KR100622014B1 - 수생식물을 이용한 수질정화 시스템용 식재구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수생식물을 이용하여 수질을 정화하는 시스템에 사용되는 식재구조에 관한 것이다. 본 발명에 따른 수생식물을 이용한 수질정화 시스템용 식재구조(1)는 둘레에 발근공(11)이 형성되어 있고 하단(12)이 날카롭게 되어 있으며 길게 신장된 통(10), 상기 통(10)에 충전된 토양(20), 및 상기 토양(20)에 식재된 정수성 수생식물(30)을 포함하고; 상기 토양(20)에 상기 수생식물(30)을 식재한 상태로 상기 통(10)을 하천바닥(2)에 박아 고정시킴으로써 상기 하천바닥(2)에 상기 수생식물(30)을 견고하게 식재하는 것을 특징으로 한다. 바람직하게 상기 통(10)은 대나무통(10A)이고, 상기 수생식물(30)은 갈대(30A)이다.

Description

수생식물을 이용한 수질정화 시스템용 식재구조{Planting Structure for Water Purification System Using Macrophyte}

도1은 본 발명에 따른 예시적인 식재구조의 사시도,

도2는 본 발명에 따른 예시적인 식재구조의 단면도,

도3은 본 발명에 따른 예시적인 식재구조에 적용되는 통의 사시도,

도4는 본 발명에 따른 식재구조가 적용된 하천의 개략도,

도5는 본 발명에 따른 식재구조가 적용된 사행하천의 평면 개략도,

도6은 본 발명에 따른 식재구조로서 갈대를 대나무통에 대량으로 배양하는 상태를 보여주는 사진도면,

도7은 본 발명의 식재구조로서 대나무통에 배양한 갈대의 지상부 생장상태를 보여주는 사진도면,

도8은 본 발명의 식재구조로서 대나무통에 식재된 갈대의 지하부 생장상태를 보여주는 사진도면,

도9는 본 발명의 식재구조와 일반적인 포트에서 생장한 갈대의 생장상태를 비교하는 사진도면,

도10은 종래의 일반 포트에서 배양되는 갈대를 보여주는 사진도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 본 발명의 식재구조 2: 하천바닥

3: 하천바닥토양 10(10A): 통(대나무통)

11: 발근공 12: 하단

13: 마디 20: 토양

30(30A): 수생식물(갈대) 31: 뿌리

(기술분야)

본 발명은 수생식물을 이용한 수질정화 시스템에 적용되는 식재구조에 관한 것이며, 보다 상세하게는 수생식물을 식재하여 수중생태환경을 구축함으로써 수질을 정화하는 수질정화 시스템에 있어서 식재된 수생식물의 유실을 최소화함으로써 식재된 수생식물에 의한 수중생태환경조성을 촉진하고, 그럼으로써 수질정화효과를 최대화할 수 있는 수생식물을 이용한 수질정화 시스템에 적용되는 식재구조에 관한 것이다.

(배경기술)

수질오염에 대한 인식 변화에 따라, 수질오염을 줄이기 위해 보다 많은 관심 과 노력이 집중되고 있으며, 이런 노력으로 수질오염 상태가 어느 정도 개선되어 가고 있는 상황이다.

최근 수질정화의 방법의 하나로서, 수생식물을 식재하여 수생식물의 오염물 정화능력으로 수질을 정화는 시스템이 친환경적인 방법으로서 널리 관심의 대상이 되고 있다. 일반적으로 호안이나 인공적 습지는, 갈대, 줄 및 애기부들 등과 같은 정수성 수생식물, 마름, 어리연꽃 및 수련 등과 같은 부엽성 수생식물 등과, 이러한 수생식물의 지지체로서 수생식물의 서식처와 영양 공급원으로 작용하는 자갈과 토양 등으로 구성된다.

즉, 예를 들면 하천 가장자리에 수질정화에 효과가 있는 수생식물을 식재하는 등 인공습지(호안)를 형성하여 유속을 감소시키고 정체시간을 확보함으로써 수생식물을 이용해 수질을 정화한다.

이런 호안이나 인공적 습지는, 수중생태계와 육상생태계가 접하는 지점에 위치하여 다양한 식생이 발달하고 여러 종의 수서곤충과 미생물 등이 서식하여 다른 곳보다 많은 생물량을 유지하며 면적당 생산력이 높은 공간이다. 이러한 관점에서 호안이나 인공적 습지는 담수의 부영양화를 억제하고 수자원의 효율적인 관리와 사용에 많은 도움을 줄 수 있는 것으로 생각되어 지고 있다.

그러나, 호안이나 인공적 습지를 이용하여 수질을 정화하는 목적을 달성하기 위해서는, 호안이나 인공적 습지를 조성하려는 지역의 물리화학적 특성이나 조성비용에 관한 내용 이외에도 호안과 습지의 구조와 기능에 관한 연구를 통하여 수질오염원 제거에 적합한 종을 선발하여야 하는 것은 물론이고, 대상 종의 생산력과 영 양염류 흡수량 그리고 이러한 기능적인 면을 증대시키기 위한 연구들이 선행되어야 한다.

또한, 호안이나 인공적 습지의 수질정화능력은, 기후, 호안이나 습지의 형태, 생물상, 유입 수질, 수심, 체류시간, 운영기간 및 유지관리 상태 등의 영향을 받아 매우 다양한 결과를 보이며, 이중에서 가장 중요한 요인은 수질오염원을 제거시켜 줄 수 있는 체류시간과 서식 수생식물의 처리 능력이라고 할 수 있다.

현재 호안이나 인공적 습지가 어느 정도 수질을 정화시키는 것에 기여하고 있는 것은 사실이나, 수질오염원의 부하량이 더욱 증가하고 짧은 체류시간으로 인하여 오염물질 제거효율이 감소되고 있는 것에 대한 대책이 미흡한 실정이며, 이 때문에 인공습지를 통과한 유출수의 수질이 오히려 나빠지는 경우도 발생하고 있다.

결국, 수질정화를 목적으로 한 수생식물서식환경조성의 성패는 조성된 수생식물의 오염원 처리능력에 있다고 생각할 수 있겠으나, 기존과 같이 수생식물만을 적용할 경우 단위면적당 처리할 수 있는 수질정화효율에 한계가 있고, 이로써 기존의 방법으로는 더 넓은 면적의 수생식물서식환경을 조성해야 하는 등 현실적으로 많은 어려움이 있다.

이와 같은 기술적 배경에 따라 본 발명자들은 대한민국 특허공개번호 10-2005-0018453호(2005. 02. 23. 공개)의 '식물을 이용한 수질정화방법'을 제안한바 있다.

상기 '453호의 수질정화방법은 수생식물을 식재한 장소에 오폐수를 통과시켜 수질을 정화하는 친환경적인 수질정화방법으로서, 단지 수생식물만을 식재하는 것이 아니라 수생식물의 생장을 촉진하고 활성을 높이는 유용미생물군과 유용미생물군을 수생식물에 유지시키는 점착제를 혼합하여 제조한 점착성 유용미생물군을 수생식물에 도포하여 식재하는 것을 요지로 한다.

이와 같이 수생식물의 생장 및 활성을 증가시키는 유용미생물군을 인위적으로 도포하는 '453호의 수질정화방법이 제공됨에 따라, 짧은 체류시간에도 높은 효율로 수질오염원을 제거할 수 있고, 하천 및 호소 공간의 집약적인 활용으로 수처리 부지 면적의 확보의 어려움을 해소할 수 있으며, 높은 효율로 정화된 처리수를 재활용 할 수 있는 가능성이 기대되는 등, 궁극적으로는 수생식물의 식재를 통한 정화작용의 효율을 배가시키는 효과를 얻을 수 있게 되었다.

아울러 최근에는 수질정화는 물론 하천을 살아 있는 친환경적 생태환경으로 조성할 목적으로 하천에 각종 수생식물을 식재하는 사업도 널리 실행되고 있다.

그러나, '453호를 포함한 수질정화를 위한 식재나 친환경적 하천생태환경 조성을 위한 종래의 식재방법은, 이를 유량, 유속 및 경사의 변화가 심한 하천환경에 적용할 경우에 식재된 수생식물이 뿌리를 내리지 못하거나 유실되어 버리는 비율이 높게 되어 소기의 목적을 달성하기 어렵다는 한계가 있다.

즉, 일반적으로 수생식물을 수질정화에 사용하는 경우, 도10에 도시된 바와 같이, 포트(100: 예, 3인치 포트)에서 수생식물(110: 예, 갈대)을 배양한 후에 포트(100)를 제거하고 수생식물(110)을 하천의 가장자리에 유속이 빠르지 않고 유량의 변화가 크지 않은 곳에 식재하지만, 수생식물의 도입이 불리한 지역, 즉 유속이 빠르거나 유량의 변화가 심하거나 또는 경사가 커서 토양 유실이 발생하는 지역에서는 토양 층에 수생식물의 뿌리가 안정적으로 착근되기 전에 유속, 유량 및 경사 변화와 같은 물리적인 요인으로 주변 토양과 식재된 수생식물이 유실되어 버리기 쉽다.

더욱이 한국과 같이 강우량의 편차가 심한 환경에서는 강우량에 따라 하천의 유량과 유속이 급변하게 되므로, 토양 유실에 따른 수생식물의 유실은 더욱 심화되고, 결국 수생식물에 의해 수질을 정화하거나 생태환경을 조성하고자 하는 소기의 목적을 달성하기 어렵게 된다.

본 발명의 목적은, 전술한 바와 같은 수생식물을 이용한 수질정화 시스템에 있어서, 식재된 수생식물이 유실되는 것을 최대한 방지함으로써 수생식물에 의한 수질정화효과를 최대화시킬 수 있는 새로운 식재구조를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 목적은, 유량, 유속, 경사 등의 변화가 심하여 수질정화를 위한 식재가 용이하지 아니한 환경 하에서도, 식재 및 착근이 가능하도록 하는 새로운 식재구조를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에 따라, 수생식물을 이용하여 수질을 정화하는 시스템에 사용되는 식재구조가 제공된다.

본 발명에 따른 수생식물을 이용한 수질정화 시스템용 식재구조는, 둘레에 발근공이 형성되어 있고 하단이 날카롭게 되어 있으며 길게 신장된 통, 상기 통에 충전된 토양, 및 상기 토양에 식재된 정수성 수생식물을 포함한다.

본 발명에 따른 수생식물을 이용한 수질정화 시스템용 식재구조는 상기 토양에 상기 수생식물을 식재한 상태로 상기 통을 하천바닥에 박아 고정시킴으로써 상기 하천바닥에 상기 수생식물을 견고하게 식재한다.

바람직하게 상기 통으로는 대나무통을 사용할 수 있고, 상기 수생식물로서는 갈대를 사용할 수 있다.

본 발명에 있어서는 그 발명의 명칭을 수질정화 시스템용인 것으로 기재하고 있으나, 수질정화가 주목적이 아니고 하천생태환경조성을 위해 수생식물을 식재하여 결과적으로 수질정화의 효과도 달성되는 경우에도 본 발명의 식재구조가 적용될 수 있음은 당연하다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 식재구조를 구체적으로 설명한다. 이하의 구체예는 본 발명에 따른 식재구조를 예시적으로 설명하는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 아니한다.

도1과 도2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 식재구조(1)는, 통(10), 토양(20) 및 수생식물(30)을 기본적으로 포함한다.

상기 통(10)은 정화성 수생식물(30)을 하천바닥(2)에 식재하기에 앞서 수생식물(30)을 식재하기 위한 통 형상의 부재로서, 수생식물(30)이 착근하여 생육할 수 있는 공간을 제공함과 아울러 수생식물(30)을 하천바닥(2)에 견고하게 유지시켜 줌으로써 유량과 유속의 변화 그리고 바닥의 경사 등에도 불구하고 수생식물(30)이 유실되지 아니하도록 하고, 결과적으로 수생식물(30)이 생장함에 따라 통(10) 주변 의 하천바닥(2)의 토양(3)에도 착근할 수 있도록 하는 작용을 한다.

상기 통(10)으로서는 내부에 토양(20)을 충전하여 토양(20)에 수생식물(30)을 식재하여 생장시킬 수 있는 공간을 제공할 수 있는 소재라면 특히 제한되지 아니하며, 예를 들어 일반 목재를 길게 신장된 통 형상으로 형성한 것, 플라스틱합성수지를 길게 신장된 통 형상으로 성형한 것도 사용할 수 있으나, 도3에 도시된 바와 같이, 단지 하단(12)만을 날카롭게 형성하고 둘레에 구멍(발근공: 11)을 천공하여 사용할 수 있는 대나무통(10A)이 바람직하다.

특히, 본 발명의 식재구조(1)에 대나무통(10A)을 사용하게 되면, 각종 대나무 가공 과정에서 발생하게 되는 자투리 대나무나 다른 용도로 사용하다가 그 수명을 다하여 폐기되는 대나무 등 폐자재를 사용할 수 있어 저렴한 가격으로 제조할 수 있을 뿐만 아니라 폐자원을 활용하는 효과가 있고, 특히 대나무 자체가 하천 수질을 오염시킬 염려가 적은 친환경적인 소재이므로 수질정화라고 하는 본 발명의 기본 목적에도 부합하게 된다.

상기 통(10)의 둘레에는 통(10) 내부에서 생장하게 되는 수생식물(30)의 뿌리(31)가 통(10)의 외부로 생장할 수 있도록 하고 하천의 물이 뿌리(31)에 접할 수 있도록 발근공(11)이 형성되어 있다.

발근공(11)은 통(10)이 그 구조적인 강도를 유지할 수 있고 내부에 충전된 토양(20)이 물살에 쉽게 유실되지 아니하며, 뿌리(31)가 통(10)의 외부로 뻗어 생장할 수 있는 크기와 개수로 형성하면 된다.

통(10)의 하단(12)은 통(10)을 하천바닥(2)의 토양(3)에 쉽게 박아 고정시킬 수 있도록 날카롭게 형성되어 있다. 도시된 구체예에서처럼 대나무통(10A)을 통(10)으로 사용할 경우, 마디(13)의 바로 아래 또는 마디(13)를 가로질러서 경사지게 대나무통(10A)을 절단하면 자연스럽게 하단(12)이 날카롭게 형성되고 마디(13)에 의해 통(10)의 하단이 막혀 있게 되거나 일부가 뚫려진 상태가 되므로 바람직하다.

아울러 통(10)의 지름과 길이는 내부에 수생식물(30)이 식재될 수 있는 공간을 제공하면서 하천바닥(2)에 통(10)을 박아 세워 고정시키기에 충분한 정도로 선택하면 족하다.

통(10)에 충전되는 토양(20)은 수생식물(30)이 통(10) 속에서 뿌리를 내리고 생장하고 지탱할 수 있도록 영양분을 제공하는 통상의 재배 토양으로서, 식재되는 수생식물(30)의 생육에 적합한 토양(20)이 충전된다.

토양(20)에 식재되는 수생식물(30)은, 하천에서 생육하면서 수질정화능력을 보이는 수생식물로서 통(10) 속에서 발근하여 생장할 수 있는 생태적 특성을 가진 수생식물을 사용한다.

본 발명에 적용할 수 있는 수생식물(30)로서는 정수성 수생식물로 알려진 갈대(Phragmites australis), 애기부들(Typha angustifolia), 부들(Typha orientalis), 달뿌리풀(Phragmites japonica), 줄(Zizania latifolia), 세모고랭이(Scripus triqueter), 노랑꽃 창포(Iris pseudoacorus), 및 창포(Acorus calamus) 등이 식재될 수 있고, 바람직하게 정수능력이 뛰어나고 빠른 유속에서 견딜 수 있으며 생육조건이 까다롭지 않은 갈대(30A)를 식재할 수 있다. 더욱 바람직하게 전 술한 대한민국 특허공개번호 10-2005-0018453호의 유용미생물군을 인위적으로 도포한 수생식물을 사용할 수 있다.

통(10)에 수생식물(30)을 식재하는 것은 다른 배양 장소에서 하천에 적용할 수 있을 정도로 충분한 크기로 생장시킨 수생식물(30)을 통(10)에 이식하는 것도 배제되지는 않지만, 처음 씨앗이나 모종에서부터 통(10) 속에서 생장시켜서 통(10) 속에서 뿌리를 내리고 정착하도록 하는 것이 바람직하다.

통(10) 속에서의 수생식물(30)의 생장은, 도6에 예시된 바와 같이, 대규모 농장에서 대량으로 배양함으로써 대량생산이 가능하다.

본 발명에 따른 식재구조(1)는, 도4에 도시된 바와 같이, 토양(20)에 수생식물(30)을 식재한 상태로 통(10)을 하천바닥(2)의 식재를 요하는 장소에 박아 고정시킴으로써 하천에의 최종 식재가 완료된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 식재구조(1)에 의하면, 하천의 수질정화나 친환경적인 생태환경조성을 위해 갈대와 같은 정수성 수생식물(30)을 하천바닥에 식재함에 있어서 수생식물(30)을 직접 식재하지 아니하고 통(10) 속의 토양(20)에 수생식물(30)을 식재한 상태에서 통(10)을 하천바닥(2)에 박아 고정시키는 방식으로 수생식물(30)을 식재하는 것이므로, 유량의 변동이 심한 장소, 유속이 빠르거나 변동이 심한 장소, 바닥이 경사져 있어나 굴곡이 심한 장소와 같이, 하천바닥(2)의 토양(3)이 유실되기 쉽고 그럼으로써 식재된 수생식물(30)이 유실되기 쉬운 환경 하에서도, 하천바닥(2)에 통(10)이 견고하게 박혀 있어서 그 내부에 식재된 수생식물(30)이 유실되지 아니하고 상당 기간 식재된 장소에 유지된다.

이와 같이 본 발명에 따라 하천바닥(2)에 식재된 수생식물(30)이 유실 없이 오랜 기간 생육하게 되면, 그 뿌리(31)가 주변 하천바닥(2)의 토양(3)에 확고하게 뿌리를 내리게 되어 안정되므로, 이후에 통(10)이 부식되어 수생식물(30)을 하천바닥(30)에 유지하는 기능을 상실하게 되어도 수생식물(30)은 쉽게 유실되지 아니하고 정착하게 된다.

그리고 본 발명에 적용한 수생식물(30)이 정착하여 그 군락이 안정화되면 수생식물(30)에 의해 조성된 안정된 하천바닥환경에 다른 수생식물도 쉽게 정착할 수 있게 되므로 전체적으로 하천의 환경이 친환경적인 자연하천으로 조성된다.

도5를 참조하여 사행하천에 본 발명의 식재구조(1)가 적용되는 예를 설명하면, 사행하천의 경우에 상대적으로 A구역의 유속은 느리고 B구역의 유속은 빠르기 때문에 B구역에서 토양의 유실이 주로 발생하고, 이런 이유로 자연적인 수생식물의 군락형성은 물론 인공 식재도 A구역에서만 주로 실행되었는바, 본 발명에 따른 식재구조(1)에 의하면 식재된 수생식물의 유실을 막을 수 있으므로 B구역에도 수생식물을 식재하여 군락을 형성할 수 있게 된다.

도7 내지 도9는 갈대(10A)를 통(10)에서 배양하여도 지상부 및 지하부의 생장이 정상적으로 이루어지고, 일반 3인치 포트에서 배양하여 생장시킨 갈대의 생육과 비교할 때 실질적인 차이를 보이지 않음을 보여주는 도면이다.

이상에서는 본 발명을 설명함에 있어서 갈대를 사용한 예에 대해서만 설명하였지만, 수질오염원 정수능력이 있는 것으로 알려진 애기부들, 부들, 달뿌리풀, 줄, 세모고랭이, 노랑꽃 창포, 및 창포 등 다른 정수성 수생식물에도 본 발명을 적용 하면 유사한 효과가 있을 것으로 예측된다.

본 발명에 따른 식재구조는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 유속과 유량의 변화가 심하거나 경가가 급한 하천에도 안정적으로 수생식물(갈대)을 식재하여 하천의 유속을 자연적으로 조절할 수 있게 되고 하천에 수생식물의 도입을 용이하게 할 수 있는 발판을 제공하게 된다.

둘째, 통(10)의 내부에 토양(20)을 함유하고 있음으로, 하천 수변지역에 돌망태 혹은 콘크리트를 적용하여 수생식물의 도입이 불가능한 곳에도 수생식물을 식재할 수 있게 된다.

셋째, 통(10)을 하천바닥에 박아서 고정시켜 수생식물(30)을 안정적으로 유지시키므로, 유량, 유속 및 경사 변화 등의 요인으로 식재된 수생식물의 착근이 불량하게 되고 유실되는 것을 방지할 수 있다.

넷째, 본 발명에 따른 식재구조를 적용하여 통(10)을 매개하여 식재한 수생식물(30: 갈대)이 일단 군락을 이루어 안정화되면 이들 수생식물(30)에 의해 조성된 안정된 하천바닥환경에 다른 수생식물도 쉽게 정착할 수 있게 되므로 전체적으로 하천의 환경을 친환경적인 자연하천으로 조성할 수 있게 되고, 결국 정화성 수생식물들에 의한 수질개선효과도 최대화된다.

Claims (3)

1. 수생식물을 이용하여 수질을 정화하는 시스템에 사용되는 식재구조에 있어서,

   둘레에 발근공(11)이 형성되어 있고 하단(12)이 날카롭게 되어 있으며 길게 신장된 통(10), 상기 통(10)에 충전된 토양(20), 및 상기 토양(20)에 식재된 정수성 수생식물(30)을 포함하고;

   상기 토양(20)에 상기 수생식물(30)을 식재한 상태로 상기 통(10)을 하천바닥(2)에 박아 고정시킴으로써 상기 하천바닥(2)에 상기 수생식물(30)을 견고하게 식재하는 것을 특징으로 하는, 수생식물을 이용한 수질정화 시스템용 식재구조.
2. 제1항에 있어서 상기 통(10)은 대나무통(10A)인 것을 특징으로 하는, 수생식물을 이용한 수질정화 시스템용 식재구조.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서 상기 수생식물(30)은 갈대(30A)인 것을 특징으로 하는, 수생식물을 이용한 수질정화 시스템용 식재구조.

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