KR101218767B1 - 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염물질 처리목적의 식생 습지 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리용 친환경 식생 습지시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 도시비점 오염수를 식물체가 심어져 있는 식생층, 섬모상 여재층 및 토양필터층으로 이루어진 불포화대(통기대)를 통과시켜 여과하면서 상기 불포화대에 존재하는 호기성 미생물을 이용하여 호기성 분해반응으로 정화처리하고, 상기 여과, 정화처리된 도시비점 오염수를 굵은 자갈층으로 이루어진 포화대에서 여과하면서 혐기성 분해반응으로 정화처리하는 것을 특징으로 하는 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템에 관한 것이다.

Description

호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염물질 처리목적의 식생 습지 시스템{omitted}
본 발명은 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리용 친환경 식생 습지시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 도시비점 오염수를 식물체가 심어져 있는 식생층, 섬모상 여재층 및 토양필터층으로 이루어진 불포화대(통기대)를 통과시켜 여과하면서 상기 불포화대에 존재하는 호기성 미생물을 이용하여 호기성 분해반응으로 정화처리하고, 상기 여과, 정화처리된 도시비점 오염수를 굵은 자갈층으로 이루어진 포화대에서 여과하면서 혐기성 분해반응으로 정화처리하는 것을 특징으로 하는 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템에 관한 것이다.
수질오염을 유발하는 오염원은 배출지점 및 배출경로의 확인이 가능한 점오염원과 배출지점 등이 불분명한 비점오염원으로 구분될 수 있는데, 점오염원은 오, 폐수를 발생하는 산업시설 등을 들 수 있으며, 비점오염원은 강우의 초기유출을 통하여 유입되는 오염수로서 이러한 비점오염원은 일반적으로 강우 유출에 의하여 발생되기 때문에 일간, 계절간 배출량의 변화가 커서 예측과 정량화가 어려운 특성이 있다.
이중 점오염원으로서, 각종 생활하수와 분뇨정화조에서 나오는 각종 오수(汚水) 및 산업폐수, 축산폐수 등은 환경오염때문에 항시 정수처리를 하여 BOD(생물학적 산소요구량)를 최대한 감소시킨 상태에서 배출하도록 법으로 규제하고 있으며, 이를 위해 각종 하수 및 오·폐수를 배출하는 공장이나 대단위 아파트단지 등에서는 하수 및 오·폐수 정화용 처리장치를 의무적으로 설치하여야 하고, 이를 제대로 정화처리하지 않고 방류하게 되면 심각하게 생태계를 파괴하게 된다.
전술한 하수 및 오·폐수 정화용 처리장치는 종말처리장을 설치해 두고 각 가정에서 배출되는 생활하수를 하수관로로 차집하여 처리하는 대단위 종말처리 시설로 운영되고 있는데, 상기 대단위 종말처리장이 계속 신설·증설된다 하여도 하천, 호수 및 연안의 수질을 쉽게 개선하지 못하고 도리어 악화되는 현상까지 나타나고 있으며, 차집 하수관로를 통한 하수의 누출 그리고 지하수 및 해수가 관로로 유입되어 하수가 안정적으로 처리되지 못하는 문제점이 지적되고 있다.
한편, 현재까지 사용된 하수 및 오·폐수 정화용 처리장치는 미생물에 의해 오염물질이 분해되도록 하는 생물학적 처리공정을 주로 사용하고 있다. 이는 미생물이 하수와 함께 부유하면서 하수 속으로 공급되는 공기중의 산소를 소비하면서 오염물질을 분해하는 활성슬러지 방법으로 알려진 전형적인 부유 생물처리 공정으로서, 운전시 슬러지 팽화현상이 자주 발생하여 잉여 오니가 다량으로 발생되며 부하변동이 큰 경우 대처하기 어렵고, 계속되는 폭기 및 교반으로 유지비가 과다하게 소요되고, 비상정지 등의 돌발사태에 따른 재가동 시간이 장시간 소요되는 등의 문제점이 있다.
상기한 문제점을 극복하기 위하여 동력의 이용을 줄여 유지비를 감소시키고 전문 운전인력을 필요로 하지 않는 자연정화시스템으로 하수 및 오·폐수를 처리하는 공정이 개발되어 왔다.
미국특허 제4,971,690호는 하수 및 오·폐수를 일련의 관을 통하여 지층으로 유도하고, 지층의 상단으로 유도된 하수 및 오·폐수를 지층의 하단으로 흐르며 오염물질이 처리되고, 상기 처리되도록 하며 처리수는 지층의 하단에 설치되어 있는 회수관을 통하여 회수하는 방법이 기술되어 있다.
한국실용신안공보 실1998-0002862호는 하수를 충분히 저수할 수 있는 용적의 대지에 식물체를 심고, 상기 식물체가 심어져 있는 대지의 상층으로부터 하수를 순차적으로 통과시켜 하수를 정화시키고, 상기 정화된 하수를 일정 용적의 대지에 수초가 심어져 있는 수초조로 유입시켜 처리하는 장치가 기술되어 있다.
또한, 한국실용신안등록 제0273571호는 인공습지의 모래 및 자갈 등으로 이루어진 여과재층 상부에 천연섬유매트를 포설하여 식재한 수생식물의 생태적 효율성을 높이고, 상기 여과재층 하부에는 슬러지 인발관을 설치하여 필요시 슬러지를 인발하도록 하며, 상기 여과재층에는 수직방향으로 산기유도관을 설치하고 상기 산기유도관 내에는 폭기장치를 설치하여 산소를 공급하여 인공습지층 내에 선회류를 형성시키는 수생식물과 여과층 및 폭기장치로 구성된 하수 및 오·폐수 처리장치가 기술되어 있다.
그러나, 상기 하수 및 오·폐수 처리장치의 경우 질소 및 인 등을 포함한 폐수 등이 유입될 경우 상기 질소 및 인 등을 제거할 방법이 없기 때문에 하수 및 오·폐수의 성상에 따라 그 적용범위가 제한되어 있으며, 오염원에서 배출되는 하수의 양이 많을 경우 하수를 처리하기 위해 요구되는 대지의 면적이 증가되는 문제점이 있었다.
상기 문제점을 해결하기 위해 한국등록특허 10-0375237호에는 하수가 유입되는 집수조(2), 상기 집수조(2)로 유입된 하수를 충분히 저수할 수 있는 용적을 갖고 상기 하수를 호기성 분위기에서 처리하는 호기성조(20) 및 상기 호기성조(20)의 바닥면 하단으로 혐기성 분위기를 갖는 혐기성조(50)를 구성하고, 상기 호기성조(20)는 바닥과 둘레에 오수가 누출되는 것을 방지하기 위한 제 1 차수막(52)과 그 상부에 소정 높이로 자갈 및 모래를 적층시킨 골재층(31), 상기 골재층(31)의 상부에 심어져 있는 식물체(22), 상기 식물체(22)가 심어져 있는 골재층(31)의 하부로는 골재층(31)을 통과하며 처리된 1차 처리수의 이동경로를 제공하고 상기 골재층(31) 및 식물체(22)에 산소를 공급하기 위해 매설한 적어도 한 개 이상의 수평통기관(26), 상기 수평통기관(26)의 일측에 연결설치되고 그 대향되는 타측은 대기로 개방되어 대기로부터 공기가 유입되는 적어도 한 개 이상의 수직통기관(24), 상기 수평통기관(26)에서 연결설치되어 상기 수평통기관(26) 내부로 차집된 1차 처리수를 혐기성조(50)로 이동시키기 위하여 처리수 유입관(32)으로 구성하고, 상기 혐기성조(50)는 상기 호기성조(20)의 처리수 유입관(32)을 통과한 1차 처리수를 혐기성조(50)로 유도하는 처리수 배출관(36)과 바닥과 둘레에 상기 처리수 배출관(36)으로부터 배출된 1차 처리수가 누출되지 않도록 구비된 제 2 차수막(52'), 상기 처리수 배출관(36)으로부터 유입된 1차 처리수의 흐름경로를 유도하기 위한 격벽(54), 상기 격벽(54)을 따라 이동하며 처리된 2차 처리수를 외부로 배출시키는 방류관(58)으로 구성된 자연친화형 무동력 하수 처리장치 및 하수 처리방법이 공지되어 있다.
그러나, 상기 자연친화형 무동력 하수 처리장치는 호기성조, 혐기성조가 별도로 구성되므로 장치에 소요되는 비용이 과다하게 소요되고, 전문 운전인력이 상기 오·폐수 처리장치에 항상 상주하여야 하는 문제점이 있다.
또한, 비점오염원의 처리시설은 크게 저류에 의하여 오염물질을 저감하는 저류형, 강우 유출의 지하침투를 촉진하는 침투형, 인공습지 및 식생 등을 통하여 처리수내 오염물을 여과 및 분해하는 습지형 등으로 구분될 수 있으며, 이 중 습지형은 오염물의 처리 뿐 아니라 생태환경 및 친수환경의 조성이 가능한 장점이 있다.
종래 습지형 비점오염원 처리시설은 한국공개특허 10-2008-0015136 및 도 1에 개시된 바와 같이 최초 유입수내 고형물을 침전시키는 침전지, 수질정화 기능을 가진 다양한 수생식물이 식재되는 수생식물지, 다양한 수생 동, 식물에게 서식환경을 제공함과 동시에 배출전 저류기능을 수행하는 방류연못으로 구성된 생태정화형 인공습지가 공지되어 있다.
그러나, 상기 습지형 비점오염원 처리시설 역시 질소 및 인 등을 제거할 방법이 없다는 문제점이 있는 바, 따라서, 유기오염물질 및 부영양화 원인물질인 질소와 인까지 효과적으로 제거할 수 있는 습지형 비점오염원 처리시스템 개발이 요구되고 있는 실정이다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 도시비점 오염수를 불포화대(통기대)를 통과시켜 여과하면서 상기 불포화대에 존재하는 호기성 미생물을 이용하여 호기성 분해반응으로 정화처리하고, 상기 여과, 정화처리된 도시비점 오염수를 굵은 자갈층으로 이루어진 포화대에서 여과하면서 혐기성 분해반응으로 정화처리하는 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템을 제공하는 것을 해결하려는 과제로 한다. 또한 비점오염 처리시설은 강우시에만 이용되고 비강우시에는 시설활용이 이용되지 않으므로 인해 발생되는 경제적, 처리효율 등의 문제점을 해결하기 위하여 비강우시에는 다음 강우시까지 처리수를 재순환 시킴으로써 시설 활용성을 증대시켜 효율 및 경제성을 향상시키는 것을 해결하려는 과제로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 초기강우 유출수 또는 도시비점 오염수를 침강, 저류시키는 침강저류조와; 상기 침강저류조로부터 초기강우 유출수 또는 도시비점 오염수를 펌핑하여 식생층에 살수하는 펌핑살수부와; 식물체가 심어져 있는 식생층, 상기 식생층하부로 섬모상 여재층 및 토양필터층으로 이루어진 불포화대(통기대)를 통과시켜 여과하면서 상기 불포화대에 존재하는 호기성 미생물을 이용하여 호기성 분해반응으로 정화처리하고, 상기 여과, 정화처리된 초기강우 유출수 또는 도시비점 오염수를 직경 15~25mm의 굵은 자갈층으로 이루어진 포화대에서 여과하면서 혐기성 분해반응으로 정화처리하는 정화처리조;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템을 과제의 해결 수단으로 한다.
상기 섬모상 여재층의 두께는 20~30㎝, 상기 토양필터층의 두께는 60~80㎝, 상기 굵은 자갈층의 두께는 20~40㎝로 형성되는 것을 특징으로 하는 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템을 과제의 해결 수단으로 한다.
상기 섬모상 여재층은 공극율 95% 이상 및 비표면적 1,000㎡/㎥ 이상인 것을 특징으로 하는 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 상기 섬모상 여재층은 둘레 면에 통공이 다수 형성되고 양단이 개방된 원통형의 외곽체와, 상기 외곽체의 내부로 직교 배치되는 X방향 벽체와 Y방향 벽체, 또는 상기 외곽체의 내부에서 상하로 어긋나게 직교 배치되는 X방향 벽체와 Y방향 벽체, 혹은 상기 외곽체의 내부에서 상하로 어긋나게 2열로 직교 배치되는 X방향 벽체와 Y방향 벽체 중의 어느 하나로 이루어진 교차벽체와, 상기 교차벽체를 타고 직교방향으로 연장되어 루프 형태로 감아 붙여지는 섬모상 여재를 포함하여 구성되는 섬모상여재 메디아 유닛으로 충진된 것임을 특징으로 하는 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템을 과제의 해결 수단으로 한다.
상기 토양필터층은 자연여과흡착 및 미생물 분해가 일어나면서 정화가 진행되도록 공극율 60~70%의 다공질을 이루는 골재와, 상기 골재에 침투되거나 표면상에 코팅되는 미세분말로 이루어지되, 상기 골재는 바텀애쉬로 이루어지고, 상기 미세분말은 상기 골재상에 침투되어 공극을 채우거나 외부표면에 코팅되는 것으로서, 황토 및 마사토 중 선택된 어느 하나의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 상기 골재의 입자크기는 5~7㎜이며, 상기 미세분말의 입자크기는 0.5~1㎜인 것을 사용하고, 상기 골재 및 미세분말의 부피 배합비는 골재 30~50%, 미세분말 50~70%로 혼합사용하는 것을 특징으로 하는 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템을 과제의 해결 수단으로 한다.
상기 포화대는 굵은 자갈층 공극이 모두 물로 채워져 있는 것을 특징으로 하는 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 상기 포화대의 굵은 자갈층 높이의 수위를 조절하기 위한 포화대 수위조절장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 유입수가 발생되지 않는 비강우시에는 상기 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템으로부터 배출된 정화처리수를 상기 식물체가 심어져 있는 식생층으로 펌핑살수하는 재순환장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템을 과제의 해결 수단으로 한다.
본 발명에 따른 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템은 간단한 구조이면서 호기성 및 혐기성 분해반응이 동시에 일어나므로 도시비점 오염수에 포함되어 있는 유기오염물질 뿐만 아니라 부영양화 원인물질인 질소와 인까지 효과적으로 제거할 수 있는 획기적인 효과가 있다.
도 1은 종래의 생태정화형 인공습지 종단면도
도 2는 본 발명에 따른 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템 구성도
도 3은 본 발명의 섬모상 여재 메디아 유닛 절개 사시도.
도 4는 본 발명의 다른 섬모상 여재 메디아 유닛 절개 사시도.
도 5는 본 발명의 또다른 섬모상 여재 메디아 유닛 절개 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 토양필터층을 나타낸 부분확대단면도.
본 발명은 초기강우 유출수 또는 도시비점 오염수를 침강, 저류시키는 침강저류조와; 상기 침강저류조로부터 초기강우 유출수 또는 도시비점 오염수를 펌핑하여 식생층에 살수하는 펌핑살수부와; 식물체가 심어져 있는 식생층, 상기 식생층하부로 섬모상 여재층 및 토양필터층으로 이루어진 불포화대(통기대)를 통과시켜 여과하면서 상기 불포화대에 존재하는 호기성 미생물을 이용하여 호기성 분해반응으로 정화처리하고, 상기 여과, 정화처리된 초기강우 유출수 또는 도시비점 오염수를 직경 15~25mm의 굵은 자갈층으로 이루어진 포화대에서 여과하면서 혐기성 분해반응으로 정화처리하는 정화처리조;를 포함하여 구성되는 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 섬모상 여재층의 두께는 20~30㎝, 상기 토양필터층의 두께는 60~80㎝, 상기 굵은 자갈층의 두께는 20~40㎝로 형성되는 것을 특징으로 하는 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 섬모상 여재층은 공극율 95% 이상 및 비표면적 1,000㎡/㎥ 이상인 것을 특징으로 하는 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 상기 섬모상 여재층은 둘레 면에 통공이 다수 형성되고 양단이 개방된 원통형의 외곽체와, 상기 외곽체의 내부로 직교 배치되는 X방향 벽체와 Y방향 벽체, 또는 상기 외곽체의 내부에서 상하로 어긋나게 직교 배치되는 X방향 벽체와 Y방향 벽체, 혹은 상기 외곽체의 내부에서 상하로 어긋나게 2열로 직교 배치되는 X방향 벽체와 Y방향 벽체 중의 어느 하나로 이루어진 교차벽체와, 상기 교차벽체를 타고 직교방향으로 연장되어 루프 형태로 감아 붙여지는 섬모상 여재를 포함하여 구성되는 섬모상여재 메디아 유닛으로 충진된 것임을 특징으로 하는 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 토양필터층은 자연여과흡착 및 미생물 분해가 일어나면서 정화가 진행되도록 공극율 60~70%의 다공질을 이루는 골재와, 상기 골재에 침투되거나 표면상에 코팅되는 미세분말로 이루어지되, 상기 골재는 바텀애쉬로 이루어지고, 상기 미세분말은 상기 골재상에 침투되어 공극을 채우거나 외부표면에 코팅되는 것으로서, 황토 및 마사토 중 선택된 어느 하나의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 상기 골재의 입자크기는 5~7㎜이며, 상기 미세분말의 입자크기는 0.5~1㎜인 것을 사용하고, 상기 골재 및 미세분말의 부피 배합비는 골재 30~50%, 미세분말 50~70%로 혼합사용하는 것을 특징으로 하는 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 포화대는 굵은 자갈층 공극이 모두 물로 채워져 있는 것을 특징으로 하는 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 상기 포화대의 굵은 자갈층 높이의 수위를 조절하기 위한 포화대 수위조절장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 유입수가 발생되지 않는 비강우시에는 상기 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템으로부터 배출된 정화처리수를 상기 식물체가 심어져 있는 식생층으로 펌핑살수하는 재순환장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템을 기술구성의 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 통하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 2를 참조하면, 우선, 본 발명은 침강저류조(101), 펌핑살수부(102), 정화처리조(103)로 구성되는 바, 침강저류조(101)는 초기강우 유출수 또는 도시비점 오염수를 침강, 저류시키고, 펌핑살수부(102)는 상기 침강저류조로부터 초기강우 유출수 또는 도시비점 오염수를 펌핑하여 식생층에 살수하는 기능을 한다.
상기 정화처리조(103)는 식생층(104), 섬모상 여재층(105), 토양필터층(106)으로 이루어진 불포화대(통기대)와 상기 토양필터층(106) 하부에 직경 15~25mm의 굵은 자갈층(107)으로 이루어진 포화대로 구성된다.
상기 식생층(104)은 정화처리조 최상부에 성장이 가능한 식생을 식재한 것으로 식물 성장에 따른 오염물질 제거와 조경효과를 달성할 수 있다. 상기 식생으로는 육상식물 또는 수생식물이 될 수 있으며, 건조하거나 습한 환경에 모두 적응할 수 있고 유해물질에 대한 내성이 강하며 성장속도가 적당한 상록수에 해당하는 종이 바람직하다.
이와 같은 식생은 성장 과정에서 뿌리를 통해 섬모상 여재층 및 토양필터층 내의 암모니아성 질소, 질산성 질소, 인산염 등의 영양염류를 흡수하고, 표면 미생물의 대사활동을 통해 오염물질을 생물학적으로 분해하는 역할을 하는 식물이라면 어느 것을 사용하여도 무방하며, 바람직하게는 갈대, 왕골랭이 등이 좋다.
한편, 상기 섬모상 여재층(105)은 두께 20~30㎝로 형성되고, 공극율 95% 이상 및 비표면적 1,000㎡/㎥ 이상인 섬모상 여재를 사용한다.
특히, 상기 섬모상 여재층은 도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 둘레 면에 통공(4)이 다수 형성되고 양단이 개방된 원통형의 외곽체(2)와, 상기 외곽체의 내부로 직교 배치되는 X방향 벽체(6a)와 Y방향 벽체(6b), 또는 상기 외곽체의 내부에서 상하로 어긋나게 직교 배치되는 X방향 벽체(6a)와 Y방향 벽체(6b), 혹은 상기 외곽체의 내부에서 상하로 어긋나게 2열로 직교 배치되는 X방향 벽체(6a)와 Y방향 벽체(6b) 중의 어느 하나로 이루어진 교차벽체(6)와, 상기 교차벽체를 타고 직교방향으로 연장되어 루프 형태로 감아 붙여지는 섬모상 여재(8)를 포함하여 구성되는 섬모상 여재 메디아 유닛으로 충진하는 것이 바람직하다.
상술한 섬모상 여재 메디아 유닛은 원통형의 외곽체가 내측의 메디아를 감싸 보호하여 주는 구조이므로 외력에 의한 메디아의 손상을 완벽하게 방지하여 주며, 상기 외곽체는 내부가 교차벽체로 지탱되기 때문에 구조가 보강되어 변형되거나 파손되지 않는다.
또한, 상기 교차벽체에 의해 메디아의 총 연장은 실질적으로 길어지게 되고, 이에 따라 미생물의 활착이 충분하게 되며, 메디아는 직교벽체를 따라 직교 방향으로 연장되면서 얼기설기 엮여진 형태로 설치되기 때문에 오염수가 유통될 수 있는 공간을 충분히 포함하게 되어 오염수 처리 효율이 높아진다.
상기 토양필터층(106)은 자연여과흡착 및 미생물 분해가 일어나면서 정화가 진행되도록 통기성 및 통수성이 우수한, 공극율 60~70%를 유지하는 것을 사용하며, 이는 막힘문제를 최소화하고, 오염물질의 흡착과 미생물이 증식할 수 있는 지지대의 기능을 수행한다. 그 구성을 좀더 구체적으로 설명하면, 상기 토양필터층(106)은 도 6에 나타낸 바와 같이, 광물로서 다공질을 이루는 골재(141)와, 상기 골재(141)에 침투되거나 표면상에 코팅되는 미세분말층(143)으로 이루어진다. 상기 골재(141)는 통기성 및 통수성이 우수하면서도 경량인 바텀애쉬를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 바텀애쉬는 석탄을 연소할 때 발생하는 미세한 입자인 소성패각분말로 석탄회 중 하나이며, 연소실 하부에서 덩어리모양의 괴상으로 발생량 중에 10~25%를 차지한다. 이러한, 바텀애쉬는 취약한 활성탄이 없으므로 대부분이 매립하여 폐기처리하고 있지만, 바텀애쉬는 가벼우면서도 우수한 통기성 및 통수성을 가지고 있다.
상기 골재(141)를 바텀애쉬로 구성하게 되면, 폐자원을 재활용하여 천연자원의 소비를 최소화하므로 환경을 보존함과 동시에 부족한 매립지 문제를 해결하고, 오염된 수질을 정화하는 것이 가능하다.
상기 미세분말층(143)은 상기 골재(141)상에 침투되어 공극을 채우거나 외부표면에 코팅되는 것으로서, 황토 및 마사토 중 선택된 어느 하나를 사용한다.
황토는 반건조지역에 가장 넓게 분포되어 있으며 지구지표면의 10%를 덮고 있는 풍부한 천연자연으로서, 철분, 마그네슘, 나트륨, 실리카, 칼리, 석회, 알루미나 등의 화학조성물과, 석영, 운모, 탄산염광물, 인회석, 규선석 등과 같은 중광물로 형성된다.
상기 미세분말층(143)을 이루는 황토는 소립자광물로 활성표면적이 매우 큰 미립성을 갖으며, 2대1 격자형 점토광물의 결정단위를 이루어 이온교환성(황토의 결정단위 사이에 양이온 성분이 외부의 양이온과 교환하는 성질) 및 흡착성(다른 물질에 잘 흡착하는 성질) 등의 특성으로 인해 오염물질을 정화할 수 있게 된다.
또한, 황토는 미세한 벌집구조와 양쪽 공극률을 이루어 수많은 에너지를 저장하고, 상온에서는 지속적으로 원적외선 에너지를 방출하여 유해물질을 무해물질로 정화할 수 있을 뿐만 아니라, 황토 한 스푼에는 약 2억 마리의 미생물이 살고 있어 다양한 효소들이 순환작용을 일으켜 오염수를 정화하는 성분으로 사용하는 것은 바람직하다.
또한, 상기 미세분말층(143)으로 마사토를 사용할 수 있는데, 마사토는 화강암이 풍화되어 생성된 흙으로 ‘화강토’로도 불리며, 배수성 및 통기성이 매우 우수하다.
상기 골재(141)의 입자크기는 5~7㎜이며, 상기 미세분말층(143)의 입자크기는 0.5~1㎜인 것을 사용하고, 상기 골재(141) 및 미세분말층(143)의 부피 배합비는 골재(141) 30~50%, 미세분말층(143) 50~70%로 혼합사용하여 형성된다.
상기 포화대는 직경 15~25mm의 굵은 자갈층(107)의 공극이 모두 물로 채워져 있는 혐기성층으로 상기 토양필터층(106)에서 여과, 정화처리된 초기강우 유출수 또는 도시비점 오염수를 혐기성 분해반응으로 정화처리함과 동시에 최종적인 여과처리를 하게 된다.
상기 불포화대 및 포화대의 정화처리과정을 설명하면, 오염수는 섬모상 여재층(105) 및 토양필터층(106)을 순차적으로 통과하며 오염수에 포함되어 있는 부유물질을 제거하고, 상기 오염수에 포함되어 있는 유기오염물질은 상기 섬모상 여재층(105) 및 토양필터층(106)에 존재하는 미생물 및 식물체의 뿌리에 부착되어 있는 미생물에 의해 산화분해된다.
특히, 오염수 중 암모니아성 질소는 섬모상 여재층(105) 및 토양필터층(106) 및 식물체의 뿌리에 서식하는 질산화 박테리아 등에 의하여 호기성 조건에서 암모니아성 질소(NH4 +)가 질산성질소(NO3 -)로 질산화[NH4 + + 3/2O2 → NO2 - + 2H+ + H2O → NO2 - + 1/2O2 → NO3 -]되고, 인 성분의 경우, 일정량은 미생물이나 식물체로 섭취되지만 대부분은 상기 섬모상 여재층(105) 및 토양필터층(106)에 존재하는 Ca2 +, Mg2 +, Al3+ 및 Fe3 + 등의 양이온과 결합하여 불용성 화합물을 형성함으로써 제거된다.
또한, 공극이 모두 물로 채워져 있는 굵은 자갈층(107)에서 혐기성 분해, 즉 질산성 질소(NO3-)가 질소 GAS(N2)화되는 탈질반응[2NO3 - + 2(H2) → 2NO2 - + 2H2O → 2NO2 - + 3(H2) → N2↑ + 2OH- + 2H2O]으로 질소로 전환되어 제거된다.
따라서, 본 발명에서는 상기 식물체의 뿌리에서 성장하는 미생물에 의하여 오염수에 포함되어 있는 유기성 오염물질이 미생물에 의해 섭취/분해되고, 섬모상 여재층(105) 및 필터토양층(106)으로 오염수가 순차적으로 유입되기 때문에 오염수가 균일하게 분포되며, 미생물에 의한 오염물질의 분해가 진행되어 필터토양층의 공극을 확보하여 통기성을 유지하게 된다.
또한, 본 발명은 상기 포화대의 혐기조건을 유지하기 위하여 굵은 자갈층 높이의 수위를 조절하기 위한 포화대 수위조절장치(108)를 더 포함하는데, 이러한 수위조절장치는 널리 사용되고 있는 것이므로 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명은 상기 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템으로부터 배출된 정화처리수를 상기 식물체가 심어져 있는 식생층으로 리사이클하여 펌핑살수하는 재순환장치(109)를 더 포함하는데, 이는 비강우시에는 오염수 유입이 없으므로 다음 강우시까지 처리수를 연속적으로 리사이클함으로써 처리효율증대로 인한 경제성 확대, 경관성 향상 및 습지식생을 성숙, 유지하기 위한 것이다.
이상과 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
101 : 침강저류조 102 : 펌핑살수부 103 : 정화처리조
104 : 식생층 105 : 섬모상 여재층 106 : 토양필터층
107 : 굵은 자갈층 108 : 수위조절장치 109 : 재순환장치

Claims (9)

  1. 초기강우 유출수 또는 도시비점 오염수를 침강, 저류시키는 침강저류조와;
    상기 침강저류조로부터 초기강우 유출수 또는 도시비점 오염수를 펌핑하여 식생층에 살수하는 펌핑살수부와;
    식물체가 심어져 있는 식생층, 상기 식생층하부로 섬모상 여재층 및 토양필터층으로 이루어진 불포화대(통기대)를 통과시켜 여과하면서 상기 불포화대에 존재하는 호기성 미생물을 이용하여 호기성 분해반응으로 정화처리하고, 상기 여과, 정화처리된 초기강우 유출수 또는 도시비점 오염수를 직경 15~25mm의 굵은 자갈층으로 이루어진 포화대에서 여과하면서 혐기성 분해반응으로 정화처리하는 정화처리조;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템
  2. 제1항에 있어서,
    상기 섬모상 여재층의 두께는 20~30㎝, 상기 토양필터층의 두께는 60~80㎝, 상기 굵은 자갈층의 두께는 20~40㎝로 형성되는 것을 특징으로 하는 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템
  3. 제1항에 있어서,
    상기 섬모상 여재층은 공극율 95% 이상 및 비표면적 1,000㎡/㎥ 이상인 것을 특징으로 하는 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템
  4. 제1항에 있어서,
    상기 섬모상 여재층은 둘레 면에 통공이 다수 형성되고 양단이 개방된 원통형의 외곽체와, 상기 외곽체의 내부로 직교 배치되는 X방향 벽체와 Y방향 벽체, 또는 상기 외곽체의 내부에서 상하로 어긋나게 직교 배치되는 X방향 벽체와 Y방향 벽체, 혹은 상기 외곽체의 내부에서 상하로 어긋나게 2열로 직교 배치되는 X방향 벽체와 Y방향 벽체 중의 어느 하나로 이루어진 교차벽체와, 상기 교차벽체를 타고 직교방향으로 연장되어 루프 형태로 감아 붙여지는 섬모상 여재를 포함하여 구성되는 섬모상여재 메디아 유닛으로 충진된 것임을 특징으로 하는 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템
  5. 제1항에 있어서,
    상기 토양필터층은 자연여과흡착 및 미생물 분해가 일어나면서 정화가 진행되도록 공극율 60~70%의 다공질을 이루는 골재와, 상기 골재에 침투되거나 표면상에 코팅되는 미세분말로 이루어지되, 상기 골재는 바텀애쉬로 이루어지고, 상기 미세분말은 상기 골재상에 침투되어 공극을 채우거나 외부표면에 코팅되는 것으로서, 황토 및 마사토 중 선택된 어느 하나의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템
  6. 제5항에 있어서,
    상기 골재의 입자크기는 5~7㎜이며, 상기 미세분말의 입자크기는 0.5~1㎜인 것을 사용하고, 상기 골재 및 미세분말의 부피 배합비는 골재 30~50%, 미세분말 50~70%로 혼합사용하는 것을 특징으로 하는 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템
  7. 제1항에 있어서,
    상기 포화대는 굵은 자갈층 공극이 모두 물로 채워져 있는 것을 특징으로 하는 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템
  8. 제7항에 있어서,
    상기 포화대의 굵은 자갈층 높이의 수위를 조절하기 위한 포화대 수위조절장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템
  9. 제1항에 있어서,
    상기 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템으로부터 배출된 정화처리수를 비강우시에 상기 식물체가 심어져 있는 식생층으로 펌핑살수하는 재순환장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 호기성 및 혐기성 분해반응을 통한 도시비점 오염수 정화처리 친환경 식생습지시스템
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