KR100444972B1 - 생태공원으로 활용가능한 점.비점 오염원 처리용 다단계셀인공습지 시스템 및 오염원 처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다단계셀을 도입한 오염원 처리를 위한 인공습지 시스템으로서, 유입구(100)로부터 폐수가 유입되어 일시 저장되는 침강저류지(200); 상기 침강저류지로부터 고형 오염물질이 가라앉아 방류되는 상등수가 유입되는 1차 습지(300); 상기 1차 습지의 1차 정화된 물이 유입되는 개방 수면의 연못(400); 상기 연못으로부터 2차 이상 다단계에서 정화된 물이 유입되는 1차 습지와 동일한 작용을 하는 2차.3차 이상의 다단계 습지(multi-cell)(500); 및 상기 2차 2차.3차 이상의 다단계 습지(multi-cell)의 최종정화된 물이 유입되어 일시저장되었다가 유출구(700)로 정화된 물을 유출시키는 침전지(micro-pool)(600); 을 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 습지와 개방수면을 혼합한 구조로 수처리 효율이 높을 뿐 아니라 다양한 생물의 서식처를 제공하는 것이 가능하고, 공원화 또는 환경교육장소로 활용하기에 용이하며, 시공비가 저렴하고 폐색현상(clogging)이 거의 없어 대부분의 대상지에서 적용성이 높은 등의 여러 가지 장점이 있다.

Description

생태공원으로 활용가능한 점.비점 오염원 처리용 다단계셀 인공습지 시스템 및 오염원 처리 방법{CONSTRUCTED WETLAND SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING WASTEWATER AND NONPOINT POLLUTION SOURCE ADOPTING MULTI-CELLS}

본 발명은 오폐수를 자연정화하기 위하여 습지와 연못의 다단계셀을 도입한 점.비점 오염원 처리를 위한 인공습지 시스템 및 오염원 처리 방법에 관한 것이다.

'Hammer'(1993)는 습지를 자연습지, 복원습지, 조성습지(created wetland), 인공습지(constructed wetland)로 구분하였다. 이중에서 오염물질을 처리하는 주로 이용되는 습지처리시스템은 자연습지와 인공습지이며, 인공습지는 자유수면형(SF 또는 FWS)습지와 지하흐름형(SSF) 습지로 크게 구분된다. 자유수면형과 지하흐름형 인공습지는 자연습지의 처리시스템을 모방하나 자연습지와 달리 거의 모든 장소에서 조성이 가능하다.

자유수면형 습지의 셀(cell)은 연못이나 수로 형태로 조성되는데 토양층이나 기타 식물이 자랄 수 있는 여재(media)를 갖추고 있으며 일반적으로 차수처리가 되어진다. 처리대상 유입수는 토양층 표면을 얕은 수심을 유지하며 흐른다. 반면 지하흐름형 습지의 셀은 식물이 자랄 수 있고 자갈, 모래 또는 기타 여재층을 갖추고 있으며 차수처리가 반드시 필요하다. 지하흐름형 습지에서의 수위는 자갈 등의 식재기반층 표면 아래로 유지된다.

지하흐름형 습지는 토지요구도가 낮고 해충(vector)문제가 적지만 강우시 비점오염을 처리하기에는 높은 비용으로 인해 부적합하다. 자유수면형 습지는 시공비가 저렴하고 폐색현상(clogging)이 거의 없어 대부분의 대상지에서 적용하기에 적합하다. 두 경우 모두 고형물질이 습지시스템으로의 유입되는 것을 저감하기 위한 전처리과정이 필요하다. 토지요구도와 비용측면에서 자유수면형 습지는 농촌지역에 적용하기에 보다 적합하다.

국내 농촌유역에 적용성이 높으며 점오염원과 비점오염원을 동시에 처리할 수 있는 자유수면형 인공습지 시스템은 습지의 구성요소와 깊이, 면적, 배치방식에 따라 크게 저습지형(shallow marsh), 연못-습지형(pond/wetland system), 확장저류형습지(extended detention wetland)의 3가지로 나누어진다. 저습지형에서는 대부분의 유량이 습지에서 저류되며 깊은 곳은 저류지(forebay)와 침전지(micropool)만으로 구성된다. 저습지형은 야생동식물의 훌륭한 서식처를 제공하나 다른 유형에 비해 부지 소요면적이 넓고 지속적인 유량공급이 필요하다. 연못-습지형은 가장 깊이가 깊으며 연못이 처리 용량의 절반을 차지한다. 저습지형에 비해 야생동식물 서식처로서의 가치는 떨어지나 다단계 처리로 인해 부지요구도는 낮다. 확장저류형습지는 저습지형을 변형시킨 것으로 평상시 수위이상으로 물을 저류할 수 있어 기본적인 침전 및 생물학적 처리기능 외에 장기적인 저류, 유속저감, 홍수방지 등의 효과를 가진다.

본 발명이 개선하고자 하는 인공습지는, 경제적이며 유지관리가 용이하면서도 높은 처리효율을 제공하는 수질정화 시설을 제공하고, 경관적으로 양호하고 생물다양성을 증대할 수 있는 수처리 공간을 제공하며, 점오염원 뿐만 아니라 비점오염원까지 정화할 수 있는 효율적인 처리시스템을 제공함과 동시에, 환경생태 교육장소의 제공 및 지역 커뮤니티 공간을 형성하는 등의 많은 장점을 지닌다.

더구나, 자력가능한 시스템으로 시공 및 유지관리가 쉽고 경제성이 높고, 태양에너지와 오염물내의 유기물에 포함된 에너지가 정화작용의 주요 에너지원으로 별도의 정화물질의 공급이 필요하지 않으며, 습지의 복합적인 생태기작은 독성이 있는 유기복합물과 금속물질을 생물학적으로 안정된 화합물로 전환할 수 있는 능력이 있으며, 도시의 하수, 산업폐수, 강우시 비점오염원, 중금속 등 대부분의 오염물질을 처리할 수 있어 적용성이 높을 뿐만 아니라, 생태적, 경관적으로 주변환경과 조화되는 공간으로 다양한 생물의 서식공간으로의 기능이 높아, 지역주민과 방문객을 위한 생태환경 교육공간 및 휴게공간을 제공할 수 있다.

습지를 이용한 기존 시스템에서는 식생이 밀식되어 있어 있는 셀을 병렬 또는 직렬로 배치하는 단순한 시스템을 형성하고 있다. 최근에 들어서는 연못과 식생이 있는 습지를 적절하게 혼합배치하여 시스템을 구성하는 방식이 도입되고 있으나, 기존 시스템들은 수처리중심으로 설계 및 시공이 되어 야생동식물의 서식처 제공과 환경교육, 경관적인 측면을 소홀히 하였다는 단점이 있다.

이상의 인공습지를 이용한 자연정화 시스템으로는, 대한민국 등록실용신안 제220403호 및 동 공개특허 제2000-72363호와 같은 것이 있다.

도 1은 제1 종래기술의 반송습지를 이용한 오수처리장치로서, 질소와 인 등의 부영양화물질을 함유한 생활오수를 미생물과 습지식물로 처리하는 고도처리장치로서, 정화조(1)에서 배출된 오수가 일정량씩 트랜치(3)에 공급되도록 유량을 조절하는 유량조정조(2), 혐기성조건 하에서 혐기성 미생물에 의해 악취물질을 분해하는 트랜치(3), 쇄석에 서식하는 호기성 미생물에 의해 유기물을 분해하는 여상조(4), 여상조(4)에서 미분해된 유기물을 미나리에 흡수시켜 제거하는 습지(5), 습지(5)에서 배출된 처리수를 저장하는 연못(6), 연못(6)의 처리수를 유량조정조(2)로 반송시키는 제1반송관(8) 및 제1 반송펌프(7), 연못(6)의 침전물을 정화조(1)로 반송시키는 제2반송관(8') 및 제2 반송펌프(7') 등으로 구성되어 있다. 도면부호 9는 바이패스 관이다.

도 2는 제2 종래기술의 인공습지를 이용한 자연정화 촉진장치로서,

상기 발명은 오폐수를 자연 정화방법에 의하여 정화되도록 저류시설을 설치하여 습지를 조성하고 습지에 공기를 공급하여 자연 정화를 촉진되도록 한 인공습지를 이용한 자연정화 촉진방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 저류시설 내부에 습지 필터층과 침전 지역을 형성하고 습지 필터층에 공기를 공급하고 모래, 자갈등을 충진한 다음 오폐수를 습지 필터층에 유입시켜서 인공 습지를 조성하고 인공 습지에서 수생식물을 재배하고 수확하여 질소,인 등의 영양물질을 제거하며 일정시간 체류후 오폐수가 필터층을 통과하면서 여과되고 미생물에 의하여 분해되어 침전지로 유입하고 다시 침전지에서 습지로 순환되어 이 과정을 반복하면서 정화되도록 한 것에 관한 것으로 그 구성은 기존 수로(11)의 소정 위치에 유량 분배조 유입관로(22)가 연결된 유입관 수문(23)이 일측벽 소정의 위치에 형성되어 있는 우수토실(21)과; 상기 우수토실(21)에서 유량 분배조 유입관로를 따라 오폐수가 유입되는 유량 분배조(24)와; 상기 유량 분배조(24)로부터 침전지 연결관(26)으로 연결된 침전지 맨홀(25)과; 상기 침전지 맨홀(25)에 유입된 정화된 물을 수중펌프(47)를 이용하여 수로(11)로 방류되도록 하는 한편, 정화되지 않은 물은 수중펌프(47)에 의해 퍼 올려진 물이 펌프 배출수 관로(48)를 타고 다시 유량 분배조(24)로 다시 인입된 다음 습지 유입관로(27)를 타고 양측에 별도로 설치된 습지 유입관로 맨홀(28)로 유입되고 유입된 물은 다시 습지 유입관로(27)를 타고 흘러 들어가는 각 섹터로 분할된 습지지역(41a)(41b)(41c)과; 상기 습지지역 소정 위치에 습지에는 모기 등 해충을 발생할 수 있으므로 모기 유충을 잡아먹는 미꾸라지, 개구리 등이 서식할 수 있게 설치된 폰드(pond)(45a)와; 상기 습지지역 외곽지역에 설치하여 습지지역의 필터층 하부 속으로 소정 간격으로 배관된 공기배출관(44b)으로 송풍기를 이용하여 공기를 인입되도록 송풍기 (44a)가 설치된 기계실(44)과; 상기 습지지역(41a)(41b)(41c)에는 큰 자갈, 작은 자갈, 왕사, 모래를 충진하여 이루어진 필터층(42)에 수생식물을 심어서 이루어지는 지는 것을 특징으로 하는 인공습지를 이용한 자연정화 촉진장치로 된 것이고 그 방법은 기존 수로의 소정 위치에 설치된 우수토실(21)에 오폐수 물이 유입되고 유입된 물은 유입관로를 따라 유량 분배조(24)로 흘러 들어가서 침전지 맨홀(25)로 유입되어 침전되며 상등수를 수중펌프로 퍼올려 유량분배조 습지 유입관로로 유입시켜서 모래, 자갈 등으로 적층되고 수생식물이 자라는 필터층(42)으로 흘러 들어와 정화된 다음 침전지 맨홀의 하부 옹벽의 사방에 천공된 구멍으로 유입되고 유입된 정화된 물은 수중 펌프로 펌프 배출수 관로를 타고 수로로 흘려 보내게되는 한편, 수질 검사 결과 정화가 되지 않은 물은 수중 펌프로 끌어 올려 다시 유량 분배조(24)로 보내어 다시 습지 유입관로를 타고 습지지역으로 유입되어 필터층에 의하여 정화되며 정화된 물은 수중펌프로 다시 퍼올려 수로로 방류되도록 하되 필터층(42)의 내부에 배관된 공기 공급관 (44b)으로 기계실(44)의 송풍기로 공기를 공급하여 미생물을 활성화하여 오폐수를 분해하여 정화되게 하는 상기의 방법을 반복하고 침전물을 준설해서 오폐수를 정화하는 인공 습지를 이용한 자연 정화 촉진방법이다.

그러나, 이들 방식들은 모두 복잡한 기계 장치를 사용하여야 할 뿐 아니라, 공간의 효율성을 간과하여 기능만을 위주로 하였기 때문에 생태학적 특면을 고려하기 어렵고 경관상 문제가 있었으며, 점.비점 오염원 모두를 처리하기에 부적합하여 실제로 구현되기에 무리가 있다는 문제점이 있었다.

본 발명은 이상의 종래 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 기계장치가 전혀 필요없는 완전 자연정화식의 인공습지 시스템으로서, 경관을 고려하여 설계하였으며 공간의 효율성을 최대한 살린 다단계셀을 도입한 오염원 처리를 위한 인공습지 시스템 및 오염원 처리 방법을 제공하는 것이다.

특히 대상지가 지니고 있는 자연생태적 요소(수문, 수질은 물론 지형, 지질, 식생, 기후 등)를 분석하며, 이들을 최대한 고려하여 공간의 효율성을 높이고 경관과 관리를 동시에 고려하였으며 생태공원의 역할을 겸한 다단계셀을 도입한 인공습지 시스템 및 오염원 처리방법을 제공하는 것이다.

본 발명에서는 기존의 단순한 오염원 정화의 역할을 한 인공습지뿐 아니라 생태공원 개념을 도입하고 정화효율도 높이는 습지의 형태(디자인)와 설계과정에 포함되는 세부기술이 제시될 것이다.

도 1은 제1 종래기술의 반송습지를 이용한 오수처리장치.

도 2는 제2 종래기술의 인공습지를 이용한 자연정화 촉진장치.

도 3은 본 발명에 관한 인공습지 시스템의 단일셀(1차습지 및 유량조절조 연못)의 단면도 및 모식도.

도 4는 본 발명에 관한 다단계셀의 개념도.

도 5a 및 5b는 본 발명에 관한 다단계셀을 갖는 인공습지의 평면도.

도 6은 도 5의 표준식재 단면도로서, (a)는 2차 정화습지의 단면도이고, (b)는 3차 정화습지의 단면도이다.

도 7은 도 5의 인공습지 시스템의 개략 조감도.

도 8은 도7의 인공습지의 일부 단면도.

도 9a 및 도 9b는 본 발명을 응용하여 자연형 지형에 도입한 실시예의 인공습지 시스템의 평면도.

도 10은 도 9a의 인공습지의 일부 단면도.

도 11은 본 발명에 관한 인공습지 설계과정.

도 12는 본 발명에 관한 인공습지 개념의 다른 개념도.

도 13은 본 발명에 관한 인공습지의 다른 실시예의 조감도.

<도면의 주요 부호의 설명>

100 : 유입구 200 : 저류지(forebay)

210 : 웨어 300 : 습지

301 : 얕은 습지(High marsh) 302 : 깊은 습지(Low Marsh)

310 : 유량조절조 400, 400', 400" : 연못

500, 500', 500" : 습지 510 : 관찰데크

600 : 침전지(micropool) 610 : 웨어

700 : 유출구 800 : 중도

이상의 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면에 따른 다단계셀을 도입한 오염원 처리를 위한 인공습지 시스템은, 유입구(100)로부터 폐수가 유입되어 일시 저장되는 침강저류지(200); 상기 침강저류지로부터 고형 오염물질이 가라앉아 방류되는 상등수가 유입되는 1차 습지(300); 상기 1차 습지의 1차 정화된 물이 유입되는 개방 수면의 연못(400); 상기 연못으로부터 2차 이상 다단계로 정화된 물이 유입되는 1차 습지와 동일한 작용을 하는 2차 이상 다단계셀(multi-cell) 습지(500); 및 상기 2차 이상 다단계셀 습지의 최종정화된 물이 유입되어 일시저장되었다가 유출구(700)로 정화된 물을 유출시키는 침전지(micro-pool)(600); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 습지 및 연못의 멀티 셀은 부지가 협소하여 부지의 효육적이용을 위해 예시된 사례로서 S자 형태를 취하는 것을 특징으로 하거나(도 5a, 도 5b), 논농사 휴경지와 같은 자연형 지역에 적용하기 쉽게 제시한 사례(9a, 9b)의 경우 상기 1차 습지는 깊은 습지(302)이고, 상기 2차 습지는 얕은 습지(301)이며, 상기 깊은 습지는 상기 개방 수면의 연못을 둘러싸고, 상기 낮은 습지는 상기 깊은 습지를 둘러싸는 것을 특징으로 한다.

다른 한편, 본 발명의 또다른 측면에 따른 다단계셀을 도입한 오염원 처리 방법은, 유입구(100)로부터 유입되는 폐수를 침강저류지(200)에 일시 저장하여 고형 오염물질을 가라앉히고 상등수를 방류하는 단계; 상기 침강저류지로부터 방류되는 상등수를 1차 습지(300)에서 1차 정화하는 단계; 상기 1차 습지의 1차 정화된 물을 개방 수면의 연못(400)에서 2차 이상 다단계 정화하는 단계; 상기 연못으로부터 2차 이상 다단계 정화된 물이 유입되며 상기 1차 습지와 동일한 작용을 하는 2차 이상 다단계셀 습지(500)에서 재 정화하는 단계; 및 상기 2차 이상 다단계셀 습지의 최종정화된 물을 침전지(600)에서 일시저장하였다 유출구(700)로 정화된 물을 유출시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

특히, 생태공원으로 활용하기 위한 디자인 형태는, 공간을 효율적으로 이용하는 길게 S자형으로 배열한 디자인 형태(도 5a, 도 5b), 또는 자연형 습지형태를 응용한 디자인(도 9a, 도 9b)을 갖는다.

이하, 상기 본 발명에 따른 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 관한 다단계셀의 개념도이며, 도 5a 및 도 5b는 본 발명에 관한 다단계셀을 갖는 인공습지의 평면도이고, 도 3의 (a) 및 (b)는 각각, 본 발명에 관한 인공습지 시스템의 단일셀(1차 습지 및 유량조절조)의 단면도 및 모식도이다.

먼저, 본 발명에 관한 인공습지 시스템의 개념은, 도 3에서 보는 바와 같이, 유입구(100)에 접하는 유입측 습지(300)와 유량조절조(310) 연못 및 유출구에 접하는 유출측 습지로 구성된다.

이때 습지(marsh)란 수심이 얕고 정수식물이 주로 높은 밀도로 생육하며, 수심은 정수식물이 생육할 수 있는 10 - 40cm 범위이고, 수처리 기능으로서 BOD, SS, 금속물질, 병원균, 복합유기물, 암모니아화 작용을 갖는 공간으로 정의될 수 있다.

한편, 연못(pond)이란, 침수식물과 부수식물이 주로 생육하고, 수심은 0.75 - 1.5m가 적합하며, 습지에 이어 추가적으로 BOD를 개선하며, 주로 질산화 및 인산염 제거기능을 하며, 대기와의 반응, 침수식물에 의한 산소전달, 조류의 광합성에 의해 산소를 공급하여 악취 및 해충발생을 저감시키는 역할을 하게 된다.

이제 본 발명의 다단계셀을 도입한 오염원 처리를 위한 인공습지 시스템 및 오염원 처리 방법의 실제 개념을 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따르는 인공습지 시스템은, 유입구(100)로부터 폐수가 유입되어 일시 저장되는 침강저류지(200), 침강저류지로부터 고형 오염물질이 가라앉아 방류되는 상등수가 유입되는 1차 습지(300) (제1 셀이라고도 함), 제1 습지의 1차 정화된 물이 유입되는 개방 수면의 연못(400), 상기 연못으로부터 2차 정화된 물이 유입되는 1차 습지와 동일한 작용을 하는 2차 습지(500) (제2 셀이라고도 함), 그리고 2차 습지의 최종정화된 물이 유입되어 일시저장되었다가 유출구(700)로 정화된 물을 유출시키는 침전지(600)로 구성된다. 이때 상기 2차 습지 다음에 3차 및 4차 등의 추가의 다단계셀이 추가될 수 있다.

이상의 각 단계를 좀더 상세히 설명한다.

먼저, 침강저류지(200)는, 습지에 유입되기 전의 전처리시설로 자연중력침전에 의해 고액을 분리하여 상등수가 방류되며 제거대상이 되는 오염물질은 주로 입자성 고형물질이다. 강우시 초기유출수 등 오염부하가 많은 유입수를 일시 저류하여 유속을 저하시키고 일정시간 체류시킨다. 수심은 1.2 - 1.8 m가 적합하며, 면적은 전체 습지 표면적의 5-15%가 적당하고, 침강저류지 주변의 도입식물로는 물억새, 부처꽃, 털부처꽃, 쑥부쟁이, 갯버들, 키버들 등이 바람직하다.

다음, 1차 습지(300)는, 자유수면형(FWS) 습지를 기본으로 한다. 여기서는 식생과 미생물에 의한 오염물의 침전, 흡수, 분해, 탈질화 등이 일어난다. 습지는 유하거리가 길며, 폭이 일정하며 바닥이 평평한 2-3개의 셀 또는 그 이상의 다단계셀(cell)을 다단계적으로 배치하며 유입수가 균일하게 흐르도록 바닥이 평평한 구조를 갖도록 한다. 습지의 사면은 1:2.5이상으로 하여 생태학적 효과를 높이는 추이대 역할을 하고 바닥은 필요시 방수처리를 하며, 일정 깊이로 굴착하여 습지를 조성하고 여분의 토양으로 제방하여 생태적 효과를 높이는 인공언덕이나 인공섬(중도)(800)을 조성하거나 도로에 성토하고 일부는 식재기반으로 활용하도록 한다. 식재를 위한 식재기반토는 양질사토가 적합하며 0.45-0.60 m 정도 포설하고, 습지의바닥경사는 0.05%가 적합하며 수심은 0.2-0.4 m가 적합하다. 셀의 시작부위나 말단부에 웨어(210)를 설치하여 유량과 수위를 조정하고 셀의 중간부위에 유량조정을 위한 유량조정조(310)를 설치하는 것이 바람직하다. 수질정화용 식물로는 미나리, 달뿌리풀, 갈대, 애기부들, 줄 등이 바람직하다.

이제, 1차 습지를 거쳐 정화된 물은 연못(400)에 이른다. 연못의 역할은 개방수면을 제공함으로써 유량조정 기능 및 원활한 산소공급을 통한 질산화 기능을 강화하는 역할을 한다. 또 원활한 산소공급을 통해 암모니아를 질산염으로 변형시키고 인을 침전시킨다. 어류, 조류 등의 야생동물 서식처를 제공하여 모기 등의 해충 번식을 방지하고, 수리학적인 측면에서 유량조정 및 체류시간 증대하는 기능 및 식생이 자라는 곳과 혼합 배치함으로써 다양한 경관을 제공한다. 습지보다 깊게 굴착하여 조성하며 0.6-0.8 m의 수심을 유지하도록 하며, 연못의 가장자리에는 다양한 식생이 식재될 수 있도록 완만하게 조성한다. 연못가장자리 도입식물로는 세모고랭이, 어리연, 노랑어리연, 노랑꽃창포, 금불초 등이 바람직하고, 연못 주변 도입식물로는 물억새, 부처꽃, 털부처꽃, 쑥부쟁이, 갯버들, 키버들 등이 바람직하다.

2차 이상의 다단계셀 습지(500)는, 1차 습지(300)와 동일한 기능을 제공하는 바, 개방수면을 거친 물은 2차 습지에 도착하여 1차 습지와 같은 작용이 일어나도록 한다.

다시, 도 5a에서 보는 바와 같이, 상기 제1 연못(400)과 동일한 기능을 하는 제2 연못(400')과, 상기 2차 습지(500)와 동일한 기능의 3차 습지(500'), 그리고제3 연못(400")과 4차 습지(500") 등 다단계셀 습지가 추가될 수 있다.

마지막 습지(400")를 통과하여 정화된 물은 침전지(600)로 유출되는 바, 여기서는 부유물의 재부유 방지 및 산소공급 기능을 제공하고 1.0 m 이상의 수심으로 다양한 동식물 서식처를 제공한다. 침전지 말단에는 웨어(610)를 설치하여 습지의 전체적인 체류시간을 조정하는 것이 바람직하며, 면적은 습지 전체면적의 5-15%가 적당하고, 주변 도입식물로는 물억새, 부처꽃, 털부처꽃, 쑥부쟁이, 갯버들, 키버들 등이 바람직하다.

미설명 부호 510 및 510'는 관찰데크이다.

도 6은 상술한 도 5a의 표준식재 단면도로서, (a)와 (b)는 2차, 3차 이상 다단계셀 정화습지의 단면도의 예시이다. 아울러 도 7은 도 5a의 인공습지 시스템의 실제 조감도이고, 도 8은 도 7의 인공습지의 일부 단면도이다. 상기 도면에는 벤토나이트 매트 방수에 대해 예시하였으나, 침투율이 10^-6이하인 점토층에 의하여 방수 처리하는 것도 가능하다.

한편, 이상의 다단계셀을 도입한 오염원 처리를 위한 인공습지 시스템에서 적정셀의 개수는, 안정적으로 고효율의 처리효과를 가지기 위해서는 여러 개의 단위(cell)로 나누어 배치해야 하며 최소 3개의 cell로 나누어 연속적으로 배치하는 것이 바람직하다.

식재하여야 할 식물의 종류로는, 국내의 경우 인공습지에서 처리효율, 관리적인 측면에서 적용성이 높은 식생은 갈대, 애기부들, 줄, 달뿌리풀, 미나리가 바람직하며, 달뿌리풀과 미나리는 생육가능한 수심이 얕기 때문에 다단계셀로 조성할 경우 수심이 얕은 1단계에 배치하는 것이 바람직하며, 생육수심이 가장 깊은 수종은 애기부들로 70cm까지 생육이 가능하므로 수심이 깊은 개방수면 근처에 배치하는 것이 바람직하다. 따라서 추천할 수 있는 식생의 배치는 [달뿌리풀, 미나리] - [갈대, 줄] - [애기부들]이다.

해충방지법으로는, 'Air-gulping mosquito', 'Gambusia affinis' 등과 같은 물고기를 모기의 포식자로 활용하고, 봄철에 쓰레기, 협잡물 등이 떠다니지 않도록 수위를 높게(deep flooding) 관리하도록 한다. 또한 습지내에서의 정체구역을 방지하며, 모기의 유충이 탈피하여 성충으로 자라기 전에 반복적으로(예를 들어 5일 간격) 배수(dewatering)를 통해 수위를 낮추어 주며, 모기의 암컷이 음지에서 알 낳는 것을 꺼려하는 것을 이용하여 수면에 그늘을 만들어 모기가 알 낳는 것을 방해하도록 한다.

이상의 본 발명의 다단계셀을 도입한 오염원 처리를 위한 인공습지 시스템 및 오염원 처리 방법은, 전처리한 생활오수의 3차 처리로서 농촌 및 도시지역의 비점오염원을 정류하고, 하천의 고수부지를 활용한 하천수 정화 후 재방류하도록 한다.

한편, 도 9a 및 도 9b는 본 발명을 자연형 습지구조로 변형한 형태의 인공습지 시스템의 평면도로서, 자연습지와 유사한 식생지역과 개방수면의 혼합구조를 지닌 습지를 조성함으로 자연습지의 형태에 가까우며, 따라서 주변의 자연환경과 조화되는 자연적인 경관을 형성하는 것이 가능하게 된다. 더구나 습지내 제방이나 수리시설의 간편화로 토공비용을 절약할 수 있고, 자연습지에서 볼 수 있는 다양한 수심, 자연형의 가장자리(edge) 등으로 다양한 생물서식환경을 제공하며, 전처리시설로 부유물과 고형물질을 처리할 수 있는 침강저류지를 도입하며, 얕은 습지(high march)와 깊은 습지(low marsh)로 구분하여 서식처의 다양성을 증대할 수 있고, 습지내 0.7m 내외의 개방수면과 물길을 조성하여 산소공급 및 수생생물 서식처 제공, 수리학적 체류시간 증대를 가져올 수 있다. 습지의 말단부에는 역시 침전지(micropool)를 도입하여 재부유 방지 및 산소공급 역할을 가능하게 하고, 야생동물을 위한 서식처로 물웅덩이, 중도(800), 모래자갈섬, 관목숲 등을 도입하여, 점오염원과 비점오염원을 동시에 처리하도록 한다.

더 상세히 설명하면, 얕은 습지(High marsh)(301)는, 식물이 식재되어 있는 습지의 얕은 구역으로 수심 0.2m 내외로 유지하며, 영양염 흡수, 침전, 흡착 및 BOD 개선의 역할을 하고, 깊은 습지(Low marsh)(302)는 수심 0.4m 내외로 다소 깊은 수심을 유지하며, 영양염 흡수, 침전, 흡착 및 BOD 개선의 역할을 하도록 한다.

도 10은 도 9a의 인공습지의 일부 단면도이다.

즉, 중도(800)는, 습지 조성을 통해 절토한 토양을 이용하여 조성할 수 있으며, 야생동식물 서식처를 제공하고, 다양한 경관을 연출하며, 습지 사면은 1:2.5 이상의 완만한 사면으로 물억새, 달뿌리풀 등 다양한 습생식물이 서식하도록 하고, 완충수림대에는 습지에서 서식하는 생물들의 휴식처가 제공되도록 하면서 습지변의 그늘 공간을 제공하도록 한다.

한편, 습지에서는 수생식물에 의한 직접적인 영양물질의 제거는 5% 이내로 미생물과 토양에 의한 영양물질 제거가 더 큰 부분을 차지한다. 따라서 미생물과 토양에 의한 영양물질 제거가 효과적으로 이루어질 수 있도록 습지의 배치와 구조를 고려해야 한다.

습지와 연못의 기능을 비교할 때, 습지는 BOD와 SS 개선, 그리고 병원균 제거에 가장 효율적으로 기능을 하는 반면 연못은 암모니아를 질산염(nitrate)으로 변형시키고 인을 침전시키는데 효율적이다. 연못에서는 긴 수리학적인 체류시간과 원할한 산소공급을 통해 수질향상의 주된 기능인 질산화가 촉진된다. 뿐만 아니라 어류, 조류 등의 야생동물을 위한 보조적인 기능도 담당한다. 구조적인 측면에서 개방수면은 식생이 밀생해 있는 습지와 교대로 배치하는 것이 바람직하다.

인공습지의 기본적인 설계기준은 크게 수리.수문학적인 요소, 습지규모, 습지의 수평적 배치(configuration), 수직적 구조, 식생도입 및 관리로 구분할 수 있다.

수리.수문학적 요소에는 수리학적 부하율(hydraulic loading rates), 체류시간, 유량공급기간(hydroperiod)이 포함된다. 습지규모는 수리.수문학적인 요소와 밀접한 관련이 있는데 'Denison'과 'Tilton'은 비점오염원용 습지의 규모에 대한 기준을 수리.수문적 기준에서 함께 제시하였고 WPCF에서도 점오염원 처리용 습지규모 산정법을 수리.수문적 요소와 함께 제시하였다. EPA와 'Kadlec'은 습지규모를 다른 설계기준들과 구분하여 별도의 항목으로 제시하였다.

EPA, 'Steiner'와 'Freeman'을 비롯한 많은 연구자들은 습지의 수평적 구조의 설계기준으로 습지의 길이/넓이비(aspect ratio)와 단위습지(cell)의 배치에 대해 언급하였다. 수직적 구조로는 습지의 구배, 바닥처리, 사면처리 등이 주요 설계기준으로 고려된다. 식생관리측면에서는 식물선정, 식재간격, 군락관리, 필요수심 등이 설계기준으로 제시되고 있다.

참고로, 인공습지의 설계과정(design process)은 반드시 각 대상지의 특성에 적합하게 적용되어야 하지만 3단계의 간단한 과정으로 요약할 수 있다. 먼저 설계용량을 수용할 수 있는 면적을 결정한 다음, 도입된 각 습지별로 적합한 수심을 정하고 습지로 오염물질을 이송하는 방법을 선정하는 것이다. 설계내용에 포함되어야 할 요소로는 시스템 선정, 배치, 부하율을 포함한 수리적요건 결정, 구조물, 유지관리계획이 포함된다. 설계기준에서 제시된 내용을 바탕으로 이를 구체화하여 인공습지의 설계과정을 제시하면 도 11과 같다.

즉, 설계목표를 설정하고(S1), 사전 예비규모 및 경제성을 검토하고(S2), 대상지 특성 (지형, 토지소유관계, 토양특성, 수문특성, 오염원 등) 을 분석하고(S3), 설계기준(design criteria) (시스템 구성요소 검토 및 배치, 습지의 체류시간, 습지의 길이/넓이비, 습지의 깊이 등 검토, 세부면적, 습지내 유속, 처리효율 등) 을 산정한 후(S4), 세부설계(detailed design)로 들어가 시스템 구성요소의 구조 및 규모를 결정하고, 세부 토공계획, 유입 및 유출시설 계획, 급배수계획, 차수계획, 식재계획, 유지관리계획 등을 시행하고(S5), 마지막으로 모니터링 및 평가를 행한다(S6).

대상지 특성분석에서 가장 중요한 요소는 지형으로 습지조성비용과 직접적인관련이 있는 토공량 및 오염물의 이송방식을 결정한다. 토양과 수문조건도 차수, 급배수 시설의 구조 및 규모를 결정하므로 면밀하게 분석되어야 한다.

대상지에 대한 분석과 함께 인공습지의 설계를 위해 반드시 필요한 과정은 분명한 설계기준을 제시하는 것이다. 설계기준은 수질정화를 포함한 인공습지의 다양한 기능과 직접적으로 관련이 있으므로 실험결과와 모니터링 결과에 근거한 정량적 접근과 설계자의 경험과 판단에 의한 정성적 접근을 모두 필요로 한다. 설계단계는 설계기준을 구체화하며 실제로 공사가 가능하도록 하는 과정으로 세부토공시설, 유입 및 유출시설, 차수시설 등에 대한 설계안을 마련한다.

인공습지 시스템의 구상은 주변의 토지이용현황을 감안하여 전체를 하나의 공원으로 간주하고, 각 지구를 테마 공원으로 계획할 수 있다.

인공습지지구는 점오염원(하수처리수) 및 비점오염원을 효율적으로 처리할 수 있도록 지형적 여건을 최대한 고려하여, 자연유하가 가능한 입지를 선정한다.

대상지에 도입한 자유수면형 습지는 유형분류상 저습지형에 가까우나 강우시 비점오염원을 효율적으로 처리하기 위해 연못-습지 시스템을 응용하여 침강저류지의 규모를 크게 하였다.

안정적으로 고효율의 처리효과를 가지기 위해서는 여러 개의 단위(cell)로 나누어 배치해야 하며 최소 3개의 셀로 나누어 연속적으로 배치하는 것이 바람직하다. 따라서 본 인공습지 시스템도 유입수로에서 침강저류지로 유입된 후 3단계의 습지(multiple cells)를 거쳐 침전지를 통해 방류되는 구조로 계획하였다. 습지의 유하거리가 긴 구간에 대해서는 일정거리마다 유량조절조 연못과 개방수면의연못(pond)을 설치하여 균등한 물흐름이 이루어질 수 있게 하였다.

습지의 배치 및 형태를 결정함에 있어서는 먼저 대상지의 지형, 기존의 수로, 토지이용, 주변지역과의 관계를 종합적으로 분석한다. 특히, 대상지의 지형적 잠재력을 최대한 고려하여 기존의 단순한 사각형 구조에서 탈피하여 지형에 순응하면서도 자연유하가 가능한 구조가 되도록 한다.

한편, 도 12는 주어진 대상지의 지형 여건하에 처리효율을 높이면서 다단계(multiple cell) 구조를 가능하게 하는 습지형태에 대한 개념도이다. 도 12(a)는 공사 및 관리측면에서는 다소 유리하다. 도 12(b)의 습지구조는 호를 그리는 대상지의 지형에 부합하면서도 유하거리를 길게 할 수 있다. 시공상에 어려움이 발생할 수 있으나 자연형습지에 근접하여 경관적으로 우수하며 인공습지를 공원화하는데 적합한 형태이다.

도 12(a)의 방식에 해당하는 실시예가 이미 도 5a 내지 도 8을 참조하여 상술되었는 바, 도 12(b)의 방식에 해당하는 실시예가 도 13에 도시되어 있다. 즉, 도 13은 도 7과 대비되는 본 발명에 관한 인공습지의 다른 실시예의 조감도이다.

처리효율의 관점에서 습지의 형태와 직접적으로 관련이 있는 설계기준은 길이/넓이비(aspect ratio, AR)이다. AR값이 클수록 'short circuiting'을 최소화하고 'plug flow'에 가깝게 흐를 수 있다. AR값으로 1이하에서 90이상의 다양한 값들이 제안되었는데 'Steiner'와 'Freeman'(1989)은 균등한 흐름을 위해 AR값으로 10이상을 제안하였다. AR값을 증가시키는 것은 균등한 흐름의 측면에서는 유리하지만 토공비용이 증가하므로 경제성을 고려한 최소값으로 2가 제안되었다. 본 인공습지에서 제시하는 사례는 기존의 지형을 활용하여 3단계로 습지를 배치하여 AR값을 10-30으로 하였다.

세부 파라미터의 산정에 있어, 점오염원처리를 위한 면적산정으로서 'Kadlec and Knight'(1996)의 모델은 습지의 면적과 처리효율의 상관관계를 통해 습지의 면적을 산정하는 모델로 평상시(비강우시)에 적용하기에 적합한 모델이다. 여기에 사용할 수 있는 계산식형태는 다음과 같다.

ln (Ce - C* / Ci - C*) = - k/q

여기에서, Ce = 유출수 목표 수질 (mg/L), Ci = 유입수 수질 (mg/L), C* = 배경농도 (background concentration, mg/L), k = 1차 반응상수 (m/yr 또는 m3/m2/yr), 그리고 q = 수리학적 부하율(m/yr)이다. 위 식을 소요면적을 계산하기 위하여 정리하면 다음과 같다.

A = (0.0365Q/k) ln (Ci - C* /Ce - C* )

여기서 A = 습지 소요면적(ha), 그리고 Q = 유량 (㎥/day)이다. 자유수면형 습지에 적용 가능한 상수값은 표 1과 같다.

Parameter	BOD	SS	TN	TP
k (m/yr)	34	1,000	22	12
C* (mg/L)	3.5+0.053Ci	5.1+0.16Ci	1.50	0.02

일례로, 설정된 목표처리효율을 달성하기 위한 최소 필요면적을 산정한 결과 모두 1ha(10,000㎡)이하의 값을 나타내었다(표 2). 습지에 필요한 여울, 웨어, 데크 등의 시설 설치면적을 고려하여 습지면적을 13,660㎡로 결정하였다.

비점오염원 처리를 위한 연구가 계속 진행되고 있음에도 불구하고 설계기준이 명확하지 않은 부분이 많은데, 특히 면적 산정기준이 그러하다. 일반적으로 활용되는 습지면적기준은 유역면적의 1-5%기준이다. EPA에서는 연못-습지구조에 대해 유역면적의 최소 1% 기준을 제시하였다. 평상시 점오염원 처리 설계기준에 근거하여 산출된 습지의 면적 13,660㎡는 유역면적의 1.30%로 위의 설계기준에 부합된다.

습지용량은 평상시와 강우시로 구분하여 산정하였다. 평상시 용량산정에는 강우시 활용도가 높은 침강저류지의 용량은 제외하였다. 강우시 습지용량을 산정하기 위해서 관리수위를 결정하였는데 식물의 생육, 안정성, 유속 등을 고려하여 결정하였다.

평상시 습지의 수심은 0.2m이며 연못의 수심은 0.6m로 전체 용량은 2,639㎥이다. 강우시에는 유입량의 증가로 습지의 단계별로 수위가 상승되는데 상승된 수위에 따른 습지용량은 표 3과 같다.

구성요소	수심(m)	단면적(㎡)	용량(㎥)	평상시와의 수위차(m)
1차습지	0.3	9.24	393	0.1
2차습지	0.4	7.6	1,637	0.2
3차습지	0.4/0.9	5.1	769	0.2
연못	0.8	-	819	0.2
저류지	1.3	-	2,278	0.1
Micropool	1.2	-	588	0.2
합계	-		6,484

습지에서 수용할 수 있는 최대유량을 결정하기 위해서는 강우시 습지에서의 허용유속을 기준으로 사용하였다. 습지에서 수용가능한 최대유량이 유입되더라도 습지내에서 0.18m/sec이하의 유속을 유지해야 한다. 본 인공습지 설계시 기준으로 사용한 30mm/d를 강우지속시간에 따라 분류한 후 강우시 습지의 관리수위에 따라 습지의 각 단계별로 유속을 산정하였다. 검토 결과 30mm의 강우가 4시간 동안 지속될 경우(7.5mm/hr) 단위시간 당 유량은 0.514㎥/sec로 유입수로(계획유량: 0.596㎥/sec)에서 수용가능한 유량이다. 이때 습지에서의 유속은 0.056 - 0.101m/sec로 0.18m/sec 이하의 유속을 유지할 수 있다(표 4).

여러 습지연구가들이 제시한 하수처리를 위한 최적의 HRT는 5-14일이다. 평상시와 강우시로 구분하여 산정된 습지용량을 토대로 HRT를 산정하였다. 본 인공습지에서 저류지를 제외한 평상시 HRT는 6.85일로 산정되었다. 북미와 유럽의 25개 하수처리를 위한 자유수면형 습지의 HLR은 1.4 - 22 cm/day(평균 5.4 cm/day)의 범위를 나타내었다. 7일에서 10일 정도의 HRT를 가지는 습지에서의 HLR는 1.5-6.5 cm/d의 값을 보이는데 본 인공습지에서는 4.2 cm/d로 산정하였다. 강우시에는 유입량이 많아 HRT는 0.875일로 나타났다.

습지전체에 벤토나이트 매트를 사용하여 방수처리를 하고 0.5m의 식재기반토를 포설하였다. 사면경사는 1:2로 하였으며 대상지에 사질토 성분이 많으므로 사면안정성을 고려하여 자생초화류를 산포한 식생매트를 도입하였다. 평상시 수심을 기준으로 홍수시를 대비하여 1.0m의 여유고(free board)를 가지도록 하였다. 각 시스템 요소의 구조 및 규모는 표 5a 내지 표 5c에 제시하였다.

표 5a는 도 5a의 각 시스템 요소의 구조 및 규모를 나타내고, 표 5b는 도 5b의 각 시스템 요소의 구조 및 규모를 나타내며, 표 5c는 도 9b의 각 시스템 요소의 구조 및 규모를 나타내고 있다.

인공습지의 전체적인 시스템에 초점을 맞추어 다음과 같은 부분에 대해 세부설계안을 마련하였다.

먼저, 배수 계획은 대상지에 대한 홍수시 침수분석결과와 계획 홍수위(일례로 E.L. 110.50 m), 그리고 침수기록치를 검토한 결과 일례로 E.L. 109.50 m이하에서 1일 이내 침수 영향을 고려할 필요가 있다.

강우시 대부분의 유출량에 기여하는 1, 2, 3 유역으로부터의 20년 빈도 홍수시 발생하는 일례로 15.9 ㎥/sec의 유량을 복내천으로 배제할 수 있도록 18.65 ㎥/sec의 중앙배수로를 계획하였다. 배수로의 바닥폭은 2.0 m, 깊이 1.6 m, 여유고 0.4 m, 사면구배 1:1.5의 구조로 사면을 식생매트로 처리하였다.

외수의 배수는 제방승상과 배수장을 통한 완전 외수배제를 하는 것이 바람직하나 식재수종인 갈대와 부들류는 생육기의 경우 평시 수위보다 0.2-0.5 cm 높은 수위에서도 2-3주간 견딜 수 있으므로 중앙배수로를 통한 배수갑문 배제로 계획하였다.

다음, 차수계획은 투수계수가 10-6 - 10-7cm/s보다 크면 차수시설이 필요하다. 지질 주상도를 검토한 결과 전답토 이하층이 투수계수가 큰 모래질(5.52x10-5 - 2.74x10-4 cm/sec)로 되어 있고 지하수위가 (-)0.70 - 0.90 m로 높게 나타났다. 따라서 오염원수의 지하수 누출을 방지하기 위해 기초면 전체를 보강하는 것으로 하였다.

차수방안으로 점토와 방수시트를 검토하였으나 대상지 인근에서 점토 구득이 현실적으로 어려워 방수시트를 사용하는 것으로 계획하였다. 재질, 내구성, 경제성 등을 고려하여 방수시트로는 벤토나이트(bentonite) 매트를 사용하는 것으로 하였다. 벤토나이트 매트의 투수계수는 α x 10-9 cm/sec (α = 2-9)이다.

식재계획으로는, 국내 하수처리장 배출수를 부레옥잠, 미나리, 창포, 애기부들이 식재된 인공습지를 이용하여 처리한 연구에 의하면 영양물질의 흡수량은 식물종에 따라 크게 차이가 나지 않았다. 따라서 영양물질 흡수량보다는 식물의 공급, 번식, 관리의 용이성, 지역자생여부 등을 고려하여 식재종으로 갈대, 애기부들, 줄, 미나리, 달뿌리풀을 선정하였다.

식재밀도에 관한 기준으로 0.5 - 1.5 m 간격이 추천되나 외래종의 침입과 초기의 안정적인 정착을 고려하여 다음과 같이 식재밀도를 결정하였다. 주요 수질정화식물의 식재밀도를 표 6에 나타내었다.

수질정화 외에 경관과 생태적 기능, 어류서식처 제공 등의 기능을 고려하여 노랑어리연꽃, 수련 등, 보다 다양한 식생을 도입하였다. 습지와 수로의 사면부에는 식생매트를 도입하여 사면안정과 생태적 기능을 도모하도록 하였다. 수변의 육상부에는 갯버들, 키버들, 버드나무 외에 나비류, 잠자리류를 유인하기 위한 산초나무, 앵도나무, 조팝나무, 부처꽃 등의 먹이식물을 식재하였다.

'Steiner'와 'Freeman'은 습지설계의 중요한 요소인 습지토양의 깊이로 0.6 m를 추천하였다. 동절기에 습지토양의 깊이가 얕은 곳은 유출부에서 결빙가능성이 높은데 결빙방지와 겨울철 수리부하율을 증가시키기 위한 습지토양의 깊이로는 0.5 m가 제안된 바 있다.

본 설계에서는 이러한 연구결과를 토대로 지형에 따라 0.45 - 0.6 m의 식재토양을 유지하도록 하였다. 대상지의 최상부 지층인 전답층(0.2-0.6m)은 갈대, 애기부들, 줄 등의 식재기반토로 쓰기에 적합한 실트, 자갈섞인 모래, 점토 및 모래섞인 실트로 구성되어 있으므로 표토를 집토하여 보관하였다가 활용하는 것으로 계획하였다.

마지막으로 수위조절계획은, 평상시 수심은 체류시간, 식생의 생태적 특성, 각 습지구간의 구조 및 형태 등을 고려하여 결정하였다. 강우시 습지의 수위검토를 위해서는 1일 30mm의 강우를 기준으로 산정한 습지의 설계용량(7,407㎥/d)과 각 단계별 습지의 특성, 식생의 생태적 특성을 고려하여 결정하였다. 산정결과를 토대로 습지의 각 구역별 수심을 제시하면 표 7과 같다.

관리수위를 유지하기 위해 저류지 입구부, 저류지와 습지 1단계가 연결되는 부위, 침전지 말단부에 유입유량에 따른 수위조절을 위해 삼각 웨어를 설치하였다. 습지의 각 단마다 수위를 관리하기 위해서는 11개의 간이웨어(elbow 형)를 설치하였다.

홍수시에 1, 2유역으로부터 유입되는 다량의 농경배수가 설계용량을 초과할 시에는 유량분배맨홀에 의해 중앙배수로로 배출된다. 설계용량 내에서 강우에 의해 평상시보다 많은 유량이 단시간에 유입될 시에는 습지 1단계 말단부의 연못에서 여수로로 배출되도록 하였다. 홍수시 유입수에 의한 침식방지를 위해 침강저류지의 입구부에 바닥보호시설(돌망태)을 설치하였으며 쓰레기 등의 부유물질 유입방지를위해 그물을 설치하였다.

이상 본 발명을 실시예를 통해 설명하였으나, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야할 것이다.

북미에서는 광대한 토지 자원을 이용하면서 수질을 정화하기 위해 인공습지(constructed wetland)가 많이 활성화 되어 있으나, 국내의 경우 좁은 토지로 인해 토지효율이 높은 인공 습지의 개발이 필요하며, 단순히 수질 정화 목적만을 위한 인공습지 보다는 토지 이용면에서나 관리측면에서 고려해 볼 때 좁은 토지를 효과적으로 이용하면서 수질 정화의 기능을 갖춘 인공습지가 바람직한 바, 본 발명에 따르면 인공습지가 가져오는 효과를 극대화하면서도 우리나라 실정에 맞는 인공습지를 제시하는 것이 가능하다.

특히, 본 발명에서는 습지와 연못의 수평적 배치나 형태를 응용, 변형하여 설계에 반영함으로써 수처리 효율을 높일 뿐 아니라 관리 및 다양한 생물의 서식처를 제공함으로 수면과 식생이 조화되는 공간을 제공하여 공원화 또는 환경교육의 장소로 활용 가능하다.

또한 이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 다단계셀을 도입한 오염원 처리를 위한 인공습지 시스템 및 오염원 처리 방법에 의하면, 시공비가 저렴하고 폐색현상(clogging)이 거의 없으며, 습지와 개방수면(연못 또는 습지내 물길)을 혼합한 구조로 수처리 효율이 높을 뿐 아니라 다양한 생물의 서식처를 제공하는 것이 가능하다. 농경지 등 부지가용 면적이 비교적 큰 지역에 도입가능한 인공습지의 경우, 자연습지와 유사한 자연스러운 수면과 식생이 조화되는 공간연출이 가능하므로 공원화 또는 환경교육장소로 활용하기에 용이하며, 시공비가 저렴하고 폐색현상(clogging)이 거의 없어 대부분의 대상지에서 적용성이 높으며, 특히 국내 농촌유역에서의 적용성이 높고, 차수처리가 바람직하나 반드시 필요한 것은 아니다는 정점이 있다. 또한 처리대상 유입수는 토양층 표면을 얕은 수심을 유지하며 흐르는 동안 정화되며, 일반적인 토양층을 식재기반으로 활용할 수 있다.

Claims (4)

1. 유입구(100)로부터 폐수가 유입되어 일시 저장되는 침강저류지(200);

   상기 침강저류지로부터 고형 오염물질이 가라앉아 방류되는 상등수가 유입되는 1차 습지(300);

   상기 1차 습지의 1차 정화된 물이 유입되는 개방 수면의 연못(400);

   상기 연못으로부터 2차 이상 다단계로 정화된 물이 유입되는 1차 습지와 동일한 작용을 하는 2차 이상 다단계셀 습지(500); 및

   상기 2차 이상 다단계셀 습지의 최종정화된 물이 유입되어 일시저장되었다가 유출구(700)로 정화된 물을 유출시키는 침전지(600);

   를 포함하는 다단계셀을 도입한 오염원 처리를 위한 인공습지 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 습지 및 연못의 멀티 셀은 S자 형태를 반복하여 지형에 순응하는 것을 특징으로 하는 인공습지 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 1차 습지는 깊은 습지(302)이고, 상기 2차 습지는 낮은 습지(301)이며, 상기 깊은 습지는 상기 개방 수면의 연못을 둘러싸고, 상기 낮은 습지는 상기 깊은 습지를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 인공습지 시스템.
4. 유입구(100)로부터 유입되는 폐수를 침강저류지(200)에 일시 저장하여 고형 오염물질을 가라앉히고 상등수를 방류하는 단계;

   상기 침강저류지로부터 방류되는 상등수를 1차 습지(300)에서 1차 정화하는 단계;

   상기 1차 습지의 1차 정화된 물을 개방 수면의 연못(400)에서 2차 이상 다단계로 정화하는 단계;

   상기 연못으로부터 2차 이상 다단계로 정화된 물이 유입되며 상기 1차 습지와 동일한 작용을 하는 2차 이상 다단계셀 습지(500)에서 재 정화하는 단계; 및

   상기 2차 이상 다단계셀 습지의 최종정화된 물을 침전지(600)에서 일시저장하였다 유출구(700)로 정화된 물을 유출시키는 단계;

   를 포함하는 다단계셀을 도입한 오염원 처리 방법.