KR100533596B1 - 비점오염원 자연정화를 위한 정화 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하천의 초기우수를 제어하고 전처리 및 수로를 통하여 비점오염원을 자연정화하기 위한 정화시스템에 관한 것이다. 본 발명은 비점오염원을 포함하는 초기 오염수가 이동하도록 바이패스 유로가 형성된 유입부; 상기 바이패스 유로에 연결되고 오염수가 유입되어 일시 저장되고 부유물과 고형물질을 제거하도록 하는 전처리부; 및 소정 경사도를 갖고 소정 폭으로 형성되는 바닥부를 덮도록 설치되는 식생매트 및 상기 식생매트에 식재되는 수생식물을 포함하고, 상기 전처리부에서 유출되는 오염수가 상기 수생식물의 뿌리부와 접촉하면서 흐르도록 하는 수로부;를 포함하는 비점오염원 자연정화를 위한 정화시스템을 제공한다.

Description

비점오염원 자연정화를 위한 정화 시스템{purification system for nonpoint pollution source}

본 발명은 하천의 초기우수를 제어하고 전처리 및 수로를 통하여 비점오염원을 자연정화하기 위한 정화시스템에 관한 것이다.

도시지역에서 발생되는 오염원은 크게 점오염원(point source)과 비점오염원(nonpoint source)으로 구분될 수 있다. 점오염원은 가정하수, 공장폐수와 같이 오염 배출원이 하나의 점으로 표현될 수 있는 오염원으로 오염물질의 이동경로가 명확해 비교적 처리가 용이한 오염원이나, 비점오염원은 강우시 지표면의 오염물질이 빗물에 씻겨 유출되는 오염원으로 일정한 유출경로가 없기 때문에 처리가 대단히 곤란한 오염원이다.

비점오염원은 오염물질의 유출이 강우시에만 집중되고, 오염원이 넓은 지역에 분산되어 있기 때문에 오염원으로서의 중요성이 인식되지 못하여왔다. 하지만 강우초기에 지표면의 오염물질이 유출되는 초기우수유출수(초기우수; first-flush)는 오염물질의 유출농도가 높다. 특히 도시지역의 경우는 중금속 등의 독성물질 함유 가능성이 높아 이에 대한 적절한 제어방안이 요구되고 있다.

그러나, 저류조를 사용하는 기존 저류형 정화시설 만으로는 용존성 물질을 제거하는데는 한계가 있으며, 침투조와 같은 설비를 통해 지하로 침투시켜 정화하는 침투형 역시 박테리아, 부유고형물, 비용존성 영양물질, 유분, 그리고 부유 폐기물의 제거에 특히 효과적이지만 용존성 영양염류와 염소의 제거에는 처리효율이 높지 않다. 또한, 침투방식은 강우유출수를 토양속으로 침투시켜 여과 등을 통해 오염물질을 제거하고 지하수로 재충진하는 방법이기 때문에 지하수의 오염이 우려되는 지역에는 설치할 수 없다.

장치형 비점오염원 처리시설로는 Swirl concentrator, Vortex separator, Storm King, Hydroseparator, CDS(Continuous Deflective Separation) 등이 있다. 이러한 시설은 관거에 설치하는 시설로 주로 관거를 통해 우수가 유출되는 도시지역에 적용 가능한 반면, 유출량의 변화가 심한 비점오염원의 유출특성을 감안할 때 장치형 응집시설의 도입은 부적합한 것이 일반적이다.

오염하천의 정화를 위해 종래에는 도 1에서와 같은 방식을 사용하기도 하였다. 도 1에서, 오염하천(101)의 오염된 하수를 침사조(102)에서 저류하고, 이를 생물학적 반응조(Bio Reactor, 103)에서 생화학 반응을 시키게 된다. 이과정에서 BOD를 원하는 수준으로 저감시키게 된다. 그후 표면류 방식의 식생 수로(104)를 통해 1차 처리수를 정화하게 된다. 정화된 처리수는 연못과 같은 저장조(105)에 저장된다.

그러나, 이와 같은 시스템은 처리수 중의 질소나 인 등의 염양염류를 제거하기 위하여 생물학적 반응조를 통해 흡착시키거나 침전에 의해 제거하는 방식을 사용하고 있다. 이는 별도의 반응조를 두는데 따른 설비 투자, 시설 유지관리 등 여러 문제를 초래하고 있다.

도 2는 반송습지를 이용한 오수처리장치로서, 질소와 인등의 부영양화물질을 함유한 생활오수를 미생물과 습지식물로 처리하는 처리장치이다. 정화조(201)에서 배출된 오수가 일정량씩 트랜치(203)에 공급되도록 유량을 조절하는 유량조정조(202), 혐기성 조건 하에서 혐기성 미생물에 의해 악취물질을 분해하는 트랜치(203), 쇄석에 서식하는 호기성 미생물에 의해 유기물을 분해하는 여상조(204), 여상조(204)에서 미분해된 유기물을 미나리에 흡수시켜 제거하는 습지(205), 습지(205)에서 배출된 처리수를 저장하는 연못(206), 연못(206)의 처리수를 유량조정조(2)로 반송시키는 제1 반송관(208) 및 제1 반송펌프(207), 연못의 침전물을 정화조(201)로 반송시키는 제2반송관(208') 및 제2 반송펌프(207')로 구성되어 있다.

그러나, 이들 방식은 모두 복잡한 기계를 사용하여야 할 뿐 아니라, 공간의 효율성을 간과하여 기능만을 위주로 구성하였기 때문에 생태학적 특성을 고려하기 어렵고, 경관상의 문제가 있으며, 비점오염원을 효율적으로 처리하기 어려운 문제를 갖고 있다.

따라서, 친환경적이며 비점오염원의 제어 및 정화를 용이하게 하는 정화시스템에 관한 연구가 당 기술분야에서 계속되어 왔다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 생활 배수나 공장 배수 등의 유기물의 유입 이외에 질소나 인 등의 영양염의 유입에 의한 하천의 부영양화를 방지하고, 물질의 흐름을 원활하게 하고, 효율적인 수질정화를 하도록 하는 정화시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 식물의 뿌리부를 오염수와 직접 접촉시켜 오염수 내의 영양염류를 식물이 흡수할 수 있도록 하여 이를 통해 유가 식물의 재배와 부영양수의 정화를 하도록 하는 정화시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 저류조의 부유물을 보다 용이하고 효과적으로 제거하도록 하고, 수로의 유가식물을 식생매트를 사용하도록 하여 식재를 경제성 있고 용이하게 하며 분주(分株) 역시 간편하게 할 수 있도록 하는 정화시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 비점오염원의 효율적인 제어를 위한 바이패스 유로를 전처리 공정에 포함하도록 하여 비점오염원을 정화할 수 있도록 하는 정화시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명은 비점오염원을 포함하는 초기 오염수가 이동하도록 바이패스 유로가 형성된 유입부; 상기 바이패스 유로에 연결되고 오염수가 유입되어 일시 저장되고 부유물과 고형물질을 제거하도록 소정 깊이로 형성되는 저류조, 상기 저류조 외곽에서 지지되며 상기 저류조 상부를 가로질러 설치되는 부유물 제거용 다리, 및 오염수 유입구 반대편에 유입구의 높이보다 높고 상기 부유물 제거용 다리의 상부면보다 낮은 높이로 형성되어 저류조의 수위를 조절하도록 하는 위어를 포함하는 전처리부; 및 소정 경사도를 갖고 소정 폭으로 형성되는 바닥부를 덮도록 설치되는 식생매트 및 상기 식생매트에 식재되는 수생식물을 포함하고, 상기 전처리부에서 유출되는 오염수가 상기 수생식물의 뿌리부와 접촉하면서 흐르도록 하는 수로부;를 포함하는 비점오염원 자연정화를 위한 정화시스템을 제공한다.

바람직하게는 상기 수로부는 수생식물이 식재되는 식재부 및 상기 바닥부에 굵은 입경의 채움부재를 배열하여 유량을 조절할 수 있도록 상기 식재부에 연속하여 형성되는 유량조절부를 포함한다. 더욱 바람직하게는 상기 식재부 및 유량조절부는 교대로 두쌍이 배열되며, 그 끝단에는 정화된 오염수를 저장하는 저장조가 형성될 수 있다.

바람직하게는 상기 전처리부는 상기 부유물 제거용 다리의 전방 하부에 경사를 이루며 일부가 수면에 잠기도록 설치되어 부유물의 이동을 방지하는 부유물 걸림부를 추가적으로 포함한다.

또한 바람직하게는 상기 식생매트는 소정 두께를 가지며 내부에 수생식물의 뿌리가 자랄 수 있는 공간이 형성되는 망사형상인 것을 특징으로 한다. 또한 상기 수로부는 1 내지 5%의 경사도를 갖도록 형성할 수 있다.

또한 바람직하게는 상기 유입부는 오염수가 이동할 수 있도록 형성되는 메인 유로; 상기 메인 유로의 일측에 형성되며, 상기 전처리부와 연결되고, 바닥면이 상기 메인 유로의 바닥면과 동일 평면상에 배열되는 바이패스 유로; 및 오염수 유입방향으로 상기 바이패스 유로를 지나쳐서 위치하며 유량이 커짐에 따라 개폐할 수 있도록 메인 유로 내측 벽면에 힌지결합되어 있는 유량조절용 수문;을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때 상기 수문은 힌지 결합부위를 중심으로 상부측의 높이가 하부측의 높이보다 길고, 상부측의 무게가 하부측의 무게보다 가벼운 것이 바람직하다. 또한 바람직하게는 상기 수문은 힌지 결합부위 하부측에 중량을 가하기 위한 중량체를 결합하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 비점오염원 자연정화를 위한 정화 시스템의 개략도이다. 본 발명에 의한 정화시스템은 오염수가 이동하는 유입부(10), 유입부에 연결되는 전처리부, 수로부(40,50) 및 저장조(70)를 포함한다.

유입부

비점오염원은 일반 폐수와 달리 도시, 도로, 농경지 등에서 불특정하게 배출되는 오염물질을 일컫는다. 비점오염원은 비가 내리면 일시에 하천으로 다량 유입하게 되어 수질오염은 물론 물고기의 폐사를 유발하기도 한다. 현재 비점오염원은 국내 4대 하천 오염 부하량의 22~37%를 차지할 정도로 하천 오염의 주범이 되고 있는 실정이다.

유입부는 비점오염원을 포함하는 초기 오염수가 전처리부(30)로 유입되도록 하는 바이패스 유로(20)를 포함한다. 도로 표면의 오염물질은 비가 내리면 일시에 오염수가 이동할 수 있도록 형성되는 메인 유로를 따라 이동하게 된다. 이때 초기 우수, 즉 비점오염원을 포함하는 초기 오염수가 그대로 하천으로 방류되지 않고 우회할 수 있도록 유입부(10)는 바이패스 유로(20)를 포함하게 된다.

도 3 및 도 9에 도시한 바와 같이, 바이패스 유로(20)는 메인 유로(10)의 일측벽에 형성된다. 바이패스 유로(20)는 메인 유로의 단면보다 작은 단면을 갖도록 형성되며, 메인 유로에 많은 양의 오염수가 유입되어도 바이패스 유로(20)의 정해진 단면을 따라 일정 유량을 초과해서 정화시스템에 유입되지는 않도록 조절하게 된다.

바이패스 유로(20)의 바닥면은 메인 유로(10)의 바닥면과 동일 평면상에 있도록 형성되는 것이 바람직하다. 이는 초기 오염수가 바이패스 유로로 효과적으로 유입되도록 하는 것으로, 후술하는 수문(11)에 의해 하천으로 방류되지 않고 일시 저장되는 초기 오염수가 그대로 바이패스 유로로 흘러 들어가기 위해서는 바이패스 유로가 동일 평면상에 위치하는 것이 가장 좋다. 바이패스 유로의 바닥면이 메인 유로의 바닥보다 높게 위치한다면 그 높이차 만큼의 공간에 초기 오염수가 체류되고, 이는 초기 오염수의 배출후에도 남아있어 빗물과 함께 그대로 하천으로 방류되기 때문이다.

바이패스 유로(20)의 흐름면의 단면적은 정화시스템의 정화능력 및 저류조의 저류 능력에 따라 조절하여 설계하게 된다.

또한, 본 발명에 의한 정화시스템의 유입부(10)는 초기 오염수를 일시 체류하도록 하는 개폐식의 수문을 포함하게 된다. 도 10은 본 발명에 의한 정화시스템의 유입부(10) 수문(11)을 도시한 도면이다.

도 9 및 도 10에서와 같이, 수문(11)은 오염수 유입방향으로 바이패스 유로(20)를 지나쳐 위치하게 된다. 수문은 유량이 커짐에 따라 개폐할 수 있도록 메인 유로 내측 벽면에 힌지결합되어 있다. 수문은 유량의 증대에 따라 자동 개폐할 수 있도록 설치되며, 이를 위해 메인 유로 내측 벽면에 힌지결합되는 힌지부(14)를 중심으로 상부측의 높이가 하부측의 높이보다 길게 형성된다.

수문에 의해 막혀있는 초기 오염수가 일단 바이패스 유로(20)를 통해 바이패스 되고, 초기 오염수의 유출 후 유량이 큰 우수(빗물)가 유입되면 바이패스되는 유량만으로는 우수가 모두 배출되지 못한다. 따라서 수문에 의해 막혀지는 우수의 수위는 높아지고, 그 수위가 수문이 열릴 수 있는 수위로 상승하게 되면 자연적으로 수문이 개방되어 우수가 하천으로 방류될 수 있도록 한다.

도 10에서 수문은 하부(E), 중간부(F), 상부(G)로 구분되며, 힌지부(14)는 하부에 치우쳐서 형성된다. 이때 우수의 수위가 중간부를 넘어 상부로 상승하게 되면 힌지부를 중심으로 수문이 시계방향 모멘트를 받게 되며 수문이 개방된다.

다시 우수의 수위가 줄어들게 되면 수문이 원상복귀할 수 있도록 수문의 하부(E)의 무게는 중간부(F) 및 상부(G)를 합한 무게보다 무겁게 제작하는 것이 바람직하다. 즉 수문이 수평으로 개방된 후, 우수의 수위가 낮아지거나 모두 유출되어 유체에 의한 저항이 없을 때 수문 자체의 하중에 의해 수직방향으로 세워질 수 있도록 구성한 것이다. 이와 같이 하부를 무겁게 만드는 방법으로 하부(E)에 철판(12)과 같은 중량체를 덧대어 제작하는 방법 등을 고려할 수 있다.

하부 중량은 수문의 개방에는 크게 영향을 미치지 않는다. 우수내의 유압은 일정하며 유압이 작용하는 단면적에 비례해 커지기 때문에 하부의 무게가 더 크더라도 상부 및 중간부에 작용하는 유압이 훨씬더 크기때문에 개방에 따른 문제는 없다.

전처리부

본 발명에 의한 정화시스템은 바이패스 유로에 연결되어 오염수가 유입되고 저장되는 전처리부를 포함한다. 전처리부는 저류조(30), 부유물 제거용 다리(31), 부유물 걸림부(32)를 포함한다.

저류조(30)는 수로에 초기 오염수가 유입되기 전에 일시 저장되는 곳으로, 자연중력 침전에 의해 고액을 분리하여 상등수가 방류된다. 저류조(30)를 통해 제거대상이 되는 오염물질은 주로 입자성 고형물질과 입자성 고형물질에 부착되어 있는 오염물질, 즉 현탁부유물(SS)이다. 강우시 초기 오염수 등 오염부하가 많은 유입수를 일시 저류하여 유속을 저하시키고 일정시간 체류시킨다.

저류조(30)에는 부유물 걸림부(32)가 형성된 부유물 제거용 다리(31)가 설치된다. 부유물 제거용 다리(31)는 저류조의 외곽에서 지지된 상태로 설치되며, 저류조 상부를 가로질러 설치된다. 상기 다리(31)의 하부 전방면(오염수 투입구 방향)에는 경사를 이루며 일부가 수면에 잠기도록 설치되는 부유물 걸림부(32)가 형성된다.

부유물 걸림부(32)는 도 5에 도시한 바와 같이 저류조의 상부에 가로질러 있는 상태로 설치되어 초기 오염수의 부유물들을 걸리게 만든다. 부유물질(39)들은 경사진 부유물 걸림부(32)에 의해 전진하지 못하고 부유물 제거용 다리(31)의 하부를 통해 1차 정화된 오염수가 후방측의 수로로 이동하게 된다. 또한 저류조에 의해 초기 오염수가 저류되는 동안 SS고형물(35)이 침전되어 제거될 수 있다.

전처리부의 저류조에 저류된 초기 오염수는 바이패스 유로(20)를 통해 유입되는 유입량이 증가함에 따라 후방측의 위어(36)를 넘어 수로로 유입된다. 위어(36)는 오염수 유입구의 반대편에 형성되며, 유입구의 높이보다 높고, 부유물 제거용 다리의 상부면보다 낮은 높이로 형성된다. 따라서 저류조의 수위는 일정 수위를 넘지 않도록 조절될 수 있다.

수로부

본 발명은 전처리부를 거친 초기 오염수를 식생매트에 식재되는 수생식물을 통해 정화하도록 하는 수로부를 포함한다. 수로부는 수생식물이 식재되는 식재부(40), 및 유량조절부(50)를 포함하게 된다.

식재부(40)에는 소정 폭과 깊이로 형성되는 바닥부를 덮도록 식생매트(42)를 설치하게 된다. 식생매트(42)는 비교적 얇은 직경으로 얽히도록 형성되는 소정 두께의 망사 형상을 갖는다. 식생매트는 수생식물이 식재될 수 있도록 빈 공간이 전 두께 및 길이를 거쳐 형성되며, 합성수지 재질로 형성될 수 있다.

식생매트(42)에 식재되는 식물은 갯버들 같은 교,관목 또는 갈대, 달뿌리풀, 물럭새 등의 초본류가 가능하다. 수생식물은 식생매트(42)에 뿌리를 내려 고정된 후 식생매트와 함께 수로부에 설치된다.

도 6은 도 3의 B-B' 단면을 도시한 것이고 도 8은 도 6의 D부분을 상세도시한 것이다. 식생매트(42)가 바닥부 전체에 걸쳐 설치되어 있는 것을 볼 수 있고, 수생식물(41)은 식생매트에 식재되어 있으며, 뿌리부(47)가 식생매트(42)의 공간 사이사이로 얽혀 고정되어 있다. 식생매트는 수로부 전 길이에 걸쳐 서로 연결되어 설치되기 때문에 오염수의 유입에 의하더라도 쉽게 이탈되거나 파손되지 않는다. 따라서 식생매트에 뿌리를 내려 고정된 수생식물들 역시 오염수의 흐름에 따라 탈착되지 않고 고정 위치를 유지할 수 있게 된다.

도 7은 도 3의 C-C' 단면을 도시한 도면이다. 수로부는 식재부(40) 및 유량조절부(50)를 포함하게 된다. 유량 조절부(50)는 식재부에 연속하여 형성되고, 수로부의 유량을 조절할 수 있도록 바닥부에 굵은 입경의 채움부재를 채워 형성된다.

채움부재(51)는 예를 들면 모래보다 입경이 굵은 자갈과 같은 물질이 되며, 수로부 형성시 유입유량을 예측하여 유량조절부의 채움부재 양을 조절하거나 유량조절부 형성 길이를 조절하는 식으로 유입유량에 맞는 수로부를 설계하게 된다.

도 7에서 수로부는 식재부(40)와 유량조절부(50)를 한조로 하여 2개조가 연속하여 형성되는 것을 도시하였다. 이는 초기 오염수의 오염도 및 설치 환경에 맞게 변경될 수 있으며, 유량조절부에 비해 식재부의 형성 길이를 길게 하여 충분한 수질정화가 가능하도록 설계하게 된다.

식재부(40)를 초기 오염수가 통과하게 되면, 식재부에 식재된 수생식물의 뿌리에 의해 자연정화효과를 얻을 수 있게 된다. 즉, 식생매트 사이로 식물의 뿌리가 자라고 오염수가 식생매트를 통과하게 되면서 오염수 수중의 질소나 인 등의 영양염류가 뿌리에 흡수된다. 식물의 뿌리가 직접적으로 오염수와 접촉하게 되면서 정화 효율을 극대화시키고, 뿌리를 통해 질소와 같은 영양염류를 흡수하게 되어 수중의 질소 성분을 제거할 수 있는 효과를 갖게 되는 것이다.

이와 같이 식물의 뿌리와 오염수를 직접 접촉시키는 것에 의해 오염수 수중의 질소나 인 등의 영양염류를 식물의 영양염으로 유효하게 이용할 수 있다. 본 발명은 수중의 질소, 인 등의 영양염류를 효과적으로 제거할 수 있을 뿐 아니라, 액체비료를 사용하지 않더라도 유가 식물을 재배할 수 있어 물의 정화와 유가 식물의 수확이라는 두가지 효과를 동시에 얻을 수 있게 된다.

수로부의 바닥은 저류조를 넘어 유입되는 오염수가 자연적으로 흐를 수 있도록 소정 경사를 갖게 된다. 도 8에서와 같이 수로부의 바닥면(R)은 수평면(X)에 비해 약 1~5% 의 경사도를 갖도록 설계되는 것이 바람직하다. 경사도는 tan-1 (수직거리 / 수평거리 * 100)를 나타내는 값으로 이 경사도에 따라 소정 경사각도(α)가 형성되며, 전체 수로부의 거리와 전체 수로부의 수직거리를 기준으로 산정하게 된다.

여기서 경사도는 아래와 같은 산출 공식을 적용하여 바람직한 수치를 산출할 수 있다.

Q = 0.2778CIA ...(1)

라는 첨두유량 구하는 공식(1)을 적용하여 유량을 구할 때,

Q : 유역의 출구에서 첨두유량 (m3/sec)

I : 지속시간 tc인 강우강도 (mm/hr)

A : 유역면적 (km2 )

C : 유출계수 (배수유역 특성에 따라 결정되는 상수)

0.2778 : 단위환산계수

여기서, 유역면적이 5km² 이하라고 가정하면, 평균 유출계수 C (자연하천유역)는 평탄한 전지에서 0.45~0.60, 평지하천에서 0.45~0.75의 값을 갖는다. 이때 유량(Q)은 면적(A) 및 유출계수(C)에 따라 변화하므로, 저류부분의 면적에 따라서 경사도를 조정해주어야 한다.

일단, 저류부분의 면적, 유출계수, 강우강도 등을 이용해 첨두유량을 구한 후, 경사도를 구하는 것은 Kirpich 공식에 의해 가능하다.

즉, 지표면 흐름이 지배적인 농경지 소유역 및 하도의 경사가 3~5%인 지역에 적용하는 공식으로, 유수 도달시간 산정에 관련된 공식이다.

Q = 1/n(마찰계수:지정) * R^⅔(동수반경) * I'^½ * A (하상유역면적) ...(2)

여기서 I' = 동수경사 이고, 상기 (2) 식을 동수경사를 중심으로 정리하면,

I'^½ = n / AR^⅔ * Q ....(3)

상기 (3) 식을 이용하여 경사도를 구할 수 있으며, 본 발명의 정화시스템의 경우 1~5 % 의 적정 경사도를 얻을 수 있었다.

본 발명의 식재부는 식재되는 식물의 뿌리가 식생매트에 얽혀 있어 매우 촘촘한 공간을 형성하게 된다. 그 공간 사이로 식물의 뿌리와 접촉하면서 오염수가 흐르게 되고, 흘러나간 오염수는 수로부 끝단에 형성되는 저장조(연못,70)로 유입된다.

이때 경사도가 없이 오염수를 저류하는 방식으로는 식물의 뿌리에 오염수를 충분히 접촉시키지 못하게 된다. 따라서 수로부에 소정 경사도를 부여하여 수로부의 전 길이에 걸쳐서 오염수가 뿌리에 접촉하면서 오염수 내의 플랑크톤이나 소동물의 분비물의 분해물 들이 식물의 영양원이 되도록 함과 동시에 수중의 질소, 인 등의 영양염류가 뿌리에 흡착되도록 할 수 있다. 또한 경사도에 따라 오염수의 수로부 내의 체류시간이 조정될 수 있다.

정화효과

전처리 단계인 침사조에서는 유입SS(15~30mg/l)의 55~60%의 제거율을 나타냈고 식생대를 통과하면서 SS의 전체 처리효율은 87%에 달했다. 체류시간 30분을 기준으로 실험규모(1.0m X 9.0m X 0.1m)의 식재부에서의 질소N (2.4~20mg/l)와 인P(0.23~10.0mg/l)의 처리효율은 각각 40%와 30%였다. 따라서 식생대의 규모와 체류시간에 따라 그 처리효율은 향상될 것으로 기대된다.

본 발명의 정화시스템은 비점 오염원인 초기 우수를 바이패스 시켜 전처리부에 투입하도록 함으로써 초기 오염수를 효과적으로 정화할 수 있는 시스템이 된다. 즉, 바이패스 유로가 초기 오염수를 바이패스 하고, 초기 오염수가 바이패스 되고 난 후의 유량이 큰 우수는 그대로 메인 유로를 통해 하천으로 방류될 수 있도록 하여 비점오염원인 초기 우수를 집중적으로 정화하도록 하는 것이다.

또한 본 발명의 정화시스템은 저류조를 통해 부유물 및 SS를 제거하고, 오염수 중의 질소, 인과 같은 영양염류는 수로부의 식물 뿌리부를 사용하여 제거하도록 함으로써 별도의 바이오 리액터와 같은 화학적 처리 시스템을 사용하지 않고도 생화학적 정화처리가 가능하도록 하였다.

또한 식재부에서 식물 뿌리와의 접촉면적을 극대화하기 위하여 소정 두께를 가진 망사형의 식생매트를 사용하였으며, 식재부의 식물 뿌리가 오염수와 직접 접촉하여 생화학적 정수를 가능하게 하며, 정화 효율을 극대화하게 되었다.

본 발명은 수로부에 오염수가 식물의 뿌리부와 직접 접촉할 수 있도록 형성한 식재부를 포함함으로써 오염수 내의 질소, 인 과 같은 영양염류를 식물이 흡수할 수 있도록 하고 효율적인 수질정화를 가능하게 하는 정화시스템을 제공할 수 있다.

또한 본 발명은 부영양화 수를 사용하여 식물의 영양염으로 활용하고 이를 통해 유가 식물의 재배와 부영양수의 정화를 하도록 하는 정화시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 우수 중 비점오염원인 초기 오염수를 전처리부로 바이패스 하도록 하여 비점오염원을 효율적으로 정화하도록 하는 효과를 제공한다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

도 1은 종래의 오염하천 정화시스템의 개략도를 도시한 도면이다.

도 2는 종래의 반송습지를 이용한 정화시스템의 개략도를 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명에 의한 정화시스템의 사시도이다.

도 4는 도 3의 전처리부의 사시도이다.

도 5는 도 4의 전처리부의 단면도이다.

도 6은 도 3의 수로부의 B-B'단면을 도시한 단면도이다.

도 7은 도 3의 수로부의 C-C'단면을 도시한 단면도이다.

도 8은 도 6의 D 부분의 상세단면도이다.

도 9는 도 3의 유입부의 상세도이다.

도 10은 도 9의 유입부의 수문을 도시한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 메인유로 20: 바이패스 유로

30: 저류조 31: 부유물 제거용 다리

32: 부유물 걸림부 40: 식재부

42: 식생매트 50: 유량조절부

Claims (10)

1. 비점오염원을 포함하는 초기 오염수가 이동하도록 바이패스 유로가 형성된 유입부;

   상기 바이패스 유로에 연결되고 오염수가 유입되어 일시 저장되고 부유물과 고형물질을 제거하도록 소정 깊이로 형성되는 저류조, 상기 저류조 외곽에서 지지되며 상기 저류조 상부를 가로질러 설치되는 부유물 제거용 다리, 및 오염수 유입구 반대편에 유입구의 높이보다 높고 상기 부유물 제거용 다리의 상부면보다 낮은 높이로 형성되어 저류조의 수위를 조절하도록 하는 위어를 포함하는 전처리부; 및

   소정 경사도를 갖고 소정 폭으로 형성되는 바닥부를 덮도록 설치되는 식생매트 및 상기 식생매트에 식재되는 수생식물을 포함하고, 상기 전처리부에서 유출되는 오염수가 상기 수생식물의 뿌리부와 접촉하면서 흐르도록 하는 수로부;를 포함하는 비점오염원 자연정화를 위한 정화시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 수로부는 수생식물이 식재되는 식재부 및 상기 바닥부에 굵은 입경의 채움부재를 배열하여 유량을 조절할 수 있도록 상기 식재부에 연속하여 형성되는 유량조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비점오염원 자연정화를 위한 정화시스템.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 식재부 및 유량조절부는 교대로 두쌍이 배열되며, 그 끝단에는 정화된 오염수를 저장하는 저장조가 형성되는 것을 특징으로 하는 비점오염원 자연정화를 위한 정화시스템.
4. 제 1항에 있어서, 상기 전처리부는 상기 부유물 제거용 다리의 전방 하부에 경사를 이루며 일부가 수면에 잠기도록 설치되어 부유물의 이동을 방지하는 부유물 걸림부를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 비점오염원 자연정화를 위한 정화시스템.
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서, 상기 식생매트는 소정 두께를 가지며 내부에 수생식물의 뿌리가 자랄 수 있는 공간이 형성되는 망사형상인 것을 특징으로 하는 비점오염원 자연정화를 위한 정화시스템.
7. 제 1항에 있어서, 상기 수로부는 1 내지 5%의 경사도를 갖는 것을 특징으로 하는 비점오염원 자연정화를 위한 정화시스템.
8. 제 1항에 있어서, 상기 유입부는

   오염수가 이동할 수 있도록 형성되는 메인 유로;

   상기 메인 유로의 일측에 형성되며, 상기 전처리부와 연결되고, 바닥면이 상기 메인 유로의 바닥면과 동일 평면상에 배열되는 바이패스 유로; 및

   오염수 유입방향으로 상기 바이패스 유로를 지나쳐서 위치하며 유량이 커짐에 따라 개폐할 수 있도록 메인 유로 내측 벽면에 힌지결합되어 있는 유량조절용 수문;을 포함하는 것을 특징으로 하는 비점오염원 자연정화를 위한 정화시스템.
9. 제 8항에 있어서, 상기 수문은 힌지 결합부위를 중심으로 상부측의 높이가 하부측의 높이보다 길고, 상부측의 무게가 하부측의 무게보다 가벼운 것을 특징으로 하는 비점오염원 자연정화를 위한 정화시스템.
10. 제 9항에 있어서, 상기 수문은 힌지 결합부위 하부측에 중량을 가하기 위한 중량체를 결합하는 것을 특징으로 하는 비점오염원 자연정화를 위한 정화시스템.