)로 공급될 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 통해 본 발명의 구체적인 작용과 효과를 설명하고자 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로서 제시된 것으로, 실시예에 따라 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.

[실험예]

본 발명의 무방류 순환수세식 화장실 시스템의 저류조(100)에 설치되는 망체(110) 하단에 배치되는 이중관 형태의 스크류(120)를 제조하고, 용기를 준비하여 고정축(121)을 용기에 고정시킨 뒤 용기에 하천수를 채워 넣었다.

다음으로, 플라즈마 장치(130)에 일정한 전류를 가하여 별도로 준비된 중수를 플라즈마 수중방전 시킨 뒤, 일정한 압력으로 고정축(121)에 플라즈마 처리수를 공급하면서 회전축(122)을 일정한 속도로 회전시켜 저류조(100) 하부 모사 시스템을 운영하였다.

이때, 회전축(122)에 형성되는 관통홀(124b)의 직경을 3~15mm로 변화시켜가며 제작하여 동일한 시간 동안 모사 시스템을 운영하고, 각 모사 시스템을 거쳐 얻어진 처리수의 탁도를 측정하여 그 결과를 표 1에 기재하였다.

직경(mm)	탁도(NTU)
3	2.43
5	1.22
8	1.35
10	1.28
12	2.64

상기 표 1의 결과를 참조하면, 회전축(122)에 형성되는 관통홀(124b)의 직경이 5~10mm일 때 탁도가 현저히 낮게 나타났는데, 이는, 직경이 이와 같은 크기를 가질 때 미세기포의 형성량이 증가하여 미세기포에 의한 고형물 제거 효과가 탁월하게 나타나기 때문인 것으로 판단된다.따라서, 본 실험 결과로부터 관통홀(124b)의 직경은 5~10mm로 형성되는 것이 바람직함을 확인할 수 있었다.

본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.

10: 변기 12: 제1 센서
13: 제2 센서 14: 제3 센서
15: 제4 센서 100: 저류조
110: 망체 120: 스크류
121: 고정축 122: 회전축
123: 날개 124: 관통홀
125: 실링부재 126: 밀폐부재
130: 플라즈마 장치 200: 생물반응조
210: 혐기조 220: 반응조
221: 수직 차단막 222: 반응실
223: 휴지실 224: 입구
225: 칸막이벽 226: 출구
230: 제1 호기조 240: 제1 무산소조
250: 제2 호기조 260: 제2 무산소조
270: 제3 호기조 280: 미생물저장부
281: 제1 미생물저장부 282: 제2 미생물저장부
283: 제3 미생물저장부 300: 막분리조
310: 정밀여과막모듈 311: 외부 유로
312: 내부 유로 313: 분리막
400: 후처리조 410: 탈색조
411: 활성탄 420: 살균조
500: 처리수 저장탱크

Claims

변기(10)로부터 배출되는 오수가 저장되고, 상하부를 구획하는 망체(110)를 포함하는 저류조(100);
상기 저류조(100)의 망체(110) 하부에서 배출되는 오수에 포함된 질소, 인 및 유기물을 미생물을 이용하여 제거하는 생물반응조(200);
상기 생물반응조(200)에서 배출되는 처리수에 포함된 미생물을 분리하여 생물반응조(200)로 반송하는 정밀여과막모듈(310)을 포함하는 막분리조(300);
상기 정밀여과막모듈(310)을 통해 미생물이 분리되고 남은 여액인 처리수를 탈색 및 살균하는 후처리조(400);
상기 후처리조(400)에서 배출되는 처리수를 저장하는 처리수 저장탱크(500); 및
상기 저장탱크(500)에 저장된 처리수의 일부를 플라즈마 수중방전시켜 상기 저류조(100)로 공급하는 플라즈마 장치(130);
를 포함하고,
상기 저장탱크(500)에 저장된 처리수를 변기(10)의 세척수로 재사용하는 것을 특징으로 하며,
상기 망체(110)는 상기 저류조(100)의 상하부와 연통되는 복수개의 통공을 갖는 타공판 또는 메쉬망으로 된 형태이고,
상기 저류조(100)에는 스크류(120)가 설치되며,
상기 스크류(120)는 저류조(100) 내부에 수직 방향으로 배치되는 고정축(121)과, 상기 고정축(121)을 둘러싸며 회전 가능하게 결합되는 회전축(122) 및 상기 회전축(122)에 결합되어 함께 회전하는 나선형의 날개(123)를 포함하고,
상기 날개(123)의 외측 단부는 절단날부로 형성되어 상기 오수 내의 고상 성분을 분쇄하며,
상기 고정축(121)과 회전축(122)은 각각 복수개의 관통홀을 포함하는 관형으로 형성되고,
상기 플라즈마 장치(130)는 상기 고정축(121)의 관통홀을 통해 플라즈마 방전된 처리수를 상기 저류조(100) 내부로 공급하는 것을 특징으로 하는, 무방류 순환수세식 화장실 시스템.
제1항에 있어서,
상기 날개(123)의 날개면에는 서로 다른 크기를 갖는 복수개의 분쇄홀이 형성된 것을 특징으로 하는, 무방류 순환수세식 화장실 시스템.
제1항에 있어서,
상기 회전축(122) 의 관통홀은, 관통홀의 중심선과 회전축의 접선에 의해 형성되는 회전축의 회전 방향에 위치한 각도가 예각으로 형성된 것을 특징으로 하는, 무방류 순환수세식 화장실 시스템.
제1항에 있어서,
상기 고정축에 형성된 관통홀의 직경이 상기 회전축에 형성된 관통홀의 직경보다 더 큰 것을 특징으로 하는, 무방류 순환수세식 화장실 시스템.
제1항에 있어서,
상기 생물반응조(200)는,
상기 저류조(100)에서 배출되는 오수가 유입되어 처리되는 혐기조(210); 및
상기 혐기조(210)에서 배출되는 처리수가 유입되어 순차적으로 처리되는 복수개의 반응조(220)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무방류 순환수세식 화장실 시스템.
제5항에 있어서,
상기 반응조(220)의 내부는 수직 차단막(221)에 의해 반응실(222)과 휴지실(223)로 구획되며,
상기 휴지실(223)은,
상기 수직 차단막(221)의 상부에 구비되어 반응실(222)로부터 처리수가 유입되는 입구(224);
상기 휴지실(223)의 일측 내벽과 타측 내벽에 일정 간격을 두고 번갈아가며 설치되고, 서로 상하로 소정 간격 이격되는 칸막이벽(225); 및
상기 휴지실(223)의 타측 벽의 하부에 구비되어 휴지실(223) 내부의 처리수를 배출하는 출구(226);를 포함하여,
상기 칸막이벽(225)에 의해 지그재그 형태의 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는, 무방류 순환수세식 화장실 시스템.
제1항에 있어서,
상기 후처리조(400)는, 막분리조(300)에서 공급된 여액을 활성탄(411)에 통과시켜 탈색하는 탈색조(410); 및
상기 탈색조(410)에서 배출되는 처리수를 자외선 또는 살균제를 이용하여 살균하는 살균조(420);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무방류 순환수세식 화장실 시스템.
제1항에 있어서,
상기 저류조(100), 생물반응조(200), 막분리조(300), 후처리조(400) 및 처리수 저장탱크(500)의 동작을 제어하고, 무선통신모듈이 구비되는 제어부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는, 무방류 순환수세식 화장실 시스템.
제8항에 있어서,
상기 변기(10)로부터 오수가 배출되는 배출구를 개폐하는 도어(11) 및 변기(10)의 사용 여부를 판단하는 제1 센서(12)가 구비되고,
상기 제어부는, 상기 제1 센서(12)에 의해 변기(10)가 사용중인 것으로 판단되는 경우에만 도어(11)를 개방하는 것을 특징으로 하는, 무방류 순환수세식 화장실 시스템.
제8항에 있어서,
빗물이 저장되는 빗물탱크(600) 및 상기 저류조(100) 내부의 수위를 측정하는 제2 센서(13)가 구비되고,
상기 제어부는, 상기 제2 센서(13)에 의해 측정된 저류조(100)의 내부 수위가 소정 높이 미만인 것으로 판단되면, 빗물탱크(600)로부터 저류조(100)로 빗물이 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는, 무방류 순환수세식 화장실 시스템.