KR101674126B1

KR101674126B1 - 빗물정원용 식생토

Info

Publication number: KR101674126B1
Application number: KR1020160058328A
Authority: KR
Inventors: 박명권; 이성웅; 강한민; 노희영
Original assignee: (주) 한국그린인프라연구소; (주)그룹한 어소시에이트
Priority date: 2016-05-12
Filing date: 2016-05-12
Publication date: 2016-11-09

Abstract

본 발명은 빗물정원용 식생토에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대상지에서 발생하는 유출수의 침투를 목적으로 조성된 빗물정원(Rain Garden)의 기능을 증대시키면서 특히, 투수율 증가, 답압(굳어짐)방지, 양분용탈감소, 정화기능 활성화를 통해 저영향개발(LID) 기술을 고도화시킬 수 있도록 한 빗물정원용 식생토에 관한 것이다.

Description

빗물정원용 식생토{VEGETATION SOIL FOR RAIN GARDEN}

1970년대 이후 빠른 도시화 과정을 거치면서 90% 이상의 인구가 도시에 집중되는 현상을 보이고 있다.

이에 따른 급격한 도시화로 인해 도로, 산업시설 등과 같은 도시기반시설들이 늘어나게 되어 상대적으로 녹지면적이 현격히 줄어들고 있다.

이러한 녹지면적의 감소는 도시의 대부분을 불투수층으로 만들어 우천시 빗물이 침투할 수 있는 공간을 줄이게 되고, 이로 인해 첨두유출시간을 현저하게 줄이게 되어 강우사상의 변화와 함께 우수관로의 부하를 높이는 원인이 되었으며, 결과적으로는 도심지 침수라는 위험에 봉착하고 있다.

아울러, 토양수분의 부족, 지하수위의 저하도 초래하게 되었으며, 이에 따라 도시생태학적 문제점도 동반하게 되었다.

일 예로, 2010년 폭우로 인해 광화문과 강남 일대가 침수된 것을 들 수 있는데, 이는 강우사상의 변화에 따른 현상이기도 하지만 도심의 불투수층 증가로 인한 순간적인 우수관로에 거대한 부하가 걸림으로써 생긴 현상으로 분석되기도 한다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해서는 도심지에 넓은 녹지 공간을 확보하는 것이 가장 좋은 대안이 될 수 있지만, 넓은 녹지 공간을 확보하는 것은 현실적으로 어렵다.

이에, 최근에는 소규모 녹지 기능을 가질 수 있도록 저영향개발(LID:Low Impact Development) 기법이 개시되고 있다.

저영향개발 기법은 공원, 도로, 건축물 등에 투수포장, 식물재배화분, 수목여과대, 침투도랑, 빗물통, 옥상녹화 등을 예시할 수 있는데, 이를 통해 도시 물순환 회복, 생태서식처 제공, 열섬현상 완화, 도시경관 및 대기질 개선, 에너지절약 등 많은 측면에서 유익한 기법이다.

하지만, 폭우가 국부적으로 집중되는 경우에는 이들 기법만으로는 대처가 곤란하다.

이러한 이유로 빗물정원(Rain Garden)의 개념이 저영향개발 기법 중 하나로 연구되고 있으며, 이는 대상지에서 발생하는 유출수를 침투를 목적으로 조성된 녹지대로 유도하여 자연적인 침투를 유도하는 방식을 말하며, 침투용량을 늘리기 위해 침투저류조를 함께 설치하기도 한다.

그런데, 상술한 빗물정원의 경우 토양의 투수가 원활하지 않아 용량을 산정하여 침투저류조까지 적용한다고 하더라도 빗물이 침투저류조까지 도달하지 않아 상술한 문제가 잘 해소되지 못한다는 단점이 있다.

이로 인해, 계획된 용량보다 적은 양이 강우에도 불구하고 빗물정원이 넘쳐 외부로 흘러가는 문제도 야기되며, 이 과정에서 자연답압, 양분용탈이 발생하여 빗물정원 내부에 식재된 식물의 고사율이 증대되는 단점도 있다.

대한민국 특허 등록번호 제10-1067024호(2011.09.16.) '빗물침투장치' 대한민국 특허 등록번호 제10-1067023호(2011.09.16.) '자연식생형 비점오염원 여과장치를 이용한 분산식 빗물관리장치' 대한민국 특허 등록번호 제10-1238199호(2013.02.22.) '은나노 처리된 하이브리드 보강구조의 빗물침투·저류조' 대한민국 공개특허 제10-2015-0061542호(2015.06.04.) '쌈지공원용 무동력 빗물처리 운용설비 및 빗물처리 운용 방법'

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 대상지에서 발생하는 유출수의 침투를 목적으로 조성된 빗물정원(Rain Garden)의 기능을 증대시키면서 특히, 투수율 증가, 답압(굳어짐)방지, 양분용탈감소, 정화기능 활성화를 통해 저영향개발(LID) 기술을 고도화시킬 수 있도록 한 빗물정원용 식생토를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 빗물정원용 식생토에 있어서; 상기 식생토는 코코피트 30-35중량%, 피트모스 30-35중량%, 마사토 10-15중량%, 질석 10-15중량%, 바텀애쉬 5-10중량%, 인공경량골재 5-10중량% 및 나머지 3-5mm의 입도를 갖는 숯분말로 이루어진 기본성분 100중량부에 대해, 0.5-1mm의 입도를 갖는 토르말린 분말 25-35중량부, 홀뮴을 함유한 입도 3-5mm의 발포체 5-15중량부, 분쇄된 그린 비즈 5-20중량부, 3-5mm의 입도를 갖는 천연패각 분말 15-30중량부, 오르토규산나트륨 5-10중량부, 에틸트라이메틸벤조일페닐포스피네이트 3-6중량부, 광미 3-6중량부가 더 첨가 혼합되어 조성된 것을 특징으로 하는 빗물정원용 식생토를 제공한다.

이때, 상기 발포체는 홀뮴과 폴리스티렌수지가 2:1의 중량비로 혼합된 상태에서 발포된 후 분쇄되어 형성된 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 토르말린 분말은 디메틸디클로로실란에 침지, 건조된 후 첨가되는 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따른 식생토를 사용하게 되면 빗물정원에서 자연적인 답압이 생기지 않고, 상시 투수율이 우수하여 빗물 넘침이 발생하지 않으며, 투수시 양분의 용탈이 거의 없어 식생식물의 고사를 막아 자연환경을 개선하는 효과를 얻을 수 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 따른 식생토는 앞서 설명한 빗물정원에 살포 유지되는 토양이다.

이때, 상기 빗물정원에는 용수저장량을 높이기 위해 적어도 하나 이상의 저류조가 매립 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 식생토가 갖추어야 할 가장 중요한 특징으로는 집중호우는 물론 국지적인 폭우, 예컨대 20mm 이상의 강우가 동반되더라도 답압(토양이 굳어지는 현상)이 생기지 않아야 되며, 또한 상시 투수율(즉, 투수계수가 10^-2cm/sec) 이상으로 유지되어야 하고, 투수시 양분 용탈이 거의 없어야 한다.

이에 더하여, 정화기능까지 포함하면 더욱 좋다.

이를 위해, 본 발명에 따른 식생토는 코코피트 30-35중량%, 피트모스 30-35중량%, 마사토 10-15중량%, 질석 10-15중량%, 바텀애쉬 5-10중량%, 인공경량골재 5-10중량% 및 나머지 3-5mm의 입도를 갖는 숯분말로 이루어진 기본성분 100중량부에 대해, 0.5-1mm의 입도를 갖는 토르말린 분말 25-35중량부, 홀뮴을 함유한 입도 3-5mm의 발포체 5-15중량부, 분쇄된 그린 비즈(green-biz) 5-20중량부, 3-5mm의 입도를 갖는 천연패각 분말 15-30중량부, 오르토규산나트륨 5-10중량부, 에틸트라이메틸벤조일페닐포스피네이트 3-6중량부, 광미 3-6중량부가 더 첨가 혼합되어 조성된다.

여기에서, 상기 코코피트(Coco-peat)는 코코넛 열매의 겉껍질인 섬유체를 고압으로 압축하여 직육면체 형상의 덩어리로 형성시킨 것을 말하며, 물 흡수력이 뛰어나 보수성과 보비력이 우수하고, 리그닌ㆍ셀룰로오스 등 불활성 섬유질로 구성되어 있기 때문에 부숙에 대한 저항성이 높아 오랜기간 토양 속에서 물리성을 개선하는 효과를 갖는다. 또한, 부숙후에는 미생물의 좋은 먹이감이 되므로 건강한 토양을 만드는데 기여하므로 이를 위해 본 발명에서는 첨가 사용된다. 다만, 첨가량의 균형이 맞지 않으면 썩으면서 유해물질을 생성시킬 수 있으므로 상기 범위로 한정해야 한다.

그리고, 피트모스(Peat moss)는 석탄처럼 지하에 매몰된 수목질이 오랜 세월동안 지압(地壓)과 지열작용을 받아 생성된 것과는 달리 식물질이 주로 지표에서 분해작용을 받아 생성된 다공성 물질로서 최대 자체 중량의 20배에 가까운 수분을 흡수할 수 있고, 통기성이 뛰어나기 때문에 토양 개량제로서 널리 사용되고 있을 뿐만 아니라 유류 흡착제로도 사용되고 있는 물질이다.

본 발명에서는 친환경 흡착 기능을 위해 첨가되며, 과량 첨가해도 문제가 되지 않지만 경제성이 떨어지므로 다른 성분들과의 비율을 고려하여 상기 범위로 한정되어야 한다.

아울러, 상기 마사토는 화강암이 풍화하여 모래로 변한 흙(풍화 화강토)을 말하며, 손으로 힘을 세게 가하면 모래처럼 부서지는 특성이 있으며, 입자가 비교적 굵기 때문에 식생토로 첨가할 경우 공극률을 높여 투수성과 흡수성을 높이게 되므로 본 발명에서 주요 성분으로 포함한다.

그리고, 상기 질석(Vermiculite)은 토양의 입단화(粒團化)를 조장하여 통기성 및 보수성을 좋게 할 뿐만 아니라, 염기치환용량을 증가시켜 보비력(保肥力)을 향상시킬 목적으로 첨가된다.

더구나, 질석은 다공성을 가지므로 토양내 용균물질 흡착능력이 뛰어나고, 흙의 무게를 가볍게 하여 뭉침을 억제하므로 답압을 방지하고, 숨을 쉴 수 있도록 하여 주므로 토양이 살아 있도록 하여 준다.

나아가, 상기 바텀애쉬는 석탄화력발전소의 보일러 저부의 호퍼에서 배출된 분립상 또는 괴상의 비정질 무지질 성분으로서, 자체적인 기공이 형성되어 있어 통기성이 우수하고, 보온·보냉성이 우수하며 수명이 반영구적이어서 주로 보강토블럭, 호안블럭, 경계석, 주차블럭으로 많이 활용되고 있으나, 본 발명에서는 일종의 경량 골재의 개념으로 포함시켜 공극유지, 투수율 증대, 재활에 따른 경제적 가치 향상을 위해 첨가된다. 다만, 8-12mm의 직경을 갖는 것을 사용함이 바람직하다.

아울러, 상기 인공경량골재는 팽창성 혈암, 팽창성 점토, 플라이애쉬를 동일 중량비로 혼합한 후 소성가공한 제1인공경량골재와; 팽창슬래그, 석탄찌꺼기를 동일 중량비로 혼합한 후 소성가공한 제2인공경량골재를 1:1의 중량비로 혼합한 다음 파쇄하여 2-5mm의 입도를 갖는 것을 사용함이 바람직하며, 절건비중은 1.5 미만인 것을 취하여 사용함이 바람직하다.

특히, 상기 바텀애쉬와 인공경량골재는 초기 우수에 포함되어 있는 먼지, 기름때 등을 흡착하여 정화시키는 기능이 우수하고, 이들 표면에 미생물을 처리하게 되면 이물질 정화능력까지 향상시킬 수 있는데, 처리되는 미생물은 당해 분야에서 공지된 것들 중 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있다.

그리고, 상기 숯분말은 대표적인 다공성 물질이면서 또한 대표적인 항균성물질이므로 숯분말이 갖는 기본 기능을 수행하기 위해 첨가된다.

한편, 이와 같은 기본성분에 첨가되는 첨가물 중 하나인 상기 토르말린 분말은 수정과 같은 결정구조를 가지는 육방정계에 속하는 광물로서, 대략 4~14 미크론의 파장대역의 전자파를 영구적으로 발생시키는 물질로 알려져있다. 이러한 토르말린 분말은 4-14 미크론의 파장대역의 전자파는 동ㆍ식물의 세포를 활성화하거나, 단백질을 합성하거나, 오염수를 정화하는 효능이 있다고 보고되어 있는 바, 본 발명에서는 토양 개질, 특히 정화 기능에 기여하게 된다.

여기에서, 상기 토르말린 분말은 강한 소수성을 지닌 물질인 디메틸디클로로실란에 침지된 후 건조된 상태에서 첨가되게 하면 토르말린 분말의 표면에서 강한 소수성이 작용하므로 특히 투수성 향상을 증대시키게 된다.

또한, 상기 홀뮴(Holmium)은 희토류 전이금속으로서, 전성과 연성을 가지고 있으며, 자기 모우멘트가 강하고, 찬물과 느리게 반응하여 수소기체를 발생시키는 특징이 있다. 따라서, 본 발명에서는 찬물과 느리게 반응하면서 발생시키는 수소기체가 식생토에 공극을 활성화시켜 투수성을 좋게 하고, 상시 투수율이 10^-2㎠ 이상으로 유지시키기 위해 첨가된다.

특히, 상기 홀뮴이 함유된 발포체는 홀뮴과 폴리스티렌수지를 2:1의 중량비로 혼합한 후 발포시키고, 이를 상기 입도로 분쇄한 것을 사용한다.

때문에, 홀뮴은 수지에 박혀 있거나 혹은 둘러싸여 있는 형태이며, 더구나 찬물과는 느리게 반응하므로 소량을 가지고도 반영구적으로 사용할 수 있다.

더구나, 식생토는 주기적으로 관리되므로 식생토의 상태에 따라 부족분을 채워 넣을 수 있어 반영구적으로 사용할 수 있다고 해도 무방하다.

뿐만 아니라, 발포체는 수지 성분으로 포함하고 있고, 탄성력이 있기 때문에 토압이 작용하더라도 이를 팽창시켜 복원하려는 능력을 가지고 있어 자연적인 답압을 방지하는 기능도 담당한다.

물론, 수지라는 특성 때문에 상대적으로 미량 사용되어야 하며, 고르게 분산되어야 한다.

그리고, 상기 그린 비즈(Green Biz)는 직경 3㎛의 바이오매스 케이크, 다공질의 규조토, 점토를 혼합한 후 1000℃ 이상의 고온에서 구워낸 특수세라믹 블럭을 잘게 분쇄하여 얻은 다공질 물질이다.

이러한 그린 비즈는 소성가공된 것이기 때문에 내구성과 강도가 우수하면서 다공성이 뛰어나 물 흡수력이 우수하므로 본 발명 재료로 적합하다.

또한, 상기 천연패각 분말은 1200-1300℃에서 소성된 것을 분말화시킨 것을 사용하는데, 이는 휘발성분과 금속성분 등 유해성분을 모두 제거한 상태에서 유용성분만 활용하기 위한 것이며, 항균작용, 칼슘보충을 주된 기능으로 하여 첨가된다.

아울러, 상기 오르토규산나트륨은 이온결정 구조를 갖는 규산나트륨의 수화물로서 오염물질에 대한 분산작용, 연화작용을 위해 첨가된다.

그리고, 상기 에틸트라이메틸벤조일페닐포스피네이트는 염기성 가수분해를 억제하기 위해 첨가된다.

또한, 상기 광미는 광석에서 필요성분을 분리하고 남은 물질로서, 유용성분들을 다량함유하고 있기 때문에 토양개질용으로 첨가된다.

다만, 유해성분을 최소화하기 위해 광미를 습식 분쇄한 후 건조하여 첨가함이 바람직하다.

덧붙여, 상기 마사토는 점토질로서 우천시 빗물과 접촉되면서 수화반응에 의해 공극을 감소시킴으로써 투수율을 저하시킬 우려가 있으므로 이러한 우려까지 완전히 해소시키기 위해 일종의 수활성도 감쇄제인 아크릴산나트륨을 마사토에 균질혼합하는 전처리 후 건조시켜 첨가하도록 하면 공극유지에 따른 투수율 향상에 크게 기여할 수 있게 된다.

이 경우, 전처리시 혼합비율은 마사토와 아크릴산나트륨이 7:3의 중량비로 이루어지면 된다.

이하, 실시예에 대하여 설명한다.

[실시예]

위에서 설명한 바와 동일한 조성으로 혼합된 시료(발명재) 다수개를 만들고, 비교를 위해 일반적으로 사용되고 있는 인공토(비교재)를 같이 준비하여 실험하였다.

아울러, 실험은 노지를 10㎝의 깊이로 판 다음 20㎝×20㎝가 되게 구획하여 발명재와 비교재를 채우고 다지지 않은 채 유지하였으며, 먼저 발명재와 비교재 모두 식물의 생장이 가능한지 여부를 확인하기 위해 식물을 심어 생장하는지 관찰하였다.

관찰결과, 하기에 첨부한 사진에서와 같이, 식물이 생장하는데는 아무런 이상이 없었다(사진에서 좌측이 상,하 2개가 발명재, 우측 상,하 2개가 비교재임).

아울러, 투수율을 확인하기 위해 한 주 단위로 인공적인 강우를 실시하여 10mm 강우, 15mm 강우, 20mm 강우를 수행하고, 토양투수율측정기(Soil Percolation Rate Measuring Instrument)를 이용하여 투수계수를 측정한 결과, 발명재의 경우에는 평균 3.01×10^-2cm/sec였으나, 비교재의 경우는 1.12×10^-4cm/sec로서 투수율이 좋지 않았다. 이것은 강우시 답압이 발생하기 때문인 것으로 풀이되었기에 이를 확인하기 위해 간이토양경도계를 이용하여 측정한 결과, 발명재에서는 10mm, 15mm, 20mm 강우 모두에서 답압이 생기지 않았지만, 비교재에서는 강우량이 커질수록 그에 비례하여 답압도 커졌음을 확인할 수 있었다.

또한, 강우에 따른 유실여부도 확인하였는데, 발명재의 경우 유실이 거의 발생하지 않았지만, 비교재의 경우 눈으로 쉽게 식별할 수 있을 만큼 유실이 크게 발생하였다.

이를 통해, 본 발명에 따른 식생토를 활용하면 빗물정원을 효과적이면서 효율적으로 활용할 수 있을 것으로 기대되었다.

Claims

빗물정원용 식생토에 있어서;
상기 식생토는 코코피트 30-35중량%, 피트모스 30-35중량%, 마사토 10-15중량%, 질석 10-15중량%, 바텀애쉬 5-10중량%, 인공경량골재 5-10중량% 및 나머지 3-5mm의 입도를 갖는 숯분말로 이루어진 기본성분 100중량부에 대해,
0.5-1mm의 입도를 갖는 토르말린 분말 25-35중량부, 홀뮴을 함유한 입도 3-5mm의 발포체 5-15중량부, 분쇄된 그린 비즈 5-20중량부, 3-5mm의 입도를 갖는 천연패각 분말 15-30중량부, 오르토규산나트륨 5-10중량부, 에틸트라이메틸벤조일페닐포스피네이트 3-6중량부, 광미 3-6중량부가 더 첨가 혼합되어 조성된 것을 특징으로 하는 빗물정원용 식생토.
청구항 1에 있어서,
상기 발포체는 홀뮴과 폴리스티렌수지가 2:1의 중량비로 혼합된 상태에서 발포된 후 분쇄되어 형성된 것을 특징으로 하는 빗물정원용 식생토.
청구항 1에 있어서,
상기 토르말린 분말은 디메틸디클로로실란에 침지, 건조된 후 첨가되는 것을 특징으로 하는 빗물정원용 식생토.