KR100820863B1 - 오수처리용 인공습지 시설 - Google Patents

오수처리용 인공습지 시설 Download PDF

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KR100820863B1 KR1020070085273A KR20070085273A KR100820863B1 KR 100820863 B1 KR100820863 B1 KR 100820863B1 KR 1020070085273 A KR1020070085273 A KR 1020070085273A KR 20070085273 A KR20070085273 A KR 20070085273A KR 100820863 B1 KR100820863 B1 KR 100820863B1
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Abstract

본 발명은 오수처리용 인공습지 시설을 개시한다. 본 발명에 따른 오수처리용 인공습지 시설은 바닥이 평탄하게 형성되어 일측에는 외부로부터 오수가 유입되도록 오수 유입구가 구비되고, 타측에는 정화된 오수가 배출되는 처리수 배출구가 마련되어 있는 콘크리트 구조물과; 상기 콘크리트 구조물의 내부를 일정간격으로 구획함과 동시에 상기 콘크리트 구조물로 유입되는 오수를 저류시킬 수 있도록 상기 구조물의 내부에 일정간격으로 마련되고, 상기 구조물의 하면에서 상측으로 일정간격 이격된 부위에는 상기 오수가 흐를 수 있도록 배수구가 형성되어 있는 배수용 격벽들과; 상기 배수용 격벽의 배수구를 통과하여 흐르는 오수가 일정량 담수된 후 흘러갈 수 있도록 상기 배수용 격벽의 높이보다 낮은 높이를 가지면서 상기 배수용 격벽들 사이에 각각 마련되어 상기 배수용 격벽 사이를 구획하는 담수용 격벽들과; 상기 콘크리트 구조물의 내부에 유입된 오수를 자연정화시킬 수 있는 습지식물을 식재할 수 있도록 상기 콘크리트 구조물의 내부에 복토되어 있는 배양토층을 포함한다.
Figure R1020070085273
오수, 슬러지, 정화, 높이

Description

오수처리용 인공습지 시설{CONSTRUCTED WETLAND SYSTEM FOR SEWAGE TREATMENT}
본 발명은 수위차에 의하여 오수가 자연적으로 흐르면서 정화되는 오수처리용 인공습지 시설에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인공습지 시설의 시공이 용이하고 오수에서 침전되는 퇴적물이나 증식된 미생물 슬러지를 배출시켜 배양토 층의 막힘현상을 줄임으로써, 자연정화 효과를 향상시킬 수 있는 오수처리용 인공습지 시설에 관한 것이다.
일반적으로 인공습지(Constructed wetland 또는 Artificial wetland)란 자연 정화 능력이 있는 토양, 식물, 또는 미생물 등을 이용하여 오염된 환경을 개선할 수 있도록 사람에 의하여 인공적으로 조성된 습지를 의미한다. 이러한 인공습지는 자연정화(natural treatment)의 대표적인 방법 중 하나로 인공습지를 이용하여 수질을 개선하는 방법은 기계적인 수질 개선방법에 비하여 에너지 소모가 적고 유지관리가 용이하며 소요경비가 낮고 2차 오염의 우려가 적은 장점이 있다. 또한, 인 공습지는 자연정화 기능은 물론 우리나라와 같이 집중호우가 많은 지역에서는 집중호우시 담수호 기능을 하게 되어 수해피해를 줄여주는 기능도 한다.
최근에 조성되는 인공습지는 크게 자유수면 처리형 인공습지(FWS; Free Water Surface treatment wetland)와, 지하흐름 처리형 인공습지(SSF; Subsurface Flow treatment wetland)로 나뉠 수 있다. 그리고 지역이 협소하여 인공습지의 부지를 충분히 확보하기 어려운 지역에서는 자유수면 처리형 인공습지에 비하여 단위 면적당 오수의 처리 효율이 우수한 지하흐름 처리형 인공습지가 많이 조성되고 있다.
이미, 인공습지를 이용한 수질개선 방법은 미국이나 유럽 등지에서는 하수 및 오수의 처리방법이나 비점오염원 제거를 효과적으로 할 수 있음은 물론 경제적이고 친환경적이어서 오수의 처리방법 중 하나로 많은 연구와 조성을 시행하고 있다. 최근 국내에서도 10여년전부터 인공습지에 대한 연구가 행해지고 있으며, 대부분 군부대 오수처리 및 농촌마을 하수 및 오수처리에 많이 적용하여 연구를 진행하고 있는 상태이다. 특히, 방조제 건설이 완료된 시화호 같은 담수호의 유입하천 및 상류 부분의 비점오염원 처리를 위한 방법으로 인공습지가 널리 적용되고 있다.
상기와 같이 여러 가지 기능이 있는 오수 처리용 인공습지 중 대한민국 등록특허 제10-459503호에는 오수처리 효율성과 안정성 면에서 효과적인 오수처리 인공습지 시설이 개시되어 있다. 이를 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 등록특허 제10-459503호에 개시된 오수처리 인공습지 시설은 오수가 유입되는 오수 유입구와 정화된 오수가 배출되는 처리수 배출구가 구비되며, 상기 오수 유입구가 설치되는 상류측으로부터 상기 처리수 배출구가 설치되는 하류측으로 갈수록 낮아지는 복수개의 단을 갖도록 형성되는 바닥면과 상기 바닥면의 가장자리로부터 상방향으로 연장되어 형성되는 측벽을 포함하는 구조물(101)과, 상기 복수개의 단의 상면으로부터 상방향으로 연장되어 형성되는 복수개의 제1 격벽(111a, 111b, 111c, 111d, 111e)과, 상기 복수개의 제1격벽(111a, 111b, 111c, 111d, 111e) 중 이웃하는 제1 격벽(111a, 111b, 111c, 111d, 111e) 사이에서 상기 단의 상면으로부터 소정거리 떨어진 지점으로부터 상방향으로 연장되어 형성되는 적어도 하나의 제2 격벽(113a, 113b, 113c, 113d)과, 상기 구조물(101)의 바닥면의 복수개의 단의 상부 중 적어도 일부에 각각 적층되는 배양토층(115) 및 배양토층(115)에 식재되는 식물(117)에 의하여 조성되어 있다.
그런데, 상기와 같이 조성되어 있는 종래의 오수처리 인공습지 시설은 구조물(101)의 바닥이 다단으로 형성되어 있어서 구조물(101)을 시공하는데 공사기간이 오래 소요될 뿐만 아니라, 바닥을 시공하기가 어려운 문제가 내포되어 있는 실정이다. 또한, 오수가 구조물(101)을 흘러서 통과할 때 오수에 함유되어 있는 부유물들이 구조물의 하측으로 침전되거나 배양토층 공극사이에 증식된 미생물의 잔해가 다량으로 잔존하게 되므로, 배양토층의 공극이 폐쇄되어 오수의 흐름이 원활하게 이루어지지 못한다. 이로 인하여 인공습지의 오수 정화효과가 현저하게 저하되는 문제가 발생되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 인공습지를 조성하기 위하여 시공되는 구조물의 바닥을 평탄하게 시공하여 구조물의 공사기간을 줄임과 동시에 오수에 함유되어 있는 부유물이 침전되어 발생되는 슬러지를 퇴적시킬 수 있는 공극률이 큰 별도의 배양토층을 형성하여 배양토층의 공극폐쇄 현상을 지연시켜 오수의 처리용량을 증가시키고 정화효과를 향상시킬 수 있는 오수처리용 인공습지 시설을 제공하는데 있다.
또한, 구조물의 바닥에 퇴적된는 슬러지를 제거할 수 있도록 구조물의 하단에 슬러지 재거용 밸브를 설치하여 오수 정화효과를 현저하게 향상시킬 수 있는 오수처리용 인공습지 시설을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 오수처리용 인공습지 시설은 바닥이 평탄하게 형성되어 일측에는 외부로부터 오수가 유입되도록 오수 유입구가 구비되고, 타측에는 정화된 오수가 배출되는 처리수 배출구가 마련되어 있는 콘크리트 구조물과; 상기 콘크리트 구조물의 내부를 일정간격으로 구획함과 동시에 상기 콘크리트 구조물로 유입되는 오수를 저류시킬 수 있도록 상기 구조물의 내부에 일정간격으로 마련되며, 하단이 상기 구조물의 바닥면에서 상측으로 일정간격 이격되는 배수용 격벽들과; 상기 배수용 격벽의 배수구를 통과하여 흐르는 오수가 일정량 담수된 후 흘러갈 수 있도록 상기 배수용 격벽의 높이보다 낮은 높이를 가지면서 상기 배수용 격벽들 사이에 각각 마련되어 상기 배수용 격벽 사이를 구획하는 담수용 격벽들과; 상기 콘크리트 구조물의 내부에 유입된 오수를 자연정화시킬 수 있는 습지식물을 식재할 수 있도록 상기 콘크리트 구조물의 내부에 복토되어 있는 제1 배양토층 및 제1 배양토층 내의 슬러지들을 퇴적시켜 오수의 흐름을 원활히 할 수 있는 제2 배양토층을 포함한다.
여기서, 상기 오수처리용 인공습지 시설은 상기 오수에 함유되어 있는 부유물을 침전시키는 침전조 및 상기 침전조에서 배수되는 오수가 유입되는 살수여상 반응조를 더 포함하며, 상기 살수여상 반응조에서 배수되는 오수가 상기 콘크리트 구조물로 유입되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 살수여상 반응조는 상기 침전조에서 배수되는 오수를 상기 살수여상 반응조의 내부로 분사시키는 분사노즐과; 상기 분사노즐을 통해 분사되는 오 수가 호기성 조건에서 정화되도록 상기 살수여상 반응조의 상측 내부에 구비되는 스폰지와 같은 접촉여재를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배수용 격벽들은, 상기 유입구에 가장 근접되는 상기 배수용 격벽을 기준으로 상기 배수용 격벽이 상기 배출구에 근접될수록 상기 배수용 격벽의 하단부가 상기 콘크리트 구조물의 바닥면에서 이격되는 이격거리가 더 짧아지는 것을 특징으로 하는 오수처리용 인공습지 시설.
또한, 상기 담수용 격벽들은, 상기 유입구에 근접되는 상기 담수용 격벽의 높이가 상기 배출구에 근접되는 상기 담수용 격벽의 높이보다 더 높게 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 오수처리용 인공습지 시설에 의하면, 인공습지를 조성하기 위하여 시공되는 콘크리트 구조물의 바닥이 평탄하게 시공되어 있어서 콘크리트 구조물을 시공하는 공사기간이 줄어들 뿐만 아니라, 공사가 용이한 효과가 있다.
또한, 오수가 살수여상 반응조에 살수되는 과정을 통하여 선처리공정을 거친 후, 콘크리트 구조물에 유입됨은 물론, 오수가 유입되는 부위의 콘크리트 구조물 바닥을 경사지게 형성하고 그 일측에는 슬러지 제거용 밸브가 설치되어 있다. 이로 인해 상기 밸브를 통해 오수에서 침전되는 슬러지를 콘크리트 구조물의 외측으로 용이하게 배출시킬 수 있으므로, 인공습지의 정화효율이 향상되는 효과가 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하, 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 오수처리용 인공습지 시설을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
<제1 실시예>
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 오수처리용 인공습지 시설의 구조를 나타낸 평면도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 오수처리용 인공습지 시설의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 오수처리용 인공습지 시설은 오수 정화용 수중식물이 식재되어 있는 콘크리트 구조물(10)을 포함한다. 콘크리트 구조물(10)로 유입되는 오수는 침전조(11) 및 살수여상 반응조(13)에서 일정한 처리공정을 거친 후에 콘크리트 구조물(10)로 유입되며, 침전조(11) 및 살수여상 반응조(13)는 콘크리트 구조물(10)의 일측에 마련되어 있다.
침전조(11)에 유입되는 오수는 일정시간 동안 담수되면서 함유되어 있는 부 유물 중 일부가 침전되고, 오수에서 침전된 슬러지는 침전조(11)의 하측에 마련되어 있는 밸브(11a)를 통해 제거된다. 침전조(11)에서 일정부분 부유물이 제거된 오수는 펌프(P)에 의하여 살수여상 반응조(13)로 유입된다.
살수여상 반응조(13)로 투입되는 오수는 살수여상 반응조(13)의 상부에 마련되어 있는 분사노즐(15)에 의하여 분사되면서 살수여상 반응조(13) 투입되고, 살수여상 반응조(13)로 투입된 오수는 살수여상 반응조(13)의 상측 내부에 마련된 스폰지와 같은 접촉여재(17)를 통과하면서 또 다시 정화된다. 살수여상 반응조(13)의 분사노즐(15)은 오수가 분사되는 양을 충분히 확보할 있도록 하나 이상 마련되어 있다. 살수여상 반응조(13)에서 분사과정 및 접촉여재(17)에 의하여 일정부분 오염도가 낮아진 오수는 콘크리트 구조물(10)의 일측에 마련된 유입구(10a)를 통하여 콘크리트 구조물(10) 내부로 유입된다.
콘크리트 구조물(10)은 유입구(10a)를 통하여 투입되는 오수가 정화되도록 내부에 수생식물(20)이 식재되어 있으며, 정화가 완료된 오수는 콘크리트 구조물(10)의 타측에 마련되는 처리수 배출구(10b)를 통하여 배수된다. 이때, 콘크리트 구조물(10)의 내부는 유입되는 오수가 높이차에 의하여 콘크리트 구조물(10)의 유입구(10a)에서 배출구(10b)측으로 자연적으로 흐르면서 정화되도록 시공되어 있다.
구체적으로, 콘크리트 구조물(10)의 내부에는 오수의 높이차가 발생되도록 콘크리트 구조물(10)을 구획하는 하나 이상의 배수용 격벽(30)들 및 이 배수용 격벽(30)들 사이에 각각 형성되어 배수용 격벽(30)들 사이를 구획하는 하나 이상의 담수용 격벽(40)들이 형성되어 있다.
배수용 격벽(30)들은 콘크리트 구조물(10) 내부로 유입되는 오수를 저류시킬 수 있도록 콘크리트 구조물(10) 내부를 일정간격으로 구획하며, 콘크리트 구조물(10)의 바닥면에서 상측으로 일정간격 이격되도록 설치되어 있다. 즉, 배수용 격벽(30)들이 콘크리트 구조물(10)의 바닥면에서 일정간격 이격되므로 인하여, 배수용 격벽(30)과 콘크리트 구조물(10) 바닥면 사이에 오수가 통과되는 배수구(31a, 33a, 35a, 37a)들이 형성되게 된다.
제1 실시예에 따른 배수용 격벽(30)들은 유입구(10a)에 가장 근접되는 어느 하나의 배수용 격벽(30)을 기준으로 이와 이웃하는 다른 배수용 격벽(30)들이 배출구(10b)에 근접될수록 그 하단부가 콘크리트 구조물(10)의 바닥면에 더 근접되도록 마련되어 있다. 이에 따라 배수용 격벽(30)들에 의하여 형성되는 배수구(31a, 33a, 35a, 37a)들이 배출구(10b)측으로 갈수록 형성되는 넓이가 작아지게 되는 것이다.
상세히 설명하면, 배수용 격벽(30)들은 제1 내지 제4 배수용 격벽(31, 33, 35, 37)으로 이루어져 있으며, 제1 배수용 격벽(31)은 콘크리트 구조물(10)의 유입구(10a)에 가장 근접되게 마련되고, 제4 배수용 격벽(37)은 배출구(10b)에 가장 근접되게 마련된다. 그리고 제2 및 제3 배수용 격벽(35, 37)은 제1 및 제4 배수용 격벽(31, 37) 사이에 마련되어 있다.
이때, 제1 배수용 격벽(31)의 하단이 콘크리트 구조물(10)의 바닥면에서 가장 멀리 이격되어 제1 배수용 격벽(31)의 배수구(31a)가 다른 배수구(33a, 35a, 37a)들에 비하여 더 넓고 높게 형성된다. 그리고 제2, 제3 제4 배수용 격벽(33, 35, 37)으로 갈수록 배수구(33a, 35a, 37a)의 높이가 점차 낮아지는 구조를 가진 다.
이처럼, 배수구(31, 33, 35, 37)들이 제4 배수용 격벽(37)에서 제1 배수용 격벽(31)으로 갈수록 그 크기가 넓어지게 형성되는 것은 오수에 함유된 부유물이나 미생물들이 침전되어도 배수구(31, 33, 35, 37)들로 배수되는 오수의 배수성을 충분히 확보하기 위함이다. 다시 설명하면, 유입구(10a)에서 유입되는 오수에 함유된 부유물이나 미생물들의 잔해가 제1 배수용 격벽(31)의 배수구(31a)를 통과하면서 가장 많이 침전되고, 제2 내지 제4 배수용 격벽(33, 35, 37)으로 갈수록 오수가 정화됨에 따라 침전되는 슬러지의 양이 점차 줄어들게 된다.
즉, 오수에서 침전되는 슬러지의 양에 따라 배수구(31a, 33a, 35a, 37a)의 크기가 점차 작아지게 형성되어 있어서 오수에서 슬러지가 침전되어도 모든 배수구(31a, 33a, 35a, 37a)로 배수되는 오수의 배수량이 일정하게 유지된다. 특히, 오수의 부유물이나 미생물들이 가장 많이 침전되는 제1 배수용 격벽(31)의 배수구(31a)가 가장 넓게 형성되어 있어서 제2 배양토층(23)에 슬러지가 침전되어도 배수구(31a)가 오수의 배수량을 충분히 확보 할 수 있게 된다. 이로 인하여, 배수구(31a, 33a, 35a, 37a)들의 높이가 점차 낮아지게 형성되어 있어도 오수가 배수되는 충분한 배수공간이 확보되어 오수가 일정하게 흘러가게 된다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에서는 배수용 격벽(30)들이 4개 마련되어 있는 것이 도시되어 있지만, 콘크리트 구조물(10)의 크기 및 오수의 처리용량에 따라 그 수가 4개 이상 또는 4개 이하로 형성할 수도 있다.
또한, 제1 실시예에 따른 콘크리트 구조물(10)에는 배수용 격벽(30)들의 배수구(31a, 33a, 35a, 37a)를 통과하여 흐르는 오수가 일정량 담수된 후 흘러갈 수 있도록 담수용 격벽(40)들을 더 마련되어 있다. 담수용 격벽(40)들은 배수용 격벽(30)의 높이보다 낮은 높이를 가지면서 상기 배수용 격벽(30)들 사이에 각각 마련된다. 상세하게 설명하면, 담수용 격벽(40)은 제1 내지 제4 담수용 격벽(41, 43, 45, 47)으로 이루어지며, 제1 담수용 격벽(41)은 제1 및 제2 배수용 격벽(31, 33) 사이, 제2 담수용 격벽(43)은 제2 및 제3 배수용 격벽(33, 35) 사이, 제3 담수용 격벽(45)은 제3 및 제4 배수용 격벽(35, 37) 사이, 그리고 제4 담수용 격벽(47)은 제4 배수용 격벽(37)과 배출구(10b) 사이에 형성되어 있다.
이때, 담수용 격벽(40)들은 담수용 격벽(40)들 중 가장 높게 형성된 제1 담수용 격벽(41)의 높이를 기준으로 제2 담수용 격벽(43)에서 제4 담수용 격벽(47)으로 갈수록 그 높이가 점차 낮아지게 형성된다. 이는 배수용 격벽(30)들의 배수구(31a, 33a, 35a, 37a)를 통해 흐르는 오수가 배수구(31a, 33a, 35a, 37a)를 통과한 후, 담수용 격벽(40)에 의하여 일정량 담수된 상태에서 오수의 수위차에 의하여 그 다음에 위치되는 배수용 격벽(30) 및 담수용 격벽(40)으로 자연적으로 흘러가게 하기 위함이다.
다시 설명하면, 콘크리트 구조물(10)의 유입구(10a)를 통하여 유입되는 오수는 제1 배수용 격벽(31)의 배수구(31a)를 통해 흐르고, 제1 담수용 격벽(41)에 의하여 제1 담수용 격벽(41)의 높이까지 담수된 후, 제2 배수용 격벽(33)의 배수구(33a)측으로 흘러가게 된다. 이때, 콘크리트 구조물(10)의 유입구(10a) 높이가 제1 담수용 격벽(41)의 높이보다 높은 곳에 형성되어 있으므로, 유입구(10a)와 제1 담수용 격벽(41)의 높이차이 만큼 담수된 오수에 수위차가 발생하게 되어 오수가 제1 담수용 격벽(41)을 넘어서 흘러가게 된다. 즉, 제1 내지 제4 담수용 격벽(41, 43, 45, 47)들이 상호 가지게 되는 높이 차에 의하여 담수된 오수에 수위차가 발생하게 되어 유입구(10a)를 통하여 유입된 오수가 저류되면서 배수용 격벽(30)들의 배수구(31a, 33a, 35a, 37a)를 통과함과 동시에 제1 내지 제4 담수용 격벽(41, 43, 45, 47)을 넘어 배출구(10b)측으로 배수되는 것이다.
또한, 배수용 격벽(30)들 및 담수용 격벽(40)들이 형성된 콘크리트 구조물(10) 내부에는 수생식물(20)을 식재할 수 있도록 제1 배양토층(21)이 일정높이로 복토되어 있다. 제1 배양토층(21)에는 최대한 많은 미생물이 부착되어 생육될 수 있도록 다공성의 표면을 갖으며, 오수 중의 양분들을 적정한 농도로 흡착되어 식물에 제공되도록 적정한 양이온교환능력(C.E.C)을 갖는 모래, 부석, 규산질 퇴적암 및 차콜 중 선택된 어느 하나 이상이 포함되는 것이 바람직하다. 그리고 제1 배양토층(21)의 하측에는 오수의 슬러지가 콘크리트 구조물(10) 바닥으로 원활하게 침전되도록 제2 배양토층(23)이 적층되어 있다. 제1 배양토층(21)에 식재되는 수생식물(20)로는 다년생의 습지식물인 갈대, 꽃창포, 부들 등이 식재되는 것이 바람직하다.
한편, 콘크리트 구조물(10)의 유입구(10a)의 높이는 배출구(10b)의 높이보다 높게 형성되는데, 이는 담수용 격벽(40)들에 의하여 담수되는 오수가 유입구(10a)측으로 역류되는 것을 방지하기 위함이다.
도 2를 다시 참조하면, 콘크리트 구조물(10)의 유입구(10a)와 제1 배수용 격벽(31) 사이 바닥면은 경사(50)지게 형성되어 있고, 이 경사면(50)에서 제1 담수용 격벽(41)의 일정높이 까지는 제2 배양토층(23)이 내장되어 있다. 그리고 경사면(50) 일측에는 경사면(50)에 침전되는 슬러지를 용이하게 배출할 수 있도록 슬러지 배출밸브(51)가 구비된 슬러지 배출부(53)가 마련되어 있다. 또한, 경사면(50)의 상측에는 유입되는 오수에 공기를 주입시킬 수 있는 블로어(BLOWER: 55)가 더 설치되어 있다.
이에 따라, 유입구(10a)를 통해 콘크리트 구조물(10) 내부로 오수가 유입되면, 블로어(55)에서 공급되는 공기에 의하여 오수가 정화 처리됨과 동시에 오수에서 침전되는 각종 응집물인 슬러지는 경사면(50)에 침전된 후, 슬러지 배출부(53)를 통해 배출된다.
지금부터는, 상기와 같이 구성되어 있는 본 발명의 실시예에 따른 오수처리용 인공습지 시설의 작용을 상세하게 설명한다.
일반가정, 축사, 공장 등에서 방류되는 오수는 집수조(도시생략)에 집수된 후에 본 실시예에 따른 인공습지 시설의 침전조(11)로 유입되며, 침전조(11)로 유입된 오수는 저류되면서 함유되어 있던 부유물이 일정량 침전된다. 침전조(11)에서 침전공정을 거친 오수는 분사노즐(15)을 통해 살수여상 반응조(13)에 분사되고, 살수여상 반응조(13)에 분사된 오수는 스폰지 등과 같은 접촉여재(17)에 통과되면서 일정부분 함유되어 있던 부유물이 제거된다. 특히, 오수가 분사노즐(15)에 의하여 분사되는 과정에서 오수에 많은 공기가 유입되어지며 스폰지 등과 같은 접촉여재를 통과하는 동안 접촉여재에 부착된 많은 미생물들에 의하여 오수의 오염정도가 현저하게 낮아지게 된다.
이후, 살수여상 반응조(13)에서 정화되어 일정부분 오염도가 낮아진 오수는 콘크리트 구조물(10)의 유입구(10a)를 통하여 인공습지인 콘크리트 구조물(10) 내부로 유입된다. 콘크리트 구조물(10)로 유입된 오수는 제1 담수용 격벽(41) 높이까지 담수된 후, 제2 배수용 격벽(30)으로 배수되며, 이때, 유입구(10a)를 통해 유입된 오수는 제1 배수용 격벽(31) 내측에 구비되는 제2 배양토층(23)을 통과하면서 슬러지가 침전되어 일정부분 정화되며 또한, 오수의 오염도가 심각할 경우에는 블로어(55)를 통해 제1 배양토층(21)에 공기를 유입시켜줌으로써, 제1 배양토층(21)의 공극에 퇴적되는 퇴적물을 호기성 분해를 유도하여 오수의 정화효과를 극대화시킬 수도 있다.
그리고 경사면(50)에 침전된 슬러지는 슬러지 배출부(53)에 마련된 슬러지 배출밸브(51)를 통해 제거할 수 있으므로, 오수가 콘크리트 구조물(10) 내부에서 흐를 때 보다 잘 흐르게 된다.
이후, 유입구(10a)를 통해 계속 오수가 유입되면 오수가 제1 담수용 격벽(41)을 넘어 배출구(10b)측으로 배수된다. 이때, 유입구(10a)가 제1 담수용 격벽(41)의 높이보다 높은 곳에 설치되어 있어서, 그 높이차이 만큼 수압이 생기게 되어 유입구(10a)로 유입되는 오수가 제1 담수용 격벽(41)을 넘어 흘러가면서 제1 배양토층(21)의 미생물 및 수생식물(20)에 의해 정화되는 것이다.
즉, 콘크리트 구조물(10)은 그 높이가 차례로 낮아지게 형성되는 제1 내지 제4 배수용 격벽(31, 33, 35, 37) 및 그 높이가 차례로 낮아지게 마련되는 제1 내지 제4 담수용 격벽(41, 43, 45, 47)에 의하여 유입되어 담수되는 오수에 수위차가 발생하게 되어 콘크리트 구조물(10)의 유입구(10a)에서 배출구(10b)측으로 자연적으로 흐르면서 제1 배양토층(21)의 미생물 및 수생식물(20)에 의해 자연 정화되는 것이다. 또한, 각각의 담수용 격벽(40)에 의하여 담수되는 시간동안 오수에 함유되어 있던 부유물들이 각각의 제2 배양토층(23)에 침전되므로, 제1 배양토층(21) 및 수생식물(20)에 의해 정화효율 및 오수의 흐름이 양호해 진다.
본 실시예에 사용되는 제1 배양토(21)로는 오수가 원활하게 배수되도록 그 입자의 크기가 2mm 내지 10mm인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 제2 배양토(23)로는 오수에 함유되어 있는 부유물이나 미생물들이 용이하게 침전될 수 있도록 그 입자의 크기가 10mm 내지 20mm인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 콘크리트 구조물(10) 내부에서 제1 배양토층(21)의 미생물 및 수생식물(20)에 의하여 오수가 자연 정화된 처리수는 배출구(10b)를 통하여 배출된다.
다음으로, 도 3을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 오수처리용 인공습지 시설의 구조를 상세하게 설명한다. 제2 실시예를 설명함에 있어 제1 실시예와 동일 구성에 대해서는 동일한 보호를 사용하며, 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
<제2 실시예>
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 오수처리용 인공습지 시설의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3을 참조하면, 오수처리용 인공습지 시설은 오수 정화용 수생식물이 식재되어 있는 콘크리트 구조물(10)을 포함하며, 콘크리트 구조물(10)의 일측에는 침전조(11) 및 살수여상 반응조(13)가 마련되어 있다. 침전조(11)의 하측에는 유입되는 오수에서 침전된 슬러지를 제거할 수 있는 밸브(11a)가 구비되며, 살수여상 반응조(13)에는 오수 분사용 분사노즐(15) 및 접촉여재(17)가 구비되어 있다.
또한, 콘크리트 구조물(10)의 내부에는 오수의 수위차가 발생되도록 콘크리트 구조물(10)을 구획하는 하나 이상의 배수용 격벽(70)들 및 이 배수용 격벽(70)들 사이에 각각 형성되어 배수용 격벽(70)들 사이를 구획하는 하나 이상의 담수용 격벽(80)들이 형성되어 있다.
제2 실시예에 따른 배수용 격벽(70)들은 콘크리트 구조물(10) 내부로 유입되는 오수를 저류시킬 수 있도록 콘크리트 구조물(10)의 내부를 일정간격으로 구획하며, 콘크리트 구조물(10)의 바닥면에서 상측으로 일정간격 이격된 부위에는 배수구(71a, 73a, 75a, 77a)가 각각 형성되어 있다. 배수용 격벽(70)들은 제1 내지 제4 배수용 격벽(71, 73, 75, 77)으로 구성되어 있으며, 제1 배수용 격벽(71)은 콘크리트 구조물(10)의 유입구(10a)에 가장 근접되게 마련되고, 제4 배수용 격벽(77)은 배출구(10b)에 가장 근접되게 마련된다.
제1 내지 제4 배수용 격벽(71, 73, 75, 77)에 각각 형성되는 배수구(71a, 73a, 75a, 77a)들은 콘크리트 구조물(10)에 유입된 오수가 수위차에 의하여 콘크리 트 구조물(10)의 유입구(10a)에서 배출구(10b)측으로 자연적으로 흐를 수 있도록 높이의 차이를 가지도록 형성된다. 구체적으로, 배수용 격벽(70)들은 제1 배수용 격벽(71)의 배수구(71a)가 콘크리트 구조물(10)의 바닥에서 가장 멀리 이격 즉, 가장 높은 위치에 형성되고 제2, 제3 및 제4 배수용 격벽(73, 75, 77)으로 갈수록 배수구(71a, 73a, 75a, 77a)가 형성되는 높이가 점차 낮아지는 구조를 가진다. 이로 인하여, 콘크리트 구조물(10)로 유입되는 오수가 각각 다른 높이로 형성되어 있는 제1 내지 제4 배수용 격벽(71, 73, 75, 77)의 배수구(71a, 73a, 75a, 77a)들을 통해 배출구(10b)측으로 자연스럽게 흘러가게 된다.
또한, 콘크리트 구조물(10)은 배수용 격벽(70)들의 배수구(71a, 73a, 75a, 77a)를 통과하여 흐르는 오수가 일정량 담수된 후 흘러갈 수 있도록 담수용 격벽(80)들을 포함한다. 담수용 격벽(80)들은 배수용 격벽(70)의 높이보다 낮은 높이를 가지면서 상기 배수용 격벽(70)들 사이에 각각 마련되며, 제1 내지 제4 담수용 격벽(81, 83, 85, 87)으로 구성되어 있다. 이때, 담수용 격벽(80)들은 담수용 격벽(80)들 중 가장 높게 형성된 제1 담수용 격벽(81)의 높이를 기준으로 제2 담수용 격벽(83)에서 제4 담수용 격벽(87)으로 갈수록 그 높이가 점차 낮아지게 형성된다.
또한, 배수용 격벽(70)들 및 담수용 격벽(80)들이 형성된 콘크리트 구조물(10) 내부에는 수중식물(20)을 식재할 수 있도록 제1 배양토층(21)가 일정높이로 복토되어 있다. 제1 배양토층(21)의 하측에는 오수에서 발생되는 슬러지가 콘크리트 구조물(10) 바닥으로 원활하게 침전되도록 제2 배양토층(23)이 형성되어 있다.
한편, 콘크리트 구조물(10)의 유입구(10a)와 제1 배수용 격벽(71) 사이 바닥 면은 경사(50)지게 형성되어 있고, 이 경사면(50)에는 일정높이로 제2 배양토층(23)이 내장되어 있다. 그리고 경사면(50) 일측에는 경사면(50)에 침전되는 슬러지를 용이하게 배출할 수 있도록 슬러지 배출밸브(51)가 구비된 슬러지 배출부(53)가 마련되어 있다. 또한, 경사면(50)의 상측에는 유입되는 오수에 공기를 주입시킬 수 있는 블로어(BLOWER: 55)가 더 설치되어 있다.
이하, 표 1은 상기와 같이 구성되어 있는 오수처리용 인공습지 시설에서 오수의 흐름을 확인하기 위한 투수성 실험 결과를 나타낸 것이다.
비교예 1은 오수를 제1 배양토층 및 수생식물만을 이용하여 처리한 결과이고, 실험예 1은 인공습지에 유입되는 오수에 브로어를 이용하여 공기를 투입한 후의 결과이고, 실험예 2는 인공습지의 제1 배양토층 하측에 오수의 부유물을 침전시킬 수 있는 제2 배양토층을 구비한 후의 결과이며, 실시예 3은 인공습지에 브로어 및 제2 배양토층을 형성하여 공기주입 및 슬러지 침전용 제2 배양토층을 구비한 결과이다.
[표 1]
오수의 투입량 3개월 후 배수량 6개월 후 배수량 9개월 후 배수량 12개월 후 배수량
비교예 1 1 0.8 0.4 0.2 0.1
실험예 1 1 0.95 0.91 0.85 0.83
실험예 2 1 0.92 0.85 0.79 0.76
실험예 3 1 0.99 0.99 0.98 0.98
위의 표 1에 나와 있는 실험결과에 있어서, 비교예 1, 실험예 1 내지 실험예 3에서 사용되는 오수의 투입량을 동일하게 하고, 그 투입되는 양을 1로 하였을 때 동일한 기간내에 오수가 배출되는 정도를 나타낸 것이다. 다시 말하면 배양토층의 배수성의 정도(또는 공극의 폐쇄정도의 역: 수치가 높을 수록 폐쇄가 덜됨을 의미 함)를 비교수치로 나타낸 것이다
표 1을 통해 알 수 있는 바와 같이, 오수를 처리할 때 제1 배양토층(21)과 수생식물만(20)을 이용하는 것보다는 슬러지 침전용 제2 배양토층(23)이 형성됨으로 인하여 배양토층의 투수성이 증가되었고, 제2 배양토층(23)을 형성한 것 보다는 오수에 공기를 투입하여 주었을 때 배양토층의 투수성이 더욱 늘어난 것을 알 수 있다. 그리고 바람직하게는 제2 배양토층(23)을 형성하고 공기를 투입하여 주었을 때 배양토층의 투수성이 가장 증가되는 결과를 나타냈다. 이는 처리효율과 습지의 내구성을 결정하는 중요한 요소이며 배양토층의 투수성이 유지되어야 처리효율과 내구성을 갖게 되는 것이다.
이상에서 설명한 것은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 오수처리용 인공습지 시설의 구조를 나타낸 평면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 오수처리용 인공습지 시설의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 오수처리용 인공습지 시설의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 4는 종래의 오수처리용 인공습지 시설의 구조를 나타낸 단면도이다.
♠ 도면의 주요부분에 대한 부호설명 ♠
10 : 콘크리트 구조물 11 : 침전조
13 : 살수여상 반응조 15 : 분사노즐
20 : 수생식물 30, 70 : 배수용 격벽
31, 71 : 제1 배수용 격벽 33, 73 : 제2 배수용 격벽
35, 75 : 제3 배수용 격벽 37, 77 : 제4 배수용 격벽
40, 80 : 담수용 격벽 41, 81 : 제1 담수용 격벽
43, 83 : 제2 담수용 격벽 45, 85 : 제3 담수용 격벽
47, 87 : 제4 담수용 격벽 50 : 경사면
55 : 블로어

Claims (10)

  1. 바닥이 평탄하게 형성되어 일측에는 외부로부터 오수가 유입되도록 오수 유입구가 구비되고, 타측에는 정화된 오수가 배출되는 처리수 배출구가 마련되어 있는 콘크리트 구조물과; 상기 콘크리트 구조물의 내부를 일정간격으로 구획함과 동시에 상기 콘크리트 구조물로 유입되는 오수를 저류시킬 수 있도록 상기 구조물의 내부에 일정간격으로 마련되며, 하단이 상기 구조물의 바닥면에서 상측으로 일정간격 이격되는 배수용 격벽들과; 상기 배수용 격벽의 배수구를 통과하여 흐르는 오수가 일정량 담수된 후 흘러갈 수 있도록 상기 배수용 격벽의 높이보다 낮은 높이를 가지면서 상기 배수용 격벽들 사이에 각각 마련되어 상기 배수용 격벽 사이를 구획하는 담수용 격벽들과; 상기 콘크리트 구조물의 내부에 유입된 오수를 자연정화시킬 수 있는 습지식물을 식재할 수 있도록 상기 콘크리트 구조물의 내부에 복토되어 있는 제1 배양토층으로 구성되는 오수처리용 인공습지 시설에 있어서,
    상기 오수에 함유되어 있는 부유물을 침전시키는 침전조 및 상기 침전조에서 배수되는 오수가 유입되는 살수여상 반응조를 더 포함하며, 상기 살수여상 반응조에서 배수되는 오수가 상기 콘크리트 구조물로 유입되는 것을 특징으로 하는 오수처리용 인공습지 시설.
  2. 바닥이 평탄하게 형성되어 일측에는 외부로부터 오수가 유입되도록 오수 유입구가 구비되고, 타측에는 정화된 오수가 배출되는 처리수 배출구가 마련되어 있는 콘크리트 구조물과; 상기 콘크리트 구조물의 내부를 일정간격으로 구획함과 동시에 상기 콘크리트 구조물로 유입되는 오수를 저류시킬 수 있도록 상기 구조물의 내부에 일정간격으로 마련되고, 상기 구조물의 하면에서 상측으로 일정간격 이격된 부위에는 상기 오수가 흐를 수 있도록 배수구가 형성되어 있는 배수용 격벽들과; 상기 배수용 격벽의 배수구를 통과하여 흐르는 오수가 일정량 담수된 후 흘러갈 수 있도록 상기 배수용 격벽의 높이보다 낮은 높이를 가지면서 상기 배수용 격벽들 사이에 각각 마련되어 상기 배수용 격벽 사이를 구획하는 담수용 격벽들과; 상기 콘크리트 구조물의 내부에 유입된 오수를 자연정화시킬 수 있는 습지식물을 식재할 수 있도록 상기 콘크리트 구조물의 내부에 복토되어 있는 제1 배양토층으로 구성되는 오수처리용 인공습지 시설에 있어서,
    상기 오수에 함유되어 있는 부유물을 침전시키는 침전조 및 상기 침전조에서 배수되는 오수가 유입되는 살수여상 반응조를 더 포함하며, 상기 살수여상 반응조에서 배수되는 오수가 상기 콘크리트 구조물로 유입되는 것을 특징으로 하는 오수처리용 인공습지 시설.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 살수여상 반응조는,
    상기 침전조에서 배수되는 오수를 상기 살수여상 반응조의 내부로 분사시키는 분사노즐과;
    상기 분사노즐을 통해 분사되는 오수가 여과되도록 상기 살수여상 반응조의 상측 내부에 구비되는 접촉여재;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 오수처리용 인공습지 시설.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 배수용 격벽들은, 상기 유입구에 가장 근접되는 상기 배수용 격벽을 기준으로 상기 배수용 격벽이 상기 배출구에 근접될수록 상기 배수용 격벽의 하단부가 상기 콘크리트 구조물의 바닥면에서 이격되는 이격거리가 더 짧아지는 것을 특징으로 하는 오수처리용 인공습지 시설.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 배수용 격벽들은, 상기 유입구에 가장 근접되는 상기 배수용 격벽을 기준으로 상기 배수용 격벽이 상기 배출구에 근접될수록 상기 배수용 격벽의 배수구 높이가 더 낮아지는 것을 특징으로 하는 오수처리용 인공습지 시설.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 배수용 격벽 중 상기 유입구에 가장 근접되는 상기 배수용 격벽 내측의 상기 콘크리트 구조물 바닥은 경사지게 형성되어 있고, 상기 경사면에 침전되는 슬러지를 제거할 수 있도록 상기 경사면의 일측에 슬러지 제거용 밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 오수처리용 인공습지 시설.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 유입구에 가장 근접되는 상기 배수용 격벽의 내측에 위치되는 상기 콘크리트 구조물의 바닥에는 상기 유입구를 통해 유입된 오수의 수질을 개선할 수 있도록 공기분사노즐이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 오수처리용 인공습지 시설.
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