KR100924538B1 - 다기능 조경 및 생태정화 식물섬 - Google Patents

Abstract

본 발명 다기능 조경 및 생태정화 식물섬은, 저수지나 호수, 혹은 강에 설비되어 부유된 상태에서 저수되거나 흐르는 물을 유입유출시켜 자연 생태적으로 수질을 정화하며 수중 및 지상부에 다양한 생물의 서식공간을 확보할 수 있는 인공적인 부유 구조체에 관한 것이다.

본 발명은, 수상에 부유된 부유구조체의 전체적인 중심 틀을 형성하기 위해 경량재질의 각재를 장방형태의 일정 공간크기를 갖는 격자 모양으로 구조화시킨 프레임부재와; 부력용재료를 일정크기의 기둥체 형상으로 구조화시키고 상기 프레임부재의 외주 둘레에 결합 형성됨으로써, 완성될 상기 부유구조체를 부유시키는 부력부재와; 목본이나 초본의 다양한 식물재료를 심어 식생시킬 수 있도록 상기 프레임부재의 상부에 부력을 높이기 위한 다공성경량골재로 구성된 하부식생기반재와 식물에 무기 양이온 영양염류를 축적하여 공급할 수 있는 상부식생기반재로 구성된 식토저반과; 상기 프레임부재의 하방으로는 저수의 유입구 및 유출구를 구비한 상태로 일정용량의 담수가 가능하도록 상기 부력부재의 하방으로 내외공간이 구분되도록 형성시킨 담수공간부재와 미생물의 부착을 높여 수질정화 효율을 증대시키기 위하여 설치해준 끈상메디아를 포함하므로써; 수상의 필요한 위치로 이동시켜 부유된 상태에서 일정공간내의 담수를 자연생태적으로 정화시키는 특징이 있다.

따라서 본 발명은 오염된 호수나 저수지 등에 설치하여 수질에 포함된 영양염류 흡수 및 유기물 등 수질오염원을 효과적으로 정화시키며, 다기능 조경 및 생 태정화 식물섬의 상부에는 다양한 조류의 서식공간이 마련되고, 다기능 조경 및 생태정화 식물섬의 하부에는 동물성 플랑크톤 및 다양한 어류의 산란 및 서식처를 조성해주며, 주위의 경관과 잘 어울리는 자연스러운 아름다움을 창출하는 효과를 제공한다.

수질, 정화, 자연, 환경, 생태, 인공섬, 오염, 비오톱, 서식처

Description

다기능 조경 및 생태정화 식물섬{Ecological septic plant island having Multi-functional landscape architecture}

본 발명은 수질정화를 수행하는 인공적인 부유 구조체에 관한 것으로, 저수지나 호수, 혹은 강에 설비되어 부유된 상태에서 저수되거나 흐르는 물을 유입유출시켜 자연 생태적으로 정화하며, 지상부에는 다양한 조류의 서식처를 제공하며, 수중에는 다양한 수서생물의 서식공간을 조성할 수 있는 다기능 조경 및 생태정화 식물섬에 관한 것이다.

도시의 팽창, 산업의 발달 등으로 발생하는 오염 때문에 오래전부터 수질정화에 대한 중요성이 증대되어 오고 있다.

수질오염의 발생원인으로는 크게 자연적인 것과 인위적인 것으로 구분할 수 있다. 자연적 원인으로는 강우량의 불균형으로 인한 하천용량의 저하와 하상의 형태에 따른 유속 및 유량의 불연속성, 그리고 하천유역에서 표사 퇴적으로 인한 각종 부유물질의 하천유입 등을 들 수 있으나 후술할 인위적인 오염에 비하면 일시적 인 것으로, 자연의 자정능력에 의해 비교적 많은 정화가 이루어 진다.

이에 반해 인위적 오염물의 계속적인 배출은 자연적인 자정에 의한 한계를 초과하기 때문에 결국 별도의 오염물질 처리시설을 갖추지 않으면 안되는 상황에 이르렀다. 이러한 인위적인 오염물질의 배출은 인구증가 및 각종 산업활동에 필연적일 수밖에 없는데 생활하수, 산업폐수, 축사폐수 등이 대표적이다.

이러한 각 오염원을 좀 더 자세히 살펴보면, 먼저 생활하수는 아무래도 시골보다 인구가 집중된 도시에서 보다 심각성을 더한다. 이러한 도시하수는 가정에서 배출되는 가정오수의 상업시설 및 각종 공공기관에서 배출되는 폐수를 포함하며, 그 성분은 주방으로부터 음식 찌꺼기 및 식기류 세척 및 세탁폐수 그리고 화장실로부터의 분뇨 등으로서 세척시 사용되는 세제류를 제외하면 대부분이 천연 유기성 물질이라 할 수 있다.

두 번째, 산업폐수에 의한 수질오염은 심각한 문제를 초래한다. 이는 산업의 다양화, 대규모화 등으로 인하여 각종 중금속을 비롯하여 하수보다 영향이 큰 고농도 유기성물질 및 고도의 처리를 요하는 난분해성 물질 등이 배출되기 때문이다.

가축사육으로 발생되는 축산폐수는 주로 가축의 뇨와 식수, 청소수 등으로 이루어져 있으며, 여기에는 질소 함유 물질, 인 함유물질, 휘발성 지방산, 알데히드류 등의 냄새 유발물질이 함유되어 있다. 또한 분뇨의 악취문제는 이물질들의 복합취로 생각되며, 축산폐수는 고농도의 유기물질과 영양소인 질소와 인이 함유되어 그 발생량은 적으나 자연계에 배출되는 유기물질 부하율은 매우 큰 특성을 갖고 있다.

따라서 이러한 오염원을 정화하는 것이 시급한 문제로 대두되고 있으며, 본 발명에서는 수질오염을 정화하는 여러 가지 방안 중 강이나 호수 등에 인공구조물을 조성하여 정화하는 것을 중심으로 몇몇 종래의 기술을 살펴본다.

종래 '조경용 인공식생섬(대한민국 등록특허 제475665호)'은, 육생식물의 뿌리가 물에 잠기지 않도록 이루어진 부유체와, 호수나 연못의 물을 빨아들여 식물의 생육에 적당한 수분을 공급하는 수분 흡수재가 구비되어 관리자의 특별한 관리 없이도 식물의 생육이 양호한 조경용 인공 식생섬에 대한 기술이다.

이러한 종래 '조경용 인공식생섬'은, 상단부가 수면 위로 노출되는 다수의 제1부유체와; 다수의 제1부유체의 상부에 고정되게 설치되며 식생토양을 지지하는 바닥지지대와; 바닥지지대의 가장자리에 고정되게 설치되며 그 내부에 제2부유체가 설치된 중공부가 형성된 측면프레임과; 바닥지지대의 상면에 설치되는 합성수지시트와; 호수나 연못의 물을 빨아들일 수 있도록 모세공극이 형성되며 일측 단은 합성수지시트에 형성된 구멍을 통해 물속으로 잠기고 타단은 합성수지시트의 상면에 위치되는 수분흡수재와; 수분흡수재를 통해 흡수된 물을 식생토양으로 확산시키는 부직포시트와; 부직포시트의 상부에 설치되어 육생식물이 식재되는 식생토양과; 측면프레임에 설치되어 상기 부유체 및 프레임의 외주면을 가리는 조경용가대와; 조경용 가대와 인접하도록 측면프레임의 상면에 설치되는 배수로를 포함하여 구성된 특징이 있다. 상기의 '조경용 인공식생섬'은 식물의 뿌리가 물속으로 뻗어 내리지 않아 육상식물의 생육에는 좋지만 식물의 뿌리가 물속에 내림에 따라 물속에 산소를 공급하고 다양한 수생생태계를 조성하게 되는데 이러한 기능을 수행하기 어려운 한계점을 가지고 있으며, 식물의 뿌리 대신 선형의 미생물 접촉여재를 설치하였으나, 담수의 특성상 오염물이 제거된 신선한 처리수가 확산에 의한 이동에 의존할 수 밖에 없으므로 주변의 처리되지 않은 물이 공급되기 어려우므로 처리 효과는 매우 제한적일 수 밖에 없다. 또한 인공식생섬 상부의 토양으로부터 빗물에 의하여 영양염류가 담수로 배출될 우려가 있어 오히려 수질의 악화를 가져올 수도 있다.

강이나 호수 등에 조성하는 인공구조물과 관련된 또 다른 종래 기술로서, '다기능성 생태복원 인공섬(대한민국 등록특허 제714673호)'은, 부력을 조절하여 수면 위로 부양되는 부유틀의 침수 높낮이를 선택적으로 조절하고 수질 정화용 수생식물의 식재가 가능한 한편 어류의 습성에 맞는 집어공간을 구성함으로써, 수변 생태계의 서식 환경이 열악한 장소에 설치하거나 수질오염이 예상되는 담수지역 및 오염 정화시설이 필요한 담수지역에 설치하여 어류의 산란과 치어를 보호하고 수질 정화력을 향상시키는 생태복원형 인공섬에 대한 기술이다.

이러한 종래 '다기능성 생태복원 인공섬'은, 내부에 공기가 주입되어 수면 위에 부양되는 튜브형태의 부유틀과; 상기 부유틀의 안쪽 공간에 배치되고 천연섬유사로 망체를 이루며 그 내부에 식물성 혼합물이 충진되어 수생식물이 식재되는 코이어롤을 포함하여 구성된 특징이 있다. 상기의 '다기능성 생태복원 인공섬'은 식물의 생육기반으로 코이어롤을 사용하고 있는데, 코이어 롤은 물속에서 미생물에 의하여 자연분해되어 물속에 유기물을 제공하게 되므로 수질을 정화시키기 보다는 오히려 수질을 오염시키는 오염원으로 작용하게 되며, 부재로 사용된 방부목은 환경호르몬을 방출하므로 생태복원용 소재로의 사용은 다소 무리가 따른다.

또 다른 예로서 '수질정화용 인공식물섬' (공개번호 특2003-0017074) 역시 플라스틱 상자에 코이어 재질의 식생용기반재를 사용하고 있는데 이역시 몰속에서 자연분해되어 수질을 오염하는 요인이 된다.

상기 기존 특허들의 문제점들을 종합해보면,

1. 물속에 식물의 뿌리 또는 부착여재를 사용하여 미생물의 접촉공간을 확보하고 있으나, 담수의 특성상 물의 흐름이 없으므로 수질정화 효율이 매우 한정적이고,

2. 식생기반재로 대부분이 코이어를 재료로 사용하고 있으므로, 이러한 천연 재질의 식생기반재는 썩어 수질을 오염시키는 역기능을 수행하게 되며,

3. 아무리 오염된 물이라도 N, P는 어느 정도 있겠지만 식물의 생육에 필수적인 무기이온(S, Ca, K, Fe, Mg)은 결핍된 상태이므로 시간이 흐르면 식재된 식물들이 퇴화하게 되는 한계를 가지고 있다.

4. 식물섬 지상부의 식재기반의 토심이 부족해 다양한 식생의 도입이 어려우며, 지하부 역시 수서생물의 서식처 조성에 필요한 식물의 뿌리나 미생물 접촉공간이 부족하여 수질정화 및 수중 비오톱 조성에 부족함이 있다.

식물섬은 설치하는 비용이 고가이므로 수질정화 또는 수중비오톱, 육상비오톱의 기능을 모두 수행하여야 설치 목적과 투자 가치를 갖는다고 할 수 있다. 그러나 위의 기능을 모두 함께 갖는 식물섬은 현재 전혀 찾아보기 어려운 상황이다.

앞서 설명한 두 종래기술은, 강이나 호수 등에 인공적인 섬을 조성하고 조성된 인공섬에 식물이 생육할 수 있도록 갖추거나 수생식물을 식재하여 자연적 또는 생태적으로 수질의 정화를 이루면서 주변 경관과 어우러져 멋을 자아내기 위한 기술들이다.

하지만 두 종래의 기술을 수질정화의 관점에서 살펴볼 때, 수질정화의 효과가 낮은 문제점을 가지고 있다.

즉, 호수나 저수지, 기타 강 등에 부유시킨 인공섬에 있어 식재되거나 식생하고 있는 수생 식물 그리고 수목 등을 통해서는, 인공섬이 부유되어 있는 근처의 한정된 구역에서는 수질이 정화되지만, 부유된 지역을 조금 벗어나게 되면 수질이 정화되는 효과가 거의 없어지는 특성이 나타난다.

또한 수생식물에 의해 정화된 후 남는 잔존물이 그대로 바닥으로 적층되어 2차 오염의 문제가 발생된다.

이는 수질이 정화되는 상태도 보호하고 관리가 수행되거나 또 다른 대책이 수립되어야 수질정화의 효율을 더욱 높일 수 있음을 나타내지만, 앞서 설명한 두 종래기술에서는 수질의 정화상태가 보호되거나 관리되지 못하고 있는 치명적인 문제점을 안고 있다.

본 발명을 통하여 선행기술 분석에서 지적한 기존 기술의 문제점들을 해결하고자 하며, 다양한 기능을 수행하는 다기능 조경 및 생태정화 식물섬을 개발하고자 한다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 수상에 부유된 부유구조체의 전체적인 중심 틀을 형성하기 위해 경량재질의 각재를 장방형태의 일정 공간크기를 갖는 격자 모양으로 구조화시킨 프레임부재와; 부력용재료를 일정크기의 기둥체 형상으로 구조화시키고 상기 프레임부재의 외주 둘레에 결합 형성됨으로써, 완성될 상기 부유구조체를 부유시키는 부력부재와; 목본이나 초본의 식물재료를 심어 식생시킬 수 있도록 상기 프레임부재의 상부에 하부식생기반재와 상부식생기반재를 순차적으로 적층시킴으로써 추가적인 부유력을 발생시키고 토심을 확보하여 다양한 수종이 식재될 수 있도록 조성되는 식토저반과; 상기 프레임부재의 하방으로는 저수의 유입구 및 유출구를 구비한 상태로 일정용량의 담수가 가능하도록 상기 부력부재의 하방으로 내외공간이 구분되도록 형성시킨 담수공간부재를 포함하므로써; 수상의 필요한 위치로 이동시켜 부유된 상태에서 일정공간내의 담수를 자연생태적으로 정화시키는 다기능 조경 및 생태정화 식물섬을 제공하는데 있다.

아울러 이러한 본 다기능 조경 및 생태정화 식물섬에 있어, 상기 프레임부재의 하방으로 표면적을 높여 상기 저수에 포함된 미생물이나 균류를 부착시켜 수질을 정화시키기 위해 일정길이로 매달아 형성하는 다수의 끈상메디아가 더 포함되며; 이 끈상메디아는 그 표면적을 높이기 위해 자체적으로 꼬여 1차 꼬임구조를 형성하고, 상기 1차 꼬임구조가 꼬여 2차꼬임구조를 형성하는 과정이 다수로 진행되어 고차원적인 꼬임구조를 형성하는 특징을 갖는다.

또한 상기 부력부재는 부력용재료를 내부에 채우고 그 외부가 표면외피체로 감싸는 형태로 형성된다.

또한 상기 식토저반은 다공성재질의 기포경량골재가 쌓여 조성되는 하부 식생재와; 양이온치환용량(CEC:catioa exchange capacity)의 범위가 30 ~ 70 [cmol/kg] 인 상부 다공성 식토용 골재재료로 조성되며; 일정한 높이로 조성된 식토재료가 흘러내리지 않도록 퇴적시킨 상기 식토재료 주위에 식생기반격벽이 추가 형성되는 것이 바람직하다.

아울러 상기 담수공간부재는, 상기 부력부재의 하방으로 담수하고자 하는 일정 독립공간의 크기의 골격을 이루는 담수구조체와; 상기 부력부재의 하방에 연결 결합되고 상기 담수공간부재를 내포한 상태로 감싸 상기 담수공간부재의 벽을 형성하며, 그 상부가 연장수축되는 공간벽재와; 상기 담수구조체의 하방에 결합되며 바닥면이 소정 지점으로 경사지도록 형성되는 하부벽재를 포함하여 구성되며; 상기 공간벽재는 담수의 수위변동에 대응하기 위하여 나사산골 형태로 접히고 펼쳐지는 자바라 구조로 형성되는 것이 바람직하다.

이외에도 상기 각 목적에 따른 본 다기능 조경 및 생태정화 식물섬에서의 각 구성부 및 각각에 대한 상세한 기술내용을 제공하며, 이러한 각 구성 및 기술내용은 각각 개별적이거나 서로 복합적으로 실시되는 것이 가능하다.

따라서 본 발명은, 오염된 호수나 저수지, 그리고 강 등에 설치하여 식재된 수생식물의 뿌리에 의해 수질에 포함된 영양염류 흡수 및 유기물 등 수질오염원을 효과적으로 정화시킨다.

지상부에 경량의 다공성 기포골재를 하층 식재기반으로 사용함으로써 식재기반층을 확보하고, 그 상부에 양이온치환용량(CEC:catioa exchange capacity)의 범위가 30 ~ 70 [cmol/kg] 인 상부 다공성 식토용재를 사용함으로써 물속에 녹아있는 미량의 금속이온을 농축시켜 식물의 생육에 이용하게 함으로써 지상부 식물의 퇴화를 방지하고 수질오염의 정화에도 도움을 줄 수 있도록 한다. 이렇게 함으로써 지상부에 갯버들, 꼬리조팝 등의 2 ~ 3m의 목본층이 형성되고 조류의 먹이원이 되는 관목류, 아름다운 꽃을 피우는 초본류를 함께 식재하여 조류의 서식공간, 물새들의 산란처를 제공하여 육상 비오톱의 형성이 가능하게 된다.

또한 수질정화 과정을 보호하고 효과적으로 관리함으로써 종래 기술에 비해 수질정화의 효율을 높인다.

아울러 끈상메디아를 설치하여 미생물 보유량을 높이며, 수질개선 뿐만아니라 하방의 공간에 어류의 서식에 필요한 비오톱을 형성해 줌으로써 생태환경복원의 기능까지 수행하는 효과도 있다.

뿐만아니라, 종래의 기술과 달리 하방으로 일정한 담수공간을 형성하고, 유입수 유출수가 확실하기 때문에 오염도 측정이 가능해 보다 확실한 정화효능을 직접 확인할 수 있으며, 호수나 저수지, 그리고 강 등에 식물섬을 띄움으로서 자연스러운 아름다움을 창출하는 효과를 제공한다.

담수공간부의 물의 흐름은 수중모터를 사용하여 강제순환시키는데 여기에 필요한 동력은 태양광을 사용함으로써 별도의 전력소비를 없앨 수 있으므로 보다 환 경친화적인 기술이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다기능 조경 및 생태정화 식물섬을 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명 일실시예에 따른 다기능 조경 및 생태정화 식물섬을 설명하기 위한 정면의 일단면을 나타낸 도면이다.

도시한 바와 같이 본 실시예에 따른 다기능 조경 및 생태정화 식물섬(10)은, 수상에 부유된 부유구조체의 전체적인 중심 틀을 형성하기 위해 경량재질의 각재를 장방형태의 일정 공간크기를 갖는 격자 모양으로 구조화시킨 프레임부재(110)와; 부력용재료를 일정크기의 기둥체 형상으로 구조화시키고 상기 프레임부재(110)의 외주 둘레에 결합 형성됨으로써, 완성될 상기 부유구조체를 부유시키는 부력부재(120)와; 식재를 심어 식생시킬 수 있도록 상기 프레임부재(110)의 상부에 식토재료를 일정 높이로 쌓아 적정한 식생기반 토심을 확보하도록 하는 식생기반격벽(134)과, 부력의 확보를 위한 다공성 경량골재로 구성된 하부식생기반재(132) 및 적당한 CEC를 확보하여 식물의 생육을 촉진하는 상부식생기반재(133)으로 구성되는 식토저반(130)과; 상기 프레임부재(110)의 하방으로는 저수의 유입구 및 유출구를 구비한 상태로 일정용량의 담수가 가능하도록 상기 부력부재(120)의 하방으로 내외공간이 구분되도록 형성시킨 담수공간부재(140)를 포함하므로써; 수상의 필요한 위치로 이동시켜 부유된 상태에서 일정공간내의 담수를 자연생태적으로 정화시키는 것을 특징으로 한다.

도 2는 본 발명 일실시예에 따른 프레임부재의 구조를 나타낸 도면이다.

도시한 바와 같이 본 실시예의 다기능 조경 및 생태정화 식물섬(10)의 중앙에 위치하여 중심이 되는 프레임부재(110)는, 전체적인 중심 틀을 형성하기 위해 부유될 수 있는 구조체의 모양으로 경량재질의 각재를 장방형태의 일정 공간크기를 갖는 격자 모양으로 구조화시켜 형성하게 된다.

이러한 프레임부재(110)는 본 다기능 조경 및 생태정화 식물섬(10)을 앞서 나타낸 바와 같이 부유된 상태에서 중심을 이룰 수 있다면 알루미늄, 스테인레스 등 그 재질에 크게 구애받지 않으며, 본 실시예에서는 알루미늄을 사용하는 경우를 중심으로 설명한다.

본 실시예의 프레임부재(110)는, 완성될 본 다기능 조경 및 생태정화 식물섬(10)이 부유한 상태에서 후술할 끈상메디아(112)가 설치되는 하나의 틀이 되고, 속이 비도록 함으로써 비중이 1보다 작아 부유재로서도 기능하도록 함이 바람직하다.

여기서 본 실시예의 프레임부재(110)는 상부에 형성시킬 토양층의 지지대 역할을 해야 하므로 어느 정도의 강도를 지니도록 일정의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.

도시한 바와 같이 본 실시예의 다기능 조경 및 생태정화 식물섬(10)에서는 프레임부재(110)에 다수의 끈상메디아(112)가 설치되게 된다.

본 실시예에 있어 이 끈상메디아(112)는 그 표면적이 넓어지도록 가는 실모 양의 끈이 단백질의 3차나 4차원의 구조와 같은 형태를 취하고 있다. 즉 끈이 1차적으로 꼬이고 1차적으로 꼬인 자체가 다시 꼬여 2차 복합적인 꼬임구조를 형성하며, 다시 이 2차적인 꼬임구조가 또 꼬이고 또다시 꼬여 3차 혹은 4차적인 꼬임구조를 형성하게 된다. 이렇게 되면 고차원적으로 꼬여 생태정화의 효율을 높일 수 있도록 그 표면적이 넓어지게 되며, 가느다란 끈이 실타래와 같이 얽히고 꼬여 동아줄 형태와 같은 두꺼운 모양이 된다.

이러한 끈상메디아(112)가 앞서 설명한 바와 같이, 다기능 조경 및 생태정화 식물섬(10)의 하방 담수공간부재(140)내의 저수에 잠기게 되므로써, 저수에 포함된 미생물이나 균류 등을 부착시켜 보다 높은 효율로 수질을 정화하게 된다.

끈상메디아(112)가 물의 흐름에 의하여 서로 꼬이지 않게 하기 위하여 끈상메디아(112)의 하부 끝에 격자모양의 하부추재(113)를 매달아 준다. 하부추재(113)는 비중이 1보다 약간 높은 1.1 ~1.2 정도로 하여 끈상메디아(112)가 아래로 늘어질 수 있을 정도의 무게이되, 비중이 크지 않아 부력에 영향을 크게 주지 않아야 한다.

도 3은 본 발명 일실시예에 따른 부력부재의 구조를 나타낸 도면이다.

이렇게 하여 프레임부재(110)의 전체적인 형태가 완성되면, 부력용재료에 의해 일정 크기로 형성시켜 상기 프레임부재(110)의 외주 둘레에 필요한 수만큼 결합 형성됨으로써 완성될 부유구조체가 부유될 수 있도록 부유력을 발생시키는 부력부재(120)를 형성하게 된다. 본 실시예의 부력부재(120)는 본 다기능 조경 및 생태정화 식물섬(10) 전체의 부력의 핵심이라 할 수 있다.

이러한 부력부재(120)로는 부유성이 있는 수지나 목재 등 여러 가지 재료가 사용될 수 있지만, 본 실시예에서는 발포폴리스티렌(EPS)을 사용한다.

본 실시예의 발포폴리스티렌(EPS)는 발포제(發泡劑)를 이용하여 폴리스티렌을 팽창시킨 것으로 거품폴리스티렌, 스티로폼(styrofoam), 발포스티렌, 스티로폴 등 여러 이름으로 불리는 물질이다.

도시한 바와 같이 본 실시예의 부력부재(120)는 먼저 부력용재료(121)인 발포폴리스티렌(EPS)을 일정모양, 예컨대 도시한 바와 같이 그 단면이 원모양이고 전체적으로 원기둥 형태로 형성하고 이렇게 형성한 발포폴리스티렌(EPS)의 외부표면을 알루미늄 등으로 감싸 표면외피체(122)를 형성하는 것이 바람직하며, 이렇게 함으로써 결국 일정 부력을 가지는 속이 빈 알루미늄으로 감싼 형태가 된다. 이렇게 되면 부식방지는 물론 후술할 담수공간부재(140)를 형성하기 위한 연결고리를 형성하는 데에도 도움이 된다.

본 다기능 조경 및 생태정화 식물섬(10)에 있어 부력부재(120)는 이 정도로서도 충분히 부유기능을 수행할 수 있지만, 본 실시예에서는 수면위로 노출되는 부분에 대한 경관성을 높이고 사람의 접근성을 높여 관리의 편의성을 제고시키게 위해, 표면외피체(122)의 상부가 삽입되는 등의 구조가 되도록 목재 등을 이용하여 부력데크(123)를 형성하며, 이러한 부력데크(123) 자체를 보다 쓸모 있도록 하거나 형태나 외관이 좋도록 꾸미기 위해 데크부재(123')등을 결합시켜 형성하는 것도 좋다.

뿐만 아니라, 본 다기능 조경 및 생태정화 식물섬(10)의 이동이나 조종에 편 리하도록 손잡이(124)를 추가로 구비하는 것도 바람직하다.

이러한 구조를 갖는 본 실시예의 부력부재(120)를 프레임부재(110)의 외주 둘레에 위치시켜 프레임부재(110)와 연결한 상태로 결합시키므로써 본 다기능 조경 및 생태정화 식물섬(10) 전체의 부력을 가지게 한다.

아울러 이러한 부력부재(120)는 프레임부재(110)의 외주 둘레 모양으로 하나의 전체적인 형태로 형성하는 것도 가능하고, 일정길이 예컨대 50cm, 1m 등과 같이 형성하여 다수개로 프레임부재(110)의 외주 둘레 묶는 형태로 형성하는 것도 가능하다.

도 4는 본 발명 일실시예에 따른 식토저반을 설명하기 위한 도면이다.

본 다기능 조경 및 생태정화 식물섬(10)에 있어, 프레임부재(110)에 상부로는 식재가 심어져 식생될 수 있는 식토저반(130)이 조성되며, 이러한 식토저반(130)이 보다 안정적이고 효용적으로 조성하기 위해서는 식토용 토양재료를 세가지의 다른 토심이 형성하도록 식생기반 격벽(134)을 설치하는 것도 바람직하며, 본 실시예에서는 이를 중심으로 설명한다.

본 실시예에 있어서 저반매트(131) 상부에 1,000℃ 이상의 고온에서 발포하여 제조한 다공성의 하부식생기반재(132)는 비중이 0.2 이하로 다수의 유리화된 공극을 가지고 있으므로 장기간 물속에 잠겨있더라도 물을 흡수하지 않아 비중이 0.2로 유지되므로 식토저반을 높게 형성하여도 하중이 크지 않아 다양한 식물을 식재할 수 있게 된다. 하부식생기반재(132)의 두께는 최소 10 ~ 30cm로 조성하는 것이 바람직하고, 이 위에 상부 식생기반재(133)을 포설한다.

상부식생기반재(133)의 재료는 잠재적 비옥도인 양이온치환용량 CEC(catioa exchange capacity)이 30 ~ 70사이인 경량 인공토양으로 조성하게 된다.

물이 아무리 오염되어 있다고 하더라도 질소성분 및 유기질 성분은 많지만 식물의 생육에 반드시 필요한 S, K, Ca, Mg, Fe, 등의 무기물은 매우 농도가 낮으므로 식물의 퇴화 현상이 발생하게 된다. 따라서 물속에 미량으로 녹아있는 무기 이온들을 흡착하여 일정농도로 농축하여 식물이 이용할 수 있도록 하여주는 것이 반드시 필요하다. 만약 그렇지 않다면 별도로 식물섬에 비료를 주어야 하는데, 그렇게 되면 오히려 수질을 오염시키게 된다. 또한 양이온치환용량 CEC가 지나치게 높으면 양이온의 축적이 계속되어 나중에는 식물의 염류장해를 일으키게 되므로 이역시 식물의 생육을 저해하는 요인이 된다. 따라서 CEC가 30 ~ 70인 것이 적당하다.

아래의 표는 점토광물의 종류별 및 부식의 양이온치환용량과 비중, 그리고 토성과 양이온치환용량과의 관계를 각각 나타낸 것이다.

종 류	양이온치환용량 [cmol/kg]	비중
카올리나이트	3~15	2.6
몬모릴로나이트	60~100	2~2.5
일라이트	25~40	2.6~2.9
알로판	20~40	2.3
제오라이트	80~150	2~2.2

토 성	CEC 범위 [cmol/kg]
사토	1~5
세사질양토	5~10
양토 및 미사질양토	5~15
식양토	15~30
식토	30 이상

본 실시예에서는 이러한 양이온치환용량 CEC(catioa exchange capacity) 30 ~ 70 [cmol/kg] 범위의 식토용 골재재료로 조성하게 되며, 가능하다면 보다 좋 은 범위는 식물생육에 가장 적합한 40 ~ 50 [cmol/kg] 이 바람직하다. 위 표에서 최적의 CEC범위를 가지면서 비중도 낮은 제오라이트가 가장 적당하며 구하기도 용이하여 다른 광물과 비교해보아 제품적용에도 알맞다.

상부식생기반재(133)는 적정 CEC를 확보하면서 가능하면 경량이어야 하며, 다공성으로 표면적이 넓어 많은 미생물이 접촉될 수 있는 특성을 갖는 것이 바람직하다. 따라서 상부식생기반재(133)로 적당한 재료는 제오라이트, 화산석, 챠콜, 난석, 펄라이트를 혼합한 재료가 좋은데, 제오라이트를 부피비로 20 ~ 60% 중량부, 화산석이나 난석, 펄라이트 중 1개 이상의 재료를 30 ~ 60% 중량부, 챠콜이나 숯을 10 ~ 30% 중량부 범위에서 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.

이를 위해 먼저 프레임부재(110) 상부에는 하부식생기반재(132)가 하부로 빠져나가지 않은 상태로 잘 적층되도록 저반매트(131)를 고정시키켜 주게 된다. 본 실시예의 저반매트(131)는 비교적 눈이 촘촘하며 수상에 부유시키기 때문에 분해가 어려운 난분해성이 좋다.

이 후 저반매트(131) 상부에 하부식생기반재(132), 상부식생기반재(133)를 사용하여 본 식토저반(130)을 형성하게 된다. 본 실시예의 식토저반(130)은 중앙에 충분한 토심 60 ~ 90cm을 형성하여 갯버들이나 꼬리조팝과 같은 소교목 또는 대관목을 식재할 수 있도록 식생기반 격벽(134)을 설치하여 토심을 확보 한다. 식토저반(130)의 중심부와 외곽부 사이에 30 ~ 60cm 의 토심을 확보하여 조류의 먹이원이 될 수 있는 열매식물인 소관목을 식재하도록 식생기반격벽(134)을 다시 설치하고, 그 외곽부에는 10 ~ 20cm의 토심을 확보하여 꼬리조팝, 꽃창포, 부들, 줄, 갈대 등의 초본성 수생식물을 식재하여 물새들의 산란 및 서식장소를 형성하여 준다.

식생기반격벽(134)은 나무를 이용한 목책이나 플라스틱 판재 등 다양한 재료를 이용할 수 있다.

토심의 구성은 관련학계의 꾸준한 연구결과가 참조되는 것이 바람직하며, 아래에는 식생재료에 따른 일반적인 토심의 최소깊이를 나타낸 것이다.

	생존최소토심	생육최소토심
초본성 식물	15cm	30cm
소관목	30cm	45cm
대관목	45cm	60cm
천근성교목	60cm	90cm

도 5는 본 발명 일실시예에 따른 담수공간부재의 구조를 설명하기 위한 도면으로, 도 5a는 물이 유입되는 부분의 측면을, 도 5b는 물이 유출되는 반대쪽 측면을 나타낸 것이다.

본 다기능 조경 및 생태정화 식물섬(10)에 있어, 부력부재(120)의 하방으로는 저수의 유입구 및 유출구를 구비한 상태로 일정용량의 담수가 가능하도록 공간을 서로 분리시키는 담수공간부재(140)가 형성된다.

이러한 본 실시예의 담수공간부재(140)는, 부력부재(120)의 하방으로 담수하고자 하는 일정 독립공간의 크기의 골격을 이루는 담수구조체(141)와; 부력부재(120)의 하방에 연결 결합되고 상기 담수공간부재(140)를 내포한 상태로 감싸 상기 담수공간부재(140)의 벽을 형성하며, 그 상부가 연장수축되는 공간벽재(142)와; 담수구조체(141)의 하방에 결합되며 바닥면이 소정 지점으로 경사지도록 형성되는 하부벽재(143)를 포함하여 구성된다.

상기 담수구조체(141)와 부력부재(120)의 연결은 끈이나 로프(lope) 등으로 연결시켜 측면높이조절장치(144)의 조절에 의하여 높이가 조절될 수 있도록 함으로써 호수의 수위변동에 맞추어 높이를 조절할 수 있도록 하였다.

먼저 담수구조체(141)는 필요한 양의 담수가 가능하도록 일정 독립공간 정도 크기이되, 철재금속이나 스테인레스, 목재 등 여러 가지가 가능하지만 물에 부식되지 않도록 고강도합금이 좋으며, 무게를 최소화 하기 위하여 속이 빈 소재를 사용하는 것이 바람직하다.

담수구조체(141)를 내포하도록 전체적으로 감싸는 공간벽재(142)의 상부는 담수공간부재(140)의 공간크기를 확장축소가 가능하도록 자바라 구조로 형성됨으로써, 측면높이조절장치(144)의 조절에 의하여 하방이 도 1에 도시한 바와 같이 나사산골 형태로 접히고 펼쳐지는 것이 가능하게 된다.

아울러 공간벽재(142)에 초기 장력을 줌으로서 외부하중에 대하여 안정된 형태를 유지하는 것도 가능하며, 그 재료도 불투수성이고 투광성을 가지며, 환경에 무해하도록 P.V.C 코팅지, 방수시트 등과 같은 무해소재로 연성의 막을 사용하여 틀을 덮어 공간을 잡는 것이 바람직하다.

또한 담수구조체(141)를 감싸고 있는 공간벽재(142)에는 담수공간부재(140)의 독립공간내 원활한 물 유입을 위해, 유입구(142x) 쪽에 팬(142f)을 달아 흐름을 유도하고 팬(142f) 옆쪽으로는 담수공간부재(140)의 공간 내 어류의 이동이 자유롭도록 공간을 남겨 두는 것이 바람직하다.

그리고 유입구(142x) 맞은편 반대측으로도 유출구(142y)를 형성하여 정화된 물이 유출되도록 하거나 각종 어류가 자유롭게 이동하도록 하는 것도 바람직하다.

또한 본 다기능 조경 및 생태정화 식물섬(10)에 있어, 담수공간부재(140)의 하부는 외부와 차단되도록 막아 하부벽재(143)를 형성하게 된다.

이러한 하부벽재(143) 역시 공간벽재와 같은 재질의 재료를 사용하되 바닥면이 경사지도록 하며 경사의 중심에 파이프(143p)와 밸브(143v)를 형성한다. 이렇게 함으로써 자연스럽게 미생물의 사체가 경사면으로 모이게 하며, 모인 슬러지 등은 슬러지흡입파이프로 뽑아서 처리하므로써, 관리의 편리성을 기할 수 있다.

생태정화식물섬(10)의 담수공간부(140)에는 식물의 뿌리 및 끈상메디아(112)의 설치로 많은 미생물이 부착될 수 있도록 하였으며, 이 공간에 지속적으로 일정한 속도로 물이 흐를 수 있도록 하여 수질정화 효율을 확보할 수 있다.

정화되지 않은 물이 유입구(142x)로 팬(142f)의 작동에 의하여 일정하게 흐르므로 담수공간부(140)를 통과하는 동안 수질이 정화되고, 정화된 물이 유출구(142y)를 통하여 배출됨으로써 유입수의 수질과 유출수의 수질을 측정함으로써 수질정화 효율을 계산할 수 있다. 팬(142f)의 회전속도를 조절함으로써 체류시간을 조정할 수 있게 되며, 이로인해 일정한 수질정화 효율을 확보할 수 있게 된다.

팬(142f)의 회전속도가 크게 빠르지 않으므로 유입구를 충분히 넓혀주면 이 공간을 통하여 물고기 등의 수서생물들이 담수공간으로 이동할 수 있으며, 유출구(142y)를 통해서도 수서생물들이 이동할 수 있으므로 자유로이 담수공간(140)으로의 수서생물의 이동이 가능하다.

팬의 회전 동력은 전기의 연결이 쉬운곳에서는 전기를 연결하기도 하지만, 전기의 연결이 어려운 외지의 경우에는 태양광 전지판을 설치하여 이를 통한 전력 으로 팬을 가동시킬 수도 있다.

도 6은 본 발명 일실시예에 따라 완성된 다기능 조경 및 생태정화 식물섬의 부유 상태를 나타낸 이미지이다.

본 다기능 조경 및 생태정화 식물섬(10)이 수상에 부유하게 되면 프레임부재(110)나 담수공간부재(140) 등은 보이지 않지만, 여기서는 이해를 돕기 위해 완성된 형태를 전체적으로 나타내고 있다.

본 다기능 조경 및 생태정화 식물섬(10)은 지상부에는 소교목, 열매가 달린 관목, 초본 등 다양한 식생이 영양염류의 부족 없이 지속적으로 성장할 수 있으며, 이로인하여 다층의 식재공간이 형성되고 따라서 다양한 조류 및 곤충류 등의 서식공간을 제공할 수 있을 뿐만아니라 경관적으로도 매우 아름다운 식물섬을 형성할 수 있게 된다.

아울러 수중에서는 식물의 뿌리에서 공급하는 산소의 영향으로 동물성 플랑크톤이 증가하고 따라서 이를 먹이로 하는 소형의 물고기들이 모여들게 되며, 다시 이들을 먹이로 하는 다양한 물고기들이 모여들게 되어 다양한 수중 생태계가 형성되게 된다. 모여든 물고기들은 식물의 뿌리 및 설치한 끈상의 여재에 산란 공간을 확보하게 되므로 더욱 생물 밀도를 증가시키게 된다. 이렇게 함으로써 다기능 조경 및 생태정화 식물섬은 지상부 및 수중의 생물서식공간 bio-top의 형성과 더불어 효율높은 수질정화의 기능을 함께 수행하는 다기능의 공간을 제공하게 된다.

또한 앞서도 설명한 바와 같이 본 다기능 조경 및 생태정화 식물섬(10)은 필요에 따라 수중정화가 필요한 곳에 이동시켜 설치하는 것이 가능하여 효율도 높다. 다기능 조경 및 생태정화 식물섬(10)은 이동 후 일정 위치에 고정될 수 있도록 연못의 하부 나 측면부에 고정시켜 준다.

이상과 같이 본 설명에서는 특정 실시예를 들어 설명하고 있으나 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 개념을 이탈하지 않는 범위내에서 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양하게 실시될 수 있을 뿐만 아니라, 이러한 다양한 실시는 본 발명의 권리범위에 속한다 할 것이다.

도 1은 본 발명 일실시예에 따른 다기능 조경 및 생태정화 식물섬을 설명하기 위한 정면의 일단면을 나타낸 도면.

도 2는 본 발명 일실시예에 따른 프레임부재의 구조를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명 일실시예에 따른 부력부재의 구조를 나타낸 도면.

도 4는 본 발명 일실시예에 따른 식토저반을 설명하기 위한 도면.

도 5는 본 발명 일실시예에 따른 담수공간부재의 구조를 설명하기 위한 도면.

도 6은 본 발명 일실시예에 따라 완성된 다기능 조경 및 생태정화 식물섬의 부유 상태를 나타낸 이미지.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 다기능 조경 및 생태정화 식물섬

110 : 프레임부재

111 : 상부각재 112 : 끈상메디아

113 : 하부추재

120 : 부력부재

121 : 부력용재료 122 : 표면외피체

123 : 부력데크 123' : 보조부재

124 : 손잡이

130 : 식토저반

131 : 저반매트 132 : 하부식생기반재

133 : 상부식생기반재 134 : 식생기반격벽

140 : 담수공간부재

141 : 담수구조체 142 : 공간벽재

142f : 팬 142x : 유입구

142y : 유출구

143 : 하부벽재

143p : 파이프 143v : 밸브

144 : 측면높이조절장치

Claims (9)

1. 수상에 부유되어 자연 생태적으로 정화하는 부유구조체에 있어서,

   상기 부유구조체의 전체적인 중심 틀을 형성하기 위해 경량재질의 각재를 장방형태의 일정 공간크기를 갖는 격자 모양으로 구조화시킨 프레임부재와;

   부력용재료를 일정크기의 기둥체 형상으로 구조화시키고 상기 프레임부재의 외주 둘레에 결합 형성됨으로써, 완성될 상기 부유구조체를 부유시키는 부력부재와;

   목본이나 초본의 식물재료를 심어 식생시킬 수 있도록 상기 프레임부재의 상부에 하부식생기반재와 상부식생기반재를 순차적으로 적층시킴으로써 추가적인 부유력을 발생시키고 토심을 확보하여 다양한 수종이 식재될 수 있도록 조성되는 식토저반과;

   상기 프레임부재의 하방으로는 저수의 유입구 및 유출구를 구비한 상태로 일정용량의 담수가 가능하도록 상기 부력부재의 하방으로 내외공간이 구분되도록 형성시킨 담수공간부재를 포함하므로써;

   수상의 필요한 위치로 이동시켜 부유된 상태에서 일정공간내의 담수를 자연생태적으로 정화시키는 것을 특징으로 하는 다기능 조경 및 생태정화 식물섬.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 프레임부재의 하방으로, 표면적을 높여 상기 저수에 포함된 미생물이나 균류를 부착시켜 수질을 정화시키기 위해 일정길이로 매달아 형성하는 것을 다수의 끈상메디아가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 다기능 조경 및 생태정화 식물섬.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 끈상메디아는

   그 표면적을 높이기 위해 자체적으로 꼬여 1차 꼬임구조를 형성하고, 상기 1차 꼬임구조가 꼬여 2차꼬임구조를 형성하는 과정이 다수로 진행되어 고차원적인 꼬임구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 다기능 조경 및 생태정화 식물섬.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 부력부재는

   부력용재료를 내부에 채우고 그 외부가 표면외피체로 감싸는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 다기능 조경 및 생태정화 식물섬.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 하부식생기반재는 1,000℃이상에서 발포하여 제조한 비중 0.1 ~ 0.5 이하인 다공성 인공경량골재를 특징으로 하는 다기능 조경 및 생태정화 식물섬.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 상부식생기반재는 제오라이트를 부피비로 20 ~ 60% 중량부, 화산석이나 난석, 펄라이트 중 1개 이상의 재료를 30 ~ 60% 중량부, 챠콜이나 숯을 10 ~ 30% 중량부 범위에서 혼합하여 양이온치환용량(CEC:catioa exchange capacity)의 범위가 30 ~ 70 [cmol/kg] 인 식토용 골재재료로 조성되는 것을 특징으로 하는 다기능 조경 및 생태정화 식물섬.
7. 청구항 1에 있어서, 상기 식토저반은

   조성된 식토재료가 흘러내리지 않도록, 식생기반격벽을 설치하여 10 ~ 30cm, 30 ~ 60cm, 60 ~ 90cm의 토심을 확보하여 초본 수생식물, 열매가 열리는 관목, 대형관목 및 소형교목을 식재하여 입체의 식생구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 다기능 조경 및 생태정화 식물섬.
8. 청구항 1에 있어서, 상기 담수공간부재는

   상기 부력부재의 하방으로 담수하고자 하는 일정 독립공간의 크기의 골격을 이루는 담수구조체와;

   상기 부력부재의 하방에 연결 결합되고 상기 담수공간부재를 내포한 상태로 감싸 상기 담수공간부재의 벽을 형성하며, 측면 높이 조절장치에 의하여 그 상부가 연장 수축되는 공간벽재와;

   상기 담수구조체의 하방에 결합되며 바닥면이 소정 지점으로 경사지도록 형성되는 하부벽재와;

   경사진 바닥의 하면에 퇴적된 미생물 슬러지를 제거할 수 있도록 설치된 파이프와 밸브를;

   포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 조경 및 생태정화 식물섬.
9. 청구항 8에 있어서, 상기 공간벽재는

   나사산골 형태로 접히고 펼쳐지는 자바라 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 다기능 조경 및 생태정화 식물섬.

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