KR100791611B1 - Non-powered apparatus for removal of non-point source pollutant originated in highland agriculture - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고랭지 농업지역에서 발생하는 우수 유출수 등에 함유되어 있는 토사 및 부유성 물질을 제거하기 위한 토사 침전지와 용존성 물질 및 미량유해물질을 제거하기 위한 완속 여과상에 의해 처리된 우수 유출수를 처리함으로써, 고랭지 농토지역의 경사진 지리적 특성에 의해 물이 낙차하는 중력의 원리를 적용시켜 무동력으로 비점오염물질을 처리하는 것을 특징으로 하는 고랭지 농업지역에서 발생하는 비점오염물질의 처리장치에 관한 것이다. The present invention is to treat the sewage effluent treated by sedimentation sedimentation basin to remove the soil and suspended solids contained in rainwater runoff occurring in the high-land agricultural region, and slow filtration to remove dissolved substances and trace harmful substances The present invention relates to an apparatus for treating nonpoint pollutants occurring in a highland agricultural region, wherein the nonpoint pollutants are treated with no power by applying the principle of gravity in which water drops due to the inclined geographical characteristics of a highland farmland.
일반적으로 고랭지 농업은 표고가 높은 고원이나 산지에서 하는 농업으로서 우리나라의 경우는 고랭지 농업을 하는 국토의 면적이 전국적으로 51,000 헥타아르(ha)로서 전국 농경지의 2.7%를 차지하고 있다. 이러한 고랭지 농업지역은 높은 경사도와 표고로 인하여 적은 강우에도 토사유출이 매우 심한 특성을 보이고 있다. Generally, highland agriculture is highland or mountainous highland. In Korea, the land area of highland agriculture is 51,000 hectares (ha), accounting for 2.7% of the country's agricultural land. Due to the high slope and elevation, these highland agricultural regions have very severe soil runoff due to small rainfall.
우리나라의 고랭지 농업지역은 지리적으로 백두대간을 중심으로 분포되어 타 지역에 비해 아직은 환경 훼손 정도가 낮은 지역으로 다양한 동·식물 자원을 보유하고 있고, 산림지역 특유의 아름다운 경관이 보존되어 있는 지역이지만 또한 이 지역은 한강, 낙동강 등 우리나라 주요 수계의 상류지역에 분포되어 있어 청정 수자원의 오염방지를 위한 특별관리가 필요한 지역이기도 하다. The highland agricultural region of Korea is geographically distributed around Baekdudaegan area, which is still less environmentally damaged than other regions, and has various animal and plant resources and preserves beautiful landscapes unique to forest areas. This area is distributed in the upper parts of Korea's major water systems, such as the Han River and the Nakdong River, so it is also an area requiring special management to prevent pollution of clean water resources.
이러한 고랭지 농업에 따른 환경 문제는 주로 비점오염원과 밀접하게 관련되어 있다. 비점오염원은 크게 두 가지로 분류되며, 첫째는 농경지를 기반으로 한 오염원(land-based pollutants)이고, 둘째는 영농관리방법을 기반으로 한 오염원(management-based pollutants)으로 구분할 수 있다. 전자는 토양과 관련되어 있고 토양유실에 의해 토양입자가 수계로 유입되면서 오염이 초래된다. 유실되는 토사(sediment)가 오염원이 되는 경우이다. 후자의 경우는 생산성을 향상시키거나 병해충 방제를 위해 작물이나 토양에 시용된 오염원을 가리키는 것으로 유입된 이들의 일부는 물에 녹아서 유거수, 유출수와 함께 이동하고 일부는 토양입자에 흡착되어 토양이 유실될 때 이동하는 경우를 말한다. 농약, 비료, 가축분뇨 등이 여기에 속할 수 있다. The environmental problems associated with high-land agriculture are closely related to nonpoint sources. There are two main types of nonpoint sources: first, land-based pollutants, and second, management-based pollutants. The former is related to the soil and pollution is caused by soil particles entering the water system by soil loss. Lost sediment is a source of contamination. The latter case refers to pollutants applied to crops or soil to improve productivity or control pests, some of which are dissolved in water, move with runoff and runoff, and some are adsorbed to soil particles, resulting in soil loss. Say when to go. Pesticides, fertilizers and livestock manure can be included here.
현재 이러한 고랭지 농업지역에서 발생하는 비점오염물질의 수계로의 유입을 방지하기 위해 완충 식생대, 우회수로, 식생수로, 식생밭두렁, 낙차공 침사지, 석 축 등의 시설 설치사업이 진행되고 있다. 그러나 이와같은 사업의 방법은 모두 토사의 유입을 방지하기 위한 시설이고, 농약, 비료, 가축분뇨 등의 영농관리방법에 기반한 오염물질의 저감 방법은 해결되지 않고 있다. In order to prevent the inflow of non-point pollutants from the high-land agricultural areas into the water system, the installation of facilities such as buffered vegetation zone, bypass channel, vegetation channel, vegetation field dune, freefall settlement, and stone building is underway. However, all of these projects are facilities to prevent the inflow of soil, and methods for reducing pollutants based on farming management methods such as pesticides, fertilizers and livestock manure have not been solved.
종래의 비점오염원을 처리하기 위한 장치가 주로 비중이 높은 오염물질인 흙 또는 모래 등만을 제거하기 위한 물리적인 방법에 의한 처리기술이 주종을 이루고 있었다. 이러한 물리적인 처리기술은 유기물 및 영양물질의 제거 효율이 극히 낮아 처리 효율 대비 비용이 높으며, 주로 외국 기술에 의존하고 있는 실정이다. Conventional apparatus for treating non-point source has mainly been the treatment technology by the physical method to remove only soil or sand, such as pollutants with high specific gravity. Such physical treatment technology is extremely low in the removal efficiency of organic matter and nutrients, high cost compared to treatment efficiency, and mainly depends on foreign technology.
한편, 비점오염물질을 제거하는 방법 및 장치에 관한 기술들이 다양하게 개발되어 특허 등록된 내용들을 살펴보면, 대한민국 등록특허 제443420호(2004. 7. 27 등록)의 비점오염원 제거장치와 제491867호(2005. 5. 19 등록)의 초기우수의 비점오염물 처리장치 및 제561092호(2006. 3. 8 등록)의 초기유출수의 비점오염물 정화장치 등이 등록된 바 있지만 상기와 같은 특허기술들은 주된 처리대상이 도로, 공장, 주차장 등의 도시지역에서 발생하는 비점오염물질이다. 따라서 고랭지 농업지역이라는 특수한 환경조건에서 발생하는 비점오염물질의 제거를 위해서는 다량의 토사를 제거하기 위한 단위공정 및 용존성 오염물질을 제거하기 위한 단위공정이 필요하고 지리학적, 관리적 측면에서 무동력의 처리장치가 필요하다.On the other hand, a variety of technologies and methods for removing non-point pollutants have been developed to look at the patent registered contents, the non-point source removal apparatus of the Korean Patent No. 443420 (registered on July 27, 2004) and No. 491867 ( The non-point pollutant treatment device of the initial excellent water of the registration of May 19, 2005 and the non-point pollutant purification device of the initial effluent of No. 561092 (registered on March 8, 2006) have been registered. It is a nonpoint pollutant that occurs in urban areas such as roads, factories, and parking lots. Therefore, in order to remove nonpoint pollutants generated under special environmental conditions such as high-land agricultural areas, a unit process for removing a large amount of soil and a unit process for removing dissolved contaminants are required. A device is needed.
고랭지 농업지역에서 발생하는 비점오염물질의 유출특성은 도시지역 등에서 발생하는 강우 유출수의 특성과 매우 다른 양상을 지닌다. 고랭지 농업지역에서 강우시에는 도 1에서 도시한 바와 같이 강우 초기에 토양의 시비 등에 의한 용존성 물질(C)의 유출이 집중되며, 이와 같은 초기 유출수에 다량 함유된 용존성 물질(C)은 총질소 및 총인과 같은 부영양화의 원인물질이므로 초기 강우 유출수를 제거해야 할 필요성을 지닌다. 그러나 고랭지 농업지역 오염물질의 큰 비중을 차지하는 토사(S)의 유출특성은 상기 용존성 물질(C)의 유출특성과는 달리 강우 초기에서 일정 시간이 지난 후 다량 유출되므로 강우량(Q)의 유출특성과 거의 유사한 양상을 보인다. 이러한 시간의 흐름에 따른 용존성 물질(C)과 토사(S) 및 강우(Q)의 유출특성을 고려하여 토사와 용존성 물질과 같은 오염물질을 효율적으로 제거하기 위한 처리장치의 설치가 절실하게 요구되고 있는 실정이다.The outflow characteristics of non-point pollutants generated in agricultural regions with high temperatures are very different from those of rainfall runoff in urban areas. During rainfall in the high-land agricultural region, as shown in FIG. 1, the outflow of dissolved substances (C) due to fertilization of the soil is concentrated at the initial stage of rainfall, and the dissolved substances (C) contained in a large amount in the initial outflow water are total. As it is a source of eutrophication such as nitrogen and total phosphorus, it is necessary to remove the initial rainfall runoff. However, unlike the outflow characteristics of the dissolved material (C), the outflow characteristics of the soil (S), which occupy a large portion of the pollutants in the highland agricultural region, are largely outflowed after a certain time in the early rainfall, so the outflow characteristics of the rainfall (Q) It is almost similar to. Considering the outflow characteristics of dissolved material (C), soil (S) and rainfall (Q) over time, the installation of a treatment device for efficiently removing contaminants such as soil and dissolved material is urgently needed. It is a required situation.
상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방안으로 본 발명은 고랭지 농업지역에서 발생하는 우수 유출수 등에 함유되어 있는 토사 및 부유성 물질을 제거하기 위한 토사 침전지와 그리고 용존성 물질 및 미량유해물질을 제거하기 위한 미생물막이 형성된 모래를 상부에 형성시킨 완속 여과상에 의해 처리된 우수 유출수를 처리함으로써, 고랭지 농토지역의 경사면에서 물이 낙차하는 중력의 원리에 무동력으로 비점오염물질을 처리할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 고랭지 농업지역에서 발생하는 비점오염물질의 처리장치를 제공함에 그 목적이 있다. In order to solve the above problems, the present invention is a soil sedimentation basin for removing soil and suspended matter contained in rainwater runoff occurring in high-land agricultural areas, and microorganisms for removing dissolved and trace harmful substances By treating the rainwater discharged by the slow filtration phase formed on top of the film-formed sand, the non-point pollutants can be treated by non-powerless force based on the principle of gravity that water falls on the slope of the highland farmland. The purpose is to provide a treatment apparatus for non-point pollutants occurring in high-land agricultural areas.
특히 본 발명의 비점오염물질 처리장치는 무동력에 의해 운전이 가능함에 따라 전기 설비 등과 같은 부대시설의 설비가 필요 없으므로 소규모 시설의 시공이 가능하여 지면의 높낮이 차이가 있는 경사면의 지형으로 이루어진 고랭지 농업지역에서 쉽게 적용할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 고랭지 농업지역에서 발생하는 비점오염물질의 처리장치를 제공함에 다른 목적이 있다. In particular, since the non-point pollutant treatment device of the present invention can be operated by non-powered, it is not necessary to install additional facilities such as electrical equipment, so it is possible to construct small-scale facilities, and it is possible to construct a high-land agricultural region with sloped terrain with a difference in height between the ground and the ground. Another object is to provide a treatment apparatus for non-point pollutants occurring in high-altitude agricultural areas, characterized in that it can be easily applied in.
이와 같이 본 발명에서는 기존의 강우시 비점오염물질을 단일공정에서 처리하면서 따른 문제점을 고랭지 농업지역의 비점오염물질 유출특성을 고려하여 입자상 물질과 용존성 물질을 별도의 개별 단위공정에서 처리하도록 창안되었고 폭우 등의 과도 강우량 유입은 처리시설의 안정성을 위해 우회토록 설계되었다. 또한 고랭지 농업지역의 경사에 따른 위치에너지를 이용한 무동력 장치로서 공정의 안정성을 높였다. 본 발명은 각 단위공정의 처리효율을 실시예를 통해 확인하고 처리공정별 운전인자를 도출하여 본 발명의 목적을 이룰 수 있도록 한 것이 특징이다. As such, the present invention was designed to treat particulate matter and dissolved substances in separate unit processes in consideration of non-point pollutant spillage characteristics of high-altitude agricultural areas in the process of treating non-point pollutants in a single rainfall process. Excessive rainfall inflows, such as heavy rains, are designed to bypass the stability of treatment facilities. In addition, it improved the stability of the process as a non-powered device using potential energy according to the slope of the highland agricultural area. The present invention is characterized in that it can achieve the object of the present invention by checking the processing efficiency of each unit process through the embodiment and deriving the operating factors for each processing process.
본 발명은 고랭지 농업지역에서 발생하는 비점오염물질의 제거장치에 있어서, The present invention provides a device for removing non-point pollutants occurring in a high cold agricultural region,
고랭지 농업지역으로부터 강우에 의해 유출되는 비점오염물질을 포집하기 위한 집수배수로와; A catchment drainage channel for collecting non-point pollutants discharged by rainfall from the highland agricultural region;
우수 유출 토사 및 부유성 물질을 제거하기 위한 토사 침전지와;A sedimentation sedimentation basin for removing stormwater and sediment;
용존성 물질을 제거하기 위한 완속 여과상; Slow filter bed to remove dissolved material;
상기 완속 여과상을 거친 유출수를 외부로 배출하는 배출부; 및 A discharge part for discharging the effluent passing through the slow filter phase to the outside; And
그리고 과도 유량은 완속 여과상을 우회하는 우회 배출부;And the excess flow rate bypass bypass for bypassing the slow filter phase;
로 구성된 것을 특징으로 하는 고랭지 농업지역에서 발생하는 비점오염물질의 처리장치를 과제 해결수단으로 한다. An apparatus for treating non-point pollutants occurring in a high-altitude agricultural region, characterized in that the configuration as a problem solving means.
특히 본 발명은 본 발명에 따른 처리장치를 이용하여 강우 발생시 발생되는 비점오염물질을 고랭지 농토지역의 경사면에서 물이 낙차하는 중력의 원리에 무동력으로 비점오염물질을 처리하는 것으로서, 장치의 규모를 소규모로 시공하여 무동력에 의해 운전이 가능하므로 지면의 높낮이 차이가 있는 경사면의 지형으로 이루어진 고랭지 농업지역에서 쉽게 적용할 수 있는 장치인 것이 특징이다. In particular, the present invention is to treat the non-point pollutants generated by non-point pollutants generated at the occurrence of rainfall by using the treatment apparatus according to the present invention in a non-polluting manner by the force of gravity to drop water on the inclined surface of the highland farmland, small scale of the device Since it can be operated by non-powered construction, it is a device that can be easily applied in a high-altitude agricultural region consisting of the topography of the slope with the difference in height of the ground.
본 발명은 상기의 과제 해결 수단에 의해 고랭지 농토지역의 경사면에서 물이 낙차하는 중력의 원리에 무동력으로 비점오염물질을 처리함에 따라 전기 설비 등과 같은 부대시설의 설비가 필요 없으므로 소규모 시설의 시공이 가능하여 지면의 높낮이 차이가 있는 경사면의 지형으로 이루어진 고랭지 농업지역에서 쉽게 적용할 수 있도록 한 것이 장점이다.The present invention eliminates the need for additional facilities such as electrical installations by treating nonpoint pollutants with no force, based on the principle of gravity that water drops on the slopes of highland farmland areas by means of the above-mentioned problem solving means, so that the construction of small-scale facilities is possible. The advantage is that it can be easily applied in high-altitude agricultural areas consisting of the topography of the slope with the difference in the height of the ground.
또한 비점오염원에 함유되어 있는 유기물질, 질소화합물 등을 제거하기 위하여 생물학적 처리방법을 적용시킨 사례로서, 완속 여과상의 상부에 생물막을 가진 자갈층을 시공하여 유입수 중에 용존되어 있는 용존성 물질의 제거 성능이 우수하고, 오염물질의 생물학적 처리에 따른 2차 오염물질 발생을 최대한 억제하여 환경부담을 최소화할 수 있으며, 생물막을 가진 자갈층의 충전율이 설치 현장의 조건에 따라 5∼30%(V/V) 변동, 적용시킬 수 있는 기술이며, 또한 여재에 대한 오염물질의 부하가 최소화되지 않아 여재 교체의 필요성이 없는 반영구적인 처리기술인 것이 장점이다. In addition, the biological treatment method is applied to remove organic substances and nitrogen compounds contained in non-point sources. A gravel layer with a biofilm on top of a slow filter is used to remove dissolved substances in the influent. Excellent, minimizes the burden on the environment by minimizing the generation of secondary pollutants due to biological treatment of pollutants, and the filling rate of the gravel layer with biofilm varies by 5-30% (V / V) depending on the conditions of the installation site It is a technology that can be applied and is a semi-permanent treatment technology that does not require the replacement of the media because the load of contaminants on the media is not minimized.
또한 본 발명은 분류식 하수관거 지역에서의 초기강우 유출수내 비점오염물질 처리, 합류식 하수관거 지역의 월류수의 처리, 상수원이나 댐상류에서 유입되는 비점오염물질의 제거, 공장 등 사업장내 화재, 수질 오염사고시 비상저류조 기능을 복합적으로 가진 비점오염저감시설로 활용이 가능하며, 단지개발 등 다양한 개발사업시 발생되는 비점오염물질 처리와 더불어 우수저류조와의 복합적인 이용, 뛰어난 처리효율로 골프장 등에서의 용수 재이용 등에 적용이 가능한 활용성이 높은 기술이다.In addition, the present invention is to treat the non-point pollutants in the initial rainfall runoff in the sewage sewerage area, the treatment of the overflow water in the combined sewage sewage area, the removal of the non-point pollutants introduced from the water supply source or dam upstream, the fire in the workplace, factories, etc. It can be used as a non-point pollution reduction facility that has a combined storage tank function.It is applied to water reuse in golf courses, etc., with the use of non-point pollutants generated in various development projects such as complex development, combined with an excellent storage tank, and excellent treatment efficiency. This is a highly available technology.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 종래의 사방시설은 토사의 생산 및 유출에 의한 토사재해를 방지하기 위한 목적으로 시공되었는데 반 해 본 발명은 고랭지 농업지역의 비점오염물질의 유출 특성을 바탕으로 유출토사를 제거하고, 비점오염물질을 제거하기 위한 전처리 단계의 시설로서 종래의 사방시설을 도입시킨 것이 특징이다. According to a feature of the present invention for solving the above problems, the conventional four-way facility was constructed for the purpose of preventing the earth and sand disaster caused by the production and outflow of the soil, while the present invention is the outflow of non-point pollutants in high-land agricultural areas On the basis of the characteristics, it is characterized by the introduction of the conventional four-way facility as a facility of pretreatment step to remove the spilled soil and to remove non-point pollutants.
이하 본 발명의 구성을 첨부된 도면을 중심으로 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 고랭지 농업지역에서 발생하는 비점오염물질 처리장치가 고랭지 농업지역에 설치된 단면의 상태를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 고랭지 농업지역에서 발생하는 비점오염물질 처리장치의 단면을 나타낸 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 비점오염물질 처리장치의 완속 여과상의 단면을 나타낸 도면에 관한 것이다. Figure 2 is a view showing a state of the cross-section of the non-point pollutant treatment apparatus generated in the high-range agricultural region according to the present invention, Figure 3 is a non-point pollutant treatment apparatus generated in the high-range agricultural region according to the present invention. Figure 4 is a view showing a cross-sectional view, Figure 4 is a view showing a cross-sectional view of the slow filter phase of the non-point pollutant treatment apparatus according to the present invention.
고랭지 농업지역(A)에서 발생하는 비점오염물질의 제거장치에 있어서,In the removal device of non-point pollutants generated in the high-land agricultural region (A),
고랭지 농업지역으로부터 강우에 의해 유출되는 비점오염물질을 포집하기 위한 집수배수로(10)와; A
우수 유출 토사 및 부유성 물질을 제거하기 위한 토사 침전지(20)와; A
용존성 물질을 제거하기 위한 완속 여과상(30); 및
상기 완속 여과상을 거친 유출수를 외부로 배출하는 배출부(40); 및 Discharge
그리고 과도 유량은 완속 여과상을 우회하는 우회 배출부(50);And the excess flow rate bypass bypass for bypassing the slow filter phase (50);
로 구성된 것을 특징으로 하는 고랭지 농업지역에서 발생하는 비점오염물질의 처리장치를 과제 해결수단으로 한다. An apparatus for treating non-point pollutants occurring in a high-altitude agricultural region, characterized in that the configuration as a problem solving means.
본 발명은 본 발명에 따른 처리장치를 이용하여 강우 발생시 발생되는 비점오염물질을 고랭지 농토지역(A)의 경사면에서 물이 낙차하는 중력의 원리에 무동력으로 비점오염물질을 처리하는 것으로서 그 처리과정을 상세히 설명하면 다음과 같다. The present invention uses the treatment apparatus according to the present invention to treat the non-point pollutants generated by non-contaminant by the force of gravity in the non-point pollutants generated during rainfall occurs on the slope of the high-land farmland area (A) as a non-powerless process. It will be described in detail as follows.
본 발명의 집수배수로(10)는 고랭지 농업지역에서 강우의 발생시 고랭지 농업지역 내부에서 농업활동에 의하여 발생하는 비점오염물질을 쉽게 집수하여 집수된 비점오염물질을 다음 공정인 처리시설로 배수시키기 위한 시설이다.The
그리고 상기 집수배수로(10)의 배열구조는 고랭지 농업지역의 외부 주변을 라인 형태로 둘러싼 주변 집수배수로(11)와 고랭지 농업지역의 내부에서 일정간격을 띄워 경사면의 상부에서 하부로 가로지르는 내부 집수배수로(12)로 형성되고, 그리고 내부 집수배수로(12)의 저단부가 하부의 외부 집수배수로(11d)와 연결된 구조로써, 고랭지 비점오염물질이 경사면 높이의 고저차에 의해 집수배수로에 쉽게 유입될 수 있도록 한 구조이다. In addition, the arrangement structure of the
상기 주변 집수배수로(11)는 고랭지 농업지역을 둘러싼 형태로서 고랭지 농 업지역(A)의 경사면의 상부 주변 집수배수로(11a)와 그리고 고랭지 농업지역의 양쪽에 배열된 좌우측 집수배수로(11b, 11c)와 고랭지 농업지역의 경사면의 하부 집수배수로(11d)가 서로 연결된 구조로서, 고랭지 농업지역 내부의 비점오염물질 뿐만 아니라 고랭지 농업지역 외부 주변의 비점오염물질도 집수하는 역할을 한다. The surrounding catchment drainage 11 is a form surrounding the highland agricultural region, and the upper
또한 내부 집수배수로(12)는 고랭지 농업지역의 내부에서 일정간격을 띄워 경사면의 상부에서 하부로 가로지르도록 다수 개를 배열 형성시키고, 이 내부 집수배수로의 저단부를 고랭지 농업지역의 경사면의 하부 주변 집수배수로에 연결시킴으로써, 고랭지 농업지역의 내부에서 집수된 비점오염물질이 하부 주변 집수배수로(11d)에 집수되게 된다. In addition, the internal
이와 같이 고랭지 농업지역에서 배출되는 비점오염물질들은 고랭지 농토지역의 경사면의 고저차이에 의해 물이 낙차하는 중력의 원리에 무동력으로 비점오염물질이 집수되어지는 것이 특징이다. As such, the nonpoint pollutants discharged from the highland agricultural region are characterized by the fact that nonpoint pollutants are collected by the forceless force of gravity due to the high and low difference of the slope of the highland agricultural region.
그리고 본 발명의 토사 침전지(20)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 집수배수로(10)를 통해 집수된 다음 토사 침전지(20) 내부에 유입되면 우수 유출수에 함유되어 있는 토사, 모래 등과 같은 침강성 부유 물질을 침강시키기 위해 침사 기능을 갖춘 시설이다.And the
본 발명에 따른 토사 침전지(20)의 구조는 종래의 사방시설인 사방댐과 유사한 구조로서, 고랭지 농토지역(A)이 인접한 벽면에 집수배수로(10)가 연결되고, 그 반대 벽면에 집수된 유입수가 완속 여과상(30)으로 월류할 수 있도록 제 1둑(21)을 형성시킨 구조이다. The structure of the
본 발명에서 토사 침전지(20)의 형태는 특별히 한정하지 않으며, 고랭지 농업지역의 경사지 지형을 고려하여 정사각형, 직사각형, 사다리꼴, 원형 등과 같이 다양한 형태를 취할 수 있다. The shape of the
그리고 본 발명의 토사 침전지 내부에서 유입수가 머무는 수리학적 체류시간은 30분∼1시간을 가지고, 후속공정의 안정성을 위하여 콘크리트 구조물로 설계되는 것이 바람직하다. 총 토양 유실량은 경제협력개발기구(OECD)의 허용 한계량이 연간 11.0 ton/ha을 적용하여 수리학적 체류시간이 채택되었으며, 매년 차집되는 토사는 주기적으로 농업지역에 재객토된다. 또한 토사제거장치에 월류하지 않은 유입수는 보(洑)의 역할을 수행하여 저수용수로서 고랭지 농업지역에 공급이 가능하도록 하였다.And the hydraulic retention time of the inflow water stays in the sedimentation basin of the present invention is 30 minutes to 1 hour, it is preferable that the concrete structure is designed for the stability of the subsequent process. The total soil loss is hydraulically dwelling time, with an allowable limit of 11.0 ton / ha of the OECD, and annually collected soil is reintroduced to agricultural areas. Also, the influent that did not overflow in the soil removal device was able to supply to the highland agricultural area as water storage.
본 발명의 완속 여과상(30)은 토사 침전지(20)의 제 1둑(21)으로부터 월류하여 유입된 유입수에 함유되어 용존성 오염물질과 미세 부유물질을 제거하기 위한 시설로서, 그 내부 구조는 상부로부터 생물막을 가진 자갈층(35), 모래층(32), 자 갈층(33) 및 유공관거(34)의 순으로 적층된 구조이고, 그 외부 구조는 토사 침전지와 접한 벽면에는 토사침전지의 제 1둑(21)에 의해 토사 침전지(20)와 완속 여과상(30)이 분리되고, 그 반대 벽면에는 제 1둑의 높이보다 높이가 낮은 제 2둑(31)을 형성시킨 구조이다. The
그리고 도 4에 도시된 바와 같은 제 1둑(21)과 제 2둑(31)의 높이차이(h)는 특정한 높이차이로 한정되는 것이 아니고, 현지의 지형과 그리고 기후의 상황에 따라 적절하게 그 높이 차이는 조정되어질 수 있다. And the height difference h of the
또한 본 발명의 완속 여과상(30)의 형태는 상기 토사 침전지와 마찬가지로 그 형태를 특별히 한정하지 않으며, 고랭지 농업지역의 경사지 지형을 고려하여 정사각형, 직사각형, 사다리꼴, 원형 등과 같이 다양한 형태를 취할 수 있다. In addition, the shape of the
따라서 유입수가 완속 여과상(30)의 처리용량을 초과하게 유입될 경우에는 제 2둑(31)을 제 1둑(21)의 높이보다 낮게 형성시킴으로써, 완속 여과상 내에 유입된 유입수가 외부로 월류하여 유출될 수 있도록 하였으며, 외부로 유출된 유출수는 외부의 배수로로 유입되게 된다. Therefore, when the inflow water exceeds the processing capacity of the
그리고 완속 여과상(20) 내부에서 정상적으로 모래층(32)과 자갈층(33)을 통해 정상 처리된 유입수는 하부의 하수관거(34)와 배출부(40)를 통해 외부의 배수로 로 배출된다. 이때 토사 침전지(20)로부터 완속 여과상(30)의 처리능력을 벗어나는 과도 유량이 완속 여과상(30)에 유입될 경우에는 우회 배출부를 통해 완속 여과상에 과도 유입된 유량이 외부의 배수로로 배출된다. And the inflow water normally processed in the
일반적인 완속 모래여과상은 유럽에서 2세기 이상의 역사를 지니고 그 효과가 인정되어 온 재래식 여과시스템이다. 일반적으로 완속모래여과는 70∼90 cm 두께의 모래층을 4∼5 m/일 정도의 여과속도로 여과되는데, 탁도, 세균 등은 거의 완전히 제거되며 암모니아, 철, 망간과 같은 용해성 물질도 잘 제거되는 것으로 알려져 있다. 또한 여과의 지속시간이 길어지면 모래층의 표면에서 수 cm의 깊이까지 젤라틴 (gelatin) 상의 미생물막이 형성된다. 미생물막에서는 용존상 오염물질들이 생물학적으로 제거되고, 심층의 모래에 의해 세균, 농약, 암모니아 등의 흡착이 가능하지만 이와 같은 종래의 완속 모래여과상은 정수처리공정의 연속흐름에서 수행되었고 비점오염물질의 특성에 기인한 회분식 흐름에는 적용된 바는 없다. A typical slow sand filter is a conventional filtration system that has been recognized for more than two centuries in Europe. In general, slow sand filtration is used to filter 70 to 90 cm thick layers of sand at a filtration rate of about 4 to 5 m / day. Turbidity and bacteria are almost completely removed and soluble substances such as ammonia, iron, and manganese are well removed. It is known. In addition, the longer the duration of filtration, the gelatinous microbial film is formed up to several cm deep from the surface of the sand layer. Dissolved contaminants are biologically removed from the microbial membrane, and bacteria, pesticides, and ammonia can be adsorbed by the deep sand. However, the conventional slow sand filtration was performed in a continuous flow of water purification process. It has not been applied to batch flows due to properties.
본 발명의 완속 모래 여과상은 초기 운전시부터 오염물질의 생물학적 처리를 유도하기 위해 일반적인 모래 여과상과는 달리 모래층 표면에서 상부로 5∼30%(V/V) 충전율의 생물막을 가진 자갈층(35)을 도입시켰다. The slow sand filter bed of the present invention is a
따라서 상기 완속 여과상(30)은 일반적인 모래 여과상과는 달리 모래층(32) 상부에 생물막(b)이 피막된 자갈(a)을 충전한 미생물층(35)을 형성시킴에 따라 시 공 초기부터 용존성 유기물의 생물학적 분해가 가능하고 심층의 모래에서는 콜로이드상 물질의 흡착 및 비교적 생물학적 분해가 어려운 물질의 흡착이 진행되어 생물분해가 일어나도록 하였다. 이러한 완속 여과상의 운영은 연간 1회 표면세척 및 일부 교체를 수행하여 재활성화 시킨다.Therefore, the
그리고 완속 여과상에서 생물막을 갖는 자갈층(35)의 충전율은 설치 현장의 조건에 따라 완속 여과상의 용적에 대하여 5∼30%(V/V) 변동하여 적용시킬 수 있다. And the filling rate of the
본 발명에서 완속 여과상에 대한 생물막이 피막된 자갈층(35)의 충전율이 5%(V/V) 미만이 될 경우에는 생물막이 형성된 자갈층의 두께가 얇아 미생물 수의 부족으로 인해 유입수에 함유되어 있는 용존성 오염물질을 제대로 처리하지 못할 우려가 있고, 생물막이 피막된 자갈층(35)의 충전율이 30%(V/V)를 초과할 경우에는 내부의 모래층의 두께가 상대적으로 얇게 시공되어 용존성 오염물질의 생물학적 제거 효율은 높아지나 모래층에서의 여과기능이 악화될 우려가 있다.In the present invention, when the filling rate of the biofilm-coated
본 발명에서 생물막이란 고체 표면에 형성된 미생물의 점액질막과 그 함유물을 말하며, 이의 형성은 물리, 화학, 생물학적 현상들이 복합적으로 작용하여 이루어진다. 본 발명에서 사용하는 생물막은 일반적인 활성슬러지 공정의 슬러지를 이용하여 순화(acclimation) 시켜 생물막을 형성 시켰으며, 비점오염물질이 15일 정 도까지 유입되지 않은 건조된 상태(휴지기간) 동안에도 미생물의 활성이 유지되고,안정적인 유기물질 및 질소화합물 등을 제거가 가능한 생물막을 이용한 자갈층이 시공된다.In the present invention, the biofilm refers to a mucous membrane of a microorganism formed on a solid surface and its contents, and the formation thereof is performed by a combination of physical, chemical, and biological phenomena. The biofilm used in the present invention was acclimated using sludge of a general activated sludge process to form a biofilm, and even during a dried state (rest period) in which non-point pollutants were not introduced until about 15 days. A gravel layer using a biofilm that maintains activity and can remove stable organic substances and nitrogen compounds is constructed.
따라서 본 발명에 따른 고랭지 농업지역에서 발생하는 비점오염물질의 처리장치는 장치의 규모를 소규모로 시공하여 무동력에 의해 운전이 가능하므로 지면의 높낮이 차이가 있는 경사면의 지형으로 이루어진 고랭지 농업지역에서 쉽게 적용할 수 있는 장치인 것이 특징이다. Therefore, the apparatus for treating non-point pollutants generated in high-altitude agricultural areas according to the present invention can be easily operated in high-altitude agricultural areas consisting of terrains of slopes having a difference in height and height of the ground, since the device can be operated by a small force. It is a device that can be used.
이하 본 발명의 구성을 아래의 실시예를 통해 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the configuration of the present invention in detail through the following examples.
(실시예)(Example)
1. 반응기의 운전1. Operation of the reactor
본 발명에 의한 고랭지 농업지역에서 발생하는 비점오염물질의 처리 능력을 파악하기 위하여 토사제거장치 및 완속 여과상이 구비된 실험실 규모의 반응기를 이용하여 실험을 실시하였다. In order to understand the treatment capacity of non-point pollutants generated in the high-altitude agricultural region according to the present invention, an experiment was conducted using a laboratory scale reactor equipped with a soil removal device and a slow filter bed.
토사제거장치는 유효용적 10 L의 장방형으로, 완속 여과상은 직경 0.2 m인 유효용적 15 L의 원통형 반응기로 설치하였고, 총 5회의 고랭지 농업지역의 비점오 염물질 농도에 대한 실험에서 아래 [표 1]의 내용과 같은 유입농도를 얻을 수 있었다. 상기 완속 여과상은 일반적인 활성슬러지 공정의 슬러지를 이용하여 생물막을 형성하였으며, 이러한 자갈층을 완속 여과상의 표면에서 충전율이 5%(V/V)로 충전하였다. The earth and sand removal device was installed in a rectangular reactor of 10 L in effective volume, and a slow filter bed was installed in a cylindrical reactor of 15 L in effective volume of 0.2 m in diameter. Inflow concentrations were obtained as follows. The slow filter bed formed a biofilm using sludge of a general activated sludge process, and the gravel layer was filled with a filling rate of 5% (V / V) on the surface of the slow filter bed.
그리고 본 실험에서는 [표 1]에 준하는 합성하수를 제조하여 실험을 실시하였다. 토사제거 시설은 [표 1]의 농도의 합성하수를 선행 무강우일수 5일, 총 20회에 걸쳐 매회 600 L씩 유입하였다. 이 유량은 연 강수량 1,200 mm, 대상면적 10 m2에 해당하는 고랭지 농업지역의 비점오염물질량에 해당한다. In this experiment, the synthetic sewage according to [Table 1] was prepared and tested. The earth and sand removal facility introduced the synthetic sewage with the concentrations shown in [Table 1] at 600 L each time for a total of 20 times for 5 days without rainfall. This flow corresponds to the amount of nonpoint pollutants in high-land agricultural areas with an annual rainfall of 1,200 mm and an area of 10 m 2 .
한편, 완속 여과상은 토사제거시설 유출수를 유입수로 하여 선행무강우일수 5일, 총 20회에 걸쳐 매회 200 L씩 주입하였다. 이 유량은 용존성 오염물질의 유출 경향을 고려하여 강우 초기 20 mm에 해당하는 유량이다. On the other hand, the slow filter bed was injected 200 L each time for a total of 20 times of 5 days prior to rainy days, using the sediment removal facility effluent as the influent. This flow rate corresponds to the initial 20 mm of rainfall, taking into account the tendency for soluble pollutants to run out.
2. 운전 결과2. Driving Result
가 토사제거시설의 제거능력Removal ability of soil removal facility
토사제거시설의 각 오염물질별 제거능력은 첨부된 도면인 도 5의 도시된 그래프의 내용과 같이 화학적 산소요구량(Biochemical Oxygen Demand, COD), 부유상 물질(Suspended Solids, SS), 총질소(TN), 총인(TP)의 유출 평균농도는 각각 28, 32, 11, 4 mg/L 이었고, 제거효율은 각각 86%, 96%, 63%, 60 %이었다. 20회에 걸쳐 선행무강우일수 5일을 기준으로 실시된 실험에서 전 회에 걸쳐 일정한 유출수질을 달성할 수 있었다. 이로써 강우유출특성에 기인한 농경지를 기반한 오염물질의 제거를 위한 본 발명의 토사제거시설의 도입은 타당함이 증명되었다.The removal capacity of each soil contaminant in the soil removal facility is determined by chemical oxygen demand (COD), suspended solids (SS), and total nitrogen (TN) as shown in the attached graph of FIG. ), The average concentrations of effluent were 28, 32, 11, and 4 mg / L, respectively, and the removal efficiencies were 86%, 96%, 63%, and 60%, respectively. In the experiment conducted on the basis of 20 days of the preceding rainwater days, it was possible to achieve a constant effluent quality over the previous time. As a result, the introduction of the soil removal facility of the present invention for the removal of pollutants based on farmland due to rainfall runoff characteristics has proved feasible.
나. 완속 여과상의 제거능력I. Removal ability on slow filtration
완속 여과상의 각 오염물질별 제거능력은 첨부된 도면인 도 6의 도시된 그래프의 내용과 같이 화학적 산소요구량(Biochemical Oxygen Demand, COD), 부유상 물질(Suspended Solids, SS), 총질소(TN), 총인(TP)의 유출 평균농도는 각각 12, 6, 4, 2 mg/L 이었고, 제거효율은 각각 57, 81, 62, 48 %이었다. 20회에 걸쳐 선행무강우일수 5일을 기준으로 실시된 실험에서 회가 거듭될수록 유출수질 악화가 초래되었으나 비교적 일정한 유출수질을 달성할 수 있었다. 이로써 강우유출특성에 기인한 영농관리방법을 기반으로 한 오염물질의 제거를 위한 본 발명의 완속 여과상의 도입은 타당함이 증명되었다. The removal capacity of each contaminant in the slow filtration is shown in the graph shown in FIG. 6 of the accompanying drawings, as shown in FIG. 6, chemical oxygen demand (COD), suspended solids (SS), and total nitrogen (TN). The mean effluent concentrations of total phosphorus (TP) were 12, 6, 4 and 2 mg / L, respectively, and the removal efficiencies were 57, 81, 62 and 48%, respectively. In the experiment conducted on the basis of 5 days of the preceding rainy days, the effluent quality deteriorated as the cycle was repeated, but a relatively constant effluent quality could be achieved. Thus, the introduction of the slow filtration phase of the present invention for the removal of contaminants based on the farming management method due to rainfall runoff characteristics proved to be feasible.
상기에서 살핀 바와 같이 부유상 물질은 토사제거시설에서 대부분 제거되고, 이러한 부유상 물질이 제거될 때, 유기물, 총질소 및 총인도 상당부분 함께 제거됨을 알 수 있었다. 또한, 모래 여과상에서 잔여 오염물질의 제거가 원활함을 확인할 수 있었다. As described above, the suspended matter is mostly removed from the soil removal facility, and when the suspended matter is removed, organic matter, total nitrogen, and total phosphorus are also removed. In addition, it was confirmed that the removal of residual contaminants on the sand filtration smoothly.
따라서 종래의 비점오염원을 처리하기 위한 장치가 주로 물리적인 처리방법에 의해 주로 비중이 높은 오염물질인 흙 또는 모래 등만을 제거할 수 있었는데 반해 본 발명은 먼저 침사지에서 종래의 방법과 같이 물리적인 처리방법에 의해 비중이 높은 오염물질인 흙 또는 모래 등을 제거한 후 비점오염원에 함유되어 있는 유기물질, 질소화합물 등을 처리할 수 있는 것이 상기의 실시예에 의해서 확인할 수 있었다.Therefore, the conventional apparatus for treating a non-point source can remove only soil or sand, which is mainly a high specific gravity pollutant, by a physical treatment method. It was confirmed by the above example that the removal of soil or sand, which is a high specific gravity contaminant, can treat organic substances, nitrogen compounds, etc. contained in nonpoint source.
특히 자갈의 표면에 형성시킨 생물막은 반응기 내부에서 비가 오지 않는 비강우기에는 반응기 내부에 물이 없는 상태에서 15일 정도의 휴지기간을 갖더라도 강우시에 비점오염물질 처리장치 내부로 유입되는 비점오염원을 정상적으로 처리할 수 있음이 상기의 실시예에 의해서 확인될 수 있었다. In particular, the biofilm formed on the surface of the gravel is a non-point pollutant that flows into the non-point pollutant treatment device during the rain even if it has a 15-day rest period in the absence of water in the reactor during the rainy season when there is no rain inside the reactor. It could be confirmed by the above embodiment that it can be processed normally.
상기에서와 같이 본 발명에 따른 비점오염물질의 처리장치의 우수성에 대해서는 상기의 실시예에 의해 입증되었지만 본 발명의 구성이 상기의 실시예에 의해서만 반드시 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환 및 변형이 가능하다. As described above, the superiority of the apparatus for treating non-point pollutants according to the present invention has been demonstrated by the above embodiments, but the configuration of the present invention is not necessarily limited only to the above embodiments, and does not depart from the technical spirit of the present invention. Many substitutions and variations are possible without departing from the scope of the invention.
도 1은 고랭지 농업지역에서 강우에 의해 발생하는 유량과 용존성 오염물질 및 토사량을 시간에 따른 변화량을 나타낸 도면;1 is a view showing the variation over time of the flow rate and dissolved pollutants and the amount of soil caused by rainfall in the high-land agricultural region;
도 2는 본 발명에 따른 고랭지 농업지역에서 발생하는 비점오염물질 처리장치가 고랭지 농업지역에 설치된 단면의 상태를 나타낸 도면;Figure 2 is a view showing a state of the cross section of the non-point pollutant treatment apparatus generated in the high-range agricultural region according to the present invention installed in the high-range agricultural region;
도 3은 본 발명에 따른 고랭지 농업지역에서 발생하는 비점오염물질 처리장치의 단면을 나타낸 도면;3 is a cross-sectional view of a non-point pollutant treatment apparatus occurring in a high-altitude agricultural region according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 비점오염물질 처리장치의 완속 여과상의 단면을 나타낸 도면;Figure 4 is a cross-sectional view showing the slow filter of the non-point pollutant treatment apparatus according to the present invention;
도 5는 본 발명에 따른 비점오염물질 처리장치의 토사제거시설에 의해 오염물질의 제거율을 나타낸 도면; 5 is a view showing the removal rate of pollutants by the soil removal facility of the non-point pollutant treatment apparatus according to the present invention;
도 6은 본 발명에 따른 비점오염물질 처리장치의 완속 여과상에 의해 오염물질의 제거율을 나타낸 도면이다. 6 is a view showing the removal rate of contaminants by the slow filter phase of the non-point pollutant treatment apparatus according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ** Explanation of symbols on main part of drawing *
10 : 집수배수로 20 : 토사 침전지10: sump drainage 20: soil sedimentation basin
30 : 완속 여과상 40 : 배출부30: slow filtration phase 40: discharge part
50 : 우회 배출부50: bypass discharge
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