KR101006170B1

KR101006170B1 - 에너지 순환형 하천정화장치

Info

Publication number: KR101006170B1
Application number: KR1020100077166A
Authority: KR
Inventors: 이종래
Original assignee: 지유 주식회사
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2010-08-11
Publication date: 2011-01-07

Abstract

본 발명은 에너지 순환형 하천정화장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하천수 및 하천주위의 공원, 체육시설, 주차장등에서 발생하는 비점오염원을 정화할 수 있는 별도의 하천정화장치를 마련한 후, 하천수 및 비점오염원이 발생되면 상기 하천정화장치를 이루는 일련의 시스템을 차례로 거치면서 하천수 오염물질 및 수변지역내 비점오염물질이 정화되게 하고, 미생물 및 식물의 생육에 적합한 환경을 제공하여 정화 효율이 더욱 극대화될 수 있도록 한 것이다.

Description

에너지 순환형 하천정화장치{treating facility for small river wate}

본 발명은 에너지 순환형 하천정화장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하천수 및 하천주위의 공원, 체육시설, 주차장등에서 발생하는 비점오염원을 정화할 수 있는 별도의 하천정화장치를 마련한 후, 하천수 및 비점오염원이 발생되면 상기 하천정화장치를 이루는 일련의 시스템을 차례로 거치면서 하천수 오염물질 및 수변지역내 비점오염물질이 정화되게 하고, 미생물 및 식물의 생육에 적합한 환경을 제공하여 정화 효율이 더욱 극대화될 수 있도록 한 에너지 순환형 하천정화장치에 관한 것이다.

최근 도시화, 생활양식의 다양화, 공업화, 화학비료 사용의 증가, 육류소비 증가에 따른 축산규모의 증대 등으로 유기물과 영양염류(질소, 인)를 다량 함유한 잡배수가 하천, 호소등에 유입되어 수역의 생태계 균형이 파괴되고, 그로 인해 수질환경이 현저히 악화되고 있다. 이러한 오염된 하천을 정화하기 위한 정화 시스템으로 여러 가지 형태의 하천정화 시스템이 개발되고 있다. 이중 인공습지는 과다한 소요면적이 요구되어 우리나라의 경우 적용하기 어려운 공법으로 인식되어 왔으나, 하천의 고수부지, 하천정비사업으로 발생되는 폐천부지 등 하천의 공간을 활용하고, 일정공간의 조 내부에 접촉여재를 충진한 후 식물을 식재하고 이에 하천수를 유입시켜 식물의 대사작용을 이용하여 오염물질을 제거하는 식생접촉산화법 등 인공습지의 단점을 보완한 새로운 시스템이 개발되어 충분히 도입가능한 공법으로 인식되고 있다.

그러나 상기 식생접촉산화법을 이용한 하천정화시스템은 기존 인공습지를 이용한 정화시스템에 비해 영양염류에 대한 제거효율은 뛰어나지만 접촉여재에 미생물이 서식하기에 충분한 비표면적을 제공하지 못하고 있으며, 식물의 생육에 적합한 환경을 제공하지 못함에 따라 만족할 만한 정화효율을 발휘하지 못하고 있는 실정이며, 모래, 자갈 등을 채운 정화시스템의 경우에는 접촉여재의 공극이 협소하여 상기 공극의 폐색현상에 따른 악취발생 및 이를 교체하거나 세척해야하는 문제점이 있다.

상기와 같은 제반 문제점을 감안하여 본 발명은 하천수 및 하천주위의 공원, 체육시설, 주차장등에서 발생하는 비점오염원을 정화할 수 있는 별도의 하천정화장치를 마련한 후, 하천수 및 비점오염원이 발생되면 상기 하천정화장치를 이루는 일련의 시스템을 차례로 거치면서 하천수 오염물질 및 수변지역내 비점오염물질이 정화되게 하고, 미생물 및 식물의 생육에 적합한 환경을 제공하여 정화 효율이 더욱 극대화될 수 있도록 한 에너지 순환형 하천정화장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 하천정화 효과를 극대화하기 위해 다양한 형태의 습지들을 결합한 복합형 습지 시스템으로, 물리적 정화를 위한 침사형 습지, 2차 처리를 위한 지하흐름 및 지표흐름 습지, 3차 처리를 위한 수평여과흐름 습지를 구성하고, 각 시스템별로 다양한 정화식물을 적용하고, 아울러 정화식물의 식생대 및 미생물을 부착할 수 있는 다양한 담체를 적용한 에너지 순환형 하천정화장치를 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단은 하천주위의 공원, 체육시설, 주차장등에서 발생되는 비점오염원과 하천수가 내부로 유입되면 비점오염원과 하천수에 포함된 토사류 등 침전물질을 침전시켜 제거할 수 있도록 부레옥잠, 개구리밥, 자라풀과 같은 부유 가능한 수생식물이 식재되어 있고, 이들 수생식물의 줄기나 잎, 뿌리등에 호기성 미생물이 부착되어 유기물과 반응 함으로써 BOD가 제거되게 하는 침사형 습지와;

상기 침사형 습지를 거친 하천수가 내부로 유입되면 상기한 하천수에 산소를 공급할 수 있도록 공기공급기를 통하여 수중에서 기포를 발생시키는 산소공급기가 내부에 형성되고, 이 산소공급기 상단에는 폭기시 상부로 부상하는 기포와 수류에 의해 전류를 생산하는 전기발전기가 형성되며, 발전된 에너지는 폭기시 산소공급기의 전력으로 재이용되게 하는 소수력 발전장치와;

상기 침사형 습지를 통과하는 과정에서 부유물질 및 유기물이 제거된 비점오염원과 하천수가 소수력발전장치를 통과하여 내부로 유입되면 용존성 유기물질 및 영양염류를 제거할 수 있도록 지하흐름방식을 적용하기 위한 이중 모듈형 담체가 설치되고, 이중 모듈형 담체 상부에 충진된 다공성 황토 담체는 미생물의 부착 및 갈대, 부들, 노랑꽃창포 등 정수식물의 식재기반으로 사용되며, 하부의 섬유상 담체는 미생물이 부착될 수 있는 공간을 제공하는 지하흐름 습지와;

지하흐름 습지를 통과한 비점오염원과 하천수가 상부로 유입되면 지표흐름 방식에 따라 하부 지표면으로 흐름이 진행되며, 정수식물 및 말즘, 검정말, 대가래와 같은 침수식물이 식재되고 다공성 황토 담체가 충진된 접촉망태가 설치되어 영양염류 및 유기물 등을 제거하는 지표흐름 습지와;

지표흐름 습지를 통과한 비점오염원과 하천수가 내부로 유입되면 갈대, 부들, 미나리 등 정수식물이 식재된 황토 담체층에 의해 유기물 및 영양염류, 중금속등을 흡착 제거하는 수평여과흐름 습지로 구성되는 것을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 하천수 및 하천주위의 공원, 체육시설, 주차장등에서 발생하는 비점오염원을 정화할 수 있는 별도의 하천정화장치를 마련되어 있다. 따라서 하천수 뿐만 아니라 수변지역(하천주위의 공원, 체육시설 등)의 비점오염원을 동시에 제거할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명은 하천정화 효과를 극대화하기 위해 다양한 형태의 습지들을 결합한 복합형 습지 시스템으로 각 시스템별로 다양한 정화식물을 적용하여 정화효율이 뛰어나고, 아울러 정화식물의 식생대 및 미생물을 부착력이 뛰어난 다공성 황토 담체를 적용함으로서 고농도의 유기물질 및 영양염류의 제거효과가 뛰어 날 뿐만 아니라 다공성 황토 담체에 의한 중금속 및 무기물질의 흡착능력이 높아 기존 인공습지의 정화효율을 극대화할 수 있는 장점이 있다.

또한, 소수력발전장치를 설치하여 운영에 필요한 에너지를 얻을 수 있기 때문에 유지관리 비용이 낮을 뿐 아니라, 습지 주변에 설치된 분수대를 통하여 우수한 경관을 제공할 수 있기 때문에 주민들의 훌륭한 친숙공간으로 활용될 수 있다.

도1은 본 발명에 따른 하천정화장치가 하천에 설치된 상태를 나타낸 구성도.
도2는 본 발명에 따른 하천정화장치의 구성도.
도3은 본 발명에 따른 하천정화장치의 단면 구성도.
도4는 본 발명에 따른 침사형 습지의 단면 구성도.
도5는 본 발명에 따른 소수력발전장치 단면 구성도.
도6은 본 발명에 따른 지하흐름 습지의 단면 구성도.
도7은 본 발명에 따른 이중 모듈형 담체의 구성도.
도8은 본 발명에 따른 지표흐름 습지의 단면 구성도.
도9는 본 발명에 따른 수평여과흐름 습지의 단면 구성도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 도1 내지 도2에서와 같이 침사형 습지(100), 소수력발전장치(500), 지하흐름 습지(200), 지표흐름 습지(300), 수평여과흐름 습지(400)를 차례로 거치면서 하천수 오염물질 및 수변지역내 비점오염물질이 정화되게 하고, 미생물 및 식물의 생육에 적합한 환경을 제공하여 정화 효율이 더욱 극대화될 수 있도록 하였다.

침사형 습지(100)는 하천주위의 공원, 체육시설, 주차장등에서 발생되는 비점오염원과 하천수가 처리장치 내부로 유입되면 비점오염원과 하천수에 포함된 토사류 등 침전물질을 침전시켜 제거할 수 있도록 부레옥잠, 개구리밥, 자라풀과 같은 부유 가능한 수생식물(110)이 식재되어 있고, 이들 수생식물(110)의 줄기나 잎, 뿌리등에 호기성 미생물이 부착되어 유기물과 반응하여 BOD를 제거시킨다.

소수력발전장치(500)는 침사형 습지(100)를 거친 하천수가 내부로 유입되면 상기한 하천수에 산소를 공급할 수 있도록 공기공급기(510)를 통하여 수중에서 기포를 발생시키는 산소공급기(520)가 내부에 형성되고, 이 산소공급기(520) 상단에는 폭기시 상부로 부상하는 기포와 수류에 의해 회전하면서 전류를 생산하는 전기발전기(530)가 형성되며, 발전된 에너지는 폭기시 공기공급기(510), 산소공급기(520)의 전력으로 재이용되게 하는 구성을 갖는다.

지하흐름 습지(200)는 소수력발전장치(500)를 통과하면서 산소가 충분히 용해된 비점오염원과 하천수가 내부로 유입되면 용존성 유기물질 및 영양염류를 제거할 수 있도록 지하흐름방식을 적용하기 위한 이중 모듈형 담체(210)가 모듈형태로 제작되어 방부목 또는 스테인레스 스틸 봉으로 제작된 거치대에 카트리지 형태로 다수가 설치된다.

또한, 이중 모듈형 담체(210) 상부에 충진된 다공성 황토 담체(220)는 미생물의 부착력이 뛰어날 뿐만 아니라 원통형 구조로 제작되어 갈대, 부들, 노랑꽃창포 등 정수식물의 뿌리가 쉽게 활착될 수 있어 식재기반으로 사용되고, 하부의 섬유상 담체(230)는 미생물이 부착될 수 있는 공간 및 어류의 은신처를 제공하는 역할을 수행한다.

지표흐름 습지(300)는 지하흐름 습지(200)를 통과한 비점오염원과 하천수가 상부로 유입되면 지표흐름 방식에 따라 하부 지표면으로 흐름이 진행되며, 정수식물 및 말즘, 검정말, 대가래와 같은 침수식물(310)이 식재되고 다공성 황토 담체(220)가 충진된 접촉망태(320)를 일정한 간격을 두고 설치한 후 하천수가 접촉망태(320)와 부딪치는 과정에서 여울이 조성되게 함으로써 하천수내 공기의 공급을 향상시키고, 수생식물 및 접촉망태에 부착된 미생물에 의해 영양염류 및 유기물 등이 제거되도록 하였다.

수평여과흐름 습지(400)는 지표흐름 습지를 통과한 비점오염원과 하천수가 내부로 유입되면 갈대, 부들, 미나리 등 정수식물(410)이 식재된 황토 담체층(420)에 의해 유기물 및 영양염류, 중금속등을 흡착 제거한다.

분수대(600)는 우수한 경관을 제공하며 수중내의 물을 공기중으로 분사하여 수중내의 물이 순환되게 한다. 이때 분사되는 물이 미세하게 퍼지면서 산소의 공급이 원활하게 이루어지기 때문에 수중 생태계 산소농도가 증가되어 더욱 자정작용 및 정화능력을 향상시키게 된다. 이러한 분수대(600)는 수중펌프(도시하지 않음)와 연결되고 이 수중펌프는 소수력발전장치(500)와 전기적으로 연결되어 전력을 공급받도록 구성된다.

상기와 같은 에너지 순환형 하천정화장치의 구성을 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명에 따른 하천정화장치가 하천에 설치된 상태를 나타낸 구성도이고, 도2와 도3은 본 발명에 따른 하천정화장치의 구성도 및 단면구성도이다. 이는 하천주변에 침사형 습지(100), 소수력발전장치(500), 지하흐름 습지(200), 지표흐름 습지(300), 수평여과흐름 습지(400)가 설치되고, 상기한 장치들을 통하여 하천수 및 비점오염원이 유입된 후, 상기의 장치를 차례로 거치면서 정화된 하천수 및 비점오염원이 하천으로 방출되는 상태를 나타내고 있다.

상기와 같은 하천정화장치는 하천의 하도, 둔치, 제방외부지역 등 수변구역 등에 설치할 수 있는데, 특히 대형 수중보가 설치된 하천에 있어서 인공어도 및 수변 공원을 조성하기 위해 설치된 우회하천, 체육시설 및 주차장등이 설치되어 오염물질 및 중금속등 비점오염원이 다량 유입되는 둔치에 설치하는 것이 효과적이다. 또한 오염된 하천수가 대형하천으로 유입되는 것을 방지하기 위해 대형하천으로 유입되는 지천에 설치하는 것이 효과적이다.

유입된 하천수 또는 비점오염원내에 부유물질 및 미세 협잡물을 제거하기 위해 침사형 습지(100)로 유입되고, 침사형 습지(100)에서 부유물질이 제거된 하천수는 지하흐름 습지(200), 지표흐름 습지(300), 수평여과흐름 습지(400)를 차례로 통과하면서 유기물질 및 영양염류, 중금속등이 제거되어 하천으로 자연 방류되는 기본 원리를 갖는다.

도4는 본 발명에 따른 침사형 습지(100)의 단면 구성도로써 하천주위의 공원, 체육시설, 주차장등에서 발생되는 비점오염원과 하천수가 침사형 습지(100) 내부로 유입되면 비점오염원과 하천수에 포함된 토사류 등 침전물질이 습지바닥으로 침전되어 제거된다. 이는 침사형 습지(100)를 본 정화장치에서 가장 우선적으로 적용함으로서 오염부하가 큰 유입수에 대해 후단 시스템의 안정적인 처리기능을 확보하고, 유지관리의 편의성을 제공함을 목적으로 한다.

또한, 본 발명에서는 침사기능 뿐만 아니라 유기물제거 기능을 추가하기 위해 부레옥잠, 개구리밥, 자라풀과 같은 부유 기능을 갖는 수생식물(110)을 식재하고, 이들 수생식물(110)의 줄기나 잎, 뿌리 등에 호기성 미생물이 부착되어 유기물과 반응하여 BOD 제거 효과를 얻을 수 있도록 하였다.

한편, 침사형 습지(100)내 정화능력이 뛰어난 어류(장어, 미꾸라지, 메기 등)등을 넣으면 침사형 습지(100) 하부층에 축적된 오염물질을 섭취하여 오염물질의 부패 등을 방지함으로 장시간 운영에도 안정적인 정화기능을 유지할 수 있을 것이다.

도5는 본 발명에 따른 소수력 발전장치(500)의 구성도를 나타낸 것으로 소수력발전장치는 침사형 습지(100)를 거친 하천수가 내부로 유입되면 상기한 하천수에 산소를 공급할 수 있도록 공기공급기(510)를 통하여 수중에서 기포를 발생시키는 산소공급기(520)와, 상기 산소공급기(520) 상단에 위치하고 폭기시 상부로 부상하는 기포와 수류에 의해 회전하면서 전류를 생산하는 전기발전기(530)로 구성된다.

상기와 같은 소수력발전장치(500)에 의해 발전된 에너지는 폭기시 공기공급기(510), 산소공급기(520), 분수대(600)의 전력으로 재이용될 수 있으며, 상부로 상승되는 공기가 수중에 녹아 하천수의 용존산소 농도를 증가시켜 정화효율을 증가시키는 효과를 얻을 수 있다. 또한 소수력 발전장치(500)는 오염도가 높은 하천에 미생물의 성장에 필요한 산소공급이 요구되는 하천수에 적용이 되며, 오염도가 낮은 하천수의 경우에는 생략할 수 있다.

도6은 본 발명에 따른 지하흐름 습지(200)의 단면 구성도로써 지하흐름 습지(200)는 침사형 습지(100)를 통과한 하천수가 내부로 유입되면 지하흐름방식을 적용하기 위한 이중 모듈형 담체(210)가 설치되고, 상기 이중 모듈형 담체(210)는 운반 및 설치가 용이하도록 모듈형태로 제작되어 방부목 또는 스테인레스 스틸 봉으로 제작된 거치대에 카트리지 형태로 다수가 설치된다.

상기와 같은 이중 모듈형 담체(210)는 도7에서와 같이 상부에 충진된 다공성 황토 담체(220)는 미생물의 부착력이 뛰어날 뿐만 아니라 원통형 구조로 제작되어 미생물 부착 및 갈대, 부들, 노랑꽃창포 등 정수식물의 뿌리가 쉽게 활착될 수 있어 모래, 찰흙층, 바이오매트등과 같은 별도의 식물 기반재 없이 식재기반으로 사용하며, 미세한 섬유질로 제작되어 미생물이 부착될 수 있는 공간 및 치어 등의 은신처를 제공하는 섬유상 담체(230)로 구성되어 있으며, 모듈형태로 구성되어 물의 흐름에 방해가 없어 펌프등 기계장치의 사용없이 자연흐름이 가능하다.

도8은 본 발명에 따른 지표흐름 습지(300)의 단면 구성도로써, 지표흐름 습지는 지하흐름 습지(200)를 통과한 하천수가 상부로 유입되면 침수식물(310)과 다공성 황토 담체(220)에 의해 유기물 및 영양염류를 제거하는 접촉망태(320)가 구비된다. 지표흐름 습지(300)는 침수식물(310)이 식재되고 다공성 황토 담체(220)가 충진된 접촉망태(320)를 하천 상류쪽에 일정한 간격을 두고 설치한 후 물이 접촉망태(320)와 부딪치는 과정에서 여울이 조성되게 함으로써, 여울을 통하여 양서류 등 수생동물의 휴식과 서식이 가능한 여울조성과, 친환경소재로 이루어진 다공성 황토 담체(220)를 이용하여 하천수내의 유기물질 및 중금속을 흡착함은 물론 다공성 황토 담체(220)측에 미생물이 부착 성장되게 하여 자체적으로도 하천정화적용을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 주요 수생식물이 짧은 기간내에 뿌리를 활착 가능하게 함으로써, 수생식물의 서식으로 자연하천과 유사한 풍광을 유지할 수 있다.

도9는 본 발명에 따른 수평여과흐름 습지(400)의 단면 구성도로써, 천연 황토로 제작된 황토 담체층(420)이 충진된 여과모듈이 설치되고 상부에는 정수식물(410)이 식재된 상태에서 지표흐름 습지(300)를 통과한 하천수가 내부로 유입되면 수평흐름형태로 여과되어 저농도 유기물 및 중금속등을 흡착 제거하는 역할을 수행한다. 황토 담체층(420)은 원통형 구조로 제작되어 미생물 부착 및 갈대, 부들, 노랑꽃창포 등 정수식물의 뿌리가 쉽게 활착될 수 있어 모래, 찰흙층, 바이오매트등과 같은 별도의 식물 기반재 없이 식재기반으로 사용이 가능할 뿐만 아니라 공극율이 커 여과시 여과저항이 낮아 펌프 등 기계장치의 사용없이 자연흐름이 가능하다.

상기와 같은 지표흐름 습지(300), 수평여과흐름 습지(400) 전단부에는 정화과정에서 소비되는 산소농도를 공급하고 경관을 고려한 분수대(600)를 각각 설치 사용된다.

여기서, 이중 모듈형 담체(210), 접촉망태(320), 황토 담체층(420)은 수생식물의 뿌리를 지지하는 역할 뿐만 아니라 미생물의 서식공간을 확보하는 미생물 담체의 역할을 수행하여 저농도 유기물뿐만 아니라 중금속등을 흡착하여 제거하는 기능을 한다. 또한 하천수중의 무기물질 및 이온물질 흡착 등 다양한 흡착능력이 있어서 질소와 인 등의 영양물질을 흡착하여 서서히 식물에 의하여 흡수될 수 있도록 유도하고, 흡착된 영양물질을 부착 미생물에 의하여 분해하는 역할을 한다. 이중 모듈형 담체(210) 하부에 설치된 다공성 황토 담체(220)의 경우 미생물 부착력이 뛰어나 고농도의 유기물의 제거에 효과적이며, 담체의 폐색현상이 발생하지 않아 역세척 등이 필요 없어 유지관리가 용이한 특징이 있다.

기존 하천정화에 사용된 담체의 경우 광물질, 플라스틱, 섬유질 등 많은 종류가 있지만 식물의 흡수와 미생물에 의한 정화원리에 입각한 자연환경에 필요한 기반 재료들은 식물의 생육에 전제되어야 하기 때문에 폭넓게 고려되지 못하고 있는 실정이며, 현재 까지 자연정화에 사용되어진 여재는 모래, 자갈, 쇄석, 토양 등으로 매우 제한적이며, 이들의 특성상 효율이 떨어지는 단점이 있다.

본 발명에 사용되어진 정화식물 지지대 역할을 하는 다공성 황토 담체(220)는 황토 및 음식물쓰레기 등 유기성 물질을 혼합하여 제작된 것으로서 보다 상세히 설명하면 황토, 백토, 점토 및 고령토가 각각 일정비율을 이루어 첨가되어 미생물의 친화력을 증대시키면서 부착속도가 증가되어 그만큼 미생물막 형성시간이 단축되는 것과 동시에 일단 형성된 미생물 막은 그 미생물 부착성능이 우수하여 미생물이 박리되어 떨어져 나가는 탈리현상을 방지하게 되며, 높은 기공율과 다공성을 형성하여 하천수 내의 유기물질뿐만 아니라 중금속의 흡착능력이 뛰어나다.

상기 다공성 황토 담체(220)의 형상은 원통형 모양으로 비표면이 클 뿐만 아니라 공극율이 높아 담체의 폐색현상이 발생하지 않아 교체 및 역세 등이 필요하지 않는 효과가 있다.

이와 같이 구성된 본 발명은 하천주위의 공원, 체육시설, 주차장등에서 발생되는 비점오염원과 하천수는 침사형 습지(100) 내부로 유입되고, 침사형 습지(100) 내부로 유입된 하천수 및 비점오염원은 침사형 습지를 통과하면서 부유식물에 의해 유기물 및 영양염류가 제거되고, 비중이 무거운 부유물질은 침전되어 제거된다. 이때 적용된 부유식물로는 부레옥잠, 개구리밥, 부평초, 자라풀 등이 대표적이다.

침사형 습지(100)를 통과하는 과정에서 부유물질이 제거된 비점오염원과 하천수가 지하흐름 습지(200) 내부로 유입되기 전 소수력발전장치(500)를 거치면서 하천수중의 용존산소를 증가시키게 되고, 정수식물이 식재된 이중 모듈형 담체(210)를 통과하면서 용존성 유기물질 및 영양염류가 제거된 후, 지표흐름 습지(300)로 이동된다.

이때 적용된 이중 모듈형 담체(210)는 운반 및 설치가 용이하도록 모듈형태로 제작되어 방부목 또는 스테인레스 스틸 봉으로 제작된 거치대에 카트리지 형태로 다수가 설치되고, 하천의 중심부 또는 가장 자리에 설치가 가능하며, 수심은 크게 1.0m에서 2m 이내로 변화할 수 있다. 이와 같이 수심에 변화를 주는 것은 수중환경을 호기성, 임의성, 혐기성 상태 등 다양하게 적용함으로서 질소제거에 효과를 주기 위함이다. 이는 미생물의 활동성에 따라 유기질소가 암모니아성 질소로 전환되고 다시 아질산성 질소, 질산염으로 전환된다. 이러한 반응이 일어나기 위해서는 충분한 산소가 존재하는 호기성 조건에서 이루어지며, 혐기성 조건에서는 질산성 질소가 아산화 질소로 전환되어 정화식물의 통기조직을 통하여 대기중으로 이동하거나, 질소가스로 전환되어 대기중으로 방출된다.

지하흐름 습지(200)에 적용된 정수식물로는 갈대, 부들, 꽃창포, 줄, 달뿌리풀, 나도겹풀 등이 대표적이다.

비점오염원과 하천수가 지표흐름 습지(300) 상부로 유입되기 전 분수대(600)를 거치면서 하천수중의 용존산소를 증가시키게 되고, 정수식물이 식재된 모듈형 담체(210)를 통과하면서 용존성 유기물질 및 영양염류가 제거된 후, 지표흐름 습지(300)로 이동된다.

지하흐름 습지(200)를 통과한 비점오염원과 하천수가 지표흐름 습지 (300) 내부로 유입되면 침수식물(310)이 식재된 접촉망태(320)를 통과하면서 용존성 유기물질 및 영양염류를 제거한 후, 수평여과흐름 습지(400)로 이동시킨다. 이때 지하흐름 습지(200)의 경우 수심의 변화를 0.5m에서 1m 이하로 수심을 앝게 형성하고 접촉망태(320)에 의해 여울을 조성하여 유속의 흐름에 변화를 주어 난류 형성으로 물과 공기와의 접촉량이 많아지므로 하천수중에 용존산소량이 증가하므로 하천자정작용에도 효과적인 도움이 있는 것이다.

접촉망태(320)의 경우 다공성 황토 담체(220)가 충진되어 있으며, 다공성 황토 담체(220)가 흩어지지 않고 어망형태의 망 자루에 충진해 놓은 상태로 있게 하기위해서는 망의 재질은 마찰력과 내구성이 큰 함성섬유 멀티플라멘크 루프로 제작된다.

사용된 접촉망태(320)의 경우 다공성 황토 담체(220) 내부와 표면에는 수생식물의 자양분이 축적되고, 각 다공성 황토 담체(220)에 형성된 공간을 통하여 수생식물의 뿌리가 짧은 기간 내에 활착되면서 다공성 황토 담체(220) 각각을 결속하게 된다. 따라서 접촉망태(320)에 의해 형성된 여울은 각종 수생식물이나 수생동물에게 쾌적한 서식환경을 제공하므로 자연하천의 풍경과 유사한 여울을 조성하게 되는 것이다.

지표흐름 습지(300)에 적용된 정화식물로는 연꽃, 마름 개연꽃, 노랑어리 연꽃과 같은 부엽식물과, 말즘, 검정말, 대가래와 같은 침수식물(310)이 대표적이다.

비점오염원과 하천수가 수평여과흐름 습지(400) 상부로 유입되면 다시 한번 분수대(600)를 거치면서 하천수중의 용존산소를 증가시키게 되고, 정수식물(410)이 식재된 황토 담체층(420)를 통과하면서 용존성 유기물질, 영양염류 및 중금속등 무기물질을 제거한 후 외부(하천)로 방출시키는 것이다.

100 ; 침사형 습지 110 ; 수생식물
200 ; 지하흐름 습지 210 ; 이중 모듈형 담체
220 ; 다공성 황토 담체 230 ; 섬유상 담체
300 ; 지표흐름 습지 310 ; 침수식물
320 ; 접촉망태 400 ; 수평여과흐름 습지
410 ; 정수식물 420 ; 황토 담체층
500 ; 소수력발전장치 510 ; 공기공급기
520 ; 산소공급기 530 ; 전기발전기
600 ; 분수대

Claims

하천주위에서 발생되는 비점오염원과 하천수가 내부로 유입되면 비점오염원과 하천수에 포함된 침전물질을 침전시켜 제거할 수 있도록 부레옥잠, 개구리밥, 자라풀로 이루어진 수생식물이 식재되어 있고, 이들 수생식물의 줄기나 잎, 뿌리에 호기성 미생물이 부착되어 유기물과 반응 함으로써 BOD가 제거되게 하는 침사형 습지로 이루어진 하천정화장치에 있어서,
상기 침사형 습지를 통과하는 과정에서 부유물질 및 유기물이 제거된 비점오염원과 하천수가 내부로 유입되면 용존성 유기물질 및 영양염류를 제거할 수 있도록 지하흐름방식을 적용하기 위한 이중 모듈형 담체를 내부에 설치하되, 상기 이중 모듈형 담체 상단에는 갈대, 부들, 노랑꽃창포로 이루어진 정수식물의 식재기반으로 사용되는 원통형의 다공성 황토 담체가 형성되고, 하단에는 미세한 섬유질로 제작되어 미생물이 부착될 수 있는 공간 및 치어의 은신처를 제공하는 섬유상 담체가 형성되며 상기 이중 모듈형 담체가 설치 사용될 수 있도록 1.0m~2m의 수심을 갖는 지하흐름 습지와;
상기 지하흐름 습지와 침사형 습지 사이에 소수력 발전장치를 설치한 후, 이 소수력 발전장치는 하천수에 산소를 공급할 수 있도록 공기공급기를 통하여 수중에서 기포를 발생시키는 산소공급기가 내부에 형성되고, 상기 산소공급기 상단에 설치되어 폭기시 상부로 부상하는 기포와 수류에 의해 전류를 생산하는 전기발전기로 형성되어, 발전된 에너지는 폭기시 공기공급기, 산소공급기의 전력으로 재이용되게 하는 것과;
상기 지하흐름 습지를 통과한 비점오염원과 하천수가 상부로 유입되면 지표흐름 방식에 따라 하부 지표면으로 흐름이 진행되며, 정수식물 및 말즘, 검정말, 대가래로 이루어진 침수식물이 식재되고 원통형의 다공성 황토 담채가 충진된 접촉망태가 다수 설치되어 영양염류 및 유기물을 제거하는 지표흐름 습지와;
상기 지표흐름 습지를 통과한 비점오염원과 하천수가 내부로 유입되면 수중내의 물을 공기중으로 분사하여 수중내의 물을 순환시키는 분수대가 한쪽에 설치되고, 다른 한쪽에는 갈대, 부들, 미나리로 이루어진 정수식물이 식재된 황토 담체층이 형성되며, 유기물 및 영양염류, 중금속을 흡착 제거하는 수평여과흐름 습지를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 순환형 하천정화장치.