KR101230927B1 - 정화처리시설과 연계한 수직형 도시농장 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 도시외곽지에 위치하면서 처리시설의 특성상 매우 광범위한 면적을 차지하고 있는 정화처리장(하수, 오수, 폐수처리장 및 생물학적 처리시설)의 유휴면적을 수직형 도시농장시설에 활용케 함으로서 입지선정의 편의성을 담보케 하며, 상기 도시농장에 필요한 농업용수는 방류수질기준으로 처리한 처리수를 이용케 함으로서 필요충분한 용수를 확보케 하며, 특히 농작물 성장에 필수성분인 인, 질소를 별도로 처리하지 않고 활용케 하여 정화처리비용을 절감할 수 있게 한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 정화처리장의 유휴면적을 활용케 하되, 정화처리시설을 신설하거나 재시설하는 경우에는 필요한 정화처리시설을 다층의 수직형 건물형태로 시설하여 정화처리가 처리되게 함으로서 시설면적을 대폭 줄이고, 그 일측에 수직형 도시농장을 시설하여 정화처리된 방류수를 농업용수로 활용케 하며, 기 설치된 정화처리시설의 경우 직상부 혹은 일측 유휴면적에 수직형 도시농장을 시설하여 정화처리와 함께 도시농장을 동시에 운용할 수 있게 한 것이다.

Description

정화처리시설과 연계한 수직형 도시농장 시스템{VERTICAL TYPE CITY FARM SYSTEM LINKED TO SEWAGE TREATMENT PLANT}
본 발명은 정화처리시설과 연계한 수직형 도시농장 시스템에 관한 것으로서, 특히 하수처리장이나, 오폐수처리장 및 생물학적 처리시설과 같은 정화처리장 내에 수직형 도시농장을 시설하여 용지 및 농업용수 확보에 어려움이 없도록 할 뿐 아니라, 정화처리시 최종 처리수에 함유된 인, 질소 등의 농도를 방류수 기준에 맞추기 위한 별도의 처리과정을 생략할 수 있게 하여 경제적인 정화처리가 이루어질 수 있도록 함은 물론, 각종 농작물을 재배할 수 있게 한 것이다.
일반적으로 각종 농작물 재배를 위한 여러 조건중 꼭 필요한 조건으로서 농지와 농업용수 확보가 포함된다 할 것이다.
농지의 경우, 도시화와 산업화의 영향으로 농지면적이 점차 줄어들고 있는 것이 현실이며, 필요한 농지확보를 위하여 여러가지 수단들이 제공되고 있으며, 그 수단 중 하나로서 수직형, 즉 건물형 도시농장의 예를 들 수 있다.
건물형 도시농장의 예로서, 공개특허공보 공개번호 10-2012-7111호 "수직형 작물재배시설"(특허문헌 1)과, 공개특허공보 공개번호 10-2012-74075호 "모듈식 식물공장"(특허문헌 2)과, 등록특허공보 특허번호 10-1136032호 "식물공장시스템"(특허문헌 3)과, 등록특허공보 특허번호 10-1113913호 "공장형 식물재배시스템"(특허문헌 4)이 제공된바 있다.
상기 재배시스템의 경우, 한정된 용지공간에 수직으로 다층의 재배시설을 마련하고, 상기 재배시설에 다양한 종류의 농작물을 재배토록 함으로써, 한정된 공간에 보다 많은 량의 농작물 수확을 기대할 수 있어, 한정된 국토면적을 가진 국내의 경우 적용이 점차 확대될 것으로 기대하고 있다.
그러나 도시의 경우 다층의 재배시설을 시공하고자 할 경우 높은 용지가격과, 도시건축법에 따른 입지선정문제, 시설주변의 일조권이나 조망권 등의 민원야기로 인한 부지선정 및 다층으로 시설한 농작물 재배에 필요한 농업용수 확보에 많은 어려움이 있다.
한편 도시의 경우 주변에 하수처리나, 오폐수처리 및 생물학적 처리시설을 위한 넓은 면적의 하수처리시설을 확보하고 있고, 상기 정화처리장치를 통하여 처리수를 방류수 수질기준으로 처리한 다음 방류하거나 일부 공업용수, 혹은 농업용수로 재활용하고 있다.
상기 정화처리된 처리수의 재활용에 대한 처리시스템의 선행기술을 검토하여 보면 등록특허공보 등록번호 10-703233호 "하수처리수의 농업용수로의 재이용시스템 및 그 이용방법"(특허문헌 5)과, 등록특허공보 등록번호 10-726010호 "하수처리장 방류수 및 저수지, 하천수의 자외선 살균처리시스템 및 이를 이용한 농업 재이용수 처리방법"(특허문헌 6)이 제공되고 있다.
상기 하수처리장치의 경우, 하수처리시스템의 특성상 복잡성과 다양한 시설의 평면배치로 인하여 기능대비 점유면적이 매우 넓으며, 산업시설 및 도시거주인구의 증가로 인한 수처리설비의 증가가 요구되며, 특히 지구기후변화로 인한 환경규제인식이 확대되어 수질규제가 강화되고, 따라서 방대한 면적의 하수처리장의 건설이 추가로 요구되며, 그에 따른 비용이 증가되고 있다.
뿐만 아니라 하수처리된 처리수를 공업용수나 농업용수로 재활용하고자 할 경우에도 처리수에 함유된 인이나 질소를 고도처리하여 하천의 부영양화가 없도록 하여야 함으로 고도처리시설의 운용에 많은 비용이 소요되는 등의 문제가 있는 것이었다.
공개특허공보 공개번호 10-2012-7111호 "수직형 작물재배시설 공개특허공보 공개번호 10-2012-74075호 "모듈식 식물공장" 등록특허공보 특허번호 10-1136032호 "식물공장시스템" 등록특허공보 특허번호 10-1113913호 "공장형 식물재배시스템" 등록특허공보 등록번호 10-703233호 "하수처리수의 농업용수로의 재이용시스템 및 그 이용방법" 등록특허공보 등록번호 10-726010호 "하수처리장 방류수 및 저수지, 하천수의 자외선 살균처리시스템 및 이를 이용한 농업 재이용수 처리방법"
본 발명은 이러한 종래의 제반 문제점을 시정하고자 도시외곽지나 대규모공장 내에 위치하면서 처리시설의 특성상 매우 광범위한 면적을 차지하고 있는 하수, 오수, 폐수처리장이나 생물학적 처리시설과 같은 정화처리장의 유휴면적을 수직형 도시농장시설에 활용케 함으로서 입지선정의 편의성을 담보케 하며, 상기 도시농장에 필요한 농업용수는 방류수질기준으로 처리한 처리수를 이용케 함으로서 필요충분한 용수를 확보케 하며, 특히 농작물 성장에 필수성분인 인, 질소를 별도로 처리하지 않고 활용케 하여 정화처리비용을 절감할 수 있게 한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 정화처리장의 유휴면적을 활용케 하되, 정화처리시설을 신설하거나 재시설하는 경우에는 필요한 정화처리시설을 다층의 수직형 건물형태로 시설하여 정화처리가 처리되게 함으로서 시설면적을 대폭 줄이고, 그 일측에 수직형 도시농장을 시설하여 정화처리된 방류수를 농업용수로 활용케 하며, 기 설치된 정화처리시설의 경우 직상부 혹은 일측 유휴면적에 수직형 도시농장을 시설하여 정화처리와 함께 도시농장을 동시에 운용할 수 있게 한 것이다.
본 발명은 정화처리장 내의 유휴면적에 수직형 도시농장을 시설하여 정화처리된 정화처리수를 농업용수로 사용케 함으로써 입지선정의 편의성을 담보할 수 있게 할 뿐 아니라, 농작물 재배에 필요한 농업용수를 확보케 하며, 또한 농작물에서 흡수처리되는 인, 질소처리를 위한 비용을 절감할 수 있게 되며, 농작물을 재배에 따른 소득창출은 물론, 이산화탄소 저감 등의 효과를 기대할 수 있다.
도 1 : 본 발명 시스템에서 정화처리시설을 수직형 건물형태로 시설한 상태도
도 2 : 본 발명 시스템에서 정화처리시설을 수평형으로 배치한 시설상태도
이하 본 발명의 실시예를 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.
실시예 1은 하수, 오수, 폐수처리시설이나 생물학적 처리시설과 같은 정화처리시설을 수직으로 배치하여 정화처리시설에 소요되는 시설면적을 최소화하고, 유휴면적에 수직형 도시농장을 시설하는 시스템으로서, 도 1에 도시되어 있다.
본 발명에서 제공하고자 하는 정화처리시설과 연계한 수직형 도시농장 시스템(10)은 도 1에서와 같이 수직형 정화처리시설(100)과 인접한 위치에 수직형 도시농장(200)으로 구성되며 상기 시설 모두 정화처리장 내에 위치한다.
하부침전지(110) 일측에 처리수가 유입되는 처리수 유입관(111)을 구성하고, 하부침전지(110) 아랫쪽에는 우수저류조(120)를 구성한다.
하부침전지(110) 직상부에는 상부침전지(130)를 구성한 다음 하부침전지(110) 내에 설치된 1차이송펌프(P1)를 통하여 하부침전지(110) 내의 처리수가 상부침전지(130)로 이송될 수 있게 하고, 상부침전지(130)에는 이송관(131)을 연결하여 바닥에 침전된 슬러지가 슬러지농축조(132)로 이송될 수 있게 하고, 슬러지농축조(132)는 다시 소화조(133)와 슬러지 저장조(134) 및 슬러지를 크랙화하는 탈수장치(135)와 연결되게 한다.
상부침전지(130) 직상부에는 생물반응조(140)를 설치한 다음 상부침전지(130) 내에 설치된 2차이송펌프(P2)를 통하여 상부침전지(130) 내의 처리수가 생물반응조(140) 내로 이송공급되게 한다.
생물반응조(140) 직상부에는 침전조(150)를 구성한 다음 생물반응조(140) 내에 설치된 3차이송펌프(P3)를 통하여 생물반응조(140) 내의 처리수가 침전조(150)로 이송공급되게 하며, 상기 침전조(150) 직상부에는 모래여과조(160)를 구성한 다음 침전조(150) 내에 설치된 4차이송펌프(P4)를 통하여 침전조(150) 내의 처리수가 모래여과지(160)로 이송공급되게 한다.
모래여과지(160) 일측에는 별도의 저류조(166)를 설치하고, 상기 저류조(166)에는 5차이송펌프(P5)와 6차이송펌프(P6)를 설치한다.
상기 모래여과지(160) 직상부에는 고도처리조(170)를 구성한 다음, 저류조(166) 내에 설치된 5차이송펌프(P5)를 통하여 저류조(166) 내의 처리수가 고도처리조(170) 내로 이송공급되게 하며, 동시에 6차이송펌프(P6)와 연결된 용수공급관(180)을 통하여 모래여과지(160)에서 정화된 처리수가 일측에 위치한 수직형 도시농장(200)으로 이송공급되게 한다.
저류조(166)와 고도처리조(170) 내에는 수질계측기(162)(172)를 각각 설치하여 저류조(166) 및 고도처리조(170)에서 처리된 처리수의 수질을 항시 확인할 수 있게 한다.
상기 수직형 정화처리시설(100)에 시설된 각 처리시설은 필요에 따라 증감하거나, 새로운 처리시설을 추가설치하여 사용할 수도 있으며, 정화처리되는 처리수의 상태나 종류등 여건에 따라 달라질 수 있다.
수직형 도시농장(200)은 일반적으로 사용되고 있는 시설이나 개략적으로 설명하면 하단에 우수저류조(210)를 설치하고, 우수저류조 직상부에 작업통로(220)가 형성된 작물재배지(230)를 다층으로 설치하고, 상기 각 작물재배지(230)에는 용수공급관(180)과 연결된 수직분배관(181) 및 수평분배관(182)을 통하여 하수처리된 처리수, 즉 농업용수가 공급되게 한다.
상기 실시예 1에서 설명한 수직형 도시농장(200)의 작물재배지(230)에 농작물을 재배하지 않고, 수경식물재배나 어패류의 양식 용도로 사용할 수도 있다.
실시예 2는 기설된 수평형 정화처리시설 직상부에 수직형 도시농장(200)을 설치하여 수직형 도시농장(200) 시설에 필요한 면적의 효율성을 높인 경우이다.
상기 수평형 정화처리시설(300)의 구조는 기설치된 정화처리장의 구성과 동일한 것이나 개략적으로 설명하면 아래와 같다.
즉 처리수 유입관(311)과 연결된 1차침전지(310)를 구성하고, 1차침전지(310) 일측에 2차침전지(330)와 생물반응조(340), 침전조(350), 모래여과지(360) 및 고도처리조(370)를 구성한다.
또한 2차침전조(330)에는 이송관(33)을 통하여 슬러지농축조(332)와 연결되게 하고, 상기 슬러지농축조(332)는 다시 소화조(333)와 슬러지저장조(334) 및 탈수장치(335)와 연결되게 한다.
모래여과조(360)와 고도처리조(370)에는 용수공급관(380)을 설치하고, 상기 용수공급관(380)은 다시 수직분배관(381) 및 수평분배관(382)을 통하여 수직형 도시농장(200)을 구성하는 작물재배지(230)로 공급되게 한다.
상기 수직형 도시농장(200)의 구성은 실시예 1에서와 같이 작물재배지(230)가 다층으로 구성되어 있고, 각 작물재배지(230)에는 작업통로(220)가 구성되어 있다.
상기 실시예 2에서 설명한 수직형 도시농장(200)의 작물재배지(230)에 농작물을 재배하지 않고, 수경식물재배나 어패류의 양식용도로 사용할 수도 있다.
또한 상기 실시예 2에서 수직형 도시농장(200)을 수평형 정화처리시설(300) 직상부에 설치하지 않고, 정화처리장 내의 유휴면적에 시설하여 사용할 수도 있다.
미설명부호 (260)은 중앙관제실이다.
이와 같이 구성된 정화처리시설과 연계한 수직형 도시농장시스템(10)의 활용은 다음과 같이 된다.
즉 수직형 도시농장(200)에 수직 다층으로 구성된 각 작물재배지(230)에 원하는 작물을 심어두고, 농업용수를 공급하여 작물을 재배한다는 것은 종래의 재배방법과 다를바 없다.
그러나 본 발명에서는 수직형 도시농장(200)을 유휴면적이 넓은 정화처리장 내에 시설하여 용지의 확보에 어려움이 없도록 할 뿐 아니라, 특히 기상조건에 관계없이 풍부한 농업용수를 확보할 수 있게 한다는 것이다.
좀더 상세히 설명하면 처리수 유입관(111)을 통하여 처리하고자 하는 처리수가 하부침전지(110)에 유입되면서, 큰 이물질이 걸러지게 되고, 큰 이물질이 걸러진 처리수는 1차이송펌프(P1)를 통하여 상부침전지(130)로 이송공급되고, 상부침전지(130)로 공급된 처리수는 상부침전지(130)에 한번더 이물질을 제거시킨 다음 2차이송펌프(P2)를 통하여 생물반응조(140)로 공급된다.
상기 생물반응조(140)에서는 활성오니, 호기, 무산소 부숙화, 폭기조 및 여러가지 생물처리방법을 사용하여 처리하게 되며, 그 처리방법은 특별히 한정할 필요성이 없다.
생물반응조(140)에서 처리된 처리수는 3차이송펌프(P3)를 통하여 침전조(150)로 이송되며, 상기 침전조(150)에서 여과된 처리수(상등수)는 4차이송펌프(P4)를 통하여 모래여과조(160)로 공급하며, 모래여과조에서 최종여과된 처리수는 저류조(166) 내에 집수되고, 집수된 처리수는 수질계측기(162)를 통하여 수질을 확인한후 하천으로 방류하거나 용수공급관(180)을 통하여 수직형 도시농장(200)으로 공급한다.
상기에서 저류조(166)에 집수된 처리수를 하천으로 방류할 경우에는 처리수에 함유된 인, 질소와 같은 성분을 수질기준에 부합토록 하기 위하여 모래여과지(160) 직상부에 위치한 고도처리조(170)에서 한번더 처리하여 인 및 질소를 제거후 하천으로 방류하게 되며, 상기 방류수를 수질계측기(172)를 통하여 계측된다.
상기에서 수질계측기에 측정된 수질검사내용은 자동으로 기록, 저장되며, 상기 전 과정은 중앙관제실(260)에서 내용을 확인할 수 있다.
그러나 저류조(166)에 집수된 처리수를 농업용수로 활용할 경우에는 처리수에 함유된 인, 질소와 같은 성분을 제거할 필요가 없으나, 독성물질, 중금속물질 등의 함유량은 반드시 수질기준을 만족하여야 한다.
또한 수직형 도시농장(200)의 각 작물재배지(230)에는 여러작물과 여러방식으로 작물을 재배하기 때문에 작물재배지(230)의 작물을 통한 인 및 질소의 흡수제거량에서 차이가 발생할 수 있으며, 이를 감안하여 저류조(166)에 집수된 처리수와 고도처리조(170)에서 인 및 질소가 제거된 처리수를 적절히 배분하여 공급되게 하여야 한다.
상기에서와 같이 작물재배지(230)에 식모된 작물에서 처리수에 함유된 인이나 질소를 흡수제거하게 되므로 수질기준을 충족시키기 위한 별도의 고도처리를 할 필요가 없어 처리비용을 절감할 수 있게 되며, 또한 작물성장에 필요한 인, 질소와 같은 비료성분을 별도로 공급하지 않아도 되는 효과가 있다.
이는 수직형 도시농장(200)이 정화처리장 내에 위치하여 처리된 처리수가 외부로 배출되기 전에 수직형 도시농장(200)의 작물재배지(230)로 공급되게 하는 시스템으로 구성되어 있기 때문에 가능한 구조이다.
용수공급관(180)을 통하여 공급된 처리수는 수직공급관(181) 및 수평분배관(182)을 통하여 작물재배지(230)에 식모된 작물에 수분을 공급하게 되며, 상기 수평분배관(182)에는 개폐밸브를 설치하여 농업용수의 공급량을 조절할 수 있게 한다.
수직형 도시농장에서 사용된 물은 하천으로 방류된다.
또한 작물재배지(230)에서 어패류를 양식할 경우 어패류에서 배출되는 배설물에 의해 처리수가 오염될 수 있기 때문에 인접한 정화처리시설로 회수시켜 재처리할 수 있으며, 이 또한 수직형 도시농장(200)이 하수처리장 내에 위치하고 있기 때문에 가능한 구조이다.
상부침전조(130)에서 발생한 슬러지는 이송관(131)을 통하여 슬러지농축조(132)로 펌핑되며, 슬러지농축조(132)로 이송된 슬러지는 소화조(133)를 거쳐 슬러지저장조(134)에 저장되었다가 탈수장치(135)를 통하여 고형화시킨 다음 반출하게 되며, 고형화된 부산물 및 처리과정에서 발생한 메탄가스 등은 인접한 수직형 도시농장(200)의 배양토 혹은 난방에너지로 사용할 수도 있다.
도 2에서와 같이 기설치된 수평형 정화처리시설(300)의 경우에도 정화처리된 처리수를 직상부에 시설된 수직형 도시농장(200)의 작물재배지(230)에 공급, 농업용수로 활용할 수 있으며 그 작용효과는 실시예 1에서 설명한 바와 동일하다.
(10)--수직형 도시농장시스템 (100)--수직형 정화처리시설
(110)--하부침전지 (120)--우수저류조
(130)--상부침전지 (131)--이송관
(132)--슬러지농축조 (133)--소화조
(134)--슬러지저장조 (135)--탈수장치
(140)--생물반응조 (150)--침전조
(160)--모래여과지 (166)--저류조
(170)--고도처리조 (180)--용수공급관
(181)--수직분배관 (182)--수평분배관
(200)--수직형 도시농장 (210)--우수저류조
(220)--작업통로 (230)--작물재배지

Claims (3)

  1. 정화처리장 내에 수직형 정화처리시설(100)을 설치하고, 그 일측에 수직형 도시농장(200)을 설치하여, 수직형 정화처리시설(100)에서 처리된 처리수를 농업용수로 사용케 한 수직형 도시농장시스템(10)을 구성하되, 수직형 정화처리시설(100)의 구성은, 처리수 유입관(111)이 형성된 하부침전지(110) 내에 1차이송펌프(P1)를 설치하고, 상기 하부침전지(110) 직상부에 2차이송펌프(P2)가 설치된 상부침전지(130)를 설치한 다음, 1차이송펌프(P1)를 통하여 하부침전지(110)와 상부침전지(130)를 연결하고, 상부침전지(130) 상부에 3차이송펌프(P3)가 설치된 생물반응조(140)를 설치한 다음, 2차이송펌프(P2)를 통하여 상부침전조(130)와 생물반응조(140)를 연결하고, 생물반응조(140) 상부에 4차이송펌프(P4)가 설치된 침전조(150)를 설치한 다음, 3차이송펌프(P3)를 통하여 생물반응조(140)와 침전조(150)를 연결하고, 침전조(150) 상부에 모래여과조(160)와 5차이송펌프(P5) 및 6차이송펌프(96)가 설치된 저류조(166)를 설치한 다음, 4차이송펌프(P4)를 통하여 침전조(150)와 모래여과조(160)를 연결하고, 상기 모래여과조(160) 상부에 고도처리조(170)를 설치한 다음, 저류조(166)에 설치된 5차이송펌프(P5)를 통하여 고도처리조(170)와 연결하고, 저류조(166)에 설치된 6차이송펌프(P6)는 용수공급관(180)과 연결하고, 상기 용수공급관(180)은 다시 수직분배관(181) 및 수평분배관(182)과 연결되게 하고, 상기 수평분배관(182)은 수직형 도시농장(200)에 다층으로 구성된 작물재배지(230)와 연결되게 함으로서, 수직형 정화처리시설(100)에서 처리된 처리수가 수직형 도시농장(200)의 농업용수로 공급될 수 있게 구성함을 특징으로 하는 정화처리시설과 연계한 수직형 도시농장시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상부침전조(130)에 이송관(131)을 설치하되, 상기 이송관(131)은 슬러지농축조(132)와 연결하고, 상기 슬러지농축조(132)는 소화조(133)와 슬러지저장조(134) 및 탈수장치(135)와 연결되게 함을 특징으로 하는 정화처리시설과 연계한 수직형 도시농장시스템.
  3. 정화처리장 내에 수평형 정화처리시설(300)을 설치하고, 상기 수평형 정화처리시설(300) 직상부에 수직형 도시농장(200)을 설치하여 정화처리장에서 처리한 처리수를 농업용수로 사용케 한 수직형 도시농장시스템(10)을 구성하되, 수평형 정화처리시설(300)의 구성은, 처리수 유입관(311)이 형성된 1차침전지(310) 일측에 2차침전지(330)와 생물반응조(340), 침전조(350), 모래여과조(360) 및 고도처리조(370)를 연결설치하고, 상기 모래여과조(360) 및 고도처리조(370)에 용수공급관(180)을 설치하고, 용수공급관(180)은 다시 수직분배관(181) 및 수평분배관(182)과 연결되게 한 다음 수평분배관(182)을 통하여 수평형 정화처리시설(300) 직상부에 설치된 수직형 도시농장(200)의 작물재배지(230)에 농업용수를 공급할 수 있게 구성함을 특징으로 하는 정화처리시설과 연계한 수직형 도시농장시스템.
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