KR101218769B1 - 생태도랑을 이용한 도시비점오염물질 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 빗물이 도로, 주차장 등을 흐르면서 노면에 퇴적된 비점오염물질을 함유하게 된 초기빗물을 정화하는 도시비점오염물질 처리시설에 관한 것으로서, 특히 미생물 처리, 여과를 통해 초기빗물로부터 비점오염물질을 완전히 제거,분리해낼 수 있는 생태도랑을 이용한 도시비점오염물질 처리장치에 관한 것이다.
본 발명의 구성은 초기빗물 비점오염물질 처리장치에 있어서, 햇빛 및 공기가 통과할 수 있도록 하여 식생식물(잔디, 미나리, 클로버 등)이 성장할 수 있도록 하고, 비점오염물질 처리를 위한 토양층, 식생식물 및 처리장치 본체를 보호하는 상부보호 그레이팅과; 콘크리트 또는 합성수지체로 구성되고 도시비점오염물질 처리장치 구조체를 형성하는 처리장치 본체와; 처리장치 본체 내부에 처리장치 본체 길이방향으로 형성된 인공도랑과, 상기 인공도랑 내부 저면에 인공도랑 길이방향을 따라 터널형으로 형성된 여과유출로와, 상기 여과 유출로 상부에 마사토 및 화산석으로 채워지고 여과흡착 및 미생물 분해가 일어나는 필터토양층과, 상기 필터토양층에 식생식물이 식재된 식재부를 포함하여 구성된 생태도랑과; 상기 생태도랑 일측으로 길이방향으로 형성되고, 비점오염물질이 포함된 초기빗물은 상기 생태도랑으로 안내되고, 초기빗물 후의 빗물은 Over Flow되도록 상기 식재부 상단보다 높은 높이의 월류벽과; 상기 월류벽 하단부에 형성되고 상기 생태도랑의 여과유출로와 연통되어 정화된 처리수가 유출되는 처리수 유출구와; 상기 월류벽에 의해 길이방향으로 구획되고, 비점오염물질이 포함된 초기빗물이 상기 생태도랑에 의해 정화처리된 처리수가 하부로 유출되고 초기빗물 후의 빗물은 상기 생태도랑 상부로부터 Over Flow되어 방류되도록 하는 처리수 방류로;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 생태도랑을 이용한 도시비점오염물질 처리장치를 구성의 특징으로 한다.

Description

생태도랑을 이용한 도시비점오염물질 처리장치{omitted}

본 발명은 빗물이 도로, 주차장 등을 흐르면서 노면에 퇴적된 비점오염물질을 함유하게 된 초기빗물을 정화하는 도시비점오염물질 처리시설에 관한 것으로서, 특히 미생물 처리, 여과를 통해 초기빗물로부터 비점오염물질을 완전히 제거,분리해낼 수 있는 생태도랑을 이용한 도시비점오염물질 처리장치에 관한 것이다.

비점오염원(非點汚染源)이라 함은 도시, 도로, 농지, 산지, 공사장 등으로서 불특정장소에서 불특정하게 수질오염물질을 배출하는 배출원을 말한다. (수질 및 수생태계 보전에 관한 법률 제2조제2호)

점오염원(點汚染源)은 오염물질의 유출경로가 명확하여 수집이 쉽고, 계절에 따른 영향이 상대적으로 적은 만큼 연중 발생량 예측이 가능하여 관거 및 처리장 등 처리시설(예 : 수질 및 수생태계 보전에 관한 법률상 공장, 사업장 등의 폐수배출시설)의 설계와 유지/관리가 용이하지만, 반면 비점오염원(非點汚染源)은 오염물질의 유출 및 배출 경로가 명확하게 구분되지 않아 수집이 어렵고 발생량/배출량이 강수량 등 기상조건에 크게 좌우되므로 처리시설의 설계 및 유지관리가 어렵다.

즉, 점오염원과 비점오염원은 상대적 개념으로서, 공장을 예로 들면 관거를 통해 수집되어 수질오염방지시설을 통해 처리되는 공장폐수를 배출하는 공정시설은 점오염원인데 반해, 그 외 처리를 거치지 않고 하천으로 유입되는 강우유출수를 배출하는 야적장 등 공장 부지(敷地)는 비점오염원이다.

이러한 비점오염원중에서 도시비점오염물질에는 빗물에 섞인 대기오염물질, 도로 노면의 퇴적물, 합류식 하수관거에서 강우시 설계량을 초과하여 하천으로 흘러드는 오수/하수와 빗물의 혼합수 등이 있으며, 상기 비점오염원의 주요 오염물질의 종류를 살펴 보면 다음과 같다.

(1) 토사(Sediment)

토사에는 영양물질, 금속, 탄화수소 등을 비롯한 다른 오염물질이 흡착되어 같이 이동하며, 강우유출수의 많은 부분을 차지하는 오염물질로서 수생생물의 광합성, 호흡, 성장, 생식에 장애를 일으켜 치명적인 영향을 미친다.

(2) 영양물질(Nutrients)

질소,인과 같은 영양물질은 비료로 사용되는데, 종종 빗물에 의해 유출되어 조류의 성장을 촉진함으로써 하천,호소의 수질을 악화시키며, 주택 및 골프장의 잔디밭이나 도시노면 및 하수도에서 유출되어 하천으로 유입된다.

(3) 박테리아와 바이러스(Bacteria & Viruses)

동물의 배설물과 하수도에서 월류된 배출수에서 많이 검출되며 미국에서는 강우유출수에 포함된 고농도의 박테리아와 바이러스로 인하여 하천,호소가 오염되어 폐쇄의 원인이 된 사례도 있다.

(4) 기름과 그리스(Oil & Grease)

기름과 그리스는 적은 양으로도 수생 생물에 치명적일 수 있으며, 누출이나 차량전복 등 사고, 차량 세척, 폐기름의 무단 투기 과정에서 오염이 발생한다.

(5) 금속(Metals)

납, 아연, 카드뮴, 구리, 니켈 등 중금속은 도시지역 강우유출수에서 흔히 검출되는 물질이며, 하천으로 유입되는 총금속물질량 중 50% 이상이 토사를 매개체로 하여 배출되는데, 금속물질은 수생태계에 치명적이며 생물농축이 일어나고 음용수 오염의 가능성이 있으므로 특별한 관리가 요구된다.

(6) 유기물질(Organics)

도시주거지역 등 광범위한 장소에서 유출되며, 특히 합류식 관거에서는 평소 하수관거를 약한 유속으로 흐르는 오수,하수에 포함되어 있던 유기물질이 관거 바닥에 침전되어 있다가 강우시 일시에 배출되기도 하는데, 공업지역에서는 접착제, 세척제, 용제(溶劑) 등의 인공적인 유기 화합물이 광범위하게 사용되고, 부적절하게 저장되며 폐기되는 과정에서 발생한다.

(7) 협잡물(Gross Pollutants)

건축공사장 및 사업장 등에서 발생하는 쓰레기, 잔재물, 부유물 등에는 중금속, 살충제, 박테리아 등이 포함될 수 있으며, 낙엽이나 잔디를 깎은 잔재물, 동물의 배설물, 투기된 쓰레기 등은 박테리아, 바이러스 등을 하천,호소로 운반하는 매개체가 되며 용존산소를 감소시켜 어류폐사의 원인이 되기도 한다.

이와 같이, 비점오염원은 강우와 더불어 유출되는 토사 등 부유물질, 질소/인 등 영양염류, 고농도의 중금속 등의 오염물질은 수집,처리가 어려워 특별한 처리 없이 바로 하천으로 유입됨으로써 수질을 오염시키고, 이에 따라 물고기가 집단폐사하거나 저서생물의 서식처를 파괴되어 수생태계가 교란되며, 아울러, 토지개발로 인해 불투수층이 증가하면 강우시 토양으로 흡수되거나 증발되지 않고 하천으로 배출되는 빗물의 양이 증가하여 홍수의 위험이 높아지고 지하수 함양이 줄어들어 평시에 하천의 건천화(乾川化)를 유발하는 요인이 되기도 한다.

이러한 비점오염원을 처리하기 위한 종래의 기술로는 저류시설, 인공습지, 침투시설, 식생형시설등의 자연형시설과 여과형시설, 와류형시설, 스크린형시설의 장치형시설이 있다.

저류조의 경우 여름에 집중호우가 내리면 대규모의 토지나 장치가 필요하게 되고 처리되지 않는 물이 계속 유지될 경우 파리나 모기 등의 해충이 발생하게 되므로 위생학적인 문제점이 발생하게 된다.

침투형은 공사중 발생하는 토사나 부유물질이 유입되어 공극의 막힘 현상이 발생하게 되고 식생형은 일정규모이상의 토지가 요구되고 식생을 유지하기 위한 조건이 필요하나 우리나라처럼 4계절을 가지고 있는 경우에는 어려움이 있다.

장치형 시설은 수처리중심으로 설계 및 시공이 되어 야생동식물의 서식처 제공과 환경교육, 경관적인 측면을 소홀히 하였다는 단점이 있다.

최근에는 하수관거가 분류관으로 되어있어 우수 시에 유출되는 비점오염원에 대한 처리가 요구되어 개발시와 우수 시에 발생하는 비점오염물질을 제거하기 방법 및 장치에 관한 기술들이 다양하게 개발되고 있다.

한국등록특허 806564호에는 유입되는 오염수에 포함되어 있는 오염물질을 저감시킬 수 있도록 수조몸체로 이루어진 처리시설로서, 수조몸체의 폭방향으로 설치되는 침강장치를 구비하되, 침강장치는 수조몸체의 바닥면과 이격높이를 두면서, 수직상태로 배치되는 적어도 하나 이상의 침사판을 포함하며, 침강장치는 침사판이 2열로 배치되어 앞에 위치하는 1열 침사판과 바로 뒤에 위치하는 2열 침사판으로 이루어지되, 1열 침사판 및 2열 침사판들이 각각 이루는 이격폭이 서로 엇갈리게 배열된 비점오염원 처리시설이 개발되었다.

한국등록실용신안 426715호에는 내부가 중공인 탱크인 침전조 내에서 협잡물 걸름망에 의해 협잡물이 걸러진 초기우수 유출수가 저류조내로 유입되어 초기우수 유출수를 저류시키면서 초기우수 유출수에 함유된 각종 슬러지를 침전시키고, 내부가 중공인 투명한 박스형상으로서 내부중공에 담체가 충진되고 하면부에 하나 이상의 관결합구를 갖는 담체함을 포함하는 정화장치가 침전조 보다 낮은 위치에 설치되며, 침전조의 저류조 상부와 연통되게 연결되어 저류조내에서 침전처리된 초기우수 유출수를 담체함내로 유입시켜 비점오염원에 의한 초기우수의 유출수를 정화처리하는 비점오염원 초기우수 유출수 정화처리장치가 공지되어 있다.

또한, 한국등록특허 제883436호에는 비점오염원에서 발생하는 낙석, 자갈, 부유물질뿐만 아니라 유기물질, 질소나 인 등의 비점오염물질을 정화하여 하천으로 흘려 보냄으로써 비점오염물질로 인한 수질오염의 방지를 통해 정수장에 유입되는 유기물질 부하를 줄일 수 있는 비점오염원 처리장치로서, 유입되는 우수 중의 이물질을 비중의 차이에 의해 분리하는 침전부와, 침전부로부터 유출되는 우수 중의 유기물을 제거하는 제 1생물막 처리부와, 제 1생물막 처리부로부터 유출되는 우수 중의 질소 및 인을 제거하는 제 2생물막 처리부를 구비하는 생물막을 이용한 비점오염원 처리장치가 개발되어 있다.

또한, 한국등록특허 제912458호에는 우수의 흐름을 U자형으로 유도하여 유출시키는 제1침강조(110)와; 상기 제1침강조(110)의 외부에서 상기 제1침강조(110)로 우수가 흘러들어오는 측벽 상부의 유수구멍에 맞추어 설치되며, 상기 우수에 포함된 기름 성분을 흡착시키고 걸러내는 제1필터부재(120)와; 상기 유출수 정화처리시스템을 조성하고자 하는 지역의 하방으로 일정 크기의 수용공간을 파내 원지반을 다진 후 잡석다짐을 하고, 상기 조성한 수용공간의 바닥과 측벽을 다공성 재질에 의해 일정두께의 다공성 침조 구조로 형성하며, 상기 수용공간 내측의 하부와 측벽은 슬러지를 침강시키기 위해 여과부재(105)를 덧대인 상태로 형성되어, 우수의 흐름을 U자형으로 유도하여 유출시키는 제2침강조(130)와; 상기 제1침강조(110)에서 상기 제2침강조(130)로 우수가 흘러들어오는 측벽 상부의 유수구멍에 맞추어 설치되며, 상기 우수에 포함된 기름 성분을 흡착시키고 걸러내는 제2필터부재(140)와; 하방으로의 우수 흐름을 U자형으로 유도하기 위해 중심을 가로지르도록 수직으로 일정깊이로 막는 상태로 형성되어, 상기 제1침강조(110) 및 제2침강조(130) 상부에 각각 씌워지도록 덮는 덮개(150)와; 상대적으로 낮아 상기 제2침강조로부터 우수가 유출되는 부분에서의 상기 유출수 정화처리시스템을 조성하고자 하는 지역의 하방을 자연식생 저수구조로 완만하게 파내 기초를 다진 후, 상기 다진 기초의 상부를 식물종자나 근경의 식물종자층이 포함된 여과부재(105')를 덧대인 상태로 여과부재부에 초화류를 식생시키므로써 상기 제2침강조(130)로부터의 우수를 저수하고 저류로 흘리면서 생태적으로 정화시키는 생태정화조를 포함하여 구성되는 비점오염원 유출수정화처리시스템이 공지되어 있다.

뿐만 아니라, 이 외에도, 한국등록특허 제 0779513호의 초기우수 정화처리장치, 제 561092호의 초기유출수의 비점오염물 정화장치 등과 같이 다양한 기술들이 알려져 있으나 대부분은 침전, 여과와 같이 물리적 처리방법으로 한정되어 있어 우수 중에 함유된 각종 유기물은 완전 제거할 수 없다는 문제점이 있으며, 일부 기술들은 장치형과 자연형의 결합으로서 시공비가 과다한 단점이 있다.

또한, 종래의 비점오염물질 처리장치는 강우 시에 집수 되는 초기 빗물을 침전, 여과 등으로 정화하는 기술을 보여주고 있으나, 그와 같은 구조는 설비의 체적이 커야만 소기의 여과 효율이 보장되는 것이므로 도로변, 주차장 등에 배치하기가 쉽지 않고, 게다가 대부분의 장치는 조 내부로 유입되는 빗물이 이전에 침전 분리된 비점오염물질과 섞이면서 교반작용을 일으키게 됨으로써, 조 내에서는 일시적으로 비점오염물질의 혼탁농도가 높아지게 되고, 그 결과로 비점오염물질의 여과 효율이 저하되는 단점이 있고, 이 때문에 장마철과 같이 간헐적으로 강우가 반복되는 계절에는 비점오염물질 처리장치를 통과한 빗물에도 상당량의 비점오염물질이 함유된 채 배수되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 초기빗물 비점오염물질 처리장치에 있어서, 비점오염물질의 함유량이 많은 초기 빗물은 토양층의 여과, 미생물 분해 및 식생된 식물에 의해 자연 분해되게 하고, 비점오염물질의 함유량이 적은 초기 이후의 빗물은 자연 방류되도록 하며, 도로변, 주차장과 같이 설치 여건에 제약을 받는 장소에도 간편하게 설치되어 고효율로 초기빗물에 섞인 비점오염물질을 정화하여 하천 오염을 예방하기 위한 생태도랑을 이용한 도시비점오염물질 처리장치를 제공하는 것을 해결하려는 과제로 한다.

본 발명은 초기빗물 비점오염물질 처리장치에 있어서, 햇빛 및 공기가 통과할 수 있도록 하여 식생식물(잔디, 미나리, 클로버 등)이 성장할 수 있도록 하고, 비점오염물질 처리를 위한 토양층, 식생식물 및 처리장치 본체를 보호하는 상부보호 그레이팅과; 콘크리트 또는 합성수지체로 구성되고 도시비점오염물질 처리장치 구조체를 형성하는 처리장치 본체와; 처리장치 본체 내부에 처리장치 본체 길이방향으로 형성된 인공도랑과, 상기 인공도랑 내부 저면에 인공도랑 길이방향을 따라 터널형으로 형성된 여과유출로와, 상기 여과 유출로 상부에 마사토 및 화산석으로 채워지고 여과흡착 및 미생물 분해가 일어나는 필터토양층과, 상기 필터토양층에 식생식물이 식재된 식재부를 포함하여 구성된 생태도랑과; 상기 생태도랑 일측으로 길이방향으로 형성되고, 비점오염물질이 포함된 초기빗물은 상기 생태도랑으로 안내되고, 초기빗물 후의 빗물은 Over Flow되도록 상기 식재부 상단보다 높은 높이의 월류벽과; 상기 월류벽 하단부에 형성되고 상기 생태도랑의 여과유출로와 연통되어 정화된 처리수가 유출되는 처리수 유출구와; 상기 월류벽에 의해 길이방향으로 구획되고, 비점오염물질이 포함된 초기빗물이 상기 생태도랑에 의해 정화처리된 처리수가 하부로 유출되고 초기빗물 후의 빗물은 상기 생태도랑 상부로부터 Over Flow되어 방류되도록 하는 처리수 방류로;를 포함하여 구성되는 생태도랑을 이용한 도시비점오염물질 처리장치를 과제의 해결 수단으로 한다.

상술한 구성으로 되는 본 발명의 처리장치는 프리 캐스팅이나 콘크리트 구조 방식을 적용하여 다양한 크기로 설치할 수 있으므로 도로변, 주차장 인접 위치에서 식생식물에 의한 화단 조경을 겸하는 형태로 배치할 수 있어 비점오염물질 처리를 위한 현장 적응성이 뛰어나다.

또한, 규모가 작으면서도 비점오염물질의 농도가 높은 초기 빗물만 생태도랑으로 정화시키고, 초기 이후의 빗물은 강우량의 증가에 맞춰 자연 방류하는 구조이기 때문에 도로변이나 주차장 등에 설치하여도 우수한 비점오염물질 여과 효과를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 생태도랑을 이용한 도시비점오염물질 처리장치 단면도
도 2는 본 발명의 생태도랑을 이용한 도시비점오염물질 처리장치 사시도
도 3은 본 발명의 처리장치를 주차장에 적용한 개념도
도 4는 본 발명의 처리장치를 도로변에 적용한 개념도

본 발명은 초기빗물 비점오염물질 처리장치에 있어서, 햇빛 및 공기가 통과할 수 있도록 하여 식생식물(잔디, 미나리, 클로버 등)이 성장할 수 있도록 하고, 비점오염물질 처리를 위한 토양층, 식생식물 및 처리장치 본체를 보호하는 상부보호 그레이팅과; 콘크리트 또는 합성수지체로 구성되고 도시비점오염물질 처리장치 구조체를 형성하는 처리장치 본체와; 처리장치 본체 내부에 처리장치 본체 길이방향으로 형성된 인공도랑과, 상기 인공도랑 내부 저면에 인공도랑 길이방향을 따라 터널형으로 형성된 여과유출로와, 상기 여과 유출로 상부에 마사토 및 화산석으로 채워지고 여과흡착 및 미생물 분해가 일어나는 필터토양층과, 상기 필터토양층에 식생식물이 식재된 식재부를 포함하여 구성된 생태도랑과; 상기 생태도랑 일측으로 길이방향으로 형성되고, 비점오염물질이 포함된 초기빗물은 상기 생태도랑으로 안내되고, 초기빗물 후의 빗물은 Over Flow되도록 상기 식재부 상단보다 높은 높이의 월류벽과; 상기 월류벽 하단부에 형성되고 상기 생태도랑의 여과유출로와 연통되어 정화된 처리수가 유출되는 처리수 유출구와; 상기 월류벽에 의해 길이방향으로 구획되고, 비점오염물질이 포함된 초기빗물이 상기 생태도랑에 의해 정화처리된 처리수가 하부로 유출되고 초기빗물 후의 빗물은 상기 생태도랑 상부로부터 Over Flow되어 방류되도록 하는 처리수 방류로;를 포함하여 구성되는 생태도랑을 이용한 도시비점오염물질 처리장치를 기술구성의 특징으로 한다.

이하, 도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명의 생태도랑을 이용한 도시비점오염물질 처리장치를 자세히 설명한다.

도 1 내지 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 생태도랑을 이용한 도시비점오염물질 처리장치는 햇빛 및 공기가 통과할 수 있도록 하여 식생식물(잔디, 미나리, 클로버 등)이 성장할 수 있도록 하고, 비점오염물질 처리를 위한 토양층, 식생식물 및 처리장치 본체를 보호하는 상부보호 그레이팅(1)과; 콘크리트 또는 합성수지체로 구성되고 도시비점오염물질 처리장치 구조체를 형성하는 처리장치 본체(2)와; 처리장치 본체 내부에 처리장치 본체 길이방향으로 형성된 인공도랑(31)과, 상기 인공도랑 내부 저면에 인공도랑 길이방향을 따라 터널형으로 형성된 여과유출로(32)와, 상기 여과 유출로 상부에 마사토 및 화산석으로 채워지고 여과흡착 및 미생물 분해가 일어나는 필터토양층(33)과, 상기 필터토양층에 식생식물이 식재된 식재부(34)를 포함하여 구성된 생태도랑(3)과; 상기 생태도랑 일측으로 길이방향으로 형성되고, 비점오염물질이 포함된 초기빗물은 상기 생태도랑으로 안내되고, 초기빗물 후의 빗물은 Over Flow되도록 상기 식재부 상단보다 높은 높이의 월류벽(4)과; 상기 월류벽 하단부에 형성되고 상기 생태도랑의 여과유출로(32)와 연통되어 정화된 처리수가 유출되는 처리수 유출구(5)와; 상기 월류벽(4)에 의해 길이방향으로 구획되고, 비점오염물질이 포함된 초기빗물이 상기 생태도랑(3)에 의해 정화처리된 처리수가 하부로 유출되고 초기빗물 후의 빗물은 상기 생태도랑 상부로부터 Over Flow되어 방류되도록 하는 처리수 방류로(6);를 포함하여 구성된다.

상부보호 그레이팅(1)은 도로변, 주차장 등과 같은 곳에 설치되어 배수, 햇빛투과, 통기를 하며, 차량 및 보행자 보호를 위한 덮개역할을 하는 것으로서 햇빛 및 공기가 통과할 수 있도록 하여 식생식물(잔디, 미나리, 클로버 등)이 성장할 수 있도록 하고, 비점오염물질 처리를 위한 토양층, 식생식물 및 처리장치 본체를 보호하는 것으로 그 구조는 철제 등으로서 널리 알려진 것이므로 상세한 설명은 생략한다.

처리장치 본체(2)는 콘크리트 또는 합성수지체로 구성되고 도시비점오염물질 처리장치 구조체를 형성하는 것으로 사전 제작된 기성품으로 만들 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하여 상기 생태도랑의 정화과정을 설명하면, 비점오염물질이 포함된 초기빗물은 상기 생태도랑(3)의 상부의 식재부(34)로 유입되면 비점오염물질이 포함된 초기빗물은 월류벽(4)에 의해 식재부(34)내로 제한되어 생태도랑(3)내부의 마사토 및 화산석층으로 이루어진 필터토양층(33) 및 그 속에 함유된 미생물에 의하여 자연여과흡착 및 미생물에 의한 정화가 동시에 이루어지며, 필터토양층(33) 상부의 식재부(34)의 잔디, 미나리, 클로버 등의 식생식물의 뿌리를 통하여 토양에 부착된 유기물 등이 분해된다.

상기 필터토양층(33) 및 식생부(34)를 거쳐 여과흡착 및 미생물에 의한 정화가 진행되면서 여과된 유출수는 여과유출로(32)를 통하여 방류되고, 필터토양층(33)에 의해 흡착된 유기물은 일정기간동안 필터토양층의 미생물에 의해 분해된다.

상기 생태도랑(3) 내부에는 필터토양층(33)이 채워지게 되는데 상기 필터토양층(33)은 마사토 및 화산석으로 혼합구성된다.

마사토란 화강암이 풍화되어 생긴 흙을 "마사토"라고 하는데 배수성과 통기성이 좋아서 밭작물이나 조경수식재, 야생화, 분재, 화분등에 많이 사용되고 있고, 일반적으로 돌가루와 비슷한 상태의 흙을 백마사라고 하며, 본 발명에서 사용되는 마사토는 백마사이다.

백마사는 점토성분이 거의 포함되지 않은 돌가루와 비슷한 상태의 흙으로, 배수성이 뛰어나고 흙속의 산소함유량이 높으며 화분에 사용할 때는 마사토와 부엽토를 7대 3정도로 배합하여 사용되며, 세근(잔뿌리)이 빨리 나오고 착근 형성이 용이하여 소나무 이식이나 정원수 식재 및 장뇌삼 이식과 인삼의 종자파종에 사용되고, 특히 배수성이 뛰어나고 부서진 면이 각지지 않고 부드러워 학교운동장이나 마당, 테니스장 등에 사용된다.

화산석은 화산재의 일종으로 고온의 화산열에 의하여 점토가 타서 생겨난 것으로 화산에 의하여 형성된 지형에서 발견될 수 있는데, 우리나라의 경우는 화산섬인 제주도에서 쉽게 발견된다.

화산석은 상온에서 음이온을 발생하며, 상온(40℃ 이하)에서 92%이상의 적외선을 방사하는 이상적인 천연물질로 알려져 있다. 화산석은 다공질로서, 흡수성, 통기성이 다른 암석보다 우수하며, 화산석의 내화도는 1120℃ 내지 1210℃이고, 흡수율은 17.7% 내지 32.5%, 마모율은 47.25% 내지 67.22%라고 알려져 있다. 화산석의 내화도, 흡수율 및 마모율은 일반 자갈이나 모래보다 높다.

화산석은 주로 산화규소, 산화알루미늄, 및 산화철로 이루어지며, 황토, 옥, 맥반석, 및 게르마늄석 등에는 없는 이산화티타늄를 포함한다. 이산화티타늄은 화산석에 3 내지 7%가 존재하며, 광촉매작용을 수행하는데, 이산화티타늄의 광촉매작용에 의해 활성산소가 생성되며, 이러한 활성산소는 대기오염물질, 수질오염물질, 및 악취물 등을 산화분해한다. 이산화티타늄의 광촉매작용에 따라, 화산석은 항균, 살균, 탈취 및 유기물분해 기능 등을 반영구적으로 가진다.

또한, 화산석은 습도가 높으면 수분을 흡수하며, 습도가 낮으면 수분을 배출하여 인위적인 장치 없이도 자연적으로 습도조절을 할 수 있고, 화산석이 수족관에 투입되면, 수족관에는 이끼가 생기기 않으며, 상처난 물고기의 상처 치유 능력도 향상되고, 식물의 화분에 투입되면, 일반적인 식물의 생존기간보다 오래 생존하며, 화산석을 냉장고에 넣어 놓으면, 냉장고의 악취가 제거되는 탈취 기능이 존재한다.

이와 같은 마사토와 화산석을 상기 생태도랑(3)의 필터토양층(33)에 혼합 사용하여 초기빗물을 여과 및 정화시키는데, 마사토 및 화산석의 입자크기는 2mm이하인 것을 사용하며 마사토 및 화산석의 부피 배합비는 마사토 50~70%, 화산석 30~50%로 혼합사용한다.

상기와 같이 마사토 및 화산석의 입자크기를 2mm이하 및 마사토 및 화산석의 부피 배합비를 마사토 50~70%, 화산석 30~50%로 혼합사용하는 것은 초기빗물의 여과효율, 배수시간 및 미생물에 의한 정화효율을 가장 적정하게 유지할 수 있기 때문이다.

또한, 상기 필터토양층(33)의 깊이는 각각 0.5~0.6m의 깊이로 형성하는 것이 바람직한데, 동절기에 필터토양층의 깊이가 얕은 곳은 결빙가능성이 높으므로 겨울철에도 생태도랑의 원활한 초기빗물의 정화처리를 위하여 필터토양층의 깊이를 0.5~0.6m로 유지하도록 한다.

또한, 상기 필터토양층(33)에는 식생식물이 식재된 식재부(34)를 포함하여 구성되는데, 생태도랑으로 흐르는 초기빗물은 필터토양층에 의해 자연적으로 흐르면서 여과되는 것일 뿐만 아니라, 상기 식재부에서 자생력이 강한 식물(예 : 잔디, 미나리, 클로버 등)이 식재되어 햇빛 및 생태계원리에 따라 자생하므로서 필터토양층의 정화력을 계속적으로 유지시켜 주게 되며, 특히, 식생식물이 필터토양층(33)에 뿌리를 내리게 되면 생태계원리에 의해 호기성미생물이 생성됨은 이미 알려진 것으로서, 이러한 원리에 의해서 미생물이 계속적으로 생성 및 자생함에 따라 정화력이 계속유지될 수 있는 것이다.

또한, 필터토양층(33)은 그 구성입자들 사이로 초기빗물이 통과하는 동안 자연적인 산소공급이 이루어지고 이로 인해 미생물의 활발한 분해가 일어나게 되는데, 이는 상기 생태도랑(3)이 상부보호 그레이팅을 통해 대기로 노출되어 있기 때문에 필터토양층 내부로의 통기가 이루어지므로서 가능하다.

또한, 상기 터널형으로 형성된 여과 유출로(32) 공간에는 미생물이 잘 부착될 수 있는 미생물 메디아를 설치하여 상기 필터토양층에서 자연여과된 초기빗물에 포함된 유기물을 더욱 분해할 수도 있다.

월류벽(4)은 본 발명의 생태도랑을 이용한 도시비점오염물질 처리장치에서 가장 중요한 역할을 하는 것으로서 상기 생태도랑(3) 일측으로 길이방향으로 형성되고, 비점오염물질이 포함된 초기빗물은 상기 생태도랑으로 안내되고, 초기빗물 후의 빗물은 Over Flow되도록 상기 식재부 상단보다 높은 높이를 가지는 것이 특징으로 초기강우 이후에 유입되는 빗물이 흘러 넘어갈 수 있으며 횡방향 또는 종방향으로 설치할 수 있다.

상기 월류벽(4)의 작용은 비점오염물질은 초기빗물에 대부분 함유되어 있고 중기 이후의 후기빗물에는 비점오염물질이 희박하므로 중기 이후의 후기빗물까지 상기 생태도랑에서 정화처리할 필요가 없고, 단지 비점오염물질이 다량 함유된 초기빗물만을 상기 생태도랑에서 정화처리하여 정화효율을 높일 뿐만 아니라 중기 이후 후기빗물을 Over Flow함으로써 원할한 배수에도 효과를 나타내는 것이다.

상기 월류벽(4)의 높이는 초기빗물의 수용 및 후기빗물의 Over Flow의 량에 따라 설계되어야 하므로 설치장소, 면적 및 강수량 등 다양한 요인을 고려하여 최적으로 높이를 산출하는 것이 바람직하다.

처리수 유출구(5)는 상기 월류벽(4) 하단부에 형성되고 상기 생태도랑(3)의 여과유출로(32)와 연통되어 정화된 처리수가 유출되는 곳으로서, 생태도랑(3)으로 유입되는 빗물에 비해 아주 작은 량을 유출할 수 있도록 설치하여 초기빗물만 생태도랑(3)에 유입시킨 후 중간빗물 등은 상부로 Over Flow 되도록 한다.

처리수 방류로(6)는 상기 월류벽(4)에 의해 길이방향으로 구획되고, 비점오염물질이 포함된 초기빗물이 상기 생태도랑(3)에 의해 정화처리된 처리수가 하부로 유출되고 초기빗물 후의 빗물은 상기 생태도랑 상부로부터 Over Flow되어 방류되도록 한다.

본 발명에 따른 생태도랑을 이용한 도시비점오염물질 처리장치는 도 3에 도시한 바와 같이 도시 주차장의 비점오염저감시설로서 주차 구획선 등에 본 발명을 적용하게 되면 비점오염물질 저감뿐만 아니라 심미적 효과(Design)까지 거둘 수 있어 대인친화적인 환경시설이 될 수 있으며, 도 4에 도시한 바와 같이, 도로변에 본 발명을 적용하면 배수로 기능 및 도로상의 비점오염물질 저감시설로 활용할 수 있는 잇점이 있다.

뿐만 아니라, 보통의 비점오염 정화장치는 여과단면적이 수 제곱미터로서 이로 인해 자주 막히는 문제가 발생되지만, 본 발명은 막히는 문제점 없이 정화처리효율 및 내구연한증가에서 뛰어난 장점이 있으며, 기존 배수로에 설치하고 상부는 그레이팅 등으로 되어 있어 주차공간으로 사용하게 됨으로 주차공간을 감소시키지 않고, 오히려 녹색공간을 제공하여 수처리 기능에 Design까지 거둘 수 있는 주민 친화적 수처리 시설이 될 수 있다.

1 : 상부보호 그레이팅 2 : 처리장치 본체
3 : 생태도랑
31 : 인공도랑 32 : 여과유출로
33 : 필터토양층 34 : 식재부
4 : 월류벽 5 : 처리수 유출구
6 : 방류로 7 : 최총 방류구

Claims (5)

1. 초기빗물 비점오염물질 처리장치에 있어서, 햇빛 및 공기가 통과할 수 있도록 하여 식생식물(잔디, 미나리, 클로버 등)이 성장할 수 있도록 하고, 비점오염물질 처리를 위한 토양층, 식생식물 및 처리장치 본체를 보호하는 상부보호 그레이팅과; 콘크리트 또는 합성수지체로 구성되고 도시비점오염물질 처리장치 구조체를 형성하는 처리장치 본체와; 처리장치 본체 내부에 처리장치 본체 길이방향으로 형성된 인공도랑과, 상기 인공도랑 내부 저면에 인공도랑 길이방향을 따라 터널형으로 형성된 여과유출로와, 상기 여과 유출로 상부에 마사토 및 화산석으로 채워지되 상기 마사토 및 화산석의 입자크기가 2mm이하인 것을 사용하며, 마사토 및 화산석의 부피 배합비는 마사토 50~70%, 화산석 30~50%로 혼합사용하여 여과흡착 및 미생물 분해가 일어나는 필터토양층과, 상기 필터토양층에 식생식물이 식재된 식재부를 포함하여 구성된 생태도랑과; 상기 생태도랑 일측으로 길이방향으로 형성되고, 비점오염물질이 포함된 초기빗물은 상기 생태도랑으로 안내되고, 초기빗물 후의 빗물은 Over Flow되도록 상기 식재부 상단보다 높은 높이의 월류벽과; 상기 월류벽 하단부에 형성되고 상기 생태도랑의 여과유출로와 연통되어 정화된 처리수가 유출되는 처리수 유출구와; 상기 월류벽에 의해 길이방향으로 구획되고, 비점오염물질이 포함된 초기빗물이 상기 생태도랑에 의해 정화처리된 처리수가 하부로 유출되고 초기빗물 후의 빗물은 상기 생태도랑 상부로부터 Over Flow되어 방류되도록 하는 처리수 방류로;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 생태도랑을 이용한 도시비점오염물질 처리장치
   
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3. 제1항에 있어서,
   상기 필터토양층의 깊이는 0.5~0.6m의 깊이로 형성하는 것을 특징으로 하는 생태도랑을 이용한 도시비점오염물질 처리장치
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 터널형으로 형성된 여과 유출로 공간에는 미생물이 잘 부착될 수 있는 미생물 메디아를 설치하여 상기 필터토양층에서 여과된 초기빗물에 포함된 유기물을 더욱 분해하는 것을 특징으로 하는 생태도랑을 이용한 도시비점오염물질 처리장치
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 월류벽은 초기빗물 후의 빗물은 방류로로 Over Flow되도록 상기 식재부 상단보다 높은 높이를 가지며, 횡방향 또는 종방향으로 설치되는 것을 특징으로 하는 생태도랑을 이용한 도시비점오염물질 처리장치

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